WO2008072768A1 - Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system - Google Patents

Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system Download PDF

Info

Publication number
WO2008072768A1
WO2008072768A1 PCT/JP2007/074243 JP2007074243W WO2008072768A1 WO 2008072768 A1 WO2008072768 A1 WO 2008072768A1 JP 2007074243 W JP2007074243 W JP 2007074243W WO 2008072768 A1 WO2008072768 A1 WO 2008072768A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
low
layer
piezoelectric element
rigidity
element according
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/074243
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Ichitaro Okamura
Takeshi Okamura
Original Assignee
Kyocera Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corporation filed Critical Kyocera Corporation
Priority to JP2008549394A priority Critical patent/JP5084745B2/en
Publication of WO2008072768A1 publication Critical patent/WO2008072768A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/508Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/05Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means

Abstract

A laminated structure is provided with a plurality of opposing sections where a pair of internal electrodes adjacent to each other in a laminating direction oppose the laminating direction, and a non-opposing section other than the opposing sections. In at least one of the opposing sections, the internal electrodes adjacent to each other in the laminating direction oppose each other through a low rigidity layer and a piezoelectric layer. The opposing sections have a first portion in contact with at least a part of the boundary between the opposing section and the non-opposing section, and a second portion other than the first portion. In the laminated piezoelectric element, such laminated structure suppresses deterioration of a displacement amount.

