JP2014072357A - Laminated piezoelectric element - Google Patents
Laminated piezoelectric element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014072357A JP2014072357A JP2012217049A JP2012217049A JP2014072357A JP 2014072357 A JP2014072357 A JP 2014072357A JP 2012217049 A JP2012217049 A JP 2012217049A JP 2012217049 A JP2012217049 A JP 2012217049A JP 2014072357 A JP2014072357 A JP 2014072357A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- internal electrode
- palladium
- multilayer
- electrode layer
- 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.)
- Granted
Links
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 5
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N palladium silver Chemical compound [Pd].[Ag] SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 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 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KXZJHVJKXJLBKO-UHFFFAOYSA-N chembl1408157 Chemical compound N=1C2=CC=CC=C2C(C(=O)O)=CC=1C1=CC=C(O)C=C1 KXZJHVJKXJLBKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N Butyraldehyde Chemical compound CCCC=O ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、ＸＹテーブルの精密位置決め装置等に用いられる圧電アクチュエータなどの積層型圧電素子に関するものである。 The present invention relates to a multilayer piezoelectric element such as a piezoelectric actuator used in a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as an ink jet, a precision positioning device for an XY table, and the like.
積層型圧電素子として、圧電体層と内部電極層とが複数積層された積層体を備えた構造のものが一般に知られている。 As a laminated piezoelectric element, a structure having a laminated body in which a plurality of piezoelectric layers and internal electrode layers are laminated is generally known.
なお、従来の積層型圧電素子では、内部電極層として一般に銀とパラジウムとを含有するもの（Ａｇ／Ｐｄ電極）が使用され、当該内部電極層の端部の少なくとも一部が積層体の側面に露出するように構成されている。 In the conventional multilayer piezoelectric element, an internal electrode layer generally containing silver and palladium (Ag / Pd electrode) is used, and at least a part of the end of the internal electrode layer is formed on the side surface of the multilayer body. It is configured to be exposed.
このような積層型圧電素子では、長時間高い電圧で駆動すると、露出している内部電極層の端部と圧電体層の端部との界面に応力が集中してマイクロクラックが生じ、徐々に圧電体層中を横切るようにクラックが伸展して積層型圧電素子の絶縁性が低下し、結果として変位量が低下するおそれがあった。 In such a multilayer piezoelectric element, when driven at a high voltage for a long time, stress concentrates on the interface between the exposed end portion of the internal electrode layer and the end portion of the piezoelectric layer, and microcracks are generated. Cracks extend across the piezoelectric layer and the insulating properties of the multilayer piezoelectric element are lowered, with the result that the amount of displacement may be reduced.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、マイクロクラックの発生およびクラックの進展が抑制された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 circumstances, and an object thereof is to provide a multilayer piezoelectric element in which the generation of microcracks and the progress of cracks are suppressed.
本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とが複数積層された積層体を備え、前記内部電極層は銀とパラジウムとを含有しており、前記内部電極層を積層方向から見た端部に中央部よりも前記パラジウムの含有量が多いパラジウム高含有領域を有していることを特徴とする。 The multilayer piezoelectric element of the present invention includes a multilayer body in which a plurality of piezoelectric layers and internal electrode layers are stacked, the internal electrode layer contains silver and palladium, and the internal electrode layer is formed from the stacking direction. It is characterized by having a high palladium content region where the palladium content is higher than the central part at the viewed end.
また、本発明の積層型圧電素子は、前記パラジウム高含有領域において、前記中央部側から外側に向かって前記パラジウムの含有量が徐々に多くなっていることを特徴とする。 The multilayer piezoelectric element of the present invention is characterized in that the palladium content gradually increases from the central portion side toward the outside in the high palladium content region.
