JP2004274030A - Unit joint laminated piezoelectric element and its manufacturing method - Google Patents

Unit joint laminated piezoelectric element and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2004274030A
JP2004274030A JP2003432058A JP2003432058A JP2004274030A JP 2004274030 A JP2004274030 A JP 2004274030A JP 2003432058 A JP2003432058 A JP 2003432058A JP 2003432058 A JP2003432058 A JP 2003432058A JP 2004274030 A JP2004274030 A JP 2004274030A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
unit
laminated piezoelectric
internal electrode
laminated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003432058A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Shindo
仁志 進藤
Etsuro Yasuda
悦朗 安田
Atsuhiro Sumiya
篤宏 角谷
Masayuki Kobayashi
正幸 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Nippon Soken Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP2003432058A priority Critical patent/JP2004274030A/en
Priority to DE200410008000 priority patent/DE102004008000A1/en
Publication of JP2004274030A publication Critical patent/JP2004274030A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/05Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/503Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a unit joint laminated piezoelectric element of which ceramic materials are fired and internal electrodes are reduced sufficiently regardless of the size of a laminated material and excellent in durability and performance, and provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: The unit joint stacked piezoelectric element 1 comprises two or more laminated piezoelectric element units 15 in which piezoelectric ceramic layers 151 and internal electrodes 153 are layered alternatively. Its manufacturing method is also provided. The internal electrode 153 is made of a conductive base metal of which standard Gibbs free energy of the formation of a metal oxide at firing temperature is larger than that of a ceramic material of the piezoelectric ceramic layer 151. When an average potential difference between respective internal electrodes 153 of the laminated piezoelectric element unit 15 is provided as V1, a potential difference V between adjacent internal electrodes 153 that sandwich a joint part 17 of the laminated units 15 has the relationship of V<(1/2)V1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は,圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせたユニット接合積層圧電素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a unit-bonded laminated piezoelectric element in which two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated, and a method of manufacturing the same.

従来より,各種優れた圧電特性及び誘電特性を有するPZT系材料等よりなる圧電セラミック層と,銅等の卑金属よりなる内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電素子は,アクチュエータやコンデンサ等に広く利用されている。
このような積層型圧電素子を製造する方法としては,例えば通常下記のような複数の工程にて行われる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a laminated piezoelectric element formed by alternately laminating a piezoelectric ceramic layer made of a PZT-based material having various excellent piezoelectric and dielectric properties and an internal electrode layer made of a base metal such as copper is an actuator or a capacitor. Widely used for such purposes.
As a method of manufacturing such a laminated piezoelectric element, for example, usually, a plurality of steps as described below are performed.

まず,PZT等のセラミック材料よりなるグリーンシートを準備し,このグリーンシートにスクリーン印刷等にて金属酸化物よりなる,又は金属及び金属酸化物よりなる電極用ペースト材料を塗布する。続いて,電極用ペースト材料が塗布されたグリーンシートを所望の数だけ積層して積層体を作製し,さらにこの積層体を脱脂する。
次に,脱脂後の積層体を加熱炉内にて還元条件下で加熱することにより上記電極用ペースト材料中の金属酸化物を還元し,導電性を有する内部電極層にする(電極還元工程)。その後,積層体を焼成してセラミック材料を緻密化し,最終的な積層型圧電素子を得る(焼成工程)。
First, a green sheet made of a ceramic material such as PZT is prepared, and an electrode paste material made of a metal oxide or a metal and a metal oxide is applied to the green sheet by screen printing or the like. Subsequently, a desired number of green sheets to which the electrode paste material has been applied are laminated to form a laminate, and the laminate is degreased.
Next, by heating the degreased laminate in a heating furnace under reducing conditions, the metal oxide in the electrode paste material is reduced to form a conductive internal electrode layer (electrode reduction step). . Thereafter, the laminated body is fired to densify the ceramic material, and a final stacked piezoelectric element is obtained (firing step).

上記セラミック材料と,上記電極用ペースト材料とは,境界部の接合状態とその耐久性を良好な状態にするために,同時焼成するのが好ましい。
ところが,上記焼成工程において,上記電極用ペースト材料と上記セラミック材料とは,相反する雰囲気条件を要求する。即ち,例えばPZT等のセラミック材料は,酸化物であるため酸化雰囲気にて焼成することが好ましいのに対し,上記電極用ペースト材料は,電極還元工程において得られた導電性を保持するために還元雰囲気にて焼成を行うことが好ましい。
It is preferable that the ceramic material and the electrode paste material be co-fired in order to improve the bonding state at the boundary and the durability thereof.
However, in the firing step, the electrode paste material and the ceramic material require contradictory atmosphere conditions. That is, for example, a ceramic material such as PZT is an oxide, and thus is preferably fired in an oxidizing atmosphere. It is preferable to perform firing in an atmosphere.

上記焼成工程において,上記セラミック材料を充分に焼成するために,酸化雰囲気にて焼成を行うと,予め上記電極還元工程において還元された銅等よりなる内部電極層が再び酸化されて導電性が低下してしまうおそれがある。一方,還元雰囲気にて焼成を行うと,上記セラミック材料が還元されてしまい,焼成後の積層体の特性が低下してしまうという問題がある。   In the firing step, when firing is performed in an oxidizing atmosphere in order to sufficiently fire the ceramic material, the internal electrode layer made of copper or the like previously reduced in the electrode reduction step is oxidized again, and the conductivity is reduced. There is a risk of doing it. On the other hand, when firing is performed in a reducing atmosphere, there is a problem that the ceramic material is reduced, and the characteristics of the fired laminate deteriorate.

このような問題を解決するために,水素ガスを含む雰囲気中で導電ペースト材料を還元した後,続く焼成工程においては,酸素分圧を特定の範囲に制御した雰囲気下にて,上記積層体を焼成する方法がある(特許文献1参照)。   In order to solve such a problem, after the conductive paste material is reduced in an atmosphere containing hydrogen gas, in the subsequent firing step, the above-mentioned laminate is removed under an atmosphere in which the oxygen partial pressure is controlled to a specific range. There is a firing method (see Patent Document 1).

また,焼成温度よりも低い温度で導電ペースト材料を還元し,続く焼成工程においては,N2−H2−H2O−O2混合ガスを使用し,O2分圧を特定の範囲に制御した雰囲気下にて,上記積層体を焼成する方法がある(特許文献2参照)。 In addition, the conductive paste material is reduced at a temperature lower than the firing temperature, and in the subsequent firing step, an N 2 -H 2 -H 2 O-O 2 mixed gas is used to control the O 2 partial pressure to a specific range. There is a method in which the above-mentioned laminate is fired in a reduced atmosphere (see Patent Document 2).

そしてこのような従来の方法によれば,上記電極還元工程において還元された銅等よりなる内部電極層を,上記焼成工程においてほとんど酸化させることなくセラミック材料を緻密化させることができる。   According to such a conventional method, the ceramic material can be densified without substantially oxidizing the internal electrode layer made of copper or the like reduced in the electrode reduction step in the firing step.

しかしながら,上記従来の方法においては,特に積層数の多い積層体を作製する場合に,上記積層体の中心部と外周部との間で還元・酸化反応量のバランスをとることが難しく,雰囲気調整が極めて困難になるという問題がある。さらに,積層体の形状が大きいと,焼成前もしくは焼成・電極還元前の脱脂工程におけるバインダー除去に莫大な時間を費やしてしまう。   However, in the above-mentioned conventional method, it is difficult to balance the reduction / oxidation reaction amount between the central part and the outer peripheral part of the laminated body, particularly when producing a laminated body having a large number of laminated layers. Is extremely difficult. Furthermore, if the shape of the laminate is large, an enormous amount of time is spent removing the binder in the degreasing step before firing or before firing and reducing the electrode.

一方,脱脂工程の所要時間を低減すると積層体の中心部にバインダーの一部が残存する。そして残存したカーボン等の物質は酸素等と反応し易いため,焼成もしくは焼成・電極還元工程における酸素分圧が,積層体中心部と積層体外周部及び表面とで不均一になり易い。その結果,焼成後に得られる上記積層型圧電素子の性能を低下させてしまう。   On the other hand, if the time required for the degreasing step is reduced, a part of the binder remains in the center of the laminate. Since the remaining substance such as carbon easily reacts with oxygen or the like, the oxygen partial pressure in the firing or firing / electrode reduction step is likely to be non-uniform at the central portion of the laminate and at the outer peripheral portion and surface of the laminate. As a result, the performance of the multilayer piezoelectric element obtained after firing is reduced.

また,下記の特許文献3においては,ユニット−ユニット積送品で接合面に隣接する,対向する2つの内部電極に同じ電気的極性を持たせ,圧電体として無効な絶縁層を形成すると共に,その絶縁層の厚みを他の厚みの2倍又は2倍以下にすることにより,ユニット積層品の圧電効果による変位を効率よく出すことが記載されている。   Further, in Patent Document 3 below, in a unit-to-unit conveyed product, two opposing internal electrodes adjacent to a joint surface have the same electrical polarity, and an insulative insulating layer as a piezoelectric body is formed. It is described that by making the thickness of the insulating layer twice or less than the other thickness, displacement of the unit laminated product due to the piezoelectric effect is efficiently obtained.

しかし,変位を出すなどの初期特性においては優れるものの,後述の実施例3にて示すごとく,初期特性の耐久性をも含めて検討した結果,不具合を生じるおそれがあった。
また,特許文献3に示されるように,接合面を挟む2つの隣接層を極度に薄くしておくと,たとえ同じ側面電極に接続したとしても,量産時において一部の製品にたまたま内部電極に途切れがあった場合等に,内部電極に途切れの生じたユニットにおける接合面からみて途切れた内部電極層の次の内部電極層と,その接合面において,対向する他方のユニットの電極の途切れなかった内部電極との間に電界が形成されるということが想定される。この場合,ユニット接合面への負担がかえって大きくなり耐久性が悪くなるおそれがある。
However, although excellent in initial characteristics such as displacement, it was found that as a result of an examination including durability of the initial characteristics, as shown in Example 3 described later, a problem may occur.
In addition, as shown in Patent Document 3, if two adjacent layers sandwiching the bonding surface are extremely thin, even if they are connected to the same side electrode, some products happen to be used as internal electrodes during mass production. In the case where there is a break, the internal electrode layer next to the broken internal electrode layer as viewed from the joint surface of the unit where the internal electrode is broken, and the electrode of the other unit facing the joint surface were not broken at the joint surface It is assumed that an electric field is formed between the internal electrodes. In this case, the load on the unit joint surface may be rather large and the durability may be deteriorated.

上記のような内部電極の途切れは,高価なAg−Pd電極は別として,焼成時等に還元雰囲気を形成せねばならない卑金属電極,例えばCu,Ni等のとき特有に生じる現象と考えられる。還元雰囲気形成時,最適雰囲気条件よりも酸化側に振れれば,内部電極が酸化し,酸化物からなるセラミック層と共晶反応を起こし,溶融,拡散するおそれがある。また,最適雰囲気よりも還元側に振れると,セラミック層の一部が還元され,内部電極層の金属と共晶反応を起こし,電極材料が溶融,拡散するおそれがある。金属と金属,又は酸化物と酸化物とは共晶反応を起こしやすく,金属と酸化物の組み合わせでは共晶反応は極めてまれである。   The interruption of the internal electrode as described above is considered to be a phenomenon peculiar to a base metal electrode that must form a reducing atmosphere during firing or the like, such as Cu or Ni, apart from the expensive Ag-Pd electrode. When the reducing atmosphere is deviated to the oxidizing side from the optimum atmosphere conditions, the internal electrode may be oxidized, causing a eutectic reaction with the ceramic layer made of oxide, melting and diffusing. Further, when the ceramic material is deviated from the optimum atmosphere to the reduction side, a part of the ceramic layer is reduced, causing a eutectic reaction with the metal of the internal electrode layer, and the electrode material may be melted and diffused. Eutectic reactions tend to occur between metals and metals or oxides and oxides, and eutectic reactions are extremely rare in combinations of metals and oxides.

よって,還元雰囲気を調整することにより最適雰囲気条件を形成し,セラミック層を酸化物の状態で存在させ,内部電極層を金属の状態で存在させる必要のある卑金属を内部電極層に用いる場合にこそ,例えば上記共晶反応による電極材料の溶融等に起因して内部電極の途切れは起こりやすく,還元雰囲気の形成が必要のない貴金属電極の時とは異なり,還元雰囲気での焼成に代表される各処理を必要とする卑金属電極においては,接合面を挟む2つの隣接層の厚みを薄くすることは,初期特性のみらず,量産性や耐久性をも加味すると必ずしも有効ではなかった。   Therefore, the optimum atmosphere condition is formed by adjusting the reducing atmosphere, the ceramic layer is present in an oxide state, and the internal electrode layer is required to be present in a metal state. For example, the internal electrode is likely to be interrupted due to the melting of the electrode material due to the above-mentioned eutectic reaction, and unlike the case of a noble metal electrode which does not require the formation of a reducing atmosphere, each type represented by firing in a reducing atmosphere. For base metal electrodes that require treatment, reducing the thickness of two adjacent layers sandwiching the bonding surface was not always effective in consideration of not only initial characteristics but also mass productivity and durability.

特開平5−82387号公報JP-A-5-82387 特公平7−34417号公報Japanese Patent Publication No. 7-34417 特開昭64−33980号公報JP-A-64-33980

本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,積層体の大きさに関係なく,セラミック材料の焼成と内部電極層の還元を充分に行うことができ,かつ耐久性及び性能に優れたユニット接合積層圧電素子及びその製造方法を提供しようとするものである。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and enables the firing of a ceramic material and the reduction of an internal electrode layer to be sufficiently performed irrespective of the size of a laminated body, and the durability and performance are improved. An object of the present invention is to provide an excellent unit-bonded laminated piezoelectric element and a method for manufacturing the same.

第1の発明は,圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子において,
上記内部電極層は,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料を主成分としてなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vは,V<(1/2)V1の関係を有することを特徴とするユニット接合積層圧電素子にある(請求項1)。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a unit-joined laminated piezoelectric element comprising two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated.
The internal electrode layer is mainly composed of a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy for generating metal oxides at the firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer,
Assuming that the average potential difference between the respective internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is V1, the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint between the multilayer piezoelectric element units is V <(1 (2) A unit-bonded laminated piezoelectric element having a relationship of V1.

次に,本発明の作用効果につき説明する。
本発明のユニット接合積層圧電素子において,上記内部電極層は,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料を主成分とする。
そのため,上記ユニット接合積層圧電素子を構成する上記積層型圧電素子ユニットは,その焼成の際の雰囲気調整が容易で,上記内部電極層は充分に還元され,かつ上記圧電セラミック層は充分に酸化された状態のものとなる。
上記内部電極層は,導電性に支障を来さなければ,上記導電性卑金属材料の一部が酸化されていてもよい。
Next, the operation and effect of the present invention will be described.
In the unit-bonded laminated piezoelectric element of the present invention, the internal electrode layer is mainly composed of a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy of metal oxide generation at a firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer. I do.
Therefore, in the laminated piezoelectric element unit constituting the unit-bonded laminated piezoelectric element, it is easy to adjust the atmosphere during firing, the internal electrode layer is sufficiently reduced, and the piezoelectric ceramic layer is sufficiently oxidized. It will be in the state of being in a state.
In the internal electrode layer, a part of the conductive base metal material may be oxidized as long as the conductivity is not hindered.

上記ユニット接合積層圧電素子においては,上記セラミック材料として,例えばPZT系材料{Pb(Zr,Ti)O3系ペロブスカイト構造の酸化物の総称とし,Pb,Zr,Tiが部分的に置換されている材料も含む;以下同様}等を用いることができ,この場合には,上記ユニット接合積層圧電素子を高性能な圧電素子として利用することができる。また,上記セラミック材料としては,KNbO3やBaTiO3等のようにPbを成分元素として含まない材料を用いることもできる。
上記PZT系材料は,多くの場合その組成中にPZTよりも還元され易い性質のPbOを含有しており,PbOがPbに還元されると上記導電性卑金属材料と共晶溶融反応を起こしやすく,上記内部電極層が連続的には形成できなくなる。よって,上記セラミック材料としてPZT系材料を用いる場合には,上記導電性卑金属材料を酸化させず,また上記PZT系材料だけでなくPbOも還元させることなく焼成しなければならず,その雰囲気条件の設定が非常に困難となる。
In the unit-bonded laminated piezoelectric element, as the ceramic material, for example, a PZT-based material {Pb (Zr, Ti) O 3 -based oxide having a perovskite structure is used, and Pb, Zr, and Ti are partially substituted. The same applies to the following. In this case, the unit-bonded laminated piezoelectric element can be used as a high-performance piezoelectric element. As the ceramic material, a material that does not contain Pb as a component element, such as KNbO 3 or BaTiO 3, can also be used.
In many cases, the PZT-based material contains PbO having a property of being more easily reduced than PZT in its composition. When PbO is reduced to Pb, the eutectic melting reaction easily occurs with the conductive base metal material. The internal electrode layer cannot be formed continuously. Therefore, when a PZT-based material is used as the ceramic material, it must be fired without oxidizing the conductive base metal material and reducing PbO as well as the PZT-based material. Setting becomes very difficult.

本発明においては,上記導電性卑金属材料として,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きいものを用いているため,上記焼成温度にて上記導電性卑金属材料が酸化されることはほとんどなく,雰囲気条件の設定が容易に行えるのである。   In the present invention, the conductive base metal material used has a higher standard Gibbs free energy of metal oxide generation at the firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer. The conductive base metal material is hardly oxidized, and the atmospheric conditions can be easily set.

また,本発明のユニット接合積層圧電素子は,圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなる。
そのため,上記ユニット接合積層圧電素子は,その製造時には,まず積層数が少なく比較的小さな形状の積層型圧電素子ユニットを焼成により複数作製し,続いて該積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせて,目的とする積層数のユニット接合積層圧電素子を作製することができる。
Further, the unit-bonded laminated piezoelectric element of the present invention is formed by laminating two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated.
Therefore, at the time of manufacturing the unit-bonded laminated piezoelectric element, first, a plurality of laminated piezoelectric element units each having a small number of layers and a relatively small shape are manufactured by firing, and then two or more laminated piezoelectric element units are laminated. Thus, a desired number of unit-bonded laminated piezoelectric elements can be manufactured.

焼成時には,積層数が少ない積層型圧電素子ユニットを焼成することができるので,積層型圧電素子ユニットの内部と表面との間で,還元・酸化反応量のバランスを考慮する必要性が小さく,電極還元及び焼成の際の酸素分圧等の調整が簡略化する。そのため,圧電セラミック層の焼成と内部電極層の還元を充分に行うことができる。その結果,上記積層型圧電素子ユニットの一つ一つは,圧電セラミック層及び内部電極層にほとんど不具合がなく,優れた性質を発揮することができるものとなる。特に,PbOを含有するPZT系材料において,本効果はより顕著に現れる。   During firing, the stacked piezoelectric element unit with a small number of stacked layers can be fired, so there is little need to consider the reduction and oxidation reaction balance between the inside and the surface of the stacked piezoelectric element unit. Adjustment of oxygen partial pressure and the like during reduction and firing is simplified. Therefore, firing of the piezoelectric ceramic layer and reduction of the internal electrode layer can be sufficiently performed. As a result, each of the laminated piezoelectric element units can exhibit excellent properties with almost no problem in the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer. In particular, this effect appears more remarkably in a PZT-based material containing PbO.

そして,最終的なユニット接合積層圧電素子は,上記積層型圧電素子ユニットを重ね合わせることにより作製しているため,見かけ上,積層数が同じ積層体を一体的に同時焼成した場合と同じものを得ることができる。その上,より均一に焼成されているため,より優れた性能のものとなる。   And since the final unit-bonded laminated piezoelectric element is manufactured by laminating the above-mentioned laminated piezoelectric element units, it is apparent that the same laminated body with the same number of layers as when integrally laminated and co-fired is used. Obtainable. In addition, since it is more uniformly fired, it has better performance.

さらに,本発明のユニット接合積層圧電素子においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vは,V<(1/2)V1の関係を有する。   Further, in the unit-bonded laminated piezoelectric element of the present invention, when the average potential difference between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit is set to V1, two adjacent piezoelectric elements sandwiching the joint portion where the laminated piezoelectric element units are joined to each other. The potential difference V between the two internal electrode layers has a relationship of V <(1/2) V1.

そのため,上記ユニット接合積層圧電素子においては,上記接合部にかかる電場が比較的小さい。それ故,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりすることがほとんどない。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力の発生が緩和され,また応力の発生確率が低減するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が和らげられる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合においても,側面電極や収縮チューブ等が破損することを防止できる。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合においても,上記接合部に誘電損失による熱等が生じにくいため,樹脂が熱により劣化することもほとんどない。
したがって,本発明のユニット接合積層圧電素子においては,該ユニット接合積層圧電素子と同じ積層数の積層体を一体的に同時焼成したものと,同等もしくはそれ以上の耐久性を維持することができる。
なお,本発明において,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差V1は,上記積層型圧電素子ユニットにおける最も外側の圧電セラミック層を除いた,上記積層型圧電素子ユニット内の内部電極層間の平均電位差である。
Therefore, in the unit-bonded laminated piezoelectric element, the electric field applied to the bonding portion is relatively small. Therefore, non-resonance and displacement transmission hardly occur due to the mismatch (discontinuity) of the bonding surfaces between the stacked piezoelectric element units. As a result, the generation of stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-bonded laminated piezoelectric element is reduced, and the probability of occurrence of stress is reduced. It can be tempered. Therefore, even when a side electrode is formed on the side surface of the unit-joined laminated piezoelectric element or when the unit-joined laminated piezoelectric element is fixed with a shrink tube, the side electrode, the shrink tube and the like can be prevented from being damaged. Even when the laminated piezoelectric element units are joined to each other with a resin or the like, heat or the like due to dielectric loss hardly occurs at the joints, so that the resin hardly deteriorates due to the heat.
Therefore, in the unit-bonded laminated piezoelectric element of the present invention, the same or higher durability can be maintained as that obtained by integrally and simultaneously firing the same number of laminated bodies as the unit-bonded laminated piezoelectric element.
In the present invention, the average potential difference V1 between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is determined by calculating the internal electrode in the multilayer piezoelectric element unit excluding the outermost piezoelectric ceramic layer in the multilayer piezoelectric element unit. This is the average potential difference between layers.

このように,本発明によれば,積層体の大きさ,特に積層方向の長さに関係なく,セラミック材料の焼成と内部電極層の還元を充分に行うことができ,かつ耐久性及び性能に優れたユニット接合積層圧電素子を提供することができる。   As described above, according to the present invention, firing of the ceramic material and reduction of the internal electrode layer can be sufficiently performed irrespective of the size of the laminated body, particularly, the length in the laminating direction, and the durability and performance are improved. An excellent unit-bonded laminated piezoelectric element can be provided.

