JP5141046B2 - Multilayer piezoelectric element - Google Patents

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Description

本発明は、燃料噴射装置等に用いられる積層型圧電素子に関する。   The present invention relates to a multilayer piezoelectric element used for a fuel injection device or the like.

従来、圧電体と内部電極とが交互に積層された積層体と、積層体の積層方向に沿うように延びる側面に配置されると共に内部電極と電気的に接続された外部電極とを備え、積層体内には、内部電極が配置されている層と同一の層となるように、金属酸化物層(アルミナ層)が配置されている積層型圧電素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−243635号公報
Conventionally, a laminated body in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately laminated, and an external electrode that is disposed on a side surface extending along the laminating direction of the laminated body and is electrically connected to the internal electrodes, A multilayer piezoelectric element is known in which a metal oxide layer (alumina layer) is disposed in the body so as to be the same layer as the layer in which an internal electrode is disposed (see, for example, Patent Document 1). ).
JP-A-5-243635

積層型圧電素子では、外部電極に電圧が印加されると、圧電体において異極の内部電極同士が積層方向から見て重なり合う部分(活性部)が変形する。そのため、積層型圧電素子の駆動時には、圧電体における活性領域と活性部以外の部分(不活性部)との境界で大きな応力集中が起こり、積層体の積層方向に延びるクラック(縦クラック)が発生しやすくなる。そのため、上記特許文献1に記載された従来の積層型圧電素子では、金属酸化物層によって応力集中の緩和することで、縦クラックの発生の抑制を図っている。   In the laminated piezoelectric element, when a voltage is applied to the external electrode, a portion (active part) where the different internal electrodes of the piezoelectric body overlap each other when viewed from the lamination direction is deformed. For this reason, when driving a stacked piezoelectric element, a large stress concentration occurs at the boundary between the active region and the portion other than the active portion (inactive portion) in the piezoelectric body, and a crack (vertical crack) extending in the stacking direction of the stacked body occurs. It becomes easy to do. Therefore, in the conventional multilayer piezoelectric element described in Patent Document 1, the occurrence of vertical cracks is suppressed by relaxing the stress concentration by the metal oxide layer.

しかしながら、従来の積層型圧電素子のように、積層体内において内部電極が配置されている層と同一の層に金属酸化物層を配置しただけでは、積層型圧電素子の駆動時に、縦クラックの発生が避けられないことがあった。この場合には、異極の内部電極同士がショート(短絡)し、積層型圧電素子の絶縁破壊を引き起こす虞がある。   However, when a metal oxide layer is disposed on the same layer as the internal electrode in the multilayer body as in the conventional multilayer piezoelectric element, vertical cracks are generated when the multilayer piezoelectric element is driven. There were times when it was inevitable. In this case, internal electrodes having different polarities may be short-circuited (short-circuited) to cause dielectric breakdown of the multilayer piezoelectric element.

本発明は、積層体の積層方向に延びるクラック(縦クラック)の発生を確実に防止することが可能な積層型圧電素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element capable of reliably preventing the occurrence of cracks (longitudinal cracks) extending in the stacking direction of a multilayer body.

本発明に係る積層型圧電素子は、複数の圧電体と第1内部電極及び第2内部電極を含む複数の内部電極とが交互に積層されて構成され、圧電体及び内部電極の積層方向に沿って延びる第1側面及び第2側面を有する積層体と、積層体内に配置され、圧電体の焼結温度よりも融点が高い材料によって構成された金属酸化物層と、第1側面に配置され、第1内部電極と電気的に接続された第1外部電極と、第2側面に配置され、第2内部電極と電気的に接続された第2外部電極と、第1外部電極と接続された第3外部電極と、第2外部電極と接続された第4外部電極とを備え、積層体は、第1内部電極と第2内部電極とが積層方向から見て重なり合っている部分である活性部と、第1内部電極と第2内部電極とが積層方向から見て重なり合っていない部分である不活性部とを有し、金属酸化物層は、不活性部に配置された第1領域と、第1領域から活性部側に延びて活性部に配置された第2領域とを有し、第1外部電極は、第1側面と付着すると共に積層方向に延びる接続面を有し、第2外部電極は、第2側面と付着すると共に積層方向に延びる接続面を有しており、第3外部電極及び第4電極は、積層方向に伸張可能となっていることを特徴とする。   The multilayer piezoelectric element according to the present invention is configured by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes including a first internal electrode and a second internal electrode, and along the stacking direction of the piezoelectric bodies and the internal electrodes. A laminated body having a first side surface and a second side surface that extend, a metal oxide layer that is arranged in the laminated body and is made of a material having a melting point higher than the sintering temperature of the piezoelectric body, and arranged on the first side surface, A first external electrode electrically connected to the first internal electrode, a second external electrode disposed on the second side surface and electrically connected to the second internal electrode, and a first external electrode connected to the first external electrode 3 external electrodes and a fourth external electrode connected to the second external electrode, and the stacked body includes an active portion that is a portion where the first internal electrode and the second internal electrode overlap each other when viewed from the stacking direction. The first internal electrode and the second internal electrode overlap each other when viewed from the stacking direction. The metal oxide layer includes: a first region disposed in the inactive portion; a second region disposed in the active portion extending from the first region toward the active portion; The first external electrode has a connection surface that adheres to the first side surface and extends in the stacking direction, and the second external electrode has a connection surface that adheres to the second side surface and extends in the stacking direction. The third external electrode and the fourth electrode can be extended in the stacking direction.

本発明に係る積層型圧電素子では、第1内部電極と第2内部電極との間に電圧が印加されると、第1内部電極と第2内部電極との間に電界が生じ、圧電体の活性部に存在する部分が積層体の積層方向に変位する。このとき、積層体の不活性部には、圧電体の変位による集中応力が発生することとなる。しかしながら、積層体には、圧電体の焼結温度よりも融点が高い材料で形成された金属酸化物層が設けられている。そのため、積層型圧電素子の製造工程において積層体の焼成が行われる際に、圧電体と比較して金属酸化物層の焼結が十分に行われないこととなる。従って、金属酸化物層は、圧電体よりも低強度となっている。その結果、金属酸化物層に沿ってクラック(横クラック)が入りやすくなり、積層体の積層方向に延びるクラック(縦クラック)の発生を確実に防止することが可能となる。また、金属酸化物層は、積層体の不活性部に配置された第1領域と、第1領域から活性部側に延びて活性部に配置された第2領域とを有している。そのため、積層型圧電素子の変位時に不活性部に発生する集中応力が金属酸化物層によって緩和されると共に、活性部と不活性部との境界に位置する内部電極の端部に集中応力がかかりにくく、内部電極と圧電体とが一体となったままとなる。その結果、活性部と不活性部との境界に位置する内部電極の端部から発生しがちな微細なクラック(マイクロクラック)の発生を確実に防止することも可能となっている。   In the multilayer piezoelectric element according to the present invention, when a voltage is applied between the first internal electrode and the second internal electrode, an electric field is generated between the first internal electrode and the second internal electrode, A portion present in the active portion is displaced in the stacking direction of the stacked body. At this time, concentrated stress due to the displacement of the piezoelectric body is generated in the inactive portion of the multilayer body. However, the laminated body is provided with a metal oxide layer formed of a material having a melting point higher than the sintering temperature of the piezoelectric body. Therefore, when the multilayer body is fired in the manufacturing process of the multilayer piezoelectric element, the metal oxide layer is not sufficiently sintered as compared with the piezoelectric body. Therefore, the metal oxide layer has a lower strength than the piezoelectric body. As a result, cracks (lateral cracks) are likely to enter along the metal oxide layer, and it is possible to reliably prevent the occurrence of cracks (vertical cracks) extending in the stacking direction of the laminate. Further, the metal oxide layer has a first region disposed in the inactive portion of the stacked body and a second region disposed in the active portion extending from the first region to the active portion side. For this reason, the concentrated stress generated in the inactive portion when the multilayer piezoelectric element is displaced is alleviated by the metal oxide layer, and the concentrated stress is applied to the end portion of the internal electrode located at the boundary between the active portion and the inactive portion. It is difficult, and the internal electrode and the piezoelectric body remain integrated. As a result, it is also possible to reliably prevent the occurrence of fine cracks (microcracks) that tend to occur from the end of the internal electrode located at the boundary between the active part and the inactive part.

また、第1外部電極及び第2外部電極層は、金属製の帯状体であることが好ましい。   The first external electrode and the second external electrode layer are preferably metal strips.

また、第1外部電極は、金属製の帯状体である第1電極層と、導電性粒子を含有する樹脂材料によって形成された第2電極層とを有し、第2外部電極は、金属製の帯状体である第1電極層と、導電性粒子を含有する樹脂材料によって形成された第2電極層とを有し、第1外部電極の第1電極層は第1側面と付着し、第1外部電極の第2電極層は第3外部電極と接続されており、第2外部電極の第1電極層は第2側面と付着し、第2外部電極の第2電極層は第4外部電極と接続されていることが好ましい。このようにすると、第1外部電極の第2電極層を介して第1外部電極と第3外部電極との電気的な接続を確実なものとすることが可能となると共に、第2外部電極の第2電極層を介して第2外部電極と第4外部電極との電気的な接続を確実なものとすることが可能となる。   The first external electrode includes a first electrode layer that is a metal strip and a second electrode layer formed of a resin material containing conductive particles, and the second external electrode is made of metal. A first electrode layer that is a belt-like body and a second electrode layer formed of a resin material containing conductive particles, and the first electrode layer of the first external electrode adheres to the first side surface, The second electrode layer of one external electrode is connected to the third external electrode, the first electrode layer of the second external electrode is attached to the second side surface, and the second electrode layer of the second external electrode is the fourth external electrode It is preferable that it is connected with. This makes it possible to ensure electrical connection between the first external electrode and the third external electrode via the second electrode layer of the first external electrode, and It is possible to ensure electrical connection between the second external electrode and the fourth external electrode via the second electrode layer.

また、第3外部電極及び第4外部電極は、平板状であることが好ましい。このようにすると、積層型圧電素子の小型化を図ることが可能となる。また、網目状に配置された多数の細線が互いの交点においてそれぞれ接続されて構成されているメッシュ状の電極と比較して、電気抵抗値を低減することが可能となる。また、メッシュ状の電極と比較して第1外部電極及び第2外部電極との接触面積が大きなものとなるので、電気抵抗値をより低減することができると共に、第1外部電極及び第2外部電極との接続強度の向上を図ることが可能となる。また、自身が極めて変形しやすくなっているメッシュ状の電極と比較して変形が少ないので、第1外部電極及び第2外部電極との接続の際、位置決め及び接続を容易に行うことが可能となる。   The third external electrode and the fourth external electrode are preferably flat. In this way, it is possible to reduce the size of the multilayer piezoelectric element. In addition, the electrical resistance value can be reduced as compared with a mesh electrode in which a large number of fine lines arranged in a mesh pattern are connected to each other at their intersections. Further, since the contact area between the first external electrode and the second external electrode is larger than that of the mesh electrode, the electrical resistance value can be further reduced, and the first external electrode and the second external electrode can be reduced. The connection strength with the electrode can be improved. In addition, since the deformation is less than that of the mesh-like electrode which is very easily deformed, positioning and connection can be easily performed when connecting the first external electrode and the second external electrode. Become.

