專利名稱：疊層型壓電元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層型壓電元件(以下也簡稱為“元件”)，例如，涉及搭載在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射裝置、噴墨等液體噴射裝置、光學(xué)裝置等的精密定位裝置或振動(dòng)防止裝置等中的驅(qū)動(dòng)元件，搭載在燃燒壓力傳感器、測(cè)震傳感器、加速度傳感器、負(fù)荷傳感器、超聲波傳感器、壓敏傳感器、偏航速率傳感器等中的傳感器元件，以及搭載在壓電陀螺、壓電開關(guān)、壓電變壓器、壓電斷路器等中的電路元件上使用的疊層型壓電元件。
背景技術(shù)：
以往，作為疊層型壓電元件，公知有交替疊層壓電體和內(nèi)部電極的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)分類為同時(shí)燒成類型、和交替疊層由1個(gè)壓電體構(gòu)成的壓電瓷器與板狀體的內(nèi)部電極的層疊類型兩種，但出于有利于低壓電化、降低制造成本方面、薄層化、以及有利于耐久性的考慮，同時(shí)燒成類型的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異性。
圖7是表示專利文獻(xiàn)1中公開的以往的疊層型壓電元件的圖。該疊層型壓電元件由疊層體20和形成在相互對(duì)置的一對(duì)側(cè)面上的外部電極54構(gòu)成。疊層體20交替疊層有構(gòu)成其的壓電體51和內(nèi)部電極52，不過，內(nèi)部電極52并不是形成在壓電體51的整個(gè)主面上，而成為所謂的局部電極結(jié)構(gòu)。該局部電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部電極52左右相異地疊層，使內(nèi)部電極52每隔一層向不同的疊層體20側(cè)面露出。而且，在疊層體20的相互對(duì)置的一對(duì)側(cè)面與每隔一層露出的內(nèi)部電極52導(dǎo)通地形成外部電極54。
此外，在疊層體20的疊層方向上兩端面疊層有惰性層104。該惰性層62也稱作保護(hù)層，該保護(hù)層一般不包含電極51。但是，在這種構(gòu)成中，有時(shí)包含內(nèi)部電極層52的部分和惰性層62之間在燒成時(shí)產(chǎn)生收縮差，而產(chǎn)生應(yīng)力或產(chǎn)生裂縫。為了防止這種情況，專利文獻(xiàn)3中公開了一種方法，如圖8所示，在惰性層62上疊層與活性層63相同的電極61，來防止在燒成后產(chǎn)生裂縫。此外，由于包括與外部電極相連接的內(nèi)部電極層52在內(nèi)的部分是與外加的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行伸縮的部分，所以稱為活性層。
這樣的疊層型壓電元件通過以下的方法來制造。首先，在包含壓電體51原料的陶瓷生片上以成為規(guī)定的電極結(jié)構(gòu)的圖形印刷內(nèi)部電極膏，制作通過塗布了該內(nèi)部電極膏的生片疊層多個(gè)而得到的疊層成形體，再通過對(duì)其進(jìn)行燒成而制作疊層體20。然后，在疊層體20的一對(duì)側(cè)面上通過燒成形成外部電極54而得到疊層型壓電元件(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
此外，作為內(nèi)部電極52采用銀與鈀的合金，并且，為了同時(shí)燒成壓電體51和內(nèi)部電極52，內(nèi)部電極52的金屬組成設(shè)為銀70質(zhì)量％、鈀30質(zhì)量％(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
這樣，不采用只由銀的金屬組成構(gòu)成的內(nèi)部電極52、而采用由含有銀一鈀合金(含有鈀)的金屬組成構(gòu)成的內(nèi)部電極52是因?yàn)樵诓缓猩挥秀y的組成中，當(dāng)賦予對(duì)置的一對(duì)內(nèi)部電極52之間電位差的情況下，會(huì)產(chǎn)生該一對(duì)內(nèi)部電極52中的銀從正極向負(fù)極沿元件表面?zhèn)鞑ヒ苿?dòng)即所謂銀遷移現(xiàn)象。在高溫、高濕的環(huán)境中該銀遷移現(xiàn)象尤其明顯。
在以往的疊層型壓電元件使用為壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況下，進(jìn)一步利用軟釬料導(dǎo)線固定在外部電極54上(未圖示)，通過在外部電極54之間外加規(guī)定的電位而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。尤其，近年來，小型的疊層型壓電元件由于要求在較大的壓力下確保較大的位移量，所以需要外加更高的電場(chǎng)并使其長時(shí)間連續(xù)驅(qū)動(dòng)。
專利文獻(xiàn)1日本特開昭61-133715號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本實(shí)開平1-130568號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開平9-270540號(hào)公報(bào)但是，在疊層型壓電元件中，如上述那樣，活性層可伸縮，而形成在其周圍的外部電極、惰性層不能伸縮，由此會(huì)產(chǎn)生以下那樣的問題。
首先，由于在驅(qū)動(dòng)時(shí)活性層反復(fù)產(chǎn)生尺寸變化，所以在高電場(chǎng)、高壓力下長期間連續(xù)驅(qū)動(dòng)的情況下，外部電極與壓電體之間會(huì)剝離、或外部電極自身產(chǎn)生龜裂，從而，有時(shí)在外部電極與內(nèi)部電極的連接部產(chǎn)生接點(diǎn)不良。據(jù)此，不能給一部分壓電體供給電壓，若長時(shí)間使用，位移特性會(huì)變化，產(chǎn)生火花導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)停止。
近年來，對(duì)于小型的疊層型壓電元件，為了獲得較大的位移量，而外加更高的電場(chǎng)、長期間連續(xù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此，這樣的問題會(huì)變得明顯。
另外，在專利文獻(xiàn)3所示的惰性層，雖然活性層與惰性層之間的收縮差被緩和，但在外加高電壓、尤其長時(shí)間連續(xù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的情況下，會(huì)在形成惰性層62的電極61與壓電層(活性部)63的界面產(chǎn)生裂縫，耐久性上存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明是鑒于上述的問題點(diǎn)而做出的，其目的在于提供一種在高電壓、高壓力下可增大壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移量，并且，即使長期連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)位移量也不會(huì)變化的耐久性優(yōu)越的疊層型壓電元件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第1疊層型壓電元件，其特征在于，具有疊層體，其具有活性部，該活性部是交替疊層至少1個(gè)壓電體與由第一內(nèi)部電極及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極而成的，所述活性部與外加在所述第一內(nèi)部電極及所述第二內(nèi)部電極之間的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行伸縮，和外部電極，其分別形成在所述疊層體的2個(gè)側(cè)面上，其中之一與所述第一內(nèi)部電極相連接、其中之另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極相連接，所述各外部電極是包含與所述疊層體的側(cè)面相接形成的第1層和形成在該第1層上的第2層在內(nèi)的3層以上的層。
另外，本發(fā)明的第1疊層型壓電元件，其特征在于，具有疊層體，其具有活性部和位于該活性部的兩端部分別由壓電材料構(gòu)成的惰性層，所述活性部是交替疊層至少1個(gè)壓電體與由第一內(nèi)部電極及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極而成的，所述活性部與外加在所述第一內(nèi)部電極及所述第二內(nèi)部電極之間的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行伸縮，外部電極，其分別形成在所述疊層體的2個(gè)側(cè)面上，其中之一與所述第一內(nèi)部電極相連接、其中之另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極相連接，所述疊層體的惰性層包含被分散的金屬。
進(jìn)一步，本發(fā)明的疊層型壓電元件的制造方法，其特征在于，包括在交替疊層壓電體生片與導(dǎo)電體層而成的生疊層體的兩端面形成壓電材料層；在所述壓電材料層之上形成金屬層；在對(duì)形成了所述壓電材料層與所述金屬層的所述生疊層體進(jìn)行燒成后，除去所述金屬層。
(發(fā)明效果)如上述那樣構(gòu)成的本發(fā)明的第1疊層型壓電元件，由于所述各外部電極是包含與所述疊層體側(cè)面相接形成的第1層和形成在該第1層上的第2層在內(nèi)的3層以上的層，所以能夠利用3層以上的層的界面來阻斷龜裂(阻止龜裂擴(kuò)大到上層或下層)，而阻止產(chǎn)生貫穿外部電極整體的龜裂。
據(jù)此，可防止因所述疊層體的尺寸變化產(chǎn)生外部電極龜裂，即使長期間連續(xù)驅(qū)動(dòng)的情況下位移量也不會(huì)變化，能夠提高疊層型壓電元件的耐久性。
另外，本發(fā)明的第1疊層型壓電元件，由于所述疊層體的惰性層包含被分散的金屬，所以可緩和(均勻化)燒成收縮時(shí)在惰性層與活性層之間產(chǎn)生的應(yīng)力，在高電壓、高壓力下能夠增大壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移量，并且，即使長期間連續(xù)驅(qū)動(dòng)的情況下位移量也不會(huì)變化，能夠提高在高電壓及長時(shí)間連續(xù)使用情況下的耐久性。
并且，本發(fā)明的疊層型壓電元件的制造方法，在對(duì)在所述壓電材料層之上形成了金屬層的所述生疊層體進(jìn)行燒成后，除去所述金屬層，因此，能夠制造出容易金屬分散在所述惰性層中的疊層型壓電元件。


圖1A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的疊層型壓電元件的構(gòu)成的立體圖。
圖1B是表示實(shí)施方式1的疊層型壓電元件的壓電體層與內(nèi)部電極層的疊層狀態(tài)的立體展開圖。
圖2是表示實(shí)施方式1的疊層型壓電元件中形成在壓電體側(cè)面的外部電極的疊層結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
圖3A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的疊層型壓電元件的構(gòu)成的立體圖。
圖3B是實(shí)施方式2的疊層型壓電元件的剖視圖。
圖4A是在實(shí)施方式2的疊層型壓電元件中進(jìn)一步形成了導(dǎo)電性輔助部件時(shí)的立體圖。
圖4B是圖4A的剖視圖。
圖5是在實(shí)施方式2的疊層型壓電元件的制造過程中燒成前的疊層體的剖視圖。
圖6是本發(fā)明的噴射裝置的剖視圖。
圖7是表示以往例的疊層型壓電元件的構(gòu)成的立體圖。
圖8是表示與圖7不同的以往例的疊層型壓電元件的構(gòu)成的剖視圖。
圖中1-壓電體，2-內(nèi)部電極，3-槽，4、15-外部電極，6-導(dǎo)線，7-導(dǎo)電性輔助部件，8-電極層，10-疊層型壓電體元件，10a-生疊層體，11-活性部，12-惰性層，14-金屬，15a-外部電極第1層，15b-中間層，15c-外部電極最外層，31-收容容器，33-噴射孔，35-閥，43-壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的疊層型壓電元件詳細(xì)地進(jìn)行說明。
實(shí)施方式1.
