JP2006066876A - 積層型圧電体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】内部電極層と側面電極との間の接合信頼性が高く、優れた性能を有する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】圧電材料よりなる圧電層１１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の側面に設けられ内部電極層２１、２２に順次交互に導通される一対の側面電極３１、３２とを有し、側面電極３１、３２と内部電極層２１、２２との間の電気的絶縁を図る部位には電気絶縁性を有する絶縁充填材５が配置されている積層型圧電体素子１である。側面電極３１、３２は、融点４００℃以下の低融点金属を含有すると共に低融点金属をセラミック積層体１０の側面１０１、１０２上において溶融後凝固させてなる金属含有層３１１、３２１を有し、金属含有層３１１、３２１が導通すべき内部電極層２１、２２の端部に直接接合されている。
【選択図】図１
【解決手段】圧電材料よりなる圧電層１１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の側面に設けられ内部電極層２１、２２に順次交互に導通される一対の側面電極３１、３２とを有し、側面電極３１、３２と内部電極層２１、２２との間の電気的絶縁を図る部位には電気絶縁性を有する絶縁充填材５が配置されている積層型圧電体素子１である。側面電極３１、３２は、融点４００℃以下の低融点金属を含有すると共に低融点金属をセラミック積層体１０の側面１０１、１０２上において溶融後凝固させてなる金属含有層３１１、３２１を有し、金属含有層３１１、３２１が導通すべき内部電極層２１、２２の端部に直接接合されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、圧電アクチュエータ等に適用可能な積層型圧電体素子及びその製造方法に関する。
積層型圧電体素子は、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を有するものであり、各々の圧電層にそれぞれ上記内部電極層を介して電圧を印加することにより駆動するものである。
この各々の圧電層に電圧を印加するため、一般的には、側面電極を配置すべき側面に露出させた内部電極層と、露出させずに内部に控えさせた内部電極層とを交互に配置し、一層おきに露出している内部電極層と側面電極とを接続する部分電極構造がとられている。
この各々の圧電層に電圧を印加するため、一般的には、側面電極を配置すべき側面に露出させた内部電極層と、露出させずに内部に控えさせた内部電極層とを交互に配置し、一層おきに露出している内部電極層と側面電極とを接続する部分電極構造がとられている。
この部分電極構造は、側面電極と内部電極層との間の電気的絶縁が、内部電極層が控えた部分に存在する圧電材料によって成立している。そのため、その圧電材料の絶縁特性によっては、比較的長い絶縁距離を確保しなければならない。また、それに伴って、圧電層のうち駆動可能な部分が小さくなり、駆動特性が低下するという問題もある。また、駆動部分と絶縁部分との間において、駆動時の応力によってクラックが発生し、信頼性が低下するという問題もある。
このような部分電極構造の問題を解決すべく、例えば特許文献１では、全面電極構造を採用し、絶縁部分を圧電層と異なる樹脂材料で構成することが示されている。この構造を採用した場合には、内部電極層に接続させる側面電極として導電性接着剤を採用していた。この導電性接着剤は、樹脂材料である接着剤中に導電性のフィラーを含むものであり、このフィラーと上記内部電極層の端部とが接触することにより両者の導電性が確保される。
しかしながら、厚さが１０μｍ以下の内部電極層と分散している導電性フィラーとの接触状態は必ずしも安定しているとは言えない。そのため、上記特許文献１には、導電性接着剤とセラミック積層体の側面との間にメッキ又は蒸着膜を形成すること示されている。しかしながら、この場合にも、まだメッキや蒸着膜と上記内部電極層との密着状態が安定的であるとは言えない。また、メッキや蒸着膜を形成する際には、メッキ浴成分によるセラミック積層体への悪影響、あるいは蒸着時の雰囲気などによるセラミック積層体への悪影響が懸念される。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、内部電極層と側面電極との間の接合信頼性が高く、優れた性能を有する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。
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設けられ上記内部電極層に順次交互に導通される一対の側面電極とを有し、該側面電極と上記内部電極層との間の電気的絶縁を図る部位には電気絶縁性を有する絶縁充填材が配置されている積層型圧電体素子において、
上記側面電極は、融点４００℃以下の低融点金属を含有すると共に該低融点金属を上記セラミック積層体の側面上において溶融後凝固させてなる金属含有層を有し、該金属含有層が導通すべき上記内部電極層の端部に直接接合されていることを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求項１）。
上記側面電極は、融点４００℃以下の低融点金属を含有すると共に該低融点金属を上記セラミック積層体の側面上において溶融後凝固させてなる金属含有層を有し、該金属含有層が導通すべき上記内部電極層の端部に直接接合されていることを特徴とする積層型圧電体素子にある（請求項１）。
本発明の積層型圧電体素子は、上記セラミック積層体の側面に直接接する上記金属含有層を有する側面電極を設けてなる。そして、この金属含有層は、上記のごとく、融点４００℃以下の低融点金属を含有するものであり、この低融点金属を上記セラミック積層体の側面上において溶融後凝固させて形成してある。つまり、この金属含有層は、上記低融点金属が液体になってセラミック積層体の側面に十分に密着した後に、凝固している。そのため、上記金属含有層は、セラミック積層体の側面との密着性に優れ、かつ、セラミック積層体の側面から露出している導通すべき内部電極層の端面とも十分に密着した状態で形成されている。それ故、上記積層型圧電体素子は、従来の導電性接着剤を直接内部電極層に接合させた場合よりも、格段に優れた接合信頼性を得ることができる。
また、上記金属含有層は、上記のごとく融点が４００℃以下の低融点金属を溶融後凝固させて構成してあるが、その溶融時には、加熱温度を４００℃以下に設定することができる。そのため、高温によるセラミック積層体及び絶縁充填材への悪影響を小さくすることができる。また、メッキの場合のような、悪影響を与えるようなメッキ液にセラミック積層体を晒す必要もない。それ故、上記積層型圧電体素子は、セラミック積層体自体も非常に健全な状態に維持される。
このように、本発明の積層型圧電体素子は、内部電極層と側面電極との間の接合状態の信頼性が高く、優れた性能を有するものである。
第２の発明は、圧電アクチュエータの変位を利用して弁体を開閉させ、燃料の噴射制御を行うよう構成されたインジェクタにおいて、
上記圧電アクチュエータは、上記第１の発明の積層型圧電体素子よりなることを特徴とするインジェクタにある（請求項１６）。
上記圧電アクチュエータは、上記第１の発明の積層型圧電体素子よりなることを特徴とするインジェクタにある（請求項１６）。
上記第２の発明のインジェクタは、上記第１の発明の優れた品質の積層型圧電体素子を用いて構成した圧電アクチュエータを有する。この積層型圧電体素子は、上記のごとく、内部電極層と側面電極との間の接合状態の信頼性が高く、優れた性能を有するものである。そのため、高温雰囲気下という過酷な状態で使用されることが多いインジェクタにおいても、上記積層型圧電体素子は、その接合信頼性を安定的に維持することができ、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。
