JP5068936B2 - Manufacturing method of multilayer piezoelectric element - Google Patents

Manufacturing method of multilayer piezoelectric element Download PDF

Info

Publication number
JP5068936B2
JP5068936B2 JP2005049341A JP2005049341A JP5068936B2 JP 5068936 B2 JP5068936 B2 JP 5068936B2 JP 2005049341 A JP2005049341 A JP 2005049341A JP 2005049341 A JP2005049341 A JP 2005049341A JP 5068936 B2 JP5068936 B2 JP 5068936B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laminated
stacked
electrode
stacking
internal electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2005049341A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006237246A (en
Inventor
克己 山内
州児 伊藤
裕 畠中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2005049341A priority Critical patent/JP5068936B2/en
Publication of JP2006237246A publication Critical patent/JP2006237246A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5068936B2 publication Critical patent/JP5068936B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、例えば燃料噴射装置等に用いられる積層型圧電素子に関するものである。   The present invention relates to a laminated piezoelectric element used in, for example, a fuel injection device.

従来の積層型圧電素子としては、例えば特許文献１に記載されているように、複数の圧電セラミック層と複数の内部電極層とを交互に積層してなる駆動部と、この駆動部の側面に設けられた側面電極とを備えたものが知られている。
特開２００２−３１４１５６号公報 As a conventional multilayer piezoelectric element, for example, as described in Patent Document 1, a driving unit in which a plurality of piezoelectric ceramic layers and a plurality of internal electrode layers are alternately stacked, and a side surface of the driving unit are provided. A device provided with a provided side electrode is known.
JP 2002-314156 A

例えば自動車エンジン用の燃料噴射装置は、厳しい環境下で使用されるものである。このため、燃料噴射装置に用いられる積層型圧電素子としては、高い信頼性が要求される。ところで、積層型圧電素子の積層体に積層方向に延びるクラックが発生すると、異極の内部電極同士がショートし、素子の絶縁破壊等を引き起こすことがある。しかし、上記従来技術においては、そのような積層方向に生じるクラックについては何ら考慮がなされていない。   For example, a fuel injection device for an automobile engine is used in a severe environment. For this reason, high reliability is required for the multilayer piezoelectric element used in the fuel injection device. By the way, when a crack extending in the stacking direction is generated in the stacked body of the stacked piezoelectric element, internal electrodes having different polarities may be short-circuited to cause breakdown of the element. However, in the above prior art, no consideration is given to such a crack generated in the stacking direction.

本発明の目的は、積層体の積層方向に延びるクラックの発生を防止することができる積層型圧電素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric element capable of preventing the occurrence of cracks extending in the stacking direction of a multilayer body.

本発明者らは、積層体に生じるクラックについて鋭意研究を重ねた末、積層体の積層方向に直交する方向に沿った同一極の内部電極同士の位置ずれ（積層ずれ）が積層体の積層方向に延びるクラックの発生に影響を与えていることを見出した。そして、更に検討を重ねて試行錯誤を繰り返した結果、内部電極同士の積層ずれの最適範囲を見つけ出した。本発明は、このような知見に基づいて成されたものである。   The inventors of the present invention have made extensive studies on the cracks generated in the laminated body, and as a result, the positional deviation (stacking deviation) between the internal electrodes of the same pole along the direction orthogonal to the lamination direction of the laminated body is the lamination direction of the laminated body. It has been found that it has an effect on the occurrence of cracks extending in the area. As a result of further examination and repeated trial and error, the optimum range of misalignment between internal electrodes was found. The present invention has been made based on such knowledge.

即ち、本発明は、第１内部電極と第２内部電極とが圧電体を介して交互に複数ずつ積層されてなる構造を有する積層体を備えた積層型圧電素子であって、第１内部電極と第２内部電極とが圧電体を介して交互に積層されてなる複数の積層ブロックを積み上げ、その後に各積層ブロックを焼成して形成されており、積層ブロックは、第１内部電極及び第２内部電極が積層器により機械的に位置合わせされた状態で積層されることによって形成されており、互いに異なる各積層ブロックにおける第１内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれ及び第２内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれが何れも６０μｍ以下となっていることを特徴とするものである。 That is, the present invention is a multilayer piezoelectric element including a multilayer body having a structure in which a plurality of first internal electrodes and second internal electrodes are alternately stacked via a piezoelectric body. And the second internal electrode are formed by stacking a plurality of laminated blocks that are alternately laminated via piezoelectric bodies, and then firing each laminated block. The laminated block includes the first internal electrode and the second internal electrode. The internal electrodes are formed by being laminated in a mechanically aligned state by a laminator, and the first internal electrodes in different laminated blocks are displaced in the direction perpendicular to the laminating direction and the second internal electrodes. Any deviation in the direction perpendicular to the stacking direction is 60 μm or less.

例えば燃料噴射装置に用いられる積層型圧電素子では、大きな変位量を必要とするため、積層体の積層数が多くなる。このため、そのような多層の積層型圧電素子を得る場合には、第１内部電極と第２内部電極とが圧電体を介して交互に積層されてなる積層ブロックを複数作製し、これらの積層ブロックを更に積み重ねるといった手法を採用するのが好適である。各積層ブロックは、積層数を必要以上に多くしなくて済むため、市販の積層器を使って作ることができる。積層器を用いた圧電体の積層では、各層の位置合わせを機械的に行うため、一つの積層ブロック内において第１内部電極同士のずれ及び第２内部電極同士のずれは殆ど生じない。このため、上記のような内部電極同士のずれ量の規定は、各積層ブロックの間でのみ行えば良いことになる。そこで、上記のように互いに異なる各積層ブロックにおける第１内部電極同士のずれ及び第２内部電極同士のずれの範囲を規定することにより、積層体にかかる積層方向の引っ張り応力の集中が低減されるため、積層体にクラック自体が入りにくくなる。これにより、積層体に積層方向のクラックが生じることを防止できる。 For example, a laminated piezoelectric element used in a fuel injection device requires a large amount of displacement, and thus the number of laminated bodies increases. For this reason, in order to obtain such a multilayer laminated piezoelectric element, a plurality of laminated blocks in which the first internal electrodes and the second internal electrodes are alternately laminated via the piezoelectric body are manufactured. It is preferable to adopt a method of further stacking blocks. Each laminated block can be made using a commercially available laminator because it is not necessary to increase the number of laminated layers more than necessary. In the stacking of the piezoelectric bodies using the stacker, since the alignment of each layer is performed mechanically, the shift between the first internal electrodes and the shift between the second internal electrodes hardly occur in one stack block. For this reason, it is only necessary to define the amount of deviation between the internal electrodes as described above between the stacked blocks. