JP4373643B2

JP4373643B2 - 積層型圧電素子及びその製法並びに噴射装置

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Publication number: JP4373643B2
Application number: JP2002123050A
Authority: JP
Inventors: 智裕川元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003318458A

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、積層型圧電素子として、圧電磁器層と内部電極層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、圧電磁器層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、圧電磁器層としては、代表的な圧電体であるＰＺＴ系圧電セラミックスが広く用いられている。同時焼成タイプの積層型圧電素子は、導電性ペーストを片面に印刷したセラミックグリーンシートを複数積層した積層体の上下端面に、セラミックグリーンシートが複数積層された成形体を、加圧、脱バインダ、焼成し、この焼結体の２側面に、内部電極層と交互に接続する外部電極を形成することにより得られる。
【０００３】
同時焼成タイプの積層型圧電素子では、衝撃により内部電極層と圧電磁器層との接合界面で破損しやすいため、耐衝撃性を改善するために、例えば特開平４−２９９５８８号公報では、内部電極層内に粒径をコントロールしたセラミック粉末を共材として含有させ、内部電極層を挟む２層の圧電磁器層をつなぐ架橋を効果的に形成することで、衝撃に対し信頼性の高い素子を得ることができると記載されている。
【０００４】
また、内部電極層としては、ＰＺＴ系圧電セラミックスの焼成温度に応じ、白金やパラジウムもしくは、銀とパラジウムの合金などが用いられているが、コスト低減の観点から、焼成温度の低温化が求められている。また、焼成温度の低温化は、圧電磁器層に含まれる鉛成分の蒸発を抑制し、変位特性の劣化を防ぐという特性面からも非常に重要である。焼成温度の低温化はグリーンシートの作製に用いるセラミック粉末の微細化などにより図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記積層型圧電アクチュエータでは、焼成温度を１１００℃以下と低温化するため、セラミックス粉末の比表面積は３〜４ｍ²／ｇ程度以上のものを用いてグリーンシートを作製する必要があった。そのため、原料のセラミック粉末の比表面積に応じ、有機バインダをセラミック粉末１００質量部に対して９質量部以上含有する必要が生じていた。この有機バインダは除去する必要があるが、このように多量の有機バインダを含有していると、脱バインダ処理時に、接合面として最も弱い電極塗布膜とグリーンシートの間からガスが大量に放出され、電極塗布膜とグリーンシートの界面が弱体化し、焼成時に電極塗布膜中の共材としてのセラミック粒子が前記電極塗布膜（内部電極層）から押し出されて、内部電極層と圧電磁器層との接合強度が低くなるという問題があった。
【０００６】
即ち、上記したように脱バインダ時に発生した大量のガスにより、電極塗布膜とグリーンシート間が弱体化しており、その後の焼成時に電極塗布膜の金属は焼結しようとするため、異物である共材としてのセラミック粉末が電極塗布膜中から電極塗布膜とグリーンシート間に押し出され、内部電極層中に一部が埋設され、圧電磁器層のセラミック粒子と接合焼結するセラミック粒子が減少し、これにより内部電極層中のセラミック粒子によるアンカー効果が小さくなり、内部電極層と圧電磁器層との接合強度が低くなり、積層型圧電アクチュエータが折損し易いという問題があった。
【０００７】
