JP2000286474A - Multilayered piezoelectric element - Google Patents

Multilayered piezoelectric element

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JP2000286474A
JP2000286474A JP11087411A JP8741199A JP2000286474A JP 2000286474 A JP2000286474 A JP 2000286474A JP 11087411 A JP11087411 A JP 11087411A JP 8741199 A JP8741199 A JP 8741199A JP 2000286474 A JP2000286474 A JP 2000286474A
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alloy particles
diameter
electrode layer
layer
piezoelectric element
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JP11087411A
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Japanese (ja)
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Shinji Imazu
信二 今津
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure electrical conductivity of the electrode layer of a multilayered piezoelectric element, and in addition, to prevent cracking of the electrode layer when the layer is baked. SOLUTION: A laminate is formed by laminating piezoelectric ceramic layers 11 (green sheets), each carrying an electrode layer 12 formed by printing Ag-Pd alloy conductor paste on one surface upon another and simultaneously baking the laminated ceramic layers 11. The Ag-Pd alloy conductor paste used for printing the electrode layers 12 contains small-diameter Ag-Pd alloy particles having a mean particle diameter of 0.5-3 μm and large-diameter Ag-Pd alloy particles having a mean particle diameter of 4-10 μm as main components and the weight percent ratio between the small- and large-diameter Ag-Pd alloy particles is varied in the range of 1:10 to 20:1, depending on the particle diameters. Therefore, the security of the electrical conductivity of the electrode layer 12 and the prevention of the cracking of the layer 12 at baking of the layer 12 which have conventionally been an antinomic theme can be made compatible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミック層
を多層化して変位量を増加させた多層圧電素子に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-layer piezoelectric element in which the amount of displacement is increased by forming a plurality of piezoelectric ceramic layers.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電素子は、電気エネルギを圧電効果に
より機械的変位に変換する特性を利用して、種々の装置
の駆動源(圧電アクチュエータ)として用いられてい
る。一般的な圧電素子は、PZT(チタン酸ジルコン酸
鉛)等の圧電セラミック層の両面に導体ペーストを印刷
・焼成して電極層を形成した構造であり、1層分では、
変位量が小さいため、大きな変位量を必要とする場合に
は、複数層の圧電セラミック層を積層することで、変位
量を拡大するようにしている。このような多層圧電素子
を製造する場合には、焼成前の圧電セラミック層(グリ
ーンシート)の片面に導体ペーストで電極層を印刷し
て、複数の圧電セラミック層を積層した後、これら圧電
セラミック層と電極層とを同時焼成するようにしてい
る。
2. Description of the Related Art Piezoelectric elements are used as driving sources (piezoelectric actuators) for various devices by utilizing the characteristic of converting electric energy into mechanical displacement by a piezoelectric effect. A general piezoelectric element has a structure in which a conductive paste is printed and fired on both surfaces of a piezoelectric ceramic layer such as PZT (lead zirconate titanate) to form an electrode layer.
When a large displacement is required because the displacement is small, a plurality of piezoelectric ceramic layers are stacked to increase the displacement. When manufacturing such a multilayer piezoelectric element, an electrode layer is printed with a conductive paste on one side of a piezoelectric ceramic layer (green sheet) before firing, and a plurality of piezoelectric ceramic layers are laminated. And the electrode layer are fired simultaneously.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、多層圧電素
子を同時焼成する際に、圧電セラミック層と電極層との
焼成収縮挙動の違いによって焼成クラックが生じるおそ
れがあり、特に、多層圧電素子の積層数が多くなるほ
ど、焼成収縮挙動の違いによる影響が顕著に現れて焼成
クラックが生じやすくなる。焼成収縮挙動の違いは、電
極層(導体ペースト)の焼結温度又は焼結開始温度が圧
電セラミック層のそれよりも低いため、電極層が圧電セ
ラミック層よりも先に焼成収縮を始めることによって生
じる。
When simultaneously firing a multilayer piezoelectric element, a firing crack may occur due to a difference in firing shrinkage behavior between the piezoelectric ceramic layer and the electrode layer. As the number increases, the influence of the difference in firing shrinkage behavior becomes more pronounced and firing cracks are more likely to occur. The difference in firing shrinkage behavior is caused by the fact that the electrode layer starts firing shrinkage before the piezoelectric ceramic layer because the sintering temperature or the sintering start temperature of the electrode layer (conductor paste) is lower than that of the piezoelectric ceramic layer. .