また、第3外部電極は、積層方向において不連続に配置される第1部分と、積層方向と交差する方向に延びると共に第1部分同士をつなぐ第2部分とを有し、第4外部電極は、積層方向において不連続に配置される第1部分と、積層方向と交差する方向に延びると共に第1部分同士をつなぐ第2部分とを有することが好ましい。このようにすると、第3外部電極が第1部分及び第2部分を有し、第4外部電極が第1部分及び第2部分を有しているので、単に積層方向に直線状に延びるような外部電極と比較して、積層型圧電素子の積層方向における変位が阻害されるのをより抑制することが可能となると共に、積層型圧電素子を長時間にわたり連続して駆動した場合でも外部電極が断線するのを抑制することが可能となる。   The third external electrode has a first portion that is discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion that extends in a direction intersecting the stacking direction and connects the first portions, and the fourth external electrode is It is preferable to have a first portion that is discontinuously arranged in the stacking direction and a second portion that extends in a direction crossing the stacking direction and connects the first portions. In this case, since the third external electrode has the first part and the second part, and the fourth external electrode has the first part and the second part, it simply extends linearly in the stacking direction. Compared to the external electrode, it is possible to further suppress the displacement of the multilayer piezoelectric element in the stacking direction, and the external electrode is not affected even when the multilayer piezoelectric element is continuously driven for a long time. It becomes possible to suppress disconnection.

また、第3外部電極は、積層方向において不連続に配置される第1部分と、積層方向と交差する方向に延びると共に第1部分同士をつなぐ第2部分とを有し、第4外部電極は、積層方向において不連続に配置される第1部分と、積層方向と交差する方向に延びると共に第1部分同士をつなぐ第2部分とを有しており、第1外部電極は、第3外部電極の第2部分と接続され、第2外部電極は、第4外部電極の第2部分と接続されていることが好ましい。このようにすると、第3外部電極が第1部分及び第2部分を有し、第4外部電極が第1部分及び第2部分を有しているので、単に積層方向に直線状に延びるような外部電極と比較して、積層型圧電素子の積層方向における変位が阻害されるのをより抑制することが可能となると共に、積層型圧電素子を長時間にわたり連続して駆動した場合でも外部電極が断線するのを抑制することが可能となる。また、第1外部電極が、積層方向と交差する方向に延びる第3外部電極の第2部分と接続され、第2外部電極が、積層方向と交差する方向に延びる第4外部電極の第2部分と接続されているので、積層方向に伸びやすい第3外部電極の第1部分及び積層方向に伸びやすい第4外部電極の第1部分が第1外部電極及び第2外部電極によって拘束されることがない。従って、積層型圧電素子の積層方向における変位が阻害されるのを更に抑制することが可能となる。   The third external electrode has a first portion that is discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion that extends in a direction intersecting the stacking direction and connects the first portions, and the fourth external electrode is The first external electrode includes a first portion disposed discontinuously in the stacking direction, and a second portion extending in a direction crossing the stacking direction and connecting the first portions, and the first external electrode is a third external electrode. The second external electrode is preferably connected to the second part of the fourth external electrode. In this case, since the third external electrode has the first part and the second part, and the fourth external electrode has the first part and the second part, it simply extends linearly in the stacking direction. Compared to the external electrode, it is possible to further suppress the displacement of the multilayer piezoelectric element in the stacking direction, and the external electrode is not affected even when the multilayer piezoelectric element is continuously driven for a long time. It becomes possible to suppress disconnection. The first external electrode is connected to the second portion of the third external electrode extending in the direction intersecting the stacking direction, and the second external electrode is connected to the second portion of the fourth external electrode extending in the direction crossing the stacking direction. The first portion of the third external electrode that is likely to extend in the stacking direction and the first portion of the fourth external electrode that is likely to extend in the stacking direction are constrained by the first external electrode and the second external electrode. Absent. Therefore, it is possible to further suppress the inhibition of the displacement in the stacking direction of the stacked piezoelectric element.

また、第1外部電極の第2電極層は、第3外部電極の第2部分と接続され、第2外部電極の第2電極層は、第4外部電極の第2部分と接続されていることが好ましい。   The second electrode layer of the first external electrode is connected to the second part of the third external electrode, and the second electrode layer of the second external electrode is connected to the second part of the fourth external electrode. Is preferred.

また、第3外部電極の第2部分及び第4外部電極の第2部分は、金属酸化物層を含む仮想平面と重ならないことが好ましい。このようにすると、積層方向と交差する方向に延びる第3外部電極の第2部分及び積層方向と交差する方向に延びる第4外部電極の第2部分によって金属酸化物層及びその周囲の不活性部が拘束されることがないので、不活性部に生じる集中応力をより効果的に緩和することが可能となる。   Further, it is preferable that the second portion of the third external electrode and the second portion of the fourth external electrode do not overlap with a virtual plane including the metal oxide layer. In this case, the metal oxide layer and the inactive portion around the metal oxide layer are formed by the second portion of the third external electrode extending in the direction crossing the stacking direction and the second portion of the fourth external electrode extending in the direction crossing the stacking direction. Therefore, the concentrated stress generated in the inactive portion can be more effectively reduced.

また、第3外部電極の第1部分及び第4外部電極の第1部分は、積層方向に延びていることが好ましい。   The first portion of the third external electrode and the first portion of the fourth external electrode preferably extend in the stacking direction.

また、積層体内には、内部電極が配置されている層と同一の層となるように金属酸化物層の第1領域が配置されると共に、内部電極の少なくとも一部に対して重なるように金属酸化物層の第2領域が配置されていることが好ましい。このようにすると、金属酸化物層を形成する材料を必要以上に多く使用しなくて済むようになる。そのため、金属酸化物層の材料費を節約することが可能となると共に、積層型圧電素子の製造に要する時間を短縮することが可能となる。なお、ここでいう「内部電極と同一の層」とは、内部電極と完全に同一となる層に限られず、内部電極と略同一となる層も含むものである。   Further, in the laminate, the first region of the metal oxide layer is disposed so as to be the same layer as the layer where the internal electrode is disposed, and the metal is overlapped with at least a part of the internal electrode. The second region of the oxide layer is preferably disposed. In this way, it is not necessary to use more material than necessary to form the metal oxide layer. Therefore, the material cost of the metal oxide layer can be saved, and the time required for manufacturing the multilayer piezoelectric element can be shortened. The term “the same layer as the internal electrode” here is not limited to a layer that is completely the same as the internal electrode, but includes a layer that is substantially the same as the internal electrode.

また、積層体内には、内部電極が配置されている層と同一の層となるように金属酸化物層の第1領域が配置されると共に、内部電極全体に対して重なるように金属酸化物層の第2領域が配置されていることが好ましい。このようにすると、圧電体と内部電極との界面の強度が更に弱くなる。そのため、圧電体と内部電極との界面に沿って横クラックをより発生させ易くすることが可能となる。   Further, in the laminate, the first region of the metal oxide layer is disposed so as to be the same layer as the layer in which the internal electrode is disposed, and the metal oxide layer is overlapped with the entire internal electrode. The second region is preferably arranged. In this way, the strength of the interface between the piezoelectric body and the internal electrode is further reduced. Therefore, it is possible to make it easier to generate a lateral crack along the interface between the piezoelectric body and the internal electrode.

また、圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料によって形成され、金属酸化物層は、ZrO、MgO、Nb、Ta、CeO、Yの少なくとも一種を含む材料によって形成されていることが好ましい。ZrO、MgO、Nb、Ta、CeO、Yは、チタン酸ジルコン酸鉛の焼結温度よりも融点が高く且つチタン酸ジルコン酸鉛に固溶可能な材料である。そのため、これらの材料を金属酸化物層に使用することで、積層体の焼成を行った際に、金属酸化物層の成分が圧電体の粒界に析出されにくくなると共に、圧電体における単位厚み当たりの粒界の数の増大が抑制されるようになる。従って、第1内部電極と第2内部電極との間に電圧(電界)をかけた時に圧電体の粒界で生じる熱ロスを抑え易くなる。その結果、積層型圧電素子の変位時に、加える電界に対して所望の変位を得ることが可能となる。また、圧電体における単位厚み当たりの粒界の数が少なくなることで、積層体への縦クラックの発生をより抑制することが可能となる。 The piezoelectric body is made of a piezoelectric material mainly composed of lead zirconate titanate, and the metal oxide layer is made of ZrO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , Y 2 O 3. It is preferable to be formed of a material containing at least one of the above. ZrO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , and Y 2 O 3 are materials that have a melting point higher than the sintering temperature of lead zirconate titanate and can be dissolved in lead zirconate titanate. It is. Therefore, by using these materials for the metal oxide layer, when the laminate is fired, the components of the metal oxide layer are less likely to precipitate at the grain boundaries of the piezoelectric body, and the unit thickness of the piezoelectric body An increase in the number of hit grain boundaries is suppressed. Therefore, it is easy to suppress heat loss that occurs at the grain boundary of the piezoelectric body when a voltage (electric field) is applied between the first internal electrode and the second internal electrode. As a result, it is possible to obtain a desired displacement with respect to the applied electric field when the stacked piezoelectric element is displaced. Further, since the number of grain boundaries per unit thickness in the piezoelectric body is reduced, it is possible to further suppress the occurrence of vertical cracks in the laminated body.

本発明によれば、積層体の積層方向に延びるクラックの発生を確実に防止することが可能な積層型圧電素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lamination type piezoelectric element which can prevent reliably generation | occurrence | production of the crack extended in the lamination direction of a laminated body can be provided.

本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。本発明に係る積層型圧電素子は、例えば自動車に搭載される内燃機関の燃料噴射装置に用いられるものである。   Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and a duplicate description is omitted. The multilayer piezoelectric element according to the present invention is used, for example, in a fuel injection device for an internal combustion engine mounted on an automobile.

(第1実施形態)
図1〜図3を参照して、第1実施形態に係る積層型圧電素子E1の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る積層型圧電素子を示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る積層型圧電素子を示す縦断面図である。図3は、第1実施形態に係る積層型圧電素子の一部を拡大して示す縦断面図である。
(First embodiment)
The configuration of the multilayer piezoelectric element E1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment. FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view showing a part of the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment.

積層型圧電素子E1は、多角柱形状(第1実施形態においては四角柱形状)の積層体2を備えている。積層体2は、複数の圧電体3と複数の内部電極4A,4Bとが所定の順序で積層されて構成されている。積層体2は、その積層方向に平行で且つ互いに対向する側面2a,2bを有している。積層体2は、例えば、その幅を10mm程度、その奥行きを10mm程度、その高さ35mm程度に設定することができる。   The multilayer piezoelectric element E1 includes a multilayer body 2 having a polygonal column shape (a quadrangular column shape in the first embodiment). The multilayer body 2 is configured by laminating a plurality of piezoelectric bodies 3 and a plurality of internal electrodes 4A and 4B in a predetermined order. The stacked body 2 has side surfaces 2a and 2b that are parallel to the stacking direction and face each other. For example, the laminate 2 can be set to have a width of about 10 mm, a depth of about 10 mm, and a height of about 35 mm.

圧電体3は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とする圧電セラミック材料で形成されている。圧電体3の厚さは、例えば1層あたり80μm〜100μm程度となっている。PZTの組成としては、例えば下記のものが用いられる。
Pb0.999[(Zn1/3Nb2/3)0.11Ti0.425 Zr0.465]O3+0.2wt%Fe2O3+0.2wt%Sb2O3
The piezoelectric body 3 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of PZT (lead zirconate titanate). The thickness of the piezoelectric body 3 is, for example, about 80 μm to 100 μm per layer. As a composition of PZT, the following are used, for example.
Pb0.999 [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.11Ti0.425 Zr0.465] O 3 + 0.2wt% Fe 2 O 3 + 0.2wt% Sb 2 O 3

また、PZTの粉体特性としては、例えばBET比表面積が約2.5m/g、平均粒子径が約0.6μmのものが用いられる。PZTの焼結温度は、950℃程度である。なお、PZT系材料の融点は、1300℃程度である。 As the powder characteristics of PZT, for example, those having a BET specific surface area of about 2.5 m 2 / g and an average particle diameter of about 0.6 μm are used. The sintering temperature of PZT is about 950 ° C. The melting point of the PZT material is about 1300 ° C.