第2の発明は,圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子において,
上記内部電極層は,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料を主成分としてなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eは,E<(1/2)E1の関係を有することを特徴とするユニット接合積層圧電素子にある(請求項3)。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a unit-bonded laminated piezoelectric element comprising two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated.
The internal electrode layer is mainly composed of a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy for generating metal oxides at the firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer,
Assuming that the average electric field strength between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit is E1, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching a joint portion where the laminated piezoelectric element units are joined is E <E < A unit-bonded laminated piezoelectric element having a relationship of (1/2) E1 is provided (claim 3).

上記第2の発明のユニット接合積層圧電素子においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eは,E<(1/2)E1の関係を有する。
そのため,上記ユニット接合積層圧電素子においては,上記接合部への負荷が和らげられる。
即ち,一般に,電界強度による圧電素子の変位は,連続的に変化し,多くの場合は電界強度の増加に伴って単調に増加する。ところが,通常効率よく変位させるために必要とする電界強度に対して,その二分の一未満まで電界強度を低下させると,電界強度の低減比に比例して変位が低下するわけではなく,著しい変位の低下が起こり,変位を微小なものにとどまらせることができる。
本発明においては,上記のごとく,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1の2分の1よりも小さくしている。そのため,上記接合部においては変位が著しく低下し,上記接合部の負荷を和らげることができる。
In the unit-bonded multi-layer piezoelectric element of the second invention, when an average electric field strength between the internal electrode layers of the multi-layer piezoelectric element unit is E1, an adjacent electric field sandwiching a bonding portion at which the multi-layer piezoelectric element units are bonded is sandwiched. The electric field strength E between two matching internal electrode layers has a relationship of E <(1/2) E1.
Therefore, in the unit-bonded laminated piezoelectric element, the load on the bonding portion is reduced.
That is, in general, the displacement of the piezoelectric element due to the electric field intensity changes continuously, and in many cases, monotonically increases as the electric field intensity increases. However, if the electric field strength is reduced to less than half of the electric field strength required for efficient displacement, the displacement does not decrease in proportion to the reduction ratio of the electric field strength. Is reduced, and the displacement can be kept small.
In the present invention, as described above, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is set to be smaller than half the average electric field strength E1 between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit. I'm making it smaller. Therefore, the displacement at the joint is significantly reduced, and the load on the joint can be reduced.

また,変位が著しく低下する電界強度の領域は,材料の種類により特定することができる。その特定方法の一例について説明する。
即ち,まず,電界強度(2つの電極の電位差を,2つの電極の間隔で除した値に比例)を与えたときの変位を測定し,横軸に電界強度をとり,縦軸に変位量をとり,各電界強度における変位量をグラフにプロットする。このプロットしたグラフにおいて,電界強度がゼロから微小量Δ増加した点における接線,又は電界強度のゼロから微少量増加した点までを線形近似した直線を引き,これを接線1とする。また,上記のプロットしたグラフにおいて,変位の上昇率の最も大きい点における接線を引き,これを接線2とする。接線1と接線2との交点を臨界点とすると,この臨界点以上の電界強度を上記接合部にはかけないようにすれば,上記接合部の負荷を和らげることができる。
ただし,電界強度の臨界点は圧電セラミック層の材料もしくはその構成物質や構成元素により変化するため,本発明のごとく,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度を,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1の二分の一未満にすればよい。
Further, the region of the electric field intensity where the displacement is significantly reduced can be specified by the type of the material. An example of the identification method will be described.
That is, first, the displacement when the electric field strength (proportional to the value obtained by dividing the potential difference between the two electrodes by the distance between the two electrodes) is measured, the electric field strength is plotted on the horizontal axis, and the displacement is plotted on the vertical axis. The amount of displacement at each electric field strength is plotted on a graph. In this plotted graph, a tangent line at a point where the electric field intensity has increased by a small amount Δ from zero, or a straight line obtained by linearly approximating a point where the electric field intensity has increased a small amount from zero, is defined as a tangent line 1. In the plotted graph, a tangent at a point where the rate of increase in displacement is the highest is drawn, and this is designated as tangent 2. If the intersection of the tangent 1 and the tangent 2 is defined as a critical point, the load on the joint can be reduced by not applying an electric field strength above this critical point to the joint.
However, since the critical point of the electric field strength changes depending on the material of the piezoelectric ceramic layer or its constituent substances and constituent elements, as in the present invention, the electric field strength between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint is determined by the above-mentioned laminated type. The average electric field intensity E1 between the internal electrode layers of the piezoelectric element unit may be less than half.

また,上記第2の発明のユニット接合積層圧電素子においては,上記第1の発明と同様に,上記接合部にかかる電場が比較的小さくなる。それ故,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりすることがほとんどない。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力の発生が緩和され,また応力の発生確率が低減するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が和らげられる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合等に,側面電極や収縮チューブ等が破損することを防止できる。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合においても,上記接合部に誘電損失による熱等が生じにくいため,樹脂が熱により劣化することもほとんどない。
したがって,上記第2の発明のユニット接合積層圧電素子は,該ユニット接合積層圧電素子と同じ積層数の積層体を一体的に同時焼成したものと,同等もしくはそれ以上の耐久性を維持することができる。
なお,その他の作用効果は上記第1の発明と同様である。
Further, in the unit-bonded laminated piezoelectric element according to the second aspect of the invention, similarly to the first aspect, the electric field applied to the junction is relatively small. Therefore, non-resonance and displacement transmission hardly occur due to the mismatch (discontinuity) of the bonding surfaces between the stacked piezoelectric element units. As a result, the generation of stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-bonded laminated piezoelectric element is reduced, and the probability of occurrence of stress is reduced. It can be tempered. Therefore, when the side electrode is formed on the side surface of the unit-joined laminated piezoelectric element, or when the unit-joined laminated piezoelectric element is fixed by the shrink tube, it is possible to prevent the side electrode and the shrink tube from being damaged. Even when the laminated piezoelectric element units are joined to each other with a resin or the like, heat or the like due to dielectric loss hardly occurs at the joints, so that the resin hardly deteriorates due to the heat.
Therefore, the unit-bonded laminated piezoelectric element of the second aspect of the present invention can maintain the same or higher durability as that obtained by integrally firing the same number of laminated bodies as the unit-bonded laminated piezoelectric element. it can.
Other functions and effects are the same as those of the first invention.

第3の発明は,圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子を製造する方法において,
セラミック材料をシート状に成形してなるセラミックグリーンシートの少なくとも一方の面に電極用ペースト材料を塗布する電極印刷工程と,
上記電極用ペースト材料が塗布されたセラミックグリーンシートを積層し圧着して積層体を作製する圧着工程と,
上記積層体を脱脂する脱脂工程と,
上記積層体を還元雰囲気にて焼成して積層型圧電素子ユニットを作製する焼成工程と,
上記積層型圧電素子ユニットの積層方向の最も外側の面を接合面として,上記積層型圧電素子ユニットを,上記接合面同士で2つ以上重ね合わせて接合部を形成する重ね合わせ工程とを有し,
上記電極用ペースト材料は,上記セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vを,V<(1/2)V1となるように構成することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法にある(請求項13)。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element comprising two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated.
An electrode printing step of applying an electrode paste material to at least one surface of a ceramic green sheet formed of a ceramic material into a sheet shape;
A crimping step of laminating and crimping the ceramic green sheets coated with the electrode paste material to form a laminate;
A degreasing step of degreasing the laminate,
A firing step of firing the laminated body in a reducing atmosphere to produce a laminated piezoelectric element unit;
A superimposing step of forming a joint by laminating two or more of the laminated piezoelectric element units on the joint surfaces with the outermost surface in the laminating direction of the laminated piezoelectric element unit as a joint surface. ,
The paste material for an electrode is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet,
Assuming that the average potential difference between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is V1, the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is such that V <(1/2) V1. There is provided a method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, characterized in that:

上記第3の発明においては,上記積層体を還元雰囲気にて焼成して積層型圧電素子ユニットを作製した後(焼成工程),上記積層型圧電素子ユニットの積層方向の最も外側の面を接合面として,上記積層型圧電素子ユニットを,上記接合面同士で2つ以上重ね合わせて接合部を形成する(重ね合わせ工程)。
そのため,上記焼成工程においては,積層数の少ない積層体を焼成することができる。
In the third aspect of the invention, after the laminate is fired in a reducing atmosphere to produce a multilayer piezoelectric element unit (firing step), the outermost surface in the stacking direction of the multilayer piezoelectric element unit is bonded to a bonding surface. As described above, two or more of the laminated piezoelectric element units are overlapped with each other at the joint surfaces to form a joint (overlapping step).
Therefore, in the above-described firing step, a stacked body having a small number of stacked layers can be fired.

上記積層体の積層数を少なくすることにより,上記積層型圧電素子ユニットの内部と表面との間で,還元・酸化反応量のバランスを考慮する必要性が小さく,電極還元及び焼成の際の酸素分圧等の調整が簡略化する。そのため,上記圧電セラミック層の焼成と内部電極層の還元を充分に行うことができる。その結果,上記積層型圧電素子ユニットの一つ一つは,上記圧電セラミック層及び内部電極層にほとんど不具合がなく,優れた性能を発揮することができるものとなる。   By reducing the number of stacked layers, it is less necessary to consider the balance between the reduction and oxidation reactions between the inside and the surface of the stacked piezoelectric element unit. The adjustment of the partial pressure and the like is simplified. Therefore, the firing of the piezoelectric ceramic layer and the reduction of the internal electrode layer can be sufficiently performed. As a result, each of the laminated piezoelectric element units can exhibit excellent performance with almost no defect in the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer.

また,一般に,内部に卑金属電極を有する積層体の製造方法においては,例えば脱脂後に電極の還元や還元雰囲気での焼成をしたり,また,例えば還元雰囲気での脱脂及び還元雰囲気での焼成をするなど,還元処理を伴う製法が主流である。しかし,還元処理において,その還元反応は,被還元サンプルである積層体の外表面から中心部の方へ順に反応していくので,大きな被還元サンプルほど外表面と中心部との還元状態に差が生じてしまう。その還元状態の差が,必ずしも性能などに影響を及ぼすわけではないが,極度に還元状態の差があると,例えば上記内部電極層の一部が途切れる等という不具合が発生し,性能にも悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明においては,上記のごとく,複数のユニットに分けて積層体を脱脂,焼成しているため,外表面と中心部とでの還元状態に差が生じにくい。
In general, in a method of manufacturing a laminated body having a base metal electrode inside, for example, after degreasing, the electrode is reduced or fired in a reducing atmosphere, or, for example, degreasing in a reducing atmosphere and firing in a reducing atmosphere. Production methods involving reduction treatment are the mainstream. However, in the reduction process, the reduction reaction reacts in order from the outer surface of the laminate, which is the sample to be reduced, toward the center, so that the larger the sample to be reduced, the difference in the reduction state between the outer surface and the center. Will occur. The difference in the reduction state does not necessarily affect the performance and the like, but if the difference in the reduction state is extremely large, there occurs a problem that, for example, a part of the internal electrode layer is cut off and the performance is adversely affected. May be caused.
In the present invention, as described above, since the laminate is degreased and fired in a plurality of units, there is little difference in the reduction state between the outer surface and the center.

また,本発明の製造方法においては,上記焼成工程後に上記重ね合わせ工程を行っている。
そのため,上記積層体の積層数を少なくして,上記焼成工程後に行っても,上記重ね合わせ工程において,上記積層型圧電素子ユニットを積み重ねることにより,最終的に目的の積層数のものを得ることができる。
Further, in the manufacturing method of the present invention, the above-mentioned overlapping step is performed after the above-mentioned firing step.
Therefore, even if the number of the laminated bodies is reduced and the firing is performed after the firing step, the desired number of laminated layers is finally obtained by stacking the laminated piezoelectric element units in the overlapping step. Can be.

そして,最終的なユニット接合積層圧電素子は,見かけ上,積層数が同じ積層体を一体的に同時焼成した場合と同じものとなる。その上,より均一に焼成されているため,より優れた性能のものとなる。   Then, the final unit-bonded laminated piezoelectric element has the same appearance as that obtained by integrally firing the same number of laminated bodies. In addition, since it is more uniformly fired, it has better performance.

さらに,本発明の製造方法においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vを,V<(1/2)V1となるようにしている。   Further, in the manufacturing method of the present invention, when the average potential difference between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is V1, the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is V <( (1/2) V1.

そのため,上記ユニット接合積層圧電素子においては,上記接合部にかかる電場が比較的小さい。それ故,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりすることがほとんどない。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力の発生が緩和され,また応力の発生確率が低減するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が和らげられる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合等に,側面電極や収縮チューブ等が破損することを防止できる。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合においても,上記接合部に誘電損失による熱等が生じにくいため,樹脂が熱により劣化することもほとんどない。
その結果,上記ユニット接合積層圧電素子は,該ユニット接合積層圧電素子と同じ積層数の積層体を一体的に同時焼成したものと,同等もしくはそれ以上の耐久性を維持することができる。
Therefore, in the unit-bonded laminated piezoelectric element, the electric field applied to the bonding portion is relatively small. Therefore, non-resonance and displacement transmission hardly occur due to the mismatch (discontinuity) of the bonding surfaces between the stacked piezoelectric element units. As a result, the generation of stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-bonded laminated piezoelectric element is reduced, and the probability of occurrence of stress is reduced. It can be tempered. Therefore, when the side electrode is formed on the side surface of the unit-joined laminated piezoelectric element, or when the unit-joined laminated piezoelectric element is fixed by the shrink tube, it is possible to prevent the side electrode and the shrink tube from being damaged. Even when the laminated piezoelectric element units are joined to each other with a resin or the like, heat or the like due to dielectric loss hardly occurs at the joints, so that the resin hardly deteriorates due to the heat.
As a result, the unit-bonded laminated piezoelectric element can maintain durability equal to or higher than that obtained by integrally and simultaneously firing the same number of laminated bodies as the unit-bonded laminated piezoelectric element.

また,上記電極用ペースト材料は,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなる。
そのため,上記焼成工程の際に,上記セラミック材料の還元を抑制しながら,上記内部電極層を充分に還元することができる。
The electrode paste material is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material forming the piezoelectric ceramic layer.
Therefore, in the firing step, the internal electrode layer can be sufficiently reduced while suppressing the reduction of the ceramic material.

このように,本発明によれば,積層体の大きさに関係なく,セラミック材料の焼成と内部電極層の還元を充分に行うことができ,かつ耐久性及び性能に優れたユニット接合積層圧電素子の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, regardless of the size of the laminated body, it is possible to sufficiently perform firing of the ceramic material and reduction of the internal electrode layer, and furthermore, a unit-bonded laminated piezoelectric element having excellent durability and performance. Can be provided.

第4の発明は,圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子を製造する方法において,
セラミック材料をシート状に成形してなるセラミックグリーンシートの少なくとも一方の面に電極用ペースト材料を塗布する電極印刷工程と,
上記電極用ペースト材料が塗布されたセラミックグリーンシートを積層し圧着して積層体を作製する圧着工程と,
上記積層体を脱脂する脱脂工程と,
上記積層体を還元雰囲気にて焼成して積層型圧電素子ユニットを作製する焼成工程と,
上記積層型圧電素子ユニットの積層方向の最も外側の面を接合面として,上記積層型圧電素子ユニットを,上記接合面同士で2つ以上重ね合わせて接合部を形成する重ね合わせ工程とを有し,
上記電極用ペースト材料は,上記セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,E<(1/2)E1となるように構成することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法にある(請求項15)。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element comprising two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated.
An electrode printing step of applying an electrode paste material to at least one surface of a ceramic green sheet formed of a ceramic material into a sheet shape;
A crimping step of laminating and crimping the ceramic green sheets coated with the electrode paste material to form a laminate;
A degreasing step of degreasing the laminate,
A firing step of firing the laminated body in a reducing atmosphere to produce a laminated piezoelectric element unit;
A superimposing step of forming a joint by laminating two or more of the laminated piezoelectric element units on the joint surfaces with the outermost surface in the laminating direction of the laminated piezoelectric element unit as a joint surface. ,
The paste material for an electrode is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet,
Assuming that the average electric field strength between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is E1, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is such that E <(1/2) E1. The present invention provides a method for manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, characterized in that:

上記第4の発明の製造方法においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,E<(1/2)E1となるようにしている。
そのため,本発明の製造方法によって得られる上記ユニット接合積層圧電素子においては,上記接合部への負荷が和らげられる。
即ち,一般に,電界強度による圧電素子の変位は,連続的に変化し,多くの場合は電界強度の増加に伴って単調に増加する。ところが,通常効率よく変位させるために必要とする電界強度に対して,その二分の一未満まで電界強度を低下させると,電界強度の低減比に比例して変位が低下するわけではなく,著しい変位の低下が起こり,変位を微小なものにとどまらせることができる。
本発明においては,上記のごとく,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1の2分の1よりも小さくなるように構成している。そのため,上記接合部においては変位が著しく低下し,上記接合部の負荷を和らげることができる。
In the manufacturing method according to the fourth aspect of the present invention, when the average electric field strength between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is E1, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is expressed by: E <(1/2) E1.
Therefore, in the unit bonded multilayer piezoelectric element obtained by the manufacturing method of the present invention, the load on the bonded portion is reduced.
That is, in general, the displacement of the piezoelectric element due to the electric field intensity changes continuously, and in many cases, monotonically increases as the electric field intensity increases. However, if the electric field strength is reduced to less than half of the electric field strength required for efficient displacement, the displacement does not decrease in proportion to the reduction ratio of the electric field strength. Is reduced, and the displacement can be kept small.
In the present invention, as described above, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is set to be smaller than half the average electric field strength E1 between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit. It is configured to be small. Therefore, the displacement at the joint is significantly reduced, and the load on the joint can be reduced.

また,本発明の製造方法によって得られる上記ユニット接合積層圧電素子においては,上記第3の発明と同様に,上記接合部にかかる電場が比較的小さくなる。それ故,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりすることがほとんどない。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力の発生が緩和され,また応力の発生確率が低減するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が和らげられる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合等に,側面電極や収縮チューブ等が破損することを防止できる。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合においても,上記接合部に誘電損失による熱等が生じにくいため,樹脂が熱により劣化することもほとんどない。
したがって,上記ユニット接合積層圧電素子は,該ユニット接合積層圧電素子と同じ積層数の積層体を一体的に同時焼成したものと,同等もしくはそれ以上の耐久性を維持することができる。
なお,その他の効果は上記第3の発明と同様である。
Further, in the unit-bonded laminated piezoelectric element obtained by the manufacturing method of the present invention, similarly to the third invention, the electric field applied to the bonding portion is relatively small. Therefore, non-resonance and displacement transmission hardly occur due to the mismatch (discontinuity) of the bonding surfaces between the stacked piezoelectric element units. As a result, the generation of stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-bonded laminated piezoelectric element is reduced, and the probability of occurrence of stress is reduced. It can be tempered. Therefore, when the side electrode is formed on the side surface of the unit-joined laminated piezoelectric element, or when the unit-joined laminated piezoelectric element is fixed by the shrink tube, it is possible to prevent the side electrode and the shrink tube from being damaged. Even when the laminated piezoelectric element units are joined to each other with a resin or the like, heat or the like due to dielectric loss hardly occurs at the joints, so that the resin hardly deteriorates due to the heat.
Therefore, the unit-bonded laminated piezoelectric element can maintain the same or higher durability as that obtained by integrally firing the same number of laminated bodies as the unit-bonded laminated piezoelectric element.
The other effects are the same as those of the third invention.

第5の発明は,圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子を製造する方法において,
セラミック材料をシート状に成形してなるセラミックグリーンシートの少なくとも一方の面に電極用ペースト材料を塗布する電極印刷工程と,
上記電極用ペースト材料が塗布されたセラミックグリーンシートを積層し圧着して積層体を作製する圧着工程と,
上記積層体を脱脂する脱脂工程と,
上記積層体を還元雰囲気にて焼成して積層型圧電素子ユニットを作製する焼成工程と,
上記積層型圧電素子ユニットの積層方向の最も外側の面を接合面として,上記積層型圧電素子ユニットを,上記接合面同士で2つ以上重ね合わせて接合部を形成する重ね合わせ工程とを有し,
上記電極用ペースト材料は,上記セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなり,
上記積層型圧電素子ユニットはn回転対称性(但し,nは3以上の自然数である)を有し,かつ上記積層型圧電素子ユニットのn個の角のうち1個以上かつn−1個以下の角が,その他の残りの角とは異なる形状になるように面取りしておくことを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法にある(請求項27)。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element comprising two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated.
An electrode printing step of applying an electrode paste material to at least one surface of a ceramic green sheet formed of a ceramic material into a sheet shape;
A crimping step of laminating and crimping the ceramic green sheets coated with the electrode paste material to form a laminate;
A degreasing step of degreasing the laminate,
A firing step of firing the laminated body in a reducing atmosphere to produce a laminated piezoelectric element unit;
A superimposing step of forming a joint by laminating two or more of the laminated piezoelectric element units on the joint surfaces with the outermost surface in the laminating direction of the laminated piezoelectric element unit as a joint surface. ,
The paste material for an electrode is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet,
The laminated piezoelectric element unit has n rotational symmetry (where n is a natural number of 3 or more), and one or more and n-1 or less of n corners of the laminated piezoelectric element unit. A method for manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, characterized in that the corner is chamfered so as to have a shape different from the remaining corners (claim 27).

上記第5の発明の製造方法において,上記積層型圧電素子ユニットは,n回転対称性を有し,かつ上記積層型圧電素子ユニットのn個の角のうち1個以上かつn−1個以下の角が,その他の残りの角とは異なる形状になるように面取りしておく。
そのため,上記積層型圧電素子ユニット同士を,例えばある一定の方向性を持たせて積み重ねることが容易になる。即ち,上記のように面取りをしておくことにより,上記積層型圧電素子ユニットの方向性が容易にわかるようになるため,上記積み重ね工程を簡単に行うことができる。
In the manufacturing method according to the fifth aspect of the present invention, the multilayer piezoelectric element unit has n rotational symmetry, and one or more and n−1 or less of n corners of the multilayer piezoelectric element unit. Bevel the corner so that it has a different shape than the other corners.
Therefore, it is easy to stack the above-mentioned stacked piezoelectric element units with, for example, a certain direction. That is, by chamfering as described above, the directionality of the laminated piezoelectric element unit can be easily understood, so that the stacking step can be performed easily.

また,上記第5の発明の製造方法においては,上記第3及び第4の発明と同様に,上記焼成工程後に,上記重ね合わせ工程を行う。そのため,上記焼成工程においては,積層数の少ない積層体を焼成することができ,上記のごとく,上記圧電セラミック層の焼成と内部電極層の還元を充分に行うことができる。
また,上記積層体の積層数を少なくして,上記焼成工程後に行っても,上記重ね合わせ工程において,上記積層型圧電素子ユニットを積み重ねることにより,最終的に目的の積層数のものを得ることができる。
In the manufacturing method according to the fifth aspect of the invention, the overlapping step is performed after the firing step, as in the third and fourth aspects. Therefore, in the firing step, a laminate having a small number of stacked layers can be fired, and as described above, the firing of the piezoelectric ceramic layer and the reduction of the internal electrode layers can be sufficiently performed.
Also, even if the number of the laminated bodies is reduced and the firing is performed after the firing step, the desired number of laminated layers is finally obtained by stacking the laminated piezoelectric element units in the overlapping step. Can be.

