(57)【要約】【課題】絶縁構造の信頼性と、優れた圧電性能とを両立した積層型圧電体素子を提供すること。【解決手段】積層型圧電体素子１は、圧電層１１と内部電極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１０１、１０２に第１側面電極３１及び第２側面電極３２を設けた積層型圧電体素子である。側面電極３１（３２）を設けた側面１０１（１０２）には、底部４１０（４２０）に内部電極２１（２２）の端部を露出させた凹溝部４１（４２）が設けてある。そして、凹溝部４１（４２）には、内部電極２１（２２）の端部を覆うように電気絶縁性を有する絶縁充填材５が充填されている。絶縁充填材５は、（線膨張係数×弾性率）の値が、１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下のものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料よりなる複数の圧電層と、導電性を有する複数の層状の内部電極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第１側面電極及び第２側面電極が設けられ、上記内部電極としては、上記第１側面電極に導通する第１内部電極と、上記第２側面電極に導通する第２内部電極とを交互に配置してなる積層型圧電体素子において、
上記セラミック積層体における上記第１側面電極を設けた側面には、底部に上記第２内部電極の外周端部を露出させた凹溝である第１凹溝部が設けられ、一方、上記第２側面電極を設けた側面には、底部に上記第１内部電極の外周端部を露出させた凹溝である第２凹溝部が設けられており、
上記第１凹溝部及び上記第２凹溝部には、それぞれ上記第２内部電極の外周端部及び上記第１内部電極の外周端部を覆うように電気絶縁性を有する絶縁充填材が充填されており、該絶縁充填材における（線膨張係数×弾性率）の値が、１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下であることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項２】
請求項１において、上記絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値は、２５００Ｐａ／℃以上１１０００Ｐａ／℃以下であることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記絶縁充填材の弾性率は、１×１０5Ｐａ以上３×１０8Ｐａ以下であることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、上記絶縁充填材は、ポリイミド樹脂を低応力変性させた低応力ポリイミド樹脂であることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記絶縁充填材は、比誘電率が２以上６以下であることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記積層型圧電体素子は、圧電アクチュエータ用のものであることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項７】
圧電アクチュエータの変位を利用して弁体を開閉させ、燃料の噴射制御を行うよう構成されたインジェクタにおいて、
上記圧電アクチュエータは、請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層型圧電体素子を有することを特徴とするインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全面電極構造の積層型圧電体素子及びそれを用いたインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、積層型圧電体素子としては、層状の内部電極が、圧電層の全面を覆う構造を呈する全面電極構造のものと、内部電極が圧電層を覆わない部分を残す構造である部分電極構造のものがある。全面電極構造の積層型圧電体素子では、部分電極構造のものより圧電変位が得られやすく、かつ内部電極の端部に応力が集中するおそれが少ない。そのため、全面電極構造を採用すると、変位特性に優れ、かつ、信頼性の高い積層型圧電体素子を実現できる。
【０００３】
一方、全面電極構造の積層型圧電体素子の場合には、積層型圧電体素子の側面全面に内部電極の端部を露出させる。そして、各内部電極について、一対の側面電極のうち一方と電気的に接触させ、他方の側面電極とは電気的な絶縁状態を保つ必要がある。そこで、例えば、内部電極の外周端部を絶縁部材により覆う等して、上記他方の側面電極との絶縁状態を確保したものがある。このような積層型圧電体素子について圧電変位が繰り返されると、上記の側面電極と内部電極との間の絶縁部分に応力が繰り返し作用する。そのため、この絶縁部分について、上記の繰り返し応力に対する耐久性を向上するための構造上の工夫が必要になる。そこで、従来では、例えば、全面電極構造の積層型圧電体素子の側面に溝を設けてその溝に絶縁樹脂を充填する絶縁構造が提案されている（例えば、特許文献１〜５）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６９７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２６４７号公報
