(57)【要約】【課題】デラミネーション、クラック等の発生を抑制することができ、高信頼性が得られる積層型圧電素子およびその製法、並びに逸れを用いた噴射装置を提供する。【解決手段】圧電体層と導体層とを交互に積層し、相互に接着された積層型圧電素子であって、前記圧電体層と導体層との間に隙間が形成されてなり、前記導体層面を平面視したときに、その隙間の領域は、前記導体層の全面積の１０％以下であることを特徴とする。【選択図】図１
2005191050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と導体層とを交互に積層し、相互に接着された積層型圧電素子であって、前記圧電体層と導体層との間に隙間が形成されてなり、前記導体層面を平面視したときに、その隙間の領域は、前記導体層の全面積の１０％以下であることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
導体層の隙間となった領域の金属成分の割合が、接着された領域の金属成分の割合よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
隙間が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
導体層の厚みが３μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
導体層中の金属成分がＶＩＩＩ属金属、Ｉｂ属金属のうちのいずれか、またはＶＩＩＩ属金属およびＩｂ属金属の両方を主成分としたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
ＶＩＩＩ属金属の含有量をＭ１質量％、Ｉｂ属金属の含有量をＭ２質量％としたとき、０．００１≦Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２≦９９．９９９、Ｍ１＋Ｍ２＝１００質量％の関係を満足することを特徴とする請求項５に記載の積層型圧電素子
【請求項７】
ＶＩＩＩ属金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種、Ｉｂ属金属がＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であることを特徴とする請求項５または６に記載の積層型圧電素子。
【請求項８】
ＶＩＩＩ属金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種、Ｉｂ属金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であることを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか記載の積層型圧電素子。
【請求項９】
ＶＩＩＩ属金属がＮｉであることを特徴とする請求項５乃至８のうちいずれか記載の積層型圧電素子。
【請求項１０】
Ｉｂ属金属がＣｕであることを特徴とする請求項５乃至９のうちいずれか記載の積層型圧電素子。
【請求項１１】
導体層中に無機成分を含有してなることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか記載の積層型圧電素子。
【請求項１２】
無機成分が、圧電体層と同じ成分であることを特徴とする請求項１１に記載の積層型圧電素子。
【請求項１３】
無機成分の平均粒径が、圧電体層の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１２に記載の積層型圧電素子。
【請求項１４】
圧電粉末を含むグリーンシートと、セラミック粉末を混合した導体パターンとをそれぞれ複数積層して圧電積層体を形成する工程と、該圧電積層体を焼成して積層圧電体本体を形成する工程と、該積層圧電体本体の端面に外部電極ペーストを塗布した後に熱処理して外部電極を有する積層型圧電素子を形成する工程と、前記外部電極に電圧を印加して前記積層型圧電素子を構成する圧電体層の結晶粒子を分極する工程とを具備することを特徴とする積層型圧電素子の製法。
【請求項１５】
導体パターンに含まれるセラミック粉末の平均粒径がグリーンシートに含まれる圧電体粉末の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１４に記載の積層型圧電素子の製法。
【請求項１６】
結晶粒子の格子定数の比であるｃ／ａの変化率が０．５％以下となるように分極処理することを特徴とする請求項１４または１５に記載の積層型圧電素子の製法。
【請求項１７】
