(57)【要約】【課題】導電性接着剤の剥離を抑制すると共に、耐久性及び信頼性に優れた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と共にその積層方向両端にセラミックスよりなる保護層１２を形成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１０１、１０２に導電性接着剤３３を介して外部電極３４を接合してなる。両端にある保護層１２のうち、少なくとも一方の保護層１２の側面１２１、１２２には、内方に凹んだ溝１３が１又は複数形成されており、溝１３の少なくとも一部に導電性接着剤３３が浸入している。【選択図】図１
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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と共にその積層方向両端にセラミックスよりなる保護層を形成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導電性接着剤を介して外部電極を接合してなる積層型圧電素子において、
両端にある上記保護層のうち、少なくとも一方の保護層の側面には、内方に凹んだ溝が１又は複数形成されており、該溝の少なくとも一部に上記導電性接着剤が浸入し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、上記保護層は、上記圧電層と同じ圧電材料より構成されてい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、上記溝は、上記保護層の側面全周に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４】
請求項１又は２において、上記溝は、所定のパターンで断続的に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５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記溝は、上記保護層の側面に露出している開口部の幅寸法よりも溝内部の少なくとも一部の幅寸法が大きくなっていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、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７】
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と共にその積層方向両端にセラミックスよりなる保護層を形成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導電性接着剤を介して外部電極を接合してなる積層型圧電素子を製造する方法において、
両端にある上記保護層のうち、少なくとも一方の保護層を形成するに当たっては、グリーンシート上にその後の焼成を行うことによって消失する消失スリット層を印刷すると共に、該消失スリット層を印刷した領域に隣接して該消失スリット層と略同厚みのスペーサ層を印刷する印刷工程と、
上記グリーンシートを積層して加圧することにより予備積層体を形成する加圧積層工程と、
上記予備積層体を焼成して上記消失スリット層を消失させることにより、内方に凹んだ溝を形成する焼成工程とを少なくとも行うことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、上記印刷工程は、上記グリーンシート上に上記消失スリット層を印刷することなく上記スペーサ層のみを印刷することを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、自動車の環境問題、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等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と共に、その積層方向両端に保護層が形成されたセラミック積層体を有しており、このセラミック積層体の側面に導電性接着剤を介して外部電極が接合されている。そして、内部電極層間に電圧を印加することにより、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】
このような積層型圧電素子を例えばインジェクタ等に用いた場合、高温で長期間使用す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、導電性接着剤は、外部電極を接合するためにセラミック積層体の側面に塗布して用いられるが、圧電変位によって生じる応力によってセラミック積層体の側面から剥離し、電気的な導通不良等の不具合を生じるおそれがある。特に、セラミック積層体の上下端に形成された保護層は、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、導電性接着剤の剥離が発生しやすい部分となる。
【０００４】
上記の問題を材料の面から改善する方法として、導電性接着剤に圧電変位に対応できるような柔軟性を有するものを用いることが提案されている。しかしながら、使用環境が厳しいため、適用できる材料が限られたものとなる。また、材料の性能にも限界があるため、材料の面から改善することは有効といえない。
