JP2010283141A - Laminated piezoelectric element - Google Patents
Laminated piezoelectric element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010283141A JP2010283141A JP2009135161A JP2009135161A JP2010283141A JP 2010283141 A JP2010283141 A JP 2010283141A JP 2009135161 A JP2009135161 A JP 2009135161A JP 2009135161 A JP2009135161 A JP 2009135161A JP 2010283141 A JP2010283141 A JP 2010283141A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- internal electrode
- piezoelectric element
- electrode layer
- ceramic laminate
- slit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 8
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 45
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical group [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J titanic acid Chemical compound O[Ti](O)(O)O LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ピエゾアクチュエータ等に用いられる、積層型圧電素子に関するものである。 The present invention relates to a laminated piezoelectric element used for a piezoelectric actuator or the like.
圧電効果を適用し、ナノメータから数百ミクロンメータの範囲での精緻な位置決めを可能にし、しかも迅速な応答性を有する装置として、ピエゾアクチュエータが一般に用いられており、その適用例として、圧力センサやマイクロホンなどを挙げることができる。また、環境影響負荷低減を促進する観点から、車両の燃費を向上させるべく、エンジンの燃料噴射用インジェクタ駆動源などへの適用も、現在、鋭意検討されているところである。 Piezo-actuators are generally used as devices that enable precise positioning in the range of nanometers to several hundreds of micrometers using a piezoelectric effect, and that have rapid response. A microphone can be mentioned. In addition, from the viewpoint of promoting reduction of environmental impact load, in order to improve the fuel efficiency of a vehicle, application to an injector drive source for fuel injection of an engine or the like is currently under intensive investigation.
圧電効果とは、ある結晶に機械的な圧力を加えた際に、これに比例して電荷が発生する現象であり、それとは逆に、電界印加によって圧電体自体が変形する逆圧電効果もこの圧電効果に含まれるものであり、一般のピエゾアクチュエータは、この逆圧電効果を適用したものである。 The piezoelectric effect is a phenomenon in which charges are generated in proportion to the mechanical pressure applied to a crystal. Conversely, the reverse piezoelectric effect in which the piezoelectric body itself is deformed by the application of an electric field is also this phenomenon. It is included in the piezoelectric effect, and a general piezo actuator applies this inverse piezoelectric effect.
上記するピエゾアクチュエータは、複数のセラミックス層と印加電圧供給用の内部電極層とが交互に積層された積層型圧電素子をその内部に具備するものであり、該圧電素子で発生した電圧は、二つの電極の間に放電が起こるほど大きな値となり得るものである。そして、この積層型圧電素子の分極方向に平行に加えられた電場は、一直線に並んだ電気双極子に回転力を生じ、結果として高いトルクを発生することができ、この作用によって単結晶中に長さの変化が生じ、結晶体の伸張が引き起こされる。なお、この素材としては、チタン酸やジルコン酸、酸化鉛等が用いられている。 The piezoelectric actuator described above includes a laminated piezoelectric element in which a plurality of ceramic layers and an internal electrode layer for supplying an applied voltage are alternately laminated, and the voltage generated in the piezoelectric element is two. The value can be as large as discharge occurs between the two electrodes. The electric field applied in parallel to the polarization direction of the multilayer piezoelectric element generates a rotational force in the electric dipoles arranged in a straight line, and as a result, a high torque can be generated. A change in length occurs, causing the crystal to stretch. As this material, titanic acid, zirconic acid, lead oxide or the like is used.
ところで、従来のピエゾアクチュエータを構成する積層型圧電素子では、上記する圧電効果による変位が生じる部分が圧電変位した際に、圧電変位が生じない部分に応力が集中するものであり、長期の使用によってこの応力集中に起因したクラックが圧電素子間に発生し、これが積層型圧電素子の耐久性を決定する一つの大きな要因となっている。
そこで、上記するクラックの発生を効果的に抑止するべく、積層型圧電素子内の適所に応力緩和作用を奏するスリットを具備した積層型圧電素子が、特許文献1に開示されている。
By the way, in the multilayer piezoelectric element constituting the conventional piezoelectric actuator, when the portion where the displacement due to the piezoelectric effect described above is displaced, the stress is concentrated on the portion where the piezoelectric displacement does not occur. Cracks due to this stress concentration occur between the piezoelectric elements, and this is one major factor that determines the durability of the multilayer piezoelectric element.
Therefore, in order to effectively suppress the occurrence of the cracks described above, a multilayer piezoelectric element having a slit that exerts a stress relaxation action at an appropriate position in the multilayer piezoelectric element is disclosed in
確かに、積層型圧電素子の内部の適所にスリットを設けることで応力緩和を図ることは可能となり、クラックの発生は効果的に抑止できる。しかし、このスリットを設けたことで、今度は、別途の課題が懸念される。
それは、積層型圧電素子の内部に設けられたスリットに電界が作用した際に、このスリットに還元反応を引き起こす物質が生成され、その還元物質がセラミックス層中の粒界に存在する金属酸化物を還元し、セラミックス層に導電性が生じる結果、積層型圧電素子の変位性能が低下する、という課題である。
Certainly, it is possible to relieve stress by providing slits at appropriate positions inside the multilayer piezoelectric element, and the generation of cracks can be effectively suppressed. However, since this slit is provided, there is a concern about another problem this time.
This is because, when an electric field is applied to a slit provided inside the multilayer piezoelectric element, a substance that causes a reduction reaction is generated in the slit, and the reducing substance is formed from a metal oxide present at a grain boundary in the ceramic layer. This is a problem that the displacement performance of the multilayer piezoelectric element is reduced as a result of reduction and electrical conductivity in the ceramic layer.
より具体的には、Agからなる内部電極層とセラミックス層とを一体焼結等することでこれらの積層構造が形成される場合において、この焼結時に、セラミックス層中の粒界中にAgが拡散することが確認されており、さらには、このAgが極めて高い拡散係数を有していることも分かっており、セラミックス層中に往々にしてAgの酸化物が介在し易い。 More specifically, when these laminated structures are formed by integrally sintering an internal electrode layer made of Ag and a ceramic layer, Ag is contained in the grain boundary in the ceramic layer during the sintering. It has been confirmed that it diffuses, and furthermore, it has been found that this Ag has a very high diffusion coefficient, and an oxide of Ag is likely to intervene in the ceramic layer.
また、一般に、PTZセラミックス(PTZ:ジルコン酸チタン酸鉛)の場合には、焼成中に鉛が分解し、PbOが液層を形成して粒界に存在していることも分かっている。 In general, in the case of PTZ ceramics (PTZ: lead zirconate titanate), it is also known that lead decomposes during firing, and PbO forms a liquid layer and exists at grain boundaries.
また、上記スリットの応力緩和作用を最大限に発揮するためには、スリットを内部電極端部より内側まで形成することが好ましく、その場合には、スリットの上下に電界がかかることになる。スリットの上下に電界が作用し、その電界印加が長期に及ぶ場合には、その部分の周縁のセラミックス層の絶縁性が除々に低下することが本発明者等によって特定されている。 In order to maximize the stress relaxation effect of the slit, it is preferable to form the slit from the end of the internal electrode to the inside, and in this case, an electric field is applied above and below the slit. It has been specified by the present inventors that when the electric field acts above and below the slit and the electric field is applied for a long period of time, the insulating properties of the ceramic layer at the periphery of the portion gradually decrease.
本発明者等によれば、この原因として、スリット内に存在する水分が分解されて還元性の高いH+を生成し、このH+がセラミックス層中に存在するAgやPbの酸化物を還元し、金属化することが特定されている。この金属化により、セラミックス層に導電性が生じ、上記する積層型圧電素子の変位性能の低下に繋がるというものである。 According to the present inventors, reducing as the cause, the water present in the slit is decomposed to produce a high reducing property H +, an oxide of Ag and Pb of the H + are present in the ceramic layer And it has been specified to metallize. This metallization causes conductivity in the ceramic layer, which leads to a decrease in the displacement performance of the multilayer piezoelectric element described above.