【0004】一般に、電極層(導体ペースト)の焼結温
度又は焼結開始温度は、導体ペーストの導体粒子の粒径
によって変化し、導体粒子の粒径が大きくなるほど、電
極層の焼結温度又は焼結開始温度が上昇して、圧電セラ
ミック層との焼成収縮挙動の違いが少なくなる。従っ
て、焼成クラックを防ぐには、大きな粒径の導体粒子を
用いた方が有利である。
In general, the sintering temperature or the sintering start temperature of the electrode layer (conductor paste) varies depending on the particle size of the conductive particles in the conductive paste. As the particle size of the conductive particles increases, the sintering temperature or the sintering temperature of the electrode layer increases. The sintering start temperature rises, and the difference in firing shrinkage behavior with the piezoelectric ceramic layer decreases. Therefore, it is more advantageous to use conductor particles having a large particle diameter in order to prevent a firing crack.

【0005】しかし、導体粒子の粒径が大きいと、導体
粒子間の空隙が大きくなるため、電極層の焼成収縮量が
大きくなって、電極層に生じるポア(空孔)が増大し、
電気的導通不良を起こしやすくなる。従って、大きな粒
径の導体粒子を用いる場合には、電気的導通性を確保す
るために、電極層の厚みを厚くする必要がある。しか
し、電極層の厚みを厚くすると、多積層素子では素子自
体の厚み寸法が大きくなり、且つ、圧電セラミック層と
の焼成収縮挙動の違いによって生じる応力が大きくなっ
てしまい、焼成クラックが生じやすくなる。
However, if the particle size of the conductive particles is large, the voids between the conductive particles become large, so that the amount of shrinkage in firing of the electrode layer increases, and the pores (voids) generated in the electrode layer increase.
Electrical continuity failure is likely to occur. Therefore, when conductive particles having a large particle diameter are used, it is necessary to increase the thickness of the electrode layer in order to secure electrical conductivity. However, when the thickness of the electrode layer is increased, in the multi-layer element, the thickness dimension of the element itself increases, and the stress caused by the difference in firing shrinkage behavior with the piezoelectric ceramic layer increases, so that a firing crack is easily generated. .

【0006】従って、焼成収縮挙動の違いによって生じ
る応力を小さくするには、電極層の厚みを薄くする必要
があるが、電極層の厚みを薄くする場合には、ポアの発
生を少なくするために、小さな粒径の導体粒子を用いる
必要がある。しかし、小さな粒径の導体粒子を用いる
と、電極層の焼結温度又は焼結開始温度が低下して、圧
電セラミック層との焼成収縮挙動の違いが大きくなって
しまい、焼成クラックが生じやすくなる。
Therefore, in order to reduce the stress caused by the difference in firing shrinkage behavior, it is necessary to reduce the thickness of the electrode layer. However, when reducing the thickness of the electrode layer, it is necessary to reduce the occurrence of pores. It is necessary to use conductive particles having a small particle size. However, when the conductive particles having a small particle size are used, the sintering temperature or the sintering start temperature of the electrode layer decreases, and the difference in firing shrinkage behavior with the piezoelectric ceramic layer increases, and firing cracks are easily generated. .

【0007】要するに、電極層と圧電セラミック層との
焼成収縮挙動の違いを少なくするために、導体粒子の粒
径を大きくすると、電極層に生じるポアが増大して電気
的導通性が低下してしまい、反対に、導体粒子の粒径を
小さくすると、電極層と圧電セラミック層との焼成収縮
挙動の違いが大きくなって、焼成クラックが生じやすく
なる。
[0007] In short, if the particle size of the conductive particles is increased to reduce the difference in firing shrinkage behavior between the electrode layer and the piezoelectric ceramic layer, the pores generated in the electrode layer increase and the electrical conductivity decreases. Conversely, if the particle size of the conductive particles is reduced, the difference in firing shrinkage behavior between the electrode layer and the piezoelectric ceramic layer increases, and firing cracks are more likely to occur.

【0008】本発明は、このような二律背反する問題を
解決するものであり、従って、本発明の目的は、電極層
の電気的導通性の確保と焼成クラックの防止とを両立さ
せることができて、品質向上と歩留り向上とを共に実現
することができる多層圧電素子を提供することにある。
The present invention solves such a conflicting problem. Therefore, an object of the present invention is to make it possible to ensure both the electrical conductivity of the electrode layer and the prevention of firing cracks. It is another object of the present invention to provide a multi-layer piezoelectric element capable of realizing both improvement in quality and improvement in yield.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1の多層圧電素子は、平均粒径が
0.5〜3μmの小径のAg・Pd合金粒子と平均粒径
が4〜10μmの大径のAg・Pd合金粒子とを主成分
とする導体ペーストを用いて電極層を形成したものであ
る。ここで、平均粒径が0.5〜3μmの小径のAg・
Pd合金粒子は、電極層に生じるポア(空孔)を少なく
して、電気的導通性を向上させる役割を果たす。一方、
平均粒径が4〜10μmの大径のAg・Pd合金粒子
は、電極層の焼結温度又は焼結開始温度を上昇させて、
圧電セラミック層との焼成収縮挙動の違いを少なくし
て、焼成クラックを防ぐ役割を果たす。これにより、従
来の二律背反する課題であった電極層の電気的導通性の
確保と焼成クラックの防止とを両立させることが可能と
なる。
In order to achieve the above object, a multi-layer piezoelectric element according to claim 1 of the present invention comprises a small Ag / Pd alloy particle having an average particle diameter of 0.5 to 3 μm and an average particle diameter of 0.5 to 3 μm. Has an electrode layer formed by using a conductive paste mainly composed of Ag—Pd alloy particles having a large diameter of 4 to 10 μm. Here, a small diameter Ag.
The Pd alloy particles play a role in reducing pores (voids) generated in the electrode layer and improving electrical conductivity. on the other hand,
Ag / Pd alloy particles having a large average diameter of 4 to 10 μm increase the sintering temperature or the sintering start temperature of the electrode layer,
It serves to reduce the difference in firing shrinkage behavior with the piezoelectric ceramic layer and to prevent firing cracks. As a result, it is possible to ensure both electrical conductivity of the electrode layer and prevention of firing cracks, both of which have been conflicting problems in the related art.

【0010】この場合、小径のAg・Pd合金粒子と大
径のAg・Pd合金粒子との重量比率は、粒径によって
適正値が異なるが、請求項2のように、小径のAg・P
d合金粒子と大径のAg・Pd合金粒子との重量比率を
1:10〜20:1の範囲で設定することが好ましい。
この範囲であれば、小径のAg・Pd合金粒子による電
気的導通性確保の効果と、大径のAg・Pd合金粒子に
よる焼成クラック防止の効果を共に得ることができる。
尚、電気的導通性を高める場合は、小径のAg・Pd合
金粒子の重量比率を高めれば良く、焼成クラック防止効
果を高める場合は、大径のAg・Pd合金粒子の重量比
率を高めれば良い。
In this case, the weight ratio between the small-diameter Ag / Pd alloy particles and the large-diameter Ag / Pd alloy particles varies depending on the particle size.
It is preferable to set the weight ratio between the d alloy particles and the large diameter Ag / Pd alloy particles in the range of 1:10 to 20: 1.
Within this range, both the effect of ensuring electrical conductivity by the small-diameter Ag / Pd alloy particles and the effect of preventing sintering cracks by the large-diameter Ag / Pd alloy particles can be obtained.
In order to increase the electrical conductivity, the weight ratio of the small-diameter Ag / Pd alloy particles may be increased, and in order to enhance the fire crack preventing effect, the weight ratio of the large-diameter Ag / Pd alloy particles may be increased. .

