(57)【要約】      （修正有）【課題】内部電極層と側面電極との強固で確実な導通接続を実現した信頼性の高い積層型圧電素子と、その製造方法との提供。【解決手段】圧電セラミック層１００ａ、１００ｂの表面に内部電極層１１０ａ、１１０ｂ形成した単位ユニット層１０ａ、１０ｂを繰り返し積層してなる積層型圧電素子１において、単位ユニット層１０ａ、１０ｂの側面を左右交互に外側に向かって突出せしめた段部１０１ａ、１０１ｂを形成して、内部電極層１１０ａ、１１０ｂの一部を延設した電極引出部１１１ａ、１１１ｂを段部上端面に露出せしめる。電極引出部１１１ａ、１１１ｂの印刷面が外部に露出しているので側面電極３００ａ、３００ｂとの接合が容易で、接触面積が広く接触抵抗を小さくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック層の表面に内部電極層を印刷形成した単位ユニット層を繰り返し積層してなる積層型圧電素子において、
上記単位ユニット層の側面を左右交互に外側に向かって突出せしめた段部を形成して、上記内部電極層の一部を延設した電極引出部を該段部の上端面に露出せしめたことを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
上記電極引出部の露出面に側面電極を導通せしめた請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
上記段部の側面方向への突出幅は、１０μｍ以上８０μｍ以下に設定する請求項１または２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の積層型圧電素子の製造方法において、
圧電セラミック粉末と結合材とを分散媒に分散したスラリーをキャリアフィルム上でシート状に塗工、乾燥して圧電セラミック層を構成するセラミックグリーンシート形成工程と、
得られたセラミックグリーンシートの表面に内部電極層と該内部電極層の一部を側面方向に左右交互に所定距離だけ延設した電極引出部とを印刷、乾燥して単位ユニット層を形成する単位ユニット層形成工程と、
得られた単位ユニット層の表面に接着層を印刷する接着層印刷工程と、
上記接着層の未乾燥状態を維持しつつ、単位ユニット層を所定の形状に打抜いて単位ユニット層小片とする小片打抜き工程と、
上記単位ユニット層小片の積層と上記接着層の粘着力による接着と上記キャリアフィルムからの剥離と上記電極引出部が左右交互に積層体側面から露出する段部の形成とを同時に行う積層接着段部形成工程と、
得られた積層体を脱脂、焼成し一体の積層焼結体を得る積層体焼成工程と、
左右交互に露出する上記電極引出部と導通する一対の側面電極を形成する側面電極形成工程とを具備する積層型圧電素子の製造方法。
【請求項５】
上記積層接着段部形成工程において、上記電極引出部を露出せしむべく左右対称形状に打抜かれた上記単位ユニット層小片の側端面を左右交互にずらしながら積層する請求項４に記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項６】
上記積層接着段部形成工程において、トムソン型を用いて上記単位ユニット層を電極引出部側が張出した左右非対称の所定形状に打抜いて、上記電極引出部を露出せしむべく中心軸を合わせて積層する請求項４に記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項７】
上記積層接着段部形成工程において、上記電極引出部の側端縁の位置とこれに対向する単位ユニット層の側端縁の位置とにスリット刃を用いて一対の切条を穿設して、該切条と略直交方向の切条を穿設するトムソン型を用いて該トムソン型内で単位ユニット層の積層を行う請求項４に記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項８】
上記所定距離は、１０μｍ以上８０μｍ以下に設定する請求項４ないし６のいずれか１項に記載の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、圧電セラミック層と内部電極層とが交互に積層された積層型圧電素子ならびにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関に用いられる燃料噴射弁等の駆動源として、その応答性の速さから、逆圧電効果を利用した圧電素子を用いたピエゾアクチュエータの適用が提案されている。
特に、車両用ピエゾアクチュエータは、走行距離３０〜５０万ｋｍに相当する１０８回以上の繰り返し作動が要求され、これを保証する高い耐久性と信頼性が要求されている。
【０００３】
この様なピエゾアクチュエータに用いられる圧電素子としては、圧電セラミックの薄板を厚み方向の分極が一層毎に逆になるように圧電セラミック層と内部電極層とを交互に数十枚〜数百枚積層した積層型圧電素子が有望である。
【０００４】
本発明者等は、この様な極めて積層枚数の多い積層型圧電素子を安定して形成する製造方法として、特許文献１に示す、層間剥離が生じ難く、一体の焼結体をなす積層型圧電素子の大量生産に適したセラミック積層体の製造方法を提案した。
【０００５】
又、近年、自動車の燃料噴射において多段噴射が採用され、噴射回数は増加傾向に有り、燃料噴射弁に用いられる積層型圧電素子の更なる耐久性の向上、出力の向上、製造コストの削減が望まれている。
【０００６】
従来の積層型圧電素においては、圧電セラミック積層体と側面電極との接続は、圧電セラミック積層体の両側に形成された電極取出面を研削し、その面に銀ペーストを用いて側面電極を印刷形成した後に焼付けて電極取出部の側面と導通接続する方法（特許文献２参照）や、研削面に樹脂銀を塗布し、これに金属メッシュを埋め込み加熱硬化して電極取出部の側面と導通接続する方法等によって行われている。
【特許文献１】特開２００３−１７４２１０号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、電極取出面における内部電極層の膜厚は数μｍから１０μｍ程度であり、側面電極との接触面積は極めて狭く、十分な導電性と耐久性が得られない虞がある。又、圧電セラミック積層体の端面研削は焼成後に行われ、極めて硬いセラミックを研削するので長い研削時間を必要とし、研削廃液や洗浄廃液の処理なども必要である。この為、積層型圧電素子の製造コストの増大を招いている。
【０００８】
更に、従来の製造法では、研削工程中に発生する研削ストレスによって、圧電セラミック層と内部電極層との剥離を招いたり、圧電セラミック層に亀裂を生じたり等、積層型圧電素子の製造歩留まりの低下や信頼性の低下を招く虞もある。加えて、積層型圧電素子は通電開閉により伸縮し、電極取出面と側面電極との接続を剥離する方向の力が働き、長期の使用によって断線に至る虞も有る。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑み、内部電極層と側面電極との強固で確実な導通接続を可能とした信頼性の高い積層型圧電素子と、その製造工程において側面研削工程を廃した製造コストの低い製造方法との提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明では、圧電セラミック層の表面に内部電極層を印刷形成した単位ユニット層を繰り返し積層してなる積層型圧電素子において、上記単位ユニット層の側面を左右交互に外側に向かって突出せしめた段部を形成して、上記内部電極層の一部を延設した電極引出部を該段部の上端面に露出せしめる。
【００１１】
請求項１の発明によれば、電極引出部の印刷面が外部に露出しているので側面電極との接合が容易で、従来の電極の膜厚側面との接合に比べて遙かに接触面積が広くなり接触抵抗を小さくできる。従って、電極引出部と側面電極との確実な導通を確保できる。又、電極引出部と側面電極との密着強度も強くなり、極めて優れた耐久性が得られる。よって、積層型圧電素子の信頼性と耐久性の向上を図ることができる。
【００１２】
請求項２の発明では、上記電極引出部の印刷面に側面電極を導通せしめる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、積層型圧電素子への通電を開閉したときに逆圧電効果により発生する素子の伸縮方向に対して、垂直に側面電極が接合されているので、積層型圧電素子の伸縮により発生する応力によって側面電極と電極引出部との接合が剥離する虞がない。従って極めて信頼性の高い積層型圧電素子が実現できる。
【００１４】
具体的には、請求項３の発明のように、上記段部の側面方向への突出幅は、１０μｍ以上８０μｍ以下に設定する。
【００１５】
請求項３の発明によれば、十分な導通性を確保できるのに加えて、圧電セラミック積層体の全体形状を大きく変えることがないので従来の圧電セラミック積層体からの切換が容易であり、信頼性に優れた圧電セラミック積層体の実現性が極めて高い。
【００１６】
請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の積層型圧電素子の製造方法において、圧電セラミック粉末と結合材とを分散媒に分散したスラリーをキャリアフィルム上でシート状に塗工、乾燥して圧電セラミック層を構成するセラミックグリーンシート形成工程と、得られたセラミックグリーンシートの表面に内部電極層と該内部電極層の一部を側面方向に左右交互に所定距離だけ延設した電極引出部とを印刷、乾燥して単位ユニット層を形成する単位ユニット層形成工程と、得られた単位ユニット層の表面に接着層を印刷する接着層印刷工程と、上記接着層の未乾燥状態を維持しつつ、単位ユニット層を所定の形状に打抜いて単位ユニット層小片とする小片打抜き工程と、上記単位ユニット層小片の積層と上記接着層の粘着力による接着と上記キャリアフィルムからの剥離と上記電極引出部が左右交互に積層体側面から露出する段部の形成とを同時に行う積層接着段部形成工程と、得られた積層体を脱脂、焼成し一体の積層焼結体を得る積層体焼成工程と、左右交互に露出する上記電極引出部と導通する一対の側面電極を形成する側面電極形成工程とを具備する。
【００１７】
請求項４の発明によれば、内部電極層の電極引出部が側面に形成された段部に露出し、電極引出部と側面電極とが強固に接合され、耐久性に優れた積層型圧電素子を極めて容易に形成できる。又、従来のように電極引出部の側面を研削して接合面を平滑化しなくても、電極引出部の平滑な印刷面に側面電極を接合できるので、製造工程の大幅な簡略化が可能となり、導通信頼性の高い積層型圧電素子を低コストで実現できる。
【００１８】
より具体的には、請求項５の発明のように、上記積層接着段部形成工程において、上記電極引出部を露出せしむべく左右対称形状に打抜かれた上記単位ユニット層小片の側端面を左右交互にずらしながら積層しても良い。
【００１９】
請求項５の発明によれば、従来に比べて工程を増やすことなく、上記積層接着段部形成工程において、積層接着と同時に電極引出部を段部に露出させることができる。従って、側面電極との導通を確実なものとすることができ、極めて簡易な方法で信頼性の高い積層型圧電素子を実現できる。
【００２０】
又、請求項６の発明のように、上記積層接着段部形成工程において、トムソン型を用いて上記単位ユニット層を電極引出部側が張出した左右非対称の所定形状に打抜いて、上記電極引出部を露出せしむべく中心軸を合わせて積層しても良い。
【００２１】
請求項６の発明によれば、電極引出部と側面電極との確実な導通に加え、上記段部以外の外周縁が揃うので、圧電セラミック層の逆圧電効果を生じる部位が均一化され、更に導通信頼性の高い積層型圧電素子を実現できる。
【００２２】
請求項７の発明では、上記積層接着段部形成工程において、上記電極引出部の側端縁の位置とこれに対向する単位ユニット層の側端縁の位置とにスリット刃を用いて一対の切条を穿設して、該切条と略直交方向の切条を穿設するトムソン型を用いて該トムソン型内で単位ユニット層の積層を行う。
【００２３】
請求項７の発明によれば、予めスリット刃により、電極引出部側端縁とこれに対向する側端縁に切条を設けることにより、トムソン型で打抜いた時には、電極引出部は段部上面に露出し、電極取出部以外の外周形状は積層方向に対して揃った形状とすることができる。従って、耐久性に優れた積層型圧電素子を極めて容易に形成することができる。
【００２４】
更に、請求項８の発明のように、上記所定距離は、１０μｍ以上８０μｍ以下に設定するのが望ましい。
【００２５】
請求項８の発明によれば、従来の電極引出面を揃えた積層型圧電素子と比較して逆圧電効果を減ずることなく、電極引出部と側面電極との接合を強固なものとし、信頼性の高い積層型圧電素子の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の第１の実施形態における積層型圧電素子１の構成概要について図１を参照して説明する。
図１に示すように、積層型圧電素子１は、単位ユニット層１０ａと単位ユニット層１０ｂとが、接着層１３０ａ、１３０ｂを介して、厚み方向の分極が一層毎に逆になるように交互に数十層〜数百層積層されており、数層から数十層毎にスリット部１０ｃが形成されており、上端部、下端部には、それぞれ保護層２００ａ、２００ｂが形成されている。
【００２７】
単位ユニット層１０ａ、１０ｂは、薄板状に形成された圧電セラミック層１００ａ、１００ｂの表面に内部電極層１１０ａ、１１０ｂが形成されている。
更に単位ユニット層１０ａ、１０ｂの側端面には左右交互に側面方向に張り出す段部１０１ａ、１０１ｂが形成されている。
【００２８】
内部電極層１１０ａ、１１０ｂには、段部１０１ａ、１０１ｂの上端面に引き出された電極引出部１１１ａ、１１１ｂが形成されている。
尚、段部１０１ａ、１０１ｂは、所定距離ｄだけ側面方向に向かって突出しており、その上面に電極引出部１１１ａ、１１１ｂが露出している。
電極引出部１１１ａ、１１１ｂは、それぞれ側面電極３００ａ、３００ｂと露出面全体に渡って接続されている。
圧電セラミック層１００ａ、１００ｂと同質のスペーサ層１２０ａ、１２０ｂが電極引出部１１１ａ、１１ｂを除く内部電極層１１０ａ、１１０ｂの外周を覆うように内部電極層１１０ａ、１１０ｂと略同一膜厚で形成され、外部との絶縁性を確保している。
【００２９】
スリット層１０ｃは、圧電セラミック層１００ｃと焼成によって焼失した焼失層１４０と圧電セラミック層１００ｃと同質のダミー層１２０ｃが焼失層１４０と同一膜厚で形成されており、接着層１３０ｃを介して単位ユニット層１０ａと単位ユニット層１０ｃとの間に適宜形成され、伸縮時に積層型圧電素子１に働く応力の緩和を図っている。
