(57)【要約】【課題】絶縁樹脂の接着性を向上させ、耐久性に優れた絶縁構造を有する積層型圧電素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】積層型圧電素子１は、圧電材料よりなる圧電層１１と導電性を有する内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０を有し、セラミック積層体１０の側面１０３に外部電極を接合してなると共に、セラミック積層体１０の側面１０３全体を絶縁樹脂３５によりモールドしてなる。絶縁樹脂３５に接するセラミック積層体１０の表層には、外表面に凹凸を有するアンカー層１３が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有し、該セラミック積層体の側面に外部電極を接合してなると共に、上記セラミック積層体の側面全体を絶縁樹脂によりモールドしてなる積層型圧電素子において、
上記絶縁樹脂に接する上記セラミック積層体の表層には、外表面に凹凸を有するアンカー層が形成されていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、上記アンカー層の凹凸の凹部の平均深さは２〜１０μｍであることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記積層型圧電素子は、インジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電アクチュエータであることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項４】
圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有し、該セラミック積層体の側面に外部電極を接合してなると共に、上記セラミック積層体の側面全体を絶縁樹脂によりモールドしてなる積層型圧電素子を製造する方法において、
上記圧電層となるグリーンシートと上記内部電極層となる電極材料とを交互に積層してなる中間積層体を作製する中間積層体作製工程と、
上記中間積層体の側面に、その後の焼成によって焼失する焼失粒子と上記圧電層と一体化しうるセラミック原料とを含有するアンカー層形成用のスラリーを、少なくとも上記外部電極を配設するための電極配設部を除いて塗布するスラリー塗布工程と、
上記中間積層体を焼成して上記セラミック積層体を得ると共に、上記スラリーを焼成して外表面に凹凸を有するアンカー層を上記セラミック積層体の側面に形成する焼成工程と、
上記セラミック積層体の上記電極配設部に上記外部電極を接合する外部電極接合工程と、
上記セラミック積層体の側面全体を絶縁樹脂によりモールドするモールド工程とを含むことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、上記スラリーに含有させる上記焼失粒子は、カーボン粒子又は炭化有機物粒子の少なくともいずれかを含むことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５において、上記焼失粒子は、平均粒径が２〜１０μｍであることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項において、上記中間積層体の積層方向両端には、保護層用のグリーンシートを積層して保護層形成部を設けておき、上記スラリー塗布工程では、上記保護層形成部の外表面にも上記スラリーを塗布し、
また、上記焼成工程の前には、上記中間積層体の上記電極配設部に、側面電極形成用の側面電極材料を塗布する側面電極材料塗布工程を行い、
上記焼成工程においては、上記保護層を含む上記セラミック積層体の側面に上記アンカー層を形成すると共に上記側面電極材料を焼成させて側面電極を形成し、
上記外部電極接合工程では、上記側面電極の上に該側面電極よりも積層方向の寸法が大きくなるよう導電性接着剤を塗布すると共に該導電性接着剤を介して上記外部電極を接合すること特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧電アクチュエータ等に適用される積層型圧電素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費、排気ガス等の対策の面から、積層型圧電素子を用いた自動車の燃料噴射用インジェクタの開発が進められている。
積層型圧電素子は、一般に圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有し、該セラミック積層体の側面に外部電極を接合してなると共に、セラミック積層体の側面全体を絶縁樹脂によりモールドしてなる。そして、上記内部電極層間に電圧を印加することにより、上記圧電層に変位が生じて駆動するように構成されている。
【０００３】
