JP2008010529A - Laminated piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加圧により電圧を生じさせたり、電圧を加えて変位または力を生じさせたりする圧電センサや圧電アクチュエータ、圧電トランス、圧電バイモルフ等の積層型圧電素子に関するものであり、特に、駆動耐久性に優れた積層型圧電素子の構造に関するものである。 The present invention relates to a laminated piezoelectric element such as a piezoelectric sensor, a piezoelectric actuator, a piezoelectric transformer, or a piezoelectric bimorph that generates a voltage by pressurization or generates a displacement or a force by applying a voltage. The present invention relates to a structure of a laminated piezoelectric element having excellent durability.
従来より、積層型圧電素子としては、圧電体層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子の代表例として積層型圧電アクチュエータが知られている。積層型圧電アクチュエータは同時焼成タイプと、圧電磁器と内部電極とを交互に積層したスタックタイプとの2種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層化に対して有利であるといわれている。 Conventionally, as a multilayer piezoelectric element, a multilayer piezoelectric actuator is known as a representative example of a multilayer piezoelectric element in which piezoelectric layers and internal electrodes are alternately stacked. Multilayer piezoelectric actuators are classified into two types: the simultaneous firing type and the stack type in which piezoelectric ceramics and internal electrodes are alternately stacked. Considering low voltage and manufacturing cost reduction, the simultaneous firing type It is said that the laminated piezoelectric actuator is advantageous for thinning.
図11は、従来の積層型圧電アクチュエータを示す断面図である。この積層型圧電アクチュエータでは、複数の圧電体層201が積層された圧電体203の内部に内部電極205が圧電体層201を介して重なり合うように積層されて圧電駆動に寄与する活性部206を有する積層体207が形成されている。内部電極205は、その一方の端部が積層体207の側面に左右交互に露出しており、この内部電極205の端部が露出した積層体207の側面に外部電極209が形成されており、圧電体203の表面に露出しない方の内部電極205の端部と外部電極209との間には絶縁領域210が形成されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional multilayer piezoelectric actuator. This multilayer piezoelectric actuator has an
また、近年に至り、下記の特許文献1に開示されたような構造の積層型圧電素子が提案されている(図12)。この特許文献1に開示された積層型圧電素子では、複数の圧電体層301が積層され、対向する第1側面303aおよび第2側面303bを有する圧電体305内に、圧電体層301を介して重なり合うように厚み方向に交互に配置された第1内部電極307a、第2内部電極307bが備えられており、第1内部電極307aが圧電体305の第1側面303aに、一方、第2内部電極307bが圧電体305の第2側面303bに引き出されている。また、これら第1側面303a、第2側面303bにはそれぞれ第1外部電極309a、第2外部電極309bがさらに備えられている。
In recent years, a multilayer piezoelectric element having a structure as disclosed in Patent Document 1 below has been proposed (FIG. 12). In the multilayer piezoelectric element disclosed in Patent Document 1, a plurality of
この場合、圧電体305において、第1内部電極307aと第2内部電極307bとが重なり合っている部分が活性部311であり、また、活性部311と第1側面303a、第2側面303bとの間が、それぞれ第1不活性部313a、第2不活性部313bとされている。
In this case, in the
また、第1不活性部313aおよび第2不活性部313bのうち、第1外部電極309aに接続されていない第2内部電極307bの端部307bbと第1側面303aとの間、および、第2外部電極309bに接続されていない第1内部電極307aの端部307aaと第2側面303bとの間における第1内部電極307aおよび第2内部電極307bの同一平面上の延長した領域に絶縁領域314a、314bを設けてそれぞれ第1ダミー電極315a、第2ダミー電極315bがそれぞれ形成されている。
In addition, between the first
このような積層型圧電素子では第1外部電極309aおよび第2外部電極309bが、それぞれ第1内部電極307aおよび第2内部電極307bのみならず第1ダミー電極315a、第2ダミー電極315bとも接続されているために、積層型圧電素子の第1側面303a、第2側面303bのそれぞれにおいて、第1外部電極309a、第2外部電極309bと第1内部電極307a、第2内部電極307bとの接続部における接点不良の発生を低減できるとされている。
しかしながら、上記の図9に示された従来の積層型圧電アクチュエータでは、積層型圧電素子に電圧を印加して分極を発生させたり、また、実際に交流電場を印加して駆動させたときに、圧電体層201間に積層された内部電極205によって形成される活性部206の変位とともに、内部電極205の端部と外部電極209との間の絶縁領域210もまた分極されている状態にある。つまり、この絶縁領域210の分極方向は、内部電極205の端部と外部電極209との間の同一平面の延長線の方向であり、積層方向に分極して駆動する活性部206とは角度にして約90°方向が違うために、絶縁領域210における異方的な分極によって活性部206における分極率や変位が低下するという問題があった。
However, in the conventional multilayer piezoelectric actuator shown in FIG. 9 described above, when voltage is applied to the multilayer piezoelectric element to generate polarization, or when an AC electric field is actually applied and driven, Along with the displacement of the
また、図10に示した従来の積層型圧電素子においては、圧電体層301間に積層された第1内部電極307a、第2内部電極307bによって形成される活性部311の変位とともに、第1内部電極307aの端部307aaと第2ダミー電極315bとの間、第2内部電極307bの端部307bbと第1ダミー電極315aとの間のそれぞれの絶縁領域314a、314bもまた分極が起こっていた。
In the conventional multilayer piezoelectric element shown in FIG. 10, the first
この図10に示した絶縁領域314a、314bの分極方向は、第1内部電極307aの端部307aaと第2側面303a、第2内部電極307bの端部307bbと第1側面303bとの間の同一平面の延長線の方向であり、この場合も積層方向に分極して駆動する活性部311とは角度にして約90°方向が違うために、絶縁領域314a、314bにおける異方的な分極によって活性部311における分極率や変位が低下するという問題があった。
The polarization directions of the
従って、本発明は、外部電極に接続されない内部電極の端部と圧電体本体の側面との間の絶縁領域における分極を低減でき、これにより活性部における分極率や変位の低下を抑え高変位かつ耐久性に優れた積層型圧電素子を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can reduce the polarization in the insulating region between the end of the internal electrode that is not connected to the external electrode and the side surface of the piezoelectric body, thereby suppressing the decrease in the polarizability and displacement in the active portion and high displacement. An object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric element having excellent durability.
