JP3667289B2 - 積層型圧電素子及びその製法並びに噴射装置 - Google Patents
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Description
【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関し、例えば、自動車用燃料噴射装置、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等に用いら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】
従来より、積層型圧電素子としては、圧電体と内部電極を交互に積層した積層型圧電アクチュエータが知られている。積層型圧電アクチュエータには、同時焼成タイプと、圧電磁器と内部電極板を交互に積層したスタックタイプとの２種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層化に対して有利であるために、その優位性を示しつつある。
【０００３】
図１０は、従来の積層型圧電アクチュエータを示すもので、このアクチュエータでは、圧電体５１と内部電極５２が交互に積層されて柱状積層体５３が形成され、その積層方向における両端面には不活性層５５が積層されている。内部電極５２は、その一方の端部が左右交互に絶縁体６１で被覆され、その上から帯状外部電極７０が内部電極５２と左右各々一層おきに導通するように形成されている。帯状外部電極７０上には、さらにリード線７６が半田７７により固定されている。
【０００４】
ところで、近年においては、小型の圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変位量を確保するため、より高い電界を印加し、長期間連続駆動させることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した圧電アクチュエータでは、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、圧電体５１間に形成された内部電極５２と、正極、負極用の外部電極７０との間で剥離が発生し、一部の圧電体５１に電圧供給されなくなり、駆動中に変位特性が変化するという問題があった。
【０００６】
例えば、特開平４−２３７１７２号公報には、柱状積層体の側面に露出した内部電極の端部が、一層おきにガラスからなる絶縁層で被覆されるとともに、内部電極とその上下の圧電体が強固に接合され、内部電極の端部を絶縁する絶縁層が外部電極の凹部内に収容されて、外部電極と内部電極との絶縁性が確保された積層型圧電アクチュエータが開示されているが、このような圧電アクチュエータでは、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、ガラスからなる絶縁層に割れが生じ、この割れを介して内部電極と外部電極との間でショートが発生し、一部の圧電体に電圧が供給されなくなり、駆動中に変位特性が変化するという問題があった。
【０００７】
即ち、柱状積層体は、圧電体と内部電極との積層方向に伸縮するため、内部電極の端部およびその近傍の圧電体に設けられた高ヤング率のガラスからなる絶縁層が、長期間連続駆動による伸縮動作に耐えきれずに破壊され、この破壊部分を介して内部電極と外部電極間でショートが発生し易いという問題があった。
【０００８】
また、特開平７−２８３４５１号公報や特開平８−５１２４０号公報などには、一層おきの内部電極の端部にメッキにより導電性凸部を形成することが開示されているが、該導電性凸部と積層体との接合強度が弱いために、駆動中に前記導電性凸部と内部電極端部が剥離し、圧電体の一部に電圧が供給されなくなり、変位特性が低下するといった問題があった。
【０００９】
本発明は、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性に優れた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。
【００１０】
【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柱状積層体と、該柱状積層体の側面に設けられ、前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極とを具備してなる積層型圧電素子であって、前記内部電極の端部に一層おきに前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を設け、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極とを接合してなるとともに、突起状導電性端子の根元部が、柱状積層体の側面に形成されたケイ素含有層に埋設されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の積層型圧電素子では、内部電極の端部に一層おきに柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を設け、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極とを接合したため、アクチュエータが積層方向に駆動すると、突起状導電性端子が変形してアクチュエータの伸縮によって生じる応力を吸収するため、高電界、高圧力下で長期間連続運転させた場合でも、外部電極と内部電極との断線を抑制することができ、耐久性を大幅に向上できる。
【００１３】
また、本発明の積層型圧電素子では、突起状導電性端子の根元部が、柱状積層体の側面の圧電体表面に形成されたケイ素含有層に埋設しているため、ケイ素含有層が、柱状積層体の側面における圧電体表面に強固に接合しており、このケイ素含有層に突起状導電性端子の根元部が埋設され、これにより、突起状導電性端子を内部電極の端部に強固に接合したまま、保持することができ、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供することができる。
【００１４】
さらに、本発明では、ケイ素含有層の厚みが２〜１００μｍであることが望ましい。これにより、突起状導電性端子を内部電極の端部にさらに強固に接合保持でき、外部電極と内部電極との断線をさらに抑制することができる。これは、ケイ素含有層の厚みを２μｍ以上とすることにより、突起状導電性端子と、内部電極、柱状積層体との接合強度を十分強固にすることができ、駆動中に突起状導電性端子が内部電極から剥離するといった問題が生じるのを防ぐことができ、また、厚みを１００μｍ以下とすることにより、ケイ素含有層により圧電体の特性が低下することを防ぐことができる。
【００１５】
さらに、本発明では、突起状導電性端子の周りにケイ素含有層の隆起部が形成されていることが望ましい。ケイ素含有層の隆起部が突起状導電性端子を補佐することになり、突起状導電性端子と、内部電極、柱状積層体との接合強度をさらに強固なものとすることができ、高電界下で連続に駆動させた場合でも、外部電極と内部電極が断線することなく、耐久性を大幅に向上することができる。
【００１７】
さらに、本発明では、板状導電部材の厚みが５０μｍ以下であることが望ましい。板状導電部材の厚みが５０μｍよりも大きい場合には、板状導電部材がアクチュエータの伸縮に追従できずに板状導電部材と突起状導電性端子の間、若しくは突起状導電性端子と内部電極の間で断線を起こし易くなるからである。従って、板状導電部材の厚みを５０μｍ以下とすることにより、アクチュエータを連続駆動させた場合にも、アクチュエータの伸縮に充分追従でき、外部電極と内部電極が断線するといった問題が生じるのを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明では、突起状導電性端子間における板状導電部材に、スリット又は凹溝が形成されていることが望ましい。板状導電部材からなる外部電極にスリット又は凹溝が形成されているので、柱状積層体の伸縮に対応して外部電極が容易に変形して追従でき、外部電極と突起状導電性端子との接続部、突起状導電性端子と内部電極との接続部に無理な荷重が作用せず、これにより、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性を向上できる。
【００１９】
また、本発明では、板状導電部材と柱状積層体の側面との間に導電性樹脂が充填されていることが望ましい。柱状積層体の伸縮によって発生する繰り返し応力により、万が一板状導電部材が、そのスリット又は凹溝から破断したとしても、破断した外部電極片同士は導電性樹脂により接続されているため、内部電極に電界を印加できる。
【００２０】
さらに、本発明では、板状導電部材の外面に導電性補助部材を設けられていることが望ましい。板状導電部材の外側に導電性補助部材を設けることによりアクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、外部電極が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
【００２１】
さらに、本発明では、導電性補助部材が、導電性接着剤、導電性コイル、導電性波板、導電性繊維集合体のうち少なくとも１種からなることが望ましい。導電性補助部材が導電性接着剤からなる場合には、導電性補助部材としてフレキシブルな導電性接着剤を用いることにより、アクチュエータの伸縮に導電性補助部材が十分追従することができ、駆動中における導電性補助部材の断線を抑制できる。
【００２２】
導電性接着剤が、導電剤を分散させたポリイミド樹脂からなることが好ましい。この場合には、高耐熱性を有するポリイミド樹脂を該導電性接着剤のマトリックス成分とすることにより、高温で駆動させる場合においても該導電性接着剤が劣化することがなく、高耐久性を備えている積層型圧電素子を提供することができる。
【００２３】
また、導電性補助部材が導電性コイル、導電性波板、導電性繊維集合体であり、該導電性補助部材が板状導電部材に接合されていることが望ましい。この場合には、導電性補助部材がアクチュエータの伸縮に追従することができ、駆動中に該導電性補助部材が断線したり、該導電性補助部材と板状導電部材との間に応力を生じ、該導電性補助部材が剥離するといった問題が生じるのを防ぐことができ、耐久性を大きく向上させることができる。
【００２４】
さらに、本発明では、突起状導電性端子と板状導電部材が銀を主成分とすることが望ましい。これは、突起状導電性端子と板状導電部材の主成分を銀とすることにより、突起状導電性端子と内部電極の間、及び突起状導電性端子と板状導電部材の間の接合強度を強固にすることができ、アクチュエータを高電界下で駆動させた場合にも、外部電極と内部電極が断線することなく、耐久性を大きく向上させることができる。また、突起状導電性端子と板状導電部材の主成分をヤング率の低い銀とすることによりアクチュエータの駆動時に生じる応力を十分吸収することができ、外部電極と内部電極との断線を抑制できる。
【００２５】
さらに、本発明の積層型圧電素子の製法は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなり、前記内部電極の端部が側面に露出した柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体の側面に、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを塗布する工程と、該柱状積層体の側面に塗布された導電性ペーストを加熱し、前記内部電極の端部に前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成する工程と、該突起状導電性端子の先端部に板状導電部材からなる外部電極を接続する工程とを具備する方法である。
【００２６】
このような方法によれば、柱状積層体の側面に、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを塗布して、加熱することにより、ガラスが溶融し、溶融したガラス中に存在する導電性金属粒子が、内部電極の端部に集合し、柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子が形成されるとともに、柱状積層体の側面における圧電体表面に、拡散した圧電体の成分とケイ素を含むケイ素含有層（ガラス層）が形成され、このケイ素含有層により突起状導電性端子の根元部が埋設され、突起状導電性端子を内部電極端部に強固に接合することができる。
【００２７】
ここで、導電性ペーストを加熱して形成された突起状導電性端子の高さバラツキが、前記突起状導電性端子の平均高さの０．３倍以下であることが望ましい。これは、突起状導電性端子の高さバラツキを突起状導電性端子の平均高さの０．３倍以下とすることにより、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極との接続を確実強固なものとすることができ、駆動中に突起状導電性端子と外部電極が断線するといった問題が生じるのを防ぐことができる。なお、本発明において、突起状導電性端子の高さバラツキとは、各突起状導電性端子の最大高さと最小高さの差をいう。
