JP5697381B2 - 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、駆動素子（圧電アクチュエータ），センサ素子および回路素子等に用いられる積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムに関するものである。

積層型圧電素子は、例えば、圧電体層および内部電極層が交互に積層された積層体と、その積層体の側面に接合されて、交互に異なる極性となるように設定されてそれぞれ側面に導出された内部電極層に電気的に接続された、一対の外部電極とを有している。

具体的には、積層体は、圧電体層および内部電極層が交互に積層された、電圧の印加により伸縮する活性部と、活性部の積層方向の両端にそれぞれ配置された、圧電体層が複数積層されてなる不活性部とを有している。

そして、外部電極にリードをはんだ付けすることにより、一対の外部電極と外部回路とが電気的に接続され、一対の外部電極への電圧の印加により活性部が伸縮するようになっている。

ここで、活性部の側面にはプラス側とマイナス側の内部電極層間における放電（ショート）を抑制するために被覆層が形成されることがあるが、外部電極の表面を覆うように被覆層を形成した後でも、外部電極にリードをはんだ付けできるように外部電極を不活性部まで延ばして被覆層で覆われていない領域を形成し、この領域にリードをはんだ付けすることが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開2008−66560号公報

一般に、外部電極とリードとを電気的に接続するはんだは、その強度と信頼性を保証するために、断面視して接触角度（メニスカス）を有するように形成されている。しかし、積層型圧電素子を駆動させると共振が生じることで、はんだや外部電極におけるはんだとの接合部の縁部にマイクロクラックが入り、更に長期間の使用により応力が加わってクラックが進展し、積層型圧電素子が良好に駆動しなくなるおそれがあるという問題点があった。

本発明は上記の従来技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、長期間の使用により応力が加わってクラックが進展するのを抑制し、長期間にわたって安定して良好に駆動することのできる積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムを提供することにある。

本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体層を積層してなり、前記圧電体層間に内部電極層を有する積層体と、該積層体の側面に設けられ、前記内部電極層と電気的に接続された外部電極と、該外部電極とはんだを介して接合されたリードとを備え、前記外部電極の内部の、前記はんだとの接合部に、前記はんだの一部が拡散してなる拡散相を有しており、前記外部電極を断面視したとき、前記拡散相と非拡散相との境界線は前記拡散相の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、前記拡散相は、前記リードの直下部分に厚みの薄い領域を有し、該厚みの薄い領域の外側に厚みの厚い領域を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記外部電極を積層方向に沿って断面視したとき、前記拡散相と非拡散相との境界線は前記拡散相の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、前記拡散相は、前記リードの直下部分に前記厚みの薄い領域を有し、該厚みの薄い領域の外側に前記厚みの厚い領域を有していることを特徴とする。

さらに、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記拡散相を覆うように前記積層体の側面に被覆層が被着されていることを特徴とする。

さらに、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記拡散相に前記被覆層が浸みこんでいることを特徴とする。

さらに、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記被覆層が樹脂からなることを特徴とする。

本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記いずれかの本発明の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とするものである。

そして、本発明の燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とするものである。

本発明の積層型圧電素子によれば、外部電極におけるはんだとの接合部にはんだの一部が拡散してなる拡散相を有しているので、積層体の共振振動がはんだに伝わることを抑制でき、振動による応力を分散させることができる。また、外部電極を断面視したとき、拡散相と非拡散相との境界線は拡散相の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、拡散相は、リードの直下部分に厚みの薄い領域を有し、厚みの薄い領域の外側に厚みの厚い領域を有していることから、応力が集中しやすい境界線そのものが波状（複数の極大値）となっていることで、はんだや外部電極におけるはんだとの接合部の縁部にマイクロクラックが入り、長期間の使用により応力が加わって拡散相と非拡散相との境界線に沿ってクラックが進展してしまうのを抑制することができる。したがって、積層型圧電素子を長期間にわたって安定して良好に駆動することができ、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。

また、本発明の噴射装置によれば、噴出孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、容器内に充填された液体が積層型圧電素子の駆動により噴射孔から吐出されることから、耐久性に優れた本発明の積層型圧電素子を用いているため、耐久性に優れた噴射装置となる。

本発明の燃料噴射システムによれば、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、このコモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、コモンレールに高圧燃料を供給する圧力ポンプと、噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことから、耐久性に優れた本発明の積層型圧電素子を用いた本発明の噴射装置を用いているため、耐久性に優れた燃料噴射システムとなる。