本発明の積層型圧電素子は、(1)複数の圧電体層が積層され、対向する第1側面および第2側面を有する圧電体の内部に、第1内部電極が前記第1側面に、第2内部電極が前記第2側面にそれぞれ引き出されて配置されており、前記第1側面および前記第2側面にはそれぞれ前記第1内部電極に接続された第1外部電極、および前記第2内部電極に接続された第2外部電極を備えた積層型圧電素子であって、前記第1内部電極の端部と前記第2側面との間の前記第1内部電極の延長上の領域、および前記第2内部電極の端部と前記第1側面との間の前記第2内部電極の延長上の領域に、前記圧電体層よりも比誘電率の低い絶縁部を設けたことを特徴とする。 In the multilayer piezoelectric element of the present invention, (1) a plurality of piezoelectric layers are laminated, a piezoelectric body having a first side surface and a second side surface facing each other, a first internal electrode on the first side surface, 2 internal electrodes are respectively drawn out and arranged on the second side surface, and the first side electrode and the second side surface are respectively connected to the first external electrode and the second internal electrode. A laminated piezoelectric element including a second external electrode connected to the first external electrode, and a region on an extension of the first internal electrode between an end of the first internal electrode and the second side surface; 2. An insulating portion having a relative dielectric constant lower than that of the piezoelectric layer is provided in a region on the extension of the second internal electrode between the end portion of the two internal electrodes and the first side surface.
また、本発明の積層型圧電素子は、(2)複数の圧電体層が積層され、対向する第1側面および第2側面を有する圧電体の内部に配置された第1内部電極および第2内部電極を備え、前記第1内部電極が前記圧電体の前記第1側面に、前記第2内部電極が前記圧電体の前記第2側面に引き出されて配置されており、前記第1側面および前記第2側面にはそれぞれ前記第1内部電極に接続された第1外部電極、および前記第2内部電極に接続された第2外部電極を備え、前記第1内部電極の端部と前記第2側面との間の前記第1内部電極の延長上の領域に、前記第2外部電極に接続された第2ダミー電極が前記第1内部電極の端部との間に絶縁部を介して形成され、前記第2内部電極の端部と前記第1側面との間の前記第2内部電極の延長上の領域に、前記第1外部電極に接続された第1ダミー電極が前記第2内部電極の端部との間に絶縁部を介して形成されている積層型圧電素子であって、前記絶縁部の比誘電率を前記圧電体層よりも低くしたことを特徴とする。 In the multilayer piezoelectric element of the present invention, (2) a plurality of piezoelectric layers are stacked, and a first internal electrode and a second internal disposed inside a piezoelectric body having first and second side surfaces facing each other. The first internal electrode is disposed on the first side surface of the piezoelectric body, and the second internal electrode is disposed on the second side surface of the piezoelectric body. The first side surface and the first side surface Two side surfaces each include a first external electrode connected to the first internal electrode and a second external electrode connected to the second internal electrode, and an end of the first internal electrode, the second side surface, A second dummy electrode connected to the second external electrode is formed between the end portion of the first internal electrode in an area on the extension of the first internal electrode between the first internal electrode and the second internal electrode, On the extension of the second internal electrode between the end of the second internal electrode and the first side surface A laminated piezoelectric element in which a first dummy electrode connected to the first external electrode is formed between the end portion of the second internal electrode and an insulating portion between the first external electrode and the insulating portion; The relative dielectric constant is lower than that of the piezoelectric layer.
上記積層型圧電素子では、(3)前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛によって形成されており、前記絶縁部がチタン酸鉛、チタン酸ビスマス酸ストロンチウムおよびチタン酸ビスマス酸バリウムから選ばれる1種によって形成されていること、(4)前記第1ダミー電極と前記第1内部電極との間の前記圧電体層中に前記第1外部電極に接続された第3ダミー電極が設けられ、前記第2ダミー電極と前記第2内部電極との間の前記圧電体層中に、前記第2外部電極に接続された第4ダミー電極が設けられたことが望ましい。 In the multilayer piezoelectric element, (3) the piezoelectric layer is formed of lead zirconate titanate, and the insulating portion is selected from lead titanate, strontium bismuthate titanate, and barium bismuthate titanate. (4) a third dummy electrode connected to the first external electrode is provided in the piezoelectric layer between the first dummy electrode and the first internal electrode, and the first dummy electrode is provided. Preferably, a fourth dummy electrode connected to the second external electrode is provided in the piezoelectric layer between the second dummy electrode and the second internal electrode.
本発明の積層型圧電素子によれば、上記の第1内部電極の端部と第2外部電極との間、および第2内部電極の端部と第1外部電極との間、あるいは、上記の第1内部電極の端部と第2ダミー電極との間、および第2内部電極の端部と第1ダミー電極との間の圧電体層上の絶縁部の比誘電率よりも低くしたことにより、上記した絶縁部における分極を小さくできる。このため絶縁部から活性部への異方的な分極の影響が小さくなり、活性部における分極および変位の低下が抑えられ、高変位かつ耐久性に優れた積層型圧電素子を得ることができる。 According to the multilayer piezoelectric element of the present invention, between the end portion of the first internal electrode and the second external electrode, between the end portion of the second internal electrode and the first external electrode, or the above-described By making it lower than the relative dielectric constant of the insulating portion on the piezoelectric layer between the end portion of the first internal electrode and the second dummy electrode and between the end portion of the second internal electrode and the first dummy electrode The polarization in the insulating part can be reduced. For this reason, the influence of anisotropic polarization from the insulating portion to the active portion is reduced, the decrease in polarization and displacement in the active portion is suppressed, and a multilayer piezoelectric element having high displacement and excellent durability can be obtained.
図1は本発明の積層型圧電素子を示す斜視図である。図2は、図1のA−A‘における縦断面図である。図3は図2の拡大図であり、第1内部電極、第2内部電極とから形成される活性部、不活性部(比誘電率の低い絶縁領域)を説明するための模式図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1. FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2, and is a schematic diagram for explaining an active portion and an inactive portion (insulating region having a low relative dielectric constant) formed by the first internal electrode and the second internal electrode.
