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WO2012057327A1 - 積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム - Google Patents

積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム Download PDF

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WO2012057327A1
WO2012057327A1 PCT/JP2011/074956 JP2011074956W WO2012057327A1 WO 2012057327 A1 WO2012057327 A1 WO 2012057327A1 JP 2011074956 W JP2011074956 W JP 2011074956W WO 2012057327 A1 WO2012057327 A1 WO 2012057327A1
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WO
WIPO (PCT)
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piezoelectric element
resin
external electrode
laminated
multilayer piezoelectric
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/074956
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　政宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to US13/880,264 priority Critical patent/US9353714B2/en
Priority to EP11836460.3A priority patent/EP2634827B1/en
Priority to CN201180040867.4A priority patent/CN103098251B/zh
Priority to JP2012540964A priority patent/JP5465337B2/ja
Publication of WO2012057327A1 publication Critical patent/WO2012057327A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/063—Forming interconnections, e.g. connection electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins

Definitions

  • the present invention relates to a laminated piezoelectric element used for, for example, a drive element (piezoelectric actuator), a sensor element, a circuit element, and the like, an injection device using the same, and a fuel injection system.
  • a laminated piezoelectric element As a laminated piezoelectric element, a laminated body in which a piezoelectric body and an internal electrode are laminated, and an end portion of the internal electrode that is attached to the side surface of the laminated body long in the laminating direction and reaches the side surface of the laminated body is electrically connected.
  • a semiconductor device including a conductive layer and an external electrode joined to the conductive layer along the stacking direction (see Patent Document 1).
  • a lead is electrically connected to one end (feeding end) of the external electrode, and is electrically connected to an external circuit so that a current is supplied from an external power source.
  • multilayer piezoelectric elements have been required to be able to be driven continuously for a long time under high voltage, and it is desired to maintain displacement and improve durability over a long period of time.
  • continuous driving is performed for a long time under high voltage, a large amount of current flows instantaneously to the inrush portion of the current from the lead located at one end of the external electrode and the temperature rises.
  • the joining region with the conductor layer located on the side is easily damaged or peeled off.
  • the present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element with improved durability by suppressing damage or peeling of an external electrode and an injection using the same An apparatus and a fuel injection system are provided.
  • the laminated piezoelectric element according to the present invention includes a laminated body in which a piezoelectric body and an internal electrode are laminated, and an end portion of the internal electrode that is attached to a side surface of the laminated body in a laminating direction and reaches the side surface of the laminated body.
  • An ejection device includes a container having an ejection hole and the multilayer piezoelectric element according to the present invention, and fluid stored in the container is discharged from the ejection hole by driving the multilayer piezoelectric element. It is characterized by this.
  • An injection system of the present invention includes a common rail that stores high-pressure fuel, the injection device of the present invention that injects the high-pressure fuel stored in the common rail, a pressure pump that supplies the high-pressure fuel to the common rail, and the injection device And an injection control unit for supplying a drive signal to the vehicle.
  • one end of the external electrode in the stacking direction is a power supply end, and the junction region with the conductor layer located on the power supply end side of the external electrode has a large heat capacity. Because it is covered with resin, the resin accumulates (absorbs) heat at the joint end where the heat generation is large, thereby preventing rapid temperature rise of the external electrode, preventing damage to the external electrode, and improving durability. To do. Even when the amount of heat generated is large, the external electrode is protected by damaging the resin instead of the external electrode. Furthermore, the adhesion strength of the joint end portion between the external electrode and the conductor layer is improved, the damage of the multilayer piezoelectric element due to the peeling of the external electrode can be prevented, and the life is improved.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in which a main part of the multilayer piezoelectric element 1 shown in FIG. 1 is enlarged.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in which a main part of the multilayer piezoelectric element 1 shown in FIG. 1 is enlarged.
  • FIG. 2 is a perspective view which shows the other example of embodiment about the lamination type piezoelectric element of this invention.
  • It is the expanded sectional view which expanded the principal part of other examples of embodiment about the lamination type piezoelectric element of the present invention.
  • It is the plane perspective view which saw through the principal part of the other example of embodiment about the lamination type piezoelectric element of this invention.
  • It is a schematic sectional drawing which shows an example of embodiment about the injection apparatus of this invention.
  • It is a schematic block diagram which shows an example of embodiment about the fuel-injection system of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a multilayer piezoelectric element of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in which a main part of the multilayer piezoelectric element 1 shown in FIG. 1 is enlarged.
  • a laminated piezoelectric element 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a laminated body 2 in which a piezoelectric body 21 and internal electrodes 3a and 3b are laminated, and is attached to the side surface of the laminated body 2 in the laminating direction so as to be long.
  • Conductor layers 5a, 5b electrically connected to the ends of the internal electrodes 3a, 3b reaching the side surfaces, and external electrodes 4a, 4b joined on the conductor layers 5a, 5b.
  • One end portion in the laminating direction is a power supply end, and a junction region with a conductor layer located on the power supply end side is covered with a resin 13.
  • the multilayer body 2 includes, for example, an active portion 2a in which a plurality of piezoelectric bodies 21 and internal electrodes 3a and 3b are alternately stacked, and an inactive portion in which a plurality of piezoelectric bodies 22 are disposed at both ends in the stacking direction of the active portion 2a.
  • 2b for example, are formed in a columnar shape having a length of 0.5 to 10 mm, a width of 0.5 to 10 mm, and a height of 1 to 10 mm, and the end of the internal electrode 3a and the end of the internal electrode 3b are respectively stacked 2 To the opposite side surfaces (opposite side surfaces).
  • the piezoelectric body 21 is formed of a ceramic having piezoelectric characteristics.
  • a ceramic for example, a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PZT: PbZrO 3 -PbTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO) 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ) or the like can be used.
  • the internal electrodes 3a and 3b are formed by simultaneous firing with the ceramics forming the piezoelectric body 21, and as this forming material, for example, a conductor mainly composed of a silver-palladium alloy having low reactivity with a piezoelectric ceramic, or A conductor containing copper, platinum, or the like can be used.
  • the laminated body 2 may have a configuration including a planned fracture layer (not shown) that breaks preferentially over the internal electrodes 3a and 3b during driving.
  • the planned rupture layer is disposed at least at one place among the layers of the plurality of piezoelectric bodies 21, preferably at a constant interval, and has a lower strength than the internal electrodes 3a and 3b, and a stress relaxation function in which cracks are likely to occur due to stress. It is formed as a layer having For example, it is composed of a piezoelectric layer that is insufficiently sintered, a piezoelectric layer or metal layer with many voids, or a layer in which piezoelectric particles or metal particles are distributed independently.
  • conductor layers 5 a and 5 b are attached to the side surfaces of the multilayer body 2 so as to be electrically connected to the end portions of the internal electrodes 3 a and 3 b that are long applied in the stacking direction and reach the side surfaces. Is formed. Specifically, the conductor layer 5a is electrically connected to the end of the internal electrode 3a reaching the side surface of the multilayer body 2, and the conductor layer 5b is electrically connected to the end of the internal electrode 3b reaching the side surface of the multilayer body 2. It is connected. In FIG. 2, the conductor layer 5a is omitted.