【００３０】
尚、単位ユニット層１０ａ、１０ｂは、圧電セラミック層１００ａ、１００ｂと同質の接着層１３０ａ、１３０ｂを介して積層接着された後、焼成によって完全一体の積層型圧電素子１を形成している。
【００３１】
本実施形態によれば、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの印刷面が段部１０１ａ、１０１ｂの表面で外部に露出しているので側面電極３００ａ、３００ｂとの接合が容易で、従来の電極の膜厚側面との接合に比べて遙かに接触面積が広くなり接触抵抗を小さくできる。
従って、電極引出部１１１ａ、１１１ｂと側面電極３００ａ、３００ｂとの確実な導通を確保できる。又、電極引出部１１１ａ、１１１ｂと側面電極３００ａ、３００ｂとの密着強度も強くなり、極めて優れた耐久性が得られる。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態における積層型圧電素子１の焼成前の状態での構成を示す分解斜視図である。
単位ユニット層１０ａ、１０ｂは、両側縁に平端面を有した左右対称の略小判型に形成されており、段部１０１ａ、１０１ｂと電極引出部１１１ａ、１１１ｂとが左右交互に側面に張り出すように端縁を所定距離ｄだけずらして積層されている。
圧電セラミック層１００ａ、１００ｂは、左右対称の略小判型に形成されている。その表面には、略小判型の内部電極層１１０ａ、１１０ｂが、圧電セラミック層１００ａ、１００ｂの内側に向かって均等に控えた状態で形成されており、一方の側縁が左右交互に外側に向かって延設されて電極引出部１１１ａ、１１１ｂが形成されている。
内部電極層１１０ａ、１１０ｂの外周縁に沿ってスペーサ層１２０ａ、１２０ｂが略Ｃ字形に形成されている。
【００３３】
接着層１３０ａ、１３０ｂが、電極引出部１１１ａ、１１１ｂと電極引出部１１１ａ、１１１ｂの近傍のスペーサ層１２０ａ、１２０ｂの一部を除き、内部電極層１１０ａ、１１０ｂとスペーサ層１２０ａ、１２０ｂを覆うように略小判型に形成されている。
尚、本実施形態においては、単位ユニット層１０ａと単位ユニット層１０ｂとは、互いに左右対称をなす形状をしており、この端縁を左右交互にずらして積層しているので、単位ユニット層１０ａの外周縁と単位ユニット層１０ｂの外周縁とにも僅かに段差が生じるが、圧電素子としての影響は少ない。
【００３４】
図３に、本発明の第２の実施形態における積層型圧電素子１’の焼成前の状態での構成を示す分解斜視図である。
本実施形態においては、単位ユニット層１０ａ’、１０ｂ’を、電極引出部１１１ａ’、１１１ｂ’側が張り出した左右非対称の変形小判型形状としてある。  これらの中心軸を揃えて積層することにより、積層型圧電素子１’は、段部１１１ｂ’、１１１ａ’以外の外周縁が揃った略円柱状に形成されている。
この様な構成とすることにより、第１の実施形態と同様の電極引出部１１１ａ’、１１１ｂ’と側面電極３００ａ、３００ｂとの確実な導通効果に加えて、段部１０１ａ’、１０１ｂ’以外の外周縁の形状が揃うので、圧電セラミック層１００ａ’、１００ｂ’の逆圧電効果を生じる部位が均一化され、更に通信頼性の高い積層型圧電素子１’となる。
【００３５】
図４（ａ）は、本発明の第３の実施形態における積層型圧電素子の単位ユニット層１０ａ”、１０ｂ”とその積層状態を示す平面図並びに断面図である。
本実施形態においては、内部電極層１１０ａ”、１１０ｂ”が圧電セラミック層１００ａ”、１００ｂ”、１００ａ”’、１００ｂ”’の内側に控えておらず、スペーサ層１２０ａ”、１２０ｂ”、が電極引出部１１１ａ”、１１１ｂ”、に対向する側縁部にのみ設けられている点が第１の実施形態と相違する。
本実施形態において、単位ユニット層１０ａ”、１０ｂ”を左右対称の略小判型に形成し、端部をずらしながら積層した点は第１の実施形態と同様である。
【００３６】
図４（ｂ）は、本発明の第４の実施形態における積層型圧電素子の単位ユニット層１０ａ、”’１０ｂ”’とその積層状態を示す平面図並びに断面図である。
本実施形態においては、内部電極層１１０ａ”’、１１０ｂ”’が圧電セラミック層１００ａ”’、１００ｂ”’の内側に控えておらず、スペーサ層１１２０ａ”’、１２０ｂ”’が電極引出部１１１ａ”’、１１１ｂ”’に対向する側縁部にのみ設けられている点が第２の実施形態と相違する。
本実施形態において、単位ユニット層１０ａ”’、１０ｂ”’を電極取出部１１１ａ”’、１１１ｂ”’側に張り出した左右非対称の変形小判型に形成し、中心軸を揃えて積層した点は、第２の実施形態と同様である。
【００３７】
第３の実施形態及び第４の実施形態のような構成とすることで、第１の実施形態、第２の実施形態と同様に段部１０１ａ”、１０１ｂ”、１０１ａ”’、１０１ｂ”’の上端面に露出した電極引出部１１１ａ”、１１１ｂ”、１１１ａ”’、１１１ｂ”’と側面電極３００ａ、３００ｂとの導通接続を確実にし、耐久性を向上する効果に加えて、圧電セラミック層１００ａ”、１００ｂ”、１００ａ”’、１００ｂ”’の逆圧電効果を生じる面積を最大にすることができるので、出力向上の効果も期待できる。