また,上記電極用ペースト材料は,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなる。
そのため,上記第3及び第4の発明と同様に,上記焼成工程の際に,上記セラミック材料の還元を抑制しながら,上記内部電極層を充分に還元することができる。
The electrode paste material is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material forming the piezoelectric ceramic layer.
Therefore, similarly to the third and fourth inventions, the internal electrode layer can be sufficiently reduced while suppressing the reduction of the ceramic material in the firing step.

上記第1〜第5の発明においては,上記セラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料を用いている。
「金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい」とは,「酸化されにくい」ことを意味する。例えば1000℃において,Cuの酸化物生成のギブス自由エネルギーは,−40位であり,Pbの酸化については−15位,Niの酸化については−60位であるため,酸化されにくいものから順に,Cu,Pb,Niとなる。
In the first to fifth inventions, a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material is used.
“Large standard Gibbs free energy for metal oxide formation” means “not easily oxidized”. For example, at 1000 ° C., the Gibbs free energy of Cu oxide formation is −40, the oxidation of Pb is −15, and the oxidation of Ni is −60. Cu, Pb, and Ni are obtained.

また,上記第1の発明(請求項1)においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vは,V<(1/2)V1の関係を有する。
また,上記第2の発明(請求項3)においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eは,E<(1/2)E1の関係を有する。
また,上記平均電位差V1及び上記平均電界強度E1は,それぞれ上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間以外の,各内部電極層間の電位差及び電界強度の平均である。
Further, in the first invention (claim 1), when the average potential difference between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is V1, the adjacent piezoelectric element unit sandwiches a joining portion where the multilayer piezoelectric element units join. The potential difference V between two matching internal electrode layers has a relationship of V <(1/2) V1.
Further, in the second invention (claim 3), when the average electric field strength between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is E1, a bonding portion where the multilayer piezoelectric element units join is sandwiched. The electric field intensity E between two adjacent internal electrode layers has a relationship of E <(1/2) E1.
The average potential difference V1 and the average electric field strength E1 are respectively the average of the potential difference and the electric field strength between each of the internal electrode layers other than the two adjacent internal electrode layers sandwiching the junction.

V≧(1/2)V1又はE≧(1/2)E1の場合には,上記接合部において,圧電体としての変位が他の部位と同等に起こり,このとき,積層型圧電素子ユニット同士の界面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりするおそれがある。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力が大きくなり,また応力の発生確率が増大するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が大きくなる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合等に,側面電極や収縮チューブ等が破損するおそれがある。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合には,上記接合部に誘電損失による熱等が生じて,樹脂が熱により劣化するおそれがある。
好ましくは,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差V1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vとは,さらにV≦(1/3)V1という関係を有することがよい(請求項2)。
また,好ましくは,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eとは,さらにE≦(1/3)E1という関係を有することがよい(請求項4)。
In the case of V ≧ (又 は) V1 or E ≧ (1 /) E1, displacement as a piezoelectric body occurs in the above-mentioned joint at the same level as other parts. There is a possibility that non-resonance may occur or displacement transmission may be deteriorated due to the disagreement (discontinuity) at the interface between the two. As a result, the stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-joined laminated piezoelectric element increases, and the probability of occurrence of the stress increases, so that the load on the outer peripheral portion of the unit-joined laminated piezoelectric element increases. . Therefore, when a side electrode is formed on the side surface of the unit-joined laminated piezoelectric element, or when the unit-joined laminated piezoelectric element is fixed with a shrink tube, the side electrode or the shrink tube may be damaged. In addition, when the laminated piezoelectric element units are joined to each other by a resin or the like, heat or the like is generated at the joined portion due to dielectric loss, and the resin may be deteriorated by the heat.
Preferably, the average potential difference V1 between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit and the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint portion further have a relationship of V ≦ (1 /) V1. It is desirable to have (claim 2).
Preferably, the average electric field strength E1 between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit and the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint are further expressed as E ≦ ((). It is preferable to have a relationship of E1 (claim 4).

上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vを,V<(1/2)V1とする方法,又は上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,E<(1/2)E1とする方法としては,例えばその2つの内部電極層がそれぞれ正及び負の電位の側面電極に接続される場合において,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層のうちのどちらか一方を側面電極と接続させず,それぞれの電位を正とゼロ又はゼロと負にする方法がある。具体的には,例えば上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層の少なくとも一方に,側面電極と電気的に切断される部分を設ける方法等がある。
その他にも,例えば上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層を同じ側面電極に電気的に接続する方法もしくは略同電位の側面電極に電気的に接続する方法や,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間に印加する電位差を,他の内部電極層間の電位差よりも小さくする方法等がある。また,特に,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度EをE<(1/2)E1とする方法としては,上記の他にも,例えば上記接合部を挟む圧電セラミック層の厚みを,他の圧電セラミック層の厚みよりも大きくする方法等がある。
これらの方法は,それぞれ単独で行うこともできるし,組み合わせて行うこともできる。但し,上記のV<(1/2)V1やE<(1/2)E1という式を満たせばよく,これらの方法に限定されるものではない。
A method in which the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-described junction is V <(1/2) V1, or the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-described junction is expressed as E < As a method of setting (1/2) E1, for example, when the two internal electrode layers are connected to side electrodes having positive and negative potentials, respectively, of the two internal electrode layers adjacent to each other sandwiching the above-mentioned junction. There is a method in which either one of them is not connected to the side electrode and the respective potentials are made positive and zero or zero and negative. Specifically, for example, there is a method of providing a portion that is electrically disconnected from the side surface electrode on at least one of two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-mentioned joint.
In addition, for example, a method of electrically connecting two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-mentioned joint to the same side electrode or a method of electrically connecting the two inner electrode layers to a side electrode having substantially the same potential, There is a method of making the potential difference applied between two matching internal electrode layers smaller than the potential difference between the other internal electrode layers. Further, in particular, as a method of setting the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint portion to be E <(1/2) E1, other than the above, for example, the piezoelectric ceramic layer sandwiching the joint portion may be used. To make the thickness larger than the thickness of other piezoelectric ceramic layers.
Each of these methods can be performed alone or in combination. However, it is only necessary to satisfy the above expressions of V <(1/2) V1 and E <(1/2) E1, and the present invention is not limited to these methods.

また,上記のように,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層のうちのどちらか一方を側面電極と接続させないようにするときには,上記側面電極と接続してない内部電極層は,電場を直接印加する電極(例えば側面電極等)による電位でない場合には,実質的に多少の電位をもっていても構わない。上記の「電場を直接印加する電極による電位でない場合」としては,例えば上記圧電セラミック層の一部が還元されて絶縁性が低下し,その結果内部電極層が少量の電位をもった場合等がある。   Further, as described above, when one of the two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is not connected to the side electrode, the internal electrode layer not connected to the side electrode has an electric field. If the potential is not the potential of an electrode to which is directly applied (for example, a side surface electrode or the like), the potential may have substantially some potential. The above-mentioned “case where the potential is not caused by an electrode to which an electric field is directly applied” is, for example, a case where a part of the piezoelectric ceramic layer is reduced and the insulating property is reduced, and as a result, the internal electrode layer has a small potential. is there.

また,上述のごとく好ましくは,V≦(1/3)V1,E≦(1/3)E1を満たすことがよい。
この場合には,外周部への負荷をさらに和らげることができる。
さらに好ましくは,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vや電界強度Eは,実質的に0であることがよい。
この場合には,上記接合部における変位や発熱をより低減し,さらにはほとんどなくすことができる。
Further, as described above, it is preferable to satisfy V ≦ (1 /) V1 and E ≦ (1 /) E1.
In this case, the load on the outer peripheral portion can be further reduced.
More preferably, the potential difference V and the electric field intensity E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-mentioned junction are preferably substantially zero.
In this case, displacement and heat generation at the joint can be further reduced and furthermore can be almost eliminated.

次に,上記ユニット接合積層圧電素子は,該ユニット接合積層圧電素子の側面を挟む側面電極を,各側面に一つ又は複数有しており,かつ上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層は,略同電位の側面電極に電気的に接続していることが好ましい(請求項5)。
この場合には,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層は,同種の電極(正と正又は負と負)に接続され,上記のV<(1/2)V1又はE<(1/2)E1という関係を簡単に実現できるとともに,上記接合部にかかる電位差や電界強度を実質的にほぼ0とすることができる。そのため,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりすることがほとんどない。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力の発生がより緩和され,また応力の発生確率がより低減するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が一層和らげられる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合等に,側面電極や収縮チューブ等が破損することをより一層防止できる。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合においても,上記接合部に誘電損失による熱等が生じにくいため,樹脂が熱により劣化することもほとんどない。
Next, the unit-bonded laminated piezoelectric element has one or more side electrodes sandwiching the side surface of the unit-bonded laminated piezoelectric element, and two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint. Is preferably electrically connected to side electrodes having substantially the same potential (claim 5).
In this case, two adjacent internal electrode layers sandwiching the junction are connected to the same type of electrode (positive and positive or negative and negative), and the above V <(1/2) V1 or E <(1 / 2) The relationship of E1 can be easily realized, and the potential difference and the electric field intensity applied to the junction can be substantially reduced to zero. Therefore, non-resonance does not occur or displacement transmission is hardly caused by the mismatch (discontinuity) of the bonding surfaces between the stacked piezoelectric element units. As a result, the generation of stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-bonded laminated piezoelectric element is further alleviated, and the probability of generation of stress is further reduced. The load is further reduced. Therefore, when the side electrodes are formed on the side surfaces of the unit-joined laminated piezoelectric element, or when the unit-joined laminated piezoelectric elements are fixed by the shrinkable tube, the damage to the side electrodes and the shrinkable tube can be further prevented. Even when the laminated piezoelectric element units are joined to each other with a resin or the like, heat or the like due to dielectric loss hardly occurs at the joints, so that the resin hardly deteriorates due to the heat.

また,この場合には,上記側面電極は,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に一つ形成されていても,複数形成されていてもよい。側面電極が複数形成されている場合には,側面電極すべてが連結していなくても,上記接合部を挟む2つの内部電極層が略同電位であればよい。また,上記接合部を挟む2つの内部電極層は同じ側面電極に接続されていてもよい。
なお,セラミック圧電層の抵抗値は非常に大きいとはいえ電気的には有限であるので,上記接合部を挟む2つの内部電極層間の電位は全く同じではなく,多少の違いをもっていても実質的には同じ電位であるとみなすことができる。特に,卑金属の電極を持つユニット接合積層圧電素子においては,作製時に卑金属の酸化を抑えながら圧電セラミック層の還元を抑制するため,酸素に代表される酸化力(還元力)を有するガスを調整するので,必ずしも酸化の抑制(還元の抑制)が100%達成できるわけではない。したがって,貴金属を電極に使用する場合に比べて,電位の違いが大きくなる可能性もある。しかし,このときの電位の違い,あるいはこのときの電位の違いに伴って生じる電位差もしくは電界強度は,電気的に異なる側面電極の電位の違い,あるいはその電位の違いに伴って生じる電位差もしくは電界強度に比べれば極めて小さいので,実質的にゼロとみなすことができる。
In this case, one or more of the side electrodes may be formed on the side surface of the unit-bonded laminated piezoelectric element. In the case where a plurality of side electrodes are formed, even if all the side electrodes are not connected, it suffices that the two internal electrode layers sandwiching the bonding portion have substantially the same potential. Further, the two internal electrode layers sandwiching the joint may be connected to the same side electrode.
Note that although the resistance value of the ceramic piezoelectric layer is very large although it is electrically limited, the electric potential between the two internal electrode layers sandwiching the above-mentioned joint is not exactly the same, and even if there is a slight difference, it is substantially equal. Can be regarded as having the same potential. In particular, in the case of a unit-bonded laminated piezoelectric element having a base metal electrode, a gas having an oxidizing power (reducing power) represented by oxygen is adjusted in order to suppress reduction of the piezoelectric ceramic layer while suppressing oxidation of the base metal during manufacturing. Therefore, 100% suppression of oxidation (suppression of reduction) cannot always be achieved. Therefore, there is a possibility that the difference in potential is larger than when noble metals are used for the electrodes. However, the difference in potential at this time, or the potential difference or electric field strength caused by the difference in potential at this time, is the difference in potential between the electrically different side electrodes or the potential difference or electric field strength caused by the difference in potential. Since it is extremely small compared to, it can be regarded as substantially zero.

また,上記側面電極としては,例えばAg,Fe,Ni,Cu,又はAgとPdとの混合金属材料等の,導電性をもつ材料を用いることができる。   The side electrode may be made of a conductive material such as Ag, Fe, Ni, Cu, or a mixed metal material of Ag and Pd.

また,上記接合部を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層と上記接合部との厚みの合計は,上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍を超えることが好ましい(請求項6)。
上記のごとく,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層を,略同電位の側面電極に電気的に接続するだけでは,一方の内部電極層が途切れて電気的極性を制御できなかった場合に,接合部から見て途切れた内部電極層の次の(隣の)内部電極層と,途切れた内部電極層と接合部で対向するもう一方の内部電極層とにより電界が形成され,その電界を形成した2つの内部電極層の距離が充分な距離をもって離れていないと,接合部において基準とする電界強度よりも大きな電界を形成し,接合部への負荷が大きくなるおそれがある。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の耐久性が低下するおそれがある。
上記のごとく,上記接合部を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層の厚みの合計を,上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍を超えるように構成した場合には,上記のようなリスクを回避することができる。また,この場合には,側面電極と内部電極との構成を複雑にすることなく,接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度を,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度の1/2より小さくすることができ,簡単に上記接合部の負荷を低減することができる。
It is preferable that the total thickness of the two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the bonding portion and the thickness of the bonding portion exceeds twice the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit. ).
As described above, when only two internal electrode layers adjacent to each other sandwiching the above-mentioned junction are electrically connected to side electrodes having substantially the same potential, one of the internal electrode layers is interrupted and the electrical polarity cannot be controlled. In addition, an electric field is formed by the internal electrode layer next to (adjacent to) the internal electrode layer interrupted from the junction and the other internal electrode layer facing the interrupted internal electrode layer at the junction. If the distance between the two internal electrode layers formed with is not sufficiently large, an electric field larger than the reference electric field strength is formed at the junction, and the load on the junction may be increased. As a result, the durability of the unit-bonded laminated piezoelectric element may be reduced.
As described above, when the sum of the thicknesses of two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint portion is configured to exceed twice the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit, Such risks can be avoided. Further, in this case, the electric field strength between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint is determined without complicating the configuration of the side electrode and the internal electrode. The average electric field strength can be made smaller than 1 /, and the load on the joint can be easily reduced.

上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みは,積層型圧電素子ユニットの内部における圧電セラミック層の平均の厚みであり,偶発的に厚い又は薄い部分又は層ができていた場合には,その偶発的に形成された部分又は層を除外して,任意に10カ所以上(各点は異なる層から選定する)の厚みを測定しその平均を求めて算出できる。ここで,偶発的に形成された部分とは,同一層内において10%以上厚く又は薄く形成された部分を意味し,偶発的に形成された層とは,他層よりも10%以上厚く又は薄く形成された層を意味するものとする(シート段階から異なっていても何ら関与せず,上記基準とすることができる)。
また,上記接合部を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層と上記接合部との厚みの合計は,上記接合部に隣接する圧電セラミック層の厚みと接合部の厚みを足し合わせた厚みである。例えば,上記積層型圧電素子ユニットが上記接合部において樹脂材料を介して接合している場合には,樹脂材料の厚みも含めた厚みである。
The thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit is the average thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit. If a thick or thin portion or layer is accidentally formed, The thickness can be arbitrarily calculated at 10 or more places (each point is selected from a different layer), excluding the accidentally formed portion or layer, and the average can be calculated. Here, the accidentally formed portion means a portion formed 10% or more thicker or thinner in the same layer, and the accidentally formed layer means 10% or more thicker or thinner than other layers. It shall mean a layer formed thinly (even if it is different from the sheet stage, it does not contribute at all, and can be used as the above standard).
The total thickness of two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint and the thickness of the joint is a thickness obtained by adding the thickness of the piezoelectric ceramic layer adjacent to the joint and the thickness of the joint. For example, when the laminated piezoelectric element unit is joined via a resin material at the joint, the thickness includes the thickness of the resin material.

また,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層と上記接合部との厚みの合計が,見かけ上,上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍以下であったとしても,内部電極層が電気的に途切れること等により電気的に有効な電極でなくなっている場合には,その無効となった内部電極層は電極と見なさずに,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層と上記接合部との厚みの合計を算出し,この厚みの合計が上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍を超えていればよい。
また,上記接合部近傍の電界強度の調整は,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層の厚みと上記接合部の厚みだけによるものではない。例えば,上記接合部を挟む2つの内部電極層の電位差を調整することにより電界強度を調整してもよく,さらには,上記接合部を挟む隣接する2つの圧電セラミック層と接合部との合計の厚みと,上記接合部を挟む2つの内部電極層の電位差とを調整することにより,電界強度を調整してもよい。電界強度は,2つの電極の電位差と2つの電極の距離により定まるものだからである。
Further, even if the total thickness of the adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint and the joint is apparently less than twice the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit, If the electrode layer is no longer an electrically effective electrode due to electrical interruption, the invalid internal electrode layer is not regarded as an electrode, but is replaced with the adjacent piezoelectric ceramic layer sandwiching the above joint. The total thickness of the above-mentioned joints may be calculated, and the total thickness may be more than twice the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit.
Further, the adjustment of the electric field intensity near the joint is not limited to the thickness of the adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint and the thickness of the joint. For example, the electric field strength may be adjusted by adjusting the potential difference between two internal electrode layers sandwiching the joint, and furthermore, the total of the two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint and the joint may be adjusted. The electric field strength may be adjusted by adjusting the thickness and the potential difference between the two internal electrode layers sandwiching the joint. This is because the electric field strength is determined by the potential difference between the two electrodes and the distance between the two electrodes.

また,上記積層型圧電素子ユニット同士は,上記接合部において,樹脂材料を介して接合していることが好ましい(請求項7)。
この場合には,上記接合部において,上記積層型圧電素子ユニット同士を一様に固定することができる。
上記樹脂材料としては,例えばエポキシ系樹脂材料,ポリアミド,ポリエステル系,イソシアナート,ポリイミド系,シリコン系,及びウレタン系等の接着剤がある。
Further, it is preferable that the laminated piezoelectric element units are joined to each other via a resin material at the joint portion.
In this case, the laminated piezoelectric element units can be uniformly fixed at the joint.
Examples of the resin material include an epoxy-based resin material, polyamide, polyester-based, isocyanate, polyimide-based, silicon-based, and urethane-based adhesives.

また,上記樹脂材料は,セラミック材料又は/及び金属材料を含有していることが好ましい(請求項8)。
この場合には,上記接合部における弾性が向上し,接合部の存在による変位の減衰を低減することができる。また,この場合には,上記ユニット接合積層圧電素子の音響インピーダンスを上昇させることができる。そのため,上記ユニット接合積層圧電素子を超音波圧電素子等にも適したものとすることができる。
上記樹脂材料に含有させるセラミック材料としては,上記圧電セラミック層と同じものを用いることができる。また,上記金属材料としては,上記内部電極層の卑金属材料と同じもの,もしくは同等の音速を持つ金属(例えばCuに対してはNi等)を用いることができる。
Further, it is preferable that the resin material contains a ceramic material and / or a metal material.
In this case, the elasticity at the joint is improved, and the attenuation of displacement due to the presence of the joint can be reduced. In this case, the acoustic impedance of the unit-bonded laminated piezoelectric element can be increased. Therefore, the unit-bonded laminated piezoelectric element can be made suitable for an ultrasonic piezoelectric element or the like.
The same ceramic material as the piezoelectric ceramic layer can be used as the ceramic material contained in the resin material. The metal material may be the same as the base metal material of the internal electrode layer, or a metal having the same sound speed (for example, Ni for Cu).

また,上記樹脂材料は,その少なくとも一部に導電性を有し,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層同士を電気的に接続していることが好ましい(請求項9)。
この場合には,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層の電位をほぼ等しくすることができる。それ故,製造時に上記圧電セラミック層が還元され,絶縁性が低下していても,上記接合部への負荷が高まる危険性を回避することができる。
上記樹脂材料に上記導電性を与える方法としては,例えば上記樹脂材料に,該樹脂材料を部分的に貫通するように金属材料等の導電性材料を含有させる方法等がある。
It is preferable that the resin material has conductivity at least in part, and electrically connects adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the bonding portion.
In this case, it is possible to make the potentials of the adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the bonding portion substantially equal. Therefore, even if the piezoelectric ceramic layer is reduced at the time of manufacture and the insulating property is reduced, the risk of increasing the load on the joint can be avoided.
As a method of giving the above-mentioned conductivity to the above-mentioned resin material, for example, there is a method of making the above-mentioned resin material contain a conductive material such as a metal material so as to partially penetrate the resin material.

また,上記積層型圧電素子ユニット同士は,上記接合部において,互いに直接接触して接合していてもよい(請求項10)。
この場合には,上記接合部における発熱による劣化を防止することができる。
具体的な例としては,上記ユニット接合積層圧電素子に側面電極及びリード線等を取り付けた後に,例えば収縮チューブ等を被せて固定することにより,上記積層型圧電素子ユニット同士を接合する方法がある。
Further, the stacked piezoelectric element units may be directly contacted with each other and joined at the joint portion.
In this case, it is possible to prevent the joint portion from deteriorating due to heat generation.
As a specific example, there is a method in which side electrodes and lead wires are attached to the unit-bonded laminated piezoelectric element, and then the laminated piezoelectric element units are joined to each other by, for example, covering and shrinking a shrinkable tube or the like. .

次に,上記セラミック材料は,PZT系材料を含有してなることが好ましい(請求項11)。
この場合には,PZT系材料が有する優れた圧電体としての特性を活かして,ユニット接合積層圧電素子の特性が向上する。
Next, the ceramic material preferably contains a PZT-based material.
In this case, the characteristics of the unit-bonded laminated piezoelectric element are improved by taking advantage of the excellent characteristics of the PZT-based material as a piezoelectric body.

また,上記導電性卑金属材料は,Cuであることが好ましい(請求項12)。
この場合には,上記ユニット接合積層圧電素子を低コストなものとすることができ,また,製造時における上記内部電極層の還元又は還元状態の維持がより容易となる。
Preferably, the conductive base metal material is Cu.
In this case, it is possible to reduce the cost of the unit-bonded laminated piezoelectric element, and it is easier to reduce or maintain the reduced state of the internal electrode layer during manufacturing.

