CN1973384A - 叠层型电子部件及使用其的喷射装置 - Google Patents

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佐藤政宏
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Abstract

一种叠层型电子部件,其具有:叠层体,其包括通过至少一个电介质和由第一及第二内部电极构成的多个内部电极交替叠层而构成的有效层、和设于该有效的叠层方向两端的保护层;外部电极,其分别形成在叠层体的两个侧面,且其中一个与第一内部电极连接,另一个与第二内部电极连接,有效层包括邻接的第一内部电极和第二内部电极相互对置的活性部、和位于该活性部的外侧且第一内部电极彼此或第二内部电极彼此对置的非活性部,且,所述活性部的颜色和所述非活性部的颜色不同,以能够明确地把握位移部、非位移部的边界。

Description

叠层型电子部件及使用其的喷射装置

技术领域

本发明涉及叠层型电子部件,例如其用于叠层型陶瓷电容器及叠层型压电元件中。特别是涉及在压电变压器、或汽车用燃料喷射装置、光学装置等精密定位装置或振动防止用的驱动元件等中使用的叠层型压电促动器等叠层型电子部件及使用了该叠层型电子部件的喷射装置。

背景技术

一直以来,作为叠层型电子部件,例如已知有将压电体和内部电极交替叠层而得到的叠层型压电促动器。该叠层型压电促动器中,对压电体施加电压,使其伸长数μm~数十μm,成为促动器的驱动力源。叠层型压电促动器分类为同时烧成型、和将压电陶瓷和内部电极板交替叠层后的堆积型两种,若考虑低电压化、降低制造成本这些方面,同时烧成型的叠层型压电促动器对薄层化是有效的,因此其一直显示其优越性。

图7表示现有的叠层型压电促动器。该叠层型压电促动器由叠层体60构成,所述叠层体60具有通过压电体51和内部电极52交替叠层而构成的有效层、和在其叠层方向的两端面设置的保护层53。

在成为正极及负极的内部电极52交替叠层而成的位移部,正极及负极内部电极52在叠层体53的侧面交替露出。相对于此,在仅叠层有正极或负极中之一的非位移部,只有一极的内部电极52在叠层体60的侧面露出。而且,在只有一极的内部电极52露出的非位移部侧面形成有外部电极70。即,在叠层体60的对置的两个侧面露出的非位移部形成有正极及负极的外部电极70,且在位移部交替叠层的正极及负极的内部电极每隔一层地外部电极70连接。

如该叠层型压电促动器所述的叠层型电子部件中,在陶瓷生片上印刷内部电极糊剂,制成具有多层涂敷了该内部电极糊剂的生片的柱状叠层体(例如参照专利文献1)。

更具体地说,制作按成为规定电极结构的图案在含有压电体的原料的陶瓷生片上印刷内部电极糊剂,并将涂敷了该内部电极糊剂的生片叠层多个而得到的叠层成形体,且对其进行烧成,由此制作叠层体。然后,通过烧成而在叠层体的一对侧面形成外部电极,从而得到叠层型压电元件(例如参照专利文献2)。

另外,作为内部电极52,使用银和钯的合金,进而为了同时烧成压电体51和内部电极52,而将内部电极52的金属组成设为银70重量%、钯30重量%来使用(例如参照专利文献3)。

这样,不使用仅由银的金属组成构成的内部电极,而使用由含有钯的银-钯合金的金属组成构成的内部电极52是因为,以由通常的PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿氧化物为主成分的压电体的烧成温度为1200~1300℃,超过银的溶点。此外,内部电极52中的银在烧成时向压电体51扩散,促进粒生长,因此即使在比只烧成压电体的温度低100~200℃的温度下,也可以通过银的扩散效果促进粒生长,从而得到最优的晶粒。在不含有钯的只有银的组成中,在向一对对置的内部电极52之间赋予电位差时,产生电极中的银从该一对内部电极52中的正极经由元件表面而向负极移动这一所谓的银迁移现象。在高温、高湿的氛围气中显著产生该现象。

在将现有的叠层型压电元件作为压电促动器使用时,还可以利用焊料在外部电极70上固定导线,并在外部电极70间施加规定的电位进行驱动。特别是近年来,要求小型的叠层型压电元件在大的压力下确保大的位移量,因此施加更高的电场,并进行长时间连续驱动。

专利文献1:特开2001-181055号公报专利文献2:特开昭61-133715号公报专利文献3:特表平12-508835号公报但是,在现有的叠层型压电促动器中,位移部和非位移部的边界不明确,难以仅在非位移部形成外部电极。即,若将外部电极形成到位移部,则由所述外部电极使施加不同的极性的内部电极彼此导通,因此,在叠层体的侧面产生了绝缘不良。此外,在从外部电极到位移部的距离(非位移部的宽度方向的距离)短的情况下,在以高电场驱动中在叠层体侧面露出的所述外部电极和另一极的内部电极之间有可能放电而产生短路。

另外,在检查测定非位移部的宽度或外部电极和位移部的距离时,也需要用高倍光学装置检查内部电极的端部位置,且测定检查需要时间。

另外,在测定保护层的厚度时,也需要用高倍光学装置检查叠层体的处于叠层方向的最上层及最下层的内部电极的位置,且测定检查需要时间。

再有,外部电极需要与位于有效层的非位移部的同极的全部内部电极连接,但难以在有效层的非位移部的叠层方向的全部区域形成外部电极。另一方面,若将外部电极形成至保护层的整个区域,则有可能与在绝缘体的上下形成的金属构件引起绝缘不良。即,外部电极需要在与位于有效层的非位移部的内部电极导通,且未达到保护层的上下端面的区域形成,但难以在所述区域内形成外部电极。

另外,近年来,为了实现高响应性、大位移量,而要求以高频率施加高电压来驱动叠层型压电促动器,在所述叠层型压电促动器中,存在施加不同极性的电压的内部电极的端子间短路,使驱动降低的问题。

即,现有的叠层型促动器中,将原料粉末和由有机高分子构成的粘合剂等混合,制作浆料,并用众所周知的刮板法、压延辊法、滑动浇注(slipcasting)法等带成形法将该浆料制作成作为压电体1的陶瓷生片,在其上印刷内部电极,并进行叠层,从而得到柱状叠层体。在该成形方法中,有时带的厚度偏差因杂质的混入或干燥不均等较大,且内部电极2间的距离变短,从而在内部电极2间成为容易电短路的状态。特别是若为了提高绝缘性而加厚片厚度,则偏差变大。

因此,若为了实现所述的高响应性、大位移量,而以高频率施加高电压进行驱动,则存在在内部电极间产生短路的问题。

特别是在高温、高湿度下进行驱动时,存在容易因电极成分的迁移而在施加不同的电压的内部电极间产生短路的问题。

发明内容

本发明的第一目的在于,提供一种叠层型电子部件,其能够明确把握位移部、非位移部及保护层的各自的边界,且不产生外部电极和位移部间的绝缘不良,还能够容易地检查测定非位移部的宽度或外部电极和位移部间的距离或惰性部的厚度。

本发明第二目的在于,提供一种叠层型电子部件,其即使在高电压、高温度、高湿度下重复工作的情况下,也能够抑制内部电极间的短路。

本发明第三目的在于,提供一种叠层型压电元件及喷射装置,其可在高电压、高压力下增大压电促动器的位移量,且即使在长时间连续驱动的情况下位移量也不变化,耐久性优越。

为了实现所述目的,本发明第一方面提供一种叠层型电子部件,一种叠层型电子部件,其具有:叠层体,其包括通过至少一个电介质和由第一及第二内部电极构成的多个内部电极交替叠层而构成的有效层、和设于该有效的叠层方向两端的保护层;外部电极,其分别形成在所述叠层体的两个侧面,且其中一个与所述第一内部电极连接,另一个与所述第二内部电极连接,所述叠层型电子部件的特征在于,所述有效层包括邻接的所述第一内部电极和所述第二内部电极相互对置的活性部、和位于该活性部的外侧且所述第一内部电极彼此或所述第二内部电极彼此对置的非活性部,且所述活性部的颜色和所述非活性部的颜色不同。

另外,在该本发明第一方面的叠层型电子部件中,优选所述活性部和所述非活性部之间的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上。

