JP5744242B2 - 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
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Description
本発明は、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として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。
積層型圧電素子として、圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、内部電極層と電気的に接続されるとともに一部が積層体の一方の端面から積層方向に延出されるようにして積層体の側面に接合材を介して取り付けられた外部電極とを含む構成のものが知られている（特許文献１を参照）。さらに、図９に示すように、外部電極６と間隔をあけるようにして、積層体４の一方の端面に金属製の固定部材７を当接させた構成も知られている。なお、固定部材７を当接させることで積層型圧電素子の駆動力を反対側の端面に伝えることができる。
ここで、特許文献１に記載された積層型圧電素子の積層体４の一方の端面に金属製の固定部材７を当接させた構成においては、積層体４の端面上における外部電極６と固定部材７との間に水分が溜まってしまうことで、金属製の固定部材７が水分により腐食して、積層体の固定がずれてしまうおそれがある。そして、長期駆動により、積層体４の端面と外部電極６とが接触を繰り返すことで、積層体４にクラックが生じてしまうおそれもある。
本発明は、上記の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、積層体にクラックが生じるのを抑制された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である。
本発明は、圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、前記内部電極層と電気的に接続されるとともに一部が前記積層体の一方の端部から積層方向に延出されるようにして前記積層体の側面に接合材を介して取り付けられた外部電極と、該外部電極と間隔をあけるようにして前記積層体の一方の端面に当接された金属製の固定部材とを含む積層型圧電素子であって、前記外部電極は、金属平板からなり前記積層体の一方の端部に接するのを避けるように曲がった曲げ部を有しており、該曲げ部に孔が設けられていることを特徴とする。
また本発明は、噴射孔を有する容器と、上記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である。
また本発明は、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である。
本発明の積層型圧電素子によれば、外部電極が積層体の一方の端部に接するのを避けるように曲がった曲げ部を有していることで、積層体の端面上における外部電極と固定部材との間に水分が溜まるのを抑制し、金属製の固定部材が腐食しにくいので、積層体の固定がずれて積層体にクラックが生じてしまうことなく、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子が得られる。また、外部電極は、金属平板からなり曲げ部に孔が設けられていることで、駆動による積層体の自己発熱による熱がこもって曲げ部内で水蒸気になったとしても、外部電極と固定部材とに水蒸気がつかないように、孔から水蒸気を放出させることができる。
また、本発明の噴射装置によれば、積層型圧電素子の積層体端面にクラックが生じるのを抑制することができるので、流体の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。
また、本発明の燃料噴射システムによれば、高圧燃料の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。
以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一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断面図である。図１に示す積層型圧電素子１は、圧電体層２および内部電極層３が積層された積層体４と、内部電極層３と電気的に接続されるとともに一部が積層体４の一方の端面から積層方向に延出されるようにして積層体４の側面に接合材５を介して取り付けられた外部電極６と、外部電極６と間隔をあけるようにして積層体４の一方の端面に当接された金属製の固定部材７とを含み、外部電極６は積層体４の一方の端面に接するのを避けるように曲がった曲げ部61を有していることを特徴とする。
積層型圧電素子１を構成する積層体４は、圧電体層２および内部電極層３が積層されてなるもので、例えば圧電体層２および内部電極層３が交互に複数積層されてなる活性部と、活性部の積層方向両端に設けられた圧電体層２からなる不活性部とを有し、例えば縦0.5〜10ｍｍ、横0.5〜10ｍｍ、高さ５〜100ｍｍの直方体状に形成されている。
積層体４を構成する圧電体層２は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。この圧電体層２の厚みは、例えば３〜250μｍとされる。
積層体４を構成する内部電極層３は、圧電体層２を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、圧電体層２と交互に積層されて圧電体層２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２に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、例えば圧電セラミックスとの反応性が低い銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。図１に示す例では、正極および負極（もしくはグランド極）がそれぞれ積層体４の対向する一対の側面に互い違いに導出されて、積層体４の側面に設けられた一対の導体層８と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0.1〜５μｍとされる。
積層体４の側面に設けられて内部電極層３と電気的に接続された一対の導体層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４の側面に接合されて、積層体４の対向する側面に互い違いに導出された内部電極層３とそれぞれ電気的に接続されている。この導体層８の厚みは、例えば５〜500μｍとされる。
