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JP2005268393A - Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same - Google Patents

Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same Download PDF

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JP2005268393A
JP2005268393A JP2004076098A JP2004076098A JP2005268393A JP 2005268393 A JP2005268393 A JP 2005268393A JP 2004076098 A JP2004076098 A JP 2004076098A JP 2004076098 A JP2004076098 A JP 2004076098A JP 2005268393 A JP2005268393 A JP 2005268393A
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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Abstract

【課題】連続駆動させても、所望の変位量が実効的に変化しないために、装置が誤作動することなく、耐久性に優れた高信頼性の積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置を提供する。
【解決手段】少なくとも1つの圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体を有し、該積層体の側面に前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極を具備し、該外部電極に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極を構成する金属元素の熱膨張係数をα1、外部電極を構成する金属の熱膨張係数をα2としたとき、熱膨張係数の比(α1/α2)を0.9以上1未満とする。
【選択図】図1
A highly reliable multi-layer piezoelectric element having excellent durability without malfunctioning of a device because a desired displacement amount does not change effectively even when continuously driven, and an injection device using the same I will provide a.
A pair of external electrodes having a laminate formed by alternately laminating at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes, wherein the internal electrodes are alternately connected to every other side surface of the laminate. In the multilayer piezoelectric element driven by applying an electric field to the external electrode, the thermal expansion coefficient of the metal element constituting the internal electrode is α1, and the thermal expansion coefficient of the metal constituting the external electrode is α2. The ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2) is 0.9 or more and less than 1.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、積層型圧電素子および噴射装置に関し、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止装置等に搭載される駆動素子、ならびに燃焼圧センサ、ノックセンサ、加速度センサ、荷重センサ、超音波センサ、感圧センサ、ヨーレートセンサ等に搭載されるセンサ素子、ならびに圧電ジャイロ、圧電スイッチ、圧電トランス、圧電ブレーカー等に搭載される回路素子に用いられる積層型圧電素子および噴射装置に関するものである。   The present invention relates to a laminated piezoelectric element and an injection device, for example, a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as an inkjet, a drive element mounted on a precision positioning device such as an optical device, a vibration prevention device, and the like, and a combustion Sensor elements mounted on pressure sensors, knock sensors, acceleration sensors, load sensors, ultrasonic sensors, pressure sensitive sensors, yaw rate sensors, etc., and circuit elements mounted on piezoelectric gyros, piezoelectric switches, piezoelectric transformers, piezoelectric breakers, etc. The present invention relates to a stacked piezoelectric element and a jetting device used.

従来より、積層型圧電素子としては、圧電体と電極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、圧電磁器と内部電極板を交互に積層したスタックタイプの2種類に分類されており、低電圧化、製造コスト低減の面から考慮すると、同時焼成タイプの積層型圧電アクチュエータが薄層化に対して有利であることと、耐久性に対して有利であることから、優位性を示しつつある。   Conventionally, as a multilayer piezoelectric element, a multilayer piezoelectric actuator in which piezoelectric bodies and electrodes are alternately stacked is known. Multi-layer piezoelectric actuators are classified into two types: simultaneous firing type and stack type in which piezoelectric ceramics and internal electrode plates are stacked alternately. Considering low voltage and low manufacturing cost, simultaneous firing type The multilayer piezoelectric actuator is advantageous for thinning and is advantageous for durability.

図1は、従来の積層型圧電素子を示すもので、圧電体11と内部電極12が交互に積層されているが、内部電極12は圧電体11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内部電極12を左右互い違いに積層することで、積層型電子部品の側面に形成された外部電極15に内部電極12を一層おきに交互に接続することができる。セラミックグリーンシートに内部電極ペーストを所定の電極構造となるパターンで印刷し、この内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを複数積層して得られた積層成形体を作製し、これを焼成することによって、積層体を作製していた(例えば、特許文献1参照)。   FIG. 1 shows a conventional multilayer piezoelectric element, in which piezoelectric bodies 11 and internal electrodes 12 are alternately stacked. However, the internal electrodes 12 are not formed on the entire main surface of the piezoelectric body 11 and are so-called. It has a partial electrode structure. By laminating the internal electrodes 12 of this partial electrode structure alternately on the left and right, the internal electrodes 12 can be alternately connected to the external electrodes 15 formed on the side surface of the multilayer electronic component. By printing an internal electrode paste on a ceramic green sheet in a pattern that has a predetermined electrode structure, producing a laminated molded body obtained by laminating a plurality of green sheets coated with this internal electrode paste, and firing this The laminated body was produced (for example, refer patent document 1).

このような積層型圧電素子は、圧電体11と内部電極12が交互に積層されて柱状積層体13が形成され、その積層方向における両端面には不活性層14が積層されている。内部電極12は、その一方の端部が左右交互に外部電極15と左右各々一層起きに導通するように形成されている。積層型圧電アクチュエータとして使用する場合には、外部電極15にさらにリード線を半田により接続固定されていた。   In such a laminated piezoelectric element, piezoelectric bodies 11 and internal electrodes 12 are alternately laminated to form a columnar laminated body 13, and inactive layers 14 are laminated on both end faces in the laminating direction. The internal electrode 12 is formed so that one end thereof is electrically connected to the external electrode 15 alternately on the left and right sides. When used as a multilayer piezoelectric actuator, lead wires are further connected and fixed to the external electrodes 15 by soldering.

また、内部電極としては、銀とパラジウムの合金が用いられ、さらに、圧電体と内部電極を同時焼成するために、内部電極の金属組成は、銀70質量%、パラジウム30質量%にして用いていた(例えば、特許文献2参照)。   Further, as the internal electrode, an alloy of silver and palladium is used. Further, in order to simultaneously fire the piezoelectric body and the internal electrode, the metal composition of the internal electrode is 70% by mass of silver and 30% by mass of palladium. (For example, see Patent Document 2).

このように、銀のみの金属組成からなる内部電極ではなく、パラジウムを含む銀・パラジウム合金含有の金属組成からなる内部電極を用いるのは、パラジウムを含まない銀のみの組成では、一対の対向する電極間に電位差を与えた場合、その一対の電極のうちの正極から負極へ電極中の銀が素子表面を伝わって移動するという、いわゆるシルバー・マイグレーション現象が生じるからである。この現象は、高温、高湿の雰囲気中で、著しく発生していた。   As described above, the internal electrode made of a metal composition containing silver / palladium alloy containing palladium is used instead of the internal electrode made of silver-only metal composition. This is because when a potential difference is applied between the electrodes, a so-called silver migration phenomenon occurs in which silver in the electrode moves along the element surface from the positive electrode to the negative electrode of the pair of electrodes. This phenomenon occurred remarkably in a high temperature and high humidity atmosphere.

また、近年においては、小型の圧電アクチュエータで大きな圧力下において大きな変位量を確保するため、より高い電界を印加し、長時間連続駆動させることが行われている。
特開昭61−133715号公報 実開平1−130568号公報
In recent years, in order to ensure a large amount of displacement under a large pressure with a small piezoelectric actuator, a higher electric field is applied to continuously drive for a long time.
JP-A-61-133715 Japanese Utility Model Publication No. 1-130568

しかしながら、アクチュエータは通常の積層型電子部品と異なり、通電に伴い圧電体磁器が変形する特徴がある。即ち駆動回数と圧電体磁器変形回数が同じである。そのため、内部電極と外部電極とが駆動中でも強固に結合することが求められているが、連続駆動回数が増加すると素子温度が上昇し、熱膨張係数の差に起因した内部電極と外部電極との密着不良が生じて連続駆動中にはがれたり断線することで、実行変位量が小さくなる問題や、さらには、はがれた部分がスパークして破壊する問題があった。   However, unlike an ordinary multilayer electronic component, the actuator has a feature that the piezoelectric ceramic is deformed when energized. That is, the number of driving times and the number of piezoelectric ceramic deformations are the same. For this reason, the internal electrode and the external electrode are required to be firmly bonded even during driving, but the element temperature rises as the number of continuous driving increases, and the internal electrode and the external electrode are caused by the difference in thermal expansion coefficient. There is a problem that the effective displacement amount is reduced by peeling or disconnection during continuous driving due to an adhesion failure, and further, there is a problem that the peeled portion sparks and breaks.

また、外部電極と内部電極との接続個所が、変位中に断線することは、変位量が駆動中に変化することになり、電圧制御する電源に対する負荷変動が生じ、電源に負担をかける問題が生じていた。さらには、変位量の変化率が大きいと、変位量自体が急激に劣化するだけでなく、素子温度上昇が放熱量を上回ると熱暴走現象が生じて素子が破壊する問題があった。   In addition, if the connection point between the external electrode and the internal electrode is disconnected during displacement, the amount of displacement will change during driving, causing load fluctuations for the voltage-controlled power supply, which places a burden on the power supply. It was happening. Furthermore, when the rate of change of the displacement amount is large, not only the displacement amount itself deteriorates but also there is a problem that when the device temperature rise exceeds the heat dissipation amount, a thermal runaway phenomenon occurs and the device is destroyed.

また、素子温度上昇を抑制するために、比抵抗の小さい内部電極が求められていた。しかしながら、銀−パラジウム合金の比抵抗値は、その組成比によって銀、またはパラジウム単体の比抵抗よりも著しく高い抵抗となり、銀70質量%、パラジウム30質量%の銀−パラジウム合金の組成では、パラジウム単体の1.5倍の抵抗になるという問題があった。しかも、内部電極の焼結密度が低くなれば、さらに高い抵抗になった。   In addition, in order to suppress an increase in element temperature, an internal electrode having a small specific resistance has been demanded. However, the specific resistance value of the silver-palladium alloy is significantly higher than the specific resistance of silver or palladium alone depending on the composition ratio. In the composition of the silver-palladium alloy of 70 mass% silver and 30 mass% palladium, palladium There was a problem that the resistance was 1.5 times that of a single substance. Moreover, when the sintered density of the internal electrode is lowered, the resistance is further increased.

本発明は、高電圧、高圧力下で圧電アクチュエータを長期間連続駆動させた場合でも、変位量が変化することがなく、耐久性に優れた積層型圧電素子および噴射装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a multilayer piezoelectric element and a jetting device that are excellent in durability and do not change in displacement even when a piezoelectric actuator is continuously driven for a long time under high voltage and high pressure. And

本発明の積層型圧電素子は、少なくとも1つの圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体を有し、該積層体の側面に前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極を具備し、該外部電極に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極を構成する金属の熱膨張係数をα1、外部電極を構成する金属の熱膨張係数をα2としたとき、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満であることを特徴とする。   The multilayer piezoelectric element of the present invention has a multilayer body in which at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrodes are alternately connected to the side surface of the multilayer body every other layer. In the laminated piezoelectric element having a pair of external electrodes and driven by applying an electric field to the external electrodes, the thermal expansion coefficient of the metal constituting the internal electrode is α1, and the thermal expansion coefficient of the metal constituting the external electrode is When α2, the ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2) is 0.9 or more and less than 1.

また、本発明の積層型圧電素子は、少なくとも1つの圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体を有し、該積層体の側面に前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極を具備し、該外部電極に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極と外部電極の接合部に中間層を設けることを特徴とする
さらに、前記内部電極を構成する金属組成物が、前記外部電極を構成する金属組成物の主成分を80質量%以上100質量%未満含んでいることを特徴とする。
In addition, the multilayer piezoelectric element of the present invention includes a multilayer body in which at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrodes are alternately disposed on the side surfaces of the multilayer body. In the laminated piezoelectric element that includes a pair of connected external electrodes and is driven by applying an electric field to the external electrodes, an intermediate layer is provided at a joint between the internal electrode and the external electrode. The metal composition constituting the electrode contains 80 to 100% by mass of the main component of the metal composition constituting the external electrode.

さらに、前記中間層が前記内部電極を構成する金属組成物と前記外部電極を構成する金属組成物からなることを特徴とする。   Furthermore, the intermediate layer is composed of a metal composition constituting the internal electrode and a metal composition constituting the external electrode.

さらに、前記中間層の熱膨張係数をα3としたとき、α1<α3<α2であることを特徴とする。   Furthermore, when the thermal expansion coefficient of the intermediate layer is α3, α1 <α3 <α2.

さらに、前記中間層の組成が前記内部電極中の金属組成から外部電極中の金属組成へと傾斜的に変化していることを特徴とする。   Furthermore, the composition of the intermediate layer is changed in a gradient from the metal composition in the internal electrode to the metal composition in the external electrode.

さらに、前記内部電極中及び前記外部電極中の金属組成物がVIII族金属および/またはIb族金属を主成分とすることを特徴とする。   Furthermore, the metal composition in the internal electrode and the external electrode is mainly composed of a Group VIII metal and / or a Group Ib metal.

さらに、前記内部電極中のVIII族金属の含有量をM1(質量%)、Ib族金属の含有量をM2(質量%)としたとき、0<M1≦15、85≦M2<100、M1+M2=100を満足することを特徴とする。   Further, when the content of the group VIII metal in the internal electrode is M1 (mass%) and the content of the group lb metal is M2 (mass%), 0 <M1 ≦ 15, 85 ≦ M2 <100, M1 + M2 = 100 is satisfied.

さらに、前記内部電極中のVIII族金属がNi、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がCu、Ag、Auのうち少なくとも1種以上であることを特徴とする。   Furthermore, the group VIII metal in the internal electrode is at least one of Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os, and the group Ib metal is at least one of Cu, Ag, and Au. It is characterized by that.

さらに、前記内部電極中のVIII族金属がPt、Pdのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がAg、Auのうち少なくとも1種以上であることを特徴とする。   Further, the group VIII metal in the internal electrode is at least one of Pt and Pd, and the group Ib metal is at least one of Ag and Au.

さらに、前記内部電極中のVIII族金属がNiであることを特徴とする。   Further, the Group VIII metal in the internal electrode is Ni.

さらに、前記内部電極中のIb族金属がCuであることを特徴とする。   Further, the group Ib metal in the internal electrode is Cu.

さらに、前記内部電極中に金属組成物とともに無機組成物を添加したことを特徴とする。   Furthermore, an inorganic composition is added to the internal electrode together with the metal composition.

さらに、前記無機組成物がPbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物を主成分とする。 Further, the inorganic composition contains a perovskite oxide composed of PbZrO 3 —PbTiO 3 as a main component.

さらに、前記圧電体がペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする。   Further, the piezoelectric body is mainly composed of a perovskite oxide.

さらに、前記圧電体がPbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする。 Further, the piezoelectric body is mainly composed of a perovskite oxide made of PbZrO 3 —PbTiO 3 .

さらに、前記積層体の焼成温度が900℃以上1000℃以下であることを特徴とする。   Furthermore, the firing temperature of the laminate is 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また、本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納された積層型圧電素子と、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。   The injection device of the present invention includes a storage container having an injection hole, a stacked piezoelectric element stored in the storage container, and a valve that ejects liquid from the injection hole by driving the stacked piezoelectric element. It is characterized by becoming.

このように、本発明の積層型圧電素子によれば、少なくとも1つの圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体を有し、該積層体の側面に前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極を具備し、該外部電極に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極を構成する金属の熱膨張係数をα1、外部電極を構成する金属の熱膨張係数をα2としたとき、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満とすることにより、積層型圧電素子を連続駆動させても、内部電極と外部電極の熱膨張係数の差が小さいので、素子の連続駆動回数が増加して素子温度が上昇しても、内部電極と外部電極との間で密着不良が生じて、連続駆動中のはがれや断線を抑制でき、実行変位量が小さくなる問題や、さらには、はがれた部分がスパークして破壊する問題も防止でき、装置の誤作動がなくなり、さらに、熱暴走のない優れた耐久性を有することができる。   Thus, according to the multilayer piezoelectric element of the present invention, the multilayer piezoelectric element has a multilayer body in which at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrode is formed on one side of the multilayer body. In a laminated piezoelectric element having a pair of external electrodes connected alternately and driven by applying an electric field to the external electrodes, the thermal expansion coefficient of the metal constituting the internal electrodes is α1, and the external electrodes are configured. When the coefficient of thermal expansion of the metal is α2, the ratio of the coefficient of thermal expansion (α1 / α2) is 0.9 or more and less than 1, so that even if the laminated piezoelectric element is continuously driven, the internal electrode and the external electrode Because the difference in thermal expansion coefficient is small, even if the number of continuous driving of the element increases and the element temperature rises, adhesion failure occurs between the internal electrode and the external electrode, suppressing peeling and disconnection during continuous driving Problem that the effective displacement is reduced, and Portion can be also prevented the problem of destruction by a spark, there is no malfunction of the device, further, it may have no superior durability thermal runaway.

また、本発明の積層型圧電素子は、少なくとも1つの圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体を有し、該積層体の側面に前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極を具備し、該外部電極に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極と外部電極の接合部に中間層を設けることにより、内部電極と外部電極の熱膨張差から生じる応力を緩和することができ、電極はがれを防止して、駆動中の耐久性を向上させることができる。   In addition, the multilayer piezoelectric element of the present invention includes a multilayer body in which at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrodes are alternately disposed on the side surfaces of the multilayer body. In a laminated piezoelectric element that includes a pair of connected external electrodes and is driven by applying an electric field to the external electrodes, by providing an intermediate layer at the junction between the internal electrodes and the external electrodes, The stress resulting from the difference in thermal expansion can be relieved, electrode peeling can be prevented, and durability during driving can be improved.

さらに、本発明の積層型圧電素子は、前記内部電極を構成する金属組成物が、前記外部電極を構成する金属組成物の主成分を80質量%以上100質量%未満含んでいることにより、内部電極中の金属部分と外部電極中の金属部分とが相互拡散して、内部電極と外部電極との間に極めて強い密着強度を発生することができる。そのため、内部電極と外部電極との間に熱膨張の差が生じても剥離することがない。さらに、前記外部電極を構成する金属組成物の主成分を80質量%以上100質量%未満含んでいることにより、内部電極と外部電極との間で新たな金属間化合物が形成されることがないので、積層型圧電素子を駆動した際に応力破壊の起点となる組成不均一箇所の形成を防止することができる。このことで、装置の誤作動がなくなり、さらに、熱暴走のない優れた耐久性を有することができる。   Furthermore, in the multilayer piezoelectric element of the present invention, the metal composition that constitutes the internal electrode contains the main component of the metal composition that constitutes the external electrode at 80% by mass or more and less than 100% by mass. The metal portion in the electrode and the metal portion in the external electrode can be diffused to generate extremely strong adhesion strength between the internal electrode and the external electrode. Therefore, even if a difference in thermal expansion occurs between the internal electrode and the external electrode, it does not peel off. Furthermore, when the main component of the metal composition constituting the external electrode is contained in an amount of 80% by mass or more and less than 100% by mass, no new intermetallic compound is formed between the internal electrode and the external electrode. Therefore, it is possible to prevent formation of a non-uniform compositional point that becomes a starting point of stress breakdown when the multilayer piezoelectric element is driven. This eliminates the malfunction of the apparatus, and can have excellent durability without thermal runaway.

さらに、本発明の積層型圧電素子は、前記中間層が前記内部電極を構成する金属組成物と前記外部電極を構成する金属組成物からなる成分で構成されていることにより、新たな金属間化合物あるいはガラス質が形成されず、応力破壊の起点となる硬くてもろい箇所の形成を防止することができる。   Furthermore, the multilayer piezoelectric element of the present invention is a new intermetallic compound because the intermediate layer is composed of a component comprising a metal composition constituting the internal electrode and a metal composition constituting the external electrode. Alternatively, no vitreous material is formed, and formation of a hard and brittle portion that becomes a starting point of stress fracture can be prevented.

さらに、本発明の積層型圧電素子は、中間層の熱膨張係数をα3としたとき、α1<α3<α2であることにより、内部電極と外部電極の熱膨張差に起因する応力を中間層が緩和することができるので、電極はがれを防止して、耐久性をより優れたものにすることができる。   Furthermore, in the multilayer piezoelectric element of the present invention, when the thermal expansion coefficient of the intermediate layer is α3, α1 <α3 <α2 so that the intermediate layer exhibits stress due to the difference in thermal expansion between the internal electrode and the external electrode. Since it can be mitigated, the electrode can be prevented from peeling off and the durability can be further improved.

さらに、本発明の積層型圧電素子は、前記中間層の組成が内部電極中の金属組成から外部電極中の金属組成へと傾斜的に変化していることにより、内部電極と外部電極の熱膨張差に起因する応力を中間層の一点に集中させずに緩和することができるので、電極はがれを防止し、内部電極と外部電極との密着強度を向上させて、耐久性をさらに優れたものにすることができる。   Furthermore, the multilayer piezoelectric element of the present invention has a thermal expansion of the internal electrode and the external electrode because the composition of the intermediate layer changes in a gradient from the metal composition in the internal electrode to the metal composition in the external electrode. Since stress caused by the difference can be relaxed without concentrating on one point of the intermediate layer, electrode peeling is prevented, adhesion strength between the internal electrode and external electrode is improved, and durability is further improved can do.

さらに、前記内部電極中及び前記外部電極中の金属組成物がVIII族金属および/またはIb族金属を主成分とすることにより、積層型圧電素子を連続駆動させても、シルバー・マイグレーション現象を防ぐことができるため、前記内部電極間の絶縁破壊を防ぐことができる。   Furthermore, the metal composition in the internal electrode and the external electrode is mainly composed of a Group VIII metal and / or a Group Ib metal, thereby preventing a silver migration phenomenon even when the multilayer piezoelectric element is driven continuously. Therefore, dielectric breakdown between the internal electrodes can be prevented.

さらに、前記内部電極中のVIII族金属の含有量をM1(質量%)、Ib族金属の含有量をM2(質量%)としたとき、0<M1≦15、85≦M2<100、M1+M2=100を満足することにより、前記内部電極の比抵抗を小さくできるため、積層型圧電素子を長時間連続駆動させても、前記内部電極部の発熱を抑制することができる。併せて、積層型圧電素子の温度上昇を抑制できるため、素子変位量を安定化することができる。   Further, when the content of the group VIII metal in the internal electrode is M1 (mass%) and the content of the group lb metal is M2 (mass%), 0 <M1 ≦ 15, 85 ≦ M2 <100, M1 + M2 = By satisfying 100, the specific resistance of the internal electrode can be reduced, so that heat generation of the internal electrode portion can be suppressed even when the multilayer piezoelectric element is continuously driven for a long time. In addition, since the temperature rise of the multilayer piezoelectric element can be suppressed, the element displacement can be stabilized.

さらに、前記VIII族金属がNi、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がCu,Ag、Auのうち少なくとも1種以上であることにより、前記内部電極の原料として、合金原料および混合粉原料のいずれでも使用することができる。   Furthermore, the group VIII metal is at least one or more of Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os, and the group Ib metal is at least one or more of Cu, Ag, and Au. As an internal electrode raw material, either an alloy raw material or a mixed powder raw material can be used.

さらに、前記VIII族金属がPt、Pdのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がAg、Auのうち少なくとも1種以上であることにより、耐熱性および耐酸化性に優れた前記内部電極を形成できる。   Furthermore, when the Group VIII metal is at least one of Pt and Pd and the Group Ib metal is at least one of Ag and Au, the internal electrode excellent in heat resistance and oxidation resistance can be obtained. Can be formed.

さらに、前記VIII族金属がNiであることにより、駆動時の変位によって生じる応力を緩和することができるとともに、耐熱性に優れた前記内部電極を形成できる。   Furthermore, when the Group VIII metal is Ni, it is possible to relieve stress caused by displacement during driving and to form the internal electrode with excellent heat resistance.

さらに、前記Ib族金属がCuであることにより、駆動時の変位によって生じる応力を緩和することができるとともに、熱伝導性に優れた前記内部電極を形成できる。   In addition, since the group Ib metal is Cu, stress generated by displacement during driving can be relieved and the internal electrode excellent in thermal conductivity can be formed.

さらに、前記内部電極中に金属組成物とともに無機組成物を添加することにより、前記内部電極と前記圧電体の界面の密着強度が増大するため、前記内部電極と前記圧電体の界面における剥離を抑制することができる。   Further, by adding an inorganic composition together with the metal composition to the internal electrode, the adhesion strength at the interface between the internal electrode and the piezoelectric body is increased, so that peeling at the interface between the internal electrode and the piezoelectric body is suppressed. can do.

さらに、前記圧電体がPbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物を主成分としたことにより、前記圧電体と前記内部電極を同時焼成することができるため、焼成工程を短縮でき、併せて、前記内部電極の比抵抗を小さくできる。 Furthermore, since the piezoelectric body is mainly composed of a perovskite oxide made of PbZrO 3 —PbTiO 3 , the piezoelectric body and the internal electrode can be fired at the same time. The specific resistance of the internal electrode can be reduced.

図1は本発明の積層型圧電素子の一実施例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は圧電体層と内部電極層との積層状態を示す斜視展開図である。   1A and 1B show an embodiment of a laminated piezoelectric element according to the present invention. FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a perspective development view showing a laminated state of a piezoelectric layer and an internal electrode layer.

本発明の積層型圧電素子は、図1に示すように、圧電体11と内部電極12とを交互に積層してなる積層体13の一対の対向側面において、内部電極12が露出した端部と、一層おきに電気的に導通する外部電極15が接合されている。また、積層体13の積層方向の両端の層には圧電体11で形成された不活性層を積層している。ここで、本発明の積層型圧電素子を積層型圧電アクチュエータとして使用する場合には、外部電極15にリード線を半田により接続固定し、前記リード線を外部電圧供給部に接続すればよい。   As shown in FIG. 1, the multilayer piezoelectric element of the present invention includes a pair of opposing side surfaces of a laminate 13 in which piezoelectric bodies 11 and internal electrodes 12 are alternately laminated, and an end portion where the internal electrodes 12 are exposed. The external electrodes 15 that are electrically conductive are joined every other layer. In addition, an inactive layer formed of the piezoelectric body 11 is stacked on both ends of the stacked body 13 in the stacking direction. Here, when the multilayer piezoelectric element of the present invention is used as a multilayer piezoelectric actuator, a lead wire may be connected and fixed to the external electrode 15 with solder, and the lead wire may be connected to an external voltage supply unit.

圧電体11間には内部電極12が配されているが、この内部電極12は銀―パラジウム等の金属材料で形成しているので、内部電極12を通じて各圧電体11に所定の電圧を印加し、圧電体11を逆圧電効果による変位を起こさせる作用を有する。   An internal electrode 12 is arranged between the piezoelectric bodies 11. Since the internal electrode 12 is formed of a metal material such as silver-palladium, a predetermined voltage is applied to each piezoelectric body 11 through the internal electrode 12. The piezoelectric body 11 has a function of causing displacement due to the reverse piezoelectric effect.

これに対して、不活性層14は内部電極12が配されていない複数の圧電体11の層であるため、電圧を印加しても変位を生じない。   On the other hand, since the inert layer 14 is a layer of a plurality of piezoelectric bodies 11 in which the internal electrode 12 is not disposed, no displacement occurs even when a voltage is applied.

そして本発明の積層型圧電素子では、少なくとも1つの圧電体11と複数の内部電極12とを交互に積層してなる積層体13を有し、該積層体の側面に前記内部電極12が一層おきに交互に接続された一対の外部電極15を具備し、該外部電極15に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極12を構成する金属元素の熱膨張係数をα1、外部電極15を構成する金属の熱膨張係数をα2としたとき、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満としてある。   The laminated piezoelectric element of the present invention has a laminated body 13 in which at least one piezoelectric body 11 and a plurality of internal electrodes 12 are alternately laminated, and the internal electrodes 12 are arranged on one side of the laminated body. In the laminated piezoelectric element having a pair of external electrodes 15 alternately connected to each other and driven by applying an electric field to the external electrodes 15, the thermal expansion coefficient of the metal element constituting the internal electrode 12 is α1, the external electrodes The thermal expansion coefficient ratio (α1 / α2) is 0.9 or more and less than 1, where α2 is the coefficient of thermal expansion of the metal composing 15.

これは、上記熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9より小さくなると、内部電極12中金属の熱膨張係数と外部電極15中金属の熱膨張係数との差が大きくなりすぎるために、素子の連続駆動回数が増加して素子温度が上昇すると、内部電極12と外部電極15との接合部で密着不良が生じて、積層型圧電素子の実効変位量が小さくなったり、連続駆動中に各電極にはがれが生じたり、内部電極12と外部電極15の接合部に断線が発生するからである。一方、熱膨張係数の比(α1/α2)が1以上になると、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極12の熱膨張に加え、圧電磁器自体が寸法変化するため、内部電極12と外部電極15の接合部にかかる負荷が大きくなる。そのため、積層型圧電素子の耐久性が落ちたり、実効変位量が小さくなるとともに、連続駆動中に上述したようなはがれや断線が発生するからである。   This is because when the ratio of the thermal expansion coefficients (α1 / α2) is smaller than 0.9, the difference between the thermal expansion coefficient of the metal in the internal electrode 12 and the thermal expansion coefficient of the metal in the external electrode 15 becomes too large. When the number of continuous driving of the element increases and the element temperature rises, adhesion failure occurs at the joint between the internal electrode 12 and the external electrode 15, and the effective displacement amount of the multilayer piezoelectric element becomes small or during continuous driving. This is because each electrode is peeled off or a disconnection occurs at the joint between the internal electrode 12 and the external electrode 15. On the other hand, when the ratio of the thermal expansion coefficients (α1 / α2) is 1 or more, the piezoelectric ceramic itself changes in size in addition to the thermal expansion of the internal electrode 12 when the multilayer piezoelectric element is continuously driven. And the load concerning the junction part of the external electrode 15 becomes large. For this reason, the durability of the multilayer piezoelectric element is reduced, the effective displacement amount is reduced, and peeling or disconnection as described above occurs during continuous driving.

即ち、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満とすることで、積層型圧電素子の実行変位量が小さくなる問題や、はがれた部分がスパークして破壊する問題も防止できる。併せて、装置の誤作動がなくなり、熱暴走のない優れた耐久性を有することができる。   That is, when the ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2) is 0.9 or more and less than 1, the problem that the effective displacement amount of the multilayer piezoelectric element is reduced and the problem that the peeled portion is sparked and broken are prevented. it can. In addition, the malfunction of the apparatus is eliminated, and excellent durability without thermal runaway can be achieved.

上記に示したような本発明の積層型圧電素子において、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満とするために以下のようにすればよい。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention as described above, the ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2) may be set as follows in order to set it to 0.9 or more and less than 1.

これまで、積層型熱電素子を作製するためには、圧電体11と内部電極12を交互に積層した後、同時焼成して圧電磁器と内部電極12を焼結させて、その後、外部電極15を設けていた。この際、圧電体11と内部電極12を同時に焼結させるために、内部電極12材料として、銀単体よりも焼結温度が高く、パラジウムや白金単体よりも焼結温度が低い特徴をもつ銀とパラジウムの合金金属を内部電極11材料に用いていた。一方、外部電極15としては、圧電体11と内部電極12を同時焼成させた温度よりも低い温度で形成するために、銀にガラスフリットを添加した銀ペーストを印刷して焼成していた。しかしながら、これらの内部電極12と外部電極15の金属材料の不一致は、熱膨張の差を発生させて素子の耐久性の低下を生じていた。即ち、熱膨張係数の比(α1/α2)で表すと、0.9よりも小さいものであった。   Up to now, in order to produce a laminated thermoelectric element, the piezoelectric bodies 11 and the internal electrodes 12 are alternately laminated, and then simultaneously fired to sinter the piezoelectric ceramic and the internal electrodes 12. It was provided. At this time, in order to sinter the piezoelectric body 11 and the internal electrode 12 at the same time, as the internal electrode 12 material, silver having a feature that the sintering temperature is higher than that of silver alone and the sintering temperature is lower than that of palladium or platinum alone. An alloy metal of palladium was used for the internal electrode 11 material. On the other hand, in order to form the external electrode 15 at a temperature lower than the temperature at which the piezoelectric body 11 and the internal electrode 12 were simultaneously fired, a silver paste obtained by adding glass frit to silver was printed and fired. However, the mismatch between the metal materials of the internal electrode 12 and the external electrode 15 causes a difference in thermal expansion, resulting in a decrease in durability of the element. That is, it was smaller than 0.9 when expressed by the ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2).

これに対して、本発明では熱膨張係数の比(α1/α2)を0.9以上1未満とするために、熱膨張係数の近い電極材料で内部電極12と外部電極15を構成したり、熱膨張係数の近い無機化合物を内部電極12と外部電極15に添加する必要がある。特にこれらの電極中の金属と無機化合物を均一分散させずに、内部電極12金属と外部電極15金属が接合する箇所には金属成分が偏在するようにすると、内部電極抵抗を小さくして素子温度の上昇を抑制することに効果的である。そのためには、外部電極15の焼成時において、最大焼成温度からの降温速度を遅くする方法がある。具体的には、降温速度を600℃/時以下にすればよく、好ましくは300℃/時以下にすればよい。そして、素子の耐久性を高くするには、好ましくは、熱膨張係数の比(α1/α2)を0.95以上1未満に、より好ましくは、熱膨張係数の比(α1/α2)を0.97以上1未満とすることで達成できる。   On the other hand, in the present invention, in order to set the ratio (α1 / α2) of the thermal expansion coefficient to 0.9 or more and less than 1, the internal electrode 12 and the external electrode 15 are configured with an electrode material having a similar thermal expansion coefficient, It is necessary to add an inorganic compound having a thermal expansion coefficient close to the internal electrode 12 and the external electrode 15. In particular, if the metal component is unevenly distributed at the location where the internal electrode 12 metal and the external electrode 15 metal are joined without uniformly dispersing the metal and the inorganic compound in these electrodes, the internal electrode resistance is reduced and the element temperature is reduced. It is effective in suppressing the rise of For this purpose, there is a method of slowing the rate of temperature decrease from the maximum firing temperature when firing the external electrode 15. Specifically, the temperature lowering rate may be 600 ° C./hour or less, preferably 300 ° C./hour or less. In order to increase the durability of the element, the ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2) is preferably 0.95 or more and less than 1, more preferably, the ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2) is 0. It can be achieved by setting it to 97 or more and less than 1.

また、本発明の積層型圧電素子は、図2に示すように、少なくとも1つの圧電体11と複数の内部電極12とを交互に積層してなる積層体13を有し、該積層体13の側面に内部電極12が一層おきに交互に接続された一対の外部電極15を具備し、該外部電極15に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極12と外部電極15の接合部に中間層20を設けなければならない。   Further, as shown in FIG. 2, the multilayer piezoelectric element of the present invention has a multilayer body 13 in which at least one piezoelectric body 11 and a plurality of internal electrodes 12 are alternately stacked. In a laminated piezoelectric element that includes a pair of external electrodes 15 in which the internal electrodes 12 are alternately connected to every other side surface and is driven by applying an electric field to the external electrodes 15, the bonding of the internal electrodes 12 and the external electrodes 15 The intermediate layer 20 must be provided in the part.

これは、例えば、スパッタリング等の薄膜作製技術で外部電極15を形成すると、中間層を形成できないので、内部電極12と外部電極15の熱膨張差に起因する応力が内部電極12と外部電極15とに接合部に集中し、積層型圧電素子を駆動した場合、内部電極12と外部電極15との接合部で破断して、破断面でスパークしたり、素子の駆動が停止しやすくなる。   This is because, for example, if the external electrode 15 is formed by a thin film manufacturing technique such as sputtering, an intermediate layer cannot be formed, so that stress caused by a difference in thermal expansion between the internal electrode 12 and the external electrode 15 is caused by the internal electrode 12 and the external electrode 15. When the laminated piezoelectric element is driven to concentrate on the joint portion, it breaks at the joint portion between the internal electrode 12 and the external electrode 15 and sparks at the fracture surface, or the driving of the element is easily stopped.

一方、中間層20を形成するには、外部電極15を焼き付けにより形成して、内部電極12と外部電極15に含まれる金属成分を相互拡散させればよい。   On the other hand, in order to form the intermediate layer 20, the external electrode 15 may be formed by baking, and the metal components contained in the internal electrode 12 and the external electrode 15 may be interdiffused.