Description

明 細 書  Specification
積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム  Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、例えば、駆動素子 (圧電ァクチユエータ)、センサ素子及び回路素子に 用いられる積層型圧電素子に関するものである。駆動素子としては、例えば、自動車 エンジンの燃料噴射装置、インクジェットのような液体噴射装置、光学装置のような精 密位置決め装置、振動防止装置が挙げられる。センサ素子としては、例えば、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、感圧センサ及 びョーレートセンサが挙げられる。また、回路素子としては、例えば、圧電ジャイロ、圧 電スィッチ、圧電トランス及び圧電ブレーカーが挙げられる。  The present invention relates to a laminated piezoelectric element used for, for example, a driving element (piezoelectric actuator), a sensor element, and a circuit element. Examples of the driving element include a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as an ink jet, a precise positioning device such as an optical device, and a vibration preventing device. Examples of the sensor element include a combustion pressure sensor, a knock sensor, an acceleration sensor, a load sensor, an ultrasonic sensor, a pressure sensor, and a short rate sensor. Examples of the circuit element include a piezoelectric gyro, a piezoelectric switch, a piezoelectric transformer, and a piezoelectric breaker.
背景技術  Background art
[0002] 従来から、積層型圧電素子は、小型化が進められると同時に、高い圧力下におい て大きな変位量を確保するように求められている。そのため、より高い電界が印加さ れ、し力、も長時間連続駆動させる過酷な条件下で使用できることが要求されている。  Conventionally, multilayer piezoelectric elements have been required to ensure a large amount of displacement under a high pressure at the same time as miniaturization proceeds. For this reason, it is required that a higher electric field is applied, and that it can be used under harsh conditions in which the driving force is continuously driven for a long time.
[0003] 高電界又は高圧力の条件で長時間連続駆動させる場合には、内部電極及び圧電 体層に応力がかかる。特に、圧電体層の、積層方向に隣り合う 2つの内部電極に挟 まれた対向部分と、この対向部分以外の非対向部分との境界付近には大きな応力が かかる。そのため、上記の境界付近にかかる応力を分散させることが求められている 。そこで、特許文献 1に開示されているように、非対向部分に応力緩和層が設けられ た構造の素子が提案されてレ、る。  [0003] When continuously driven for a long time under the condition of a high electric field or high pressure, stress is applied to the internal electrode and the piezoelectric layer. In particular, a large stress is applied in the vicinity of the boundary between the opposing portion sandwiched between two internal electrodes adjacent in the stacking direction of the piezoelectric layer and the non-opposing portion other than the opposing portion. Therefore, it is required to disperse the stress applied near the boundary. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, an element having a structure in which a stress relaxation layer is provided in a non-opposing portion has been proposed.
特許文献 1 :特開 2001— 267646号公報  Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2001-267646
発明の開示  Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題  Problems to be solved by the invention
[0004] しかしながら、特許文献 1に記載の応力緩和層を設けた場合、応力緩和層に発生 したクラック力 S、圧電体層を貫通して隣接する内部電極又は外部電極にまで伸展す ること力 Sある。そのため、積層方向に隣り合う内部電極間で電気的な短絡が生じて、 変位量が低下する可能性がある。 [0005] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長時間の駆動による変位量の低 下を改善した積層型圧電素子を提供することを目的とする。 However, when the stress relaxation layer described in Patent Document 1 is provided, the crack force S generated in the stress relaxation layer, the force that extends through the piezoelectric layer to the adjacent internal electrode or external electrode There is S. Therefore, an electrical short circuit may occur between internal electrodes adjacent to each other in the stacking direction, and the amount of displacement may be reduced. [0005] The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element in which the amount of displacement is reduced by long-time driving.
課題を解決するための手段  Means for solving the problem
[0006] 本発明の積層型圧電素子は、積層構造体と、積層構造体の側面に形成される陽 極側及び陰極側の外部電極とを具備する。積層構造体は、積層部位と、低剛性層と を具備する。積層部位は、複数の圧電体層と複数の内部電極とが交互に積層されて いる。陽極側及び陰極側の外部電極には、内部電極が接続される。また、積層構造 体は、積層方向に隣り合う一対の前記内部電極が積層方向に対向する複数の対向 部分と、対向部分以外の非対向部分とを有している。複数の対向部分のうちの少なく とも一つでは、積層方向に隣り合う内部電極が、低剛性層及び圧電体層を介して対 向している。そして、対向部分が、対向部分と非対向部分の境界の少なくとも一部に 接して!/、る第 1の部位と、第 1の部位以外の第 2の部位とを有して!/、る。  [0006] The multilayer piezoelectric element of the present invention includes a multilayer structure and positive and negative external electrodes formed on the side surfaces of the multilayer structure. The laminated structure includes a laminated portion and a low rigidity layer. In the laminated portion, a plurality of piezoelectric layers and a plurality of internal electrodes are alternately laminated. An internal electrode is connected to the external electrode on the anode side and the cathode side. In addition, the laminated structure has a plurality of opposing portions in which a pair of internal electrodes adjacent in the laminating direction oppose each other in the laminating direction, and non-opposing portions other than the opposing portions. In at least one of the plurality of facing portions, the internal electrodes adjacent in the stacking direction face each other through the low-rigidity layer and the piezoelectric layer. The opposing part has a first part that touches at least part of the boundary between the opposing part and the non-opposing part, and a second part other than the first part! / .
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0007] [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。  [0007] FIG. 1 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric element that exerts force on a first embodiment of the present invention.
[図 2A]図 1に示す実施形態の、積層方向に垂直な方向の、低剛性層を含む断面図 である。  2A is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 1 including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction.
[図 2B]図 1に示す実施形態の分解斜視図である。  2B is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG.
[図 3]図 1に示す実施形態の積層方向に平行な方向の拡大断面図である。  3 is an enlarged cross-sectional view in a direction parallel to the stacking direction of the embodiment shown in FIG.
[図 4]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、積層方向に平行な 方向の断面図である。  FIG. 4 is a cross-sectional view in a direction parallel to the laminating direction, showing a laminated piezoelectric element that exerts force on the second embodiment of the present invention.
[図 5]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、積層方向に垂直な 方向の、低剛性層を含む断面図である。  FIG. 5 is a cross-sectional view including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction, showing a multilayer piezoelectric element that exerts a force according to a third embodiment of the present invention.
[図 6A]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、積層方向に垂直 な方向の、低剛性層を含む断面図である。  FIG. 6A is a cross-sectional view including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction, showing a multilayered piezoelectric element according to a fourth embodiment of the present invention.
[図 6B]図 6Aに示す実施形態の分解斜視図である。  6B is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG. 6A.
[図 7A]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、積層方向に垂直 な方向の、低剛性層を含む断面図である。  FIG. 7A is a cross-sectional view including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction, showing a multilayered piezoelectric element that exerts a force according to a fifth embodiment of the present invention.
[図 7B]図 7Aに示す実施形態の分解斜視図である。 園 8A]本発明の第 6の実施形態に力、かる積層型圧電素子を示す、積層方向に垂直 な方向の、低剛性層を含む断面図である。 7B is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG. 7A. FIG. 8A] A cross-sectional view including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction, showing the multilayer piezoelectric element according to the sixth embodiment of the present invention.
園 8B]図 8Aに示す実施形態の分解斜視図である。 8B] is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG. 8A.
園 9]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、積層方向に平行な 方向の断面図である。 FIG. 9] A sectional view in a direction parallel to the laminating direction, showing a multilayered piezoelectric element according to the seventh embodiment of the present invention.
園 10A]本発明の第 8の実施形態に力、かる積層型圧電素子を示す、積層方向に垂直 な方向の、低剛性層を含む断面図である。 FIG. 10A] is a cross-sectional view including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction, showing a multilayered piezoelectric element that exerts a force according to an eighth embodiment of the present invention.
園 10B]図 10Aに示す実施形態の分解斜視図である。 10B] is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG. 10A.
園 11A]本発明の第 9の実施形態に力、かる積層型圧電素子を示す、積層方向に垂直 な方向の、低剛性層を含む断面図である。 FIG. 11A] A cross-sectional view including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction, showing the multilayer piezoelectric element according to the ninth embodiment of the present invention.
園 11B]図 11 Aに示す実施形態の分解斜視図である。 11B] is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG. 11A.
[図 12A]本発明の第 10の実施形態にかかる積層型圧電素子を示す、積層方向に垂 直な方向の、低剛性層を含む断面図である。  FIG. 12A is a cross-sectional view including a low-rigidity layer in a direction perpendicular to the stacking direction, showing a stacked piezoelectric element according to a tenth embodiment of the present invention.
園 12B]図 12Aに示す実施形態の分解斜視図である。 12B] is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG. 12A.
園 13]本発明の第 11の実施形態に力、かる積層型圧電素子を示す、積層方向に平行 な方向の断面図である。 13] A sectional view in a direction parallel to the laminating direction, showing the multilayer piezoelectric element according to the eleventh embodiment of the present invention.
園 14A]本発明の第 12の実施形態に力、かる積層型圧電素子を示す、積層方向に平 行な方向の断面図である。 14A] A cross-sectional view in a direction parallel to the stacking direction, showing the multilayer piezoelectric element according to the twelfth embodiment of the present invention.
園 14B]図 14Aに示す実施形態の分解斜視図である。 14B] is an exploded perspective view of the embodiment shown in FIG. 14A.
園 15]本発明の第 13の実施形態に力、かる積層型圧電素子を示す、積層方向に平行 な方向の断面図である。 15] A sectional view in a direction parallel to the laminating direction, showing a multilayered piezoelectric element according to a thirteenth embodiment of the present invention.
[図 16]本発明の一実施形態にかかる噴射装置を示す断面図である。  FIG. 16 is a cross-sectional view showing an injection device according to an embodiment of the present invention.
園 17]本発明の一実施形態にかかる燃料噴射システムを示す概略図である。 FIG. 17 is a schematic view showing a fuel injection system according to an embodiment of the present invention.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
図;!〜 3に示すように、本発明の第 1の実施形態の積層型圧電素子 1 (以下、素子 1 ともいう。)は、積層構造体 7と外部電極 9とを備えている。積層構造体 7は、複数の圧 電体層 3と複数の内部電極 5とが交互に積層されている。外部電極 9は、積層構造体 7の側面に位置する。また、複数の内部電極 5は、陽極側及び陰極側の外部電極 9 の一方に接続される。 As shown in FIGS.! To 3, a laminated piezoelectric element 1 (hereinafter also referred to as element 1) according to a first embodiment of the present invention includes a laminated structure 7 and an external electrode 9. In the laminated structure 7, a plurality of piezoelectric layers 3 and a plurality of internal electrodes 5 are alternately laminated. The external electrode 9 is located on the side surface of the multilayer structure 7. Further, the plurality of internal electrodes 5 are anode-side and cathode-side external electrodes 9. Connected to one of the two.
[0009] また、積層構造体 7は、圧電体層 3及び内部電極 5よりも剛性の低い低剛性層 15を 備えている。低剛性層 15は、 2つの圧電体層 3の間に位置している。このような低剛 性層 15が少なくとも 1層存在することによって、対向部分 11と非対向部分 13の境界 に集中する応力を緩和させることができる。これは、圧電体層 3及び内部電極 5と比 較して、低剛性層 15においてクラックが発生しやすいからである。そのため、圧電体 層 3や内部電極 5にクラックが発生することを抑制できる。結果として、高電圧、高圧 力下で素子 1を長時間駆動させた場合における耐久性を改善できる。  In addition, the laminated structure 7 includes a low-rigidity layer 15 that is less rigid than the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5. The low rigidity layer 15 is located between the two piezoelectric layers 3. The presence of at least one low-rigidity layer 15 can relieve stress concentrated on the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13. This is because cracks are likely to occur in the low-rigidity layer 15 as compared with the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5. As a result, durability can be improved when element 1 is driven for a long time under high voltage and high voltage.
[0010] そして、複数の対向部分 11のうちの少なくとも一つは、第 1の部位 17と、それ以外 の第 2の部位 19とを有している。ここで、第 1の部位 17とは、積層方向に隣り合う内部 電極 5が、低剛性層 15及び圧電体層 3を介して対向するとともに対向部分 11と非対 向部分 13の境界の少なくとも一部に接している部位を示す。図 3においては、対向 部分 11のうち、積層方向に隣り合う内部電極 5が低剛性層 15及び圧電体層 3を介し て対向する部位が第 1の部位 17である。また、積層方向に隣り合う内部電極 5が圧電 体層 3のみを介して対向する部位が第 2の部位 19である。  [0010] At least one of the plurality of facing portions 11 has a first portion 17 and a second portion 19 other than the first portion 17. Here, the first portion 17 refers to the internal electrode 5 adjacent in the stacking direction facing through the low-rigidity layer 15 and the piezoelectric layer 3 and at least one of the boundaries between the facing portion 11 and the non-facing portion 13. The part which touches the part is shown. In FIG. 3, in the facing portion 11, a portion where the internal electrodes 5 adjacent in the stacking direction face each other via the low-rigidity layer 15 and the piezoelectric layer 3 is a first portion 17. Further, the second portion 19 is a portion where the internal electrodes 5 adjacent to each other in the stacking direction face each other only through the piezoelectric layer 3.
[0011] 上記のような第 1の部位 17を有していることにより、対向部分 11と非対向部分 13の 境界における応力を緩和することができる。また、第 1の部位 17を有していることによ り、圧電変位する圧電体層 3への応力を緩和することができる。そのため、対向部分 1 1に位置する圧電体層 3でのクラックの発生を抑制することができる。  By having the first portion 17 as described above, the stress at the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13 can be relieved. Further, since the first portion 17 is provided, the stress on the piezoelectric layer 3 that undergoes piezoelectric displacement can be relaxed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the piezoelectric layer 3 located in the facing portion 11.
[0012] また、積層方向に垂直な方向での積層構造体 7の断面において断面全体が低剛 性層 15である場合のように、第 2の部位 19がなぐ対向部分 11の全体が第 1の部位 17である場合、素子 1の変位量が小さくなる。これは、圧電変位して素子 1を駆動さ せる圧電体層 3が低剛性層 15に置き換えられるためである。し力、しながら、上記のよ うな第 2の部位 19を有していることにより、圧電体層 3による圧電変位を確保すること ができるので、低剛性層 15を有しつつも素子 1の変位量が小さくなることを抑制でき  [0012] In addition, in the cross section of the laminated structure 7 in the direction perpendicular to the laminating direction, the entire opposing portion 11 formed by the second portion 19 is the first portion as in the case where the entire cross section is the low-rigidity layer 15. In the case of the part 17, the displacement amount of the element 1 becomes small. This is because the piezoelectric layer 3 that drives the element 1 by piezoelectric displacement is replaced with the low-rigidity layer 15. However, by having the second portion 19 as described above, the piezoelectric displacement by the piezoelectric layer 3 can be ensured. Can suppress the amount of displacement
[0013] 第 2の部位 19は、外部電極と接続しない内部電極 5又は空隙を有する圧電体層 3 を備えていてもよい。し力もながら、図 3に示すように、第 2の部位 19は、積層方向に 隣り合う内部電極 5が圧電体層 3のみを介して対向している形態であることが好ましい 。これにより、素子 1に応力が加わった際に、結晶構造を応力の方向に応じて変形さ せること力 Sできるので、第 2の部位 19における応力を吸収する効果が高められる。結 果として、長時間駆動しても変位量の低下の小さレ、素子が得られる。 [0013] The second portion 19 may include the internal electrode 5 that is not connected to the external electrode or the piezoelectric layer 3 having a gap. However, as shown in FIG. 3, the second portion 19 is It is preferable that adjacent internal electrodes 5 are opposed to each other only through the piezoelectric layer 3. As a result, when stress is applied to the element 1, the force S for deforming the crystal structure in accordance with the direction of the stress can be increased, so that the effect of absorbing the stress in the second portion 19 is enhanced. As a result, an element with a small decrease in displacement can be obtained even when driven for a long time.
[0014] 本実施形態において低剛性層 15とは、圧電体層 3及び内部電極 5と比較して層内 の結合力及び/又は隣接する層との結合力が弱ぐ剛性が小さい層をいう。低剛性 層 15として具体的に、圧電体層 3及び内部電極 5よりも剛性の低い材質により形成さ れたものや、圧電体層 3及び内部電極 5と比較して空隙 21を多く含有することによつ て層としての剛性を小さくしたものが挙げられる。  In the present embodiment, the low-rigidity layer 15 refers to a layer having a low rigidity and a weaker coupling force in the layer and / or a coupling force with an adjacent layer than the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5. . Specifically, the low-rigidity layer 15 is made of a material having rigidity lower than that of the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5 and contains more voids 21 than the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5. Therefore, the layer with reduced rigidity can be mentioned.
[0015] 低剛性層 15、圧電体層 3及び内部電極 5の剛性は、例えば素子 1に対して、積層 方向に垂直な方向から荷重を加えることにより容易に比較できる。具体的には、 JIS3 点曲げ試験 (JIS R 1601)などにより、素子 1に対して積層方向に垂直な方向から 荷重を加えることで判断できる。上記の試験を行ったときに、どの部分で素子 1が破 断するかを確認すればよいからである。その破断箇所が素子 1のなかで最も剛性が 低い箇所である。  [0015] The rigidity of the low-rigidity layer 15, the piezoelectric layer 3, and the internal electrode 5 can be easily compared by, for example, applying a load to the element 1 from a direction perpendicular to the stacking direction. Specifically, it can be judged by applying a load to element 1 from a direction perpendicular to the stacking direction by JIS 3-point bending test (JIS R 1601). This is because it is only necessary to confirm at which part the element 1 breaks when the above test is performed. The broken part is the part with the lowest rigidity in the element 1.
[0016] 本実施形態の素子 1は低剛性層 15を備えているので、 JIS3点曲げ試験を行うと、 圧電体層 3及び内部電極 5よりも、この低剛性層 15又は低剛性層 15と圧電体層 3と の界面で破断が起きやすい。そのため、破断した箇所が圧電体層 3又は内部電極 5 であるか、若しくは、低剛性層 15又は低剛性層 15と圧電体層 3との界面であるかに より、低剛性層 15の有無を確認することができる。  [0016] Since the element 1 of the present embodiment includes the low-rigidity layer 15, when the JIS three-point bending test is performed, the low-rigidity layer 15 or the low-rigidity layer 15 and the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5 Breakage easily occurs at the interface with the piezoelectric layer 3. Therefore, the presence or absence of the low-rigidity layer 15 is determined depending on whether the fractured portion is the piezoelectric layer 3 or the internal electrode 5 or the interface between the low-rigidity layer 15 or the low-rigidity layer 15 and the piezoelectric layer 3. Can be confirmed.
[0017] なお、試験片が小さぐ上言 点曲げ試験を用いることができない場合には、以 下の方法により確認すればよい。即ち、上記の JIS3点曲げ試験に準拠して、素子 1 を長方形の角柱となるように加工して試験片を作製する。そして、この試験片を一定 距離に配置された 2支点上に置く。さらに、支点間の中央の 1点に荷重を加える。以 上により、低剛性層 15の有無を確認することができる。  [0017] When the above-mentioned bending test cannot be used because the test piece is small, it may be confirmed by the following method. That is, in accordance with the above JIS three-point bending test, the element 1 is processed into a rectangular prism and a test piece is produced. And place this specimen on 2 fulcrums arranged at a certain distance. In addition, load is applied to one central point between the fulcrums. From the above, the presence or absence of the low-rigidity layer 15 can be confirmed.
[0018] 次に、本発明の第 2の実施形態について説明をする。  [0018] Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0019] 図 4に示すように、低剛性層 15は、空隙 21と、空隙 21を介して互いに離隔する金 属部 23を有していることが好ましい。金属成分は変形しやすいので、応力を緩和す る効果が大きいからである。また、隣接する圧電体層 3を構成する圧電体粒子とは異 なる材質であるので、金属部 23で発生したクラックが金属部 23の内部又は金属部 2 3の表面までに留められやすい。その結果として、圧電体層 3にクラックが伸展するこ とを抑制できる。さらに、複数の金属部 23が空隙 21を介して互いに離隔していること により、各々の金属部 23がより変位しやすくなる。 As shown in FIG. 4, the low-rigidity layer 15 preferably has a gap 21 and a metal portion 23 that is separated from each other via the gap 21. Metal components are easily deformed, so stress is relieved This is because the effect is great. In addition, since the material is different from the piezoelectric particles constituting the adjacent piezoelectric layer 3, the cracks generated in the metal part 23 are easily retained inside the metal part 23 or the surface of the metal part 23. As a result, it is possible to prevent cracks from extending in the piezoelectric layer 3. Further, since the plurality of metal portions 23 are separated from each other via the gaps 21, the respective metal portions 23 are more easily displaced.
[0020] また、低剛性層 15が、積層構造体 7の側面に露出して外部電極 9と接触する形態 であっても、複数の金属部 23が、空隙 21を介して互いに離隔する構成であることに より、金属部 23を通じての電気的な短絡を抑制することができる。  [0020] Further, even when the low-rigidity layer 15 is exposed to the side surface of the laminated structure 7 and contacts the external electrode 9, the plurality of metal portions 23 are separated from each other via the gap 21. As a result, an electrical short circuit through the metal part 23 can be suppressed.
[0021] 圧電体層 3、内部電極 5及び低剛性層 15における各々の空隙 21の比率(空隙率) は、例えば下記のようにして測定することができる。まず、積層方向に垂直な断面が 露出するように、積層構造体 7を公知の研磨手段を用いて研磨処理する。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 ャモンドペーストで研磨する。この研磨処理により露出した断面に対して、走査型電 子顕微鏡(SEM)、光学顕微鏡又は金属顕微鏡を用いて画像処理をして、断面画像 を得る。この断面画像において、空隙 21の面積が占める割合(%)を測定する。この ようにして、圧電体層 3、内部電極 5及び低剛性層 15の各々の空隙 21の比率を測定 すること力 Sでさる。  [0021] The ratio (void ratio) of the voids 21 in the piezoelectric layer 3, the internal electrode 5, and the low-rigidity layer 15 can be measured, for example, as follows. First, the laminated structure 7 is polished using a known polishing means so that a cross section perpendicular to the stacking direction is exposed. For example, polishing is performed 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 the polishing process is subjected to image processing using a scanning electron microscope (SEM), an optical microscope, or a metal microscope to obtain a cross section image. In this cross-sectional image, the ratio (%) occupied by the area of the void 21 is measured. In this way, the force S is used to measure the ratio of the voids 21 of the piezoelectric layer 3, the internal electrode 5, and the low rigidity layer 15.
[0022] 具体的には、光学顕微鏡にて撮影した内部電極 5及び低剛性層 15の画像に対し て、空隙 21の部分を黒色に塗りつぶすとともに空隙 21以外の部分を白色に塗りつぶ す。そして、黒色部分の比率、即ち、(黒色部分の面積)/ (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。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れ ばよい。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しきい値を設定 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、空隙 21の有無を判断 して境界のしき!/、値を設定して 2値化すればょレ、。  Specifically, with respect to the images of the internal electrode 5 and the low-rigidity layer 15 taken with an optical microscope, the void 21 is painted black and the portions other than the void 21 are painted white. Then, the void ratio can be calculated by calculating the ratio of the black portion, that is, (area of the black portion) / (area of the black portion + area of the white portion) and expressing it as a percentage. If the cross-sectional image is color, it can be converted to grayscale and divided into a black part and a white part. At this time, if it is necessary to set a threshold value for the two-tone gradation in the black part and the white part, the image processing software visually determines the presence or absence of the gap 21 and determines the boundary threshold! /, Set the value and binarize it.
[0023] 低剛性層 15の材料としては、特に限定されることはないが、例えば、 Cu若しくは Ni のような単体の金属、又は、銀 白金若しくは銀 パラジウムのような合金が挙げら れる。特に、耐マイグレーション性や耐酸化性があり、ヤング率が低ぐかつ、安価で あるという点から銀一パラジウムを主成分とすることが好ましい。また、上記のような金 属成分の他にも、セラミックスからなり、圧電体層 3よりも空隙 21を多く含有するものを 低剛性層 15として用いること力 Sできる。 [0023] The material of the low-rigidity layer 15 is not particularly limited, and examples thereof include a single metal such as Cu or Ni, or an alloy such as silver platinum or silver palladium. In particular, it has migration resistance and oxidation resistance, has a low Young's modulus, and is inexpensive. From the point of view, it is preferable to use silver-palladium as a main component. In addition to the metal components as described above, it is possible to use a material made of ceramics and containing more voids 21 than the piezoelectric layer 3 as the low-rigidity layer 15.
[0024] また、低剛性層 15が、空隙 21を介して互いに離隔する複数の金属部 23を有して いる場合、低剛性層 15の空隙率は 20%〜99. 9%であることが好ましい。 20%以上 にすることで、この空隙 21により十分なスペースが確保されるため、各々の金属部 23 力大きく変位すること力できる力、らである。また 99. 9%以下にすることで、空隙率の 高い低剛性層 15での接着性を高めることができるので、素子としての形状を維持す ること力容易となる。 [0024] In addition, when the low-rigidity layer 15 has a plurality of metal portions 23 that are separated from each other via the gap 21, the porosity of the low-rigidity layer 15 is 20% to 99.9%. preferable. By setting it to 20% or more, a sufficient space is secured by the air gap 21, so that each metal part 23 has a force that can be displaced greatly. Further, by setting the ratio to 99.9% or less, the adhesiveness of the low-rigidity layer 15 having a high porosity can be improved, so that it is easy to maintain the shape of the element.
[0025] また、低剛性層 15は、厚みが 0.;!〜 40〃 mであることが好ましい。 0. l〃m以上で あることにより、駆動時に低剛性層 15にクラックがより進展しやすくなるからである。ま た、 40 m以下であることにより、空隙率の高い層を設けながらも通常の取り扱い上 必要とされる強度を維持することができるので、量産性に長けて!/、る。  [0025] The low-rigidity layer 15 preferably has a thickness of 0 .; This is because the crack is more likely to develop in the low-rigidity layer 15 during driving due to being 0.1 μm or more. In addition, when it is 40 m or less, it is possible to maintain the strength required for normal handling while providing a layer with a high porosity, so that it is excellent in mass productivity!
[0026] 次に、本発明の第 3の実施形態について説明をする。  Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0027] 図 5に示すように、対向部分 11の中央部 25では、積層方向に隣り合う内部電極同 士カ 圧電体層により接合されていることが好ましい。言い換えれば、中央部 25は、 第 2の部位であることが好ましい。本実施形態において中央部 25とは、以下の部分 を意味する。  As shown in FIG. 5, it is preferable that the central portion 25 of the facing portion 11 is joined by the internal electrode common piezoelectric layer adjacent in the stacking direction. In other words, the central part 25 is preferably the second part. In the present embodiment, the central portion 25 means the following portions.
[0028] 即ち、素子 1の積層方向に垂直且つ低剛性層 15を含む断面において、対向部分 1 1を対向部分 11の中心に向力、つて 1/2の寸法に縮小した相似形の部位を中央部 2 5とする。また、対向部分 11のうち、この中央部 25以外の領域を周縁部 27とする。な お、本実施形態において、対向部分 11の中心とは、対向部分 11が長方形の場合に は対角線の交点を意味し、対向部分 11が円形の場合には円の中心を意味している That is, in the cross section perpendicular to the laminating direction of the element 1 and including the low-rigidity layer 15, a portion having a similar shape in which the opposing portion 11 is reduced to a force of the center of the opposing portion 11, that is, halved. Central part 2 5 Further, in the facing portion 11, a region other than the central portion 25 is defined as a peripheral edge portion 27. In the present embodiment, the center of the facing portion 11 means an intersection of diagonal lines when the facing portion 11 is rectangular, and means the center of a circle when the facing portion 11 is circular.
Yes
[0029] 中央部 25は、圧電体層が最も伸びやすい部分である。この部分に低剛性層 15が 配設されず、圧電体層のみが配設されることで、素子として大きな変位量を確保する こと力 Sできる。そのため、積層数を増やして素子を必要以上に大きくすることなぐ低 剛性層 15により応力を緩和しつつも、所望の変位量を確保することができる。結果と して、積層数を増やす必要がなぐ生産性に優れた構造とすることができる。 [0029] The central portion 25 is a portion where the piezoelectric layer is most easily stretched. Since the low-rigidity layer 15 is not provided in this portion, and only the piezoelectric layer is provided, it is possible to secure a large displacement amount as an element. Therefore, a desired amount of displacement can be ensured while the stress is relaxed by the low rigidity layer 15 that increases the number of stacked layers and makes the element unnecessarily large. Results and And it can be set as the structure excellent in productivity which does not need to increase the number of lamination | stacking.
[0030] また、図 5に示すように、低剛性層 15が、周縁部 27に配置されていることが好まし い。言い換えれば、第 1の部位 17が周縁部 27に位置していることが好ましい。周縁 部 27は、対向部分 11の中でも応力の集中しやすい部分であるが、この部分に低剛 性層 15を設けることで、効果的に応力を緩和させることができるからである。これによ り、素子 1の変位量を大きく低減させることなぐ応力の集中しやすい対向部分 11と 非対向部分 13との境界において効果的に応力を緩和することができる。 Further, as shown in FIG. 5, it is preferable that the low-rigidity layer 15 is disposed on the peripheral edge 27. In other words, the first portion 17 is preferably located at the peripheral edge 27. The peripheral portion 27 is a portion where stress is likely to concentrate in the facing portion 11, but by providing the low-rigidity layer 15 in this portion, the stress can be effectively relieved. As a result, the stress can be effectively relieved at the boundary between the opposed portion 11 and the non-opposed portion 13 where the stress tends to concentrate without greatly reducing the displacement amount of the element 1.
[0031] また、図 5に示すように、低剛性層 15は、対向部分 11のみに配設されているのでは なぐ対向部分 11と非対向部分 13の境界にまたがって配置されていることが好まし い。非対向部分 13により対向部分 11の伸縮が抑えられているため、対向部分 11と 非対向部分 13の境界に応力が集中しやすい。上記のように低剛性層 15を配置する ことにより、対向部分 11側からだけでなぐ非対向部分 13側からも応力を緩和させる ことができるので、効果的に応力を緩和させることができる。また、同時に、非対向部 分 13による対向部分 11の変位の抑制を小さくすることができるので、素子の変位量 を増カロさせること力 Sできる。これにより、大きな変位量を確保しながらも耐久性に優れ た、信頼性の高レ、積層型圧電素子を得ることができる。 Further, as shown in FIG. 5, the low-rigidity layer 15 may be disposed across the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13 rather than being disposed only in the facing portion 11. I like it. Since the expansion and contraction of the facing portion 11 is suppressed by the non-facing portion 13, stress tends to concentrate on the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13. By disposing the low-rigidity layer 15 as described above, the stress can be relaxed not only from the facing portion 11 side but also from the non-facing portion 13 side, so that the stress can be effectively relaxed. At the same time, since the suppression of the displacement of the facing portion 11 by the non-facing portion 13 can be reduced, the force S for increasing the amount of displacement of the element can be achieved. As a result, it is possible to obtain a highly reliable multi-layer piezoelectric element having excellent durability while ensuring a large amount of displacement.
[0032] この時、低剛性層 15は、非対向部分 13に 5 m以上またがつていることが好ましい 。つまり、非対向部分 13の対向部分 11との境界線から垂直な方向に 5 in以上また 力 Sつていることが好ましい。これにより、上記応力を緩和する効果を高めることが出来 At this time, it is preferable that the low-rigidity layer 15 extends over the non-facing portion 13 by 5 m or more. That is, it is preferable that the force S is 5 inches or more in the direction perpendicular to the boundary line between the non-facing portion 13 and the facing portion 11. This can enhance the effect of relieving the stress.
