JP4748291B2

JP4748291B2 - Laminate displacement element

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Publication number: JP4748291B2
Application number: JP2001002783A
Authority: JP
Inventors: 賢治堀野; 健増田; 尚吾室澤; 正仁古川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2021-01-10
Also published as: JP2002208743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば精密機器あるいは精密装置の位置決めに用アクチュエータに用いられる積層体変位素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電材料は、従来より、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する素子の材料として用いられている。中でも、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃；ＰＴ）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃；ＰＺ）との固溶体系（ＰＺＴ系）の圧電材料は、高い電気機械結合係数を有しており、フィルタあるいはアクチュエータなどに広く利用されている。
【０００３】
ところが、このようなＰＺＴ系の圧電材料は、低温でも揮発性の極めて高い酸化鉛（ＰｂＯ）を多量に含んでいる。よって、ＰＺＴ系の圧電材料を製造する際には、磁器であれば焼成工程、単結晶品であれば溶融工程などの熱処理工程において、工業レベルで極めて多量の酸化鉛が大気中に揮発し拡散してしまう。また、製造段階で放出される酸化鉛については回収することも可能であるが、工業製品として市場に出された圧電製品に含有される酸化鉛については現状では回収が難しく、これらが広く環境中に放出されると、酸性雨による鉛の溶出などが心配される。従って、今後圧電磁器および単結晶の応用分野が広がり、使用量が増大すると、無鉛化の問題が極めて重要な課題となる。
【０００４】
鉛を全く含有しない圧電材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ビスマス層状化合物、あるいはチタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ_0.5Ｂｉ_0.5ＴｉＯ₃）が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの鉛を含まない圧電材料は、鉛系の圧電材料に比べて圧電特性が低く、大きな変位量を得るに至っていない。中でも、チタン酸バリウムは比較的高い圧電特性を有し、圧電材料として有望であるが、破壊電圧が低く、連続駆動による信頼性が低いという問題もあった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れた圧電特性を示し、低公害化、対環境性および生態学的見地からも優れた積層体変位素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による積層体変位素子は、交互に積層された複数の圧電層と複数の内部電極とを備え、主成分としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ ₃ ）と、副成分としてマンガン（Ｍｎ）およびイットリウム（Ｙ）とを含み、圧電層における副成分の含有量は、主成分１００ｍｏｌに対して、マンガンが０．０１ｍｏｌ以上１ｍｏｌ以下の範囲内、イットリウムが０．０２ｍｏｌ以上２０ｍｏｌよりも少ない範囲内であるものである。
【０００８】
本発明による積層体変位素子では、主成分としてチタン酸バリウムを含む圧電層が複数積層されているので、大きな変位量が得られる。
【０００９】
また、圧電層は、マンガン（Ｍｎ）を主成分１００ｍｏｌに対して０．０１ｍｏｌ以上１ｍｏｌ以下の範囲内で含むことにより破壊電圧または駆動信頼性の向上が図られる。圧電層は、また、イットリウムを、主成分１００ｍｏｌに対して０．０２ｍｏｌ以上２０ｍｏｌよりも少ない範囲内で含むことにより電気機械結合係数または駆動信頼性の向上が図られる。
【００１０】
圧電層は、更に、ケイ素（Ｓｉ）を、主成分１００ｍｏｌに対して０．０１ｍｏｌ以上１５ｍｏｌ以下の範囲内で含むことが好ましく、これらは焼結助剤として機能する。
【００１１】
また、内部電極は、ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ）および銀（Ａｇ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［積層体変位素子の構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る積層体変位素子の断面構造を表すものである。この積層体変位素子は、例えば、複数の圧電層１１と複数の内部電極１２とを交互に積層した積層体１０を備えている。内部電極１２は例えば交互に逆方向に延長されており、その延長方向には内部電極１２と電気的に接続された一対の端子電極２１，２２がそれぞれ設けられている。
【００１４】
圧電層１１は、複数の粒子の焼結体である圧電磁器により構成されており、圧電層１１の一層当たりの厚さは例えば１μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。圧電層１１の積層数は目的とする変位量に応じて決定される。圧電層１１を構成する圧電磁器は、バリウムとチタンと酸素とを含む酸化物を主成分として含み、更に、例えば表１に示した副成分のうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。圧電磁器の平均結晶粒子径は、例えば１μｍ〜５０μｍが好ましい。
【００１５】
【表１】