【0011】本発明は、請求項3のように、圧電セラミ
ック層の積層数が100層以上の多層圧電素子に適用す
ると大きな効果が得られる。従来の多層圧電素子は、1
00層以上に積層すると、圧電セラミック層と電極層と
の焼成収縮挙動の違いによる影響が益々顕著に現れて、
焼成クラックの防止と電気的導通性の確保との両立が非
常に困難であったが、本発明では、100層以上でも、
焼成クラックの防止と電気的導通性の確保との両立が可
能となり、歩留り、品質を向上させながら、積層数増加
による変位量の大幅な拡大が可能となる。
When the present invention is applied to a multilayer piezoelectric element having 100 or more piezoelectric ceramic layers, a great effect can be obtained. Conventional multi-layer piezoelectric elements
When lamination is performed on more than 00 layers, the influence of the difference in firing shrinkage behavior between the piezoelectric ceramic layer and the electrode layer appears more and more remarkably,
Although it was very difficult to achieve both the prevention of firing cracks and the securing of electrical conductivity, in the present invention, even with 100 layers or more,
The prevention of firing cracks and the securing of electrical conductivity can be achieved at the same time, and the displacement can be greatly increased by increasing the number of layers while improving the yield and quality.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を説明
する。まず、多層圧電素子の構造を図1に基づいて説明
する。各層の圧電セラミック層11は、例えばPZT系
の圧電セラミック材料により形成され、その層厚が例え
ば80〜150μmで、積層数が例えば100層以上と
なっている。各層の圧電セラミック層11の表面には、
後述する組成のAg・Pd合金系の導体ペーストを印刷
・焼成して電極層12が形成されている。各層の電極層
12の厚みは、1.5〜7.5μm、より好ましくは、
2〜5μmである。各層の電極層12は、交互に反対側
の側面に導出されて側面電極(図示せず)と接続され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. First, the structure of the multilayer piezoelectric element will be described with reference to FIG. The piezoelectric ceramic layer 11 of each layer is formed of, for example, a PZT-based piezoelectric ceramic material, has a layer thickness of, for example, 80 to 150 μm, and has a lamination number of, for example, 100 or more. On the surface of the piezoelectric ceramic layer 11 of each layer,
The electrode layer 12 is formed by printing and baking an Ag / Pd alloy-based conductor paste having a composition described later. The thickness of the electrode layer 12 of each layer is 1.5 to 7.5 μm, more preferably,
2 to 5 μm. The electrode layers 12 of each layer are alternately led out to the opposite side surface and connected to a side surface electrode (not shown).

【0013】各層の電極層12の印刷に用いるAg・P
d合金系の導体ペーストは、平均粒径が0.5〜3μm
(好ましくは1.5〜2.5μm)の小径のAg・Pd
合金粒子と、平均粒径が4〜10μm(好ましくは5〜
8μm)の大径のAg・Pd合金粒子とを主成分とし、
且つ、小径のAg・Pd合金粒子と大径のAg・Pd合
金粒子との重量比率を1:10〜20:1(好ましくは
1:2〜8:1)の範囲で粒径に応じて設定している。
また、Ag・Pd合金粒子のAgとPdの組成比は、7
5:25〜65:35とすることが好ましい。
Ag / P used for printing the electrode layer 12 of each layer
d alloy-based conductor paste has an average particle size of 0.5 to 3 μm
Ag / Pd with small diameter (preferably 1.5 to 2.5 μm)
Alloy particles having an average particle size of 4 to 10 μm (preferably 5 to 10 μm)
Ag / Pd alloy particles having a large diameter of 8 μm) as a main component,
In addition, the weight ratio of the small diameter Ag / Pd alloy particles to the large diameter Ag / Pd alloy particles is set in the range of 1:10 to 20: 1 (preferably 1: 2 to 8: 1) according to the particle diameter. are doing.
The Ag / Pd alloy particles had a composition ratio of Ag and Pd of 7
The ratio is preferably set to 5:25 to 65:35.

【0014】この場合、小径のAg・Pd合金粒子と大
径のAg・Pd合金粒子とを別々に製造して上記の重量
比率で混合しても良いが、混合せずに、最初から上記の
平均粒径と重量比率となるような粒度分布をもつAg・
Pd合金粒子を製造しても良い。何回も繰り返し製造す
る場合には、別々に製造した2種類の平均粒径のAg・
Pd合金粒子を混合した方が安定性が高い。Ag・Pd
合金系の導体ペーストは、上記の組成のAg・Pd合金
粒子に樹脂(例えばエチルセルロース、アクリル樹脂
等)と溶剤(例えばブチルカルビトールアセテート、テ
レピネオール等)を配合し、これらを混練して作られ
る。Ag・Pd合金粒子と有機ビヒクル(樹脂+溶剤)
との配合比は、50:50〜70:30、より好ましく
は55:45〜65:35とすると良い。
In this case, the Ag / Pd alloy particles having a small diameter and the Ag / Pd alloy particles having a large diameter may be separately produced and mixed at the above-mentioned weight ratio. Ag with a particle size distribution such that it has an average particle size and weight ratio
Pd alloy particles may be manufactured. In the case of manufacturing repeatedly, the Ag.
The stability is higher when the Pd alloy particles are mixed. Ag ・ Pd
The alloy-based conductor paste is prepared by mixing a resin (eg, ethyl cellulose, acrylic resin, etc.) and a solvent (eg, butyl carbitol acetate, terpineol, etc.) with Ag / Pd alloy particles having the above composition, and kneading them. Ag / Pd alloy particles and organic vehicle (resin + solvent)
Is preferably 50:50 to 70:30, more preferably 55:45 to 65:35.

