JP2010225911A - Laminated piezoelectric element - Google Patents

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Soji Suzuki
聡司 鈴木
Toshiatsu Nagaya
年厚 長屋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated piezoelectric element that is prevented more securely from decreasing in insulating resistance and is therefore superior in durability. <P>SOLUTION: The laminated piezoelectric element 1 includes a ceramic laminate 15 formed by laminating a piezoelectric ceramic layer 10 and internal electrode layers 13 and 14 alternately, and a pair of side electrodes 17 and 18. The ceramic laminate 15 has a stress relaxation portion 11 which is recessed inward from a side surface 151. When the piezoelectric layer 10 including the stress relaxation portion 11 is defined as a stress relaxation layer 10a, an internal electrode layer electrically connected to a side electrode 17 on a negative electrode side out of two internal electrode layers 13a and 14a adjoining each other across the stress relaxation portion 10a is defined as a reference electrode layer 13a, and the piezoelectric ceramic layer which is not the stress relaxation layer 10a out of the two piezoelectric ceramic layers 10a and 10b adjoining each other across the reference electrode layer is defined as an insulating decrease layer 10b, the stress relaxation layer 10a and/or insulating decrease layer 10b is made principally of a PZT-based material having a larger A-site/B-site ratio than the other piezoelectric ceramic layer 10. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の側面に形成された一対の側面電極とを有し、上記セラミック積層体の側面から内方に凹んだスリット状の応力緩和部が形成された積層型圧電素子に関する。   The present invention has a ceramic laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers, and a pair of side electrodes formed on the side surfaces of the ceramic laminate, The present invention relates to a multilayer piezoelectric element in which a slit-like stress relaxation portion that is recessed inward from a side surface of a body is formed.

従来より、燃料噴射弁の駆動源等には、積層型圧電素子が用いられている。積層型圧電素子は、例えば内部電極層と圧電セラミック層とが交互に複数積層されてなるセラミック積層体の側面に、上記内部電極層と交互に電気的に接続される一対の側面電極を接合してなる。
上記積層型圧電素子は、特に燃料噴射弁等の用途においては、過酷な条件の下で長期間に渡って使用される。そのため、例えば、側面の電気的な絶縁性を向上させるため、内部電極の端部の一部が内方に後退した内部電極非形成領域を有するセラミック積層体が広く採用されている。
ところが、絶縁性を向上させるために上記のごとく内部電極非形成領域を形成すると、上記セラミック積層体において、電圧を印加したときに、変形する部分と変形し難い部分とが生じ、その境界部分に応力集中が起こって素子にクラックが発生するおそれがあった。
Conventionally, a laminated piezoelectric element has been used as a drive source for a fuel injection valve. For example, a multilayer piezoelectric element is formed by bonding a pair of side electrodes that are alternately electrically connected to the internal electrode layer to the side surface of a ceramic laminate in which a plurality of internal electrode layers and piezoelectric ceramic layers are alternately stacked. It becomes.
The laminated piezoelectric element is used over a long period under severe conditions, particularly in applications such as fuel injection valves. Therefore, for example, in order to improve the electrical insulation of the side surface, a ceramic laminated body having an internal electrode non-formation region in which a part of the end portion of the internal electrode recedes inward is widely used.
However, when the internal electrode non-formation region is formed as described above in order to improve the insulation, when a voltage is applied to the ceramic laminate, a deformed portion and a hard-to-deform portion are generated, and the boundary portion is formed. There was a risk of stress concentration and cracking in the device.

応力集中によるクラックの発生を回避するために、セラミック積層体の側面に、積層方向に対して所定の間隔で形成された溝部(応力緩和部)を有する積層型圧電素子が開発されている(特許文献1参照)。
また、クラックの発生を回避するために、応力緩和部を挟む内部電極を同一極とした積層型圧電素子が開発されている(特許文献2参照)。
In order to avoid the occurrence of cracks due to stress concentration, a multilayer piezoelectric element having grooves (stress relaxation portions) formed at predetermined intervals in the stacking direction on the side surface of the ceramic laminate has been developed (patent) Reference 1).
In addition, in order to avoid the occurrence of cracks, a multilayer piezoelectric element has been developed in which internal electrodes sandwiching a stress relaxation portion have the same polarity (see Patent Document 2).

特開昭62−271478号公報JP 62-271478 A 特開2006−216850号公報JP 2006-216850 A

しかしながら、特許文献1のように応力緩和部を形成した場合においても、該応力緩和部に電圧が印加されたときに、応力緩和部の先端からクラックが発生するおそれがあった。これを回避するためには、応力緩和部(溝部)における積層方向に対して垂直な方向の深さを内部電極非形成領域の側面からの後退距離よりも大きくする必要があった。ところが、このような構成にすると、応力緩和部(溝部)に大きな電圧が印加されたときに、絶縁性を十分に確保できず、積層型圧電素子としての寿命が短くなるという問題があった。   However, even when the stress relaxation part is formed as in Patent Document 1, when a voltage is applied to the stress relaxation part, there is a possibility that a crack may occur from the tip of the stress relaxation part. In order to avoid this, it is necessary to make the depth of the stress relaxation portion (groove portion) in the direction perpendicular to the stacking direction larger than the receding distance from the side surface of the internal electrode non-formation region. However, with such a configuration, there is a problem that when a large voltage is applied to the stress relaxation portion (groove portion), sufficient insulation cannot be secured, and the life of the multilayer piezoelectric element is shortened.

また、特許文献2のように、応力緩和部を挟む内部電極を同一極とすると、応力緩和部を含む圧電層が圧電不活性層になる。そのため、圧電素子が伸縮した場合に、圧電不活性層に応力を集中させることができる。その結果、万一クラックが生じることがあっても、応力緩和部に選択的(優先的に)クラックが入り、積層体の圧電活性層にクラックが生じることを確実に防止でき、耐久性を向上させることができると考えられていた。
しかし、実際には、応力緩和部にクラックが生じていない状態であっても、十分な絶縁性を得ることはできず、依然として絶縁抵抗が低下してショートが発生してしまうという問題があった。また、同一極の内部電極層に挟まれる応力緩和部を含むセラミック層には電界がかからず、ほとんど変位しない。そのため、積層型圧電素子の変位量が低下してしまうという問題があった。
Further, as in Patent Document 2, when the internal electrodes sandwiching the stress relaxation portion are made the same pole, the piezoelectric layer including the stress relaxation portion becomes a piezoelectric inactive layer. Therefore, when the piezoelectric element expands and contracts, stress can be concentrated on the piezoelectric inactive layer. As a result, even if a crack occurs, it is possible to reliably prevent a crack from selectively (preferentially) entering the stress relaxation part and to generate a crack in the piezoelectric active layer of the laminate, thereby improving durability. It was thought that it could be made.
However, in practice, even if there is no crack in the stress relaxation part, sufficient insulation cannot be obtained, and there is still a problem that the insulation resistance is lowered and a short circuit occurs. . In addition, an electric field is not applied to the ceramic layer including the stress relaxation portion sandwiched between the internal electrode layers having the same polarity, and the ceramic layer is hardly displaced. Therefore, there has been a problem that the amount of displacement of the multilayer piezoelectric element is reduced.

上記のように、従来の積層型圧電素子では、変位量向上のために上記応力緩和部を含む上記圧電セラミック層を駆動層としつつも、十分な寿命を確保するにはいたらなかった。   As described above, in the conventional multilayer piezoelectric element, the piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion is used as a driving layer in order to improve the amount of displacement, but a sufficient life cannot be ensured.

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、変位性能を損ねることなく、より確実に絶縁抵抗の低下を防止し、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, and intends to provide a laminated piezoelectric element excellent in durability by preventing a decrease in insulation resistance more reliably without impairing displacement performance. Is.

第1の発明は、基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の積層方向と垂直な方向の側面に形成された一対の側面電極とを有する積層型圧電素子において、
上記内部電極層は、導電性を有する内部電極部と、該内部電極部の外周端部が上記セラミック積層体の外周面よりも内方に所定の後退距離で後退した内部電極非形成領域とを有し、上記内部電極部においていずれか一方の上記側面電極に交互に電気的に接続しており、
上記セラミック積層体は、該セラミック積層体の側面から内方に所定の深さで凹むスリット状の応力緩和部を有し、
該応力緩和部を含む上記圧電セラミック層を応力緩和層とし、上記セラミック積層体の積層方向において上記応力緩和層を挟んで隣接する2つの上記内部電極層のうち負極側の上記側面電極に電気的に接続された上記内部電極層を基準電極層とし、該基準電極層を挟んで隣接する2つの上記圧電セラミック層のうち、上記応力緩和層ではない方を絶縁低下層とすると、上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層は、その他の上記圧電セラミック層に比べてAサイト/Bサイト比が大きなPZT系材料を主成分とすることを特徴とする積層型圧電素子にある(請求項1)。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a ceramic laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers mainly composed of a PZT material represented by a basic composition formula ABO 3 , and the ceramic laminate In a laminated piezoelectric element having a pair of side electrodes formed on side surfaces in a direction perpendicular to the laminating direction of the body,
The internal electrode layer includes a conductive internal electrode portion, and an internal electrode non-formation region in which an outer peripheral end portion of the internal electrode portion recedes inward from the outer peripheral surface of the ceramic laminate by a predetermined receding distance. And alternately electrically connected to any one of the side electrodes in the internal electrode portion,
The ceramic laminate has a slit-like stress relaxation portion that is recessed inward from the side surface of the ceramic laminate at a predetermined depth,
The piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion is used as a stress relaxation layer, and is electrically connected to the side electrode on the negative electrode side of two internal electrode layers adjacent to each other with the stress relaxation layer sandwiched in the stacking direction of the ceramic laminate. When the internal electrode layer connected to the reference electrode layer is used as a reference electrode layer, and the two piezoelectric ceramic layers adjacent to each other with the reference electrode layer sandwiched between them are non-stress relaxation layers, the stress reduction layer And / or the insulation lowering layer is a laminated piezoelectric element characterized in that a PZT-based material having a larger A-site / B-site ratio than the other piezoelectric ceramic layers is a main component. .

第2の発明は、基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の積層方向と垂直な方向の側面に形成された一対の側面電極とを有する積層型圧電素子において、
上記内部電極層は、導電性を有する内部電極部と、該内部電極部の外周端部が上記セラミック積層体の外周面よりも内方に所定の後退距離で後退した内部電極非形成領域とを有し、上記内部電極部においていずれか一方の上記側面電極に交互に電気的に接続しており、
上記セラミック積層体は、該セラミック積層体の側面から内方に所定の深さで凹むスリット状の応力緩和部を有し、
該応力緩和部は、焼成時に消失する消失材料とPb酸化物とを含有する緩和部形成材料を焼成してなることを特徴とする積層型圧電素子にある(請求項5)。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a ceramic laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers mainly composed of a PZT-based material represented by the basic composition formula ABO 3 , and the ceramic laminate In a laminated piezoelectric element having a pair of side electrodes formed on side surfaces in a direction perpendicular to the laminating direction of the body,
The internal electrode layer includes a conductive internal electrode portion, and an internal electrode non-formation region in which an outer peripheral end portion of the internal electrode portion recedes inward from the outer peripheral surface of the ceramic laminate by a predetermined receding distance. And alternately electrically connected to any one of the side electrodes in the internal electrode portion,
The ceramic laminate has a slit-like stress relaxation portion that is recessed inward from the side surface of the ceramic laminate at a predetermined depth,
The stress relaxation part is a multilayer piezoelectric element obtained by firing a relaxation part forming material containing a disappearing material and a Pb oxide that disappear during firing.

次に、本発明の効果について説明する。
本願発明者らは、積層型圧電素子の溝部等の応力緩和部を形成する際の不具合に関して鋭意研究した結果、積層型圧電素子の積層方向において応力緩和部を含む圧電セラミック層(応力緩和層)に隣接する−電極層(負極側の側面電極に電気的に接続した内部電極層)と該−電極層に隣接する+電極層(正極側の側面電極に電気的に接続した内部電極層)に挟まれる圧電セラミック層(上記絶縁低下層)が最も早く絶縁抵抗が低下することを見出すに至った。
この詳細に関して、まず、一般的な積層型圧電素子の絶縁抵抗低下について説明する。
Next, the effect of the present invention will be described.
The inventors of the present application have conducted intensive research on problems in forming a stress relaxation portion such as a groove of a multilayer piezoelectric element, and as a result, a piezoelectric ceramic layer (stress relaxation layer) including a stress relaxation portion in the stacking direction of the multilayer piezoelectric element. A negative electrode layer (an internal electrode layer electrically connected to the negative electrode side electrode) and a positive electrode layer adjacent to the negative electrode layer (an internal electrode layer electrically connected to the positive electrode side electrode) It has been found that the insulation resistance of the sandwiched piezoelectric ceramic layer (the insulation lowering layer) is the earliest.
Regarding this detail, first, a decrease in insulation resistance of a general multilayer piezoelectric element will be described.

一般に、積層型圧電素子に高温で高電界を印加し続けると、−電極層(内部電極部)からその周囲の圧電セラミック層へ低抵抗領域が広がっていく現象が現れる。この原因は、例えば積層型圧電素子を圧電セラミックスと内部電極層との一体焼成により作製した場合において、この一体焼成時に内部電極層から圧電セラミック層へ拡散したイオン状態で存在する導電性金属イオンが、駆動時に−電極層から放出される電子により金属化され低抵抗領域を形成し、さらにこの低抵抗領域が+電極側へ向かって成長することによるものである。この現象により、+電極層と−電極層との間の電界強度が実質的に高くなり、絶縁抵抗の低下を加速させてしまうことになる。この低抵抗領域の広がりは、水分の存在により加速される。   In general, when a high electric field is continuously applied to a multilayer piezoelectric element at a high temperature, a phenomenon in which a low resistance region spreads from the negative electrode layer (internal electrode portion) to the surrounding piezoelectric ceramic layer appears. This is because, for example, when a laminated piezoelectric element is fabricated by integral firing of piezoelectric ceramics and an internal electrode layer, conductive metal ions existing in an ionic state diffused from the internal electrode layer to the piezoelectric ceramic layer at the time of integral firing. This is because the low resistance region is formed by being metallized by electrons emitted from the negative electrode layer during driving, and this low resistance region grows toward the positive electrode side. Due to this phenomenon, the electric field strength between the + electrode layer and the − electrode layer is substantially increased, and the decrease in insulation resistance is accelerated. The spread of the low resistance region is accelerated by the presence of moisture.

具体的には、例えば、一体焼成時に、AgPd電極等からなる内部電極部からPZT等からなる圧電セラミック層へ拡散したAg+イオンが駆動時に負極側の内部電極部から放出される電子により金属化されることにより低抵抗領域が形成され、さらにこの低抵抗領域が正極側へ向かって成長するという現象が起こる(Ag++e-→Ag金属)。
特に、側面から凹むスリット状の応力緩和部を有する積層型圧電素子の場合、応力緩和部は水分が存在する外部に通ずる通路となりうるため、応力緩和部に最も隣接する負極側の内部電極層(基準電極層)は特に上述の低抵抗領域の広がり現象が顕著となる。さらに、応力緩和部に大きな電圧が印加された場合においては、該応力緩和部に放電が起こり、素子劣化が起こり、低抵抗領域の広がりを加速させる。
Specifically, for example, during integral firing, Ag + ions diffused from the internal electrode portion made of AgPd electrode or the like to the piezoelectric ceramic layer made of PZT or the like are metallized by electrons emitted from the internal electrode portion on the negative electrode side during driving. As a result, a low resistance region is formed, and the phenomenon that the low resistance region grows toward the positive electrode side occurs (Ag + + e → Ag metal).
In particular, in the case of a multilayer piezoelectric element having a slit-like stress relief portion that is recessed from the side surface, the stress relief portion can be a passage leading to the outside where moisture exists, so that the internal electrode layer on the negative electrode side closest to the stress relief portion ( In the reference electrode layer), the above-described spreading phenomenon of the low resistance region becomes particularly remarkable. Further, when a large voltage is applied to the stress relaxation portion, discharge occurs in the stress relaxation portion, element degradation occurs, and the spread of the low resistance region is accelerated.

従って、図31に示すごとく、積層型圧電素子9における複数の圧電セラミック層90のうち、応力緩和部91を含む圧電セラミック層を応力緩和層90aとし、積層方向において応力緩和層90aを挟んで隣接する2つの内部電極層93、94のうち負極側の側面電極97に電気的に接続された内部電極層を基準電極層93aとすると、この基準電極層93aを挟んで隣接する2つの圧電セラミック層90のうち、応力緩和層90aではない方の圧電セラミック層(絶縁低下層90b)の絶縁抵抗が最も早く低下する。特に、電界強度と逆圧電効果による発生応力の両方が集中する圧電層駆動領域端部99においてはさらに絶縁抵抗の低下が早い。ここでいう圧電層駆動領域端部99は、積層型圧電素子9の積層方向において応力緩和層90aに隣接する基準電極層93aにおける内部電極部941の外周端部99、及び基準電極層93aに上記積層方向に最も隣接する+電極側の内部電極層94aにおける内部電極部941の外周端部949から基準電極層93a上に積層方向に降ろした垂線と基準電極層93aとが交わる部位99のことである。
このように、本願発明者らは、応力緩和部を有する積層型圧電素子における絶縁抵抗低下機構を解明した。
Therefore, as shown in FIG. 31, among the plurality of piezoelectric ceramic layers 90 in the multilayer piezoelectric element 9, the piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion 91 is used as the stress relaxation layer 90a, and the stress relaxation layer 90a is sandwiched in the stacking direction. When the internal electrode layer electrically connected to the negative side electrode 97 is the reference electrode layer 93a, the two piezoelectric ceramic layers adjacent to each other with the reference electrode layer 93a interposed therebetween. Of 90, the insulation resistance of the piezoelectric ceramic layer (insulation lowering layer 90b) which is not the stress relaxation layer 90a is the earliest. In particular, in the piezoelectric layer driving region end portion 99 where both the electric field strength and the stress generated by the inverse piezoelectric effect are concentrated, the insulation resistance is further rapidly reduced. The piezoelectric layer driving region end 99 referred to here corresponds to the outer peripheral end 99 of the internal electrode portion 941 in the reference electrode layer 93a adjacent to the stress relaxation layer 90a in the stacking direction of the multilayer piezoelectric element 9, and the reference electrode layer 93a. A portion 99 where the reference electrode layer 93a intersects with the perpendicular line dropped in the stacking direction from the outer peripheral end portion 949 of the internal electrode portion 941 in the internal electrode layer 94a on the positive electrode side closest to the stacking direction in the stacking direction. is there.
Thus, the inventors of the present application have clarified the mechanism of lowering the insulation resistance in the multilayer piezoelectric element having the stress relaxation portion.