圖1A、B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的疊層型壓電元件的構(gòu)成的圖，其中，圖1A是立體圖、圖1B是表示壓電體層與內(nèi)部電極層的疊層狀態(tài)的立體展開圖。另外，圖2是表示本發(fā)明的疊層型壓電元件的形成在壓電體側(cè)面的外部電極的疊層結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
本實(shí)施方式1的疊層型壓電元件，如圖1A、圖1B所示，在由交替疊層壓電體1和內(nèi)部電極2而成的疊層體13的一對(duì)相對(duì)置的側(cè)面分別形成外部電極15，在形成外部電極15的疊層體13側(cè)面每隔一層露出內(nèi)部電極2端部，并使外部電極15與該露出的內(nèi)部電極2連接。
另外，在疊層體13的疊層方向兩端設(shè)有由壓電體1形成的惰性層12a。這里，在本實(shí)施方式1的疊層型壓電元件作為疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的情況下，可以導(dǎo)線用軟釬料連接固定在外部電極15上，并所述導(dǎo)線連接在外部電壓供給部。
在壓電體層1之間配置內(nèi)部電極2，該內(nèi)部電極2例如由銀—鈀等金屬材料形成。在疊層型壓電元件中，通過內(nèi)部電極2向各壓電體1外加規(guī)定的電壓，從而，使壓電體1產(chǎn)生由反壓電效應(yīng)引起的位移。
反之，由于惰性層12a是由不配設(shè)有內(nèi)部電極12的多個(gè)壓電體1的層構(gòu)成的，所以即使外加電壓也不會(huì)產(chǎn)生位移。
這里，尤其在本實(shí)施方式1的疊層型壓電元件中，如圖2所示，其特征為疊層3層以上的外部電極15而構(gòu)成。這樣，由3層以上的層構(gòu)成外部電極15是為了提高疊層型壓電元件的耐久性。
即，在驅(qū)動(dòng)外部電極15由單層或2層構(gòu)成的疊層型壓電元件的情況下，有時(shí)以外部電極15的表面為起點(diǎn)產(chǎn)生的龜裂和以外部電極15與壓電體1的界面為起點(diǎn)產(chǎn)生的龜裂相接合，外部電極15產(chǎn)生斷線。而且，在外部電極15為2層的情況下，若驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件使壓電體連續(xù)反復(fù)產(chǎn)生尺寸變化，則存在在上述2層之間產(chǎn)生剝離的問題。尤其，在為了提高外部電極15與壓電體1的密接強(qiáng)度而添加了玻璃的外部電極層設(shè)為與壓電體1相接的外部電極層、并玻璃較少的外部電極層設(shè)在其外側(cè)而構(gòu)成2層結(jié)構(gòu)的情況下，更容易發(fā)生上述剝離問題。
因此，驅(qū)動(dòng)時(shí)連續(xù)反復(fù)產(chǎn)生尺寸變化的疊層型壓電元件的外部電極15，要求確保與壓電體1的密接、且在疊層型壓電體元件尺寸變化的同時(shí)能夠伸縮。為了滿足該要求，在本實(shí)施方式1中，外部電極15設(shè)成以下那樣的多層結(jié)構(gòu)。即，外部電極15由包含外部電極層第1層15a、外部電極層最外層15c和其中間層的3層以上構(gòu)成。
在該外部電極15中，與壓電體1相接的層即外部電極層第1層15a是與壓電體的接合強(qiáng)度大的層，最遠(yuǎn)離壓電體1疊層的最外層15c是楊氏模量小且電阻率小的電極層。而且，位于其中間的中間層是緩和因驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件時(shí)的尺寸變化產(chǎn)生的應(yīng)力的層，同時(shí)，也是相對(duì)于與壓電體相接的外部電極層第1層15a和位于最外側(cè)的外部電極層最外層15c都具有密接力的層。
另外，為了防止因疊層型壓電元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的尺寸變化使壓電體1與外部電極15之間產(chǎn)生剝離、或在外部電極層內(nèi)產(chǎn)生剝離、或因驅(qū)動(dòng)時(shí)在外部電極15產(chǎn)生的龜裂導(dǎo)致斷線，優(yōu)選疊層3層以上的外部電極15中各層連續(xù)地相連。并且，若考慮外部電極15的平滑性和量產(chǎn)性，更優(yōu)選5層以下。
此外，構(gòu)成外部電極15的導(dǎo)電材料希望電阻率低、且硬度低(出于充分吸收因執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力方面考慮)的金屬。優(yōu)選金、銀或銅。更優(yōu)選銅或銀，從而制得具有耐久性的疊層型壓電元件。最優(yōu)選銀，從而制得更具有耐久性的疊層型壓電元件。
并且，在本發(fā)明中，優(yōu)選外部電極15中與壓電體1相接的外部電極第1層15a的厚度為10μm以下。這里，所謂外部電極第1層15a的厚度是以SEM等顯微鏡觀察疊層型壓電元件的剖面后能夠確認(rèn)的外部電極第1層厚度的平均值。在厚度超過10μm驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件的情況下，與壓電體相接的外部電極第1層隨著元件的尺寸變化、尤其元件伸長的情況下，被施加拉伸應(yīng)力，容易產(chǎn)生龜裂。因此，通過使厚度為10μm以下，則能夠制得即使產(chǎn)生元件尺寸變化也不產(chǎn)生龜裂而具有耐久性的外部電極。優(yōu)選5μm以下，更優(yōu)選3μm以下，從而能夠進(jìn)一步提高耐久性。另外，最優(yōu)選使外部電極第1層15a的厚度為0.5μm以上且2μm以下而極大地提高耐久性。
而且，優(yōu)選第1層15a以外的各外部電極層的厚度比第1層15a厚，這樣一來，能夠有效抑制在外部電極15最外層產(chǎn)生的龜裂進(jìn)行傳播。為了抑制上述的龜裂傳播，第1層15a以外的各層厚度優(yōu)選為5μm以上，更優(yōu)選為10μm以上，最優(yōu)選設(shè)為15μm以上。據(jù)此，外部電極15整體的耐久性增大。另外，如果外部電極15的疊層方向的整個(gè)厚度為15μm以上，則可承受疊層型壓電元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)。并且，如果為20μm以上、優(yōu)選為30μm以上，則能夠防止因龜裂傳播而產(chǎn)生斷線，同時(shí)，由于可減小外部電極15的電阻值，所以可抑制外部電極15的發(fā)熱。
另一方面，在整個(gè)厚度超過100μm時(shí)，由于外部電極15不能跟隨壓電體1，所以位移量明顯下降，因此，整個(gè)厚度更優(yōu)選為30～100μm。
并且，在本發(fā)明中，優(yōu)選外部電極第1層15a比覆蓋在該外部電極第1層15a上的外部電極第2層15b含有較多的金屬氧化物。這是因?yàn)樵谂c壓電體1相接的第1層15a的金屬氧化物比第2層15b少時(shí)，第1層15a的電阻率比第2層15b小，因此，在驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件時(shí)，電流流向電阻率小的第1層15a，從而，第1層15a過熱，使壓電體1與第1層15a之間產(chǎn)生剝離或使疊層型壓電元件的溫度上升產(chǎn)生熱失控。
