JP2002289932A

JP2002289932A - 積層型圧電素子及びその製法並びに噴射装置

Info

Publication number: JP2002289932A
Application number: JP2001083751A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Setoguchi; 剛瀬戸口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】不活性体と活性体の焼成時の収縮差によるクラ
ック発生を抑制できると共に、駆動時における不活性体
と活性体の界面近傍の応力破壊を防止することができる
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】複数の圧電体１と複数の内部電極２とを交
互に積層してなる活性体３ａと、該活性体３ａの上下面
にそれぞれ設けられた不活性体３ｂとからなる柱状積層
体３の側面に、内部電極２が一層おきに交互に接続する
一対の外部電極５を設けてなるとともに、活性体３ａ及
び不活性体３ｂが同時焼成される積層型圧電素子であっ
て、内部電極２中に圧電体１を構成する圧電セラミック
粒子が存在するとともに、活性体３ａの不活性体３ｂ側
における内部電極２中の圧電セラミック粒子の存在量
が、活性体３ａの中央部における内部電極２よりも多
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電素子及
びその製法並びに噴射装置に係わり、例えば、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、自動車
用エンジンの燃料噴射用の駆動素子等に使用される積層
型圧電素子及びその製法並びに噴射装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術】従来、圧電体は、電圧を印加することによ
り伸縮する逆圧電効果を有している。しかしながら、圧
電体１枚１枚の伸縮量は微量であることから、圧電体を
複数枚積層して形成した積層型圧電素子を作製してい
た。この積層型圧電素子は、圧電体に電圧を印加して数
〜数十μｍ伸長させ、アクチュエータの駆動力源とする
ものである。

【０００３】このような積層型圧電アクチュエータに
は、同時焼成タイプと、圧電板と電極薄板を交互に積層
したスタックタイプの２種類に分類されており、厚みの
薄い圧電板を多数枚積層することが比較的容易であるこ
とから、低電圧高変位化及び小型化が可能な同時焼成タ
イプの積層型圧電アクチュエータがその優位性を示しつ
つある。

【０００４】このような同時焼成タイプの積層型圧電ア
クチュエータでは、活性体の積層方向の両端面に不活性
体を設けており、不活性体を介して活性体より発生した
変位を外部に伝達している。この不活性体には、従来か
ら活性体と同じ圧電材料が用いられている（実開昭６１
−１２７６５７号公報）。

【０００５】従来、同時焼成タイプの積層型圧電アクチ
ュエータは、複数の圧電体成形体と複数の内部電極パタ
ーンとを交互に積層してなる活性体成形体と、該活性体
成形体の上下面にそれぞれ設けられた不活性体成形体と
からなる柱状積層体成形体を焼成し、該柱状積層体の側
面に外部電極を設けて作製されていた。圧電体成形体を
形成する圧電材料としては、ＰＺＴを主成分とする圧電
セラミック粉末が用いられ、内部電極パターンとして
は、銀、または銀−Ｐｄが用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の積層型圧電アクチュエータにおいて、内部電極パタ
ーンのない不活性体成形体と内部電極パターンを有する
活性体成形体とを同時焼成した場合、活性体における焼
成時の収縮率が、内部電極材料である銀の影響により不
活性体の収縮率より大きく、活性体と不活性体の界面で
クラックが生じるという問題があった。

【０００７】また、クラックが生じない場合でも、不活
性体と活性体の焼成時の収縮差により、活性体の圧電磁
器や内部電極に反りが発生し、分極時や駆動時において
活性体が伸縮する際に内部応力が発生し、活性体と不活
性体の界面にて剥離するという問題があった。

【０００８】このような問題を解決する手段として、特
開昭６３−２８８０７４号公報には、不活性体を、活性
体と同じ圧電材料に銀を添加混合して構成した積層型圧
電アクチュエータが開示されている。このような積層型
圧電アクチュエータによると、不活性体の部材として、
活性体と同じ圧電材料に銀を含有して形成することによ
り、活性体と不活性体の焼成時の収縮差を抑制でき、焼
成時の収縮差による活性体と不活性体間のクラックを抑
制できる。

【０００９】しかしながら、上記特開昭６３−２８８０
７４号に開示された積層型圧電アクチュエータでは、活
性体は圧電効果により積層方向に変位するが、不活性体
には圧電効果による変位が生じないため、積層型圧電ア
クチュエータの駆動時に、活性体と不活性体との界面近
傍に応力が集中し、破壊が生じ易いという問題があっ
た。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、不活性体と活性体の焼成時の収縮差によるクラック
発生を抑制できると共に、駆動時における不活性体と活
性体の界面近傍の応力破壊を防止することができる積層
型圧電素子及びその製法並びに噴射装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の積層型圧電素子
は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層して
なる活性体と、該活性体の上下面にそれぞれ設けられた
不活性体とからなる柱状積層体の側面に、前記内部電極
が一層おきに交互に接続する一対の外部電極を設けてな
るとともに、前記活性体及び前記不活性体が同時焼成さ
れる積層型圧電素子であって、前記内部電極中に前記圧
電体を構成する圧電セラミック粒子が存在するととも
に、前記活性体の不活性体側における内部電極中の圧電
セラミック粒子の存在量が、前記活性体の中央部におけ
る内部電極よりも多いことを特徴とする。

【００１２】本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体
成形体と複数の内部電極パターンとを交互に積層してな
る活性体成形体と、該活性体成形体の上下面にそれぞれ
設けられた不活性体成形体とからなる柱状積層体成形体
を焼成し、柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体
の側面に外部電極を設ける工程とを具備する積層型圧電
素子の製法であって、前記柱状積層体成形体の内部電極
パターン中に前記圧電体成形体を構成する圧電セラミッ
ク粉末が存在するとともに、前記活性体成形体の不活性
体成形体側における内部電極パターン中の圧電セラミッ
ク粉末の存在量が、前記活性体成形体の中央部における
内部電極パターンよりも多くすることにより作製され
る。

【００１３】このような製法によれば、活性体成形体の
不活性体成形体側における内部電極パターン中の圧電セ
ラミック粉末の存在量を、活性体成形体の中央部におけ
る内部電極パターンよりも多くすることにより、活性体
の端部において、圧電セラミック粉末が増加する一方、
内部電極を構成する電極材料が減少し、活性体の端部が
不活性体の材料組成に近似し、同時焼成時における収縮
差を抑制することができ、不活性体と活性体の界面近傍
における圧電体の反りを抑制でき、この部分におけるク
ラック発生を防止できる。

【００１４】また、活性体の端部が不活性体の材料組成
に近似しているため、その界面の接合強度を向上できる
とともに、圧電体間の接合強度を向上することにより界
面近傍の強度をも向上でき、積層型圧電素子の駆動時に
おける不活性体と活性体間の界面およびその近傍の応力
破壊を防止することができる。

【００１５】さらに、本発明では、活性体成形体の不活
性体成形体側における内部電極パターン中の圧電セラミ
ック粉末の存在量が３０〜５０体積％であることが望ま
しい。これにより、焼成時の不活性体と活性体の収縮差
による圧電体の反りをさらに防止するとともに、活性体
と不活性体界面及び界面近傍の接合強度をさらに向上で
きる。

【００１６】また、本発明では、内部電極パターン中の
圧電セラミック粉末は、平均粒径が０．５〜５μｍであ
ることが望ましい。これにより、活性体と不活性体の界
面近傍の接合強度をより向上できる。

【００１７】本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納
容器と、該収納容器内に収容された上記積層型圧電素子
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ものである。

【００１８】このような噴射装置では、積層型圧電素子
が、同時焼成時の収縮差による不活性体と活性体の界面
近傍のクラック発生を防止できるとともに、不活性体と
活性体の界面の接合強度を向上し、界面近傍の強度をも
向上でき、これにより駆動時における不活性体と活性体
間の界面およびその近傍の応力破壊を防止できるため、
耐久性に優れ、信頼性の高い噴射装置を提供できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の積層型圧電アクチ
ュエータからなる積層型圧電素子の斜視図であり、本発
明の積層型圧電アクチュエータは、図１に示すように、
複数の圧電体１と複数の内部電極２とを交互に積層して
なる活性体３ａと、この活性体３ａの両端面に形成され
た不活性体３ｂからなる柱状積層体３の対向する側面に
おいて、内部電極２の端部に１層おきに絶縁体４を形成
し、絶縁体４を形成していない内部電極２の端部を同一
の外部電極５に接続して構成されている。

【００２０】活性体３ａと不活性体３ｂは同時焼成され
て柱状積層体３が形成されており、活性体３ａの圧電体
１と不活性体３ｂは、同一圧電セラミック材料から構成
されることが、焼成時における収縮差を小さくするとい
う点から望ましい。活性体３ａは、変位を発生させる部
分であり、不活性体３ｂは、柱状積層体３を機械的に保
持し、発生する力を外部へ伝達する機能を有する。