上記積層型圧電素子を自動車の燃料噴射用インジェクタの圧電アクチュエータとして適用した場合、高温高湿下で長期間使用されるといった使用環境の厳しさにより、従来から様々な問題が生じている。
例えば、上記絶縁樹脂は、上記セラミック積層体の側面全体にモールドされ、外部との電気的な絶縁性を確保している。しかし、駆動時の上記圧電層の伸縮により上記絶縁樹脂が上記セラミック積層体の側面から剥離したり、上記圧電層の伸縮に耐え得る柔軟性がないために上記絶縁樹脂の内部にクラックが発生したりして、絶縁不良等の不具合を生じるといった問題がある。また、高出力を得ようとすればするほど、上記圧電層の変位は大きなものとなるため、上記の不具合は顕著となる（特許文献１参照）。
【０００４】
上記の問題点を解決すべく、上記絶縁樹脂の接着性及び絶縁性を向上させる様々な方法が提案されている。
例えば、特許文献２及び特許文献３では、積層型圧電素子にシリコーン樹脂等をコーティングすることで絶縁性を確保する方法が提案されているが、上記のような厳しい条件下での使用においては、コーティングした樹脂が剥離するおそれがある。
また、特許文献４では、積層型圧電素子にガラス絶縁材をコーティングすることで耐湿性を確保する方法が提案されている。しかし、上記ガラス絶縁材は、上記圧電層の伸縮に耐え得る柔軟性を有していないため、内部にクラックが発生し、絶縁破壊するおそれがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２５２４６９号公報
【特許文献２】特開平５−１６０４５８号公報
【特許文献３】特開２００３−１７７６８号公報
【特許文献４】特開平７−７１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、絶縁樹脂の接着性を向上させ、耐久性に優れた絶縁構造を有する積層型圧電素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有し、該セラミック積層体の側面に外部電極を接合してなると共に、上記セラミック積層体の側面全体を絶縁樹脂によりモールドしてなる積層型圧電素子において、
上記絶縁樹脂に接する上記セラミック積層体の表層には、外表面に凹凸を有するアンカー層が形成されていることを特徴とする積層型圧電素子にある（請求項１）。
【０００８】
本発明の積層型圧電素子において、上記絶縁樹脂は、上記セラミック積層体の表層に形成された外表面に凹凸を有する上記アンカー層に接してモールドされているため、該アンカー層の凹部に上記絶縁樹脂が入り込み、いわゆるアンカー効果が得られる。このアンカー効果によって、上記絶縁樹脂の上記セラミック積層体の側面に対する接着性を高めることができる。そのため、上記絶縁樹脂は、駆動時の圧電変位によって生じる応力に耐え得る接着強度を有するものとなり、上記側面における上記絶縁樹脂の剥離等の不具合を抑制することができる。それ故、上記積層型圧電素子は、長期間の使用における充分な耐久性を発揮すると共に、絶縁性を確保することができる。
【０００９】
このように、本発明によれば、絶縁樹脂の接着性を向上させ、耐久性に優れた絶縁構造を有する積層型圧電素子を提供することができる。
【００１０】
第２の発明は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有し、該セラミック積層体の側面に外部電極を接合してなると共に、上記セラミック積層体の側面全体を絶縁樹脂によりモールドしてなる積層型圧電素子を製造する方法において、
上記圧電層となるグリーンシートと上記内部電極層となる電極材料とを交互に積層してなる中間積層体を作製する中間積層体作製工程と、
上記中間積層体の側面に、その後の焼成によって焼失する焼失粒子と上記圧電層と一体化しうるセラミック原料とを含有するアンカー層形成用のスラリーを、少なくとも上記外部電極を配設するための電極配設部を除いて塗布するスラリー塗布工程と、
上記中間積層体を焼成して上記セラミック積層体を得ると共に、上記スラリーを焼成して外表面に凹凸を有するアンカー層を上記セラミック積層体の側面に形成する焼成工程と、
上記セラミック積層体の上記電極配設部に上記外部電極を接合する外部電極接合工程と、
上記セラミック積層体の側面全体を絶縁樹脂によりモールドするモールド工程とを含むことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法にある（請求項４）。
【００１１】
本発明の積層型圧電素子の製造方法は、上記スラリー塗布工程において、上記中間積層体の側面に、上記焼失粒子と上記セラミック原料とを含有するアンカー層形成用のスラリーを塗布する。そして、上記焼成工程を行うことによって、上記中間積層体を焼成して上記セラミック積層体を得る。このときの焼成により、上記スラリー中の上記セラミック原料が焼成すると共に、上記焼失粒子が焼失して凹部が形成され、上記のごとく、外表面に凹凸を有するアンカー層が上記セラミック積層体の側面に形成される。その後、上記モールド工程では、上記アンカー層を形成した上記セラミック積層体の側面に上記絶縁樹脂をモールドする。
