JP4706209B2 - 積層型圧電体素子及びその製造方法並びに導電性接着剤 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、圧電アクチュエータ等に適用される積層型圧電体素子及びその製造方法並びに導電性接着剤に関する。

積層型圧電体素子は、一般的に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している。このセラミック積層体の側面にそれぞれ電気的に接続された一対の側面電極を設け、各側面電極に樹脂を含有した導電性接着剤等を用いて一対の取り出し電極が接合されている。そして、各側面電極とそれぞれ電気的に接続された一対の取り出し電極間に印加される駆動電圧により圧電変位を生じるように構成されている。

このような積層型圧電体素子には、駆動時に生じる圧電層の変位に対応するため、柔軟性のある導電性接着剤が用いられているが、高温で長期間使用されるため、圧電層の変位や樹脂の熱硬化等により、導電性接着剤にクラックや剥離等の不具合が発生し、導電不良が生じるといった問題がある。それ故、優れた信頼性・耐久性を有し、厳しい環境下で長期間使用することができる積層型圧電体素子が望まれている。

上記に示される問題を解決すべく、例えば特許文献１では、セラミック積層体の側面に応力緩和層を形成し、その応力緩和層の側面に樹脂を含有した導電性接着剤を用いて取り出し電極を接合する方法が提案されている。しかし、応力緩和層の強度が低いため、応力緩和層内にクラックが生じやすい。また、応力緩和層と取り出し電極との接合部分は接着が不充分であり、剥離が生じやすい。

また、特許文献２では、内部電極層の端部に絶縁溝を加工した後、絶縁樹脂を充填し、セラミック積層体の側面に熱硬化性の樹脂を含有した導電性接着剤を用いて取り出し電極を接合する方法が提案されている。しかし、これも上記と同様に樹脂の熱硬化等によりクラックや剥離等の不具合が発生しやすい。

特開２０００−７７７３３号公報 特開２００１−２８４６６８号公報

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、信頼性・耐久性に優れた積層型圧電体素子及びその製造方法並びに導電性接着剤を提供しようとするものである。

第１の発明は、圧電材料から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おいて同極の上記内部電極層の導通を図るよう配設された導電性接着剤層を有する積層型圧電体素子において、
上記導電性接着剤層は、ベース樹脂と、該ベース樹脂中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子とを含有しており、
該マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態にあ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、上記導電性接着剤層に上記ベース樹脂と該ベース樹脂中に分散してなる上記導電性フィラー及び上記マイクロ粒子とを含有している。
また、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態にある。

即ち、上記積層型圧電体素子の駆動時において、上記導電性接着剤層は、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間に間隙を形成している、あるいは形成する。この間隙により、上記導電性接着剤層の弾力性が向上し、容易に弾性変形することができる。そのため、上記圧電層の変位によって生じる応力を充分に緩和し、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。

このように、本発明によれば、上記の優れた導電性接着剤層を備えることにより、優れた信頼性・耐久性を有し、初期の性能を長期間の使用に渡って維持することのできる積層型圧電体素子を提供することができる。

第２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おいて同極の上記内部電極層の導通を図るよう配設された導電性接着剤層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上記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、導電性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
上記導電性接着剤を加熱して硬化させることにより上記導電性接着剤層を形成する硬化工程とを有してなり、
上記導電性接着剤としては、ベース樹脂と、該ベース樹脂中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子とを含有してなるものを用い、上記硬化工程後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態を得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１２）。

本発明の積層型圧電体素子の製造方法は、少なくとも上記積層体形成工程と上記接着剤塗布工程と上記硬化工程とを実施する。
また、上記導電性接着剤としては、上記ベース樹脂と該ベース樹脂中に分散してなる上記導電性フィラー及び上記マイクロ粒子とを含有してなるものを用いる。
そして、上記硬化工程を施すことによって、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態を得る。

これにより、得られた上記積層型圧電体素子は、その駆動時において、上記導電性接着剤層中の上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間に間隙を形成している、あるいは形成する。この間隙により、上記導電性接着剤層の弾力性が向上し、容易に弾性変形することができる。そのため、上記圧電層の変位によって生じる応力を充分に緩和し、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。

このように、本発明の製造方法によれば、優れた信頼性・耐久性を有し、初期の性能を長期間の使用に渡って維持することができる積層型圧電体素子を提供することができる。

第３の発明は、ベース樹脂と、該ベース樹脂中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子とを含有してなり、
上記ベース樹脂が硬化した後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態を実現可能に構成されていることを特徴とする導電性接着剤にある（請求項２１）。

本発明の導電性接着剤は、ベース樹脂と該ベース樹脂中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子とを含有している。
また、上記ベース樹脂が硬化した後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態を得られるように構成されている。