第３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設けられ上記内部電極層に順次交互に導通される一対の側面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内部電極層と上記側面電極との間の電気的絶縁を図る絶縁充填材を配置する絶縁充填材配置工程と、
上記セラミック積層体の側面に、融点４００℃以下の低融点金属の粉末を含むペーストを配置し、加圧状態において４００℃以下の温度で加熱することにより、上記低融点金属を溶融させた後凝固させて金属含有層を形成する金属含有層形成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１７）。
上記圧電層と上記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内部電極層と上記側面電極との間の電気的絶縁を図る絶縁充填材を配置する絶縁充填材配置工程と、
上記セラミック積層体の側面に、融点４００℃以下の低融点金属の粉末を含むペーストを配置し、加圧状態において４００℃以下の温度で加熱することにより、上記低融点金属を溶融させた後凝固させて金属含有層を形成する金属含有層形成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１７）。
本発明の製造方法は、上記のごとく、積層体形成工程において作製したセラミック積層体に、上記絶縁充填材配置工程を施し、その後上記金属含有層形成工程を行う。これにより、上記金属含有層を構成要素とする側面電極と内部電極層との間の接合信頼性が高く、優れた性能を有する積層型圧電体素子を得ることができる。
すなわち、上記金属含有層形成工程では、上記のごとく、融点４００℃以下の低融点金属の粉末を含むペーストを用い、これをセラミック積層体の側面に配置する。そして、４００℃以下の温度で加熱する。これにより、少なくとも上記低融点金属がセラミック積層体の側面上において一旦溶融した後凝固する。溶融状態にある上記低融点金属は、セラミック積層体の側面に十分に濡れて密着した状態となり、その後凝固して金属含有層が形成される。そのため、得られた金属含有層は、セラミック積層体の側面、つまり圧電層の端面及び内部電極層の端面に十分に密着した状態となる。
それ故、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、上記のごとく、内部電極層と側面電極との間の接合信頼性が高く、優れた性能を有するものとなる。
それ故、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、上記のごとく、内部電極層と側面電極との間の接合信頼性が高く、優れた性能を有するものとなる。
上記第１の発明の積層型圧電体素子において、上記側面電極は、上記金属含有層を第１の層として、その上層にさらに別の層を積層した構成とすることができる。別の層としては、導電性接着剤、その他の従来より知られる種々の導電材料を適用することができる。
また、上記金属含有層に含有させる上記低融点金属としては、例えば、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）等があり、これらのうち１種のみを含有させてもよいし、複数種類を含有させてもよい。
また、上記金属含有層には、上記低融点金属の他に、種々の金属を含有させることができる。特に、融点が高くても高電気伝導性の金属は、側面電極の導電性を高めることができるので好ましい。
また、上記金属含有層に含有させる上記低融点金属としては、例えば、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）等があり、これらのうち１種のみを含有させてもよいし、複数種類を含有させてもよい。
また、上記金属含有層には、上記低融点金属の他に、種々の金属を含有させることができる。特に、融点が高くても高電気伝導性の金属は、側面電極の導電性を高めることができるので好ましい。
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。
また、上記絶縁充填材を構成する絶縁樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を適用可能である。また、これらの絶縁樹脂中に、例えば無機粒子等を含有させることもできる。無機粒子を含有させた場合には、積層型圧電体素子の冷熱サイクルが繰り返された際の絶縁充填材と圧電層との熱膨張特性の差が縮まるので、絶縁充填材による絶縁信頼性を高めることができる。
また、上記金属含有層と上記内部電極層との間には、両者の成分が拡散してなる拡散層が形成されていることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記内部電極層と上記側面電極との接合状態が、上記拡散層の存在によって、さらに強固となる。それ故、より一層接合信頼性を高めることができる。
また、上記金属含有層は、温度２０℃における電気抵抗率が１０μΩ・ｃｍ以下の低電気抵抗金属を含有していることが好ましい（請求項３）。これにより、たとえ上記低融点金属の電気伝導性があまり優れない場合でも、上記低電気抵抗金属の存在により十分な導電特性を確保することができる。
ここで、上記低電気抵抗金属の電気抵抗率が１０μΩ・ｃｍを超える場合には、これを加えても金属含有層全体の導電性向上効果が小さいという問題がある。なお、上記低電気抵抗金属の電気抵抗率は、小さいほど好ましいが、金属の物性に委ねられるので限界がある。
上記低電気抵抗金属に適用可能な金属としては、例えば、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等がある。
ここで、上記低電気抵抗金属の電気抵抗率が１０μΩ・ｃｍを超える場合には、これを加えても金属含有層全体の導電性向上効果が小さいという問題がある。なお、上記低電気抵抗金属の電気抵抗率は、小さいほど好ましいが、金属の物性に委ねられるので限界がある。
上記低電気抵抗金属に適用可能な金属としては、例えば、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等がある。
また、上記金属含有層は、Ａｇ又はＣｕの少なくとも１種と、Ｓｎ、Ｉｎ、又はＧａの少なくとも１種とを含有する合金を含んでいることが好ましい（請求項４）。この場合には、上述した低電気抵抗金属としてＡｇ又はＣｕを含有し、上記低融点金属としてＳｎ、Ｉｎ、又はＧａを含有したものとなる。これにより、低融点金属による接合信頼性の確保と、低電気抵抗金属による導電性の確保を確実に行うことができる。
また、上記金属含有層は、ＡｇとＳｎとを含有する合金を含んでいることがより好ましい（請求項５）。この場合には、低融点金属であるＳｎと低電気抵抗金属であるＡｇによって、より高い接合信頼性及び導電性を確保することができる。
また、上記金属含有層は、ＡｇとＳｎとを含有する合金を含んでいることがより好ましい（請求項５）。この場合には、低融点金属であるＳｎと低電気抵抗金属であるＡｇによって、より高い接合信頼性及び導電性を確保することができる。
また、上記金属含有層には、合成樹脂が添加されていることが好ましい（請求項６）。この場合には、上記金属含有層と上記セラミック積層体の側面との間の密着性をさらに向上させることができる。これにより、上記内部電極層と上記側面電極との間の接合信頼性もより優れたものとすることができる。
また、上記金属含有層は、上記合成樹脂を除いた成分を１００重量％としたとき、該合成樹脂の添加量が１〜３０重量％であることが好ましい（請求項７）。ここで、上記合成樹脂の添加量とは、揮発成分を含まず、最終的に固形分として残る量を表す。上記添加量が１重量％未満の場合には、上記金属含有層と上記セラミック積層体の側面との間の密着性を向上させることができないおそれがある。また、上記添加量が３０重量％を超える場合には、上記金属含有層の電気抵抗が高くなり、該金属含有層自身の導電性を確保することができないおそれがある。そして、これにより、上記内部電極層と上記側面電極との間の接合信頼性を確保することができないおそれがある。