本発明は、内部電極層と圧電磁器層との接合強度を向上して、内部電極層と圧電磁器層との界面における破損を抑制できる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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電磁器層と複数の内部電極層とが交互に積層され、同時焼成された積層型圧電素子であって、前記内部電極層がセラミック粒子を含み、前記圧電磁器層と前記内部電極層との界面で破断したとき、前記内部電極層側の破断面において、前記内部電極層に一部が埋設された前記セラミック粒子が分散して存在するとともに、前記内部電極層側の破断面に露出した前記セラミック粒子の露出面積が、前記内部電極層側の破断面中２．０〜６．１％であることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、内部電極層に一部が埋設されたセラミック粒子が、内部電極層側の破断面に分散して存在しているため、このセラミック粒子が、圧電磁器層のセラミック粒子と焼結することで、強いアンカー効果を実現し、内部電極層と圧電磁器層との接合強度を向上できる。また、本発明の積層型圧電素子は、内部電極層側の破断面に露出したセラミック粒子の露出面積が、内部電極層側の破断面中２．０〜６．１％であることを特徴とする。このように、内部電極層側の破断面に露出するセラミック粒子の割合が、内部電極層側の破断面中２．０〜６．１％であるため、圧電磁器層のセラミック粒子との接合力が強化され、内部電極層と圧電磁器層との接合強度を向上できる。
【００１０】
本発明の積層型圧電素子の製法は、複数の微粒子が凝集したＰＺＴ系圧電仮焼粉末からなり比表面積が１．５〜２．５ｍ ² ／ｇのセラミック粉末と、該セラミック粉末１００質量部に対して９質量部以下の有機バインダと、有機溶剤とを含有するグリーンシート上に、金属粉末と、セラミック粉末と、有機溶剤とを含有する導電性ペーストを塗布して電極塗布膜を形成する工程と、該電極塗布膜が形成された前記グリーンシートを複数積層し加圧して積層体を形成する工程と、この積層体を脱バインダ処理し、１１００℃以下で焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１１】
このような積層型圧電素子の製法では、複数の微粒子が凝集したＰＺＴ系圧電仮焼粉末からなるセラミック粉末を用いるため、微粒子が分散したセラミック粉末（凝集していないセラミック粉末）を用いる場合よりも比表面積を１．５〜２．５ｍ ² ／ｇと低下させることができ、グリーンシート中に含有する有機バインダ量をセラミック粉末１００質量部に対して９質量部以下と減少させることができる。これにより、脱バインダ時のガス放出が少なくなり、電極塗布膜とグリーンシート間の弱体化を抑制し、これにより、電極塗布膜のセラミック粒子のグリーンシート中への押し出しが抑制され、一部が内部電極層中に埋設したセラミック粒子が多数形成され、そのセラミック粒子が圧電磁器層のセラミック粒子と接合焼結し、内部電極層と圧電磁器層の接合を強化することができる。
【００１２】
また、複数の微粒子が凝集したセラミック粉末を、圧電磁器層を形成するためのグリーンシートに用いるため、１１００℃以下の低温焼成化を達成できる。
【００１３】
特に、微粉末を仮焼し、凝集させたＰＺＴ系圧電仮焼粉末（セラミック粉末）を用い、その比表面積として１．５〜２．５ｍ²／ｇの範囲のものを用いることにより、グリーンシート中の有機バインダ量をセラミック粉末１００質量部に対して９質量部以下とすることができ、電極塗布膜とグリーンシート間の弱体化を抑制できるとともに、焼成温度も１１００℃以下とすることができる。これにより、内部電極層と圧電磁器層との接合強度を向上できるとともに、圧電磁器層に含まれる鉛成分の蒸発を抑制することができ、特性面においても変位特性の優れた積層型圧電素子を得ることができる。
【００１４】
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してなるものである。
【００１５】
このような噴射装置では、上記したように、積層型圧電素子の変位特性が優れている上に、内部電極層と圧電磁器層界面の破損が抑制されるため、優れた噴射特性と長期信頼性を向上できる。
【００１６】
【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実施形態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。
【００１７】
この図１に示すように、本発明の同時焼成型積層型圧電素子は、複数の圧電磁器層１と複数の内部電極層２とを交互に積層してなる圧電素子本体１ａの対向する２つの側面において、内部電極層２の端部に１層おきに絶縁体３を形成し、絶縁体３を形成していない内部電極層２の端部を同一の外部電極４に接続して構成されている。
【００１８】
また、圧電素子本体１ａの積層方向の両端面には、活性部の圧電磁器層１の伸縮により発生する変位を外部へ伝達するための不活性部５が配置されている。
