(57)【要約】【課題】溝部における固着の発生を簡単かつより確実に防止できる積層型圧電素子の製造方法を提供すること。【解決手段】焼成後に圧電セラミック層を形成するセラミック材料からなるグリーンシート層１１０と、焼成後に内部電極層を形成する内部電極ペースト層１３０、１４０とを交互に積層してなる中間積層体１０であって、その側面１０５近傍に、焼成により消失する消失層１２０を側面１０５より内側に埋設させた中間積層体１０を作製する。次いで、中間積層体１０を焼成して、圧電セラミック層及び内部電極層を形成させると共に、消失層１２０を消失させることにより、側面近傍に空隙部が埋設された積層焼結体を作製する。次に、積層焼結体の側面を研削し、空隙部を露出させて上記溝部を形成し、セラミック積層体を得る。次いで、セラミック積層体の側面に、内部電極層に交互に電気的に接続する一対の側面電極を焼き付ける。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の側面に形成されると共に、上記内部電極層に交互に電気的に接続された一対の側面電極とを有し、上記セラミックス積層体の側面には、該側面から内方に凹んだスリット状の溝部が形成された積層型圧電素子を製造する方法において、
焼成後に上記圧電セラミック層を形成するセラミック材料からなるグリーンシート層と、焼成後に上記内部電極層を形成する内部電極ペースト層とを交互に積層してなる中間積層体であって、該中間積層体の側面近傍に、焼成により消失する消失層が上記側面より内方に埋設された上記中間積層体を作製する中間積層体作製工程と、
上記中間積層体を焼成して、上記圧電セラミック層及び上記内部電極層を形成させると共に、上記消失層を消失させることにより、側面近傍に空隙部が埋設された積層焼結体を作製する焼成工程と、
上記積層焼結体の側面を研削し、上記空隙部を露出させて上記溝部を形成し、上記セラミック積層体を得る研削工程と、
上記セラミック積層体の側面に、上記内部電極層に交互に電気的に接続する一対の側面電極を焼き付ける側面電極形成工程とを有す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】
請求項１において、上記中間積層体作製工程においては、上記内部電極ペースト層を少なくとも部分的に上記中間積層体の側面に露出させておくことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記中間積層体作製工程において、上記消失層は、上記中間積層体の側面全周に渡って該側面より内側に埋設させた状態で形成することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記消失層は、アクリル樹脂粉末を主成分とする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１〜４のいずれか一項において、上記積層型圧電素子は、燃料噴射弁に用いられる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１〜５のいずれか一項において、上記中間積層体作製工程においては、上記セラミック材料からなる第１グリーンシート上に、上記内部電極ペースト層を印刷して電極印刷シートを作製する電極印刷工程と、上記セラミック材料からなる第２グリーンシート上に上記消失層を印刷して消失層印刷シートを作製する消失層印刷工程と、上記電極印刷シートと上記消失層印刷シートとを所定の順序で積層して予備積層体を作製する予備積層工程と、該予備積層体を上記消失層が側面に露出しないように切断して上記中間積層体を作製する切断工程とを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７】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記中間積層体作製工程においては、上記セラミック材料からなる第１グリーンシート上に、上記内部電極ペースト層を印刷して電極印刷シートを作製する電極印刷工程と、上記セラミック材料からなる第２グリーンシート上に上記内部電極ペースト層と上記消失層とを印刷して複合印刷シートを作製する複合印刷工程と、上記電極印刷シートと上記複合印刷シートとを所定の順序で積層して予備積層体を作製する予備積層工程と、該予備積層体を上記消失層が側面に露出しないように切断して上記中間積層体を作製する切断工程とを行う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、複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の側面に形成された一対の側面電極とを有し、上記セラミック積層体の側面から内方に凹んだスリット状の溝部が形成された積層型圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば燃料噴射弁の駆動源等には、積層型圧電素子が用いられている。積層型圧電素子は、例えば内部電極と圧電セラミックとが交互に多数枚積層されたセラミック積層体に、上記内部電極と交互に電気的に接続される一対の外部電極を接合してなる。
