積層型圧電体素子及びその製造方法
【課題】容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極を設けた積層型圧電体素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】積層型圧電体素子１は、圧電材料よりなる圧電層２０と導電性を有する内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０と、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に導電性接着剤３３を介して接合された電極供給用の取り出し電極３４とを有している。また、取り出し電極３４は、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈し、貫通穴に導電性接着剤３３を侵入させている。取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴に進入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。
【解決手段】積層型圧電体素子１は、圧電材料よりなる圧電層２０と導電性を有する内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０と、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に導電性接着剤３３を介して接合された電極供給用の取り出し電極３４とを有している。また、取り出し電極３４は、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈し、貫通穴に導電性接着剤３３を侵入させている。取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴に進入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧電アクチュエータ等に適用される積層型圧電体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型圧電体素子は、一般的に圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有し、このセラミック積層体の側面には、一層おきの内部電極層とそれぞれ電気的に接続された一対の側面電極を有している。そして、各側面電極とそれぞれ電気的に接続された一対の取り出し電極間に印加される駆動電圧により圧電変位を生じるように構成されている。
【０００３】
ところが、このような積層型圧電体素子には、駆動時に生じる圧電層の変位によって取り出し電極の接合部位に応力が付与され、当該接合部位に位置する導電性接着剤にクラックが生じたり、取り出し電極がセラミック積層体の側面から剥離する等の不具合の発生及びそれによる信頼性の低下といった問題がある。
【０００４】
従来、上記に示される問題を解決すべく、積層型圧電体素子の取り出し電極構造として、例えば特許文献１〜特許文献３が開示されている。
上記文献に示される取り出し電極構造は、取り出し電極とセラミック積層体側面とを部分的に接合するものや、導電性接着剤等を用いて接着させるものがある。これにより、圧電層の変位に対して取り出し電極の弾性変形が容易となる。しかしながら、上記の構造では、取り出し電極の接合強度及び接着強度は充分に得られない。そのため、圧電層の変位によって取り出し電極の接合部位に生じる応力により、取り出し電極が剥離する等の問題を確実に解消することは困難である。
【０００５】
一方、取り出し電極の接合強度又は接着強度を充分に確保するために、取り出し電極を側面電極等に完全に埋設することも考えられる。しかし、この場合には、圧電層の変位に対して容易に弾性変形することが困難となり、取り出し電極の接合部位に生じる応力がより大きくなる。そのため、この場合にも、取り出し電極の接合部位でのクラック発生等を確実に防止することは困難である。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２５１１８５号公報
【特許文献２】特開平４−１６７５７９号公報
【特許文献３】特開平１０−２２９２２７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たもので、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極を設けた積層型圧電体素子及びその製造方法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】
【０００８】
第１の発明は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子において、
上記取り出し電極は、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈していると共に、上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させており、
上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に侵入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さいことを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の積層型圧電体素子は、上記取り出し電極が、多数の上記貫通穴を有するメッシュ形状を呈していると共に、上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させている。また、上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に進入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さい。
これにより、上記取り出し電極は、上記圧電層の変位に対して容易に弾性変形することができ、かつ上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を確保することができる。
この理由は、次のように考えることができる。
【００１０】
即ち、上記取り出し電極は、上記のごとくメッシュ形状を呈し、ある程度変位可能であり、長手方向に伸長する際には幅方向に収縮するという特性を有している。このような上記取り出し電極を上記導電性接着剤により強く拘束しすぎると両者の間に生じる応力が大きくなり、上述したクラック等の問題を解消することができない。
これに対し、本発明では、上記取り出し電極の上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させて固定するものの、両者の接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に侵入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さいという構造を確保している。
【００１１】
これにより、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を確保しながら、上記導電性接着剤に埋設される部分を少なくすることで拘束しすぎることを防止する。それ故、上記圧電層の変位によって生じる応力を緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。
【００１２】
このように、本発明の積層型圧電体素子は、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極を設けたものとなる。
【００１３】
第２の発明は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子を製造する方法において、
上記圧電層と上記内部電極層とを交互に積層してなる上記セラミック積層体を形成する積層体形成工程と、
上記セラミック積層体の側面に、上記取り出し電極の厚みよりも薄く上記導電性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
上記導電性接着剤の表面に、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈する上記取り出し電極を配置し、その表面から押圧部材により上記取り出し電極を押圧した状態で上記導電性接着剤を硬化させることにより、上記押圧部材の当接部に、上記取り出し電極の上記貫通穴を貫通して該取り出し電極の表面側を露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成する取り出し電極配置工程とを有することを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法にある（請求項８）。
【００１４】
本発明の製造方法は、上記積層体形成工程と、上記接着剤塗布工程とを施した後、上記取り出し電極配置工程を実施する。
上記取り出し電極工程では、上記導電性接着剤の表面に、多数の上記貫通穴を有するメッシュ形状を呈する上記取り出し電極を配置する。そして、その表面から上記押圧部材により上記取り出し電極を押圧した状態で上記導電性接着剤を硬化させる。これにより、上記押圧部材の当接部に、上記取り出し電極の上記貫通穴を貫通して該取り出し電極の表面側を露出する上記露出面を有する上記貫通露出部を１又は複数形成する。
【００１５】
