JP2005039191A - 積層型電子部品およびこれを用いた噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧、高温下、高湿度下で繰り返して作動する場合においても、内部電極間の短絡を抑制できる積層型電子部品を提供する。
【解決手段】複数の誘電体と複数の内部電極とを交互に積層して成る柱状積層体を有し、前記誘電体を挟む前記内部電極により、前記誘電体に電界が印加される積層型電子部品であり、前記柱状積層体の側面に異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極の端部が露出するとともに、前記柱状積層体の側面に、前記内部電極の露出した端部を交互に接続する一対の外部電極を具備し、前記柱状積層体の側面における前記内部電極の露出した側面の表面粗さRｚが３μｍ以下であり、かつ前記内部電極の露出した側面に内部電極間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、光学装置などの精密位置決め装置、振動防止用の駆動素子、あるいは自動車エンジンの燃料噴射用の駆動素子などに使用される積層型アクチュエータ等の積層型電子部品に関するものである。

圧電板は電圧を印加すると伸縮する逆圧電効果を有している。この場合、圧電板１枚１枚の伸縮量は微量であることから、従来から複数層の圧電体を積層して形成した積層型アクチュエータが作製されている。

この積層型アクチュエータは、圧電体に電圧を印加して数〜数１０μｍ伸長させ、アクチュエータの駆動力源とするものである。

図３に従来の積層型アクチュエータの構造を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。従来の積層型アクチュエータは、圧電体１と内部電極２が交互に積層され、圧電体１と内部電極２が同時焼成されて形成されており、内部電極２は柱状積層体１０の４つの側面に左右互い違いに露出し、内部電極２が露出した柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂに外部電極４を形成し、内部電極２と一層おきに交互に接続している。

上記積層型アクチュエータは、セラミックグリーンシートに内部電極ペーストを印刷し、この内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを複数層有する柱状積層体を作製し、該柱状積層体を焼成して、研削することにより、積層型アクチュエータの形状を精度良く仕上げていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１７７７９号公報

近年、積層型アクチュエータは、高応答性、大変位量を達成するために、高電圧を高周波数で印加して駆動させることが要求されており、上記積層型アクチュエータでは、異なる極性の電圧が印加される内部電極の端部間が短絡し、駆動を低下させる問題があった。

即ち、図３に示すような従来の積層型アクチュエータは、圧電体１と内部電極２が交互に積層された積層体を平面研削盤等で研削して形状を整え、柱状積層体１０を作製し、この柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂに一対の外部電極４を形成するが、前記研削時の加工条件が過酷なため、深い加工痕を残し、内部電極２の端部間において電気が短絡しやすい状態になっていた。特に、加工工程を簡略化するために、外部電極４を形成していない対向する２つの側面１０ａは内部電極２に対して垂直な矢印方向に研削することが多く、この方向に生じた加工痕を伝わることにより電気が流れやすくなっていた。

このため、上記のような高応答性、大変位量を達成するために、高電圧を高周波数で印加して駆動すると対向する２つの側面１０ａにおいて、これらの加工痕を伝わり、異なる電圧が印加される内部電極の端部間で短絡が発生してしまうという問題があった。

特に、高温、高湿度下で駆動させた場合、異なる電圧が印加される内部電極２の端部間で短絡が発生し易いという問題があった。

本発明は、高電圧、高温下、高湿度下で繰り返して作動する場合でも、内部電極の端部間の短絡を抑制できる積層型電子部品を提供することを目的とする。

本発明の積層型電子部品は、複数の誘電体と複数の内部電極とを交互に積層して成る柱状積層体を有し、前記誘電体を挟む前記内部電極により、前記誘電体に電界が印加される積層型電子部品であり、前記柱状積層体の側面に異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極の端部が露出するとともに、前記柱状積層体の側面に、前記内部電極の露出した端部を交互に接続する一対の外部電極を具備し、前記柱状積層体の側面のうち、前記内部電極の露出した側面の表面粗さRｚが３μｍ以下であり、かつ前記内部電極の露出した側面に内部電極間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないことを特徴とする。