【0015】次に、上記構成の多層圧電素子の製造方法
を説明する。例えば、PZT系の圧電セラミック材料の
スラリーを用いて、ドクターブレード法で圧電セラミッ
クのグリーンシートをテープ成形する。この後、上記の
平均粒径と重量比率のAg・Pd合金粒子を含む導体ペ
ーストを用いて、グリーンシートの表面に電極層12を
印刷する。
Next, a method of manufacturing the multi-layer piezoelectric element having the above configuration will be described. For example, a green sheet of piezoelectric ceramic is tape-formed by a doctor blade method using a slurry of a PZT-based piezoelectric ceramic material. Thereafter, the electrode layer 12 is printed on the surface of the green sheet using the conductive paste containing the Ag / Pd alloy particles in the above-described average particle size and weight ratio.

【0016】印刷後、グリーンシートを製品サイズに切
断して個々の圧電セラミック層11に分割し、100層
以上の圧電セラミック層11を積層して熱圧着する。こ
の後、積層体をピーク温度1100℃で焼成して多層圧
電素子を製造する。
After printing, the green sheet is cut into a product size, divided into individual piezoelectric ceramic layers 11, and 100 or more piezoelectric ceramic layers 11 are laminated and thermocompression bonded. Thereafter, the laminate is fired at a peak temperature of 1100 ° C. to manufacture a multilayer piezoelectric element.

【0017】[0017]

【実施例】以上説明した本発明の多層圧電素子につい
て、焼成クラックと導通不良の発生率を評価するため、
次のようにしてサンプルを作成した。
The multilayer piezoelectric element of the present invention described above was used to evaluate the incidence of firing cracks and poor conduction.
A sample was created as follows.

【0018】まず、AgとPdの組成比が7:3のAg
・Pd合金粒子を用い、その平均粒径が2μmの小径の
Ag・Pd合金粒子と、平均粒径が6μmの大径のAg
・Pd合金粒子とを2:1の重量比率で配合する。そし
て、配合後のAg・Pd合金粒子に、エチルセルロース
を主成分とする樹脂と、ブチルカルビトールアセテート
を主成分とする溶剤とを、Ag・Pd合金粒子:樹脂:
溶剤=60:5:35の重量比率で配合し、混練して、
Ag・Pd合金系の導体ペーストを作製する。
First, Ag having a composition ratio of Ag to Pd of 7: 3 is used.
Using Pd alloy particles, a small diameter Ag · Pd alloy particle having an average particle diameter of 2 μm and a large diameter Ag having an average particle diameter of 6 μm
-Pd alloy particles are blended at a weight ratio of 2: 1. Then, a resin containing ethyl cellulose as a main component and a solvent containing butyl carbitol acetate as a main component are added to the Ag / Pd alloy particles after blending, with the Ag / Pd alloy particles: resin:
Solvent = blended in a weight ratio of 60: 5: 35, kneaded,
An Ag / Pd alloy-based conductor paste is prepared.

【0019】また、PZT系の圧電セラミック材料のス
ラリーを用いて、ドクターブレード法で圧電セラミック
のグリーンシートをテープ成形する。そして、上記Ag
・Pd合金系の導体ペーストを用いて、グリーンシート
の表面に3μmの電極層を印刷する。
A green sheet of piezoelectric ceramic is tape-formed by a doctor blade method using a slurry of a PZT-based piezoelectric ceramic material. And the above Ag
Printing a 3 μm electrode layer on the surface of the green sheet using a Pd alloy-based conductor paste.

【0020】印刷後、グリーンシートを製品サイズに切
断して個々の圧電セラミック層に分割し、300層の圧
電セラミック層を積層して熱圧着する。その後、この積
層体をピーク温度1100℃で焼成して多層圧電素子の
サンプル(実施例)を作製する。
After printing, the green sheet is cut into a product size, divided into individual piezoelectric ceramic layers, and 300 piezoelectric ceramic layers are laminated and thermocompression bonded. Thereafter, this laminate is fired at a peak temperature of 1100 ° C. to produce a sample (Example) of a multilayer piezoelectric element.