即ち、上記取り出し電極配置工程では、上記貫通露出部を形成する部分に上記押圧部材を当接させて押圧する。この押圧時のわずかな変形等によって、上記押圧部材周辺に上記導電性接着剤が付着した状態となる。そして、この状態を維持したまま上記導電性接着剤を硬化するため、上記押圧部材を除去した後、上記貫通露出部が形成される。
一方、上記取り出し電極の厚みは、上記導電性接着剤よりも薄いので、上記押圧部材を当接させない領域において、上記導電性接着剤は上記取り出し電極を貫通しないで硬化する。
【００１６】
このような上記貫通露出部を１又は複数設けることにより、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を確保しながら、上記導電性接着剤に埋設される部分を少なくすることで拘束しすぎることを防止する。それ故、上記圧電層の変位によって生じる応力を緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。
【００１７】
このように、本発明の製造方法によって得られる積層型圧電体素子は、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極を設けたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記第１の発明の積層型圧電体素子において、上記貫通穴に進入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さい領域は、上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０〜９５％の範囲内であることが好ましい。
上記面積が５０％より小さい場合、上記取り出し電極は、上記圧電層の変位に対して容易に弾性変形することが困難となるおそれがある。また、上記面積が９５％より大きい場合、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を得ることができないおそれがある。
【００１９】
また、上記取り出し電極としては、多数の上記貫通穴を有するものであれば種々のものを適用できる。例えば、いわゆるエキスパンダメタル、パンチングメタル等の金属板を加工したものを用いることができる。また、素材としては、ステンレス鋼、銅、鉄−ニッケル合金等を用いることができる。また、上記取り出し電極の寸法としては、長さが積層素子長さの５〜１００％、幅が積層素子幅の５〜１００％、厚みが５０〜５００μｍの範囲であることが好ましい。この場合には、通常用いられるサイズの圧電アクチュエータ等に適用することができる。
【００２０】
また、上記圧電層は、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3系のペロブスカイト構造の酸化物であるジルコン酸チタン酸鉛よりなることが好ましい。ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）は、優れた圧電特性を有しており、上記積層型圧電体素子の特性を非常に優れたものとすることができる。なお、鉛を含まない鉛フリーの圧電セラミックスを適用することも環境上好ましい。
【００２１】
また、上記セラミック積層体は、最終的に得ようとする積層数よりも少ない数の圧電層を積層してなる圧電ユニットごとに焼成し、それらを接着させたユニットタイプでもよいし、予め必要な数だけ圧電層を積層してから一体的に焼成した一体焼成タイプでもよい。
また、上記セラミック積層体は、部分電極構造でもよいし、全面電極構造でもよい。
また、上記セラミック積層体の側面に側面電極を設け、該側面電極に上記導電性接着剤を介して上記取り出し電極を接合することも可能である。この場合には、より高い導電性を確保することができる。
【００２２】
また、上記導電性接着剤は、上記貫通穴を貫通して上記取り出し電極の表面側に露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成していることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記貫通露出部の存在により、上記導電性接着剤と上記取り出し電極との密着性が向上し、剥離等がより生じにくくなる。
【００２３】
また、上記貫通露出部は、上記露出面が点状形状を呈しており、複数箇所に点在して配置されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記貫通露出部の配置、数等を調整することにより、比較的容易に接合強度等を最適化させることができる。
さらに、上記貫通露出部は、均一に分布されていることが好ましい。この場合には、上記取り出し電極が上記圧電層の変位に対して不均一に弾性変形することを抑制し、クラック・剥離等の防止効果をさらに高めることができる。
【００２４】
また、上記貫通露出部の上記各露出面の大きさは、２×１０-3〜１３ｍｍ2の範囲にあることが好ましい（請求項４）。
上記各露出面の大きさが２×１０-3ｍｍ2より小さい場合、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を得ることができないおそれがある。また、上記各露出面の大きさが１３ｍｍ2より大きい場合、上記取り出し電極は、上記圧電層の変位に対して容易に弾性変形することが困難となるおそれがある。
【００２５】
また、上記貫通露出部は、上記露出面の形状が、連続的又は断続的な直線又は曲線状を呈していることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記貫通露出部を設けたことによる効果を得ることができる。
【００２６】
また、上記貫通露出部は、上記露出面の少なくとも一部が上記取り出し電極の表面から突出しており、その突出量が０．０１〜０．３ｍｍの範囲にあることが好ましい（請求項６）。
上記突出量が０．０１ｍｍより小さい場合、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を得ることができないおそれがある。また、上記突出量が０．３ｍｍより大きい場合、上記突出量が絶縁樹脂の厚みを超えてしまい、外部に対して充分な絶縁性を確保することができない。
【００２７】
また、上記積層型圧電体素子は、インジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電アクチュエータであることが好ましい（請求項７）。
上記インジェクタは、高温雰囲気下という過酷な状態で使用される。そのため、上記の優れた積層型圧電体素子をアクチュエータとして用いることにより、耐久性を向上させることができ、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。
【００２８】
上記第２の発明の製造方法において、上記押圧部材は、上記取り出し電極に当接するピン部と、該ピン部を前進方向に付勢するスプリングとを有してなり、上記ピン部を上記取り出し電極に当接させた際に上記スプリングの付勢力に抗して上記ピン部が後退可能に構成されていることが好ましい（請求項９）。この場合には、上記貫通露出部を正確に配置することができる。また、上記押圧部材の先端形状、荷重等を調整することによって、上記貫通露出部の形状、突出量、上記露出面の大きさ等を制御することができる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる積層型圧電体素子及びその製造方法につき、図１〜図６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、圧電材料よりなる圧電層２０と導電性を有する内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０と、セラミック積層体１０の側面に導電性接着剤３３を介して接合された電力供給用の取り出し電極３４とを有している。
【００３０】
また、取り出し電極３４は、多数の貫通穴３４１を有するメッシュ形状を呈していると共に、貫通穴３４１（図１、図６において図示略）に導電性接着剤３３を侵入させている。そして、取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に進入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。
以下、これを詳説する。
【００３１】
本例の積層型圧電体素子１は、図１、図２に示すごとく、圧電材料よりなる圧電層２０と導電性を有する内部電極層２１、２２とを交互に積層してなる圧電ユニット２をシリコーン樹脂よりなる接着剤１１によって積層接着し、セラミック積層体１０を形成している。
また、セラミック積層体１０は、側面１０１に設けられた第１側面電極３１と、側面１０２に設けられた第２側面電極３２とを有している。また、第１側面電極３１に導通する第１内部電極層２１と、第２側面電極３２に導通する第２内部電極層２２とを交互に配置してなる。側面電極３１、３２は、圧電ユニット２の側面に予め設けたものである。
【００３２】
また、同図に示すごとく、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、第２内部電極層２２の端部を露出しない。一方、第２側面電極３２を設けた側面１０２には、第１内部電極層２１の端部を露出しない。すなわち、本例のセラミック積層体１０は、部分電極構造を有している。
また、第１側面電極３１及び第２側面電極３２には、導電性接着剤３３を介して取り出し電極３４が接着されている。なお、側面電極３１、３２を設けずに、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に導電性接着剤３３を介して取り出し電極３４を接合することも可能である。
【００３３】
また、同図に示すごとく、導電性接着剤３３は、メッシュ形状を呈した取り出し電極３４の貫通穴３４１を貫通し、取り出し電極３４の表面側に露出する露出面３３２を有する貫通露出部３３１を形成している。
