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JP2007019420A - Multilayer piezoelectric element - Google Patents

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JP2007019420A
JP2007019420A JP2005201953A JP2005201953A JP2007019420A JP 2007019420 A JP2007019420 A JP 2007019420A JP 2005201953 A JP2005201953 A JP 2005201953A JP 2005201953 A JP2005201953 A JP 2005201953A JP 2007019420 A JP2007019420 A JP 2007019420A
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Japan
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piezoelectric
buffer layer
multilayer
piezoelectric element
piezoelectric body
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Application number
JP2005201953A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuji Ito
州児 伊藤
Katsumi Yamauchi
克己 山内
Yutaka Hatanaka
裕 畠中
Kazuo Mochizuki
一夫 望月
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

【課題】 比較的容易に製造でき、耐クラック性に優れた積層型圧電素子を提供する。
【解決手段】 積層型圧電素子1は、圧電体3と内部電極4とが交互に積層されてなる複数層の積層体2を備える。これらの積層体2の間には、圧電体3と同一組成系の圧電材料で形成され、圧電体3よりも密度の低い緩衝層5が介在されている。圧電体3、内部電極4及び緩衝層5は、一体焼結されている。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated piezoelectric element which can be manufactured relatively easily and has excellent crack resistance.
A multilayer piezoelectric element 1 includes a multilayer body 2 in which piezoelectric bodies 3 and internal electrodes 4 are alternately laminated. Between these laminates 2, a buffer layer 5 made of a piezoelectric material having the same composition as that of the piezoelectric body 3 and having a density lower than that of the piezoelectric body 3 is interposed. The piezoelectric body 3, the internal electrode 4 and the buffer layer 5 are integrally sintered.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、圧電体と内部電極とを有する積層型圧電素子に関するものである。   The present invention relates to a laminated piezoelectric element having a piezoelectric body and internal electrodes.

従来の積層型圧電素子としては、例えば特許文献1に記載されているように、圧電体と内部電極とが交互に積層されてなる積層体素子同士を、接合層を介して積層したものが知られている。このような積層型圧電素子では、内部電極に電圧を印加し、積層方向に重なり合う異極の内部電極に挟まれた圧電体を伸縮させることで、積層体を任意に変位させることができる。
特開2005−45086号公報
As a conventional multilayer piezoelectric element, for example, as described in Patent Document 1, a multilayer element in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately stacked is laminated via a bonding layer. It has been. In such a laminated piezoelectric element, the laminated body can be arbitrarily displaced by applying a voltage to the internal electrode and expanding and contracting the piezoelectric body sandwiched between the different polar internal electrodes that overlap in the laminating direction.
JP-A-2005-45086

しかしながら、上述したような積層型圧電素子においては、複数の積層体素子を形成し、これらの積層体素子同士を接合層により接合しているので、積層型圧電素子の製造が複雑で製造工程が多くなり、量産性が悪いという問題があった。また、接合層は、例えば圧電体と熱膨張率が異なるガラス系の材料や高分子材料により形成されているので、耐クラック性で劣り、特に熱衝撃により積層体素子にクラックが入りやすくなる。   However, in the multilayer piezoelectric element as described above, a plurality of multilayer elements are formed, and these multilayer elements are bonded to each other by a bonding layer. There was a problem that it was increased and mass productivity was poor. Further, since the bonding layer is made of, for example, a glass-based material or a polymer material having a coefficient of thermal expansion different from that of the piezoelectric body, the bonding layer is inferior in crack resistance, and cracks are likely to occur in the multilayer element due to thermal shock.

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、比較的容易に製造でき、耐クラック性に優れた積層型圧電素子を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a multilayer piezoelectric element that can be manufactured relatively easily and has excellent crack resistance.

本発明は、圧電体と内部電極とが交互に積層されてなる複数層の積層体を備えた積層型圧電素子であって、各層の積層体の間には、圧電体と同一組成系の圧電材料で形成され、圧電体よりも密度の低い緩衝層が介在されており、圧電体、内部電極及び緩衝層は、一体焼結されていることを特徴とするものである。   The present invention relates to a multilayer piezoelectric element including a multilayered structure in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately stacked, and a piezoelectric material having the same composition system as the piezoelectric body is provided between the multilayered bodies of each layer. A buffer layer made of a material and having a density lower than that of the piezoelectric body is interposed, and the piezoelectric body, the internal electrode, and the buffer layer are integrally sintered.

