DE102020108573A1

DE102020108573A1 - Piezoelektrisches mehrschichtelement

Info

Publication number: DE102020108573A1
Application number: DE102020108573.7A
Authority: DE
Inventors: Makoto Ishizaki; Masaharu Hirakawa
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2040-03-28
Also published as: US20200313069A1; DE102020108573B4; JP2020167226A; CN111755589A

Abstract

Ein piezoelektrisches Mehrschichtelement umfasst einen Schichtkörper und eine seitliche Elektrode. Der Schichtkörper enthält eine piezoelektrische Schicht und eine Innenelektrodenschicht. Die piezoelektrische Schicht wird entlang einer Ebene gebildet, die eine erste und eine zweite, senkrecht zueinander stehende Achse enthält. Die Innenelektrodenschicht ist auf die piezoelektrische Schicht laminiert. Die Innenelektrodenschicht hat einen vorderen Teil, der zur Seitenfläche des Schichtkörpers hin freiliegt, und über den vorderen Teil elektrisch mit der seitlichen Elektrode verbunden ist. Ro ist höher als Rc im Schichtkörper. Ro ist eine Vorkommensrate der äußeren Umfangsporen, die in der piezoelektrischen Schicht in einem äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht vorhanden sind. Rc ist eine Vorkommensrate von zentralen Poren, die in einem zentralen Teil des Schichtkörpers vorhanden sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Mehrschichtelement.
Piezoelektrische Mehrschichtelemente haben eine Struktur, bei der Innenelektroden und piezoelektrische Schichten geschichtet sind, und können den Auslenkungsbetrag und die Antriebskraft pro Volumeneinheit im Vergleich zu nicht-piezoelektrischen Mehrschichtelementen erhöhen. Bei den piezoelektrischen Mehrschichtelementen können in einer Grenzfläche zwischen den Innenelektroden und den piezoelektrischen Schichten aufgrund der im Schichtkörper erzeugten Spannung Risse erzeugt werden. Die Erzeugung von Rissen im Schichtkörper verschlechtert die Eigenschaften (z.B. den Auslenkungsbetrag) des piezoelektrischen Elements. Daher ist eine Technik zur Verhinderung der Rissbildung erforderlich.
Das Patentdokument 1 enthüllt beispielsweise eine Technik zur Verhinderung der Erzeugung von Rissen in den piezoelektrischen Schichten während der Herstellung, indem eine Blindelektrode um die Innenelektrodenschicht herum gebildet wird. Die durch das Patentdokument 1 offenbarte Technik kann jedoch möglicherweise die Erzeugung von Rissen nicht ausreichend verhindern, wenn die piezoelektrischen Schichten dünn sind, wenn die Schichtzahl groß ist, wenn der Elementkörper groß ist oder ähnliches.
Patentdokument 1: JP3794292 (B2)
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist unter solchen Umständen zustande gekommen. Gegenstand der Erfindung ist die Bereitstellung eines piezoelektrischen Mehrschichtelements, das die Erzeugung von Rissen verhindern kann.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, enthält ein piezoelektrisches Mehrschichtelement nach der vorliegenden Erfindung:

einen Schichtkörper einschließlich:
- eine piezoelektrische Schicht, die entlang einer Ebene gebildet wird, die eine erste und eine zweite, zueinander senkrechte Achse enthält; und
- eine Innenelektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht laminiert ist; und
eine seitliche Elektrode, die auf einer Seitenfläche des Schichtkörpers senkrecht zur ersten Achse ausgebildet ist,
wobei die Innenelektrodenschicht einen vorderen Abschnitt aufweist, der der seitlichen Oberfläche des Schichtkörpers ausgesetzt ist und über den vorderen Abschnitt elektrisch mit der seitlichen Elektrode verbunden ist, und
wobei Ro höher als Rc im Schichtkörper ist; wobei Ro eine Vorkommensrate von äußeren Umfangsporen ist, die in der piezoelektrischen Schicht vorkommen, die in einem äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht angeordnet ist; und wobei Rc eine Vorkommensrate von zentralen Poren ist, die in einem zentralen Teil des Schichtkörpers vorkommen.

Bei dem piezoelektrischen Mehrschichtelement nach der vorliegenden Erfindung gibt es weniger Poren (Zentrale Poren) im mittleren Teil des Schichtkörpers. In der piezoelektrischen Schicht, die sich im äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht befindet, ist das Vorkommen von Poren (äußere Umfangsporen) inzwischen hoch. Im Falle der vorliegenden Erfindung erlaubt diese Struktur den äußeren Umfangsporen, die Schrumpfspannung im Schichtkörper zu reduzieren. So wird selbst bei einem dünneren oder größeren Schichtkörper die Erzeugung von Rissen verhindert und die Eigenschaften (z.B. Verformung) des piezoelektrischen Mehrschichtelements können verbessert werden.
Vorzugsweise beträgt eine Differenz (Ro - Rc) im Schichtkörper zwischen Ro und Rc 2% oder mehr und 15% oder weniger. Bevorzugter beträgt die Differenz (Ro - Rc) im Schichtkörper zwischen Ro und Rc 3% oder mehr und 8% oder weniger. Wenn der Unterschied in der Vorkommensrate zwischen den äußeren Umfangsporen und den zentralen Poren innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, können die Eigenschaften (z.B. Verformung) des piezoelektrischen Mehrschichtelements weiter verbessert werden.
Vorzugsweise wird eine Blindelektrodenschicht mit einem Spalt gebildet, der den äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht mit Ausnahme des vorderen Teils auf der Ebene der piezoelektrischen Schicht umgibt. Vorzugsweise werden Spaltporen in der piezoelektrischen Schicht im Spalt zwischen der Innenelektrodenschicht und der Blindelektrodenschicht im Schichtkörper gebildet.
Wenn die Spaltporen vorhanden sind, kann das mehrschichtige piezoelektrische Element nach der vorliegenden Erfindung die Änderung der Zusammensetzung der piezoelektrischen Schicht verhindern und eine hohe piezoelektrische Konstante erreichen.
Vorzugsweise beträgt die Vorkommensrate der Spaltporen in der im Spalt befindlichen piezoelektrischen Schicht 3 % oder mehr und 20 % oder weniger.
Vorzugsweise hat der Spalt eine Breite von 0,05 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger.
Vorzugsweise haben die Spaltporen eine durchschnittliche Größe von 0,04 µm oder mehr und 0,18 µm oder weniger.
Das mehrschichtige piezoelektrische Element nach der vorliegenden Erfindung kann als Umwandlungselement von elektrischer Energie in mechanische Energie verwendet werden. So ist das erfindungsgemäße piezoelektrische Mehrschichtelement z.B. für piezoelektrische Aktoren, piezoelektrische Summer, piezoelektrische Schallgeber, Ultraschallmotoren, Lautsprecher usw. anwendbar und wird besonders vorteilhaft für piezoelektrische Aktoren eingesetzt. Insbesondere werden die piezoelektrischen Aktoren für haptische Vorrichtungen, Linsenansteuerung, Ansteuerung von HDD-Köpfen, Ansteuerung von Tintenstrahldruckerköpfen, Ansteuerung von Kraftstoffeinspritzventilen usw. verwendet.
Figurenliste

1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die ein piezoelektrisches Mehrschichtelement nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die entlang der in 1 gezeigten II-II-Linie geschnitten wurde.
3A ist eine schematische Querschnittsansicht, die entlang der in 1 gezeigten III-III-Linie geschnitten wurde.
3B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Mehrschichtelements nach einer anderen Ausführung.
4A ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster des in 3A gezeigten piezoelektrischen Mehrschichtelements veranschaulicht.
4B ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster in dem in 3B gezeigten piezoelektrischen Mehrschichtelement zeigt.
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 1 gezeigten piezoelektrischen Mehrschichtelements.
6 ist eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht des in 3A und 3B dargestellten Bereichs VI.
7A ist eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht der in 3A gezeigten Region VIIA.
7B ist eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht der in 3B dargestellten Region VIIB.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen erläutert.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Vibrationsgerätes nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt, ist ein piezoelektrisches Mehrschichtelement 2 über eine Klebeschicht 32 auf eine Vibrationsplatte 30 geklebt. Das piezoelektrische Mehrschichtelement 2 wird aus einem Schichtkörper 4, einer ersten Außenelektrode 6 und einer zweiten Außenelektrode 8 gebildet.
Der Schichtkörper 4 hat eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform und hat eine Vorderfläche 4a und eine Rückfläche 4b im Wesentlichen senkrecht zur Z-Achsenrichtung, Seitenflächen 4c und 4d im Wesentlichen senkrecht zur X-Achsenrichtung (erste Achse) und Seitenflächen 4e und 4f im Wesentlichen senkrecht zur Y-Achsenrichtung (zweite Achse). Übrigens können isolierende Schutzschichten (nicht abgebildet) auf den Seitenflächen 4c-4f des Schichtkörpers 4 gebildet werden, mit Ausnahme der Bereiche, auf denen die Außenelektroden 6 und 8 gebildet werden. In den Figuren stehen die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse im Wesentlichen senkrecht zueinander.