【特許文献３】特開２００２−１１１０８８号公報
【特許文献４】特開２００１−２４４５１３号公報
【特許文献５】特開２００１−７７４３６号公報
【０００５】
しかしながら、上記従来の絶縁構造では上記溝に充填した絶縁樹脂と、圧電層をなす圧電材料との線膨張係数差が大きく、冷熱サイクル等の信頼性試験において、絶縁樹脂と圧電層との接触界面の剥離や、絶縁樹脂の内部クラック等が比較的早期に発生するおそれがある。そして、この内部クラック等が発生すると、隣り合って積層された内部電極同士の間や、内部電極と絶縁すべき側面電極との間において電気的な短絡が誘発され、積層型圧電体素子の動作信頼性が著しく低下するおそれがある。
【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、動作信頼性の高い積層型圧電体素子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、圧電材料よりなる複数の圧電層と、導電性を有する複数の層状の内部電極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第１側面電極及び第２側面電極が設けられ、上記内部電極としては、上記第１側面電極に導通する第１内部電極と、上記第２側面電極に導通する第２内部電極とを交互に配置してなる積層型圧電体素子において、
上記セラミック積層体における上記第１側面電極を設けた側面には、底部に上記第２内部電極の外周端部を露出させた凹溝である第１凹溝部が設けられ、一方、上記第２側面電極を設けた側面には、底部に上記第１内部電極の外周端部を露出させた凹溝である第２凹溝部が設けられており、
上記第１凹溝部及び上記第２凹溝部には、それぞれ上記第２内部電極の外周端部及び上記第１内部電極の外周端部を覆うように電気絶縁性を有する絶縁充填材が充填されており、該絶縁充填材における（線膨張係数×弾性率）の値が、１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下であることを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求項１）。
【０００８】
上記第１の発明の積層型圧電体素子では、上記のごとく、第１凹溝部及び第２凹溝部に充填した絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値が、１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下である。ここで、この（線膨張係数×弾性率）の値は、単位温度当たりの発生応力を表す指標である。そして、（線膨張係数×弾性率）の値を上記の範囲に設定した上記絶縁充填材では、温度変化が生じたときに発生する熱応力の大きさを抑制し得る。そのため、この絶縁充填材によれば、例えば、上記積層型圧電体素子に冷熱サイクルが作用した場合にも上記絶縁充填材の内部に過大な応力が発生するおそれが少ない。それ故、上記絶縁充填材は、上記各凹溝部の内表面から剥離するおそれや、内部クラック等を生じるおそれが少ない。
【０００９】
したがって、（線膨張係数×弾性率）の値を上記の範囲に設定した絶縁充填材を利用した上記積層型圧電体素子では、この絶縁充填材による絶縁構造の信頼性、耐久性が良好である。それ故、上記積層型圧電体素子は、優れた信頼性と、耐久性を有するものとなり、初期の性能を長期間の使用に渡って維持し得るものとなる。
【００１０】
以上のように、上記第１の発明の積層型圧電体素子は、動作信頼性が高い優れた品質を有するものである。
【００１１】
第２の発明は、圧電アクチュエータの変位を利用して弁体を開閉させ、燃料の噴射制御を行うよう構成されたインジェクタにおいて、上記圧電アクチュエータは、上記第１の発明の積層型圧電体素子を有することを特徴とするインジェクタにある（請求項７）。
【００１２】
上記第２の発明のインジェクタは、上記第１の発明の優れた品質の積層型圧電体素子を含む圧電アクチュエータを有する。この積層型圧電体素子は、上記のごとく、内部電極と側面電極との間の絶縁構造の信頼性が高く、耐久性に優れたものである。そのため、高温雰囲気下という過酷な状態で使用されることが多いインジェクタにおいても、上記積層型圧電体素子は、その上記絶縁構造を安定的に維持し得る。そしてそれ故、上記積層型圧電体素子を利用することにより、インジェクタ全体の性能向上及び信頼性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記第１の発明においては、上記絶縁充填材としては、エポキシ、シリコーン、ポリイミド、ウレタン等を用いることができる。これらの材料は、耐熱性にも優れているため、これらの材料を絶縁充填材として用いた積層型圧電体素子は、優れた特性を有するものとなる。
