JP4954897B2 - 積層型電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記誘電体層の結晶粒界に残留する鉛化合物のうち、粒径が0.01μm以上の粒子の数が100μm2当たり平均して2個以下になるように制限されたことを特徴とする。
前記誘電体層の結晶粒界に残留する鉛化合物の量が、前記誘電体層を酢酸で溶解したときに、前記鉛化合物から溶け出した前記酢酸中の鉛の量が結晶粒から前記酢酸中に溶け出したZrの量に対して100倍以下となるように、制限されたことを特徴とする。
前記誘電体層となる誘電体粉末を含むシートと前記内部電極となる金属粉末を含む金属層とを交互に積層して積層体を作製する工程と焼成工程とを含み、
該焼成工程が、焼成条件の異なる第1の焼成工程と第2の焼成工程を含み、前記第2の焼成工程は、焼成温度が前記第1の焼成工程より高く、焼成雰囲気の圧力が前記第1の焼成工程と同じ又は第1の焼成工程よりも低く、焼成雰囲気中の鉛濃度が前記第1の焼成工程と同じ又は第1の焼成工程よりも低いことを特徴とする。
前記誘電体層となる誘電体粉末を含むシートと前記内部電極となる金属粉末を含む金属層とを交互に積層して積層体を作製する工程と焼成工程とを含み、
該焼成工程が、第1の焼成工程と第2の焼成工程を含み、前記第1の焼成工程では、前記積層体が内部に配置された匣鉢を密閉した状態で焼成を行い、前記第2の焼成工程では、匣鉢の一部を開放した状態で焼成を行い、該第2の焼成工程の焼成温度が前記第1の焼成工程よりも高いことを特徴とする。
前記活性積層部の積層方向の上面に設けられた上不活性部と、
前記活性積層部の積層方向の下面に設けられた下不活性部と、を備え、
前記内部電極のうち、最も上に位置する最上内部電極と、その最上内部電極の次に位置する内部電極との間に配置された第1上部誘電体層の誘電率ε1、及び前記内部電極のうち、最も下に位置する最下内部電極と該最下内部電極の次に位置する第2下部内部電極との間に配置された第1下部誘電体層の誘電率ε2が、前記活性積層部の中央部に配置された中央誘電体層の誘電率ε3より大きいことを特徴とする。
2・・・内部電極
3・・・絶縁体
4・・・外部電極
6・・・リード線
8・・・活性部
9・・・不活性部
9a・・・上面不活性部
9b・・・下面不活性部
10・・・柱状積層体
10a・・・側面
10b・・・側面
以下、本発明に係る実施形態1の積層型電子部品について図面を参照し詳細に説明する。図1は本実施形態1にかかる積層型電子部品を示す斜視図であり、図2はこの積層型電子部品の側面図であり、図3は積層型電子部品の側面の一部を拡大した斜視図である。
具体的には、誘電体層1の結晶粒界における鉛化合物の粒径を制限する場合、粒径0.01μm以上の鉛化合物の存在個数が、観察領域100μm2当たり2個以下、複数の観測領域で観測するときには、0.01μmを超える粒の数が100μm2当たり平均して2個以下、好ましくはゼロになるようにしている。
粒界に鉛の化合物が存在すると、その鉛化合物の近傍に存在する誘電体のキュリー点が低温に変化し、部分的に低温で相転移を起こす。そのため、強度の低い箇所が偏在することになり、積層体全体の高温での強度特性が低下するおそれがあるからである。なお、粒径0.01μm未満の小さな鉛化合物であれば、仮に結晶粒界に存在した場合であっても近傍の誘電体のキュリー点に与える影響が極めて小さい。したがって、誘電体層1の結晶粒界に存在する粒径0.01μm以上の鉛化合物の量を上記のように制御することで本発明の効果を得ることができる。ここでいう鉛化合物としては鉛金属、酸化鉛、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛等が挙げられる。
具体的には、本実施形態1の積層型電子部品において、前記誘電体層の結晶粒界に残留する鉛化合物が、前記誘電体層を酢酸で溶解したときに、前記鉛化合物から溶け出した前記酢酸中の鉛の量が結晶粒から前記酢酸中に溶け出したZrの量に対して100倍以下となるように、制限する。
すなわち、本発明の積層型電子部品において、前記誘電体層の少なくとも一部を酢酸中で溶解させたときに酢酸中に流出する鉛とジルコニアの重量比率(Pb/Zr)が100以下になるように粒界における鉛化合物の量を制限する。この鉛とジルコニアの重量比率(Pb/Zr)は、好ましくは50以下、より好ましくは30以下、さらに好ましくは20以下、さらに好ましくは10以下であるのがよい。