本例の貫通露出部３３１は、円柱形状であり、露出面３３２が円形の点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に等間隔で一列に配置されている。
【００３４】
また、取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に侵入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。すなわち、上記に示される領域には、貫通露出部３３１が形成されていない。
また、セラミック積層体１０の側面全周は、取り出し電極３４と貫通露出部３３１を覆うように絶縁樹脂であるシリコーン樹脂からなるモールド材３５（図２では図示略）が設けてある。
【００３５】
また、本例の内部電極層２１、２２は、導電ペースト２１０、２２０を焼結して形成される。導電ペースト２１０、２２０は、Ａｇ（銀）とＰｄ（パラジウム）とを含有したものである。なお、内部電極層２１、２２としては、Ｃｕ（銅）を主体とする材料に変更することも可能である。
また、側面電極３１、３２は、導電ペースト３１０、３２０を焼結して形成される。導電ペースト３１０、３２０は、Ａｇとガラスフリットとを含有したものである。
また、導電性接着剤３３は、Ａｇフィラーをエポキシ樹脂中に含有させたものである。
【００３６】
次に、上記積層型圧電体素子１の製造方法について説明する。
本例の積層型圧電体素子１を製造するに当たっては、少なくとも積層体形成工程と、接着剤塗布工程と、取り出し電極工程とを行う。
上記積層体形成工程は、圧電層２０と内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０を形成する工程である。
上記接着剤塗布工程は、セラミック積層体１０の側面に、取り出し電極３４の厚みよりも薄く導電性接着剤３３を塗布する工程である。
【００３７】
上記取り出し電極配置工程は、導電性接着剤３３の表面に、多数の貫通穴３４１を有するメッシュ形状を呈する取り出し電極３４を配置する。そして、その表面から押圧部材により取り出し電極３４を押圧した状態で導電性接着剤３３を硬化させる。これにより、押圧部材の当接部に、取り出し電極３４の貫通穴３４１を貫通して取り出し電極３４の表面側を露出する露出面を有する貫通露出部３３１を１又は複数形成する工程である。
【００３８】
まず、圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）粉末を準備し、８００〜９５０℃で仮焼した。次に、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した。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した。その後、上記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。
【００３９】
そして、図３（ａ）に示すごとく、上記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２００に成形した。得られたグリーンシート２００は、切断機により切断し、四角形にした。なお、得ようとする積層型圧電体素子の形状に応じて、形状を変更することもできる。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に示すごとく、グリーンシート２００の表面にＡｇとＰｄとを含有する導電ペースト２１０、２２０をスクリーン印刷した。なお、内部電極層２１、２２を形成しない控え部２１９、２２９には印刷しない。そして、図３（ｃ）に示すごとく、印刷済みのシート２０枚を積層圧着し、焼成した。このようにして、図３（ｄ）に示すごとく、圧電層２０と内部電極層２１、２２とを交互に積層してなる圧電ユニット２を得た。
【００４１】
次に、図４（ａ）に示すごとく、圧電ユニット２の側面１０１、１０２にＡｇとガラスフリットとを含有させた導電ペースト３１０、３２０をスクリーン印刷した。その印刷面を治具によって挟持し、荷重を印加した加圧状態で加熱した。加熱終了後、冷却することによって導電ペーストを焼結させた状態とし、側面１０１、１０２にそれぞれ第１側面電極３１、第２側面電極３２を形成した。
【００４２】
そして、図４（ｂ）に示すごとく、側面電極３１、３２を設けた２５個の圧電ユニット２を接着剤１１によって接着した。得られた積層体を積層方向の両端から荷重を加え加熱硬化して、圧電ユニット２を一体化した。このようにして、図５に示すごとく、側面電極３１、３２を設けたセラミック積層体１０を得た。
【００４３】
次に、図６（ａ）に示すごとく、側面電極３１、３２上にＡｇフィラーをエポキシ樹脂中に含有させた導電性接着剤３３をメタルマスク印刷した。そして、図６（ｂ）に示すごとく、ステンレス鋼製のエキスパンダメタルよりなり、厚み方向に多数の貫通穴３４１を有し、長さ４０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み１５０μｍの取り出し電極３４を導電性接着剤３３上に配置した。
【００４４】
さらに、図６（ｃ）に示すごとく、取り出し電極３４を押圧部材（図示略）のピン部４１で固定した状態で導電性接着剤３３を加熱硬化した。
ここで、上記押圧部材は、ピン部４１と、ピン部４１を前進方向に付勢するスプリング４２とを有してなり、ピン部４１を取り出し電極に当接させた際にスプリング４２の付勢力に抗してピン部４１が後退可能に構成されている。
【００４５】
その後、押圧部材のピン部４１を取り除くと、図６（ｄ）に示すごとく、導電性接着剤３３は貫通穴３４１を貫通し、取り出し電極３４の表面側に露出した露出面３３２を有する貫通露出部３３１が形成された。各露出面３３２の面積は０．８ｍｍ2であり、貫通露出部３３１の突出量は０．０２ｍｍである。
最後に、モールド材３５をセラミック積層体１０の側面全周にディスペンス法で塗布し、加熱硬化してユニット式の積層型圧電体素子１を得た。
【００４６】
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は、取り出し電極３４が、多数の貫通穴３４１を有するメッシュ形状を呈していると共に、貫通穴３４１に導電性接着剤３３を侵入させている。また、取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に進入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。
【００４７】
即ち、取り出し電極３４は、この貫通穴３４１に導電性接着剤３３を侵入させ、露出面３３２を有する貫通露出部３３１を表面に形成して固定するものの、両者の接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に侵入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極の厚みよりも小さいという構造を確保している。
これにより、取り出し電極３４は、導電性接着剤３３に対して充分な接着強度を確保しながら、導電性接着剤３３に埋設される部分を少なくすることで拘束しすぎることを防止する。それ故、圧電層２０の変位によって生じる応力を緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。
【００４８】
特に本例では、形成された貫通露出部３３１は、露出面３３２が円形の点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に等間隔で一列に配置されている。それ故、上記に示されるクラックや剥離等の発生を抑制する効果をさらに高めることができる。
このように、本例によって得られる積層型圧電体素子１は、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極３４を設けたものとなる。
【００４９】
本例では、セラミック積層体１０を作製するに当たって、圧電ユニットを焼成した後に接着剤により接着して積層体を形成する方法を用いたが、これに代えて、グリーンシート状態で積層してから一体焼成する方法等の他の方法を採用することも可能である。
また、セラミック積層体１０は、部分電極構造を用いたが、全面電極構造とすることも可能である。
また、セラミック積層体１０は、四角形のものを用いたが、その他、円形、六角形、八角形等の様々な形状を採用することができる。
【００５０】
（実施例２）
本例は、図７、図８を用いて、導電性接着剤３３が取り出し電極３４の貫通穴３４１から貫通露出して形成された、露出面３３２を有する貫通露出部３３１の配置の例を示す。
図７（ａ）は、露出面３３２が点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が一列に配置されている。
図７（ｂ）は、露出面３３２が点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が二列に配置されている。また、その二列の貫通露出部３３１は、互いにずれた位置に配置されている。
図７（ｃ）は、露出面３３２が点状形状を呈し、取り出し電極３４に貫通露出部３３１がランダムに配置されている。
【００５１】
図８（ａ）は、露出面３３２が連続的な直線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が直線状に１つ配置されている。
図８（ｂ）は、露出面３３２が連続的な曲線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が曲線状に１つ配置されている。
図８（ｃ）は、露出面３３２が断続的な直線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が複数配置されている。