内部電極4A,4Bは、例えばAg、Pdを主成分とする導電材料により形成されている。内部電極4A,4Bの厚さは、例えば2μm程度に設定することができる。内部電極4A,4Bは、圧電体3を挟んで交互に積層されている。内部電極4Aの一端は、積層体2の側面2aに露出している。内部電極4Aの他端は、積層体2の側面2bよりも内側に位置している。内部電極4Bの一端は、積層体2の側面2bに露出している。内部電極4Bの他端は、積層体2の側面2aよりも内側に位置している。これにより、内部電極4A,4Bの一部は、積層体2の積層方向において重なり合うこととなる。   The internal electrodes 4A and 4B are made of a conductive material containing Ag and Pd as main components, for example. The thickness of the internal electrodes 4A and 4B can be set to about 2 μm, for example. The internal electrodes 4A and 4B are alternately stacked with the piezoelectric body 3 interposed therebetween. One end of the internal electrode 4 </ b> A is exposed on the side surface 2 a of the multilayer body 2. The other end of the internal electrode 4 </ b> A is located inside the side surface 2 b of the multilayer body 2. One end of the internal electrode 4B is exposed on the side surface 2b of the multilayer body 2. The other end of the internal electrode 4 </ b> B is located inside the side surface 2 a of the multilayer body 2. Thereby, a part of the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B overlaps in the stacking direction of the stacked body 2.

積層体2において、内部電極4A,4Bが積層方向に重なり合っている部分は、内部電極4A,4Bに電圧を印加したときに圧電体3が変位する活性部Pとなっており、内部電極4A,4Bが積層方向に重なり合っていない部分(積層体2の両側端部)は、内部電極4A,4Bに電圧を印加したときに圧電体3が変位しない不活性部Qとなっている。   In the multilayer body 2, the portions where the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B overlap in the stacking direction are active portions P in which the piezoelectric body 3 is displaced when a voltage is applied to the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B. The portions where 4B does not overlap in the stacking direction (both ends of the stacked body 2) are inactive portions Q where the piezoelectric body 3 is not displaced when a voltage is applied to the internal electrodes 4A and 4B.

積層体2には、電気絶縁性を有すると共に圧電体3よりも密度(強度)の低い金属酸化物層5が複数形成されている。金属酸化物層5は、不活性部Qにおける内部電極4A,4Bと同一の層に形成された領域5aと、この領域5aから活性部P側に延びて内部電極4A,4Bの一部の上面に重なるように形成された領域5bとからなっている(図3参照)。内部電極4Aと同層に位置する領域5aは、積層体2の側面2bに露出しており、内部電極4Bと同層に位置する領域5aは、積層体2の側面2aに露出している。つまり、金属酸化物層5は、内部電極4A,4Bに接するように積層体2の側面2a,2bから活性部Pまで延びている。領域5aの厚さは、例えば内部電極4A,4Bと同一の厚さとなっている。   A plurality of metal oxide layers 5 having electrical insulation and lower density (strength) than the piezoelectric body 3 are formed on the laminate 2. The metal oxide layer 5 includes a region 5a formed in the same layer as the internal electrodes 4A and 4B in the inactive portion Q, and an upper surface of a part of the internal electrodes 4A and 4B extending from the region 5a to the active portion P side. And a region 5b formed so as to overlap (see FIG. 3). The region 5a located in the same layer as the internal electrode 4A is exposed on the side surface 2b of the multilayer body 2, and the region 5a located in the same layer as the internal electrode 4B is exposed on the side surface 2a of the multilayer body 2. That is, the metal oxide layer 5 extends from the side surfaces 2a and 2b of the multilayer body 2 to the active portion P so as to be in contact with the internal electrodes 4A and 4B. The thickness of the region 5a is, for example, the same thickness as the internal electrodes 4A and 4B.

金属酸化物層5は、圧電体3の主成分であるPZTの焼結温度よりも融点が高く且つPZTに固溶する材料により形成されている。このような材料としては、ZrO、MgO、Nb、Ta、CeO、Yの少なくとも一種を含む材料が挙げられる。つまり、金属酸化物層5と圧電体3とは、互いに異なる組成系の材料で形成されている。なお、ZrO、MgO、Nb、Ta、CeO、Yの融点は、1500℃〜2800℃程度である。 The metal oxide layer 5 is formed of a material that has a melting point higher than the sintering temperature of PZT, which is the main component of the piezoelectric body 3, and is solid-solved in PZT. Examples of such a material include a material containing at least one of ZrO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , and Y 2 O 3 . That is, the metal oxide layer 5 and the piezoelectric body 3 are formed of materials having different composition systems. Note that the melting points of ZrO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , and Y 2 O 3 are about 1500 ° C. to 2800 ° C.

積層体2の側面2aには、外部電極6A,10Aが設けられている。外部電極6Aは、電極層7a及び電極層8aを有している。電極層7aは、略矩形の帯状体であり、側面2aの中央部分を覆うと共に積層方向に延在するように側面2aと付着している。そのため、電極層7aは、側面2aにおいて、側面2aに露出する各内部電極4Aとそれぞれ電気的に接続される。電極層7aは、例えばAg、Au及びCuのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。電極層7aの厚みは、例えば例えば1μm〜20μm程度に設定することができる。   External electrodes 6 </ b> A and 10 </ b> A are provided on the side surface 2 a of the multilayer body 2. The external electrode 6A has an electrode layer 7a and an electrode layer 8a. The electrode layer 7a is a substantially rectangular belt-like body, and covers the central portion of the side surface 2a and is attached to the side surface 2a so as to extend in the stacking direction. Therefore, the electrode layer 7a is electrically connected to each internal electrode 4A exposed on the side surface 2a on the side surface 2a. The electrode layer 7a is made of a conductive material containing, for example, one of Ag, Au and Cu as a main component. The thickness of the electrode layer 7a can be set to about 1 μm to 20 μm, for example.

電極層8aは、接着性を有する樹脂材料中に例えばAgの導電性粒子を分散させた導電性接着剤を固化させたものである。電極層8aは、第1部分8aa及び第2部分8abを含んでいる。第1部分8aaは、略矩形状を呈しており、電極層7aの中央部分を覆うと共に積層方向に延在するように電極層7aと付着している。第2部分8abは、略矩形状を呈しており、第1部分8aaを覆うと共に積層方向に延在するように第1部分8aaと付着している。電極層8aの第1部分8aa及び第2部分8abの厚みは、それぞれ30μm〜60μm程度に設定することができる。   The electrode layer 8a is obtained by solidifying a conductive adhesive in which, for example, Ag conductive particles are dispersed in an adhesive resin material. The electrode layer 8a includes a first portion 8aa and a second portion 8ab. The first portion 8aa has a substantially rectangular shape, and covers the central portion of the electrode layer 7a and is attached to the electrode layer 7a so as to extend in the stacking direction. The second portion 8ab has a substantially rectangular shape, and covers the first portion 8aa and adheres to the first portion 8aa so as to extend in the stacking direction. The thickness of the first portion 8aa and the second portion 8ab of the electrode layer 8a can be set to about 30 μm to 60 μm, respectively.

外部電極10Aは、第1部分11a及び第2部分12aを有する。第1部分11aは、積層方向に伸び、且つ、積層方向において不連続に配置されている。第2部分12aは、積層方向と交差する方向(第1実施形態においては、直交方向)に伸び、且つ、第1部分11a同士をつないでいる。そのため、第1実施形態において、外部電極10Aは、クランク形状を呈しており、積層方向に伸縮可能となっている。外部電極10Aは、平板状であり、例えば、Cu、Cu合金、Ni、Ni合金、フレキシブル基板等によって形成されている。第1実施形態において、外部電極10Aの厚みは、例えば150μm程度に設定することができる。   The external electrode 10A has a first portion 11a and a second portion 12a. The first portion 11a extends in the stacking direction and is discontinuously arranged in the stacking direction. The second portion 12a extends in a direction intersecting the stacking direction (orthogonal direction in the first embodiment), and connects the first portions 11a. Therefore, in the first embodiment, the external electrode 10A has a crank shape and can be expanded and contracted in the stacking direction. 10 A of external electrodes are flat form, for example, are formed with Cu, Cu alloy, Ni, Ni alloy, a flexible substrate, etc. In the first embodiment, the thickness of the external electrode 10A can be set to about 150 μm, for example.

外部電極10Aは、電極層8aに固着されている(図1及び図2参照)。具体的には、外部電極10Aは、電極層8aの第2部分8abに第2部分12aの一部が埋まり、第1部分11aが電極層8aと接触しないように、電極層8aに設けられている。また、外部電極10Aは、第2部分12aが金属酸化物層5を含む仮想平面に重ならないように、すなわち側面2aと直交する方向から見たときに第2部分12aが金属酸化物層5と重ならず第1部分11aが金属酸化物層5と重なるように配置されている。   The external electrode 10A is fixed to the electrode layer 8a (see FIGS. 1 and 2). Specifically, the external electrode 10A is provided on the electrode layer 8a so that a part of the second portion 12a is buried in the second portion 8ab of the electrode layer 8a and the first portion 11a is not in contact with the electrode layer 8a. Yes. Further, the external electrode 10A has the second portion 12a and the metal oxide layer 5 when viewed from a direction orthogonal to the side surface 2a so that the second portion 12a does not overlap the virtual plane including the metal oxide layer 5. It arrange | positions so that the 1st part 11a may overlap with the metal oxide layer 5 without overlapping.

積層体2の側面2bには、外部電極6B,10Bが設けられている。外部電極6Bは、電極層7b及び電極層8bを有している。電極層7bは、略矩形の帯状体であり、側面2bの中央部分を覆うと共に積層方向に延在するように側面2bと付着している。そのため、電極7bは、側面2bにおいて、側面2bに露出する各内部電極4Bとそれぞれ電気的に接続される。電極層7bは、例えばAg、Au及びCuのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。電極層7bの厚みは、例えば例えば1μm〜20μm程度に設定することができる。   External electrodes 6 </ b> B and 10 </ b> B are provided on the side surface 2 b of the multilayer body 2. The external electrode 6B has an electrode layer 7b and an electrode layer 8b. The electrode layer 7b is a substantially rectangular belt-like body, and covers the central portion of the side surface 2b and adheres to the side surface 2b so as to extend in the stacking direction. Therefore, the electrode 7b is electrically connected to each internal electrode 4B exposed on the side surface 2b on the side surface 2b. The electrode layer 7b is made of a conductive material containing, for example, one of Ag, Au, and Cu as a main component. The thickness of the electrode layer 7b can be set to about 1 μm to 20 μm, for example.

電極層8bは、接着性を有する樹脂材料中に例えばAgの導電性粒子を分散させた導電性接着剤を固化させたものである。電極層8bは、第1部分8ba及び第2部分8bbを含んでいる。第1部分8baは、略矩形状を呈しており、電極層7bの中央部分を覆うと共に積層方向に延在するように電極層7bと付着している。第2部分8bbは、略矩形状を呈しており、第1部分8baを覆うと共に積層方向に延在するように第1部分8baと付着している。電極層8bの第1部分8ba及び第2部分8bbの厚みは、それぞれ30μm〜60μm程度に設定することができる。   The electrode layer 8b is obtained by solidifying a conductive adhesive in which, for example, Ag conductive particles are dispersed in an adhesive resin material. The electrode layer 8b includes a first portion 8ba and a second portion 8bb. The first portion 8ba has a substantially rectangular shape, and covers the central portion of the electrode layer 7b and adheres to the electrode layer 7b so as to extend in the stacking direction. The second portion 8bb has a substantially rectangular shape, and covers the first portion 8ba and adheres to the first portion 8ba so as to extend in the stacking direction. The thickness of the first portion 8ba and the second portion 8bb of the electrode layer 8b can be set to about 30 μm to 60 μm, respectively.

