JP2008243924A - Laminated type piezoelectric actuator element and laminated type piezoelectric actuator - Google Patents

Laminated type piezoelectric actuator element and laminated type piezoelectric actuator Download PDF

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JP2008243924A JP2007078955A JP2007078955A JP2008243924A JP 2008243924 A JP2008243924 A JP 2008243924A JP 2007078955 A JP2007078955 A JP 2007078955A JP 2007078955 A JP2007078955 A JP 2007078955A JP 2008243924 A JP2008243924 A JP 2008243924A
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Masaji Tsuzuki
正詞 都築
Hideki Ishikawa
秀樹 石川
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Niterra Co Ltd
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated type piezoelectric actuator element capable of making its reliability better than that of conventional devices, without causing enlarging of the element, and to provide a laminated type piezoelectric actuator. <P>SOLUTION: A plurality of armored electrodes 6 and 6 and ones 7 and 7, each serving as a pole, are fitted so as to be connected at least at two places or more which are separated from internal electrodes 3 and 4 in a single layer at each conductive location, and external electrodes 10 and 11 are connected so that the plurality of electrodes 6 and 6 and outer-sheath electrodes 7 and 7 have the same polarity by the external electrodes 10 and 11, configured of a single member for the outer-sheath electrodes 6 and 6 and the electrodes 7 and 7, each serving as a pole. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、積層型圧電アクチュエータ素子及び積層型圧電アクチュエータに係り、特に燃料噴射用インジェクタ等の駆動源として好適な積層型圧電アクチュエータ素子及び積層型圧電アクチュエータに関する。   The present invention relates to a multilayer piezoelectric actuator element and a multilayer piezoelectric actuator, and more particularly to a multilayer piezoelectric actuator element and a multilayer piezoelectric actuator suitable as a drive source for a fuel injection injector or the like.

近年、印加電圧に応じて伸張する複数の圧電層と印加電圧供給用の内部電極とを交互に積層してなる積層体を利用する積層型圧電アクチュエータ素子が開発され、実用化されている。このような積層型圧電アクチュエータ素子では、各内部電極と電気的に接続された外部電極を設ける必要があり、かつ、積層型圧電アクチュエータ素子の伸縮が繰り返し行われても外部電極と内部電極との電気的接続を維持できる構造とする必要がある。   2. Description of the Related Art In recent years, a stacked piezoelectric actuator element using a stacked body in which a plurality of piezoelectric layers that expand in response to an applied voltage and internal electrodes for supplying an applied voltage are alternately stacked has been developed and put into practical use. In such a multilayer piezoelectric actuator element, it is necessary to provide an external electrode electrically connected to each internal electrode, and even if the multilayer piezoelectric actuator element is repeatedly expanded and contracted, the external electrode and the internal electrode The structure must be able to maintain electrical connection.

このため、積層体の側面に、導電性ペースト等から形成された外装電極(下地電極)を形成し、この外装電極と金属メッシュ状に形成された伸縮可能な外部電極とを接続した構成の積層型圧電アクチュエータ素子が知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、複数の同極の外部電極を設け、これらの外部電極に夫々リード線を接続した構成の積層型圧電アクチュエータ素子も知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2002−261339号公報 特開平5−226721号公報
For this reason, the laminated body of the structure which formed the exterior electrode (base electrode) formed from the electrically conductive paste etc. in the side surface of the laminated body, and connected this exterior electrode and the extensible external electrode formed in the metal mesh form A type piezoelectric actuator element is known (see, for example, Patent Document 1). A multilayer piezoelectric actuator element having a configuration in which a plurality of external electrodes having the same polarity are provided and lead wires are respectively connected to the external electrodes is also known (see, for example, Patent Document 2).
JP 2002-261339 A JP-A-5-226721

上記した外装電極と金属メッシュ状に形成された外部電極とを用いた積層型圧電アクチュエータ素子では、駆動を繰り返し行うと、外装電極の一部に亀裂等の破損が生じ、内部電極と外装電極との電気的な接続が失われてしまう場合がある。この様な状態となると、圧電層の一部に電圧が印加されず駆動時の変位量が減少してしまうという問題が生じる。また、電気的接続を失った内部電極と、外装電極又は外部電極との間で放電が発生する場合があり、この放電が誤動作の原因となったり、放電による電波ノイズが発生するという問題があった。   In the multilayer piezoelectric actuator element using the above-described exterior electrode and the external electrode formed in a metal mesh shape, when repeated driving, damage such as a crack occurs in a part of the exterior electrode, and the internal electrode and the exterior electrode The electrical connection may be lost. In such a state, there is a problem that a voltage is not applied to a part of the piezoelectric layer and the displacement amount during driving is reduced. In addition, a discharge may occur between the internal electrode that has lost its electrical connection and the exterior electrode or the external electrode. This discharge may cause malfunction or radio wave noise due to the discharge. It was.

