JP2003318458A - Laminated piezoelectric element, method for producing the same, and injection device - Google Patents
Laminated piezoelectric element, method for producing the same, and injection deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】内部電極層と圧電磁器層との接合強度を向上し
て、内部電極層と圧電磁器層との界面における破損を抑
制できる耐久性に優れた積層型圧電素子及びその製法並
びに噴射装置を提供する。
【解決手段】複数の圧電磁器層1と複数の内部電極層2
とが交互に積層され、同時焼成された積層型圧電素子で
あって、圧電磁器層1がセラミック粒子7を含み、圧電
磁器層1と内部電極層2との界面での破断面において、
内部電極層2に一部が埋設されたセラミック粒子7が内
部電極層2表面に露出していることを特徴とする。
(57) Abstract: A laminated piezoelectric element excellent in durability capable of improving the bonding strength between an internal electrode layer and a piezoelectric ceramic layer and suppressing breakage at the interface between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer, and The manufacturing method and the injection device are provided. A plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers are provided.
Are laminated alternately and co-fired, wherein the piezoelectric ceramic layer 1 includes ceramic particles 7, and at a fracture surface at the interface between the piezoelectric ceramic layer 1 and the internal electrode layer 2,
The ceramic particles 7 partially embedded in the internal electrode layer 2 are exposed on the surface of the internal electrode layer 2.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電素子及
びその製法並びに噴射装置に関し、例えば、自動車用燃
料噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止
用の駆動素子等に用いられる積層型圧電素子及びその製
法並びに噴射装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated piezoelectric element, a method of manufacturing the laminated piezoelectric element, and an injection device, for example, a laminated device used for a precision positioning device such as a fuel injection device for an automobile or an optical device, a drive element for preventing vibration, and the like. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric element, a manufacturing method thereof, and an injection device.
【0002】[0002]
【従来技術】従来、積層型圧電素子として、圧電磁器層
と内部電極層を交互に積層した積層型圧電アクチュエー
タが知られている。積層型圧電アクチュエータには、同
時焼成タイプと、圧電磁器層と内部電極板を交互に積層
したスタックタイプとの2種類に分類されており、圧電
磁器層としては、代表的な圧電体であるPZT系圧電セ
ラミックスが広く用いられている。同時焼成タイプの積
層型圧電素子は、導電性ペーストを片面に印刷したセラ
ミックグリーンシートを複数積層した積層体の上下端面
に、セラミックグリーンシートが複数積層された成形体
を、加圧、脱バインダ、焼成し、この焼結体の2側面
に、内部電極層と交互に接続する外部電極を形成するこ
とにより得られる。2. Description of the Related Art Conventionally, as a laminated piezoelectric element, a laminated piezoelectric actuator in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated is known. Laminated piezoelectric actuators are classified into two types, a co-firing type and a stack type in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode plates are alternately laminated. PZT, which is a typical piezoelectric body, is used as a piezoelectric ceramic layer. System piezoelectric ceramics are widely used. A co-firing type multilayer piezoelectric element is a molded body in which a plurality of ceramic green sheets are laminated on the upper and lower end surfaces of a laminated body in which a plurality of ceramic green sheets each having a conductive paste printed on one side are laminated, by pressing, debinding, It is obtained by firing and forming external electrodes alternately connected to the internal electrode layers on the two side surfaces of this sintered body.
【0003】同時焼成タイプの積層型圧電素子では、衝
撃により内部電極層と圧電磁器層との接合界面で破損し
やすいため、耐衝撃性を改善するために、例えば特開平
4−299588号公報では、内部電極層内に粒径をコ
ントロールしたセラミック粉末を共材として含有させ、
内部電極層を挟む2層の圧電磁器層をつなぐ架橋を効果
的に形成することで、衝撃に対し信頼性の高い素子を得
ることができると記載されている。In the co-firing type laminated piezoelectric element, the joint interface between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer is easily damaged by an impact. Therefore, in order to improve the impact resistance, for example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-299588. , The inner electrode layer contains a ceramic powder having a controlled particle size as a co-material,
It is described that an element having high reliability against impact can be obtained by effectively forming a bridge connecting two piezoelectric ceramic layers sandwiching an internal electrode layer.
【0004】また、内部電極層としては、PZT系圧電
セラミックスの焼成温度に応じ、白金やパラジウムもし
くは、銀とパラジウムの合金などが用いられているが、
コスト低減の観点から、焼成温度の低温化が求められて
いる。また、焼成温度の低温化は、圧電磁器層に含まれ
る鉛成分の蒸発を抑制し、変位特性の劣化を防ぐという
特性面からも非常に重要である。焼成温度の低温化はグ
リーンシートの作製に用いるセラミック粉末の微細化な
どにより図られている。As the internal electrode layer, platinum or palladium or an alloy of silver and palladium is used depending on the firing temperature of the PZT type piezoelectric ceramics.
From the viewpoint of cost reduction, it is required to lower the firing temperature. Further, lowering the firing temperature is very important from the viewpoint of suppressing the evaporation of lead components contained in the piezoelectric ceramic layer and preventing the deterioration of displacement characteristics. The firing temperature has been lowered by making the ceramic powder used for producing the green sheet finer.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記積
層型圧電アクチュエータでは、焼成温度を1100℃以
下と低温化するため、セラミックス粉末の比表面積は3
〜4m2/g程度以上のものを用いてグリーンシートを
作製する必要があった。そのため、原料のセラミック粉
末の比表面積に応じ、有機バインダをセラミック粉末1
00質量部に対して9質量部以上含有する必要が生じて
いた。この有機バインダは除去する必要があるが、この
ように多量の有機バインダを含有していると、脱バイン
ダ処理時に、接合面として最も弱い電極塗布膜とグリー
ンシートの間からガスが大量に放出され、電極塗布膜と
グリーンシートの界面が弱体化し、焼成時に電極塗布膜
中の共材としてのセラミック粒子が前記電極塗布膜(内
部電極層)から押し出されて、内部電極層と圧電磁器層
との接合強度が低くなるという問題があった。However, in the above-mentioned laminated piezoelectric actuator, since the firing temperature is lowered to 1100 ° C. or lower, the specific surface area of the ceramic powder is 3
It was necessary to prepare a green sheet using a material of about 4 m 2 / g or more. Therefore, the organic binder is added to the ceramic powder 1 according to the specific surface area of the raw material ceramic powder.
It was necessary to contain 9 parts by mass or more with respect to 00 parts by mass. This organic binder needs to be removed, but if such a large amount of organic binder is contained, a large amount of gas is released from between the electrode coating film, which is the weakest bonding surface, and the green sheet during binder removal processing. The interface between the electrode coating film and the green sheet is weakened, and ceramic particles as a co-material in the electrode coating film are extruded from the electrode coating film (internal electrode layer) during firing, so that the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer are separated. There is a problem that the bonding strength becomes low.
