JP4925825B2 - 積層型電子部品及びこれを用いた噴射装置 - Google Patents
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Description
少なくとも1つの圧電体と第1及び第2の内部電極からなる複数の内部電極とが交互に積層されてなる有効層と該有効層の積層方向の両端に設けられた保護層とを含む積層体と、
前記積層体の2つの側面にそれぞれ形成され、その一方が前記第1の内部電極に接続され、他方が前記第2の内部電極に接続されている外部電極とを有する積層型圧電素子であって、
前記有効層は、隣接する前記第1の内部電極と前記第2の内部電極が互いに対向している変位部と、その変位部の外側に位置し、前記第1の内部電極同士もしくは前記第2の内部電極同士が対向している非変位部とからなり、前記変位部における圧電体および前記非変位部における圧電体はPbZrO 3 −PbTiO 3 を主成分とし、副成分としてYb,Ba,Srの少なくとも一種が添加されてなるものであり、前記変位部の色と前記非変位部の色とが異なっていて、前記変位部と前記非変位部との間のL*a*b*表色系における色差ΔE*abが1.0以上であることを特徴とする。
また、この本発明に係る第1の積層型電子部品では、前記活性部と前記非活性部の間のL*a*b*表色系における色差ΔE*abが1.0以上であることが好ましい。
また、本発明に係る積層型電子部品において、前記変位部と前記非変位部の間のL*a*b*表色系における色差ΔE*abが1.0以上であると、前記変位部と前記非変位部との境界を容易に光学装置にて識別できるため、非変位部の幅や変位部と外部電極との距離を容易に測定することができる。さらに、前記外部電極の一部が前記変位部側の面上に形成されていたり、前記外部電極と前記活性部間の距離が短かったりした場合において、不具合を容易に検出が可能となる。
その結果、高度な検査工程を省くことができるため、高信頼性を有する積層型電子部品を安価に製造することができる。
2・・・内部電極、
4・・・外部電極、
6・・・リード線、
10・・・有効層、
10a・・・活性部(変位部)、
10b・・・非活性部(非変位部)、
11・・・保護層、
31・・・収納容器、
33・・・噴射孔、
35・・・バルブ、
43・・・圧電アクチュエータ、
102,111,113・・・積層体。
実施の形態1.
図1A、図1B及び図1Cは、本発明に係る実施の形態1の積層型電子部品の一形態である積層型圧電アクチュエータの構成を示すもので、図1Aは斜視図、図1Bは図1AのA−A’線における断面図、図1Cは図1Bの一部を拡大して示す拡大図である。
本実施の形態1の積層型圧電アクチュエータは、図1Aに示すように、圧電体1と内部電極2とを交互に積層してなる有効層10と、有効層10の積層方向の両端部に設けた保護層11とからなる積層体111の側面に一対の外部電極4を備えている。また、図1B、図1Cに示すように有効層10は、一対の外部電極4のうちの一方の外部電極である正極と接続した第1内部電極2aと、他方の外部電極4である負極と接続した第2内部電極2bとによって圧電体1が挟まれた活性部10a(以下、変位部10aとする)と、第1内部電極2a同士もしくは第2内部電極2b同士で前記圧電体1が挟まれた非活性部10b(以下、非変位部10bとする)とから構成されている。即ち、外部電極4は非変位部10bの側面にそれぞれ形成され、第1内部電極2aもしくは第2内部電極2bのどちらか一方と接続するように設けられ、接続していない他方の内部電極2とは絶縁されている。尚、本実施の形態1では、他方の外部電極4を負極としているが、グランドとしてもよい。
2b)は、一方端において同極の外部電極4に接続し、他方端において他極の外部電極4から絶縁するために、いずれか一方の側面側では、一部が部分的に欠如した形状になっている。例えば、図2に示すようなパターン形状で正極及び負極の内部電極2が交互に積層されている。尚、正極及び負極の内部電極2の形状は、一方端を外部電極4に接続し、他方端が他極の外部電極4に接続されない構造であれば、図2に示す構造に限られるものではなく、同一の形状であっても、異なった形状であっても構わない。
Δa*=a*(1)−a*(2)・・・式2
Δb*=b*(1)−b*(2)・・・式3
ΔE*ab=〔(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2〕1/2・・・式4
実施の形態2の積層型アクチュエータは、本発明に係る積層型電子部品の他の形態例である。
本発明に係る実施の形態3の積層型電子部品も、積層型圧電素子(積層型圧電アクチュエーター)であり、以下のように構成されている。
ここで、図4Aは斜視図であり、図4Bは圧電体層と内部電極層との積層状態を示す斜視展開図である。
ここで、圧電体1中にVIII族金属および/またはIb族金属を0.01〜1重量%含有する理由は、その範囲内にあるとき、体積固有抵抗が大きくなることと、金属成分のマイグレーションを抑制できることにより体積固有抵抗の劣化(経時変化)を抑制できるためである。また、圧電体1中への金属成分の拡散により1000℃程度の低温焼成時においても磁器粒径が最適な大きさまで粒成長し、磁器が充分に焼結するという利点もある。0.01重量%より小さいと圧電体1への金属成分の拡散量が少なすぎるため、粒成長を促進する効果が充分に得られず、焼結不良となる。一方、1重量%より大きいと、粒成長を促進する効果はあるものの、圧電体1中の金属成分の含有量が多すぎるため、初期の体積固有抵抗値が小さくなることと、金属成分のマイグレーションにより、駆動後に短時間でショートしてしまうおそれがある。
第1に、焼成時の最高温度を1000℃以下にすることにより、圧電体1中に十分金属成分を拡散させる方法がある。
また、焼成工程において最高温度より200〜300℃程度低い、磁器の焼結が充分起こらず、金属成分が拡散するのに充分な温度領域(700〜800℃)において、1〜2時間の保持時間を設けるという方法がある。
さらに、圧電体1中を構成する原料中にSiを圧電特性に悪影響を与えない100ppm程度添加して金属成分を拡散しやすくする方法もある。
以上のような方法により、圧電体1中にVIII族金属および/またはIb族金属を0.01〜1重量%含有させ、かつ含有量が圧電体1中に渡って実質的に均一となるようにできる。
これにより、内部電極2の比抵抗を小さくできるため、積層型圧電素子を長時間連続駆動させても、内部電極2の発熱を抑制することができる。併せて、積層型圧電素子の温度上昇を抑制できるため、素子変位量を安定化することができる。
