JP4569153B2 - 積層型圧電素子及び、その製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，品質が高く、かつ、効率良く製造し得る積層型圧電素子及び、その製造方法に関する。

従来、積層型圧電素子を製造するに当たっては、例えば、セラミックス原料層と、電極材料層とを交互に積層した中間積層体を焼成し、セラミック層と内部電極層とが交互に積層されたセラミック積層体を作製していた。そしてその後、このセラミック積層体の外側面に一対の外部電極を接合して積層型圧電素子を完成するに当たっては、セラミック積層体の外周面を研磨等する場合がある（例えば、特許文献１参照。）。焼成後のセラミック積層体の外周面を研磨する目的の１つは、セラミック層の外周面に付着した電極材料の焼成物を除去したり、内部電極層の外周面に付着したセラミック原料の焼成物を除去することである。セラミック層の外周面に付着した電極材料等は、積層型圧電素子の電気的な内部リークを招来するおそれがあり、内部電極層の外周面に付着したセラミック材料は、外部電極と内部電極層との電気的な接続不良を招来するおそれがある。

特開２００３−１９７９９８号公報

しかしながら、上記従来の積層型圧電素子及び、その製造方法では、次のような問題がある。すなわち、上記のごとく焼成後のセラミック積層体の外周面を機械的に研磨等すると、セラミック積層体の外周面にマイクロクラック等を生じ、セラミック積層体の品質を低下させ、このセラミック積層体を用いて製造した積層型圧電素子の性能や、耐久性等を著しく低下させるおそれがあるという問題がある。一方、加工速度を十分に遅く設定すれば、マイクロクラックの発生を抑制し得るが、この場合には、生産効率を向上するのが難しくなるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、信頼性が高く、優れた品質のセラミック積層体を用いて構成した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。

第１の発明は、 セラミック層と導電性を有する内部電極部を含む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形成した一対の接合面にそれぞれ導電性材料を介して接合した一対の外部電極とを有すると共に上記セラミック積層体の外周面を絶縁性モールド樹脂により被覆してなる積層型圧電素子において、
上記内部電極層において、上記内部電極部の外周端部は上記セラミック積層体の外周面から内方に控えており、上記内部電極部の上記外周端部の外周側には、上記セラミック積層体の外周面における周方向の少なくとも一部に外周面から内方に凹む凹み部を設け、
上記セラミック層において、上記セラミック積層体の外周面における周方向の少なくとも一部に外周面から内方に向けて溝状に凹む溝状部を設け、
上記凹み部と上記溝状部とが一体化した部位を設けて、上記内部電極部の上記外周端部と積層方向の面である積層面との両方を露出する溝形状を形成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）。

上記第１の発明の積層型圧電素子における上記セラミック積層体では、その外周面から溝状に凹む溝状部が、上記各内部電極層の積層面に隣接するように周方向の少なくとも一部に形成されている。
そのため、上記積層型圧電素子では、例えば、絶縁性モールド樹脂等により上記セラミック積層体の外周面を被覆するような場合には、上記溝状部に上記絶縁性モールド樹脂を食い込ませることができる。それ故、該絶縁性モールド樹脂を強固に保持でき、剥離等により電気的な絶縁性が低下するおそれを抑制できる。また、例えば、導電性を有する導電性材料等を介して上記内部電極層と上記外部電極との電気的な接続を確保する場合には、上記導電性材料が上記溝状部に食い込むように接合することで、上記内部電極層に対して上記導電性材料を強固に保持でき、その電気的な接続信頼性を向上することができる。
このように、上記セラミック積層体は、その外周面の上記溝状部に導電性材料や絶縁性材料を強固の保持できるため、上記溝状部のないセラミック積層体と比べて、電気的な信頼性を確保し易いものである。

以上のように、上記第１の発明の積層型圧電素子は、外周面に上記溝状部を形成した上記セラミック積層体を用いて構成してあるため、電気的な信頼性が高い優れた品質を有するものとなる。

第２の発明は、第１の発明の積層型圧電素子を製造する方法において、
セラミックス原料よりなるシート片を得るための打ち抜き領域を含むグリーンシートを形成するグリーンシート形成工程と、
上記打ち抜き領域における上記凹み部を形成する縁部の外縁から内方に控えた電極材料配設領域に、上記内部電極部を形成するための電極材料を印刷する電極配設工程と、
該電極配設工程を行った後、上記打ち抜き領域における上記溝状部を形成する縁部の外縁から内方に控えた接着材料配設領域に、上記シート片同士を接着する接着材料を印刷する接着材配設工程と、
上記グリーンシートから上記打ち抜き領域を打ち抜いて上記シート片を得る打ち抜き工程と、
打ち抜いた上記シート片を積層して上記中間積層体を形成する積層工程と、
上記中間積層体を焼成して上記セラミック積層体を得る焼成工程とを行う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）。

上記第２の発明の積層型圧電素子の製造方法における上記接着材配設工程では、上記打ち抜き領域における上記溝状部を形成する外縁部から内方に控えた上記接着材料配設領域に上記接着材料を印刷する。その後、上記積層工程と上記焼成工程とを実施して上記積層型圧電素子を得る。

以上のように、上記積層型圧電素子の製造方法によれば、溝状に凹む上記溝状部が、上記内部電極層の積層面に沿って周方向の少なくとも一部に形成された上記セラミック積層体を用いた上記積層型圧電素子を効率良く製造できる。

上記第１の発明においては、上記内部電極層は、導電性を有する内部電極部と、該内部電極部の外周端部が上記セラミック積層体の外周面から内方に控えてなり、上記溝状部と積層方向に隣接する凹み部とを有している。
この場合には、上記セラミック積層体の外周面に上記凹み部を露出させることで、上記内部電極部の外周端部を上記セラミック積層体の外周面から内方に控えて配置できる。そして、上記セラミック積層体では、上記溝状部に積層方向に隣接して、一体の溝形状をなすように上記凹み部を形成してある。