また、上記した複数の外部電極を設けてこれらの外部電極に夫々リード線を接続した構成の積層型圧電アクチュエータ素子では、外装電極上に外部電極とリード電極との接続箇所を設けると、リード線がはがれやすいため、外部電極とリード線との接続の信頼性を確保するために、わざわざ外部電極を大きくしたり素子を長くしたりして、外部電極とリード線との接続箇所が外装電極上に配置されないように設ける必要がある。そういった場合、素子が大型化するという問題がある。   Further, in the laminated piezoelectric actuator element having a configuration in which a plurality of external electrodes are provided and lead wires are connected to these external electrodes, if the connection portion between the external electrode and the lead electrode is provided on the exterior electrode, the lead wire Since it is easy to peel off, in order to ensure the reliability of the connection between the external electrode and the lead wire, the external electrode is intentionally enlarged or the element is lengthened so that the connection point between the external electrode and the lead wire is on the exterior electrode. It is necessary to provide it so as not to be arranged in the area. In such a case, there is a problem that the element becomes large.

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、素子の大型化を招くことなく従来に比べて信頼性の向上を図ることのできる積層型圧電アクチュエータ素子及び積層型圧電アクチュエータを提供しようとするものである。   The present invention has been made in response to such a conventional situation, and provides a multilayer piezoelectric actuator element and a multilayer piezoelectric actuator capable of improving reliability as compared with the conventional one without causing an increase in size of the element. It is something to try.

本発明の積層型圧電アクチュエータ素子は、圧電層と内部電極とを交互に複数積層してなる積層体と、前記積層体の側面に形成され前記内部電極と電気的に接続されるとともに、正極と負極とを有する外装電極と、前記外装電極と電気的に接続された外部電極とを具備した積層型圧電アクチュエータ素子において、各極となる前記外装電極は、各々導通先の1層の前記内部電極に対して少なくとも離間した2箇所以上で接続するように複数設けられ、各極となる前記外装電極に対して単一部材で構成された前記外部電極により、複数の当該電極が同極となるように、当該外部電極が接続されていることを特徴とする。     The laminated piezoelectric actuator element of the present invention includes a laminated body in which a plurality of piezoelectric layers and internal electrodes are alternately laminated, a side surface of the laminated body that is electrically connected to the internal electrode, and a positive electrode. In a stacked piezoelectric actuator element comprising an exterior electrode having a negative electrode and an external electrode electrically connected to the exterior electrode, each exterior electrode serving as each pole is a single layer of the internal electrode as a conduction destination A plurality of such electrodes are connected to each other at least at two or more positions apart from each other, and the plurality of electrodes have the same polarity by the external electrode configured as a single member with respect to the exterior electrode serving as each pole. Further, the external electrode is connected.

上記構成の本発明の積層型圧電アクチュエータ素子では、各極となる前記外装電極は、各々導通先の1層の前記内部電極に対して少なくとも離間した2箇所以上で接続するように複数設けられ、各極となる前記外装電極に対して単一部材で構成された前記外部電極により、複数の当該電極が同極となるように、当該外部電極が接続されている。このように、1層の内部電極に対して複数の同極の外装電極を設けることにより、仮に1つの外装電極に損傷が発生して内部電極との電機的接続が失われた場合においても、もう1つの外装電極によってこの内部電極に対する電気的接続を維持することができ、信頼性の向上を図ることができる。また、複数の同極の外装電極に対して、単一部材で構成された外部電極が接続されているので、素子の大型化を招くこともない。   In the multilayer piezoelectric actuator element of the present invention having the above-described configuration, a plurality of the exterior electrodes serving as the respective poles are provided so as to be connected at least at two or more locations separated from the internal electrode of one layer of the conduction destination, The external electrodes are connected so that a plurality of the electrodes have the same polarity by the external electrodes configured by a single member with respect to the exterior electrodes serving as the respective electrodes. Thus, by providing a plurality of same-polarity exterior electrodes with respect to one layer of the internal electrode, even if one exterior electrode is damaged and electrical connection with the internal electrode is lost, The electrical connection to the internal electrode can be maintained by the other exterior electrode, and the reliability can be improved. Moreover, since the external electrode comprised by the single member is connected with respect to the some same exterior electrode, the enlargement of an element is not caused.

また、上記の積層型圧電アクチュエータ素子においては、複数の同極の外装電極の間に、外部電極に電気的に接続された外部接続端子を配置することが可能となる。このため、外装電極または素子を大きくすることなく、外部電極と外部接続端子の接続の信頼性を確保できる。さらに、積層体を積層方向に垂直な断面で見た時に、外部接続端子を積層体側面の略中央付近に配置することが可能となる。これによって、外部接続端子を積層体側面の端部付近に配置した場合に比べて、小型化を図ることができる。さらに、外部接続端子を、外部電極と積層体との間に配置する構成とすれば、より一層小型化を図ることができる。   In the multilayer piezoelectric actuator element described above, it is possible to arrange an external connection terminal electrically connected to the external electrode between the plurality of same-polarity exterior electrodes. For this reason, the reliability of the connection between the external electrode and the external connection terminal can be ensured without enlarging the exterior electrode or the element. Furthermore, when the laminated body is viewed in a cross section perpendicular to the laminating direction, the external connection terminal can be disposed near the approximate center of the side face of the laminated body. As a result, it is possible to reduce the size as compared with the case where the external connection terminals are arranged in the vicinity of the end of the side surface of the laminate. Furthermore, if the external connection terminal is arranged between the external electrode and the laminated body, the size can be further reduced.

