WO2007049697A1 - 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 - Google Patents

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WO2007049697A1
WO2007049697A1 PCT/JP2006/321375 JP2006321375W WO2007049697A1 WO 2007049697 A1 WO2007049697 A1 WO 2007049697A1 JP 2006321375 W JP2006321375 W JP 2006321375W WO 2007049697 A1 WO2007049697 A1 WO 2007049697A1
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metal layer
piezoelectric element
layers
external electrode
multilayer
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PCT/JP2006/321375
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Shigenobu Nakamura
Susumu Ono
Takeshi Kato
Koichi Nagasaki
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Kyocera Corporation
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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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 laminated piezoelectric element mounted on a fuel injection device of an automobile engine, and an injection device using the same.
  • FIG. 28 is a perspective view showing a conventional multilayer piezoelectric element.
  • FIG. 29 is an enlarged cross-sectional view showing a joint portion between the side surface of the multilayer body and the external electrode in the multilayer piezoelectric element.
  • this multilayer piezoelectric element is composed of a multilayer body 110 and external electrodes 104 formed on a pair of side surfaces facing each other.
  • the laminate 110 is formed by alternately laminating the piezoelectric layers 101 and the metal layers 102 constituting the laminate 110, but the metal layers 102 are not formed on the entire main surface of the piezoelectric layer 101. It has an electrode structure. That is, in the laminate 110, for example, the internal electrode 102 is formed on the main surface of the piezoelectric layer 101, and a non-formed portion is provided. The non-formed portions are arranged so as to be alternately adjacent to the pair of external electrodes 104. As a result, the internal electrodes 102 are exposed on different side surfaces of the multilayer body 110 every other layer, and are connected to every other pair of external electrodes 104 formed on the opposite side surfaces of the multilayer body 110. Inactive layers 109 are stacked on both ends in the stacking direction of the stacked body 110.
  • the external electrode 104 is formed by applying a conductive paste containing a conductive material such as silver to the side surface of the laminate 103 and baking it (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-332312). JP, JP 2000-31558, JP 2005-174974).
  • Patent Document 2 JP 2000-31558 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-174974
  • An object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric element and an injection device that are excellent in durability, in which even when driven continuously for a long time under a high electric field and high pressure, the external electrode does not peel off the side force of the laminated body.
  • the multilayer piezoelectric element of the present invention and an injection device using the same have the following constituent forces.
  • at least one of the plurality of metal layers is a porous metal layer having more voids than metal layers on both sides adjacent to the metal layer in the stacking direction.
  • a laminated piezoelectric element characterized in that a part of the covering member enters between two piezoelectric layers adjacent to the porous metal layer in the laminating direction.
  • the external electrode includes a conductive material and a glass material, and a part of the external electrode that enters between the two piezoelectric layers is more than an external electrode other than this part. Also of the glass material The multilayer piezoelectric element according to (3) or (4), wherein the content is large.
  • the external electrode includes a plurality of layers stacked in a direction perpendicular to the side surface of the multilayer body, and a layer adjacent to the side surface of the multilayer body among the plurality of layers includes other layers.
  • the laminated piezoelectric element according to any one of (3) to (5), wherein the glass material content is higher than that of the layer.
  • the thickness is gradually reduced toward the peripheral side, and a separation portion that is spaced apart from the side surface of the laminate is formed.
  • the multilayer piezoelectric element according to any one of 3) to (6).
  • the external electrode is composed of a plurality of layers laminated in a direction perpendicular to the side surface of the laminate, and the outer layer has a larger coefficient of thermal expansion than the inner layer.
  • a laminated piezoelectric element according to any one of the above.
  • the angle formed by the straight line connecting the boundary between the portion where the external electrode is in contact with the side surface of the multilayer body and the separation portion and the tip of the separation portion is the side surface of the multilayer body, 1 degree or more 45
  • the porous metal layer is composed of a plurality of partial metal layers interspersed between two piezoelectric layers adjacent to the porous metal layer in the stacking direction.
  • the laminated piezoelectric element according to any one of (1) to (18), which is disposed apart from each other.
  • the metal layers on both sides adjacent to the porous metal layer in the stacking direction have fewer voids than the metal layers adjacent to the metal layer in the stacking direction!
  • the plurality of porous metal layers are regularly arranged in the stacking direction of the laminate, and a part of the covering member is interposed between the piezoelectric layers on which the porous metal layers are arranged.
  • the part of the covering member that enters the piezoelectric layer has a thickness t in the stacking direction and a depth D that penetrates the piezoelectric layer such that D> 0.
  • An injection device configured to inject from the injection hole by driving.
  • a common rail that stores high-pressure fuel the injection device according to (29) that injects fuel stored in the common rail, a pressure pump that supplies high-pressure fuel to the common rail, and the injection device
  • At least one of the plurality of metal layers is porous with more voids than the metal layers on both sides adjacent to the metal layer in the stacking direction. Since it is a metal layer, a part of the covering member can be allowed to enter the gap of the porous metal layer during the manufacturing process of the element. As described above, a part of the covering member enters between two piezoelectric layers adjacent to the porous metal layer in the stacking direction, thereby improving the bonding strength between the covering member and the side surface of the stacked body. it can.
  • the structure is such that a pile is driven into the laminated body from the side surface of the laminated body (anchor effect). ).
  • anchor effect As a result, the covering member and the laminate are firmly bonded, and even when the covering member is continuously driven for a long time under a high electric field and high pressure, it is possible to prevent the covering member from peeling off the side force of the laminate. it can.
  • the stress generated between the laminated body that expands and contracts during driving and the covering member is relieved by the deformation of the piezoelectric body due to the pressure and the stress relaxation effect due to the air gap, the bonding reliability between the covering member and the laminated body is reduced.
  • Sex is further enhanced. Furthermore, since a part of the covering member enters the same piezoelectric layer as the piezoelectric layer where the porous metal layer having many voids is arranged, the stress relaxation effect due to the voids in the porous metal layer is reduced. It is in a state where it is easy to act on a part of. As a result, a stress relaxation effect is effectively exerted on a part of the covering member, and the stress during driving becomes difficult to be applied to a part of the covering member. Bonding reliability with the body layer is further enhanced. As a result, a multi-layer piezoelectric element with high durability and long life can be obtained.
  • the coating member is an exterior resin covering the side surface of the laminate, the exterior resin and the laminate side The surfaces are firmly joined. As a result, even when driven continuously for a long time under high temperature, high humidity, high electric field, and high pressure, it is possible to prevent the exterior resin from peeling off the side force of the laminate. As a result, it is possible to prevent the occurrence of silver migration on the surface of the element due to entry of water vapor in the peeling partial force atmosphere, and it is possible to prevent conduction between the metal layers and deterioration of the function of the laminate.
  • the covering member is a pair of external electrodes in which a plurality of metal layers are alternately connected, it is possible to prevent the connection between a part of the metal layers and the external electrodes, so that the displacement of the element can be prevented. It is possible to prevent the characteristics from deteriorating.
  • the covering member is a pair of external electrodes in which a plurality of metal layers are alternately connected and an outer casing covering the side surface of the laminate, each of the effects described above can be obtained, and the external electrodes can be laminated. Since it is covered with the exterior resin firmly bonded to the side surface of the body, the bonding strength of the external electrode is further increased.
  • the external electrode includes a conductive material and a glass material, and enters the two piezoelectric layers, and a part of the external electrode has a glass material content higher than that of the external electrode other than the part.
  • the glass component easily diffuses and dissolves in the piezoelectric layer due to the glass component at the portion where the glass component is large, so that a part of the external electrode that has entered between the piezoelectric layers and the piezoelectric in contact therewith. Bonding strength with the body layer is improved. As a result, since the anchor effect in a part of the external electrode is increased, the bonding strength of the external electrode can be further improved.
  • the external electrode is composed of a plurality of layers laminated in a direction perpendicular to the side surface of the laminated body, and a layer adjacent to the side surface of the laminated body among these layers contains a glass material more than the other layers.
  • the glass component easily enters between adjacent piezoelectric layers, so that the bonding strength between the external electrode and the side surface of the laminate can be further increased.
  • the glass component contained in the outer layer is less than the layer located on the side surface side of the laminate, so that the lead joined to the external electrode by soldering. The bonding strength of the wire can be increased. This is because solder generally has a low wettability with respect to glass components.
  • the thickness of the outer electrode is gradually reduced toward the peripheral edge, and the outer electrode is laminated.
  • this separation part can absorb the stress generated at the joint boundary part between the external electrode and the laminate, so that the laminated part joined to the external electrode It can control that a crack arises in a body.
  • the separation portion When there is a gap between the separation portion and the side surface of the laminated body, the separation portion can be freely deformed, so that the stress generated at the boundary between the external electrode and the piezoelectric body is significantly reduced. It can be reduced.
  • the external electrode is composed of a plurality of layers laminated in a direction perpendicular to the side surface of the laminate, and the outer layer has a larger coefficient of thermal expansion than the inner layer, or among the plurality of layers, When the layer adjacent to the side surface protrudes more to the peripheral side than the other layer, it comes into contact with the side surface of the laminate!
  • the separation part can be easily and effectively formed, and the external electrode and the piezoelectric layer can be formed. It can effectively absorb the stress generated at the joint boundary of the body.
  • the separation portion also has a force only in the layer adjacent to the side surface of the laminate, the stress generated at the boundary between the external electrode and the piezoelectric body can be more effectively reduced.
  • the two piezoelectric layers adjacent to the porous metal layer are not displaced when the piezoelectric element is driven. Thereby, stress can be prevented from concentrating on the porous metal layer, and a laminated piezoelectric element having excellent durability can be provided.
  • the porous metal layer in this embodiment is composed of a plurality of partial metal layers that are in a state of being separated from each other, it does not function as an internal electrode.
  • the metal layers on both sides adjacent to the porous metal layer in the stacking direction are high-density metal layers having fewer voids than the metal layers adjacent to the metal layer in the stacking direction, Since the contact area between the end portion of the high-density metal layer and the covering member becomes large, the contact strength is further improved.
  • the covering member is an external electrode
  • the conductive material is likely to diffuse between the end portions of the high-density metal layer and the covering member.
  • the bonding strength of the external electrode can be further increased.
  • a part of the covering member is inserted between the piezoelectric layers on which the porous metal layer is arranged to obtain an anchor effect, and diffusion between the metal layer on both sides adjacent to the porous metal layer and the external electrode is achieved.
  • the joint strength is improved by joining. If too many porous metal layers are arranged to increase the bonding strength between the external electrode and the side surface of the laminate, the strength of the element may be reduced. Combined with the effect of diffusion bonding by the density metal layer, the bonding strength of the external electrode is improved and the strength of the entire device is reduced. Can be suppressed.
  • the high-density metal layer is thicker than the metal layers adjacent to these metal layers in the stacking direction, the effect of increasing the bonding area and the effect of promoting diffusion bonding are further enhanced. Further, the bonding strength of the covering member, particularly the external electrode can be increased.
  • the multilayer body includes a plurality of porous metal layers
  • the stress generated when the porous metal layers are displaced can be relaxed, so that the durability of the element is further improved.
  • the bonding strength of the covering member is further increased.
  • the laminated piezoelectric element is stored in the storage container having the injection hole, excellent durability even in continuous use under a high electric field and high pressure. Demonstrate
  • FIG. 1 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element that works on the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 (cross-sectional view cut in a direction perpendicular to the metal layer).
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between an external electrode and a side surface of a laminated body in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view (a cross-sectional view cut in a direction perpendicular to a metal layer) showing a multilayer piezoelectric element according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the external electrode and the side surface of the multilayer body in the second embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view in which a metal layer and its vicinity in the multilayer piezoelectric element of the second embodiment are enlarged.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view enlarging a porous metal layer and its vicinity in the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view (a cross-sectional view cut in a direction perpendicular to a metal layer) showing a multilayer piezoelectric element according to a third embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken in a direction perpendicular to a metal layer) showing a multilayer piezoelectric element according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between an external electrode and a side surface of a multilayer body in a fourth embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view showing a multilayer piezoelectric element that works on the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a multilayered piezoelectric element that can be applied to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element according to a sixth embodiment coated with an exterior resin.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the exterior resin and the side surface of the multilayer body in the multilayer piezoelectric element of the sixth embodiment.
  • FIG. 17 A cross-sectional view of the multilayer piezoelectric element of the sixth embodiment when cut at the interface between the metal layer and the piezoelectric layer.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a multilayer piezoelectric element that works according to a seventh embodiment.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the interface between the metal layer and the piezoelectric layer in the multilayer piezoelectric element of the seventh embodiment.
  • FIG. 21 is an enlarged cross-sectional view in which a metal layer and the vicinity thereof are enlarged in a multilayer piezoelectric element according to a seventh embodiment.
  • FIG. 22 is a perspective view showing an arrangement state of partial metal layers on a piezoelectric layer in a seventh embodiment.
  • FIG. 23 is a perspective view showing a multi-layer piezoelectric element that works according to an eighth embodiment.
  • FIG. 24 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a joined state between the piezoelectric layer and the external electrode in FIG.
  • FIG. 25 is an enlarged cross-sectional view showing another example of the bonding state between the piezoelectric layer and the external electrode in FIG.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing an injection device that works according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a schematic view showing a fuel injection system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a perspective view showing a conventional multilayer piezoelectric element.
  • FIG. 29 is an enlarged cross-sectional view showing a joint portion between a side surface of a multilayer body and an external electrode in a conventional multilayer piezoelectric element.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view taken along a plane including a metal layer (internal electrode layer) in a conventional multilayer piezoelectric element.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element that can be applied to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in Fig. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the external electrode 4 and the side surface of the multilayer body 10 in the present embodiment.
  • the multilayer piezoelectric element has a multilayer body 10 in which a plurality of piezoelectric layers 1 and a plurality of metal layers 2 are alternately stacked, A pair of external electrodes (coating members) 4 and 4 ′ that are electrically connected to every other end of the metal layer 2 are joined to the opposite side surfaces of the laminate 10.
  • Lead wires 6 are connected and fixed to the external electrodes 4 and 4 'by soldering or the like. These lead wires 6 can be connected to an external voltage supply unit (not shown). Thereby, a predetermined voltage required to displace the piezoelectric layer 1 by the inverse piezoelectric effect can be supplied to each metal layer 2.
  • the metal layer 2 disposed between the piezoelectric layers 1 is made of a metal material such as silver-palladium.
  • an inactive layer 9 composed of a plurality of piezoelectric layers is disposed at both ends of the laminate 10 in the stacking direction, and the inactive layer 9 is placed on one end side with a metal. Since the metal layer 2 is arranged, no displacement occurs even when a voltage is applied.
  • the multilayer piezoelectric element of the present embodiment has one external electrode 4 (or external electrode 4 ′) in a partial region between two adjacent piezoelectric layers 1. It is characterized in that an insertion portion 4a into which the portion is inserted is formed. Specifically, the insertion portion 4a is formed in a region between two adjacent piezoelectric layers 1 and in a region between the side end E of the metal layer 2a and the side surface S of the multilayer body 10. Yes. This region is formed not only on the external electrode 4 side shown in FIG. 3, but also on the external electrode 4 ′ side. The insertion portion 4a, which is a part of the external electrode 4, is joined to the side surface S of the laminated body 10 and connected to the main body of the external electrode 4! /.
  • the stress at the interface between the laminate and the covering member caused by the laminate expanding and contracting during driving causes the insertion portion into which a part of the external electrode 4 (or external electrode 4 ') is inserted. It propagates to the piezoelectric layer 1 through 4a. According to the propagated stress, the crystal structure of the piezoelectric body in contact with the insertion portion 4a changes, and the stress is absorbed.
  • the insertion portion is composed of a part of the external electrode mainly containing metal, the effect of the metal itself being deformed to relieve the stress is obtained, and the pressure at which the insertion portion 4a is in contact therewith is obtained. Since the force for pressing the electric body is large, the crystal structure of the piezoelectric body is likely to change.
  • the depth D into which the insertion portion 4a enters the region between the side end E of the metal layer 2a and the side surface S of the laminate 10 is such that D> 0. It is related to the thickness t of the insertion portion 4a. It is preferable to satisfy In particular, from the viewpoint of improving the bonding strength, the depth D should be 1 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more. When the depth D is 1 ⁇ m or more, a sufficient anchor effect is obtained, and a sufficient bonding strength between the external electrode 4 and the side surface S of the stacked body 10 is obtained.
  • a part of the external electrode 4 is “inserted” between the piezoelectric layers 1 and 1 as the insertion portion 4a. It does not mean that a part of the electrode 4 enters, but means that a part of the external electrode 4 enters the gap between the piezoelectric layers 1 and 1.
  • a plurality of the insertion portions 4a are arranged in the stacking direction of the laminate 10, and it is more preferable that the insert portions 4a are regularly arranged in the stacking direction of the laminate 10. .
  • the external electrode 4 force laminate 10 is bonded substantially uniformly and firmly over the entire area in the laminating direction.
  • the plurality of insertion portions 4a is provided for each number of layers of 1Z2 or less of the total number of layers of the metal layer 2 in the laminate 10, preferably for each number of layers of 1Z8 or less of the total number of layers, more preferably 1Z15 of the total number of layers. It should be provided for each of the following layers. If the period in which the insertion portion 4a is disposed is every number of layers that exceeds 1Z2 of the total number of metal layers 2, the number of insertion portions 4a decreases, so that the bonding strength of the external electrode 4 is the entire area in the stacking direction. May become non-uniform over time.
  • the insertion portions 4a are "regularly arranged", not to mention that the intervals at which the plurality of insertion portions 4a are arranged are all the same, and in the side surface S of the laminate 10
  • the arrangement interval of the insertion portions 4a is preferably within a range of ⁇ 20%, more preferably within a range of ⁇ 15%, and more preferably the same number with respect to the average value of the arrangement intervals of the insertion portions 4a. It is good to be.
  • Examples of a method of regularly arranging the insertion portions 4a include a method of arranging the insertion portions 4a every predetermined number (for example, every 20 layers). However, in such a case, when the total number of the metal layers 2 is not divisible by the predetermined number, the arrangement of the insertion portions 4a does not have to follow the rule for each predetermined number in the vicinity of both ends of the laminate 10.
  • the insertion portions 4a are alternately arranged on the positive electrode side and the negative electrode side on the side surface of the stacked body 10 on which the positive electrode 4 and the negative electrode 4 are formed.
  • a part of the external electrode 4 on the positive electrode side and a part of the external electrode 4 on the negative electrode side are equally inserted between the piezoelectric layers 1, and the external electrodes 4 on both sides are firmly balanced with the laminate 10. It is difficult to join.
  • the insertion portion 4a is provided between all the piezoelectric layers 1.
  • the external electrode 4 can be more firmly bonded to the side surface of the multilayer body 10 over the entire area in the stacking direction. Therefore, even when the external electrode 4 is continuously driven at a high electric field and at high speed, It is possible to more reliably prevent the amount of displacement from being reduced during driving without peeling from the side surface of the laminate 10.
  • by regularly arranging the insertion portions 4a between all the piezoelectric layers it is possible to achieve both performance and manufacturing cost with good tolerance.
  • the metal layer 2a disposed between the piezoelectric layers 1 in which the insertion portion 4a is formed has a main component selected from Group 8-11 metal forces of the periodic table. At least one kind is preferable.
  • the main component of the metal layer 2a as described above, the piezoelectric layer 1 and the metal layer 2a can be fired simultaneously, and the bonding interface between the piezoelectric layer 1 and the metal layer 2a can be firmly bonded. Can do. Even when the piezoelectric element is displaced and stress is applied to the metal layer 2a, the metal layer 2a itself is made of the above-mentioned metal that easily expands and contracts, so it has excellent durability that does not concentrate stress on a single point.
  • the metal component constituting the metal layer 2a is at least one selected from Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru and Os, which are Group 8 to 10 metals of the periodic table, and Group 11 metal of the periodic table It is preferably an alloy consisting of at least one selected from Cu, Ag and Au. This is because the metal composition has excellent mass productivity compared to the alloy powder synthesis technology in recent years. Further, even if the metal component constituting the metal layer 2a is a group 11 metal simple substance of the periodic table Good.
  • the metal layer 2 is mainly composed of Group 11 metal of the periodic table, and the metal layer 2a disposed between the piezoelectric layers 1 in which the insertion portions 4a are formed is other than the metal layer 2a. It is preferable that the ratio R of the Group 11 metal in the periodic table is set to be higher than that of the metal layer 2b. Thus, by setting the ratio R of the Group 11 metals of the periodic table such as copper, silver and gold having a low Young's modulus as described above, the Young's modulus of the metal layer 2a can be relatively lowered.
  • the metal layer 2a can effectively absorb strain caused by the expansion and contraction of the laminate 10 during driving, and the external electrode 4 firmly bonded to the side surface S of the laminate 10 can be The generation of stress due to expansion and contraction can be reduced. Therefore, even when driven continuously for a long time under a high electric field and high pressure, it is possible to prevent a part of the external electrode 4 from peeling off from the side surface S of the multilayer body 10 or the external electrode 4 from being disconnected.
  • the main components of the metal layer 2 and the external electrode 4 are made the same, when the conductive paste to be the external electrode 4 is applied to the side surface of the laminate 10 and baked, the external electrode 4 and the metal layer The same main components diffuse to each other at the joint portion 2a, and the external electrode 4 and the metal layer 2a are firmly joined by so-called diffusion joining.
  • the external electrode 4 and the metal layer 2a are diffusion-bonded, a compatible region in which the external electrode 4 and the metal layer 2a are compatible is formed.
  • the aforementioned “side end E of the metal layer 2a” refers to a boundary portion between the compatible region and the region of the metal layer 2a only.
  • the piezoelectric layer 1 is made of, for example, lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) 2 O (hereinafter abbreviated as PZT),
  • piezoelectric ceramic material mainly composed of barium titanate and BaTiO.
  • This piezoelectric ceramic is expected to have a high piezoelectric strain constant d indicating its piezoelectric properties.
  • the thickness of the piezoelectric layer 1, that is, the distance between the metal layers 2 is preferably 40 to 250 ⁇ m.
  • the multilayer piezoelectric element applies voltage! Even if the number of stacked layers is increased to obtain a larger displacement, the stacked piezoelectric actuator can be reduced in size and height, and the dielectric breakdown of the piezoelectric layer 1 can be prevented.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a laminated piezoelectric element that can be applied to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the external electrode 4 and the side surface S of the multilayer body 10 in the second embodiment.
  • some of the metal layers 2a ′ of the plurality of metal layers 2 are adjacent to the metal layers 2 on both sides.
  • the porosity of each metal layer may be measured.
  • the metal layer 2 has a higher porosity than the metal layers 2b on both sides adjacent to the metal layer 2a ′.
  • the metal layer 2a ′ may be referred to as “porous metal layer 2”.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the porous metal layer 2 and the vicinity thereof in the second embodiment.
  • the porous metal layer 2 includes a plurality of partial metal layers 2c (a plurality of partial metal layers distributed in an island shape) interspersed between the piezoelectric layers 1 and voids. It consists of 2d.
  • an insertion portion 4a into which a part of the external electrode 4 is inserted is formed between the piezoelectric layers 1 on which the porous metal layer 2 is disposed.
  • the porous metal layer 2 has more voids 2d than the metal layers 2b on both sides adjacent to each other, the components of the external electrode 4 can penetrate deeply into the metal layer 2 having many voids 2d.
  • the bonding strength between the electrode 4 and the laminate 10 can be improved more effectively. That is, when the conductive paste to be the external electrode 4 is applied to the side surface S of the laminate 10 and baked, the conductive paste becomes an island-shaped distribution on the metal layer 2c at a temperature higher than the softening paste by capillary action. invade. As a result, a multilayer piezoelectric element in which the external electrode 4 effectively enters the metal layer 2a can be formed.
  • the external electrode 4 can be firmly bonded to the side surface of the multilayer body 10, and a part of the external electrode 4 is laminated even when driven at a high speed for a long time under a high electric field and high generation force.
  • the body 10 side force can also be peeled off to prevent any problems from occurring.
  • the present embodiment even if an abnormal large current flows in the drive circuit and the external electrode 4 is peeled off from the side surface S of the stacked body 10, the following occurs.
  • the external electrode 4 has entered the dense metal layer due to the anchor effect
  • the part of the external electrode 4 is peeled off from the side surface S of the laminate 10
  • the dense electrode is in close contact with the external electrode 4.
  • the metal layer may be peeled off from the inside of the laminate 10. Therefore, cracks may occur in the piezoelectric layer 1 due to stress when being peeled off.
  • a part of the external electrode 4 is penetrated into the metal layer 2 having many voids 2d as in this embodiment.
  • the external layer 4 has a portion of the metal layer 2 where the external electrode 4 has entered.
  • the pile of the pole 4 is pulled out and only a part of the external electrode 4 is peeled off from the side surface of the laminated body 10, so that the entire laminated piezoelectric element is not affected.
  • the porosity of the metal layer 2 is preferably 10 to 95%, more preferably 40 to 90, in order to effectively allow a part of the external electrode 4 to enter between the piezoelectric layers 1. It should be%. When the porosity is 10% or more, a part of the external electrode 4 can enter effectively, so that the bonding strength between the external electrode 4 and the side surface S of the laminate 10 can be sufficiently obtained. On the other hand, when the porosity is 95% or less, the bonding strength between the metal layer 2 and the piezoelectric layer 1 disposed on both sides of the metal layer 2 is prevented from being weakened, and problems such as peeling during firing occur. Absent.
  • the size (width in the direction perpendicular to the stacking direction) of the partial metal layers 2c scattered in the metal layer 2a is preferably 1 to L00 ⁇ m.
  • the size of the partial metal layer 2c is 1 ⁇ m or more, the thickness of the porous metal layer 2a ′ does not become too thin, and a part of the external electrode 4 is effectively penetrated into the metal layer 2a. be able to.
  • the porous metal layer 2 can disperse and absorb the stress generated by the expansion and contraction of the laminate 10, and the stress is absorbed by the partial metal layer. It is possible to suppress the concentration on 2c and prevent the piezoelectric layer 1 from cracking.
  • the size of the partial metal layer 2c scattered in the porous metal layer 2 is 1 to L00 ⁇ m, a part of the external electrode enters the porous metal layer 2a ′ and is laminated.
  • the stress generated by the expansion and contraction of the body 10 can be dispersed and absorbed by the porous metal layer 2. More preferably, the size of the partial metal layer 2c scattered in the porous metal layer 2 is 3 to 50 / ⁇ ⁇ .
  • the shape of the porous metal layer 2 a ′ may be a substantially spherical shape or another shape.
  • the porous metal layer 2 is composed of a plurality of partial metal layers 2c interspersed with each other, the electrical continuity is lost and the electrode does not have to function.