具体的には、内部電極焼成温度よりも低い温度で外部電極中に液相が形成できるように低融点ガラスフリットを添加した外部電極ペーストを焼き付ける手法である。しかし、上記手法のみでは中間層20を形成できないので、さらに、外部電極15を構成する金属の酸化物を外部電極ペーストに添加し、液相中における外部電極金属の分散を促進させればよい。これによって、外部電極15の焼結を進行させると同時に、外部電極15と接する内部電極12中に液相を介して内部電極と外部電極との接合部に中間層20を形成することができる。この際、外部電極ペーストに添加するものとして、外部電極15を構成する金属酸化物のみであっても良いが、液相を低温で形成させるために、他のガラス成分との混合、あるいはあらかじめガラスフリット成分として外部電極を構成する金属の酸化物を添加することが好ましい。   Specifically, this is a method of baking an external electrode paste to which a low melting point glass frit is added so that a liquid phase can be formed in the external electrode at a temperature lower than the internal electrode firing temperature. However, since the intermediate layer 20 cannot be formed only by the above method, a metal oxide constituting the external electrode 15 may be further added to the external electrode paste to promote dispersion of the external electrode metal in the liquid phase. As a result, the sintering of the external electrode 15 proceeds, and at the same time, the intermediate layer 20 can be formed in the internal electrode 12 in contact with the external electrode 15 at the junction between the internal electrode and the external electrode via the liquid phase. At this time, only the metal oxide constituting the external electrode 15 may be added to the external electrode paste. However, in order to form a liquid phase at a low temperature, it is mixed with other glass components or glass in advance. It is preferable to add an oxide of a metal constituting the external electrode as a frit component.

また、中間層20の形成を確認する方法は、顕微鏡によっても良いが、好ましくはSEMによって確認することができる。   Moreover, although the method of confirming formation of the intermediate | middle layer 20 may be with a microscope, Preferably it can confirm with SEM.

尚、内部電極12を構成する金属元素の熱膨張係数をα1、外部電極15を構成する金属の熱膨張係数をα2としたとき、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満であり、かつ内部電極12と外部電極15の接合部に中間層20を設けることで、耐久性の極めて優れた積層型圧電素子となる。   When the thermal expansion coefficient of the metal element constituting the internal electrode 12 is α1, and the thermal expansion coefficient of the metal constituting the external electrode 15 is α2, the ratio of thermal expansion coefficients (α1 / α2) is 0.9 or more and 1 By providing the intermediate layer 20 at the joint between the internal electrode 12 and the external electrode 15, a laminated piezoelectric element having extremely excellent durability can be obtained.

このとき、内部電極12を構成する金属組成物の80質量%以上が外部電極15を構成する金属組成物の主成分であることにより、内部電極12中の金属部分と外部電極15中の金属部分とが相互拡散することができると同時に、新たな金属間化合物や合金が形成されないため、内部電極12と外部電極15の接合部において、応力破壊の起点となる組成不均一箇所の形成を防止することができる。これにより、装置の誤作動がなくなり、さらに、熱暴走のない優れた耐久性を有することができる。一方、内部電極12の金属組成物を外部電極15の金属組成物の主成分を80質量%未満で構成すると、内部電極12と外部電極15との間で新たな金属間化合物や合金が形成され、該形成部が硬くもろくなる問題が生じる場合がある。特に積層型圧電素子は駆動により寸法が変化する素子であるから、寸法変化に伴い、外部電極15と内部電極12の接合部に応力が負荷される。この接合部に硬くもろい金属間化合物や合金が形成されると、素子の変形が伴う連続駆動中に上述したようなはがれや断線が発生する場合がある。一方、外部電極15を構成する金属組成物の主成分のみで内部電極12を構成すると、相互拡散により中間層20を形成できない。そのため、内部電極12と外部電極15の接合部に応力緩和層が形成されないので、連続駆動時に積層型圧電素子が変位した際、耐久性を有することができない。   At this time, 80% by mass or more of the metal composition constituting the internal electrode 12 is the main component of the metal composition constituting the external electrode 15, so that the metal part in the internal electrode 12 and the metal part in the external electrode 15 Can be mutually diffused, and at the same time, no new intermetallic compound or alloy is formed, so that formation of a non-uniform compositional point that becomes a starting point of stress breakdown is prevented at the joint between the internal electrode 12 and the external electrode 15. be able to. As a result, malfunction of the apparatus can be eliminated, and excellent durability without thermal runaway can be achieved. On the other hand, when the metal composition of the internal electrode 12 is composed of less than 80% by mass of the main component of the metal composition of the external electrode 15, a new intermetallic compound or alloy is formed between the internal electrode 12 and the external electrode 15. In some cases, the formation portion may become hard and brittle. In particular, since the laminated piezoelectric element is an element whose dimensions change by driving, a stress is applied to the joint between the external electrode 15 and the internal electrode 12 as the dimension changes. When a hard and brittle intermetallic compound or alloy is formed at this joint, the above-described peeling or disconnection may occur during continuous driving accompanied by deformation of the element. On the other hand, if the internal electrode 12 is constituted only by the main component of the metal composition constituting the external electrode 15, the intermediate layer 20 cannot be formed by mutual diffusion. Therefore, since a stress relaxation layer is not formed at the joint between the internal electrode 12 and the external electrode 15, durability cannot be achieved when the stacked piezoelectric element is displaced during continuous driving.

尚、素子の耐久性を高くするには、好ましくは、内部電極12を構成する金属組成物の85質量%以上が外部電極15を構成する金属組成物の主成分であること、より好ましくは、90質量%以上、さらに好ましくは、95質量%とすることで達成できる。   In order to increase the durability of the element, 85% by mass or more of the metal composition constituting the internal electrode 12 is preferably the main component of the metal composition constituting the external electrode 15, more preferably, 90 mass% or more, More preferably, it can achieve by setting it as 95 mass%.

また、本発明の積層型圧電素子は、中間層20を内部電極12を構成する金属成分と外部電極15を構成する金属成分からなる成分で構成することが好ましい。これにより、内部電極12と外部電極15が相互拡散して極めて強い密着強度を有することができる。さらに、内部電極12を焼成するときの雰囲気と、外部電極15を焼成する時の雰囲気を同一にすることができるので、焼成雰囲気変化に伴う、電極構成金属の酸化還元反応等の化学反応を防止することができるの。そのため、内部電極12と外部電極15との間で密着不良が生じて連続駆動中に上述したようなはがれや断線を抑制でき、装置の誤作動がなくなり、さらに、熱暴走のない優れた耐久性を有することができる。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the intermediate layer 20 is preferably composed of a component composed of a metal component constituting the internal electrode 12 and a metal component constituting the external electrode 15. Thereby, the internal electrode 12 and the external electrode 15 can mutually diffuse and can have very strong adhesion strength. Furthermore, since the atmosphere when firing the internal electrode 12 and the atmosphere when firing the external electrode 15 can be made the same, it prevents chemical reactions such as oxidation-reduction reactions of the electrode constituent metals accompanying the firing atmosphere change. I can do it. Therefore, adhesion failure occurs between the internal electrode 12 and the external electrode 15, and the above-described peeling and disconnection can be suppressed during continuous driving, the device does not malfunction, and excellent durability without thermal runaway Can have.

ここで、中間層20にガラス質等の無機化合物が存在すると内部電極12と外部電極15との熱膨張差に起因する応力が中間層20に集中するため、金属よりも硬くてもろい無機化合物が破壊の起点となるため、素子の変形が伴う連続駆動中に上述したようなはがれや断線が発生する場合がある。   Here, when an inorganic compound such as glassy is present in the intermediate layer 20, stress due to the difference in thermal expansion between the internal electrode 12 and the external electrode 15 concentrates on the intermediate layer 20, so that an inorganic compound that is harder than metal and brittle Since this is a starting point of destruction, the above-described peeling or disconnection may occur during continuous driving accompanied by element deformation.

中間層20を内部電極12を構成する金属成分と外部電極15を構成する金属成分からなる成分で構成するには、外部電極形成時に、外部電極酸化物が加わった液相を形成させて内部電極金属と外部電極金属間に金属成分を選択的に結晶成長させ、中間層20外部に液相成分を追い出して中間層20を形成させる。そのためには、外部電極焼成温度を保持する時には液相を形成し、冷却段階では中間層20内に無機化合物を残留させないことが求められるが、ガラスフリットに外部電極酸化物を添加することで、焼成冷却時に外部電極酸化物の金属成分が中間層20に取り込まれ、液相が中間層20周辺でガラス層として析出することができる。このとき、冷却速度が速いと外部電極酸化物の金属成分が中間層20に取り込まれるよりも先に、酸化物のまま中間層20内に形成されてしまうので、焼成保持温度から600℃までの冷却速度を500℃/時間よりも遅くすればよい。   In order to form the intermediate layer 20 with a component composed of a metal component constituting the internal electrode 12 and a metal component constituting the external electrode 15, a liquid phase to which an external electrode oxide is added is formed during the formation of the external electrode. The metal component is selectively crystal-grown between the metal and the external electrode metal, and the liquid phase component is driven out of the intermediate layer 20 to form the intermediate layer 20. For this purpose, it is required to form a liquid phase when maintaining the external electrode firing temperature and not leave the inorganic compound in the intermediate layer 20 in the cooling stage, but by adding external electrode oxide to the glass frit, During firing and cooling, the metal component of the external electrode oxide is taken into the intermediate layer 20, and the liquid phase can be deposited as a glass layer around the intermediate layer 20. At this time, if the cooling rate is high, the metal component of the external electrode oxide is formed in the intermediate layer 20 as it is before the metal component of the external electrode oxide is taken into the intermediate layer 20. The cooling rate may be slower than 500 ° C./hour.

また、本発明の積層型圧電素子は、前記中間層20の熱膨張係数をα3としたとき、α3がα1およびα2よりも大きくても小さくても素子駆動中の応力が中間層20に集中して破断する。さらに、α2<α3<α1であると、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極12の熱膨張に加え、圧電磁器自体が寸法変化するため、内部電極12と外部電極15の接合部分にかかる負荷が大きくなり、耐久性が落ちたり、実効変位量が小さくなったり、連続駆動中にはがれたり断線することが発生する。そこで、α1<α3<α2であることにより、内部電極12と外部電極15が相互拡散して極めて強い密着強度を発生することができる上に、内部電極と外部電極との熱膨張差に起因する応力が中間層全体に集中するため、応力の1点集中をさけることができ、内部電極12と外部電極15との間で密着不良が生じて連続駆動中に上述したようなはがれや断線を抑制でき、装置の誤作動がなくなり、さらに、熱暴走のない優れた耐久性を有することができる。中間層20の熱膨張係数は、SEM観察中に観察箇所の温度を計測しながら加熱して、温度と中間層20の寸法を計測することで測定できる。あるいは、同一組成の試料を別途作製して熱膨張係数を求めることもできる。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, when the thermal expansion coefficient of the intermediate layer 20 is α3, stress during element driving is concentrated on the intermediate layer 20 regardless of whether α3 is larger or smaller than α1 and α2. Break. Further, when α2 <α3 <α1, when the laminated piezoelectric element is continuously driven, the piezoelectric ceramic itself changes in size in addition to the thermal expansion of the internal electrode 12, and therefore, the joint portion between the internal electrode 12 and the external electrode 15 As a result, the load applied to the surface becomes large, the durability is lowered, the effective displacement amount is reduced, and peeling or disconnection occurs during continuous driving. Therefore, by satisfying α1 <α3 <α2, the internal electrode 12 and the external electrode 15 can mutually diffuse to generate a very strong adhesion strength, and also due to a difference in thermal expansion between the internal electrode and the external electrode. Since stress is concentrated on the entire intermediate layer, it is possible to avoid concentration of stress at one point, and adhesion failure occurs between the internal electrode 12 and the external electrode 15 to suppress the peeling and disconnection as described above during continuous driving. In addition, the malfunction of the apparatus can be eliminated, and furthermore, excellent durability without thermal runaway can be achieved. The thermal expansion coefficient of the intermediate layer 20 can be measured by measuring the temperature and the dimension of the intermediate layer 20 by heating while measuring the temperature at the observation location during SEM observation. Alternatively, a sample having the same composition can be separately prepared to obtain the thermal expansion coefficient.