本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す概略的な断面図である。 図１に示す積層型圧電素子の概略的な斜視図である。 本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略的な断面図である。 発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略的なブロック図である。

以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す概略的な断面図であり、図２は図１に示す積層型圧電素子の概略的な斜視図である。

図１に示すように、本例の積層型圧電素子１においては、複数の圧電体層３を積層してなり、圧電体層３間に内部電極層５を有する積層体７と、積層体７の側面に設けられ、内部電極層５と電気的に接続された外部電極８と、外部電極８とはんだ11を介して接合されたリード９とを備え、外部電極８の内部の、はんだ11との接合部に、はんだ11の一部が拡散してなる拡散相を有しており、外部電極８を断面視したとき、拡散相13と非拡散相との境界線は拡散相13の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、拡散相13は、リード９の直下部分に厚みの薄い領域を有し、厚みの薄い領域の外側に厚みの厚い領域を有している。

積層型圧電素子１を構成する積層体７は、圧電体層３と内部電極層５とが積層されたもので、例えば縦0.5〜10ｍｍ、横0.5〜10ｍｍ、高さ１〜100ｍｍ程度の直方体状に形成さ
れている。

積層体７を構成する圧電体層３は、圧電特性を有する圧電セラミックスからなり、例えばＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛）等のペロブスカイト型酸化物を用いることができる。この圧電体層３の厚みは、例えば３μｍ〜250μｍ程度と
される。

積層体７を構成する内部電極層５は、圧電体層３と交互に積層されて圧電体層３を上下から挟んでおり、積層順に正極および負極が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層３に駆動電圧を印加するものである。内部電極層５は、例えば銀パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属からなるものであり、本例では正極および負極（もしくはグランド極）がそれぞれ積層体７の対向する側面に互い違いに導出されて、積層体７の側面に接合された一対の外部電極８に電気的に接続されている。この内部電極層３の厚みは、例えば0.1μｍ〜５μｍ程度とされる。

なお、積層体７の圧電体層３間の一部には、内部電極層５に代えて応力緩和層（図示せず）が配置されていることが好ましい。この応力緩和層は、内部電極層５よりも強度が低く、応力によって内部にクラックが発生しやすいことから、駆動に伴って積層体７に発生する応力によって内部電極層５よりも先にクラック等による破壊が生じるものであり、それによって積層体７内において応力を緩和する層として機能するものである。

積層体７の側面に設けられ、内部電極層５と電気的に接続された外部電極８は、例えば銀とガラスからなるペーストを塗布して焼き付けて形成されたもので、積層体７の対向する側面にそれぞれ接合されて、積層体７の対向する側面に互い違いに導出された内部電極層５とそれぞれ電気的に接続されている。この一対の外部電極８の厚みは、例えば数μｍ〜数百μｍ程度とされる。

外部電極８とはんだ11を介して接合されたリード９は、外部電極８と外部回路とを電気的に接続するためのもので、リード９を介して一対の外部電極８に電圧が印加されるようになっている。リード９は、例えば銅、コバルト、ニッケルなどの金属からなり、はんだ
11としては、例えば銀−銅−スズはんだが用いられる。

そして、本例の積層型圧電素子１では、図１に示すように、外部電極８は、はんだ11との接合部に、はんだ11の一部が拡散してなる拡散相13を有しており、外部電極８を断面視したとき、拡散相13と非拡散相との境界線は拡散相13の厚みが極大となる複数の極大点を有している。なお、非拡散相とは外部電極８における拡散相13を除く領域のことをいう。また、拡散相13の厚みが極大となる複数の極大点を有しているとは、例えば拡散相13を断面で見たときに厚みの厚い領域と薄い領域とがあって、拡散相13と非拡散相との境界線が波状に蛇行している部分があることを意味する。

はんだ11の一部が拡散してなる拡散相13は、外部電極８を形成する成分（例えば、銀、ガラス）にはんだ11の成分が拡散して形成されたもので、はんだ11が銀−銅−スズはんだの場合、拡散相13にはスズ、銅が含まれている。この拡散相13は、はんだ付けの際に所定の出力でレーザーを照射して局所的に加熱することで形成されたもので、通常、リード９の影になる場所（直下部分）に拡散相13の厚みの薄い領域が形成され、その厚みの薄い領域の外側に、拡散相13の厚みが極大となる極大点を有する厚みの厚い領域（波状の領域）が形成される。例えば、外部電極の厚みが10〜30μｍである場合、図１に示す拡散相13の厚みが極大となる極大点における拡散相13の厚みａは５〜15μｍ程度、拡散相13の厚みが薄い領域の厚みｂは１〜４μｍ程度になっている。

