JPWO2013146984A1 - 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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Abstract
【課題】 積層体の変位量が変動しにくく、長期間安定して駆動す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。【解決手段】 本発明の積層型圧電素子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の端部が導出された積層体４の側面に設けられた導体層５と、導体層５に導電性接着剤６を介して取り付けられた外部電極７とを含み、導電性接着剤６は鱗片形状の導電粒子６１を有し、鱗片形状の導電粒子６１が導体層５に沿って互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする。【選択図】 図１
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。
従来の積層型圧電素子は、図７に示すように、圧電体層８１および内部電極層８２が積層された積層体８３の側面にメタライズで導体層８４を形成したあと、外部電極８５（電極板）を導電性接着剤８６（Ａｇ含有導電性樹脂）で接合した構成となっている（特許文献１を参照）。
ここで、外部電極の接合工程は、導電性接着剤を塗って乾かした後、熱処理するというものであるが、接着パターンを精度良くするためにスクリーン印刷が用いられ、導電性接着剤８６への導電粒子の充填率を向上させることから、導電粒子としては球形の粒子が好まれていた。
ここで、特許文献１に記載された積層型圧電素子では、積層体８３が伸びたとき、導電性粒子の間に局所的に隙間ができるので、部分的に高抵抗な部分ができ、積層体８３の変位量が小さくなるという問題があった。また、高抵抗の箇所が局所発熱してマイクロクラックが生じ、外部電極とメタライズ層の間で次第に亀裂がつながってスパークし、積層型圧電素子の駆動が停止するおそれがあるという問題があった。
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、積層体の変位量が変動しにくく、長期間安定して駆動す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、前記内部電極層の端部が導出された前記積層体の側面に設けられた導体層と、該導体層に導電性接着剤を介して取り付けられた外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記導電性接着剤は鱗片形状の導電粒子を有し、該鱗片形状の導電粒子が前記導体層に沿って互いに重なり合うように配置さ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。
本発明によれば、導電性接着剤は鱗片形状の導電粒子を有し、鱗片形状の導電粒子が導体層に沿って互いに重なり合うように配置されていることにより、長期間に渡り、積層体の変位量が変動しにくく、長期間安定して駆動する積層型圧電素子が得られる。
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（ａ）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斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す積層型圧電素子の一部拡大縦断面図である。図１に示す本実施形態の積層型圧電素子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の端部が導出された積層体４の側面に設けられた導体層５と、導体層５に導電性接着剤６を介して取り付けられた外部電極７とを含み、導電性接着剤６は鱗片形状の導電粒子６１を有し、鱗片形状の導電粒子６１が導体層５に沿って互いに重なり合うように配置され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が積層されて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）の端部がそれぞれ積層体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の対向する一対の側面にそれぞれ設けられた後述する導体層５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。
内部電極層３の端部が導出された積層体４の側面（積層体４の側面のうち、内部電極層３の端部が導出された面）には、それぞれ導体層５が設けられている。この導体層５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ある。導体層５の厚みは、例えば５〜５００μｍとされる。
導体層５の上には、導電性接着剤６を介して外部電極７が取り付けられている。
外部電極７としては、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等からなる板状体であり、例えば幅０．５〜１０ｍｍ、厚み０．０１〜１．０ｍｍに形成されたものである。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、例えば図１に示すように長手方向（積層方向）に垂直な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であってもよい。また、スリットにかえてまたはスリットとともに孔、特に幅方向に延びる孔が設けられた構成であってもよい。このスリットおよび孔が積層体４の積層方向に複数配置されているのが好ましく、特に活性部に対応する位置に複数配置されているのが好ましい。
導電性接着剤６としては、例えばＡｇ粒子やＣｕ粒子など導電性の良好な導電粒子６１を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂であるのが好ましい。導電性接着剤６は、例えば５〜５００μｍの厚さに形成される。
ここで、導電性接着剤６は鱗片形状の導電粒子６１を有している。すなわち、上記の導電粒子６１として、鱗片形状のものを含んでいる。ここで、鱗片形状とは、０．２〜５μｍの厚みに対してこの厚みの２〜２０倍の長さの断面を有する大きさ（幅）になっていることをいう。
