JP4822664B2 - Multilayer piezoelectric element, manufacturing method thereof, and injection apparatus - Google Patents

Multilayer piezoelectric element, manufacturing method thereof, and injection apparatus Download PDF

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本発明は、積層型圧電素子およびその製法、並びに噴射装置に関し、例えば、自動車用燃料噴射弁、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動素子等に関する。
The present invention, multi-layer piezoelectric element and its manufacturing method, and relates to injection devices, for example, an automobile fuel injection valve, about the drive element or the like for precision positioning device or vibration preventing such optical device.

従来、積層型圧電素子として、例えば、電歪効果を利用して大きな変位量を得るために、圧電体層と導体層を交互に積層したものが提案されている。このような積層型圧電素子は、一般に、圧電粉末を含有するグリーンシートと金属粉末を含有する導体パターンが交互に積層された圧電積層体を形成し、これを脱脂、焼成して積層型圧電素子を作製し、次いで、この圧電積層体の側面に外部電極を形成される。この後、積層型圧電素子に、１ｋＶ程度の電圧を印加することにより分極処理が行われている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−２９３６２５号公報 Conventionally, as a laminated piezoelectric element, for example, in order to obtain large displacement using the electrostrictive effect, a laminate of the piezoelectric layers and conductor layers alternately have been proposed. Such a laminated piezoelectric element generally forms a piezoelectric laminated body in which a green sheet containing piezoelectric powder and a conductor pattern containing metal powder are alternately laminated, and this is degreased and fired to obtain a laminated piezoelectric element. Then, an external electrode is formed on the side surface of the piezoelectric laminate. Thereafter, the multilayer piezoelectric element, the polarization treatment is performed by applying a 1kV voltage of approximately (e.g., Patent Document 1).
JP 2002-293625 A

しかしながら、上記特許文献１の積層型圧電素子に適用される分極処理の条件は、外部電極を形成した積層型圧電素子を、（１）加温したオイルバスに浸漬し、（２）電圧を印加し、（３）電圧を下げた後冷却する条件であるが、このような分極処理条件では、圧電体層を構成する結晶粒子に対して、十分飽和した分極が行えず、例えば、長期間の駆動試験において、圧電特性のうち、特に変位量が低下するという問題があった。これは圧電体層を構成する結晶粒子の、駆動前後の配向度の変化率が大きくなっていることに基づくものであった。   However, the polarization treatment conditions applied to the multilayer piezoelectric element disclosed in Patent Document 1 are: (1) immersing the multilayer piezoelectric element having external electrodes in a heated oil bath, and (2) applying a voltage. (3) The conditions for cooling after lowering the voltage are such that under such polarization treatment conditions, the crystal particles constituting the piezoelectric layer cannot be sufficiently saturated and polarized, for example, for a long period of time. In the driving test, there was a problem that the displacement amount was reduced particularly in the piezoelectric characteristics. This is based on the fact that the rate of change in the degree of orientation of the crystal particles constituting the piezoelectric layer before and after driving is large.

従って、本発明は、圧電体層を構成する結晶粒子の、駆動前後の配向度の変化率を小さくして、長期間の駆動試験においても、圧電特性の低下が小さい積層型圧電素子およびその製法、並びにそれを用いた噴射装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a multilayer piezoelectric element in which the rate of change in the degree of orientation of crystal grains constituting a piezoelectric layer is small before and after driving, and the piezoelectric characteristics are less deteriorated even in a long-term driving test, and a method for producing the same It is another object of the present invention to provide an injection device using the same.

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とが交互に積層してなる積層型圧電素子において、前記圧電体層を構成する結晶粒子の、駆動回数が荷重１５０ｋｇｆ、温度１５０℃、周波数５０Ｈｚの条件にて繰り返しで１０ ９ 回以上の駆動前後の格子定数（ｃ／ａ）の変化率が５％以内であることを特徴とする。
The multilayer piezoelectric element of the present invention is a multilayer piezoelectric element in which piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately stacked. The driving frequency of the crystal particles constituting the piezoelectric layer is a load of 150 kgf and a temperature of 150 ° C. The rate of change of the lattice constant (c / a) before and after driving 10 9 times or more under the condition of a frequency of 50 Hz is within 5%.

即ち、本発明によれば、圧電体層を構成する結晶粒子の、駆動回数が荷重１５０ｋｇｆ、温度１５０℃、周波数５０Ｈｚの条件にて繰り返しで１０ ９ 回以上の駆動前後の格子定数（ｃ／ａ）の変化率を５％以下としたことにより、長期間の駆動試験においても、圧電特性の、特に、変位量の低下を小さくでき、高信頼性を得ることができる。
That is, according to the present invention, the crystal particles constituting the piezoelectric layer, the number of times of driving the load 150 kgf, temperature 0.99 ° C., frequency 50Hz conditions repeated at 109 times or more drive before and after the lattice constant at the (c / a ) Is set to 5% or less, even in a long-term driving test, it is possible to reduce a decrease in piezoelectric characteristics, in particular, a displacement amount, and to obtain high reliability.

上記積層型圧電素子では、結晶粒子の平均粒径が２．５μｍ以下であることを特徴とする。本発明によれば、圧電体層を構成する結晶粒子の平均粒径を２．５μｍ以下とすることにより、分極処理での結晶粒子の配向度を高めるとともに、これにより圧電特性の分極率の変化率をさらに小さくできる。
In the stacked piezoelectric device, wherein the average grain size of crystal grains is not more than 2.5 [mu] m. According to the present invention, the average particle size of the crystal particles constituting the piezoelectric layer is 2.5 μm or less, thereby increasing the degree of orientation of the crystal particles in the polarization treatment and thereby changing the polarizability of the piezoelectric characteristics. The rate can be further reduced.

上記積層型圧電素子では、駆動回数は、荷重１５０ｋｇｆ、温度１５０℃、周波数５０Ｈｚの条件にて繰り返しで１０９回以上であることを特徴とする。本発明の積層型圧電素子の駆動回数を、上記のような条件とすることにより、連続駆動での高い信頼性を必要とする噴射装置のような装置にも十分適用できる。 In the multilayer piezoelectric element, the number of times of driving is 10 9 times or more repeatedly under the conditions of a load of 150 kgf, a temperature of 150 ° C., and a frequency of 50 Hz. By setting the number of times of driving of the multilayer piezoelectric element of the present invention as described above, the present invention can be sufficiently applied to an apparatus such as an injection device that requires high reliability in continuous driving.

上記積層型圧電素子では、圧電体層の厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする。本発明では、分極する圧電体層の厚みを２００μｍ以下とすることにより、さらに、厚み方向に対して電界の印加が十分となるために、さらに飽和した分極を行うことができる。   The multilayer piezoelectric element is characterized in that the piezoelectric layer has a thickness of 200 μm or less. In the present invention, when the thickness of the piezoelectric layer to be polarized is 200 μm or less, an electric field is sufficiently applied in the thickness direction, so that more saturated polarization can be performed.