さらに、前記内部電極の露出した側面のうち、異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極の端部がともに露出した柱状積層体の側面の表面粗さRｚが３μｍ以下であり、かつ前記内部電極の露出した側面に内部電極間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないことを特徴とする。

また、本発明の積層型電子部品は、複数の誘電体と複数の内部電極とを交互に積層して成る柱状積層体を有し、前記誘電体を挟む前記内部電極により、前記誘電体に電界が印加される積層型電子部品であり、前記柱状積層体の側面に異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極の端部が露出するとともに、前記柱状積層体の側面に、前記内部電極の露出した端部を交互に接続する一対の外部電極を具備し、前記柱状積層体の側面における前記内部電極の露出した側面に存在する加工痕のうち、前記内部電極に対して垂直な加工痕の割合が１０％以下であることを特徴とする。

さらに、前記内部電極の露出した側面が、異なる極性の電圧を印加する２種の前記内部電極の端部をともに露出していることを特徴とする。

さらに、前記内部電極の露出した側面が焼き放し面から成ることを特徴とする。

さらに、前記柱状積層体の側面が焼き放し面から成ることを特徴とする。

さらに、前記誘電体として圧電素子を用い、積層型アクチュエータとして機能するようにしたことを特徴とする。

さらに、前記内部電極中の金属組成物がＶＩＩＩ族金属および／またはＩｂ族金属を主成分とすることを特徴とする。

さらに、前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１（質量％）、Ｉｂ族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足することを特徴とする。

さらに、前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上であり、Ｉｂ族金属がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。

さらに、前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上であり、Ｉｂ族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。

さらに、前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属がＮｉであることを特徴とする。

さらに、前記内部電極中のＩｂ族金属がＣｕであることを特徴とする。

また、本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納された積層型圧電素子と、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。

このような積層型電子部品は、内部電極間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないため、内部電極の端部間における短絡が抑制され、高電圧、高温下、高湿度下においても高い耐久性能を有することができる。特に、高電圧が印加される積層型アクチュエータに関しては、内部電極の端部間による短絡を抑制できる。

このように、本発明の積層型電子部品によれば、柱状積層体の側面における内部電極の露出した側面、特に異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極がともに露出した側面の表面粗さＲｚが３μｍ以下であり、かつ前記内部電極間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないか、または前記内部電極に対して垂直な加工痕の割合が１０％以下であるため、露出する内部電極間の短絡が抑制され、高電圧、高温下、高湿度下においても高い耐久性能を有することができる。特に、高電圧が印加される積層型アクチュエータにおいて、内部電極間での短絡を抑制することにより、長時間連続駆動しても一定の変位量を維持することができる。

また、前記柱状積層体の側面における前記内部電極の露出した側面の表面粗さＲｚが３μｍ以下であれば、前記内部電極の露出した側面を焼き放し面で形成してもよく、焼き放し面を利用することにより前記柱状積層体の側面の加工工程が省略され、大幅なコストダウンが可能となる。

さらに、前記内部電極をＶＩＩＩ族金属および／またはＩｂ族金属を主成分とすることにより耐熱性を上げ、焼成温度を高くでき、圧電体と前記内部電極を同時焼成することができる。

さらに、ＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１（質量％）、Ｉｂ族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足することによりＶＩＩＩ族金属を１５質量％以下にすることにより比抵抗を小さくできるため、積層型圧電素子として連続駆動させた場合、前記内部電極の発熱を押さえ、前記内部電極間の短絡を抑制することができる。

さらに、前記内部電極中の金属成分をＶＩＩＩ族金属をＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上とし、Ｉｂ族金属がＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上とすることにより安易に原料を入手でき、コストを下げることができる。

さらに、前記内部電極中の金属成分を、ＶＩＩＩ族金属をＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上とし、Ｉｂ族金属をＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上とすることによりさらに耐熱性に優れ、比抵抗の小さい内部電極を形成できる。

さらに、前記内部電極中の金属成分のＶＩＩＩ族金属をＮｉとすることにより、さらに耐熱性に優れた内部電極を形成できる。

さらに、前記内部電極中の金属成分のＩｂ族金属をＣｕとすることにより、研磨が容易になり、前記柱状積層体の側面の研磨加工において、加工痕を低減できるとともに、耐熱性および熱伝導性に優れた内部電極２を形成できる。