なお、積層型圧電素子にかかる別途の公開技術である特許文献2においては、上記するスリット内に接着剤が介在している実施例の記載があるが、このスリットは内部電極と接しており、したがって、内部電極のAgが今度はスリットの接着剤の内部に析出してしまい、スリット内でAgが析出した箇所と隣接する内部電極間の距離が他の部位に比して相対的に短くなる結果、この距離が短い部位もしくはその近傍で局所的な電界集中が生じるという別途の課題が危惧される。また、この構造では、電極の一部までセラミックスと接着剤の異種材料がサンドイッチされる構造となるため、接着剤の端部でクラックが生じ易いという課題も危惧される。
In addition, in
したがって、特許文献1に開示の技術の有する応力緩和効果を得ながら、しかも、セラミックス層中に導電性を生じさせず、もって積層型圧電素子の変位性能低下が生じ得ない積層型圧電素子の開発が、当該分野における急務の開発課題となっている。
Therefore, development of a multilayer piezoelectric element that obtains the stress relaxation effect of the technique disclosed in
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、応力緩和性能に優れ、しかも、セラミックス層中に導電性を生じさせず、もって積層型圧電素子の変位性能低下が生じ得ない積層型圧電素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a multilayer type that is excellent in stress relaxation performance and that does not cause conductivity in the ceramic layer, so that the displacement performance of the multilayer piezoelectric element cannot be reduced. An object is to provide a piezoelectric element.
前記目的を達成すべく、本発明による積層型圧電素子は、圧電材料からなる圧電層と、導電性を有する内部電極層と、が交互に積層されたセラミック積層体と、前記セラミック積層体の外周面であって、該セラミックス積層体の積層方向に直交する外周面に形成された一対の外部電極と、からなり、前記積層方向で隣接する一方の内部電極層と他方の内部電極層において、該一方の内部電極層の一端は、前記一対の外部電極を構成する一方の外部電極に当接し、該一方の内部電極層の他端は、前記一対の外部電極を構成する他方の外部電極に間隔を置いた姿勢でセラミックス積層体の内部に止まっており、該他方の内部電極層の一端は、前記一対の外部電極を構成する他方の外部電極に当接し、該他方の内部電極層の他端は、前記一対の外部電極を構成する一方の外部電極に間隔を置いた姿勢でセラミックス積層体の内部に止まっており、前記セラミックス積層体のうち、前記一方の内部電極層と前記他方の内部電極層の間には、前記一対の外部電極のそれぞれから該セラミックス積層体の内部に延設するスリットが形成されており、前記スリットの内部を導電性樹脂体が閉塞しているものである。 In order to achieve the above object, a multilayer piezoelectric element according to the present invention includes a ceramic laminate in which piezoelectric layers made of a piezoelectric material and conductive internal electrode layers are alternately laminated, and an outer periphery of the ceramic laminate. A pair of external electrodes formed on an outer peripheral surface perpendicular to the stacking direction of the ceramic laminate, and in one internal electrode layer and the other internal electrode layer adjacent in the stacking direction, One end of one internal electrode layer is in contact with one external electrode constituting the pair of external electrodes, and the other end of the one internal electrode layer is spaced from the other external electrode constituting the pair of external electrodes The other internal electrode layer is in contact with the other external electrode constituting the pair of external electrodes, and the other end of the other internal electrode layer The pair of external It is stopped inside the ceramic laminate in a posture spaced apart from one external electrode constituting the pole, and among the ceramic laminate, between the one internal electrode layer and the other internal electrode layer, A slit extending from each of the pair of external electrodes into the ceramic laminated body is formed, and a conductive resin body closes the inside of the slit.
本発明の積層型圧電素子は、圧電層と内部電極が交互に積層されたセラミックス積層体において、その圧電層内部に従来技術のごとく、当該積層型圧電素子に応力緩和性を付与するためのスリットを設けるものの、このスリットは、内部電極と連続しない位置に配設されるものであり、かつ、このスリットを導電性樹脂体で閉塞させた構造としたことで、スリットに電界(電位)が生じてセラミックス積層体の絶縁性が低下することを効果的に抑止したものである。 The multilayer piezoelectric element of the present invention is a ceramic laminate in which piezoelectric layers and internal electrodes are alternately laminated, and slits for imparting stress relaxation to the multilayer piezoelectric element as in the prior art. However, the slit is disposed at a position that is not continuous with the internal electrode, and an electric field (potential) is generated in the slit because the slit is closed with a conductive resin body. Thus, the deterioration of the insulating properties of the ceramic laminate is effectively suppressed.