一方、構造の面からの改善策も未だ確立されていない。なお、特許文献１では、電歪材料と内層電極が交互に積層された保護層が示されている。しかしながら、導電性接着剤の接着強度を向上させる対策はされていないため、上記の問題を解消することはできない。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２７０５４０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、導電性接着剤の剥離を抑制すると共に、耐久性及び信頼性に優れた構造を有する積層型圧電素子及びその製造方法を提供しようとするものである。
【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と共にその積層方向両端にセラミックスよりなる保護層を形成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導電性接着剤を介して外部電極を接合してなる積層型圧電素子において、
両端にある上記保護層のうち、少なくとも一方の保護層の側面には、内方に凹んだ溝が１又は複数形成されており、該溝の少なくとも一部に上記導電性接着剤が浸入し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は、上記セラミック積層体の積層方向両端にセラミックスよりなる上記保護層を形成している。そして、両端にある上記保護層のうち、少なくとも一方の保護層の側面には、内方に凹んだ溝が１又は複数形成されており、該溝の少なくとも一部に上記導電性接着剤が浸入している。そのため、上記積層型圧電素子は、上記導電性接着剤の剥離を抑制すると共に、耐久性及び信頼性に優れた構造を有するものとなる。
【０００９】
即ち、上記保護層の側面に形成された上記１又は複数の溝の少なくとも一部には、上記導電性接着剤が浸入しているため、そのアンカー効果によって上記保護層と上記導電性接着剤との密着性を向上させることができる。そのため、上記導電性接着剤は、圧電変位によって生じる応力に対して耐え得る接着強度を有するものとなり、剥離が生じ難くなる。つまり、上記保護層によって、上記導電性接着剤の剥離を抑制することが可能となる。
【００１０】
これにより、上記の構造を有する上記保護層が形成された上記積層型圧電素子は、上記導電性接着剤の剥離を抑制することができる。そして、それ故に、長期間の使用における充分な耐久性を発揮すると共に、高い信頼性が得られる。
また、上記保護層は、圧電変位によって生じる応力が他の部分に比べて大きくかかる上記セラミック積層体の積層方向両端に形成されているため、上記導電性接着剤の剥離を抑制する効果をより充分に発揮することができる。
なお、上記溝は、両端にある上記保護層のうち、一方の保護層だけに形成してもよいし、両方の保護層に形成してもよい。
【００１１】
以上のごとく、本発明によれば、導電性接着剤の剥離を抑制すると共に、耐久性及び信頼性に優れた構造を有する積層型圧電素子を提供することができる。
【００１２】
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と共にその積層方向両端にセラミックスよりなる保護層を形成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導電性接着剤を介して外部電極を接合してなる積層型圧電素子を製造する方法において、
両端にある上記保護層のうち、少なくとも一方の保護層を形成するに当たっては、グリーンシート上にその後の焼成を行うことによって消失する消失スリット層を印刷すると共に、該消失スリット層を印刷した領域に隣接して該消失スリット層と略同厚みのスペーサ層を印刷する印刷工程と、
上記グリーンシートを積層して加圧することにより予備積層体を形成する加圧積層工程と、
上記予備積層体を焼成して上記消失スリット層を消失させることにより、内方に凹んだ溝を形成する焼成工程とを少なくとも行う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７）。
【００１３】
本発明の製造方法は、上記セラミック積層体の両端にある上記保護層のうち、少なくとも一方の保護層を形成するに当たって、少なくとも、印刷工程と加圧積層工程と焼成工程とを有する。まず、印刷工程において、上記グリーンシート上に上記消失スリット層及び上記スペーサ層を印刷した後、加圧積層工程を行う。そして、焼成工程において、焼成によって上記消失スリット層を消失させることにより、内方に凹んだ溝を形成する。そのため、上記保護層を形成して得られる上記積層型圧電素子は、上記導電性接着剤の剥離を抑制すると共に、耐久性及び信頼性に優れた構造を有するものとなる。
【００１４】
即ち、上記印刷工程において、上記消失スリット層を形成しておくことにより、上記焼成工程後に得られる上記保護層には、内方に凹んだ上記溝が形成される。そして、上記溝は、上記導電性接着剤を浸入させることにより、そのアンカー効果によって上記保護層と上記導電性接着剤との密着性を向上させることができる。そのため、上記導電性接着剤は、圧電変位によって生じる応力に対して耐え得る接着強度を有するものとなり、剥離が生じ難くなる。つまり、上記保護層によって、上記導電性接着剤の剥離を抑制することが可能となる。
【００１５】
これにより、上記の構造を有する上記保護層を形成して製造される上記積層型圧電素子は、上記導電性接着剤の剥離を抑制することができる。そして、それ故に、長期間の使用における充分な耐久性を発揮すると共に、高い信頼性が得られる。