また、鱗片形状の導電粒子６１が導体層５に沿って互いに重なり合うように配置されている。ここで、鱗片形状の導電粒子６１が導体層５に沿って配置されているとは、導電性接着剤６の主面に垂直かつ積層体４の積層方向に沿って切断した断面で見て、鱗片形状の導電粒子６１を横切る線分のうち最も長い線分と、導体層５の主面とのなす角度が、プラスマイナス１５度の範囲内となるように配置された鱗片形状の導電粒子６１の数が８０％以上であることをいう。また、鱗片形状の導電粒子６１が互いに重なり合うように配置されているとは、導電性接着剤６が設けられたどの部位においても、導体層５の主面に垂直な方向において、鱗片形状の導電粒子６１と鱗片形状の導電粒子６１との重なりがあることをいう。
このような状態は、導電性接着剤６の主面に垂直かつ積層体４の積層方向に沿って切断した断面を、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの電子顕微鏡を用い、５００倍〜１０００倍の反射電子像の写真にて測定することができる。
積層型圧電素子１が伸びた場合でも、導電粒子６１に展延性があることで、鱗片形状の導体粒子６１同士の接触が保たれて、局所的に高抵抗になることを抑制できる。さらに、細長い鱗片形状の導電粒子６１を使うことにより、導電粒子６１同士が絡まって強度が向上する。
また、図２に示すように、導電性接着剤６は、略球形（特には球形）の導電粒子６２も含んでいるのが好ましい。例えば、導電性接着剤６の主面に垂直かつ積層体４の積層方向に沿って切断した断面の電子顕微鏡による画像中、導電粒子の全面積のうち、鱗片形状の導電粒子６１が５０〜９０％の面積となり、略球形の導電粒子６２が１０〜５０％の面積となっているのがよい。ここで、略球形の導電粒子６２とは、当該略球形の導電粒子６２を任意の断面で見たときの長軸の長さに対する短軸の長さの比が０．７以上１．０以下である導電粒子を意味する。
そして、鱗片形状の導電粒子６１同士が略球形の導電粒子６２を介して電気的に接続されている、言い換えると、鱗片形状の導電粒子６１と鱗片形状の導電粒子６１との間に略球形の導電粒子６２が配置され、鱗片形状の導電粒子６１と鱗片形状の導電粒子６１とが略球形の導電粒子６２を介して接続されているのが好ましい。これにより、積層型圧電素子１が伸びて導電粒子６１がすべる場合でも、球形の導電粒子６２が鱗片形状の導電粒子６１間をつなぐ役目を担うので、局所的に高抵抗になることがより抑制され、また、全導電粒子（導電粒子６１と導電粒子６２）の充填率が高くなる。
ここで、図２に示すように、主として鱗片形状の導電粒子６１が導体層５と接触していることが好ましく、これにより、導体層５と導電性接着剤６との間での接触が保たれて、局所的に高抵抗になることがさらに抑制される。なお、主として鱗片形状の導電粒子６１が導体層５と接触しているとは、導体層５が導電粒子（鱗片形状および球形を含む）と接触する面積の５５％以上が鱗片形状の導電粒子６１と接触している状態のことを意味する。
また、鱗片形状の導電粒子６１は長軸および短軸を有する形状であり、長軸が積層方向に向いているのが好ましい。ここで、長軸および短軸を有する形状とは、主面の形状が長軸および短軸を有する形状であることを意味し、例えばアスペクト比が２〜２０であることを意味する。これにより、鱗片形状の導電粒子６１が伸びやすい方向と積層型圧電素子１の伸縮方向とが一致し、積層型圧電素子１が伸びたときに鱗片形状の導電粒子６１が滑っても必ず隣同士の導電粒子が絡まって接触するので、局所的に高抵抗になることがさらに抑制される。
また、図３に示すように、外部電極７は孔またはスリット（図３ではスリット７１）を有する板状体であり、導電性接着剤６は鱗片形状の導電粒子６１が孔またはスリット（図３ではスリット７１）の側壁に沿って互いに重なり合うようにして盛り上がっているのが好ましい。なお、スリット７１は外部電極７の幅方向から切り欠かれたものである。また、側壁に沿って互いに重なり合うとは、導体層５に沿って互いに重なり合うことの説明と同様で、当該説明の導体層５を側壁に置き換えた内容のことを意味するものである。これにより、外部電極７が孔またはスリットを有する板状体である場合において、外部電極７と導体層５との間に応力が加わって導電性接着剤６が引っ張られても、鱗片形状の導電粒子６１同士の接触が保てるので、局所的に高抵抗になることが抑制される。
また、図４に示すように、導電性接着剤６は外部電極７における孔またはスリット（図４ではスリット７１）の内側でメニスカス状の内壁を形成しており、鱗片形状の導電粒子６１がメニスカス状の内壁に沿って互いに重なり合っているのが好ましい。これにより、積層型圧電素子１が伸びた場合において、メニスカス状の内壁が形成されていない構成よりも、孔またはスリットの底面と側壁との交点への応力集中およびそれによる亀裂の可能性をより低減できる。
また、外部電極７の表面に、鱗片形状の導電粒子６１と同じ組成の導体膜が設けられているのが好ましい。例えば、鱗片形状の導電粒子６１が銀からなる場合に、外部電極７の表面には、銀からなるめっき膜が施されている場合が挙げられる。これにより、外部電極７の表面と鱗片形状の導電粒子６１の熱膨張係数が同じで、伝導度も同じなので、外部電極７の表面から鱗片形状の導電粒子６１がはがれにくくなる。
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５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５を形成する。
次に、導電性接着剤６を介して外部電極７を導体層５の表面に接続し固定する。
導電性接着剤６は、Ａｇ粉末やＣｕ粉末などの導電性の良好な金属粉末（鱗片形状の導電粒子６１）を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなるペーストを用い、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。
ここで、鱗片形状の導電粒子６１の長軸が積層方向に向くように配置するためには、鱗片形状の導電粒子６１をディスペンサーのニードル内で配列させればよい。そこで、ニードル内径が一定の口径の場合は、印刷前に導電性接着剤のペースト印刷時の流速よりも速い速度で噴出させておいて、ニードル内の配管側面に沿って鱗片形状の導電粒子６１を配列させたり、長軸方向が噴出方向とそろうようにして配列させたりするのがよい。また、ニードルを折り曲げて、ニードル内径の一部を狭くして、ペーストの流速がニードル入り口よりも速くなる領域を設けて、鱗片形状の導電粒子６１を配列させ、その上で積層体に沿って塗布してもよい。このとき、積層型圧電素子１の駆動方向と平行となる方向に塗布することで、鱗片形状の導電粒子６１を駆動方向に配列させ、長軸方向を駆動方向と一致させることができる。
