JP4498299B2 - Manufacturing method of multilayer piezoelectric element - Google Patents
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Description
本発明は、積層型圧電素子の製造方法に関し、例えば、自動車用燃料噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動素子等に用いられる積層型圧電素子の製造方法に関する。
The present invention relates to the production how the multilayer piezoelectric element, for example, an automobile fuel injection device, the manufacture how the laminated piezoelectric element used in the driving device or the like for precision positioning device or vibration preventing such optical device regarding that.
従来、積層型圧電素子としては、圧電体と内部電極とを交互に積層した積層型圧電アクチュエータが知られている。
Conventionally, as the multilayer piezoelectric element, the laminated piezoelectric actuator is known by laminating a piezoelectric material and internal electrodes alternately.
積層型圧電アクチュエータには、同時焼成タイプと、圧電磁器と内部電極板とを交互に積層したスタックタイプとの2種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層化に対して有利であるために、その優位性を示しつつある。
A laminated piezoelectric actuator, a simultaneous sintering type, are classified into two types of stack type of alternately laminated piezoelectric ceramic and internal electrode plates, lower voltage, when considered from the viewpoint of production cost, simultaneously Since the fired type multilayer piezoelectric actuator is advantageous for thinning, it is showing its superiority.
図6は、従来の積層型圧電アクチュエータを示すもので、このアクチュエータでは、圧電体51と内部電極52とが交互に積層されて柱状積層体53が形成され、その積層方向における両端面には不活性層55が積層されている。
Figure 6 shows a conventional laminated piezoelectric actuator, in this actuator, a
内部電極52は、その一方の端部が左右交互に絶縁体61で被覆され、その上から帯状外部電極70が内部電極52と左右各々一層おきに導通するように形成されている。
The
帯状外部電極70上には、さらにリード線76が半田77により固定されている。
On the strip-shaped
ところで、近年においては、小型の圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変位量を確保するため、より高い電界を印加し、長期間連続駆動させることが行われている。
しかしながら、上記した圧電アクチュエータでは、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合、圧電体51間に形成された内部電極52と、正極、負極用の外部電極70との間で剥離が発生し、一部の圧電体51に電圧供給されなくなり、駆動中に変位特性が変化するという問題があった。
However, in the above-described piezoelectric actuator, when continuously driven for a long time under a high electric field and high pressure, peeling occurs between the
また、特許文献1や特許文献2などには、一層おきの内部電極の端部にメッキにより導電性凸部を形成することが開示されているが、柱状積層体中央部における内部電極の厚みと、内部電極端部の厚みとは同等の厚みであるため、柱状積層体内の内部電極端と導電性凸部との接合強度が弱く、駆動中に導電性凸部と内部電極端部とが剥離し、圧電体の一部に電圧が供給されなくなり、変位特性が低下するといった問題があった。
In addition,
本発明は、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極と内部電極とが断線することがなく、耐久性に優れた積層型圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention, high electric field, under high pressure even when allowed long-term continuous driving is, that the external electrodes and the internal electrodes without disconnected, to provide a manufacturing how the multilayer piezoelectric element having excellent durability With the goal.
本発明の積層型圧電素子の製造方法は、複数の圧電体と複数の内部電極とを交互に積層した柱状積層体を有し、該柱状積層体の2つの側面に一対の外部電極がそれぞれ形成された積層型圧電素子の製造方法であって、前記複数の内部電極の端部が前記2つの側面に交互に露出した柱状積層体を作製する工程と、該柱状積層体の側面に露出した前記内部電極の端部間に凹溝を形成する工程と、前記柱状積層体の側面における少なくとも前記内部電極の端部が露出した部分に、導電性金属粉末50〜80体積%とガラス粉末20〜50体積%とを含む導電性ペーストを塗布する工程と、塗布した該導電性ペーストに板状導電部材を押圧するように荷重を加えた状態で、前記柱状積層体の側面に塗布された前記導電性ペーストを加熱し、前記内部電極の端部に前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成するとともに、該突起状導電性端子の先端部に前記板状導電部材からなる前記外部電極を接続する工程と、を備えたことを特徴とする。
The method for manufacturing a laminated piezoelectric element of the present invention has a columnar laminate in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately laminated, and a pair of external electrodes are formed on two side surfaces of the columnar laminate, respectively. a process for the preparation of the laminated piezoelectric element, a step of an end of said plurality of internal electrodes to produce a columnar laminate exposed alternately to the two sides, the exposed on the side surface of the columnar laminate Conductive metal powder 50 to 80% by volume and glass powder 20 to 50 in the step of forming a concave groove between the end portions of the internal electrode and at least the end portion of the internal electrode on the side surface of the columnar laminate. a step of applying a conductive paste containing a volume percent, in a state in which the load is applied so as to press the plate-like conductive member coated conductive paste, the conductive coated on the side surface of the columnar laminate The paste is heated and the internal power To form a projection-like conductive terminals to the ends projecting from the side surface of the columnar laminate, a step of connecting said external electrodes made of the plate-like conductive member on the tip portion of the projecting Okoshijo conductive terminals, the It is characterized by having.
本発明の積層型圧電素子の製造方法によれば、柱状積層体の側面に露出した内部電極の端部間に凹溝を形成した後、上記のようにして突起状導電性端子を形成しているので、導電性ペースト中の成分(例えば銀)が内部電極の端部に拡散移動して突起状導電性端子が形成される際に、凹溝を変形させて、突起状導電性端子が接合している内部電極の端部の厚みを厚くすることができる。これにより、内部電極の端部と突起状導電性端子との接合強度を高めることができるので、高信頼性を備えた積層型圧電素子を提供することができる。 According to the method for manufacturing a multilayer piezoelectric element of the present invention, after forming a concave groove between the end portions of the internal electrode exposed on the side surface of the columnar laminated body, the protruding conductive terminal is formed as described above. Therefore, when the component (for example, silver) in the conductive paste diffuses and moves to the end of the internal electrode to form the projecting conductive terminal, the concave groove is deformed to join the projecting conductive terminal. It is possible to increase the thickness of the end portion of the inner electrode. As a result, the bonding strength between the end portion of the internal electrode and the protruding conductive terminal can be increased, so that a multilayer piezoelectric element having high reliability can be provided.
図1は本発明の積層型圧電素子の一形態を示すもので、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A’線に沿った縦断面図、(c)は(a)の一部を拡大して示す斜視図、(d)は内部電極と外部電極の接合部近傍の拡大図である。
Figure 1 shows one embodiment of a product layer piezoelectric element of the invention, (a) is a perspective view, (b) is a longitudinal sectional view taken along the line A-A 'in (a), (c) is The perspective view which expands and shows a part of (a), (d) is an enlarged view of the junction part vicinity of an internal electrode and an external electrode.
積層型圧電アクチュエータは、図1に示すように、複数の圧電体1と複数の内部電極2とを交互に積層してなる四角柱状の柱状積層体1aの側面において、内部電極2の端部を一層おきに絶縁体3で被覆し、絶縁体3で被覆していない内部電極2の端部に、積層型圧電素子の伸縮方向に変形可能な突起状導電性端子5を設け、該突起状導電性端子5の先端部に板状導電部材4aからなる外部電極4を接合し、各外部電極4にリード線6を半田により接続固定して構成されている。
As shown in FIG. 1, the multilayer piezoelectric actuator has an end portion of the
リード線6は外部電極4を外部の電圧供給部に接続する作用をなす。
The
圧電体1は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3(以下PZTと略す)、或いはチタン酸バリウムBaTiO3を主成分とする圧電セラミックス材料等で形成されている。
The
この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数d 33 が高いものが望ましい。
The piezoelectric ceramics are those piezoelectric strain constant d 33 indicating the piezoelectric characteristic is high is preferable.