【００１４】
また、上述したとおり、上記絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値は、１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下である。そして、より好ましくは、２５００Ｐａ／℃以上１１０００Ｐａ／℃以下である（請求項２）。以下に、この理由を説明する。
【００１５】
本発明の上記積層型圧電体素子を製造するに当たっては、上記絶縁充填材を上記第１凹溝部及び第２凹溝部に充填した後、上記セラミック積層体の側面にあふれた上記絶縁充填材を研削する工程を行う（絶縁充填材研削工程）。
また、充填する上記絶縁充填材の接着強度を確保するために、上記絶縁充填材の塗布面を清浄に保っておく（塗布面清浄管理）。
【００１６】
上記絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値が１００Ｐａ／℃よりも小さい場合には、上記絶縁充填材研削工程において、例えばサンドペーパー等を用いた手作業による研削、つまり、上記絶縁充填材に与える加工ストレスが小さい場合でも、該絶縁充填材に剥離やクラック等が生じるおそれがある。そのため、上記の値を１００Ｐａ／℃以上とすることが必要である。
また、上記絶縁充填材研削工程において、例えば研削機等を用いた機械による研削、つまり、上記絶縁充填材に与える加工ストレスが大きい場合には、上記の値を２５００Ｐａ／℃以上とすれば剥離やクラック等の不具合を確実に抑制することができる。
【００１７】
また、上記絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値が１５０００Ｐａ／℃よりも大きい場合には、冷熱サイクルによって上記絶縁充填材の界面に発生する熱応力により、該絶縁充填材に剥離やクラック等が生じるおそれがある。そのため、上記の値を１５０００Ｐａ／℃以下とすることが必要である。
また、上記塗布面清浄管理が不充分である場合や上記積層型圧電体素子の母材強度にばらつきが生じる場合には、上記の値を１１０００Ｐａ／℃以下とすれば剥離やクラック等の不具合を確実に抑制することができる。
【００１８】
以上のことから、上記絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値は、１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下である。そして、より好ましくは、２５００Ｐａ／℃以上１１０００Ｐａ／℃以下である。
【００１９】
また、上記絶縁充填材の弾性率は、１×１０5Ｐａ以上３×１０8Ｐａ以下であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記絶縁充填材の弾性率を上記の範囲に設定することで、上記圧電層の圧電変位に柔軟性高く追従し、上記絶縁充填材に発生する応力を抑制するという作用効果を得ることができる。
【００２０】
また、上記絶縁充填材は、ポリイミド樹脂を低応力変性させた低応力ポリイミド樹脂であることが好ましい（請求項４）。
ここで、上記低応力ポリイミド樹脂は、ポリイミド樹脂の骨格に低応力の官能基を組み込むことにより、ポリイミド樹脂を低応力変性させたものである。この低応力ポリイミド樹脂は、長期高温環境下においても劣化しにくく、耐熱性に優れるポリイミド樹脂本来の特性に加えて、柔軟性を有し、内部応力増大を抑制するという特徴を有するものである。
【００２１】
そのため、この低応力ポリイミド樹脂よりなる上記絶縁充填材は、上記積層型圧電体素子の圧電変位による上記第１凹溝部及び第２凹溝部の変形に柔軟性高く対応でき、クラックや隙間等が発生するおそれが少ない。
したがって、耐熱性と柔軟性とを高いレベルで両立した低応力ポリイミド樹脂を上記絶縁性充填材として用いる場合には、動作信頼性と圧電性能とを両立した優れた特性の積層型圧電体素子を実現することができる。
【００２２】
また、上記絶縁充填材は、比誘電率が２以上６以下であることが好ましい（請求項５）。
ここで、比誘電率とは、物質の誘電率と、真空の誘電率との比である。そして、比誘電率が上記の範囲にある上記絶縁充填材を利用する場合には、上記内部電極と上記側面電極との電気的な絶縁を確実性高く確保でき、上記積層型圧電体素子の電気的な特性をさらに向上することができる。
【００２３】
また、上記積層型圧電体素子は、圧電アクチュエータ用のものであることが好ましい（請求項６）。
この場合には、動作信頼性に優れ、かつ、圧電性能の高い上記積層型圧電体素子を利用して高品質の圧電アクチュエータを実現できる。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
本発明の実施例に係る積層型圧電体素子につき、図１〜図８を用いて説明する。