【0021】このようにして作製した300層の多層圧
電素子について、焼成クラックや導通不良の有無を検査
したところ、焼成クラックや導通不良は全く発生せず、
焼成クラックと導通不良の発生率は共に0%であった。
When the thus manufactured 300-layer multilayer piezoelectric element was inspected for the presence of fired cracks or poor conduction, no fired cracks or poor conduction occurred.
The incidences of firing cracks and poor conduction were both 0%.

【0022】これと比較するために、平均粒径が2μm
の小径のAg・Pd合金粒子のみを導体粒子として含む
導体ペーストを用いて同様の方法で300層の多層圧電
素子を作製したところ、半数のサンプルで焼成クラック
が発生し、焼成クラックの発生率が50%にもなった。
この原因は、小径のAg・Pd合金粒子のみを用いる
と、電極層の焼結温度又は焼結開始温度が低下して、圧
電セラミック層との焼成収縮挙動の違いが大きくなって
しまうためと推定される。
For comparison, the average particle size was 2 μm.
When a 300-layer multilayer piezoelectric element was manufactured in the same manner using a conductive paste containing only Ag / Pd alloy particles having small diameters as conductive particles in the same manner, firing cracks occurred in half of the samples, and the rate of occurrence of firing cracks was reduced. It has reached 50%.
The reason for this is presumed that if only small-diameter Ag / Pd alloy particles are used, the sintering temperature or sintering start temperature of the electrode layer decreases, and the difference in firing shrinkage behavior with the piezoelectric ceramic layer increases. Is done.

【0023】もう1つの比較例として、平均粒径が6μ
mの大径のAg・Pd合金粒子のみを導体粒子として含
む導体ペーストを用いて同様の方法で300層の多層圧
電素子を作製したところ、全てのサンプルで導通不良が
発生し、導通不良の発生率が100%にもなった。この
原因は、大径のAg・Pd合金粒子のみを用いると、A
g・Pd合金粒子間の空隙が大きくなり、電極層の焼成
収縮量が大きくなって、電極層に生じるポア(空孔)が
増大するためと推定される。
As another comparative example, the average particle size was 6 μm.
When a multilayer piezoelectric element having 300 layers was produced by the same method using a conductive paste containing only Ag / Pd alloy particles having a large diameter of m as conductive particles, conduction failure occurred in all samples, and conduction failure occurred. The rate has reached 100%. The reason for this is that if only large diameter Ag / Pd alloy particles are used, A
It is presumed that the voids between the g · Pd alloy particles are increased, the firing shrinkage of the electrode layer is increased, and pores (voids) generated in the electrode layer are increased.

【0024】これに対し、本発明のように、小径のAg
・Pd合金粒子と大径のAg・Pd合金粒子とを配合し
た導体ペーストを用いると、小径のAg・Pd合金粒子
が、電極層に生じるポア(空孔)を少なくして、電気的
導通性を向上させる役割を果し、大径のAg・Pd合金
粒子が、電極層の焼結温度又は焼結開始温度を上昇させ
て、圧電セラミック層との焼成収縮挙動の違いを少なく
して焼成クラックを防ぐ役割を果たす。これにより、従
来の二律背反する課題であった電極層の電気的導通性の
確保と焼成クラックの防止とを両立させることが可能と
なり、300層の多層圧電素子でも、焼成クラックと導
通不良の発生率を共に0%にすることができ、歩留り、
品質を向上しながら、積層数増加による変位量の大幅な
拡大が可能となる。
On the other hand, as in the present invention, a small-diameter Ag
-When a conductor paste containing Pd alloy particles and large-diameter Ag / Pd alloy particles is used, the small-diameter Ag / Pd alloy particles reduce pores (voids) generated in the electrode layer, resulting in electrical conductivity. The Ag / Pd alloy particles having a large diameter increase the sintering temperature or the sintering start temperature of the electrode layer to reduce the difference in firing shrinkage behavior with the piezoelectric ceramic layer, thereby reducing the firing crack. Play a role in preventing. As a result, it is possible to ensure both the electrical conductivity of the electrode layers and the prevention of firing cracks, both of which have been contradictory problems in the related art. Can be reduced to both 0%, yield,
While improving the quality, the displacement amount can be greatly increased by increasing the number of layers.