そのため、上記積層型圧電素子では、例えば、絶縁性モールド皮膜等により上記セラミック積層体の外周面を被覆するような場合には、上記凹み部及び上記溝状部に、一体的に上記絶縁性モールド皮膜の材料を充填することで、電気的な絶縁性を確実できる。さらに、上記凹み部及び上記溝状部に、一体的に上記絶縁性モールド皮膜を食い込ませることで、剥離等のおそれを抑制できる。このように、上記セラミック積層体は、その外周面に、上記溝状部と一体をなす上記凹み部を形成してあるので、上記凹み部及び上記溝状部を一体的に形成してないセラミック積層体と比べてその外周面における電気的な絶縁性を確保するのが容易である。

さらに、上記凹み部及び上記溝状部を有する上記セラミック積層体では、例えば、上記外部電極と上記内部電極部とを電気的に接続するための導電性材料の一部を上記凹み部及び上記溝状部に、一体的に充填することができる。上記凹み部及び上記溝状部の内部に、一体的に上記導電性材料の一部を食い込まると、上記セラミック積層体の外周面に上記導電性材料を強固に保持でき、該導電性材料を介した上記外部電極と上記内部電極部との電気的な接続信頼性を高くすることができる。
以上のように上記凹み部と上記溝状部とを一体的に形成した上記セラミック積層体では、絶縁性や電気的な接続等を確保するのが容易であり、該セラミック積層体を用いて構成した上記積層型圧電素子は、電気的な信頼性の高いものとなる。

また、上記セラミック積層体の外周面からの上記凹み部の深さは、１０μｍ以上１８０μｍ以下であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記セラミック積層体の積層強度や、積層精度等を低下させるおそれ少なく、上記セラミック積層体の外周面に上記凹み部を形成できる。

また、上記溝状部及び上記凹み部は、上記内部電極層の外周全周に渡って配設してあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記セラミック積層体は、外周面全周に渡って、電気的な絶縁性の確保が容易となる。そして、このセラミック積層体を用いて構成した上記積層型圧電素子は、電気的な信頼性の高い、優れた品質を呈するものとなる。

また、上記内部電極層は、上記一対の接合面のうちのいずれか一方に、上記セラミック積層体の外周面から上記内部電極部の外周端部が控えて位置してなると共に、上記セラミック層と略同一組成のセラミックス材料よりなる控え部を有してなり、
上記一対の接合面のうちの一方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、他方の接合面において上記控え部を有してなり、かつ、上記他方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、上記一方の接合面において上記控え部を有してなることが好ましい（請求項４）。

この場合には、上記一対の接合面において、上記一層おきの上記内部電極層の上記内部電極部の外周端部を上記控え部により覆うことで、一層おきの上記内部電極部のみと電気的に接続されるよう、上記各接合面に上記外部電極を接合することが容易になる。そして、上記積層型圧電素子にあっては、さらに、電気的な信頼性の優れたものとなる。

また、上記各内部電極層の上記凹み部は、上記控え部を形成した側の上記接合面を除く上記セラミック積層体の外周面の全面に渡って形成してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記一方の接合面では、上記控え部により上記内部電極部を覆うことで、該内部電極部と上記一方の外部電極との電気的な絶縁性を確実に確保できると共に、上記一方の接合面を除く上記セラミック積層体の外周面では、上記凹み部及び上記溝状部とを活用して電気的な信頼性を確保することが容易である。

また、上記セラミック積層体の外周面のうち、少なくとも上記接合面においては、上記凹み部の深さよりも上記溝状部の深さを深くしてあることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記接合面において、上記凹み部内に向けて上記内部電極部の外周端部を確実に突出させることができる。それ故、上記凹み部において、上記内部電極部を露出させるための研磨加工等を実施する必要がない。

上記第２の発明においては、上記セラミック積層体における上記内部電極層は、導電性を有する内部電極部と、上記内部電極部の外周端部が上記セラミック積層体の外周面から内方に控えてなり、上記溝状部と積層方向に隣接する上記凹み部とを有しており、上記電極配設工程では、上記打ち抜き領域における上記凹み部を形成する縁部の外縁から内方に控えた電極材料配設領域に、上記内部電極部を形成するための電極材料を印刷する。
この場合には、上記電極配設工程では、上記打ち抜き領域における上記凹み部を形成する縁部の外縁から内方に控えた上記電極材料配設領域に、上記電極材料を印刷する。その後、上記焼成工程により、上記中間積層体を焼成すれば、上記内部電極部と上記凹み部とを有する上記内部電極層を備えた上記積層型圧電素子を効率良く製造できる。

また、上記電極配設工程では、上記凹み部を形成する部分における上記打ち抜き領域の外縁と上記電極材料配設領域の外縁との間隔を１２μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい（請求項９）。
この場合には、焼成後の上記セラミック積層体において、適切な深さの上記凹み部を形成できる。上記打ち抜き領域の外縁と上記電極材料配設領域の外縁との間隔を上記の範囲とすると、焼成時の上記セラミック積層体の収縮により、およそ１０μｍ〜８０μｍの深さの上記凹み部を形成できる。

また、上記接合面に面する上記凹み部の深さは、該凹み部に隣接する上記溝状部の深さよりも浅くしてあり、上記接着材配設工程では、少なくとも上記凹み部を形成する上記接合面となる縁部において、上記電極材料配設領域の外縁から内方に控えた上記接着材料配設領域の外縁までの控え量を１２μｍ以上１２０μｍ以下とすることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記積層工程において、上記中間積層体に積層方向の荷重を作用しても、上記接合面に露出する上記凹み部となる部分において、上記電極材料配設領域の外縁を超えて上記接着材料が外方に向けて流動するおそれを抑制できる。それ故、上記接合面に露出する上記凹み部の底部に、上記内部電極部の外周端部を確実性高く露出させることができる。したがって、上記セラミック積層体では、上記内部電極部の外周端部を露出させるための研磨等を行う必要が少ない。