これに対して、VIII族金属が15重量%を超えると、内部電極2の比抵抗が大きくなり、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極2が発熱する場合がある。また、内部電極2中のIb族金属の圧電体1へのマイグレーションを抑制するために、VIII族金属が0.001重量%以上15重量%以下とすることが好ましい。また、積層型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、0.1重量%以上10重量%以下が好ましい。また、熱伝導に優れ、より高い耐久性を必要とする場合は0.5重量%以上9.5重量%以下がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は2重量%以上8重量%以下がさらに好ましい。
すなわち、ガラス粉末に、バインダーを加えて銀ガラス導電性ペーストを作製し、これをシート状に成形し、乾燥した(溶媒を飛散させた)シートの生密度を6〜9g/cm3に制御し、このシートを、柱状積層体113の外部電極形成面に転写し、ガラスの軟化点よりも高い温度、且つ銀の融点(965℃)以下の温度で、且つ焼成温度(℃)の4/5以下の温度で焼き付けを行う。このようにすると、銀ガラス導電性ペーストを用いて作製したシート中のバインダー成分が飛散消失し、3次元網目構造をなす多孔質導電体からなる外部電極を形成することができる。
図5は、本発明に係る実施の形態4の噴射装置を示すものであり、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。
実施例1として、本発明に係る実施の形態1に関係した積層型圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。
先ず、PZTを主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、ブチラールからなるバインダー、IPA−トルエンからなる溶剤及び可塑剤を混合した表に示すスラリーを作製し、粘度を測定後スリップキャスティング法で厚み100μmのセラミックグリーンシートを作製した。
実施例3では、本発明の実施の形態3に係る積層型圧電アクチュエータを以下のようにして作製して評価した。
Claims (15)
- 少なくとも1つの圧電体と第1及び第2の内部電極からなる複数の内部電極とが交互に積層されてなる有効層と該有効層の積層方向の両端に設けられた保護層とを含む積層体と、
前記積層体の2つの側面にそれぞれ形成され、その一方が前記第1の内部電極に接続され、他方が前記第2の内部電極に接続されている外部電極とを有する積層型圧電素子であって、
前記有効層は、隣接する前記第1の内部電極と前記第2の内部電極が互いに対向している変位部と、その変位部の外側に位置し、前記第1の内部電極同士もしくは前記第2の内部電極同士が対向している非変位部とからなり、前記変位部における圧電体および前記非変位部における圧電体はPbZrO 3 −PbTiO 3 を主成分とし、副成分としてYb,Ba,Srの少なくとも一種が添加されてなるものであり、前記変位部の色と前記非変位部の色とが異なっていて、前記変位部と前記非変位部との間のL*a*b*表色系における色差ΔE*abが1.0以上である積層型圧電素子。 - 前記圧電体の色と前記内部電極の色は異なっており、前記圧電体と前記内部電極の間のL*a*b*表色系における色差ΔE*abが1.5以上である請求項1に記載の積層型圧電素子。
- 前記圧電体に銀成分が含まれ、前記変位部の銀成分が前記非変位部の銀成分より多いことを特徴とする請求項1または2に記載の積層型圧電素子。
- 前記積層体は、前記2つの側面の一方の側面において、前記第2の内部電極と前記外部電極の間に溝が形成され、他方の側面において、前記第1の内部電極と前記外部電極の間に溝が形成されてなり、
前記溝にそれぞれ前記圧電体よりもヤング率の低い絶縁体が充填されている請求項1乃至3のいずれかに記載の積層型圧電素子。 - 前記内部電極中の金属組成物がVIII族金属および/またはIb族金属を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極中のVIII族金属の含有量をM1重量%、Ib族金属の含有量をM2重量%としたとき、0<M1≦15、85≦M2<100、M1+M2=100を満足することを特徴とする請求項5に記載の積層型圧電素子。
- 前記VIII族金属がNi、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がCu、Ag、Auのうち少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項5または6に記載の積層型圧電素子。
- 前記VIII族金属がPt、Pdのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がAg、Auのうち少なくとも1種以上である請求項5または6に記載の積層型圧電素子。
- 前記VIII族金属がNiである請求項5または6に記載の積層型圧電素子。
- 前記Ib族金属がCuである請求項5,6及び9のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極中に金属組成物とともに無機組成物を添加したことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記無機組成物がPbZrO3−PbTiO3からなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項11に記載の積層型圧電素子。
- 前記積層体の焼成温度が900℃以上1000℃以下であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 前記内部電極は、該内部電極の厚み方向に貫通するボイドを有している請求項1乃至13のいずれかに記載の積層型圧電素子。
- 噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納され、前記第1と前記第2の内部電極の間に印加される電圧に対応して積層方向に伸縮する請求項1乃至14のいずれかに記載の積層型圧電素子と、該積層型電子部品を駆動することにより前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。
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