JP2004186507A

JP2004186507A - 積層型圧電素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004186507A
Application number: JP2002352958A
Authority: JP
Inventors: Akio Iwase; 昭夫岩瀬; Sumitomo Inomata; 純朋猪俣; Terukazu Fukaya; 輝和深谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】電気的信頼性が高く，耐久性が高い積層型圧電素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】セラミック層１１と内部電極層１２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の外周面における一対の接合面１５それぞれに設けられた一対の外部電極とを有する積層型圧電素子である。そして，各内部電極層１２は，隣接して積層されたセラミック層１１から突出する電極突出部１２０を，少なくともいずれか一方の接合面１５に有している。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，セラミック層と内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体に外部電極を形成した積層型圧電素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
積層型圧電素子としては，内部電極層と圧電セラミック層とを交互に多数枚積層したセラミック積層体に，一対の外部電極を電気的に接続したものがある。
セラミック積層体を作製するに当たっては，例えば，焼成されて内部電極層となる導電ペーストを印刷した圧電セラミックグリーンシートからシート片を切り出す。そして，このシート片を，例えば，積層装置の積層穴内に順次，収容していき，積層方向に加圧しながら圧着し，積層する。
【０００３】
そして，積層型圧電素子は，上記セラミック積層体の外周面に形成した一対の接合面の１層おきの上記内部電極層に対して，導電性接着剤等を介して上記外部電極を電気的に接続した素子である。
また，上記積層型圧電素子の電気的な信頼性を向上するため，セラミック積層体の外周面に予め絶縁材料による絶縁皮膜を形成したり，外部電極を接合した積層型圧電素子の外周を絶縁材料によって被覆する場合がある（例えば，特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−７７７３３号公報（第２頁，第１図）
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記セラミック積層体においては，次のような問題がある。すなわち，上記のごとく，積層穴内で積層した上記セラミック積層体の外周面は，積層穴の内周面に沿って形成させる。そのため，上記内部電極層と上記セラミック層とを積層した上記セラミック積層体の外周面には，内部電極層の外周面とセラミック層の外周面とが滑らかに連なる面が形成される。
【０００６】
この内部電極層は，通常，４μｍ以下と薄いため，上記接合面に露出する内部電極層の表面積は非常に小さい。
そのため，該内部電極層と外部電極との間の電気的な抵抗が大きくなるおそれがある。また，外部電極を接合する上記導電性接着剤等と内部電極層との間の接合強度が不足するおそれがある。
【０００７】
さらに，上記のごとく，上記セラミック積層体の外周面を絶縁材料によって被覆した場合には，外周面に露出する内部電極層の表面積が小さいため，内部電極層と絶縁材料との接合強度を十分確保できないおそれがある。そのため，従来の積層型圧電素子では，長期間使用されて伸縮を繰り返すと，絶縁材料の剥離等により素子内部の絶縁が不十分となって電気的リークを生じるおそれがある。
【０００８】
特に，高温，高振動など過酷な環境で使用される自動車エンジンの燃料噴射インジェクタ等に適用する積層型圧電素子にあっては，絶縁不良等のトラブルを生じるおそれが高くなる。すなわち，１５０℃〜２００℃程度の高温下，高荷重伸縮を繰り返すうち，エポキシ系，シリコン樹脂等よりなる絶縁材料は，高温劣化，疲労劣化による亀裂や剥離等を生じるおそれが高い。
【０００９】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，電気的信頼性が高く，耐久性が高い積層型圧電素子及びその製造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題の解決手段】
第１の発明は，セラミック層と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外周面における一対の接合面それぞれに接合した一対の外部電極とを有する積層型圧電素子において，
上記各内部電極層は，隣接して積層された上記セラミック層から突出する電極突出部を，少なくともいずれか一方の上記接合面に有していることを特徴とする積層型圧電素子にある（請求項１）。
【００１１】
上記第１の発明の積層型圧電素子を構成する上記セラミック積層体では，上記接合面において，隣接して積層されたセラミック層から上記内部電極層の一部である上記電極突出部を突出させてある。
そのため，上記セラミック積層体は，接合面に露出する上記内部電極層の表面積を大きくできる。また，上記電極突出部が突出する上記接合面は，上記外部電極や絶縁材料等を強固に接合しうる凸凹の面性状を呈している。それ故，この積層型圧電素子では，上記外部電極と上記内部電極層との通電状態を長期間に渡って良好に維持しうる。
【００１２】
例えば，上記接合面における，上記外部電極と上記内部電極層とを接合する方法としては，導電性接着剤により外部電極を接合する方法がある。この場合には，上記電極突出部を周囲から突出させることにより，上記接合面に露出する内部電極層の表面積を格段に増加させることができる。すなわち，電極突出部の周囲を導電性接着剤により被うことにより，導電性接着剤と内部電極層との接触面積を十分確保できる。
そのため，この積層型圧電素子では，外部電極と内部電極層との間の電気抵抗を十分に低くして，両者を電気的に接続することができる。それ故，この積層型圧電素子は，電気的なロスが少なく電気的効率の高い素子となる。
【００１３】
また，上記積層型圧電素子では，上記導電性接着剤に対して，上記電極突出部がくさび状に食い込む状態にある。そのため，導電性接着剤と電極突出部との接触面積を単に増加したことによる接合強度の向上のみならず，くさび効果による格段の接合強度の向上を実現できる。
【００１４】
上記接合面における，上記外部電極と上記内部電極層とを接合する他の方法としては，上記内部電極層に焼付け銀等の焼付け電極を接合して，該焼付け電極を介して外部電極を接合する方法がある。この場合にも，上記電極突出部と焼付け電極との，接触面積を十分に確保して，外部電極と内部電極層との間の電気抵抗を十分低くできる。また，焼付け電極に対して，電極突出部をくさび状に食い込ませることにより，両者間の接合強度を十分に高くすることができる。
【００１５】
さらに，上記外部電極との絶縁を要する内部電極層は，絶縁材料等よりなる絶縁部材により確実かつ強固に絶縁することができる。すなわち，上記電極突出部に対しては，導電性接着剤や，焼付け電極等の導電性材料を強固に保持できるのと同様，絶縁部材を強固に保持できる。
そのため，上記第１の発明の積層型圧電素子は，長期間の使用に渡って，内部電極層に配設した絶縁部に剥離等を生じるおそれが少なく，内部の電気的リークを生じるおそれが少ない。
【００１６】
このように，上記第１の発明の積層型圧電素子は，電気的信頼性が高く，また，耐久性にも優れる素子である。
なお，上記接合面における，上記内部電極層に対して，上記外部電極を接合する方法としては，その他，ろう付けする方法や，メッキ層により接合する方法や，焼付け導電部にワイヤボンド接合する方法などがある。いずれの接合方法を採用した場合であっても，上記内部電極層と上記外部電極との接触面積を大きくしたことにより両者間の通電抵抗を十分低くすることができ，また，上記電極突出部をくさび状に突出させたことにより接合強度を格段に向上できる。
【００１７】
第２の発明は，セラミック層と内部電極層とを交互に積層したセラミック積層体と，該セラミック積層体の外周面における一対の接合面それぞれに設けられた一対の外部電極とを有する積層型圧電素子を製造する方法において，
上記セラミック積層体を作製すると共にその外周面に上記一対の接合面を形成した後，上記セラミック積層体における上記内部電極層が露出する外周面のうち，少なくとも上記各接合面を含む一部に対して，９μｍ以上１１μｍ以下の波長帯域にあるレーザビームを照射して，隣接して積層された上記セラミック層から上記内部電極層を突出させて電極突出部を形成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７）。
【００１８】
上記第２の発明の積層型圧電素子を製造する方法によれば，外周面において，上記電極突出部が周囲から突出した状態で露出しているセラミック積層体を容易に作製することができる。
すなわち，９μｍ以上１１μｍ以下の波長帯域にあるレーザビームは，金属表面において反射されやすい一方，セラミック材料に対しては反射されにくく吸収される。
【００１９】
そのため，セラミック積層体の外周面に対して，上記の波長帯域にあるレーザビームを照射した場合には，内部電極層を残してセラミック層の表面のみを削りとる加工を施すことができる。そして，隣接して積層されたセラミック層から突出する電極突出部を形成することができる。
【００２０】
このように，上記第２の発明の製造方法によれば，上記第１の発明の積層型圧電素子を容易に作成することができる。
なお，上記の波長帯域のレーザとしては，発振波長が上記波長帯域にあるレーザ発振器から出力されるレーザビームを使用できるほか，波長変換フィルタを介して，上記波長帯域外のレーザビームを波長変換して適用することもできる。