図８（ｄ）は、露出面３３２が断続的な曲線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が複数配置されている。
いずれの貫通露出部３３１の配置であっても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
（実施例３）
本例は、図９を用いて、導電性接着剤３３が取り出し電極３４の貫通穴３４１（図示略）から貫通露出して形成された、露出面３３２を有する貫通露出部３３１の形状の例を示す。
本例では、例えば実施例２の図７（ａ）〜（ｃ）のように、露出面３３２が点状形状を呈し、１又は複数箇所に点在して配置された場合の貫通露出部３３１（以下、スポットという）の例について示す。
【００５３】
図９（ａ）は、スポット３３１の形状が例えば円柱、角柱等であり、縦断面が略四角形のものである。
図９（ｂ）は、スポット３３１の形状が例えば円錐台、角錐台等であり、縦断面が略台形のものである。
図９（ｃ）は、スポット３３１の形状が例えば円錐、角錐等であり、縦断面が略三角形のものである。
図９（ｄ）は、スポット３３１の形状が例えば円錐台の上面が平面でなく、凹凸を有するものである。
いずれのスポット３３１の形状であっても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
（実施例４）
本例では、実施例１で得られた積層型圧電体素子１において、取り出し電極３４の導電性接着剤３３に対する接着強度と、積層型圧電体素子１に電界を繰り返し印加し、動作不良が生じるまでの作動回数とについてスポット間隔別に測定を行い、評価した。
スポット３３１は、実施例１と同様に円柱形状であり、等間隔で一列に配置されている。スポット面積は０．８ｍｍ2である。
【００５５】
ここで、スポット間隔は、隣り合うスポット３３１同士の中心間に積層された圧電層の平均積層数（層）を表す。
また、スポット面積は、各スポット３３１の露出面３３２の平均面積（ｍｍ2）を表す。
以下、実施例５においても同様に用いる。
【００５６】
測定結果を図１０、図１１に示す。各図は、縦軸にそれぞれ接着強度（Ｎ）、作動回数（回）、横軸にスポット間隔（層）をとったものである。
図１０は、スポット間隔と接着強度との関係を示している。スポット間隔が１００層より大きい場合には、接着強度の低下がみられる。
図１１は、スポット間隔と作動回数との関係を示している。スポット間隔が５層より小さい場合には、作動回数の低下がみられる。
【００５７】
以上の結果から、スポット間隔が５〜１００層の範囲では、取り出し電極３４の接着強度と積層型圧電体素子１の作動回数との両方を充分に満足させることができると共に、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
（実施例５）
本例では、実施例１で得られた積層型圧電体素子１において、取り出し電極３４の導電性接着剤３３に対する接着強度と、積層型圧電体素子１に電界を繰り返し印加し、動作不良が生じるまでの作動回数とについてスポット面積別に測定を行い、評価した。
スポット３３１は、実施例１と同様に円柱形状であり、等間隔で一列に配置されている。スポット間隔は３０層である。
【００５９】
測定結果を図１２、図１３に示す。各図は、縦軸にそれぞれ接着強度（Ｎ）、作動回数（回）、横軸にスポット面積（ｍｍ2）をとったものである。
図１２は、スポット面積と接着強度との関係を示している。スポット間隔が２×１０-3ｍｍ2より小さい場合には、接着強度の低下がみられる
図１３、はスポット面積と作動回数との関係を示している。スポット間隔が１３ｍｍ2層より大きい場合には、作動回数の低下がみられる。
【００６０】
以上の結果から、スポット面積が２×１０-3〜１３ｍｍ2の範囲では、取り出し電極３４の接着強度と積層型圧電体素子１の作動回数との両方を充分に満足させることができると共に、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６１】
（実施例６）
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。
本例のインジェクタ６は、図１４に示すごとく、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用したものである。
このインジェクタ６は、同図に示すごとく、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（図示略）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（図示略）へ戻される。
ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（積層型圧電体素子）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３方弁６５１によって増減される。３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、圧電層の変位に対して容易に弾性変形し、かつ導電性接着剤に対して充分な接着強度を有する取り出し電極を設けている。そのため、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。
【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、積層型圧電体素子の側面図。
【図３】実施例１における、圧電ユニットを形成する手順を示す説明図。
【図４】実施例１における、側面電極を配置すると共にセラミック積層体を形成する手順を示す説明図。
【図５】実施例１における、側面電極を設けたセラミック積層体の構造を示す説明図。
【図６】実施例１における、導電性接着剤を塗布すると共に取り出し電極を配置する手順を示す説明図。
【図７】実施例２における、貫通露出部の配置の例を示す説明図。
【図８】実施例２における、貫通露出部の配置の例を示す説明図。
【図９】実施例３における、スポットの形状の例を示す側面図。
【図１０】実施例４における、スポット間隔と接着強度との関係を示す説明図。
【図１１】実施例４における、スポット間隔と作動回数との関係を示す説明図。
【図１２】実施例５における、スポット面積と接着強度との関係を示す説明図。
【図１３】実施例５における、スポット面積と作動回数との関係を示す説明図。
【図１４】実施例６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
２０ 圧電層
２１ 第１内部電極層（内部電極層）
２２ 第２内部電極層（内部電極層）
３３ 導電性接着剤
３３１ 貫通露出部
３３２ 露出面
３４ 取り出し電極
３４１ 貫通穴
６ インジェクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧電アクチュエータ等に適用される積層型圧電体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型圧電体素子は、一般的に圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体を有し、このセラミック積層体の側面には、一層おきの内部電極層とそれぞれ電気的に接続された一対の側面電極を有している。そして、各側面電極とそれぞれ電気的に接続された一対の取り出し電極間に印加される駆動電圧により圧電変位を生じるように構成されている。
【０００３】
ところが、このような積層型圧電体素子には、駆動時に生じる圧電層の変位によって取り出し電極の接合部位に応力が付与され、当該接合部位に位置する導電性接着剤にクラックが生じたり、取り出し電極がセラミック積層体の側面から剥離する等の不具合の発生及びそれによる信頼性の低下といった問題がある。
【０００４】
従来、上記に示される問題を解決すべく、積層型圧電体素子の取り出し電極構造として、例えば特許文献１〜特許文献３が開示されている。
上記文献に示される取り出し電極構造は、取り出し電極とセラミック積層体側面とを部分的に接合するものや、導電性接着剤等を用いて接着させるものがある。これにより、圧電層の変位に対して取り出し電極の弾性変形が容易となる。しかしながら、上記の構造では、取り出し電極の接合強度及び接着強度は充分に得られない。そのため、圧電層の変位によって取り出し電極の接合部位に生じる応力により、取り出し電極が剥離する等の問題を確実に解消することは困難である。
【０００５】
一方、取り出し電極の接合強度又は接着強度を充分に確保するために、取り出し電極を側面電極等に完全に埋設することも考えられる。しかし、この場合には、圧電層の変位に対して容易に弾性変形することが困難となり、取り出し電極の接合部位に生じる応力がより大きくなる。そのため、この場合にも、取り出し電極の接合部位でのクラック発生等を確実に防止することは困難である。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２５１１８５号公報
【特許文献２】特開平４−１６７５７９号公報
【特許文献３】特開平１０−２２９２２７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たもので、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極を設けた積層型圧電体素子及びその製造方法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】
【０００８】
第１の発明は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子において、