【００２１】圧電体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）或い
は、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃を主成分とする圧電
セラミック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。また、圧電体１の厚
み、つまり内部電極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。

【００２２】内部電極２は、銀、または銀−パラジウ
ム、もしくはこれにガラスを含有して構成されている。

【００２３】内部電極２は、同時焼成時には柱状積層体
３の全ての側面に露出しているが、そのうち対向する側
面において、内部電極２端部を含む圧電体１の端部１層
おきに溝が形成され、該溝部にガラス、エポキシ樹脂、
ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴ
ム等の絶縁体４が充填され、これにより、内部電極２の
一方の端部が絶縁されている。

【００２４】なお、絶縁体４は低ヤング率の材質、例え
ばシリコーンゴム等が好ましい。このように、内部電極
２は互い違いに１層おきに絶縁され、絶縁されていない
内部電極２の他方の端面は、予め塗布しておいた導電性
耐熱接着剤５ａに導電性部材５ｂを密着させた状態で、
導電性耐熱接着剤５ａを加熱硬化させることにより、外
部電極５が形成されている。外部電極５の下側端部には
リード線６が取り付けられている。

【００２５】活性体３ａの圧電体１の厚みは、上記した
ように０．０５〜０．２５ｍｍ、内部電極２の厚みは
０．００３〜０．０１ｍｍ、不活性体３ｂの厚みは、そ
れぞれ０．５〜３．０ｍｍであり、不活性体３ｂの厚み
は、活性体３ａの圧電体１厚みの５〜３０倍であること
が、活性体３ａと不活性体３ｂの焼成時の収縮差におけ
る不活性体３ｂのクラック発生を抑制するという点から
望ましい。圧電体１、内部電極２の積層数は、所望の特
性を得るためにそれぞれ１００〜４００層とされてい
る。

【００２６】そして、本発明の積層型圧電アクチュエー
タでは、内部電極２中には圧電体１を構成する圧電セラ
ミック粒子が存在しており、活性体３ａの不活性体３ｂ
側における内部電極２中の圧電セラミック粒子の存在量
が、活性体３ａの中央部よりも多くなっている。内部電
極２中の圧電セラミック粒子の存在量が、活性体３ａの
中央部よりも多い内部電極２は、両側の不活性体３ｂか
ら数えて５層目までとされている。

【００２７】このような積層型圧電アクチュエータは、
まず、複数の圧電体成形体と複数の内部電極パターンと
を交互に積層してなる活性体成形体と、該活性体成形体
の上下面にそれぞれ設けられた不活性体成形体とからな
る柱状積層体成形体を作製する。

【００２８】この際に、活性体成形体の不活性体成形体
側における内部電極パターン中の圧電セラミック粉末の
存在量が、活性体成形体の中央部における内部電極パタ
ーンよりも多くなるように、それぞれの内部電極パター
ン中に圧電体成形体を構成する圧電セラミック粉末を添
加することが重要である。

【００２９】即ち、圧電セラミック粉末を多く添加した
導電性ペーストを用いて、例えば、活性体成形体の両端
から５層目までの内部電極パターンを形成し、圧電セラ
ミック粉末を少し添加した導電性ペーストを用いて、活
性体成形体の両端から５層目以外の活性体成形体中央部
の内部電極パターンを形成する。

【００３０】活性体成形体の不活性体成形体側における
内部電極パターン中の圧電セラミック粉末の存在量は３
０〜５０体積％であることが望ましい。これにより、焼
成時の不活性体と活性体の収縮差による圧電体の反りを
抑制できるとともに、活性体と不活性体界面の接合強度
を向上できる。活性体成形体の不活性体成形体側におけ
る内部電極パターン中の圧電セラミック粉末の存在量
は、内部電極の電気抵抗値を低く維持し、駆動時におけ
る局部的な発熱による破損を抑制するという点から３０
〜３５体積％が最も望ましい。活性体成形体の中央部に
おける内部電極パターン中の圧電セラミック粉末の存在
量は、圧電体間の接合強度を向上するという点から１０
〜２５体積％であることが望ましい。

【００３１】また、本発明では、内部電極パターン中の
圧電セラミック粒子は、平均粒径が０．５〜５μｍであ
ることが望ましい。これにより、活性体と不活性体界面
の接合強度をより向上できる。内部電極パターン中の圧
電セラミック粒子の平均粒径は、０．５〜１．５μｍが
望ましい。