また、噴射口を有する収納容器と、該収納容器に収納された積層型圧電素子と、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させることにより、連続駆動させても、所望の変位量が実効的に変化しないために、装置が誤作動することなく、耐久性に優れた高信頼性の噴射装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の積層型電子部品の一例である積層型アクチュエータを示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

積層型アクチュエータは、図１に示すように、複数の圧電体１と複数の内部電極２を交互に積層してなる四角柱の柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂにおいて、内部電極２の端部が互い違いで一層おきに絶縁体３で被覆され、絶縁体３で被覆されていない内部電極２の端部を外部電極４の各々に接続し、各外部電極４にリード線５を接続固定して構成されている。また、この実施形態では、柱状積層体１０の側面１０ａに内部電極２が露出している。

圧電体１の間には内部電極２が配されているが、この内部電極２は銀‐パラジウム等の金属材料で形成されており、各圧電体１に所定の電圧を印加し、圧電体１に逆圧電効果による変位を起こさせる作用をなす。

そして、本発明の積層型アクチュエータでは、柱状積層体１０の側面に異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極の端部が露出するとともに、柱状積層体１０の側面に、内部電極２の露出した端部を交互に接続する一対の外部電極を具備し、柱状積層体１０の側面における内部電極２の露出した側面１０ａの表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）を３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下にしなければならない。これは、表面粗さＲｚが３μｍより粗いと、表面の凹凸部を電気が伝わることにより、内部電極２間に短絡が発生し、積層型アクチュエータが破損しやすくなるからである。特に、内部電極２の露出した側面のうち、異なる極性の電圧が印加される２種の内部電極２の端部がともに露出した柱状積層体１０の側面では短絡が生じやすいため、該側面の表面粗さＲｚを３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下にすることが望ましい。

さらに、側面１０ａにおいて、内部電極２間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないように形成してある。これは、内部電極２間を短絡させるような内部電極２間をつなぐ加工痕を電気が伝わることにより、積層型アクチュエータが破損することを防ぐためである。ここで内部電極２間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないとは、そのような加工痕が存在しないか、または、存在していてもごくわずかであることを言う。

また、内部電極２の露出した側面１０ａに加工痕が存在する場合、側面１０ａに存在する加工痕のうち、内部電極２に対して垂直な加工痕の割合が、１０％以下、好ましくは５％以下とする。これは、内部電極２間をつなぐ垂直な加工痕の存在により、電気が加工痕を伝わることによって生じる内部電極２間の短絡を防ぐためである。なお、前記加工痕は、光学顕微鏡で観察することができる。また、内部電極２に対して垂直な加工痕とは、内部電極２の垂直方向に対して２０度以下の加工痕のことである。

あるいは、柱状積層体１０の側面１０ａ及び１０ｂは、焼成時の変形や分解を抑制することにより、表面粗さＲｚを３μｍ以下にすることができれば、焼き放し面でもよい。ここで焼き放し面とは、焼成後に研削や研磨などの加工を施していない面のことであり、上述した加工痕は存在しなくなる。このように、側面１０ａ、１０ｂを焼き放し面とすることにより加工工程が省略され、大幅なコストダウンが可能である。特に、内部電極２間の短絡を抑制するには、内部電極２の露出した側面を焼き放し面にすることが好ましい。

さらに、内部電極２中の金属組成物がＶＩＩＩ族金属および／またはＩｂ族金属を主成分とすることが望ましい。これは、柱状積層体を研磨加工した際に研磨された内部電極２が硬いと研磨された電極の紛で柱状積層体１０を傷つけたり、多大な研磨時間を必要とする可能性があるため、内部電極２は軟らかい金属であることが好ましいからである。併せて、上記の金属組成物は高い耐熱性を有するため、焼成温度の高い圧電体１と内部電極２を同時焼成することも可能である。