このような本発明の積層型圧電素子では、圧電体と内部電極とが交互に積層されてなる各層の積層体の間に、圧電体よりも密度の低い緩衝層を設けることにより、内部電極に電圧を印加して圧電体を変位(伸縮)させたときに、積層体にかかる応力が緩和されるようになる。ここで、圧電体と内部電極と緩衝層とを一体焼結することにより、積層体同士を接着剤で接合しなくて済む。このため、製造工程が簡略化され、積層型圧電素子を比較的簡単に製造することができる。さらに、緩衝層を圧電体と同一組成系の圧電材料で形成することにより、圧電体及び緩衝層の熱膨張率は同等となるため、一体焼結時に積層方向に延びるクラック等が生じにくくなる。   In such a laminated piezoelectric element of the present invention, a buffer layer having a density lower than that of the piezoelectric body is provided between the laminated bodies of the layers in which the piezoelectric bodies and the internal electrodes are alternately laminated. When the piezoelectric body is displaced (expanded / contracted) by applying a voltage, the stress applied to the laminated body is relaxed. Here, by integrally sintering the piezoelectric body, the internal electrode, and the buffer layer, it is not necessary to bond the laminated bodies with an adhesive. For this reason, the manufacturing process is simplified, and the multilayer piezoelectric element can be manufactured relatively easily. Furthermore, by forming the buffer layer from a piezoelectric material having the same composition system as the piezoelectric body, the piezoelectric body and the buffer layer have the same thermal expansion coefficient, so that cracks and the like extending in the stacking direction are less likely to occur during integral sintering.

好ましくは、緩衝層の上面及び下面は、圧電体と接している。これにより、圧電体より密度の低い緩衝層が内部電極に直接影響を与えることが防止されるため、積層体を適切に変位させることができる。また、緩衝層は圧電体と接するが、これらは同一組成系の圧電材料で形成されているので、一体焼結時に圧電体と緩衝層との間に不要な反応が起こることは無い。   Preferably, the upper surface and the lower surface of the buffer layer are in contact with the piezoelectric body. As a result, the buffer layer having a lower density than the piezoelectric body is prevented from directly affecting the internal electrode, so that the multilayer body can be appropriately displaced. Although the buffer layer is in contact with the piezoelectric body, since these are formed of the same composition system piezoelectric material, no unnecessary reaction occurs between the piezoelectric body and the buffer layer during integral sintering.

また、好ましくは、緩衝層を形成する圧電材料の焼結温度は、圧電体を形成する圧電材料の焼結温度より高くなっている。これにより、例えば圧電体を形成する圧電材料の焼結温度と同じ温度で圧電体と内部電極と緩衝層とを一体焼結すると、圧電体を形成する圧電材料は完全に焼結しても、緩衝層を形成する圧電材料は未焼結(素焼き)の状態となるので、緩衝層を簡単かつ確実に形成することができる。   Preferably, the sintering temperature of the piezoelectric material forming the buffer layer is higher than the sintering temperature of the piezoelectric material forming the piezoelectric body. Thus, for example, when the piezoelectric body, the internal electrode, and the buffer layer are integrally sintered at the same temperature as the sintering temperature of the piezoelectric material forming the piezoelectric body, the piezoelectric material forming the piezoelectric body is completely sintered, Since the piezoelectric material forming the buffer layer is in an unsintered (unfired) state, the buffer layer can be formed easily and reliably.

本発明によれば、積層型圧電素子を比較的容易に製造できるので、積層型圧電素子の大量生産を実現でき、製造コストを低減することが可能となる。また、積層体の耐クラック性が高くなるので、積層型圧電素子の耐久性を向上させることができる。   According to the present invention, since the multilayer piezoelectric element can be manufactured relatively easily, mass production of the multilayer piezoelectric element can be realized, and the manufacturing cost can be reduced. Moreover, since the crack resistance of the multilayer body is increased, the durability of the multilayer piezoelectric element can be improved.