  • the metal layer 2a ′ may be partially formed with respect to the piezoelectric layer 1 (so-called partial electrode structure) or may be formed on the entire surface.
  • the cross-section of the metal layer 2a using, for example, a scanning electron microscope (SEM), a metal microscope, or an optical microscope is used.
  • SEM scanning electron microscope
  • a cross-sectional image of the metal layer 2b (a cross-section parallel to the stacking direction or a cross-section perpendicular to the stacking direction) may be observed to obtain a cross-sectional image, and this cross-sectional image may be evaluated. If there is a clear difference in the number of voids between the metal layer 2a 'and the metal layer 2b in this cross-sectional image, they should be compared visually. If the number of voids in the metal layer 2 and the metal layer 2b cannot be visually determined, the void ratios may be measured and compared by the following methods.
  • the porosity of the metal layer means the ratio (%) of the area of the void to the total area of the metal layer in the cross section of the laminate 10 (cross section perpendicular or horizontal to the lamination direction).
  • the first method is a method of observing a cross section when the laminate 10 is cut along a plane parallel to the stacking direction
  • the second method is when the laminate 10 is cut along a plane perpendicular to the stack direction. This is a method of observing the cross section.
  • the laminated body 10 is polished using a known polishing means so that a cross section parallel to the lamination direction is exposed.
  • a known polishing means for example, it can be polished with diamond paste using a table polishing machine KEMET-V-300 manufactured by Kemet Japan Co., Ltd. as a polishing apparatus.
  • the cross section exposed by this polishing process is observed with, for example, a scanning electron microscope (SEM), an optical microscope, a metal microscope, an optical microscope, and the like to obtain a cross section image.
  • SEM scanning electron microscope
  • the porosity of the metal layer and the porosity of the metal layer 2b can be measured.
  • the image of the metal layer 2 or the metal layer 2b taken with an optical microscope is filled with a void portion in black and a portion other than the void in white, and the ratio of the black portion, that is, ( The area of the black part) Z (area of the black part + area of the white part) is obtained, and the percentage can be calculated by expressing it in percentage.
  • the area of the black part) Z area of the black part + area of the white part
  • the percentage can be calculated by expressing it in percentage.
  • image processing software can set the threshold value of the boundary visually and binarize it. Good.
  • the following method may be used.
  • polishing is performed in the stacking direction of the laminate 10 using a known polishing apparatus until the cross section of the metal layer 2 or the cross section of the metal layer 2b (cross section perpendicular to the stacking direction) whose porosity is to be measured is exposed.
  • the cross section exposed by this polishing process is observed with, for example, a scanning electron microscope (SEM), an optical microscope, a metal microscope, an optical microscope, and the like to obtain a cross section image.
  • SEM scanning electron microscope
  • the porosity and the porosity of the metal layer 2b can be measured. Specifically, for the image of the metal layer 2 or the metal layer 2b taken with an optical microscope, the void portion is painted in black, and the portion other than the void is painted in white, and the ratio of the black portion, that is, (black The area of the part) Z (the area of the black part + the area of the white part) is calculated and expressed as a percentage, whereby the porosity can be calculated. For example, when the cross-sectional image is a color, it may be converted into a gray scale and divided into a black portion and a white portion.
  • the threshold value for the two gradations for the black part and the white part, set the threshold value by using image processing software or visual inspection. That's fine.
  • image processing software or visual inspection it is preferable to polish to the position of about 1Z2 of these thicknesses and observe the exposed cross section.
  • the thickness of the metal layer 2a ′ or the thickness of the metal layer 2b is thin and the variation in thickness is relatively large, the entire cross section of the metal layer 2 or the entire cross section of the metal layer 2b is exposed by the polishing process.
  • the polishing process is performed until the metal layer 2 or a part of the metal layer 2 b is exposed, the exposed portion is observed to obtain a cross-sectional image, and then the polishing is further performed and the observation is already performed. You may repeat the operation of observing other parts except the part you have done several times. It is only necessary that the entire cross section of the metal layer 2 or the metal layer 2b can be observed by adding the observation images obtained by a plurality of operations in this way.
  • the insertion portion 4a which is a part of the external electrode 4 entering between the plurality of partial metal layers 2c covers the surface of the partial metal layer 2c. It is preferable. By covering the surface of the partial metal layer 2c in this way, the contact area between the insertion portion 4a and the partial metal layer 2c increases, so that the bonding strength between the external electrode 4 and the side surface S of the laminate 10 is further increased. To improve.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a multilayer piezoelectric element that works on the third embodiment of the present invention.
  • a pair of external electrodes 4, 4 ′ is formed on the side surface S of the laminate 10 in this element, and a part of the region between the two piezoelectric layers 1 has one external electrode.
  • An insertion portion 4a into which a part of the electrode 4 is inserted is formed, and the insertion portion 4 into which a part of the other external electrode 4 ′ is inserted into another part of the same region between the piezoelectric layers 1 is formed. Is formed.
  • the manufacturing cost necessary for forming the insertion portion can be reduced, so that an element having excellent durability can be manufactured at low cost.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a multilayer piezoelectric element that works according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the external electrode 4 and the side surface S of the multilayer body 10 in the present embodiment.
  • the metal layers 2e and 2e on both sides in the stacking direction of the porous metal layer 2 in the element of the present embodiment are adjacent to the metal layer 2e in the stacking direction (porous The porous metal layer 2 and the metal layer 2b) are formed to have less voids.
  • the metal layer 2e may be referred to as a high-density metal layer 2e.
  • the porosity may be measured.
  • the method for measuring the porosity is the same as described above.
  • the high-density metal layers 2e and 2e have a lower porosity than the metal layers 2a 'and 2b adjacent to the metal layers 2e and 2e in the stacking direction.
  • the high-density metal layer 2e is formed so as to have a lower porosity than the other metal layers 2 and 2b, thereby joining the end portion of the high-density metal layer and the external electrode. Since the area increases, diffusion of the conductive material tends to occur between them. Thereby, the bonding strength of the external electrode can be increased by bonding by diffusion (diffusion bonding). In other words, an insertion portion is formed between the piezoelectric layers on which the porous metal layer is arranged to obtain an anchor effect, and the bonding strength by diffusion bonding is used between the metal layer on both sides adjacent to the porous metal layer and the external electrode. The degree is improved.
  • the strength of the element may be reduced, but by combining the anchor effect by the porous metal layer and the diffusion bonding effect by the high-density metal layer as described above, It is possible to improve the bonding strength of the electrode and to suppress the overall strength of the device from being lowered.
  • the porosity of the metal layer 2e is 95% or less, more preferably 90% or less of the porosity of the metal layer 2b.
  • the high-density metal layers 2e and 2e in the present embodiment are formed so as to be thicker than the metal layers 2 and 2b adjacent to these metal layers in the stacking direction.
  • the metal layer 2e is thicker than the other metal layers 2a 'and 2b, the conductive material is likely to diffuse between the end of the high-density metal layer 2e and the external electrode. This bonding by diffusion (diffusion bonding) can increase the bonding strength of the external electrode.
  • the thickness of the metal layer 2e is 105% or more, more preferably 110% or more of the thickness of the metal layer 2b.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a multilayered piezoelectric element that works on the fifth embodiment of the present invention.
  • the external electrode 4 in this embodiment includes a plurality of layers 4b, 4c, 4d, and 4e that are stacked in a direction perpendicular to the side surface S of the stacked body 10.
  • the external electrode 4 includes a conductive material and a glass material
  • the content of the glass material in the insertion portion 4a is greater than that in other portions (the main body of the external electrode 4) than the insertion portion 4a, It has the following effects.
  • the metal component is easily diffused and dissolved in the piezoelectric layer by the glass component, so that the bonding strength between the insertion portion 4a and the piezoelectric layer in contact therewith is improved.
  • the anchor effect in the insertion portion 4a is increased, the bonding strength of the external electrode 4 to the laminate 10 can be further improved.
  • the layer 4b located on the side surface S side of the laminate 10 is formed so as to have a higher glass material content than the other layers 4c-4e.
  • glass components can easily enter between adjacent piezoelectric layers, so that the bonding strength between the external electrode 4 and the side surface S of the laminate 10 can be further increased.
  • the glass component contained in the outer layer 4e is smaller than that of the layer 4b located on the side surface S side of the laminate 10, so that the external electrode 4 Joining of lead wire 6 joined to solder by soldering Strength can be increased. This is because solder generally has low wettability to glass components.
  • the metal layers 2b and 2b (or metal layers 2e and 2e) on both sides adjacent to each other in the stacking direction of the metal layer 2a (or metal layer 2) have the same polarity. It was explained with an example.
  • the metal layers 2b and 2b (or the metal layers 2e and 2e) on both sides have the same polarity, there are the following advantages. That is, when the metal layer 2 is composed of a plurality of partial electrode layers 2c and gaps 2d, and the partial electrode layers 2c are isolated and scattered in an isolated state, the metal layer 2a 'functions as an electrode. do not do.
  • the piezoelectric layer 1 adjacent to the metal layer 2a ′ is sandwiched between the metal layers 2b and 2b (or the metal layers 2e and 2e) having the same polarity. Is not displaced even when a voltage is applied to the external electrode 4. As a result, it is possible to prevent stress from being concentrated on the metal layer 2 composed of the plurality of partial metal layers 2c. As a result, even when driven at a high speed for a long time under a high electric field and a high generation force, it is possible to more reliably prevent the problem that occurs when a part of the external electrode 4 is peeled off from the laminated body 10 side force.
  • each piezoelectric layer 1 When the thickness of each piezoelectric layer 1 is the same, the displacement amount of the piezoelectric layer 1 sandwiched between the metal layers 2b and 2b (or metal layers 2e and 2e) on both sides is sandwiched between the other metal layers 2b and 2b.
  • the displacement of the piezoelectric layer is 1Z2. For this reason, the stress exerted on the interface between the external electrode 4 and the metal layer 2 can be reduced. As a result, even when driven at a high speed for a long time under a high electric field and a high generation force, it is possible to prevent a problem that a part of the external electrode 4 peels off the side force of the laminate 10.
  • the laminated piezoelectric element according to the present invention includes a calcination powder of a perovskite oxide piezoelectric ceramic made of PZT or the like, and an organic polymer force such as acrylic or petital type. And a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) or DOP (dioctyl phthalate) to prepare a slurry, and the slurry is piezoelectrically formed by a tape molding method such as a well-known doctor blade method or calendar roll method. A ceramic green sheet to be the body layer 1 is produced.
  • a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) or DOP (dioctyl phthalate)
  • the metal layer 2 is formed by adding and mixing a binder, a plasticizer, and the like, and, if necessary, the calcined powder of the piezoelectric ceramic to the metal powder constituting the metal layer 2 such as silver palladium.
  • a conductive paste is prepared, and this is printed on the upper surface of each green sheet to a thickness of 1 to 40 / ⁇ ⁇ by screen printing or the like. Further, by controlling the thickness, the metal layer 2 having an arbitrary thickness can be produced.
  • the conductive layer forming the metal layer 2 contains an organic substance that is bonded and fixed when acrylic beads or the like are dried and volatilized when fired, so that the metal layer 2 having an arbitrary porosity is contained. Can be formed.
  • the porosity of the metal layer 2 can be controlled by controlling the amount of talyl beads added to the conductive paste. In other words, when the number of acrylic beads is small, the porosity is small. Conversely, when the acrylic beads are large, the porosity is large.
  • the amount of acrylic beads added to the conductive paste is increased, and conversely, the metal layer 2 that does not allow the external electrode 4 to penetrate is formed. In some cases, it is sufficient to reduce the amount of acrylic beads or not add acrylic beads. In order to reduce the porosity, the amount of nodding in the conductive paste may be reduced.
  • the metal sheet constituting the metal layer 2 such as silver-palladium is added to the green sheet forming the inactive layer 9, or when the green sheet forming the inactive layer 9 is laminated.
  • the shrinkage rate can be matched, the dense laminated body 10 can be formed.
  • the laminate 10 is not limited to the one produced by the above-described manufacturing method. Any production method may be used as long as a laminate 10 in which a plurality of piezoelectric layers 1 and a plurality of metal layers 2 are alternately laminated can be produced.
  • the obtained laminated fired body is ground into a predetermined shape using a known surface grinder or the like.
  • a silver glass conductive paste prepared by adding a binder, a plasticizer, and a solvent to a conductive agent powder and glass powder containing silver as a main component is screen-printed on the side surface of the laminate 10 forming the external electrode 4 To print.
  • the external electrode 4 can be formed by drying and baking at a predetermined temperature.
  • the glass component increases the bonding strength with the piezoelectric layer 1 and effectively penetrates into the metal layer 2, so that the glass component contains at least one kind of lead oxide or silicon oxide. Glass with a glass point of 800 ° C or lower is desirable.
  • the glass components are silica glass, soda lime glass, lead alkali silicate glass, aluminoborosilicate glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, borate glass, phosphate glass.
  • Lead glass is used.
  • alkaline earth metal oxides such as MgO, CaO, SrO, BaO
  • Amounts containing 0 to: L0 mass%, alkali metal oxides 0 to: L0 mass% can be used.
  • the borosilicate glass may be a glass containing 5 to 30% by mass of ZnO. ZnO has the effect of lowering the working temperature of borosilicate glass.
  • Glasses containing ⁇ 30 mass%, ZnO 0 ⁇ 30 mass%, alkaline earth metal oxides 0 ⁇ 30 mass%, alkali metal oxides 0 ⁇ 10 mass% can be used.
  • Alkali metal oxides 0- Glass containing L0% by mass can be used.
  • the conductive agent constituting the external electrode is preferably composed mainly of silver from the viewpoints of acid resistance, low Young's modulus and low cost.
  • a small amount of platinum or palladium may be added from the viewpoint of enhancing the electostatic migration resistance.
  • the baking temperature of the silver glass conductive paste is such that a part of the external electrode 4 is a metal layer. 2 and at a temperature higher than the soft melting point of the glass contained in the silver glass conductive paste, 500 to 800 ° C. desirable.
  • the soft spot of the glass in the silver glass conductive paste is preferably 500 to 800 ° C.
  • a conductive auxiliary member made of a conductive adhesive in which a metal mesh or a mesh-like metal plate is embedded on the outer surface of the external electrode 4 may be formed.
  • a conductive auxiliary member on the outer surface of the external electrode 4, even when a large current is input to the actuator and driven at a high speed, a large current can flow through the conductive auxiliary member. Because the current flowing through the external electrode 4 can be reduced, the external electrode 4 can be prevented from causing local heat generation and disconnection, and the durability can be greatly improved.
  • the metal mesh is a braided metal wire
  • the mesh 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.
  • the conductive particles are 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 increased. It is because it can raise more.
  • the laminated body including the external electrode 4 is coated with the outer surface of the laminate 10 including silicone rubber using a technique such as dating, and at the same time, the lead wire 6 is connected to the external electrode 4 with solder or the like.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention is completed.
  • multilayer piezoelectric element of the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the external electrode 4 is formed on the opposing side surface of the multilayer body 10.
  • a pair of external electrodes 4 may be formed on adjacent side surfaces.
  • the etched metal layer surface is smooth only by removing the metal layer 102 by etching to form a receding portion and filling the receding portion with the polymer organic insulating material 122.
  • the insufficient bonding strength between the polymer organic insulating material 122 and the outer resin 121 it was impossible to sufficiently prevent the outer resin from being peeled off when continuously driven in a high electric field ( For example, JP-A-4-369277).
  • FIG. 13 is a perspective view showing a state before coating the exterior resin (covering member) in the multilayer piezoelectric element according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element covered with an outer casing and covered in the sixth embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the external resin and the side surface of the multilayer body in the multilayer piezoelectric element of the present embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the multi-layer piezoelectric element of the present embodiment when cut at the interface between the metal layer and the piezoelectric layer.
  • the laminated piezoelectric element that is useful in the present embodiment includes a laminated body 10 in which a plurality of piezoelectric layers 1 and a plurality of metal layers 2 are alternately laminated, A pair of external electrodes 4 that electrically connect the end portions of the metal layer 2 every other layer are joined to opposite side surfaces of the laminate 10.
  • a lead wire 6 is connected and fixed to each external electrode 4 by solder or the like. The lead wire 6 can be connected to an external voltage supply unit (not shown).
  • an outer casing covering the side surface of the multilayer body 10 and the external electrode 4 is provided. Fat 21 is coated.
  • a part of the outer resin 21 is a part of the two adjacent piezoelectric layers 1. It is characterized by entering the area. Specifically, the interior 21a, which is a part of the exterior resin 21, is a region between two adjacent piezoelectric layers 1 and includes the side end E of the metal layer 2a and the side surface S of the laminate 10. It is in the area T between.
  • the interior resin 21 a entering the region T is integrated with the main body 21 b of the exterior resin 21 joined to the side surface S of the laminate 10.
  • integrated means that the interior resin 21a is not simply in contact with the exterior resin body 21b, but the interior resin 21a is connected to the exterior resin body 21b. ).
  • the interior resin 21a which is a part of the exterior resin 21, is intruded into the region T between the piezoelectric layers 1 and is integrated with the exterior resin body 21b to form a laminate.
  • the structure is such that a pile is driven into the laminated body 10 from the side surface S of the body 10, and the joint strength between the outer casing 21 and the laminated body 10 is greatly improved by a so-called anchor effect.
  • the stress at the interface between the laminate and the covering member which is generated when the laminate expands and contracts during driving, is applied to the piezoelectric layer 1 via the internal resin 21a entering the region T. Propagate. In accordance with the propagated stress, the crystal structure of the piezoelectric body in contact with the internal resin 21 entering the region T changes, and the stress is absorbed.
  • the inner layer resin 21a is mainly composed of resin, it is possible to cover the piezoelectric body in contact with the inner layer resin 21a simply by deforming the resin itself and relaxing the stress. It absorbs volume changes due to changes in the body's crystal structure and prevents new stress generation.
  • the piezoelectric body is oxidized and reduced according to the oxygen concentration and humidity of the surrounding atmosphere, and the piezoelectric characteristics change in the long-term use of the multilayer piezoelectric element.
  • the internal grease 21 can suppress the influence of the use environment. Thereby, the stress relaxation function of the piezoelectric body becomes highly durable, the bonding reliability between the covering member and the stacked body is further improved, and a long-life multilayer piezoelectric element can be obtained.
  • the interior resin 21a in the region T which is a part of the exterior resin 21 is laminated with the side edge E of the metal layer 2a.
  • the depth D entering the region T between the side surface S of the body 10 is preferably not less than m, preferably not less than 5 ⁇ m, from the viewpoint of improving the bonding strength. When the depth D is 1 ⁇ m or more, a sufficient anchor effect can be obtained, and a sufficient bonding strength between the exterior resin 21 and the side surface of the laminate 10 can be obtained.
  • regions T there are a plurality of regions T between the piezoelectric layers 1 into which a part of the outer resin 21 has entered, and these regions T are regularly arranged in the stacking direction of the piezoelectric layers 1. I prefer it. As described above, by arranging the regions T in which the internal resin 21a has entered regularly in the stacking direction, the external resin 21 is bonded substantially uniformly and firmly over the entire area of the stack 10 in the stacking direction. .
  • the plurality of regions T corresponds to the number of layers of 1Z2 or less, preferably the number of layers of 1Z8 or less, more preferably the total number of layers of the metal layer 2 in the laminate 10. It is good to have one for each number of layers below 1Z15. If the period in which the region T is disposed is every number of layers that exceeds 1Z2 of the total number of metal layers 2, the number of regions T decreases, so that the bonding strength of the exterior resin 21 extends over the entire area in the stacking direction. May be non-uniform.
  • the regions T are preferably arranged almost regularly in the stacking direction of the stacked body 10, but the regularity force near the center of the stacked body 10 may deviate near both ends in the stacking direction. ! /
  • the region T is "regularly arranged" means not only that the intervals at which the plurality of regions T are arranged are all the same, but also the entire area in the stacking direction on the side surface of the stacked body 10. This is a concept including the case where the arrangement intervals of the regions T are approximated to such an extent that the outer casing 21 can be joined substantially uniformly and firmly.
  • the arrangement interval of the regions T is preferably within a range of ⁇ 20%, more preferably within a range of ⁇ 15%, and more preferably the same number with respect to the average value of the arrangement intervals of the regions T. It is good to be.
  • the metal layer 2b other than the metal layer 2a exists between the two regions T in which the metal layer 2a has entered.
  • the outer resin 21 located on the positive electrode side and the outer resin 21 located on the negative electrode side uniformly enter the metal layer 2a, and the outer resin 21 located on the positive electrode side and the outer resin located on the negative electrode side The resin 21 can be firmly bonded to the laminate 10 in a well-balanced manner.
  • the interior resin 21a which is a part of the exterior resin 21 enters, and the metal layer 2a existing between the piezoelectric layers 1 has a main component. It is preferably at least one selected from Group 8 to 11 metal forces of the periodic table.
  • the main component of the metal layer 2a as described above, the piezoelectric layer 1 and the metal layer 2a can be fired simultaneously, and the bonding interface between the piezoelectric layer 1 and the metal layer 2a is strongly bonded. be able to.
  • the metal layer 2a itself easily expands / contracts!
  • the metal component constituting the metal layer 2a is at least one selected from Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os, which are Group 8-10 metals of the Periodic Table, It is preferably an alloy composed of at least one selected from the group consisting of Cu, Ag and Au force. This is because the metal composition has excellent mass productivity in recent alloy powder synthesis technology. Further, the metal component constituting the metal layer 2a may be a group 11 metal simple substance in the periodic table.
  • the metal layer 2 is composed mainly of a Group 11 metal in the periodic table, and the metal layer 2a existing between the piezoelectric layers 1 into which the internal resin 21a enters is other than the metal layer 2a.
  • the ratio of the Group 11 metal of the periodic table is preferably set higher than that of the other metal layer 2b. Thereby, the piezoelectric layer 1 and the metal layers 2a and 2b can be fired simultaneously.
  • the interior resin 21a enters the metal layer 2a by keeping the metal layer 2a higher than the metal layer 2b.
  • the Young's modulus of the metal layer 2a adjacent to the protruding region T can be made relatively low.
  • the metal layer 2a can effectively absorb the distortion caused by the expansion and contraction of the laminate 10 during driving, and the exterior resin 21 firmly bonded to the side surface of the laminate 10 can be expanded and contracted by the extension and contraction of the laminate 10. Since it is possible to reduce the occurrence of stress, it is possible to prevent the occurrence of the problem that the outer casing 21 peels off the laminate 10 side force even when continuously driven for a long time under a high electric field and high pressure. Can do.
  • the exterior resin 21 is composed of silicone resin, epoxy resin, polyimide resin, fluorine resin, urethane resin, polyamideimide resin, acrylic resin, nylon resin, and polyester resin. It is preferable to include at least one selected from the group.
  • the interior resin 21a may also include at least one selected from the above-mentioned resin powers.
  • the piezoelectric layer 1 is made of, for example, lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) 2 O (hereinafter abbreviated as PZT),
  • piezoelectric ceramic material mainly composed of barium titanate and BaTiO.
  • This piezoelectric ceramic is expected to have a high piezoelectric strain constant d indicating its piezoelectric properties.
  • the thickness of the piezoelectric layer 1, that is, the distance between the metal layers 2, is preferably 40 to 250 ⁇ m.
  • the multilayer piezoelectric element applies voltage! Even if the number of stacked layers is increased to obtain a larger displacement, the stacked piezoelectric actuator can be reduced in size and height, and the dielectric breakdown of the piezoelectric layer 1 can be prevented.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a multi-layer piezoelectric element that works according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the exterior resin 21 and the side surface of the laminate 10 according to the seventh embodiment.
  • several metal layers 2a ′ of the plurality of metal layers 2 are formed on both sides adjacent to the metal layers 2a ′. It is a porous metal layer 2 in which a part of the outer resin 21 (inner resin 21a) has entered a part of the void 2d having a higher ratio (void ratio) of the void 2d than the metal layer 2b. It is a feature.
  • the porous metal layer 2a ′ is composed of the partial metal layer 2c and the void 2d, and the porous metal layer 2 has more voids 2d than the adjacent metal layers 2b.
  • the component of the outer resin 21 can penetrate deeply into the porous metal layer 2 having many voids 2d, and the bonding strength between the outer resin 21 and the laminate 10 can be improved more effectively.
  • the “void” refers to a portion where the metal constituting the metal layer does not exist in the region between the piezoelectric layers 1. Therefore, even if the interior resin 21a enters the gap, this portion is also referred to as a gap for convenience.
  • the porosity of the porous metal layer 2 is preferably 10 to 95%, more preferably 40 to 90% in order to allow the outer casing 21 to effectively enter a part of the gap 2d. There should be.
  • the porosity is 10% or more, a part of the outer resin 21 can effectively enter, and the bonding strength between the outer resin 21 and the side surface of the laminate 10 can be sufficiently obtained. Thereby, it is possible to prevent the outer casing 21 from peeling off the side force of the laminate 10 during driving.
  • the porosity is 90% or less, the metal layer 2a ′ and the piezoelectric layer disposed on both sides thereof It is possible to prevent the bonding strength with 1 from being weakened and to prevent the occurrence of problems when peeled off during firing.
  • the porosity is the percentage of voids (voids) with respect to the total area of the gold porous metal layer 2a 'in the observation region when observed in a cross section parallel to the laminating direction of the porous metal layer 2. It is represented by.
  • the porosity of the metal layer 2a and the metal layer 2b is the same as described above.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view when cut at the interface between the metal layer and the piezoelectric layer in the multilayer piezoelectric element of the seventh embodiment.
  • FIG. 21 is an enlarged cross-sectional view in which the metal layer and the vicinity thereof are enlarged in the multilayer piezoelectric element of the seventh embodiment.
  • FIG. 22 is a perspective view showing an arrangement state of the partial metal layers on the piezoelectric layer in the seventh embodiment.
  • the metal layer 2a ′ includes a plurality of scattered partial metal layers 2c (a plurality of partial metal layers distributed in an island shape). ).
  • the outer resin 21 enters a part between the plurality of partial metal layers 2c that are scattered.
  • the exterior resin 21 penetrates into the metal layer 2c having an island-like distribution by capillary action.
  • the outer resin 21 can be firmly bonded to the side surface of the laminate 10, and the outer resin 21 is laminated even when driven at a high speed for a long time under a high electric field and high generation force.
  • the body 10 side force can also be peeled off to prevent any problems from occurring.
  • the metal filling rate of the porous metal layer 2 in a state where the plurality of partial metal layers 2c are scattered is preferably 5 to 55%, more preferably 10 to 40%. . This can prevent the bonding strength between the metal layer 2a ′ and the piezoelectric layer 1 adjacent thereto from being weakened when the metal filling rate is 5% or more.