【００１９】
内部電極層２間の沿面放電を防止し、大きな電圧を印加するために、同時焼成型積層圧電素子の外周面をシリコーンゴムなどの伸縮性をもつ絶縁物で被覆することが望ましい。
【００２０】
そして、本発明の積層型圧電素子では、圧電素子本体１ａを曲げ応力等で破損させた場合、圧電磁器層１と内部電極層２との界面で破断するが、その破断面において、図２に示すように、内部電極層２に一部が埋設されたセラミック粒子７が、内部電極層２表面に露出していることを特徴としている。セラミック粒子７は、内部電極層２の表面に分散して存在しており、内部電極層２の一部に露出している。
【００２１】
即ち、積層型圧電素子において、最も強度的に弱いところは内部電極層２と圧電体層１の界面であり、曲げ応力を印加すると破損する部分は殆どが圧電磁器層１と内部電極層２の界面であり、その破断面は、内部電極層２の面が露出したものと、圧電磁器層１の面が露出したものとに分かれる。この内部電極層２が露出した破断面を走査型電子顕微鏡の反射電子像にて観察すると、内部電極層２が露出した破断面には、図２に示したように、導電性ペーストに含有されていた共材としてのセラミック粒子の中で、内部電極層２に留まっているセラミック粒子７の存在が確認できる。尚、図２（ａ）は反射電子像写真、（ｂ）はその模式図である。
【００２２】
このセラミック粒子７は、破断前には、圧電磁器層１の破断面側のセラミック粒子と焼結結合していたものであるが、内部電極層２とのアンカー効果が大きかった為に内部電極層２の表面側に残ったものである。つまり、この内部電極層２とのアンカー効果の大きいセラミック粒子７の存在割合が多ければ多いほど圧電磁器層１と内部電極層２との接合強度は大きくなるのである。
【００２３】
このようなセラミック粒子７の露出面積は、走査型電子顕微鏡の反射電子像にて観察されたセラミック粒子７を、画像処理（商品名：ルーゼックス）にて測定することができる。尚、破断面に存在するセラミック粒子の露出面積は圧電磁器層１と内部電極層２との界面強度向上の点から、２％以上であることが望ましい。特には４％以上であることが望ましい。
【００２４】
内部電極層２表面にセラミック粒子７を露出させるには、後述するように、ＰＺＴ系圧電セラミックス粉末として、微粒子が凝集したものを用いる必要がある。内部電極層２表面に露出したセラミック粒子７の露出面積を、内部電極層２全表面中において２％以上とするには、比表面積が１．５〜２．５m²／ｇの凝集粉末をグリーンシート中のセラミック粉末として用い、有機バインダ量をセラミック粉末１００質量部に対して９質量部以下とすることにより達成できる。微粒子が凝集したセラミック粉末を作製するには、一次原料粉末の粒度分布においてＤ₉₀が１．０μｍ以下のものを仮焼する必要がある。
【００２５】
本発明の積層型圧電アクチュエータの製法について説明する。まず、グリーンシートの作製に用いる原料として、微粒子が凝集したＰＺＴ系圧電セラミック仮焼粉末を作製する。
【００２６】
このＰＺＴ系圧電セラミック仮焼粉末は、粒度分布においてＤ₉₀が１．０μｍ以下の一次原料粉末を９００℃以下の温度で仮焼し、比表面積が１．５〜２．５m²／ｇとなるよう湿式粉砕等により作製する。
【００２７】
このようにして得られた圧電セラミック仮焼粉末（セラミック粉末）を、アクリル系等の有機高分子から成るバインダと、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磁器層１となるセラミックグリーンシートを作製する。
【００２８】
有機バインダ量は、セラミック粉末１００質量部に対して９質量部以下とする。
【００２９】
ここで、ＰＺＴ系圧電セラミック仮焼粉末は、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃（以下ＰＺＴと略す）を主成分とする圧電セラミック材料であり、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。
【００３０】
次に、銀−パラジウムからなる金属粉末に、共材としてセラミック粉末、バインダ、可塑剤等を添加混合して内部電極ペーストを作製し、これを各セラミック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の厚みに印刷し、グリーンシート上に内部電極パターンを形成する。
【００３１】