また、本発明の積層型圧電素子は、前記積層体の側面に沿って前記内部電極層を構成する正極および負極の両方の端部が配置されており、前記両方の端部に前記パラジウム高含有領域を有していることを特徴とする。 Further, in the multilayer piezoelectric element of the present invention, both ends of the positive electrode and the negative electrode constituting the internal electrode layer are arranged along the side surface of the multilayer body, and the high palladium content is contained in both the end portions. It has the area | region.
また、本発明の積層型圧電素子は、前記パラジウム高含有量領域を有する前記端部は前記積層体の側面から内側に引っこんだ位置にあることを特徴とする。 Further, the multilayer piezoelectric element of the present invention is characterized in that the end portion having the high palladium content region is in a position retracted inward from a side surface of the multilayer body.
また、本発明の積層型圧電素子は、前記積層体の側面から内側に引っこんだ前記端部の平面視による端面形状が波形であることを特徴とする。 In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the end surface shape of the end portion that is retracted inward from the side surface of the multilayer body is a waveform.
また、本発明の積層型圧電素子は、前記積層体の側面から内側に引っこんだ前記端部と前記側面との間の隙間に樹脂が埋め込まれていることを特徴とする。 Moreover, the multilayer piezoelectric element of the present invention is characterized in that a resin is embedded in a gap between the end portion and the side surface retracted inward from the side surface of the multilayer body.
内部電極層の端部におけるＰｄ比率が高いと、内部電極層の端部と圧電体層の端部磁器との接合強度が下がるので、内部電極層の端部と圧電体層の端部との界面に応力が集中してマイクロクラックが生じても、この界面に沿ってクラックが伸展して応力が緩和され、圧電体層を横切るクラックの発生を抑制することができる。したがって、絶縁性が低下せず、積層型圧電素子の変位量を長期間安定させることができる。 When the Pd ratio at the end of the internal electrode layer is high, the bonding strength between the end of the internal electrode layer and the end porcelain of the piezoelectric layer is lowered, so the end of the internal electrode layer and the end of the piezoelectric layer Even if the stress concentrates on the interface and a microcrack is generated, the crack extends along the interface to relieve the stress, and the generation of the crack across the piezoelectric layer can be suppressed. Therefore, the insulation is not lowered, and the displacement amount of the multilayer piezoelectric element can be stabilized for a long period of time.
本発明の積層型圧電素子の実施の形態の例について、図面を参照して詳細に説明する。 Examples of embodiments of the multilayer piezoelectric element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１（ａ）は本発明の積層型圧電素子の実施の形態の概略斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す積層型圧電素子をＡ−Ａ線で切断した断面の一例の要部拡大図である。 FIG. 1A is a schematic perspective view of an embodiment of a multilayer piezoelectric element according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. It is a principal part enlarged view of an example.
図１に示す積層型圧電素子１は、圧電体層２と内部電極層３とが複数積層された積層体４を備え、内部電極層３は銀とパラジウムとを含有しており、内部電極層３を積層方向から見た端部に中央部よりもパラジウムの含有量が多いパラジウム高含有領域３１を有している。
A laminated piezoelectric element 1 shown in FIG. 1 includes a
積層型圧電素子１は、圧電体層２と内部電極層３とが複数積層された積層体４を含んでいる。
The stacked piezoelectric element 1 includes a