上記の積層体は、積層方向に垂直な断面形状を多角形形状、例えば四角形状とすることができ、この場合複数の同極の外装電極は、積層体の同一の側面に形成することができる。また、このような積層体の断面形状を、例えば八角形状等のさらに角の多い形状とした場合、複数の同極の外装電極は、積層体の異なる側面に形成することができる。   In the above laminate, the cross-sectional shape perpendicular to the stacking direction can be a polygonal shape, for example, a quadrangular shape. In this case, a plurality of same-polarity exterior electrodes can be formed on the same side surface of the laminate. . Moreover, when the cross-sectional shape of such a laminated body is a shape having more corners such as an octagonal shape, a plurality of same-polarity exterior electrodes can be formed on different side surfaces of the laminated body.

また、上記の本発明の積層型圧電アクチュエータは、ケース内に収容して積層型圧電アクチュエータとして構成することができる。   The multilayer piezoelectric actuator of the present invention described above can be housed in a case and configured as a multilayer piezoelectric actuator.

本発明によれば、素子の大型化を招くことなく従来に比べて信頼性の向上を図ることのできる積層型圧電アクチュエータ素子及び積層型圧電アクチュエータを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laminated piezoelectric actuator element and laminated piezoelectric actuator which can aim at the improvement of reliability compared with the past can be provided, without causing the enlargement of an element.

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子の全体概略構成を模式的に示す縦断面図である。図1に示すように、積層型圧電アクチュエータ素子1は、圧電セラミック例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電層2と、導電性を有する内部電極3,4とを交互に複数積層して構成された積層体5を具備している。なお、図1等において、積層体5の積層数は、省略して少なく示してあるが、実際の積層型圧電アクチュエータ素子1では、例えば、数十層〜数百層等の多数の積層数となっている。   Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an overall schematic configuration of a multilayer piezoelectric actuator element according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a multilayer piezoelectric actuator element 1 is formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric layers 2 made of piezoelectric ceramic such as lead zirconate titanate (PZT) and conductive internal electrodes 3 and 4. The structured laminate 5 is provided. In FIG. 1 and the like, the number of stacked layers of the stacked body 5 is omitted and reduced. However, in the actual stacked piezoelectric actuator element 1, for example, a large number of stacked layers such as several tens to several hundred layers are used. It has become.

内部電極3,4は、積層方向に対して交互に配置されており、圧電層2は、内部電極3と内部電極4によって挟まれている。これらの内部電極3同士が一方の同極(例えば正極)の電極とされており、内部電極4同士が他方の同極(例えば負極)の電極とされている。   The internal electrodes 3 and 4 are alternately arranged in the stacking direction, and the piezoelectric layer 2 is sandwiched between the internal electrode 3 and the internal electrode 4. These internal electrodes 3 are used as electrodes having the same polarity (for example, positive electrode), and the internal electrodes 4 are used as electrodes having the same polarity (for example, negative electrode).

内部電極3は、積層体5の一方の側面(図1において左側の側面)に一方の側辺が露出するようにその端部まで形成されており、内部電極3の他方の側辺は積層体5の他方の側面(図1において右側の側面)より所定距離手前まで形成され積層体5の他方の側面に露出しないように構成されている。一方、内部電極4は、積層体5の他方の側面(図1において右側の側面)に他方の側辺が露出するようにその端部まで形成されており、内部電極4の一方の側辺は積層体5の一方の側面(図1において左側の側面)より所定距離手前まで形成され積層体5の一方の側面に露出しないように構成されている。このように内部電極3,4を構成することによって、異極の内部電極3,4同士が電気的に短絡しないようになっている。   The internal electrode 3 is formed up to its end so that one side is exposed on one side surface (the left side surface in FIG. 1) of the multilayer body 5, and the other side of the internal electrode 3 is the multilayer body. 5 is formed up to a predetermined distance from the other side surface (right side surface in FIG. 1) so as not to be exposed on the other side surface of the laminate 5. On the other hand, the internal electrode 4 is formed up to its end so that the other side is exposed on the other side surface (the right side surface in FIG. 1) of the multilayer body 5. The laminated body 5 is formed up to a predetermined distance from one side surface (the left side surface in FIG. 1) and is configured not to be exposed on one side surface of the laminated body 5. By configuring the internal electrodes 3 and 4 in this way, the internal electrodes 3 and 4 having different polarities are not electrically short-circuited.