【００２８】
また、本発明の積層型圧電素子の製法は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなり、前記内部電極の端部が側面に露出した柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体の側面と板状導電部材からなる外部電極との間であって、一層おきの露出した内部電極の端部及びその近傍の圧電体表面を被覆するように、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを介在させる工程と、該導電性ペーストを加熱して、前記内部電極の端部に一層おきに前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成するとともに、該突起状導電性端子の先端部に前記外部電極を接合する工程とを具備する方法である。
【００２９】
このような方法によれば、柱状積層体の側面と板状導電部材からなる外部電極との間であって、一層おきの露出した内部電極の端部及びその近傍の圧電体表面を被覆するように、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを介在させ、加熱することにより、ガラスが溶融し、溶融したガラス中に存在する導電性金属粒子が、内部電極の端部に集合し、柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子が形成されるとともに、該突起状導電性端子の先端部に外部電極に接合することができる。また、同時に柱状積層体の側面における圧電体表面にケイ素含有層が形成され、このケイ素含有層により突起状導電性端子の根元部が埋設され、突起状導電性端子を内部電極端部に強固に接合することができる。
【００３０】
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するものである。
【００３１】
このような噴射装置では、上記したように、積層型圧電素子が、外部電極と内部電極との断線を抑制でき、耐久性を大幅に向上できるため、噴射装置の耐久性をも向上できる。
【００３２】
【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一形態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す斜視図、（ｄ）は内部電極と外部電極の接合部近傍の拡大図である。
【００３３】
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四角柱状の柱状積層体１ａの側面において、内部電極２の端部を一層おきに絶縁体３で被覆し、絶縁体３で被覆していない内部電極２の端部に、積層型圧電素子の伸縮方向に変形可能な突起状導電性端子５を設け、該突起状導電性端子５に板状導電部材４ａからなる外部電極４を接合し、各外部電極４にリード線６を接続固定して構成されている。
【００３４】
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ス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ｄ33が高いものが望ましい。
【００３５】
また、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。これは、積層型圧電アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量を得るために、積層数を増加させる方法がとられるが、積層数を増加させた場合に圧電体１の厚みが厚すぎるとアクチュエータの小型化、低背化ができなくなり、一方、圧電体１の厚みが薄すぎると絶縁破壊しやすいからである。
【００３６】
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。
【００３７】
また、突起状導電性端子５が形成された柱状積層体１ａの側面に一層おきに深さ５０〜５００μｍ、積層方向の幅３０〜２００μｍの溝が形成されており、この溝内にガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填されて絶縁体３が形成されている。この絶縁体３は、柱状積層体１ａとの接合を強固とするために、柱状積層体１ａの変位に対して追従する弾性率が低い材料、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。
【００３８】
突起状導電性端子５と絶縁体３は、外部電極４が形成された柱状積層体１ａの側面に露出した内部電極２に、交互に形成されている。
【００３９】
即ち、溝内に充填された絶縁体３により内部電極２の端部が互い違いに一層おきに絶縁され、内部電極２の絶縁されていない他方の端部は、突起状導電性端子５を介して板状導電部材４ａからなる外部電極４と接合されている。
【００４０】
柱状積層体１ａの対向する側面には、それぞれ板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して接続固定されており、該外部電極４には、積層されている内部電極２が一層おきに電気的に接続されている。この板状導電部材４ａからなる外部電極４は、接続されている各内部電極２に圧電体１を逆圧電効果により変位させるに必要な電圧を共通に供給する作用をなす。
【００４１】
さらに、外部電極４にはリード線６が半田により接続固定されている。このリード線６は外部電極４を外部の電圧供給部に接続する作用をなす。
【００４２】
そして、本発明では、上記したように板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して内部電極２と接続されている。このため、アクチュエータを高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、突起状導電性端子５がアクチュエータの伸縮によって生じる応力を吸収し、該外部電極４と内部電極２の断線を抑制することができ、耐久性に優れたアクチュエータを提供することができる。
【００４３】
後述するケイ素含有層から突出した突起状導電性端子５の積層方向と同一方向の幅Ｂは、図１（ｃ）に示すように、外部電極４と内部電極２との接続部の抵抗を低くし、且つアクチュエータの駆動時に生じる応力を十分に吸収するという点から、１μｍ以上且つ圧電体１厚みの１／２以下であることが望ましい。特には、幅Ｂは５〜２５μｍが望ましい。
【００４４】
また、ケイ素含有層から突出した突起状導電性端子５の突出高さｈは、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、圧電体１厚みの１／２０以上であることが望ましい。特には突出高さｈは、１５〜５０μｍが望ましい。
【００４５】
さらに、板状導電部材４ａの厚みｔは、アクチュエータの伸縮に追従し、外部電極４と突起状導電性端子５の間、若しくは突起状導電性端子５と内部電極２の間で断線を生じないという点から、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００４６】
また、突起状導電性端子５は、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、ヤング率の低い銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
【００４７】
さらに、板状導電部材４ａは、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、このうち、突起状導電性端子５との接合強度が強く、ヤング率が低いという点から、銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
【００４８】
突起状導電性端子５と板状導電部材４ａからなる外部電強４との接合は、荷重を加えた状態で７００〜９５０℃で熱処理することにより、主成分である銀が突起状導電性端子５と板状導電部材４ａ間を相互に拡散し、いわゆる銀の拡散接合によってなされる。また、内部電極２と突起状導電性端子５の接合部はケイ素含有層１０中に埋設しており、内部電極２を構成する銀−パラジウムと、突起状導電性端子５を構成する銀が相互拡散し、連続的に内部電極２と突起状導電性端子５が接合されている。
【００４９】
即ち、本発明では、突起状導電性端子５の根元部５ａが、柱状積層体１ａの側面における圧電体１表面に形成されたケイ素含有層１０に埋設され、突起状導電性端子５の先端部が板状導電部材４ａからなる外部電極４に接続されている。
【００５０】
ここで、突起状導電性端子５の根元部５ａは、内部電極２と突起状導電性端子５の接続部近傍における突起状導電性端子５の部分を意味するが、突起状導電性端子５を形成する銀と内部電極２を構成する銀−パラジウムが相互拡散し、連続的に内部電極２と突起状導電性端子５が接続されているため、内部電極２の厚みよりも大きくなり始めた箇所が内部電極２と突起状導電性端子５の接続部となり、それよりも先端側が突起状導電性端子５の根元部５ａとなる。
【００５１】
このケイ素含有層１０の最小厚みｄは、突起状導電性端子５と、内部電極２及び柱状積層体１ａとの接合強度を強固なものにし、且つケイ素含有層１０により圧電体１の特性が低下するのを防止するという点から、２〜１００μｍであることが望ましく、特には５〜１５μｍが望ましい。このような厚みのケイ素含有層１０を形成するためには、５０〜８０体積％の銀等の導電性金属粉末と、残部がケイ素を主成分とし、軟化点６００〜９５０℃の２０〜５０体積％のガラス粉末とからなる固形成分に、バインダーを加えて導電性ペーストを作製し、該導電性ペーストを柱状積層体１ａの側面に塗布し、ガラスの軟化点以上の温度、即ち７００〜９５０℃で焼き付けを行うことにより達成できる。
【００５２】
ここで、ケイ素含有層１０の厚みｄが２μｍより小さい場合には、突起状導電性端子５と、内部電極２、柱状積層体１ａとの接合強度が弱く、駆動中に該突起状導電性端子５が剥離し、内部電極２の一部に電圧が供給されなくなり変位特性が低下する傾向があり、一方、ケイ素含有層１０の厚みｄが１００μｍより大きい場合には、絶縁体３を充填する溝を形成する工程で圧電体１にクラックが生じたり、圧電体１の圧電特性が低下したりする傾向があるからである。
【００５３】
ケイ素含有層１０中のケイ素の分布は表面近傍が最も多く、内部側にいくほど、即ち深さが深くなるにつれ減少していき、逆に圧電体１を形成するＰｂは深さが浅くなるにつれ減少している。なお、ケイ素は圧電体１の内部においても少量の不純物若しくは添加物として存在するが、圧電体１内部の均一の分布状態で存在するケイ素の量が増加し始めるところから柱状積層体１ａ表面までの距離をケイ素含有層１０の厚みｄとする。
【００５４】
また、本発明では、突起状導電性端子５と内部電極２及び柱状積層体１ａとの接合をさらに確実強固なものとするために、図１（ｄ）に示すように、ケイ素含有層１０が突起状導電性端子５を補佐するように、突起状導電性端子５の根元部５ａの周りにはケイ素含有層１０の隆起部１０ａが形成されている。即ち、突起状導電性端子５の根元部５ａはケイ素含有層１０の隆起部１０ａに埋設されている。ケイ素含有層１０の隆起部１０ａは、ケイ素含有層１０の最小厚みｄを有する部分からの高さが１〜５μｍであることが望ましい。突起状導電性端子５の断面形状は、土筆状若しくはきのこ状が望ましい。
【００５５】
また、突起状導電性端子５のケイ素含有層１０からの突出高さｈ、即ちケイ素含有層１０の最小厚みｄを有する部分から板状導電部材４ａまでの距離は、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、圧電体１厚みの１／２０以上であることが望ましい。特には突出高さｈは、１５〜５０μｍが望ましい。
【００５６】
さらに、本発明では、図２に示すように、各突起状導電性端子５と板状導電部材４ａとが、前記突起状導電性端子５の先端長さＬの５０％以上の部分で接合されている。これにより、突起状導電性端子５と板状導電部材４ａとの接合部の抵抗を十分低くし、大電流を流し高速でアクチュエータを駆動させた場合においても、突起状導電性端子５と板状導電部材４ａの接合部において、局所発熱が生じるのを防ぐことができる。特には、８０％以上が好ましい。このように、各々の突起状導電性端子５と板状導電部材４ａの接合を突起状導電性端子５の先端長さＬの５０％以上とするためには、突起状導電性端子５の作製時における突起状導電性端子５の高さバラツキを突起状導電性端子５の平均高さｈの０．３倍以下とし、また、均一な荷重を印加した状態で７００〜９５０℃で熱処理すればよい。
【００５７】