また、上記セラミック積層体の側面には、上記絶縁充填材を配置すべき部位に、底部に上記内部電極層の端部を露出させた凹溝が設けられており、該凹溝内に上記絶縁充填材が充填されていることが好ましい（請求項８）。この場合には、上記凹溝内に上記絶縁充填材が収容されるので、絶縁充填材の脱落を防止することができると共に、絶縁充填材配設後の上記セラミック積層体の側面を略平坦な状態に保つことができる。それ故、上記金属含有層の形成を容易にすることができる。
また、上記側面電極に電力供給を行うための取り出し電極が、上記金属含有層に直接接合されていることが好ましい（請求項９）。これにより、上記取り出し電極と金属含有層との間の導電性を容易に確保することができる。
また、上記取り出し電極と上記金属含有層との間には両者の成分が拡散してなる第２拡散層が形成されていることが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記第２拡散層の存在によって取り出し電極と金属含有層との間の接合信頼性をさらに高めることができる。
また、上記側面電極に電力供給を行うための取り出し電極が、上記金属含有層上に配された導電性接着剤により接合されている構成を取ることもできる（請求項１１）。この場合には、万が一金属含有層が破断等した場合においても、比較的伸びの大きい導電性接着剤の存在によって、側面電極全体の導電性を十分に確保することができる。
また、この場合には、上記導電性接着剤には、上記金属含有層内に含有される金属と同じ金属元素が含まれていることが好ましい（請求項１２）。これにより、金属含有層と導電性接着剤中の金属との界面抵抗が低減できるという作用効果を得ることができる。
また、この場合には、上記導電性接着剤には、上記金属含有層内に含有される金属と同じ金属元素が含まれていることが好ましい（請求項１２）。これにより、金属含有層と導電性接着剤中の金属との界面抵抗が低減できるという作用効果を得ることができる。
また、上記内部電極層は、導電材料としてＣｕを含有していることが好ましい（請求項１３）。上記内部電極層としては、Ａｇ、Ｐｄ等の貴金属が多く使われているが、特にＣｕを主体として用いることにより、内部電極層の材料コストを従来よりも大きく低減することができると共に、優れた導電性を確保することができる。また、Ｃｕを用いる場合には、上記金属含有層に含有させる低融点金属としてＳｎを用いることが好ましい。これにより、ＣｕとＳｎの金属拡散層を比較的容易に形成することができる。
また、上記セラミック積層体は、側面全体を絶縁樹脂によりモールドされていることが好ましい（請求項１４）。この場合には、上記積層型圧電体素子は、外部との電気的な絶縁性を確保することができる。
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１５）。
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。
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。
また、上記第３の発明の製造方法においては、上記金属含有層形成工程における加熱は、０．５〜２０ＭＰａという加圧条件下において行うことが好ましい（請求項１８）。これにより、金属含有層と内部電極層との接合状態をより強固にすることができる。
上記加圧条件が０．５ＭＰａ未満の場合には、金属含有層内に空孔等が生じ均一性に劣るという問題があり、一方、２０ＭＰａを超える場合には、セラミック積層体や絶縁充填材の損傷が懸念されるという問題がある。
上記加圧条件が０．５ＭＰａ未満の場合には、金属含有層内に空孔等が生じ均一性に劣るという問題があり、一方、２０ＭＰａを超える場合には、セラミック積層体や絶縁充填材の損傷が懸念されるという問題がある。
また、上記セラミック積層体の側面における上記絶縁充填材を配置すべき部位に、底部に上記内部電極層の端部を露出させた凹溝を設ける凹溝形成工程を行い、その後、上記絶縁充填材配置工程を行うことが好ましい（請求項１９）。これにより、得られた凹溝内に上記絶縁材を収容することができ、絶縁充填材の脱落を防止することができると共に、絶縁充填材配設後の上記セラミック積層体の側面を略平坦な状態に保つことができ、その後の金属含有層の形成を容易にすることができる。
また、上記金属含有層形成工程における上記加熱の温度は１００〜４００℃の範囲内であることが好ましい（請求項２０）。上記加熱温度が１００℃未満の場合には、上記金属含有層と内部電極層との接合部に拡散層が形成されにくく、拡散層の形成による接合性向上効果が得られにくいという問題がある。一方、上記加熱温度が４００℃を超える場合には、絶縁充填材等の他の部分にダメージを与えるおそれがある。
それ故、上記金属含有層形成工程における上記加熱の温度は２００〜３００℃の範囲内であることがより好ましい（請求項２１）。
それ故、上記金属含有層形成工程における上記加熱の温度は２００〜３００℃の範囲内であることがより好ましい（請求項２１）。
また、上記と同様に、上記金属含有層は、Ａｇ又はＣｕの少なくとも１種と、Ｓｎ、Ｉｎ又はＧａの少なくとも１種とを含有する合金を含んでいることが好ましい（請求項２２）。
また、上記金属含有層は、ＡｇとＳｎとを含有する合金を含んでいることがより好ましい（請求項２３）。
また、上記金属含有層には、合成樹脂が添加されていることが好ましい（請求項２４）。
また、上記金属含有層は、上記合成樹脂を除いた成分を１００重量％としたとき、該合成樹脂の添加量が１〜３０重量％であることが好ましい（請求項２５）。
また、上記金属含有層は、ＡｇとＳｎとを含有する合金を含んでいることがより好ましい（請求項２３）。
また、上記金属含有層には、合成樹脂が添加されていることが好ましい（請求項２４）。
また、上記金属含有層は、上記合成樹脂を除いた成分を１００重量％としたとき、該合成樹脂の添加量が１〜３０重量％であることが好ましい（請求項２５）。
（実施例１）
本発明の実施例に係る積層型圧電体素子及びその製造方法につき、図１〜図７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１１と導電性を有する内部電極層２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の側面に設けられ上記内部電極層２１、２２に順次交互に導通される一対の側面電極３１、３２とを有し、該側面電極３１、３２と内部電極層２１、２２との間の電気的絶縁を図る部位には電気絶縁性を有する絶縁充填材５が配置されている積層型圧電体素子である。
本発明の実施例に係る積層型圧電体素子及びその製造方法につき、図１〜図７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１１と導電性を有する内部電極層２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の側面に設けられ上記内部電極層２１、２２に順次交互に導通される一対の側面電極３１、３２とを有し、該側面電極３１、３２と内部電極層２１、２２との間の電気的絶縁を図る部位には電気絶縁性を有する絶縁充填材５が配置されている積層型圧電体素子である。
側面電極３１、３２は、融点４００℃以下の低融点金属を含有すると共に該低融点金属を上記セラミック積層体１０の側面上において溶融後凝固させてなる金属含有層３１１、３２１を有する。そして、金属含有層３１１、３２１が、導通すべき上記内部電極層２１、２２の端部に直接接合されている。
以下、これを詳説する。
以下、これを詳説する。