【００１６】
主成分である酸化物はペロブスカイト構造を有しており、バリウムの一部がストロンチウム（Ｓｒ），カルシウム（Ｃａ）あるいはマグネシウム（Ｍｇ）などの他の元素により置換されていてもよく、またはチタンの一部がジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ）あるいはスズ（Ｓｎ）などの他の元素により置換されていてもよい。この酸化物は、化学量論組成であれば下記の化１に示したように表されるが、化学量論組成からずれていているものでもよい。
【００１７】
【化１】
（Ｂａ_xＭＩ_1-x）（Ｔｉ_yＭII_1-y）Ｏ₃
式中、ＭＩはバリウムと置換可能な元素を表し、ＭIIはチタンと置換可能な元素を表す。ｘおよおびｙはそれぞれ０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１の範囲内の値である。
【００１８】
副成分のうちマンガンは破壊電圧または駆動信頼性を向上させるためのものであり、希土類元素は電気機械結合係数または駆動信頼性を向上させるためのものである。特に、マンガンと希土類元素とを共に含むようにすれば、駆動信頼性を向上させることができるので好ましい。これらマンガンおよび希土類元素は、主成分である酸化物の粒界に単独または複数で酸化物などとして存在していることもあるが、主成分である酸化物の結晶粒子の一部に拡散して存在していることもある。また、副成分のうちケイ素，リチウムおよびホウ素からなる群のうちの少なくとも１種は、焼結助剤として機能するものである。これらは、主として、主成分である酸化物の粒界に単独または複数で酸化物などとして存在している。
【００１９】
これら副成分の含有量は、主成分の酸化物１００ｍｏｌに対してそれぞれ、
Ｍｎ：１ｍｏｌ以下、
希土類元素：２０ｍｏｌよりも少ない
Ｓｉ，Ｌｉ，Ｂ：１５ｍｏｌ以下
の範囲内であることが好ましく、
Ｍｎ：０．０１ｍｏｌ〜０．５ｍｏｌ、
希土類元素：０．０２ｍｏｌ〜１２ｍｏｌ、
Ｓｉ，Ｌｉ，Ｂ：０．０１ｍｏｌ〜１５ｍｏｌ
の範囲内であればより好ましい。
【００２０】
マンガンの含有量が少なすぎると破壊電圧を十分に改善することができず、多すぎると破壊電圧が小さくなってしまい、寿命が短くなってしまうからである。希土類元素の含有量が少なすぎると駆動信頼性を十分に改善することができず、多すぎると電気機械結合係数および駆動信頼性が低下してしまうからである。ケイ素，リチウムおよびホウ素からなる群のうちの少なくとも１種の含有量が少なすぎると焼成温度を十分に低くすることができず、多すぎると破壊電圧および駆動信頼性が低下してしまうからである。
【００２１】
内部電極１２は、導電材料を含有している。導電材料は特に限定されないが、例えば、ニッケル，銅，金，白金，パラジウムおよび銀からなる群のうちの少なくとも１種、あるいはその合金が好ましい。中でも、ニッケルあるいはニッケル合金が特に好ましい。ニッケル合金としては、マンガン，クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ）およびアルミニウム（Ａｌ）などから選択される１種以上の元素とニッケルとの合金が好ましく、合金中におけるニッケルの含有量は９５質量％以上であることが好ましい。なお、内部電極１２は、それらの他にリン（Ｐ）などの各種微量成分を０．１質量％程度以下含有していても良い。内部電極１２の厚さは例えば０．５μｍ〜３μｍ程度であることが好ましい。０．５μｍよりも薄いと内部電極１２が途切れてしまい、十分な圧電特性を得ることができず、３μｍよりも厚いと焼成後の積層体１０の歪みが大きくなってしまうからである。
【００２２】
端子電極２１，２２は、例えば、端子電極用ペーストを焼き付けることにより形成されたものである。この端子電極用ペーストは、例えば、導電材料と、ガラスフリットと、ビヒクルとを含有している。導電材料は、例えば、銀，金，銅，ニッケル，パラジウムおよび白金からなる群のうちの少なくとも１種を含んでいる。ビヒクルには有機ビヒクルあるいは水系ビヒクルなどがあり、有機ビヒクルはバインダを有機溶媒に溶解させたもの、水系ビヒクルは水に水溶性バインダおよび分散剤などを溶解させたものである。バインダは特に限定されず、エチルセルロースあるいはポリビニルブチラールなどの各種バインダから選択して用いられる。有機溶媒も特に限定されず、成形方法に応じて選択される。例えば、印刷法あるいはシート法などにより成形する場合には、テルピネオール，ブチルカルビトール，アセトンあるいはトルエンなどが選択される。水溶性バインダも特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール，セルロース，水溶性アクリル樹脂あるいはエマルションなどから選択して用いられる。端子電極２１，２２の厚さは用途等に応じて適宜決定されるが、通常１０μｍ〜５０μｍ程度である。
【００２３】
［積層体変位素子の製造方法］
このような構成を有する積層体変位素子は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００２４】
まず、圧電層１１を形成するための圧電層用ペーストを作製する。例えば、上述した主成分および副成分の原料としてそれらを含む酸化物または複合酸化物を用意し、この原料粉末を、主成分に対する副成分の割合が上述した範囲内となるように混合したのち、この原料混合粉末にビヒクルを加えて混練する。その際、原料粉末には、酸化物に代えて、焼成により酸化物となる炭酸塩，硫酸塩，硝酸塩，シュウ酸塩，水酸化物あるいは有機金属化合物などを用いてもよい。なお、主成分の原料として例えば酸化バリウム粉末と酸化チタン粉末というように複数種の原料粉末を用いる場合には、これらを混合して仮焼したのち、この仮焼粉に副成分の原料粉末を混合するようにしてもよく、仮焼することなく、主成分の複数種の原料粉末と副成分の原料粉末とを混合するようにしてもよい。
【００２５】
ビヒクルは、上述した端子電極用ペーストにおいて説明したものと同様である。圧電層用ペーストにおけるビヒクルの含有量は特に限定されず、通常はバインダが１〜５質量％程度、溶剤が１０〜５０質量％程度となるように調整する。また、圧電層用ペーストには、必要に応じて分散剤または可塑剤などの添加物を添加してもよい。その添加量は、合計で１０質量％以下とすることが好ましい。
【００２６】
次いで、内部電極１２を形成するための内部電極用ペーストを作成する。例えば、上述した導電材料または焼成後に上述した導電材料となる各種酸化物，有機金属化合物あるいはレジネートなどをビヒクルと混練する。ビヒクルは圧電層用ペーストと同様であり、内部電極用ペーストにおけるビヒクルの含有量も圧電層用ペーストと同様である。また、内部電極用ペーストには、必要に応じて分散剤、可塑剤、誘電体材料、絶縁体材料などの添加物を添加してもよい。その添加量は、合計で１０質量％以下とすることが好ましい。