また、圧電体1の厚み、つまり内部電極2間の距離は50〜250μmが望ましい。
The thickness of the
これは、積層型圧電アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量を得るために、積層数を増加させる方法がとられるが、積層数を増加させた場合に圧電体1の厚みが厚すぎるとアクチュエータの小型化、低背化ができなくなり、一方、圧電体1の厚みが薄すぎると絶縁破壊しやすいからである。
In order to obtain a larger displacement amount by applying a voltage to the stacked piezoelectric actuator, a method of increasing the number of stacked layers is used. However, when the number of stacked layers is increased, the
圧電体1の間には内部電極2が配されているが、この内部電極2は銀−パラジウム等の金属材料で形成されており、各圧電体1に所定の電圧を印加し、圧電体1に逆圧電効果による変位を起こさせる作用をなす。
An
また、突起状導電性端子5が形成された柱状積層体1aの側面には、内部電極2一層おきに凹溝11が形成されており、この凹溝11の底面には内部電極2端が露出している。
Further, a
凹溝11内にはガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填されて絶縁体3が形成されている。
The
この絶縁体3は、柱状積層体1aの変位に対して追従する弾性率が低い材料、具体的にはシリコーンゴム等からなることが好適である。
The
突起状導電性端子5と凹溝11内の絶縁体3は、外部電極4が形成される柱状積層体1aの側面に露出した内部電極2の端部に交互に形成されている。
The protruding
即ち、凹溝11内に充填された絶縁体3により内部電極2の端部が互い違いに一層おきに絶縁され、内部電極2の絶縁されていない他方の端部は、突起状導電性端子5を介して板状導電部材4aからなる外部電極4と接合されている。
That is, the end portions of the
柱状積層体1aの対向する側面にはそれぞれ板状導電部材4aからなる外部電極4が突起状導電性端子5を介して接続固定されており、各々の外部電極4には、積層されている内部電極2が一層おきに電気的に接続されている。
この板状導電部材4aからなる外部電極4は、接続されている各内部電極2に圧電体1を逆圧電効果により変位させるのに必要な電圧を共通に供給する作用をなす。
The
このように板状導電部材4aからなる外部電極4が突起状導電性端子5を介して内部電極2端部と接続されているため、アクチュエータを高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、突起状導電性端子5がアクチュエータの伸縮によって生じる応力を吸収し、外部電極4と内部電極2との断線を抑制することができ、耐久性に優れたアクチュエータを提供することができる。
Thus, since the
突起状導電性端子5の積層方向と同一方向の厚みBは、図1(c)に示すように、外部電極4と内部電極2との接続部の抵抗を低くし、且つアクチュエータの駆動時に生じる応力を十分に吸収するという点から、1μm以上且つ圧電体1厚みの1/2以下であることが望ましい。特には、厚みBは5〜25μmが望ましい。
As shown in FIG. 1C, the thickness B in the same direction as the stacking direction of the projecting
また、突起状導電性端子5の突出高さhは、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、圧電体1厚みの1/20以上であることが望ましい。
The protrusion height h of the protruding
特には突出高さhは、15〜50μmが望ましい。 In particular, the protrusion height h is desirably 15 to 50 μm.