ここで、導電性樹脂体の素材は特に限定されるものではないが、開設されたスリットのたとえば上下で電界が生じないようにするために導電性を有していること、および、スリット内を閉塞した場合でもこのスリットおよび導電性樹脂体の領域にて積層型圧電素子の作動時に応力緩和性を奏することができる程度の硬度もしくは変形性能(可撓性)を有していること、の双方の性能を満足できる素材であればよい。その一例を挙げれば、ポリエチレン樹脂、軟質ポリ塩化ビニル、シリコーン樹脂(シリコーンゴムも含む)などに、導電性フィラーである、Ag,Cu,Niなどが混合された素材である。 Here, the material of the conductive resin body is not particularly limited. However, the conductive resin body has conductivity so as not to generate an electric field above and below the opened slit, and the inside of the slit. Both the slit and the area of the conductive resin body have hardness or deformation performance (flexibility) that can provide stress relaxation when the multilayer piezoelectric element is operated. Any material can be used as long as the material satisfies the above performance. For example, it is a material in which Ag, Cu, Ni or the like, which is a conductive filler, is mixed with polyethylene resin, soft polyvinyl chloride, silicone resin (including silicone rubber), or the like.
そして、好ましい実施の形態として、前記スリットは、前記内部電極の端部と前記外部電極との間の前記間隔以上の長さを有しているのがよい。 As a preferred embodiment, the slit may have a length equal to or longer than the distance between the end of the internal electrode and the external electrode.
スリットが内部電極の端部と外部電極との間の間隔よりも短い、すなわち、交互に積層する内部電極間にまで達していないと、その内部電極間に位置する圧電層の変位の際に、その周囲の変位しない部分に当該変位時の応力が集中し易くなってしまい、高い応力緩和作用が期待できないためである。また、本発明の構成である、スリット内に導電性樹脂体が閉塞された構成とすることで、内部電極内にまでスリットを延ばした場合でも、当該スリットの上下で電界(電位)が作用することがないため、上記する特許文献1に開示の積層型圧電素子の有する課題はやはり生じ得ないのである。
When the slit is shorter than the interval between the end of the internal electrode and the external electrode, i.e., does not reach between the alternately stacked internal electrodes, when the piezoelectric layer located between the internal electrodes is displaced, This is because stress at the time of displacement tends to concentrate on the surrounding non-displaced portion, and high stress relaxation action cannot be expected. Moreover, even when the slit is extended into the internal electrode, the electric field (potential) acts above and below the slit by adopting a configuration in which the conductive resin body is closed in the slit, which is the configuration of the present invention. Therefore, the problem of the multilayer piezoelectric element disclosed in
上記する本発明による積層型圧電素子を具備するピエゾアクチュエータによれば、応力緩和性能に優れ、しかも、形成されたスリットの上下に電界がかからないことからセラミックス積層体の絶縁性が除々に低下していくこともなく、したがって、高耐久性な積層型圧電素子からなるピエゾアクチュエータを得ることができる。 According to the piezoelectric actuator including the multilayer piezoelectric element according to the present invention described above, the stress relaxation performance is excellent, and since the electric field is not applied above and below the formed slit, the insulating property of the ceramic laminate gradually decreases. Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric actuator composed of a highly durable laminated piezoelectric element.
以上の説明から理解できるように、本発明の積層型圧電素子によれば、従来技術を簡易に構造変更することにより、耐久性の極めて高い積層型圧電素子となる。 As can be understood from the above description, according to the multilayer piezoelectric element of the present invention, a multilayer piezoelectric element having extremely high durability can be obtained by simply changing the structure of the prior art.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示する積層型圧電素子では、その途中で内部電極1,2の図示を省略しているが、この内部電極1,2の基数は、セラミックス積層体の全長、所望される変形量等に応じて適宜設定されるものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the illustrated multilayer piezoelectric element, the