【００２７】
続いて、これら圧電層用ペーストと内部電極用ペーストとを用い、例えば、印刷法あるいはシート法により、積層体１０の前駆体であるグリーンチップを作製する。例えば、印刷法を用いる場合には、圧電層用ペーストおよび内部電極用ペーストをポリエチレンテレフタレート製の基板（以下、ＰＥＴ基板と言う）などの上に交互に印刷し、熱圧着したのち、所定形状に切断し、基板から剥離してグリーンチップとする。また、シート法を用いる場合には、圧電層用ペーストを用いてグリーンシートを形成し、このグリーンシートの上に内部電極用ペースト層を印刷したのち、これらを積層して圧着し、所定形状に切断してグリーンチップとする。
【００２８】
グリーンチップを作製したのち、脱バインダ処理を行う。脱バインダ処理条件は通常のもので良く、例えば、内部電極１２にニッケルあるいはニッケル合金などの卑金属を用いる場合には、下記のように調整することが好ましい。
昇温速度：５℃／ｈ〜３００℃／ｈ
保持温度：１８０℃〜４００℃
保持時間：０．５時間〜２４時間
雰囲気：空気中
【００２９】
脱バインダ処理を行ったのち、焼成を行い積層体１０を形成する。焼成時の雰囲気は内部電極１２の構成材料に応じて適宜選択すれば良いが、内部電極１２にニッケルあるいはニッケル合金などの卑金属を用いる場合には、還元性雰囲気とすることが好ましい。例えば、雰囲気ガスとしては窒素ガスに水素ガスを１〜１０体積％混合して加湿したものが好ましく、酸素分圧は１×１０^-2Ｐａ〜１×１０^-8Ｐａとすることが好ましい。酸素分圧がこの範囲未満であると、内部電極１２が異常焼結して途切れてしまうことがあるからであり、酸素分圧がこの範囲を超えると、内部電極１２が酸化してしまう傾向があるからである。また、内部電極１２に貴金属を用いる場合には、空気中で焼成することが好ましい。
【００３０】
その他の焼成条件は、例えば下記のようにすることが好ましい。
昇温速度：５０℃／ｈ〜５００℃／ｈ
保持温度：１１００℃〜１４００℃
保持時間：０．５時間〜８時間
冷却速度：５０℃／ｈ〜５００℃／ｈ
【００３１】
なお、焼成を還元雰囲気で行った場合には、焼成ののちにアニールを施すことが好ましい。アニールは圧電層１１を再酸化するための処理である。アニール時の雰囲気ガスには加湿した窒素ガスを用いることが好ましく、その酸素分圧は１×１０^-3Ｐａ以上、特に１×１０^-2Ｐａ〜１０Ｐａとすることが好ましい。
【００３２】
その他のアニール条件は、例えば下記のようにすることが好ましい。
保持温度：１１００℃以下
保持時間：０時間〜２０時間
冷却速度：５０℃／ｈ〜５００℃／ｈ
【００３３】
なお、アニールは昇温過程および降温過程だけから構成してもよく、保持時間を零としてもよい。この場合、保持温度は最高温度と同義である。ちなみに、上述した脱バインダ処理工程、焼成工程およびアニール工程において、雰囲気ガスを加湿する場合には、例えば、ウエッタなどを使用すればよい。その場合の水温は０℃〜７５℃程度とすることが好ましい。
【００３４】
また、脱バインダ処理工程、焼成工程およびアニール工程は連続して行うようにしてもよく、互いに独立して行うようにしてもよい。これらを連続して行う場合には、脱バインダ処理後、冷却せず雰囲気を変更して焼成の保持温度まで昇温して焼成を行い、次いでアニール工程の保持温度まで冷却し、雰囲気を変更してアニールを行うことが好ましい。これらを独立して行う場合には、焼成工程において、脱バインダ処理時の保持温度までは窒素ガスまたは加湿した窒素ガス雰囲気下で昇温し、そののち焼成時の雰囲気に変更して昇温を続けることが好ましく、アニール時の保持温度まで冷却した後は、再び窒素ガスあるいは加湿した窒素ガス雰囲気に変更して冷却を続けることが好ましい。また、アニールに際しては、窒素ガス雰囲気下で保持温度まで昇温したのちに雰囲気を変更してもよく、アニールの全工程を加湿した窒素ガス雰囲気としても良い。
【００３５】
積層体１０を形成したのち、例えばバレル研磨やサンドブラストなどにより端面研磨を施し、内部電極用ペーストと同様にして作製した端子電極用ペーストを印刷または転写して焼き付け、端子電極２１，２２を形成する。その際、雰囲気は例えば加湿した窒素ガスと水素ガスとの混合ガス中とし、焼き付け温度は６００℃〜８００℃、保持温度は１０分間〜１時間程度とすることが好ましい。これにより、図１に示した積層体変位素子が得られる。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、バリウムとチタンと酸素とを含む酸化物を主成分として含有する圧電層１１を複数積層するようにしたので、大きな変位量を得ることができると共に、積層数により変位量を任意に調節することもできる。よって、鉛の含有量が少なく、低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた積層体変位素子の活用を図ることができる。
【００３７】
特に、圧電層１１が副成分としてマンガンを含むようにすれば、破壊電圧を向上させることができ、圧電層１１が副成分として希土類元素を含むようにすれば、電気機械結合係数を向上させることができ、両方を含むようにすれば、駆動信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、圧電層１１が副成分としてケイ素，リチウムおよびホウ素からなる群のうちの少なくとも１種を含むようにすれば、低温で焼結しても高い焼結性を得ることができる。
【００３９】
【実施例】
更に、本発明の具体的な実施例について図１を参照して説明する。
【００４０】
実験例１〜５２として、まず、圧電層１１における主成分の原料であるチタン酸バリウム粉末と、副成分の原料である炭酸マンガン（ＭｎＣＯ₃）粉末，酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）粉末および二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）ガラス粉末をそれぞれ用意した。次いで、これら原料粉末を必要に応じてボールミルにより１６時間湿式混合し、乾燥して原料混合粉末を得た。その際、実験例１〜５２で、チタン酸バリウム粉末１００ｍｏｌに対する副成分の含有量が表２または表３に示した値となるようにその混合量を調整した。
【００４１】
なお、表２および表３に示した副成分の含有量は、マンガン原子、イットリウム原子およびケイ素原子をそれぞれ基準とした値である。よって、酸化マンガンおよび二酸化ケイ素の添加モル数は表２または表３に示した値と同一となるが、酸化イットリウムの添加モル数は表２または表３に示した値の１／２となる。
【００４２】
【表２】

