WO2006001334A1 - 積層型電子部品及びこれを用いた噴射装置 - Google Patents

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WO2006001334A1
WO2006001334A1 PCT/JP2005/011539 JP2005011539W WO2006001334A1 WO 2006001334 A1 WO2006001334 A1 WO 2006001334A1 JP 2005011539 W JP2005011539 W JP 2005011539W WO 2006001334 A1 WO2006001334 A1 WO 2006001334A1
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internal electrode
multilayer electronic
electrode
piezoelectric
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Shigenobu Nakamura
Mitsuo Kondo
Masahiro Sato
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Kyocera Corporation
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer electronic component, and is used for, for example, a multilayer ceramic capacitor or a multilayer piezoelectric element.
  • the present invention relates to a laminated electronic component such as a piezoelectric transformer, a fuel injection device for automobiles, a precision positioning device such as an optical device, a driving element for preventing vibration, and the like, and an injection device using the same.
  • a multilayer piezoelectric actuator in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately stacked is known.
  • This multilayer piezoelectric actuator is applied with a voltage to a piezoelectric body and stretched by several zm to several tens of m to serve as a driving force source for the actuator.
  • Multi-layer piezoelectric actuators are classified into two types: simultaneous firing type and stack type in which piezoelectric ceramics and internal electrode plates are alternately laminated. Since the type of multilayer piezoelectric actuator is advantageous for thinning, it is showing its superiority.
  • FIG. 7 shows a conventional multilayer piezoelectric actuator.
  • This laminated piezoelectric actuator is composed of an effective layer in which piezoelectric bodies 51 and internal electrodes 52 are alternately laminated, and a laminated body 60 having protective layers 53 on both end faces in the laminating direction.
  • the internal electrodes 52 serving as the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated
  • the internal electrodes 52 of the positive electrode and the negative electrode are alternately exposed on the side surfaces of the laminate 53.
  • the non-displacement portion where only one of the positive electrode and the negative electrode is laminated only the inner electrode 52 of one electrode is exposed on the side surface of the laminated body 60.
  • the external electrode 70 is formed on the side surface of the non-displacement part where only the internal electrode 52 of one electrode is exposed. That is, the positive electrode and the negative electrode 70 are formed on the non-displacement part exposed on the two opposite side surfaces of the laminate 60, and the positive electrode and the negative electrode are alternately stacked on the displacement part. Connected to the external electrode 70.
  • a multilayer electronic component such as the multilayer piezoelectric actuator is a ceramic green sheet.
  • An internal electrode paste was printed on the surface, and a columnar laminate having a plurality of green sheets coated with the internal electrode paste was produced! (For example, see Patent Document 1).
  • an internal electrode paste is printed in a pattern having a predetermined electrode structure on a ceramic green sheet containing a piezoelectric raw material, and a plurality of Darin sheets coated with the internal electrode paste are stacked.
  • a laminated body is produced by producing the obtained laminated molded body and firing it. Thereafter, external electrodes are formed on the pair of side surfaces of the multilayer body by firing to obtain a multilayer piezoelectric element (see, for example, Patent Document 2).
  • the internal electrode 52 an alloy of silver and palladium is used. Further, in order to simultaneously fire the piezoelectric body 51 and the internal electrode 52, the metal composition of the internal electrode 52 is 70% by weight of silver, paraffin. Jum 30% by weight was used (for example, see Patent Document 3).
  • the internal electrode 52 having a metal compositional force containing a silver-palladium alloy containing palladium, which is less than the internal electrode having a metallic compositional force of only silver, is generally used for PbZrO.
  • the firing temperature of the piezoelectric material composed mainly of PbTiO perovskite oxide is 120
  • a lead wire is further fixed to the external electrode 70 with solder, and a predetermined potential can be applied between the external electrodes 70 for driving.
  • a predetermined potential can be applied between the external electrodes 70 for driving.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-181055
  • Patent Document 2 JP-A 61-133715
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 12-508835
  • the boundary between the displacement portion and the non-displacement portion is unclear, and it is difficult to form the external electrode only in the non-displacement portion. That is, when the external electrode is formed up to the displacement portion, the internal electrodes to which different polarities are applied are connected to each other by the external electrode, resulting in poor insulation on the side surface of the laminate. Also, when the external electrode force is short to the displacement part (distance in the short direction of the non-displacement part), the external electrode is exposed to the side of the laminate during driving with a high electric field and the internal electrode of the other electrode There was a possibility of discharging and short-circuiting.
  • the external electrode needs to be connected to all the same-polarity internal electrodes located in the non-displacement portion in the effective layer.
  • the external electrode is formed in all regions in the stacking direction of the non-displacement portion in the effective layer. It was difficult.
  • the external electrode if the external electrode is formed up to the entire region of the protective layer, there is a possibility of causing insulation failure with the metal members formed above and below the laminate. That is, the external electrode needs to be formed in a region that is electrically connected to the internal electrode located in the non-displacement portion in the effective layer and does not reach the upper and lower end surfaces of the protective layer. However, the external electrode may be formed in the region. It was difficult.
  • the conventional multilayer piezoelectric actuator is a binder made of a raw material powder and an organic polymer.
  • a ceramic green sheet to be the piezoelectric body 1 is prepared by a tape forming method such as a well-known doctor blade method, calendar one roll method, slip casting method.
  • the internal electrode was printed on this and laminated to obtain a columnar laminate.
  • the distance between the internal electrodes 2 where the variation in the thickness of the tape is large due to foreign matter mixing or unevenness of drying may be shortened, and electricity is likely to be short-circuited between the internal electrodes 2. .
  • the sheet thickness was increased to increase the insulation, the variation increased.
  • the first object is to provide a multilayer electronic component capable of inspecting and measuring the width, the distance between the external electrode and the displacement part, and the thickness of the inactive part.
  • a second object of the present invention is to provide a multilayer electronic component that can suppress a short circuit between internal electrodes even when it is repeatedly operated under high voltage, high temperature, and high humidity.
  • the present invention is a multilayer piezoelectric element that can increase the amount of displacement of a piezoelectric actuator under high voltage and pressure, and has excellent durability that does not change even when continuously driven for a long period of time.
  • a third object is to provide an injection device.
  • the first multilayer electronic component according to the present invention is configured such that at least one dielectric and a plurality of internal electrodes having first and second internal electrode forces are alternately stacked.
  • An active part having internal electrodes facing each other, and located outside the active part, the first electrode It comprises an inactive part in which internal electrodes or the second internal electrodes are opposed to each other, wherein the color of the active part is different from the color of the inactive part.
  • the color difference ⁇ E * ab in the L * a * b * color system between the active part and the inactive part is 1.0 or more.
  • the second multilayer electronic component according to the present invention includes an effective layer in which at least one dielectric and a plurality of internal electrodes having first and second internal electrode forces are alternately stacked, and the effective layer A laminate including protective layers provided at both ends of the effective layer in the stacking direction, and two side surfaces of the stack, one of which is connected to the first internal electrode and the other is the first A multilayer electronic component having external electrodes connected to two internal electrodes, wherein the color of the effective layer and the color of the protective layer are different.
  • a color difference ⁇ E * ab in the L * a * b * color system between the effective layer and the protective layer is 1.0 or more. ! /
  • a third multilayer electronic component according to the present invention includes a multilayer body formed by laminating a plurality of dielectric bodies and a plurality of internal electrodes, and the thickness of the dielectric body is 50 m or more. And the thickness variation is 10 m or less.
  • a fourth multilayer electronic component includes a multilayer body in which at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes including the first and second internal electrodes are alternately stacked, A multilayer electronic component having external electrodes formed on two side surfaces of the multilayer body, one of which is connected to the first internal electrode and the other is connected to the second internal electrode
  • the piezoelectric body contains 0.01 to 1% by weight of a Group VIII metal and a Z or lb group metal.
  • An injection device includes a storage container having an injection hole, and the expansion and contraction in the stacking direction corresponding to a voltage applied between the first and second internal electrodes.
  • the invention is characterized in that it comprises any one of the first to fourth multilayer electronic components, and a valve for driving the multilayer electronic component to eject the liquid.
  • a dielectric sheet having a thickness of 50 ⁇ m or more and a thickness variation of 10 ⁇ m or less is formed by tape molding using a slurry containing a dielectric. And then laminating and firing the internal electrode after printing the internal electrode on the sheet And
  • the active part and the inactive part have different colors.
  • a boundary becomes clear and a part of the external electrode is not formed on a side surface of the active part, or a distance between the external electrode and the active part is not shortened. Insulation failure can be prevented.
  • the dielectric is a multilayer piezoelectric actuator using the dielectric as a piezoelectric body, even if it is driven with a high electric field, a short circuit occurs between the external electrode and the active part (displacement part) side! / The occurrence of these problems can be prevented.
  • the color difference AE * ab in the L * a * b * color system between the active portion and the inactive portion is 1.0 or more, Since the boundary between the active part and the inactive part can be easily identified by the optical device, the width of the inactive part can be easily measured as the distance between the active part and the external electrode. Further, when a part of the external electrode is formed on the surface on the active part side or when the distance between the external electrode and the active part is short, it becomes possible to easily detect a malfunction. .
  • the boundary between the effective layer and the protective layer becomes clear, and the protective layer Products that may cause problems when the thickness is too thin and cracks are generated from the upper and lower end surfaces of the laminate can be easily identified in advance.
  • products in which the external electrodes are not connected to all internal electrodes of the same polarity can be easily identified.
  • the external electrode needs to be connected to all internal electrodes of the same polarity located in the inactive portion of the effective layer. Force The effective layer and the protective layer have a clear boundary by providing a color difference between the effective layer and the protective layer. Thus, it can be easily confirmed whether or not the external electrode is formed in all regions in the stacking direction of the inactive portion and connected to the internal electrode.
  • the thickness of the dielectric is 50 m or more and the thickness variation is 10 m or less, a short circuit between the internal electrodes is suppressed. Therefore, it can have high durability even under high voltage, high temperature, and high humidity.
  • a short circuit between internal electrodes can be suppressed.
  • the piezoelectric body contains 0.01 to 1 wt% of a Group VIII metal and a Z or lb group metal.
  • the ejection device since any one of the first to fourth multilayer electronic components is included, a multilayer piezoelectric element and an ejection device excellent in durability can be provided.
  • a dielectric sheet having a thickness of 50 ⁇ m or more and a thickness variation of 10 ⁇ m or less is formed by tape molding using a slurry containing a dielectric. Since the internal electrodes are printed on the sheet and then laminated and fired, a short circuit between the internal electrodes can be prevented, and the laminated type has high durability even under high voltage, high temperature, and high humidity. Electronic components can be manufactured.
  • FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of a multilayer electronic component according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a partially enlarged view showing a part of FIG. 1B in an enlarged manner.
  • FIG. 2 is a developed perspective view showing internal electrode patterns of the multilayer electronic component of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the multilayer electronic component of Embodiment 2 according to the present invention.
  • FIG. 4A is a perspective view showing the configuration of the multilayer electronic component of Embodiment 3 according to the present invention.
  • FIG. 4B is a developed perspective view showing an internal electrode pattern in the multilayer electronic component of the third embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of an injection device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing measurement results of the content of metal components in the piezoelectric body of the multilayer piezoelectric element of Example 3 according to the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a conventional multilayer piezoelectric actuator.
  • FIG. 1A, FIG. IB, and FIG. 1C show the configuration of a multilayer piezoelectric actuator that is an embodiment of the multilayer electronic component according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1A is a perspective view
  • FIG. FIG. 1C is an enlarged view showing a part of FIG. The
  • the multilayer piezoelectric actuator of Embodiment 1 includes an effective layer 10 in which piezoelectric bodies 1 and internal electrodes 2 are alternately stacked, and both ends of the effective layer 10 in the stacking direction.
  • a pair of external electrodes 4 is provided on the side surface of the laminate 111 formed of the protective layer 11 provided.
  • the effective layer 10 includes a first internal electrode 2a connected to a positive electrode that is one of the pair of external electrodes 4, and a negative electrode that is the other external electrode 4.
  • An active portion 10a (hereinafter referred to as a displacement portion 10a) in which the piezoelectric body 1 is sandwiched between the connected second internal electrodes 2b and the piezoelectric body 1 is sandwiched between the first internal electrodes 2a or between the second internal electrodes 2b.
  • Inactive portion 10b (hereinafter referred to as non-displaceable portion 10b). That is, the external electrodes 4 are respectively formed on the side surfaces of the non-displacement portion 10b, and are provided so as to be connected to either the first internal electrode 2a or the second internal electrode 2b. Insulated from 2. In the first embodiment, a force ground having the other external electrode 4 as a negative electrode may be used.
  • the internal electrode 2 is formed of a metal material such as silver palladium, and a predetermined voltage is applied to each piezoelectric body 1 via the internal electrode 2 to cause displacement of the piezoelectric body 1 due to the inverse piezoelectric effect. Let me.
  • the protective layer 11 is a layer of a plurality of piezoelectric bodies 1 on which the internal electrode 2 is not disposed, no displacement occurs even when a voltage is applied via the external electrode 4.
  • the protective layer 11 may be formed of the same material as the piezoelectric body 1 as described above, but may be formed of a different material.
  • the distance between the internal electrodes 2 in the non-displacement portion 10b that is, the distance between the first internal electrodes 2a or between the second internal electrodes 2b is the distance between the internal electrodes 2 in the displacement portion 10a. It is approximately twice the distance.
  • the external electrode 4 is bonded to the opposite side surface of the multilayer body 111, and the internal electrode 2 that is laminated is electrically connected to the external electrode 4 every other layer.
  • a voltage required to displace the piezoelectric body 1 sandwiched between the internal electrodes 2 by the reverse piezoelectric effect can be supplied in common.
  • a lead wire 6 is connected and fixed to the external electrode 4 with solder or the like.
  • the external electrode 4 can be connected to an external voltage supply unit.
  • the piezoelectric body 1 is made of, for example, lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) 2 O
  • PZT barium titanate Piezoelectric ceramics based on BaTiO
  • This piezoelectric ceramic desirably has a high piezoelectric strain constant d indicating its piezoelectric characteristics.
  • the thickness of the piezoelectric body 1, that is, the distance between the internal electrodes 2 in the displacement portion 10a is preferably 50 to 25. If the thickness of the piezoelectric body 1 is set within this range, the multilayer piezoelectric actuator can be reduced in size and height even if the number of stacked layers is increased to obtain a larger displacement, and the dielectric breakdown of the piezoelectric body 1 is reduced. Can be prevented.
  • the internal electrode 2 in the effective layer 10 (first internal electrode 2a, second internal electrode
  • positive and negative internal electrodes 2 are alternately stacked in a pattern shape as shown in FIG.
  • the shape of the positive electrode and the negative electrode 2 is not limited to the structure shown in FIG. 2 as long as one end is connected to the outer electrode 4 and the other end is not connected to the other electrode 4. The same shape or different shapes may be used.
  • the effective layer 10 includes the displacement portion 10a in which the positive and negative internal electrodes 2 are continuously stacked, and the non-displacement portion 10b in which only the internal electrode 2 of one polarity is stacked. It is formed by.
  • the multilayer piezoelectric actuator of the first embodiment is characterized in that it is formed so that the colors of the displacement portion 10a and the non-displacement portion 10b are different. That is, by providing a color difference between the displacement portion 10a and the non-displacement portion 10b, the boundary between the displacement portion 10a and the non-displacement portion 10b becomes clear, and a part of the external electrode 4 is formed on the side surface of the displacement portion 10a. The distance between the external electrode 4 and the displacement portion 10a cannot be shortened.Insulation failure occurs between the external electrode 4 and the internal electrode 2 of the other electrode exposed on the side surface of the displacement portion 10a.
  • the color difference A E * ab in the L * a * b * color system of the displacement portion 10a and the non-displacement portion 10b is 1.0 or more. This is because when the color difference AE * ab is less than 1.0, the boundary between the displacement portion 10a and the non-displacement portion 10b becomes unclear, and the external electrode 4 is formed on the side surface of the laminate la. A part is formed on the side surface of the displacement portion 10a, and there is a high possibility of causing an insulation failure between the external electrode 4 and the internal strength 2 of the other electrode exposed on the side surface of the displacement portion 10a.
  • the actuator is driven by a high electric field. There was a risk of a short circuit between the external electrode 4 and the internal electrode 2 of the other electrode exposed on the side surface of the displacement portion 10a.
  • the multilayer piezoelectric actuator of the first embodiment is preferably formed so that the colors of the effective layer 10 and the protective layer 11 are different. That is, by providing a color difference between the effective layer 10 and the protective layer 11, the thickness of the protective layer 11 can be easily measured, so it can be confirmed whether the protective layer 11 has been formed with a predetermined thickness.
  • the protective layer 11 is too thin, when the multilayer piezoelectric actuator is continuously driven with a high electric field, the upper and lower end face force cracks of the protective layer 11 are generated, and the crack propagates to the internal electrode 2. There is a problem of short circuit.
  • the protective layer 11 is too thick, it is not preferable because it is contrary to the reduction in height due to miniaturization of electronic components in recent years.