上記積層型圧電素子は、特に燃料噴射弁等の用途においては、過酷な条件の下で長期間に渡って使用される。そのため、例えば、側面の電気的な絶縁性を向上させるため、内部電極層の端部の一部を内方に控えた電極控え部を有するセラミック積層体が広く採用されている。
ところが、絶縁性を向上させるために上記のごとく電極控え部を形成すると、上記セラミック積層体において、電圧を印加したときに、変形する部分と変形し難い部分とが生じ、その境界部分に応力集中が起って素子にクラックが発生するおそれがあった。
【０００３】
応力集中によるクラックの発生を回避するために、セラミック積層体の側面に、積層方向に対して所定の間隔で形成された溝部（応力緩和部）を有する積層型圧電素子が開発されている（特許文献１参照）。上記溝部は、一般に、加熱によって消失する加熱消失材料を用いて作製されていた。即ち、図１３に示すごとく、セラミック材料のグリーンシート１１０と、電極ペースト材料１３０、１４０とを交互に積層してなる未焼成の積層体６０の側面６０５における溝部を形成しようとする部分に加熱消失材料１２０を配設し、焼成時に積層体側面６０５の加熱消失材料１２０を消失させることによって、図１４に示すごとく、セラミック積層体７５の側面に溝部７２を形成していた。
【０００４】
しかしながら、上記のごとく加熱消失材料１２０を用いて溝部７２を形成した場合には、焼成時に加熱消失材料１２０が消失し、積層体６０が完全に焼結していない状態で溝（空間）７２が形成されてしまう。その結果、積層体７５の側面において、溝７２の上下に位置する部分が片持ち梁の状態になり、焼成時に溝７２の上端に積層体７５の重量がかかる。そのため、溝７２の上部と下部とが積層体７５の側面６０５側で固着し、溝７２が少なくとも部分的に閉塞してしまうおそれがあった（図１５参照）。それ故、上述の応力集中を十分に緩和することができなくなり、駆動時にクラックが発生してしまうおそれがあった。
【０００５】
また、応力を緩和させるために、圧電層と内部電極とが交互に積層されてなる積層型圧電素子において、逆極の内部電極同士が積層方向からみて重ならない非活性部に空洞部が形成された積層型圧電素子が開発されている（特許文献２参照）。この空間部の形成にあたっては、例えば非活性部となる部分にレーザ加工により空洞部を形成したグリーンシートを準備し、このグリーンシートと、内部電極が印刷されたグリーンシートとを積層して積層体を作製する。積層体を圧着し、焼結させると非活性部に上記空洞部が形成された積層型圧電素子を形成することができる。
しかし、グリーンシートに空洞部を形成すると、積層及び圧着時に空洞部が固着又は変形したり、駆動時にデラミネーションが発生したりするおそれがあった。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２７１４７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２１６８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされてものであって、溝部における固着の発生を簡単かつより確実に防止できる積層型圧電素子の製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の側面に形成されると共に、上記内部電極層に交互に電気的に接続された一対の側面電極とを有し、上記セラミックス積層体の側面には、該側面から内方に凹んだスリット状の溝部が形成された積層型圧電素子を製造する方法において、
焼成後に上記圧電セラミック層を形成するセラミック材料からなるグリーンシート層と、焼成後に上記内部電極層を形成する内部電極ペースト層とを交互に積層してなる中間積層体であって、該中間積層体の側面近傍に、焼成により消失する消失層が上記側面より内方に埋設された上記中間積層体を作製する中間積層体作製工程と、
上記中間積層体を焼成して、上記圧電セラミック層及び上記内部電極層を形成させると共に、上記消失層を消失させることにより、側面近傍に空隙部が埋設された積層焼結体を作製する焼成工程と、
上記積層焼結体の側面を研削し、上記空隙部を露出させて上記溝部を形成し、上記セラミック積層体を得る研削工程と、