本例の積層型圧電体素子１は、図１に示すごとく、圧電材料よりなる複数の圧電層１１と、導電性を有する複数の層状の内部電極２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０を有してなる。この積層型圧電体素子１は、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に第１側面電極３１及び第２側面電極３２が設けられ、上記内部電極２１、２２としては、上記第１側面電極３１に導通する第１内部電極（以下、適宜第１内部電極２１と記載する。）と、上記第２側面電極３２に導通する第２内部電極（以下、適宜第２内部電極２２と記載する。）とを交互に配置してなる。
【００２５】
図１に示すごとく、上記セラミック積層体１０における第１側面電極３１を設けた側面１０１には、底部４１０に第２内部電極２２の端部を露出させた凹溝である第１凹溝部４１が設けられ、一方、第２側面電極３２を設けた側面１０２には、底部４２０に上記第１内部電極２１の端部を露出させた凹溝である第２凹溝部４２が設けられている。そして、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２には、それぞれ第２内部電極２２の端部及び第１内部電極２１の端部を覆うように電気絶縁性を有する絶縁充填材５を充填してある。この絶縁充填材５は、（線膨張係数×弾性率）の値が１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下のものである。
以下に、この内容についてさらに詳しく説明する。
【００２６】
本例の積層型圧電体素子１は、図１及び図５に示すごとく、印加電圧に応じて伸縮する圧電層１１と、該圧電層１１に印加電圧を作用するための層状の内部電極２１、２２とを交互に積層した八角柱形状のセラミック積層体１０を有している。そして、その側面のうち一対の側面１０１、１０２には、上記第１側面電極３１、第２側面電極３２をそれぞれ設け、さらにこれらには外部電極接続用のリード線７を接続してある。本例では、セラミック積層体１０の積層方向の上端と下端には、圧電効果を生じないダミー層１８、１９を設けてある。なお、積層体形状は、本例の八角形状以外にも円柱、３角柱、４角柱等であってもよい。又、一対の側面電極３１、３２は、必ずしも対向配置されている必要はない。更に、リード線７は、セラミック積層体１０上部のみでなく、積層方向の全領域近くまで配設しても良い。
【００２７】
第１内部電極２１は、図１、図７に示すごとく、側面１０１にその端部を露出させ、直接第１側面電極３１に接触している。一方、第１内部電極２１は、側面１０１に対向する側面１０２において、第２凹溝部４２の底部４２０に露出し、この第２凹溝部４２に充填した絶縁充填材５によって覆われている。そして、この絶縁充填材５の外周側に接するように上記第２側面電極３２が配設されている。
【００２８】
同様に、第２内部電極２２は、側面１０２にその端部を露出させ、直接第２側面電極３２に接触している。一方、第２内部電極２２は、側面１０２に対向する側面１０１において、第１凹溝部４１の底部４１０に露出し、この第１凹溝部４１に充填した絶縁充填材５によって覆われている。そして、この絶縁充填材５の外周側に接するように上記第１側面電極３１が配設されている。
【００２９】
また、各第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２は、図２に示すごとく、その底部４１０、４２０の位置が側面１０１、１０２に略平行となるよう設けられ、その溝深さＤは約１００μｍである。また、各第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の溝幅Ｗは、厚みＬ＝８０μｍの圧電層１１に対して、７０μｍとしてある。
【００３０】
そして、各第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２には、図１、図２及び図７に示すごとく、電気絶縁性を有する低応力ポリイミド樹脂よりなる絶縁充填材５を充填してある。ここで低応力ポリイミド樹脂とは、ポリイミド樹脂を低応力変性させたものである。具体的には、図９に示すポリイミド樹脂の基本単位５０におけるＲ部分５０５に、ジメチルシリコーン、脂肪族（ＣnＨ2n）、エーテル（−Ｒ1−Ｏ−Ｒ2−。ここでＲ1、Ｒ2は、アルキル基。）、ウレタン（−ＮＨ−ＣＯ−Ｏ−）、あるいは、これらの組み合わせを配置したものである。そして、本例で絶縁性充填材５として用いた低応力ポリイミド樹脂は、（線膨張係数×弾性率）の値が７２７６Ｐａであって、かつ、その弾性率が３．４×１０7Ｐａのものである。さらに、この低応力ポリイミド樹脂よりなる絶縁性充填材５は、その比誘電率が３．６５である。
【００３１】
