JPWO2015114879A1 - 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

Abstract

【課題】 導電性接合材のクラックを抑制し、耐久性の向上し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。【解決手段】 本発明の積層型圧電素子１は、圧電体層１１および内部電極層１２が積層された積層体１０と、積層体１０の側面に接合されて内部電極層１２と電気的に接続された外部電極板２と、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間に設けられた導電性接合材３とを含み、積層体１０の側面に垂直な横断面で見て、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に樹脂層４が設けられている。【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。

積層型圧電素子として、図８に示すように、圧電体層９１と内部電極層９２が積層されてなる活性部９３および活性部９３の積層方向両端部に配置された不活性部９４を含む積層体９０と、積層体９０の側面に活性部９３から不活性部９４にかけて設けられた導電性接合材９５と、導電性接合材９５を介して積層体９０の側面に取り付けられた外部電極板９６とを含む構成のものが知られている。（特許文献１を参照）。

特開２００５−２２３０１４号公報

ここで、特許文献１に記載された積層型圧電素子の構成においては、駆動時に、導電性接合材９５の内部にクラックが入り、外部電極板９６の剥がれが発生し、導通が悪くなって、駆動しなくなるおそれがあった。

また、このような積層型圧電素子を備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムにおいても、積層型圧電素子における導電性接合材の導通が悪くなることによって、長期間安定して駆動しなくなるおそれがあった。

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、導電性接合材のクラックを抑制し、耐久性の向上し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。

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層と電気的に接続された外部電極板と、前記積層体の側面と前記外部電極板の一方主面との間に設けられた導電性接合材とを含み、前記積層体の側面に垂直な横断面で見て、前記積層体の側面と前記外部電極板の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に樹脂層が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記構成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。

また、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構成の噴射装置と、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。

本発明の積層型圧電素子によれば、駆動時に導電性接合材にかかる応力が軽減され、導電性接合材へのクラックが抑制される為、耐久性の向上した積層型圧電素子とすることができる。

また、上記の積層型圧電素子を備えた噴射装置および燃料噴射システムによれば、耐久性の向上した積層型圧電素子を備えることから、長期間安定して駆動させることができる。

（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した横断面の一例を示す図である。 図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した横断面の他の例を示す図である。 図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した横断面の他の例を示す図である。 図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した横断面の他の例を示す図である。 図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した横断面の他の例を示す図である。 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。 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的なブロック図である。 （ａ）は従来の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した横断面の一例を示す図である。

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説明する。

図１（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した横断面の一例を示す図である。

図１に示す積層型圧電素子１は、圧電体層１１および内部電極層１２が積層された積層体１０と、積層体１０の側面に接合されて内部電極層１２と電気的に接続された外部電極板２と、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間に設けられた導電性接合材３とを含み、積層体１０の側面に垂直な横断面で見て、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に樹脂層４が設けられている。

積層型圧電素子１を構成する積層体１０は、圧電体層１１および内部電極層１２が複数積層されてなる活性部１３と、活性部１３の外側に位置する積層体１０の積層方向両端部に設けられた圧電体層１１からなる不活性部１４とを有している。この積層体１０は、例えば縦０．５〜１０ｍｍ、横０．５〜１０ｍｍ、高さ１〜１００ｍｍの直方体状に形成されている。

積層体１０を構成する圧電体層１１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（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などを用いることができる。この圧電体層１１の厚みは、例えば３〜２５０μｍとされる。

積層体１０を構成する内部電極層１２は、圧電体層１１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１１と交互に積層されて圧電体層１１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１１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、正極および負極がそれぞれ積層体１０の対向する一対の側面に互い違いに導出されて、積層体１０の側面に設けられた一対の導電性接合材３と電気的に接続されている。この内部電極層１２の厚みは、例えば０．１〜５μｍとされる。

また、積層体１０の側面には導電性接合材３を介して外部電極板２が接合され、外部電極板２が内部電極層１２と電気的に接続されている。具体的には、一対の外部電極板２が、積層体１０の対向する一対の側面にそれぞれ設けられて、導電性接合材３によって内部電極層１２と電気的に接続されているとともに、その一部が積層体１０の一方の端面から積層方向に延出している。この一対の外部電極板２は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅は０．５〜１０ｍｍ、厚みは０．１〜０．３ｍｍに形成されたものを用いる。なお、外部電極板２としては、板状の金属板のみならず、積層体１の伸縮により生じる応力を緩和する効果を得るために、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を採用することもできる。