Die erste Außenelektrode 6 hat einen ersten Seitenteil 6a, der entlang der Seitenfläche 4d des Schichtkörpers 4 ausgebildet ist, und einen ersten Oberflächenteil 6b, der entlang der Vorderfläche 4a des Schichtkörpers 4 ausgebildet ist. Der erste Seitenteil 6a und der erste Oberflächenteil 6b haben eine im wesentlichen rechteckige Form und sind an ihrer Schnittstelle miteinander verbunden. Übrigens sind der erste Seitenteil 6a und der erste Oberflächenteil 6b in den Figuren getrennt dargestellt, aber tatsächlich einstückig ausgebildet.
Die zweite Außenelektrode 8 ist ähnlich wie die erste Außenelektrode 6 ausgebildet. Das heißt, die zweite Außenelektrode 8 hat einen zweiten Seitenteil 8a, der entlang der Seitenfläche 4c des Schichtkörpers 4 gebildet ist, und einen zweiten Oberflächenteil 8b, der entlang der Vorderfläche 4a des Schichtkörpers 4 gebildet ist. Der zweite Seitenteil 8a und der zweite Oberflächenteil 8b sind an ihrem Schnittpunkt miteinander verbunden. Übrigens sind der erste Oberflächenteil 6b und der zweite Oberflächenteil 8b getrennt ausgebildet und elektrisch voneinander isoliert.
Wie in 2 und 3A gezeigt, hat der Schichtkörper 4 eine innere Struktur, bei der die piezoelektrischen Schichten 10 und die Innenelektrodenschichten 16 abwechselnd in Stapelrichtung (Z-Achsen-Richtung) geschichtet sind. Die Innenelektrodenschichten 16 sind so geschichtet, dass die vorderen Abschnitte 16a abwechselnd an der Seitenfläche 4c oder 4d des Schichtkörpers 4 freigelegt sind. An den vorderen Abschnitten 16a sind die Innenelektrodenschichten 16 elektrisch mit der ersten Außenelektrode 6 oder der zweiten Außenelektrode 8 verbunden.
In der vorliegenden Ausführung haben die piezoelektrischen Schichten 10 in einem zentralen Teil des Schichtkörpers 4 piezoelektrisch aktive Abschnitte 12, die zwischen den Innenelektrodenschichten 16 liegen. Das heißt, die piezoelektrischen aktiven Abschnitte 12 sind ein Bereich, der von der in 2 und 3 dargestellten gepunkteten Linie umgeben ist. In diesem Bereich wird eine mechanische Auslenkung durch das Anlegen einer Spannung über die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 mit unterschiedlichen Polaritäten verursacht.
Die Innenelektrodenschichten 16 bestehen aus einem beliebigen leitenden Material, wie z.B. einem Edelmetall (z.B. Ag, Pd, Au, Pt), einer Legierung dieser Metalle (z.B. Ag-Pd), einem unedlen Metall (z.B. Cu, Ni) und einer Legierung dieser Metalle.
Die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 bestehen ebenfalls aus einem leitfähigen Material, z.B. einem Material, das dem leitfähigen Material der Innenelektroden ähnlich ist. Die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 können durch Mischen eines leitfähigen Metallpulvers (z.B. Ag, Cu) und eines Glaspulvers (z.B. SiO₂) und Brennen dieser Mischung gebildet werden. Übrigens kann auf den Außenseiten der ersten Außenelektrode 6 und der zweiten Außenelektrode 8 eine Plattierungsschicht oder eine gesputterte Schicht, die die oben erwähnten verschiedenen Metalle enthält, gebildet werden.
Die piezoelektrischen Schichten 10 bestehen aus beliebigen Materialien, die einen piezoelektrischen Effekt oder einen inversen piezoelektrischen Effekt aufweisen, wie z.B. PbZr_xTi_1-xO₃ (PZT), BaTiO3 (BT), BiNaTiO₃ (BNT), BiFeO₃ (BFO), (Bi₂O₂)²⁺(A_m-1B_mO_3m+1)^2- (BLSF), und (K, Na)NbO₃, (KNN). Um die Eigenschaften zu verbessern, können die piezoelektrischen Schichten 10 eine Nebenkomponente enthalten. Die Menge der Nebenkomponente wird auf Grundlage der gewünschten Eigenschaften bestimmt.
Übrigens haben die piezoelektrischen Schichten 10 eine beliebige Dicke, aber vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,5 bis 100 µm in der vorliegenden Ausführungsform. Ebenso haben die Innenelektrodenschichten 16 eine beliebige Dicke, vorzugsweise jedoch eine Dicke von etwa 0,5 bis 2,0 µm. Wie in 2 und 3A dargestellt, sind die piezoelektrischen Schichten 10 auf der Vorderfläche 4a und der Rückfläche 4b des Schichtkörpers 4 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Vibrationsplatte 30 zur Verstärkung der Schwingung des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2 verwendet. Die Vibrationsplatte 30 besteht aus einem beliebigen elastischen Material, wie z.B. einem Metallmaterial aus Ni, Ni-Fe-Legierung, Messing und Edelstahl. Die Vibrationsplatte 30 hat jede Dicke und Größe, die auf der Grundlage der Verwendung des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2 entsprechend bestimmt wird. Die Vibrationsplatte 30 kann beispielsweise eine Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm und eine Länge in Richtung der X-Achse oder in Richtung der Y-Achse haben, die etwa ein- bis dreimal so groß ist wie der Elementkörper in der Draufsicht.
Wie oben erwähnt, wird das mehrschichtige piezoelektrische Element 2 über die Klebeschicht 32 auf die Vibrationsplatte 30 geklebt. Die Klebeschicht 32 besteht z.B. aus einem Klebematerial (z.B. Epoxidharz, Acrylharz, Silikonharz, Butyralharz), ist aber vorzugsweise elektrisch isoliert, ohne einen leitfähigen Füllstoff zu enthalten. Wenn die Klebeschicht 32 elektrisch isoliert ist, gibt es keinen Kurzschluss zwischen der ersten Außenelektrode 6 und der zweiten Außenelektrode 8, auch wenn die Vibrationsplatte 30 aus Metall besteht.
Vorzugsweise hat die Klebeschicht 32 eine Dicke von 10 µm bis 1000 µm. Wenn die Klebeschicht 32 eine solche Dicke hat, kann die vom piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 erzeugte Schwingung effektiv auf die Schwingungsplatte 30 übertragen werden, während die Haftung zwischen dem piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 und der Schwingungsplatte 30 erhalten bleibt.
4A ist eine schematische Draufsicht eines Elektrodenmusters 24a, das im Schichtkörper 4 enthalten ist. Die piezoelektrischen Schichten 10 befinden sich in einer Ebene, die die X-Achse und die Y-Achse auf der unteren Seite der in 4A gezeigten Z-Achsenrichtung einschließt. Jede der piezoelektrischen Schichten 10 hat die Seiten 4c1 bis 4f1, die den Seitenflächen 4c bis 4f des Schichtkörpers 4 entsprechen (siehe 1). Dann wird das Elektrodenmuster 24a, das aus der Innenelektrodenschicht 16 und der Blindelektrodenschicht 18 gebildet wird, auf die Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 10 laminiert.
In dem in 4A gezeigten Elektrodenmuster 24a hat die Innenelektrodenschicht 16 den vorderen Abschnitt 16a, der zur Seite 4d1 hin freiliegt. Die Blindelektrodenschicht 18 ist mit einem Spalt 20 ausgebildet, der die Innenelektrodenschicht 16 mit Ausnahme des vorderen Abschnitts 16a umgibt. Somit sind die Innenelektrodenschicht 16 und die Blindelektrodenschicht 18 elektrisch isoliert. In der vorliegenden Ausführung hat der Spalt 20 eine Breite W3 von 0,03 mm oder mehr und 0,3 mm oder weniger (vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger).
In der vorliegenden Ausführung liegt der Außenumfang der Blindelektrodenschicht 18 an den Seitenflächen 4c bis 4f des Schichtkörpers 4 frei und weist ein erstes seitliches Muster 18a entlang der Seite 4e1, ein zweites seitliches Muster 18b entlang der Seite 4f1 und ein Verbindungsmuster 18c entlang der Seite 4c1 auf. Das Verbindungsmuster 18c befindet sich gegenüber dem vorderen Abschnitt 16a und verbindet die beiden seitlichen Muster 18a und 18b.