そして、本例の低応力ポリイミド樹脂は、次の手順により合成したものである。まず、Ｎメチルピロリドン、γブチルラクトンなどの溶剤とジアミンとを混合し、そこにテトラカルボン酸二水和物を添加した。これにより、テトラカルボン酸二水和物とジアミンとが付加反応してなる中間体としてのポリアミック酸を得る。次に、このポリアミック酸を加熱することにより、ポリイミド樹脂を合成した。そして、本例の低応力ポリイミド樹脂は、上記テトラカルボン酸やジアミンの一成分として様々な上記低応力成分を用い、ポリイミド樹脂を低応力変性させたものである。
【００３２】
また、上記第１側面電極３１及び第２側面電極３２は、電気絶縁性を有する樹脂材料中に導電性材料を含有させた導電性樹脂より形成した。本例では、上記樹脂材料としてエポキシ樹脂を用い、上記導電性材料として銀フィラーを７０重量％の割合で用いた。
【００３３】
次に、上記構成の積層型圧電体素子１の製造方法につき簡単に説明する。
まず、圧電材料となるセラミックグリーンシートを焼成して上記圧電層１１を得る圧電層焼成工程を行う。
本例では、上記圧電層１１としてＰＺＴを採用すべく、次のようにグリーンシートを作製した。まず、圧電材料の主原料となる酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、炭酸ストロンチウム等の粉末を所望の組成となるように秤量する。また、鉛の蒸発を考慮して、上記混合比組成の化学量論比よりも１〜２％リッチになるように調合する。これを混合機にて乾式混合し、その後８００〜９５０℃で仮焼する。
【００３４】
次いで、仮焼粉に純水、分散剤を加えてスラリーとし、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する。その後、この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。
【００３５】
次いで、スラリーをドクターブレード装置により一定厚みのグリーンシートに成形する。そして、このグリーンシートをプレス機で打ち抜くか、切断機により切断することにより、７ｍｍ角の四角形のシート片を得た。なお、得ようとする積層型圧電体素子の形状に応じて、四角形、楕円形、樽型などのシート片を成形することも可能である。
【００３６】
次に、このグリーンシートを脱脂処理した後に、焼成して圧電層１１を得る。脱脂処理は、グリーンシートを電気炉により４００〜７００℃の温度に所定時間保持することにより行った。また、焼成処理は、グリーンシートを９００〜１２００℃の温度に所定時間保持して行った。このようにして、本例では厚みが８０μｍであり、主にＰｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3系のペロブスカイト構造の酸化物であるＰＺＴよりなる、焼成済みの圧電層１１を、一層ずつ別々に形成した。
【００３７】
次に、図３に示すごとく、得られた圧電層１１と、Ｃｕを含有する電極材料２０とを交互に積層してなる積層体を作製する積層体作製工程を行った。
本例では、上記電極材料２０として、純度９９．９％のＣｕよりなり、厚み５μｍの銅箔を用いた。また、銅箔の形状は、図３に示すごとく、７ｍｍ角の四角形とし、圧電層１１と同じにした。そして、圧電層１１と電極材料２０とを交互に積層し、圧電層１１の積層数が２５０層となるように積層体を作製した。また、この積層体の積層方向の上下端には、電極材料２０を介設せずに圧電層１１を積層し、上記ダミー層１８、１９を形成した。
【００３８】
次に、上記積層体にその積層方向から約３ＭＰａの荷重を加えた状態で炉内に配置し、その炉内雰囲気を１×１０-2Ｐａの真空度まで真空引きした後、炉内の圧力が１０Ｐａに維持されるよう不活性ガスとしてのＮ2ガスを炉内に導入した。そして、温度９６０℃に１０分間保持することにより、上記電極材料２０よりなる層状の内部電極２１、２２と圧電層１１とを接合する加熱接合工程を実施した。
【００３９】
これにより、図４に示すごとく、４つの側面１０１〜１０４を有し、これらの側面全面に端部を露出させた内部電極２１、２２を有する略四角柱形状のセラミック積層体１０が得られる。
次に、図５に示すごとく、上記四角柱形状の角部を平面研削し、新たに４つの側面１０５〜１０８を設け、略八角柱形状のセラミック積層体１０を成形する。
【００４０】
次に、図６に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１に露出した第２内部電極２２の端部に沿ってレーザを照射して溝加工を行い第１凹溝部４１を形成した。また同様に、セラミック積層体１０の側面１０２に露出した第１内部電極２１の端部に沿ってレーザを照射して溝加工を行い第２凹溝部４２を形成した。本例では、上記レーザとしてＣＯ2レーザを用い、ガルバノ光学スキャナーを用いてレーザスポットを走査させることにより各凹溝部４１、４２を加工した。なお、この溝加工は、レーザ照射による加工法に代えて、砥石による研削やショットブラスト等を利用して行うこともできる。なお、本例では、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の断面形状（図２参照。）は、上述したごとく、溝深さＤ＝１００μｍ、溝幅Ｗ＝７０μｍとした。
【００４１】