【００２１】
なお，レーザ加工は，機械加工等に起因してセラミック積層体の外周面に生じたマイクロクラックを低減するという効果がある。したがって，上記内部電極層が露出する外周面のみならず，内部電極層が露出してない外周面に対してレーザ加工を施すことも有効である。
【００２２】
また，波長帯域が９μｍ未満である場合には，金属表面とセラミック材料の表面との間で反射率の相違が少なくなる。そのため，内部電極層を周囲から十分に突出できないおそれがある。
一方，波長帯域が１１μｍを超えるレーザビームは実用的ではないおそれがある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
上記第１の発明（請求項１）においては，上記各内部電極層は，上記セラミック積層体の外周全周に渡って，上記電極突出部を有していることが好ましい（請求項２）。
【００２４】
この場合には，上記セラミック積層体の外周面において，上記電極突出部に対して，導電性材料や，絶縁材料を確実かつ強固に接合することができる。
すなわち，上記セラミック積層体の接合面では，１層おきの内部電極層に対して外部電極を確実に接合できると共に，この外部電極と残りの内部電極層との絶縁を確実に維持できる。
【００２５】
さらに，セラミック積層体の接合面を除く外周面に対しては，例えば，絶縁材料による絶縁被膜等を確実かつ強固に接合することができる。すなわち，上記セラミック積層体の外周面は，電極突出部が突出する凸凹面となっている。そして，電極突出部が奏するくさび効果のため，長期間の使用に渡って絶縁皮膜等が剥離等するおそれが少ない。
【００２６】
また，上記各内部電極層は，上記セラミック積層体におけるいずれか一方の上記接合面を除く外周面全面に渡って上記電極突出部を有しており，
上記各接合面においては，１層おきの上記内部電極層の上記電極突出部が突出していると共に，
一方の上記接合面に上記電極突出部を有する上記内部電極層は，他方の上記接合面には露出しておらず，かつ，一方の上記接合面に露出していない上記内部電極層は，他方の上記接合面に上記電極突出部を有していることが好ましい（請求項３）。
【００２７】
この場合には，上記接合面に１層おきの上記内部電極層のみが露出している。そして，この内部電極層としては電極突出部が突出しているため，外部電極を容易かつ強固に接合することができる。
接合面には絶縁を要する内部電極層が露出してないため，電気的リークを生じるおそれが非常に少ない。
【００２８】
また，上記セラミック積層体の接合面を除く外周面は，各内部電極層の電極突出部が突出し，絶縁皮膜等を強固に保持し得る面性状を呈している。
そのため，上記セラミック積層体の上記接合面を除く外周面に，例えば絶縁皮膜等を形成した場合にあっては，この絶縁被膜に上記電極突出部がくさび状に食い込むような構造を呈する。それ故，長期間に渡る使用に際して，この絶縁被膜が剥離等するおそれが少なく，電気的リークを発生するおそれを抑制できる。
【００２９】
また，上記セラミック積層体の外周面を構成する上記セラミック層の外周面からの上記電極突出部の突出量は，上記内部電極層の厚みｔに対して，１／３ｔ以上１ｔ未満であることが好ましい（請求項４）。
この場合には，上記電極突出部を適切に突出させて，上記第１の発明の作用効果を十分に生じさせることができる。
【００３０】
一方，突出量が１／３ｔ未満である場合には，上記電極突出部によるくさび効果や，上記接合面に露出する内部電極層の表面積を拡大する効果が十分でない。それ故，上記内部電極層に接合する導電材料や，絶縁材料等を保持する力を十分に発揮できないおそれがある。また，内部電極層と外部電極との間の電気的な抵抗を，十分に抑制できないおそれがある。
また，突出量が１ｔ以上である場合には，内部電極層における電極突出部自体の強度が低下するおそれがある。
【００３１】
また，上記外部電極は，導電性を有する導電性材料を介して，上記各接合面における１層おきの上記内部電極層の上記電極突出部と電気的に接続してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には，上記電極突出部は，上記導電性材料中に突出して配置されることになる。そのため，両者の接触面積を大きく確保して，両者間の電気的な接触抵抗を抑制できると共に，接合強度を十分確保できる。
【００３２】
特に，上記導電性材料中に突出した上記電極突出部は，くさび効果により非常に高い接合強度を発揮し得る。
なお，上記導電性材料としては，接着性を有する導電性樹脂などの導電性接着剤や，焼付け銀などによる焼付け電極等がある。その他，焼付け白金，焼付けタンタル等を上記導電性材料として適用することもできる。
【００３３】
また，上記セラミック積層体の外周面における上記外部電極と接合しない上記電極突出部には，絶縁材料を接合してあることが好ましい（請求項６）。
この場合には，上記電極突出部は，上記絶縁材料中に突出して配置されることになる。そのため，両者の接触面積を大きく確保して，両者間の接合強度を十分確保できる。