[0033] また、図 5に示すように、低剛性層 15が対向部分 11と非対向部分 13の境界に沿つ て帯状に配置されてレ、ることが好ましレ、。駆動時の応力集中により低剛性層 15でクラ ックが伸展した場合であっても、低剛性層 15が帯状に配置されていることにより、帯 状の長手方向にクラックが伸展するからである。そのため、低剛性層 15の内部にクラ ックを留めやすくなる。これにより、第 2の部位に位置する圧電体層及び低剛性層 15 と積層方向に隣接する圧電体層 3にクラックが伸展する可能性を小さくすることができ In addition, as shown in FIG. 5, it is preferable that the low-rigidity layer 15 is disposed in a strip shape along the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13. This is because even if the crack extends in the low rigidity layer 15 due to stress concentration during driving, the crack extends in the longitudinal direction of the band due to the low rigidity layer 15 being arranged in a band shape. . For this reason, it becomes easy to keep the crack inside the low-rigidity layer 15. This can reduce the possibility of cracks extending to the piezoelectric layer 3 located in the second region and the piezoelectric layer 3 adjacent to the low-rigidity layer 15 in the stacking direction.
[0034] また、図 5に示すように、この帯状の低剛性層 15が境界に沿って配置されているこ とにより、対向部分 1 1と非対向部分 13の境界での応力の集中を広範囲にわたって 抑制すること力 Sできる。ここで、帯状の低剛性層 15とは、製造工程上、不可避な程度 の凹凸を除いて、ほぼ一定の幅で形成されている低剛性層 15をいう。帯状の低剛性 層 15の幅は 5 H m以上であることが好まし!/、。低剛性層 15力 m以上の幅を持つ ことで、低剛性層 15の内部にクラックをより留めやすくなる。 Further, as shown in FIG. 5, the belt-like low-rigidity layer 15 is disposed along the boundary. As a result, a force S that suppresses stress concentration over a wide range at the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13 can be achieved. Here, the belt-like low-rigidity layer 15 refers to the low-rigidity layer 15 formed with a substantially constant width, excluding irregularities that are unavoidable in the manufacturing process. The width of the belt-like low-rigid layer 15 is preferably 5 Hm or more! /. Low stiffness layer Having a width of 15 force m or more makes it easier to keep cracks inside the low stiffness layer 15.
[0035] 次に、本発明の第 4の実施形態について説明をする。 [0035] Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0036] 図 6A及び図 6Bに示すように、積層方向に垂直な断面において、互いに離隔した 複数の低剛性層 15が、対向部分 11と非対向部分 13の境界に沿つて存在する形態 もまた好ましい。低剛性層 15が対向部分 11と非対向部分 13の境界に沿って存在し ているときには、応力が集中しやすい境界に対して局所的に応力緩和機能を付与で きる。  [0036] As shown in FIGS. 6A and 6B, in the cross section perpendicular to the stacking direction, a plurality of low-rigidity layers 15 that are separated from each other exist along the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13. preferable. When the low-rigidity layer 15 exists along the boundary between the opposed portion 11 and the non-opposed portion 13, a stress relaxation function can be locally provided to the boundary where stress is likely to concentrate.
[0037] さらに、複数の低剛性層 15が互いに離隔しているので、低剛性層 15の積層方向の 両側に位置する 2つの圧電体層 3が、それぞれの低剛性層 15の間に位置する圧電 体により接合される。このように、複数の低剛性層 15の間に配設された上記圧電体 が積層方向両面のそれぞれの圧電体層 3との橋渡しとなる。そのため、この界面での 接合強度が高くなり、ハンドリングの際に発生する折れや変形の可能性を低減するこ と力 Sできる。  [0037] Further, since the plurality of low-rigidity layers 15 are separated from each other, the two piezoelectric layers 3 located on both sides in the stacking direction of the low-rigidity layers 15 are located between the low-rigidity layers 15. Joined by piezoelectric material. In this way, the piezoelectric body disposed between the plurality of low-rigidity layers 15 serves as a bridge between the respective piezoelectric body layers 3 on both sides in the stacking direction. Therefore, the bonding strength at this interface is increased, and the force S that reduces the possibility of bending or deformation that occurs during handling can be achieved.
[0038] また、このように互いに離隔した複数の低剛性層 15が存在して!/、る場合にお!/、ても 、各々の低剛性層 15が境界を跨ぐように配設されるときには、対向部分 11と非対向 部分 13の境界において、より大きな応力緩和の効果が得られる。また、図 6に示すよ うに、互いに離隔した複数の低剛性層 15を有している場合には、各々の低剛性層 1 5が 25 m2以上の大きさであることが好ましい。上記の大きさとすることで、低剛性層 15中にクラックが発生した場合でも、圧電体層 3へのクラックの伸展を抑制することが できる。 [0038] Further, when there are a plurality of low-rigidity layers 15 that are separated from each other in this manner! /, Each low-rigidity layer 15 is disposed so as to straddle the boundary. Sometimes, a greater stress relaxation effect is obtained at the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13. Further, as shown in FIG. 6, when a plurality of low-rigidity layers 15 that are spaced apart from each other are provided, each low-rigidity layer 15 preferably has a size of 25 m 2 or more. By setting the size as described above, even when a crack occurs in the low-rigidity layer 15, the extension of the crack to the piezoelectric layer 3 can be suppressed.
[0039] 一般的に、各々の内部電極は圧電体層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は、一層おき に積層構造体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。  [0039] Generally, each internal electrode is not formed on the entire main surface of the piezoelectric layer, and has a so-called partial electrode structure. A plurality of internal electrodes of this partial electrode structure are arranged so as to be exposed on opposite side surfaces of the laminated structure every other layer.
[0040] そして、図 2A、図 2Bに示すように、内部電極 5が、異極の外部電極 9の配設された 側面に対してのみ、露出していない場合には、図 2の一点鎖線で示されているように 、対向部分 11と非対向部分 13の境界が二本の線で示される。このような場合には、 2つの低剛性層 15がそれぞれ境界上に配設されるので、効率良く応力を緩和させる こと力 Sでさる。 [0040] As shown in FIGS. 2A and 2B, the internal electrode 5 is provided with the external electrode 9 having a different polarity. When only the side surface is not exposed, the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13 is shown by two lines, as shown by the one-dot chain line in FIG. In such a case, since the two low-rigidity layers 15 are respectively disposed on the boundary, the force S can be used to efficiently relieve the stress.
[0041] 次に、本発明の第 5の実施形態について説明をする。  Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0042] また、図 7A及び図 7Bに示すように、内部電極 5が、外部電極 9と接続する積層構 造体 7の側面にのみ露出し、それ以外の側面には露出していない場合には、図 7A の一点鎖線で示されて!/、るように、対向部分 11と非対向部分 13の境界が閉じた線 で表される。このような場合には、低剛性層 15が境界上に沿って配設されるので、よ り確実に変位量の低下を抑制することができる。  Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, when the internal electrode 5 is exposed only on the side surface of the laminated structure 7 connected to the external electrode 9, and is not exposed on the other side surface. Is represented by a closed line between the opposed portion 11 and the non-opposed portion 13 as shown by a one-dot chain line in FIG. 7A! /. In such a case, since the low-rigidity layer 15 is disposed along the boundary, it is possible to suppress the decrease in the displacement more reliably.
[0043] 次に、本発明の第 6の実施形態について説明をする。  [0043] Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
[0044] 図 8A及び図 8Bに示すように、低剛性層 15を対向部分 11と非対向部分 13の境界 に沿って圧電体層 3中に配設した形態も有効である。この場合には、 4つの帯状の低 剛性層 15を配設することにより、所望の低剛性層 15を形成することができる。帯状の 低剛性層 15は配設が容易であることから、所望の位置に正確に配設しゃすい。その ため、簡易な工程でありながらも、境界での応力を緩和しつつ変位量の変化を抑制 すること力 Sでさる。  As shown in FIGS. 8A and 8B, a configuration in which the low-rigidity layer 15 is disposed in the piezoelectric layer 3 along the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13 is also effective. In this case, the desired low-rigidity layer 15 can be formed by disposing the four belt-like low-rigidity layers 15. Since the belt-like low-rigidity layer 15 is easy to dispose, it can be disposed precisely at the desired position. Therefore, although it is a simple process, the force S suppresses the change of the displacement while relaxing the stress at the boundary.
[0045] また、低剛性層 15が、積層構造体の積層方向の中心軸に対して回転対称となるよ うに配置されていることが好ましい。これにより、応力分布の偏りが低減されるからであ る。そのため、応力の一部への集中を抑制するとともに、素子の変位の方向や変位 の量を安定させること力 Sできる。ここで、回転対称性は、例えば、図 2に示すように 18 0° 回転対称であってもよいし、図 7及び図 8に示すように 90° 回転対称であっても よい。  [0045] The low-rigidity layer 15 is preferably arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the central axis in the stacking direction of the stacked structure. This is because the bias of the stress distribution is reduced. For this reason, it is possible to suppress the concentration of stress on a part and to stabilize the direction and amount of displacement of the element. Here, the rotational symmetry may be, for example, 180 ° rotational symmetry as shown in FIG. 2, or 90 ° rotational symmetry as shown in FIGS.
[0046] このように低剛性層 15を配設することにより、素子の駆動の伸縮方向が積層方向に 対して、より平行に近くなるので、応力緩和の効果が高くなる。これにより、長時間連 続の駆動をさせた場合における耐久性を改善することができる。  [0046] By disposing the low-rigidity layer 15 in this manner, the expansion / contraction direction of the drive of the element becomes closer to the parallel to the stacking direction, so that the stress relaxation effect is enhanced. As a result, it is possible to improve durability in the case of continuous driving for a long time.
[0047] 次に、本発明の第 7の実施形態について説明をする。  [0047] Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
[0048] 図 9に示すように、低剛性層 15が、対向部分 11と非対向部分 13の境界で、かつ対 向する陽極側及び陰極側の外部電極 9のどちらか一方に近接する箇所に配設され ていることによつても、低剛性層 15による応力緩和の効果が得られる。 [0048] As shown in FIG. 9, the low-rigidity layer 15 is at the boundary between the opposed portion 11 and the non-opposed portion 13, and The effect of stress relaxation by the low-rigidity layer 15 can also be obtained by being disposed at a location close to either the facing anode side or cathode-side external electrode 9.
[0049] また、素子の変位方向の偏向を抑制したい場合には、低剛性層 15が、圧電体層 3 に埋設されていることが好ましい。低剛性層 15が圧電体層 3に埋設されていることに より、素子の形状の変化を抑制することができるからである。これは、積層構造体 7の 側面部分が密度の高い圧電体層 3で保持されるため、駆動時の低剛性層 15の変形 が積層構造体 7の側面に現れることが抑えられるからである。このように素子の形状 の変形を抑制することで、変位方向の偏向が抑制される。これにより、駆動時の変位 量の低下の小さい素子 1を提供することができる。また、この場合には、低剛性層 15 が積層構造体 7の側面から 10 m以上、内部に埋設されていることが好ましい。  In addition, when it is desired to suppress the deflection in the displacement direction of the element, it is preferable that the low-rigidity layer 15 is embedded in the piezoelectric layer 3. This is because, since the low-rigidity layer 15 is embedded in the piezoelectric layer 3, changes in the shape of the element can be suppressed. This is because the side surface portion of the multilayer structure 7 is held by the piezoelectric layer 3 having a high density, so that deformation of the low-rigidity layer 15 during driving can be suppressed from appearing on the side surface of the multilayer structure 7. By suppressing the deformation of the element shape in this way, deflection in the displacement direction is suppressed. As a result, it is possible to provide the element 1 with a small decrease in displacement during driving. In this case, it is preferable that the low-rigidity layer 15 is embedded in the interior of the laminated structure 7 by 10 m or more from the side surface.
[0050] 一方で、素子に大きな変位量を求める場合には、低剛性層 15が、積層構造体 7の 側面に露出していることが好ましい。低剛性層 15が積層構造体 7の側面に露出して いる場合には、積層構造体 7の側面部分全体が圧電体層 3により保持されているもの ではな!/、ので、素子の変位量を大きくすることができるからである。  On the other hand, when a large displacement amount is required for the element, the low-rigidity layer 15 is preferably exposed on the side surface of the laminated structure 7. When the low-rigidity layer 15 is exposed on the side surface of the multilayer structure 7, the entire side surface portion of the multilayer structure 7 is not held by the piezoelectric layer 3! / It is because it can enlarge.
[0051] 次に、本発明の第 8、第 9及び第 10の実施形態について説明をする。  Next, the eighth, ninth, and tenth embodiments of the present invention will be described.
[0052] 図 10〜; 12に示すように低剛性層 15を配設することにより、より大きな変位量を有す る積層型圧電素子を得ることができる。具体的には、低剛性層 15は、対向部分 11と 非対向部分 13の境界上であって、かつ、積層構造体 7の対向する側面全体に露出 するように配設されている。  As shown in FIGS. 10 to 12, by providing the low-rigidity layer 15, a multilayer piezoelectric element having a larger displacement can be obtained. Specifically, the low-rigidity layer 15 is disposed on the boundary between the facing portion 11 and the non-facing portion 13 so as to be exposed on the entire opposing side surface of the laminated structure 7.
[0053] これらのような形態では、積層構造体 7の側面における圧電体層 3による拘束が小 さくなるので、より大きな変位量を有する素子を得ることができる。また、対向する側面 において露出していることにより、素子の変位方向の偏向が大きくなることも抑制でき  [0053] In these forms, since the restraint by the piezoelectric layer 3 on the side surface of the multilayer structure 7 is reduced, an element having a larger displacement can be obtained. In addition, it is possible to suppress an increase in deflection in the displacement direction of the element due to exposure on the opposite side surfaces.
[0054] 特に、図 11A及び図 12Aに示すように、積層方向に垂直であって、低剛性層 15を 含む断面において、積層構造体 7の側面全体に露出するように低剛性層 15が配設 されていることにより、さらに大きな変位量を有する素子を得ることができる。 In particular, as shown in FIGS. 11A and 12A, the low-rigidity layer 15 is arranged so as to be exposed to the entire side surface of the laminated structure 7 in a cross section that is perpendicular to the stacking direction and includes the low-rigidity layer 15. By being provided, an element having a larger displacement can be obtained.
[0055] また、図 12Aに示すように、積層方向に垂直であって、低剛性層 15を含む断面に おいて、低剛性層 15と圧電体層 3の境界が曲線状であることにより、圧電体層 3にク ラックが生じる可能性を低減できる。 In addition, as shown in FIG. 12A, the boundary between the low-rigidity layer 15 and the piezoelectric layer 3 is curved in a cross section that is perpendicular to the stacking direction and includes the low-rigidity layer 15. Click on the piezoelectric layer 3. The possibility that a rack is generated can be reduced.
[0056] また、図 2Aに示すように、 2つの低剛性層 15が、異極の外部電極 9の配設されて V、な!/、側面に対して露出して!/、ることが好まし!/、。外部電極 9の配設された側面は、 外部電極 9によって圧電体層 3が拘束されて!/、る力 外部電極 9の配設されて!/、な!/、 側面では、このような拘束がないので、側面の変位が大きい。そのため、この外部電 極 9の配設されていない側面には比較的大きな応力がかかる。ここに、低剛性層 15 が露出していることで応力を緩和する効果が高まる。また、外部電極 9の配設された 側面に低剛性層 15が露出していないことにより、低剛性層 15を介して、一対の外部 電極 9の間での電気的な短絡の可能性を大きく低減できる。  [0056] Also, as shown in FIG. 2A, two low-rigidity layers 15 may be exposed to the side surfaces V /! I like it! The piezoelectric layer 3 is constrained by the external electrode 9 on the side surface on which the external electrode 9 is arranged! /, And the external electrode 9 is arranged on the side surface! /, Na! / Because there is no, the side displacement is large. For this reason, a relatively large stress is applied to the side surface on which the external electrode 9 is not disposed. Here, since the low-rigidity layer 15 is exposed, the effect of relaxing the stress is enhanced. In addition, since the low-rigidity layer 15 is not exposed on the side surface where the external electrode 9 is disposed, the possibility of an electrical short circuit between the pair of external electrodes 9 via the low-rigidity layer 15 is greatly increased. Can be reduced.
[0057] 次に、本発明の第 11の実施形態について説明をする。  Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described.