  • the conductor layers 5a and 5b are preferably made of a conductive material such as silver, and preferably contain a glass component in order to improve adhesion to the laminate 2.
  • the conductor layers 5a and 5b can be formed, for example, by applying and baking a paste made of silver and glass, and has a thickness of 10 to 500 ⁇ m.
  • External electrodes 4a and 4b are joined on conductor layers 5a and 5b. Specifically, the external electrode 4a is bonded to the conductor layer 5a by a conductive bonding material (not shown), and the external electrode 4b is bonded to the conductor layer 5b via the conductive bonding material (not shown). . In FIGS. 1 and 2, the external electrode 4a and the conductor layer 5a are omitted.
  • Examples of the conductive bonding material used here include solder (preferably lead-free solder in view of environmental problems) and conductive resin. However, heat resistance and followability with expansion and contraction of the laminate 2 will be described later.
  • a conductive resin is preferable from the viewpoint that the adhesive strength with the resin 13 is high and the resin 13 is difficult to peel off. In any case, the thickness is 5 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the external electrodes 4a and 4b are made of a metal such as copper, iron, stainless steel, phosphor bronze, etc., and are, for example, plate-shaped formed with a width of 0.5 to 10 mm and a thickness of 0.01 to 1.0 mm.
  • the external electrodes 4a and 4b are connected to an external circuit at one end (feeding end) in the stacking direction, and the one end (feeding end) is connected to the above-described conductive bonding material ( A lead (for example, the lead pin 12) is connected via a welding or not.
  • the external electrodes 4a and 4b follow the expansion and contraction of the laminate 2, a shape with a slit, a mesh shape, a shape with a corrugation, etc. are preferable, and the thickness is preferably 10 to 500 ⁇ m, particularly 50 to 200 ⁇ m is preferred.
  • tin or silver plating may be applied to improve electrical conductivity and thermal conductivity.
  • the junction region between the external electrodes 4 a and 4 b and the conductor layers 5 a and 5 b located on one end (feeding end) side is covered with a resin 13.
  • connection portion with the lead pin 12 located at one end of the external electrodes 4a and 4b is a current intrusion portion that generates heat most easily, and the conductor layer 5a located on the one end side of the external electrodes 4a and 4b.
  • the amount of heat generated at the joint end with 5b also increases.
  • stainless steel is preferable to phosphor bronze in terms of securing the strength when the external electrodes 4a and 4b are thinned.
  • the resistance value is increased. (Temperature rise) increases.
  • the resin stores (absorbs) the heat generated by the heat generated at the joining end portion, so that rapid temperature rise of the external electrodes 4a and 4b can be suppressed, damage to the external electrodes 4a and 4b is prevented, and durability is improved. Even when the amount of heat generated is large, the external electrodes 4a and 4b are protected by the damage of the resin 13 instead of the external electrodes 4a and 4b.
  • the adhesion strength of the joint end portion between the external electrodes 4a and 4b and the conductor layers 5a and 5b is improved, and the multilayer piezoelectric element can be prevented from being damaged due to the peeling of the external electrodes 4a and 4b, thereby improving the life.
  • the width of the resin 13 is wider than the width of the external electrodes 4a and 4b, and not only the external electrodes 4a and 4b but also the conductor layers 5a and 5b are covered with the resin 13 so that the external electrodes 4a and 4b are peeled off. Effective in terms of suppression.
  • the resin 13 examples include epoxy, amide, and silicone, but it is preferable to use an epoxy resin that has high heat resistance and high adhesion to porcelain, thereby preventing breakage or peeling due to heat generation. The service life is improved.
  • the thickness of the resin 13 is 10 to 500 ⁇ m, preferably 50 to 200 ⁇ m. If it is thinner than 10 ⁇ m, the heat storage effect (heat absorption effect) and adhesive effect of the resin 13 will be weak, and if it exceeds 500 ⁇ m, it will be easily peeled off due to the difference in thermal expansion between the resin 13 and the external electrodes 4 a and 4 b. It is.
  • the multilayer piezoelectric element 1 is also covered with a resin 14 at the junction region between the external electrodes 4 a and 4 b located on the side opposite to the feeding end side and the conductor layers 5 a and 5 b. It is preferable. Thereby, since the heat storage property and adhesiveness of the joining area
  • the joint regions of the external electrodes 4a and 4b with the conductor layers 5a and 5b are covered with the resin 13 and the resin 14, but the regions other than the joint regions with the conductor layers 5a and 5b are made of the resin 13 and the resin 14.
  • the external electrodes 4a and 4b can be prevented from being damaged or peeled off due to heat generation without hindering the expansion and contraction of the laminate 2.
  • the multilayer piezoelectric element 1 is instantaneous by providing the resins 13 and 14 in the inactive part 2b (inactive part 2b inferior in thermal conductivity) having no internal electrodes 3a and 3b in which the piezoelectric body 21 is laminated.
  • the inactive part 2b which is insensitive to various temperature changes, the heat storage effect (heat absorption effect) of the resin works more effectively, and the life can be improved.
  • the inactive part 2b does not expand and contract, the adhesiveness between the resins 13 and 14 and the laminated body 2 (piezoelectric body) is good, it is difficult to peel off, and durability is improved.
  • the laminated piezoelectric element 1 includes an active portion 2a in which a laminated body 2 is alternately laminated with piezoelectric bodies 21 and internal electrodes 3a and 3b, and an inactive structure including piezoelectric bodies 21 disposed at both ends of the active portion 2a.
  • the conductor layers 5a and 5b and the external electrodes 4a and 4b are provided from the active portion 2a to the inactive portion 2b, and the resins 13 and 14 straddle the active portion 2a and the inactive portion 2b. It may be provided.
  • the multilayer piezoelectric element 1 includes external electrodes 4 a and 4 b that extend from the end surface of the multilayer body 2 on the power feeding end side. It is preferable that a part of the end face of the electrode and a part of the extended portion of the external electrodes 4a and 4b are joined by the resins 13 and 14. According to this configuration, the contact area between the resins 13 and 14 and the external electrodes 4a and 4b increases and the amount of heat stored (heat absorption amount) increases, so that rapid heat generation is suppressed and damage to the external electrodes 4a and 4b is prevented. Can improve the service life.
  • the multilayer piezoelectric element 1 is characterized in that a hole 41 is formed in a joining region of the external electrodes 4a and 4b, and the hole 41 is filled with a resin 13. is there.
  • FIG. 5 is a plan view of the resin 13 seen through with the surface on which the external electrode 4b is formed facing up.
  • the hole 41 has a diameter of 0.1 to 1 mm, and preferably 1 to 10 holes with an interval of 0.1 to 0.5 mm, from the viewpoint of improvement in strength and electrical conduction.
  • the volume of the resin and the contact area between the resin and the external electrode are increased, and the amount of stored heat (heat absorption amount) can be increased.
  • the cross-linking between the upper and lower resins increases, the adhesion strength between the external electrode and the conductor layer can be increased, damage and peeling of the external electrode can be suppressed, and the life can be improved.