また、本発明の積層型圧電素子は、前記中間層20の組成が内部電極12中の金属組成から外部電極15中の金属組成へと傾斜的に変化していることが好ましい。これにより、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極12の熱膨張に加え、圧電磁器自体が寸法変化しても、内部電極12と中間層20、及び外部電極15と中間層20との間における応力集中を抑制し、中間層20全体で応力を吸収することができるので、内部電極12と外部電極15との間の密着不良による連続駆動中のはがれや断線を抑制でき、装置の誤作動がなくなり、さらに、熱暴走のない優れた耐久性を有することができる。そのためには、外部電極を素子に装着する場合、熱処理することが必要である。特に内部電極の金属組成と外部電極の金属組成が相互拡散してかつ均一組成になることを抑制するために、内部電極の金属組成と外部電極の金属組成での融点あるいは液相線よりも低い温度で熱処理することが必要である。好ましくは、融点あるいは液相線の絶対温度の50%から95%の温度、さらに好ましくは80%から95%の温度で熱処理することで、前記中間層20の組成が内部電極12中の金属組成から外部電極15中の金属組成へと傾斜的に変化させることができる。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, it is preferable that the composition of the intermediate layer 20 changes in a gradient manner from the metal composition in the internal electrode 12 to the metal composition in the external electrode 15. As a result, when the multilayer piezoelectric element is continuously driven, the internal electrode 12 and the intermediate layer 20, and the external electrode 15 and the intermediate layer 20, even if the piezoelectric ceramic itself changes in size in addition to the thermal expansion of the internal electrode 12. Since the stress concentration between the internal electrode 12 and the external electrode 15 can be absorbed, the peeling and disconnection during continuous driving due to poor adhesion between the internal electrode 12 and the external electrode 15 can be suppressed. There is no malfunction, and it can have excellent durability without thermal runaway. For this purpose, heat treatment is required when the external electrode is mounted on the element. In particular, in order to prevent the metal composition of the internal electrode and the metal composition of the external electrode from diffusing and becoming uniform, the melting point or the liquidus is lower than the metal composition of the internal electrode and the metal composition of the external electrode. It is necessary to heat-treat at the temperature. Preferably, heat treatment is performed at a temperature of 50% to 95%, more preferably 80% to 95% of the melting point or the absolute temperature of the liquidus, so that the composition of the intermediate layer 20 is a metal composition in the internal electrode 12. To the metal composition in the external electrode 15 can be changed in a gradient manner.

さらに、内部電極12中及び前記外部電極中の金属組成物がVIII族金属および/またはIb族金属を主成分とすることが望ましい。これは、上記の金属組成物は高い耐熱性を有するため、焼成温度の高い圧電体11と内部電極12を同時焼成することも可能である。   Furthermore, it is desirable that the metal composition in the internal electrode 12 and in the external electrode is mainly composed of a Group VIII metal and / or a Group Ib metal. This is because the above-described metal composition has high heat resistance, so that the piezoelectric body 11 and the internal electrode 12 having a high firing temperature can be fired simultaneously.

さらに、内部電極12中の金属組成物がVIII族金属の含有量をM1(質量%)、Ib族金属の含有量をM2(質量%)としたとき、0<M1≦15、85≦M2<100、M1+M2=100を満足する金属組成物を主成分とすることが好ましい。これは、VIII族金属が15質量%を超えると、内部電極12の比抵抗が大きくなり、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極12が発熱する場合があるからである。また、内部電極2中のIb族金属の圧電体11へのマイグレーションを抑制するために、VIII族金属が0.001質量%以上15質量%以下とすることが好ましい。また、積層型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、0.1質量%以上10質量%以下が好ましい。また、熱伝導に優れ、より高い耐久性を必要とする場合は0.5質量%以上9.5質量%以下がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は2質量%以上8質量%がさらに好ましい。   Further, when the metal composition in the internal electrode 12 has a group VIII metal content of M1 (mass%) and a group Ib metal content of M2 (mass%), 0 <M1 ≦ 15, 85 ≦ M2 < It is preferable that the main component is a metal composition satisfying 100 and M1 + M2 = 100. This is because when the Group VIII metal exceeds 15 mass%, the specific resistance of the internal electrode 12 increases, and the internal electrode 12 may generate heat when the stacked piezoelectric element is continuously driven. Further, in order to suppress migration of the group Ib metal in the internal electrode 2 to the piezoelectric body 11, the group VIII metal is preferably 0.001% by mass to 15% by mass. Moreover, 0.1 mass% or more and 10 mass% or less are preferable at the point of improving the durability of a laminated piezoelectric element. Moreover, when it is excellent in heat conduction and needs higher durability, 0.5 mass% or more and 9.5 mass% or less are more preferable. In addition, when higher durability is required, 2% by mass or more and 8% by mass are more preferable.

ここで、Ib族金属が85質量%未満になると、内部電極12の比抵抗が大きくなり、積層型圧電素子を連続駆動させた場合、内部電極12が発熱する場合があるからである。また、内部金属12中のIb族金属の圧電体11へのマイグレーションを抑制するために、Ib族金属が85質量%以上99.999質量%以下とすることが好ましい。また、積層型圧電素子の耐久性を向上させるという点では、90質量%以上99.9質量%が好ましい。また、より高い耐久性を必要とする場合は90.5質量%以上99.5質量%がより好ましい。また、さらに高い耐久性を求める場合は92質量%以上98質量%がさらに好ましい。   Here, when the group Ib metal content is less than 85% by mass, the specific resistance of the internal electrode 12 increases, and the internal electrode 12 may generate heat when the laminated piezoelectric element is continuously driven. Further, in order to suppress migration of the group Ib metal in the internal metal 12 to the piezoelectric body 11, the group Ib metal is preferably set to 85 mass% or more and 99.999 mass% or less. Moreover, 90 mass% or more and 99.9 mass% are preferable in the point of improving the durability of a laminated piezoelectric element. Moreover, when higher durability is required, 90.5 mass% or more and 99.5 mass% are more preferable. Moreover, when the further high durability is calculated | required, 92 to 98 mass% is further more preferable.

上記の内部電極12中の金属成分の質量%を示すVIII族金属、Ib族金属はEPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等の分析方法で特定できる。   The Group VIII metal and the Group Ib metal showing the mass% of the metal component in the internal electrode 12 can be specified by an analysis method such as an EPMA (Electron Probe Micro Analysis) method.

さらに、本発明の内部電極12中の金属成分は、VIII族金属がNi、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がCu,Ag、Auのうち少なくとも1種以上であることが好ましい。これは、近年における合金粉末合成技術において量産性に優れた金属組成であるからである。   Furthermore, the metal component in the internal electrode 12 of the present invention is such that the group VIII metal is at least one of Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os, and the group Ib metal is Cu, Ag, or Au. Of these, at least one is preferable. This is because the metal composition has excellent mass productivity in recent alloy powder synthesis techniques.

さらに、内部電極12中の金属成分は、VIII族金属がPt、Pdのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がAg、Auのうち少なくとも1種以上であることが好ましい。これにより、耐熱性に優れ、比抵抗の小さな内部電極12を形成できる可能性がある。   Furthermore, it is preferable that the metal component in the internal electrode 12 is a group VIII metal of at least one of Pt and Pd and a group Ib metal of at least one of Ag and Au. Thereby, there is a possibility that the internal electrode 12 having excellent heat resistance and small specific resistance can be formed.

さらに、内部電極12中の金属成分は、VIII族金属がNiであることが好ましい。これにより、耐熱性に優れた内部電極12を形成できる可能性がある。   Further, the metal component in the internal electrode 12 is preferably a group VIII metal Ni. Thereby, the internal electrode 12 excellent in heat resistance may be formed.

さらに、内部電極12中の金属成分は、Ib族金属がCuであることが好ましい。これにより、耐熱性および熱伝導性に優れた内部電極12を形成できる可能性がある。   Further, the metal component in the internal electrode 12 is preferably a group Ib metal of Cu. Thereby, the internal electrode 12 excellent in heat resistance and thermal conductivity may be formed.

さらに、内部電極12中には、金属組成物とともに無機組成物を添加することが好ましい。これにより、内部電極12と圧電体11を強固に結合できる可能性があり、前記無機組成物がPbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to add an inorganic composition to the internal electrode 12 together with the metal composition. Accordingly, there is a possibility that the internal electrode 12 and the piezoelectric body 11 can be firmly bonded, and it is preferable that the inorganic composition contains a perovskite oxide composed of PbZrO 3 —PbTiO 3 as a main component.

さらに、圧電体11がペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。これは、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)を代表とするペロブスカイト型圧電セラミックス材料等で形成されると、その圧電特性を示す圧電歪み定数d33が高いことから、変位量を大きくすることができ、さらに、圧電体11と内部電極12を同時に焼成することもできる。上記に示した圧電体11としては、圧電歪み定数d33が比較的高いPbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the piezoelectric body 11 has a perovskite oxide as a main component. This is because, for example, when formed of a perovskite type piezoelectric ceramic material typified by barium titanate (BaTiO 3 ) or the like, the piezoelectric strain constant d 33 indicating the piezoelectric characteristics is high, so that the amount of displacement can be increased. Further, the piezoelectric body 11 and the internal electrode 12 can be fired simultaneously. The piezoelectric body 11 described above preferably contains a perovskite oxide composed of PbZrO 3 —PbTiO 3 having a relatively high piezoelectric strain constant d 33 as a main component.

さらに、焼成温度が900℃以上1000℃以下であることが好ましい。これは、焼成温度が900℃以下では、焼成温度が低いため焼成が不十分となり、緻密な圧電体11を作製が困難になる。また、焼成温度が1000℃を超えると、焼成時の内部電極12の収縮と圧電体11の収縮のずれから起因した応力が大きくなり、積層型圧電素子の連続駆動時にクラックが発生する可能性があるからである。   Furthermore, it is preferable that a calcination temperature is 900 degreeC or more and 1000 degrees C or less. This is because when the firing temperature is 900 ° C. or lower, the firing temperature is low, and thus firing is insufficient, making it difficult to manufacture the dense piezoelectric body 11. Further, if the firing temperature exceeds 1000 ° C., the stress due to the difference between the shrinkage of the internal electrode 12 and the shrinkage of the piezoelectric body 11 during firing becomes large, and cracks may occur during continuous driving of the multilayer piezoelectric element. Because there is.

次に、本発明の積層型圧電素子の製法を説明する。   Next, a method for producing the multilayer piezoelectric element of the present invention will be described.

本発明の積層型圧電素子は、まず、PbZrO−PbTiO等からなるペロブスカイト型酸化物の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、ブチラール系等の有機高分子から成るバインダーと、DOP(フタル酸ジオチル)、DBP(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体11となるセラミックグリーンシートを作製する。 The multilayer piezoelectric element of the present invention includes a calcined powder of a perovskite oxide piezoelectric ceramic made of PbZrO 3 —PbTiO 3 or the like, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, and DOP (phthalate). A ceramic green sheet that becomes a piezoelectric body 11 by mixing a slurry with a plasticizer such as dioctyl acid) or DBP (dibutyl phthalate), and then forming the slurry by a tape molding method such as a known doctor blade method or calendar roll method. Is made.

次に、銀−パラジウム等の内部電極を構成する金属粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって1〜40μmの厚みに印刷する。   Next, a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder, a plasticizer, and the like to the metal powder constituting the internal electrode such as silver-palladium, and this is applied to the upper surface of each green sheet by 1-40 μm by screen printing or the like. Print on thickness.

そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数積層し、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、900〜1200℃で焼成することによって積層体13が作製される。   Then, a plurality of green sheets with conductive paste printed on the upper surface are laminated, the binder is debindered at a predetermined temperature, and then fired at 900 to 1200 ° C., whereby the laminate 13 is produced.