【００１２】
そのため、上記絶縁樹脂は、上記アンカー層の凹部に入り込み、そのアンカー効果を得ることによって、上記セラミック積層体の側面に対する接着性を高めることができる。そのため、上記絶縁樹脂は、駆動時の圧電変位によって生じる応力に耐え得る接着強度を有するものとなり、上記側面における上記絶縁樹脂の剥離等の不具合を抑制することができる。それ故、得られる上記積層型圧電素子は、長期間の使用における充分な耐久性を発揮すると共に、絶縁性を確保することができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、絶縁樹脂の接着性を向上させ、耐久性に優れた絶縁構造を有する積層型圧電素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記第１の発明において、上記アンカー層の凹凸の凹部の平均深さは２〜１０μｍであることが好ましい（請求項２）。
上記凹部の平均深さが２μｍよりも小さい場合には、上記アンカー層の凹部に入り込んだ上記絶縁樹脂は、アンカー効果を充分に得ることができないおそれがある。一方、上記凹部の平均深さが１０μｍよりも大きい場合には、上記アンカー層の強度が低下するおそれがある。
【００１５】
また、上記積層型圧電素子は、インジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電アクチュエータであることが好ましい（請求項３）。
上記インジェクタは、高温高湿という過酷な条件下で使用される。そのため、上記の優れた積層型圧電素子をアクチュエータとして用いることにより、耐久性及び絶縁性を向上させることができ、インジェクタ全体の性能向上を図ることができる。
【００１６】
上記第２の発明において、上記スラリーに含有させる上記焼失粒子は、カーボン粒子又は炭化有機物粒子の少なくともいずれかを含むことが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記焼成工程において、上記スラリー中の上記焼失粒子を焼成によって焼失させ、その部分に間隙を形成することができる。そのため、外表面に凹凸を有する上記アンカー層を上記セラミック積層体の側面に確実に形成することができる。
なお、上記焼失粒子を樹脂粒子又はパウダー状の有機物粒子等を炭化させてなる炭化有機物粒子より構成することにより、上記焼失粒子を低コストで供給でき、上記積層型圧電素子の製造コストを抑制することができる。
【００１７】
また、上記焼失粒子は、平均粒径が２〜１０μｍであることが好ましい（請求項６）。
上記焼失粒子の平均粒径が２μｍよりも小さい場合には、上記焼成工程により上記焼失粒子が焼失して形成される上記アンカー層の凹部に上記絶縁樹脂が入り込むことが困難となり、アンカー効果を充分に得ることができないおそれがある。一方、上記焼失粒子の平均粒径が１０μｍよりも大きい場合には、塗布する上記スラリーの作業性及び形成された上記アンカー層の強度が低下するおそれがある。
【００１８】
また、上記中間積層体の積層方向両端には、保護層用のグリーンシートを積層して保護層形成部を設けておき、上記スラリー塗布工程では、上記保護層形成部の外表面にも上記スラリーを塗布し、
また、上記焼成工程の前には、上記中間積層体の上記電極配設部に、側面電極形成用の側面電極材料を塗布する側面電極材料塗布工程を行い、
上記焼成工程においては、上記保護層を含む上記セラミック積層体の側面に上記アンカー層を形成すると共に上記側面電極材料を焼成させて側面電極を形成し、
上記外部電極接合工程では、上記側面電極の上に該側面電極よりも積層方向の寸法が大きくなるよう導電性接着剤を塗布すると共に該導電性接着剤を介して上記外部電極を接合することが好ましい（請求項７）。
【００１９】
即ち、上記セラミック積層体の積層方向両端に上記保護層を設けると共に、該保護層の側面にも上記アンカー層が形成される。そして、上記保護層の側面には、上記絶縁樹脂以外に上記導電性接着剤も塗布される。
この場合には、上記絶縁樹脂はもちろんのこと、上記導電性接着剤も、上記アンカー層の凹部に入り込み、そのアンカー効果を得ることによって、上記セラミック積層体の側面に対する接着性を高めることができる。それ故、上記導電性接着剤は、駆動時の圧電変位によって生じる応力に耐え得る接着強度を有するものとなり、上記側面における剥離等の不具合を抑制することができる。特に上記保護層は、駆動時の圧電変位による応力が他の部分に比べて大きくかかるため、上記の効果はきわめて有効である。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる積層型圧電素子及びその製造方法について、図１〜図１７を用いて説明する。
本例の積層型圧電素子１は、図１〜図４に示すごとく、圧電材料よりなる圧電層１１と導電性を有する内部電極層２０とを交互に積層してなるセラミック積層体１０を有し、セラミック積層体１０の側面１０３に外部電極３４を接合してなると共に、セラミック積層体１０の側面１０３全体を絶縁樹脂３５によりモールドしてなる。