また、上記内部電極層は、上記一対の接合面のうちのいずれか一方に、上記セラミック積層体の外周面から上記内部電極部の外周端部が控えてなり、上記セラミック層と略同一組成のセラミックス材料よりなる控え部を有してなり、上記各接合面のうち一方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、他方の接合面において上記控え部を有しており、かつ、上記他方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、上記一方の接合面において上記控え部を有しており、
上記電極配設工程では、上記打ち抜き領域における上記控え部を形成する縁部の外縁から内方に控えた上記電極材料配設領域に上記電極材料を配設することが好ましい（請求項１１）。

この場合には、上記各接合面に上記控え部を設けることで、一層おきの上記内部電極部が露出した上記各接合面を備えたセラミック積層体を得ることができる。このような上記セラミック積層体によれば、一層おきの上記内部電極層の上記内部電極部と電気的に接続される上記外部電極を上記各接合面に極めて効率良く接合できる。そして、上記積層型圧電素子は、電気的な信頼性にすぐれ、かつ、耐久性の高い優れた品質のものとなる。

そして、上記セラミック積層体を利用して構成した上記積層型圧電素子は、上記一対の外部電極と、一層おきの上記内部電極層とが電気的に確実性高く接続されていると共に、一方の一層おきの上記内部電極層と他方の一層おきの上記内部電極層との電気的な絶縁性及び、上記セラミック積層体の外周面の電気的な絶縁性を高く維持した優れた品質の上記積層型圧電素子を、効率良く製造することができる。
なお、上記打ち抜き領域における上記控え部を形成する部分の外縁と、上記電極材料配設領域の外縁とで挟まれた領域には、上記電極材料の配設高さと略一致するよう、上記セラミックス原料を配設するのが良い。この場合には、打ち抜いた上記シート片が、略均一な積層面を有するものとなり、精度良く積層し得るものとなる。

また、上記電極配設工程では、上記控え部を形成する縁部において、上記打ち抜き領域の外縁と上記電極材料配設領域の外縁との間隔を１２μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい（請求項１３）。
この場合には、上記控え部により上記内部電極部の外周端部を確実性高く覆うことができ、上記各接合面に接合した各外部電極と、一層おきの上記内部電極層との電気的な絶縁を確実にできると共に、他方の一層おきの上記内部電極層との電気的な接続を確実にできる。

（実施例１）
本例は、積層型圧電素子１及び、その製造方法に関する例である。この内容について、図１〜図１１を用いて説明する。
本例の積層型圧電素子１は、図１及び図２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の外周面に形成した一対の接合面１５にそれぞれ接合した一対の外部電極１８とを有するものである。
セラミック積層体１０は、その外周面から溝状に凹む溝状部１１９を、各内部電極層１２の積層面に隣接して上記外周面における周方向の少なくとも一部に有している。
以下に、この内容について詳しく説明する。

本例の積層型圧電素子１のセラミック積層体１０では、図１及び図２に示すごとく、各内部電極層１２が、導電性を有する内部電極部１２０と、該内部電極部１２０の外周端部がセラミック積層体１０の外周面から内方に控えてなり、溝状部１１９と積層方向に隣接する凹み部１２９とを有している。
このセラミック積層体１０は、図１に示すごとく、セラミクス材料からなる厚さ８０μｍのセラミック層１１と、厚さ４μｍの内部電極層１２とを交互に３００層積層してなる直径８．５ｍｍのものである。

本例のセラミック積層体１０は、図１に示すごとく、略円柱状を呈する積層体の外周面に、相互に対面する一対の接合面１５を形成した断面樽形状を呈している。なお、セラミック積層体１０の断面形状としては、本例の樽型に限定されるものではなく、用途、使用状況に合わせて四角形などの多角形等に変更可能である。

そして、各内部電極層１２は、同図に示すごとく、セラミック積層体１０の外周面から内方に控えた位置した内部電極部１２０と、一方の接合面１５に面して形成した控え部１２８と、上記一方の接合面１５を除いて外周面の全面に渡って形成した凹み部１２９とよりなる。なお、本例の凹み部１２９は、セラミック積層体１０の外周面から内方に向って深さ１８０μｍの溝形状を呈する。

控え部１２８は、図１に示すごとく、内部電極部１２０の外周端部を、セラミック層１１をなすセラミックス材料と略同組成の材料で覆った部分である。そして、凹み部１２９は、隣り合うセラミック層１１の層間に形成された空隙である。
本例のセラミック積層体１０は、その外周面のうち控え部１２８を形成した一方の接合面１５を除いて、内部電極部１２０が凹み部１２９を介して露出する部分電極構造を呈するものである。

本例の積層型圧電素子１は、図２に示すごとく、接着性を有する導電性樹脂材料１８０を用いて接合面１５に外部電極１８を接合したうえ、さらに、外周面を全周に渡ってモールド樹脂１８５により絶縁被覆したものである。これにより、接合面１５を除くセラミック積層体１０の外周面では、凹み部１２９及び溝状部１１９内に入り込んだモールド樹脂１８５により、各内部電極層１２の内部電極部１２０が確実性高く電気的に絶縁される。また、各内部電極層１２の凹み部１２９及び溝状部１１９に食い込むように形成されたモールド樹脂１８５は、セラミック積層体１０の外周面に対して強固に保持されるため、剥離等を生じるおそれが少ない。