前記熱処理の工程において、熱処理の最高温度からの冷却速度が、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、ｔ／３（℃／分）以下であることを特徴とする請求項１４乃至１６のうちいずれか記載の積層型圧電素子の製法。
【請求項１８】
前記熱処理の工程において、熱処理からの冷却時に、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、０．８ｔ〜１．２ｔの温度域の冷却速度がｔ／３（℃／分）以下であることを特徴とする請求項１４乃至１７のうちいずれか記載の積層型圧電素子の製法。
【請求項１９】
噴射口を有する収納容器と、該収納容器に収納された請求項１乃至１３のうちいずれかに記載の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電素子およびその製法、並びに噴射装置に関し、例えば、自動車用燃料噴射弁、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動素子等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、積層型圧電素子として、例えば、電歪効果を利用して大きな変位量を得るために、圧電体層と導体層を交互に積層したものが提案されている。積層型圧電素子には、同時焼成タイプと圧電磁器と導体板を交互に積層したスタックタイプの２種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電素子が薄層化に対して有利であるために、その優位性を示しつつある。
【０００３】
同時焼成タイプの積層型圧電素子は、図５に示すように、積層型セラミックコンデンサと同様に、従来、圧電材料を含有するグリーンシートと導体材料を含有する導体パターンが交互に積層された活性部の上下面に、上記セラミックグリーンシートを複数積層して形成された不活性部を積層し、これを脱脂、焼成することで積層型圧電素子を作製していた（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
ところで、近年においては、例えば、小型の積層型圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変位量を確保するため、より高い電界を印加し、長期間連続駆動させることが行われている。
【特許文献１】特開平４−２９９５８８号公報
【特許文献２】特開平５−２１７７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の従来の積層型圧電素子では、導体層内に、導体層の厚さの１／２〜１倍の粒径に調整された圧電粉末を１０〜２０％含むことにより、圧電体層間を柱状に繋ぐことで、焼成後では導体とセラミック層との界面に剥離の発生を防止しているが、導体層と外部電極の接続工程の熱処理時の冷却の速度が速いため、図５に示すように、導体１０２と圧電体層１０１との熱膨張係数の差により、柱状部分５１の存在しない部分では、界面のほぼ全面にわたり導体層１０２と圧電体層１０１との間に大きな隙間１０７が発生していた。これにより、より高い電界を印加し、長期間連続駆動させるとデラミネーションが発生するという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２の従来の積層型電子部品では、素子の機械加工による切断面（外部電極形成面）を１回目の焼成時より高い焼成温度で熱処理することにより、切断時に生じたショートの原因になるマイクロクラックを解消しているが、焼成温度よりも高い温度による熱処理時の冷却の速度が速いため、導体層と圧電体層との熱膨張係数の差により界面のほぼ全面にわたり剥離が発生していた。これにより、より高い電界を印加し、長期間連続駆動させるとデラミネーションが発生するという問題があった。
【０００７】
従って、本発明は、デラミネーション、クラック等の発生を抑制することができ、高信頼性が得られる積層型圧電素子およびその製法、並びにそれを用いた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】
【０００８】
本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と導体層とを交互に積層し、相互に接着された積層型圧電素子であって、前記圧電体層と導体層との間に隙間が形成されてなり、前記導体層面を平面視したときに、その隙間の領域は、前記導体層の全面積の１０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、上記のように、圧電体層と導体層の界面に生じる隙間の領域を導体層の全面積の１０％以下としたことにより、デラミネーションやクラック等の発生を抑制でき、高信頼性を得ることができる。