另外,本发明第二方面提供一种叠层型电子部件,其具有:叠层体,其包括通过至少一个电介质和由第一及第二内部电极构成的多个内部电极交替叠层而构成的有效层、和设于该有效的叠层方向两端的保护层;外部电极,其分别形成在所述叠层体的两个侧面,且其中一个与所述第一内部电极连接,另一个与所述第二内部电极连接,所述叠层型电子部件的特征在于,所述有效层的颜色和所述保护层的颜色不同。

在该本发明第二方面的叠层型电子部件中,优选所述有效层和所述保护层之间的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上。

另外,本发明第三方面提供一种叠层型电子部件,其特征在于,包括通过多个电介质和多个内部电极叠层而构成的叠层体,所述电介质的厚度为50μm以上,且其厚度偏差为10μm以下。

另外,本发明第四方面提供一种叠层型电子部件,其具有:叠层体,其通过至少一个压电体和由第一及第二内部电极构成的多个内部电极交替叠层而构成;外部电极,其分别形成在所述叠层体的两个侧面,且其中一个与所述第一内部电极连接,另一个与所述第二内部电极连接,所述叠层型电子部件的特征在于,所述压电体含有0.01~1重量%的VIII族金属及/或Ib族金属。

本发明提供一种喷射装置,其特征在于,具备:具有喷射孔的收纳容器;收纳于该收纳容器内,且与施加在所述第一和所述第二内部电极之间的电压对应而沿叠层方向伸缩的所述第一~第四中方面中任一个叠层型电子部件;通过驱动该叠层型电子部件而从所述喷射孔喷出液体的阀。

另外,本发明提供一种叠层型电子部件的制造方法,其特征在于,使用含有电介质的浆料并通过带成形来制作厚度50μm以上且厚度偏差10μm以下的电介质的片,并在该片上印刷内部电极之后,进行叠层并烧成。

(发明效果)如上构成的本发明第一方面的叠层型电子部件中,由于所述活性部的颜色和所述非活性部的颜色不同,故所述活性部和所述非活性部的边界明确,不存在所述外部电极的一部分形成在所述活性部侧面上、或所述外部电极和所述活性部的距离变短的情况,从而能够防止所述外部电极和所述活性部侧面之间的绝缘不良。此外,在该叠层型电子部件中,在以所述电介质为压电体而形成了叠层型压电促动器时即使以高电场进行驱动,也可以防止在外部电极和活性部(位移部)侧面间产生短路这样的问题。

另外,本发明第一方面的叠层型电子部件中,若所述活性部和所述非活性部之间的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上,则可由光学装置容易地识别所述活性部和所述非活性部的边界,因此,能够容易地测定非活性部的宽度或活性部和外部电极的距离。另外,在所述外部电极的一部分形成于所述活性部侧的面上,或所述外部电极和所述活性部间的距离变短的情况下,能够容易地检测不良情况。

其结果是,由于能够节省高度的检查工序,故能够廉价地制造具有高可靠性的叠层型电子部件。

另外,本发明第二方面的叠层型电子部件中,由于所述有效层的颜色和所述保护层的颜色不同,因此有效层和保护层的边界明确,能够预先容易地判断有可能产生如下问题的制品,即该保护层的厚度过薄从而从叠层体的上下端面产生裂纹。此外,也能够容易地判断外部电极未与同极的全部内部电极连接的制品。即,外部电极需要与位于有效层的非活性部的同极的全部内部电极连接,通过在有效层和保护层设置色差,使有效层和保护层的边界明确,从而能够容易地确认外部电极是否形成在非活性部的叠层方向的全部区域,且是否与内部电极连接。

本发明第二方面的叠层型电子部件中,若所述有效层和所述保护层之间的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上,则可由光学装置容易地识别保护层和位移部及保护层和非位移部的边界,因此,检查效率大幅度提高,能够制造廉价的叠层型电子部件。

另外,本发明第三方面的叠层型电子部件中,由于所述电介质的厚度为50μm以上,且其厚度偏差为10μm以下,故能够抑制内部电极间的短路,且即使在高电压、高温下、高湿度下也具有高的耐久性能。特别是在施加高电压的叠层型压电促动器中,能够抑制内部电极间的短路。

再有,根据本发明第四方面的叠层型电子部件,由于所述压电体含有0.01~1重量%的VIII族及/或Ib族金属,故能够在高电压、高压力下增大压电促动器的位移量,且即使在长时间连续地驱动时也能够抑制位移量的变化量,从而能够提供耐久性优越的叠层型压电元件。

根据本发明的喷射装置,由于包括所述第一~第四方面中任一个叠层型电子部件,故能够提供耐久性优越的叠层型压电元件及喷射装置。

另外,本发明的叠层型电子部件的制造方法中,使用含有电介质的浆料并通过带成形来制作厚度50μm以上且厚度偏差10μm以下的电介质的片,并在该片上印刷内部电极之后,进行测定并烧成,因此,能够制造可防止内部电极间的短路,且即使在高电压、高温下、高湿度下也具有高耐久性能的叠层型电子部件。

附图说明

图1A是表示本发明实施方式1的叠层型电子部件的构成的立体图;图1B是图1A的A-A’线的剖面图;图1C是将图1B的一部分放大表示的局部放大图;

图2是表示实施方式1的叠层型电子部件的内部电极图案的展开立体图;图3是表示本发明实施方式2的叠层型电子部件的构成的立体图;图4A是表示本发明实施方式3的叠层型电子部件的构成的立体图;图4B是表示实施方式3的叠层型电子部件的内部电极图案的展开立体图;图5是表示本发明实施方式4的喷射装置的构成的剖面图;图6是表示本发明实施方式3的叠层型压电元件的压电体中的金属成分含有量的测定结果的图表;图7是现有的叠层型压电促动器的立体图。

符号说明1压电体2内部电极4外部电极6导线10有效层10a活性部(位移部)10b非活性部(非位移部)11保护层31收纳容器33喷射孔35阀43压电促动器102、111、113叠层体具体实施方式下面,参照附图对本发明的实施方式的叠层型电子部件进行说明。

实施方式1图1A、图1B及图1C表示作为本发明实施方式1的叠层型电子部件的一方式的叠层型压电促动器的构成,图1A是立体图,图1B是图1A的A-A’线的剖面图,图1C是将图1B的一部分放大表示的放大图。

本实施方式1的叠层型压电促动器如图1A所示,在由通过交替叠层压电体1和内部电极2而构成的有效层10、和在有效层10的叠层方向的两端部设置的保护层11构成的叠层体111的侧面具备一对外部电极4。此外,如图1B、图1C所示,有效层10由活性部10a(下面称作位移部10a)和非活性部10b(下面称作非位移部10b)构成,其中活性部10a通过由与一对外部电极4中的作为一外部电极的正极连接的第一内部电极2a、和与作为另一外部电极4的负极连接的第二内部电极2b夹着压电体1而构成,非活性部10b通过用第一内部电极2a彼此或第二内部电极2b彼此夹着所述压电体1而构成。即,外部电极4分别形成在非位移部10b的侧面,与第一内部电极2a或第二内部电极2b中的任一个连接而设置,且与未连接的另一个内部电极2绝缘。另外,在本实施方式1中,使另一个外部电极4为负极,不过也可以使其接地。

内部电极2由银一钯等金属材料形成,经由该内部电极2对各压电体1施加规定的电压,使压电体1引起反压电效应所产生的位移。

相对于此,由于保护层11是未配置内部电极2的多个压电体1的层,故即使经由外部电极4施加电压,也不会引起位移。另外,如上所述,保护层11即可以用与压电体1相同的材料形成,也可以用不同的材料形成。

在此,非位移部10b的内部电极2间的距离,即第一内部电极2a彼此或第二内部电极2b彼此之间的距离为位移部10a的内部电极2间的距离的大致二倍。

此外,在叠层体111对置的侧面接合有外部电极4,且在该外部电极4上每隔一层地电连接有叠层的内部电极2,因此,能够共用地供给为了利用反压电效应使内部电极2所夹持的压电体1产生位移而需要的电压。

另外,在外部电极4上通过焊料等连接固定有导线6,可通过该导线6将外部电极4与外部的电压供给部连接。

在实施方式1中,压电体1例如由以锆钛酸铅Pb(Zr,Ti)O3(以下简称为PZT)、或钛酸钡BaTiO3为主成分的压电陶瓷材料等形成。该压电陶瓷优选表示其压电特性的压电应变常数d33高。

此外,压电体1的厚度,即位移部10a的内部电极2间的距离优选是50~250μm。若将压电体1的厚度设定在该范围,则即使为了得到更大的位移量而增加叠层数,也可以实现叠层型压电促动器的小型化、低高度化,并且能够防止压电体1的绝缘击穿。

另一方面,有效层10中的内部电极2(第一内部电极2a、第二内部电极2b),在一端与同极的外部电极4连接,在另一端与另一极的外部电极4绝缘,因此,在任一侧面侧,都成为一部分局部缺失的形状。例如,以图2所示的图案形状交替叠层了正极及负极内部电极2。另外,若正极及负极的内部电极2的形状为一端与外部电极4连接,另一端不与另一极外部电极4连接的结构,则不限于图2所示的构造,既可以是相同的形状,也可以是不同的形状。

这样,有效层10由连续叠层了正极及负极的内部电极2的位移部10a、和仅叠层了一个极性的内部电极2的非位移部10b构成。

而且,本实施方式1的叠层型压电促动器的特征在于,位移部10a和非位移部10b的颜色不同。即,通过在位移部10a和非位移部10b设置色差,位移部10a和非位移部10b之间的边界变得明确,不存在外部电极4的一部分形成在位移部10a的侧面上,或外部电极4和位移部10a的距离变短的情况,从而可防止产生如下的问题:外部电极4和在位移部10a侧面露出的另一极的内部电极2之间引起绝缘不良,或在以高电场驱动中外部电极4和在位移部10a侧面露出的另一极的内部电极2之间产生短路。

在此,为了在位移部10a和非位移部10b设置色差,例如使压电体1具有的颜色和内部电极2具有的颜色显著不同、或控制内部电极2间的距离或限制叠层数,由此可设置所述的色差。将在后面详述设置色差的方法。

进而,优选位移部10a和非位移部10b的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上。这是因为,若所述色差ΔE*ab低于1.0,则位移部10a和非位移部10的边界不明确,在将外部电极4形成于叠层体1a侧面时,外部电极4的一部分形成在位移部10a的侧面上,从而该外部电极4和在位移部10a的侧面露出的另一极的内部电极2之间引起绝缘不良的可能性高。此外,即使外部电极4的一部分未处于位移部10a的侧面上,但在外部电极4和位移部10a的距离短的情况下,在以高电场驱动促动器时,也有外部电极4和在位移部10a侧面露出的另一极的内部电极2之间产生短路的危险。

此外,本实施方式1的叠层型压电促动器优选形成为有效层10和保护层11的颜色不同。即,通过在有效层10和保护层11设置色差,可容易地测定保护层11的厚度,因此,能够确认能否以规定的厚度形成保护层11。在此,若保护层11过薄,则当以高电场连续驱动叠层型压电促动器时,从保护层11的上下端面产生裂纹,从而存在该裂纹进展到内部电极2处造成短路的问题。另一方面,若保护层11过厚,则背离与近年来电子部件的极小化相伴的低高度化,故不是优选的。相对于此,通过使有效层10和保护层11的颜色不同,能够容易地判断因保护层11薄而有短路的危险的制品。进而,能够将位于叠层体1a的叠层方向的上下端面的各自的保护层11的厚度研磨为相同,并且容易加工为不产生所述短路的程度的厚度、且最小限的薄度。

再有,优选有效层10和保护层11的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上。这是因为,若色差ΔE*ab低于1.0,则有效层10和保护层11的边界不明确,其结果是难以测定保护层11的厚度,在保护层11的厚度薄的情况下,在以高速、高产生力的条件驱动促动器时,从保护层11的上下端面产生裂纹,存在该裂纹达到内部电极2处而产生短路的问题之患。

此外,若所述色差ΔE*ab低于1.0,则有效层10和保护层11的边界不明确,且不明确外部电极4是否形成在有效层10的叠层方向的整个长度区域,若外部电极4未形成在有效层10的叠层方向的整个长度区域,则一部分内部电极2不与外部电极4连接,其结果是存在产生位移量降低的问题之患。

另外,优选压电体1和内部电极2的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.5以上。这是因为,若压电体1和内部电极2的色差ΔE*ab低于1.5,则无法按照后述的理由使被另一极的内部电极2夹着的压电体1的区域即位移部10a和被同极的内部电极2夹着的压电体1的区域即非位移部10b、及未被内部电极2夹着的压电体的区域即保护层11的色差变化。

另外,L*a*b*色品图的色差ΔE*ab可通过以下的式1~式4求得。即,根据用光谱测色计测定的亮度L*、表示色调和章度的色度a*及b*,求取两个测定物间的亮度差ΔL*、色度差Δa*及Δb*,并通过下式算出色差ΔE*ab(另外,(1)及(2)是表示对象物1、2的添标)。

ΔL*=L*(1)-L*(2)...式1Δa*=a*(1)-a*(2)...式2Δb*=b*(1)-b*(2)...式3ΔE*ab=〔(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2〕1/2...式4其次,对本实施方式1的叠层型压电促动器的制造方法进行说明。

在本实施方式1的叠层型压电促动器的制造方法中,首先,将PZT等压电陶瓷的焙烧粉末、由丙烯酸类、丁缩醛类等有机高分子构成的粘合剂、DBP(邻苯二甲酸二辛酯)、DOP(邻苯二甲酸二丁酯)等增塑剂混合,制作浆料。然后,将该浆料用众所周知的刮板法或压延辊法等带成形法制作成作为压电体1的陶瓷生片。

然后,在银—钯粉末中添加并混合粘合剂、增塑剂等、及根据需要添加的所述压电陶瓷的焙烧粉末等,制作构成内部电极2的导电性糊剂,将其通过网板印刷等在所述各生片的上面印刷成1~40μm厚度的图案。此时,在成为非位移部10b的部位不进行印刷。然后,将印刷了成为正极及负极的内部电极2的导电性糊剂的生片交替叠层多片,形成有效层10,进而将未在有效层10的叠层方向的上下印刷导电性糊剂的生片叠层多片,形成保护层11。在以规定的温度对该叠层体进行脱粘合剂处理之后,在900~1200℃下烧成,由此制作叠层体111。

在此,为了有效地使位移部10a、非位移部10b、以及保护层11的颜色不同,例如在以PbZrO3-PbTiO3为主成分时,添加0.5mol%以上的Yb、W、Nb、Sb、Y、La、Ba、Sr、Ca等作为副成分,由此,可形成亮度高、且具有透光性的压电体1。特别是若合计添加1.0mol%以上的Yb、Ba、Sr,则表示亮度的L*值显著增大,因此是更优选的副成分。

另一方面,若添加0.5mol%以上的Mn、Cr、Co等作为副成分,则可形成亮度低、且没有透光性的压电体。

在此,若由银-钯构成内部电极2,则由于银-钯是亮度比较低的材料组成,故可使添加所述副成分而提高了亮度或透光性的压电体1和内部电极2的颜色明显不同。即,被由亮度比较低的银-钯构成的内部电极2夹着的有效层10的亮度与由未配置内部电极2的压电体1的层构成的保护层11相比,是显著小的值。

另外,在有效层10中,即使在压电体1被内部电极2夹着的情况下,亮度也是随着被夹着的内部电极2间的距离减小而减小的值。因此,相对位移部10以压电体1的厚度的约2倍的距离配置有内部电极2的非位移部10b的亮度是比位移部10的亮度大的值。其结果是,由于位移部10a、非位移部10b、及保护层11的颜色各不相同,故能够容易地识别边界。

此外,通过使内部电极2中含有的银成分向压电体1内部扩散,压电体1的亮度也成为小的值。即,压电体1的亮度降低取决于被夹着的内部电极2间的距离,夹着压电体1的内部电极2间的距离越窄,内部电极2中的银向压电体1的扩散量越大,结果亮度成为小的值。即,亮度按照位移部10a、非位移部10b、保护层的顺序增大。

