(57)【要約】【課題】高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、クラックによるショートが発生する事無く、安価な積層型圧電素子及びその製法並びに噴射装置を提供する。【解決手段】圧電体層１と内部電極層２とが交互に積層された積層体１０を有する積層型圧電素子の製造方法である。積層体１０を形成する第１の工程と、積層体１０を導電性液体１７中に浸漬し、内部電極層２に陰極端子を電気的に接続し、導電性液体１７中に陽極電極１５を浸漬する第２の工程と、電圧を印加して、陰極端子が接続された内部電極層２と当該内部電極層２に隣接する圧電体層１との界面の一部を剥離する第３の工程と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体を有する積層型圧電素子の製造方法であって、前記積層体を形成する第１の工程と、前記積層体を導電性液体中に浸漬し、少なくとも一層の前記内部電極層に陰極端子を電気的に接続し、前記導電性液体中に陽極電極を浸漬する第２の工程と、電圧を印加して、前記陰極端子が接続された内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面の一部を剥離する第３の工程と、を備えていることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、前記内部電極層を複数積層し、これらの内部電極層が交互に接続される一対の側面電極を前記積層体の側面に配設し、前記第２の工程において、前記陰極端子を前記側面電極の少なくとも一方に接続する請求項１記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記一対の側面電極のうち、一方の側面電極に前記陰極端子を接続し、前記一方の側面電極と他方の側面電極とを電気的に接続する請求項２記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程において、全ての内部電極層が前記導電性液体中に配置されるように、前記積層体を前記導電性液体中に浸漬する請求項２又は３に記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項５】
前記第３の工程の後、前記積層体をシリコーンオイル中に浸漬し、前記一対の側面電極に一対の端子をそれぞれ電気的に接続する第４の工程と、前記一対の側面電極に電圧を印加する第５の工程と、をさらに備えている請求項２〜４のいずれかに記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項６】
前記第５の工程において、電圧を印加した後、陽極と陰極を反転させた状態で再度電圧を印加する請求項５記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項７】
前記側面電極が外部電極である請求項２記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項８】
圧電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体を有する積層型圧電素子において、前記内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面の一部が離隔した離隔部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９】
前記離隔部が前記内部電極層の周縁部に形成されている請求項８記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
前記内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面のうち、当該内部電極層の周縁部には前記離隔部が形成されており、当該内部電極層の中央部には、隣接する圧電体層と接合された接合部が形成されている請求項８記載の積層型圧電素子。
【請求項１１】
前記内部電極層が複数積層され、これらの内部電極層を交互に接続する一対の外部電極が前記積層体の側面に配設されており、前記内部電極層の側端のうち、前記外部電極により覆われた部分の少なくとも一部に連続する前記界面の一部には、隣接する圧電体層と接合された接合部が形成されている請求項１０記載の積層型圧電素子。
【請求項１２】
前記内部電極層の周縁部に形成された離隔部のうち、前記積層体の側面に露出した側端に連続する離隔部は、内部電極層に平行な方向の深さが前記外部電極により覆われた側端に連続する離隔部よりも大きい請求項１１記載の積層型圧電素子。
【請求項１３】
前記積層体には、前記離隔部が形成された内部電極層が前記積層体の積層方向に規則的に配設されている請求項８〜１２のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１４】
前記積層体には、前記離隔部が形成された内部電極層が前記積層体の積層方向に一層おきに配設されている請求項１３記載の積層型圧電素子。