積層体４を構成する圧電体層２は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。この圧電体層２の厚みは、例えば３〜２５０μｍとされる。
The
積層体４を構成する内部電極層３は、圧電体層２を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、圧電体層２と交互に積層されて圧電体層２を上下から挟んでおり、積層順に正極および負極が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層２に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、銀とパラジウムとを含有する導体（例えば銀−パラジウム合金を主成分とする導体）を用いることができる。
The
なお、図１に示すように、必要により、内部電極層３の正極および負極（もしくはグランド極）の一方の端部と電気的に接続されるようにして、積層体４の側面には導体層５が設けられている。この導体層５は、例えば銀とガラスからなるペーストを塗布して焼き付
けて形成されたものである。導体層５の厚みは、例えば５〜５００μｍとされる。
As shown in FIG. 1, a conductor layer is formed on the side surface of the
また、図示しないが、導体層５の表面上には、導電性接合材を介して外部電極が取り付けられるのがよい。外部電極としては、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等からなる板状体であり、例えば幅０．５〜１０ｍｍ、厚み０．０１〜１．０ｍｍに形成されたものである。積層体４の伸縮により生じる応力を緩和する効果の高い形状として、例えば長手方向（積層方向）に垂直な幅方向にスリットの入った形状、網目状に加工された金属板などであってもよい。また、スリットにかえてまたはスリットとともに孔、特に幅方向に延びる孔が設けられた構成であってもよい。このスリットおよび孔が積層体４の積層方向に複数配置されているのが好ましく、特に圧電体層２と内部電極層３とが交互に積層された領域（活性部）に対応する位置に複数配置されているのが好ましい。
Although not shown, an external electrode is preferably attached on the surface of the
導電性接合材としては、半田や、例えばＡｇ粒子やＣｕ粒子など導電性の良好な導電粒子を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂であるのが好ましい。導電性接合材は、例えば５〜５００μｍの厚さに形成される。 The conductive bonding material is preferably solder or an epoxy resin or polyimide resin containing conductive particles having good conductivity such as Ag particles and Cu particles. The conductive bonding material is formed to a thickness of, for example, 5 to 500 μm.
そして、図１（ｂ）に示すように、内部電極層３は圧電セラミックスとの反応性が低い銀とパラジウムとを含有する導体（例えば銀−パラジウム合金を主成分とする導体）からなるものであって、内部電極層３を積層方向から見た端部に中央部よりもパラジウムの含有量が多いパラジウム高含有領域３１を有している。
As shown in FIG. 1B, the
内部電極層３の端部におけるＰｄ比率が高いと、内部電極層３の端部と圧電体層２の端部との接合強度が下がるので、内部電極層３の端部と圧電体層２の端部との界面に応力が集中してマイクロクラックが生じても、この界面に沿ってクラックが伸展して応力が緩和され、圧電体層２を横切るクラックの発生を抑制することができる。したがって、絶縁性が低下せず、積層型圧電素子１の変位量を長期間安定させることができる。
When the Pd ratio at the end of the
なお、パラジウム高含有領域３１ではない中央部における銀とパラジウムの含有量の比（Ａｇ：Ｐｄ）が質量比で６５：３５〜９８：２の範囲である場合に、パラジウム高含有領域３１におけるパラジウムの含有量の比（質量比）は、中央部におけるパラジウムの含有量の比（質量比）よりも０．５ポイント以上好ましくは１ポイント以上多くなっているのが好ましい。
In addition, when the ratio of the content of silver and palladium (Ag: Pd) in the central portion that is not the high
また、パラジウム高含有領域３１の幅(積層体４の側面に垂直な方向における奥行)は１〜１０μｍであるのが好ましい。
Moreover, it is preferable that the width | variety (depth in the direction perpendicular | vertical to the side surface of the laminated body 4) of the palladium high content area |
ここで、パラジウム高含有領域３１において、中央部側から外側に向かってパラジウムの含有量が徐々に多くなっているのが好ましい。Ｐｄ比率に勾配を持たせることで圧電体層２と内部電極層３との界面の接合強度も勾配を持たせることができるので、クラックの伸展を一気に進めずに徐々にクラックを伸展させることができる。一気に進んで急に接合状態が変化すると、進む向きが変わって圧電体層２を横切るように進んでしまう可能性があるが、この構成によればそのようなおそれはなくなる。したがって、絶縁性が低下せず、変位量を長期間安定させることができる。
Here, in the high
また、図２に示すように、積層体４の側面に沿って内部電極層３を構成する正極および負極の両方の端部が配置されており、両方の端部にパラジウム高含有領域３１を有しているのが好ましい。内部電極層３の端部におけるＰｄ比率が高いと抵抗が大きくなるので、積層方向から見た積層体４の端部の変位量が積層体４の中央部よりも小さくなる。その結果、応力集中する積層体４の側面の応力を緩和することができる。したがって、絶縁性が低下せず、変位量を長期間安定させることができる。さらに、内部電極層３の端部におけ