さらに、内部電極２中の金属組成物がＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１（質量％）、Ｉｂ族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足する金属組成物を主成分とすることが好ましい。これは、柱状積層体を研磨加工した際に研磨された内部電極が硬いと研磨された電極の紛で柱状積層体を傷つけてしまうことがあるため、さらに軟質な金属組成であることが好ましいとともに、ＶＩＩＩ族金属が１５質量％を超えると、内部電極２の比抵抗が大きくなり、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極２が発熱する場合があるからである。発熱は内部電極間の短絡を誘発することが問題である。また、内部電極２中のＩｂ族金属の圧電体１へのマイグレーションを抑制するために、ＶＩＩＩ族金属が０．００１質量％以上１５質量％以下とすることが好ましい。また、積層型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、０．１質量％以上１０質量％以下が好ましい。また、熱伝導に優れ、より高い耐久性を必要とする場合は０．５質量％以上９．５質量％以下がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は２質量％以上８質量％がさらに好ましい。

ここで、Ｉｂ族金属が８５質量％未満になると、内部電極２の比抵抗が大きくなり、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極２が発熱する場合があるからである。また、内部金属１２中のＩｂ族金属の圧電体１へのマイグレーションを抑制するために、Ｉｂ族金属が８５質量％以上９９．９９９質量％以下とすることが好ましい。また、積層型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、９０質量％以上９９．９質量％が好ましい。また、より高い耐久性を必要とする場合は９０．５質量％以上９９．５質量％がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は９２質量％以上９８質量％がさらに好ましい。

上記の内部電極２中の金属成分の質量％を示すＶＩＩＩ族金属、Ｉｂ族金属はＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法等の分析方法で特定できる。

さらに、本発明の内部電極２中の金属成分は、ＶＩＩＩ族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上であり、Ｉｂ族金属がＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることが好ましい。これは、近年における合金粉末合成技術において量産性に優れた金属組成であるからである。

さらに、内部電極２中の金属成分は、ＶＩＩＩ族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上であり、Ｉｂ族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることが好ましい。これにより、耐熱性に優れ、比抵抗の小さな内部電極２を形成できる可能性がある。

さらに、内部電極２中の金属成分は、ＶＩＩＩ族金属がＮｉであることが好ましい。これにより、耐熱性に優れた内部電極２を形成できる可能性がある。

さらに、内部電極２中の金属成分は、Ｉｂ族金属がＣｕであることが好ましい。これは、ＣｕはＩｂ金属の中でも比較的軟質であるため、柱状積層体１０の側面の研磨による加工痕を低減するとともに、研磨時間を短縮できる場合がある。併せて、耐熱性および熱伝導性に優れた内部電極２を形成できる可能性がある。

また、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いる。これにより、噴射装置では、上記したように、積層型圧電素子において、連続駆動させても、所望の変位量が実効的に変化しないために、装置が誤作動することなく、耐久性に優れた高信頼性の噴射装置を提供することができる。

本発明の積層型電子部品はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。

また、上記では、柱状積層体１０の対向する側面に外部電極４を形成した例について説明したが、例えば、隣設する側面に一対の外部電極４を形成してもよい。

図２は、本発明の噴射装置を示すもので、収納容器１１の一端には噴射孔１２が設けられ、また収納容器１１内には、噴射孔１２を開閉することができるニードルバルブ１３が収容されている。

噴射孔１２には燃料通路１４が連通可能に設けられ、この燃料通路１４は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路１４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１３が噴射孔１２を開放すると、燃料通路１４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。

また、ニードルバルブ１３の上端部は直径が大きくなっており、収納容器１１に形成されたシリンダ１５と摺動可能なピストン１６となっている。そして、収納容器１１内には、上記した積層型アクチュエータ１７が収納されている。

このような噴射装置では、積層型アクチュエータ１７が電圧を印加されて伸長すると、ピストン１６が押圧され、ニードルバルブ１３が噴射孔１１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１７が収縮し、皿バネ１８がピストン１６を押し返し、噴射孔１１が燃料通路１４と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。

