JP4248777B2

JP4248777B2 - インジェクタ用圧電体素子及びその製造方法，並びにインジェクタ

Info

Publication number: JP4248777B2
Application number: JP2001309986A
Authority: JP
Inventors: 尚幸川添; 哲史林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: US6563687B2; DE10164246A1; JP2002256999A; US20020084350A1

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，インジェクタの駆動源として用いられる圧電体素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車の内燃機関等のインジェクタ（燃料噴射装置）は，例えば，高圧燃料を蓄積したコモンレールに接続された３方弁又は２方弁の弁体を動かすことにより，燃料通路の開閉状態を切り替えてノズルニードルに付与される圧力状態を変化させ，ノズルニードルを開弁状態にすることにより燃料を噴射するよう構成されている。
【０００３】
そして，上記弁体を動かす駆動源としては，電磁弁等が一般的に使用されている。これに対し，上記駆動源をきめ細かく制御して燃料噴射状態の精密な制御を行うことを目的に，上記駆動源として積層型の圧電体素子を使用しようとする試みがなされてきた。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，圧電体素子を駆動源に用いたインジェクタは，未だ実用化には至っていない。
従来の圧電体素子としては，例えば特開平７−３２１３８３号公報に示されているように，積層型の圧電素子の外周側面に絶縁性樹脂による皮膜を有しているものがある。この皮膜は，耐湿性の向上や，圧電体素子を衝撃力から保護することを目的としている。
【０００５】
一方，インジェクタ用の圧電体素子に対しては，弁を高速で開閉させるために，非常に高い高速応答性が要求される。そのためインジェクタ用圧電体素子には，短時間で充放電が繰り返され，大電流が流れる。それ故，従来のように圧電体素子の外周側面にただ単に絶縁性樹脂の皮膜を形成するだけでは，この皮膜が圧電体素子内部において消費されるエネルギーにより発熱した熱の放熱を妨げてしまう。そして，上記熱が圧電体素子内部に溜まり，温度上昇による圧電体素子の特性の低下が引き起こされ，最悪の場合圧電体素子が破壊されるというおそれも生じる。
また，圧電体素子の内部温度の上昇が大きいと必要エネルギーが大きくなり，制御回路に負担を与えるので，制御回路の規模を大きくする必要もでてくる。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，内部発熱が少なく，消費エネルギーが小さいインジェクタ用圧電体素子を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
第１の発明（請求項１）は、インジェクタに内蔵される積層型の圧電体素子であって，該圧電体素子の側面外方に、直接又は間接的に、上記インジェクタにおいて噴射対象である燃料に接触するよう構成された金属製のケースを有しており，上記圧電体素子の上記側面と上記ケースの内面との間には，電気的絶縁性を有する絶縁部材が配置され，該絶縁部材は上記圧電体素子の側面と上記ケースの内面のいずれかの面に接合されていると共に他方の面に少なくとも一部が接触しており、
上記絶縁部材と上記圧電体素子又は上記ケースとが接合した面では両者の境界部面積の９０％以上において接しており、他方の接触した面では両者の境界部面積の３０％以下において接していることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子にある。
【０００８】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明の圧電体素子においては，上記絶縁部材が，上記のごとく圧電体素子の側面に接合あるいは接触した状態にある。そのため，圧電体素子内において発生した熱は，空気層を介することなく上記絶縁部材に直接伝わる。
【０００９】
また，上記絶縁部材は，上記金属製のケースと接触又は接合した状態になっている。そのため，上記絶縁部材に伝えられた熱は，空気層を介することなく直接的に上記ケースに伝えられる。
ここで上記ケースは金属製であるので，高い伝熱性を利用した効率的な放熱が実現される。そのため，上記絶縁部材への圧電体素子からの伝熱も促進され，圧電体素子の温度上昇の抑制を図ることができる。
【００１０】