次に、内部電極パターンが形成されていないセラミックグリーンシートを複数枚積層し、この後、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、さらにこの後、内部電極パターンが形成されていないセラミックグリーンシートを複数枚積層し、柱状積層体を得る。
【００３２】
この柱状積層体は、内部電極パターンの影響により、内部電極パターンが形成されていない不活性部の積層体に比較し、内部電極パターンが形成された活性部の積層体で焼成収縮率が大きくなりやすく、デラミ等の積層欠陥が発生しやすくなる。
【００３３】
この積層欠陥を回避するため、例えば、不活性部に用いるグリーンシートは、共材としてのセラミック粉末が含まれる導電性ペーストが上面に印刷されたもの、あるいは、焼結助剤としてガラス成分を含有するものを用いるなど、収縮率が大きくなるよう手段を講じたものを用いることが望ましい。
【００３４】
次に、柱状積層体を５０〜２００℃で加熱を行いながら加圧を行い、柱状積層体を一体化する。一体化された柱状積層体は所定の大きさに切断された後、３００〜８００℃で５〜４０時間、脱バインダが行われ、９００〜１１００℃で２〜５時間、本焼成が行われ、圧電素子本体１ａを得る。この圧電素子本体１ａの側面には、内部電極層２の端部が露出している。
【００３５】
その後、圧電素子本体１ａの２つの対向する側面において、内部電極層２端部を含む圧電磁器層１の端部に該２側面において互い違いになるよう１層おきに溝を形成し、該溝部に絶縁体３を埋設することで内部電極層２を互い違いに１層おきに絶縁できるようにする。
【００３６】
その後、活性部層を構成する圧電磁器層１それぞれが並列接続となるように内部電極層２と外部電極４を接続する。外部電極４は、アクチュエータが伸縮した際に、内部電極層２との接合界面において破損しにくくするために、伸び縮みしやすいものが適しており、例えば、銀、ニッケル、銅等の導電性を備えた金属や合金、或いは、熱硬化性導電体などが用いられる。
【００３７】
また、絶縁体３は、アクチュエータ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り、最終的に絶縁の機能を満足するのであれば、外部電極４の形成前後どの時点で、溝部に埋設してもよい。その後、リード線６を外部電極４に接続することにより本発明の積層型圧電アクチュエータが完成する。
【００３８】
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、積層型圧電素子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を介して内部電極層２に電圧を印加させれば、各圧電磁器層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。
【００３９】
このような積層型圧電素子の製法では、微粒子が凝集した比表面積の小さな原料粉末を用いてセラミックグリーンシートを作製することにより、有機バインダ量を減少でき、脱バインダ処理時のグリーンシートと電極塗布膜間の密着強度の弱体化を抑えることができ、これにより、圧電磁器層１が強固なアンカー効果で内部電極層２と接合し、接合強度の優れた積層型圧電素子を得ることができる。また、微粒子が凝集したセラミック粉末を用いてグリーンシートを作製することにより、焼成温度を１１００℃以下と低温化でき、これにより、焼成時の鉛成分の蒸発を低減できるため、変位特性の優れた積層型圧電素子を得ることができる。
【００４０】
図３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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【実施例】
実施例１
セラミック粉末として、ＰＺＴを主成分とし、副成分としてＹｂ、Ｗ、Ｓｒを選定したものを用い、これを湿式混合、乾燥、メッシュパスを行い、粒度分布でＤ₉₀が０．８μｍの一次原料粉末を得た。得られた一次原料粉末を８７０℃×３Ｈｒの条件で仮焼を行い、比表面積が２．１ｍ²／ｇとなるよう湿式粉砕を行った。
【００４５】
湿式粉砕により得られた原料は、走査型電子顕微鏡で観察すると、図４に示すように平均粒径が０．４μｍの微粒子が凝集したセラミック粉末となっていた。このようにして得られたセラミック粉末に、アクリル系バインダおよび溶剤、可塑剤を添加しスラリーを作製し、スリップキャスティング法により厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。ここで、有機バインダ量は、グリーンシートに乾燥クラックが発生しない最低限必要な量とし、この場合、セラミック粉末１００質量部に対して８質量部であった。