また、本発明は、積層型電子部品およびそれを用いた積層型アクチュエータ、さらにその積層型アクチュエータを利用した噴射装置に関するものであるが、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止装置等に搭載される駆動素子、または、燃焼圧センサ、ノックセンサ、加速度センサ、荷重センサ、超音波センサ、感圧センサ、ヨーレートセンサ等に搭載されるセンサ素子、ならびに圧電ジャイロ、圧電スイッチ、圧電トランス、圧電ブレーカー等に搭載される回路素子以外であっても、圧電特性を用いた素子であれば、実施可能であることは言うまでもない。

また、圧電体１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：以下ＰＺＴと略す）、或いはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を主成分とする圧電セラミック材料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数ｄ_３３が高いものが望ましい。

一方、積層型アクチュエータに電圧を印加してより大きな変位量を得るためには、圧電体１と内部電極２の積層数を増加する方法が容易である。しかし、積層数を増加させた場合に、圧電体１の厚みが大きいとアクチュエータの小型化及び低背下ができなくなり、一方で、圧電体１の厚みが小さいと絶縁破壊しやすいという問題が生じることから、圧電体１の厚み、つまり内部電極２間の距離は５０〜２５０μｍが望ましい。

さらに、柱状積層体１０の焼成後、柱状積層体１０の側面に内部電極２が露出して場合、少なくとも１つの側面において、内部電極２の端部を含む圧電体１の端面に一層おきに深さ５０〜５００μｍ、積層方向の幅３０〜２００μｍの溝を形成し、該溝内にガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等を充填することによって絶縁体３を形成してもよい。

この絶縁体３により、柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂにおいて、内部電極２の端部が互い違いで一層置きに絶縁され、内部電極２の絶縁されていない他方の端部は、外部電極４に接続されている。

なお、絶縁体３は、柱状積層体１０との接合を強固とするために、柱状積層体１０の変位に対して追従するような弾性率が低い材料、具体的にはシリコーンゴム等からなることが好適である。

外部電極４はＡｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、ステンレス、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の導電性、弾性を備えた金属材料から成り、特に、耐酸化性が良好で、導電性が良いという点から、Ａｇ、Ｎｉ、ステンレスが望ましい。また、外部電極４を低抵抗とし、さらに、柱状積層体１０の変位に対して追従するような伸縮性に富むようにするため、内部電極２と接続する部分にメッシュ部材を具備させ、かつ外部電極４の厚みを５０〜５００μｍ程度とすることが望ましい。

外部電極４は、外部からの挟持力により柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂに押し当てられた状態で内部電極２と接続しても良い。また、半田等によって内部電極２と接続固定しても良い。

また、柱状積層体１０における内部電極２の露出した側面１０ｂに、蒸着、スパッタリング、メッキ等で薄膜の低抵抗部を予め形成しておき、この低抵抗部上に外部電極４を接続しても良い。

さらに、外部電極４にはリード線５が半田等により接続固定されている。このリード線５は外部電極４を外部の電圧供給部に接続する作用を有する。

そして、リード線５を介して一対の外部電極４に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電流を印加し、柱状積層体１０を分極処理することによって、積層型アクチュエータが完成する。該積層型アクチュエータに対して、リード線５を外部の電圧供給部に接続し、外部電極４を介して内部電極２に電圧を印加させれば、各圧電体１は逆圧電効果によって大きく変位する。また、圧電体１の代わりに他の誘電体を用いると、コンデンサ等の積層型電子部品とすることもできる。

次に、本発明の積層型電子部品を用いた積層型アクチュエータの製造方法を説明する。

先ず、ＰＺＴ等の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、ブチラール系等の有機高分子から成るバインダーと、ＤＢＰ（フタル酸ジオチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジブチル）等の可塑剤を混合してスラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード法、カレンダーロール法、スリップキャスティング法等のテープ成形法により、圧電体１となるセラミックグリーンシートを作製する。

次に、銀‐パラジウム粉末に、バインダー、可塑剤、及び必要に応じて上記圧電セラミックス仮焼粉末等を添加混合して、内部電極２を成す導電性ペーストを作製し、該導電ペーストを上記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって１〜４０μｍの厚みに印刷する。

そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを積層し、任意の大きさに切断した後、所定の温度で脱バインダーを行い、９００〜１２００℃で焼成することによって、柱状積層体１０を作製する。この際、焼成工程中に生じる変形、分解を抑制するために供材などを同時に焼成したり、密閉された焼成鉢で焼成したり、あるいは同一材料系の焼成鉢で焼成することが好ましく、これらの焼成法により表面粗さＲｚを３μｍ以下にできれば、以後の加工工程を省略できる。

焼成後の柱状積層体１０の形状を整えるために、柱状積層体１０の側面を平面研削盤等で研削する。この際、内部電極２間を短絡させるような加工痕や内部電極２に対して垂直な加工痕を低減するために、研削方向は、図１（ｂ）の矢印で示すように、内部電極２と平行方向に研削することが好ましい。さらに、表面粗さＲｚを３μｍ以下に向上するために、砥石の番手を＃４００以下好ましくは＃８００以下とし、０．１ｍｍ以上の研削代を研削する。平面研削盤以外では、ロータリー研磨機や両頭研磨機等を用いた研磨方法でも良い。

さらに、これらの研削後もしくは単独でも、炭化珪素やアルミナの砥粒を用いたラップ研磨や、ポリッシングで加工することが好ましい。砥粒の粒度は＃１０００から＃３０００が好ましい。

上記のようにして、複数の圧電体１と複数の内部電極２を交互に積層して成る柱状積層体１０が作製される。さらに、柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂにおいて、内部電極２の端部を互い違いで一層置きに絶縁体３により絶縁し、内部電極の絶縁されていない他方の端部には、外部電極４が接続し、該外部電極４にリード線５を接続することによって、本発明の積層型電子部品を用いた積層型アクチュエータが作製される。

先ず、ＰＺＴを主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、有機高分子からなるバインダー、及び可塑剤を混合したスラリーを作製し、スリップキャスティング法で厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。

このグリーンシートの片面に、主成分である銀とパラジウムの比率が９５：５であり、この主成分１００重量部に対して上記圧電セラミックスを３０重量部添加した導電性ペーストをスクリーン印刷法により５μｍの厚みに印刷し、導電性ペーストを乾燥させた後、該導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシートを１００枚積層し、さらに、この積層体の積層方向の両端部に、導電性ペーストが塗布されていないグリーンシートを上側１０枚、下側２０枚積層した。

次に、この積層体を１００℃で加熱を行いながら加圧することにより一体化し、８ｍｍ×８ｍｍの大きさの四角柱状に切断した後、８００℃で１０時間の脱バインダーを行い、１１３０℃で２時間、圧電体１と内部電極２を同時焼成して、図１に示す柱状積層体１０を得た。焼成の際、焼成鉢は密閉されたＭｇＯの鉢を用いて、積層体とともに同一組成の粉末を入れて焼成した。焼成後の圧電体の厚みは１００μｍであった。

得られた柱状積層体１０の４つの側面１０ａ及び１０ｂを、表１に示す種々の条件で０．２ｍｍずつ研削した。研削後、対向する２つの側面１０ａにおける任意の５ｍｍ角の場所において、光学顕微鏡で観察し、内部電極２に対して垂直な加工痕とその他の加工痕の数を比較し、垂直な加工痕の割合を求めた。垂直な加工痕とは、内部電極２の垂直方向に対して２０度以下の角度の加工痕である。また、表面粗さ計で対向する２つの側面１０ａの表面粗さＲｚを求めた。

その後、柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂにおいて、内部電極２端部を含む圧電体１の端面で互い違いになるよう、一層おきに深さ２００μｍ、積層方向の幅７５μｍの溝を形成し、これらの溝にシリコーンゴムを充填して絶縁体３を形成し、内部電極２の端部を一層おきに柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂに露出させた。

この後、柱状積層体１０の対向する２つの側面１０ｂに、銀とポリイミド樹脂から成る導電性接着剤を塗布し、該導電性接着剤中にメッシュ部材を埋め込み、この状態で２００℃に加熱し、硬化することにより、外部電極４を形成した。