  • the metal filling rate is 55% or less, the metal layer 2 is scattered with a plurality of metals, that is, a so-called island-like distribution. Is likely to occur. For this reason, a part of the outer casing 21 can be effectively allowed to enter the metal layer 2.
  • the metal filling rate is the percentage of the metal composition that occupies an arbitrary cross section of the metal layer 2 when observed in a cross section parallel to the stacking direction of the corresponding metal layer 2.
  • the size of the partial metal layer 2c scattered in the metal layer 2a ' is preferably 1 to: LOO m. This is because when the size of the partial metal layer 2c interspersed with the metal layer 2a ′ is 1 ⁇ m or more, the thickness of the metal layer 2 is prevented from becoming too thin. Can be effectively penetrated into the metal layer 2a. On the other hand, when the size of the partial metal layer 2c is 100 m or less, the stress generated by the expansion and contraction of the laminate 10 can be dispersed and absorbed by the metal layer 2 force S. Concentration on the composition can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the problem that the piezoelectric layer 1 is cracked.
  • the size of the partial metal layer 2c interspersed in the metal layer 2a is 1 to L00 m, a part of the outer resin 21 can enter the metal layer 2a and the laminate
  • the stress generated by the 10 expansion and contraction can be dispersed and absorbed by the metal layer 2a.
  • the size of the partial metal layer 2c scattered in the metal layer 2a ′ is 3 to 50 m.
  • the shape of the partial metal layer 2c may be a substantially spherical shape or another shape.
  • the metal layer 2 may be partially formed with respect to the piezoelectric layer 1 (so-called partial electrode structure) or formed on the entire surface. good.
  • the interior resin formed only when the interior resin is a part of the exterior resin as in the above embodiment may have a component force different from that of the exterior resin.
  • the internal resin is a part of the exterior resin that is preferably the same component as the exterior resin.
  • the multilayer piezoelectric element of the present invention is a perovskite type such as PbZrO—PbTiO.
  • Pre-fired powder of oxide piezoelectric ceramics and organic polymers such as acrylic and petital A slurry made by mixing a binder consisting of the above and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate), DOP (dioctyl phthalate), etc., and forming the slurry into a tape molding such as a well-known doctor blade method or calendar one roll method
  • a ceramic green sheet to be the piezoelectric layer 1 is produced by the method.
  • a metal layer 2 is formed by adding and mixing a binder, a plasticizer, and the like, and, if necessary, the calcined powder of the piezoelectric ceramics to the metal powder constituting the metal layer 2 such as silver palladium.
  • a conductive paste is prepared, and this 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 conductive paste forming the metal layer 2 contains an organic substance that is bonded and fixed when acrylic beads or the like are dried and volatilized when fired, so that the metal layer 2 having an arbitrary porosity is contained. Can be formed.
  • the porosity of the metal layer 2 can be controlled by controlling the amount of talyl beads added to the conductive paste. In other words, when the number of acrylic beads is small, the porosity is small. Conversely, when the acrylic beads are large, the porosity is large.
  • the amount of acrylic beads added to the conductive paste is increased, and conversely, the metal that does not allow the outer resin 21 to penetrate. If layer 2 is formed, force to reduce the amount of talyl beads or acrylic beads must be added.
  • the metal sheet constituting the metal layer 2 such as silver-palladium is added to the green sheet forming the inert layer 9, or when the green sheet forming the inert layer 9 is laminated.
  • the shrinkage rate can be matched, the dense laminated body 10 can be formed.
  • the laminate 10 is not limited to the one produced by the above manufacturing method.
  • the laminate 10 can be produced by alternately laminating a plurality of piezoelectric layers 1 and a plurality of metal layers 2. This For example, it may be formed by any manufacturing method.
  • the external electrode 4 can be formed by the same method as described above.
  • examples of the conductive agent constituting the glass component and the external electrode are the same as described above.
  • the baking temperature of the silver glass conductive paste is desirably in the same temperature range as described above.
  • a conductive auxiliary member made of a conductive adhesive in which a metal mesh similar to the above or a mesh-like metal plate is embedded on the outer surface of the external electrode 4 may be formed.
  • the lead wire 6 is connected to the external electrode 4 with solder or the like, and the outer surface of the laminate 10 including the external electrode 4 is coated with silicone rubber or other external grease using a technique such as datebing.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention is completed.
  • vacuum suction is performed after dive or the like is performed.
  • capillary action is likely to occur, and the outer resin 21 can enter the region.
  • the multilayer piezoelectric element of the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the example in which the external electrode 4 is formed on the opposite side surface of the stacked body 10 has been described.
  • a pair of external electrodes 4 are formed on the adjacent side surface.
  • FIG. 23 is a perspective view showing the multilayer piezoelectric element according to the eighth embodiment.
  • FIG. 24 is an enlarged cross-sectional view showing a joined state between the piezoelectric layer and the external electrode in FIG.
  • the multilayer piezoelectric element of the present embodiment has a multilayer body 10 in which a plurality of piezoelectric layers 1 and a plurality of internal electrodes 12 are alternately stacked. Inactive layers 9 made of a piezoelectric material are laminated on both ends of the laminated body 10 in the laminating direction. A pair of external electrodes 15 are disposed on the opposing side surfaces of the laminate 10 (one external electrode is not shown). Further, each internal electrode 12 is not formed on the entire main surface of the piezoelectric layer 1 but has a so-called partial electrode structure. The plurality of internal electrodes 12 of this partial electrode structure are arranged so as to be exposed on opposite side surfaces of the laminate 10 every other layer.
  • the internal electrodes 12 are electrically connected to the pair of external electrodes 15 every other layer.
  • the pair of external electrodes 15 may be formed on adjacent side surfaces.
  • the material of the external electrode 15 it is preferable to use silver which has a low electrical resistance and is easy to handle, or an alloy containing silver as a main component.
  • the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 gradually decreases in thickness toward the peripheral edge side, and the side surface of the multilayer body 10 A separation portion 16 is formed in contact with the contact portion 16.
  • Such a multilayer piezoelectric element can avoid stress concentration occurring at the boundary between the external electrode 15 and the laminated body 10 due to a difference in thermal expansion or displacement between the external electrode 15 and the laminated body 10. The risk of cracking in the laminated body 10 bonded to the substrate 10 is remarkably reduced, and the durability of the laminated piezoelectric element can be improved.
  • peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 is gradually reduced in thickness toward the peripheral edge as described above, internal strain due to firing shrinkage, thermal expansion difference, or the like occurs in the inclined external electrode 15.
  • the peripheral portion 15 a of the external electrode 15 is naturally peeled off from the side surface of the multilayer body 10, thereby forming a separation portion 16 between the external electrode 15 and the side surface of the multilayer body 10.
  • the reactivity with the external electrode 15 on the multilayer body 10 to be used as the separation part 16 by force It is also possible to print a release material such as molybdenum having a low thickness.
  • the separation portion 16 can also be formed by stacking the outer electrodes 15 in a plurality of layers as described later, and utilizing these thermal expansion differences.
  • the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 has a constant thickness or the laminated body 10 side.
  • the separation portion 16 from the surface is not formed, the following problem occurs.
  • the laminated body 10 bonded to the external electrode 15 also has a crack at its boundary portion, and may gradually develop into a crack that crosses the laminated body 10.
  • the multilayer piezoelectric element of the present invention it is preferable to provide a gap between the separation portion 16 and the side surface of the multilayer body 10. Due to the presence of the air gap, the stress generated at the joint boundary between the external electrode 15 and the laminate 10 can be significantly reduced.
  • the peripheral portion 15a of the external electrode 15 may be formed so that the thickness gradually decreases toward the peripheral side. . That is, when the thickness of the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 is gradually reduced toward the peripheral edge, internal strain due to firing shrinkage, thermal expansion difference, etc. occurs in the inclined external electrode 15, and the lamination is performed.
  • the voids can be more reliably formed by stacking the external electrodes 15 in a plurality of layers as described later, or by utilizing the thermal expansion difference.
  • an insulating resin 17 may be interposed between at least a part between the separating portion 16 and the side surface of the laminated body 10. By doing so, it is possible to ensure good insulation even when a high voltage is applied to the multilayer piezoelectric element.
  • the insulating resin 17 be interposed on the peripheral side (the peripheral side of the external electrode 15) between the separation portion 16 and the side surface of the laminate 10. In this way, even when a high voltage of 200 V or higher is applied to the multilayer piezoelectric element, it is possible to ensure better insulation.
  • the insulating resin 17 is filled in the gaps provided in the side surfaces of the separation portion 16 and the laminate 10. As a result, it is possible to ensure extremely high insulation properties, prevent insulation degradation without causing the risk of edge discharge, and ensure high reliability.
  • silicone resin is preferable. Silicone resin is strong in bonding to the laminated body 10 but has high heat resistance and low elastic modulus with little secular change. Therefore, it has high follow-up to displacement of the laminated piezoelectric element. Therefore, high insulation As a result, the displacement of the laminated body 10 is not hindered while ensuring the reliability and preventing the edge discharge, so that high reliability can be obtained.
  • silicone resin such as deacetic acid type and deoxime type by changing the curing reaction, but it is preferable to use a dealcohol type that does not generate by-product gas during curing.
  • a high molecular type silicone resin that does not contain a low molecular siloxane.
  • a vacuum device or the like is used as a method of filling the silicone resin in the gap portion provided between the separation portion 16 and the side surface of the laminated body 10 or on the peripheral side, particularly between the separation portion 16 and the side surface of the laminated body. Degassing and vacuum impregnation using can be performed easily and reliably.
  • the external electrode 15 is preferably formed by laminating a plurality of electrode materials.
  • internal strain is caused in the external electrode 15, and the peripheral portion 15 a of the external electrode 15 can be peeled off naturally from the side surface of the multilayer body 10.
  • the electrode materials of multiple layers are more susceptible to internal distortion if they have slightly different compositions. Even if they have the same composition, the internal material can be changed by changing the baking temperature. It is possible to cause distortion.
  • the thermal expansion coefficient on the outer layer side is larger than that on the inner layer side.
  • the innermost electrode material is preferably protruded to the peripheral side with respect to other electrode materials.
  • the internal stress generated in the external electrode 15 composed of two or more layers of electrode material is the largest force at the stack boundary.At this time, the innermost layer electrode material is projected to the peripheral side more than the other electrode materials. This is preferable because the protruding peripheral portion 15a of the innermost electrode material is peeled off, and a separation portion 16 that does not contact the side surface of the laminate can be formed.
  • the electrode material on the exterior side is protruded more on the peripheral side than the other electrode materials, the inner Although partial stress is generated, the electrode material on the exterior side covers other electrode materials! Since it is formed so as to cover, it is not preferable because the peripheral edge portion 15a is peeled off and it becomes difficult to form the separation portion 16 that does not contact the side surface of the laminate 10.
  • the separation portion 16 be made of only the innermost electrode material 151. Accordingly, the separation portion 16 that does not contact the side surface of the stacked body 10 can be suitably formed by utilizing the fact that the protruding portion toward the peripheral side of the innermost electrode material 151 is peeled off.
  • the length L when the separating portion 16 is projected onto the side surface of the laminate 10 is 10 m or more. As a result, it is possible to avoid the concentration of stress generated at the joint boundary between the external electrode 15 and the laminate 10, and there is no risk of the laminate 10 itself joined to the external electrode 15 being cracked. The durability of the element can be improved.
  • the length L when the separation portion 16 is projected onto the side surface of the laminate 10 is less than 10 m, the stress concentration generated at the junction boundary between the external electrode 15 and the laminate 10 increases, and the external electrode 15 is joined. The laminated body 10 itself tends to crack, which is not preferable.
  • the external electrode 15 peels off due to the strength of the external electrode 15 itself decreasing. It becomes easy and is not preferable.
  • an angle 0 formed by a straight line connecting the boundary between the portion where the external electrode 15 is in contact with the side surface of the multilayer body 10 and the separation portion 16 and the tip of the separation portion 16 with the side surface of the multilayer body is: It should be between 1 degree and 45 degrees.
  • the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 gradually decreases in thickness toward the peripheral side, so that stress concentration occurring at the junction boundary between the external electrode 15 and the laminate 10 can be avoided and the inclination can be reduced.
  • the external electrode 15 internal strain due to firing shrinkage, a difference in thermal expansion, or the like is generated, and it is possible to obtain a void in which the peripheral portion 15 a of the external electrode 15 is peeled off naturally from the side surface of the laminate 10. If the angle ⁇ force is less than ⁇ degrees, it may be difficult to obtain a thickness such that the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 gradually becomes thinner toward the peripheral edge. On the other hand, when the angle ⁇ exceeds 45 degrees, the joint boundary between the external electrode 15 and the laminated body 10 tends to be firmly joined, and the stress concentration is high at the joint boundary between the external electrode 15 and the laminated body 10. May occur.
  • the distance H between the tip of the separation part 16 and the side surface of the laminate 10 is preferably 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the external electrode 15 and the laminate 10 It is possible to fill the insulating resin 17 between the space 16 and the side surface of the laminate 10 if the stress generated at the joint boundary can be reduced most, and extremely high insulation. Can be secured.
  • the distance H is within the above range, it is possible to ensure high reliability without risk of edge discharge.
  • the distance H is less than L m, it is not preferable because it is difficult to sufficiently fill the insulating resin 17. Further, if the distance H exceeds 50 ⁇ m, the strength of the external electrode 15 itself is lowered, and the external electrode 15 is easily peeled off when filled with grease, which is preferable.
  • the external electrode 15 is formed by laminating a plurality of electrode materials 151, 152, ..., and the plurality of electrode materials have a thermal expansion coefficient on the outer layer side larger than that on the inner layer side.
  • the other electrode material 152,... As a result, the separation portion 16 that is not in contact with the side surface of the multilayer body 10 can be satisfactorily formed, and the stress generated at the junction boundary between the external electrode 15 and the multilayer body 10 can be absorbed.
  • the separation part 16 is made only of the innermost electrode material 151, the length L when the separation part 16 is projected on the side surface of the laminate 10 is 10 m or more, and the external electrode 15 is made of the laminate 10
  • the angle ⁇ between the straight line connecting the boundary between the portion in contact with the side surface and the separation portion 16 and the tip of the separation portion 16 and the side surface of the laminate 10 is 1 degree or more and 45 degrees or less.
  • the distance H between the tip and the side surface of the laminate 10 is preferably 1 m or more and 50 m or less.
  • a ceramic green sheet to be the piezoelectric body 11 is prepared by mixing the slurry with a plasticizer such as a slurry, and preparing the slurry by a tape molding method such as a known doctor-blade method or a calender roll method.
  • a conductive paste is prepared by adding a binder, a plasticizer, and the like to the metal powder constituting the internal electrode 12 such as silver-palladium, and screen printing is performed on the upper surface of each green sheet. Print to a thickness of 1-40 m. Changing the ratio of binder and plasticizer to metal powder, changing the screen mesh frequency, The thickness of the internal electrode 12 and the voids in the internal electrode can be changed by changing the thickness of the resist that forms the pattern. Next, a plurality of green sheets on which conductive paste is printed are laminated, debindered, and then fired at 900 to 1200 ° C., thereby producing a laminate 10.
  • the metal powder constituting the internal electrode 12 such as silver-paradium is added to the green sheet of the inactive layer 9 or when the green sheet of the inactive layer 9 is laminated.
  • a slurry consisting of metal powder, inorganic compound, binder, and plasticizer constituting the internal electrode 12 such as silver and palladium on a green sheet, the shrinkage behavior and shrinkage of the inert layer 9 and other parts during sintering Since the rates can be matched, a dense laminate 10 can be formed.
  • the laminated body 10 is not limited to the one produced by the above-described manufacturing method. If a laminated body 10 in which a plurality of piezoelectric layers 1 and a plurality of internal electrodes 12 are alternately laminated can be produced, It may be formed by a manufacturing method.
  • the external electrode 15 is formed so as to be electrically connected to the internal electrode 12 whose end is exposed on the side surface of the multilayer piezoelectric element.
  • the external electrode 15 can be obtained by adding a binder to glass powder to produce a silver glass conductive paste, printing it, and baking it.
  • the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 must be printed so that the thickness gradually decreases toward the peripheral edge, and for this purpose, the viscosity when screen printing the external electrode 15 is reduced.
  • the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 may be adjusted so as to spread thinly on the laminated body 10 by adjusting appropriately.
  • the soft soft spot mainly composed of flaky silver powder with an average particle diameter of 2 ⁇ m and the balance with a key particle having an average particle diameter of 2 ⁇ m is 640 ° C.
  • About 8 parts by mass of a non-anode powder is added to a mixture of amorphous glass powder and 100 parts by mass of silver powder and glass powder, and mixed well to prepare a silver glass conductive paste.
  • screen printing may be performed at a predetermined position on the laminate 10. After baking, a silver glass conductive paste is baked.
  • the temperature is 500 to 800 ° in order to effectively form the neck, diffusely bond the silver in the silver glass conductive paste to the internal electrode 12, and effectively leave the voids in the external electrode 15. C wanted,.
  • the peripheral edge portion 15a of the external electrode 15 is gradually reduced in thickness toward the peripheral edge side. Then, in the inclined external electrode 15, internal distortion due to firing shrinkage, thermal expansion difference, etc. occurs, and the peripheral edge 15 a of the external electrode 15 naturally peels from the side surface of the laminate 10, thereby A separation portion 16 from the side surface of the laminate 10 can be formed.
  • the laminated body 10 on which the external electrode 15 is formed is dipped in a silicone resin solution, and the silicone resin is filled in the groove of the laminate 10 by vacuum degassing the silicone resin solution. Thereafter, the silicone resin solution power is also pulled up and the side surface of the laminate 10 is coated with silicone resin. Accordingly, the silicone resin can be filled into the gaps formed in the side surfaces of the separation portion 16 and the laminate 10. Then, the multilayered piezoelectric element of the present invention is completed by curing the silicone resin.
  • the multilayer piezoelectric element of the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the example in which the external electrode 15 is formed on the opposite side surfaces of the multilayer body 10 has been described.
  • a pair of external electrodes 15 may be formed on adjacent side surfaces.
  • the bonding reliability of the external electrodes is the highest because part of the external electrodes and part of the exterior resin are placed between the piezoelectric layers from the side surface of the laminate.
  • the peripheral portion of the external electrode is gradually thinned toward the peripheral side, and has a separation portion that is separated from (not in contact with) the side surface of the laminate. It is.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing an injection device according to an embodiment of the present invention.
  • the multilayer piezoelectric element of the present invention represented by the above embodiment is accommodated in a storage container 31 having an injection hole 33 at one end. Inside the storage container 31, an injection hole 33 can be opened and closed—a one-dollar valve 35 is arranged.
  • a fuel passage 37 is arranged in the injection hole 33 so as to be communicable according to the movement of the one-dollar valve 35.
  • 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. Therefore, when the needle nozzle 35 opens the injection hole 33, the fuel supplied to the fuel passage 37 is not shown at a constant high pressure. It is configured to be ejected into the fuel chamber of an internal combustion engine.
  • the upper end portion of the needle valve 35 has a large inner diameter, and a cylinder 39 formed in the storage container 31 and a slidable piston 41 are disposed.
  • the piezoelectric actuator 43 provided with the above-described laminated piezoelectric element is stored.
  • the injection device of the present invention includes a container having an ejection hole and the multilayer piezoelectric element, and causes the liquid filled in the container to eject the ejection hole force by driving the multilayer piezoelectric element.
  • the element does not necessarily have to be inside the container, and may be configured so that pressure is applied to the inside of the container by driving the multilayer piezoelectric element.
  • the liquid includes various liquid fluids (such as conductive paste) in addition to fuel and ink.
  • 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 an automobile engine fuel injection device or an ink jet.
  • Precision positioning devices such as optical devices, drive elements (piezoelectric actuators) mounted on vibration prevention devices, etc., as well as combustion pressure sensors, knock sensors, acceleration sensors, load sensors, ultrasonic sensors, pressure sensors, high-speed sensors, etc.
  • the present invention can be applied to sensor elements mounted on the circuit board, circuit elements mounted on piezoelectric gyros, piezoelectric switches, piezoelectric transformers, piezoelectric breakers, and the like.
  • the present invention can be applied to any element using piezoelectric characteristics.
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing a fuel injection system according to an embodiment of the present invention.
  • a fuel injection system 51 according to the present embodiment includes a common rail 52 that stores high-pressure fuel, a plurality of the above-described injection devices 53 that inject fuel stored in the common rail 52, and a common rail 52.
  • a pressure pump 54 that supplies high-pressure fuel to And an injection control unit 55 for supplying a drive signal to the vehicle.
  • the injection control unit 55 controls the amount and timing of fuel injection while sensing the state in the combustion chamber of the engine with a sensor or the like.
  • the pressure pump 54 serves to feed the fuel from the fuel tank 56 to the common rail 52 at about 1000 to 2000 atmospheres, preferably about 1500 to 1700 atmospheres.
  • the common rail 54 stores the fuel sent from the pressure pump 54 and sends it to the injector 53 as appropriate.
  • the injection device 53 injects a small amount of fuel into the combustion chamber from the injection hole 33 in the form of a mist.
  • a multilayer piezoelectric actuator comprising the multilayer piezoelectric element of the present invention was produced as follows. First, a slurry was prepared by mixing a calcined piezoelectric ceramic powder, binder, and plasticizer composed mainly of lead zirconate titanate PZT with an average particle size of 0.4 m, and a thickness of 150 mm by the doctor-blade method. A ceramic green sheet to become a piezoelectric layer 1 of ⁇ m was fabricated.
  • a conductive paste in which a binder is added to a silver-palladium alloy is formed by a screen printing method, and 300 sheets on which the conductive paste is printed are laminated.
  • the obtained laminated fired body was ground into a predetermined shape with a surface grinder, and a laminated body 10 was obtained.
  • a binder was added to a mixture of silver powder having an average particle diameter of 2 ⁇ m and the balance of glass powder having a softening point of 650 ° C. with the balance being an average particle diameter of 2 ⁇ m.
  • the silver glass conductive paste prepared in this way was formed on the 10 external electrode 4 side with a thickness of 30 ⁇ m by screen printing, and baked at 700 ° C for 30 minutes. Formed.
  • the insertion portion 4a in which a part of the external electrode 4 was inserted between the piezoelectric layers 1 was formed, and in the sample number 2, the insertion portion was not formed.
  • the metal layer 2a between the piezoelectric layers 1 in which the insertion portion 4a was formed was formed as follows.
  • a conductive paste prepared by adding acrylic beads with an average particle size of 0.5 ⁇ m to silver-palladium alloy so as to be 200% by volume with respect to 100% by volume of silver-palladium alloy and further adding a binder. This conductive paste was printed on one side of a ceramic liner sheet to a thickness of 4 m.
  • the metal between the piezoelectric layers 1 that do not form the insertion part Layer 2b was printed with a conductive paste made of silver-palladium alloy with a binder added with acrylic beads to a thickness of 4 m.
  • These sheets were laminated at a ratio of 20 layers.
  • a part of the external electrode 4 penetrates into the area between the side edge of the metal layer 2a and the side surface of the laminate 10 formed by the conductive paste to which acrylic beads are added, with an average depth of 20 m. Part 4a was formed.
  • the average porosity A of the metal layer 2a was 80%, and the average porosity B of the other metal layers 2b was 20%.
  • the metal layer 2a had an island-like distribution interspersed with metal yarns and composites (partial metal layers).
  • 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 piezoelectric actuator using a piezoelectric element was fabricated. When a DC voltage of 160 V was applied to the obtained multilayer piezoelectric actuator, a displacement of 40 m was obtained in the stacking direction. Further, the multilayer piezoelectric actuator was tested at room temperature by applying an AC voltage of 0 to +160 V at a frequency of 15 OHz and continuously driving up to 1 ⁇ 10 9 times. The results obtained are shown in Table 1.
  • Porous metal layer (1) A porous metal layer composed of a plurality of interspersed partial metal ridges that are insulated from each other, and does not function as an electrode.
  • Porous metal layer 2 It is a porous metal layer, but functions as an electrode because most of the voids are independent.
  • Gold metal layer 2a is 1 and other metal layers are 20 layers
  • the metal cocoon 2a is laminated to 1 ⁇ , and other metal layers are laminated at a rate of 10 ⁇ ,
  • Ratio R1 (Ag content in metal layer 2a) No (Ag content in metal j! 2b)
  • sample numbers I, 3, 4, 5, 6, 7 which are the multilayer piezoelectric actuators of the present invention are: Even when 1 x io was continuously driven 9 times, the same amount of displacement as before the continuous drive was obtained, and it was found that this was a highly reliable piezoelectric actuator.
  • Porous metal layer (1) A porous metal layer composed of a plurality of interspersed partial metal layers that are in an insulative state, and does not function as an electrode. Laminate metal layer 2a at a ratio of 20 layers to one metal layer 2a
  • Ratio R 1 (Ag content contained in metal layer 2a ) (Ag content contained in metal layer 2b)
  • an external electrode 4 composed of four layers 4b, 4c, 4d, and 4e is formed on the side surface of the laminate, and as shown in Table 4, the content of the glass material in the external electrode, etc.
  • a laminated piezoelectric element was fabricated in the same manner as in Example 1 except that various changes were made.
  • the initial displacement constant (40 m) in all samples in the sample where the metal layer 2a does not function as an electrode (no conduction), the number of layers of the metal layer 2a is considered. Displacement characteristics were adjusted by increasing the number of conductive metal layers 2b.
  • a continuous drive test was performed in the same manner as in Example 1 except that the acceleration test was performed by raising the drive voltage from 0 to + 200V AC voltage and 40V. The evaluation results are shown in 4.
  • Porous metal layer (1) A porous metal layer composed of a plurality of interspersed partial metal layers that are in an insulative state, and does not function as an electrode.
  • Porous H metal layer 2 ' It functions as an electrode because most of the force and voids that are porous metal layers are independent pores.
  • Laminate metal layer 2a at a ratio of 20 layers to one metal layer 2a
  • the metal 112a layer consists of 10 layers of other gold S layers and 30 layers of other gold S layers alternately mixed.
  • Ratio R2 (Ag content contained in metal layer 2a) / (Ag content contained in metal polish on both sides of metal layer 2a in the stacking direction)
  • the S side means a layer located on the side surface side of the laminate among the plurality of layers constituting the external electrode,
  • the outer side refers to the outermost layer among a plurality of layers constituting the external electrode.
  • Sample No. 3 to LO which are the multilayer piezoelectric actuators of the present invention, have an effect of improving the displacement after driving, and are highly reliable piezoelectric actuators. It was.
  • 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 the piezoelectric layer 1 with a thickness of 150 ⁇ m was prepared by the doctor blade method.
  • a conductive paste in which a binder was added to a silver-palladium alloy was formed by a screen printing method, and 300 sheets on which the conductive paste was printed were laminated, and 980 ⁇ : L Fired at 100 ° C to obtain a laminated fired body.