【００１０】
上記積層型圧電素子では、導体層の隙間となった領域の金属成分の割合が、接着された領域の金属成分の割合よりも多いことを特徴とする。
【００１１】
即ち、導体層の面内において、隙間の部分の金属の割合を多くすることにより、この部分の金属膜の剛性を低くでき、これにより圧電駆動による伸縮においても導体層による応力を低減できる。
【００１２】
上記積層型圧電素子では、隙間が１μｍ以下であることを特徴とする。圧電体層と導体層との間の隙間が１μｍ以下であれば、圧電体層に対して導体層からの電圧の印加を可能にでき、両層間の接着強度も保持できる。
【００１３】
上記積層型圧電素子では、導体層の厚みが３μｍ以下であることを特徴とする。導体層の厚みを３μｍ以下と薄くすることにより、導体層の剛性を低くでき、これにより、例え、圧電体層と導体層との層間に隙間が形成されても、隙間が変形しやすくなりデラミネーションやクラックへの進展を抑制できる。
【００１４】
上記積層型圧電素子では、導体層中の金属組成物がＶＩＩＩ属金属、Ｉｂ属金属のうちのいずれか、またはＶＩＩＩ属金属およびＩｂ属金属の両方を主成分としたことを特徴とする。即ち、ＶＩＩＩ属金属の含有量をＭ１質量％、Ｉｂ属金属の含有量をＭ２質量％としたとき、０．００１≦Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２≦９９．９９９、Ｍ１＋Ｍ２＝１００質量％の関係を満足することを特徴とすること、さらには、ＶＩＩＩ属金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種、Ｉｂ属金属がＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であることを特徴とするものである。
【００１５】
つまり、本発明では、導体層の金属成分を上記した金属の組合せとすることにより、上記他の金属に比較して、延性が高く、ヤング率の低いＡｇやＣｕを導体層の主成分として用いることにより圧電体層面への追従性が高まり、隙間を起源とするデラミネーションやクラックを抑制できる。
【００１６】
さらに、本発明では、ＶＩＩＩ属金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種、Ｉｂ属金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であること、特に、ＶＩＩＩ属金属がＮｉ、または、Ｉｂ属金属がＣｕであることが望ましい。
【００１７】
また、上記積層型圧電素子では、導体層中に無機成分を含有してなり、さらに、その無機成分が、圧電体層と同じ成分であり、無機成分の平均粒径が、圧電体層の平均粒径よりも小さいものであることを特徴とする。
【００１８】
このように、本発明では、導体層中に圧電体層を構成する圧電体粒子と同じ共材成分を含ませ、しかも、導体層側の粒子径を圧電体層側よりも小さくすることにより、導体層に接触する圧電体粒子が小さくなり、これにより隙間を小さくでき、また隙間の発生も抑制できる。
【００１９】
本発明の積層型圧電素子の製法は、圧電粉末を含むグリーンシートと、セラミック粉末を混合した導体パターンとを形成し、それぞれ複数積層して圧電積層体を形成する工程と、該圧電積層体を焼成して積層圧電体本体を形成する工程と、該積層圧電体本体の端面に外部電極ペーストを塗布した後に熱処理して外部電極を有する積層型圧電素子を形成する工程と、前記外部電極に電圧を印加して前記積層型圧電素子を構成する圧電体層の結晶粒子を分極する工程とを具備することを特徴とする。
【００２０】
即ち、本発明では、焼成後に導体層となる導体パターンにセラミック粉末を混合することにより、焼成後の圧電体層との密着性を高め、かつ焼成後における圧電体層と導体層との熱膨張係数の差による収縮の違いから生じる圧電体層と導体層との間の隙間の発生を抑制できる。
【００２１】
上記積層型圧電素子の製法では、導体パターンに含まれるセラミック粉末の平均粒径がグリーンシートに含まれる圧電体粉末の平均粒径よりも小さいことを特徴とする。
【００２２】
また、上記積層型圧電素子の製法では、結晶粒子の格子定数の比であるｃ／ａの変化率が０．５％以下となるように分極処理することを特徴とする。また、前記熱処理の工程において、熱処理の最高温度からの冷却速度が、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、ｔ／３（℃／分）以下であることを特徴とし、さらには、前記熱処理の工程において、熱処理からの冷却時に、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、０．８ｔ〜１．２ｔの温度域の冷却速度がｔ／３（℃／分）以下であることを特徴とする。