また、上記保護層は、圧電変位によって生じる応力が他の部分に比べて大きくかかる上記セラミック積層体の積層方向両端に形成するため、上記導電性接着剤の剥離を抑制する効果をより充分に発揮することができる。
なお、上記溝は、両端にある上記保護層のうち、一方の保護層だけに形成してもよいし、両方の保護層に形成してもよい。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、導電性接着剤の剥離を抑制すると共に、耐久性及び信頼性に優れた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】
【００１７】
第１の発明において、上記保護層は、上記圧電層と同じ圧電材料より構成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記保護層と上記圧電層とを含む上記セラミック積層体の形状精度を向上させることができる。
【００１８】
また、上記溝は、上記保護層の側面全周に形成されていることが好ましい（請求項３）。
一般的に、上記セラミック積層体の側面は、全周に渡って絶縁樹脂よりなるモールド材によってモールドし、絶縁性を確保する。そのため、上記モールド材を、上記導電性接着剤が浸入していない上記溝部分に浸入させることができる。これにより、上記モールド材と上記セラミック積層体との密着性を高め、上記モールド材の剥離等の発生を抑制することができる。さらに、両者の間に存在する上記導電性接着剤の接着強度を向上させることができる。
【００１９】
また、上記溝は、所定のパターンで断続的に形成することもできる（請求項４）。
この場合には、断続的に形成された上記溝に上記導電性接着剤を浸入させることにより、より大きなアンカー効果を得ることができる。そのため、上記導電性接着剤の上記保護層に対する接着強度をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、上記溝は、上記保護層の側面に露出している開口部の幅寸法よりも溝内部の少なくとも一部の幅寸法が大きくなっていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記溝に上記導電性接着剤を浸入させることにより、より大きなアンカー効果を得ることができる。そのため、上記導電性接着剤の上記保護層に対する接着強度をさらに向上させることができる。
【００２１】
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６）。
上記インジェクタは、高温雰囲気下という過酷な状態で使用される。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、信頼性及び耐久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。
【００２２】
第２の発明において、上記印刷工程は、上記グリーンシート上に上記消失スリット層を印刷することなく上記スペーサ層のみを印刷することもできる（請求項８）。
つまり、上記グリーンシートにおいて、上記溝を形成する部分以外の部分に上記スペーサ層を印刷する。この場合には、上記グリーンシート上に上記消失スリット層を印刷することなく上記溝を形成することができる。
【実施例】
【００２３】
（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１０を用いて説明する。
本例の積層型圧電素子１は、図１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２１、２２とを交互に積層してなると共にその積層方向両端にセラミックスよりなる保護層１２を形成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１０１、１０２に導電性接着剤３３を介して外部電極３４を接合してなる。
そして、保護層１２の側面１２１、１２２には、内方に凹んだ溝１３が１又は複数形成されており、溝１３の少なくとも一部に導電性接着剤３３が浸入している。
以下、これを詳説する。
【００２４】
本例の積層型圧電素子１において、図２に示すごとく、セラミック積層体１０は、略円柱状を呈する積層体の外周面に、相互に対面する一対の側面１０１、１０２を形成してなる断面樽形状を呈している。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。
【００２５】
また、図１、図２に示すごとく、セラミック積層体１０は、圧電層１１と内部電極層２１、２２とを交互に積層してなる。そして、セラミック積層体１０の積層方向両端には、セラミックスよりなる保護層１２が形成されており、保護層１２の側面１２１、１２２には、内方に凹んだ溝１３が複数形成されている。
【００２６】
また、同図に示すごとく、セラミック積層体の側面１０１では、内部電極層２１の外周端は露出され、内部電極層２２の外周端は露出せずに内方に控えた状態となっている。一方、側面１０２では、内部電極層２２の外周端は露出され、内部電極層２１の外周端は露出せずに内方に控えた状態となっている。そして、内部電極層２１及び内部電極層２２は、積層方向に交互に配置されている。即ち、本例のセラミック積層体１０は、いわゆる部分電極構造を呈している。
なお、セラミック積層体１０の構造としては、本例の部分電極構造の他、全面電極構造やその他の種々の構造を採用することができる。
【００２７】