そのため、上記導電性接着剤を、例えば積層型圧電体素子のような駆動時に変位する装置に接着硬化させて用いる場合は、その駆動時において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間に間隙を形成している、あるいは形成する。この間隙により、硬化後の上記導電性接着剤の弾力性が向上し、容易に弾性変形することができる。そのため、上記圧電層の変位によって生じる応力を充分に緩和し、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。

このように、本発明の導電性接着剤は、これを導電材料として採用した装置の信頼性・耐久性を向上させ、初期の性能を長期間の使用に渡って維持することができる。
なお、本発明の導電性接着剤は、上述した積層型圧電体素子に限らず、上記導電性接着剤を構成要素として含む種々の装置に適用可能である。

第１の発明において、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、上記内部電極層としては、例えば、導電性に優れたＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等、あるいはＰｄ（パラジウム）等を合金成分として含むＡｇ／Ｐｄ合金等を用いることができる。
また、上記セラミック積層体において、部分電極構造、全面電極構造等の種々の構造を採用することができる。また、その断面形状として、樽形、円形、四角形、六角形、八角形等の様々な形状を採用することができる。

また、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態にあることが好ましい（請求項２）。この場合には、予め上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間に間隙を形成させておくことによって、上記導電性接着剤層の弾力性を確実に向上させる。そのため、上記圧電層の変位によって生じる応力を充分に緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。

また、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部は、両者の間が剥離可能な状態にあることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記ベース樹脂が伸長した際に、両者の間に間隙を形成させることができる。そのため、上記導電性接着剤層の弾力性が向上し、上記圧電層の変位によって生じる応力を充分に緩和させ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。

また、上記マイクロ粒子は、その平均粒径が２〜３０μｍであることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記マイクロ粒子は上記ベース樹脂中に均一に分散させることができる。そのため、上記導電性接着剤層の弾力性はさらに向上し、上記圧電層の変位によって生じる応力を充分に緩和させ、クラックや剥離等の発生をさらに抑制することができる。

また、上記マイクロ粒子としては、種々の成分を採用することができ、また種々の構成をとることができる。
例えば、上記マイクロ粒子としては、穀物粉を用いることができる（請求項５）。穀物粉は一般的に水分を多く含んでいるため、上記導電性接着剤を加熱して硬化させる際に水分が蒸発し、穀物粉自身は収縮する。そのため、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間に間隙を形成させることができる。

また、上記穀物粉は、含まれる水分量によって加熱時の収縮の度合いが変化するため、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間の間隙の大きさを調整することができる。これにより、上記導電性接着剤層の弾力性を制御することができる。また、低コストを実現することができ、自然の材料を用いることは環境上好ましい。
上記穀物粉としては、例えば、片栗粉、きな粉、小麦粉等がある。また、これらを単独で用いてもよいし、複数のものを混合して用いてもよい。

また、上記マイクロ粒子としては、少なくともその表面が上記ベース樹脂と接着しない非接着表面となっている構成とすることができる（請求項６）。この場合には、非接着表面となっている上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間が剥離可能な状態となる。そのため、上記ベース樹脂が伸長した際に、両者の間に間隙を形成させることができる。

さらに、上述の非接着表面となっている上記マイクロ粒子としては、粒子本体とその表面に被覆され上記非接着表面を構成する外面非接着コート層とを有している構成とすることができる（請求項７）。この場合には、上記外面非接着コート層と上記ベース樹脂との間が剥離可能な状態となる。そのため、上記ベース層が伸長した際に、上記外面非接着コート層を有する上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との間に間隙を形成させることができる。
さらに、上記粒子本体は、弾性体であることが好ましい（請求項８）。この場合には、上記ベース樹脂が伸長した際に、その伸長方向に上記粒子本体が変位可能となるため、上記導電性接着剤層の弾力性をさらに向上させることができる。

また、上記マイクロ粒子としては、その表面に接着することなく該マイクロ粒子を覆う内面非接着コート層を備えており、該内面非接着コート層が上記ベース樹脂と接合されて一体化している構成とすることができる（請求項９）。この場合には、上記マイクロ粒子と上記内面非接着コート層との間が剥離可能な状態となる。そのため、上記ベース樹脂が伸長した際に、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂に接合されて一体化している上記内面非接着コート層との間に間隙を形成させることができる。
さらに、上記マイクロ粒子は、弾性体であることが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記ベース樹脂が伸長した際に、その伸長方向に上記マイクロ粒子が変位可能となるため、上記導電性接着剤層の弾力性をさらに向上させることができる。

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１１）。
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、信頼性・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を図ることができる。