さらに、板状導電部材4aの厚みtは、アクチュエータの伸縮に追従し、外部電極4と突起状導電性端子5との間、若しくは突起状導電性端子5と内部電極2との間で断線を生じないという点から、50μm以下であることが望ましい。
Further, the thickness t of the plate-shaped
また、突起状導電性端子5は、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム、等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、アクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、ヤング率の低い銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
In addition, the projecting
さらに、板状導電部材4aは、銀、ニッケル、銅、金、アルミニウム、等の導電性を備えた金属及びそれらの合金からなり、このうち、突起状導電性端子5との接合強度が強く、ヤング率が低いという点から、銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。
Further, the plate-like
そして、本発明では、突起状導電性端子5と接続する内部電極2の端部2aの厚みは、柱状積層体1a中央部の内部電極2(内部電極2の中央部2b)の厚みよりも厚くされている。この突起状導電性端子5と接続する内部電極2の端部2aの厚みは、内部電極2と突起状導電性端子5との接続を有効的に強固にするという点から、内部電極2の中央部2bの厚みの1.3倍以上であることが望ましい。
And in this invention, the thickness of the edge part 2a of the
尚、凹溝11を形成しない場合であってもよいが、上記したように、突起状導電性端子5が形成された柱状積層体1aの側面において、突起状導電性端子5が形成されていない内部電極2の端部に凹溝11が形成されていることが望ましい。
Although the
これは、突起状導電性端子5に接続する内部電極2の端部2aの厚みを有効的に厚くすることができるため、即ち、後述する突起状導電性端子5が形成される過程において、凹溝11部が変形し、凹溝11の外部電極4側の開口幅が積層方向に狭まることにより、突起状導電性端子5が接続される内部電極2の端部2aを厚くすることができるからである。
This is because the thickness of the end 2a of the
また、凹溝11は、凹溝11間の凸状となった圧電体1及び内部電極2部の強度を損なうことなく、有効的に凹溝11が変形して、突起状導電性端子5に接続する内部電極2の端部2aの厚みを厚くすることができるという点から、深さを50〜500μm、積層方向の幅を圧電体1厚みの1/3〜2/3にすることが望ましい。
Further, the
本発明の積層型圧電素子の製法について説明する。まず、柱状積層体1aを作製する。複数の圧電体1と複数の内部電極2とを交互に積層して成る柱状積層体1aは、PZT等の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成るバインダーと、DBP(フタル酸ジブチル)、DOP(フタル酸ジオクチル)等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電体1となるセラミックグリーンシートを作製する。
A method for producing the multilayer piezoelectric element of the present invention will be described. First, the
次に、銀−パラジウム粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって1〜40μmの厚みに印刷する。 Next, a conductive paste is prepared by adding a binder, a plasticizer, and the like to silver-palladium powder, and this is printed on the upper surface of each green sheet to a thickness of 1 to 40 μm by screen printing or the like.
そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを積層し、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、900〜1200℃で焼成することによって作製される。 Then, a green sheet having a conductive paste printed on the upper surface is laminated, the binder is debindered at a predetermined temperature, and then fired at 900 to 1200 ° C.
その後、図2(a)に示すようにダイシング装置等により柱状積層体1aの側面に一層おきに凹溝11を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2A, the
次に、図2(b)に示すように、凹溝11間における柱状積層体1aの露出した内部電極2およびこの内部電極2の近傍の圧電体1表面に、粒径0.1〜10μmの銀粉末50〜80体積%と、残部が粒径0.1〜10μmでケイ素を主成分とする軟化点が600〜950℃のガラス粉末20〜50体積%とからなる混合物にバインダーを加えて作製した銀ガラス導電性ペースト21を塗布、乾燥する。