特に本発明においては，上記のごとく，上記絶縁部材と上記圧電体素子との境界面又は上記絶縁部材と上記ケースとの境界面のいずれか一方の面が接合されており，他方の面が単なる接触である。そのため，上記２つの境界面をともに接合状態にした場合に比べて，絶縁部材の熱膨張によるケースの変形を抑制することができる。即ち，本発明では上記のごとく一方の境界面が単なる接触状態にあるため，互いに伝熱性を維持しつつ移動可能である。そのため，絶縁部材の熱膨張時には，上記接触面における移動によってケースを変形させようとする応力をある程度逃がすことができ，ケースの変形を抑制することができる。
【００１１】
このように，本発明によれば，内部温度上昇の抑制等により消費エネルギーの小さいインジェクタ用圧電体素子を提供することができる。
【００１２】
次に，上記絶縁部材と上記圧電体素子又は上記ケースとが接合した面では両者の境界部面積の９０％以上において接しており，他方の接触した面では両者の境界部面積の３０％以下において接している。これにより，放熱性を向上させると共に絶縁部材が熱膨張した際のケースの変形抑制効果をさらに向上させることができる。そして上記接合面における接している面積が境界部面積の９０％未満の場合には，放熱性が低下するという問題があり，一方，上記接触面における接している面積が境界部面積の３０％を超える場合には，上記の変形抑制効果が低下するという問題がある。
【００１３】
次に，請求項２の発明のように，上記絶縁部材の厚さは０．０３〜０．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。上記絶縁部材の厚さが０．０３ｍｍ未満の場合には，絶縁部材内部に発生するボイド等の影響が大きくなり，電気的絶縁効果が低下するおそれがある。一方，上記厚さが０．５ｍｍを超える場合には，熱伝導性が低下するという問題がある。
【００１４】
また，請求項３の発明のように，上記絶縁部材は，電気的比抵抗が１０¹⁰（Ω・ｍ）以上であることであることが好ましい。上記電気的比抵抗が１０¹⁰（Ω・ｍ）未満の場合には，上記絶縁部材の電気的絶縁の効果が十分に発揮されないという問題がある。
例えば，上記絶縁部材としては，樹脂・ゴム系の材料を用いることができるが，この場合熱伝導率を大きくするために導電性の金属粉末を混入させることが有効であることが知られている。しかしながら，金属粉末の混入により電気的な比抵抗が低下しすぎれば上記絶縁部材の電気的絶縁性が確保できなくなるおそれがある。この場合にも，電気的比抵抗が上記範囲であれば，金属粉末の混入により熱伝導率の向上が可能である。また，セラミック等の絶縁性かつ高熱伝導率の粉末を混入させてもよい。
【００１５】
また，請求項４の発明のように，上記絶縁部材は，エポキシ系樹脂，ポリイミド系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリウレタン系樹脂のいずれかを用いることができる。
また，請求項５の発明のように，上記絶縁部材は，ディッピング，粉末塗装，スプレー照射，ポッティング，刷毛・へら塗りのいずれかの方法により塗布すること又は型を用いてモールドすることにより配設することができる。
【００１６】
次に，請求項６の発明のように，上記圧電体素子の側面には側面電極が配設されていると共に，該側面電極には外部との電気的な導通を図る外部電極が配設されており，該外部電極の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明のインジェクタ用圧電体素子は，上記のごとく，熱伝導率を上記特定の値に限定した外部電極を有する。そのため，上記外部電極が圧電体素子の内部で発生した熱を効率よく放熱することができる。それ故，圧電体素子の内部温度の上昇を抑制することができる。一方，上記外部電極の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合には，外部電極による放熱効果を十分に得られないという問題がある。
【００１８】
また，請求項７の発明のように，上記圧電体素子の伸縮方向の少なくとも一方の端面には上記外部電極と接触すると共に熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の電極板を有していることが好ましい。この場合には，圧電体素子の伸縮方向の端面から伝熱を受けこれを上記外部電極から放熱することができ，さらに放熱効果を高めることができる。この場合にも，上記電極板の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合には，放熱効果を十分に得られないという問題がある。
【００１９】
また，請求項８の発明のように，上記外部電極は芯材と該芯材の表面を被覆する被覆材とよりなり，該被覆材はその熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。この場合には，上記被覆材の高い熱伝導率によって，外部電極全体の熱伝導率を容易に向上させることができる。上記被覆材としては，例えば銀，金，銅等を用いることができる。