さらに、外部電極４にはリード線６が半田により接続固定されている。このリード線６は外部電極４を外部の電圧供給部に接続する作用をなす。
【００５８】
本発明の積層型圧電素子の製法について説明する。まず、柱状積層体１ａを作製する。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成る柱状積層体１ａは、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）等の可塑剤と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やカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電体１となるセラミックグリーンシートを作製する。
【００５９】
次に、例えば、銀−パラジウム粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前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。
【００６０】
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、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、９００〜１２００℃で焼成することによって作製される。
【００６１】
その後、柱状積層体１ａの対向する側面に、図３（ａ）に示すように、例えば、粒径０．１〜１０μｍの銀粉末を５０〜８０体積％と、残部が粒径０．１〜１０μｍでケイ素を主成分とする軟化点が６００〜９５０℃のガラス粉末２０〜５０体積％からなる混合物に、バインダーを加えて作製した銀ガラス導電性ペースト２１を塗布し、ガラスの軟化点以上の温度の７００〜９５０℃で焼き付けを行うことにより、銀ガラス導電性ペースト２１中の銀が内部電極２端部に集合し、図３（ｂ）に示すように、土筆状やきのこ状の突起状導電性端子５及びケイ素含有層１０を形成することができる。
【００６２】
即ち、ペーストにガラス成分を分散させておくことにより、焼き付け時にガラスが軟化し、この状態において圧電体１には拡散しにくい銀が内部電極２の端部に拡散して寄り集まるため、図１（ｂ）に示すような突起状導電性端子５を形成できる。
【００６３】
この突起状導電性端子５は柱状積層体１ａの側面の一部に形成されており、レール状に形成され、その長さは板状導電部材４ａからなる外部電極４の幅とほぼ同一とされている。尚、突起状導電性端子５の長さは、図２に示すように、外部電極４の幅よりも短くても良い。
【００６４】
銀ガラス導電性ペースト２１中の銀粉末を５０〜８０体積％、残部のガラス粉末を２０〜５０体積％としたのは、銀粉末が５０体積％より少ない場合には、突起状導電端子５を構成する銀成分が少ないため、形成される突起状導電性端子５の突出高さｈが小さくなり、一方銀粉末が８０体積％よりも多い場合には、銀ガラス導電性ペースト２１中の固形分残部であるガラス成分が相対的に少なくなるため、該銀ガラス導電性ペースト２１の焼き付け時に溶融するガラス成分も必然的に少なくなり、銀成分が内部電極２端部に集合しにくくなり、突起状導電性端子５の突出高さｈが低くなるためである。
【００６５】
また、特にケイ素含有層１０の隆起部１０ａを有効に形成するには、銀ガラス導電性ペースト２１中の銀粉末を６０〜７０体積％、ガラス粉末を３０〜４０体積％とするのが望ましい。
【００６６】
熱処理後の突起状導電性端子５の高さバラツキ（最大値−最小値）は、突起状導電性端子５と板状導電部材４ａの接続を確実なものとするため、突起状導電性端子５の高さｈの平均値の０．３倍以下であることが望ましく、特には、０．１倍以下が望ましい。なお、突起状導電性端子５の高さｈのバラツキを突起状導電性端子５の高さｈの平均値の０．３倍以下にするためには、該突起状導電性端子５を形成するために柱状積層体１ａ側面に予め塗布する銀ガラス導電性ペースト２１の塗布厚みのバラツキを小さくすればよい。
【００６７】
上述のように突起状導電性端子５を形成した後、図３（ｃ）に示すようにダイシング装置等により突起状導電性端子５の形成された柱状積層体１ａの側面に一層おきに溝を形成する。
【００６８】
その後、図３（ｄ）に示すように、銀からなる板状導電部材４ａを突起状導電性端子５に当接させ押圧して荷重を加え、７００〜９５０℃で熱処理することにより、主成分である銀が突起状導電性端子５と板状導電部材４ａ間を相互に拡散し、いわゆる銀の拡散接合によって接合される。
【００６９】
なお、この際に加える荷重は圧力にして、２〜５００ｋＰａが望ましい。これは、圧力が２ｋＰａ以下の場合には、圧力が低いために突起状導電性端子５と板状導電部材４ａとの間で拡散接合が十分になされずに、該接合部の強度が低くなり、一方、５００ｋＰａ以上の場合には圧力が高すぎるために、突起状導電性端子５が変形してしまう恐れがあるためである。
【００７０】
その後、溝部に絶縁体３を充填し、リード線６を接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。
【００７１】
なお、柱状積層体１ａの側面に一層おきに溝を形成した後に、銀ガラス導電性ペースト２１を塗布し、焼き付けを行い突起状導電性端子５を形成してもよい。
【００７２】
次に、本発明の積層型圧電素子の他の製法について説明する。上述と同様に柱状積層体１ａを形成した後、該柱状積層体１ａの側面に一層おきに溝を形成する。
【００７３】
その後、該柱状積層体１ａの溝以外の柱状積層体１ａに露出した内部電極２およびこの内部電極２の近傍の圧電体１表面に、上述と同様の銀ガラス導電性ペースト２１を塗布乾燥し、この銀ガラス導電性ペースト２１に板状導電部材４ａを押圧するように荷重を加えた状態で７００〜９５０℃で熱処理することにより、銀ガラス導電性ペースト２１中のガラスが溶融し、溶融したガラス中に存在する銀成分が内部電極２の端部に集合し、柱状積層体１ａの側面から突出する突起状導電性端子５が形成されるとともに、該突起状導電性端子５の先端部を板状導電部材４ａに接続することができる。
【００７４】
尚、予め、柱状積層体１ａの溝以外の柱状積層体１ａに露出した内部電極２およびこの内部電極２の近傍の圧電体１表面に対応する板状導電部材４ａの部分に、銀ガラス導電性ペースト２１を塗布乾燥し、この板状導電部材４ａを柱状積層体１ａに押圧するように荷重を加えた状態で熱処理してもよい。また、板状導電部材４ａの全面に銀ガラス導電性ペーストを塗布乾燥し、この板状導電部材４ａを、導電性ペースト塗布面側を柱状積層体１ａの内部電極２が露出した面に押圧し、熱処理しても、突起状導電性端子５が形成し、その先端部を板状導電部材４ａに接続することができる。この場合にはさらに工程を短縮することができる。
【００７５】
その後、溝部に絶縁体３を充填し、リード線６を接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。
【００７６】
そして、リード線６を介して一対の外部電極４に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、柱状積層体１ａを分極処理することによって、製品としての積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線６を外部の電圧供給部に接続し、リード線６及び外部電極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し、これによって例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
【００７７】
以上のように構成された積層型圧電素子は、板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して内部電極２と接続されているため、アクチュエータを高電界下、連続で駆動させた場合でも、突起状導電性端子５が変形して突起状導電性端子５が駆動時に生じる応力を十分に吸収できるため、外部電極４と内部電極２との間でスパークが生じるといった問題を防ぐことができ、高信頼性のアクチュエータを提供することができる。
【００７８】
図４は、板状導電部材に凹溝を形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、この積層型圧電アクチュエータでは、板状導電部材４ａに、突起状導電性端子５間であって、内部電極２の端部とほぼ平行に凹溝１１が形成されている。凹溝１１は、突起状導電性端子５間にそれぞれ形成されており、その深さは板状導電部材４ａの厚み方向の１／２以上の深さとされている。尚、凹溝１１は、外部電極４の幅全体にわたって形成する必要はなく、幅方向に一部に形成しても良い。
【００７９】
また、柱状積層体１ａの側面と板状導電部材４ａ間に導電性樹脂４ｂが充填され、板状導電部材４ａの露出した面も導電性樹脂４ｂにより被覆されている。
【００８０】
以上のように構成された積層型圧電アクチュエータは、外部電極４に凹溝１１が形成されているので、柱状積層体１ａの伸縮に対応して外部電極４が容易に変形して追従でき、外部電極４と突起状導電性端子５との接続部、突起状導電性端子５と内部電極２との接続部に無理な荷重が作用せず、これにより、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極４と内部電極２とが断線することがなく、耐久性を向上できる。
【００８１】
さらに、柱状積層体１ａの伸縮によって発生する繰り返し応力により、万が一板状導電部材４ａからなる外部電極４が凹溝１１から破断したとしても、破断した外部電極４片同士は導電性樹脂４ｂにより接続されているため、内部電極２に電界を印加できる。
【００８２】
図５は、板状導電部材にスリットを形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、この積層型圧電アクチュエータでは、板状導電部材４ａに、一方側の端面から所定長さでスリット１３が形成されている。このスリット１３の長さは、板状導電部材４ａの幅の２／３以上の長さとされている。また、柱状積層体１ａの側面と板状導電部材４ａ間に導電性樹脂４ｂが充填され、板状導電部材４ａの露出した面も導電性樹脂４ｂにより被覆されている。
【００８３】
このような積層型圧電アクチュエータであっても、上記図４に示した積層型圧電アクチュエータと同様の効果を得ることができる。尚、作製時に、スリット１３を板状導電部材４ａからなる外部電極４の幅方向に全体にわたって形成、即ち、予め板状導電部材４ａからなる外部電極４を、突起状導電性端子５間で分断しておいても良い。
【００８４】
尚、外部電極４に形成される凹溝１１やスリット１３は、板状導電部材４ａを柱状積層体１ａの突起状導電性端子５に接合した後に形成しても良いし、板状導電部材４ａを突起状導電性端子５に接合する前に形成しても良いが、板状導電部材４ａの突起状導電性端子５への接合工程の作業性を考慮すると、板状導電部材４ａを突起状導電性端子５に接合した後に形成することが望ましい。
【００８５】
さらに、本発明では、図６に示すように、板状導電部材４ａからなる外部電極４の外側に導電性補助部材７を形成しても良い。この場合には、板状導電部材４ａの外面に導電性補助部材７を設けることによりアクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、大電流を導電性補助部材７に流すことができ、外部電極４に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極４が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
【００８６】
なお、導電性補助部材７はアクチュエータの伸縮に追従し、駆動中に該導電性補助部材７の断線を防ぐ点から、フレキシブルな導電性接着剤７ａによって形成されていることが好ましい。また、導電性接着剤７ａにクラックが生じるのを防ぐという点から、金属等のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板を該導電性接着剤７ａに埋設しても良い。
【００８７】
さらに、前記導電性接着剤７ａは高温で駆動させる場合においても劣化しないという点から、高耐熱を有するポリイミド樹脂に導電剤を分散させたものが望ましい。
【００８８】
また、本発明では、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、導電性コイル７ｂ、若しくは導電性波板７ｃ、若しくは導電性繊維集合体（ウール状）７ｄにより導電性補助部材７を形成しても良い。この場合には、導電性補助部材７がアクチュエータの伸縮に追従することができ、駆動中に該導電性補助部材７が断線したり、該導電性補助部材７と外部電極４との間に応力を生じ、該導電性補助部材７が剥離するといった問題を防ぐことができ、耐久性を大きく向上させることができる。なお、前記導電性補助部材７と外部電極４との接続は、ロウ材による接合や、導電性接着剤による接合が好ましい。