第２の発明において、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、上記硬化工程時における加熱によって収縮する粒子を含有したものを用い、上記硬化工程後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態を得ることが好ましい（請求項１３）。この場合には、上記マイクロ粒子が加熱によって収縮するため、確実に上記両者の間に間隙を形成させることができる。
また、上記マイクロ粒子の加熱による収縮の度合いによって間隙の大きさを調整することができるため、上記導電性接着剤層の弾力性を制御することができる。

また、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、少なくともその表面が上記ベース樹脂と接着しない非接着表面を有する粒子を含有したものを用い、上記硬化工程後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者が互いに剥離可能な状態を得ることが好ましい（請求項１４）。この場合には、上記マイクロ粒子の表面が上記ベース樹脂と接着しない上記非接着表面を有するため、上記両者が互いに剥離可能となる。これにより、上記ベース樹脂が伸長した際に、確実に上記両者の間に間隙を形成させることができる。

また、上記マイクロ粒子としては、粒子本体とその表面に被覆され上記非接着表面を構成する外面非接着コート層とを有しているものを用いることができる（請求項１５）。
さらに、上記粒子本体として、弾性体を用いることが好ましい（請求項１６）。

また、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、その表面に接着することなく該マイクロ粒子を覆う内面非接着コート層を備えているものを用い、上記硬化工程を施すことにより、上記内面非接着コート層を上記ベース樹脂に接合させて一体化し、上記マイクロ粒子と上記内面非接着コート層との間が互いに剥離可能な状態を得ることが好ましい（請求項１７）。
さらに、上記マイクロ粒子として、弾性体を用いることが好ましい（請求項１８）。

また、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、粒子本体とその表面に被覆され上記硬化工程時における加熱によって蒸発する蒸発コート層とを有しているものを用い、上記硬化工程を施すことにより、上記蒸発コート層を蒸発させ、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態を得ることが好ましい（請求項１９）。この場合には、上記蒸発コート層が加熱によって蒸発するため、確実に上記両者の間に間隙を形成させることができる。
また、上記蒸発コート層の厚みによって間隙の大きさを調整することができるため、上記導電性接着剤層の弾力性を制御することができる。
さらに、上記粒子本体として、弾性体を用いることが好ましい（請求項２０）。

第３の発明において、上記ベース樹脂として、例えば、エポキシ、シリコーン、ポリイミド、フェノール、ウレタン等の樹脂を用いることができる。また、上記導電性フィラーとして、例えば、導電性に優れたＡｇ（銀）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｎｉ（ニッケル）等を用いることができる。また、これらを単独で用いてもよいし、複数のものを混合して用いてもよい。
また、本発明においても、上記マイクロ粒子は、その平均粒径が２〜３０μｍであることが好ましい（請求項２２）。
また、上記マイクロ粒子としては、穀物粉を用いることができる（請求項２３）。

また、上記マイクロ粒子としては、少なくともその表面が上記ベース樹脂と接着しない非接着表面となっている構成とすることもできる（請求項２４）。
さらに、上記マイクロ粒子は、粒子本体とその表面に被覆され上記非接着表面を構成する外面非接着コート層とを有している構成とすることができる（請求項２５）。
さらに、上記粒子本体は、弾性体であることが好ましい（請求項２６）。

また、上記マイクロ粒子としては、その表面に接着することなく該マイクロ粒子を覆う内面非接着コート層を備えており、該内面非接着コート層が上記ベース樹脂と接合されて一体化している構成とすることができる（請求項２７）。
さらに、上記マイクロ粒子は、弾性体であることが好ましい（請求項２８）。

また、上記マイクロ粒子としては、粒子本体とその表面に被覆され加熱により蒸発する蒸発コート層とを有している構成とすることができる（請求項２９）。
さらに、上記粒子本体は、弾性体であることが好ましい（請求項３０）。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる積層型圧電体素子について、図１〜図３を用いて説明する。
本発明の積層型圧電体素子１は、図１に示すごとく、圧電材料からなる圧電層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の側面において同極の内部電極層２１、２２の導通を図るよう配設された導電性接着剤層４を有する。
また、導電性接着剤層４は、図２（ｂ）に示すごとく、ベース樹脂４１と、ベース樹脂４１中に分散してなる導電性フィラー（図示略）及びマイクロ粒子４２とを含有している。
そして、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙４９を形成した状態となっている。
以下、これを詳説する。