図1で示す積層型圧電素子10は、圧電層3と、この圧電層3を挟んで隣接する内部電極層1、2(一方の内部電極層1、他方の内部電極層2)とが交互に積層してなる、セラミック積層体4と、このセラミックス積層体4の外周面に導電性の接着剤層6を介して取り付けられた一対の外部電極5,5と、から大略構成されている。
In the laminated
セラミックス積層体4の形状はその用途によって任意に設定でき、円柱形状、角柱形状、角錐形状、円錐形状、樽状、などに形成できる。なお、セラミックス積層体4の上下端には、保護層3’が設けられている。
The shape of the
ここで、圧電層3と保護層3’は、たとえば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)をその素材とする圧電セラミックスで構成されており、内部電極層1,2は、Ag、もしくはAg−Pd合金等から形成されている。また、導電性の接着剤層6は、エポキシ樹脂にAg等のフィラーが含有された素材からなるが、後述する、スリット7内を閉塞する導電性樹脂体8と同素材の接着剤であってもよい。
Here, the
一方の内部電極層1の一端1’は、一対の外部電極5,5を構成する一方の外部電極5に当接しており、かつ、その他端1”は、他方の外部電極5に間隔:t0を置いた姿勢でセラミックス積層体4の内部に止まっている。同様にして、他方の内部電極層2の一端2’は、一対の外部電極5,5を構成する他方の外部電極5に当接しており、かつ、その他端2”は、一方の外部電極5に間隔:t0を置いた姿勢でセラミックス積層体4の内部に止まっている。このような構造を呈することで、セラミック積層体4の外周面における電気的な絶縁性が担保されている。
One
セラミックス積層体4のうち、双方の内部電極1,2が積層方向でラップしている領域の圧電層3が、ピエゾアクチュエータ駆動時に変形する(X方向)変形領域となっている。そして、セラミックス積層体4を構成するすべての圧電層3と内部電極層1、2とを交互に積層し、これらが焼成にて一体に構成されていることで、内部電極層1、2間に設けられたすべての圧電層3が駆動時において変位し、セラミック積層体3全体の変位量が向上する。このことは、積層型圧電素子10の出力の向上と同義である。
In the
ここで、セラミックス積層体4には、上記する間隔:t0よりも長い長さ:t1を有するスリット7が、一対の外部電極5,5の対応する位置で、それぞれの一端が外部電極5,5と連通するようにして設けられている(厳密には、導電性の接着剤層6を介して間接的に外部電極5,5と通じている)。
Here, in the
さらに、このスリット7内には、導電性樹脂体8が充填硬化され、その内部が閉塞されている。
Furthermore, the
この導電性樹脂体8は、樹脂の中でもその硬化姿勢において比較的軟質な、ポリエチレン樹脂、軟質ポリ塩化ビニル、シリコーン樹脂などに、導電性フィラーである、Ag,Cu,Niなどが混合された素材から形成される。中でも、硬度(デューロメータA)が80以下、体積抵抗率が1.0×10−3Ω・m以下の、Agフィラーが混合されたシリコーンゴムを適用するのが好ましい。
This
図示のごとく、スリット7が内部電極1,2と完全に縁切りされていること(通電可能でないこと)、および、スリット7内を導電性樹脂体8が閉塞していること、より、積層型圧電素子10に応力緩和性能を付与するために設けられたスリット7の上下で電位が生じることがない。さらには、圧電層中に存在するAgやPbの酸化物を還元し得るH+のもととなる水分がスリット7内に介在することも抑止できるため、圧電層に導電性が生じ、積層型圧電素子の変位性能が低下することが効果的に抑止される。
As shown in the figure, the
また、スリット7内に比較的軟質な導電性樹脂体8が介在すること、および、スリット7およびその内部の導電性樹脂体8の端部が、隣接する内部電極1,2のラップ領域にまで延設していることより、その応力緩和作用も十分に期待することができる。すなわち、スリット7内に設けられた軟質な導電性樹脂体8は、セラミック積層体4の積層方向にたとえば一定の間隔で複数設けられているため、駆動時における圧電変位によってセラミック積層体4の内部に生じる応力を効果的に緩和することができるものである。これにより、セラミック積層体4におけるクラック等の不具合の発生を抑止することができ、積層型圧電素子10の耐久性や信頼性を向上させることが可能となる。
In addition, the relatively soft
[本発明の積層型圧電素子(実施例)と従来構造の積層型圧電素子(従来例)の耐久試験とその結果]
本発明者等は、図1で示す構成の積層型圧電素子(実施例)を具備するピエゾアクチュエータの試験体と、この実施例が有するスリットおよびその内部を閉塞する導電性樹脂体の存在しない積層型圧電素子(従来例)を具備するピエゾアクチュエータの試験体と、をそれぞれ試作し、双方を150℃の温度雰囲気下、印加電圧を150V、サイクル周波数を150Hzの条件で駆動し、その駆動回数に応じた絶縁抵抗を随時計測しながら、その低下の程度を比較する実験をおこなった。この実験結果を図2に示している。
[Durability Test and Results of Multilayer Piezoelectric Element of the Present Invention (Example) and Conventionally Structured Multilayer Piezoelectric Element (Conventional Example)]
The inventors of the present invention have a piezoelectric actuator test body including the multilayer piezoelectric element (example) having the configuration shown in FIG. 1, and a laminate in which the slit and the conductive resin body that closes the inside of this example do not exist. Piezo actuator test specimens each having a piezoelectric element (conventional example), both of which are driven in a temperature atmosphere of 150 ° C. under conditions of an applied voltage of 150 V and a cycle frequency of 150 Hz. While measuring the corresponding insulation resistance as needed, an experiment was conducted to compare the degree of decrease. The result of this experiment is shown in FIG.