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体層1が積層され、対向する第1側面3a、第2側面3bを有する圧電体5の内部に、圧電体層1を介して重なり合うように厚み方向に交互に配置された第1内部電極7a、第2内部電極7bが備えられて積層体10が形成されている。この場合、第1内部電極7aは圧電体5の第1側面3aに、一方、第2内部電極7bは圧電体5の第2側面3bに引き出されている。また、第1側面3a、第2側面3bには、それぞれ第1外部電極8a、第2外部電極8bが備えられている。さらに、この第1外部電極8aおよび第2の外部電極8bにはリード線8aa、8bbがそれぞれ接続固定されている。
The multilayer piezoelectric element of the present invention has a thickness such that a plurality of piezoelectric layers 1 are stacked and overlap each other through the piezoelectric layer 1 inside a
この積層型圧電素子では、第1内部電極7a、第2内部電極7bが圧電体層1を介して重なり合っている部分が活性部9であり、活性部9と、第1側面3a、第2側面3bとの間が、それぞれ第1不活性部11a、第2不活性部11bとされている。
In this multilayer piezoelectric element, a portion where the first
また、第1不活性部11a、第2不活性部11bのうち、第1外部電極8aに接続されているが第2外部電極8bに接続されていない第1内部電極7aの端部7aaと第2側面3bとの間の圧電体層1上の第1内部電極7aの延長上の領域、および第2外部電極8bに接続されているが第1外部電極8aに接続されていない第2内部電極7bの端部7bbと第1側面3aとの間の圧電体層1上の第2内部電極7bの延長上の領域(第1不活性部11a、第2不活性部11b内)にそれぞれ絶縁部14が形成されている。
Of the first
なお、圧電体層1は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3(以下PZTと略す)を主成分とする圧電セラミックス材料等で形成されている。上記成分の圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数d33が高いという利点がある。 また、圧電セラミックスとしては、コスト面から、Pd比率の低いAg/Pd合金を用いることが望ましいが、このためには980℃〜1100℃程度で焼成可能な圧電セラミックスを用いることが望ましい。 The piezoelectric layer 1 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter abbreviated as PZT). The piezoelectric ceramic of the components has the advantage of a high piezoelectric strain constant d 33 indicating the piezoelectric characteristic. As the piezoelectric ceramic, it is desirable to use an Ag / Pd alloy having a low Pd ratio from the viewpoint of cost. For this purpose, it is desirable to use a piezoelectric ceramic that can be fired at about 980 ° C. to 1100 ° C.
そして本発明の積層型圧電素子においては、絶縁部14の比誘電率を圧電体層1の主成分であるチタン酸ジルコン酸鉛よりも低くしたことが重要である。この場合、絶縁部14の厚みが第1内部電極7a、第2内部電極7bと同一厚みであると異種材料による活性部9への影響を低減できるという利点がある。
In the multilayer piezoelectric element of the present invention, it is important that the dielectric constant of the
そして、本発明の積層型圧電素子では圧電体層1がチタン酸ジルコン酸鉛によって形成され、また絶縁部14となる材料としてチタン酸鉛(PbTiO3)、チタン酸ビスマス酸ストロンチウム(SrTi4Bi4O15)およびチタン酸ビスマス酸バリウム(BaTi4Bi4O15)から選ばれる1種であることが望ましい。これらの材料の比誘電率は、室温において、チタン酸鉛が220、チタン酸ビスマス酸ストロンチウムおよびチタン酸ビスマス酸バリウムがいずれも150であり、本発明の積層型圧電素子を構成する圧電体層1の主成分であるチタン酸ジルコン酸鉛の2300に対して、いずれも比誘電率が1/10以下であり、これにより第1内部電極7aの端部と第2外部電極8bとの間、第2内部電極7bの端部と第1外部電極8aとの間の圧電体層1上の絶縁領域13における分極を低減でき、活性部9における分極率や変位への影響を低減できる。この場合、同時焼成しても活性部9を構成するチタン酸ジルコン酸鉛へ拡散しても影響の少ないという点および耐電圧がチタン酸ジルコン酸鉛よりも高いという点でチタン酸鉛が特に好ましい。
In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the piezoelectric layer 1 is formed of lead zirconate titanate, and lead titanate (PbTiO 3 ) and strontium titanate (SrTi 4 Bi 4 ) are used as the
一方、絶縁領域13を低誘電率化せずに圧電体層1の主成分であるチタン酸ジルコン酸鉛で構成したものは絶縁領域13に大きな分極が発生するため、その影響により活性部91の分極率や変位が低下する恐れがある。 On the other hand, when the insulating region 13 is made of lead zirconate titanate which is the main component of the piezoelectric layer 1 without reducing the dielectric constant, a large polarization is generated in the insulating region 13. There is a risk that the polarizability and displacement will decrease.
次に、本発明の他の形態について説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
図4は、ダミー電極を有する本発明の積層型圧電素子を示す斜視図である。図5は、図4のA−A‘における縦断面図である。図6は、図5の拡大図であり、第1内部電極、第2内部電極、第1ダミー電極および第2ダミー電極とから形成される活性部、不活性部および比誘電率の低い絶縁領域を説明するための模式図である。 FIG. 4 is a perspective view showing the multilayer piezoelectric element of the present invention having a dummy electrode. FIG. 5 is a longitudinal sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 4. FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 5, and shows an active portion, an inactive portion, and an insulating region having a low relative dielectric constant formed by the first internal electrode, the second internal electrode, the first dummy electrode, and the second dummy electrode. It is a schematic diagram for demonstrating.