  • acrylic beads having an average particle diameter of 0.5 ⁇ m are added to 100% by volume of the silver-palladium alloy in the silver-palladium alloy.
  • printing was carried out to a thickness of 4 / zm using a conductive paste formed with a binder added in addition to 200% by volume. Note that V does not allow the outer resin 21 to penetrate, and acrylic beads are added to the portion where the other metal layer 2b is formed, and a conductive paste in which a binder is added to a silver-palladium alloy. was printed to a thickness of 4 ⁇ m.
  • the ratio of the metal layer 2b that does not allow the exterior resin 21 to penetrate and the porous metal layer 2a 'that allows the exterior resin 21 to penetrate was 20: 1. That is, 20 green sheets printed with conductive paste for metal layer 2b were stacked, and then one green sheet printed with conductive paste for porous metal layer 2 was stacked. Laminated regularly.
  • the obtained laminated fired body was ground with a surface grinder to obtain a laminated body 10.
  • a silver powder prepared by adding a binder to a mixture of silver powder having an average particle diameter of 2 ⁇ m and the balance of glass powder having a softening point of 650 ° C. whose main component is a key having an average particle diameter of 2 ⁇ m.
  • a glass conductive paste was formed on the surface of the laminate 10 on the side where the external electrode 4 was formed to a thickness of 30 ⁇ m by screen printing, and was baked at 700 ° C. for 30 minutes to form the external electrode 4.
  • silicone resin was added to the outer periphery of the device. Vacuum defoaming by bing was performed to form an outer resin 21.
  • the laminated piezoelectric actuator (Sample No. 10) of the present invention had an insulation resistance of 30 ⁇ similar to that before continuous driving, and there was no abnormality in the exterior resin. .
  • a part of the exterior resin of Sample No. 11 (internal resin) that is outside the claimed scope of the present invention enters the metal layer.
  • the initial insulation resistance is The same force as the multilayer piezoelectric actuator of the present invention 1 X 10 After 9 times driving In some cases, there were burn marks on part of the silicone resin, and the insulation resistance had dropped to 1 ⁇ or less.
  • part of the external resin penetrates into the metal layer, and as a result, the bonding strength between the exterior resin and the side surface of the laminate is weakened. It is considered that a part of the resin peeled from the side surface of the laminate, and moisture in the atmosphere entered the peeled part, and the insulation resistance was lowered by this moisture.
  • “Porosity A” in Table 6 represents the porosity of the metal layer into which a part of the exterior resin has entered.
  • “Porosity B” in Table 6 represents the porosity of the metal layers on both sides adjacent to each other in the stacking direction with the metal layer in which a part of the exterior resin has entered.
  • “State of metal layer” in Table 6 indicates whether or not the metal layer into which a part of the exterior resin has entered is composed of a plurality of scattered partial metal layers. It consists of a partial metal layer, and the “one” sample means that there is no partial metal layer.
  • “Arrangement state of the metal layer” in Table 6 indicates whether or not a part of the exterior resin enters and the metal layer is substantially regularly arranged in the stacking direction.
  • Group 11 metal ratio in Table 6 means the Group 11 metal of the periodic table that constitutes the metal layer into which a portion of the exterior resin has entered, and the metal layers on both sides adjacent to the metal layer. Periodic table Shows the ratio to the Group 11 metal (the metal layer on both sides of the metal layer Z in which a part of the exterior resin enters).
  • 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 silver - palladium alloy (silver 95 mass 0/0 - Palladium ⁇ arm 5 weight 0/0) was added to the binder in the conductive paste sheet formed by screen printing 300 sheets were laminated and fired. Firing was held at 800 ° C and then fired at 1000 ° C, and polished into a shape with a side of 8 mm and a length of 100 mm.
  • a flaky silver powder with an average particle size of 2 ⁇ m and the balance is amorphous glass with a soft spot of 640 ° C, the main component of which is a key particle with an average particle size of 2 ⁇ m.
  • a silver glass conductive paste was prepared in which the mixing amount and viscosity of the silver powder and the glass powder were varied in the mixture with the powder, screen printed, and baked. Prepare silver glass conductive paste again, screen-print silver glass conductive paste again on the inner layer side electrode that has already been manufactured, and then bake it as the outer side electrode. Repeatedly, an external electrode 15 having a plurality of electrode material forces was produced.
  • a lead wire is connected to the external electrode 15, a 3 kVZmm DC electric field is applied to the positive and negative external electrodes 15 via the lead wire for 15 minutes, and polarization treatment is performed.
  • a piezoelectric actuator using a child was fabricated.
  • the results are shown in Table 7.
  • the length L in Table 7 indicates the length when the separation portion is projected onto the side surface of the laminate, and the angle ⁇ is the portion where the external electrode is in contact with the side surface of the laminate.
  • Sample Nos. 17 to 22 which are examples of the present invention, are effective as piezoelectric actuators that do not change the element displacement even after being continuously driven 1 X 10 9 times.
  • the piezoelectric actuator has excellent durability, with good displacement and good electrical insulation of 1 X 10 12 ⁇ 'cm.
  • Sample No. 19 to 22 were able to 1 X 10 9 times after continuous driving even device shift amount is an excellent multilayer Akuchiyueta to 60 m or more and a large instrument reliability.

Landscapes

  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

　高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極が積層体表面から剥離することなく、耐久性に優れた積層型圧電素子及びその製法並びに噴射装置を提供する。その積層型圧電素子は、複数の圧電体層１及び複数の金属層２を有し、圧電体層１と金属層２が交互に積層された積層体１０と、積層体１０の側面の一部を覆う外部電極（被覆部材）４と、を備え、複数の金属層２のうちの少なくとも一つの金属層２ａは、この金属層２ａに対して積層方向に隣り合う両側の金属層２ｂよりも空隙が多い多孔質金属層２ａであり、この多孔質金属層２ａに対して積層方向に隣接する２つの圧電体層１，１間に外部電極４の一部が入り込んでいる。

Description

明 細 書
積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置
技術分野
[0001] 本発明は、自動車エンジンの燃料噴射装置等に搭載される積層型圧電素子、及び これを用いた噴射装置に関する。
背景技術
[0002] 図 28は、従来の積層型圧電素子を示す斜視図である。図 29は、この積層型圧電 素子における積層体の側面と外部電極との接合部分を示す拡大断面図である。図 2 8及び図 29に示すように、この積層型圧電素子は、積層体 110と、互いに対向する 一対の側面に形成された外部電極 104とから構成されている。
[0003] 積層体 110は、それを構成する圧電体層 101と金属層 102とが交互に積層されて なるが、金属層 102は圧電体層 101の主面全体には形成されず、いわゆる部分電極 構造となっている。すなわち、この積層体 110では、例えば圧電体層 101の主面上 に内部電極 102を形成して 、な 、非形成部位が設けられて 、る。この非形成部位が 一対の外部電極 104に交互に隣接するように配置されている。これにより、内部電極 102が、一層おきに積層体 110の異なる側面に露出し、積層体 110の相対する側面 に形成された一対の外部電極 104にそれぞれ一層おきに接続されている。積層体 1 10の積層方向における両端側には不活性層 109が積層されている。
[0004] 一般に、外部電極 104は、銀等の導電材を含む導電性ペーストを積層体 103の側 面に塗布し、焼き付けを行うことによって形成されている（例えば、特開 2000— 3323 12号公報、特開 2000— 31558号公報、特開 2005— 174974号公報)。
[0005] こ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、半田を用いて 外部電極 104にさらにリード線 106が固定され、このリード線 106を通じて一対の外 部電極 104間に所定の電位がかけられて積層型圧電素子が駆動する。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 するように要求されているため、より高い電界を印加し、長時間連続駆動させることが 行われている。 特許文献 1 :特開 2000— 332312号公報
特許文献 2：特開 2000 - 31558号公報
特許文献 3 :特開 2005— 174974号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] しかしながら、従来の積層型圧電ァクチユエータでは、高電界、高圧力下で長期間 連続駆動させた場合、積層体の伸縮により、積層体の側面と外部電極との接合部で 応力が生じ、外部電極の一部が積層体の側面力 剥離し、一部の圧電体に電圧が 供給されなくなり、駆動時に変位特性が変化するという問題があった。
本発明は、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた場合でも、外部電極が積層 体側面力も剥離することがなぐ耐久性に優れた積層型圧電素子並びに噴射装置を 提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明の積層型圧電素子及びこれを用いた噴射装置は、以下の構成力 なる。
(1)複数の圧電体層及び複数の金属層を有し、前記圧電体層と前記金属層が交互 に積層された積層体と、前記積層体の側面の少なくとも一部を覆う被覆部材と、を備 えた積層型圧電素子において、前記複数の金属層のうちの少なくとも一つの金属層 は、この金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層よりも空隙が多い多孔質 金属層であり、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する 2つの圧電体層間に 前記被覆部材の一部が入り込んでいることを特徴とする積層型圧電素子。
[0008] (2)前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装榭脂である前記 (1)に記載の積 層型圧電素子。
[0009] (3)前記被覆部材が、前記複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極である 前記 (1)に記載の積層型圧電素子。
[0010] (4)前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装榭脂、及び前記複数の金属層 を交互に接続した一対の外部電極である前記 (1)に記載の積層型圧電素子。
[0011] (5)前記外部電極は導電性材料とガラス材料とを含み、前記 2つの圧電体層間に入 り込んで!/、る外部電極の一部は、この一部以外の外部電極よりも前記ガラス材料の 含有量が多い前記 (3)又は (4)に記載の積層型圧電素子。
[0012] (6)前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からな り、これらの複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも前記ガ ラス材料の含有量が多 、前記 (3)〜(5)の 、ずれかに記載の積層型圧電素子。
[0013] (7)前記外部電極の周縁部には、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、か つ、前記積層体の側面と離隔して ヽる離隔部が形成されて ヽる前記 (3)〜(6)の 、ず れかに記載の積層型圧電素子。
[0014] (8)前記離隔部と前記積層体の側面との間には空隙が存在する前記 (7)に記載の積 層型圧電素子。
[0015] (9)前記離隔部と前記積層体の側面との間の少なくとも一部に絶縁性榭脂が介在し ている前記 (7)又は (8)に記載の積層型圧電素子。
[0016] (10)前記絶縁性榭脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間の周縁側に介在し ている前記 (9)に記載の積層型圧電素子。
[0017] (11)前記絶縁性榭脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間に充填されている 前記 (9)に記載の積層型圧電素子。
[0018] (12)前記絶縁性榭脂がシリコーン榭脂である前記 (9)〜(11)のいずれかに記載の積 層型圧電素子。
[0019] (13)前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層から なり、外側の層の熱膨張係数が内側の層よりも大きい前記 )〜 (12)のいずれかに記 載の積層型圧電素子。
[0020] (14)前記複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも周縁側 に突出している前記 (13)に記載の積層型圧電素子。
[0021] (15)前記離隔部が前記積層体の側面に隣接する層のみ力 なる前記 (13)又は (14) に記載の積層型圧電素子。
[0022] (16)前記離隔部を前記積層体の側面に投影したときの長さが 10 μ m以上である前 記 )〜 (15)の 、ずれかに記載の積層型圧電素子。
[0023] (17)前記外部電極が前記積層体の側面に接触している部分と前記離隔部との境界 と、前記離隔部の先端とを結ぶ直線が前記積層体の側面となす角度は、 1度以上 45 度以下である前記 )〜 (16)のいずれかに記載の積層型圧電素子。
[0024] (18)前記離隔部の先端と前記積層体の側面との距離が 1 μ m以上 50 μ m以下であ る前記 )〜 (17)のいずれかに記載の積層型圧電素子。
[0025] (19)前記多孔質金属層は、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する 2つの 圧電体層間に点在した複数の部分金属層により構成され、これらの部分金属層は、 互いに離隔して配置されて 、る前記 (1)〜(18)の 、ずれかに記載の積層型圧電素子
[0026] (20)前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は同極である前 記 (19)に記載の積層型圧電素子。
[0027] (21)前記被覆部材の一部は、隣り合う前記部分金属層間に入り込んでいる前記 (19) 又は (20)に記載の積層型圧電素子。
[0028] (22)前記部分金属層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部が、前記部分金属 層の表面を覆っている前記 (21)に記載の積層型圧電素子。
[0029] (23)前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は、これらの金 属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも空隙が少な!、高密度金属層である前 記 (1)〜(22)の 、ずれかに記載の積層型圧電素子。
[0030] (24)前記高密度金属層は、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層より も厚みが大きい前記 (23)に記載の積層型圧電素子。
[0031] (25)前記積層体は複数の前記多孔質金属層を備えている前記 (1)〜(24)のいずれ かに記載の積層型圧電素子。
[0032] (26)前記多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部が それぞれ入り込んでいる前記 (25)に記載の積層型圧電素子。
[0033] (27)前記複数の多孔質金属層が前記積層体の積層方向に規則的に配置され、前 記多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部がそれぞれ 入り込んでいる前記 (25)に記載の積層型圧電素子。
[0034] (28)前記圧電体層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部は、その積層方向の厚 み tと、前記圧電体層間に入り込んでいる深さ Dとが D >0. Itの関係を満たしている 前記 (1)〜(27)の 、ずれかに記載の積層型圧電素子。 [0035] (29)噴出孔を有する容器と、前記 (1)〜(28)の 、ずれかに記載の積層型圧電素子と を備え、前記容器内に充填された液体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴 射孔から噴射するように構成されたことを特徴とする噴射装置。
[0036] (30)高圧燃料を蓄えるコモンレールと、このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射 する前記 (29)に記載の噴射装置と、前記コモンレールに高圧の燃料を供給する圧力 ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットと、を備えた燃料噴射 システム。
発明の効果
[0037] 本発明の積層型圧電素子によれば、複数の金属層のうちの少なくとも一つの金属 層が、この金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層よりも空隙が多い多孔 質金属層であるので、素子の製造過程において多孔質金属層の空隙に被覆部材の 一部を入り込ませることができる。このように多孔質金属層に対して積層方向に隣接 する 2つの圧電体層間に被覆部材の一部が入り込んでいることにより、被覆部材と積 層体の側面との接合強度を向上させることができる。すなわち、被覆部材の一部が、 隣り合う 2つの圧電体層間の一部の領域に入り込んでいるので、積層体の側面から 積層体中に杭を打ち込んだような構造となっている (アンカー効果)。これにより、被 覆部材と積層体とが強固に接合され、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させた 場合であっても、被覆部材が積層体の側面力も剥離するのを防ぐことができる。また 、駆動時に伸縮し変形する積層体と被覆部材との間に生じる応力が、圧力による圧 電体の変形と空隙による応力緩和効果とにより緩和されるので、被覆部材と積層体と の接合信頼性がより高められる。さらに、空隙が多く存在する多孔質金属層が配置さ れた圧電体層間と同じ圧電体層間に、被覆部材の一部が入り込んでいるので、多孔 質金属層の空隙による応力緩和効果が被覆部材の一部に作用しやすい状態にある 。その結果、被覆部材の一部に効果的に応力緩和効果が作用して、駆動時の応力 が被覆部材の一部に力かりにくくなるので、圧電体層間に入り込んだ被覆部材のー 部と圧電体層との接合信頼性がさらに高められている。これにより、耐久性が高く長 寿命の積層型圧電素子が得られる。
[0038] 被覆部材が積層体の側面を覆う外装榭脂であるときには、外装樹脂と積層体の側 面が強固に接合される。これにより、高温、高湿、高電界、高圧力下で長期間連続駆 動させた場合においても、外装樹脂が積層体の側面力 剥離するのを防止できる。 その結果、剥離部分力 雰囲気中の水蒸気が入り込んで素子表面でシルバーマイ グレーシヨンが発生するのを防ぎ、金属層間で導通して積層体の機能が低下するの を防止することができる。
[0039] 被覆部材が複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極であるときには、一部 の金属層と外部電極との接続が絶たれるのを防止することができるので、素子の変 位特性が低下するのを防止することができる。
[0040] 被覆部材が、積層体の側面を覆う外装榭脂、及び複数の金属層を交互に接続した 一対の外部電極であるときには、上記したそれぞれの効果が得られるとともに、外部 電極が、積層体の側面に強固に接合された外装樹脂に覆われることになるので、外 部電極の接合強度がより高められる。
[0041] 外部電極が導電性材料とガラス材料とを含み、 2つの圧電体層間に入り込んで 、る 外部電極の一部が、この一部以外の外部電極よりもガラス材料の含有量が多 、とき には、次のような効果がある。すなわち、ガラス成分が多い部位においてはそのガラ ス成分により金属成分が圧電体層中に拡散固溶しやすくなるので、圧電体層間に入 り込んでいる外部電極の一部とこれに接触する圧電体層との接合強度が向上する。 その結果、当該外部電極の一部におけるアンカー効果が高まるので、外部電極の接 合強度をより向上させることができる。
[0042] 外部電極が積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、これらの 複数の層のうち積層体の側面に隣接する層が、他の層よりもガラス材料の含有量が 多いときには、ガラス成分が隣り合う圧電体層間に入り込みやすくなるので、外部電 極と積層体の側面との接合強度をさらに高めることができる。また、外部電極を構成 する複数の層のうち、外側の層に含まれるガラス成分が、積層体の側面側に位置す る層よりも少なくなることで、外部電極に半田付けにより接合されるリード線の接合強 度を高めることができる。なぜなら、一般に半田はガラス成分に対して濡れ性が低い 力 である。
[0043] 外部電極の周縁部に、周縁側に向力うにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、積層 体の側面と離隔している離隔部が形成されているときには、この離隔部が外部電極と 積層体の接合境界部分に発生する応力を吸収することができるので、外部電極と接 合された積層体に亀裂が生じるのを抑制することができる。
[0044] 離隔部と積層体の側面との間に空隙が存在するときには、離隔部が自由に変形す ることが可能となるので、外部電極と圧電体の接合境界部に発生する応力を著しく低 減することができる。
[0045] 離隔部と積層体の側面との間の少なくとも一部に絶縁性榭脂が介在しているときに は、外部電極の周縁部と内部電極との間において縁面放電が生じるのを防止できる ので、絶縁性の低下を防止して高い信頼性を確保することができる。また、絶縁性榭 脂が、離隔部と積層体の側面との間の周縁側に介在しているか、又は絶縁性榭脂が 、離隔部と積層体の側面との間に充填されているときには、外部電極の周縁部と内 部電極との間において縁面放電が生じるのをより確実に防止することができる。さら に、絶縁性榭脂がシリコーン榭脂であるときには、縁面放電を防止しつつ、圧電体の 変位を妨げることがな ヽので、圧電体の変位を拘束することなく高 ヽ信頼性を得るこ とがでさる。
[0046] 外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、外側 の層の熱膨張係数が内側の層よりも大きいとき、または複数の層のうち積層体の側面 に隣接する層が他の層よりも周縁側に突出しているときには、積層体の側面と接触し て!、な 、離隔部を容易にかつ効果的に形成することができ、外部電極と圧電体の接 合境界部に発生する応力を効果的に吸収することができる。また、離隔部が積層体 の側面に隣接する層のみ力もなるときには、外部電極と圧電体の接合境界部に発生 する応力をより効果的に低減させることができる。
[0047] 離隔部を積層体の側面に投影したときの長さが 10 μ m以上であるとき、外部電極 が積層体の側面に接触している部分と離隔部との境界と、離隔部の先端とを結ぶ直 線が積層体の側面となす角度が 1度以上 45度以下であるとき、又は離隔部の先端と 積層体の側面との距離が 1 μ m以上 50 m以下であるときには、外部電極と圧電体 の接合境界部に発生する応力を最も効果的に低減させることができる。
[0048] 多孔質金属層が、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する 2つの圧電体層 間に点在した複数の部分金属層により構成され、これらの部分金属層が、互いに離 隔して配置されて!ヽるときには、点在した部分金属層間に被覆部材の一部を容易に 入り込ませてアンカー効果を高めることができるので、被覆部材と積層体の側面との 接合強度をさらに向上させることができる。
[0049] 多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層が同極であるときには、 圧電素子が駆動する際に、多孔質金属層に隣接する 2つの圧電体層は変位しない。 これにより、多孔質金属層に応力が集中するのを防止して、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。なお、この形態における当該多孔質金属層は、互 いに離隔した状態にある点在した複数の部分金属層で構成されているので、内部電 極としては機能していない。
[0050] 被覆部材の一部が、隣り合う部分金属層間に入り込んでいるときには、より高いアン カー効果が得られるので、被覆部材と積層体の側面との接合強度を著しく向上させ ることができる。また、部分金属層間に入り込んでいる被覆部材の一部力 部分金属 層の表面を覆っているときには、部分金属層の表面と被覆部材の一部との接触面積 が増加するので、外部電極の接合強度をさらに高めることができる。