【請求項１５】
前記離隔部がすべての内部電極層に形成されている請求項８〜１２のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項１６】
噴出孔を有する収納容器の内部に請求項１〜１５のいずれかに記載の積層型圧電素子を収納した噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電素子の製造方法、積層型圧電素子及び噴射装置に関し、例えば圧電トランス、自動車用燃料噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置、振動防止用の駆動素子等に用いられる積層型圧電アクチュエータ等の積層型圧電素子の製造方法、積層型圧電素子及び噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、積層型圧電素子を用いたものとしては、圧電体層と内部電極層を交互に積層した圧電アクチュエータが知られている。圧電アクチュエータは、同時焼成タイプと、１つの圧電磁器からなる圧電体層と板状体の内部電極層を交互に積層したスタックタイプの２種類に分類されている。これらのうち、同時焼成タイプの圧電アクチュエータは、薄層化できるので、低電圧化、製造コスト低減の観点で有利である。また、同時焼成タイプの圧電アクチュエータは、耐久性の点でも有利である。
【０００３】
図３（ａ）は、特許文献１に示す従来の積層型圧電素子を示すもので、積層体１０３と、互いに対向する一対の側面に形成された外部電極１０５とから構成されている。積層体１０３は、それを構成する圧電体層１０１と内部電極層１０２とが交互に積層されてなるが、内部電極層１０２は圧電体層１０１の主面全体には形成されず、いわゆる部分電極構造となっている。この部分電極構造の内部電極層１０２を一層おきに異なる積層体１０３の側面に露出するように左右互い違いに積層している。なお、積層体１０３の積層方向における両端面には不活性層１０４が積層されている。そして、積層体１０３の互いに対向する一対の側面に上記のように露出する内部電極層１０２同士を接続する外部電極１０５が形成されている。この外部電極１０５は、内部電極層１０２を一層おきに接続している。
【０００４】
従来の積層型圧電素子の製造方法は、次の通りである。すなわち、圧電体層１０１の原料を含むセラミックグリーンシートに金属ペーストを、図５（ｂ）に示すように、所定の内部電極構造となるようにパターン印刷する。ついで、このような金属ペーストが塗布されたグリーンシートを複数積層して積層成形体を作製し、これを焼成することによって積層体１０３が得られる。次に、積層体１０３の一対の側面に外部電極１０５を金属ペーストを塗布した後、焼成することによって積層型圧電素子が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
従来の積層型圧電素子を圧電アクチュエータとして使用する場合には、外部電極１０５にさらにリード線を半田により固定し（不図示）、外部電極１０５間に所定の電位がかけて駆動させる。特に、近年においては、小型の積層型圧電素子は大きな圧力下において大きな変位量を確保する要求があるため、より高い電界を印加し、長時間連続駆動させることが行われている。
【０００６】
積層型圧電素子の寿命信頼性を高いものとするために、圧電体層１０１の厚みを変化させた層を設けて、厚みの異なることで他の層と変位量が変化することを利用して応力緩和を試みることなどの試みがなされている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６１−１３３７１５号公報
【特許文献２】特開昭６０−８６８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の同時焼成タイプの積層型圧電素子は、すべての圧電体層に均一に電界が印加されるように、均一な金属層を形成することが試みられてきた。特に、各金属層の導電率を均一にしたり、圧電体層に接する部分の表面積を均一にするために、金属層の厚みを均一にすることが試みられてきた。
【０００８】
しかしながら、コンデンサ等の通常の積層型電子部品と異なり、積層型圧電素子は駆動時に素子自体が連続的に寸法変化を起こすため、全ての圧電体層が金属層を介して密着して駆動すると、積層型圧電素子は一体として大きな駆動変形をすることになる。そのため、圧縮時に広がり、伸びた時にはくびれてしまう素子中央部の周縁付近に、素子の変形による応力が集中する。特に、圧電変位する活性層と圧電変位しない不活性層の境目に応力が集中する。その結果、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合には、上記応力集中により積層部分がはがれるなどの不具合が生じることがあった。また、各圧電体層の変位挙動が一致すると、共振現象が発生してうなり音が発生したり、駆動周波数の整数倍の高調波信号が発生してノイズ成分となることがあった。
【０００９】