導体層８の上には、接合材５を介して外部電極６が設けられている。
ここで用いられる接合材５としては、例えばＡｇ粉末やＣｕ粉末など導電性の良好な金属粉末を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる導電性接着剤からなるのが好ましい。接合材５は、例えば５〜500μｍの厚さに形成される。
また、内部電極層３と電気的に接続されるとともに一部が積層体４の一方の端面から積層方向に延出されるようにして積層体４の側面に接合材５を介して外部電極６が取り付けられている。外部電極６は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅0.5〜10ｍｍ、厚み0.01〜1.0ｍｍに形成されたものである。外部電極６としては、積層体４の伸縮により生じる応力を緩和する効果の高い形状として、例えば幅方向にスリットの入った形状、網目状に加工された金属板などが挙げられる。
なお、本発明においては、図２に示すように、一対の導体層８が設けられていない構成、内部電極層３が直接接合材５を介して外部電極６と電気的に接続された構成であってもよい。
外部電極６と間隔をあけるようにして、積層体４の一方の端面には金属製の固定部材７が当接されている。この固定部材７は、これを当接させることで積層型圧電素子１の駆動力を積層体４の反対側の端面に伝えるためのもので、例えば２〜５ｍｍ角、高さ２〜10ｍｍである。また、固定部材７の材質としては、十分な剛性をもつ金属、例えばＳＵＳが挙げられる。
そして、外部電極６は積層体４の一方の端面に接するのを避けるように曲がった曲げ部61を有している。
この曲げ部61は、外部電極６が積層体４の端面から延出している場合に、積層体４の一方の端面に接するのを避けるように積層体４の端面上における外部電極６と固定部材７との間に水分が溜まらないような形状、換言すれば水分を逃がすような形状になっている。
例えば、積層体４の一方の端面に接するのを避けるように、外部電極６が積層体４の端面の角部からさらに0.2〜2.0ｍｍ離れる程度に曲がっている。なお、さらに0.2〜2.0ｍｍ離れるとは、外部電極６における積層体４と接合される面よりも0.2〜2.0ｍｍ離れることを意味している。
これにより、積層体４の端面と接する金属製の固定部材７が水分により腐食しないので、積層体４の固定がずれて積層体４にクラックが生じてしまうのを抑制することができる。また、溜まった水分を通じて、金属製の固定部材７と外部電極６とのショートを防ぐことが可能となる。
ここで、曲げ部61は、外部電極６が取り付けられた側面に垂直な方向に膨らむように曲がっていることが好ましい。
積層体４の一方の端面に接するのを避けるように曲がった形状としては、外部電極６が取り付けられた積層体４の側面に平行な方向に曲がっていてもよいが、外部電極６が取り付けられた積層体４の側面に垂直な方向に膨らむように曲がっていることで、駆動による振動を吸収して、外部電極６がはがれるのを防ぐことができる。そのため、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子が得られる。また、外側に曲がっているので、駆動によって発熱した熱が曲げ部61から逃げやすいので、接合材５との接合部の発熱が抑えられ、外部電極６がはがれにくく耐久性が向上する。
外部電極６が取り付けられた積層体４の側面に垂直な方向に膨らむように曲がっている形態としては、具体的には、図１に示すように、曲げ部61が、積層体４の一方の端面よりも積層体４側で当該積層体４の側面より離れる方向に曲がっている部位を含む形態が挙げられる。
図１に示す形状においては、例えば、積層体４の端面よりも0.1〜2.0ｍｍ内側で積層体４の側面より離れる方向に向けて屈曲し、さらに積層体４の側面から0.2〜2.0ｍｍ離れた位置で積層方向に向けて屈曲し、積層体４の端面よりも0.5〜3.0ｍｍ外側で積層体４の側面から延びる仮想延長面に近づく方向に向けて屈曲する構造が挙げられる。本発明においては、曲げ部61とはこれらの３箇所の曲がっている部位（屈曲部位）を含む構成のことを意味している。
また、図３に示すように、曲げ部61は縦断面で見て湾曲した形状になっていることが望ましい。この場合、積層体４の端面よりも0.1〜2.0ｍｍ内側で屈曲し、膨らみの最大の箇所が積層体４の側面からさらに0.2〜2.0ｍｍ離れていて、積層体４の端面よりも0.5〜3.0ｍｍ外側で屈曲する構造が挙げられる。曲げ部61が湾曲していることで、駆動によって外部電極６の曲げ部61にかかる応力集中を緩和することが可能になる。そして、長期駆動による外部電極６の破壊がなく、耐久性が向上する。
さらに、外部電極６が一対ある場合に、一対の外部電極６のうちのそれぞれの外部電極６にある曲げ部61が湾曲していることで、積層体４の伸縮に応じて曲げ部61が繰り返し撓むので、曲げ部61の内部の空間の体積が変わり、気流がおき、その気流により積層体４の端面上における外部電極６と固定部材７との間に水分が溜まるのを防止できるため、固定部材７の腐食を防止できる。
また、図４に示すように、曲げ部61に孔62が設けられており、具体的には外部電極６が取り付けられた側面に平行な面と交差する方向に貫通する孔62が設けられている。この構成によれば、駆動による積層体４の自己発熱による熱がこもって曲げ部61内で水蒸気になったとしても、外部電極６と固定部材７とに水蒸気がつかないように、孔62から水蒸気を放出させることができる。なお、孔62の大きさは曲げ部61の面積に対して30％〜80％が好ましい。30％以上あれば水蒸気を放出し易く、80％以下であれば、曲げ部61も十分な強度が得られる。その面積比であれば、個数は小さいものが多数あっても１個であっても良い。
また、図５に示すように、孔62は積層体の側方に位置していることが望ましい。積層体４の側方に設けてあることで、水分が溜まる部分が近く、水蒸気がでやすいからである。
また、図６に示すように、接合材５は曲げ部61の領域まで延出され、曲げ部61の一部と接するように設けられていることが望ましい。例えば、接合材５は、曲げ部61の根元と積層体４端面との間の距離の５％以上延出している。この構成によれば、外部電極６の接合強度を高めることができる。また、大電流が流れた際に電流が曲げ部61の根元に一気に流れてきて、内部電極層３との間でスパークが起きるのを防ぐことができる。
また、図に示すように、積層体４は圧電体層２および内部電極層３が交互に積層されてなる活性部と該活性部の両端に位置して圧電体層が積層されてなる不活性部とを有し、曲げ部61は活性部よりも一方の端面側に位置していることが望ましい。言い換えると、不活性部と対向する位置から前記一方の端面を超えて積層方向に延出される位置にかけてまたがっているのが望ましい。この構成によれば、溜まった水分により活性部がショートすることがなくなる。