再有,为了使内部电极2中的银有效地向压电体1扩散,作为内部电极2使用的银—钯中含有的银的比率越多越好,70%以上为好,优选是85%以上。

还有,为了在位移部10a、非位移部10b、及保护层11设置色差,也可以不利用所述的使压电体1和内部电极2的颜色较大不同的方法,而通过控制压电体1或内部电极2的厚度,使位移部10a和非位移部10b的内部电极2的密集程度变化。即,即使压电体1和内部电极2的颜色不是适当地不同,若减小压电体1的厚度,增大内部电极2的厚度,则也可明确位移部10a和非位移部10b的边界。

此外,构成内部电极的银—钯既可以使用银和钯的合金粉末,也可以使用银粉末和钯粉末的混合物。另外,在使用银粉末和钯粉末的混合物的情况下,在烧成时也形成银—钯的合金。

另外,叠层体111不限于用所述制造方法制作,若能够制作通过交替叠层多个压电体1和多个内部电极2而构成的叠层体111,则也可以用任意的制造方法形成。

其次,在形成外部电极4的非位移部10b的侧面印刷通过在由银和玻璃构成的混合物中添加粘合剂而制作的银玻璃糊剂,并在500~850℃的温度下进行烧结,由此形成外部电极4。

然后,在叠层体111的侧面涂敷(未图示)硅橡胶,并使其固化后,用焊料等将导线6与外部电极4连接,由此完成本发明的叠层型压电促动器。

然后,经由导线6向一对外部电极4施加0.1~3kV/mm的直流电压,并对叠层体111进行极化处理,由此完成作为制品的叠层型压电促动器。若将叠层型压电促动器的导线6与外部的电压供给部连接,并经由导线6及外部电极4对内部电极2施加电压,则各压电体1因反压电效应而较大地位移,由此,例如起到对发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀的作用。

实施方式2实施方式2的叠层型促动器是本发明的叠层型电子部件的其它方式例。

实施方式2的叠层型促动器如图3所示,其构成为:在交替叠层多个压电体1和多个内部电极2而构成的四角柱状的柱状叠层体102的对置的两个侧面,内部电极2的端部相互不同每隔一层地用绝缘体3覆盖,并将未被绝缘体3覆盖的内部电极2的端部和外部电极4连接,在各外部电极4上连接固定导线6。

在内部电极2间配置有压电体1,经由内部电极2对各压电体1施加规定的电压,在压电体1上引起反压电效应所产生的位移。

而且,本实施方式2的叠层型压电促动器的特征在于,该压电体1的厚度、即内部电极2间的距离为50μm以上,优选为70μm,更优选为80μm以上,且其偏差为10μm以下,优选为8μm以下,更优选为5μm以下。这是由于,若内部电极2间的距离短或其偏差大,则在内部电极2间产生短路,从而叠层型压电促动器容易破损。

在此,作为内部电极2间的距离偏差的压电体1的厚度为在多个部位测定时的平均值,该偏差是最大值和最小值之差。

另外,烧成后内部电极2在柱状叠层体102的四个侧面露出,但在实施方式2中,至少在一个侧面,在包括内部电极2的端部的压电体1的端面每隔一层地形成深度50~500μm、叠层方向的厚度30~200μm的槽,并通过在该槽内填充玻璃、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅橡胶等,形成绝缘体3。这样一来,从可靠性方面考虑是优选的。

通过该绝缘体3,在柱状叠层体102的对置的两个侧面,内部电极2的端部相互不同每隔一层地绝缘,且内部电极2未绝缘的另一端部与外部电极4连接。

另外,为使绝缘体3与柱状叠层体102的接合牢固,而优选使用追随柱状叠层体102位移的弹性模量低的材料,具体地说,优选使用由硅橡胶等构成的材料。

此外,也可以在内部电极2露出的柱状叠层体102的对置的两个侧面,通过蒸镀、溅射、镀敷等预先形成薄膜的低电阻部,并在该低电阻部上连接外部电极4。

再有,利用焊料等在外部电极4上连接固定导线6。该导线6具有将外部电极4与外部的电压供给部连接的作用。

然后,经由导线6向一对外部电极4施加0.1~3kV/mm的直流电流,对柱状叠层体102进行极化处理,由此完成叠层型压电促动器。对该叠层型压电促动器来说,若将导线6与外部的电压供给部连接,并经由外部电极4对内部电极2施加电压,则各压电体1因反压电效应而较大地位移。该功能例如可作为对发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射装置而加以利用。

即,可通过具备具有喷射口的收纳容器、收纳于该收纳容器内的本发明的叠层性压电促动器、及利用该叠层型压电元件的驱动而从所述喷射孔喷出液体的阀来构成喷射装置。在喷射装置中,如上所述,在叠层型压电元件中,由于即使连续驱动,所希望的位移量也不会有效地变化,因此,可提供装置不误动作、耐久性优越的高可靠性的喷射装置。

其次,对本实施方式2的叠层型压电促动器的制造方法进行说明。

在本实施方式2的叠层型压电促动器的制造方法中,首先,将PZT等压电陶瓷的焙烧粉末、由丙烯酸类、丁缩醛类等有机高分子构成的粘合剂、用于使粘合剂溶解的醇或甲苯等有机溶剂、DBP(邻苯二甲酸二辛酯)、DOP(邻苯二甲酸二丁酯)等增塑剂混合,制作浆料,并将该浆料用众所周知的刮板法、压延辊法、滑动浇注法等带成形法制作成作为厚度50μm以上更优选55μm以上且厚度偏差10μm以下的压电体1的陶瓷生片。

所述浆料的粘度为15泊以上,优选为20泊以上,更优选为25泊以上。若加厚片厚度,则厚度偏差增大,但通过提高粘度进行成形,可得到厚度均匀的带。此外,要形成这样粘度的浆料,优选使用由丙烯酸类、丁缩醛类等有机高分子构成的粘合剂、和用于使粘合剂溶解的醇或甲苯等。

其次,在银—钯粉末中添加并混合粘合剂、增塑剂、及根据需要添加的所述压电陶瓷的焙烧粉末等,制作构成内部电极2的导电性糊剂,并将该导电性糊剂通过网板印刷等在所述各生片的上面印刷1~40μm的厚度。

然后,将在上面印刷了导电性糊剂的生片叠层,并切断为任意的大小后,以规定的温度进行脱粘合剂处理,并在900~1000℃下进行烧成,由此制作柱状叠层体102。此时,为了抑制烧成工序中产生的变形、分解,而优选将供给材料等同时烧成、或在密闭的烧成钵中烧成、或用同一材料类的烧成钵烧成。

为了修整烧成后的柱状叠层体102的形状,而用平面磨床等进行磨削。另外,优选在这些磨削后或单独地进行使用了碳化硅或氧化铝的磨粒的研磨或抛光的加工。

如上所述,制作通过交替叠层多个压电体1和多个内部电极2而构成的柱状叠层体102。另外,在柱状叠层体102的对置的两个侧面,内部电极2的端部相互不同每隔一层地由绝缘体3绝缘,在内部电极未绝缘的另一端部连接外部电极4,并在该外部电极4上连接导线6,由此制作本发明的叠层型压电促动器。

在以上的实施方式2中,对叠层了多个压电体和内部电极的促动器进行了说明,但本发明的叠层型电子部件不限于叠层型压电促动器。例如,通过使用其它电介质来代替压电体,也可以形成电容器等的叠层型电子部件。

实施方式3本发明的实施方式3的叠层型电子部件也是叠层型压电元件(叠层型压电促动器),其如下构成。

在此,图4A是立体图,图4B是表示压电体层和内部电极层的叠层状态的立体展开图。

本实施方式3的叠层型压电元件中,如图4A及图4B所示,在通过交替叠层压电体1和内部电极2而构成的叠层体113的一对对置的侧面形成有外部电极4,在其侧面每隔一层地露出的内部电极2的端部和外部电极4以电导通的方式接合。此外,在叠层体113的叠层方向两端的层叠层有由压电体1形成的保护层11。在将该实施方式的3的叠层型压电元件作为叠层型压电促动器使用时,只要用焊料将导线连接固定在外部电极4上,并将所述导线与外部电压供给部连接即可。