  • the colors of the effective layer 10 and the protective layer 11 different from each other, it is possible to easily identify a product in which the protective layer 11 is thin and short-circuited.
  • the protective layer 11 can be polished to have the same thickness at the upper and lower end surfaces in the laminating direction of the laminated body la, and the thickness is such that the above-mentioned short circuit does not occur. It becomes easy to finish thin.
  • the color difference A E * ab in the L * a * b * color system of the effective layer 10 and the protective layer 11 is 1.
  • the protective layer 11 is thin, when the actuator is driven under the conditions of high speed and high generation force, the upper and lower end surface force cracks of the protective layer 11 are generated, and the cracks reach the internal electrode 2. Reach the risk of short circuiting.
  • the boundary between the effective layer 10 and the protective layer 11 becomes unclear, and the external electrode 4 passes over the entire length region of the effective layer 10 in the stacking direction. If the external electrode 4 is not formed over the entire region in the stacking direction length of the effective layer 10, some of the internal electrodes 2 are not connected to the external electrode 4, and as a result, If the amount of displacement decreases, problems may occur.
  • the color difference AE * ab in the L * a * b * color system of the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 is preferably 1.5 or more. This is because when the color difference AE * ab between the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 is less than 1.5, the displacement electrode 10a, which is the region of the piezoelectric body 1 sandwiched between the internal electrodes 2 of the other pole, The non-displacement portion 10b, which is the sandwiched area of the piezoelectric body 1, and the inter-electrode 2! /, N! / Are effectively used for the reason described later for the color difference of the protective layer 11 which is the piezoelectric body area. It cannot be changed.
  • the color difference ⁇ E * ab in the L * a * b * color system can be obtained by the following equations 1 to 4. That is, the brightness difference AL *, chromaticity difference ⁇ a * and Ab * between the two measured objects are obtained from the brightness L * measured by the spectrocolorimeter and the chromaticity a * and b * representing hue and saturation. Calculate the color difference AE * ab using the following formula. (Note that (1) and (2) are subscripts indicating the objects 1 and 2)
  • a calcined powder of piezoelectric ceramics such as cocoons and an organic polymer force such as acrylic and petital are used.
  • a plasticizer such as DBP (diethyl phthalate) or DOP (dibutyl phthalate) to produce a slurry.
  • the slurry is made into a well-known doctor blade method or calendar.
  • a ceramic green sheet to be the piezoelectric body 1 is produced by a tape forming method such as a one-roll method.
  • a binder, a plasticizer, and the like, and optionally calcined powder of the piezoelectric ceramic are added to and mixed with the silver-palladium powder to produce a conductive paste that forms the internal electrode 2.
  • a plurality of green sheets printed with a conductive paste to be the positive electrode and the negative electrode 2 are alternately laminated to form an effective layer 10, and the conductive paste is formed above and below the stacking direction of the effective layer 10.
  • Printed !, NA! / A plurality of green sheets are laminated to form the protective layer 11. After debinding the laminated body at a predetermined temperature, the laminated body 111 is produced by firing at 900 to 1200 ° C.
  • the light-transmitting piezoelectric body 1 with high brightness can be formed.
  • Yb, Ba, and Sr are added in a total amount of 1. Omol% or more, the L * value representing the brightness is remarkably increased, so that it becomes a more preferable subcomponent.
  • the internal electrode 2 is composed of silver palladium
  • the silver palladium has a relatively low lightness and a material composition. Therefore, the lightness and translucency are improved by adding the above-described subcomponents.
  • the colors of the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 can be greatly different. In other words, the brightness of the effective layer 10 sandwiched between the relatively low brightness silver-palladium internal electrode 2 is significantly higher than that of the protective layer 11 made of the piezoelectric body 1 without the internal electrode 2 disposed. Small value.
  • the brightness of the non-displacement portion 10b in which the internal electrode 2 is disposed at a distance about twice the thickness of the piezoelectric body 1 with respect to the displacement portion 10a is larger than the brightness of the displacement portion 10a.
  • the lightness of the piezoelectric body 1 also has a small value due to the diffusion of the silver component contained in the internal electrode 2 into the inside of the piezoelectric body 1. That is, the decrease in the brightness of the piezoelectric body 1 depends on the distance between the internal electrodes 2 sandwiched, and the distance between the internal electrodes 2 between which the piezoelectric body 1 is sandwiched is smaller, The diffusion amount of silver into the piezoelectric body 1 increases, and as a result, the brightness becomes small. That is, the brightness increases in the order of the displacement portion Oa, the non-displacement portion 10b, and the protective layer.
  • the piezoelectric body 1 is not based on a method in which the colors of the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 are greatly different from each other as described above.
  • the degree of density of the internal electrodes 2 of the displacement portion 10a and the non-displacement portion 10b may be changed. That is, even if the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 are not appropriately different in color, if the thickness of the piezoelectric body 1 is reduced and the thickness of the internal electrode 2 is increased, the displacement portion 1 Oa and the non-displacement portion 10b And the boundary becomes clear.
  • an alloy powder of silver and palladium or a mixture of silver powder and palladium powder may be used. Even when a mixture of silver powder and palladium powder is used, a silver-palladium alloy is formed during firing.
  • the laminate 111 is not limited to the one produced by the above-described manufacturing method, and the laminate 111 in which a plurality of piezoelectric bodies 1 and a plurality of internal electrodes 2 are alternately laminated can be produced.
  • it may be formed by any manufacturing method.
  • a silver glass paste prepared by adding a binder to a mixture of silver and glass powder is printed on the side surface of the non-displaced portion 10b forming the external electrode 4, and baked at a temperature of 500 to 850 ° C.
  • the external electrode 4 is formed by attaching.
  • each piezoelectric body 1 is greatly displaced by the inverse piezoelectric effect.
  • it functions as an automobile fuel injection valve for injecting and supplying fuel to the engine.
  • the multilayer actuator according to the second embodiment is another example of the multilayer electronic component according to the present invention.
  • the stacked actuator of the second embodiment includes two opposed rectangular columnar stacked bodies 102 in which a plurality of piezoelectric bodies 1 and a plurality of internal electrodes 2 are alternately stacked.
  • the ends of the internal electrodes 2 are alternately covered with the insulator 3 every other layer, and the ends of the internal electrodes 2 that are not covered with the insulator 3 are connected to the external electrodes 4, and each external electrode 4
  • the lead wire 6 is connected and fixed to the cable.
  • Piezoelectric bodies 1 are arranged between the internal electrodes 2, and a predetermined voltage is applied to each piezoelectric body 1 via the internal electrodes 2 to cause the piezoelectric bodies 1 to be displaced by the inverse piezoelectric effect. .
  • the thickness of the piezoelectric body 1, that is, the distance between the internal electrodes 2 is 50 ⁇ m or more, preferably 70 ⁇ m, more preferably 80 ⁇ m or more.
  • the variation is 10 ⁇ m or less, preferably 8 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or less. This is because if the distance between the internal electrodes 2 is short or the variation thereof is large, a short circuit occurs between the internal electrodes 2 and the multilayer piezoelectric actuator becomes damaged.
  • the thickness of the piezoelectric body 1, which is a variation in the distance between the internal electrodes 2, is an average value when measured at a plurality of locations, and the variation is a difference between the maximum value and the minimum value. is there.
  • the internal electrode 2 is exposed on the four side surfaces of the columnar laminate 102.
  • the piezoelectric body 1 including the end of the internal electrode 2 on at least one side surface.
  • a groove having a depth of 50 to 500 ⁇ m and a width in the stacking direction of 30 to 200 ⁇ m is formed on the end face of the glass, glass, epoxy resin, polyimide resin, polyamideimide resin, silicone rubber in the groove. Etc., the insulator 3 is formed. Such rubbing is preferable from the viewpoint of reliability.
  • the insulator 3 has a low elastic modulus that follows the displacement of the columnar laminate 102 in order to strengthen the bonding with the columnar laminate 102, and is a material, specifically silicone rubber. And the like.
  • a low resistance portion of a thin film is formed in advance on two opposing side surfaces of the columnar laminate 102 where the internal electrode 2 is exposed by vapor deposition, sputtering, plating, etc., and an external portion is formed on the low resistance portion.
  • the electrode 4 may be connected.
  • the lead wire 6 is connected and fixed to the external electrode 4 with solder or the like.
  • the lead wire 6 has an effect of connecting the external electrode 4 to an external voltage supply unit.
  • a direct current of 0.1 to 3 kVZmm is applied to the pair of external electrodes 4 via the lead wires 6 to polarize the columnar laminate 102, thereby completing the multilayer piezoelectric actuator.
  • the lead wire 6 is connected to the external voltage supply unit to the multilayer piezoelectric actuator and a voltage is applied to the internal electrode 2 via the external electrode 4, each piezoelectric body 1 is greatly increased by the inverse piezoelectric effect. Displace.
  • This function can be used, for example, as an automobile fuel injection device that supplies fuel to an engine.
  • a storage container having an injection port, the multilayer piezoelectric actuator according to the present invention stored in the storage container, and a valve for ejecting the ejection hole force liquid by driving the multilayer piezoelectric element are provided.
  • the injection device can be configured. As described above, in the injection device, even if it is continuously driven in the laminated piezoelectric element, the desired displacement does not change effectively, so the device has a high reliability with excellent durability without malfunctioning. Injectors can be provided.
  • a calcined powder of piezoelectric ceramics such as PZT and an organic polymer such as acrylic or petital are used.
  • a slurry is prepared by mixing a binder consisting of a binder, an alcohol for dissolving the binder, an organic solvent such as toluene, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) or DOP (dibutyl phthalate).
  • the ceramic green sheet that becomes the piezoelectric body 1 with a thickness of at least 55 ⁇ m and a thickness variation of 10 ⁇ m or less by tape forming methods such as the doctor blade method, calendar roll method, slip casting method, etc. Make it.
  • the viscosity of the slurry is preferably 15 boise or more, preferably 20 boise, more preferably 25 boise or more.
  • the thickness of the sheet is increased, the thickness variation increases, but a tape having a uniform thickness can be obtained by forming with a higher viscosity.
  • a noinder which has an organic polymer strength such as an acrylic type or a petital type in order to make a slurry with these viscosities, and alcohol or toluene to dissolve the binder.
  • a binder, a plasticizer, and, if necessary, the piezoelectric ceramic calcined powder and the like are added to and mixed with the silver-palladium powder to produce a conductive paste forming the internal electrode 2, and the conductive
  • the paste is printed on the upper surface of each green sheet to a thickness of 1 to 40 ⁇ m by screen printing or the like.
  • the post-fired columnar laminate 102 In order to adjust the shape of the post-fired columnar laminate 102, it is ground with a surface grinder or the like. Furthermore, it is preferable to carry out lapping or polishing using silicon carbide or alumina bullets even after grinding or alone.
  • the columnar laminated body 102 formed by alternately laminating the plurality of piezoelectric bodies 1 and the plurality of internal electrodes 2 is produced. Further, on the two opposing side surfaces of the columnar laminate 102, the ends of the internal electrodes 2 are alternately insulated by the insulator 3 in layers, and the other end of the internal electrode that is not insulated is connected to the external electrode 4 Are connected to each other, and the lead wire 6 is connected to the external electrode 4, whereby the multilayer piezoelectric actuator of the present invention is manufactured.
  • the multilayer electronic component of the present invention is not limited to the multilayer piezoelectric actuator.
  • a multilayer electronic component such as a capacitor can be obtained by using another dielectric instead of the piezoelectric body.
  • the multilayer electronic component according to the third embodiment of the present invention is also a multilayer piezoelectric element (multilayer piezoelectric actuator), and is configured as follows.
  • FIG. 4A is a perspective view
  • FIG. 4B is a perspective developed view showing a laminated state of a piezoelectric layer and an internal electrode layer.
  • the multilayer piezoelectric element according to the third embodiment as shown in Figs. 4A and 4B, on a pair of opposing side surfaces of a multilayer body 113 in which piezoelectric bodies 1 and internal electrodes 2 are alternately stacked. External electrodes 4 are formed, and the end portions of the internal electrodes 2 exposed on every other side of the external electrodes 4 and the external electrodes 4 are joined so as to be electrically connected. Further, the protective layer 11 formed of the piezoelectric body 1 is laminated on the layers at both ends of the laminated body 113 in the laminating direction.
  • a lead wire may be connected and fixed to the external electrode 4 by soldering, and the lead wire may be connected to an external voltage supply unit.
  • Internal electrodes 2 are arranged between the piezoelectric bodies 1.
  • the internal electrodes 2 are formed of a metal material such as silver-paradium, for example, and the piezoelectric bodies 1 are passed through the internal electrodes 2.
  • the piezoelectric body 1 can be displaced due to the inverse piezoelectric effect.
  • the protective layer 11 is a layer of a plurality of piezoelectric bodies 1 on which the internal electrode 2 is not disposed, no displacement occurs even when a voltage is applied.
  • the invention according to the third embodiment is characterized in that the piezoelectric body 1 contains 0.01 to 1% by weight of a Group VIII metal and a Z or lb group metal.
  • the reason why the piezoelectric body 1 contains the Group VIII metal and the Z or lb group metal in an amount of 0.01 to 1 wt% is that the volume resistivity is increased within the range, and the metal component matrix is increased. This is because deterioration of volume resistivity (change over time) can be suppressed by suppressing migration. Also, during the low-temperature firing at about 1000 ° C due to the diffusion of metal components into the piezoelectric body 1. However, there are also advantages when the grain size grows to the optimum size and the porcelain is fully sintered. If less than 0.01% by weight, the amount of diffusion of the metal component into the piezoelectric body 1 is too small, so that the effect of promoting grain growth cannot be obtained sufficiently, resulting in poor sintering.
  • the metal main component of the internal electrode is composed of at least one of Cu, Ag, Ni, Pt, and Pd. I like it! Further, in order to improve the piezoelectric characteristics and durability of the multilayer piezoelectric element, it is more preferable to contain Ag.
  • the contents of the Group VIII metal and the Z or lb group metal in the piezoelectric body 1 are substantially uniform over the entire piezoelectric body. If the contents of the Group VIII metal and the Z or lb group metal in the piezoelectric body 1 are substantially uniform over the entire piezoelectric body, the particle diameter of the piezoelectric body 1 becomes uniform. Therefore, the porcelain density becomes uniform, and durability and piezoelectric characteristics are improved. Also, variations in piezoelectric characteristics can be reduced. On the other hand, if the content is not uniform, cracks may occur at low density during polarization or driving.
  • the Group VIII metal and the Group lb metal expressed by weight% of the metal component in the piezoelectric body 1 are EPMA (E1 It can be identified by analysis methods such as (ectron Probe Micro Analysis) method.
  • EPMA E1 It can be identified by analysis methods such as (ectron Probe Micro Analysis) method.
  • the multilayer piezoelectric element was mirror-polished, and EPMA quantitative analysis was performed at five points in any location in the piezoelectric body 1. From this, a calibration curve of intensity (count value) and content was created.
  • EPMA line analysis was performed in the thickness direction of the stacked piezoelectric element, and the distribution of the metal component content in the piezoelectric body 1 sandwiched between the two internal electrodes 2 was measured. Since only a count value can be obtained by EPMA line analysis, the content of the metal component in piezoelectric body 1 was calculated from the calibration curve. This value was defined as the content and variation of the metal component in the piezoelectric body 1.
  • Perovskite type acid ceramics calcined powder binder made of organic polymer such as acrylic and petital, plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate), DOP (diethyl phthalate) Is mixed to prepare a slurry, and a ceramic liner sheet to be the piezoelectric body 1 is manufactured by a tape molding method such as a well-known doctor blade method or calender roll method.
  • plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate), DOP (diethyl phthalate) Is mixed to prepare a slurry
  • a ceramic liner sheet to be the piezoelectric body 1 is manufactured by a tape molding method such as a well-known doctor blade method or calender roll method.
  • a conductive paste is prepared by adding and mixing a metal oxide such as silver oxide, a noinder and a plasticizer to the metal powder constituting the internal electrode 2 such as silver and palladium. Print on the top surface of the green sheet to a thickness of 1 to 40 ⁇ m by screen printing etc.
  • the piezoelectric body 1 is provided with the following manufacturing method.
  • the Group VIII metal and the Z or lb group metal can be contained in an amount of 0.01 to 1% by weight, and the content can be substantially uniform throughout the piezoelectric body 1.
  • the temperature is about 200 to 300 ° C lower than the maximum temperature, the ceramics are not sufficiently sintered, and the temperature range (700 to 800 ° C) is sufficient for the metal component to diffuse.
  • the piezoelectric material 1 contains a Group VIII metal and a Z or lb group metal in an amount of 0.01 to 1 wt%, and the content becomes substantially uniform throughout the piezoelectric material 1.
  • the laminated body 113 is not limited to the one produced by the above-described manufacturing method, and a laminated body 113 formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies 1 and a plurality of internal electrodes 2 can be produced.
  • it may be formed by any manufacturing method.
