JP2001168408A - 積層型圧電素子およびその製造方法 - Google Patents

積層型圧電素子およびその製造方法

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JP2001168408A JP2000190654A JP2000190654A JP2001168408A JP 2001168408 A JP2001168408 A JP 2001168408A JP 2000190654 A JP2000190654 A JP 2000190654A JP 2000190654 A JP2000190654 A JP 2000190654A JP 2001168408 A JP2001168408 A JP 2001168408A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高湿度環境下でも圧電体層の絶縁抵抗が劣化
せず、耐湿性に優れ、高信頼性の積層型圧電アクチュエ
ータ素子などの積層型圧電素子を提供すること。 【解決手段】 圧電体層4と内部電極層6a,6bとが
交互に積層されている積層型圧電素子2であって、内部
電極層6a,6bが、Auを必須成分として含有するこ
とを特徴とする。好ましくは、内部電極層6a,6b中
に、Pd、PtおよびRhのうちの少なくとも1種の元
素を含む。好ましくは、内部電極層6a,6b中の金属
成分の全重量%を100とした場合に、前記内部電極層
中のAuの含有量が、20〜90重量%である。好まし
くは、内部電極層6a,6bの厚みが1〜3μmであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電アクチ
ュエータ素子などの積層型圧電素子およびその製造方法
に係り、さらに詳しくは、耐湿性に優れた積層型圧電素
子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、工作機械、産業機械および計測機
械などの精密機械の高精度化に伴い、動作の信頼性が高
く、高速動作が可能な超精密位置決め技術の確立が強く
要望されている。また、マイクロマシン技術の進歩に伴
い、マイクロアクチュエータの開発が強く要望されてい
る。
【0003】従来から、様々なマイクロアクチュエータ
が知られているが、以下の理由から、積層型圧電素子と
しての積層型圧電アクチュエータ素子が有望視されてい
る。すなわち、積層型圧電アクチュエータ素子は、小型
であり、微小変位の高精度制御が可能であり、応答速度
が速く、発生する力も大きく、エネルギー変換効率も高
い。
【0004】一般に、積層型圧電アクチュエータ素子
は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層されている構
造を有する。従来、積層型圧電アクチュエータ素子にお
ける内部電極層は、特開平9−261978号公報にも
示すように、コストの安価な銀、もしくは銀とパラジウ
ムからなる合金で構成されることが一般的である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の積層型アクチュエータ素子は、高湿度環境下
において、圧電体層の絶縁性が低下する傾向にあり、耐
久性の点で難点を有している。これは、高湿度環境下に
おいて、電極中の銀のマイグレーション(銀がイオン化
して電極間を移動すること)が発生しているためと考え
られる。積層型圧電アクチュエータ素子の用途などによ
っては、素子の側面から内部電極の端部が露出する構造
にせざるを得ない場合があり、そのような素子では、特
に耐湿性が要求される。
【0006】また、特許第2826078号公報には、
白金、パラジウム、ロジウム、銀−パラジウム、銀−白
金、白金−パラジウムで構成される内部電極層を有する
積層型圧電アクチュエータ素子について記載されてい
る。しかしながら、この公報に示すように、内部電極層
として、銀−パラジウム、銀−白金などの銀を主成分と
する金属を用いる場合には、前述した理由から、高湿度
環境下において、電極中の銀のマイグレーションが生じ
るおそれがあり好ましくない。また、この公報に示すよ
うに、内部電極層として、白金、パラジウム、ロジウム
単独またはこれらの合金を用いる場合には、素子の製造
過程において、焼結による圧電体層の収縮に比べ、電極
層の収縮が小さいことから、圧電体層と内部電極層とが
焼成時に剥がれるデラミネーションが生じる。このデラ
ミネーションにより、素子の耐湿信頼性が劣化する。
【0007】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、高湿度環境下でも圧電体層の絶縁抵抗が劣化せず、
耐湿性に優れ、高信頼性の積層型圧電アクチュエータ素
子などの積層型圧電素子およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る積層型圧電素子は、圧電体層と内部電
極層とが交互に積層されている積層型圧電素子であっ
て、前記内部電極層が、Auを必須成分として含有する
ことを特徴とする。
【0009】また、本発明に係る積層型圧電素子の製造
方法は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層されてい
る積層型圧電素子を製造する方法であって、前記内部電
極層中に、Auを必須成分として含有させる工程と、前
記圧電体層および内部電極層を、好ましくは1020〜
1220℃、さらに好ましくは1060〜1200℃の
温度で焼成する工程とを有する。
【0010】好ましくは、前記内部電極層中の金属成分
の全重量%を100とした場合に、前記内部電極層中の
Auの含有量が、好ましくは20〜90重量%、さらに