次に、図７に示すごとく、ディスペンサーを用いて第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２内に絶縁充填材５を供給した後、真空引きすることにより、各凹溝部４１、４２内に隙間なく絶縁充填材５を充填した。これ以外の塗布方法としては、スクリーン印刷、メタルマスク印刷等も可能である。なお、上記絶縁充填材５としては、上記のごとく、ポリイミド樹脂を低応力変性させた低応力ポリイミド樹脂を用いた。
【００４２】
次に、絶縁充填材５をバッチ式の加熱炉内で、２００℃、１時間の加熱を行うことにより、硬化させた。なお、各第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２からあふれた絶縁充填材５は平面研削によって削ぎ落とした（絶縁充填材研削工程）。
次に、銀フィラーを７０ｗｔ％添加したエポキシ樹脂よりなる導電性樹脂層をメタルマスク法にて印刷し、温度１５０℃に３０分保持して熱硬化させた。これにより、図１及び図８に示すごとく、側面１０１において各第１内部電極２１との間の電気的導通を確保した第１側面電極３１を形成し、側面１０２において各第２内部電極２２との間の電気的導通を確保した第２側面電極３２を形成する。
さらに、第１側面電極３１及び第２側面電極３２と、リード線７とを銀フィラー添加のエポキシ樹脂を用いて接合した。これにより、図１に示すごとき積層型圧電体素子１を得た。
【００４３】
次に、本例の積層型圧電体素子１における作用効果につき説明する。
本例の積層型圧電体素子１では、上記のごとく、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２に充填した絶縁充填材５として、ポリイミド樹脂を低応力変性させた上記低応力ポリイミド樹脂を用いている。この低応力ポリイミド樹脂は、通常のポリイミド樹脂と比べて、（線膨張係数×弾性率）の値が７２７６Ｐａ／℃と小さいため、温度変化時に発生する熱応力を低減し得る。
【００４４】
そのため、積層型圧電体素子１に冷熱サイクルを繰り返して作用したときにも、絶縁充填材５に発生する熱応力を抑制できる。それ故、絶縁充填材５は、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の内周面から剥離等するおそれが少なく、また、内部クラック等を生じるおそれも少ない。そのため、絶縁充填材５では、各凹溝部４１、４２内に隙間なく充填された健全な状態が長く維持され、長期間の使用に渡ってクラックや隙間の発生等が抑制される。これにより、上記積層型圧電体素子１では、従来よりも、内部電極２１、２２と側面電極３１、３２との間の絶縁構造の信頼性を向上することができる。
【００４５】
また、本例では、絶縁充填材５として用いた低応力ポリイミド樹脂の（線膨張係数×弾性率）の値は７２７６Ｐａ／℃であり、２５００Ｐａ／℃以上１１０００Ｐａ／℃以下の範囲である。そのため、積層型圧電体素子１に冷熱サイクルが作用したときに絶縁充填材５に発生する熱応力をさらに抑制することができる。それ故、絶縁充填材５は、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の内周面から剥離するおそれや、内部クラック等を生じるおそれをより一層低減させることができる。
【００４６】
さらに、本例の絶縁充填材５は、その弾性率が３．４×１０7Ｐａである。この低弾性率の絶縁充填材５によれば、圧電層１１の圧電変位時に発生する応力を抑制できる。そのため、本例の積層型圧電体素子１では、各凹溝部４１、４２に充填した絶縁充填材５の内部応力により圧電性能が阻害されるおそれが少ない。また、上記低弾性率の絶縁充填材５によれば、圧電層１１の圧電変位に柔軟性高く追従できるため、凹溝部４１、４２の内周面から剥離等するおそれも少ない。
【００４７】
さらにまた、本例の絶縁充填材５は、その比誘電率が３．６５である。そのため、この絶縁充填材５を介して、第１内部電極２１と第２側面電極３２との間及び、第２内部電極２２と第１側面電極３１との間の電気的な絶縁を確実性高く確保できる。それ故、本例の積層型圧電体素子１は、電気的な信頼性の高い優れた品質を有するものとなる。
【００４８】
また、本例の内部電極２１、２２は、導電性材料として銅を用いている。そのため、内部電極として一般的に用いられる銀又は銀−パラジウム合金を用いる場合と比べて、マイグレーションの発生を抑制することが可能となる。そしてそれ故、上記のごとく第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の溝深さを１００μｍに設定でき、さらに良好な変位特性を確保することができる。
【００４９】
さらに、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の溝幅Ｗを上記のごとく、圧電層１１の厚みＬの約９０％に設定してある。圧電層１１に圧電変位に生じたときに、各凹溝部４１、４２に充填した絶縁充填材５の内部に発生する応力の大きさを抑制することができる。それ故、本例の積層型圧電体素子１では、各凹溝部４１、４２に充填した絶縁充填材５に剥離やクラック等の不具合が発生するおそれが一層少ない。