[0058] 図 13に示すように、第 1の部位と積層方向に隣り合う 2つの内部電極 5が、同極側 の外部電極 9とそれぞれ接続されることが好ましい。この 2つの内部電極 5が同極側 の外部電極 9と接続されている場合、これらの内部電極 5に挟まれた部分は殆ど圧電 変位しない。そのため、これらの内部電極 5に挟まれた部分に特に応力が集中しや すい。そして、特に応力が集中しやすいこの部分に低剛性層 15が配設されているこ とにより、応力を緩和する効果を改善させることができる。そして、応力が集中して低 剛性層 15に亀裂が生じても低剛性層 15を介して隣り合う内部電極 5同士は同極で あるため、電気的な短絡を抑制できる。  As shown in FIG. 13, it is preferable that the two internal electrodes 5 adjacent to the first part in the stacking direction are connected to the external electrode 9 on the same polarity side. When these two internal electrodes 5 are connected to the external electrode 9 on the same polarity side, the portion sandwiched between these internal electrodes 5 hardly undergoes piezoelectric displacement. For this reason, stress is particularly likely to concentrate on the portion sandwiched between these internal electrodes 5. In addition, since the low-rigidity layer 15 is disposed in this portion where stress is particularly likely to concentrate, the effect of relaxing the stress can be improved. Even if the stress concentrates and cracks occur in the low-rigidity layer 15, the internal electrodes 5 adjacent to each other through the low-rigidity layer 15 have the same polarity, so that an electrical short circuit can be suppressed.
[0059] 第 1の部位と積層方向に隣り合う 2つの内部電極 5が、互いに同極の外部電極 9と 接続される場合には、効果的に応力を緩和させることができるが、一方で、殆ど圧電 変位しない部分が増加するので変位量が小さくなる。対して、第 1の部位と積層方向 に隣り合う 2つの内部電極 5が、互いに異極の外部電極 9とそれぞれ接続される場合 には、殆ど圧電変位しない部分の増加を抑えることができるので、変位量を大きくさ せること力 Sできる。そのため、第 1の部位と積層方向に隣り合う 2つの内部電極 5が、 互いに異極の外部電極 9とそれぞれ接続されることも好まし!/、。  [0059] When the two internal electrodes 5 adjacent to the first part in the stacking direction are connected to the external electrodes 9 having the same polarity, the stress can be effectively relieved, Piezoelectric displacement increases and the amount of displacement decreases. On the other hand, when the two internal electrodes 5 adjacent to the first part in the stacking direction are connected to the external electrodes 9 having different polarities, an increase in the portion that hardly undergoes piezoelectric displacement can be suppressed. The force S can be increased to increase the amount of displacement. Therefore, it is also preferable that the two internal electrodes 5 adjacent to the first part in the stacking direction are connected to the external electrodes 9 having different polarities from each other!
[0060] これは、対向部分と非対向部分の境界に大きな応力力 Sかかりやすいが、この応力を 低剛性層 15に集中させることができるので、応力を効果的に制御することができるか らである。さらに、低剛性層 15だけが選択的に変形するだけで、周囲の圧電体層の 変形を抑えることができるので、駆動中の素子寸法の変化を抑制することができる。 結果として、高精度な駆動が可能となる。 [0060] This is because a large stress force S is likely to be applied to the boundary between the facing portion and the non-facing portion, but since this stress can be concentrated on the low-rigidity layer 15, the stress can be effectively controlled. It is. Furthermore, only the low-rigidity layer 15 is selectively deformed, and the surrounding piezoelectric layer Since deformation can be suppressed, a change in element dimensions during driving can be suppressed. As a result, highly accurate driving is possible.
[0061] 次に、本発明の第 12の実施形態について説明をする。 Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described.
[0062] 図 14A及び図 14Bに示すように、内部電極 5の少なくとも 1つとこの内部電極 5に対 して圧電体層 3を介して積層方向の両側に隣り合う 2つの内部電極 5との間には、低 剛性層 15がそれぞれ配置されていることが望ましい。低剛性層 15を、内部電極 5の 両側で隣り合うように配置することで、非対向部分と対向部分の境界に発生する応力 について、素子内での応力をより均等に分散させることができるからである。  [0062] As shown in FIG. 14A and FIG. 14B, between at least one of the internal electrodes 5 and two internal electrodes 5 adjacent to both sides in the stacking direction via the piezoelectric layer 3 with respect to the internal electrode 5 It is desirable that the low-rigidity layer 15 is disposed respectively. By disposing the low-rigidity layer 15 so as to be adjacent to each other on both sides of the internal electrode 5, the stress generated at the boundary between the non-opposing part and the opposing part can be more evenly distributed in the element. It is.
[0063] さらに、低剛性層 15は、複数存在し、これらが積層方向に規則的に配置されている ことが好ましい。規則的に配置することで積層構造体 7全体の拘束力を分散できるた め、長時間駆動の際に変位の変化率が小さぐ駆動時の耐久性を向上させることが でさるカゝらである。  [0063] Further, it is preferable that there are a plurality of low-rigid layers 15 and these are regularly arranged in the stacking direction. By arranging them regularly, it is possible to disperse the restraining force of the entire laminated structure 7, so that the change rate of displacement is small when driving for a long time and the durability during driving can be improved. is there.
[0064] このとき、内部電極 5の両側で隣り合うようにそれぞれ配置された低剛性層 15は、 積層方向に垂直且つ当該内部電極 5を含む平面を介して面対称であることが好まし い。このように、配設することで、素子内での応力を低剛性層 15全体でより均等に吸 収すること力 Sでさる。  [0064] At this time, it is preferable that the low-rigidity layers 15 disposed so as to be adjacent to each other on both sides of the internal electrode 5 are plane-symmetric with respect to the plane including the internal electrode 5 and perpendicular to the stacking direction. . By disposing in this way, the stress S in the element can be absorbed more uniformly by the entire low-rigidity layer 15 by the force S.
[0065] 次に、本発明の第 13の実施形態について説明をする。  Next, a thirteenth embodiment of the present invention is described.
[0066] 図 15に示すように、低剛性層 15を素子 1内で積層方向に均等の間隔で配置するこ とが好ましい。これにより、素子 1内に発生する応力を均等に緩和することができるの で、駆動時の耐久性を向上させることができる。  As shown in FIG. 15, it is preferable that the low-rigidity layers 15 are arranged in the element 1 at equal intervals in the stacking direction. Thereby, since the stress generated in the element 1 can be alleviated evenly, durability during driving can be improved.
[0067] 具体的には、低剛性層 15は、 40層以下の圧電体層 3ごとに配設することが好まし い。配置する間隔を大きくすることにより応力緩和効果は減少する。し力もながら、 40 層以下の圧電体層 3毎に低剛性層 15を配設することにより、応力を緩和させる効果 を高めることができる。  Specifically, the low-rigidity layer 15 is preferably provided for every 40 or less piezoelectric layers 3. The stress relaxation effect is reduced by increasing the arrangement interval. However, the effect of relieving stress can be enhanced by disposing the low-rigidity layer 15 for each piezoelectric layer 3 having 40 layers or less.
[0068] また、積層構造体 7の積層方向の両端面には、低活性層 29が形成されていること が好ましい。低剛性層 15は、圧電体層 3と比較して圧電変位による変位量が小さぐ 変形が小さい。そのため、低活性層 29が形成されていることにより、電圧を印加した 時に生じる積層構造体 7の歪みを抑えることができる。低活性層 29には、チタン酸バ リウム BaTiOを主成分とする圧電セラミック材料などを用いることができる。 [0068] Further, it is preferable that low active layers 29 are formed on both end faces of the laminated structure 7 in the laminating direction. Compared with the piezoelectric layer 3, the low-rigidity layer 15 has a small displacement due to piezoelectric displacement and a small deformation. Therefore, since the low active layer 29 is formed, the distortion of the multilayer structure 7 that occurs when a voltage is applied can be suppressed. The low active layer 29 has a titanate buffer. A piezoelectric ceramic material mainly composed of lithium BaTiO can be used.
3  Three
[0069] さらに、低活性層 29は圧電体層 3と同一の材料を用いて、具体的には圧電体層 3 を複数積層することにより、形成されることが好ましい。圧電体層 3と同じ材料を用い ることで積層構造体 7と低活性層 29との間の焼成時や電圧を印加した時に生じる歪 みを抑え、より緻密な素子 1を形成することができる。  Furthermore, the low active layer 29 is preferably formed by using the same material as that of the piezoelectric layer 3, specifically, by laminating a plurality of piezoelectric layers 3. By using the same material as the piezoelectric layer 3, it is possible to suppress the distortion that occurs when the laminated structure 7 and the low active layer 29 are fired or when a voltage is applied, thereby forming a denser element 1. .
[0070] さらにこの時、低活性層 29を形成する圧電体層 3のグリーンシート中に、内部電極  [0070] Further, at this time, the internal electrode is formed in the green sheet of the piezoelectric layer 3 forming the low active layer 29.
5を構成する金属粉末が添加されることが好ましい。或いは、低活性層 29を形成する 圧電体層 3のグリーンシートを積層する際に、銀 パラジウムのように内部電極 5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が好ましい。このように低活性層 29を形成することで、低活性 層 29と積層構造体 7の焼結時の収縮挙動ならびに収縮率を近づけることができるの で、より一層緻密な素子 1を形成することができる。  5 is preferably added. Alternatively, when the green sheet of the piezoelectric layer 3 that forms the low active layer 29 is laminated, a slurry made of the metal powder and the inorganic compound, the binder, and the plasticizer constituting the internal electrode 5 such as silver palladium is green sheet. It is preferable to print on top. By forming the low active layer 29 in this manner, the shrinkage behavior and shrinkage rate during sintering of the low active layer 29 and the laminated structure 7 can be made closer, so that a more dense element 1 can be formed. Can do.
[0071] さらに、低活性層 29を有している場合には、素子 1が複数の低剛性層 15を有し、且 つ、積層構造体 7の積層方向の中心部から両端面に向かって、各々の低剛性層 15 間の間隔が徐々に短くなつていることが好ましい。これにより、積層方向の両端部に ある低活性層 29との境界で発生する応力を低減させることができる。つまり、積層構 造体 7の積層方向の中心部から両端面に向かって、隣り合う低剛性層 15間に位置 する圧電体層 3の数を減少させた構造の積層構造体 7が好ましい。  [0071] Furthermore, when the low active layer 29 is provided, the element 1 has a plurality of low rigidity layers 15, and from the center in the stacking direction of the stacked structure 7 toward both end surfaces. It is preferable that the interval between the low rigidity layers 15 is gradually shortened. As a result, the stress generated at the boundary with the low active layer 29 at both ends in the stacking direction can be reduced. That is, the multilayer structure 7 having a structure in which the number of piezoelectric layers 3 positioned between the adjacent low-rigidity layers 15 is reduced from the central portion of the multilayer structure 7 in the stacking direction toward both end faces.
[0072] また、上に示したように、内部電極 5の少なくとも 1つと当該内部電極 5に対して圧電 体層 3を介して隣り合う 2つの内部電極 5との間に、低剛性層 15がそれぞれ配置され ている場合には、この一対の低剛性層 15が積層方向に規則的に配置されていること が好ましい。このように低剛性層 15を配設することにより、素子 1内での応力を分散し 、偏りを小さくすること力 Sできる。その結果として、低温の長時間駆動においても変位 量の低下を小さくすることができる。  [0072] As shown above, the low-rigidity layer 15 is provided between at least one of the internal electrodes 5 and the two internal electrodes 5 adjacent to the internal electrode 5 via the piezoelectric layer 3. In the case where they are respectively arranged, it is preferable that the pair of low-rigid layers 15 are regularly arranged in the stacking direction. By disposing the low-rigidity layer 15 in this way, it is possible to distribute the stress in the element 1 and reduce the bias S. As a result, it is possible to reduce the decrease in displacement even during long-term driving at a low temperature.
[0073] 圧電体層 3の材料としては、圧電性を有するセラミックスであればよい。好ましくは、 圧電歪み定数 d が高いセラミックスを用いることが良い。具体的には、例えば、チタ  [0073] The material of the piezoelectric layer 3 may be any ceramic having piezoelectricity. Preferably, ceramics having a high piezoelectric strain constant d is used. Specifically, for example, Chita
33  33
ン酸ジルコン酸鉛 Pb (Zr, Ti)〇、又は、チタン酸バリウム BaTiOを主成分とする圧  Lead zirconate lead Pb (Zr, Ti) ○ or barium titanate BaTiO
3 3  3 3
電セラミック材料を用いること力 sできる。 [0074] また、圧電体層 3の厚みは、 0. 05mm以上であることが好ましい。圧電体層 3の厚 みを 0. 05mm以上とすることで、素子 1に高い電圧を印加しても、隣り合う内部電極 5間の電気的な絶縁性を保つことができる。これにより、より大きな変位量を得ることが できる。また、圧電体層 3の厚みは、 0. 25mm以下であることが好ましい。圧電体層 3 の厚みを 0. 25mm以下とすることで、素子 1の小型化を図ることができる。 It is possible to use electroceramic material. [0074] The thickness of the piezoelectric layer 3 is preferably 0.05 mm or more. By setting the thickness of the piezoelectric layer 3 to 0.05 mm or more, the electrical insulation between the adjacent internal electrodes 5 can be maintained even when a high voltage is applied to the element 1. Thereby, a larger displacement amount can be obtained. The thickness of the piezoelectric layer 3 is preferably 0.25 mm or less. By making the thickness of the piezoelectric layer 3 0.25 mm or less, the element 1 can be downsized.
[0075] 低剛性層 15と隣り合う内部電極 5の間に存在する圧電体層 3の厚みは、低剛性層  [0075] The thickness of the piezoelectric layer 3 existing between the low-rigidity layer 15 and the adjacent internal electrode 5 is such that the low-rigidity layer 15
15が存在しない圧電体層 3の厚みの 10%〜500%が好ましい。 10%以上とすること で、圧電体層 3の高い耐久性を確保することができる。また、 500%以下とすることで 、低剛性層 15により確実に応力を集中させることができる。これにより、応力緩和の効 果をより確実に得ることができる。  10% to 500% of the thickness of the piezoelectric layer 3 in which 15 does not exist is preferable. By setting it to 10% or more, high durability of the piezoelectric layer 3 can be secured. Further, by setting it to 500% or less, the stress can be reliably concentrated by the low rigidity layer 15. Thereby, the effect of stress relaxation can be obtained more reliably.
[0076] 内部電極 5の材料としては、導電性を有するものであればよい。例えば、 Cu若しく は Niのような単体の金属、又は、銀—白金若しくは銀—パラジウムのような合金を用 いること力 Sできる。特に、耐マイグレーション性や耐酸化性があり、ヤング率が低ぐか つ、安価であるという点から銀一パラジウムを主成分とすることが好ましい。  [0076] The material of the internal electrode 5 only needs to have conductivity. For example, it is possible to use a single metal such as Cu or Ni, or an alloy such as silver-platinum or silver-palladium. In particular, silver-palladium is preferred as the main component because it has migration resistance and oxidation resistance, has a low Young's modulus, and is inexpensive.
[0077] 積層構造体 7の側面には、陽極側及び陰極側の外部電極 9が形成されている。こ れらの外部電極 9には、内部電極 5が電気的に接続される。なお、陽極側及び陰極 側の外部電極 9は、内部電極 5がー層おきに交互に電気的に接続されれば良いこと から、隣接する側面に形成してもよい。  [0077] On the side surface of the laminated structure 7, external electrodes 9 on the anode side and the cathode side are formed. The internal electrode 5 is electrically connected to these external electrodes 9. The external electrodes 9 on the anode side and the cathode side may be formed on adjacent side surfaces because the internal electrodes 5 need only be electrically connected every other layer.
[0078] 外部電極 9の材質としては、導電性の良いものを用いることができる。例えば、 Cu 若しくは Niのような金属又はこれらの合金を用いることができる力 電気抵抗が低ぐ 取り扱いが容易であることから、銀、若しくは銀が主成分の合金を用いることが好まし い。  [0078] As the material of the external electrode 9, a material having good conductivity can be used. For example, a metal such as Cu or Ni or an alloy thereof can be used. Low electrical resistance is easy to handle, and therefore silver or a silver-based alloy is preferably used.
[0079] 次に、本発明の一実施形態に力、かる積層型圧電素子の製法を説明する。まず、 Pb ZrO -PbTiO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、 [0079] Next, a method of manufacturing a laminated piezoelectric element that can be applied to an embodiment of the present invention will be described. First, calcined powder of piezoelectric ceramics of perovskite type oxide made of Pb ZrO 2 -PbTiO etc.,
3 3 3 3
アクリル系、ブ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 プチル)、 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する。こ のスラリーから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を 用いることにより圧電体層 3となるセラミックグリーンシートを作製する。 [0080] 次に、銀 パラジウム等の内部電極 5を構成する金属粉末にバインダー及び可塑 剤を添加混合して導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のグリーン 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 5の厚み 及び内部電極 5中の空隙 21の量等を変化させることができる。 A slurry is prepared by mixing a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) or DOP (diethyl phthalate). From this slurry, a ceramic green sheet to be the piezoelectric layer 3 is produced by using a known tape forming method such as a doctor blade method or a calender roll method. Next, a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder and a plasticizer to the metal powder constituting the internal electrode 5 such as silver palladium. This conductive paste is printed on the upper surface of the green sheet to a thickness of 1 to 40 m by screen printing or the like. By changing the ratio of the binder and plasticizer to the metal powder, changing the frequency of the screen mesh, and changing the thickness of the resist that forms the screen pattern, the thickness of the internal electrode 5 and the internal electrode 5 The amount of the void 21 can be changed.