Next, as shown in FIG. 2 (b), a particle size of 0.1 to 10 μm is formed on the exposed
さらに、図2(c)に示すように、塗布した銀ガラス導電性ペースト21に板状導電部材4aを押圧するように荷重を加えた状態で700〜950℃で熱処理することにより、銀ガラス導電性ペースト21中のガラスが溶融し、図2(d)に示すように、溶融したガラス中に存在する銀成分が内部電極2の端部に集合し、柱状積層体1aの側面から突出する突起状導電性端子5が形成されるとともに、該突起状導電性端子5の先端部を板状導電部材4aに接合することができる。
Furthermore, as shown in FIG.2 (c), it heat-processes at 700-950 degreeC in the state which added the load so that the plate-shaped
このとき、銀ガラス導電性ペースト21中の銀成分が内部電極2の端部2aに拡散していき、内部電極2の端部2aの厚みが内部電極2の中央部2bの厚みよりも厚くなる。
At this time, the silver component in the silver glass
尚、銀ガラス導電性ペースト21中のガラス5aは、突起状導電性端子5の根元部に集合し、突起状導電性端子5を保持することになる。
Note that the
即ち、ペーストにガラス成分を分散させておくことにより、上述の熱処理時ににガラスが軟化し、この状態において圧電体1には拡散しにくい銀が内部電極2の端部に拡散して寄り集まるため、図2(d)に示すような突起状導電性端子5を形成できる。
That is, by dispersing the glass component in the paste, the glass is softened during the above-described heat treatment, and in this state, silver that does not easily diffuse into the
特に、本発明では、凹溝11を形成した後に、銀ガラス導電ペースト21を塗布、熱処理することにより、内部電極2の端部2aの厚みを柱状積層体1a中央部における内部電極2の厚みよりも厚くできる。
In particular, in the present invention, after forming the
このように、内部電極2の端部2aの厚みが大きくなるため、その先端に形成される突起状導電性端子5との接合強度が大きくなる。尚、銀ガラス導電性ペースト21の熱処理後に凹溝11を形成し、再度熱処理することによっても内部電極2の端部2aの厚みを柱状積層体1a中央部における内部電極2の厚みよりも厚くできる。
As described above, since the thickness of the end portion 2a of the
内部電極2の端部2aと柱状積層体1a中央部における内部電極2の厚み比率は、熱処理温度、及び銀ガラス導電性ペースト21中の銀の含有量を変化させることにより制御することができる。
The thickness ratio of the
この突起状導電性端子5は柱状積層体1aの側面の一部に形成されており、レール状に形成され、その長さは板状導電部材4aからなる外部電極4の幅とほぼ同一とされている。
The protruding
尚、突起状導電性端子5の長さは、外部電極4の幅よりも短くても良い。
The length of the protruding
銀ガラス導電性ペースト21中の銀粉末を50〜80体積%、残部のガラス粉末を20〜50体積%としたのは、この範囲内とすることにより、突起状導電端子5を構成する銀成分が適量となり、形成される突起状導電性端子5の突出高さhを高くできるとともに、銀ガラス導電性ペースト21中の固形分残部であるガラス成分が適量となるため、該銀ガラス導電性ペースト21の焼き付け時に溶融するガラス成分も適量であり、銀成分が内部電極2端部に容易に集合し、突起状導電性端子5の突出高さhを高くできるからである。
The silver component in the silver glass
なお、上述の突起状導電性端子5の形成と、突起状導電性端子5と板状導電部材4aの接合の熱処理時に加える荷重は圧力にして、2〜500kPaが望ましい。
Incidentally, the formation of the protruding
この範囲とすることにより、突起状導電性端子5と板状導電部材4aとの間で拡散接合を十分に行うことができ、接合部の強度を高くできるとともに、圧力が適度となるため、突起状導電性端子5の変形を防止できる。
By setting this range, it is possible to sufficiently perform diffusion bonding between the protruding
尚、予め、柱状積層体1aの凹溝11以外の柱状積層体1aに露出した内部電極2、およびこの内部電極2の近傍の圧電体1表面に対応する板状導電部材4aの部分、即ち凹溝11間の凸部に対応する板状導電部材4aの部分に、銀ガラス導電性ペースト21を塗布乾燥し、この板状導電部材4aを柱状積層体1aに押圧するように荷重を加えた状態で熱処理してもよい。
Incidentally, the
また、板状導電部材4aの全面に銀ガラス導電性ペースト21を塗布乾燥し、この板状導電部材4aの導電性ペースト塗布面側を柱状積層体1aの内部電極2が露出した面に押圧し、熱処理することにより突起状導電性端子5を形成するとともに、その先端部を板状導電部材4aに接続することができる。
Moreover, the silver glass
この場合にはさらに工程を短縮することができる。 In this case, the process can be further shortened.