上記積層型圧電素子では、積層数が２００層以上であることを特徴とする。本発明によれば、多くの圧電体層が積層され分極率の変化率の大きくなるような高積層品に対して、特に有効に用いることができる。   The multilayer piezoelectric element is characterized in that the number of stacked layers is 200 or more. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it can be used particularly effectively for a highly laminated product in which a large number of piezoelectric layers are laminated and the change rate of the polarizability is increased.

上記積層型圧電素子では、導体層の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする。導体層の厚みを５μｍ以下と薄くすることにより、導体層の厚み方向の導電性を高くでき、これにより圧電体層を構成する結晶粒子の配向度および分極率をさらに高めることができる。   The multilayer piezoelectric element is characterized in that the conductor layer has a thickness of 5 μm or less. By reducing the thickness of the conductor layer to 5 μm or less, the conductivity in the thickness direction of the conductor layer can be increased, and thereby the degree of orientation and the polarizability of crystal grains constituting the piezoelectric layer can be further increased.

上記積層型圧電素子では、内部電極層中の金属成分がＶＩＩＩ族金属、Ｉｂ族金属のうちのいずれか、またはＶＩＩＩ族金属およびＩｂ族金属の両方を主成分としたことを特徴とする。即ち、ＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１質量％、Ｉｂ族金属の含有量をＭ２質量％としたとき、０．００１≦Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２≦９９．９９９、Ｍ１＋Ｍ２＝１００質量％の関係を満足することを特徴とすること、さらには、ＶＩＩＩ族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種、Ｉｂ族金属がＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であることを特徴とするものである。
In the stacked piezoelectric device, wherein the metal component in the internal electrode layer has a Group VIII metal, either or both of the Group VIII metal and the metal of group Ib, of the group Ib metal as the main component. That is, when the group VIII metal content is M1% by mass and the group Ib metal content is M2% by mass, 0.001 ≦ M1 ≦ 15, 85 ≦ M2 ≦ 99.999, M1 + M2 = 100% by mass In addition, the group VIII metal is at least one of Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os, and the group Ib metal is at least one of Cu, Ag, and Au. It is characterized by being.

つまり、本発明では、導体層の金属成分を上記した金属の組合せとすることにより、上記他の金属に比較して、延性が高く、ヤング率の低いＡｇやＣｕを導体層の主成分として用いることにより圧電体層面への追従性および密着性が高まり、圧電体層のほぼ全面に均一に電界を印加し分極を行うことができる。   That is, in the present invention, by using a combination of the above-described metals as the metal component of the conductor layer, Ag or Cu, which has higher ductility and lower Young's modulus than the other metals, is used as the main component of the conductor layer. As a result, followability and adhesion to the surface of the piezoelectric layer are improved, and polarization can be performed by applying an electric field uniformly to almost the entire surface of the piezoelectric layer.

さらに、本発明では、ＶＩＩＩ族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種、Ｉｂ族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であること、特に、ＶＩＩＩ族金属がＮｉ、または、Ｉｂ族金属がＣｕであることが望ましい。
Further, in the present invention, the group VIII metal is at least one of Pt and Pd, the group Ib metal is at least one of Ag, and Au. In particular, the group VIII metal is Ni or the group Ib metal is Cu. It is desirable that

また、上記積層型圧電素子では、導体層中に無機成分を含有してなり、さらに、その無機成分が、圧電体層と同じ成分であり、無機成分の平均粒径が、圧電体層の平均粒径よりも小さいものであることを特徴とする。   In the multilayer piezoelectric element, the conductor layer contains an inorganic component, the inorganic component is the same component as the piezoelectric layer, and the average particle size of the inorganic component is the average of the piezoelectric layer. It is smaller than the particle size.

このように、本発明では、導体層中に圧電体層を構成する圧電体粒子と同じ共材成分を含ませ、しかも、内部電極層側の粒子径を圧電体層側よりも小さくすることにより、導体層に接触する圧電体粒子が小さくなり、これにより導体層の有効面積を大きくできるとともに、無機成分の添加による導体層の剛性の高まりを抑え、圧電体層との密着性を高めることができ、電界の印加を向上できる。   As described above, in the present invention, the conductor layer contains the same common material component as that of the piezoelectric particles constituting the piezoelectric layer, and the particle diameter on the internal electrode layer side is made smaller than that on the piezoelectric layer side. The piezoelectric particles that come into contact with the conductor layer can be reduced, which can increase the effective area of the conductor layer, suppress the increase in rigidity of the conductor layer due to the addition of inorganic components, and improve the adhesion to the piezoelectric layer. And the application of the electric field can be improved.

本発明の積層型圧電素子の製法は、圧電粉末を含むグリーンシート上に、導体パターンを形成し、次いで、該導体パターンが形成されたグリーンシートを複数積層して圧電積層体を形成する工程と、該圧電積層体を焼成して積層圧電体本体を形成する工程と、該積層圧電体本体の端面に外部電極ペーストを塗布した後に熱処理して外部電極を有する積層型圧電素子を形成する工程と、前記外部電極に電圧を印加して前記積層型圧電素子を、（１）加温したオイルバスに浸漬し、（２）電圧を印加し、（３）電圧を印加した状態のままで、冷却速度が、圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、ｔ／３（℃／分）以下の条件で冷却し、（４）冷却後に電圧を下げることにより分極処理する工程とを具備することを特徴とする。   The method for producing a laminated piezoelectric element of the present invention includes a step of forming a conductor pattern on a green sheet containing piezoelectric powder, and then laminating a plurality of green sheets on which the conductor pattern is formed to form a piezoelectric laminate. Firing the piezoelectric laminate to form a laminated piezoelectric body; applying an external electrode paste to the end face of the laminated piezoelectric body and then heat-treating to form a laminated piezoelectric element having external electrodes; The voltage is applied to the external electrode to immerse the laminated piezoelectric element in (1) a heated oil bath, (2) voltage is applied, and (3) the voltage is applied while cooling. And a step of cooling the piezoelectric layer under a condition of t / 3 (° C./min) or less when the Curie temperature of the piezoelectric layer is t (° C.), and (4) performing a polarization treatment by lowering the voltage after cooling. It is characterized by doing.

即ち、本発明の製法では、上記のような工程を経て分極処理を行うことにより、圧電体層への十分な分極処理ができ、これにより、駆動前後の圧電特性の低下率を抑制できる。   That is, in the manufacturing method of the present invention, the polarization process is performed through the above-described steps, whereby a sufficient polarization process can be performed on the piezoelectric layer, thereby suppressing the rate of decrease in piezoelectric characteristics before and after driving.

上記積層型圧電素子の製法では、圧電粉末の平均粒径が０．８μｍ以下であることを特徴とする。圧電粉末の平均粒径として上記のように小さいものを用いることにより、圧電体層の磁器が緻密となり、これにより印加される電界に敏感な結晶粒子を容易に形成できる。   In the method for manufacturing the laminated piezoelectric element, the average particle size of the piezoelectric powder is 0.8 μm or less. By using a piezoelectric powder having an average particle size as small as described above, the ceramics of the piezoelectric layer become dense, and crystal grains sensitive to the applied electric field can be easily formed.