但し、第３の実施形態、第４の実施形態においては、ピエゾアクチュエータとして積層型圧電素子１”、１”’をインジェクタに組み込むときには外周の絶縁性を確保するために、周囲を絶縁性材料で覆う必要がある。
【００３８】
図５（ａ）は、本発明の実施例１における電極引出部１１１ａ、段部１０１、側面電極３００ａの接合状態を示す拡大断面模式図と電極引出部１１１ａの側面電極３００ａとの接触表面積Ｓを示す斜視図である。
図５（ｂ）は、比較例１として、従来構造の積層型圧電素子の電極引出部の未研削品の状態を示す拡大断面模式図と側面電極３００ａ（ｘ）との接触表面積Ｓｘ１を示す斜視図である。
図５（ｃ）は、比較例２として、従来構造の積層型圧電素子の電極引出部の研削済品の状態を示す拡大断面模式図と側面電極３００ａ（ｘ）との接触表面積Ｓｘ２を示す斜視図である。
【００３９】
実施例１では、図５（ａ）に示すように、内部電極層１１０ａは、膜厚５μｍ（焼成後）に形成されている。電極引出部１１１ａは、膜厚５μｍ、幅５ｍｍ、引出長さ５０μｍ（焼成後）に形成されており、その表面積Ｓは、（５０＋５）×５×１０−３ｍｍ２程度となる。
比較例１では、（ｂ）に示すように、内部電極層１１０ａ（ｘ）は膜厚５μｍ（焼成後）に形成されており、その端部がおよそ５ｍｍの幅で、電極引出部１１１ａ（ｘ）として側面に露出している。しかし、表面が研削されていないので、側面電極３００ａ（ｘ）と接触可能な表面積Ｓｘ１は、５×５×１０−３ｍｍ２よりも小さい値となる。
又、比較例２においては、（ｃ）に示すように、電極取出面が平滑に研削されているので、側面電極３００ａ（ｘ）と接触可能な表面積Ｓｘ２は、５×５×１０−３ｍｍ２程度となる。
従って、本実施形態においては、電極引出部１１１ａと側面電極３００との接触表面積Ｓは従来構造の場合の１０倍以上となっている。従って、電極引出部１１１ａと側面電極３００との接触抵抗が小さくなる上に、密着強度が強固となると期待できる。
又、図５（ａ）に示すように、側面電極３００ａの一部が、複数の単位ユニット層１０ａの段部１０１ａの間に挟まれるので、くさび効果によって密着強度が更に強くなると期待できる。
更に、積層型圧電素子１への通電を開閉したときに逆圧電効果により発生する素子の伸縮方向に対して、水平方向と垂直方向との両方に側面電極３００ａ、３００ｂが接合されているので、積層型圧電素子１の伸縮により発生する応力によって側面電極３００ａ、３００ｂと電極引出部１１１ａ、１１１ｂとの接合が剥離する虞がない。従って極めて信頼性の高い積層型圧電素子１が実現できる。
尚、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの引出長さは、５０μｍに限定するものではなく、１０μｍから８０μｍの範囲で適宜変更可能である。この範囲で電極引出部１１１ａ、１１１ｂを形成すれば、側面電極３００ａ、３００ｂと接合される表面積は、従来の３倍から１７倍となり、本発明の効果が充分発揮される。
又、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの引き出し寸法が１０μｍより小さい場合には、積層時の位置ズレ等によって、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの印刷面が段部１０１ａ、１０１ｂの上面に露出しない虞があり、また、８０μｍより大きい場合には、アクチュエータとして組み込む際に、他の部品の設計変更が必要となる虞も有る。
【００４０】
図６を参照して本発明の効果を説明する。
図６（ａ）は、本発明の効果として、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの抵抗値バラツキを示す特性図、（ｂ）は、比較例１として、従来構造の積層型圧電素子の未研削状態における電極取出面１１１ａ（ｘ）の抵抗値バラツキを示す特性図、（ｃ）は比較例２として従来構造の積層型圧電素子の研削済品における電極取出面１１１ａ（ｘ）の抵抗値バラツキを示す特性図である。
図６（ａ）に示すように、実施例１においては、電極引出部１１１ａ、１１１ｂにおける抵抗値の平均値は０．６Ω程度と低く、また抵抗値バラツキも狭い。電極引出部１１１ａ、１１１ｂの表面積が広く、膜厚表面の凹凸が無視できる為と推察される。
（ｂ）に示すように、比較例１では、抵抗値の平均値は３Ω程度と大きく、又抵抗値バラツキも広く、再現性が乏しい。未研削状態では、電極引出部端面の凹凸によって接触抵抗が大きいためと推察される、
（ｃ）に示すように、比較例２では、抵抗値の平均値は、０．９Ω程度と低く、抵抗値バラツキも狭い。