積層体5の両側の側面には、正極と負極を有する外装電極6,7が形成されている。これらの外装電極6,7は、後述するように、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷等によってパターニングして形成されている。また、図2,3に示すように、同極の外装電極6,7は、各々導通先の1層の内部電極3又は内部電極4に対して、少なくとも離間した2箇所以上で接続するように複数(図2,3に示す例では2つの外装電極6,6(例えば正極)及び外装電極7,7(例えば負極))設けられている。   Exterior electrodes 6 and 7 having a positive electrode and a negative electrode are formed on the side surfaces on both sides of the laminate 5. As will be described later, these exterior electrodes 6 and 7 are formed by patterning a conductive paste by screen printing or the like, for example. As shown in FIGS. 2 and 3, the same-polarity exterior electrodes 6 and 7 are connected to the internal electrode 3 or the internal electrode 4 of the conduction layer at least at two or more locations separated from each other. A plurality of (in the example shown in FIGS. 2 and 3, two exterior electrodes 6 and 6 (for example, positive electrode) and exterior electrodes 7 and 7 (for example, negative electrode)) are provided.

そして、図3に示すように、一方の複数の同極の外装電極6,6に対しては、単一部材で構成された(1つの)外部電極10が電気的に接続され、他方の複数の同極の外装電極7,7に対しては、単一部材で構成された(1つの)外部電極11が電気的に接続されている。外部電極10は、はんだ層8によって、外装電極6,6に接続されており、外部電極11は、はんだ層9によって、外装電極7,7に接続されている。このようにして、外部電極10が、内部電極3と電気的に接続され、外部電極11が、内部電極4と電気的に接続された状態とされている。外部電極10,11は、導電性部材から例えばメッシュ状に形成されており、積層体5の伸縮に応じて変形可能とされている。例えば、金属メッシュ、エキスパンドメタル等から構成されている。これらの外部電極10,11には、外部と電気的に接続するための外部接続端子として、例えばリード線12,13が設けられている。リード線12は、外装電極6,6の間に位置するように、リード線13は、外装電極7,7の間に位置するように配置されている。なお、本実施形態では、積層体5の積層方向に垂直な断面形状は、四角形状とされており、外装電極6,6は、同一の側面に形成され、外装電極7,7も反対側の同一の側面に形成されている。   As shown in FIG. 3, (one) external electrode 10 composed of a single member is electrically connected to one of the plurality of same-polarity exterior electrodes 6, 6, and the other plurality of The external electrodes 11 made of a single member are electrically connected to the same-polarity exterior electrodes 7, 7. The external electrode 10 is connected to the exterior electrodes 6 and 6 by the solder layer 8, and the external electrode 11 is connected to the exterior electrodes 7 and 7 by the solder layer 9. In this way, the external electrode 10 is electrically connected to the internal electrode 3, and the external electrode 11 is electrically connected to the internal electrode 4. The external electrodes 10 and 11 are formed from a conductive member, for example, in a mesh shape, and can be deformed according to the expansion and contraction of the multilayer body 5. For example, it is composed of a metal mesh, expanded metal, or the like. These external electrodes 10 and 11 are provided with, for example, lead wires 12 and 13 as external connection terminals for electrical connection with the outside. The lead wire 13 is disposed between the outer electrodes 7 and 7 so that the lead wire 12 is positioned between the outer electrodes 6 and 6. In the present embodiment, the cross-sectional shape perpendicular to the stacking direction of the stacked body 5 is a square shape, the exterior electrodes 6 and 6 are formed on the same side surface, and the exterior electrodes 7 and 7 are also on the opposite side. It is formed on the same side.

上記のように、本実施形態では、各極となる外装電極6,6、外装電極7,7は、各々導通先の1層の前記内部電極3,4に対して少なくとも離間した2箇所以上で接続するように複数設けられている。そして、外装電極6,6、に対してこれらが同極となるように、単一部材で構成された外部電極10が接続され、外装電極7,7に対してこれらが同極となるように、単一部材で構成された外部電極11が接続されている。このように、1層の内部電極3,4に対して複数の同極の外装電極6,6、外装電極7,7を設けることにより、仮に1つの外装電極6、外装電極7に損傷が発生して内部電極3,4との電機的接続が失われた場合においても、もう1つの外装電極6、外装電極7によってこの内部電極3,4に対する電気的接続を維持することができ、信頼性の向上を図ることができる。また、複数の同極の外装電極6,6、外装電極7,7に対して、単一部材で構成された外部電極10,11が接続されており、外部接続端子としてのリード線12等も各極に1つずつで済むので、素子の大型化を招くこともない。   As described above, in the present embodiment, the exterior electrodes 6, 6 and the exterior electrodes 7, 7 serving as the respective poles are at least two locations that are separated from the internal electrodes 3, 4 in one conduction destination. A plurality are provided to connect. And the external electrode 10 comprised by the single member is connected so that these may become the same polarity with respect to the exterior electrodes 6 and 6, and these may become the same polarity with respect to the exterior electrodes 7 and 7. The external electrode 11 made of a single member is connected. In this way, by providing a plurality of same-polarity exterior electrodes 6, 6 and exterior electrodes 7, 7 with respect to one layer of the internal electrodes 3, 4, damage occurs to one exterior electrode 6, exterior electrode 7. Even when the electrical connection with the internal electrodes 3 and 4 is lost, the electrical connection to the internal electrodes 3 and 4 can be maintained by the other exterior electrode 6 and exterior electrode 7, and reliability is improved. Can be improved. In addition, external electrodes 10 and 11 made of a single member are connected to a plurality of same-polarity exterior electrodes 6 and 6 and exterior electrodes 7 and 7, and lead wires 12 and the like as external connection terminals are also included. Since only one is required for each pole, the size of the element is not increased.