  • a silver glass paste prepared by adding a binder to a mixture of silver and glass powder is printed on the side surface on which the external electrode 4 is formed, and is baked at a temperature of, for example, 500 to 850 ° C. Thus, the external electrode 4 is formed.
  • the laminated body 113 on which the external electrode 4 is formed is immersed in a silicone rubber solution, and the silicone rubber solution is vacuum degassed to fill the groove of the laminated body 113 with silicone rubber.
  • Rubber solution power Laminated body 113 is pulled up and silicone rubber is coated on the side surface of laminated body 113. Thereafter, the silicone rubber filled in the groove and coated on the side surface of the columnar laminate 113 is cured to complete the multilayer piezoelectric element of the present invention.
  • each piezoelectric body 1 is greatly displaced by the inverse piezoelectric effect, and thereby functions as an automobile fuel injection valve for supplying fuel to, for example, an engine.
  • the metal composition in the internal electrode 2 is mainly composed of a Group VIII metal and a Z or lb group metal, the internal electrode 2 can be formed with a metal composition having high heat resistance. Simultaneous firing with the piezoelectric body 1 having a high temperature becomes possible.
  • the metal composition in the internal electrode 2 is M1 wt% for the Group VIII metal content and M2 wt% for the lb metal content, 0 ⁇ M1 ⁇ 15, 85 ⁇ M2 ⁇
  • the specific resistance of the internal electrode 2 can be reduced, so that heat generation of the internal electrode 2 can be suppressed even when the multilayer piezoelectric element is continuously driven for a long time.
  • the amount of element displacement can be stabilized.
  • the VIII group metal is 0.001 wt% or more and 15 wt% or less. Further, from the viewpoint of improving the durability of the multilayer piezoelectric element, it is preferably 0.1% by weight or more and 10% by weight or less. Moreover, when it is excellent in heat conduction and requires higher durability, 0.5 wt% or more and 9.5 wt% or less is more preferable. When higher durability is required, it is more preferably 2% by weight or more and 8% by weight or less.
  • the lb group metal is less than 85% by weight, the specific resistance of the internal electrode 2 increases, and the internal electrode 2 may generate heat when the stacked piezoelectric element is driven continuously. is there .
  • the lb group metal is preferably 85 wt% or more and 99.999 wt% or less. Further, from the viewpoint of improving the durability of the multilayer piezoelectric element, it is preferably 90% by weight or more and 99.9% by weight or less. Moreover, when higher durability is required, it is more preferably 90.5 wt% or more and 99.5 wt% or less. If higher durability is required, 92% to 98% by weight % Or less is more preferable.
  • Group VIII metal and lb group metal indicate the weight percentage of the metal component in the internal electrode 2 is EPMA.
  • the group VIII metal is at least one of Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os
  • the group lb metal is at least one of Cu, Ag, and Au.
  • the metal component in the internal electrode 2 is a group VIII metal of at least one of Pt and Pd and a group lb metal of at least one of Ag and Au.
  • the internal electrode 2 having excellent heat resistance and oxidation resistance and having a small specific resistance can be formed.
  • the lb group metal is Cu, it is possible to relieve stress caused by displacement during driving, and to form the internal electrode 2 with low hardness and excellent thermal conductivity.
  • the internal electrode preferably has a void penetrating in the thickness direction.
  • the presence of voids penetrating the internal electrode weakens the force restrained by the internal electrode when the piezoelectric body is deformed by the electric field, and is easily displaced, so that the amount of displacement can be further improved.
  • the stress generated in the internal electrode is reduced, the durability can be improved.
  • the piezoelectric body 1 has a high piezoelectric strain constant d indicating its piezoelectric characteristics.
  • PZT Lead zirconate titanate
  • Piezoelectric ceramic materials mainly composed of perovskite-type acid oxides such as barium oxide (BaTiO) It is formed with materials.
  • perovskite-type piezoelectric ceramics typified by barium titanate (BaTiO 3)
  • the piezoelectric body 1 When the piezoelectric body 1 is formed of a glass material or the like, the piezoelectric strain constant d33 indicating the piezoelectric characteristics is high, so that the amount of displacement can be increased, and the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 can be fired simultaneously. You can also.
  • the piezoelectric body 1 has a relatively high piezoelectric strain constant d33 PbZrO
  • the main component is a perovskite oxide having 3 PbTiO power.
  • the piezoelectric body 1 is mainly composed of a perovskite oxide composed of PbZrO-PbTiO.
  • the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 can be fired simultaneously, the firing process can be shortened and the specific resistance of the internal electrode 2 can be reduced.
  • the firing temperature of the laminate is preferably 900 ° C or higher and 1000 ° C or lower. This is because when the firing temperature is 900 ° C. or lower, the firing temperature is low, so firing is insufficient, and it becomes difficult to produce a dense piezoelectric body 1. On the other hand, when the temperature is higher than 1000 ° C., the diffusion amount of the metal component into the piezoelectric body 1 is increased, and durability is deteriorated, such as short-circuiting easily during polarization and driving.
  • the internal electrodes 2 whose end portions are exposed on the side surfaces and the internal electrodes 2 whose end portions are not exposed are alternately configured.
  • a groove is formed in the piezoelectric body portion between the internal electrode 2 and the external electrode 4 where the end portion is not exposed, and an insulator having a lower Young's modulus than the piezoelectric body 12 is formed in the groove. It is preferable that Thereby, in such a multilayer piezoelectric element, stress generated by displacement during driving can be relieved, so that heat generation of the internal electrode 2 can be suppressed even when continuously driven.
  • the internal electrode 2 whose end is exposed on the side surface of the multilayer body and the internal electrode 2 whose end is not exposed are alternately formed, and the end is exposed. Then, a groove is formed in the piezoelectric body portion between the internal electrode 2 and the external electrode 4 that is not, and an insulator such as a resin or rubber having a lower yang ratio than the piezoelectric body 1 is formed in the groove. .
  • the groove is formed on the side surface of the laminate 113 by a dicing device or the like.
  • the conductive material of the external electrode 4 sufficiently absorbs the stress generated by the expansion and contraction of the actuator, Ag, Ni, Cu, Al, W, Mo, stainless steel, Fe-Ni-Co alloy, etc.
  • a metal or alloy having a good electrical conductivity and a low Young's modulus is desirable.
  • the external electrode 4 is preferably made of Ag having a low Young's modulus, an alloy containing Ag as a main component, Ni, or stainless steel because it has good acid resistance and good conductivity.
  • a mesh member is provided in a portion connected to the internal electrode 2, and the external electrode
  • the thickness of 4 may be about 50 to 500 ⁇ m.
  • the external electrode 4 may be connected to the internal electrode 2 in a state in which the external electrode 4 is pressed against two opposing side surfaces of the columnar laminated body 102 by an external clamping force. Further, it may be connected and fixed to the internal electrode 2 with solder or the like.
  • an external electrode made of a porous conductor having a highly elastic three-dimensional network structure may be formed as follows.
  • a silver glass conductive paste is prepared by adding a binder to glass powder, this is formed into a sheet, and the green density of the dried (spattered solvent) is controlled to 6-9 gZcm 3 ,
  • This sheet is transferred to the external electrode formation surface of the columnar laminate 113, and is at a temperature higher than the soft melting point of glass, a temperature not higher than the melting point of silver (965 ° C), and a firing temperature (° C). Bake at a temperature of 4Z or less.
  • the binder component in the sheet produced using the silver glass conductive paste is scattered and disappeared, and an external electrode made of a porous conductor having a three-dimensional network structure can be formed.
  • the baking temperature of the silver glass conductive paste effectively forms a neck, diffuses and joins silver in the silver glass conductive paste and the internal electrode 2, and creates voids in the external electrode.
  • the surface is preferably 550 to 700 ° C. from the viewpoint that the external electrode and the side surface of the columnar laminate 113 are partially joined.
  • the softening point of the glass component in the silver glass conductive paste is preferably 500 to 700 ° C.
  • the baking temperature is higher than 700 ° C
  • the silver powder of the silver glass conductive paste has been sintered too much to form a porous conductor having an effective three-dimensional network structure.
  • the external electrode 4 becomes too dense, and as a result, the Young's modulus of the external electrode 4 becomes too high to absorb the stress during driving sufficiently, and the external electrode 4 may be disconnected.
  • the glass is baked at a temperature within 1.2 times the soft spot of the glass Is good.
  • the thickness of the silver glass conductive paste sheet is preferably thinner than the thickness of the piezoelectric body 1. More preferably, 50 / z m or less is preferable in that it follows the expansion and contraction of the actuator.
  • a conductive auxiliary member such as a conductive adhesive cover in which a metal mesh or a mesh-like metal plate is embedded may be formed on the outer surface of the external electrode.
  • a conductive auxiliary member on the outer surface of the external electrode, a large current can be passed through the conductive auxiliary member even when a large current is supplied to the actuator and the actuator is driven at high speed. The current flowing through the external electrode can be reduced. As a result, it is possible to prevent the external electrode from causing local heat generation and disconnection, and the durability can be greatly improved.
  • a metal mesh or a mesh-like metal plate is embedded in the conductive adhesive, it is possible to prevent the conductive adhesive from cracking.
  • a metal mesh is a braided metal wire, and a mesh-like metal plate is a mesh formed by forming holes in a metal plate.
  • the conductive adhesive constituting the conductive auxiliary member is preferably made of a polyimide resin in which silver powder is dispersed. That is, by dispersing silver powder having a low specific resistance in a polyimide resin having high heat resistance, a conductive auxiliary member having a low resistance value and a high adhesive strength can be formed even when used at high temperatures. Can do. More preferably, the conductive particles are preferably non-spherical particles such as flakes or needles. This is because by making the shape of the conductive particles non-spherical particles such as flakes and needles, the entanglement between the conductive particles can be strengthened, and the shear strength of the conductive adhesive can be further increased. This is because it can be increased.
  • the multilayer piezoelectric element of the present invention is not limited to these, and various modifications can be made within the scope without departing from the gist of the present invention.
  • the external electrode 4 is formed on the opposite side surfaces of the laminate 113
  • a pair of external electrodes may be formed on the side surfaces provided next to each other.
  • FIG. 5 shows an injection device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • An injection hole 33 is provided at one end of the storage container 31, and the injection hole 33 is opened and closed in the storage container 31.
  • -One dollar valve 35 is housed!
  • a fuel passage 37 is provided in the injection hole 33 so as to communicate therewith.
  • the fuel passage 37 is connected to an external fuel supply source, and fuel is always supplied to the fuel passage 37 at a constant high pressure. Accordingly, when the needle valve 35 opens the injection hole 33, the fuel that has been supplied to the fuel passage 37 is formed so as to be injected into a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine at a constant high pressure.
  • the upper end portion of the needle valve 35 has a large diameter, and is a piston 41 that can slide with a cylinder 39 formed in the storage container 31.
  • a piezoelectric actuator 43 according to the present invention is stored in the storage container 31.
  • the present invention relates to a multilayer piezoelectric element and an injection device, but is not limited to the above-described embodiments, for example, a liquid injection device such as a fuel injection device of an automobile engine, an ink jet, etc.
  • a liquid injection device such as a fuel injection device of an automobile engine, an ink jet, etc.
  • precision positioning devices such as optical devices, vibration prevention devices, etc., or on combustion pressure sensors, knock sensors, acceleration sensors, load sensors, ultrasonic sensors, pressure sensors, and parallel sensors
  • any element using piezoelectric characteristics can be used.
  • Example 1 a multilayered piezoelectric actuator related to Embodiment 1 according to the present invention was manufactured as follows.
  • PbZrO—PbTiO is the main component, and Yb and Ba are contained as minor components in 3 to L0 mol%.
  • a slurry was prepared by mixing the calcined powder of piezoelectric ceramic, a binder, and a plasticizer, and a ceramic green sheet to become a piezoelectric body 1 having a thickness of 100 ⁇ m was prepared by the doctor blade method.
  • a conductive paste obtained by adding a binder to silver-palladium alloy powder was printed by a screen printing method with a printing pattern shown in FIG. 2 to a thickness of 3 ⁇ m.
  • the printed pattern of the conductive paste used as the positive and negative internal electrodes was symmetrical between the positive and negative electrodes.
  • the displacement part 10a, the non-displacement part 10b, and the protective layer 11 were each measured with a Minolta spectrocolorimeter (model CM-3700d). * L *, a * and b * in the color system were measured, and the color difference ⁇ E * ab was calculated from the obtained values.
  • the measurement area was 3 mm X 5 mm.
  • a silver glass paste in which silver powder, glass powder, and a binder are mixed is printed on the side surface of the non-displaced portion 10b of the layered body 111 with a thickness of 5 to 40 m, dried, and then 800 ° C.
  • the outer electrode 4 was formed by baking for 15 minutes.
  • a piezoelectric actuator was prepared and designated as sample number 1.
  • PbZrO 2 -PbTiO is the main component, and Mn and Co are 3 to 3 as subcomponents.
  • the boundary between the displacement part-protection layer and the non-displacement part-protection layer is unclear, that is, the boundary between the effective layer 10 and the protection layer 11 is unclear, so the dimensional accuracy of the protection layer 11 is improved. Therefore, the polishing process to be performed became difficult, and the thickness of the protective layer 11 was varied, and the protective layer 11 was thin and cracked.
  • the color difference AE * ab is 1 between the displacement part and the non-displacement part and in both the effective layer 10 and the protective layer 11. 0 or more, each boundary is clear, the external electrode 4 is formed on the side surface of the non-displacement part 10b, and the external electrode 4 and the internal electrode 2 of the other electrode exposed on the side surface of the displacement part 10a are 0 An insulation distance of 5 mm or more was secured, and there was no short circuit between the external electrode 4 and the internal electrode 2 of the other electrode exposed on the side surface of the displacement part 10a. Furthermore, since the thickness of each of the upper and lower protective layers 11 was 1 mm or more, no cracks were generated even after continuous driving.
  • a slurry shown in the table was prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramic mainly composed of PZT, a binder made of petital, a solvent made of IPA toluene, and a plasticizer, and after measuring the viscosity, the thickness was measured by a slip casting method. m ceramic green sheets were produced.
  • the conductive paste of the indicated component was printed to a thickness of 5 ⁇ m by screen printing, and the conductive paste was dried, and then the conductive paste was applied.
  • a plurality of green sheets were laminated, and the upper 10 sheets and the lower 20 sheets of green sheets not coated with conductive paste were stacked at both ends in the stacking direction of the laminate.
  • the laminate was integrated by applying pressure while heating at 100 ° C, cut into a quadrangular prism with a size of 8mm x 8mm, and then debindered at 800 ° C for 10 hours. Piezoelectric body 1 and internal electrode 2 were simultaneously fired at 1000 ° C. for 2 hours to obtain columnar laminate body 102 shown in FIG.
  • the fired bowl was fired by using a sealed MgO bowl and putting the powder of the same composition together with the laminate.
  • the inner electrode 2 and the end face of the piezoelectric body 1 including the end portions are alternately staggered at a depth of 200 m and a width of 75 m in the stacking direction. Grooves were formed, and silicone rubber was filled into these grooves to form the insulator 3, and the end portions of the internal electrode 2 were exposed on two opposite side surfaces of the columnar laminate 102.
  • a conductive adhesive made of silver and polyimide resin is applied to two opposing side surfaces of the columnar laminate 102, and a mesh member is embedded in the conductive adhesive.
  • the external electrode 4 was formed by heating to C and curing.
  • lead wires 6 are connected to both external electrodes 4 with solder, and the outer peripheral surface of the actuator is washed with alcohol and then surface-treated with a primer to improve the adhesion of the resin.
  • the entire actuator was polarized by applying a polarization voltage of lkV to obtain the multilayer piezoelectric actuator of the present invention shown in FIG.
  • each actuator obtained a displacement of 10 ⁇ m.
  • the thickness of the piezoelectric body 1 was measured on the cross section of the sample after the driving test. Measurement is made of the cross-section SE Using M photographs, for any 5 layers of piezoelectric material, the thickness of any 10 locations for each layer was measured as test number * 423567 standard 91, and the difference between the maximum and minimum values was regarded as variation. The results are shown in Table 2.
  • the change in the amount of displacement with respect to the initial displacement amount is represented by a change in displacement of the amount of after 1 X 10 9 cycles driven.
  • Example 2 of the present invention in which the thickness of the piezoelectric body 1 is 50 ⁇ m or more and the variation thereof is 10 ⁇ m or less (sample numbers 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8), the short circuit between the ends of the internal electrode 2 could be suppressed.
  • Example 2 [0170]
  • sample numbers 3, 4, 5, 7, 8 having a thickness of 60 ⁇ m or more and a variation of 7 ⁇ m or less showed the most excellent results.
  • Example 3 the multilayer piezoelectric actuator according to Embodiment 3 of the present invention was fabricated and evaluated as follows.
  • PbZrO—PbTiO lead zirconate titanate
  • a slurry was prepared by mixing the calcined powder of piezoelectric ceramic, binder, and plasticizer to 3 3, and a ceramic green sheet to become piezoelectric body 1 with a thickness of 150 ⁇ m was prepared by the doctor blade method.