従って、従来構造の積層型圧電素子１（ｘ）においては、電極引出部１１１ａ（ｘ）、１１１ｂ（ｘ）の側面を研削して接合面を平滑化しなければ安定した導通が確保できない虞がある。
一方、実施例１では、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの側面を研削せずとも、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの平滑な印刷面に側面電極３００ａ、３００ｂを容易に接合できるので、製造工程の大幅な簡略化が可能となり、導通信頼性の高い積層型圧電素子１を低コストで製造可能であると期待できる。
【００４１】
図７に（ａ）〜（ｅ）の順を追って、本発明の第１の実施形態における積層型圧電素子１の製造工程概要を示す。尚、本説明において示す数値は、焼成後の寸法を基準としており、焼成前の各工程においては、収縮率を考慮した所定の寸法に適宜修正されている。
例えば、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等の圧電セラミック粉末とＤＢＰ、ＰＶＢ等の結合材とをトルエン、エタノール、ＭＥＫ等の分散媒に分散したスラリーをキャリアフィルム４００上でシート状に塗工、乾燥する図略のドクターブレード法等により圧電セラミック層を構成するセラミックグリーンシート１００を形成する。
尚、セラミックグリーンシート１００は、９０μｍ程度の板厚に形成されており、工程の移動はキャリアフィルム４００に貼付した状態のままで行う。
【００４２】
次いで、（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート１００の表面に例えば、Ａｇ、Ｐｄペースト又はＡｇ、ＰｄとＰＺＴとの混合ペースト等の導体ペーストを用いて、略小判型状の内部電極層１１０ａ、１１０ｂと該内部電極層１１０ａ、１１０ｂの一部を側面方向に左右交互に所定距離だけ延設した電極引出部１１１ａ、１１１ｂとを印刷、乾燥する。
尚、内部電極層１１０ａ、１１０ｂはφ６ｍｍ×５ｍｍ×５μｍの略小判型に形成され、電極引出部１１１ａ、１１１ｂは５ｍｍ×５０μｍ×５μｍに形成されている。
又、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの引出距離ｄは、１０μｍから８０μｍの範囲で形成するのが好ましい。
このとき、一定形状に切り出したグリーンシート１００上でφ９．５ｍｍ×８ｍｍの単位ユニット層１０ａ、１０ｂが数百個形成できるように、複数の内部電極層１１０ａと内部電極層１１０ｂとを交互に配設して印刷することにより、１枚のグリーンシートシート１００で１個の積層型圧電素子１の完成品を作ることができる。
【００４３】
次いで、（ｂ）に示すように、内部電極層１１０ａ、１１０ｂの外周縁を覆うように、内部電極層１１０ａ、１１０ｂと同一膜厚で、電極引出部１１１ａ、１１１ｂの形成された部分を切り欠いた略Ｃ字形（外径φ９．５ｍｍ×内径φ６ｍｍのスペーサ層１２０ａ、１２０ｂを印刷、乾燥する。スペーサ層１２０ａ、１２０ｂは、焼成後に圧電セラミック層１００と同材質となる圧電セラミックペーストが用いられる。
【００４４】
次いで、（ｃ）に示すように、電極引出部１１１ａ、１１１ｂを除き、内部電極層１１０ａ、１１０ｂとスペーサ層１２０ａ、１２０ｂとを覆うように接着層１３０ａ、１３０ｂを印刷する。
接着層１３０ａ、１３０ｂには、焼成後に圧電セラミック層１００と同材質となる、圧電セラミック材料と粘着性を持つ結合材とをテレピン油等の揮発性の低い分散媒に分散して、適度な流動性と粘着性を備えた接着層ペーストが用いられる。
【００４５】
次いで、接着層１３０ａ、１３０ｂの未乾燥状態を維持したまま、（ｄ）に示すように、φ９．５ｍｍ×８ｍｍの断面小判型の単位ユニット層１０ａ、１０ｂを切り出すようにトムソン型５００を用いて、圧電セラミック層１００に切れ目を入れる。以上により、小片状の単位ユニット層１０ａ、１０ｂが形成される。
【００４６】
次いで、（ｅ）に示すように、保護層２００ａとして別途用意したアルミナ等の絶縁材料からなる絶縁セラミックシートを、予め積層装置６００に吸引固定しておき、積層装置６００を下降させ、保護層２００ａの下端面を単位ユニット層１０ａに近づけ、単位ユニット層１０ａの表面に形成された接着層１３０ａと密着させ、積層装置６００を上昇させ、単位ユニット層１０ａをキャリアフィルム４００から剥離する。この時、単位ユニット層１０ａの端縁と保護層２００ａの端縁とをずらして積層し、電極取出部１１１ａを側面方向に露出させる。
【００４７】