なお、拡散相13と非拡散相との境界線は、外部電極８におけるはんだ11との接合部の断面を研磨して、Ｘ線分析装置（例えば波長分散型Ｘ線分析装置（日本電子製ＪＸＡ−8100））を用いて倍率1000倍〜２万倍の画像を測定することで確認することができる。

本例の積層型圧電素子１によれば、外部電極８におけるはんだ11との接合部にはんだ11の一部が拡散してなる拡散相13を有しているので、積層体７の共振振動がはんだに伝わることを抑制でき、振動による応力を分散させることができる。また、外部電極を断面視したとき、拡散相と非拡散相との境界線は拡散相の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、拡散相13は、リードの直下部分に厚みの薄い領域を有し、厚みの薄い領域の外側に厚みの厚い領域を有していることから、応力が集中しやすい境界線そのものが波状（複数の極大値）となっていることで、はんだ11や外部電極８におけるはんだ11との接合部の縁部にマイクロクラックが入って、長期間の使用により応力が加わって拡散相13と非拡散相との境界線に沿ってクラックが進展してしまうのを抑制することができる。したがって、本発明によれば、積層型圧電素子１を長期間にわたって安定して良好に駆動することができ、積層型圧電素子１の耐久性を向上させることができる。

ここで、図１に示すように、外部電極８を積層方向に沿って断面視したとき、拡散相13と非拡散相との境界線は拡散相13の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、拡散相13は、リード９の直下部分に厚みの薄い領域を有し、厚みの薄い領域の外側に厚みの厚い領域を有していることが好ましい。振動方向である積層体７の積層方向に境界線の波（複数の極大値）を設けることで、応力緩和効果が最も高くなるからである。このように、拡散相13の厚みが極大となる複数の極大点を、積層方向に沿って有しているようにするためには、図２に示すように、リード９を積層体７の積層方向に垂直な方向に向けて配置し、外部電極８と電気的に接続するのがよい。

なお、リード９を積層体７の積層方向に向けて配置して外部電極８と電気的に接続した場合は、積層方向に垂直な方向に沿って断面視したときに、拡散相13と非拡散相との境界線は拡散相13の厚みが極大となる複数の極大点を有していることとなる。

また、図１および図２に示すように、拡散相13を覆うように積層体７の側面に被覆層15が被着されていることが好ましい。拡散相13を覆うように積層体７の側面に被覆層15が被着されていることで、拡散相13と被覆層とではんだ11（はんだ付け部分）を閉じ込めるこ
とができ、振動の応力からはんだ11（はんだ付け部分）を保護することができる。さらに、拡散相13に加わる引張り応力を緩和し、外部電極８におけるはんだ11との接合部の縁部から拡散相13と非拡散相との境界線に沿ってクラックが進展するのをより抑制することができる。

また、拡散相13に被覆層15が浸みこんでいることが好ましい。拡散相13に被覆層15が浸みこんで、異種材料が組み合わさることで、共振周波数がシフトして、共振を防止することができる。さらに、外部から応力が加わっても被覆層の成分が吸収するので、クラックがより入り難くなる。

また、被覆層15が樹脂からなるのが好ましい。ここで、樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。被覆層15が樹脂からなることで、被覆層15にクラックが発生するのを防ぎ、拡散相13にクラックが進展するのを防ぐことができる。

次に、本例の積層型圧電素子１の製造方法の例について説明する。

まず、圧電体層３となる圧電セラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系またはブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合して、セラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法あるいはカレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いて圧電セラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）またはフタル酸ジオチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。

次に、内部電極層５となる内部電極層用導電性ペーストを作製する。具体的には、例えば銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって、内部電極層用導電性ペーストを作製する。なお、銀−パラジウム合金に代えて銀粉末とパラジウム粉末とを混合してもよい。

次に、内部電極層用導電性ペーストを、上記の圧電セラミックグリーンシート上に、内部電極層５のパターンで、例えばスクリーン印刷法にて塗布する。

さらに、積層体７に応力緩和層を設ける場合は、別の圧電セラミックグリーンシート上に、応力緩和層用ペーストを応力緩和層のパターンでスクリーン印刷法にて塗布する。この応力緩和層のパターンは、積層体７の積層方向に垂直な断面に対して全面となるように形成してもよいし、部分的なパターンとなるように形成してもよい。好ましくは、全面ではなく、非形成部を設けたパターンに印刷するのがよい。さらに、一対の外部電極８間でのショートの発生を確実に防止する点では、正極および負極の外部電極８間が非形成部によって分割されているパターンで形成することが好ましい。