図2より、駆動回数が5×108回までは実施例、従来例ともに同程度の絶縁抵抗の低下(ともに殆ど絶縁抵抗の低下はない)を示しているが、この駆動回数から双方の絶縁抵抗の低下の程度が顕著に相違してくる結果となっている。 FIG. 2 shows that the number of times of driving up to 5 × 10 8 shows a similar decrease in insulation resistance in both the example and the conventional example (both there is almost no decrease in insulation resistance). As a result, the degree of resistance decrease is significantly different.
そして、従来例においては、駆動回数が1×109回程度でその絶縁抵抗がゼロとなり、絶縁抵抗がゼロとなる状態をもって積層型圧電素子の耐久回数(耐久期間)とする場合には、この駆動回数が比較例の耐久回数となる。 In the conventional example, when the number of times of driving is about 1 × 10 9 times and the insulation resistance becomes zero and the insulation resistance becomes zero, the durability of the multilayer piezoelectric element (durability period) The number of times of driving is the durability number of the comparative example.
一方、実施例においては、2×109回程度の駆動回数まで絶縁抵抗がほとんど低下せず、3×109回を超えた駆動回数で絶縁抵抗がゼロとなっており、3倍以上もの耐久期間の長期化を実現できることが実証された。 On the other hand, in the embodiment, 2 × 10 9 times about hardly decreased insulation resistance to actuation number, 3 × 10 has a nine times the insulation resistance zero driving number has exceeded even durable 3 times It has been demonstrated that a longer period can be realized.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
1…一方の内部電極層、2…他方の内部電極層、3…圧電層、4…セラミック積層体、5…外部電極、6…接着層、7…スリット、8…導電性樹脂体、10…積層型圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記セラミック積層体の外周面であって、該セラミックス積層体の積層方向に直交する外周面に形成された一対の外部電極と、からなり、
前記積層方向で隣接する一方の内部電極層と他方の内部電極層において、該一方の内部電極層の一端は、前記一対の外部電極を構成する一方の外部電極に当接し、該一方の内部電極層の他端は、前記一対の外部電極を構成する他方の外部電極に間隔を置いた姿勢でセラミックス積層体の内部に止まっており、該他方の内部電極層の一端は、前記一対の外部電極を構成する他方の外部電極に当接し、該他方の内部電極層の他端は、前記一対の外部電極を構成する一方の外部電極に間隔を置いた姿勢でセラミックス積層体の内部に止まっており、
前記セラミックス積層体のうち、前記一方の内部電極層と前記他方の内部電極層の間には、前記一対の外部電極のそれぞれから該セラミックス積層体の内部に延設するスリットが形成されており、
前記スリットの内部を導電性樹脂体が閉塞している、積層型圧電素子。 A ceramic laminate in which piezoelectric layers made of a piezoelectric material and conductive internal electrode layers are alternately laminated;
The outer peripheral surface of the ceramic laminate, and a pair of external electrodes formed on the outer peripheral surface perpendicular to the stacking direction of the ceramic laminate,
In one internal electrode layer and the other internal electrode layer adjacent in the stacking direction, one end of the one internal electrode layer is in contact with one external electrode constituting the pair of external electrodes, and the one internal electrode The other end of the layer is stopped inside the ceramic laminate in a posture spaced apart from the other external electrode constituting the pair of external electrodes, and one end of the other internal electrode layer is connected to the pair of external electrodes The other internal electrode layer is in contact with the other external electrode, and the other end of the other internal electrode layer is stopped inside the ceramic laminate in a posture spaced apart from the one external electrode constituting the pair of external electrodes. ,
Between the one internal electrode layer and the other internal electrode layer of the ceramic laminate, a slit extending from the pair of external electrodes to the inside of the ceramic laminate is formed.