次に、本例の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。
本例の積層型圧電素子１の製造方法のうち、特に、上記セラミック積層体１０を作製する方法は、図３及び図４に示すごとく、シート片３１を打ち抜くためのセラミックス原料３１１よりなるグリーンシート５０を形成するグリーンシート形成工程と、
グリーンシート５０のうちシート片３１を得るための打ち抜き領域３１０の外縁から内方に控えた電極材料配設領域３１２に、上記内部電極部１２０を形成するための電極材料１２１を印刷する電極配設工程と、打ち抜き領域３１０における溝状部１１９を形成する縁部の外縁から内方に控えた接着材料配設領域３１４に接着材料１１１を印刷する接着材配設工程と、図７に示すごとく、グリーンシート５０から打ち抜き領域３１０を打ち抜いてシート片３１を得る打ち抜き工程と、打ち抜いたシート片３１を積層して中間積層体３０を形成する積層工程と、中間積層体３０を焼成してセラミック積層体１０（図１）を得る焼成工程とを行う。

本例のセラミック積層体１０を形成するに当たっては、まず、上記グリーンシート形成工程を実施する。この工程では、圧電素子材料であるスラリーをシート状に延ばしたグリーンシート５０（図３）を作製する。ここで、上記スラリーとは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミクスになるセラミックス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。

本例のグリーンシート形成工程では、ドクターブレード法によってスラリーをキャリアフィルム５１（図３）上に塗布し、厚さ１００μｍのグリーンシート５０を生成した。なお、スラリーからグリーンシート５０を生成する方法としては、本例の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。

次に、上記電極配設工程では、図３及び図４に示すごとく、グリーンシート５０の打ち抜き領域３１０の外周全周に渡って、その外縁から内方に控えた電極材料配設領域３１２に電極材料１２１を配設する。本例では、樽形状の打ち抜き領域３１０の外縁のうちセラミック積層体１０における接合面１５となる２箇所の直線部３１０ａ、３１０ｂの一方（同図では、３１０ａ）において、控え部１２８（図１）を形成するよう電極材料配設領域３１２の控え量Ｇ２＝３００μｍとした。また、この一方の直線部３１０ａを除く打ち抜き領域３１０の外周全周では、電極材料配設領域３１２の控え量Ｇ１を５０μｍとしてある。
なお、本例の電極配設工程では、積層面となる打ち抜き領域３１０の表面を略均一面とするため、上記直線部３１０ａと電極材料配設領域３１２の外縁との間の控え部形成領域３１６には、セラミックス原料３１１よりなる上記スラリーを印刷した。

また、接着材配設工程では、電極材料配設領域３１２の外縁のうち、直線部３１０ｂに沿う外縁から内方に控えた接着材料配設領域３１４に接着材料１１１を配設する。ここで、打ち抜き領域３１０の直線部３１０ｂは、接合面１５に面して凹み部１２９を形成する部分である。一方、打ち抜き領域３１０の直線部３１０ａでは、該直線部３１０ａと電極材料配設領域３１０の外縁との間に、接着材料配設領域３１４の外縁を配置し、打ち抜き領域３１０の曲線部３１０ｃでは、電極材料配設領域３１２の外縁位置と略一致させて接着材料配設領域３１４の外縁を配置した。
なお、セラミック積層体１０のおける控え部１２８を形成する直線部３１０ａでは、打ち抜き領域３１０の外縁まで至る接着材料配設領域を形成することも良い。

電極配設工程及び接着材配設工程を施した後、打ち抜き工程で打ち抜き領域３１０を打ち抜くと、図４〜図６に示すごとく、セラミック原料３１１よりなるベース層と、電極材料１２１の配設層と、接着材料１１１の配設層とからなる３層構造を呈するシート片３１を得ることができる。

このシート片３１は、図４〜図６に示すごとく、樽形状のセラミック積層体１０における接合面１５をなす２箇所の直線部３１ａ、３１ｂの一方（同図では、３１ａ）において、電極材料１２１の外周端部の控え量Ｇ２が３００μｍであり、かつ、この一方の直線部３１ａを除くシート片３１の外周全周においては、電極材料１２１の外周端部の控え量Ｇ１を５０μｍとしたものである。
さらに、このシート片３１では、凹み部１２９を形成する直線部３１ｂにおいて、電極材料１２１の外周端部から内方に控えて接着材料１１１の外周端部を位置してある（控え量Ｇ３＝５０μｍ。）。また、控え部１２８を形成する直線部３１ａでは、該直線部３１ａと電極材料１２１の外周端部との間に接着材料１１１の外周端部を位置させてある。さらに、シート片３１の外縁のうち曲線部３１ｃでは、電極材料１２１の外周端部と略一致させて接着材料１１１の外周端部を位置させてある。

本例では、打ち抜き工程で、連続的にシート片３１を打ち抜きできるよう、図３に示すごとく、長手方向に長いグリーンシート５０上に打ち抜き領域３１０を連続的に配置した。本例では、中間積層体３０（図１０）において控え部１２８をなす控え部形成領域３１６の配置が一層毎に異なるよう、グリーンシート５０上では、鏡像関係を呈する打ち抜き領域３１０が隣り合うように配置した。

次に、本例では、図７に示すごとく、上記打ち抜き工程と上記積層工程とを同時進行できるように構成した打ち抜き積層装置６を用いて、シート片３１の打ち抜きと積層とを並行して実施する。ここでは、同図に示すごとく、グリーンシート５０からシート片３１を連続的に打ち抜いて、順次、積層していき中間積層体３０を作製する。

ここで、本例の打ち抜き積層装置６の構成及び動作について説明する。打ち抜き積層装置６は、同図に示すごとく、シート片３１の打ち抜きと、積層とを並行して実施できるよう構成された装置である。この打ち抜き積層装置６は、グリーンシート５０からシート片３１を打ち抜くトムソン刃６１を備えていると共に、シート片３１を積層したシート積層体２０を内部に収容するように構成したトムソン型６２と、グリーンシート５０を保持するキャリアフィルム５１を載置する載置台６３とを有する装置である。
本例のトムソン型６２は、載置台６３側の先端にトムソン刃６１を備えた略円筒状の筒部６２１と、該筒部６２１内で積層したシート積層体２０の積層高さに応じて進退するよう構成した積層ウェイト６２２とを有してなる。