その後、凹溝11内にシリコーンゴムからなる絶縁体3を充填し、リード線6を接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。
Then, the
そして、リード線6を介して一対の外部電極4に0.1〜3kV/mmの直流電圧を印加し、柱状積層体1aを分極処理することによって、製品としての積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線6を外部の電圧供給部に接続し、リード線6及び外部電極4を介して内部電極2に電圧を印加させれば、各圧電体1は逆圧電効果によって大きく変位し、これによって例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
Then, by applying a direct current voltage of 0.1 to 3 kV / mm to the pair of
以上のように構成された積層型圧電素子は、板状導電部材4aからなる外部電極4が突起状導電性端子5を介して内部電極2と接続されているため、アクチュエータを高電界下、連続で駆動させた場合でも、突起状導電性端子5が変形して突起状導電性端子5が駆動時に生じる応力を十分に吸収できるため、外部電極4と内部電極2との間でスパークが生じるといった問題を防ぐことができ、高信頼性のアクチュエータを提供することができる。
In the multilayer piezoelectric element configured as described above, since the
さらに、本発明では、図3に示すように、板状導電部材4aからなる外部電極4の外側に導電性補助部材7を形成しても良い。この場合には、板状導電部材4aの外面に導電性補助部材7を設けることによりアクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、大電流を導電性補助部材7に流すことができ、外部電極4に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極4が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
Furthermore, in this invention, as shown in FIG. 3, you may form the electroconductive
なお、導電性補助部材7はアクチュエータの伸縮に追従し、駆動中に該導電性補助部材7の断線を防ぐ点から、フレキシブルな導電性接着剤7aによって形成されていることが好ましい。また、導電性接着剤7aにクラックが生じるのを防ぐという点から、金属等のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板を該導電性接着剤7aに埋設しても良い。
The conductive
さらに、導電性接着剤7aは高温で駆動させる場合においても劣化しないという点から、高耐熱を有するポリイミド樹脂に導電剤を分散させたものが望ましい。
Furthermore , it is desirable that the conductive adhesive 7a is obtained by dispersing a conductive agent in a polyimide resin having high heat resistance because it does not deteriorate even when driven at a high temperature.
また、本発明では、図4(a)、(b)、(c)に示すように、導電性コイル7b、若しくは導電性波板7c、若しくは導電性繊維集合体(ウール状)7dにより導電性補助部材7を形成しても良い。
Further, in the present invention, as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, the conductive coil 7b, the conductive corrugated plate 7c, or the conductive fiber aggregate (wool shape) 7d conducts The
この場合には、導電性補助部材7がアクチュエータの伸縮に追従することができ、駆動中に導電性補助部材7が断線したり、導電性補助部材7と外部電極4との間に応力を生じ、導電性補助部材7が剥離したりするといった問題を防ぐことができ、耐久性を大きく向上させることができる。なお、導電性補助部材7と外部電極4との接続は、ロウ材による接合や、導電性接着剤による接合が好ましい。
In this case, the conductive
導電性補助部材7としては、抵抗値及びヤング率が低く、伸縮性に富み、また、アクチュエータの断面積を小さくできるという点から、材質が銀の導電性波板7cが望ましい。
As the conductive
尚、上記例では、柱状積層体1aの対向する側面に外部電極4を形成した例について説明したが、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極を形成してもよい。
In the above example, the example in which the
図5は、本発明の積層型圧電素子の製造方法によって製造した積層型圧電素子を用いた噴射装置を示すもので、図において符号31は収納容器を示している。
FIG. 5 shows an injection device using a multilayer piezoelectric element manufactured by the method for manufacturing a multilayer piezoelectric element of the present invention. In the figure,
この収納容器31の一端には噴射孔33が設けられ、また収納容器31内には、噴射孔33を開閉することができるニードルバルブ35が収容されている。
An
噴射孔33には燃料通路37が連通可能に設けられ、この燃料通路37は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路37に常時一定の高圧で燃料が供給されている。
A
従って、ニードルバルブ35が噴射孔33を開放すると、燃料通路37に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されている。
Therefore, when the
また、ニードルバルブ35の上端部は直径が大きくなっており、収納容器31に形成されたシリンダ39と摺動可能なピストン41となっている。
Further, the upper end portion of the
そして、収納容器31内には、上記した圧電アクチュエータ43が収納されている。
In the
このような噴射装置では、圧電アクチュエータ43が電圧を印加されて伸長すると、ピストン41が押圧され、ニードルバルブ35が噴射孔33を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると圧電アクチュエータ43が収縮し、皿バネ45がピストン41を押し返し、噴射孔33が燃料通路37と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。
In such an injection device, when the
まず、柱状積層体を作製した。圧電体は厚み150μmのPZTで形成し、内部電極は厚み3μmの銀−パラジウム合金によって形成し、圧電体及び内部電極の各々の積層数は300層とした。 First, a columnar laminate was produced. The piezoelectric body was formed of PZT having a thickness of 150 μm, the internal electrode was formed of a silver-palladium alloy having a thickness of 3 μm, and the number of stacked piezoelectric bodies and internal electrodes was 300 layers.