上記積層型圧電素子の製法では、焼成温度が１０００℃以下であることを特徴とする。本発明の製法によれば、上記した導体層の成分および組成の構成で、同時焼成を可能にするという点で、焼成温度は１０００℃以下が好適であり、これにより、異常な結晶成長を抑制して、印加する電界に対して均一な分極率を有する圧電体層を容易に形成できる。   The method for producing the multilayer piezoelectric element is characterized in that the firing temperature is 1000 ° C. or lower. According to the production method of the present invention, the firing temperature is preferably 1000 ° C. or less in terms of enabling simultaneous firing with the above-described components and composition of the conductor layer, thereby suppressing abnormal crystal growth. Thus, a piezoelectric layer having a uniform polarizability with respect to the applied electric field can be easily formed.

上記積層型圧電素子の製法では、結晶粒子の格子定数の比であるｃ／ａの変化率が０．５％以下となるように分極処理することを特徴とする。また、前記分極処理の工程において、熱処理の最高温度からの冷却速度が、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、ｔ／３（℃／分）以下であることを特徴とし、さらには、前記熱処理の工程において、熱処理からの冷却時に、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、０．８ｔ〜１．２ｔの温度域の冷却速度がｔ／３（℃／分）以下であることを特徴とする。
The manufacturing method of the multilayer piezoelectric element is characterized in that the polarization treatment is performed so that the rate of change of c / a, which is the ratio of lattice constants of crystal grains, is 0.5% or less. In the polarization treatment step, the cooling rate from the highest temperature of the heat treatment is t / 3 (° C./min) or less when the Curie temperature of the piezoelectric layer is t (° C.). Furthermore, in the heat treatment step, when the Curie temperature of the piezoelectric layer is t (° C.) during cooling from the heat treatment, the cooling rate in the temperature range of 0.8 t to 1.2 t is t / 3 ( ° C / min) or less.

即ち、本発明では、上記したグリーンシートを構成する圧電粉末の平均粒径の改良による効果に加えて、結晶粒子が適正な結晶構造となるように圧電体層に電気的あるいは熱的に生じる歪みを抑制することにより、さらに、圧電体層の分極率の高い圧電体層を容易に形成できる。   In other words, in the present invention, in addition to the effect of improving the average particle diameter of the piezoelectric powder constituting the green sheet, the distortion generated electrically or thermally in the piezoelectric layer so that the crystal particles have an appropriate crystal structure. By suppressing this, it is possible to easily form a piezoelectric layer having a high polarizability of the piezoelectric layer.

本発明の噴射装置は、噴射口を有する収納容器と、該収納容器に収納された上記の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする。   An injection device according to the present invention includes a storage container having an injection port, the laminated piezoelectric element stored in the storage container, and a valve that ejects liquid from the injection hole by driving the stacked piezoelectric element. It is characterized by becoming.

このような噴射装置では、上記したように、積層型圧電素子が、駆動前後の配向度の変化率が５％以内であるような結晶粒子により構成される圧電体層を有するものであるために、噴射装置として優れた噴射特性が得られるとともに、信頼性を向上できる。   In such an injection device, as described above, the multilayer piezoelectric element has a piezoelectric layer composed of crystal particles whose degree of change in the degree of orientation before and after driving is within 5%. As a result, it is possible to obtain excellent injection characteristics as an injection device and improve reliability.

即ち、本発明の積層型圧電素子では、圧電体層を構成する結晶粒子の、駆動前後の配向度の変化率を５％以下としたことにより、長期間の駆動試験においても、圧電特性の、特に、変位量の低下を小さくでき、これを組み込む噴射装置を高い信頼性を備えたものとすることができる。   That is, in the multilayer piezoelectric element of the present invention, the change rate of the degree of orientation of the crystal particles constituting the piezoelectric layer before and after driving is set to 5% or less, so that even in a long-term driving test, In particular, the decrease in the amount of displacement can be reduced, and the injection apparatus incorporating the same can be provided with high reliability.

図１は積層型圧電アクチュエータからなる積層型圧電素子の一実施形態を示す縦断面図である。図１は、本発明の積層型圧電素子の断面図である。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a multilayer piezoelectric element composed of a multilayer piezoelectric actuator. FIG. 1 is a cross-sectional view of the multilayer piezoelectric element of the present invention.

本発明の積層型圧電素子は、図１に示すように複数の圧電体層１と複数の導体層２とを交互に積層してなる圧電積層体３の、導体層２の一辺が露出する側面（対向する側面）にそれぞれ外部電極４が形成されている。ここで、導体層２は、図２に示すように矩形状をしており、その一辺が圧電積層体３の対向する側面（外部電極形成面）に一層おきに露出し、外部電極４と電気的に交互に接続されている。この外部電極４には、電源をとるためのリード線６が接続されている。   As shown in FIG. 1, the multilayer piezoelectric element of the present invention has a side surface on which one side of a conductor layer 2 is exposed in a piezoelectric laminate 3 in which a plurality of piezoelectric layers 1 and a plurality of conductor layers 2 are alternately laminated. External electrodes 4 are respectively formed on (opposing side surfaces). Here, the conductor layer 2 has a rectangular shape as shown in FIG. 2, and one side of the conductor layer 2 is exposed on every other side surface (external electrode forming surface) of the piezoelectric laminate 3, and the external electrode 4 is electrically connected. Are alternately connected. The external electrode 4 is connected to a lead wire 6 for taking power.

圧電体層１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（以下ＰＺＴと略す）を主成分とする圧電セラミックス材料などが使用されるが、これらに限定されるものではなく、圧電性を有するセラミックスであれば何れでも良い。なお、この圧電体材料としては、圧電歪み定数ｄ３３が高いものが望ましい。 The piezoelectric layer 1 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter abbreviated as PZT), but is not limited thereto. Any ceramic having piezoelectricity may be used. As this piezoelectric material, a material having a high piezoelectric strain constant d33 is desirable.