外部電極10Bは、第1部分11b及び第2部分12bを有する。第1部分11bは、積層方向に伸び、且つ、積層方向において不連続に配置されている。第2部分12bは、積層方向と交差する方向(第1実施形態においては、直交方向)に伸び、且つ、第1部分11b同士をつないでいる。そのため、第1実施形態において、外部電極10Bは、クランク形状を呈しており、積層方向に伸縮可能となっている。外部電極10Bは、平板状であり、例えば、Cu、Cu合金、Ni、Ni合金、フレキシブル基板等によって形成されている。第1実施形態において、外部電極10Bの厚みは、例えば150μm程度に設定することができる。   The external electrode 10B has a first portion 11b and a second portion 12b. The first portion 11b extends in the stacking direction and is discontinuously arranged in the stacking direction. The second portion 12b extends in a direction intersecting with the stacking direction (orthogonal direction in the first embodiment), and connects the first portions 11b. Therefore, in the first embodiment, the external electrode 10B has a crank shape and can be expanded and contracted in the stacking direction. The external electrode 10B has a flat plate shape, and is formed of, for example, Cu, Cu alloy, Ni, Ni alloy, a flexible substrate, or the like. In the first embodiment, the thickness of the external electrode 10B can be set to about 150 μm, for example.

外部電極10Bは、電極層8bに固着されている(図1及び図2参照)。具体的には、外部電極10Bは、電極層8bの第2部分8bbに第2部分12bの一部が埋まり、第1部分11bが電極層8bと接触しないように、電極層8bに設けられている。また、外部電極10Bは、第2部分12bが金属酸化物層5を含む仮想平面に重ならないように、すなわち側面2bと直交する方向から見たときに第2部分12bが金属酸化物層5と重ならず第1部分11bが金属酸化物層5と重なるように配置されている。   The external electrode 10B is fixed to the electrode layer 8b (see FIGS. 1 and 2). Specifically, the external electrode 10B is provided on the electrode layer 8b so that a part of the second portion 12b is buried in the second portion 8bb of the electrode layer 8b and the first portion 11b does not contact the electrode layer 8b. Yes. In addition, the external electrode 10B has the second portion 12b and the metal oxide layer 5 so that the second portion 12b does not overlap the virtual plane including the metal oxide layer 5, that is, when viewed from the direction orthogonal to the side surface 2b. It arrange | positions so that the 1st part 11b may overlap with the metal oxide layer 5 without overlapping.

続いて、図4及び図5を参照して、上述した構成の積層型圧電素子E1の製造方法について説明する。図4は、第1実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための図である。図5は、第1実施形態に係る積層型圧電素子が備える素体の構成を説明するための分解斜視図である。   Next, with reference to FIGS. 4 and 5, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element E1 having the above-described configuration will be described. FIG. 4 is a view for explaining the method for manufacturing the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment. FIG. 5 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the element body included in the multilayer piezoelectric element according to the first embodiment.

まず、PZTを主成分とするセラミック粉体に有機バインダ樹脂及び有機溶剤等を混合したグリーンシート用のペーストを準備する。そして、例えばドクターブレード法によってグリーンシート用のペーストをキャリアフィルム(図示せず)上に塗布することにより、上記の圧電体3を形成するグリーンシート21を複数枚形成する。   First, a paste for a green sheet is prepared by mixing an organic binder resin and an organic solvent with ceramic powder containing PZT as a main component. Then, a plurality of green sheets 21 for forming the piezoelectric body 3 are formed by applying a paste for green sheets on a carrier film (not shown) by, for example, a doctor blade method.

続いて、例えばAg:Pd=85:15の比率で構成された導電材料に有機バインダ樹脂及び有機溶剤等を混合した電極パターン用のペーストを作製する。そして、図4(a)に示されるように、電極パターン用のペーストを例えばスクリーン印刷することにより、上記の内部電極4A,4Bに相当する電極パターン22A,22Bをそれぞれ別々のグリーンシート21上に形成する。このとき、グリーンシート21の上面における不活性部Qに対応する一端側部分を除いた領域に電極パターン22A,22Bを形成する。   Subsequently, for example, an electrode pattern paste is prepared by mixing an organic binder resin, an organic solvent, and the like with a conductive material having a ratio of Ag: Pd = 85: 15. Then, as shown in FIG. 4A, the electrode patterns 22A and 22B corresponding to the internal electrodes 4A and 4B are respectively formed on the separate green sheets 21 by screen printing the electrode pattern paste, for example. Form. At this time, electrode patterns 22 </ b> A and 22 </ b> B are formed in a region excluding one end portion corresponding to the inactive portion Q on the upper surface of the green sheet 21.

続いて、例えばZrO粉体を含むセラミック粉体に有機バインダ樹脂及び有機溶剤等を混合したZrOペーストを作製する。なお、用いるZrO粉体の粒子径は、圧電材料粉体(セラミック粉体)の粒子径よりも大きく、電極パターン22A,22Bの厚みよりも小さいことが好ましい。 Subsequently, for example, a ZrO 2 paste in which an organic binder resin, an organic solvent, and the like are mixed with ceramic powder containing ZrO 2 powder is prepared. Incidentally, the particle diameter of the ZrO 2 powder used is greater than the particle diameter of the piezoelectric material powder (ceramic powder), the electrode pattern 22A, is preferably smaller than the thickness of 22B.

そして、図4(b)に示されるように、ZrOペーストを例えばスクリーン印刷することにより、グリーンシート21上及び電極パターン22A,22B上にZrOペースト層23を形成する。このとき、グリーンシート21の上面における電極パターン22A,22Bが印刷されていない電極未印刷領域(不活性部Qに対応する領域)にZrOペースト層23を形成すると共に、電極パターン22A,22Bの上面における電極未印刷領域側の端部領域にZrOペースト層23を重ねるように形成する。 Then, as shown in FIG. 4B, the ZrO 2 paste layer 23 is formed on the green sheet 21 and the electrode patterns 22A and 22B by screen printing the ZrO 2 paste, for example. At this time, the ZrO 2 paste layer 23 is formed in the electrode non-printed area (area corresponding to the inactive portion Q) on the upper surface of the green sheet 21 where the electrode patterns 22A and 22B are not printed, and the electrode patterns 22A and 22B The ZrO 2 paste layer 23 is formed so as to overlap the end region on the upper surface of the electrode unprinted region side.

続いて、図5に示されるように、電極パターン22A及びZrOペースト層23が形成されたグリーンシート21と、電極パターン22B及びZrOペースト層23が形成されたグリーンシート21とを所定の順序で積層する。そして、電極パターン22A,22B及びZrOペースト層23が形成されていないグリーンシート21を、保護層として最外層に所定枚数ずつ積層する。これにより、グリーン積層体24が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 5, the green sheet 21 on which the electrode pattern 22A and the ZrO 2 paste layer 23 are formed and the green sheet 21 on which the electrode pattern 22B and the ZrO 2 paste layer 23 are formed are arranged in a predetermined order. Laminate with. Then, a predetermined number of green sheets 21 on which the electrode patterns 22A and 22B and the ZrO 2 paste layer 23 are not formed are stacked on the outermost layer as a protective layer. Thereby, the green laminated body 24 is formed.

続いて、グリーン積層体24を約60℃の温度で加熱しながら積層方向にプレス加工した後、そのグリーン積層体24を例えばダイヤモンドブレードにより所定の寸法に切断してチップ化する。   Subsequently, the green laminated body 24 is pressed in the laminating direction while being heated at a temperature of about 60 ° C., and then the green laminated body 24 is cut into a predetermined size by, for example, a diamond blade to form a chip.

続いて、切断後のグリーン積層体24をセッター(図示せず)に載せ、約400℃の温度下でグリーン積層体24の脱脂(脱バインダ)処理を10時間程度行う。そして、脱脂後のグリーン積層体24をこう鉢炉内に入れ、例えば950℃〜1000℃の温度下でグリーン積層体24の焼成を2時間程度行う。これにより、グリーンシート21、電極パターン22A,22B及びZrOペースト層23が焼結され、焼結体としての積層体2が得られる。 Subsequently, the cut green laminate 24 is placed on a setter (not shown), and the green laminate 24 is degreased (debindered) at a temperature of about 400 ° C. for about 10 hours. And the green laminated body 24 after degreasing | defatting is put in a mortar furnace, and the green laminated body 24 is baked for about 2 hours, for example under the temperature of 950 to 1000 degreeC. Thus, the green sheet 21, the electrode patterns 22A, 22B and ZrO 2 paste layer 23 is sintered laminate 2 as a sintered body is obtained.

このとき、ZrOペースト層23はグリーンシート21と異なる組成系の材料で形成されているので、ZrOペースト層23とグリーンシート21との焼結反応性が抑制され、両者間で不用な化学反応が起こることが無い。しかも、ZrOペースト層23の融点はグリーンシート21の焼結温度よりも高いので、ZrOペースト層23はグリーンシート21に比べて焼結されにくい。このため、焼結後には、ZrOペースト層23は、圧電体3との接合強度が低い金属酸化物層5となる。 At this time, since the ZrO 2 paste layer 23 is made of a material having a composition different from that of the green sheet 21, the sintering reactivity between the ZrO 2 paste layer 23 and the green sheet 21 is suppressed, and unnecessary chemicals are used between them. There is no reaction. Moreover, since the melting point of ZrO 2 paste layer 23 is higher than the sintering temperature of the green sheet 21, ZrO 2 paste layer 23 is sintered in comparison with the green sheet 21 hardly. For this reason, after sintering, the ZrO 2 paste layer 23 becomes the metal oxide layer 5 having low bonding strength with the piezoelectric body 3.

また、金属酸化物層5は、上述したように領域5a及び領域5bを有しているが、焼成によるグリーン積層体24の収縮によって、内部電極4A,4Bに重なる領域5bの厚みが領域5aの厚みよりも薄いものとなる。   The metal oxide layer 5 has the region 5a and the region 5b as described above, but the thickness of the region 5b overlapping the internal electrodes 4A and 4B is reduced to the region 5a due to the shrinkage of the green laminated body 24 due to firing. It will be thinner than the thickness.

続いて、積層体2の側面2a,2bに外部電極6A,6B及び外部電極10A,10Bをそれぞれ形成する。具体的には、例えばAgを主成分とする導電性ペーストを積層体2の側面2a,2bにそれぞれスクリーン印刷し、例えば700℃程度の温度下で焼付処理を行うことで、積層体2の側面2a,2bに電極層7a,7bをそれぞれ形成する。ここで、電極層7a,7bの形成方法としては、スパッタリング法や無電解めっき法を用いても良い。   Subsequently, external electrodes 6A and 6B and external electrodes 10A and 10B are formed on the side surfaces 2a and 2b of the multilayer body 2, respectively. Specifically, for example, a conductive paste containing Ag as a main component is screen-printed on the side surfaces 2a and 2b of the laminate 2 and a baking process is performed at a temperature of about 700 ° C. Electrode layers 7a and 7b are formed on 2a and 2b, respectively. Here, as a method of forming the electrode layers 7a and 7b, a sputtering method or an electroless plating method may be used.