次に、外部電極形成面に露出した内部電極の端部近傍に、内部電極一層おきに深さ150μm、幅75μmの凹溝を形成した。 Next, a groove having a depth of 150 μm and a width of 75 μm was formed every other internal electrode near the end of the internal electrode exposed on the external electrode formation surface.
その後、凹溝間における内部電極およびこの内部電極の近傍の圧電体表面に、平均粒径5μmの銀粉末60体積%と、残部が平均粒径5μmでケイ素を主成分とする軟化点が750℃のガラス粉末40体積%とからなる混合物にバインダーを加えて作製した銀ガラス導電性ペーストを塗布、乾燥した。
Thereafter, the internal electrode and the piezoelectric body surface in the vicinity of the inner electrode between the grooves, and the average
さらに、この銀ガラス導電性ペーストに銀からなる厚み25μmの板状導電部材を30kPaで押圧した状態で900℃で2時間熱処理を行い、柱状積層体から突出する突起状導電性端子を形成するとともに、突起状導電性端子の先端部を板状導電部材に連結した。
Further, a heat treatment is performed at 900 ° C. for 2 hours in a state where a plate-like conductive member made of silver having a thickness of 25 μm is pressed at 30 kPa on this silver glass conductive paste to form protruding conductive terminals protruding from the columnar laminate. , it was ligated distal portion of the impact Okoshijo conductive terminals on the plate Joshirubeden member.
その後、凹溝部に絶縁体としてシリコーンゴムを充填し、板状導電部材の外側には、ポリイミド樹脂に銀を分散させたフレキシブルな導電性接着剤にニッケルよりなるメッシュ状の板を埋設した導電性補助部材を形成した。 After that, silicon rubber as an insulator is filled in the concave groove, and the outside of the plate-like conductive member is a conductive material in which a mesh-like plate made of nickel is embedded in a flexible conductive adhesive in which silver is dispersed in polyimide resin. An auxiliary member was formed.
さらに、導電性補助部材にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極にリード線を介して3kV/mmの直流電界を15分間印加して分極処理を行い、図3に示すような積層型圧電アクチュエータを作製した。
Further , a lead wire is connected to the conductive auxiliary member, and a polarization process is performed by applying a DC electric field of 3 kV / mm for 15 minutes to the positive and negative external electrodes via the lead wire, and the lamination as shown in FIG. Type piezoelectric actuator was fabricated.
なお、突起状導電性端子には、銀とパラジウムが分散していた。また、このときの、突起状導電性端子の高さは平均で20μmで、該突起状導電性端子に接続する部分の内部電極端部の厚みは5μm、柱状積層体中央部の内部電極厚みは2μmであった。内部電極端部の厚みに対する、柱状積層体中央部における内部電極の厚みの比率は2.5倍であった。 Note that silver and palladium were dispersed in the protruding conductive terminals. At this time, the average height of the protruding conductive terminals is 20 μm, the thickness of the end portion of the internal electrode connected to the protruding conductive terminal is 5 μm, and the thickness of the internal electrode at the center of the columnar laminate is It was 2 μm. The ratio of the thickness of the internal electrode at the center of the columnar laminate to the thickness of the internal electrode end was 2.5 times.
得られた積層型圧電アクチュエータに150Vの直流電圧を印加した結果、積層方向に40μmの変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに室温で0〜+150Vの交流電圧を120Hzの周波数にて印加し駆動試験を行った結果、1×10 9 サイクルまで駆動したところ40μmの変位量が得られ、外部電極の異常は見られなかった。
As a result of applying a DC voltage of 150 V to the obtained multilayer piezoelectric actuator, a displacement of 40 μm was obtained in the stacking direction. Furthermore, as a result of applying a driving test by applying an AC voltage of 0 to +150 V at a frequency of 120 Hz to this actuator at a room temperature, a displacement of 40 μm was obtained when driving up to 1 × 10 9 cycles, and abnormalities in the external electrodes were observed. I couldn't see it.