図１、図３に示すごとく、本例のセラミック積層体１０は、上記側面電極として、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、上記内部電極層としては、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。
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、底部４１０に第２内部電極層２２の端部を露出させた凹溝である第１凹溝部４１が設けられ、一方、第２側面電極３２を設けた側面１０２には、底部４２０に上記第１内部電極層２１の端部を露出させた凹溝である第２凹溝部４２が設けられている。そして、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２には、それぞれ第２内部電極層２２の端部及び第１内部電極層２１の端部を覆うように電気絶縁性を有する絶縁充填材５が充填されている。なお、本例では、上記の凹溝を有する好ましい構造を採用したが、凹溝を設けずに平坦な面に山状に絶縁充填材５を配置する構造をとることも可能である。
また、本例の第１内部電極層２１及び第２内部電極層２２は、いずれもＣｕ（銅）金属により構成した。
また、本例の第１内部電極層２１及び第２内部電極層２２は、いずれもＣｕ（銅）金属により構成した。
第１側面電極３１及び第２側面電極３２は、いずれも、第１層としての金属含有層３１１、３２１と、その上層に配された導電性接着剤３１２、３２２とにより構成されている。そして、この導電性接着剤３１２、３２２によってメッシュ状の取り出し電極３５が接合されている。なお、金属含有層３１１、３２１と取り出し電極３５とは、直接接合した構造をとることも可能である
本例の金属含有層３１１、３２１は、Ａｇ：６５重量％とＳｎ：３５重量％とを含有しており、後述するごとく焼結させた層よりなる。また、その上層の導電性接着剤３１２、３２２は、Ａｇフィラーをエポキシ樹脂中に含有させた構成を有している。
ここで、図２に示すごとく、金属含有層３１１、３２１と各内部電極層２１、２２との間には、両者の成分（Ｃｕ、Ｓｎ）が拡散してなる拡散層２５が形成されている。
また、図１に示すごとく、セラミック積層体１０の側面全周は、上記構成の側面電極３１、３２を覆うように、絶縁樹脂であるシリコーン樹脂７によりモールドしてある。
ここで、図２に示すごとく、金属含有層３１１、３２１と各内部電極層２１、２２との間には、両者の成分（Ｃｕ、Ｓｎ）が拡散してなる拡散層２５が形成されている。
また、図１に示すごとく、セラミック積層体１０の側面全周は、上記構成の側面電極３１、３２を覆うように、絶縁樹脂であるシリコーン樹脂７によりモールドしてある。
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、圧電層１１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を形成する積層体形成工程と、セラミック積層体１０の側面に内部電極層２１、２２と側面電極３１、３２との間の電気的絶縁を図る絶縁充填材５を配置する絶縁充填材配置工程と、セラミック積層体１０の側面に、融点４００℃以下の低融点金属の粉末を含むペーストを配置し、４００℃以下の温度で加熱することにより、上記低融点金属を溶融させた後凝固させて金属含有層３１１、３２１を形成する金属含有層形成工程とを行う。
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、圧電層１１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を形成する積層体形成工程と、セラミック積層体１０の側面に内部電極層２１、２２と側面電極３１、３２との間の電気的絶縁を図る絶縁充填材５を配置する絶縁充填材配置工程と、セラミック積層体１０の側面に、融点４００℃以下の低融点金属の粉末を含むペーストを配置し、４００℃以下の温度で加熱することにより、上記低融点金属を溶融させた後凝固させて金属含有層３１１、３２１を形成する金属含有層形成工程とを行う。
＜積層体形成工程＞
まず、圧電材料となるセラミックグリーンシートを焼成して上記圧電層１１を得る圧電層焼成工程を行う。
本例では、上記圧電層１１としてＰＺＴを採用すべく、次のようにグリーンシートを作製した。まず、圧電材料の主原料となる酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、炭酸ストロンチウム等の粉末を所望の組成となるように秤量する。また、鉛の蒸発を考慮して、上記混合比組成の化学量論比よりも１〜２％リッチになるように調合する。これを混合機にて乾式混合し、その後８００〜９５０℃で仮焼する。
まず、圧電材料となるセラミックグリーンシートを焼成して上記圧電層１１を得る圧電層焼成工程を行う。
本例では、上記圧電層１１としてＰＺＴを採用すべく、次のようにグリーンシートを作製した。まず、圧電材料の主原料となる酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、炭酸ストロンチウム等の粉末を所望の組成となるように秤量する。また、鉛の蒸発を考慮して、上記混合比組成の化学量論比よりも１〜２％リッチになるように調合する。これを混合機にて乾式混合し、その後８００〜９５０℃で仮焼する。
次いで、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する。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する。その後、この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、粘度調整をする。
次いで、図４（ａ）に示すごとく、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１１０に成形する。
グリーンシート１１０は、図４（ｂ）に示すごとく、プレス機で打ち抜くか、切断機により切断し、円形に成形した。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。
グリーンシート１１０は、図４（ｂ）に示すごとく、プレス機で打ち抜くか、切断機により切断し、円形に成形した。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。
次に、このグリーンシート１１０を脱脂処理した後に、焼成して圧電層１１を得る。脱脂処理は、グリーンシートを電気炉により４００〜７００℃の温度に所定時間保持することにより行った。また、焼成処理は、グリーンシートを９００〜１２００℃の温度に所定時間保持して行った。このようにして、本例では厚みが８０μｍであり、主にＰｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3系のペロブスカイト構造の酸化物であるＰＺＴよりなる、焼成済みの圧電層１１を予め得た。
次に、図４（ｃ）（ｄ）に示すごとく、得られた圧電層１１と、Ｃｕを含有する電極材料２０とを交互に積層してなる積層体を作製する積層体作製工程を行った。
本例では、上記電極材料２０として、純度９９．９％のＣｕよりなり、厚み５μｍの銅箔を用いた。また、銅箔の形状は、図４（ｃ）に示すごとく円形状とし、圧電層１１と同じにした。そして、図４（ｄ）（ｅ）に示すごとく、圧電層１１と電極材料２０とを交互に積層し積層体１００を作製した。また、この積層体１００の積層方向の上下端には、それぞれダミー層となる圧電層を配置した。
本例では、上記電極材料２０として、純度９９．９％のＣｕよりなり、厚み５μｍの銅箔を用いた。また、銅箔の形状は、図４（ｃ）に示すごとく円形状とし、圧電層１１と同じにした。そして、図４（ｄ）（ｅ）に示すごとく、圧電層１１と電極材料２０とを交互に積層し積層体１００を作製した。また、この積層体１００の積層方向の上下端には、それぞれダミー層となる圧電層を配置した。
