(実施例1)
 次に、本発明の実施例にかかる積層型圧電� ��子について、図1~図20を用いて説明する。

 図1及び図2に示すごとく、本例の積層型� �電素子1は、複数の圧電セラミック層11と複� �の内部電極層13、14とを交互に積層してなる� ��ラミック積層体15と、その側面に形成され� �一対の側面電極17、18とを有する。内部電極� ��13、14は、いずれか一方の側面電極17、18に� �気的に接続している。

 セラミック積層体15は、その側面から内� �に凹むスリット状の領域に、圧電セラミッ� �層11よりも形状を容易に変化し得る応力緩和 部12を有する。そして、応力緩和部12を挟ん� �隣り合う2つの内部電極層121、122は、いずれ� ��正極側の側面電極17に電気的に接続されて� �る。その他の内部電極層13、14は、交互に異� ��る側面電極17、18に電気的に接続されている 。

 本例において、応力緩和部12は、セラミ� �ク積層体15の側面から内方に凹んだスリット 状の溝部(空間)であり、セラミック積層体15� �外周面全周に渡って周方向に形成されてい� �。

 次に、本例の積層型圧電素子の製造方法� ��つき、図1~図9を用いて説明する。

 本例においては、グリーンシート作製工� ��、電極印刷工程、消失スリット印刷工程、� ��着工程、積層体切断工程、及び焼成工程を� ��うことにより、積層型圧電素子を作製する� ��

 以下、製造方法を各工程ごとに説明する� ��

<グリーンシート作製工程>
 まず、圧電材料となるジルコン酸チタン酸� ��(PZT)等のセラミック原料粉末を準備した。� �体的には、出発原料としてPb3O4、SrCO3、ZrO2、 TiO2、Y2O3、及びNb2O5を準備し、これらの出発� �料を目的組成PbZrO3-PbTiO3-Pb(Y1/2Nb1/2)O3となるよ うな化学量論比で秤量し、湿式混合し、温度 850℃で5時間仮焼した。次に、仮焼粉をパー� �ミルにより湿式粉砕した。この仮焼粉粉砕� �(粒径(D50値):0.7±0.05μm)を乾燥した後、溶剤、 バインダ、可塑剤、分散剤等を加えてボール ミルにより混合し、得られたスラリーを真空 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、ドクターブレード法により、上� ��スラリーをキャリアフィルム上に塗布し、� ��さ80μmの長尺のグリーンシートを成形した� �このグリーンシートを所定の大きさに切断� �て、幅広のグリーンシート110(図3~図5)を作製 した。

 なお、グリーンシートの成形方法として� ��、本例で用いたドクターブレード法のほか� ��押出成形法やその他種々の方法を採用する� ��とができる。

<電極印刷工程>
 次に、図3及び図4に示すごとく、グリーン� �ート110上に内部電極層となる電極材料130、14 0を印刷し、第1電極印刷シート31及び第2電極� ��刷シート32の2種類のシートを形成した。

 以下に、電極印刷シート31、32の形成につ いてさらに説明する。

 第1電極印刷シート31の形成に当たっては� ��図3に示すごとく、グリーンシート110上の印 刷領域41において、最終的に内部電極層13と� �る部分に電極材料130を印刷した。これによ� �、第1電極印刷シート31を形成した。

 また、第2電極印刷シート32の形成に当た� ��ては、第1電極印刷シートと同様に、図4に� �すごとく、グリーンシート110上の印刷領域41 において、内部電極層14となる部分に電極材� ��140を印刷した。これにより、第2電極印刷シ ート32を形成した。

 第1電極印刷シート31及び第2電極印刷シー ト32においては、グリーンシート110上に形成� ��れた電極材料130、140がそれぞれ異なる側面� ��露出している。

 なお、本例では、電極材料130、140として� ��ペースト状のAg/Pd合金を用いた。また、上� �以外にも、Ag、Pd、Cu、Ni等の単体、Cu/Ni等の� ��金を用いることができる。

<消失スリット印刷工程>
 また、本例では、製造しようとする積層型� ��電素子1のセラミック積層体15の側面にスリ� ��ト部12(図1及び図2参照)を設けるため、図5に 示すごとく、消失スリット印刷シート33を形� ��する消失スリット印刷工程を行った。

 同図に示すごとく、上記のグリーンシー� ��110上の印刷領域41において、最終的にスリ� �ト部12となる部分に焼成によって消失する消 失材料よりなる消失スリット層120を印刷した 。これにより、消失スリット印刷シート33を� ��成した。

