JP4352670B2 - 積層型圧電体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，積層方向に印加電圧に応じて伸張する積層型圧電体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
積層型圧電体素子は，印加電圧に応じて伸張する圧電層と該圧電層に印加電圧を供給する内部電極層とを交互に積層した駆動層と，該駆動層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる。
近年，積層型圧電体素子を自動車エンジン等の燃料噴射用インジェクタの駆動源に採用することが考えられている。インジェクタに用いる場合，積層型圧電体素子に対し，圧電層への印加電圧が低くとも大きな変位が得られるような高性能が要求される。
この要求に対応するため，従来は薄い圧電層を５００枚程度積層して圧電体素子を構成していた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−６１５５１号公報
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，圧電層と内部電極層とは交互に積層されるため，圧電層の積層枚数が増えると共に内部電極層の積層枚数も増える。
そして，圧電層からみれば異なる材料からなる内部電極層は異物である。
従って，焼成時の収縮率の違いや圧電体素子の駆動時の膨張差から，積層型圧電体素子にひびや割れなどが生じるおそれがあり，この点から鑑みて，内部電極層の数を減らすことは生産効率や歩留まり率の向上，積層型圧電体素子の耐久性の向上につながり，重要である。
【０００５】
更に，内部電極層に含まれる電極材料はＡｇ，Ｐｄであり，コストが高い材料である。そのため，圧電層を厚めに構成し，積層枚数を減らすことで，内部電極層の数を減らしてコスト削減を行うことが考えられている。
【０００６】
しかし，圧電層用グリーンシートはドクターブレード法によって作製するが，この方法で作製可能なグリーンシートの厚みは１２０μｍ程度が限界である。
これ以上厚いグリーンシートを作製するにはバインダーの量をふやす必要があり，バインダー量が増えるとシートの上下面が平面的にならず，良質のグリーンシート作製が困難である。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，比較的厚みある圧電層を多数積層して構成した積層型圧電体素子を効率よくかつ歩留まり率を高く製造可能な積層型圧電体素子の製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
第１の発明は，印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した駆動層と，該駆動層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる積層型圧電体素子を製造するに当たり，
圧電材料を含む一次未焼シートと，圧電材料を含む接着層とを交互に積層して，その後の焼成により圧電層となる未焼ブロックとなし，
上記未焼ブロックと，圧電材料とは異なる電極材料を含んでその後の焼成により上記内部電極層となる未焼電極層とを交互に積層して未焼積層体となし，
次いで上記未焼積層体を焼成して駆動層となし，該駆動層の側面に一対の側面電極を設け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１）。
【０００９】
第２の発明は，印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した駆動層と，
該駆動層よりも内部電極層間の積層方向距離が大きく，かつ印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した緩和層と，
上記印加電圧供給時に伸張しないダミー層とを備え，
上記駆動層の積層方向両端面に上記緩和層を介して上記ダミー層をそれぞれ積層し，
上記駆動層及び上記緩和層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる積層型圧電体素子を製造するに当たり，
圧電材料を含む一次未焼シートと，圧電材料を含む接着層とを交互に積層して，その後の焼成により圧電層となる未焼ブロックとなし，
上記一次未焼シートと上記接着層とを交互に積層して，その後の焼成により緩和層となる未焼緩和ブロックとなし，
また上記未焼ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｎ，未焼緩和ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｍとすると，両者の間にｎ＜ｍなる関係が成立し，
上記未焼ブロックと，圧電材料とは異なる電極材料を含んでその後の焼成により上記内部電極層となる未焼電極層とを交互に積層して未焼駆動層となし，
上記未焼緩和ブロックと上記未焼電極層とを交互に積層して未焼緩和層となし，
上記未焼駆動層の積層方向両端面に上記未焼緩和層を介してダミー層用の未焼ダミー層を積層して未焼積層体となし，
次いで上記未焼積層体を焼成して一体化した駆動層，緩和層及びダミー層を得て，上記駆動層及び上記緩和層の側面に一対の側面電極を設け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７）。
【００１０】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
第１及び第２の発明にかかる製造方法では，焼成して圧電層となる未焼ブロックを複数の一次未焼シートを積層して製造する。
そのため，一次未焼シートの厚みは，ドクターブレード法で良質なグリーンシートを製造可能な程度の薄さとすることができる。薄くて良質な一次未焼シートを積層して未焼ブロックを作製することができるため，焼成密度のばらつきが少なく，内部に焼成によるストレスの発生が少ない，優れた性能を備え，かつ厚みを有する圧電層を持った積層型圧電体を容易に得ることができる。
【００１１】
圧電層を厚くすることで，圧電層にとって収縮率などの物性の異なる内部電極層を減らすことができ，従って，焼成時の収縮率の違いや積層型圧電体素子の駆動時の膨張差から生じるひびや割れを防止することができる。よって，生産効率や歩留まり率の向上，積層型圧電体素子の耐久性の向上を図ることができる。
また，内部電極層の量が減少するため，その分電極材料を減らしてコスト安とすることができる。
【００１２】
また，第１の発明では，一次未焼シートを接着層を用いて接着積層する。そのため，一次未焼シート間の接合状態が良好となり，デラミネーション（層間剥離）等が生じ難くなる。
【００１３】
また，第２の発明では，上記未焼ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｎ，未焼緩和ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｍとすると，両者の間にｎ＜ｍなる関係が成立する。
これにより，電圧印加時に伸張しないダミー層と充分に伸張する圧電層との間に，圧電層よりは伸張量が少なく，動かないダミー層との間の応力緩和を図ることができ，積層型圧電体素子に生じるひびや割れ，デラミネーションを防止して，耐久性に優れた素子を得ることができる。
【００１４】
以上，第１及び第２の発明によれば，比較的厚みある圧電層を多数積層して構成した積層型圧電体素子を効率よくかつ歩留まり率を高く製造可能な積層型圧電体素子の製造方法を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１及び第２の発明において，圧電材料を含む一次未焼シートはドクターブレード法により作製することができる。また，接着層は一次未焼シートに対し接着層用の材料からなるペースト等を印刷して設けることができる。
また，最終的に圧電層は一次未焼シートと接着層とからなるため，上記接着層も圧電材料を含有することが好ましい。
【００１６】