【００３４】
特に，上記絶縁材料中に突出した上記電極突出部は，くさび効果により非常に高い接合強度を発揮し得る。
なお，上記絶縁材料としては，シリコン樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂等を用いることができる。
【００３５】
上記第２の発明（請求項）においては，上記レーザビームは，ＣＯ_２レーザによるビームであることが好ましい（請求項８）。
この場合には，レーザビームの広がり角を少なくして集光性を高めることができ，高いエネルギー密度のレーザビームにより精度の高いレーザ加工を実施することができる。
また，ＣＯ_２レーザは，発振波長が１０．６μｍである赤外線レーザであり，金属表面における反射率が高い。そのため，上記セラミック積層体の外周面における，内部電極層を残して，セラミック層の表面を削りとる加工を確実に実施できる。
【００３６】
また，上記セラミック積層体の外周面には，０．５ｓ以内の照射期間と，非照射期間とを繰り返すデューティーサイクルに従ってレーザビームを照射することが好ましい（請求項９）。
【００３７】
この場合には，レーザ照射時における上記セラミック積層体の温度上昇を抑制して，残留歪み等の発生を未然に防止できる。また，レーザ照射期間と非照射期間とを繰り返すデューティーサイクルによれば，レーザ照射により発生した加工熱を，非照射期間に適切に放出することができる。そのため，レーザ加工が長時間に及ぶ場合であっても，加工中の温度上昇を抑制して連続的にレーザ加工を施すことができる。
一方，１回のレーザ照射において，０．５ｓを超えてレーザを照射し続けると，発生した熱によりセラミック積層体内部に残留歪みを生じるおそれがある。
【００３８】
また，上記デューティーサイクルの周波数は，１００Ｈｚ以上であることが好ましい（請求項１０）。
この場合には，レーザ照射と非照射とを高速に繰り返すため，セラミック積層体の温度上昇や，レーザ照射時に発生する加工カス等による悪影響等を抑制することができ，セラミック積層体の外周面を精度良く加工することができる。
【００３９】
【実施例】
（実施例１）
本例の積層型圧電素子について，図１〜図１１を用いて説明する。
本例は，図１０に示すごとく，セラミック層１１と内部電極層１２とを交互に積層してなるセラミック積層体１０と，該セラミック積層体１０の外周面における一対の接合面１５それぞれに設けられた一対の外部電極１８とを有する積層型圧電素子１に関する例である。
図７及び図８に示すごとく，各内部電極層１２は，隣接して積層されたセラミック層１１から突出する電極突出部１２０を接合面１５に有している。
以下，この内容について詳しく説明する。
【００４０】
本例の積層型圧電素子１を構成するセラミック積層体１０は，図５及び図７に示すごとく，厚さ約１００μｍのセラミック層１１と，厚さ約２μｍの内部電極層１２とを交互に４００層積層した積層体である。
本例のセラミック積層体１０では，導電性を有する導電材料よりなる内部電極層１２は，積層面全面に形成されている。
【００４１】
そして，内部電極層１２は，図５に示すごとく，外周全周に渡って，隣接して積層されたセラミック層１１から突出する電極突出部１２０を有している。
本例では，図８に示すごとく，セラミック積層体１０における電極突出部１２０の突出量Ｄは，内部電極層の厚さｔに対して１／２倍としてある。
【００４２】
なお，本例のセラミック積層体１０は，図５に示すごとく，その軸方向に平行であって対向する平面であると共に，外部電極１８（図１０参照）を接合するための接合面１５を有しており，断面形状は樽形を呈している。セラミック積層体１０の断面形状としては，樽形に限定されるものではなく，用途，使用状況に合わせて変更可能である。
【００４３】
そして，本例において上記積層型圧電素子１を製造するに当たっては，図１，図２に示すごとく，印刷装置３と，打抜き積層装置２と，図示しない焼成炉とディスペンサ装置とを含む製造装置を用いた。さらに，焼成後のセラミック積層体１０の外周面にレーザ加工を施すに当たっては，図６に示すごとく，ＣＯ_２レーザ加工機４を用いた。
【００４４】
本例の積層型圧電素子１を製造するに当たっては，まず，セラミック積層体１０を作製する。このセラミック積層体１０を作製する工程は，グリーンシート作製工程と，印刷工程と，打ち抜き工程と，積層工程と，焼成工程と，レーザ加工工程とからなる。
なお，本例の工程に使用する打抜き積層装置２によれば，図２に示すごとく，打ち抜き工程と積層工程とを同時に実施することができる。
【００４５】
まず，グリーンシート作製工程では，図１に示すごとく，圧電素子材料であるグリーンシート用のスラリーからグリーンシート１００を作製する。
ここで，このスラリーは，チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスになるセラミック原料にバインダーと微量の可塑剤及び消泡剤を添加した後，有機溶媒中に分散させたものである。