この積層型圧電素子の外部電極に電圧を印加すると、圧電体層は分極され、積層方向の長さが若干長くなる。詳細には内部電極が積層方向から見て重なり合っている領域（活性部１１）だけに伸びが発生し、それ以外の領域（不活性部）には発生しない。そのため、不活性部には積層方向に引張り応力が発生する。この引張り応力によって不活性部にはしばしばクラックが発生する。このクラックの形成方向によっては隣接する内部電極間、あるいは一方の外部電極に接続された内部電極ともう一方の外部電極の間で短絡が発生し、素子の変位量が低下することがあった。このため、長期間連続運転における変位量の変化の抑制と耐久性向上が求められていた。
【００１０】
本発明は、上述の問題点に鑑みて成されたものであり、高電圧、高圧力下で長期間連続駆動させた場合であっても変位量の変化を抑制することができ、耐久性に優れた積層型圧電素子を製造する方法、積層型圧電素子及び噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の積層型圧電素子の製造方法は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体を有する積層型圧電素子の製造方法であって、前記積層体を形成する第１の工程と、前記積層体を導電性液体中に浸漬し、少なくとも一層の前記内部電極層に陰極端子を電気的に接続し、前記導電性液体中に陽極電極を浸漬する第２の工程と、電圧を印加して、前記陰極端子が接続された内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面の一部を剥離する第３の工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記第１の工程において、前記内部電極層を複数積層し、これらの内部電極層が交互に接続される一対の側面電極を前記積層体の側面に配設し、前記第２の工程において、前記陰極端子を前記側面電極の少なくとも一方に接続することが好ましい。前記第２の工程において、前記一対の側面電極のうち、一方の側面電極に前記陰極端子を接続し、前記一方の側面電極と他方の側面電極とを電気的に接続してもよい。さらに、前記第２の工程において、全ての内部電極層が前記導電性液体中に配置されるように、前記積層体を前記導電性液体中に浸漬するのがよい。
【００１３】
また、前記第３の工程の後、前記積層体をシリコーンオイル中に浸漬し、前記一対の側面電極に一対の端子をそれぞれ電気的に接続する第４の工程と、前記一対の側面電極に電圧を印加する第５の工程と、をさらに備えていることが好ましい。前記第５の工程において、電圧を印加した後、陽極と陰極を反転させた状態で再度電圧を印加してもよい。前記側面電極は外部電極であってもよい。
【００１４】
本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層された積層体を有する積層型圧電素子において、前記内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面の一部が離隔した離隔部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
前記離隔部は前記内部電極層の周縁部に形成されていることが好ましい。また、前記内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面のうち、当該内部電極層の周縁部には前記離隔部が形成されており、当該内部電極層の中央部には、隣接する圧電体層と接合された接合部が形成されていることがより好ましい。さらに、前記内部電極層が複数積層され、これらの内部電極層を交互に接続する一対の外部電極が前記積層体の側面に配設されており、前記内部電極層の側端のうち、前記外部電極により覆われた部分の少なくとも一部に連続する前記界面の一部には、隣接する圧電体層と接合された接合部が形成されているのがよい。また、前記内部電極層の周縁部に形成された離隔部のうち、前記積層体の側面に露出した側端に連続する離隔部は、内部電極層に平行な方向の深さが前記外部電極により覆われた側端に連続する離隔部よりも大きいことが好ましい。前記積層体には、前記離隔部が形成された内部電極層が前記積層体の積層方向に規則的に配設されていることが好ましい。具体的には、前記積層体には、前記離隔部が形成された内部電極層が前記積層体の積層方向に一層おきに配設されているのがよい。また、前記離隔部がすべての内部電極層に形成されていてもよい。
【００１６】
本発明の噴射装置は、噴出孔を有する収納容器の内部に上記積層型圧電素子を収納したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の製造方法は、積層体を形成する第１の工程と、積層体を導電性液体中に浸漬し、少なくとも一層の内部電極層に陰極端子を電気的に接続し、導電性液体中に陽極電極を浸漬する第２の工程と、電圧を印加して、陰極端子が接続された内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面の一部を剥離する第３の工程と、を備えている。すなわち、第１の工程及び第２の工程により陰極端子と陽極電極が配設され、第３の工程において電圧が印加されることにより、導電性液体中において圧電体層と内部電極層との界面に存在する金属酸化物が還元される。これにより、当該内部電極層と隣接する圧電体層間層の界面の密着力が低減し、一部に剥離部（離隔部）を形成することが可能となる。このように本発明の製造方法では、内部電極層と圧電体層の界面の一部に剥離部を形成することにより、積層型圧電素子の変位量を向上させることができる。したがって、素子を小型化することができるとともに、低電圧での駆動を可能とし、耐久性および信頼性が向上する。