また、図3に示したように、リード線12,13等からなる外部接続端子は、外装電極6,6の間、及び外装電極7,7の間の位置、すなわち、積層方向に垂直な断面において積層体5の側面の略中央付近に配置されている。これに対して、例えば、図7に示すように、1つの外装電極6及び外装電極7を有する従来の積層型圧電アクチュエータ素子では、リード線12,13等からなる外部接続端子を積層体5の側面の端部付近に配置しなければならない。すなわち、外装電極6と外部電極10、及び外装電極7と外部電極11とをはんだによって、接続しているため、リード線12,13と外部電極10,11の接続の信頼性を確保するためには、これらの接続部(外装電極6,7上)以外でリード線12,13を外部電極10,11にはんだ付けする必要があるからである。   Further, as shown in FIG. 3, the external connection terminals composed of the lead wires 12 and 13 and the like are positioned between the exterior electrodes 6 and 6 and between the exterior electrodes 7 and 7, that is, a cross section perpendicular to the stacking direction. In FIG. 4, the laminated body 5 is disposed near the center of the side surface. On the other hand, for example, as shown in FIG. 7, in a conventional multilayer piezoelectric actuator element having one exterior electrode 6 and one exterior electrode 7, external connection terminals composed of lead wires 12, 13, etc. Must be located near the edge of the side. That is, since the exterior electrode 6 and the external electrode 10 and the exterior electrode 7 and the external electrode 11 are connected by solder, in order to ensure the reliability of the connection between the lead wires 12 and 13 and the external electrodes 10 and 11. This is because it is necessary to solder the lead wires 12 and 13 to the external electrodes 10 and 11 except for these connection portions (on the exterior electrodes 6 and 7).

そして、図3に示されるように、リード線12,13を積層体5の側面の略中央付近に配置した場合と、図7に示すように、積層体5の側面の端部付近に配置した場合とを比較すると、例えば、積層型圧電アクチュエータ1をケースに収容したり、樹脂モールドしたりして、その外形を円柱状とした場合、リード線12,13を積層体5の側面の略中央付近に配置した場合の方が、その径をより小さくして小型化することができる。このことは、特に積層型圧電アクチュエータ1を、燃料噴射用インジェクタ等の駆動源として使用する場合等、積層型圧電アクチュエータ1を円筒状の筒状体内に収容する場合、有利になる。また、従来の積層型圧電アクチュエータ素子において、外部電極10,11を外装電極6,7より積層方向に延ばして、その部分でリード線12,13を外部電極10,11にはんだ付けする場合もあるが、その場合においても、素子が長くなってしまい、大型化してしまう。それに対して、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子1では、素子を長くすることなく、リード線12,13と外部電極10,11の接続の信頼性を確保できる。   Then, as shown in FIG. 3, the lead wires 12 and 13 are arranged in the vicinity of the center of the side surface of the multilayer body 5, and as shown in FIG. Comparing with the case, for example, when the multilayer piezoelectric actuator 1 is accommodated in a case or resin-molded so that the outer shape is cylindrical, the lead wires 12 and 13 are arranged at substantially the center of the side surface of the multilayer body 5. In the case of being arranged in the vicinity, the diameter can be made smaller and the size can be reduced. This is advantageous particularly when the multilayer piezoelectric actuator 1 is housed in a cylindrical cylindrical body, such as when the multilayer piezoelectric actuator 1 is used as a drive source such as a fuel injection injector. Further, in the conventional multilayer piezoelectric actuator element, the external electrodes 10 and 11 may extend from the exterior electrodes 6 and 7 in the stacking direction, and the lead wires 12 and 13 may be soldered to the external electrodes 10 and 11 at the portions. However, even in that case, the element becomes longer and larger. On the other hand, in the multilayer piezoelectric actuator element 1 of the present invention, it is possible to ensure the reliability of connection between the lead wires 12 and 13 and the external electrodes 10 and 11 without lengthening the element.