  • a conductive paste comprising silver-palladium alloy formed in an arbitrary composition ratio and containing silver oxide and binder is formed to a thickness of 3 m by screen printing. 300 sheets were laminated and baked. Firing is 1000 after holding at 800 ° C. Baked with C.
  • the sheet of silver glass paste is transferred to the surface of the external electrode 4 of the laminate 113, and baked at 650 ° C for 30 minutes, so that the external electrode 4 made of a porous conductor having a three-dimensional network structure is obtained. Formed.
  • the porosity of the external electrode 4 at this time is the image of the cross-sectional photograph of the external electrode 4 It was 40% when measured using an analyzer.
  • a lead wire is connected to the external electrode 4, a 3 kVZmm DC electric field is applied to the positive electrode and the negative external electrode 4 through the lead wire for 15 minutes, and polarization treatment is performed.
  • a multilayer piezoelectric actuator using a piezoelectric element was fabricated.
  • Table 3 shows the results of investigating the electric field leading to breakdown by applying a DC voltage to the obtained multilayer piezoelectric element. Table 3 shows the number of cycles to break when a 150 V rectangular wave is input.
  • the multilayer piezoelectric element was mirror-polished, and EPMA quantitative analysis was performed at five points in the piezoelectric body 1 sandwiched between the internal electrodes. From this, a calibration curve of intensity (count value) and content was created.
  • EPMA line analysis was performed in the thickness direction of the multilayer piezoelectric element, and the distribution of the metal component content in the piezoelectric body 1 sandwiched between the two internal electrodes 2 was measured. Since the EP MA line analysis cannot count and obtain force, the content of the metal component in the piezoelectric body 1 was calculated from the calibration curve. The results are shown in Fig. 6. From the data of about 40 points, the average value and standard deviation of the content of metal components in the piezoelectric body 1 were obtained.
  • the multilayer electronic component of the present invention can be used for multilayer ceramic capacitors and piezoelectric transformers.
  • the multilayer electronic component of the present invention can be used in a multilayer piezoelectric actuator used for precise positioning devices such as automobile fuel injection devices and optical devices, drive elements for vibration prevention, and the like.
  • the multilayer electronic component of the present invention it can be used for an ejection device for fuel for automobiles, ink for ink jet printers, and the like.

Abstract

　少なくとも１つの誘電体と第１及び第２の内部電極からなる複数の内部電極とが交互に積層されてなる有効層と該有効層の積層方向の両端に設けられた保護層とを含む積層体と、積層体の２つの側面にそれぞれ形成され、その一方が第１の内部電極に接続され、他方が第２の内部電極に接続されている外部電極とを有し、有効層は、隣接する第１の内部電極と第２の内部電極が互いに対向している活性部と、その活性部の外側に位置し、第１の内部電極同士もしくは第２の内部電極同士が対向している非活性部とからなる積層型電子部品であって、変位部、非変位部の境界が明瞭に把握できるように、前記活性部の色と前記非活性部の色を異ならせた。

Description

明 細 書
積層型電子部品及びこれを用いた噴射装置
技術分野
[0001] 本発明は、積層型電子部品に関し、例えば、積層型セラミックコンデンサや積層型 圧電素子に用いられる。特に、圧電トランスや、自動車用燃料噴射装置、光学装置 等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動素子等に用いられる積層型圧電ァクチ ユエータ等の積層型電子部品及びこれを用 、た噴射装置に関するものである。 背景技術
[0002] 従来より、積層型電子部品としては、例えば、圧電体と内部電極を交互に積層した 積層型圧電ァクチユエータが知られている。この積層型圧電ァクチユエータは、圧電 体に電圧を印加して数/ z m〜数 10 m伸長させ、ァクチユエータの駆動力源とする ものである。積層型圧電ァクチユエータは、同時焼成タイプと、圧電磁器と内部電極 板を交互に積層したスタックタイプとの 2種類に分類されており、低電圧化、製造コス ト低減の面を考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電ァクチユエ一タが薄層化に 対して有利であるために、その優位性を示しつつある。
[0003] 図 7は、従来の積層型圧電ァクチユエータを示すものである。この積層型圧電ァク チユエータでは、圧電体 51と内部電極 52が交互に積層された有効層と、その積層 方向における両端面に保護層 53を有する積層体 60から構成されて ヽる。
[0004] 正極及び負極となる内部電極 52が交互に積層された変位部では正極及び負極の 内部電極 52が積層体 53の側面に交互に露出している。これに対して、正極若しくは 負極のどちらか一方のみが積層されている非変位部では、積層体 60の側面に一方 極の内部電極 52のみが露出している。そして、一方極の内部電極 52のみが露出し た非変位部側面に外部電極 70が形成されている。即ち、積層体 60の対向する 2側 面に露出した非変位部に正極及び負極の外部電極 70が形成され、変位部にぉ 、て 交互に積層されている正極及び負極の内部電極が一層おきに外部電極 70に接続さ れて ヽること〖こなる。
[0005] この積層型圧電ァクチユエータのような積層型電子部品は、セラミックグリーンシー トに内部電極ペーストを印刷し、この内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを 複数層有する柱状積層体を作製して!/ヽた (例えば、特許文献 1参照)。
[0006] より具体的には、圧電体の原料を含むセラミックグリーンシートに内部電極ペースト を所定の電極構造となるパターンで印刷し、この内部電極ペーストが塗布されたダリ ーンシートを複数積層して得られた積層成形体を作製し、これを焼成することによつ て積層体を作製する。その後、積層体の一対の側面に外部電極を焼成によって形成 して積層型圧電素子が得られる (例えば特許文献 2参照)。
[0007] なお、内部電極 52としては、銀とパラジウムの合金が用いられ、さらに、圧電体 51と 内部電極 52を同時焼成するために、内部電極 52の金属組成は、銀 70重量％、パラ ジゥム 30重量％にして用いて 、た (例えば、特許文献 3参照)。
[0008] このように、銀のみの金属組成力 なる内部電極ではなぐパラジウムを含む銀ーパ ラジウム合金含有の金属組成力もなる内部電極 52を用いるのは、一般的な PbZrO
3 PbTiOからなるぺロブスカイト型酸化物を主成分とする圧電体の焼成温度が 120
3
0〜1300°Cであり、銀の融点を超えてしまうためである。また、内部電極 52中の銀が 焼成時に圧電体 51に拡散し、粒成長が促進されるため、圧電体のみを焼成する温 度より 100〜200°C低い温度でも、銀の拡散の効果により粒成長が促進され最適な 結晶粒子を得ることができる。ノラジウムを含まない銀のみの組成では、一対の対向 する内部電極 52間に電位差を与えた場合、その一対の内部電極 52のうちの正極か ら負極へ電極中の銀が素子表面を伝わって移動するという、いわゆるシルバーマイ グレーシヨン現象が生じるからである。この現象は、高温、高湿の雰囲気中で、著しく 発生していた。
[0009] 従来の積層型圧電素子を圧電ァクチユエータとして使用する場合には、外部電極 70にさらにリード線が半田により固定され、外部電極 70間に所定の電位がかけられ て駆動させることができる。特に、近年においては、小型の積層型圧電素子は大きな 圧力下において大きな変位量を確保する要求があるため、より高い電界を印加し、 長時間連続駆動させることが行われて 、る。
特許文献 1 :特開 2001— 181055号公報
特許文献 2 :特開昭 61— 133715号公報 特許文献 3：特表平 12— 508835号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] し力しながら、従来の積層型圧電ァクチユエータでは、変位部と非変位部の境界が 不明瞭であり、外部電極を非変位部のみに形成することが難しかった。即ち、外部電 極を変位部まで形成すると、異なる極性を印加する内部電極同士を前記外部電極で 導通させてしまうため、積層体の側面で絶縁不良が生じた。また、外部電極力も変位 部までの距離 (非変位部の短手方向の距離)が短い場合においては、高電界で駆動 中に積層体側面に露出した前記外部電極と他方極の内部電極の間で放電してショ ートする可能性があった。
[0011] また、非変位部の幅や外部電極と変位部の距離を検査測定する場合においても、 高倍の光学装置で内部電極の端部位置を検査する必要があり、測定検査に時間を 要した。
[0012] また、保護層の厚みを測定する場合においても、積層体の積層方向における最上 層及び最下層にある内部電極の位置を高倍の光学装置で検査する必要があり、測 定検査に時間を要した。
[0013] さらに、外部電極は有効層における非変位部に位置する同極の内部電極すべてに 接続する必要がある力 外部電極を有効層における非変位部の積層方向のすべて の領域に形成するのが難しかった。一方で、外部電極を保護層の全領域まで形成し てしまうと、積層体の上下に形成される金属部材と絶縁不良を起こしてしまう可能性 があった。即ち、外部電極は有効層における非変位部に位置する内部電極と導通し 、且つ、保護層の上下端面に達しない領域で形成する必要があるが、前記領域内で 外部電極を形成することが困難であった。
[0014] また、近年、積層型圧電ァクチユエータは、高応答性、大変位量を達成するために 、高電圧を高周波数で印カロして駆動させることが要求されており、上記積層型圧電ァ クチユエータでは、異なる極性の電圧が印加される内部電極の端部間が短絡し、駆 動を低下させる問題があった。
[0015] 即ち、従来の積層型圧電ァクチユエータは、原料粉末と有機高分子から成るバイン ダ一等を混合してスラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード法、カレンダ 一ロール法、スリップキャスティング法等のテープ成形法により、圧電体 1となるセラミ ックグリーンシートを作製して、これに内部電極を印刷し、積層して柱状積層体を得て いた。この成形方法では異物の混入や、乾燥むらなどによりテープの厚みのばらつき が大きぐ内部電極 2間の距離が短くなることがあり、内部電極 2間において電気が短 絡しやすい状態になっていた。特に絶縁性を上げるためシート厚みを厚くするとばら つきが大きくなつていた。
[0016] このため、上記のような高応答性、大変位量を達成するために、高電圧を高周波数 で印加して駆動すると内部電極間で短絡が発生してしまうという問題があった。
[0017] 特に、高温、高湿度下で駆動させた場合、電極成分のマイグレーションにより異な る電圧が印加される内部電極間で短絡が発生し易いという問題があった。
[0018] そこで、本発明は、変位部、非変位部及び保護層のそれぞれの境界が明瞭に把握 でき、外部電極と変位部間での絶縁不良が生じることなぐまた、容易に非変位部の 幅や外部電極と変位部間の距離や不活性部の厚みを検査測定できる積層型電子 部品を提供することを第 1の目的とする。
[0019] 本発明は、高電圧、高温下、高湿度下で繰り返して作動する場合でも、内部電極 間の短絡を抑制できる積層型電子部品を提供することを第 2の目的とする。
[0020] 本発明は、高電圧、高圧力下で圧電ァクチユエータの変位量を大きくでき、かつ、 長期間連続駆動させた場合でも変位量が変化することがなぐ耐久性に優れた積層 型圧電素子および噴射装置を提供することを第 3の目的とする。
課題を解決するための手段
[0021] 以上の目的を達成するために、本発明に係る第 1の積層型電子部品は、少なくとも 1つの誘電体と第 1及び第 2の内部電極力 なる複数の内部電極とが交互に積層さ れてなる有効層と該有効層の積層方向の両端に設けられた保護層とを含む積層体と 、前記積層体の 2つの側面にそれぞれ形成され、その一方が前記前記第 1の内部電 極に接続され、他方が前記第 2の内部電極に接続されている外部電極とを有する積 層型電子部品であって、前記有効層は、隣接する前記第 1の内部電極と前記第 2の 内部電極が互いに対向している活性部と、その活性部の外側に位置し、前記第 1の 内部電極同士もしくは前記第 2の内部電極同士が対向している非活性部とからなり、 前記活性部の色と前記非活性部の色が異なっていることを特徴とする。
また、この本発明に係る第 1の積層型電子部品では、前記活性部と前記非活性部 の間の L * a * b *表色系における色差 Δ E * abが 1. 0以上であることが好まし!/、。
[0022] また、本発明に係る第 2の積層型電子部品は、少なくとも 1つの誘電体と第 1及び第 2の内部電極力 なる複数の内部電極とが交互に積層されてなる有効層と該有効層 の積層方向の両端に設けられた保護層とを含む積層体と、前記積層体の 2つの側面 にそれぞれ形成され、その一方が前記前記第 1の内部電極に接続され、他方が前記 第 2の内部電極に接続されている外部電極とを有する積層型電子部品であって、前 記有効層の色と前記保護層の色が異なっていることを特徴とする。
この本発明に係る第 2の積層型電子部品では、前記有効層と前記保護層の間の L * a * b *表色系における色差 Δ E * abが 1. 0以上であることが好まし!/、。
[0023] さらに、本発明に係る第 3の積層型電子部品は、複数の誘電体と複数の内部電極 とを積層してなる積層体を含んでなり、前記誘電体の厚みが 50 m以上であり、か つその厚みばらつきが 10 m以下であること特徴とする。
[0024] さらに、本発明に係る第 4の積層型電子部品は、少なくとも 1つの圧電体と第 1及び 第 2の内部電極からなる複数の内部電極とが交互に積層されてなる積層体と、前記 積層体の 2つの側面にそれぞれ形成され、その一方が前記前記第 1の内部電極に 接続され、他方が前記第 2の内部電極に接続されて!ヽる外部電極とを有する積層型 電子部品であって、前記圧電体は、 VIII族金属および Zまたは lb族金属を 0. 01〜 1重量％含有して 、ることを特徴とする。
[0025] 本発明に係る噴射装置は、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納され、 前記第 1と前記第 2の内部電極の間に印加える電圧に対応して積層方向に伸縮する 前記第 1〜第 4のいずれかの積層型電子部品と、該積層型電子部品を駆動すること により前記噴射孔カも液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする。
[0026] また、本発明に係る積層型電子部品の製造方法は、誘電体を含むスラリーを用い てテープ成形により厚み 50 μ m以上で厚みばらつきが 10 μ m以下である誘電体の シートを作製し、そのシートに内部電極を印刷した後に積層して焼成することを特徴 とする。
発明の効果
[0027] 以上のように構成された本発明に係る第 1の積層型電子部品は、前記活性部の色 と前記非活性部の色が異なっているので、前記活性部と前記非活性部の境界が明 瞭となり、前記外部電極の一部が前記活性部側面上に形成されたり、前記外部電極 と前記活性部との距離が短くなつたりすることがなぐ前記外部電極と前記活性部側 面の間での絶縁不良を防止することができる。また、その積層型電子部品において、 を前記誘電体を圧電体として積層型圧電ァクチユエータとした場合、高電界で駆動さ せても、外部電極と活性部 (変位部)側面間でショートすると!/、つた問題の発生を防 止できる。
また、本発明に係る第 1の積層型電子部品において、前記活性部と前記非活性部 の間の L * a * b *表色系における色差 A E * abが 1. 0以上であると、前記活性部と 前記非活性部との境界を容易に光学装置にて識別できるため、非活性部の幅ゃ活 性部と外部電極との距離を容易に測定することができる。さらに、前記外部電極の一 部が前記活性部側の面上に形成されていたり、前記外部電極と前記活性部間の距 離が短力 たりした場合において、不具合を容易に検出が可能となる。
その結果、高度な検査工程を省くことができるため、高信頼性を有する積層型電子 部品を安価に製造することができる。
[0028] また、本発明に係る第 2の積層型電子部品は、前記有効層の色と前記保護層の色 が異なっているので、有効層と保護層の境界が明瞭となり、該保護層の厚みが薄す ぎて積層体の上下端面よりクラックが発生したりするといつた問題が生じる可能性の ある製品を、予め容易に判別することができる。また、外部電極が同極のすべての内 部電極に接続されていない製品も容易に判別することができる。即ち、外部電極は 有効層における非活性部に位置する同極の内部電極すべてに接続する必要がある 力 有効層と保護層に色差を設けることにより、有効層と保護層の境界が明瞭なもの となり、外部電極が非活性部の積層方向のすべての領域に形成されて、且つ内部電 極と接続して ヽるかどうか容易に確認することができる。
本発明に係る第 2の積層型電子部品において、前記有効層と前記保護層の間の L * a * b *表色系にぉける色差Δ E * abがl. 0以上であると、保護層と変位部及び 保護層と非変位部の境界を容易に光学装置にて識別できるため、検査効率が大幅 に向上し、安価な積層型電子部品を製造することができる。
[0029] さらに、本発明に係る第 3の積層型電子部品は、前記誘電体の厚みが 50 m以上 であり、かつその厚みばらつきが 10 m以下であるので、内部電極間での短絡が抑 制され、高電圧、高温下、高湿度下においても高い耐久性能を有することができる。 特に、高電圧が印加される積層型圧電ァクチユエータにおいて、内部電極間での短 絡を抑制できる。
[0030] またさらに、本発明に係る第 4の積層型電子部品によれば、前記圧電体が、 VIII族 金属および Zまたは lb族金属を 0. 01〜1重量％含有しているので、高電圧、高圧 力下で圧電ァクチユエータの変位量を大きくでき、かつ、長期間連続駆動させた場 合でも変位量の変化量を抑えることができ、耐久性に優れた積層型圧電素子を提供 することができる。
[0031] 本発明に係る噴射装置によれば、前記第 1〜第 4のいずれかの積層型電子部品を 含むので、耐久性に優れた積層型圧電素子および噴射装置を提供することができる
[0032] また、本発明に係る積層型電子部品の製造方法は、誘電体を含むスラリーを用い てテープ成形により厚み 50 μ m以上で厚みばらつきが 10 μ m以下である誘電体の シートを作製し、そのシートに内部電極を印刷した後に積層して焼成するようにして いるので、内部電極間での短絡が防止でき、高電圧、高温下、高湿度下においても 高い耐久性能を有する積層型電子部品を製造することができる。
図面の簡単な説明
[0033] [図 1A]本発明に係る実施の形態 1の積層型電子部品の構成を示す斜視図である。
[図 1B]図 1Aの A— A'線についての断面図である。
[図 1C]図 1Bの一部を拡大して示す部分拡大図である。
[図 2]実施の形態 1の積層型電子部品の内部電極パターンを示す展開斜視図である [図 3]本発明に係る実施の形態 2の積層型電子部品の構成を示す斜視図である。 [図 4A]本発明に係る実施の形態 3の積層型電子部品の構成を示す斜視図である。
[図 4B]実施の形態 3の積層型電子部品における内部電極パターンを示す展開斜視 図である。
[図 5]本発明に係る実施の形態 4の噴射装置の構成を示す断面図である。
[図 6]本発明に係る実施例 3の積層型圧電体素子の圧電体中における金属成分の 含有量の測定結果を示すグラフである。
[図 7]従来の積層型圧電ァクチユエータの斜視図である。
符号の説明
[0034] 1···圧電体、
2···内部電極、
4···外部電極、
6…リード線、
10···有効層、
10a…活性部 (変位部）、
10b…非活性部 (非変位部)、
11…保護層、
31···収納容器、
33…噴射孔、
35· "バルブ、
43···圧電ァクチユエータ、
102, 111, 113…積層体。
発明を実施するための最良の形態
[0035] 以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の積層型電子部品について 説明する。
実施の形態 1.