【００１８】
また、第１の工程において、内部電極層を複数積層し、これらの内部電極層が交互に接続される一対の外部電極を積層体の側面に配設し、第２の工程において、陰極端子を外部電極の少なくとも一方に接続するときには、外部電極と接続された全ての内部電極層において圧電体層との界面に存在する金属酸化物を一度に還元することができる。これにより、当該外部電極と接続された全ての内部電極層と隣接する圧電体層との界面の一部に剥離部を形成できる。
【００１９】
また、第２の工程において、一対の外部電極のうち、一方の外部電極に陰極端子を接続し、一方の外部電極と他方の外部電極とを電気的に接続するときには、積層体中の全ての内部電極層において圧電体層との界面に存在する金属酸化物を一度に還元することができる。これにより、積層体中の全ての内部電極層と隣接する圧電体層との界面の一部に剥離部を形成できる。
【００２０】
また、第２の工程において、全ての内部電極層が導電性液体中に配置されるように、積層体を導電性液体中に浸漬するときには、内部電極層の周縁部における金属酸化物をほぼ均等に還元して周縁部に剥離部を形成することができる。
【００２１】
また、第３の工程の後、積層体をシリコーンオイル中に浸漬し、一対の外部電極に一対の端子をそれぞれ電気的に接続する第４の工程と、一対の外部電極に電圧を印加する第５の工程と、をさらに備えていてもよい。この第４の工程及び第５の工程は素子を分極する工程である。このようにシリコーンオイル中で電圧を印加して分極を行うことにより、第１〜第３の工程で形成された剥離部の剥離部分をさらに進行させることができる。また、シリコーンオイル中で行うことにより、分極時の沿面放電を防ぐことができる。
【００２２】
また、第５の工程において、電圧を印加した後、陽極と陰極を反転させた状態で再度電圧を印加してもよい。これにより、剥離部の剥離部分をさらに進行させることができる。
【００２３】
本発明の積層型圧電素子によれば、内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面の一部が離隔した離隔部が形成されているので、離隔部においては圧電体層に電圧が印加されず、この部分の変位を小さくできる。これにより、積層型圧電素子の駆動時に、
変位時に生じる応力を離隔部において緩和することができるので、耐久性および信頼性の高い積層型圧電素子を得ることができる。
【００２４】
また、離隔部が内部電極層の周縁部に形成されているときには、素子の変位により生じる応力をより効果的に緩和することができる。すなわち、積層型圧電素子では、駆動時に、内部電極層の周縁部が最も大きく変形し、大きな応力が発生する。このため、内部電極層の周縁部に離隔部を形成することで、素子の変位により生じる応力をより効果的に緩和し、さらに耐久性および信頼性の高い積層型圧電素子を得ることができる。
【００２５】
また、内部電極層と当該内部電極層に隣接する圧電体層との界面のうち、当該内部電極層の周縁部には前記離隔部が形成されており、当該内部電極層の中央部には、隣接する圧電体層と接合された接合部が形成されているときには、上記したように周縁部において効果的に応力を緩和するとともに、接合部が形成されている内部部電極層と圧電体層との界面の中央部においては当該圧電体層を変位駆動させることができる。
【００２６】
また、内部電極層が複数積層され、これらの内部電極層を交互に接続する一対の外部電極が積層体の側面に配設されており、内部電極層の側端のうち、外部電極により覆われた部分の少なくとも一部に連続する界面の一部には、隣接する圧電体層と接合された接合部が形成されているのがよい。このように外部電極により覆われた側端及びこれに連続する界面に接合部が形成されているときには、外部電極と内部電極層との高い接合信頼性を維持することができる。
【００２７】
また、内部電極層の周縁部に形成された離隔部のうち、積層体の側面に露出した側端に連続する離隔部は、その剥離深さが外部電極により覆われた側端に連続する離隔部よりも大きいことが好ましい。内部電極層においては、外部電極から離れた部分に生じる応力が大きくなる傾向にあるため、外部電極に覆われた側端に連続する離隔部の深さよりも、積層体の側面から露出した側端に連続する離隔部の深さの方が大きくなるようにする方が、応力緩和効果をさらに高めることができるとともに、外部電極と内部電極層との接合信頼性を維持することができる。
【００２８】