好ましくは60〜90重量%、特に好ましくは60〜8
0重量%である。
【0011】前記内部電極層中に、Auを必須成分とし
て、好ましくはPd、PtおよびRhのうちの少なくと
も1種の元素、さらに好ましくはPdおよびPtのうち
の少なくとも1種の元素、特に好ましくはPdを含む。
前記内部電極層中の金属成分の全重量%を100とした
場合に、前記内部電極層中のPd、PtおよびRh元素
の合計含有量は、好ましくは10〜80重量%、さらに
好ましくは10〜40重量%、特に好ましくは20〜4
0重量%である。特に、Pdの含有量は、好ましくは2
0〜40重量%、さらに好ましくは25〜35重量%で
ある。
【0012】好ましくは、前記内部電極層の厚みが1〜
3μmである。
【0013】好ましくは、前記内部電極層が前記圧電体
層を実際に被覆する面積の被覆率が50〜99%、さら
に好ましくは70〜90%である。なお、被覆率とは、
内部電極層の表面に仮想の所定面積を仮定し、その所定
面積を100%として、内部電極層が前記圧電体層を実
際に被覆する被覆面積を%で表した比率を言う。内部電
極層に孔などが形成されることがなければ、被覆率は、
100%となる。
【0014】好ましくは、前記圧電体層が、鉛系圧電材
料で構成してある。
【0015】好ましくは、前記鉛系圧電材料が、組成式
Pb[(β1,β2)Zr Ti
で表される組成物を含み、ただし、β1は、Z
n、Cd、Mg、Ni、Co、Fe、Sc、Cr、Y
b、Lu、In、MnおよびSnから選ばれる少なくと
も1種の元素、β2は、Nb、Ta、W、TeおよびS
bから選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記組成
式中のx、y、z、aおよびbが、0<x<0.5、
0.1≦y≦0.55、0.2≦z≦0.60、x+y
+z=1、0.97≦a/b≦1の関係にある。
【0016】あるいは、前記鉛系圧電材料が、組成式
(Pb1−u α[(β1,β2)Zr
Ti で表される組成物を含み、た
だし、αは、Sr、Ba、CaおよびLaから選ばれる
少なくとも1種の元素、β1は、Zn、Cd、Mg、N
i、Co、Fe、Sc、Cr、Yb、Lu、In、Mn
およびSnから選ばれる少なくとも1種の元素、β2は
Nb、Ta、W、TeおよびSbから選ばれる少なくと
も1種の元素であり、前記組成式中のx、y、z、a、
bおよびuが、0<x<0.5、0.1≦y≦0.5
5、0.2≦z≦0.60、x+y+z=1、0.97
≦a/b≦1、0<u≦0.15の関係にあることも好
ましい。
【0017】
【作用】内部電極層として、白金、パラジウム、ロジウ
ム単独またはこれらの合金を用いる場合には、素子の製
造過程において、焼結による圧電体層の収縮に比べ、電
極層の収縮が小さいことから、圧電体層と内部電極層と
が剥がれるデラミネーションが生じる。このデラミネー
ションにより、素子の耐湿信頼性が劣化する。低融点金
属と高融点金属とを混ぜることで、圧電体層と収縮挙動
を類似させ、デラミネーションを生じ難くすることも考
えられる。低融点金属としては、AgまたはCuが考え
られる。しかしながら、これらの金属を含む内部電極層
では、高湿度環境下においてマイグレーションを生じ易
い。
【0018】本発明に係る積層型圧電素子およびその製
造方法では、内部電極層として、Auを必須とし、必要
に応じて、Pd、Ptおよび/またはRhを含ませるこ
とで、圧電体層との密着性を良好に保持しつつ、耐湿性
を向上させることができる。
【0019】本発明において、内部電極層の厚みが薄す
ぎると、内部電極層が途切れやすい傾向にあり、厚みが
厚すぎると、焼結時における圧電体層と内部電極層との
収縮差により、デラミネーションが生じやすくなる傾向
にある。また、内部電極層の厚みが大きすぎると、アク
チュエータ素子の場合には、圧電体層の変位を阻害する
傾向にあるので好ましくないと共に、材料の無駄であ
り、製造コストの増大につながる。
【0020】焼成後の内部電極層には、内部電極層を形
成するための金属ペースト中の溶剤が抜けた孔などの微
細孔が形成されることがある。このような微細孔などの
ために、内部電極層が圧電体層を実際に被覆する被覆面
積が、被覆予定の全面積に比べて小さくなることがあ
る。内部電極層の焼成が進むにつれて、微細孔が集まり
孔となり、被覆面積が低下する。また、内部電極層も高
温に晒されることで収縮し、そのことがさらにこの孔を
大きくする。
【0021】本発明では、内部電極層が圧電体層を実際
に被覆する被覆面積(被覆率)を50〜99%、好まし
くは70〜90%に制御することで、アクチュエータ素
子として十分な変位を得ることができると共に、デラミ
ネーションを抑制することができる。被覆率が小さすぎ
ると、アクチュエータ素子として十分な変位を得ること
ができない傾向にあり、また、被覆率が大きすぎると、
デラミネーションが生じやすい傾向にある。
【0022】本発明において、圧電体層の材質として
は、特に限定されないが、特に、焼成温度が1000〜
1250℃と比較的低温の前記鉛系圧電材料で構成する
ことが好ましい。このように構成することで、圧電体層
の焼成時の挙動が、Auを必須成分として含有する内部
電極層の焼成時の挙動と類似することになり、デラミネ
ーションなどの発生も抑制できる。
【0023】本発明において、焼成温度は、好ましくは
1020〜1220℃、さらに好ましくは1060〜1
200℃である。この焼成温度が低すぎると、焼結不足
になる傾向にあり、高すぎると、電極の途切れ現象が生
じやすくなる傾向にあり、耐湿性が低下する傾向にあ
る。
【0024】本発明は、圧電体層と内部電極層とが交互
に積層されている積層型圧電素子の全てに対して適用す
ることができるが、積層型圧電アクチュエータ素子に適
用した場合に、特に効果が大きい。また、本発明は、素
