<積層型圧電素子>
 以下、本発明の一実施形態にかかる積層型� ��電素子について図面を参照し詳細に説明す� ��。図1は、本実施形態にかかる積層型圧電素 子を示す斜視図である。この積層型圧電素子 1は、圧電体セラミック層11と内部電極層13が� ��互に複数積層された積層構造体15を有して� �る。積層構造体15の側面には、一対の外部電 極17が形成されている。積層構造体15は、内� �電極層13同士が対向する対向部19と、この対� ��部19に対して積層方向の両端部側に位置す� �非対向部21とを備えている。

 この対向部19は、隣接して対向する内部電� �層13に挟まれた圧電体セラミック層11が、両� ��の内部電極層13に印加される電圧に応答し� �伸縮して素子1の積層方向の長さを変化させ� ��駆動部である。
 これに対して、非対向部21は圧電体部に電� �を印加する内部電極層13が存在しないので、 圧電体部が自ら変位することはない非駆動部 である。
 そこで、本実施形態では、非対向部21は、� �向部19の伸縮を可能な限り阻害しないよう、 かつ対向部19との境界に生じる応力が小さく� ��るように、非対向部21の剛性を低くしてい� �。

 具体的には、この実施形態の素子1におい て、非対向部21は、対向部19と同じ圧電性セ� �ミックスを主成分とし、対向部19よりも圧電 性セラミックスの平均結晶粒径が大きくなる ようにしている。これにより、対向部19と非� ��向部21の境界付近に生じる応力を低減する� �とができる。その理由は、圧電性セラミッ� �スは粒径が大きいほど剛性が低くなるから� �ある。電圧印加時に自らは駆動しない非対� �部21の剛性を低くすることで、対向部19と非� ��向部21間の歪みを非対向部21が吸収すること ができる。また、非対向部21の剛性を低くす� ��ことで、対向部19の駆動による変形を拘束� �る力が弱まる。

 非対向部21における圧電性セラミックス� �平均結晶粒径は、対向部19における圧電性セ ラミックスの平均結晶粒径の好ましくは1.3倍 以上、より好ましくは1.5倍以上であるのがよ い。これにより、非対向部21において駆動時� ��おける歪みを効果的に吸収できる。一例と� ��て、対向部19における圧電性セラミックス� �平均結晶粒径が1~3μm程度である場合、非対� �部21における圧電性セラミックスの平均結晶 粒径は好ましくは3~6μm程度、より好ましくは 4~5μm程度であるのがよい。圧電性セラミック スの平均結晶粒径の測定は次のように行えば よい。まず、公知の研磨法などを用いて、対 向部19および非対向部21を露出させる。つい� �、これらの断面を例えば走査型電子顕微鏡(S EM:Scanning Electron Microscope)などにより観察し� �画像上に所定長さの直線を引く。この直線� �重なる粒子の個数を数え、直線の長さを粒� �の個数で除した値を平均結晶粒径とする。

 非対向部21の圧電性セラミック層11の平均 結晶粒径を、対向部19よりも大きくする方法� ��しては、例えば、後述するように、非対向� ��21の圧電性セラミック層11にアルカリ金属を 含有させればよい。

 また、このように非対向部21のアルカリ� �属の含有量を対向部19よりも多くすると、対 向部19と非対向部21との境界付近における応� �をよりいっそう緩和することができる。ア� �カリ金属が存在すると、その近傍における� �電体の誘電損失が大きくなる。したがって� �非対向部21におけるアルカリ金属の含有量を 対向部19におけるアルカリ金属の含有量より� ��多くしておくことで、対向部19と非対向部21 との境界付近の変位量を小さくできる。これ により、対向部19と非対向部21との境界付近� �おける応力をより効果的に緩和することが� �きる。

 例えばPZT粉末を主成分とする場合、非対� ��部21におけるアルカリ金属の含有量は、0.01� ��量%~0.5質量%程度、好ましくは0.1質量%~0.3質� �%程度であるのがよい。対向部19におけるア� �カリ金属の含有量は、非対向部21よりも少な ければよいが、好ましくは0.01質量%以下であ� ��のがよい。非対向部21におけるアルカリ金� �の含有量は、対向部19におけるアルカリ金属 の含有量の2倍以上、好ましくは3倍以上であ� ��のが好ましい。アルカリ金属の含有量の測� ��は次のように行えばよい。すなわち、測定� ��たい部位を切り取り、粉砕した後、ICP(Induct ively Coupled Plasma)分析することにより測定で� ��る。