次に、図４（ｆ）に示すごとく、上記積層体１００にその積層方向から約３ＭＰａの荷重Ｆを加えた状態で炉内に配置し、その炉内雰囲気を１×１０-2Ｐａの真空度まで真空引きした後、炉内の圧力が１０Ｐａに維持されるよう不活性ガスとしてのＮ2ガスを炉内に導入した。そして、温度９６０℃に１０分間保持することにより、上記電極材料２０よりなる内部電極層２１、２２と圧電層１１とを接合する加熱接合工程を実施した。
これにより、円柱状であって、側面全面に端部を露出させた内部電極層２１、２２を有する全面電極構造のセラミック積層体１０が得られる。
次に、まず円柱状の側面を研削した後、図４（ｇ）に示すごとく、円形が樽形になるように側面２箇所を平面研削し、側面１０１、１０２を設ける。
なお、本例では、このセラミック積層体１０を作製するに当たって予め圧電層を焼成した後に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。
次に、まず円柱状の側面を研削した後、図４（ｇ）に示すごとく、円形が樽形になるように側面２箇所を平面研削し、側面１０１、１０２を設ける。
なお、本例では、このセラミック積層体１０を作製するに当たって予め圧電層を焼成した後に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。
＜絶縁充填材配置工程＞
次に、図５に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１に露出した第２内部電極層２２の端部に沿ってレーザ９を照射して溝加工を行い第１凹溝部４１（図１）を形成した。また同様に、セラミック積層体１０の側面１０２に露出した第１内部電極層２１の端部に沿ってレーザを照射して溝加工を行い第２凹溝部４２（図１）を形成した。本例では、上記レーザとしてＣＯ2レーザを用い、これをガルバノ光学スキャナーを用いて高速にスキャンさせて照射する方法を採用した。なお、この溝加工は、レーザ照射による加工に代えて、砥石による研削やショットブラスト等を利用して行うこともできる。
次に、図５に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１に露出した第２内部電極層２２の端部に沿ってレーザ９を照射して溝加工を行い第１凹溝部４１（図１）を形成した。また同様に、セラミック積層体１０の側面１０２に露出した第１内部電極層２１の端部に沿ってレーザを照射して溝加工を行い第２凹溝部４２（図１）を形成した。本例では、上記レーザとしてＣＯ2レーザを用い、これをガルバノ光学スキャナーを用いて高速にスキャンさせて照射する方法を採用した。なお、この溝加工は、レーザ照射による加工に代えて、砥石による研削やショットブラスト等を利用して行うこともできる。
形成した第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の断面形状は、溝深さ約１００μｍ、溝幅７０μｍとした。
次に、図５（ｂ）に示すごとく、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２内に、ディスペンサーを用いて絶縁充填材５を塗布し、真空引きして、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の内面との隙間がないように充填した。これ以外の塗布方法としては、スクリーン印刷、メタルマスク印刷等も可能である。上記絶縁充填材５としては、ポリイミドを用いた。
次に、図５（ｂ）に示すごとく、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２内に、ディスペンサーを用いて絶縁充填材５を塗布し、真空引きして、第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２の内面との隙間がないように充填した。これ以外の塗布方法としては、スクリーン印刷、メタルマスク印刷等も可能である。上記絶縁充填材５としては、ポリイミドを用いた。
次に、絶縁充填材５に対し、温度２００℃に６０分間保持する加熱処理を加え硬化させた。その後、図５（ｃ）に示すごとく、各第１凹溝部４１及び第２凹溝部４２からあふれた絶縁充填材５は平面研削によって削ぎ落とした。
＜金属含有層形成工程＞
次に、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に、金属含有層３１１、３２１を形成する。まず、図６（ａ）に示すごとく、Ａｇ粉末６５重量％とＳｎ粉末３５重量％とを含有する金属ペーストを準備し、これをセラミック積層体１０の側面１０１、１０２にスクリーン印刷により塗布した。その印刷面を治具（図示略）によって挟持して約３ＭＰａの荷重を印加した加圧状態で、２５０℃の加熱温度で加熱する。
次に、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に、金属含有層３１１、３２１を形成する。まず、図６（ａ）に示すごとく、Ａｇ粉末６５重量％とＳｎ粉末３５重量％とを含有する金属ペーストを準備し、これをセラミック積層体１０の側面１０１、１０２にスクリーン印刷により塗布した。その印刷面を治具（図示略）によって挟持して約３ＭＰａの荷重を印加した加圧状態で、２５０℃の加熱温度で加熱する。
この加熱により、融点が約２３２℃のＳｎは液化され、Ａｇ粉末間に十分に行き渡ると共に、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２の圧電層１１の端面及び内部電極層２１、２２の端面に十分に濡れた状態となる。その後、加熱を終了して冷却することにより、上記金属ペーストは焼結された状態となって金属含有層３１１、３２１となる。また、図２に示すごとく、この金属含有層３１１、３２１と内部電極層２１、２２との間には、Ｃｕよりなる内部電極層の端部に主にＳｎが拡散してなる合金拡散層２５が形成される。
次に、図６（ｂ）に示すごとく、Ａｇフィラーを７０重量％添加したエポキシ樹脂よりなる導電性接着剤３１２、３２２を金属含有層３１１、３２１の上層に塗布すると共に、さらに、図６（ｃ）に示すごとく、その上層にメッシュ状の取り出し電極３５を配置し、その後導電性接着剤３１２、３２２を硬化させた。これにより、金属含有層３１１、３２１と導電性接着剤３１２、３２２の層とよりなる２層構造の側面電極３１、３２が形成されると共に、これに取り出し電極３５が接合された構造が得られる。
次いで、上記側面電極３１、３２及び取り出し電極を備えたセラミック積層体１０の外周全体をシリコーン樹脂７によってモールドして積層型圧電体素子１を完成させた。
次いで、上記側面電極３１、３２及び取り出し電極を備えたセラミック積層体１０の外周全体をシリコーン樹脂７によってモールドして積層型圧電体素子１を完成させた。
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、上記のごとく、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に直接接する金属含有層３１１、３２１を有する側面電極３１、３２を設けてなる。そして、この金属含有層３１１、３２１は、融点４００℃以下の低融点金属であるＳｎを含有するものであり、この低融点金属をセラミック積層体１０の側面１０１、１０２上において溶融後、凝固させて形成してある。
本例の積層型圧電体素子１は、上記のごとく、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に直接接する金属含有層３１１、３２１を有する側面電極３１、３２を設けてなる。そして、この金属含有層３１１、３２１は、融点４００℃以下の低融点金属であるＳｎを含有するものであり、この低融点金属をセラミック積層体１０の側面１０１、１０２上において溶融後、凝固させて形成してある。