また、同図に示すごとく、セラミック積層体１０は、隣り合う内部電極層２１、２２の積層方向の中間部にスリット部１９を有している。このスリット部１９は、セラミック積層体１０の側面全周に渡ってスリット状の間隙を形成しており、圧電変位によって生じる応力を緩和することができる。
なお、スリット部１９は、配設位置及び形状を様々に変更することができる。また、スリット部１９を配設しない構成とすることもできる。
【００２８】
また、図１に示すごとく、保護層１２を除いたセラミック積層体１０の側面１０１、１０２には、それぞれ側面電極３１、３２が設けられている。そして、側面電極３１は内部電極層２１と、側面電極３２は内部電極層２２と電気的に導通した状態となっている。
また、側面電極３１、３２上及び保護層１２の側面１２１、１２２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。そして、導電性接着剤３３は、保護層１２の側面１２１、１２２に形成された溝１３に浸入している。
また、セラミック積層体１０の外周面は、全周に渡って絶縁樹脂よりなるモールド材３５でモールドされている。
【００２９】
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上に導電性接着剤３３を介して取り出し電極３４を接合する構成とすることもできる。
【００３０】
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の製造方法において、保護層１２を形成するに当たっては、グリーンシート１１０上にその後の焼成を行うことによって消失する消失スリット層１３０を印刷すると共に、消失スリット層１３０を印刷した領域に隣接して消失スリット層１３０と略同厚みのスペーサ層１１１を印刷する印刷工程と、グリーンシート１１０を積層して加圧することにより予備積層体１２０を形成する加圧積層工程と、予備積層体１２０を焼成して消失スリット層１３０を消失させることにより、内部に凹んだ溝１３を形成する焼成工程とを少なくとも行う。
以下、これを詳説する。
【００３１】
まず、グリーンシートを作製するため、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック原料粉末を準備し、仮焼を行う。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、グリーンシート１１０（図３）を成形する。
なお、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。
【００３２】
次に、得られたグリーンシート１１０を用いて保護層１２を形成する。
保護層１２を形成するに当たっては、少なくとも、印刷工程、加圧積層工程、及び焼成工程を行う。
【００３３】
＜印刷工程＞
まず、図３に示すごとく、所定の大きさに打ち抜いたグリーンシート１１０上において、溝１３を形成する部分に焼成によって消失する消失材料よりなる消失スリット層１３０を印刷する。本例では、同図に示すごとく、グリーンシート１１０上の直線状の外郭線がなす外周部に消失スリット層１３０を印刷し、１２０℃で５分間乾燥させる。
次に、同図に示すごとく、グリーンシート１１０上において、消失スリット層１３０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、消失スリット層１３０が印刷されていない部分に、グリーンシート１１０を構成している上記スラリーよりなるスペーサ層１１１を印刷する。
なお、図３では、便宜上、グリーンシート１１０を最終的な形状である樽形状として図示してある。
【００３４】
＜加圧積層工程＞
次に、図４に示すごとく、積層治具（図示略）を用いて、印刷を施したグリーンシート１１０を最終的な形状である樽形状に打ち抜いて、積層する。そして、積層したグリーンシート１１０を上記積層治具から取り出した後、積層方向から５００ｇ／ｃｍ2の荷重をかけながら圧着する。この状態で１時間以上保持し、予備積層体１２０を得る。
ここで、グリーンシート１１０の積層は、印刷したスペーサ層１１１が乾燥する前に行うことが好ましい。即ち、スペーサ層１１１がスラリー状態のうちにグリーンシート１２０を積層することにより、スペーサ層１１１が接着剤としての役割を果たし、グリーンシート１１０同士を容易に積層することができる。また、予備積層体１２０の上端には、印刷を施していないグリーンシート１１０を積層しておく。
【００３５】
＜焼成工程＞
次に、得られた予備積層体１２０を脱脂した後、１０５０℃、２時間の条件で焼成する。
これにより、図５に示すごとく、セラミックスよりなり、側面１２１、１２２に内方に凹んだ溝１３を設けた保護層１２を得る。溝１３は、消失材料よりなる消失スリット層１３０が焼成によって消失し、形成されたものである。
【００３６】
本例では、消失スリット層１３０を構成する消失材料として、熱変形が小さく、焼成工程によって形成される溝の形状精度を高く維持し得るカーボン粒子よりなる材料を用いた。なお、上記以外にも、炭化させたパウダー状の炭化有機物粒子を用いることができる。この炭化有機物粒子は、パウダー状の有機物粒子を炭化して得ることができるほか、炭化させた有機物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。
【００３７】
次に、保護層１２と共にセラミック積層体１０を形成する中間積層体１００（図６）を作製する。