次に、内部電極層用導電性ペーストが塗布された圧電セラミックグリーンシートを所定枚数積層する。このとき、所定の間隔（圧電セラミックグリーンシートの枚数）をおいて、応力緩和層用ペーストが塗布された圧電セラミックグリーンシートを積層しておく。また、それらの積層体の上下に、内部電極層用導電性ペーストが塗布されていない圧電セラミックグリーンシートを端部として積層しておいてもよい。

そして、これに所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、900〜1200℃の温度で焼
成することによって、交互に積層された圧電体層３および内部電極層５と、一部の圧電体
層３間に配置された応力緩和層とを備えた積層体７を作製する。

次に、銀を主成分とし、ガラスを含む銀ガラス導電性ペーストを、外部電極８のパターンで積層体７の内部電極層５が導出された側面に印刷し、650〜750℃で焼き付けを行なって、外部電極８を形成する。

次に、はんだ11を介してリード９を外部電極８の表面に接続して固定する。このとき、次のような製法ではんだ付けを行う。

はんだ11は、銀−銅−スズを用い、リード９はワイヤーでも板状でもどちらでも使用できる。レーザーで局所的に加熱することで、外部電極８には銀の拡散と銅の酸化により反応した拡散相13（反応層）が形成される。ここで、外部電極８を断面視したとき、リード９の影になる場所（直下部分）に拡散相13の厚みの薄い領域が形成され、その厚みの薄い領域の外側に、拡散相13の厚みが極大となる極大点を有する厚みの厚い領域（波状の領域）が形成される。

このとき、はんだペースト中に、熱伝導の悪いビーズを分散させて影になる部位を設け、拡散相13に厚みの薄い領域を形成してもよい。また、リードを板状にした場合においてリードに貫通穴やスリットを設けることで、リードの影になる部位に拡散相13の厚みの薄い領域を形成し、レーザー光が貫通穴やスリットを通過して外部電極８に到達する部位に拡散相13の厚みの厚い領域を形成するようにしてもよい。

なお、はんだ11の成分は外部電極８の厚み方向だけでなく面方向にも拡散するので、平面視ではんだ11の外側の外部電極８の露出する表面にも拡散相13と非拡散相との境界線が現れる。特に、はんだ11の外側の外部電極８の露出する表面にまでレーザーの照射がなされる場合には、はんだ11の成分がはんだ11の外側の外部電極８にまで拡散しやすくなる。

次に、はんだ11を設けた部分に被覆層15を設けてもよく、被覆層15が樹脂からなる場合は、例えばはんだ11を設けた部分に液状の樹脂を塗布して硬化させることによって被覆層15を形成することができる。

その後、一対の外部電極８にそれぞれ接続したリード９から外部電極８および内部電極層５を介して圧電体層３に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体７を構成する
圧電体層３を分極することによって、積層型圧電素子１が完成する。この積層型圧電素子１は、リード９を介して外部電極８と外部の電源とを接続して、内部電極層５を介して圧電体層３に駆動電圧を印加することにより、各圧電体層３を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。これにより、例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能させることが可能となる。

次に、本発明の噴射装置の実施の形態の例について説明する。図３は、本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。

図３に示すように、本例の噴射装置19は、一端に噴射孔21を有する収納容器（容器）23の内部に上記の例の積層型圧電素子１が収納されている。

収納容器23内には、噴射孔21を開閉することができるニードルバルブ25が配設されている。噴射孔21には流体通路27がニードルバルブ25の動きに応じて連通可能になるように配設されている。この流体通路27は外部の流体供給源に連結され、流体通路27に常時高圧で流体が供給されている。従って、ニードルバルブ25が噴射孔21を開放すると、流体通路27に供給されていた流体が外部または隣接する容器、例えば内燃機関の燃料室（図示せず）
に、噴射孔21から吐出されるように構成されている。

また、ニードルバルブ25の上端部は、他の部位よりも内径の大きなピストン部31であり、このピストン部31はシリンダ状の収納容器23の内壁と摺動するようになっている。そして、収納容器23内には、上述した例の本発明の積層型圧電素子１が収納されている。