子の表面に内部電極層の一部が露出している積層型圧電
素子に適用する場合に、特に効果が大きい。これらの場
合には、特に耐湿性に優れていることが要求されるから
である。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。図1は本発明の一実施形態に係
る積層型圧電アクチュエータ素子の斜視図である。
【0026】図1に示すように、本実施形態に係る積層
型圧電アクチュエータ素子2は、たとえばインクジェッ
トプリンタ用ヘッドあるいはハードディスクドライブ用
ヘッドなどの位置決め用アクチュエータとして用いられ
るものである。このアクチュエータ素子2は、圧電体層
4と内部電極層6a,6bとが交互に積層されている構
造を持つ。
【0027】一方の内部電極層6aは、素子2の一端に
具備してある外部電極8aに接続してあり、他方の内部
電極層6bは、素子2の他端に具備してある外部電極8
bに接続してある。これらの内部電極層6aおよび6b
の側部は、素子2の側面から露出している。
【0028】外部電極8aおよび8bに直流電圧または
交流電圧を印加することで、内部電極層6aおよび6b
間に位置する圧電体層4に電圧が印加されて電気エネル
ギーが機械エネルギーに変換され、素子2は、電極の形
成面に対して水平または垂直のいずれかの方向に変位ま
たは振動することになる。
【0029】本実施形態では、内部電極層6a,6b
は、Auを必須成分として含有し、Pd、PtおよびR
hのうちの少なくとも1種の元素、好ましくはPdおよ
びPtのいずれか一種の元素、さらに好ましくはPd元
素を含む。内部電極層6a,6b中の金属成分の全重量
%を100とした場合に、内部電極層6a,6b中のA
uの含有量は、好ましくは20〜90重量%、さらに好
ましくは60〜90重量%、特に好ましくは60〜80
重量%である。
【0030】圧電体層4は、特に限定されないが、本実
施形態では、Auを含む内部電極層6a,6bと収縮挙
動が類似した鉛系圧電材料で構成してあることが好まし
い。
【0031】好ましくは、鉛系圧電材料が、組成式Pb
[(β1,β2)ZrTi
で表される組成物を含み、ただし、β1は、Zn、C
d、Mg、Ni、Co、Fe、Sc、Cr、Yb、L
u、In、MnおよびSnから選ばれる少なくとも1種
の元素、β2は、Nb、Ta、W、TeおよびSbから
選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記組成式中の
x、y、z、aおよびbが、0<x<0.5、0.1≦
y≦0.55、0.2≦z≦0.60、x+y+z=
1、0.97≦a/b≦1の関係にある。
【0032】あるいは、前記鉛系圧電材料が、組成式
(Pb1−u α[(β1,β2)Zr
Ti で表される組成物を含み、た
だし、αは、Sr、Ba、CaおよびLaから選ばれる
少なくとも1種の元素、β1は、Zn、Cd、Mg、N
i、Co、Fe、Sc、Cr、Yb、Lu、In、Mn
およびSnから選ばれる少なくとも1種の元素、β2は
Nb、Ta、W、TeおよびSbから選ばれる少なくと
も1種の元素であり、前記組成式中のx、y、z、a、
bおよびuが、0<x<0.5、0.1≦y≦0.5
5、0.2≦z≦0.60、x+y+z=1、0.97
≦a/b≦1、0<u≦0.15の関係にあることも好
ましい。
【0033】上記組成式中のxが0では、圧電特性が低
く、強度も小さくなる傾向にあり好ましくなく、xが
0.5以上となると、ペロブスカイト相の他に、パイロ
クロア相も観察され、圧電特性が低くなる傾向にあり好
ましくない。また、yが0.1より小さいと、圧電特性
が低くなる傾向にあり好ましくなく、yが0.55を超
えると、同じく圧電特性が低くなる傾向にあり好ましく
ない。さらに、zが0.2より小さいと、またはzが
0.60を超えると、圧電特性が低くなる傾向にあり好
ましくない。
【0034】また、上記組成式中のaおよびbの比(a
/b)が0.97よりも小さいと、圧電特性が低くなる
傾向にあり好ましくなく、a/bが1を超えると、圧電
特性が低くなると共に、且つ強度も小さくなる傾向にあ
り好ましくない。さらに、uが0の場合には、圧電特性
が低くなる傾向にあり好ましくなく、uが0.15を超
えると、圧電特性が低くなると共に、強度も小さくなる
傾向にあり好ましくない。
【0035】本実施形態において、内部電極層6a,6
bおよび圧電体層4の厚みは、特に限定されないが、内
部電極層6a,6bの厚みは、1〜3μmであることが
好ましく、また、圧電体層4の厚みは、5〜50μmで
あることが好ましい。
【0036】次に、図1に示す積層型圧電アクチュエー
タ素子2の製造方法について説明する。まず、圧電体層
用ペーストと内部電極層用ペーストとを準備する。圧電
体層用ペーストは、圧電体材料と有機ビヒクルとを混練
した有機系の塗料であってもよく、水系の塗料であって
もよい。
【0037】圧電体材料の出発原料としては、上記した
組成の圧電体材料を構成するための酸化物やその混合
物、複合酸化物を用いることができるが、その他、焼成
により上記した組成の圧電体材料となる各種化合物、例
えば、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金
属化合物等から適宜選択し、混合して用いることができ
る。出発原料中の各化合物の含有量は、焼成後に上記し
た圧電体組成物の組成となるように決定すればよい。出
発原料は、通常、平均粒径1.0〜5.0μm程度の粉
末として用いられる。出発原料は、ボールミルなどによ
り湿式混合された後、仮焼きされる。仮焼きは、800
〜1100℃の温度で1〜3時間程度行うことが好まし
い。この仮焼きは、大気中で行っても良く、また大気中
よりも酸素分圧が高い雰囲気または純酸素雰囲気で行っ
ても良い。
