(57)【要約】  【課題】  ホルダを有しながら積層体との間に緩衝部材を必要とせず、圧電体層の破損の発生を低減し、良好な耐久性および長期信頼性を有する積層型圧電素子を提供する。  【解決手段】  複数の圧電体層３と、圧電体層３を間に挟んで交互に配置された平板状の複数の正極用電極４および負極用電極５とが積層されてなる積層体２に、積層体２の上面を覆う平板部６ａおよび積層体２の側面に沿って延びた側面部６ｂを有する上ホルダ６と、積層体２の下面を覆う平板部７ａおよび積層体２の側面に沿って延びた側面部７ｂを有する下ホルダ７とを装着した積層型圧電素子１である。積層体２と上下ホルダ６，７との間に緩衝部材を設ける必要はなく、積層体２に生じる変位・変形が妨げられることがほとんどないため、微弱な振動や圧力に対する感度等の圧電特性に優れ、耐久性および長期信頼性にも優れたものとすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体層と、該圧電体層を間に挟んで交互に配置された平板状の複数の正極用電極および負極用電極とが積層されてなる積層体に、該積層体の上面を覆う平板部および前記積層体の側面に沿って延びた側面部を有する上ホルダと、前記積層体の下面を覆う平板部および前記積層体の側面に沿って延びた側面部を有する下ホルダとを装着したことを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記上ホルダおよび前記下ホルダが金属からなることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記上ホルダおよび前記下ホルダはそれぞれ複数の前記側面部を有す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。
【請求項４】
前記正極用電極および前記負極用電極はそれぞれ前記積層体の異なる側面に突出する突出部を有しており、前記上ホルダの前記側面部は前記複数の正極用電極および負極用電極のいずれか一方の前記突出部と接続され、前記下ホルダの前記側面部は前記複数の正極用電極および負極用電極のいずれか他方の前記突出部と接続され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。
【請求項５】
前記上ホルダおよび前記下ホルダの前記側面部が前記積層体の隣り合う側面に配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
前記積層体の上面および下面は前記圧電体層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。
【請求項７】
前記積層体の上面は前記正極用電極および前記負極用電極のいずれか一方であり、前記積層体の下面は前記正極用電極および前記負極用電極のいずれか他方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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。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，インクジェットプリンタヘッド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，振動防止装置等が挙げられる。また、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等が挙げられる。さらに、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等が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電素子は、直流電圧や交流電圧を印加して変位させたり振動させたりする駆動素子として、または振動や圧力を検出するセンサ素子として、あるいは圧電振動を利用した回路素子として利用されている。【０００３】
このような積層型圧電素子として、圧電セラミック板と電極取り出し部を有する金属箔とを交互に積層してなる圧電積層体を用いたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この積層型圧電素子では、連絡電極の接続やリード線の接続が電極取り出し部の一部が絶縁処理された金属箔に行なわれている。また、使用に当たって全体の絶縁性を保つために、積層体の側面にシリコーングリース等の絶縁剤とともに熱収縮チューブ等で被覆したり、全体をシール性の高い容器内に配置したりするなどの処理が行なわれる。【０００４】