図3は、積層体5の積層方向に垂直な断面形状を、四角形状にした場合を示しているが、例えば、図4に示すように、積層体5の積層方向に垂直な断面形状は、さらに角数の多い多角形状としてもよい。図4に示す例では、四角形状の四隅を面取りしたように、上記断面形状を、実質的に八角形状とした場合について示してある。また、図4に示す例では、外装電極6,6、及び外装電極7,7は、積層体5の同一の側面ではなく、異なった側面に配置されており、これらの外装電極6,6、及び外装電極7,7を繋ぐように、断面形状が円弧状とされた外部電極10,11が設けられている。つまり、複数の同極の外装電極6,6及び外装電極7,7は、各々導通先の1層の内部電極3,4に対して異なる(少なくとも2つ以上の)側面で接続している。そして、外部接続端子としてのリード線12,13は、積層体5の側面(外装電極6,7が形成されていない側面)の略中央付近で、かつ、積層体5と外部電極10,11との間に配置されている。この様な構成とすれば、積層型圧電アクチュエータ1をケースに収容したり、樹脂モールドしたりして、その外形を円柱状とした場合、その径をより小さくして小型化することが可能となる。また、異なる側面に、複数の同極の外装電極6,6、及び外装電極7,7が形成されているので、より一層、内部電極3,4と外装電極6,7の接続の信頼性を向上させることができる。   FIG. 3 shows a case where the cross-sectional shape perpendicular to the stacking direction of the laminate 5 is a square shape. For example, as shown in FIG. 4, the cross-sectional shape perpendicular to the stacking direction of the laminate 5 is Furthermore, it is good also as a polygonal shape with many corners. In the example illustrated in FIG. 4, the cross-sectional shape is substantially an octagonal shape such that the four corners of the quadrangular shape are chamfered. In the example shown in FIG. 4, the exterior electrodes 6, 6 and the exterior electrodes 7, 7 are arranged on different side surfaces instead of the same side surface of the laminate 5, and these exterior electrodes 6, 6, In addition, external electrodes 10 and 11 having a circular cross-sectional shape are provided so as to connect the exterior electrodes 7 and 7. That is, the plurality of exterior electrodes 6, 6 and the exterior electrodes 7, 7 having the same polarity are connected to the inner electrodes 3, 4 of the conduction destination on different (at least two or more) side surfaces. The lead wires 12 and 13 as external connection terminals are near the center of the side surface (side surface where the exterior electrodes 6 and 7 are not formed) of the multilayer body 5, and the multilayer body 5 and the external electrodes 10 and 11. It is arranged between. With such a configuration, when the multilayer piezoelectric actuator 1 is housed in a case or resin-molded so that the outer shape is a cylindrical shape, the diameter can be reduced and the size can be reduced. Become. In addition, since the plurality of same-polarity exterior electrodes 6 and 6 and exterior electrodes 7 and 7 are formed on different side surfaces, the connection reliability between the internal electrodes 3 and 4 and the exterior electrodes 6 and 7 can be further improved. Can be improved.

上記のとおり、本実施形態の積層型圧電アクチュエータ素子1では、素子の大型化を招くことなく従来に比べて信頼性の向上を図ることができる。なお、本発明において、複数の外装電極6,6、及び外装電極7,7は、1層の内部電極3,4に対して少なくとも離間した2箇所以上で接続するように形成されていれば良い。この理由は、内部電極3,4に対する接続箇所が離間していれば、1つの接続箇所に亀裂等が生じても、もう1つの接続箇所に亀裂が伝搬しないのに対して、1箇所で接続されていると亀裂が全体に伝搬して接続が失われる可能性が高まるからである。したがって、例えば、図5に示すように、外装電極6,6、及び外装電極7,7が、積層体5の端部の不活性領域(伸縮に寄与しない領域)等で接続されていても良い。また、外装電極は同極に対して2つに限られるものではなく、3以上であっても良い。   As described above, in the multilayer piezoelectric actuator element 1 of the present embodiment, the reliability can be improved as compared with the conventional one without causing an increase in the size of the element. In the present invention, the plurality of exterior electrodes 6, 6 and the exterior electrodes 7, 7 may be formed so as to be connected to at least two separated positions with respect to the single-layer internal electrodes 3, 4. . The reason for this is that if the connection points to the internal electrodes 3 and 4 are separated, even if a crack or the like occurs in one connection point, the crack does not propagate to the other connection point. This is because the possibility that the crack propagates to the whole and the connection is lost increases. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, the exterior electrodes 6, 6 and the exterior electrodes 7, 7 may be connected by an inactive region (region that does not contribute to expansion and contraction) at the end of the stacked body 5. . Further, the number of exterior electrodes is not limited to two with respect to the same polarity, and may be three or more.

次に、上記積層型圧電アクチュエータ素子1を製造する方法の一例について説明する。まず、調合組成PZT混合粉末を、600〜1000℃の温度で、1〜10時間程度熱処理し、仮焼粉末を作製する。   Next, an example of a method for manufacturing the multilayer piezoelectric actuator element 1 will be described. First, the prepared composition PZT mixed powder is heat-treated at a temperature of 600 to 1000 ° C. for about 1 to 10 hours to prepare a calcined powder.