本例の積層型圧電体素子１は、図１に示すごとく、圧電材料からなる圧電層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を有する。
そして、セラミック積層体１０の側面１０１において、第１内部電極層２１の端部は露出され、第２内部電極層２２の端部は露出せずに内方に控えた状態となっている。一方、側面１０２において、第２内部電極層２２の端部は露出され、第１内部電極層２１の端部は露出せずに内方に控えた状態となっている。すなわち、本例のセラミック積層体１０は、構造上は部分電極構造を呈している。

また、セラミック積層体１０は、図３に示すごとく、隣り合う内部電極層２１、２２の積層方向の中間部にスリット層１２を有している。このスリット層１２は、セラミック積層体１０の外周部全周に渡ってスリット状の間隙を形成している。本例では、厚さ８０μｍの圧電層１１に対して、厚さ約６μｍのスリット層１２が形成されている。
なお、このスリット層１２の形成により、本例のセラミック積層体１０は、構造上は上記のごとく部分電極構造であるが、実質的には全面電極構造と同様の作動が実現可能である。

また、図１に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２上には、それぞれ金属層３１、３２が設けられている。そして、金属層３１は第１内部電極層２１と、金属層３２は第２内部電極層２２と導通した状態となっている。
さらに、金属層３１、３２上には、それぞれ導電性接着剤４０によって形成された導電性接着剤層４が設けられており、この導電性接着剤層４を介して取り出し電極３３が接合されている。なお、金属層３１、３２を設けずに、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に導電性接着剤層４を介して取り出し電極３３を直接接合した構造をとることも可能である。

ここで、導電性接着剤層４は、図２（ｂ）に示すごとく、ベース樹脂４１と、ベース樹脂４１中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子４２とを含有している。そして、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙４９を形成した状態にある。
そして、図１に示すごとく、セラミック積層体１０の側面全周は、絶縁樹脂のシリコーン樹脂よりなるモールド材３４でモールドされている。このモールド材３４は、スリット層１２の内部に侵入するおそれのない粘性のものを使用した。これによって、スリット層１２は、スリット状の間隙を形成した状態を維持している。

また、本例において、内部電極層２１、２２及び金属層３１、３２は、導電性を有するＡｇ（銀）／Ｐｄ（パラジウム）合金よりなる。
また、取り出し電極３３として、金属板を加工したメッシュ状のエキスパンダメタルを用いた。これ以外に、パンチングメタル等を用いることもできる。また、取り出し電極３３の接合位置は、セラミック積層体１０の側面の上部のみとしてもよい。

次に、積層型圧電体素子１の製造に用いた導電性接着剤４０について、図２を用いて説明する。
本例の導電性接着剤４０は、図２（ａ）に示すごとく、ベース樹脂４１と、ベース樹脂４１中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子４２とを含有してなる。
そして、ベース樹脂４１が硬化した後において、図２（ｂ）に示すごとく、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１の境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙４９を形成した状態を実現可能に構成されている。

本例では、導電性接着剤４０を構成するベース樹脂４１としてエポキシ樹脂、導電性フィラーとしてＡｇ（銀）を用いた。
また、マイクロ粒子４２として、ベース樹脂４１の硬化時における加熱によって収縮する粒子である穀物粉を用いた。本例の穀物粉は、片栗粉を加熱し、水分量を調整して微細加工したものであり、平均粒径は約１５μｍである。

穀物粉は水分を多く含んでいるため、ベース樹脂４１の硬化時における加熱によって水分が蒸発し、穀物粉自身は収縮する。したがって、本例の導電性接着剤４０は、ベース樹脂４１が硬化した後において、マイクロ粒子（穀物粉）４２とベース樹脂４１との間に間隙４９が形成した状態を得られるように構成されている。
なお、本例では、穀物粉として片栗粉を用いたが、きな粉、小麦粉等を単独で、あるいは複数のものを混合して用いることもできる。また、マイクロ粒子４２として、穀物粉以外に、加熱によって収縮する活性炭、吸着性樹脂に蒸発物質を吸着させた粒子等を用いることもできる。

次に、積層型圧電体素子１の製造方法について、図４〜図６を用いて説明する。
本例の積層型圧電体素子１の製造するに当たって、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、導電性接着剤４０を塗布する接着剤塗布工程と、導電性接着剤４０を加熱して硬化させることにより導電性接着剤層４を形成する硬化工程とを行う。
また、導電性接着剤４０としては、上述したベース樹脂４１と、ベース樹脂４１中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子４２とを含有してなるものを用いる。
そして、上記硬化工程後において、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙４９を形成した状態を得る。
以下、これを詳説する。

まず、上記積層体形成工程として、圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）粉末を準備し、８５０℃で仮焼した。次に、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した。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した。その後、上記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、粘度調整をした。