また，一次未焼シートを積層型圧電体素子１個分の大きさとして，１つずつ積層型圧電体素子を作製するよりは，より効率高い生産のために，例えば長尺グリーンシートを利用して一次未焼シートを多個取りとして，積層型圧電体素子を生産することが好ましい。
【００１７】
後述する図７等や実施例１に示すごとく，長尺グリーンシートに接着層や内部電極層となる未焼電極層を設けた後，積層型圧電体素子１個分の大きさのシート片に打抜き，これと同時に他のシート片に積層接着を行う。この操作を繰り返すことで，効率よく未焼積層体を得ることができる。
【００１８】
上記第１及び第２の発明において，一次未焼シートの厚みは６０〜１００μｍとすることが好ましい。
これにより，良質なグリーンシートを積層して未焼ブロックを作成することができる。６０μｍ未満である場合は，未焼積層体が接着層に含まれる溶剤などにより軟化するおそれがあり，１００μｍより厚い場合は，グリーンシートの粒子密度のバラツキが増えて，積層型圧電体素子の焼成時にマイクロクラックが発生するおそれがある。
【００１９】
また，第１，第２の発明において上記側面電極は内部電極層を一層おきに電気的に導通するよう駆動層の側面に設ける。
すなわち，圧電層の積層方向の両面にそれぞれ正負の電荷を印加するため，圧電層の一方の面と接する内部電極層と他方の面に接する内部電極層とがそれぞれ別の側面電極に電気的に導通する（図１参照）。そして側面電極はリード線などによって電源に接続される。
【００２０】
また，第１及び第２の発明により作製した上記積層型圧電体素子は，内部電極層を圧電層の積層方向と直交する面と同じ大きさに構成する全面電極構成と，内部電極層が圧電層の積層方向と直交する面を部分的に覆う部分電極構成とがある（図２，３参照）。
【００２１】
また，上記接着層は，上記一次未焼シートと略同一成分であることが好ましい（請求項２）。これにより焼成時の収縮率の違いや積層型圧電体素子の作動時の材料が異なることから生じる各部の膨張の差から，ひびや割れ，デラミネーションが発生することを防止できる。
【００２２】
また，上記接着層は，厚みが５〜１７μｍであることが好ましい（請求項３）。接着層形成にスクリーン印刷を利用する場合は良好なスクリーン印刷ができると共に，一次未焼シートの積層接着を容易とすることができる。
５μｍ未満である場合は，接着層中の液体成分が一次未焼シートに浸透して，接着層が乾燥して接着性を失いやすく，接着作業が困難となるおそれがある。１７μｍより厚い場合は，印刷が難しくなるおそれがある。また，一次未焼シートに対して接着層の比率が高くなり，接着層の中の溶剤が一次未焼シート内に侵透し，未焼ブロックを軟化させ変形させるおそれがある。
【００２３】
また，上記未焼ブロックの積層方向高さは１００〜２５０μｍであることが好ましい（請求項４）。
これにより，圧電層の厚さを厚くすることができ，内部電極層の数を減らすことができる。１００μｍ未満である場合は，内部電極層の数を減らすことが難しく，材料コストが高くなるおそれがある。２５０μｍより大である場合は，積層型圧電体素子の駆動電圧が高くなり，駆動回路のコストが高くなるおそれがある。
【００２４】
圧電材料としては圧電効果を有する材料のいずれについても本発明に使用することができるが，特にジルコン酸チタン酸鉛を含有する材料を用いることが好ましい（請求項５）。その他，チタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと表記）に他の元素を添加した材料，チタン酸バリウム，その他圧電効果を持つセラミック類を使用することができる。
また，上記未焼電極層に使用する電極材料としては，導電性貴金属のＰｄやＡｇを用いることができる。
【００２５】
また，１つの未焼ブロックを構成する各一次未焼シートはすべて略同一の厚みであることが好ましい（請求項６）。
これにより同一のグリーンシートで１つの未焼ブロックを製造することができ，このことから工程を単純化し製造コストを下げることができる。また，未焼ブロックと共に未焼積層体の粒径分布が均一になることから，良好な積層型圧電体素子を得ることができる。
【００２６】
また，第２の発明において，上記緩和層は複数層構成を備え，より駆動層側に存在する緩和層における一次未焼シートの積層枚数が少ないことが好ましい（請求項８）。
複数層構成とは，後述する図１１に示す緩和層が第１緩和層と第２緩和層とからなるような，多層構成の緩和層を指している。
このような多層構成とすることで，段階的に駆動ストレスを緩やかに緩和することができ，駆動層を保護することができる。
【００２７】
また，複数の緩和層の中で駆動層と隣接する緩和層における一次未焼シートの積層枚数が最も少なく，駆動層から遠くなるにつれて一次未焼シートの積層枚数が多くなる。
例えば，第１，第２，第３の緩和層を備え，第１の緩和層が駆動層側に位置し，第２の緩和層は第１の緩和層と隣接し，第３の緩和層が第２の緩和層と隣接する場合は，第１の緩和層を構成する一次未焼シートの枚数が最も少なく，第２の緩和層の一次未焼シートの数が第１の緩和層に続き，第３の緩和層を構成する一次未焼シートの数が最も多くなる。４層以上の緩和層の場合も同様である。
これにより，駆動ストレスを緩やかに段階的に緩和することができ，駆動層を保護することができる。
【００２８】
【実施例】
以下に，図面を用いて本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本発明にかかる積層型圧電体素子の製造方法について説明する。
図１に示すごとく，本例において製造する積層型圧電体素子１は，印加電圧に応じて伸張する圧電層１３と印加電圧供給用の内部電極層１１，１２とを交互に積層した駆動層１０を有する。また，上記駆動層１０よりも内部電極層１１，１２間の積層方向距離が大きく，かつ印加電圧に応じて伸張する圧電層１３と印加電圧供給用の内部電極層１１，１２とを交互に積層した緩和層１４を有する。また，上記印加電圧供給時に伸張しないダミー層１５を有する。
【００２９】
上記駆動層１０の積層方向両端面１００（下方の端面は記載を略した）に上記緩和層１４を介して上記ダミー層１５を積層し，また上記駆動層１０及び上記緩和層１４の側面１０１，１０２に露出した上記内部電極層１１，１２の端面１１０，１２０とそれぞれ電気的に導通する一対の側面電極１９を有する
【００３０】
上記積層型圧電体素子１を製造するには，図２〜図５に示すごとく，圧電材料を含む一次未焼シート２３１を積層して圧電層用の未焼ブロック２３５，２３６を，上記一次未焼シート２３１を積層して緩和層用の未焼緩和ブロック２４５，２４６を作製する。
ここに未焼ブロック２３５，２３６における一次未焼シート２３１の積層枚数をｎ，未焼緩和ブロックにおける一次未焼シート２３１の積層枚数をｍとすると，両者の間にｎ＜ｍなる関係が成立する。
なお，図２，図３に示すごとく，本例のｎは２，ｍは３とした。
【００３１】
次いで，図５に示すごとく，上記未焼ブロック２３５，２３６と電極材料を含む未焼電極層２１，２２とを交互に積層して未焼駆動層２０となす。上記未焼緩和ブロック２４５，２４６と電極材料を含む未焼電極層２１，２２とを交互に積層して未焼緩和層となす。
【００３２】
上記未焼駆動層２０の積層方向両端面に上記未焼緩和層２４を介してダミー層用の未焼ダミー層２５５，２５６を積層して未焼積層体２となす。
次いで，上記未焼積層体２を焼成して一体化した駆動層１０，緩和層１４及びダミー層１５を得た。上記駆動層１０及び上記緩和層１４の側面に一対の側面電極１９を設けて，積層型圧電体素子１とした。
【００３３】
以下，詳細に説明する。
図１に示すごとく，本例の積層型圧電体素子１は，圧電層１３と内部電極層１１，１２とが交互に積層された駆動層１０の積層方向の端面１００に積層した緩和層１４と，該緩和層１４の端面１４０に積層したダミー層１５と，該ダミー層１５の端面１５０に積層した保護層１６とよりなる。
上記駆動層１０，緩和層１４の側面１０１には内部電極層１１の端面１１０が露出し，側面１０２には内部電極層１２の端面１２０が露出する。
【００３４】
上記緩和層１４は上記駆動層１０と同様に内部電極層１１，１２を有するが，各内部電極層１１，１２の積層方向距離ｘが，駆動層１０の積層方向距離ｙよりも長い。