このような噴射装置19では、積層型圧電素子１が電圧を印加されて伸長すると、ピストン31が押圧され、ニードルバルブ25が噴射孔21に通じる流体通路27を閉塞し、流体の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると積層型圧電素子１が収縮し、皿バネ33がピストン31を押し返し、流体通路27が開放され噴射孔21が流体通路27と連通して、噴射孔21から流体の噴射が行なわれるようになっている。

なお、積層型圧電素子１に電圧を印加することによって流体通路27を開放し、電圧の印加を停止することによって流体通路27を閉鎖するように構成してもよい。

また、本例の噴射装置19は、噴射孔21を有する容器23と、上記の例の積層型圧電素子１とを備え、容器23内に充填された流体を積層型圧電素子１の駆動により噴射孔21から吐出させるように構成されていてもよい。すなわち、積層型圧電素子１が必ずしも容器23の内部にある必要はなく、積層型圧電素子１の駆動によって容器23の内部に流体の噴射を制御するための圧力が加わるように構成されていればよい。なお、本例の噴射装置19において、流体とは、燃料，インク等の他、導電性ペースト等の種々の液体および気体が含まれる。本例の噴射装置19を用いることによって、流体の流量および噴出タイミングを長期にわたって安定して制御することができる。

上記の例の積層型圧電素子１を採用した本例の噴射装置19を内燃機関に用いれば、従来の噴射装置に比べてエンジン等の内燃機関の燃焼室に燃料をより長い期間にわたって安定して精度よく噴射させることができる。

次に、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の例について説明する。図４は、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略図である。

図４に示すように、本例の燃料噴射システム35は、高圧流体としての高圧燃料を蓄えるコモンレール37と、このコモンレール37に蓄えられた高圧流体を噴射する複数の上記の例の噴射装置19と、コモンレール37に高圧流体を供給する圧力ポンプ39と、噴射装置19に駆動信号を与える噴射制御ユニット41とを備えている。

噴射制御ユニット41は、外部情報または外部からの信号に基づいて高圧流体の噴射の量およびタイミングを制御する。例えば、エンジンの燃料噴射に本例の燃料噴射システム35を用いた場合であれば、エンジンの燃焼室内の状況をセンサ等で感知しながら燃料噴射の量およびタイミングを制御することができる。圧力ポンプ39は、燃料タンク43から流体燃料を高圧でコモンレール37に供給する役割を果たす。例えばエンジンの燃料噴射システム35の場合には1000〜2000気圧（約101ＭＰａ〜約203ＭＰａ）程度、好ましくは1500〜1700気圧（約152ＭＰａ〜約172ＭＰａ）程度の高圧にしてコモンレール37に流体燃料を送り込む。コモンレール37では、圧力ポンプ39から送られてきた高圧燃料を蓄え、噴射装置19に適宜送り込む。噴射装置19は、前述したように噴射孔21から一定の流体を外部または隣接する容器に噴射する。例えば、燃料を噴射供給する対象がエンジンの場合には、高圧燃料を噴射孔21からエンジンの燃焼室内に霧状に噴射する。

なお、本発明は、上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、積層型圧電素子
１における外部電極８は、上記の例では積層体７の対向する２つの側面に１つずつ形成したが、２つの外部電極８を積層体７の隣り合う側面に形成してもよいし、積層体７の同一の側面に形成してもよい。また、積層体７の積層方向に直交する方向における断面の形状は、上記の実施の形態の例である四角形状以外に、六角形状や八角形状等の多角形状、円形状、あるいは直線と円弧とを組み合わせた形状であっても構わない。

本例の積層型圧電素子１は、例えば、圧電駆動素子（圧電アクチュエータ），圧力センサ素子および圧電回路素子等に用いられる。駆動素子としては、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置，インクジェットのような液体噴射装置，光学装置のような精密位置決め装置，振動防止装置が挙げられる。センサ素子としては、例えば、燃焼圧センサ，ノックセンサ，加速度センサ，荷重センサ，超音波センサ，感圧センサおよびヨーレートセンサが挙げられる。また、回路素子としては、例えば、圧電ジャイロ，圧電スイッチ，圧電トランスおよび圧電ブレーカーが挙げられる。

本発明の積層型圧電素子の実施例について以下に説明する。

本発明の積層型圧電素子を備えた圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。まず、平均粒径が0.4μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３
）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダーおよび可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製した。このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により厚み100μｍの圧電体層となる圧電セラミックグリーンシートを作製した。

次に、銀パラジウムからなる合金粉末に、アクリルビーズを銀パラジウム合金に対して20体積％添加したものに、可塑剤およびバインダーを添加し、内部電極層用導電性ペーストを作製した。このときの銀−パラジウム比率は、銀95質量％−パラジウム５質量％であった。

次に、この内部電極層用導電性ペーストを圧電セラミックグリーンシートにスクリーン印刷法によって塗布し、このシートを300枚積層した。

そして、これを980〜1100℃で焼成することにより積層体を得た。

次に、銀粉末にガラス，バインダーおよび可塑剤を添加して作製した銀ガラスペーストを外部電極のパターンで積層体の側面に印刷し、700℃で焼き付けを行ない、内部電極層
に接続された外部電極を形成した。そして、この外部電極に、導電性接合材としてはんだを用いてリードとしてリード線を接続固定した。このようにして、本発明の積層型圧電素子の実施例の試料（試料番号１）を作製した。

試料番号１は、次のような製法で、はんだ付けを行った。

このとき、はんだは銀−銅−スズを用い、リードをはんだ付けした。レーザーで局所的に加熱することで、外部電極８には銀の拡散と銅の酸化により反応した拡散相13（反応層）が形成され、外部電極８を断面視したとき、リード９の影になる場所（直下部分）に拡散相13の厚みの薄い領域が形成され、その厚みの薄い領域の外側に、拡散相13の厚みが極大となる極大点を有する厚みの厚い領域（波状の領域）が形成された。

一方、比較例の試料（試料番号２）として、はんだごてではんだ付けを行った積層型圧電素子を作製した。この積層型圧電素子は、外部電極を断面視したとき、拡散相と非拡散相との境界線は拡散相の厚みが極大となる複数の極大点を有していないものであった。

その後、試料番号１、２とも、はんだを設けた部分には被覆層を設けた。

次に、これら試料番号１，２の積層型圧電素子について、リードを介して外部電極に３ｋＶ／ｍｍの直流電界を15分間印加して、圧電体層の分極処理を行なった。

その後、これら試料番号１，２の積層型圧電素子に、それぞれ150℃の雰囲気下で、０
Ｖ〜＋160Ｖの交流電圧を150Ｈｚの周波数で印加して、１×10^８回まで連続駆動して耐久性試験を行なった。

上記試験の結果、本発明の実施例の積層型圧電素子（試料番号１）では、１×10^８回まで連続駆動しても、異常は見られなかった。

これに対し、本発明範囲外実施例の積層型圧電素子（試料番号１）２×１０^７サイクル駆動後にクラックが進展して駆動しなくなった。

１・・・積層型圧電素子
３・・・圧電体層
５・・・内部電極層
７・・・積層体
８・・・外部電極
９・・・リード
11・・・はんだ
13・・・拡散相
15・・・被覆層
19・・・噴射装置
21・・・噴射孔
23・・・収納容器（容器）
25・・・ニードルバルブ
27・・・流体通路
29・・・シリンダ
31・・・ピストン
33・・・皿バネ
35・・・燃料噴射システム
37・・・コモンレール
39・・・圧力ポンプ
41・・・噴射制御ユニット
43・・・燃料タンク

Claims (7)

1. 複数の圧電体層を積層してなり、前記圧電体層間に内部電極層を有する積層体と、
   該積層体の側面に設けられ、前記内部電極層と電気的に接続された外部電極と、
   該外部電極とはんだを介して接合されたリードとを備え、
   前記外部電極の内部の、前記はんだとの接合部に、前記はんだの一部が拡散してなる拡散相を有しており、
   前記外部電極を断面視したとき、前記拡散相と非拡散相との境界線は前記拡散相の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、
   前記拡散相は、前記リードの直下部分に厚みの薄い領域を有し、該厚みの薄い領域の外側に厚みの厚い領域を有していることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 前記外部電極を積層方向に沿って断面視したとき、前記拡散相と前記非拡散相との境界線は前記拡散相の厚みが極大となる複数の極大点を有しており、
   前記拡散相は、前記リードの直下部分に前記厚みの薄い領域を有し、該厚みの薄い領域の外側に前記厚みの厚い領域を有していることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
3. 前記拡散相を覆うように前記積層体の側面に被覆層が被着されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
4. 前記拡散相に前記被覆層が浸みこんでいることを特徴とする請求項３に記載の積層型圧電素子。
5. 前記被覆層が樹脂からなることを特徴とする請求項３に記載の積層型圧電素子。
6. 噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とする噴射装置。
7. 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する請求項６に記載の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とする燃料噴射システム。

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