すなわち、上記金属含有層３１１、３２１は、Ｓｎが液体になってセラミック積層体１０の側面１０１、１０２の圧電層の端面と内部電極層２１、２２の端部に十分に密着した後に、凝固している。そのため、金属含有層３１１、３２１は、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２との密着性に優れ、かつ、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２から露出している導通すべき内部電極層２１、２２の端面とも十分に密着した状態となる。さらに、金属含有層３１１、３２１が溶融後、凝固する過程で、少なくともＳｎの一部が内部電極層２１、２２を構成するＣｕ中に拡散し、拡散層２５が形成される。これにより、内部電極層２１、２２と金属含有層３１１、３２１とは非常に強固に接合された状態が得られる。
また、本例において、金属含有層３１１、３２１は、ＡｇとＳｎとを含有する合金を含んでいる。つまり、金属含有層３１１、３２１は、低電気抵抗金属としてのＡｇを含有し、低融点金属としてのＳｎを含有したものとなる。そのため、低融点金属による接合信頼性の確保と、低電気抵抗金属による導電性の確保を確実、かつ充分に行うことができる。
また、金属含有層３１１、３２１を形成するに当たっては、上記のごとく低融点金属を溶融させるが、そのための加熱温度を４００℃以下に設定することができる。そのため、高温によるセラミック積層体１０への悪影響を小さくすることができる。また、メッキの場合のような、悪影響を与えるようなメッキ液にセラミック積層体１０を晒す必要もない。それ故、得られた積層型圧電体素子１は、セラミック積層体１０自体も非常に健全な状態に維持される。
それ故、本例によって得られる積層型圧電体素子１は、内部電極層２１、２２と側面電極３１、３２との間の接合信頼性が高く、かつ、本来のセラミック積層体の性能を有効に発揮できる優れた性能を有するものとなる。
なお、本例の積層型圧電体素子１を構成するセラミック積層体１０は、図３に示すごとく、断面樽形のものを採用した。この断面形状としては、例えば図７示すごとき四角形、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。
なお、本例の積層型圧電体素子１を構成するセラミック積層体１０は、図３に示すごとく、断面樽形のものを採用した。この断面形状としては、例えば図７示すごとき四角形、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。
（実施例２）
本例では、実施例１で得られた積層型圧電体素子１における各内部電極層２１、２２と側面電極３１、３２との間の接触抵抗値を測定し、両者の間の接合信頼性を評価した。
比較のために、上記積層型圧電体素子１における側面電極を導電性接着剤の一層のみで形成し、金属含有層を形成しなかったことのみが積層型圧電体素子１と異なる比較用の積層型圧電体素子を準備し、同様の評価を行った。
本例では、実施例１で得られた積層型圧電体素子１における各内部電極層２１、２２と側面電極３１、３２との間の接触抵抗値を測定し、両者の間の接合信頼性を評価した。
比較のために、上記積層型圧電体素子１における側面電極を導電性接着剤の一層のみで形成し、金属含有層を形成しなかったことのみが積層型圧電体素子１と異なる比較用の積層型圧電体素子を準備し、同様の評価を行った。
内部電極層と側面電極との間の接触抵抗は、積層数２５０すべてにおいて実施した。測定は、デジタルマルチメーターを用い、第１又は第２側面電極３１、３２のいずれかを上記デジタルマルチメーターの＋または−いずれかの端子に接続し、もう一方の端子を、上記の＋または−いずれかの端子に接続した側面電極と接合されている内部電極層と接続して行った。よりわかりやすく説明すると、図８に示すごとく、例えば、第２側面電極３２とこれに接続されている第２内部電極層２２との間の接触抵抗を測定する場合には、上記デジタルマルチメーター（図示略）の＋または−いずれかの端子（例えば＋端子８１）に第２側面電極３２を接続すると共に、デジタルマルチメーターの他方の端子（例えば−端子８２）を第２内部電極層２２に接続して抵抗値を測定する。
本発明品である積層型圧電体素子１の測定結果を図９に、比較品の測定結果を図１０に示す。これらの図は、横軸に積層数を、縦軸に接触抵抗（Ω）をとったものである。また、第１側面電極側を●又は◆、第２側面電極側を○によって示した。また、図１０においては、スケールをオーバーするものが多々あったので、隣接するプロット点を実線又は破線で結んだ。
これらの図から知られるように、比較品の場合には、接触抵抗が内部電極層毎にまちまちであり、非常に大きくばらついており、安定していない。これに対し、本発明品である積層型圧電体素子１は、すべての内部電極層が非常に低い接触抵抗値を示している。これにより、本発明品は、非常に安定的に側面電極と接続され接続信頼性が高いことが分かる。
（実施例３）
本例は、実施例１の積層型圧電体素子１において、金属含有層３１１、３２１に合成樹脂が添加されている例である。
本例の積層型圧電体素子の製造方法は、金属含有層形成工程において、実施例１で用いたＡｇ粉末６５重量％とＳｎ粉末３５重量％とを含有する金属ペーストに合成樹脂を添加して導電ペーストを作製する。そして、これをセラミック積層体１０の側面１０１、１０２に塗布し、加圧しながら２５０℃で加熱する。これにより、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に、合成樹脂が添加された金属含有層３１１、３２１を形成する。なお、本例では、添加する合成樹脂として、セラミックとの密着性や耐熱性に優れているイミド樹脂を用いたが、その他にもシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることもできる。
その他は、実施例１と同様の方法で積層型圧電体素子を作製する。
本例は、実施例１の積層型圧電体素子１において、金属含有層３１１、３２１に合成樹脂が添加されている例である。
本例の積層型圧電体素子の製造方法は、金属含有層形成工程において、実施例１で用いたＡｇ粉末６５重量％とＳｎ粉末３５重量％とを含有する金属ペーストに合成樹脂を添加して導電ペーストを作製する。そして、これをセラミック積層体１０の側面１０１、１０２に塗布し、加圧しながら２５０℃で加熱する。これにより、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に、合成樹脂が添加された金属含有層３１１、３２１を形成する。なお、本例では、添加する合成樹脂として、セラミックとの密着性や耐熱性に優れているイミド樹脂を用いたが、その他にもシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることもできる。
その他は、実施例１と同様の方法で積層型圧電体素子を作製する。
そして、本例では、上記製造方法の金属含有層形成工程において、上記金属ペーストに添加する合成樹脂（イミド樹脂）の量を変えて積層型圧電体素子を作製し、各積層型圧電体素子について接着強度、接触抵抗、及び拡散層の厚みの評価を行った。各評価の測定方法とその結果について、図１１、図１２を用いて説明する。
なお、ここでの合成樹脂の添加量とは、上記金属ペースト（Ａｇ：６５重量％、Ｓｎ：３５重量％）を１００重量％としたときの合成樹脂の添加量の割合であり、揮発成分を含まず、最終的に固形分として残る量を表す。
なお、ここでの合成樹脂の添加量とは、上記金属ペースト（Ａｇ：６５重量％、Ｓｎ：３５重量％）を１００重量％としたときの合成樹脂の添加量の割合であり、揮発成分を含まず、最終的に固形分として残る量を表す。
接着強度は、セラミック積層体の側面に対する金属含有層の接着強度を測定する。測定方法は、セラミック積層体の側面に形成した金属含有層の表面に接着剤を用いてナットを取り付け、このナットを引っ張ることにより接着強度を求める。
図１１に接着強度の測定結果を示す。同図は、縦軸に相対接着強度、横軸に合成樹脂の添加量（重量％）をとったものである。縦軸の相対接着強度は、合成樹脂を添加しないとき（即ち、添加量が０重量％）の接着強度を１として表したものである。