また，上記ダミー層１５は，緩和層１４との境目に内部電極層１２を備えるが，保護層１６との境目には内部電極層がない。従って，上記ダミー層１５は後述する側面電極１９からの電圧印加の際に伸張しない。また，保護層１６は絶縁セラミックよりなる。
積層型圧電体素子１の駆動時，積層型圧電体素子の積層方向の端面には強い応力が加わる。従って，この部分は充分な強度が必要である。本例にかかる積層型圧電体素子１はダミー層１５の端面１５０に上述した強い応力加わるため，この部分に保護層１６を設けた。
なお，保護層１６はセラミックや硬い金属で構成することができる。
【００３５】
上記駆動層１０，緩和層１４の側面１０１，１０２に露出した内部電極層１１，１２の端面１１０，１２０はそれぞれ側面電極１９によって電気的に導通される。内部電極層１１の端面１１０は側面１０１のみに露出し，内部電極層１２の端面１２０は側面１０２のみに露出するため，それぞれの側面１０１，１０２に側面電極を設けることで，内部電極層１１と内部電極層１２とにそれぞれ正と負の電圧印加ができる。
【００３６】
側面電極１９の端部には導電性ペースト１９１でリード線１９２が接合される。このリード線１９２を通じて内部電極層１１及び１２に電圧を印加，圧電層１３を伸張して積層型圧電体１を駆動する。
また，電圧印加の際に，緩和層１４も共に伸張するが，内部電極層１１，１２間の距離が駆動層１０よりも長いため，伸張の量はより少ない。
なお，図１は積層型圧電体素子の上側のみを記載し，下側は上側と同様の構成であるため省略した。
【００３７】
上記積層型圧電体素子１の製造方法について説明する。
まず，未焼積層体２について説明する。
図５に示すごとく，本例の未焼積層体２は，未焼ブロック２３５，２３６を積層した未焼駆動層２０と，未焼緩和ブロック２４５，２４６よりなる未焼緩和層，そして未焼ダミー層２５５，２５６よりなる。
【００３８】
また，未焼駆動層２０，未焼緩和層，未焼ダミー層２５５，２５６は１枚の長尺シートから採取した一次未焼シート２３１を積層接着して作製する。
すなわち，後述するごとく長尺シートの所定の場所に接着層や未焼電極層を形成し，長尺シートを打抜いて切片Ａ（一次未焼シート２３１＋接着層２３２），切片Ｂ（一次未焼シート２３１＋未焼電極層２１，２２＋接着層２３２）を得ると同時に，既に打抜かれた他の切片Ａや切片Ｂに積層接着を行うことで作製する。
【００３９】
図２（ａ），（ｂ）に示すごとく，上記未焼ブロック２３５，２３６は切片Ａに切片Ｂを積層した構成を備える。また，未焼ブロック２３５は，図面左方が電極非形成部となるように未焼電極層２１を備え，未焼ブロック２３６は，図面右方が電極非形成部となるように未焼電極層２２を備えている。
また，図３（ａ），（ｂ）に示すごとく，未焼緩和ブロック２４５，２４６は，切片Ａに切片Ａを積層，さらに切片Ｂを積層した構成である。また，未焼ブロック２３５，２３６と同様の構成であるが，一次未焼シート２３１の積層枚数が３枚である。
また，図４（ａ），（ｂ）に示すごとく，未焼ダミー層２５５は切片Ａに切片Ｂを積層した構成で，未焼ダミー層２５６は切片Ａを二つ重ねた構成である。
【００４０】
また，本例において，一次未焼シート２３１の厚みは１００μｍで，接着層２３２の厚みは１１μｍである。未焼電極層２１，２２の厚みは６μｍである。
また，未焼駆動層２０は合計で５０個の未焼ブロック２３５，２３６を交互に積層構成してなる。よって，未焼駆動層２０に含まれる一次未焼シート２３１は１００枚となる。
【００４１】
次に，上記未焼積層体２の製作方法について説明する。
ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）よりなる平均粒径０．５μｍの圧電材料１０００ｇ準備する。これにＰＶＢ（ポリビニルブチラール）よりなるバインダー４０ｇと適量の溶剤を添加してスラリーを得る。上記スラリーをドクターブレード法で成形して，厚さ１００μｍの長尺シートを得る。
この長尺シートの幅は一次未焼シートが数枚採取できる程度の長さ，長尺方向の長さは本例の未焼成形体を数個〜数十個分作製するに必要な一次未焼シートが採取できる程度の長さとする。
【００４２】
また，図８に示すごとく，長尺シート２９の所定の箇所に接着層３１を設ける。この部分は後述する打抜きによって破線において切断され切片Ａとなり，未焼ブロック２３５，２３６，未焼緩和ブロック２４５，２４６，未焼ダミー部２５５，２５６の一部となる。
また，図９に示すごとく，長尺シート３０の所定の箇所に内部電極層用の未焼電極層３２及び未焼電極層３２を覆う接着層３１を設ける。この部分は後述する打抜きによって破線で切断され切片Ｂとなり，未焼ブロック２３５，２３６，未焼緩和ブロック２４５，２４６，未焼ダミー部２５５，２５６の一部となる。
【００４３】
ここに接着層用のスラリーは，ＰＺＴ（長尺シートで用いたものと同じ材料）よりなる平均粒径０．５μｍのセラミック材料を１００ｇ準備し，これにＰＶＢよりなるバインダーを１２ｇ添加してスラリーを作製した。このスラリーを前述したスクリーン印刷や射出によって長尺シートに印刷し，接着層とした。
【００４４】
また，上記未焼電極層は，ＰｄとＡｇとよりなる平均粒径０．５μｍの電極材料を１０００ｇ準備し，これにＰＶＢよりなるバインダーを４０ｇと適量の溶剤を添加してスラリーとし，該スラリーを長尺シートに対しスクリーン印刷し，未焼電極層を得た。
またスクリーン印刷の代わりにスラリーを噴出可能としたジェットノズルを用いて上記スラリーを長尺シートに射出して，所定の形状の印刷部を形成することもできる。
【００４５】
切片Ａ，切片Ｂの打抜きと積層接着は図６，図７に示すように，打抜積層接着装置５を用いて行った。
打抜積層接着装置５は，長尺シート３０の打抜きを行うパンチ５１と，該パンチ５１により打抜かれた切片Ａ，Ｂを積層接着すると共に積層途中の未焼積層体２を支持するホルダ５４とよりなり，長尺シート３０の下側に配置する下型５２，上側に配置するダイ型５３とを備える。
【００４６】
パンチ５１は長尺シート３０の幅方向より採取可能な複数の切片Ａ，Ｂを同時に打抜くため，支承部（図示略）により長尺シート３０の幅方向に連結した複数のパンチ部を備える。
また，ホルダ５４も支承部（図示略）によって連結した複数のホルダ部を備える。そして，各ホルダ部は，図７に示すごとく，未焼積層体２を支持する凹状部５４０と該凹状部５４０に連通する空気穴５４１を備える。
そして，ポンプ（図示略）がホルダ部の空気穴５４１を通じて凹状部５４０の内部を吸引して，未焼積層体２をホルダ部に固定する。
【００４７】
また，未焼積層体２と端面と凹状部５４０との間には未焼積層体２をホルダ部から容易に取り外すことができるようにダミーシートを設ける。
未焼積層体２の上方向の端面は図２に示すごとく接着層よりなり，ダミーシートがないと，ホルダ部に未焼積層体２が強く接着してしまい，ホルダ部からはずれなくなるおそれがある。
【００４８】
上記下型５２はパンチ５１の先端が通過するガイド穴５２０を備える。また，上記ダイ型５３もガイド穴５３０を備える。長尺シート３０は上記下型５２とダイ型５３との間にはさまれた状態で，パンチ５１により切片Ａ，Ｂが打ち抜かれる。
【００４９】
上記装置５を用いた打抜積層接着を説明する。
長尺シート３０を送りローラー４１，４３によって駆動される搬送ベルト４０に載せて装置５に向けて送出する。このとき送りローラー４１の位置で長尺シート３０から搬送ベルト４０から分離する。分離された搬送ベルト４０は巻取ローラー４２によって巻き取られる。
【００５０】
搬送ベルト４０と分離した長尺シート３０を打抜積層装置５の下型５２とダイ型５３との間に導入する。
そして，凹状部５４０内をポンプ（図示略）で吸引しつつダミーシートをセットする。ダミーシートの装着はコレット方式で行うこともできる。吸着させるにしろコレット方式にしろ，いずれの方式も量産時に適する。
そして，パンチ５１を下から上へと駆動して，長尺シート３０における未焼圧電層２５６にかかる切片Ａを打抜く。
【００５１】
打抜かれた切片Ａはガイド穴５２０を通過して，凹状部５４０に予めセットしたダミーシートに対し圧接され，ここに固定する。以降は切片Ａや切片Ｂを図５で示した未焼積層体２が得られるような順序で打抜，積層接着した。