[0051] 多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層が、これらの金属層に対 して積層方向に隣り合う金属層よりも空隙が少ない高密度金属層であるときには、こ の高密度金属層の端部と被覆部材との間の接触面積が大きくなるので、これらの接 合強度がより向上する。
[0052] 特に、被覆部材が外部電極であるときには、高密度金属層の端部と被覆部材との 間で導電性材料の拡散が生じやすくなるので、この拡散による接合 (拡散接合)によ つて外部電極の接合強度をさらに高めることができる。すなわち、多孔質金属層が配 置された圧電体層間では被覆部材の一部を入り込ませてアンカー効果を得、この多 孔質金属層に隣り合う両側の金属層と外部電極との間では拡散接合による接合強度 の向上を図っている。外部電極と積層体の側面との接合強度を高めるために多孔質 金属層を過度に多く配置すると、素子の強度が低下する場合があるが、上記のように 多孔質金属層によるアンカー効果と高密度金属層による拡散接合の効果とを組み合 わせることにより、外部電極の接合強度を向上させるとともに素子全体の強度が低下 するのを抑制することができる。
[0053] さらに、高密度金属層が、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも 厚みが大きいときには、上記した接合面積の増大効果及び拡散接合の促進効果が より高められるので、被覆部材、特に外部電極の接合強度を高めることができる。
[0054] 積層体が複数の多孔質金属層を備えているときには、これらの多孔質金属層が素 子の変位時に生じる応力を緩和することができるので、素子の耐久性がより向上する 。また、多孔質金属層が配置された各圧電体層間に、被覆部材の一部がそれぞれ 入り込んでいるときには、被覆部材の接合強度がより高まる。
[0055] 複数の多孔質金属層が積層体の積層方向に規則的に配置され、多孔質金属層が 配置された各圧電体層間には、被覆部材の一部がそれぞれ入り込んでいるときには 、積層体の側面に対する被覆部材の接合強度が積層方向全域にわたってほぼ均一 に高められるので、素子の耐久性が極めて優れたものとなる。
[0056] 圧電体層間に入り込んでいる被覆部材の一部力 その積層方向の厚み tと、圧電 体層間に入り込んでいる深さ Dとが D>0. Itの関係を満たしているときには、圧電体 層間に入り込んでいる被覆部材の一部によるアンカー効果が高まる。すなわち、深さ Dが大きくなるほど挿入部と圧電体層との接触面積が大きくなるので、それに伴って アンカー効果が高くなる。
[0057] 本発明の噴射装置によれば、噴射孔を有する収納容器の内部に上記積層型圧電 素子を収納しているので、高電界、高圧力下での連続使用であっても優れた耐久性 を発揮する。
図面の簡単な説明
[0058] [図 1]本発明の第 1の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す斜視図である。
[図 2]図 1における A— A線断面図である（金属層に対して垂直な方向に切断した断 面図）。
[図 3]第 1の実施形態における外部電極と積層体の側面との接合部分の拡大断面図 である。
[図 4]第 2の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図 (金属層に対して垂直 な方向に切断した断面図）である。 圆 5]第 2の実施形態における外部電極と積層体の側面との接合部分の拡大断面図 である。
圆 6]第 2の実施形態の積層型圧電素子における金属層及びその近傍を拡大した拡 大断面図である。
圆 7]第 2の実施形態における多孔質金属層及びその近傍を拡大した拡大断面図で ある。
[図 8]第 3の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図 (金属層に対して垂直 な方向に切断した断面図）である。
[図 9]第 4の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す断面図 (金属層に対して垂直 な方向に切断した断面図）である。
圆 10]第 4の実施形態における外部電極と積層体の側面との接合部分の拡大断面 図である。
圆 11]第 5の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す拡大断面図である。
圆 12]本発明のさらに他の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す断面図である。 圆 13]第 6の実施形態にかかる積層型圧電素子において、外装榭脂 (被覆部材)を 被覆する前の状態を示す斜視図である。
圆 14]外装榭脂を被覆した、第 6の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図 である。
[図 15]図 14における A— A線断面図である。
圆 16]第 6の実施形態の積層型圧電素子における外装樹脂と積層体の側面との接 合部分の拡大断面図である。
圆 17]第 6の実施形態の積層型圧電素子において、金属層と圧電体層との界面で切 断したときの断面図である。
圆 18]第 7の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す断面図である。
圆 19]第 7の実施形態における外装榭脂 21と積層体 10の側面との接合部分の拡大 断面図である。
圆 20]第 7の実施形態の積層型圧電素子における金属層と圧電体層との界面で切 断したときの断面図である。 [図 21]第 7の実施形態の積層型圧電素子において金属層及びその近傍を拡大した 拡大断面図である。
[図 22]第 7の実施形態における圧電体層上の部分金属層の配列状態を示す斜視図 である。
[図 23]第 8の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す斜視図である。
[図 24]図 23における圧電体層と外部電極との接合状態の一例を示す拡大断面図で ある。
[図 25]図 23における圧電体層と外部電極との接合状態の他の例を示す拡大断面図 である。
[図 26]本発明の一実施形態に力かる噴射装置を示す断面図である。
[図 27]本発明の一実施形態にカゝかる燃料噴射システムを示す概略図である。
[図 28]従来の積層型圧電素子を示す斜視図である。
[図 29]従来の積層型圧電素子における積層体の側面と外部電極との接合部分を示 す拡大断面図である。
[図 30]従来の積層型圧電素子における金属層（内部電極層）を含む平面で切ったと きの断面図である。
符号の説明
1···圧電体、
2···金属層、
2&···金属層、
2a' ···多孔質金属層、
21ν··金属層、
2c' ··部分金属層、
2d···空隙、
2e，，，高密度金属層、
4···外部電極、
4a…挿入部、
4b, 4c, 4d, 4e'"外部電極を構成する複数の層、 6 · · 'リード線、
9 · · '不活性層、
10· · ·積層体、
31 · · ·収納容器、
33 · · ·噴射孔、
35 · "バルブ、
37· · ·燃料通路、
39 · · ·シリンダ、
41 · "ピストン、
43 · · ·圧電ァクチユエータ。
発明を実施するための最良の形態
[0060] <積層型圧電素子 >
(第 1の実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図面を参照し詳細に説明する。図 1は、本発 明の第 1の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す斜視図である。図 2は、図 1に おける A— A線断面図である。図 3は、本実施形態における外部電極 4と積層体 10 の側面との接合部分の拡大断面図である。
[0061] 図 1及び図 2に示すように、本実施形態にかかる積層型圧電素子は、複数の圧電 体層 1と複数の金属層 2とが交互に積層された積層体 10を有し、該積層体 10の対向 する側面に金属層 2の端部を一層おきに電気的に導通する一対の外部電極 (被覆 部材) 4, 4' が接合されている。外部電極 4, 4' には、ハンダ等によりリード線 6がそ れぞれ接続固定されている。これらのリード線 6は、外部の電圧供給部（図示せず）に 接続することができる。これにより、各金属層 2に圧電体層 1を逆圧電効果により変位 させるのに必要な所定の電圧を供給することができる。圧電体層 1の間に配されてい る金属層 2は銀―パラジウム等の金属材料で形成されて!ヽる。
[0062] リード線 6を通じて各圧電体層 1に所定の電圧が印加されると、圧電体層 1に逆圧 電効果による変位が生じる。一方、積層体 10の積層方向の両端部には、複数の圧 電体層からなる不活性層 9がそれぞれ配置され、該不活性層 9は一方の端部側に金 属層 2が配されて 、な 、ので、電圧を印加しても変位が生じな 、。
[0063] 図 2及び図 3に示すように、本実施形態の積層型圧電素子は、隣り合う 2つの圧電 体層 1間の一部の領域に外部電極 4 (又は外部電極 4' )の一部を入り込ませた挿入 部 4aが形成されていることを特徴としている。具体的には、挿入部 4aは、隣り合う 2つ の圧電体層 1間の領域で、かつ、金属層 2aの側端部 Eと積層体 10の側面 Sとの間の 領域に形成されている。この領域は、図 3に示す外部電極 4側だけでなぐ外部電極 4' 側にも形成されている。外部電極 4の一部である挿入部 4aは、積層体 10の側面 Sに接合されて!、る外部電極 4の本体とつながって!/、る。
[0064] このように挿入部 4aを圧電体層 1間の一部の領域に侵入させておくことにより、積 層体 10の側面 Sから積層体 10中に杭を打ち込んだような構造となって、いわゆるァ ンカー効果により外部電極 4と積層体 10との接合強度が大幅に向上している。これ により、積層型圧電素子を高電界、高圧力下で長時間駆動させた場合であっても、 外部電極 4が積層体 10の側面 Sから剥離するのを防ぐことができるので、一部の金 属層 2と外部電極 4との断線により一部の圧電体層 1に電圧が供給されな 、と 、ぅ不 具合を防止し、駆動中に変位特性が低下するのを防ぐことができる。
[0065] また、積層体が駆動時に伸縮し変形することにより生じる積層体と被覆部材との界 面での応力は、外部電極 4 (又は外部電極 4' )の一部を入り込ませた挿入部 4aを介 して、圧電体層 1に伝播する。この伝播した応力に応じて、挿入部 4aに接する圧電体 の結晶構造が変化し、応力が吸収される。
[0066] 特に、挿入部が主に金属を主成分とする外部電極の一部からなるときには、金属自 体が変形して応力を緩和する効果が得られるとともに、挿入部 4aがこれに接する圧 電体を押圧する力が大きいので、圧電体の結晶構造変化を生じさせやすい。
[0067] さらに、圧電体層 1が空隙に接した部分では、電圧が印加されず、応力に応じて圧 電体が変形できる空間として機能する。このため、結晶構造変化により新たに生じた 圧電体内の応力は、空隙に接した部分で緩和されるという、新たな緩和機能を生じさ せることができる。
[0068] さらに、挿入部 4aの先端を多孔質金属層の部分金属層間に枝わかれしながら侵入 させることで、応力を分散させる効果が高まり、さらに応力緩和効果を高くすることが できる。これらのこと〖こより、被覆部材と積層体との接合信頼性がより高められ、耐久 性が高く長寿命の積層型圧電素子が得られる。
[0069] 挿入部 4aが金属層 2aの側端部 Eと積層体 10の側面 Sとの間の領域に入り込む深 さ Dは、挿入部 4aの厚み tに対して D >0. Itの関係を満足するのが好ましい。特に、 接合強度向上の点から、深さ Dが 1 μ m以上、好ましくは 5 μ m以上であるのがよい。 深さ Dが 1 μ m以上である場合には、十分なアンカー効果が得られ、外部電極 4と積 層体 10の側面 Sとの十分な接合強度が得られる。
[0070] なお、本実施形態において外部電極 4の一部が挿入部 4aとして圧電体層 1, 1間に 「入り込んでいる」とは、積層体 10の側面の面粗度程度の凹凸に外部電極 4の一部 が入り込むことを意味するものではなぐ圧電体層 1, 1間の隙間に外部電極 4の一部 が入り込むことを意味して 、る。
[0071] さらに、挿入部 4aが積層体 10の積層方向に複数配置されているのが好ましぐ挿 入部 4aが積層体 10の積層方向に規則的に配置されて 、るのがより好ま 、。このよ うに外部電極 4の一部が入り込んだ挿入部 4aを積層方向に規則的に配置することで 、外部電極 4力 積層体 10の積層方向の全域にわたって略均一にかつ強固に接合 される。
[0072] 複数の挿入部 4aは、積層体 10における金属層 2の全層数の 1Z2以下の層数毎、 好ましくは全層数の 1Z8以下の層数毎、より好ましくは全層数の 1Z15以下の層数 毎にそれぞれ設けられているのがよい。仮に、挿入部 4aが配置される周期が金属層 2の全層数の 1Z2を超える層数毎であると、挿入部 4aの数が少なくなるので、外部 電極 4の接合強度が積層方向の全域にわたって不均一になるおそれがある。
[0073] ここで、挿入部 4aが「規則的に配置されている」とは、複数の挿入部 4aが配置され る間隔がすべて同じである場合はもちろんのこと、積層体 10の側面 Sにおいて積層 方向全域にわたって略均一に且つ強固に外部電極 4を接合することができる程度に 、各挿入部 4aの配置間隔が近似している場合も含む概念である。具体的には、挿入 部 4aの配置間隔は、各挿入部 4aの配置間隔の平均値に対して好ましくは ± 20%の 範囲内、より好ましくは ± 15%の範囲内、さらに好ましくはすべて同数であるのがよ い。 [0074] 挿入部 4aを規則的に配置する方法としては、例えば挿入部 4aを所定の枚数毎 (例 えば 20層毎など）に配置する方法が挙げられる。ただし、このような場合、金属層 2の 総枚数が上記所定枚数で割り切れないときには、積層体 10の両端付近においては 挿入部 4aの配置が上記所定枚数毎の規則に従わなくてもよい。
[0075] また、挿入部 4aは、正極側の外部電極 4及び負極側の外部電極 4が形成される積 層体 10の側面において、正極側と負極側に交互に配置されるのが望ましい。これに より、正極側の外部電極 4と負極側の外部電極 4の一部が均等に圧電体層 1間に入 り込むことになり、両側の外部電極 4が積層体 10と強固にバランスよく接合することが でさるよう〖こなる。
[0076] 特に性能面のみを重視すると、挿入部 4aが全ての圧電体層 1間に設けられている ことが好ましい。この場合には、外部電極 4を積層体 10の側面に対して積層方向全 域にわたってさらに強固に接合させることができるため、高電界で連続に高速駆動さ せた場合においても、外部電極 4が積層体 10の側面から剥離することがなぐ駆動 中に変位量が低下するのをより確実に防ぐことができる。一方、全ての圧電体層間で はなぐ上記のように挿入部 4aを規則的に配置することで性能面と製造コスト面とを ノランスよく両立させることができる。
[0077] また、本実施形態の積層型圧電素子では、挿入部 4aが形成された圧電体層 1間に 配置された金属層 2aは、主成分が周期表第 8〜11族金属力 選ばれる少なくとも一 種であるのが好ましい。金属層 2aの主成分を上記のようにすることで、圧電体層 1と 金属層 2aを同時焼成することが可能となり、圧電体層 1と金属層 2aとの接合界面を 強固に接合することができる。また、圧電素子が変位して金属層 2aに応力が加わつ た場合でも、金属層 2a自体が伸縮しやすい上記金属で構成されているので、応力が 一点に集中することなぐ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。 特に、金属層 2aを構成する金属成分は、周期表第 8〜10族金属である Ni、 Pt、 Pd 、 Rh、 Ir、 Ru及び Osから選ばれる少なくとも 1種以上と、周期表第 11族金属である C u, Ag及び Auから選ばれる少なくとも 1種以上とカゝらなる合金であるのが好ましい。こ れは、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。また、金属層 2aを構成する金属成分は周期表第 11族金属単体であっても よい。
[0078] さらに、金属層 2は主成分が周期表第 11族金属であり、挿入部 4aが形成された圧 電体層 1間に配置された金属層 2aは、該金属層 2a以外の他の金属層 2bよりも周期 表第 11族金属の比率 Rが高く設定されて 、るのが好ま 、。このようにヤング率の低 い銅、銀、金などの周期表第 11族金属の比率 Rを上記のように設定することで、金属 層 2aのヤング率を相対的に低くすることができる。これにより、金属層 2aが、駆動時 に積層体 10の伸縮によって生じる歪みを有効に吸収することができ、積層体 10の側 面 Sに強固に接合している外部電極 4に積層体 10の伸縮によって生じる応力が生じ るのを低減することができる。したがって、高電界、高圧力下で長時間連続駆動した 場合においても、外部電極 4の一部が積層体 10の側面 Sから剥離したり、外部電極 4 が断線するのを防止できる。
[0079] また、金属層 2と外部電極 4の主成分を同一にしておくことにより、外部電極 4となる 導電性ペーストを積層体 10側面に塗布、焼き付けした際に、外部電極 4と金属層 2a の接合部で同一の主成分が互いに拡散し、いわゆる拡散接合によって外部電極 4と 金属層 2aとが強固に接合される。このように外部電極 4と金属層 2aとが拡散接合する 場合、外部電極 4と金属層 2aとが相溶した相溶領域が形成される。このような形態の 場合、前記した「金属層 2aの側端部 E」は、相溶領域と金属層 2aのみの領域との境 界部分のことをいう。
[0080] 圧電体層 1は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛 Pb (Zr, Ti) O (以下 PZTと略す）、
3
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料等で形成されて
3
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
33
ましい。
[0081] また、圧電体層 1の厚み、つまり金属層 2間の距離は 40〜250 μ mが望ましい。こ れにより、積層型圧電素子は電圧を印力！]してより大きな変位量を得るために積層数を 増カロしても、積層型圧電ァクチユエータの小型化、低背化ができるとともに、圧電体 層 1の絶縁破壊を防止できる。
[0082] (第 2の実施形態）
図 4は、本発明の第 2の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す断面図である。 図 5は、第 2の実施形態における外部電極 4と積層体 10の側面 Sとの接合部分の拡 大断面図である。図 4及び図 5に示すように、第 2の実施形態に力かる積層型圧電素 子では、複数の金属層 2のうちのいくつかの金属層 2a' は、該金属層 2 と隣り合う 両側の金属層 2bよりも空隙 2dが多くなつている。空隙 2dの多さを比較するには、例 えば各金属層の空隙率を測定すればよい。本実施形態では、金属層 2 は、該金 属層 2a' と隣り合う両側の金属層 2bよりも空隙率が高くなつている。以下、金属層 2a ' のことを「多孔質金属層 2 」ということがある。
[0083] 図 6は、第 2の実施形態における多孔質金属層 2 及びその近傍を拡大した拡大 断面図である。図 6に示すように、この積層型圧電素子では、多孔質金属層 2 は、 圧電体層 1間に点在した複数の部分金属層 2c (島状に分布した複数の部分金属層） と空隙 2dとからなる。また、この多孔質金属層 2 が配置された圧電体層 1間には、 外部電極 4の一部を入り込ませた挿入部 4aが形成されて ヽる。多孔質金属層 2 が隣り合う両側の金属層 2bよりも多くの空隙 2dを有して 、ることにより、外部電極 4の 成分が空隙 2dの多い金属層 2 に深く侵入することができ、外部電極 4と積層体 10 との接合強度をより効果的に向上させることができる。すなわち、外部電極 4となる導 電ペーストを積層体 10の側面 Sに塗布し、焼き付けした際に、該導電ペーストが軟化 する温度以上で、導電ペーストが島状分布の金属層 2cに毛管現象により侵入する。 その結果、外部電極 4が金属層 2aに効果的に侵入した積層型圧電素子を形成する ことができる。これによつて、外部電極 4を積層体 10の側面に強固に接合させること ができ、高電界、高発生力下で高速で長時間駆動させた場合においても、外部電極 4の一部が積層体 10側面力も剥離するといつた問題が生じるのを防ぐことができる。
[0084] また、本実施形態では、万一、駆動回路に異常な大電流が流れ、外部電極 4が積 層体 10の側面 Sから剥離するような状況が生じた場合であっても以下のような利点が ある。すなわち、緻密な金属層に外部電極 4がアンカー効果で入り込んでいる場合 には、外部電極 4の一部が積層体 10の側面 Sから剥がれるときに、外部電極 4と緊密 に接合している緻密な金属層も同時に積層体 10の内部から引き剥がされることがあ る。そのため、引き剥がされるときの応力で圧電体層 1にクラックが生じる場合がある。 一方、本実施形態のように空隙 2dの多い金属層 2 に外部電極 4の一部を侵入さ せておくと、万一、上述のような駆動回路の異常が生じて大電流が流れた場合にお いても、外部電極 4の一部が入り込んでいる金属層 2 の部分においては、外部電 極 4の杭が抜けて、外部電極 4の一部が積層体 10の側面カゝら剥離するのみで、積層 型圧電素子全体に影響を与えることはな ヽ。
[0085] ここで、金属層 2 の空隙率は、外部電極 4の一部を効果的に圧電体層 1間に入 り込ませるために、好ましくは 10〜95%、より好ましくは 40〜90%であるのがよい。 空隙率が 10%以上である場合には、外部電極 4の一部が効果的に入り込むことがで きるので、外部電極 4と積層体 10の側面 Sの接合強度が十分に得られる。一方、空 隙率が 95%以下である場合には、金属層 2 とその両隣に配置される圧電体層 1と の接合強度が弱くなるのを防止し、焼成時に剥離するなどの不具合が生じない。
[0086] また、金属層 2aに点在している部分金属層 2cの大きさ（積層方向と垂直な方向の 幅）は、 1〜： L00 μ mが好ましい。部分金属層 2cの大きさが 1 μ m以上である場合に は、該多孔質金属層 2a' の厚みが薄くなりすぎず、外部電極 4の一部を効果的に該 金属層 2aへ侵入させることができる。一方、部分金属層 2cの大きさが 100 m以下 である場合には、積層体 10の伸縮によって生じる応力を該多孔質金属層 2 が分 散して吸収することができ、応力が部分金属層 2cに集中するのを抑制し、圧電体層 1に亀裂が生じるのを防止することができる。即ち、多孔質金属層 2 に点在してい る部分金属層 2cの大きさを 1〜： L00 μ mとすることにより、外部電極の一部を多孔質 金属層 2a' に入り込ませ且つ、積層体 10の伸縮によって生じる応力を多孔質金属 層 2 が分散して吸収することができる。さらに好ましくは、多孔質金属層 2 に点 在している部分金属層 2cの大きさは、 3〜50 /ζ πιが望ましい。また、多孔質金属層 2 a' の形状は、略球形であっても、他の形状であっても構わない。
[0087] なお、多孔質金属層 2 力 複数の部分金属層 2cが点在して構成されている場 合、電気的導通がなくなり、電極として機能しなくても構わない。この場合には、当該 金属層 2a' は、圧電体層 1に対して、部分的に形成されていてもよいし (いわゆる部 分電極構造)、全面に形成されていても良い。
[0088] 金属層 2 と金属層 2bとの間で空隙の多さを比較する際には、例えば走査型電 子顕微鏡 (SEM)、金属顕微鏡、光学顕微鏡などを用いて金属層 2a' の断面及び 金属層 2bの断面 (積層方向に平行な断面又は積層方向に垂直な断面）を観察して 断面画像を得、この断面画像を評価すればよい。この断面画像において、金属層 2a ' と金属層 2bの空隙の多さに明らかな差が認められる場合には、目視で比較すれ ばよ 、。また、金属層 2 と金属層 2bの空隙の多さを目視で判別することができな い場合には、以下のような方法により空隙率をそれぞれ測定して比較すればよい。
[0089] 金属層の空隙率とは、積層体 10の断面 (積層方向に垂直又は水平な断面）におい て、金属層全体の面積に対して空隙の面積が占める割合 (％)を意味する。空隙率を 測定する方法は大きく分けて次の 2つある。第 1の方法は、積層体 10を積層方向に 平行な面で切ったときの断面を観察する方法であり、第 2の方法は、積層体 10を積 層方向に垂直な面で切ったときの断面を観察する方法である。
[0090] 空隙率を第 1の方法で測定するには、例えば以下のようにして行えばよい。まず、 積層方向に平行な断面が露出するように、積層体 10を公知の研磨手段を用いて研 磨処理する。具体的には、例えば研磨装置としてケメット 'ジャパン (株)社製卓上研磨 機 KEMET—V— 300を用いてダイヤモンドペーストで研磨することができる。この研 磨処理により露出した断面を、例えば走査型電子顕微鏡 (SEM)、光学顕微鏡、金 属顕微鏡、光学顕微鏡などにより観察して断面画像を得、この断面画像を画像処理 することによって金属層 2 の空隙率及び金属層 2bの空隙率を測定することができ る。具体例を挙げると、光学顕微鏡にて撮影した金属層 2 若しくは金属層 2bの画 像に対して、空隙部分を黒色に塗りつぶし、空隙以外の部分を白色に塗りつぶし、 黒色部分の比率、即ち、（黒色部分の面積) Z (黒色部分の面積 +白色部分の面積 )を求め、百分率で表すことにより空隙率を算出することができる。例えば、断面画像 力 Sカラーである場合は、グレースケールに変換して黒色部分と白色部分に分けるとよ い。このとき、黒色部分と白色部分に 2階調化するための境界の敷居値を設定する必 要がある場合には、画像処理ソフトウェアゃ目視により境界の敷居値を設定して 2値 化すればよい。
[0091] また、空隙率を第 2の方法で測定するには、例えば以下のようにして行えばよい。ま ず、空隙率を測定したい金属層 2 の断面又は金属層 2bの断面 (積層方向に垂直 な断面）が露出するまで、公知の研磨装置を用いて積層体 10の積層方向に研磨す る。具体的には、例えば研磨装置としてケメット'ジャパン (株)社製卓上研磨機 KEM ET—V— 300を用いてダイヤモンドペーストで研磨することができる。この研磨処理 により露出した断面を、例えば走査型電子顕微鏡 (SEM)、光学顕微鏡、金属顕微 鏡、光学顕微鏡などにより観察して断面画像を得、この断面画像を画像処理すること によって金属層 2 の空隙率及び金属層 2bの空隙率を測定することができる。具 体的には、光学顕微鏡にて撮影した金属層 2 若しくは金属層 2bの画像に対して 、空隙部分を黒色に塗りつぶし、空隙以外の部分を白色に塗りつぶし、黒色部分の 比率、即ち、（黒色部分の面積) Z (黒色部分の面積 +白色部分の面積)を求め、百 分率で表すことにより空隙率を算出することができる。例えば、断面画像がカラーで ある場合は、グレースケールに変換して黒色部分と白色部分に分けるとよい。このと き、黒色部分と白色部分に 2階調化するための境界の敷居値を設定する必要がある 場合には、画像処理ソフトウェアや目視により境界の敷居値を設定して 2値ィ匕すれば よい。なお、金属層 2 又は金属層 2bの断面を観察する際には、これらの厚みの約 1Z2の位置まで研磨し、これにより露出した断面を観察するのが好ましい。ただし、 金属層 2a' の厚み又は金属層 2bの厚みが薄ぐかつ、厚みのばらつきが比較的大 きな場合には、研磨処理により金属層 2 の断面全体又は金属層 2bの断面全体を 露出させることができないことがある。このような場合には、金属層 2 又は金属層 2 bの一部が露出するまで研磨処理した時点で、その露出部分を観察して断面画像を 得た後、さらに研磨を進めて、既に観察した部分を除く他の部分を観察するという操 作を複数回繰り返してもよ ヽ。このようにして複数回の操作で得た観察画像を足し合 わせて金属層 2 又は金属層 2bの断面全体が観察できればよい。
[0092] 第 2の実施形態では、図 7に示すように、複数の部分金属層 2c間に入り込んでいる 外部電極 4の一部である挿入部 4aが、部分金属層 2cの表面を覆っているのが好まし い。このように部分金属層 2cの表面を覆っていることにより、挿入部 4aと部分金属層 2cとの接触面積が増加するので、外部電極 4と積層体 10の側面 Sとの接合強度がさ らに向上する。
[0093] (第 3の実施形態）
図 8は、本発明の第 3の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す断面図である。 図 8に示すように、この素子における積層体 10の側面 Sには一対の外部電極 4, 4' が形成されており、 2つの圧電体層 1間の一部の領域には、一方の外部電極 4の一 部を入り込ませた挿入部 4aが形成され、これと同じ圧電体層 1間の他の一部の領域 には、他方の外部電極 4' の一部を入り込ませた挿入部 4 が形成されている。こ れにより、両方の外部電極が積層体の側面力 剥離するのを防止することができるの で、素子の耐久性をより向上させることができる。し力も、一方の外部電極の一部を入 り込ませる圧電体層間と他方の外部電極の一部を入り込ませる圧電体層間とが異な る場合と比較して、同一の圧電体層間に 2つの挿入部を形成する場合には、挿入部 の形成に必要な製造コストを低減することができるので、耐久性に優れた素子を安価 に製造することができる。
[0094] (第 4の実施形態）
図 9は、本発明の第 4の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す断面図である。 図 10は、本実施形態における外部電極 4と積層体 10の側面 Sとの接合部分の拡大 断面図である。図 9及び図 10に示すように、本実施形態の素子における多孔質金属 層 2 の積層方向両側の金属層 2e, 2eは、これらの金属層 2eに対して積層方向に 隣り合う金属層（多孔質金属層 2 及び金属層 2b)よりも空隙が少なくなるように形 成されている。以下、金属層 2eを高密度金属層 2eということがある。高密度金属層 2 eと、多孔質金属層 2 及び金属層 2bとの間で空隙の多さを比較するには、例えば 空隙率を測定すればよい。空隙率の測定方法は上記と同様である。本実施形態で は、高密度金属層 2e, 2eは、これらの金属層 2e, 2eに対して積層方向に隣り合う金 属層 2a' , 2bよりも空隙率が低く設定されている。
[0095] このように、高密度金属層 2eを他の金属層 2 ， 2bよりも空隙率が低くなるように 形成することで、この高密度金属層の端部と外部電極との間の接合面積が増加する ので、これらの間で導電性材料の拡散が生じやすくなる。これにより、この拡散による 接合 (拡散接合)によって外部電極の接合強度を高めることができる。すなわち、多 孔質金属層が配置された圧電体層間では挿入部を形成してアンカー効果を得、この 多孔質金属層に隣り合う両側の金属層と外部電極との間では拡散接合による接合強 度の向上を図っている。外部電極と積層体の側面との接合強度を高めるために多孔 質金属層を過度に多く配置すると、素子の強度が低下する場合があるが、上記のよう に多孔質金属層によるアンカー効果と高密度金属層による拡散接合の効果とを組み 合わせることにより、外部電極の接合強度を向上させるとともに素子全体の強度が低 下するのを抑制することができる。具体的には、金属層 2eの空隙率は金属層 2bの空 隙率の 95%以下、より好ましくは 90%以下であるのがよい。
[0096] また、本実施形態における高密度金属層 2e, 2eは、これらの金属層に対して積層 方向に隣り合う金属層 2 , 2bよりも厚みが厚くなるように形成されている。このよう に、金属層 2eが他の金属層 2a' , 2bよりも厚みが厚いため、この高密度金属層 2e の端部と外部電極との間で導電性材料の拡散が生じやすくなるので、この拡散によ る接合 (拡散接合）によって外部電極の接合強度を高めることができる。具体的には 、金属層 2eの厚みは金属層 2bの厚みの 105%以上、より好ましくは 110%以上であ るのがよい。
[0097] (第 5の実施形態）
図 11は、本発明の第 5の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す断面図である。 図 11に示すように、本実施形態における外部電極 4は、積層体 10の側面 Sに垂直な 方向に積層された複数の層 4b, 4c, 4d, 4eからなる。この実施形態では、外部電極 4が導電性材料とガラス材料とを含み、挿入部 4aにおけるガラス材料の含有量が挿 入部 4a以外の他の部位 (外部電極 4の本体)よりも多いときには、次のような効果があ る。すなわち、ガラス成分が多い部位においてはそのガラス成分により金属成分が圧 電体層中に拡散固溶しやすくなるので、挿入部 4aとこれに接触する圧電体層との接 合強度が向上する。その結果、挿入部 4aにおけるアンカー効果が高まるので、積層 体 10に対する外部電極 4の接合強度をより向上させることができる。