【0006】即ち、上記したように脱バインダ時に発生
した大量のガスにより、電極塗布膜とグリーンシート間
が弱体化しており、その後の焼成時に電極塗布膜の金属
は焼結しようとするため、異物である共材としてのセラ
ミック粉末が電極塗布膜中から電極塗布膜とグリーンシ
ート間に押し出され、内部電極層中に一部が埋設され、
圧電磁器層のセラミック粒子と接合焼結するセラミック
粒子が減少し、これにより内部電極層中のセラミック粒
子によるアンカー効果が小さくなり、内部電極層と圧電
磁器層との接合強度が低くなり、積層型圧電アクチュエ
ータが折損し易いという問題があった。That is, as described above, a large amount of gas generated during binder removal weakens the gap between the electrode coating film and the green sheet, and the metal of the electrode coating film tends to sinter during the subsequent firing. The ceramic powder as a co-material is extruded from the electrode coating film between the electrode coating film and the green sheet, and is partially embedded in the internal electrode layer,
The ceramic particles that are bonded and sintered with the ceramic particles of the piezoelectric ceramic layer are reduced, which reduces the anchoring effect of the ceramic particles in the internal electrode layers, and the bonding strength between the internal electrode layers and the piezoelectric ceramic layers is reduced, resulting in a laminated type There is a problem that the piezoelectric actuator is easily broken.
【0007】本発明は、内部電極層と圧電磁器層との接
合強度を向上して、内部電極層と圧電磁器層との界面に
おける破損を抑制できる耐久性に優れた積層型圧電素子
及びその製法並びに噴射装置を提供することを目的とす
る。The present invention provides a laminated piezoelectric element having excellent durability that improves the bonding strength between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer and suppresses damage at the interface between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer, and a method of manufacturing the same. Another object is to provide an injection device.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の積層型圧電素子
は、複数の圧電磁器層と複数の内部電極層とが交互に積
層され、同時焼成された積層型圧電素子であって、前記
内部電極層がセラミック粒子を含み、かつ前記圧電磁器
層と前記内部電極層との界面での破断面において、前記
内部電極層に一部が埋設されたセラミック粒子が前記内
部電極層表面に露出していることを特徴とする。A laminated piezoelectric element of the present invention is a laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers are alternately laminated and co-fired. The electrode layer contains ceramic particles, and in the fracture surface at the interface between the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer, the ceramic particles partially embedded in the internal electrode layer are exposed on the internal electrode layer surface. It is characterized by being
【0009】本発明では、内部電極層表面の一部にセラ
ミック粒子が露出しているため、このセラミック粒子
が、圧電磁器層のセラミック粒子と焼結することで、強
いアンカー効果を実現し、内部電極層と圧電磁器層との
接合強度を向上できる。また、本発明の積層型圧電素子
は、内部電極層表面に露出したセラミック粒子の露出面
積が、内部電極層表面中2%以上であることを特徴とす
る。このように、内部電極層表面に露出するセラミック
粒子の割合が多いほど、圧電磁器層のセラミック粒子と
の接合力が強化され、内部電極層と圧電磁器層との接合
強度を向上できる。In the present invention, since the ceramic particles are exposed on a part of the surface of the internal electrode layer, the ceramic particles are sintered with the ceramic particles of the piezoelectric ceramic layer to realize a strong anchoring effect and The bonding strength between the electrode layer and the piezoelectric ceramic layer can be improved. Further, the laminated piezoelectric element of the present invention is characterized in that the exposed area of the ceramic particles exposed on the surface of the internal electrode layer is 2% or more on the surface of the internal electrode layer. Thus, the larger the proportion of the ceramic particles exposed on the surface of the internal electrode layer, the stronger the bonding force between the ceramic particles of the piezoelectric ceramic layer and the bonding strength between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer.
【0010】本発明の積層型圧電素子の製法は、複数の
微粒子が凝集したセラミック粉末と、有機バインダと、
有機溶剤とを含有するグリーンシート上に、金属粉末
と、セラミック粉末と、有機溶剤とを含有する導電性ペ
ーストを塗布して電極塗布膜を形成する工程と、該電極
塗布膜が形成されたグリーンシートを複数積層し加圧し
て積層体を形成する工程と、この積層体を脱バインダ処
理し、焼成する工程とを具備することを特徴とする。The method of manufacturing the laminated piezoelectric element of the present invention comprises: a ceramic powder in which a plurality of fine particles are aggregated; an organic binder;
A step of applying a conductive paste containing a metal powder, a ceramic powder, and an organic solvent to form an electrode coating film on a green sheet containing an organic solvent, and a green on which the electrode coating film is formed. The method is characterized by including a step of stacking a plurality of sheets and applying pressure to form a laminated body, and a step of subjecting the laminated body to binder removal processing and firing.
【0011】このような積層型圧電素子の製法では、複
数の微粒子が凝集したセラミック粉末を用いるため、微
粒子が分散したセラミック粉末(凝集していないセラミ
ック粉末)を用いる場合よりも比表面積を低下させるこ
とができ、グリーンシート中に含有する有機バインダ量
を減少させることができる。これにより、脱バインダ時
のガス放出が少なくなり、電極塗布膜とグリーンシート
間の弱体化を抑制し、これにより、電極塗布膜のセラミ
ック粒子のグリーンシート中への押し出しが抑制され、
一部が内部電極層中に埋設したセラミック粒子が多数形
成され、そのセラミック粒子が圧電磁器層のセラミック
粒子と接合焼結し、内部電極層と圧電磁器層の接合を強
化することができる。In the method for manufacturing such a laminated piezoelectric element, since the ceramic powder in which a plurality of fine particles are aggregated is used, the specific surface area is lowered as compared with the case where the ceramic powder in which fine particles are dispersed (ceramic powder which is not agglomerated) is used. It is possible to reduce the amount of organic binder contained in the green sheet. This reduces gas release during binder removal and suppresses weakening between the electrode coating film and the green sheet, which suppresses extrusion of ceramic particles of the electrode coating film into the green sheet,
A large number of ceramic particles, some of which are embedded in the internal electrode layer, are formed, and the ceramic particles can be bonded and sintered with the ceramic particles of the piezoelectric ceramic layer to strengthen the bonding between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer.
【0012】また、複数の微粒子が凝集したセラミック
粉末を、圧電磁器層を形成するためのグリーンシートに
用いるため、1100℃以下の低温焼成化を達成でき
る。Further, since the ceramic powder formed by aggregating a plurality of fine particles is used for the green sheet for forming the piezoelectric ceramic layer, low temperature firing at 1100 ° C. or lower can be achieved.