そして、例えばAgを主成分とする導電性粒子を含有する導電性接着剤を電極層7a,7bにそれぞれ塗布して固化させることにより、電極層8a,8bの第1部分8aa,8baをそれぞれ形成する。また、同じく、導電性接着剤を第1部分8aa,8baにそれぞれ塗布し、第1部分8aa,8baに塗布された導電性接着剤に外部電極10A,10Bをそれぞれ貼付した後に、第1部分8aa,8baに塗布された導電性接着剤を固化させることにより、電極層8aの第2部分8ba,8bbをそれぞれ形成すると共に、外部電極10A,10Bを電極層8aに固着させる。なお、外部電極10A,10Bは、例えばベリリウム銅からなる板材をクランク形状に加工して、Niメッキ及びSuメッキを施すことにより得ることができる。   Then, for example, the first portions 8aa and 8ba of the electrode layers 8a and 8b are formed by applying and solidifying a conductive adhesive containing conductive particles mainly composed of Ag on the electrode layers 7a and 7b, respectively. To do. Similarly, after applying the conductive adhesive to the first portions 8aa and 8ba, respectively, and attaching the external electrodes 10A and 10B to the conductive adhesive applied to the first portions 8aa and 8ba, respectively, the first portions 8aa , 8ba is solidified to form the second portions 8ba, 8bb of the electrode layer 8a, and the external electrodes 10A, 10B are fixed to the electrode layer 8a. The external electrodes 10A and 10B can be obtained, for example, by processing a plate material made of beryllium copper into a crank shape and performing Ni plating and Su plating.

最後に、圧電体3の厚み方向の電界強度が約2kV/mmとなるように、例えば120℃の温度下で所定の電圧を例えば3分間印加することにより、分極処理を行う。以上により、積層型圧電素子E1が完成する。   Finally, the polarization treatment is performed by applying a predetermined voltage, for example, for 3 minutes at a temperature of 120 ° C., for example, so that the electric field strength in the thickness direction of the piezoelectric body 3 is about 2 kV / mm. Thus, the multilayer piezoelectric element E1 is completed.

ところで、積層型圧電素子では、外部電極に電圧が印加されると、圧電体において異極の内部電極同士が積層方向から見て重なり合う部分(活性部)が変形する。そのため、積層型圧電素子の駆動時には、圧電体における活性領域と活性部以外の部分(不活性部)との境界で大きな応力集中が起こり、積層体の積層方向に延びるクラック(縦クラック)が発生しやすくなる。そこで、従来から、縦クラックの発生を抑制するために、種々の対策が行われている具体的には、縦クラックの発生を抑制するための対策として、(1)積層方向と交差する方向に延びるクラック(横クラック)を意図的に発生させる手法、及び(2)積層方向と交差する方向に延びるクラック(横クラック)を予め所望の場所に形成させる手法が知られている。   By the way, in the laminated piezoelectric element, when a voltage is applied to the external electrode, a portion (active part) where the internal electrodes having different polarities overlap each other when viewed from the lamination direction in the piezoelectric body is deformed. For this reason, when driving a stacked piezoelectric element, a large stress concentration occurs at the boundary between the active region and the portion other than the active portion (inactive portion) in the piezoelectric body, and a crack (vertical crack) extending in the stacking direction of the stacked body occurs. It becomes easy to do. Therefore, conventionally, various measures have been taken to suppress the occurrence of vertical cracks. Specifically, as measures to suppress the occurrence of vertical cracks, (1) in the direction crossing the stacking direction There are known methods for intentionally generating extending cracks (lateral cracks), and (2) methods for forming cracks extending in the direction intersecting the stacking direction (lateral cracks) in a desired location in advance.

横クラックを意図的に発生させる手法としては、例えば、(1a)外部電極を積層体にはんだ等によって点接合し、積層体における点接合された部分に発生する集中応力を利用する方法や、(1b)積層体内に強度の弱い部分を設ける方法がある。ところが、これらの方法では、横クラックがランダムに発生することとなるので、積層型圧電素子の絶縁破壊等の問題を引き起こす縦クラックが発生しうるという問題があった。   As a method for intentionally generating a lateral crack, for example, (1a) a method of using a concentrated stress generated in a point-bonded portion of the laminate by externally bonding the external electrode to the laminate with solder or the like, 1b) There is a method of providing a weak portion in the laminate. However, in these methods, lateral cracks are generated randomly, so that there is a problem that longitudinal cracks that cause problems such as dielectric breakdown of the multilayer piezoelectric element may occur.

一方、横クラックを予め所望の場所に形成させる手法としては、例えば、(2a)機械加工によって所望の場所に擬似的な横クラックであるスリットを形成する方法や、(2b)積層体の焼成の際に、圧電体よりも強度の低い金属酸化物層等を積層体内に形成する方法がある。ところが、機械加工による方法では、コストが非常に高くなり、量産に適さないという問題があった。また、金属酸化物層を積層体内に形成する方法では、従来、積層体内において内部電極が配置されている層と同一の層に金属酸化物層が配置されていたので、活性部と不活性部との境界に位置する内部電極の端部から微細なクラック(マイクロクラック)が発生してしまうという問題があった。   On the other hand, as a method of forming a lateral crack in a desired place in advance, for example, (2a) a method of forming a slit that is a pseudo lateral crack in a desired place by machining, or (2b) firing of a laminate In this case, there is a method of forming a metal oxide layer or the like having a lower strength than the piezoelectric body in the laminated body. However, the method by machining has a problem that the cost is very high and it is not suitable for mass production. In the method of forming the metal oxide layer in the stacked body, the metal oxide layer is conventionally disposed in the same layer as the layer in which the internal electrode is disposed in the stacked body. There is a problem in that fine cracks (microcracks) are generated from the end of the internal electrode located at the boundary between the two.

しかしながら、本実施形態においては、積層体2に、圧電体3の焼結温度よりも融点が高い材料で形成された金属酸化物層5が設けられている。そのため、積層型圧電素子E1の製造工程において積層体2の焼成が行われる際に、圧電体3と比較して金属酸化物層5の焼結が十分に行われないこととなる。従って、金属酸化物層5は、圧電体3よりも低強度となっている。その結果、金属酸化物層5に沿ってクラック(横クラック)が入りやすくなり、積層体2の積層方向に延びるクラック(縦クラック)の発生を確実に防止することが可能となる。また、金属酸化物層5は、積層体2の不活性部Qに配置された領域5aと、領域5aから活性部P側に延びて活性部Pに配置された領域5bとを有している。そのため、積層型圧電素子E1の変位時に不活性部Qに発生する集中応力が金属酸化物層5によって緩和されると共に、活性部Pと不活性部Qとの境界に位置する内部電極4A,4Bの端部に集中応力がかかりにくく、内部電極4A,4Bと圧電体3とが一体となったままとなる。その結果、活性部Pと不活性部Qとの境界に位置する内部電極4A,4Bの端部から発生しがちな微細なクラック(マイクロクラック)の発生を確実に防止することが可能となる。   However, in the present embodiment, the laminated body 2 is provided with the metal oxide layer 5 formed of a material having a melting point higher than the sintering temperature of the piezoelectric body 3. Therefore, when the multilayer body 2 is fired in the manufacturing process of the multilayer piezoelectric element E1, the metal oxide layer 5 is not sufficiently sintered as compared with the piezoelectric body 3. Therefore, the metal oxide layer 5 has a lower strength than the piezoelectric body 3. As a result, cracks (lateral cracks) are likely to occur along the metal oxide layer 5, and it is possible to reliably prevent the occurrence of cracks (vertical cracks) extending in the stacking direction of the stacked body 2. The metal oxide layer 5 has a region 5a disposed in the inactive portion Q of the stacked body 2 and a region 5b disposed in the active portion P extending from the region 5a to the active portion P side. . Therefore, the concentrated stress generated in the inactive portion Q when the multilayer piezoelectric element E1 is displaced is relieved by the metal oxide layer 5, and the internal electrodes 4A and 4B located at the boundary between the active portion P and the inactive portion Q are relaxed. The concentrated stress is not easily applied to the end of the inner electrode 4A, and the internal electrodes 4A and 4B and the piezoelectric body 3 remain integrated. As a result, it is possible to reliably prevent the occurrence of fine cracks (microcracks) that tend to occur from the end portions of the internal electrodes 4A and 4B located at the boundary between the active portion P and the inactive portion Q.

また、本実施形態においては、導電性ペーストを積層体2の側面2a,2bにそれぞれスクリーン印刷して焼付することで形成された電極層7a,7bが、それぞれ側面2a,2bと付着している。そのため、積層体2は、積層型圧電素子E1の変位時に、電極層7a,7bの接続面を介して外部電極10A,10Bによって、その変位が拘束されることとなる。従って、外部電極10A,10Bの拘束によって積層体2に生じる応力が均一に分散される。その結果、積層体2への予期せぬクラックの発生を確実に防止することが可能となる。   Moreover, in this embodiment, the electrode layers 7a and 7b formed by screen-printing and baking the conductive paste on the side surfaces 2a and 2b of the multilayer body 2 are attached to the side surfaces 2a and 2b, respectively. . Therefore, the displacement of the multilayer body 2 is restricted by the external electrodes 10A and 10B through the connection surfaces of the electrode layers 7a and 7b when the multilayer piezoelectric element E1 is displaced. Therefore, the stress generated in the stacked body 2 due to the constraint of the external electrodes 10A and 10B is uniformly dispersed. As a result, it is possible to reliably prevent the occurrence of unexpected cracks in the laminate 2.

さらに、本実施形態においては、外部電極10A,10Bが積層方向に伸縮可能となっている。そのため、積層型圧電素子E1の積層方向における変位が阻害されるのを抑制することが可能となる。   Further, in the present embodiment, the external electrodes 10A and 10B can be expanded and contracted in the stacking direction. Therefore, it is possible to suppress the displacement of the stacked piezoelectric element E1 in the stacking direction.

従って、本実施形態に係る積層型圧電素子E1では、(1)マイクロクラック及び縦クラックの発生を確実に防止することができ、(2)積層体2への予期せぬクラックの発生を確実に防止することができると共に、(3)積層型圧電素子E1の積層方向における変位が阻害されるのを抑制することができるものとなっている。従って、本発明によれば、十分な変位量を確保しつつ、極めて信頼性に優れた積層型圧電素子E1を提供することも可能となっている。   Therefore, in the multilayer piezoelectric element E1 according to the present embodiment, (1) generation of microcracks and vertical cracks can be reliably prevented, and (2) occurrence of unexpected cracks in the multilayer body 2 is ensured. While being able to prevent, (3) it can suppress that the displacement in the lamination direction of lamination type piezoelectric element E1 is inhibited. Therefore, according to the present invention, it is also possible to provide the multilayer piezoelectric element E1 with extremely high reliability while ensuring a sufficient amount of displacement.