以下、本発明に係る積層型圧電素子の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of a multilayer piezoelectric element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明に係る積層型圧電素子の一実施形態を示す斜視図である。図2は、図1に示した積層型圧電素子の側面図である。ここで、本実施形態の積層型圧電素子1は、例えば、自動車に搭載される内燃機関の燃料噴射装置として採用されるものである。各図において、本実施形態の積層型圧電素子1は、四角柱状の素子本体20を備えている。素子本体20は、複数層の積層体2と、各層の積層体2の間に介在された緩衝層5とを有している。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a multilayer piezoelectric element according to the present invention. FIG. 2 is a side view of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. Here, the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment is employed as a fuel injection device for an internal combustion engine mounted on an automobile, for example. In each figure, the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment includes a quadratic element body 20. The element body 20 includes a multilayer body 2 having a plurality of layers and a buffer layer 5 interposed between the multilayer bodies 2 of each layer.

積層体2は、圧電体3と内部電極4とが交互に積層されてなるものである。各積層体2の最上層及び最下層は、圧電体3となっている。圧電体3は、例えば950℃で焼結するZnNb系PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などのセラミックスを主成分とする材料からなり、「10mm×30mm、厚さ30μm」の長方形板状に形成されている。   The laminated body 2 is formed by alternately laminating piezoelectric bodies 3 and internal electrodes 4. The uppermost layer and the lowermost layer of each laminate 2 are piezoelectric bodies 3. The piezoelectric body 3 is made of a material mainly composed of ceramics such as ZnNb-based PZT (lead zirconate titanate) sintered at 950 ° C., for example, and is formed in a rectangular plate shape of “10 mm × 30 mm, thickness 30 μm”. ing.

内部電極4は、積層体2の側面2aの内側から反対側の側面2bに露出するように形成された内部電極4Aと、積層体2の側面2bの内側から側面2aに露出するように形成された内部電極4Bとからなっている。内部電極4A、4Bは、例えばAg、Pdを主成分とする導電材料で形成されている。   The internal electrode 4 is formed so as to be exposed from the inside of the side surface 2a of the multilayer body 2 to the opposite side surface 2b, and to be exposed from the inside of the side surface 2b of the multilayer body 2 to the side surface 2a. The internal electrode 4B. The internal electrodes 4A and 4B are made of a conductive material mainly composed of Ag and Pd, for example.

緩衝層5は、その上面全体及び下面全体が圧電体3と接するように形成されている。緩衝層5は、圧電体3を形成する圧電セラミック材料と同一組成の圧電セラミック材料、例えば、CoNb系PZT等のセラミックスを主成分とする材料で形成されている。ここで、緩衝層5を形成する圧電セラミック材料の焼結温度は、圧電体3を形成する圧電セラミック材料の焼結温度より高い、例えば1100℃である。なお、PZTの焼結温度を高くするには、例えばPZTの組成自体を変えても良いし、或いは圧電体3を形成するPZTよりも粉体(粒子)の大きなPZTを用いれば良い。緩衝層5も、圧電体3と同様に、例えば「10mm×30mm、厚さ30μm」の長方形板状に形成されている。   The buffer layer 5 is formed so that the entire upper surface and the entire lower surface thereof are in contact with the piezoelectric body 3. The buffer layer 5 is formed of a piezoelectric ceramic material having the same composition as that of the piezoelectric ceramic material forming the piezoelectric body 3, for example, a material mainly composed of ceramics such as CoNb-based PZT. Here, the sintering temperature of the piezoelectric ceramic material forming the buffer layer 5 is higher than the sintering temperature of the piezoelectric ceramic material forming the piezoelectric body 3, for example, 1100 ° C. In order to increase the sintering temperature of PZT, for example, the composition of PZT itself may be changed, or PZT having larger powder (particles) than PZT forming piezoelectric body 3 may be used. Similarly to the piezoelectric body 3, the buffer layer 5 is also formed in a rectangular plate shape of “10 mm × 30 mm, thickness 30 μm”, for example.

素子本体20は、内部電極4A、4Bが圧電体3及び緩衝層5を介して交互に積層されるように形成されている。そして、素子本体20において、内部電極4A、4Bが積層方向に重なり合う領域は、圧電体3の伸縮動作(変位)に寄与する活性領域を形成し、内部電極4A、4Bが重なり合わない領域(両端部領域)は、圧電体3の伸縮動作に寄与しない不活性領域を構成している。   The element body 20 is formed such that the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B are alternately stacked via the piezoelectric bodies 3 and the buffer layers 5. In the element body 20, the region where the internal electrodes 4A, 4B overlap in the stacking direction forms an active region contributing to the expansion / contraction operation (displacement) of the piezoelectric body 3, and the region where the internal electrodes 4A, 4B do not overlap (both ends). The partial region) constitutes an inactive region that does not contribute to the expansion / contraction operation of the piezoelectric body 3.