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電体層51が積層され、対向する第1側面53a、第2側面53bを有する圧電体55の内部に、圧電体層51を介して重なり合うように厚み方向に交互に配置された第1内部電極57a、第2内部電極57bが備えられて積層体60が形成されている。この場合、第1内部電極57aは圧電体55の第1側面53aに、一方、第2内部電極57bは圧電体55の第2側面53bに引き出されている。また、第1側面53a、第2側面53bには、それぞれ第1外部電極58a、第2外部電極58bが備えられている。さらに、この第1外部電極58aおよび第2外部電極58bにはリード線58aa、58bbがそれぞれ接続固定されている。
The multilayer piezoelectric element of the present invention has a thickness such that a plurality of
この積層型圧電素子では、第1内部電極57a、第2内部電極57bが重なり合っている部分が活性部59であり、活性部59と、第1側面53a、第2側面53bとの間が、それぞれ第1不活性部61a、第2不活性部61bとされている。
In this multilayer piezoelectric element, the portion where the first
また、第1不活性部61a、第2不活性部61bのうち、第1外部電極58aに接続されているが第2外部電極58bに接続されていない第1内部電極57aの端部57aaと第2側面53bとの間の圧電体層51上の第1内部電極57aの延長上の領域、および第2外部電極58bに接続されているが第1外部電極58aに接続されていない第2内部電極57bの端部57bbと第1側面53aとの間の第2内部電極57bの延長上の領域にそれぞれ絶縁部64を設けて第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bが形成されている。
Of the first
本発明の積層型圧電素子では、上述のように、圧電体55の第1側面53aおよび第2側面53bに、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65aおよび第2ダミー電極65bが圧電体層51を介して交互に現れる構造体とすることで、第1外部電極58aと第1内部電極57aとの間、および、第2外部電極58bと第2内部電極57bとの間で相互拡散による接続ポイントが増し、接続ポイントの間隔を短くできるため、圧電体55と第1内部電極57a、第2内部電極57bとの間の接続強度を高めることができる。この場合、第1内部電極57a、第2内部電極57bの全層において第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bが形成されていることが活性部59における圧電変位のばらつきを小さくできるという点で望ましい。
In the multilayer piezoelectric element of the present invention, as described above, the first
ここで、上記第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bおよび絶縁部64のそれぞれの幅は、圧電体55における第1側面53a、第2側面53b間の幅をwとし、同方向の第1内部電極57a、第2内部電極57bの幅をw1、第1側面53a、第2側面53bからの第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bの幅をw2、第1内部電極57aの端部57aaと第2ダミー電極65bとの間、第2内部電極57bの端部57bbと第1ダミー電極65aとの間の絶縁部64の幅をw3、第1内部電極57a、第2内部電極57bの重なる活性部59の幅をw4とすると、w1、w4が大きいと圧電性に寄与する有効面積が大きくなり圧電特性を高められるという利点がある。
Here, the widths of the first
また、第1ダミー電極65aおよび第2ダミー電極65bのそれぞれの幅w2が大きいと圧電体55へのアンカー効果により第1外部電極58aおよび第2外部電極58bの圧電体55への接着力を高められるという利点がある。
Further, when the width w2 of each of the
また、第1内部電極57aの端部と第2ダミー電極65bとの間、第2内部電極57bの端部と第1ダミー電極65aとの間のそれぞれの絶縁部64の幅w3が大きい場合には、異なる電位である第1内部電極57aと第2ダミー電極65bとの間、第2内部電極57bと第1ダミー電極65aとの間の絶縁性を確保でき、電圧印加時のスパークを抑制できるという利点がある。このため本発明の積層型圧電素子を構成する絶縁部64は緻密化したものが望ましく、密度が95%以上であればさらに好ましい。
Further, when the width w3 of each insulating
なお、この積層型圧電素子の場合、圧電体55と、第1内部電極57a、第2内部電極57bとの間の上記の構成により接続ポイント間の第1外部電極58a、第2外部電極58bの繰り返し疲労による断線を抑制し、電力供給パスが確実強固なものとなり、高電界で連続駆動させた場合においても第1外部電極58aと第1内部電極57a、第2外部電極58bと第2内部電極57bとの接続部が剥離したりするといった問題が生じるのを防ぐことができる。
In the case of this multilayer piezoelectric element, the first
さらに本発明の積層型圧電素子においても、上記した第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bを有しない積層型圧電素子の場合と同様、絶縁部64の比誘電率を圧電体層51よりも低くしたことが重要であり、この場合も、絶縁部14の厚みが第1内部電極57a、第2内部電極57bと同一厚みであると異種材料による活性部59への影響を低減できるという利点がある。
Furthermore, also in the multilayer piezoelectric element of the present invention, the dielectric constant of the insulating
なお、この積層型圧電素子においても、上記したダミー電極65a、65bを有しない積層型圧電素子の場合と同様、圧電体層51がチタン酸ジルコン酸鉛によって形成された場合、また絶縁部14となる材料としてチタン酸鉛(PbTiO3)、チタン酸ビスマス酸ストロンチウム(SrTi4Bi4O15)およびチタン酸ビスマス酸バリウム(BaTi4Bi4O15)から選ばれる1種が好適であり、図1の積層型圧電素子の場合と同様、上述した効果が得られる。一方、絶縁領域63を低誘電率化せずに圧電体層1の主成分であるチタン酸ジルコン酸鉛で構成したものは絶縁部64に大きな分極が発生するため、その影響により活性部91の分極率や変位が低下する恐れがある。
In the multilayer piezoelectric element, as in the multilayer piezoelectric element not having the
図7は、本発明のもう一つの積層型圧電素子を示す部分的断面模式図である。この積層型圧電素子では、第1ダミー電極115aと第1内部電極117aとの間の圧電体層111中に第1外部電極118aに接続するように、また、第2ダミー電極115bと第2内部電極117bとの間の圧電体層111中に第2外部電極118bに接続するように第4ダミー電極115dが形成されている。
FIG. 7 is a partial cross-sectional schematic view showing another multilayer piezoelectric element of the present invention. In this multilayer piezoelectric element, the
本発明では、第3ダミー電極115cおよび第4ダミー電極115dを上記のような構成で設けることにより、第1外部電極118aと第1内部電極117a、第2外部電極118bと第2内部電極117bとの間の接続部が増え、接続強度が増すため耐久性が高くなり、変位のサイクル数を増すことができる。このため変位のサイクル数が増加しても変位量の低下を小さくできるという利点がある。これは圧電体115の第1側面113a、第2側面113bにおける第1不活性部111aおよび第2不活性部111bが厚み方向への変位を緩和する領域となるため、接続ポイント間の変位量を低下させることで、第1内部電極117aと第1外部電極118a、および第2内部電極117bと第2外部電極118bにおけるそれぞれの接続点での疲労による断線を抑制できるためである。
In the present invention, by providing the
また、第1外部電極118a、第2外部電極118bの幅を0.5〜2mmの範囲にまで狭くすることができ、積層型圧電素子の小型化にも適する。
In addition, the width of the first
なお、この構造においても、第1内部電極117a、第2内部電極117bと同一厚みで、圧電体層111の主成分であるチタン酸ジルコン酸鉛よりも比誘電率の低い絶縁部124が設けられる。
Also in this structure, the insulating
次に、本発明の積層型圧電素子の構造に基いた駆動について図4〜図6に示した積層型圧電素子をもとに説明する。上記したように本発明の積層型圧電素子における圧電体層51の間に形成された第1内部電極57a、第2内部電極57bは変位に寄与する駆動電極となるものであり、一方、ダミー電極65a、65bは、この駆動電極である第1内部電極57a、第2内部電極57bとは独立して逆の電位となるように第1外部電極58a、第2外部電極58bと接続されている。こうして第1外部電極58a、第2外部電極58bから印加された電圧は、第1内部電極57a、第2内部電極57bに供給され、活性部59の圧電体層51に逆圧電効果による変位を起こさせる。