【００２３】
即ち、本発明では、前記導体パターンの改良による効果に加えて、圧電体層に電気的あるいは熱的に生じる歪みを抑制することにより、さらに隙間の領域を小さくできる。
【００２４】
本発明の噴射装置は、噴射口を有する収納容器と、該収納容器に収納された上記の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする。
【００２５】
このような噴射装置では、上記したように、積層型圧電素子を構成する圧電体層と導体層との界面の隙間の発生が抑制されデラミネーションやクラックを防止できるために、噴射装置として優れた噴射特性が得られるとともに、信頼性を向上できる。
【発明の効果】
【００２６】
即ち、本発明の積層型圧電素子では、それを構成する圧電体層と導体層との間に隙間の平面視領域を前記導体層の全面積の１０％以下とすることにより、デラミネーションやクラックの発生を抑制でき、これを組み込む噴射装置を高い信頼性を備えたものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は積層型圧電アクチュエータからなる積層型圧電素子の一実施形態を示す縦断面図である。
【００２８】
本発明の積層型圧電素子は、図１に示すように複数の圧電体層１と複数の導体層２とを交互に積層してなる活性部８と、該活性部８の積層方向両端に設けられた不活性部９とからなる四角柱状の柱状積層体３を有している。
【００２９】
圧電体層１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下ＰＺＴと略す）を主成分とする圧電セラミックス材料などが使用されるが、これらに限定されるものではなく、圧電性を有するセラミックスであれば何れでも良い。なお、この圧電体材料としては、圧電歪み定数ｄ３３が高いものが望ましい。
【００３０】
また、圧電体層１の厚み、つまり導体層２間の距離は、小型化及び高い電界を印加するという点から０．０５〜０．２５ｍｍであることが望ましい。これは、積層型圧電素子は電圧を印加して、より大きな変位量を得るために積層数を増加させる方法がとられるが、積層数を増加させた場合に活性部８中の圧電体層１の厚みが厚すぎるとアクチュエータの小型化、低背化ができなくなり、一方、活性部８中の圧電体層層１の厚みが薄すぎると絶縁破壊しやすいからである。
【００３１】
導体層２は、図２に示すように矩形状をしており、図１に示したように、その一辺が柱状積層体３の対向する側面（外部電極形成面）に一層おきに露出しており、この導体層２の一辺が露出する柱状積層体３の側面（対向する側面）にそれぞれ接続部１７を介してリード部１６を接続するための外部電極４が形成されている。これにより、それぞれの外部電極４に、導体層２が一層おきに電気的に交互に接続されている。
【００３２】
そして、本発明の積層型圧電素子では、圧電体層１と導体層２との間に隙間７が形成されてなり、この導体層２面を平面視したときに、その隙間７の領域が、導体層２の全面積の１０％以下であることが重要であり、特に、静電容量や変位量などの圧電特性を高めるという点で５％以下がより好ましい。
【００３３】
また、本発明の積層型圧電素子では、導体層２の隙間７となった領域の金属成分の割合が、接着された領域の金属成分の割合よりも多いことが望ましい。
【００３４】
さらに、この隙間は、密着性を高めるという点で１μｍ以下、特に、０．８μｍ以下、特に、０．３μｍ以下であることが望ましく、一方、圧電体層１との熱膨張係数を緩和できるという理由から０．０１μｍ以上、特に、０．０２μｍ以上が望ましい。そして、本発明の導体層の厚みは３μｍ以下、特に、２．５μｍ以下がより好ましい。
【００３５】
また、上記の導体層２では、これを構成する金属組成物がＶＩＩＩ属金属、Ｉｂ属金属のうちのいずれか、またはＶＩＩＩ属金属およびＩｂ属金属の両方を主成分としたことが望ましく、特に、ＶＩＩＩ属金属の含有量をＭ１質量％、Ｉｂ属金属の含有量をＭ２質量％としたとき、０．００１≦Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２≦９９．９９９、Ｍ１＋Ｍ２＝１００質量％の関係を満足することが望ましく、特に、３≦Ｍ１≦８、９２≦Ｍ２≦９７がより望ましい。ここで、ＶＩＩＩ属金属はＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種、Ｉｂ属金属はＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であること、特に、ＶＩＩＩ属金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種、Ｉｂ属金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であること、さらには、ＶＩＩＩ属金属がＮｉであること、または、Ｉｂ属金属がＣｕであることがより望ましい。