このような素子本体20の両側面には、内部電極4A、4Bと電気的に接続された外部電極6A、6Bが設けられている。外部電極6A、6Bは、積層された各積層体2の側面2a,2bの一部を覆うように積層方向に延在する電極部7と、この電極部7の外側に配置され、積層方向に波状に延在する波状電極部8とからなっている。波状電極部8は、積層方向に伸縮性(柔軟性)をもつように電極部7に接合されている。電極部7は、例えばAg、Au及びCuのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。波状電極部8は、例えばCu及びその合金、Ni及びその合金、フレキシブル基板等で形成されている。   External electrodes 6A and 6B electrically connected to the internal electrodes 4A and 4B are provided on both side surfaces of the element body 20 as described above. The external electrodes 6A and 6B are disposed outside the electrode portion 7 so as to cover a part of the side surfaces 2a and 2b of each laminated body 2, and are arranged outside the electrode portion 7 in the lamination direction. It consists of a wavy electrode portion 8 extending in a wavy shape. The corrugated electrode portion 8 is joined to the electrode portion 7 so as to be stretchable (flexible) in the stacking direction. The electrode part 7 is made of a conductive material containing, for example, one of Ag, Au, and Cu as a main component. The corrugated electrode portion 8 is made of, for example, Cu and its alloy, Ni and its alloy, a flexible substrate, or the like.

このような積層型圧電素子1において、外部電極6A、6B間に電圧が印加されると、外部電極6A、6Bと接続された内部電極4A、4B間に電圧が印加されることになる。これにより、各内部電極4A、4Bに挟まれた活性領域の圧電体3に電界が生じ、当該圧電体3が積層体2の積層方向に変位するようになる。   In such a laminated piezoelectric element 1, when a voltage is applied between the external electrodes 6A and 6B, a voltage is applied between the internal electrodes 4A and 4B connected to the external electrodes 6A and 6B. As a result, an electric field is generated in the piezoelectric body 3 in the active region sandwiched between the internal electrodes 4A and 4B, and the piezoelectric body 3 is displaced in the stacking direction of the stacked body 2.

ここで、素子本体20には、所定層ごとに緩衝層5が形成されているので、例えば積層型圧電素子1が長時間にわたって使用されることで、圧電体3の変位により素子本体20の両側面から素子本体20の内部に至るクラックが発生する場合には、そのクラックは緩衝層5に沿って、横方向に延びるようになる。従って、圧電体3の変位時に素子本体20にかかる応力が十分に緩和されるので、積層体2の積層方向にクラックが発生することは無い。   Here, since the buffer layer 5 is formed for each predetermined layer in the element body 20, for example, when the multilayer piezoelectric element 1 is used for a long time, both sides of the element body 20 are displaced by the displacement of the piezoelectric body 3. When a crack is generated from the surface to the inside of the element body 20, the crack extends in the lateral direction along the buffer layer 5. Accordingly, since the stress applied to the element body 20 when the piezoelectric body 3 is displaced is sufficiently relaxed, no crack is generated in the stacking direction of the stacked body 2.

また、緩衝層5にクラックが生じることで、万が一その位置で外部電極6A、6Bの電極部7が切断されたとしても、その電極部7には波状の電極部8が接続されているので、内部電極4Aと外部電極6Aとの電気的接続、内部電極4Bと外部電極6Bとの電気的接続は確保されたままとなる。   Moreover, even if the electrode portion 7 of the external electrodes 6A and 6B is cut at the position due to a crack in the buffer layer 5, the electrode portion 7 is connected with the wave-like electrode portion 8, The electrical connection between the internal electrode 4A and the external electrode 6A and the electrical connection between the internal electrode 4B and the external electrode 6B remain secured.

次に、上述した積層型圧電素子1を製造する方法について、図3により説明する。まず、例えばZnNb系PZTを主成分としたセラミック粉体に有機バインダ樹脂及び有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、例えばドクターブレード法によって、上記ペーストをキャリアフィルム(図示せず)上に塗布することにより、上記の圧電体3となるセラミックグリーンシート9を複数枚形成する。   Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 1 will be described with reference to FIG. First, for example, a paste in which an organic binder resin, an organic solvent, and the like are mixed with ceramic powder mainly composed of ZnNb-based PZT is prepared. Then, a plurality of ceramic green sheets 9 to be the piezoelectric bodies 3 are formed by applying the paste on a carrier film (not shown) by, for example, a doctor blade method.