  • PZT lead zirconate titanate
  • a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) or DOP (dioctyl phthalate) are mixed.
  • DBP dibutyl phthalate
  • DOP dioctyl phthalate
  • the obtained slurry is formed into a ceramic green sheet using a tape forming method such as a doctor blade method or a calender roll method.
  • a conductive paste to be the internal electrodes 3a and 3b is produced.
  • This conductive paste is obtained by adding and mixing a binder, a plasticizer and the like to a metal powder mainly composed of a silver-palladium alloy.
  • This conductive paste is printed on the pattern of the internal electrodes 3a and 3b on one side of the ceramic green sheet by screen printing or the like.
  • the ceramic green sheet on which the conductive paste is printed is laminated so as to have the configuration of the active part 2a shown in FIG. 1, for example, and dried to obtain a primary laminated molded body.
  • a laminated molded body is produced by laminating a plurality of ceramic green sheets for the inactive part 2b on which both sides of the primary laminated molded body are not printed with the conductive paste.
  • the laminated molded body After delaminating the laminated molded body at a predetermined temperature, it is fired at 900 to 1150 ° C. to obtain the columnar laminated body 2. You may grind the side surface of the laminated body 2 as needed.
  • conductor layers 5a and 5b are formed on the side surfaces of the multilayer body 2.
  • the conductor layers 5a and 5b are prepared by adding a binder, a plasticizer, a glass powder and the like to a metal powder mainly composed of silver to produce a conductive paste.
  • the conductive paste is applied to the side surface of the laminate 2 by a screen printing method or the like. It can be formed by printing and baking at 600 to 800 ° C.
  • plate-like or mesh-like external electrodes 4a, 4b made of a conductive material for connection to an external power source are arranged on the outer surfaces of the conductor layers 5a, 5b.
  • the external electrodes 4a and 4b are bonded to the conductor layer with a conductive bonding material (solder or conductive adhesive).
  • the multilayer piezoelectric element 1 of the present invention is obtained by curing at a corresponding curing temperature.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an injection device according to an embodiment of the present invention.
  • the multilayer piezoelectric element 1 is stored in a storage container 62 having an injection hole 61 at one end.
  • a needle valve 63 that can open and close the injection hole 61 by driving the multilayer piezoelectric element 1 is disposed in the storage container 62.
  • a fuel passage 64 is disposed in the injection hole 61 so as to communicate with the movement of the needle valve 63.
  • the fuel passage 64 is connected to an external fuel supply source, and fuel is always supplied to the fuel passage 64 at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 63 opens the injection hole 61, the fuel supplied to the fuel passage 64 is jetted into a fuel chamber of an internal combustion engine (not shown) at a constant high pressure.
  • the upper end portion of the needle valve 63 has a larger inner diameter to become a piston 66, and is slidable with a cylinder 65 formed in the storage container 62.
  • the stacked piezoelectric element 1 is stored in contact with the piston 66 in the storage container 62.
  • the injection device 6 includes a container having the injection holes 61 and the multilayer piezoelectric element 1, and is configured so that the liquid filled in the container is discharged from the injection holes 61 by driving the multilayer piezoelectric element 1. It only has to be. That is, the multilayer piezoelectric element 1 does not necessarily have to be inside the container, and may be configured so that pressure is applied to the inside of the container by driving the multilayer piezoelectric element 1.
  • the liquid includes various liquid fluids (such as conductive paste) in addition to fuel and ink.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram showing the fuel injection system according to the embodiment of the present invention.
  • the fuel injection system 7 according to the embodiment of the present invention includes a common rail 71 that stores high-pressure fuel, a plurality of injection devices 6 that inject high-pressure fuel stored in the common rail 71, and a common rail 71.
  • a pressure pump 72 for supplying high-pressure fuel and an injection control unit 73 for supplying a drive signal to the injection device 6 are provided.
  • the injection control unit 73 controls the amount and timing of fuel injection while sensing the state in the combustion chamber of the engine with a sensor or the like.
  • the pressure pump 72 serves to send fuel from the fuel tank 74 to the common rail 71 at a pressure of about 1000 to 2000 atmospheres (about 101 MPa to about 203 MPa), preferably about 1500 to 1700 atmospheres (about 152 MPa to about 172 MPa).
  • the fuel sent from the pressure pump 72 is stored and appropriately sent to the injection device 6.
  • the injection device 6 injects a small amount of fuel from the injection hole 61 into the combustion chamber in the form of a mist.
  • desired injection of high-pressure fuel can be stably performed over a long period of time as compared with the conventional fuel injection system.
  • a slurry was prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramics mainly composed of PZT, a binder made of an organic polymer, and a plasticizer, and a ceramic green sheet having a thickness of 150 ⁇ m was prepared by a slip casting method. .
  • a silver-palladium alloy powder having a silver content of 70% by mass and a palladium content of 30% by mass is formed on one side of the ceramic green sheet by screen printing so as to have a desired pattern shape of 5 ⁇ m. It printed to thickness and was set as the electrically conductive paste layer.
  • a plurality of ceramic green sheets coated with the conductive paste layer were laminated to prepare a primary laminated molded body. Furthermore, 20 ceramic green sheets not coated with the conductive paste were laminated on the upper end portion in the laminating direction of the primary laminated molded body, and 20 ceramic green sheets were laminated on the lower end portion to produce a laminated molded body.
  • this laminated molded body was pressurized while being heated at 100 ° C. to integrate the ceramic green sheets of the laminated molded body.
  • the laminate molded body was cut into a quadrangular column with a cross section of 8 mm ⁇ 8 mm and a length of 18 mm, debindered at 800 ° C. for 10 hours, and fired at 1130 ° C. for 2 hours to laminate the laminate.
  • the firing pot used at the time of firing was an MgO bowl having a sealed structure, and the ceramic powder having the same composition as the ceramic contained in the laminated molded body and the laminated molded body was placed in the bowl and fired to obtain a laminated body.
  • the thickness of the piezoelectric body constituting the active part and the inactive part in the laminate was 100 ⁇ m.
  • the four side surfaces of the laminate were polished by a thickness of 0.2 mm using a surface grinder.
  • the end portions of the internal electrodes were alternately exposed on the two side surfaces of the laminate. That is, the end of the internal electrode 3a is exposed on the side surface of the laminate on the external electrode 4a side, and the end of the internal electrode 3b is exposed on the side surface of the laminate on the external electrode 4b side.
  • a conductive paste prepared by adding and mixing silver, a binder, a plasticizer, and glass powder was printed on the side surface of the laminate 2 by a screen printing method, and baked at 600 to 800 ° C. to form a conductor layer. .
  • SUS plate-like external electrodes 4a and 4b which are plated with silver for connection to an external power source on the outer surface of the conductor layer, are made of a conductive adhesive (with an Ag content of 30 to 30) according to the levels shown in Table 1. 80 vol% polyimide resin) and solder.
  • an epoxy-based resin and a silicone-based resin are applied to the joint end of the external electrode with the conductor layer according to the levels shown in Table 1 using a dispenser at 200 ° C. for 1 hour. By curing, the multilayer piezoelectric element 1 was obtained.