上記取り出し電極は、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈していると共に、上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させており、
上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に侵入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さいことを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の積層型圧電体素子は、上記取り出し電極が、多数の上記貫通穴を有するメッシュ形状を呈していると共に、上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させている。また、上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に進入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さい。
これにより、上記取り出し電極は、上記圧電層の変位に対して容易に弾性変形することができ、かつ上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を確保することができる。
この理由は、次のように考えることができる。
【００１０】
即ち、上記取り出し電極は、上記のごとくメッシュ形状を呈し、ある程度変位可能であり、長手方向に伸長する際には幅方向に収縮するという特性を有している。このような上記取り出し電極を上記導電性接着剤により強く拘束しすぎると両者の間に生じる応力が大きくなり、上述したクラック等の問題を解消することができない。
これに対し、本発明では、上記取り出し電極の上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させて固定するものの、両者の接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に侵入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さいという構造を確保している。
【００１１】
これにより、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を確保しながら、上記導電性接着剤に埋設される部分を少なくすることで拘束しすぎることを防止する。それ故、上記圧電層の変位によって生じる応力を緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。
【００１２】
このように、本発明の積層型圧電体素子は、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極を設けたものとなる。
【００１３】
第２の発明は、圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子を製造する方法において、
上記圧電層と上記内部電極層とを交互に積層してなる上記セラミック積層体を形成する積層体形成工程と、
上記セラミック積層体の側面に、上記取り出し電極の厚みよりも薄く上記導電性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
上記導電性接着剤の表面に、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈する上記取り出し電極を配置し、その表面から押圧部材により上記取り出し電極を押圧した状態で上記導電性接着剤を硬化させることにより、上記押圧部材の当接部に、上記取り出し電極の上記貫通穴を貫通して該取り出し電極の表面側を露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成する取り出し電極配置工程とを有することを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法にある（請求項８）。
【００１４】
本発明の製造方法は、上記積層体形成工程と、上記接着剤塗布工程とを施した後、上記取り出し電極配置工程を実施する。
上記取り出し電極工程では、上記導電性接着剤の表面に、多数の上記貫通穴を有するメッシュ形状を呈する上記取り出し電極を配置する。そして、その表面から上記押圧部材により上記取り出し電極を押圧した状態で上記導電性接着剤を硬化させる。これにより、上記押圧部材の当接部に、上記取り出し電極の上記貫通穴を貫通して該取り出し電極の表面側を露出する上記露出面を有する上記貫通露出部を１又は複数形成する。
【００１５】
即ち、上記取り出し電極配置工程では、上記貫通露出部を形成する部分に上記押圧部材を当接させて押圧する。この押圧時のわずかな変形等によって、上記押圧部材周辺に上記導電性接着剤が付着した状態となる。そして、この状態を維持したまま上記導電性接着剤を硬化するため、上記押圧部材を除去した後、上記貫通露出部が形成される。
一方、上記取り出し電極の厚みは、上記導電性接着剤よりも薄いので、上記押圧部材を当接させない領域において、上記導電性接着剤は上記取り出し電極を貫通しないで硬化する。
【００１６】
このような上記貫通露出部を１又は複数設けることにより、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を確保しながら、上記導電性接着剤に埋設される部分を少なくすることで拘束しすぎることを防止する。それ故、上記圧電層の変位によって生じる応力を緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。
【００１７】
このように、本発明の製造方法によって得られる積層型圧電体素子は、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極を設けたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記第１の発明の積層型圧電体素子において、上記貫通穴に進入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さい領域は、上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０〜９５％の範囲内であることが好ましい。
上記面積が５０％より小さい場合、上記取り出し電極は、上記圧電層の変位に対して容易に弾性変形することが困難となるおそれがある。また、上記面積が９５％より大きい場合、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を得ることができないおそれがある。
【００１９】
また、上記取り出し電極としては、多数の上記貫通穴を有するものであれば種々のものを適用できる。例えば、いわゆるエキスパンダメタル、パンチングメタル等の金属板を加工したものを用いることができる。また、素材としては、ステンレス鋼、銅、鉄−ニッケル合金等を用いることができる。また、上記取り出し電極の寸法としては、長さが積層素子長さの５〜１００％、幅が積層素子幅の５〜１００％、厚みが５０〜５００μｍの範囲であることが好ましい。この場合には、通常用いられるサイズの圧電アクチュエータ等に適用することができる。
【００２０】
また、上記圧電層は、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3系のペロブスカイト構造の酸化物であるジルコン酸チタン酸鉛よりなることが好ましい。ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）は、優れた圧電特性を有しており、上記積層型圧電体素子の特性を非常に優れたものとすることができる。なお、鉛を含まない鉛フリーの圧電セラミックスを適用することも環境上好ましい。
【００２１】
また、上記セラミック積層体は、最終的に得ようとする積層数よりも少ない数の圧電層を積層してなる圧電ユニットごとに焼成し、それらを接着させたユニットタイプでもよいし、予め必要な数だけ圧電層を積層してから一体的に焼成した一体焼成タイプでもよい。
また、上記セラミック積層体は、部分電極構造でもよいし、全面電極構造でもよい。
また、上記セラミック積層体の側面に側面電極を設け、該側面電極に上記導電性接着剤を介して上記取り出し電極を接合することも可能である。この場合には、より高い導電性を確保することができる。
【００２２】
また、上記導電性接着剤は、上記貫通穴を貫通して上記取り出し電極の表面側に露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成していることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記貫通露出部の存在により、上記導電性接着剤と上記取り出し電極との密着性が向上し、剥離等がより生じにくくなる。
【００２３】
また、上記貫通露出部は、上記露出面が点状形状を呈しており、複数箇所に点在して配置されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記貫通露出部の配置、数等を調整することにより、比較的容易に接合強度等を最適化させることができる。
さらに、上記貫通露出部は、均一に分布されていることが好ましい。この場合には、上記取り出し電極が上記圧電層の変位に対して不均一に弾性変形することを抑制し、クラック・剥離等の防止効果をさらに高めることができる。
【００２４】
また、上記貫通露出部の上記各露出面の大きさは、２×１０-3〜１３ｍｍ2の範囲にあることが好ましい（請求項４）。