また、銀ガラス導電性ペーストの熱処理時間を1時間とする以外は、上記と同様にして積層型圧電アクチュエータを作製したところ、内部電極端部の厚みは2.6μm、柱状積層体中央部の内部電極厚みは2μmであり、内部電極端部の厚みに対する、柱状積層体中央部における内部電極の厚みの比率は1.3倍であった。 A laminated piezoelectric actuator was produced in the same manner as described above except that the heat treatment time of the silver glass conductive paste was set to 1 hour. The thickness of the internal electrode end portion was 2.6 μm, and the inside of the central portion of the columnar laminate was The electrode thickness was 2 μm, and the ratio of the thickness of the internal electrode at the center of the columnar laminate to the thickness of the end portion of the internal electrode was 1.3 times.
このアクチュエータについても上記と同様にして駆動試験を行った結果、1×10 9 サイクルまで駆動したところ40μmの変位量が得られ、外部電極の異常は見られなかった。
As a result of performing a driving test on this actuator in the same manner as described above, when it was driven up to 1 × 10 9 cycles, a displacement of 40 μm was obtained, and no abnormality of the external electrode was observed.
一方、比較例として、内部電極の一方の端部を左右交互にガラスからなる絶縁体で被覆し、その上から上記した銀ガラス導電性ペーストを塗布して700℃で熱処理を行い、外部電極が内部電極と左右各々一層おきに導通した図6に示すアクチュエータを作製し、上記と同様の試験を行ったところ、駆動試験で1×10 5 サイクルで外部電極にスパークが発生した。 On the other hand, as a comparative example, one end portion of the internal electrode is alternately covered with an insulator made of glass, and the above-described silver glass conductive paste is applied thereon and heat-treated at 700 ° C. The actuator shown in FIG. 6 that is electrically connected to the internal electrode every other layer on the left and right sides was manufactured and tested in the same manner as described above. As a result, a spark occurred in the external electrode in 1 × 10 5 cycles in the driving test.
1・・・圧電体
1a・・・柱状積層体
2・・・内部電極
2a・・・内部電極の端部
2b・・・内部電極の中央部
4・・・外部電極
4a・・・板状導電部材
5・・・突起状導電性端子
5a・・・ガラス
11・・・凹溝
31・・・収納容器
33・・・噴射孔
35・・・バルブ
43・・・圧電アクチュエータ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
該柱状積層体の側面に露出した前記内部電極の端部間に凹溝を形成する工程と、
前記柱状積層体の側面における少なくとも前記内部電極の端部が露出した部分に、導電性金属粉末50〜80体積%とガラス粉末20〜50体積%とを含む導電性ペーストを塗布する工程と、
塗布した該導電性ペーストに板状導電部材を押圧するように荷重を加えた状態で、前記柱状積層体の側面に塗布された前記導電性ペーストを加熱し、前記内部電極の端部に前記柱状積層体の側面から突出する突起状導電性端子を形成するとともに、該突起状導電性端子の先端部に前記板状導電部材からなる前記外部電極を接続する工程と、を備えたことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。 A method of manufacturing a laminated piezoelectric element having a columnar laminated body in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes are alternately laminated, and having a pair of external electrodes formed on two side surfaces of the columnar laminated body. Producing a columnar laminate in which end portions of the plurality of internal electrodes are alternately exposed on the two side surfaces;
Forming a groove between the ends of the internal electrode exposed on the side surface of the columnar laminate,
Applying a conductive paste containing conductive metal powder 50 to 80% by volume and glass powder 20 to 50% by volume to at least a portion of the side surface of the columnar laminate where the end of the internal electrode is exposed;
While applying a load to press the plate-like conductive member coated conductive paste, and heating the conductive paste applied to the side surface of the columnar laminate, the columnar to an end of the inner electrode to form a projection-like conductive terminals projecting from the side surface of the laminate, a step of connecting said external electrodes made of the plate-like conductive member on the tip portion of the projecting Okoshijo conductive terminal, and further comprising a A method for manufacturing a laminated piezoelectric element.
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