次に,上記第3の発明(請求項13)においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vを,V<(1/2)V1となるように構成する。
また,上記第4の発明(請求項15)においては,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,E<(1/2)E1となるように構成する。
また,上記平均電位差V1及び上記平均電界強度E1は,それぞれ上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間以外の,各内部電極層間の電位差及び電界強度の平均である。
Next, in the third invention (claim 13), when the average potential difference between the respective internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is V1, the potential difference between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is set. V is configured such that V <(1/2) V1.
Further, in the fourth invention (claim 15), when the average electric field strength between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is E1, a bonding portion where the multilayer piezoelectric element units are joined is sandwiched. The electric field strength E between two adjacent internal electrode layers is configured to satisfy E <(1/2) E1.
The average potential difference V1 and the average electric field strength E1 are respectively the average of the potential difference and the electric field strength between each of the internal electrode layers other than the two adjacent internal electrode layers sandwiching the junction.

V≧1/2V1又はE≧(1/2)E1の場合には,上記第1及び第2の発明と同様に,上記接合部において,圧電体としての変位が同等に起こり,このとき,積層型圧電素子ユニット同士の界面の不一致(不連続性)により,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりするおそれがある。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力が大きくなり,また応力の発生確率が増大するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が大きくなる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合等に,側面電極や収縮チューブ等が破損するおそれがある。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合には,上記接合部に誘電損失による熱等が生じて,樹脂が熱により劣化するおそれがある。
好ましくは,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差V1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vとが,さらにV≦(1/3)V1という関係を満たすように構成することがよい(請求項14)。
また,好ましくは,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eとが,さらにE≦(1/3)E1という関係を満たすように構成することがよい(請求項16)。
When V≥1 / 2V1 or E≥ (1/2) E1, the displacement as a piezoelectric body occurs equally at the joint, as in the first and second inventions. Non-resonance may occur or displacement transmission may be deteriorated due to mismatch (discontinuity) at the interface between the piezoelectric element units. As a result, the stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-joined laminated piezoelectric element increases, and the probability of occurrence of the stress increases, so that the load on the outer peripheral portion of the unit-joined laminated piezoelectric element increases. . Therefore, when a side electrode is formed on the side surface of the unit-joined laminated piezoelectric element, or when the unit-joined laminated piezoelectric element is fixed with a shrink tube, the side electrode or the shrink tube may be damaged. In addition, when the laminated piezoelectric element units are joined to each other by a resin or the like, heat or the like is generated at the joined portion due to dielectric loss, and the resin may be deteriorated by the heat.
Preferably, the relationship between the average potential difference V1 between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit and the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint is V ≦ (1 /) V1. It is preferable to satisfy the requirement (claim 14).
Preferably, the average electric field strength E1 between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit and the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion further satisfy E ≦ (1 /). It is preferable to configure so as to satisfy the relationship of E1 (claim 16).

上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vを,V<(1/2)V1とする方法,又は上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,E<(1/2)E1とする方法としては,上記第1及び第2の発明と同様の方法で実現することができる。
さらに好ましくは,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vや電界強度Eが,実質的に0となるようにすることが好ましい。この場合には,上記接合部における変位や発熱をほとんどなくすことができる。
A method in which a potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-mentioned junction is set to V <(1/2) V1, or an electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-mentioned junction is expressed by E < The method of setting (1/2) E1 can be realized by the same method as the first and second inventions.
More preferably, it is preferable that the potential difference V and the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the above-mentioned junction are substantially zero. In this case, displacement and heat generation at the joint can be almost eliminated.

次に,上記焼成工程後の積層型圧電素子ユニット又は上記重ね合わせ工程後のユニット接合積層圧電素子に,該積層型圧電素子ユニット又はユニット接合積層圧電素子を挟むように側面電極を,各側面に一つ又は複数設けることが好ましい(請求項17)。
この場合には,上記内部電極層に容易に電圧を印加することができる。
上記側面電極としては,例えばAg,Fe,Ni,Cu,又はAgとPdとの混合金属材料等の,導電性をもつ材料を用いることができる。
Next, side electrodes are provided on each side surface of the laminated piezoelectric element unit after the firing step or the unit-bonded laminated piezoelectric element after the overlapping step so as to sandwich the laminated piezoelectric element unit or the unit-bonded laminated piezoelectric element. It is preferable to provide one or more (claim 17).
In this case, a voltage can be easily applied to the internal electrode layer.
As the side electrode, a conductive material such as Ag, Fe, Ni, Cu, or a mixed metal material of Ag and Pd can be used.

次に,上記重ね合わせ工程においては,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層が,略同電位の側面電極に電気的に連結するように積み重ねることが好ましい(請求項18)。
この場合には,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層は,同種の電極(正と正又は負と負)や略同電位の電極に接続され,上記のV<(1/2)V1という関係やE<(1/2)E1という関係を簡単に実現できるとともに,接合部にかかる電位差や電界強度を実質的にほぼ0とすることができる。
そのため,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりすることがほとんどない。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の積層方向に対して垂直な方向への応力の発生がより緩和され,また応力の発生確率がより低減するため,上記ユニット接合積層圧電素子の外周部への負荷が一層和らげられる。したがって,上記ユニット接合積層圧電素子の側面に側面電極を形成する場合や上記ユニット接合積層圧電素子を収縮チューブで固定する場合等に,側面電極や収縮チューブ等が破損することをより一層防止できる。また,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂等により接合した場合においても,上記接合部に誘電損失による熱等が生じにくいため,樹脂が熱により劣化することもほとんどない。
Next, in the superposing step, it is preferable that two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint between the laminated piezoelectric element units are stacked so as to be electrically connected to side electrodes having substantially the same potential ( Claim 18).
In this case, two adjacent internal electrode layers sandwiching the junction are connected to the same type of electrode (positive and positive or negative and negative) or an electrode of substantially the same potential, and the above V <(1/2) The relationship of V1 and the relationship of E <(1/2) E1 can be easily realized, and the potential difference and the electric field intensity applied to the junction can be made substantially zero.
Therefore, non-resonance does not occur or displacement transmission is hardly caused by the mismatch (discontinuity) of the bonding surfaces between the stacked piezoelectric element units. As a result, the generation of stress in the direction perpendicular to the stacking direction of the unit-bonded laminated piezoelectric element is further alleviated, and the probability of generation of stress is further reduced. The load is further reduced. Therefore, when the side electrodes are formed on the side surfaces of the unit-joined laminated piezoelectric element, or when the unit-joined laminated piezoelectric elements are fixed by the shrinkable tube, the damage to the side electrodes and the shrinkable tube can be further prevented. Even when the laminated piezoelectric element units are joined to each other with a resin or the like, heat or the like due to dielectric loss hardly occurs at the joints, so that the resin hardly deteriorates due to the heat.

また,上記接合部を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層と上記接合部との厚みの合計が,上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍を超えるように構成することが好ましい(請求項19)。
上記のごとく,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層を,略同電位の側面電極に電気的に接続するだけでは,例えば上記焼成工程において上記セラミック材料と電極用ペースト材料との共晶反応等がおこり,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層のうち,一方の内部電極層が途切れて電気的極性を制御できなかった場合に,接合部から見て途切れた内部電極層の次の(隣の)内部電極層と,途切れた内部電極層と接合部で対向するもう一方の内部電極層とにより電界が形成され,その電界を形成した2つの内部電極層の距離が充分な距離をもって離れていないと,接合部により基準とする電界強度よりも大きな電界を形成し,接合部への負荷が大きくなるおそれがある。その結果,上記ユニット接合積層圧電素子の耐久性が低下するおそれがある。
そこで,上記接合部を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層の厚みの合計を,上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍を超えるように構成すると,上記のようなリスクを回避することができる。また,この場合には,側面電極と内部電極との構成を複雑にすることなく,接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度を,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度の1/2より小さくすることができ,簡単に上記接合部の負荷を低減することができる。
In addition, it is preferable that the total thickness of two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the bonding portion and the thickness of the bonding portion exceed twice the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit. (Claim 19).
As described above, by merely electrically connecting two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion to side electrodes having substantially the same potential, for example, the eutectic of the ceramic material and the electrode paste material in the firing step. When a reaction or the like occurs and one of the two internal electrode layers adjacent to the joint portion is interrupted and the electrical polarity cannot be controlled, the internal electrode layer that has been interrupted as viewed from the joint portion is disconnected. An electric field is formed by the next (adjacent) internal electrode layer and the other internal electrode layer facing the broken internal electrode layer at the junction, and the distance between the two internal electrode layers that formed the electric field is sufficient. If the distance is not large, an electric field larger than the reference electric field intensity is formed by the joint, and the load on the joint may be increased. As a result, the durability of the unit-bonded laminated piezoelectric element may be reduced.
Therefore, if the total thickness of two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the above-mentioned joint portion is set to be larger than twice the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit, the above risk is avoided. can do. Further, in this case, the electric field strength between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint is determined without complicating the configuration of the side electrode and the internal electrode. The average electric field strength can be made smaller than 1 /, and the load on the joint can be easily reduced.

次に,上記重ね合わせ工程においては,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂材料にて接合することが好ましい(請求項20)。
この場合には,上記接合部において,上記積層型圧電素子ユニット同士を一様に固定することができる。
上記樹脂材料としては,上記第1及び第2の発明と同様のものを用いることができる。
Next, in the overlapping step, it is preferable that the laminated piezoelectric element units are joined with a resin material.
In this case, the laminated piezoelectric element units can be uniformly fixed at the joint.
As the resin material, the same material as in the first and second inventions can be used.

次に,上記樹脂材料は,セラミック材料又は/及び金属材料を含有していることが好ましい(請求項21)。
この場合には,上記接合部における弾性が向上し,接合部の存在による変位の減衰を低減することができる。また,この場合には,上記ユニット接合積層圧電素子の音響インピーダンスを上昇させることができる。そのため,上記ユニット接合積層圧電素子を超音波圧電素子にも適したものとすることができる。
上記樹脂材料に含有させるセラミック材料としては,上記セラミックグリーンシートと同じものを用いることができる。また,上記金属材料としては,上記電極用ペースト材料の卑金属材料と同じもの,もしくは同等の音速を持つ金属(例えばCuに対してはNi等)を用いることができる。
Next, the resin material preferably contains a ceramic material and / or a metal material.
In this case, the elasticity at the joint is improved, and the attenuation of displacement due to the presence of the joint can be reduced. In this case, the acoustic impedance of the unit-bonded laminated piezoelectric element can be increased. Therefore, the unit-bonded laminated piezoelectric element can be made suitable for an ultrasonic piezoelectric element.
As the ceramic material contained in the resin material, the same material as the ceramic green sheet can be used. The metal material may be the same as the base metal material of the electrode paste material, or a metal having the same sound speed (for example, Ni for Cu).

次に,上記樹脂材料は,その少なくとも一部に導電性を有し,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層同士を電気的に接続していることが好ましい(請求項22)。
この場合には,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層の電位をほぼ等しくすることができる。それ故,上記圧電セラミック層が還元され,絶縁性が低下していても,上記接合部への負荷が高まる危険性を回避することができる。
上記樹脂材料に上記導電性を与える方法としては,例えば上記樹脂材料に,該樹脂材料を部分的に貫通するように金属材料等の導電性材料を含有させる方法等がある。
Next, it is preferable that the resin material has conductivity at least in part, and electrically connects adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint.
In this case, it is possible to make the potentials of the adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the bonding portion substantially equal. Therefore, even if the piezoelectric ceramic layer is reduced and the insulating property is reduced, the risk of increasing the load on the joint can be avoided.
As a method of giving the above-mentioned conductivity to the above-mentioned resin material, for example, there is a method of making the above-mentioned resin material contain a conductive material such as a metal material so as to partially penetrate the resin material.

また,上記重ね合わせ工程においては,上記積層型圧電素子ユニット同士を直接接触させて接合することができる(請求項23)。
この場合には,上記接合部に非共振がおこることをさらに一層防止することができる。
また,この場合には,上記ユニット接合積層圧電素子は,側面電極及びリード線等を取り付けた後に,例えば収縮チューブを被せて固定することができる。
Further, in the superposing step, the laminated piezoelectric element units can be brought into direct contact with each other and joined.
In this case, it is possible to further prevent non-resonance from occurring at the joint.
In this case, the unit-bonded laminated piezoelectric element can be fixed, for example, by covering a shrink tube after attaching the side electrodes and the lead wires.

次に,上記圧電セラミック層は,PZT系材料を含有してなることが好ましい(請求項24)。
この場合には,PZT系材料が有する優れた圧電体としての特性を活かして,優れた特性のユニット接合積層圧電素子を製造することができる。
Next, the piezoelectric ceramic layer preferably contains a PZT-based material.
In this case, a unit-bonded laminated piezoelectric element having excellent characteristics can be manufactured by taking advantage of the excellent characteristics of the PZT-based material as a piezoelectric material.

また,上記PZT系材料は,多くの場合その組成中にPZTよりも還元され易い性質のPbOを含有しており,PbOがPbに還元されると上記導電性卑金属材料と共晶溶融反応を起こしやすく,上記内部電極層が連続的には形成できなくなる。よって,上記セラミック材料としてPZT系材料を用いる場合には,上記導電性卑金属材料を酸化させず,また上記PZT系材料だけでなくPbOも還元させることなく焼成しなければならず,その雰囲気条件の設定が非常に困難となる。
しかし,本発明においては,上記導電性卑金属材料として,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きいものを用いているため,上記焼成温度にて上記導電性卑金属材料が酸化されることはほとんどなく,雰囲気条件の設定が容易に行える。
即ち,上記のごとく,PZT系材料を用いる場合には,上記第3及び第4の発明における,上記焼成工程の際に上記セラミック材料の還元を抑制しながら上記内部電極層を充分に還元できるという効果をより顕著に得ることができる。
Further, the PZT-based material often contains PbO having a property of being more easily reduced than PZT in its composition, and when PbO is reduced to Pb, a eutectic melting reaction occurs with the conductive base metal material. This makes it difficult to form the internal electrode layer continuously. Therefore, when a PZT-based material is used as the ceramic material, it must be fired without oxidizing the conductive base metal material and reducing PbO as well as the PZT-based material. Setting becomes very difficult.
However, in the present invention, the conductive base metal material has a larger standard Gibbs free energy of metal oxide generation at the firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer. Thus, the conductive base metal material is hardly oxidized, and the atmospheric conditions can be easily set.
That is, as described above, when a PZT-based material is used, the internal electrode layer can be sufficiently reduced while suppressing the reduction of the ceramic material during the firing step in the third and fourth inventions. The effect can be obtained more remarkably.

次に,上記導電性卑金属材料は,Cuであることが好ましい(請求項25)。
この場合には,低コストで上記ユニット接合積層圧電素子を製造することができ,電極の還元もしくは電極の還元状態の維持がより容易となる。
また,上記セラミック材料がPZT系材料を含有してなる場合には,上述のように,還元され易い性質のPbOが存在することも多い。上記焼成工程において,PbOを還元することなく還元される導電性卑金属の酸化物,又はPbOを還元することなく還元状態を維持できる(酸化されない)導電性卑金属は,Cuの酸化物またはCuにほぼ限られる。
Next, it is preferable that the conductive base metal material is Cu.
In this case, the unit-bonded laminated piezoelectric element can be manufactured at low cost, and the reduction of the electrode or the maintenance of the reduced state of the electrode becomes easier.
Further, when the ceramic material contains a PZT-based material, as described above, PbO having the property of being easily reduced often exists. In the firing step, an oxide of a conductive base metal that is reduced without reducing PbO, or a conductive base metal that can maintain a reduced state without reducing PbO (not oxidized) is almost equal to an oxide of Cu or Cu. Limited.

次に,上記積層型圧電素子ユニットはn回転対称性(但し,nは3以上の自然数である)を有し,かつ上記積層型圧電素子ユニットのn個の角のうち1個以上かつn−1個以下の角が,その他の残りの角とは異なる形状になるように面取りしておくことが好ましい(請求項26)。
この場合には,上記重ね合わせ工程において,上記積層型圧電素子ユニット同士を目的の配置となるように積み重ねる工程を簡略化し生産性を向上することができる。
Next, the multilayer piezoelectric element unit has n rotational symmetry (where n is a natural number of 3 or more), and one or more of n corners of the multilayer piezoelectric element unit and n− Preferably, one or less corners are chamfered so as to have a shape different from the remaining corners.
In this case, it is possible to simplify the step of stacking the stacked piezoelectric element units in a desired arrangement in the overlapping step, thereby improving productivity.

特に,後述する実施例において示すごとく,上記内部電極層として部分電極を形成し,上記重ね合わせ工程において,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層が,例えば同じ側面電極に電気的に連結するように積み重ねる場合等のように,内部電極層の向きを制御する場合には,上記積層型圧電素子ユニット同士を積み重ねるときの上記積層型圧電素子ユニットの向きが重要となるため,上記のような面取りを行うことが有効である。   In particular, as shown in an embodiment to be described later, a partial electrode is formed as the internal electrode layer, and in the overlapping step, two adjacent internal electrode layers sandwiching a joint between the laminated piezoelectric element units are, for example, the same. When controlling the orientation of the internal electrode layers, such as when stacking them so that they are electrically connected to the side electrodes, the orientation of the stacked piezoelectric element units when stacking the stacked piezoelectric element units is important. Therefore, it is effective to perform the above chamfering.

また,上記第5の発明(請求項27)は,上記第1〜第4の発明に限らず,所望の方向性を持たせて,上記積層型圧電素子ユニットを重ね合わせたいときに効果を発揮する。   Further, the fifth invention (claim 27) is not limited to the first to fourth inventions, and is effective when it is desired to have the desired orientation and to superimpose the laminated piezoelectric element units. I do.

上記のn回転対称性とは,上記積層型圧電素子ユニットを,その積層方向の中心軸を中心に360度回転する間に,もとの状態と略同一の形状にn回遭遇するという意味である。例えば上記積層型圧電素子の積層方向と垂直な面での断面形状が正方形であるときには,90度回転する毎に,元の状態と略同一の形状になるので,360度÷90度=4より,4回の回転対称性を持つことになる(n=4)。当然のことながら,面取り形状を変えれば,厳密には回転時に同一形状とはならない。上記において,略同一と表現したのは,面取り形状が異なることは省いて形状の同一か否かを評価するためである。   The above-mentioned n-rotational symmetry means that the above-mentioned laminated piezoelectric element unit encounters the same shape as the original state n times while it is rotated 360 degrees around the central axis in the laminating direction. is there. For example, when the cross-sectional shape of the laminated piezoelectric element in a plane perpendicular to the laminating direction is a square, the shape becomes almost the same as the original state every time it is rotated by 90 degrees. , 4 times rotational symmetry (n = 4). Naturally, if the chamfered shape is changed, strictly speaking, the shape will not be the same during rotation. In the above, the reason why they are described as being substantially the same is to evaluate whether or not the chamfered shapes are the same, omitting differences in the chamfered shapes.

このとき,正方形の一つの角を他の角と異なる形状に面取りすることにより,例えば上記内部電極層として部分電極を形成したときに,目視でも部分電極がどちらを向いているかを判断することができる。そのため,上記重ね合わせ工程において,上記積層型圧電素子ユニットをその内部電極層の向きを調整して積み重ねるときに,顕微鏡等を使用する必要がなく,製造方法が簡略される。   At this time, by chamfering one corner of the square into a shape different from the other corners, for example, when a partial electrode is formed as the internal electrode layer, it is possible to visually determine which side the partial electrode is facing. it can. Therefore, in the superposing step, when the multi-layer piezoelectric element units are stacked while adjusting the orientation of the internal electrode layers, there is no need to use a microscope or the like, and the manufacturing method is simplified.

上記の「異なる形状になるように面取り」とは,例えば平面状の面取りと曲面状の面取りはもとより,例えば同じ平面状の面取りで面取りの大きさを変えても良く,面取りの角度を変えても良い。また面取りの有無を変えることもできる。なお,上記の面取りの形状はこれらに限定されるものではない。   The above-mentioned "chamfering so as to have a different shape" means, for example, that the size of the chamfer may be changed in the same flat chamfer as well as the flat chamfer and the curved chamfer, Is also good. Also, the presence or absence of chamfering can be changed. The shape of the chamfer is not limited to these.

上記の面取りの例として,上述のごとく,正方形の一つの角を他の角と異なる形状にする場合を例示したが,異なる形状の面取りをする角は,2つ以上あっても,目視による方向性の判断を助けるものであればよい。即ち,n回転対称性をもつ積層型圧電素子ユニットにおいては,1個以上かつn−1個以下の角の面取り形状を残りの角の面取り形状と異なるようにすればよい。   As an example of the above-mentioned chamfering, as described above, the case where one corner of the square is formed in a different shape from the other corners is illustrated. However, even if there are two or more corners having different shapes, the visual direction Anything that assists in gender determination may be used. That is, in the laminated piezoelectric element unit having n rotation symmetry, the chamfered shape of one or more and n-1 or less corners may be made different from the chamfered shape of the remaining corners.

また,上記の面取りを行う工程は,例えば上記圧着工程後や,上記脱脂工程後や,上記焼成工程後等の,上記重ね合わせ工程の前に行うことができる。
好ましくは,上記焼成工程後に行うのがよい。焼成工程前は,セラミック材料が焼結しておらずもろいため,所望の形状に面取りを行うのが困難になるからである。
The step of chamfering can be performed before the overlapping step, for example, after the pressure bonding step, after the degreasing step, or after the firing step.
Preferably, it is performed after the above-mentioned firing step. This is because before the firing step, the ceramic material is not sintered and is brittle, so that it becomes difficult to chamfer a desired shape.

上記面取りを行う角の個数,及び上記面取りの形状を,積み重ねる積層型圧電素子ユニット全体で統一することが好ましい(請求項28)。
この場合には,上記ユニット接合積層圧電素子の形状が全体として均一になり,例えば上記ユニット接合積層圧電素子を媒体とし,該媒体をインジェクタ等に組み込んで使用するときに,インジェクタ等に組み込むことが容易にできる。
It is preferable that the number of corners for performing the chamfering and the shape of the chamfering be uniform for the whole stacked piezoelectric element units.
In this case, the shape of the unit-bonded laminated piezoelectric element becomes uniform as a whole. For example, when the unit-bonded laminated piezoelectric element is used as a medium and the medium is used in an injector or the like, it can be incorporated into an injector or the like. Easy.

また,本明細書において,2つの極性をもつ電極は,正と負の極性をもっていても,正とゼロ,ゼロと負からなっていてもよい。また,電位が大きな正(負)と小さな(負)であっても,2つの電極の電位が異なることにより,電位差もしくは電界強度が形成されていれば,同様の効果が得られる。   Further, in this specification, an electrode having two polarities may have positive and negative polarities, or may be composed of positive and zero, and zero and negative. Even when the potential is large (positive (negative)) and small (negative), the same effect can be obtained as long as a potential difference or electric field strength is formed due to the difference in potential between the two electrodes.