【００８９】
導電性補助部材７としては、抵抗値及びヤング率が低く、伸縮性に富み、また、アクチュエータの断面積を小さくできるという点から、材質が銀の導電性波板７ｃが望ましい。
【００９０】
本発明の積層型圧電素子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。
【００９１】
また、上記例では、柱状積層体１ａ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、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極を形成してもよい。
【００９２】
図８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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
【実施例】
実施例１
まず、柱状積層体を作製した。圧電体は厚み１５０μｍのＰＺＴで形成し、内部電極は厚み３μｍの銀−パラジウム合金によって形成し、圧電体及び内部電極の各々の積層数は３００層とした。
【００９７】
次に、平均粒径５μｍの銀粉末を６０体積％と、残部が平均粒径５μｍのケイ素を主成分とし、アルミニウムを含む軟化点が７５０℃の硼珪酸ガラス粉末４０体積％との混合物にバインダーを加え、十分に混合して、銀ガラス導電性ペーストを作製し、図３（ａ）に示すように、前記柱状積層体の側面に該銀ガラス導電性ペーストを塗布し、８００℃で焼き付け、図３（ｂ）に示すように、柱状積層体の側面に露出した内部電極の端部に突起状導電性端子を形成するとともに、突起状導電性端子の根元部を埋設するケイ素含有層を形成した。
【００９８】
この後、図３（ｃ）に示すように、突起状導電性端子を含む内部電極の端部一層おきに、深さ１５０μｍ、幅５０μｍの溝を形成した後、図３（ｄ）に示すように、銀からなる厚み２５μｍの板状導電部材を、突起状導電性端子に３０ｋＰａで押圧し９００℃で接合した。
【００９９】
その後、溝部に絶縁体としてシリコーンゴムを充填し、板状導電部材にリード線を接続した。
【０１００】
その後、正極及び負極の外部電極にリード線を介して３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行い、図１に示すような積層型圧電アクチュエータを作製した。
【０１０１】
なお、突起状導電性端子には、銀とパラジウムが分散していた。また、突起状導電性端子の形成された柱状積層体の表面にはケイ素と鉛を含有する厚み１０μｍのケイ素含有層（ガラス層）が形成され、前記突起状導電性端子の根元部にはケイ素含有層の隆起部が形成されていた。また、このときの突起状導電性端子の積層方向と同一方向の幅Ｂは１０μｍ、高さｈは平均で２０μｍで、高さバラツキは２μｍであった。なお、ケイ素含有層の厚みｄは、Ｘ線回折測定においてＳｉ元素が実質的に存在しなくなる部分からの厚みとして算出した。
【０１０２】
また、各突起状導電性端子と板状導電部材からなる外部電極とは、突起状導電性端子の先端長さの８５％以上で接合されていた。この接合割合は、突起状導電性端子から外部電極を剥離し、接合していた部分と接合していない部分の長さ比で算出した。
【０１０３】
得られた積層型圧電アクチュエータに１５０Ｖの直流電圧を印加した結果、積層方向に４０μｍの変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに室温で０〜＋１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し駆動試験を行った結果、１×１０9サイクルまで駆動したところ４０μｍの変位量が得られ、外部電極の異常は見られなかった。表１のサンプルＮｏ．１に記載する。
実施例２
次に、突起状導電性端子の幅Ｂと高さｈ及び板状導電部材の厚みｔを表１に示すように変化させた以外は、実施例１と同様の構成の積層型圧電アクチュエータ（サンプルＮｏ．２〜Ｎｏ．７）を作製した。なお、サンプルＮｏ．８は銀を分散させたガラスペーストを塗布し、熱処理して外部電極を形成したものである。
【０１０４】
得られた積層型圧電アクチュエータに室温で１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試験を行った。初期に得られた変位量はすべてのサンプル（Ｎｏ．１〜８）において４０μｍであった。得られた結果を表１に示す。
【０１０５】
【表１】
【０１０６】
サンプルＮｏ．８の銀ガラスにて外部電極を形成したサンプル以外の全てのサンプルにおいて、１×１０8サイクルまで駆動したところ４０μｍの変位が得られ、外部電極の異常は見られなかった。外部電極を銀ガラスにて形成したサンプルＮｏ．８の場合、銀ガラスでできた外部電極がアクチュエータの伸縮に追従できずに、外部電極と内部電極の間に剥離が生じ、短時間の間に外部電極がスパークしてしまった。一方、突起状導電性端子と板状導電部材からなる外部電極を形成したサンプルＮｏ．１〜７の場合においては、１×１０8サイクルまで駆動しても、突起状導電性端子がアクチュエータの伸縮に追従できるため、外部電極に破損等の異常は見られなかった。
【０１０７】
さらに駆動を継続したところ、突起状導電性端子の幅を７５μｍ以下、高さｈを７．５μｍ以上、板状導電部材の厚みｔを５０μｍ以下としたサンプルＮｏ．１、２、３、６は外部電極と内部電極の接合部の抵抗が十分低く且つ、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収することができるため、高速で１×１０9サイクル連続駆動した場合においても変位量はほとんど減少することなく、また、外部電極に異常は見られなかった。
実施例３
次に、板状導電部材の外部に表２に示す導電性補助部材を設けた以外は実施例１と同様の構成の積層型圧電アクチュエータを作製した。なおサンプルＮｏ．１は実施例１のサンプルを示す。
【０１０８】
得られた積層型圧電アクチュエータに室温で１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試験を行った。初期に得られた変位量はすべてのサンプル（Ｎｏ．１、９〜１２）において４０μｍであった。また、同条件で１×１０9サイクルまで駆動試験を行ったところ、すべてのサンプル（Ｎｏ．１、９〜１２）において異常は見られなかった。
【０１０９】
次に、更に厳しい条件での駆動を行うため、室温で２００Ｖの交流電圧を２４０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試験を行った。結果を表２に示す。
【０１１０】
【表２】
【０１１１】
この表２から、サンプルＮｏ．１はアクチュエータを高速で駆動させる場合に投入される大きな電流に対して、外部電極が局所発熱を起こし、外部電極内部の一部で断線が生じ、変位量が減少してしまっている。
【０１１２】
一方、外部電極の外側に導電性補助部材が形成してあるサンプルＮｏ．９〜１１は、アクチュエータに大電流を投入し、高速で連続駆動させる場合においても、外部電極の抵抗が十分に低いため、外部電極内で局所発熱を起こしたり、外部電極が断線したりすることないため、１×１０9サイクルまで駆動しても異常は見られなかった。
実施例４
次に、突起状導電性端子の形成に用いる銀ガラスペースト中の銀粉末とガラス粉末の混合比及びガラスの軟化点、及び該銀ガラスペーストの塗布量を変化させる以外は、上記実施例１と同様にして、ケイ素含有層の厚みｄ、突起状導電性端子の高さｈ、隆起部のケイ素含有層からの高さを変えた圧電アクチュエータを作製し、表３に記載した。尚、各突起状導電性端子と板状導電部材とは、突起状導電性端子の先端長さの８５％以上で接合されていた。
【０１１３】
得られた積層型圧電アクチュエータに室温で０〜＋１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し駆動試験を行った。得られた結果を図９に示す。
【０１１４】
【表３】
【０１１５】
図９から、ケイ素含有層の厚みｄが２〜１００μｍの試料では、高速で連続駆動させた場合でも、内部電極と外部電極の間で断線したり、スパークしたりするといった問題が生じることなく、高信頼性を備えていることが判る。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明の積層型圧電素子によれば、内部電極の端部に一層おきに柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を設け、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極とを接合したので、積層型圧電素子の伸縮によって生じる応力を十分に吸収することができ、外部電極と内部電極の間の接点不良や、外部電極が断線するといった問題を防ぐことができ、高信頼性を備えた積層型圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型圧電素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す斜視図、（ｄ）は（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。
【図２】突起状導電性端子の先端部と板状導電部材との接合状態を説明するための図１（ｃ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子の製造方法を示す概略図である。
【図４】板状導電部材に凹溝を形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図５】板状導電部材にスリットを形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図６】導電性補助部材を形成した積層型圧電素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図７】（ａ）はコイル状の導電性補助部材、（ｂ）は波板状の導電性補助部材、（ｃ）はウール状の導電性補助部材を用いた場合の本発明の積層型圧電素子の縦断面図である。
【図８】本発明の噴射装置を示す説明図である。
【図９】実施例４の駆動試験の結果を示すグラフである。
【図１０】従来の積層型圧電アクチュエータの縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・圧電体
１ａ・・・柱状積層体
２・・・内部電極
４・・・外部電極
４ａ・・・板状導電部材
４ｂ・・・導電性樹脂
５・・・突起状導電性端子
５ａ・・・根元部
７・・・導電性補助部材
７ａ・・・導電性接着剤
７ｂ・・・導電性コイル
７ｃ・・・導電性波板
７ｄ・・・導電性繊維集合体
１０・・・ケイ素含有層
１０ａ・・・隆起部
１１・・・凹溝
１３・・・スリット
３１・・・収納容器
３３・・・噴射孔
３５・・・バルブ
４３・・・圧電アクチュエータ
【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関し、例えば、自動車用燃料噴射装置、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等に用いら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】
従来より、積層型圧電素子としては、圧電体と内部電極を交互に積層した積層型圧電アクチュエータが知られている。積層型圧電アクチュエータには、同時焼成タイプと、圧電磁器と内部電極板を交互に積層したスタックタイプとの２種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層化に対して有利であるために、その優位性を示しつつある。
【０００３】
図１０は、従来の積層型圧電アクチュエータを示すもので、このアクチュエータでは、圧電体５１と内部電極５２が交互に積層されて柱状積層体５３が形成され、その積層方向における両端面には不活性層５５が積層されている。内部電極５２は、その一方の端部が左右交互に絶縁体６１で被覆され、その上から帯状外部電極７０が内部電極５２と左右各々一層おきに導通するように形成されている。帯状外部電極７０上には、さらにリード線７６が半田７７により固定されている。
【０００４】
ところで、近年においては、小型の圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変位量を確保するため、より高い電界を印加し、長期間連続駆動させることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した圧電アクチュエータでは、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、圧電体５１間に形成された内部電極５２と、正極、負極用の外部電極７０との間で剥離が発生し、一部の圧電体５１に電圧供給されなくなり、駆動中に変位特性が変化するという問題があった。