このとき、不活性層14の部分のグリーンシートに、銀−パラジウム等の内部電極を構成する金属粉末を添加したり、不活性層14の部分のグリーンシートを積層する際に、銀−パラジウム等の内部電極を構成する金属粉末やその他の焼結助剤を、グリーンシートを構成する無機化合物、バインダー、および可塑剤からなるスラリーに混合してグリーンシート上に印刷することで、不活性層14とその他の部分の焼結時の収縮挙動ならびに収縮率を一致させることができるので、緻密な積層体を形成することができる。   At this time, when adding a metal powder constituting an internal electrode such as silver-palladium to the green sheet of the inert layer 14 or laminating the green sheet of the inert layer 14, silver-palladium or the like. Inert layer 14 is prepared by mixing the metal powder constituting the internal electrode and other sintering aids in a slurry comprising an inorganic compound, binder and plasticizer constituting the green sheet and printing on the green sheet. Since the shrinkage behavior and shrinkage rate of the other portions can be made to coincide with each other, a dense laminate can be formed.

尚、積層体13は、上記製法によって作製されるものに限定されるものではなく、複数の圧電体11と複数の内部電極12とを交互に積層してなる積層体13を作製できれば、どのような製法によって形成されても良い。   In addition, the laminated body 13 is not limited to what is produced by the said manufacturing method, If what can produce the laminated body 13 which laminates | stacks alternately the several piezoelectric body 11 and the some internal electrode 12 will be what? It may be formed by any manufacturing method.

その後、積層型圧電素子の側面に端部が露出する内部電極12と端部が露出しない内部電極12とを交互に形成して、端部が露出していない内部電極12と外部電極15間の圧電体部分に溝を形成して、この溝内に、圧電体11よりもヤング率の低い、樹脂またはゴム等の絶縁体を形成する。ここで、前記溝は内部ダイシング装置等で積層体13の側面に形成される。   Thereafter, the internal electrodes 12 whose ends are exposed and the internal electrodes 12 whose ends are not exposed are alternately formed on the side surfaces of the multilayer piezoelectric element, and the internal electrodes 12 and the external electrodes 15 whose ends are not exposed are formed alternately. A groove is formed in the piezoelectric portion, and an insulator such as resin or rubber having a Young's modulus lower than that of the piezoelectric body 11 is formed in the groove. Here, the groove is formed on the side surface of the laminate 13 by an internal dicing device or the like.

外部電極15は構成する導電材はアクチュエータの伸縮によって生じる応力を十分に吸収するという点から、ヤング率の低い銀、若しくは銀が主成分の合金が望ましい。   The external electrode 15 is preferably made of silver having a low Young's modulus or an alloy containing silver as a main component because the conductive material constituting the external electrode 15 sufficiently absorbs stress generated by expansion and contraction of the actuator.

ガラス粉末に、バインダーを加えて銀ガラス導電性ペーストを作製し、これをシート状に成形し、乾燥した(溶媒を飛散させた)シートの生密度を6〜9g/cmに制御し、このシートを、柱状積層体13の外部電極形成面に転写し、ガラスの軟化点よりも高い温度、且つ銀の融点(965℃)以下の温度で、且つ焼成温度(℃)の4/5以下の温度で焼き付けを行うことにより、銀ガラス導電性ペーストを用いて作製したシート中のバインダー成分が飛散消失し、3次元網目構造をなす多孔質導電体からなる外部電極15を形成することができる。 A binder is added to the glass powder to produce a silver glass conductive paste, which is formed into a sheet and dried (the solvent is scattered), and the raw density of the sheet is controlled to 6 to 9 g / cm 3. The sheet is transferred to the external electrode forming surface of the columnar laminate 13, and is at a temperature higher than the softening point of the glass, at a temperature not higher than the melting point of silver (965 ° C.), and not higher than 4/5 of the firing temperature (° C.). By baking at a temperature, the binder component in the sheet prepared using the silver glass conductive paste is scattered and lost, and the external electrode 15 made of a porous conductor having a three-dimensional network structure can be formed.

なお、前記銀ガラス導電性ペーストの焼き付け温度は、ネック部を有効的に形成し、銀ガラス導電性ペースト中の銀と内部電極12を拡散接合させ、また、外部電極15中の空隙を有効に残存させ、さらには、外部電極15と柱状積層体13側面とを部分的に接合させるという点から、550〜700℃が望ましい。また、銀ガラス導電性ペースト中のガラス成分の軟化点は、500〜700℃が望ましい。   The baking temperature of the silver glass conductive paste effectively forms a neck portion, diffuses and joins silver in the silver glass conductive paste and the internal electrode 12, and effectively creates voids in the external electrode 15. The temperature is preferably 550 to 700 ° C. from the viewpoint that the external electrode 15 and the side surface of the columnar laminate 13 are partially joined. The softening point of the glass component in the silver glass conductive paste is preferably 500 to 700 ° C.

焼き付け温度が700℃より高い場合には、銀ガラス導電性ペーストの銀粉末の焼結が進みすぎ、有効的な3次元網目構造をなす多孔質導電体を形成することができず、外部電極15が緻密になりすぎてしまい、結果として外部電極15のヤング率が高くなりすぎ駆動時の応力を十分に吸収することができずに外部電極15が断線してしまう可能性がある。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った方がよい。   When the baking temperature is higher than 700 ° C., the sintering of the silver powder of the silver glass conductive paste proceeds too much, so that a porous conductor having an effective three-dimensional network structure cannot be formed, and the external electrode 15 May become too dense, and as a result, the Young's modulus of the external electrode 15 may become too high to absorb the stress during driving sufficiently and the external electrode 15 may be disconnected. Preferably, baking should be performed at a temperature within 1.2 times the softening point of the glass.

一方、焼き付け温度が550℃よりも低い場合には、内部電極12端部と外部電極15の間で十分に拡散接合がなされないために、ネック部が形成されず、駆動時に内部電極12と外部電極15の間でスパークを起こしてしまう可能性がある。   On the other hand, when the baking temperature is lower than 550 ° C., since the diffusion bonding is not sufficiently performed between the end portion of the internal electrode 12 and the external electrode 15, the neck portion is not formed, and the internal electrode 12 and the external electrode are not driven. There is a possibility of causing a spark between the electrodes 15.

なお、銀ガラス導電性ペーストのシートの厚みは、圧電体11の厚みよりも薄いことが望ましい。さらに好ましくは、アクチュエータの伸縮に追従するという点から、50μm以下がよい。   Note that the thickness of the silver glass conductive paste sheet is preferably thinner than the thickness of the piezoelectric body 11. More preferably, it is 50 μm or less from the viewpoint of following the expansion and contraction of the actuator.

次に、外部電極15を形成した積層体13をシリコーンゴム溶液に浸漬するとともに、シリコーンゴム溶液を真空脱気することにより、積層体13の溝内部にシリコーンゴムを充填し、その後シリコーンゴム溶液から積層体13を引き上げ、積層体13の側面にシリコーンゴムをコーティングする。その後、溝内部に充填、及び柱状積層体13の側面にコーティングした前記シリコーンゴムを硬化させることにより、本発明の積層型圧電素子が完成する。   Next, the laminated body 13 on which the external electrode 15 is formed is immersed in a silicone rubber solution, and the silicone rubber solution is vacuum degassed to fill the groove of the laminated body 13 with silicone rubber. The laminated body 13 is pulled up, and the side surface of the laminated body 13 is coated with silicone rubber. Thereafter, the silicone rubber coated inside the grooves and coated on the side surfaces of the columnar laminate 13 is cured to complete the multilayer piezoelectric element of the present invention.

そして、外部電極15にリード線を接続し、該リード線を介して一対の外部電極15に0.1〜3kV/mmの直流電圧を印加し、積層体13を分極処理することによって、本発明の積層型圧電素子を利用した積層型圧電アクチュエータが完成し、リード線を外部の電圧供給部に接続し、リード線及び外部電極15を介して内部電極12に電圧を印加させれば、各圧電体11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 lead wire is connected to the external electrode 15, a direct current voltage of 0.1 to 3 kV / mm is applied to the pair of external electrodes 15 via the lead wire, and the laminate 13 is subjected to polarization treatment. When a multilayer piezoelectric actuator using the multilayer piezoelectric element is completed, a lead wire is connected to an external voltage supply unit, and a voltage is applied to the internal electrode 12 via the lead wire and the external electrode 15, each piezoelectric The body 11 is largely displaced by the inverse piezoelectric effect, and thereby functions as an automobile fuel injection valve that injects and supplies fuel to the engine, for example.

さらに、外部電極15の外面に、金属のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板が埋設された導電性接着剤からなる導電性補助部材を形成してもよい。この場合には、外部電極15の外面に導電性補助部材を設けることによりアクチュエータに大電流を投入し、高速で駆動させる場合においても、大電流を導電性補助部材に流すことができ、外部電極15に流れる電流を低減できるという理由から、外部電極15が局所発熱を起こし断線することを防ぐことができ、耐久性を大幅に向上させることができる。さらには、導電性接着剤中に金属のメッシュ若しくはメッシュ状の金属板を埋設しているため、前記導電性接着剤にクラックが生じるのを防ぐことができる。   Furthermore, 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 15 may be formed. In this case, even when a large current is input to the actuator by providing a conductive auxiliary member on the outer surface of the external electrode 15 and the actuator is driven at a high speed, a large current can flow through the conductive auxiliary member. For the reason that the current flowing through 15 can be reduced, the external electrode 15 can be prevented from causing local heat generation and disconnection, and the durability can be greatly improved. Furthermore, since a metal mesh or a mesh-like metal plate is embedded in the conductive adhesive, it is possible to prevent the conductive adhesive from cracking.

金属のメッシュとは金属線を編み込んだものであり、メッシュ状の金属板とは、金属板に孔を形成してメッシュ状にしたものをいう。   The metal mesh is a braided metal wire, and the mesh metal plate is a mesh formed by forming holes in a metal plate.

さらに、前記導電性補助部材を構成する導電性接着剤は銀粉末を分散させたポリイミド樹脂からなることが望ましい。即ち、比抵抗の低い銀粉末を、耐熱性の高いポリイミド樹脂に分散させることにより、高温での使用に際しても、抵抗値が低く且つ高い接着強度を維持した導電性補助部材を形成することができる。さらに望ましくは、前記導電性粒子はフレーク状や針状などの非球形の粒子であることが望ましい。これは、導電性粒子の形状をフレーク状や針状などの非球形の粒子とすることにより、該導電性粒子間の絡み合いを強固にすることができ、該導電性接着剤のせん断強度をより高めることができるためである。   Furthermore, the conductive adhesive constituting the conductive auxiliary member is preferably made of a polyimide resin in which silver powder is dispersed. That is, by dispersing silver powder having a low specific resistance in a polyimide resin having high heat resistance, a conductive auxiliary member having a low resistance value and maintaining a high adhesive strength can be formed even when used at high temperatures. . More preferably, the conductive particles are non-spherical particles such as flakes or needles. This is because by making the shape of the conductive particles non-spherical particles such as flakes and needles, the entanglement between the conductive particles can be strengthened, and the shear strength of the conductive adhesive can be further increased. This is because it can be increased.

本発明の積層型圧電素子はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。   The multilayer piezoelectric element of the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

また、上記では、積層体13の対向する側面に外部電極15を形成した例について説明したが、本発明では、例えば隣設する側面に一対の外部電極を形成してもよい。   Moreover, although the example which formed the external electrode 15 in the side surface which the laminated body 13 opposes above was demonstrated, in this invention, you may form a pair of external electrode in the side surface provided adjacently, for example.

図3は、本発明の噴射装置を示すもので、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 an injection device according to the present invention. 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. Has been.

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 in the injection hole 33 so as to be able to communicate. The fuel passage 37 is connected to an external fuel supply source, and fuel is always supplied to the fuel passage 37 at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 35 opens the injection hole 33, the fuel supplied to the fuel passage 37 is formed to be injected into a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine at a constant high pressure.

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。   Further, the upper end portion of the needle valve 35 has a large diameter, and serves as a piston 41 slidable with a cylinder 39 formed in the storage container 31. In the storage container 31, the piezoelectric actuator 43 described above is stored.

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 extended by applying a voltage, the piston 41 is pressed, the needle valve 35 closes the injection hole 33, and the supply of fuel is stopped. When the application of voltage is stopped, the piezoelectric actuator 43 contracts, the disc spring 45 pushes back the piston 41, and the injection hole 33 communicates with the fuel passage 37 so that fuel is injected.