【００２０】
また，上記特定の外部電極を備えた上に，上記圧電体素子の上記側面と上記ケースの内面との間には，電気的絶縁性を有する絶縁部材が配置され，該絶縁部材は上記圧電体素子の側面と上記ケースの内面のいずれかの面に接合されていると共に他方の面に少なくとも一部が接触していることが好ましい。この場合には，上記外部電極を介した放熱の効果と，絶縁部材およびケースを介した放熱の効果の両方を得ることができる。
【００２１】
次に，本発明は，圧電体素子を駆動源として内蔵してなるインジェクタにおいて，上記圧電体素子は上記第１の発明のインジェクタ用圧電体素子であり、
上記インジェクタ内部においては，上記ケースが直接又は間接的に冷却用流体に接触するよう構成されていることを特徴とするインジェクタにある。
【００２２】
本発明のインジェクタにおいては，上記金属製のケースを直接又は間接的に冷却用流体により冷却することができるので，圧電体素子から生じる熱を効率よく放熱することができる。それ故，圧電体素子の高速応答性を確保することができると共に，制御回路をコンパクト化することもできる。それ故，本発明のインジェクタは，コンパクトで，優れた性能を有するものとなる。
【００２３】
また，本発明のように，上記冷却用流体としては，上記インジェクタにおいて噴射対象である燃料を用いることができる。この場合には，上記冷却用流体の経路を容易に形成することができる。
なお，上記冷却用流体としては，燃料の他に，冷却水，外気から取り込んだ空気等を用いることもできる。また，上記圧電体素子の側面外方の金属製ケースを上記インジェクタのボディに接触させ，そのボディと冷却用流体としての大気との熱交換を利用することももちろん可能である。
【００２４】
次に，請求項９の発明は，インジェクタに内蔵される積層型の圧電体素子を製造する方法であって，該圧電体素子の側面外方を絶縁部材により覆って該絶縁部材と上記圧電体素子の側面とを接合する工程と，該絶縁部材に覆われた上記圧電体素子を金属製のケースの内部に挿入する工程とを含むことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子の製造方法にある。
【００２５】
本製造方法においては，上記圧電体素子に予め上記絶縁部材を配設し，その後，圧電体素子をケース内に配置する。これにより，圧電体素子とケースの間の比較的狭いスペースにおいて，絶縁部材と圧電体素子との接合密着性，及び絶縁部材とケースとの接触状態を容易に作り出すことができると共に，絶縁部材を配設する際に，ボイド等の欠陥発生を抑制することができる。
これにより，上述した優れたインジェクタ用圧電体素子を製造することができる。
【００２６】
また，請求項１０の発明は，インジェクタに内蔵される積層型の圧電体素子を製造する方法であって，金属製のケースの内面を絶縁部材により覆って該絶縁部材と上記ケースの内面とを接合する工程と，該絶縁部材に覆われた上記ケースの内部に上記圧電体素子を挿入する工程とを含むことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子の製造方法にある。
【００２７】
本製造方法においても上記と同様の作用効果が得られる。即ち，本製造方法においては，上記ケースの内面に予め上記絶縁部材を配設し，その後，圧電体素子をケース内に配置する。これにより，圧電体素子とケースの間の比較的狭いスペースにおいて，絶縁部材とケースとの接合密着性，及び絶縁部材と圧電体素子との接触状態を容易に作り出すことができると共に，絶縁部材を配設する際に，ボイド等の欠陥発生を抑制することができる。従って，本製造方法によっても，上述した優れたインジェクタ用圧電体素子を製造することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるインジェクタ用圧電体素子につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例の圧電体素子１は，図１に示すごとく，インジェクタに内蔵される積層型の圧電体素子である。
圧電体素子１は，その側面１０１，１０２の外方に，これを覆う金属製のケース４１を有している。
そして，圧電体素子１の側面１０１，１０２と上記ケース４１の内面との間には，電気的絶縁性を有する絶縁部材４５が配置されている。絶縁部材４５は上記圧電体素子１の側面１０１，１０２に接合されていると共に，ケース４１の内面４１０に少なくとも一部が接触している。
【００２９】
以下，これを詳説する。