この積層ウェイト６２２は、図７に示すごとく、真空ポンプ（図示略）から延設されたチューブを接続する吸引ポート６２２ａを有してなる。そして、積層ウェイト６２２の外表面のうち筒部６２１内部に面する積層吸着面６２２ｂには、吸引ポート６２２ａに連通する吸着口が開口している。そして、トムソン型６２は、シート積層体２０の積層端部をなすシート片３１を積層吸着面６２２ｂに吸着して、筒部６２１内にシート積層体２０を確実に保持できるように構成してある。

載置台６３は、グリーンシート５０を保持したキャリアフィルム５１を載置して保持するように構成してある。そして、本例の打抜き積層装置６は、図示しない送り機構によって、載置台６３に載置したキャリアフィルム５１を送出し、シート片３１を連続的に打ち抜くように構成してある。さらに、本例の載置台６３は、図示しない真空ポンプに接続された吸引ポート６３１を有してなる。そして、載置台６３は、その載置面６３２には、吸引ポート６３１に連通する吸着口が開口してなり、載置したキャリアフィルム５１を吸着して確実に保持し得る。

さらに、打ち抜き積層装置６は、図８に示すごとく、トムソン型６２がストロークして載置台６３に最も接近した時に、トムソン刃６１の刃先端とキャリアフィルム５１の表面とが、グリーンシート５０の厚さの５〜１０％に相当するわずかな隙間ｔを空けた状態となるようにしてある。これにより、打ち抜き積層装置６では、トムソン刃６１により、キャリアフィルム５１に保持されたグリーンシート５０から、シート片３１のみを確実に打ち抜くことができる。

ここで、本例のトムソン型６２は、図９に示すごとく、形成するシート積層体２０よりも内径が大きい筒部６２１を有してなる。そして、このトムソン型６２は、載置台６３に近づくにつれて縮径するトムソン刃６１を有してなり、該トムソン刃６１では、先端刃の形状が打ち抜き積層領域３１０の外縁形状に略一致している。

そのため、本例の打抜き積層装置６によれば、筒部６２１の内周面とシート積層体２０の外周面との間で摩擦等を生じないため、シート積層体２０の外周面に電極材料１２１が付着するおそれが少ない。それ故、この打抜き積層装置６により形成した中間積層体３０を焼成したセラミック積層体１０では、その外周面に電極材料１２１の焼成物等が付着しているおそれが少ない、そのため、その外周面を研磨等する必要が少ない。したがって、本例のセラミック積層体１０は、研磨等の機械加工等に起因して、その外周面にマイクロクラック等が生じることがなく、優れた品質を呈するものとなる。

上記のごとく構成した打ち抜き積層装置６を用いて中間積層体３０を作製するに当たっては、図７に示すごとく、グリーンシート５０を保持したキャリアフィルム５１を載置台６３の載置面６３２に載置する。そして、キャリアフィルム５１を長手方向に前進させて、トムソン刃６１による打ち抜き位置と打ち抜き領域３１０（図３）とを一致させ、シート片３１を打ち抜く。このようにして、シート片３１を連続的に打ち抜き、トムソン型６２の内部でシート積層体２０を形成していく。本例では、以上の手順を所定回数、繰り返すことにより、所定枚数のシート片３１を積層した中間積層体３０を作製した。

上記のようにシート片３１を積層していけば、図１０に示すごとく、隣り合うセラミックス原料３１１層の層間における内周部に電極材料１２１を配設してなり、接合面１５となる一対の平坦面３１５を有する断面樽形状の中間積層体３０を得る。この中間積層体３０では、電力材料１２１の外周端部が、一方の平坦面３１５を除く外周面の全面に渡って、隣り合うセラミックス原料３１１層の層間の空隙３２９に面している。また、上記一方の平坦面３１５では、電極材料１２１の外周端部が、上記控え部形成領域３１６（図３）に印刷したスラリーによって覆われている。

特に、本例の接着材料配設工程では、図３に示すごとく、打ち抜き積層領域３１０における２箇所の直線部３１０ａ、３１０ｂのうち、凹み部１２９を形成する側の直線部３１０ｂでは、電極材料配設領域３１２の外縁から内方に控えて（控え量Ｇ３＝５０μｍ）接着材料１１１を配設している。そのため、シート片３１を積層する際、積層方向の荷重が作用しても、接着材料１１１が電極材料１２１の外周端部を越えて流動するおそれが少ない。それ故、接合面１５に面する凹部１２９（図１）を形成する部分では、隣り合って積層したセラミックス原料３１１層の間に形成された空隙３２９に面して、内部電極部１２０をなす電極材料１２１の外周端部が確実性高く露出させることができる。

さらに、接着材料配設工程では、図３に示すごとく、打ち抜き積層領域３１０の内周側に位置した接着材料配設領域３１４に接着材料１１１を印刷している。そのため、中間積層体３０の外周面では、その全周に渡って、セラミック原料３１１層に隣接して溝状の空隙３２８を形成することができる。

次に、焼成工程において、上記の中間積層体３０を焼成することにより、上記セラミック積層体１０を得る。本例の焼成工程は、図示しない焼成炉に中間積層体３０を収容して実施した。
そして、炉内温度１１００℃に到達するまで１１０時間かけて徐々に加熱していき、その後、炉内温度を２時間保持して焼成した後、炉冷を実施した。

このように焼成炉の炉内温度を制御すれば、各平坦面３１５に設けた空隙３２８、３２９及び、外周曲面に設けた空隙の形状を精度良く維持しながら中間積層体３０を焼成して、形状精度の高いセラミック積層体１０を得ることができる。
図１１に示すごとく、得られた焼成積層体１０では、セラミックス原料３１１層と、各シート片３１の表面に印刷した接着材料１１１とが焼結されて一体的にセラミック層１１を形成する。ここで本例では、上述のように、シート片３１の外縁から内方に控えて接着材料１１１を印刷してあるため、内部電極層１２の積層面に沿って溝状部１１９が形成される。