【0013】特に、微粉末を仮焼し、凝集させたPZT
系圧電仮焼粉末(セラミック粉末)を用い、その比表面
積として1.5〜2.5m2/gの範囲のものを用いる
ことにより、グリーンシート中の有機バインダ量をセラ
ミック粉末100質量部に対して9質量部以下とするこ
とができ、電極塗布膜とグリーンシート間の弱体化を抑
制できるとともに、焼成温度も1100℃以下とするこ
とができる。これにより、内部電極層と圧電磁器層との
接合強度を向上できるとともに、圧電磁器層に含まれる
鉛成分の蒸発を抑制することができ、特性面においても
変位特性の優れた積層型圧電素子を得ることができる。Particularly, PZT obtained by calcining fine powder and agglomerating it.
-Based piezoelectric calcined powder (ceramic powder) having a specific surface area of 1.5 to 2.5 m 2 / g is used, so that the amount of the organic binder in the green sheet is 100 parts by mass of the ceramic powder. It is possible to suppress the weakening between the electrode coating film and the green sheet, and the firing temperature can be set to 1100 ° C. or less. This makes it possible to improve the bonding strength between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer, suppress evaporation of lead components contained in the piezoelectric ceramic layer, and provide a laminated piezoelectric element having excellent displacement characteristics in terms of characteristics. Obtainable.
【0014】本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納
容器と、該収納容器内に収容された上記積層型圧電素子
と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体
を噴出させるバルブとを具備してなるものである。The ejection device of the present invention comprises a container having an ejection hole, the above-mentioned laminated piezoelectric element accommodated in the container, and a valve for ejecting a liquid from the ejection hole by driving the laminated piezoelectric element. And is provided.
【0015】このような噴射装置では、上記したよう
に、積層型圧電素子の変位特性が優れている上に、内部
電極層と圧電磁器層界面の破損が抑制されるため、優れ
た噴射特性と長期信頼性を向上できる。In such an injection device, as described above, the displacement characteristics of the laminated piezoelectric element are excellent and, in addition, the damage at the interface between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer is suppressed. The long-term reliability can be improved.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1は本発明の積層型圧電アクチ
ュエータからなる積層型圧電素子の一実施形態を示すも
ので、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A’線に
沿った縦断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of a laminated piezoelectric element comprising a laminated piezoelectric actuator of the present invention. (A) is a perspective view and (b) is AA of (a). It is a longitudinal cross-sectional view along the line.
【0017】この図1に示すように、本発明の同時焼成
型積層型圧電素子は、複数の圧電磁器層1と複数の内部
電極層2とを交互に積層してなる圧電素子本体1aの対
向する2つの側面において、内部電極層2の端部に1層
おきに絶縁体3を形成し、絶縁体3を形成していない内
部電極層2の端部を同一の外部電極4に接続して構成さ
れている。As shown in FIG. 1, the simultaneous firing type laminated piezoelectric element of the present invention has a piezoelectric element body 1a formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers 1 and a plurality of internal electrode layers 2. In each of the two side surfaces of the internal electrode layer 2, the insulators 3 are formed on the end portions of the internal electrode layers 2 every other layer, and the end portions of the internal electrode layers 2 on which the insulator 3 is not formed are connected to the same external electrode 4. It is configured.
【0018】また、圧電素子本体1aの積層方向の両端
面には、活性部の圧電磁器層1の伸縮により発生する変
位を外部へ伝達するための不活性部5が配置されてい
る。Further, inactive portions 5 for transmitting the displacement generated by the expansion and contraction of the piezoelectric ceramic layer 1 of the active portion to the outside are arranged on both end faces of the piezoelectric element body 1a in the stacking direction.
【0019】内部電極層2間の沿面放電を防止し、大き
な電圧を印加するために、同時焼成型積層圧電素子の外
周面をシリコーンゴムなどの伸縮性をもつ絶縁物で被覆
することが望ましい。In order to prevent creeping discharge between the internal electrode layers 2 and to apply a large voltage, it is desirable to coat the outer peripheral surface of the co-firing type laminated piezoelectric element with a stretchable insulator such as silicone rubber.
【0020】そして、本発明の積層型圧電素子では、圧
電素子本体1aを曲げ応力等で破損させた場合、圧電磁
器層1と内部電極層2との界面で破断するが、その破断
面において、図2に示すように、内部電極層2に一部が
埋設されたセラミック粒子7が、内部電極層2表面に露
出していることを特徴としている。セラミック粒子7
は、内部電極層2の表面に分散して存在しており、内部
電極層2の一部に露出している。In the laminated piezoelectric element of the present invention, when the piezoelectric element body 1a is damaged by bending stress or the like, it breaks at the interface between the piezoelectric ceramic layer 1 and the internal electrode layer 2. As shown in FIG. 2, the ceramic particles 7 partially embedded in the internal electrode layer 2 are exposed on the surface of the internal electrode layer 2. Ceramic particles 7
Exist dispersedly on the surface of the internal electrode layer 2 and are exposed at a part of the internal electrode layer 2.
【0021】即ち、積層型圧電素子において、最も強度
的に弱いところは内部電極層2と圧電体層1の界面であ
り、曲げ応力を印加すると破損する部分は殆どが圧電磁
器層1と内部電極層2の界面であり、その破断面は、内
部電極層2の面が露出したものと、圧電磁器層1の面が
露出したものとに分かれる。この内部電極層2が露出し
た破断面を走査型電子顕微鏡の反射電子像にて観察する
と、内部電極層2が露出した破断面には、図2に示した
ように、導電性ペーストに含有されていた共材としての
セラミック粒子の中で、内部電極層2に留まっているセ
ラミック粒子7の存在が確認できる。尚、図2(a)は
反射電子像写真、(b)はその模式図である。That is, in the laminated piezoelectric element, the weakest point in strength is the interface between the internal electrode layer 2 and the piezoelectric layer 1, and most of the portions that are damaged when bending stress is applied are the piezoelectric ceramic layer 1 and the internal electrode. This is the interface of the layer 2, and its fracture surface is divided into one in which the surface of the internal electrode layer 2 is exposed and one in which the surface of the piezoelectric ceramic layer 1 is exposed. When the fracture surface where the internal electrode layer 2 is exposed is observed by a backscattered electron image of a scanning electron microscope, the fracture surface where the internal electrode layer 2 is exposed contains the conductive paste as shown in FIG. The presence of the ceramic particles 7 remaining in the internal electrode layer 2 can be confirmed among the ceramic particles serving as the common material. 2A is a backscattered electron image photograph, and FIG. 2B is a schematic diagram thereof.
【0022】このセラミック粒子7は、破断前には、圧
電磁器層1の破断面側のセラミック粒子と焼結結合して
いたものであるが、内部電極層2とのアンカー効果が大
きかった為に内部電極層2の表面側に残ったものであ
る。つまり、この内部電極層2とのアンカー効果の大き
いセラミック粒子7の存在割合が多ければ多いほど圧電
磁器層1と内部電極層2との接合強度は大きくなるので
ある。The ceramic particles 7 were sinter-bonded with the ceramic particles on the fracture surface side of the piezoelectric ceramic layer 1 before the fracture, but because the anchor effect with the internal electrode layer 2 was great. It remains on the surface side of the internal electrode layer 2. That is, the greater the proportion of the ceramic particles 7 having a large anchoring effect with the internal electrode layer 2, the greater the bonding strength between the piezoelectric ceramic layer 1 and the internal electrode layer 2.