【0038】これにより得られた仮焼き材料を、次にボ
ールミル等を用いて湿式粉砕する。このとき、スラリー
の溶媒として、水もしくはエタノールなどのアルコー
ル、または水とエタノールとの混合溶媒を用いることが
好ましい。湿式粉砕は、仮焼き材料の平均粒径が0.5
〜2.0μm程度となるまで行うことが好ましい。
【0039】仮焼き後に湿式粉砕された粉末を誘電体原
料として、誘電体原料を有機ビヒクル中に分散させる。
有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したも
のである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に限定さ
れず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通
常の各種バインダから適宜選択すればよい。また、用い
る有機溶剤も特に限定されず、印刷法やシート法など、
利用する方法に応じて、テルピネオール、ブチルカルビ
トール、アセトン、トルエン等の各種有機溶剤から適宜
選択すればよい。
【0040】また、圧電体層用ペーストを水系の塗料と
する場合には、水溶性のバインダや分散剤などを水に溶
解させた水系ビヒクルと、圧電体原料とを混練すればよ
い。水系ビヒクルに用いる水溶性バインダは特に限定さ
れず、例えば、ポリビニルアルコール、セルロース、水
溶性アクリル樹脂などを用いればよい。
【0041】内部電極層用ペーストは、上記した各種金
属や合金からなる導電材、あるいは焼成後に上記した導
電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等
と、上記した有機ビヒクルとを混練して調製する。
【0042】上記した各ペースト中の有機ビヒクルの含
有量に特に制限はなく、通常の含有量、例えば、バイン
ダは1〜5重量%程度、溶剤は10〜50重量%程度と
すればよい。また、各ペースト中には、必要に応じて各
種分散剤、可塑剤、圧電体、絶縁体等から選択される添
加物が含有されていてもよい。これらの総含有量は、1
0重量%以下とすることが好ましい。
【0043】印刷法を用いる場合、圧電体層用ペースト
および内部電極層用ペーストを、PET等の基板上に積
層印刷し、所定形状に切断した後、基板から剥離してグ
リーンチップとする。
【0044】また、シート法を用いる場合、圧電体層用
ペーストを用いてグリーンシートを形成し、この上に内
部電極層用ペーストを印刷した後、これらを積層してグ
リーンチップとする。
【0045】焼成前に、グリーンチップに脱バインダ処
理を施す。脱バインダ処理は、通常の条件で行えばよい
が、300〜700℃の温度で0.5〜5時間程度行う
ことが好ましい。脱バインダー処理は、大気中で行って
も良く、また大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気または
純酸素雰囲気で行っても良い。
【0046】脱バインダー処理を行った後、1000〜
1250℃、好ましくは1020〜1220℃の温度
で、0.5〜5時間程度焼成する。焼成は、大気中で行
っても良く、また大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気ま
たは純酸素雰囲気で行っても良い。焼成後の内部電極層
6a,6bには、内部電極層6a,6bを形成するため
の金属ペースト中の溶剤が抜けた孔などの微細孔が形成
されることがある。このような微細孔などのために、内
部電極層6a,6bが圧電体層4を実際に被覆する被覆
面積が、被覆予定の全面積に比べて小さくなることがあ
る。本実施形態では、内部電極層6a,6bが圧電体層
4を実際に被覆する被覆面積(被覆率)を50〜99%
程度に制御する。具体的には、焼成温度、ペースト中の
金属種、各種酸化物(共材を含む)、有機金属化合物、
レジネートの種類や添加量などを調節することにより、
被覆率を制御する。
【0047】上記範囲内に被覆率を制御することで、ア
クチュエータ素子として十分な変位を得ることができる
と共に、デラミネーションを抑制することができる。被
覆率が小さすぎると、アクチュエータ素子2として十分
な変位を得ることができない傾向にあり、また、被覆率
が大きすぎると、デラミネーションが生じやすい傾向に
ある。
【0048】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。
【0049】
【実施例】以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づ
き説明するが、本発明は、これら実施例に限定されな
い。
【0050】実施例1 最終的な圧電体層の組成として、99.4重量%の(P
0.957 Sr .04)((Co1/3 Nb
2/3 0.01Ti0.458
0.5 32 )Oと0.6重量%のWOとか
ら成る鉛系圧電材料となるように、出発原料として、P
bO,TiO,ZrO,CoO,Nb
,SrCO,SrCO,WOを、
所定量秤量した。その後、その出発原料を、ボールミル
により5時間湿式混合後、900℃にて2時間仮焼成し
た。その後、ボールミルを用いて15時間粉砕し、圧電
体材料とした。この圧電材料を、有機ビヒクル中に分散
させ、圧電体層用ペーストとし、ドクターブレード法に
よりシート化して、圧電体グリーンシートを得た。有機
ビヒクル中のバインダとしては、圧電体組成物を100
重量%として、48重量%のアクリル樹脂を用いた。ま
た、有機ビヒクル中の有機溶剤としては、圧電体組成物
を100重量%として、40重量%の塩化メチレン、2
0重量%の酢酸エチル、4重量%のアセトンを用いた。
また、シートの厚みは、20μmであった。
【0051】内部電極用ペーストは、下記の表1に示す