【0025】また、本発明者の実験結果によれば、小径
のAg・Pd合金粒子の平均粒径を0.5〜3μmとす
れば、電極層に生じるポアを少なくして電気的導通性を
向上させる効果が得られ、更に、1.5〜2.5μmと
すれば、電気的導通性向上の効果がより一層顕著なもの
となる。
According to the experimental results of the present inventor, when the average particle diameter of the small-diameter Ag / Pd alloy particles is 0.5 to 3 μm, the pores generated in the electrode layer are reduced and the electrical conductivity is improved. The effect of improving the electrical conductivity is obtained, and when the thickness is set to 1.5 to 2.5 μm, the effect of improving the electrical conductivity becomes more remarkable.

【0026】一方、大径のAg・Pd合金粒子の平均粒
径を4〜10μmとすれば、焼成クラックを防止する効
果が得られ、更に、5〜8μmとすれば、焼成クラック
防止効果がより一層顕著なものとなる。
On the other hand, if the average particle diameter of the large diameter Ag / Pd alloy particles is 4 to 10 μm, the effect of preventing sintering cracks can be obtained, and if the average diameter is 5 to 8 μm, the effect of preventing sintering cracks can be improved. It will be even more pronounced.

【0027】また、小径のAg・Pd合金粒子と大径の
Ag・Pd合金粒子との重量比率は粒径によって適正値
が異なるが、小径のAg・Pd合金粒子と大径のAg・
Pd合金粒子との重量比率を1:10〜20:1とすれ
ば、小径のAg・Pd合金粒子による電気的導通性確保
の効果と、大径のAg・Pd合金粒子による焼成クラッ
ク防止の効果を共に得ることができ、更に、この重量比
率を1:2〜8:1とすれば、上記の効果がより一層顕
著なものとなる。
The weight ratio between the small-diameter Ag / Pd alloy particles and the large-diameter Ag / Pd alloy particles varies depending on the particle size, but the small-diameter Ag / Pd alloy particles and the large-diameter Ag / Pd alloy particles are different from each other.
When the weight ratio with the Pd alloy particles is 1:10 to 20: 1, the effect of securing electrical conductivity by the small-diameter Ag / Pd alloy particles and the effect of preventing the sintering crack by the large-diameter Ag / Pd alloy particles are provided. Can be obtained at the same time, and if the weight ratio is 1: 2 to 8: 1, the above-mentioned effect becomes more remarkable.

【0028】ところで、Ag・Pd合金粒子に代えて、
Ag粒子とPd粒子との混合粉末や共沈粉を用いること
が考えられるが、Ag粒子とPd粒子との混合粉末や共
沈粉は、脱樹脂温度領域で酸化しやすく、且つ、圧電セ
ラミックの焼結温度付近では、逆に還元して酸素を急激
に離脱放出する。また、混合粉末や共沈粉は、合金粉に
比べて焼結開始温度が低くなる傾向がある。このため、
多層圧電素子にデラミネーションや膨れ、反り、クラッ
クが生じやすい。
By the way, instead of the Ag / Pd alloy particles,
It is conceivable to use a mixed powder or coprecipitated powder of Ag particles and Pd particles. However, a mixed powder or coprecipitated powder of Ag particles and Pd particles is easily oxidized in the resin removal temperature region, and the piezoelectric ceramic has In the vicinity of the sintering temperature, on the contrary, it is reduced and oxygen is rapidly released and released. In addition, the mixed powder and the coprecipitated powder tend to have a lower sintering start temperature than the alloy powder. For this reason,
Delamination, swelling, warpage, and cracks are likely to occur in the multilayer piezoelectric element.

【0029】この点、本発明のように、AgとPdとを
合金化したAg・Pd合金粒子を用いれば、焼成過程に
おけるAg、Pdの酸化、還元を抑えることができ、上
記の問題を解消できる。
In this regard, the use of Ag / Pd alloy particles obtained by alloying Ag and Pd as in the present invention makes it possible to suppress the oxidation and reduction of Ag and Pd in the firing process, and to solve the above-mentioned problems. it can.

【0030】尚、本発明に用いる圧電セラミックは、P
ZTに限定されず、ニッケル・ニオブ酸−チタン酸−ジ
ルコン酸鉛系、マグネシウム・ニオブ酸−チタン酸鉛
系、チタン酸バリウム系、チタン酸鉛系等の他の圧電セ
ラミックを用いても良い。
The piezoelectric ceramic used in the present invention is P
Not limited to ZT, other piezoelectric ceramics such as nickel-niobate-titanate-lead zirconate, magnesium-niobate-lead titanate, barium titanate, and lead titanate may be used.