[0098] また、複数の層 4b— 4eのうち積層体 10の側面 S側に位置する層 4bは、他の層 4c —4eよりもガラス材料の含有量が多くなるように形成されている。これにより、ガラス成 分が隣り合う圧電体層間に入り込みやすくなるので、外部電極 4と積層体 10の側面 S との接合強度をさらに高めることができる。また、外部電極 4を構成する複数の層 4b — 4eのうち、外側の層 4eに含まれるガラス成分が、積層体 10の側面 S側に位置する 層 4bよりも少なくなることで、外部電極 4に半田付けにより接合されるリード線 6の接合 強度を高めることができる。なぜなら、一般に半田はガラス成分に対して濡れ性が低 いからである。
[0099] なお、上記の各実施形態では、金属層 2a (又は金属層 2 ）の積層方向に隣り合 う両側の金属層 2b, 2b (又は金属層 2e, 2e)が同極である場合を例に挙げて説明し た。このように両側の金属層 2b, 2b (又は金属層 2e, 2e)が同極であるときには、次 のような利点がある。すなわち、金属層 2 が複数の部分電極層 2cと空隙 2dとから 構成され、部分電極層 2cが互いに絶縁状態で孤立して点在している場合には、金 属層 2a' が電極として機能しない。このような場合には、金属層 2a' に隣接する圧 電体層 1は、同極の金属層 2b, 2b (又は金属層 2e, 2e)に挟まれることになるので、 当該圧電体層 1は、外部電極 4に電圧が印加されても変位しない。これにより、複数 の部分金属層 2cが点在して構成される金属層 2 への応力の集中を防ぐことが可 能となる。その結果、高電界、高発生力下で高速で長時間駆動させた場合において も、外部電極 4の一部が積層体 10側面力 剥離するといつた問題をより確実に防ぐこ とがでさる。
[0100] 一方、金属層 2a (又は金属層 2 ）の積層方向に隣り合う両側の金属層 2b, 2b ( 又は金属層 2e, 2e)が異極であるとき（例えば図 12)には、次のような利点がある。す なわち、金属層 2 が電極として機能しない場合に、両側の金属層 2b, 2b (又は金 属層 2e, 2e)で挟まれた圧電体層 1の変位量が他の金属層 2b, 2bで挟まれた圧電 体層の変位よりも小さくなる。各圧電体層 1の厚みが同じ場合、両側の金属層 2b, 2b (又は金属層 2e, 2e)で挟まれた圧電体層 1の変位量は、他の金属層 2b, 2bで挟ま れた圧電体層の変位量の 1Z2となる。このため、外部電極 4と金属層 2との界面にか 力る応力を低減することが可能となる。その結果、高電界、高発生力下で高速で長時 間駆動させた場合においても、外部電極 4の一部が積層体 10側面力も剥離するとい つた問題が生じるのを防ぐことができる。
[0101] (製造方法）
次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。
本発明の積層型圧電素子は、まず、 PZT等からなるぺロブスカイト型酸化物の圧電 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力も成るバイン ダ一と、 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ード法やカレンダーロール法等 のテープ成型法により圧電体層 1となるセラミックグリーンシートを作製する。
[0102] 次に、銀 パラジウム等の金属層 2を構成する金属粉末にバインダー、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、金属層 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 /ζ πιの厚みに印刷する。また、厚みを制御することにより、任意の厚 みの金属層 2を作製することが可能となる。
[0103] ついで、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枚積層し、この 積層体につ 、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 ことによって積層焼成体を作製する。
[0104] このとき、金属層 2を形成する導電性ペースト中にアクリルビーズ等の乾燥時には 接着固定され、焼成時には揮発する有機物を含有させておくことにより、任意の空隙 率をもった金属層 2を形成することができる。即ち、導電性ペーストに添加するアタリ ルビーズの量を制御することにより、該金属層 2の空隙率を制御することができる。つ まり、アクリルビーズが少ない場合には、空隙率は少なくなり、逆にアクリルビーズが 大きい場合には、空隙率は大きくなる。即ち、外部電極 4の一部を侵入させたい金属 層 2を形成する場合には前記導電性ペーストに添加するアクリルビーズの量を多くし 、逆に外部電極 4を侵入させない金属層 2を形成する場合には、アクリルビーズの量 を少なくする力、若しくはアクリルビーズを添加しなければよい。空隙率を低下させる には、導電性ペースト中のノインダ一の量を少なくすればよい。
[0105] なお、このとき、不活性層 9をなすグリーンシート中に、銀一パラジウム等の金属層 2 を構成する金属粉末を添加したり、不活性層 9をなすグリーンシートを積層する際に 、銀—パラジウム等の金属層 2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、不活性層 9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 10を形成することができる。
[0106] なお、積層体 10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 複数の圧電体層 1と複数の金属層 2とを交互に積層してなる積層体 10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。
[0107] 次に、得られた積層焼成体を周知の平面研削盤などを用いて、所定の形状に研削 を行う。
[0108] その後、銀を主成分とする導電剤粉末とガラス粉末にバインダー、可塑剤及び溶剤 を加えて作製した銀ガラス導電性ペーストを、外部電極 4を形成する積層体 10側面 にスクリーン印刷等によって、印刷する。その後、所定の温度で乾燥、焼き付けを行う ことにより、外部電極 4を形成することができる。ここで、前記ガラス成分は、圧電体層 1との接合強度を高め、且つ、有効的に金属層 2に侵入するという点から、酸化鉛若 しくは酸ィ匕珪素の少なくとも 1種を含む軟ィ匕点 800°C以下のガラスが望ましい。また、 前述以外に、ガラス成分は、シリカガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリけい酸ガラス 、アルミノほうけい酸塩ガラス、ほうけい酸塩ガラス、アルミノけい酸塩ガラス、ほう酸塩 ガラス、りん酸塩ガラス、鉛ガラス等を用いる。
[0109] 例えば、ほうけい酸塩ガラスとしては、 SiO 40〜70質量0 /0、 B O 2〜30質量0 /0A1
2 2 3
O 0〜20質量％、 MgO、 CaO、 SrO、 BaOのようなアルカリ土類金属酸化物を総
2 3
量で 0〜： L0質量％、アルカリ金属酸ィ匕物 0〜： L0質量％含有するものを使用すること ができる。また、上記ほうけい酸塩ガラスに、 5〜30質量％の ZnOを含むようなガラス としても構わない。 ZnOは、ほうけい酸塩ガラスの作業温度を低下させる効果がある。
[0110] また、りん酸塩ガラスとしては、 P O 40〜80質量0 /0、 Al O 0〜30質量0 /0、 B O O
2 5 2 3 2 3
〜30質量％、 ZnO0〜30質量％、アルカリ土類金属酸化物 0〜 30質量％、アルカリ 金属酸ィ匕物 0〜10質量％を含むようなガラスを使用することができる。
[0111] また、鉛ガラスとしては、 PbO30〜80質量0 /0、 SiO 0〜70質量0 /0、 Bi O 0〜30質
2 2 3 量％、 Al O 0〜20質量％、 ZnO0〜30質量％、アルカリ土類金属酸化物 0〜 30質
2 3
量％、アルカリ金属酸ィ匕物 0〜： L0質量％を含むようなガラスを使用することができる。
[0112] また、外部電極を構成する導電剤は、耐酸ィ匕性があり、ヤング率が低ぐ安価であ るという点から、銀を主成分とすることが望ましい。なお、耐エレクト口マイグレーション 性を高めるという点から、微量の白金若しくはパラジウムを添加しても構わない。
[0113] なお、前記銀ガラス導電性ペーストの焼き付け温度は、外部電極 4の一部を金属層 2に入り込ませ、且つ、外部電極 4と積層体 10側面の接合強度を高めるという点から 、該銀ガラス導電性ペーストに含まれるガラスの軟ィ匕点以上の温度で、 500〜800°C が望ましい。また、該銀ガラス導電性ペースト中のガラスの軟ィ匕点は、 500〜800°C が望ましい。
[0114] さらに、外部電極 4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 れた導電性接着剤か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 4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 4に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極 4が局所発熱を起こ し断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
[0115] 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 いるため、前記導電性接着剤に亀裂が生じるのを防ぐことができる。
[0116] 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。
[0117] 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。
[0118] 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 ことが望ましい。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。
[0119] その後、外部電極 4を含む積層体 10側面にシリコーンゴム等力もなる外装榭脂を デイツビング等の手法を用いてコーティングすると同時に、外部電極 4にリード線 6を 半田等で接続することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。
[0120] なお、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。
[0121] また、上記実施形態では、積層体 10の対抗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 4を形成し てもよい。
[0122] (第 6の実施形態）
従来の積層型圧電ァクチユエータのように、単に外装榭脂を積層体の側面に被覆 するだけでは、外装樹脂と積層体側面及び金属層との接合が必ずしも十分ではない 。したがって、高電界で連続駆動させた場合に、積層体の伸縮により、積層体側面と 外装樹脂との接合部で応力が生じ、外装樹脂が積層体側面および金属層端部から 剥離して、該剥離部に雰囲気中の水蒸気が入り込むことがある。この場合、高電界が 力かっているので、素子表面でシルバーマイグレーションが発生し、金属層間で導通 して積層体の機能が低下するという問題が生じる可能性があった。
[0123] 図 30に示すように、金属層 102をエッチングにより除去し後退部分を形成し、後退 部分に高分子有機絶縁材 122を充填するだけでは、エッチングされた金属層面が平 滑であること、高分子有機絶縁材 122と外装榭脂 121との接合強度が十分でないこ となどの理由から、高電界で連続駆動させた場合における外装樹脂の剥離を十分に 防ぐことができな力つた (例えば特開平 4— 369277号公報)。
[0124] 図 13は、本発明の第 6の実施形態に力かる積層型圧電素子において、外装榭脂（ 被覆部材)を被覆する前の状態を示す斜視図である。図 14は、外装榭脂を被覆した 、第 6の実施形態にカゝかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図 15は、図 14〖こ おける A— A線断面図である。図 16は、本実施形態の積層型圧電素子における外 装榭脂と積層体の側面との接合部分の拡大断面図である。図 17は、本実施形態の 積層型圧電素子において、金属層と圧電体層との界面で切断したときの断面図であ る。
[0125] 図 13〜15に示すように、本実施形態に力かる積層型圧電素子は、複数の圧電体 層 1と複数の金属層 2とが交互に積層された積層体 10を有し、該積層体 10の対向す る側面に金属層 2の端部を一層おきに電気的に導通する一対の外部電極 4が接合さ れている。各外部電極 4には、ハンダ等によりリード線 6が接続固定されている。このリ ード線 6は、外部の電圧供給部（図示せず）に接続することができる。この積層型圧電 素子には、図 14, 15に示すように、積層体 10の側面及び外部電極 4を覆う外装榭 脂 21が被覆されている。
[0126] 図 16, 17に示すように、本実施形態の積層型圧電素子は、外装榭脂 21の一部（ 内装榭脂 21a)が、隣り合う 2つの圧電体層 1間の一部の領域に入り込んでいることを 特徴としている。具体的には、外装榭脂 21の一部である内装 21aは、隣り合う 2つの 圧電体層 1間の領域で、かつ、金属層 2aの側端部 Eと積層体 10の側面 Sとの間の領 域 Tに入り込んでいる。領域 Tに入り込んでいる内装榭脂 21aは、積層体 10の側面 S に接合されている外装榭脂 21の本体 21bと一体ィ匕している。ここで、「一体化してい る」とは、内装榭脂 21aが単に外装榭脂本体 21bに接しているだけではなぐ内装榭 脂 21aが外装榭脂本体 21bとつながった状態 (結合している状態)であることをいう。
[0127] このように外装榭脂 21の一部である内装榭脂 21aを圧電体層 1間の領域 Tに侵入 させ、かつ、外装榭脂本体 21bと一体化した状態にすることにより、積層体 10の側面 Sから積層体 10中に杭を打ち込んだような構造となって、いわゆるアンカー効果によ り外装榭脂 21と積層体 10との接合強度が大幅に向上する。これにより、積層型圧電 素子を高電界、高圧力下で長時間駆動させた場合であっても、外装榭脂 21が積層 体 10側面力も剥離するのを防ぐことができる。
[0128] また、積層体が駆動時に伸縮し変形することにより生じる積層体と被覆部材との界 面での応力は、領域 Tに入り込んでいる内装榭脂 21aを介して、圧電体層 1に伝播 する。この伝播した応力に応じて、領域 Tに入り込んでいる内装榭脂 21に接する圧 電体の結晶構造が変化し、応力が吸収される。
[0129] 特に、内層榭脂 21aは主成分が榭脂であるので、榭脂自体が変形して応力緩和す るだけでなぐ内層榭脂 21aに接する圧電体を被覆することができるので、圧電体の 結晶構造変化による体積変化を吸収して、新たな応力発生を抑止することができる。
[0130] さらに、圧電体層 1が空隙に接した部分では、圧電体が周囲の雰囲気の酸素濃度 や湿度に応じて酸化還元され、積層型圧電素子の長期間の使用において圧電特性 が変化するおそれがあるが、内装榭脂 21により使用環境の影響を抑制することがで きる。これにより、圧電体の応力緩和機能が耐久性の高いものとなり、被覆部材と積 層体との接合信頼性がより高められ、長寿命の積層型圧電素子が得られる。
[0131] 外装榭脂 21の一部である領域 T内の内装榭脂 21aが金属層 2aの側端部 Eと積層 体 10の側面 Sとの間の領域 Tに入り込む深さ Dは、接合強度向上の点から、： m以 上、好ましくは 5 μ m以上であるのがよい。深さ Dが 1 μ m以上である場合には、十分 なアンカー効果が得られ、外装榭脂 21と積層体 10の側面との十分な接合強度が得 られる。
[0132] さらに、外装榭脂 21の一部が入り込んでいる圧電体層 1間の領域 Tが複数存在し、 これらの領域 Tが圧電体層 1の積層方向に規則的に配置されて ヽるのが好ま ヽ。こ のように内装榭脂 21aが入り込んだ領域 Tを積層方向に規則的に配置することで、外 装榭脂 21が、積層体 10の積層方向の全域にわたって略均一にかつ強固に接合さ れる。
[0133] 複数の領域 Tは、積層体 10における金属層 2の全層数の 1Z2以下の層数毎、好 ましくは全層数の 1Z8以下の層数毎、より好ましくは全層数の 1Z15以下の層数毎 にそれぞれ設けられているのがよい。仮に、領域 Tが配置される周期が金属層 2の全 層数の 1Z2を超える層数毎であると、領域 Tの数が少なくなるので、外装榭脂 21の 接合強度が積層方向の全域にわたって不均一になるおそれがある。なお、領域 Tは 、積層体 10の積層方向に略規則的に配置されていることが好ましいが、積層方向の 両端部付近は、積層体 10の中央付近での規則性力 外れても構わな!/、。
[0134] ここで、領域 Tが「規則的に配置されている」とは、複数の領域 Tが配置される間隔 がすべて同じである場合はもちろんのこと、積層体 10の側面において積層方向全域 にわたつて略均一に且つ強固に外装榭脂 21を接合することができる程度に、各領域 Tの配置間隔が近似している場合も含む概念である。具体的には、領域 Tの配置間 隔は、各領域 Tの配置間隔の平均値に対して好ましくは ± 20%の範囲内、より好ま しくは ± 15%の範囲内、さらに好ましくはすべて同数であるのがよい。
[0135] また、金属層 2aが入り込んでいる 2つの領域 T間には、金属層 2a以外の他の金属 層 2bが存在しているのである力 該金属層 2bは、複数存在するのがよぐ正極となる 金属層 2bと負極となる金属層 2bとの層数が同じであるのがより好ましい。これにより、 正極側に位置する外装榭脂 21と負極側に位置する外装榭脂 21が均等に金属層 2a に入り込むことになり、正極側に位置する外装榭脂 21及び負極側に位置する外装榭 脂 21が積層体 10と強固にバランスよく接合することができるようになる。 [0136] また、本実施形態の積層型圧電素子では、外装榭脂 21の一部である内装榭脂 21 aが入り込んで 、る圧電体層 1間に存在する金属層 2aは、主成分が周期律表第 8〜 11族金属力 選ばれる少なくとも一種であるのが好ましい。金属層 2aの主成分を上 記のようにすることで、圧電体層 1と金属層 2aを同時焼成することが可能となり、圧電 体層 1と金属層 2aとの接合界面を強固に接合することができる。また、圧電素子が変 位して金属層 2aに応力が加わった場合でも、金属層 2a自体が伸縮しやす!/、上記金 属で構成されているので、応力が一点に集中することなぐ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。特に、金属層 2aを構成する金属成分は、周期律 表第 8〜10族金属である Ni、 Pt、 Pd、 Rh、 Ir、 Ru及び Osから選ばれる少なくとも 1 種以上と、周期律表第 11族金属である Cu, Ag及び Au力 選ばれる少なくとも 1種 以上とからなる合金であるのが好ましい。これは、近年における合金粉末合成技術に おいて量産性に優れた金属組成であるからである。また、金属層 2aを構成する金属 成分は周期律表第 11族金属単体であってもよ 、。
[0137] さらに、金属層 2は主成分が周期律表第 11族金属であり、内装榭脂 21aが入り込 んで 、る圧電体層 1間に存在する金属層 2aは、該金属層 2a以外の他の金属層 2bよ りも周期律表第 11族金属の比率が高く設定されているのが好ましい。これにより、圧 電体層 1と金属層 2a、 2bを同時焼成できる。また、ヤング率の低い銅、銀、金などの 周期律表第 11族金属の比率の点で、金属層 2bよりも金属層 2aの方を高めておくこ とにより、内装榭脂 21aが入り込んでいる領域 Tに隣接する金属層 2aのヤング率を相 対的に低くすることができる。これにより、金属層 2aが、駆動時に積層体 10の伸縮に よって生じる歪みを有効に吸収することができ、積層体 10側面に強固に接合してい る外装榭脂 21に積層体 10の伸縮によって生じる応力が生じるのを低減することがで きるので、高電界、高圧力下で長時間連続駆動した場合においても、外装榭脂 21が 積層体 10側面力も剥離するという不具合が生じるのを防ぐことができる。
[0138] 外装榭脂 21は、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂、ポリイミド榭脂、フッ素系榭脂、ウレ タン榭脂、ポリアミドイミド榭脂、アクリル榭脂、ナイロン榭脂及びポリエステル榭脂か らなる群より選ばれる少なくとも一種を含むのが好ましい。内装榭脂 21aも上記榭脂 力 選ばれる少なくとも一種を含むのがよい。 [0139] 圧電体層 1は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛 Pb (Zr, Ti) O (以下 PZTと略す）、
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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料等で形成されて
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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
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ましい。
[0140] また、圧電体層 1の厚み、つまり金属層 2間の距離は 40〜250 μ mが望ましい。こ れにより、積層型圧電素子は電圧を印力！]してより大きな変位量を得るために積層数を 増カロしても、積層型圧電ァクチユエータの小型化、低背化ができるとともに、圧電体 層 1の絶縁破壊を防止できる。
[0141] (第 7の実施形態）
図 18は、本発明の第 7の実施形態に力かる積層型圧電素子を示す断面図である。 図 19は、第 7の実施形態における外装榭脂 21と積層体 10の側面との接合部分の拡 大断面図である。図 18, 19に示すように、第 7の実施形態にかかる積層型圧電素子 では、複数の金属層 2のうちのいくつかの金属層 2a' は、該金属層 2a' と隣り合う両 側の金属層 2bよりも空隙 2dの割合 (空隙率)が高ぐ該空隙 2dの一部に外装榭脂 2 1の一部（内装榭脂 21a)が入り込んでいる多孔質金属層 2 であることを特徴とし ている。このように一部の多孔質金属層 2a' は、部分金属層 2cと空隙 2dとからなり、 該多孔質金属層 2 が隣り合う両側の金属層 2bよりも多くの空隙 2dを有して 、るこ とにより、外装榭脂 21の成分が空隙 2dの多い多孔質金属層 2 に深く侵入するこ とができ、外装榭脂 21と積層体 10との接合強度をより効果的に向上させることができ る。なお、本実施形態における「空隙」とは、圧電体層 1間の領域において金属層を 構成する金属が存在しない部分のことをいう。したがって、この空隙に内装榭脂 21a が入り込んでいる場合であっても、便宜上、この部分も空隙と呼ぶこととする。
[0142] ここで、多孔質金属層 2 の空隙率は、外装榭脂 21を効果的に空隙 2dの一部に 入り込ませるために、好ましくは 10〜95%、より好ましくは 40〜90%であるのがよい 。空隙率が 10%以上である場合には、外装榭脂 21の一部が効果的に入り込むこと ができ、外装榭脂 21と積層体 10の側面の接合強度が十分に得られる。これにより、 駆動時に外装榭脂 21が積層体 10の側面力も剥離してしまうのを防止できる。一方、 空隙率が 90%以下である場合には、金属層 2a' とその両隣に配置される圧電体層 1との接合強度が弱くなるのを防止でき、焼成時に剥離するといつた問題が生じるの を防止できる。なお、空隙率は、多孔質金属層 2 の積層方向と平行な断面で観察 したときに、観察領域における金多孔質属層 2a' 全体の面積に対して、空隙 (ボイド )の占める割合を百分率で表したものである。なお、金属層 2a及び金属層 2bの空隙 率についても上記と同様である。
[0143] 図 20は、第 7の実施形態の積層型圧電素子における金属層と圧電体層との界面 で切断したときの断面図である。図 21は、第 7の実施形態の積層型圧電素子におい て金属層及びその近傍を拡大した拡大断面図である。図 22は、第 7の実施形態に おける圧電体層上の部分金属層の配列状態を示す斜視図である。図 20〜22に示 すように、第 7の実施形態に力かる積層型圧電素子では、金属層 2a' は、点在した 複数の部分金属層 2c (島状に分布した複数の部分金属層）で構成されているのが好 ましい。そして、この点在した複数の部分金属層 2c間の一部に外装榭脂 21の一部 が入り込んでいる。このように、外装榭脂 21を積層体 10の側面にコーティングした際 に、外装榭脂 21が島状分布の金属層 2cに毛管現象により侵入する。その結果、外 装榭脂 21が多孔質金属層 2a' に効果的に侵入した積層型圧電素子を形成するこ とができる。これによつて、外装榭脂 21を積層体 10の側面に強固に接合させることが でき、高電界、高発生力下で高速で長時間駆動させた場合においても、外装榭脂 2 1が積層体 10側面力も剥離するといつた問題が生じるのを防ぐことができる。
[0144] ここで、前述の複数の部分金属層 2cが点在した状態の多孔質金属層 2 の金属 充填率は、好ましくは 5〜55%、より好ましくは 10〜40%であるのがよい。これは、金 属充填率が 5%以上である場合には、該金属層 2a' とそれと隣り合う圧電体層 1の 接合強度が弱くなるのを防止することができる。一方、金属充填率が 55%以下である 場合には、該金属層 2 が複数の金属が点在した状態、いわゆる島状分布とはなり やすぐ外装榭脂 21をコーティングした際に、毛管現象が生じやすくなる。このため、 外装榭脂 21の一部を効果的に金属層 2 に入り込ませることができる。即ち、該金 属充填率を 5〜55%としておくことにより、該金属層 2aと圧電体層 1の接合強度を高 く維持し、且つ、外装榭脂 21をコーティングして積層体 10側面に接合させる際に、 毛管現象により、外装榭脂 21が有効に金属層 2aへ侵入することができ、積層体 10 側面と金属層 2aの接合強度を高くすることができる。なお、金属充填率は、該当する 金属層 2 の積層方向と平行な断面で観察した場合の、金属層 2 の任意の断 面を金属組成物の占める割合を百分率で表したものである。
[0145] また、金属層 2a' に点在している部分金属層 2cの大きさは、 1〜： LOO mが好まし い。これは、金属層 2a' に点在している部分金属層 2cの大きさが 1 μ m以上である 場合には、該金属層 2 の厚みが薄くなりすぎるのを防止し、外装榭脂 21の一部を 有効に該金属層 2aへ侵入させることができる。一方、部分金属層 2cの大きさが 100 m以下である場合には、積層体 10の伸縮によって生じる応力を該金属層 2 力 S 分散して吸収することができるので、応力が該金属糸且成物に集中するのを抑制でき る。これにより、圧電体層 1に亀裂が生じるといった問題が発生するのを防止できる。 即ち、金属層 2aに点在している部分金属層 2cの大きさを 1〜： L00 mとすることによ り、外装榭脂 21の一部を金属層 2aに入り込ませ、且つ、積層体 10の伸縮によって生 じる応力を金属層 2aが分散して吸収することができる。さらに好ましくは、金属層 2a ' に点在している部分金属層 2cの大きさは、 3〜50 mが望ましい。また、部分金属 層 2cの形状は、略球形であっても、他の形状であっても構わない。
[0146] なお、外装榭脂 21の一部である内装榭脂 21aが侵入している金属層 2 力 複数 の部分金属層 2cが点在した状態である場合、電気的導通がなくなり、電極として機 能しなくても構わない。この場合には、当該金属層 2 は、圧電体層 1に対して、部 分的に形成されて ヽてもよ ヽし ( ヽゎゆる部分電極構造）、全面に形成されて!ヽても 良い。
[0147] また、本発明では、上記実施形態のように内装樹脂が外装榭脂の一部である場合 だけでなぐ内装樹脂が外装榭脂とは異なる成分力もなつていてもよい。ただし、内 装榭脂と外装樹脂の接合強度の観点カゝら判断すると、内装榭脂は、外装樹脂と同じ 成分であるのが好ましぐ外装樹脂の一部であるのがより好ましい。
[0148] (製造方法）
次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。
本発明の積層型圧電素子は、まず、 PbZrO— PbTiO等カゝらなるぺロブスカイト型
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酸化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ード法やカレンダ 一ロール法等のテープ成型法により圧電体層 1となるセラミックグリーンシートを作製 する。
[0149] 次に、銀 パラジウム等の金属層 2を構成する金属粉末にバインダー、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、金属層 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の厚みに印刷する。
[0150] ついで、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枚積層し、この 積層体につ 、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 ことによって積層焼成体を作製する。
[0151] このとき、金属層 2を形成する導電性ペースト中にアクリルビーズ等の乾燥時には 接着固定され、焼成時には揮発する有機物を含有させておくことにより、任意の空隙 率をもった金属層 2を形成することができる。即ち、導電性ペーストに添加するアタリ ルビーズの量を制御することにより、該金属層 2の空隙率を制御することができる。つ まり、アクリルビーズが少ない場合には、空隙率は少なくなり、逆にアクリルビーズが 大きい場合には、空隙率は大きくなる。即ち、外装榭脂 21の一部を侵入させたい多 孔質金属層 2 を形成する場合には前記導電性ペーストに添加するアクリルビーズ の量を多くし、逆に外装榭脂 21を侵入させない金属層 2を形成する場合には、アタリ ルビーズの量を少なくする力、若しくはアクリルビーズを添カ卩しなければよ 、。
[0152] なお、このとき、不活性層 9をなすグリーンシート中に、銀一パラジウム等の金属層 2 を構成する金属粉末を添加したり、不活性層 9をなすグリーンシートを積層する際に 、銀—パラジウム等の金属層 2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、不活性層 9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 10を形成することができる。
[0153] なお、積層体 10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 複数の圧電体層 1と複数の金属層 2とを交互に積層してなる積層体 10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。
[0154] 次に、上記と同様の方法により外部電極 4を形成することができる。ここで、ガラス成 分、外部電極を構成する導電剤としては、上記と同様の例示ができる。銀ガラス導電 性ペーストの焼き付け温度は、上記と同様の温度範囲であるのが望ましい。さらに、 外部電極 4の外面に、上記と同様の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からなる導電性補助部材を形成してもよい。
[0155] その後、外部電極 4にリード線 6を半田等で接続し、外部電極 4を含む積層体 10側 面にシリコーンゴム等力 なる外装榭脂をデイツビング等の手法を用いてコーティング することにより本発明の積層型圧電素子が完成する。ここで、外装榭脂 21を隣り合う 圧電体層 1層間の一部の領域に毛管現象を利用して効果的に入り込ませるために、 上記したように金属層力 点在した複数の部分金属層で構成されているのが好ましく 、さらに、ディビング等を行った後に真空吸引するのがより好ましい。さらに望ましくは 、外装榭脂 21のコーティング前の粘度を下げることにより、毛管現象が起こりやすくな り、外装榭脂 21を前記領域に入り込ますことが可能となる。このような製造方法により 、積層体の側面に被覆した外装榭脂 21の一部が領域 Tに入り込んで内装榭脂 21a となり、かつ、該内装樹脂 21aが外装榭脂本体 21bと一体ィ匕した状態とすることがで きる。
[0156] なお、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 を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。また、上記実施形態では、積 層体 10の対抗する側面に外部電極 4を形成した例につ ヽて説明したが、本発明で は、例えば隣設する側面に一対の外部電極 4を形成してもよ 、。
[0157] (第 8の実施形態）
図 23は、第 8の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す斜視図である。図 24は、 図 23における圧電体層と外部電極との接合状態を示す拡大断面図である。