【００４３】
【表３】

【００４４】
続いて、この原料混合粉末１００質量部に対して、アクリル樹脂を５．０質量部、フタル酸ベンジルブチルを２．５質量部、ミネラルスピリットを６．５質量部、アセトンを４．０質量部、トリクロロエタンを２０．５質量部、および塩化メチレンを４１．５質量部の割合でそれぞれ添加し、ボールミルにより混合して圧電層用ペーストを作製した。
【００４５】
また、ニッケル粒子４４．６質量部に対して、テルピネオール５２質量部、エチルセルロース３質量部、およびベンゾトリアゾール０．４質量部の割合でそれぞれ添加し、３本ロールにより混練して内部電極用ペーストを作製した。
【００４６】
更に、銅粒子に内部電極用ペーストと同様にして有機ビヒクルを添加し、３本ロールにより混練して端子電極用ペーストを作製した。
【００４７】
これら圧電層用ペースト、内部電極用ペーストおよび端子電極用ペーストをそれぞれ作製したのち、フィルム状のＰＥＴ基板の上に圧電層用ペーストを用いてグリーンシートを形成し、このグリーンシートの上に内部電極用ペーストを印刷した。次いで、内部電極用ペーストを印刷したグリーンシートをＰＥＴ基板から剥離し、複数枚積層して圧着し、所定の大きさに切断してグリーンチップを得た。その際、グリーンシートの積層数は、内部電極１２に挟まれた圧電層１１の層数が３０層となるようにした。
【００４８】
続いて、このグリーンーンチップについて脱バインダ処理、焼成およびアニールをそれぞれ下記の条件で行い、積層体１０を作製した。
＜脱バインダ処理条件＞
昇温速度：２０℃／ｈ
保持温度：３００℃
保持時間：２時間
雰囲気：空気中
【００４９】

なお、保持温度はそれぞれの場合における最適温度である。
【００５０】

なお、焼成およびアニールの際の雰囲気ガスの加湿には、水温を３５℃としたウェッターを用いた。
【００５１】
積層体１０を作製したのち、端面をサンドブラストにて研磨し、この端面に端子電極用ペーストを転写して、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気中において８００℃で１０分間焼成し、端子電極２１，２２を形成した。これにより、実験例１〜５２について図１に示した積層体変位素子をそれぞれ得た。得られた積層体変位素子の大きさは３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×０．６ｍｍであり、内部電極１２に挟まれた圧電層１１の厚さは１０μｍ、内部電極１２の厚さは１．５μｍであった。
【００５２】
また、実験例１〜５２について、積層体変位素子の他に、圧電層１１の特性を測定するための円板状サンプルを作製した。この円板状サンプルは、上述した圧電層用ペーストを用い、積層体コンデンサと同一の条件で脱バインダ処理、焼成、およびアニールをそれぞれ行い、直径２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの円盤状に加工したのち、銀ペーストを印刷し、６００℃で焼き付けたものである。
【００５３】
作製した実験例１〜５２の積層体変位素子および円板状サンプルについて特性の評価を行った。
＜電気機械結合係数（Ｋｒ）＞
円板状サンプルについて、５０℃のオイル中で電界強度５ｋＶ／ｍｍで２分間分極処理をし、１日エージングしたのち、インピーダンスアナライザーを用い共振反共振法により広がり方向に電気機械結合係数Ｋｒを測定した。
【００５４】
＜破壊電圧＞
積層体変位素子に直流電圧を１００Ｖ／ｓｅｃの昇圧速度で印加し、０．１ｍＡの漏洩電流を検出するか、または素子が破壊した時の電圧を測定した。
【００５５】
＜駆動信頼性＞
積層体変位素子について、７０℃、電界強度Ｖ_p-p５ｋＶ／ｍｍ、ｓｉｎ波２ｋＨｚの環境下において１０億回駆動させ、絶縁抵抗および素子の変位量を測定した。１０億回後の抵抗値が初期の抵抗値よりも３桁以上低下した場合、あるいは１０億回後の変位量が初期の変位量よりも１０％以上低下した場合に、駆動信頼性なしと判断した。
【００５６】
それらの結果を表２または表３に合わせて示す。表２または表３には示していないが、いずれの実験例についても、圧電層１１を単層とした場合に比べて大きな変位量を得ることができた。また、表２に示したように、圧電層１１にマンガンを添加した実験例２〜７によれば、マンガンを添加していない実験例１に比べて大きな破壊電圧を得ることができ、圧電層にイットリウムを添加した実験例８〜１０によれば、イットリウムを添加していない実験例１に比べて大きな電気機械結合係数を得ることができた。
【００５７】
更に、表２に示した実験例１１〜２８から分かるように、圧電層１１にマンガンおよびイットリウムの両方を添加すれば、大きな破壊電圧および高い駆動信頼性を得ることができた。加えて、マンガンの含有量は、チタン酸バリウム１００ｍｏｌに対して１ｍｏｌ以下、更には０．０１ｍｏｌ〜０．５ｍｏｌの範囲内が好ましく、イットリウムの含有量は、チタン酸バリウム１００ｍｏｌに対して２０ｍｏｌよりも少なく、更には０．０２ｍｏｌ〜１２ｍｏｌの範囲内が好ましいことも分かった。
【００５８】
また、表３に示した実験例２９〜５２から分かるように、圧電層１１にケイ素を添加すれば、焼成温度を低くしても、電気機械結合係数および破壊電圧についてそれぞれ高い値を得ることができ、駆動信頼性も高めることができた。更に、ケイ素の含有量は、チタン酸バリウム１００ｍｏｌに対して１５ｍｏｌ以下、更には０．０１ｍｏｌ〜１５ｍｏｌの範囲内が好ましいことも分かった。
【００５９】
なお、ここでは詳細に説明しないが、主成分および副成分に実施の形態において説明した他のものを用いても、同様の結果を得ることができる。
【００６０】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形することができる。例えば、上記実施の形態および実施例では、圧電層１１が主成分の酸化物に加えて副成分を含む場合について説明したが、本発明は、主成分の酸化物を含んでいればこれらの副成分を含まない場合についても広く適用することができる。また、圧電層１１が他の副成分を含む場合についても適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の積層体変位素子によれば、主成分としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ ₃ ）と、副成分としてマンガン（Ｍｎ）およびイットリウム（Ｙ）を含み、マンガンおよびイットリウムの含有量を所定量とした圧電層を複数積層するようにしたので、大きな変位量を得ることができると共に、積層数により変位量を任意に調節することもできる。よって、鉛の含有量が少なく、低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた積層体変位素子の活用を図ることができるという効果を奏する。また、破壊電圧または駆動信頼性を向上させることができ、さらに電気機械結合係数または駆動信頼性を向上させることができるという効果を奏する。
【００６４】
更に、請求項４または請求項５記載の積層体変位素子によれば、圧電層がケイ素を所定量含むようにしたので、低温で焼結しても高い焼結性を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る積層体変位素子の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１０…積層体、１１…圧電層、１２…内部電極、２１，２２…端子電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laminated body displacement element used for an actuator for positioning, for example, precision equipment or precision equipment.
[0002]
[Prior art]
Piezoelectric materials are conventionally used as materials for elements that convert electrical energy and mechanical energy. Among them, a solid solution system (PZT system) piezoelectric material of lead titanate (PbTiO ₃ ; PT) and lead zirconate (PbZrO ₃ ; PZ) has a high electromechanical coupling coefficient, and is used for a filter or an actuator. Widely used.
[0003]
However, such a PZT-based piezoelectric material contains a large amount of lead oxide (PbO) that is extremely volatile even at low temperatures. Therefore, when manufacturing PZT-based piezoelectric materials, an extremely large amount of lead oxide is volatilized and diffused in the atmosphere at the industrial level in heat treatment processes such as the firing process for porcelain and the melting process for single crystal products. Resulting in. In addition, it is possible to recover the lead oxide released in the manufacturing stage. However, it is difficult to recover the lead oxide contained in the piezoelectric products put on the market as industrial products. When released to the sea, there is a concern about lead elution due to acid rain. Accordingly, if the application fields of piezoelectric ceramics and single crystals are expanded in the future, and the amount of use increases, the problem of lead-free becomes a very important issue.
[0004]
Examples of the piezoelectric material containing no lead include lithium niobate (LiNbO ₃ ), lithium tantalate (LiTaO ₃ ), barium titanate (BaTiO ₃ ), bismuth layered compound, or bismuth sodium titanate (Na _0.5 Bi _0.5). TiO ₃ ).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, these lead-free piezoelectric materials have lower piezoelectric characteristics than lead-based piezoelectric materials, and have not yet achieved a large amount of displacement. Among these, barium titanate has relatively high piezoelectric characteristics and is promising as a piezoelectric material, but has a problem that the breakdown voltage is low and the reliability by continuous driving is low.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a laminate displacement element that exhibits excellent piezoelectric characteristics and is excellent in terms of low pollution, environmental friendliness, and ecology. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The multilayer body displacement element according to the present invention includes a plurality of piezoelectric layers and a plurality of internal electrodes that are alternately stacked, and barium titanate (BaTiO ₃ ) as a main component and manganese (Mn) and yttrium (Y as subcomponents). ), And the content of subcomponents in the piezoelectric layer is within the range of 0.01 to 1 mol of manganese and within the range of 0.02 to 20 mol of yttrium with respect to 100 mol of the main component. is there.
[0008]
In the multilayer body displacement element according to the present invention, since a plurality of piezoelectric layers containing barium titanate as a main component are laminated, a large amount of displacement can be obtained.
[0009]
The piezoelectric layer is improved more breakdown voltages or drive reliability it to contain in the range of more than 1mol less 0.01mol is achieved a manganese (Mn) with respect to the main component 100 mol. The piezoelectric layer may also yttrium, improved the electromechanical coupling coefficient or drive reliability can be achieved in it to contain within smaller range than 20mol least 0.02mol respect to the main component 100 mol.
[0010]
The piezoelectric layer preferably further contains silicon (Si 2 ) within a range of 0.01 mol to 15 mol with respect to 100 mol of the main component , and these function as a sintering aid.
[0011]
The internal electrode preferably contains at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), and silver (Ag).
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
[Configuration of Laminate Displacement Element]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a laminated body displacement element according to an embodiment of the present invention. The multilayer body displacement element includes, for example, a multilayer body 10 in which a plurality of piezoelectric layers 11 and a plurality of internal electrodes 12 are alternately stacked. For example, the internal electrodes 12 are alternately extended in opposite directions, and a pair of