在压电体1间配置有内部电极2,该内部电极2例如由银—钯等金属材料形成,通过该内部电极2对各压电体1施加规定的电压,由此可在压电体1上引起反压电效应所产生的位移。

相对于此,由于保护层11是未配置内部电极2的多个压电体1的层,故即使施加电压也不产生位移。

而且,本实施方式3的发明的特征在于,在压电体1中含有0.01~1重量%的VIII族金属及/或Ib族金属。

在此,压电体1中含有0.01~1重量%的VIII族金属及/或Ib族金属的理由如下:在处于该范围内时,由于体积固有电阻增大,且能够抑制金属成分的迁移,从而能够抑制体积固有电阻的劣化(时效变化)。此外,由于金属成分向压电体1中扩散,从而即使在1000℃左右的低温烧成时,瓷器粒径也可以粒生长到最优的大小,也具有瓷器充分烧结的优点。由于若低于0.01重量%,则金属成分向压电体1的扩散量过少,故不能充分得到促进粒生长的效果,从而产生烧结不良。另一方面,若大于1重量%,则虽然具有促进粒生长的效果,但由于压电体1中的金属成分的含有量过多,因此,存在因初期的体积固有电阻值的变小、且金属成分的迁移,而在驱动后短时间内产生短路之患。

为了提高叠层型压电元件的耐电压、耐久性,优选是0.01~0.7重量%。为了提高叠层型压电元件的压电特性,增大位移量且提高耐久性,更优选是0.05~0.5重量%。为了进一步提高耐久性,进一步优选是0.05~0.25重量%。

此外,为了提高叠层型压电元件的压电特性,并提高耐久性,优选内部电极的金属主成分由Cu、Ag、Ni、Pt、Pd中的至少一种以上构成。进而为了提高叠层型压电元件的压电特性和耐久性,更优选含有Ag。

另外,在本发明中,压电体1中的VIII族金属及/或Ib族金属的含有量优选在压电体整体中实质上是均匀的。若压电体1中的VIII族金属及/或Ib族金属的含有量在压电体整体中实质上均匀,则压电体1的粒径均匀。因此,瓷器密度均匀,耐久性、压电特性提高。此外,也可以减小压电特性的偏差。另一方面,若含有量不均匀,则极化时或驱动时密度低的部位有时产生裂纹。

因此,为了增大叠层型压电元件的位移量,且提高耐久性,优选使压电体1中的金属成分的含有量均匀,更优选金属成分的含有量在压电体1中为标准偏差σ=0.5以下,由此,可使压电体1中的粒径均匀,可提高叠层型压电元件驱动时的耐久性。更优选设定为标准偏差σ=0.3以下,由此能够进一步提高耐电压、驱动时的耐久性。此外,由于压电特性的偏差也减小,故作为制品,容易得到所希望的压电特性。

表示所述压电体1中的金属成分的重量%的VIII族金属、Ib族金属可用EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法特定。此外,在此对叠层型压电元件进行镜面研磨,对压电体1中的任意部位测定5点进行EPMA定量分析。由此,制成强度(计数(count)值)和含有量的检量线。其次,对叠层型压电元件的厚度方向进行EPMA线分析,测定被两个内部电极2夹着的压电体1中的金属成分含有量的分布。由于在EPMA线分析中只能得到计数值,故根据检量线算出压电体1中的金属成分的含有量。该值为压电体1中金属成分的含有量偏差。

其次,对本实施方式3的叠层型压电元件的制造方法进行说明。

在本发明的叠层型压电元件的制造方法中,首先,将由PbZrO3-PbTiO3等构成的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷的焙烧粉末、由丙烯酸类、丁缩醛类等有机高分子构成的粘合剂、DBP(邻苯二甲酸二丁酯)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)等增塑剂混合,制作浆料,并将该浆料用众所周知的刮板法或压延辊法等带成形法制作成作为压电体1的陶瓷生片。

其次,在银—钯等构成内部电极2的金属粉末中添加并混合氧化银等金属氧化物、粘合剂及增塑剂,制作导电性糊剂,并将其通过网板印刷等在所述各生片的上面印刷1~40μm的厚度。

然后,叠层多个在上面印刷了导电性糊剂的生片,并以规定的温度对该叠层体进行脱粘合剂处理之后,在900~1000℃下进行烧成,由此制作叠层体113。

在此,在实施方式3中,通过使用以下的制造方法,可使压电体1中含有0.01~1重量%的VIII族金属及/或Ib族金属,且含有量在压电体1中实质上是均匀的。

第一,有如下的方法:通过将烧成时的最高温度设为1000℃以下,使金属成分在压电体1中充分扩散。

此外,有如下的方法:在烧成工序中,在比最高温度低200~300℃左右、不能充分进行瓷器烧结、且使金属成分充分扩散的温度区域(700~800℃)中,设置1~2小时的保持时间。

进而,有如下的方法:向构成压电体1的原料中添加不对压电特性赋予不良影响的100ppm左右的Si,使金属成分易于扩散。

通过以上的方法,能够使压电体1中含有0.01~1重量%的VIII族及/或Ib族金属,且含有量在压电体1中实质上是均匀的。

此时,在保护层11的部分的生片中添加银—钯等构成内部电极2的金属粉末,或在叠层保护层11的部分的生片时将由银—钯等构成内部电极的金属粉末及无机化合物、粘合剂、增塑剂构成的浆料印刷在生片上,由此使保护层11和其它部分烧结时的收缩动作以及收缩率一致,因此,可形成致密的叠层体。

还有,叠层体113不限于用所述制造方法制作,若能够制作通过交替叠层多个压电体1和多个内部电极2而构成的叠层体113,则也可以用任意的方法形成。

其次,将在由银和玻璃构成的混合物中添加粘合剂而制作的银玻璃糊剂印刷在形成外部电极4的侧面,例如以500~850℃的温度进行烧结,由此形成外部电极4。

其次,将形成有外部电极4的叠层体113浸渍到硅橡胶溶液中,并且对硅橡胶溶液进行真空脱气,由此向叠层体113的槽内部填充硅橡胶,然后,将叠层体113从硅橡胶溶液中取出,在叠层体113的侧面涂敷硅橡胶。然后使在槽内部填充、及在柱状叠层体113的侧面涂敷的所述硅橡胶固化,由此完成本发明的叠层型压电元件。

然后,将导线与外部电极4连接,并经由该导线对一对外部电极4施加0.1~3kV/mm的直流电压,对叠层体113进行极化处理,由此完成利用了本发明的叠层型压电元件的叠层型压电促动器,若将导线与外部的电压供给部连接,并经由导线及外部电极4对内部电极2施加电压,则各压电体1通过反压电效应而较大地位移,由此,起到例如对发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀的作用。

下面,对在实施方式1~3中与所述之外的要素相关的更优选的方式及具体例进行说明。

另外,通过使内部电极2中的金属组成物以VIII族金属及/或Ib族金属为主成分,能够由具有高耐热性的金属组成形成内部电极2,因此,可与烧成温度高的压电体1同时进行烧成。

再有,在设VIII族金属的含有量为M1重量%,设Ib族金属的含有量为M2重量%时,内部电极2中的金属组成物优选以满足0<M1≤15、85≤M2<100、M1+M2=100的金属组成物为主成分。

由此,由于能够减小内部电极2的比电阻,故即使长时间连续驱动叠层型压电元件,也可以抑制内部电极2的发热。并且,由于能够抑制叠层型压电元件的温度上升,故可使元件位移量稳定化。

相对于此,若VIII族金属超过15重量%,则内部电极2的比电阻变大,在连续驱动叠层型压电元件时,有时内部电极2发热。此外,为了抑制内部电极2中的Ib族金属向压电体1的迁移,而优选VIII族金属为0.001重量%以上15重量%以下。此外,从提高叠层型压电元件的耐久性方面考虑,优选是0.1重量%以上10重量%以下。此外,在需要优越的热传导且更高的耐久性时,更优选是0.5重量%以上9.5重量%以下。在寻求更高的耐久性时,更优选是2重量%以上8重量%以下。

在此,若Ib族金属低于85重量%,则内部电极2的比电阻变大,在连续驱动叠层型压电元件时,有时内部电极2发热。此外,为了抑制内部金属12中的Ib族金属向压电体1的迁移,而优选Ib族金属为85重量%以上99.999重量%以下。此外,从提高叠层型压电元件的耐久性方面考虑,优选是90重量%以上99.9重量%以下。另外,在需要更高的耐久性时,更优选是90.5重量%以上99.5重量%以下。此外,在寻求更高的耐久性时,更优选是92重量%以上98重量%以下。

表示所述内部电极2中的金属成分的重量%的VIII族金属、Ib族金属可用EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法特定。