A laminated piezoelectric element in which a conductive resin body is closed inside the slit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009135161A JP2010283141A (en) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Laminated piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009135161A JP2010283141A (en) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Laminated piezoelectric element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010283141A true JP2010283141A (en) | 2010-12-16 |
Family
ID=43539635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009135161A Withdrawn JP2010283141A (en) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Laminated piezoelectric element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010283141A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013150667A1 (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | Necトーキン株式会社 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration module, and manufacturing method of these |
CN112309713A (en) * | 2019-07-29 | 2021-02-02 | 三星电机株式会社 | Multilayer electronic component |
-
2009
- 2009-06-04 JP JP2009135161A patent/JP2010283141A/en not_active Withdrawn
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013150667A1 (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | Necトーキン株式会社 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration module, and manufacturing method of these |
KR20140132397A (en) * | 2012-04-05 | 2014-11-17 | 엔이씨 도낀 가부시끼가이샤 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration module, and manufacturing method of these |
CN104247459A (en) * | 2012-04-05 | 2014-12-24 | Nec东金株式会社 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration module, and manufacturing method of these |
JPWO2013150667A1 (en) * | 2012-04-05 | 2015-12-17 | Necトーキン株式会社 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration module, and manufacturing method thereof |
KR101594827B1 (en) * | 2012-04-05 | 2016-02-17 | 엔이씨 도낀 가부시끼가이샤 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration module, and manufacturing method of these |
US9544694B2 (en) | 2012-04-05 | 2017-01-10 | Nec Tokin Corporation | Piezoelectric element, piezoelectric vibration module, and methods of manufacturing the same |
CN104247459B (en) * | 2012-04-05 | 2017-07-21 | 株式会社东金 | Piezoelectric element, piezo vibration module and their manufacture method |
CN112309713A (en) * | 2019-07-29 | 2021-02-02 | 三星电机株式会社 | Multilayer electronic component |
US11450481B2 (en) | 2019-07-29 | 2022-09-20 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer electronic component |
US11682521B2 (en) | 2019-07-29 | 2023-06-20 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer electronic component |
US12009150B2 (en) | 2019-07-29 | 2024-06-11 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer electronic component |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5050164B2 (en) | Piezoelectric actuator unit and manufacturing method thereof | |
JP4933554B2 (en) | Multilayer piezoelectric element, injection apparatus and fuel injection system using the same, and method for manufacturing multilayer piezoelectric element | |
JP5050165B2 (en) | Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same | |
JP2010519749A (en) | Piezo laminate and method for producing piezo laminate | |
JP2009527117A (en) | Piezoelectric actuator | |
KR101048922B1 (en) | Piezoelectric elements | |
JP5270578B2 (en) | Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system | |
JP2010283141A (en) | Laminated piezoelectric element | |
JP2005536067A (en) | Piezo actuator | |
JP4956054B2 (en) | Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same | |
CN100448047C (en) | Laminate type electronic component and production method therefor, laminate type piezoelectric element and jet device | |
WO2012060236A1 (en) | Stacked piezoelectric actuator and piezoelectric vibration device | |
JP2012504858A (en) | Piezoelectric actuator with external electrodes | |
JPH11186626A (en) | Laminated piezoelectric actuator | |
JP6323863B2 (en) | Piezoelectric element, piezoelectric actuator, and method of manufacturing piezoelectric element | |
JP2013518422A (en) | Piezoelectric element | |
JP3894680B2 (en) | Multilayer piezoelectric actuator | |
JPS63288075A (en) | Electrostrictive effect element | |
JP2006245594A (en) | Manufacturing method of laminated piezoelectric element and laminated piezoelectric element | |
JP6159986B2 (en) | Piezoelectric element | |
JP2005045086A (en) | Laminated piezoelectric element for injector equipment | |
JP5701397B2 (en) | Multilayer piezoelectric element, piezoelectric actuator including the same, injection device, and fuel injection system | |
JP6898167B2 (en) | Laminated piezoelectric element | |
JP2012134377A (en) | Laminated piezoelectric element, injection device and fuel injection system having the same | |
JP2004063886A (en) | Laminated piezoelectric ceramic element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120807 |