るＰｄ比率が高いことで、Ａｇのマイグレーションを抑止できる。
In addition, as shown in FIG. 2, both the positive and negative ends constituting the
また、図３に示すように、パラジウム高含有量領域３１を有する端部は積層体４の側面から内側に引っこんだ位置にあるのが好ましい。ここで、引っこんだ位置は、積層体４の側面から例えば1〜100μｍの距離にある。積層方向から見た積層体４の端部に位置する圧電体層２間に隙間４１を設けることで、応力集中する積層体４の側面の応力を緩和することができる。したがって、絶縁性が低下せず、変位量を長期間安定させることができる。さらに、異なる極の積層体４の側面を経由した内部電極層３間の距離を延ばすことで、Ａｇのマイグレーションを抑制できる。
Moreover, as shown in FIG. 3, it is preferable that the edge part which has the palladium high content area |
また、図４に示すように、積層体４の側面から内側に引っこんだ端部の平面視による端面形状が波形であるのが好ましい。引っ込めた内部電極層３の端面形状が波形であることで、内部電極層３の先端部近傍では電界が分散され、圧電体層２の絶縁性の低下が抑制できるから、長期間変位量が安定する。なお、波形の山から谷までの深さが、例えば１〜３０μｍあるのが効果的である。
Moreover, as shown in FIG. 4, it is preferable that the end surface shape by the planar view of the edge part pulled inward from the side surface of the
また、図５に示すように、積層体４の側面から内側に引っこんだ端部と側面との間の隙間４１に絶縁体６１が埋め込まれているのが好ましく、特に絶縁体６１として樹脂が埋め込まれているのが好ましい。ここで樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は弾性が高いので、積層体４の側面の応力を緩和することができる。したがって、絶縁性の低下が生じないので、長期間変位量が安定する。さらに、水蒸気の結露等による水分の内部電極層３への侵入を防ぐので、Ａｇのマイグレーションを抑制する。
In addition, as shown in FIG. 5, it is preferable that an
なお、図５に示すように、積層体４の側面には絶縁膜６２が設けられる場合がある。このような場合において、この絶縁膜６２を例えば上述の樹脂で形成するとき、積層体４の側面に上記の絶縁膜６２を形成するのと同時に、隙間に絶縁体６１を埋め込むようにして、同じ材料からなる絶縁体６１と絶縁膜６２とを備えた構成としてもよい。
As shown in FIG. 5, an insulating
次に、本実施の形態の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment will be described.
まず、圧電体層２となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
First, a ceramic green sheet to be the
次に、内部電極層３となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極層３のパターンで塗布する。
Next, a conductive paste to be the
さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、９００〜１２００℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって、交互に積層された圧電体層２および内部電極層３を備えた積層体４を作製する。
Furthermore, after laminating a plurality of ceramic green sheets printed with this conductive paste and performing a binder removal treatment at a predetermined temperature, firing at a temperature of 900 to 1200 ° C., using a surface grinder or the like A
なお、積層体４は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、圧電体層２と内部電極層３とを複数積層してなる積層体４を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。
The
その後、必要により、銀を主成分とする導電性粒子とガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペーストを、導体層５のパターンで積層体４の側面にスクリーン印刷法等によって印刷後、乾燥させた後、６５０〜７５０℃の温度で焼き付け処理を行ない、導体層５を形成する。
Thereafter, if necessary, a silver glass-containing conductive paste prepared by adding a binder, a plasticizer and a solvent to a mixture of conductive particles mainly composed of silver and glass is laminated in the pattern of the
ここで、パラジウム高含有領域３１を作製する方法として、内部電極層３を形成する導電性ペーストの塗布の際に、パラジウム高含有領域３１となる部分の導電性ペーストにパラジウムを多く含ませる方法が挙げられる。そのためには、その部分だけパラジウムが過剰になったペーストを印刷したり、一旦内部電極層３の中央部の比率の導電性ペーストを全体に印刷した後、パラジウム高含有領域３１を形成する部位にパラジウムが過剰になった導電性ペーストを重ね塗りしたりすればよい。
Here, as a method for producing the high