上記セラミック積層体の側面に、上記内部電極層に交互に電気的に接続する一対の側面電極を焼き付ける側面電極形成工程とを有する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１）。
【０００９】
本発明の製造方法においては、上記中間積層体作製工程と、上記焼成工程と、上記研削工程と、上記側面電極形成工程とを行う。
上記中間積層体作製工程においては、上記のごとく、側面近傍に、焼成により消失する消失層が上記側面より内側に埋設された状態で形成された上記中間積層体を作製する。次いで、上記焼成工程においては、上記中間積層体を焼成する。これにより、上記消失層を消失させ、側面近傍に上記空隙部が埋設された上記積層焼結体を得ることができる。上記中間積層体において、上記消失層は、上記中間積層体の側面より内方に埋設されている。そのため、上記中間積層体が完全に焼結する前に上記消失層が消失して上記空隙部が形成されても、該空隙部と上記中間積層体の側面との間に存在する上記グリーンシート層（圧電セラミック層）が支えとなり、上記空隙部の上部にかかる上記中間積層体の重さによって上記空隙部が変形したり、上記空隙部が閉塞してしまうことを防止することができる。
【００１０】
また、上記研削工程においては、上記積層焼結体の側面を研削する。これにより、焼成後の上記空隙部を側面に露出させて、上記溝部を形成することができる。したがって、溝部における固着の発生を簡単かつより確実に防止できる。
次いで、上記側面電極形成工程においては、内部電極層に交互に電気的に接続する一対の側面電極を焼き付け、上記積層型圧電素子を作製することができる。
【００１１】
本発明の製造方法によって得られる上記積層型圧電素子においては、溝部の固着を防止することができる。そのため、変位量が大きく、また駆動時にクラックが発生し難くなる。したがって、上記積層型圧電素子は、例えば燃料噴射弁等の自動車部品のように、過酷な条件下においても、長期間安定して作動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
上記中間積層体作製工程においては、焼成後に上記圧電セラミック層を形成するセラミック材料からなるグリーンシート層と、焼成後に上記内部電極層を形成する内部電極ペースト層とを交互に積層してなる中間積層体を作製する。該中間積層体の側面近傍には、焼成により消失する消失層を上記側面より内側に埋設された状態で形成する。
上記消失層は、上記中間積層体の側面から内方に埋設させて形成するが、部分的に側面に露出する部分を含んでいてもよい。好ましくは、上記消失層は、該消失層を形成する全ての領域において上記側面から内方に埋設されていることがよい。この場合には、より一層確実に溝部の変形及び固着を防止することができる。
【００１３】
上記中間積層体作製工程において、上記内部電極ペースト層は、上記中間積層体の側面に露出する部分（上記側面電極との接合部分）を有していてもよいが、この工程においては露出する部分を有していなくてもよい。露出する部分を有していない場合には、後工程である上記切断工程において、上記空隙部を露出させる際に、上記内部電極を部分的に露出させることができる。
【００１４】
好ましくは、上記中間積層体作製工程においては、上記内部電極ペースト層を少なくとも部分的に上記中間積層体の側面に露出させておくことがよい（請求項２）。
この場合には、確実に上記内部電極の一部を上記セラミック積層体の側面から露出させ、上記側面電極の形成時に、該側面電極と上記内部電極との導通をより確実にとることができる。
【００１５】
上記中間積層体作製工程において、上記消失層は、上記中間積層体の側面全周に渡って該側面より内側に埋設させた状態で形成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記溝部が上記セラミック積層体の側面全周に渡って形成された上記積層型圧電素子を作製することができる。
【００１６】
上記消失層を形成する上記中間積層体の積層方向の間隔は、上記内部電極ペースト層１０層以上５０層以下であることが好ましい。上記消失層が内部電極ペースト層１０層未満の間隔で形成されている場合、又は内部電極ペースト層５０層を超える間隔で形成されている場合には、上記溝部の積層方向の間隔が小さくなりすぎて、又は大きくなりすぎるおそれがある。いずれの場合においても、上記溝部による応力緩和効果が十分に得られなくなるおそれがある。
【００１７】
上記消失層は、例えばパウダー状のカーボン粒子、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を主成分として含有することができる。