まず、焼成後の柱状積層体10の4つの側面には内部電極2が露出しているが、少なくとも1つの側面において、内部電極2の端部を含む誘電体層1の端面に一層おきに深さ50〜500μm、積層方向の幅30〜200μmの溝が形成される。そして、この溝内に絶縁体3が形成される。絶縁体3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、シリコーンゴム等からなり、特に柱状積層体10との接合を強固とするために、柱状積層体10の変位に対して追従するような弾性率が低い材料、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。この絶縁体3により、柱状積層体10の対向する2つの側面10bにおいて、内部電極2の端部が互い違いで一層置きに絶縁され、内部電極2の絶縁されていない他方の端部は、外部電極4に接続される。
本発明に係る実施形態2の積層型電子部品は、鉛元素を含む複数の誘電体層と複数の内部電極とを含み、誘電体層と内部電極が交互に積層された活性部と、前記活性部の積層方向の上面側及び下面側にそれぞれ位置するとともに誘電体層からなる上不活性部及び下不活性部とを備える積層型電子部品において、以下のように構成されている。
すなわち、実施形態2の積層型電子部品では、前記内部電極のうち、最も上に位置する最上内部電極と、該最上内部電極の次に位置する内部電極との間に配置された誘電体層の誘電率をε1、前記内部電極のうち、最も下に位置する最下内部電極と、該最下内部電極の次に位置する内部電極との間に配置された誘電体層の誘電率をε2、前記活性部の中央付近において隣り合う2つの内部電極間に配置された誘電体層の誘電率をε3としたとき、ε1>ε3、且つ、ε2>ε3を満足するように構成されている。
このように、活性部において、不活性部近傍の誘電率を大きくすると、不活性部近傍では分極がかかりにくくなり、同じ電圧をかけたときにこの部分の伸びを小さくでき、応力を緩和することができる。電圧をかけた時伸縮する活性層と伸縮しない不活性部を含む積層型電子部品では、活性層と不活性部の界面に大きな応力が生じる。しかしながら、実施形態3の構成では、不活性部近傍の誘電率を高くすることにより、不活性部近傍の伸びを抑えているので、応力を緩和できる。
したがって、本実施形態2の積層型電子部品は、高電圧、高温下、高湿度下で繰り返し作動させたときに、より高い信頼性が得られる。
また、本発明に係る実施形態3の積層型電子部品は、複数の誘電体層1と複数の内部電極2とを含み、誘電体層1と内部電極2とが交互に積層されてなる四角柱状の積層体10と、この積層体10の対向する2つの側面10a,10bに配設された一対の外部電極4を有してなり、表面に露出した誘電体層の結晶粒界には、2属元素化合物が析出している。尚、本実施形態3の積層型電子部品において、内部電極、外部電極及びそれらの接続構造については、実施形態1と同様である。
このように、耐湿度性が高い2属元素化合物が表面に析出していると、水分の磁器内への浸入を防ぐことができ、積層型電子部品の耐湿度性を向上させることができる。特に、2属元素のなかでも、より効果的に耐湿度性を向上させることができる、アルカリ土類金属(Ca,Sr,Ba,Ra)元素化合物が表面に析出していることがより好ましく、よりいっそう好ましくは、鉛と置換して固溶しやすく、析出させやすいバリウム(Ba)又はストロンチウム(Sr)元素化合物を析出させる。
尚、2族元素とは、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Raである。
以下に説明する本実施形態3の製造方法は、実施形態1及び2の積層型電子部品の製造方法においてさらに、2属元素化合物を積層型電子部品の側面に析出させることができる方法である。