另外,所述VIII族金属为Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中的至少一种以上,Ib族金属为Cu、Ag、Au中的至少一种以上,由此,作为所述内部电极2的原料,可使用合金原料及混合粉末原料中的任一种。这些原料是在近年来的合金粉末合成技术中批量生产性优越的金属组成。

另外,内部电极2中的金属成分优选,VIII族金属为Pt、Pd中的至少一种以上,Ib族金属为Ag、Au中的至少一种以上。由此,有可能形成耐热性及耐氧化性都优越,且比电阻小的内部电极2。

另外,所述VIII族金属优选是Ni,从而能够缓和因驱动时的位移而产生的应力,并且可形成耐热性优越的内部电极2。

还有,通过所述Ib族金属是Cu,能够缓和因驱动时的位移而产生的应力,并且可形成硬度低且热传导性优越的内部电极2。

再有,通过向内部电极2中添加金属组成物和无机组成物,内部电极2和压电体1的界面的紧贴强度增大,因此,可抑制内部电极2和压电体1的界面的剥离。

此外,优选内部电极具有沿其厚度方向贯通的空隙。这样,由于存在贯通内部电极的空隙,从而压电体因电场而变形时被内部电极约束的力减弱而容易位移,因此,能够进一步提高位移量。此外,由于也降低内部电极内产生的应力,故可提高耐久性。

压电体1优选表示其压电特性的压电应变常数d33高,例如由以所述的锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3:(以下简称为PZT)、或钛酸钡(BaTiO3)等钙钛矿型氧化物为主成分的压电陶瓷材料等形成。

这样,若由以钛酸钡(BaTiO3)为代表的钙钛矿型压电陶瓷材料等形成压电体1,则表示其压电特性的压电应变常数d33高,因此,可增大位移量,进而也可以同时烧成压电体1和内部电极2。特别是作为压电体1,优选以由压电应变常数d33较高的PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。

另外,通过压电体1以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分,可同时烧成压电体1和内部电极2,因此,可缩短烧成时间,且能够一并减小内部电极2的比电阻。

另外,叠层体的烧成温度优选是900℃以上1000℃以下。这是因为,在烧成温度为900℃以下时,烧成温度低,因而烧成不充分,难以制作致密的压电体1。另一方面,若为高于1000℃的温度,则金属成分向压电体1中的扩散量变大,极化时及驱动时容易短路等,耐久性降低。

此外,在本发明的叠层型压电元件中,如实施方式2所示,优选,交替构成在侧面端部露出的内部电极2和端部未露出的内部电极2,在所述端部未露出的内部电极2和外部电极4间的压电体部分形成有槽,且在该槽内形成有杨氏模量比压电体12低的绝缘体。由此,在这样的叠层型压电元件中,由于能够缓和因驱动中的位移而产生的应力,故即使连续驱动,也能够抑制内部电极2的发热。

为了形成为这样的构造,例如交替形成在叠层体的侧面端部露出的内部电极2和端部未露出的内部电极2,在端部未露出的内部电极2和外部电极4间的压电体部分形成槽,并在该槽内形成杨氏模量比压电体1低的树脂或橡胶等绝缘体。在此,所述槽通过切割装置等形成在叠层体113的侧面。

从充分吸收因促动器的伸缩而产生的应力方面考虑,构成外部电极4的导电材料优选具有Ag、Ni、Cu、Al、W、Mo、不锈钢、Fe-Ni-Co合金等的良好的导电性,且是杨氏模量低的金属或合金。这些金属中,从耐氧化性良好且导电性优越的方面考虑,外部电极4优选是杨氏模量低的Ag或以Ag为主成分的合金、Ni、不锈钢。此外,为了使外部电极4为低电阻,进而富于追随柱状叠层体102位移的伸缩性,也可以使与内部电极2连接的部分具备网眼构件,且将外部电极4的厚度形成为50~500μm左右。

此外,外部电极4也能够以通过来自外部的夹持力而压接在柱状叠层体102的对置的两个侧面上的状态与内部电极2连接。另外,也可以通过焊料等与内部电极2连接固定。

另外,如下所述,也可以形成由富于弹性且呈三维网络结构的多孔性导电体构成的外部电极。

即,在玻璃粉末中添加粘合剂,制作银玻璃导电性糊剂,并将其成形为片状,将干燥后(使溶剂挥发)的片的生坯密度控制在6~9g/cm3,将该片转印到柱状叠层体113的外部电极形成面上,以比玻璃软化点高的温度、且银的熔点(965℃)以下的温度、且烧成温度(℃)的4/5以下的温度进行烧结。这样一来,使用银玻璃导电性糊剂制作的片中的粘合剂成分挥发消失,可形成由呈三维网络结构的多孔性导电体构成的外部电极。

另外,从有效地形成颈(neck)部,使银玻璃导电性糊剂中的银和内部电极2扩散接合,并使外部电极中的空隙有效地残存,进而将外部电极和柱状叠层体113的侧面局部接合这些方面考虑,所述银玻璃导电性糊剂的烧结温度优选是550~700℃。此外,银玻璃导电性糊剂中的玻璃成分的软化点优选是500~700℃。

在烧结温度高于700℃时,银玻璃导电性糊剂的银粉末的烧结过度,无法形成呈有效的三维网络结构的多孔性导电体,外部电极4过于致密,其结果是外部电极4的杨氏模量过高,无法充分吸收驱动时的应力,从而外部电极4有可能断线。优选以玻璃软化点的1.2倍以内的温度进行烧结。

另一方面,在烧结温度低于550℃时,由于在内部电极2端部和外部电极4之间未充分地进行扩散接合,故不能形成颈部,在驱动时有可能在内部电极2和外部电极4之间引起火花。

另外,银玻璃导电性糊剂的片的厚度优选比压电体1的厚度薄。从追随促动器伸缩的观点考虑,更优选是50μm以下。

再有,也可以在外部电极的外面形成由埋设了金属网眼或网眼状金属板的导电性粘接剂构成的导电性辅助构件。该情况下,通过在外部电极的外面设置导电性辅助构件,即使在向促动器投入大电流,且以高速驱动的情况下,也可以使大电流在导电性辅助构件中流动,可降低在外部电极中流动的电流。由此,能够防止外部电极引起局部过热而断线,从而能够大幅度提高耐久性。另外,由于在导电性粘接剂中埋设有金属网眼或网眼状金属板,故能够防止在所述导电性粘接剂中产生裂纹。

金属网眼通过编织金属线而成,网眼状金属板通过在金属板上形成孔作成为网眼状而成。

另外,构成所述导电性辅助构件的导电性粘接剂优选由使银粉末分散的聚酰亚胺树脂构成。即,通过使比电阻低的银粉末分散于耐热性高的聚酰亚胺树脂中,即使在高温下使用时,也能够形成电阻值低且维持了高的粘接强度的导电性辅助构件。更优选的是,所述导电性粒子是片状或针状等非球形的粒子。这是因为,通过将导电性粒子的形状设为片状或针状等非球形的粒子,能够使该导电性粒子间的聚合度牢固,且能够进一步提高该导电性粘接剂的剪切强度。

本发明的叠层型压电元件不限于这些,若在不脱离本发明主旨的范围内,则可进行各种变更。

此外,如上所述,对在叠层体113的对置的侧面形成了外部电极4的例进行了说明,但本发明中例如也可以在邻设的侧面形成一对外部电极。

实施方式4图5表示本发明的实施方式4的喷射装置,在收纳容器31的一端设有喷射孔33,而且在收纳容器31内收容有可开闭喷射孔33的针型阀35。

在喷射孔33可连通地设有燃料通路37,该燃料通路37与外部的燃料供给源连结,始终以一定的高压将燃料向燃料通路37供给。因此,若针型阀35开放喷射孔33,则供给于燃料通路37中的燃料以一定的高压向内燃机的未图示的燃料室内喷出。

此外,针型阀35的上端部的直径变大,成为可与在收纳容器31内形成的驱动缸39滑动的活塞41。而且,在收纳容器31内收纳有本发明的压电促动器43。

在这种喷射装置中,若压电促动器43被施加电压而伸长,则活塞41被按压,从而针型阀35闭塞喷射孔33,停止燃料的供给。此外,若停止电压的施加,则压电促动器43收缩,碟形弹簧45将活塞41压回,从而喷射孔33与燃料通路37连通,进行燃料的喷射。