In der vorliegenden Ausführung ist der erste Seitenteil 6a der ersten Außenelektrode 6 so ausgebildet, dass die Breite gleich oder kleiner als eine Breite W1 der Innenelektrodenschichten 16 in Y-Achsenrichtung ist, und die Blindelektrodenschicht 18 und der erste Seitenteil 6a sind nicht miteinander verbunden. Das heißt, die Blindelektrodenschicht 18 ist gegenüber der Innenelektrodenschicht 16 und den Außenelektroden 6 und 8 elektrisch isoliert und trägt nicht zum Auftreten der piezoelektrischen Eigenschaften bei. Da der erste Seitenteil 6a und der zweite Seitenteil 8a so ausgebildet sind, werden die erste Außenelektrode 6 und die zweite Außenelektrode 8 nicht über die Blindelektrodenschicht 18 kurzgeschlossen.
Um die elektrische Isolierung zwischen der ersten Außenelektrode 6 und der zweiten Außenelektrode 8 zu sichern, kann ein Schlitz auf dem seitlichen Muster 18a (18b) der Blindelektrodenschicht 18 gebildet werden, oder die Blindelektrodenschicht 18 kann so gebildet werden, dass das Ende des seitlichen Musters 18a (18b) nicht zur Seite 4d1 hin freiliegt. In diesem Fall kann der erste Seitenteil 6a der ersten Außenelektrode 6 eine Breite haben, die ähnlich der Breite Wy der piezoelektrischen Schichten 10 in Richtung der Y-Achse ist.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Blindelektrodenschichten 18 vorzugsweise so konfiguriert, dass der Unterschied im thermischen Schrumpfungsverhalten zwischen den Blindelektrodenschichten 18 und den Innenelektrodenschichten 16 kleiner ist als der zwischen den Innenelektrodenschichten 16 und den piezoelektrischen Schichten 10. Vorzugsweise enthalten die Blindelektrodenschichten 18 ein leitfähiges Metall. Die Blindelektrodenschichten 18 und die Innenelektrodenschichten 16 können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2 gemäß der vorliegenden Darstellung. Wie in 5 gezeigt, werden bei der Laminierung der piezoelektrischen Schichten 10 durch drei oder mehr Lagen die Elektrodenmuster 24a vorzugsweise mit jeder Schicht in einer anderen Orientierung geschichtet. Insbesondere werden die Elektrodenmuster 24a nach der zweiten Schicht durch Drehen jeder Schicht um 180 Grad um die Z-Achse geschichtet. So werden die vorderen Abschnitte 16a der Innenelektrodenschichten 16 abwechselnd auf der Seite 4c1 und der Seite 4d1 freigelegt und mit dem ersten Seitenteil 6a oder dem zweiten Seitenteil 8a verbunden.
Wenn eine Vielzahl von piezoelektrischen Schichten 10 und Elektrodenmustern 24a geschichtet wird, wie in 5 gezeigt, können der Auslenkungsbetrag, die Antriebskraft und ähnliches im Vergleich zu denen von nicht-piezoelektrischen Mehrschichtelementen erhöht werden. In der vorliegenden Ausführung beträgt die Schichtzahl der piezoelektrischen Schichten 10 zwei oder mehr und hat keine Obergrenze, sondern liegt vorzugsweise bei etwa 3 bis 20. Die Schichtzahl der piezoelektrischen Schichten 10 wird entsprechend dem Zweck des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2 bestimmt.
In der vorliegenden Ausführung sind auf den piezoelektrischen Schichten 10 im Schichtkörper 4 mehrere Poren 22 gebildet. Die Rate des Porenvorkommens 22 ändert sich in Abhängigkeit von der Lage im Schichtkörper.
6 ist eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht der Region VI, die einem zentralen Teil des in 3A gezeigten Schichtkörpers 4 entspricht. Wie in 6 dargestellt, sind im zentralen Teil des Schichtkörpers 4 kaum Poren ausgebildet. Die piezoelektrischen Schichten 10 und die Innenelektrodenschichten 16 sind denkbar dicht geschichtet. Bei der Laminierung der Grünfolien im folgenden Herstellungsverfahren können jedoch leicht Blasen auftreten, wodurch die zentralen Poren 22a gebildet werden. Da der zentrale Teil des Schichtkörpers 4 den piezoelektrisch aktiven Abschnitten 12 entspricht, ist die Vorkommensrate der zentralen Poren 22a vorzugsweise geringer. Insbesondere beträgt die Vorkommensrate der zentralen Poren 22a 10% oder weniger oder kann auf einer vorbestimmten Querschnittsfläche 0% betragen.
Mittlerweile ist 7A eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht der Region VIIA, die einem äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 entspricht, die in 3A dargestellt ist. Wie in 7A gezeigt, sind die äußeren Umfangsporen 22b im äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 gebildet. Die äußeren Umfangsporen 22b können in Blindelektrodenporen 22b1, die zwischen den Blindelektrodenschichten 18 gebildet werden, und in Spaltporen 22b2, die im Spalt 20 gebildet werden, eingeteilt werden.
In der vorliegenden Ausführung ist Ro höher als Rc, wobei Ro eine Vorkommensrate der äußeren Umfangsporen 22b ist, die sich im äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 befinden, und Rc eine Vorkommensrate der zentralen Poren 22a ist. Im äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht 16 ist die Vorkommensrate der Spaltporen 22b2 tendenziell höher als die der Blindelektrodenporen 22b1. Vorzugsweise haben die Poren 22a (22b) eine durchschnittliche Größe von 0,04 µmoder mehr und 0,2 µmoder weniger (bevorzugt 0,04 µm oder mehr und 0,18 µmoder weniger).
In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „die Vorkommensrate Ro ist höher als die Vorkommensrate Rc“, dass die Differenz (Ro - Rc) der Raten unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Messfehlern 2% oder mehr beträgt. Die entsprechenden Poren 22a und 22b können tatsächlich gemessen werden, indem man einen Querschnitt des Schichtkörpers 4 mit FE-SEM oder ähnlichen Methoden beobachtet. In der vorliegenden Ausführung sind eine Vorkommensrate und eine Porengröße der Poren 22a (22b) wie folgt definiert.
Bevor die Vorkommensrate und die Porengröße der Poren analysiert werden, werden zunächst mindestens 10 Analysebereiche A ausgewählt, indem ein Querschnitt des Schichtkörpers 4 mit einem FE-SEM beobachtet wird. Wenn die zentralen Poren 22a analysiert werden, werden 10 oder mehr Analysebereiche A1 (Ya1 × Za1), wie in 6 gezeigt, an einer ungefähr zentralen Position des Schichtkörpers 4 ausgewählt (d.h. eine Position, die ungefähr zentral in einer der Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse liegt). Bei der Analyse der zentralen Poren 22a kann der zu analysierende Querschnitt ein X-Z-Querschnitt (2) oder ein Y-Z-Querschnitt (3A) sein.
Wenn die äußeren Umfangsporen 22b analysiert werden, wird ein Y-Z-Querschnitt herangezogen, und es werden 10 oder mehr Analysebereiche A2i (Ya2i x Za2) im äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 und in einem ungefähr zentralen Teil in X- und Z-Achsenrichtung ausgewählt. Insbesondere, wenn die Vorkommensrate der Spaltporen 22b2 im Spalt 20 analysiert wird, werden 10 oder mehr Analysebereiche A2ii (Ya2ii × Za2) in einer ungefähr zentralen Position des Spalts 20 in Richtung der Y-Achse und in Richtung der Z-Achse ausgewählt. Übrigens wird die Größe jeder der Analyseregionen A1, A2i und A2ii auf Grundlage der Einfachheit und Genauigkeit der Beobachtung angemessen bestimmt.
Die Vorkommensrate und die Porengröße der Poren werden berechnet, indem die oben aufgenommenen Querschnittsbilder jeder der Analysebereiche A1, A2i und A2ii in eine Software zur Bildanalyse eingearbeitet und die Poren 22 unter vorgegebenen Bedingungen bestimmt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rate des Porenvorkommens als eine Rate (Sh / Sa) der Gesamtporenfläche Sh zu einer Fläche Sa der Analyseregion A berechnet. Die Porengröße wird durch die Umrechnung einer Fläche jeder der Poren 22 in einen kreisäquivalenten Durchmesser erhalten. In der vorliegenden Darstellung wird die Porenrate und die Porengröße der Poren 22 jeweils als Durchschnitt der mindestens 10 Analysebereiche A dargestellt.
Das mehrschichtige piezoelektrische Element 2 nach der vorliegenden Ausführungsform wird durch ein beliebiges Verfahren hergestellt und wird z.B. nach folgendem Verfahren hergestellt.
Zunächst wird ein Fertigungsschritt des Schichtkörpers 4 erläutert. Im Fertigungsschritt des Schichtkörpers 4 werden keramische Grünfolien vorbereitet, die nach dem Brennen die piezoelektrischen Schichten 10 bilden; und es wird eine leitfähige Paste vorbereitet, die nach dem Brennen die Innenelektrodenschichten 16 und die Blindelektrodenschichten 18 bildet.