圧電体素子１は，図１〜図３に示すごとく，圧電層１１の層間に内部電極層２１，２２を交互に正負となるように形成してなる。同図に示すごとく，一方の内部電極層２１は一方の側面１０１に露出するように配設され，他方の内部電極層２２は他方の側面１０２に露出するように配設されている。そして，圧電体素子１の側面１０１，１０２には，露出した内部電極層２１，２２の端部を導通させるように焼きつけ銀よりなる側面電極３１，３２をそれぞれ形成した。
【００３０】
側面電極３１，３２を構成する焼きつけ銀は，後述するごとくＡｇペーストを焼きつけることにより作製した電極でＡｇとガラスフリット成分という組成である。
そして，図１，図４に示すごとく，上記側面電極３１，３２上に上記外部電極３４を接合した。
本例の外部電極３４は，一般的に使用される１８−８ステンレス鋼を用いたものである。
【００３１】
また，圧電体素子１においては，図２に示すごとく，積層方向の中央部分を駆動部１１１，これを挟持するように配置された部分をバッファー部１１２，さらにこのバッファー部１１２を挟持するように配置された部分をダミー部１１３とした。
【００３２】
この圧電体素子１の製造方法と詳細構造について説明する。
本例の圧電体素子１は広く用いられているグリーンシート法を用いて製造することができる。グリーンシートは，公知の方法により圧電材料の主原料となる酸化鉛，酸化ジルコニウム，酸化チタン，酸化ニオブ，炭酸ストロンチウム等の粉末を所望の組成となるように秤量する。また，鉛の蒸発を考慮して，上記混合比組成の化学量論比よりも１〜２％リッチになるように調合する。これを混合機にて乾式混合し，その後８００〜９５０℃で仮焼する。
【００３３】
次いで，仮焼粉に純水，分散剤を加えてスラリーとし，パールミルにより湿式粉砕する。この粉砕物を乾燥，粉脱脂した後，溶剤，バインダー，可塑剤，分散剤等を加えてボールミルにより混合する。その後，このスラリーを真空装置内で攪拌機により攪拌しながら真空脱泡，粘度調整をする。
【００３４】
次いで，スラリーをドクターブレード装置により一定厚みのグリーンシートに成形する。
回収したグリーンシートはプレス機で打ち抜くか，切断機により切断し，所定の大きさの矩形体に成形する。グリーンシートは駆動部，バッファー部およびダミー部に共通である。
【００３５】
次いで，例えば銀／パラジウム＝７／３の比率からなる銀およびパラジウムのペースト（以下，Ａｇ／Ｐｄペーストという）により，成形後のグリーンシートの一方の表面にパターンをスクリーン印刷成形する。図３（ａ），（ｂ）にパターン印刷後のグリーンシートの一例を示す。なお説明の都合上，実質的に同一部分には同一の符号を付す。
【００３６】
圧電層となるグリーンシート１１の表面には，上記Ａｇ／Ｐｄペーストにより，略全面にこれよりもやや小さなパターン２１（２２）を形成し，内部電極層２１（２２）とする。グリーンシート１１の表面の対向辺の一方の側には，内部電極層２１（２２）の非形成部１１９が設けてある。つまり，グリーンシート１１の対向辺の一方の端部（圧電体素子１の側面１０１あるいは１０２に相当する部分）には，内部電極層２１（２２）が到達せず，対向する他方の端部には内部電極層２１（２２）が到達するようにこれを配置した。なお，内部電極材料としては，本例の他に，銅，ニッケル，白金，銀等，あるいはこれらの混合物を用いてもよい。
【００３７】
このような内部電極層２１（２２）を形成したグリーンシート１１は，駆動部１１１を変位量の要求仕様に基づいて所定の積層枚数分用意する。また，バッファー部１１２，ダミー部１１３用の内部電極層を印刷していないグリーンシート１２も必要枚数準備する。
【００３８】
次いで，これらのグリーンシート１１，１２を重ねる。図３（ｃ）は，グリーンシート１１，１２の積層状態を示すもので，実質的に圧電体素子１の分解図となっている。なお，同図は主として駆動部にかかる部分を示した。
内部電極層２１（２２）を形成したグリーンシート１１を重ねる場合には，電極の非形成部１１９が図中左側と右側に交互に位置するように重ねる。これにより，グリーンシート１１の図中右側の側面１０１に達して露出する内部電極層２１が一方の極の内部電極となり，図中左側の側面１０２に達して露出している内部電極層２２が他方の極の内部電極となる。
【００３９】
そして，中央の駆動部１１１においては，図３（ｃ）に示すごとく上記内部電極層２１（２２）を形成したグリーンシート１１のみを用いて積層し，バッファー部１１２においてグリーンシート１１の間に内部電極層を形成していないグリーンシート１２を介在させて積層し，ダミー部１１３においては内部電極層を形成していないグリーンシート１２のみを用いて積層する。
これにより，図１，図２に示す構造の積層体となる。
尚，本実施例では，積層体の断面形状を四角形としたが，本発明においては積層体の断面形状を四角形を含む多角形，円形。及び樽型等であっても構わない。たとえば，図５に示すごとく，断面八角形の積層体とすることもできる。
【００４０】