(実施例1)
次に,本発明の実施例にかかるユニット接合積層圧電素子及びその製造方法につき,図1〜図7を用いて説明する。
本例のユニット接合積層圧電素子は,図1に示すごとく,圧電セラミック層151と内部電極層153とを交互に積層した積層型圧電素子ユニット15を2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子1である。
(Example 1)
Next, a unit-bonded laminated piezoelectric element and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the unit-bonded laminated piezoelectric element of this embodiment is a unit-bonded laminated piezoelectric element formed by laminating two or more laminated piezoelectric element units 15 in which piezoelectric ceramic layers 151 and internal electrode layers 153 are alternately laminated. It is one.

上記内部電極層153は,上記圧電セラミック層151を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料からなる。
上記積層型圧電素子ユニット15の各内部電極層153間の平均電位差をV1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット15同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vは,V<(1/2)V1の関係を有する。
The internal electrode layer 153 is made of a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material forming the piezoelectric ceramic layer 151.
Assuming that the average potential difference between the internal electrode layers 153 of the laminated piezoelectric element unit 15 is V1, the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching a joint portion where the laminated piezoelectric element units 15 are joined is: V <(1/2) V1.

以下本例のユニット接合積層圧電素子について,図1を用いて詳細に説明する。
図1に示すごとく,ユニット接合積層圧電素子1は,積層型圧電素子ユニット15を接合部17において接合してなっている。本例のユニット積層型圧電素子1は,10個の積層型圧電素子ユニット15を接合してなっている。なお,図1においては図面作成の便宜上のため省略して示してある。同図に示すごとく,各積層型圧電素子ユニット15は,PZT系材料よりなる圧電セラミック層151とCuよりなる内部電極層153とを交互に積層してなる。
Hereinafter, the unit-bonded laminated piezoelectric element of this example will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the unit-bonded laminated piezoelectric element 1 has a laminated piezoelectric element unit 15 joined at a joint 17. The unit-stacked piezoelectric element 1 of this embodiment is formed by joining ten stacked-type piezoelectric element units 15. In FIG. 1, the illustration is omitted for convenience of drawing. As shown in the figure, each laminated piezoelectric element unit 15 is formed by alternately laminating a piezoelectric ceramic layer 151 made of a PZT material and an internal electrode layer 153 made of Cu.

内部電極層153は,圧電セラミック層151の片側の側面にだけ到達するように形成され,もう一方の側面には内部電極層153がない非形成部159が設けられている。
また,ユニット接合積層圧電素子1の側面には,これを挟むように2つの側面電極19が形成されている。側面電極はAgよりなる。なお,本例では側面電極としてAgを用いたが,その他にもFe,Ni,Cu,又はAgとPdとの混合金属材料等の,導電性を有する材料を用いることができる。
The internal electrode layer 153 is formed so as to reach only one side surface of the piezoelectric ceramic layer 151, and a non-formed portion 159 having no internal electrode layer 153 is provided on the other side surface.
Further, two side electrodes 19 are formed on the side surface of the unit-bonded laminated piezoelectric element 1 so as to sandwich the same. The side electrodes are made of Ag. In this example, Ag was used as the side electrode, but other conductive materials such as Fe, Ni, Cu, or a mixed metal material of Ag and Pd can be used.

図1に示すごとく,上記ユニット接合積層圧電素子1を構成する積層型圧電素子ユニット15内においては,各内部電極層153は,交互に異なる側面電極19に接続されているが,上記接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極層153は,同じ側面電極19に接続されている。   As shown in FIG. 1, in the laminated piezoelectric element unit 15 constituting the unit-bonded laminated piezoelectric element 1, the internal electrode layers 153 are alternately connected to different side electrodes 19. Are connected to the same side electrode 19.

本発明のユニット接合積層圧電素子1の製造方法は,後述する電極印刷工程と,圧着工程と,脱脂工程と,焼成工程と,重ね合わせ工程とを有する。
上記電極印刷工程においては,図2に示すごとく,セラミック材料をシート状に成形してなるセラミックグリーンシート251の少なくとも一方の面に電極用ペースト材料253を塗布する。
また,上記圧着工程においては,図3及び図4に示すごとく,電極用ペースト材料253が塗布されたセラミックグリーンシート251を積層し圧着して積層体25を作製する。
The method for manufacturing the unit-bonded laminated piezoelectric element 1 according to the present invention includes an electrode printing step, a pressure bonding step, a degreasing step, a firing step, and a laminating step, which will be described later.
In the electrode printing step, as shown in FIG. 2, an electrode paste material 253 is applied to at least one surface of a ceramic green sheet 251 formed of a ceramic material in a sheet shape.
In the above-mentioned pressing step, as shown in FIGS. 3 and 4, the ceramic green sheets 251 coated with the electrode paste material 253 are laminated and pressed to form the laminate 25.

次に,上記脱脂工程においては,積層体25を脱脂する。
上記焼成工程においては,積層体25を還元雰囲気にて焼成して,図5に示すごとく,積層型圧電素子ユニット15を作製する。
上記重ね合わせ工程においては,図1及び図5に示すごとく,積層型圧電素子ユニット15の積層方向の最も外側の面を接合面157として,積層型圧電素子ユニット15を,接合面157同士で2つ以上重ね合わせて接合部17を形成する。
Next, in the degreasing step, the laminate 25 is degreased.
In the firing step, the multilayer body 25 is fired in a reducing atmosphere to produce the multilayer piezoelectric element unit 15 as shown in FIG.
In the superimposing step, as shown in FIGS. 1 and 5, the outermost surface of the multilayer piezoelectric element unit 15 in the laminating direction is set as the bonding surface 157, and the multilayer piezoelectric element unit 15 is At least two are overlapped to form the joint 17.

また,上記電極用ペースト材料は,上記セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなる。そして,上記積層型圧電素子ユニット15の各内部電極層153間の平均電位差をV1とするとき,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極層153間の電位差Vを,V≦(1/2)V1となるようにする。   The electrode paste material is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet. When the average potential difference between the internal electrode layers 153 of the multilayer piezoelectric element unit 15 is V1, the potential difference V between two adjacent internal electrode layers 153 sandwiching the joint 17 is represented by V ≦ (1/2). ) V1.

以下本例の製造方法につき,図1〜図7を用いて詳細に説明する。
まず,以下のようにして,セラミック材料を作製する。
酸化鉛と酸化タングステンとをそれぞれ83.5mol%と16.5mol%ずつ秤量し乾式混合した後,500℃にて2時間焼成することにより,酸化鉛と酸化タングステンの一部を反応させた助剤酸化物粉(化学式:Pb0.835W0.1651.33)を作製した。次に,この助剤酸化物粉を媒体攪拌ミルにより微粒化し乾燥して反応性を高めた。
Hereinafter, the manufacturing method of this example will be described in detail with reference to FIGS.
First, a ceramic material is manufactured as follows.
83.5 mol% and 16.5 mol% of lead oxide and tungsten oxide were respectively weighed and dry-mixed, and then baked at 500 ° C. for 2 hours, thereby causing a part of the lead oxide and tungsten oxide to react. oxide powder (chemical formula:... Pb0 835 W0 165 O 1 33) was prepared. Next, this auxiliary oxide powder was atomized by a medium stirring mill and dried to increase the reactivity.

一方,PbO,SrCO3,ZrO2,TiO2,Y23,Nb25,Mn23の各金属酸化物を混合し,これらを乾式混合した後,850℃にて7時間焼成することにより,圧電体仮焼成粉を作製した。 On the other hand, metal oxides of PbO, SrCO 3 , ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and Mn 2 O 3 are mixed, and these are dry-mixed and then fired at 850 ° C. for 7 hours. As a result, a piezoelectric calcined powder was produced.

次に,この圧電体仮焼成粉4.7kgに対して,水5.5Lを添加し,さらに分散剤としてのD134(第一工業製薬株式会社製)を上記圧電体仮焼成粉に対して5wt%の割合で添加し,1時間混合して圧電体仮焼成粉の粉砕用スラリーを作製した。   Next, 5.5 L of water was added to 4.7 kg of the piezoelectric calcined powder, and D134 (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) as a dispersant was added to the piezoelectric calcined powder in an amount of 5 wt. %, And mixed for 1 hour to prepare a slurry for pulverizing the piezoelectric calcined powder.

この粉砕用スラリーを媒体攪拌ミルにて8時間粉砕してメジアン径を0.2μm以下とした。さらに,この粉砕用スラリーをスプレードライヤにて220℃で乾燥して圧電体仮焼成粉の粉砕粉を得た。この粉砕粉には分散剤が残るため,この粉砕粉をさらに650℃で5時間熱処理することにより,分散剤を脱脂し,圧電体仮焼成粉を得た。   This pulverizing slurry was pulverized by a medium stirring mill for 8 hours to reduce the median diameter to 0.2 μm or less. Further, the pulverized slurry was dried at 220 ° C. by a spray drier to obtain a pulverized powder of a piezoelectric preliminarily calcined powder. Since the dispersant remains in the pulverized powder, the pulverized powder was further heat-treated at 650 ° C. for 5 hours to degrease the dispersant and obtain a calcined piezoelectric substance powder.

次に,圧電体仮焼成粉700gに,上記のようにして予め準備した助剤酸化物を7g添加して原料粉を作製し,さらにこの原料粉に対し,溶剤としてエタノールを16wt%,2−ブタノールを16wt%,酢酸イソアミルを16wt%添加し,さらに分散剤としてのソルビタントリオレートを0.6wt%,可塑剤としてのBBP(ベンジルブチルフタレート,和光純薬工業株式会社製)を5wt%,バインダーとしてのデンカブチラール(電気化学工業株式会社製)を7.5wt添加して72時間ボールミルで混合し,セラミック材料のスラリーを得た。   Next, 7 g of the auxiliary oxide prepared in advance as described above was added to 700 g of the piezoelectric preliminarily fired powder to prepare a raw material powder. 16% by weight of butanol, 16% by weight of isoamyl acetate, 0.6% by weight of sorbitan triolate as a dispersing agent, 5% by weight of BBP (benzyl butyl phthalate, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a plasticizer, and a binder 7.5 wt% (made by Denki Kagaku Kogyo KK) was added and mixed by a ball mill for 72 hours to obtain a slurry of a ceramic material.

次に,上記セラミック材料のスラリーをドクターブレード法により,厚み150μmのシート状に成形した。その後,80℃にて乾燥し,シートカッターにて100mm×100mmに切断し,セラミックグリーンシートとした。   Next, the slurry of the ceramic material was formed into a sheet having a thickness of 150 μm by a doctor blade method. Thereafter, the sheet was dried at 80 ° C. and cut into 100 mm × 100 mm with a sheet cutter to obtain a ceramic green sheet.

次に,以下のようにして電極用ペースト材料を準備する。
エチルセルロースをテルピネオールで溶解してなる有機ビヒクルと樹脂材(アクリル系樹脂,アラキド樹脂,エトセル系樹脂等)に,CuO粉(平均粒径1〜2μm,略球形)及びCu粉(平均粒径0.5μm,略球形の粉をプレスし板状にした材料)を,下記の表1に示すような配合割合で混練することにより,電極用ペースト材料を作製した。
Next, an electrode paste material is prepared as follows.
An organic vehicle obtained by dissolving ethylcellulose with terpineol and a resin material (acrylic resin, arachid resin, ethocell resin, etc.) are mixed with CuO powder (average particle size of 1 to 2 μm, approximately spherical) and Cu powder (average particle size of 0. An electrode paste material was prepared by kneading 5 μm, approximately spherical powder into a plate-like material in a mixing ratio shown in Table 1 below.

Figure 2004274030
Figure 2004274030

次に,図2に示すごとく,この電極用ペースト材料253を複数のセラミックグリーンシート251に塗布する。このとき,電極用ペースト材料253は,セラミックグリーンシート251の一方の表面に,セラミックグリーンシート251の片側の側面にだけ到達するように塗布する。このとき,もう一方の側面がわには,非形成部159が設けられる。なお,電極用ペースト材料253の印刷厚みは20μmとした。同図には,印刷後のセラミックグリーンシート251の一例を示す。   Next, as shown in FIG. 2, the electrode paste material 253 is applied to a plurality of ceramic green sheets 251. At this time, the electrode paste material 253 is applied to one surface of the ceramic green sheet 251 so as to reach only one side surface of the ceramic green sheet 251. At this time, the non-formed portion 159 is provided on the other side. The printing thickness of the electrode paste material 253 was set to 20 μm. FIG. 11 shows an example of the ceramic green sheet 251 after printing.

続いて,図3に示すごとく,電極用ペースト材料253が印刷されたセラミックグリーンシート251を積層していく。このとき,電極用ペースト材料253が交互に左右の側面に到達するように積層した。
このようにして,セラミックグリーンシート251を順次積層し,図4に示すごとく,合計25枚のセラミックグリーンシート251を積層した積層体25を作製した。なお,セラミックグリーンシート251を積層していく際に,厚みを他よりも1割小さくした,厚み130μmのセラミックグリーンシートを2枚準備し,積層体25の両端,即ち最下段及び最上段には,これらの厚みの小さいセラミックグリーンシートを積層した。また,積層体25の両端に積層した2枚のセラミックグリーンシートにおいて,積層体25の最下段に配置したセラミックグリーンシートとしては,上記と同様に電極用ペースト材料が印刷されたものを用い,最上段に配置したセラミックグリーンシートとしては電極用ペースト材料が印刷されていないものを用いた。同様にして,積層体25を合計10個作製した。
Subsequently, as shown in FIG. 3, the ceramic green sheets 251 on which the electrode paste material 253 is printed are laminated. At this time, the electrode paste materials 253 were laminated such that they alternately reached the left and right side surfaces.
In this manner, the ceramic green sheets 251 were sequentially laminated, and as shown in FIG. 4, a laminate 25 in which a total of 25 ceramic green sheets 251 were laminated was produced. When laminating the ceramic green sheets 251, two ceramic green sheets each having a thickness of 10 μm smaller than the others and having a thickness of 130 μm are prepared. These thin ceramic green sheets were laminated. In the two ceramic green sheets laminated on both ends of the laminated body 25, the ceramic green sheet disposed at the lowermost stage of the laminated body 25 is the same as that described above, on which the paste material for electrodes is printed. As the ceramic green sheet disposed in the upper stage, a sheet on which no electrode paste material was printed was used. Similarly, a total of ten laminates 25 were produced.

そして,上記にて得られた10個の積層体25をそれぞれ圧着治具に固定し,110℃にて1分間16MPaにて熱圧着した。熱圧着した積層体25は,シートカッターにて縦86mm,横86mmの大きさに切断し,その後,常温において,7.8MPaの加圧力で積層方向に加圧して平坦化を行った。
続いて,各積層体25をそれぞれ気体循環式脱脂炉中に入れ,温度550℃にて10時間加熱し,脱脂を行った。
Then, the ten laminates 25 obtained as described above were each fixed to a crimping jig, and thermocompression-bonded at 110 ° C. for 1 minute at 16 MPa. The laminated body 25 subjected to thermocompression bonding was cut into a size of 86 mm in length and 86 mm in width by a sheet cutter, and then flattened by applying a pressure of 7.8 MPa in the laminating direction at room temperature.
Subsequently, each laminate 25 was placed in a gas circulation type degreasing furnace and heated at a temperature of 550 ° C. for 10 hours to perform degreasing.

次に,各積層体25を構成するセラミックグリーンシート251上に塗布された電極用ペースト材料253を還元する。この電極用ペースト材料253の還元では,電極用ペースト材料253中に含まれるCuOをCuへと還元する。
具体的には,積層体25を還元雰囲気にて加熱する。
Next, the electrode paste material 253 applied on the ceramic green sheets 251 constituting each of the laminates 25 is reduced. In the reduction of the electrode paste material 253, CuO contained in the electrode paste material 253 is reduced to Cu.
Specifically, the laminate 25 is heated in a reducing atmosphere.

本例においては,セラミックグリーンシート251に鉛を含み,また電極用ペースト材料253にCuを含んでいるため,鉛と銅の共晶点である326℃直下又はその近傍の温度を加熱温度とした。具体的には,320℃±5℃である。なお±5℃は,実測値の変動巾である。
この加熱により,各セラミックグリーンシート251に塗布された電極用ペースト材料253は還元され,内部電極層153を形成する。
In this example, since the ceramic green sheet 251 contains lead and the electrode paste material 253 contains Cu, the temperature immediately below or near 326 ° C., which is the eutectic point of lead and copper, was used as the heating temperature. . Specifically, the temperature is 320 ° C. ± 5 ° C. Note that ± 5 ° C is the fluctuation range of the actually measured value.
By this heating, the electrode paste material 253 applied to each ceramic green sheet 251 is reduced to form the internal electrode layer 153.

次に,積層体25を焼成し,図5に示す積層型圧電素子ユニット15を作製する。
焼成時の焼成温度は950℃とし,また雰囲気調整は,内部電極層のCuが極力酸化されず,素子部の酸化物を極力還元されない雰囲気に調整して行った。具体的には,焼成温度950℃における酸素分圧が10-3hPa(10-6atm)となるように調整した。
Next, the laminated body 25 is fired to produce the laminated piezoelectric element unit 15 shown in FIG.
The firing temperature during firing was 950 ° C., and the atmosphere was adjusted to an atmosphere in which Cu in the internal electrode layer was not oxidized as much as possible and oxides in the element portion were not reduced as much as possible. Specifically, the oxygen partial pressure at a firing temperature of 950 ° C. was adjusted to be 10 −3 hPa (10 −6 atm).

この焼成時に積層体25中の各セラミックグリーンシート251は焼結し,圧電セラミック層151を形成する。
このようにして,図5に示すごとく,圧電セラミック層151と内部電極層153とが交互に積層された積層型圧電素子ユニット15を得た。なお,このときの積層型圧電素子ユニット15の高さは2mmであった。
During this firing, the ceramic green sheets 251 in the laminate 25 are sintered to form the piezoelectric ceramic layers 151.
In this way, as shown in FIG. 5, a laminated piezoelectric element unit 15 in which the piezoelectric ceramic layers 151 and the internal electrode layers 153 were alternately laminated was obtained. At this time, the height of the laminated piezoelectric element unit 15 was 2 mm.

次に,図5及び図6に示すごとく,積層型圧電素子ユニット15の積層方向の最も外側の面を接合面157として,積層型圧電素子ユニット15を,この接合面157同士で重ね合わせ,接合部17を形成した。この時,図6に示すごとく,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極層153が共に同じ側面を向くように,積層型圧電素子ユニット15を重ね合わせた。このようにして,合計10個の積層型圧電素子ユニット15を重ね合わせ,その接合面157同士をエポキシ樹脂にて接合し,図1に示すごとくユニット接合積層圧電素子1を作製した。
これを試料E1とした。
Next, as shown in FIGS. 5 and 6, the outermost surface of the laminated piezoelectric element unit 15 in the laminating direction is set as a bonding surface 157, and the laminated piezoelectric element unit 15 is overlapped with the bonding surfaces 157 and bonded. The part 17 was formed. At this time, as shown in FIG. 6, the stacked piezoelectric element units 15 were overlapped so that two adjacent internal electrode layers 153 sandwiching the joint 17 were both directed to the same side surface. In this way, a total of ten laminated piezoelectric element units 15 were superimposed, and their bonding surfaces 157 were bonded to each other with epoxy resin, thereby producing a unit bonded laminated piezoelectric element 1 as shown in FIG.
This was designated as Sample E1.

また,本例においては,10個の積層型圧電素子ユニット15の接合面157同士を,エポキシ系樹脂90重量部とセラミック材料10重量部との混合樹脂材料で接合したユニット接合積層圧電素子1を作製し,これを試料E2とした。なお,混合樹脂材料中のセラミック材料は,セラミックグリーンシートの作製に用いたセラミック材料と同成分のものを用いた。   In this example, a unit-bonded laminated piezoelectric element 1 in which the bonding surfaces 157 of ten laminated piezoelectric element units 15 are bonded with a mixed resin material of 90 parts by weight of an epoxy resin and 10 parts by weight of a ceramic material is used. It was fabricated and used as a sample E2. The ceramic material in the mixed resin material used had the same composition as the ceramic material used for producing the ceramic green sheet.

さらに,本例では,積層型圧電素子ユニットの接合面同士を,何も材料を挟まず,直接接触させて接合したユニット接合積層圧電素子を作製し,これを試料E3とした。   Further, in this example, a unit-bonded laminated piezoelectric element in which the bonding surfaces of the laminated-type piezoelectric element unit were brought into direct contact with each other without any material being interposed therebetween was produced, and this was designated as Sample E3.

また,本例においては,上記試料E1〜E3との比較用として,後述する図7に示すごとく,上記積層型圧電素子ユニット15を重ね合わせるときに,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極層153が互いに反対の側面を向くように,積層型圧電素子ユニット15を重ね合わせたユニット接合積層圧電素子9を作製し,これを試料C1〜C3とした。
試料C1,試料C2及び試料C3は,それぞれ試料E1,試料E2,及び試料E3との比較用の試料である。
In this example, as shown in FIG. 7 to be described later, when the laminated piezoelectric element units 15 are overlapped with each other, two adjacent internal electrodes sandwiching the joint 17 are used for comparison with the samples E1 to E3. The unit-bonded laminated piezoelectric element 9 in which the laminated piezoelectric element units 15 were overlapped with each other such that the layers 153 face the opposite side faces was produced, and these were used as samples C1 to C3.
Sample C1, sample C2, and sample C3 are samples for comparison with sample E1, sample E2, and sample E3, respectively.

すなわち,試料C1は試料E1と同様に積層型圧電素子ユニットの接合面同士をエポキシ樹脂にて接合したものである。試料C2は,試料E2と同様に,積層型圧電素子ユニットの接合面同士をエポキシ樹脂90重量部とセラミック材料10重量部との混合樹脂材料で接合したものである。試料C3は,積層型圧電素子ユニットの接合面同士を,何も材料を挟まず,直接接触させて接合したものである。   That is, the sample C1 is obtained by bonding the bonding surfaces of the laminated piezoelectric element units to each other with the epoxy resin similarly to the sample E1. Sample C2, like Sample E2, was obtained by joining the bonding surfaces of the multilayer piezoelectric element unit with a mixed resin material of 90 parts by weight of epoxy resin and 10 parts by weight of ceramic material. Sample C3 was obtained by directly joining the joining surfaces of the stacked piezoelectric element units without interposing any material therebetween.

試料E1〜試料E3と試料C1〜試料C3の接合部付近における内部電極層の配置の違いをそれぞれ図6及び図7に示す。
図6より知られるごとく,試料E1〜試料E3においては,接合部17の挟む隣り合う2つの内部電極層153は,共に同じ側面を向くように形成されている。
一方,図7より知られるごとく,試料C1〜試料C3においては,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極層153は,互いに反対の側面を向くように形成されている。
6 and 7 show differences in the arrangement of the internal electrode layers in the vicinity of the joint between Samples E1 to E3 and Samples C1 to C3, respectively.
As is known from FIG. 6, in the samples E1 to E3, the two adjacent internal electrode layers 153 sandwiching the joint 17 are formed so as to face the same side surface.
On the other hand, as is known from FIG. 7, in the samples C1 to C3, the two adjacent internal electrode layers 153 sandwiching the joint 17 are formed so as to face opposite side surfaces.