Zum Beispiel werden die keramischen Grünfolien auf folgende Weise hergestellt. Zuerst wird ein Rohstoff aus einem Material, aus dem die piezoelektrischen Schichten 10 bestehen, durch Nassmischen oder ähnlich gleichmäßig gemischt und getrocknet. Dann wird das Rohmaterial unter entsprechend festgelegten Bedingungen kalziniert, und dieses kalzinierte Pulver wird auf nasse Weise pulverisiert. Das pulverisierte kalzinierte Pulver wird mit einem Bindemittel versetzt und zu einer Aufschlämmung verarbeitet. Darüber hinaus wird die Aufschlämmung durch das Rakel- oder Siebdruckverfahren oder ähnliches in eine Folie umgewandelt und anschließend getrocknet, um eine keramische Grünfolie zu erhalten. Übrigens kann das Rohmaterial des Materials, aus dem die piezoelektrischen Schichten 10 bestehen, unvermeidliche Verunreinigungen enthalten.
Als nächstes wird eine Elektrodenpaste, die ein leitfähiges Material enthält, durch ein Druckverfahren oder ähnliches auf die keramische Grünfolie aufgetragen. Auf diese Weise erhält man Grünfolien, auf denen ein Innenelektrodenpastenfilm und ein Blindelektrodenpastenfilm in einem vorbestimmten Muster gebildet werden.
Als nächstes werden die im oben genannten Verfahren vorbereiteten Grünfolien in einer vorgegebenen Reihenfolge geschichtet. Das heißt, die Grünfolien werden geschichtet, während die Ausrichtung der Elektrodenmuster 24a wie in 5 gezeigt variiert wird. Die keramische Grünfolie, die nach dem Brennen die Vorderfläche 4a des Schichtkörpers 4 bildet, wird nur auf die obere Schicht in Z-Achsen-Richtung geschichtet.
Darüber hinaus werden die geschichteten Grünfolien für eine Druckverklebung unter Druck gesetzt und gebrannt, um über notwendige Schritte (z.B. Trocknungsschritt, Entbinderungsschritt) den Schichtkörper 4 zu erhalten. Wenn die Innenelektrodenschichten 16 aus einem Edelmetall (z.B. Ag-Pd-Legierung) bestehen, wird das Brennen vorzugsweise bei einer Ofentemperatur von 800-1200°C und Atmosphärendruck durchgeführt. Wenn die Innenelektrodenschichten 16 aus einem unedlen Metall (z.B. Cu, Ni) bestehen, wird der Brennen vorzugsweise bei einer Ofentemperatur von 800-1200°C und einem Sauerstoffpartialdruck von 1 × 10^-7 bis 1 × 10^-9 MPa durchgeführt.
Die meisten der Blindelektrodenporen 22b1 und die Spaltporen 22b2 werden möglicherweise im Brennschritt erzeugt. Insbesondere die Spaltporen 22b2 werden möglicherweise hauptsächlich durch den gemeinsamen Zug an den piezoelektrischen Schichten 10 von den Innenelektrodenschichten 16 und den Blindelektrodenschichten 18 in einem Volumenschrumpfungsprozess der Elektrodenschichten 16 und 18 im Brennschritt gebildet. Somit kann die Vorkommensrate und die Porengröße der Poren 22 über die Brennbedingungen gesteuert werden. Insbesondere werden die Aufheizrate, die Haltezeit und die Haltetemperatur während des Brennens so gesteuert, dass die Vorkommensrate der äußeren Umfangsporen 22b im Vergleich zu der der zentralen Poren 22a erhöht wird.
Wenn die dem Schichtkörper 4 zugeführte Wärmemenge durch Erhöhung der Haltetemperatur im Brennschritt erhöht wird, wird die Sinterung übermäßig stark, und die in den piezoelektrischen Schichten 10 enthaltenen Elemente (z.B. Pb, Bi, K, Na) werden weitgehend verflüchtigt. So bilden sich im Inneren des Schichtkörpers 4 viele Poren 22. Wenn die Sinterung jedoch übermäßig stark wird, entweichen die verflüchtigten Elemente nicht nur aus dem äußeren umlaufenden Abschnitt 14, sondern auch aus dem zentralen Teil des Schichtkörpers 4, und die piezoelektrischen Eigenschaften verschlechtern sich tendenziell. In der vorliegenden Ausführung ist die Aufheizrate besonders niedrig, und die Vorkommensrate (Ro) der äußeren Umfangsporen 22b wird dadurch hoch, während das Entstehen von zentralen Poren 22a verhindert wird.
Konkret beträgt die Aufheizrate während des Brennens normalerweise etwa 300°C/h bis 1500°C/h, in der vorliegenden Ausführungsform jedoch 200°C/h oder weniger. Wenn die Aufheizrate niedriger als normal ist, werden leicht die äußeren Umfangsporen 22b gebildet, und die Vorkommensrate (Ro) der Poren ist tendenziell hoch. Im zentralen Teil des Schichtkörpers 4 ist es jedoch möglich, die Poren zu reduzieren und die Dichte zu erhöhen. Vorzugsweise beträgt die Haltezeit während des Brennvorgangs 15 Minuten bis 240 Minuten.
Der durch den Sinterschritt erhaltene Schichtkörper 4 wird mit der ersten Außenelektrode 6 und der zweiten Außenelektrode 8 durch Kathodenzerstäubung (Sputtern), Bedampfung, Plattierung, Tauchbeschichtung oder ähnliches versehen. Die erste Außenelektrode 6 wird auf der Vorderfläche 4a und der Seitenfläche 4d des Schichtkörpers 4 gebildet, und die zweite Außenelektrode 8 wird auf der Vorderfläche 4a und der Seitenfläche 4c des Schichtkörpers 4 gebildet. Übrigens kann eine Isolierschicht durch Auftragen eines isolierenden Harzes auf die Seitenflächen 4d-4f des Schichtkörpers 4 gebildet werden, auf denen die Außenelektroden 6 und 8 nicht ausgebildet sind.
Als nächstes wird das mehrschichtige piezoelektrische Element 2 mit den Außenelektroden 6 und 8 auf die Vibrationsplatte 30 geklebt. In diesem Schritt wird zunächst ein Klebematerial, das die Klebeschicht 32 bildet, auf die Vibrationsplatte 30 aufgetragen und dünn verteilt. Danach wird das mehrschichtige piezoelektrische Element 2 auf die Vibrationsplatte geschoben und durch Pressen oder ähnliches auf die Vibrationsplatte geklebt. Zu diesem Zeitpunkt wird die auf den Elementkörper wirkende Kraft vorzugsweise auf den zentralen Teil des Schichtkörpers 4 aufgebracht.
Vor oder nach dem Verkleben der Vibrationsplatte wird eine Polarisationsbehandlung durchgeführt, um den piezoelektrischen Schichten 10 eine piezoelektrische Aktivität zu ermöglichen. Die Polarisationsbehandlung erfolgt durch Anlegen eines elektrischen Gleichfeldes von 1-10 kV/mm an die erste und zweite Außenelektrode 6 und 8 in einem isolierenden Öl bei etwa 80-120 Grad. Übrigens hängt das anzulegende elektrische Gleichfeld von dem Material ab, aus dem die piezoelektrischen Schichten 10 bestehen. Durch ein solches Verfahren erhält man das in 1 gezeigte piezoelektrische Mehrschichtelement 2.
Im obigen Prozess wird das Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Mehrschichtelements gezeigt, aber tatsächlich können Grünfolien verwendet werden, auf denen mehrere Elektrodenmuster 24 auf einer Platte gebildet werden. Ein mit solchen Platten gebildetes Aggregat-Laminat wird vor oder nach dem Brennen entsprechend zugeschnitten und hat dadurch schließlich die Form des Elements, wie in 1 dargestellt.
In dem piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 ist, wie oben erwähnt, Ro höher als Rc, wobei Ro eine Vorkommensrate der äußeren Umfangsporen 22b ist, die im äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 vorhanden sind, und Rc eine Vorkommensrate der zentralen Poren 22a, die im zentralen Teil des Schichtkörpers 4 vorhanden sind. In dieser Struktur können die piezoelektrischen Schichten 10 im äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 Elastizität und Flexibilität aufweisen. Das heißt, die äußeren Umfangsporen 22b reduzieren möglicherweise die innere Spannung und den Flexibilitätsunterschied zwischen den piezoelektrischen aktiven Abschnitten 12 und den inaktiven Abschnitten bei der Herstellung oder Verwendung des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2. So kann das piezoelektrische Mehrschichtelement 2 nach der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugung von Rissen im Inneren des Schichtkörpers 4 verhindern und weist keine verschlechterten Eigenschaften auf.