かかる絶縁抵抗低下機構に着目し、本願発明らは、応力緩和部周辺における圧電セラミック層の組成のAサイト/Bサイト比を高くすることにより、絶縁抵抗の低下を抑制できることを見出し、本願発明に至った。   Paying attention to such an insulation resistance lowering mechanism, the present inventors have found that a decrease in insulation resistance can be suppressed by increasing the A site / B site ratio of the composition of the piezoelectric ceramic layer around the stress relaxation portion. It came.

即ち、第1の発明においては、上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層は、その他の上記圧電セラミック層に比べてAサイト/Bサイト比が大きなPZT系材料を主成分とする。即ち、上記応力緩和層の上記PZT系材料の組成におけるAサイト/Bサイト比を、上記応力緩和層を除くその他の上記圧電セラミック層の組成に比べて大きくする。また、上記絶縁低下層の上記PZT系材料の組成におけるAサイト/Bサイト比を、上記絶縁低下層を除くその他の上記圧電セラミック層の組成に比べて大きくする。また、上記応力緩和層及び上記絶縁低下層の上記PZT系材料の組成におけるAサイト/Bサイト比を、上記応力緩和層及び上記絶縁低下層を除くその他の上記圧電セラミック層の組成に比べて大きくする。   That is, in the first invention, the stress relaxation layer and / or the insulation lowering layer is mainly composed of a PZT-based material having a larger A-site / B-site ratio than the other piezoelectric ceramic layers. That is, the A site / B site ratio in the composition of the PZT material of the stress relaxation layer is made larger than the composition of the other piezoelectric ceramic layers excluding the stress relaxation layer. Further, the A site / B site ratio in the composition of the PZT-based material of the insulation lowering layer is made larger than the composition of the other piezoelectric ceramic layers excluding the insulation lowering layer. Further, the A site / B site ratio in the composition of the PZT-based material of the stress relaxation layer and the insulation lowering layer is larger than the composition of the other piezoelectric ceramic layers excluding the stress relaxation layer and the insulation lowering layer. To do.

このように、上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層における上記Aサイト/Bサイト比率をより高くすることにより、上記基準電極層の上記内部電極部からAg等の導電性金属が拡散することを抑制することができる。そのため、上記応力緩和部を含む上記応力緩和層を駆動層としつつも、導電性金属の拡散による低抵抗領域の形成及び成長を抑制することができる。それ故、変位量を損ねることなく、絶縁抵抗の低下を抑制し、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。   In this way, by increasing the A site / B site ratio in the stress relaxation layer and / or the insulation lowering layer, conductive metal such as Ag diffuses from the internal electrode portion of the reference electrode layer. Can be suppressed. Therefore, the formation and growth of the low resistance region due to the diffusion of the conductive metal can be suppressed while the stress relaxation layer including the stress relaxation portion is used as the drive layer. Therefore, it is possible to suppress a decrease in insulation resistance without impairing the amount of displacement and improve the durability of the multilayer piezoelectric element.

また、上記第2の発明においては、上記応力緩和部は、焼成時に消失する上記消失材料と上記Pb酸化物とを含有する上記緩和部形成材料を焼成してなる。そのため、上記第2の発明の上記積層型圧電素子においては、焼成時に上記緩和部形成材料中の上記消失材料が消失してスリット状の上記応力緩和部が形成されると共に、上記緩和部形成材料中のPb酸化物からPbが上記応力緩和部の周囲の圧電セラミック層に拡散し、その組成におけるAサイト/Bサイト比が高くなると考えられる。そのため、上記基準電極層の上記内部電極部からのAg等の導電性金属の拡散を抑制することができる。それ故、変位量を損ねることなく、絶縁抵抗の低下を抑制し、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。   In the second invention, the stress relaxation part is formed by firing the relaxation part forming material containing the disappearing material and the Pb oxide that disappear during firing. Therefore, in the multilayer piezoelectric element of the second invention, the disappearing material in the relaxation portion forming material disappears during firing to form the slit-shaped stress relaxation portion, and the relaxation portion forming material It is considered that Pb diffuses from the Pb oxide therein to the piezoelectric ceramic layer around the stress relaxation portion, and the A site / B site ratio in the composition increases. Therefore, diffusion of conductive metal such as Ag from the internal electrode portion of the reference electrode layer can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in insulation resistance without impairing the amount of displacement and improve the durability of the multilayer piezoelectric element.

以上のように、本発明によれば、変位性能を損ねることなく、より確実に絶縁抵抗の低下を防止し、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a multilayered piezoelectric element that can more reliably prevent a decrease in insulation resistance without impairing displacement performance and is excellent in durability.

実施例1にかかる、積層型圧電素子の全体構造を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the whole structure of the laminated piezoelectric element concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、積層型圧電素子の断面構造を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional structure of the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment. 実施例1にかかる、積層型圧電素子の応力緩和部周辺の断面構造を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional structure around the stress relaxation portion of the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment. 実施例1にかかる、積層時に積層体の一方の側面に電極材料が露出するようなパターンで電極材料を第1グリーンシート上に形成し、第1電極印刷シートを作製する工程を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the process of forming an electrode material on a 1st green sheet with the pattern which an electrode material exposes to one side surface of a laminated body at the time of lamination | stacking concerning Example 1, and producing a 1st electrode printed sheet. 実施例1にかかる、積層時に積層体のもう一方の側面に電極材料が露出するようなパターンで電極材料を第1グリーンシート上に形成し、第1電極印刷シートを作製する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of forming electrode material on a 1st green sheet with the pattern which electrode material exposes to the other side surface of a laminated body at the time of lamination | stacking concerning Example 1, and producing a 1st electrode printed sheet. . 実施例1にかかる、積層時に積層体の一方の側面に電極材料が露出するようなパターンで電極材料を第2グリーンシート上に形成し、第2電極印刷シートを作製する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of forming an electrode material on a 2nd green sheet with the pattern which an electrode material exposes to one side surface of a laminated body at the time of lamination | stacking concerning Example 1, and producing a 2nd electrode printed sheet. 実施例1にかかる、積層時に積層体のもう一方の側面に電極材料が露出するようなパターンで電極材料を第2グリーンシート上に形成し、第2電極印刷シートを作製する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of forming an electrode material on a 2nd green sheet with the pattern which an electrode material exposes to the other side surface of a laminated body at the time of lamination | stacking concerning Example 1, and producing a 2nd electrode printed sheet. . 実施例1にかかる、緩和部配設シートを作製する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of producing the mitigation part arrangement | positioning sheet | seat concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、第1電極印刷シート、第2電極印刷シート及び緩和部配設シートを積層する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of laminating | stacking the 1st electrode printing sheet, 2nd electrode printing sheet, and relaxation part arrangement | positioning sheet | seat concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる、予備積層体の上面図。FIG. 2 is a top view of a pre-laminated body according to Example 1. 実施例1にかかる、予備積層体の断面図(図10のA−A線矢視断面図)。Sectional drawing of the preliminary | backup laminated body concerning Example 1 (AA arrow directional cross-sectional view of FIG. 10). 実施例1にかかる、中間積層体の断面構造を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of an intermediate laminate according to Example 1. 実施例1にかかる、交互に異なる側面に露出する応力緩和部が異なる層に形成された積層型圧電素子の構造を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the laminated type piezoelectric element concerning Example 1 in which the stress relaxation part exposed to the alternately different side surface was formed in a different layer. 実施例1にかかる、内部電極部と応力緩和部との形成パターンを示すセラミック積層体の展開説明図。FIG. 3 is a development explanatory view of a ceramic laminate showing a formation pattern of internal electrode portions and stress relaxation portions according to Example 1; 実施例1にかかる、内部電極部とスリット層との形成パターンのバリエーション(a)〜(c)をセラミック積層体の展開図で示す説明図。Explanatory drawing which shows the variation (a)-(c) of the formation pattern of an internal electrode part and a slit layer concerning Example 1 with the expanded view of a ceramic laminated body. 実施例2にかかる、積層型圧電素子の全体構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the overall structure of a multilayer piezoelectric element according to Example 2. 実施例2にかかる、積層型圧電素子の断面構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a multilayer piezoelectric element according to Example 2. 実施例2にかかる、積層型圧電素子の応力緩和部周辺の断面構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure around a stress relaxation portion of a multilayer piezoelectric element according to Example 2. 実施例2にかかる、緩和部配設シートを作製する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of producing the mitigation part arrangement | positioning sheet | seat concerning Example 2. FIG. 実施例2にかかる、第1電極印刷シート、第2電極印刷シート及び緩和部配設シートを積層する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of laminating | stacking the 1st electrode printing sheet, 2nd electrode printing sheet, and relaxation part arrangement | positioning sheet | seat concerning Example 2. FIG. 実施例2にかかる、予備積層体の上面図。FIG. 6 is a top view of a preliminary laminate according to the second embodiment. 実施例2にかかる、予備積層体の断面図(図21のB−B線矢視断面図)。Sectional drawing of the preliminary | backup laminated body concerning Example 2 (BB sectional view taken on the line of FIG. 21). 実施例2にかかる、中間積層体の断面構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of an intermediate laminate according to Example 2. 実施例2にかかる、異なる側面に交互に露出する応力緩和部が内部電極層と略同じ層に形成された積層型圧電素子の断面構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a multilayer piezoelectric element according to Example 2 in which stress relaxation portions that are alternately exposed on different side surfaces are formed in substantially the same layer as an internal electrode layer. 実施例3にかかる、積層型圧電素子の全体構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the overall structure of a multilayer piezoelectric element according to Example 3. 実施例3にかかる、積層型圧電素子の断面構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional structure of a multilayer piezoelectric element according to Example 3. 実施例3にかかる、積層型圧電素子の応力緩和部周辺の断面構造を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure around a stress relaxation portion of a multilayer piezoelectric element according to Example 3. 実施例3にかかる、緩和部配設シートを作製する工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of producing the mitigation part arrangement | positioning sheet | seat concerning Example 3. FIG. 実施例3にかかる、電極印刷シート及び緩和部配設シートを積層してなる予備積層体の断面構造を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-section of the preliminary | backup laminated body formed by laminating | stacking the electrode printing sheet and relaxation part arrangement | positioning sheet | seat concerning Example 3. FIG. 実施例3にかかる、中間積層体の断面構造を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-section of the intermediate | middle laminated body concerning Example 3. FIG. 積層型圧電素子における応力緩和部周辺の断面構造を示すと共に、電界強度と逆圧電効果による発生応力の両方が集中しやすい圧電駆動領域端部を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the stress relaxation part periphery in a laminated piezoelectric element, and shows the edge part of a piezoelectric drive area where both the electric field strength and the stress generated by the inverse piezoelectric effect tend to concentrate. 応力緩和部以外のスリット状の溝部が側面に形成された積層型圧電素子の断面構造を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the laminated piezoelectric element by which the slit-shaped groove part other than a stress relaxation part was formed in the side surface.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明の積層型圧電素子1は、上記セラミック積層体15と、該セラミック積層体15の側面151に形成された一対の側面電極17、18とを有する(図1〜図3参照)。上記内部電極層13、14は、導電性を有する内部電極部131、141と、該内部電極部131,141の外周端部が上記セラミック積層体15の外周側面151よりも内方に所定の後退距離135で後退した内部電極非形成領域132、142とを有する。外周側面151は、セラミック積層体15においてその積層方向と垂直な方向の側面のことである。内部電極非形成領域132、142は、内部電極部131、141と略同一平面上にある内部電極が形成されていない領域である(図1〜図3及び図14参照)。内部電極非形成領域132、142は、上記内部電極部131、141を挟む上記圧電セラミック層10同士が作製時に圧着されてなり、実際には上記内部電極部131、141と同一平面上にある圧電セラミックスにより形成される。
上記内部電極非形成領域132、142を設けることにより、上記内部電極層13、14は、上記セラミック積層体15の一方の側面(上記内部電極非形成領域側の側面)において確実な絶縁を実現できる。上記後退距離135は、内部電極部131、141の端部とセラミック積層体15の側面151との間において、内部電極非形成領域132、142を跨ぐ最短距離である。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
The multilayer piezoelectric element 1 of the present invention includes the ceramic laminate 15 and a pair of side electrodes 17 and 18 formed on the side surface 151 of the ceramic laminate 15 (see FIGS. 1 to 3). The internal electrode layers 13, 14 have conductive internal electrode portions 131, 141, and the outer peripheral end portions of the internal electrode portions 131, 141 are set back inwardly from the outer peripheral side surface 151 of the ceramic laminate 15. Internal electrode non-formation regions 132 and 142 receding at a distance 135 are included. The outer peripheral side surface 151 is a side surface in the direction perpendicular to the stacking direction in the ceramic laminate 15. The internal electrode non-formation regions 132 and 142 are regions in which internal electrodes that are substantially on the same plane as the internal electrode portions 131 and 141 are not formed (see FIGS. 1 to 3 and 14). The internal electrode non-formation regions 132 and 142 are formed by pressure bonding the piezoelectric ceramic layers 10 sandwiching the internal electrode portions 131 and 141 at the time of fabrication. In practice, the piezoelectric layers are coplanar with the internal electrode portions 131 and 141. It is formed of ceramics.
By providing the internal electrode non-formation regions 132 and 142, the internal electrode layers 13 and 14 can realize reliable insulation on one side surface of the ceramic laminate 15 (the side surface on the internal electrode non-formation region side). . The receding distance 135 is the shortest distance between the end portions of the internal electrode portions 131 and 141 and the side surface 151 of the ceramic laminate 15 across the internal electrode non-formation regions 132 and 142.

上記セラミック積層体は、上記圧電セラミック層と上記内部電極層とを交互に複数積層してなる。また、上記セラミック積層体は、該セラミック積層体の側面から内方に所定の深さで凹むスリット状の上記応力緩和部を有する。応力緩和部としては、具体的には、スリット状の溝部等である。   The ceramic laminate is formed by alternately laminating a plurality of the piezoelectric ceramic layers and the internal electrode layers. The ceramic laminate includes the slit-shaped stress relaxation portion that is recessed inward from the side surface of the ceramic laminate by a predetermined depth. Specifically, the stress relaxation part is a slit-like groove part or the like.

本発明において、上記応力緩和部11とは、上記積層型圧電素子1の積層方向の断面において、上記内部電極層13、14における上記内部電極非形成領域132、142の上記後退距離135よりも大きな深さで形成されたスリット状の溝部等を示す(図32参照)。スリット状の溝部としては、その深さにばらつきが考えられるが、少なくとも一部において上記内部電極非形成領域132、142の後退距離135よりも大きな深さで形成された部分を有する溝部が応力緩和部である。
したがって、上記後退距離135よりも小さな深さで形成されたスリット状の溝部199等は、本発明における上記応力緩和部11に該当しない。
より具体的には、積層型圧電素子1の側面から内方に凹むスリット状の溝部11、199のうち、少なくともこの溝部11、199を含む圧電セラミック層10に隣接する2つの内部電極層13、14における内部電極非形成領域132、142の後退距離135よりも大きな深さで形成された溝部が応力緩和部11であり、後退距離135よりも小さな深さで形成された溝部199等は、本発明における応力緩和部11に該当しない。
In the present invention, the stress relaxation portion 11 is larger than the receding distance 135 of the internal electrode non-formation regions 132 and 142 in the internal electrode layers 13 and 14 in the cross section in the stacking direction of the multilayer piezoelectric element 1. The slit-shaped groove part etc. which were formed by the depth are shown (refer FIG. 32). The slit-like groove may vary in depth, but the groove having at least a portion formed at a depth larger than the receding distance 135 of the internal electrode non-formation regions 132 and 142 has stress relaxation. Part.
Therefore, the slit-like groove portion 199 formed at a depth smaller than the receding distance 135 does not correspond to the stress relaxation portion 11 in the present invention.
More specifically, among the slit-shaped grooves 11 and 199 recessed inward from the side surface of the multilayer piezoelectric element 1, two internal electrode layers 13 adjacent to the piezoelectric ceramic layer 10 including at least the grooves 11 and 199, 14 is a stress relaxation portion 11 formed at a depth larger than the receding distance 135 of the internal electrode non-formation regions 132 and 142 in FIG. It does not correspond to the stress relaxation part 11 in the invention.

上記応力緩和部は、上記セラミック積層体において、上記圧電セラミックスを構成する結晶粒子が積層方向に分離され、上記圧電セラミック層よりも形状を容易に変化し得る部分である。
上記応力緩和部は、上記セラミック積層体の積層方向に任意の間隔で複数設けることができ、上記セラミック積層体の積層方向に累積する応力を緩和することができる。積層数が少ないと、電圧を印加したときに発生する累積応力の絶対値が小さくなり、そもそもクラックが発生し難くなる。その結果、上記セラミック積層体にスリット状の上記応力緩和部を形成する必要性自体がほとんどなくなってしまうおそれがある。さらに、上記内部電極部を後退させることによる電極面積の低下が変位性能の低下を招くおそれがある。そのため、上記セラミック積層体は、10層以上の内部電極層を有することが好ましい。また、同様の理由から、上記応力緩和部を形成する積層方向の間隔は、内部電極層10層以上であることが好ましい。上記応力緩和部が内部電極層10層未満の間隔で形成されている場合、内部電極部を後退させることによる電極面積の低下が変位性能の低下を招くおそれがある。また、上記応力緩和部を形成する積層方向の間隔は、内部電極層50層以下であることが好ましい。50層を超える間隔で形成されている場合には、上記応力緩和部による応力緩和効果が十分に得られなくなるおそれがある。
The stress relaxation portion is a portion in the ceramic laminate that can change its shape more easily than the piezoelectric ceramic layer because the crystal particles constituting the piezoelectric ceramic are separated in the stacking direction.
A plurality of the stress relaxation portions can be provided at arbitrary intervals in the stacking direction of the ceramic laminate, and the stress accumulated in the stacking direction of the ceramic laminate can be relaxed. When the number of layers is small, the absolute value of the accumulated stress generated when a voltage is applied is small, and cracks are hardly generated in the first place. As a result, there is a possibility that the necessity itself of forming the slit-shaped stress relaxation portion in the ceramic laminate may be almost eliminated. Furthermore, a decrease in electrode area due to the retreat of the internal electrode portion may cause a decrease in displacement performance. Therefore, the ceramic laminate preferably has 10 or more internal electrode layers. For the same reason, the interval in the stacking direction for forming the stress relaxation part is preferably 10 or more internal electrode layers. When the stress relaxation portions are formed with an interval of less than 10 internal electrode layers, a decrease in electrode area due to retreat of the internal electrode portion may cause a decrease in displacement performance. Moreover, it is preferable that the space | interval of the lamination direction which forms the said stress relaxation part is 50 or less internal electrode layers. When formed at intervals exceeding 50 layers, the stress relaxation effect by the stress relaxation portion may not be sufficiently obtained.