また、圧電体層１の厚み、つまり、導体層２間の距離は、小型化及び高い電界を印加するという点から２００μｍ以下、特に、１５０μｍ以下がより望ましい。一方、圧電体層１に印加される電気エネルギーの飽和時間を短縮して駆動性を高めるという点で、５０μｍ以上、特に、７０μｍ以上が望ましい。また、積層数は２００層以上が好ましい。積層型圧電素子は電圧を印加して、より大きな変位量を得るために積層数を増加させる方法がとられるが、積層数を増加させた場合に圧電積層体３中の圧電体層１の厚みが厚すぎるとアクチュエータの小型化、低背化ができなくなり、一方、圧電積層体３中の圧電体層層１の厚みが薄すぎると、上記の理由とともに絶縁破壊しやすいからである。   Further, the thickness of the piezoelectric layer 1, that is, the distance between the conductor layers 2, is more preferably 200 μm or less, particularly 150 μm or less from the viewpoints of downsizing and applying a high electric field. On the other hand, 50 μm or more, particularly 70 μm or more is desirable in terms of shortening the saturation time of the electric energy applied to the piezoelectric layer 1 and improving drivability. The number of stacked layers is preferably 200 or more. A method of increasing the number of stacked layers in order to obtain a larger amount of displacement by applying a voltage to the stacked piezoelectric element is used, but when the number of stacked layers is increased, the thickness of the piezoelectric layer 1 in the piezoelectric stacked body 3 is increased. If the thickness is too thick, the actuator cannot be reduced in size and height. On the other hand, if the thickness of the piezoelectric layer 1 in the piezoelectric laminate 3 is too thin, dielectric breakdown tends to occur with the above reason.

本発明の圧電体層１を構成する結晶粒子では、特に、その平均粒径が５μｍ以下、特に、３μｍ以下がより望ましい。 In the crystal particles constituting the piezoelectric layer 1 of the present invention, the average particle size is particularly preferably 5 μm or less, particularly 3 μm or less.

一方、本発明の導体層の厚みは５μｍ以下、特に、４μｍ以下がより好ましい。上記の導体層２では、これを構成する金属成分がＶＩＩＩ族金属、Ｉｂ族金属のうちのいずれか、またはＶＩＩＩ族金属およびＩｂ族金属の両方を主成分としたことが望ましく、特に、ＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１質量％、Ｉｂ族金属の含有量をＭ２質量％としたとき、０．００１≦Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２≦９９．９９９、Ｍ１＋Ｍ２＝１００質量％の関係を満足することが望ましく、特に、３≦Ｍ１≦８、９２≦Ｍ２≦９７がより望ましい。
On the other hand, the thickness of the conductor layer of the present invention is 5 μm or less, and more preferably 4 μm or less. In the conductive layer 2 described above, it is desirable that the metal component constituting it is mainly composed of either or both of the Group VIII metal and Group Ib metals, of Group VIII metals, Group Ib metals, in particular, the Group VIII Satisfying the relationship of 0.001 ≦ M1 ≦ 15, 85 ≦ M2 ≦ 99.999, M1 + M2 = 100% by mass when the metal content is M1% by mass and the group Ib metal content is M2% by mass. In particular, 3 ≦ M1 ≦ 8 and 92 ≦ M2 ≦ 97 are more preferable.

ここで、ＶＩＩＩ族金属はＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種、Ｉｂ族金属はＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であること、特に、ＶＩＩＩ族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種、Ｉｂ族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であること、さらには、ＶＩＩＩ族金属がＮｉであること、または、Ｉｂ族金属がＣｕであることがより望ましい。
Here, VIII group metals Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, at least one of Os, Ib group metals Cu, Ag, preferably at least one of Au, in particular, VIII group metals It is more desirable that at least one of Pt and Pd, the group Ib metal is at least one of Ag and Au, further, the group VIII metal is Ni, or the group Ib metal is Cu. .

また、本発明の内部電極層２は、無機成分を含有してなり、その無機成分の成分は圧電体層１と同じ成分であることが好ましく、さらには、この無機成分の平均粒径は、圧電体層１の平均粒径よりも小さいことが好ましい。   In addition, the internal electrode layer 2 of the present invention contains an inorganic component, and the component of the inorganic component is preferably the same component as that of the piezoelectric layer 1, and further, the average particle size of the inorganic component is The average particle diameter of the piezoelectric layer 1 is preferably smaller.

そして、本発明の積層型圧電素子では、圧電体層１を構成する結晶粒子７の、駆動前後の配向度ｆの変化率が５％以内であることが重要であり、特に、連続駆動１０９回以上を達成するという点で３％以内がより好ましく、このような積層型圧電素子では、駆動回数が、荷重１５０ｋｇｆ、温度１５０℃、周波数５０Ｈｚの条件にて繰り返しで１０９回以上であることが噴射装置などの信頼性を得るために望ましい。 Then, in the multi-layer piezoelectric element of the present invention, the crystal grains 7 of the piezoelectric layer 1, it is important rate of change in orientation degree f of the front and rear driving is within 5%, in particular, continuous drive 10 9 more preferably within 3% in terms of achieving more times, it in such a multilayer piezoelectric element, the driving frequency is, load 150 kgf, temperature 0.99 ° C., is repeated at 109 times or more at a frequency of 50Hz Is desirable in order to obtain reliability of the injection device or the like.

これに対して、圧電体層１を構成する結晶粒子７の、駆動前後の配向度ｆの変化率が５％よりも大きくなるような場合には、連続駆動での一様な圧電特性が得られないばかりか耐久時間も短くなる。   On the other hand, when the rate of change of the orientation degree f before and after driving of the crystal particles 7 constituting the piezoelectric layer 1 is greater than 5%, uniform piezoelectric characteristics can be obtained by continuous driving. Not only will it not be possible, but it will also shorten the durability time.

図２は、本発明の積層型圧電素子を製造するための工程図である。本発明の積層型圧電素子の代表例である積層型圧電アクチュエータについてその製法を詳述する。本発明の積層型圧電素子は、（ａ）先ず、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３などの圧電体セラミックスの仮焼粉末（セラミック粉末）と、アクリル樹脂、ブチラール樹脂などの有機高分子からなる有機バインダと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、例えばスリップキャステイング法により、厚み５０〜２５０μｍのセラミックグリーンシート２１を作製する。 FIG. 2 is a process diagram for manufacturing the multilayer piezoelectric element of the present invention. A manufacturing method of a multilayer piezoelectric actuator, which is a representative example of the multilayer piezoelectric element of the present invention, will be described in detail. The multilayer piezoelectric element according to the present invention includes: (a) First, a calcined powder (ceramic powder) of a piezoelectric ceramic such as lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O 3 , and an organic material such as an acrylic resin or a butyral resin. A slurry in which an organic binder made of a polymer and a plasticizer are mixed is prepared, and a ceramic green sheet 21 having a thickness of 50 to 250 μm is prepared by, for example, a slip casting method.

本発明では、圧電体層１をなす仮焼粉末である圧電粉末の平均粒径は０．３〜０．８μｍであることが望ましい。圧電粉末の平均粒径を０．３μｍ以上とすることにより、グリーンシート２１の作製時の乾燥クラック発生防止のために必要な有機バインダを少量とすることができる。   In the present invention, the average particle size of the piezoelectric powder that is the calcined powder forming the piezoelectric layer 1 is desirably 0.3 to 0.8 μm. By setting the average particle size of the piezoelectric powder to 0.3 μm or more, the organic binder necessary for preventing the generation of dry cracks during the production of the green sheet 21 can be reduced.