さらに、導電性接着剤のペースト中にジブチルフタレートやテルピネオール等の有機溶剤を加えておくと、塗布後室温で放置することで鱗片形状の導電粒子６１が沈降し、その後加熱乾燥させることで溶剤を揮発させることができるので、鱗片形状の導電粒子６１が導体層５に沿って互いに重なり合うように配置することができる。
外部電極７が孔またはスリットを有する板状体であるようにするためには、例えば導体板を打ち抜き金型によって打ち抜くなどの方法が挙げられる。また、外部電極７の表面に導体膜を形成するには、電解めっき、無電解めっきなどの方法が挙げられる。
その後、一対の導体層５にそれぞれ接続した外部電極７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７を介して導体層５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５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５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６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６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。
本発明の積層型圧電素子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導電性接着剤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。
ここで、試料１（本発明の実施例）には、鱗片形状のＡｇ粉末とポリイミド樹脂を混合ペースト状にした導電性接着剤を図１（ｂ）に示すように塗布したものを用いた。また、鱗片形状のＡｇ粉末としては、０．５〜３μｍの厚みに対して２〜１０倍の長さの断面を有する大きさのものを用いた。
また、試料２（本発明の実施例）には、鱗片形状の７０ｖｏｌ％と球形形状の３０ｖｏｌ％のＡｇ粉末とポリイミド樹脂を混合ペースト状にした導電性接着剤を図２に示すように塗布したものを用いた。また、鱗片形状のＡｇ粉末としては試料１と同じものを用い、球形形状のＡｇ粉末としては直径が０．２〜５μｍのものを用いて、均一になるように混ぜたものを用いた。
また、試料３（比較例）には、導電粒子が球形形状のものだけの導電性接着剤を塗布したものを用いた。
これらの積層型圧電素子について、外部電極に溶接で接合されたリード部材を介して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３（比較例）の積層型圧電素子は、１×１０４回の連続駆動で、積層体にクラックが発生して駆動が停止した。
これに対し、試料１の積層型圧電素子は、連続駆動１×１０７回でもクラックが発生することなく駆動したが、積層体の変位量は小さくなっていた。また、試料２の積層型圧電素子は、連続駆動１×１０７回でもクラックが発生することなく駆動し、また、積層体の変位量の変化も確認されなかった。
１・・・積層型圧電素子
２・・・圧電体層
３・・・内部電極層
４・・・積層体
５・・・導体層
６・・・導電性接着剤
６１・・・鱗片形状の導電粒子
６２・・・球形の導電粒子
７・・・外部電極
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・・・導体層
６・・・導電性接着剤
６１・・・鱗片形状の導電粒子
６２・・・球形の導電粒子
７・・・外部電極
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 (10)
- 圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、前記内部電極層の端部が導出された前記積層体の側面に設けられた導体層と、該導体層に導電性接着剤を介して取り付けられた外部電極とを含む積層型圧電素子であって、前記導電性接着剤は鱗片形状の導電粒子を有し、該鱗片形状の導電粒子が前記導体層に沿って互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする積層型圧電素子。
- 前記導電性接着剤は略球形の導電粒子も含んで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。
- 前記鱗片形状の導電粒子同士が前記略球形の導電粒子を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型圧電素子。
- 主として前記鱗片形状の導電粒子が前記導体層と接触し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。
- 前記鱗片形状の導電粒子は長軸および短軸を有する形状であり、前記長軸が積層方向に向いていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記外部電極は孔またはスリットを有する板状体であり、前記導電性接着剤は前記鱗片形状の導電粒子が前記孔またはスリットの側壁に沿って互いに重なり合うようにして盛り上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。
- 前記導電性接着剤は前記外部電極における孔またはスリットの内側でメニスカス状の内壁を形成しており、前記鱗片形状の導電粒子が前記メニスカス状の内壁に沿って互いに重なり合っていることを特徴とする請求項６に記載の積層型圧電素子。
- 前記外部電極の表面に前記鱗片形状の導電粒子と同じ組成の導体膜が設けら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。
- 噴射孔を有する容器と、請求項１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９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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150630 |