また、本発明は、積層型圧電素子および噴射装置に関するものであるが、上記実施例に限定されるものではなく、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止装置等に搭載される駆動素子、または、燃焼圧センサ、ノックセンサ、加速度センサ、荷重センサ、超音波センサ、感圧センサ、ヨーレートセンサ等に搭載されるセンサ素子、ならびに圧電ジャイロ、圧電スイッチ、圧電トランス、圧電ブレーカー等に搭載される回路素子以外であっても、圧電特性を用いた素子であれば、実施可能であることは言うまでもない。   Further, the present invention relates to a multilayer piezoelectric element and an injection device, but is not limited to the above-described embodiments. For example, a fuel injection device for an automobile engine, a liquid injection device such as an ink jet, an optical device, etc. Drive elements mounted on precision positioning devices, vibration prevention devices, etc., or sensor elements mounted on combustion pressure sensors, knock sensors, acceleration sensors, load sensors, ultrasonic sensors, pressure sensors, yaw rate sensors, and piezoelectric elements Needless to say, the present invention can be applied to elements other than circuit elements mounted on a gyroscope, a piezoelectric switch, a piezoelectric transformer, a piezoelectric breaker, or the like as long as the elements use piezoelectric characteristics.

本発明の積層型圧電素子からなる積層型圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。   A multilayer piezoelectric actuator comprising the multilayer piezoelectric element of the present invention was produced as follows.

まず、チタン酸ジルコン酸鉛(PbZrO−PbTiO)を主成分とする圧電セラミックの仮焼粉末、バインダー、及び可塑剤を混合したスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み150μmの圧電体11になるセラミックグリーンシートを作製した。 First, a slurry in which a calcined powder of a piezoelectric ceramic mainly composed of lead zirconate titanate (PbZrO 3 -PbTiO 3 ), a binder, and a plasticizer is mixed, and the piezoelectric body 11 having a thickness of 150 μm is formed by a doctor blade method. A ceramic green sheet was prepared.

このセラミックグリーンシートの片面に、任意の組成比で形成された銀−パラジウム合金にバインダーを加えた導電性ペーストが、スクリーン印刷法により3μmの厚みに形成されたシートを300枚積層し、1000℃で焼成した。   On one side of this ceramic green sheet, 300 sheets of a conductive paste in which a binder is added to a silver-palladium alloy formed at an arbitrary composition ratio are laminated by a screen printing method to a thickness of 3 μm, and 1000 ° C. Baked in.

次に、ダイシング装置により柱状積層体の側面の内部電極の端部に一層おきに深さ50μm、幅50μmの溝を形成した。   Next, a groove having a depth of 50 μm and a width of 50 μm was formed at every other end of the internal electrode on the side surface of the columnar laminate by a dicing apparatus.

次に、平均粒径2μmのフレーク状の銀粉末を90体積%と、残部が平均粒径2μmのケイ素を主成分とする軟化点が640℃の非晶質のガラス粉末10体積%との混合物に、バインダーを銀粉末とガラス粉末の合計質量100質量部に対して8質量部添加し、十分に混合して銀ガラス導電性ペーストを作製した。このようにして作製した銀ガラス導電性ペーストを離型フィルム上にスクリーン印刷によって形成し、乾燥後、離型フィルムより剥がして、銀ガラス導電性ペーストのシートを得た。このシートの生密度をアルキメデス法にて測定したところ、6.5g/cmであった。 Next, a mixture of 90% by volume of flaky silver powder having an average particle diameter of 2 μm and 10% by volume of amorphous glass powder having a remaining softening point of 640 ° C. mainly composed of silicon having an average particle diameter of 2 μm. In addition, 8 parts by mass of the binder was added to 100 parts by mass of the total mass of the silver powder and the glass powder, and mixed sufficiently to prepare a silver glass conductive paste. The silver glass conductive paste thus produced was formed on a release film by screen printing, dried and then peeled off from the release film to obtain a sheet of silver glass conductive paste. The raw density of this sheet was measured by the Archimedes method and found to be 6.5 g / cm 3 .

次に、前記銀ガラスペーストのシートを積層体13の外部電極15面に転写し、650℃で30分焼き付けを行い、3次元網目構造をなす多孔質導電体からなる外部電極15を形成した。なお、この時の外部電極15の空隙率は、外部電極15の断面写真を画像解析装置を用いて測定したところ40%であった。   Next, the sheet of silver glass paste was transferred to the surface of the external electrode 15 of the laminate 13 and baked at 650 ° C. for 30 minutes to form the external electrode 15 made of a porous conductor having a three-dimensional network structure. The porosity of the external electrode 15 at this time was 40% when a cross-sectional photograph of the external electrode 15 was measured using an image analyzer.

その後、外部電極15にリード線を接続し、正極及び負極の外部電極15にリード線を介して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素子を作製した。   Thereafter, a lead wire is connected to the external electrode 15, a 3 kV / mm direct current electric field is applied to the positive and negative external electrodes 15 through the lead wire for 15 minutes, and polarization is performed. As shown in FIG. A piezoelectric element was produced.

(実施例1)上記の製法に加えて、内部電極12および外部電極15の金属組成を制御して作製された本発明の積層型圧電アクチュエータにおいて、積層型圧電アクチュエータの連続駆動前後における素子変位量の変化率を測定した。   (Example 1) In addition to the above manufacturing method, in the multilayer piezoelectric actuator of the present invention manufactured by controlling the metal composition of the internal electrode 12 and the external electrode 15, the element displacement before and after continuous driving of the multilayer piezoelectric actuator The rate of change of was measured.

上記のようにして得られた積層型圧電アクチュエータに対して、170Vの直流電圧を印加したところ、すべての積層型圧電アクチュエータにおいて、積層方向に45μmの変位量が得られた。さらに、この積層型圧電アクチュエータを室温で0〜+170Vの交流電圧を150Hzの周波数で印加して、1×10回まで連続駆動した試験を行った。 When a DC voltage of 170 V was applied to the multilayer piezoelectric actuator obtained as described above, a displacement of 45 μm in the stacking direction was obtained in all multilayer piezoelectric actuators. Further, a test was performed in which the multilayer piezoelectric actuator was continuously driven up to 1 × 10 9 times by applying an AC voltage of 0 to +170 V at a frequency of 150 Hz at room temperature.

また、内部電極12と外部電極15の熱膨張係数は、SEMにより観察箇所の温度を計測しながら加熱して、温度と内部電極12と外部電極15の寸法を計測することで測定した。結果は表1に示すとおりである。

Figure 2005268393
Further, the thermal expansion coefficients of the internal electrode 12 and the external electrode 15 were measured by heating while measuring the temperature at the observation location by SEM, and measuring the temperature and the dimensions of the internal electrode 12 and the external electrode 15. The results are as shown in Table 1.
Figure 2005268393

この表1から、比較例である試料番号1、2および15は、内部電極12を構成する金属元素の熱膨張係数をα1、外部電極15を構成する金属の熱膨張係数をα2としたとき、熱膨張係数の比(α1/α2)が1以上であったため、積層型圧電アクチュエータを連続駆動させると、内部電極12の熱膨張に加え、圧電磁器自体が寸法変化し、内部電極12と外部電極15の接合部分にかかる負荷が大きくなり、内部電極12と外部電極15間でスパークして連続駆動中に断線が発生した。また、試料番号14では上記接合部分にかかる負荷により、積層型圧電アクチュエータの実効変位量が小さくなった。   From Table 1, Sample Nos. 1, 2, and 15 as comparative examples have a thermal expansion coefficient of α1 for the metal element constituting the internal electrode 12 and α2 for the thermal expansion coefficient of the metal constituting the external electrode 15, Since the ratio (α1 / α2) of the thermal expansion coefficient was 1 or more, when the laminated piezoelectric actuator was continuously driven, the piezoelectric ceramic itself changed dimensions in addition to the thermal expansion of the internal electrode 12, and the internal electrode 12 and the external electrode The load applied to the joint portion 15 increased, sparking between the internal electrode 12 and the external electrode 15, and disconnection occurred during continuous driving. In Sample No. 14, the effective displacement amount of the multilayer piezoelectric actuator was reduced by the load applied to the joint portion.

一方、比較例である試料番号13は、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9より小さかったため、内部電極12を構成する金属の熱膨張係数α1と外部電極15を構成する熱膨張係数α2との差が大きくなり、内部電極12と外部電極15との間で密着不良が生じて、積層型圧電素子の実効変位量が小さくなった。   On the other hand, Sample No. 13, which is a comparative example, had a thermal expansion coefficient ratio (α1 / α2) smaller than 0.9, so that the thermal expansion coefficient α1 of the metal constituting the internal electrode 12 and the thermal expansion constituting the external electrode 15 were. The difference from the coefficient α2 was increased, an adhesion failure occurred between the internal electrode 12 and the external electrode 15, and the effective displacement amount of the multilayer piezoelectric element was reduced.

これらに対して、本発明の実施例である試料番号3〜12では、内部電極12と外部電極15の熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満の範囲で形成した積層型圧電アクチュエータであったため、1×10回連続駆動させた後も、素子変位量が著しく低下することなく、積層型圧電アクチュエータとして必要とする実効変位量を有し、また、熱暴走や誤作動が生じない優れた耐久性を有した積層型圧電アクチュエータを作製できた。 On the other hand, in Sample Nos. 3 to 12, which are examples of the present invention, the laminate formed with the ratio (α1 / α2) of the thermal expansion coefficient between the internal electrode 12 and the external electrode 15 in the range of 0.9 or more and less than 1. Since it is a piezoelectric actuator, it has an effective displacement required for a stacked piezoelectric actuator without significant decrease in element displacement even after continuous driving of 1 × 10 9 times. A multilayer piezoelectric actuator having excellent durability that does not cause operation could be produced.

(実施例2)上記の製法に加えて、内部電極12および外部電極15の金属組成を制御して作製された本発明の積層型圧電アクチュエータにおいて、中間層20の形成状態と外部電極15の主成分が内部電極を構成する割合と積層型圧電アクチュエータの連続駆動前後における素子変位量の変化率を測定した。 (Example 2) In addition to the above manufacturing method, in the laminated piezoelectric actuator of the present invention manufactured by controlling the metal composition of the internal electrode 12 and the external electrode 15, the formation state of the intermediate layer 20 and the main of the external electrode 15 The ratio of the component constituting the internal electrode and the change rate of the element displacement before and after continuous driving of the multilayer piezoelectric actuator were measured.

なお、外部電極15の金属組成にガラスフリットを加えたものをペーストとして印刷焼き付けることにより、外部電極15を形成した。   The external electrode 15 was formed by printing and baking a paste obtained by adding glass frit to the metal composition of the external electrode 15.

上記のようにして得られた積層型圧電アクチュエータに対して、170Vの直流電圧を印加したところ、すべての積層型圧電アクチュエータにおいて、積層方向に45μmの変位量が得られた。さらに、この積層型圧電アクチュエータを室温で0〜+170Vの交流電圧を150Hzの周波数で印加して、1×10回まで連続駆動させた駆動試験を行った。結果は表2に示すとおりである。

Figure 2005268393
When a DC voltage of 170 V was applied to the multilayer piezoelectric actuator obtained as described above, a displacement of 45 μm in the stacking direction was obtained in all multilayer piezoelectric actuators. Furthermore, a driving test was performed in which the multilayer piezoelectric actuator was continuously driven up to 1 × 10 9 times by applying an AC voltage of 0 to +170 V at a frequency of 150 Hz at room temperature. The results are as shown in Table 2.
Figure 2005268393

この表2から、比較例である試料番号12および13は、中間層を形成しなかったため、また、内部電極12を構成する金属組成と外部電極15を構成する金属組成が類似していなかったので、内部電極12と外部電極15の接合部分にかかる負荷が大きくなり、内部電極と外部電極間でスパークして連続駆動中に断線が発生した。   From Table 2, since Sample Nos. 12 and 13 as comparative examples did not form an intermediate layer, the metal composition constituting the internal electrode 12 and the metal composition constituting the external electrode 15 were not similar. The load applied to the joint portion between the internal electrode 12 and the external electrode 15 increased, and sparking occurred between the internal electrode and the external electrode, resulting in disconnection during continuous driving.