そして、絶縁樹脂３５に接するセラミック積層体１０の表層には、外表面に凹凸を有するアンカー層１３が形成されている。
以下、これを詳説する。
【００２１】
本例の積層型圧電素子１において、セラミック積層体１０は、図１、図５に示すごとく、断面樽形状を呈しており、側面１０３には相互に対面する一対の第１側面１０１及び第２側面１０２が形成されている。なお、セラミック積層体１０の断面形状としては、本例の樽形に限定されるものではなく、用途、使用状況に合わせて円形、四角形、八角形等の様々な形状に変更可能である。
【００２２】
また、図５に示すごとく、セラミック積層体１０は、第１内部電極層２１及び第２内部電極層２２が積層方向に交互に配置されている。そして、内部電極層２１、２２の端部の一部がセラミック積層体１０の側面１０３に露出せず、電極控え部２９によって内部に控えた、いわゆる電極控え構造を有している。つまり、本例において、セラミック積層体１０の第１側面１０１では第２内部電極層２２が、一方、第２側面１０２では第１内部電極層２１が露出せず、電極控え部２９によって内部に控えた状態となっている。なお、内部電極層２１、２２は、Ａｇ／Ｐｄ合金より構成されている。
【００２３】
また、同図に示すごとく、セラミック積層体１０は、積層方向両端に保護層１２を有している。保護層１２は、圧電層１１と同材料よりなる。
また、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２には、隣り合う内部電極層２１、２２の全ての中間部において、窪んだ溝を周方向に設けてなるスリット状のスリット部１９が形成されている。
【００２４】
また、図２に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０３のうち、第１側面１０１及び第２側面１０２上には、それぞれ側面電極３１、３２が配設されている。側面電極３１は第１内部電極層２１と、側面電極３２は第２内部電極層２２と電気的に導通した状態となっている。側面電極３１、３２上には、導電性接着剤３３を介して外部電極３４が接合されている。なお、外部電極３４の接合位置は、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２の上部のみとしてもよい。また、側面電極３１、３２を設けずに、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に導電性接着剤３３を介して外部電極３４を接合する構成とすることもできる。
【００２５】
また、図１〜図３に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０３のうち、側面電極３１、３２が配設された部分を除いた領域には、外表面に凹凸を有するアンカー層１３が形成されている。また、セラミック積層体１０の側面１０３全体は、絶縁樹脂３５によりモールドされている。
そして、図４に示すごとく、絶縁樹脂３５は、アンカー層１３の凹部１３３に入り込んだ状態で配設されている。アンカー層１３の凹凸の凹部１３３の平均深さは５μｍである。なお、絶縁樹脂３５は、シリコーン樹脂より構成されている。
【００２６】
次に、本例の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。
本例の積層型圧電素子１を製造するに当たっては、少なくとも、中間積層体作製工程、スラリー塗布工程、焼成工程、外部電極接合工程、及びモールド工程を行う。
【００２７】
中間積層体作製工程は、圧電層１１となるグリーンシート１１０と内部電極層２１、２２となる電極材料２００とを交互に積層してなる中間積層体１００を作製する。
スラリー塗布工程は、中間積層体１００の側面１０３に、その後の焼成によって焼失する焼失粒子と圧電層１１と一体化しうるセラミック原料とを含有するアンカー層形成用のスラリー１３０を、少なくとも外部電極３４を配設するための電極配設部３０を除いて塗布する。
焼成工程は、中間積層体１００を焼成してセラミック積層体１０を得ると共に、スラリー１３０を焼成して外表面に凹凸を有するアンカー層１３をセラミック積層体１０の側面１０３に形成する。
外部電極接合工程は、セラミック積層体１０の電極配設部３０に外部電極３４を接合する。
モールド工程は、セラミック積層体１０の側面１０３全体を絶縁樹脂３５によりモールドする。
以下、これを詳説する。
【００２８】
＜中間積層体作製工程＞
まず、圧電材料となるセラミック原料粉末を準備し、８００〜９５０℃で仮焼する。次に、仮焼粉に純水、分散剤を加えてスラリー状とし、パールミルにより湿式粉砕する。この粉砕物を乾燥、粉脱脂した後、溶剤、バインダー、可塑剤、分散剤等を加えてボールミルにより混合し、得られたシート用スラリーを真空装置内で撹拌機により撹拌しながら真空脱泡、粘度調整をする。そして、ドクターブレード法により、上記シート用スラリーをキャリアフィルム１１９上に塗布し、厚さ９０μｍのグリーンシート１１０を成形する（図６、図７）。
なお、本例では、圧電材料となるセラミック原料としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を採用した。また、グリーンシート１１０の成形方法としては、本例で用いたドクターブレード法のほか、押出成形法やその他種々の方法を用いることができる。
【００２９】
次に、図６、図７に示すごとく、中間積層体１００に必要なシート片を得るためにグリーンシート１１０に印刷を施す。本例では、内部電極層２１、２２を形成する電極材料２００を含む電極含有シート片５１とスリット部１９を形成する焼失層１９０を含む焼失層含有シート片５２との２種類のシート片用の印刷を施す。
【００３０】
電極含有シート片５１には、図６に示すごとく、グリーンシート１１０上の打ち抜き領域４１において、内部電極層２１、２２を形成する部分に電極材料２００を印刷する。そして、打ち抜き領域４１において、電極材料２００を印刷した部分と他の部分との印刷高さを略一致させるため、電極材料２００が印刷されていない部分、即ち、電極控え部２９を形成する部分にスペーサ層１１１を電極材料２００と同じ厚みで印刷する。スペーサ層１１１は、打ち抜き領域４１の直線部４１１、４１２のうちの一方の直線部がなす外周部に印刷する。図６では、直線部４１２がなす外周部に印刷する様子を図示してある。さらに、シート片を積層する際の接着効果を高めるため、電極材料２００及びスペーサ層１１１の上に接着層１１２を印刷する。
【００３１】
焼失層含有シート片５２には、図７に示すごとく、グリーンシート１１０上の打ち抜き領域４１において、スリット部１９を形成する部分に焼失層１９０を印刷する。そして、打ち抜き領域４１において、焼失層１９０を印刷した部分と他の部分との印刷高さを略一致させるため、焼失層１９０が印刷されていない部分に、スペーサ層１１１を焼失層１９０と同じ厚みで印刷する。本例では、スペーサ層１１１を、打ち抜き領域４１の２つの直線部４１１、４１２がなす外周部に印刷する。さらに、打ち抜いたシート片を積層する際の接着効果を高めるために、電極材料２００及びスペーサ層１１１の上に接着層１１２を印刷する。
【００３２】
本例では、電極材料２００として、ペースト状のＡｇ／Ｐｄ合金を用いた。上記以外にも、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の単体、Ｃｕ／Ｎｉ等の合金を用いることができる。
また、スペーサ層１１１及び接着層１１２として、グリーンシート１１０を構成している上記シート用スラリーを用いた。
また、焼失層１９０として、後述する焼失粒子１３１を用いた。
【００３３】
また、本例では、後述する打ち抜き積層装置によるシート片の打ち抜きと積層とを効率よく進めるために、予め長尺のグリーンシート１１０の長手方向に積層する順序に上記の印刷を施す。
具体的には、図８に示すごとく、電極含有シート片５１及び焼失層含有シート片５２の印刷を交互に施す。電極含有シート片５１の印刷については、電極材料２００及びスペーサ層１１１の印刷位置がグリーンシート１１０の長手方向において交互に逆方向となるようにする。即ち、スペーサ層１１１を、打ち抜き領域４１の２つの直線部４１１、４１２がなす外周部に交互に印刷する。
【００３４】
次に、シート片の打ち抜きと積層とを同時に進行できるように構成されている打ち抜き積層装置（図示略）を用いて、グリーンシート１１０における打ち抜き領域４１の打ち抜きと、打ち抜いて得られるシート片の積層とを並行して実施する。
まず、上記打ち抜き積層装置にキャリアフィルム１１９及びグリーンシート１１０を一体の状態でセットし、図９に示すごとく、打ち抜き領域４１を打ち抜いて電極含有シート片５１及び焼失層含有シート片５２を得ると共に順次積層する。本例では、中間積層体１００の積層方向両端に、グリーンシート１１０と同材料よりなり、保護層を形成するための保護層形成部１２０を設けておく。なお、保護層形成部１２０を設けない構成とすることもできる。
【００３５】
これにより、図１０に示すごとく、中間積層体１００を形成する。なお、図１０では、同材料よりなり、焼成後に圧電層１１となるグリーンシート１１０、スペーサ層１１１、及び接着層１１２をすべてグリーンシート１１０として一体的に図示してある。
形成された中間積層体１００は、積層方向に加圧しながら保持する。なお、本例では、電極含有シート片５１及び焼失層含有シート片５２にスペーサ層１１１を印刷してあるため、印刷面の段差がなく、精度高く積層することができる。さらに、接着層１１２を印刷してあるため、接着しながら積層することができる。これらにより、両シート片を積層した状態の中間積層体１００に対して、強く圧着させる工程を必要としない。
【００３６】
次に、図１１に示すごとく、中間積層体１００の側面１０１、１０２の電極配設部３０に、側面電極用の導電性を有するペースト状の側面電極材料３００を塗布する。なお、側面電極材料３００は、Ａｇ／Ｐｄ合金より構成されている。