【0023】このようなセラミック粒子7の露出面積
は、走査型電子顕微鏡の反射電子像にて観察されたセラ
ミック粒子7を、画像処理(商品名:ルーゼックス)に
て測定することができる。尚、破断面に存在するセラミ
ック粒子の露出面積は圧電磁器層1と内部電極層2との
界面強度向上の点から、2%以上であることが望まし
い。特には4%以上であることが望ましい。The exposed area of such ceramic particles 7 can be measured by image processing (trade name: Luzex) of the ceramic particles 7 observed in a backscattered electron image of a scanning electron microscope. The exposed area of the ceramic particles present on the fracture surface is preferably 2% or more from the viewpoint of improving the interface strength between the piezoelectric ceramic layer 1 and the internal electrode layer 2. It is particularly desirable that the content be 4% or more.
【0024】内部電極層2表面にセラミック粒子7を露
出させるには、後述するように、PZT系圧電セラミッ
クス粉末として、微粒子が凝集したものを用いる必要が
ある。内部電極層2表面に露出したセラミック粒子7の
露出面積を、内部電極層2全表面中において2%以上と
するには、比表面積が1.5〜2.5m2/gの凝集粉末
をグリーンシート中のセラミック粉末として用い、有機
バインダ量をセラミック粉末100質量部に対して9質
量部以下とすることにより達成できる。微粒子が凝集し
たセラミック粉末を作製するには、一次原料粉末の粒度
分布においてD 90が1.0μm以下のものを仮焼する必
要がある。The ceramic particles 7 are exposed on the surface of the internal electrode layer 2.
As described later, the PZT system piezoelectric ceramic
It is necessary to use powder that aggregates fine particles
is there. Of the ceramic particles 7 exposed on the surface of the internal electrode layer 2.
The exposed area is 2% or more on the entire surface of the internal electrode layer 2.
To have a specific surface area of 1.5 to 2.5 m2/ G of agglomerated powder
As a ceramic powder in the green sheet
Binder amount is 9 per 100 parts by mass of ceramic powder
This can be achieved by adjusting the amount to be less than or equal to the amount. Fine particles aggregate
To make the ceramic powder, the particle size of the primary raw material powder
In distribution D 90Of 1.0 μm or less must be calcined
There is a point.
【0025】本発明の積層型圧電アクチュエータの製法
について説明する。まず、グリーンシートの作製に用い
る原料として、微粒子が凝集したPZT系圧電セラミッ
ク仮焼粉末を作製する。A method of manufacturing the laminated piezoelectric actuator of the present invention will be described. First, a PZT-based piezoelectric ceramic calcined powder in which fine particles are aggregated is manufactured as a raw material used for manufacturing the green sheet.
【0026】このPZT系圧電セラミック仮焼粉末は、
粒度分布においてD90が1.0μm以下の一次原料粉末
を900℃以下の温度で仮焼し、比表面積が1.5〜
2.5m2/gとなるよう湿式粉砕等により作製する。This PZT-based piezoelectric ceramic calcined powder is
In the particle size distribution, the primary raw material powder having D 90 of 1.0 μm or less is calcined at a temperature of 900 ° C. or less, and the specific surface area is 1.5 to
It is prepared by wet pulverization or the like so that the weight becomes 2.5 m 2 / g.
【0027】このようにして得られた圧電セラミック仮
焼粉末(セラミック粉末)を、アクリル系等の有機高分
子から成るバインダと、DBP(フタル酸ジオチル)、
DOP(フタル酸ジブチル)等の可塑剤とを混合してス
ラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード
法やカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電磁
器層1となるセラミックグリーンシートを作製する。The piezoelectric ceramic calcined powder (ceramic powder) thus obtained is mixed with a binder made of an organic polymer such as acrylic resin, DBP (diotyl phthalate),
A slurry is prepared by mixing with a plasticizer such as DOP (dibutyl phthalate), and the slurry is prepared by a known tape molding method such as a doctor blade method or a calendar roll method to prepare a ceramic green sheet to be the piezoelectric ceramic layer 1. .
【0028】有機バインダ量は、セラミック粉末100
質量部に対して9質量部以下とする。The amount of organic binder is 100 ceramic powder.
It is 9 parts by mass or less with respect to parts by mass.
【0029】ここで、PZT系圧電セラミック仮焼粉末
は、チタン酸ジルコン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3(以
下PZTと略す)を主成分とする圧電セラミック材料で
あり、その圧電特性を示す圧電歪み定数d33が高いもの
が望ましい。Here, the PZT-based piezoelectric ceramic calcination powder is a piezoelectric ceramic material containing lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter abbreviated as PZT) as a main component, and exhibits its piezoelectric characteristics. It is desirable that the piezoelectric strain constant d 33 is high.
【0030】次に、銀−パラジウムからなる金属粉末
に、共材としてセラミック粉末、バインダ、可塑剤等を
添加混合して内部電極ペーストを作製し、これを各セラ
ミックグリーンシートの上面にスクリーン印刷等によっ
て1〜40μmの厚みに印刷し、グリーンシート上に内
部電極パターンを形成する。Next, a ceramic powder, a binder, a plasticizer, etc. are added as a co-material to the metal powder of silver-palladium to prepare an internal electrode paste, which is screen-printed on the upper surface of each ceramic green sheet. Then, the internal electrode pattern is formed on the green sheet by printing with a thickness of 1 to 40 μm.
【0031】次に、内部電極パターンが形成されていな
いセラミックグリーンシートを複数枚積層し、この後、
内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシー
トを複数枚積層し、さらにこの後、内部電極パターンが
形成されていないセラミックグリーンシートを複数枚積
層し、柱状積層体を得る。Next, a plurality of ceramic green sheets on which internal electrode patterns are not formed are laminated, and thereafter,
A plurality of ceramic green sheets on which internal electrode patterns are formed are laminated, and thereafter, a plurality of ceramic green sheets on which internal electrode patterns are not formed are laminated to obtain a columnar laminated body.
【0032】この柱状積層体は、内部電極パターンの影
響により、内部電極パターンが形成されていない不活性
部の積層体に比較し、内部電極パターンが形成された活
性部の積層体で焼成収縮率が大きくなりやすく、デラミ
等の積層欠陥が発生しやすくなる。Due to the influence of the internal electrode pattern, this columnar laminated body has a firing shrinkage rate in the active portion laminated body in which the internal electrode pattern is formed, as compared with the inactive portion laminated body in which the internal electrode pattern is not formed. Is likely to be large, and stacking faults such as delamination are likely to occur.
【0033】この積層欠陥を回避するため、例えば、不
活性部に用いるグリーンシートは、共材としてのセラミ
ック粉末が含まれる導電性ペーストが上面に印刷された
もの、あるいは、焼結助剤としてガラス成分を含有する
ものを用いるなど、収縮率が大きくなるよう手段を講じ
たものを用いることが望ましい。In order to avoid this stacking fault, for example, the green sheet used for the inactive portion has a conductive paste containing ceramic powder as an additive printed on its upper surface, or glass as a sintering aid. It is desirable to use those which are provided with a means for increasing the shrinkage rate, such as those containing the components.
【0034】次に、柱状積層体を50〜200℃で加熱
を行いながら加圧を行い、柱状積層体を一体化する。一
体化された柱状積層体は所定の大きさに切断された後、
300〜800℃で5〜40時間、脱バインダが行わ
れ、900〜1100℃で2〜5時間、本焼成が行わ
れ、圧電素子本体1aを得る。この圧電素子本体1aの
側面には、内部電極層2の端部が露出している。Next, while heating the columnar laminate at 50 to 200 ° C., pressure is applied to integrate the columnar laminate. After the integrated columnar laminate is cut into a predetermined size,
The binder is removed at 300 to 800 ° C. for 5 to 40 hours, and the main firing is performed at 900 to 1100 ° C. for 2 to 5 hours to obtain the piezoelectric element body 1a. An end of the internal electrode layer 2 is exposed on the side surface of the piezoelectric element body 1a.
【0035】その後、圧電素子本体1aの2つの対向す
る側面において、内部電極層2端部を含む圧電磁器層1
の端部に該2側面において互い違いになるよう1層おき
に溝を形成し、該溝部に絶縁体3を埋設することで内部
電極層2を互い違いに1層おきに絶縁できるようにす
る。Thereafter, the piezoelectric ceramic layer 1 including the ends of the internal electrode layers 2 is provided on the two opposing side surfaces of the piezoelectric element body 1a.
Grooves are formed at every other layer at the end portions of the two side surfaces so that they alternate with each other, and an insulator 3 is embedded in the groove portions so that the internal electrode layers 2 can be alternately insulated every other layer.
【0036】その後、活性部層を構成する圧電磁器層1
それぞれが並列接続となるように内部電極層2と外部電
極4を接続する。外部電極4は、アクチュエータが伸縮
した際に、内部電極層2との接合界面において破損しに
くくするために、伸び縮みしやすいものが適しており、
例えば、銀、ニッケル、銅等の導電性を備えた金属や合
金、或いは、熱硬化性導電体などが用いられる。After that, the piezoelectric ceramic layer 1 constituting the active portion layer
The inner electrode layer 2 and the outer electrode 4 are connected so that they are connected in parallel. The external electrode 4 is preferably one that easily expands and contracts in order to prevent the external electrode 4 from being damaged at the joint interface with the internal electrode layer 2 when the actuator expands and contracts,
For example, a metal or alloy having conductivity such as silver, nickel or copper, or a thermosetting conductor is used.
【0037】また、絶縁体3は、アクチュエータの変位
に対して追従する弾性率が低い材料、具体的にはシリコ
ーンゴム等からなることが好適であり、最終的に絶縁の
機能を満足するのであれば、外部電極4の形成前後どの
時点で、溝部に埋設してもよい。その後、リード線6を
外部電極4に接続することにより本発明の積層型圧電ア
クチュエータが完成する。It is preferable that the insulator 3 is made of a material having a low elastic modulus that follows the displacement of the actuator, specifically, silicone rubber or the like, so that the insulating function is finally satisfied. For example, it may be embedded in the groove at any time before and after the formation of the external electrode 4. After that, the lead wire 6 is connected to the external electrode 4 to complete the laminated piezoelectric actuator of the present invention.
【0038】そして、リード線6を介して一対の外部電
極4に0.1〜3kV/mmの直流電圧を印加し、積層
型圧電素子1aを分極処理することによって、製品とし
ての積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線6を
外部の電圧供給部に接続し、リード線6及び外部電極4
を介して内部電極層2に電圧を印加させれば、各圧電磁
器層1は逆圧電効果によって大きく変位し、これによっ
て例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴
射弁として機能する。Then, a DC voltage of 0.1 to 3 kV / mm is applied to the pair of external electrodes 4 via the lead wires 6 to polarize the laminated piezoelectric element 1a, whereby a laminated piezoelectric actuator as a product is produced. Is completed, the lead wire 6 is connected to an external voltage supply unit, and the lead wire 6 and the external electrode 4 are connected.
When a voltage is applied to the internal electrode layer 2 via the, the respective piezoelectric ceramic layers 1 are largely displaced by the inverse piezoelectric effect, and thereby function as a fuel injection valve for an automobile, for example, to inject fuel and supply the fuel to the engine.
【0039】このような積層型圧電素子の製法では、微
粒子が凝集した比表面積の小さな原料粉末を用いてセラ
ミックグリーンシートを作製することにより、有機バイ
ンダ量を減少でき、脱バインダ処理時のグリーンシート
と電極塗布膜間の密着強度の弱体化を抑えることがで
き、これにより、圧電磁器層1が強固なアンカー効果で
内部電極層2と接合し、接合強度の優れた積層型圧電素
子を得ることができる。また、微粒子が凝集したセラミ
ック粉末を用いてグリーンシートを作製することによ
り、焼成温度を1100℃以下と低温化でき、これによ
り、焼成時の鉛成分の蒸発を低減できるため、変位特性
の優れた積層型圧電素子を得ることができる。In the method for producing such a laminated piezoelectric element, the amount of organic binder can be reduced by producing a ceramic green sheet by using raw material powder having a small specific surface area in which fine particles are aggregated, and the green sheet at the time of binder removal processing can be reduced. It is possible to suppress the weakening of the adhesion strength between the electrode coating film and the electrode coating film, whereby the piezoelectric ceramic layer 1 is bonded to the internal electrode layer 2 with a strong anchor effect, and a laminated piezoelectric element having excellent bonding strength is obtained. You can Further, by producing a green sheet using ceramic powder in which fine particles are aggregated, the firing temperature can be lowered to 1100 ° C. or lower, which can reduce the evaporation of the lead component during firing, resulting in excellent displacement characteristics. A laminated piezoelectric element can be obtained.
【0040】図3は、本発明の噴射装置を示すもので、
図において符号31は収納容器を示している。この収納
容器31の一端には噴射孔33が設けられ、また収納容
器31内には、噴射孔33を開閉することができるニー
ドルバルブ35が収容されている。FIG. 3 shows the injection device of the present invention.
In the figure, reference numeral 31 indicates a storage container. An injection hole 33 is provided at one end of the storage container 31, and a needle valve 35 that can open and close the injection hole 33 is stored in the storage container 31.