terminal electrodes

21 and 22 electrically connected to the internal electrode 12 are provided in the extending direction.
[0014]
The piezoelectric layer 11 is composed of a piezoelectric ceramic that is a sintered body of a plurality of particles, and the thickness per layer of the piezoelectric layer 11 is preferably about 1 μm to 100 μm, for example. The number of stacked piezoelectric layers 11 is determined according to the target amount of displacement. The piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric layer 11 preferably contains an oxide containing barium, titanium, and oxygen as a main component, and further contains at least one of subcomponents shown in Table 1, for example. The average crystal particle diameter of the piezoelectric ceramic is preferably 1 μm to 50 μm, for example.
[0015]
[Table 1]

[0016]
The oxide as the main component has a perovskite structure, and a part of barium may be substituted with other elements such as strontium (Sr), calcium (Ca), magnesium (Mg), or titanium. A part may be substituted with other elements such as zirconium (Zr), hafnium (Hf), or tin (Sn). This oxide is expressed as shown in the following chemical formula 1 if it is a stoichiometric composition, but may be deviated from the stoichiometric composition.
[0017]
[Chemical 1]
(Ba _x MI _1-x ) (Ti _y MII _1-y ) O ₃
In the formula, MI represents an element replaceable with barium, and MII represents an element replaceable with titanium. x and y are values in the range of 0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, respectively.
[0018]
Of the subcomponents, manganese is for improving the breakdown voltage or driving reliability, and the rare earth element is for improving the electromechanical coupling coefficient or driving reliability. In particular, it is preferable to include both manganese and rare earth elements because the driving reliability can be improved. These manganese and rare earth elements may be present as single or plural oxides at the grain boundaries of the main component oxide, but may diffuse into some of the crystal grains of the main component oxide. May exist. Further, at least one of the subcomponents consisting of silicon, lithium and boron functions as a sintering aid. These are mainly present as oxides or the like alone or in plural at the grain boundaries of the main oxide.
[0019]
The contents of these subcomponents are respectively 100 mol of the main component oxide.
Mn: 1 mol or less,
Rare earth elements: Si, Li, B less than 20 mol, preferably within a range of 15 mol or less,
Mn: 0.01 mol to 0.5 mol,
Rare earth element: 0.02 mol to 12 mol,
Si, Li, B: 0.01 mol to 15 mol
If it is in the range, it is more preferable.
[0020]
This is because if the manganese content is too small, the breakdown voltage cannot be sufficiently improved, and if it is too much, the breakdown voltage is reduced and the life is shortened. This is because if the content of the rare earth element is too small, the driving reliability cannot be sufficiently improved, and if it is too large, the electromechanical coupling coefficient and the driving reliability are lowered. This is because if the content of at least one of the group consisting of silicon, lithium and boron is too small, the firing temperature cannot be lowered sufficiently, and if it is too much, the breakdown voltage and the driving reliability are lowered. .
[0021]
The internal electrode 12 contains a conductive material. Although the conductive material is not particularly limited, for example, at least one selected from the group consisting of nickel, copper, gold, platinum, palladium, and silver, or an alloy thereof is preferable. Among these, nickel or a nickel alloy is particularly preferable. As the nickel alloy, an alloy of nickel and one or more elements selected from manganese, chromium (Cr), cobalt (Co), aluminum (Al) and the like is preferable, and the nickel content in the alloy is 95% by mass. The above is preferable. In addition, the internal electrode 12 may contain about 0.1% by mass or less of various trace components such as phosphorus (P) in addition to them. The thickness of the internal electrode 12 is preferably about 0.5 μm to 3 μm, for example. If the thickness is less than 0.5 μm, the internal electrode 12 is interrupted, and sufficient piezoelectric characteristics cannot be obtained. If the thickness is more than 3 μm, distortion of the laminated body 10 after firing increases.
[0022]
The