【００３７】
＜スラリー塗布工程＞
次に、アンカー層形成用のスラリー１３０を作製する。
スラリー１３０は、まず可塑剤としてのテレピネオールにバインダーとしてのＰＶＢ（電気化学社製）を添加し、撹拌する。ＰＶＢを完全に溶解させた後、圧電材料となるセラミック原料粉末（本例ではＰＺＴ）を仮焼・粉砕したもの、焼失粒子１３１、及び分散剤としてのＳＰＡＮ８５（和光純薬社製）を添加し、撹拌混合する。以上により、アンカー層形成用のスラリー１３０を作製する。なお、スラリー１３０に含有させる焼失粒子１３１として、平均粒径６μｍのカーボン粒子を用いた。
作製したスラリー１３０は、図１２、図１３に示すごとく、電極配設部３０を除いた中間積層体１００の側面１０３全体に塗布する。スラリー１３０の平均塗布厚みは１２μｍとした。
【００３８】
本例では、焼失粒子１３１としてカーボン粒子を用いたが、炭化有機物粒子又は両方を用いることもできる。この炭化有機物粒子は、粉末状の有機物粒子を炭化させて得ることができるほか、炭化させた有機物粒子を粉砕して得ることもできる。さらに、上記有機物としては、樹脂等の高分子材料や、コーン、大豆、小麦粉等の穀物を用いることができる。この場合には、製造コストを抑制することができる。
【００３９】
＜焼成工程＞
次に、中間積層体１００を加熱することにより脱脂を行う。加熱条件は、８０時間かけて徐々に５００℃まで昇温し、５時間保持する。これにより、グリーンシート１１０に含有されているバインダー樹脂を９０％以上除去する。
そして、脱脂した中間積層体１００を焼成する。焼成条件は、１２時間かけて徐々に１０６５℃まで昇温し、２時間保持後、炉内で徐々に冷却する。これにより、図１４に示すごとく、セラミック積層体１０を得る。
【００４０】
図１４に示すごとく、上記焼成により、グリーンシート１１０、スペーサ層１１１、及び接着層１１２は圧電層１１を、電極材料２００は内部電極層２１、２２を形成する。特に、電極材料２００に隣接して印刷されたスペーサ層１１１は、その部分に電極控え部２９が形成される。また、焼失層１９０はスリット部１９を形成する。
【００４１】
同図に示すごとく、セラミック積層体１０の積層方向両端には、保護層１２が形成される。そして、保護層１２を含むセラミック積層体１０の側面１０３のうち、側面１０１、側面１０２の電極配設部３０には、それぞれ側面電極３１、３２が形成され、それ以外の部分には、アンカー層１３が形成される。
アンカー層１３には、図１５に示すごとく、焼成により焼失粒子１３１が焼失し、その部分に間隙１３２が形成される。そして、アンカー層１３の外表面には、間隙１３２によって凹部１３３が形成される。
【００４２】
＜外部電極接合工程＞
次に、図１６に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に設けた側面電極３１、３２上に、導電性接着剤３３を塗布する。このとき、導電性接着剤３３を側面電極３１、３２よりも積層方向の寸法が大きくなるように塗布し、塗布した導電性接着剤３３の両端がアンカー層１３の凹部１３３に入り込んだ状態となるようにする。
そして、図１７に示すごとく、導電性接着剤３３上に外部電極３４を配置し、導電性接着剤３３を加熱硬化させ、外部電極３４を接合する。
【００４３】
本例では、導電性接着剤３３として、絶縁樹脂としてのエポキシ樹脂に導電性フィラーとしてのＡｇを分散させたものを用いた。なお、絶縁樹脂としては、上記以外にも、シリコーン、ウレタン、ポリイミド等の各種樹脂を用いることができる。また、導電性フィラーとしては、上記以外にも、Ｃｕ、Ｎｉ等を用いることができる。
また、外部電極３４として、金属板を加工したメッシュ状のエキスパンダメタルを用いた。なお、上記以外にも、パンチングメタル等を用いることができる。
【００４４】
＜モールド工程＞
最後に、セラミック積層体１０の外周面１０３全体を絶縁樹脂３５によりモールドし、図１の積層型圧電素子１を完成させる。このとき、絶縁樹脂３５は、図４に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０３に形成されたアンカー層１３に接するようにモールドし、アンカー層１３の凹部１３３に入り込んだ状態となるようにする。
本例では、絶縁樹脂３５として、シリコーン樹脂を用いた。上記以外にも、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００４５】
次に、本例の積層型圧電素子１及びその製造方法における作用効果について説明する。
本例の積層型圧電素子１において、絶縁樹脂３５に接するセラミック積層体１０の表層には、外表面に凹凸を有するアンカー層１３が形成されている。