【００４６】
本例では，上記のスラリーを，ドクターブレード法によって図示しないキャリアフィルム上に塗布し，厚さ１００μｍのグリーンシート１００を生成した。なお，スラリーからグリーンシート１００を生成する方法としてはドクターブレード法の他，押出成形法その他種々の方法を採ることができる。
【００４７】
次に，印刷工程では，図１に示すごとく，グリーンシート１００における積層面１０１となる領域全面に，スクリーン印刷用のシルク板１０６を用いて，焼成されて上記内部電極層１２となるＡｇ−Ｐｄペーストを塗布して，電極用印刷パターン１０２を形成する。
なお，本例では，さらに，積層時の接着材として，グリーンシート１００を構成した上記セラミック材料と略同一組成のセラミック材料を含有するスラリーを積層面１０１全面に塗布し，接着層１１０（図４参照）を形成してある。
【００４８】
次に，上記打抜き積層装置２を用いて，シート片２１０の打ち抜き工程と，積層工程とを同時に実施する。ここでは，図２に示すごとく，グリーンシート１００からシート片２１０を打ち抜き，図３及び図４に示すごとく，打ち抜いたシート片２１０を順次，積層する。
【００４９】
ここで，本例の打抜き積層装置２の構成及び動作について説明する。上記のごとく，打抜き積層装置２は，図２に示すごとく，シート片２１０の打ち抜きと，積層とを同時に実施できるよう構成された装置である。
この打抜き積層装置２は，内部に貫通する積層穴２２を有する積層ホルダ２９と，図示しない油圧シリンダにより積層ホルダ２９に向けてストロークするパンチ２１とを有している。
また，積層ホルダ２９の積層穴２２内には，下端面に吸着孔を開口した吸着機構（図示略）を有するガイド２６を有しており，積層穴２２の内部で積層した中間体２５を吸着，保持できるように構成してある。
【００５０】
このように構成された打抜き積層装置２により中間体２５を作製するに当たっては，まず，グリーンシート１００を所定量送って，パンチ２１の打ち抜き位置に電極用印刷パターン１０２を合致させる。
その後，押さえ板２７でグリーンシート１００を押さえながら，パンチ２１を積層ホルダ２９に向けてストロークさせる。そして，パンチ２１を，押さえ板２７の貫通穴２７０に貫通させ，積層穴２２に挿入させる。このようにしてシート片２１０を打ち抜き，該シート片２１０を積層穴２２内部において積層していくという一連動作を繰り返し実施する。
【００５１】
この一連動作における最初の打ち抜きでは，シート片２１０は，ガイド２６の吸着機構によりその上面に吸着され，積層穴２２内に収容される。
さらに，グリーンシート１００における電極用印刷パターン１０２を有するシート片２１０を，上記一連動作により順次打ち抜いていく。打ち抜かれたシート片２１０は，その表面に形成された接着層１１０（図４参照）により次々に接着されて積層され，中間体２５の一層をなしていく。
【００５２】
このとき，積層ホルダ２９は，中間体２５の下端面を吸着保持しながら，中間体２５の長さに応じて徐々に下降する。そのため，打抜き積層装置２における中間体２５の上端面の位置は略一定し，新たに打ち抜いたシート片２１０を一定の加圧力により接着できるように構成されている。
そして，この一連動作における最後の打ち抜きでは，電極用印刷パターン１０２を形成してないグリーンシート片２１０を打ち抜き，中間体２５の上端面に積層する。
本例では，上記の一連動作により，図４に示すごとく，４００枚のシート片２１０を積層した中間体２５を作製した。
【００５３】
次に，焼成工程において，この中間体２５を焼成して焼成体（図示略）を作製する。本例の焼成工程では，図示しない焼成炉により実施し，炉内温度１２００℃を２時間保持して焼成した後，炉冷を実施した。
ここで，図５に示すごとく，シート片２１０の表面に印刷したＡｇ−Ｐｄペーストは，焼成されて導電性を有する内部電極層１２を形成する。
【００５４】
そして，本例では，上記焼成体の外周面に機械加工を施した。ここでは，図示しない機械加工装置により，図５に示すごとく，上記焼成体の外周面を調整した後，外周面における対向する２カ所の側面に平面加工を施し，セラミック積層体１０を作製した。
本例では，上記の平面加工として，セラミック積層体１０の対向する側面を８０μｍ研削し，外部電極１８を接合するための接合面１９を形成してある。
【００５５】
次に，図６に示すごとく，レーザ加工工程を実施して，セラミック積層体１０の外周面にレーザビームを照射する。ここでは，金属表面での反射率が高い１０．６μｍのレーザビームを，セラミック積層体１０の外周面に照射し，内部電極層１２を残して，セラミック層１１がなす外周面を削りとる。このレーザ加工によれば，セラミック積層体１０の外周面から電極突出部１２０を相対的に突出させることができる。
【００５６】
ここで，本例で使用したレーザ加工機４の構成及び動作について説明しておく。
このレーザ加工機４は，図６に示すごとく，波長１０．６μｍの赤外線のレーザビームを発射するＣＯ_２レーザ発振器４１と，一旦ビーム径を拡げるビームエキスパンダ４２と，ビーム方向を制御する２基のガルバノメータ４３と，レーザビームを集光する集光レンズ４４とからなる。