  • a polarization voltage of 2 kV / mm was applied to the multilayer piezoelectric element, and the entire piezoelectric body of the multilayer piezoelectric element was subjected to polarization treatment to obtain the multilayer piezoelectric element of the present invention.
  • an external electrode made of SUS in which a large number of slits are formed so that the tips overlap each other when viewed in the stacking direction of the stacked body from the long sides on both sides toward the center.
  • SUS plate with a slit and a SUS plate with a perforated slit in which the holes are formed along the direction of the longitudinal axis of the slit at a portion where the tips between the slits overlap each other when viewed from the stacking direction.
  • solder bonding the case where an external electrode is bonded to a conductor layer with a conductive adhesive is not particularly described, and the case where an external electrode is bonded to a conductor layer with solder is referred to as solder bonding.
  • an AC electric field of 0 V to +200 V was applied to these multilayer piezoelectric elements at a frequency of 200 Hz, and a driving test was performed at 180 ° C.
  • the driving test the displacement after continuously driving the laminated piezoelectric element for 1 ⁇ 10 9 cycles was measured, and the change from the initial displacement was examined. Specifically, 10 samples were evaluated for each sample, and those having an absolute value of the displacement change amount exceeding 0.5 ⁇ m were regarded as defective, and the number was confirmed.
  • a multilayer piezoelectric element in which resin is not applied to the joint end of the external electrode with the conductor layer was prepared (sample number 1), and in the same manner as the multilayer piezoelectric elements of sample numbers 2 to 7, The displacement amount was measured, and the driving test was performed in the same manner.
  • the absolute value of the difference between the initial displacement amount and the displacement amount after continuous driving of 1 ⁇ 10 9 cycles is 0.5 ⁇ m in all 10 samples. None exceeded.
  • Laminated piezoelectric element 12 Lead pins 13, 14: Resin 2: Laminated body 2a: Active part 2b: Inactive part 21, 22: Piezoelectric body 3a, 3b: Internal electrode 4a, 4b: External electrode 5a, 5b: Conductor layer

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Abstract

　【課題】　外部電極の破損または剥離を抑制し、耐久性を向上させた積層型圧電素子およびそれを用い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は、圧電体21および内部電極３ａ，３ｂが積層された積層体２と、積層体２の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体２の側面に達する内部電極３ａ，３ｂの端部と電気的に接続された導体層５ａ，５ｂと、導体層５ａ，５ｂ上に接合された外部電極４ａ，４ｂとを含み、外部電極４ａ，４ｂは、積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ給電端の側に位置する導体層５ａ，５ｂとの接合領域が樹脂13で覆われていることを特徴とする。

Description

積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
　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それを用い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。
　積層型圧電素子として、圧電体および内部電極が積層された積層体と、積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、この導体層に積層方向に沿って接合された外部電極とを含むものが知られている（特許文献１を参照）。
　そして、外部電極の一方の端部（給電端）にリードが電気的に接続され、外部回路と電気的に接続されて外部電源から電流が供給されるようになっている。
特開2002-61551号公報
　近年、積層型圧電素子には高電圧下で長期間連続駆動できることが要求されてきており、長期間にわたる変位量の維持や耐久性の向上が望まれているが、前述の積層型圧電素子において高電圧下で長期間連続駆動を行うと、外部電極の一方の端部に位置するリードからの電流の突入部に瞬時に大容量の電流が流れて温度上昇するため、外部電極の給電端の側に位置する導体層との接合領域が破損または剥離しやすいという問題があった。
　本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、外部電極の破損または剥離を抑制し、耐久性を向上させた積層型圧電素子およびそれを用い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、圧電体および内部電極が積層された積層体と、該積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する前記内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、該導体層上に接合された外部電極とを含み、該外部電極は、前記積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ前記給電端の側に位置する前記導体層との接合領域が樹脂で覆われていることを特徴とするものである。
　本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、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。
　本発明の噴射システムは、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、外部電極の積層方向の一方の端部が給電端となっており、外部電極における給電端の側に位置する導体層との接合領域が熱容量の大きい樹脂で覆われているため、発熱量の大きな接合端部において、樹脂が熱を蓄える（吸収する）ことで、外部電極の急速な温度上昇を抑制し、外部電極の破損を防ぎ、耐久性が向上する。また、発熱量が多いときでも外部電極の代わりに樹脂が破損することで外部電極は保護される。さらに、外部電極と導体層との接合端部の密着強度が向上し、外部電極の剥がれによる積層型圧電素子の破損も防ぐことができ、寿命が向上する。
本発明の積層型圧電素子について実施の形態の一例を示す斜視図である。 図１に示す積層型圧電素子１の要部を拡大した拡大断面図である。 本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例を示す斜視図である。 本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例の要部を拡大した拡大断面図である。 本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例の要部を透視した平面透視図である。 本発明の噴射装置について実施の形態の一例を示す概略断面図である。 本発明の燃料噴射システムについて実施の形態の一例を示す概略ブロック図である。