図5は、本発明の一実施形態にかかる噴射装置を示す概略断面図である。図5に示すように、本実施形態にかかる噴射装置は、一端に噴射孔33を有する収納容器31の内部に上記実施形態に代表される本発明の積層型電子部品が収納されている。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が配設されている。噴射孔33には燃料通路37がニードルバルブ35の動きに応じて連通可能に配設されている。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。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図示しない内燃機関の燃料室内に噴出されるように構成されている。
図6は、本発明の一実施形態にかかる燃料噴射システムを示す概略図である。図6に示すように、本実施形態にかかる燃料噴射システム51は、高圧燃料を蓄えるコモンレール52と、このコモンレール52に蓄えられた燃料を噴射する複数の上記噴射装置53と、コモンレール52に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ54と、噴射装置53に駆動信号を与える噴射制御ユニット55と、を備えている。
実施例1では、先ず、PZTを主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、有機高分子からなるバインダー、及び可塑剤を混合したスラリーを作製し、スリップキャスティング法で厚み150μmのセラミックグリーンシートを作製した。
実施例1と同様にして作製した柱状積層体を、表2に示す材料を鉢内の製品周囲に配置した状態で焼成した。実施例1と同様に評価を行った。結果は表2に示す通りである。
実施例1と同様なPZTを主成分とし、表3に示す2属元素化合物を添加した圧電セラミックスの仮焼粉末に、有機高分子からなるバインダー、及び可塑剤を混合したスラリーを作製し、スリップキャスティング法で厚み150μmのセラミックグリーンシートを作製した。以下実施例1と同様に作製した柱状積層体を、表3に示す条件で焼成した。その後走査型電子顕微鏡(SEM)により表面の析出物を確認した。さらに湿度90%80℃に24時間保持後実施例1と同様に150℃における抗折強度の評価を行った。結果は表3に示す通りである。
表4に示すように焼成条件を変えて、実施例1と同様に作製した柱状積層体を、150℃において、0〜+200Vの交流電界を200Hzの周波数にて印加し、それぞれ10個の試料について駆動試験を行った。この駆動試験において1×109サイクル後の素子の伸び量を比較した。また柱状積層体は外部電極を印刷する前に、測定したい層を挟む内部電極にプロ-ブをたててインピーダンスアナライザー(HP−4292A)で測定周波数1kHzのCpacitanceを測定した。その上で圧電体の厚みをもとに、誘電率を算出した。なお片側だけ外部電極を焼き付けて、反対側の1層ごとにプローブを立てて測定しても良い。さらに各層のA/B比をXRDのリートベルト解析から求めた。結果は表4に示す通りである
Claims (35)
- それぞれPbを含むペロブスカイト構造の焼結体からなる複数の誘電体層と複数の内部電極とを備え、前記誘電体層と前記内部電極とが交互に積層された積層型電子部品であって、
前記誘電体層の結晶粒界に残留する鉛化合物のうち、粒径が0.01μm以上の粒子の数が100μm2当たり平均して2個以下になるように制限されたことを特徴とする積層型電子部品。 - それぞれPbとZrを含むペロブスカイト構造の化合物を有する焼結体からなる複数の誘電体層と複数の内部電極とを備え、前記誘電体層と前記内部電極とが交互に積層された積層型電子部品であって、
前記誘電体層の結晶粒界に残留する鉛化合物の量が、前記誘電体層を酢酸で溶解したときに、前記鉛化合物から溶け出した前記酢酸中の鉛の量が結晶粒から前記酢酸中に溶け出したZrの量に対して100倍以下となるように、制限されたことを特徴とする積層型電子部品。 - 前記誘電体層の表面に露出した結晶粒界に、2属元素化合物が析出した請求項1又は2に記載の積層型電子部品。
- 鉛元素を含む複数の誘電体層と、複数の内部電極とを交互に積層した積層型電子部品であって、前記誘電体層の結晶粒界における粒径0.01μm以上の鉛化合物の存在個数が、観察領域100μm2当たり2個以下であることを特徴とする積層型電子部品。