導電性接合材３は、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間に活性部１３から不活性部１４にかけて設けられ、積層体１０の側面に導出された内部電極層１２の端部と外部電極板２とを電気的に接続している。この導電性接合材３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。ここで、導電性接合材３を積層体１０の側面に垂直な横断面で見たときに、導電性接合材３の厚みは５〜７０μｍに形成される。

なお、図示しないが、積層体１０の側面には、内部電極層１２の端部と電気的に接続された導体層が設けられてもよく、この導体層の表面上に導電性接合材３が設けられて外部電極板２が接合されてもよい。

そして、例えば図１（ｂ）に示すように、積層体１０の側面に垂直な横断面で見たときに、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に樹脂層４を設けている。ここで、樹脂層４とは、導電性粒子を含まない樹脂により形成された層のことである。樹脂層４を形成する樹脂は、例えばエポキシ系やアクリル系、イミド系の樹脂が望ましい。さらに、導電性接合材３が樹脂を含む導電性接着剤からなる場合において、導電性接合材３と樹脂層４との熱膨張率をあわせるように、樹脂層４を形成する樹脂として導電性接着剤を形成する樹脂とは異なる材料が選択されてもよく、このように選択することで導電性接合材３に熱応力による負荷がかかるのを低減することができる。なお、導電性接合材３を積層体１０の側面に垂直な横断面で見るとは、積層方向（図１（ａ）の上下方向）から導電性接合材３の断面を見ることを意味する。また、外部電極板２の一方主面とは、積層体１０に対向する積層体１０側の主面のことで、導電性接合材３と主に接合される主面のことを意味する。

樹脂層４は、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に積層方向に延びて設けられているものであり、導電性接合材３を積層体１０の側面に垂直な横断面で見たときに、図１に示すように積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に樹脂層４が配置された構成となる。

この樹脂層４は、積層体１０の側面と接合されているとともに外部電極板２の一方主面と接合されている。積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の端部に設けられる樹脂層４の幅Ｗ１は、例えば外部電極板２の幅Ｗ２の２〜４０％の長さに設定される。なお、樹脂層４は積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間からはみ出していてもよく、Ｗ１には積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間からはみ出した部分の長さは含まれない。

このような構成とすることで、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部にかかる応力が樹脂層４にかかる為、導電性接合材３にかかる応力が軽減され、導電性接合材３におけるクラックの発生が抑制されることで、耐久性の向上した積層型圧電素子１が得られる。

なお、導電性接合材３が樹脂を含む導電性接着剤である場合に、樹脂層４は導電性接合材３（導電性接着剤）とは別体で設けられ、これらの境界があるのが好ましく、これにより、仮に樹脂層４にクラックが生じたとしても、導電性接合材３への進展を抑制できる。また、導電性接合材３が樹脂を含む導電性接着剤であって、当該樹脂が樹脂層４を形成する樹脂と同じでその境界がわかりにくい場合には、導電性接合材３を構成する導電性粒子のうちの樹脂層４側の端に位置する導電性粒子を結んだ線を境界とする。このとき、外部電極板２に平行に切断した縦断面と外部電極板２に垂直に切断した横断面とを組み合わせて境界を策定すればよい。

そして、図２に示すように積層体１０の側面に垂直な横断面で見たときに、樹脂層４が積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向のもう一方の端部にもあることが望ましい。言い換えると、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の両方の端部に樹脂層４が設けられていることが望ましい。樹脂層４が積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の両端部にあることで、導電性接合材３にかかる応力がより緩和され、より耐久性が良くなる。

このとき、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向のそれぞれの端部に設けられる樹脂層４の幅Ｗ１は、それぞれ例えば外部電極板２の幅Ｗ２の２〜２０％の長さに設定される。

さらに、図３に示すように、積層体１０の側面に垂直な横断面で見たときに、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に設けた樹脂層４と、導電性接合材３との間に、空隙５があることが望ましい。空隙５があることで、応力が樹脂層４にかかって発生するクラックの進展が空隙５で止まり、導電性接合材３へのクラックの進展がなくなり、さらに耐久性が良くなる。