一方、圧電粉末の平均粒径を０．８μｍ以下とすることにより、焼成時の焼結を充分に行うことができ、磁器強度を高くでき、例えば積層型圧電素子において電界により発生する応力によるクラックの発生を抑制できる。   On the other hand, by setting the average particle size of the piezoelectric powder to 0.8 μm or less, sintering during firing can be sufficiently performed, and the ceramic strength can be increased. For example, cracks due to stress generated by an electric field in a multilayer piezoelectric element Can be suppressed.

また、グリーンシート２１の厚みは絶縁強度を向上させるという理由から９０μｍ以上、特には、１００μｍ以上であることが望ましい。   Further, the thickness of the green sheet 21 is preferably 90 μm or more, particularly 100 μm or more for the purpose of improving the insulation strength.

（ｂ）次に、作製されたグリーンシート２１を所定の寸法に打ち抜いた後、グリーンシート２１の片面に、導体層２となる、例えば、Ａｇ−Ｐｄ及び溶媒を含有する導体ペーストをスクリーン印刷法により１〜１０μｍの厚みに印刷し、乾燥させて導体パターン２３を形成する。この場合、本発明においては、導体ペースト中にセラミック粉末を共材として混合することが望ましい。   (B) Next, after the produced green sheet 21 is punched out to a predetermined size, a conductor paste containing, for example, Ag-Pd and a solvent, which becomes the conductor layer 2, is screen printed on one side of the green sheet 21. The conductor pattern 23 is formed by printing to a thickness of 1 to 10 μm and drying. In this case, in the present invention, it is desirable to mix ceramic powder as a co-material in the conductor paste.

なお、本発明の製法に用いる導体パターン２３は矩形状をなしており、矩形状のグリーンシート２１よりも小さい面積を有しており、一部導体パターンの非形成領域を有する。   The conductor pattern 23 used in the manufacturing method of the present invention has a rectangular shape, has an area smaller than that of the rectangular green sheet 21, and has a portion where a conductor pattern is not formed.

（ｃ）次に、導体パターン２３が形成されたグリーンシート２１を、導体パターンの一辺が積層成形体２３の対向する側面に交互に露出するように所定の枚数だけ積層して、圧電素子の活性部となる積層成形体２３ａを作製し、この積層成形体２３ａの上下面に、導体ペーストが印刷されていないグリーンシート２１を複数積層して不活性となる不活性部成形体２３ｂを積層し、圧電積層成形体２３を作製する。次に、この圧電積層成形体２３を加熱を行いながら加圧を行い、圧電積層成形体２３を一体化する。   (C) Next, a predetermined number of the green sheets 21 on which the conductor pattern 23 is formed are laminated so that one side of the conductor pattern is alternately exposed on the opposite side surface of the laminated molded body 23 to activate the piezoelectric element. A laminated molded body 23a to be a part is prepared, and an inactive part molded body 23b that is inactive by laminating a plurality of green sheets 21 on which conductor paste is not printed is laminated on the upper and lower surfaces of the laminated molded body 23a. The piezoelectric laminated molded body 23 is produced. Next, pressure is applied while heating the piezoelectric laminate molded body 23 to integrate the piezoelectric laminate molded body 23.

一体化された圧電積層成形体は所定の大きさに切断された後、大気中において４００〜８００℃で５〜４０時間の脱脂を行ない、この後、９００〜１２００℃において２〜５時間で本焼成が行われ、図１に示すような積層圧電体３が形成される。   The integrated piezoelectric layered product is cut to a predetermined size, and then degreased at 400 to 800 ° C. for 5 to 40 hours in the atmosphere, and then at 900 to 1200 ° C. for 2 to 5 hours. Firing is performed to form a laminated piezoelectric body 3 as shown in FIG.

尚、本発明においては、焼成は、例えば、導体層２中のＡｇ比率を高め、低コスト化を図るという点で、１０００℃以下、特に、９８０℃以下で行うことがより望ましい。   In the present invention, the firing is more preferably performed at 1000 ° C. or less, particularly 980 ° C. or less, for example, in terms of increasing the Ag ratio in the conductor layer 2 and reducing the cost.

次に、この圧電積層体３の端面にＡｇ−ガラスを含む外部電極ペーストを塗布し、５００〜９００℃の温度で熱処理して、図１に示すような外部電極４を形成する。この場合、熱処理の工程において、熱処理の最高温度からの冷却速度は、デラミネーションやクラックを抑制できるという点で、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、ｔ／３（℃／分）以下であること、さらには、熱処理からの冷却時に、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、０．８ｔ〜１．２ｔの温度域の冷却速度がｔ／３（℃／分）以下であることがより望ましい。キュリー温度より高い温度では圧電体層１が立方晶であり、キュリー温度より低い温度では菱面体晶若しくは正方晶となるため、結晶層の変化する温度域においては冷却速度を速くすると結晶層が変化することによる内部応力により分極した結晶が変化するためである。   Next, an external electrode paste containing Ag-glass is applied to the end face of the piezoelectric laminate 3 and heat-treated at a temperature of 500 to 900 [deg.] C. to form the external electrode 4 as shown in FIG. In this case, in the heat treatment step, the cooling rate from the maximum temperature of the heat treatment is such that delamination and cracks can be suppressed. In this case, when the Curie temperature of the piezoelectric layer is t (° C.), t / 3 (° C. / Min), and further, when cooling from the heat treatment, when the Curie temperature of the piezoelectric layer is t (° C.), the cooling rate in the temperature range of 0.8 t to 1.2 t is t / 3. It is more desirable that the temperature be (C / min) or less. The piezoelectric layer 1 is cubic at a temperature higher than the Curie temperature, and is rhombohedral or tetragonal at a temperature lower than the Curie temperature. This is because the polarized crystal changes due to the internal stress caused by this.

通常、例えば、導体層２にＡｇを含む場合には、焼成時に圧電体層側へ拡散する。Ａｇが拡散すると圧電体層の磁器との相互拡散により、磁器中に酸素欠陥が形成される。酸素欠陥は連続駆動時に酸素空孔イオンとなり、圧電体層を構成するＢサイト（Ｚｒ、Ｔｉ）イオンの変位方向に影響を与え、磁器の配向性が経時変化する。これに対して、本発明では、下記の条件にて十分な分極が行われているために磁器の配向性の経時変化が抑制される。   Usually, for example, when the conductor layer 2 contains Ag, it diffuses to the piezoelectric layer side during firing. When Ag diffuses, oxygen defects are formed in the porcelain due to mutual diffusion of the piezoelectric layer with the porcelain. Oxygen vacancies become oxygen vacancies during continuous driving, affect the displacement direction of B site (Zr, Ti) ions constituting the piezoelectric layer, and the orientation of the porcelain changes over time. On the other hand, in the present invention, since sufficient polarization is performed under the following conditions, a change with time in the orientation of the porcelain is suppressed.