Next, driving based on the structure of the multilayer piezoelectric element of the present invention will be described based on the multilayer piezoelectric element shown in FIGS. As described above, the first
次に、上述した本発明の積層型圧電素子を構成する電極材料について、これも図4〜図6の積層型圧電素子を元に説明する。この積層型圧電素子では、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65b、および第1外部電極58a、第2外部電極58bがAg−Pdの合金からなることが好ましい。
Next, the electrode material constituting the multilayer piezoelectric element of the present invention described above will also be described based on the multilayer piezoelectric element of FIGS. In this multilayer piezoelectric element, the first
このように第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65b、および第1外部電極58a、第2外部電極58bをともにAgおよびPdの合金とすることで、第1外部電極58aと第1内部電極57aとの間、第1外部電極58aと第1ダミー電極65aの間の接続部、第2外部電極58bと第2内部電極57bとの間、第2外部電極58bと第2ダミー電極65bとの間の接続部で、それぞれおこるAgおよびPdの相互拡散による接合を強固なものにできる。
In this way, the first
これは、例えば、第1外部電極58a、第2外部電極58b、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65aおよび第2ダミー電極65bをそれぞれ構成する導電材中のAgの濃度と第1外部電極65a、第2外部電極65b中のAgの濃度とが拡散により接合部およびその近傍においてほぼ等しくなるように作用するためであり、高電界、高圧力下で長時間連続駆動させる場合においても、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bと、第1外部電極58a、第2外部電極58bとを断線することなく優れた耐久性を有することができる。
For example, the first
特に、本発明では、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bについてPd量をA、Ag量をBとしたときに、質量比で、0<A/(A+B)≦0.4の関係であり、第1外部電極58a、第2外部電極58bについて、質量比で、0<A/(A+B)≦0.05の関係を満足することが望ましい。
In particular, in the present invention, when the Pd amount is A and the Ag amount is B for the first
本発明では、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bを0<A/(A+B)≦0.4とすることで、第1内部電極57a、第2内部電極57b、ダミー電極65a、65bを圧電体層1の焼結温度に近づけることができるとともに、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bに含まれるAgの圧電体層51への固溶を抑制し、これによる圧電特性の低下を抑えることができるという利点がある。また第1外部電極58a、第2外部電極58bにもPdを含ませることにより第1外部電極58a、第2外部電極58bのマイグレーションを抑制できるという利点がある。なお、リード線は導電性が高いという理由から銅線が用いられる。
In the present invention, by setting the first
次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。図8は、ダミー電極を有する本発明の積層型圧電素子の製法を示す模式図である。この模式図ではダミー電極を内部電極と同一面に形成する場合である。 Next, a method for producing the multilayer piezoelectric element of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic view showing a method for producing the laminated piezoelectric element of the present invention having a dummy electrode. In this schematic diagram, the dummy electrode is formed on the same surface as the internal electrode.
本発明の積層型圧電素子は、先ず、PZT等の圧電セラミックスの合成粉末と、アクリル系、ブチラール系等の有機高分子から成るバインダーと、DBP(フタル酸ジオチル)、DOP(フタル酸ジブチル)等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、このスラリーを周知のドクターブレード法等のテープ成形法により圧電体層1となるグリーンシート151を作製する。グリーンシート151の厚みは10〜300μmであることが望ましい。グリーンシート151の厚みは10μm以上であると絶縁性が高まり、かつ導体パターン157a、157bを形成したときに段差をグリーンシート151側に吸収できるという利点がある。一方、グリーンシート151の厚みが300μm以下であると、積層数を増やしても薄型の圧電素子を形成でき、小型化に有利となる。また、圧電体層51の薄層化は変位量を大きくできるという利点がある。
The laminated piezoelectric element of the present invention is first composed of a synthetic powder of piezoelectric ceramics such as PZT, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, DBP (diethyl phthalate), DOP (dibutyl phthalate), etc. A plastic sheet is mixed to produce a slurry, and this slurry is used to produce a
次に、グリーンシート151上に、焼成後において、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bをなす第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、および第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165bを形成する。これら第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、第1ダミー電極パターン165aおよび第2ダミー電極パターン165b用の導電性ペーストはAg−Pd粉末に対して、バインダ、可塑剤、および必要に応じて圧電セラミックスの合成粉末であるPZT粉末等を添加混合し混合して得られる。これをグリーンシート151の上面にスクリーン印刷等のパターン形成法により形成する。その厚みは1〜40μmであることが望ましい。第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、および第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165bの厚みが1μm以上であると印刷パターンのかすれや空隙などを低減でき有効面積を大きく確保できるという利点がある。第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、および第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165bの厚みが40μm以下であるとグリーンシート151上において第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157bと第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165bによる段差を小さくでき、製造コストを低減できるという利点がある。
Next, after firing on the
次に、グリーンシート151上に形成した第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、および第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165bの中で、図8におけるA部分である第1内部電極パターン157aの端部と第2ダミー電極パターン165b、第2内部電極パターン157bの端部157bbと第1ダミー電極パターン165aとの間の領域にグリーンシート151の主成分である圧電セラミックスよりも低誘電率のセラミック粉末を含むセラミックペーストを印刷して低誘電率パターン163を形成する。この場合、A部分の導体パターンの段差を低減することもできる。
Next, among the first