金属種の単体または合金、あるいは有機金属化合物また
はレジネートなどを、有機ビヒクル中に分散させ、3本
ロールにて混練して調整した。有機ビヒクル中のバイン
ダとしては、エチルセルロースを用いた。また、有機ビ
ヒクル中の有機溶剤としては、テルピネオールを用い
た。
【0052】圧電体グリーンシート上に、内部電極用ペ
ーストをスクリーン印刷法により塗布し、これらを積層
後、加圧し、その後、所定サイズに切断してグリーンチ
ップとした。内部電極用ペーストの塗布厚みは4.2μ
mであり、内部電極用ペーストが塗布された圧電体グリ
ーンシートの積層数は、9であった。
【0053】次に、このグリーンチップを、350℃お
よび3時間で脱バインダ処理し、その後1060℃およ
び2時間で焼成処理を行い、積層型圧電アクチュエータ
素子本体を得た。その後、素子本体に、サンドブラスト
により端面研磨処理を行い、内部電極の側端部を露出さ
せた後、外部電極用ペーストとして金ペーストを印刷
し、700℃で焼き付けを行い、耐湿試験用試料とし
た。この実施例1に係る試料のサイズは、3.2×1.
6×0.6mmであり、内部電極層の厚みは1.8μ
m、圧電体層の厚みは15μmであった。また、内部電
極層中の金属種の重量比率は、Au:Pt:Pd=7:
3:0であった。さらに、内部電極層の被覆率を測定し
たところ、70%であった。被覆率は、50μm×50
μmの範囲の電極部をSEMにより写真に撮り、この範
囲を画像処理し、全面積に対して電極により実際に被覆
されている面積を%で表した。
【0054】この実施例1に係る試料を、85℃および
85%RHの高温多湿環境下において、2kV/mmの
直流電圧を試料に印加し、絶縁抵抗(IR)信頼性試験
を行った。IRが初期値に比較して、2桁落ちするまで
の時間を試料の寿命とした。150時間まで測定を行
い、150時間経ても、IRが2桁落ちしない試料を良
品とし、20個の試料について試験を行い、良品の割合
をパーセント表示し、この割合を、耐湿試験生存率とし
た。結果を表1に示す。表1に示すように、実施例1で
は、耐湿試験生存率が70%であった。生存率が60%
以上なので、総合判定は○であった。なお、総合判断で
は、生存率が90%以上を◎とし、60%以上を○と
し、それ以外を×とした。
【0055】
【表1】
【0056】実施例2 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=3:7:0とし、焼成温度を110
0℃とした以外は、実施例1と同様にして、被覆率およ
び耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に
示すように、被覆率は、75%であり、生存率は60%
であった。生存率が60%以上なので、総合判定は○で
あった。
【0057】実施例3 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=2:8:0とし、焼成温度を110
0℃とした以外は、実施例1と同様にして、被覆率およ
び耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に
示すように、被覆率は、85%であり、生存率は60%
であった。生存率が60%以上なので、総合判定は○で
あった。
【0058】比較例1 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=0:10:0とし、焼成温度を11
40℃とした以外は、実施例1と同様にして、被覆率お
よび耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示す。表1
に示すように、被覆率は、100%であり、生存率は1
0%であった。生存率が50%以下なので、総合判定は
×であった。また、得られた試料の断面を観察したとこ
ろ、内部電極層と圧電体層とのデラミネーションが観察
された。
【0059】また、Au:Pt:Pd=0:10:0の
電極では、電極内の添加物または焼成パターンなどを最
適化する必要があるため製造が困難であり、再現性に乏
しく、量産には不適である。また、Ptを使用すること
で、製造コストが上昇すると共に、焼成温度も高くしな
ければならないなどのデメリットがある。
【0060】比較例2 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Ag:Pd=7:3とし、内部電極層の厚みを2μmと
し、焼成温度を1060℃とした以外は、実施例1と同
様にして、被覆率および耐湿試験生存率を求めた。結果
を表1に示す。表1に示すように、被覆率は、70%で
あり、生存率は0%であった。生存率が50%以下なの
で、総合判定は×であった。
【0061】実施例4 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=7:3:0とし、最終的に得られる
圧電体層の組成を、99.6重量%の(Pb .95
0.04)((Zn1/3 Nb2/3 0.1
Ti0.42Zr0.48)Oと0.4重量%のT
とから成る鉛系圧電材料とした以外は、実
施例1と同様にして、被覆率および耐湿試験生存率を求
めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被覆率
は、70%であり、生存率は100%であった。生存率
が90%以上なので、総合判定は◎であった。
【0062】実施例5 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=7:1.5:1.5とし、焼成温度
を1100℃とした以外は、実施例4と同様にして、被
覆率および耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示