同図から知られるように、合成樹脂の添加量が増加するにつれて接着強度は大きくなる。即ち、金属含有層に合成樹脂を添加させておくことにより、金属含有層とセラミック積層体の側面との密着性が向上することがわかる。
図１１に接着強度の測定結果を示す。同図は、縦軸に相対接着強度、横軸に合成樹脂の添加量（重量％）をとったものである。縦軸の相対接着強度は、合成樹脂を添加しないとき（即ち、添加量が０重量％）の接着強度を１として表したものである。
同図から知られるように、合成樹脂の添加量が増加するにつれて接着強度は大きくなる。即ち、金属含有層に合成樹脂を添加させておくことにより、金属含有層とセラミック積層体の側面との密着性が向上することがわかる。
次に、接触抵抗は、内部電極層と側面電極との間の抵抗値を測定する。測定方法は、実施例２と同様の方法で積層数２５０すべての抵抗値を測定し、その平均値を求める。
また、拡散層の厚みは、金属含有層と内部電極層との間に形成された拡散層の厚みを測定する。測定方法は、積層型圧電体素子をセラミック積層体の軸方向に切断し、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）を用いて金属含有層に含有されているＳｎの内部電極層への拡散状態を観察して拡散層の厚みＷを求める（図２参照）。
また、拡散層の厚みは、金属含有層と内部電極層との間に形成された拡散層の厚みを測定する。測定方法は、積層型圧電体素子をセラミック積層体の軸方向に切断し、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ）を用いて金属含有層に含有されているＳｎの内部電極層への拡散状態を観察して拡散層の厚みＷを求める（図２参照）。
図１２に接触抵抗及び拡散層の厚みの測定結果を示す。同図は、縦軸に相対抵抗及び拡散層厚み（μｍ）、横軸に合成樹脂の添加量（重量％）をとったものである。縦軸の相対抵抗は、合成樹脂を添加しないときの抵抗値を１として表したものである。
同図から知られるように、抵抗値は、合成樹脂の添加量が増加するにつれて徐々に大きくなり、添加量が３０重量％を超えると急激に大きくなる。また、拡散層の厚みは、抵抗値とは逆に合成樹脂の添加量が増加するにつれて小さくなり、添加率が４０重量％になるとほとんど０となる。以上のことから、合成樹脂の添加量が増加するにつれて、内部電極層と側面電極との間の導通性及び接合信頼性は低下することがわかる。そして、その導通性及び接合信頼性は、添加量が３０重量％を超えると急激に低下する。
同図から知られるように、抵抗値は、合成樹脂の添加量が増加するにつれて徐々に大きくなり、添加量が３０重量％を超えると急激に大きくなる。また、拡散層の厚みは、抵抗値とは逆に合成樹脂の添加量が増加するにつれて小さくなり、添加率が４０重量％になるとほとんど０となる。以上のことから、合成樹脂の添加量が増加するにつれて、内部電極層と側面電極との間の導通性及び接合信頼性は低下することがわかる。そして、その導通性及び接合信頼性は、添加量が３０重量％を超えると急激に低下する。
上記の評価により、金属含有層は、合成樹脂を除く成分を１００重量％としたとき、合成樹脂の添加量が１〜３０重量％であることが好ましい。この場合には、内部電極層と側面電極との間の導通性及び接合信頼性を確保しながら、金属含有層とセラミック積層体の側面との密着性を向上させることができる。
また、上記の効果をさらに確実、かつ充分に得ようとすれば、合成樹脂の添加量を５〜１０重量％とすることがより好ましい。
また、上記の効果をさらに確実、かつ充分に得ようとすれば、合成樹脂の添加量を５〜１０重量％とすることがより好ましい。
（実施例４）
本例では、実施例３の積層型圧電体素子において、合成樹脂の添加量が５重量％のもの（これを本発明品１とする）を用いて冷熱サイクル試験を実施し、評価を行った。
また、比較のために、合成樹脂を添加しない実施例１の積層型圧電体素子（これを本発明品２とする）と、側面電極として導電性接着剤（Ａｇフィラーを７０重量％添加したエポキシ樹脂）を用いた従来の積層型圧電体素子（これを従来品とする）を準備し、同様の評価を行った。
本例では、実施例３の積層型圧電体素子において、合成樹脂の添加量が５重量％のもの（これを本発明品１とする）を用いて冷熱サイクル試験を実施し、評価を行った。
また、比較のために、合成樹脂を添加しない実施例１の積層型圧電体素子（これを本発明品２とする）と、側面電極として導電性接着剤（Ａｇフィラーを７０重量％添加したエポキシ樹脂）を用いた従来の積層型圧電体素子（これを従来品とする）を準備し、同様の評価を行った。
冷熱サイクル試験は、冷熱サイクルを作用させたときの接触抵抗（内部電極層と側面電極との間の抵抗値）を測定する。測定方法は、各積層型圧電体素子に対して、最低温度−４０℃（１時間）、最高温度１６０℃（１時間）という冷熱サイクルを作用させ、そのときの内部電極層と側面電極との間の抵抗値を実施例２と同様の方法で積層数２５０すべてにおいて測定し、その平均値を求める。
図１３に冷熱サイクル試験の測定結果を示す。同図は、縦軸に相対抵抗、横軸に相対冷熱サイクル回数をとったものである。縦軸の相対抵抗は、合成樹脂を添加しないときのもので、冷熱サイクル試験を行う前の抵抗値を１として表したものである。また、横軸の相対冷熱サイクル回数は、製品規格を満たすための冷熱サイクル回数を１として表したものである。なお、図中のＥ１は本発明品１、Ｅ２は本発明品２、Ｃは従来品の測定結果を表している。
同図から知られるように、従来品（Ｃ）は初期から抵抗値が大きく、冷熱サイクル回数が増えるとさらに大きくなる。ところが、本発明品１（Ｅ１）及び本発明品２（Ｅ２）は、製品規格を満たす冷熱サイクル回数（相対冷熱サイクル回数１）においても初期の抵抗値を維持している。また、本発明品１は、さらに冷熱サイクル回数を増やしても初期の抵抗値を維持し続けている。これにより、本発明品１及び本発明品２は、内部電極層と側面電極との間の接合状態の信頼性が高く、優れた性能を有するものであることがわかる。
（実施例５）
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。
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。
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（図略）に連通している。
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（図略）に連通している。
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（図略）へ戻される。
ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（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。
ドレーン通路６２４は、縦穴６２１と駆動部（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。
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。
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。
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で示した上記積層型圧電体素子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、内部電極層２１、２２と側面電極３１、３２との間の絶縁構造の信頼性が高く、非常に耐久性に優れたものである。そのため、高温雰囲気下という過酷な状態で使用されるインジェクタ６においても、作動時のクラックの発生を抑制することができ、耐久性を向上させることができ、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。