- 鉛元素を含む複数の誘電体層と、複数の内部電極とを交互に積層した積層型電子部品であって、前記誘電体層の少なくとも一部を酢酸中で溶解させたときに酢酸中に流出する鉛とジルコニアの重量比率(Pb/Zr)が100以下であることを特徴とする積層型電子部品。
- 前記誘電体における結晶粒子の平均粒径が1μm以上である請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の積層型電子部品。
- 前記誘電体層に含まれる銀が0.5重量%以下である請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載の積層型電子部品。
- 前記誘電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることを特徴とする請求項1〜7のうちのいずれか1つに記載の積層型電子部品。
- それぞれPbを含むペロブスカイト構造の化合物を有する焼結体からなる複数の誘電体層と複数の内部電極とを備え、前記誘電体層と前記内部電極とが交互に積層された積層型電子部品であって、
前記積層型電子部品の表面において、誘電体層の結晶粒界には、2属元素化合物が析出していることを特徴とする積層型電子部品。 - 前記2属元素化合物は、アルカリ土類金属化合物である請求項9記載の積層型電子部品。
- 前記2属元素化合物の2属元素は、バリウム(Ba)又はストロンチウム(Sr)であることを特徴とする請求項10に記載の積層型電子部品。
- 前記2属元素化合物は、ペロブスカイト構造の組成式ABO3におけるAサイト原子に置換して固溶されている2属元素イオンと同じイオンを含むことを特徴とする請求項11に記載の積層型電子部品。
- 前記2属元素化合物が非晶質であることを特徴とする請求項9〜12のうちのいずれか1つに記載の積層型電子部品。
- 前記2属元素化合物は、前記積層型電子部品の側面において内部電極近傍に析出していることを特徴とする請求項9〜13のうちのいずれか1つに記載の積層型電子部品。
- 前記2属元素化合物の析出物の粒径は、前記積層型電子部品の表面における誘電体層の結晶粒径よりも小さいことを特徴とする請求項9〜14のうちのいずれか1つに記載の積層型電子部品。
- 前記誘電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることを特徴とする請求項9〜15のうちのいずれか1つに記載の積層型電子部品。
- それぞれ鉛元素を含む複数の誘電体層と複数の内部電極とを含む積層型電子部品の製造方法であって、
前記誘電体層となる誘電体粉末を含むシートと前記内部電極となる金属粉末を含む金属層とを交互に積層して積層体を作製する工程と焼成工程とを含み、
該焼成工程が、焼成条件の異なる第1の焼成工程と第2の焼成工程を含み、前記第2の焼成工程は、焼成温度が前記第1の焼成工程より高く、焼成雰囲気の圧力が前記第1の焼成工程と同じ又は第1の焼成工程よりも低く、焼成雰囲気中の鉛濃度が前記第1の焼成工程と同じ又は第1の焼成工程よりも低いことを特徴とする積層型電子部品の製造方法。 - 前記第2の焼成工程の焼成雰囲気中の圧力が前記第1の焼成工程よりも低い請求項17に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記第2の焼成工程の焼成雰囲気中の鉛濃度が前記第1の焼成工程よりも低い請求項17又は18に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記誘電体層および内部電極を焼成する匣鉢に設けた開口により前記鉛濃度を調整する請求項17〜19のいずれかに記載の積層型電子部品の製造方法。
- それぞれPbを含む複数の誘電体層と複数の内部電極とを含む積層型電子部品の製造方法であって、
前記誘電体層となる誘電体粉末を含むシートと前記内部電極となる金属粉末を含む金属層とを交互に積層して積層体を作製する工程と焼成工程とを含み、