　以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を図面に基づいて詳細に説明する。
　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斜視図であり、図２は、図１に示す積層型圧電素子１の要部を拡大した拡大断面図である。
　図１および図２に示す積層型圧電素子１は、圧電体21および内部電極３ａ，３ｂが積層された積層体２と、積層体２の側面に積層方向に長く被着されて積層体２の側面に達する内部電極３ａ，３ｂの端部と電気的に接続された導体層５ａ，５ｂと、導体層５ａ，５ｂ上に接合された外部電極４ａ，４ｂとを含み、外部電極４ａ，４ｂは、積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ給電端の側に位置する導体層との接合領域が樹脂13で覆われていることを特徴とするものである。
　積層体２は、例えば圧電体21および内部電極３ａ，３ｂが交互に複数積層された活性部２ａと、活性部２ａの積層方向の両端に配置され圧電体22が複数積層されてなる不活性部２ｂとを有し、例えば縦0.5～10ｍｍ、横0.5～10ｍｍ、高さ1～10ｍｍの柱状に形成されたもので、内部電極３ａの端部と内部電極３ｂの端部とがそれぞれ積層体２の互いに反対側となる側面（対向する側面）に達している。
　圧電体21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（ＰＺＴ：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。
　内部電極３ａ、３ｂは、圧電体21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、この形成材料として、例えば圧電磁器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。
　なお、積層体２は、駆動時に内部電極３ａ，３ｂよりも優先的に破断する予定破断層（図示せず）を含む構成であってもよい。予定破断層は、複数の圧電体21の層間のうちの少なくとも一箇所、好ましくは一定の間隔で複数配置され、内部電極３ａ，３ｂよりも強度が低く、応力によってクラックが発生しやすい応力緩和機能を有する層として形成される。例えば、焼結が不十分な圧電体層、空孔の多い圧電体層もしくは金属層、または圧電体粒子や金属粒子が独立して分布している層などからなる。このような予定破断層を設けることで、積層体２が伸長して積層体２の積層方向に引っ張り応力が加わったときに、優先して予定破断層にクラックが生じ、内部電極３ａ，３ｂや圧電体21にクラックが生じるのを防ぐことができる。
　積層体２の側面には、図２に示すように、積層方向に長く被着されて前記側面に達する内部電極３ａ，３ｂの端部に電気的に接続されるように導体層５ａ，５ｂが形成されている。具体的には、導体層５ａが積層体２の側面に達する内部電極３ａの端部に電気的に接続され、導体層５ｂが積層体２の側面に達する内部電極３ｂの端部に電気的に接続されている。なお、図２では、導体層５ａは省略している。
　導体層５ａ，５ｂは、銀などの導電性材料で形成され、積層体２との密着性を上げるためにガラス成分を含ませることが好ましい。この導体層５ａ，５ｂ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ることで形成することができ、厚みは10～500μｍである。
　外部電極４ａ，４ｂは、導体層５ａ，５ｂ上に接合されている。具体的には、導電性接合材（図示せず）によって外部電極４ａが導体層５ａに接合され、導電性接合材（図示せず）を介して外部電極４ｂが導体層５ｂに接合されている。なお、図１および図２では、外部電極４ａおよび導体層５ａは省略している。
　ここで用いられる導電性接合材としては、半田（環境問題の点で好ましくは非鉛系の半田）や導電性樹脂が挙げられるが、耐熱性や積層体２の伸縮との追従性、後述する樹脂１３との密着強度との密着強度が高く、樹脂13が剥がれにくくなる点から導電性樹脂が好ましい。いずれも厚さは５μｍ～500μｍである。
　外部電極４ａ，４ｂは、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属からなり、例えば幅0.5～10ｍｍ、厚み0.01～1.0ｍｍに形成された板状のものである。この外部電極４ａ，４ｂは、積層方向の一方の端部（給電端）で外部回路と接続されるようになっていて、当該一方の端部（給電端）には上述の導電性接合材（図示せず）を介してまたは溶接によりリード（例えばリードピン12）が接続される。ここで、外部電極４ａ，４ｂは、積層体２の伸縮に追従するため、スリットの入った形状、メッシュ形状、波型の入った形状などが好ましく、厚みも10～500μｍが好ましく、特に50～200μｍが好ましい。また、電気伝導性や熱伝導性を向上させるため、すずや銀のメッキを施してもよい。
　そして、図１および図２に示すように、外部電極４ａ，４ｂにおける一方の端部（給電端）の側に位置する導体層５ａ、５ｂとの接合領域が樹脂13で覆われている。
　外部電極４ａ，４ｂの一方の端部に位置するリードピン12との接続部は最も発熱しやすい電流の突入部であり、この外部電極４ａ，４ｂにおける一方の端部の側に位置する導体層５ａ、５ｂとの接合端部の発熱量も大きくなる。例えば、外部電極４ａ，４ｂを薄くした場合の強度を確保する点ではリン青銅よりもステンレスのほうが好ましいが、ステンレスを用いて外部電極４ａ，４ｂを薄くすると抵抗値が上がることから、発熱量（温度上昇）が大きくなる。これに対し、外部電極４ａ，４ｂにおける一方の端部（給電端）の側に位置する導体層５ａ，５ｂとの接合領域（接合端部）を樹脂13で覆うことにより、この発熱量の大きな接合端部における発熱による熱を樹脂が蓄え（吸収し）、外部電極４ａ，４ｂの急速な温度上昇を抑制でき、外部電極４ａ，４ｂの破損を防ぎ、耐久性が向上するのである。また、発熱量が多いときでも外部電極４ａ，４ｂの代わりに樹脂13が破損することで外部電極４ａ，４ｂは保護される。さらに、外部電極４ａ，４ｂと導体層５ａ，５ｂとの接合端部の密着強度が向上し、外部電極４ａ，４ｂの剥がれによる積層型圧電素子の破損も防ぐことができ、寿命が向上する。
　なお、外部電極４ａ，４ｂの一方の端部（給電端）であるリードピン12との接続部が樹脂13で覆われているのが外部電極４ａ，４ｂの急速な温度上昇を抑制する点で効果的である。また、樹脂13の幅は外部電極４ａ，４ｂの幅よりも広く、外部電極４ａ，４ｂのみならず、導体層５ａ，５ｂも樹脂13で覆われているのが外部電極４ａ，４ｂの剥がれを抑制する点で効果的である。
　樹脂13としては、エポキシ系、アミド系、シリコーン系などが挙げられるが、耐熱性が高く磁器との密着性が高いエポキシ系樹脂とするのがよく、これにより、発熱による破損や剥がれを防ぎ、寿命が向上する。また、樹脂13の厚みは10～500μｍ、好ましくは50～200μｍである。10μｍより薄いと、樹脂13の蓄熱の効果（熱の吸収効果）や密着性の効果が弱くなり、500μｍを超えると、樹脂13と外部電極４ａ，４ｂとの熱膨張の差から剥がれやすくなるためである。
　さらに、積層型圧電素子１は、図３に示すように、給電端の側とは反対の側に位置する外部電極４ａ，４ｂの導体層５ａ，５ｂとの接合領域も樹脂14で覆われているのが好ましい。これにより、剥がれやすい反対側の端部の接合領域の蓄熱性および密着性も向上して剥がれにくくなるため、さらに寿命が向上する。
　ここで、外部電極４ａ，４ｂにおける導体層５ａ、５ｂとの接合領域は樹脂13および樹脂14で覆われているが、導体層５ａ、５ｂとの接合領域以外の領域は樹脂13および樹脂14で覆われていないことにより、積層体２の伸縮を妨げないようにして、発熱による外部電極４ａ，４ｂの破損や剥がれを抑制することができる。
　また、積層型圧電素子１は、圧電体21が積層された内部電極３ａ，３ｂがない不活性部２ｂ（熱伝導性に劣る不活性部２ｂ）に樹脂13、14を設けることにより、瞬間的な温度変化に対して鈍感な不活性部２ｂにおいて樹脂の蓄熱効果（熱の吸収効果）がより効果的に働き、寿命を向上させることができる。また、不活性部２ｂは伸縮しないため、樹脂13、14と積層体２（圧電体）との密着性がよく、剥がれにくくなり、耐久性が向上する。
　また、積層型圧電素子１は、積層体２が圧電体21と内部電極３ａ，３ｂとが交互に積層された活性部２ａと、活性部２ａの両端に配置された圧電体21を含む不活性部２ｂとを有する場合において、導体層５ａ，５ｂおよび外部電極４ａ，４ｂは活性部２ａから不活性部２ｂにかけて設けられていて、樹脂13、14が活性部２ａと不活性部２ｂとにまたがって設けられていてもよい。これにより、活性部２ａと不活性部２ｂとの界面近傍における活性部２ａの伸びを抑制し、界面で発生する伸縮差による応力を緩和できるため、さらに寿命が向上する。
　また、積層型圧電素子１は、図４に示すように、外部電極４ａ，４ｂは、給電端の側において積層体２の端面から延出するように設けられている場合において、積層体２との端面の一部と外部電極４ａ，４ｂの延出部位の一部とが樹脂13、14で接合されているのが好ましい。この構成によれば、樹脂13、14と外部電極４ａ，４ｂとの接触面積が増えて蓄熱量（熱の吸収量）が増えるため、急速な発熱を抑え、外部電極４ａ，４ｂの破損を防ぎ、寿命を向上できる。
　また、積層型圧電素子１は、図５に示すように、外部電極４ａ，４ｂの接合領域に孔41が形成されていて、孔41に樹脂13が充填されていることを特徴とするものである。なお、図５は外部電極４ｂの形成された面を上にして、樹脂13を透視した平面図である。ここで、孔41の径は0.1～１ｍｍで、0.1～0.5mmの間隔で１～10個あることが強度の向上と電気伝導の観点から好ましい。この構成によれば、樹脂の体積および樹脂と外部電極との接触面積が増えて、蓄熱量（熱の吸収量）を増やすことができる。また、上下の樹脂の架橋が増えて、外部電極と導体層との密着強度を高くすることができ、外部電極の破損や剥がれを抑制でき、寿命を向上できる。