まず、前述のグリーンシート１１０と同様に、圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック原料粉末からスラリーを作製し、そのスラリーからグリーンシートを成形する。成形した上記グリーンシートを所定の大きさに打ち抜いた後、所定の位置に内部電極層用の電極材料を印刷する。
そして、印刷を施した上記グリーンシートを最終的な大きさに打ち抜いて積層する。得られた積層体を圧着後、その両側面に側面電極用の導電性ペーストを塗布し、上記積層体を焼成する。
【００３８】
このようにして、上記グリーンシートより形成された圧電層１１と上記電極材料より形成された内部電極層２１、２２とを交互に積層してなると共に、側面１０１、１０２にそれぞれ側面電極３１、３２を設けた中間積層体１００（図６）が得られる。
なお、内部電極層２１、２２を形成する上記電極材料及び側面電極３１、３２を形成する上記導電性ペーストにＡｇ／Ｐｄ合金を用いた。
【００３９】
また、本例では、保護層１２の形成と同様に、上記グリーンシート上の所定の位置に、焼成によって消失する消失スリット層や印刷高さを合わせるためのスペーサ層を印刷しておいた。そのため、本例の中間積層体１００には、側面全周に渡ってスリット部１９が形成されている。スリット部１９は、隣り合う内部電極層２１、２２の積層方向の中間部に設けられている。
【００４０】
次に、得られた保護層１２と中間積層体１００とを用いて積層型圧電素子１を作製する。
まず、図６に示すごとく、側面電極３１、３２を設けた中間積層体１００の積層方向の両端に、それぞれ保護層１２を接着剤３６により接着し、セラミック積層体１０を得る。
次に、図７に示すごとく、側面電極３１、３２上及び保護層１２の側面上に、導電性接着剤３３を塗布する。このとき、保護層１２の側面１２１、１２２においては、導電性接着剤３３を溝１３に浸入するように塗布する。
そして、図８に示すごとく、塗布した導電性接着剤３３に外部電極３４を埋め込むように配置する。
【００４１】
さらに、図９に示すごとく、保護層１２の側面１２１、１２２に、導電性接着剤３３を幅広に塗布し、導電性接着剤３３が溝１３全体に浸入するようにする。なお、この工程は、省略することができる。そして、塗布した導電性接着剤３３を加熱硬化させ、外部電極３４を接合する。
最後に、図１０に示すごとく、セラミック積層体１０の側面全周を、絶縁樹脂としてのシリコーン樹脂よりなるモールド材３５によってモールドし、図１に示される積層型圧電素子１を完成させた。
【００４２】
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、取り出し電極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。このエキスパンダメタルは、長手方向に伸縮性を有する。なお、取り出し電極３４としては、上記以外にも、パンチングメタル等を用いることもできる。
【００４３】
次に、本例の積層型圧電素子１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は、セラミック積層体１０の積層方向両端にセラミックスよりなる保護層１２を形成している。そして、保護層１２の側面１２１、１２２には、内方に凹んだ溝１３が１又は複数形成されており、溝１３の少なくとも一部に導電性接着剤３３が浸入している。
【００４４】
即ち、保護層１２の側面１２１、１２２に形成された溝１３には、導電性接着剤３３が浸入しているため、そのアンカー効果によって保護層１２と導電性接着剤３３との密着性を向上させることができる。そのため、導電性接着剤３３は、圧電変位によって生じる応力に対して耐え得る接着強度を有するものとなり、剥離が生じ難くなる。つまり、保護層１２によって、導電性接着剤３３の剥離を抑制することが可能となる。
【００４５】
これにより、上記の構造を有する保護層１２が形成された積層型圧電素子１は、導電性接着剤３３の剥離を抑制することができる。そして、それ故に、長期間の使用における充分な耐久性を発揮する共に、高い信頼性が得られる。
また、保護層１２は、圧電変位によって生じる応力が他の部分に比べて大きくかかるセラミック積層体１０の積層方向両端に形成されているため、導電性接着剤３３の剥離を抑制する効果をより充分に発揮することができる。
【００４６】
また、本例では、保護層１２は、圧電層１１と同じ圧電材料より構成されている。そのため、焼成後の保護層１２と中間積層体１００の断面の寸法を略一致させることが容易となると共に、セラミック積層体１０の形状精度を向上させることができる。
また、保護層１２の側面１２１、１２２に、導電性接着剤３３を幅広に塗布してある。そのため、導電性接着剤３３が溝１３全体に浸入している。これにより、導電性接着剤３３の剥離をさらに抑制することができる。なお、この工程を省いた場合においても、導電性接着剤３３の剥離を抑制する効果を充分に発揮することができる。
【００４７】
また、セラミック積層体１０は、隣り合う内部電極層２１、２２の積層方向の中間部にスリット部１９を有しており、側面全周に渡って形成されている。このスリット部１９により、圧電変位によって生じる応力を緩和することができるため、導電性接着剤３３の剥離や圧電層１１のクラック等を抑制することができる。これにより、積層型圧電素子１全体の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
【００４８】
以上のごとく、本例によれば、導電性接着剤の剥離を抑制すると共に、耐久性及び信頼性に優れた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。