【0041】噴射孔33には燃料通路37が連通可能に
設けられ、この燃料通路37は外部の燃料供給源に連結
され、燃料通路37に常時一定の高圧で燃料が供給され
ている。従って、ニードルバルブ35が噴射孔33を開
放すると、燃料通路37に供給されていた燃料が一定の
高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるよう
に形成されている。A fuel passage 37 is provided so as to be able to communicate with the injection hole 33. The fuel passage 37 is connected to an external fuel supply source so that fuel is always supplied to the fuel passage 37 at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 35 opens the injection hole 33, the fuel supplied to the fuel passage 37 is ejected at a constant high pressure into a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine.
【0042】また、ニードルバルブ35の上端部は直径
が大きくなっており、収納容器31に形成されたシリン
ダ39と摺動可能なピストン41となっている。そし
て、収納容器31内には、上記した圧電アクチュエータ
43が収納されている。The upper end of the needle valve 35 has a large diameter, and serves as a piston 41 slidable with a cylinder 39 formed in the container 31. The piezoelectric actuator 43 described above is stored in the storage container 31.
【0043】このような噴射装置では、圧電アクチュエ
ータ43が電圧を印加されて伸長すると、ピストン41
が押圧され、ニードルバルブ35が噴射孔33を閉塞
し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止
されると圧電アクチュエータ43が収縮し、皿バネ45
がピストン41を押し返し、噴射孔33が燃料通路37
と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。In such an injection device, when the piezoelectric actuator 43 is expanded by being applied with a voltage, the piston 41 is expanded.
Is pressed, the needle valve 35 closes the injection hole 33, and the supply of fuel is stopped. Further, when the voltage application is stopped, the piezoelectric actuator 43 contracts, and the disc spring 45
Pushes back the piston 41, and the injection hole 33 moves into the fuel passage 37.
Fuel injection is performed in communication with the.
【0044】[0044]
【実施例】実施例1
セラミック粉末として、PZTを主成分とし、副成分と
してYb、W、Srを選定したものを用い、これを湿式
混合、乾燥、メッシュパスを行い、粒度分布でD90が
0.8μmの一次原料粉末を得た。得られた一次原料粉
末を870℃×3Hrの条件で仮焼を行い、比表面積が
2.1m2/gとなるよう湿式粉砕を行った。Example 1 A ceramic powder containing PZT as a main component and Yb, W, and Sr as sub-components was used. The mixture was wet-mixed, dried, and mesh-passed to obtain a particle size distribution of D 90 A 0.8 μm primary raw material powder was obtained. The obtained primary raw material powder was calcined under the condition of 870 ° C. × 3 Hr and wet-ground so that the specific surface area was 2.1 m 2 / g.
【0045】湿式粉砕により得られた原料は、走査型電
子顕微鏡で観察すると、図4に示すように平均粒径が
0.4μmの微粒子が凝集したセラミック粉末となって
いた。このようにして得られたセラミック粉末に、アク
リル系バインダおよび溶剤、可塑剤を添加しスラリーを
作製し、スリップキャスティング法により厚み150μ
mのセラミックグリーンシートを作製した。ここで、有
機バインダ量は、グリーンシートに乾燥クラックが発生
しない最低限必要な量とし、この場合、セラミック粉末
100質量部に対して8質量部であった。The raw material obtained by the wet pulverization, when observed with a scanning electron microscope, was a ceramic powder in which fine particles having an average particle size of 0.4 μm were aggregated as shown in FIG. An acrylic binder, a solvent, and a plasticizer were added to the ceramic powder thus obtained to prepare a slurry, and a thickness of 150 μm was obtained by a slip casting method.
m ceramic green sheets were produced. Here, the amount of the organic binder was the minimum necessary amount that does not cause dry cracks in the green sheet, and in this case, it was 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic powder.
【0046】このようにして得られたセラミックグリー
ンシートの上面に、銀−パラジウム合金、有機バインダ
および、セラミックグリーンシートに用いたセラミック
粉末と同組成からなる共材とてのセラミック粉末、並び
に溶剤を含む内部電極ペーストを印刷して内部電極パタ
ーンを形成した。On the upper surface of the ceramic green sheet thus obtained, a silver-palladium alloy, an organic binder, a ceramic powder as a co-material having the same composition as the ceramic powder used for the ceramic green sheet, and a solvent were placed. The internal electrode paste containing the above was printed to form an internal electrode pattern.
【0047】この後、厚み150μmのセラミックグリ
ーンシートを15層積層し、この上面に、内部電極パタ
ーンが形成されたセラミックグリーンシートを300層
積層し、この上面に厚み150μmのセラミックグリー
ンシートを15層積層した。ただし、不活性部として用
いる内部電極パターンが形成されていないセラミックグ
リーンシートには、焼成時の収縮率が大きくなるよう、
焼結助剤として、上記セラミック粉末100質量部に対
して1質量部のSi成分を添加した。Thereafter, 15 layers of ceramic green sheets having a thickness of 150 μm are laminated, 300 layers of ceramic green sheets having internal electrode patterns are laminated on the upper surface thereof, and 15 layers of ceramic green sheets having a thickness of 150 μm are formed on the upper surface. Laminated. However, for the ceramic green sheet on which the internal electrode pattern used as the inactive portion is not formed, the shrinkage rate during firing becomes large,
As a sintering aid, 1 part by mass of Si component was added to 100 parts by mass of the ceramic powder.
【0048】そして、100℃で加熱を行いながら加圧
を行い、カット、脱バインダ、焼成することにより柱状
積層体を得た。ここで、脱バイ温度は400℃、焼成温
度は、積層体密度が7.8g/cm3以上を満足できる
温度とし、実施例1では1050℃とした。Then, pressure was applied while heating at 100 ° C., cutting, binder removal and firing were performed to obtain a columnar laminate. Here, the debye temperature was 400 ° C., and the firing temperature was a temperature at which the laminate density could satisfy 7.8 g / cm 3 or more, and in Example 1, it was 1050 ° C.
【0049】その後、該圧電素子本体の2つの側面にお
いて、内部電極層端部を含む圧電磁器層の端部に該2側
面において互い違いになるように、ダイシング装置より
一層おきに溝を形成し、該溝部に絶縁体としてシリコー
ンゴムを充填した。この後、絶縁されていない内部電極
層の他方の端面に外部電極として熱硬化性導電体を帯状
に形成し、200℃の熱処理を行った。この後、リード
線を接続し、アクチュエータの外周面にディッピングに
より、シリコンゴムを被覆した後、外部電極にリード線
を介して3kV/mmの直流電界を15分間印加して分
極処理を行い、図1に示すような積層型圧電アクチュエ
ータを作製した。After that, on the two side surfaces of the piezoelectric element body, grooves are formed at every other layer from the dicing device so that the end portions of the piezoelectric ceramic layer including the inner electrode layer end portions are staggered on the two side surfaces, The groove was filled with silicone rubber as an insulator. Then, a thermosetting conductor was formed in a strip shape as an external electrode on the other end surface of the non-insulated internal electrode layer, and heat treatment was performed at 200 ° C. After that, a lead wire is connected and silicon rubber is coated on the outer peripheral surface of the actuator by dipping, and then a DC electric field of 3 kV / mm is applied to the external electrode through the lead wire for 15 minutes for polarization treatment. A laminated piezoelectric actuator as shown in 1 was manufactured.