なお，この積層接着の際の圧力はおよそ０．０２〜０．１ＭＰａとした。
打抜きを終えて残った長尺シート３０の残骸は，巻取機４４によって回収した。
【００５２】
上記未焼積層体２は凹状部５４０を吸引するポンプを停止した後，取り外す。未焼積層体２を外した後は一端長尺シート３０の送出を停止して，凹状部５４０に別のダミーシートをセットする。再度長尺シート３０を送出し，次の未焼積層体２を連続的に製造する。
【００５３】
これにより得た未焼積層体２にバインダー除去用の加熱を行った（脱脂工程）。続いて温度１０００℃で２時間保持して焼成した。ダミーシートは焼成時に焼失する素材よりなるため残らない。そして，焼成を終えた後，側面電極１９，リード部１９２等を取り付けて，本例にかかる積層型圧電体素子１を得た。
【００５４】
このようにして作製した積層型圧電体素子１について，デラミネーションやクラックの有無を連続駆動の加速度試験で確認したところ，発生していないことが確認された。
【００５５】
本例の作用効果について説明する。
本例は，焼成して圧電層１３となる未焼ブロック２３５，２３６を複数の一次未焼シート２３１を積層して製造する。
そのため，一次未焼シート２３１の厚みは，ドクターブレード法で良質なグリーンシートを製造可能な程度の薄さとすることができる。薄くて良質な一次未焼シート２３１を積層して未焼ブロック２３５，２３６を作製することができるため，粒子密度のばらつきの少ない積層型圧電体素子を得ることができる。
よって，焼成クラックが生じ難く，優れた性能を備え，かつ厚みを有する圧電層１３を持った積層型圧電体１を容易に得ることができる。
【００５６】
圧電層１３を厚くすることで，圧電層１３にとって収縮率などの物性の異なる内部電極層１１，１２を減らすことができ，従って，焼成時の収縮率の違いや積層型圧電体素子１の駆動時の膨張差から生じるひびや割れを防止することができる。よって，生産効率や歩留まり率の向上，積層型圧電体素子１の耐久性の向上を図ることができる。
また，内部電極層１１，１２の量が減少するため，その分電極材料を減らしてコスト安とすることができる。
また，一次未焼シート２３１を接着層２３２を用いて接着積層する。そのため，一次未焼シート２３１間の接合状態が良好となり，デラミネーション（層間剥離）等が生じ難くなる。
【００５７】
また，上記未焼ブロック２３５，２３６における一次未焼シート２３１の積層枚数より，未焼緩和ブロック２４５，２４６における一次未焼シート２３１の積層枚数が多い。よって，電圧印加時に伸張しないダミー層１５と充分に伸張する圧電層１３との間に，圧電層１３よりは伸張量が少なく，動かないダミー層１５との間の応力緩和を図ることができ，積層型圧電体素子１に生じるひびや割れ，デラミネーションを防止して，耐久性に優れた素子を得ることができる。
【００５８】
以上，本例によれば，比較的厚みある圧電層を多数積層して構成した積層型圧電体素子を効率よくかつ歩留まり率を高く製造可能な積層型圧電体素子の製造方法を提供することができる。
【００５９】
なお，本例は長尺シート３０を下から上へと打ち抜いたが，上から下へ打ち抜いて，積層接着を行って未焼積層体２を作製することもできる。この場合も，下から上へと打抜く場合と同様の作用効果が得られると共に，デラミネーションやクラックが発生しない積層型圧電体素子を得た。
また，図１０に示すごとく，装置５を鉛直方向と直行する方向に設置して，図面左から右へとパンチ５１を動かして，打抜き，積層接着を行うことができる。この方法では，工程の実現が容易で作業性に優れ，ゴミの付着排斥も容易である。
【００６０】
（実施例２）
本例は，図１１，図１２に示すごとく，緩和層が２層構成の積層型圧電体素子１について説明する。
図１１に示すごとく，本例の積層型圧電体素子１は，駆動層１０の両端に緩和層１６を介してダミー層１５を積層した構成である。ここに緩和層１６は駆動層１０側の第１緩和層１６１，ダミー層側１５の第２緩和層１６２と二層構成である。
【００６１】
そして，図１２に示すごとく，上記積層型圧電体素子１を作製する未焼積層体２は，一次未焼シート２３１，１枚よりなる未焼ダミー層２５９，一次未焼シート２３１を４枚積層した第２未焼緩和層２６２，一次未焼シート２３１を３枚積層した第１未焼緩和層２６１を備える。また，未焼駆動層２０は，実施例１と同様に，一次未焼シート２３１を２枚積層して作製した未焼ブロック２６３，５５個よりなる。ただし，本例にかかる未焼積層体２において，一次未焼シート２３１間は接着層にて接着される。
その他詳細は実施例１と同様の構成を有する。
【００６２】
本例にかかる積層型圧電体素子１は緩和層が２層構成であり，駆動層と隣接する第１緩和層を構成する一次未焼シートよりも，第２緩和層を構成する一次未焼シートの枚数のほうが多い。
これにより，段階的に駆動ストレスを緩やかに緩和することができ，駆動層を保護することができる。その他は，実施例１と同様の作用効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，積層型圧電体素子の要部説明図。
【図２】実施例１における，未焼ブロックの説明図。
【図３】実施例１における，未焼緩和ブロックの説明図。
【図４】実施例１における，未焼ダミー層の説明図。
【図５】実施例１における，未焼積層体の説明図。
【図６】実施例１における，長尺シートと打抜積層接着装置との位置関係を示す説明図。
【図７】実施例１における，打抜積層接着装置の構成を示す説明図。
【図８】実施例１における，長尺シートにおける切片Ａの説明図。
【図９】実施例１における，長尺シートにおける切片Ｂの説明図。
【図１０】実施例１における，長尺シートと打抜積層接着装置との位置関係を示す説明図。
【図１１】実施例２における，積層型圧電体素子の全体説明図。
【図１２】実施例２における，未焼積層体の説明図。
【符号の説明】
１．．．積層型圧電体素子，
１０１，１０２．．．側面，
１０．．．駆動層，
１１，１２．．．内部電極層，
１１０，１２０．．．端面，
１３．．．圧電層，
１４．．．緩和層，
１５．．．ダミー層，
１９．．．側面電極，
２．．．未焼積層体，
２０．．．未焼駆動部，
２２．．．未焼電極層，
２３１．．．未焼一次シート，
２３２．．．接着層，
２３５，２３６．．．未焼ブロック，
２４５，２４６．．．未焼緩和ブロック，
【技術分野】
本発明は，積層方向に印加電圧に応じて伸張する積層型圧電体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
積層型圧電体素子は，印加電圧に応じて伸張する圧電層と該圧電層に印加電圧を供給する内部電極層とを交互に積層した駆動層と，該駆動層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる。
近年，積層型圧電体素子を自動車エンジン等の燃料噴射用インジェクタの駆動源に採用することが考えられている。インジェクタに用いる場合，積層型圧電体素子に対し，圧電層への印加電圧が低くとも大きな変位が得られるような高性能が要求される。
この要求に対応するため，従来は薄い圧電層を５００枚程度積層して圧電体素子を構成していた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−６１５５１号公報
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，圧電層と内部電極層とは交互に積層されるため，圧電層の積層枚数が増えると共に内部電極層の積層枚数も増える。
そして，圧電層からみれば異なる材料からなる内部電極層は異物である。
従って，焼成時の収縮率の違いや圧電体素子の駆動時の膨張差から，積層型圧電体素子にひびや割れなどが生じるおそれがあり，この点から鑑みて，内部電極層の数を減らすことは生産効率や歩留まり率の向上，積層型圧電体素子の耐久性の向上につながり，重要である。
【０００５】
更に，内部電極層に含まれる電極材料はＡｇ，Ｐｄであり，コストが高い材料である。そのため，圧電層を厚めに構成し，積層枚数を減らすことで，内部電極層の数を減らしてコスト削減を行うことが考えられている。
【０００６】