そして、上面に第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165bおよび低誘電率パターン163が形成されたグリーンシート151を複数枚積層し、この積層体成形体とし、これを所定の温度で脱脂を行った後、980〜1100℃で焼成することによって積層体60を作製する。
Then, a plurality of
図9は、ダミー電極を有しない図1の構成の積層型圧電素子の製法を示す模式図である。図9に示すように第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165bを形成しないで、その領域にまで低誘電率パターン163を広げて形成することで、上記図1の構成の積層型圧電素子を得ることができる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a method of manufacturing the multilayer piezoelectric element having the configuration of FIG. 1 having no dummy electrode. As shown in FIG. 9, without forming the first
図10は、第3ダミー電極および第4ダミー電極を有する図7に示す構成の積層型圧電素子の製法を示す模式図である。例えば、第4ダミー電極パターン165dのみ印刷したグリーンシート151を形成して、その上面側に第1内部電極パターン157aと第2ダミー電極パターン165bおよび低誘電率パターン163を形成したグリーンシート151を貼り合わせるように配置し、一方で、第3ダミー電極パターン165cのみ印刷したグリーンシート151を形成して、その上面側に第2内部電極パターン157bと第1ダミー電極パターン165aおよび低誘電率パターン163を形成したグリーンシート151を貼り合わせるように配置し、これらを図10のように交互に積層する。
FIG. 10 is a schematic view showing a method of manufacturing the multilayer piezoelectric element having the configuration shown in FIG. 7 having the third dummy electrode and the fourth dummy electrode. For example, a
ここで、コスト面から、第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165b、第3ダミー電極パターン165c、第4ダミー電極パターン165dを形成するAg−Pd粉末およびこの粉末の合金としてはPd比率の低いものが望ましく、特に、Pd比率が30質量%以下のものがより好ましい。このためには圧電体層1が1050℃以下で焼成できる材料であることが望ましく、例えば、PbZrO3−PbTiO3を主成分とし、副成分としてPb(Yb1/2Nb1/2)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3などを含有させた材料を圧電体磁器に用いることが好ましい。変位特性に応じて、PbサイトをBaやSr等のアルカリ土類金属元素で置換してもよい。また、第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、および第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165b、第3ダミー電極パターン165c、第4ダミー電極パターン165dを構成するAg−PdはAgとPdの合金粉末を用いても、Ag粉末とPd粉末の混合物を用いても良い。なお、Ag粉末とPd粉末の混合物を用いた場合においても、焼成時にAg−Pdの合金が形成される。AgとPdの合金粉末を用いるとAgのマイグレーションを抑制できるという利点がある。
Here, in terms of cost, the first
また、第1内部電極パターン157a、第2内部電極パターン157b、および第1ダミー電極パターン165a、第2ダミー電極パターン165b、第3ダミー電極パターン165c、第4ダミー電極パターン165dを形成するための導電性ペーストに添加する圧電材(圧電セラミックスの合成粉末)の比率は、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bと圧電体層51との接合強度、ならびに第1内部電極57a、第2内部電極57bの抵抗値を低くするという理由から、焼成後における第1内部電極57a、第2内部電極57b、または第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65b中に金属成分が75〜93質量%、残部として圧電材が7〜25質量%含まれることが望ましい。
In addition, the first
次に、第1外部電極58aおよび第2外部電極58bの形成方法を説明する。例えば、まず、粒径0.1〜10μmのAg−Pdの合金粉末からなる混合物にバインダを加えて外部電極ペーストを調製する。
Next, a method for forming the first
調製した外部電極ペーストを積層体60の第1側面53aおよび第2側面53bの外部電極の形成面に印刷し、Ag−Pd合金の融点以下の温度で焼き付けを行い、積層体60の側面53a、53bにそれぞれ第1外部電極58a、第2外部電極58bを形成する。
The prepared external electrode paste is printed on the external electrode forming surfaces of the
この第1外部電極58a、第2外部電極58bの厚みは積層体60の伸縮に追従できるという理由から50μm以下が好ましく、積層体60から剥離を防止するという点で5μm以上が好ましい。
The thickness of the first
外部電極ペースト中のAg−Pd合金粉末中のPd比率を質量比で0<A/(A+B)≦0.05としたのは、第1外部電極58aおよび第2外部電極58bにおけるAgのマイグレーションを抑制するとともに、これら第1外部電極58a、第2外部電極58bと、第1内部電極57a、第2内部電極57b、第1ダミー電極65a、第2ダミー電極65bとの間のPd濃度差を小さくすることで、相互拡散による接合強度を高められるという理由からである。
The reason why the Pd ratio in the Ag—Pd alloy powder in the external electrode paste is 0 <A / (A + B) ≦ 0.05 in terms of mass ratio is that Ag migration in the first
また、上記外部電極ペーストには半田との濡れ性を低下させない程度のガラスフリットを含有してもよい。ガラスフリットの含有量が多いと、半田濡れ性が悪くリード線58aa、58bbの第1外部電極58a、第2外部電極58bへの接合強度が低下し、駆動中にリード線58aa、58bbが外れてしまう恐れがあるからである。
Further, the external electrode paste may contain a glass frit that does not reduce the wettability with the solder. If the glass frit content is large, the solder wettability is poor and the bonding strength of the lead wires 58aa and 58bb to the first
その後、第1外部電極58a、第2外部電極58bのそれぞれにリード線58aa、58bbを半田等で接続し、リード線58aa、58bbを介して一対の第1外部電極58aおよび第2外部電極58bに1〜3kV/mmの直流電圧を印加し、積層体60を分極処理することによって、製品としての積層型圧電素子が完成する。
Thereafter, the lead wires 58aa and 58bb are connected to the first
次に、得られた積層型圧電素子はリード線58aa、58bbを外部の電圧供給装置に接続してリード線58aa、58bbおよび第1外部電極58a、第2外部電極58bを介して第1内部電極57a、第2内部電極57bに電圧を印加することにより各圧電体層1に逆圧電効果を生じさせることができ、これにより大きな変位が得られ、例えば、エンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能させることができる。
Next, the obtained multilayer piezoelectric element has the lead wires 58aa and 58bb connected to an external voltage supply device, and the first internal electrode is connected via the lead wires 58aa and 58bb, the first
本発明の積層型圧電素子を以下のようにして作製した。圧電体層となる圧電セラミックスとして、下記式で表されるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする組成物を用いた。 The multilayer piezoelectric element of the present invention was produced as follows. As the piezoelectric ceramic used as the piezoelectric layer, a composition mainly composed of lead zirconate titanate represented by the following formula was used.