【００３６】
また、本発明の導体層２は、無機成分を含有してなり、その無機成分は圧電体層１と同じ成分であることが好ましく、さらには、この無機成分の平均粒径は、圧電体層１の平均粒径よりも小さいことが好ましい。
【００３７】
本発明の積層型圧電素子の代表例である積層型圧電アクチュエータについてその製法を詳述する。本発明の積層型圧電素子は、先ず、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３などの圧電体セラミックスの仮焼粉末（セラミック粉末）と、アクリル樹脂、ブチラール樹脂などの有機高分子からなる有機バインダと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、例えばスリップキャステイング法により、図２に示すような厚み５０〜２５０μｍのセラミックグリーンシート２１を作製する。
【００３８】
本発明では、圧電体層１をなすセラミックスの仮焼粉末の平均粒径は０．３〜０．９μｍであることが望ましい。セラミックスの仮焼粉末の平均粒径を０．３μｍ以上とすることにより、グリーンシート２１作製時の乾燥クラック発生防止のために必要な有機バインダを少量とすることができる。
【００３９】
一方、セラミックスの仮焼粉末の平均粒径を０．９μｍ以下とすることにより、焼成時の焼結を充分に行うことができ、磁器強度を高くでき、例えば積層型圧電素子において電界により発生する応力によるクラックの発生を抑制できる。
【００４０】
また、グリーンシート２１の厚みは絶縁強度を向上させるという理由から９０μｍ以上、特には、１００μｍ以上であることが望ましい。また、グリーンシート２１の取り扱い時のクラック発生を防止するために、有機バインダとしては、高い引張強度を有するブチラール樹脂を用いることが望ましい。
【００４１】
次に、作製されたグリーンシート２１を所定の寸法に打ち抜いた後、図２に示すようにグリーンシート２１の片面に、導体層２となるＡｇ−Ｐｄ及び溶媒を含有する導体ペーストをスクリーン印刷法により１〜１０μｍの厚みに印刷し、乾燥させて内部導体パターン２２を形成する。この場合、本発明においては、導体ペースト中にセラミック粉末を共材として混合することが重要である。
【００４２】
また、このセラミック粉末の平均粒径は、焼成後に圧電体層１となるグリーンシートを構成するセラミック粉末の平均粒径よりも小さいことが望ましい。そして、導体パターン中のセラミック粉末の平均粒径は、グリーンシート中のセラミック粉末の平均粒径を１としたときに、０．３〜０．５の範囲であることが望ましく、焼成においては、凝集や粒成長がおこるものの、依然として、圧電体層１の平均粒径を１としたときに、０．５〜０．９の範囲であることで、本発明の導体層２に発生する隙間７の領域における金属成分の濃度（割合）を高く維持できる。
【００４３】
なお、本発明の製法に用いる導体パターン２２は矩形状をなしており、矩形状のグリーンシート２１よりも小さい面積を有しており、導体パターン２２の一辺はグリーンシート２１の一辺に重なり、他の辺には重ならないように形成されている。
【００４４】
次に、図３に示すように、導体パターン２２が形成されたグリーンシート２１を、導体パターン２２の一辺が積層成形体２３の対向する側面に交互に露出するように所定の枚数だけ積層して活性部積層成形体２３ａを作製し、この活性部積層成形体２３ａの上下面に、導体ペーストが印刷されていないグリーンシート２１を複数積層してなる不活性部成形体２３ｂを積層し、積層成形体２３を作製する。
【００４５】
尚、導体ペーストが印刷されていないグリーンシート２１を複数積層して、下側の不活性部積層成形体２３ｂを作製した後、この不活性部積層成形体２３ｂ上に、導体パターン２２が形成された複数のグリーンシート２１を所定の枚数だけ積層して活性部積層成形体２３ａを積層し、この活性部積層成形体２３ａ上に、導体ペーストが印刷されていないグリーンシート２１を複数積層して上側の不活性部積層成形体２３ｂを積層し、積層成形体２３を作製しても良い。
【００４６】
尚、積層成形体２３の製造方法については特に限定されるものではなく、グリーンシート２１と導体パターン２２が積層された積層成形体２３が得られれば良い。次に、この積層成形体２３を加熱を行いながら加圧を行い、積層成形体２３を一体化し、柱状積層体成形体を得る。また、加圧する方法としては、積層精度を向上させるという点で静水圧による加圧が望ましく、その圧力は、２０〜１２０ＭＰａであることが望ましい。
【００４７】