また、積層体には、離隔部が形成された内部電極層が積層体の積層方向に規則的に配設されているときには、積層体の積層方向にほぼ均一に応力緩和効果を生じさせることができ、積層体全体に応力を分散することができる。具体的には、例えば積層体には、離隔部が形成された内部電極層が積層体の積層方向に一層おきに配設されているのがよい。また、離隔部がすべての内部電極層に形成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態にかかる積層型圧電素子の製造方法、積層型圧電素子及び噴射装置について、図面を参照し、詳細に説明する。図１(a)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り、図１(b)はその正面図である。
【００３０】
図１(a)，(b)に示すように、本実施形態にかかる積層型圧電素子は、圧電体層１と内部電極層２とを交互に複数積層してなる四角柱状の積層体１０を有している。この積層体１０の側面には、内部電極層２の端部を一層おきに被覆する絶縁体が配設されている。絶縁体で被覆されていない内部電極層２の端部には、銀を主成分とする導電材とガラスとを含む外部電極４が電気的に接続されている。各外部電極４にはリード線６が接続固定されている。このリード線６を通じて外部電極４が外部の電圧供給部に接続される。
【００３１】
圧電体層１の間には内部電極層２が配されている。この内部電極層２は銀−パラジウム等の金属材料で形成されており、各圧電体層１に所定の電圧を印加し、圧電体層１に逆圧電効果による変位を起こさせる。これに対して、不活性層９は内部電極層２が配されていない複数の圧電体層からなるため、電圧を印加しても変位を起こさない。
【００３２】
本実施形態にかかる積層型圧電素子は、圧電体層１と内部電極層２とが交互に積層された積層体１０を有し、内部電極層２と当該内部電極層２に隣接する圧電体層１との界面の一部が剥離した剥離部（離隔部）５が形成されていることを特徴としている。
【００３３】
剥離部５は、内部電極層２の周縁部に形成されているのが好ましい。積層型圧電素子は、駆動時に内部電極層２の活性部と不活性部の境界近傍である周縁部に大きな応力が発生するため、内部電極層２の周縁部に剥離部を形成するのがよい。これにより、積層型圧電素子の駆動時に、変位による応力を緩和し、さらに耐久性および信頼性の高い積層型圧電素子を得ることができる。内部電極層２と圧電体層１との界面の中央部においては、安定して変位を発生させるために接合部が形成されていることが好ましい。
【００３４】
また、内部電極層２の側端のうち、外部電極４により覆われた部分の少なくとも一部に連続する界面の一部には、隣接する圧電体層１と接合された接合部が形成されているのがよい。剥離部５は、応力緩和機能を発揮させるために内部電極層２の周縁部に形成するのが好ましが、外部電極４により覆われた部分の少なくとも一部は、接合部を形成し通電機能を付与し、内部電極層２と外部電極４との接合信頼性を維持するのが好ましい。
【００３５】
また、内部電極層２の周縁部に形成された剥離部のうち、積層体１０の側面に露出した側端に連続する剥離部５は、その剥離深さが外部電極４により覆われた側端に連続する剥離部よりも大きいことが望ましい。内部電極層２において、外部電極４より離れた部分の内部電極部分が最も応力が大きいため、外部電極４に覆われた周縁部の剥離深さよりも積層体１０の側面から露出した周縁部により深い剥離部５を形成することで、応力緩和効果をさらに高めることができるとともに、内部電極層２と外部電極４との高い接合信頼性を維持することができる。
【００３６】
また、積層体１０には、剥離部５が形成された内部電極層２が積層体１０の積層方向に規則的に配設されているのが好ましい。剥離部５が形成された内部電極層２を規則的に配列することで積層体１０全体に応力を分散することができる。例えば、積層体１０に剥離部が形成された内部電極層２が積層体１０の積層方向に一層おきに配設されている形態を例示することができる。このように規則的に配設することで、応力緩和に寄与する剥離部５を有する内部電極層２と主として変位に寄与する内部電極層２とを規則的に配設することができるので、変位および応力緩和効果を両立させた積層体を形成することができる。
【００３７】
圧電体層１としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下ＰＺＴと略す））、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を主成分とする圧電セラミックス材料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数ｄ３３が高いものが望ましい。
【００３８】
＜噴射装置＞
さらに、図４は、本発明の積層型圧電素子からなる噴射装置を示すもので、噴射孔３３を有する収納容器３１と、この収納容器３１に収容された圧電アクチュエータ４３と、この圧電アクチュエータの駆動により噴射孔３３から液体を噴出させるバルブ３５を有している。
【００３９】