グリーンシート9の形成方法と同様に、例えばCoNb系PZTを主成分としたセラミック粉体に有機バインダ樹脂及び有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、例えばドクターブレード法によって、上記ペーストをキャリアフィルム(図示せず)上に塗布し、上記の緩衝層5となるセラミックグリーンシート11を複数枚形成する。   Similar to the method for forming the green sheet 9, for example, a paste in which an organic binder resin, an organic solvent, and the like are mixed with ceramic powder mainly composed of CoNb-based PZT is prepared. And the said paste is apply | coated on a carrier film (not shown), for example with a doctor blade method, and the ceramic green sheet 11 used as said buffer layer 5 is formed in multiple numbers.

続いて、例えばAg:Pd=85:15の比率で構成された導電材料に有機バインダ樹脂及び有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、そのペーストをスクリーン印刷することにより、上記の内部電極4Aに相当する電極パターン10A及び、上記の内部電極4Bに相当する電極パターン10Bを、別々のグリーンシート9の上面に形成する。   Subsequently, for example, a paste is prepared by mixing an organic binder resin, an organic solvent, and the like with a conductive material having a ratio of Ag: Pd = 85: 15. Then, the paste is screen-printed to form electrode patterns 10A corresponding to the internal electrodes 4A and electrode patterns 10B corresponding to the internal electrodes 4B on the upper surfaces of the separate green sheets 9.

続いて、電極パターン10Aが印刷されたグリーンシート9と、電極パターン10Bが印刷されたグリーンシート9と、電極パターン10A,10Bが印刷されていないグリーンシート9を所定の枚数だけ所定の順序で積層し、上記積層体2となるグリーン積層体12を複数作製する。更に、これらのグリーン積層体12を、グリーンシート11を介して積層し、電極パターン10A,10Bが印刷されていないグリーンシート9を最上層及び最下層に積層することにより、上記の素子本体20となるグリーン積層体13を作製する。なお、グリーン積層体13において、グリーンシート9の積層数を、例えば350層とし、例えば30層おきにグリーンシート11を配置する構成とした。   Subsequently, the green sheet 9 on which the electrode pattern 10A is printed, the green sheet 9 on which the electrode pattern 10B is printed, and the green sheet 9 on which the electrode patterns 10A and 10B are not printed are stacked in a predetermined order by a predetermined number of sheets. Then, a plurality of green laminates 12 to be the laminate 2 are produced. Further, these green laminates 12 are laminated via the green sheets 11, and the green sheets 9 on which the electrode patterns 10A and 10B are not printed are laminated on the uppermost layer and the lowermost layer, whereby the above-described element body 20 and A green laminate 13 is produced. In the green laminate 13, the number of green sheets 9 is set to 350 layers, for example, and the green sheets 11 are arranged every 30 layers, for example.

続いて、グリーン積層体13を60℃程度の温度で加熱しながら100MPa程度の圧力で積層方向にプレス加工した後、そのグリーン積層体13を例えばダイヤモンドブレードにより所定の寸法に切断する。これにより、図3に示すように、電極パターン10A,10Bがグリーン積層体13の側面に露出するようになる。   Subsequently, the green laminate 13 is pressed in the laminating direction at a pressure of about 100 MPa while being heated at a temperature of about 60 ° C., and then the green laminate 13 is cut into a predetermined dimension by, for example, a diamond blade. Thereby, as shown in FIG. 3, the electrode patterns 10 </ b> A and 10 </ b> B are exposed on the side surface of the green laminate 13.

そして、切断後のグリーン積層体13をセッターに載せ、当該グリーン積層体13の脱脂(脱バインダ)を例えば400℃前後の温度で10時間程度行う。その後、脱脂後のグリーン積層体13が載置されたセッターをこう鉢炉内に入れ、当該グリーン積層体13の焼結を例えば、950℃程度の温度で2時間程度行う。   Then, the cut green laminate 13 is placed on a setter, and degreasing (debinding) of the green laminate 13 is performed at a temperature of about 400 ° C. for about 10 hours, for example. Thereafter, the setter on which the degreased green laminate 13 is placed is placed in a mortar furnace, and the green laminate 13 is sintered, for example, at a temperature of about 950 ° C. for about 2 hours.