また、上記セラミック積層体は、該セラミック積層体を積層方向に透視した場合に、すべての上記内部電極部が重合する領域である重合部と、少なくとも一部の上記内部電極部しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である非重合部とを有し、上記応力緩和部は、少なくとも上記非重合部に形成されていることが好ましい。
この場合には、上記応力緩和部による応力緩和効果を顕著に発揮させることできる。
即ち、上記非重合部は、圧電変位が起こらず、駆動しない部分である。そのため、上記非重合部には、圧電変位に応じて応力(歪み)が集中的に生じ易くなる。上記のごとく、上記非重合部に上記応力緩和部を形成すことにより、上記非重合部にかかる応力を緩和することができる。
Further, the ceramic laminate, when the ceramic laminate is seen through in the laminating direction, superposes only the superposed portion that is a region where all the internal electrode portions are polymerized, and at least a part of the internal electrode portions, or It is preferable that the stress relaxation portion is formed at least in the non-polymerized portion.
In this case, the stress relaxation effect by the stress relaxation part can be exhibited remarkably.
That is, the non-overlapping portion is a portion where piezoelectric displacement does not occur and is not driven. For this reason, stress (strain) is likely to occur intensively in the non-overlapped portion according to the piezoelectric displacement. As described above, the stress applied to the non-polymerized portion can be relaxed by forming the stress relaxation portion in the non-polymerized portion.

上記応力緩和部は、焼成時に消失する消失材料を焼成することにより形成することができる。
上記消失材料としては、例えばパウダー状のカーボン粒子、樹脂粒子、又は、パウダー状の有機物粒子等を炭化させてなる炭化有機物粒子を用いることができる。
特に、上記消失材料として上記カーボン粒子を用いた場合には、熱による形状変化が少ないという上記カーボン粒子の特性を生かして、形状精度良く上記応力緩和部を形成することができる。
また、上記消失材料として上記炭化有機物粒子を用いた場合には、上記応力緩和部を形成するためのコストを抑制することができる。
なお、上記有機物粒子としては、例えば、大豆や、トウモロコシを粉砕してなる粒子や、樹脂材料を粉砕してなる粒子等がある。上記炭化有機物粒子とは、上記有機物粒子が含有する水分の一部を除去することにより、ある程度炭化させて、流動性及び分散性が良好な微粒子の状態となった粒子をいう。
The stress relaxation part can be formed by firing a disappearing material that disappears during firing.
As the disappearing material, for example, powdered carbon particles, resin particles, or carbonized organic particles obtained by carbonizing powdered organic particles can be used.
In particular, when the carbon particles are used as the disappearing material, the stress relaxation portion can be formed with high shape accuracy by taking advantage of the characteristics of the carbon particles that the shape change due to heat is small.
Moreover, when the said carbonized organic matter particle | grains are used as the said loss | disappearance material, the cost for forming the said stress relaxation part can be suppressed.
Examples of the organic particles include particles obtained by pulverizing soybeans and corn, and particles obtained by pulverizing a resin material. The carbonized organic particles refer to particles that have been carbonized to some extent by removing a part of the water contained in the organic particles to form fine particles with good fluidity and dispersibility.

また、上記応力緩和部は、スリット状の上記領域を上記積層型圧電素子の分極又は駆動時に亀裂が生じる材料によって形成し、上記積層型圧電素子の分極又は駆動時に亀裂を生じさせて形成することもできる。   Further, the stress relaxation portion is formed by forming the slit-shaped region with a material that cracks when the stacked piezoelectric element is polarized or driven, and causing cracks when the stacked piezoelectric element is polarized or driven. You can also.

また、上記積層型圧電素子において、上記応力緩和部は、例えば上記内部電極層間の上記圧電セラミック層に形成させることができる。
また、上記応力緩和部は、上記内部電極層と略同じ層に(上記内部電極層と接触するように)形成させることもできる。
In the multilayer piezoelectric element, the stress relaxation portion can be formed, for example, in the piezoelectric ceramic layer between the internal electrode layers.
Further, the stress relaxation portion can be formed in substantially the same layer as the internal electrode layer (so as to be in contact with the internal electrode layer).

上記積層型圧電素子において、上記圧電セラミック層は、基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする。上記第1の発明においては、上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層は、その他の上記圧電セラミック層に比べてAサイト/Bサイト比が大きなPZT系材料を主成分とする。
上記応力緩和層及び上記絶縁低下層について、積層型圧電素子の断面図を用いて説明する(図2参照)。図2には、セラミック積層体15と共にこのセラミック積層体15の側面を挟む一対の側面電極17、18を積層方向に切断した積層型圧電素子の断面図を示す。
In the multilayer piezoelectric element, the piezoelectric ceramic layer contains a PZT material represented by a basic composition formula ABO 3 as a main component. In the first invention, the stress relaxation layer and / or the insulation lowering layer is mainly composed of a PZT-based material having a larger A site / B site ratio than the other piezoelectric ceramic layers.
The stress relaxation layer and the insulation lowering layer will be described using a cross-sectional view of a multilayer piezoelectric element (see FIG. 2). FIG. 2 is a cross-sectional view of a multilayer piezoelectric element in which a pair of side surface electrodes 17 and 18 sandwiching the side surface of the ceramic laminate 15 together with the ceramic laminate 15 are cut in the lamination direction.

同図に示すごとく、セラミック積層体15は、その側面から内方に所定の深さで凹むスリット状の応力緩和部11を有している。
ここで、上記応力緩和層10aは、内部電極層13、14に挟まれて複数積層された上記圧電セラミック層10の内、上記応力緩和部11を含む圧電セラミック層である。
また、上記セラミック積層体15の積層方向において上記応力緩和層10aを挟んで隣接する2つの上記内部電極層13a、14aのうち、負極側の上記側面電極17に電気的に接続された上記内部電極層を基準電極層13aとすると、上記絶縁低下層10bは、上記基準電極層13aを挟んで隣接する2つの上記圧電セラミック層10のうち、上記応力緩和層10aではない方の圧電セラミック層である。
As shown in the figure, the ceramic laminate 15 has a slit-like stress relaxation portion 11 that is recessed inward from the side surface at a predetermined depth.
Here, the stress relaxation layer 10 a is a piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion 11 among the plurality of piezoelectric ceramic layers 10 sandwiched between the internal electrode layers 13 and 14.
The internal electrode electrically connected to the side electrode 17 on the negative electrode side of the two internal electrode layers 13a and 14a adjacent to each other across the stress relaxation layer 10a in the stacking direction of the ceramic laminate 15 When the layer is the reference electrode layer 13a, the insulation lowering layer 10b is a piezoelectric ceramic layer that is not the stress relaxation layer 10a among the two piezoelectric ceramic layers 10 adjacent to each other with the reference electrode layer 13a interposed therebetween. .

上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層を構成する上記PZT系材料のAサイト/Bサイト比が、その他の上記圧電セラミック層におけるAサイト/Bサイト比以下である場合には、上記基準電極層の内部電極部からAg等の導電性金属が拡散し易くなり、絶縁抵抗が早期に低下するおそれがある。   When the A site / B site ratio of the PZT material constituting the stress relaxation layer and / or the insulation lowering layer is equal to or lower than the A site / B site ratio in the other piezoelectric ceramic layers, the reference electrode A conductive metal such as Ag is likely to diffuse from the internal electrode portion of the layer, and the insulation resistance may be lowered early.

また、上記積層型圧電素子内のすべての上記圧電セラミック層においては、該圧電セラミック層を構成する上記PZT系材料の上記Aサイト/Bサイト比が1.005以下になっていることが好ましい(請求項2)。即ち、上記積層型圧電素子全体において上記Aサイト/Bサイト比が1.005以下になっていることが好ましい。
Aサイト/Bサイト比率が1.005より大きい場合、Pb等のAサイトを構成する元素が粒界に析出し、上記積層型圧電素子の変位性能を損ねてしまうおそれがある。また、積層型圧電素子の作製時における焼成時に確実に焼結させることができるという観点からは、Aサイト/Bサイト比率は1以上であることが好ましい。
Further, in all the piezoelectric ceramic layers in the multilayer piezoelectric element, it is preferable that the A-site / B-site ratio of the PZT material constituting the piezoelectric ceramic layer is 1.005 or less ( Claim 2). That is, it is preferable that the A site / B site ratio is 1.005 or less in the entire multilayer piezoelectric element.
When the A site / B site ratio is larger than 1.005, elements constituting the A site such as Pb may be precipitated at the grain boundaries, and the displacement performance of the multilayer piezoelectric element may be impaired. In addition, from the viewpoint that it can be surely sintered at the time of firing in the production of the multilayer piezoelectric element, the A site / B site ratio is preferably 1 or more.

上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層は、その他の上記圧電セラミック層に比べてAサイト/Bサイト比が少なくとも0.001以上大きくなっていることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記基準電極層の内部電極部からAg等の導電性金属の拡散をより顕著に抑制することができる。
The stress relaxation layer and / or the insulation lowering layer preferably has an A site / B site ratio of at least 0.001 or more as compared with the other piezoelectric ceramic layers.
In this case, the diffusion of conductive metal such as Ag from the internal electrode portion of the reference electrode layer can be more significantly suppressed.

上記基準電極層における上記内部電極非形成領域の上記後退距離は、上記積層型圧電素子の積層方向において上記基準電極層の最も近くに存在する上記応力緩和部の深さよりも小さくなっていることが好ましい(請求項4)。また、より好ましくは、全ての上記内部電極層における上記内部電極非形成領域の上記後退距離は、各内部電極層の最も近くに存在する上記応力緩和部の深さよりも小さくなっていることが好ましい。
この場合には、上記内部電極部の面積が大きくなり、上記積層型圧電素子の変位量を向上させることができる。
The receding distance of the internal electrode non-formation region in the reference electrode layer is smaller than the depth of the stress relaxation portion existing closest to the reference electrode layer in the stacking direction of the stacked piezoelectric element. Preferred (claim 4). More preferably, the receding distance of the internal electrode non-formation region in all the internal electrode layers is preferably smaller than the depth of the stress relaxation portion existing closest to each internal electrode layer. .
In this case, the area of the internal electrode portion is increased, and the displacement amount of the multilayer piezoelectric element can be improved.

次に、上記第2の発明において、上記応力緩和部は、焼成時に消失する消失材料とPb酸化物とを含有する緩和部形成材料を焼成してなる。
上記消失材料としては、上述のごとく例えばパウダー状のカーボン粒子、樹脂粒子、又は、パウダー状の有機物粒子等を炭化させてなる炭化有機物粒子等を用いることができる。
また、Pb酸化物としては、例えばPbO等の他、Pbを含む複合酸化物等を用いることができる。具体的には、例えば、Pb34、あるいはPT(チタン酸鉛)、PZ(ジルコン酸鉛)、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等を用いることができる。
Next, in the second invention, the stress relaxation part is formed by baking a relaxation part forming material containing a disappearing material and a Pb oxide that disappear during baking.
As the disappearing material, for example, powdered carbon particles, resin particles, or carbonized organic particles obtained by carbonizing powdered organic particles can be used as described above.
As the Pb oxide, for example, PbO or a complex oxide containing Pb can be used. Specifically, for example, Pb 3 O 4 , PT (lead titanate), PZ (lead zirconate), PZT (lead zirconate titanate), or the like can be used.

上記緩和部形成材料は、上記Pb酸化物としてPbOを含有することが好ましい(請求項7)。
この場合には、PbOが揮発成分となり、上記応力緩和部内に固体の異物が形成されてしまうことを防止することができる。
The relaxation part forming material preferably contains PbO as the Pb oxide.
In this case, it can be prevented that PbO becomes a volatile component and solid foreign matters are formed in the stress relaxation portion.

上記緩和部形成材料は、上記消失材料100質量部に対してPb酸化物をPbO換算で20質量部以下含有することが好ましい(請求項8)。
Pb酸化物がPbO換算で20質量部を越える場合には、Pbが応力緩和部周辺の粒界に析出し、上記積層型圧電素子の変位性能を損ねてしまうおそれがある。より好ましくは、15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下がよい。また、Pb添加による上述の導電性金属の拡散抑制効果をより確実に得るという観点からPb酸化物の添加量は1質量部以上がよい。
The relaxation part forming material preferably contains 20 parts by mass or less of Pb oxide in terms of PbO with respect to 100 parts by mass of the disappearing material.
When the Pb oxide exceeds 20 parts by mass in terms of PbO, Pb may be precipitated at the grain boundary around the stress relaxation part, thereby impairing the displacement performance of the multilayer piezoelectric element. More preferably, it is 15 parts by mass or less, and more preferably 10 parts by mass or less. In addition, the amount of Pb oxide added is preferably 1 part by mass or more from the viewpoint of more reliably obtaining the above-described diffusion suppression effect of the conductive metal by the addition of Pb.

また、上記セラミック積層体は、セラミックス原料を含有し、焼成後に上記圧電セラミック層となるグリーンシートを形成するシート形成工程と、上記グリーンシート上において上記内部電極部を形成する部分に、電極材料を配設して電極配設シートを作製する電極材料配設工程と、上記グリーンシート上において上記応力緩和部を形成する部分に、上記緩和部形成材料を配設して緩和部配設シートを作製する緩和部形成材料配設工程と、上記電極配設シートを複数積層すると共に、積層方向に任意の間隔を開けて上記電極配設シート間に上記電極配設シートを積層し、中間積層体を作製する積層工程と、上記中間積層体を焼成して上記セラミック積層体を作製する焼成工程とを行うことにより得ることができる(請求項6)。
この場合には、上記焼成工程後に、グリーンシートから上記圧電セラミック層が形成され、上記電極材料を配設した領域に上記内部電極部が形成される。また、上記緩和部形成材料を配設した領域には、上記応力緩和部が形成されると共に、該応力緩和部周辺に上記緩和部形成材料中に含まれるPbを拡散させることができる。
また、上記焼成工程後に上記セラミック積層体の側面に、Ag等からなる導電性金属を焼付けることにより上記側面電極を形成して、上記積層型圧電素子を得ることができる。
The ceramic laminate includes a ceramic raw material, and a sheet forming step for forming a green sheet that becomes the piezoelectric ceramic layer after firing, and an electrode material on a portion for forming the internal electrode portion on the green sheet. An electrode material disposing step of disposing an electrode disposing sheet and disposing the relaxing portion forming material on a portion of the green sheet where the stress relieving portion is to be formed. A step of disposing the relaxing portion forming material, laminating a plurality of the electrode disposition sheets, laminating the electrode disposition sheets between the electrode disposition sheets at an arbitrary interval in the laminating direction, It can be obtained by performing a laminating step for producing and a firing step for producing the ceramic laminated body by firing the intermediate laminated body.
In this case, after the firing step, the piezoelectric ceramic layer is formed from a green sheet, and the internal electrode portion is formed in a region where the electrode material is disposed. Further, the stress relaxation part is formed in the region where the relaxation part forming material is disposed, and Pb contained in the relaxation part forming material can be diffused around the stress relaxation part.
In addition, the laminated piezoelectric element can be obtained by baking the conductive metal made of Ag or the like on the side surface of the ceramic laminate after the firing step to form the side electrode.

また、上記応力緩和部を含む上記圧電セラミック層を応力緩和層とし、上記セラミック積層体の積層方向において上記応力緩和層を挟んで隣接する2つの上記内部電極層のうち負極側の上記側面電極に電気的に接続された上記内部電極層を基準電極層とすると、上記基準電極層における上記内部電極非形成領域の上記後退距離は、上記積層型圧電素子の積層方向において上記基準電極層の最も近くに存在する上記応力緩和部の深さよりも小さくなっていることが好ましい(請求項9)。より好ましくは、全ての上記内部電極層における上記内部電極非形成領域の上記後退距離は、各内部電極層の最も近くに存在する上記応力緩和部の深さよりも小さくなっていることが好ましい。
この場合には、上記内部電極部の面積が大きくなり、上記積層型圧電素子の変位量を向上させることができる。
Further, the piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion is used as a stress relaxation layer, and the side electrode on the negative electrode side of the two internal electrode layers adjacent to each other with the stress relaxation layer sandwiched in the stacking direction of the ceramic laminate. When the electrically connected internal electrode layer is a reference electrode layer, the receding distance of the internal electrode non-formation region in the reference electrode layer is closest to the reference electrode layer in the stacking direction of the stacked piezoelectric element. It is preferable that the depth is smaller than the depth of the stress relaxation portion existing in (Claim 9). More preferably, the receding distance of the internal electrode non-formation region in all the internal electrode layers is preferably smaller than the depth of the stress relaxation portion existing closest to each internal electrode layer.
In this case, the area of the internal electrode portion is increased, and the displacement amount of the multilayer piezoelectric element can be improved.

また、本発明において、上記内部電極部は、AgPd合金を主成分とすることが好ましい(請求項10)。
この場合には、上記内部電極部が優れた導電性を示すことができ、高い変位量の上記積層型圧電素子を構成することができる。
また、この場合には、Agの拡散が起こりやすくなるため、本発明の作用効果をより顕著に発揮することができる。即ち、AgPd合金を主成分とする内部電極部を形成する場合には、焼成時にAgが拡散し易くなる。そのため、上記第1の発明及び上記第2の発明のように、上記応力緩和部の周辺の上記Aサイト/Bサイト比を高くすることによる絶縁抵抗低下に対する抑制効果をより顕著に発揮することができる。
In the present invention, the internal electrode portion preferably contains an AgPd alloy as a main component (claim 10).
In this case, the internal electrode portion can exhibit excellent conductivity, and the multilayer piezoelectric element having a high displacement can be configured.
Further, in this case, Ag diffusion tends to occur, so that the operational effects of the present invention can be exhibited more remarkably. That is, when forming an internal electrode portion mainly composed of an AgPd alloy, Ag is likely to diffuse during firing. Therefore, as in the first invention and the second invention, the effect of suppressing the insulation resistance reduction by increasing the A site / B site ratio around the stress relaxation portion can be exhibited more remarkably. it can.