【００５０】
なお、本例では、特に内部電極２１、２２として銅を採用したが、一般的に使用されている銀又は銀−パラジウム合金を含む内部電極であっても、上記絶縁充填材５による作用効果が得られることはもちろんである。
【００５１】
（実施例２）
本例は、実施例１の積層型圧電体素子を基にして、絶縁充填材の特性を変更して耐久性を調べた例である。この内容について、図１０を用いて説明する。
【００５２】
本例の積層型圧電体素子は、（線膨張係数×弾性率）の値が異なる数種の絶縁充填材を用いて製造したものを準備した。また、絶縁充填材研削工程において、上記絶縁充填材に与える加工ストレスを小さくするため、サンドペーパー等を用いて手作業によって上記絶縁充填材を研削した。
そして、各積層型圧電体素子に対して、最低温度−４０℃（１時間）、最高温度１６０℃（１時間）という冷熱サイクルを作用した。
【００５３】
図１０は、上記の冷熱サイクルを作用したときの各積層型圧電体素子の評価結果を示したものである。なお、同図では、縦軸に絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値を規定し、横軸には、作用した冷熱サイクルのサイクル数を規定してある。同図中、×印は、凹溝部と絶縁充填材との間に隙間を生じて剥離を起こしたり、絶縁充填材自体にクラックを生じた試験条件を、そのプロット位置によって示している。また、○印は、冷熱サイクルを２０００サイクル行った後でも、絶縁充填材に不具合が生じなかったことを示している。
同図から知られるように、絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値を１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下とすれば、２０００サイクルの冷熱サイクル中、絶縁充填材の優れた特性を維持させることができる。
【００５４】
上記の値が１００Ｐａ／℃よりも小さい場合には、冷熱サイクルを行う前、つまり、積層型圧電体素子を製造した時点ですでに不具合が生じている。これは、絶縁充填材研削工程の研削による加工ストレスによって、剥離やクラック等が生じたものである。
また、上記の値が１５０００Ｐａ／℃よりも大きい場合には、１５００サイクルに満たない時点で不具合が生じている。これは、冷熱サイクルによって絶縁充填材の界面に発生する熱応力により、剥離やクラック等が生じたものである。
【００５５】
以上のことから、絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値は、１００Ｐａ／℃以上１５０００Ｐａ／℃以下であることが必須であることがわかる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【００５６】
（実施例３）
本例は、実施例１の積層型圧電体素子を基にして、絶縁充填材の特性を変更して耐久性を調べた例である。この内容について、図１１を用いて説明する。
【００５７】
本例の積層型圧電体素子は、（線膨張係数×弾性率）の値が異なる数種の絶縁充填材を用いて生産ラインで大量生産したものを準備した。そのため、密着性を確保するために必要な絶縁充填材の塗布面の清浄度が不充分であるものや、積層型圧電体素子の母材強度にばらつきがあるものも含まれる。また、絶縁充填材研削工程において、研削機等の機械を用いて絶縁充填材を研削した。そのため、絶縁充填材に与える加工ストレスは大きく、手作業による研削に比べて格段に条件が厳しいものとなる。
そして、各積層型圧電体素子に対して、最低温度−４０℃（１時間）、最高温度１６０℃（１時間）という実施例２と同様の条件で冷熱サイクルを作用した。
【００５８】
図１１は、上記の冷熱サイクルを作用したときの各積層型圧電体素子の評価結果を示したものである。図の表し方は、実施例２と同様である。
同図から知られるように、絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値を２５００Ｐａ／℃以上１１０００Ｐａ／℃以下とすれば、２０００サイクルの冷熱サイクル中、絶縁充填材の優れた特性を維持させることができる。
【００５９】
本例では、絶縁充填材研削工程において、研削機等の機械を用いて絶縁充填材を研削しため、絶縁充填材に与える加工ストレスは手作業に比べて格段に大きい。そのため、上記の値が２５００Ｐａ／℃よりも小さくなると、製造工程中に剥離やクラック等の不具合が生じている。
また、本例では、生産ラインで大量生産した積層型圧電体素子を用いたため、絶縁充填材の塗布面の清浄度が不充分であるものや、積層型圧電体素子の母材強度にばらつきがあるものも含まれる。そのため、上記の値が１１０００Ｐａ／℃よりも大きくなると、冷熱サイクルによって絶縁充填材の界面に発生する熱応力により、剥離やクラック等の不具合が生じている
【００６０】