そして、図４に示すごとく、ドクターブレード法によって上記スラリーをキャリアフィルム５上に塗布し、厚さ約１００μｍのグリーンシート１１０を成形した。なお、上記スラリーからグリーンシート１１０を成形する方法として、押出成形法やその他の種々の方法を用いることもできる。

次に、図４に示すごとく、３種類のシート片１３、１４、１５を作製するため、グリーンシート１１０の打ち抜き部分である樽形状の打ち抜き層１１１上に、種々の材料を印刷した。本例では、後述する打ち抜き積層装置により、効率よく打ち抜きながら積層できるように、同図に示すごとく、積層するシート片の順に、つまり、シート片１３、１４、１３、１５の組み合わせを１単位として、これを繰り返して印刷を施した。

まず、シート片１３には、同図に示すごとく、打ち抜き層１１１上の外周部の全周に渡って、焼成により消失し、スリット層１２を形成する消失材料１２０をスクリーン印刷した。そして、消失材料１２０を印刷した外周部との印刷高さとを略一致させ、積層する際の接着効果を高めるために、打ち抜き層１１１上の内周部には、上記スラリーよりなる接着層１１３をスクリーン印刷した。

次に、シート片１４には、同図に示すごとく、打ち抜き層１１１上の内周部と直線状の側面１０８がなす外周部とに、焼成により内部電極層２１、２２を形成する電極材料２００をスクリーン印刷した。そして、電極材料２００を印刷しなかった部分には、印刷した部分との印刷高さを略一致させるために、上記スラリーよりなるスペーサ層１１２をスクリーン印刷した。さらに、その上全体に、上記スラリーよりなる接着層１１３をスクリーン印刷した。
次に、シート片１５には、同図に示すごとく、打ち抜き層１１１上の内周部と直線状の側面１０９がなす外周部とに電極材料２００をスクリーン印刷した。そして、シート片１４と同様に、スペーサ層１１２、接着層１１３をそれぞれスクリーン印刷した。

なお、本例では、消失材料１２０として、熱変形が少なく、スリット層１２の形状精度を高く維持し得るカーボン粒子を用いた。これ以外にも、樹脂粒子、穀物粒子等を用いることができる。
また、電極材料２００として、Ａｇ／Ｐｄ合金ペーストを用いた。

次に、上述の印刷を施した打ち抜き層１１１の打ち抜きと積層とを同時進行できるように構成した打ち抜き積層装置を用いて、打ち抜きと積層とを並行して実施した。
まず、キャリアフィルム５とグリーンシート１１０とを一体の状態で上記打ち抜き積層装置にセットした。そして、積層するシート片の順に印刷を施した打ち抜き層１１１を打ち抜きながら、図５に示すごとく、シート片１３、１４、１３、１５の組み合わせを１単位として、これを繰り返し積層して、積層体１００を作製した。また、作製した積層体１００の積層方向の上下端には、打ち抜き層１１１のみをダミー層として配置した。

次に、積層体１００にその積層方向から約５００ｇ／ｃｍ²の荷重を加えた状態で１時間以上保持した。そして、積層体１００の側面上に、焼成により金属層３１、３２を形成するＡｇ／Ｐｄ合金ペーストを塗布し、１０５０℃で焼成した。これにより、図６（ａ）に示すごとく、側面１０１、１０２にそれぞれ金属層３１、３２を設けたセラミック積層体１０を得た。
また、セラミック積層体１０には、消失材料１２０が焼成により消失し、隣り合う内部電極層２１、２２の積層方向の中間部にスリット層１２が設けられ、セラミック積層体１０の外周部全周に渡ってスリット状の間隙が形成された。

次に、上記接着剤塗布工程として、図６（ｂ）に示すごとく、セラミック積層体１０の側面１０１、１０２に設けた金属層３１、３２上に、導電性接着剤４０をスクリーン印刷により塗布した。
次に、上記硬化工程として、図６（ｃ）に示すごとく、導電性接着剤４０上に取り出し電極３３を配置し、１５０℃で３０分間加熱して硬化させた。そして、導電性接着剤層４を形成し、取り出し電極３３を接合した。
最後に、セラミック積層体１０の側面全周を、モールド材３４により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の作用効果について説明する。
本例の積層型圧電体素子１は、上記のごとく、圧電材料からなる圧電層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の側面において同極の内部電極層２１、２２の導通を図るよう配設された導電性接着剤層４を有する。
また、導電性接着剤層４は、ベース樹脂４１と、ベース樹脂４１中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子４２とを含有している。
そして、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙４９を形成した状態にある。