このとき、緩衝層5を圧電体3よりも焼結温度の高い圧電材料で形成し、圧電体3の焼結温度で一体焼結しているので、グリーンシート9は完全に焼結しているにも拘らず、グリーンシート11は未焼結の状態(素焼き状態)となる。従って、特にセラミック材料に対する有機バインダ樹脂の量を調整しなくても、圧電体3に比べて十分に低い密度を有する緩衝層5を所定層おきに簡単かつ確実に形成できる。   At this time, since the buffer layer 5 is formed of a piezoelectric material having a sintering temperature higher than that of the piezoelectric body 3 and is integrally sintered at the sintering temperature of the piezoelectric body 3, the green sheet 9 is completely sintered. Nevertheless, the green sheet 11 is in an unsintered state (unfired state). Therefore, the buffer layer 5 having a sufficiently lower density than the piezoelectric body 3 can be easily and reliably formed every predetermined layer without adjusting the amount of the organic binder resin with respect to the ceramic material.

ここで、グリーン積層体12において、電極パターン10A、10B同士が重なり合う領域(活性領域)では、焼結時に電極パターン10A、10Bの材料であるAgが拡散し、焼結を促進させることになる。このため、活性領域における緩衝層5の密度よりも、不活性領域における緩衝層5の密度が低くなる。   Here, in the green laminate 12, in the region where the electrode patterns 10 </ b> A and 10 </ b> B overlap (active region), Ag, which is the material of the electrode patterns 10 </ b> A and 10 </ b> B, is diffused during sintering, thereby promoting the sintering. For this reason, the density of the buffer layer 5 in the inactive region is lower than the density of the buffer layer 5 in the active region.

また、グリーンシート9、11は、同一組成系の圧電材料で形成されているので、一体焼結時にグリーンシート9とグリーンシート11との間で不要な反応が起こることは無い。これにより、緩衝層5が全体的にきれいに焼け上がるようになる。   Further, since the green sheets 9 and 11 are formed of the same composition type piezoelectric material, no unnecessary reaction occurs between the green sheet 9 and the green sheet 11 during integral sintering. Thereby, the buffer layer 5 is baked cleanly as a whole.

続いて、素子本体20の両側面に外部電極6A、6Bを形成する。具体的には、まず例えばAgを主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷した後、例えば700℃程度の温度で焼付処理を行うことで、素子本体20の両側面にそれぞれ電極部7を形成する。なお、この電極部7の形成手法としては、焼付の代わりにスパッタリング法や無電解メッキ法等を用いても良い。そして、波状に延びる波状電極部8を、例えば半田付けにより複数の箇所で電極部7と接合する。   Subsequently, external electrodes 6 </ b> A and 6 </ b> B are formed on both side surfaces of the element body 20. Specifically, first, for example, a conductive paste containing Ag as a main component is screen-printed, and then, for example, a baking process is performed at a temperature of about 700 ° C., thereby forming the electrode portions 7 on both side surfaces of the element body 20. In addition, as a formation method of this electrode part 7, you may use sputtering method, an electroless plating method, etc. instead of baking. Then, the wavy electrode portion 8 extending in a wavy shape is joined to the electrode portion 7 at a plurality of locations, for example, by soldering.

最後に、例えば温度120℃の環境下で、圧電体3の厚みに対する電界強度が2kV/mmとなるように所定の電圧を例えば3分間印加することにより、分極処理を行う。以上により、積層型圧電素子1が完成する。   Finally, for example, under a temperature of 120 ° C., a polarization process is performed by applying a predetermined voltage, for example, for 3 minutes so that the electric field strength with respect to the thickness of the piezoelectric body 3 becomes 2 kV / mm. Thus, the multilayer piezoelectric element 1 is completed.