その他の方法として、一旦焼成した積層体４をエッチングして銀を選択的に除去または減少させるようにしてもよい。このとき、エッチング液として、圧電体層２を溶かさないアルカリ系（シアン化ナトリウム系など）のエッチング液を用いるのがよい。また、エッチング液の濃度を３０％以下として、液温を３０℃以下にするのがよい。さらに、エッチング液を攪拌せずに静かに１０秒以上の時間をかけてエッチングを行うことよい。
As another method, the
また、パラジウム高含有量領域３１を有する端部は積層体４の側面から内側に引っこんだ位置にあるようにするには、導電性ペーストの塗布領域を調整したり、エッチングしたりすればよい。
Moreover, in order to make the edge part which has the high palladium content area |
また、積層体４の側面から内側に引っこんだ端部の平面視による端面形状が波形であるようにするには、例えばエッチングの方法を採用すればよい。
In addition, for example, an etching method may be employed in order to make the end surface shape of the end portion pulled inward from the side surface of the
また、内部電極層３が積層体４の側面から引っ込んで形成される隙間に絶縁体６１を埋め込むには、例えばエポキシ、シリコーン、ポリイミド等の樹脂をスクリーン印刷法により印刷し乾燥する方法や、テトラオキシシラン等のシリコーン系の溶液にディッピングして乾燥する方法などが挙げられるが、どのような製造方法によって作製されてもよい。
In order to embed the
本発明の実施例の積層型圧電素子を以下のようにして作製した。 The multilayer piezoelectric element of the example of the present invention was manufactured as follows.
まず、平均粒径が０．４μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ３）を主成分とする圧電体セラミックスの粉末にバインダー及び可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み１５０μｍの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。 First, a ceramic slurry was prepared by mixing a binder ceramic and a plasticizer with a piezoelectric ceramic powder mainly composed of lead zirconate titanate (PbZrTiO 3 ) having an average particle size of 0.4 μm, and having a thickness of 150 μm by a doctor blade method. A ceramic green sheet to be a piezoelectric layer was produced.
次に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて作製した内部電極層となる導電性ペーストを、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により印刷したセラミックグリーンシートを２６０枚積層し、その上下に導電性ペーストなしのセラミックグリーンシートを各２０枚積層して積層成形体を作製した。 Next, 260 ceramic green sheets printed by screen printing are laminated on the ceramic green sheet by using a conductive paste as an internal electrode layer prepared by adding a binder to a silver-palladium alloy, and there is no conductive paste above and below it. 20 ceramic green sheets were laminated to prepare a laminated molded body.
次に、所定の大きさとなるようにダイシングソーマシンで切断した後、積層成形体を４００℃で脱脂し、１０００℃で３時間焼成して積層焼結体を作製した。得られた積層焼結体は直方体状であり、その大きさは、端面が縦５ｍｍ、横５ｍｍであり、高さが３５ｍｍ
であった。
Next, after cutting with a dicing saw machine so as to have a predetermined size, the laminated molded body was degreased at 400 ° C. and fired at 1000 ° C. for 3 hours to produce a laminated sintered body. The obtained laminated sintered body has a rectangular parallelepiped shape, and its size is 5 mm in length, 5 mm in width, and 35 mm in height.
Met.
次に、銀粉末およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、これを積層焼結体の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、８００℃の温度で焼き付け処理して導体層を形成し、積層型圧電素子を作製した。 Next, a binder is added to the silver powder and the glass powder to produce a silver glass-containing conductive paste, which is printed on the side surface of the laminated sintered body by a screen printing method and baked at a temperature of 800 ° C. to obtain a conductor layer. To form a multilayer piezoelectric element.