次いで、保護層２００ａと単位ユニット層１０ａとが密着した状態で、積層装置６００を下降させ、単位ユニット層１０ａの下端面を単位ユニット層１０ｂに近づけ、単位ユニット層１０ｂの表面に形成された接着層１３０ｂと密着させ、積層装置６００を上昇させ、単位ユニット層１０ｂをキャリアフィルム４００から剥離する。この時、単位ユニット層１０ａの端面と単位ユニット層１０ｂの端縁とをずらして積層し、電極取出部１１１ｂが電極取出部１１１ａと対向する側面側に露出させる。
【００４８】
これを所定の積層枚数となるまで繰り返して、単位ユニット層１０ａと単位ユニット層１０ｂとが繰り返し積層され、電極取出部１１１ａと、電極取出部１１１ｂとが左右交互に側面に露出した圧電セラミック積層体が形成される。
所定積層枚数となったら、圧電セラミック積層体の下端面を予め接着層１２０を印刷した保護層２００ｂと密着させる。
以上により、単位ユニット層１０ａ、１０ｂの積層と接着層１３０ａ、１３０ｂの粘着力による接着とキャリアフィルム４００からの剥離と電極引出部１１１ａ、１１１ｂが左右交互に圧電セラミック積層体の側面から露出する段部１０１ａ、１０１ｂの形成とを同時に行う積層接着段部形成工程が完了する。
【００４９】
尚、積層装置６００は、上下に駆動する吸引部６１０と前後左右に駆動する図略のアライメント部とからなり、単位ユニット層１０ａ、１０ｂ、スリット層１０ｃの積層を１０μｍ以内の位置精度で制御可能となっている。
【００５０】
尚、圧電セラミック層１００の表面に、スペーサ層１２０ａ、１２０ｂと同ペーストを用いて略小判型のダミー層１２０ｃを印刷形成し、ダミー層１２０ｃの外周を覆う様に、焼成によって焼失するカーボン等を分散させた焼失ペーストを用いて焼失層１４０を印刷形成し、表面を接着層１３０ｃで覆ったスリット層１０ｃを、ユニット層１０ａ、１０ｂの間に適宜挿入してある。
【００５１】
得られた積層体を図略の脱脂炉によって脱脂し、更に焼成炉によって焼成すると接着層１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、圧電セラミック層１００ａ、１００ｂ、１００ｃと完全一体となり、内部電極層１１０ａ、１１０ｂと圧電セラミック層１００ａ、１００ｂとが交互に繰り返し積層され、段部１０１ａ、１０１ｂ、電極引出部１１１ａ、１１１ｂが左右交互に露出した圧電セラミック積層焼結体を得る。
【００５２】
次いで、電極引出部１１１ａ、１１１ｂと導通する一対の側面電極３００ａ、３００ｂを印刷乾燥すれば、積層型圧電素子１が完成する。
側面電極３００ａ、３００ｂは、Ａｇペーストを用いて印刷、乾燥した後、焼き付け、これに樹脂銀を印刷し、更に金属メッシュを樹脂銀に埋設した後、加熱硬化してある。
尚、上記工程と同様の工程により、本発明の第３の実施形態における積層型圧電素子１”を形成することもできる。
【００５３】
更に、上記工程において、トムソン型５００を本発明の第２の実施形態および第４の実施形態における電極引出部１１１ａ’、１１１ｂ’、１１１ａ”’、１１１ｂ”’側が張出した単位ユニット層１０ａ’、１０ｂ’、１０ａ”’、１０ｂ”’の所定形状に合わせた左右非対称形状のトムソン型５００ａ、５００ｂを用いることによって、積層装置６００において、中心軸を合わせて積層して、本発明の第２の実施形態における積層型圧電素子１’並びに第４の実施形態における積層型圧電素子１”’を形成することもできる。
以上により、電極引出部１１１ａ’、１１１ｂ’、１１１ａ”’、１１１ｂ”’と側面電極３００ａ’、３００ｂ’、３００ａ”’、３００ｂ”’との確実な導通に加え、段部１０１ａ’、１０１ｂ’、１０１ａ”’、１０１ｂ”’以外の外周縁の形状が揃うので、圧電セラミック層１００ａ’、１００ｂ’、１００ａ”’、１００ｂ”’の逆圧電効果を生じる部位が均一化され、更に通信頼性の高い積層型圧電素子１’、１”’を実現できる。
【００５４】
図８に、本発明の第２の実施形態における積層型圧電素子１’及び第４の実施形態における積層型圧電素子１”’の製造に適用できる上記工程とは異なる製造方法の要部を（ａ）から（ｄ）の順をおって示す。
尚、（ａ）、（ｃ）は断面図、（ｂ）、（ｄ）はそれぞれの平面図である。
尚、本実施形態においても、圧電セラミック層となるグリーンシート１００の成形から、接着層１３０ａ’、１３０ｂ’までは、印刷する内部電極層１１０ａ’、１１０ｂ’等の形状的な差異のみで上述の工程と同様である。
【００５５】
先ず、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、予めスリット刃５００ａ’、５００ｂ’により、電極引出部１１１ａ’、１１１ｂ’側端縁とこれに対向する側端縁に一対の切条５０１ａ’、５０１ｂ’を設ける。
トムソン型５００ｃは、筒状で、先端の切断部には、ユニット層１０ａ’、１０ｂ’の側面となる部分が、１層の厚み分だけ切り欠かれ、切条５０１ａ’、５０１ｂ’と略直交する方向にのみ一対の円弧状の切断刃が形成されている。
トムソン型５００ｃ内には、予め保護層２００ａとなる絶縁セラミックシートを打抜いて収納しておく。
【００５６】