次に,試料E1〜試料E3及び試料C1〜試料C3の4つの側面のうち,内部電極層が交互に側面まで到達している2つの側面に,その側面を挟むように側面電極19を形成した。側面電極19は,焼き付け銀よりなり,Agペーストを焼き付けることにより,作製した。焼き付け銀の組成は,Agが97wt%,ガラスフリット成分が3wt%である。   Next, of the four side surfaces of the samples E1 to E3 and the samples C1 to C3, side electrodes 19 were formed on two side surfaces where the internal electrode layers alternately reached the side surfaces so as to sandwich the side surfaces. . The side electrode 19 was made of baked silver and was prepared by baking an Ag paste. The composition of the baked silver was 97% by weight of Ag and 3% by weight of the glass frit component.

この側面電極は,上記試料E1〜E3の特性と試料C1〜C3の特性とを比較するために作製したものであり,ユニット接合積層圧電素子自体の優劣に大きな影響を及ぼすものではない。したがって側面電極の材料は,Agに限らず,Fe,Cu,Pt,Ni,Pd等のいずれか1つ以上を含んだ側面電極を用いることもできる。   This side electrode was prepared for comparing the characteristics of the samples E1 to E3 and the characteristics of the samples C1 to C3, and did not significantly affect the superiority of the unit-bonded laminated piezoelectric element itself. Therefore, the material of the side electrode is not limited to Ag, and a side electrode containing any one or more of Fe, Cu, Pt, Ni, Pd and the like can also be used.

次に,以下のようにして,上記試料E1〜E3及び試料C1〜C3の特性を評価する。
上記試料E1〜E3及び試料C1〜C3の側面電極に,その一方を正極,もう一方を負極として,ピークtoピークが0−180Vという強度の矩形波からなる電圧を断続的に印加した。そしてこのときの試料E1〜E3及び試料C1〜C3における,ノイズの発生及び接合部の剥離やクラックの発生等を調べた。
Next, the characteristics of the samples E1 to E3 and the samples C1 to C3 are evaluated as follows.
A voltage consisting of a rectangular wave having a peak-to-peak intensity of 0 to 180 V was applied intermittently to the side electrodes of Samples E1 to E3 and Samples C1 to C3, one of which was a positive electrode and the other was a negative electrode. At this time, the occurrence of noise and the occurrence of peeling and cracking of the joints in the samples E1 to E3 and the samples C1 to C3 were examined.

試料C1及び試料C2は,電圧印加時間(のべ時間)がそれぞれ8時間及び24時間に達した時点で,接合部に剥離が生じ,変位量が瞬時に低下した。
また,試料C3は,電圧印加時間(のべ時間)が1時間にも満たないうちに,接合部の密着度が低下して接合部に隙間が形成されるという不具合が発生し,変位量が瞬時に低下した。
In the sample C1 and the sample C2, when the voltage application time (total time) reached 8 hours and 24 hours, respectively, peeling occurred in the joined portion, and the displacement amount instantaneously decreased.
In addition, in the sample C3, before the voltage application time (total time) was less than one hour, a problem that the degree of adhesion of the joint was reduced and a gap was formed in the joint occurred, and the displacement amount was reduced. Dropped instantly.

これに対し,試料E1〜試料E3は,電圧印加時間(のべ時間)が100時間を超えても,接合部に剥離やクラックは観察されず,非共振によるノイズも観察されなかった。   On the other hand, in Samples E1 to E3, even if the voltage application time (total time) exceeded 100 hours, no peeling or cracking was observed at the joint, and no noise due to non-resonance was observed.

図1に示すごとく,上記試料E1〜E3においては,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極153が同じ側面電極19に接続されている。したがって,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極153間の電圧は実質的に0となっている。即ち,積層型圧電素子ユニット15の各内部電極層153間の平均電位差をV1,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極層153間の電位差をVとするとき,V≦(1/2)V1の関係を満たしている。   As shown in FIG. 1, in the above-mentioned samples E1 to E3, two adjacent internal electrodes 153 sandwiching the joint 17 are connected to the same side electrode 19. Therefore, the voltage between two adjacent internal electrodes 153 sandwiching the joint 17 is substantially zero. That is, when the average potential difference between the internal electrode layers 153 of the multilayer piezoelectric element unit 15 is V1 and the potential difference between two adjacent internal electrode layers 153 sandwiching the joint 17 is V, V ≦ (1 /) The relationship of V1 is satisfied.

そのため,積層型圧電素子ユニット15同士の接合面の不一致(不連続性)によって,非共振が起こったり変位伝達が悪化したりすることがほとんどない。また,積層型圧電素子ユニット15同士を樹脂等により接合した場合(試料E1及びE2)においても,樹脂の耐熱性(熱による劣化)による影響を低減することができるのである。   Therefore, non-resonance does not occur or displacement transmission is hardly deteriorated due to mismatch (discontinuity) of the bonding surfaces of the stacked piezoelectric element units 15. Further, even when the laminated piezoelectric element units 15 are joined to each other with a resin or the like (samples E1 and E2), the influence of the heat resistance (deterioration due to heat) of the resin can be reduced.

このような理由から,試料E1〜試料E3のユニット接合型積層圧電素子は,接合部における剥離やクラック,及び非共振によるノイズを起こすことなく,上述のように100時間以上という長時間駆動できたものと考えられる。   For this reason, the unit-bonded laminated piezoelectric elements of Samples E1 to E3 can be driven for a long time of 100 hours or more as described above without causing noise due to peeling, cracking, and non-resonance at the bonding portion. It is considered.

(実施例2)
本例は,上記実施例1と同様の積層型圧電素子ユニットの4個の角のうち,1個の角がその他の残りの3つの角と異なる形状となるように面取りを施して,ユニット接合積層圧電素子を作製する例である。
(Example 2)
In the present embodiment, the four corners of the laminated piezoelectric element unit similar to the first embodiment are chamfered so that one corner has a shape different from the remaining three corners, and the unit is joined. This is an example of manufacturing a laminated piezoelectric element.

まず,図4に示すごとく,実施例1と同様の積層体25を準備した。図4に示すごとく,この積層体25は,実施例1と同様に,電極用ペースト材料253が塗布されたセラミックグリーンシート251を24枚積み重ね,最上部には電極用ペースト材料が塗布されていないセラミックグリーンシートを積み重ねたものである。セラミックグリーンシート251及び電極用ペースト材料253の厚み,並びに積層体25の寸法は,実施例1と同様である。   First, as shown in FIG. 4, a laminate 25 similar to that of Example 1 was prepared. As shown in FIG. 4, this laminate 25 is formed by stacking 24 ceramic green sheets 251 coated with the electrode paste material 253 as in the first embodiment, and the electrode paste material is not coated on the uppermost portion. It is a stack of ceramic green sheets. The thicknesses of the ceramic green sheet 251 and the electrode paste material 253, and the dimensions of the laminate 25 are the same as in the first embodiment.

続いて,図8に示すごとく,この積層体25の4つの角を,直角二等辺三角形の2辺の長さが1mmとなる形状にて面取りした。これを試料C4とする。
また,積層体の4つの角のうち内部電極から見て特定の1ヶ所だけを,直角二等辺三角形の2辺の長さが1.5mmとなる形状にて面取りし,他の3つの角については,いずれも直角二等辺三角形の2辺の長さが1mmとなる形状にて面取りした試料を準備し,これを試料E4とした。
Subsequently, as shown in FIG. 8, four corners of the laminate 25 were chamfered in a shape in which the length of two sides of a right-angled isosceles triangle was 1 mm. This is designated as Sample C4.
Also, of the four corners of the laminate, only one specific point viewed from the internal electrode is chamfered in a shape in which the length of two sides of the right-angled isosceles triangle is 1.5 mm, and the other three corners are chamfered. Each prepared a sample chamfered in such a shape that the length of two sides of a right-angled isosceles triangle was 1 mm, and this was designated as Sample E4.

さらに,上記試料E4及び試料C4をそれぞれ10個ずつ準備し,実施例1と同様にして,脱脂,焼成を行った。さらに,実施例1と同様にして,この焼成後の試料E4及び試料C4をそれぞれ10個ずつ重ね合わせた。重ね合わせの際には,実施例1と同様に接合部を挟む2つの内部電極が共に同じ側面を向くように目視にて観察しながら重ね合わせた。   Further, ten samples E4 and C4 each were prepared, and degreased and fired as in Example 1. Further, in the same manner as in Example 1, ten pieces of each of the fired samples E4 and C4 were superposed. At the time of the superposition, the superposition was performed by visual observation so that the two internal electrodes sandwiching the bonding portion both face the same side surface as in Example 1.

試料E4については,上記のように特定の1ヶ所の角が他の角とは異なる形状にて面取りしてあるため,目視でも充分にその方向を判別することができ,接合部を挟む2つの内部電極が共に同じ側面を向くように積み重ねることができた。   As for the sample E4, since one specific corner is chamfered in a shape different from the other corners as described above, the direction can be sufficiently discriminated visually, and the two corners sandwiching the joined portion can be determined. The internal electrodes could be stacked so that they both face the same side.

これに対し,試料C4については,4つの角がすべて同型に面取りしてあるため,その方向の判別が困難であった。その結果,接合部を挟む2つの内部電極は,同じ側面を向く部分と,互いに反対の側面を向く部分とがほぼ同数形成された。   On the other hand, for sample C4, it was difficult to determine the direction because all four corners were chamfered in the same shape. As a result, in the two internal electrodes sandwiching the joint, substantially the same number of portions facing the same side surface and portions facing the opposite side surface were formed.

(実施例3)
本例は,積層型圧電素子ユニットの接合部の電界強度を低くしたユニット接合積層圧電素子を作製し,その駆動耐久性を評価した例である。
本例の積層型圧電素子ユニットは,図9に示すごとく,圧電セラミック層351と内部電極層353とを交互に積層した積層型圧電素子ユニット35を2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子3である。内部電極層353は,圧電セラミック層351を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料を主成分としてなる。また,積層型圧電素子ユニット35の各内部電極層353間の平均電界強度をE1とするとき,積層型圧電素子ユニット35同士が接合する接合部37を挟む隣り合う2つの内部電極層353間の電界強度Eは,E<(1/2)E1の関係を有する。
(Example 3)
This example is an example in which a unit-bonded laminated piezoelectric element in which the electric field strength at the joint of the laminated-type piezoelectric element unit is reduced was manufactured, and its driving durability was evaluated.
As shown in FIG. 9, the multilayer piezoelectric element unit of this embodiment is a unit-bonded multilayer piezoelectric element in which two or more multilayer piezoelectric element units 35 in which piezoelectric ceramic layers 351 and internal electrode layers 353 are alternately laminated are stacked. 3. The internal electrode layer 353 is mainly composed of a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy for generating a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer 351. When the average electric field strength between the internal electrode layers 353 of the multilayer piezoelectric element unit 35 is E1, the distance between two adjacent internal electrode layers 353 sandwiching the joint 37 at which the multilayer piezoelectric element units 35 join is sandwiched. The electric field strength E has a relationship of E <(1/2) E1.

図9に示すごとく,本例のユニット接合積層圧電素子3は,実施例1と同様に,積層型圧電素子ユニット35を接合部37において接合してなっている。本例のユニット接合積層圧電素子3は,20個の積層型圧電素子ユニット35を接合してなっている。また,各積層型圧電素子ユニット35においては,圧電セラミック層351が20層ずる積層されている。図9においては,図面作成の便宜上,積層型圧電素子ユニット35の数及び積層型圧電素子ユニット35における圧電セラミック層351の積層数を省略して示してある。各積層型圧電素子ユニット35は,PZT系材料よりなる圧電セラミック層351と,Cuよりなる内部電極層353を交互に積層してなる。
また,実施例1と同様に,内部電極層353は,圧電セラミック層351の片側の側面にだけ到達するように形成されている。また,ユニット接合積層圧電素子3の側面には,これを挟むように2つの側面電極39が形成されている。
As shown in FIG. 9, the unit-bonded laminated piezoelectric element 3 of the present embodiment has a laminated piezoelectric element unit 35 joined at a joint 37 as in the first embodiment. The unit-bonded laminated piezoelectric element 3 of this example is formed by bonding 20 laminated piezoelectric element units 35. In each laminated piezoelectric element unit 35, 20 piezoelectric ceramic layers 351 are laminated. In FIG. 9, the number of stacked piezoelectric element units 35 and the number of stacked piezoelectric ceramic layers 351 in the stacked piezoelectric element unit 35 are omitted for convenience of drawing. Each laminated piezoelectric element unit 35 is formed by alternately laminating a piezoelectric ceramic layer 351 made of a PZT-based material and an internal electrode layer 353 made of Cu.
Further, as in the first embodiment, the internal electrode layer 353 is formed so as to reach only one side surface of the piezoelectric ceramic layer 351. Further, two side electrodes 39 are formed on the side surfaces of the unit-bonded laminated piezoelectric element 3 so as to sandwich the same.

本例のユニット接合積層圧電素子3の製造方法は,実施例1と同様に,電極印刷工程と,圧着工程と,脱脂工程と,焼成工程と,重ね合わせ工程とを有する。各工程については,実施例1と同様である。
また,本例の製造方法においては,セラミックグリーンシートに印刷する電極用ペースト材料として,セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなるものを用いる。そして,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,E<(1/2)E1となるようにする。
As in the first embodiment, the method of manufacturing the unit-bonded laminated piezoelectric element 3 of the present embodiment includes an electrode printing step, a pressure bonding step, a degreasing step, a firing step, and an overlapping step. Each step is the same as in Example 1.
Further, in the manufacturing method of this example, as a paste material for an electrode to be printed on a ceramic green sheet, a conductive base metal having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet is used. A material composed of a material and / or an oxide thereof is used. When the average electric field strength between the respective internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is E1, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint is E <(1/2) E1. To do.

以下,本例の積層型圧電素子ユニットの製造方法につき,図9〜図14を用いて説明する。
まず,実施例1と同様のセラミック材料を準備し,ドクターブレード法によりシート状に成形した後,80℃にて乾燥し,シートカッターにて100mm×100mmに切断し,厚み150μmのセラミックグリーンシートを作製した。
また,実施例1と同様にして,電極用ペースト材料を作製した。本例においては,電極用ペースト材料として,CuとCuOとの重量比が50:50であり,CuとCuOとの重量が,電極用ペースト材料の総重量のうちの65重量%であるものを用いた。
Hereinafter, a method of manufacturing the multilayer piezoelectric element unit of the present example will be described with reference to FIGS.
First, the same ceramic material as in Example 1 was prepared, formed into a sheet by a doctor blade method, dried at 80 ° C., cut into 100 mm × 100 mm by a sheet cutter, and a ceramic green sheet having a thickness of 150 μm was obtained. Produced.
Further, in the same manner as in Example 1, an electrode paste material was produced. In this example, the paste material for the electrode has a weight ratio of Cu and CuO of 50:50, and the weight of Cu and CuO is 65% by weight of the total weight of the paste material for the electrode. Using.

次に,実施例1と同様に,この電極用ペースト材料を複数のセラミックグリーンシートに塗布した。このとき,実施例1と同様に,電極用ペースト材料は,セラミックグリーンシートの一方の表面に,セラミックグリーンシートの片側の側面にだけ到達するように塗布し,もう一方の側面がわには,非形成部を設けた。
次いで,電極用ペースト材料が印刷されたセラミックグリーンシートを積層した。このとき,実施例1と同様に,電極用ペースト材料が交互に左右の側面に到達するように積層した。
Next, as in Example 1, this electrode paste material was applied to a plurality of ceramic green sheets. At this time, similarly to the first embodiment, the electrode paste material is applied to one surface of the ceramic green sheet so as to reach only one side surface of the ceramic green sheet, and the other side surface is covered with the crocodile. A non-formed portion was provided.
Next, the ceramic green sheets on which the electrode paste material was printed were laminated. At this time, as in the case of Example 1, the electrode paste materials were laminated such that they reached the left and right side surfaces alternately.

このようにして,セラミックグリーンシートを順次積層し,図10に示すごとく,合計20枚のセラミックグリーンシート451を積層して積層体45を作製した。同図に示すごとく,積層体45においては,セラミックグリーンシート451と電極用ペースト材料453とが交互に積層されている。また各セラミックグリーンシート451に印刷された電極用ペースト材料453は,積層体45の一方の側面にだけ到達しており,他方には非形成部359が設けられている。
なお,本例においては,セラミックグリーンシート451を積層して積層体45を作製する際に,330μmという大きな厚みのセラミックグリーンシートを2枚準備し,図10に示すごとく,積層体45の両端,即ち最下段及び最上段にこれらの厚みの大きなセラミックグリーンシート455を積層した。また,積層体45の両端に積層した2枚のセラミックグリーンシート455において,積層体45の最下段に配置したセラミックグリーンシートとしては,上記と同様に電極用ペースト材料が印刷されたものを用い,最上段に配置したセラミックグリーンシートとしては,電極用ペースト材料が印刷されていないものを用いた。同様にして,積層体45を合計20個作製した。
In this way, the ceramic green sheets were sequentially laminated, and as shown in FIG. 10, a total of 20 ceramic green sheets 451 were laminated to produce a laminate 45. As shown in the figure, in the laminate 45, ceramic green sheets 451 and electrode paste materials 453 are alternately laminated. The electrode paste material 453 printed on each ceramic green sheet 451 reaches only one side surface of the multilayer body 45, and the non-formed portion 359 is provided on the other side.
In this example, when the ceramic green sheets 451 are stacked to form the laminate 45, two ceramic green sheets having a large thickness of 330 μm are prepared, and as shown in FIG. That is, these thick ceramic green sheets 455 were laminated on the lowermost and uppermost stages. In the two ceramic green sheets 455 laminated on both ends of the laminated body 45, the ceramic green sheet disposed at the lowermost stage of the laminated body 45 is the one printed with the electrode paste material in the same manner as described above. As the ceramic green sheet disposed on the uppermost stage, the one on which the electrode paste material was not printed was used. Similarly, a total of 20 laminates 45 were produced.

そして,上記にて得られた20個の積層体45をそれぞれ圧着治具に固定し,110℃にて1分間16MPaにて熱圧着した。熱圧着した積層体45は,シートカッターにて縦86mm,横86mmの大きさに切断し,その後,常温において,7.8MPaの加圧力で積層方向に加圧して平坦化を行った。
続いて,各積層体45をそれぞれ気体循環式脱脂炉中に入れ,温度550℃にて10時間加熱し,脱脂を行った。
Each of the twenty laminates 45 obtained above was fixed to a crimping jig, and thermocompression-bonded at 110 ° C. for 1 minute at 16 MPa. The thermocompression-bonded laminate 45 was cut into a size of 86 mm in length and 86 mm in width by a sheet cutter, and then flattened by applying a pressure of 7.8 MPa in the laminating direction at room temperature.
Subsequently, each of the laminates 45 was placed in a gas circulation type degreasing furnace and heated at a temperature of 550 ° C. for 10 hours to perform degreasing.

次に,各積層体45を構成するセラミックグリーンシート451上に塗布された電極用ペースト材料453を還元する。この電極用ペースト材料453の還元では,電極用ペースト材料453中に含まれるCuOをCuへと還元する。具体的には,積層体45を還元雰囲気にて加熱する。   Next, the electrode paste material 453 applied on the ceramic green sheets 451 constituting the respective laminates 45 is reduced. In the reduction of the electrode paste material 453, CuO contained in the electrode paste material 453 is reduced to Cu. Specifically, the laminate 45 is heated in a reducing atmosphere.

本例においては,セラミックグリーンシート451に鉛を含み,また電極用ペースト材料453にCuを含んでいるため,鉛と銅の共晶点である326℃直下又はその近傍の温度を加熱温度とした。具体的には,320℃±5℃である。なお±5℃は,実測値の変動巾である。
この加熱により,各セラミックグリーンシート451に塗布された電極用ペースト材料453は還元され,内部電極層を形成する。
In this example, since the ceramic green sheet 451 contains lead and the electrode paste material 453 contains Cu, the temperature immediately below or near 326 ° C., which is the eutectic point of lead and copper, was used as the heating temperature. . Specifically, the temperature is 320 ° C. ± 5 ° C. Note that ± 5 ° C is the fluctuation range of the actually measured value.
By this heating, the electrode paste material 453 applied to each ceramic green sheet 451 is reduced to form an internal electrode layer.

次に,積層体45を下記のごとく焼成し,図11に示すごとく積層型圧電素子ユニット35を作製する。
焼成時の焼成温度は950℃とし,また雰囲気調整は,内部電極層のCuが極力酸化されず,素子部の酸化物を極力還元されない雰囲気に調整して行った。具体的には,焼成温度950℃における酸素分圧が10-3hPa(10-6atm)となるように調整して焼成を行った。
Next, the laminated body 45 is fired as described below to produce a laminated piezoelectric element unit 35 as shown in FIG.
The firing temperature during firing was 950 ° C., and the atmosphere was adjusted to an atmosphere in which Cu in the internal electrode layer was not oxidized as much as possible and oxides in the element portion were not reduced as much as possible. Specifically, the firing was performed while adjusting the oxygen partial pressure at a firing temperature of 950 ° C. to be 10 −3 hPa (10 −6 atm).

この焼成時に積層体中の各セラミックグリーンシートは焼結し,圧電セラミック層を形成する。
このようにして,図11に示すごとく,圧電セラミック層351と内部電極層353とが交互に積層された積層型圧電素子ユニット35を20個得た。この積層型圧電素子ユニット35においては,焼成前のセラミックグリーンシートの厚みから予想されるごとく,圧電セラミック層351の厚みは約90μm,内部電極層353の厚みは約7μmであり,即ち,一層あたり約97μm(約100μm)の厚みを有している。また,各積層型圧電素子ユニット35の最も外側の圧電セラミック層355は,内部の圧電セラミック層351の約2.2倍の厚みを有している。積層型圧電素子ユニット35は,圧電セラミック層351,355を合計で20層積み重ねてなる。
During this firing, the ceramic green sheets in the laminate are sintered to form a piezoelectric ceramic layer.
In this way, as shown in FIG. 11, 20 laminated piezoelectric element units 35 in which the piezoelectric ceramic layers 351 and the internal electrode layers 353 were alternately laminated were obtained. In the laminated piezoelectric element unit 35, as expected from the thickness of the ceramic green sheet before firing, the thickness of the piezoelectric ceramic layer 351 is about 90 μm, and the thickness of the internal electrode layer 353 is about 7 μm. It has a thickness of about 97 μm (about 100 μm). The outermost piezoelectric ceramic layer 355 of each laminated piezoelectric element unit 35 has a thickness about 2.2 times that of the internal piezoelectric ceramic layer 351. The laminated piezoelectric element unit 35 is formed by stacking a total of 20 piezoelectric ceramic layers 351 and 355.