【０００６】
例えば、特開平４−２３７１７２号公報には、柱状積層体の側面に露出した内部電極の端部が、一層おきにガラスからなる絶縁層で被覆されるとともに、内部電極とその上下の圧電体が強固に接合され、内部電極の端部を絶縁する絶縁層が外部電極の凹部内に収容されて、外部電極と内部電極との絶縁性が確保された積層型圧電アクチュエータが開示されているが、このような圧電アクチュエータでは、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、ガラスからなる絶縁層に割れが生じ、この割れを介して内部電極と外部電極との間でショートが発生し、一部の圧電体に電圧が供給されなくなり、駆動中に変位特性が変化するという問題があった。
【０００７】
即ち、柱状積層体は、圧電体と内部電極との積層方向に伸縮するため、内部電極の端部およびその近傍の圧電体に設けられた高ヤング率のガラスからなる絶縁層が、長期間連続駆動による伸縮動作に耐えきれずに破壊され、この破壊部分を介して内部電極と外部電極間でショートが発生し易いという問題があった。
【０００８】
また、特開平７−２８３４５１号公報や特開平８−５１２４０号公報などには、一層おきの内部電極の端部にメッキにより導電性凸部を形成することが開示されているが、該導電性凸部と積層体との接合強度が弱いために、駆動中に前記導電性凸部と内部電極端部が剥離し、圧電体の一部に電圧が供給されなくなり、変位特性が低下するといった問題があった。
【０００９】
本発明は、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性に優れた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。
【００１０】
【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柱状積層体と、該柱状積層体の側面に設けられ、前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極とを具備してなる積層型圧電素子であって、前記内部電極の端部に一層おきに前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を設け、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極とを接合してなるとともに、突起状導電性端子の根元部が、柱状積層体の側面に形成されたケイ素含有層に埋設されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の積層型圧電素子では、内部電極の端部に一層おきに柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を設け、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極とを接合したため、アクチュエータが積層方向に駆動すると、突起状導電性端子が変形してアクチュエータの伸縮によって生じる応力を吸収するため、高電界、高圧力下で長期間連続運転させた場合でも、外部電極と内部電極との断線を抑制することができ、耐久性を大幅に向上できる。
【００１３】
また、本発明の積層型圧電素子では、突起状導電性端子の根元部が、柱状積層体の側面の圧電体表面に形成されたケイ素含有層に埋設しているため、ケイ素含有層が、柱状積層体の側面における圧電体表面に強固に接合しており、このケイ素含有層に突起状導電性端子の根元部が埋設され、これにより、突起状導電性端子を内部電極の端部に強固に接合したまま、保持することができ、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供することができる。
【００１４】
さらに、本発明では、ケイ素含有層の厚みが２〜１００μｍであることが望ましい。これにより、突起状導電性端子を内部電極の端部にさらに強固に接合保持でき、外部電極と内部電極との断線をさらに抑制することができる。これは、ケイ素含有層の厚みを２μｍ以上とすることにより、突起状導電性端子と、内部電極、柱状積層体との接合強度を十分強固にすることができ、駆動中に突起状導電性端子が内部電極から剥離するといった問題が生じるのを防ぐことができ、また、厚みを１００μｍ以下とすることにより、ケイ素含有層により圧電体の特性が低下することを防ぐことができる。
【００１５】
さらに、本発明では、突起状導電性端子の周りにケイ素含有層の隆起部が形成されていることが望ましい。ケイ素含有層の隆起部が突起状導電性端子を補佐することになり、突起状導電性端子と、内部電極、柱状積層体との接合強度をさらに強固なものとすることができ、高電界下で連続に駆動させた場合でも、外部電極と内部電極が断線することなく、耐久性を大幅に向上することができる。
【００１７】
さらに、本発明では、板状導電部材の厚みが５０μｍ以下であることが望ましい。板状導電部材の厚みが５０μｍよりも大きい場合には、板状導電部材がアクチュエータの伸縮に追従できずに板状導電部材と突起状導電性端子の間、若しくは突起状導電性端子と内部電極の間で断線を起こし易くなるからである。従って、板状導電部材の厚みを５０μｍ以下とすることにより、アクチュエータを連続駆動させた場合にも、アクチュエータの伸縮に充分追従でき、外部電極と内部電極が断線するといった問題が生じるのを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明では、突起状導電性端子間における板状導電部材に、スリット又は凹溝が形成されていることが望ましい。板状導電部材からなる外部電極にスリット又は凹溝が形成されているので、柱状積層体の伸縮に対応して外部電極が容易に変形して追従でき、外部電極と突起状導電性端子との接続部、突起状導電性端子と内部電極との接続部に無理な荷重が作用せず、これにより、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性を向上できる。
【００１９】
また、本発明では、板状導電部材と柱状積層体の側面との間に導電性樹脂が充填されていることが望ましい。柱状積層体の伸縮によって発生する繰り返し応力により、万が一板状導電部材が、そのスリット又は凹溝から破断したとしても、破断した外部電極片同士は導電性樹脂により接続されているため、内部電極に電界を印加できる。
【００２０】
さらに、本発明では、板状導電部材の外面に導電性補助部材を設けられていることが望ましい。板状導電部材の外側に導電性補助部材を設けることによりアクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、外部電極が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
【００２１】
さらに、本発明では、導電性補助部材が、導電性接着剤、導電性コイル、導電性波板、導電性繊維集合体のうち少なくとも１種からなることが望ましい。導電性補助部材が導電性接着剤からなる場合には、導電性補助部材としてフレキシブルな導電性接着剤を用いることにより、アクチュエータの伸縮に導電性補助部材が十分追従することができ、駆動中における導電性補助部材の断線を抑制できる。
【００２２】
導電性接着剤が、導電剤を分散させたポリイミド樹脂からなることが好ましい。この場合には、高耐熱性を有するポリイミド樹脂を該導電性接着剤のマトリックス成分とすることにより、高温で駆動させる場合においても該導電性接着剤が劣化することがなく、高耐久性を備えている積層型圧電素子を提供することができる。
【００２３】
また、導電性補助部材が導電性コイル、導電性波板、導電性繊維集合体であり、該導電性補助部材が板状導電部材に接合されていることが望ましい。この場合には、導電性補助部材がアクチュエータの伸縮に追従することができ、駆動中に該導電性補助部材が断線したり、該導電性補助部材と板状導電部材との間に応力を生じ、該導電性補助部材が剥離するといった問題が生じるのを防ぐことができ、耐久性を大きく向上させることができる。
【００２４】
さらに、本発明では、突起状導電性端子と板状導電部材が銀を主成分とすることが望ましい。これは、突起状導電性端子と板状導電部材の主成分を銀とすることにより、突起状導電性端子と内部電極の間、及び突起状導電性端子と板状導電部材の間の接合強度を強固にすることができ、アクチュエータを高電界下で駆動させた場合にも、外部電極と内部電極が断線することなく、耐久性を大きく向上させることができる。また、突起状導電性端子と板状導電部材の主成分をヤング率の低い銀とすることによりアクチュエータの駆動時に生じる応力を十分吸収することができ、外部電極と内部電極との断線を抑制できる。
【００２５】
さらに、本発明の積層型圧電素子の製法は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなり、前記内部電極の端部が側面に露出した柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体の側面に、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを塗布する工程と、該柱状積層体の側面に塗布された導電性ペーストを加熱し、前記内部電極の端部に前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成する工程と、該突起状導電性端子の先端部に板状導電部材からなる外部電極を接続する工程とを具備する方法である。
【００２６】
このような方法によれば、柱状積層体の側面に、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを塗布して、加熱することにより、ガラスが溶融し、溶融したガラス中に存在する導電性金属粒子が、内部電極の端部に集合し、柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子が形成されるとともに、柱状積層体の側面における圧電体表面に、拡散した圧電体の成分とケイ素を含むケイ素含有層（ガラス層）が形成され、このケイ素含有層により突起状導電性端子の根元部が埋設され、突起状導電性端子を内部電極端部に強固に接合することができる。
【００２７】
ここで、導電性ペーストを加熱して形成された突起状導電性端子の高さバラツキが、前記突起状導電性端子の平均高さの０．３倍以下であることが望ましい。これは、突起状導電性端子の高さバラツキを突起状導電性端子の平均高さの０．３倍以下とすることにより、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極との接続を確実強固なものとすることができ、駆動中に突起状導電性端子と外部電極が断線するといった問題が生じるのを防ぐことができる。なお、本発明において、突起状導電性端子の高さバラツキとは、各突起状導電性端子の最大高さと最小高さの差をいう。
【００２８】
また、本発明の積層型圧電素子の製法は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなり、前記内部電極の端部が側面に露出した柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体の側面と板状導電部材からなる外部電極との間であって、一層おきの露出した内部電極の端部及びその近傍の圧電体表面を被覆するように、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを介在させる工程と、該導電性ペーストを加熱して、前記内部電極の端部に一層おきに前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成するとともに、該突起状導電性端子の先端部に前記外部電極を接合する工程とを具備する方法である。
【００２９】
このような方法によれば、柱状積層体の側面と板状導電部材からなる外部電極との間であって、一層おきの露出した内部電極の端部及びその近傍の圧電体表面を被覆するように、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを介在させ、加熱することにより、ガラスが溶融し、溶融したガラス中に存在する導電性金属粒子が、内部電極の端部に集合し、柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子が形成されるとともに、該突起状導電性端子の先端部に外部電極に接合することができる。また、同時に柱状積層体の側面における圧電体表面にケイ素含有層が形成され、このケイ素含有層により突起状導電性端子の根元部が埋設され、突起状導電性端子を内部電極端部に強固に接合することができる。
【００３０】