此外,本发明涉及叠层型压电元件及喷射装置,但不限于所述实施方式,例如除了汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨等液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或振动防止装置等所搭载的驱动元件、或燃烧压传感器、敲触传感器(knock sensor)、加速度传感器、载荷传感器、超声波传感器、压敏传感器、偏航速率传感器等所搭载的传感器元件、以及压电陀螺仪、压电开关、压电变压器、压电遮断器等所搭载的电路元件之外,只要是使用了压电特性的元件,则都可以实施。

实施例实施例1作为实施例1,如下制作与本发明的实施方式1相关的叠层型压电促动器。

首先,混合以PbZrO3-PbTiO3为主成分且作为副成分含有3~10mol%的Yb及Ba的压电陶瓷焙烧粉末、粘合剂、及增塑剂,制作浆料,并利用刮板法制作厚度为100μm的作为压电体1的陶瓷生片。

在该生片的单面按图2所示的印刷图案通过网板印刷法印刷3μm厚度的通过在银—钯合金粉末中添加了粘合剂而成的导电性糊剂。另外,成为正极及负极的内部电极的导电性糊剂的印刷图案为在正极及负极间对称的形状。

然后,将印刷了正极及负极的内部电极图案的生片各150片交替叠层300片,并在其叠层方向上下各叠层30片成为惰性部的未印刷有导电性糊剂的生片。在以规定的温度对该叠层体进行脱脂后,在980~1100℃下烧成,得到烧成体。将对该烧成体的侧面及保护层的上下面进行形状加工而得到的叠层体111设为试样号1。

对如上所述得到的各叠层体111,用ミノルタ制光谱测色计(モデルCM-3700d)测定位移部10a、非位移部10b及保护层11的各自部分的L*a*b*色品图的L*、a*、及b*,并根据得到的值算出色差ΔE*ab。另外,测定区域为3mm×5mm。

其次,将混合了银粉末、玻璃粉末及粘合剂的银玻璃糊剂以5~40μm的厚度在所述叠层体111的非位移部10b侧面印刷,干燥后,在800℃下烧结15分钟,形成外部电极4。

之后,将导线与外部电极连接,并经由导线对正极及负极的外部电极施加15分钟的3kV/mm的直流电场,进行极化处理,从而制作图1A所示的叠层型压电促动器,并将其设为试样号1。

此外,作为比较例,将使用以PbZrO3-PbTiO3为主成分且作为副成分含有3~10mol%的Mn及Co的压电陶瓷的焙烧粉末,并利用所述制造方法而得到的叠层型压电促动器设为试样号2。

然后,在室温下以150Hz的频率对用所述制造方法制作的试样号1及2的叠层型压电促动器施加0~+185V的交流电场,进行1×106循环的驱动试验。另外,试样号2的叠层型压电促动器使用了在初期状态下内部电极2间没有绝缘不良的部件。结果如表1所示。

(表1-1)

(表1-2)

如表1所示,在作为比较例的试样号2的叠层型压电促动器中,在位移部—非位移部间、位移部—保护层间、非位移部—保护层间的任意处,色差ΔE*ab都为1.0以下,因此,各自的边界不明确。因此,在形成外部电极4时,不能充分确保外部电极4和在位移部10a侧面上露出的另一极的内部电极2的绝缘距离,因此,驱动中所述外部电极4和在位移部10a侧面上露出的另一极的内部电极2之间产生短路而破损。

另一方面,由于位移部—保护层间和非位移部—保护层间的边界不明确,即有效层10和保护层11的边界不明确,故难以进行为了提高保护层11的尺寸精度而实施的研磨加工,在保护层11的厚度上产生偏差,保护层11在薄的部分产生裂纹。

相对于此,在作为本发明的实施例的试样号1的叠层型压电促动器中,在位移部—非位移部间、有效层10和保护层11的任意处,色差ΔE*ab都为1.0以上,因此,各边界明确,外部电极4形成在非位移部10b的侧面上,且外部电极4和在位移部10a侧面上露出的另一极的内部电极2确保了0.5mm以上的绝缘距离,从而外部电极4和在位移部10a侧面上露出的另一极的内部电极2之间不产生短路。进而,由于上下各保护层11的厚度为1mm以上,因此,即使连续驱动后也不会产生裂纹。

实施例2首先,将以PZT为主成分的压电陶瓷的焙烧粉末、由丁缩醛构成的粘合剂、由IPA-甲苯构成的溶剂及增塑剂混合,制作表中所示的浆料,在测定其粘度后,利用滑动浇注法制作厚度100μm的陶瓷生片。

利用网板印刷法将表中记载的成分的导电性糊剂在该生片的单面上印刷3μm的厚度,并使导电性糊剂干燥后,将涂敷了该导电性糊剂的多个生片叠层100片,进而在该叠层体的叠层方向两端部,在上侧叠层10片未涂敷导电性糊剂的生片,在下侧叠层20片未涂敷导电性糊剂的生片。

其次,将该叠层体在100℃下进行加热并加压,使其一体化,在切断为8mm×8mm大小的四角柱状后,在800℃下进行10小时的脱粘合剂处理,并在1000℃下将压电体1和内部电极2同时烧成2小时,得到图1所示的柱状叠层体102。在烧成时,烧成钵使用密闭的MgO钵,将同一组成的粉末与叠层体一起置入并烧成。

对得到的柱状叠层体102的四个侧面进行磨削。

然后,在柱状叠层体102的对置的两个侧面每隔一层地形成深度200μm、叠层方向的宽度75μm的槽,使其在包括内部电极2端部的压电体1的端面相互不同,并在这些槽内填充硅橡胶,形成绝缘体3,使内部电极2的端部每隔一层地在柱状叠层体102的对置的两个侧面露出。

然后,在柱状叠层体102的对置的两个侧面涂敷由银和聚酰亚胺树脂构成的导电性粘接剂,并在该导电性粘接剂中埋入网眼构件,在该状态下加热到200℃,使其固化,由此形成外部电极4。

然后,用焊料将导线6连接到两个外部电极4,用醇等清洗促动器的外周面之后,用底涂剂等进行表面处理,由此使树脂的紧贴性提高,用浸渍等方法覆盖硅橡胶后,施加1kV的极化电压,对促动器整体进行极化处理,从而得到图1所示的本发明的叠层型压电促动器。

对得到的叠层型压电促动器施加200V的直流电压,其结果是各促动器得到10μm的位移。

进而,以200Hz的频率对这些叠层型促动器施加0~+200V的交流电场,在150℃下进行驱动试验。驱动试验是指,在驱动叠层型压电促动器使其循环1×109后,重新测定位移,调查从初始位移的变动。此时,变动量的绝对值在0.5μm以下时没有异常。此外,位移量的测定是指,将试样固定到防振台上,在试样上面铺设铝箔,以利用激光位移计在叠层型促动器的中心部及周围部的三个部位测定的值的平均值进行评价。

另外,在驱动试验后的试样的截面测定压电体1的厚度。测定是指,使用截面的SEM照片,对任意五层压电体的每一层测定任意10个部位的厚度,并设最大值和最小值之差为偏差。结果如表2所示。

(表2)

带*号的试样号是本发明范围外的试样。

此外,位移量的变化用1×109循环驱动后的位移量相对初始位移量的变化表示。

从该表2可知,在作为比较例1的试样号1中,由于厚度偏差超过10μm,故在1×107循环中产生了内部电极2间的短路。此外,在试样号9中,由于压电体1的厚度薄,且内部电极间的厚度过薄,故在极化中破损。

相对于此,在压电体1的厚度为50μm以上、且其偏差为10μm以下的本发明的实施例2(试样号2、3、4、5、6、7、8)中,能够抑制内部电极2的端部间的短路。

特别是在厚度为60μm以上且偏差为7μm以下的本发明的实施例2的试样(试样号3、4、5、7、8)中,显示了最优的结果。

实施例3在实施例3中,如下制作本发明的实施例3的叠层型压电促动器,并对其进行了评价。

首先,将以平均粒径为0.4μm的锆钛酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的焙烧粉末、粘合剂、及增塑剂混合,制作浆料,用刮板法制成厚度150μm的作为压电体1的陶瓷生片。