次いで，温水ラバープレス等による熱圧着後，電気炉により４００〜７００℃のもとで脱脂し，９００〜１２００℃のもとで焼成する。その後，必要により研削，研磨等の外形状を整える工程を追加する場合もある。
次いで，上記積層体の側面に上記Ａｇペーストを塗布，焼き付けることにより側面電極３１，３２を形成する。なお，本例は焼きつけ銀より側面電極を構成したが，例えばＡｇ／Ｐｄペーストを焼きつけて形成することもできる。
本例の他に，銅，ニッケル，白金，銀／パラジウム，金等を用いてもよい。
なお，上記側面電極の形成は，上記焼き付け方法以外に，蒸着，スパッタ，メッキ等の方法を採用することもできる。
【００４１】
図１中右側の側面電極３１は，一方の極の内部電極層２１が露出している位置に形成し，各内部電極層２１の導通をとる。同図中左側の他方の側面電極３２は，他方の極の内部電極層２２が露出している位置に形成し，各内部電極層２２の導通をとる。その後，上記外部電極３４を各側面電極３１，３２に接合した。
なお，上記ダミー部１１３は，上記のごとく駆動部１１１に用いた圧電層１１と同じ材質のグリーンシート（圧電層）１２を用いることにより，製造材料の種類が増えないようにして製造コストの低減を図った。
【００４２】
そして，本例では，図４に示すごとく，圧電体素子１の伸縮方向に略平行な側面１０１，１０２を含む側面全体に，絶縁部材４５を配設した。絶縁部材４５の形成は，エポキシ系樹脂を用いて粉末塗装により行った。具体的には，圧電体素子１の各側面電極３１，３２の表面に，導電性接着剤を前記側面電極の全体を覆うように塗布し，外部電極３４を接合した後，絶縁部材４５を形成するという手順で行った。なお，上記絶縁部材４５としては，エポキシ系樹脂に代えて，ポリイミド系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリウレタン系樹脂を用いることもできる。また，上記粉末塗装方法に代えて，ディッピング，スプレー照射，ポッティング，刷毛・へら塗り等の他の方法を用いることもできる。さらに，型を用いてモールドする方法をとることもできる。
【００４３】
尚，外部電極の接合方法として，本例の他に，半田付け，ろう付け等でも構わない。又，側面電極を形成せず，導電性接着剤で外部電極を内部電極に接続することも可能である。又，外部電極材料として，本例以外に導電性を有する金属箔や金属線（含む被覆線）等を用いてもよい。外部電極材料の形状としては，波板，波線，メッシュ，パンチングメタル，メタルラス金網（エキスパンドメタル）等の伸縮性を有するものが望ましいが，これに限定されるものではない。
又，本例では，外部電極３４は，側面電極の一部に接合したが，略全長にわたり接合しても構わない。又，外部電極３４は，ケースにおける外部へ導通する部分と圧電体素子の側面電極に接合される部分の２つの部材を溶接，半田付け，ろう付け，カシメ等により接合してもよい。
【００４４】
また，本例では，上記絶縁部材４５の厚さの狙いを０．１ｍｍとした。これにより，少なくともすべての部分において，厚さが０．０３〜０．５ｍｍの範囲に収まった。これにより，絶縁部材４５内部でのボイド等の発生を抑え，十分に電気的絶縁効果が期待できる。
また，得られた絶縁部材４５の電気的比抵抗は，１０¹²（Ω・ｍ）である。
【００４５】
次に，図１に示すごとく，上記圧電体素子１を，ステンレス鋼よりなるケース４１の中に挿入した。そして，ケース４１の内面４１０に，上記絶縁部材４５を接触させた。
そして，圧電体素子１の伸縮方向の両端面に当接するように，上板３７，下板３８を配置した。上板３７はケース４１に固定し，下板３８はケース４１と摺動可能に配設した。
【００４６】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例の圧電体素子１においては，絶縁部材４５が，上記のごとく圧電体素子１の側面１０１，１０２を含む側面全体に接合された状態にある。そのため，圧電体素子１内において発生した熱は，空気層を介することなく上記絶縁部材４５に直接伝わる。
【００４７】
また，上記絶縁部材４５は，金属製のケース４１と接触した状態になっている。そのため，絶縁部材４５に伝えられた熱は，空気層を介することなく直接ケース４１に伝えられる。
ここで上記ケース４１はステンレス鋼よりなる金属製であるので，高い伝熱性を利用した効率的な放熱が実現される。そのため，絶縁部材４５への圧電体素子１からの伝熱も促進され，圧電体素子１の温度上昇の抑制を図ることができる。
【００４８】
本例ではこの効果を定量的に明らかにするため，次の実験を行った。
即ち，上記ケース４１と絶縁部材４５とが接触状態にある本例の圧電体素子の他に，ケース４１と絶縁部材４５とが接触していない比較の圧電体素子を準備した。そして，両者の圧電体素子を室温において１００Ｈｚ，印加電圧１５０Ｖで駆動して３０分経過後の積層体の表面温度を熱伝対によって測定した。その結果，本例のケースと絶縁部材とが接触している場合には，到達温度が９５℃であったのに対し，比較のケースと絶縁部材とが接触していない場合には，到達温度が１１０℃まで上昇した。