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するものである。
【００３１】
このような噴射装置では、上記したように、積層型圧電素子が、外部電極と内部電極との断線を抑制でき、耐久性を大幅に向上できるため、噴射装置の耐久性をも向上できる。
【００３２】
【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一形態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す斜視図、（ｄ）は内部電極と外部電極の接合部近傍の拡大図である。
【００３３】
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四角柱状の柱状積層体１ａの側面において、内部電極２の端部を一層おきに絶縁体３で被覆し、絶縁体３で被覆していない内部電極２の端部に、積層型圧電素子の伸縮方向に変形可能な突起状導電性端子５を設け、該突起状導電性端子５に板状導電部材４ａからなる外部電極４を接合し、各外部電極４にリード線６を接続固定して構成されている。
【００３４】
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ス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ｄ33が高いものが望ましい。
【００３５】
また、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。これは、積層型圧電アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量を得るために、積層数を増加させる方法がとられるが、積層数を増加させた場合に圧電体１の厚みが厚すぎるとアクチュエータの小型化、低背化ができなくなり、一方、圧電体１の厚みが薄すぎると絶縁破壊しやすいからである。
【００３６】
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。
【００３７】
また、突起状導電性端子５が形成された柱状積層体１ａの側面に一層おきに深さ５０〜５００μｍ、積層方向の幅３０〜２００μｍの溝が形成されており、この溝内にガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填されて絶縁体３が形成されている。この絶縁体３は、柱状積層体１ａとの接合を強固とするために、柱状積層体１ａの変位に対して追従する弾性率が低い材料、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。
【００３８】
突起状導電性端子５と絶縁体３は、外部電極４が形成された柱状積層体１ａの側面に露出した内部電極２に、交互に形成されている。
【００３９】
即ち、溝内に充填された絶縁体３により内部電極２の端部が互い違いに一層おきに絶縁され、内部電極２の絶縁されていない他方の端部は、突起状導電性端子５を介して板状導電部材４ａからなる外部電極４と接合されている。
【００４０】
柱状積層体１ａの対向する側面には、それぞれ板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して接続固定されており、該外部電極４には、積層されている内部電極２が一層おきに電気的に接続されている。この板状導電部材４ａからなる外部電極４は、接続されている各内部電極２に圧電体１を逆圧電効果により変位させるに必要な電圧を共通に供給する作用をなす。
【００４１】
さらに、外部電極４にはリード線６が半田により接続固定されている。このリード線６は外部電極４を外部の電圧供給部に接続する作用をなす。
【００４２】
そして、本発明では、上記したように板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して内部電極２と接続されている。このため、アクチュエータを高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、突起状導電性端子５がアクチュエータの伸縮によって生じる応力を吸収し、該外部電極４と内部電極２の断線を抑制することができ、耐久性に優れたアクチュエータを提供することができる。
【００４３】
後述するケイ素含有層から突出した突起状導電性端子５の積層方向と同一方向の幅Ｂは、図１（ｃ）に示すように、外部電極４と内部電極２との接続部の抵抗を低くし、且つアクチュエータの駆動時に生じる応力を十分に吸収するという点から、１μｍ以上且つ圧電体１厚みの１／２以下であることが望ましい。特には、幅Ｂは５〜２５μｍが望ましい。
【００４４】
また、ケイ素含有層から突出した突起状導電性端子５の突出高さｈは、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、圧電体１厚みの１／２０以上であることが望ましい。特には突出高さｈは、１５〜５０μｍが望ましい。
【００４５】
さらに、板状導電部材４ａの厚みｔは、アクチュエータの伸縮に追従し、外部電極４と突起状導電性端子５の間、若しくは突起状導電性端子５と内部電極２の間で断線を生じないという点から、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００４６】
また、突起状導電性端子５は、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、ヤング率の低い銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
【００４７】
さらに、板状導電部材４ａは、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、このうち、突起状導電性端子５との接合強度が強く、ヤング率が低いという点から、銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
【００４８】
突起状導電性端子５と板状導電部材４ａからなる外部電強４との接合は、荷重を加えた状態で７００〜９５０℃で熱処理することにより、主成分である銀が突起状導電性端子５と板状導電部材４ａ間を相互に拡散し、いわゆる銀の拡散接合によってなされる。また、内部電極２と突起状導電性端子５の接合部はケイ素含有層１０中に埋設しており、内部電極２を構成する銀−パラジウムと、突起状導電性端子５を構成する銀が相互拡散し、連続的に内部電極２と突起状導電性端子５が接合されている。
【００４９】
即ち、本発明では、突起状導電性端子５の根元部５ａが、柱状積層体１ａの側面における圧電体１表面に形成されたケイ素含有層１０に埋設され、突起状導電性端子５の先端部が板状導電部材４ａからなる外部電極４に接続されている。
【００５０】
ここで、突起状導電性端子５の根元部５ａは、内部電極２と突起状導電性端子５の接続部近傍における突起状導電性端子５の部分を意味するが、突起状導電性端子５を形成する銀と内部電極２を構成する銀−パラジウムが相互拡散し、連続的に内部電極２と突起状導電性端子５が接続されているため、内部電極２の厚みよりも大きくなり始めた箇所が内部電極２と突起状導電性端子５の接続部となり、それよりも先端側が突起状導電性端子５の根元部５ａとなる。
【００５１】
このケイ素含有層１０の最小厚みｄは、突起状導電性端子５と、内部電極２及び柱状積層体１ａとの接合強度を強固なものにし、且つケイ素含有層１０により圧電体１の特性が低下するのを防止するという点から、２〜１００μｍであることが望ましく、特には５〜１５μｍが望ましい。このような厚みのケイ素含有層１０を形成するためには、５０〜８０体積％の銀等の導電性金属粉末と、残部がケイ素を主成分とし、軟化点６００〜９５０℃の２０〜５０体積％のガラス粉末とからなる固形成分に、バインダーを加えて導電性ペーストを作製し、該導電性ペーストを柱状積層体１ａの側面に塗布し、ガラスの軟化点以上の温度、即ち７００〜９５０℃で焼き付けを行うことにより達成できる。
【００５２】
ここで、ケイ素含有層１０の厚みｄが２μｍより小さい場合には、突起状導電性端子５と、内部電極２、柱状積層体１ａとの接合強度が弱く、駆動中に該突起状導電性端子５が剥離し、内部電極２の一部に電圧が供給されなくなり変位特性が低下する傾向があり、一方、ケイ素含有層１０の厚みｄが１００μｍより大きい場合には、絶縁体３を充填する溝を形成する工程で圧電体１にクラックが生じたり、圧電体１の圧電特性が低下したりする傾向があるからである。
【００５３】
ケイ素含有層１０中のケイ素の分布は表面近傍が最も多く、内部側にいくほど、即ち深さが深くなるにつれ減少していき、逆に圧電体１を形成するＰｂは深さが浅くなるにつれ減少している。なお、ケイ素は圧電体１の内部においても少量の不純物若しくは添加物として存在するが、圧電体１内部の均一の分布状態で存在するケイ素の量が増加し始めるところから柱状積層体１ａ表面までの距離をケイ素含有層１０の厚みｄとする。
【００５４】
また、本発明では、突起状導電性端子５と内部電極２及び柱状積層体１ａとの接合をさらに確実強固なものとするために、図１（ｄ）に示すように、ケイ素含有層１０が突起状導電性端子５を補佐するように、突起状導電性端子５の根元部５ａの周りにはケイ素含有層１０の隆起部１０ａが形成されている。即ち、突起状導電性端子５の根元部５ａはケイ素含有層１０の隆起部１０ａに埋設されている。ケイ素含有層１０の隆起部１０ａは、ケイ素含有層１０の最小厚みｄを有する部分からの高さが１〜５μｍであることが望ましい。突起状導電性端子５の断面形状は、土筆状若しくはきのこ状が望ましい。
【００５５】
また、突起状導電性端子５のケイ素含有層１０からの突出高さｈ、即ちケイ素含有層１０の最小厚みｄを有する部分から板状導電部材４ａまでの距離は、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、圧電体１厚みの１／２０以上であることが望ましい。特には突出高さｈは、１５〜５０μｍが望ましい。
【００５６】
さらに、本発明では、図２に示すように、各突起状導電性端子５と板状導電部材４ａとが、前記突起状導電性端子５の先端長さＬの５０％以上の部分で接合されている。これにより、突起状導電性端子５と板状導電部材４ａとの接合部の抵抗を十分低くし、大電流を流し高速でアクチュエータを駆動させた場合においても、突起状導電性端子５と板状導電部材４ａの接合部において、局所発熱が生じるのを防ぐことができる。特には、８０％以上が好ましい。このように、各々の突起状導電性端子５と板状導電部材４ａの接合を突起状導電性端子５の先端長さＬの５０％以上とするためには、突起状導電性端子５の作製時における突起状導電性端子５の高さバラツキを突起状導電性端子５の平均高さｈの０．３倍以下とし、また、均一な荷重を印加した状態で７００〜９５０℃で熱処理すればよい。
【００５７】
さらに、外部電極４にはリード線６が半田により接続固定されている。このリード線６は外部電極４を外部の電圧供給部に接続する作用をなす。
【００５８】
本発明の積層型圧電素子の製法について説明する。まず、柱状積層体１ａを作製する。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成る柱状積層体１ａは、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）等の可塑剤と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やカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電体１となるセラミックグリーンシートを作製する。
【００５９】
次に、例えば、銀−パラジウム粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前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。
【００６０】
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、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、９００〜１２００℃で焼成することによって作製される。
【００６１】
その後、柱状積層体１ａの対向する側面に、図３（ａ）に示すように、例えば、粒径０．１〜１０μｍの銀粉末を５０〜８０体積％と、残部が粒径０．１〜１０μｍでケイ素を主成分とする軟化点が６００〜９５０℃のガラス粉末２０〜５０体積％からなる混合物に、バインダーを加えて作製した銀ガラス導電性ペースト２１を塗布し、ガラスの軟化点以上の温度の７００〜９５０℃で焼き付けを行うことにより、銀ガラス導電性ペースト２１中の銀が内部電極２端部に集合し、図３（ｂ）に示すように、土筆状やきのこ状の突起状導電性端子５及びケイ素含有層１０を形成することができる。
【００６２】