また，図示しない載置台は，該載置台に載置したセラミック積層体１０を，軸芯回りに回転させる回転機構を有しており，セラミック積層体１０を回転自在に保持するよう構成してある。
【００５７】
特に，本例のＣＯ_２レーザ発振器４１は，ＲＦ励起拡散冷却スラブ型のレーザ発振器である。このＣＯ_２レーザ発振器４１は，出力の立ち上がりが非常に高速であるため，高速なデューティーサイクルによる制御が可能である。
本例では，デューティー周波数１ｋＨｚ，デューティー比０．６％に制御されたレーザビームを，セラミック積層体１０の外周面に照射した。
【００５８】
また，２基のガルバノメータ４３は，レーザビームの集光位置を略直交する２軸方向に移動させる。本例では，平坦面である上記接合面１５にレーザビームを照射するに当たっては，２基のガルバノメータ４３により接合面１５のスキャンを実施した。また，曲面を呈するセラミック積層体の外周面にレーザビームを照射するに当たっては，載置台の上記回転機構によりセラミック積層体１０を回転制御すると共に，ガルバノメータ４３によりレーザビーム方向を変更して，セラミック積層体１０の外周曲面をスキャンできるように構成してある。
【００５９】
また，集光レンズ４４は，ＣＯ_２レーザ発振器４１から発射されたレーザビームを，直径８０μｍのビームスポットに集光できるように構成してある。
なお，このＣＯ_２レーザ発振器４１は，１０Ｗ〜１２５Ｗの出力範囲内でその出力を変更できるように構成してある。本例では，上記のごとくデューティー制御したレーザビームの１回のスキャン当たり，セラミック積層体１０の外周面を１μｍ研削できるようにＣＯ_２レーザ発振器４１の出力を調整してある。
【００６０】
そして，本例のレーザ加工工程では，図６に示すごとく，載置台の回転機構による回転動作と，ガルバノメータ４３によるレーザビームの位置制御とにより，セラミック積層体１０の外周面全面を１回通りスキャンした。なお，本例では，アシストガスとして，レーザ照射箇所にエアーを吹き付けながら上記レーザ加工を実施した。
【００６１】
このレーザ加工工程により，図７及び図８に示すごとく，セラミック積層体１０の外周面のうち，セラミック層１１がなす外周面をおよそ２μｍ削りとる。
そして，このようにして，外周面から電極突出部１２０が相対的に１μｍ突出したセラミック積層体１０を作製した。
【００６２】
さらに，セラミック積層体１０を用いて，積層型圧電素子１を作製するに当たっては，図１０に示すごとく，セラミック積層体１０の各接合面１５に，一対の外部電極１８を接合する。
ここでは，まず，図９に示すごとく，セラミック積層体１０の接合面１５における１層おきの内部電極層１２の電極突出部１２０に，絶縁材料よりなる絶縁部１８１を形成する。
【００６３】
上記絶縁部１８１の形成は，図示しないディスペンサ装置により実施した。このディスペンサ装置は，位置制御されたディスペンスノズルから，一定量の液状の絶縁材料を吐出できるよう構成されている。
本例では，このディスペンサ装置を用いて，シリコーンポッティング剤よりなる絶縁材料（例えば，株式会社スリーボンド製スリーボンド１２３０）を塗布し，絶縁部１８１を形成した。
【００６４】
なお，このセラミック積層体１０では，図９に示すごとく，一方の接合面１５において絶縁部１８１を形成した内部電極層１２には，他方の接合面１５において絶縁部１８１を形成せず，一方の接合面１５において絶縁部１８１を形成してない内部電極層１２には，他方の接合面１５において絶縁部１８１を形成してある。
【００６５】
そして，図１０に示すごとく，セラミック積層体１０の接合面１５に，銀・パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）よりなる導電性接着剤１８２により外部電極１８を接合し，１層おきの内部電極層１２と外部電極１８とを電気的に接続した積層型圧電素子１を作製する。
さらに，本例の積層型圧電素子１では，図１１に示すごとく，軸方向の両端面を除く全ての外周面に，シリコン樹脂よりなる絶縁性の絶縁被膜１８５を形成してある。
【００６６】
本例の積層型圧電素子１を構成するセラミック積層体１０では，接合面１５において，隣接するセラミック層１１から電極突出部１２０が突出している。
そして，接合面における，１層おきの内部電極層１２に絶縁部１８１を形成してあると共に，絶縁部１８１を形成してない１層おきの電極部には導電性接着剤１８２を介して外部電極を接合してある。
【００６７】
まず，外部電極１８と，該外部電極１８と電気的に接続された内部電極層１２との電気的な接続状態は，周囲から突出した電極突出部１２０と導電性接着剤１８２との間の広い接触面積のため，電気抵抗が低く維持された良好な状態である。それ故，この積層型圧電素子１は，電気的なロスが少なく電気的効率の高い素子である。
【００６８】