特に、上記カーボン粒子を用いた場合には、熱による形状変化が少ないという上記カーボン粒子の特性を生かして、形状精度良く上記溝部を形成することができる。
【００１８】
一方、上記炭化有機物粒子を用いた場合には、上記溝部を形成するためのコストを抑制することができる。
上記有機物粒子としては、例えば、大豆や、トウモロコシを粉砕してなる粒子や、樹脂材料を粉砕してなる粒子等がある。なお、炭化有機物粒子とは、上記有機物粒子が含有する水分の一部を除去することにより、ある程度炭化させて、流動性及び分散性が良好な微粒子の状態となった粒子をいう。
【００１９】
好ましくは、上記消失層は、アクリル樹脂粉末を主成分とすることがよい（請求項４）。
この場合には、不純物が少なく、かつ熱分解性が良好であるため、消失層に隣接する圧電セラミック層の組成変化や還元を防止することができる。また樹脂粒子を用いたペーストにて消失層を形成する場合には、ペーストに用いる有機溶媒への溶解を抑制することができるため、粘度の安定した印刷性に優れたペーストとすることができる。そのため溝の形状精度を向上させることができる。
【００２０】
上記積層型圧電素子は、燃料噴射弁に用いられることが好ましい（請求項５）。
この場合には、過酷な条件下においても、長期間に渡って安定して作動させることができるという本発明の製造方法によって得られる積層型圧電素子の特徴をより顕著に発揮することができる。
【００２１】
また、上記中間積層体作製工程においては、上記セラミック材料からなる第１グリーンシート上に、上記内部電極ペースト層を印刷して電極印刷シートを作製する電極印刷工程と、上記セラミック材料からなる第２グリーンシート上に上記消失層を印刷して消失層印刷シートを作製する消失層印刷工程と、上記電極印刷シートと上記消失層印刷シートとを所定の順序で積層して予備積層体を作製する予備積層工程と、該予備積層体を上記消失層が側面に露出しないように切断して上記中間積層体を作製する切断工程とを行うことができる（請求項６）。
即ち、上記電極印刷工程においては電極印刷シートを作製し、上記消失層印刷工程において上記電極印刷シートを作製する。次いで、上記電極印刷シートを複数積み重ねると共に、所定の間隔で上記消失層印刷シートを積層体中に配置して予備積層体を作製する。次いで、上記予備積層体を上記消失層が側面に露出しないように切断して上記中間積層体を作製することができる。この場合には、簡単に上記中間積層体を作製することができると共に、溝部と内部電極層とが異なる層に形成された中間積層体を作製することができる。
【００２２】
また、上記中間積層体作製工程においては、上記セラミック材料からなる第１グリーンシート上に、上記内部電極ペースト層を印刷して電極印刷シートを作製する電極印刷工程と、上記セラミック材料からなる第２グリーンシート上に上記内部電極ペースト層と上記消失層とを印刷して複合印刷シートを作製する複合印刷工程と、上記電極印刷シートと上記複合印刷シートとを所定の順序で積層して予備積層体を作製する予備積層工程と、該予備積層体を上記消失層が側面に露出しないように切断して上記中間積層体を作製する切断工程とを行うことができる（請求項７）。
即ち、上記電極印刷工程においては電極印刷シートを作製し、上記複合印刷工程においては内部電極ペースト層と上記消失層とが略同一面内に形成された複合印刷シートを作製する。次いで、上記電極印刷シートを複数積み重ねると共に、所定の間隔で上記複合印刷シートを積層体中に配置して予備積層体を作製する。次いで、上記予備積層体を上記消失層が側面に露出しないように切断して上記中間積層体を作製することができる。この場合には、簡単に上記中間積層体を作製することができると共に、所定の間隔で、内部電極層が形成された平面と略同一面に溝部が形成された中間積層体を作製することができる。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
次に、本発明の実施例につき、図１〜図１０を用いて説明する。本例においては、図１に示すごとく、複数の圧電セラミック層１１と複数の内部電極層１３、１４とを交互に積層してなるセラミック積層体１５と、その側面に形成された一対の側面電極１７、１８とを有する積層型圧電素子１を作製する。本例の積層型圧電素子１は、圧電セラミック層１１と内部電極層１３、１４とはそれぞれ５５層ずつ交互に積層されている。
【００２４】
内部電極層１３、１４は、導電性を有する内部電極部１３１、１４１と、該内部電極部１３１、１４１の外周端部がセラミック積層体１５の外周面よりも内方に控えた控え部１３９、１４９とを有している。そして、内部電極層１３、１４は、セラミック積層体１５を挟むようにその側面に形成された一対の側面電極１７、１８に交互に接続されている。具体的には、内部電極層１３は側面電極１７に接続され、内部電極層１４は側面電極１８に接続されている。