次に、シアン化ナトリウム系のアルカリ性エッチング液に積層型圧電素子を１分間浸漬した後、積層型圧電素子を純水で３０分間洗浄して、エッチングによる銀の除去または減少によってパラジウム高含有領域を形成するとともに、内部電極層が積層体の側面から内側に引っこんだ端部を形成した。このときのエッチング深さ（積層体の側面から内部電極層の端部までの距離）は２μｍで、パラジウム高含有領域の幅（積層体の側面に垂直な方向の奥行き）が３μｍであった。 Next, after immersing the multilayer piezoelectric element in a sodium cyanide-based alkaline etching solution for 1 minute, the multilayer piezoelectric element is washed with pure water for 30 minutes to remove or reduce silver by etching to form a high palladium content region. In addition to the formation, an end portion in which the internal electrode layer was pulled inward from the side surface of the laminate was formed. At this time, the etching depth (distance from the side surface of the multilayer body to the end of the internal electrode layer) was 2 μm, and the width of the palladium-rich region (depth in the direction perpendicular to the side surface of the multilayer body) was 3 μm.
次に、積層体の側面にエポキシ樹脂からなる絶縁膜を、スクリーン印刷法により２０〜８０μｍの厚みに印刷し乾燥して、形成した。 Next, an insulating film made of an epoxy resin was printed on the side surface of the laminated body by a screen printing method to a thickness of 20 to 80 μm and dried.
以上の方法で作製された積層型圧電素子について、５０℃の環境下で電圧２００Ｖ、周波数１０Ｈｚ、Ｄｕｔｙ５０の矩形波で、１００万サイクルの連続駆動試験を実施した。 The multilayer piezoelectric element manufactured by the above method was subjected to a continuous drive test of 1 million cycles with a rectangular wave having a voltage of 200 V, a frequency of 10 Hz, and a Duty 50 in an environment of 50 ° C.
その結果、変位特性は初期値より、ほとんど変化が無かった。これは、圧電体層を横切るようなクラックを抑制できたことによるものと思われる。 As a result, the displacement characteristics hardly changed from the initial values. This seems to be because cracks that cross the piezoelectric layer could be suppressed.
１・・・積層型圧電素子
２・・・圧電体層
３・・・内部電極層
３１・・・パラジウム高含有領域
４・・・積層体
４１・・・隙間
５・・・導体層
６１・・・絶縁体
６２・・・絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012217049A JP5988366B2 (en) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | Multilayer piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012217049A JP5988366B2 (en) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | Multilayer piezoelectric element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014072357A true JP2014072357A (en) | 2014-04-21 |
| JP5988366B2 JP5988366B2 (en) | 2016-09-07 |
Family
ID=50747312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012217049A Active JP5988366B2 (en) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | Multilayer piezoelectric element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5988366B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016100760A (en) * | 2014-11-21 | 2016-05-30 | 京セラ株式会社 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration device, acoustic generator, acoustic generation device, and electronic apparatus |
| CN111509118A (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | Tdk株式会社 | Laminated piezoelectric element |
| CN111755590A (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-09 | Tdk株式会社 | Laminated piezoelectric element |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02164082A (en) * | 1988-12-19 | 1990-06-25 | Nec Corp | Electrostriction effect element |
| JPH09162451A (en) * | 1995-12-05 | 1997-06-20 | Toyota Motor Corp | Piezo-electric multilayered body |
| JP2000133851A (en) * | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Hitachi Ltd | Stacked piezoelectric element |
| JP2004207633A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Kyocera Corp | Ceramic electronic component and jetting device |
| JP2004260136A (en) * | 2003-02-05 | 2004-09-16 | Denso Corp | Laminated piezoelectric element and manufacturing method therefor |
| JP2004297041A (en) * | 2003-03-12 | 2004-10-21 | Denso Corp | Laminated piezoelectric element |
| JP2005005680A (en) * | 2003-05-21 | 2005-01-06 | Denso Corp | Piezoelectric actuator |
| JP2008034542A (en) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Kyocera Corp | Laminated piezoelectric device and jet apparatus using it |
-