即ち、ペーストにガラス成分を分散させておくことにより、焼き付け時にガラスが軟化し、この状態において圧電体１には拡散しにくい銀が内部電極２の端部に拡散して寄り集まるため、図１（ｂ）に示すような突起状導電性端子５を形成できる。
【００６３】
この突起状導電性端子５は柱状積層体１ａの側面の一部に形成されており、レール状に形成され、その長さは板状導電部材４ａからなる外部電極４の幅とほぼ同一とされている。尚、突起状導電性端子５の長さは、図２に示すように、外部電極４の幅よりも短くても良い。
【００６４】
銀ガラス導電性ペースト２１中の銀粉末を５０〜８０体積％、残部のガラス粉末を２０〜５０体積％としたのは、銀粉末が５０体積％より少ない場合には、突起状導電端子５を構成する銀成分が少ないため、形成される突起状導電性端子５の突出高さｈが小さくなり、一方銀粉末が８０体積％よりも多い場合には、銀ガラス導電性ペースト２１中の固形分残部であるガラス成分が相対的に少なくなるため、該銀ガラス導電性ペースト２１の焼き付け時に溶融するガラス成分も必然的に少なくなり、銀成分が内部電極２端部に集合しにくくなり、突起状導電性端子５の突出高さｈが低くなるためである。
【００６５】
また、特にケイ素含有層１０の隆起部１０ａを有効に形成するには、銀ガラス導電性ペースト２１中の銀粉末を６０〜７０体積％、ガラス粉末を３０〜４０体積％とするのが望ましい。
【００６６】
熱処理後の突起状導電性端子５の高さバラツキ（最大値−最小値）は、突起状導電性端子５と板状導電部材４ａの接続を確実なものとするため、突起状導電性端子５の高さｈの平均値の０．３倍以下であることが望ましく、特には、０．１倍以下が望ましい。なお、突起状導電性端子５の高さｈのバラツキを突起状導電性端子５の高さｈの平均値の０．３倍以下にするためには、該突起状導電性端子５を形成するために柱状積層体１ａ側面に予め塗布する銀ガラス導電性ペースト２１の塗布厚みのバラツキを小さくすればよい。
【００６７】
上述のように突起状導電性端子５を形成した後、図３（ｃ）に示すようにダイシング装置等により突起状導電性端子５の形成された柱状積層体１ａの側面に一層おきに溝を形成する。
【００６８】
その後、図３（ｄ）に示すように、銀からなる板状導電部材４ａを突起状導電性端子５に当接させ押圧して荷重を加え、７００〜９５０℃で熱処理することにより、主成分である銀が突起状導電性端子５と板状導電部材４ａ間を相互に拡散し、いわゆる銀の拡散接合によって接合される。
【００６９】
なお、この際に加える荷重は圧力にして、２〜５００ｋＰａが望ましい。これは、圧力が２ｋＰａ以下の場合には、圧力が低いために突起状導電性端子５と板状導電部材４ａとの間で拡散接合が十分になされずに、該接合部の強度が低くなり、一方、５００ｋＰａ以上の場合には圧力が高すぎるために、突起状導電性端子５が変形してしまう恐れがあるためである。
【００７０】
その後、溝部に絶縁体３を充填し、リード線６を接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。
【００７１】
なお、柱状積層体１ａの側面に一層おきに溝を形成した後に、銀ガラス導電性ペースト２１を塗布し、焼き付けを行い突起状導電性端子５を形成してもよい。
【００７２】
次に、本発明の積層型圧電素子の他の製法について説明する。上述と同様に柱状積層体１ａを形成した後、該柱状積層体１ａの側面に一層おきに溝を形成する。
【００７３】
その後、該柱状積層体１ａの溝以外の柱状積層体１ａに露出した内部電極２およびこの内部電極２の近傍の圧電体１表面に、上述と同様の銀ガラス導電性ペースト２１を塗布乾燥し、この銀ガラス導電性ペースト２１に板状導電部材４ａを押圧するように荷重を加えた状態で７００〜９５０℃で熱処理することにより、銀ガラス導電性ペースト２１中のガラスが溶融し、溶融したガラス中に存在する銀成分が内部電極２の端部に集合し、柱状積層体１ａの側面から突出する突起状導電性端子５が形成されるとともに、該突起状導電性端子５の先端部を板状導電部材４ａに接続することができる。
【００７４】
尚、予め、柱状積層体１ａの溝以外の柱状積層体１ａに露出した内部電極２およびこの内部電極２の近傍の圧電体１表面に対応する板状導電部材４ａの部分に、銀ガラス導電性ペースト２１を塗布乾燥し、この板状導電部材４ａを柱状積層体１ａに押圧するように荷重を加えた状態で熱処理してもよい。また、板状導電部材４ａの全面に銀ガラス導電性ペーストを塗布乾燥し、この板状導電部材４ａを、導電性ペースト塗布面側を柱状積層体１ａの内部電極２が露出した面に押圧し、熱処理しても、突起状導電性端子５が形成し、その先端部を板状導電部材４ａに接続することができる。この場合にはさらに工程を短縮することができる。
【００７５】
その後、溝部に絶縁体３を充填し、リード線６を接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。
【００７６】
そして、リード線６を介して一対の外部電極４に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、柱状積層体１ａを分極処理することによって、製品としての積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線６を外部の電圧供給部に接続し、リード線６及び外部電極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し、これによって例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
【００７７】
以上のように構成された積層型圧電素子は、板状導電部材４ａからなる外部電極４が突起状導電性端子５を介して内部電極２と接続されているため、アクチュエータを高電界下、連続で駆動させた場合でも、突起状導電性端子５が変形して突起状導電性端子５が駆動時に生じる応力を十分に吸収できるため、外部電極４と内部電極２との間でスパークが生じるといった問題を防ぐことができ、高信頼性のアクチュエータを提供することができる。
【００７８】
図４は、板状導電部材に凹溝を形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、この積層型圧電アクチュエータでは、板状導電部材４ａに、突起状導電性端子５間であって、内部電極２の端部とほぼ平行に凹溝１１が形成されている。凹溝１１は、突起状導電性端子５間にそれぞれ形成されており、その深さは板状導電部材４ａの厚み方向の１／２以上の深さとされている。尚、凹溝１１は、外部電極４の幅全体にわたって形成する必要はなく、幅方向に一部に形成しても良い。
【００７９】
また、柱状積層体１ａの側面と板状導電部材４ａ間に導電性樹脂４ｂが充填され、板状導電部材４ａの露出した面も導電性樹脂４ｂにより被覆されている。
【００８０】
以上のように構成された積層型圧電アクチュエータは、外部電極４に凹溝１１が形成されているので、柱状積層体１ａの伸縮に対応して外部電極４が容易に変形して追従でき、外部電極４と突起状導電性端子５との接続部、突起状導電性端子５と内部電極２との接続部に無理な荷重が作用せず、これにより、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極４と内部電極２とが断線することがなく、耐久性を向上できる。
【００８１】
さらに、柱状積層体１ａの伸縮によって発生する繰り返し応力により、万が一板状導電部材４ａからなる外部電極４が凹溝１１から破断したとしても、破断した外部電極４片同士は導電性樹脂４ｂにより接続されているため、内部電極２に電界を印加できる。
【００８２】
図５は、板状導電部材にスリットを形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、この積層型圧電アクチュエータでは、板状導電部材４ａに、一方側の端面から所定長さでスリット１３が形成されている。このスリット１３の長さは、板状導電部材４ａの幅の２／３以上の長さとされている。また、柱状積層体１ａの側面と板状導電部材４ａ間に導電性樹脂４ｂが充填され、板状導電部材４ａの露出した面も導電性樹脂４ｂにより被覆されている。
【００８３】
このような積層型圧電アクチュエータであっても、上記図４に示した積層型圧電アクチュエータと同様の効果を得ることができる。尚、作製時に、スリット１３を板状導電部材４ａからなる外部電極４の幅方向に全体にわたって形成、即ち、予め板状導電部材４ａからなる外部電極４を、突起状導電性端子５間で分断しておいても良い。
【００８４】
尚、外部電極４に形成される凹溝１１やスリット１３は、板状導電部材４ａを柱状積層体１ａの突起状導電性端子５に接合した後に形成しても良いし、板状導電部材４ａを突起状導電性端子５に接合する前に形成しても良いが、板状導電部材４ａの突起状導電性端子５への接合工程の作業性を考慮すると、板状導電部材４ａを突起状導電性端子５に接合した後に形成することが望ましい。
【００８５】
さらに、本発明では、図６に示すように、板状導電部材４ａからなる外部電極４の外側に導電性補助部材７を形成しても良い。この場合には、板状導電部材４ａの外面に導電性補助部材７を設けることによりアクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、大電流を導電性補助部材７に流すことができ、外部電極４に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極４が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
【００８６】
なお、導電性補助部材７はアクチュエータの伸縮に追従し、駆動中に該導電性補助部材７の断線を防ぐ点から、フレキシブルな導電性接着剤７ａによって形成されていることが好ましい。また、導電性接着剤７ａにクラックが生じるのを防ぐという点から、金属等のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板を該導電性接着剤７ａに埋設しても良い。
【００８７】
さらに、前記導電性接着剤７ａは高温で駆動させる場合においても劣化しないという点から、高耐熱を有するポリイミド樹脂に導電剤を分散させたものが望ましい。
【００８８】
また、本発明では、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、導電性コイル７ｂ、若しくは導電性波板７ｃ、若しくは導電性繊維集合体（ウール状）７ｄにより導電性補助部材７を形成しても良い。この場合には、導電性補助部材７がアクチュエータの伸縮に追従することができ、駆動中に該導電性補助部材７が断線したり、該導電性補助部材７と外部電極４との間に応力を生じ、該導電性補助部材７が剥離するといった問題を防ぐことができ、耐久性を大きく向上させることができる。なお、前記導電性補助部材７と外部電極４との接続は、ロウ材による接合や、導電性接着剤による接合が好ましい。
【００８９】
導電性補助部材７としては、抵抗値及びヤング率が低く、伸縮性に富み、また、アクチュエータの断面積を小さくできるという点から、材質が銀の導電性波板７ｃが望ましい。
【００９０】
本発明の積層型圧電素子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。
【００９１】
また、上記例では、柱状積層体１ａ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、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極を形成してもよい。
【００９２】
図８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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
【実施例】
実施例１
まず、柱状積層体を作製した。圧電体は厚み１５０μｍのＰＺＴで形成し、内部電極は厚み３μｍの銀−パラジウム合金によって形成し、圧電体及び内部電極の各々の積層数は３００層とした。
【００９７】
次に、平均粒径５μｍの銀粉末を６０体積％と、残部が平均粒径５μｍのケイ素を主成分とし、アルミニウムを含む軟化点が７５０℃の硼珪酸ガラス粉末４０体積％との混合物にバインダーを加え、十分に混合して、銀ガラス導電性ペーストを作製し、図３（ａ）に示すように、前記柱状積層体の側面に該銀ガラス導電性ペーストを塗布し、８００℃で焼き付け、図３（ｂ）に示すように、柱状積層体の側面に露出した内部電極の端部に突起状導電性端子を形成するとともに、突起状導電性端子の根元部を埋設するケイ素含有層を形成した。
【００９８】
この後、図３（ｃ）に示すように、突起状導電性端子を含む内部電極の端部一層おきに、深さ１５０μｍ、幅５０μｍの溝を形成した後、図３（ｄ）に示すように、銀からなる厚み２５μｍの板状導電部材を、突起状導電性端子に３０ｋＰａで押圧し９００℃で接合した。
【００９９】
その後、溝部に絶縁体としてシリコーンゴムを充填し、板状導電部材にリード線を接続した。