上記積層型圧電素子は、燃料噴射弁に用いられることが好ましい(請求項11)。この場合には、過酷な条件下においても、長期間に渡って絶縁抵抗が低下することなく、安定して作動できるという本発明の積層型圧電素子の作用効果をより顕著に発揮することができる。   The laminated piezoelectric element is preferably used for a fuel injection valve. In this case, even in severe conditions, the effect of the multilayer piezoelectric element of the present invention that can be stably operated without lowering the insulation resistance over a long period of time can be exhibited more remarkably. .

(実施例1)
次に、本発明の実施例にかかる積層型圧電素子について、図1〜図12を用いて説明する。
図1〜図3に示すごとく、本例の積層型圧電素子1は、複数の圧電セラミック層10と複数の内部電極層13、14とを交互に積層してなるセラミック積層体15と、その積層方向と垂直な方向の側面151に形成された一対の側面電極17、18とを有する。
圧電セラミック層10は、基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする。
また、内部電極層13、14は、導電性を有する内部電極部131、141と、その外周端部がセラミック積層体15の外周側面151よりも内方に所定の後退距離135で後退した内部電極非形成領域132、142とを有し、内部電極層13、14は、交互に異なる側面電極17、18に電気的に接続されている(図1〜3及び図14参照)。
Example 1
Next, a laminated piezoelectric element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, the multilayer piezoelectric element 1 of the present example includes a ceramic laminate 15 in which a plurality of piezoelectric ceramic layers 10 and a plurality of internal electrode layers 13 and 14 are alternately laminated, and a laminate thereof. A pair of side surface electrodes 17 and 18 formed on a side surface 151 in a direction perpendicular to the direction.
The piezoelectric ceramic layer 10 is mainly composed of a PZT material represented by the basic composition formula ABO 3 .
The internal electrode layers 13 and 14 include internal electrode portions 131 and 141 having conductivity, and internal electrodes whose outer peripheral end portions recede inward from the outer peripheral side surface 151 of the ceramic laminate 15 by a predetermined receding distance 135. The internal electrode layers 13 and 14 are electrically connected to alternately different side electrodes 17 and 18 (see FIGS. 1 to 3 and 14).

図1〜図3に示すごとく、各内部電極層13、14は、その内部電極非形成領域132、142において、その内部電極層13、14を挟む上下の圧電セラミック層10との境界が無くなっている。そのため、圧電セラミック層10と内部電極層13、14とは完全な層状構造で積層しているわけではない。しかし、本明細書においては、便宜上、セラミック積層体15内において、内部電極層13、14の内部電極部131、141を水平方向(積層方向と垂直な方向)に延長させた平面に内部電極非形成領域132、142が存在し、内部電極部131、141と内部電極非形成領域132、142とからなる内部電極層13、14が圧電セラミックス層10と積層構造を形成しているものとして取り扱う。したがって、各圧電セラミック層10は、隣接する2つの内部電極層13、14に挟まれた領域となる。   As shown in FIGS. 1 to 3, each internal electrode layer 13, 14 has no boundary with the upper and lower piezoelectric ceramic layers 10 sandwiching the internal electrode layers 13, 14 in the internal electrode non-formation regions 132, 142. Yes. Therefore, the piezoelectric ceramic layer 10 and the internal electrode layers 13 and 14 are not laminated with a complete layered structure. However, in this specification, for the sake of convenience, in the ceramic laminate 15, the internal electrode portions 131, 141 of the internal electrode layers 13, 14 are arranged in a plane extending in the horizontal direction (direction perpendicular to the stacking direction). The formation regions 132 and 142 exist, and the internal electrode layers 13 and 14 including the internal electrode portions 131 and 141 and the internal electrode non-formation regions 132 and 142 are treated as forming a laminated structure with the piezoelectric ceramic layer 10. Accordingly, each piezoelectric ceramic layer 10 is a region sandwiched between two adjacent internal electrode layers 13 and 14.

セラミック積層体15は、その側面から内方に凹むスリット状の領域に、圧電セラミック層10よりも形状を容易に変化し得る応力緩和部11を有する。
本例において、応力緩和部11は、セラミック積層体15の側面から内方に凹んだスリット状の溝部(空間)であり、セラミック積層体15の外周側面151の全周に渡って周方向に形成されている。また、本例において、応力緩和部11は、内部電極層13、14間の圧電セラミック層10内に形成されており、内部電極層13、14とは接触しない位置に形成されている。
The ceramic laminate 15 has a stress relaxation portion 11 whose shape can be changed more easily than the piezoelectric ceramic layer 10 in a slit-like region recessed inward from the side surface.
In this example, the stress relaxation part 11 is a slit-like groove (space) recessed inward from the side surface of the ceramic laminate 15, and is formed in the circumferential direction over the entire circumference of the outer peripheral side surface 151 of the ceramic laminate 15. Has been. Further, in this example, the stress relaxation portion 11 is formed in the piezoelectric ceramic layer 10 between the internal electrode layers 13 and 14 and is formed at a position not in contact with the internal electrode layers 13 and 14.

図3に示すごとく、積層型圧電素子1の積層方向における断面において、セラミック積層体15の側面151に露出する応力緩和部11の深さ115は、該応力緩和部11と同じ側面151に形成された内部電極非形成領域142(132)の後退距離135よりも大きくなっている。   As shown in FIG. 3, in the cross section in the stacking direction of the multilayer piezoelectric element 1, the depth 115 of the stress relaxation portion 11 exposed at the side surface 151 of the ceramic laminate 15 is formed on the same side surface 151 as the stress relaxation portion 11. The inner electrode non-forming region 142 (132) is larger than the receding distance 135.

図1〜図3に示すごとく、各圧電セラミック層10のうち、応力緩和部11を含む圧電セラミック層を応力緩和層10aとし、セラミック積層体15の積層方向において応力緩和層10aを挟んで隣接する2つの内部電極層13a、14aのうち負極側の側面電極17に電気的に接続された内部電極層を基準電極層13aとし、この基準電極層13aを挟んで隣接する2つの圧電セラミック層10a、10bのうち、応力緩和層10aではない方の圧電セラミック層を絶縁低下層10bとすると、絶縁低下層10bは、その他の圧電セラミック層10、10aに比べてAサイト/Bサイト比が大きなPZT系材料を主成分とする。   As shown in FIGS. 1 to 3, among the piezoelectric ceramic layers 10, a piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion 11 is used as a stress relaxation layer 10 a, and is adjacent to each other with the stress relaxation layer 10 a interposed in the stacking direction of the ceramic laminate 15. Of the two internal electrode layers 13a and 14a, the internal electrode layer electrically connected to the side electrode 17 on the negative electrode side is defined as a reference electrode layer 13a, and two adjacent piezoelectric ceramic layers 10a with the reference electrode layer 13a interposed therebetween, 10b, if the piezoelectric ceramic layer that is not the stress relaxation layer 10a is the insulation lowering layer 10b, the insulation lowering layer 10b is a PZT system having a larger A-site / B-site ratio than the other piezoelectric ceramic layers 10 and 10a. The material is the main component.

次に、本例の積層型圧電素子の製造方法につき、図1〜図12を用いて説明する。
本例においては、第1シート形成工程、第2シート形成工程、電極材料配設工程、緩和部形成材料配設工程、積層工程、焼成工程、及び側面電極形成工程を行うことにより、積層型圧電素子を作製する。
Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element of this example will be described with reference to FIGS.
In this example, by performing the first sheet forming step, the second sheet forming step, the electrode material disposing step, the relaxing portion forming material disposing step, the laminating step, the firing step, and the side surface electrode forming step, An element is manufactured.

第1シート形成工程においては、セラミックス原料を含有し、焼成後に基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする圧電セラミック層となる第1グリーンシート101を形成する(図4及び図5参照)。具体的には、焼成後に基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を生成するスラリー状又はペースト状の第1セラミック原料をシート状に成形して第1グリーンシート101を形成する。
第2シート形成工程においても、セラミックス原料を含有し、焼成後に基本組成式ABO3で表される上記PZT系材料を主成分とする圧電セラミック層となる第2グリーンシート102を形成する(図6及び図7参照)。この第2シート形成工程においては、焼成後の上記PZT系材料のAサイト/Bサイト比が第1グリーンシートよりも大きくなるように第2セラミック原料の組成を調製し、この第2セラミック原料をシート状に成形して第2グリーンシート102を形成する。
In the first sheet forming step, a first green sheet 101 that contains a ceramic raw material and becomes a piezoelectric ceramic layer containing a PZT-based material represented by the basic composition formula ABO 3 as a main component after firing is formed (FIG. 4 and FIG. 4). (See FIG. 5). Specifically, the first green sheet 101 is formed by forming a slurry-like or paste-like first ceramic raw material for producing a PZT-based material represented by the basic composition formula ABO 3 after firing into a sheet shape.
Also in the second sheet forming step, a second green sheet 102 is formed which becomes a piezoelectric ceramic layer containing a ceramic raw material and containing the PZT material represented by the basic composition formula ABO 3 as a main component after firing (FIG. 6). And FIG. 7). In the second sheet forming step, the composition of the second ceramic raw material is prepared so that the A-site / B-site ratio of the PZT-based material after firing is larger than that of the first green sheet. The second green sheet 102 is formed by forming into a sheet shape.

電極材料配設工程においては、図4〜図7に示すごとく、第1グリーンシート101及び第2グリーンシート102上の印刷領域103において、上記内部電極部となる部分に電極材料130、140を配設して電極配設シート105、106を作製する。これにより、図4及び図5に示すごとく、第1グリーンシート101上に電極材料130、140が配設された第1電極配設シート105と、図6及び図7に示すごとく、第2グリーンシート102上に電極材料130、140が配設された第2電極配設シート106を得る。
緩和部形成材料配設工程においては、図8に示すごとく、第1グリーンシート101上の印刷領域103において上記応力緩和部を形成する部分に、焼成時に消失する消失材料を含有する緩和部形成材料110を配設して緩和部配設シート107を作製する。
In the electrode material arranging step, as shown in FIGS. 4 to 7, the electrode materials 130 and 140 are arranged on the portion to be the internal electrode portion in the printing region 103 on the first green sheet 101 and the second green sheet 102. The electrode placement sheets 105 and 106 are prepared. As a result, as shown in FIGS. 4 and 5, the first electrode placement sheet 105 in which the electrode materials 130 and 140 are placed on the first green sheet 101, and the second green as shown in FIGS. 6 and 7. A second electrode-disposed sheet 106 in which electrode materials 130 and 140 are disposed on the sheet 102 is obtained.
In the relaxation portion forming material disposing step, as shown in FIG. 8, a relaxation portion forming material containing a disappearing material that disappears during firing in a portion where the stress relaxation portion is formed in the printing region 103 on the first green sheet 101. 110 is provided to prepare the relaxing portion arrangement sheet 107.

積層工程においては、図9に示すごとく、電極配設シート105、106を複数積層すると共に、積層方向に任意の間隔を開けて電極配設シート間に緩和部配設シート107を積層し、中間積層体10を作製する。このとき、電極配設シートとしては、焼成後に上記絶縁低下層となる位置に第2電極配設シート106を配設し、その他の位置には第1電極配設シート106を配設する。   In the laminating step, as shown in FIG. 9, a plurality of electrode arrangement sheets 105 and 106 are laminated, and a relaxation portion arrangement sheet 107 is laminated between the electrode arrangement sheets at an arbitrary interval in the lamination direction. The laminated body 10 is produced. At this time, as the electrode-arranged sheet, the second electrode-arranged sheet 106 is disposed at a position that becomes the insulation lowering layer after firing, and the first electrode-arranged sheet 106 is disposed at other positions.

焼成工程においては、中間積層体10を焼成してセラミック積層体15を作製する(図1〜図3参照)。
また、側面電極形成工程においては、セラミック積層体15の側面に導電性金属を焼付けて側面電極17、18を形成する(図1〜図3参照)。
In the firing step, the intermediate laminate 10 is fired to produce the ceramic laminate 15 (see FIGS. 1 to 3).
In the side electrode forming step, the side electrodes 17 and 18 are formed by baking a conductive metal on the side surface of the ceramic laminate 15 (see FIGS. 1 to 3).

本例においては、図4〜図8に示すごとく、1枚の幅広のグリーンシート101(102)を積み重ねて複数のセラミック積層体を得るために、グリーンシート101(102)上に複数の電極材料130、140及び緩和部形成材料110をそれぞれ配設し、図9に示すごとく、積層後に積層体100(予備積層体)を切断する積層体切断工程を行うことにより、図12に示すごとく中間積層体10を得る。
以下、本例の製造方法を各工程ごとに詳細に説明する。
In this example, as shown in FIGS. 4 to 8, a plurality of electrode materials are formed on the green sheet 101 (102) in order to obtain a plurality of ceramic laminates by stacking one wide green sheet 101 (102). As shown in FIG. 12, the intermediate layer 130 and 140 and the relaxation portion forming material 110 are disposed, and as shown in FIG. 9, a laminate cutting process for cutting the laminate 100 (preliminary laminate) after lamination is performed. A body 10 is obtained.
Hereafter, the manufacturing method of this example is demonstrated in detail for every process.

<第1シート形成工程及び第2シート形成工程>
まず、圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)等のセラミック原料粉末を準備した。具体的には、出発原料としてPb34、ZrO2、TiO2、Y23、及びNb25を準備し、これらの出発原料を目的組成PbZrO3−PbTiO3−Pb(Y1/2Nb1/2)O3のうち、Aサイト/Bサイト比(モル比)、即ちPb/(Zr+Ti+Y+Nb)がそれぞれ1.002、1.003、1.005、1.01になるような比で秤量し、湿式混合し、温度850℃で5時間仮焼した。次に、仮焼粉をパールミルにより湿式粉砕した。この仮焼粉粉砕物(粒径(D50値):0.7±0.05μm)を乾燥した後、溶剤、バインダ、可塑剤、分散剤等を加えてボールミルにより混合し、得られたスラリー状のセラミック原料を真空装置内で撹拌機により撹拌しながら真空脱泡、粘度調整をした。
なお、本例においては、上述のごとくAサイト元素としてPbを含有する目的組成のPZT系材料を採用しているが、例えばAサイト元素としてPbの他にSr、Ba等の複数の元素を含有するPZT系材料を採用することもできる。この場合には、Aサイト/Bサイト比(モル比)は、(Pb+Sr、Ba等のその他の元素)/(Zr+Ti+Y+Nb)という式に基づいて算出することができる。
<First sheet forming step and second sheet forming step>
First, a ceramic raw material powder such as lead zirconate titanate (PZT) serving as a piezoelectric material was prepared. Specifically, Pb 3 O 4 , ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , and Nb 2 O 5 are prepared as starting materials, and these starting materials are used as the target composition PbZrO 3 —PbTiO 3 —Pb (Y 1 / 2 Nb 1/2 ) O 3 such that the A site / B site ratio (molar ratio), that is, Pb / (Zr + Ti + Y + Nb) is 1.002, 1.003, 1.005, 1.01 respectively. Weighed in a ratio, wet mixed, and calcined at a temperature of 850 ° C. for 5 hours. Next, the calcined powder was wet pulverized by a pearl mill. This calcined powder pulverized product (particle size (D50 value): 0.7 ± 0.05 μm) is dried and then mixed with a ball mill after adding a solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, etc., and the resulting slurry is obtained. While the ceramic raw material was stirred with a stirrer in a vacuum apparatus, vacuum defoaming and viscosity adjustment were performed.
In this example, as described above, a PZT-based material having a target composition containing Pb as the A-site element is used. For example, in addition to Pb, a plurality of elements such as Sr and Ba are included as the A-site element. It is also possible to adopt a PZT-based material. In this case, the A site / B site ratio (molar ratio) can be calculated based on the formula (other elements such as Pb + Sr, Ba) / (Zr + Ti + Y + Nb).

次に、ドクターブレード法により、スラリー状のセラミック原料をキャリアフィルム上に塗布し、図4〜図7に示すごとく、厚さ80μmの長尺のグリーンシート(第1グリーンシート101及び第2グリーンシート102)を成形した。本例においては、上述のAサイト/Bサイト比が異なる2種類のセラミック原料を用いて2種類のグリーンシート101、102を作製した。これらのグリーンシートのうち、Aサイト/Bサイト比が大きな方を第2グリーンシート102とし、小さい方を第1グリーンシート101とする。これらのグリーンシートを所定の大きさに切断して、幅広の第1グリーンシート101及び第2グリーンシート102(図4〜図7参照)を作製した。
なお、グリーンシートの成形方法としては、本例で用いたドクターブレード法のほか、押出成形法やその他種々の方法を採用することができる。
Next, a slurry-like ceramic raw material is applied onto a carrier film by a doctor blade method, and as shown in FIGS. 4 to 7, a long green sheet (a first green sheet 101 and a second green sheet having a thickness of 80 μm). 102). In this example, two types of green sheets 101 and 102 were prepared using two types of ceramic raw materials having different A site / B site ratios. Among these green sheets, the one with the larger A site / B site ratio is the second green sheet 102, and the one with the smaller A site / B site ratio is the first green sheet 101. These green sheets were cut into a predetermined size to produce wide first green sheets 101 and second green sheets 102 (see FIGS. 4 to 7).
In addition to the doctor blade method used in this example, an extrusion molding method and various other methods can be employed as the green sheet molding method.

<電極材料配設工程>
次に、図4及び図5に示すごとく、第1グリーンシート101上の内部電極部を形成する所定の領域に電極材料130、140を印刷し、第1電極配設シート105を作製した。電極材料は、後述の積層及び切断時に積層体の異なる側面に電極材料の端部が露出するように第1グリーンシート110上に異なる2種類のパターン130、140で印刷した。また、同様にして第2グリーンシート102上にも電極材料130、140を印刷し、第2電極配設シート106を作製した(図6及び図7参照)。
なお、本例では、電極材料130、140として、ペースト状のAg/Pd合金を用いた。また、上記以外にも、Ag、Pd、Cu、Ni等の単体、Cu/Ni等の合金を用いることができる。
<Electrode material placement process>
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the electrode materials 130 and 140 were printed in predetermined regions on the first green sheet 101 where the internal electrode portions were to be formed, thereby producing the first electrode-disposed sheet 105. The electrode material was printed with two different types of patterns 130 and 140 on the first green sheet 110 so that the end portions of the electrode material were exposed on different side surfaces of the laminated body during lamination and cutting described later. Similarly, the electrode materials 130 and 140 were printed on the second green sheet 102 to produce the second electrode-arranged sheet 106 (see FIGS. 6 and 7).
In this example, paste-like Ag / Pd alloys were used as the electrode materials 130 and 140. In addition to the above, simple substances such as Ag, Pd, Cu, and Ni, and alloys such as Cu / Ni can be used.