　次に、本発明の実施の形態の一例の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。まず、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の粉末と、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、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオクチル）等の可塑剤とを混合してスラリーを作製する。
　次に、得られたスラリーをドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成形法を用いてセラミックグリーンシートに成形する。
　次に、内部電極３ａ，３ｂとなる導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストは、主に銀－パラジウム合金からなる金属粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して得る。この導電性ペーストをセラミックグリーンシートの片面にスクリーン印刷法等によって内部電極３ａ，３ｂのパターンに印刷する。
　次に、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、例えば図１に示す活性部２ａの構成となるように積層し、乾燥させることによって１次積層成形体を得る。この１次積層成形体の積層方向のさらに両端側に導電性ペーストを印刷していない不活性部２ｂ用のセラミックグリーンシートを複数層積層して積層成形体を作製する。なお、積層成形体は、必要に応じて積層方向に沿って裁断して所望の形状にしてもよい。
　次に、積層成形体を所定の温度で脱バインダー処理した後、900～1150℃で焼成することにより柱状の積層体２を得る。必要に応じて積層体２の側面を研磨してもよい。
　次に、積層体２の側面に導体層５ａ，５ｂを形成する。導体層５ａ，５ｂは、主に銀からなる金属粉末にバインダー、可塑剤、ガラス粉末等を添加混合して導電性ペーストを作製し、この導電性ペーストを積層体２の側面にスクリーン印刷法等によって印刷して600～800℃で焼成することにより形成できる。さらに、導体層５ａ，５ｂの外面に、外部電源と接続するための導電性材料からなる板状もしくはメッシュ状の外部電極４ａ，４ｂが配置される。この外部電極４ａ，４ｂは導電性接合材（半田もしくは導電性接着剤）で導体層と接着される。
　その後、外部電極４ａ，４ｂにリードを半田、溶接等で接続した後、外部電極の導体層との接合端部に、ディスペンサなどの塗布機を用いてエポキシ系の樹脂などを塗布し、材料に応じた硬化温度で硬化させることにより、本発明の積層型圧電素子１を得る。
　以上の製造方法により、外部電極の破断を抑制し、耐久性を向上させた積層型圧電素子が得られる。
　図６は、本発明の実施の形態の噴射装置を示す概略断面図である。図６に示すように、本実施の形態の噴射装置６は、一端に噴射孔61を有する収納容器62の内部に上記の積層型圧電素子１が収納されている。収納容器62内には、積層型圧電素子１の駆動により噴射孔61を開閉することができるニードルバルブ63が配設されている。噴射孔61には燃料通路64がニードルバルブ63の動きに応じて連通可能に配設されている。この燃料通路64は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路64に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ63が噴射孔61を開放すると、燃料通路64に供給されていた燃料が一定の高圧で図示しない内燃機関の燃料室内に噴出される。
　また、ニードルバルブ63の上端部は内径が大きくなってピストン66になっており、収納容器62に形成されたシリンダ65と摺動可能になっている。そして、収納容器62内には、上記の積層型圧電素子１がピストン66に接して収納されている。
　このような噴射装置６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66が押圧され、ニードルバルブ63が噴射孔61を閉塞し、燃料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67がピストン66を押し返し、噴射孔61が燃料通路64と連通して燃料の噴射が行なわれるようになっている。
　なお、噴射装置６は、噴射孔61を有する容器と、積層型圧電素子１とを備え、容器内に充填された液体が積層型圧電素子１の駆動により噴射孔61から吐出させるように構成されていればよい。すなわち、積層型圧電素子１が必ずしも容器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の内部に圧力が加わるように構成されていればよい。本実施の形態において、液体とは、燃料、インクなどの他、種々の液状流体（導電性ペースト等）が含まれる。
　図７は、本発明の実施の形態の燃料噴射システムを示す概略ブロック図である。図７に示すように、本発明の実施の形態の燃料噴射システム７は、高圧燃料を蓄えるコモンレール71と、このコモンレール71に蓄えられた高圧燃料を噴射する複数の噴射装置６と、コモンレール71に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ72と、噴射装置６に駆動信号を与える噴射制御ユニット73とを備えている。
　噴射制御ユニット73は、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やタイミングを制御するものである。圧力ポンプ72は、燃料タンク74から燃料を1000～2000気圧（約101ＭＰａ～約203ＭＰａ）程度、好ましくは1500～1700気圧（約152ＭＰａ～約172ＭＰａ）程度にしてコモンレール71に送り込む役割を果たす。コモンレール71では、圧力ポンプ72から送られてきた燃料を蓄え、適宜噴射装置６に送り込む。噴射装置６は、上述したように噴射孔61から少量の燃料を燃焼室内に霧状に噴射する。
　本実施の形態の燃料噴射システム７を用いれば、従来の燃料噴射システムに比べて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。
　本発明の積層型圧電素子の実施例について以下に説明する。
　先ず、ＰＺＴを主成分とする圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み150μｍのセラミックグリーンシートを作製した。
　次に、このセラミックグリーンシートの片面に、銀の含有量が70質量％でパラジウムの含有量が30質量％である銀－パラジウム合金の粉末を、スクリーン印刷法により、所望のパターン形状として５μｍの厚みに印刷し、導電性ペースト層とした。
　次に、導電性ペースト層を乾燥させた後、導電性ペースト層が塗布された複数のセラミックグリーンシートを100枚積層し、１次積層成形体を作製した。さらに、１次積層成形体の積層方向の上側端部に導電性ペーストが塗布されていないセラミックグリーンシートを20枚積層し、下側端部に20枚積層し、積層成形体を作製した。
　次に、この積層成形体を100℃で加熱しながら加圧し、積層成形体のセラミックグリーンシートを一体化した。
　次に、積層成形体を断面が８ｍｍ×８ｍｍの四角形状で長さが18ｍｍの四角柱状に切断した後、800℃で10時間の脱バインダーを行ない、1130℃で２時間焼成することにより、積層体を得た。焼成の際に使用した焼成鉢は、密閉構造のＭｇＯ製の鉢を用い、積層成形体および積層成形体に含まれるセラミックスと同じ組成のセラミック粉末を鉢に入れて焼成し、積層体を得た。なお、積層体における活性部および不活性部を構成する圧電体の厚みは100μｍであった。
　次に、積層体の４つの側面を、0.2ｍｍの厚み分ずつ、平面研削盤を用いて研磨した。
このとき、内部電極の端部を交互に積層体の２つの側面に露出させた。即ち、内部電極３ａの端部が外部電極４ａ側の積層体の側面に露出し、内部電極３ｂの端部が外部電極４ｂ側の積層体の側面に露出するようにした。次に、積層体２の側面に、銀とバインダー、可塑剤、ガラス粉末を添加混合して作成した導電性ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、600～800℃で焼成して導体層を形成した。さらに、この導体層の外面に、外部電源と接続するための銀メッキをほどこしたＳＵＳ製の板状の外部電極４ａ、４ｂを表１に示す水準により導電性接着剤（Ａｇ含有量が30～80ｖｏｌ％のポリイミド系樹脂）および半田で接着した。
　その後、外部電極にリードを半田で接続した後、外部電極の導体層との接合端に、ディスペンサを用いて表１に示す水準によりエポキシ系およびシリコーン系の樹脂を塗布し、２００℃１時間で硬化させることにより、積層型圧電素子１を得た。
　最後に、積層型圧電素子に２ｋＶ／ｍｍの分極電圧を印加し、積層型圧電素子の圧電体全体に分極処理を施して、本発明の積層型圧電素子を得た。
　なお、表１において、接合端部における樹脂の有無という項目については、樹脂が形成されていない場合はなし、図１に示すように一方の端部（給電端）側の導体層との接合領域のみに樹脂が形成されている場合はリード接続側のみ、図３に示すように積層方向両側の導体層との接合領域に樹脂が形成されている場合は両端と表した。
　また、表１において、塗布位置という項目については、樹脂が不活性部に形成されている場合は不活性部、活性部と不活性部とにまたがって形成されている場合は活性－不活性界面、積層体との端面の一部と外部電極の延出部位の一部とが樹脂で接合されている場合は端部からはみ出ると表した。