該焼成工程が、第1の焼成工程と第2の焼成工程を含み、前記第1の焼成工程では、前記積層体が内部に配置された匣鉢を密閉した状態で焼成を行い、前記第2の焼成工程では、匣鉢の一部を開放した状態で焼成を行い、該第2の焼成工程の焼成温度が前記第1の焼成工程よりも高いことを特徴とする積層型電子部品の製造方法。 - 前記匣鉢の内部に、又は匣鉢に隣接して鉛吸収材料を配置する請求項21に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記鉛吸収材料が、Al2O3、ZrO2及びMgOからなる群から選択された少なくとも1つである請求項22に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記第2の焼成工程では、前記匣鉢の内部と外部の圧力がほぼ同じである請求項21〜23のいずれかに記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記第1の焼成工程において、前記誘電体層の相対密度が80〜99%の範囲になるまで焼成し、その後、第2の焼成工程を行う請求項17〜24のいずれかに記載の積層型電子部品の製造方法。
- 焼成前後における重量変化率が0.1〜3%である請求項17〜25のいずれかに記載の積層型電子部品の製造方法。
- 鉛元素を含む複数の誘電体層と、複数の内部電極とを交互に積層した積層型電子部品の製造方法であって、鉛元素を含む誘電体材料の粉末を含む複数の成形体と、主に金属材料からなる複数の内部電極層とを積層して焼成前積層体を成形する成形工程と、前記焼成前積層体を匣鉢内において、鉛雰囲気中で焼成を行なう第1焼成工程と、前記第1焼成工程よりも、焼成温度が高くかつ濃度が低い鉛雰囲気中で焼成を行なう第2焼成工程と、を含んでおり、前記第1焼成工程において、前記誘電体材料及び金属材料の粒界に、鉛元素を含む液相が形成されるとともに、前記第2焼成工程において、前記液相中の鉛元素を積層体の外部に排出することを特徴とする積層型電子部品の製造方法。
- 前記成形工程において、鉛元素を含む誘電体材料の粉末に2属元素化合物を添加して、前記液相に前記2属元素が含まれるようにし、前記第2焼成工程において、前記2属元素の化合物を前記積層体の表面に析出させることを特徴とする請求項27に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 前記2属元素はアルカリ土類金属であり、前記2属元素化合物はアルカリ土類金属化合物である請求項28に記載の積層型電子部品の製造方法。
- 鉛を含む複数の誘電体層と複数の内部電極とを含み、前記誘電体層と前記内部電極とが交互に積層された活性積層部と、
前記活性積層部の積層方向の上面に設けられた上不活性部と、
前記活性積層部の積層方向の下面に設けられた下不活性部と、を備え、
前記内部電極のうち、最も上に位置する最上内部電極と、その最上内部電極の次に位置する内部電極との間に配置された第1上部誘電体層の誘電率ε1、及び前記内部電極のうち、最も下に位置する最下内部電極と該最下内部電極の次に位置する第2下部内部電極との間に配置された第1下部誘電体層の誘電率ε2が、前記活性積層部の中央部に配置された中央誘電体層の誘電率ε3より大きいことを特徴とする積層型電子部品。 - 前記第1上部誘電体層と前記中央誘電体層の間に、ε1からε3の範囲の誘電率を有する複数の誘電体層を含み、該複数の誘電体層の誘電率は中央部に向かって順次減少することを特徴とする請求項30に記載の積層型電子部品。
- 前記第1下部誘電体層と前記中央誘電体層の間に、ε2からε3の範囲の誘電率を有する複数の誘電体層を含み、該複数の誘電体層の誘電率は中央部に向かって順次減少することを特徴とする請求項30に記載の積層型電子部品。
- 前記内部電極が銀を主成分とする材料からなることを特徴とする請求項30〜32のいずれかに記載の積層型電子部品。
- 噴出孔を有する容器と、請求項1〜16及び30〜33のいずれかに記載の積層型電子部品とを備え、前記容器内に充填された液体が前記積層型電子部品の駆動により前記噴射孔から噴射するように構成されたことを特徴とする噴射装置。
- 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射する請求項34に記載の噴射装置と、
前記コモンレールに高圧の燃料を供給する圧力ポンプと、
前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットと、
を備えた燃料噴射システム。
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