次に、本実施の形態の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。
まず、圧電体層２となる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，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、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（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）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），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
次に、内部電極層３となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム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導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極層３のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、900〜1200℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって、交互に積層された圧電体層２および内部電極層３を備えた積層体４を作製する。
なお、積層体４は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、圧電体層２と内部電極層３とを複数積層してなる積層体４を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。
その後、銀を主成分とする導電性粒子とガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペーストを、導体層８のパターンで積層体４の側面にスクリーン印刷法等によって印刷後、乾燥させた後、650〜750℃の温度で焼き付け処理を行ない、導体層８を形成する。
次に、接合材５を介して外部電極６を導体層８の表面に接続し固定する。
接合材５は、Ａｇ粉末やＣｕ粉末などの導電性の良好な金属粉末を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる接着剤、半田などを用い、スクリーン印刷やディスペンス方式により所定の厚みや幅に制御して形成することができる。
外部電極６は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅0.5〜10ｍｍ、厚み0.01〜1.0ｍｍに形成されたものである。外部電極６としては、積層体４の伸縮により生じる応力を緩和する効果の高い形状として、例えば幅方向にスリットの入った形状、網目状に加工された金属板、などが挙げられる。ここで、曲げ部61は外部電極６の先端部に設けていて、例えば打ち抜き金型で外部電極６を形成するときに曲げ金型で同時に曲げ部61も形成することができる。孔62は打ち抜き時に先に所定の大きさに打ち抜いておけば良い。
その後、一対の導体層８にそれぞれ接続した外部電極６に0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体４を構成する圧電体層２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、外部電極６を介して導体層８と外部の電源とを接続して、圧電体層２に電圧を印加することにより、各圧電体層２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７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７に示すように、本実施の形態の噴射装置19は、一端に噴射孔21を有する収納容器（容器）23の内部に上記の本実施の形態の積層型圧電素子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（不図示）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の上端部は径が大きくなっており、収納容器23に形成されたシリンダ29と摺動可能なピストン31になっている。そして、収納容器23内には、上述した例の積層型圧電素子１がピストン31に接して収納されている。
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、本実施の形態の噴射装置19は、噴射孔を有する容器23と、本実施の形態の積層型圧電素子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、本実施の形態の噴射装置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。本実施の形態の噴射装置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。
本実施の形態の積層型圧電素子１を採用した本実施の形態の噴射装置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８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８に示すように、本実施の形態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本実施の形態の噴射装置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噴射制御ユニット41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の場合には例えば1000〜2000気圧（約101ＭＰａ〜約203ＭＰａ）、好ましくは例えば1500〜1700気圧（約152ＭＰａ〜約172ＭＰａ）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、積層体４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。
本実施の形態の積層型圧電素子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。
本発明の実施例について説明する。