 なお、本例では、消失スリット層120を構� ��する消失材料として、熱変形が小さく、焼� ��工程によって形成される溝の形状精度を高� ��維持し得るカーボン粒子よりなる材料を用� ��た。また、カーボン粒子以外にも、炭化さ� ��たパウダー状の炭化有機物粒子を用いるこ� ��もできる。この炭化有機物粒子は、パウダ� ��状の有機物粒子を炭化して得ることができ� ��ほか、炭化させた有機物を粉砕して得るこ� ��もできる。さらに、上記有機物としては、� ��脂等の高分子材料や、コーン、大豆、小麦� ��等の穀物を用いることができる。この場合� ��は、製造コストを抑制することができる。

 また、電極印刷工程及び消失スリット印� ��工程では、図3~図5に示すごとく、後工程の� ��ニット切断工程において切断される部分を� ��けるように間隙42を空けて、電極材料130、14 0、及び消失スリット層120の印刷を行う。つ� �り、グリーンシート110上の隣接する印刷領� �41の間に間隙42を設けて印刷を行う。

<圧着工程>
 次に、図6に示すごとく、形成した第1電極� �刷シート31、第2電極印刷シート32、及び消失 スリット印刷シート33を所定の順序で各印刷� ��域41を積層方向に揃えて積層した。このと� �、第1電極印刷シート31及び第2電極印刷シー� ��32を交互に積層し、上記スリット部を形成� �たい位置に消失スリット印刷シート33を挿入 して積層した。具体的には、本例においては 、第1電極印刷シート31と第2電極印刷シート32 との積層構造11層毎に消失スリット印刷シー� ��33を積層し、第1電極印刷シート31及び第2電� ��印刷シート32とが合計で59枚となるように積 層した。

 このとき、第1電極印刷シート31と第2電極 印刷シート32とは電極材料130と電極材料140と� ��交互に印刷領域の対向する端面に露出する� ��うに積層した。ただし、消失スリット印刷� ��ート33を挟む2つの電極印刷シートとしては� ��電極材料の形成パターンが同じ印刷シート( 第1電極印刷シート31)を用いた。すなわち、� �6に示すごとく、消失スリット印刷シート33� �上下には、後述の切断工程後に印刷形成さ� �た電極材料130が同じ側面に露出するような� �きで第1電極印刷シート31を配置した。

 また、積層するシートの上端には、印刷� ��施していないグリーンシート110を積層した� ��

 そして、このようにして積層したシート� ��100℃で加熱すると共に積層方向に50MPaで加� �し、予備積層体100を形成した。なお、図6に� ��いては、図面作成の便宜のため、実際の積� ��数を省略した形式で予備積層体100を示して� ��る。

<積層体切断工程>
 次に、図7~図9に示すごとく、形成した予備� ��層体100を切断位置43に沿って積層方向に切� �し、中間積層体10を形成した。

 なお、予備積層体100の切断は、各中間積� ��体10ごとに切断してもよいし、複数の中間� �層体10を含んで切断してもよい。本例におい ては、各中間積層体10ごとに切断し、各電極� ��料130、140及び消失スリット層120が中間積層� ��10の側面に露出するように切断を行った。

 なお、図8及び図9においては、図面作成� �便宜のため、実際の積層数を省略した形式� �予備積層体100及び中間積層体10を示してある 。

<焼成工程>
 次に、中間積層体10のグリーンシート110に� �有されているバインダ樹脂を90%以上加熱除� �した(脱脂)。加熱は、80時間かけて徐々に500� ��まで昇温し、5時間保持することにより行っ た。

 次に、脱脂した中間積層体10を焼成した� �焼成は、温度1050℃まで12時間かけて徐々に� �温させ、2時間保持後、徐々に冷却すること� ��より行った。

 このようにして、図1及び図2に示すごと� �、消失スリット層120が消失して形成された� �リット状の応力緩和部12を有するセラミック 積層体15が作製される。応力緩和部12は、セ� �ミック積層体15の側面全周に渡ってスリット 状の空間を設けてなる。また、同図に示すご とく、作製されたセラミック積層体10は、グ� ��ーンシート110が焼結してなる圧電セラミッ� ��層11と電極材料130、140により形成された内� �電極層13、14とを交互に積層してなる。