[0158] 図 23に示すように、本実施形態の積層型圧電素子は、複数の圧電体層 1と複数の 内部電極 12とを交互に積層してなる積層体 10を有している。積層体 10の積層方向 の両端側には圧電体で形成された不活性層 9が積層されている。積層体 10の対向 する側面には、一対の外部電極 15が配設されている（一方の外部電極は不図示)。 また、各内部電極 12は、圧電体層 1の主面全体には形成されておらず、いわゆる部 分電極構造となっている。この部分電極構造の複数の内部電極 12は、一層おきに 積層体 10の対向する側面にそれぞれ露出するように配置されている。これにより、内 部電極 12は、一層おきに、一対の外部電極 15に電気的に接続されている。一対の 外部電極 15は、隣設する側面に形成してもよい。外部電極 15の材質としては、電気 抵抗が低ぐ取り扱いの容易な銀、若しくは銀が主成分の合金を用いるのがよい。
[0159] また、図 24に示すように、本実施形態の積層型圧電素子では、外部電極 15の周 縁部 15aは、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、積層体 10の側面 と離隔して 、る (接触して 、な 、)離隔部 16が形成されて 、る。このような積層型圧電 素子は、外部電極 15と積層体 10の熱膨張差や変位差によって、外部電極 15と積層 体 10の接合境界部分に発生する応力集中を避けることができ、外部電極 15と接合 された積層体 10自身に亀裂が生じる恐れが著しく低下し、積層型圧電素子の耐久 性を向上させることができる。
[0160] 外部電極 15の周縁部 15aが、周縁側に向力 につれて厚みが漸次薄くなるように 形成するためには、外部電極 15をスクリーン印刷する際の粘度を適度に調整し、外 部電極 15の周縁部 15aが積層体 10上に薄く広がるようにすればよい。また、他の方 法として、外部電極 15の周縁部 15aの厚みが一定となるように印刷したあとに周縁部 15aの厚みが漸次薄くなるように削るなどの加工を施すこともできる。
[0161] このように外部電極 15の周縁部 15aを、周縁側に向力 につれて厚みが漸次薄く なるようにすると、この傾斜した外部電極 15において焼成収縮や熱膨張差等による 内部歪みが発生し、積層体 10の側面から自然に外部電極 15の周縁部 15aが剥が れることによって外部電極 15と積層体 10の側面との離隔部 16が形成される。また、 他の方法として積極的に外部電極 15と積層体 10の側面との離隔部 16を形成するに は、あら力じめ離隔部 16としたい積層体 10上に外部電極 15との反応性の低いモリ ブデン等の離型材を印刷しておいてもよい。さらに他の方法として、後述するように外 部電極 15を複数層に重ね、これらの熱膨張差を利用することによつても、離隔部 16 を形成することができる。
[0162] これに対して、外部電極 15の周縁部 15aの厚みが一定であったり、積層体 10の側 面との離隔部 16が形成されていない場合には、次のような不具合が生じてしまう。す なわち、積層体 10に外部電極 15を焼き付けた際に相互の熱膨張差による残留応力 力 接合境界部に集中して加わり、外部電極 15と積層体 10の変位差によって外部 電極 15と積層体 10の接合境界部には極めて大きな応力が発生することになる。この ため、外部電極 15と接合された積層体 10はその境界部力も亀裂が生じてしまい、次 第に積層体 10を横断するような亀裂に進展することもある。
[0163] また、本発明の積層型圧電素子では、離隔部 16と積層体 10の側面との間に空隙 を設けるのがよい。空隙が存在することによって、外部電極 15と積層体 10の接合境 界部に発生する応力を著しく低下させることができる。ここで、離隔部 16と積層体 10 の側面との間に空隙を設けるためには、前述の如く外部電極 15の周縁部 15aを周 縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるように形成すればよい。すなわち、外部電 極 15の周縁部 15aを、周縁側に向力 につれて厚みが漸次薄くなるようにすると、こ の傾斜した外部電極 15において焼成収縮や熱膨張差等による内部歪みが発生し、 積層体 10の側面から自然に外部電極 15の周縁部 15aが剥がれるような空隙を得る ことが可能となる。もちろん、後述するように外部電極 15を複数層に重ねたり、熱膨 張差を利用することによつても、より確実に空隙を形成することができる。
[0164] また、図 25に示すように、離隔部 16と積層体 10の側面との間の少なくとも一部には 、絶縁性榭脂 17が介在していてもよい。このようにすることで、積層型圧電素子に高 い電圧を印加した際にも、良好な絶縁性を確保することが可能となる。特に、絶縁性 榭脂 17は、離隔部 16と積層体 10の側面との間の周縁側 (外部電極 15の周縁側）に 介在するようにした方がよい。このようにすることで、積層型圧電素子に 200V以上の 高い電圧を印加した際にも、より良好な絶縁性を確保することが可能となる。さらにま た、絶縁性榭脂 17は離隔部 16と積層体 10の側面に設けられた空隙にも充填するよ うにした方がよい。これによつて、極めて高い絶縁性を確保することができ、縁面放電 が生じる恐れもなぐ絶縁低下を防止し、高い信頼性を確保することが可能となる。
[0165] また、絶縁性榭脂 17の材質としてはシリコーン榭脂がよい。シリコーン榭脂は積層 体 10に対する接合が強固でありながら、耐熱性に富み、経年変化も少なぐ弾性率 が低いので積層型圧電素子の変位に対する追従性が高い。したがって、高い絶縁 性を確保し縁面放電を防止しつつ、積層体 10の変位を妨げることがないので、高い 信頼性を得ることができる。なお、シリコーン榭脂には脱酢酸タイプゃ脱ォキシムタイ プなど硬化反応を変えることによって様々なものがあるが、硬化時の副生ガスの発生 しない脱アルコールタイプの使用が好ましい。また、 200V以上の高電界で用いるこ とが多!、ことから、低分子シロキサンを含まな 、高分子タイプのシリコーン榭脂の使用 が好ましい。さらに、離隔部 16と積層体 10の側面との間や周縁側、特に離隔部 16と 積層体の側面との間に設けた空隙部分に、シリコーン榭脂を充填する方法としては、 真空装置等を使って脱泡および真空含浸を行えば良ぐ簡便で確実に充填すること ができる。
[0166] ところで、外部電極 15は複数の電極材料が積層されてなるものが良い。これによつ て、外部電極 15に内部歪みを起こし、積層体 10の側面から自然に外部電極 15の周 縁部 15aが剥がれるようにすることが可能となる。このときの複数層の電極材料は、互 いに微妙に異なる組成とした方が内部歪みを起こしやすいのである力 たとえ同じ組 成のものであってもその焼き付け温度を変えることによつても内部歪みを生じしめるこ とが可能となる。
[0167] また、複数の電極材料においては、外層側の熱膨張係数を内層側よりも大きくする のが良い。このようにすることによって、内層側の外部電極 15には応力が発生し、周 縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなるようにした外部電極 15の周縁部 15aが剥 がれ、積層体 10の側面に接触しない離隔部 16が形成できる。
[0168] 反対に、内層側の熱膨張係数を外装側よりも大きくした場合は、内部応力は発生 するものの、周縁部 15aが剥がれに《なるような圧縮応力が働いてしまい、積層体 1 0の側面に接触しな 、離隔部 16を形成することが困難となるので好ましくな 、。
[0169] また、最内層の電極材料は、他の電極材料よりも周縁側に突出させるのが良い。 2 層以上の複数の電極材料からなる外部電極 15に発生する内部応力は、積層境界部 で最も大きくなる力 このとき、最内層の電極材料は、他の電極材料よりも周縁側に 突出させておくと、突出した最内層の電極材料の周縁部 15aが剥がれ、積層体の側 面に接触しない離隔部 16が形成できるので好適である。
[0170] 一方、外装側の電極材料を、他の電極材料よりも周縁側に突出させた場合は、内 部応力は発生するものの、外装側の電極材料が他の電極材料を覆！、被すように形 成されるため、周縁部 15aが剥がれに《なってしまい、積層体 10の側面に接触しな い離隔部 16を形成することが困難となるので好ましくない。
[0171] 特に、離隔部 16は最内層の電極材料 151のみとするのが良い。これによつて、最 内層の電極材料 151の周縁側への突出部分が剥がれることを利用して、積層体 10 の側面に接触しない離隔部 16を好適に形成することができる。
[0172] さらに、離隔部 16を積層体 10の側面に投影したときの長さ Lが 10 m以上とする のが良い。これによつて、外部電極 15と積層体 10の接合境界部に発生する応力集 中を避けることができ、外部電極 15と接合された積層体 10自身に亀裂が生じる恐れ が無くなり、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。離隔部 16を積層体 10の側面に投影したときの長さ Lが 10 m未満になると、外部電極 15と積層体 10の 接合境界部に発生する応力集中が大きくなり、外部電極 15と接合された積層体 10 自身に亀裂が生じやすくなり、好ましくない。また、離隔部 16を積層体 10の側面に投 影したときの長さ Lが 500 m以上と過大になりすぎても、外部電極 15そのものの強 度が低下することによって外部電極 15が剥離しやすくなり、好ましくない。
[0173] また、外部電極 15が積層体 10の側面に接触している部分と離隔部 16との境界と、 離隔部 16の先端とを結ぶ直線が前記積層体の側面となす角度 0は、 1度以上 45度 以下とするのが良い。これによつて、外部電極 15の周縁部 15aは周縁側に向かうに つれて厚みが漸次薄くなり、外部電極 15と積層体 10の接合境界部に発生する応力 集中を避けることができると共に、傾斜した外部電極 15において焼成収縮や熱膨張 差等による内部歪みが発生し、積層体 10の側面から自然に外部電極 15の周縁部 1 5aが剥がれるような空隙を得ることが可能となる。角度 Θ力 ^度未満の場合は、外部 電極 15の周縁部 15aは周縁側に向力 につれて漸次薄くなるような厚みを得ること が困難となるおそれがある。一方、この角度 Θが 45度を越える場合には、外部電極 1 5と積層体 10の接合境界部が強固に接合されやすくなり、外部電極 15と積層体 10 の接合境界部に高 、応力集中が生じてしまうおそれがある。
[0174] さらに、離隔部 16の先端と積層体 10の側面との距離 Hは 1 μ m以上 50 μ m以下と するのがよい。このように距離 Hが適切に保たれていると、外部電極 15と積層体 10の 接合境界部に発生する応力を最も低減させることができるば力りでなぐ離隔部 16と 積層体 10の側面との間に絶縁性榭脂 17を充填することが可能となり、極めて高い絶 縁性を確保することができる。距離 Hを上記範囲内にしたときには、縁面放電が生じ る恐れもなぐ高い信頼性を確保することが可能となる。距離 Hが: L m未満になると 、絶縁性榭脂 17を十分に充填することが困難となり好ましくない。また、距離 Hが 50 μ mを越えると、外部電極 15そのものの強度が低下し、榭脂の充填時に外部電極 1 5が剥離しやすくなるので好ましくな 、。
[0175] 外部電極 15は複数の電極材料 151 , 152, · · ·が積層され、複数の電極材料は外 層側の熱膨張係数が内層側よりも大きぐまた最内層の電極材料 151は、他の電極 材料 152, · · 'よりも周縁側に突出させるようにすると良い。これによつて、積層体 10 の側面と接触していない離隔部 16を良好に形成することができ、外部電極 15と積層 体 10の接合境界部に発生する応力を吸収することができる。
[0176] さらにまた、離隔部 16は最内層の電極材料 151のみとし、離隔部 16を積層体 10の 側面に投影したときの長さ Lが 10 m以上とし、外部電極 15が積層体 10の側面に 接触している部分と離隔部 16との境界と、離隔部 16の先端とを結ぶ直線が積層体 1 0の側面となす角度 Θは、 1度以上 45度以下とし、離隔部 16の先端と前記積層体 10 の側面との距離 Hは 1 m以上 50 m以下とするものが良い。これによつて、外部電 極 15と積層体 10の接合境界部に発生する応力を最も低減させることができる。
[0177] 次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。まず、 PbZrO —PbTiO等か
3 3 らなるベ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 一ブレード法やカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電体 11となるセラミツ クグリーンシートを作製する。
[0178] 次に、銀—パラジウム等の内部電極 12を構成する金属粉末にバインダー及び可塑 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 mの厚みに印刷する。バインダー及び可塑剤と金属粉 末との比を変えることや、スクリーンのメッシュの度数を変えることや、スクリーンのパタ ーンを形成するレジスト厚みを変えることで、内部電極 12の厚みおよび内部電極中 の空隙等を変化させることができる。ついで、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、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 10が作製される。このとき、不活性層 9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 12を構成する金属粉末を添加したり、不活性層 9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 12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、不活性層 9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 10を形成することができる。なお、積層体 10 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層 1と 複数の内部電極 12とを交互に積層してなる積層体 10を作製できれば、他の製法に よって形成されても良い。
[0179] 次に、積層型圧電素子の側面に端部が露出する内部電極 12と導通が得られるよう に外部電極 15を形成する。この外部電極 15は、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、これを印刷し焼き付けることによって得ることができ る。ここで、外部電極 15の周縁部 15aは、周縁側に向力 につれて厚みが漸次薄く なるように印刷しなければならな 、が、このためには外部電極 15をスクリーン印刷す る際の粘度を適度に調整し、外部電極 15の周縁部 15aが積層体 10上に薄く広がる ようにすれば良い。
[0180] 具体例を一つ挙げると、平均粒径 2 μ mのフレーク状の銀粉末と、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との混合物に、 ノ^ンダ一を銀粉末とガラス粉末の合計質量 100質量部に対して約 8質量部添加し 、十分に混合して銀ガラス導電性ペーストを作製し、溶剤を添加して粘度が 200d' P a ' s程度になるように調整した上で、積層体 10上の所定の位置にスクリーン印刷すれ ば良い。しカゝる後、銀ガラス導電性ペーストを焼き付ける。その温度は、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 12を拡散接合させ、また、 外部電極 15中の空隙を有効に残存させるために 500〜800°Cが望まし 、。このよう に外部電極 15の周縁部 15aを、周縁側に向力 につれて厚みが漸次薄くなるように すると、この傾斜した外部電極 15にお 、て焼成収縮や熱膨張差等による内部歪み が発生し、積層体 10の側面から自然に外部電極 15の周縁部 15aが剥がれることに よって外部電極 15と積層体 10の側面との離隔部 16を形成することができる。
[0181] 次に、外部電極 15を形成した積層体 10をシリコーン榭脂溶液に浸漬するとともに、 シリコーン榭脂溶液を真空脱気することにより、積層体 10の溝内部にシリコーン榭脂 を充填し、その後シリコーン榭脂溶液力も積層体 10を引き上げ、積層体 10の側面に シリコーン榭脂をコーティングする。これによつて、離隔部 16と積層体 10の側面に設 けられた空隙にもシリコーン榭脂を充填することができる。その後、シリコーン榭脂を 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。
[0182] 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 脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。上記実施形態では、積層体 10の 対向する側面に外部電極 15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 15を形成してもよい。
[0183] また、本発明にお 、て、外部電極の接合信頼性が最も高!、のは、積層体の側面か ら圧電体層間の内部に外部電極の一部及び外装樹脂の一部がともに入り込んでお り、しかも外部電極の周縁部が、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ 、積層体の側面と離隔している (接触していない)離隔部を有している形態である。こ れにより、上記した各効果が相乗的に組み合わされ、極めて優れた外部電極の接合 信頼性が得られる。
[0184] <噴射装置 >
図 26は、本発明の一実施形態にかかる噴射装置を示す概略断面図である。図 26 に示すように、本実施形態にかかる噴射装置は、一端に噴射孔 33を有する収納容 器 31の内部に上記実施形態に代表される本発明の積層型圧電素子が収納されて いる。収納容器 31内には、噴射孔 33を開閉することができる-一ドルバルブ 35が配 設されている。噴射孔 33には燃料通路 37が-一ドルバルブ 35の動きに応じて連通 可能に配設されている。この燃料通路 37は外部の燃料供給源に連結され、燃料通 路 37に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルノ レブ 35が噴 射孔 33を開放すると、燃料通路 37に供給されていた燃料が一定の高圧で図示しな い内燃機関の燃料室内に噴出されるように構成されて 、る。
[0185] また、ニードルバルブ 35の上端部は内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が配置されている。そして、収納容器 31内 には、上記した積層型圧電素子を備えた圧電ァクチユエータ 43が収納されて 、る。
[0186] 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。
[0187] また、本発明の噴射装置は、噴出孔を有する容器と、上記積層型圧電素子とを備 え、容器内に充填された液体が積層型圧電素子の駆動により噴射孔力 吐出させる ように構成されていてもよい。すなわち、素子が必ずしも容器の内部にある必要はな く、積層型圧電素子の駆動によって容器の内部に圧力が加わるように構成されて ヽ ればよい。なお、本発明において、液体とは、燃料、インクなどの他、種々の液状流 体 (導電性ペースト等)が含まれる。
[0188] なお、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、振動防止装置等に搭 載される駆動素子 (圧電ァクチユエータ）、並びに燃焼圧センサ、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、並びに圧電ジャイロ、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等に適用することができる。また、これら以外であっても圧電 特性を用いた素子であれば、本発明を適用することが可能である。
[0189] く燃料噴射システム >
図 27は、本発明の一実施形態にカゝかる燃料噴射システムを示す概略図である。図 27に示すように、本実施形態にカゝかる燃料噴射システム 51は、高圧燃料を蓄えるコ モンレール 52と、このコモンレール 52に蓄えられた燃料を噴射する複数の上記噴射 装置 53と、コモンレール 52に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ 54と、噴射装置 53 に駆動信号を与える噴射制御ユニット 55と、を備えて 、る。
[0190] 噴射制御ユニット 55は、エンジンの燃焼室内の状況をセンサ等で感知しながら燃 料噴射の量やタイミングを制御するものである。圧力ポンプ 54は、燃料タンク 56から 燃料を 1000〜2000気圧程度、好まし <は 1500〜 1700気圧程度にしてコモンレー ル 52に送り込む役割を果たす。コモンレール 54では、圧力ポンプ 54から送られてき た燃料を蓄え、適宜噴射装置 53に送り込む。噴射装置 53は、上述したように噴射孔 33から少量の燃料を燃焼室内に霧状に噴射する。
実施例 1
[0191] 本発明の積層型圧電素子からなる積層型圧電ァクチユエータを以下のようにして 作製した。まず、平均粒径が 0. 4 mのチタン酸ジルコン酸鉛 PZTを主成分とする 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 クタ一ブレード法で厚み 150 μ mの圧電体層 1になるセラミックグリーンシートを作製 した。
[0192] このセラミックグリーンシートの片面に、銀一パラジウム合金にバインダーをカ卩えた 導電性ペーストをスクリーン印刷法により形成し、該導電性ペーストが印刷されたシ ートを 300枚積層し、 980〜： L 100°Cで焼成して積層焼成体を得た。ついで、得られ た積層焼成体を平面研削盤にて所定の形状に研削し、積層体 10を得た。
[0193] 次に、平均粒径 2 μ mの銀粉末と残部が平均粒径 2 μ mのケィ素を主成分とする軟 化点が 650°Cのガラス粉末との混合物にバインダーを添加して作製した銀ガラス導 電性ペーストを積層体 10側面の外部電極 4形成面にスクリーン印刷によって 30 μ m の厚みで形成し、 700°Cにて 30分焼き付けを行うことにより、外部電極 4を形成した。
[0194] ここで、試料番号 1では、圧電体層 1間に外部電極 4の一部を入り込ませた挿入部 4 aを形成し、試料番号 2では、挿入部を形成しな力つた。試料番号 1において、挿入 部 4aを形成した圧電体層 1間における金属層 2aは、次のようにして形成した。すなわ ち、銀 パラジウム合金に平均粒径 0. 5 μ mのアクリルビーズを銀 パラジウム合金 100体積％に対して 200体積％となるように加え、さらにバインダーを加えて調製し た導電性ペーストを用い、この導電性ペーストを厚み 4 mになるようにセラミックダリ ーンシートの片面に印刷した。また、挿入部を形成しない圧電体層 1間における金属 層 2bは、アクリルビーズを添カ卩して ヽな 、銀 パラジウム合金にバインダーを加えた 導電性ペーストを厚み 4 mになるように印刷した。また、試料 1において、金属層 2a を形成するための導電性ペースト（アクリルビーズ添加）を印刷したシート 1層に対し て、他の金属層 2bを形成するための導電性ペースト (アクリルビーズ無添加）を印刷 したシート 20層の割合で、これらのシートを積層した。アクリルビーズを添加した導電 性ペーストによって形成された金属層 2aの側端部と積層体 10の側面との間の領域 には、外部電極 4の一部が平均で深さ 20 m侵入して挿入部 4aが形成されていた。 金属層 2aの空隙率 Aは平均で 80%であり、他の金属層 2bの空隙率 Bは平均で 20 %であった。また、金属層 2aは金属糸且成物（部分金属層）が点在した島状分布となつ ていた。
[0195] 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 1に示すような 積層型圧電素子を用いた圧電ァクチユエータを作製した。得られた積層型圧電ァク チユエータに 160Vの直流電圧を印加したところ、積層方向に変位量 40 mが得ら れた。さらに、この積層型圧電ァクチユエータを室温で 0〜 + 160Vの交流電圧を 15 OHzの周波数で印加して、 1 X 109回まで連続駆動した試験行った。得られた結果を 表 1に示す。
[0196] [表 1]
Figure imgf000047_0001
[0197] 表 1に示すように、本発明の積層型圧電ァクチユエータ (試料番号 1)では、連続駆 動前と同様の変位量 40 mが得られ、また、外部電極 4には異常は見られな力つた 。一方、本発明の請求範囲外である試料番号 2は、外部電極の一部が金属層に入り 込んでいないので、初期の変位量は、試料番号 1と同じであった力 1 X 109回の駆 動後においては、変位量が 30 /z mにまで低下していた。これは、試料番号 2は、揷 入部が形成されて 、な 、 (外部電極の一部が金属層に入り込んで 、な 、）ために、 外部電極と積層体側面の接合強度が弱ぐ外部電極の一部が積層体側面から剥離 し、一部の内部電極と外部電極の間で断線が生じた。その結果、一部の圧電体に電 圧が供給されなくなったために、変位量が低下したものである。
実施例 2
[0198] 挿入部 4aの入り込み深さ D、挿入部 4aが形成された圧電体層間にある金属層 2a の空隙率 A、他の金属層 2bの空隙率 B、金属層 2aの構造、金属層 2aの配置状態、 及び金属層を構成する Agの含有率を表 1のように変化させた以外は、実施例 1と同 様にして積層型圧電素子を作製した。なお、全ての試料において初期の変位量を一 定 (40 /z m)にするため、金属層 2aが電極として機能しない (導通のない)試料にお いては、金属層 2aの層数を考慮して、導通のある金属層 2bの積層を増やすことで変 位特性を調整した。評価結果を表 2に示す。
[0199] [表 2]
Figure imgf000048_0002
多孔質金属層①:互いに絶縁状態にある点在した複数の部分金属餍で構成された多孔質金属層でぁリ, 電極としては機能していない。
多孔質金羼層②：多孔質金属層であるが、空隙の多くが独立気 であるので電極として機能している。
金爨層 2aを 1 に対して、他の金属層を 20層の割合で積 g
金属餍 2aを 1翳に対して、他の金属層を 1 0餍の割合で積層し fc部分と、
他の金属 Sを 30層の割合で積層した部分とがそれぞれ交互に混在。
Figure imgf000048_0001
比率 R1 = (金属層 2aに含まれる Agの含有率）ノ（金属 j!2bに含まれる Agの含有率）
[0200] 表 2より、本発明の積層型圧電ァクチユエータである試料番号 I、 3、 4、 5、 6、 7は、 1 x io9回連続駆動した場合においても、連続駆動前と同様の変位量が得られ、高 信頼性を備えた圧電ァクチユエータであることが分力 た。
実施例 3
[0201] 金属層 2aの積層方向両側の金属層 2eの空隙率 E、金属層 2eとその他の金属層の 厚み、金属層 2aの積層方向両側の金属層 2eの極性 (正極 or負極)等を変えた以外 は、実施例 1と同様にして積層型圧電素子を作製した。なお、全ての試料において 初期の変位量を一定 (40 m)にするため、金属層 2eの極性の違いに起因する変位 特性の差を、金属層 2bの層数を増減させることで調整した。また、駆動の電圧を 0〜 + 200Vの交流電圧と 40V上げることで加速試験とした以外は実施例 1と同様に連 続駆動した試験を行った。得られた結果を表 3に示す。
[0202] [表 3]
つ
Figure imgf000050_0001
多孔質金属層①:互いに絶緣状態にある点在した複数の部分金属層で構成された多孔質金属層でぁリ、電極としては機能していない。 金属層 2aを 1層に対して、他の金属層を 20層の割合で積層
比率 R 1 = (金属層 2aに含まれる Agの含有率） （金属層 2bに含まれる Agの含有率）
[0203] 表 3より、本発明の積層型圧電ァクチユエータである試料番号 1、 8、 9は、駆動後の 変位量の改善効果が見られ、高信頼性を備えた圧電ァクチユエータであることが分 かった。
実施例 4
[0204] 図 11に示すように、 4つの層 4b, 4c, 4d, 4eからなる外部電極 4を積層体の側面に 形成し、表 4に示すように、外部電極におけるガラス材料の含有量等を種々変化させ た他は、実施例 1と同様にして積層型圧電素子を作製した。なお、全ての試料にお いて初期の変位量を一定 (40 m)にするため、金属層 2aが電極として機能しない（ 導通のない）試料においては、金属層 2aの層数を考慮して、導通のある金属層 2bの 積層を増やすことで変位特性を調整した。また、駆動の電圧を 0〜 + 200Vの交流電 圧と 40V上げることで加速試験とした以外は実施例 1と同様に連続駆動した試験を 行った。評価結果を 4に示す。
[0205] [表 4]
※
Figure imgf000052_0001
多孔霣金属層①:互いに絶緣状態にある点在した複数の部分金属層で構成された多孔質金属層でぁリ、電極としては機能していない。
多孔 H金属層②'.多孔質金属層である力、空隙の多くが独立気孔であるので電極として機能している。
金属層 2aを 1層に対して、他の金属層を 20層の割合で積層
金属 112aを 1層に対して、他の金 S層を 10層の割合で積翳した部分と、他の金 S層を 30層の割合で積層した部分とがそれぞれ交互に混在。 比率 R2 = (金属層 2aに含まれる Agの含有率〉/ (金属層 2aの積層方向両側の金属磨に含まれる Agの含有率）
S側とは、外部電極を構成する複数層のうちの積層体の側面側に位置する層のことをいい、
外側とは 外部電極を構成する複数層のうちの最も外方に位置する層のことをいう。
[0206] 表 4より、本発明の積層型圧電ァクチユエータである試料番号 3〜： LOは、駆動後の 変位量の改善効果が見られ、高信頼性を備えた圧電ァクチユエータであることが分 かった。
実施例 5
[0207] 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の圧電体層 1になるセラミックグリーンシートを 作製した。
[0208] このセラミックグリーンシートの片面に、銀一パラジウム合金にバインダーをカ卩えた 導電性ペーストをスクリーン印刷法により形成し、該導電性ペーストが印刷されたシ ートを 300枚積層し、 980〜： L 100°Cで焼成して積層焼成体を得た。
[0209] このとき、外装榭脂 21を侵入させる多孔質金属層 2 を形成する部分には、銀— パラジウム合金に平均粒径 0. 5 μ mのアクリルビーズを銀 パラジウム合金 100体 積％に対して 200体積％となるように加え、さらにバインダーをカ卩えて形成した導電 性ペーストで厚み 4 /z mになるように印刷を行った。なお、外装榭脂 21を侵入させな V、他の金属層 2bを形成する部分には、アクリルビーズを添カ卩して 、な 、銀一パラジ ゥム合金にバインダーをカ卩えた導電性ペーストで厚み 4 μ mになるように印刷を行つ た。
[0210] 外装榭脂 21を侵入させない金属層 2bと外装榭脂 21を侵入させる多孔質金属層 2 a' の割合は、 20 : 1とした。すなわち、金属層 2b用の導電性ペーストを印刷したダリ ーンシートを 20層積層した後に、多孔質金属層 2 用の導電性ペーストを印刷した グリーンシートを 1層積層するという手順で、各グリーンシートを規則的に積層した。
[0211] 次に、得られた積層焼成体を平面研削盤にて研削し、積層体 10を得た。
次に、平均粒径 2 μ mの銀粉末と残部が平均粒径 2 μ mのケィ素を主成分とする軟 化点が 650°Cのガラス粉末との混合物にバインダー添加して作製した銀ガラス導電 性ペーストを積層体 10側面の外部電極 4形成面にスクリーン印刷によって 30 μ mの 厚みで形成し、 700°Cにて 30分焼き付けを行うことにより、外部電極 4を形成した。
[0212] その後、外部電極 4にリード線を接続した後、素子の外周にシリコーン榭脂をデイツ ビングによる真空脱泡を行 、、外装榭脂 21を形成した。
[0213] このとき、アクリルビーズを添加した導電ペーストによって形成された多孔質金属層 2a' の側端部と前記積層体 10の側面との間の領域に、外装榭脂 21の一部（内装榭 脂 21a)が平均で深さ 10 m侵入していた。さらに、多孔質金属層 2 の空隙率は 平均で 80%で、他の金属層 2bの空隙率は平均で 10%であった。さらに、多孔質金 属層 2a' は金属組成物からなる部分金属層が点在した島状分布となって 、た。
[0214] その後、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 1 5分間印加して分極処理を行い、図 13に示すような積層型圧電素子を用いた圧電ァ クチユエータを作製した (試料番号 10)。