また、電極材料３１は、焼成により内部電極部１２０を形成する。ここで本例では、シート片３１の外縁のうち一方の直線部（本例では、直線部３１ａ。）を除いて、シート片３１の外縁から内方に控えて電極材料１２１を印刷してある（図５及び図６に図示する控え量Ｇ１）。そのため、セラミック積層体１０では、一方の接合面１５を除く外周面の全周に渡って凹み部１２９が形成される。さらに本例では、他方の直線部（本例では、直線部３１ｂ。）では、電極材料１２１の外周端部から、さらに内方に控えて接着材料１１１を印刷する（図５に図示する控え量Ｇ３）。それ故、接合面１５に面する凹み部１２９では、その底面から内部電極部１２０が確実性高く露出する。

なお、上記控え部１２８を形成するよう、シート片３１の表面に、電極材料１２１と並列して配設したスラリーは、焼成により、セラミック層１１と同組成のセラミックス材料をなす。そのため、内部電極層１２の一部には、セラミックス材料よりなる控え部１２８が形成される。
そして、セラミック積層体１０では、各接合面１５に、内部電極層１２として、控え部１２８と凹み部１２９とが積層方向に交互に露出する。

本例の積層型圧電素子１は、図２に示すごとく、上記のセラミック積層体１０の一対の接合面１５に、それぞれ外部電極１８を取り付けたものである。セラミック積層体１０の接合面１５では、導電性を有する導電性樹脂材料１８０を用い、該導電性樹脂材料１８０を一層おきの内部電極層１２０の凹み部１２９及び溝状部１１９内に充填した状態で、外部電極１８を接合してある。さらに、本例の積層型圧電素子１では、外部電極１８を接合したセラミック積層体１０の外周面は、その全周に渡って、電気的な絶縁性を有するモールド樹脂１８５により覆ってある。

以上のように、本例のセラミック積層体１０は、打ち抜き領域３１０の外周全周に渡って、その外縁から内方に控えて電極材料１２１を配設したシート片３１を打ち抜き、このシート片３１を積層して得た中間積層体３０を焼成したものである。そのため、この中間積層体３０をなすシート片３１では、グリーンシート５０から打ち抜かれる際に、シート片３１の外周に電極材料１２１が付着するおそれが極めて少ない。さらに、トムソン型６２内でシート積層体２０を形成するに当たっては、外周面に電極材料が露出しないシート積層体２０では、筒部６２１の内周面とシート積層体２０の外周面との摩擦等が生じるおそれが少なく、シート積層体２０の外周面に電極材料が付着するおそれが少ない。

したがって、上記のごとく作製した中間積層体３０を焼成したセラミック積層体１０では、その外周面に電極材料１２１の焼成物等が付着するおそれが極めて少ない。それ故、本例のセラミック積層体１０では、外周面の研磨や切削等、機械加工等を実施しなくても、電気的な絶縁性を確実性高く確保できる。それ故、本例のセラミック積層体１０では、外周面の機械加工等に起因して、その外表面にマイクロクラック等が発生することがなく、優れた品質を有するものとなる。

さらに、本例では、打ち抜き領域３１０の外縁から内方に控えた電極材料配設領域３１２に電極材料を印刷し、その後、打ち抜き領域３１０を打ち抜いてシート片３１を得ている。そのため、本例の打ち抜き工程で打ち抜いた後のグリーンシート５０の表面には、電極材料１２１が残らない。そのため、シート片３１を打ち抜いた後のグリーンシート５０は、再利用するのが容易なものとなる。

さらに、本例のセラミック積層体１０では、各内部電極部１２０の外周の一部に凹み部１２９を設けてあると共に、各内部電極層１２の積層面に沿って外周全周に渡って溝状部１１９を設けてある。そのため、接合面１５に配設した導電性樹脂材料１８０、あるいは、外周面全周を被覆するモールド樹脂１８５が凹み部１２９及び溝状部１１９に食い込むように形成される。そのため、本例の積層型圧電素子１は、セラミック積層体１０の外周面に、導電性樹脂材料１８０及びモールド樹脂１８５が強固に保持され、電気的な信頼性の高いものとなる。

そして、本例の凹み部１２９の深さは、セラミック積層体１０の外周面から８０μｍとしてある。そのため、凹み部１２９は、セラミック積層体１０の形状精度や、強度等にほとんど影響を及ぼすおそれがない。また、本例では、中間積層体３０をなすシート片３１を準備する段階で、焼成により凹み部１２９が形成されるように打ち抜き領域３１０の内周側に、電極材料配設領域３１２を形成している。そのため、中間積層体３０を焼成してセラミック積層体１０とした後に、機械加工等により凹み部１２９を形成するのと違って、セラミック積層体１０の強度や品質等を害するおそれがない。

（実施例２）
本例は、実施例１のセラミック積層体１０を基にして、内部電極層１２の構成を変更した例である。この内容について、図１２〜図１５を用いて説明する。
本例のセラミック積層体１０の各内部電極層１２では、図１２に示すごとく、控え部１２８を形成していない側の接合面１５に面して凹み部１２９を形成せず、内部電極部１２０の外周端部が直接、露出するようにしてある。

なお、このセラミック積層体１０は、図１３〜図１５に示すシート片３１を積層した中間積層体（図示略）を焼成して得られるものである。
このシート片３１は、樽形状をなす外縁のうちセラミック積層体１０における接合面１５となる２箇所の直線部３１ａ、３１ｂの一方（同図では、３１ａ）において、電極材料１２１の外周端部の控え量Ｇ２が３００μｍであり、かつ、直線部３１ａ、３１ｂを除くシート片３１の曲線部３１ｃにおいては、電極材料１２１の外周端部の控え量Ｇ１を５０μｍとしたものである。一方、直線部３１ｂでは、電極材料１２１の外周端部の位置を、シート片３１の外縁の位置と略一致させてある。