 そして、焼成後、全面研磨を行って縦6mm� �横6mm×高さ4.4mmのセラミック積層体15を作製� �、さらに、セラミック積層体15の両側面を挟 むように、側面電極17、18を焼き付けた。こ� �とき、各内部電極層13、14は、それぞれ交互� ��異なる側面の側面電極17、18に電気的に接続 され、応力緩和部12を挟む2つの内部電極層121 、122は、同じ側の側面電極17に電気的に接続� ��れる。そして、本例においては、応力緩和� ��12を挟む2つの内部電極層121、123が接続され� ��いる側の側面電極17を正極とした。

 以上のようにして、図1及び図2に示すご� �く、複数の圧電セラミック層11と複数の内部 電極層13、14とを交互に積層してなるセラミ� �ク積層体15と、その側面に形成されたスリッ ト状の応力緩和部12と、セラミック積層体15� �側面に形成された一対の側面電極17、18とを� ��する積層型圧電素子1を作製した。

 なお、図1及び図2においては、図面作成� �便宜のため、実際の積層数を省略した形式� �セラミク積層体15を示してある。さらに図2� �おいては、側面電極を省略して積層型圧電� �子1を示してある。

 本例においては、上記の製造方法により� ��スリット状の溝部(応力緩和部)12を挟む隣り 合う2つの内部電極層121、122がいずれも正極� �の側面電極に電気的に接続され、かつ、積� �方向の最も外側にある2つの内部電極層13が� �ずれも正極側の側面電極に電気的に接続さ� �た積層型圧電素子1を作製した(図10参照)。こ れを試料E1とする。

 また、試料E1の比較用として、スリット� �の溝部(応力緩和部)12を挟む隣り合う2つの内 部電極層121、122がいずれも負極側の側面電極 に電気的に接続され、かつ、試料E1と同様に� ��積層方向の最も外側にある2つの内部電極層 13がいずれも正極側の側面電極に電気的に接� ��された積層型圧電素子1を作製した(図11参照 )。これを試料Ca1とする。

 また、試料E1の比較用としてスリット状� �溝部(応力緩和部)12を挟む隣り合う2つの内部 電極層がそれぞれ異なる側面電極に電気的に 接続され、かつ、試料E1と同様に積層方向の� ��も外側にある2つの内部電極層がいずれも正 極側の側面電極に電気的に接続された積層型 圧電素子を作製した(図12参照)。これを試料Cb 1とする。

 また、本例においは、上記と同様の製造� ��法により、スリット状の溝部(応力緩和部)12 を挟む隣り合う2つの内部電極層121、122がい� �れも正極側の側面電極に電気的に接続され� �かつ、積層方向の最も外側にある2つの内部� ��極層14がいずれも負極側の側面電極に電気� �に接続された積層型圧電素子1を作製した(図 13参照)。これを試料E2とする。

 また、試料E2の比較用として、スリット� �の溝部(応力緩和部)12を挟む隣り合う2つの内 部電極層121、122がいずれも負極側の側面電極 に電気的に接続され、かつ、試料E2と同様に� ��積層方向の最も外側にある2つの内部電極層 14がいずれも負極側の側面電極に電気的に接� ��された積層型圧電素子1を作製した(図14参照 )。これを試料Ca2とする。

 また、試料E2の比較用としてスリット状� �溝部(応力緩和部)12を挟む隣り合う2つの内部 電極層121、122がそれぞれ異なる側面電極に電 気的に接続され、かつ、試料E2と同様に積層� ��向の最も外側にある2つの内部電極層14がい� ��れも負極側の側面電極に電気的に接続され� ��積層型圧電素子を作製した(図15参照)。これ を試料Cb2とする。

 さらに、本例においは、上記の製造方法� ��より、スリット状の溝部(応力緩和部)12を挟 む隣り合う2つの内部電極層121、122がいずれ� �正極側の側面電極に電気的に接続され、か� �、積層方向の最も外側にある2つの内部電極� ��13、14がそれぞれ異なる側面電極に電気的に 接続された積層型圧電素子1を作製した(図16� �照)。これを試料E3とする。

 また、試料E3の比較用として、スリット� �の溝部(応力緩和部)12を挟む隣り合う2つの内 部電極層121、122がいずれも負極側の側面電極 に電気的に接続され、かつ、試料E3と同様に� ��積層方向の最も外側にある2つの内部電極層 13、14がそれぞれ異なる側面電極に電気的に� �続された積層型圧電素子1を作製した(図17参� ��)。これを試料Ca3とする。