組成物はPb3O4、ZrO2、TiO2、BaCO3、SrCO3、WO3およびYb2O3を用いて、Pb0.983(Ba,Sr)0.05W0.01Yb0.007(Zr0.515Ti0.485)0.983O3+αとなるように組成を調製した。 The composition is Pb 3 O 4 , ZrO 2 , TiO 2 , BaCO 3 , SrCO 3 , WO 3 and Yb 2 O 3 , and Pb 0.983 (Ba, Sr) 0.05 W 0.01 Yb 0. The composition was adjusted to 007 (Zr 0.515 Ti 0.485 ) 0.983 O 3 + α .
次に、上記組成の圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダ、および可塑剤を混合したスラリを調製し、ドクターブレード法により厚み100μmのグリーンシートを作製した。 Next, a slurry in which the calcined powder of piezoelectric ceramic having the above composition, a binder, and a plasticizer were mixed was prepared, and a green sheet having a thickness of 100 μm was prepared by a doctor blade method.
次に、このグリーンシートの片面に導電性ペーストを印刷して、所望の構成に応じて第1内部電極パターン、第2内部電極パターン、第1ダミー電極パターン、第2ダミー電極パターンを形成した。 Next, a conductive paste was printed on one side of the green sheet to form a first internal electrode pattern, a second internal electrode pattern, a first dummy electrode pattern, and a second dummy electrode pattern according to a desired configuration.
なお、図7の積層型圧電素子を作製する場合には、厚み50μmのグリーンシートを用意し、第3ダミー電極パターンのみ、もしくは第4ダミー電極パターンのみを形成したグリーンシートを予め作製しておき、このグリーンシートの第3ダミー電極パターン、もしくは第4ダミー電極パターン側に印刷パターンのない厚み50μmのグリーンシートを重ねたものを作製し、この第3ダミー電極パターンのみ、もしくは第4ダミー電極パターンのみ有するグリーンシートの表面に第1内部電極パターン、第2内部電極パターン、第1ダミー電極パターンおよび第2ダミー電極パターンを形成した。 7 is prepared, a green sheet having a thickness of 50 μm is prepared, and a green sheet on which only the third dummy electrode pattern or only the fourth dummy electrode pattern is formed is prepared in advance. Then, a third dummy electrode pattern of this green sheet or a green sheet having a thickness of 50 μm without a printed pattern is superimposed on the fourth dummy electrode pattern side, and only this third dummy electrode pattern or the fourth dummy electrode pattern A first internal electrode pattern, a second internal electrode pattern, a first dummy electrode pattern, and a second dummy electrode pattern were formed on the surface of the green sheet having only the green sheet.
導電性ペーストの組成はAg:Pd=70:30(質量%)およびAg:Pd=90:10(質量%)を調製し、この金属成分85質量%に対してグリーンシートに用いた圧電セラミックスの仮焼粉末15質量%を加えた。また、第1内部電極パターンおよび第2内部電極パターン、第1ダミー電極パターンおよび第2ダミー電極パターンの厚みはいずれも3μmとした。積層型圧電素子の試料を作製する場合の内部電極パターン、第1ダミー電極、第2ダミー電極、第3ダミー電極および第4ダミー電極の組成は同じにした。 The composition of the conductive paste was prepared as Ag: Pd = 70: 30 (mass%) and Ag: Pd = 90: 10 (mass%), and the piezoelectric ceramic used for the green sheet with respect to 85 mass% of the metal component. 15% by mass of calcined powder was added. The thicknesses of the first internal electrode pattern, the second internal electrode pattern, the first dummy electrode pattern, and the second dummy electrode pattern were all 3 μm. The composition of the internal electrode pattern, the first dummy electrode, the second dummy electrode, the third dummy electrode, and the fourth dummy electrode when producing a sample of the multilayer piezoelectric element was made the same.
次に、図1の積層型圧電素子を作製する場合には、グリーンシート上に形成した第1内部電極パターン、第2内部電極パターンの端部側に低誘電率パターンを形成した。 Next, when the multilayer piezoelectric element of FIG. 1 was produced, a low dielectric constant pattern was formed on the end side of the first internal electrode pattern and the second internal electrode pattern formed on the green sheet.