図 1A、図 IB及び図 1Cは、本発明に係る実施の形態 1の積層型電子部品の一形 態である積層型圧電ァクチユエータの構成を示すもので、図 1Aは斜視図、図 1Bは 図 1Aの A— A'線における断面図、図 1Cは図 1Bの一部を拡大して示す拡大図であ る。
本実施の形態 1の積層型圧電ァクチユエータは、図 1Aに示すように、圧電体 1と内 部電極 2とを交互に積層してなる有効層 10と、有効層 10の積層方向の両端部に設 けた保護層 11とからなる積層体 111の側面に一対の外部電極 4を備えて 、る。また、 図 1B、図 1Cに示すように有効層 10は、一対の外部電極 4のうちの一方の外部電極 である正極と接続した第 1内部電極 2aと、他方の外部電極 4である負極と接続した第 2内部電極 2bとによって圧電体 1が挟まれた活性部 10a (以下、変位部 10aとする）と 、第 1内部電極 2a同士もしくは第 2内部電極 2b同士で前記圧電体 1が挟まれた非活 性部 10b (以下、非変位部 10bとする）とから構成されている。即ち、外部電極 4は非 変位部 10bの側面にそれぞれ形成され、第 1内部電極 2aもしくは第 2内部電極 2bの どちらか一方と接続するように設けられ、接続して 、な 、他方の内部電極 2とは絶縁 されている。尚、本実施の形態 1では、他方の外部電極 4を負極としている力 グラン ドとしてもよ 、。
[0036] 内部電極 2は銀 パラジウム等の金属材料で形成されており、この内部電極 2を介 して各圧電体 1に所定の電圧を印加し、圧電体 1に逆圧電効果による変位を起こさせ る。
[0037] これに対して、保護層 11は内部電極 2が配されていない複数の圧電体 1の層であ るため、外部電極 4を介して電圧を印加しても変位を起こさない。尚、保護層 11は、 上記したように、圧電体 1と同じ材料で形成してもよいが、異なる材料で形成してもよ い。
[0038] ここで、非変位部 10bにおける内部電極 2間の距離、即ち、第 1内部電極 2a同士も しくは第 2内部電極 2b同士の間の距離は、変位部 10aにおける内部電極 2間の距離 の略 2倍である。
[0039] また、積層体 111の対向する側面には外部電極 4が接合されており、この外部電極 4には、積層されている内部電極 2がー層おきに電気的に接続されているため、内部 電極 2に挟まれた圧電体 1に対して逆圧電効果により変位させるのに必要な電圧を 共通に供給することができる。
[0040] さらに、外部電極 4にはリード線 6が半田等により接続固定されていて、このリード線 により外部電極 4を外部の電圧供給部に接続することができる。
[0041] 実施の形態 1では、圧電体 1は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛 Pb (Zr, Ti) O (以
3 下 PZTと略す）、或いはチタン酸バリウム BaTiOを主成分とする圧電セラミックス材
3
料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数 d が高いものが望ましい。
33
[0042] また、圧電体 1の厚み、つまり、変位部 10aにおける内部電極 2間の距離は 50〜25 が望ましい。圧電体 1の厚みをこの範囲に設定すると、より大きな変位量を得る ために積層数を増加しても、積層型圧電ァクチユエータの小型化、低背化が図れると ともに、圧電体 1の絶縁破壊を防止できる。
[0043] 一方で、有効層 10における内部電極 2 (第 1内部電極 2a、第 2内部電極
2b)は、一方端において同極の外部電極 4に接続し、他方端において他極の外部電 極 4力も絶縁するために、いずれか一方の側面側では、一部が部分的に欠如した形 状になっている。例えば、図 2に示すようなパターン形状で正極及び負極の内部電 極 2が交互に積層されている。尚、正極及び負極の内部電極 2の形状は、一方端を 外部電極 4に接続し、他方端が他極の外部電極 4に接続されない構造であれば、図 2に示す構造に限られるものではなぐ同一の形状であっても、異なった形状であつ ても構わない。
[0044] このようにして、有効層 10は、正極及び負極の内部電極 2が連続して積層されてい る変位部 10aと、一方の極性の内部電極 2のみが積層されている非変位部 10bで形 成されている。
[0045] そして、本実施の形態 1の積層型圧電ァクチユエータは、変位部 10aと非変位部 10 bの色が異なるように形成する点に特徴がある。即ち、変位部 10aと非変位部 10bに 色差を設けることにより、変位部 10aと非変位部 10bの間の境界が明瞭となり、外部 電極 4の一部が変位部 10a側面上に形成されたり、外部電極 4と変位部 10aとの距離 が短くなつたりすることがなぐ外部電極 4と変位部 10a側面に露出した他方極の内 部電極 2の間で絶縁不良が起きたり、高電界で駆動中に外部電極 4と変位部 10a側 面に露出した他方極の内部電極 2との間でショートするといつた問題が生じるのを防 ぐことができる。 [0046] ここで、変位部 10aと非変位部 10bで色差を設けるためには、例えば、圧電体 1が 持つ色と内部電極 2が持つ色とを大きく異ならせたり、内部電極 2間の距離の制御や 積層数を制限することにより、上記した色差を設けることが可能である。色差を設ける 方法の詳細については後述する。
[0047] さらには、変位部 10aと非変位部 10bの L * a * b *表色系における色差 A E * ab が 1. 0以上であることが好ましい。これは、前記色差 A E * abが 1. 0未満であると変 位部 10aと非変位部 10bの境界が不明瞭となり、外部電極 4を積層体 la側面に形成 する際において、外部電極 4の一部が変位部 10aの側面上に形成されて、該外部電 極 4と変位部 10aの側面に露出した他方極の内部電強 2との間で絶縁不良を起こす 可能性が高い。また、外部電極 4の一部が変位部 10aの側面上に力からないまでも、 外部電極 4と変位部 10aの距離が短い場合には、ァクチユエ一タを高電界で駆動さ せた場合において、外部電極 4と変位部 10a側面に露出した他方極の内部電極 2と の間でショートする危険があった。
[0048] また、本実施の形態 1の積層型圧電ァクチユエータは、有効層 10と保護層 11の色 が異なるように形成することが好ましい。即ち、有効層 10と保護層 11に色差を設ける ことにより、保護層 11の厚みを容易に測定することができるため、所定の厚みで保護 層 11を形成できたか確認することができる。ここで、保護層 11が薄すぎると、積層型 圧電ァクチユエ一タを高電界で連続駆動させると、保護層 11の上下の端面力 クラッ クが発生し、該クラックが内部電極 2まで進展してショートする問題がある。一方で、保 護層 11が厚すぎると、近年の電子部品の極小化に伴う低背化に反するので好ましく ない。これに対して、有効層 10と保護層 11の色を異ならせることにより、保護層 11が 薄くショートする危険がある製品を容易に判別することができる。さらには、積層体 la の積層方向における上下端面に位置するそれぞれの保護層 11の厚みを同一になる ように研磨することができるとともに、上記したショートが生じない程度の厚みで、且つ 最小限の薄さに仕上げることが容易になる。
[0049] さらには、有効層 10と保護層 11の L * a * b *表色系における色差 A E * abが 1.
0以上であることが好ましい。これは、色差 A E * abが 1. 0未満であると、有効層 10と 保護層 11の境界が不明瞭となり、結果、保護層 11の厚みを測定することが困難とな り、保護層 11の厚みが薄い場合には、ァクチユエータを高速、高発生力の条件下で 駆動させた場合に保護層 11の上下の端面力 クラックが発生し、該クラックが内部電 極 2まで達し、ショートする問題が生じるおそれがある。
[0050] また、前記色差 AE*abが 1.0未満であると、有効層 10と保護層 11の境界が不明 瞭となり、外部電極 4が有効層 10の積層方向の長さ領域すベてに渡つて形成されて いるかが不明瞭となり、外部電極 4が有効層 10の積層方向長さ領域すべてに渡って 形成されていないと、一部の内部電極 2が外部電極 4に接続されなくなり、結果、変 位量が低下するといつた問題が生じるおそれがある。
[0051] さらに、圧電体 1と内部電極 2の L*a*b*表色系における色差 AE*abが 1.5以 上であることが好ましい。これは、圧電体 1と内部電極 2の色差 AE*abが 1.5未満 であると、他方極の内部電極 2に挟まれた圧電体 1の領域である変位部 10aと同極の 内部電極 2に挟まれた圧電体 1の領域である非変位部 10b、及び、内部電極 2に挟 まれて!/、な!/、圧電体の領域である保護層 11の色差を後述する理由で有効的に変化 させることができない。
[0052] 尚、 L * a * b *表色系における色差 Δ E * abは、以下の式 1〜式 4により求めるこ とができる。すなわち、分光測色計により測定した明度 L*、色相と彩度を表す色度 a *及び b*から、 2つの測定物間の明度差 AL*、色度差 Δ a*及び Ab*を求め、 次式により色差 AE*abを算出する。（なお（1)及び（2)は対象物 1、 2を示す添え字 )
[0053] AL*=L* (1)—L* (2)…式 1
Aa*=a* (l)—a* (2)…式 2
Ab*=b* (l)—b* (2).··式 3
AE*ab=〔（AL*)2+(Aa*)2+(Ab*)2〕 1/2···式 4
[0054] 次に、本実施の形態 1の積層型圧電ァクチユエータの製法を説明する。
[0055] 本実施の形態 1の積層型圧電ァクチユエータの製法にお!ヽては、先ず、 ΡΖΤ等の 圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、プチラール系等の有機高分子力 成るバ インダ一と、 DBP (フタル酸ジォチル）、 DOP (フタル酸ジブチル）等の可塑剤とを混 合してスラリーを作製する。そして、該スラリーを周知のドクターブレード法やカレンダ 一ロール法等のテープ成形法により圧電体 1となるセラミックグリーンシートを作製す る。
[0056] 次に、銀 パラジウム粉末にバインダー、可塑剤等、及び必要に応じて前記圧電セ ラミックスの仮焼粉末等を添加混合して、内部電極 2をなす導電性ペーストを作製し、 これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって 1〜40 μ mの厚みに パターン印刷する。このとき、非変位部 10bとなる部分には、印刷を行わない。そして 、正極及び負極の内部電極 2となる導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを交 互に複数枚積層して有効層 10を形成し、さらに有効層 10の積層方向の上下に導電 性ペーストが印刷されて!、な!/、グリーンシートを複数層積層し保護層 11を形成する。 この積層体を所定の温度で脱バインダーを行った後、 900〜1200°Cで焼成すること によって積層体 111を作製する。
[0057] ここで、変位部 10a、非変位部 10b、さらに保護層 11の色を効果的に異ならせるに は、例えば、 PbZrO— PbTiOを主成分とした場合、副成分に Yb
3 3 、 W、 Nb、 Sb、 Y
、 La、 Ba、 Sr、 Caなどを 0. 5mol%以上添加することで、明度が高ぐ透光性のある 圧電体 1を形成することができる。特に、 Yb、 Ba、 Srを合計で 1. Omol%以上添加す ると明度を表す L *値が著しく増大するため、より好ましい副成分となる。
[0058] 一方で、副成分として Mn、 Cr、 Coなどを 0. 5mol%以上添加すると、明度が低ぐ 透光性のな 、圧電体とすることができる。
[0059] ここでは、内部電極 2を銀 パラジウムで構成すると、銀 パラジウムは比較的明度 の低 、材料組成であるため、上述したような副成分を加えて明度や透光性を向上さ せた圧電体 1と内部電極 2の色を大きく異ならせることができる。即ち、比較的明度の 低い銀—パラジウム力もなる内部電極 2に挟まれた有効層 10の明度は、内部電極 2 が配されて 、な 、圧電体 1の層からなる保護層 11に比べて著しく小さな値になる。
[0060] さらに、有効層 10において、圧電体 1が内部電極 2に挟まれている場合でも、挟ま れている内部電極 2間の距離が小さくなるに従い、明度が小さな値となる。そのため、 変位部 10aに対して圧電体 1の厚みの約 2倍の距離で内部電極 2が配されている非 変位部 10bの明度は、変位部 10aの明度よりも大きな値となる。その結果、変位部 10 a、非変位部 10b、及び保護層 11の色がそれぞれ異なるため、容易に境界を識別す ることがでさる。
[0061] また、内部電極 2中に含まれる銀成分が圧電体 1内部へと拡散することによつても、 圧電体 1の明度が小さな値となる。即ち、圧電体 1の明度の低下は、挟まれている内 部電極 2間の距離に依存し、圧電体 1が挟まれている内部電極 2間の距離が狭いほ ど、内部電極 2中の銀の圧電体 1への拡散量が多くなり、結果、明度が小さな値とな る。即ち、変位部 Oa、非変位部 10b、保護層の順に明度が大きくなる。
[0062] さらに、内部電極 2中の銀を有効に圧電体 1に拡散させるためには、内部電極 2とし て用いる銀—パラジウムに含まれる銀の比率は多いほど良ぐ 70%以上、望ましくは 85%以上が良い。
[0063] 尚、変位部 10a、非変位部 10b、及び保護層 11に色差を設けるには、上述したよう な圧電体 1と内部電極 2の色を大きく異ならせる方法によるものではなぐ圧電体 1や 内部電極 2の厚みを制御することにより、変位部 10aと非変位部 10bの内部電極 2の 密集度合を変化させてもよい。即ち、圧電体 1と内部電極 2とが適度に色が異なって いなくても、圧電体 1の厚みを小さくして内部電極 2の厚みを大きくすれば、変位部 1 Oaと非変位部 10bとの境界が明確になる。
[0064] また、内部電極を構成する銀—パラジウムは、銀とパラジウムの合金粉末を用いて も、銀粉末とパラジウム粉末の混合物を用いても良い。なお、銀粉末とパラジウム粉 末の混合物を用いた場合においても、焼成時に銀—パラジウムの合金が形成される
[0065] 尚、積層体 111は、上記製法によって作製されるものに限定されるものではなぐ複 数の圧電体 1と複数の内部電極 2とを交互に積層してなる積層体 111を作製できれ ば、どのような製法によって形成されても良い。
[0066] 次に、銀とガラスカゝらなる混合物にバインダーを添加して作製した銀ガラスペースト を、外部電極 4を形成する非変位部 10b側面に印刷し、 500〜850°Cの温度で焼き 付けを行うことにより、外部電極 4を形成する。
[0067] その後、シリコーンゴムを積層体 111の側面にコーティング (不図示）して、硬化させ た後、リード線 6を外部電極 4に半田等で接続することにより本発明の積層型圧電ァ クチユエータが完成する。 [0068] そして、リード線 6を介して一対の外部電極 4に 0. l〜3kVZmmの直流電圧を印 加し、積層体 111を分極処理することによって、製品としての積層型圧電ァクチユエ ータが完成する。積層型圧電ァクチユエータのリード線 6を外部の電圧供給部に接続 し、リード線 6及び外部電極 4を介して内部電極 2に電圧を印加させれば、各圧電体 1は逆圧電効果によって大きく変位し、これによつて例えばエンジンに燃料を噴射供 給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
[0069] 実施の形態 2.