導電性接着剤層４は、ベース樹脂４１とベース樹脂４１中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子４２とを含有してなる導電性接着剤４０を加熱して硬化させることにより形成される。また、本例では、マイクロ粒子４２として、加熱によって収縮する粒子である穀物粉を用いた。
そのため、硬化工程前の導電性接着剤４０では、図２（ａ）に示すごとく、マイクロ粒子４２がベース樹脂４１中に間隙を形成することなく分散された状態であるが、硬化工程後の導電性接着剤層４では、図２（ｂ）に示すごとく、マイクロ粒子４２は加熱によって収縮しており、ベース樹脂４１との間に間隙４９を形成した状態にある。

これにより、積層型圧電体素子１に配設された導電性接着剤層４は、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１との間の間隙４９によって弾力性が向上し、容易に弾性変形することができる。そのため、圧電層１１の変位によって生じる応力を充分に緩和し、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。
このように、本例によれば、優れた信頼性・耐久性を有し、初期の性能を長期間の使用に渡って維持することができる積層型圧電体素子１を得ることができる。

また、本例では、マイクロ粒子４２として穀物粉を用いた。穀物粉は、含まれる水分量によって加熱時の収縮の度合いが変化するため、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１との間の間隙４９の大きさを調整することができる。これにより、導電性接着剤層４の弾力性を制御することができる。

また、セラミック積層体１０は、隣り合う内部電極層２１、２２の積層方向の中間部にスリット層１２を設けている。このスリット層１２により、圧電層１１の変位によって生じる応力をさらに緩和することができる。なお、スリット層１２は、１層又は複数層おきの内部電極層２１、２２の積層方向の中間部に設けることもできる。また、スリット層１２を設けない構造とすることもできる。

また、本例では、セラミック積層体１０を作製するに当たって、グリーンシート状態で積層してから一体焼成する方法を採用したが、これに代えて、圧電ユニットを焼成した後に接着剤により接着して積層体を形成する方法等の他の方法を採用することもできる。
また、セラミック積層体１０において、上記のようなスリットを有する特殊な部分電極構造を採用したが、従来よりあるスリット層のない通常の部分電極構造、あるいは従来よりある通常の全面電極構造とすることもできる。
また、セラミック積層体１０として、断面樽形状のものを採用したが、円形、四角形、六角形、八角形等の様々な断面形状を採用することができる。

（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、実施例１の積層型圧電体素子１において、導電性接着剤４０としては、マイクロ粒子４２として、少なくともその表面がベース樹脂４１と接着しない非接着表面４２９を有する粒子を含有したものを用いた例である。
本例のマイクロ粒子４２として、シリコーンを用いた。これ以外にも、テフロン（登録商標）等を用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例では、マイクロ粒子４２として、少なくともその表面がベース樹脂４１と接着しない非接着表面４２９を有する粒子を含有したものを用いた。
そのため、硬化工程後の導電性接着剤層４において、図７（ａ）に示すごとく、マイクロ粒子４２の表面がベース樹脂４１と接着しない非接着表面４２９を有するため、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１とは接着せず、両者が互いに剥離可能な状態にある。

これにより、積層型圧電体素子１の駆動時、即ち、ベース樹脂４１が伸長した際の導電性接着剤層４において、図７（ｂ）に示すごとく、マイクロ粒子４２とベース樹脂４１とが剥離し、両者の間に間隙４９が形成される。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、実施例１の積層型圧電体素子１において、導電性接着剤４０としては、マイクロ粒子４２として、粒子本体４２１とその表面に被覆され非接着表面４２９を構成する外面非接着コート層４２２とを有しているものを用いた例である。
本例のマイクロ粒子４２の粒子本体４２１として、樹脂粒子を用いた。これ以外にも、セラミック粒子、ガラス粒子等を用いることができる。
また、外面非接着コート層４２２として、シリコーンを用いた。これ以外にも、テフロン（登録商標）等を用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例では、マイクロ粒子４２として、粒子本体４２１とその表面に被覆され非接着表面４２９を構成する外面非接着コート層４２２とを有しているものを用いた。
そのため、硬化工程後の導電性接着剤層４において、図８（ａ）に示すごとく、粒子本体４２１の表面に被覆され、非接着表面４２９を構成する外面非接着コート層４２２とベース樹脂４１とは接着せず、両者が互いに剥離可能な状態にある。