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（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）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50μｍの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。
次に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、内部電極層となる導電性ペーストを作製した。
次に、セラミックグリーンシートの片面に、内部電極層となる導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを200枚積層した。また、内部電極層となる導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシート200枚を中心にして、その上下に、内部電極層となる導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシート合計15枚を積層した。そして、980〜1100℃で焼成し、平面研削盤を用いて所定の形状に研削して端面が５ｍｍ角の積層体を得た。
次に、積層体の側面の導体層の形成部に、銀とガラスにバインダーを混合した導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、700℃で焼き付け処理を行なって、導体層を形成した。
次に、導体層の表面に、Ａｇ粉末とポリイミド樹脂を混合ペースト状にした接合材をディスペンサーにて塗布し、外部電極を積層体の表面と平行に接続し固定した。
そして、ＳＵＳからなる４ｍｍ角の固定部材を素子の端面の中央にくるように極微量の接着剤で固定した。
ここで、試料１として、図１に示す断面を有する外部電極を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、曲げ部は積層体の端面から１ｍｍ内側で屈曲し、側面からさらに１ｍｍ離れたところで屈曲し、積層体の端面から１ｍｍ外側で屈曲した構造のものである。
また、試料２として、外部電極の曲げ部を湾曲形状とした図３に示す断面を有する外部電極を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、曲げ部は積層体の端面から１ｍｍ内側で屈曲し、側面からさらに最大で１ｍｍ離れるように半円状に湾曲し、積層体の端面から１ｍｍ外側で屈曲した構造のものである。
また、試料３として、試料２の曲げ部に孔を１つ設けた図４に示す曲げ部を有する外部電極を用いた積層型圧電素子を作製した。孔の直径は0.5ｍｍであり、積層体の端面よりも外側の位置に設けた。
また、比較例として、図９に示す断面を有する外部電極を用いた積層型圧電素子（試料４）も作製した。
これらの積層型圧電素子に、外部電極に溶接で接合されたリード部材を介して外部電極に３ｋＶ／ｍｍの直流電界を15分間印加して、分極処理を行なった。これらの積層型圧電素子に160Ｖの直流電圧を印加したところ、積層体の積層方向に30μｍの変位量が得られた。さらに、３０℃、９０％の湿度内で０Ｖ〜＋160Ｖの交流電圧を150Ｈｚの周波数で印加して、連続駆動した耐久性試験を行なった。
その結果、試料４の積層型圧電素子は、１×10４回の連続駆動で固定部材に腐食が見られ、積層体の端面にクラックが発生し駆動が停止した。
これに対し、試料１、試料２、試料３の積層型圧電素子は、ともに、連続駆動１×10７回をすぎても亀裂が入ることなく駆動していた。
以上の結果から、本発明によれば、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子を実現することができることがわかる。
１・・・積層型圧電素子
２・・・圧電体層
３・・・内部電極層
４・・・積層体
５・・・接合材
６・・・外部電極
61・・・曲げ部
62・・・孔
７・・・固定部材
８・・・導体層
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
２・・・圧電体層
３・・・内部電極層
４・・・積層体
５・・・接合材
６・・・外部電極
61・・・曲げ部
62・・・孔
７・・・固定部材
８・・・導体層
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 (9)
- 圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、
前記内部電極層と電気的に接続されるとともに一部が前記積層体の一方の端部から積層方向に延出されるようにして前記積層体の側面に接合材を介して取り付けられた外部電極と、該外部電極と間隔をあけるようにして前記積層体の一方の端面に当接された金属製の固定部材とを含む積層型圧電素子であって、
前記外部電極は、金属平板からなり前記積層体の一方の端部に接するのを避けるように曲がった曲げ部を有しており、該曲げ部に孔が設けられていることを特徴とする積層型圧電素子。 - 前記曲げ部は前記外部電極が取り付けられた前記積層体の側面に垂直な方向に膨らむように曲がっ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。
- 前記曲げ部は、前記積層体の一方の端面よりも積層体側で当該積層体の側面より離れる方向に曲がっている部位を含むことを特徴とする請求項２に記載の積層型圧電素子。
- 前記曲げ部は縦断面で見て湾曲した形状になっていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の積層型圧電素子。
- 前記孔は前記積層体の側方に位置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。
- 前記接合材は前記曲げ部の領域まで延出され、前記曲げ部の一部と接していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記積層体は圧電体層および内部電極層が交互に積層されてなる活性部と該活性部の両端に位置して圧電体層が積層されてなる不活性部とを有し、前記曲げ部は前記活性部よりも前記一方の端面側に位置していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項７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。
- 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８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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