terminal electrodes

21 and 22 are formed, for example, by baking terminal electrode paste. This terminal electrode paste contains, for example, a conductive material, glass frit, and a vehicle. The conductive material includes, for example, at least one selected from the group consisting of silver, gold, copper, nickel, palladium, and platinum. Examples of the vehicle include an organic vehicle and an aqueous vehicle. The organic vehicle is obtained by dissolving a binder in an organic solvent, and the aqueous vehicle is obtained by dissolving a water-soluble binder and a dispersant in water. The binder is not particularly limited, and may be selected from various binders such as ethyl cellulose or polyvinyl butyral. The organic solvent is not particularly limited and is selected according to the molding method. For example, terpineol, butyl carbitol, acetone, toluene or the like is selected when molding is performed by a printing method or a sheet method. The water-soluble binder is not particularly limited, and is selected from, for example, polyvinyl alcohol, cellulose, water-soluble acrylic resin or emulsion. The thicknesses of the

terminal electrodes

21 and 22 are appropriately determined according to the application and the like, but are usually about 10 μm to 50 μm.
[0023]
[Method for Manufacturing Laminate Displacement Element]
The laminated body displacement element having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.
[0024]
First, a piezoelectric layer paste for forming the piezoelectric layer 11 is prepared. For example, after preparing an oxide or composite oxide containing them as a raw material for the main component and subcomponent described above, and mixing this raw material powder so that the ratio of the subcomponent to the main component is within the range described above, A vehicle is added to the raw material mixed powder and kneaded. In this case, carbonate, sulfate, nitrate, oxalate, hydroxide, or an organic metal compound that becomes an oxide by firing may be used as the raw material powder instead of the oxide. In addition, when using multiple types of raw material powders such as barium oxide powder and titanium oxide powder as the main component raw material, after mixing and calcining these, the subcomponent raw material powder is added to the calcined powder. You may make it mix, You may make it mix several types of raw material powder of a main component, and raw material powder of a subcomponent, without calcining.
[0025]
The vehicle is the same as that described for the terminal electrode paste described above. The content of the vehicle in the piezoelectric layer paste is not particularly limited, and is usually adjusted so that the binder is about 1 to 5% by mass and the solvent is about 10 to 50% by mass. Moreover, you may add additives, such as a dispersing agent or a plasticizer, to the paste for piezoelectric layers as needed. The total amount added is preferably 10% by mass or less.
[0026]
Next, an internal electrode paste for forming the internal electrode 12 is prepared. For example, the above-described conductive material or various oxides, organometallic compounds, or resinates that become the above-described conductive material after firing are kneaded with the vehicle. The vehicle is the same as the piezoelectric layer paste, and the content of the vehicle in the internal electrode paste is the same as that of the piezoelectric layer paste. Moreover, you may add additives, such as a dispersing agent, a plasticizer, a dielectric material, and an insulator material, to the internal electrode paste. The total amount added is preferably 10% by mass or less.
[0027]
Subsequently, using the these piezoelectric layer paste and the internal electrode paste, for example, by a printing method or sheet method, to prepare a green chip which is a precursor of the product Sotai 10. For example, when the printing method is used, the piezoelectric layer paste and the internal electrode paste are alternately printed on a polyethylene terephthalate substrate (hereinafter referred to as a PET substrate), thermocompression-bonded, and then formed into a predetermined shape. Cut and peel from the substrate to make a green chip. Also, when using the sheet method, a green sheet is formed using a piezoelectric layer paste, and after printing the internal electrode paste layer on the green sheet, these are laminated and pressure-bonded to obtain a predetermined shape. Cut into green chips.
[0028]
After producing the green chip, the binder removal process is performed. For example, when a base metal such as nickel or a nickel alloy is used for the internal electrode 12, it is preferable to adjust as follows.
Temperature increase rate: 5 ° C / h to 300 ° C / h
Holding temperature: 180 ° C to 400 ° C
Holding time: 0.5 to 24 hours Atmosphere: In air [0029]
After the binder removal treatment, firing is performed to form the laminate 10. The firing atmosphere may be appropriately selected according to the constituent material of the internal electrode 12, but when a base metal such as nickel or nickel alloy is used for the internal electrode 12, a reducing atmosphere is preferable. For example, the atmosphere gas is preferably nitrogen gas mixed with 1 to 10% by volume of hydrogen gas and humidified, and the oxygen partial pressure is preferably 1 × 10 ⁻² Pa to 1 × 10 ⁻⁸ Pa. This is because if the oxygen partial pressure is less than this range, the internal electrode 12 may be abnormally sintered and interrupted, and if the oxygen partial pressure exceeds this range, the internal electrode 12 tends to be oxidized. Because there is. Moreover, when using a noble metal for the internal electrode 12, it is preferable to bake in air.
[0030]
Other firing conditions are preferably as follows, for example.
Temperature increase rate: 50 ° C / h to 500 ° C / h
Holding temperature: 1100 ° C to 1400 ° C
Holding time: 0.5 to 8 hours Cooling rate: 50 ° C / h to 500 ° C / h
[0031]
When firing is performed in a reducing atmosphere, it is preferable to perform annealing after firing. Annealing is a process for reoxidizing the piezoelectric layer 11. It is preferable to use a humidified nitrogen gas as the atmosphere gas at the time of annealing, and the oxygen partial pressure is preferably 1 × 10 ⁻³ Pa or more, particularly 1 × 10 ⁻² Pa to 10 Pa.
[0032]
Other annealing conditions are preferably as follows, for example.
Holding temperature: 1100 ° C. or lower Holding time: 0 hour to 20 hours Cooling rate: 50 ° C./h to 500 ° C./h
[0033]
The annealing may be composed of only the temperature raising process and the temperature lowering process, and the holding time may be zero. In this case, the holding temperature is synonymous with the maximum temperature. Incidentally, when the atmospheric gas is humidified in the above-described binder removal processing step, firing step and annealing step, for example, a wetter or the like may be used. In this case, the water temperature is preferably about 0 ° C to 75 ° C.
[0034]
Further, the binder removal process, the firing process, and the annealing process may be performed continuously, or may be performed independently of each other. When these processes are performed continuously, after removing the binder, the atmosphere is changed without cooling, the temperature is raised to the holding temperature for baking, and then the baking is performed. It is preferable to perform annealing. When performing these independently, in the firing step, the temperature is raised in a nitrogen gas or humidified nitrogen gas atmosphere up to the holding temperature during the binder removal treatment, and then the temperature is changed to the firing atmosphere. It is preferable to continue, and after cooling to the holding temperature at the time of annealing, it is preferable to continue cooling by changing to a nitrogen gas or humidified nitrogen gas atmosphere again. In the annealing, the atmosphere may be changed after the temperature is raised to the holding temperature in a nitrogen gas atmosphere, or the entire annealing process may be a humidified nitrogen gas atmosphere.
[0035]
After forming the laminated body 10, end face polishing is performed by, for example, barrel polishing or sand blasting, and terminal electrode paste prepared in the same manner as the internal electrode paste is printed or transferred and baked to form