這里，作為金屬氧化物可選用元素周期表中的1～15族中任意的氧化物，尤其，優(yōu)選為可在1000℃以下的溫度形成玻璃的Si、B、Bi、Pb、Zn、Al、Ca、Ba、Ti、Zr、稀土類的氧化物。并且，如果為Si、B、Bi、Pb、Zn的氧化物，則可進(jìn)一步以低溫形成非晶質(zhì)，故更優(yōu)選。據(jù)此，疊層型壓電元件在構(gòu)成外部電極的熱處理?xiàng)l件下，第1層15a與壓電體1牢固密接。尤其，為了制成耐久性高的疊層型壓電元件，優(yōu)選外部電極第1層的金屬氧化物量為30體積％以上，更優(yōu)選為50體積％以上，最優(yōu)選為70體積％以上。
并且，在本發(fā)明中，優(yōu)選外部電極15的最外層15c中所含有的金屬氧化物比其他任一個(gè)外部電極層少。據(jù)此，可減小最外層15c的楊氏模量，因此，即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件，外部電極隨著元件的尺寸變化進(jìn)行伸縮，可容易抑制外部電極產(chǎn)生的龜裂。并且，由于能夠制得電阻率低的電極，所以即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)元件也不會(huì)過熱，因此不存在熱失控。另外，通過增多金屬成分，而軟釬焊或焊接變得容易、或者即使由導(dǎo)電性樹脂進(jìn)行接合的情況下也可減小接觸電阻。
這里，如果第1層15a以外的外部電極層的金屬氧化物比第1層15a的電極層都少，則雖然可抑制元件的發(fā)熱，但是為了提高外部電極層的密接力，不會(huì)在層內(nèi)產(chǎn)生剝離，而更優(yōu)選金屬氧化物從第1層15a向外側(cè)的電極層依次減少。也就是說，以外部電極15各層的金屬氧化物的含有量為第1層＞第2層＞第3層＞···＞最外層的方式階段地控制含有量，可使相鄰?fù)獠侩姌O層彼此間的熱膨張係數(shù)接近，能夠提高各層間的密接強(qiáng)度。
此外，外部電極15的組成物的量通過EPMA(Electron Probe MicroAnalysis)法等分析方法來特定。尤其，為了制成耐久性高的疊層型壓電元件，優(yōu)選外部電極15中最外層15c的金屬氧化物量為30體積％以下，更優(yōu)選為10體積％以下，最好為5體積％以下。
并且，在本發(fā)明中優(yōu)選金屬氧化物主要為玻璃。據(jù)此，可抑制因在外部電極15中形成金屬間化合物使電極變脆的問題。而且，玻璃成分?jǐn)U散到構(gòu)成外部電極15的金屬成分的晶間，能夠使外部電極15牢固地與壓電體1密接。
接著，對(duì)本發(fā)明的疊層型壓電元件的制法進(jìn)行說明。
在本方法中，首先，由PbZrO3-PbTiO3等構(gòu)成的鈣鈦礦(perovskite)型氧化物的壓電陶瓷的預(yù)燒粉末、和由丙烯酸系、丁縮醛系等有機(jī)高分子構(gòu)成的粘合劑、和DBP(酞酸二丁酯)、DOP(鈦酸二辛酯)等增塑劑混合制成漿料。然后，利用公知的刮刀法或壓延輥法等帶成型法該漿料制作成為壓電體1的陶瓷生片。
接著，在銀—鈀等構(gòu)成內(nèi)部電極2的金屬粉末中添加混合氧化銀等金屬氧化物、粘合劑及增塑劑等制作導(dǎo)電膏，再通過絲網(wǎng)印刷等方法其以1～40μm的厚度印刷在所述各生片的上表面。
然后，疊層多個(gè)在上表面印刷了導(dǎo)電膏的生片，對(duì)該疊層體在規(guī)定溫度下進(jìn)行脫粘合劑后，以900～1200℃燒成，而制得疊層體13。
這時(shí)，如實(shí)施方式2中所詳細(xì)敘述，通過在惰性層12a的部分生片中添加銀—鈀等構(gòu)成內(nèi)部電極2的金屬粉末，而可使惰性層12a與其他部分在燒結(jié)時(shí)的收縮動(dòng)作狀態(tài)及收縮率相一致，能夠形成致密的疊層體。
此外，疊層體13并不局限于通過上述制法來制作，只要是能夠制造交替疊層多個(gè)壓電體1與多個(gè)內(nèi)部電極2而成的疊層體13，通過何種制法形成均可。
然后，在疊層型壓電元件側(cè)面交替形成端部露出的內(nèi)部電極2和端部不露出的內(nèi)部電極2。
接著，在玻璃粉末中添加粘合劑制作銀玻璃導(dǎo)電膏，其成形為片狀，控制干燥(使溶劑揮發(fā))后的片的原密度為6～9g/cm3，再該片轉(zhuǎn)印在柱狀疊層體13的外部電極形成面上，在比玻璃軟化點(diǎn)高的溫度、且銀的熔點(diǎn)(965℃)以下的溫度、且疊層體13的燒成溫度(℃)的4/5以下的溫度下進(jìn)行焙燒，使利用銀玻璃導(dǎo)電膏制作的片中的粘合劑成分散失，能夠形成由呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)導(dǎo)電體構(gòu)成的外部電極15。
這時(shí)，雖然可以構(gòu)成外部電極的膏疊層為多層片后進(jìn)行焙燒、也可以每疊層1層就進(jìn)行焙燒，但是，在層疊為多層的片后一次進(jìn)行焙燒在量產(chǎn)性上優(yōu)越。而且，在外部電極層的每層都改變玻璃成分的情況下，雖然可以每片都改變玻璃成分的量來達(dá)成，但如果想最接近壓電體的面構(gòu)成為極薄的玻璃富集層，則也可利用絲網(wǎng)印刷等方法在疊層體上印刷玻璃富集膏后、再疊層多層片。這時(shí)，也可以不進(jìn)行印刷而采用5μm以下的片。
此外，出于有效地形成頸部、使銀玻璃導(dǎo)電膏中的銀和內(nèi)部電極2擴(kuò)散接合、而且使外部電極15中的空隙有效地殘留、進(jìn)而使外部電極15和柱狀疊層體13側(cè)面局部接合的考慮，所述銀玻璃導(dǎo)電膏的焙燒溫度優(yōu)選500～800℃。另外，銀玻璃導(dǎo)電膏中的玻璃成分的軟化點(diǎn)優(yōu)選500～800℃。
在焙燒溫度比800℃高時(shí)，銀玻璃導(dǎo)電膏的銀粉末過度燒結(jié)，不能形成呈有效的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)導(dǎo)電體，會(huì)使外部電極15過于致密。其結(jié)果，外部電極15的楊氏模量過高，不能充分吸收驅(qū)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力，外部電極15有可能產(chǎn)生斷線。最好以玻璃軟化點(diǎn)的1.2倍以內(nèi)的溫度進(jìn)行焙燒。
另一方面，在焙燒溫度比500℃低的情況下，由于內(nèi)部電極2端部和外部電極15之間沒有充分地進(jìn)行擴(kuò)散接合，所以不形成頸部，驅(qū)動(dòng)時(shí)有可能在內(nèi)部電極2和外部電極15之間產(chǎn)生火花。
接著，通過形成了外部電極15的疊層體13浸漬在硅橡膠溶液中、并且對(duì)硅橡膠溶液進(jìn)行真空脫氣，而在疊層體13的槽內(nèi)部填充硅橡膠，之后，從硅橡膠溶液提起疊層體13，硅橡膠涂敷在疊層體13側(cè)面。然后，通過使填充在槽內(nèi)部及涂敷在柱狀疊層體13側(cè)面的所述硅橡膠硬化，而達(dá)成本發(fā)明的疊層型壓電元件。
而且，在外部電極15上連接導(dǎo)線，經(jīng)由該導(dǎo)線給一對(duì)外部電極15外加0.1～3kV/mm的直流電壓，對(duì)疊層體13進(jìn)行極化処理，從而，達(dá)成利用了本發(fā)明的疊層型壓電元件的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。導(dǎo)線與外部的電壓供給部連接，在經(jīng)由導(dǎo)線及外部電極15給內(nèi)部電極2外加電壓時(shí)，各壓電體1因反壓電效應(yīng)而位移較大。據(jù)此，可發(fā)揮作為例如向發(fā)動(dòng)機(jī)噴射供給燃料的汽車用燃料噴射閥的功能。
實(shí)施方式2.
下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的疊層型壓電元件進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式2的疊層型壓電元件的疊層體10中活性部11的基本構(gòu)成與實(shí)施方式1的疊層型壓電元件相同，其特征在于惰性層12的構(gòu)成。
圖3A、B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的疊層型壓電元件的構(gòu)成的圖，其中，圖3A是立體圖、圖3B是表示疊層內(nèi)部電極層與壓電體而成的活性部及保護(hù)層的疊層狀態(tài)的剖視圖。
此外，如圖3A、B所示，在本實(shí)施方式2的疊層型壓電元件中，在交替疊層壓電體1與內(nèi)部電極2而成的活性部11的側(cè)面，形成有用于外部電極4與內(nèi)部電極2之間每隔一層絕緣的槽，從而，以內(nèi)部電極2與外部電極每隔一層電導(dǎo)通的方式形成外部電極4。
以下，以具有本實(shí)施方式2的特征的構(gòu)成的惰性層12為中心進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式2的疊層型壓電元件中，惰性層12以與壓電體1相同的壓電體為基體來構(gòu)成，其特征為在惰性層12中還含有被分散的金屬14。
即，實(shí)施方式2的疊層型壓電元件的發(fā)明是由于本發(fā)明人如下的獨(dú)特發(fā)現(xiàn)而基于此見解達(dá)成的，如圖3B所示，通過使金屬14分散在惰性層12中，從而，(1)在燒成疊層體10時(shí)，緩和惰性層12與活性部11的燒成收縮差，制得殘留應(yīng)力極少的疊層型壓電元件；(2)另外，被分散的金屬14在燒成疊層體10a時(shí)促進(jìn)燒結(jié)，得到致密的疊層體10，也可承受在疊層型壓電元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力。
從而，具有分散了金屬14的惰性層12的實(shí)施方式2的疊層型壓電元件，耐久性優(yōu)越，即使長時(shí)間使用也不會(huì)產(chǎn)生劣化，可靠性高。
這里，所謂“分散了金屬”，意思是與例如交替形成壓電體與內(nèi)部電極的活性層那樣含有層狀金屬的情況不同，典型地講，是指金屬元素?cái)U(kuò)散到惰性層12的壓電體內(nèi)。此外，也可以使金屬元素從惰性層12的表面向惰性層12的內(nèi)部擴(kuò)散。該金屬14的分散能夠通過EPMA(Electron ProbeMicro Analysis)法等分析方法來特定。具體地講，若以EPMA分析惰性層的任意剖面，則可確認(rèn)金屬的分布狀態(tài)。
另外，分散在惰性層12中的金屬14的熔點(diǎn)優(yōu)選相對(duì)疊層型壓電元件的燒成溫度為1.6倍以下。這是因?yàn)閷?duì)于具有比上述的熔點(diǎn)高的熔點(diǎn)的金屬14，在惰性層12中，金屬的擴(kuò)散效率變差。在金屬14的熔點(diǎn)為疊層型壓電元件的燒成溫度的1.6倍以下時(shí)，可使金屬元素容易地從惰性層12表面向惰性層12內(nèi)部。
此外，在添加了2種以上的金屬14的情況下、或添加了由2種以上金屬構(gòu)成的合金的情況下，優(yōu)選各個(gè)金屬的熔點(diǎn)為疊層型壓電元件的燒成溫度的1.6倍以下。不過，對(duì)于不利于向惰性層12中分散的金屬，無需為上述的熔點(diǎn)以下這是不言自明的。
并且，在本發(fā)明中，分散在惰性層12中的金屬14優(yōu)選為Ag、Pd、Cu、Ca、Na、Pb、Ni中的至少1種以上。這是因?yàn)檫@些金屬的熔點(diǎn)在疊層體10a的燒成溫度附近、或比燒成溫度低，因此，在疊層體10a燒成過程中，向惰性層12中的擴(kuò)散變得活躍，促進(jìn)金屬14在惰性層12中均勻地分散。
另外，使金屬14分散在惰性層12中的量優(yōu)選為惰性層12的0.001～1.0質(zhì)量％。這是因?yàn)樵跒?.001質(zhì)量％以下時(shí)，惰性層12與活性部11在燒成時(shí)的收縮差或收縮曲線不同，兩者間產(chǎn)生較大的應(yīng)變，最差時(shí)，燒成后產(chǎn)生脫層或長時(shí)間使用后容易產(chǎn)生脫層。
另外，在分散的金屬14比1.0質(zhì)量％大時(shí)，惰性層12的絕緣性劣化，有損惰性層的功能。另外，為了進(jìn)一步減小惰性層12燒成后的殘留應(yīng)力，不產(chǎn)生疊層型壓電元件燒成后的不良，更優(yōu)金屬14相對(duì)于選惰性層12的含有量為0.05質(zhì)量％～1.0質(zhì)量％。另外，為了即使對(duì)于因疊層型壓電元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力也具有高的可靠性，最優(yōu)選金屬12的含有量為0.1質(zhì)量％～1.0質(zhì)量％。另外，金屬14相對(duì)惰性層12的含有量可以通過ICP(Inductively Coupled Plasma Atomic)發(fā)光分析來進(jìn)行定量測(cè)定。
并且，惰性層12的厚度優(yōu)選0.1mm～2.0mm。在為0.1mm以下時(shí)惰性層12薄，因此，有時(shí)由于疊層型壓電元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力使惰性層12破壞。另外，在比2.0mm厚時(shí)，金屬14難分散到惰性層12中。這里，若金屬14在惰性層12中的分散程度差，則金屬分散多的部分和金屬分散少的部分在燒成時(shí)的收縮量或收縮曲線會(huì)產(chǎn)生差，因此，在燒成收縮時(shí)產(chǎn)生較大的應(yīng)變，在燒成后產(chǎn)生脫層或在長時(shí)間使用后容易產(chǎn)生脫層。此外，惰性層12被配置在疊層體10疊層方向的兩端面上，所謂惰性層12厚度表示配置在所述兩端面中某一個(gè)端面上的惰性層12的厚度。
另外，分散在惰性層12中的金屬14優(yōu)選為構(gòu)成內(nèi)部電極2的金屬組成。這是因?yàn)樵谑褂脴?gòu)成內(nèi)部電極2的金屬以外的金屬時(shí)，在燒成疊層體10a時(shí)惰性層12與包含內(nèi)部電極2的活性部11的燒成收縮曲線不同，有時(shí)因燒成收縮產(chǎn)生應(yīng)力。
以下，對(duì)實(shí)施方式2的惰性層以外的要件進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式2的疊層型壓電元件中，在疊層體側(cè)面端部露出的內(nèi)部電極2與端部不露出的內(nèi)部電極2交替構(gòu)成，在所述端部不露出的內(nèi)部電極2與外部電極4間的壓電體1部分形成有槽3。在本發(fā)明中，優(yōu)選在該槽內(nèi)形成楊氏模量比壓電體1低的絕緣體。這樣，在這樣的疊層型壓電元件中，由于可緩和因驅(qū)動(dòng)中的位移產(chǎn)生的應(yīng)力，所以即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)也可抑制內(nèi)部電極2的發(fā)熱。
另外，在本發(fā)明中疊層體的燒成溫度優(yōu)選為900℃以上且1200℃以下。這是因?yàn)樵跓蓽囟葹?00℃以下時(shí)，由于燒成溫度低而使燒成不充分，難以制作致密的壓電體1。另外，這是因?yàn)樵跓蓽囟瘸^1200℃時(shí)，燒成時(shí)內(nèi)部電極2的收縮與壓電體1的收縮的偏差產(chǎn)生的應(yīng)力變大，在疊層型壓電元件連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生裂縫。
另外，在本實(shí)施方式2的疊層型壓電元件中，在采用實(shí)施方式1中所述孤3層以上的外部電極時(shí)，也可得到與實(shí)施方式1相同的效果。
并且，外部電極4優(yōu)選由呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)導(dǎo)電體構(gòu)成。如果外部電極4不由呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)導(dǎo)電體構(gòu)成，則外部電極4不具有撓性，不能追隨疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伸縮，因此，有時(shí)產(chǎn)生外部電極4的斷線或外部電極4與內(nèi)部電極2的接點(diǎn)不良。
這里，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并不是指在外部電極4中存在所謂球形的空穴的狀態(tài)，而暗示為如下述那樣的構(gòu)成外部電極4的導(dǎo)電材料粉末和玻璃粉末三維連結(jié)接合狀態(tài)，即，為了在比較低溫的條件下焙燒構(gòu)成外部電極4的導(dǎo)電材料粉末和玻璃粉末，空穴不阻止燒結(jié)進(jìn)行而以某種程度連結(jié)的狀態(tài)存在。
優(yōu)選這樣的空穴在外部電極4中的空隙率為30～70體積％。這里，所謂空隙率是空隙在外部電極4中所占的比率。這是因?yàn)槿绻獠侩姌O4中的空隙率比30體積％小，則外部電極4不能承受因疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力，外部電極4有可能斷線；在外部電極4中的空隙率超過70體積％時(shí)，由于外部電極4的電阻值變大，所以在流過大電流時(shí)外部電極4產(chǎn)生局部發(fā)熱有可能導(dǎo)致斷線。
并且，優(yōu)選外部電極4的壓電體1側(cè)表層部形成有玻璃富集層。這是因?yàn)樵诓淮嬖诓ＡЦ患瘜訒r(shí)，與外部電極4中的玻璃成分的接合困難，因此，有可能導(dǎo)致外部電極4不容易與壓電體1牢固接合。
另外，優(yōu)選構(gòu)成外部電極4的玻璃的軟化點(diǎn)(℃)是構(gòu)成內(nèi)部電極2的導(dǎo)電材料熔點(diǎn)(℃)的4/5以下。這是因?yàn)闃?gòu)成外部電極4的玻璃的軟化點(diǎn)超過構(gòu)成內(nèi)部電極2的導(dǎo)電材料的熔點(diǎn)的4/5時(shí)，由于構(gòu)成外部電極4的玻璃的軟化點(diǎn)和構(gòu)成內(nèi)部電極2的導(dǎo)電材料的熔點(diǎn)成為相同程度的溫度，所以焙燒外部電極4的溫度必然接近構(gòu)成內(nèi)部電極2的熔點(diǎn)，因此，在焙燒外部電極4時(shí)，內(nèi)部電極2及外部電極4的導(dǎo)電材料凝聚而妨礙擴(kuò)散接合、或、不能焙燒溫度設(shè)定在使外部電極4的玻璃成分充分軟化的溫度，所以有時(shí)不能得到由軟化的玻璃形成的充分的接合強(qiáng)度。
并且，優(yōu)選構(gòu)成外部電極4的玻璃為非晶質(zhì)。這是因?yàn)樵诮Y(jié)晶質(zhì)的玻璃中，外部電極4不能吸收由疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伸縮引起的應(yīng)力，因此，有時(shí)產(chǎn)生裂縫。
此外，優(yōu)選外部電極4的厚度比壓電體層1的厚度薄。這是因?yàn)槿绻獠侩姌O4的厚度比壓電體層1的厚度厚，則由于外部電極4的強(qiáng)度增大，因此，在疊層體10伸縮時(shí)，外部電極4和內(nèi)部電極2的接合部的負(fù)荷增大，有時(shí)發(fā)生接點(diǎn)不良的情況。
接著，對(duì)本發(fā)明的疊層型壓電元件的制法進(jìn)行說明。
在本方法中，首先，與實(shí)施方式1相同，制作成為壓電體1的陶瓷生片。
接著，該生片切割成任意大小，固定在框架上。
然后，在銀—鈀構(gòu)成內(nèi)部電極2的金屬粉末中添加混合粘合劑、增塑劑等制作導(dǎo)電膏，再通過絲網(wǎng)印刷等方法其以1～40μm的厚度印刷在所述各生片上表面，準(zhǔn)備活性部11用的生片。
接著，準(zhǔn)備在惰性層12上沒有印刷導(dǎo)電膏的生片。
然后，疊層多個(gè)活性部11用生片與惰性層12用生片，使重疊惰性層12用生片的疊層部分位于重疊上表面印刷了導(dǎo)電膏的活性部11用生片的疊層部分上下，同時(shí)，施加壓力使之密接。這里，成為惰性層12的部分在活性部11上下以0.1～2.0mm的厚度疊層多個(gè)。
然后，被疊層的生片切割成適當(dāng)?shù)拇笮?，如圖5所示，在配置了惰性層12的生疊層體10a兩端面通過印刷分散在惰性層中的包含金屬成分的導(dǎo)電膏(例如，Ag、Pd、Cu、Ca、Na、Ni、Pb等)而形成金屬層8。之后，在規(guī)定的溫度下進(jìn)行脫粘合劑后，在900～1200℃溫度下進(jìn)行燒成，在燒成后通過平面磨床等除去金屬層8從而制得燒成后的疊層體10。
這里，形成的金屬層8的厚度優(yōu)選為5mm以下。這是因?yàn)槿艚饘賹?的厚度超過5mm，則在疊層體10a燒成時(shí)有可能由于金屬層8與惰性層12燒成的收縮差而在金屬層8產(chǎn)生裂縫。
然后，在疊層體10a側(cè)面交替形成端部露出的內(nèi)部電極2與端部不露出的內(nèi)部電極2，在端部不露出的內(nèi)部電極2與外部電極4間的壓電體1部分形成槽3，在該槽3內(nèi)形成楊氏模量比壓電體1低的樹脂或橡膠等絕緣體。這里，所述槽3通過內(nèi)部切片裝置等形成在活性部11側(cè)面，出于充分吸收因疊層型壓電元件的伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力的考慮，構(gòu)成外部電極4的導(dǎo)電材料優(yōu)選楊氏模量低的銀或以銀為主成分的合金。
接著，在玻璃粉末中添加粘合劑制作銀玻璃導(dǎo)電膏，其成形為片狀，控制干燥(使溶劑揮發(fā))后的片的原密度為6～9g/cm3，再該片轉(zhuǎn)印在活性部11的外部電極形成面上，在比玻璃軟化點(diǎn)高的溫度、且銀的熔點(diǎn)(965℃)以下的溫度、且燒成溫度(℃)的4/5以下的溫度下進(jìn)行焙燒，使利用銀玻璃導(dǎo)電膏制作的片中的粘合劑成分散失，能夠形成由呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)導(dǎo)電體構(gòu)成的外部電極4。
此外，出于有效地形成粒子間的頸部、使銀玻璃導(dǎo)電膏中的銀和內(nèi)部電極2擴(kuò)散接合、而且使外部電極4中的空隙有效地殘留、進(jìn)而使外部電極4和疊層體側(cè)面局部接合的考慮，所述銀玻璃導(dǎo)電膏的焙燒溫度優(yōu)選500～700℃。另外，銀玻璃導(dǎo)電膏中的玻璃成分的軟化點(diǎn)優(yōu)選500～700℃。
在焙燒溫度比700℃高時(shí)，銀玻璃導(dǎo)電膏的銀粉末過度燒結(jié)，不能形成呈有效的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)導(dǎo)電體，會(huì)使外部電極4過于致密。其結(jié)果，外部電極4的楊氏模量過高，不能充分吸收驅(qū)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力，外部電極4有可能產(chǎn)生斷線。最好以玻璃軟化點(diǎn)的1.2倍以內(nèi)的溫度進(jìn)行焙燒。
另一方面，在焙燒溫度比500℃低的情況下，由于內(nèi)部電極2端部和外部電極4之間沒有充分地進(jìn)行擴(kuò)散接合，所以不形成粒子間的頸部，驅(qū)動(dòng)時(shí)有可能在內(nèi)部電極2和外部電極4之間產(chǎn)生火花。
此外，優(yōu)選銀玻璃導(dǎo)電膏片的厚度比壓電體1的厚度薄。出于追隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伸縮的考慮，更優(yōu)選為50μm以下。
接著，通過形成了外部電極4的活性部11浸漬在硅橡膠溶液中、并且對(duì)硅橡膠溶液進(jìn)行真空脫氣，而在活性部11的槽3內(nèi)部填充硅橡膠，之后，從硅橡膠溶液提起活性部11，硅橡膠涂敷在活性部11側(cè)面。然后，通過使填充在槽3內(nèi)部及涂敷在活性部11側(cè)面的所述硅橡膠硬化，而達(dá)成本發(fā)明的疊層型壓電元件。
而且，在外部電極4上連接導(dǎo)線6，經(jīng)由該導(dǎo)線6給一對(duì)外部電極4外加0.1～3kV/mm的直流電壓，對(duì)活性部11進(jìn)行極化処理，從而，達(dá)成利用了本發(fā)明的疊層型壓電元件的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。導(dǎo)線6與外部的電壓供給部連接，在經(jīng)由導(dǎo)線及外部電極4給內(nèi)部電極2外加電壓時(shí)，各壓電體1因反壓電效應(yīng)而位移較大。據(jù)此，可發(fā)揮作為例如向發(fā)動(dòng)機(jī)噴射供給燃料的汽車用燃料噴射閥的功能。
以下，對(duì)實(shí)施方式1及2中內(nèi)部電極等的更優(yōu)選的方式進(jìn)行說明。
(內(nèi)部電極)在本發(fā)明中，內(nèi)部電極2中的金屬組成物優(yōu)選以8～10族金屬及/或11族金屬為主成分。這是因?yàn)橛捎谏鲜鼋饘俳M成物具有高耐熱性，所以可以對(duì)燒成溫度的高壓電體1和內(nèi)部電極2同時(shí)進(jìn)行燒成。因此，由于可使外部電極的燒結(jié)溫度比壓電體的燒結(jié)溫度低地進(jìn)行制作，所以能夠抑制壓電體與外部電極間劇烈的相互擴(kuò)散。
并且，在8～10族金屬的含有量設(shè)為M1(質(zhì)量％)、11族金屬的含有量設(shè)為M2(質(zhì)量％)時(shí)，優(yōu)選內(nèi)部電極2中的金屬組成物以滿足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金屬組成物為主成分。這是因?yàn)樵?～10族金屬超過15質(zhì)量％時(shí)，電阻率變大，在連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件的情況下，有時(shí)內(nèi)部電極2發(fā)熱，該發(fā)熱作用于具有溫度依賴性的壓電體1使位移特性減小，因此疊層型壓電元件的位移量變?。徊⑶?，在形成外部電極15時(shí)，雖然外部電極15與內(nèi)部電極2相互擴(kuò)散接合，但是在8～10族金屬超過15質(zhì)量％時(shí)，外部電極15中擴(kuò)散了內(nèi)部電極成分的部位的硬度變高，驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生尺寸變化的疊層型壓電元件中，耐久性降低。另外，為了抑制內(nèi)部電極2中的11族金屬向壓電體1遷移，優(yōu)選8～10族金屬為0.001質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下。另外，出于提高疊層型壓電元件的耐久性這一點(diǎn)考慮，優(yōu)選0.1質(zhì)量％以上且10質(zhì)量％以下。另外，在熱傳導(dǎo)優(yōu)越、需要更高耐久性的情況下，更優(yōu)選0.5質(zhì)量％以上且9.5質(zhì)量％以下。另外，在追求進(jìn)一步高的耐久性的情況下，進(jìn)一步優(yōu)選2質(zhì)量％以上且8質(zhì)量％以下。
這里還因?yàn)樵?1族金屬小于85質(zhì)量％時(shí)，內(nèi)部電極2的電阻率變大，在連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件的情況下，有時(shí)內(nèi)部電極2發(fā)熱。另外，為了抑制內(nèi)部金屬2中的11族金屬向壓電體1的遷移，優(yōu)選11族金屬為85質(zhì)量％以上且99.999質(zhì)量％以下。另外，出于提高疊層型壓電元件的耐久性這一點(diǎn)考慮，優(yōu)選90質(zhì)量％以上且99.9質(zhì)量％以下。另外，在需要更高的耐久性的情況下，更優(yōu)選90.5質(zhì)量％以上且99.5質(zhì)量％以下。另外，在謀求進(jìn)一步高的耐久性的情況下進(jìn)一步優(yōu)選92質(zhì)量％以上且98質(zhì)量％以下。
上述的內(nèi)部電極2中金屬成分的示出質(zhì)量％的8～10族金屬、11族金屬可通過EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法來特定。
并且，本發(fā)明的內(nèi)部電極2中的金屬成分優(yōu)選8～10族金屬是Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中至少1種以上、11族金屬是Cu、Ag、Au中至少1種以上。這是因?yàn)樗鼈兪墙陙碓诤辖鸱勰┖铣杉夹g(shù)上量產(chǎn)性優(yōu)越的金屬組成。
而且，內(nèi)部電極2中的金屬成分優(yōu)選8～10族金屬是Pt、Pd中至少1種以上、11族金屬是Ag、Au中至少1種以上。據(jù)此，可以形成耐熱性優(yōu)越、電阻率小的內(nèi)部電極2。
并且，內(nèi)部電極2中的金屬成分的8～10族金屬優(yōu)選為Ni。據(jù)此，可以形成耐熱性優(yōu)越的內(nèi)部電極2。
另外，內(nèi)部電極2中的金屬成分更優(yōu)選11族金屬是Cu。據(jù)此，可以形成硬度低的熱傳導(dǎo)性優(yōu)越的內(nèi)部電極2。
而且，優(yōu)選在內(nèi)部電極2中與上述的金屬組成物一起添加氧化物、氮化物或碳化物。據(jù)此，內(nèi)部電極的強(qiáng)度增加，疊層型壓電元件的耐久性提高。尤其，氧化物與壓電體相互擴(kuò)散而提高內(nèi)部電極與壓電體的密接強(qiáng)度，故更加優(yōu)選。并且，優(yōu)選所述無機(jī)組成物為50體積％以下。據(jù)此，可使內(nèi)部電極2與壓電體1之間的接合強(qiáng)度比壓電體1的強(qiáng)度小。更優(yōu)選為30體積％以下，從而可提高疊層型壓電元件的耐久性。
優(yōu)選所述氧化物為以由PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物為主成分。此外，添加的氧化物等的含有量可從疊層型壓電元件的剖面SEM像的內(nèi)部電極中的組成面積比來算出。
(壓電體)在本發(fā)明中，壓電體1優(yōu)選以鈣鈦礦型氧化物為主成分。這樣，例如在由以鈦酸鋇(BaTiO3)為代表的鈣鈦礦型壓電陶瓷材料等形成時(shí)，由于表現(xiàn)其壓電特性的壓電應(yīng)變常數(shù)d33高，所以可增大位移量，并且，也能夠同時(shí)燒成壓電體1和內(nèi)部電極2。作為上述示出的壓電體1，優(yōu)選以由壓電應(yīng)變常數(shù)d33比較高的PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物為主成分。
并且，燒成溫度優(yōu)選900℃以上且1000℃以下。這是因?yàn)樵跓蓽囟葹?00℃以下時(shí)，燒成溫度低而燒成不充分，難以制成致密的壓電體1；另外，若燒成溫度超過1000℃，則內(nèi)部電極2的收縮和壓電體1的接合強(qiáng)度變大。
另外，在本發(fā)明的疊層型壓電元件的側(cè)面端部露出的內(nèi)部電極2與端部不露出的內(nèi)部電極2交替構(gòu)成，所述端部不露出的內(nèi)部電極2與外部電極15之間的側(cè)面形成槽的情況下，優(yōu)選在該槽內(nèi)形成楊氏模量比壓電體1低的絕緣體。據(jù)此，在這樣的疊層型壓電元件中，可緩和驅(qū)動(dòng)過程中的位移產(chǎn)生的應(yīng)力，因此，即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)，也可抑制內(nèi)部電極2的發(fā)熱。
(外部電極4上的導(dǎo)電性輔助部件7)并且，在本發(fā)明中，優(yōu)選如圖4B所示那樣在外部電極4的外表面設(shè)置由埋設(shè)了金屬網(wǎng)或網(wǎng)狀金屬板的導(dǎo)電性粘結(jié)劑構(gòu)成的導(dǎo)電性輔助部件7。若在外部電極4的外表面不設(shè)置導(dǎo)電性輔助構(gòu)件7，則在向疊層型壓電元件通入大電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，外部電極4不能承受大電流而產(chǎn)生局部發(fā)熱，有可能斷線。另外，由于在導(dǎo)電性粘結(jié)劑中埋設(shè)有金屬網(wǎng)或網(wǎng)狀金屬板，所以可防止導(dǎo)電生粘結(jié)劑產(chǎn)生裂縫。
此外，金屬網(wǎng)是指編織金屬線而成的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀金屬板是指在金屬板上形成孔而形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。
另外，如果不在外部電極4的外表面使用金屬網(wǎng)或網(wǎng)狀金屬板，則疊層型壓電元件伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力直接作用于外部電極4，從而有可能因驅(qū)動(dòng)過程中的疲勞使外部電極4容易從疊層型壓電元件側(cè)面剝離。
此外，優(yōu)選導(dǎo)電性粘結(jié)劑由分散了導(dǎo)電性粒子的聚酰亞胺樹脂構(gòu)成。這是因?yàn)橥ㄟ^使用聚酰亞胺樹脂，即使在高溫下驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件時(shí)也能夠具有比較高的耐熱性，而且通過使用這樣具有比較高的耐熱性的聚酰亞胺樹脂，導(dǎo)電性粘結(jié)劑也容易維持高的粘結(jié)強(qiáng)度。并且，導(dǎo)電性粒子優(yōu)選為銀粉末。這是因?yàn)橥ㄟ^導(dǎo)電性粒子使用電阻值比較低的銀粉末，易于抑制導(dǎo)電性粘結(jié)劑的局部發(fā)熱。另外，通過電阻值低的銀粉末分散在耐熱性高的聚酰亞胺樹脂中，即使在高溫下使用，也能夠形成電阻值低且維持高粘結(jié)強(qiáng)度的導(dǎo)電性輔助構(gòu)件7。
此外，這里所用的導(dǎo)電性粒子優(yōu)選為片狀或針狀等非球形的粒子。這是因?yàn)橥ㄟ^導(dǎo)電性粒子的形狀形成為片狀或針狀等非球形粒子，能夠使該導(dǎo)電性粒子之間的聚合牢固，能夠進(jìn)一步提高該導(dǎo)電性粘結(jié)劑的剪切強(qiáng)度。
以上對(duì)實(shí)施方式1及2的疊層型壓電元件進(jìn)行了具體詳細(xì)地說明，不過，本發(fā)明的疊層型壓電元件及其制造方法并不局限于此，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種變更。例如，在使金屬14分散到惰性層中時(shí)，如上所述在配置惰性層12的疊層體10兩端面印刷金屬層8、進(jìn)行燒成使金屬14分散在惰性層12中，但是，也可以在形成惰性層12的生片中預(yù)先添加金屬14。另外，在分散熔點(diǎn)比疊層體10的燒成溫度較低的金屬14的情況下，例如，也可以在坩鍋中配置疊層體10a，在其附近設(shè)置金屬14同時(shí)進(jìn)行燒成，從而，使從金屬14揮發(fā)的金屬蒸氣蒸鍍分散到惰性層12中。
另外，雖然如上所述對(duì)在活性部11的相對(duì)置的側(cè)面形成外部電極4的例子進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明也可以例如在相鄰的側(cè)面形成一對(duì)外部電極4。
實(shí)施方式3.
以下，對(duì)本發(fā)明的噴射裝置進(jìn)行說明。該噴射裝置利用本發(fā)明的疊層型壓電元件構(gòu)成。
圖6表示本發(fā)明的噴射裝置，在收容容器31一端設(shè)有噴射孔33，另外，在收容容器31內(nèi)收容著可開閉噴射孔33的針閥35。
在噴射孔33可連通地設(shè)置有燃料通路37，該燃料通路37與外部的燃料供給源連結(jié)，通常以一定的高壓向燃料通路37供給燃料。從而，形成為當(dāng)針閥35開放噴射孔33時(shí)，供給到燃料通路37的燃料以一定的高壓向內(nèi)燃機(jī)的未圖示的燃料室內(nèi)噴出。
另外，針閥35的上端部的直徑變大，構(gòu)成為可與形成在收容容器31內(nèi)的缸體39相滑動(dòng)的活塞41。并且，在收容容器31內(nèi)收容有上述的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)43。
在這樣的噴射裝置中，如果壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)43被施加電壓而伸長，則活塞41被推壓，針閥35堵塞噴射孔33，停止燃料的供給。另外，如果停止施加電壓，則壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)43收縮，碟形彈簧45推回活塞41，噴射孔33與燃料通路37連通，進(jìn)行燃料的噴射。
另外，本發(fā)明的噴射裝置并不僅限于上述實(shí)施方式，例如，除了搭載在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射裝置、噴墨等的液體噴射裝置、光學(xué)裝置等的精密定位裝置或振動(dòng)防止裝置等中的驅(qū)動(dòng)元件，或者搭載在燃燒壓力傳感器、測(cè)震傳感器、加速度傳感器、負(fù)荷傳感器、超音波傳感器、壓敏傳感器、偏航速率傳感器等中的傳感器元件，以及搭載在壓電陀螺、壓電開關(guān)、壓電變壓器、壓電斷路器等中的電路元件之外，只要是利用壓電特性的元件，當(dāng)然就可以適用。
實(shí)施例以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
(實(shí)施例1)作為實(shí)施例1，按以下所述的方式制作了由本發(fā)明實(shí)施方式1的疊層型壓電元件構(gòu)成的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
首先，制成混合了以平均粒徑為0.4μm的鈦酸鋯酸鉛(PbZrO3-PbTiO3)為主成分的壓電陶瓷的預(yù)燒粉末、粘合劑、及增塑劑的漿料，用刮刀法制成厚度為150μm的壓電體1的陶瓷生片。
在陶瓷生片的一面上通過絲網(wǎng)印刷法形成3μm厚度的導(dǎo)電膏，且該導(dǎo)電膏是在銀-鈀合金(銀95質(zhì)量％-鈀5重量％)中加入了粘合劑而成的，疊層300張形成有該導(dǎo)電膏的片進(jìn)行燒成。燒成是在800℃進(jìn)行保持后、再在1000℃進(jìn)行燒成。
然后，通過切片裝置在疊層體側(cè)面的內(nèi)部電極端部每隔一層形成深度為50μm、寬度為50μm的槽。
接著，如表1所示的組成那樣，向平均粒徑為2μm的片狀的銀粉末和剩余部分以平均粒徑為2μm的硅作為主成分的軟化點(diǎn)為640℃的非晶質(zhì)的玻璃粉末的混合物中添加相對(duì)銀粉末和玻璃粉末的總計(jì)重量100質(zhì)量份為8質(zhì)量份的粘合劑，充分混合而制作銀玻璃導(dǎo)電膏。通過絲網(wǎng)印刷在脫模薄膜上形成這樣制成的銀玻璃導(dǎo)電膏，干燥后，從脫模薄膜剝離，得到銀玻璃導(dǎo)電膏的片。
然后，如表1的疊層條件那樣，所述銀玻璃膏的片轉(zhuǎn)印在疊層體13的外部電極15面上進(jìn)行疊層，在700℃下焙燒30分鐘形成外部電極15。
之后，導(dǎo)線連接在外部電極15上，經(jīng)由導(dǎo)線向正極及負(fù)極的外部電極15外加15分鐘的3kV/mm的直流電場(chǎng)進(jìn)行極化處理，制成利用了圖1A、B所示那樣的疊層型壓電元件的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
對(duì)得到的疊層型壓電元件外加170V的直流電壓，結(jié)果所有的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到沿疊層方向45μm的位移量。并且，室溫下對(duì)該疊層型壓電元件以150Hz的頻率外加0～+170V的交流電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)到連續(xù)驅(qū)動(dòng)為1×109次，另外，外部電極15的層厚度與玻璃量通過SEM測(cè)量剖面來測(cè)定。厚度是從SEM像中5點(diǎn)的平均值算出的，玻璃量是從SEM及EPMA算出電極層的面積，再算出其中的玻璃部分的面積，算出得到的面積的面積比作為體積％。結(jié)果如表1所示。
表1-1

在表1-1中，玻璃量按體積％表示。
表1-2

在表1-2中，初期位移量A表示初期狀態(tài)的位移量(μm)，連續(xù)驅(qū)動(dòng)后的最大位移量B表示在連續(xù)驅(qū)動(dòng)后(1×109次)的最大位移量(μm)。
另外，在表1-2中，移量變化率表示連續(xù)驅(qū)動(dòng)后的位移量相對(duì)于初期狀態(tài)的位移量的變化率(％)，取作A、B，以|(A-B)/A×100|來表示。
從表1可知，比較例的試樣編號(hào)1、2、13，由于構(gòu)成外部電極15的層數(shù)為2層以下，所以在連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，因壓電體12的尺寸變化，加在壓電體12與外部電極15的界面上的負(fù)荷變大，從所述界面向外部電極15產(chǎn)生龜裂，并且，在所述界面產(chǎn)生剝離。
與此相對(duì)，在本發(fā)明實(shí)施例的試樣編號(hào)3～12中，由于是外部電極以3層以上構(gòu)成的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以連續(xù)驅(qū)動(dòng)1×109次后，元件位移量也不會(huì)明顯降低，具有作為疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的有效位移量，另外，可制作不產(chǎn)生熱失控及誤動(dòng)作具有優(yōu)越的耐久性的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
(實(shí)施例2)改變實(shí)施例1的試樣No.7的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部電極2的材料組成，測(cè)定各試樣的位移量的變化率。這里，所謂位移量的變化率是對(duì)各試樣的疊層型壓電元件達(dá)到驅(qū)動(dòng)次數(shù)1×109次時(shí)的位移量(μm)和開始連續(xù)驅(qū)動(dòng)前的疊層型壓電元件初期狀態(tài)的位移量(μm)進(jìn)行比較得到的。其結(jié)果表示在表2中。
表2

在表2中，內(nèi)部電極中的金屬以質(zhì)量％表示內(nèi)部電極中的各金屬相對(duì)于金屬整體量的比例。另外，位移量變化率表示連續(xù)驅(qū)動(dòng)后的位移量相對(duì)于初期狀態(tài)的位移量的變化率(％)，破壞表示因遷移而損壞。
從表2發(fā)現(xiàn)在試樣No.1內(nèi)部電極2設(shè)為100％銀的情況下，疊層型壓電元件由于銀遷移而損壞不能連續(xù)驅(qū)動(dòng)；另外，試樣No.18，由于內(nèi)部電極2中的金屬組成物中，8～10族金屬的含有量超過15質(zhì)量％，另外，11族金屬的含有量小于85質(zhì)量％，所以內(nèi)部電極2的電阻率大，而在連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件時(shí)發(fā)熱，疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移量降低。
與此相對(duì)，還發(fā)現(xiàn)試樣No.2～14，由于內(nèi)部電極2中的金屬組成物在8～10族金屬的含有量為M1質(zhì)量％、11族金屬的含有量為M2質(zhì)量％時(shí)以滿足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100質(zhì)量％的金屬組成物為主成分，所以可減小內(nèi)部電極2的電阻率，即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)也可抑制在內(nèi)部電極2產(chǎn)生發(fā)熱，因此，能夠制作元件位移量穩(wěn)定的疊層型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
并且，發(fā)現(xiàn)試樣No.15～17也可減小內(nèi)部電極2的電阻率，即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)也可抑制在內(nèi)部電極2產(chǎn)生發(fā)熱，因此，能夠制作元件位移量穩(wěn)定的疊層型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
此外，本發(fā)明并于局限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的要旨的範(fàn)囲內(nèi)是可以進(jìn)行某種程度的多種變更的。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例3中，如下述那樣制作由本發(fā)明的疊層型壓電元件構(gòu)成的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
首先，制作混合了以鈦酸鋯酸鉛(PbZrO3-PbTiO3)為主成分的壓電陶瓷的預(yù)燒粉末、粘合劑、及增塑劑而得到的漿料，利用刮刀法制作厚度150μm的成為壓電體11的陶瓷生片。
在該陶瓷生片的一面上通過絲網(wǎng)印刷法印刷導(dǎo)電膏而形成為3μm厚度的片，疊層300張這樣的片準(zhǔn)備用于活性層。除此之外另制作用于構(gòu)成惰性層12的厚度100μm的生片(不形成導(dǎo)電膏)，并且，依次疊層惰性層用生片5～20張、活性層用生片300張、惰性層用5～20張進(jìn)行壓制。其中該導(dǎo)電膏是在以任意的組成比形成的銀—鈀合金中添加了粘合劑而成的。
接著，在具有惰性層12的疊層體10a兩端面、即在惰性層12的端面通過絲網(wǎng)印刷法以5μm的厚度印刷導(dǎo)電膏來形成金屬層8。之后，在1000℃下燒成一定時(shí)間后通過平面磨床等除去金屬層8，其中該導(dǎo)電膏是在Pd、Ni、Cu、Ag、Na、Pb、W、或Mo中添加了粘合劑得到的導(dǎo)電膏、或者在銀-鈀合金中添加了粘合劑得到的導(dǎo)電膏。
然后，通過切片裝置在疊層體側(cè)面的內(nèi)部電極端部每隔一層形成深度50μm、寬度50μm的槽3，在該槽3中填充硅橡膠使之硬化。
接著，向平均粒徑為2μm的片狀的銀粉末90體積％和剩余部分以平均粒徑為2μm的硅作為主成分的軟化點(diǎn)為640℃的非晶質(zhì)的玻璃粉末10體積％的混合物中添加相對(duì)銀粉末和玻璃粉末的總計(jì)重量100為質(zhì)量份為8質(zhì)量份的粘合劑，充分混合而制作銀玻璃導(dǎo)電膏。通過絲網(wǎng)印刷在脫模薄膜上形成這樣制成的銀玻璃導(dǎo)電膏，干燥后，從脫模薄膜剝離，得到銀玻璃導(dǎo)電膏的片。經(jīng)阿基米德法測(cè)定該片的原密度為6.5g/cm3。
其次，銀玻璃膏的片轉(zhuǎn)印在疊層體的外部電極面上，在650℃下焙燒30分鐘，形成由呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔質(zhì)導(dǎo)電體構(gòu)成的外部電極。還有，此時(shí)的外部電極的空隙率經(jīng)圖像解析裝置解析外部電極的剖面照片測(cè)定的結(jié)果，為40％。此外，壓電體1、內(nèi)部電極2及外部電極4的原料中添加了K2CO3或Na2CO3粉末。得到的燒結(jié)體的壓電體、內(nèi)部電極及外部電極中所含的堿金屬是利用ICP分析方法而檢測(cè)出的。
另外，作為比較例制作了如圖8所示那樣的在惰性層設(shè)置不與外部電極相通電的電極的疊層型壓電元件。這里，所述疊層型壓電元件的壓電體與上述的本發(fā)明的組成相同，另外，比較例的內(nèi)部電極中的銀與鈀的比率是以95∶5構(gòu)成的。另外，在表3-1中，在比較例的試樣編號(hào)1中，由于惰性層中不分散金屬，所以分散金屬的熔點(diǎn)比率及分散金屬組成欄表示為空欄(-)。而且，依次疊層惰性層用10張、活性層用300張、惰性層用10張后，通過與上述的本發(fā)明相同的方法設(shè)置外部電極、導(dǎo)線等來制作疊層型壓電元件(表3的試樣編號(hào)1)。
之后，導(dǎo)線6連接在外部電極4上，經(jīng)由導(dǎo)線6向正極及負(fù)極的外部電極4外加15分鐘的3kV/mm的直流電場(chǎng)進(jìn)行極化處理，制成利用了圖3A、B所示那樣的疊層型壓電元件的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
對(duì)得到的疊層型壓電元件外加170V的直流電壓，結(jié)果沿疊層方向得到45μm的位移量。并且，室溫下對(duì)該疊層型壓電元件以150Hz的頻率外加0～+170V的交流電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)。
而且，該疊層型壓電元件進(jìn)行連續(xù)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)到1×109次，這時(shí)，產(chǎn)生不良的數(shù)表示為不良率。另外，對(duì)于分散在惰性層12中的金屬14，在惰性層12的任意剖面上通過EPMA分析3處，調(diào)查有無金屬的分散。另一方面，惰性層12中金屬14的含有量是在惰性層12的任意3處取出試樣，并對(duì)各個(gè)試樣進(jìn)行ICP發(fā)光分析，取算出的含有量的平均值。結(jié)果如表3所示。此外，表3所示的分散金屬的熔點(diǎn)相對(duì)于燒成溫度的比率表示分散金屬的熔點(diǎn)相對(duì)于疊層體10a的燒成溫度的比例。
表3-1

表3-2

從表3發(fā)現(xiàn)，比較例的試樣編號(hào)1的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于在惰性層設(shè)置電極，所以在連續(xù)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)過程中，由于疊層型壓電元件的振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力而在惰性層中的電極與活性部的界面產(chǎn)生裂縫，不良率變高。
與此相對(duì)，本發(fā)明實(shí)施例3的試樣編號(hào)2～21的疊層型壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于在惰性層12中分散金屬，所以可使燒成收縮時(shí)在惰性層12與活性部11之間產(chǎn)生的應(yīng)力緩和及均勻化，并且，在高電壓、長時(shí)間連續(xù)使用下也可抑制惰性層12的裂縫等，耐久性優(yōu)越，故不良率降低。
另外，試樣編號(hào)2、3，由于構(gòu)成電極層8的金屬熔點(diǎn)明顯比疊層體10a的燒成溫度高，所以難在惰性層12中分散金屬14，難發(fā)揮上述的效果。
另外，試樣編號(hào)17，由于金屬14的分散量相對(duì)于惰性層12超過1.0質(zhì)量％，所以惰性層12的絕緣性劣化，引起絕緣破壞，不良率變高一些。
另一方面，試樣編號(hào)4～16、18～21，由于金屬14的分散量相對(duì)于惰性層12為0.001～1.0質(zhì)量％，所以容易發(fā)揮上述的效果。尤其，上述分散量為0.1質(zhì)量％且金屬14由銀和鈀構(gòu)成、即、金屬8含有構(gòu)成內(nèi)部電極2的金屬的試樣編號(hào)11～13、16、及18～21，由于確保惰性層12的絕緣性、且金屬14容易向惰性層12擴(kuò)散，所以在高電壓、長時(shí)間連續(xù)使用，也可抑制惰性層12的裂縫等，而耐久性優(yōu)越，故不良率明顯降低。
權(quán)利要求
1.一種疊層型壓電元件，其特征在于，具有疊層體，其具有活性部，該活性部是交替疊層至少1個(gè)壓電體與由第一內(nèi)部電極及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極而成的，所述活性部與外加在所述第一內(nèi)部電極及所述第二內(nèi)部電極之間的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行伸縮，和外部電極，其分別形成在所述疊層體的2個(gè)側(cè)面上，其中之一與所述第一內(nèi)部電極相連接、其中之另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極相連接，所述各外部電極是包含與所述疊層體的側(cè)面相接形成的第1層和形成在該第1層上的第2層在內(nèi)的3層以上的層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述第1層的厚度為10μm以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述第1層比起所述第2層含有較多的金屬氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述外部電極的最外層的金屬氧化物的含有量在所述3層以上的層中最少。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述金屬氧化物是玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述疊層體在兩端部具有分別由壓電材料構(gòu)成的惰性層，所述惰性層包含被分散的金屬。
7.一種疊層型壓電元件，其特征在于，具有疊層體，其具有活性部和位于該活性部的兩端部分別由壓電材料構(gòu)成的惰性層，所述活性部是交替疊層至少1個(gè)壓電體與由第一內(nèi)部電極及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極而成的，所述活性部與外加在所述第一內(nèi)部電極及所述第二內(nèi)部電極之間的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行伸縮，外部電極，其分別形成在所述疊層體的2個(gè)側(cè)面上，其中之一與所述第一內(nèi)部電極相連接、其中之另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極相連接，所述疊層體的惰性層包含被分散的金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述金屬是由選自Ag、Pd、Cu、Ca、Na、Pb、Ni構(gòu)成的群組中的至少1種以上的金屬構(gòu)成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述金屬的分散量相對(duì)于所述惰性層為0.001～1.0質(zhì)量％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6～9中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述惰性層的厚度為0.1～2.0mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求6～10中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述金屬含有與構(gòu)成所述內(nèi)部電極的金屬相同的金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述內(nèi)部電極中的金屬組成物以8～10族金屬及/或11族金屬為主成分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的疊層型壓電元件，其特征在于在所述內(nèi)部電極中的8～10族金屬的含有量設(shè)為M1質(zhì)量％、11族金屬的含有量設(shè)為M2質(zhì)量％時(shí)，滿足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述8～10族金屬是Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、0s中的至少1種以上，11族金屬是Cu、Ag、Au中的至少1種以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12～14中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述8～10族金屬是Pt、Pd中的至少1種以上，11族金屬是Ag、Au中的至少1種以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求12～14中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述8～10族金屬是Ni。
17.根據(jù)權(quán)利要求12～14中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述11族金屬是Cu。
18.根據(jù)權(quán)利要求12～17中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于在所述內(nèi)部電極中與所述金屬組成物一起添加了氧化物、氮化物或碳化物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述氧化物以由PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物為主成分。
20.根據(jù)權(quán)利要求1～19中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述壓電體以鈣鈦礦型氧化物為主成分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的疊層型壓電元件，其特征在于所述壓電體以由PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物為主成分。
22.根據(jù)權(quán)利要求1～21中任一項(xiàng)所述的疊層型壓電元件，其特征在于在所述疊層體的所述2個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面上的所述第二內(nèi)部電極與所述外部電極之間形成有槽，在另一個(gè)側(cè)面上的所述第一內(nèi)部電極與所述外部電極之間形成有槽，在所述槽中分別填充有楊氏模量比所述壓電體低的絕緣體。
23.一種疊層型壓電元件的制造方法，其特征在于，包括在交替疊層壓電體生片與導(dǎo)電體層而成的生疊層體的兩端面形成壓電材料層；在所述壓電材料層之上形成金屬層；在對(duì)形成了所述壓電材料層與所述金屬層的所述生疊層體進(jìn)行燒成后，除去所述金屬層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的疊層型壓電元件的制造方法，其特征在于所述金屬層的熔點(diǎn)為所述生疊層體的燒成溫度的1.6倍以下的溫度。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的疊層型壓電元件的制造方法，其特征在于所述金屬層形成為5mm以下的厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種疊層型壓電元件，其具有疊層體，其具有活性部，該活性部是交替疊層至少1個(gè)壓電體與由第一內(nèi)部電極及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極而成的，活性部與外加在第一內(nèi)部電極及第二內(nèi)部電極之間的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行伸縮，和外部電極，其分別形成在疊層體的2個(gè)側(cè)面上，其中之一與第一內(nèi)部電極相連接、其中之另一個(gè)與第二內(nèi)部電極相連接，各外部電極是包含與疊層體的側(cè)面相接形成的第1層和形成在該第1層上的第2層在內(nèi)的3層以上的層。因此，這種疊層型壓電元件的耐久性優(yōu)越。
文檔編號(hào)H02N2/00GK1938873SQ20058001029
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者中村成信, 鶴丸尚文, 岡村健 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社