次いで,これら20個の積層型圧電素子ユニット35に対して,その側面にそれぞれAgを温度550℃〜600℃で焼き付けて,静電容量を計測して特に異常な数値を示さないかどうかを確認した。また,このとき,場合によっては積層型圧電素子ユニット35の共振点のインピーダンスを計測することもできる。   Next, Ag was baked on the side surfaces of these twenty stacked piezoelectric element units 35 at a temperature of 550 ° C. to 600 ° C., and the capacitance was measured to determine whether or not a particularly abnormal value was shown. did. At this time, the impedance at the resonance point of the multilayer piezoelectric element unit 35 can be measured in some cases.

次に,図11及び図12に示すごとく,20個の積層型圧電素子ユニット35を,その積層方向の最も外側の面を接合面357として,接合面357同士でそれぞれ重ね合わせ接合部37を形成した。この時,図12に示すごとく,接合部37を挟む隣り合う2つの内部電極層353がそれぞれ異なる側面を向くように,積層型圧電素子ユニット35を重ね合わせた。このようにして,合計20個の積層型圧電素子ユニット35を接合面357で重ね合わせ,図9に示すごとく,ユニット接合積層圧電素子3を作製した。その後,ユニット接合積層圧電素子3の側面を挟むように,Cuよりなる側面電極39を樹脂銀により取り付け,温度150℃〜170℃で加熱することにより側面電極39をユニット接合積層圧電素子3に固定した。
次いで,側面電極39にリード線を取り付けて,ユニット接合積層圧電素子3の上部からリード線を取り出した状態で収縮チューブを被せて,各積層型圧電素子ユニット35を固定した。このようにして得られたユニット接合積層圧電素子3を試料E5とした。なお,図面作成の便宜上,図9にはリード線や収縮チューブは示されていない。
Next, as shown in FIGS. 11 and 12, the twenty stacked piezoelectric element units 35 are overlapped with each other by forming the outermost surface in the stacking direction as a bonding surface 357 to form a bonding portion 37. did. At this time, as shown in FIG. 12, the stacked piezoelectric element units 35 were overlapped so that two adjacent internal electrode layers 353 sandwiching the joint 37 face different side surfaces. In this way, a total of 20 laminated piezoelectric element units 35 were overlapped on the joint surface 357, and as shown in FIG. Thereafter, a side electrode 39 made of Cu is attached with resin silver so as to sandwich the side surface of the unit-bonded laminated piezoelectric element 3, and the side electrode 39 is fixed to the unit-bonded laminated piezoelectric element 3 by heating at a temperature of 150 ° C. to 170 ° C. did.
Next, a lead wire was attached to the side surface electrode 39, and the lead wire was taken out from the upper part of the unit-bonded laminated piezoelectric element 3, and a contraction tube was put thereon to fix each laminated piezoelectric element unit 35. The unit-bonded laminated piezoelectric element 3 thus obtained was used as a sample E5. Note that, for convenience of drawing, FIG. 9 does not show a lead wire or a shrinkable tube.

図12に示すごとく,試料E5のユニット接合積層圧電素子においては,その接合部37を挟む隣り合う内部電極層353がそれぞれ異なる側面電極39に電気的に接続されている。また,接合部37を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層355の厚み及び接合部37の厚みの合計は,積層型圧電素子ユニット35の内部の圧電セラミック層351の2倍を超えている。   As shown in FIG. 12, in the unit-bonded laminated piezoelectric element of sample E5, adjacent internal electrode layers 353 sandwiching the bonding portion 37 are electrically connected to different side electrodes 39, respectively. The sum of the thickness of the two adjacent piezoelectric ceramic layers 355 sandwiching the joint 37 and the thickness of the joint 37 exceed twice the piezoelectric ceramic layer 351 inside the multilayer piezoelectric element unit 35.

次に,試料E5のユニット接合積層圧電素子3の2つの側面電極39のうち,一方の側面電極に150Vの電位を加え,他方の側面電極をグランドとし,試料E5に約150Vの電圧を印加した。
次いで,試料E5の隣り合う2つの内部電極層353間の電位差を測定した。この内部電極層間の電位差の測定は,接合部を挟む2つの内部電極層間の電位差を除く,任意に10カ所について測定した。測定したすべての電位差からその平均電位差を求めると,平均電位差は151Vであった。
また,試料E5において,圧電セラミック層351の厚みを任意に10カ所測定し,その平均値を求めると,平均の厚みは90μmであった。なお,圧電セラミック層の厚みを任意に測定する際においては,接合部37を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層355の厚みを除いた,積層型圧電素子ユニット35の内部の圧電セラミック層351の厚みを測定した。
Next, of the two side electrodes 39 of the unit-bonded laminated piezoelectric element 3 of the sample E5, a potential of 150 V was applied to one side electrode, and the other side electrode was grounded, and a voltage of about 150 V was applied to the sample E5. .
Next, the potential difference between two adjacent internal electrode layers 353 of the sample E5 was measured. The potential difference between the internal electrode layers was arbitrarily measured at 10 points excluding the potential difference between the two internal electrode layers sandwiching the joint. When the average potential difference was determined from all the measured potential differences, the average potential difference was 151 V.
In addition, in the sample E5, the thickness of the piezoelectric ceramic layer 351 was arbitrarily measured at ten places, and the average value was obtained. The average thickness was 90 μm. When the thickness of the piezoelectric ceramic layer is arbitrarily measured, the thickness of the piezoelectric ceramic layer 351 inside the laminated piezoelectric element unit 35 excluding the thickness of two adjacent piezoelectric ceramic layers 355 sandwiching the joint 37 is excluded. Was measured.

上記にて算出した平均電位差と圧電セラミック層の平均の厚みから,積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1を下記のようにして求めた。
一般に,電界強度は,圧電セラミック層の厚みと内部電極層の電位差を同じ位置で測定して求めることが理想であるが,顕微鏡観察が必要になる程度の大きさなので,上記にて算出した平均電位差を圧電セラミック層の平均の厚みで除すことにより算出した。その結果,平均電界強度E1は1.68V/μmであった。
From the average potential difference calculated above and the average thickness of the piezoelectric ceramic layers, the average electric field strength E1 between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit was determined as follows.
In general, the electric field strength is ideally measured by measuring the thickness of the piezoelectric ceramic layer and the potential difference between the internal electrode layers at the same position. It was calculated by dividing the potential difference by the average thickness of the piezoelectric ceramic layer. As a result, the average electric field intensity E1 was 1.68 V / μm.

また,試料E5における接合部37を挟む隣り合う2つの内部電極層353間の電位差を測定したところ,152Vであり,接合部37を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層355の厚みは,接合部の厚みも含めて381μmであった。よって,接合部37を挟む隣り合う2つの内部電極層353間の電界強度Eは,0.40V/μmであった。
したがって,試料E5においては,接合部37を挟む隣り合う2つの内部電極層353間の電界強度Eは,積層型圧電素子ユニット35の内部の内部電極層353間の平均電界強度の約4分の1になっていた。
The potential difference between two adjacent internal electrode layers 353 sandwiching the joint 37 in the sample E5 was 152 V, and the thickness of the two adjacent piezoelectric ceramic layers 355 sandwiching the joint 37 was equal to the thickness of the joint. It was 381 μm including the thickness. Therefore, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers 353 sandwiching the joint 37 was 0.40 V / μm.
Therefore, in the sample E5, the electric field strength E between the two adjacent internal electrode layers 353 sandwiching the joint 37 is about 4 of the average electric field strength between the internal electrode layers 353 inside the multilayer piezoelectric element unit 35. Had become one.

また,上記試料E5における接合部37を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層355の厚み(又は接合部を挟む2つの内部電極に挟まれた部分の厚み)は,上記のごとく,381μmであり,焼成前の段階のセラミックグリーンシートの厚みの比から予想される330(μm)×90(μm)/150(μm)×2(層)=396(μm)(又は396μm+接合部の厚み)よりも小さくなっている。この原因としては,接合部37に隣接する2つの圧電セラミック層355は,焼成時に積層型圧電素子ユニット35の表面にあるため,反応が早くおこり,厚みが小さくなったためであると考えられる。しかし,厚みの比較においては何ら問題にはならない。   The thickness of the two adjacent piezoelectric ceramic layers 355 sandwiching the joint 37 in the sample E5 (or the thickness of the portion sandwiched between the two internal electrodes sandwiching the joint) is 381 μm as described above. It is smaller than 330 (μm) × 90 (μm) / 150 (μm) × 2 (layer) = 396 (μm) (or 396 μm + thickness of the joint) expected from the thickness ratio of the ceramic green sheet in the previous stage. Has become. It is considered that the reason for this is that the two piezoelectric ceramic layers 355 adjacent to the joining portion 37 are on the surface of the laminated piezoelectric element unit 35 at the time of firing, so that the reaction occurs quickly and the thickness is reduced. However, there is no problem in thickness comparison.

また,本例においては,実施例1の試料E1〜試料E3と同様に,図13に示すごとく,接合部17を挟む隣り合う2つの内部電極層153が共に同じ側面電極19に電気的に接続されるように,積層型圧電素子ユニット15を重ね合わせたユニット接合積層圧電素子1を作製した。これを試料E6とした。したがって,試料E6においては,接合部にほとんど電圧が印加されず,接合部における電界強度Eはほとんどゼロに等しくなる。
また,同図に示すごとく,試料E6のユニット接合積層圧電素子1においては,接合部17を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層151の各々の厚みは,積層型圧電素子ユニット15の内部の圧電セラミック層151の厚みと同じである。
また,試料E6は,上記試料E5と同様に,20層の圧電セラミック層151からなる積層型圧電素子ユニット15を20個積み重ねてなる。その他の構成は,上記試料E5と同様である。
Further, in this example, as shown in FIG. 13, two adjacent internal electrode layers 153 sandwiching the joint 17 are both electrically connected to the same side electrode 19, similarly to the samples E1 to E3 of the first embodiment. As a result, the unit-bonded laminated piezoelectric element 1 in which the laminated piezoelectric element units 15 were overlapped was manufactured. This was designated as Sample E6. Therefore, in the sample E6, almost no voltage is applied to the junction, and the electric field intensity E at the junction becomes almost equal to zero.
Further, as shown in the figure, in the unit-bonded laminated piezoelectric element 1 of the sample E6, the thickness of each of the two adjacent piezoelectric ceramic layers 151 sandwiching the joint 17 is the same as the thickness of the piezoelectric ceramic in the laminated piezoelectric element unit 15. It is the same as the thickness of the layer 151.
Further, the sample E6 is formed by stacking twenty laminated piezoelectric element units 15 each composed of 20 piezoelectric ceramic layers 151 in the same manner as the sample E5. Other configurations are the same as those of the sample E5.

さらに,本例においては,上記試料E5及び試料E6の比較用として,図14に示すごとく,積層型圧電素子ユニット75の最も外側の圧電セラミック層755の厚みを,内部の圧電セラミック層751よりも小さくした積層型圧電素子ユニット75を積み重ねて作製した積層型圧電素子ユニット7を準備した。これを試料C5とした。
即ち,図14に示すごとく,試料C5においては,積層型圧電素子ユニット75の最も外側の圧電セラミック層755の厚みが83μmであり,内部の圧電セラミック層751の厚みが90μmであるため,接合部77(約7μm)を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層755と接合部77の厚みとの合計は約173μmとなり,積層型圧電素子ユニット75の内部の圧電セラミック層751の厚みの2倍(180μm)よりも小さい。
また,試料C5においては,接合部77を挟む隣り合う2つの内部電極層753は互いに異なる側面電極79に電気的に接続されている。
従って,試料C5において,接合部77を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eは,積層型圧電素子ユニット75の内部電極層753間の平均電界強度E1の2分の1よりも大きくなる。
Further, in this example, as shown in FIG. 14, the thickness of the outermost piezoelectric ceramic layer 755 of the multilayer piezoelectric element unit 75 is set to be larger than that of the inner piezoelectric ceramic layer 751 for comparison between the sample E5 and the sample E6. The laminated piezoelectric element unit 7 manufactured by stacking the reduced laminated piezoelectric element units 75 was prepared. This was designated as Sample C5.
That is, as shown in FIG. 14, in the sample C5, the thickness of the outermost piezoelectric ceramic layer 755 of the multilayer piezoelectric element unit 75 is 83 μm, and the thickness of the internal piezoelectric ceramic layer 751 is 90 μm. The total thickness of the two adjacent piezoelectric ceramic layers 755 sandwiching 77 (about 7 μm) and the thickness of the bonding portion 77 is about 173 μm, which is twice (180 μm) the thickness of the piezoelectric ceramic layer 751 inside the multilayer piezoelectric element unit 75. Less than.
In the sample C5, two adjacent internal electrode layers 753 sandwiching the joint 77 are electrically connected to different side electrodes 79.
Therefore, in the sample C5, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint 77 is larger than half the average electric field strength E1 between the internal electrode layers 753 of the multilayer piezoelectric element unit 75. .

次に,上記試料E5,試料E6,及び試料C5ついて,その耐久性を調べるために駆動耐久試験を行った。
具体的には,まず,上記試料E5,試料E6及び試料C5に対し,低電流値が0A,高電流値が13A,周波数が60kHz,デューティー比が50%の矩形波の電流を流して150μs間充電し,電圧値を150Vまで到達させた。充電した状態を2ms維持した後,低電流値が−13A,高電流値が0A,周波数が50kHz,デューティー比が50%の矩形波の電流で放電し,電圧値を0Vに到達させた。このような充放電を20Hzの周期で各試料に与える駆動耐久試験を実施した。なお,電流値をマイナスで示した放電時の電流は,充電時とは逆方向に流したことを意味する。
Next, a driving durability test was performed on the samples E5, E6, and C5 in order to examine their durability.
Specifically, first, a rectangular wave current having a low current value of 0 A, a high current value of 13 A, a frequency of 60 kHz, and a duty ratio of 50% was passed through the samples E5, E6, and C5 for 150 μs. The battery was charged and the voltage reached 150 V. After maintaining the charged state for 2 ms, the battery was discharged with a rectangular wave current having a low current value of -13 A, a high current value of 0 A, a frequency of 50 kHz, and a duty ratio of 50%, and the voltage value reached 0 V. A drive endurance test in which such charge / discharge was applied to each sample at a cycle of 20 Hz was performed. In addition, the current at the time of discharge in which the current value is indicated by minus means that the current has flowed in the opposite direction to that at the time of charging.

上記の駆動耐久試験において,0.5×108回(耐久駆動時間と周波数20Hzとから換算した回数)充放電を繰り返すごとに,図15に示すごとく,共振特性を測定しその変化を観察した。
図15において,横軸は周波数,縦軸はインピーダンスを示すものである。ここで,共振特性は,主に1kHzごとにインピーダンスを測定し,1kHz〜100kHzの範囲での測定値によりインピーダンスの周波数依存性をプロットしたものを意味する。この測定において,インピーダンスが極小値(図中矢印A)を示す共振点近傍と極大値(図中矢印B)を示す反共振点近傍においては,周波数の区切りを0.1kHzまで細かくして測定し,グラフにプロットした。
また,図15及び後述する図16〜図19においては,共振・半共振に関与の少ない周波数領域を削除して示した。
図15は,試料E5の充放電開始時の共振特性(初期特性)を示すものである。なお,図中には示していないが,試料E6及び試料C5においても,図15に示す試料E5と同様の初期特性を示した。
In the above driving durability test, each time charging and discharging were repeated 0.5 × 10 8 times (the number of times converted from the durability driving time and the frequency of 20 Hz), the resonance characteristics were measured as shown in FIG. 15 and the change was observed. .
In FIG. 15, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents impedance. Here, the resonance characteristic means a value obtained by measuring the impedance mainly at every 1 kHz and plotting the frequency dependence of the impedance by a measured value in the range of 1 kHz to 100 kHz. In this measurement, in the vicinity of the resonance point where the impedance shows the minimum value (arrow A in the figure) and near the anti-resonance point where the impedance shows the maximum value (arrow B in the figure), the measurement was performed by narrowing the frequency division to 0.1 kHz. , Plotted on a graph.
In FIG. 15 and FIGS. 16 to 19 to be described later, a frequency region that is less involved in resonance / semi-resonance is omitted.
FIG. 15 shows the resonance characteristics (initial characteristics) of the sample E5 at the start of charging and discharging. Although not shown in the figure, Sample E6 and Sample C5 also exhibited the same initial characteristics as Sample E5 shown in FIG.

上記の駆動耐久試験の結果,試料C5においては,1.5×108回の駆動させた後,図16に示すごとく,圧電特性固有の共振点及び反共振点が現れなくなった。そこで,試料C5から収縮チューブをはずし,試料C5の積層型圧電素子ユニットを目視にて観察したところ,その側面電極に所々途切れが発生していた。
次に,試料C5の側面電極を取り外し,新たな側面電極を再び取り付けた。このときの側面電極の取り付け方法は,取り外す前に取り付けていた側面電極と同様の方法である。
その後,再び試料C5の共振特性を測定すると,図17に示すごとく,少なくとも反共振点(図中矢印C)が再現された。共振点,即ちインピーダンスが極小値を示す周波数については,図17における矢印Dで示すごとく,インピーダンスの増減が細かく現れているため特定し難いが,インピーダンスが低下した後に反共振点に至ったことから共振点は存在するものと考えられる。
上記のごとく,試料C5においては,側面電極を取り替えることによって共振特性が再現した。したがって,図16に示すように1.5×108回の駆動させた後に共振特性が消失した原因としては,側面電極に対してより大きな負荷を与えた,ユニット接合積層圧電素子における積層型圧電素子ユニットの接合部での変動が要因になっていると考えられる。
As a result of the above driving durability test, in the sample C5, after driving 1.5 × 10 8 times, as shown in FIG. 16, the resonance point and the anti-resonance point peculiar to the piezoelectric characteristics did not appear. Then, the shrinkable tube was removed from the sample C5, and the multilayer piezoelectric element unit of the sample C5 was visually observed.
Next, the side electrode of the sample C5 was removed, and a new side electrode was attached again. At this time, the method of attaching the side electrodes is the same as the method of attaching the side electrodes before removal.
Thereafter, when the resonance characteristics of the sample C5 were measured again, at least the anti-resonance point (arrow C in the figure) was reproduced as shown in FIG. The resonance point, that is, the frequency at which the impedance has a minimum value, is hard to identify because the increase and decrease of the impedance appears fine as shown by the arrow D in FIG. 17, but since the impedance has decreased and the anti-resonance point has been reached. It is considered that a resonance point exists.
As described above, in the sample C5, the resonance characteristics were reproduced by replacing the side electrodes. Therefore, as shown in FIG. 16, the reason why the resonance characteristics disappeared after driving 1.5 × 10 8 times is that a larger load was applied to the side surface electrode and the multilayer piezoelectric element in the unit-bonded multilayer piezoelectric element. It is considered that the variation at the junction of the element units is a factor.

一方,試料E5においても同様の駆動耐久試験をおこなったところ,図18に示すごとく,8.5×108回の駆動後に共振特性が変化した。図18には,試料E5を8.5×108回駆動させる前の共振特性(8.0×108回駆動後の測定値)と,8.5×108回駆動させた後の共振特性とを併せて示してある。
図18より知られるごとく,試料E5においては,8.5×108回駆動させた後においても共振特性が得られた。しかし,8.5×108回駆動させた後においては,定常的に各インピーダンスが測定されたわけではなく,図18の8.5×108回駆動させた後のデータにおいては,測定時に変動幅が比較的大きい状態での瞬時の読みとり値をプロットしたものである。そのため,共振特性の信憑性が低い。
On the other hand, when the same drive endurance test was performed on sample E5, as shown in FIG. 18, the resonance characteristics changed after 8.5 × 10 8 times of drive. FIG. 18 shows the resonance characteristic (measured value after driving 8.0 × 10 8 times) of the sample E5 after driving 8.5 × 10 8 times and the resonance characteristic after driving 8.5 × 10 8 times. The characteristics are also shown.
As can be seen from FIG. 18, in the sample E5, the resonance characteristic was obtained even after driving 8.5 × 10 8 times. However, after driving 8.5 × 10 8 times, the impedances were not constantly measured, and the data after driving 8.5 × 10 8 times in FIG. 9 is a plot of instantaneous readings in a state where the width is relatively large. Therefore, the reliability of the resonance characteristics is low.

また,同図より知られるごとく,試料E5を8.5×108回駆動させた後におけるインピーダンスの極小値(図中矢印E’)及び極大値(図中矢印F’)は,8.5×108回駆動させる前におけるインピーダンスの極小値(図中矢印E)及び極大値(図中矢印F)に比べてそれぞれ低周波数側にずれている。即ち,8.5×108回駆動後,共振点及び反共振点が低周波数側にずれている。このことから,試料E5においては8.5×108回駆動後,共振する媒体に変化が生じていることがわかる。また,図18と図15とを比較すると,8.5×108回駆動させた後の共振点及び反共振点は,充放電開始時における共振点及び反共振点と比べても,大きく低周波数側にずれていることがわかる。 Further, as is known from the figure, the minimum value (arrow E 'in the figure) and the maximum value (arrow F' in the figure) of the impedance after driving the sample E5 8.5 × 10 8 times are 8.5. minimum value of the impedance before driving × 10 8 times are shifted respectively to the low frequency side as compared with (in the arrow E) and maximum values (in the arrow F). That is, after driving 8.5 × 10 8 times, the resonance point and the anti-resonance point are shifted to the lower frequency side. From this, it can be seen that in the sample E5, after driving 8.5 × 10 8 times, a change occurs in the medium that resonates. Also, comparing FIG. 18 with FIG. 15, the resonance point and the anti-resonance point after driving 8.5 × 10 8 times are much lower than the resonance point and the anti-resonance point at the start of charging and discharging. It can be seen that it is shifted to the frequency side.

次いで,8.5×108回駆動させた後の試料E5の側面電極を,試料C5の場合と同様に顕微鏡で観察すると,側面電極に部分的に途切れが生じていた。そこで,試料C5と同様に,側面電極を新たな側面電極に取り替えた。その結果,試料E5は,その充放電開始時(初期特性時)と同様に,周波数22〜24kHz付近に共振点を示し,周波数26〜27kHz付近に反共振点を示した。即ち,側面電極を交換することにより,共振特性は,充放電開始時における初期特性(図15参照)と同等にまで回復した。 Next, when the side electrode of the sample E5 after driving 8.5 × 10 8 times was observed with a microscope in the same manner as in the case of the sample C5, the side electrode was partially broken. Then, like the sample C5, the side electrode was replaced with a new side electrode. As a result, the sample E5 showed a resonance point near the frequency of 22 to 24 kHz and an anti-resonance point near the frequency of 26 to 27 kHz, similarly to the start of charge / discharge (at the time of initial characteristics). That is, by replacing the side electrodes, the resonance characteristics were restored to the same as the initial characteristics at the start of charging / discharging (see FIG. 15).