す。表1に示すように、被覆率は、85%であり、生存
率は100%であった。生存率が90%以上なので、総
合判定は◎であった。
【0063】実施例6 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=7:0:3とし、内部電極層の厚み
を1.9μmとし、焼成温度を1100℃とした以外
は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被
覆率は、90%であり、生存率は100%であった。生
存率が90%以上なので、総合判定は◎であった。
【0064】実施例7 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=3:7:0とし、内部電極層の厚み
を1.9μmとし、焼成温度を1100℃とした以外
は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被
覆率は、80%であり、生存率は80%であった。生存
率が60%以上なので、総合判定は○であった。
【0065】実施例8 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=3:5:2とし、内部電極層の厚み
を2.0μmとし、焼成温度を1100℃とした以外
は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被
覆率は、90%であり、生存率は80%であった。生存
率が60%以上なので、総合判定は○であった。
【0066】実施例9 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=3:4:3とし、内部電極層の厚み
を2.0μmとし、焼成温度を1100℃とした以外
は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被
覆率は、90%であり、生存率は80%であった。生存
率が60%以上なので、総合判定は○であった。
【0067】実施例10 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=2:8:0とし、焼成温度を110
0℃とした以外は、実施例4と同様にして、被覆率およ
び耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に
示すように、被覆率は、85%であり、生存率は80%
であった。生存率が60%以上なので、総合判定は○で
あった。
【0068】実施例11 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=2:7:1とし、内部電極層の厚み
を1.9μmとし、焼成温度を1100℃とした以外
は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被
覆率は、85%であり、生存率は80%であった。生存
率が60%以上なので、総合判定は○であった。
【0069】実施例12 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=2:6:2とし、焼成温度を110
0℃とした以外は、実施例4と同様にして、被覆率およ
び耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に
示すように、被覆率は、90%であり、生存率は80%
であった。生存率が60%以上なので、総合判定は○で
あった。
【0070】比較例3 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=0:10:0とし、内部電極層の厚
みを2.0μmとし、焼成温度を1100℃とした以外
は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被
覆率は、100%であり、生存率は20%であった。生
存率が50%以下なので、総合判定は×であった。ま
た、得られた試料の断面を観察したところ、内部電極層
と圧電体層とのデラミネーションが観察された。
【0071】比較例4 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Ag:Pd=7:3とし、内部電極層の厚みを2.0μ
mとした以外は、実施例4と同様にして、被覆率および
耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に示
すように、被覆率は、70%であり、生存率は10%で
あった。生存率が50%以下なので、総合判定は×であ
った。
【0072】比較例5 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Ag:Pd=3:7とし、内部電極層の厚みを2.1μ
mとした以外は、実施例4と同様にして、被覆率および
耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に示
すように、被覆率は、80%であり、生存率は10%で
あった。生存率が50%以下なので、総合判定は×であ
った。
【0073】参考例1 最終的に得られる内部電極層の厚みを0.8μmとした
以外は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験
生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すよう
に、被覆率は、30%であり、内部電極層の途切れが観
察され、耐湿試験は不可能であった。したがって、総合
判定は×であった。内部電極層の途切れは、内部電極層
の厚みが1μm未満であったためと考えられる。