[0215] 一方で、金属層 2a用の導電性ペーストを印刷したグリーンシートを用いず、すべて 金属層 2b用の導電性ペーストを印刷したグリーンシートのみを積層した積層体を作 製した以外は上記と同様にして圧電ァクチユエータを作製した (試料番号 11)。この 了クチユエータでは、外装樹脂が圧電体層間の一部の領域に入り込んではいなかつ た。
[0216] 上記で得られた各積層型圧電ァクチユエータに 160Vの直流電圧を印加したところ 、絶縁抵抗 30Μ Ωが得られた。さらに、この積層型圧電ァクチユエータを温度 85°C、 湿度 85%RHで 0〜+ 160Vの交流電圧を 100Hzの周波数で印加して、 1 X 109回 まで連続駆動した試験行った。結果を表 5に示す。
[0217] [表 5]
Figure imgf000054_0001
[0218] 表 5に示すように、本発明の積層型圧電ァクチユエータ (試料番号 10)では、連続 駆動前と同様の絶縁抵抗 30Μ Ωが得られ、また、外装樹脂には異常は見られなか つた。一方、本発明の請求範囲外である試料番号 11の外装樹脂の一部（内装榭脂) が金属層に入り込んで 、な 、積層型圧電ァクチユエータにお 、ては、初期の絶縁抵 抗は、本発明の積層型圧電ァクチユエータと同一であった力 1 X 109回の駆動後に おいては、シリコーン榭脂の一部に焼損痕があり、また、絶縁抵抗は 1Μ Ω以下にま で低下してしまっていた。試料番号 11の積層型圧電ァクチユエータにおいては、外 装榭脂の一部（内装榭脂)が金属層に入り込んで 、な 、ために、外装樹脂と積層体 側面の接合強度が弱ぐ結果、外装樹脂の一部が積層体側面から剥離し、剥離した 部分に雰囲気中の水分が入り込み、この水分によって絶縁抵抗が低下したと考えら れる。
実施例 6
[0219] 次に、外装榭脂 21の一部（内装榭脂）が入り込んでいる金属層 2aの状態を変化さ せた以外は、実施例 5と同様の積層型圧電ァクチユエータを作製した。なお、外装榭 脂の一部（内装榭脂）が入り込んでいる金属層 2aが導通のない試料番号の積層型 圧電ァクチユエータにおいては、該導通のない金属層 2aの層数を考慮して、導通の ある外装榭脂 21の侵入して 、な 、金属層 2bの積層を増してある。評価結果を表 6に 示す。
[0220] なお、表 6中の「空隙率 A」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層の空隙 率を表している。表 6中の「空隙率 B」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層 と積層方向に隣り合う両側の金属層の空隙率を表している。表 6中の「金属層の状態 」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層が複数の点在する部分金属層から なるカゝ否かを示しており、「〇」の試料は部分金属層からなり、「一」の試料は部分金 属層が存在しないことを意味している。表 6中の「金属層の配置状態」とは、外装榭脂 の一部が入り込んで 、る金属層が積層方向に略規則的に配置されて 、るか否かを 示しており、「 」の試料は当該金属層がランダムに配置されて 、ることを意味する。 表 6中の「11族金属の比率」とは、外装樹脂の一部が入り込んでいる金属層を構成 する周期律表第 11族金属と、該金属層と隣り合う両側の金属層を構成する周期律表 第 11族金属との比率 (外装榭脂の一部が入り込んで 、る金属層 Z両側の金属層）を 表している。
[0221] [表 6] 外装樹旨
の一部が 1 1 0s ΐ式奉 餍の空 金属屨の空總率 初期め 電体壩 金厲 金属層の配覼状
に入り 隙率 A(¾) 金飄臞の状態
番号 間 1 1旌金属の比率 園駆動 絶縁抵 抗 後の絶縁 込んでい
る
10 O so 20 o 20層毎に配置 - 2 30 Ω 30Μ Ω
12 o 40 40 一 ― 1 30Μ Ω 30IV1Q
13 o 40 20 - 1 30Μ Ω 30 Ω
14 o 30 20 o - 1 30M Q 30 Ω
15 o 80 20 o ― 1 30 Q 30 ίθ o 8G 20 o 20層毎に配鼈 1 30M Q 30Μ Ω
[0222] 表 6より、本発明の積層型圧電ァクチユエータである試料番号 10、 12、 13、 14、 15 、 16は、 1 X 109回連続駆動した場合においても、連続駆動前と同様の絶縁抵抗が 得られ、高信頼性を備えた圧電ァクチユエータであることが分力つた。
実施例 7
[0223] 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。
[0224] このセラミックグリーンシートの片面に、銀—パラジウム合金（銀 95質量0 /0—パラジ ゥム 5重量0 /0)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形成し 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、一辺が 8mm、長さが 100mmの形状に研磨した。
[0225] 次に、平均粒径 2 μ mのフレーク状の銀粉末と、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との混合物に、ノ インダーを銀 粉末とガラス粉末の混合量や粘度をさまざまに変化させた銀ガラス導電性ペーストを 作製し、スクリーン印刷した後、焼き付けた。さらに再度銀ガラス導電性ペーストを準 備し、既に製作済みの内層側電極に対し、位置を微妙に変化させながら、再度銀ガ ラス導電性ペーストをスクリーン印刷した後、外装側電極として焼き付けることを繰り 返し、複数の電極材料力もなる外部電極 15を作製した。
[0226] その後、外部電極 15にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極 15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、積層型圧電素 子を用いた圧電ァクチユエータを作製した。
[0227] 得られた積層型圧電素子に 170Vの直流電圧を印加したところ、すべての圧電ァク チユエータにお 、て、積層方向に変位量が得られた。
[0228] さらに、この圧電ァクチユエータを室温で 0〜 + 170Vの交流電圧を 150Hzの周波 数で印加して、 1 X 109回まで連続駆動した試験を行った。
[0229] 結果は表 7に示すとおりである。なお、表 7中の長さ Lとは、離隔部を積層体の側面 に投影したときの長さのことを示し、角度 Θとは、外部電極が積層体の側面に接触し て 、る部分と離隔部との境界と、離隔部の先端とを結ぶ直線が積層体の側面となす 角度のことを示し、距離 Hとは、離隔部の先端と積層体の側面との距離のことを示し ている。
[0230] [表 7]
Figure imgf000058_0001
[0231] この表 7から、比較例である試料番号 23にみられるように、外部電極 15の周縁部 1 5aの厚みが一定であったり、積層体の側面との離隔部 16が形成されていない場合、 外部電極 15と積層体 10の接合境界部には大きな応力が発生することになる。これに より、外部電極 15と接合された積層体 10はその境界部力も亀裂が生じてしまい、次 第に積層体 10を横断するような亀裂に進展し、 1 X 1010 Ω 'cm以下に電気絶縁性が 劣化していた。
[0232] これに対して、本発明の実施例である試料番号 17〜22は、 1 X 109回連続駆動さ せた後も、素子変位量が変化することなぐ圧電ァクチユエータとして必要とする実効 変位量を有しており、電気絶縁性も 1 X 1012 Ω 'cm以上と良好に保たれ、優れた耐 久性を有した圧電ァクチユエータを作製できた。
特に試料 No. 19〜22は、 1 X 109回連続駆動後も素子変位量が 60 m以上と大 きぐ信頼性に優れた積層型ァクチユエータとすることができた。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の圧電体層及び複数の金属層を有し、前記圧電体層と前記金属層が交互に 積層された積層体と、前記積層体の側面の少なくとも一部を覆う被覆部材と、を備え た積層型圧電素子において、
前記複数の金属層のうちの少なくとも一つの金属層は、この金属層に対して積層方 向に隣り合う両側の金属層よりも空隙が多い多孔質金属層であり、この多孔質金属 層に対して積層方向に隣接する 2つの圧電体層間に前記被覆部材の一部が入り込 んで!、ることを特徴とする積層型圧電素子。
[2] 前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装榭脂である請求項 1に記載の積層 型圧電素子。
[3] 前記被覆部材が、前記複数の金属層を交互に接続した一対の外部電極である請 求項 1に記載の積層型圧電素子。
[4] 前記被覆部材が、前記積層体の側面を覆う外装榭脂、及び前記複数の金属層を 交互に接続した一対の外部電極である請求項 1に記載の積層型圧電素子。
[5] 前記外部電極は導電性材料とガラス材料とを含み、前記 2つの圧電体層間に入り 込んで 、る外部電極の一部は、この一部以外の外部電極よりも前記ガラス材料の含 有量が多!、請求項 3又は 4に記載の積層型圧電素子。
[6] 前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、 これらの複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも前記ガラス 材料の含有量が多 、請求項 3〜5の 、ずれかに記載の積層型圧電素子。
[7] 前記外部電極の周縁部には、周縁側に向かうにつれて厚みが漸次薄くなり、かつ、 前記積層体の側面と離隔して ヽる離隔部が形成されて ヽる請求項 3〜6の ヽずれか に記載の積層型圧電素子。
[8] 前記離隔部と前記積層体の側面との間には空隙が存在する請求項 7に記載の積 層型圧電素子。
[9] 前記離隔部と前記積層体の側面との間の少なくとも一部に絶縁性榭脂が介在して いる請求項 7又は 8に記載の積層型圧電素子。
[10] 前記絶縁性榭脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間の周縁側に介在して いる請求項 9に記載の積層型圧電素子。
[11] 前記絶縁性榭脂は、前記離隔部と前記積層体の側面との間に充填されている請求 項 9に記載の積層型圧電素子。
[12] 前記絶縁性榭脂がシリコーン榭脂である請求項 9〜 11のいずれかに記載の積層 型圧電素子。
[13] 前記外部電極は前記積層体の側面に垂直な方向に積層された複数の層からなり、 外側の層の熱膨張係数が内側の層よりも大きい請求項 7〜12のいずれかに記載の 積層型圧電素子。
[14] 前記複数の層のうち前記積層体の側面に隣接する層は、他の層よりも周縁側に突 出している請求項 13に記載の積層型圧電素子。
[15] 前記離隔部が前記積層体の側面に隣接する層のみ力もなる請求項 13又は 14に 記載の積層型圧電素子。
[16] 前記離隔部を前記積層体の側面に投影したときの長さが 以上である請求 項 7〜 15のいずれかに記載の積層型圧電素子。
[17] 前記外部電極が前記積層体の側面に接触している部分と前記離隔部との境界と、 前記離隔部の先端とを結ぶ直線が前記積層体の側面となす角度は、 1度以上 45度 以下である請求項 7〜16のいずれかに記載の積層型圧電素子。
[18] 前記離隔部の先端と前記積層体の側面との距離が 1 m以上 50 μ m以下である 請求項 7〜 17のいずれかに記載の積層型圧電素子。
[19] 前記多孔質金属層は、この多孔質金属層に対して積層方向に隣接する 2つの圧電 体層間に点在した複数の部分金属層により構成され、これらの部分金属層は、互い に離隔して配置されている請求項 1〜18のいずれかに記載の積層型圧電素子。
[20] 前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は同極である請求 項 19に記載の積層型圧電素子。
[21] 前記被覆部材の一部は、隣り合う前記部分金属層間に入り込んでいる請求項 19 又は 20に記載の積層型圧電素子。
[22] 前記部分金属層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部が、前記部分金属層の 表面を覆っている請求項 21に記載の積層型圧電素子。
[23] 前記多孔質金属層に対して積層方向に隣り合う両側の金属層は、これらの金属層 に対して積層方向に隣り合う金属層よりも空隙が少ない高密度金属層である請求項
1〜22の ヽずれかに記載の積層型圧電素子。
[24] 前記高密度金属層は、これらの金属層に対して積層方向に隣り合う金属層よりも厚 みが大きい請求項 23に記載の積層型圧電素子。
[25] 前記積層体は複数の前記多孔質金属層を備えている請求項 1〜24のいずれかに 記載の積層型圧電素子。
[26] 前記多孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部がそれ ぞれ入り込んでいる請求項 25に記載の積層型圧電素子。
[27] 前記複数の多孔質金属層が前記積層体の積層方向に規則的に配置され、前記多 孔質金属層が配置された各圧電体層間には、前記被覆部材の一部がそれぞれ入り 込んで 、る請求項 25に記載の積層型圧電素子。
[28] 前記圧電体層間に入り込んでいる前記被覆部材の一部は、その積層方向の厚み t と、前記圧電体層間に入り込んでいる深さ Dとが D>0. Itの関係を満たしている請 求項 1〜27のいずれかに記載の積層型圧電素子。
[29] 噴出孔を有する容器と、請求項 1〜28のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備 え、前記容器内に充填された液体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔 から噴射するように構成されたことを特徴とする噴射装置。
[30] 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射する請求項 29に記載の噴射装置と、 前記コモンレールに高圧の燃料を供給する圧力ポンプと、
前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットと、
を備えた燃料噴射システム。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267114A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Nec Tokin Corp 積層型圧電セラミックス素子およびその製造方法
WO2010137618A1 (ja) * 2009-05-26 2010-12-02 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
JP2011176114A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Kyocera Corp 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム
US8049397B2 (en) * 2006-11-29 2011-11-01 Kyocera Corporation Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system
JP2012064726A (ja) * 2010-09-15 2012-03-29 Murata Mfg Co Ltd 圧電振動素子及びその製造方法
JP2012216875A (ja) * 2007-05-30 2012-11-08 Kyocera Corp 積層型圧電素子、噴射装置、燃料噴射システム、及び積層型圧電素子の製造方法
WO2013031727A1 (ja) * 2011-08-30 2013-03-07 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを備えた圧電アクチュエータ、噴射装置ならびに燃料噴射システム
US8578911B2 (en) 2008-07-29 2013-11-12 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same
JP2015015343A (ja) * 2013-07-04 2015-01-22 Tdk株式会社 圧電素子及び圧電素子の製造方法
CN104395978A (zh) * 2012-06-18 2015-03-04 埃普科斯股份有限公司 用于制造电组件的方法和电组件
JP2015531168A (ja) * 2012-08-09 2015-10-29 エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ 多層デバイスの少なくとも１つの空洞部を充填材で充填する方法および多層デバイス。
US9184368B2 (en) 2012-04-19 2015-11-10 Ngk Insulators, Ltd. Film-type piezoelectric/electrostrictive element
US10149350B2 (en) * 2009-07-21 2018-12-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Heater, in particular high-temperature heater, and method for the production thereof

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102651448B (zh) * 2005-06-15 2016-02-24 京瓷株式会社 层叠型压电元件及使用其的喷射装置
CN101253638B (zh) * 2005-08-29 2010-09-22 京瓷株式会社 层叠型压电元件以及使用该压电元件的喷射装置
EP2605299A3 (en) * 2006-03-07 2017-03-15 Kyocera Corporation Method for manufacturing ceramic member
DE102007015457B4 (de) * 2007-03-30 2009-07-09 Siemens Ag Piezoelektrisches Bauteil mit Sicherheitsschicht, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
CN101878551A (zh) * 2007-11-28 2010-11-03 京瓷株式会社 层叠型压电元件及其制造方法、及喷射装置及燃料喷射系统
CN101878549B (zh) * 2007-11-28 2013-06-19 京瓷株式会社 层叠型压电元件、具备其的喷射装置及燃料喷射系统
EP2495776B1 (en) * 2009-10-28 2015-03-18 Kyocera Corporation Multilayered piezoelectric element and injection device and fuel injection system using the same
DE102010006587A1 (de) 2010-02-02 2011-08-04 Epcos Ag, 81669 Piezoelektrisches Bauelement
JP5584066B2 (ja) * 2010-09-14 2014-09-03 太陽誘電株式会社 積層型圧電構造体
DE102010049301A1 (de) * 2010-10-22 2012-04-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektroaktiver Elastomerwandler
CN103098251B (zh) * 2010-10-28 2015-04-01 京瓷株式会社 层叠型压电元件以及使用其的喷射装置和燃料喷射系统
US9202640B2 (en) * 2011-10-31 2015-12-01 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ceramic electronic component and manufacturing method thereof
JP5905292B2 (ja) * 2012-02-21 2016-04-20 日本碍子株式会社 圧電素子及び圧電素子の製造方法
DE102012105318A1 (de) * 2012-06-19 2013-12-19 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung eines keramischen Bauelements und ein keramisches Bauelement
JP5591292B2 (ja) 2012-09-14 2014-09-17 Ｔｄｋ株式会社 圧電素子ユニット
CN103647021B (zh) * 2013-11-26 2018-03-13 重庆中镭科技有限公司 一种压电双晶片制备方法
JP6439551B2 (ja) * 2014-05-21 2018-12-19 株式会社村田製作所 積層セラミックコンデンサ
EP3252836B1 (en) * 2015-01-28 2021-01-20 Kyocera Corporation Laminated piezoelectric element, injection device provided with the same, and fuel injection system
DE102015102713A1 (de) * 2015-02-25 2016-08-25 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung von Vielschichtbauelementen und Vielschichtbauelement
DE102015117203A1 (de) * 2015-10-08 2017-04-13 Epcos Ag Drucksensor
WO2017141460A1 (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 京セラ株式会社 圧力センサ

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0364979A (ja) * 1989-08-02 1991-03-20 Nec Corp 電歪効果素子
JPH0343752U (ja) * 1989-09-07 1991-04-24
JPH05136479A (ja) * 1991-11-11 1993-06-01 Toyota Motor Corp 内部電極層付圧電板の製造方法
JPH0730165A (ja) * 1993-07-12 1995-01-31 Murata Mfg Co Ltd 積層型圧電体素子
JP2004363190A (ja) * 2003-06-02 2004-12-24 Denso Corp 積層型圧電体素子の製造方法
JP2005223013A (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 Denso Corp 積層型圧電素子及びその製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136333A (en) * 1989-06-30 1992-08-04 Lexmark International, Inc. Electrophotographic printer and cartridge arrangement
JPH04352481A (ja) * 1991-05-30 1992-12-07 Nec Corp 電歪効果素子の製造方法
JP3102580B2 (ja) 1991-06-17 2000-10-23 株式会社トーキン 積層型圧電アクチュエータ
JP2000031558A (ja) 1998-07-14 2000-01-28 Hitachi Ltd 積層型圧電アクチュエータの製造方法
DE19913271A1 (de) * 1999-03-24 2000-09-28 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrischer Aktor
JP2000332312A (ja) 1999-05-19 2000-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層型圧電セラミック部品の製造方法
US20010033125A1 (en) * 2000-04-20 2001-10-25 Tokin Corporation Multilayer piezoelectric actuator device having a conductive member attached to an external electrode thereof
JP2003197992A (ja) * 2001-12-26 2003-07-11 Murata Mfg Co Ltd 積層型圧電体及びその製造方法
EP1677370B1 (en) * 2003-09-24 2013-12-25 Kyocera Corporation Multilayer piezoelectric device
EP1677369B1 (en) * 2003-09-25 2009-11-11 Kyocera Corporation Multilayer piezoelectric device
JP2005174974A (ja) 2003-12-08 2005-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層圧電体部品の製造方法
CN100563039C (zh) * 2004-03-09 2009-11-25 京瓷株式会社 叠层型压电元件及其制造方法
WO2005093866A1 (ja) * 2004-03-29 2005-10-06 Kyocera Corporation 積層型圧電素子及びその製造方法
JP4931334B2 (ja) * 2004-05-27 2012-05-16 京セラ株式会社 噴射装置
CN101253638B (zh) 2005-08-29 2010-09-22 京瓷株式会社 层叠型压电元件以及使用该压电元件的喷射装置
DK1944813T3 (da) * 2005-09-16 2011-06-06 Delphi Tech Holding Sarl Piezoelektrisk aktuator
US8288921B2 (en) * 2005-09-29 2012-10-16 Kyocera Corporation Multilayer piezoelectric element and injector using the same
US8049397B2 (en) * 2006-11-29 2011-11-01 Kyocera Corporation Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0364979A (ja) * 1989-08-02 1991-03-20 Nec Corp 電歪効果素子
JPH0343752U (ja) * 1989-09-07 1991-04-24
JPH05136479A (ja) * 1991-11-11 1993-06-01 Toyota Motor Corp 内部電極層付圧電板の製造方法
JPH0730165A (ja) * 1993-07-12 1995-01-31 Murata Mfg Co Ltd 積層型圧電体素子
JP2004363190A (ja) * 2003-06-02 2004-12-24 Denso Corp 積層型圧電体素子の製造方法
JP2005223013A (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 Denso Corp 積層型圧電素子及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1942533A4 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8049397B2 (en) * 2006-11-29 2011-11-01 Kyocera Corporation Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system
JP2012216875A (ja) * 2007-05-30 2012-11-08 Kyocera Corp 積層型圧電素子、噴射装置、燃料噴射システム、及び積層型圧電素子の製造方法
JP2009267114A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Nec Tokin Corp 積層型圧電セラミックス素子およびその製造方法
US8578911B2 (en) 2008-07-29 2013-11-12 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same
WO2010137618A1 (ja) * 2009-05-26 2010-12-02 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
US8991723B2 (en) 2009-05-26 2015-03-31 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system incorporating the multi-layer piezoelectric element
JP5419976B2 (ja) * 2009-05-26 2014-02-19 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
US10149350B2 (en) * 2009-07-21 2018-12-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Heater, in particular high-temperature heater, and method for the production thereof
JP2011176114A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Kyocera Corp 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム
JP2012064726A (ja) * 2010-09-15 2012-03-29 Murata Mfg Co Ltd 圧電振動素子及びその製造方法
WO2013031727A1 (ja) * 2011-08-30 2013-03-07 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを備えた圧電アクチュエータ、噴射装置ならびに燃料噴射システム
US9932946B2 (en) 2011-08-30 2018-04-03 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and piezoelectric actuator, injection device, and fuel injection system provided with the same
JPWO2013031727A1 (ja) * 2011-08-30 2015-03-23 京セラ株式会社 積層型圧電素子およびこれを備えた圧電アクチュエータ、噴射装置ならびに燃料噴射システム
US9184368B2 (en) 2012-04-19 2015-11-10 Ngk Insulators, Ltd. Film-type piezoelectric/electrostrictive element
JPWO2013157293A1 (ja) * 2012-04-19 2015-12-21 日本碍子株式会社 膜型圧電／電歪素子
JP2015528199A (ja) * 2012-06-18 2015-09-24 エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ 電子デバイスの製造方法および電子デバイス
CN104395978A (zh) * 2012-06-18 2015-03-04 埃普科斯股份有限公司 用于制造电组件的方法和电组件
US10164167B2 (en) 2012-06-18 2018-12-25 Epcos Ag Method for producing an electric component and electric component
JP2015531168A (ja) * 2012-08-09 2015-10-29 エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ 多層デバイスの少なくとも１つの空洞部を充填材で充填する方法および多層デバイス。
US9595390B2 (en) 2012-08-09 2017-03-14 Epcos Ag Method for filling at least one cavity of a multi-layer component with a filling material, and multi-layer component
JP2015015343A (ja) * 2013-07-04 2015-01-22 Tdk株式会社 圧電素子及び圧電素子の製造方法

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