また，積層型圧電素子１では，導電性接着剤１８２に対して，電極突出部１２０がくさび状に食い込む状態にある。そのため，導電性接着剤１８２と電極突出部１２０との接触面積を単に増加したことによる接合強度の向上のみならず，くさび効果による格段の接合強度の向上が実現されている。
【００６９】
さらに，上記セラミック積層体１０の接合面１５における，外部電極１８との絶縁を要する内部電極層１２には，絶縁部１８１が確実かつ強固に接合されている。すなわち，上記のごとく突出する電極突出部１２０に対しては，導電性接着剤１８２を強固に接着できるのと同様，絶縁部１８１を強固に接合できる。
そのため，本例の積層型圧電素子１は，長期間の使用に渡って，内部電極層１２に配設した絶縁部１８１の剥離等を生じるおそれが少なく，内部の電気的リークを生じるおそれが少ない。
【００７０】
このように，本例の積層型圧電素子１は，電気的信頼性が高く，耐久性も高い。そのため，この積層型圧電素子１は，特に，自動車用インジェクタなど，高温，高振動という過酷な条件下での使用において特に有効である。
なお，外部電極１８は，図１２及び図１３に示すごとく，導電性を有する焼付け銀等による焼付け電極１８３を介して，内部電極層１２と電気的に接続することも良い。
この場合には，外部電極１８と内部電極層１２との接合強度をさらに向上できると共に，耐熱性を向上することができる。
【００７１】
（実施例２）
本例は，実施例１の積層型圧電素子を基にして，部分電極構造の内部電極層に変更した例である。
本例の積層型圧電素子１は，図１５に示すごとく，部分電極構造のセラミック積層体１０により構成した素子である。このセラミック積層体１０は，図１４に示すごとく，端部１カ所の控え部１０３を残してＡｇ−Ｐｄペーストを印刷した電極用印刷パターン１０９を形成したシート片２１１を積層して作製した積層体である。
【００７２】
このセラミック積層体１０では，図１５に示すごとく，１層おきの内部電極層１２が接合面に電極突出部１２０を有している。また，一方の接合面１５において電極突出部１２０を有している内部電極層１２は，他方の接合面１５では露出しておらず，一方の接合面１５において露出していない内部電極層１２は，他方の接合面１５に電極突出部１２０を有するという構造を呈している。
【００７３】
そして，積層型圧電素子１は，図１５に示すごとく，上記のセラミック積層体１０の接合面１５に，銀・パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）よりなる導電性接着剤１８２により外部電極１８を接合したものである。
なお，その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
また，図１６に示すごとく，導電性焼付け銀による焼付け電極１８３を介して，内部電極層１２と外部電極１８とを電気的に接続しても良い。
この場合には，外部電極１８と電極突出部１２０との接合強度をさらに向上できると共に，耐熱性を向上することができる。
【００７４】
（実施例３）
本例は，実施例１の積層型圧電素子を基にして，内部電極層の構造を変更した例である。
本例の積層型圧電素子１は，図１７に示すごとく，部分電極構造のセラミック積層体１０により構成した素子である。このセラミック積層体１０の内部電極層１２は，図１７及び図１８に示すごとく，いずれか一方の接合面１５にのみ電極突出部１２０を有しており，該接合面１５を除く外周面には露出していない。
【００７５】
このセラミック積層体１０の各接合面１５では，図１７に示すごとく，１層おきの内部電極層１２の電極突出部１２０が突出している。また，一方の接合面１５において電極突出部１２０を有する内部電極層１２は，他方の接合面１５では内部電極層１２を露出しておらず，一方の接合面１５において露出していない内部電極層１２は，他方の接合面１５において電極突出部１２０を有しているという構造を呈している。
なお，このセラミック積層体１０では，接合面１５を除く外周面には，内部電極層１２が露出していない。
【００７６】
図１９及び図２０に示すごとく，上記のセラミック積層体１０の接合面１５に突出する電極突出部１２０には，焼付け銀による焼付け電極１８３を接合してある。そして，積層型圧電素子１は，焼付け電極１８３を介して，セラミック積層体１０の接合面１５に外部電極１８を接合したものである。
なお，その他の構成及び作用効果については，実施例１と同様である。
また，本例のセラミック積層体１０においては，外周面のうち接合面１５に対してのみ，上記レーザ加工を実施すれば良いが，外周面全面にレーザ加工を実施しても良い。接合面１５を除く外周面にレーザ加工を施した場合には，機械加工等によって生じた外周面のマイクロクラック等を低減するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，印刷装置を示す説明図。
【図２】実施例１における，打抜き積層装置を示す説明図。
【図３】実施例１における，セラミック積層体における積層構造を示す説明図。
【図４】実施例１における，焼成前のセラミック積層体の構造を示す断面図。
【図５】実施例１における，セラミック積層体を示す斜視図。