 次に、本実施形態にかかる素子1の製造方 法について説明する。素子1の製造方法は、� �層成形体を作製する積層工程を含む積層型� �電素子の製造方法であって、積層工程は、� �1の圧電体グリーンシートと金属ペースト層� ��が交互に積層された駆動部成形部を形成す� ��第1の積層工程と、駆動部成形部の積層方向 の両端部にそれぞれ、アルカリ金属が第1の� �電体グリーンシートより多く含まれる第2の� ��電体グリーンシートを複数積層することに� ��り非駆動部積層部を形成する第2の積層工程 と、を含むものである。まず、例えばチタン 酸ジルコン酸鉛(PZT)の粉末と、アクリル系、� ��チラール系等の有機高分子からなるバイン� ��ーと、フタル酸ジブチル(DBP)、フタル酸ジ� �クチル(DOP)等の可塑剤とを混合してスラリー を作製する。ついで、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(圧電体グリーンシート)に成形する。

 焼成後に対向部19および非対向部21のアル カリ金属の含有量が上記した範囲となるよう に、第2の圧電体グリーンシートとなる非対� �部21用のスラリーには、第1の圧電体グリー� �シートとなる対向部19用のスラリーよりも多 くのアルカリ金属を添加する。これにより、 焼成後の非対向部21における圧電性セラミッ� ��スの平均結晶粒径を、焼成後の対向部19に� �ける圧電性セラミックスの平均結晶粒径よ� �も大きくできる。アルカリ金属は焼結を促� �するため、同じ焼成条件であればアルカリ� �属の含有量が多いほど結晶粒径が大きくな� �からである。対向部19用のスラリーにはアル カリ金属を添加しなくてもよい。

 次に、内部電極層13用の金属ペーストを� �製する。この金属ペーストは、主に銀パラ� �ウムからなる金属粉末にバインダー、可塑� �等を添加混合して得る。この金属ペースト� �セラミックグリーンシートの片面にスクリ� �ン印刷等によって内部電極層13の形状に印刷 する。

 次に、金属ペーストが印刷されたグリーン� ��ートを図1に示す構造となるように積層し乾 燥させることで積層成形体を得る。この積層 成形体の積層方向両端側に金属ペーストを印 刷していない非対向部21用のセラミックグリ� ��ンシートを複数層積層する。この積層成形� ��は、必要に応じて裁断して所望の形態にし� ��もよい。
 次に、積層成形体を所定の温度で脱バイン� ��ー処理した後、900~1150℃で焼成することに� �り積層構造体15を得る。必要に応じて、積層 構造体15の側面を研磨してもよい。

 次に、積層構造体15の側面に外部電極17を 形成する。外部電極17は、主に銀からなる金� ��粉末にバインダー、可塑剤、ガラス粉末等� ��添加混合して金属ペーストを作製し、この� ��属ペーストを上記積層構造体15の側面にス� �リーン印刷等によって印刷して600~800℃で焼� ��することにより形成できる。

 さらに、外部電極17の外面に、金属のメ� �シュ若しくはメッシュ状の金属板が埋設さ� �た導電性接着剤からなる導電性補助部材を� �成してもよい。金属のメッシュとは金属線� �編み込んだものであり、メッシュ状の金属� �とは、金属板に孔を形成してメッシュ状に� �たものをいう。

 その後、外部電極17にリード線を半田等� �接続した後、外部電極17を含む積層構造体15� ��面にシリコーンゴム等からなる外装樹脂を� ��ィッピング等の手法を用いてコーティング� ��ることにより積層型圧電素子1を得る。

 以上の実施形態の積層型圧電素子1では、 焼成後における非対向部21のアルカリ金属の� ��有量が対向部19より大きくなるようにして� �非対向部21における圧電性セラミックスの平 均結晶粒径が対向部19における圧電性セラミ� ��クスの平均結晶粒径よりも大きくなるよう� ��し、対向部19と非対向部21との境界付近にお ける応力を効果的に緩和できるようにした。