また、セラミックス積層体１５の側面には、該側面から内方に凹んだスリット状の溝部１２が積層方向に所定の間隔で形成されている。本例において、溝部１２は、セラミック積層体１５の外周面全周に渡って周方向に形成されている。
【００２５】
本例の積層型圧電素子の製造にあたっては、中間積層体作製工程と、焼成工程と、研削工程と、側面電極形成工程とを行う。
中間積層体作製工程においては、図８に示すごとく、焼成後に上記圧電セラミック層を形成するセラミック材料からなるグリーンシート層１１０と、焼成後に上記内部電極層を形成する内部電極ペースト層１３０、１４０とを交互に積層してなる中間積層体１０を作製する。中間積層体１０の側面１０５近傍には、焼成により消失する消失層１２０を側面１０５より内側に埋設された状態で配設する。
【００２６】
本例の中間積層体作製工程においては、電極印刷工程と、消失層印刷工程と、予備積層工程と、切断工程とを行うことによって上記中間積層体１０を作製する。
電極印刷シート作製工程は、図２及び図３に示すごとく、セラミック材料からなる第１グリーンシート１１０上に、内部電極ペースト層１３０、１４０を印刷して電極印刷シート３１、３２を作製する。また、消失層印刷シート作製工程においては、図４に示すごとく、セラミック材料からなる第２グリーンシート１１０上に消失層１２０を印刷して消失層印刷シート３３を作製する。
次いで、図５に示すごとく、電極印刷シート３１、３２と消失層印刷シート３３とを所定の順序で積層して予備積層体１００を作製する。そして、図６〜図８に示すごとく、予備積層体１００を消失層１２０が側面に露出しないように切断して中間積層体１０を作製する。
【００２７】
次に、焼成工程においては、中間積層体１０を焼成して、図９に示すごとく、圧電セラミック層１１及び内部電極層１３、１４を形成させると共に、消失層１２０を消失させることにより、側面近傍に空隙部１２５が埋設された積層焼結体１５５を作製する。
研削工程においては、積層焼結体１５５の側面を研削し、空隙部１２５を露出させる。これにより、図１０に示すごとく、溝部１２を形成し、セラミック積層体１５を得る。
また、側面電極形成工程においては、セラミック積層体１５の側面に、内部電極層１３、１４に交互に電気的に接続する一対の側面電極１７、１８を焼き付ける（図１参照）。これにより、図１に示すごとく積層型圧電素子１を作製することができる。
【００２８】
以下、本例の積層型圧電素子１の製造方法につき、詳細に説明する。
＜電極印刷工程＞
まず、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を準備した。具体的には、出発原料としてＰｂ3Ｏ4、ＳｒＣＯ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、及びＮｂ2Ｏ5を準備し、これらの出発原料を目的組成ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ(Ｙ1/2Ｎｂ1/2)Ｏ3となるような化学量論比で秤量し、湿式混合し、温度８５０℃で５時間仮焼した。
次に、仮焼粉をパールミルにより湿式粉砕した。この仮焼粉粉砕物（粒径（Ｄ50値）：０．７±０．０５μｍ）を乾燥した後、溶剤、バインダ、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、粘度調整をした。
【００２９】
そして、ドクターブレード法により、上記スラリーをキャリアフィルム上に塗布し、厚さ８０μｍの長尺のグリーンシートを成形した。このグリーンシートを所定の大きさに切断して、幅広のグリーンシート１１０（図２〜図４参照）を作製した。
なお、グリーンシート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採用することができる。
【００３０】
次に、図２及び図３に示すごとく、グリーンシート１１０上に内部電極層となる電極材料１３０、１４０を印刷し、第１電極印刷シート３１及び第２電極印刷シート３２の２種類のシートを形成した。
以下に、電極印刷シート３１、３２の形成についてさらに説明する。
【００３１】
第１電極印刷シート３１の形成に当たっては、図２に示すごとく、グリーンシート１１０上の印刷領域４１において、最終的に内部電極層１３となる部分に電極材料１３０を印刷した。電極材料１３０は、最終的に内部電極層１３０の端部を内方に控えさせる電極控え部１３９（図１参照）となる部分を除く領域に印刷形成した。これにより、第１電極印刷シート３１を形成した。