So kann mit der vorliegenden Ausführung die Erzeugung von Rissen im Inneren des Schichtkörpers 4 verhindert werden, selbst wenn die piezoelektrischen Schichten 10 dünn, die Schichtzahl der piezoelektrischen Schichten 10 groß, die Schichtfläche des Schichtkörpers 4 breit und groß ist, oder ähnliches. Aufgrund der Vermeidung von Rissen werden die Eigenschaften (z.B. Auslenkung) im piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 entsprechend der vorliegenden Ausführung nicht verschlechtert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vibrationsplatte 30 mit dem piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 verbunden, um eine große Auslenkung zu erhalten. In einem solchen Anwendungsmodus verschlechtert sich die Haftung zwischen dem piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 und der Vibrationsplatte 30 umso mehr, je größer der Elementkörper wird. Insbesondere, wenn in der Klebeschicht 32 zwischen dem piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 und der Vibrationsplatte 30 Blasen oder überschüssige Kleberkomponente vorhanden sind, wird die Übertragung der Schwingung vom piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 auf die Vibrationsplatte 30 gestört, und es wird schwierig, eine große Auslenkung zu erzielen.
Beim piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 gibt es nach der vorliegenden Ausführungsform im mittleren Teil des Schichtkörpers 4 weniger Poren, aber viele äußere Umfangsporen 22b im äußeren umlaufenden Abschnitt 14. Bei der Verklebung des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2 und der Vibrationsplatte 30 bewegt sich dadurch eine in der Klebeschicht 32 vorhandene Blase oder überschüssiger Klebstoff vom Mittelteil zum äußeren umlaufenden Abschnitt des Schichtkörpers 4 und wird leicht aus der Klebeschicht 32 ausgetragen. So kann das mehrschichtige piezoelektrische Element 2 nach der vorliegenden Ausführungsform eine hohe Haftung mit der Vibrationsplatte haben und eine höhere Auslenkung erzielen.
Übrigens, eine Differenz (Ro - Rc) zwischen Ro und Rc beträgt vorzugsweise 2% oder mehr und 15% oder weniger (vorzugsweise 3% oder mehr und 8% oder weniger). Wenn die Differenz (Ro - Rc) im oben genannten Bereich liegt, ist es möglich, die Eigenschaften (z.B. die Auslenkung) des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2 weiter zu verbessern und gleichzeitig die Erzeugung von Rissen zu verhindern.
Im piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 können die Spaltporen 22b2 nach der vorliegenden Ausführungsform verhindern, dass sich die Zusammensetzung der piezoelektrischen Schichten 10 ändert. Der Grund dafür kann wie folgt sein.
In der Nähe des Außenumfangs des Schichtkörpers 4, auf den die Blindelektrodenschicht 18 aufgeschichtet ist, werden in den piezoelektrischen Schichten 10 enthaltene flüchtige Elemente (z.B. Pb, Bi, K, Na) verflüchtigt und im Brennschritt nach außen abgeleitet. Die Blindelektrodenporen 22b1 werden vermutlich hauptsächlich bei diesem Verflüchtigungsprozess erzeugt, und die Zusammensetzung der piezoelektrischen Schichten 10 zwischen den Blindelektrodenschichten 18 ändert sich geringfügig. Der äußere umlaufende Abschnitt 14 des Schichtkörpers 4 trägt jedoch nicht zur Erscheinung der piezoelektrischen Eigenschaften bei, und es gibt dadurch kein Problem, selbst wenn sich die Zusammensetzung leicht ändert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es denkbar, dass die Spaltporen 22b2 die flüchtigen Elemente im Inneren des Schichtkörpers 4 halten und dass die flüchtigen Elemente aus den piezoelektrisch aktiven Abschnitten 12 nur schwer entweichen können. Somit ist die Zusammensetzung der piezoelektrischen Schichten 10 in den piezoelektrisch aktiven Abschnitten 12 nur schwer zu ändern, und es wird das mehrschichtige piezoelektrische Element 2 mit einer hohen piezoelektrischen Konstante erhalten.
In der gegenwärtigen Ausführungsform beträgt die Vorkommensrate der Spaltporen 22b2 vorzugsweise 3% oder mehr und 20% oder weniger. Wenn die Rate des Porenvorkommens im Spalt 20 im obigen Bereich liegt, ist es weiter möglich, sowohl die Vermeidung von Rissen als auch die Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften entsprechend zu erreichen.
Wie oben erwähnt, haben die Spaltporen 22b2 vorzugsweise eine durchschnittliche Größe von 0,04 µm oder mehr und 0,18 µm oder weniger. Wenn die Poren eine solche mittlere Größe haben, ist es weiter möglich, sowohl die Vermeidung von Rissen als auch die Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften entsprechend zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführung hat die Lücke 20 vorzugsweise eine Breite W3 von 0,05 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger. Wenn der Spalt 20 eine Breite W3 im obigen Bereich hat, liegt der Bereich, in dem die Spaltporen 22b2 vorhanden sind, in einem geeigneten Bereich, und die Erzeugung von Rissen kann weiter reduziert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine Begrenzung der Dicke und der Schichtzahl der piezoelektrischen Schichten 10 oder der Größe des Schichtkörpers 4, aber der folgende Fall ist effektiv anwendbar. Wenn die piezoelektrischen Schichten 10 dünn sind, ist der Schichtkörper leicht verformbar, und es können leicht Risse erzeugt werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Erzeugung von Rissen jedoch durch den oben erwähnten Effekt verhindert werden, selbst wenn die piezoelektrischen Schichten 10 eine Dicke von 1-50 µm haben. Ebenso kann die Rissbildung durch den oben genannten Effekt verhindert werden, auch wenn die Schichtzahl der piezoelektrischen Schichten 10 groß ist (z.B. 3-20 Schichten).
Je größer die Fläche der piezoelektrischen Schichten 10 ist, desto wahrscheinlicher ist die Blase oder das überschüssige Klebematerial in der Verbindung mit der Vibrationsplatte 30 vorhanden. In der vorliegenden Ausführung ist es jedoch möglich, selbst wenn die piezoelektrischen Schichten 10 eine große Fläche von 100 (Wx) mm × 100 (Wy) mm oder mehr haben, die Haftung zwischen dem piezoelektrischen Mehrschichtelement 2 und der Vibrationsplatte 30 zu verbessern und eine hohe Auslenkung zu erzielen. Außerdem kann die Erzeugung von Rissen verhindert werden.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 3B, 4B und 7B erläutert. Übrigens werden die Gemeinsamkeiten zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform nicht erläutert und mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
3B ist eine schematische Darstellung eines Y-Z-Querschnitts eines piezoelektrischen Mehrschichtelements 3 gemäß der Zweiten Ausführungsform. 4B ist eine Draufsicht auf ein Elektrodenmuster 24b des piezoelektrischen Mehrschichtelements 3. Beim piezoelektrischen Mehrschichtelement 3 ist im Gegensatz zur ersten Ausführung keine Blindelektrodenschicht 18 am äußeren Umfang der Innenelektrodenschicht 16 gebildet, wie in 3B und 4B gezeigt. Daher ist nur die piezoelektrische Schicht 10 im äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 geschichtet.
In einer solchen Mehrschichtstruktur beträgt die Größe der Innenelektrodenschicht 16 (W1 × W2) vorzugsweise etwa 0,90- bis 0,98-mal die Größe der piezoelektrischen Schicht (Wx × Wy). In einem solchen Größenbereich ist es möglich, einen Bereich zu haben, in dem die äußeren Umfangsporen erzeugt werden, und mit Sicherheit einen Bereich mit piezoelektrisch aktiven Abschnitten 12 zu haben.
Im piezoelektrischen Mehrschichtelement 3 der zweiten Ausführungsform werden im Inneren des Schichtkörpers 4 ebenfalls mehrere Poren 22 gebildet. Hinsichtlich der im zentralen Teil des Schichtkörpers 4 vorhandenen zentralen Poren 22a sind der Entstehungsprozess und die Vorkommensrate (Rc) mit denen der ersten Ausführungsform identisch und werden in der Ausführungsform von 6 betrachtet.
Auf der anderen Seite, wie in 7B gezeigt, werden im äußeren umlaufenden Abschnitt 14 der Innenelektrodenschicht 16 äußere Umfangsporen 22c gebildet. Der Entstehungsprozess der äußeren Umfangsporen 22c ist mit dem der äußeren Umfangsporen 22b1 gemäß der ersten Ausführungsform identisch. Die äußeren Umfangsporen 22c werden möglicherweise durch das Austreten von flüchtigen Elementen wie Pb, Bi, K, Na usw., die in den piezoelektrischen Schichten 10 enthalten sind, während des Brennvorgangs an die Außenseite des Schichtkörpers 4 gebildet. Daher befinden sich mehr äußere Umfangsporen 22c in einer näheren Position zur äußeren Oberfläche des Schichtkörpers 4 und weniger äußere Umfangsporen 22c in einer näheren Position zur Innenelektrodenschicht 16. Übrigens wird die Vorkommensrate Rc (Ro) der Poren bei der zweiten Ausführungsform ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform bestimmt.