また、本実施形態においては、外部電極6Aが、金属製の帯状体である電極層7a及び導電性接着剤が固化した電極層8aを有しており、外部電極6Bが、金属製の帯状体である電極層7b及び導電性接着剤が固化した電極層8bを有している。そして、外部電極6Aの電極層7aは側面2aと付着し、外部電極6Aの電極層8aは外部電極10Aと接続されており、外部電極6Bの電極層7bは側面2bと付着し、外部電極6Bの電極層8bは外部電極10Bと接続されている。そのため、外部電極6Aの電極層8aを介して外部電極6Aと外部電極10Aとの電気的な接続を確実なものとすることが可能となると共に、外部電極6Bの電極層8bを介して外部電極6Bと外部電極10Bとの電気的な接続を確実なものとすることが可能となる。   Further, in the present embodiment, the external electrode 6A has an electrode layer 7a that is a metal strip and an electrode layer 8a that is solidified with a conductive adhesive, and the external electrode 6B is a metal strip. And an electrode layer 8b in which the conductive adhesive is solidified. The electrode layer 7a of the external electrode 6A is attached to the side surface 2a, the electrode layer 8a of the external electrode 6A is connected to the external electrode 10A, the electrode layer 7b of the external electrode 6B is attached to the side surface 2b, and the external electrode 6B The electrode layer 8b is connected to the external electrode 10B. Therefore, it is possible to ensure electrical connection between the external electrode 6A and the external electrode 10A via the electrode layer 8a of the external electrode 6A, and the external electrode via the electrode layer 8b of the external electrode 6B. The electrical connection between 6B and the external electrode 10B can be ensured.

また、本実施形態においては、外部電極10A,10Bが、平板状となっている。そのため、積層型圧電素子E1の小型化を図ることが可能となる。また、網目状に配置された多数の細線が互いの交点においてそれぞれ接続されて構成されているメッシュ状の電極と比較して、電気抵抗値を低減することが可能となる。また、メッシュ状の電極と比較して外部電極10A,10Bとの接触面積が大きなものとなるので、電気抵抗値をより低減することができると共に、外部電極10A,10Bとの接続強度の向上を図ることが可能となる。また、自身が極めて変形しやすくなっているメッシュ状の電極と比較して変形が少ないので、外部電極10A,10Bとの接続の際、位置決め及び接続を容易に行うことが可能となる。   In the present embodiment, the external electrodes 10A and 10B have a flat plate shape. Therefore, it is possible to reduce the size of the multilayer piezoelectric element E1. In addition, the electrical resistance value can be reduced as compared with a mesh electrode in which a large number of fine lines arranged in a mesh pattern are connected to each other at their intersections. Further, since the contact area with the external electrodes 10A and 10B is larger than that of the mesh electrode, the electrical resistance value can be further reduced and the connection strength with the external electrodes 10A and 10B can be improved. It becomes possible to plan. Further, since the deformation is less than that of the mesh-like electrode which is very easily deformed, positioning and connection can be easily performed when connecting to the external electrodes 10A and 10B.

また、本実施形態においては、外部電極10Aが、積層方向において不連続に配置される第1部分11aと、積層方向と交差する方向に延びると共に第1部分11a同士をつなぐ第2部分12aとを有している。また、外部電極10Bが、積層方向において不連続に配置される第1部分11bと、積層方向と交差する方向に延びると共に第1部分11b同士をつなぐ第2部分12bとを有している。そのため、外部電極10Aが第1部分11a及び第2部分12aを有し、外部電極10Bが第1部分11b及び第2部分12bを有しているので、単に積層方向に直線状に延びるような外部電極と比較して、積層型圧電素子E1の積層方向における変位が阻害されるのをより抑制することが可能となると共に、積層型圧電素子E1を長時間にわたり連続して駆動した場合でも外部電極10A,10Bが断線するのを抑制することが可能となる。   In the present embodiment, the external electrode 10A includes a first portion 11a that is discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion 12a that extends in the direction intersecting the stacking direction and connects the first portions 11a. Have. The external electrode 10B includes a first portion 11b that is discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion 12b that extends in a direction intersecting the stacking direction and connects the first portions 11b. Therefore, the external electrode 10A has the first portion 11a and the second portion 12a, and the external electrode 10B has the first portion 11b and the second portion 12b. Therefore, the external electrode simply extends linearly in the stacking direction. Compared with the electrode, it is possible to further suppress the displacement of the stacked piezoelectric element E1 in the stacking direction, and the external electrode even when the stacked piezoelectric element E1 is continuously driven for a long time. It is possible to suppress disconnection of 10A and 10B.

また、本実施形態においては、外部電極6Aにおける電極層8aの第2部分8abが、外部電極10Aの第2部分12aと接続され、外部電極6Bにおける電極層8bの第2部分8bbが、外部電極10Bの第2部分12bと接続されている。そのため、積層方向に伸びやすい外部電極10Aの第1部分11a及び積層方向に伸びやすい外部電極10Bの第1部分11bが外部電極6A,6Bによって拘束されることがない。従って、積層型圧電素子E1の積層方向における変位が阻害されるのを更に抑制することが可能となる。   In the present embodiment, the second portion 8ab of the electrode layer 8a in the external electrode 6A is connected to the second portion 12a of the external electrode 10A, and the second portion 8bb of the electrode layer 8b in the external electrode 6B is connected to the external electrode. 10B is connected to the second portion 12b. Therefore, the first portion 11a of the external electrode 10A that easily extends in the stacking direction and the first portion 11b of the external electrode 10B that easily extends in the stacking direction are not restrained by the external electrodes 6A and 6B. Therefore, it is possible to further suppress the inhibition of the displacement in the stacking direction of the stacked piezoelectric element E1.

また、本実施形態においては、外部電極10Aの第2部分12a及び外部電極10Bの第2部分12bが、金属酸化物層5を含む仮想平面と重ならないようになっている。そのため、積層方向と交差する方向に延びる外部電極10Aの第2部分12a及び積層方向と交差する方向に延びる外部電極10Bの第2部分12bによって金属酸化物層5及びその周囲の不活性部Qが拘束されることがないので、不活性部Qに生じる集中応力をより効果的に緩和することが可能となる。   In the present embodiment, the second portion 12a of the external electrode 10A and the second portion 12b of the external electrode 10B are not overlapped with a virtual plane including the metal oxide layer 5. Therefore, the metal oxide layer 5 and the inactive portion Q around the metal oxide layer 5 are formed by the second portion 12a of the external electrode 10A extending in the direction crossing the stacking direction and the second portion 12b of the external electrode 10B extending in the direction crossing the stacking direction. Since it is not restrained, the concentrated stress generated in the inactive portion Q can be more effectively relaxed.

また、本実施形態においては,積層体2内に、内部電極4A,4Bが配置されている層と同一の層となるように金属酸化物層5の領域5aが配置されると共に、内部電極4A,4Bの少なくとも一部に対して重なるように金属酸化物層5の領域5bが配置されている。そのため、金属酸化物層5を形成する材料を必要以上に多く使用しなくて済むようになる。その結果、金属酸化物層5の材料費を節約することが可能となると共に、積層型圧電素子E1の製造に要する時間を短縮することが可能となる。   Further, in this embodiment, the region 5a of the metal oxide layer 5 is disposed in the multilayer body 2 so as to be the same layer as the layer in which the internal electrodes 4A and 4B are disposed, and the internal electrode 4A. , 4B, the region 5b of the metal oxide layer 5 is arranged so as to overlap with at least a part of it. Therefore, it is not necessary to use more material than necessary to form the metal oxide layer 5. As a result, the material cost of the metal oxide layer 5 can be saved, and the time required for manufacturing the multilayer piezoelectric element E1 can be shortened.

また、本実施形態においては、圧電体3が、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料によって形成され、金属酸化物層5が、ZrO、MgO、Nb、Ta、CeO、Yの少なくとも一種を含む材料によって形成されている。ZrO、MgO、Nb、Ta、CeO、Yは、チタン酸ジルコン酸鉛の焼結温度よりも融点が高く且つチタン酸ジルコン酸鉛に固溶可能な材料である。そのため、これらの材料を金属酸化物層5に使用することで、積層体2の焼成を行った際に、金属酸化物層5の成分が圧電体3の粒界に析出されにくくなると共に、圧電体3における単位厚み当たりの粒界の数の増大が抑制されるようになる。従って、内部電極4A,4Bの間に電圧(電界)をかけた時に圧電体3の粒界で生じる熱ロスを抑え易くなる。その結果、積層型圧電素子E1の変位時に、加える電界に対して所望の変位を得ることが可能となる。また、圧電体3における単位厚み当たりの粒界の数が少なくなることで、積層体2への縦クラックの発生をより抑制することが可能となる。 In the present embodiment, the piezoelectric body 3 is formed of a piezoelectric material mainly composed of lead zirconate titanate, and the metal oxide layer 5 is formed of ZrO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5. , CeO 2 , and Y 2 O 3 . ZrO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , and Y 2 O 3 are materials that have a melting point higher than the sintering temperature of lead zirconate titanate and can be dissolved in lead zirconate titanate. It is. Therefore, by using these materials for the metal oxide layer 5, when the laminate 2 is fired, the components of the metal oxide layer 5 are not easily precipitated at the grain boundaries of the piezoelectric body 3, and An increase in the number of grain boundaries per unit thickness in the body 3 is suppressed. Therefore, it is easy to suppress heat loss that occurs at the grain boundaries of the piezoelectric body 3 when a voltage (electric field) is applied between the internal electrodes 4A and 4B. As a result, it is possible to obtain a desired displacement with respect to the applied electric field when the multilayer piezoelectric element E1 is displaced. In addition, since the number of grain boundaries per unit thickness in the piezoelectric body 3 is reduced, it is possible to further suppress the occurrence of vertical cracks in the multilayer body 2.

(第2実施形態)
次に、図6及び図7を参照して、第2実施形態に係る積層型圧電素子E2の構成を説明する。図6は、第2実施形態に係る積層型圧電素子を示す斜視図である。図7は、第2実施形態に係る積層型圧電素子の一部を拡大して示す縦断面図である。第2実施形態に係る積層型圧電素子E2では、積層体2内における金属酸化物層5の配置の点で、上述した第1実施形態に係る積層型圧電素子E1と相違する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the multilayer piezoelectric element E2 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a perspective view showing the multilayer piezoelectric element according to the second embodiment. FIG. 7 is an enlarged longitudinal sectional view showing a part of the multilayer piezoelectric element according to the second embodiment. The multilayer piezoelectric element E2 according to the second embodiment is different from the multilayer piezoelectric element E1 according to the first embodiment described above in the arrangement of the metal oxide layer 5 in the multilayer body 2.

第2実施形態に係る積層型圧電素子E2は、圧電体3、内部電極4A,4B及び金属酸化物層5からなる積層体2を備える。金属酸化物層5は、積層体2の不活性部Qにおいて、積層体2の積層方向に隣り合う内部電極4A,4Bの間の層に形成されている。また、金属酸化物層5は、積層体2の不活性部Qから僅かに活性部Pに入り込むように形成されている。   The multilayer piezoelectric element E2 according to the second embodiment includes a multilayer body 2 including a piezoelectric body 3, internal electrodes 4A and 4B, and a metal oxide layer 5. The metal oxide layer 5 is formed in a layer between the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B adjacent in the stacking direction of the stacked body 2 in the inactive portion Q of the stacked body 2. The metal oxide layer 5 is formed so as to slightly enter the active part P from the inactive part Q of the stacked body 2.

このような積層型圧電素子E2を製造する場合、図8に示されるように、複数のグリーンシート21を形成し、電極パターン22A,22Bをそれぞれ別々のグリーンシート21上に形成する。また、電極パターン22A又は電極パターン22Bが形成されたグリーンシート21とは異なるグリーンシート21の両端部分(不活性部Qに対応する領域と、活性部Pに対応する領域の一部とを含む部分)にZrOペースト層23を形成する。 When manufacturing such a laminated piezoelectric element E2, as shown in FIG. 8, a plurality of green sheets 21 are formed, and electrode patterns 22A and 22B are formed on separate green sheets 21, respectively. Further, both end portions of the green sheet 21 different from the green sheet 21 on which the electrode pattern 22A or the electrode pattern 22B is formed (a portion including a region corresponding to the inactive portion Q and a part of a region corresponding to the active portion P). ) To form a ZrO 2 paste layer 23.