また、同様の積層型圧電素子として、圧電焼結体層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電ユニットを積層方向に複数積み重ねてなるユニット積層体を、包囲するケース部材を有する積層型圧電素子が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。このケース部材としては、ユニット積層体固定用の離間保持部材を用い、ユニット積層体の周囲に柔軟性のあるモールド樹脂を形成する、あるいはユニット積層体を絶縁コーティング層で被覆してからモールド樹脂で覆うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−23126号公報
【特許文献２】特開2006−303445号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の積層型圧電素子では、圧電体層の圧電材料として圧電セラミックスや水晶等が提案されており、これらの圧電材料は、一般に非金属材であって塑性変形を起こさないため、靭性および延性に乏しく、圧電振動を発生させて駆動することによって脆性破壊を起こしやすいという課題があった。その結果、駆動素子やセンサ素子としての実使用状態における振動、あるいは衝撃に伴って発生する応力集中、あるいは隣接する部材との熱膨張率差に起因する熱応力等により、圧電体層が破損しやすく、十分な耐久性および長期信頼性を得ることが難しいという課題があった。【０００７】
また、積層型圧電素子を用いた駆動素子やセンサ素子は、圧電素子が変形することによってその機能が発現するものであることから、従来の積層型圧電素子では、特許文献１および特許文献２に開示されているように、使用に当たっては積層型圧電素子をケースに収納し、このケースと積層型圧電素子との絶縁性を保ちながら、ケースへの固定および電極取り出しを行なうことが求められていた。【０００８】
しかしながら、これら従来の積層型圧電素子では、積層体の周囲に絶縁材を配置したり固定用の部材を用いたりして、緩衝部材を介してケースや外装樹脂内に積層体を配置する必要があることから、積層体の微弱な振動が抑制され、例えば微弱な圧力でも感知するような高感度なセンサ素子となりにくいという課題があった。このため、積層体との間に緩衝部材のないホルダを有する積層型圧電素子が求められていた。また、そのようなホルダを有しながら耐久性が高い積層型圧電素子が望まれていた。【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホルダを有しながら積層体との間に緩衝部材を必要とせず、圧電体層の破損の発生を低減し、実使用状態における良好な耐久性および長期信頼性を有する積層型圧電素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体層と、該圧電体層を間に挟んで交互に配置された平板状の複数の正極用電極および負極用電極とが積層されてなる積層体に、該積層体の上面を覆う平板部および前記積層体の側面に沿って延びた側面部を有する上ホルダと、前記積層体の下面を覆う平板部および前記積層体の側面に沿って延びた側面部を有する下ホルダとを装着したことを特徴とするものである。【００１１】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記構成において、前記上ホルダおよび前記下ホルダが金属からなることを特徴とするものである。【００１２】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記上ホルダおよび前記下ホルダはそれぞれ複数の前記側面部を有することを特徴とするものである。【００１３】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記正極用電極および前記負極用電極はそれぞれ前記積層体の異なる側面に突出する突出部を有しており、前記上ホルダの前記側面部は前記複数の正極用電極および負極用電極のいずれか一方の前記突出部と接続され、前記下ホルダの前記側面部は前記複数の正極用電極および負極用電極のいずれか他方の前記突出部と接続されていることを特徴とするものである。