なお、樹脂層４と導電性接合材３との間に設けられる空隙５の幅Ｗ３は、例えば外部電極板２の幅Ｗ２の２〜２０％の長さに設定される。また、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間の幅方向のそれぞれの端部に樹脂層４が設けられ、それぞれの樹脂層４と導電性接合材３との間に空隙５が設けられた場合の空隙５の幅Ｗ３は、それぞれ例えば外部電極板２の幅Ｗ２の１〜１０％の長さに設定される。

また、図４に示すように、積層体１０の側面に垂直な横断面で見たときに、樹脂層４が外部電極板２の側面まで設けられていることが望ましい。樹脂層４が外部電極板２の側面まであることで、応力の集中する外部電極板２のエッジを樹脂層４が覆うため、クラックの発生が抑制される。さらに、クラックが外部電極板２の側面と樹脂層４の界面の端から発生したとしても、導電性接合材３までの距離が遠くなるため、導電性接合材３へのクラックの進展が抑制され、さらに耐久性が良くなる。

また、図５に示すように、積層体１０の側面に垂直な横断面で見たときに、樹脂層４が外部電極板２の他方主面の一部まで設けられることが望ましい。樹脂層４が外部電極板２の他方主面の一部まであることで、外部電極板２と樹脂層４の界面の端から発生するクラックは、導電性接合材３までの距離がさら遠くなるため、導電性接合材３へのクラックの進展が抑制され、さらに耐久性が良くなる。ここでいう外部電極板２の他方主面とは、積層体１０とは反対側の主面のことを意味する。

なお、樹脂層４は、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間からはみ出して、外部電極板２を被覆するように設けられてもよい。

また、樹脂層４は、積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間からはみ出して、積層体１０の側面を被覆するように設けられてもよい。すなわち、沿面放電およびマイグレーション抑制、積層体の保護などのために積層体１０の側面を被覆するように被覆層が設けられる場合があるが、この被覆層が樹脂からなる場合に積層体１０の側面と外部電極板２の一方主面との間に入り込んでいてもよい。それにより、被覆層の密着性を上げるとともに、導電性接合材３のクラックを抑制する効果も得られる。

次に、本実施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１１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（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），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１２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１２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１１および内部電極層１２を備えた活性部１３を作製する。不活性部１４は内部電極層１２となる導電性ペーストを塗布していないシートを積層することで作製する。活性部１３と不活性部１４とを組み合わせることで積層体１０を製造する。

なお、積層体１０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１１と内部電極層１２とを複数積層してなる積層体１０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。

次に、導電性接合材３を介して外部電極板２を積層体１０の側面に接続し、固定する。

導電性接合材３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を用い、５〜７０μｍの厚さに形成する。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。

なお、スクリーン印刷の場合、樹脂層４を塗布する場所を設けるためには、スクリーン印刷の製版に所定の穴のあいたパターンを設けて印刷する方法が挙げられる。また、ディスペンス方式の場合、樹脂層４を塗布する場所を設けるためには、ニードル径を塗布したい幅に適合するものを使い、樹脂層４を塗布する場所には塗布せず、塗布したいところのみにディスペンスする方法が挙げられる。

外部電極板２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０．１〜０．３ｍｍに形成されたものである。ここで、外部電極板２として例えば幅方向にスリットの入った形状や網目状にするには、打ち抜き金型で打ち抜くかレーザー加工などの方法を用いればよく、湾曲や屈曲形状とするには、曲げ金型を用いるのがよい。

次に、積層体１０の側面と外部電極板２との幅方向の端部に樹脂層４を塗布する。樹脂層４は、例えばエポキシ系やアクリル系、イミド系の樹脂を使用し、ディスペンス方式により所定の箇所や量を制御して形成することができる。

その後、外部電極板２に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体１０を構成する圧電体層１１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、外部電極板２を介して外部の電源と接続して、圧電体層１１に電圧を印加することにより、各圧電体層１１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６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６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。

ニードルバルブ２５の上端部は内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７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７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）、好ましくは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。

本例の燃料噴射システム３５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。

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（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、５ｍｍ角の積層体を得た。

次に、積層体の表面に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合材をディスペンサーにて塗布し、外部電極板を積層体の表面に接続し、固定した。