【0031】その他、本発明は、100層以下の多層圧
電素子にも適用しても良く、圧電セラミック層の層厚や
電極層の層厚を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しな
い範囲内で種々変更して実施することができる。
In addition, the present invention may be applied to a multilayer piezoelectric element having 100 layers or less, and the layer thickness of the piezoelectric ceramic layer and the electrode layer may be appropriately changed. Various changes can be made within the embodiment.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項1の多層圧電素子によれば、平均粒径が0.5
〜3μmの小径のAg・Pd合金粒子と平均粒径が4〜
10μmの大径のAg・Pd合金粒子とを主成分とする
導体ペーストを用いて電極層を形成したので、小径のA
g・Pd合金粒子による電気的導通性確保の効果と、大
径のAg・Pd合金粒子による焼成クラック防止の効果
を共に得ることができ、品質向上と歩留り向上とを共に
実現することができる。
As is clear from the above description, according to the multilayer piezoelectric element of the first aspect of the present invention, the average particle diameter is 0.5
Ag / Pd alloy particles with a small diameter of ~ 3 µm and an average particle size of 4 ~
Since the electrode layer was formed using a conductive paste mainly composed of Ag / Pd alloy particles having a large diameter of 10 μm,
The effect of ensuring electrical conductivity by the g · Pd alloy particles and the effect of preventing sintering cracks by the large-diameter Ag / Pd alloy particles can be obtained, and both quality improvement and yield improvement can be realized.

【0033】また、請求項2によれば、小径のAg・P
d合金粒子と大径のAg・Pd合金粒子との重量比率を
1:10〜20:1の範囲で設定するようにしたので、
重量比率を適正化することができる。
According to the second aspect, a small diameter Ag · P
Since the weight ratio between the d alloy particles and the large diameter Ag / Pd alloy particles was set in the range of 1:10 to 20: 1,
The weight ratio can be optimized.

【0034】更に、請求項3では、圧電セラミック層の
積層数が100層以上の多層圧電素子に本発明を適用し
たので、100層以上の多層圧電素子で、歩留り、品質
を向上しながら、大きな変位量を得ることができる。
Further, in the third aspect, the present invention is applied to a multi-layer piezoelectric element having 100 or more piezoelectric ceramic layers, so that a multi-layer piezoelectric element having 100 or more layers can improve the yield and quality while improving the yield and quality. The displacement can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す多層圧電素子の縦断
面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a multilayer piezoelectric element showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…圧電セラミック層、12…電極層。 11: piezoelectric ceramic layer, 12: electrode layer.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電セラミック層と電極層とを交互に多
数積層してなる多層圧電素子において、 前記電極層は、平均粒径が0.5〜3μmの小径のAg
・Pd合金粒子と平均粒径が4〜10μmの大径のAg
・Pd合金粒子とを主成分とする導体ペーストを印刷・
焼成して形成されていることを特徴とする多層圧電素
子。
1. A multilayer piezoelectric element comprising a large number of piezoelectric ceramic layers and electrode layers alternately laminated, wherein the electrode layer has a small diameter of 0.5 to 3 μm.
・ Pd alloy particles and large diameter Ag having an average particle diameter of 4 to 10 μm
・ Print conductor paste mainly composed of Pd alloy particles
A multilayer piezoelectric element formed by firing.
【請求項2】 前記小径のAg・Pd合金粒子と前記大
径のAg・Pd合金粒子との重量比率が1:10〜2
0:1の範囲で設定されていることを特徴とする請求項
1に記載の多層圧電素子。
2. The weight ratio of said small diameter Ag.Pd alloy particles to said large diameter Ag.Pd alloy particles is 1: 10-2.
2. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the ratio is set in a range of 0: 1.
【請求項3】 前記圧電セラミック層の積層数が100
層以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の
多層圧電素子。
3. The method according to claim 1, wherein the number of laminated piezoelectric ceramic layers is 100.
The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the multilayer piezoelectric element has at least two layers.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012509582A (en) * 2008-11-20 2012-04-19 セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Multilayer actuator with external electrodes as a porous stretchable metal conductive layer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012509582A (en) * 2008-11-20 2012-04-19 セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Multilayer actuator with external electrodes as a porous stretchable metal conductive layer

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