【００３２】
また、図３に示すごとく、第２電極印刷シート３２の形成に当たっては、第１電極印刷シートと同様に、グリーンシート１１０上の印刷領域４１において、内部電極層１４となる部分に電極材料１４０を印刷することにより、第２電極印刷シート３２を形成した。
第１電極印刷シート３１及び第２電極印刷シート３２においては、グリーンシート１１０上に形成された電極材料１３０、１４０がそれぞれ異なる側面に露出している。
なお、本例では、電極材料１３０、１４０として、ペースト状のＡｇ／Ｐｄ合金を用いた。また、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。
【００３３】
＜消失層印刷工程＞
また、本例では、製造しようとする積層型圧電素子１のセラミック積層体１５の側面に溝部１２（図１参照）を設けるため、図４に示すごとく、消失層印刷シート３３を形成した。
同図に示すごとく、上記のグリーンシート１１０上の印刷領域４１において、最終的に溝部１２となる部分に焼成によって消失する消失材料よりなる消失層１２０を印刷した。消失層は、印刷領域４１よりも少し内方寄りの領域に形成した。
【００３４】
なお、本例では、消失層１２０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アクリル樹脂粉末を用いた。具体的には、アクリル樹脂粉末また、カーボン粒子以外にも、炭化させたパウダー状の炭化有機物粒子を用いることもできる。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。
【００３５】
また、電極印刷工程及び消失層印刷工程では、図２〜図４に示すごとく、後工程の切断積層工程において切断される部分を避けるように間隙４２を空けて、電極材料１３０、１４０、及び消失層１２０の印刷を行う。つまり、グリーンシート１１０上の隣接する印刷領域４１の間に間隙４２を設けて印刷を行う。なお、本例では間隙４２を設けたが、歩留まり向上のために間隙４２を設けなくてもよい。
【００３６】
＜予備積層工程＞
次に、図５に示すごとく、形成した第１電極印刷シート３１、第２電極印刷シート３２、及び消失層印刷シート３３を所定の順序で各印刷領域４１を積層方向に揃えて積層した。このとき、第１電極印刷シート３１及び第２電極印刷シート３２を交互に積層し、上記溝部１２を形成したい位置に消失層印刷シート３３を挿入して積層した。具体的には、本例においては、第１電極印刷シート３１と第２電極印刷シート３２との積層構造１１層毎に消失層印刷シート３３を積層し、第１電極印刷シート３１及び第２電極印刷シート３２とが合計で５９枚となるように積層し、さらに積層方向の両端に電極材料及び消失層が印刷されていないグリーンシート１０９を積層した。このとき、第１電極印刷シート３１と第２電極印刷シート３２とは、電極材料１３０と電極材料１４０が交互に印刷領域４１の対向する端面に露出するように積層した。そして、このようにして積層したシートを１００℃で加熱すると共に積層方向に５０ＭＰａで加圧し、予備積層体１００を形成した。なお、図５においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体１００を示してある。
【００３７】
＜切断工程＞
次に、図６〜図８に示すごとく、形成した予備積層体１００を切断位置４３に沿って積層方向に切断し、中間積層体１０を形成した。
なお、予備積層体１００の切断は、各中間積層体１０ごとに切断してもよいし、複数の中間積層体１０を含んで切断してもよい。本例においては、各中間積層体１０ごとに切断し、各電極材料１３０、１４０が交互に中間積層体１０の側面に露出するように切断を行った。このとき、消失層１２０は、中間積層体１０の側面１０５に露出せず、消失層１２０と側面１０５との間には支柱部１２３が形成される。
なお、図７及び図８においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体１００及び中間積層体１０を示してある。
【００３８】
＜焼成工程＞
次に、中間積層体１０のグリーンシート１１０に含有されているバインダ樹脂を９０％以上加熱除去した（脱脂）。加熱は、８０時間かけて徐々に５００℃まで昇温し、５時間保持することにより行った。
次に、脱脂した中間積層体１０を焼成した。焼成は、温度１０５０℃まで１２時間かけて徐々に昇温させ、２時間保持後、徐々に冷却することにより行った。
このようにして、グリーンシート層１１０及び電極材料１３０、１４０が焼結され、図９に示すごとく、圧電セラミック層１１と内部電極層１３、１４とが交互に積層されてなる積層焼結体１５５を得た。