【００１４】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記上ホルダおよび前記下ホルダの前記側面部が前記積層体の隣り合う側面に配置されていることを特徴とするものである。【００１５】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記積層体の上面および下面は前記圧電体層であることを特徴とするものである。【００１６】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記各構成において、前記積層体の上面は前記正極用電極および前記負極用電極のいずれか一方であり、前記積層体の下面は前記正極用電極および前記負極用電極のいずれか他方であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の積層型圧電素子によれば、積層体に、積層体の上面を覆う平板部および積層体の側面に沿って延びた側面部を有する上ホルダと、積層体の下面を覆う平板部および積層体の側面に沿って延びた側面部を有する下ホルダとを装着したことから、積層体が素子を封入するケース部材などの外部部材に直接接触することがないので、積層体とこれら上下ホルダとの間に緩衝部材を設ける必要がない。また、積層体および上下ホルダの組み合わせ構造は積層体上下面と上下ホルダの平板部で構成され、側面部での積層体の拘束が不要なので、積層体に生じる変位・変形が積層体の保持部材である上下ホルダによる保持構造の影響を受けたり、妨げられたりすることがなくなる。【００１８】
従って、微弱な振動や圧力に対する感度等の圧電特性に優れ、かつ保持構造に起因して発生する応力集中による積層体の破壊が発生することも少なく、耐久性および長期信頼性に優れた積層型圧電素子とすることができる。【００１９】
また、本発明の積層型圧電素子によれば、上ホルダおよび下ホルダが金属からなるときには、上ホルダおよび下ホルダが静電気を帯びることがなく、また上ホルダおよび下ホルダからのノイズ発生を防止することができ、さらには金属材料の靱性、延性により積層型圧電素子全体としての強度を高めることができる。【００２０】
さらに、本発明の積層型圧電素子によれば、上ホルダおよび下ホルダがそれぞれ複数の側面部を有するときには、これら複数の側面部によって積層体の積層位置ずれをより低減することができるため、圧電特性および強度に優れたものとすることができる。【００２１】
また、本発明の積層型圧電素子によれば、正極用電極および負極用電極はそれぞれ積層体の異なる側面に突出する突出部を有しており、上ホルダの側面部は複数の正極用電極および負極用電極のいずれか一方の突出部と接続され、下ホルダの側面部は複数の正極用電極および負極用電極のいずれか他方の突出部と接続されているときには、積層体に対する電気的な入出力を積層体の上下に配置されたホルダから行なうことができるようになり、入出力端子と積層型圧電素子との接続構造を積層体の感圧または駆動構造から分離された状態とすることができ、組込み構造の影響をほとんど受けない圧電特性に優れた積層型圧電素子とすることができる。【００２２】
また、本発明の積層型圧電素子によれば、上ホルダおよび下ホルダの側面部が積層体の隣り合う側面に配置されているときには、それぞれの側面部が交互に配置された構造とすることができ、積層体の位置ずれをより高い精度で抑えることができるとともに、対称性の高い構造となることから圧電特性にも優れたものとすることができる。【００２３】
また、本発明の積層型圧電素子によれば、積層体の上面および下面が圧電体層であるときには、全ての圧電体層の両面に対して各々異なる極側の単一の金属導体が接触した状態となり電気的接続構造が等しくなるので、均一な構造となって圧電特性に優れたものとすることができる。【００２４】
また、本発明の積層型圧電素子によれば、積層体の上面は正極用電極および負極用電極のいずれか一方であり、積層体の下面は正極用電極および負極用電極のいずれか他方であるときには、圧電体層の積層数が少なくなり、圧電体材料の使用量および材料製作・組立てに伴う手間やコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】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る。