上記各露出面の大きさが２×１０-3ｍｍ2より小さい場合、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を得ることができないおそれがある。また、上記各露出面の大きさが１３ｍｍ2より大きい場合、上記取り出し電極は、上記圧電層の変位に対して容易に弾性変形することが困難となるおそれがある。
【００２５】
また、上記貫通露出部は、上記露出面の形状が、連続的又は断続的な直線又は曲線状を呈していることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記貫通露出部を設けたことによる効果を得ることができる。
【００２６】
また、上記貫通露出部は、上記露出面の少なくとも一部が上記取り出し電極の表面から突出しており、その突出量が０．０１〜０．３ｍｍの範囲にあることが好ましい（請求項６）。
上記突出量が０．０１ｍｍより小さい場合、上記取り出し電極は、上記導電性接着剤に対して充分な接着強度を得ることができないおそれがある。また、上記突出量が０．３ｍｍより大きい場合、上記突出量が絶縁樹脂の厚みを超えてしまい、外部に対して充分な絶縁性を確保することができない。
【００２７】
また、上記積層型圧電体素子は、インジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電アクチュエータであることが好ましい（請求項７）。
上記インジェクタは、高温雰囲気下という過酷な状態で使用される。そのため、上記の優れた積層型圧電体素子をアクチュエータとして用いることにより、耐久性を向上させることができ、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。
【００２８】
上記第２の発明の製造方法において、上記押圧部材は、上記取り出し電極に当接するピン部と、該ピン部を前進方向に付勢するスプリングとを有してなり、上記ピン部を上記取り出し電極に当接させた際に上記スプリングの付勢力に抗して上記ピン部が後退可能に構成されていることが好ましい（請求項９）。この場合には、上記貫通露出部を正確に配置することができる。また、上記押圧部材の先端形状、荷重等を調整することによって、上記貫通露出部の形状、突出量、上記露出面の大きさ等を制御することができる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる積層型圧電体素子及びその製造方法につき、図１〜図６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、圧電材料よりなる圧電層２０と導電性を有する内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０と、セラミック積層体１０の側面に導電性接着剤３３を介して接合された電力供給用の取り出し電極３４とを有している。
【００３０】
また、取り出し電極３４は、多数の貫通穴３４１を有するメッシュ形状を呈していると共に、貫通穴３４１（図１、図６において図示略）に導電性接着剤３３を侵入させている。そして、取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に進入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。
以下、これを詳説する。
【００３１】
本例の積層型圧電体素子１は、図１、図２に示すごとく、圧電材料よりなる圧電層２０と導電性を有する内部電極層２１、２２とを交互に積層してなる圧電ユニット２をシリコーン樹脂よりなる接着剤１１によって積層接着し、セラミック積層体１０を形成している。
また、セラミック積層体１０は、側面１０１に設けられた第１側面電極３１と、側面１０２に設けられた第２側面電極３２とを有している。また、第１側面電極３１に導通する第１内部電極層２１と、第２側面電極３２に導通する第２内部電極層２２とを交互に配置してなる。側面電極３１、３２は、圧電ユニット２の側面に予め設けたものである。
【００３２】
また、同図に示すごとく、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、第２内部電極層２２の端部を露出しない。一方、第２側面電極３２を設けた側面１０２には、第１内部電極層２１の端部を露出しない。すなわち、本例のセラミック積層体１０は、部分電極構造を有している。
また、第１側面電極３１及び第２側面電極３２には、導電性接着剤３３を介して取り出し電極３４が接着されている。なお、側面電極３１、３２を設けずに、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に導電性接着剤３３を介して取り出し電極３４を接合することも可能である。
【００３３】
また、同図に示すごとく、導電性接着剤３３は、メッシュ形状を呈した取り出し電極３４の貫通穴３４１を貫通し、取り出し電極３４の表面側に露出する露出面３３２を有する貫通露出部３３１を形成している。
本例の貫通露出部３３１は、円柱形状であり、露出面３３２が円形の点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に等間隔で一列に配置されている。
【００３４】
また、取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に侵入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。すなわち、上記に示される領域には、貫通露出部３３１が形成されていない。
また、セラミック積層体１０の側面全周は、取り出し電極３４と貫通露出部３３１を覆うように絶縁樹脂であるシリコーン樹脂からなるモールド材３５（図２では図示略）が設けてある。
【００３５】
また、本例の内部電極層２１、２２は、導電ペースト２１０、２２０を焼結して形成される。導電ペースト２１０、２２０は、Ａｇ（銀）とＰｄ（パラジウム）とを含有したものである。なお、内部電極層２１、２２としては、Ｃｕ（銅）を主体とする材料に変更することも可能である。
また、側面電極３１、３２は、導電ペースト３１０、３２０を焼結して形成される。導電ペースト３１０、３２０は、Ａｇとガラスフリットとを含有したものである。
また、導電性接着剤３３は、Ａｇフィラーをエポキシ樹脂中に含有させたものである。
【００３６】
次に、上記積層型圧電体素子１の製造方法について説明する。
本例の積層型圧電体素子１を製造するに当たっては、少なくとも積層体形成工程と、接着剤塗布工程と、取り出し電極工程とを行う。
上記積層体形成工程は、圧電層２０と内部電極層２１、２２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０を形成する工程である。
上記接着剤塗布工程は、セラミック積層体１０の側面に、取り出し電極３４の厚みよりも薄く導電性接着剤３３を塗布する工程である。
【００３７】
上記取り出し電極配置工程は、導電性接着剤３３の表面に、多数の貫通穴３４１を有するメッシュ形状を呈する取り出し電極３４を配置する。そして、その表面から押圧部材により取り出し電極３４を押圧した状態で導電性接着剤３３を硬化させる。これにより、押圧部材の当接部に、取り出し電極３４の貫通穴３４１を貫通して取り出し電極３４の表面側を露出する露出面を有する貫通露出部３３１を１又は複数形成する工程である。
【００３８】
まず、圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）粉末を準備し、８００〜９５０℃で仮焼した。次に、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した。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した。その後、上記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。
【００３９】
そして、図３（ａ）に示すごとく、上記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２００に成形した。得られたグリーンシート２００は、切断機により切断し、四角形にした。なお、得ようとする積層型圧電体素子の形状に応じて、形状を変更することもできる。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に示すごとく、グリーンシート２００の表面にＡｇとＰｄとを含有する導電ペースト２１０、２２０をスクリーン印刷した。なお、内部電極層２１、２２を形成しない控え部２１９、２２９には印刷しない。そして、図３（ｃ）に示すごとく、印刷済みのシート２０枚を積層圧着し、焼成した。このようにして、図３（ｄ）に示すごとく、圧電層２０と内部電極層２１、２２とを交互に積層してなる圧電ユニット２を得た。
【００４１】
次に、図４（ａ）に示すごとく、圧電ユニット２の側面１０１、１０２にＡｇとガラスフリットとを含有させた導電ペースト３１０、３２０をスクリーン印刷した。その印刷面を治具によって挟持し、荷重を印加した加圧状態で加熱した。加熱終了後、冷却することによって導電ペーストを焼結させた状態とし、側面１０１、１０２にそれぞれ第１側面電極３１、第２側面電極３２を形成した。
【００４２】
そして、図４（ｂ）に示すごとく、側面電極３１、３２を設けた２５個の圧電ユニット２を接着剤１１によって接着した。得られた積層体を積層方向の両端から荷重を加え加熱硬化して、圧電ユニット２を一体化した。このようにして、図５に示すごとく、側面電極３１、３２を設けたセラミック積層体１０を得た。
【００４３】