この後、両方の外部電極４にリード線５を半田で接続し、アクチュエータの外周面をアルコール等で洗浄した後、プライマー等で表面処理することによって樹脂の密着性を向上させ、ディッピング等の方法でシリコーンゴムを被覆した後に、１ｋＶ／ｍｍの分極電圧を印加してアクチュエータ全体を分極処理し、図１に示す本発明の積層型電子部品を用いた積層型アクチュエータを得た。

得られた積層型アクチュエータに２００Ｖの直流電圧を印加した結果、各アクチュエータは１０μｍの変位を得た。

（実施例１）上記の製造方法で得られた本発明の積層型電子部品を用いた積層型アクチュエータにおいて、積層型アクチュエータを構成する柱状積層体１０の側面における表面粗さＲｚや内部電極２に対して垂直な加工痕の割合と連続駆動試験による積層型アクチュエータの信頼性との関連について検証した。

柱状積層体１０の側面における表面粗さＲｚや内部電極２に対して垂直な加工痕の割合を様々に変化するように研磨して作製した積層型アクチュエータに、０〜＋２００Ｖの交流電圧を２００Ｈｚの周波数にて印加し、１５０℃で連続駆動試験を行った。連続駆動試験は、１×１０^９回まで積層型アクチュエータを連続駆動させた後、改めて変位量を測定し、初期の変位量からの変動量を調べた。ここで、初期の変位量とは、連続駆動試験をする前に測定した変位量である。尚、変動量の絶対値が０．５μｍ以下のものを良好とした。また、変位量の測定は、試料を防振台上に固定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レーザー変位計により積層型アクチュエータの中心部、及び周囲部の３箇所で測定した値の平均値で評価した。結果は表１に示すとおりである。

この表１から、比較例である試料番号１では、表面粗さＲｚが５μｍであったために、１×１０^７回の連続駆動で内部電極２間の短絡が発生した。また、試料番号２〜４では、内部電極２に垂直な加工痕の割合が全体の加工痕に対して１０％を超えたために、連続駆動中に内部電極２間に短絡が発生したり、初期の変位量に対する変動量が増大して信頼性が低下した。

これらに対して、本発明の実施例である試料番号５〜１０は、表面粗さＲｚが３μｍ以下であったり、また、内部電極２に対する垂直な加工痕の割合が全体の加工痕に対して１０％以下であったため、内部電極２の端部間における短絡を抑制することができ、高い信頼性を有する積層型アクチュエータであった。

（実施例２）上記の製法において、様々な電極材料組成で形成した内部電極２を有する積層型アクチュエータにおいて、内部電極２の電極材料組成と積層型アクチュエータの連続駆動による変位量の変化率との関連について検証した。

ここで、変位量の変化率とは、上記実施例１で述べた積層型アクチュエータの初期の変位量に対して、任意の回数で積層型アクチュエータを連続駆動させた後、測定された変位量の変化の割合である。尚、初期の変位量に対する連続駆動後の変位量の変化率が１％以下のものを良好とした。

また、上記のようにして得られた各種積層型アクチュエータは、該各種積層型アクチュエータを構成する柱状積層体１０の内部電極２が露出した側面の表面粗さＲｚを１μｍになるように平面研削加工を施した。

そして、前記積層型アクチュエータを室温で０〜＋２００Ｖの交流電圧を２００Ｈｚの周波数にて印加し、１×１０^９回まで連続駆動させた駆動試験を行った。結果は表２に示すとおりである。

この表２から、試料番号１１は内部電極２を銀１００％で形成したため、シルバー・マイグレーションが起こり、内部電極２と外部電極４の接合部分にかかる負荷が大きくなり、内部電極２と外部電極４間でスパークして連続駆動中に断線が発生し、連続駆動が困難となった。

また、試料番号２８、２９は内部電極２中の金属組成物において、ＶＩＩＩ族金属の含有量が１５質量％を超えており、また、Ｉｂ族金属の含有量が８５質量％未満であるため、比較的硬質の金属組成で内部電極２が形成され、加工に粗い番手の砥粒を必要とするので、積層型アクチュエータの研磨痕が増大した。また、前記加工により発生した内部電極２の粉が積層型アクチュエータの表面を傷つけるとともに、上記した金属組成により内部電極２の比抵抗が大きくなって温度が上昇し、連続駆動によって変位量の変化率が増大して積層型アクチュエータの耐久性が低下した。