[0081] 低剛性層 15は銀 パラジウム等の金属粉末に、バインダー及び可塑剤を添カロ混 合して導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストをグリーンシートの上面にスク リーン印刷等によって、 1〜40 111の厚みに印刷する。空隙率は、バインダー及び可 塑剤と金属粉末との比をかえること、スクリーンの開口率やパターン、レジスト厚みな どで調整している。  [0081] The low-rigidity layer 15 is prepared by mixing a metal powder such as silver palladium with a binder and a plasticizer, and preparing a conductive paste. This conductive paste is printed on the upper surface of the green sheet to a thickness of 1 to 40 111 by screen printing or the like. The porosity is adjusted by changing the ratio of the binder and plasticizer to the metal powder, the aperture ratio and pattern of the screen, and the resist thickness.
[0082] 内部電極 5が銀 パラジウムを主成分とする時には、内部電極 5となる導電性ぺー ストと比較して銀—パラジウムの銀比率の高い導電性ペーストを低剛性層 15として用 いることにより、複雑な工程を経ることなく低剛性層 15を形成することができる。  [0082] When the internal electrode 5 is mainly composed of silver / palladium, a conductive paste having a higher silver-palladium silver ratio than the conductive paste used as the internal electrode 5 is used as the low-rigidity layer 15. Thus, the low-rigidity layer 15 can be formed without going through a complicated process.
[0083] これは、低剛性層 15が形成される位置に上記の銀比率の高い導電性ペーストを配 設して同時焼成により積層構造体 7を形成すると、銀比率の高い導電性ペーストから 銀が拡散していくからである。銀が拡散することによって、空隙 21が形成され、互い に離隔する複数の金属部 23が形成される。結果、上記の銀比率の高い導電性ぺー ストは圧電体層 3や内部電極 5と比較して剛性の低い低剛性層 15となる。  [0083] This is because when the conductive paste having a high silver ratio is disposed at the position where the low-rigidity layer 15 is formed and the laminated structure 7 is formed by simultaneous firing, the conductive paste having a high silver ratio is converted into silver. This is because it spreads. As silver diffuses, voids 21 are formed, and a plurality of metal portions 23 spaced apart from each other are formed. As a result, the conductive paste having a high silver ratio becomes a low-rigidity layer 15 having lower rigidity than the piezoelectric layer 3 and the internal electrode 5.
[0084] そして、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て積層体を作製 する。この積層体に、重石をのせて、所定の温度で脱バインダーを行った。さらに、 重石をはずして 900〜; 1200°Cで焼成することによって積層構造体 7が作製される。  [0084] Then, a plurality of green sheets on which conductive paste is printed are laminated to produce a laminate. A weight was placed on this laminate, and the binder was removed at a predetermined temperature. Furthermore, the laminated structure 7 is produced by removing the weight and firing at 900 to 1200 ° C.
[0085] 次に、ガラス粉末に、バインダーを加えて銀ガラス導電性ペーストを作製し、これを シート状に成形する。乾燥させて溶媒を飛散させることにより、生密度を 6〜9g/cm3 に制御したシートを、柱状積層構造体 7の外部電極 9の形成面に転写する。ガラスの 軟化点よりも高ぐ銀の融点(965°C)以下であって、且つ積層構造体 7の焼成温度( °C)の 4/5以下の温度で焼き付けを行う。銀ガラス導電性ペーストを用いて作製した シート中のバインダー成分が飛散消失することにより、 3次元網目構造をなす多孔質 導電体からなる外部電極 9を形成することができる。 Next, a binder is added to the glass powder to produce a silver glass conductive paste, which is formed into a sheet. By drying and scattering the solvent, the sheet whose raw density is controlled to 6 to 9 g / cm 3 is transferred to the formation surface of the external electrode 9 of the columnar laminated structure 7. Baking is performed at a temperature not higher than the melting point (965 ° C) of silver higher than the softening point of the glass and not higher than 4/5 of the firing temperature (° C) of the laminated structure 7. Porous that forms a three-dimensional network structure due to the scattering of binder components in the sheet produced using silver glass conductive paste An external electrode 9 made of a conductor can be formed.
[0086] また、外部電極 9は複数の層からなることが好ましい。さらにこのとき、外部電極 9を 構成するペーストを多層のシートに積層してから焼付けを行っても、 1層ごとに積層し て焼付けを行っても良いが、多層のシートに積層してから一度に焼付けを行うほうが 量産性に優れている。 [0086] The external electrode 9 is preferably composed of a plurality of layers. Further, at this time, the paste constituting the external electrode 9 may be baked after being laminated on a multilayer sheet, or may be baked after being laminated one by one. Baking is better for mass production.
[0087] また、外部電極 9が複数の層からなる場合には、各々の層におけるガラス成分の量 が異なることが好ましい。そして、層ごとにガラス成分を変える場合は、シートごとにガ ラス成分の量を変えたものを用いればよい。特に、圧電体層 3と接する面にごく薄い ガラスリッチ層を構成したい場合は、まず、積層構造体 7にスクリーン印刷等の方法で ガラスリッチペーストを印刷する。そして、このガラスリッチペースト上に、多層のシート を積層すればよい。このとき、印刷に代えて 5 m以下のシートを用いても良い。  [0087] When the external electrode 9 is composed of a plurality of layers, the amount of the glass component in each layer is preferably different. And when changing a glass component for every layer, what changed the quantity of the glass component for every sheet should just be used. In particular, when it is desired to form a very thin glass rich layer on the surface in contact with the piezoelectric layer 3, first, a glass rich paste is printed on the laminated structure 7 by a method such as screen printing. Then, a multilayer sheet may be laminated on the glass rich paste. At this time, a sheet of 5 m or less may be used instead of printing.
[0088] なお、銀ガラス導電性ペーストの焼き付け温度は、 500〜800°Cが望ましい。これ 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 5を拡散 接合させるとともに、外部電極 9中の空隙 21を有効に残存させるためである。  [0088] The baking temperature of the silver glass conductive paste is preferably 500 to 800 ° C. This is because the neck portion is effectively formed, the silver in the silver glass conductive paste and the internal electrode 5 are diffusion-bonded, and the void 21 in the external electrode 9 is effectively left.
[0089] ここでネック部とは、焼結の初期段階で、銀とガラスの粉末粒子同士の接点が接合 した時点で形成されるくびれた部分をさす。銀ガラス導電性ペーストが加熱されてバ インダ一が揮発した後に残った銀とガラスの粉末粒子が接した部分から焼結が進行 する。そして、焼結の初期段階で、粒子同士の接点が接合した時点でくびれた部分 であるネック部が形成される。このネック部分を焼結後も形成維持することで、巨大な 粒子を成長させずに、 3次元網目構造となる多孔質導電体を得ることができる。  Here, the neck portion refers to a constricted portion that is formed at the time when the contact points between the silver and glass powder particles are joined in the initial stage of sintering. After the silver glass conductive paste is heated and the binder is volatilized, sintering proceeds from the portion where the remaining silver and glass powder particles are in contact. In the initial stage of sintering, a neck portion that is a constricted portion at the time when the contact points of the particles are joined is formed. By maintaining the formation of the neck after sintering, a porous conductor having a three-dimensional network structure can be obtained without growing huge particles.
[0090] また、上記の温度は、外部電極 9と柱状の積層構造体 7の側面とを部分的に接合さ せるという観点からも好ましい。また、銀ガラス導電性ペースト中のガラス成分の軟化 点は、 500〜800°Cであることが望ましい。  The above temperature is also preferable from the viewpoint of partially bonding the external electrode 9 and the side surface of the columnar laminated structure 7. The softening point of the glass component in the silver glass conductive paste is preferably 500 to 800 ° C.
[0091] 焼き付け温度が 800°C以下である場合には、銀ガラス導電性ペーストの銀粉末の 過度の焼結が抑制される。これにより、 3次元網目構造をなす多孔質導電体を効率 良く形成するので、外部電極 9が緻密になりすぎることが抑制される。そのため、外部 電極 9のヤング率が高くなり過ぎないので、駆動時における応力を吸収する効果を高 めること力 Sできる。結果として、外部電極 9の断線を抑制することができる。また、好ま しくは、ガラスの軟化点の 1. 2倍以内の温度で焼き付けを行うのがよい。 [0091] When the baking temperature is 800 ° C or lower, excessive sintering of the silver powder of the silver glass conductive paste is suppressed. As a result, the porous conductor having a three-dimensional network structure is efficiently formed, so that the external electrode 9 is prevented from becoming too dense. For this reason, the Young's modulus of the external electrode 9 does not become too high, so that the effect of absorbing the stress during driving can be increased. As a result, disconnection of the external electrode 9 can be suppressed. Also preferred It is better to bake at a temperature within 1.2 times the softening point of the glass.
[0092] 一方、焼き付け温度が 500°C以上である場合には、低剛性層 15の端部と外部電極 9の間で十分に拡散接合がなされる。これにより、ネック部が好適に形成されるので、 駆動時における低剛性層 15と外部電極 9の間でのスパークの発生を抑制できる。 On the other hand, when the baking temperature is 500 ° C. or higher, sufficient diffusion bonding is performed between the end of the low rigidity layer 15 and the external electrode 9. Thereby, since the neck portion is suitably formed, it is possible to suppress the occurrence of spark between the low-rigidity layer 15 and the external electrode 9 during driving.
[0093] 次に、外部電極 9を形成した積層構造体 7をシリコーンゴム溶液に浸漬するとともに 、シリコーンゴム溶液を真空脱気する。その後、シリコーンゴム溶液から積層構造体 7 を引き上げ、積層構造体 7の側面にシリコーンゴムをコーティングする。その後、積層 構造体 7の側面にコーティングしたこのシリコーンゴムを硬化させる。 Next, the laminated structure 7 on which the external electrode 9 is formed is immersed in the silicone rubber solution, and the silicone rubber solution is vacuum degassed. Thereafter, the laminated structure 7 is pulled up from the silicone rubber solution, and the side surface of the laminated structure 7 is coated with silicone rubber. Thereafter, the silicone rubber coated on the side surface of the laminated structure 7 is cured.
[0094] そして、外部電極 9にリード線 31を接続して、積層構造体 7を分極処理する。分極 処理としては、リード線 31を介して一対の外部電極 9に 0.;!〜 3kV/mmの直流電 圧を印加すればよい。 [0094] Then, the lead wire 31 is connected to the external electrode 9, and the laminated structure 7 is subjected to polarization treatment. As the polarization treatment, a DC voltage of 0.;! To 3 kV / mm may be applied to the pair of external electrodes 9 via the lead wires 31.
[0095] このようにして、本実施形態の積層型圧電素子 1を備えた圧電ァクチユエ一タが得 られる。リード線 31を外部の電圧供給部に接続し、リード線 31及び外部電極 9を介し て低剛性層 15に電圧を印加させることにより、各圧電体層 3が逆圧電効果によって 大きく変位する。これによつて、例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料 噴射弁として機倉させること力できる。  In this way, a piezoelectric actuator including the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment is obtained. By connecting the lead wire 31 to an external voltage supply unit and applying a voltage to the low-rigidity layer 15 via the lead wire 31 and the external electrode 9, each piezoelectric layer 3 is greatly displaced by the inverse piezoelectric effect. Thus, for example, it can be used as a fuel injection valve for an automobile for supplying fuel to an engine.
[0096] さらに、外部電極 9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レ、。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、導電性補助部材に大電流を流す こと力 Sでき、外部電極 9に流れる電流を低減できるからである。これにより、外部電極 9 が局所発熱を起こして断線する可能性を低減できるので、素子 1の耐久性を大幅に 向上させること力 Sでさる。  [0096] Further, 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 9 may be formed. This is because even when a large current is supplied to the actuator and driven at a high speed, the force S can be applied to the conductive auxiliary member, and the current flowing through the external electrode 9 can be reduced. As a result, the possibility of the external electrode 9 causing local heat generation and disconnection can be reduced, so that the durability S of the element 1 can be greatly improved by the force S.
[0097] 次に、本発明の一実施形態に力、かる噴射装置について説明する。図 16に示すよう に、本実施形態の噴射装置 33は、一端に噴射孔 35を有する収納容器 37の内部に 上記実施形態に代表される積層型圧電素子 1が収納されている。収納容器 37内に は、噴射孔 35を開閉することができるニードルバルブ 39が配設されている。噴射孔 3 5には燃料通路 41がニードルバルブ 39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 41は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路 41に常時一定の高圧 で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ 39が噴射孔 35を開放すると、燃 料通路 41に供給されていた燃料が一定の高圧で図示しない内燃機関の燃料室内 に噴出されるように構成されている。 [0097] Next, a description will be given of an injection device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 16, in the injection device 33 of this embodiment, the multilayer piezoelectric element 1 typified by the above embodiment is stored in a storage container 37 having an injection hole 35 at one end. A needle valve 39 that can open and close the injection hole 35 is disposed in the storage container 37. A fuel passage 41 is arranged in the injection hole 35 so as to communicate with the movement of the needle valve 39. This fuel passage 41 is connected to an external fuel supply source, and the fuel passage 41 is always connected to a constant high pressure. The fuel is being supplied. Therefore, when the needle valve 39 opens the injection hole 35, the fuel supplied to the fuel passage 41 is jetted into a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine at a constant high pressure.
[0098] また、ニードルバルブ 39の上端部は内径が大きくなつており、収納容器 37に形成 されたシリンダ 43と摺動可能なピストン 45が配置されている。そして、収納容器 37内 には、上記した素子 1が収納されている。  Further, the upper end portion of the needle valve 39 has a large inner diameter, and a cylinder 43 formed in the storage container 37 and a slidable piston 45 are disposed. In the storage container 37, the element 1 described above is stored.
[0099] このような噴射装置 33では、電圧が印加されることによって素子 1が伸長すると、ピ ストン 45が押圧され、ニードルバルブ 39が噴射孔 35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素子 1が収縮し、皿バネ 47がピストン 45を押 し返し、噴射孔 35が燃料通路 41と連通して燃料の噴射が行われるようになつている In such an injection device 33, when the element 1 is extended by applying a voltage, the piston 45 is pressed, the needle valve 39 closes the injection hole 35, and the supply of fuel is stopped. In addition, when the voltage application is stopped, the element 1 contracts, the disc spring 47 pushes the piston 45 back, and the injection hole 35 communicates with the fuel passage 41 so that fuel is injected.
Yes
[0100] また、本実施形態の噴射装置 33は、噴射孔 35を有する容器と、積層型圧電素子 1 と、を備え、容器内に充填された液体が素子 1の駆動により噴射孔 35から吐出させる ように構成されていてもよい。すなわち、素子 1が必ずしも容器の内部にある必要は なぐ素子 1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いればよい 。なお、本実施形態において、液体とは、燃料、インクなどの他、導電性ペースト等の 種々の液状流体が含まれる。  [0100] In addition, the injection device 33 of the present embodiment includes a container having the injection holes 35 and the laminated piezoelectric element 1, and the liquid filled in the container is discharged from the injection holes 35 by driving the element 1. You may be comprised so that it may. That is, the element 1 does not necessarily have to be inside the container, and the element 1 may be configured so that pressure is applied to the inside of the container by driving the element 1. In the present embodiment, the liquid includes various liquid fluids such as a conductive paste in addition to fuel and ink.
[0101] 次に、本発明の一実施形態に力、かる燃料噴射システムについて説明する。  Next, a fuel injection system according to an embodiment of the present invention will be described.
[0102] 図 17に示すように、本実施形態の燃料噴射システム 49は、高圧燃料を蓄えるコモ ンレール 51と、このコモンレール 51に蓄えられた燃料を噴射する複数の上記の噴射 装置 33と、コモンレール 51に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ 53と、噴射装置 33 に駆動信号を与える噴射制御ユニット 55と、を備えて!/、る。  As shown in FIG. 17, the fuel injection system 49 of the present embodiment includes a common rail 51 that stores high-pressure fuel, a plurality of the above-described injection devices 33 that inject the fuel stored in the common rail 51, and a common rail. A pressure pump 53 for supplying high-pressure fuel to 51 and an injection control unit 55 for supplying a drive signal to the injection device 33 are provided.