しかし，圧電層用グリーンシートはドクターブレード法によって作製するが，この方法で作製可能なグリーンシートの厚みは１２０μｍ程度が限界である。
これ以上厚いグリーンシートを作製するにはバインダーの量をふやす必要があり，バインダー量が増えるとシートの上下面が平面的にならず，良質のグリーンシート作製が困難である。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，比較的厚みある圧電層を多数積層して構成した積層型圧電体素子を効率よくかつ歩留まり率を高く製造可能な積層型圧電体素子の製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
第１の発明は，印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した駆動層と，該駆動層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる積層型圧電体素子を製造するに当たり，
圧電材料を含む一次未焼シートと，圧電材料を含む接着層とを交互に積層して，その後の焼成により圧電層となる未焼ブロックとなし，
上記未焼ブロックと，圧電材料とは異なる電極材料を含んでその後の焼成により上記内部電極層となる未焼電極層とを交互に積層して未焼積層体となし，
次いで上記未焼積層体を焼成して駆動層となし，該駆動層の側面に一対の側面電極を設け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１）。
【０００９】
第２の発明は，印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した駆動層と，
該駆動層よりも内部電極層間の積層方向距離が大きく，かつ印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した緩和層と，
上記印加電圧供給時に伸張しないダミー層とを備え，
上記駆動層の積層方向両端面に上記緩和層を介して上記ダミー層をそれぞれ積層し，
上記駆動層及び上記緩和層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる積層型圧電体素子を製造するに当たり，
圧電材料を含む一次未焼シートと，圧電材料を含む接着層とを交互に積層して，その後の焼成により圧電層となる未焼ブロックとなし，
上記一次未焼シートと上記接着層とを交互に積層して，その後の焼成により緩和層となる未焼緩和ブロックとなし，
また上記未焼ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｎ，未焼緩和ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｍとすると，両者の間にｎ＜ｍなる関係が成立し，
上記未焼ブロックと，圧電材料とは異なる電極材料を含んでその後の焼成により上記内部電極層となる未焼電極層とを交互に積層して未焼駆動層となし，
上記未焼緩和ブロックと上記未焼電極層とを交互に積層して未焼緩和層となし，
上記未焼駆動層の積層方向両端面に上記未焼緩和層を介してダミー層用の未焼ダミー層を積層して未焼積層体となし，
次いで上記未焼積層体を焼成して一体化した駆動層，緩和層及びダミー層を得て，上記駆動層及び上記緩和層の側面に一対の側面電極を設け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７）。
【００１０】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
第１及び第２の発明にかかる製造方法では，焼成して圧電層となる未焼ブロックを複数の一次未焼シートを積層して製造する。
そのため，一次未焼シートの厚みは，ドクターブレード法で良質なグリーンシートを製造可能な程度の薄さとすることができる。薄くて良質な一次未焼シートを積層して未焼ブロックを作製することができるため，焼成密度のばらつきが少なく，内部に焼成によるストレスの発生が少ない，優れた性能を備え，かつ厚みを有する圧電層を持った積層型圧電体を容易に得ることができる。
【００１１】
圧電層を厚くすることで，圧電層にとって収縮率などの物性の異なる内部電極層を減らすことができ，従って，焼成時の収縮率の違いや積層型圧電体素子の駆動時の膨張差から生じるひびや割れを防止することができる。よって，生産効率や歩留まり率の向上，積層型圧電体素子の耐久性の向上を図ることができる。
また，内部電極層の量が減少するため，その分電極材料を減らしてコスト安とすることができる。
【００１２】
また，第１の発明では，一次未焼シートを接着層を用いて接着積層する。そのため，一次未焼シート間の接合状態が良好となり，デラミネーション（層間剥離）等が生じ難くなる。
【００１３】
また，第２の発明では，上記未焼ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｎ，未焼緩和ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｍとすると，両者の間にｎ＜ｍなる関係が成立する。
これにより，電圧印加時に伸張しないダミー層と充分に伸張する圧電層との間に，圧電層よりは伸張量が少なく，動かないダミー層との間の応力緩和を図ることができ，積層型圧電体素子に生じるひびや割れ，デラミネーションを防止して，耐久性に優れた素子を得ることができる。
【００１４】
以上，第１及び第２の発明によれば，比較的厚みある圧電層を多数積層して構成した積層型圧電体素子を効率よくかつ歩留まり率を高く製造可能な積層型圧電体素子の製造方法を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１及び第２の発明において，圧電材料を含む一次未焼シートはドクターブレード法により作製することができる。また，接着層は一次未焼シートに対し接着層用の材料からなるペースト等を印刷して設けることができる。
また，最終的に圧電層は一次未焼シートと接着層とからなるため，上記接着層も圧電材料を含有することが好ましい。
【００１６】
また，一次未焼シートを積層型圧電体素子１個分の大きさとして，１つずつ積層型圧電体素子を作製するよりは，より効率高い生産のために，例えば長尺グリーンシートを利用して一次未焼シートを多個取りとして，積層型圧電体素子を生産することが好ましい。
【００１７】
後述する図７等や実施例１に示すごとく，長尺グリーンシートに接着層や内部電極層となる未焼電極層を設けた後，積層型圧電体素子１個分の大きさのシート片に打抜き，これと同時に他のシート片に積層接着を行う。この操作を繰り返すことで，効率よく未焼積層体を得ることができる。
【００１８】
上記第１及び第２の発明において，一次未焼シートの厚みは６０〜１００μｍとすることが好ましい。
これにより，良質なグリーンシートを積層して未焼ブロックを作成することができる。６０μｍ未満である場合は，未焼積層体が接着層に含まれる溶剤などにより軟化するおそれがあり，１００μｍより厚い場合は，グリーンシートの粒子密度のバラツキが増えて，積層型圧電体素子の焼成時にマイクロクラックが発生するおそれがある。
【００１９】
また，第１，第２の発明において上記側面電極は内部電極層を一層おきに電気的に導通するよう駆動層の側面に設ける。
すなわち，圧電層の積層方向の両面にそれぞれ正負の電荷を印加するため，圧電層の一方の面と接する内部電極層と他方の面に接する内部電極層とがそれぞれ別の側面電極に電気的に導通する（図１参照）。そして側面電極はリード線などによって電源に接続される。
【００２０】
また，第１及び第２の発明により作製した上記積層型圧電体素子は，内部電極層を圧電層の積層方向と直交する面と同じ大きさに構成する全面電極構成と，内部電極層が圧電層の積層方向と直交する面を部分的に覆う部分電極構成とがある（図２，３参照）。
【００２１】
また，上記接着層は，上記一次未焼シートと略同一成分であることが好ましい（請求項２）。これにより焼成時の収縮率の違いや積層型圧電体素子の作動時の材料が異なることから生じる各部の膨張の差から，ひびや割れ，デラミネーションが発生することを防止できる。
【００２２】