以上の実験の結果，本例の圧電体素子１のようにケース４１と絶縁部材４５とが接触している場合には，放熱効果が高いことが分かる。
【００４９】
このように，本例の圧電体素子１は，その内部温度上昇の抑制等により消費エネルギーが小さく，インジェクタに適用可能となる。
【００５０】
実施形態例２
本例は，図６に示すごとく，実施形態例１における絶縁部材４５の配設状態を変更した例である。
即ち，図７に示すごとく，ケース４１の内面４１０に絶縁部材４５を接合した。その後，図６に示すごとく，この中に圧電体素子１を挿入配設した。そして，圧電体素子１の伸縮方向の両端面に上板３７，下板３８を配置した。その他は実施形態例１と同様である。
この場合にも，実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
なお，本例の場合には，上記圧電体素子の積層体において，異なる極性の内部電極層が，同一表面（側面）に露出しない構造とすることが望ましい。
【００５１】
実施形態例３
本例は，図８に示すごとく，インジェクタに内蔵される積層型の圧電体素子１の別例である。
この圧電体素子１の側面には側面電極３１，３２が配設されていると共に，側面電極３１，３２には外部との電気的な導通を図る外部電極３４が配設されている。そして，本例では，外部電極３４の熱伝導率を１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とした。そして，実施形態例１と異なり，絶縁部材４５は配設しなかった。その他は実施形態例１と同様である。
【００５２】
上記外部電極３４としては，１８−８ステンレス鋼を用いた。そのため外部電極３４の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋである。
これにより，外部電極３４が電力供給用としての役割だけでなく，放熱部材としての役割をも果たすことができるようになる。
したがって，本例の圧電体素子１は，上記外部電極３４を介して内部で発熱した熱を効率よく放熱することができ，内部温度の過剰な上昇を抑制することができる。
【００５３】
なお，本例では，圧電体素子１の側面とケース４１との間に絶縁部材を設けなかったが，実施形態例１と同様に絶縁部材４５を設けることにより，より一層放熱効果を高めることができる。
【００５４】
実施形態例４
本例は，図９に示すごとく，実施形態例３における外部電極３４の構成を変更した例である。
即ち，本例の外部電極３４は，芯材３４０と芯材３４０の表面を被覆する被覆材３４２とより構成した。そして被覆材３４２はその熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上（具体的には４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）の銀メッキとした。なお，この銀メッキに代えて，銅または金のメッキを採用することも可能である。
その他は，実施形態例３と同様である。
【００５５】
この場合には，外部電極３４全体の熱伝導率が，上記被覆材３４２の存在により大幅に向上する。これにより，外部電極３４を介した放熱効果が向上し，圧電体素子１の内部温度の過剰な上昇がさらに抑制される。
その他は実施形態例３と同様の作用効果が得られる。
【００５６】
実施形態例５
本例は，図１０に示すごとく，圧電体素子１の伸縮方向の両端面に，外部電極３４と接触すると共に熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の電極板３５を設けた例である。
即ち，実施形態例１と同様に積層体を形成した後，その伸縮方向（積層方向）の両端面に，１８−８ステンレス鋼よりなる熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋの電極板３５を配設した。具体的には，圧電体素子１の伸縮方向の両端面と概略同形状の電極板３５と，外部電極３４に溶接により接合した上で，外部電極３４を導電性接着剤にて圧電体素子１の各側面電極３１，３２に接合するという手順により配設した。
【００５７】
次に，両方の電極板３５の上にセラミックスよりなる絶縁板３６を配設した。
その他は，実施形態例４と同様とした。
この場合には，圧電体素子１の伸縮方向の両端面から上記電極板３５によって集熱し，この熱を外部電極３５を介して外部へ放熱することができる。
その他は実施形態例４と同様の作用効果が得られる。
【００５８】
実施形態例６
本例は，実施形態例１における圧電体素子１と基本的に同じ構成の圧電体素子を用いたインジェクタ５の一例を示す。