また、焼成により、消失層１２０が消失し、空隙部１２５が形成された。空隙部１２５は、セラミック積層体１５の側面１０５からやや内側部分に側面１０５全周に渡って形成されている。
【００３９】
＜研削工程＞
次に、積層焼結体１５５の側面を切断位置４４に沿って切断し、空隙部１２５を露出させた。これにより、図１０に示すごとく、溝部１２を形成し、さらに全面研磨を行って縦６ｍｍ×横６ｍｍ×高さ４．４ｍｍのセラミック積層体１５を作製した。
【００４０】
＜側面電極形成工程＞
次いで、図１に示すごとく、セラミック積層体１５の両側面を挟むように、側面電極１７、１８を焼き付けた。各内部電極層１３、１４は、それぞれ交互に異なる側面の側面電極１７、１８に電気的に接続され、側面電極１７は内部電極層１３と電気的に接続し、側面電極１８は内部電極層１４と電気的に接続するように形成した。
これにより、図１に示すごとく積層型圧電素子１（試料Ｅ）を作製した。
【００４１】
本例においては、上記中間積層体作製工程と、上記焼成工程と、上記研削工程と、上記側面電極形成工程とを行うことによって積層型圧電素子１を作製した。
本例の中間積層体作製工程においては、図８に示すごとく、中間積層体１０の側面１０５近傍に、焼成により消失する消失層１２０を側面１０５より内側に埋設された状態で形成した。即ち、消失層１２０は、焼成前の状態の中間積層体１０の側面１０５には露出せず、消失層１２０と側面１０５との間には支柱部１２３が形成される。
【００４２】
次いで、焼成工程において、中間積層体１０を焼成すると、消失層１２０を消失させ、空隙部１２５を形成することができる（図９参照）。図８及び図９に示すごとく、中間積層体１０において、消失層１２０は中間積層体１０の側面１０５より内方に埋設されていたため、焼成中に消失層１２０が消失して空隙部１２５が形成されても、支柱部１２３が支えとなり、中間積層体の自重によって空隙部１２５が変形したり、閉塞してしまうことを防止することができる。したがって、後工程で研削工程を行って、空隙部１２５を側面に露出させることにより、固着を発生させることなく、簡単に溝部１２を形成させることができる。そのため、変位量が大きく、また駆動時にクラックが発生し難い積層型圧電素子１を作製することができる。したがって、本例の積層型圧電素子１（試料Ｅ）は、例えば燃料噴射弁等の自動車部品のように、過酷な条件下においても、長期間安定して作動することができる。
【００４３】
（比較例）
本例においては、本発明の製造方法の優位性を明らかにするために、実施例１で作製した積層型圧電素子（試料Ｅ）の比較用の素子（試料Ｃ）を作製した。この試料Ｃは、側面に溝部を露出させた状態で中間積層体を作製し、これを焼成して作製したものである。
【００４４】
具体的には、まず、実施例１と同様にして、電極印刷シート作製工程を行い、第１電極印刷シート及び第２電極印刷シートを作製した。
次いで、図１１に示すごとく、グリーンシート１１０上の印刷領域４１において、最終的に溝部１２となる部分に焼成によって消失する消失材料よりなる消失層１２０を印刷し、消失印刷シート３４を得た。消失層１２０は、印刷領域４１の外周に達し、最終的に側面の全周に渡って溝部が形成されるように印刷形成した。
【００４５】
次いで、実施例１と同様に、第１電極印刷シート３１、第２電極印刷シート３２、及び消失層印刷シート３４を所定の順序で各印刷領域４１を積層方向に揃えて積層した。そして、このようにして積層したシートを１００℃で加熱すると共に積層方向に５０ＭＰａで加圧し、予備積層体６００を形成した。
次に、図１２及び図１３に示すごとく、予備積層体６００を切断位置４５に沿って積層方向に切断し、中間積層体６０を形成した。
この切断により、電極材料１３０、１４０、及び消失層１２０は中間積層体６０の側面に露出する。なお、図１２及び図１３においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体６００及び中間積層体６０を示してある。
００を示してある。
【００４６】
次に、実施例１と同様にして中間積層体１０を脱脂し、焼成した。これにより、図１４に示すごとく、圧電セラミック層１１と内部電極層１３、１４とが交互に積層されてなる、側面に溝部７２が形成された積層焼結体７５を得た。
さらに、実施例１と同様にして全面研磨を行った後、積層焼結体７５の両側面に側面電極を焼き付けて積層型圧電素子（試料Ｃ）を作製した。
【００４７】
本例においては、溝部を側面に露出させた状態で中間積層体を作製し、これを焼成してセラミック積層体を作製した。そのため、焼成時に溝部が中間積層体の重さによって変形し、焼成後の積層焼結体７５においては、部分的には溝部７２の上下がほとんど固着している部分が観察された（図１５参照）。