【００４９】
また、本例では、保護層１２は、圧電層１１と同じ圧電材料より構成したが、圧電層１１と異なる材料を用いてもよい。ただし、焼成後の保護層１２と圧電層１１を含む中間積層体１００の断面の寸法が略一致となるようにすることが好ましい。
また、中間積層体１００は、複数のユニットを作製し、それらを接着剤により接着して作製することもできる。
また、セラミック積層体１０を作製するに当たって、保護層１２と中間積層体１００とを別々に焼成した後に接着剤３６を用いて一体化させたが、グリーンシートの状態で両者を積層して一体化した後に焼成することもできる。
また、溝１３は、両端にある保護層１２のうち、両方に形成したが、一方のみに形成してもよい。
【００５０】
（実施例２）
本例は、図１１、図１２に示すごとく、保護層１２の側面全周に溝１３を形成する例である。
本例では、図１１に示すごとく、印刷工程において、グリーンシート１１０上の外周部に消失スリット層１３０を印刷し、消失スリット層１３０が印刷されていない部分にスペーサ層１１１を印刷する。その後、実施例１と同様の工程を行い、保護層１２を形成する。
これにより、図１２に示すごとく、得られる保護層１２は、側面全周に溝１３が形成される。
その他は、実施例１と同様である。
【００５１】
この場合には、保護層１２の側面全周に形成された溝１３のうち、側面１２１、１２２の部分には導電性接着剤３３が浸入し、それ以外の部分には、モールド材３５が浸入する。そのため、モールド材３５とセラミック積層体１０との密着性は高まり、このモールド材３５にモールドされている導電性接着剤３３の接着強度も高くなる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５２】
（実施例３）
本例は、図１３、図１４に示すごとく、保護層１２の側面１２１、１２２において、断続的に溝１３を形成した例である。
本例では、図１３に示すごとく、印刷工程において、グリーンシート１１０上の直線状の外郭線がなす外周部に消失スリット層１３０を断続的に印刷する。このとき、印刷した消失スリット層１３０において、外側の幅寸法よりも内側の少なくとも一部の幅寸法が大きくなるようにする。そして、消失スリット層１３０が印刷されていない部分にスペーサ層１１１を印刷する。その後、実施例１と同様の工程を行い、保護層１２を形成する。
これにより、図１４に示すごとく、得られる保護層１２の側面１２１、１２２には、断続的に溝１３が形成される。
その他は、実施例１と同様である。
【００５３】
この場合には、溝１３は、断続的に形成されていると共に、保護層１２の側面１２１、１２２に露出している開口部の幅寸法よりも、内部の少なくとも一部の幅寸法が大きくなっている。そのため、溝１３に導電性接着剤３３を浸入させることにより、そのアンカー効果はより大きなものとなり、導電性接着剤３３の接着強度をさらに向上させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５４】
また、本例において、図１５、図１６に示すごとく、保護層１２の側面全周に断続的に溝１３を形成することもできる。この場合には、上記の作用効果に加えて、実施例２の作用効果を有するものとなる。
【００５５】
（実施例４）
本例は、図１７、図１８に示すごとく、保護層１２の側面１２１、１２２において、Ｌ字型の溝１３を形成した例である。
本例では、図１７に示すごとく、印刷工程において、グリーンシート１１０上に２層の印刷層１４０を形成する。そして、各印刷層１４０には、所定の位置に消失スリット層１３０及びスペーサ層１１１を印刷する。その後、実施例１と同様の工程を行い、保護層１２を形成する。
これにより、図１８に示すごとく、得られる保護層１２の側面１２１、１２２には、Ｌ字型の溝１３が形成される。
その他は、実施例１と同様である。
【００５６】
この場合には、形成された溝１３は、Ｌ字型であると共に、保護層１２の側面１２１、１２２に露出している開口部の幅寸法よりも、内部の少なくとも一部の幅寸法が大きくなっている。そのため、溝１３に導電性接着剤３３を浸入させることにより、そのアンカー効果はより大きなものとなり、導電性接着剤３３の接着強度をさらに向上させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５７】
また、本例においても、図１９、図２０に示すごとく、保護層１２の側面全周にＬ字型の溝１３を形成することもできる。この場合には、上記の作用効果に加えて、実施例２の作用効果を有するものとなる。
【００５８】
（実施例５）
本例は、図２１、図２２に示すごとく、保護層１２の側面１２１、１２２において、Ｔ字型の溝１３を形成した例である。
本例では、図２１に示すごとく、印刷工程において、グリーンシート１１０上に３層の印刷層１４０を形成する。そして、各印刷層１４０には、所定の位置に消失スリット層１３０及びスペーサ層１１１を印刷する。その後、実施例１と同様の工程を行い、保護層１２を形成する。
これにより、図２２に示すごとく、得られる保護層１２の側面１２１、１２２には、Ｔ字型の溝１３が形成される。
その他は、実施例１と同様である。
【００５９】
この場合には、形成された溝１３は、Ｔ字型であると共に、保護層１２の側面１２１、１２２に露出している開口部の幅寸法よりも、内部の少なくとも一部の幅寸法が大きくなっている。そのため、溝１３に導電性接着剤３３を浸入させることにより、そのアンカー効果はより大きなものとなり、導電性接着剤３３の接着強度をさらに向上させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６０】