【図２】本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】従来の積層型圧電素子の例の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の積層型圧電素子について図面を参照して詳細に説明する。【００２７】
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る。図２は、図１に示す積層型圧電素子の、上ホルダの側面部を通る、積層方向に平行な断面における断面図である。【００２８】
図１および図２に示すように、本例の積層型圧電素子１は、複数の圧電体層３と、圧電体層３を挟んで交互に配置された平板状の複数の正極用電極４および負極用電極５とが積層されてなる積層体２に、積層体２の上面を覆う平板部６ａおよび積層体２の側面に沿って延びた側面部６ｂを有する上ホルダ６と、積層体２の下面を覆う平板部７ａおよび積層体２の側面に沿って延びた側面部７ｂを有する下ホルダ７とを装着したことを特徴とするものである。【００２９】
本例の積層型圧電素子１によれば、このように積層体２に装着された上ホルダ６および下ホルダ７が積層体２の上面および下面の全面を平板部６ａ，７ａで、積層体２の側面を側面部６ｂ，７ｂで保持する構造となっていることにより、積層体２に外部から印加される機械的入力または電気的入力の結果として圧電体層３に発生する機械的変動（変形，変位）が、上ホルダ６および下ホルダ７からなる保持構造による影響や阻害を受けにくいため、感度や駆動効率等の圧電特性に優れ、かつ保持構造の影響による応力集中に起因する圧電体層３の破壊が少なく、その結果、耐久性および長期信頼性に優れた積層型圧電素子１とすることができる。【００３０】
また、平板状の複数の正極用電極４および負極用電極５が圧電体層３を間に挟んで交互に配置されることにより、積層体２において正負両極とも電気的な回路構造が対称な形態となり、特に高周波入出力の波形の歪みが少ない、感度や駆動効率に優れた積層型圧電素子１とすることができる。【００３１】
本発明の積層型圧電素子１において、上ホルダ６および下ホルダ７は金属からなることが好ましい。これにより、金属のような導電性材料は静電気を帯びることがなく、上ホルダ６および下ホルダ７からの静電気の放電による積層体２の絶縁破壊や積層体２の電気的入出力におけるノイズ発生を確実に防止することができる。併せて金属材料の靱性、粘性により、上ホルダ６および下ホルダ７が樹脂材料等からなる場合と比較して積層型圧電素子１の素子強度を高くすることができる。【００３２】
また、本発明の積層型圧電素子１において、上ホルダ６および下ホルダ７はそれぞれ複数の側面部６ｂ，７ｂを有することが好ましい。上ホルダ６および下ホルダ７がそれぞれ複数の側面部６ｂ，７ｂを有することにより、これら複数の側面部６ｂ，７ｂによって積層体２の積層位置ずれをより効果的に低減することができるため、圧電特性および強度に優れた積層型圧電素子１とすることができる。【００３３】
また、本発明の積層型圧電素子１において、正極用電極４および負極用電極５はそれぞれ積層体２の異なる側面に突出する突出部４ａ，５ａを有し、上ホルダ６の側面部６ｂが複数の正極用電極４および負極用電極５のいずれか一方の突出部４ａ（５ａ）と接続され、下ホルダ７の側面部７ｂが複数の正極用電極４および負極用電極５のいずれか他方の突出部（４ａ）５ａと接続されていることが好ましい。【００３４】
このように、正極用電極４および負極用電極５と上ホルダ６および下ホルダ７とが突出部４ａ，５ａと側面部６ｂ，７ｂとで接続されることにより、積層体２に対する電気的な入出力を積層体２の上下端面に配置された上ホルダ６の平板部６ａおよび下ホルダ７の平板部７ａから行なうことができるようになり、入出力端子と積層型圧電素子１との接続構造を積層体２の感圧または駆動構造から分離された状態にすることができるので、積層型圧電素子１の組込み構造の影響をほとんど受けない圧電特性に優れたものとすることができる。【００３５】
さらに、正極用電極４および負極用電極５にそれぞれ積層体２の側面に突出する突出部４ａ，５ａを設けることにより、圧電体層３と上ホルダ６および下ホルダ７とが接触干渉しない構造とすることができる。その結果、圧電特性に優れ、かつ積層体２とその保持構造との接触干渉に伴う圧電体層３の歪みに起因する圧電体層３の破壊の発生を低減でき、耐久性および長期信頼性に優れた積層型圧電素子１とすることができる。【００３６】