【００４８】
実施例１において作製した試料Ｅと、比較例において作製した試料Ｃについて、溝部の状態を顕微鏡観察により比較した。その結果を図１６及び図１７に示す。
図１６は、試料Ｅの溝部周辺における断面の金属顕微鏡写真であり、図１７は、試料Ｃの溝部周辺における断面の金属顕微鏡写真である。
【００４９】
図１６及び図１７より知られるごとく、実施例１で作製した積層型圧電素子（試料Ｅ）は、溝部１２に固着は観察されていない。これに対し、比較例で作製した積層型圧電素子（試料Ｃ）においては、積層体の側面において、溝部７２の上下が固着する固着部７２５が観察された。
したがって、実施例１のように、消失層を側面より内側に埋設された状態で形成した中間積層体を作製し、この中間積層体を焼成して消失層を消失させて空隙部を形成し、その後、空隙部を露出させることにより、溝部の固着を防止できることがわかる。
【００５０】
また、本発明においては、内部電極部１３１、１４１及び控え部１３９、１４９と、スリット層１２とを図１８に示す組み合わせのパターンで形成した。本発明はこのパターンに限定されるものではない。セラミック積層体は、該セラミック積層体を積層方向に透視した場合に、すべての内部電極部が重合する領域である重合部と、少なくとも一部の内部電極部しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である非重合部とを有するが、応力緩和部は、非重合部１９に形成することができる。
内部電極部１３１、１４１とスリット層１２との他の組み合わせパターンを図１９（ａ）〜（ｃ）に示す。いずれのパターンで形成しても、本発明の効果は十分に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１にかかる、積層型圧電素子の構造を示す説明図。
【図２】実施例１にかかる、第１電極印刷シートを形成する工程を示す説明図。
【図３】実施例１にかかる、第２電極印刷シートを形成する工程を示す説明図。
【図４】実施例１にかかる、消失層印刷シートを形成する工程を示す説明図。
【図５】実施例１にかかる、電極印刷シート及び消失層印刷シートを積層する工程を示す説明図。
【図６】実施例１にかかる、予備積層体の上面図。
【図７】図６のＡ−Ａ断面（予備積層体の断面）を示す断面図。
【図８】実施例１にかかる、中間積層体の断面構造を示す説明図。
【図９】実施例１にかかる、積層焼結体の断面構造を示す説明図。
【図１０】実施例１にかかる、セラミック積層体の断面構造を示す説明図。
【図１１】比較例にかかる、消失層印刷シートを形成する工程を示す説明図。
【図１２】比較例にかかる、予備積層体の断面を示す説明図。
【図１３】比較例にかかる、中間積層体の断面構造を示す説明図。
【図１４】比較例にかかる、セラミック積層体の断面構造を示す説明図。
【図１５】比較例にかかる、セラミック積層体の溝部部分の拡大説明図。
【図１６】積層型圧電素子（試料Ｅ）の溝部の断面の金属顕微鏡写真を示す説明図。
【図１７】積層型圧電素子（試料Ｃ）の溝部の断面の金属顕微鏡写真を示す説明図。
【図１８】実施例１にかかる、内部電極部とスリット層との形成パターンを示すセラミック積層体の展開説明図。
【図１９】実施例１にかかる、内部電極部とスリット層との形成パターンのバリエーション（ａ）〜（ｃ）を示す説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１  積層型圧電素子
１０  中間積層体
１０５  側面
１１  圧電セラミック層
１１０  グリーンシート層
１２  溝部
１２０  消失層
１３  内部電極層
１３０  内部電極ペースト層
１４  内部電極層
１４０  内部電極ペースト層
１５  セラミック積層体
１７  側面電極
１８  側面電極
【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】
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【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１８】
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【図１９】
2008210988.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
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