本例のインジェクタ５は，図１２に示すごとく，ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用したものである。
このインジェクタ５は，同図に示すごとく，駆動部としての圧電体素子１が収容される上部ハウジング５２と，その下端に固定され，内部に噴射ノズル部５４が形成される下部ハウジング５３を有している。
【００５９】
上部ハウジング５２は略円柱状で，中心軸に対し偏心する縦穴５２１内に，圧電体素子１が挿通固定されている。
縦穴５２１の側方には，高圧燃料通路５２２が平行に設けられ，その上端部は，上部ハウジング５２上側部に突出する燃料導入管５２３内を経て外部のコモンレール（図略）に連通している。
【００６０】
上部ハウジング５２上側部には，また，ドレーン通路５２４に連通する燃料導出管５２５が突設し，燃料導出管５２５から流出する燃料は，燃料タンク（図略）へ戻される。
ドレーン通路５２４は，縦穴５２１と駆動部（圧電体素子）１との間の隙間５０を経由し，さらに，この隙間５０から上下ハウジング５２，５３内を下方に延びる図示しない通路によって後述する３方弁５５１に連通している。
【００６１】
噴射ノズル部５４は，ピストンボデー５３１内を上下方向に摺動するノズルニードル５４１と，ノズルニードル５４１によって開閉されて燃料溜まり５４２から供給される高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射する噴孔５４３を備えている。燃料溜まり５４２は，ノズルニードル５４１の中間部周りに設けられ，上記高圧燃料通路５２２の下端部がここに開口している。ノズルニードル５４１は，燃料溜まり５４２から開弁方向の燃料圧を受けるとともに，上端面に面して設けた背圧室５４４から閉弁方向の燃料圧を受けており，背圧室５４４の圧力が降下すると，ノズルニードル５４１がリフトして，噴孔５４３が開放され，燃料噴射がなされる。
【００６２】
背圧室５４４の圧力は３方弁５５１によって増減される。３方弁５５１は，背圧室５４４と高圧燃料通路５２２，またはドレーン通路５２４と選択的に連通させる構成である。ここでは，高圧燃料通路５２２またはドレーン通路５２４へ連通するポートを開閉するボール状の弁体を有している。この弁体は，上記駆動部１により，その下方に配設される大径ピストン５５２，油圧室５５３，小径ピストン５５４を介して，駆動される。
【００６３】
次に，本例の駆動部１，即ち圧電体素子１は，実施形態例１における圧電体素子の下部構造を変更したものである。
即ち，図１１に示すごとく，下板３８の下方にロッド３８１を延設した。また，ケース４１も下方に同様に伸ばした。そして，上記ロッド３８１を貫通させたシート部材３８２を設け，このシート部材３８２と下板３８との間にスプリング３８５を配設した。また，ケース４１の先端にはダイアフラム３８３を配設し，これに上記ロッド３８１の先端を接続した。
【００６４】
なお，本例の圧電体素子１は，実施形態例１と同様に，圧電体素子１の側面とケース４１の内面４１０との間には，電気的絶縁性を有する絶縁部材４５が配置されている。そして，絶縁部材４５は圧電体素子１の側面に接合され，ケース４１の内面４１０に接触している。
【００６５】
ここで，注目すべきことは，上記圧電体素子１を上部ハウジング５２の縦穴５２１に配置した状態で，圧電体素子１の周囲には隙間５０があり，ここに燃料が流通するよう構成されていることである。この燃料は，圧電体素子１の金属製ケース４１と直接接触し，これとの熱交換を容易に行うことができる。即ち上記燃料は，圧電体素子１を冷却する冷却用流体としての役割を果たす。
【００６６】
そのため，本例のインジェクタ５においては，圧電体素子１の過剰な温度上昇を抑え安定した高速応答性を得ることができる。また，発熱が少ないので制御回路もコンパクト化することができる。それ故，本例のインジェクタ５は，コンパクトで，優れた性能を有するものとなる。
【００６７】
なお，本例では，上記のごとく，圧電体素子１の周囲に隙間５０を設け，これに冷却用流体としての燃料を流して圧電体素子１を冷却するようにした。この構造に代え，上記隙間５０に燃料を流さず，冷却水，空気を冷却用流体として用いることもできる。
また，上記隙間５０を設けず，圧電体素子１のケース４１を上部ハウジング５２に直接接触させてもよい。そして，インジェクタ５をエンジンブロックに接触させることにより，エンジンブロックと大気との熱交換を利用し，上部ハウジング５およびエンジンブロックを介して間接的に大気という冷却流体に接触させる構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，圧電体素子の構造を示す断面説明図。
【図２】実施形態例１における，圧電体素子（積層体）の斜視図。