また、このシート片３１では、樽形状をなす外縁のうち控え部１２８を形成しない側の直線部３１ｂにおいて、電極材料１２１の外周端部から内方に控えて接着材料１１１の外周端部を位置させてある。また、シート片３１における控え部１２８となる直線部３１ａでは、該直線部３１ａと電極材料１２１の外周端部との間に接着材料１１１の外周端部を位置させてある。さらに、シート片３１の外縁のうち曲線部３１ｃでは、電極材料１２１の外周端部と略一致させて接着材料１１１の外周端部を位置させてある。

本例のセラミック積層体１０における接合面１５を除く外周面では、内部電極部１２０を控えて形成してある。そのため、その製造過程において、この範囲の外周面に電極材料１２１の焼成物が付着するおそれが少ない。一方、セラミック積層体１０の各接合面１５では、シート片３１を打ち抜いて積層する際に付着した電極材料１２１の焼成物が存在するおそれがある。しかし、本例のセラミック積層体１０では、各接合面１５に内部電極部１２０を露出する一層おきの内部電極層１２は、共通の外部電極と電気的に接続するものである。それ故、上記接合面１５に電極材料１２１の焼成物等が付着しても、電気的な短絡等の問題が生じるおそれが少ない。
したがって、本例のセラミック積層体１０についても、実施例１と同様に、外周面を研磨等する必要が少ない。
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。

（実施例３）
本例は、実施例１の積層型圧電素子を基にして、各内部電極層の構成を変更した例である。この内容について、図１６〜図１８を用いて説明する。
本例のセラミック積層体１０の各内部電極層１２は、各接合面１５に面して凹み部１２９を有している。そして、各内部電極層１２は、内部電極部１２０と、外周全周に渡って形成された凹み部１２９とからなる。すなわち、本例のセラミック積層体１０は、内部電極層１２に控え部を形成していない、いわゆる全面電極構造を呈するものである。

そして、本例の積層型圧電素子１の各接合面１５では、図１７に示すごとく、一層おきの内部電極層１２の凹み部１２９に電気的な絶縁材料よりなる絶縁部１８３を形成してある。そして、絶縁部１８３を配設した各接合面１５に、導電性樹脂材料１８０を用いて外部電極１８を接合してある。
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。

さらになお、本例のセラミック積層体１０の各接合面１５に、図１８に示すごとく、各内部電極層１２の内部電極部１２０の外周端部を、直接、露出させることもできる。
このセラミック積層体１０における接合面１５を除く外周面では、内部電極部１２０を控えて形成してある。そのため、その製造過程において、この範囲の外周面に電極材料の焼成物が付着するおそれが少ない。
一方、セラミック積層体１０の各接合面１５には、シート片３１を打ち抜いて積層する際に付着した電極材料の焼成物が存在するおそれがある。しかし、このセラミック積層体１０では、接合面１５に面する各内部電極層１２に沿って溝状部１１９を形成してある。該溝状部１１９によれば、接合面１５の表面に沿う、積層方向の電気的な絶縁を確保できる。それ故、隣り合って積層した内部電極層１２の内部電極部１２０が電気的に短絡するおそれが少ない。
したがって、図１８に示すセラミック積層体１０についても、焼成後に外周面を研磨等する必要が少ない。

（実施例４）
本例は、実施例１を基にして、打抜き積層装置の構成を変更した例である。この内容について、図１９を用いて説明する。
この打抜き積層装置７は、中空構造の図示しない積層ホルダと、該積層ホルダに向けてストロークするパンチ７１と、該パンチ７１を挿通する穴７２０を有するダイ７２と、該ダイ７２と対面するようにグリーンシート５０を吸着する吸着面７６１を備えた保持ブロック７６とを有している。特に、本例のパンチ７１は、保持ブロック７６に設けた貫通穴７６０を挿通するように構成してある。

上記打ち抜き積層装置６は、パンチ７１とダイ７２との組み合わせにより、グリーンシート５０からシート片３１を打ち抜き、ダイ７２の穴７２０内でシート積層体２０を形成するように構成してある。さらに、積層ホルダの内部には、上端面に吸着面を形成してなるガイド７５を、パンチ７１のストローク方向に摺動可能に配置してある。このガイド７５によれば、積層ホルダ内で形成したシート積層体２０を積層方向に加圧しながら保持できる。

特に、本例のダイ７２は、作製するシート積層体２０の外径よりも大きい穴７２０を有してなる。そして、穴７２０におけるパンチ７１側の開口端部には、内径がパンチ７１側に近づくにつれて縮径し、開口形状７２１が打ち抜き領域の形状と略一致している打ち抜き刃７２１を形成してある。
そのため、グリーンシート５０からシート片３１を打ち抜き、このシート片３１を積層する際、シート積層体２０の外周面と、積層ホルダの内周面との間に摩擦等が生じるおそれが少ない。それ故、本例の打抜き積層装置７で作製した中間積層体３０では、その外周面に電極材料の焼成物等が付着するおそれが少ない。
したがって、本例の打抜き積層装置７を用いれば、外周面を研磨等する必要が少ないセラミック積層体を作製することができ、該セラミック積層体の外周面の研磨等に起因したマイクロクラック等の発生を未然に防止することができる。
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。