これにより、積層型圧電体素子１の駆動時、即ち、ベース樹脂４１が伸長した際の導電性接着剤層４において、図８（ｂ）に示すごとく、外面非接着コート層４２２とベース樹脂４１とが剥離し、両者の間に間隙４９が形成される。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図９に示すごとく、実施例１の積層型圧電体素子１において、導電性接着剤４としては、マイクロ粒子４２として、その表面に接着することなくマイクロ粒子４２を覆う内面非接着コート層４２３を備えているものを用いた例である。
本例のマイクロ粒子４２として、シリコーンを用いた。これ以外にも、テフロン（登録商標）等を用いることができる。
また、内面非接着コート層４２３として、エポキシを用いた。これ以外にも、ポリイミド等を用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例では、マイクロ粒子４２として、その表面に接着することなくマイクロ粒子４２を覆う内面非接着コート層４２３を備えているものを用いた。
そのため、硬化工程後の導電性接着剤層４において、図９（ａ）に示すごとく、内面非接着コート層４２３はマイクロ粒子４２の表面に接着せず、ベース樹脂４１と接合されて一体化している。即ち、マイクロ粒子４２と内面非接着コート層４２３とが互いに剥離可能な状態にある。

これにより、積層型圧電体素子１の駆動時、即ち、ベース樹脂４１が伸長した際の導電性接着剤層４において、図９（ｂ）に示すごとく、マイクロ粒子４２と内面非接着コート層４２３とが剥離し、両者の間に間隙４９が形成される。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図１０に示すごとく、実施例１の積層型圧電体素子１において、導電性接着剤４０としては、マイクロ粒子４２として、粒子本体４２１とその表面に被覆され硬化工程時における加熱により蒸発する蒸発コート層４２４とを有しているものを用いた例である。
本例の粒子本体４２１として、少し炭化させた穀物粒子を用いた。これ以外にも、活性炭粒子等を用いることができる。
また、蒸発コート層４２４として、粒子表面にテレピネオールをコートしたものを用いた。これ以外にも、導電性接着剤に溶解しない油脂等を用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例では、マイクロ粒子４２として、粒子本体４２１とその表面に被覆され硬化工程時における加熱により蒸発する蒸発コート層４２４とを有しているものを用いた。
そのため、硬化工程前の導電性接着剤４０では、図１０（ａ）に示すごとく、粒子本体４２１の表面に蒸発コート層４２４が被覆されているが、硬化工程後の導電性接着剤層４では、図１０（ｂ）に示すごとく、蒸発コート層４２４は加熱によって蒸発しており、粒子本体４２１とベース樹脂４１との間に間隙４９を形成した状態にある。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例６）
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１１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、ユニット式積層型圧電体素子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（図示略）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（図示略）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。

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、初期の性能を長期間の使用に渡って維持し得ることができる優れた信頼性・耐久性を有する。そのため、インジェクタ６全体の性能、信頼性及び耐久性の向上を図ることができる。

実施例１における、積層型圧電体素子の構造を示す説明図。 実施例１における、（ａ）硬化工程前の導電性接着剤の構造を示す説明図、（ｂ）硬化工程後の導電性接着剤層の構造を示す説明図。 実施例１における、セラミック積層体の構造を示す説明図。 実施例１における、グリーンシートに印刷を施す工程を示す説明図。 実施例１における、シート片を積層する工程を示す説明図。 実施例１における、セラミック積層体に金属層、導電性接着剤層及び取り出し電極を配設する工程を示す説明図。 実施例２における、（ａ）硬化工程後の導電性接着剤層の構造を示す説明図、（ｂ）ベース樹脂伸長時の導電性接着剤層の構造を示す説明図。 実施例３における、（ａ）硬化工程後の導電性接着剤層の構造を示す説明図、（ｂ）ベース樹脂伸長時の導電性接着剤層の構造を示す説明図。 実施例４における、（ａ）硬化工程後の導電性接着剤層の構造を示す説明図、（ｂ）ベース樹脂伸長時の導電性接着剤層の構造を示す説明図。 実施例５における、（ａ）硬化工程前の導電性接着剤の構造を示す説明図、（ｂ）硬化工程後の導電性接着剤層の構造を示す説明図。 実施例６における、インジェクタの構造を示す説明図。

符号の説明

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）
４ 導電性接着剤層
４０ 導電性接着剤
４１ ベース樹脂
４２ マイクロ粒子
４２１ 粒子本体
４２２ 外面非接着コート層
４２３ 内面非接着コート層
４２４ 蒸発コート層
４２９ 非接着表面
４９ 間隙
６ インジェクタ

Claims (30)