次に、図６（ａ）に示すごとく、側面電極３１、３２上にＡｇフィラーをエポキシ樹脂中に含有させた導電性接着剤３３をメタルマスク印刷した。そして、図６（ｂ）に示すごとく、ステンレス鋼製のエキスパンダメタルよりなり、厚み方向に多数の貫通穴３４１を有し、長さ４０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み１５０μｍの取り出し電極３４を導電性接着剤３３上に配置した。
【００４４】
さらに、図６（ｃ）に示すごとく、取り出し電極３４を押圧部材（図示略）のピン部４１で固定した状態で導電性接着剤３３を加熱硬化した。
ここで、上記押圧部材は、ピン部４１と、ピン部４１を前進方向に付勢するスプリング４２とを有してなり、ピン部４１を取り出し電極に当接させた際にスプリング４２の付勢力に抗してピン部４１が後退可能に構成されている。
【００４５】
その後、押圧部材のピン部４１を取り除くと、図６（ｄ）に示すごとく、導電性接着剤３３は貫通穴３４１を貫通し、取り出し電極３４の表面側に露出した露出面３３２を有する貫通露出部３３１が形成された。各露出面３３２の面積は０．８ｍｍ2であり、貫通露出部３３１の突出量は０．０２ｍｍである。
最後に、モールド材３５をセラミック積層体１０の側面全周にディスペンス法で塗布し、加熱硬化してユニット式の積層型圧電体素子１を得た。
【００４６】
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は、取り出し電極３４が、多数の貫通穴３４１を有するメッシュ形状を呈していると共に、貫通穴３４１に導電性接着剤３３を侵入させている。また、取り出し電極３４と導電性接着剤３３との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に進入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極３４の厚みよりも小さい。
【００４７】
即ち、取り出し電極３４は、この貫通穴３４１に導電性接着剤３３を侵入させ、露出面３３２を有する貫通露出部３３１を表面に形成して固定するものの、両者の接合面全体の面積の５０％以上の領域において、貫通穴３４１に侵入する導電性接着剤３３の厚みが、取り出し電極の厚みよりも小さいという構造を確保している。
これにより、取り出し電極３４は、導電性接着剤３３に対して充分な接着強度を確保しながら、導電性接着剤３３に埋設される部分を少なくすることで拘束しすぎることを防止する。それ故、圧電層２０の変位によって生じる応力を緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。
【００４８】
特に本例では、形成された貫通露出部３３１は、露出面３３２が円形の点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に等間隔で一列に配置されている。それ故、上記に示されるクラックや剥離等の発生を抑制する効果をさらに高めることができる。
このように、本例によって得られる積層型圧電体素子１は、容易に弾性変形し、かつ充分な接着強度を有する取り出し電極３４を設けたものとなる。
【００４９】
本例では、セラミック積層体１０を作製するに当たって、圧電ユニットを焼成した後に接着剤により接着して積層体を形成する方法を用いたが、これに代えて、グリーンシート状態で積層してから一体焼成する方法等の他の方法を採用することも可能である。
また、セラミック積層体１０は、部分電極構造を用いたが、全面電極構造とすることも可能である。
また、セラミック積層体１０は、四角形のものを用いたが、その他、円形、六角形、八角形等の様々な形状を採用することができる。
【００５０】
（実施例２）
本例は、図７、図８を用いて、導電性接着剤３３が取り出し電極３４の貫通穴３４１から貫通露出して形成された、露出面３３２を有する貫通露出部３３１の配置の例を示す。
図７（ａ）は、露出面３３２が点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が一列に配置されている。
図７（ｂ）は、露出面３３２が点状形状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が二列に配置されている。また、その二列の貫通露出部３３１は、互いにずれた位置に配置されている。
図７（ｃ）は、露出面３３２が点状形状を呈し、取り出し電極３４に貫通露出部３３１がランダムに配置されている。
【００５１】
図８（ａ）は、露出面３３２が連続的な直線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が直線状に１つ配置されている。
図８（ｂ）は、露出面３３２が連続的な曲線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が曲線状に１つ配置されている。
図８（ｃ）は、露出面３３２が断続的な直線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が複数配置されている。
図８（ｄ）は、露出面３３２が断続的な曲線状を呈し、取り出し電極３４の長手方向に貫通露出部３３１が複数配置されている。
いずれの貫通露出部３３１の配置であっても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
（実施例３）
本例は、図９を用いて、導電性接着剤３３が取り出し電極３４の貫通穴３４１（図示略）から貫通露出して形成された、露出面３３２を有する貫通露出部３３１の形状の例を示す。
本例では、例えば実施例２の図７（ａ）〜（ｃ）のように、露出面３３２が点状形状を呈し、１又は複数箇所に点在して配置された場合の貫通露出部３３１（以下、スポットという）の例について示す。
【００５３】
図９（ａ）は、スポット３３１の形状が例えば円柱、角柱等であり、縦断面が略四角形のものである。
図９（ｂ）は、スポット３３１の形状が例えば円錐台、角錐台等であり、縦断面が略台形のものである。
図９（ｃ）は、スポット３３１の形状が例えば円錐、角錐等であり、縦断面が略三角形のものである。
図９（ｄ）は、スポット３３１の形状が例えば円錐台の上面が平面でなく、凹凸を有するものである。
いずれのスポット３３１の形状であっても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
（実施例４）
本例では、実施例１で得られた積層型圧電体素子１において、取り出し電極３４の導電性接着剤３３に対する接着強度と、積層型圧電体素子１に電界を繰り返し印加し、動作不良が生じるまでの作動回数とについてスポット間隔別に測定を行い、評価した。
スポット３３１は、実施例１と同様に円柱形状であり、等間隔で一列に配置されている。スポット面積は０．８ｍｍ2である。
【００５５】
ここで、スポット間隔は、隣り合うスポット３３１同士の中心間に積層された圧電層の平均積層数（層）を表す。
また、スポット面積は、各スポット３３１の露出面３３２の平均面積（ｍｍ2）を表す。
以下、実施例５においても同様に用いる。
【００５６】
測定結果を図１０、図１１に示す。各図は、縦軸にそれぞれ接着強度（Ｎ）、作動回数（回）、横軸にスポット間隔（層）をとったものである。
図１０は、スポット間隔と接着強度との関係を示している。スポット間隔が１００層より大きい場合には、接着強度の低下がみられる。
図１１は、スポット間隔と作動回数との関係を示している。スポット間隔が５層より小さい場合には、作動回数の低下がみられる。
【００５７】
以上の結果から、スポット間隔が５〜１００層の範囲では、取り出し電極３４の接着強度と積層型圧電体素子１の作動回数との両方を充分に満足させることができると共に、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
（実施例５）
本例では、実施例１で得られた積層型圧電体素子１において、取り出し電極３４の導電性接着剤３３に対する接着強度と、積層型圧電体素子１に電界を繰り返し印加し、動作不良が生じるまでの作動回数とについてスポット面積別に測定を行い、評価した。
スポット３３１は、実施例１と同様に円柱形状であり、等間隔で一列に配置されている。スポット間隔は３０層である。
【００５９】
測定結果を図１２、図１３に示す。各図は、縦軸にそれぞれ接着強度（Ｎ）、作動回数（回）、横軸にスポット面積（ｍｍ2）をとったものである。
図１２は、スポット面積と接着強度との関係を示している。スポット間隔が２×１０-3ｍｍ2より小さい場合には、接着強度の低下がみられる
図１３、はスポット面積と作動回数との関係を示している。スポット間隔が１３ｍｍ2層より大きい場合には、作動回数の低下がみられる。
【００６０】
以上の結果から、スポット面積が２×１０-3〜１３ｍｍ2の範囲では、取り出し電極３４の接着強度と積層型圧電体素子１の作動回数との両方を充分に満足させることができると共に、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６１】
（実施例６）
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。
本例のインジェクタ６は、図１４に示すごとく、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用したものである。
このインジェクタ６は、同図に示すごとく、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（図示略）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（図示略）へ戻される。
ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（積層型圧電体素子）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３方弁６５１によって増減される。３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、圧電層の変位に対して容易に弾性変形し、かつ導電性接着剤に対して充分な接着強度を有する取り出し電極を設けている。そのため、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。