【0074】実施例13 最終的に得られる内部電極層の厚みを1.3μmとした
以外は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験
生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すよう
に、被覆率は、60%であり、生存率は80%であっ
た。生存率が60%以上なので、総合判定は○であっ
た。
【0075】実施例14 最終的に得られる内部電極層の厚みを2.8μmとした
以外は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験
生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すよう
に、被覆率は、65%であり、生存率は70%であっ
た。生存率が60%以上なので、総合判定は○であっ
た。
【0076】参考例2 最終的に得られる内部電極層の厚みを3.5μmとした
以外は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験
生存率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すよう
に、被覆率は、60%であり、生存率は20%であっ
た。生存率が50%以下なので、総合判定は×であっ
た。また、得られた試料の断面を観察したところ、内部
電極層と圧電体層とのデラミネーションが観察された。
内部電極層の厚みが3μmよりも大きいためと考えられ
る。
【0077】参考例3 焼成温度を1180℃とした以外は、実施例4と同様に
して、被覆率および耐湿試験生存率を求めた。結果を表
1に示す。表1に示すように、被覆率は、40%であ
り、生存率は30%であった。生存率が50%以下なの
で、総合判定は×であった。焼成温度が高すぎたため
に、被覆率が50%未満に低下したためと考えられる。
【0078】実施例15 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=3:7:0とし、最終的に得られる
圧電体層の組成を、(Pb0.94Sr0.0
((Mg1/3 Nb2/3 0.265 Ti
0.395 Zr0.3 35)Oから成る鉛系圧電
材料とし、内部電極層の厚みを1.9μmとし、焼成温
度を1180℃とした以外は、実施例1と同様にして、
被覆率および耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示
す。表1に示すように、被覆率は、80%であり、生存
率は70%であった。生存率が60%以上なので、総合
判定は○であった。
【0079】実施例16 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=2:8:0とし、内部電極層の厚み
を1.8μmとした以外は、実施例15と同様にして、
被覆率および耐湿試験生存率を求めた。結果を表1に示
す。表1に示すように、被覆率は、85%であり、生存
率は70%であった。生存率が60%以上なので、総合
判定は○であった。
【0080】実施例17 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Pt:Pd=8:2:0とし、内部電極層の厚み
を1.9μmとし、焼成温度を1020℃とした以外
は、実施例4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表1に示す。表1に示すように、被
覆率は、60%であり、生存率は80%であった。生存
率が60%以上なので、総合判定は○であった。
【0081】実施例18 最終的に得られる内部電極層中の金属種の重量比率を、
Au:Rh=7:3とし、内部電極層の厚みを2.0μ
mとし、焼成温度を1100°Cとした以外は、実施例
4と同様にして、被覆率および耐湿試験生存率を求め
た。結果を表1に示す。表1に示すように、被覆率は、
80%であり、生存率は80%であった。生存率が60
%以上なので、総合判定は○であった。
【0082】実施例19〜23、参考例4および5 表2に示すように、内部電極層の厚みを2.0μmまた
は1.9μmとし、焼成温度を1000°C〜1240
℃と変化させた以外は、実施例6と同様にして、被覆率
および耐湿試験生存率を求めた。結果を表2に示す。表
2に示すように、Au:Pt:Pd=7:0:3の場合
には、焼成温度が1060〜1220℃、好ましくは1
060〜1200℃の時に、耐湿性が向上することが判
明した。
【0083】
【表2】
【0084】参考例6および7 表2に示すように、Au:Pt:Pd=10:0:0と
し、内部電極層の厚みを2.2μmまたは2.1μmと
し、焼成温度を1000℃または1060℃とした以外
は、実施例6と同様にして、被覆率および耐湿試験生存
率を求めた。結果を表2に示す。表2に示すように、内
部電極層中の金属成分をAu100%とした場合には、
焼成温度を低くしなければならないが、焼結不足または
電極の途切れが生じ、耐湿性が低下することが判明し
た。
【0085】実施例24〜26、参考例8および9 表2に示すように、Au:Pt:Pd=9:0:1と
し、内部電極層の厚みを2.0μm、2.1μmまたは
2.3μmとし、焼成温度を1000°C〜1140℃
と変化させた以外は、実施例6と同様にして、被覆率お
よび耐湿試験生存率を求めた。結果を表2に示す。表2
に示すように、Au:Pt:Pd=9:0:1の場合に
は、焼成温度が1020〜1100℃、好ましくは10
20〜1060℃の時に、耐湿性が向上することが判明
した。
【0086】実施例27〜30および比較例6 表2に示すように、Au:Pt:Pdの比を変化させ、
内部電極層の厚みを1.8μm、1.9μmまたは2.