terminal electrodes

21 and 22. . At that time, for example, the atmosphere is preferably in a mixed gas of humidified nitrogen gas and hydrogen gas, the baking temperature is preferably 600 ° C. to 800 ° C., and the holding temperature is preferably about 10 minutes to 1 hour. Thereby, the laminated body displacement element shown in FIG. 1 is obtained.
[0036]
Thus, according to the present embodiment, since a plurality of piezoelectric layers 11 containing oxides containing barium, titanium, and oxygen as main components are laminated, a large displacement can be obtained and The amount of displacement can be arbitrarily adjusted by the number. Therefore, it is possible to utilize a laminate displacement element that has a low lead content and is extremely excellent in terms of low pollution, environmental friendliness, and ecology.
[0037]
In particular, if the piezoelectric layer 11 contains manganese as a subcomponent, the breakdown voltage can be improved, and if the piezoelectric layer 11 contains a rare earth element as a subcomponent, the electromechanical coupling coefficient can be improved. If both are included, driving reliability can be improved.
[0038]
Further, if the piezoelectric layer 11 contains at least one member selected from the group consisting of silicon, lithium and boron as subcomponents, high sinterability can be obtained even if sintering is performed at a low temperature.
[0039]
【Example】
Further, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0040]
As Experimental Examples 1 to 52, first, barium titanate powder, which is a raw material of the main component in the piezoelectric layer 11, manganese carbonate (MnCO ₃ ) powder, yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) powder, and dioxide that are raw materials of subcomponents. Each silicon (SiO ₂ ) glass powder was prepared. Subsequently, these raw material powders were wet-mixed for 16 hours by a ball mill as needed and dried to obtain raw material mixed powders. At that time, in Experimental Examples 1 to 52, the mixing amount was adjusted so that the content of the subcomponent with respect to 100 mol of the barium titanate powder became the value shown in Table 2 or Table 3.
[0041]
In addition, content of the subcomponent shown in Table 2 and Table 3 is a value on the basis of the manganese atom, the yttrium atom, and the silicon atom, respectively. Therefore, the added mole number of manganese oxide and silicon dioxide is the same as the value shown in Table 2 or Table 3, but the added mole number of yttrium oxide is 1/2 of the value shown in Table 2 or Table 3.
[0042]
[Table 2]

[0043]
[Table 3]

[0044]
Subsequently, 5.0 parts by mass of acrylic resin, 2.5 parts by mass of benzylbutyl phthalate, 6.5 parts by mass of mineral spirit, and 4.0 parts by mass of acetone with respect to 100 parts by mass of the raw material mixed powder. Then, 20.5 parts by mass of trichloroethane and 41.5 parts by mass of methylene chloride were added to each other and mixed by a ball mill to prepare a piezoelectric layer paste.
[0045]
Further, 52 parts by mass of terpineol, 3 parts by mass of ethyl cellulose, and 0.4 parts by mass of benzotriazole were added to 44.6 parts by mass of nickel particles, respectively, and kneaded with three rolls to obtain an internal electrode paste. Produced.
[0046]
Further, an organic vehicle was added to the copper particles in the same manner as the internal electrode paste, and kneaded with three rolls to prepare a terminal electrode paste.
[0047]
After each of these piezoelectric layer paste, internal electrode paste, and terminal electrode paste was prepared, a green sheet was formed on the film-like PET substrate using the piezoelectric layer paste, and the internal electrode was formed on the green sheet. The paste was printed. Next, the green sheet on which the internal electrode paste was printed was peeled from the PET substrate, and a plurality of sheets were laminated and pressure-bonded, and cut into a predetermined size to obtain a green chip. At that time, the number of laminated green sheets was set such that the number of piezoelectric layers 11 sandwiched between the internal electrodes 12 was 30 layers.
[0048]
Subsequently, the greenone chip was subjected to binder removal processing, firing and annealing under the following conditions, respectively, to produce a laminate 10.
<Binder removal conditions>
Temperature increase rate: 20 ° C / h
Holding temperature: 300 ° C
Holding time: 2 hours Atmosphere: In air [0049]

The holding temperature is the optimum temperature in each case.
[0050]