また，上記接着層は，厚みが５〜１７μｍであることが好ましい（請求項３）。接着層形成にスクリーン印刷を利用する場合は良好なスクリーン印刷ができると共に，一次未焼シートの積層接着を容易とすることができる。
５μｍ未満である場合は，接着層中の液体成分が一次未焼シートに浸透して，接着層が乾燥して接着性を失いやすく，接着作業が困難となるおそれがある。１７μｍより厚い場合は，印刷が難しくなるおそれがある。また，一次未焼シートに対して接着層の比率が高くなり，接着層の中の溶剤が一次未焼シート内に侵透し，未焼ブロックを軟化させ変形させるおそれがある。
【００２３】
また，上記未焼ブロックの積層方向高さは１００〜２５０μｍであることが好ましい（請求項４）。
これにより，圧電層の厚さを厚くすることができ，内部電極層の数を減らすことができる。１００μｍ未満である場合は，内部電極層の数を減らすことが難しく，材料コストが高くなるおそれがある。２５０μｍより大である場合は，積層型圧電体素子の駆動電圧が高くなり，駆動回路のコストが高くなるおそれがある。
【００２４】
圧電材料としては圧電効果を有する材料のいずれについても本発明に使用することができるが，特にジルコン酸チタン酸鉛を含有する材料を用いることが好ましい（請求項５）。その他，チタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと表記）に他の元素を添加した材料，チタン酸バリウム，その他圧電効果を持つセラミック類を使用することができる。
また，上記未焼電極層に使用する電極材料としては，導電性貴金属のＰｄやＡｇを用いることができる。
【００２５】
また，１つの未焼ブロックを構成する各一次未焼シートはすべて略同一の厚みであることが好ましい（請求項６）。
これにより同一のグリーンシートで１つの未焼ブロックを製造することができ，このことから工程を単純化し製造コストを下げることができる。また，未焼ブロックと共に未焼積層体の粒径分布が均一になることから，良好な積層型圧電体素子を得ることができる。
【００２６】
また，第２の発明において，上記緩和層は複数層構成を備え，より駆動層側に存在する緩和層における一次未焼シートの積層枚数が少ないことが好ましい（請求項８）。
複数層構成とは，後述する図１１に示す緩和層が第１緩和層と第２緩和層とからなるような，多層構成の緩和層を指している。
このような多層構成とすることで，段階的に駆動ストレスを緩やかに緩和することができ，駆動層を保護することができる。
【００２７】
また，複数の緩和層の中で駆動層と隣接する緩和層における一次未焼シートの積層枚数が最も少なく，駆動層から遠くなるにつれて一次未焼シートの積層枚数が多くなる。
例えば，第１，第２，第３の緩和層を備え，第１の緩和層が駆動層側に位置し，第２の緩和層は第１の緩和層と隣接し，第３の緩和層が第２の緩和層と隣接する場合は，第１の緩和層を構成する一次未焼シートの枚数が最も少なく，第２の緩和層の一次未焼シートの数が第１の緩和層に続き，第３の緩和層を構成する一次未焼シートの数が最も多くなる。４層以上の緩和層の場合も同様である。
これにより，駆動ストレスを緩やかに段階的に緩和することができ，駆動層を保護することができる。
【００２８】
【実施例】
以下に，図面を用いて本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本発明にかかる積層型圧電体素子の製造方法について説明する。
図１に示すごとく，本例において製造する積層型圧電体素子１は，印加電圧に応じて伸張する圧電層１３と印加電圧供給用の内部電極層１１，１２とを交互に積層した駆動層１０を有する。また，上記駆動層１０よりも内部電極層１１，１２間の積層方向距離が大きく，かつ印加電圧に応じて伸張する圧電層１３と印加電圧供給用の内部電極層１１，１２とを交互に積層した緩和層１４を有する。また，上記印加電圧供給時に伸張しないダミー層１５を有する。
【００２９】
上記駆動層１０の積層方向両端面１００（下方の端面は記載を略した）に上記緩和層１４を介して上記ダミー層１５を積層し，また上記駆動層１０及び上記緩和層１４の側面１０１，１０２に露出した上記内部電極層１１，１２の端面１１０，１２０とそれぞれ電気的に導通する一対の側面電極１９を有する
【００３０】
上記積層型圧電体素子１を製造するには，図２〜図５に示すごとく，圧電材料を含む一次未焼シート２３１を積層して圧電層用の未焼ブロック２３５，２３６を，上記一次未焼シート２３１を積層して緩和層用の未焼緩和ブロック２４５，２４６を作製する。
ここに未焼ブロック２３５，２３６における一次未焼シート２３１の積層枚数をｎ，未焼緩和ブロックにおける一次未焼シート２３１の積層枚数をｍとすると，両者の間にｎ＜ｍなる関係が成立する。
なお，図２，図３に示すごとく，本例のｎは２，ｍは３とした。
【００３１】
次いで，図５に示すごとく，上記未焼ブロック２３５，２３６と電極材料を含む未焼電極層２１，２２とを交互に積層して未焼駆動層２０となす。上記未焼緩和ブロック２４５，２４６と電極材料を含む未焼電極層２１，２２とを交互に積層して未焼緩和層となす。
【００３２】
上記未焼駆動層２０の積層方向両端面に上記未焼緩和層２４を介してダミー層用の未焼ダミー層２５５，２５６を積層して未焼積層体２となす。
次いで，上記未焼積層体２を焼成して一体化した駆動層１０，緩和層１４及びダミー層１５を得た。上記駆動層１０及び上記緩和層１４の側面に一対の側面電極１９を設けて，積層型圧電体素子１とした。
【００３３】
以下，詳細に説明する。
図１に示すごとく，本例の積層型圧電体素子１は，圧電層１３と内部電極層１１，１２とが交互に積層された駆動層１０の積層方向の端面１００に積層した緩和層１４と，該緩和層１４の端面１４０に積層したダミー層１５と，該ダミー層１５の端面１５０に積層した保護層１６とよりなる。
上記駆動層１０，緩和層１４の側面１０１には内部電極層１１の端面１１０が露出し，側面１０２には内部電極層１２の端面１２０が露出する。
【００３４】
上記緩和層１４は上記駆動層１０と同様に内部電極層１１，１２を有するが，各内部電極層１１，１２の積層方向距離ｘが，駆動層１０の積層方向距離ｙよりも長い。
また，上記ダミー層１５は，緩和層１４との境目に内部電極層１２を備えるが，保護層１６との境目には内部電極層がない。従って，上記ダミー層１５は後述する側面電極１９からの電圧印加の際に伸張しない。また，保護層１６は絶縁セラミックよりなる。
積層型圧電体素子１の駆動時，積層型圧電体素子の積層方向の端面には強い応力が加わる。従って，この部分は充分な強度が必要である。本例にかかる積層型圧電体素子１はダミー層１５の端面１５０に上述した強い応力加わるため，この部分に保護層１６を設けた。
なお，保護層１６はセラミックや硬い金属で構成することができる。
【００３５】
上記駆動層１０，緩和層１４の側面１０１，１０２に露出した内部電極層１１，１２の端面１１０，１２０はそれぞれ側面電極１９によって電気的に導通される。内部電極層１１の端面１１０は側面１０１のみに露出し，内部電極層１２の端面１２０は側面１０２のみに露出するため，それぞれの側面１０１，１０２に側面電極を設けることで，内部電極層１１と内部電極層１２とにそれぞれ正と負の電圧印加ができる。
【００３６】
側面電極１９の端部には導電性ペースト１９１でリード線１９２が接合される。このリード線１９２を通じて内部電極層１１及び１２に電圧を印加，圧電層１３を伸張して積層型圧電体１を駆動する。
また，電圧印加の際に，緩和層１４も共に伸張するが，内部電極層１１，１２間の距離が駆動層１０よりも長いため，伸張の量はより少ない。
なお，図１は積層型圧電体素子の上側のみを記載し，下側は上側と同様の構成であるため省略した。
【００３７】
上記積層型圧電体素子１の製造方法について説明する。
まず，未焼積層体２について説明する。
図５に示すごとく，本例の未焼積層体２は，未焼ブロック２３５，２３６を積層した未焼駆動層２０と，未焼緩和ブロック２４５，２４６よりなる未焼緩和層，そして未焼ダミー層２５５，２５６よりなる。
【００３８】
また，未焼駆動層２０，未焼緩和層，未焼ダミー層２５５，２５６は１枚の長尺シートから採取した一次未焼シート２３１を積層接着して作製する。