次いで、（ｃ）、（ｄ）に示すように、ムソン型５００ｃを近づけ、切条５０１ａ’、が穿設された単位ユニット層１０ａ’を打抜くと、単位ユニット層１０ａ’は全周が切り取られ、接着層１３０ａによって、保護層２００ａの下面に密着し、トムソン型５００ｃを引き上げると単位ユニット層１０ａ’がキャリアフィルム４００から剥離され、保護層２００ａと積層状態でトムソン型５００ｃ内に収納される。この時、電極引出部１１１ａ’は、保護層２００ａの側面端部から露出している。
【００５７】
更に、この状態で、トムソン型５００ｃを単位ユニット層１０ｂ’に近づけ、セラミックグリーンシート１００を打抜くと、単位ユニット層１０ａ’の下面が接着層１３０ｂ’に密着し、トムソン型５００ｃを引き上げると、単位ユニット層１０ｂ’がキャリアフィルム４００から剥離され、単位ユニット層１０ａと積層状態となる。この時、電極引出部１１１ｂ’は、単位ユニット層１０ａ’の側面端部から露出している。
【００５８】
これを所定の積層枚数となるまで繰り返した後、接着層１３０を印刷形成した保護層２００ｂを打抜くと、電極引出部１１１ａ’、１１１ｂ’は段部１０１ａ’、１０１ｂ’上面に露出し、電極取出部１１１ａ’、１１１ｂ’以外の外周形状は積層方向に対して揃った形状となった圧電セラミック積層体を形成することができる。
尚、上述の製造方法と同様、スリット層１０ｃを適宜挿入することも可能である。
以下、上述の製造方法と同様に、脱脂、焼成後に、側面電極層３００ａ’、３００ｂ’を形成すれば、本発明の第２の実施形態における積層型圧電素子１’が完成する。
又、本製造方法において、本発明の第４の実施形態における積層型圧電素子１”’も同様に形成することができる。
本製造方法によれば、耐久性に優れた積層型圧電素子を極めて容易に形成することができる。
【００５９】
図９（ａ）は、従来の工程概要フローチャート、（ｂ）は、本発明の工程概要フローチャートを示す。本発明によれば、側面の研削工程を省略することが可能となり、製造コストの削減が可能となる。
【００６０】
尚、本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態においては、自動車用燃料噴射弁に用いられる積層型圧電素子について説明したので、素子としては略円柱状の形状が望ましく、略小判型の単位ユニット層を積層したものであるが、このような形状に限定するものではなく、角柱状に形成した場合であっても同様の効果が期待できる。
更に、上記実施形態において示した、側面段部の突出寸法ｄ以外の内部電極層、単位ユニット層等の寸法は、例示したものであり数値限定を示すものではない。
又、本発明は特に積層型圧電素子の耐久性に優れた効果を発揮するものであるが、本発明の製造方法は、内部電極層とセラミック層とが交互に繰り返し積層されるセラミック積層体であれば、積層コンデンサ等の製造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態における積層型圧電素子の概要を示す断面模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態における積層型圧電素子の詳細を示す分解斜視図。
【図３】本発明の第２の実施形態における積層型圧電素子の詳細を示す分解斜視図。
【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施形態における積層型圧電素子の要部断面図と、その平面図、（ｂ）は、第４の実施形態における積層型圧電素子の要部断面図と、その平面図。
【図５】（ａ）は、実施例１の要部拡大断面図、（ｂ）は、比較例１の要部拡大断面図、（ｃ）は、比較例２の要部拡大断面図。
【図６】積層型圧電素子の電極引出部における抵抗値測定結果を示し、（ａ）は、実施例１の効果を示す特性図、（ｂ）は比較例１の特性図、（ｃ）は比較例２の特性図。
【図７】本発明の第１の実施形態における積層型圧電素子の製造工程概要を（ａ）から（ｅ）の順を追って示す断面模式図。
【図８】本発明の第２の実施形態における積層型圧電素子の製造工程要部概要を示し、（ａ）、（ｃ）は、断面模式図、（ｂ）、（ｄ）はそれぞれの平面図。
【図９】本発明の効果を比較例と共に示し、（ａ）は、従来の工程概要フローチャート、（ｂ）は、本発明の工程概要フローチャート。
【符号の説明】
【００６２】
１  積層型圧電素子
１０ａ、１０ｂ  単位ユニット層
１００ａ、１００ｂ  圧電セラミック層
１０１ａ、１０１ｂ  段部
１０２ａ、１０２ｂ  段部上端面
１１０ａ、１１０ｂ  内部電極層
１１１ａ、１１１ｂ  電極引出部
１２０ａ、１２０ｂ  接着層
【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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