【０１００】
その後、正極及び負極の外部電極にリード線を介して３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行い、図１に示すような積層型圧電アクチュエータを作製した。
【０１０１】
なお、突起状導電性端子には、銀とパラジウムが分散していた。また、突起状導電性端子の形成された柱状積層体の表面にはケイ素と鉛を含有する厚み１０μｍのケイ素含有層（ガラス層）が形成され、前記突起状導電性端子の根元部にはケイ素含有層の隆起部が形成されていた。また、このときの突起状導電性端子の積層方向と同一方向の幅Ｂは１０μｍ、高さｈは平均で２０μｍで、高さバラツキは２μｍであった。なお、ケイ素含有層の厚みｄは、Ｘ線回折測定においてＳｉ元素が実質的に存在しなくなる部分からの厚みとして算出した。
【０１０２】
また、各突起状導電性端子と板状導電部材からなる外部電極とは、突起状導電性端子の先端長さの８５％以上で接合されていた。この接合割合は、突起状導電性端子から外部電極を剥離し、接合していた部分と接合していない部分の長さ比で算出した。
【０１０３】
得られた積層型圧電アクチュエータに１５０Ｖの直流電圧を印加した結果、積層方向に４０μｍの変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに室温で０〜＋１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し駆動試験を行った結果、１×１０9サイクルまで駆動したところ４０μｍの変位量が得られ、外部電極の異常は見られなかった。表１のサンプルＮｏ．１に記載する。
実施例２
次に、突起状導電性端子の幅Ｂと高さｈ及び板状導電部材の厚みｔを表１に示すように変化させた以外は、実施例１と同様の構成の積層型圧電アクチュエータ（サンプルＮｏ．２〜Ｎｏ．７）を作製した。なお、サンプルＮｏ．８は銀を分散させたガラスペーストを塗布し、熱処理して外部電極を形成したものである。
【０１０４】
得られた積層型圧電アクチュエータに室温で１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試験を行った。初期に得られた変位量はすべてのサンプル（Ｎｏ．１〜８）において４０μｍであった。得られた結果を表１に示す。
【０１０５】
【表１】
サンプルＮｏ．８の銀ガラスにて外部電極を形成したサンプル以外の全てのサンプルにおいて、１×１０8サイクルまで駆動したところ４０μｍの変位が得られ、外部電極の異常は見られなかった。外部電極を銀ガラスにて形成したサンプルＮｏ．８の場合、銀ガラスでできた外部電極がアクチュエータの伸縮に追従できずに、外部電極と内部電極の間に剥離が生じ、短時間の間に外部電極がスパークしてしまった。一方、突起状導電性端子と板状導電部材からなる外部電極を形成したサンプルＮｏ．１〜７の場合においては、１×１０8サイクルまで駆動しても、突起状導電性端子がアクチュエータの伸縮に追従できるため、外部電極に破損等の異常は見られなかった。
【０１０７】
さらに駆動を継続したところ、突起状導電性端子の幅を７５μｍ以下、高さｈを７．５μｍ以上、板状導電部材の厚みｔを５０μｍ以下としたサンプルＮｏ．１、２、３、６は外部電極と内部電極の接合部の抵抗が十分低く且つ、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収することができるため、高速で１×１０9サイクル連続駆動した場合においても変位量はほとんど減少することなく、また、外部電極に異常は見られなかった。
実施例３
次に、板状導電部材の外部に表２に示す導電性補助部材を設けた以外は実施例１と同様の構成の積層型圧電アクチュエータを作製した。なおサンプルＮｏ．１は実施例１のサンプルを示す。
【０１０８】
得られた積層型圧電アクチュエータに室温で１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試験を行った。初期に得られた変位量はすべてのサンプル（Ｎｏ．１、９〜１２）において４０μｍであった。また、同条件で１×１０9サイクルまで駆動試験を行ったところ、すべてのサンプル（Ｎｏ．１、９〜１２）において異常は見られなかった。
【０１０９】
次に、更に厳しい条件での駆動を行うため、室温で２００Ｖの交流電圧を２４０Ｈｚの周波数にて印加し、駆動試験を行った。結果を表２に示す。
【０１１０】
【表２】
この表２から、サンプルＮｏ．１はアクチュエータを高速で駆動させる場合に投入される大きな電流に対して、外部電極が局所発熱を起こし、外部電極内部の一部で断線が生じ、変位量が減少してしまっている。
【０１１２】
一方、外部電極の外側に導電性補助部材が形成してあるサンプルＮｏ．９〜１１は、アクチュエータに大電流を投入し、高速で連続駆動させる場合においても、外部電極の抵抗が十分に低いため、外部電極内で局所発熱を起こしたり、外部電極が断線したりすることないため、１×１０9サイクルまで駆動しても異常は見られなかった。
実施例４
次に、突起状導電性端子の形成に用いる銀ガラスペースト中の銀粉末とガラス粉末の混合比及びガラスの軟化点、及び該銀ガラスペーストの塗布量を変化させる以外は、上記実施例１と同様にして、ケイ素含有層の厚みｄ、突起状導電性端子の高さｈ、隆起部のケイ素含有層からの高さを変えた圧電アクチュエータを作製し、表３に記載した。尚、各突起状導電性端子と板状導電部材とは、突起状導電性端子の先端長さの８５％以上で接合されていた。
【０１１３】
得られた積層型圧電アクチュエータに室温で０〜＋１５０Ｖの交流電圧を１２０Ｈｚの周波数にて印加し駆動試験を行った。得られた結果を図９に示す。
【０１１４】
【表３】
図９から、ケイ素含有層の厚みｄが２〜１００μｍの試料では、高速で連続駆動させた場合でも、内部電極と外部電極の間で断線したり、スパークしたりするといった問題が生じることなく、高信頼性を備えていることが判る。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明の積層型圧電素子によれば、内部電極の端部に一層おきに柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を設け、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極とを接合したので、積層型圧電素子の伸縮によって生じる応力を十分に吸収することができ、外部電極と内部電極の間の接点不良や、外部電極が断線するといった問題を防ぐことができ、高信頼性を備えた積層型圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型圧電素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す斜視図、（ｄ）は（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。
【図２】突起状導電性端子の先端部と板状導電部材との接合状態を説明するための図１（ｃ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子の製造方法を示す概略図である。
【図４】板状導電部材に凹溝を形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図５】板状導電部材にスリットを形成した積層型圧電アクチュエータを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。
【図６】導電性補助部材を形成した積層型圧電素子を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図７】（ａ）はコイル状の導電性補助部材、（ｂ）は波板状の導電性補助部材、（ｃ）はウール状の導電性補助部材を用いた場合の本発明の積層型圧電素子の縦断面図である。
【図８】本発明の噴射装置を示す説明図である。
【図９】実施例４の駆動試験の結果を示すグラフである。
【図１０】従来の積層型圧電アクチュエータの縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・圧電体
１ａ・・・柱状積層体
２・・・内部電極
４・・・外部電極
４ａ・・・板状導電部材
４ｂ・・・導電性樹脂
５・・・突起状導電性端子
５ａ・・・根元部
７・・・導電性補助部材
７ａ・・・導電性接着剤
７ｂ・・・導電性コイル
７ｃ・・・導電性波板
７ｄ・・・導電性繊維集合体
１０・・・ケイ素含有層
１０ａ・・・隆起部
１１・・・凹溝
１３・・・スリット
３１・・・収納容器
３３・・・噴射孔
３５・・・バルブ
４３・・・圧電アクチュエータ
Claims (13)
- 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柱状積層体と、該柱状積層体の側面に設けられ、前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極とを具備してなる積層型圧電素子であって、前記内部電極の端部に一層おきに前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を設け、該突起状導電性端子と、板状導電部材からなる外部電極とを接合してなるとともに、突起状導電性端子の根元部が、柱状積層体の側面に形成されたケイ素含有層に埋設されていることを特徴とする積層型圧電素子。
- ケイ素含有層の厚みが２〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子。
- 突起状導電性端子の周りにケイ素含有層の隆起部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の積層型圧電素子。
- 板状導電部材の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 突起状導電性端子間における板状導電部材に、スリット又は凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 板状導電部材と柱状積層体の側面との間に導電性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 板状導電部材の外面に導電性補助部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 導電性補助部材が、導電性接着剤、導電性コイル、導電性波板、導電性繊維集合体のうち少なくとも１種からなることを特徴とする請求項７記載の積層型圧電素子。
- 突起状導電性端子と板状導電部材が銀を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなり、前記内部電極の端部が側面に露出した柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体の側面に、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを塗布する工程と、該柱状積層体の側面に塗布された導電性ペーストを加熱し、前記内部電極の端部に前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成する工程と、該突起状導電性端子の先端部に板状導電部材からなる外部電極を接続する工程とを具備することを特徴とする積層型圧電素子の製法。
- 導電性ペーストを加熱して形成された突起状導電性端子の高さバラツキが、前記突起状導電性端子の平均高さの０．３倍以下であることを特徴とする請求項１０記載の積層型圧電素子の製法。
- 複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなり、前記内部電極の端部が側面に露出した柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体の側面と板状導電部材からなる外部電極との間であって、一層おきの露出した内部電極の端部及びその近傍の圧電体表面を被覆するように、導電性金属粉末５０〜８０体積％とケイ素を主成分とするガラス粉末２０〜５０体積％とからなる固形成分を含有する導電性ペーストを介在させる工程と、該導電性ペーストを加熱して、前記内部電極の端部に一層おきに前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成するとともに、該突起状導電性端子の先端部に前記外部電極を接合する工程とを具備することを特徴とする積層型圧電素子の製法。
- 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乃至９のうち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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