図３は、本発明の分極処理の工程を示す模式図である。つぎに、図３に示したように、素子の分極を行う。本発明の積層型圧電素子は、下記の工程を経て分極処理することが重要である。即ち、温度１００〜４００℃に加温したオイルバス中に浸漬し、この素子の一対の外部電極４に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、圧電体層を構成する結晶粒子が十分に分極した後、このまま印加電圧を保持した状態でキュリー点以下、室温まで冷却する。この後電界を落とす。このような分極処理をすることによって、製品としての積層型圧電素子が完成する。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the steps of the polarization treatment of the present invention. Next, as shown in FIG. 3, the element is polarized. It is important that the multilayer piezoelectric element of the present invention is polarized through the following steps. That is, it is immersed in an oil bath heated to a temperature of 100 to 400 ° C., a direct current voltage of 0.1 to 3 kV / mm is applied to the pair of external electrodes 4 of this element, and the crystal particles constituting the piezoelectric layer are formed. After sufficient polarization, the sample is cooled to the Curie point or lower and room temperature while maintaining the applied voltage. Thereafter, the electric field is dropped. By such a minute electrode process, the multilayer piezoelectric element as a product is completed.

ここで、格子定数の比であるｃ／ａの分極前後の変化率が０．５％以下であることが望ましい。ｃ／ａの変化率が０．５％より大きいと、分極時に発生する応力により、導体層２と圧電体層１との間で剥離が起こるためである。本発明では、分極時の応力による剥離を防止するため、ｃ／ａの変化率は０．２％以下がより望ましい。ここで、格子定数の比ｃ／ａは、ＸＲＤ回折パターンから面指数（２００）のピークより格子定数ａを求め、同様に面指数（００２）のピークより格子定数ｃを求め、これらの値よりｃ／ａを求める。   Here, it is desirable that the rate of change of c / a, which is the ratio of lattice constants, before and after polarization is 0.5% or less. This is because if the change rate of c / a is larger than 0.5%, peeling occurs between the conductor layer 2 and the piezoelectric layer 1 due to stress generated during polarization. In the present invention, in order to prevent peeling due to stress during polarization, the change rate of c / a is more preferably 0.2% or less. Here, the lattice constant ratio c / a is obtained from the peak of the plane index (200) from the XRD diffraction pattern, and similarly, the lattice constant c is obtained from the peak of the plane index (002). Find c / a.

以上のような製造方法を用いることにより、圧電体層１を構成する結晶粒子の、駆動前後の配向度の変化率を５％以内とすることが可能となる。   By using the manufacturing method as described above, the change rate of the degree of orientation of the crystal particles constituting the piezoelectric layer 1 before and after driving can be made within 5%.

尚、本発明の積層型圧電素子の製法は、積層型圧電トランス、積層型コンデンサ、積層型圧電アクチュエータ等の積層型電子部品の製法に好適に用いられる。特に、高電界にて連続駆動される、圧電セラミックスを用いた積層型圧電アクチュエータにおいては、本発明の積層型圧電素子の製法は好適に用いられる。なお、駆動試験条件は、荷重１５０ｋｇｆ、温度１５０℃、周波数５０Ｈｚの条件にて繰り返しで１０９回以上とすることが望ましい。 The method for manufacturing a multilayer piezoelectric element of the present invention is suitably used for a method of manufacturing a multilayer electronic component such as a multilayer piezoelectric transformer, a multilayer capacitor, or a multilayer piezoelectric actuator. In particular, in a laminated piezoelectric actuator using piezoelectric ceramics that is continuously driven in a high electric field, the method for producing a laminated piezoelectric element of the present invention is preferably used. The drive test conditions are desirably 10 9 times or more repeatedly under the conditions of a load of 150 kgf, a temperature of 150 ° C., and a frequency of 50 Hz.

次に、上記の積層型圧電素子により構成される噴射装置について説明する。図４は、本発明の噴射装置を示すもので、図において符号３１は収納容器を示している。この収納容器３１の一端には噴射孔３３が設けられ、また収納容器３１内には、噴射孔３３を開閉することができるニードルバルブ３５が収容されている。   Next, an explanation will be given of an injection device constituted by the above-described multilayer piezoelectric element. FIG. 4 shows an injection apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 31 denotes a storage container. An injection hole 33 is provided at one end of the storage container 31, and a needle valve 35 that can open and close the injection hole 33 is stored in the storage container 31.

噴射孔３３には燃料通路３７が連通可能に設けられ、この燃料通路３７は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路３７に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を開放すると、燃料通路３７に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されている。   A fuel passage 37 is provided in the injection hole 33 so as to be able to communicate. The fuel passage 37 is connected to an external fuel supply source, and fuel is always supplied to the fuel passage 37 at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 35 opens the injection hole 33, the fuel supplied to the fuel passage 37 is formed to be injected into a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine at a constant high pressure.

また、ニードルバルブ３５の上端部は直径が大きくなっており、収納容器３１に形成されたシリンダ３９と摺動可能なピストン４１を有している。そして、収納容器３１内には、噴射装置において圧電アクチュエータとなる積層型圧電素子４３が収納されている。   The upper end of the needle valve 35 has a large diameter, and has a cylinder 39 formed in the storage container 31 and a piston 41 that can slide. In the storage container 31, a stacked piezoelectric element 43 serving as a piezoelectric actuator in the ejection device is stored.

このような噴射装置では、圧電アクチュエータ４３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン４１が押圧され、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると圧電アクチュエータ４３が収縮し、皿バネ４５がピストン４１を押し返し、噴射孔３３が燃料通路３７と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。   In such an injection device, when the piezoelectric actuator 43 is extended by applying a voltage, the piston 41 is pressed, the needle valve 35 closes the injection hole 33, and the supply of fuel is stopped. When the application of voltage is stopped, the piezoelectric actuator 43 contracts, the disc spring 45 pushes back the piston 41, and the injection hole 33 communicates with the fuel passage 37 so that fuel is injected.

チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３からなるキュリー温度３００℃、粒径０．７μｍの圧電粉末と、ブチラール樹脂からなる有機バインダと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み１５０μｍのグリーンシートを作製した。 A slurry is prepared by mixing a piezoelectric powder made of lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O 3 with a Curie temperature of 300 ° C. and a particle size of 0.7 μm, an organic binder made of butyral resin, and a plasticizer. A green sheet having a thickness of 150 μm was produced by a casting method.

このグリーンシートの片面に、図２に示したように、導体層となるＡｇ−Ｐｄ成分で所定組成を有する金属粉末と、有機樹脂および溶媒を含有する導体ペーストをスクリーン印刷法により４μｍの厚みに印刷し、導体パターンを形成した。次に、導体パターンが形成されたグリーンシートを３０枚積層し、この積層体の上下面に、導電性ペーストを塗布していないグリーンシートを５枚ずつ積層し、図２に示すような構造の積層成形体を作製した。   On one side of this green sheet, as shown in FIG. 2, a metal paste having a predetermined composition with an Ag—Pd component to be a conductor layer, and a conductor paste containing an organic resin and a solvent are formed to a thickness of 4 μm by screen printing. Printing was performed to form a conductor pattern. Next, 30 green sheets on which conductive patterns are formed are stacked, and 5 green sheets to which conductive paste is not applied are stacked on the upper and lower surfaces of the stacked body, and the structure as shown in FIG. A laminated molded body was produced.