2012
- 2012-09-28 JP JP2012217049A patent/JP5988366B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02164082A (en) * | 1988-12-19 | 1990-06-25 | Nec Corp | Electrostriction effect element |
| JPH09162451A (en) * | 1995-12-05 | 1997-06-20 | Toyota Motor Corp | Piezo-electric multilayered body |
| JP2000133851A (en) * | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Hitachi Ltd | Stacked piezoelectric element |
| JP2004207633A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Kyocera Corp | Ceramic electronic component and jetting device |
| JP2004260136A (en) * | 2003-02-05 | 2004-09-16 | Denso Corp | Laminated piezoelectric element and manufacturing method therefor |
| JP2004297041A (en) * | 2003-03-12 | 2004-10-21 | Denso Corp | Laminated piezoelectric element |
| JP2005005680A (en) * | 2003-05-21 | 2005-01-06 | Denso Corp | Piezoelectric actuator |
| JP2008034542A (en) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Kyocera Corp | Laminated piezoelectric device and jet apparatus using it |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016100760A (en) * | 2014-11-21 | 2016-05-30 | 京セラ株式会社 | Piezoelectric element, piezoelectric vibration device, acoustic generator, acoustic generation device, and electronic apparatus |
| CN111509118A (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | Tdk株式会社 | Laminated piezoelectric element |
| CN111755590A (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-09 | Tdk株式会社 | Laminated piezoelectric element |
| DE102020107305B4 (en) | 2019-03-28 | 2022-01-20 | Tdk Corporation | Piezoelectric multilayer element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5988366B2 (en) | 2016-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4358220B2 (en) | Multilayer piezoelectric element | |
| JP4967239B2 (en) | Multilayer piezoelectric element | |
| JP4843948B2 (en) | Multilayer piezoelectric element | |
| JP5988366B2 (en) | Multilayer piezoelectric element | |
| JP4802445B2 (en) | Multilayer piezoelectric element and manufacturing method thereof | |
| JP2013211419A (en) | Lamination type piezoelectric element and piezoelectric actuator | |
| JP4771649B2 (en) | Manufacturing method of multilayer electronic component | |
| JP2000150292A (en) | Layered ceramic capacitor | |
| JP2016086063A (en) | Multilayer capacitor and mounting structure | |
| JP6082002B2 (en) | Multilayer piezoelectric element | |
| JPH10241993A (en) | Laminated ceramic electronic component | |
| CN112635648A (en) | Laminated piezoelectric element | |
| JP2005340388A (en) | Multilayer electronic component | |
| JP2006229068A (en) | Manufacturing method of laminated piezo-electric element | |
| JP5586248B2 (en) | Piezoelectric laminated parts | |
| JP6029491B2 (en) | Manufacturing method of multilayer ceramic electronic component | |
| JP2019040948A (en) | Stacked piezoelectric element | |
| JP4359873B2 (en) | Ceramic laminated electromechanical transducer and method for manufacturing the same | |
| WO2018123354A1 (en) | Piezoelectric element | |
| KR20150042953A (en) | Piezoelectric device and method of fabricating the piezoelectric device | |
| JP2004259955A (en) | Stacked type electronic component and its manufacturing method, and spraying device | |
| JP6035773B2 (en) | Multilayer piezoelectric actuator and manufacturing method thereof | |
| JP2007266468A (en) | Laminated piezoelectric element | |
| JP4986486B2 (en) | Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same | |
| JP6542618B2 (en) | Piezoelectric actuator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150115 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160212 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160225 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160421 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160705 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160804 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5988366 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |