專利名稱：疊層型電子部件及使用其的噴射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層型電子部件，例如其用于疊層型陶瓷電容器及疊層型壓電元件中。特別是涉及在壓電變壓器、或汽車用燃料噴射裝置、光學(xué)裝置等精密定位裝置或振動(dòng)防止用的驅(qū)動(dòng)元件等中使用的疊層型壓電促動(dòng)器等疊層型電子部件及使用了該疊層型電子部件的噴射裝置。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，作為疊層型電子部件，例如已知有將壓電體和內(nèi)部電極交替疊層而得到的疊層型壓電促動(dòng)器。該疊層型壓電促動(dòng)器中，對(duì)壓電體施加電壓，使其伸長(zhǎng)數(shù)μm～數(shù)十μm，成為促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力源。疊層型壓電促動(dòng)器分類為同時(shí)燒成型、和將壓電陶瓷和內(nèi)部電極板交替疊層后的堆積型兩種，若考慮低電壓化、降低制造成本這些方面，同時(shí)燒成型的疊層型壓電促動(dòng)器對(duì)薄層化是有效的，因此其一直顯示其優(yōu)越性。
圖7表示現(xiàn)有的疊層型壓電促動(dòng)器。該疊層型壓電促動(dòng)器由疊層體60構(gòu)成，所述疊層體60具有通過(guò)壓電體51和內(nèi)部電極52交替疊層而構(gòu)成的有效層、和在其疊層方向的兩端面設(shè)置的保護(hù)層53。
在成為正極及負(fù)極的內(nèi)部電極52交替疊層而成的位移部，正極及負(fù)極內(nèi)部電極52在疊層體53的側(cè)面交替露出。相對(duì)于此，在僅疊層有正極或負(fù)極中之一的非位移部，只有一極的內(nèi)部電極52在疊層體60的側(cè)面露出。而且，在只有一極的內(nèi)部電極52露出的非位移部側(cè)面形成有外部電極70。即，在疊層體60的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面露出的非位移部形成有正極及負(fù)極的外部電極70，且在位移部交替疊層的正極及負(fù)極的內(nèi)部電極每隔一層地外部電極70連接。
如該疊層型壓電促動(dòng)器所述的疊層型電子部件中，在陶瓷生片上印刷內(nèi)部電極糊劑，制成具有多層涂敷了該內(nèi)部電極糊劑的生片的柱狀疊層體(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
更具體地說(shuō)，制作按成為規(guī)定電極結(jié)構(gòu)的圖案在含有壓電體的原料的陶瓷生片上印刷內(nèi)部電極糊劑，并將涂敷了該內(nèi)部電極糊劑的生片疊層多個(gè)而得到的疊層成形體，且對(duì)其進(jìn)行燒成，由此制作疊層體。然后，通過(guò)燒成而在疊層體的一對(duì)側(cè)面形成外部電極，從而得到疊層型壓電元件(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
另外，作為內(nèi)部電極52，使用銀和鈀的合金，進(jìn)而為了同時(shí)燒成壓電體51和內(nèi)部電極52，而將內(nèi)部電極52的金屬組成設(shè)為銀70重量％、鈀30重量％來(lái)使用(例如參照專利文獻(xiàn)3)。
這樣，不使用僅由銀的金屬組成構(gòu)成的內(nèi)部電極，而使用由含有鈀的銀-鈀合金的金屬組成構(gòu)成的內(nèi)部電極52是因?yàn)?，以由通常的PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦氧化物為主成分的壓電體的燒成溫度為1200～1300℃，超過(guò)銀的溶點(diǎn)。此外，內(nèi)部電極52中的銀在燒成時(shí)向壓電體51擴(kuò)散，促進(jìn)粒生長(zhǎng)，因此即使在比只燒成壓電體的溫度低100～200℃的溫度下，也可以通過(guò)銀的擴(kuò)散效果促進(jìn)粒生長(zhǎng)，從而得到最優(yōu)的晶粒。在不含有鈀的只有銀的組成中，在向一對(duì)對(duì)置的內(nèi)部電極52之間賦予電位差時(shí)，產(chǎn)生電極中的銀從該一對(duì)內(nèi)部電極52中的正極經(jīng)由元件表面而向負(fù)極移動(dòng)這一所謂的銀遷移現(xiàn)象。在高溫、高濕的氛圍氣中顯著產(chǎn)生該現(xiàn)象。
在將現(xiàn)有的疊層型壓電元件作為壓電促動(dòng)器使用時(shí)，還可以利用焊料在外部電極70上固定導(dǎo)線，并在外部電極70間施加規(guī)定的電位進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。特別是近年來(lái)，要求小型的疊層型壓電元件在大的壓力下確保大的位移量，因此施加更高的電場(chǎng)，并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)驅(qū)動(dòng)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)2001-181055號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)昭61-133715號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特表平12-508835號(hào)公報(bào)但是，在現(xiàn)有的疊層型壓電促動(dòng)器中，位移部和非位移部的邊界不明確，難以僅在非位移部形成外部電極。即，若將外部電極形成到位移部，則由所述外部電極使施加不同的極性的內(nèi)部電極彼此導(dǎo)通，因此，在疊層體的側(cè)面產(chǎn)生了絕緣不良。此外，在從外部電極到位移部的距離(非位移部的寬度方向的距離)短的情況下，在以高電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)中在疊層體側(cè)面露出的所述外部電極和另一極的內(nèi)部電極之間有可能放電而產(chǎn)生短路。
另外，在檢查測(cè)定非位移部的寬度或外部電極和位移部的距離時(shí)，也需要用高倍光學(xué)裝置檢查內(nèi)部電極的端部位置，且測(cè)定檢查需要時(shí)間。
另外，在測(cè)定保護(hù)層的厚度時(shí)，也需要用高倍光學(xué)裝置檢查疊層體的處于疊層方向的最上層及最下層的內(nèi)部電極的位置，且測(cè)定檢查需要時(shí)間。
再有，外部電極需要與位于有效層的非位移部的同極的全部?jī)?nèi)部電極連接，但難以在有效層的非位移部的疊層方向的全部區(qū)域形成外部電極。另一方面，若將外部電極形成至保護(hù)層的整個(gè)區(qū)域，則有可能與在絕緣體的上下形成的金屬構(gòu)件引起絕緣不良。即，外部電極需要在與位于有效層的非位移部的內(nèi)部電極導(dǎo)通，且未達(dá)到保護(hù)層的上下端面的區(qū)域形成，但難以在所述區(qū)域內(nèi)形成外部電極。
另外，近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)性、大位移量，而要求以高頻率施加高電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電促動(dòng)器，在所述疊層型壓電促動(dòng)器中，存在施加不同極性的電壓的內(nèi)部電極的端子間短路，使驅(qū)動(dòng)降低的問(wèn)題。
即，現(xiàn)有的疊層型促動(dòng)器中，將原料粉末和由有機(jī)高分子構(gòu)成的粘合劑等混合，制作漿料，并用眾所周知的刮板法、壓延輥法、滑動(dòng)澆注(slipcasting)法等帶成形法將該漿料制作成作為壓電體1的陶瓷生片，在其上印刷內(nèi)部電極，并進(jìn)行疊層，從而得到柱狀疊層體。在該成形方法中，有時(shí)帶的厚度偏差因雜質(zhì)的混入或干燥不均等較大，且內(nèi)部電極2間的距離變短，從而在內(nèi)部電極2間成為容易電短路的狀態(tài)。特別是若為了提高絕緣性而加厚片厚度，則偏差變大。
因此，若為了實(shí)現(xiàn)所述的高響應(yīng)性、大位移量，而以高頻率施加高電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則存在在內(nèi)部電極間產(chǎn)生短路的問(wèn)題。
特別是在高溫、高濕度下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，存在容易因電極成分的遷移而在施加不同的電壓的內(nèi)部電極間產(chǎn)生短路的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于，提供一種疊層型電子部件，其能夠明確把握位移部、非位移部及保護(hù)層的各自的邊界，且不產(chǎn)生外部電極和位移部間的絕緣不良，還能夠容易地檢查測(cè)定非位移部的寬度或外部電極和位移部間的距離或惰性部的厚度。
本發(fā)明第二目的在于，提供一種疊層型電子部件，其即使在高電壓、高溫度、高濕度下重復(fù)工作的情況下，也能夠抑制內(nèi)部電極間的短路。
本發(fā)明第三目的在于，提供一種疊層型壓電元件及噴射裝置，其可在高電壓、高壓力下增大壓電促動(dòng)器的位移量，且即使在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)驅(qū)動(dòng)的情況下位移量也不變化，耐久性優(yōu)越。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明第一方面提供一種疊層型電子部件，一種疊層型電子部件，其具有疊層體，其包括通過(guò)至少一個(gè)電介質(zhì)和由第一及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極交替疊層而構(gòu)成的有效層、和設(shè)于該有效的疊層方向兩端的保護(hù)層；外部電極，其分別形成在所述疊層體的兩個(gè)側(cè)面，且其中一個(gè)與所述第一內(nèi)部電極連接，另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極連接，所述疊層型電子部件的特征在于，所述有效層包括鄰接的所述第一內(nèi)部電極和所述第二內(nèi)部電極相互對(duì)置的活性部、和位于該活性部的外側(cè)且所述第一內(nèi)部電極彼此或所述第二內(nèi)部電極彼此對(duì)置的非活性部，且所述活性部的顏色和所述非活性部的顏色不同。
另外，在該本發(fā)明第一方面的疊層型電子部件中，優(yōu)選所述活性部和所述非活性部之間的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上。
另外，本發(fā)明第二方面提供一種疊層型電子部件，其具有疊層體，其包括通過(guò)至少一個(gè)電介質(zhì)和由第一及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極交替疊層而構(gòu)成的有效層、和設(shè)于該有效的疊層方向兩端的保護(hù)層；外部電極，其分別形成在所述疊層體的兩個(gè)側(cè)面，且其中一個(gè)與所述第一內(nèi)部電極連接，另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極連接，所述疊層型電子部件的特征在于，所述有效層的顏色和所述保護(hù)層的顏色不同。
在該本發(fā)明第二方面的疊層型電子部件中，優(yōu)選所述有效層和所述保護(hù)層之間的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上。
另外，本發(fā)明第三方面提供一種疊層型電子部件，其特征在于，包括通過(guò)多個(gè)電介質(zhì)和多個(gè)內(nèi)部電極疊層而構(gòu)成的疊層體，所述電介質(zhì)的厚度為50μm以上，且其厚度偏差為10μm以下。
另外，本發(fā)明第四方面提供一種疊層型電子部件，其具有疊層體，其通過(guò)至少一個(gè)壓電體和由第一及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極交替疊層而構(gòu)成；外部電極，其分別形成在所述疊層體的兩個(gè)側(cè)面，且其中一個(gè)與所述第一內(nèi)部電極連接，另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極連接，所述疊層型電子部件的特征在于，所述壓電體含有0.01～1重量％的VIII族金屬及/或Ib族金屬。
本發(fā)明提供一種噴射裝置，其特征在于，具備具有噴射孔的收納容器；收納于該收納容器內(nèi)，且與施加在所述第一和所述第二內(nèi)部電極之間的電壓對(duì)應(yīng)而沿疊層方向伸縮的所述第一～第四中方面中任一個(gè)疊層型電子部件；通過(guò)驅(qū)動(dòng)該疊層型電子部件而從所述噴射孔噴出液體的閥。
另外，本發(fā)明提供一種疊層型電子部件的制造方法，其特征在于，使用含有電介質(zhì)的漿料并通過(guò)帶成形來(lái)制作厚度50μm以上且厚度偏差10μm以下的電介質(zhì)的片，并在該片上印刷內(nèi)部電極之后，進(jìn)行疊層并燒成。
(發(fā)明效果)如上構(gòu)成的本發(fā)明第一方面的疊層型電子部件中，由于所述活性部的顏色和所述非活性部的顏色不同，故所述活性部和所述非活性部的邊界明確，不存在所述外部電極的一部分形成在所述活性部側(cè)面上、或所述外部電極和所述活性部的距離變短的情況，從而能夠防止所述外部電極和所述活性部側(cè)面之間的絕緣不良。此外，在該疊層型電子部件中，在以所述電介質(zhì)為壓電體而形成了疊層型壓電促動(dòng)器時(shí)即使以高電場(chǎng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，也可以防止在外部電極和活性部(位移部)側(cè)面間產(chǎn)生短路這樣的問(wèn)題。
另外，本發(fā)明第一方面的疊層型電子部件中，若所述活性部和所述非活性部之間的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上，則可由光學(xué)裝置容易地識(shí)別所述活性部和所述非活性部的邊界，因此，能夠容易地測(cè)定非活性部的寬度或活性部和外部電極的距離。另外，在所述外部電極的一部分形成于所述活性部側(cè)的面上，或所述外部電極和所述活性部間的距離變短的情況下，能夠容易地檢測(cè)不良情況。
其結(jié)果是，由于能夠節(jié)省高度的檢查工序，故能夠廉價(jià)地制造具有高可靠性的疊層型電子部件。
另外，本發(fā)明第二方面的疊層型電子部件中，由于所述有效層的顏色和所述保護(hù)層的顏色不同，因此有效層和保護(hù)層的邊界明確，能夠預(yù)先容易地判斷有可能產(chǎn)生如下問(wèn)題的制品，即該保護(hù)層的厚度過(guò)薄從而從疊層體的上下端面產(chǎn)生裂紋。此外，也能夠容易地判斷外部電極未與同極的全部?jī)?nèi)部電極連接的制品。即，外部電極需要與位于有效層的非活性部的同極的全部?jī)?nèi)部電極連接，通過(guò)在有效層和保護(hù)層設(shè)置色差，使有效層和保護(hù)層的邊界明確，從而能夠容易地確認(rèn)外部電極是否形成在非活性部的疊層方向的全部區(qū)域，且是否與內(nèi)部電極連接。
本發(fā)明第二方面的疊層型電子部件中，若所述有效層和所述保護(hù)層之間的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上，則可由光學(xué)裝置容易地識(shí)別保護(hù)層和位移部及保護(hù)層和非位移部的邊界，因此，檢查效率大幅度提高，能夠制造廉價(jià)的疊層型電子部件。
另外，本發(fā)明第三方面的疊層型電子部件中，由于所述電介質(zhì)的厚度為50μm以上，且其厚度偏差為10μm以下，故能夠抑制內(nèi)部電極間的短路，且即使在高電壓、高溫下、高濕度下也具有高的耐久性能。特別是在施加高電壓的疊層型壓電促動(dòng)器中，能夠抑制內(nèi)部電極間的短路。
再有，根據(jù)本發(fā)明第四方面的疊層型電子部件，由于所述壓電體含有0.01～1重量％的VIII族及/或Ib族金屬，故能夠在高電壓、高壓力下增大壓電促動(dòng)器的位移量，且即使在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地驅(qū)動(dòng)時(shí)也能夠抑制位移量的變化量，從而能夠提供耐久性優(yōu)越的疊層型壓電元件。
根據(jù)本發(fā)明的噴射裝置，由于包括所述第一～第四方面中任一個(gè)疊層型電子部件，故能夠提供耐久性優(yōu)越的疊層型壓電元件及噴射裝置。
另外，本發(fā)明的疊層型電子部件的制造方法中，使用含有電介質(zhì)的漿料并通過(guò)帶成形來(lái)制作厚度50μm以上且厚度偏差10μm以下的電介質(zhì)的片，并在該片上印刷內(nèi)部電極之后，進(jìn)行測(cè)定并燒成，因此，能夠制造可防止內(nèi)部電極間的短路，且即使在高電壓、高溫下、高濕度下也具有高耐久性能的疊層型電子部件。


圖1A是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的疊層型電子部件的構(gòu)成的立體圖；圖1B是圖1A的A-A’線的剖面圖；圖1C是將圖1B的一部分放大表示的局部放大圖；
圖2是表示實(shí)施方式1的疊層型電子部件的內(nèi)部電極圖案的展開(kāi)立體圖；圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的疊層型電子部件的構(gòu)成的立體圖；圖4A是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的疊層型電子部件的構(gòu)成的立體圖；圖4B是表示實(shí)施方式3的疊層型電子部件的內(nèi)部電極圖案的展開(kāi)立體圖；圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的噴射裝置的構(gòu)成的剖面圖；圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的疊層型壓電元件的壓電體中的金屬成分含有量的測(cè)定結(jié)果的圖表；圖7是現(xiàn)有的疊層型壓電促動(dòng)器的立體圖。
符號(hào)說(shuō)明1壓電體2內(nèi)部電極4外部電極6導(dǎo)線10有效層10a活性部(位移部)10b非活性部(非位移部)11保護(hù)層31收納容器33噴射孔35閥43壓電促動(dòng)器102、111、113疊層體具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的疊層型電子部件進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施方式1圖1A、圖1B及圖1C表示作為本發(fā)明實(shí)施方式1的疊層型電子部件的一方式的疊層型壓電促動(dòng)器的構(gòu)成，圖1A是立體圖，圖1B是圖1A的A-A’線的剖面圖，圖1C是將圖1B的一部分放大表示的放大圖。
本實(shí)施方式1的疊層型壓電促動(dòng)器如圖1A所示，在由通過(guò)交替疊層壓電體1和內(nèi)部電極2而構(gòu)成的有效層10、和在有效層10的疊層方向的兩端部設(shè)置的保護(hù)層11構(gòu)成的疊層體111的側(cè)面具備一對(duì)外部電極4。此外，如圖1B、圖1C所示，有效層10由活性部10a(下面稱作位移部10a)和非活性部10b(下面稱作非位移部10b)構(gòu)成，其中活性部10a通過(guò)由與一對(duì)外部電極4中的作為一外部電極的正極連接的第一內(nèi)部電極2a、和與作為另一外部電極4的負(fù)極連接的第二內(nèi)部電極2b夾著壓電體1而構(gòu)成，非活性部10b通過(guò)用第一內(nèi)部電極2a彼此或第二內(nèi)部電極2b彼此夾著所述壓電體1而構(gòu)成。即，外部電極4分別形成在非位移部10b的側(cè)面，與第一內(nèi)部電極2a或第二內(nèi)部電極2b中的任一個(gè)連接而設(shè)置，且與未連接的另一個(gè)內(nèi)部電極2絕緣。另外，在本實(shí)施方式1中，使另一個(gè)外部電極4為負(fù)極，不過(guò)也可以使其接地。
內(nèi)部電極2由銀一鈀等金屬材料形成，經(jīng)由該內(nèi)部電極2對(duì)各壓電體1施加規(guī)定的電壓，使壓電體1引起反壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的位移。
相對(duì)于此，由于保護(hù)層11是未配置內(nèi)部電極2的多個(gè)壓電體1的層，故即使經(jīng)由外部電極4施加電壓，也不會(huì)引起位移。另外，如上所述，保護(hù)層11即可以用與壓電體1相同的材料形成，也可以用不同的材料形成。
在此，非位移部10b的內(nèi)部電極2間的距離，即第一內(nèi)部電極2a彼此或第二內(nèi)部電極2b彼此之間的距離為位移部10a的內(nèi)部電極2間的距離的大致二倍。
此外，在疊層體111對(duì)置的側(cè)面接合有外部電極4，且在該外部電極4上每隔一層地電連接有疊層的內(nèi)部電極2，因此，能夠共用地供給為了利用反壓電效應(yīng)使內(nèi)部電極2所夾持的壓電體1產(chǎn)生位移而需要的電壓。
另外，在外部電極4上通過(guò)焊料等連接固定有導(dǎo)線6，可通過(guò)該導(dǎo)線6將外部電極4與外部的電壓供給部連接。
在實(shí)施方式1中，壓電體1例如由以鋯鈦酸鉛Pb(Zr，Ti)O3(以下簡(jiǎn)稱為PZT)、或鈦酸鋇BaTiO3為主成分的壓電陶瓷材料等形成。該壓電陶瓷優(yōu)選表示其壓電特性的壓電應(yīng)變常數(shù)d33高。
此外，壓電體1的厚度，即位移部10a的內(nèi)部電極2間的距離優(yōu)選是50～250μm。若將壓電體1的厚度設(shè)定在該范圍，則即使為了得到更大的位移量而增加疊層數(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)疊層型壓電促動(dòng)器的小型化、低高度化，并且能夠防止壓電體1的絕緣擊穿。
另一方面，有效層10中的內(nèi)部電極2(第一內(nèi)部電極2a、第二內(nèi)部電極2b)，在一端與同極的外部電極4連接，在另一端與另一極的外部電極4絕緣，因此，在任一側(cè)面?zhèn)?，都成為一部分局部缺失的形狀。例如，以圖2所示的圖案形狀交替疊層了正極及負(fù)極內(nèi)部電極2。另外，若正極及負(fù)極的內(nèi)部電極2的形狀為一端與外部電極4連接，另一端不與另一極外部電極4連接的結(jié)構(gòu)，則不限于圖2所示的構(gòu)造，既可以是相同的形狀，也可以是不同的形狀。
這樣，有效層10由連續(xù)疊層了正極及負(fù)極的內(nèi)部電極2的位移部10a、和僅疊層了一個(gè)極性的內(nèi)部電極2的非位移部10b構(gòu)成。
而且，本實(shí)施方式1的疊層型壓電促動(dòng)器的特征在于，位移部10a和非位移部10b的顏色不同。即，通過(guò)在位移部10a和非位移部10b設(shè)置色差，位移部10a和非位移部10b之間的邊界變得明確，不存在外部電極4的一部分形成在位移部10a的側(cè)面上，或外部電極4和位移部10a的距離變短的情況，從而可防止產(chǎn)生如下的問(wèn)題外部電極4和在位移部10a側(cè)面露出的另一極的內(nèi)部電極2之間引起絕緣不良，或在以高電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)中外部電極4和在位移部10a側(cè)面露出的另一極的內(nèi)部電極2之間產(chǎn)生短路。
在此，為了在位移部10a和非位移部10b設(shè)置色差，例如使壓電體1具有的顏色和內(nèi)部電極2具有的顏色顯著不同、或控制內(nèi)部電極2間的距離或限制疊層數(shù)，由此可設(shè)置所述的色差。將在后面詳述設(shè)置色差的方法。
進(jìn)而，優(yōu)選位移部10a和非位移部10b的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上。這是因?yàn)?，若所述色差ΔE*ab低于1.0，則位移部10a和非位移部10的邊界不明確，在將外部電極4形成于疊層體1a側(cè)面時(shí)，外部電極4的一部分形成在位移部10a的側(cè)面上，從而該外部電極4和在位移部10a的側(cè)面露出的另一極的內(nèi)部電極2之間引起絕緣不良的可能性高。此外，即使外部電極4的一部分未處于位移部10a的側(cè)面上，但在外部電極4和位移部10a的距離短的情況下，在以高電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器時(shí)，也有外部電極4和在位移部10a側(cè)面露出的另一極的內(nèi)部電極2之間產(chǎn)生短路的危險(xiǎn)。
此外，本實(shí)施方式1的疊層型壓電促動(dòng)器優(yōu)選形成為有效層10和保護(hù)層11的顏色不同。即，通過(guò)在有效層10和保護(hù)層11設(shè)置色差，可容易地測(cè)定保護(hù)層11的厚度，因此，能夠確認(rèn)能否以規(guī)定的厚度形成保護(hù)層11。在此，若保護(hù)層11過(guò)薄，則當(dāng)以高電場(chǎng)連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電促動(dòng)器時(shí)，從保護(hù)層11的上下端面產(chǎn)生裂紋，從而存在該裂紋進(jìn)展到內(nèi)部電極2處造成短路的問(wèn)題。另一方面，若保護(hù)層11過(guò)厚，則背離與近年來(lái)電子部件的極小化相伴的低高度化，故不是優(yōu)選的。相對(duì)于此，通過(guò)使有效層10和保護(hù)層11的顏色不同，能夠容易地判斷因保護(hù)層11薄而有短路的危險(xiǎn)的制品。進(jìn)而，能夠?qū)⑽挥诏B層體1a的疊層方向的上下端面的各自的保護(hù)層11的厚度研磨為相同，并且容易加工為不產(chǎn)生所述短路的程度的厚度、且最小限的薄度。
再有，優(yōu)選有效層10和保護(hù)層11的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上。這是因?yàn)椋羯瞀*ab低于1.0，則有效層10和保護(hù)層11的邊界不明確，其結(jié)果是難以測(cè)定保護(hù)層11的厚度，在保護(hù)層11的厚度薄的情況下，在以高速、高產(chǎn)生力的條件驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器時(shí)，從保護(hù)層11的上下端面產(chǎn)生裂紋，存在該裂紋達(dá)到內(nèi)部電極2處而產(chǎn)生短路的問(wèn)題之患。
此外，若所述色差ΔE*ab低于1.0，則有效層10和保護(hù)層11的邊界不明確，且不明確外部電極4是否形成在有效層10的疊層方向的整個(gè)長(zhǎng)度區(qū)域，若外部電極4未形成在有效層10的疊層方向的整個(gè)長(zhǎng)度區(qū)域，則一部分內(nèi)部電極2不與外部電極4連接，其結(jié)果是存在產(chǎn)生位移量降低的問(wèn)題之患。
另外，優(yōu)選壓電體1和內(nèi)部電極2的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.5以上。這是因?yàn)椋魤弘婓w1和內(nèi)部電極2的色差ΔE*ab低于1.5，則無(wú)法按照后述的理由使被另一極的內(nèi)部電極2夾著的壓電體1的區(qū)域即位移部10a和被同極的內(nèi)部電極2夾著的壓電體1的區(qū)域即非位移部10b、及未被內(nèi)部電極2夾著的壓電體的區(qū)域即保護(hù)層11的色差變化。
另外，L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab可通過(guò)以下的式1～式4求得。即，根據(jù)用光譜測(cè)色計(jì)測(cè)定的亮度L*、表示色調(diào)和章度的色度a*及b*，求取兩個(gè)測(cè)定物間的亮度差ΔL*、色度差Δa*及Δb*，并通過(guò)下式算出色差ΔE*ab(另外，(1)及(2)是表示對(duì)象物1、2的添標(biāo))。
ΔL*＝L*(1)-L*(2)...式1Δa*＝a*(1)-a*(2)...式2Δb*＝b*(1)-b*(2)...式3ΔE*ab＝〔(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2〕1/2...式4其次，對(duì)本實(shí)施方式1的疊層型壓電促動(dòng)器的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
在本實(shí)施方式1的疊層型壓電促動(dòng)器的制造方法中，首先，將PZT等壓電陶瓷的焙燒粉末、由丙烯酸類、丁縮醛類等有機(jī)高分子構(gòu)成的粘合劑、DBP(鄰苯二甲酸二辛酯)、DOP(鄰苯二甲酸二丁酯)等增塑劑混合，制作漿料。然后，將該漿料用眾所周知的刮板法或壓延輥法等帶成形法制作成作為壓電體1的陶瓷生片。
然后，在銀—鈀粉末中添加并混合粘合劑、增塑劑等、及根據(jù)需要添加的所述壓電陶瓷的焙燒粉末等，制作構(gòu)成內(nèi)部電極2的導(dǎo)電性糊劑，將其通過(guò)網(wǎng)板印刷等在所述各生片的上面印刷成1～40μm厚度的圖案。此時(shí)，在成為非位移部10b的部位不進(jìn)行印刷。然后，將印刷了成為正極及負(fù)極的內(nèi)部電極2的導(dǎo)電性糊劑的生片交替疊層多片，形成有效層10，進(jìn)而將未在有效層10的疊層方向的上下印刷導(dǎo)電性糊劑的生片疊層多片，形成保護(hù)層11。在以規(guī)定的溫度對(duì)該疊層體進(jìn)行脫粘合劑處理之后，在900～1200℃下燒成，由此制作疊層體111。
在此，為了有效地使位移部10a、非位移部10b、以及保護(hù)層11的顏色不同，例如在以PbZrO3-PbTiO3為主成分時(shí)，添加0.5mol％以上的Yb、W、Nb、Sb、Y、La、Ba、Sr、Ca等作為副成分，由此，可形成亮度高、且具有透光性的壓電體1。特別是若合計(jì)添加1.0mol％以上的Yb、Ba、Sr，則表示亮度的L*值顯著增大，因此是更優(yōu)選的副成分。
另一方面，若添加0.5mol％以上的Mn、Cr、Co等作為副成分，則可形成亮度低、且沒(méi)有透光性的壓電體。
在此，若由銀-鈀構(gòu)成內(nèi)部電極2，則由于銀-鈀是亮度比較低的材料組成，故可使添加所述副成分而提高了亮度或透光性的壓電體1和內(nèi)部電極2的顏色明顯不同。即，被由亮度比較低的銀-鈀構(gòu)成的內(nèi)部電極2夾著的有效層10的亮度與由未配置內(nèi)部電極2的壓電體1的層構(gòu)成的保護(hù)層11相比，是顯著小的值。
另外，在有效層10中，即使在壓電體1被內(nèi)部電極2夾著的情況下，亮度也是隨著被夾著的內(nèi)部電極2間的距離減小而減小的值。因此，相對(duì)位移部10以壓電體1的厚度的約2倍的距離配置有內(nèi)部電極2的非位移部10b的亮度是比位移部10的亮度大的值。其結(jié)果是，由于位移部10a、非位移部10b、及保護(hù)層11的顏色各不相同，故能夠容易地識(shí)別邊界。
此外，通過(guò)使內(nèi)部電極2中含有的銀成分向壓電體1內(nèi)部擴(kuò)散，壓電體1的亮度也成為小的值。即，壓電體1的亮度降低取決于被夾著的內(nèi)部電極2間的距離，夾著壓電體1的內(nèi)部電極2間的距離越窄，內(nèi)部電極2中的銀向壓電體1的擴(kuò)散量越大，結(jié)果亮度成為小的值。即，亮度按照位移部10a、非位移部10b、保護(hù)層的順序增大。
再有，為了使內(nèi)部電極2中的銀有效地向壓電體1擴(kuò)散，作為內(nèi)部電極2使用的銀—鈀中含有的銀的比率越多越好，70％以上為好，優(yōu)選是85％以上。
還有，為了在位移部10a、非位移部10b、及保護(hù)層11設(shè)置色差，也可以不利用所述的使壓電體1和內(nèi)部電極2的顏色較大不同的方法，而通過(guò)控制壓電體1或內(nèi)部電極2的厚度，使位移部10a和非位移部10b的內(nèi)部電極2的密集程度變化。即，即使壓電體1和內(nèi)部電極2的顏色不是適當(dāng)?shù)夭煌?，若減小壓電體1的厚度，增大內(nèi)部電極2的厚度，則也可明確位移部10a和非位移部10b的邊界。
此外，構(gòu)成內(nèi)部電極的銀—鈀既可以使用銀和鈀的合金粉末，也可以使用銀粉末和鈀粉末的混合物。另外，在使用銀粉末和鈀粉末的混合物的情況下，在燒成時(shí)也形成銀—鈀的合金。
另外，疊層體111不限于用所述制造方法制作，若能夠制作通過(guò)交替疊層多個(gè)壓電體1和多個(gè)內(nèi)部電極2而構(gòu)成的疊層體111，則也可以用任意的制造方法形成。
其次，在形成外部電極4的非位移部10b的側(cè)面印刷通過(guò)在由銀和玻璃構(gòu)成的混合物中添加粘合劑而制作的銀玻璃糊劑，并在500～850℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，由此形成外部電極4。
然后，在疊層體111的側(cè)面涂敷(未圖示)硅橡膠，并使其固化后，用焊料等將導(dǎo)線6與外部電極4連接，由此完成本發(fā)明的疊層型壓電促動(dòng)器。
然后，經(jīng)由導(dǎo)線6向一對(duì)外部電極4施加0.1～3kV/mm的直流電壓，并對(duì)疊層體111進(jìn)行極化處理，由此完成作為制品的疊層型壓電促動(dòng)器。若將疊層型壓電促動(dòng)器的導(dǎo)線6與外部的電壓供給部連接，并經(jīng)由導(dǎo)線6及外部電極4對(duì)內(nèi)部電極2施加電壓，則各壓電體1因反壓電效應(yīng)而較大地位移，由此，例如起到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴射供給燃料的汽車用燃料噴射閥的作用。
實(shí)施方式2實(shí)施方式2的疊層型促動(dòng)器是本發(fā)明的疊層型電子部件的其它方式例。
實(shí)施方式2的疊層型促動(dòng)器如圖3所示，其構(gòu)成為在交替疊層多個(gè)壓電體1和多個(gè)內(nèi)部電極2而構(gòu)成的四角柱狀的柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面，內(nèi)部電極2的端部相互不同每隔一層地用絕緣體3覆蓋，并將未被絕緣體3覆蓋的內(nèi)部電極2的端部和外部電極4連接，在各外部電極4上連接固定導(dǎo)線6。
在內(nèi)部電極2間配置有壓電體1，經(jīng)由內(nèi)部電極2對(duì)各壓電體1施加規(guī)定的電壓，在壓電體1上引起反壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的位移。
而且，本實(shí)施方式2的疊層型壓電促動(dòng)器的特征在于，該壓電體1的厚度、即內(nèi)部電極2間的距離為50μm以上，優(yōu)選為70μm，更優(yōu)選為80μm以上，且其偏差為10μm以下，優(yōu)選為8μm以下，更優(yōu)選為5μm以下。這是由于，若內(nèi)部電極2間的距離短或其偏差大，則在內(nèi)部電極2間產(chǎn)生短路，從而疊層型壓電促動(dòng)器容易破損。
在此，作為內(nèi)部電極2間的距離偏差的壓電體1的厚度為在多個(gè)部位測(cè)定時(shí)的平均值，該偏差是最大值和最小值之差。
另外，燒成后內(nèi)部電極2在柱狀疊層體102的四個(gè)側(cè)面露出，但在實(shí)施方式2中，至少在一個(gè)側(cè)面，在包括內(nèi)部電極2的端部的壓電體1的端面每隔一層地形成深度50～500μm、疊層方向的厚度30～200μm的槽，并通過(guò)在該槽內(nèi)填充玻璃、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂、硅橡膠等，形成絕緣體3。這樣一來(lái)，從可靠性方面考慮是優(yōu)選的。
通過(guò)該絕緣體3，在柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面，內(nèi)部電極2的端部相互不同每隔一層地絕緣，且內(nèi)部電極2未絕緣的另一端部與外部電極4連接。
另外，為使絕緣體3與柱狀疊層體102的接合牢固，而優(yōu)選使用追隨柱狀疊層體102位移的彈性模量低的材料，具體地說(shuō)，優(yōu)選使用由硅橡膠等構(gòu)成的材料。
此外，也可以在內(nèi)部電極2露出的柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面，通過(guò)蒸鍍、濺射、鍍敷等預(yù)先形成薄膜的低電阻部，并在該低電阻部上連接外部電極4。
再有，利用焊料等在外部電極4上連接固定導(dǎo)線6。該導(dǎo)線6具有將外部電極4與外部的電壓供給部連接的作用。
然后，經(jīng)由導(dǎo)線6向一對(duì)外部電極4施加0.1～3kV/mm的直流電流，對(duì)柱狀疊層體102進(jìn)行極化處理，由此完成疊層型壓電促動(dòng)器。對(duì)該疊層型壓電促動(dòng)器來(lái)說(shuō)，若將導(dǎo)線6與外部的電壓供給部連接，并經(jīng)由外部電極4對(duì)內(nèi)部電極2施加電壓，則各壓電體1因反壓電效應(yīng)而較大地位移。該功能例如可作為對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴射供給燃料的汽車用燃料噴射裝置而加以利用。
即，可通過(guò)具備具有噴射口的收納容器、收納于該收納容器內(nèi)的本發(fā)明的疊層性壓電促動(dòng)器、及利用該疊層型壓電元件的驅(qū)動(dòng)而從所述噴射孔噴出液體的閥來(lái)構(gòu)成噴射裝置。在噴射裝置中，如上所述，在疊層型壓電元件中，由于即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)，所希望的位移量也不會(huì)有效地變化，因此，可提供裝置不誤動(dòng)作、耐久性優(yōu)越的高可靠性的噴射裝置。
其次，對(duì)本實(shí)施方式2的疊層型壓電促動(dòng)器的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
在本實(shí)施方式2的疊層型壓電促動(dòng)器的制造方法中，首先，將PZT等壓電陶瓷的焙燒粉末、由丙烯酸類、丁縮醛類等有機(jī)高分子構(gòu)成的粘合劑、用于使粘合劑溶解的醇或甲苯等有機(jī)溶劑、DBP(鄰苯二甲酸二辛酯)、DOP(鄰苯二甲酸二丁酯)等增塑劑混合，制作漿料，并將該漿料用眾所周知的刮板法、壓延輥法、滑動(dòng)澆注法等帶成形法制作成作為厚度50μm以上更優(yōu)選55μm以上且厚度偏差10μm以下的壓電體1的陶瓷生片。
所述漿料的粘度為15泊以上，優(yōu)選為20泊以上，更優(yōu)選為25泊以上。若加厚片厚度，則厚度偏差增大，但通過(guò)提高粘度進(jìn)行成形，可得到厚度均勻的帶。此外，要形成這樣粘度的漿料，優(yōu)選使用由丙烯酸類、丁縮醛類等有機(jī)高分子構(gòu)成的粘合劑、和用于使粘合劑溶解的醇或甲苯等。
其次，在銀—鈀粉末中添加并混合粘合劑、增塑劑、及根據(jù)需要添加的所述壓電陶瓷的焙燒粉末等，制作構(gòu)成內(nèi)部電極2的導(dǎo)電性糊劑，并將該導(dǎo)電性糊劑通過(guò)網(wǎng)板印刷等在所述各生片的上面印刷1～40μm的厚度。
然后，將在上面印刷了導(dǎo)電性糊劑的生片疊層，并切斷為任意的大小后，以規(guī)定的溫度進(jìn)行脫粘合劑處理，并在900～1000℃下進(jìn)行燒成，由此制作柱狀疊層體102。此時(shí)，為了抑制燒成工序中產(chǎn)生的變形、分解，而優(yōu)選將供給材料等同時(shí)燒成、或在密閉的燒成缽中燒成、或用同一材料類的燒成缽燒成。
為了修整燒成后的柱狀疊層體102的形狀，而用平面磨床等進(jìn)行磨削。另外，優(yōu)選在這些磨削后或單獨(dú)地進(jìn)行使用了碳化硅或氧化鋁的磨粒的研磨或拋光的加工。
如上所述，制作通過(guò)交替疊層多個(gè)壓電體1和多個(gè)內(nèi)部電極2而構(gòu)成的柱狀疊層體102。另外，在柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面，內(nèi)部電極2的端部相互不同每隔一層地由絕緣體3絕緣，在內(nèi)部電極未絕緣的另一端部連接外部電極4，并在該外部電極4上連接導(dǎo)線6，由此制作本發(fā)明的疊層型壓電促動(dòng)器。
在以上的實(shí)施方式2中，對(duì)疊層了多個(gè)壓電體和內(nèi)部電極的促動(dòng)器進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的疊層型電子部件不限于疊層型壓電促動(dòng)器。例如，通過(guò)使用其它電介質(zhì)來(lái)代替壓電體，也可以形成電容器等的疊層型電子部件。
實(shí)施方式3本發(fā)明的實(shí)施方式3的疊層型電子部件也是疊層型壓電元件(疊層型壓電促動(dòng)器)，其如下構(gòu)成。
在此，圖4A是立體圖，圖4B是表示壓電體層和內(nèi)部電極層的疊層狀態(tài)的立體展開(kāi)圖。
本實(shí)施方式3的疊層型壓電元件中，如圖4A及圖4B所示，在通過(guò)交替疊層壓電體1和內(nèi)部電極2而構(gòu)成的疊層體113的一對(duì)對(duì)置的側(cè)面形成有外部電極4，在其側(cè)面每隔一層地露出的內(nèi)部電極2的端部和外部電極4以電導(dǎo)通的方式接合。此外，在疊層體113的疊層方向兩端的層疊層有由壓電體1形成的保護(hù)層11。在將該實(shí)施方式的3的疊層型壓電元件作為疊層型壓電促動(dòng)器使用時(shí)，只要用焊料將導(dǎo)線連接固定在外部電極4上，并將所述導(dǎo)線與外部電壓供給部連接即可。
在壓電體1間配置有內(nèi)部電極2，該內(nèi)部電極2例如由銀—鈀等金屬材料形成，通過(guò)該內(nèi)部電極2對(duì)各壓電體1施加規(guī)定的電壓，由此可在壓電體1上引起反壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的位移。
相對(duì)于此，由于保護(hù)層11是未配置內(nèi)部電極2的多個(gè)壓電體1的層，故即使施加電壓也不產(chǎn)生位移。
而且，本實(shí)施方式3的發(fā)明的特征在于，在壓電體1中含有0.01～1重量％的VIII族金屬及/或Ib族金屬。
在此，壓電體1中含有0.01～1重量％的VIII族金屬及/或Ib族金屬的理由如下在處于該范圍內(nèi)時(shí)，由于體積固有電阻增大，且能夠抑制金屬成分的遷移，從而能夠抑制體積固有電阻的劣化(時(shí)效變化)。此外，由于金屬成分向壓電體1中擴(kuò)散，從而即使在1000℃左右的低溫?zé)蓵r(shí)，瓷器粒徑也可以粒生長(zhǎng)到最優(yōu)的大小，也具有瓷器充分燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)。由于若低于0.01重量％，則金屬成分向壓電體1的擴(kuò)散量過(guò)少，故不能充分得到促進(jìn)粒生長(zhǎng)的效果，從而產(chǎn)生燒結(jié)不良。另一方面，若大于1重量％，則雖然具有促進(jìn)粒生長(zhǎng)的效果，但由于壓電體1中的金屬成分的含有量過(guò)多，因此，存在因初期的體積固有電阻值的變小、且金屬成分的遷移，而在驅(qū)動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生短路之患。
為了提高疊層型壓電元件的耐電壓、耐久性，優(yōu)選是0.01～0.7重量％。為了提高疊層型壓電元件的壓電特性，增大位移量且提高耐久性，更優(yōu)選是0.05～0.5重量％。為了進(jìn)一步提高耐久性，進(jìn)一步優(yōu)選是0.05～0.25重量％。
此外，為了提高疊層型壓電元件的壓電特性，并提高耐久性，優(yōu)選內(nèi)部電極的金屬主成分由Cu、Ag、Ni、Pt、Pd中的至少一種以上構(gòu)成。進(jìn)而為了提高疊層型壓電元件的壓電特性和耐久性，更優(yōu)選含有Ag。
另外，在本發(fā)明中，壓電體1中的VIII族金屬及/或Ib族金屬的含有量?jī)?yōu)選在壓電體整體中實(shí)質(zhì)上是均勻的。若壓電體1中的VIII族金屬及/或Ib族金屬的含有量在壓電體整體中實(shí)質(zhì)上均勻，則壓電體1的粒徑均勻。因此，瓷器密度均勻，耐久性、壓電特性提高。此外，也可以減小壓電特性的偏差。另一方面，若含有量不均勻，則極化時(shí)或驅(qū)動(dòng)時(shí)密度低的部位有時(shí)產(chǎn)生裂紋。
因此，為了增大疊層型壓電元件的位移量，且提高耐久性，優(yōu)選使壓電體1中的金屬成分的含有量均勻，更優(yōu)選金屬成分的含有量在壓電體1中為標(biāo)準(zhǔn)偏差σ＝0.5以下，由此，可使壓電體1中的粒徑均勻，可提高疊層型壓電元件驅(qū)動(dòng)時(shí)的耐久性。更優(yōu)選設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)偏差σ＝0.3以下，由此能夠進(jìn)一步提高耐電壓、驅(qū)動(dòng)時(shí)的耐久性。此外，由于壓電特性的偏差也減小，故作為制品，容易得到所希望的壓電特性。
表示所述壓電體1中的金屬成分的重量％的VIII族金屬、Ib族金屬可用EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法特定。此外，在此對(duì)疊層型壓電元件進(jìn)行鏡面研磨，對(duì)壓電體1中的任意部位測(cè)定5點(diǎn)進(jìn)行EPMA定量分析。由此，制成強(qiáng)度(計(jì)數(shù)(count)值)和含有量的檢量線。其次，對(duì)疊層型壓電元件的厚度方向進(jìn)行EPMA線分析，測(cè)定被兩個(gè)內(nèi)部電極2夾著的壓電體1中的金屬成分含有量的分布。由于在EPMA線分析中只能得到計(jì)數(shù)值，故根據(jù)檢量線算出壓電體1中的金屬成分的含有量。該值為壓電體1中金屬成分的含有量偏差。
其次，對(duì)本實(shí)施方式3的疊層型壓電元件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
在本發(fā)明的疊層型壓電元件的制造方法中，首先，將由PbZrO3-PbTiO3等構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物的壓電陶瓷的焙燒粉末、由丙烯酸類、丁縮醛類等有機(jī)高分子構(gòu)成的粘合劑、DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)、DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)等增塑劑混合，制作漿料，并將該漿料用眾所周知的刮板法或壓延輥法等帶成形法制作成作為壓電體1的陶瓷生片。
其次，在銀—鈀等構(gòu)成內(nèi)部電極2的金屬粉末中添加并混合氧化銀等金屬氧化物、粘合劑及增塑劑，制作導(dǎo)電性糊劑，并將其通過(guò)網(wǎng)板印刷等在所述各生片的上面印刷1～40μm的厚度。
然后，疊層多個(gè)在上面印刷了導(dǎo)電性糊劑的生片，并以規(guī)定的溫度對(duì)該疊層體進(jìn)行脫粘合劑處理之后，在900～1000℃下進(jìn)行燒成，由此制作疊層體113。
在此，在實(shí)施方式3中，通過(guò)使用以下的制造方法，可使壓電體1中含有0.01～1重量％的VIII族金屬及/或Ib族金屬，且含有量在壓電體1中實(shí)質(zhì)上是均勻的。
第一，有如下的方法通過(guò)將燒成時(shí)的最高溫度設(shè)為1000℃以下，使金屬成分在壓電體1中充分?jǐn)U散。
此外，有如下的方法在燒成工序中，在比最高溫度低200～300℃左右、不能充分進(jìn)行瓷器燒結(jié)、且使金屬成分充分?jǐn)U散的溫度區(qū)域(700～800℃)中，設(shè)置1～2小時(shí)的保持時(shí)間。
進(jìn)而，有如下的方法向構(gòu)成壓電體1的原料中添加不對(duì)壓電特性賦予不良影響的100ppm左右的Si，使金屬成分易于擴(kuò)散。
通過(guò)以上的方法，能夠使壓電體1中含有0.01～1重量％的VIII族及/或Ib族金屬，且含有量在壓電體1中實(shí)質(zhì)上是均勻的。
此時(shí)，在保護(hù)層11的部分的生片中添加銀—鈀等構(gòu)成內(nèi)部電極2的金屬粉末，或在疊層保護(hù)層11的部分的生片時(shí)將由銀—鈀等構(gòu)成內(nèi)部電極的金屬粉末及無(wú)機(jī)化合物、粘合劑、增塑劑構(gòu)成的漿料印刷在生片上，由此使保護(hù)層11和其它部分燒結(jié)時(shí)的收縮動(dòng)作以及收縮率一致，因此，可形成致密的疊層體。
還有，疊層體113不限于用所述制造方法制作，若能夠制作通過(guò)交替疊層多個(gè)壓電體1和多個(gè)內(nèi)部電極2而構(gòu)成的疊層體113，則也可以用任意的方法形成。
其次，將在由銀和玻璃構(gòu)成的混合物中添加粘合劑而制作的銀玻璃糊劑印刷在形成外部電極4的側(cè)面，例如以500～850℃的溫度進(jìn)行燒結(jié)，由此形成外部電極4。
其次，將形成有外部電極4的疊層體113浸漬到硅橡膠溶液中，并且對(duì)硅橡膠溶液進(jìn)行真空脫氣，由此向疊層體113的槽內(nèi)部填充硅橡膠，然后，將疊層體113從硅橡膠溶液中取出，在疊層體113的側(cè)面涂敷硅橡膠。然后使在槽內(nèi)部填充、及在柱狀疊層體113的側(cè)面涂敷的所述硅橡膠固化，由此完成本發(fā)明的疊層型壓電元件。
然后，將導(dǎo)線與外部電極4連接，并經(jīng)由該導(dǎo)線對(duì)一對(duì)外部電極4施加0.1～3kV/mm的直流電壓，對(duì)疊層體113進(jìn)行極化處理，由此完成利用了本發(fā)明的疊層型壓電元件的疊層型壓電促動(dòng)器，若將導(dǎo)線與外部的電壓供給部連接，并經(jīng)由導(dǎo)線及外部電極4對(duì)內(nèi)部電極2施加電壓，則各壓電體1通過(guò)反壓電效應(yīng)而較大地位移，由此，起到例如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴射供給燃料的汽車用燃料噴射閥的作用。
下面，對(duì)在實(shí)施方式1～3中與所述之外的要素相關(guān)的更優(yōu)選的方式及具體例進(jìn)行說(shuō)明。
另外，通過(guò)使內(nèi)部電極2中的金屬組成物以VIII族金屬及/或Ib族金屬為主成分，能夠由具有高耐熱性的金屬組成形成內(nèi)部電極2，因此，可與燒成溫度高的壓電體1同時(shí)進(jìn)行燒成。
再有，在設(shè)VIII族金屬的含有量為M1重量％，設(shè)Ib族金屬的含有量為M2重量％時(shí)，內(nèi)部電極2中的金屬組成物優(yōu)選以滿足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金屬組成物為主成分。
由此，由于能夠減小內(nèi)部電極2的比電阻，故即使長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件，也可以抑制內(nèi)部電極2的發(fā)熱。并且，由于能夠抑制疊層型壓電元件的溫度上升，故可使元件位移量穩(wěn)定化。
相對(duì)于此，若VIII族金屬超過(guò)15重量％，則內(nèi)部電極2的比電阻變大，在連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件時(shí)，有時(shí)內(nèi)部電極2發(fā)熱。此外，為了抑制內(nèi)部電極2中的Ib族金屬向壓電體1的遷移，而優(yōu)選VIII族金屬為0.001重量％以上15重量％以下。此外，從提高疊層型壓電元件的耐久性方面考慮，優(yōu)選是0.1重量％以上10重量％以下。此外，在需要優(yōu)越的熱傳導(dǎo)且更高的耐久性時(shí)，更優(yōu)選是0.5重量％以上9.5重量％以下。在尋求更高的耐久性時(shí)，更優(yōu)選是2重量％以上8重量％以下。
在此，若Ib族金屬低于85重量％，則內(nèi)部電極2的比電阻變大，在連續(xù)驅(qū)動(dòng)疊層型壓電元件時(shí)，有時(shí)內(nèi)部電極2發(fā)熱。此外，為了抑制內(nèi)部金屬12中的Ib族金屬向壓電體1的遷移，而優(yōu)選Ib族金屬為85重量％以上99.999重量％以下。此外，從提高疊層型壓電元件的耐久性方面考慮，優(yōu)選是90重量％以上99.9重量％以下。另外，在需要更高的耐久性時(shí)，更優(yōu)選是90.5重量％以上99.5重量％以下。此外，在尋求更高的耐久性時(shí)，更優(yōu)選是92重量％以上98重量％以下。
表示所述內(nèi)部電極2中的金屬成分的重量％的VIII族金屬、Ib族金屬可用EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法特定。
另外，所述VIII族金屬為Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中的至少一種以上，Ib族金屬為Cu、Ag、Au中的至少一種以上，由此，作為所述內(nèi)部電極2的原料，可使用合金原料及混合粉末原料中的任一種。這些原料是在近年來(lái)的合金粉末合成技術(shù)中批量生產(chǎn)性優(yōu)越的金屬組成。
另外，內(nèi)部電極2中的金屬成分優(yōu)選，VIII族金屬為Pt、Pd中的至少一種以上，Ib族金屬為Ag、Au中的至少一種以上。由此，有可能形成耐熱性及耐氧化性都優(yōu)越，且比電阻小的內(nèi)部電極2。
另外，所述VIII族金屬優(yōu)選是Ni，從而能夠緩和因驅(qū)動(dòng)時(shí)的位移而產(chǎn)生的應(yīng)力，并且可形成耐熱性優(yōu)越的內(nèi)部電極2。
還有，通過(guò)所述Ib族金屬是Cu，能夠緩和因驅(qū)動(dòng)時(shí)的位移而產(chǎn)生的應(yīng)力，并且可形成硬度低且熱傳導(dǎo)性優(yōu)越的內(nèi)部電極2。
再有，通過(guò)向內(nèi)部電極2中添加金屬組成物和無(wú)機(jī)組成物，內(nèi)部電極2和壓電體1的界面的緊貼強(qiáng)度增大，因此，可抑制內(nèi)部電極2和壓電體1的界面的剝離。
此外，優(yōu)選內(nèi)部電極具有沿其厚度方向貫通的空隙。這樣，由于存在貫通內(nèi)部電極的空隙，從而壓電體因電場(chǎng)而變形時(shí)被內(nèi)部電極約束的力減弱而容易位移，因此，能夠進(jìn)一步提高位移量。此外，由于也降低內(nèi)部電極內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，故可提高耐久性。
壓電體1優(yōu)選表示其壓電特性的壓電應(yīng)變常數(shù)d33高，例如由以所述的鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3(以下簡(jiǎn)稱為PZT)、或鈦酸鋇(BaTiO3)等鈣鈦礦型氧化物為主成分的壓電陶瓷材料等形成。
這樣，若由以鈦酸鋇(BaTiO3)為代表的鈣鈦礦型壓電陶瓷材料等形成壓電體1，則表示其壓電特性的壓電應(yīng)變常數(shù)d33高，因此，可增大位移量，進(jìn)而也可以同時(shí)燒成壓電體1和內(nèi)部電極2。特別是作為壓電體1，優(yōu)選以由壓電應(yīng)變常數(shù)d33較高的PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物為主成分。
另外，通過(guò)壓電體1以由PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物為主成分，可同時(shí)燒成壓電體1和內(nèi)部電極2，因此，可縮短燒成時(shí)間，且能夠一并減小內(nèi)部電極2的比電阻。
另外，疊層體的燒成溫度優(yōu)選是900℃以上1000℃以下。這是因?yàn)?，在燒成溫度?00℃以下時(shí)，燒成溫度低，因而燒成不充分，難以制作致密的壓電體1。另一方面，若為高于1000℃的溫度，則金屬成分向壓電體1中的擴(kuò)散量變大，極化時(shí)及驅(qū)動(dòng)時(shí)容易短路等，耐久性降低。
此外，在本發(fā)明的疊層型壓電元件中，如實(shí)施方式2所示，優(yōu)選，交替構(gòu)成在側(cè)面端部露出的內(nèi)部電極2和端部未露出的內(nèi)部電極2，在所述端部未露出的內(nèi)部電極2和外部電極4間的壓電體部分形成有槽，且在該槽內(nèi)形成有楊氏模量比壓電體12低的絕緣體。由此，在這樣的疊層型壓電元件中，由于能夠緩和因驅(qū)動(dòng)中的位移而產(chǎn)生的應(yīng)力，故即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)，也能夠抑制內(nèi)部電極2的發(fā)熱。
為了形成為這樣的構(gòu)造，例如交替形成在疊層體的側(cè)面端部露出的內(nèi)部電極2和端部未露出的內(nèi)部電極2，在端部未露出的內(nèi)部電極2和外部電極4間的壓電體部分形成槽，并在該槽內(nèi)形成楊氏模量比壓電體1低的樹(shù)脂或橡膠等絕緣體。在此，所述槽通過(guò)切割裝置等形成在疊層體113的側(cè)面。
從充分吸收因促動(dòng)器的伸縮而產(chǎn)生的應(yīng)力方面考慮，構(gòu)成外部電極4的導(dǎo)電材料優(yōu)選具有Ag、Ni、Cu、Al、W、Mo、不銹鋼、Fe-Ni-Co合金等的良好的導(dǎo)電性，且是楊氏模量低的金屬或合金。這些金屬中，從耐氧化性良好且導(dǎo)電性優(yōu)越的方面考慮，外部電極4優(yōu)選是楊氏模量低的Ag或以Ag為主成分的合金、Ni、不銹鋼。此外，為了使外部電極4為低電阻，進(jìn)而富于追隨柱狀疊層體102位移的伸縮性，也可以使與內(nèi)部電極2連接的部分具備網(wǎng)眼構(gòu)件，且將外部電極4的厚度形成為50～500μm左右。
此外，外部電極4也能夠以通過(guò)來(lái)自外部的夾持力而壓接在柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面上的狀態(tài)與內(nèi)部電極2連接。另外，也可以通過(guò)焊料等與內(nèi)部電極2連接固定。
另外，如下所述，也可以形成由富于彈性且呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔性導(dǎo)電體構(gòu)成的外部電極。
即，在玻璃粉末中添加粘合劑，制作銀玻璃導(dǎo)電性糊劑，并將其成形為片狀，將干燥后(使溶劑揮發(fā))的片的生坯密度控制在6～9g/cm3，將該片轉(zhuǎn)印到柱狀疊層體113的外部電極形成面上，以比玻璃軟化點(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以下的溫度進(jìn)行燒結(jié)。這樣一來(lái)，使用銀玻璃導(dǎo)電性糊劑制作的片中的粘合劑成分揮發(fā)消失，可形成由呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔性導(dǎo)電體構(gòu)成的外部電極。
另外，從有效地形成頸(neck)部，使銀玻璃導(dǎo)電性糊劑中的銀和內(nèi)部電極2擴(kuò)散接合，并使外部電極中的空隙有效地殘存，進(jìn)而將外部電極和柱狀疊層體113的側(cè)面局部接合這些方面考慮，所述銀玻璃導(dǎo)電性糊劑的燒結(jié)溫度優(yōu)選是550～700℃。此外，銀玻璃導(dǎo)電性糊劑中的玻璃成分的軟化點(diǎn)優(yōu)選是500～700℃。
在燒結(jié)溫度高于700℃時(shí)，銀玻璃導(dǎo)電性糊劑的銀粉末的燒結(jié)過(guò)度，無(wú)法形成呈有效的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔性導(dǎo)電體，外部電極4過(guò)于致密，其結(jié)果是外部電極4的楊氏模量過(guò)高，無(wú)法充分吸收驅(qū)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力，從而外部電極4有可能斷線。優(yōu)選以玻璃軟化點(diǎn)的1.2倍以內(nèi)的溫度進(jìn)行燒結(jié)。
另一方面，在燒結(jié)溫度低于550℃時(shí)，由于在內(nèi)部電極2端部和外部電極4之間未充分地進(jìn)行擴(kuò)散接合，故不能形成頸部，在驅(qū)動(dòng)時(shí)有可能在內(nèi)部電極2和外部電極4之間引起火花。
另外，銀玻璃導(dǎo)電性糊劑的片的厚度優(yōu)選比壓電體1的厚度薄。從追隨促動(dòng)器伸縮的觀點(diǎn)考慮，更優(yōu)選是50μm以下。
再有，也可以在外部電極的外面形成由埋設(shè)了金屬網(wǎng)眼或網(wǎng)眼狀金屬板的導(dǎo)電性粘接劑構(gòu)成的導(dǎo)電性輔助構(gòu)件。該情況下，通過(guò)在外部電極的外面設(shè)置導(dǎo)電性輔助構(gòu)件，即使在向促動(dòng)器投入大電流，且以高速驅(qū)動(dòng)的情況下，也可以使大電流在導(dǎo)電性輔助構(gòu)件中流動(dòng)，可降低在外部電極中流動(dòng)的電流。由此，能夠防止外部電極引起局部過(guò)熱而斷線，從而能夠大幅度提高耐久性。另外，由于在導(dǎo)電性粘接劑中埋設(shè)有金屬網(wǎng)眼或網(wǎng)眼狀金屬板，故能夠防止在所述導(dǎo)電性粘接劑中產(chǎn)生裂紋。
金屬網(wǎng)眼通過(guò)編織金屬線而成，網(wǎng)眼狀金屬板通過(guò)在金屬板上形成孔作成為網(wǎng)眼狀而成。
另外，構(gòu)成所述導(dǎo)電性輔助構(gòu)件的導(dǎo)電性粘接劑優(yōu)選由使銀粉末分散的聚酰亞胺樹(shù)脂構(gòu)成。即，通過(guò)使比電阻低的銀粉末分散于耐熱性高的聚酰亞胺樹(shù)脂中，即使在高溫下使用時(shí)，也能夠形成電阻值低且維持了高的粘接強(qiáng)度的導(dǎo)電性輔助構(gòu)件。更優(yōu)選的是，所述導(dǎo)電性粒子是片狀或針狀等非球形的粒子。這是因?yàn)?，通過(guò)將導(dǎo)電性粒子的形狀設(shè)為片狀或針狀等非球形的粒子，能夠使該導(dǎo)電性粒子間的聚合度牢固，且能夠進(jìn)一步提高該導(dǎo)電性粘接劑的剪切強(qiáng)度。
本發(fā)明的疊層型壓電元件不限于這些，若在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，則可進(jìn)行各種變更。
此外，如上所述，對(duì)在疊層體113的對(duì)置的側(cè)面形成了外部電極4的例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明中例如也可以在鄰設(shè)的側(cè)面形成一對(duì)外部電極。
實(shí)施方式4圖5表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的噴射裝置，在收納容器31的一端設(shè)有噴射孔33，而且在收納容器31內(nèi)收容有可開(kāi)閉噴射孔33的針型閥35。
在噴射孔33可連通地設(shè)有燃料通路37，該燃料通路37與外部的燃料供給源連結(jié)，始終以一定的高壓將燃料向燃料通路37供給。因此，若針型閥35開(kāi)放噴射孔33，則供給于燃料通路37中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。
此外，針型閥35的上端部的直徑變大，成為可與在收納容器31內(nèi)形成的驅(qū)動(dòng)缸39滑動(dòng)的活塞41。而且，在收納容器31內(nèi)收納有本發(fā)明的壓電促動(dòng)器43。
在這種噴射裝置中，若壓電促動(dòng)器43被施加電壓而伸長(zhǎng)，則活塞41被按壓，從而針型閥35閉塞噴射孔33，停止燃料的供給。此外，若停止電壓的施加，則壓電促動(dòng)器43收縮，碟形彈簧45將活塞41壓回，從而噴射孔33與燃料通路37連通，進(jìn)行燃料的噴射。
此外，本發(fā)明涉及疊層型壓電元件及噴射裝置，但不限于所述實(shí)施方式，例如除了汽車發(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)防止裝置等所搭載的驅(qū)動(dòng)元件、或燃燒壓傳感器、敲觸傳感器(knock sensor)、加速度傳感器、載荷傳感器、超聲波傳感器、壓敏傳感器、偏航速率傳感器等所搭載的傳感器元件、以及壓電陀螺儀、壓電開(kāi)關(guān)、壓電變壓器、壓電遮斷器等所搭載的電路元件之外，只要是使用了壓電特性的元件，則都可以實(shí)施。
實(shí)施例實(shí)施例1作為實(shí)施例1，如下制作與本發(fā)明的實(shí)施方式1相關(guān)的疊層型壓電促動(dòng)器。
首先，混合以PbZrO3-PbTiO3為主成分且作為副成分含有3～10mol％的Yb及Ba的壓電陶瓷焙燒粉末、粘合劑、及增塑劑，制作漿料，并利用刮板法制作厚度為100μm的作為壓電體1的陶瓷生片。
在該生片的單面按圖2所示的印刷圖案通過(guò)網(wǎng)板印刷法印刷3μm厚度的通過(guò)在銀—鈀合金粉末中添加了粘合劑而成的導(dǎo)電性糊劑。另外，成為正極及負(fù)極的內(nèi)部電極的導(dǎo)電性糊劑的印刷圖案為在正極及負(fù)極間對(duì)稱的形狀。
然后，將印刷了正極及負(fù)極的內(nèi)部電極圖案的生片各150片交替疊層300片，并在其疊層方向上下各疊層30片成為惰性部的未印刷有導(dǎo)電性糊劑的生片。在以規(guī)定的溫度對(duì)該疊層體進(jìn)行脫脂后，在980～1100℃下燒成，得到燒成體。將對(duì)該燒成體的側(cè)面及保護(hù)層的上下面進(jìn)行形狀加工而得到的疊層體111設(shè)為試樣號(hào)1。
對(duì)如上所述得到的各疊層體111，用ミノルタ制光譜測(cè)色計(jì)(モデルCM-3700d)測(cè)定位移部10a、非位移部10b及保護(hù)層11的各自部分的L*a*b*色品圖的L*、a*、及b*，并根據(jù)得到的值算出色差ΔE*ab。另外，測(cè)定區(qū)域?yàn)?mm×5mm。
其次，將混合了銀粉末、玻璃粉末及粘合劑的銀玻璃糊劑以5～40μm的厚度在所述疊層體111的非位移部10b側(cè)面印刷，干燥后，在800℃下燒結(jié)15分鐘，形成外部電極4。
之后，將導(dǎo)線與外部電極連接，并經(jīng)由導(dǎo)線對(duì)正極及負(fù)極的外部電極施加15分鐘的3kV/mm的直流電場(chǎng)，進(jìn)行極化處理，從而制作圖1A所示的疊層型壓電促動(dòng)器，并將其設(shè)為試樣號(hào)1。
此外，作為比較例，將使用以PbZrO3-PbTiO3為主成分且作為副成分含有3～10mol％的Mn及Co的壓電陶瓷的焙燒粉末，并利用所述制造方法而得到的疊層型壓電促動(dòng)器設(shè)為試樣號(hào)2。
然后，在室溫下以150Hz的頻率對(duì)用所述制造方法制作的試樣號(hào)1及2的疊層型壓電促動(dòng)器施加0～+185V的交流電場(chǎng)，進(jìn)行1×106循環(huán)的驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)。另外，試樣號(hào)2的疊層型壓電促動(dòng)器使用了在初期狀態(tài)下內(nèi)部電極2間沒(méi)有絕緣不良的部件。結(jié)果如表1所示。
(表1-1)

(表1-2)

如表1所示，在作為比較例的試樣號(hào)2的疊層型壓電促動(dòng)器中，在位移部—非位移部間、位移部—保護(hù)層間、非位移部—保護(hù)層間的任意處，色差ΔE*ab都為1.0以下，因此，各自的邊界不明確。因此，在形成外部電極4時(shí)，不能充分確保外部電極4和在位移部10a側(cè)面上露出的另一極的內(nèi)部電極2的絕緣距離，因此，驅(qū)動(dòng)中所述外部電極4和在位移部10a側(cè)面上露出的另一極的內(nèi)部電極2之間產(chǎn)生短路而破損。
另一方面，由于位移部—保護(hù)層間和非位移部—保護(hù)層間的邊界不明確，即有效層10和保護(hù)層11的邊界不明確，故難以進(jìn)行為了提高保護(hù)層11的尺寸精度而實(shí)施的研磨加工，在保護(hù)層11的厚度上產(chǎn)生偏差，保護(hù)層11在薄的部分產(chǎn)生裂紋。
相對(duì)于此，在作為本發(fā)明的實(shí)施例的試樣號(hào)1的疊層型壓電促動(dòng)器中，在位移部—非位移部間、有效層10和保護(hù)層11的任意處，色差ΔE*ab都為1.0以上，因此，各邊界明確，外部電極4形成在非位移部10b的側(cè)面上，且外部電極4和在位移部10a側(cè)面上露出的另一極的內(nèi)部電極2確保了0.5mm以上的絕緣距離，從而外部電極4和在位移部10a側(cè)面上露出的另一極的內(nèi)部電極2之間不產(chǎn)生短路。進(jìn)而，由于上下各保護(hù)層11的厚度為1mm以上，因此，即使連續(xù)驅(qū)動(dòng)后也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。
實(shí)施例2首先，將以PZT為主成分的壓電陶瓷的焙燒粉末、由丁縮醛構(gòu)成的粘合劑、由IPA-甲苯構(gòu)成的溶劑及增塑劑混合，制作表中所示的漿料，在測(cè)定其粘度后，利用滑動(dòng)澆注法制作厚度100μm的陶瓷生片。
利用網(wǎng)板印刷法將表中記載的成分的導(dǎo)電性糊劑在該生片的單面上印刷3μm的厚度，并使導(dǎo)電性糊劑干燥后，將涂敷了該導(dǎo)電性糊劑的多個(gè)生片疊層100片，進(jìn)而在該疊層體的疊層方向兩端部，在上側(cè)疊層10片未涂敷導(dǎo)電性糊劑的生片，在下側(cè)疊層20片未涂敷導(dǎo)電性糊劑的生片。
其次，將該疊層體在100℃下進(jìn)行加熱并加壓，使其一體化，在切斷為8mm×8mm大小的四角柱狀后，在800℃下進(jìn)行10小時(shí)的脫粘合劑處理，并在1000℃下將壓電體1和內(nèi)部電極2同時(shí)燒成2小時(shí)，得到圖1所示的柱狀疊層體102。在燒成時(shí)，燒成缽使用密閉的MgO缽，將同一組成的粉末與疊層體一起置入并燒成。
對(duì)得到的柱狀疊層體102的四個(gè)側(cè)面進(jìn)行磨削。
然后，在柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面每隔一層地形成深度200μm、疊層方向的寬度75μm的槽，使其在包括內(nèi)部電極2端部的壓電體1的端面相互不同，并在這些槽內(nèi)填充硅橡膠，形成絕緣體3，使內(nèi)部電極2的端部每隔一層地在柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面露出。
然后，在柱狀疊層體102的對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面涂敷由銀和聚酰亞胺樹(shù)脂構(gòu)成的導(dǎo)電性粘接劑，并在該導(dǎo)電性粘接劑中埋入網(wǎng)眼構(gòu)件，在該狀態(tài)下加熱到200℃，使其固化，由此形成外部電極4。
然后，用焊料將導(dǎo)線6連接到兩個(gè)外部電極4，用醇等清洗促動(dòng)器的外周面之后，用底涂劑等進(jìn)行表面處理，由此使樹(shù)脂的緊貼性提高，用浸漬等方法覆蓋硅橡膠后，施加1kV的極化電壓，對(duì)促動(dòng)器整體進(jìn)行極化處理，從而得到圖1所示的本發(fā)明的疊層型壓電促動(dòng)器。
對(duì)得到的疊層型壓電促動(dòng)器施加200V的直流電壓，其結(jié)果是各促動(dòng)器得到10μm的位移。
進(jìn)而，以200Hz的頻率對(duì)這些疊層型促動(dòng)器施加0～+200V的交流電場(chǎng)，在150℃下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)。驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)是指，在驅(qū)動(dòng)疊層型壓電促動(dòng)器使其循環(huán)1×109后，重新測(cè)定位移，調(diào)查從初始位移的變動(dòng)。此時(shí)，變動(dòng)量的絕對(duì)值在0.5μm以下時(shí)沒(méi)有異常。此外，位移量的測(cè)定是指，將試樣固定到防振臺(tái)上，在試樣上面鋪設(shè)鋁箔，以利用激光位移計(jì)在疊層型促動(dòng)器的中心部及周圍部的三個(gè)部位測(cè)定的值的平均值進(jìn)行評(píng)價(jià)。
另外，在驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)后的試樣的截面測(cè)定壓電體1的厚度。測(cè)定是指，使用截面的SEM照片，對(duì)任意五層壓電體的每一層測(cè)定任意10個(gè)部位的厚度，并設(shè)最大值和最小值之差為偏差。結(jié)果如表2所示。
(表2)

帶*號(hào)的試樣號(hào)是本發(fā)明范圍外的試樣。
此外，位移量的變化用1×109循環(huán)驅(qū)動(dòng)后的位移量相對(duì)初始位移量的變化表示。
從該表2可知，在作為比較例1的試樣號(hào)1中，由于厚度偏差超過(guò)10μm，故在1×107循環(huán)中產(chǎn)生了內(nèi)部電極2間的短路。此外，在試樣號(hào)9中，由于壓電體1的厚度薄，且內(nèi)部電極間的厚度過(guò)薄，故在極化中破損。
相對(duì)于此，在壓電體1的厚度為50μm以上、且其偏差為10μm以下的本發(fā)明的實(shí)施例2(試樣號(hào)2、3、4、5、6、7、8)中，能夠抑制內(nèi)部電極2的端部間的短路。
特別是在厚度為60μm以上且偏差為7μm以下的本發(fā)明的實(shí)施例2的試樣(試樣號(hào)3、4、5、7、8)中，顯示了最優(yōu)的結(jié)果。
實(shí)施例3在實(shí)施例3中，如下制作本發(fā)明的實(shí)施例3的疊層型壓電促動(dòng)器，并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
首先，將以平均粒徑為0.4μm的鋯鈦酸鉛(PbZrO3-PbTiO3)為主成分的壓電陶瓷的焙燒粉末、粘合劑、及增塑劑混合，制作漿料，用刮板法制成厚度150μm的作為壓電體1的陶瓷生片。
在該陶瓷生片的單面疊層300片通過(guò)用網(wǎng)板印刷法將在以任意組成比形成的銀—鈀合金中添加了氧化銀和粘合劑而成的導(dǎo)電性糊劑形成為3μm的厚度而得到的片，并進(jìn)行燒成。燒成在800℃下保持后，在1000℃下進(jìn)行燒成。
然后，利用切割裝置在疊層體側(cè)面的內(nèi)部電極的端部每隔一層地形成深度50μm、寬度50μm的槽。
其次，在90體積％的平均粒徑2μm的片狀銀粉末、和剩余部分為10體積％的平均粒徑2μm的以硅為主成分的軟化點(diǎn)在640℃的非晶質(zhì)玻璃粉末的混合物中，相對(duì)銀粉末和玻璃粉末的合計(jì)重量100質(zhì)量份添加8質(zhì)量份的粘合劑，并充分混合，制作銀玻璃導(dǎo)電性糊劑。通過(guò)網(wǎng)板印刷在分型薄膜上形成如此制作的銀玻璃導(dǎo)電性糊劑，干燥后，從分型薄膜剝離，從而得到銀玻璃導(dǎo)電性糊劑的片。用阿基米德法測(cè)定的該片的生坯密度為6.5g/cm3。
然后，將所述銀玻璃糊劑的片轉(zhuǎn)印到疊層體113的外部電極4的面上，在650℃下燒結(jié)30分鐘，形成由呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔性導(dǎo)電體構(gòu)成的外部電極4。另外，此時(shí)的外部電極4的空隙率使用外部電極4的截面照片的圖像解析裝置進(jìn)行測(cè)定，其為40％。
然后，將導(dǎo)線與外部電極4連接，并經(jīng)由導(dǎo)線對(duì)正極及負(fù)極的外部電極4施加15分鐘3kV/mm的直流電場(chǎng)，進(jìn)行極化處理，制作圖4所示的使用了疊層型壓電元件的疊層型壓電促動(dòng)器。
對(duì)得到的疊層型壓電元件施加直流電壓，調(diào)查直至其擊穿的電場(chǎng)，其結(jié)果如表3所示。輸入150V的矩形波，直至其擊穿的循環(huán)數(shù)如表3所示。
其次，將疊層型壓電元件進(jìn)行鏡面研磨，在被內(nèi)部電極夾著的壓電體1中的任意部位測(cè)定5點(diǎn)進(jìn)行EPMA定量分析。由此，制成強(qiáng)度(計(jì)數(shù)值)和含有量的檢量線。其次，對(duì)疊層型壓電元件的厚度方向進(jìn)行EPMA線分析，測(cè)定被兩個(gè)內(nèi)部電極2夾著的壓電體1中的金屬成分含有量的分布。由于在EPMA線分析中只能夠得到計(jì)數(shù)值，故能夠根據(jù)檢量線算出壓電體1中的金屬成分的含有量。其結(jié)果如圖6所示。根據(jù)40點(diǎn)左右的數(shù)據(jù)，求出壓電體1中的金屬成分的含有量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
(表3)

從表3可知，若銀向壓電體中的擴(kuò)散量少于0.01重量％(試樣No.1)，則壓電體不能充分燒結(jié)，在極化時(shí)擊穿。若銀向壓電體中的擴(kuò)散量為0.01～1重量％(試樣No.2～10)，則能夠確認(rèn)擴(kuò)散量偏差也小，絕緣擊穿電場(chǎng)、擊穿循環(huán)數(shù)都大，從而耐久性提高。此外可知，試樣No.11、12的燒成溫度高，且銀的擴(kuò)散量多，由此容易引起遷移，且絕緣擊穿電場(chǎng)、擊穿循環(huán)數(shù)都降低。
另外，本發(fā)明不限于所述實(shí)施例3，當(dāng)然可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，進(jìn)行種種的變更。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的疊層型電子部件可應(yīng)用于疊層型陶瓷電容器或壓電變壓器。此外，本發(fā)明的疊層型電子部件可應(yīng)用于在汽車用燃料噴射裝置、光學(xué)裝置等的精密定位裝置或振動(dòng)防止用的驅(qū)動(dòng)元件等中使用的疊層型壓電促動(dòng)器。再有，通過(guò)使用本發(fā)明的疊層型電子部件，可應(yīng)用于汽車用燃料或噴墨打印機(jī)的墨水等的噴射裝置。
權(quán)利要求
1.一種疊層型電子部件，其具有疊層體，其包括通過(guò)至少一個(gè)電介質(zhì)和由第一及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極交替疊層而構(gòu)成的有效層、和設(shè)于該有效的疊層方向兩端的保護(hù)層；外部電極，其分別形成在所述疊層體的兩個(gè)側(cè)面，且其中一個(gè)與所述第一內(nèi)部電極連接，另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極連接，所述疊層型電子部件的特征在于，所述有效層包括鄰接的所述第一內(nèi)部電極和所述第二內(nèi)部電極相互對(duì)置的活性部、和位于該活性部的外側(cè)且所述第一內(nèi)部電極彼此或所述第二內(nèi)部電極彼此對(duì)置的非活性部，且所述活性部的顏色和所述非活性部的顏色不同。
2.如權(quán)利要求1所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述活性部和所述非活性部之間的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上。
3.一種疊層型電子部件，其具有疊層體，其包括通過(guò)至少一個(gè)電介質(zhì)和由第一及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極交替疊層而構(gòu)成的有效層、和設(shè)于該有效的疊層方向兩端的保護(hù)層；外部電極，其分別形成在所述疊層體的兩個(gè)側(cè)面，且其中一個(gè)與所述第一內(nèi)部電極連接，另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極連接，所述疊層型電子部件的特征在于，所述有效層的顏色和所述保護(hù)層的顏色不同。
4.如權(quán)利要求3所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述有效層和所述保護(hù)層之間的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.0以上。
5.如權(quán)利要求2或4所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述電介質(zhì)的顏色和所述內(nèi)部電極的顏色不同，所述電介質(zhì)和所述內(nèi)部電極之間的L*a*b*色品圖的色差ΔE*ab為1.5以上。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述電介質(zhì)為壓電體，且以所述活性部為位移部，以所述非活性部為非位移部。
7.一種疊層型電子部件，其特征在于，包括通過(guò)多個(gè)電介質(zhì)和多個(gè)內(nèi)部電極疊層而構(gòu)成的疊層體，所述電介質(zhì)的厚度為50μm以上，且其厚度偏差為10μm以下。
8.如權(quán)利要求7所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述電介質(zhì)以鈣鈦礦型氧化物為主成分。
9.一種疊層型電子部件，其具有疊層體，其通過(guò)至少一個(gè)壓電體和由第一及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極交替疊層而構(gòu)成；外部電極，其分別形成在所述疊層體的兩個(gè)側(cè)面，且其中一個(gè)與所述第一內(nèi)部電極連接，另一個(gè)與所述第二內(nèi)部電極連接，所述疊層型電子部件的特征在于，所述壓電體含有0.01～1重量％的VIII族金屬及/或Ib族金屬。
10.如權(quán)利要求9所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述壓電體中的VIII族及/或Ib族金屬含有量在壓電體整體中實(shí)質(zhì)上是均勻的。
11.如權(quán)利要求6、9及10中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述壓電體以鈣鈦礦型氧化物為主成分。
12.如權(quán)利要求8或11所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述鈣鈦礦型氧化物由PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求6、9、10、11及12中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述疊層體構(gòu)成為，在所述兩個(gè)側(cè)面的一側(cè)面，在所述第二內(nèi)部電極和所述外部電極之間形成有槽，在另一側(cè)面，在所述第一內(nèi)部電極和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。
14.如權(quán)利要求1～13中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述內(nèi)部電極中的金屬組成物以VIII族金屬及/或Ib族金屬為主成分。
15.如權(quán)利要求14所述的疊層型電子部件，其特征在于，在所述內(nèi)部電極中的VIII族金屬的含有量為M1重量％、Ib族金屬的含有量為M2重量％時(shí)，滿足0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100。
16.如權(quán)利要求9～11、14及15中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述VIII族金屬為Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os中的至少一種以上，Ib族金屬為Cu、Ag、Au中的至少一種以上。
17.如權(quán)利要求9～11、14及15中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述VIII族金屬為Pt、Pd中的至少一種以上，Ib族金屬為Ag、Au中的至少一種以上。
18.如權(quán)利要求9～11、14及15中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述VIII族金屬為Ni。
19.如權(quán)利要求9～11、14及15中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述Ib族金屬為Cu。
20.如權(quán)利要求1～19中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，在所述內(nèi)部電極中添加有金屬組成物和無(wú)機(jī)組成物。
21.如權(quán)利要求20所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)組成物以由PbZrO3-PbTiO3構(gòu)成的鈣鈦礦型氧化物為主成分。
22.如權(quán)利要求9～21中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述疊層體的燒成溫度為900℃以上1000℃以下。
23.如權(quán)利要求1～22中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件，其特征在于，所述內(nèi)部電極具有沿該內(nèi)部電極的厚度方向貫通的空隙。
24.一種噴射裝置，其特征在于，具備具有噴射孔的收納容器；收納于該收納容器內(nèi)，且與施加在所述第一和所述第二內(nèi)部電極之間的電壓對(duì)應(yīng)而沿疊層方向伸縮的權(quán)利要求1～23中任一項(xiàng)所述的疊層型電子部件；通過(guò)驅(qū)動(dòng)該疊層型電子部件而從所述噴射孔噴出液體的閥。
25.一種疊層型電子部件的制造方法，其特征在于，使用含有電介質(zhì)的漿料并通過(guò)帶成形來(lái)制作厚度50μm以上且厚度偏差10μm以下的電介質(zhì)的片，并在該片上印刷內(nèi)部電極之后，進(jìn)行疊層并燒成。
26.如權(quán)利要求25所述的疊層型電子部件的制造方法，其特征在于，包括在制作所述片之前，將所述漿料的粘度調(diào)節(jié)為15泊以上的工序。
27.如權(quán)利要求25或26所述的疊層型電子部件的制造方法，其特征在于，所述片含有丙烯酸、丁縮醛中的至少一種作為粘合劑，含有醇、甲苯中的至少一種作為溶劑。
全文摘要
一種疊層型電子部件，其具有疊層體，其包括通過(guò)至少一個(gè)電介質(zhì)和由第一及第二內(nèi)部電極構(gòu)成的多個(gè)內(nèi)部電極交替疊層而構(gòu)成的有效層、和設(shè)于該有效的疊層方向兩端的保護(hù)層；外部電極，其分別形成在疊層體的兩個(gè)側(cè)面，且其中一個(gè)與第一內(nèi)部電極連接，另一個(gè)與第二內(nèi)部電極連接，有效層包括鄰接的第一內(nèi)部電極和第二內(nèi)部電極相互對(duì)置的活性部、和位于該活性部的外側(cè)且第一內(nèi)部電極彼此或第二內(nèi)部電極彼此對(duì)置的非活性部，且，所述活性部的顏色和所述非活性部的顏色不同，以能夠明確地把握位移部、非位移部的邊界。
文檔編號(hào)H02N2/00GK1973384SQ200580020949
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者中村成信, 近藤光央, 佐藤政宏 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社