【0050】得られた積層型圧電アクチュエータに15
0Vの直流電圧を印加した結果、積層方向に43μmの
変位量が得られた。さらに、このアクチュエータに室温
で0〜+150Vの正弦波電圧を60Hzの周波数にて
印加し5×109サイクルの駆動試験を行った。その結
果、5×109サイクル後においても変位の変動は見ら
れなかった。The laminated piezoelectric actuator thus obtained has 15
As a result of applying a DC voltage of 0 V, a displacement amount of 43 μm was obtained in the stacking direction. Further, a sine wave voltage of 0 to +150 V was applied to this actuator at room temperature at a frequency of 60 Hz, and a drive test of 5 × 10 9 cycles was conducted. As a result, no change in displacement was observed even after 5 × 10 9 cycles.
【0051】また、圧電磁器層と内部電極層の接合界面
の強度評価として、積層型圧電素子の抗折強度を評価し
た。評価サンプルは、駆動試験をおこなったサンプルか
ら、JIS R 1601に基づきJIS抗折試験片
(幅4mm、厚み3mm、長さ40mm)を削りだし、
4点曲げにて評価した。また、抗折強度を評価した積層
型圧電素子の破断面において、導電性ペーストに含有さ
れていたセラミック粒子の中で内部電極層2に留まって
いるセラミック粒子の存在割合を評価した。結果を表1
に示した。
実施例2
仮焼温度を850℃とし、比表面積が2.5m2/gと
なるよう粉砕を行った原料を用い、実施例1と同様に積
層型圧電素子を作製した。この時、必要なバインダー量
は8.5質量部であり、積層体密度が7.8g/cm3
となる焼成温度である1000℃で焼成した。得られた
積層型圧電素子について、実施例1と同様に変位量、駆
動テスト(耐久性)、曲げ強度、および破断面における
内部電極に留まっているセラミック粒子7の露出比率を
評価した。結果を表1に示した。
実施例3
仮焼温度を900℃とし、比表面積が1.5m2/gと
なるよう粉砕を行った原料を用い、実施例1と同様に積
層型圧電素子を作製した。この時、必要なバインダー量
は6.5質量部であり、積層体密度が7.8g/cm3
となる焼成温度である1150℃で焼成した。得られた
積層型圧電素子について、実施例1と同様に変位量、駆
動テスト、曲げ強度、および破断面における内部電極に
留まっているセラミック粒子7の存在割合を評価した。
結果を表1に示した。
実施例4
仮焼温度を830℃とし、比表面積が2.8m2/gと
なるよう粉砕を行った原料を用い、実施例1と同様に積
層型圧電素子を作製した。この時、必要なバインダー量
は9.0質量部であり、積層体密度が7.8g/cm3
となる焼成温度である1000℃で焼成した。得られた
積層型圧電素子について、実施例1と同様に変位量、駆
動テスト、曲げ強度、および破断面における内部電極層
2に留まっているセラミック粒子7の存在割合を評価し
た。結果を表1に示す。
比較例1
粒度分布でD90が1.3μmの一次原料粉末を900℃
×3Hrの条件で仮焼を行い、比表面積が3.2m2/
gとなるよう湿式粉砕を行った。Further, as the strength evaluation of the bonding interface between the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer, the bending strength of the laminated piezoelectric element was evaluated. As the evaluation sample, a JIS bending test piece (width 4 mm, thickness 3 mm, length 40 mm) was cut out from the sample subjected to the drive test, based on JIS R 1601.
It was evaluated by 4-point bending. In addition, in the fracture surface of the laminated piezoelectric element whose bending strength was evaluated, the existence ratio of the ceramic particles remaining in the internal electrode layer 2 among the ceramic particles contained in the conductive paste was evaluated. The results are shown in Table 1.
It was shown to. Example 2 A multilayer piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 using a raw material that was calcinated at a temperature of 850 ° C. and pulverized to have a specific surface area of 2.5 m 2 / g. At this time, the amount of binder required was 8.5 parts by mass, and the laminate density was 7.8 g / cm 3.
The firing temperature was 1000 ° C. With respect to the obtained laminated piezoelectric element, the displacement amount, the drive test (durability), the bending strength, and the exposure ratio of the ceramic particles 7 remaining on the internal electrode on the fracture surface were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. Example 3 A multilayer piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 except that the calcination temperature was set to 900 ° C. and the raw material was pulverized to have a specific surface area of 1.5 m 2 / g. At this time, the required amount of binder was 6.5 parts by mass, and the laminate density was 7.8 g / cm 3.
The firing temperature was 1150 ° C. With respect to the obtained laminated piezoelectric element, the displacement amount, the driving test, the bending strength, and the existence ratio of the ceramic particles 7 remaining in the internal electrode on the fracture surface were evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1. Example 4 A multilayer piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 by using the raw material that was pulverized so that the calcination temperature was 830 ° C. and the specific surface area was 2.8 m 2 / g. At this time, the amount of binder required was 9.0 parts by mass, and the density of the laminate was 7.8 g / cm 3.
The firing temperature was 1000 ° C. With respect to the obtained laminated piezoelectric element, the displacement amount, the driving test, the bending strength, and the existence ratio of the ceramic particles 7 remaining in the internal electrode layer 2 on the fracture surface were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. Comparative Example 1 A primary raw material powder having a D 90 of 1.3 μm in a particle size distribution was 900 ° C.
Calcination was performed under the condition of × 3Hr, and the specific surface area was 3.2 m 2 /
Wet pulverization was performed so as to obtain g.
【0052】湿式粉砕により得られた原料は、走査型電
子顕微鏡で観察すると、凝集していない平均粒径が0.
9μmのセラミック粉末となっていた。このセラミック
粉末を用いて、実施例1と同様に積層型圧電素子を作製
した。この時、必要なバインダー量は、10.0質量部
であり、積層体密度が7.8g/cm3となる焼成温度
である1000℃で焼成した。しかしながら、比較例1
のサンプルでは、脱バインダ処理後にデラミネーション
が発生し、焼成セット中にサンプルが分断してしまっ
た。そのため、抗折強度等の評価は行えなかった。焼成
後の試料の分断面を観察すると、内部電極全表面がセラ
ミック粒子で覆われていた。焼成により内部電極層中の
共材が分断面の内部電極層表面に押し出されたためであ
る。結果を表1に示す。The raw material obtained by the wet pulverization has a non-agglomerated average particle size of 0.