<緩和部形成材料配設工程>
また、本例では、製造しようとする積層型圧電素子1のセラミック積層体15の側面に
応力緩和部11(図1〜図3参照)を設けるため、図8に示すごとく、緩和部配設シート107を作製する緩和部形成材料配設工程を行った。
同図に示すごとく、第1グリーンシート101上において、最終的に応力緩和部となる所定の領域に、焼成によって消失する消失材料を含有する緩和部形成材料110を印刷した。これにより、緩和部配設シート107を形成した。
<Relaxation part forming material arrangement process>
Moreover, in this example, since the stress relaxation part 11 (refer FIGS. 1-3) is provided in the side surface of the ceramic laminated body 15 of the multilayer piezoelectric element 1 to be manufactured, as shown in FIG. The relaxation part forming material arrangement | positioning process which produces 107 was performed.
As shown in the figure, on the first green sheet 101, a relaxation portion forming material 110 containing a disappearing material that disappears by firing was printed in a predetermined region that finally becomes a stress relaxation portion. Thereby, the relaxation part arrangement | positioning sheet | seat 107 was formed.

なお、本例では、消失材料として、熱変形が小さく、焼成工程によって形成される溝の形状精度を高く維持し得るカーボン粒子よりなる材料を用いた。また、カーボン粒子以外にも、炭化させたパウダー状の炭化有機物粒子を用いることもできる。この炭化有機物粒子は、パウダー状の有機物粒子を炭化して得ることができるほか、炭化させた有機物を粉砕して得ることもできる。さらに、上記有機物としては、樹脂等の高分子材料や、コーン、大豆、小麦粉等の穀物を用いることができる。この場合には、製造コストを抑制することができる。緩和部形成材料110としては、消失材料にバインダー等を適量加えたペースト状の材料を用いた。   In this example, as the disappearing material, a material made of carbon particles that is small in thermal deformation and can maintain high shape accuracy of the groove formed by the firing process was used. In addition to carbon particles, carbonized powdery carbonized organic particles can also be used. The carbonized organic particles can be obtained by carbonizing powdery organic particles, or by pulverizing the carbonized organic material. Furthermore, as the organic substance, polymer materials such as resins and grains such as corn, soybeans, and wheat flour can be used. In this case, the manufacturing cost can be suppressed. As the relaxation portion forming material 110, a paste-like material obtained by adding an appropriate amount of a binder or the like to the disappearing material was used.

また、上述の電極材料配設工程及び緩和部形成材料配設工程では、図2及び図3に示すごとく焼成後に得られるセラミック積層体15において、その側面151からの応力緩和部の深さ115が内部電極非形成領域の後退距離135よりも大きくなるように、電極材料及び緩和部形成材料を配設した(図4〜図8参照)。また、図4〜図8に示すごとく、後工程の積層体切断工程において切断される部分を避けるように間隙104を空けて、電極材料130、140、及び緩和部形成材料110の印刷を行う。つまり、グリーンシート101(102)上の隣接する印刷領域103の間に間隙104を設けて印刷を行う。   In the electrode material disposing step and the relaxing portion forming material disposing step described above, in the ceramic laminate 15 obtained after firing as shown in FIGS. 2 and 3, the stress relaxing portion depth 115 from the side surface 151 is The electrode material and the relaxing portion forming material were disposed so as to be larger than the receding distance 135 of the internal electrode non-formation region (see FIGS. 4 to 8). Further, as shown in FIGS. 4 to 8, the electrode materials 130 and 140 and the relaxing portion forming material 110 are printed with a gap 104 so as to avoid a portion to be cut in a subsequent laminated body cutting step. That is, printing is performed by providing a gap 104 between adjacent print regions 103 on the green sheet 101 (102).

<積層工程>
次に、図9に示すごとく、第1電極配設シート105を積層した。このとき、第1電極配設シート105を電極材料のパターン130、140が交互になるように複数積層し、上記応力緩和部を形成したい位置に緩和部配設シート107を挿入して積層した。具体的には、本例においては、第1電極配設シート105の積層構造11層毎に緩和部配設シート107を積層した。また、上述の絶縁低下層に位置する層には、第1電極配設シート105のかわりに第2電極配設シート106を積層した。このようにして、第1電極配設シート105及び第2電極配設シート106とが合計で59枚となるように積層し、さらに積層方向の両端に電極材料及び緩和部形成材料が印刷されていないグリーンシート101(第1グリーンシート)を積層した。
このようにして積層したシートを温度100℃で加熱すると共に、積層方向に50MPaで加圧し、予備積層体100を作製した。なお、図9においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体100を示してある。
<Lamination process>
Next, as shown in FIG. 9, the first electrode arrangement sheet 105 was laminated. At this time, a plurality of the first electrode arrangement sheets 105 were laminated so that the electrode material patterns 130 and 140 were alternated, and the relaxation portion arrangement sheet 107 was inserted and laminated at the position where the stress relaxation portion was to be formed. Specifically, in this example, the relaxing portion arrangement sheet 107 is laminated for every 11 layers of the laminated structure of the first electrode arrangement sheet 105. In addition, a second electrode disposition sheet 106 was laminated instead of the first electrode disposition sheet 105 in the layer located in the above-described insulation lowering layer. In this way, the first electrode arrangement sheet 105 and the second electrode arrangement sheet 106 are laminated so that there are a total of 59 sheets, and the electrode material and the relaxation portion forming material are printed on both ends in the lamination direction. No green sheet 101 (first green sheet) was laminated.
The sheets laminated in this way were heated at a temperature of 100 ° C. and pressed at 50 MPa in the laminating direction to produce a pre-laminated body 100. In FIG. 9, the preliminary laminated body 100 is shown in a form in which the actual number of laminated layers is omitted for convenience of drawing.

<積層体切断工程>
次に、図10〜図12に示すごとく、形成した予備積層体100を所定の切断位置190に沿って積層方向に切断し、中間積層体10を形成した。
なお、予備積層体100の切断は、各中間積層体10ごとに切断してもよいし、複数の中間積層体10を含むように切断してもよい。本例においては、各中間積層体10ごとに切断し、各電極材料130、140及び緩和部形成材料110が中間積層体10の側面に露出するように切断を行った。
なお、図11及び図12においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体100及び中間積層体10を示してある。
<Laminate cutting process>
Next, as shown in FIGS. 10 to 12, the formed preliminary laminated body 100 was cut in the lamination direction along a predetermined cutting position 190 to form the intermediate laminated body 10.
The preliminary laminated body 100 may be cut for each intermediate laminated body 10 or may be cut so as to include a plurality of intermediate laminated bodies 10. In the present example, each of the intermediate laminates 10 was cut and cut so that the electrode materials 130 and 140 and the relaxing portion forming material 110 were exposed on the side surfaces of the intermediate laminate 10.
In FIGS. 11 and 12, for the convenience of drawing, the preliminary laminated body 100 and the intermediate laminated body 10 are shown in a form in which the actual number of laminated layers is omitted.

次に、中間積層体10のグリーンシート101(102)に含有されているバインダ樹脂を加熱除去した(脱脂)。加熱は、80時間かけて徐々に500℃まで昇温し、5時間保持することにより行った。   Next, the binder resin contained in the green sheet 101 (102) of the intermediate laminate 10 was removed by heating (degreasing). Heating was performed by gradually raising the temperature to 500 ° C. over 80 hours and holding for 5 hours.

<焼成工程>
次いで、脱脂した中間積層体10を焼成した。焼成は、温度1050℃まで12時間かけて徐々に昇温させ、2時間保持後、徐々に冷却することにより行った。
このようにして、緩和部形成材料110が消失して形成されたスリット状の応力緩和部11を有するセラミック積層体15が作製される(図1〜図3参照)。図1〜図3に示すごとく、応力緩和部11は、セラミック積層体15の側面全周に渡ってスリット状の空間を設けてなる。また、同図に示すごとく、作製されたセラミック積層体15においては、第1グリーンシート101が焼結してなる圧電セラミック層10と電極材料130、140により形成された内部電極部131、141を含む内部電極層13、14とが交互に積層されている。絶縁低下層10bに位置する圧電セラミック層10は、第2グリーンシート102が焼結してなる。
そして、焼成後、全面研磨を行って縦6mm×横6mm×高さ4.4mmのセラミック積層体15を作製した。
<Baking process>
Next, the degreased intermediate laminate 10 was fired. Firing was performed by gradually raising the temperature to 1050 ° C. over 12 hours, holding for 2 hours, and then gradually cooling.
Thus, the ceramic laminated body 15 which has the slit-shaped stress relaxation part 11 formed by disappearing the relaxation part forming material 110 is produced (see FIGS. 1 to 3). As shown in FIGS. 1 to 3, the stress relaxation part 11 is provided with a slit-like space over the entire side surface of the ceramic laminate 15. Further, as shown in the figure, in the produced ceramic laminate 15, the internal electrode portions 131 and 141 formed by the piezoelectric ceramic layer 10 formed by sintering the first green sheet 101 and the electrode materials 130 and 140 are provided. The internal electrode layers 13 and 14 are alternately stacked. The piezoelectric ceramic layer 10 located in the insulation lowering layer 10b is formed by sintering the second green sheet 102.
And after baking, it grind | polished the whole surface and produced the ceramic laminated body 15 of length 6mm * width 6mm * height 4.4mm.

<側面電極形成工程>
次いで、セラミック積層体15の両側面を挟むように、Ag電極を焼付け、側面電極17、18を形成した。このとき、各内部電極層13、14は、内部電極部131、141においてそれぞれ交互に異なる側面の側面電極17、18に電気的に接続される。
<Side electrode formation process>
Next, Ag electrodes were baked so as to sandwich both side surfaces of the ceramic laminate 15 to form side electrodes 17 and 18. At this time, the internal electrode layers 13 and 14 are electrically connected to the side electrodes 17 and 18 on the side surfaces that are alternately different in the internal electrode portions 131 and 141, respectively.

以上のようにして、図1〜図3に示すごとく、積層型圧電素子1を作製した。
なお、図1及び図2においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で積層型圧電素子1を示してある。
As described above, the multilayer piezoelectric element 1 was produced as shown in FIGS.
In FIG. 1 and FIG. 2, the laminated piezoelectric element 1 is shown in a form in which the actual number of layers is omitted for the convenience of drawing.

本例においては、絶縁低下層10bとその他の圧電セラミック層10とのAサイト/Bサイト比が異なる10種類の積層型圧電素子(試料X1〜X10)を作製した。
即ち、試料X1は、絶縁低下層10b及びその他の圧電ラミック層10のAサイト/Bサイト比がすべて1.01の積層型圧電素子1である。
試料X2及び試料X3は、絶縁低下層10bのAサイト/Bサイト比がそれぞれ1.005及び1.002で、絶縁低下層10b以外のその他の圧電セラミック層10のAサイト/Bサイト比が1.01の積層型圧電素子1である。
In this example, ten types of laminated piezoelectric elements (samples X1 to X10) having different A-site / B-site ratios between the insulation lowering layer 10b and the other piezoelectric ceramic layers 10 were produced.
That is, the sample X1 is the multilayer piezoelectric element 1 in which the A site / B site ratio of the insulation lowering layer 10b and the other piezoelectric ceramic layers 10 is 1.01.
In Sample X2 and Sample X3, the A site / B site ratio of the insulation lowering layer 10b is 1.005 and 1.002, respectively, and the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers 10 other than the insulation lowering layer 10b is 1. .01 multilayer piezoelectric element 1.

試料X4〜試料X6は、絶縁低下層10bのAサイト/Bサイト比がそれぞれ1.01、1.005、及び1.002で、絶縁低下層10b以外のその他の圧電セラミック層10のAサイト/Bサイト比が1.005の積層型圧電素子1である。
試料X7〜試料X10は、絶縁低下層10bのAサイト/Bサイト比がそれぞれ1.01、1.005、1.003、及び1.002で、絶縁低下層10b以外のその他の圧電セラミック層10のAサイト/Bサイト比が1.002の積層型圧電素子1である。
各試料(試料X1〜X10)における絶縁低下層10bのAサイト/Bサイト比と、その他の圧電セラミック層10のAサイト/Bサイト比を後述の表1に示す。
In Samples X4 to X6, the A site / B site ratio of the insulation lowering layer 10b is 1.01, 1.005, and 1.002, respectively, and the A site / B of the other piezoelectric ceramic layers 10 other than the insulation lowering layer 10b. The multilayer piezoelectric element 1 has a B site ratio of 1.005.
In Sample X7 to Sample X10, the A site / B site ratio of the insulation lowering layer 10b is 1.01, 1.005, 1.003, and 1.002, respectively, and the other piezoelectric ceramic layers 10 other than the insulation lowering layer 10b. The multilayer piezoelectric element 1 has an A site / B site ratio of 1.002.
The A site / B site ratio of the insulation lowering layer 10b in each sample (samples X1 to X10) and the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers 10 are shown in Table 1 described later.

次に、各試料の積層型圧電素子の耐久性を調べた。
「耐久性試験」
温度200℃の条件下で、各試料の積層型圧電素子に3.1kV/mmの電界を印加し、積層型圧電素子を駆動させた。次いで、各試料を、既知の抵抗値をとる抵抗Rに直列につないで回路を構築した。そして、各試料に電界を印加しながら、抵抗Rにかかる電圧(漏れ電流値)をデジタルメータで読み取った。算出される素子(試料)の絶縁抵抗が10MΩを下回った場合を素子の寿命とし、そのときの時間(寿命)を計測した。その結果を表1に示す。
Next, the durability of the multilayer piezoelectric element of each sample was examined.
"Durability test"
Under the condition of a temperature of 200 ° C., an electric field of 3.1 kV / mm was applied to the multilayer piezoelectric element of each sample to drive the multilayer piezoelectric element. Next, each sample was connected in series to a resistor R having a known resistance value to construct a circuit. And the voltage (leakage current value) concerning resistance R was read with the digital meter, applying an electric field to each sample. When the calculated insulation resistance of the element (sample) was less than 10 MΩ, it was regarded as the life of the element, and the time (life) at that time was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2010225911
Figure 2010225911

表1より知られるごとく、絶縁低下層以外の圧電セラミック層のAサイト/Bサイト比が同じもの同士、即ち、試料X1〜試料X3、試料X4〜試料X6、及び試料X7〜試料X10の各グループ内における試料同士をそれぞれ比較すると、絶縁低下層のAサイト/Bサイト比がその他の圧電セラミック層のAサイト/Bサイト比に比べて大きくなっている試料(試料X4、及び試料X7〜試料X9)は、寿命が向上していることがわかる。また、各試料においては、応力緩和層も駆動するため、変位量を損ねることもない。
したがって、本例によれば、絶縁低下層のAサイト/Bサイト比をその他の圧電セラミック層のAサイト/Bサイト比よりも大きくすることにより、変位量を損ねることなく絶縁抵抗の低下を抑制でき、積層型圧電素子の寿命を向上できることがわかる。
As known from Table 1, piezoelectric ceramic layers other than the insulation lowering layer have the same A site / B site ratio, that is, each group of sample X1 to sample X3, sample X4 to sample X6, and sample X7 to sample X10. When the samples in the sample are compared with each other, samples (sample X4 and samples X7 to X9) in which the A site / B site ratio of the insulation lowering layer is larger than the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers. ) Shows that the lifetime is improved. In each sample, since the stress relaxation layer is also driven, the amount of displacement is not impaired.
Therefore, according to this example, the A site / B site ratio of the insulation lowering layer is made larger than the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers, thereby suppressing the reduction of the insulation resistance without impairing the displacement. It can be seen that the life of the multilayer piezoelectric element can be improved.

また、上述の例においては、応力緩和部11をセラミック積層体15の側面全周に渡って形成したが(図1〜図3参照)、図13に示すごとく、セラミック積層体15の側面151に交互に露出する応力緩和部を、異なる層に形成することもできる。即ち、例えばセラミック積層体15の断面において、その対向する側面151のうち一方の側面に露出する応力緩和部11を交互に形成することができる。この場合においも、内部電極層13、14に挟まれ、応力緩和部11を含む圧電セラミック層が応力緩和層10aとなる。そして、応力緩和層10aを挟んで隣接する2つの内部電極層13、14のうち負極側の側面電極17に電気的に接続された内部電極層を基準電極層14aとすると、この基準電極層14aを挟んで隣接する2つの圧電セラミック層10a、10bのうち、応力緩和層10aではない方の圧電セラミック層が絶縁低下層10bとなる。この場合においても絶縁低下層10bのAサイト/Bサイト比をその他の圧電セラミック層10のAサイト/Bサイト比よりも大きくすることにより、積層型圧電素子の絶縁抵抗の低下を抑制することができ、寿命を向上させることができる。なお、図13においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で積層型圧電素子1を示してある。   Further, in the above-described example, the stress relaxation portion 11 is formed over the entire circumference of the side surface of the ceramic laminate 15 (see FIGS. 1 to 3). However, as shown in FIG. Alternately exposed stress relief portions can be formed in different layers. That is, for example, in the cross section of the ceramic laminate 15, the stress relaxation portions 11 exposed on one of the opposing side surfaces 151 can be alternately formed. Also in this case, the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the internal electrode layers 13 and 14 and including the stress relaxation portion 11 becomes the stress relaxation layer 10a. When the internal electrode layer electrically connected to the side electrode 17 on the negative electrode side of the two internal electrode layers 13 and 14 adjacent to each other with the stress relaxation layer 10a interposed therebetween is defined as a reference electrode layer 14a, the reference electrode layer 14a Of the two piezoelectric ceramic layers 10a and 10b adjacent to each other, the piezoelectric ceramic layer that is not the stress relaxation layer 10a becomes the insulation lowering layer 10b. Even in this case, the A site / B site ratio of the insulation lowering layer 10b is made larger than the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers 10 to suppress the reduction of the insulation resistance of the multilayer piezoelectric element. And the life can be improved. In FIG. 13, for convenience of drawing, the multilayer piezoelectric element 1 is shown in a form in which the actual number of layers is omitted.