実施の形態 2の積層型ァクチユエータは、本発明に係る積層型電子部品の他の形 態例である。
[0070] 実施の形態 2の積層型ァクチユエータは、図 3に示すように、複数の圧電体 1と複数 の内部電極 2を交互に積層してなる四角柱の柱状積層体 102の対向する 2つの側面 において、内部電極 2の端部が互い違いで一層おきに絶縁体 3で被覆され、絶縁体 3で被覆されて ヽない内部電極 2の端部と外部電極 4とを接続し、各外部電極 4にリ ード線 6を接続固定して構成されて ヽる。
[0071] 内部電極 2の間には圧電体 1が配されており、内部電極 2を介して各圧電体 1に所 定の電圧を印加し、圧電体 1に逆圧電効果による変位を起こさせる。
[0072] そして、本実施の形態 2の積層型圧電ァクチユエータでは、この圧電体 1の厚み、 即ち内部電極 2間の距離が 50 μ m以上好ましくは 70 μ mさらに好ましくは 80 μ m以 上で、かつそのばらつきが 10 μ m以下好ましくは 8 μ m以下、さらに好ましくは 5 μ m 以下であることを特徴として 、る。これは内部電極 2間の距離が短 、かもしくはそのば らつきが大きいと、内部電極 2間での短絡が生じ、積層型圧電ァクチユエータが破損 しゃすくなるからである。
[0073] ここで、内部電極 2間の距離のばらつきである圧電体 1の厚みは、複数箇所で測定 したときの平均値であり、そのばらつきとは最大値と最小値との差のことである。
[0074] さらに、焼成後は柱状積層体 102の 4つの側面に内部電極 2は露出している力 実 施の形態 2では、少なくとも 1つの側面において、内部電極 2の端部を含む圧電体 1 の端面に一層おきに深さ 50〜500 μ m、積層方向の幅 30〜200 μ mの溝を形成し 、該溝内にガラス、エポキシ榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミドイミド榭脂、シリコーンゴム 等を充填することによって絶縁体 3が形成される。このよう〖こすると、信頼性の面から 好ましい。
[0075] この絶縁体 3により、柱状積層体 102の対向する 2つの側面において、内部電極 2 の端部が互 、違 、で一層置きに絶縁され、内部電極 2の絶縁されて 、な 、他方の端 部は、外部電極 4に接続されている。
[0076] なお、絶縁体 3は、柱状積層体 102との接合を強固とするために、柱状積層体 102 の変位に対して追従するような弾性率が低 、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。
[0077] また、内部電極 2の露出した柱状積層体 102の対向する 2つの側面に、蒸着、スパ ッタリング、メツキ等で薄膜の低抵抗部を予め形成しておき、この低抵抗部上に外部 電極 4を接続しても良い。
[0078] さらに、外部電極 4にはリード線 6が半田等により接続固定されている。このリード線 6は外部電極 4を外部の電圧供給部に接続する作用を有する。
[0079] そして、リード線 6を介して一対の外部電極 4に 0. l〜3kVZmmの直流電流を印 加し、柱状積層体 102を分極処理することによって、積層型圧電ァクチユエ一タが完 成する。該積層型圧電ァクチユエータに対して、リード線 6を外部の電圧供給部に接 続し、外部電極 4を介して内部電極 2に電圧を印加させれば、各圧電体 1は逆圧電 効果によって大きく変位する。この機能は、例えば、エンジンに燃料を噴射供給する 自動車用燃料噴射装置として利用できる。
[0080] 即ち、噴射口を有する収納容器と、該収納容器に収納された本発明の積層型圧電 ァクチユエータと、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔力 液体を噴出させる バルブとを具備して噴射装置を構成することができる。噴射装置では、上記したよう に、積層型圧電素子において、連続駆動させても、所望の変位量が実効的に変化し ないために、装置が誤作動することなぐ耐久性に優れた高信頼性の噴射装置を提 供することができる。
[0081] 次に、本実施の形態 2の積層型圧電ァクチユエータの製造方法を説明する。
[0082] 本実施の形態 2の積層型圧電ァクチユエータの製造方法にお 、ては、先ず、 PZT 等の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、プチラール系等の有機高分子から 成るバインダーと、バインダーを溶解させるためのアルコールや、トルエンなどの有機 溶剤、 DBP (フタル酸ジォチル）、 DOP (フタル酸ジブチル）等の可塑剤を混合してス ラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード法、カレンダーロール法、スリツ プキャスティング法等のテープ成形法により、厚みが 以上、より好ましくは 55 μ m以上で、厚みばらつきが 10 μ m以下の圧電体 1となるセラミックグリーンシートを 作製する。
[0083] 上記スラリーの粘度は 15ボイズ以上、好ましくは 20ボイズさらに好ましくは 25ボイズ 以上であることが好ましい。シート厚みを厚くすると厚みばらつきが大きくなるが、粘 度を高くして成形することにより厚みの均一なテープが得られる。またこれらの粘度に スラリーをするにはアクリル系、プチラール系等の有機高分子力も成るノインダ一と、 バインダーを溶解させるためにアルコールや、トルエンなどを用いることが好まし 、。
[0084] 次に、銀-パラジウム粉末に、バインダー、可塑剤、及び必要に応じて上記圧電セラ ミックス仮焼粉末等を添加混合して、内部電極 2を成す導電性ペーストを作製し、該 導電ペーストを上記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって 1〜40 μ m の厚みに印刷する。
[0085] そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを積層し、任意の大きさ に切断した後、所定の温度で脱バインダーを行い、 900〜： LOOO°Cで焼成することに よって、柱状積層体 102を作製する。この際、焼成工程中に生じる変形、分解を抑制 するために供材などを同時に焼成したり、密閉された焼成鉢で焼成したり、あるいは 同一材料系の焼成鉢で焼成することが好まし 、。
[0086] 焼成後の柱状積層体 102の形状を整えるために、平面研削盤等で研削する。さら に、これらの研削後もしくは単独でも、炭化珪素やアルミナの砲粒を用いたラップ研 磨や、ポリツシングでカ卩ェすることが好ましい。
[0087] 上記のようにして、複数の圧電体 1と複数の内部電極 2を交互に積層して成る柱状 積層体 102が作製される。さらに、柱状積層体 102の対向する 2つの側面において、 内部電極 2の端部を互い違いで一層置きに絶縁体 3により絶縁し、内部電極の絶縁 されていない他方の端部には、外部電極 4が接続し、該外部電極 4にリード線 6を接 続することによって、本発明の積層型圧電ァクチユエータが作製される。 [0088] 以上の実施の形態 2では、圧電体と内部電極を複数積層したァクチユエータにつ V、て説明したが、本発明の積層型電子部品は積層型圧電ァクチユエータに限るもの ではない。例えば、圧電体の代わりに他の誘電体を用いることにより、コンデンサ等の 積層型電子部品とすることもできる。
[0089] 実施の形態 3.
本発明に係る実施の形態 3の積層型電子部品も、積層型圧電素子 (積層型圧電ァ クチユエ一ター）であり、以下のように構成されている。
ここで、図 4Aは斜視図であり、図 4Bは圧電体層と内部電極層との積層状態を示す 斜視展開図である。
[0090] 本実施の形態 3の積層型圧電素子では、図 4A及び図 4Bに示すように、圧電体 1と 内部電極 2とを交互に積層してなる積層体 113の一対の対向する側面に外部電極 4 が形成されており、その側面に一層おきに露出した内部電極 2の端部と外部電極 4と が電気的に導通するように接合されている。また、積層体 113の積層方向の両端の 層には圧電体 1で形成された保護層 11を積層して ヽる。この実施の形態 3の積層型 圧電素子を積層型圧電ァクチユエータとして使用する場合には、外部電極 4にリード 線を半田により接続固定し、前記リード線を外部電圧供給部に接続すればよい。
[0091] 圧電体 1間には内部電極 2が配されているが、この内部電極 2は、例えば、銀ーパ ラジウム等の金属材料で形成されており、この内部電極 2を通じて各圧電体 1に所定 の電圧を印加することにより、圧電体 1に逆圧電効果による変位を起こさせることがで きる。
[0092] これに対して、保護層 11は内部電極 2が配されていない複数の圧電体 1の層であ るため、電圧を印加しても変位を生じない。
[0093] そして、本実施の形態 3に係る発明は、圧電体 1中に VIII族金属および Zまたは lb 族金属が 0. 01〜1重量％含有して 、ることを特徴として 、る。
ここで、圧電体 1中に VIII族金属および Zまたは lb族金属を 0. 01〜1重量％含有 する理由は、その範囲内にあるとき、体積固有抵抗が大きくなることと、金属成分のマ ィグレーシヨンを抑制できることにより体積固有抵抗の劣化 (経時変化)を抑制できる ためである。また、圧電体 1中への金属成分の拡散により 1000°C程度の低温焼成時 にお 、ても磁器粒径が最適な大きさまで粒成長し、磁器が充分に焼結すると ヽぅ利 点もある。 0. 01重量％より小さいと圧電体 1への金属成分の拡散量が少なすぎるた め、粒成長を促進する効果が充分に得られず、焼結不良となる。一方、 1重量％より 大きいと、粒成長を促進する効果はあるものの、圧電体 1中の金属成分の含有量が 多すぎるため、初期の体積固有抵抗値が小さくなることと、金属成分のマイグレーショ ンにより、駆動後に短時間でショートしてしまうおそれがある。
[0094] 積層型圧電素子の耐電圧、耐久性を向上させるには、 0. 01-0. 7重量％が好ま しい。積層型圧電体素子の圧電特性を向上させ、変位量を大きくかつ耐久性を向上 させるためには、 0. 05-0. 5重量％がより好ましい。さらに耐久性を向上させるには 、 0. 05〜0. 25重量0 /0力さらに好ましい。
[0095] また、積層形圧電素子の圧電特性を向上させ、耐久性を向上させるために内部電 極の金属主成分は、 Cu、 Ag、 Ni、 Pt、 Pdのうち少なくとも 1種以上から構成されるこ とが好まし!/、。さらに積層型圧電素子の圧電特性と耐久性を向上させるためには Ag を含むことがさらに好ましい。
[0096] さらに本発明では、圧電体 1中の VIII族金属および Zまたは lb族金属含有量が、 圧電体全体に渡り実質的に均一であることが好ましい。圧電体 1中の VIII族金属お よび Zまたは lb族金属含有量が、圧電体全体に渡り実質的に均一であると、圧電体 1の粒径が均一となる。そのため、磁器密度が均一になり、耐久性、圧電特性が向上 する。また、圧電特性のばらつきも小さくすることができる。一方、含有量が不均一だ と、分極時もしくは駆動時に密度の低いところでクラックが生じてしまうことがある。
[0097] そのため、積層型圧電体素子の変位量を大きぐかつ耐久性を向上させるには、圧 電体 1中の金属成分の含有量を均一にすることが好ましいが、より好ましくは金属成 分の含有量が圧電体 1中で標準偏差 σ =0. 5以下とすることで、圧電体 1中の粒径 を均一にでき、積層型圧電素子の駆動時における耐久性を向上させることができる。 さらに好ましくは、標準偏差 σ =0. 3以下することで、耐電圧の向上、駆動時におけ る耐久性をさらに向上させることができる。また、圧電特性のばらつきも小さくなるため 製品として所望の圧電特性が得られやす!/ヽ。
[0098] 前記圧電体 1中の金属成分の重量％で示す VIII族金属、 lb族金属は、 EPMA(E1 ectron Probe Micro Analysis)法等の分析方法で特定できる。また、ここでは 積層型圧電素子を鏡面研磨し EPMA定量分析を圧電体 1中の任意の場所につい て 5点測定した。これより、強度 (カウント値)と含有量の検量線を作成した。次に、積 層型圧電素子の厚さ方向に対して EPMA線分析を行 ヽ、 2つの内部電極 2に挟まれ た圧電体 1中の金属成分含有量の分布を測定した。 EPMA線分析ではカウント値し か得られないため、検量線から圧電体 1中の金属成分の含有量を算出した。この値 を圧電体 1中の金属成分の含有量とばらつきとした。
[0099] 次に、本実施の形態 3の積層型圧電素子の製法を説明する。
[0100] 本発明の積層型圧電素子の製造方法では、まず、 PbZrO -PbTiO等からなる
3 3
ぺロブスカイト型酸ィ匕物の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、プチラール系 等の有機高分子から成るバインダーと、 DBP (フタル酸ジブチル）、 DOP (フタル酸ジ ォチル)等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレ 一ド法ゃカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電体 1となるセラミックダリー ンシートを作製する。
[0101] 次に、銀 パラジウム等の内部電極 2を構成する金属粉末に、酸化銀等の金属酸 化物、ノインダー及び可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前 記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって 1〜40 μ mの厚みに印刷する
[0102] そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数積層し、この積層 体にっ 、て所定の温度で脱バインダーを行った後、 900〜1200°Cで焼成すること によって積層体 113が作製される。
[0103] ここで、実施の形態 3では、以下のような製造方法を用いることにより、圧電体 1中に
VIII族金属および Zまたは lb族金属を 0. 01〜1重量％含有させ、かつ含有量が圧 電体 1中に渡って実質的に均一となるようにできる。
第 1に、焼成時の最高温度を 1000°C以下にすることにより、圧電体 1中に十分金 属成分を拡散させる方法がある。
また、焼成工程において最高温度より 200〜300°C程度低い、磁器の焼結が充分 起こらず、金属成分が拡散するのに充分な温度領域（700〜800°C)において、 1〜 2時間の保持時間を設けるという方法がある。
さらに、圧電体 1中を構成する原料中に Siを圧電特性に悪影響を与えない ΙΟΟρρ m程度添加して金属成分を拡散しやすくする方法もある。
以上のような方法により、圧電体 1中に VIII族金属および Zまたは lb族金属を 0. 0 1〜1重量％含有させ、かつ含有量が圧電体 1中に渡って実質的に均一となるように できる。
[0104] このとき、保護層 11の部分のグリーンシート中に、銀—パラジウム等の内部電極 2を 構成する金属粉末を添加したり、保護層 11の部分のグリーンシートを積層する際に、 銀—パラジウム等の内部電極を構成する金属粉末および無機化合物とバインダーと 可塑剤からなるスラリーをグリーンシート上に印刷することで、保護層 11とその他の部 分の焼結時の収縮挙動ならびに収縮率を一致させることができるので、緻密な積層 体を形成することができる。
[0105] なお、積層体 113は、上記製法によって作製されるものに限定されるものではなぐ 複数の圧電体 1と複数の内部電極 2とを交互に積層してなる積層体 113を作製でき れば、どのような製法によって形成されても良い。
[0106] 次に、銀とガラスカゝらなる混合物にバインダーを添加して作製した銀ガラスペースト を、外部電極 4を形成する側面に印刷し、例えば、 500〜850°Cの温度で焼き付けを 行うことにより、外部電極 4を形成する。
[0107] 次に、外部電極 4を形成した積層体 113をシリコーンゴム溶液に浸漬するとともに、 シリコーンゴム溶液を真空脱気することにより、積層体 113の溝内部にシリコーンゴム を充填し、その後シリコーンゴム溶液力 積層体 113を引き上げ、積層体 113の側面 にシリコーンゴムをコーティングする。その後、溝内部に充填、及び柱状積層体 113 の側面にコーティングした前記シリコーンゴムを硬化させることにより、本発明の積層 型圧電素子が完成する。
[0108] そして、外部電極 4にリード線を接続し、該リード線を介して一対の外部電極 4に 0. l〜3kVZmmの直流電圧を印加し、積層体 113を分極処理することによって、本発 明の積層型圧電素子を利用した積層型圧電ァクチユエータが完成し、リード線を外 部の電圧供給部に接続し、リード線及び外部電極 4を介して内部電極 2に電圧を印 加させれば、各圧電体 1は逆圧電効果によって大きく変位し、これによつて例えばェ ンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
[0109] 以下、実施の形態 1〜3において、上述した以外の要素に関するより好ましい形態 及び具体例について説明する。
[0110] さらに、内部電極 2中の金属組成物が VIII族金属および Zまたは lb族金属を主成 分とすることにより、内部電極 2を高 、耐熱性を有する金属組成で形成できるため、 焼成温度の高い圧電体 1との同時焼成が可能になる。
[0111] さらに、内部電極 2中の金属組成物が VIII族金属の含有量を Ml重量％、 lb族金 属の含有量を M2重量％としたとき、 0< M1≤15、 85≤M2< 100、 Ml + M2= l 00を満足する金属組成物を主成分とすることが好ましい。
これにより、内部電極 2の比抵抗を小さくできるため、積層型圧電素子を長時間連 続駆動させても、内部電極 2の発熱を抑制することができる。併せて、積層型圧電素 子の温度上昇を抑制できるため、素子変位量を安定ィ匕することができる。
これに対して、 VIII族金属が 15重量％を超えると、内部電極 2の比抵抗が大きくな り、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極 2が発熱する場合がある。また 、内部電極 2中の lb族金属の圧電体 1へのマイグレーションを抑制するために、 VIII 族金属が 0. 001重量％以上 15重量％以下とすることが好ましい。また、積層型圧電 素子の耐久性を向上させるという点では、 0. 1重量％以上 10重量％以下が好ましい 。また、熱伝導に優れ、より高い耐久性を必要とする場合は 0. 5重量％以上 9. 5重 量％以下がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は 2重量％以上 8重 量％以下がさらに好ましい。