電極パターン22A,22B及びZrOペースト層23を形成した後、電極パターン22Aが形成されたグリーンシート21と、電極パターン22Bが形成されたグリーンシート21と、ZrOペースト層23が形成されたグリーンシート21とを所定の順序で積層する。また、電極パターン22A,22B及びZrOペースト層23が形成されていないグリーンシート21を保護層として最外層に積層する。これにより、グリーン積層体12が形成される。 After the electrode patterns 22A and 22B and the ZrO 2 paste layer 23 are formed, the green sheet 21 on which the electrode pattern 22A is formed, the green sheet 21 on which the electrode pattern 22B is formed, and the green on which the ZrO 2 paste layer 23 is formed The sheets 21 are stacked in a predetermined order. Further, the green sheet 21 on which the electrode patterns 22A and 22B and the ZrO 2 paste layer 23 are not formed is laminated on the outermost layer as a protective layer. Thereby, the green laminated body 12 is formed.

その後、第1実施形態と同様のプレス加工、切断、脱脂(脱バインダ)及び焼成を行うことにより、積層体2を得る。そして、積層体2の側面2a,2bに外部電極6A,6B及び外部電極10A,10Bを設け、最後に分極処理を行うことにより、積層型圧電素子E2が完成する。   Then, the laminated body 2 is obtained by performing the press processing, cutting | disconnection, degreasing | defatting (debinding), and baking similar to 1st Embodiment. Then, the external electrodes 6A and 6B and the external electrodes 10A and 10B are provided on the side surfaces 2a and 2b of the multilayer body 2, and finally, a polarization process is performed to complete the multilayer piezoelectric element E2.

以上のように、第2実施形態においても、(1)マイクロクラック及び縦クラックの発生を確実に防止することができ、(2)積層体2への予期せぬクラックの発生を確実に防止することができると共に、(3)積層型圧電素子E2の積層方向における変位が阻害されるのを抑制することができるものとなっている。   As described above, also in the second embodiment, (1) generation of microcracks and vertical cracks can be reliably prevented, and (2) occurrence of unexpected cracks in the laminate 2 is reliably prevented. In addition, (3) the displacement of the stacked piezoelectric element E2 in the stacking direction can be suppressed.

(第3実施形態)
次に、図9及び図10を参照して、第3実施形態に係る積層型圧電素子E3の構成を説明する。図9は、第3実施形態に係る積層型圧電素子を示す斜視図である。図10は、第3実施形態に係る積層型圧電素子の一部を拡大して示す縦断面図である。第3実施形態に係る積層型圧電素子E3では、積層体2内における金属酸化物層5の配置の点で、上述した第1実施形態に係る積層型圧電素子E1と相違する。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the multilayer piezoelectric element E3 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a perspective view showing the multilayer piezoelectric element according to the third embodiment. FIG. 10 is an enlarged longitudinal sectional view showing a part of the multilayer piezoelectric element according to the third embodiment. The multilayer piezoelectric element E3 according to the third embodiment is different from the multilayer piezoelectric element E1 according to the first embodiment described above in the arrangement of the metal oxide layer 5 in the multilayer body 2.

第3実施形態に係る積層型圧電素子E3は、圧電体3、内部電極4A,4B及び金属酸化物層5からなる積層体2を備える。金属酸化物層5は、積層体2の不活性部Qにおける内部電極4A,4Bと同一の層に形成された領域5aと、この領域5aから活性部P側に延びて内部電極4A,4Bの上面全体に重なるように形成された領域5bとを有している。つまり、金属酸化物層5は、内部電極4A,4Bに接するように積層体2の側面2aから側面2bまで延びている。   A multilayer piezoelectric element E3 according to the third embodiment includes a multilayer body 2 including a piezoelectric body 3, internal electrodes 4A and 4B, and a metal oxide layer 5. The metal oxide layer 5 includes a region 5a formed in the same layer as the internal electrodes 4A and 4B in the inactive portion Q of the multilayer body 2, and extends from the region 5a to the active portion P side to form the internal electrodes 4A and 4B. And a region 5b formed so as to overlap the entire upper surface. That is, the metal oxide layer 5 extends from the side surface 2a of the multilayer body 2 to the side surface 2b so as to be in contact with the internal electrodes 4A and 4B.

このような金属酸化物層5を形成するには、グリーンシート21の上面の一部領域に電極パターン22A,22Bを形成し、ZrOペーストをスクリーン印刷することでグリーンシート21の上面の電極未印刷領域と電極パターン22A,22Bの上面全体とにZrOペースト層23を形成する。そして、第1実施形態と同様に、積層、プレス加工、切断、脱バインダ及び焼成を順に行う。 In order to form such a metal oxide layer 5, electrode patterns 22 A and 22 B are formed in a partial region of the upper surface of the green sheet 21, and ZrO 2 paste is screen-printed to perform electrode printing on the upper surface of the green sheet 21. A ZrO 2 paste layer 23 is formed on the printing region and the entire upper surface of the electrode patterns 22A and 22B. Then, similarly to the first embodiment, stacking, pressing, cutting, binder removal, and firing are sequentially performed.

以上のように、第3実施形態においても、(1)マイクロクラック及び縦クラックの発生を確実に防止することができ、(2)積層体2への予期せぬクラックの発生を確実に防止することができると共に、(3)積層型圧電素子E3の積層方向における変位が阻害されるのを抑制することができるものとなっている。   As described above, also in the third embodiment, (1) generation of microcracks and vertical cracks can be reliably prevented, and (2) occurrence of unexpected cracks in the laminate 2 is reliably prevented. In addition, (3) the displacement of the stacked piezoelectric element E3 in the stacking direction can be suppressed.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、積層体2の形状は、多角柱形状に限られることなく、円柱形状であってもよい。積層体2において、外部電極6A,6B及び外部電極10A,10Bを設ける側面は、互いに対向するように位置する2つの側面に限られることなく、隣り合う2つの側面であってもよい。また、積層体2が円柱形状である場合、外部電極6A,10Aと外部電極6B,10Bとが互いに接触しない位置であれば、側面の任意の領域に外部電極6A,6B及び外部電極10A,10Bを設けることができる。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the shape of the laminated body 2 is not limited to a polygonal column shape, and may be a cylindrical shape. In the stacked body 2, the side surfaces on which the external electrodes 6 </ b> A and 6 </ b> B and the external electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B are provided are not limited to the two side surfaces positioned to face each other, but may be two adjacent side surfaces. Further, when the laminate 2 has a cylindrical shape, the external electrodes 6A and 6B and the external electrodes 10A and 10B are disposed in arbitrary regions on the side surfaces as long as the external electrodes 6A and 10A and the external electrodes 6B and 10B are not in contact with each other. Can be provided.

また、外部電極10A,10Bの形状は、上述したクランク形状に限られることなく、図11及び図12に示されるように、鋸歯形状(ジグザク形状)や蛇行形状であってもよい。外部電極10A,10Bが鋸歯形状(ジグザク形状)及び蛇行形状である場合、第1部分11aは積層方向と交差する方向に伸びることとなる。   Further, the shape of the external electrodes 10A and 10B is not limited to the crank shape described above, but may be a sawtooth shape (zigzag shape) or a meandering shape as shown in FIGS. When the external electrodes 10A and 10B have a sawtooth shape (zigzag shape) and a meandering shape, the first portion 11a extends in a direction crossing the stacking direction.

また、内部電極4Aは、側面2bに設けられる外部電極6B,10Bと電気的に絶縁されるのであれば、側面2bに露出してもよい。また、内部電極4Bも同様に、側面2aに設けられる外部電極6A,10Aと電気的に絶縁されるのであれば、側面2aに露出してもよい。   The internal electrode 4A may be exposed on the side surface 2b as long as it is electrically insulated from the external electrodes 6B and 10B provided on the side surface 2b. Similarly, the internal electrode 4B may be exposed to the side surface 2a as long as it is electrically insulated from the external electrodes 6A and 10A provided on the side surface 2a.

また、上述の実施形態において、外部電極6Aは電極層7a及び電極層8aを有しており、外部電極6Bは電極層7b及び電極層8bを有しているが、外部電極6Aが電極層7aのみによって構成され、外部電極6Bが電極層7bのみによって構成されていてもよい。   In the above-described embodiment, the external electrode 6A has the electrode layer 7a and the electrode layer 8a, and the external electrode 6B has the electrode layer 7b and the electrode layer 8b, but the external electrode 6A is the electrode layer 7a. The external electrode 6B may be configured only by the electrode layer 7b.

また、上述の実施形態では、金属酸化物層5の領域5bが内部電極4A,4Bの上に重なるような構成としたが、図13に示されるように、金属酸化物層5の領域5bの上に内部電極4A,4Bの少なくとも一部が重なるような構成としてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the region 5b of the metal oxide layer 5 is configured to overlap the internal electrodes 4A and 4B. However, as illustrated in FIG. A configuration in which at least a part of the internal electrodes 4A and 4B overlap with each other may be employed.

第1実施形態に係る積層型圧電素子を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element according to a first embodiment. 第1実施形態に係る積層型圧電素子を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the lamination type piezoelectric element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る積層型圧電素子の一部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows a part of laminated piezoelectric element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the laminated piezoelectric element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る積層型圧電素子が備える素体の構成を説明するための分解斜視図である。It is a disassembled perspective view for demonstrating the structure of the element body with which the multilayer piezoelectric element which concerns on 1st Embodiment is provided. 第2実施形態に係る積層型圧電素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lamination type piezoelectric element which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る積層型圧電素子の一部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows a part of laminated piezoelectric element which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る積層型圧電素子が備える素体の構成を説明するための分解斜視図である。It is a disassembled perspective view for demonstrating the structure of the element | base_body with which the multilayer piezoelectric element which concerns on 2nd Embodiment is provided. 第3実施形態に係る積層型圧電素子を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the lamination type piezoelectric element which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る積層型圧電素子の一部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows a part of laminated piezoelectric element which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る積層型圧電素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lamination type piezoelectric element which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る積層型圧電素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lamination type piezoelectric element which concerns on 5th Embodiment. 第6実施形態に係る積層型圧電素子の一部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows a part of laminated piezoelectric element which concerns on 6th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

E1〜E5…積層型圧電素子、2…積層体、2a…側面(第1側面)、2b…側面(第2側面)、3…圧電体、4A…内部電極(第1内部電極)、4B…内部電極(第2内部電極)、5…金属酸化物層、5a…領域(第1領域)、5b…領域(第2領域)、6A…外部電極(第1外部電極)、6B…外部電極(第2外部電極)、10A…外部電極(第3外部電極)、10B…外部電極(第4外部電極)、P…活性部、Q…不活性部。   E1 to E5 ... laminated piezoelectric element, 2 ... laminated body, 2a ... side surface (first side surface), 2b ... side surface (second side surface), 3 ... piezoelectric body, 4A ... internal electrode (first internal electrode), 4B ... Internal electrode (second internal electrode), 5 ... metal oxide layer, 5a ... region (first region), 5b ... region (second region), 6A ... external electrode (first external electrode), 6B ... external electrode ( Second external electrode), 10A, external electrode (third external electrode), 10B, external electrode (fourth external electrode), P, active part, Q, inactive part.

