JPWO2009096381A1 - 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム - Google Patents
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Abstract
Description
前記複数の内部電極が交互に前記第1および第2の外部電極のいずれか一方に接続されるように、前記第1および第2の側面においてそれぞれ前記複数の内部電極は前記第1の外部電極または前記第2の外部電極に接続された前記内部電極と前記第1の側面または前記第2の側面から離れて形成されることにより絶縁分離された前記内部電極とが交互に配置されて、
前記積層体が、隣り合う前記内部電極が積層方向に対向する対向部分と、前記内部電極の1つ置きに対向してなり前記第1および前記第2の側面に沿って設けられた非対向部分とに区分された積層型圧電素子であって、
前記複数の内部電極のうち少なくとも一つは、当該内部電極の中に設けられた複数の内部電極非形成部位を前記対向部分と前記非対向部分との境界に沿って有することを特徴とする。
3・・・圧電体
5、9・・・内部電極
7・・・積層体
7a・・・対向部分
7b・・・非対向部分
7c・・・内部電極非形成部位
7d・・・対向部分と非対向部分との境界
9a、9c・・・内部電極非形成部位を有する第1の部位
9b、9d・・・第2の部位
11・・・外部電極
11a・・・陽極側の外部電極
11b・・・陰極側の外部電極
21・・・噴射装置
23・・・噴射孔
25・・・収納容器
27・・・ニードルバルブ
29・・・流体通路
31・・・シリンダ
33・・・ピストン
35・・・皿バネ
41・・・燃料噴射システム
43・・・コモンレール
45・・・圧力ポンプ
47・・・噴射制御ユニット
49・・・燃料タンク
70・・・絶縁分離部
<第1の実施形態>
図1Aは、本発明の第1の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図1Bは、図1Aに示す実施形態にかかる積層型圧電素子の一部の分解斜視図である。図2A、図2B及び図2Cは、それぞれ図1に示す実施形態における積層方向に直交する方向の、積層方向に隣り合う内部電極をそれぞれ含む断面図である。
以下の説明では、内部電極9において、複数の内部電極非形成部位7c(以下、非形成部位7cともいう)を有して対向部分7aと非対向部分7bとの境界7dを跨ぐように位置する部分を第1の部位9aと称し、それ以外の第2の部位9bと称して説明する。
ここで、第1の部位9aは、複数の非形成部位7cを有する領域であって、第2の部位9bとの境界については、下記のように定義される。
外部電極11に電圧が印加されると、内部電極9に伝達される電界は、内部電極非形成部位7cにより、一度、電界の強度分布は乱されるが、内部電極非形成部位7c通過後に電界強度がひとつの線状にそろう現象が発生する。第1の部位9aと第2の部位9bとの境界は、この電界強度がひとつにそろう線の位置と定義される。具体的には、内部電極非形成部位7cを対向部分7aと非対向部分7bとの境界に沿って設けることで、概ね、対向部分7aと非対向部分7bとの境界7dから、絶縁分離部70の距離だけ外部電極11から離れた位置になる。
本発明では、過度の電圧が印加された場合の圧電体3の保護を考慮して、例えば、一定以上の電圧が印加された場合には隣接する内部電極非形成部位7c間の電極部分が破損するように、内部電極非形成部位7c間の間隔を設定することもできる。
このように、第1の部位9aが、内部電極非形成部位7cを格子目とする格子形状であると、境界7d付近にかかる応力のばらつきを小さくできる。そのため、対向部分7aと非対向部分7bとの境界7d近傍の耐久性を高めることができる。なお、図1及び図2に示すように、本実施形態において格子形状は、格子目が一列に並んでいてもよいし、複数の列で並んでいてもよい。
図3A〜図3Cはそれぞれ第1の実施形態の変形例に係る積層型圧電素子1の積層方向に直交する断面図であり、内部電極5,9を含む断面を図示している。なお、図3Bに示す内部電極9を基準としたとき、図3Aは、図3Bに示す内部電極9と積層体7の一方の端面側に隣り合う内部電極9を示している。また、図3Cは、図3Bに示す内部電極9と積層体7の他方の端面側に隣り合う内部電極5を示している。
ここで、本明細書において、積層体7の端面とは内部電極5,9と圧電体3との積層方向に直交する外面をいい、図1Aにおける上面と下面をいう。
このように、本発明でいう格子形状とは、図3に示すように、格子目が円形の形態も含まれ、図2に示すような格子目が四角形の形態に限られるものではない。また、積層体7の対向部分7aと非対向部分7bとの境界付近にかかる応力を緩和させることができればよいことから、内部電極9の第1の部位9aにおける格子目が、略四角形であって角部が曲線の形状であることも有効である。
次に、本発明の第2の実施形態について説明をする。図4A〜図4Cは、それぞれ本発明の第2の実施形態にかかる積層型圧電素子1における積層方向に直交する断面図であり、内部電極5を含む断面を図示している。なお、図4Bに示す内部電極9を基準としたとき、図4Aは、図4Bに示す内部電極9と積層体7の一方の端面側に隣り合う内部電極9を示している。また、図4Cは、図4Bに示す内部電極9と積層体7の他方の端面側に隣り合う内部電極5を示している。
次に、本発明の第3の実施形態について説明をする。図6A〜図6Bは、それぞれ本発明の第3の実施形態にかかる積層型圧電素子1における積層方向に直交する断面図であり、内部電極5を含む断面を図示している。なお、図6Bに示す内部電極9を基準としたとき、図6Aは、図6Bに示す内部電極9と積層方向の一方の端部側に隣り合う内部電極9を示している。また、図6Cは、図6Bに示す内部電極9と積層方向の他方の端部側に隣り合う内部電極5を示している。
次に、本発明の第4の実施形態について説明をする。図7は、本発明の第4の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。
次に、本発明の第5の実施形態について説明をする。図8Aは、本発明の第5の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図8Bは、図8Aに示す第5の実施形態におけるA−A断面であって内部電極9を含む断面図である。図8Cは、図8Aに示す第5の実施形態におけるB−B断面であって内部電極9を含む断面図である。