[0103] 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 53は、燃料タンク 57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 51に送り込む役割を果たす。コモンレール 51では、圧力ポンプ 53から送られて きた燃料を蓄え、適宜噴射装置 33に送り込む。噴射装置 33は、上述したように噴射 孔 35から少量の燃料を燃焼室に霧状に噴射する。 [0104] なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱 しなレ、範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えなレ、。 [0103] The injection control unit 55 controls the amount and timing of fuel injection while sensing the state of the combustion chamber of the engine with a sensor or the like. The pressure pump 53 plays a role of feeding the fuel from the fuel tank 57 to the common rail 51 at about 1000 to 2000 atmospheres, preferably 1500 to about 1700 atmospheres. In the common rail 51, the fuel sent from the pressure pump 53 is stored and sent to the injector 33 as appropriate. As described above, the injector 33 injects a small amount of fuel from the injection hole 35 into the combustion chamber in the form of a mist. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and does not depart from the gist of the present invention, and various modifications may be made within the scope.
実施例  Example
[0105] 上記実施形態の積層型圧電素子 1を備える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. 4 111のチタン酸ジルコン酸鉛(? 2 0 -PbTiO )  [0105] A piezoelectric actuator provided with the multilayer piezoelectric element 1 of the above embodiment was manufactured as follows. First, lead zirconate titanate (? 2 0 -PbTiO) with an average particle size of 0.4 111
3 3 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 一を作製した。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚み 150 mの圧電 体層 3となるセラミックグリーンシートを作製した。  A slurry was prepared by mixing the calcined powder of piezoelectric ceramic mainly composed of 3 3, binder and plasticizer. Using this slurry, a ceramic green sheet serving as the piezoelectric layer 3 having a thickness of 150 m was produced by the doctor blade method.
[0106] 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(銀 95質量% パラジ ゥム 5重量0 /0)にバインダーを加えた内部電極 5となる導電性ペーストをスクリーン印 刷した。空隙率の高い低剛性層 15となるペーストとして、銀 パラジウム合金 (銀 95 質量0 /0—パラジウム 5重量0 /0)の導電性ペーストであって、内部電極 5となるペースト よりもバインダー添加率を増加させたものを用いた。セラミックグリーンシートの片面に 低剛性層 15となるペーストをスクリーン印刷のパターンを変更して印刷した。内部電 極 5となるペーストが印刷されたセラミックグリーンシートと低剛性層 15となるペースト が印刷されたセラミックグリーンシートとを 300層、積層して焼成した。焼成は、 800°C で 90分、保持した後に、 1000°Cで 200分間焼成した。 [0106] On one surface of the ceramic green sheet, and the silver one palladium alloy (silver 95% by weight Palladium © arm 5 weight 0/0) as an internal electrode 5 by adding a binder to the conductive paste is screen printing. As a paste comprising a porosity of high low-rigidity layer 15, a silver-palladium alloy - a (silver 95 mass 0/0 palladium 5 weight 0/0) of the conductive paste, the binder addition rates than paste for forming the internal electrode 5 The one with increased is used. The paste that becomes the low-rigidity layer 15 was printed on one side of the ceramic green sheet by changing the screen printing pattern. 300 layers of ceramic green sheets printed with the paste to be the internal electrode 5 and ceramic green sheets printed with the paste to be the low rigidity layer 15 were laminated and fired. Firing was carried out at 800 ° C for 90 minutes, and then fired at 1000 ° C for 200 minutes.
[0107] また、本実施例では、低剛性層 15のパターンは図 5に示しているパターンを用いた 。さらに、この低剛性層 15を、内部電極 5の積層方向の一方に隣接する圧電体層 3 内に配置する場合と、低剛性層 15を図 9に示すように両側に配置する場合とに分け た。  Further, in the present example, the pattern shown in FIG. 5 was used as the pattern of the low rigidity layer 15. Furthermore, the low-rigidity layer 15 is divided into a case where it is arranged in the piezoelectric layer 3 adjacent to one side in the stacking direction of the internal electrodes 5, and a case where the low-rigidity layer 15 is arranged on both sides as shown in FIG. It was.
[0108] また、このように、内部電極 5の片側(図 9に示す実施形態)又は両側(図 10に示す 実施形態)に配設される低剛性層 15をそれぞれ 1組として、以下の積層構造体 7を 作製した。試料番号 2、 6は、圧電体層 3の 150層目に低剛性層 15を 1組配設した。 試料番号 4、 8は、 1、 300層目に低剛性層 15を合計で 2組配設した。試料番号 3、 7 は、 50、 100、 150、 200、 250層目に低岡 IJ十生層 15を合計で 5糸且酉己設した。試料番号 5、 9は、 1、 50、 100、 150、 200、 250、 300層目に低岡 IJ十生層 15を合計で 7糸且酉己設 した。 [0109] 次に、平均粒径 2 [I 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 主成分とする軟化点力 40°Cの非晶質のガラス粉末とを混合した。さらに、この混合 物に銀粉末とガラス粉末の合計質量 100質量部に対してバインダーを 8質量部添加 した。十分に上記の混合物とバインダーとを混合して銀ガラス導電性ペーストを作製 した。このようにして作製した銀ガラス導電性ペーストを離型フィルム上にスクリーン印 刷によって形成した。乾燥後、離型フィルムより剥がすことにより、銀ガラス導電性ぺ 一ストのシートを得た。 In addition, as described above, the low-rigidity layer 15 disposed on one side (the embodiment shown in FIG. 9) or both sides (the embodiment shown in FIG. 10) of the internal electrode 5 is set as one set, and the following lamination is performed. Structure 7 was produced. In Sample Nos. 2 and 6, one set of low-rigidity layers 15 was disposed on the 150th layer of the piezoelectric layer 3. In sample numbers 4 and 8, two sets of low-rigidity layers 15 were arranged in total on the 1st and 300th layers. Sample Nos. 3 and 7 consisted of a total of 5 low-oka IJ Tosei 15 layers on the 50, 100, 150, 200, and 250 layers. Sample Nos. 5 and 9 consisted of a total of 7 low-oka IJ Tosei 15 layers in layers 1, 50, 100, 150, 200, 250, and 300. [0109] Next, an amorphous glass powder having a softening point of 40 ° C, mainly composed of flaky silver powder having an average particle size of 2 [I m, and the balance being a key particle having an average particle size of 2 μm. And mixed. Furthermore, 8 parts by mass of a binder was added to this mixture with respect to 100 parts by mass of the total mass of silver powder and glass powder. The above mixture and binder were sufficiently mixed to produce a silver glass conductive paste. The silver glass conductive paste thus produced was formed on a release film by screen printing. After drying, a sheet of silver glass conductive paste was obtained by peeling off from the release film.
[0110] そして、銀ガラスペーストのシートを積層構造体 7の外部電極 9の形成面に転写した 。さらに、 700°Cで 30分焼き付けを行い、外部電極 9を形成した。その後、外部電極 9にリード線 31を接続し、正極及び負極の外部電極 9にリード線 31を介して 3kV/m mの直流電界を 15分間印加して分極処理を行った。以上により、圧電ァクチユエ一 タを作製した。  [0110] Then, the sheet of silver glass paste was transferred to the surface of the laminated structure 7 where the external electrodes 9 were formed. Further, the external electrode 9 was formed by baking at 700 ° C. for 30 minutes. After that, the lead wire 31 was connected to the external electrode 9, and a 3 kV / mm DC electric field was applied to the positive and negative external electrodes 9 through the lead wire 31 for 15 minutes for polarization treatment. Thus, a piezoelectric actuator unit was manufactured.
[0111] 得られた素子 1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 において、積層方向に変位量が得られた。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回まで連続駆動す る試験を行った。結果は表 1に示すとおりである。 When a DC voltage of 170 V was applied to the obtained element 1, displacement was obtained in the stacking direction in all piezoelectric actuators. Moreover, the piezoelectric Akuchiyueta was applied at a frequency of 150Hz AC voltage of 0 to + 170 V at room temperature, was you continuous driving test to 1 X 10 9 times. The results are shown in Table 1.
[表 1]  [table 1]
Figure imgf000023_0001
[0112] この表 1から、比較例である試料番号 1は、非対向部分 13と対向部分 11の界面に おける応力を緩和する低剛性層 15が配置されていない。そのため、所定の 1 X 109 サイクルの連続駆動試験を待たずに 3 X 107サイクルにて壊れた。これに対し、本発 明の実施例である試料番号 2〜9は、所定の 1 X 109サイクルの連続駆動試験を満た した。さらに、初期の変位量から極端な劣化を見せることは無ぐ素子 1として要求さ れている変位量を有していることが分かった。このようにして、耐久性に優れた積層型 圧電素子を作製することが出来た。
Figure imgf000023_0001
[0112] From Table 1, Sample No. 1, which is a comparative example, is not provided with the low-rigidity layer 15 that relieves stress at the interface between the non-facing portion 13 and the facing portion 11. Therefore, it broke in 3 X 10 7 cycles without waiting for the prescribed 1 X 10 9 cycles continuous drive test. On the other hand, sample numbers 2 to 9, which are examples of the present invention, satisfied a predetermined continuous driving test of 1 × 10 9 cycles. Furthermore, it has been found that the element 1 has the required amount of displacement without showing any extreme deterioration from the initial amount of displacement. In this way, a laminated piezoelectric element having excellent durability could be produced.
[0113] なかでも、試料番号の 7や 9は、有効な変位量を初期から確保しながらも、連続駆 動後も素子性能が殆ど変化しておらず、極めて耐久性に優れていたことがわかった。 このようにして、変位量が非常に安定した積層型圧電素子を作製することが出来た。  [0113] In particular, Sample Nos. 7 and 9 ensured an effective displacement amount from the beginning, and the element performance remained almost unchanged after continuous drive, indicating that they were extremely durable. all right. In this way, it was possible to produce a laminated piezoelectric element with a very stable displacement.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] 複数の圧電体層と複数の内部電極とが交互に積層された積層構造体と、該積層構 造体の側面に形成されるとともに前記複数の内部電極が接続された陽極側及び陰 極側の外部電極とを備え、  [1] A laminated structure in which a plurality of piezoelectric layers and a plurality of internal electrodes are alternately laminated, and an anode side and a negative electrode formed on a side surface of the laminated structure and connected to the plurality of internal electrodes An external electrode on the pole side,
前記積層構造体は、前記圧電体層及び前記内部電極よりも剛性の低!、低剛性層 を備えるとともに、積層方向に隣り合う一対の前記内部電極が積層方向に対向する 複数の対向部分と、該対向部分以外の非対向部分からなり、  The multilayer structure includes a plurality of opposing portions in which a pair of the internal electrodes adjacent to each other in the stacking direction are opposed to each other in the stacking direction, and includes a lower rigidity layer than the piezoelectric layer and the internal electrode. It consists of a non-opposing part other than the opposing part,
前記複数の対向部分のうちの少なくとも一つは、  At least one of the plurality of facing portions is
積層方向に隣り合う内部電極が、前記低剛性層及び前記圧電体層を介して対向し 、前記対向部分と前記非対向部分の境界の少なくとも一部に接している第 1の部位と 該第 1の部位以外の第 2の部位とを有していることを特徴とする積層型圧電素子。  A first portion where internal electrodes adjacent to each other in the stacking direction are opposed to each other via the low-rigidity layer and the piezoelectric layer, and are in contact with at least a part of a boundary between the facing portion and the non-facing portion; A laminated piezoelectric element having a second part other than the above part.
[2] 前記低剛性層は、空隙と、該空隙を介して互いに離隔する金属部とを有することを 特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 [2] The multilayer piezoelectric element according to [1], wherein the low-rigidity layer includes a void and a metal portion that is spaced apart from the void.
[3] 前記対向部分の中央部では、積層方向に隣り合う内部電極同士が、前記圧電体 層により接合されていることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 [3] The multilayer piezoelectric element according to [1], wherein internal electrodes adjacent to each other in the stacking direction are joined by the piezoelectric layer at a central portion of the facing portion.
[4] 前記低剛性層が、前記対向部分の周縁部に配置されていることを特徴とする請求 項 1に記載の積層型圧電素子。 [4] The multilayer piezoelectric element according to [1], wherein the low-rigidity layer is disposed at a peripheral edge of the facing portion.
[5] 前記低剛性層は、前記対向部分と前記非対向部分の境界にまたがって配置され て!/、ることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 5. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the low-rigidity layer is disposed across a boundary between the facing portion and the non-facing portion!
[6] 前記低剛性層は、前記対向部分と前記非対向部分の境界に沿って帯状に配置さ れて!/、ることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 6. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the low-rigidity layer is disposed in a band shape along a boundary between the facing portion and the non-facing portion!
[7] 互いに離隔した複数の前記低剛性層が、前記対向部分と前記非対向部分の境界 に沿って点在して!/、ることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 7. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the plurality of low-rigidity layers spaced apart from each other are scattered along a boundary between the facing portion and the non-facing portion! / .
[8] 前記低剛性層が、前記積層構造体の積層方向の中心軸に対して回転対称となる ように配置されていることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 8. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the low-rigidity layer is disposed so as to be rotationally symmetric with respect to a central axis in the stacking direction of the multilayer structure.
[9] 前記低剛性層は、前記圧電体層に埋設されていることを特徴とする請求項 1に記 載の積層型圧電素子。 9. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the low-rigidity layer is embedded in the piezoelectric layer.
[10] 前記低剛性層は、前記積層構造体の側面に露出していることを特徴とする請求項[10] The low-rigidity layer is exposed on a side surface of the laminated structure.
1に記載の積層型圧電素子。 2. The laminated piezoelectric element according to 1.
[11] 前記第 1の部位と積層方向に隣り合う 2つの内部電極は、互いに同極の外部電極と それぞれ接続されて!/、ることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 11. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the two internal electrodes adjacent to the first part in the stacking direction are respectively connected to external electrodes having the same polarity! / .
[12] 前記第 1の部位と積層方向に隣り合う 2つの内部電極は、互いに異極の外部電極と それぞれ接続されて!/、ることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 12. The stacked piezoelectric element according to claim 1, wherein the two internal electrodes adjacent to the first part in the stacking direction are respectively connected to external electrodes having different polarities! .
[13] 前記内部電極の少なくとも 1つと当該内部電極に対して前記圧電体層を介して積 層方向の両側に隣り合う 2つの内部電極との間には、前記低剛性層がそれぞれ配置 されて!/、ることを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 [13] The low-rigidity layer is disposed between at least one of the internal electrodes and two internal electrodes adjacent to both sides of the internal electrode in the stacking direction via the piezoelectric layer. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein! /.
[14] 前記低剛性層が複数存在し、これらが前記積層方向に規則的に配置されているこ とを特徴とする請求項 1に記載の積層型圧電素子。 14. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein a plurality of the low-rigid layers are present and are regularly arranged in the lamination direction.
[15] 請求項 1に記載の積層型圧電素子と噴射孔とを備え、前記積層型圧電素子の駆動 により前記噴射孔力 液体を吐出させることを特徴とする噴射装置。 15. An injection apparatus comprising the multilayer piezoelectric element according to claim 1 and an ejection hole, wherein the ejection hole force liquid is ejected by driving the multilayer piezoelectric element.
[16] 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、 [16] A common rail that stores high-pressure fuel,
該コモンレールに蓄えられた燃料を噴射する請求項 14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、  The injection device according to claim 14, which injects fuel stored in the common rail, a pressure pump that supplies high-pressure fuel to the common rail,
前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットと、  An injection control unit for providing a drive signal to the injection device;
を備えた燃料噴射システム。  A fuel injection system.
PCT/JP2007/074243 2006-12-15 2007-12-17 Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system WO2008072768A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008549394A JP5084745B2 (en) 2006-12-15 2007-12-17 Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006337887 2006-12-15
JP2006-337887 2006-12-15
JP2007-296898 2007-11-15
JP2007296898 2007-11-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008072768A1 true WO2008072768A1 (en) 2008-06-19