【００３２】次に、上記した柱状積層体成形体を焼成
し、柱状積層体を作製し、この柱状積層体の側面に外部
電極を設けることにより、積層型圧電アクチュエータが
作製される。

【００３３】積層型圧電アクチュエータの製法について
具体的に説明する。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
末と、有機高分子からなるバインダーと、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５０〜２５０μｍのセラミックグリーンシー
トを作製する。

【００３４】次に、活性体の両端部と活性体の中央部の
内部電極２を形成するため、２種類の第１、第２導電性
ペースト作製する。これらの第１、第２導電性ペースト
中には、圧電体１との接合強度を向上させるため、圧電
体１と同一の圧電体セラミック仮焼粉末が添加される
が、活性体の端部の内部電極２を形成する第１導電性ペ
ースト中には、中央部の内部電極を形成する第２導電性
ペーストよりも圧電体セラミック仮焼粉末が多く添加さ
れる。第１導電性ペースト中には、平均粒径０．５〜５
μｍの圧電セラミック仮焼粉末が３０〜５０体積％添加
され、第２導電性ペーストには、平均粒径０．５〜５μ
ｍの圧電セラミック仮焼粉末が１０〜２５体積％添加さ
れる。尚、圧電体に用いられる圧電体セラミック仮焼粉
末の平均粒径も０．５〜５μｍとされている。

【００３５】内部電極を形成する導電性ペーストには、
圧電体を構成する圧電セラミック仮焼粉末が添加される
が、この圧電セラミック仮焼粉末は、圧電体成形体を構
成する圧電セラミック仮焼粉末と全く同一である必要は
なく、例えば、圧電体成形体がＰＺＴを主成分とし、添
加物を添加した圧電材料を含有する場合には、導電性ペ
ースト中には、主成分であるＰＺＴからなる圧電セラミ
ック仮焼粉末を添加しても良い。圧電体との焼成収縮挙
動を近づけるという点から、圧電体成形体と導電性ペー
スト中に添加される圧電セラミック仮焼粉末は全く同一
組成を有することが望ましい。

【００３６】この後、第２導電性ペーストを、グリーン
シートの片面にスクリーン印刷法により１〜１０μｍの
厚みに印刷する。また、活性体の両端面から１〜５層用
の内部電極を形成するため、上記第１導電性ペースト
を、グリーンシートの片面にスクリーン印刷法により１
〜１０μｍの厚みに印刷する。

【００３７】塗布された導電性ペーストを乾燥して内部
電極パターンを形成した後、先ず、第１導電性ペースト
が塗布されたグリーンシートを１〜５層積層し、次に第
２導電性ペーストが塗布されたグリーンシートを１００
〜４００層積層し、この後第１導電性ペーストが塗布さ
れたグリーンシートを１〜５層積層して、活性体成形体
を作製し、この活性体成形体の両端面に、導電性ペース
トが塗布されていない上記圧電体用と同一のグリーンシ
ートを５〜２０層積層し、活性体成形体の両端面に不活
性体成形体を形成して柱状積層体成形体を作製する。

【００３８】次に、この柱状積層体成形体を５０〜２０
０℃で加熱を行いながら加圧を行い、一体化する。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、４００〜８００℃で５〜４０時間、脱バインダが行
われ、９００〜１２００℃で２〜５時間で本焼成が行わ
れ、柱状積層体を得る。この柱状積層体の側面には、内
部電極２の端部が露出している。

【００３９】その後、柱状積層体３の対向する側面にお
いて、内部電極２端部を含む圧電体１の端部に互い違い
になるように、１層おきに深さ５０〜５００μｍ、積層
方向の幅５０〜３００μｍの溝を形成し、該溝部にシリ
コーンゴム等の絶縁体４を充填する。以上のように、内
部電極２は互い違いに１層おきに絶縁され、交互に同一
の外部電極５に接続される。

【００４０】この後、正極用および負極用の外部電極５
にリード線６を接続し、柱状積層体３の外周面にデイッ
ピング等の方法により、シリコーンゴムを被覆し、更に
その表面に低水蒸気透過率樹脂をデイッピングにより被
覆した後、０．１〜３ｋＶの分極電圧を印加し、柱状積
層体３全体を分極処理することで、最終的な積層型圧電
アクチュエータを得る。

【００４１】なお、本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、四角柱、六角柱、円柱等、どのような柱体であって
も構わないが、切断の容易性から四角柱状が望ましい。