既に示したように、積層型圧電素子1は一体として大きく駆動変形するため、素子1の端面に近いほど加わる応力が徐々に増加する。しかしながら、非形成部位7cが端面側に向かって徐々に、又は一定の規則にしたがって徐々に大きくなることにより、素子1の端面に近いほど対向部分7aと非対向部分7bとの境界7dに生じる応力を緩和する効果を徐々に増加させることができるので、素子1の積層方向における応力分布の偏りをより小さくすることができるからである。
次に、本発明の第6の実施形態について説明をする。図9は、本発明の第6の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図10A〜図10Cは、それぞれ図9に示す実施形態における積層方向に直交する断面図であり、内部電極5を含む断面を示している。なお、図10Bに示す内部電極9を基準としたとき、図10Aは、図10Bに示す内部電極9と積層体7の一方の端面側に隣り合う内部電極9を示している。また、図10Cは、図10Bに示す内部電極9と積層体7の他方の端面側に隣り合う内部電極5を示している。
次に、本発明の第7の実施形態について説明をする。図11A〜図11Cは、それぞれ本発明の第7の実施形態にかかる積層型圧電素子における積層方向に直交する方向の断面図であり、積層方向に隣り合う内部電極5をそれぞれ含む断面を示している。ここで図11Cに示す断面よりも図11Aに示す断面の方が素子の端面に近い端部側に位置している。
Claims (15)
- 複数の圧電体と複数の内部電極とを有してなりその圧電体と内部電極とが交互に積層された積層体と、前記積層体の第1の側面に形成された第1の外部電極と、前記積層体の第2の側面に形成された第2の外部電極とを備え、
前記複数の内部電極が交互に前記第1および第2の外部電極のいずれか一方に接続されるように、前記第1および第2の側面においてそれぞれ前記複数の内部電極は前記第1の外部電極または前記第2の外部電極に接続された前記内部電極と前記第1の側面または前記第2の側面から離れて形成されることにより絶縁分離された前記内部電極とが交互に配置されて、
前記積層体が、隣り合う前記内部電極が積層方向に対向する対向部分と、前記内部電極の1つ置きに対向してなり前記第1および前記第2の側面に沿って設けられた非対向部分とに区分された積層型圧電素子であって、
前記複数の内部電極のうち少なくとも一つは、当該内部電極の中に設けられた複数の内部電極非形成部位を前記対向部分と前記非対向部分との境界に沿って有することを特徴とする積層型圧電素子。 - 前記複数の内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分との前記境界と平行な方向に整列されたことを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分とに跨って形成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層型圧電素子。
- 前記複数の内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分との前記境界と平行な複数の列に整列された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。
- 前記複数の内部電極非形成部位が前記対向部分と前記非対向部分との前記境界上と当該境界に平行な1以上の線上に整列され、前記境界上に配列された前記内部電極非形成部位の面積が他の線上に配列された前記内部電極非形成部位の面積より大きいことを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極非形成部位を前記対向部分と一方の前記非対向部分との前記境界に沿って有する前記内部電極がさらに前記対向部分と他方の前記非対向部分との前記境界に沿って前記複数の内部電極非形成部位を有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記複数の内部電極のうちの2以上の前記内部電極が、前記内部電極非形成部位を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極非形成部位を含む2以上の前記内部電極が積層方向に周期的に配置されていることを特徴とする請求項7に記載の積層型圧電素子。
- 積層方向に隣り合う一対の前記内部電極が、それぞれ前記内部電極非形成部位を有していることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の積層型圧電素子。
- それぞれ前記内部電極非形成部位を有する前記一対の内部電極のうち、前記積層体の端面に近い前記内部電極の前記内部電極非形成部位の占める比率が、前記積層体の端面から遠くに位置する前記内部電極の前記内部電極非形成部位の占める比率よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載の積層型圧電素子。
- 前記複数の内部電極のうち、前記積層体の最も端面側に位置する前記内部電極が、前記内部電極非形成部位を有していることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極非形成部位を有する前記内部電極においてさらに、前記内部電極非形成部位より前記境界から離れた位置に、当該内部電極非形成部位より面積の小さい第2の内部電極非形成部位を有する請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記積層体の端面に近い前記内部電極に形成された前記第2の内部電極非形成部位ほど、面積が大きいことを特徴とする請求項12に記載の積層型圧電素子。
- 請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の積層型圧電素子と噴射孔とを備え、前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を吐出させることを特徴とする噴射装置。
- 高圧燃料を備えるコモンレールと、このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射する請求項14に記載の噴射装置と、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御システム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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