次に、積層体の側面と外部電極板との間の幅方向の端部にエポキシ樹脂をディスペンサーにて塗布した。

ここで、試料１として、図１（ａ）に示す断面を有するリン青銅からなる厚み０．１ｍｍ、幅４．０ｍｍの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。活性部の側面と外部電極板との間には導電性接合材層を形成するように、銀ポリイミドからなる導電性接合材が塗布されており、０．０３ｍｍの厚みを設けた構造になっている。具体的には、図１（ｂ）に示す断面を有するように、ディスペンサーのノズル径から吐出される導電性接合材の幅が３．０ｍｍになるように設定し、塗布した。さらに積層体の側面と外部電極板との間の幅方向の一方の端部にエポキシ樹脂をディスペンサーにより塗布し、１．０ｍｍの幅とした。

また、試料２として、図２に示す断面を有するリン青銅からなる厚み０．１ｍｍ、幅４．０ｍｍの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて積層体の側面と外部電極板との間の幅方向の両端部に樹脂を塗布できるように外部電極板の中央に厚み０．０３ｍｍ、幅３．０ｍｍで塗布した。さらに積層体の側面と外部電極板との間の幅方向の両端部にエポキシ樹脂をディスペンサーにより塗布し、それぞれ０．５ｍｍの幅とした。

また、試料３として、図３に示す断面を有するリン青銅からなる厚み０．１ｍｍ、幅４．０ｍｍの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて厚み０．０３ｍｍ、幅３．０ｍｍで塗布した。さらに積層体の側面と外部電極板との間の幅方向の一方の端部にエポキシ樹脂をディスペンサーにより塗布し、０．５ｍｍの幅とした。その際、導電性接合材とエポキシ樹脂の間に空隙を設けるようにエポキシ樹脂を塗布するディスペンサーの位置を調整して塗布し、０．５ｍｍの空隙を設けた。

また、試料４として、図４に示す断面を有するリン青銅からなる厚み０．１ｍｍ、幅４．０ｍｍの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて厚み０．０３ｍｍ、幅３．０ｍｍで塗布した。さらに積層体の側面と外部電極板との間の幅方向の一方の端部にエポキシ樹脂をディスペンサーにより塗布し、１．０ｍｍの幅とした。その際、エポキシ樹脂が外部電極板の側面の厚みの０．０５ｍｍ覆うように塗布されるように量を調節した。

また、試料５として、図５に示す断面を有するリン青銅からなる厚み０．１ｍｍ、幅４．０ｍｍの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて厚み０．０３ｍｍ、幅３．０ｍｍで塗布した。さらに、積層体の側面と外部電極板との間の幅方向の一方の端部にエポキシ樹脂をディスペンサーにより塗布し、１．０ｍｍの幅とした。その際、エポキシ樹脂が外部電極板の側面をすべて覆い、外部電極板の上面を１．０ｍｍ覆うように塗布されるように量を調節した。

また、比較例として、図８に示す断面を有する外部電極板を用いた積層型圧電素子（試料６）も作製した。ここで、外部電極板は厚み０．１ｍｍ、幅４．０ｍｍであるものを用い、導電性接合材の厚みは０．０３ｍｍ、幅は４ｍｍとなるように設けた。

これらの積層型圧電素子に、外部電極板に溶接で接合されたリード部材を介して、外部電極板に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、比較例である試料６の積層型圧電素子は、１×１０^４回の連続駆動で外部電極板の剥がれが発生し、１×１０^５回で駆動が停止した。

これに対し、本発明の実施例である試料１、試料２、試料３、試料４、試料５の積層型圧電素子は、ともに、連続駆動１×１０^７回をすぎても外部電極板の剥がれは発生す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、長期間の耐久性の向上し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
１０・・・積層体
１１・・・圧電体層
１２・・・内部電極層
１３・・・活性部
１４・・・不活性部
２・・・外部電極板
３・・・導電性接合材
４・・・樹脂層
５・・・空隙

Claims (7)

1. 圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層と電気的に接続された外部電極板と、前記積層体の側面と前記外部電極板の一方主面との間に設けられた導電性接合材とを含み、
   前記積層体の側面に垂直な横断面で見て、前記積層体の側面と前記外部電極板の一方主面との間の幅方向の少なくとも一方の端部に樹脂層が設けられていることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 前記積層体の側面と前記外部電極板の一方主面との間の幅方向の両方の端部に樹脂層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。
3. 前記導電性接合材と前記樹脂層との間に空隙がある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。
4. 前記樹脂層が前記外部電極板の側面まで設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
5. 前記樹脂層が前記外部電極板の他方主面の一部まで回り込むように設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれか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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