Claims (10)

複数の圧電体と第1内部電極及び第2内部電極を含む複数の内部電極とが交互に積層されて構成され、前記圧電体及び前記内部電極の積層方向に沿って延びる第1側面及び第2側面を有する積層体と、
前記積層体内に配置され、前記圧電体の焼結温度よりも融点が高い材料によって構成された金属酸化物層と、
前記第1側面に配置され、前記第1内部電極と電気的に接続された第1外部電極と、
前記第2側面に配置され、前記第2内部電極と電気的に接続された第2外部電極と、
前記第1外部電極と接続された第3外部電極と、
前記第2外部電極と接続された第4外部電極とを備え、
前記積層体は、前記第1内部電極と前記第2内部電極とが前記積層方向から見て重なり合っている部分である活性部と、前記第1内部電極と前記第2内部電極とが前記積層方向から見て重なり合っていない部分である不活性部とを有し、
前記金属酸化物層は、前記不活性部に配置された第1領域と、前記第1領域から前記活性部側に延びて前記活性部に配置された第2領域とを有し、
前記第1外部電極は、前記第1側面と付着すると共に前記積層方向に延びる接続面を有し、
前記第2外部電極は、前記第2側面と付着すると共に前記積層方向に延びる接続面を有しており、
前記第3外部電極及び前記第4電極は、前記積層方向に伸張可能となっており、
前記積層体内には、前記内部電極が配置されている層と同一の層となるように前記金属酸化物層の前記第1領域が配置されると共に、前記内部電極の少なくとも一部に対して重なるように前記金属酸化物層の前記第2領域が配置されており、
前記第1外部電極は、金属製の帯状体である第1電極層と、導電性粒子を含有する樹脂材料によって形成された第2電極層とを有し、
前記第2外部電極は、金属製の帯状体である第1電極層と、導電性粒子を含有する樹脂材料によって形成された第2電極層とを有し、
前記第1外部電極の前記第1電極層は前記第1側面と付着し、前記第1外部電極の前記第2電極層は前記第3外部電極と接続されており、
前記第2外部電極の前記第1電極層は前記第2側面と付着し、前記第2外部電極の前記第2電極層は前記第4外部電極と接続されていることを特徴とする積層型圧電素子。
A plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes including a first internal electrode and a second internal electrode are alternately stacked, and a first side surface and a second side extending in the stacking direction of the piezoelectric body and the internal electrodes. A laminate having side surfaces;
A metal oxide layer that is disposed in the laminated body and is made of a material having a melting point higher than the sintering temperature of the piezoelectric body;
A first external electrode disposed on the first side surface and electrically connected to the first internal electrode;
A second external electrode disposed on the second side surface and electrically connected to the second internal electrode;
A third external electrode connected to the first external electrode;
A fourth external electrode connected to the second external electrode,
The stacked body includes an active portion that is a portion where the first internal electrode and the second internal electrode overlap each other when viewed from the stacking direction, and the first internal electrode and the second internal electrode are stacked in the stacking direction. An inactive portion that is a portion that does not overlap when viewed from
The metal oxide layer includes a first region disposed in the inactive portion, and a second region disposed in the active portion extending from the first region to the active portion side,
The first external electrode has a connection surface that adheres to the first side surface and extends in the stacking direction;
The second external electrode has a connection surface that adheres to the second side surface and extends in the stacking direction;
The third external electrode and the fourth electrode are extendable in the stacking direction,
In the stacked body, the first region of the metal oxide layer is disposed so as to be the same layer as the layer in which the internal electrode is disposed, and overlaps at least a part of the internal electrode. The second region of the metal oxide layer is arranged as follows :
The first external electrode has a first electrode layer that is a metal strip and a second electrode layer formed of a resin material containing conductive particles,
The second external electrode has a first electrode layer that is a metal strip, and a second electrode layer formed of a resin material containing conductive particles,
The first electrode layer of the first external electrode is attached to the first side surface, and the second electrode layer of the first external electrode is connected to the third external electrode;
The stacked piezoelectric device, wherein the first electrode layer of the second external electrode is attached to the second side surface, and the second electrode layer of the second external electrode is connected to the fourth external electrode. element.
複数の圧電体と第1内部電極及び第2内部電極を含む複数の内部電極とが交互に積層されて構成され、前記圧電体及び前記内部電極の積層方向に沿って延びる第1側面及び第2側面を有する積層体と、
前記積層体内に配置され、前記圧電体の焼結温度よりも融点が高い材料によって構成された金属酸化物層と、
前記第1側面に配置され、前記第1内部電極と電気的に接続された第1外部電極と、
前記第2側面に配置され、前記第2内部電極と電気的に接続された第2外部電極と、
前記第1外部電極と接続された第3外部電極と、
前記第2外部電極と接続された第4外部電極とを備え、
前記積層体は、前記第1内部電極と前記第2内部電極とが前記積層方向から見て重なり合っている部分である活性部と、前記第1内部電極と前記第2内部電極とが前記積層方向から見て重なり合っていない部分である不活性部とを有し、
前記金属酸化物層は、前記不活性部に配置された第1領域と、前記第1領域から前記活性部側に延びて前記活性部に配置された第2領域とを有し、
前記第1外部電極は、前記第1側面と付着すると共に前記積層方向に延びる接続面を有し、
前記第2外部電極は、前記第2側面と付着すると共に前記積層方向に延びる接続面を有しており、
前記第3外部電極及び前記第4電極は、前記積層方向に伸張可能となっており、
前記積層体内には、前記内部電極が配置されている層と同一の層となるように前記金属酸化物層の前記第1領域が配置されると共に、前記内部電極全体に対して重なるように前記金属酸化物層の前記第2領域が配置されており、
前記第1外部電極は、金属製の帯状体である第1電極層と、導電性粒子を含有する樹脂材料によって形成された第2電極層とを有し、
前記第2外部電極は、金属製の帯状体である第1電極層と、導電性粒子を含有する樹脂材料によって形成された第2電極層とを有し、
前記第1外部電極の前記第1電極層は前記第1側面と付着し、前記第1外部電極の前記第2電極層は前記第3外部電極と接続されており、
前記第2外部電極の前記第1電極層は前記第2側面と付着し、前記第2外部電極の前記第2電極層は前記第4外部電極と接続されていることを特徴とする積層型圧電素子。
A plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes including a first internal electrode and a second internal electrode are alternately stacked, and a first side surface and a second side extending in the stacking direction of the piezoelectric body and the internal electrodes. A laminate having side surfaces;
A metal oxide layer that is disposed in the laminated body and is made of a material having a melting point higher than the sintering temperature of the piezoelectric body;
A first external electrode disposed on the first side surface and electrically connected to the first internal electrode;
A second external electrode disposed on the second side surface and electrically connected to the second internal electrode;
A third external electrode connected to the first external electrode;
A fourth external electrode connected to the second external electrode,
The stacked body includes an active portion that is a portion where the first internal electrode and the second internal electrode overlap each other when viewed from the stacking direction, and the first internal electrode and the second internal electrode are stacked in the stacking direction. An inactive portion that is a portion that does not overlap when viewed from
The metal oxide layer includes a first region disposed in the inactive portion, and a second region disposed in the active portion extending from the first region to the active portion side,
The first external electrode has a connection surface that adheres to the first side surface and extends in the stacking direction;
The second external electrode has a connection surface that adheres to the second side surface and extends in the stacking direction;
The third external electrode and the fourth electrode are extendable in the stacking direction,
In the stacked body, the first region of the metal oxide layer is disposed so as to be the same layer as the layer where the internal electrode is disposed, and the first region of the metal oxide layer overlaps the entire internal electrode. The second region of the metal oxide layer is disposed ;
The first external electrode has a first electrode layer that is a metal strip and a second electrode layer formed of a resin material containing conductive particles,
The second external electrode has a first electrode layer that is a metal strip, and a second electrode layer formed of a resin material containing conductive particles,
The first electrode layer of the first external electrode is attached to the first side surface, and the second electrode layer of the first external electrode is connected to the third external electrode;
The stacked piezoelectric device, wherein the first electrode layer of the second external electrode is attached to the second side surface, and the second electrode layer of the second external electrode is connected to the fourth external electrode. element.
前記第1外部電極及び前記第2外部電極層は、金属製の帯状体であることを特徴とする請求項1又は2に記載された積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the first external electrode and the second external electrode layer are metal strips. 前記第3外部電極及び前記第4外部電極は、平板状であることを特徴とする請求項1又は2に記載された積層型圧電素子。   The multilayer piezoelectric element according to claim 1 or 2, wherein the third external electrode and the fourth external electrode have a flat plate shape. 前記第3外部電極は、前記積層方向において不連続に配置される第1部分と、前記積層方向と交差する方向に延びると共に前記第1部分同士をつなぐ第2部分とを有し、
前記第4外部電極は、前記積層方向において不連続に配置される第1部分と、前記積層方向と交差する方向に延びると共に前記第1部分同士をつなぐ第2部分とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載された積層型圧電素子。
The third external electrode includes a first portion that is discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion that extends in a direction intersecting the stacking direction and connects the first portions.
The fourth external electrode includes a first portion discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion that extends in a direction intersecting the stacking direction and connects the first portions. The multilayer piezoelectric element according to claim 1 or 2.
前記第3外部電極は、前記積層方向において不連続に配置される第1部分と、前記積層方向と交差する方向に延びると共に前記第1部分同士をつなぐ第2部分とを有し、
前記第4外部電極は、前記積層方向において不連続に配置される第1部分と、前記積層方向と交差する方向に延びると共に前記第1部分同士をつなぐ第2部分とを有しており、
前記第1外部電極は、前記第3外部電極の前記第2部分と接続され、
前記第2外部電極は、前記第4外部電極の前記第2部分と接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載された積層型圧電素子。
The third external electrode includes a first portion that is discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion that extends in a direction intersecting the stacking direction and connects the first portions.
The fourth external electrode has a first portion that is discontinuously arranged in the stacking direction, and a second portion that extends in a direction intersecting the stacking direction and connects the first portions.
The first external electrode is connected to the second portion of the third external electrode;
The second external electrode, the fourth has been laminated piezoelectric element according to claim 1 or 2, characterized in that it is connected to the second portion of the external electrode.
前記第1外部電極の前記第2電極層は、前記第3外部電極の前記第2部分と接続され、
前記第2外部電極の前記第2電極層は、前記第4外部電極の前記第2部分と接続されていることを特徴とする請求項に記載された積層型圧電素子。
The second electrode layer of the first external electrode is connected to the second portion of the third external electrode;
The multilayer piezoelectric element according to claim 6 , wherein the second electrode layer of the second external electrode is connected to the second portion of the fourth external electrode.
前記第3外部電極の前記第2部分及び前記第4外部電極の前記第2部分は、前記金属酸化物層を含む仮想平面と重ならないことを特徴とする請求項のいずれか一項に記載された積層型圧電素子。 Wherein the second portion of the second portion and the fourth external electrode of the third external electrode is any one of claims 5-7, characterized in that it does not overlap with the imaginary plane including the metal oxide layer The laminated piezoelectric element described in 1. 前記第3外部電極の前記第1部分及び前記第4外部電極の第1部分は、前記積層方向に延びていることを特徴とする請求項のいずれか一項に記載された積層型圧電素子。 The stacked type according to any one of claims 5 to 8 , wherein the first portion of the third external electrode and the first portion of the fourth external electrode extend in the stacking direction. Piezoelectric element. 前記圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料によって形成され、
前記金属酸化物層は、ZrO、MgO、Nb、Ta、CeO、Yの少なくとも一種を含む材料によって形成されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載された積層型圧電素子。
The piezoelectric body is formed of a piezoelectric material mainly composed of lead zirconate titanate,
The metal oxide layer, ZrO 2, MgO, claim, characterized in that it is formed by a material containing at least one Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, CeO 2, Y 2 O 3 1~ 9 The multilayer piezoelectric element described in any one of the above.
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