【図６】実施例１における，レーザ加工機を示す説明図。
【図７】実施例１における，セラミック積層体の構造を示す断面図。
【図８】実施例１における，セラミック積層体の接合面周辺の構造を示す拡大断面図。
【図９】実施例１における，積層型圧電素子における外部電極を接合する手順を示す説明図。
【図１０】実施例１における，積層型圧電素子を示す斜視図。
【図１１】実施例１における，積層型圧電素子の内部電極層に沿う断面構造を示す断面図。
【図１２】実施例１における，その他の積層型圧電素子における外部電極を接合する手順を示す説明図。
【図１３】実施例１における，その他の積層型圧電素子における外部電極を接合する手順を示す説明図。
【図１４】実施例２における，セラミック積層体の積層構造を示す説明図。
【図１５】実施例２における，積層型圧電素子の構造を示す断面図。
【図１６】実施例２における，その他の積層型圧電素子の構造を示す断面図。
【図１７】実施例３における，セラミック積層体を示す斜視図。
【図１８】実施例３における，セラミック積層体の内部電極層に沿う断面構造を示す断面図。
【図１９】実施例３における，積層型圧電素子における，外部電極を接合する手順を示す説明図。
【図２０】実施例３における，積層型圧電素子を示す斜視図。
【符号の説明】
１．．．積層型圧電素子，
１０．．．セラミック積層体，
１１．．．セラミック層，
１２．．．内部電極層，
１５．．．接合面，
１８．．．外部電極，
１８１．．．絶縁部，
１８２．．．導電性接着剤，
１８３．．．焼付け電極，
１００．．．グリーンシート，
１０１．．．積層面，
２．．．打抜き積層装置，
２１．．．パンチ，
２１０，２１１．．．シート片，
３．．．印刷装置，
４．．．レーザ加工機，
４１．．．レーザ発振器，
４４．．．集光レンズ，

Claims

セラミック層と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外周面における一対の接合面それぞれに接合した一対の外部電極とを有する積層型圧電素子において，
上記各内部電極層は，隣接して積層された上記セラミック層から突出する電極突出部を，少なくともいずれか一方の上記接合面に有していることを特徴とする積層型圧電素子。
請求項１において，上記各内部電極層は，上記セラミック積層体の外周全周に渡って，上記電極突出部を有していることを特徴とする積層型圧電素子。
請求項１において，上記各内部電極層は，上記セラミック積層体におけるいずれか一方の上記接合面を除く外周面全面に渡って上記電極突出部を有しており，
上記各接合面においては，１層おきの上記内部電極層の上記電極突出部が突出していると共に，
一方の上記接合面に上記電極突出部を有する上記内部電極層は，他方の上記接合面には露出しておらず，かつ，一方の上記接合面に露出していない上記内部電極層は，他方の上記接合面に上記電極突出部を有していることを特徴とする積層型圧電素子。
請求項１〜３のいずれか１項において，上記セラミック積層体の外周面を構成する上記セラミック層の外周面からの上記電極突出部の突出量は，上記内部電極層の厚みｔに対して，１／３ｔ以上１ｔ未満であることを特徴とする積層型圧電素子。
請求項１〜４のいずれか１項において，上記外部電極は，導電性を有する導電性材料を介して，上記各接合面における１層おきの上記内部電極層の上記電極突出部と電気的に接続してあることを特徴とする積層型圧電素子。
請求項１〜５のいずれか１項において，上記セラミック積層体の外周面における上記外部電極と接合しない上記電極突出部には，絶縁材料を接合してあることを特徴とする積層型圧電素子。
セラミック層と内部電極層とを交互に積層したセラミック積層体と，該セラミック積層体の外周面における一対の接合面それぞれに設けられた一対の外部電極とを有する積層型圧電素子を製造する方法において，
上記セラミック積層体を作製すると共にその外周面に上記一対の接合面を形成した後，上記セラミック積層体における上記内部電極層が露出する外周面のうち，少なくとも上記各接合面を含む一部に対して，９μｍ以上１１μｍ以下の波長帯域にあるレーザビームを照射して，隣接して積層された上記セラミック層から上記内部電極層を突出させて電極突出部を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７において，上記レーザビームは，ＣＯ_２レーザによるビームであることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
請求項７〜８のいずれか１項において，上記セラミック積層体の外周面には，０．５ｓ以内の照射期間と，非照射期間とを繰り返すデューティーサイクルに従ってレーザビームを照射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において，上記デューティーサイクルの周波数は，１００Ｈｚ以上であることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。