噴射孔３３には燃料通路３７が連通可能に設けられ、この燃料通路３７は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路３７に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、バルブ３５が噴射孔３３を開放すると、燃料通路３７に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されている。
【００４０】
また、バルブ３５の上端部は直径が大きくなっており、収納容器３１に形成されたシリンダ３９と摺動可能なピストン４１となっている。
【００４１】
このような噴射装置では、圧電アクチュエータ４３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン４１が押圧され、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると圧電アクチュエータ４３が収縮し、皿バネ４５がピストン４１を押し返し、噴射孔３３が燃料通路３７と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。
【００４２】
＜製造方法＞
次に、本実施形態にかかる積層型圧電素子（積層型圧電アクチュエータ）の製造方法について説明する。本実施形態にかかる積層型圧電素子の製造方法は、圧電体層１と内部電極層２とが交互に積層された積層体１０を形成する第１の工程と、積層体１０を導電性液体１７中に浸漬し、少なくとも一層の内部電極層２に陰極端子を電気的に接続し、導電性液体１７中に陽極電極１５を浸漬する第２の工程と、電圧を印加して、陰極端子が接続された内部電極層２と当該内部電極層２に隣接する圧電体層１との界面の一部を剥離する第３の工程と、を備えている。
【００４３】
（第１の工程）
まず、ＰＺＴ等の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から成るバインダーと、ＤＢＰ（フタル酸ジオチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジブチル）等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該スラリーを周知の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形法により圧電体層１となるセラミックグリーンシートを作製する。
【００４４】
次に、銀−パラジウム粉末にバインダー、可塑剤等、及び必要に応じて前記圧電セラミックスの仮焼粉末等を添加混合して、内部電極層２をなす導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって１〜４０μｍの厚みに印刷する。
【００４５】
そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数枚積層し、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、９００〜１２００℃で焼成することによって積層焼成体を作製する。
【００４６】
尚、積層焼成体は、上記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、複数の圧電体層１と複数の内部電極層２とを交互に積層してなる積層焼成体を作製できれば、どのような製法によって形成されても良い。
【００４７】
得られた積層焼成体を、平面研削盤などの研削装置にて＃６０００より粗い砥石にて研削を行い、積層体１０を得る。
【００４８】
（第２の工程）
次に、圧電体層１と内部電極層２との剥離処理の方法を説明する。積層体１０の対向する２側面に剥離処理を行うための仮電極を形成する。これは、外部電極４を形成するための電極ペーストを印刷した後に焼き付けて形成してもよいが、導電性金属粉末を含む有機導電ペーストを使用してもよい。内部電極層２に電圧を供給する事が目的であるので、導電性の治具を用いて積層体１０の側面を直接はさむ方法でもよい。
【００４９】
図２に示すように、積層体１０の側面に形成した仮電極（側面電極）２１と電気導通を保つ様に導電性の治具１４で挟み、電界溶液１７に浸漬する。仮電極２１に電源１８を接続する際、積層体１０はマイナス側になる様に接続される。
【００５０】
次に、剥離処理時に陽極となる金属電極１５を上記と同じ電界溶液１７中に浸漬し、電源１８のプラス側に接続する。陽極用の金属は導電性があれば特に限定されるものではないが、電界溶液１７中での通電によって成分の溶出が少ない、Ｐｔ、Ｗ等が望ましい。
【００５１】
電界溶液１７は、電気伝導性があればいずれでも良い。純水、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水溶液等で還元反応が起こる事を確認しているが、還元処理によって金属成分が積層体１０の表面や内部電極層２と圧電体層１の界面、圧電体層１の微細な空隙などに残留し、その後の分極処理や駆動のために高電圧を印加した際にエレクトロマイグレーションを引き起こすおそれがある。このため、金属イオンを含まないアンモニア水溶液等が望ましい。