また、本例においても、図２３、図２４に示すごとく、保護層１２の側面全周にＴ字型の溝１３を形成することもできる。この場合には、上記の作用効果に加えて、実施例２の作用効果を有するものとなる。
【００６１】
（実施例６）
本例は、図２５に示すごとく、実施例１の保護層１２の形成において、消失スリット層１３０を印刷することなく溝１３を設ける例である。
本例では、図２５に示すごとく、印刷工程において、グリーンシート１１０上の直線状の外郭線がなす外周部を除いた部分にスペーサ層１１１のみを印刷する。その後、実施例１と同様の工程を行い、保護層１２を形成する。
これにより、実施例１の保護層１２（図５）と同様のものが得られる。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
【００６２】
また、本例において、図２６に示すごとく、印刷工程において、グリーンシート１１０上の外周部を除いた部分にスペーサ層１１１のみを印刷して、保護層１２を形成することもできる。この場合には、実施例２の保護層（図１２）と同様のものが得られる。
その他は、実施例２と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
【００６３】
（実施例７）
本例は、図２７〜図３０に示すごとく、実施例１のセラミック積層体１０において、外部電極３４及びその接合位置を変更した例である。
図２７、図２８は、外部電極３４と同材料で長さが短い外部電極３７を用いた例であり、その接合位置は、セラミック積層体１０の側面上部である。
図２７に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に導電性接着剤３３を塗布した後、外部電極３４の端部をセラミック積層体１０の側面上部、つまり、本例では上端の保護層１２の側面１２１、１２２に配置する。そして、図２８に示すごとく、配置した外部電極３７の端部を覆うように、導電性接着剤３３を幅広に塗布する。この後、導電性接着剤３３を加熱硬化させ、外部電極３７を接合する。
その他は。実施例１と同様である。
【００６４】
また、図２９、図３０は、実施例１の外部電極３４に代えてリード線３８を用いた例であり、その接合位置は、セラミック積層体１０の側面上部である。
図２９、図３０に示すごとく、上記と同様の方法で、リード線３８をセラミック積層体１０の側面上部に接合する。
その他は、実施例１と同様である。
【００６５】
いずれの例においても、外部電極３７及びリード線３８を、導電性接着剤３３の接着強度が高い保護層１２の側面１２１、１２２に接合している。そのため、外部電極３７及びリード線３８をより強く接合することができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６６】
（実施例８）
本例は、図３１に示すごとく、セラミック積層体１０の積層方向両端に形成された保護層１２（１２ａ、１２ｂ）のうち、一方の保護層１２（１２ｂ）のみに内方に凹んだ溝１３を形成した例である。
本例では、同図に示すごとく、セラミック積層体１０の積層方向上端及び下端には、セラミックスよりなる上端保護層１２ａ及び下端保護層１２ｂがそれぞれ形成されている。そして、両保護層１２ａ、１２ｂのうち、下端保護層１２ｂの側面１２１ｂ、１２２ｂには、内方に凹んだ溝１３が複数形成されている。一方、上端保護層１２ａの側面１２１ａ、１２２ａには、溝１３は形成されていない。
その他は、実施例１と同様である。
【００６７】
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。
上端保護層１２ａは、グリーンシート１１０（図３参照）のみを複数枚積層し、加圧後、焼成して作製する。また、下端保護層１２ｂは、実施例１の保護層１２と同様の方法で作製する（図３〜図５参照）。
そして、側面１０１、１０２にそれぞれ側面電極３１、３２を設けた中間積層体１００の両端に上端保護層１２ａ及び下端保護層１２ｂを接着し、セラミック積層体１０を得る。
【００６８】
次に、図３２に示すごとく、側面電極３１、３２上及び両保護層１２ａ、１２ｂの側面上に、導電性接着剤３３を塗布する。このとき、保護層１２ｂの側面１２１ｂ、１２２ｂにおいては、導電性接着剤３３が溝１３に浸入するように塗布する。そして、塗布した導電性接着剤３３に外部電極３４を埋め込むように配置する。
そして、図３３に示すごとく、下端保護層１２ｂの側面１２１ｂ、１２２ｂに、導電性接着剤３３を幅広に塗布し、導電性接着剤３３が下端保護層１２ｂの溝１３全体に浸入するようにする。その後、塗布した導電性接着剤３３を加熱硬化させ、外部電極３４を接合する。
最後に、セラミック積層体１０の側面全周を、絶縁樹脂としてのシリコーン樹脂よりなるモールド材３５によってモールドし、積層型圧電素子１を完成させた（図１０参照）。
その他は、実施例１と同様の製造方法である。
【００６９】
本例は、セラミック積層体１０に形成された両保護層１２ａ、１２ｂのうち、下端保護層１２ｂのみに内方に凹んだ溝１３が形成されている。この場合においても、導電性接着剤３３の剥離を抑制する効果を充分に発揮することができる。
また、本例では、下端保護層１２ｂの側面１２１ｂ、１２２ｂに、導電性接着剤３３を幅広に塗布してある。そのため、導電性接着剤３３の剥離をさらに抑制することができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７０】