次に、仮焼粉末とポリビニルブチラール系樹脂、DOP(フタル酸ジ−2−エチルヘキシル)を混合、粉砕し、ドクターブレード法にてシートを作製し、加工に適した所定の大きさにカットする。   Next, calcined powder, polyvinyl butyral resin, and DOP (di-2-ethylhexyl phthalate) are mixed and pulverized, a sheet is produced by a doctor blade method, and cut into a predetermined size suitable for processing.

また、予めAgPd粉末にエチルセルロース、ブチルカルビトール又はテルピネオールを添加混合し、導電性ペーストを作製する。   In addition, ethyl cellulose, butyl carbitol or terpineol is added and mixed in advance with AgPd powder to prepare a conductive paste.

得られたシートに、上記導電性ペーストを、スクリーン印刷によりパターニングし、内部電極を形成する。   The conductive paste is patterned on the obtained sheet by screen printing to form internal electrodes.

次に、上記のシートを所望の構造となるように複数枚適宜積層して柱状体とし、脱脂、焼成する。   Next, a plurality of the above sheets are appropriately laminated so as to have a desired structure to form a columnar body, and then degreased and fired.

次に、柱状体の側面に、銀系ペーストを印刷し、600〜800℃で焼き付けて、図2に示したように外部電極を形成後に各極となる外装電極が、各々導通先の1層の内部電極に対して少なくとも離間した2箇所以上で接続するように、複数の外装電極を形成する。この後、各極となる外装電極上にはんだペーストを塗布し、その上に単一部材で構成された金属メッシュ状の外部電極をその外部電極により、その外装電極が同極となるようにのせ、リフローによりはんだを溶解して外装電極と外部電極とを接続する。そして、図3に示したように、外部電極の中央部付近に外部接続端子、例えばリード線等をはんだ付けする。   Next, a silver-based paste is printed on the side surface of the columnar body and baked at 600 to 800 ° C., and the exterior electrodes that become the respective electrodes after forming the external electrodes as shown in FIG. A plurality of exterior electrodes are formed so as to be connected to at least two positions separated from each other. After that, a solder paste is applied on the outer electrode to be each electrode, and a metal mesh external electrode composed of a single member is placed on the outer electrode so that the outer electrode has the same polarity. The solder is dissolved by reflow to connect the exterior electrode and the external electrode. Then, as shown in FIG. 3, an external connection terminal such as a lead wire is soldered near the center of the external electrode.

以上のような製造工程により、積層型圧電アクチュエータ素子1を製造する。図6は、上記構成の積層型圧電アクチュエータ素子1を具備した積層型圧電アクチュエータ100の構成を示すものである。この積層型圧電アクチュエータ100は、積層型圧電アクチュエータ素子1と、積層型圧電アクチュエータ素子1を収容するケース101とを備えている。   The multilayer piezoelectric actuator element 1 is manufactured by the manufacturing process as described above. FIG. 6 shows a configuration of a multilayer piezoelectric actuator 100 including the multilayer piezoelectric actuator element 1 having the above configuration. The multilayer piezoelectric actuator 100 includes a multilayer piezoelectric actuator element 1 and a case 101 that houses the multilayer piezoelectric actuator element 1.

積層型圧電アクチュエータ素子1の伸縮方向(積層体5の積層方向)の一方の端面(図6中上側の端面)は、ケース101の裏蓋102に係止されている。また、積層型圧電アクチュエータ素子1の伸縮方向の他方の端面(図6中下側の端面)には、プッシュロッド103が接続されており、このプッシュロッド103は、板ばね104を介してケース101の表蓋105に係止されている。このプッシュロッド103の先端は、表蓋105に設けられた開口106から外部に突出するように配置されている。また、積層型圧電アクチュエータ素子1のリード線12,13は、スリーブ107を介してケース101及び裏蓋102に固定されている。   One end face (upper end face in FIG. 6) of the multilayer piezoelectric actuator element 1 in the expansion / contraction direction (stacking direction of the multilayer body 5) is engaged with the back cover 102 of the case 101. Further, a push rod 103 is connected to the other end surface (lower end surface in FIG. 6) in the expansion / contraction direction of the multilayer piezoelectric actuator element 1, and this push rod 103 is connected to the case 101 via a leaf spring 104. The front lid 105 is locked. The tip of the push rod 103 is disposed so as to protrude from an opening 106 provided in the front lid 105. Further, the lead wires 12 and 13 of the multilayer piezoelectric actuator element 1 are fixed to the case 101 and the back cover 102 via a sleeve 107.

上記構成の積層型アクチュエータ100では、図示しない駆動回路からリード線12,13を経由して高電圧が印加され、これによって積層型圧電アクチュエータ素子1が上下方向に例えば数十μmのオーダで伸縮する。この伸縮は、プッシュロッド103を介して図示しないインジェクタバルブ等に変位として伝達される。   In the multilayer actuator 100 having the above-described configuration, a high voltage is applied from a drive circuit (not shown) via the lead wires 12 and 13, whereby the multilayer piezoelectric actuator element 1 expands and contracts in the vertical direction on the order of, for example, several tens of micrometers. . This expansion and contraction is transmitted as a displacement to an injector valve (not shown) or the like via the push rod 103.