また、本例において、内部電極部131、141及び応力緩和部11は、図14に示す組み合わせのパターンで形成した。同図は、セラミック積層体15の各圧電セラミック層10を部分的に展開した図を示す。ただし、本発明はこのパターンに限定されるものではない。セラミック積層体15は、これを積層方向に透視した場合に、すべての内部電極部131が重合する領域である重合部と、少なくとも一部の内部電極部131しか重合しない、あるいは全く重合しない領域である非重合部とを有するが、応力緩和部11は、少なくとも上記非重合部に形成することができる。
内部電極部131、141と応力緩和部1との組み合わせパターンのバリエーションを図15(a)〜(c)に示す。いずれのパターンで形成しても、本発明の効果は十分に発揮される。
Further, in this example, the internal electrode portions 131 and 141 and the stress relaxation portion 11 were formed in a combination pattern shown in FIG. The drawing shows a partially developed view of each piezoelectric ceramic layer 10 of the ceramic laminate 15. However, the present invention is not limited to this pattern. The ceramic laminate 15 is a region where all the internal electrode portions 131 are superposed and a region where only at least some of the internal electrode portions 131 are superposed or not superposed at all when the ceramic laminate 15 is viewed in the laminating direction. Although it has a certain non-polymerization part, the stress relaxation part 11 can be formed in the said non-polymerization part at least.
Variations of the combination pattern of the internal electrode portions 131 and 141 and the stress relaxation portion 1 are shown in FIGS. Even if it forms with any pattern, the effect of this invention is fully exhibited.

(実施例2)
本例は、応力緩和層のAサイト/Bサイト比をその他の圧電セラミック層のAサイト/Bサイト比よりも大きくした積層型圧電素子の例である。本例の積層型圧電素子は、応力緩和層のAサイト/Bサイト比を大きくした点を除いては、実施例1の積層型圧電素子と同様の構成を有している。
(Example 2)
This example is an example of a multilayer piezoelectric element in which the A site / B site ratio of the stress relaxation layer is larger than the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers. The multilayer piezoelectric element of this example has the same configuration as that of the multilayer piezoelectric element of Example 1 except that the A site / B site ratio of the stress relaxation layer is increased.

即ち、図16〜図18に示すごとく、本例の積層型圧電素子2は、実施例1と同様に、複数の圧電セラミック層20と複数の内部電極層23、24とを交互に積層してなるセラミック積層体25と、その積層方向と垂直な方向の側面に形成された一対の側面電極27、28とを有する。圧電セラミック層20は、基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする。内部電極層23、24は、導電性を有する内部電極部231、241と、その外周端部がセラミック積層体25の外周面よりも内方に所定の後退距離235で後退した内部電極非形成領域232、242とを有し、内部電極層23、24は、交互に異なる側面電極27、28に電気的に接続されている。また、セラミック積層体25は、その側面から内方に凹むスリット状の領域に、圧電セラミック層20よりも形状を容易に変化し得る応力緩和部21を有する。本例においても、実施例1と同様に、応力緩和部21は、セラミック積層体25の側面251から内方に凹んだスリット状の溝部(空間)であり、セラミック積層体25の外周面全周に渡って周方向に形成されている。 That is, as shown in FIGS. 16 to 18, the multilayer piezoelectric element 2 of this example is formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers 20 and a plurality of internal electrode layers 23 and 24 as in the first embodiment. And a pair of side electrodes 27 and 28 formed on the side surface in the direction perpendicular to the stacking direction. The piezoelectric ceramic layer 20 is mainly composed of a PZT material represented by the basic composition formula ABO 3 . The internal electrode layers 23, 24 are conductive internal electrode portions 231, 241, and internal electrode non-formation regions whose outer peripheral end portions recede at a predetermined receding distance 235 inward from the outer peripheral surface of the ceramic laminate 25. The internal electrode layers 23 and 24 are electrically connected to alternately different side electrodes 27 and 28. In addition, the ceramic laminate 25 has a stress relaxation portion 21 whose shape can be changed more easily than the piezoelectric ceramic layer 20 in a slit-like region recessed inward from the side surface. Also in this example, as in the first embodiment, the stress relaxation portion 21 is a slit-like groove (space) recessed inward from the side surface 251 of the ceramic laminate 25, and the entire outer peripheral surface of the ceramic laminate 25. Is formed in the circumferential direction.

本例の積層型圧電素子2において、応力緩和部21を含む圧電セラミック層20を応力緩和層20aとすると、応力緩和層20aは、その他の圧電セラミック層20に比べてAサイト/Bサイト比が大きなPZT系材料を主成分とする。   In the multilayer piezoelectric element 2 of this example, when the piezoelectric ceramic layer 20 including the stress relaxation portion 21 is a stress relaxation layer 20a, the stress relaxation layer 20a has an A site / B site ratio as compared with the other piezoelectric ceramic layers 20. The main component is a large PZT material.

次に、本例の積層型圧電素子の製造方法につき、図4〜図7及び図16〜図23を用いて説明する。
本例においては、実施例1と同様に、第1シート形成工程、第2シート形成工程、電極材料配設工程、緩和部形成材料配設工程、積層工程、焼成工程、及び側面電極形成工程を行うことにより、積層型圧電素子を作製する。
Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element of this example will be described with reference to FIGS. 4 to 7 and FIGS.
In this example, similarly to Example 1, the first sheet forming step, the second sheet forming step, the electrode material disposing step, the relaxing portion forming material disposing step, the laminating step, the firing step, and the side electrode forming step are performed. By doing so, a laminated piezoelectric element is manufactured.

第1シート形成工程においては、セラミックス原料を含有し、焼成後に基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする圧電セラミック層となる第1グリーンシート101を形成する(図4及び図5参照)。具体的には、焼成後に基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を生成するスラリー状又はペースト状の第1セラミック原料をシート状に成形して第1グリーンシート101を形成する。
第2シート形成工程においても、セラミックス原料を含有し、焼成後に基本組成式ABO3で表される上記PZT系材料を主成分とする圧電セラミック層となる第2グリーンシート102を形成する(図6及び図7参照)。この第2シート形成工程においては、第1グリーンシートに比べて焼成後の上記PZT系材料のAサイト/Bサイト比が大きくなるように第2セラミック原料の組成を調製し、この第2セラミック原料をシート状に成形して第2グリーンシート102を形成する。
In the first sheet forming step, a first green sheet 101 that contains a ceramic raw material and becomes a piezoelectric ceramic layer containing a PZT-based material represented by the basic composition formula ABO 3 as a main component after firing is formed (FIG. 4 and FIG. 4). (See FIG. 5). Specifically, the first green sheet 101 is formed by forming a slurry-like or paste-like first ceramic raw material for producing a PZT-based material represented by the basic composition formula ABO 3 after firing into a sheet shape.
Also in the second sheet forming step, a second green sheet 102 is formed which becomes a piezoelectric ceramic layer containing a ceramic raw material and containing the PZT material represented by the basic composition formula ABO 3 as a main component after firing (FIG. 6). And FIG. 7). In the second sheet forming step, the composition of the second ceramic raw material is prepared so that the A site / B site ratio of the PZT material after firing is larger than that of the first green sheet. Is formed into a sheet shape to form the second green sheet 102.

電極材料配設工程においては、図4〜図7に示すごとく、第1グリーンシート101及び第2グリーンシート102上の印刷領域103において上記内部電極部を形成する部分に、電極材料130、140を配設して電極配設シート105、106を作製する。これにより、図4及び図5に示すごとく、第1グリーンシート101上に電極材料130、140が配設された第1電極配設シート105と、図6及び図7に示すごとく、第2グリーンシート102上に電極材料130、140が配設された第2電極配設シート106を得る。   In the electrode material disposing step, as shown in FIGS. 4 to 7, the electrode materials 130 and 140 are formed on the portions where the internal electrode portions are formed in the printing region 103 on the first green sheet 101 and the second green sheet 102. The electrode arrangement sheets 105 and 106 are prepared by arranging. As a result, as shown in FIGS. 4 and 5, the first electrode placement sheet 105 in which the electrode materials 130 and 140 are placed on the first green sheet 101, and the second green as shown in FIGS. 6 and 7. A second electrode-disposed sheet 106 in which electrode materials 130 and 140 are disposed on the sheet 102 is obtained.

次に、緩和部形成材料配設工程においては、図19に示すごとく、第2グリーンシート102上において上記応力緩和部を形成する部分に、焼成時に消失する消失材料を含有する緩和部形成材料110を配設して緩和部配設シート107を作製する。   Next, in the relaxation portion forming material disposing step, as shown in FIG. 19, a relaxation portion forming material 110 containing a disappearing material that disappears upon firing in a portion where the stress relaxation portion is formed on the second green sheet 102. Is provided to prepare the relaxation portion disposing sheet 107.

積層工程においては、図20に示すごとく、電極配設シート105、106を複数積層すると共に、積層方向に任意の間隔を開けて電極配設シート間に緩和部配設シート107を積層し、中間積層体20(予備積層体200)を作製する。このとき、緩和部配設材料110を挟む2つのグリーンシートがいずれも第2グリーンシート102となるように、緩和部配設シート107上には、第2電極配設シート106を積層配置し、その他の位置には第1電極配設シート105を配設する。   In the laminating step, as shown in FIG. 20, a plurality of electrode arrangement sheets 105 and 106 are laminated, and a relaxation portion arrangement sheet 107 is laminated between the electrode arrangement sheets at an arbitrary interval in the lamination direction. The laminated body 20 (preliminary laminated body 200) is produced. At this time, the second electrode placement sheet 106 is laminated on the relaxation portion placement sheet 107 so that both of the two green sheets sandwiching the relaxation portion placement material 110 become the second green sheet 102, The first electrode disposition sheet 105 is disposed at other positions.

焼成工程においては、中間積層体20を焼成してセラミック積層体25を作製する(図16〜図18参照)。
また、側面電極形成工程においては、セラミック積層体25の側面に導電性金属を焼付けて側面電極27、28を形成する(図16〜図18参照)。
以下、本例の製造方法を各工程ごとに詳細に説明する。
In the firing step, the intermediate laminate 20 is fired to produce the ceramic laminate 25 (see FIGS. 16 to 18).
In the side electrode forming step, the side electrodes 27 and 28 are formed by baking a conductive metal on the side surface of the ceramic laminate 25 (see FIGS. 16 to 18).
Hereafter, the manufacturing method of this example is demonstrated in detail for every process.

<第1シート形成工程及び第2シート形成工程>
実施例1と同様にして、Aサイト/Bサイト比が異なる第1グリーンシートと第2グリーンシートを作製した。
<First sheet forming step and second sheet forming step>
In the same manner as in Example 1, a first green sheet and a second green sheet having different A site / B site ratios were produced.

<電極材料配設工程>
次に、実施例1と同様に、第1グリーンシート101及び第2グリーンシート102上に、電極材料130、140を印刷し、第1電極配設シート105及び第2電極配設シート106を作製した(図4〜図7参照)。
<Electrode material placement process>
Next, as in Example 1, electrode materials 130 and 140 are printed on the first green sheet 101 and the second green sheet 102 to produce the first electrode arrangement sheet 105 and the second electrode arrangement sheet 106. (See FIGS. 4 to 7).

<緩和部形成材料配設工程>
次に、図19に示すごとく、第2グリーンシート102上において、最終的に応力緩和部となる所定の領域に、焼成によって消失する消失材料を含有する緩和部形成材料110を印刷し、緩和部配設シート107を形成した。緩和部形成材料配設工程は、第2グリーンシート102を用いた点を除いては、実施例1と同様にして行った。
<Relaxation part forming material arrangement process>
Next, as shown in FIG. 19, on the second green sheet 102, a relaxation portion forming material 110 containing a disappearing material that disappears by firing is printed on a predetermined region that will eventually become a stress relaxation portion. An arrangement sheet 107 was formed. The relaxing part forming material disposing step was performed in the same manner as in Example 1 except that the second green sheet 102 was used.

<積層工程>
次に、図20に示すごとく、第1電極配設シート105を積層した。このとき、第1電極配設シート上に形成された電極材料のパターン130、140が交互になるように第1電極配設シート105を複数積層し、上記応力緩和部を形成したい位置に緩和部配設シート107を挿入して積層した。具体的には、本例においては、第1電極配設シート105の積層構造11層毎に緩和部配設シート107を積層した。また、積層時には、緩和部配設材料110を挟む2つのグリーンシートがいずれも第2グリーンシート102となるように、緩和部配設シート107上には第1電極配設シート105の代わりに第2電極配設シート106を積層配置した。
このようにして、第1電極配設シート105及び第2電極配設シート106とが合計で59枚となるように積層し、さらに積層方向の両端に電極材料及び緩和部形成材料が印刷されていないグリーンシート101(第1グリーンシート)を積層した。
次いで、積層したシートを温度100℃で加熱すると共に、積層方向に50MPaで加圧し、予備積層体200を作製した。なお、図20においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体200を示してある。
<Lamination process>
Next, as shown in FIG. 20, the first electrode arrangement sheet 105 was laminated. At this time, a plurality of first electrode arrangement sheets 105 are stacked so that the electrode material patterns 130 and 140 formed on the first electrode arrangement sheet are alternated, and the relaxation portion is formed at a position where the stress relaxation portion is to be formed. The arrangement sheet 107 was inserted and laminated. Specifically, in this example, the relaxing portion arrangement sheet 107 is laminated for every 11 layers of the laminated structure of the first electrode arrangement sheet 105. Further, at the time of lamination, the second green sheet 102 between which the two green sheets sandwiching the relaxation portion placement material 110 become both the second green sheets 102, and the first electrode placement sheet 105 is placed on the relaxation portion placement sheet 107. A two-electrode arrangement sheet 106 was laminated.
In this way, the first electrode arrangement sheet 105 and the second electrode arrangement sheet 106 are laminated so that there are a total of 59 sheets, and the electrode material and the relaxation portion forming material are printed on both ends in the lamination direction. No green sheet 101 (first green sheet) was laminated.
Next, the laminated sheets were heated at a temperature of 100 ° C., and pressed at 50 MPa in the laminating direction to produce a pre-laminated body 200. In FIG. 20, for the convenience of drawing creation, the preliminary laminated body 200 is shown in a form in which the actual number of laminated layers is omitted.

<積層体切断工程>
次に、実施例1と同様に予備積層体200を所定の切断位置290に沿って積層方向に切断し、中間積層体20を作製した(図21〜図23)。本例においては、各中間積層体20ごとに切断し、各電極材料130、140及び緩和部形成材料110が中間積層体20の側面に露出するように切断を行った。なお、図22及び図23においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体200及び中間積層体20を示してある。
<Laminate cutting process>
Next, the pre-laminated body 200 was cut in the laminating direction along a predetermined cutting position 290 in the same manner as in Example 1 to produce the intermediate laminated body 20 (FIGS. 21 to 23). In this example, each intermediate laminate 20 was cut and cut so that the electrode materials 130 and 140 and the relaxing portion forming material 110 were exposed on the side surfaces of the intermediate laminate 20. In FIGS. 22 and 23, the preliminary laminated body 200 and the intermediate laminated body 20 are shown in a form in which the actual number of laminated layers is omitted for convenience of drawing.

次に、中間積層体20のグリーンシート101(102)に含有されているバインダ樹脂を加熱除去した(脱脂)。加熱は、80時間かけて徐々に500℃まで昇温し、5時間保持することにより行った。   Next, the binder resin contained in the green sheet 101 (102) of the intermediate laminate 20 was removed by heating (degreasing). Heating was performed by gradually raising the temperature to 500 ° C. over 80 hours and holding for 5 hours.

<焼成工程>
次いで、脱脂した中間積層体20を焼成した。焼成は、実施例1と同様に、温度1050℃まで12時間かけて徐々に昇温させ、2時間保持後、徐々に冷却することにより行った。
このようにして、緩和部形成材料110が消失して形成されたスリット状の応力緩和部21を有するセラミック積層体25が作製される(図16〜図18参照)。図16〜図18に示すごとく、応力緩和部21は、セラミック積層体25の側面全周に渡ってスリット状の空間を設けてなる。また、同図に示すごとく、作製されたセラミック積層体25においては、第1グリーンシート101が焼結してなる圧電セラミック層20と電極材料130、140により形成された内部電極部231、241を含む内部電極層23、24とが交互に積層されている。また、内部電極層23、24に挟まれた圧電セラミック層20のうち、応力緩和部21を含む圧電セラミック層20a(応力緩和層20a)は、第2グリーンシート102が焼結してなる。
そして、焼成後、全面研磨を行って縦6mm×横6mm×高さ4.4mmのセラミック積層体15を作製した。
<Baking process>
Next, the degreased intermediate laminate 20 was fired. In the same manner as in Example 1, firing was performed by gradually raising the temperature to 1050 ° C. over 12 hours, holding for 2 hours, and then gradually cooling.
In this way, the ceramic laminate 25 having the slit-like stress relaxation portion 21 formed by disappearing the relaxation portion forming material 110 is produced (see FIGS. 16 to 18). As shown in FIGS. 16 to 18, the stress relaxation portion 21 is provided with a slit-like space over the entire side surface of the ceramic laminate 25. Further, as shown in the figure, in the produced ceramic laminate 25, the internal electrode portions 231 and 241 formed by the piezoelectric ceramic layer 20 formed by sintering the first green sheet 101 and the electrode materials 130 and 140 are provided. The included internal electrode layers 23 and 24 are alternately stacked. Of the piezoelectric ceramic layers 20 sandwiched between the internal electrode layers 23 and 24, the piezoelectric ceramic layer 20a (stress relaxation layer 20a) including the stress relaxation portion 21 is formed by sintering the second green sheet 102.
And after baking, it grind | polished the whole surface and produced the ceramic laminated body 15 of length 6mm * width 6mm * height 4.4mm.

<側面電極形成工程>
次いで、実施例1と同様に、セラミック積層体25の両側面を挟むように、Ag電極を焼付け、側面電極27、28を形成した。このとき、各内部電極層23、24は、内部電極部231、241においてそれぞれ交互に異なる側面の側面電極27、28に電気的に接続される。
<Side electrode formation process>
Next, in the same manner as in Example 1, Ag electrodes were baked so as to sandwich both side surfaces of the ceramic laminate 25, and side electrodes 27 and 28 were formed. At this time, the internal electrode layers 23 and 24 are electrically connected to the side electrodes 27 and 28 on the side surfaces that are alternately different in the internal electrode portions 231 and 241, respectively.