一体化された柱状積層体成形体は所定の大きさに切断された後、大気中において４００〜８００℃で５〜４０時間の脱脂を行ない、この後、９００〜１２００℃において２〜５時間で本焼成が行われ、図４に示すような柱状積層体３３を得る。この柱状積層体３３は、圧電体層４１と導体層４２が交互に積層された活性部を有しており、その対向する側面には導体層４２の一辺が交互に露出している。
【００４８】
次に、この柱状積層体３３の端面にＡｇ−ガラスを含む外部電極ペーストを塗布し、５００〜９００℃の温度で熱処理して外部電極４を形成する。この場合、熱処理の工程において、熱処理の最高温度からの冷却速度は、デラミネーションやクラックを抑制できるという点で、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、ｔ／３（℃／分）以下であること、さらには、熱処理からの冷却時に、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、０．８ｔ〜１．２ｔの温度域の冷却速度がｔ／３（℃／分）以下であることがより望ましい。キュリー温度より高い温度では圧電体層１が立方晶であり、キュリー温度より低い温度では菱面体晶若しくは正方晶となるため、結晶層の変化する温度域においては冷却速度を速くすると結晶層が変化することによる内部応力によりデラミネーションが発生しやすくなるためである。
【００４９】
ここで、導体層２と圧電体層１との隙間を確認する手法として、超音波探傷による検査、若しくは破面のＳＥＭを用いる。非破壊で容易に積層型圧電素子の全体の隙間の分布を検査できるという点で超音波探傷を用いることが望ましいが、破面のＳＥＭを観察することでも実際の隙間の大きさを確認できる。ここで、断面を鏡面に仕上げてＳＥＭにより観察を行うと、実際に隙間が存在していても導体２の延性により隙間に導体２が延びてしまうため、破面で観察することが重要である。超音波探傷による検査により、積層方向に垂直な面を観察することで得られる結果から、実質的に活性な部分において例えば、２μｍ以上の剥離の発生している部分とそうでない部分との面積比により剥離の割合を算出する。
【００５０】
超音波探傷による検査では、一度に複数層の断面を観察してもよい。一般に、超音波探傷による検査では焦点深度を深くすると、感度が低くなるため、積層数が多く、高さが５ｍｍ以上あるものに関しては、積層方向に垂直に２〜５ｍｍの高さに切断、分割し、それぞれを超音波探傷による検査を行うことにより、剥離の割合を算出することが望ましい。駆動による応力や電界による応力、座屈による応力等が発生し、破壊の起点となり得易い部分の一部分、特には積層方向の上下部分近傍および、中央部近傍の少なくとも一部分に、導体層２と圧電体層１との隙間が１μｍ以下である部分が、導体層２の全面積の１０％以下であればよい。
【００５１】
さらに、上記形態では、図２に示したように、一つの積層成形体３により一つの柱状積層体を作製したが、一枚のグリーンシート２１に複数の導体パターンを形成し、このグリーンシート２１を複数積層して、多数の柱状積層体成形体を作製しうるマザーの積層成形体を作製し、この積層成形体を所定寸法で切断して、多数の図２に示すような柱状積層体成形体を一度に作製する積層型圧電素子の製造方法に本発明を適用しても良いことは勿論である。
【００５２】
つぎに、図１に示したように一対の外部電極４に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、柱状積層体を分極処理することによって、製品としての積層型電子部品が完成する。ここで、格子定数の比であるｃ／ａの分極前後の変化率が０．５％以下であることが望ましい。ｃ／ａの変化率が０．５％より大きいと、分極時に発生する応力により、導体２とセラミック層１との間で剥離が起こるためである。本発明では、分極時の応力による剥離を防止するため、ｃ／ａの変化率は０．２％以下がより望ましい。ここで、格子定数の比ｃ／ａは、ＸＲＤ回折パターンから面指数（２００）のピークより格子定数ａを求め、同様に面指数（００２）のピークより格子定数ｃを求め、これらの値よりｃ／ａを求める。
【００５３】
以上のような製造方法を用いることにより、導体層２と圧電体層１との界面の隙間の平面視領域が、この導体層２の全面積の１０％以下とすることが可能となる。導体層２と圧電体層１との隙間の平面視領域が、この導体層２の全面積の１０％より大きいと、高い電圧を印加した際に隙間からクラックが発生したり、長期間連続駆動を行うと隙間よりクラックが発生するため信頼性を低下させる。本発明の積層型圧電素子は剥離を防止できるが、実際には工程での異物の混入により界面の隙間が発生することもあるが、隙間の平面視領域が、この導体層２の全面積の１０％以下であれば信頼性は確保できる。
【００５４】