これらに対して、試料番号１２〜２７では内部電極２中の金属組成物がＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１（質量％）、Ｉｂ族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足する金属組成物を主成分としたため、研磨加工を容易に施すことができたため加工痕を低減でき、さらに、前記研磨加工時に発生する内部電極２の粉は軟質であるので、積層型アクチュエータの表面に傷を与えにくかった。併せて、上記した金属組成により内部電極２の比抵抗を小さくでき、連続駆動させても内部電極２で発生する発熱を抑制できたので、変位量が安定した積層型アクチュエータを作製できた。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、内部電極２の端部が柱状積層体１０の側面１０ａに露出せず、柱状積層体１０に埋設されているものなど本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等差し支えない。

本発明の積層型電子部品の一例である積層型アクチュエータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 本発明の噴射装置を示す断面図である。 従来の積層型アクチュエータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１・・・圧電体
２・・・内部電極
３・・・絶縁体
４・・・外部電極
５・・・リード線
１０・・・柱状積層体
１０ａ・・・側面
１０ｂ・・・側面
１１・・・収納容器
１２・・・噴射孔
１３・・・ニードルバルブ
１４・・・燃料通路
１５・・・シリンダ
１６・・・ピストン
１７・・・積層型アクチュエータ
１８・・・皿バネ

Claims (13)

1. 複数の誘電体と複数の内部電極とを交互に積層して成る柱状積層体を有し、前記誘電体を挟む前記内部電極により、前記誘電体に電界が印加される積層型電子部品であり、前記柱状積層体の側面に異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極の端部が露出するとともに、前記柱状積層体の側面に、前記内部電極の露出した端部を交互に接続する一対の外部電極を具備し、前記柱状積層体の側面における前記内部電極の露出した側面の表面粗さRｚが３μｍ以下であり、かつ前記内部電極の露出した側面に内部電極間を短絡させるような加工痕が実質的に存在しないことを特徴とする積層型電子部品。
2. 複数の誘電体と複数の内部電極とを交互に積層して成る柱状積層体を有し、前記誘電体を挟む前記内部電極により、前記誘電体に電界が印加される積層型電子部品であり、前記柱状積層体の側面に異なる極性の電圧が印加される２種の前記内部電極の端部が露出するとともに、前記柱状積層体の側面に、前記内部電極の露出した端部を交互に接続する一対の外部電極を具備し、前記柱状積層体の側面における前記内部電極の露出した側面に存在する加工痕のうち、前記内部電極に対して垂直な加工痕の割合が１０％以下であることを特徴とする積層型電子部品。
3. 前記内部電極の露出した側面が、異なる極性の電圧を印加する２種の前記内部電極の端部をともに露出していることを特徴とする請求項１または２記載の積層型電子部品。
4. 前記内部電極の露出した側面が焼き放し面から成ることを特徴とする請求項１または３記載の積層型電子部品。
5. 前記柱状積層体の側面が焼き放し面から成ることを特徴とする請求項１、３または４のいずれかに記載の積層型電子部品。
6. 前記誘電体として圧電素子を用い、積層型アクチュエータとして機能するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型電子部品。
7. 前記内部電極中の金属組成物がＶＩＩＩ族金属および／またはＩｂ族金属を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型電子部品。
8. 前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１（質量％）、Ｉｂ族金属の含有量をＭ２（質量％）としたとき、０＜Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２＜１００、Ｍ１＋Ｍ２＝１００を満足することを特徴とする請求項７記載の積層型電子部品。
9. 前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種以上であり、Ｉｂ族金属がＣｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項７または８記載の積層型電子部品。
10. 前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上であり、Ｉｂ族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の積層型電子部品。
11. 前記内部電極中のＶＩＩＩ族金属がＮｉであることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の積層型電子部品。
12. 前記内部電極中のＩｂ族金属がＣｕであることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の積層型電子部品。
13. 噴射孔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１２の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。

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