A wetter with a water temperature of 35 ° C. was used for humidifying the atmospheric gas during firing and annealing.
[0051]
After the laminated body 10 is manufactured, the end face is polished by sandblasting, the terminal electrode paste is transferred to the end face, and baked at 800 ° C. for 10 minutes in a mixed gas atmosphere of nitrogen gas and hydrogen gas. 21 and 22 were formed. Thus, to obtain a laminate displacement element shown in FIG. 1, respectively Experimental example 1 to 52. The size of the obtained laminate displacement element is 3.2 mm × 1.6 mm × 0.6 mm, the thickness of the piezoelectric layer 11 sandwiched between the internal electrodes 12 is 10 μm, and the thickness of the internal electrode 12 is 1. It was 5 μm.
[0052]
Further, for Experimental Examples 1 to 52, in addition to the laminated body displacement element, a disk sample for measuring the characteristics of the piezoelectric layer 11 was produced. This disk-shaped sample was processed into a disk shape with a diameter of 25 mm and a thickness of 1.2 mm by using the above-described piezoelectric layer paste and performing binder removal treatment, firing, and annealing under the same conditions as the multilayer capacitor. After that, a silver paste was printed and baked at 600 ° C.
[0053]
The characteristics of the laminated body displacement element and the disk-shaped sample of the produced experimental examples 1 to 52 were evaluated.
<Electromechanical coupling coefficient (Kr)>
A disk-shaped sample is polarized in oil at 50 ° C. for 2 minutes at an electric field strength of 5 kV / mm, and after aging for one day, the electromechanical coupling coefficient Kr is measured in the spreading direction by the resonance anti-resonance method using an impedance analyzer. did.
[0054]
<Destruction voltage>
A direct current voltage was applied to the laminate displacement element at a boosting rate of 100 V / sec, and a leakage current of 0.1 mA was detected, or a voltage when the element was broken was measured.
[0055]
<Drive reliability>
The laminated body displacement element was driven 1 billion times in an environment of 70 ° C., electric field strength V _pp 5 kV / mm, sin wave 2 kHz, and the insulation resistance and the displacement amount of the element were measured. If the resistance value after 1 billion times has decreased by more than 3 digits from the initial resistance value, or if the displacement amount after 1 billion times has decreased by more than 10% than the initial displacement value, it is determined that there is no drive reliability. did.
[0056]
The results are shown in Table 2 or Table 3. Although not shown in Table 2 or Table 3, in any of the experimental examples, a large displacement amount was obtained as compared with the case where the piezoelectric layer 11 was a single layer. Further, as shown in Table 2, according to Experimental Examples 2 to 7 in which manganese is added to the piezoelectric layer 11, a larger breakdown voltage can be obtained as compared with Experimental Example 1 in which manganese is not added. According to Experimental Examples 8 to 10 to which yttrium was added, a larger electromechanical coupling coefficient than that of Experimental Example 1 to which yttrium was not added could be obtained.
[0057]
Further, as can be seen from Experimental Examples 11 to 28 shown in Table 2, if both manganese and yttrium were added to the piezoelectric layer 11, a large breakdown voltage and high driving reliability could be obtained. In addition, the manganese content is preferably 1 mol or less with respect to 100 mol of barium titanate, more preferably within the range of 0.01 mol to 0.5 mol, and the yttrium content is more than 20 mol with respect to 100 mol of barium titanate. It was also found that the amount is preferably in the range of 0.02 mol to 12 mol.
[0058]
Further, as can be seen from Experimental Examples 29 to 52 shown in Table 3, if silicon is added to the piezoelectric layer 11, even if the firing temperature is lowered, high values can be obtained for the electromechanical coupling coefficient and the breakdown voltage. And driving reliability was improved. Furthermore, it was also found that the silicon content is preferably 15 mol or less, more preferably in the range of 0.01 mol to 15 mol, relative to 100 mol of barium titanate.
[0059]
Although not described in detail here, the same result can be obtained even if other components described in the embodiment are used for the main component and the subcomponent.
[0060]
The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where the piezoelectric layer 11 includes subcomponents in addition to the main component oxide has been described. However, the present invention may include these subcomponents if the main component oxide is included. The present invention can be widely applied even when no component is contained. The present invention can also be applied to the case where the piezoelectric layer 11 includes other subcomponents.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the laminate displacement element according to any one of claims 1 to 5, a barium titanate (BaTiO ₃₎ as a main component, manganese as an auxiliary component (Mn) and yttrium Since a plurality of piezoelectric layers containing (Y) and containing manganese and yttrium in a predetermined amount are stacked, a large amount of displacement can be obtained, and the amount of displacement can be arbitrarily adjusted by the number of layers. it can. Therefore, the lead content is small, and there is an effect that it is possible to utilize a laminate displacement element that is extremely excellent in terms of low pollution, environmental resistance and ecological viewpoint. In addition, the breakdown voltage or the driving reliability can be improved, and the electromechanical coupling coefficient or the driving reliability can be further improved.
[0064]
Furthermore, according to the stack displacement element according to claim 4 or claim 5, wherein, the piezoelectric layer is to contain a predetermined amount of silicon, that it is possible to obtain high sinterability be sintered at a low temperature There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a multilayer body displacement element according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laminated body, 11 ... Piezoelectric layer, 12 ... Internal electrode, 21, 22 ... Terminal electrode.

Claims

Comprising a plurality of alternately stacked piezoelectric layers and a plurality of internal electrodes;
The piezoelectric layer includes barium titanate (BaTiO ₃ ) as a main component and manganese (Mn) and yttrium (Y) as subcomponents,
The content of the subcomponent in the piezoelectric layer is such that the manganese is in the range of 0.01 mol to 1 mol and the yttrium is in the range of 0.02 mol to less than 20 mol with respect to 100 mol of the main component. The laminated body displacement element characterized.

The piezoelectric layer contains the manganese in a range of 0.01 mol to 0.5 mol with respect to 100 mol of the main component.
The laminated body displacement element of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

The piezoelectric layer contains the yttrium within a range of 0.02 mol to 12 mol with respect to 100 mol of the main component.
The laminated body displacement element of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.

The piezoelectric layer is silicon (Si) as the minor component, to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises in the range of the main component 0.01mol or more with respect to 100 mol 15 mol The laminated body displacement element of description.

The internal electrode includes at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), and silver (Ag). stack displacement element according to any one of claims 1 to 4.