[0112] ここで、 lb族金属が 85重量％未満になると、内部電極 2の比抵抗が大きくなり、積 層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極 2が発熱する場合があるからである 。また、内部金属 12中の lb族金属の圧電体 1へのマイグレーションを抑制するために 、 lb族金属が 85重量％以上 99. 999重量％以下とすることが好ましい。また、積層 型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、 90重量％以上 99. 9重量％以下が 好ましい。また、より高い耐久性を必要とする場合は 90. 5重量％以上 99. 5重量％ 以下がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は 92重量％以上 98重量 %以下がさらに好ましい。
[0113] 上記の内部電極 2中の金属成分の重量％を示す VIII族金属、 lb族金属は EPMA
(Electron Probe Micro Analysis)法等の分析方法で特定できる。
[0114] さらに、前記 VIII族金属が Ni、 Pt、 Pd、 Rh、 Ir、 Ru、 Osのうち少なくとも 1種以上で あり、 lb族金属が Cu, Ag、 Auのうち少なくとも 1種以上であることにより、前記内部電 極 2の原料として、合金原料および混合粉原料の!/、ずれでも使用することができる。 これらの原料は、近年における合金粉末合成技術にぉ 、て量産性に優れた金属組 成であるからである。
[0115] さらに、内部電極 2中の金属成分は、 VIII族金属が Pt、 Pdのうち少なくとも 1種以上 であり、 lb族金属が Ag、 Auのうち少なくとも 1種以上であることが好ましい。これにより 、耐熱性および耐酸化性に優れ、比抵抗の小さな内部電極 2を形成できる可能性が ある。
[0116] さらに、前記 VIII族金属が Niであることが好ましぐ駆動時の変位によって生じる応 力を緩和することができるとともに、耐熱性に優れた内部電極 2を形成できる。
[0117] さらに、前記 lb族金属が Cuであることにより、駆動時の変位によって生じる応力を 緩和することができるとともに、硬度の低い熱伝導性に優れた内部電極 2を形成でき る。
[0118] さら〖こ、内部電極 2中に金属組成物とともに無機組成物を添加することにより、内部 電極 2と圧電体 1の界面の密着強度が増大するため、内部電極 2と圧電体 1の界面に おける剥離を抑制することができる。
[0119] また、内部電極は、その厚み方向に貫通するボイドを有することが好ましい。このよ うに内部電極を貫通するボイドが存在することで、圧電体が電界によって変形する際 に内部電極により拘束される力が弱まり、変位しやすくなるので、変位量をさらに向上 させることができる。また、内部電極内に生じる応力も低減されるので、耐久性を向上 させることがでさる。
[0120] 圧電体 1は、その圧電特性を示す圧電歪み定数 d が高いものが望ましぐ例えば
33
、上述したチタン酸ジルコン酸鉛 (Pb (Zr, Ti) 0：以下 PZTと略す）、或いはチタン
3
酸バリウム (BaTiO )などのぺロブスカイト型酸ィ匕物を主成分とする圧電セラミック材 料等で形成される。
[0121] このように、チタン酸バリウム（BaTiO )を代表とするぺロブスカイト型圧電セラミック
3
ス材料等で圧電体 1が形成されると、その圧電特性を示す圧電歪み定数 d33が高い ことから、変位量を大きくすることができ、さらに、圧電体 1と内部電極 2を同時に焼成 することもできる。特に、圧電体 1としては、圧電歪み定数 d33が比較的高い PbZrO
3 PbTiO力 なるぺロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。
3
[0122] さらに、圧電体 1が PbZrO - PbTiOからなるぺロブスカイト型酸化物を主成分とし
3 3
たことにより、圧電体 1と内部電極 2を同時焼成することができるため、焼成工程を短 縮でき、併せて内部電極 2の比抵抗を小さくできる。
[0123] さらに、積層体の焼成温度は 900°C以上 1000°C以下であることが好ましい。これ は、焼成温度が 900°C以下では、焼成温度が低いため焼成が不充分となり、緻密な 圧電体 1を作製することが困難になる。一方、 1000°Cより高い温度であると、圧電体 1中への金属成分の拡散量が多くなり、分極時や駆動時にショートしやすくなるなど 耐久性が低下してしまう。
[0124] また、本発明の積層型圧電素子では、実施の形態 2で示したように、側面に端部が 露出する内部電極 2と端部が露出しない内部電極 2とが交互に構成されており、前記 端部が露出していない内部電極 2と外部電極 4間の圧電体部分に溝が形成されてお り、この溝内に、圧電体 12よりもヤング率の低い絶縁体が形成されていることが好まし い。これにより、このような積層型圧電素子では、駆動中の変位によって生じる応力を 緩和することができることから、連続駆動させても、内部電極 2の発熱を抑制すること ができる。
[0125] このような構造にするためには、例えば、積層体の側面に端部が露出する内部電 極 2と端部が露出しない内部電極 2とを交互に形成して、端部が露出して 、ない内部 電極 2と外部電極 4間の圧電体部分に溝を形成して、この溝内に、圧電体 1よりもヤン グ率の低い、榭脂またはゴム等の絶縁体を形成する。ここで、前記溝はダイシング装 置等で積層体 113の側面に形成される。
[0126] 外部電極 4は構成する導電材はァクチユエータの伸縮によって生じる応力を充分に 吸収するという点から、 Ag、 Ni、 Cu、 Al、 W、 Mo、ステンレス、 Fe— Ni— Co合金等 の良好な導電性を有し、かつヤング率の低い金属又は合金が望ましい。外部電極 4 はこれらの金属の中でも、耐酸ィ匕性が良好で、導電性が良いという点から、ヤング率 の低い Ag、若しくは Agが主成分の合金、 Ni、ステンレスが望ましい。また、外部電極 4を低抵抗とし、さらに、柱状積層体 102の変位に対して追従するような伸縮性に富 むようにするため、内部電極 2と接続する部分にメッシュ部材を具備させ、かつ外部 電極 4の厚みを 50〜500 μ m程度としてもよい。
[0127] また、外部電極 4は、外部からの挟持力により柱状積層体 102の対向する 2つの側 面に押し当てられた状態で内部電極 2と接続しても良い。また、半田等によって内部 電極 2と接続固定しても良い。
[0128] また、以下のようにして、弾力性に富む 3次元網目構造をなす多孔質導電体からな る外部電極を形成するようにしてもょ ヽ。
すなわち、ガラス粉末に、バインダーを加えて銀ガラス導電性ペーストを作製し、こ れをシート状に成形し、乾燥した (溶媒を飛散させた)シートの生密度を 6〜9gZcm3 に制御し、このシートを、柱状積層体 113の外部電極形成面に転写し、ガラスの軟ィ匕 点よりも高い温度、且つ銀の融点（965°C)以下の温度で、且つ焼成温度 (°C)の 4Z 5以下の温度で焼き付けを行う。このようにすると、銀ガラス導電性ペーストを用いて 作製したシート中のバインダー成分が飛散消失し、 3次元網目構造をなす多孔質導 電体からなる外部電極を形成することができる。
[0129] なお、前記銀ガラス導電性ペーストの焼き付け温度は、ネック部を有効的に形成し 、銀ガラス導電性ペースト中の銀と内部電極 2を拡散接合させ、また、外部電極中の 空隙を有効に残存させ、さら〖こは、外部電極と柱状積層体 113側面とを部分的に接 合させるという点から、 550〜700°Cが望ましい。また、銀ガラス導電性ペースト中の ガラス成分の軟化点は、 500〜700°Cが望ましい。
[0130] 焼き付け温度が 700°Cより高い場合には、銀ガラス導電性ペーストの銀粉末の焼結 が進みすぎ、有効的な 3次元網目構造をなす多孔質導電体を形成することができず 、外部電極 4が緻密になりすぎてしまい、結果として外部電極 4のヤング率が高くなり すぎ駆動時の応力を充分に吸収することができずに外部電極 4が断線してしまう可 能性がある。好ましくは、ガラスの軟ィ匕点の 1. 2倍以内の温度で焼き付けを行った方 がよい。
[0131] 一方、焼き付け温度が 550°Cよりも低い場合には、内部電極 2端部と外部電極 4の 間で充分に拡散接合がなされないために、ネック部が形成されず、駆動時に内部電 極 2と外部電極 4の間でスパークを起こしてしまう可能性がある。
[0132] なお、銀ガラス導電性ペーストのシートの厚みは、圧電体 1の厚みよりも薄いことが 望ましい。さらに好ましくは、ァクチユエータの伸縮に追従するという点から、 50 /z m 以下がよい。
[0133] さらに、外部電極の外面に、金属のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板が埋設され た導電性接着剤カゝらなる導電性補助部材を形成してもよい。この場合には、外部電 極の外面に導電性補助部材を設けることによりァクチユエ一タに大電流を投入し、高 速で駆動させる場合においても、大電流を導電性補助部材に流すことができ、外部 電極に流れる電流を低減できる。これにより、外部電極が局所発熱を起こし断線する ことを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。さらには、導電性接着 剤中に金属のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板を埋設して 、るため、前記導電性 接着剤にクラックが生じるのを防ぐことができる。
[0134] 金属のメッシュとは金属線を編み込んだものであり、メッシュ状の金属板とは、金属 板に孔を形成してメッシュ状にしたものを 、う。
[0135] さらに、前記導電性補助部材を構成する導電性接着剤は銀粉末を分散させたポリ イミド榭脂からなることが望ましい。即ち、比抵抗の低い銀粉末を、耐熱性の高いポリ イミド榭脂に分散させることにより、高温での使用に際しても、抵抗値が低く且つ高い 接着強度を維持した導電性補助部材を形成することができる。さらに望ましくは、前 記導電性粒子はフレーク状や針状などの非球形の粒子であることが望ま U、。これ は、導電性粒子の形状をフレーク状や針状などの非球形の粒子とすることにより、該 導電性粒子間の絡み合いを強固にすることができ、該導電性接着剤のせん断強度 をより高めることができるためである。
[0136] 本発明の積層型圧電素子はこれらに限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸 脱しな 、範囲であれば種々の変更は可能である。
[0137] また、上記では、積層体 113の対向する側面に外部電極 4を形成した例について 説明したが、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極を形成してもよい
[0138] 実施の形態 4.
図 5は、本発明に係る実施の形態 4の噴射装置を示すものであり、収納容器 31の 一端には噴射孔 33が設けられ、また収納容器 31内には、噴射孔 33を開閉すること ができる-一ドルバルブ 35が収容されて!、る。
[0139] 噴射孔 33には燃料通路 37が連通可能に設けられ、この燃料通路 37は外部の燃 料供給源に連結され、燃料通路 37に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従 つて、ニードルバルブ 35が噴射孔 33を開放すると、燃料通路 37に供給されていた 燃料が一定の高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されて いる。
[0140] また、ニードルバルブ 35の上端部は直径が大きくなつており、収納容器 31に形成 されたシリンダ 39と摺動可能なピストン 41となっている。そして、収納容器 31内には 、本発明に係る圧電ァクチユエータ 43が収納されて 、る。
[0141] このような噴射装置では、圧電ァクチユエータ 43が電圧を印加されて伸長すると、 ピストン 41が押圧され、ニードルバルブ 35が噴射孔 33を閉塞し、燃料の供給が停止 される。また、電圧の印加が停止されると圧電ァクチユエータ 43が収縮し、皿パネ 45 がピストン 41を押し返し、噴射孔 33が燃料通路 37と連通して燃料の噴射が行われる ようになっている。
[0142] また、本発明は、積層型圧電素子および噴射装置に関するものであるが、上記実 施例に限定されるものではなぐ例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジ ット等の液体噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止装置等に搭 載される駆動素子、または、燃焼圧センサ、ノックセンサ、加速度センサ、荷重センサ 、超音波センサ、感圧センサ、ョーレートセンサ等に搭載されるセンサ素子、ならびに 圧電ジャイロ、圧電スィッチ、圧電トランス、圧電ブレーカ一等に搭載される回路素子 以外であっても、圧電特性を用いた素子であれば、実施可能であることは言うまでも ない。
実施例 [0143] 実施例 1.
実施例 1として、本発明に係る実施の形態 1に関係した積層型圧電ァクチユエータ を以下のようにして作製した。
[0144] まず、 PbZrO—PbTiOを主成分とし、副成分に Yb及び Baを 3〜： L0mol%含有さ
3 3
せた圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダー、及び可塑剤を混合したスラリーを作製 し、ドクターブレード法で厚み 100 μ mの圧電体 1になるセラミックグリーンシートを作 製した。
[0145] このグリーンシートの片面に、銀—パラジウム合金粉末にバインダーを加えた導電 性ペーストをスクリーン印刷法により図 2に示す印刷パターンで、 3 μ mの厚みで印刷 を行った。なお、正極及び負極の内部電極となる導電性ペーストの印刷パターンは、 正極及び負極間で対称な形とした。
[0146] その後、正極及び負極の内部電極パターンを印刷したグリーンシートを各々 150枚 交互に 300枚積層し、その積層方向の上下に不活性部となる導電性ペーストを印刷 して！/、な 、グリーンシートを各 30枚積層した。この積層体を所定の温度で脱脂した後 、 980〜1100°Cで焼成して焼成体を得た。この焼成体の側面及び保護層の上下面 を形状加工して得られた積層体 111を試料番号 1とした。
[0147] 上記で得られた各積層体 111に対して、変位部 10a、非変位部 10b及び保護層 11 のそれぞれの部分について、ミノルタ製分光測色計 (モデル CM— 3700d)にて、 L * a * b *表色系における L *、 a *、及び b *を測定し、得られた値から色差 Δ E * a bを算出した。なお、測定領域は、 3mm X 5mmとした。
[0148] 次に、銀粉末とガラス粉末及びバインダーを混合した銀ガラスペーストを、前記積 層体 111の非変位部 10b側面に 5〜40 mの厚みで印刷を行い、乾燥後、 800°C で 15分焼き付けを行い、外部電極 4を形成した。
[0149] その後、外部電極にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極にリード線を介し て 3kVZmmの直流電界を 15分間印加して分極処理を行い、図 1Aに示すような積 層型圧電ァクチユエータを作製し、試料番号 1とした。
[0150] また、比較例として、 PbZrO -PbTiOを主成分とし、副成分に Mn及び Coを 3〜
3 3
10mol%含有させた圧電セラミックスの仮焼粉末を用いて、上述した製法により得ら れた積層型圧電ァクチユエータを試料番号 2とした。
[0151] そして、上記製法で作製した試料番号 1及び 2の積層型圧電ァクチユエータに室温 で 0〜+ 185Vの交流電界を 150Hzの周波数で印加して 1 X 106サイクルまで駆動 試験を行った。尚、試料番号 2の積層型圧電ァクチユエータは、初期状態で内部電 極 2間に絶縁不良がないものを用いた。結果は表 1に示すとおりである。
[0152] (表 1 1)
Figure imgf000031_0001
[0153] (表 1 2)
ΐ¾料备 1 X 1 0 6サイ タル駆動後
ショ一ト破損 タ ラ ッ タ発生
1 無 無
Φ 2
有 有 [0154] 表 1に示すように、比較例である試料番号 2の積層型圧電ァクチユエータでは、変 位部 非変位部間、変位部一保護層間、非変位部一保護層間のいずれにおいても 色差 A E * abが 1. 0以下であったため、各々の境界が不明瞭であった。このため、 外部電極 4の形成において、外部電極 4と変位部 10a側面上に露出した他方極の内 部電極 2との絶縁距離を充分に確保できな力つたため、駆動中に前記外部電極 4と 変位部 10a側面上に露出した他方極の内部電極 2との間でショートが発生して破損 した。
[0155] 一方で、変位部-保護層間と非変位部-保護層間の境界が不明瞭、即ち、有効 層 10と保護層 11の境界が不明瞭であったため、保護層 11の寸法精度を向上するた めに施す研磨加工が困難になって保護層 1 1の厚みにバラツキが生じ、保護層 11の 薄 、部分にクラックが発生して 、た。
[0156] これに対して、本発明の実施例である試料番号 1の積層型圧電ァクチユエータでは 、変位部-非変位部間、有効層 10と保護層 11のいずれにおいても色差 A E * abが 1. 0以上であるため、各々の境界が明瞭であり、外部電極 4は非変位部 10b側面上 に形成され、外部電極 4と変位部 10a側面上に露出した他方極の内部電極 2とは 0. 5mm以上の絶縁距離を確保しており、外部電極 4と変位部 10a側面上に露出した他 方極の内部電極 2との間でショートは生じな力つた。さらに、上下各々の保護層 11の 厚みは lmm以上であったため、連続駆動後でもクラックは発生しな力つた。
[0157] 実施例 2.