即ち、絶縁樹脂３５は、セラミック積層体１０の側面１０３に形成されたアンカー層１３に接してモールドされているため、アンカー層１３の凹部１３３に絶縁樹脂３５が入り込み、いわゆるアンカー効果が得られる。このアンカー効果によって、絶縁樹脂３５の側面１０３に対する接着性を高めることができる。そのため、絶縁樹脂３５は、駆動時の圧電変位によって生じる応力に耐え得る接着強度を有するものとなり、側面１０３における絶縁樹脂３５の剥離等の不具合を抑制することができる。それ故、積層型圧電素子１は、長期間の使用における充分な耐久性を発揮すると共に、絶縁性を確保することができる。
【００４６】
また、本例では、アンカー層１３の凹凸の凹部１３３の平均深さは５μｍである。そのため、アンカー層１３の凹部に入り込んだ絶縁樹脂３５は、アンカー効果を充分に得ることができると共に、アンカー層１３の強度を維持することができる。
【００４７】
また、本例の製造方法において、アンカー層形成用のスラリー１３０に含有させる焼失粒子１３１は、カーボン粒子である。そのため、焼成工程において、スラリー１３０中の焼失粒子１３１を焼失させ、その部分に間隙１３２を形成し、外表面に凹凸を有するアンカー層１３をセラミック積層体１０の側面１０３に確実に形成することができる。
【００４８】
また、焼失粒子１３１は、平均粒径が６μｍである。そのため、焼成工程により焼失粒子１３１が焼失して形成されたアンカー層１３の凹部１３３に、絶縁樹脂３５が容易に入り込み、アンカー効果を充分に得ることができる。また、塗布するスラリー１３０の作業性や形成されるアンカー層１３の強度は充分なものとなる。
【００４９】
また、セラミック積層体１０の積層方向両端には、保護層１２を形成し、この保護層１２を含むセラミック積層体１０の側面１０３にアンカー層１３を形成する。そして、導電性接着剤３３の一部がアンカー層１３に接するように塗布する。
そのため、導電性接着剤３３は、絶縁樹脂３５と同様にアンカー層１３の凹部１３３に入り込み、そのアンカー効果を得ることによって、セラミック積層体１０の側面１０３に対する接着性を高めることができる。それ故、導電性接着剤３３は、駆動時の圧電変位によって生じる応力に耐え得る接着強度を有するものとなり、セラミック積層体１０の側面１０３における剥離等の不具合を抑制することができる。特に保護層１２は、駆動時の圧電変位による応力が他の部分に比べて大きくかかるため、上記の効果はきわめて有効である。
【００５０】
このように、本例によれば、絶縁樹脂の接着性を向上させ、耐久性に優れた絶縁構造を有する積層型圧電素子及びその製造方法を提供することができる。
【００５１】
（実施例２）
本例は、実施例１のセラミック積層体１０において、内部電極層２１、２２及びスリット部１９の形状や配設位置を様々に変化させた例である。この内容について、実施例１のセラミック積層体１０を含む、図５及び図１８を用いて説明する。
【００５２】
内部電極層２１、２２の形状や配設位置は、グリーンシート１１０の打ち抜き領域４１に印刷する電極材料２００及びスペーサ層１１１の印刷位置を変えることによって、様々に変化させることができる。
また、スリット部１９の形状や配設位置は、グリーンシート１１０の打ち抜き領域４１に印刷する焼失層１９０及びスペーサ層１１１の印刷位置や、電極含有シート片５１及び焼失層含有シート片５２の印刷・積層順序を変えることによって、様々に変化させることができる。
【００５３】
内部電極層２１、２２は、図５に示すごとく、一方の側面１０１、１０２のみをセラミック積層体１０の内部に控えることもできるし、図１８に示すごとく、一方の側面１０１、１０２以外を内部に控えることもできる。また、側面１０３全体に露出させることもできる。
スリット部１９は、図５、図１８に示すごとく、隣り合う内部電極層２１、２２の中間部に形成することもできるし、内部電極層２１、２２に沿って形成することもできる。
【００５４】
また、スリット部１９は、図５、図１８に示すごとく、隣り合う内部電極層２１、２２の中間部のすべてに形成することもできるし、１層おき、あるいは、複数層おきに形成することもできる。
また、スリット部１９は、図５に示すごとく、側面１０３の一部（例えば、第１側面１０１及び第２側面１０２）に形成することもできるし、図１８に示すごとく、側面１０３全体に形成することもできる。
【００５５】
（実施例３）
本例は、実施例１の積層型圧電素子１をインジェクタ６の圧電アクチュエータとして用いた例である。
本例のインジェクタ６は、図１９に示すごとく、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用したものである。
このインジェクタ６は、同図に示すごとく、駆動部としての積層型圧電素子１が収容される上部ハウジング６２と、その下端に固定され、内部に噴射ノズル部６４が形成される下部ハウジング６３を有している。
【００５６】
上部ハウジング６２は略円柱状で、中心軸に対し偏心する縦穴６２１内に、積層型圧電素子１が挿通固定されている。
縦穴６２１の側方には、高圧燃料通路６２２が平行に設けられ、その上端部は、上部ハウジング６２上側部に突出する燃料導入管６２３内を経て外部のコモンレール（図示略）に連通している。