【００４６】
このようにして得られたセラミックグリーンシートの上面に、銀−パラジウム合金、有機バインダおよび、セラミックグリーンシートに用いたセラミック粉末と同組成からなる共材とてのセラミック粉末、並びに溶剤を含む内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを形成した。
【００４７】
この後、厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを１５層積層し、この上面に、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを３００層積層し、この上面に厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを１５層積層した。ただし、不活性部として用いる内部電極パターンが形成されていないセラミックグリーンシートには、焼成時の収縮率が大きくなるよう、焼結助剤として、上記セラミック粉末１００質量部に対して１質量部のＳｉ成分を添加した。
【００４８】
そして、１００℃で加熱を行いながら加圧を行い、カット、脱バインダ、焼成することにより柱状積層体を得た。ここで、脱バイ温度は４００℃、焼成温度は、積層体密度が７．８ｇ／ｃｍ³以上を満足できる温度とし、実施例１では１０５０℃とした。
【００４９】
その後、該圧電素子本体の２つの側面において、内部電極層端部を含む圧電磁器層の端部に該２側面において互い違いになるように、ダイシング装置より一層おきに溝を形成し、該溝部に絶縁体としてシリコーンゴムを充填した。この後、絶縁されていない内部電極層の他方の端面に外部電極として熱硬化性導電体を帯状に形成し、２００℃の熱処理を行った。この後、リード線を接続し、アクチュエータの外周面にディッピングにより、シリコンゴムを被覆した後、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。
【００５０】
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４３μｍ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の正弦波電圧を６０Ｈｚの周波数にて印加し５×１０⁹サイクルの駆動試験を行った。その結果、５×１０⁹サイクル後においても変位の変動は見られなかった。
【００５１】
また、圧電磁器層と内部電極層の接合界面の強度評価として、積層型圧電素子の抗折強度を評価した。評価サンプルは、駆動試験をおこなったサンプルから、ＪＩＳＲ１６０１に基づきＪＩＳ抗折試験片（幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ４０ｍｍ）を削りだし、４点曲げにて評価した。また、抗折強度を評価した積層型圧電素子の破断面において、導電性ペーストに含有されていたセラミック粒子の中で内部電極層２に留まっているセラミック粒子の存在割合を評価した。結果を表１に示した。
実施例２
仮焼温度を８５０℃とし、比表面積が２．５ｍ²／ｇとなるよう粉砕を行った原料を用い、実施例１と同様に積層型圧電素子を作製した。この時、必要なバインダー量は８．５質量部であり、積層体密度が７．８ｇ／ｃｍ³となる焼成温度である１０００℃で焼成した。得られた積層型圧電素子について、実施例１と同様に変位量、駆動テスト（耐久性）、曲げ強度、および破断面における内部電極に留まっているセラミック粒子７の露出比率を評価した。結果を表１に示した。実施例３
仮焼温度を９００℃とし、比表面積が１．５ｍ²／ｇとなるよう粉砕を行った原料を用い、実施例１と同様に積層型圧電素子を作製した。この時、必要なバインダー量は６．５質量部であり、積層体密度が７．８ｇ／ｃｍ³となる焼成温度である１１５０℃で焼成した。得られた積層型圧電素子について、実施例１と同様に変位量、駆動テスト、曲げ強度、および破断面における内部電極に留まっているセラミック粒子７の存在割合を評価した。結果を表１に示した。
実施例４