以上のことから、機械等を用いて積層型圧電体素子を大量生産する等、生産面を考慮した場合には、絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値は、２５００Ｐａ／℃以上１１０００Ｐａ／℃以下であることが好ましい。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【００６１】
（実施例４）
本例は、実施例１の積層型圧電体素子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。このインジェクタ６は、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに用いるものである。
このインジェクタ６は、図１２に示すごとく、駆動部としての上記積層型圧電体素子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。
【００６２】
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、積層型圧電体素子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（図略）に連通している。
【００６３】
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（図略）へ戻される。
ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（圧電体素子）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。
【００６４】
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。
【００６５】
背圧室６４４の圧力は三方弁６５１によって増減される。三方弁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。
【００６６】
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で示した上記積層型圧電体素子１を用いている。この積層型圧電体素子１は、上記のごとく、内部電極２１、２２と側面電極３１、３２との間の絶縁構造の信頼性が高く、耐久性に優れたものである。そのため、高温雰囲気下という過酷な状態で使用されるインジェクタ６においても、作動時のクラックの発生を抑制することができ、耐久性を向上させることができ、インジェクタ６全体の性能向上及び信頼性向上を図ることができる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例１における、積層型圧電体素子の構造を示す説明図。
【図２】実施例１における、凹溝部の断面構造を拡大して示す説明図。
【図３】実施例１における、セラミック積層体の積層順序を示す説明図。
【図４】実施例１における、四角柱形状のセラミック積層体を示す説明図。
【図５】実施例１における、八角柱形状のセラミック積層体を示す説明図。
【図６】実施例１における、第１凹溝部及び第２凹溝部を形成した状態を示す説明図。
【図７】実施例１における、第１凹溝部及び第２凹溝部に絶縁充填材を充填した状態を示す説明図。
【図８】実施例１における、積層型圧電体素子の積層方向に直交する断面を示す説明図。
【図９】実施例１における、ポリイミド樹脂の分子構造を構成する基本単位を示す構造図。
【図１０】実施例２における、絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値と、冷熱サイクル下における耐久性との関係を表すグラフ。
【図１１】実施例３における、絶縁充填材の（線膨張係数×弾性率）の値と、冷熱サイクル下における耐久性との関係を表すグラフ。
【図１２】実施例４における、インジェクタの構造を示す説明図。
【符号の説明】
【００６８】
１  積層型圧電体素子
１０  セラミック積層体
１１  圧電層
２１  第１内部電極（内部電極）
２２  第２内部電極（内部電極）
３１  第１側面電極
３２  第２側面電極
４１  第１凹溝部
４２  第２凹溝部
５  絶縁充填材
６  インジェクタ
【図１】
2006049813.tif 000003
【図２】
2006049813.tif 000004
【図３】
2006049813.tif 000005
【図４】
2006049813.tif 000006
【図５】
2006049813.tif 000007
【図６】
2006049813.tif 000008
【図７】
2006049813.tif 000009
【図８】
2006049813.tif 000010
【図９】
2006049813.tif 000011
【図１０】
2006049813.tif 000012
【図１１】
2006049813.tif 000013
【図１２】
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