【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、積層型圧電体素子の側面図。
【図３】実施例１における、圧電ユニットを形成する手順を示す説明図。
【図４】実施例１における、側面電極を配置すると共にセラミック積層体を形成する手順を示す説明図。
【図５】実施例１における、側面電極を設けたセラミック積層体の構造を示す説明図。
【図６】実施例１における、導電性接着剤を塗布すると共に取り出し電極を配置する手順を示す説明図。
【図７】実施例２における、貫通露出部の配置の例を示す説明図。
【図８】実施例２における、貫通露出部の配置の例を示す説明図。
【図９】実施例３における、スポットの形状の例を示す側面図。
【図１０】実施例４における、スポット間隔と接着強度との関係を示す説明図。
【図１１】実施例４における、スポット間隔と作動回数との関係を示す説明図。
【図１２】実施例５における、スポット面積と接着強度との関係を示す説明図。
【図１３】実施例５における、スポット面積と作動回数との関係を示す説明図。
【図１４】実施例６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
２０ 圧電層
２１ 第１内部電極層（内部電極層）
２２ 第２内部電極層（内部電極層）
３３ 導電性接着剤
３３１ 貫通露出部
３３２ 露出面
３４ 取り出し電極
３４１ 貫通穴
６ インジェクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子において、
上記取り出し電極は、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈していると共に、上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させており、
上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に侵入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さい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、上記導電性接着剤は、上記貫通穴を貫通して上記取り出し電極の表面側に露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成していることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項３】
請求項２において、上記貫通露出部は、上記露出面が点状形状を呈しており、複数箇所に点在して配置されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項４】
請求項３において、上記貫通露出部の上記各露出面の大きさは、２×１０-3〜１３ｍｍ2の範囲に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２において、上記貫通露出部は、上記露出面の形状が、連続的又は断続的な直線又は曲線状を呈していることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項において、上記貫通露出部は、上記露出面の少なくとも一部が上記取り出し電極の表面から突出しており、その突出量が０．０１〜０．３ｍｍの範囲にあることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記積層型圧電体素子は、インジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電アクチュエータであることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項８】
圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子を製造する方法において、
上記圧電層と上記内部電極層とを交互に積層してなる上記セラミック積層体を形成する積層体形成工程と、
上記セラミック積層体の側面に、上記取り出し電極の厚みよりも薄く上記導電性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
上記導電性接着剤の表面に、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈する上記取り出し電極を配置し、その表面から押圧部材により上記取り出し電極を押圧した状態で上記導電性接着剤を硬化させることにより、上記押圧部材の当接部に、上記取り出し電極の上記貫通穴を貫通して該取り出し電極の表面側を露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成する取り出し電極配置工程とを有することを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、上記押圧部材は、上記取り出し電極に当接するピン部と、該ピン部を前進方向に付勢するスプリングとを有してなり、上記ピン部を上記取り出し電極に当接させた際に上記スプリングの付勢力に抗して上記ピン部が後退可能に構成されていることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項１】
圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子において、
上記取り出し電極は、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈していると共に、上記貫通穴に上記導電性接着剤を侵入させており、
上記取り出し電極と上記導電性接着剤との接合面全体の面積の５０％以上の領域において、上記貫通穴に侵入する上記導電性接着剤の厚みが、上記取り出し電極の厚みよりも小さい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、上記導電性接着剤は、上記貫通穴を貫通して上記取り出し電極の表面側に露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成していることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項３】
請求項２において、上記貫通露出部は、上記露出面が点状形状を呈しており、複数箇所に点在して配置されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項４】
請求項３において、上記貫通露出部の上記各露出面の大きさは、２×１０-3〜１３ｍｍ2の範囲に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２において、上記貫通露出部は、上記露出面の形状が、連続的又は断続的な直線又は曲線状を呈していることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項において、上記貫通露出部は、上記露出面の少なくとも一部が上記取り出し電極の表面から突出しており、その突出量が０．０１〜０．３ｍｍの範囲にあることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記積層型圧電体素子は、インジェクタの駆動源として用いられるインジェクタ用圧電アクチュエータであることを特徴とする積層型圧電体素子。
【請求項８】
圧電材料よりなる圧電層と導電性を有する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導電性接着剤を介して接合された電力供給用の取り出し電極とを有する積層型圧電体素子を製造する方法において、
上記圧電層と上記内部電極層とを交互に積層してなる上記セラミック積層体を形成する積層体形成工程と、
上記セラミック積層体の側面に、上記取り出し電極の厚みよりも薄く上記導電性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
上記導電性接着剤の表面に、多数の貫通穴を有するメッシュ形状を呈する上記取り出し電極を配置し、その表面から押圧部材により上記取り出し電極を押圧した状態で上記導電性接着剤を硬化させることにより、上記押圧部材の当接部に、上記取り出し電極の上記貫通穴を貫通して該取り出し電極の表面側を露出する露出面を有する貫通露出部を１又は複数形成する取り出し電極配置工程とを有することを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、上記押圧部材は、上記取り出し電極に当接するピン部と、該ピン部を前進方向に付勢するスプリングとを有してなり、上記ピン部を上記取り出し電極に当接させた際に上記スプリングの付勢力に抗して上記ピン部が後退可能に構成されていることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−４１２７９（Ｐ２００６−４１２７９Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２０６９５（Ｐ２００４−２２０６９５）
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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