【００５２】
（第３の工程）
次に、電源１８によって直流電圧を発生させ、剥離処理を行う。処理のための電圧は、２〜１００Ｖの間であれば良いが、電圧が高すぎると反応が急激に進行し、場所によって剥離の度合いにばらつきがでることがある。また、過度に剥離を進行させてしまうと、内部電極層２と圧電体層１とが完全に剥離し、積層体１０が分解してしまうおそれがある。電界溶液１７と電極の間で電気導通が発生するためには電界溶液１７の電気二重層が破壊する電圧以上であれば良く、例えばアンモニア水溶液であれば、２〜５Ｖが好適である。
【００５３】
上記各工程を経ることにより、内部電極層２と隣接する圧電体層１間の界面における密着力を低減させ、一部に剥離部５を形成することが可能となる。この様にして形成した剥離によって、それまで不活性部に発生していた積層方向の応力は低減され、新たなクラックの発生を抑制し、隣接する内部電極層２の間で短絡が発生するのを防止することができる。これにより、圧電素子としての変位量が向上し、小型化および低電圧での駆動を可能とし、耐久性および信頼性が向上する。
【００５４】
なお、仮電極２１に代えて外部電極４を形成し、その後、第３の工程を行うようにしてもよい。この場合、第１の工程において、内部電極層２を複数積層し、これらの内部電極層２が交互に接続される一対の外部電極４を積層体１０の側面に配設し、第２の工程において、陰極端子を外部電極４の少なくとも一方に接続するのが好ましい。これにより、外部電極４と接続された全ての内部電極層２近傍の金属酸化物を一度に還元することができるので、外部電極４と接続された全ての内部電極層２と隣接する圧電体層１の界面の一部に効率的に剥離部を形成できる。また、第２の工程において、一対の外部電極４のうち、一方の外部電極４に陰極端子を接続し、一方の外部電極４と他方の外部電極４とを電気的に接続するのがより好ましい。これにより積層体１０中の全ての内部電極層２近傍の金属酸化物を一度に還元することができるので、これらの内部電極層２と隣接する圧電体層１の界面の一部に、一度に剥離部５を形成できる。
【００５５】
さらに、第２の工程において、全ての内部電極層２が導電性液体１７中に配置されるように、積層体１０を導電性液体１７中に浸漬するのがさらに好ましい。これにより、内部電極層２の周縁部に存在する金属酸化物をほぼ均等に還元して、周縁部に優先的に剥離部５を形成することができる。
【００５６】
本発明においては、第３の工程の後、積層体１０をシリコーンオイル中に浸漬し、一対の外部電極４に一対の端子をそれぞれ電気的に接続する第４の工程と、一対の外部電極４に電圧を印加する第５の工程とを、さらに備えていてもよい。この第４の工程及び第５の工程は素子を分極する工程である。このようにシリコーンオイル中で電圧を印加して分極を行うことにより、第１〜第３の工程で形成された剥離部５の剥離部分をさらに進行させることができる。また、シリコーンオイル中で行うことにより、分極時の沿面放電を防ぐことができる。また、第５の工程において、電圧を印加した後、陽極と陰極を反転させた状態で再度電圧を印加してもよい。これにより、剥離部５の剥離部分をさらに進行させることができる。
【００５７】
剥離処理終了後に、積層体１０の側面を平面研削盤などの研削装置にて＃６０００より粗い砥石にて研削を行い、積層体１０を最終製品に規定された所定の寸法に加工する。
【００５８】
次に、外部電極４の形成方法を説明する。まず、粒径０．１〜１０μｍの銀粉末を８０〜９９質量％と、残部が０．１〜１０μｍで酸化鉛若しくは酸化珪素の少なくとも１種以上を含むガラス粉末１〜２０質量％からなる混合物に、バインダーを加えて導電材ペースト２１を作製する。このペーストを５〜４０μｍの厚みで積層体１０の側面にスクリーン印刷し、乾燥後、導電材ペースト２１に含まれるガラス成分の軟化点よりも高い温度、且つ銀の融点以下の温度で焼き付けを行うことにより、外部電極４を形成することができる。
【００５９】
そして、リード線６を介して一対の外部電極４に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、積層体１０を分極処理することによって、製品としての積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線６を外部の電圧供給部に接続し、リード線６及び外部電極４を介して内部電極層２に電圧を印加させれば、各圧電体層１は逆圧電効果によって大きく変位し、これによって例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
【実施例】
【００６０】
本発明の積層型圧電素子からなる積層型圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。
【００６１】
先ず、ＰＺＴを主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダー、及び可塑剤を混合したスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み１５０μｍの圧電体層１になるセラミックグリーンシートを作製した。