在该陶瓷生片的单面叠层300片通过用网板印刷法将在以任意组成比形成的银—钯合金中添加了氧化银和粘合剂而成的导电性糊剂形成为3μm的厚度而得到的片,并进行烧成。烧成在800℃下保持后,在1000℃下进行烧成。

然后,利用切割装置在叠层体侧面的内部电极的端部每隔一层地形成深度50μm、宽度50μm的槽。

其次,在90体积%的平均粒径2μm的片状银粉末、和剩余部分为10体积%的平均粒径2μm的以硅为主成分的软化点在640℃的非晶质玻璃粉末的混合物中,相对银粉末和玻璃粉末的合计重量100质量份添加8质量份的粘合剂,并充分混合,制作银玻璃导电性糊剂。通过网板印刷在分型薄膜上形成如此制作的银玻璃导电性糊剂,干燥后,从分型薄膜剥离,从而得到银玻璃导电性糊剂的片。用阿基米德法测定的该片的生坯密度为6.5g/cm3。

然后,将所述银玻璃糊剂的片转印到叠层体113的外部电极4的面上,在650℃下烧结30分钟,形成由呈三维网络结构的多孔性导电体构成的外部电极4。另外,此时的外部电极4的空隙率使用外部电极4的截面照片的图像解析装置进行测定,其为40%。

然后,将导线与外部电极4连接,并经由导线对正极及负极的外部电极4施加15分钟3kV/mm的直流电场,进行极化处理,制作图4所示的使用了叠层型压电元件的叠层型压电促动器。

对得到的叠层型压电元件施加直流电压,调查直至其击穿的电场,其结果如表3所示。输入150V的矩形波,直至其击穿的循环数如表3所示。

其次,将叠层型压电元件进行镜面研磨,在被内部电极夹着的压电体1中的任意部位测定5点进行EPMA定量分析。由此,制成强度(计数值)和含有量的检量线。其次,对叠层型压电元件的厚度方向进行EPMA线分析,测定被两个内部电极2夹着的压电体1中的金属成分含有量的分布。由于在EPMA线分析中只能够得到计数值,故能够根据检量线算出压电体1中的金属成分的含有量。其结果如图6所示。根据40点左右的数据,求出压电体1中的金属成分的含有量的平均值和标准偏差。

(表3)

从表3可知,若银向压电体中的扩散量少于0.01重量%(试样No.1),则压电体不能充分烧结,在极化时击穿。若银向压电体中的扩散量为0.01~1重量%(试样No.2~10),则能够确认扩散量偏差也小,绝缘击穿电场、击穿循环数都大,从而耐久性提高。此外可知,试样No.11、12的烧成温度高,且银的扩散量多,由此容易引起迁移,且绝缘击穿电场、击穿循环数都降低。

另外,本发明不限于所述实施例3,当然可以在不脱离本发明主旨的范围内,进行种种的变更。

(产业上的可利用性)本发明的叠层型电子部件可应用于叠层型陶瓷电容器或压电变压器。此外,本发明的叠层型电子部件可应用于在汽车用燃料喷射装置、光学装置等的精密定位装置或振动防止用的驱动元件等中使用的叠层型压电促动器。再有,通过使用本发明的叠层型电子部件,可应用于汽车用燃料或喷墨打印机的墨水等的喷射装置。

Claims (27)

1.一种叠层型电子部件,其具有:叠层体,其包括通过至少一个电介质和由第一及第二内部电极构成的多个内部电极交替叠层而构成的有效层、和设于该有效的叠层方向两端的保护层;外部电极,其分别形成在所述叠层体的两个侧面,且其中一个与所述第一内部电极连接,另一个与所述第二内部电极连接,所述叠层型电子部件的特征在于,所述有效层包括邻接的所述第一内部电极和所述第二内部电极相互对置的活性部、和位于该活性部的外侧且所述第一内部电极彼此或所述第二内部电极彼此对置的非活性部,且所述活性部的颜色和所述非活性部的颜色不同。
2.如权利要求1所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述活性部和所述非活性部之间的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上。
3.一种叠层型电子部件,其具有:叠层体,其包括通过至少一个电介质和由第一及第二内部电极构成的多个内部电极交替叠层而构成的有效层、和设于该有效的叠层方向两端的保护层;外部电极,其分别形成在所述叠层体的两个侧面,且其中一个与所述第一内部电极连接,另一个与所述第二内部电极连接,所述叠层型电子部件的特征在于,所述有效层的颜色和所述保护层的颜色不同。
4.如权利要求3所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述有效层和所述保护层之间的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.0以上。
5.如权利要求2或4所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述电介质的颜色和所述内部电极的颜色不同,所述电介质和所述内部电极之间的L*a*b*色品图的色差ΔE*ab为1.5以上。
6.如权利要求1~5中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述电介质为压电体,且以所述活性部为位移部,以所述非活性部为非位移部。
7.一种叠层型电子部件,其特征在于,包括通过多个电介质和多个内部电极叠层而构成的叠层体,所述电介质的厚度为50μm以上,且其厚度偏差为10μm以下。
8.如权利要求7所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述电介质以钙钛矿型氧化物为主成分。
9.一种叠层型电子部件,其具有:叠层体,其通过至少一个压电体和由第一及第二内部电极构成的多个内部电极交替叠层而构成;外部电极,其分别形成在所述叠层体的两个侧面,且其中一个与所述第一内部电极连接,另一个与所述第二内部电极连接,所述叠层型电子部件的特征在于,所述压电体含有0.01~1重量%的VIII族金属及/或Ib族金属。
10.如权利要求9所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述压电体中的VIII族及/或Ib族金属含有量在压电体整体中实质上是均匀的。
11.如权利要求6、9及10中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述压电体以钙钛矿型氧化物为主成分。
12.如权利要求8或11所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述钙钛矿型氧化物由PbZrO3-PbTiO3构成。
13.如权利要求6、9、10、11及12中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述叠层体构成为,在所述两个侧面的一侧面,在所述第二内部电极和所述外部电极之间形成有槽,在另一侧面,在所述第一内部电极和所述外部电极之间形成有槽,在所述槽中分别填充有杨氏模量比所述压电体低的绝缘体。
14.如权利要求1~13中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述内部电极中的金属组成物以VIII族金属及/或Ib族金属为主成分。
15.如权利要求14所述的叠层型电子部件,其特征在于,在所述内部电极中的VIII族金属的含有量为M1重量%、Ib族金属的含有量为M2重量%时,满足0<M1≤15、85≤M2<100、M1+M2=100。
16.如权利要求9~11、14及15中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述VIII族金属为Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中的至少一种以上,Ib族金属为Cu、Ag、Au中的至少一种以上。
17.如权利要求9~11、14及15中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述VIII族金属为Pt、Pd中的至少一种以上,Ib族金属为Ag、Au中的至少一种以上。
18.如权利要求9~11、14及15中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述VIII族金属为Ni。
19.如权利要求9~11、14及15中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述Ib族金属为Cu。
20.如权利要求1~19中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,在所述内部电极中添加有金属组成物和无机组成物。
21.如权利要求20所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述无机组成物以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。
22.如权利要求9~21中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述叠层体的烧成温度为900℃以上1000℃以下。
23.如权利要求1~22中任一项所述的叠层型电子部件,其特征在于,所述内部电极具有沿该内部电极的厚度方向贯通的空隙。
24.一种喷射装置,其特征在于,具备:具有喷射孔的收纳容器;收纳于该收纳容器内,且与施加在所述第一和所述第二内部电极之间的电压对应而沿叠层方向伸缩的权利要求1~23中任一项所述的叠层型电子部件;通过驱动该叠层型电子部件而从所述喷射孔喷出液体的阀。
25.一种叠层型电子部件的制造方法,其特征在于,使用含有电介质的浆料并通过带成形来制作厚度50μm以上且厚度偏差10μm以下的电介质的片,并在该片上印刷内部电极之后,进行叠层并烧成。
26.如权利要求25所述的叠层型电子部件的制造方法,其特征在于,包括在制作所述片之前,将所述浆料的粘度调节为15泊以上的工序。
27.如权利要求25或26所述的叠层型电子部件的制造方法,其特征在于,所述片含有丙烯酸、丁缩醛中的至少一种作为粘合剂,含有醇、甲苯中的至少一种作为溶剂。
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