In der zweiten Ausführungsform ist die Vorkommensrate Ro der äußeren Umfangsporen 22c ebenfalls höher als die Vorkommensrate Rc der zentralen Poren 22a, und es werden ähnliche Effekte wie bei der ersten Ausführungsform nachgewiesen. In der zweiten Ausführungsform sind jedoch keine Blindelektrodenschichten 18 vorhanden, und die piezoelektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Mehrschichtelementes 2 gemäß der ersten Ausführungsform sind daher tendenziell höher als die des piezoelektrischen Mehrschichtelementes 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die flüchtigen Elemente der piezoelektrisch aktiven Abschnitte 12 gemäß der zweiten Ausführungsform leichter an die Außenseite des Schichtkörpers 4 fließen als die des piezoelektrischen Mehrschichtelements 2 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen erläutert, ist aber nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt und kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältig verändert werden. So hat z.B. das mehrschichtige piezoelektrische Element 2 (3) in den oben genannten Ausführungsformen eine im wesentlichen rechteckige Grundrissform, kann aber jede andere Grundrissform von Kreis, Ellipse, Polygon usw. haben. Dies ist auch bei der Vibrationsplatte 30 der Fall, und die Vibrationsplatte 30 kann in der Draufsicht die Form eines Kreises, einer Ellipse, eines Polygons usw. haben. Das in 4A gezeigte Elektrodenmuster 24a und das Elektrodenmuster 24b ohne die in 4B gezeigte Blindelektrodenschicht 18 können abwechselnd geschichtet werden.
Wie oben erwähnt, können die Innenelektrodenschichten 16 und die Blindelektrodenschichten 18 aus unterschiedlichen Materialien bestehen, und die Start-Temperatur der thermischen Schrumpfung des Materials, aus dem die Blindelektrodenschichten 18 bestehen, kann höher sein als die der Innenelektrodenschichten 16. Da die Innenelektrodenschichten 16 und die Blindelektrodenschichten 18 so zusammengesetzt sind, können sich die Spaltporen 22b2 leicht bilden. Wenn die Innenelektrodenschichten 16 und die Blindelektrodenschichten 18 aus unterschiedlichen Materialien bestehen, ist ein optimaler Bereich der Breite W3 des Spaltes 20 größer, als wenn sie aus dem gleichen Material bestehen. Dieser optimale Bereich kann 0,03 mm oder mehr und 0,6 mm oder weniger betragen (vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,3 mm oder weniger).
Das mehrschichtige piezoelektrische Element nach der vorliegenden Erfindung kann als Umwandlungselement von elektrischer Energie in mechanische Energie verwendet werden. So ist das erfindungsgemäße piezoelektrische Mehrschichtelement z.B. für piezoelektrische Aktoren, piezoelektrische Summer, piezoelektrische Schallgeber, Ultraschallmotoren, Lautsprecher usw. anwendbar und wird besonders vorteilhaft als piezoelektrische Aktoren eingesetzt. Insbesondere werden die piezoelektrischen Aktoren für haptische Vorrichtungen, Linsenansteuerung, Ansteuerung von HDD-Köpfen, Ansteuerung von Tintenstrahldruckerköpfen, Ansteuerung von Kraftstoffeinspritzventilen usw. verwendet.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand weiterer detaillierter Beispiele erläutert, ist aber nicht auf diese beschränkt.
(Versuch 1)
Zunächst wurden vorgegebene Mengen chemisch reiner Haupt- und Nebenkomponenten-Rohstoffe gewogen, so dass die piezoelektrischen Schichten aus PZT-Keramiken bestehen, und die Rohstoffe in einer Kugelmühle nass gemischt. Nach dem Mischen wurde die Mischung bei 800°C-900°C kalziniert und in der Kugelmühle erneut pulverisiert. Das so erhaltene kalzinierte Pulver wurde mit einem Bindemittel versetzt und zu einer Aufschlämmung verarbeitet. Die Aufschlämmung wurde im Siebdruckverfahren zu einer Folie verarbeitet und anschließend getrocknet, um keramische Grünfolien zu erhalten.
Als nächstes wurde eine leitfähige Paste, deren Hauptbestandteil eine Ag-Pd-Legierung war, im Druckverfahren auf die keramischen Grünfolien aufgetragen. Im Übrigen wurde in den Beispielen 1 und 2 ein in 4B gezeigtes Elektrodenmuster 24b ohne Blindelektrodenschichten gedruckt.
Nachdem die so erhaltenen Grünfolien in einer vorgegebenen Reihenfolge mit neun oder mehr Schichten geschichtet wurden, wurden die geschichteten Grünfolien zum Verkleben gepresst, getrocknet und entbindert. Dann wurde dieser vorgebrannte Schichtkörper mit einer Aufheizrate von 200°C/h oder weniger in einer Atmosphäre mit Atmosphärendruck gebrannt. Tabelle 1 zeigt die detaillierten Brennbedingungen für jedes Beispiel. In den Beispielen 1 und 2 wurden Poren im äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht durch längeres Brennen mit einer geringeren Aufheizrate als zuvor gebildet.
Übrigens hatten die gebrannten Schichtkörper von Experiment 1 eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform mit den Maßen Breite (Wx) 30 mm × Länge (Wy) 30 mm × Dicke 0,1 mm. Die Dicke der piezoelektrischen Schichten betrug im Durchschnitt 10 µm. Die Dicke der Innenelektrodenschichten betrug im Durchschnitt 1 µm. Die so hergestellten Schichtkörper wurden mit einem Paar von Außenelektroden versehen und polarisiert, und so wurden Muster von piezoelektrischen Mehrschichtelementen hergestellt. In jedem Beispiel wurden 1000 Muster hergestellt und der folgenden Auswertung unterzogen.
(Beispiele 3-14)
In den Beispielen 3-14 wurde eine Blindelektrodenschicht mit einem Spalt in einem äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht gebildet. Die Blindelektrodenschicht war eine Ag-Pd-Legierung, deren Zusammensetzung mit der der Innenelektrodenschicht übereinstimmte. Übrigens betrug die Spaltbreite W3 in den Beispielen 3-10 durchschnittlich 0,2 mm, und die Muster der Schichtkörper wurden durch Änderung des Standards in den Beispielen 11-14 hergestellt.
In jedem der Beispiele 3-10 wurden Muster von Schichtkörpern durch Änderung der Brennbedingungen hergestellt. Insbesondere wurde in jedem der Beispiele 3-5 die Haltezeit mit der üblichen Aufheizrate (200°C/h) und Haltetemperatur (1000°C) geändert. Die Haltezeit wurde in jedem der Beispiele 6-8 mit der Aufheizrate (100°C/h) geändert, die langsamer als die der Beispiele 3-5 war. Die Haltetemperatur wurde in den Beispielen 9 und 10 geändert. Tabelle 1 zeigt die detaillierten Brennbedingungen der einzelnen Beispiele.
Abgesehen von den oben genannten Merkmalen waren die Beispiele 3-14 mit den Beispielen 1 und 2 identisch und wurden ähnlich ausgewertet.
(Vergleichsbeispiel 1)
Im Vergleichsbeispiel 1 wurden keine Blindelektroden ähnlich wie in Beispiel 1 gebildet, aber die Brennbedingungen wurden geändert. Insbesondere wurden Muster von Schichtkörpern mit einer höheren Aufheizrate (1500°C/h) und einer kürzeren Haltezeit (15 min) im Vergleich zu denen aus Beispiel 1 hergestellt. Abgesehen von den oben genannten Merkmalen war das Vergleichsbeispiel 1 mit Beispiel 1 identisch und wurde ähnlich ausgewertet.
(Vergleichsbeispiel 2)
Im Vergleichsbeispiel 2 wurden ähnlich wie in Beispiel 3 Blindelektrodenschichten gebildet, aber Muster von Schichtkörpern wurden mit einer höheren Aufheizrate während des Brennens (1500°C/h) im Vergleich zu der Aufheizrate aus Beispiel 3 hergestellt. Abgesehen von den oben genannten Merkmalen war das Vergleichsbeispiel 2 mit dem Beispiel 3 identisch und wurde ähnlich ausgewertet.
(Vergleichsbeispiel 3)
Im Vergleichsbeispiel 3 wurden Muster von Schichtkörpern ähnlich wie im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, und es bildeten sich kaum Poren im Schichtkörper. Im Vergleichsbeispiel 3 wurden jedoch Poren in den Außenelektroden gebildet, indem bei der Bildung der Außenelektroden gebrannte Partikel im Rohmaterial der Außenelektroden enthalten waren. Im Vergleichsbeispiel 3 betrug die Rate des Porenvorkommens in den Außenelektroden 8%, und die durchschnittliche Größe der Poren betrug 133 nm.
(Auswertung)
Auswertung der Poren
Wie bereits erwähnt, wurden die in 6 bis 7B gezeigten Querschnittsbilder der Analyseregionen A1-A3 per FE-SEM aufgenommen. Die Vorkommensrate und die Größe der Poren in jeder der Regionen wurden durch die Analyse der Querschnittsbilder mit einer Bildanalysesoftware vom Typ Partikelgrößenverteilungsmessung (Mac-View) gemessen.