Family

ID=39511776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/074243 WO2008072768A1 (en) 2006-12-15 2007-12-17 Laminated piezoelectric element, jetting device provided with the laminated piezoelectric element and fuel jetting system

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5084745B2 (en)
WO (1) WO2008072768A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010001800A1 (en) * 2008-06-30 2010-01-07 京セラ株式会社 Multilayer piezoelectric element, and injection apparatus and fuel injection system comprising the same
WO2010012830A1 (en) 2008-08-01 2010-02-04 Epcos Ag Piezoactuator with a weak-point layer
JP2012028411A (en) * 2010-07-20 2012-02-09 Taiheiyo Cement Corp Piezoelectric element and manufacturing method thereof
JP2012509582A (en) * 2008-11-20 2012-04-19 セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Multilayer actuator with external electrodes as a porous stretchable metal conductive layer
US20120187211A1 (en) * 2009-07-28 2012-07-26 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same
JP5090466B2 (en) * 2007-11-28 2012-12-05 京セラ株式会社 Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
CN107851711A (en) * 2015-08-14 2018-03-27 大陆汽车有限公司 Piezoelectric device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267646A (en) * 2000-03-17 2001-09-28 Taiheiyo Cement Corp Stacked piezoelectriic actuator
WO2006087871A1 (en) * 2005-02-15 2006-08-24 Murata Manufacturing Co., Ltd. Multilayer piezoelectric device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0353572A (en) * 1989-07-21 1991-03-07 Nec Corp Electrostrictive effect element
JPH0457374A (en) * 1990-06-27 1992-02-25 Nec Corp Electrostrictive effect element
JPH04214686A (en) * 1990-10-05 1992-08-05 Nec Corp Electrostrictive effect element
JPH08274381A (en) * 1995-03-31 1996-10-18 Chichibu Onoda Cement Corp Stacked piezoelectric actuator and its manufacture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267646A (en) * 2000-03-17 2001-09-28 Taiheiyo Cement Corp Stacked piezoelectriic actuator
WO2006087871A1 (en) * 2005-02-15 2006-08-24 Murata Manufacturing Co., Ltd. Multilayer piezoelectric device

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5090466B2 (en) * 2007-11-28 2012-12-05 京セラ株式会社 Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
WO2010001800A1 (en) * 2008-06-30 2010-01-07 京セラ株式会社 Multilayer piezoelectric element, and injection apparatus and fuel injection system comprising the same
JP5334972B2 (en) * 2008-06-30 2013-11-06 京セラ株式会社 Multilayer piezoelectric element, injection device and fuel injection system including the same
WO2010012830A1 (en) 2008-08-01 2010-02-04 Epcos Ag Piezoactuator with a weak-point layer
JP2011530162A (en) * 2008-08-01 2011-12-15 エプコス アクチエンゲゼルシャフト Piezoelectric actuator having a fracture restricting layer
US8304963B2 (en) 2008-08-01 2012-11-06 Epcos Ag Piezoactuator with a predetermined breaking layer
JP2012509582A (en) * 2008-11-20 2012-04-19 セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Multilayer actuator with external electrodes as a porous stretchable metal conductive layer
US20120187211A1 (en) * 2009-07-28 2012-07-26 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same
US9153766B2 (en) * 2009-07-28 2015-10-06 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element with stress relaxing, and injection device and fuel injection system using the same
JP2012028411A (en) * 2010-07-20 2012-02-09 Taiheiyo Cement Corp Piezoelectric element and manufacturing method thereof
CN107851711A (en) * 2015-08-14 2018-03-27 大陆汽车有限公司 Piezoelectric device

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2008072768A1 (en) 2010-04-02
JP5084745B2 (en) 2012-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8378554B2 (en) Multi-layer piezoelectric element and injection apparatus using the same
JP5066098B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP4933554B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection apparatus and fuel injection system using the same, and method for manufacturing multilayer piezoelectric element
JP5052618B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP5311733B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system including the same
JP5084744B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP4885869B2 (en) Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same
JP5084745B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP5025661B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
WO2009082007A1 (en) Laminated piezoelectric element, and injection device and fuel injection system having the same
JP4817610B2 (en) LAMINATED PIEZOELECTRIC ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND INJECTION DEVICE USING THE SAME
JP5203621B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP4956054B2 (en) Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same
US8578911B2 (en) Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same
JP5154580B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP5562382B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP5133399B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system
JP5319196B2 (en) Multilayer piezoelectric element, injection device and fuel injection system using the same

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07850731

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008549394

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07850731

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1