また、本発明の積層型圧電素子１において、上ホルダ６および下ホルダ７の側面部６ｂ，７ｂは、積層体２の隣り合う側面に配置されていることが好ましい。これにより、上ホルダ６の側面部６ｂと下ホルダ７の側面部７ｂとが積層体２の側面に交互に配置された構造となり、積層体２の位置ずれをより高い精度で抑えることができ、また機械的および電気的に対称性の高い構造となることから、圧電特性にも優れた積層型圧電素子１とすることができる。【００３７】
また、図１および図２に示す本例の積層型圧電素子１は、積層体２の上面が正極用電極４であり、積層体２の下面が圧電体層３である構成であるが、本発明の積層型圧電素子１において、積層体２の上面および下面は圧電体層３であることが好ましい。このような構成とすると、積層体の上下面とも圧電体層３と上下ホルダ６，７の平板部とが接触した状態となり、積層体２を構成するすべての正極用電極４および負極用電極５の両面が積層体２を構成する圧電体層３のうち１層とそれぞれ接触する構造となり、さらに上ホルダ６および下ホルダ７と正極用電極４および負極用電極５とが電気的に接続される場合は、全ての圧電体層３に対する電気的接続構造が等しくなる。これにより、全ての正極用電極４および負極用電極５が機械的および電気的に均一な構造となり、圧電特性に優れた積層型圧電素子１とすることができる。【００３８】
また、本発明の積層型圧電素子１において、積層体２の上面は正極用電極４および負極用電極５のいずれか一方であり、積層体２の下面は正極用電極４および負極用電極５のいずれか他方であることも、他の形態として好ましい。このような積層型圧電素子１では、積層体２の作製において圧電体層３の積層数が少なく、従って圧電体材料の使用量および材料製作・組立てに伴う手間が低減できる。また、それによりコストを低減することもできるため、安価な積層型圧電素子１を提供する上で有利になる。【００３９】
次に、本発明の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。【００４０】
＜圧電体層３の作製＞
まず、圧電材料から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材料からなるバインダーと可塑剤とを混合してスラリーを作製する。そしてこのスラリーを用いて、ドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成型法により、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、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３からなるペロブスカイト型酸化物（ＰＺＴ）等を用いることができる。また、可塑剤としてはＤＢＰ（フタル酸ジブチル），ＤＯＰ（フタル酸ジオチル）等を用いることができる。【００４１】
次に、このセラミックグリーンシートを積層体２となるための所望の形状に打ち抜き、所定の温度で脱バインダーを行なった後、例えば900〜1200℃の温度で焼成することによって圧電体層３となる圧電体板材を得ることができる。【００４２】
なお、上記は圧電体層３に圧電性セラミックスを使用する場合であるが、圧電性を有する材料が作製できれば、圧電体層３はどのような製法によって形成されてもよい。【００４３】
＜正極用電極４および負極用電極５の作製＞
平板状の正極用電極４および負極用電極５は、具体的には、例えばＳＵＳ材等の金属シートを、積層体２となるための所望の形状となるよう、エッチング法あるいは打ち抜きプレス法等により成型加工することで作製する。【００４４】
＜積層体２の作製（分極処理を含む）＞
作製した圧電体層３ならびに正極用電極４および負極用電極５を、例えば図１および図２に示すような所望の向きおよび層数で積層する。これらの積層時には、位置ずれを防ぐために、圧電体層３や正極用電極４・負極用電極５の外形に断面形状を合わせたダイス等を用いる。【００４５】
次に、得られた積層体２に分極処理を施す。正極用電極４および負極用電極５をそれぞれ正負の極板として0.1〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加する。これにより、分極方向が圧電体層３の１層ごとに反対の方向を向いた分極パターンを有する、分極済みの圧電体層３を得ることができる。【００４６】