すなわち，後述するごとく長尺シートの所定の場所に接着層や未焼電極層を形成し，長尺シートを打抜いて切片Ａ（一次未焼シート２３１＋接着層２３２），切片Ｂ（一次未焼シート２３１＋未焼電極層２１，２２＋接着層２３２）を得ると同時に，既に打抜かれた他の切片Ａや切片Ｂに積層接着を行うことで作製する。
【００３９】
図２（ａ），（ｂ）に示すごとく，上記未焼ブロック２３５，２３６は切片Ａに切片Ｂを積層した構成を備える。また，未焼ブロック２３５は，図面左方が電極非形成部となるように未焼電極層２１を備え，未焼ブロック２３６は，図面右方が電極非形成部となるように未焼電極層２２を備えている。
また，図３（ａ），（ｂ）に示すごとく，未焼緩和ブロック２４５，２４６は，切片Ａに切片Ａを積層，さらに切片Ｂを積層した構成である。また，未焼ブロック２３５，２３６と同様の構成であるが，一次未焼シート２３１の積層枚数が３枚である。
また，図４（ａ），（ｂ）に示すごとく，未焼ダミー層２５５は切片Ａに切片Ｂを積層した構成で，未焼ダミー層２５６は切片Ａを二つ重ねた構成である。
【００４０】
また，本例において，一次未焼シート２３１の厚みは１００μｍで，接着層２３２の厚みは１１μｍである。未焼電極層２１，２２の厚みは６μｍである。
また，未焼駆動層２０は合計で５０個の未焼ブロック２３５，２３６を交互に積層構成してなる。よって，未焼駆動層２０に含まれる一次未焼シート２３１は１００枚となる。
【００４１】
次に，上記未焼積層体２の製作方法について説明する。
ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）よりなる平均粒径０．５μｍの圧電材料１０００ｇ準備する。これにＰＶＢ（ポリビニルブチラール）よりなるバインダー４０ｇと適量の溶剤を添加してスラリーを得る。上記スラリーをドクターブレード法で成形して，厚さ１００μｍの長尺シートを得る。
この長尺シートの幅は一次未焼シートが数枚採取できる程度の長さ，長尺方向の長さは本例の未焼成形体を数個〜数十個分作製するに必要な一次未焼シートが採取できる程度の長さとする。
【００４２】
また，図８に示すごとく，長尺シート２９の所定の箇所に接着層３１を設ける。この部分は後述する打抜きによって破線において切断され切片Ａとなり，未焼ブロック２３５，２３６，未焼緩和ブロック２４５，２４６，未焼ダミー部２５５，２５６の一部となる。
また，図９に示すごとく，長尺シート３０の所定の箇所に内部電極層用の未焼電極層３２及び未焼電極層３２を覆う接着層３１を設ける。この部分は後述する打抜きによって破線で切断され切片Ｂとなり，未焼ブロック２３５，２３６，未焼緩和ブロック２４５，２４６，未焼ダミー部２５５，２５６の一部となる。
【００４３】
ここに接着層用のスラリーは，ＰＺＴ（長尺シートで用いたものと同じ材料）よりなる平均粒径０．５μｍのセラミック材料を１００ｇ準備し，これにＰＶＢよりなるバインダーを１２ｇ添加してスラリーを作製した。このスラリーを前述したスクリーン印刷や射出によって長尺シートに印刷し，接着層とした。
【００４４】
また，上記未焼電極層は，ＰｄとＡｇとよりなる平均粒径０．５μｍの電極材料を１０００ｇ準備し，これにＰＶＢよりなるバインダーを４０ｇと適量の溶剤を添加してスラリーとし，該スラリーを長尺シートに対しスクリーン印刷し，未焼電極層を得た。
またスクリーン印刷の代わりにスラリーを噴出可能としたジェットノズルを用いて上記スラリーを長尺シートに射出して，所定の形状の印刷部を形成することもできる。
【００４５】
切片Ａ，切片Ｂの打抜きと積層接着は図６，図７に示すように，打抜積層接着装置５を用いて行った。
打抜積層接着装置５は，長尺シート３０の打抜きを行うパンチ５１と，該パンチ５１により打抜かれた切片Ａ，Ｂを積層接着すると共に積層途中の未焼積層体２を支持するホルダ５４とよりなり，長尺シート３０の下側に配置する下型５２，上側に配置するダイ型５３とを備える。
【００４６】
パンチ５１は長尺シート３０の幅方向より採取可能な複数の切片Ａ，Ｂを同時に打抜くため，支承部（図示略）により長尺シート３０の幅方向に連結した複数のパンチ部を備える。
また，ホルダ５４も支承部（図示略）によって連結した複数のホルダ部を備える。そして，各ホルダ部は，図７に示すごとく，未焼積層体２を支持する凹状部５４０と該凹状部５４０に連通する空気穴５４１を備える。
そして，ポンプ（図示略）がホルダ部の空気穴５４１を通じて凹状部５４０の内部を吸引して，未焼積層体２をホルダ部に固定する。
【００４７】
また，未焼積層体２と端面と凹状部５４０との間には未焼積層体２をホルダ部から容易に取り外すことができるようにダミーシートを設ける。
未焼積層体２の上方向の端面は図２に示すごとく接着層よりなり，ダミーシートがないと，ホルダ部に未焼積層体２が強く接着してしまい，ホルダ部からはずれなくなるおそれがある。
【００４８】
上記下型５２はパンチ５１の先端が通過するガイド穴５２０を備える。また，上記ダイ型５３もガイド穴５３０を備える。長尺シート３０は上記下型５２とダイ型５３との間にはさまれた状態で，パンチ５１により切片Ａ，Ｂが打ち抜かれる。
【００４９】
上記装置５を用いた打抜積層接着を説明する。
長尺シート３０を送りローラー４１，４３によって駆動される搬送ベルト４０に載せて装置５に向けて送出する。このとき送りローラー４１の位置で長尺シート３０から搬送ベルト４０から分離する。分離された搬送ベルト４０は巻取ローラー４２によって巻き取られる。
【００５０】
搬送ベルト４０と分離した長尺シート３０を打抜積層装置５の下型５２とダイ型５３との間に導入する。
そして，凹状部５４０内をポンプ（図示略）で吸引しつつダミーシートをセットする。ダミーシートの装着はコレット方式で行うこともできる。吸着させるにしろコレット方式にしろ，いずれの方式も量産時に適する。
そして，パンチ５１を下から上へと駆動して，長尺シート３０における未焼圧電層２５６にかかる切片Ａを打抜く。
【００５１】
打抜かれた切片Ａはガイド穴５２０を通過して，凹状部５４０に予めセットしたダミーシートに対し圧接され，ここに固定する。以降は切片Ａや切片Ｂを図５で示した未焼積層体２が得られるような順序で打抜，積層接着した。
なお，この積層接着の際の圧力はおよそ０．０２〜０．１ＭＰａとした。
打抜きを終えて残った長尺シート３０の残骸は，巻取機４４によって回収した。
【００５２】
上記未焼積層体２は凹状部５４０を吸引するポンプを停止した後，取り外す。未焼積層体２を外した後は一端長尺シート３０の送出を停止して，凹状部５４０に別のダミーシートをセットする。再度長尺シート３０を送出し，次の未焼積層体２を連続的に製造する。
【００５３】
これにより得た未焼積層体２にバインダー除去用の加熱を行った（脱脂工程）。続いて温度１０００℃で２時間保持して焼成した。ダミーシートは焼成時に焼失する素材よりなるため残らない。そして，焼成を終えた後，側面電極１９，リード部１９２等を取り付けて，本例にかかる積層型圧電体素子１を得た。
【００５４】
このようにして作製した積層型圧電体素子１について，デラミネーションやクラックの有無を連続駆動の加速度試験で確認したところ，発生していないことが確認された。
【００５５】
本例の作用効果について説明する。
本例は，焼成して圧電層１３となる未焼ブロック２３５，２３６を複数の一次未焼シート２３１を積層して製造する。
そのため，一次未焼シート２３１の厚みは，ドクターブレード法で良質なグリーンシートを製造可能な程度の薄さとすることができる。薄くて良質な一次未焼シート２３１を積層して未焼ブロック２３５，２３６を作製することができるため，粒子密度のばらつきの少ない積層型圧電体素子を得ることができる。
よって，焼成クラックが生じ難く，優れた性能を備え，かつ厚みを有する圧電層１３を持った積層型圧電体１を容易に得ることができる。
【００５６】
圧電層１３を厚くすることで，圧電層１３にとって収縮率などの物性の異なる内部電極層１１，１２を減らすことができ，従って，焼成時の収縮率の違いや積層型圧電体素子１の駆動時の膨張差から生じるひびや割れを防止することができる。よって，生産効率や歩留まり率の向上，積層型圧電体素子１の耐久性の向上を図ることができる。