実施例１における、セラミック積層体の構造を示す一部断面図。 実施例１における、積層型圧電素子の構造を示す断面図。 実施例１における、グリーンシートの打ち抜き領域を示す説明図（（Ａ）は、グリーンシート表面の斜視図。（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ線矢視図。） 実施例１における、シート片を示す説明図。 実施例１における、シート片の断面構造を示す断面図（図４におけるＢ−Ｂ線矢視断面図。）。 実施例１における、シート片の断面構造を示す断面図（図４におけるＣ−Ｃ線矢視断面図。）。 実施例１における、打抜き積層装置の構造を示す断面図。 実施例１における、トムソン型がストロークした状態を示す説明図。 実施例１における、トムソン刃の刃先周辺を拡大して示す拡大断面図（図７におけるＤ部を拡大した図。） 実施例１における、中間積層体の断面構造を示す断面図。 実施例１における、セラミック積層体の断面構造を示す断面図。 実施例２における、セラミック積層体の構造を示す一部断面図。 実施例２における、シート片を示す説明図。 実施例２における、シート片の断面構造を示す断面図（図１３におけるＥ−Ｅ線矢視断面図。）。 実施例２における、シート片の断面構造を示す断面図（図１３におけるＦ−Ｆ線矢視断面図。）。 実施例３における、セラミック積層体の構造を示す一部断面図。 実施例３における、積層型圧電素子の断面構造を示す断面図。 実施例３における、その他のセラミック積層体の構造を示す一部断面図。 実施例４における、打抜き積層装置の構造を示す断面図。

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
１１９ 溝状部
１２ 内部電極層
１２０ 内部電極部
１２８ 控え部
１２９ 凹み部
２０ シート積層体
３０ 中間積層体
６、７ 打抜き積層装置

Claims (13)

1. セラミック層と導電性を有する内部電極部を含む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形成した一対の接合面にそれぞれ導電性材料を介して接合した一対の外部電極とを有すると共に上記セラミック積層体の外周面を絶縁性モールド樹脂により被覆してなる積層型圧電素子において、
   上記内部電極層において、上記内部電極部の外周端部は上記セラミック積層体の外周面から内方に控えており、上記内部電極部の上記外周端部の外周側には、上記セラミック積層体の外周面における周方向の少なくとも一部に外周面から内方に凹む凹み部を設け、
   上記セラミック層において、上記セラミック積層体の外周面における周方向の少なくとも一部に外周面から内方に向けて溝状に凹む溝状部を設け、
   上記凹み部と上記溝状部とが一体化した部位を設けて、上記内部電極部の上記外周端部と積層方向の面である積層面との両方を露出する溝形状を形成していることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 請求項１において、上記セラミック積層体の外周面からの上記凹み部の深さは、１０μｍ以上１８０μｍ以下であることを特徴とする積層型圧電素子。
3. 請求項１又は２において、上記溝状部及び上記凹み部は、上記内部電極層の外周全周に渡って配設してあることを特徴とする積層型圧電素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記内部電極層は、上記一対の接合面のうちのいずれか一方に、上記セラミック積層体の外周面から上記内部電極部の外周端部が控えて位置してなると共に、上記セラミック層と略同一組成のセラミックス材料よりなる控え部を有してなり、
   上記一対の接合面のうちの一方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、他方の接合面において上記控え部を有してなり、かつ、上記他方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、上記一方の接合面において上記控え部を有してなることを特徴とする積層型圧電素子。
5. 請求項４において、上記各内部電極層の上記凹み部は、上記控え部を形成した側の上記接合面を除く上記セラミック積層体の外周面の全面に渡って形成してあることを特徴とする積層型圧電素子。
6. 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のうち、少なくとも上記接合面においては、上記凹み部の深さよりも上記溝状部の深さを深くしてあることを特徴とする積層型圧電素子。
7. 請求項１に記載の積層型圧電素子を製造する方法において、
   セラミックス原料よりなるシート片を得るための打ち抜き領域を含むグリーンシートを形成するグリーンシート形成工程と、
   上記打ち抜き領域における上記凹み部を形成する縁部の外縁から内方に控えた電極材料配設領域に、上記内部電極部を形成するための電極材料を印刷する電極配設工程と、
   該電極配設工程を行った後、上記打ち抜き領域における上記溝状部を形成する縁部の外縁から内方に控えた接着材料配設領域に、上記シート片同士を接着する接着材料を印刷する接着材配設工程と、
   上記グリーンシートから上記打ち抜き領域を打ち抜いて上記シート片を得る打ち抜き工程と、
   打ち抜いた上記シート片を積層して上記中間積層体を形成する積層工程と、
   上記中間積層体を焼成して上記セラミック積層体を得る焼成工程とを行うことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
8. 請求項７において、上記溝状部及び上記凹み部を、上記内部電極層の外周全周に渡って配設することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
9. 請求項７又は８において、上記電極配設工程では、上記凹み部を形成する部分における上記打ち抜き領域の外縁と上記電極材料配設領域の外縁との間隔を１２μｍ以上１００μｍ以下とすることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１項において、上記接合面に面する上記凹み部の深さは、該凹み部に隣接する上記溝状部の深さよりも浅くしてあり、上記接着材配設工程では、少なくとも上記凹み部を形成する上記接合面となる縁部において、上記電極材料配設領域の外縁から内方に控えた上記接着材料配設領域の外縁までの控え量を１２μｍ以上１２０μｍ以下とすることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか１項において、上記内部電極層は、上記一対の接合面のうちのいずれか一方に、上記セラミック積層体の外周面から上記内部電極部の外周端部が控えてなり、上記セラミック層と略同一組成のセラミックス材料よりなる控え部を有してなり、上記各接合面のうち一方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、他方の接合面において上記控え部を有しており、かつ、上記他方の接合面において上記凹み部を露出している一層おきの上記内部電極層は、上記一方の接合面において上記控え部を有しており、
    上記電極配設工程では、上記打ち抜き領域における上記控え部を形成する縁部の外縁から内方に控えた上記電極材料配設領域に上記電極材料を配設することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
12. 請求項１１において、上記内部電極層の上記凹み部を、上記控え部を形成する側の上記接合面を除く上記セラミック積層体の外周面の全面に渡って形成することを特徴とする積層体型圧電素子の製造方法。
13. 請求項１１又は１２において、上記電極配設工程では、上記控え部を形成する縁部において、上記打ち抜き領域の外縁と上記電極材料配設領域の外縁との間隔を１２μｍ以上１００μｍ以下とすることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。

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