次に、この積層成形体を金型内に配置し、９０℃で加熱を行いながら静水圧プレスにより１００ＭＰａの加圧を行い一体化した。   Next, this laminated molded body was placed in a mold and integrated by applying a pressure of 100 MPa by a hydrostatic press while heating at 90 ° C.

これを１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに切断した後、８００℃で１０時間の脱バインダを行い、１１３０℃において２時間本焼成を行い、圧電積層体を得た。こうして作製した圧電積層体を構成する圧電体層の厚みは１２０μｍ、導体層の厚みは３μｍであった。焼成での降温はキュリー温度をｔとした時に、最高温度からｔ／３（℃／分）の速度で行った。   This was cut into a size of 10 mm × 10 mm, then debindered at 800 ° C. for 10 hours, and then fired at 1130 ° C. for 2 hours to obtain a piezoelectric laminate. The piezoelectric layer constituting the piezoelectric laminated body thus fabricated had a thickness of 120 μm and the conductor layer had a thickness of 3 μm. The temperature drop during firing was performed at a rate of t / 3 (° C./min) from the maximum temperature, where the Curie temperature was t.

その後、活性部の対向する側面に、銀を主成分とするＡｇガラスペーストを塗布し、７５０℃で１時間の加熱後、表１に示す冷却速度でそれぞれ熱処理を完了することにより外部電極を形成した。   Thereafter, an Ag glass paste mainly composed of silver is applied to the opposite side surfaces of the active part, heated at 750 ° C. for 1 hour, and then subjected to heat treatment at the cooling rates shown in Table 1 to form external electrodes. did.

その後、温度４００℃に設定して加温したオイルバス中に浸漬し、この素子の一対の外部電極に３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を１時間印加し、圧電体層を構成する結晶粒子が十分に分極した後、このまま印加電圧を保持した状態でキュリー点以下、室温まで冷却することにより積層型圧電素子を作製した。また、結晶粒子の配向度は分極直後と１０９回の駆動試験後にＸ線回折法により求めた。このときの格子定数の比ｃ／ａの変化率を表１に示した。実効的な圧電歪定数の評価は、防震台上に固定した積層型圧電素子試料に対し積層方向に１５０ｋｇｆの予荷重を加えた状態で、０〜２００Ｖの電圧を印加し、その時の積層型圧電素子試料の全長の変化量を測定し、この変化量を積層数および印加電圧で除することにより算出した。キュリー温度は、圧電磁器の静電容量の温度特性を測定して求めた。高温耐久試験は、高温槽を用いて、１５０ｋｇｆの荷重を印加した状態で、温度１５０℃、周波数５０Ｈｚの条件にて１０９回までの繰り返し駆動を行った。 Thereafter, it is immersed in a heated oil bath set at a temperature of 400 ° C., a DC voltage of 3 kV / mm is applied to the pair of external electrodes of this element for 1 hour, and the crystal grains constituting the piezoelectric layer are sufficiently After polarization, the laminated piezoelectric element was manufactured by cooling to room temperature below the Curie point while maintaining the applied voltage. Moreover, the degree of orientation of the crystal grains was determined by X-ray diffractometry after the driving test and 10 9 times after polarization. The rate of change of the lattice constant ratio c / a at this time is shown in Table 1. The evaluation of the effective piezoelectric strain constant is performed by applying a voltage of 0 to 200 V to the laminated piezoelectric element sample fixed on the anti-seismic table with a preload of 150 kgf applied in the laminating direction, and the laminated piezoelectric element at that time. The amount of change in the total length of the element sample was measured, and the amount of change was calculated by dividing by the number of layers and the applied voltage. The Curie temperature was obtained by measuring the temperature characteristics of the capacitance of the piezoelectric ceramic. High-temperature durability test, using a high-temperature bath, while applying a load of 150 kgf, temperature 0.99 ° C., was repeated driving of up to 10 9 times with a frequency of 50 Hz.

一方、上記の積層型圧電素子を、従来の分極処理を経て作製したものを比較例とした。結晶粒子径は電子顕微鏡観察により求めた。

Figure 0004822664
On the other hand, a laminated piezoelectric element produced through a conventional polarization process was used as a comparative example. The crystal particle diameter was determined by observation with an electron microscope.
Figure 0004822664

この表１から、本発明の分極処理を行い、圧電体層を構成する結晶粒子の、駆動前後の配向度の変化率が５％以内であった試料Ｎｏ．２〜６では、本発明の駆動試験条件においても、連続駆動後の変位量が１０％以内で良好な結果であった。   From Table 1, the sample No. 5 was subjected to the polarization treatment of the present invention, and the change rate of the orientation degree of the crystal particles constituting the piezoelectric layer before and after driving was within 5%. Nos. 2 to 6 were good results when the displacement after continuous driving was within 10% even under the driving test conditions of the present invention.

これに対して、駆動前後の配向度の変化率が５％より大きかった試料Ｎｏ．１では、連続駆動後の変位量が１０％を超え１５％であった。   On the other hand, the change in the degree of orientation before and after driving was greater than 5%. In No. 1, the displacement after continuous driving was more than 10% and 15%.

本発明の積層型圧電素子の断面図である。It is sectional drawing of the lamination type piezoelectric element of this invention. 本発明の積層型圧電素子を製造するための工程図である。It is process drawing for manufacturing the laminated piezoelectric element of this invention. 本発明の分極処理の工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the process of the polarization process of this invention. 本発明の噴射装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the injection apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・圧電体層
２・・・導体層
２１・・・グリーンシート
２２・・・導体パターン
２３・・・圧電積層体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric layer 2 ... Conductor layer 21 ... Green sheet 22 ... Conductor pattern 23 ... Piezoelectric laminated body

Claims (21)