尚、本発明の積層型圧電素子の製法は、積層型圧電トランス、積層型コンデンサ、積層型圧電アクチュエータ等の積層型電子部品の製法に好適に用いられる。特に、高電界にて連続駆動される、圧電セラミックスを用いた積層型圧電アクチュエータにおいては、本発明の積層型圧電素子の製法は好適に用いられる。
【実施例】
【００５５】
チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３からなるキュリー温度３００℃、粒径０．７μｍの圧電体セラミックスの仮焼粉末と、ブチラール樹脂からなる有機バインダと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００５６】
このグリーンシートの片面に、図２に示したように、導体層となるＡｇ−Ｐｄ成分で所定組成を有する金属粉末と、平均粒径が０．４μｍのセラミック粉末を所定量と、有機樹脂および溶媒を含有する導体ペーストをスクリーン印刷法により４μｍの厚みに印刷し、導体パターン２２を形成した。導体ペーストに混合したセラミック粉末がグリーンシートに用いた仮焼粉末を微粉砕して用いた。次に、導体パターンが形成されたグリーンシートを３０枚積層し、この積層体の上下面に、導電性ペーストを塗布していないグリーンシートを５枚ずつ積層し、図３に示すような構造の積層成形体を作製した。次に、この積層成形体を金型内に配置し、９０℃で加熱を行いながら静水圧プレスにより１００ＭＰａの加圧を行い一体化した。これを１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに切断した後、８００℃で１０時間の脱バインダを行い、１１３０℃において２時間本焼成を行い、柱状積層体を得た。
【００５７】
その後、活性部の対向する側面に、銀を主成分とするＡｇガラスペーストを塗布し、７５０℃で１時間の加熱後、表１に示す冷却速度でそれぞれ熱処理を完了することにより外部電極を形成した。
【００５８】
その後、正極及び負極の外部電極４に３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行うことにより積層型圧電素子を作製した。導体層の剥離部分とそれ以外の部分における金属とセラミック成分の割合は分析電子顕微鏡により評価した。この場合、その差が１０％を越える場合を差がありとした。また、格子定数はＸ線回折を用いて求めた。実効的な圧電歪定数の評価は、防震台上に固定した積層型圧電素子試料に対し積層方向に１５０ｋｇｆの予荷重を加えた状態で、０〜２００Ｖの電圧を印加し、その時の積層型圧電素子試料の全長の変化量を測定し、この変化量を積層数および印加電圧で除することにより算出した。キュリー温度は、圧電磁器の静電容量の温度特性を測定して求めた。
【表１】
2005191050.tif 000003
【００５９】
本発明の圧電体のキュリー温度は３３０℃であった。この表１から、グリーンシートに含まれるセラミック粉末よりも平均粒径の小さいセラミック粉末を添加した導体パターンにより形成した積層型圧電素子である試料Ｎｏ．２〜９では、導体層の隙間となった領域の金属成分の割合が、接着された領域の金属成分の割合よりも多く、圧電体層と導体層との間に隙間の平面視領域が、前記導体層の全面積の１０％以下となり、しかも、その隙間を１μｍ以下にできた。これにより界面のデラミネーションの発生も見られなかった。
【００６０】
一方、導体パターンにセラミック粉末を加えず作製した積層型圧電素子である試料Ｎｏ．１では、圧電体層と導体層との間に隙間の平面視領域が、前記導体層の全面積の１０％よりも高くなり界面にはデラミネーションの発生も見られた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の積層型圧電素子の縦断面図である。
【図２】本発明の積層型圧電素子を構成するセラミックシートの平面図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子となる積層成形体の展開断面図である。
【図４】本発明の積層型圧電素子となる積層構造体の断面図である。
【図５】従来の積層型電子部品のセラミック層と導体間の欠陥を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、４１・圧電体層
２、４２・導体層
３・・・・柱状積層体
４・・・・外部電極
８・・・・活性部
９・・・・不活性部
２１・・・セラミックグリーンシート
２２・・・導体パターン
２３・・・積層成形体
【図１】
2005191050.tif 000004
【図２】
2005191050.tif 000005
【図３】
2005191050.tif 000006
【図４】
2005191050.tif 000007
【図５】
2005191050.tif 000008