0μmとし、焼成温度を1100°C、1140℃およ
び1180℃とした以外は、実施例6と同様にして、被
覆率および耐湿試験生存率を求めた。結果を表2に示
す。
【0087】考察 比較例1〜6に比較し、本実施例1〜30によれば、耐
湿試験生存率が向上し、高湿度環境下でも圧電体層の絶
縁抵抗が劣化せず、耐湿性に優れ、高信頼性の積層型圧
電アクチュエータ素子を実現できることが確認できた。
【0088】また、参考例1および2と、実施例13お
よび14とを比較することで、内部電極層の厚みが1〜
3μmである場合に、本発明の効果が向上することが確
認できた。
【0089】さらに、比較例3および参考例3と、実施
例4〜14とを比較することで、被覆率が50〜99%
である場合に、本発明の効果が向上することが確認でき
た。
【0090】さらにまた、参考例7および比較例6と、
実施例26〜30とを比較することで、内部電極層中の
Auの含有量が、好ましくは20〜90重量%、さらに
好ましくは60〜90重量%、特に好ましくは60〜8
0重量%の場合に、耐湿性が特に向上することが確認で
きた。
【0091】また、実施例19〜26を参照すること
で、焼成温度は、好ましくは1020〜1220℃、さ
らに好ましくは1060〜1200℃であることが確認
できた。
【0092】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、高湿度環境下でも圧電体層の絶縁抵抗が劣化せず、
耐湿性に優れ、高信頼性の積層型圧電アクチュエータ素
子などの積層型圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の一実施形態に係る積層型圧電
アクチュエータ素子の斜視図である。
【符号の説明】
2… 積層型圧電アクチュエータ素子 4… 圧電体層 6a,6b… 内部電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G030 AA07 AA11 AA15 AA16 AA17 AA20 AA22 AA24 AA25 AA27 AA28 AA29 AA32 AA33 AA34 AA39 AA40 BA10 GA27

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電体層と内部電極層とが交互に積層さ
    れている積層型圧電素子であって、 前記内部電極層が、Auを必須成分として含有すること
    を特徴とする積層型圧電素子。
  2. 【請求項2】 前記内部電極層中の金属成分の全重量%
    を100とした場合に、前記内部電極層中のAuの含有
    量が、20〜90重量%である請求項1に記載の積層型
    圧電素子。
  3. 【請求項3】 前記内部電極層中の金属成分の全重量%
    を100とした場合に、前記内部電極層中のAuの含有
    量が、60〜80重量%である請求項1に記載の積層型
    圧電素子。
  4. 【請求項4】 前記内部電極層中に、Pd、Ptおよび
    Rhのうちの少なくとも1種の元素を含む請求項1〜3
    のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  5. 【請求項5】 前記内部電極層中に、PdおよびPtの
    うちの少なくとも1種の元素を含む請求項1〜3のいず
    れかに記載の積層型圧電素子。
  6. 【請求項6】 前記内部電極層中に、Pd元素を含む請
    求項1〜3のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  7. 【請求項7】 前記内部電極層中の金属成分の全重量%
    を100とした場合に、前記内部電極層中のPdの含有
    量が、20〜40重量%である請求項6に記載の積層型
    圧電素子。
  8. 【請求項8】 前記内部電極層の厚みが1〜3μmであ
    る請求項1〜7のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  9. 【請求項9】 前記内部電極層が前記圧電体層を実際に
    被覆する面積の被覆率が50〜99%である請求項1〜
    8のいずれかに記載の積層型圧電素子。
  10. 【請求項10】 前記圧電体層が、鉛系圧電材料で構成
    してある請求項1〜9のいずれかに記載の積層型圧電素
    子。
  11. 【請求項11】 前記鉛系圧電材料が、組成式Pb
    [(β1,β2) ZrTi で表
    される組成物を含み、 ただし、β1は、Zn、Cd、Mg、Ni、Co、F
    e、Sc、Cr、Yb、Lu、In、MnおよびSnか
    ら選ばれる少なくとも1種の元素、β2は、Nb、T
    a、W、TeおよびSbから選ばれる少なくとも1種の
    元素であり、 前記組成式中のx、y、z、aおよびbが、 0<x<0.5、 0.1≦y≦0.55、 0.2≦z≦0.60、 x+y+z=1、 0.97≦a/b≦1 の関係にある請求項10に記載の積層型圧電素子。
  12. 【請求項12】 前記鉛系圧電材料が、組成式(Pb
    1−u α[(β1,β2)ZrTi
    で表される組成物を含み、 ただし、αは、Sr、Ba、CaおよびLaから選ばれ
    る少なくとも1種の元素、β1は、Zn、Cd、Mg、
    Ni、Co、Fe、Sc、Cr、Yb、Lu、In、M
    nおよびSnから選ばれる少なくとも1種の元素、β2
    はNb、Ta、W、TeおよびSbから選ばれる少なく
    とも1種の元素であり、 前記組成式中のx、y、z、a、bおよびuが、 0<x<0.5、 0.1≦y≦0.55、 0.2≦z≦0.60、 x+y+z=1、 0.97≦a/b≦1、 0<u≦0.15 の関係にある請求項10に記載の積層型圧電素子。
  13. 【請求項13】 圧電体層と内部電極層とが交互に積層
    されている積層型圧電素子を製造する方法であって、 前記内部電極層中に、Auを必須成分として含有させる
    工程と、 前記圧電体層および内部電極層を、1020〜1220
    ℃の温度で焼成する工程とを有する積層型圧電素子の製
    造方法。
  14. 【請求項14】 前記内部電極層中の金属成分の全重量
    %を100とした場合に、前記内部電極層中に、含有量
    が20〜90重量%となるように、Auを含有させる請
    求項13に記載の積層型圧電素子の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記内部電極層中の金属成分の全重量
    %を100とした場合に、前記内部電極層中に、含有量
    が60〜80重量%となるように、Auを含有させる請
    求項13に記載の積層型圧電素子の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記内部電極層中に、Pd、Ptおよ
    びRhのうちの少なくとも1種の元素を含ませる請求項
    13〜15のいずれかに記載の積層型圧電素子の製造方
    法。
  17. 【請求項17】 前記内部電極層中の金属成分の全重量
    %を100とした場合に、前記内部電極層中に、含有量
    が20〜40重量%となるように、Pdを含有させる請
    求項16に記載の積層型圧電素子の製造方法。
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