また，内部電極層１１，１２の量が減少するため，その分電極材料を減らしてコスト安とすることができる。
また，一次未焼シート２３１を接着層２３２を用いて接着積層する。そのため，一次未焼シート２３１間の接合状態が良好となり，デラミネーション（層間剥離）等が生じ難くなる。
【００５７】
また，上記未焼ブロック２３５，２３６における一次未焼シート２３１の積層枚数より，未焼緩和ブロック２４５，２４６における一次未焼シート２３１の積層枚数が多い。よって，電圧印加時に伸張しないダミー層１５と充分に伸張する圧電層１３との間に，圧電層１３よりは伸張量が少なく，動かないダミー層１５との間の応力緩和を図ることができ，積層型圧電体素子１に生じるひびや割れ，デラミネーションを防止して，耐久性に優れた素子を得ることができる。
【００５８】
以上，本例によれば，比較的厚みある圧電層を多数積層して構成した積層型圧電体素子を効率よくかつ歩留まり率を高く製造可能な積層型圧電体素子の製造方法を提供することができる。
【００５９】
なお，本例は長尺シート３０を下から上へと打ち抜いたが，上から下へ打ち抜いて，積層接着を行って未焼積層体２を作製することもできる。この場合も，下から上へと打抜く場合と同様の作用効果が得られると共に，デラミネーションやクラックが発生しない積層型圧電体素子を得た。
また，図１０に示すごとく，装置５を鉛直方向と直行する方向に設置して，図面左から右へとパンチ５１を動かして，打抜き，積層接着を行うことができる。この方法では，工程の実現が容易で作業性に優れ，ゴミの付着排斥も容易である。
【００６０】
（実施例２）
本例は，図１１，図１２に示すごとく，緩和層が２層構成の積層型圧電体素子１について説明する。
図１１に示すごとく，本例の積層型圧電体素子１は，駆動層１０の両端に緩和層１６を介してダミー層１５を積層した構成である。ここに緩和層１６は駆動層１０側の第１緩和層１６１，ダミー層側１５の第２緩和層１６２と二層構成である。
【００６１】
そして，図１２に示すごとく，上記積層型圧電体素子１を作製する未焼積層体２は，一次未焼シート２３１，１枚よりなる未焼ダミー層２５９，一次未焼シート２３１を４枚積層した第２未焼緩和層２６２，一次未焼シート２３１を３枚積層した第１未焼緩和層２６１を備える。また，未焼駆動層２０は，実施例１と同様に，一次未焼シート２３１を２枚積層して作製した未焼ブロック２６３，５５個よりなる。ただし，本例にかかる未焼積層体２において，一次未焼シート２３１間は接着層にて接着される。
その他詳細は実施例１と同様の構成を有する。
【００６２】
本例にかかる積層型圧電体素子１は緩和層が２層構成であり，駆動層と隣接する第１緩和層を構成する一次未焼シートよりも，第２緩和層を構成する一次未焼シートの枚数のほうが多い。
これにより，段階的に駆動ストレスを緩やかに緩和することができ，駆動層を保護することができる。その他は，実施例１と同様の作用効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，積層型圧電体素子の要部説明図。
【図２】実施例１における，未焼ブロックの説明図。
【図３】実施例１における，未焼緩和ブロックの説明図。
【図４】実施例１における，未焼ダミー層の説明図。
【図５】実施例１における，未焼積層体の説明図。
【図６】実施例１における，長尺シートと打抜積層接着装置との位置関係を示す説明図。
【図７】実施例１における，打抜積層接着装置の構成を示す説明図。
【図８】実施例１における，長尺シートにおける切片Ａの説明図。
【図９】実施例１における，長尺シートにおける切片Ｂの説明図。
【図１０】実施例１における，長尺シートと打抜積層接着装置との位置関係を示す説明図。
【図１１】実施例２における，積層型圧電体素子の全体説明図。
【図１２】実施例２における，未焼積層体の説明図。
【符号の説明】
１．．．積層型圧電体素子，
１０１，１０２．．．側面，
１０．．．駆動層，
１１，１２．．．内部電極層，
１１０，１２０．．．端面，
１３．．．圧電層，
１４．．．緩和層，
１５．．．ダミー層，
１９．．．側面電極，
２．．．未焼積層体，
２０．．．未焼駆動部，
２２．．．未焼電極層，
２３１．．．未焼一次シート，
２３２．．．接着層，
２３５，２３６．．．未焼ブロック，
２４５，２４６．．．未焼緩和ブロック，
Claims (8)
- 印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した駆動層と，該駆動層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる積層型圧電体素子を製造するに当たり，
圧電材料を含む一次未焼シートと，圧電材料を含む接着層とを交互に積層して，その後の焼成により圧電層となる未焼ブロックとなし，
上記未焼ブロックと，圧電材料とは異なる電極材料を含んでその後の焼成により上記内部電極層となる未焼電極層とを交互に積層して未焼積層体となし，
次いで上記未焼積層体を焼成して駆動層となし，該駆動層の側面に一対の側面電極を設け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１において，上記接着層は，上記一次未焼シートと略同一成分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１または２において，上記接着層は，厚みが５〜１７μｍ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１〜３のいずれか１項において，上記未焼ブロックの積層方向高さは１００〜２５０μｍ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１〜４のいずれか１項において，上記圧電材料はジルコン酸チタン酸鉛を含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１〜５のいずれか１項において，１つの未焼ブロックを構成する各一次未焼シートはすべて略同一の厚みであることを特徴とする積層型圧電体素子の製造方法。
- 印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した駆動層と，
該駆動層よりも内部電極層間の積層方向距離が大きく，かつ印加電圧に応じて伸張する圧電層と印加電圧供給用の内部電極層とを交互に積層した緩和層と，
上記印加電圧供給時に伸張しないダミー層とを備え，
上記駆動層の積層方向両端面に上記緩和層を介して上記ダミー層をそれぞれ積層し，
上記駆動層及び上記緩和層の側面に露出した上記内部電極層の端面と一層おきに電気的に導通する一対の側面電極とよりなる積層型圧電体素子を製造するに当たり，
圧電材料を含む一次未焼シートと，圧電材料を含む接着層とを交互に積層して，その後の焼成により圧電層となる未焼ブロックとなし，
上記一次未焼シートと上記接着層とを交互に積層して，その後の焼成により緩和層となる未焼緩和ブロックとなし，
また上記未焼ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｎ，未焼緩和ブロックにおける一次未焼シートの積層枚数をｍとすると，両者の間にｎ＜ｍなる関係が成立し，
上記未焼ブロックと，圧電材料とは異なる電極材料を含んでその後の焼成により上記内部電極層となる未焼電極層とを交互に積層して未焼駆動層となし，
上記未焼緩和ブロックと上記未焼電極層とを交互に積層して未焼緩和層となし，
上記未焼駆動層の積層方向両端面に上記未焼緩和層を介してダミー層用の未焼ダミー層を積層して未焼積層体となし，
次いで上記未焼積層体を焼成して一体化した駆動層，緩和層及びダミー層を得て，上記駆動層及び上記緩和層の側面に一対の側面電極を設け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７において，上記緩和層は複数層構成を備え，より駆動層側に存在する緩和層における一次未焼シートの積層枚数が少ない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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