　また、表１において、外部電極という項目については、両側の長辺から中央に向かって交互に積層体の積層方向に見て先端同士が重なり合うように多数のスリットが形成されたＳＵＳ製の外部電極をスリット入りＳＵＳ板、さらに積層方向から見てスリットの間の先端同士が重なり合っている部位にスリットの長手軸の向きに沿って孔が形成されているものを孔あきスリット入りＳＵＳ板と表した。また、導体層に導電性接着剤で外部電極を接合したものは特に表記せず、導体層に半田で外部電極を接合したものははんだ接合と表記した。
　これらの積層型圧電素子にそれぞれ200Ｖの直流電圧を印加した結果、各積層型圧電素子とも伸縮駆動による10μｍの変位量（初期の変位量）が得られた。なお、変位量の測定は、試料を防振台上に固定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レーザ変位計により素子の中心部および両端部の３箇所で測定することによって行ない、３箇所の変位量の平均値を積層型圧電素子の変位量とした。
　さらに、これらの積層型圧電素子に０Ｖ～＋200Ｖの交流電界を200Ｈｚの周波数で印加し、180℃で駆動試験を行なった。駆動試験は、積層型圧電素子を１×10９サイクル連続駆動した後の変位を測定し、初期の変位からの変化を調べた。具体的には、各試料について10個ずつ評価を行い、変位の変化量の絶対値が0.5μｍを超えるものを不良として、その個数を確認した。
　なお、比較例として、外部電極の導体層との接合端に樹脂を塗布していない積層型圧電素子を作製し（試料番号１）、試料番号２～７の積層型圧電素子と同様に、初期の変位量を測定し、同様に駆動試験した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明の試料番号２～７の積層型圧電素子は、それぞれの試料の10個の全てにおいて、初期の変位量と１×10９サイクル連続駆動後の変位量との差の絶対値が0.5μｍを超えることはなかった。
　これに対し、試料番号１の積層型圧電素子は、外部電極の接続部で発熱による破損が見られた。
　なお、本発明は、上記実施の形態及び実施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加えても何等差し支えない。
　１：積層型圧電素子
　12：リードピン
　13，14：樹脂
　２：積層体
　２ａ：活性部
　２ｂ：不活性部
　21，22：圧電体
　３ａ，３ｂ：内部電極
　４ａ，４ｂ：外部電極
　５ａ，５ｂ：導体層

Claims (11)

  1. 　圧電体および内部電極が積層された積層体と、該積層体の側面に積層方向に長く被着されて前記積層体の側面に達する前記内部電極の端部と電気的に接続された導体層と、該導体層上に接合された外部電極とを含み、該外部電極は、前記積層方向の一方の端部が給電端となっており、かつ前記給電端の側に位置する前記導体層との接合領域が樹脂で覆われていることを特徴とする積層型圧電素子。
  2. 　前記給電端の側とは反対の側に位置する前記外部電極の前記導体層との接合領域も樹脂で覆わ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. 　前記積層体は、前記圧電体と前記内部電極とが交互に積層された活性部と、該活性部の両端に配置された前記圧電体を含む不活性部とを有し、前記導体層および前記外部電極は前記活性部から前記不活性部にかけて設けられていて、前記樹脂が前記不活性部に設けられてい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. 　前記積層体は、前記圧電体と前記内部電極とが交互に積層された活性部と、該活性部の両端に配置された前記圧電体を含む不活性部とを有し、前記導体層および前記外部電極は前記活性部から前記不活性部にかけて設けられていて、前記樹脂が前記活性部と前記不活性部とにまたがって設けられてい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。
  5. 　前記外部電極は前記給電端の側において前記積層体の端面から延出するように設けられていて、前記積層体の端面の一部と前記外部電極の延出部位の一部とが前記樹脂で接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  6. 　前記樹脂がエポキシ系樹脂であ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。
  7. 　前記外部電極の前記接合領域に孔が形成されていて、該孔に前記樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  8. 　前記外部電極は導電性樹脂を介して前記導体層に接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  9. 　前記外部電極の前記給電端が前記樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  10. 　噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項９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。
  11. 　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１０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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CN201180040867.4A CN103098251B (zh) 2010-10-28 2011-10-28 层叠型压电元件以及使用其的喷射装置和燃料喷射系统
JP2012540964A JP5465337B2 (ja) 2010-10-28 2011-10-28 積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682077A (zh) * 2012-09-14 2014-03-26 Tdk株式会社 压电元件单元
JP2014144147A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Olympus Corp 超音波振動デバイスおよび超音波医療装置
JP2015008300A (ja) * 2014-07-29 2015-01-15 Tdk株式会社 レンズ駆動装置
JP5724120B1 (ja) * 2014-02-27 2015-05-27 Tdk株式会社 圧電素子ユニットおよび駆動装置
WO2015114879A1 (ja) * 2014-01-29 2015-08-06 京セラ株式会社 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
CN104882535A (zh) * 2014-02-27 2015-09-02 Tdk株式会社 压电元件单元以及驱动装置
WO2016013265A1 (ja) * 2014-07-22 2016-01-28 京セラ株式会社 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
US9872424B2 (en) 2012-07-25 2018-01-23 Precision Planting Llc Systems, methods, and apparatus for multi-row agricultural implement control and monitoring
WO2025191919A1 (ja) * 2024-03-15 2025-09-18 日本特殊陶業株式会社 積層圧電セラミック部品、およびそれを備える装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5842635B2 (ja) * 2012-01-27 2016-01-13 Tdk株式会社 積層型圧電素子
DE102012109250B4 (de) * 2012-09-28 2020-07-16 Tdk Electronics Ag Elektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierung eines Elektrischen Bauelements
US9293683B2 (en) 2014-05-12 2016-03-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Method for connecting piezoelectric element and cable substrate, piezoelectric element having cable substrate, and inkjet head including piezoelectric element with cable substrate
JP1564966S (ja) * 2016-05-02 2016-12-12
JP6828331B2 (ja) * 2016-09-09 2021-02-10 Tdk株式会社 圧電駆動装置
WO2019107558A1 (ja) 2017-11-30 2019-06-06 住友理工株式会社 トランスデューサ及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03270283A (ja) * 1990-03-20 1991-12-02 Fuji Electric Co Ltd 積層型圧電素子
JPH04151884A (ja) * 1990-10-16 1992-05-25 Fujitsu Ltd 積層型圧電素子
JPH053351A (ja) * 1991-06-26 1993-01-08 Nec Corp 電歪効果素子
JPH05145137A (ja) * 1991-11-19 1993-06-11 Fujitsu Ltd 圧電アクチユエータ