以上のようにして、図16〜図18に示すごとく、積層型圧電素子2を作製した。
なお、図16及び図17においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で積層型圧電素子2を示してある。
As described above, the multilayer piezoelectric element 2 was produced as shown in FIGS.
In FIGS. 16 and 17, for convenience of drawing, the multilayer piezoelectric element 2 is shown in a form in which the actual number of layers is omitted.

本例においては、応力緩和層20aとその他の圧電セラミック層20とのAサイト/Bサイト比が異なる10種類の積層型圧電素子(試料Y1〜Y10)を作製した。
即ち、試料Y1は、応力緩和層及びその他の圧電ラミック層のAサイト/Bサイト比がすべて1.01の積層型圧電素子2である。
試料Y2及び試料Y3は、応力緩和層20aのAサイト/Bサイト比がそれぞれ1.005及び1.002で、応力緩和層20a以外のその他の圧電セラミック層20のAサイト/Bサイト比が1.01の積層型圧電素子2である。
In this example, ten types of laminated piezoelectric elements (samples Y1 to Y10) having different A-site / B-site ratios between the stress relaxation layer 20a and the other piezoelectric ceramic layers 20 were produced.
That is, the sample Y1 is the multilayer piezoelectric element 2 in which the A site / B site ratios of the stress relaxation layer and the other piezoelectric ceramic layers are all 1.01.
In the samples Y2 and Y3, the A site / B site ratio of the stress relaxation layer 20a is 1.005 and 1.002, respectively, and the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers 20 other than the stress relaxation layer 20a is 1. .01 multilayer piezoelectric element 2.

試料Y4〜試料Y6は、応力緩和層20aのAサイト/Bサイト比がそれぞれ1.01、1.005、及び1.002で、応力緩和層20a以外のその他の圧電セラミック層20のAサイト/Bサイト比が1.005の積層型圧電素子2である。
試料Y7〜試料Y10は、応力緩和層20aのAサイト/Bサイト比がそれぞれ1.01、1.005、1.003、及び1.002で、応力緩和層20a以外のその他の圧電セラミック層20のAサイト/Bサイト比が1.002の積層型圧電素子2である。
各試料(試料X1〜X10)における応力緩和層20aのAサイト/Bサイト比と、その他の圧電セラミック層20のAサイト/Bサイト比を後述の表2に示す。
In the samples Y4 to Y6, the A site / B site ratio of the stress relaxation layer 20a is 1.01, 1.005, and 1.002, respectively, and the A site / B of the other piezoelectric ceramic layers 20 other than the stress relaxation layer 20a. The multilayer piezoelectric element 2 has a B site ratio of 1.005.
In the samples Y7 to Y10, the A site / B site ratio of the stress relaxation layer 20a is 1.01, 1.005, 1.003, and 1.002, respectively, and the other piezoelectric ceramic layers 20 other than the stress relaxation layer 20a. The multilayer piezoelectric element 2 has an A site / B site ratio of 1.002.
The A site / B site ratio of the stress relaxation layer 20a in each sample (samples X1 to X10) and the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers 20 are shown in Table 2 described later.

各試料Y1〜Y10についても実施例1と同様に耐久性試験を行って、寿命を計測した。その結果を表2に示す。   Each sample Y1 to Y10 was subjected to a durability test in the same manner as in Example 1 to measure the lifetime. The results are shown in Table 2.

Figure 2010225911
Figure 2010225911

表2より知られるごとく、応力緩和層以外の圧電セラミック層のAサイト/Bサイト比が同じもの同士、即ち、試料Y1〜試料Y3、試料Y4〜試料Y6、及び試料Y7〜試料Y10の各グループ内の試料同士をそれぞれ比較すると、応力緩和層のAサイト/Bサイト比がその他の圧電セラミック層のAサイト/Bサイト比よりも大きくなっている試料(試料Y4、及び試料Y7〜試料Y9)は、寿命が向上していることがわかる。また、各試料においては、応力緩和層も駆動するため、変位量を損ねることもない。
したがって、本例によれば、応力緩和層のAサイト/Bサイト比をその他の圧電セラミック層のAサイト/Bサイト比よりも大きくすることにより、変位量を損ねることなく絶縁抵抗の低下を抑制でき、積層型圧電素子の寿命を向上できることがわかる。
As is known from Table 2, the piezoelectric ceramic layers other than the stress relaxation layer have the same A site / B site ratio, that is, groups of sample Y1 to sample Y3, sample Y4 to sample Y6, and sample Y7 to sample Y10. Samples in which the A site / B site ratio of the stress relaxation layer is larger than the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers (sample Y4 and samples Y7 to Y9) It can be seen that the lifetime is improved. In each sample, since the stress relaxation layer is also driven, the amount of displacement is not impaired.
Therefore, according to this example, the A site / B site ratio of the stress relaxation layer is made larger than the A site / B site ratio of the other piezoelectric ceramic layers, thereby suppressing a decrease in insulation resistance without impairing the displacement. It can be seen that the life of the multilayer piezoelectric element can be improved.

上述の積層型圧電素子の例においては、応力緩和部21をセラミック積層体15の側面全周に渡って形成し、応力緩和部21を、内部電極層23、24間の圧電セラミック層20(20a)内に、内部電極層23、24に接触しないように形成したが(図16〜図18参照)、例えば図24に示すごとく、応力緩和部21は、内部電極層23、24と略同じ層に、これに接触するように形成することもできる。この場合には、内部電極層23、24における控え部232、242に応力緩和部21を形成するのではなく、内部電極部231、241と側面電極27、28とが電気的に接続する側の側面に露出する応力緩和部21を形成することができる。
この場合においも、内部電極層23、24に挟まれ、応力緩和部11を含む圧電セラミック層が応力緩和層20aとなり、この場合においても応力緩和層20aのAサイト/Bサイト比をその他の圧電セラミック層20のAサイト/Bサイト比よりも大きくすることにより、積層型圧電素子の絶縁抵抗の低下を抑制することができ、寿命を向上させることができる。なお、図24においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で積層型圧電素子2を示してある。
In the example of the multilayer piezoelectric element described above, the stress relaxation portion 21 is formed over the entire circumference of the side surface of the ceramic laminate 15, and the stress relaxation portion 21 is formed on the piezoelectric ceramic layer 20 (20a between the internal electrode layers 23 and 24). ) So as not to contact the internal electrode layers 23, 24 (see FIGS. 16 to 18). For example, as shown in FIG. 24, the stress relaxation portion 21 is substantially the same layer as the internal electrode layers 23, 24. Further, it can be formed so as to be in contact therewith. In this case, the stress relieving part 21 is not formed in the holding parts 232 and 242 in the internal electrode layers 23 and 24, but on the side where the internal electrode parts 231 and 241 and the side electrodes 27 and 28 are electrically connected. The stress relaxation part 21 exposed to the side surface can be formed.
Also in this case, the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the internal electrode layers 23 and 24 and including the stress relaxation portion 11 becomes the stress relaxation layer 20a. In this case, the A site / B site ratio of the stress relaxation layer 20a is set to other piezoelectric layers. By making it larger than the A-site / B-site ratio of the ceramic layer 20, it is possible to suppress a decrease in the insulation resistance of the multilayer piezoelectric element and to improve the life. In FIG. 24, the stacked piezoelectric element 2 is shown in a form in which the actual number of stacked layers is omitted for the convenience of drawing.

(実施例3)
本例は、Pb酸化物を含有する緩和部形成材料を用いて応力緩和部を形成してなる積層型圧電素子の例である。本例の積層型圧電素子は、Pb酸化物を含有する緩和部形成材料を用いて応力緩和部を形成し、絶縁低下層とその他の圧電セラミック層とを同じ組成のPZT系材料で形成した点を除いては、実施例1と同様の構成を有している。
Example 3
This example is an example of a multilayer piezoelectric element in which a stress relaxation portion is formed using a relaxation portion forming material containing a Pb oxide. In the multilayer piezoelectric element of this example, a stress relaxation part is formed using a relaxation part forming material containing a Pb oxide, and the insulation lowering layer and other piezoelectric ceramic layers are formed of a PZT material having the same composition. Except for, the configuration is the same as that of the first embodiment.

即ち、図25〜図27に示すごとく、本例の積層型圧電素子3は、実施例1と同様に、複数の圧電セラミック層30と複数の内部電極層33、34とを交互に積層してなるセラミック積層体35と、その積層方向と垂直な方向の側面に形成された一対の側面電極37、38とを有する。圧電セラミック層30は、基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする。内部電極層33、34は、導電性を有する内部電極部331、341と、その外周端部がセラミック積層体35の外周面351よりも内方に所定の後退距離で後退した内部電極非形成領域332、342とを有し、内部電極層33、34は、内部電極部331、341が積層体35の外周面351に露出する部分で、交互に異なる側面電極37、38に電気的に接続されている。また、セラミック積層体35は、その側面から内方に凹むスリット状の領域に、圧電セラミック層30よりも形状を容易に変化し得る応力緩和部21を有する。本例においても、実施例1と同様に、応力緩和部31は、セラミック積層体35の側面351から内方に凹んだスリット状の溝部(空間)であり、セラミック積層体35の外周面全周に渡って周方向に形成されている。 That is, as shown in FIGS. 25 to 27, in the multilayer piezoelectric element 3 of this example, a plurality of piezoelectric ceramic layers 30 and a plurality of internal electrode layers 33 and 34 are alternately stacked as in the first embodiment. And a pair of side surface electrodes 37 and 38 formed on the side surface in a direction perpendicular to the stacking direction. The piezoelectric ceramic layer 30 is mainly composed of a PZT material represented by the basic composition formula ABO 3 . The internal electrode layers 33, 34 are conductive internal electrode portions 331, 341 and internal electrode non-formation regions in which outer peripheral end portions recede inward from the outer peripheral surface 351 of the ceramic laminate 35 by a predetermined receding distance. The internal electrode layers 33 and 34 are portions where the internal electrode portions 331 and 341 are exposed on the outer peripheral surface 351 of the multilayer body 35, and are electrically connected to alternately different side electrodes 37 and 38. ing. Moreover, the ceramic laminated body 35 has the stress relaxation part 21 which can change a shape more easily than the piezoelectric ceramic layer 30 in the slit-shaped area | region recessed inward from the side surface. Also in this example, as in the first embodiment, the stress relaxation portion 31 is a slit-like groove (space) recessed inward from the side surface 351 of the ceramic laminate 35, and the entire circumference of the outer peripheral surface of the ceramic laminate 35. Is formed in the circumferential direction.

本例の積層型圧電素子2において、応力緩和部31は、消失材料の他にPb酸化物を含む緩和部形成材料を焼成してなる。焼成時には、消失材料が消失してスリット状の溝部(応力緩和部)が形成されると共にその周囲にPbが拡散する。そのため、応力緩和部31の周辺には、周囲よりもPb濃度が高いPBリッチ領域315が形成されていると考えられる。   In the multilayer piezoelectric element 2 of this example, the stress relaxation part 31 is formed by firing a relaxation part forming material containing a Pb oxide in addition to the disappearance material. During firing, the disappearing material disappears to form slit-like groove portions (stress relaxation portions) and Pb diffuses around the slit-like groove portions. For this reason, it is considered that a PB rich region 315 having a higher Pb concentration than the surroundings is formed around the stress relaxation portion 31.

次に、本例の積層型圧電素子の製造方法につき、図4、図5、及び図25〜図30を用いて説明する。
本例においては、シート形成工程と、電極材料配設工程、緩和部形成材料配設工程、積層工程、焼成工程、及び側面電極形成工程を行うことにより、積層型圧電素子を作製する。
Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element of this example will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 25 to 30.
In this example, a laminated piezoelectric element is manufactured by performing a sheet forming step, an electrode material disposing step, a relaxing portion forming material disposing step, a laminating step, a firing step, and a side electrode forming step.

シート形成工程においては、セラミックス原料を含有し、焼成後に上記圧電セラミック層となるグリーンシートを形成する。具体的には、焼成後に基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を生成するスラリー状又はペースト状のセラミック原料をシート状に成形してグリーンシート101を形成する(図4及び図5参照)。
電極材料配設工程においては、図4及び図5に示すごとく、グリーンシート101上の印刷領域103において内部電極部を形成する部分に、電極材料130、140を配設して電極配設シート105を作製する。
緩和部形成材料配設工程においては、図28に示すごとく、グリーンシート101上の印刷領域103において上記応力緩和部を形成する部分に、緩和部形成材料310を配設して緩和部配設シート307を作製する。本例においては、緩和部形成材料310として、消失材料とPb酸化物とを含有するものを採用する。
In the sheet forming step, a green sheet that contains a ceramic raw material and becomes the piezoelectric ceramic layer after firing is formed. Specifically, a green sheet 101 is formed by forming a slurry-like or paste-like ceramic raw material for producing a PZT-based material represented by the basic composition formula ABO 3 after firing into a sheet (see FIGS. 4 and 5). ).
In the electrode material disposing step, as shown in FIGS. 4 and 5, electrode materials 130 and 140 are disposed on the portion where the internal electrode portion is formed in the print region 103 on the green sheet 101 to form the electrode disposing sheet 105. Is made.
In the relaxation portion forming material disposing step, as shown in FIG. 28, the relaxing portion forming material 310 is disposed in the portion of the printing region 103 on the green sheet 101 where the stress relieving portion is to be formed, and the relaxation portion disposing sheet. 307 is produced. In this example, a material containing a disappearing material and a Pb oxide is adopted as the relaxation portion forming material 310.

次に、積層工程においては、図29及び図30に示すごとく、電極配設シート105を複数積層すると共に、積層方向に任意の間隔を開けて電極配設シート105間に緩和部配設シート307を積層し、中間積層体30(予備積層体300)を作製する。
焼成工程においては、中間積層体30を焼成してセラミック積層体35を作製する(図30及び図25〜図27参照)。
また、側面電極形成工程においては、セラミック積層体35の側面に導電性金属を焼付けて側面電極37、38を形成する(図25〜図27参照)。
以下、本例の製造方法を各工程ごとに詳細に説明する。
Next, in the laminating step, as shown in FIGS. 29 and 30, a plurality of electrode arrangement sheets 105 are laminated, and a relaxing portion arrangement sheet 307 is provided between the electrode arrangement sheets 105 at an arbitrary interval in the lamination direction. Are laminated to produce an intermediate laminate 30 (preliminary laminate 300).
In the firing step, the intermediate laminate 30 is fired to produce the ceramic laminate 35 (see FIGS. 30 and 25 to 27).
In the side electrode forming step, the side electrodes 37 and 38 are formed by baking a conductive metal on the side surface of the ceramic laminate 35 (see FIGS. 25 to 27).
Hereafter, the manufacturing method of this example is demonstrated in detail for every process.

<シート形成工程>
実施例1の第1グリーンシートと同様にしてグリーンシート101を作製した(図4及び図5参照)。
<Sheet formation process>
A green sheet 101 was produced in the same manner as the first green sheet of Example 1 (see FIGS. 4 and 5).

<電極材料配設工程>
次に、実施例1と同様に、グリーンシート101上に、電極材料130、140を印刷し、電極配設シート105を作製した(図4及び図5参照)。
<Electrode material placement process>
Next, in the same manner as in Example 1, electrode materials 130 and 140 were printed on the green sheet 101 to produce the electrode-arranged sheet 105 (see FIGS. 4 and 5).

<緩和部形成材料配設工程>
次に、図29に示すごとく、第1グリーンシート101上の印刷領域103において、最終的に応力緩和部となる所定の領域に緩和部形成材料310を印刷した。これにより、緩和部配設シート307を形成した。本例においては、緩和部形成材料130として、カーボン粒子よりなる消失材料と、酸化鉛(PbO)とを含有するペースト状の材料を用いた。
<Relaxation part forming material arrangement process>
Next, as shown in FIG. 29, in the printing region 103 on the first green sheet 101, the relaxation portion forming material 310 was printed in a predetermined region that finally becomes a stress relaxation portion. Thereby, the relaxation part arrangement | positioning sheet | seat 307 was formed. In this example, a paste-like material containing a disappearing material made of carbon particles and lead oxide (PbO) was used as the relaxing portion forming material 130.

<積層工程>
次に、図29に示すごとく、第1電極配設シート105を積層し、温度100℃で加熱すると共に、積層方向に50MPaで加圧し、予備積層体300を作製した。積層時には、第1電極配設シート105を電極材料のパターン130、140が交互になるように複数積層し、上記応力緩和部を形成したい位置に緩和部配設シート307を挿入して積層した。具体的には、本例においては、第1電極配設シート105の積層構造11層毎に緩和部配設シート307を積層した。このようにして、第1電極配設シート105が合計で59枚となるように積層し、さらに積層方向の両端に電極材料及び緩和部形成材料が印刷されていないグリーンシート101を積層した。
<Lamination process>
Next, as shown in FIG. 29, the 1st electrode arrangement | positioning sheet | seat 105 was laminated | stacked, while heating at the temperature of 100 degreeC, it pressurized by 50 Mpa in the lamination direction, and the preliminary laminated body 300 was produced. At the time of lamination, a plurality of the first electrode arrangement sheets 105 were laminated so that the electrode material patterns 130 and 140 were alternated, and the relaxation portion arrangement sheet 307 was inserted and laminated at the position where the stress relaxation portion was to be formed. Specifically, in this example, the relaxing portion arrangement sheet 307 is laminated for every 11 layers of the laminated structure of the first electrode arrangement sheet 105. In this way, the first electrode-arranged sheets 105 were laminated so that the total number of sheets was 59, and the green sheets 101 on which the electrode material and the relaxing portion forming material were not printed were laminated at both ends in the lamination direction.

<積層体切断工程>
次に、実施例1と同様に、予備積層体300を所定の切断位置390に沿って積層方向に切断し、中間積層体30を形成した(図29及び図30参照)。
なお、図29及び図30においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で予備積層体300及び中間積層体30を示してある。
<Laminate cutting process>
Next, similarly to Example 1, the preliminary laminate 300 was cut in the stacking direction along a predetermined cutting position 390 to form the intermediate laminate 30 (see FIGS. 29 and 30).
In FIGS. 29 and 30, for the convenience of drawing, the preliminary laminated body 300 and the intermediate laminated body 30 are shown in a form in which the actual number of laminated layers is omitted.