 しかしながら、本発明はこれに限定される� ��のではなく、例えば、アルカリ金属を利用� ��ることなく、非対向部21における圧電性セ� �ミックスの平均結晶粒径が大きくなるよう� �してもよい。
 例えば、アルカリ金属を利用することなく� ��非対向部21における圧電性セラミックスの� �均結晶粒径が大きくなるようにする方法と� �ては、第2の圧電体グリーンシートとなる非� ��向部21用のスラリーに含まれるチタン酸ジ� �コン酸鉛(PZT)等の粉末の平均結晶粒径を、第 1の圧電体グリーンシートとなる対向部19用の スラリーに含まれるチタン酸ジルコン酸鉛(PZ T)等の粉末の平均結晶粒径よりも大きくして� ��く方法などがある。

<噴射装置>
 図2は、本発明の一実施形態にかかる噴射装 置を示す概略断面図である。図2に示すよう� �、本実施形態にかかる噴射装置25は、一端に 噴射孔27を有する収納容器29の内部に上記実� �形態に代表される本発明の積層型圧電素子1� ��収納されている。収納容器29内には、噴射� �27を開閉することができるニードルバルブ31� ��配設されている。噴射孔27には燃料通路33が ニードルバルブ31の動きに応じて連通可能に� ��設されている。この燃料通路33は外部の燃� �供給源に連結され、燃料通路33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31が噴射孔27を開放すると、燃料� �路33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よ うに構成されている。

 また、ニードルバルブ31の上端部は内径� �大きくなっており、収納容器29に形成された シリンダ35と摺動可能なピストン37が配置さ� �ている。そして、収納容器29内には、上記し た積層型圧電素子1を備えた圧電アクチュエ� �タが収納されている。

 このような噴射装置25では、圧電アクチ� �エータが電圧を印加されて伸長すると、ピ� �トン37が押圧され、ニードルバルブ31が噴射� ��27を閉塞し、燃料の供給が停止される。ま� �、電圧の印加が停止されると圧電アクチュ� �ータが収縮し、皿バネ39がピストン37を押し� ��し、噴射孔27が燃料通路33と連通して燃料の 噴射が行われるようになっている。

 また、本実施形態にかかる噴射装置25は� �噴射孔27を有する容器と、上記積層型圧電素 子1とを備え、容器内に充填された液体が積� �型圧電素子1の駆動により噴射孔27から吐出� �せるように構成されていてもよい。すなわ� �、積層型圧電素子1が必ずしも容器の内部に� ��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。なお、本発明において、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。

<燃料噴射システム>
 図3は、本発明の一実施形態にかかる燃料噴 射システム41を示す概略図である。図3に示す ように、本実施形態にかかる燃料噴射システ ム41は、高圧燃料を蓄えるコモンレール43と� �このコモンレール43に蓄えられた燃料を噴射 する複数の上記噴射装置25と、コモンレール4 3に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ45と、噴 射装置25に駆動信号を与える噴射制御ユニッ� ��47と、を備えている。

 噴射制御ユニット47は、エンジンの燃焼� �内の状況をセンサ等で感知しながら燃料噴� �の量やタイミングを制御するものである。� �力ポンプ45は、燃料タンク49から燃料を1000~20 00気圧(約101MPa~約203MPa)程度、好ましくは1500~17 00気圧(約152MPa~約172MPa)程度にしてコモンレー� ��43に送り込む役割を果たす。コモンレール43 では、圧力ポンプ45から送られてきた燃料を� ��え、適宜噴射装置25に送り込む。噴射装置25 は、上述したように噴射孔27から少量の燃料� ��燃焼室内に霧状に噴射する。

 以上、本発明の実施形態について説明し� ��が、本発明は上記実施形態に限定されるも� ��ではない。また、本発明における非対向部� ��は、電圧印加時に駆動に寄与する内部電極� ��同士が対向していない部位、すなわち自ら� ��駆動しない部位をいう。したがって、非対� ��部に金属層などが含まれていてもよい。