Bewertung von Rissen
Die Risse wurden durch die Beobachtung von Querschnitten der hergestellten Muster von Schichtkörpern mittels FE-SEM bewertet. Im Einzelnen wurde ein Rissvorkommen auf folgende Weise berechnet. Zuerst wurden 100 Muster nach dem Zufallsprinzip aus 1000 Muster von Schichtkörpern ausgewählt und auf einem Harz fixiert, und ein Querschnitt jeder der 100 Muster wurde einer Spiegelpolitur unterzogen. Dann wurde das Rissvorkommen berechnet, indem die Anzahl der Muster gezählt wurde, die einen Riss in den piezoelektrischen Schichten, eine Ablösung zwischen den piezoelektrischen Schichten und den Elektrodenschichten oder ähnliches bei der Beobachtung des Querschnitts jedes Musters aufwiesen. In Bezug auf das Rissvorkommen wurden 10% oder weniger als günstig angesehen.
Messung der piezoelektrischen Konstante d₃₃
Von jedem Vergleichsbeispiel und jedem Beispiel wurde eine piezoelektrische Konstante d₃₃ (piezoelektrische Ausgangskonstante) nach der Berlincourt-Methode mit einem d₃₃-Meter gemessen. Die piezoelektrische Konstante d₃₃ wurde durch die Messung einer elektrischen Ladung berechnet, die im Elementkörper bei der Anwendung von Vibration auf das piezoelektrische Element erzeugt wird. Wenn die Hauptkomponente der piezoelektrischen Schichten PZT war, wurde eine piezoelektrische Konstante d₃₃ von 400 × 10^-12 C/N oder mehr als günstig angesehen.
Bewertung der Auslenkung
Vor der Auswertung der Auslenkung wurden zunächst Muster von piezoelektrischen Mehrschichtelementen jedes Beispiels mit einem Klebstoff (WORLD LOCK 830 von Kyoritsu Chemical & Co., Ltd.) auf eine Vibrationsplatte aus einer Ni-Fe-Legierung geklebt. Die Größe der Vibrationsplatte betrug 80 mm × 60 mm. Die Auftragungsmenge des Klebstoffs wurde so kontrolliert, dass sie in allen Beispielen und Vergleichsbeispielen gleich war. Die so erhaltenen Muster von Vibrationsgeräten wurden auf einen Digimikro von NIKON CORPORATION gelegt und die Auslenkung bei Anwendung von 12 V gemessen. Übrigens wurde der Auslenkungsbetrag für 10 Muster in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele gemessen, und dieser Mittelwert ist in Tabelle 1 dargestellt. Wenn die Hauptkomponente der piezoelektrischen Schichten PZT war, wurde ein Auslenkungsbetrag von 30 µm oder mehr als günstig für die Vibrationsgeräte angesehen.
Wie in Tabelle 1 dargestellt, wurden die Vergleichsbeispiele 1-3 mit hoher Aufheizrate für eine kurze Haltezeit wie bisher gebrannt. Daher bildeten sich in den Vergleichsbeispielen 1-3 kaum Poren im Schichtkörper, und es gab fast keinen Unterschied in der Vorkommensrate zwischen den zentralen Poren und den äußeren Umfangsporen. Infolgedessen war in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 das Rissvorkommen hoch, und die piezoelektrische Konstante d₃₃ und der Auslenkungsbetrag erfüllten nicht jeden Standardwert. Im Vergleichsbeispiel 3 wurde die Erzeugung von Rissen bis zu einem gewissen Grad durch die in den Außenelektroden gebildeten Poren verhindert, aber die piezoelektrische Konstante d₃₃ und der Auslenkungsbetrag erfüllten nicht jeden Standardwert.
Andererseits war in den Beispielen 1-14 der vorliegenden Erfindung die Rate des Porenvorkommens im Schichtkörper höher als in den Vergleichsbeispielen. In allen Beispielen war die Vorkommensrate Ro der äußeren Umfangsporen höher als die Vorkommensrate Rc der zentralen Poren. Folglich war in den Beispielen 1-14 das Rissvorkommen auf 10 % oder weniger beschränkt, und der Auslenkungsbetrag war groß (30 µm oder mehr). Somit wurde die Überlegenheit der Porenbildung im Schichtkörper (insbesondere der äußeren Umfangsporen) bestätigt.
Beim Vergleich der Beispiele war die piezoelektrische Konstante d₃₃ der Beispiele 3-14 (es wurden Blindelektrodenschichten gebildet) höher als die der Beispiele 1 und 2 und entsprach dem Standardwert. Somit wurde bestätigt, dass die Bildung von Poren im Spalt das Austreten der verflüchtigenden Elemente verhindern und zu einer hohen Piezokonstante d₃₃ führen kann. Im Vergleichsbeispiel 2 wurden die Blindelektrodenschichten gebildet, aber es wurden keine Poren im Spalt gebildet. Daher konnte das Vergleichsbeispiel 2 die Absonderung der verflüchtigten Elemente nicht verhindern und hatte eine niedrige piezoelektrische Konstante d₃₃.
In den Beispielen 3-7 und 10-14 (die Differenz (Ro - Rc) zwischen der Vorkommensrate Ro der äußeren Umfangsporen und der Vorkommensrate Rc der zentralen Poren betrug 3%-8%) der Beispiele 1-14 war der Auslenkungsbetrag groß (39 µm oder mehr). Als Ergebnis wurde bestätigt, dass eine Differenz in der Vorkommensrate (Ro - Rc), die in den obigen Bereich fällt, die Auslenkungseigenschaften weiter verbessern kann.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen den Brennbedingungen und der Rate des Porenvorkommens untersucht. Im Vergleich zwischen den Beispielen 3-5 und den Beispielen 6-8 tendierte die Vorkommensrate der zentralen Poren und der äußeren Umfangsporen sich durch eine Verringerung der Aufheizrate zu erhöhen. Eine ähnliche Tendenz kann für die Haltezeit bestätigt werden. Das heißt, je länger die Haltezeit war, desto höher waren die Raten des Porenvorkommens. Vergleicht man die Beispiele 4, 9 und 10, so zeigt sich, dass die Vorkommensraten der Poren tendenziell umso höher waren, je höher die Haltetemperatur war. Auf der Grundlage der obigen Ergebnisse wurde bestätigt, dass die gewünschten Poren im Schichtkörper durch die Kontrolle der jeweiligen Brennbedingungen gebildet wurden, vorausgesetzt, dass die Aufheizrate 200°C/h oder weniger betrug.
Übrigens lässt sich eine ähnliche Tendenz wie oben beschrieben auch für die Poren im Spalt bestätigen. Das heißt, je geringer die Aufheizrate war, je länger die Haltezeit war bzw. je höher die Haltetemperatur, desto höher war tendenziell die Vorkommensrate und desto größer die Porengröße. Bei der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen den Brennbedingungen und der Rate des Porenvorkommens wurde bestätigt, dass bei einer Vorkommensrate im Spalt von 3%-20% sowohl die Vermeidung von Rissen als auch die Beibehaltung günstiger piezoelektrischer Eigenschaften erreicht werden kann. Was das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Größe der Poren im Spalt und den Eigenschaften betrifft, so wurde ebenfalls bestätigt, dass bei einer Porengröße von 40 nm oder mehr und 180 nm oder weniger sowohl die Vermeidung von Rissen als auch die Beibehaltung günstiger piezoelektrischer Eigenschaften erreicht werden kann.
Da in Beispiel 11 die Vorkommensrate im Spalt und die Porengröße niedriger als die oben genannten Untergrenzen waren, war das Rissvorkommen im Vergleich zu den anderen Beispielen höher. Da in Beispiel 8 die Vorkommensrate im Spalt und die Porengröße höher waren als die oben erwähnten oberen Grenzen, war die Austrittsmenge der flüchtigen Elemente groß und die Piezokonstante d₃₃ niedriger als die der anderen Beispiele. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass es wirksam ist, die Vorkommensrate im Spalt und die Porengröße innerhalb vorgegebener Bereiche zu kontrollieren.
Bei der Untersuchung des Verhältnisses zwischen der Spaltbreite W3 und den Merkmalen gemäß den Beispielen 4 und 11-14 wurde bestätigt, dass bei einer Spaltbreite W3 von 0,05 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger das Rissvorkommen auf 5 % oder weniger begrenzt wurde. Andererseits war das Rissvorkommen in Beispiel 11 (die Spaltbreite W3 war klein) höher als in den anderen Beispielen. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass bei einer kleinen Spaltbreite W3 der Bereich, in dem Poren vorhanden waren, klein war und die Rissverhinderungswirkung durch die Poren geschwächt wurde.
In Beispiel 14 (die Spaltbreite W3 war groß) wurde auch bestätigt, dass das Rissvorkommen tendenziell umso höher ist, je größer die Spaltbreite W3 war. Wenn die Spaltbreite groß ist, ist es denkbar, dass sich in den piezoelektrischen Schichten nur schwer Poren ausbilden lassen.