これらに対して、本発明の実施例である試料番号1〜11は、中間層を形成したため、また、内部電極12を構成する金属組成と外部電極15を構成する金属組成が類似していたので、1×10回連続駆動させた後でも、素子変位量が著しく低下することなく、積層型圧電アクチュエータとして必要とする実効的な変位量を有し、また、熱暴走や誤作動が生じない優れた耐久性を有した積層型圧電アクチュエータを作製できた。 In contrast, Sample Nos. 1 to 11 which are examples of the present invention formed an intermediate layer, and the metal composition constituting the internal electrode 12 and the metal composition constituting the external electrode 15 were similar. Even after being driven 1 × 10 9 times continuously, the element displacement does not decrease significantly, it has the effective displacement required as a laminated piezoelectric actuator, and thermal runaway and malfunction do not occur A multilayer piezoelectric actuator with excellent durability could be fabricated.

(実施例3)上記の製法において、様々な電極材料組成で形成した内部電極12を有する積層型圧電アクチュエータにおいて、積層型圧電アクチュエータの連続駆動中における素子変位量の最大変化率を測定し、内部電極12の電極材料組成と積層型圧電アクチュエータの連続駆動による劣化の度合との関連について検証した。   (Example 3) In the above-described manufacturing method, in the multilayer piezoelectric actuator having the internal electrode 12 formed with various electrode material compositions, the maximum rate of change of the element displacement amount during continuous driving of the multilayer piezoelectric actuator was measured. The relationship between the electrode material composition of the electrode 12 and the degree of deterioration due to continuous driving of the multilayer piezoelectric actuator was verified.

ここで、劣化の度合とは、積層型圧電アクチュエータを任意の回数で駆動中の最大素子変位量(連続駆動中の最大素子変位量)を測定し、さらに、上記の積層型圧電アクチュエータを所定の回数で駆動させた後の素子変位量(連続駆動後の素子変位量)を測定して、該連続駆動後の素子変位量が前記連続駆動中の最大素子変位量に対して変化した割合で示している。これにより、任意の回数で駆動中の積層型圧電アクチュエータを所定回数で連続駆動させたことによって引き起こされる劣化の様子を確認することができる。   Here, the degree of deterioration is the measurement of the maximum element displacement during driving the multilayer piezoelectric actuator at an arbitrary number of times (maximum element displacement during continuous driving). The amount of element displacement after being driven by the number of times (the amount of element displacement after continuous driving) is measured, and the amount of element displacement after the continuous driving is indicated as a ratio of change with respect to the maximum amount of element displacement during the continuous driving. ing. Accordingly, it is possible to confirm the deterioration caused by continuously driving the laminated piezoelectric actuator being driven at an arbitrary number of times.

上記のようにして得られた積層型圧電アクチュエータに対して、170Vの直流電圧を印加したところ、すべての積層型圧電アクチュエータにおいて、積層方向に45μmの変位量が得られた。さらに、この積層型圧電アクチュエータに室温で0〜+170Vの交流電圧を150Hzの周波数で印加して、1×10回まで連続駆動させた駆動試験を行った。結果は表2に示すとおりである。

Figure 2005268393
When a DC voltage of 170 V was applied to the multilayer piezoelectric actuator obtained as described above, a displacement of 45 μm in the stacking direction was obtained in all multilayer piezoelectric actuators. Furthermore, a driving test was performed in which an AC voltage of 0 to +170 V was applied to the multilayer piezoelectric actuator at room temperature at a frequency of 150 Hz and continuously driven up to 1 × 10 9 times. The results are as shown in Table 2.
Figure 2005268393

この表3から、試料番号1は内部電極12を銀100%で形成したため、シルバー・マイグレーションが起こり、内部電極12と外部電極15の接合部分にかかる負荷が大きくなり、内部電極12と外部電極15間でスパークして連続駆動中に断線が発生したため、連続駆動が困難となった。   From Table 3, since the internal electrode 12 is formed of 100% silver in the sample number 1, silver migration occurs, and the load applied to the joint portion between the internal electrode 12 and the external electrode 15 increases, and the internal electrode 12 and the external electrode 15 are increased. Sparking between them caused disconnection during continuous driving, making continuous driving difficult.

また、試料番号18、19は内部電極12中の金属組成物において、VIII族金属の含有量が15質量%を超えており、また、Ib族金属の含有量が85質量%未満であったため、連続駆動によって劣化が増大して、積層型圧電アクチュエータの耐久性が低下した。   Sample Nos. 18 and 19 had a group VIII metal content of more than 15% by mass in the metal composition in the internal electrode 12, and a group Ib metal content of less than 85% by mass. Deterioration increased by continuous driving, and durability of the multilayer piezoelectric actuator decreased.

これらに対して、試料番号2〜16では内部電極12中の金属組成物がVIII族金属の含有量をM1(質量%)、Ib族金属の含有量をM2(質量%)としたとき、0<M1≦15、85≦M2<100、M1+M2=100を満足する金属組成物を主成分としたため、内部電極12の比抵抗を小さくでき、連続駆動させても内部電極12で発生する発熱を抑制できたので、素子変位量が安定した積層型アクチュエータを作製できた。   In contrast, in Sample Nos. 2 to 16, when the metal composition in the internal electrode 12 has a group VIII metal content of M1 (mass%) and a group Ib metal content of M2 (mass%), 0 <M1 ≦ 15, 85 ≦ M2 <100, and a metal composition satisfying M1 + M2 = 100 is used as a main component, so that the specific resistance of the internal electrode 12 can be reduced and the heat generated in the internal electrode 12 can be suppressed even when continuously driven. As a result, a multilayer actuator with a stable element displacement could be produced.

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等差し支えない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の積層型圧電素子を示すもので、(a)は斜視図、(b)は圧電体層と内部電極層との積層状態を示す斜視展開図である。1A and 1B show a laminated piezoelectric element of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a perspective developed view showing a laminated state of a piezoelectric layer and an internal electrode layer. 図1(a)のA−A’線に沿った縦断面図の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the longitudinal cross-sectional view along the A-A 'line of Fig.1 (a). 本発明の噴射装置を示す側面図である。It is a side view which shows the injection apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11・・・圧電体
12・・・内部電極
13・・・積層体
14・・・不活性層
15・・・外部電極
20・・・中間層
31・・・収納容器
33・・・噴射孔
35・・・バルブ
43・・・圧電アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Piezoelectric body 12 ... Internal electrode 13 ... Laminated body 14 ... Inactive layer 15 ... External electrode 20 ... Intermediate | middle layer 31 ... Storage container 33 ... Injection hole 35 ... Valve 43 ... Piezoelectric actuator

Claims (18)

少なくとも1つの圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体を有し、該積層体の側面に前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極を具備し、該外部電極に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極を構成する金属の熱膨張係数をα1、外部電極を構成する金属の熱膨張係数をα2としたとき、熱膨張係数の比(α1/α2)が0.9以上1未満であることを特徴とする積層型圧電素子。 It has a laminate formed by alternately laminating at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes, and has a pair of external electrodes in which the internal electrodes are alternately connected to every other side surface of the laminate, In the multilayer piezoelectric element driven by applying an electric field to the external electrode, the thermal expansion coefficient of the metal constituting the internal electrode is α1, and the thermal expansion coefficient of the metal constituting the external electrode is α2. A multilayer piezoelectric element having a ratio (α1 / α2) of 0.9 or more and less than 1. 少なくとも1つの圧電体と複数の内部電極とを交互に積層してなる積層体を有し、該積層体の側面に前記内部電極が一層おきに交互に接続された一対の外部電極を具備し、該外部電極に電界を印加して駆動する積層型圧電素子において、内部電極と外部電極の接合部に中間層を設けることを特徴とする積層型圧電素子。 It has a laminate formed by alternately laminating at least one piezoelectric body and a plurality of internal electrodes, and has a pair of external electrodes in which the internal electrodes are alternately connected to every other side surface of the laminate, A multilayer piezoelectric element that is driven by applying an electric field to the external electrode, wherein an intermediate layer is provided at a joint between the internal electrode and the external electrode. 前記内部電極を構成する金属組成物が、前記外部電極を構成する金属組成物の主成分を80質量%以上100質量%未満含んでいることを特徴とする請求項1または2記載の積層型圧電素子。 3. The multilayered piezoelectric according to claim 1, wherein the metal composition constituting the internal electrode contains 80 mass% or more and less than 100 mass% of a main component of the metal composition constituting the external electrode. element. 前記中間層が前記内部電極を構成する金属組成物と前記外部電極を構成する金属組成物からなることを特徴とする請求項2または3記載の積層型圧電素子。 4. The multilayer piezoelectric element according to claim 2, wherein the intermediate layer comprises a metal composition constituting the internal electrode and a metal composition constituting the external electrode. 前記中間層の熱膨張係数をα3としたとき、α1<α3<α2であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to any one of claims 2 to 4, wherein α1 <α3 <α2 when α3 is a thermal expansion coefficient of the intermediate layer. 前記中間層の組成が前記内部電極中の金属組成から外部電極中の金属組成へと傾斜的に変化していることを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の積層型圧電素子。 6. The multilayer piezoelectric element according to claim 2, wherein the composition of the intermediate layer changes in a gradient manner from the metal composition in the internal electrode to the metal composition in the external electrode. 前記内部電極中及び前記外部電極中の金属組成物がVIII族金属および/またはIb族金属を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal composition in the internal electrode and the external electrode contains a Group VIII metal and / or a Group Ib metal as a main component. 前記内部電極中のVIII族金属の含有量をM1(質量%)、Ib族金属の含有量をM2(質量%)としたとき、0<M1≦15、85≦M2<100、M1+M2=100を満足することを特徴とする請求項7記載の積層型圧電素子。 When the content of the group VIII metal in the internal electrode is M1 (mass%) and the content of the group lb metal is M2 (mass%), 0 <M1 ≦ 15, 85 ≦ M2 <100, M1 + M2 = 100 The multilayer piezoelectric element according to claim 7, wherein the multilayer piezoelectric element is satisfied. 前記内部電極中のVIII族金属がNi、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がCu、Ag、Auのうち少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項7または8記載の積層型圧電素子。 The group VIII metal in the internal electrode is at least one of Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os, and the group Ib metal is at least one of Cu, Ag, and Au. The multilayer piezoelectric element according to claim 7 or 8, characterized in that 前記内部電極中のVIII族金属がPt、Pdのうち少なくとも1種以上であり、Ib族金属がAg、Auのうち少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の積層型圧電素子。 The group VIII metal in the internal electrode is at least one of Pt and Pd, and the group Ib metal is at least one of Ag and Au. The laminated piezoelectric element described. 前記内部電極中のVIII族金属がNiであることを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 7, wherein the group VIII metal in the internal electrode is Ni. 前記内部電極中のIb族金属がCuであることを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 7, wherein the group Ib metal in the internal electrode is Cu. 前記内部電極中に金属組成物とともに無機組成物を添加したことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein an inorganic composition is added to the internal electrode together with a metal composition. 前記無機組成物がPbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項13記載の積層型圧電素子。 14. The multilayer piezoelectric element according to claim 13, wherein the inorganic composition contains a perovskite oxide composed of PbZrO 3 —PbTiO 3 as a main component. 前記圧電体がペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の積層型圧電素子。 15. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric body contains a perovskite oxide as a main component. 前記圧電体がPbZrO−PbTiOからなるペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項15記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 15, wherein the piezoelectric body contains a perovskite oxide composed of PbZrO 3 —PbTiO 3 as a main component. 前記積層体の焼成温度が900℃以上1000℃以下であることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 16, wherein a firing temperature of the multilayer body is 900 ° C or higher and 1000 ° C or lower. 噴射孔を有する収納容器と、該収納容器に収納された請求項1乃至17のいずれかに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。 A storage container having an injection hole, the stacked piezoelectric element stored in the storage container, and a valve that ejects liquid from the injection hole by driving the stacked piezoelectric element. An injection device comprising:
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