仮焼温度を８３０℃とし、比表面積が２．８ｍ²／ｇとなるよう粉砕を行った原料を用い、実施例１と同様に積層型圧電素子を作製した。この時、必要なバインダー量は９．０質量部であり、積層体密度が７．８ｇ／ｃｍ³となる焼成温度である１０００℃で焼成した。得られた積層型圧電素子について、実施例１と同様に変位量、駆動テスト、曲げ強度、および破断面における内部電極層２に留まっているセラミック粒子７の存在割合を評価した。結果を表１に示す。
比較例１
粒度分布でＤ₉₀が１．３μｍの一次原料粉末を９００℃×３Ｈｒの条件で仮焼を行い、比表面積が３．２ｍ²／ｇとなるよう湿式粉砕を行った。
【００５２】
湿式粉砕により得られた原料は、走査型電子顕微鏡で観察すると、凝集していない平均粒径が０．９μｍのセラミック粉末となっていた。このセラミック粉末を用いて、実施例１と同様に積層型圧電素子を作製した。この時、必要なバインダー量は、１０．０質量部であり、積層体密度が７．８ｇ／ｃｍ³となる焼成温度である１０００℃で焼成した。しかしながら、比較例１のサンプルでは、脱バインダ処理後にデラミネーションが発生し、焼成セット中にサンプルが分断してしまった。そのため、抗折強度等の評価は行えなかった。焼成後の試料の分断面を観察すると、内部電極全表面がセラミック粒子で覆われていた。焼成により内部電極層中の共材が分断面の内部電極層表面に押し出されたためである。結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】

【００５４】
この表１から、破断面において内部電極層２に留まっているセラミック粒子７の存在割合が大きいほど、曲げ強度が強くなっていることが分かる。特に面積比率が４％より大きい実施例１〜３では、曲げ強度が７５ＭＰａ以上を示している。また、焼成温度が１１５０℃の実施例３に対して焼成温度が１１００℃以下である実施例１、２、４は、変位量が４１μｍ以上と大きくなっていることが分かる。これは、焼成温度が低いことにより焼成時に鉛成分の蒸発が抑制され、圧電磁器の変位特性が優れたものとなっているためである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の積層型圧電素子によれば、内部電極層に一部が埋設されたセラミック粒子が、内部電極層側の破断面に分散して存在しているとともに、内部電極層側の破断面に露出するセラミック粒子の割合が、内部電極層側の破断面中２．０〜６．１％であるため、このセラミック粒子が、圧電磁器層のセラミック粒子と焼結することで、強いアンカー効果を実現し、内部電極層と圧電磁器層との接合強度を向上できる。これにより、内部電極層と圧電磁器層との界面における破損を抑制できる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。
【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である。
【図２】本発明の積層型圧電素子の破断面における内部電極層表面を示すもので、（ａ）は反射電子像写真、（ｂ）はその模式図である。
【図３】本発明の噴射装置を示す説明図である。
【図４】本発明の製法に用いるセラミック粉末を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１・・・圧電磁器層
２・・・内部電極層
７・・・内部電極層に一部が埋設されたセラミック粒子
３１・・・収納容器
３３・・・噴射孔
３５・・・ニードルバルブ
４３・・・圧電アクチュエータ

Claims

複数の圧電磁器層と複数の内部電極層とが交互に積層され、同時焼成された積層型圧電素子であって、前記内部電極層がセラミック粒子を含み、前記圧電磁器層と前記内部電極層との界面で破断したとき、前記内部電極層側の破断面において、前記内部電極層に一部が埋設された前記セラミック粒子が分散して存在するとともに、前記内部電極層側の破断面に露出した前記セラミック粒子の露出面積が、前記内部電極層側の破断面中２．０〜６．１％であることを特徴とする積層型圧電素子。
複数の微粒子が凝集したＰＺＴ系圧電仮焼粉末からなり比表面積が１．５〜２．５ｍ ² ／ｇのセラミック粉末と、該セラミック粉末１００質量部に対して９質量部以下の有機バインダと、有機溶剤とを含有するグリーンシート上に、金属粉末と、セラミック粉末と、有機溶剤とを含有する導電性ペーストを塗布して電極塗布膜を形成する工程と、該電極塗布膜が形成された前記グリーンシートを複数積層し加圧して積層体を形成する工程と、この積層体を脱バインダ処理し、１１００℃以下で焼成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。