(Versuch 2)
In Experiment 2 wurden Muster von piezoelektrischen Mehrschichtelementen hergestellt, indem die Zusammensetzung der piezoelektrischen Schichten oder der Blindelektrodenschichten verändert wurde.
In den Beispielen 21 und 22 wurde das Material, aus dem die piezoelektrischen Schichten bestehen, verändert. In Beispiel 21 wurde Bismut-Ferrat-Barium-Titanat (BFO-BT) verwendet. In Beispiel 22 wurde Kalium-Natrium-Niobat (KNN) verwendet. Die Herstellungsbedingungen der Beispiele 21 und 22 waren identisch mit denen von Beispiel 4 gemäß Experiment 1, aber die Haltetemperatur während des Brennens wurde aufgrund der Veränderung des Materials der piezoelektrischen Schichten geändert. In Experiment 2 wurde eine ähnliche Auswertung wie in Experiment 1 durchgeführt, aber wenn BFO-BT verwendet wurde, betrug der Standardwert der piezoelektrischen Konstante d₃₃ 200 × 10^-12 C/N oder mehr und der Standardwert des Auslenkungsbetrags 20 µm oder mehr. Ebenso betrug bei Verwendung von KNN der Standardwert der piezoelektrischen Konstante d₃₃ 250 × 10^-12 C/N oder mehr und der Standardwert des Auslenkungsbetrags 20 µm oder mehr.
In den Beispielen 24 bestanden die Blindelektrodenschichten aus einer Ag-Pd-Legierung, deren Zusammensetzung sich von der Zusammensetzung der Innenelektrodenschichten unterschied. Insbesondere war die Zusammensetzung der Innenelektrodenschichten Ag 90 Gew.-%-Pd 10 Gew.-% und die Zusammensetzung der Blindelektrodenschichten Ag 80 Gew.-%-Pd 20 Gew.-% (der Pd-Anteil wurde erhöht). Übrigens war Beispiel 23 ein Beispiel für den Vergleich mit Beispiel 24 und hatte die gleiche Zusammensetzung bezüglich der Innenelektrodenschichten und der Blindelektrodenschichten. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Auswertung von Merkmalen oder ähnlichem von Beispielen nach Experiment 2.
(Vergleichende Beispiele 21 und 22)
Die Vergleichsbeispiele 21 und 22 waren Vergleichsbeispiele, die den Beispielen 21 und 22 entsprachen. In den Vergleichsbeispielen 21 und 22 wurden die piezoelektrischen Schichten mit BFO-BT oder KNN gebildet. In den Vergleichsbeispielen 21 und 22 wurden jedoch keine Blindelektrodenschichten gebildet, und das Brennen wurde wie bisher mit hoher Aufheizrate für eine kurze Haltezeit durchgeführt. Abgesehen von den oben genannten Merkmalen stimmten die Vergleichsbeispiele 21 und 22 mit den Beispielen 21 und 22 überein. Tabelle 2 zeigt die Auswertungsergebnisse.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, wurden in den Vergleichsbeispielen 21 und 22 kaum Poren in dem Schichtkörper gebildet, und es gab fast keinen Unterschied in der Vorkommensrate zwischen den zentralen Poren und den äußeren Umfangsporen. Folglich war in den Vergleichsbeispielen 21 und 22 das Rissvorkommen hoch, und sowohl die piezoelektrische Konstante d₃₃ als auch der Auslenkungsbetrag entsprachen nicht dem Standardwert.
Andererseits war in den Beispielen 21 und 22 die Rate des Porenvorkommens im Schichtkörper höher als in den Vergleichsbeispielen 21 und 22, und die Vorkommensrate Ro der äußeren Umfangsporen war höher als die Vorkommensrate Rc der zentralen Poren. Infolgedessen war das Rissvorkommen der Beispiele 21 und 22 auf 10% oder weniger beschränkt. Darüber hinaus entsprachen sowohl die piezoelektrische Konstante d₃₃ als auch der Auslenkungsbetrag der Beispiele 21 und 22 dem Standardwert. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass selbst bei einer Änderung der Zusammensetzung der piezoelektrischen Schichten die Erzeugung von Rissen verhindert werden kann und ein piezoelektrisches Mehrschichtelement mit ausgezeichneten piezoelektrischen Eigenschaften erhalten wird.
Vergleicht man die Beispiele 23 und 24, so war das Vorkommen von Poren im Spalt von Beispiel 24 (die Zusammensetzung der Blindelektrodenschichten wurde geändert) höher als die von Beispiel 23, und die Porengröße von Beispiel 24 war ebenfalls größer als die von Beispiel 23. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die Änderung der Zusammensetzung zwischen den Innenelektrodenschichten und den Blindelektrodenschichten eine Kraftdifferenz erzeugte, bei der die Elektrodenschichten die piezoelektrischen Schichten ziehen, und somit leicht die Poren im Spalt gebildet wurden. Übrigens haben die beiden Beispiele 23 und 24 die Erzeugung von Rissen ausreichend verhindert und entsprachen dem Standardwert der piezoelektrischen Konstante d₃₃ und dem Standardwert des Auslenkungsbetrags. Damit wurde bestätigt, dass selbst wenn die Blindelektrodenschichten aus einem anderen Material bestehen, ähnliche Effekte wie bei gleichem Material nachgewiesen werden.
Bezugszeichenliste

2, 3: piezoelektrisches Mehrschichtelement
4: Schichtkörper
4a: Vorderfläche des Schichtkörpers
4b: Rückfläche des Schichtkörpers
4c-4f: Seitenfläche des Schichtkörpers
6: erste Außenelektrode
6a: erster Seitenteil
6b: erster Oberflächenteil
8: zweite Außenelektrode
8a: zweiter seitlicher Teil
8b: zweiter Oberflächenteil
10: piezoelektrische Schicht
12: piezoelektrisch aktiver Abschnitt
14: äußerer umlaufender Abschnitt
16: Innenelektrodenschicht
16a: vorderer Abschnitt
18: Blindelektrodenschicht
18a, 18b: seitliches Muster
18c: Verbindungsmuster
20: Spalt
22: Pore
22a: zentrale Pore
22b, 22c: äußere Umfangspore
22b1: Blindelektrodenpore
22b2...: Spaltpore
24a, 24b: Elektrodenmuster
4c1-4f1: Seite
30: Vibrationsplatte
32: Klebstoffschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3794292 [0004]

Claims

Ein piezoelektrisches Mehrschichtelement, bestehend aus: einem Schichtkörper einschließlich: eine piezoelektrische Schicht, die entlang einer Ebene gebildet ist, die eine erste und eine zweite, senkrecht zueinander stehende Achse enthält; und eine Innenelektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht laminiert ist; und eine seitliche Elektrode, die auf einer Seitenfläche des Schichtkörpers senkrecht zur ersten Achse ausgebildet ist, wobei die Innenelektrodenschicht einen vorderen Abschnitt aufweist, der an der seitlichen Oberfläche des Schichtkörpers freiliegt und über den vorderen Abschnitt elektrisch mit der seitlichen Elektrode verbunden ist, und wobei Ro höher als Rc in dem Schichtkörper ist, wobei Ro eine Vorkommensrate von äußeren Umfangsporen ist, die in der piezoelektrischen Schicht, die in einem äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht angeordnet ist, vorhanden sind, und Rc eine Vorkommensrate von zentralen Poren ist, die in einem zentralen Teil des Schichtkörpers vorhanden sind.
Piezoelektrisches Mehrschichtelement nach Anspruch 1, wobei eine Differenz (Ro - Rc) zwischen Ro und Rc in dem Schichtkörper 2 % oder mehr und 15 % oder weniger beträgt.
Piezoelektrisches Mehrschichtelement nach Anspruch 1, wobei eine Differenz (Ro - Rc) im Schichtkörper zwischen Ro und Rc 3% oder mehr und 8% oder weniger beträgt.
Piezoelektrisches Mehrschichtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Blindelektrodenschicht mit einem Spalt ausgebildet ist, um den äußeren umlaufenden Abschnitt der Innenelektrodenschicht mit Ausnahme des vorderen Abschnitts auf der Ebene der piezoelektrischen Schicht zu umgeben.
Piezoelektrisches Mehrschichtelement nach Anspruch 4, wobei in der piezoelektrischen Schicht, die sich in dem Spalt zwischen der Innenelektrodenschicht und der Blindelektrodenschicht in dem Schichtkörper befindet, Spaltporen gebildet werden.
Piezoelektrisches Mehrschichtelement nach Anspruch 5, wobei eine Vorkommensrate der Spaltporen in der piezoelektrischen Schicht, die sich in dem Spalt befindet, 3% oder mehr und 20% oder weniger beträgt.
Das mehrschichtige piezoelektrische Element nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Spalt eine Breite von 0,05 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger aufweist.
Das piezoelektrische Mehrschichtelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Spaltporen eine durchschnittliche Größe von 0,04 µm oder mehr und 0,18 µm oder weniger haben.