【００４２】図２は、本発明の噴射装置を示すもので、
図において符号３１は収納容器を示している。この収納
容器３１の一端には噴射孔３３が設けられ、また収納容
器３１内には、噴射孔３３を開閉することができるニー
ドルバルブ３５が収容されている。

【００４３】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、ニードルバルブ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。

【００４４】また、ニードルバルブ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。そし
て、収納容器３１内には、上記した圧電アクチュエータ
４３が収納されている。

【００４５】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。

【００４６】

【実施例】チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
₃からなる平均粒径０．５〜５μｍの圧電体セラミック
スの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、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のセラミックグリーン
シートを作製した。

【００４７】次に、活性体の端部と活性体の中央部の内
部電極を形成するため、２種類の銀−パラジウムを主成
分とする第１、第２導電性ペースト作製した。活性体の
端部の内部電極を形成する第１導電性ペースト中には、
平均粒径０．５〜５μｍの圧電セラミック仮焼粉末を３
０〜５０体積％添加し、活性体の中央部の内部電極を形
成する第２導電性ペーストには、平均粒径０．５〜５μ
ｍの圧電セラミック仮焼粉末を１５体積％添加した。

【００４８】この後、第２導電性ペーストを、グリーン
シートの片面にスクリーン印刷法により５μｍの厚みに
印刷する。また、活性体の両端面から１〜５層用の内部
電極を形成するため、上記第１導電性ペーストを、グリ
ーンシートの片面にスクリーン印刷法により５μｍの厚
みに印刷する。

【００４９】塗布された導電性ペーストを乾燥して内部
電極パターンを形成した後、先ず、第１導電性ペースト
が塗布されたグリーンシートを５層積層し、次に第２導
電性ペーストが塗布されたグリーンシートを２００層積
層し、この後第１導電性ペーストが塗布されたグリーン
シートを５層積層して、活性体成形体を作製し、この活
性体成形体の両端面に、導電性ペーストが塗布されてい
ない上記圧電体用と同一のグリーンシートを１０層積層
し、活性体成形体の両端面に不活性体成形体を形成して
柱状積層体成形体を作製した。

【００５０】次に、この柱状積層体成形体を１００℃で
加熱を行いながら加圧を行い一体化し、１０ｍｍ×１０
ｍｍ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℃で２時間焼成を行ない柱状積
層体を得た。

【００５１】その後、柱状積層体の対向する側面におい
て、内部電極端部を含む圧電体１の端部に該２側面にお
いて互い違いになるように、１層おきに深さ１００μ
ｍ、積層方向の幅５０μｍの溝を形成した。この後、絶
縁されていない内部電極の他方の端面は、予め塗布して
おいた導電性耐熱接着剤に厚み０．１ｍｍの導電性部材
の銀箔を密着させた状態で２００℃加熱し、加熱硬化さ
せることにより、外部電極を形成した。

【００５２】比較例として、上記第２導電性ペーストを
グリーンシートに塗布し、これを２００層積層して、活
性体成形体を形成する以外は、上記と同様にして積層型
圧電アクチュエータを作製した。

【００５３】得られた２種類の積層型圧電アクチュエー
タの耐久性を比較するために、印加荷重５０ｋｇｆ下
で、０Ｖから＋２００Ｖの直流電界を５０Ｈｚの周波数
にて１×１０⁹回印加する耐久試験を行った。その結
果、本発明品は変位量３０μｍで１×１０⁹回でも問題
無く駆動するのを確認した。また、比較例の積層型圧電
アクチュエータも変位量は３０μｍであったが、１×１
０⁷回にて駆動しなくなった。このアクチュエータの外
周面を観察した結果、不活性体と活性体の界面で剥がれ
が生じていた。

【００５４】また、本発明者は、上記第１導電性ペース
ト中の圧電セラミック仮焼粉末を変化させ、活性体と不
活性体との接合強度、活性体端部の反り量、内部電極の
比抵抗求め、これらの結果を図３、図４、図５にそれぞ
れ記載した。尚、活性体と不活性体との接合強度は、積
層型圧電アクチュエータを横にして３点曲げ抗折試験に
て、活性体端部の反り量は、活性体の積層方向端面の中
央部と端の部分を顕微鏡にて観察し、端の部分の中央部
からの突出量を算出して求め、内部電極の比抵抗は抵抗
計を用いて求めた。

【００５５】図３から、圧電セラミック仮焼粉末と接合
強度の関係において、接合強度は圧電セラミック仮焼粉
末の増加に伴い増加しており、５０体積％より飽和して
いることが判る。また、図４から、圧電セラミック仮焼
粉末の添加量が３０体積％以上で反り量が５μｍ以下と
なっており、図３の結果を踏まえると３０〜５０体積％
が望ましいことが判る。