また,試料E6においては,上記の駆動耐久試験をおこなった結果,10.5×108の駆動後に,図19に示すごとく共振特性が消失した。共振特性が消失後,試料E6の側面電極を目視にて観察すると,試料C5と同様に,側面電極に途切れが発生していた。また,試料E6においても,試料C5と同様に,側面電極を取り替えると共振特性が再現した。
なお,側面電極を付け替えた状態の試料E5,試料E6及び試料C5は,いずれも,側面電極を付け替える前のそれぞれの初期特性に対して変位の劣化はなかった。
In addition, as for the sample E6, as a result of the above-mentioned driving durability test, the resonance characteristics disappeared as shown in FIG. 19 after driving at 10.5 × 10 8 . After the disappearance of the resonance characteristic, when the side electrode of the sample E6 was visually observed, a break occurred in the side electrode as in the case of the sample C5. Also in the sample E6, as in the case of the sample C5, the resonance characteristics were reproduced when the side electrodes were replaced.
It should be noted that Sample E5, Sample E6, and Sample C5 in the state where the side electrode was replaced did not show any deterioration in displacement with respect to the initial characteristics before the side electrode was replaced.

以上のように,ユニット接合積層圧電素子(試料E5,試料E6,及び試料C5)の駆動耐久試験においては,接合部への負荷(電界強度)が比較的大きいと考えられる試料C5は,1.5×108回という比較的短い駆動回数で,側面電極に途切れが生じ,圧電素子特有の共振特性が損なわれていた。
これに対し,試料E5及び試料E6は,それぞれ8.5×108回及び10.5×108回という比較的長い駆動回数まで共振特性を維持させることができた。
即ち,試料E5及び試料E6は,試料C5に比べて優れた耐久性を有することがわかる。
As described above, in the drive durability test of the unit-bonded laminated piezoelectric elements (samples E5, E6, and C5), sample C5, which is considered to have a relatively large load (electric field strength) on the bonding portion, is 1. With a relatively short drive count of 5 × 10 8 times, the side electrodes were interrupted, and the resonance characteristics peculiar to the piezoelectric element were impaired.
On the other hand, in the samples E5 and E6, the resonance characteristics could be maintained up to the relatively long driving times of 8.5 × 10 8 times and 10.5 × 10 8 times, respectively.
That is, it can be seen that the samples E5 and E6 have better durability than the sample C5.

実施例1にかかる,ユニット接合積層圧電素子の全体を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing the entire unit-bonded laminated piezoelectric element according to the first embodiment. 実施例1にかかる,セラミックグリーンシートに電極用ペースト材料を塗布した状態を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which a paste material for an electrode is applied to a ceramic green sheet according to the first embodiment. 実施例1にかかる,圧着工程におけるセラミックグリーンシートを積層する様子を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which ceramic green sheets are laminated in a pressure bonding step according to the first embodiment. 実施例1にかかる,圧着工程後の積層体を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a laminate after a pressure bonding step according to the first embodiment. 実施例1にかかる,積層型圧電素子ユニットの全体を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing the entire multilayer piezoelectric element unit according to the first embodiment. 実施例1にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料E1〜試料E3)における接合部付近の内部電極層の配設パターンを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an arrangement pattern of internal electrode layers near a joint in a unit-bonded laminated piezoelectric element (samples E1 to E3) according to the first embodiment. 実施例1にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料C1〜試料C3)における接合部付近の内部電極層の配設パターンを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an arrangement pattern of internal electrode layers near a joint in a unit-bonded laminated piezoelectric element (samples C1 to C3) according to the first embodiment. 実施例2にかかる,面取りを施した積層体の全体を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the entire chamfered laminate according to the second embodiment. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料E5)の全体を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory view showing the entire unit-bonded laminated piezoelectric element (sample E5) according to a third embodiment. 実施例3にかかる,圧着工程後の積層体を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory view showing a laminate after a pressure bonding step according to the third embodiment. 実施例3にかかる,積層型圧電素子ユニットの全体を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory view showing the entire multilayer piezoelectric element unit according to a third embodiment. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料E5)における接合部付近の構成を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration near a joint in a unit-joined laminated piezoelectric element (sample E5) according to a third embodiment. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料E6)における接合部付近の構成を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration near a bonding portion in a unit bonded laminated piezoelectric element (sample E6) according to a third embodiment. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料C5)における接合部付近の構成を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration near a bonding portion in a unit bonded laminated piezoelectric element (sample C5) according to a third embodiment. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料E5)の充放電開始時の共振特性(初期特性)を示すグラフ。13 is a graph showing resonance characteristics (initial characteristics) at the start of charging and discharging of the unit-bonded laminated piezoelectric element (sample E5) according to Example 3. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料C5)の側面電極に途切れが発生したときの試料C5の周波数に対するインピーダンスの依存性を示すグラフ。9 is a graph showing the dependence of impedance on the frequency of sample C5 when a break occurs in a side electrode of a unit-bonded laminated piezoelectric element (sample C5) according to Example 3. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料C5)の側面電極を交換した後の試料C5の共振特性を示すグラフ。11 is a graph showing the resonance characteristics of the sample C5 after replacing the side electrodes of the unit-bonded laminated piezoelectric element (sample C5) according to the third embodiment. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料E5)の側面電極に途切れが発生する前,及び途切れが発生した後の試料E5の共振特性もしくは周波数に対するインピーダンスの依存性を示すグラフ。9 is a graph showing the dependence of impedance on the resonance characteristic or frequency of sample E5 before and after the side electrode of the unit-bonded laminated piezoelectric element (sample E5) according to the third embodiment. 実施例3にかかる,ユニット接合積層圧電素子(試料E6)の側面電極に途切れが発生したときの試料E6の周波数に対するインピーダンスの依存性を示すグラフ。11 is a graph showing the dependence of impedance on the frequency of sample E6 when a break occurs in the side electrode of the unit-bonded laminated piezoelectric element (sample E6) according to Example 3.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 ユニット接合積層圧電素子
15 積層型圧電素子ユニット
151 圧電セラミック層
153 内部電極層
159 非形成部
17 接合部
19 側面電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Unit bonding laminated piezoelectric element 15 Laminated piezoelectric element unit 151 Piezoelectric ceramic layer 153 Internal electrode layer 159 Non-formed part 17 Joint part 19 Side electrode

Claims (28)

圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子において,
上記内部電極層は,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料を主成分としてなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vは,V<(1/2)V1の関係を有することを特徴とするユニット接合積層圧電素子。
In a unit-bonded laminated piezoelectric element comprising two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated,
The internal electrode layer is mainly composed of a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy for generating metal oxides at the firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer,
Assuming that the average potential difference between the respective internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is V1, the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint between the multilayer piezoelectric element units is V <(1 / 2) A unit-bonded laminated piezoelectric element having a relationship of V1.
請求項1において,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差V1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vとは,さらにV≦(1/3)V1という関係を有することを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   2. The device according to claim 1, wherein the average potential difference V1 between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit and the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint portion are further expressed as V ≦ (3) V1. A unit-bonded laminated piezoelectric element having a relationship. 圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子において,
上記内部電極層は,上記圧電セラミック層を構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料を主成分としてなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記積層型圧電素子ユニット同士が接合する接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eは,E<(1/2)E1の関係を有することを特徴とするユニット接合積層圧電素子。
In a unit-bonded laminated piezoelectric element comprising two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated,
The internal electrode layer is mainly composed of a conductive base metal material having a larger standard Gibbs free energy for generating metal oxides at the firing temperature than the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer,
Assuming that the average electric field strength between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit is E1, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint portion where the laminated piezoelectric element units are joined is E <E < (1/2) A unit bonded laminated piezoelectric element having a relationship of E1.
請求項3において,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eとは,さらにE≦(1/3)E1という関係を有することを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   In claim 3, the average electric field strength E1 between each internal electrode layer of the multilayer piezoelectric element unit and the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint portion are further expressed as E ≦ (1 /). A unit-bonded laminated piezoelectric element having a relationship of E1. 請求項1〜4のいずれか一項において,上記ユニット接合積層圧電素子は,該ユニット接合積層圧電素子の側面を挟む側面電極を,各側面に一つ又は複数有しており,かつ上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層は,略同電位の側面電極に電気的に接続していることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   5. The unit-joined laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein the unit-joined laminated piezoelectric element has one or more side electrodes sandwiching the side surface of the unit-joined laminated piezoelectric element, and the joining part includes A unit-joined laminated piezoelectric element characterized in that two adjacent internal electrode layers sandwiching the same are electrically connected to side electrodes having substantially the same potential. 請求項1〜5のいずれか一項において,上記接合部を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層と上記接合部との厚みの合計は,上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍を超えることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   6. The piezoelectric ceramic layer according to claim 1, wherein the total thickness of two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint and the thickness of the joint is two times the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit. 7. A unit-bonded laminated piezoelectric element characterized by more than double. 請求項1〜6のいずれか一項において,上記積層型圧電素子ユニット同士は,上記接合部において,樹脂材料を介して接合していることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   7. The unit-bonded laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein the laminated piezoelectric element units are joined to each other at a joint portion via a resin material. 請求項7において,上記樹脂材料は,セラミック材料又は/及び金属材料を含有していることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   8. The unit-joined laminated piezoelectric element according to claim 7, wherein the resin material contains a ceramic material and / or a metal material. 請求項7又は8において,上記樹脂材料は,その少なくとも一部に導電性を有し,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層同士を電気的に接続していることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   9. The unit bonding laminate according to claim 7, wherein the resin material has conductivity at least in part, and electrically connects adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the bonding portion. Piezoelectric element. 請求項1〜6のいずれか一項において,上記積層型圧電素子ユニット同士は,上記接合部において,互いに直接接触して接合していることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   7. The unit-bonded laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein the laminated piezoelectric element units are directly contacted and joined to each other at the joint. 請求項1〜10のいずれか一項において,上記セラミック材料は,PZT系材料を含有してなることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   11. The unit-bonded laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein the ceramic material contains a PZT-based material. 請求項1〜11のいずれか一項において,上記導電性卑金属材料は,Cuであることを特徴とするユニット接合積層圧電素子。   The unit-bonded laminated piezoelectric element according to any one of claims 1 to 11, wherein the conductive base metal material is Cu. 圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子を製造する方法において,
セラミック材料をシート状に成形してなるセラミックグリーンシートの少なくとも一方の面に電極用ペースト材料を塗布する電極印刷工程と,
上記電極用ペースト材料が塗布されたセラミックグリーンシートを積層し圧着して積層体を作製する圧着工程と,
上記積層体を脱脂する脱脂工程と,
上記積層体を還元雰囲気にて焼成して積層型圧電素子ユニットを作製する焼成工程と,
上記積層型圧電素子ユニットの積層方向の最も外側の面を接合面として,上記積層型圧電素子ユニットを,上記接合面同士で2つ以上重ね合わせて接合部を形成する重ね合わせ工程とを有し,
上記電極用ペースト材料は,上記セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差をV1とするとき,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vを,V<(1/2)V1となるように構成することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。
In a method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element in which two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated are laminated.
An electrode printing step of applying an electrode paste material to at least one surface of a ceramic green sheet formed of a ceramic material into a sheet shape;
A crimping step of laminating and crimping the ceramic green sheets coated with the electrode paste material to form a laminate;
A degreasing step of degreasing the laminate,
A firing step of firing the laminated body in a reducing atmosphere to produce a laminated piezoelectric element unit;
A superimposing step of forming a joint by laminating two or more of the laminated piezoelectric element units on the joint surfaces with the outermost surface in the laminating direction of the laminated piezoelectric element unit as a joint surface. ,
The paste material for an electrode is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet,
When the average potential difference between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit is V1, the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is such that V <(1/2) V1. A method for manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, comprising:
請求項13において,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電位差V1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電位差Vとが,さらにV≦(1/3)V1という関係を満たすように構成することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   14. The device according to claim 13, wherein the average potential difference V1 between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit and the potential difference V between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion are further expressed as V ≦ (1 /) V1. A method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, characterized in that the relationship is satisfied. 圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子を製造する方法において,
セラミック材料をシート状に成形してなるセラミックグリーンシートの少なくとも一方の面に電極用ペースト材料を塗布する電極印刷工程と,
上記電極用ペースト材料が塗布されたセラミックグリーンシートを積層し圧着して積層体を作製する圧着工程と,
上記積層体を脱脂する脱脂工程と,
上記積層体を還元雰囲気にて焼成して積層型圧電素子ユニットを作製する焼成工程と,
上記積層型圧電素子ユニットの積層方向の最も外側の面を接合面として,上記積層型圧電素子ユニットを,上記接合面同士で2つ以上重ね合わせて接合部を形成する重ね合わせ工程とを有し,
上記電極用ペースト材料は,上記セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなり,
上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度をE1とするとき,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eを,E<(1/2)E1となるように構成することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。
In a method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element in which two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated are laminated.
An electrode printing step of applying an electrode paste material to at least one surface of a ceramic green sheet formed of a ceramic material into a sheet shape;
A crimping step of laminating and crimping the ceramic green sheets coated with the electrode paste material to form a laminate;
A degreasing step of degreasing the laminate,
A firing step of firing the laminated body in a reducing atmosphere to produce a laminated piezoelectric element unit;
A superimposing step of forming a joint by laminating two or more of the laminated piezoelectric element units on the joint surfaces with the outermost surface in the laminating direction of the laminated piezoelectric element unit as a joint surface. ,
The paste material for an electrode is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet,
Assuming that the average electric field strength between the internal electrode layers of the multilayer piezoelectric element unit is E1, the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the bonding portion is such that E <(1/2) E1. A method for manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, characterized in that:
請求項15において,上記積層型圧電素子ユニットの各内部電極層間の平均電界強度E1と,上記接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層間の電界強度Eとが,さらにE≦(1/3)E1という関係を満たすように構成することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   16. The electric field strength E1 between the internal electrode layers of the laminated piezoelectric element unit and the electric field strength E between two adjacent internal electrode layers sandwiching the joint portion according to claim 15, wherein E ≦ (1 /). A method for manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, wherein the method is configured to satisfy a relationship of E1. 請求項13〜16のいずれか一項において,上記焼成工程後の積層型圧電素子ユニット又は重ね合わせ工程後のユニット接合積層圧電素子に,該積層型圧電素子ユニット又はユニット接合積層圧電素子を挟むように側面電極を,各側面に一つ又は複数設けることを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   17. The multilayer piezoelectric element unit or the unit-bonded multilayer piezoelectric element according to claim 13, wherein the multilayer piezoelectric element unit or the unit-bonded multilayer piezoelectric element is sandwiched between the multilayer piezoelectric element unit after the firing step or the unit-bonded multilayer piezoelectric element after the overlapping step. Wherein one or more side electrodes are provided on each side surface. 請求項17において,上記重ね合わせ工程においては,上記積層型圧電素子ユニット同士の接合部を挟む隣り合う2つの内部電極層が,略同電位の側面電極に電気的に連結するように積み重ねることを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   18. The method according to claim 17, wherein in the overlapping step, two adjacent internal electrode layers sandwiching a joint between the stacked piezoelectric element units are stacked so as to be electrically connected to side electrodes having substantially the same potential. A method for producing a unit-bonded laminated piezoelectric element, which is characterized in that: 請求項13〜18のいずれか一項において,上記接合部を挟む隣り合う2つの圧電セラミック層と上記接合部との厚みの合計が,上記積層型圧電素子ユニット内部の圧電セラミック層の厚みの2倍を超えるように構成することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   20. The piezoelectric ceramic layer according to claim 13, wherein a total thickness of two adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the joint and the thickness of the joint is two times the thickness of the piezoelectric ceramic layer inside the multilayer piezoelectric element unit. A method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, characterized in that the piezoelectric element is configured to exceed the number of times. 請求項13〜19のいずれか一項において,上記重ね合わせ工程においては,上記積層型圧電素子ユニット同士を樹脂材料にて接合することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   20. The method according to any one of claims 13 to 19, wherein in the overlapping step, the multilayer piezoelectric element units are joined with a resin material. 請求項20において,上記樹脂材料は,セラミック材料又は/及び金属材料を含有していることを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   21. The method according to claim 20, wherein the resin material contains a ceramic material and / or a metal material. 請求項20又は21において,上記樹脂材料は,その少なくとも一部に導電性を有し,上記接合部を挟む隣り合う圧電セラミック層同士を電気的に接続していることを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   22. The unit bonding laminate according to claim 20, wherein the resin material has conductivity at least in part, and electrically connects adjacent piezoelectric ceramic layers sandwiching the bonding portion. A method for manufacturing a piezoelectric element. 請求項13〜19のいずれか一項において,上記重ね合わせ工程においては,上記積層型圧電素子ユニット同士を直接接触させて接合することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   20. The method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element according to claim 13, wherein in the overlapping step, the laminated piezoelectric element units are brought into direct contact with each other and joined. 請求項13〜23のいずれか一項において,上記圧電セラミック層は,PZT系材料を含有してなることを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   24. The method according to claim 13, wherein the piezoelectric ceramic layer contains a PZT-based material. 請求項13〜24のいずれか一項において,上記導電性卑金属材料は,Cuであることを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   The method according to any one of claims 13 to 24, wherein the conductive base metal material is Cu. 請求項13〜25のいずれか一項において,上記積層型圧電素子ユニットはn回転対称性(但し,nは3以上の自然数である)を有し,かつ上記積層型圧電素子ユニットのn個の角のうち1個以上かつn−1個以下の角が,その他の残りの角とは異なる形状になるように面取りしておくことを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   26. The multi-layer piezoelectric element unit according to claim 13, wherein the multi-layer piezoelectric element unit has n rotational symmetry (where n is a natural number of 3 or more). A method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element, comprising chamfering one or more corners and n-1 or less corners so as to have a shape different from other remaining corners. 圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子ユニットを2つ以上重ね合わせてなるユニット接合積層圧電素子を製造する方法において,
セラミック材料をシート状に成形してなるセラミックグリーンシートの少なくとも一方の面に電極用ペースト材料を塗布する電極印刷工程と,
上記電極用ペースト材料が塗布されたセラミックグリーンシートを積層し圧着して積層体を作製する圧着工程と,
上記積層体を脱脂する脱脂工程と,
上記積層体を還元雰囲気にて焼成して積層型圧電素子ユニットを作製する焼成工程と,
上記積層型圧電素子ユニットの積層方向の最も外側の面を接合面として,上記積層型圧電素子ユニットを,上記接合面同士で2つ以上重ね合わせて接合部を形成する重ね合わせ工程とを有し,
上記電極用ペースト材料は,上記セラミックグリーンシートを構成するセラミック材料よりも,焼成温度における金属酸化物生成の標準ギブス自由エネルギーが大きい導電性卑金属材料又は/及びその酸化物からなり,
上記積層型圧電素子ユニットはn回転対称性(但し,nは3以上の自然数である)を有し,かつ上記積層型圧電素子ユニットのn個の角のうち1個以上かつn−1個以下の角が,その他の残りの角とは異なる形状になるように面取りしておくことを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。
In a method of manufacturing a unit-bonded laminated piezoelectric element in which two or more laminated piezoelectric element units in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated are laminated.
An electrode printing step of applying an electrode paste material to at least one surface of a ceramic green sheet formed of a ceramic material into a sheet shape;
A crimping step of laminating and crimping the ceramic green sheets coated with the electrode paste material to form a laminate;
A degreasing step of degreasing the laminate,
A firing step of firing the laminated body in a reducing atmosphere to produce a laminated piezoelectric element unit;
A superimposing step of forming a joint by laminating two or more of the laminated piezoelectric element units on the joint surfaces with the outermost surface in the laminating direction of the laminated piezoelectric element unit as a joint surface. ,
The paste material for an electrode is made of a conductive base metal material and / or an oxide thereof having a larger standard Gibbs free energy for forming a metal oxide at a firing temperature than the ceramic material constituting the ceramic green sheet,
The laminated piezoelectric element unit has n rotational symmetry (where n is a natural number of 3 or more), and one or more and n-1 or less of n corners of the laminated piezoelectric element unit. Characterized in that the corners are chamfered so as to have a shape different from the remaining corners.
請求項26又は27において,上記面取りを行う角の個数,及び上記面取りの形状を,積み重ねる積層型圧電素子ユニット全体で統一することを特徴とするユニット接合積層圧電素子の製造方法。   28. The method according to claim 26, wherein the number of corners to be chamfered and the shape of the chamfers are standardized in the entire stacked piezoelectric element unit to be stacked.
JP2003432058A 2003-02-19 2003-12-26 Unit joint laminated piezoelectric element and its manufacturing method Withdrawn JP2004274030A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003432058A JP2004274030A (en) 2003-02-19 2003-12-26 Unit joint laminated piezoelectric element and its manufacturing method
DE200410008000 DE102004008000A1 (en) 2003-02-19 2004-02-18 Piezoelectric element unit lamination arrangement has internal electrode layer whose electrical potential difference with adjacent electrode layer is less than half of average electrical potential difference of electrode layer

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003041690 2003-02-19
JP2003432058A JP2004274030A (en) 2003-02-19 2003-12-26 Unit joint laminated piezoelectric element and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004274030A true JP2004274030A (en) 2004-09-30

Family

ID=32992915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003432058A Withdrawn JP2004274030A (en) 2003-02-19 2003-12-26 Unit joint laminated piezoelectric element and its manufacturing method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2004274030A (en)
DE (1) DE102004008000A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006100807A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Murata Manufacturing Co., Ltd Piezoelectric element and process for producing piezoelectric element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006100807A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Murata Manufacturing Co., Ltd Piezoelectric element and process for producing piezoelectric element
JP4945801B2 (en) * 2005-03-24 2012-06-06 株式会社村田製作所 Piezoelectric element and method for manufacturing piezoelectric element
US8316519B2 (en) 2005-03-24 2012-11-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. Method of manufacturing a piezoelectric element

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004008000A1 (en) 2004-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH07302938A (en) Piezoelectric ceramic transformer and manufacture thereof
JP5087914B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JPWO2006087871A1 (en) Multilayer piezoelectric element
US6172447B1 (en) Piezoelectric transformer device
JP4843948B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP4854831B2 (en) Multilayer piezoelectric actuator
JP4930410B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP4590868B2 (en) Multilayer piezoelectric element and method for manufacturing the same
JP4635439B2 (en) Multilayer piezoelectric element and method for manufacturing the same
JP3359522B2 (en) Manufacturing method of multilayer ceramic capacitor
JP6711908B2 (en) Piezoelectric actuator
JP5200331B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP2004274030A (en) Unit joint laminated piezoelectric element and its manufacturing method
JP3994719B2 (en) Multilayer ceramic electronic components
JP5674768B2 (en) Piezoelectric multilayer components
JP5153093B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP6132070B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element
JPH1154364A (en) Monolithic ceramic capacitor
WO2018123354A1 (en) Piezoelectric element
JPH04337682A (en) Piezoelectric effect element and electrostrictive effect element
JPH02132870A (en) Laminated piezoelectric element
JP4841049B2 (en) Multilayer piezoelectric element and piezoelectric transformer
JP2000012375A (en) Laminated ceramic electronic component
JP2907153B2 (en) Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same
JP3080033B2 (en) Multilayer piezoelectric transformer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060216

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20061129