It was a 9 μm ceramic powder. Using this ceramic powder, a laminated piezoelectric element was manufactured in the same manner as in Example 1. At this time, the required amount of the binder was 10.0 parts by mass, and firing was performed at 1000 ° C., which is a firing temperature at which the laminated body has a density of 7.8 g / cm 3 . However, Comparative Example 1
In the sample No. 1, delamination occurred after the binder removal treatment, and the sample was divided during the firing set. Therefore, the bending strength and the like could not be evaluated. When the cross section of the sample after firing was observed, the entire surface of the internal electrode was covered with ceramic particles. This is because the co-material in the internal electrode layer was extruded to the surface of the internal electrode layer having a divided cross section by firing. The results are shown in Table 1.
【0053】[0053]
【表1】 [Table 1]
【0054】この表1から、破断面において内部電極層
2に留まっているセラミック粒子7の存在割合が大きい
ほど、曲げ強度が強くなっていることが分かる。特に面
積比率が4%より大きい実施例1〜3では、曲げ強度が
75MPa以上を示している。また、焼成温度が115
0℃の実施例3に対して焼成温度が1100℃以下であ
る実施例1、2、4は、変位量が41μm以上と大きく
なっていることが分かる。これは、焼成温度が低いこと
により焼成時に鉛成分の蒸発が抑制され、圧電磁器の変
位特性が優れたものとなっているためである。From this Table 1, it can be seen that the bending strength increases as the proportion of the ceramic particles 7 remaining in the internal electrode layer 2 on the fracture surface increases. Particularly, in Examples 1 to 3 in which the area ratio is larger than 4%, the bending strength is 75 MPa or more. In addition, the firing temperature is 115
It can be seen that in Examples 1, 2 and 4 in which the firing temperature is 1100 ° C. or less, the displacement amount is as large as 41 μm or more as compared with Example 3 at 0 ° C. This is because the low firing temperature suppresses the evaporation of the lead component during firing, resulting in excellent displacement characteristics of the piezoelectric ceramic.
【0055】[0055]
【発明の効果】本発明の積層型圧電素子によれば、内部
電極表面の一部にセラミック粒子が露出しているため、
このセラミック粒子が、圧電磁器層のセラミック粒子と
焼結することで、強いアンカー効果を実現し、内部電極
層と圧電磁器層との接合強度を向上できる。これによ
り、内部電極層と圧電磁器層との界面における破損を抑
制できる耐久性に優れた積層型圧電素子を提供すること
ができる。According to the laminated piezoelectric element of the present invention, since the ceramic particles are exposed on a part of the surface of the internal electrode,
By sintering the ceramic particles with the ceramic particles of the piezoelectric ceramic layer, a strong anchor effect can be realized, and the bonding strength between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer can be improved. As a result, it is possible to provide a laminated piezoelectric element having excellent durability capable of suppressing damage at the interface between the internal electrode layer and the piezoelectric ceramic layer.
【図1】本発明の積層型圧電素子を示すもので、(a)
は斜視図、(b)は(a)のA−A’線に沿った縦断面
図である。FIG. 1 is a view showing a laminated piezoelectric element of the present invention, (a)
Is a perspective view and (b) is a vertical cross-sectional view taken along the line AA ′ of (a).
【図2】本発明の積層型圧電素子の破断面における内部
電極層表面を示すもので、(a)は反射電子像写真、
(b)はその模式図である。FIG. 2 is a view showing a surface of an internal electrode layer in a fracture surface of a multilayer piezoelectric element of the present invention, (a) is a backscattered electron image photograph,
(B) is the schematic diagram.
【図3】本発明の噴射装置を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing an injection device of the present invention.
【図4】本発明の製法に用いるセラミック粉末を示す顕
微鏡写真である。FIG. 4 is a micrograph showing a ceramic powder used in the production method of the present invention.
1・・・圧電磁器層 2・・・内部電極層 7・・・内部電極層に一部が埋設されたセラミック粒子 31・・・収納容器 33・・・噴射孔 35・・・ニードルバルブ 43・・・圧電アクチュエータ 1 ... Piezoelectric layer 2 Internal electrode layer 7 ... Ceramic particles partially embedded in the internal electrode layer 31 ... Storage container 33 ... Injection hole 35 ... Needle valve 43 ... Piezoelectric actuator
Claims (6)
交互に積層され、同時焼成された積層型圧電素子であっ
て、前記圧電磁器層がセラミック粒子を含み、前記圧電
磁器層と前記内部電極層との界面での破断面において、
前記内部電極層に一部が埋設されたセラミック粒子が前
記内部電極層表面に露出していることを特徴とする積層
型圧電素子。1. A laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers are alternately laminated and cofired, the piezoelectric ceramic layers containing ceramic particles, and the piezoelectric ceramic layers In the fracture surface at the interface with the internal electrode layer,
A laminated piezoelectric element, wherein ceramic particles partially embedded in the internal electrode layer are exposed on the surface of the internal electrode layer.
の露出面積が、内部電極層表面中2%以上であることを
特徴とする請求項1記載の積層型圧電素子。2. The laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein the exposed area of the ceramic particles exposed on the surface of the internal electrode layer is 2% or more on the surface of the internal electrode layer.
と、有機バインダと、有機溶剤とを含有するグリーンシ
ート上に、金属粉末と、セラミック粉末と、有機溶剤と
を含有する導電性ペーストを塗布して電極塗布膜を形成
する工程と、該電極塗布膜が形成されたグリーンシート
を複数積層し加圧して積層体を形成する工程と、この積
層体を脱バインダ処理し、焼成する工程とを具備するこ
とを特徴とする積層型圧電素子の製法。3. A conductive paste containing a metal powder, a ceramic powder and an organic solvent is applied on a green sheet containing a ceramic powder in which a plurality of fine particles are aggregated, an organic binder and an organic solvent. A step of forming an electrode coating film with a plurality of layers, a step of laminating a plurality of green sheets having the electrode coating film formed thereon to form a layered body by pressurizing, and a step of debinding the layered body and firing the layered body. A method of manufacturing a laminated piezoelectric element, comprising:
がPZT系圧電仮焼粉末からなり、該セラミック粉末の
比表面積が1.5〜2.5m2/gであることを特徴と
する請求項3記載の積層型圧電素子の製法。4. The ceramic powder constituting the green sheet is composed of PZT-based piezoelectric calcination powder, and the specific surface area of the ceramic powder is 1.5 to 2.5 m 2 / g. Manufacturing method of laminated piezoelectric element.
グリーンシート中のセラミック粉末100質量部に対し
て9質量部以下であることを特徴とする請求項3又は4
記載の積層型圧電素子の製法。5. The organic binder in the green sheet is 9 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the ceramic powder in the green sheet.
A method for producing the described laminated piezoelectric element.
に収容された請求項1又は2記載の積層型圧電素子と、
該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴
出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射
装置。6. A storage container having an injection hole, and the laminated piezoelectric element according to claim 1 or 2 housed in the storage container.
An ejection device comprising: a valve for ejecting a liquid from the ejection hole by driving the laminated piezoelectric element.
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