図4および図7の積層型圧電素子を作製する場合には、グリーンシート上に形成した第1内部電極パターン、第2内部電極パターンの端部と第1ダミー電極パターン、第2ダミー電極パターンとのそれぞれの間(図4の積層体60における絶縁部64)に少なくとも内部電極パターンと同一厚みで、圧電体層の主成分であるチタン酸ジルコン酸鉛よりも比誘電率の低いセラミックス粉末(チタン酸鉛、チタンビスマス酸ストロンチウム、チタンビスマス酸バリウム)をそれぞれ含有するセラミックペーストを印刷して低誘電率パターンを形成した。
4 and 7, the first internal electrode pattern formed on the green sheet, the end of the second internal electrode pattern, the first dummy electrode pattern, the second dummy electrode pattern, Ceramic powder (titanium) having a relative dielectric constant lower than that of lead zirconate titanate, which is the main component of the piezoelectric layer, at least in the same thickness as the internal electrode pattern (in the insulating
次に、上記第1内部電極パターン、第2内部電極パターン、第1ダミー電極パターン、第2ダミー電極パターンおよび低誘電率パターンを形成したグリーンシートをそれぞれの70枚積層し、1075℃で焼成して図1に示す積層体を得た。作製した積層体の寸法は外辺が7×7mm、第1内部電極、第2内部電極は第1ダミー電極、第2ダミー電極および絶縁領域(低誘電率パターン)の長辺に平行な方向の幅を6mmとし、ダミー電極および絶縁領域(低誘電率パターン)を設けない各電極パターンに長辺に垂直な方向の幅は6.5mmとした。第1〜4ダミー電極および絶縁領域(低誘電率パターン)の幅は0.5mmとした。 Next, 70 green sheets on which the first internal electrode pattern, the second internal electrode pattern, the first dummy electrode pattern, the second dummy electrode pattern, and the low dielectric constant pattern are formed are stacked and fired at 1075 ° C. Thus, the laminate shown in FIG. 1 was obtained. The dimensions of the produced laminate are 7 × 7 mm on the outer side, the first internal electrode and the second internal electrode are in the direction parallel to the first dummy electrode, the second dummy electrode, and the long side of the insulating region (low dielectric constant pattern). The width was 6 mm, and the width in the direction perpendicular to the long side of each electrode pattern without the dummy electrode and the insulating region (low dielectric constant pattern) was 6.5 mm. The widths of the first to fourth dummy electrodes and the insulating region (low dielectric constant pattern) were 0.5 mm.
次に、Ag100質量%、Ag:Pd=98:2およびAg:Pd=95:5の比率の合金粉末のそれぞれにバインダを混合して3種類の外部電極ペーストを調製した。次に、調製した外部電極ペーストを積層体の側面の所定の領域にスクリーン印刷により印刷を行い、乾燥した後800℃で30分の焼き付けを行い第1、第2外部電極を形成した。第1、第2外部電極の厚みは平均で25μm、幅は平均で2mmとした。 Next, a binder was mixed with each of the alloy powders in a ratio of Ag 100 mass%, Ag: Pd = 98: 2 and Ag: Pd = 95: 5 to prepare three types of external electrode pastes. Next, the prepared external electrode paste was printed on a predetermined region on the side surface of the laminate by screen printing, dried, and baked at 800 ° C. for 30 minutes to form first and second external electrodes. The first and second external electrodes had an average thickness of 25 μm and an average width of 2 mm.
その後、第1、第2外部電極にリード線を接続し3kV/mmの直流電界を15分間印加して分極処理を行い、図1、4、7に示すような積層型圧電素子である積層型圧電アクチュエータを作製した。これらの積層型圧電アクチュエータを室温で0〜+185Vの交流電界を150Hzの周波数で印加して1.5億サイクルまで駆動試験を行った。 Thereafter, lead wires are connected to the first and second external electrodes, a 3 kV / mm DC electric field is applied for 15 minutes to perform polarization treatment, and the multilayer piezoelectric element as shown in FIGS. A piezoelectric actuator was fabricated. These laminated piezoelectric actuators were subjected to a driving test up to 150 million cycles by applying an AC electric field of 0 to +185 V at a frequency of 150 Hz at room temperature.
比較例として積層体中に低誘電率パターンを形成しないものを作製し、これも同様の評価を行った。試料数は各10個とし変位量は平均値を求めた。
表1の結果から明らかなように、上記のようにして得られた積層型圧電素子アクチュエータに対して185Vの直流電圧を印加したところ、本発明の積層型圧電アクチュエータである試料No.1〜7、9、10では初期の積層方向の最大変位量が9.1μm以上であり、1億サイクルまでの駆動試験後においても積層方向の最大変位量は8.9μm以上であった。 As is clear from the results in Table 1, when a DC voltage of 185 V was applied to the multilayer piezoelectric element actuator obtained as described above, sample No. 1 which is the multilayer piezoelectric actuator of the present invention was obtained. In 1 to 7, 9, and 10, the initial maximum displacement amount in the stacking direction was 9.1 μm or more, and the maximum displacement amount in the stacking direction was 8.9 μm or more even after the driving test up to 100 million cycles.
特に、外部電極をAg:Pd=95:5(質量%)とし、第2のダミー電極を設けた試料No.5では、外部電極にスパークや断線等の異常が見られず、1.5億サイクル後においても最大変位量が9.1μmであった。 In particular, the external electrode is Ag: Pd = 95: 5 (mass%), and the sample No. 2 is provided with the second dummy electrode. In No. 5, no abnormality such as spark or disconnection was observed in the external electrode, and the maximum displacement was 9.1 μm even after 150 million cycles.
一方、比較例として積層体中に低誘電率パターンを形成しなかった試料No.8、11では、185Vの直流電圧を印加した初期の積層方向の変位量が8.5μmおよび8.6μmであった。これは、第1内部電極および第2内部電極のそれぞれの端部と、第1ダミー電極、第2ダミー電極とのそれぞれの間の絶縁領域の圧電体層が第1内部電極および第2内部電極のそれぞれの面内の方向に沿って分極したために活性部の変位が小さくなったためである。 On the other hand, as a comparative example, a sample No. 1 in which a low dielectric constant pattern was not formed in the laminate. 8 and 11, the initial displacement amounts in the stacking direction when a DC voltage of 185 V was applied were 8.5 μm and 8.6 μm. This is because the piezoelectric layers in the insulating regions between the end portions of the first internal electrode and the second internal electrode and the first dummy electrode and the second dummy electrode are the first internal electrode and the second internal electrode, respectively. This is because the displacement of the active portion is reduced because of polarization along the in-plane directions.
1、51、111・・・・・・・圧電体層
3a、53a・・・・・・・・・第1側面
3b、53b・・・・・・・・・第2側面
5、55・・・・・・・・・・・圧電体
7a、57a、117a・・・・第1内部電極
7b、57b、117b・・・・第2内部電極
8a、58a、118a・・・・第1外部電極
8b、58b、118b・・・・第2外部電極
14、64、124・・・・・・絶縁部
65a、115a・・・・・・・第1ダミー電極
65b、115b・・・・・・・第2ダミー電極
115c・・・・・・・・・・・第3ダミー電極
115d・・・・・・・・・・・第4ダミー電極
1, 51, 111 ·········
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