【００５７】
上部ハウジング６２上側部には、また、ドレーン通路６２４に連通する燃料導出管６２５が突設し、燃料導出管６２５から流出する燃料は、燃料タンク（図示略）へ戻される。
ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（積層型圧電素子）１との間の隙間６０を経由し、さらに、この隙間６０から上下ハウジング６２、６３内を下方に延びる図示しない通路によって後述する３方弁６５１に連通してしる。
【００５８】
噴射ノズル部６４は、ピストンボデー６３１内を上下方向に摺動するノズルニードル６４１と、ノズルニードル６４１によって開閉されて燃料溜まり６４２から供給される高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射する噴孔６４３を備えている。燃料溜まり６４２は、ノズルニードル６４１の中間部周りに設けられ、上記高圧燃料通路６２２の下端部がここに開口している。ノズルニードル６４１は、燃料溜まり６４２から開弁方向の燃料圧を受けるとともに、上端面に面して設けた背圧室６４４から閉弁方向の燃料圧を受けており、背圧室６４４の圧力が降下すると、ノズルニードル６４１がリフトして、噴孔６４３が開放され、燃料噴射がなされる。
【００５９】
背圧室６４４の圧力は３方弁６５１によって増減される。３方弁６５１は、背圧室６４４と高圧燃料通路６２２、またはドレーン通路６２４と選択的に連通させる構成である。ここでは、高圧燃料通路６２２またはドレーン通路６２４へ連通するポートを開閉するボール状の弁体を有している。この弁体は、上記駆動部１により、その下方に配設される大径ピストン６５２、油圧室６５３、小径ピストン６５４を介して、駆動される。
【００６０】
そして、本例においては、上記構成のインジェクタ６における駆動源として、実施例１で示した積層型圧電素子１を用いている。この積層型圧電素子１は、上記のごとく、耐久性及び絶縁性に優れた構造を有するものである。そのため、インジェクタ６全体の性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１における、積層型圧電素子の構造を示す説明図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【図４】実施例１における、アンカー層周辺部を示す拡大説明図。
【図５】実施例１における、セラミック積層体の構造を示す説明図。
【図６】実施例１における、電極含有シート片の印刷工程を示す説明図。
【図７】実施例１における、焼失層含有シート片の印刷工程を示す説明図。
【図８】実施例１における、長尺のグリーンシートに印刷する順序を示す説明図。
【図９】実施例１における、シート片を積層する工程を示す説明図。
【図１０】実施例１における、中間積層体を示す説明図。
【図１１】実施例１における、側面電極用のスラリーを塗布する工程を示す説明図。
【図１２】実施例１における、アンカー層形成用のスラリーを塗布する工程を示す説明図。
【図１３】実施例１における、塗布したアンカー層形成用のスラリーを示す説明図。
【図１４】実施例１における、焼成工程後のセラミック積層体の構造を示す説明図。
【図１５】実施例１における、形成されたアンカー層を示す説明図。
【図１６】実施例１における、導電性接着剤を塗布する工程を示す説明図。
【図１７】実施例１における、外部電極を接合する工程を示す説明図。
【図１８】実施例２における、その他のセラミック積層体の構造を示す説明図。
【図１９】実施例３における、インジェクタの構造を示す説明図。
【符号の説明】
【００６２】
１  積層型圧電素子
１０  セラミック積層体
１０３  側面
１１  圧電層
１３  アンカー層
２１  第１内部電極層（内部電極層）
２２  第２内部電極層（内部電極層）
３５  絶縁樹脂
【図１】
2006210423.tif 000003
【図２】
2006210423.tif 000004
【図３】
2006210423.tif 000005
【図４】
2006210423.tif 000006
【図５】
2006210423.tif 000007
【図６】
2006210423.tif 000008
【図７】
2006210423.tif 000009
【図８】
2006210423.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006210423.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006210423.tif 000017
【図１６】
2006210423.tif 000018
【図１７】
2006210423.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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