圧電体層と導体層とが交互に積層してなる積層型圧電素子において、前記圧電体層を構成する結晶粒子の、駆動回数が荷重１５０ｋｇｆ、温度１５０℃、周波数５０Ｈｚの条件にて繰り返しで１０ ９ 回以上の駆動前後の格子定数（ｃ／ａ）の変化率が５％以内であることを特徴とする積層型圧電素子。 In a stacked piezoelectric element in which piezoelectric layers and conductor layers are alternately stacked, the number of times that the crystal particles constituting the piezoelectric layer are driven is 150 kgf, a temperature is 150 ° C., and a frequency is 50 Hz. A multilayer piezoelectric element having a change rate of a lattice constant (c / a) before and after nine or more drivings within 5%. 前記結晶粒子の平均粒径が２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein an average particle diameter of the crystal particles is 2.5 μm or less. 前記圧電体層の厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電素子。 The multi-layer piezoelectric element according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the piezoelectric layer is not 200μm or less. 積層数が２００層以上であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。 Multi-layer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of layers is 200 layers or more. 前記導体層の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。 Multi-layer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the conductor layer is 5μm or less. 前記導体層中の金属成分がＶＩＩＩ族金属、Ｉｂ族金属のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。 Multi-layer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 5 metal component of the conductive layer is characterized in that any of a Group VIII metal, Ib group metal. 前記導体層中の金属成分がＶＩＩＩ族金属およびＩｂ族金属の両方を主成分としたことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。6. The multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the metal component in the conductor layer is composed mainly of both a Group VIII metal and a Group Ib metal. 前記ＶＩＩＩ族金属の含有量をＭ１質量％、前記Ｉｂ族金属の含有量をＭ２質量％としたとき、０．００１≦Ｍ１≦１５、８５≦Ｍ２≦９９．９９９、Ｍ１＋Ｍ２＝１００質量％の関係を満足することを特徴とする請求項７に記載の積層型圧電素子。 The content of M1 mass% of the Group VIII metal, when the content of the Ib group metal and the M2 mass%, 0.001 ≦ M1 ≦ 15,85 ≦ M2 ≦ 99.999, M1 + M2 = 100 wt% of the relationship the multi-layer piezoelectric element according to claim 7, characterized by satisfying the. 前記ＶＩＩＩ族金属がＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのうち少なくとも１種、前記Ｉｂ族金属がＣｕ，Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であることを特徴とする請求項８に記載の積層型圧電素子。 The Group VIII metal is Ni, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, at least one of Os, the group Ib metal is Cu, Ag, to claim 8, characterized in that at least one of a Au The laminated piezoelectric element described. 前記ＶＩＩＩ族金属がＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種、前記Ｉｂ族金属がＡｇ、Ａｕのうち少なくとも１種であることを特徴とする請求項８に記載の積層型圧電素子。 The Group VIII metal is Pt, at least one of Pd, multilayer piezoelectric element according to claim 8, wherein the group Ib metal is Ag, and wherein the at least one kind of Au. 前記ＶＩＩＩ族金属がＮｉであることを特徴とする請求項９に記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 9, wherein the Group VIII metal is Ni. 前記Ｉｂ族金属がＣｕであることを特徴とする請求項９に記載の積層型圧電素子。 The multilayer piezoelectric element according to claim 9, wherein the group Ib metal is Cu. 前記導体層中に無機成分を含有することを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれかに記載の積層型圧電素子。 Multi-layer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 12, characterized by containing an inorganic component to the conductor layer. 前記無機成分が、前記圧電体層と同じ成分を含有することを特徴とする請求項１３に記載の積層型圧電素子。 The inorganic component, multi-layer piezoelectric element according to claim 13, characterized in that it contains the same components as the piezoelectric layer. 前記無機成分の平均粒径が、前記圧電体層の結晶粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１３または１４に記載の積層型圧電素子。 The average particle diameter of the inorganic component, multi-layer piezoelectric element according to claim 13 or 14, wherein the smaller than the average grain size of crystal grains of the piezoelectric layer. 請求項１乃至１６のうちいずれかに記載の積層型圧電素子の製法であって、圧電粉末を含むグリーンシート上に、導体パターンを形成し、次いで、該導体パターンが形成された前記グリーンシートを複数積層して圧電積層体を形成する工程と、該圧電積層体を焼成して前記積層圧電体本体を形成する工程と、該積層圧電体本体の端面に外部電極ペーストを塗布した後に熱処理して外部電極を有する積層型圧電素子を形成する工程と、前記外部電極に電圧を印加して前記積層型圧電素子を、（１）加温したオイルバスに浸漬し、（２）電圧を印加し、（３）電圧を印加した状態のままで、冷却速度が、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、ｔ／３（℃／分）以下の条件で冷却し、（４）冷却後に電圧を下げることにより分極処理する工程と、を具備することを特徴とする積層型圧電素子の製法。 A method of multi-layer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 16, the green sheets containing a piezoelectric powder, a conductor pattern is formed, then the green sheets conductor patterns are formed forming a piezoelectric laminate by stacking a plurality, forming a piezoelectric said laminated piezoelectric body by firing the laminate, and heat-treated after application of the external electrode paste to the end face of the laminated piezoelectric body Forming a laminated piezoelectric element having an external electrode; applying a voltage to the external electrode to immerse the laminated piezoelectric element in (1) a heated oil bath; (2) applying a voltage; (3) in the state where a voltage is applied, the cooling rate, the Curie temperature of the piezoelectric layer when a t (° C.), cooled in t / 3 (° C. / minute) the following conditions, (4) Polarization treatment by lowering the voltage after cooling Preparation of the multilayer piezoelectric element characterized by comprising that the step. 前記圧電粉末の平均粒径が０．８μｍ以下であることを特徴とする請求項１６に記載の積層型圧電素子の製法。 The method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 16, wherein an average particle diameter of the piezoelectric powder is 0.8 μm or less. 焼成温度が１０００℃以下であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の積層型圧電素子の製法。   The method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 16 or 17, wherein the firing temperature is 1000 ° C or lower. 結晶粒子の格子定数の比であるｃ／ａの変化率が０．５％以下となるように分極処理することを特徴とする請求項１６乃至１８のうちいずれかに記載の積層型圧電素子の製法。 The multilayer piezoelectric element according to any one of claims 16 to 18, wherein a polarization treatment is performed so that a change rate of c / a which is a ratio of lattice constants of crystal grains is 0.5% or less. Manufacturing method. 前記分極処理する工程において、前記圧電体層のキュリー温度をｔ（℃）としたとき、０．８ｔ〜１．２ｔの温度域の冷却速度がｔ／３（℃／分）以下であることを特徴とする請求項１６乃至１９のうちいずれか記載の積層型圧電素子の製法。 In the step of the polarization treatment, when the Curie temperature before Symbol piezoelectric layer was t (° C.), that the cooling rate of the temperature range of 0.8t~1.2t is t / 3 (℃ / min) or less The method for producing a laminated piezoelectric element according to any one of claims 16 to 19. 噴射口を有する収納容器と、該収納容器に収納された請求項１乃至１５のうちいずれかに記載の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。   A storage container having an injection port, the stacked piezoelectric element according to any one of claims 1 to 15 stored in the storage container, and a valve for ejecting liquid from the injection hole by driving the stacked piezoelectric element An injection device comprising:
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JP3833864B2 (en) * 2000-02-16 2006-10-18 太陽誘電株式会社 Laminated displacement element displaced by electrostriction
JP4659170B2 (en) * 2000-02-29 2011-03-30 京セラ株式会社 Manufacturing method of multilayer element
JP2003133604A (en) * 2001-10-26 2003-05-09 Seiko Epson Corp Piezo-electric thin film element and manufacturing method thereof as well as ink jet recording head and ink jet printer employing the element

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