 また、試料E3の比較用としてスリット状� �溝部(応力緩和部)12を挟む隣り合う2つの内部 電極層121、122がそれぞれ異なる側面電極に電 気的に接続され、かつ、試料E3と同様に積層� ��向の最も外側にある2つの内部電極層13、14� �それぞれ異なる側面電極に電気的に接続さ� �た積層型圧電素子1を作製した(図18参照)。こ れを試料Cb3とする。

 なお、図10~図18においては、図面作成の� �宜のため、外部電極及び実際の積層数を省� �した形式で積層型圧電素子1を示してある。

 次に、上記のようにして作製した積層型� ��電素子(試料E1~試料E3、試料Ca1~試料Ca3、及び 試料Cb1~試料Cb3)について下記の耐久性試験を� ��った。

「耐久性試験」
 温度200℃の条件下で、各試料の積層型圧電� ��子に3.1kV/mmの電界を印加してこれを駆動さ� �た。次いで、各試料を、既知の抵抗値をと� �抵抗Rに直列につないで回路を構築した。そ� ��て、各試料に電界を印加しながら、抵抗Rに かかる電圧(漏れ電流値)をデジタルメータで� ��み取った。算出される素子(試料)の絶縁抵� �が10Mωを下回った場合を素子の寿命とし、そ のときの時間を計測した。耐久性試験は、各 試料をそれぞれ5サンプルずつ用いてを行っ� �。

 その結果を図19に示す。なお、図19におい ては、横軸に電界を印加してからの経過時間 をとり、絶縁抵抗が10Mωを下回ったときの時� ��を×印で示してある。

 図19より知られるごとく、応力緩和部12を 挟んで隣り合う2つの内部電極層121、122がい� �れも正極側の側面電極に接続された試料E1~� �料E3の積層型圧電素子1(図10、図13、図16参照) は、少なくとも600時間を超える優れた耐久性 を示した。

 これらの中でも特に、試料E1のようにセ� �ミック積層体の積層方向における最も外側� �位置する2つの内部電極層13がいずれも正極� �の側面電極に接続されている場合(図10参照)� ��は、2000hという非常に長い時間作動させて� �絶縁抵抗が10Mωを下回るサンプルは5サンプ� �中1つもなかった。

 また、試料E2のようにセラミック積層体� �積層方向における最も外側に位置する2つの� ��部電極層14がいずれも負極側の側面電極に� �続されている場合(図13参照)には、少なくと� ��600hを超える十分に優れた耐久性を示し、110 0hを超える高い耐久性を占めすものもあった� ��

 また、試料E3のようにセラミック積層体� �積層方向における最も外側に位置する2つの� ��部電極層13、14がそれぞれ異なる側面電極に 電気的に接続されている場合(図16参照)にも� �少なくとも700hを超える十分に優れた耐久性� ��示し、約1100hに達する耐久性に非常に優れ� �ものもあった。

 これに対し、図11、図14、及び図17に示す� ��とく、応力緩和部12を挟んで隣り合う2つの� ��部電極層121、122がいずれも負極側の側面電� ��に接続された積層型圧電素子1(試料Ca1~試料C a3)、及び図12、図15、及び図18に示すごとく、 応力緩和部12を挟んで隣り合う2つの内部電極 層121、122がそれぞれ異なる側面電極に接続さ れた積層型圧電素子1(試料Cb1~試料Cb3)におい� �は、最大でも450h程度の駆動で絶縁抵抗が10M� �を下回っており、耐久性が不十分であるこ� �がわかる。

 以上のように、本例によれば、より確実� ��絶縁抵抗の低下を防止し、耐久性に優れた� ��層型圧電素子(試料E1~試料E3)を作製すること ができる。

 なお、本例においては、焼成時に消失す� ��消失材料を用いて上記応力緩和部を形成し� ��が、消失材料の代わりに、分極又は駆動時� ��亀裂が生じる材料(亀裂材料)等を用いて応� �緩和部を形成することもできる。

 また、本発明においては、内部電極部131� ��141及び控え部135、145と、スリット層12とを� �22に示す組み合わせのパターンで形成した。 本発明はこのパターンに限定されるものでは ない。セラミック積層体は、該セラミック積 層体を積層方向に透視した場合に、すべての 内部電極部が重合する領域である重合部と、 少なくとも一部の内部電極部しか重合しない 、あるいは全く重合しない領域である非重合 部とを有するが、応力緩和部は、上記非重合 部19に形成することができる。

 内部電極部131、141とスリット層12との組み� �わせパターンを図23(a)~(c)に示す。いずれの� �ターンで形成しても、本発明の効果は十分� �発揮される。