先ず、 PZTを主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、プチラールからなるバイン ダー、 IPA トルエンからなる溶剤及び可塑剤を混合した表に示すスラリーを作製し 、粘度を測定後スリップキャスティング法で厚み 100 mのセラミックグリーンシートを 作製した。
[0158] このグリーンシートの片面に、表記の成分の導電性ペーストをスクリーン印刷法によ り 5 μ mの厚みに印刷し、導電性ペーストを乾燥させた後、該導電性ペーストが塗布 された複数のグリーンシートを 100枚積層し、さら〖こ、この積層体の積層方向の両端 部に、導電性ペーストが塗布されていないグリーンシートを上側 10枚、下側 20枚積 層した。 [0159] 次に、この積層体を 100°Cで加熱を行いながら加圧することにより一体化し、 8mm X 8mmの大きさの四角柱状に切断した後、 800°Cで 10時間の脱バインダーを行い 、 1000°Cで 2時間、圧電体 1と内部電極 2を同時焼成して、図 1に示す柱状積層体 1 02を得た。焼成の際、焼成鉢は密閉された MgOの鉢を用いて、積層体とともに同一 組成の粉末を入れて焼成した。
[0160] 得られた柱状積層体 102の 4つの側面を研削した。
[0161] その後、柱状積層体 102の対向する 2つの側面において、内部電極 2端部を含む 圧電体 1の端面で互い違いになるよう、一層おきに深さ 200 m、積層方向の幅 75 mの溝を形成し、これらの溝にシリコーンゴムを充填して絶縁体 3を形成し、内部電 極 2の端部を一層おきに柱状積層体 102の対向する 2つの側面に露出させた。
[0162] この後、柱状積層体 102の対向する 2つの側面に、銀とポリイミド榭脂から成る導電 性接着剤を塗布し、該導電性接着剤中にメッシュ部材を埋め込み、この状態で 200 °Cに加熱し、硬化することにより、外部電極 4を形成した。
[0163] この後、両方の外部電極 4にリード線 6を半田で接続し、ァクチユエータの外周面を アルコール等で洗净した後、プライマー等で表面処理することによって榭脂の密着 性を向上させ、デイツビング等の方法でシリコーンゴムを被覆した後に、 lkVの分極 電圧を印加してァクチユエータ全体を分極処理し、図 1に示す本発明の積層型圧電 ァクチユエータを得た。
[0164] 得られた積層型圧電ァクチユエータに 200Vの直流電圧を印加した結果、各ァクチ ユエータは 10 μ mの変位を得た。
[0165] さらに、これら積層型ァクチユエータに 0〜 + 200Vの交流電界を 200Hzの周波数 にて印加し、 150°Cで駆動試験を行った。駆動試験は、 1 X 109サイクルまで積層型 圧電ァクチユエータを駆動させた後、改めて変位を測定し、初期の変位からの変動を 調べた。この際、変動量の絶対値が 0. 5 m以下の時に異常なしとした。また、変位 量の測定は、試料を防振台上に固定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レ 一ザ一変位計により積層型ァクチユエータの中心部、及び周囲部の 3箇所で測定し た値の平均値で評価した。
[0166] なお、駆動試験後の試料の断面で圧電体 1の厚みを測定した。測定は、断面の SE M写真を用い、任意の 5層の圧電体について、各 1層ごとに任意の 10箇所の厚みを 測試番 * 423567定号 91し、最大値と最小値の差をばらつきとした。結果は表 2に示す通りである。
料
[0167] (表 2)
溶剤 粘度 圧電体厚 厚みのば 変位量の変化
(ボイズ) ( μ πι ) らつき
( μ m )
水 1 0 1 0 0 1 5 電極間の短絡 により破損 ァクリノレ I P A— 2 0 1 0 0 9 0 . 4 μ m トルェン
ァクリノレ 】 P A— 2 5 1 0 0 7 変化なし
トルェン
ァクリノレ I P A— 3 0 1 0 0 3 変化なし
トルェン
プチラール 】 P A— 2 5 1 0 0 7 変化なし
トルェン
ァクリノレ I P A— 2 5 5 0 3 0 . 4 μ m トルェン
ァクリノレ I P A— 2 5 6 0 3 変化なし
トルェン
ァクリノレ I P A— 2 5 7 0 5 変化なし
トノレエン
ァクリノレ I P A— 2 5 3 0 3 分極中に破損 トルェン
*印を付した試料番号は本発明の範囲外のものである。
また、変位量の変化は、初期変位量に対する、 1 X 109サイクル駆動させた後の変 位量の変化で表している。
[0168] この表 2から、比較例である試料番号 1では、厚みばらつきが 10 μ mを超えていた ために、 1 X 107サイクルで内部電極 2間の短絡が発生した。また、試料番号 9では、 圧電体 1の厚みが薄ぐ内部電極間の厚みが薄すぎたために、分極中に破損した。 [0169] これらに対して、圧電体 1の厚みが 50 μ m以上であり、かつ、そのばらつきが 10 μ m以下である本発明の実施例 2 (試料番号 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)では、内部電極 2の 端部間における短絡を抑制することができた。
[0170] 特に、厚みが 60 μ m以上、ばらつきが 7 μ m以下の本発明に係る実施例 2の試料（ 試料番号 3, 4, 5, 7, 8)では、最も優れた結果を示した。
[0171] 実施例 3.
実施例 3では、本発明の実施の形態 3に係る積層型圧電ァクチユエータを以下のよ うにして作製して評価した。
[0172] まず、平均粒径が 0. 4 μ mのチタン酸ジルコン酸鉛（PbZrO— PbTiO )を主成分
3 3 とする圧電セラミックの仮焼粉末、バインダー、及び可塑剤を混合したスラリーを作製 し、ドクターブレード法で厚み 150 μ mの圧電体 1になるセラミックグリーンシートを作 製した。
[0173] このセラミックグリーンシートの片面に、任意の組成比で形成された銀一パラジウム 合金に酸ィ匕銀とバインダーをカ卩えた導電性ペーストが、スクリーン印刷法により 3 m の厚みに形成されたシートを 300枚積層し、焼成した。焼成は、 800°Cで保持した後 に、 1000。Cで焼成した。
[0174] その後、ダイシング装置により積層体の側面の内部電極の端部に一層おきに深さ 5 0 m、幅 50 μ mの溝を形成した。
[0175] 次に、平均粒径 2 μ mのフレーク状の銀粉末を 90体積％と、残部が平均粒径 2 μ mのケィ素を主成分とする軟ィ匕点が 640°Cの非晶質のガラス粉末 10体積％との混合 物に、バインダーを銀粉末とガラス粉末の合計重量 100質量部に対して 8質量部添 加し、充分に混合して銀ガラス導電性ペーストを作製した。このようにして作製した銀 ガラス導電性ペーストを離型フィルム上にスクリーン印刷によって形成し、乾燥後、離 型フィルムより剥がして、銀ガラス導電性ペーストのシートを得た。このシートの生密 度をアルキメデス法にて測定したところ、 6. 5gZcm3であった。
[0176] そして、前記銀ガラスペーストのシートを積層体 113の外部電極 4面に転写し、 650 °Cで 30分焼き付けを行い、 3次元網目構造をなす多孔質導電体からなる外部電極 4 を形成した。なお、この時の外部電極 4の空隙率は、外部電極 4の断面写真の画像 解析装置を用いて測定したところ 40%であった。
[0177] その後、外部電極 4にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極 4にリード線を 介して 3kVZmmの直流電界を 15分間印加して分極処理を行い、図 4に示すような 積層型圧電素子を用いた積層型圧電ァクチユエータを作製した。
[0178] 得られた積層型圧電素子に直流電圧を印加し、破壊に至る電界を調査した結果を 、表 3に示す。 150Vの矩形波を入力し、破壊に至るサイクル数を表 3に示す。
[0179] 次に、積層型圧電素子を鏡面研磨し EPMA定量分析を内部電極に挟まれた圧電 体 1中の任意の場所について 5点測定した。これより、強度 (カウント値)と含有量の検 量線を作成した。次に、積層型圧電素子の厚さ方向に対して EPMA線分析を行い、 2つの内部電極 2に挟まれた圧電体 1中の金属成分含有量の分布を測定した。 EP MA線分析ではカウント値し力得られな 、ため、検量線から圧電体 1中の金属成分の 含有量を算出した。この結果を図 6に示す。 40点程度のデータから、圧電体 1中の金 属成分の含有量の平均値と標準偏差を求めた。
[0180] (表 3) 圧電体中の 拡散量の
焼成温度 絶縁破壊電界 破壊サイクル数
No 銀の量 ばらつき
(°C) (kV/mm) (回）
(重量％) ( σ )
*1 800 0.003 1.0 分極時に破壊
2 850 0.01 0.5 4.2 1 X 109
3 890 0.05 0.3 5.4 2X109
4 900 0.09 0.2 10.5 3X109
5 950 0.15 0.2 11.2 3X109
6 1000 0.25 0.3 10.1 3X109
7 1020 0.3 0.5 7.3 2X109
8 1050 0.4 0.5 6.3 2X109
9 1100 0.7 0.5 5.4 1 X 109
10 1150 1.0 0.5 5.2 1 X 109
*11 1200 2.0 1.0 3.5 1 X 108
*12 1250 3.0 1.0 3.2 1 X 108 [0181] 表 3より、圧電体中への銀の拡散量が 0. 01重量％より少ないと (試料 No. 1)、圧電 体が充分に焼結せず、分極時に破壊してしまう。圧電体中への銀の拡散量が 0. 01 〜1重量％であると、（試料 No. 2〜 10)、拡散量のばらつきも小さぐ絶縁破壊電界 、破壊サイクル数ともに大きくなり、耐久性が向上することが確認できる。また、試料 N o. 11、 12は、焼成温度が高ぐ銀の拡散量が多くなつたことでマイグレーションが起 こりやすくなり、絶縁破壊電界、破壊サイクル数ともに低下することがゎカゝる。
[0182] なお、本発明は、上記実施例 3に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱し な 、範囲内で種々の変更を行うことは何等差し支えな 、。
産業上の利用可能性
[0183] 本発明の積層型電子部品は、積層型セラミックコンデンサゃ圧電トランスに利用で きる。また、本発明の積層型電子部品は、自動車用燃料噴射装置、光学装置等の精 密位置決め装置や振動防止用の駆動素子等に用いられる積層型圧電ァクチユエ一 タに利用できる。さらに、本発明の積層型電子部品を用いることにより、自動車用燃 料やインクジヱットプリンタのインク等の噴射装置に利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも 1つの誘電体と第 1及び第 2の内部電極力 なる複数の内部電極とが交 互に積層されてなる有効層と該有効層の積層方向の両端に設けられた保護層とを含 む積層体と、
前記積層体の 2つの側面にそれぞれ形成され、その一方が前記第 1の内部電極に 接続され、他方が前記第 2の内部電極に接続されて!ヽる外部電極とを有する積層型 電子部品であって、
前記有効層は、隣接する前記第 1の内部電極と前記第 2の内部電極が互いに対向 している活性部と、その活性部の外側に位置し、前記第 1の内部電極同士もしくは前 記第 2の内部電極同士が対向している非活性部とからなり、前記活性部の色と前記 非活性部の色が異なっていることを特徴とする積層型電子部品。
[2] 前記活性部と前記非活性部の間の L * a * b *表色系における色差 Δ E * abが 1.
0以上である請求項 1に記載の積層型電子部品。
[3] 少なくとも 1つの誘電体と第 1及び第 2の内部電極力 なる複数の内部電極とが交 互に積層されてなる有効層と該有効層の積層方向の両端に設けられた保護層とを含 む積層体と、
前記積層体の 2つの側面にそれぞれ形成され、その一方が前記前記第 1の内部電 極に接続され、他方が前記第 2の内部電極に接続されている外部電極とを有する積 層型電子部品であって、
前記有効層の色と前記保護層の色が異なっていることを特徴とする積層型電子部
P
PPo
[4] 前記有効層と前記保護層の間の L * a * b *表色系における色差 A E * abが 1. 0 以上である請求項 3に記載の積層型電子部品。
[5] 前記誘電体の色と前記内部電極の色は異なっており、前記誘電体と前記内部電極 の間の L * a * b *表色系における色差 Δ E * abが 1. 5以上である請求項 2または 4 に記載の積層型電子部品。
[6] 前記誘電体が圧電体であり、前記活性部を変位部とし、前記非活性部を非変位部 とした請求項 1乃至 5のいずれかに記載の積層型電子部品。
[7] 複数の誘電体と複数の内部電極とを積層してなる積層体を含んでなり、前記誘電 体の厚みが 50 μ m以上であり、かつその厚みばらつきが 10 μ m以下であること特徴 とする積層型電子部品。
[8] 前記誘電体がぺロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項 7〖こ 記載の積層型電子部品。
[9] 少なくとも 1つの圧電体と第 1及び第 2の内部電極力 なる複数の内部電極とが交 互に積層されてなる積層体と、前記積層体の 2つの側面にそれぞれ形成され、その 一方が前記第 1の内部電極に接続され、他方が前記第 2の内部電極に接続されてい る外部電極とを有する積層型電子部品であって、
前記圧電体は、 VIII族金属および Zまたは lb族金属を 0. 01〜1重量％含有して いることを特徴とする積層型電子部品。
[10] 前記圧電体中の VIII族金属および Zまたは lb族金属含有量が、圧電体全体に渡 り実質的に均一である請求項 9に記載の積層型電子部品。
[11] 前記圧電体がぺロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項 6、 9及 び 10のうちのいずれか 1つに記載の積層型電子部品。
[12] 前記ぺロブスカイト型酸ィ匕物が PbZrO -PbTiO力 なる請求項 8、又は 11に記載
3 3
の積層型電子部品。
[13] 前記積層体は、前記 2つの側面の一方の側面において、前記第 2の内部電極と前 記外部電極の間に溝が形成され、他方の側面において、前記第 1の内部電極と前記 外部電極の間に溝が形成されてなり、
前記溝にそれぞれ前記圧電体よりもヤング率の低 ヽ絶縁体が充填されて！ヽる請求 項 6, 9, 10, 11及び 12のうちのいずれか 1つに記載の積層型電子部品。
[14] 前記内部電極中の金属糸且成物が VIII族金属および Zまたは lb族金属を主成分と することを特徴とする請求項 1〜13のうちのいずれか 1つに記載の積層型電子部品。
[15] 前記内部電極中の VIII族金属の含有量を Ml重量％、 lb族金属の含有量を M2重 量0 /0としたとき、 0く Ml≤15、 85≤M2く 100、 Ml + M2= 100を満足することを 特徴とする請求項 14に記載の積層型電子部品。
[16] 前記 VIII族金属が Ni、 Pt、 Pd、 Rh、 Ir、 Ru、 Osのうち少なくとも 1種以上であり、 lb 族金属が Cu、 Ag、 Auのうち少なくとも 1種以上であることを特徴とする請求項 9〜 11 , 14及び 15のうちのいずれ力 1つに記載の積層型電子部品。
[17] 前記 VIII族金属が Pt、 Pdのうち少なくとも 1種以上であり、 lb族金属が Ag、 Auのうち 少なくとも 1種以上である 9〜11, 14及び 15のうちのいずれ力 1つに記載の積層型 電子部品。
[18] 前記 VIII族金属が Niである 9〜11, 14及び 15のうちのいずれ力 1つに記載の積層 型電子部品。
[19] 前記 lb族金属が Cuである 9〜11, 14及び 15のうちのいずれ力 1つに記載の積層型 電子部品。
[20] 前記内部電極中に金属組成物とともに無機組成物を添加したことを特徴とする請 求項 1〜19のうちのいずれかの一つに記載の積層型電子部品。
[21] 前記無機組成物が PbZrO— PbTiOからなるぺロブスカイト型酸化物を主成分と
3 3
することを特徴とする請求項 20記載の積層型電子部品。
[22] 前記積層体の焼成温度が 900°C以上 1000°C以下であることを特徴とする請求項 9 〜21のうちのいずれか 1つに記載の積層型電子部品。
[23] 前記内部電極は、該内部電極の厚み方向に貫通するボイドを有している請求項 1 〜22に記載の積層型電子部品。
[24] 噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納され、前記第 1と前記第 2の内部電 極の間に印加される電圧に対応して積層方向に伸縮する請求項 1乃至 23のいずれ 力に記載の積層型電子部品と、該積層型電子部品を駆動することにより前記噴射孔 力 液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。
[25] 誘電体を含むスラリーを用いてテープ成形により厚み 50 m以上で厚みばらつき が 10 m以下である誘電体のシートを作製し、そのシートに内部電極を印刷した後 に積層して焼成することを特徴とする積層型電子部品の製造方法。
[26] 前記シートを作製する前に、前記スラリーの粘度を 15ボイズ以上に調整する工程を 含む請求項 25記載の積層型電子部品の製造方法。
[27] 前記シートは、バインダーとしてアクリル、プチラールの少なくとも一種類を含み、溶 媒としてアルコール、トルエンの少なくとも一種類を含むことを特徴とする請求項 25ま たは 26記載の積層型電子部品の製造方法。
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