なお、本例では、両保護層１２ａ、１２ｂのうち、下端保護層１２ｂのみに内方に凹んだ溝１３を形成したが、上端保護層１２ａのみに溝１３を形成してもよい。
また、両保護層１２ａ、１２ｂのうち、一方のみに溝１３を形成することは、実施例１だけではなく、上述した実施例２〜７に適用することができる。
【００７１】
（実施例９）
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３４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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、耐久性及び信頼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】
【００７７】
【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】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３】実施例１における、グリーンシートに印刷を施す工程を示す説明図。
【図４】実施例１における、グリーンシートを積層する工程を示す説明図。
【図５】実施例１における、保護層の構造を示す説明図。
【図６】実施例１における、保護層と中間積層体を接着してセラミック積層体を作製する工程を示す説明図。
【図７】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８】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９】実施例１における、保護層の側面に導電性接着剤を塗布する工程を示す説明図。
【図１０】実施例１における、モールド材をモールドする工程を示す説明図。
【図１１】実施例２における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図１２】実施例２における、側面全周に溝を形成した保護層の構造を示す説明図。
【図１３】実施例３における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図１４】実施例３における、側面に断続的に溝を形成した保護層の構造を示す説明図。
【図１５】実施例３における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図１６】実施例３における、側面全周に断続的に溝を形成した保護層の構造を示す説明図。
【図１７】実施例４における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図１８】実施例４における、側面にＬ字型の溝を形成した保護層の構造を示す説明図。
【図１９】実施例４における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図２０】実施例４における、側面全周にＬ字型の溝を形成した保護層の構造を示す説明図。
【図２１】実施例５における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図２２】実施例５における、側面にＴ字型の溝を形成した保護層の構造を示す説明図。
【図２３】実施例５における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図２４】実施例５における、側面全周にＴ字型の溝を形成した保護層の構造を示す説明図。
【図２５】実施例６における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図２６】実施例６における、グリーンシートに印刷を施し、積層する工程を示す説明図。
【図２７】実施例７における、外部電極を接合する工程を示す説明図。
【図２８】実施例７における、上端の保護層の側面に導電性接着剤を塗布する工程を示す説明図。
【図２９】実施例７における、リード線を接合する工程を示す説明図。
【図３０】実施例７における、上端の保護層の側面に導電性接着剤を塗布する工程を示す説明図。
【図３１】実施例８における、セラミック積層体の構造を示す説明図。
【図３２】実施例８における、外部電極を接合する工程を示す説明図。
【図３３】実施例８における、保護層の側面に導電性接着剤を塗布する工程を示す説明図。
【図３４】実施例９における、インジェクタの構造を示す説明図。
【符号の説明】
【００７８】
１  積層型圧電素子
１０  セラミック積層体
１０１、１０２  側面（セラミック積層体の側面）
１１  圧電層
１１０  グリーンシート
１１１  スペーサ層
１２  保護層
１２０  予備積層体
１２１、１２２  側面（保護層の側面）
１３  溝
１３０  消失スリット層
２１、２２  内部電極層
３３  導電性接着剤
３４  外部電極
６  インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006190959.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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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