以上、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。   While the present invention has been described in detail based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の一実施形態の積層型圧電アクチュエータ素子の縦断面方向の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the longitudinal cross-section direction of the lamination type piezoelectric actuator element of one Embodiment of this invention. 図1の積層型圧電アクチュエータ素子の外装電極の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an exterior electrode of the multilayer piezoelectric actuator element of FIG. 図1の積層型圧電アクチュエータ素子の横断面方向の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the cross-sectional direction of the lamination type piezoelectric actuator element of FIG. 他の実施形態の積層型圧電アクチュエータ素子の横断面方向の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the cross-sectional direction of the laminated piezoelectric actuator element of other embodiment. 外装電極の変形例の構成を示す図。The figure which shows the structure of the modification of an exterior electrode. 本発明の一実施形態の積層型圧電アクチュエータの縦断面方向の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the longitudinal cross-section direction of the lamination type piezoelectric actuator of one Embodiment of this invention. 従来の積層型圧電アクチュエータ素子の構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional lamination type piezoelectric actuator element.

符号の説明Explanation of symbols

1……積層型圧電アクチュエータ素子、2……圧電層、3,4……内部電極、5……積層体、6,7……外装電極、8,9……半田層、10,11……外部電極、12,13……リード線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated piezoelectric actuator element, 2 ... Piezoelectric layer, 3, 4 ... Internal electrode, 5 ... Laminated body, 6, 7 ... Exterior electrode, 8, 9 ... Solder layer, 10, 11 ... External electrode 12, 13, ... Lead wire.

Claims (6)

圧電層と内部電極とを交互に複数積層してなる積層体と、前記積層体の側面に形成され前記内部電極と電気的に接続されるとともに、正極と負極とを有する外装電極と、前記外装電極と電気的に接続された外部電極とを具備した積層型圧電アクチュエータ素子において、
各極となる前記外装電極は、各々導通先の1層の前記内部電極に対して少なくとも離間した2箇所以上で接続するように複数設けられ、
各極となる前記外装電極に対して単一部材で構成された前記外部電極により、複数の当該電極が同極となるように、当該外部電極が接続されていることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
A laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric layers and internal electrodes; an exterior electrode formed on a side surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode; and having a positive electrode and a negative electrode; and the exterior In a laminated piezoelectric actuator element comprising an external electrode electrically connected to an electrode,
A plurality of the exterior electrodes serving as the respective poles are provided so as to be connected at least at two or more locations separated from the internal electrode of the first layer of conduction,
A laminated piezoelectric device characterized in that the external electrodes are connected to each other so that a plurality of the electrodes have the same polarity by the external electrodes configured by a single member with respect to the exterior electrode serving as each electrode Actuator element.
請求項1記載の積層型圧電アクチュエータ素子であって、
複数の同極の前記外装電極の間に位置し、前記外部電極に電気的に接続された外部接続端子を具備したことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
The multilayer piezoelectric actuator element according to claim 1,
A laminated piezoelectric actuator element comprising an external connection terminal positioned between a plurality of the same-polarity exterior electrodes and electrically connected to the external electrode.
請求項2記載の積層型圧電アクチュエータ素子であって、
前記外部接続端子は、前記外部電極と前記積層体との間に配置されていることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
The multilayer piezoelectric actuator element according to claim 2,
The multilayer piezoelectric actuator element, wherein the external connection terminal is disposed between the external electrode and the multilayer body.
請求項1〜3いずれか1項記載の積層型圧電アクチュエータ素子であって、
前記積層体は、積層方向に垂直な断面形状が多角形形状とされ、複数の同極の前記外装電極は、前記積層体の同一の側面に形成されていることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
It is a lamination type piezoelectric actuator element given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
The multilayer piezoelectric actuator is characterized in that a cross-sectional shape perpendicular to the stacking direction is a polygonal shape, and a plurality of the same-polarity exterior electrodes are formed on the same side surface of the multilayer body. element.
請求項1〜3いずれか1項記載の積層型圧電アクチュエータ素子であって、
前記積層体は、積層方向に垂直な断面形状が多角形形状とされ、複数の同極の前記外装電極は、前記積層体の異なる側面に形成されていることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
It is a lamination type piezoelectric actuator element given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
The laminated body has a polygonal cross-sectional shape perpendicular to the laminating direction, and a plurality of the same-polarity exterior electrodes are formed on different side surfaces of the laminated body. .
請求項1〜5いずれか1項記載の積層型圧電アクチュエータ素子と、
当該積層型圧電アクチュエータ素子を収容するケースと
を具備したことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
The laminated piezoelectric actuator element according to any one of claims 1 to 5,
A multilayer piezoelectric actuator comprising a case for housing the multilayer piezoelectric actuator element.
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