なお、積層体２は、上記の製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３と圧電体層３を間に挟んで交互に配置された複数の正極用電極４および負極用電極５とからなる積層体２を作製できれば、どのような製法によって作製されてもよい。また、積層体２単独での形状保持性は必須ではなく、例えば積層用ダイスに組み込んだ状態、すなわち仮組みの状態で次工程の上下ホルダとの組立てに移行してもよい。【００４７】
また、分極処理の方法も上記の方法によって処理されるものに限定されるものではなく、圧電体層３の厚さ方向に分極させることができれば、例えば、圧電体層３を焼成により作製した後、単板の状態で上下から電圧を印加して分極状態とし、分極方向が圧電体層３の１層ごとに反対の方向を向くように積層してもよい。あるいは、次工程の積層型圧電素子１全体の組立終了後に分極処理を行なっても構わない。【００４８】
＜上ホルダ６，下ホルダ７の作製および積層型圧電素子１の組立て＞
上ホルダ６および下ホルダ７は、まず例えばＳＵＳ材等の金属シートを、平板部６ａ，７ａおよび側面部６ｂ，７ｂに相当する部位を有する形状に、エッチング法等の成型法で成型する。次に、プレス成型法等により、図１，２に示すような、平板部６ａ，７ａから側面部６ｂ，７ｂがほぼ直交して延びる形状へと成形する。【００４９】
なお、上ホルダ６および下ホルダ７は、上記の材料および製法により作製されるものに限定されるものではなく、積層体２の上面を覆う平板部６ａ，７ａおよび積層体２の側面に沿って延びた側面部６ｂ，７ｂを有し、必要に応じて導電性等を有する上ホルダ６および下ホルダ７を作製できれば、どのような材料および製法によって作製してもよい。【００５０】
次に、積層体２と上ホルダ６および下ホルダ７とを組み立てる。例えば、上下ホルダ６，７の側面部６ｂ，７ｂの内側に熱硬化性樹脂を塗布した後、図１および図２に示すような形態に仮組みし、上下ホルダ６，７の平板部６ａ，７ａをバイス等でクランプした状態でオーブン等により50〜180℃の温度で加熱して樹脂を硬化させて、積層型圧電素子１の形態が保持された状態とすることによって、積層型圧電素子１が得られる。【００５１】
このとき、正極用電極４および負極用電極５と上ホルダ６および下ホルダ７とを電気的に接続したい場合は、突出部４ａ，５ａと側面部６ｂ，７ｂとを接続するのが好適であるが、その他の部位間で電気的に接続してもよい。突出部４ａ，５ａと側面部６ｂ，７ｂとの接続や、その他の部位間での電気的な接続には、Ａｇ等の導電性粉末を混合した導電性樹脂を用いたり、当接させた部位でスポット溶接等により結合したりしてもよい。【００５２】
なお、積層型圧電素子１の組立体は、必ずしもそれ自体が単独で組立状態を維持している必要はなく、例えば、仮組み後、直ちに所望のハウジングに封入することで、組立状態が維持されるものでもあってもよい。
【実施例】
【００５３】
本発明の積層型圧電素子を備えたセンサ素子である圧力センサを、以下のようにして作製した。【００５４】
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とバインダーと可塑剤とを混合したスラリーを作製した。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚み100μｍの圧電体層３となるセラミックグリーンシートを作製した。そして、980〜1100℃で焼成した後、ダイシングソーにより対角長が５ｍｍ角の正六角形状に切断し、圧電体層３を構成する圧電体単板を得た。焼成後の圧電体層の厚さは80μｍであった。【００５５】
また、厚さが100μｍのＳＵＳ304からなる板材を、図１に示す正極用電極４および負極用電極５を構成できるよう、エッチング法により対角長が５ｍｍの正六角形状であり、その１つの辺を0.5ｍｍ突出させて突出部４ａ，５ａとした形状に加工した。【００５６】
また、厚さが100μｍのＳＵＳ304からなる板材を、図１に示す上ホルダ６および下ホルダ７を構成できる形状となるよう、エッチング加工により成形した。さらに、プレス成型機により曲げ加工を施し、図１に示す上ホルダ６および下ホルダ７を作製した。それぞれ平板部６ａ，７ａの形状は対角長が５ｍｍの正六角形状とし、側面部はその１つの辺から延びる長さが１ｍｍの長方形状とした。【００５７】