【００６２】
このグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えた導電性ペーストをスクリーン印刷法により３μｍ厚みで形成し、前記セラミックグリーンシートを３００枚積層し、９８０〜１１００℃で焼成して積層焼成体を得た。
【００６３】
次に、図３（ａ）に示すように、積層焼成体１０の側面を、内部電極層２が交互に対抗する側面に露出するまで＃２０００番のダイアモンド砥石で研磨した。
【００６４】
次に、平均粒径２μｍの銀粉末を８０〜９９質量％に、平均粒径２μｍで酸化鉛若しくは酸化ケイ素の少なくとも１種以上を含むガラス粉末を混合させ、さらにバインダーを添加して、導電材ペーストを作製した。
【００６５】
次に、この導電ペーストを先に側面を研磨した積層体１０の対向する側面にスクリーン印刷法を用いて塗布し、８００℃で３０分焼き付けを行った。その状態の断面を図３（ｂ）に示す。外部電極４は積層体１０の対向する２側面に形成した。
【００６６】
その後、外部電極４を対向する２側面に形成した積層体１０を図２に示す様に治具１４を用いて２面の外部電極４に電気接続を保つ様に挟み、ｐＨ１０のアンモニア水溶液１７を満たした処理浴漕１６に内部電極層２が全て水面より下に位置する様に浸漬し、同様にＰｔ製の電極を同じ処理液漕１６に浸漬して、積層体１０を挟んだ治具１４を負極、Ｐｔ電極側を正極として直流電源に接続した。
【００６７】
次に、この直流電源により５Ｖの電圧を１０分間印加して、内部電極層２の還元処理を行った。処理後の積層体１０の断面を図３（ｃ）に示す。この処理によって図３（ｃ）に示す、内部電極層２と圧電体層１の界面、内部電極層２と外部電極４の界面では、電極材料の酸化銀（Ａｇ２Ｏ、またはＡｇＯ）が還元されて金属銀（Ａｇ）になっている部分５が存在する事がＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）を行うことによって判った。内部電極層２と圧電体層１の界面の内、この還元が発生した領域は積層体１０の側面外周部に近い範囲（周縁部）に集中しており、図１にいう不活性部１２に概略相当する。
【００６８】
次に、図３（ｄ）に示すように、積層焼成体１０の側面を製品に規定された所定の寸法まで研磨した後、再度先の導電ペーストをスクリーン印刷法を用いて塗布し、８００℃で３０分焼き付けを行った。その状態の断面を図３（ｅ）に示す。この状態では内部電極層２と積層体１の界面に存在した酸化銀が還元されてできた金属銀は再度酸化されて酸化銀になっていた。
【００６９】
この様にして作製した積層体１０に２００Ｖの直流電圧を印加して分極処理をおこなったところ、図３（ｃ）に示す不活性部１２の領域で内部電極層２と圧電体層１の複数の界面で剥離が観察された。なお、試料No.３〜５については、シリコンオイル中で分極処理を行った。また、試料No.４，５については、シリコンオイル中で分極処理を行った後、電極を反転させて再度分極処理を行った。
【００７０】
次にこの積層型圧電アクチュエータに対して、周波数２０Ｈｚ、最低電圧０Ｖ、最高電圧１５０Ｖのサイン波で室温下で１×１０６サイクルまで連続駆動試験を行った。その結果、先の還元処理を行っていないものでは、１０４〜１０５サイクルでショートが発生したが、還元処理を行ったものでは、１０６サイクルでもショートが発生しなかった。
【表１】
2008034544.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の積層型圧電素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の積層型圧電素子の還元処理の方法を示す概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の積層型圧電素子の内部電極層及び圧電体層の積層状態を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる噴射装置を示す断面図である。
【図５】(a)は従来の積層型圧電アクチュエータを示す斜視図であり、(b)はその内部電極層と圧電体層の積層状態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・圧電体層
２・・・内部電極層
４・・・外部電極
５・・・剥離部（内部電極層の還元領域）
６・・・リード線
１０・・・積層体
１１・・・活性部
１２・・・不活性部
１５・・・陽極電極
１６・・・電界溶液槽
１７・・・電界溶液
１８・・・電源
２１・・・仮電極
３１・・・収納容器
３３・・・噴射孔
３５・・・バルブ
４３・・・圧電アクチュエータ
【図１】
2008034544.tif 000004
【図２】
2008034544.tif 000005
【図３】
2008034544.tif 000006
【図４】
2008034544.tif 000007
【図５】
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