以上このように本実施形態の積層型圧電素子1では、各層の積層体2の間に、圧電体3よりも密度の低い緩衝層5を備えているので、燃料噴射装置等の苛酷な環境条件の下での運転時においても、圧電体3が変位したときに積層体2にかかる応力が緩衝層5で緩和され、上下方向に延びるクラック等の破損が起きにくくなる。これにより、異極の内部電極4A,4B同士のショートが防止されるため、素子の絶縁破壊を避けることができる。さらに、圧電体3及び緩衝層5が同一組成の圧電材料で形成されているので、積層体2同士をガラス系の材料や高分子材料の接合層により接合した場合に比べ、一体焼結時に、上下方向に延びるクラック等が発生しにくくなる。従って、積層型圧電素子1の耐久性及び信頼性を向上させることができる。   As described above, the multilayer piezoelectric element 1 according to the present embodiment includes the buffer layer 5 having a density lower than that of the piezoelectric body 3 between the multilayer bodies 2 of each layer. Even when the piezoelectric body 3 is displaced, the stress applied to the laminated body 2 is relaxed by the buffer layer 5 when the piezoelectric body 3 is displaced, and damage such as cracks extending in the vertical direction is less likely to occur. As a result, short-circuit between the internal electrodes 4A and 4B having different polarities is prevented, so that dielectric breakdown of the element can be avoided. Furthermore, since the piezoelectric body 3 and the buffer layer 5 are formed of a piezoelectric material having the same composition, compared to the case where the laminated bodies 2 are bonded to each other with a bonding layer made of a glass-based material or a polymer material, Cracks or the like extending in the vertical direction are less likely to occur. Therefore, durability and reliability of the multilayer piezoelectric element 1 can be improved.

また、圧電体3、内部電極4及び緩衝層5が一体焼結して形成されるので、積層型圧電素子1を比較的簡単に製造でき、製造コストを低減することが可能となる。   Further, since the piezoelectric body 3, the internal electrode 4, and the buffer layer 5 are formed by integral sintering, the multilayer piezoelectric element 1 can be manufactured relatively easily, and the manufacturing cost can be reduced.

以上、本発明に係わる積層型圧電素子の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の積層型圧電素子1では、素子本体20の形状を四角柱状としたが、他の多角柱形状や円柱形状であっても良い。素子本体20の側面において外部電極6A及び6Bを設ける位置としては、互いに接触しない位置であれば良い。   The preferred embodiments of the multilayer piezoelectric element according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the multilayer piezoelectric element 1 of the above-described embodiment, the shape of the element body 20 is a quadrangular prism shape, but may be other polygonal column shapes or cylindrical shapes. The positions where the external electrodes 6A and 6B are provided on the side surface of the element body 20 may be positions that do not contact each other.

本発明に係わる積層型圧電素子の一実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an embodiment of a multilayer piezoelectric element according to the present invention. 図1に示した積層型圧電素子の側面図である。FIG. 2 is a side view of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 1. 図1に示した積層型圧電素子を製造する際に作製されるグリーン積層体の切断後の状態を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the state after the cutting | disconnection of the green laminated body produced when manufacturing the lamination type piezoelectric element shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…積層型圧電素子、2…積層体、3…圧電体、4、4A、4B…内部電極、5…緩衝層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated piezoelectric element, 2 ... Laminated body, 3 ... Piezoelectric body, 4, 4A, 4B ... Internal electrode, 5 ... Buffer layer

Claims (3)

圧電体と内部電極とが交互に積層されてなる複数層の積層体を備えた積層型圧電素子であって、
前記各層の積層体の間には、前記圧電体と同一組成系の圧電材料で形成され、前記圧電体よりも密度の低い緩衝層が介在されており、
前記圧電体、前記内部電極及び前記緩衝層は、一体焼結されていることを特徴とする積層型圧電素子。
A laminated piezoelectric element comprising a multilayered structure in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately laminated,
Between the laminates of the respective layers, a buffer material having a density lower than that of the piezoelectric body is interposed with a piezoelectric material having the same composition as the piezoelectric body.
The piezoelectric piezoelectric element, the internal electrode, and the buffer layer are integrally sintered.
前記緩衝層の上面及び下面は、前記圧電体と接していることを特徴とする請求項1記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein an upper surface and a lower surface of the buffer layer are in contact with the piezoelectric body. 前記緩衝層を形成する圧電材料の焼結温度は、前記圧電体を形成する圧電材料の焼結温度より高いことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の積層型圧電素子   3. The stacked piezoelectric element according to claim 1, wherein a sintering temperature of the piezoelectric material forming the buffer layer is higher than a sintering temperature of the piezoelectric material forming the piezoelectric body.
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