JP2001069771A (ja) * 1999-08-31 2001-03-16 Kyocera Corp 積層型圧電アクチュエータ

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01287977A (ja) * 1988-05-13 1989-11-20 Tokin Corp 圧電アクチュエータ
DE10042893A1 (de) * 1999-08-31 2001-04-26 Kyocera Corp Laminiertes piezoelektrisches Stellglied
US20010026114A1 (en) * 2000-03-29 2001-10-04 Tokin Ceramics Corporation Multilayer piezoelectric actuator with electrodes reinforced in conductivity
US6653762B2 (en) 2000-04-19 2003-11-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric type electric acoustic converter
JP4158338B2 (ja) 2000-06-06 2008-10-01 株式会社デンソー インジェクタ用圧電体素子
JP3900918B2 (ja) 2001-12-10 2007-04-04 株式会社デンソー 圧電アクチュエータ
JP2005183478A (ja) * 2003-12-16 2005-07-07 Ibiden Co Ltd 積層型圧電素子
EP1753039B1 (en) * 2004-03-29 2012-10-24 Kyocera Corporation Multilayer piezoelectric element
JP2006041279A (ja) 2004-07-28 2006-02-09 Denso Corp 積層型圧電体素子及びその製造方法
JP4299807B2 (ja) * 2005-05-16 2009-07-22 京セラ株式会社 積層型圧電素子及び噴射装置
US8378554B2 (en) 2005-10-28 2013-02-19 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element and injection apparatus using the same
EP1965447B1 (en) * 2005-11-29 2015-06-03 Kyocera Corporation Laminated electronic component and method for manufacturing same
JP5135679B2 (ja) * 2005-11-30 2013-02-06 株式会社村田製作所 積層型圧電素子の製造方法
JP2007173320A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Denso Corp 積層型圧電素子及びその製造方法
JP2008167548A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Denso Corp 圧電アクチュエータ
DE102008007202A1 (de) 2008-02-01 2009-08-06 Robert Bosch Gmbh Piezoaktormodul und ein Piezoinjektor sowie ein Verfahren zum Schutz des Piezoaktormoduls
CN201434962Y (zh) * 2008-05-02 2010-03-31 泉株式会社 移动式投影屏装置
JPWO2010024199A1 (ja) * 2008-08-26 2012-01-26 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
JP5342846B2 (ja) 2008-10-15 2013-11-13 京セラ株式会社 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
WO2010110291A1 (ja) * 2009-03-25 2010-09-30 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03270283A (ja) * 1990-03-20 1991-12-02 Fuji Electric Co Ltd 積層型圧電素子
JPH04151884A (ja) * 1990-10-16 1992-05-25 Fujitsu Ltd 積層型圧電素子
JPH053351A (ja) * 1991-06-26 1993-01-08 Nec Corp 電歪効果素子
JPH05145137A (ja) * 1991-11-19 1993-06-11 Fujitsu Ltd 圧電アクチユエータ
JP2001069771A (ja) * 1999-08-31 2001-03-16 Kyocera Corp 積層型圧電アクチュエータ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2634827A4 *

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10729064B2 (en) 2012-07-25 2020-08-04 Precision Planting Llc Systems, methods and apparatus for multi-row agricultural implement control and monitoring
US9999175B2 (en) 2012-07-25 2018-06-19 Precision Planting Llc Systems, methods and apparatus for multi-row agricultural implement control and monitoring
US9872424B2 (en) 2012-07-25 2018-01-23 Precision Planting Llc Systems, methods, and apparatus for multi-row agricultural implement control and monitoring
CN103682077B (zh) * 2012-09-14 2018-01-23 Tdk株式会社 压电元件单元
JP2014060214A (ja) * 2012-09-14 2014-04-03 Tdk Corp 圧電素子ユニット
CN107968149B (zh) * 2012-09-14 2020-10-23 Tdk株式会社 压电元件单元
CN103682077A (zh) * 2012-09-14 2014-03-26 Tdk株式会社 压电元件单元
US10353168B2 (en) 2012-09-14 2019-07-16 Tdk Corporation Lens driving device
US9601683B2 (en) 2012-09-14 2017-03-21 Tdk Corporation Unit of piezoelectric element
CN107968149A (zh) * 2012-09-14 2018-04-27 Tdk株式会社 压电元件单元
JP2014144147A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Olympus Corp 超音波振動デバイスおよび超音波医療装置
WO2015114879A1 (ja) * 2014-01-29 2015-08-06 京セラ株式会社 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
JPWO2015114879A1 (ja) * 2014-01-29 2017-03-23 京セラ株式会社 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
CN104882535B (zh) * 2014-02-27 2017-09-22 Tdk株式会社 压电元件单元以及驱动装置
US9698333B2 (en) 2014-02-27 2017-07-04 Tdk Corporation Piezoelectric element unit and driving device
CN104882535A (zh) * 2014-02-27 2015-09-02 Tdk株式会社 压电元件单元以及驱动装置
JP5724120B1 (ja) * 2014-02-27 2015-05-27 Tdk株式会社 圧電素子ユニットおよび駆動装置
JPWO2016013265A1 (ja) * 2014-07-22 2017-04-27 京セラ株式会社 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
WO2016013265A1 (ja) * 2014-07-22 2016-01-28 京セラ株式会社 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
US10247152B2 (en) 2014-07-22 2019-04-02 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system provided with the multi-layer piezoelectric element
JP2015008300A (ja) * 2014-07-29 2015-01-15 Tdk株式会社 レンズ駆動装置
WO2025191919A1 (ja) * 2024-03-15 2025-09-18 日本特殊陶業株式会社 積層圧電セラミック部品、およびそれを備える装置

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