【図３】実施形態例１における，（ａ），（ｂ）一枚の圧電層と内部電極層の平面図，（ｃ）圧電層と内部電極層との積層状態を示す斜視展開図。
【図４】実施形態例１における，圧電体素子の側面外周に絶縁部材を配設した状態を示す説明図。
【図５】実施形態例１における，断面八角形を呈する圧電体素子を示す説明図。
【図６】実施形態例２における，圧電体素子の構造を示す断面説明図。
【図７】実施形態例２における，ケースの内面に絶縁部材を配設した状態を示す説明図。
【図８】実施形態例３における，圧電体素子の構造を示す断面説明図。
【図９】実施形態例４における，外部電極の構成を示す説明図。
【図１０】実施形態例５における，圧電体素子の構造を示す断面説明図。
【図１１】実施形態例６における，圧電体素子の構造を示す断面説明図。
【図１２】実施形態例６における，インジェクタの構造を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．インジェクタ用圧電体素子，
３１，３２．．．側面電極，
３４．．．外部電極，
３４０．．．芯材，
３４２．．．被覆材，
４１．．．ケース，
４１０．．．内面，
４５．．．絶縁部材，
５．．．インジェクタ，

Claims

インジェクタに内蔵される積層型の圧電体素子であって，該圧電体素子の側面外方に、直接又は間接的に、上記インジェクタにおいて噴射対象である燃料に接触するよう構成された金属製のケースを有しており，上記圧電体素子の上記側面と上記ケースの内面との間には，電気的絶縁性を有する絶縁部材が配置され，該絶縁部材は上記圧電体素子の側面と上記ケースの内面のいずれかの面に接合されていると共に他方の面に少なくとも一部が接触しており、
上記絶縁部材と上記圧電体素子又は上記ケースとが接合した面では両者の境界部面積の９０％以上において接しており、他方の接触した面では両者の境界部面積の３０％以下において接していることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項１において，上記絶縁部材の厚さは０．０３〜０．５ｍｍの範囲にあることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項１又は２において，上記絶縁部材は，電気的比抵抗が１０¹⁰（Ω・ｍ）以上であることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項１〜３のいずれか１項において，上記絶縁部材は，エポキシ系樹脂，ポリイミド系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリウレタン系樹脂のいずれかであることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項１〜４のいずれか１項において，上記絶縁部材は，ディッピング，粉末塗装，スプレー照射，ポッティング，刷毛・へら塗りのいずれかの方法により塗布すること又は型を用いてモールドすることにより配設されていることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項１〜５のいずれか１項において、上記圧電体素子の側面には側面電極が配設されていると共に，該側面電極には外部との電気的な導通を図る外部電極が配設されており，
該外部電極の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項６において，上記圧電体素子の伸縮方向の少なくとも一方の端面には上記外部電極と接触すると共に熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の電極板を有していることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項６又は７において，上記外部電極は芯材と該芯材の表面を被覆する被覆材とよりなり，該被覆材はその熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするインジェクタ用圧電体素子。
請求項１〜８のいずれか１項に記載のインジェクタ用圧電体素子を製造する方法であって、
該圧電体素子の側面外方を絶縁部材により覆って該絶縁部材と上記圧電体素子の側面とを接合する工程と，
該絶縁部材に覆われた上記圧電体素子を金属製のケースの内部に挿入する工程とを含むことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子の製造方法。
請求項１〜８のいずれか１項に記載のインジェクタ用圧電体素子を製造する方法であって，
金属製のケースの内面を絶縁部材により覆って該絶縁部材と上記ケースの内面とを接合する工程と，
該絶縁部材に覆われた上記ケースの内部に上記圧電体素子を挿入する工程とを含むことを特徴とするインジェクタ用圧電体素子の製造方法。