次に、中間積層体30のグリーンシート101等に含有されているバインダ樹脂を加熱除去した(脱脂)。加熱は、80時間かけて徐々に500℃まで昇温し、5時間保持することにより行った。   Next, the binder resin contained in the green sheet 101 or the like of the intermediate laminate 30 was removed by heating (degreasing). Heating was performed by gradually raising the temperature to 500 ° C. over 80 hours and holding for 5 hours.

<焼成工程>
次いで、脱脂した中間積層体30を焼成した。焼成は、実施例1と同様に、温度1050℃まで12時間かけて徐々に昇温させ、2時間保持後、徐々に冷却することにより行った。この焼成により、グリーンシート101が焼結して圧電セラミック層30が形成され、電極材料130、140から内部電極部331、341が形成される(図25〜図27参照)。また、緩和部形成材料310の消失材料が焼成により消失してスリット状の応力緩和部31が形成されると共に、緩和部形成材料310中に含まれるPbOからPbが応力緩和部31周辺の圧電セラミック層30に拡散する。
そして、焼成後、全面研磨を行って、図25〜図27に示すごとく、縦6mm×横6mm×高さ4.4mmのセラミック積層体35を作製した。
<Baking process>
Next, the degreased intermediate laminate 30 was fired. In the same manner as in Example 1, firing was performed by gradually raising the temperature to 1050 ° C. over 12 hours, holding for 2 hours, and then gradually cooling. By this firing, the green sheet 101 is sintered to form the piezoelectric ceramic layer 30, and the internal electrode portions 331 and 341 are formed from the electrode materials 130 and 140 (see FIGS. 25 to 27). Further, the disappearance material of the relaxation portion forming material 310 disappears by firing to form the slit-shaped stress relaxation portion 31, and PbO to Pb contained in the relaxation portion formation material 310 changes the piezoelectric ceramic around the stress relaxation portion 31. Diffuses into layer 30.
And after baking, whole surface grinding | polishing was performed and the ceramic laminated body 35 of length 6mm * width 6mm * height 4.4mm was produced as shown in FIGS.

<側面電極形成工程>
次いで、実施例1と同様に、セラミック積層体35の両側面を挟むように、Ag電極を焼付け、側面電極37、38を形成した。このとき、各内部電極層33、34は、内部電極部331、341においてそれぞれ交互に異なる側面の側面電極37、38に電気的に接続される。
<Side electrode formation process>
Next, in the same manner as in Example 1, Ag electrodes were baked so as to sandwich both side surfaces of the ceramic laminate 35, and side electrodes 37 and 38 were formed. At this time, the internal electrode layers 33 and 34 are electrically connected to the side electrodes 37 and 38 on the side surfaces that are alternately different in the internal electrode portions 331 and 341, respectively.

以上のようにして、、図25〜図27に示すごとく、積層型圧電素子3を作製した。
なお、図25及び図26においては、図面作成の便宜のため、実際の積層数を省略した形式で積層型圧電素子3を示してある。
As described above, the multilayer piezoelectric element 3 was produced as shown in FIGS.
25 and 26, the stacked piezoelectric element 3 is shown in a form in which the actual number of stacked layers is omitted for the convenience of drawing.

本例においては、上記緩和部形成材料配設工程において、緩和部形成材料におけるPbOの配合割合を変えて複数の積層型圧電素子(試料Z2〜試料Z6)を作製した。また、比較用としてPbOの代わりにZrO2を所定の配合割合で含有する緩和部形成材料を用いて積層型圧電素子(試料Z7及び試料Z8)を作製した。また、比較用として、消失材料のみを含有し、酸化物の添加剤を含まない緩和部形成材料を用いて積層型圧電素子(試料Z1)を作製した。 In this example, a plurality of stacked piezoelectric elements (samples Z2 to Z6) were manufactured by changing the blending ratio of PbO in the relaxing portion forming material in the relaxing portion forming material disposing step. For comparison, multilayer piezoelectric elements (sample Z7 and sample Z8) were prepared using a relaxing portion forming material containing ZrO 2 in a predetermined blending ratio instead of PbO. For comparison, a multilayer piezoelectric element (sample Z1) was prepared using a relaxation portion forming material that contains only the disappearing material and does not contain an oxide additive.

即ち、試料Z1は、酸化物からなる添加剤を含有せず、カーボンからなる消失材料のみを含有するペースト状の緩和部形成材料を用いて応力緩和部を形成してなる積層型圧電素子である。
試料Z2〜試料Z6は、カーボンからなる消失材料100質量部に対してPbOをそれぞれ0.5、1、5、10、20質量部含有するペースト状の緩和部形成材料を用いて応力緩和部を形成してなる積層型圧電素子である。
試料Z7及び試料Z8は、カーボンからなる消失材料100質量部に対してZrO2をそれぞれ5及び20質量部含有するペースト状の緩和部形成材料を用いて応力緩和部を形成してなる積層型圧電素子である。
That is, the sample Z1 is a multilayer piezoelectric element in which a stress relaxation portion is formed using a paste-like relaxation portion forming material that does not contain an oxide additive and contains only a disappearance material made of carbon. .
Samples Z2 to Z6 have a stress relaxation part using paste-like relaxation part forming materials containing 0.5, 1, 5, 10, and 20 parts by mass of PbO with respect to 100 parts by mass of the disappearing material made of carbon, respectively. It is a laminated piezoelectric element formed.
Samples Z7 and Z8 are laminated piezoelectric materials in which stress relaxation parts are formed using paste-like relaxation part forming materials containing 5 and 20 parts by mass of ZrO 2 with respect to 100 parts by mass of the disappearing material made of carbon. It is an element.

各試料(試料Z1〜試料Z8)について、その作製に用いたPbO及びZrO2の添加量を後述の表3に示す。表3において、PbO又はZrO2の添加量は、消失材料100質量部に対する添加量(質量部)を示す。 For each sample (sample Z1 to sample Z8), the added amounts of PbO and ZrO 2 used for the preparation are shown in Table 3 to be described later. In Table 3, the addition amount of PbO or ZrO 2 indicates the addition amount (parts by mass) relative to 100 parts by mass of the disappearing material.

各試料Z1〜Z8について、実施例1と同様に耐久性試験を行って、寿命を計測した。その結果を表3に示す。   About each sample Z1-Z8, the durability test was done similarly to Example 1, and the lifetime was measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2010225911
Figure 2010225911

表3より知られるごとく、PbOを添加して作製した試料Z2〜試料Z6は、試料Z1に比べて寿命が向上していることがわかる。特にPbOを消失材料100質量部に対して1〜10質量部添加して作製した試料Z3〜試料Z5は、試料Z1に比べて、寿命が2.5倍になっており、大きく向上していた。
これに対し、ZrO2を添加して作製した試料Z7及び試料Z8においては、試料Z1に比べて寿命が低下していた。
As is known from Table 3, it can be seen that the samples Z2 to Z6 prepared by adding PbO have an improved life compared to the sample Z1. In particular, Samples Z3 to Z5 prepared by adding 1 to 10 parts by mass of PbO with respect to 100 parts by mass of the disappearing material had a lifespan 2.5 times that of Sample Z1 and were greatly improved. .
On the other hand, in samples Z7 and Z8 produced by adding ZrO 2 , the lifetime was reduced as compared with sample Z1.

また、本例の積層型圧電素子3において、各圧電セラミック層30は、異なる二つの側面電極37、38に電気的に接続する内部電極層33、34に挟まれており、電圧印加により駆動することができ、変位量を損ねることもない(図25〜図27参照)。
したがって、本例によれば、消失材料にPbOを添加した緩和部形成材料を用いて応力緩和部を形成することにより、変位量を損ねることなく絶縁抵抗の低下を抑制でき、積層型圧電素子の寿命を向上できることがわかる。
In the multilayer piezoelectric element 3 of this example, each piezoelectric ceramic layer 30 is sandwiched between internal electrode layers 33 and 34 that are electrically connected to two different side electrodes 37 and 38, and is driven by voltage application. The displacement amount is not impaired (see FIGS. 25 to 27).
Therefore, according to this example, by forming the stress relaxation portion using the relaxation portion forming material obtained by adding PbO to the disappearing material, it is possible to suppress the decrease in the insulation resistance without impairing the amount of displacement. It can be seen that the life can be improved.

また、本例においては、Pb酸化物としてPbOを用いたが、その他にもPb34、あるいはPT(チタン酸鉛)、PZ(ジルコン酸鉛)、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等のようなPbの複合酸化物等を用いることもできる。 In this example, PbO was used as the Pb oxide, but other than these, Pb 3 O 4 , PT (lead titanate), PZ (lead zirconate), PZT (lead zirconate titanate), etc. Such a complex oxide of Pb can also be used.

1 積層型圧電素子
10 圧電セラミック層
10a 応力緩和層
10b 絶縁低下層
11 応力緩和部
13 内部電極層
13a 基準電極層
131 内部電極部
132 内部電極非形成領域
14 内部電極層
141 内部電極部
142 内部電極非形成領域
15 セラミック積層体
17 側面電極
18 側面電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laminated piezoelectric element 10 Piezoelectric ceramic layer 10a Stress relaxation layer 10b Insulation lowering layer 11 Stress relaxation part 13 Internal electrode layer 13a Reference electrode layer 131 Internal electrode part 132 Internal electrode non-formation area 14 Internal electrode layer 141 Internal electrode part 142 Internal electrode Non-formation region 15 Ceramic laminate 17 Side electrode 18 Side electrode

Claims (11)

基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の積層方向と垂直な方向の側面に形成された一対の側面電極とを有する積層型圧電素子において、
上記内部電極層は、導電性を有する内部電極部と、該内部電極部の外周端部が上記セラミック積層体の外周面よりも内方に所定の後退距離で後退した内部電極非形成領域とを有し、上記内部電極部においていずれか一方の上記側面電極に交互に電気的に接続しており、
上記セラミック積層体は、該セラミック積層体の側面から内方に所定の深さで凹むスリット状の応力緩和部を有し、
該応力緩和部を含む上記圧電セラミック層を応力緩和層とし、上記セラミック積層体の積層方向において上記応力緩和層を挟んで隣接する2つの上記内部電極層のうち負極側の上記側面電極に電気的に接続された上記内部電極層を基準電極層とし、該基準電極層を挟んで隣接する2つの上記圧電セラミック層のうち、上記応力緩和層ではない方を絶縁低下層とすると、上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層は、その他の上記圧電セラミック層に比べてAサイト/Bサイト比が大きなPZT系材料を主成分とすることを特徴とする積層型圧電素子。
A ceramic laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers mainly composed of a PZT material represented by the basic composition formula ABO 3 , and perpendicular to the laminating direction of the ceramic laminate In a laminated piezoelectric element having a pair of side electrodes formed on side surfaces in various directions,
The internal electrode layer includes a conductive internal electrode portion, and an internal electrode non-formation region in which an outer peripheral end portion of the internal electrode portion recedes inward from the outer peripheral surface of the ceramic laminate by a predetermined receding distance. And alternately electrically connected to any one of the side electrodes in the internal electrode portion,
The ceramic laminate has a slit-like stress relaxation portion that is recessed inward from the side surface of the ceramic laminate at a predetermined depth,
The piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion is used as a stress relaxation layer, and is electrically connected to the side electrode on the negative electrode side of two internal electrode layers adjacent to each other with the stress relaxation layer sandwiched in the stacking direction of the ceramic laminate. When the internal electrode layer connected to the reference electrode layer is used as a reference electrode layer, and the two piezoelectric ceramic layers adjacent to each other with the reference electrode layer sandwiched between them are non-stress relaxation layers, the stress reduction layer And / or the insulation lowering layer is mainly composed of a PZT-based material having a larger A-site / B-site ratio than the other piezoelectric ceramic layers.
請求項1において、上記積層型圧電素子内のすべての上記圧電セラミック層においては、該圧電セラミック層を構成する上記PZT系材料の上記Aサイト/Bサイト比が1.005以下になっていることを特徴とする積層型圧電素子。   2. The A-site / B-site ratio of the PZT material constituting the piezoelectric ceramic layer is 1.005 or less in all the piezoelectric ceramic layers in the multilayer piezoelectric element according to claim 1. A laminated piezoelectric element characterized by the above. 請求項1又は2において、上記応力緩和層及び/又は上記絶縁低下層は、その他の上記圧電セラミック層に比べてAサイト/Bサイト比が少なくとも0.001以上大きくなっていることを特徴とする積層型圧電素子。   3. The stress relaxation layer and / or the insulation lowering layer according to claim 1 or 2, wherein the A site / B site ratio is at least 0.001 or more as compared with the other piezoelectric ceramic layers. Multilayer piezoelectric element. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記基準電極層における上記内部電極非形成領域の上記後退距離は、上記積層型圧電素子の積層方向において上記基準電極層の最も近くに存在する上記応力緩和部の深さよりも小さくなっていることを特徴とする積層型圧電素子。   The retreat distance of the internal electrode non-formation region in the reference electrode layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the stress existing closest to the reference electrode layer in the stacking direction of the stacked piezoelectric element. A laminated piezoelectric element characterized by being smaller than the depth of the relaxation portion. 基本組成式ABO3で表されるPZT系材料を主成分とする複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなるセラミック積層体と、該セラミック積層体の積層方向と垂直な方向の側面に形成された一対の側面電極とを有する積層型圧電素子において、
上記内部電極層は、導電性を有する内部電極部と、該内部電極部の外周端部が上記セラミック積層体の外周面よりも内方に所定の後退距離で後退した内部電極非形成領域とを有し、上記内部電極部においていずれか一方の上記側面電極に交互に電気的に接続しており、
上記セラミック積層体は、該セラミック積層体の側面から内方に所定の深さで凹むスリット状の応力緩和部を有し、
該応力緩和部は、焼成時に消失する消失材料とPb酸化物とを含有する緩和部形成材料を焼成してなることを特徴とする積層型圧電素子。
A ceramic laminate formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers mainly composed of a PZT material represented by the basic composition formula ABO 3 , and perpendicular to the laminating direction of the ceramic laminate In a laminated piezoelectric element having a pair of side electrodes formed on side surfaces in various directions,
The internal electrode layer includes a conductive internal electrode portion, and an internal electrode non-formation region in which an outer peripheral end portion of the internal electrode portion recedes inward from the outer peripheral surface of the ceramic laminate by a predetermined receding distance. And alternately electrically connected to any one of the side electrodes in the internal electrode portion,
The ceramic laminate has a slit-like stress relaxation portion that is recessed inward from the side surface of the ceramic laminate at a predetermined depth,
The multilayered piezoelectric element, wherein the stress relaxation part is formed by firing a relaxation part forming material containing a disappearing material that disappears upon firing and a Pb oxide.
請求項5において、上記セラミック積層体は、セラミックス原料を含有し、焼成後に上記圧電セラミック層となるグリーンシートを形成するシート形成工程と、上記グリーンシート上において上記内部電極部を形成する部分に、電極材料を配設して電極配設シートを作製する電極材料配設工程と、上記グリーンシート上において上記応力緩和部を形成する部分に、上記緩和部形成材料を配設して緩和部配設シートを作製する緩和部形成材料配設工程と、上記電極配設シートを複数積層すると共に、積層方向に任意の間隔を開けて上記電極配設シート間に上記緩和部配設シートを積層し、中間積層体を作製する積層工程と、上記中間積層体を焼成して上記セラミック積層体を作製する焼成工程とを行うことにより得られることを特徴とする積層型圧電素子。   In claim 5, the ceramic laminate includes a ceramic raw material, a sheet forming step of forming a green sheet that becomes the piezoelectric ceramic layer after firing, and a portion that forms the internal electrode portion on the green sheet, An electrode material disposing step of disposing an electrode material to produce an electrode disposing sheet, and disposing the relaxing portion by disposing the relaxing portion forming material on a portion where the stress relaxing portion is formed on the green sheet. A relaxation part forming material disposing step for producing a sheet, and a plurality of the electrode disposing sheets are laminated, and the relaxing part disposing sheets are laminated between the electrode disposing sheets with an arbitrary interval in the laminating direction, A laminate obtained by performing a laminating step for producing an intermediate laminate and a firing step for firing the intermediate laminate to produce the ceramic laminate. The piezoelectric element. 請求項5又は6において、上記緩和部形成材料は、上記Pb酸化物としてPbOを含有することを特徴とする積層型圧電素子。   7. The multilayer piezoelectric element according to claim 5, wherein the relaxation portion forming material contains PbO as the Pb oxide. 請求項5〜7のいずれか一項において、上記緩和部形成材料は、上記消失材料100質量部に対してPb酸化物をPbO換算で20質量部以下含有することを特徴とする積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to any one of claims 5 to 7, wherein the relaxation portion forming material contains 20 parts by mass or less of Pb oxide in terms of PbO with respect to 100 parts by mass of the disappearing material. . 請求項5〜8のいずれか一項において、上記応力緩和部を含む上記圧電セラミック層を応力緩和層とし、上記セラミック積層体の積層方向において上記応力緩和層を挟んで隣接する2つの上記内部電極層のうち負極側の上記側面電極に電気的に接続された上記内部電極層を基準電極層とすると、上記基準電極層における上記内部電極非形成領域の上記後退距離は、上記積層型圧電素子の積層方向において上記基準電極層の最も近くに存在する上記応力緩和部の深さよりも小さくなっていることを特徴とする積層型圧電素子。   9. The internal electrode according to claim 5, wherein the piezoelectric ceramic layer including the stress relaxation portion is a stress relaxation layer, and the two internal electrodes adjacent to each other with the stress relaxation layer sandwiched in the stacking direction of the ceramic multilayer body. When the internal electrode layer electrically connected to the side electrode on the negative electrode side of the layer is a reference electrode layer, the receding distance of the internal electrode non-formation region in the reference electrode layer is the thickness of the multilayer piezoelectric element. A multilayer piezoelectric element characterized by being smaller than the depth of the stress relaxation portion existing closest to the reference electrode layer in the stacking direction. 請求項1〜9のいずれか一項において、上記内部電極部は、AgPd合金を主成分とすることを特徴とする積層型圧電素子。   10. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the internal electrode portion contains an AgPd alloy as a main component. 請求項1〜10のいずれか一項において、上記積層型圧電素子は、燃料噴射弁に用いられることを特徴とする積層型圧電素子。   11. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the multilayer piezoelectric element is used for a fuel injection valve.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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