そして、５層の圧電体層３と、各３枚の正極用電極４および負極用電極５とを、正極用電極４および負極用電極５の突出部４ａ，５ａがそれぞれ積層体２の対向する側面に位置するように配置し、交互に積層して積層体２を作製した。次に、この積層体２に上ホルダ６および下ホルダ７を互いの側面部６ｂ，７ｂが積層体２の対向する側面に位置するように装着して、上ホルダ６の側面部６ｂと正極用電極４の突出部４ａとを接続し、下ホルダ７の側面部７ｂと負極用電極５の突出部５ａとを接続して、図１および図２に示すような構成とした。なお、図１および図２に示す例では、積層体２の上面が正極用電極４であり、下面が圧電体層３であるが、本実施例では、積層体２の上面が正極用電極４であり、下面が負極用電極５である構成とした。最後に、上ホルダ６の平板部６ａおよび下ホルダ７の平板部７ａ間に2.5ｋＶ／ｍｍ相当の直流電圧を印加して、圧電体層３に分極処理を施し、本発明の実施例の試料を得た。【００５８】
また、本発明の比較例の試料として、図３に断面図で概略構成を示すような構成の従来の積層型圧電素子11を以下のように作製した。【００５９】
まず、圧電体層13となるセラミックグリーンシートを本発明における圧電体層３となるセラミックグリーンシートと同じ方法で作製した。【００６０】
また、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、正極用内部電極14，負極用内部電極15，正極用外部電極16および負極用外部電極17となる導電性ペーストを作製した。【００６１】
次に、セラミックグリーンシートの片面に、この導電性ペーストをスクリーン印刷法によりそれぞれ正極用内部電極14および負極用内部電極15のパターンに印刷した。その際、積層体内に図３における正極用内部電極14の右側および負極用内部電極15の左側に電極層の存在しない部分を形成するため、幅５ｍｍの帯状のパターンを幅１ｍｍの間隔をあけて繰り返す印刷パターンとした。【００６２】
その上で、それらセラミックグリーンシートを、正極用内部電極14および負極用内部電極15が図３に示すように形成されるよう、帯状パターンの反復方向に適宜ずらしながら５枚積層した。そして、図３に示す積層構造となるようにこのセラミックグリーンシート積層体を切断し、980〜1100℃で焼成することにより積層体を得た。【００６３】
得られた積層体を、平面研削盤を用いて所定の形状に研削した後、外部電極16，17を形成するように積層体の側面に導電性ペーストを印刷して、700℃にて焼付けを行なった。なお、焼成および焼付け後の各内部電極層および各外部電極の厚さを実測したところ、それぞれ15μｍであった。最後に、外部電極16，17を介して2.5ｋＶ／ｍｍ相当の直流電圧を印加し、従来の積層型圧電素子11を得た。【００６４】
以上のようにして得られた本発明の実施例である積層型圧電素子１の試料および比較例である積層型圧電素子11の試料を、それぞれＳＵＳ304およびアルミナならびにポリテトラフルオロエチレン材を用いたハウジングに封入し、実施例の積層型圧電素子１を用いた圧力センサおよび比較例の積層型圧電素子11を用いた圧力センサを得た。【００６５】
これら圧力センサについて、材料試験機にて300Ｎを印加し、正負電極とチャージアンプとを接続し、出力電圧から感度を計測した。【００６６】
また、耐久試験として、材料試験機にて50〜250Ｎ（振幅が100Ｎで振動数が50Ｈｚ）の繰り返し荷重を印加する繰り返し荷重試験を、それぞれ1000時間行なった。【００６７】
その結果、感度については、実施例および比較例の両試料とも約10000ｐＣ／ＭＰａの出力を得た。しかしながら、繰り返し荷重試験においては、1000時間後に感度測定を行なったところ、比較例の積層型圧電素子11を用いた圧力センサでは出力が得られなかった。これについて、ハウジングから積層型圧電素子11を取り出して断面を観察したところ、図３に示すように、正極用内部電極14および負極用内部電極15の導体層エッジ部からクラック18が発生していた。これに対して、実施例の積層型圧電素子１を用いた圧力センサでは、1000時間後も試験前と同じ出力を得た。これにより、本発明の積層型圧電素子１は、耐久性および長期信頼性に優れたものであることが確認できた。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・積層型圧電素子
２・・・積層体
３・・・圧電体層
４・・・正極用電極
４ａ・・・突出部
５・・・負極用電極
５ａ・・・突出部
６・・・上ホルダ
６ａ・・・平板部
６ｂ・・・側面部
７・・・下ホルダ
７ａ・・・平板部
７ｂ・・・側面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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