１ 積層型圧電体素子
１０ セラミック積層体
１１ 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）
３１ 第１側面電極
３１１、３２１ 金属含有層
３１２、３２２ 導電性接着剤
３２ 第２側面電極
３５ 取り出し電極
４１ 第１凹溝部
４２ 第２凹溝部
５ 絶縁充填材
６ インジェクタ
１０ セラミック積層体
１１ 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）
３１ 第１側面電極
３１１、３２１ 金属含有層
３１２、３２２ 導電性接着剤
３２ 第２側面電極
３５ 取り出し電極
４１ 第１凹溝部
４２ 第２凹溝部
５ 絶縁充填材
６ インジェクタ
Claims (25)
- 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設けられ上記内部電極層に順次交互に導通される一対の側面電極とを有し、該側面電極と上記内部電極層との間の電気的絶縁を図る部位には電気絶縁性を有する絶縁充填材が配置されている積層型圧電体素子において、
上記側面電極は、融点４００℃以下の低融点金属を含有すると共に該低融点金属を上記セラミック積層体の側面上において溶融後凝固させてなる金属含有層を有し、該金属含有層が導通すべき上記内部電極層の端部に直接接合されていることを特徴とする積層型圧電体素子。 - 請求項１において、上記金属含有層と上記内部電極層との間には、両者の成分が拡散してなる拡散層が形成されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１又は２において、上記金属含有層は、温度２０℃における電気抵抗率が１０μΩ・ｃｍ以下の低電気抵抗金属を含有していることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜３のいずれか１項において、上記金属含有層は、Ａｇ又はＣｕの少なくとも１種と、Ｓｎ、Ｉｎ又はＧａの少なくとも１種とを含有する合金を含んでいることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項４において、上記金属含有層は、ＡｇとＳｎとを含有する合金を含んでいることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜５のいずれか１項において、上記金属含有層には、合成樹脂が添加されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項６において、上記金属含有層は、上記合成樹脂を除いた成分を１００重量％としたとき、該合成樹脂の添加量が１〜３０重量％であることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜７のいずれか１項において、上記セラミック積層体の側面には、上記絶縁充填材を配置すべき部位に、底部に上記内部電極層の端部を露出させた凹溝が設けられており、該凹溝内に上記絶縁充填材が充填されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜８のいずれか１項において、上記側面電極に電力供給を行うための取り出し電極が、上記金属含有層に直接接合されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項９において、上記取り出し電極と上記金属含有層との間には両者の成分が拡散してなる第２拡散層が形成されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜１０のいずれか１項において、上記側面電極に電力供給を行うための取り出し電極が、上記金属含有層上に配された導電性接着剤により接合されていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１１において、上記導電性接着剤には、上記金属含有層内に含有される金属と同じ金属元素が含まれていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜１２のいずれか１項において、上記内部電極層は、導電材料としてＣｕを含有していることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜１３のいずれか１項において、上記セラミック積層体は、側面全体を絶縁樹脂によりモールドされていることを特徴とする積層型圧電体素子。
- 請求項１〜１４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。
- 圧電アクチュエータの変位を利用して弁体を開閉させ、燃料の噴射制御を行うよう構成されたインジェクタにおいて、
上記圧電アクチュエータは、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の積層型圧電体素子よりなることを特徴とするインジェクタ。 - 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設けられ上記内部電極層に順次交互に導通される一対の側面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内部電極層と上記側面電極との間の電気的絶縁を図る絶縁充填材を配置する絶縁充填材配置工程と、
上記セラミック積層体の側面に、融点４００℃以下の低融点金属の粉末を含むペーストを配置し、４００℃以下の温度で加熱することにより、上記低融点金属を溶融させた後凝固させて金属含有層を形成する金属含有層形成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１７において、上記金属含有層形成工程における加熱は、０．５〜２０ＭＰａという加圧条件下において行うことを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
- 請求項１７又は１８において、上記セラミック積層体の側面における上記絶縁充填材を配置すべき部位に、底部に上記内部電極層の端部を露出させた凹溝を設ける凹溝形成工程を行い、その後、上記絶縁充填材配置工程を行うことを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
- 請求項１７〜１９のいずれか１項において、上記金属含有層形成工程における上記加熱の温度は１００〜４００℃の範囲内であ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２０において、上記金属含有層形成工程における上記加熱の温度は２００〜３００℃の範囲内であ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１７〜２１のいずれか１項において、上記金属含有層は、Ａｇ又はＣｕの少なくとも１種と、Ｓｎ、Ｉｎ又はＧａの少なくとも１種とを含有する合金を含んで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２２において、上記金属含有層は、ＡｇとＳｎとを含有する合金を含んで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１７〜２３のいずれか１項において、上記金属含有層には、合成樹脂が添加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２４において、上記金属含有層は、上記合成樹脂を除いた成分を１００重量％としたとき、該合成樹脂の添加量が１〜３０重量％であることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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