1. 圧電材料から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おいて同極の上記内部電極層の導通を図るよう配設された導電性接着剤層を有する積層型圧電体素子において、
   上記導電性接着剤層は、ベース樹脂と、該ベース樹脂中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子とを含有しており、
   該マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態にあることを特徴とする積層型圧電体素子。
2. 請求項１において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部は、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態にあることを特徴とする積層型圧電体素子。
3. 請求項１又は２において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部は、両者の間が剥離可能な状態にあることを特徴とする積層型圧電体素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記マイクロ粒子は、その平均粒径が２〜３０μｍであることを特徴とする積層型圧電体素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記マイクロ粒子は、穀物粉であることを特徴とする積層型圧電体素子。
6. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記マイクロ粒子は、少なくともその表面が上記ベース樹脂と接着しない非接着表面となっていることを特徴とする積層型圧電体素子。
7. 請求項６において、上記マイクロ粒子は、粒子本体とその表面に被覆され上記非接着表面を構成する外面非接着コート層とを有していることを特徴とする積層型圧電体素子。
8. 請求項７において、上記粒子本体は、弾性体であることを特徴とする積層型圧電体素子。
9. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記マイクロ粒子は、その表面に接着することなく該マイクロ粒子を覆う内面非接着コート層を備えており、該内面非接着コート層が上記ベース樹脂と接合されて一体化していることを特徴とする積層型圧電体素子。
10. 請求項９において、上記マイクロ粒子は、弾性体であることを特徴とする積層型圧電体素子。
11. 請求項１〜１０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。
12. 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おいて同極の上記内部電極層の導通を図るよう配設された導電性接着剤層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上記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、導電性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
    上記導電性接着剤を加熱して硬化させることにより上記導電性接着剤層を形成する硬化工程とを有してなり、
    上記導電性接着剤としては、ベース樹脂と、該ベース樹脂中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子とを含有してなるものを用い、上記硬化工程後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態を得ることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
13. 請求項１２において、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、上記硬化工程時における加熱によって収縮する粒子を含有したものを用い、上記硬化工程後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態を得ることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
14. 請求項１２において、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、少なくともその表面が上記ベース樹脂と接着しない非接着表面を有する粒子を含有したものを用い、上記硬化工程後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者が互いに剥離可能な状態を得ることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
15. 請求項１４において、上記マイクロ粒子として、粒子本体とその表面に被覆され上記非接着表面を構成する外面非接着コート層とを有しているものを用いることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
16. 請求項１５において、上記粒子本体として、弾性体を用いることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
17. 請求項１２において、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、その表面に接着することなく該マイクロ粒子を覆う内面非接着コート層を備えているものを用い、上記硬化工程を施すことにより、上記内面非接着コート層を上記ベース樹脂に接合させて一体化し、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者が互いに剥離可能な状態を得ることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
18. 請求項１７において、上記マイクロ粒子として、弾性体を用いることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
19. 請求項１２において、上記導電性接着剤としては、上記マイクロ粒子として、粒子本体とその表面に被覆され上記硬化工程時における加熱によって蒸発する蒸発コート層とを有しているものを用い、上記硬化工程を施すことにより、上記蒸発コート層を蒸発させ、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態を得ることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
20. 請求項１９において、上記粒子本体として、弾性体を用いることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
21. ベース樹脂と、該ベース樹脂中に分散してなる導電性フィラー及びマイクロ粒子とを含有してなり、
    上記ベース樹脂が硬化した後において、上記マイクロ粒子と上記ベース樹脂との境界部に、両者の間の少なくとも一部に間隙を形成した状態、あるいは上記ベース樹脂が伸長した際に両者の間に間隙を形成可能な状態を実現可能に構成されていることを特徴とする導電性接着剤。
22. 請求項２１において、上記マイクロ粒子は、その平均粒径が２〜３０μｍであることを特徴とする導電性接着剤。
23. 請求項２１又は２２において、上記マイクロ粒子は、穀物粉であることを特徴とする導電性接着剤。
24. 請求項２１又は２２において、上記マイクロ粒子は、少なくともその表面が上記ベース樹脂と接着しない非接着表面となっていることを特徴とする導電性接着剤。
25. 請求項２４において、上記マイクロ粒子は、粒子本体とその表面に被覆され上記非接着表面を構成する外面非接着コート層とを有していることを特徴とする導電性接着剤。
26. 請求項２５において、上記粒子本体は、弾性体であることを特徴とする導電性接着剤。
27. 請求項２１又は２２において、上記マイクロ粒子は、その表面に接着することなく該マイクロ粒子を覆う内面非接着コート層を備えており、該内面非接着コート層が上記ベース樹脂と接合されて一体化していることを特徴とする導電性接着剤。
28. 請求項２７において、上記マイクロ粒子は、弾性体であることを特徴とする導電性接着剤。
29. 請求項２１又は２２において、上記マイクロ粒子は、粒子本体とその表面に被覆され加熱によって蒸発する蒸発コート層とを有していることを特徴とする導電性接着剤。
30. 請求項２９において、上記粒子本体は、弾性体であることを特徴とする導電性接着剤。

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