【００５６】また、図５から、圧電セラミック仮焼粉末
の添加量の増加に伴い、内部電極の抵抗が急速に増加し
ていることが判る。この結果から、抵抗値が高すぎると
駆動時に局部的な発熱により破損が加速されることか
ら、圧電セラミック仮焼粉末の添加量は３０〜３５体積
％が最も望ましいことが判る。

【００５７】さらに、圧電セラミック仮焼粉末の平均粒
径と、活性体と不活性体との接合強度の関係を調査した
結果を図６に示す。この図６から、圧電セラミック仮焼
粉末の平均粒径０．５〜５μｍにおいて接合強度がほぼ
圧電素子単体の抗折強度（９５ＭＰａ）と同等となって
いることが判る。このことから、圧電セラミック仮焼粉
末の平均粒径は０．５〜５μｍが望ましいことが判る。

【００５８】

【発明の効果】本発明の積層型圧電素子では、活性体成
形体の不活性体成形体側における内部電極パターン中の
圧電セラミック粉末の存在量を、活性体成形体の中央部
よりも多くすることにより、活性体の端部において、圧
電セラミック粒子が増加する一方、内部電極を構成する
電極材料が減少し、活性体の端部が不活性体の材料組成
に近似し、同時焼成時における収縮差を抑制することが
でき、不活性体と活性体の界面近傍における圧電体の反
り抑制でき、この部分におけるクラック発生を防止でき
る。

【００５９】また、活性体の端部が不活性体の材料組成
に近似しているため、その界面の接合強度を向上できる
とともに、界面近傍の強度をも向上でき、積層型圧電素
子の駆動時における不活性体と活性体間の界面およびそ
の近傍の応力破壊を防止することができる。従って、耐
久性に優れ、信頼性の高い積層型圧電素子を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータを示す斜視
図である。

【図２】本発明の噴射装置を示す説明図である。

【図３】圧電セラミック仮焼粉末の添加量と接合強度の
関係を示す図である。

【図４】圧電セラミック仮焼粉末の添加量と活性体の反
り量の関係を示す図である。

【図５】圧電セラミック仮焼粉末の添加量と内部電極の
電気抵抗の関係を示す図である。

【図６】圧電セラミック仮焼粉末の平均粒径と接合強度
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１・・・圧電体２・・・内部電極３・・・柱状積層体３ａ・・・活性体３ｂ・・・不活性体５・・・外部電極３１・・・収納容器３３・・・噴射孔３５・・・バルブ４３・・・圧電アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に
積層してなる活性体と、該活性体の上下面にそれぞれ設
けられた不活性体とからなる柱状積層体の側面に、前記
内部電極が一層おきに交互に接続する一対の外部電極を
設けてなるとともに、前記活性体及び前記不活性体が同
時焼成される積層型圧電素子であって、前記内部電極中
に前記圧電体を構成する圧電セラミック粒子が存在する
とともに、前記活性体の不活性体側における内部電極中
の圧電セラミック粒子の存在量が、前記活性体の中央部
における内部電極よりも多いことを特徴とする積層型圧
電素子。
【請求項２】複数の圧電体成形体と複数の内部電極パタ
ーンとを交互に積層してなる活性体成形体と、該活性体
成形体の上下面にそれぞれ設けられた不活性体成形体と
からなる柱状積層体成形体を焼成し、柱状積層体を作製
する工程と、該柱状積層体の側面に外部電極を設ける工
程とを具備する積層型圧電素子の製法であって、前記柱
状積層体成形体の内部電極パターン中に前記圧電体成形
体を構成する圧電セラミック粉末が存在するとともに、
前記活性体成形体の不活性体成形体側における内部電極
パターン中の圧電セラミック粉末の存在量が、前記活性
体成形体の中央部における内部電極パターンよりも多い
ことを特徴とする積層型圧電素子の製法。
【請求項３】活性体成形体の不活性体成形体側における
内部電極パターン中の圧電セラミック粉末の存在量が３
０〜５０体積％であることを特徴とする請求項２記載の
積層型圧電素子の製法。
【請求項４】内部電極パターン中の圧電セラミック粉末
は、平均粒径が０．５〜５μｍであることを特徴とする
請求項２または３記載の積層型圧電素子の製法。
【請求項５】噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内
に収容された請求項１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。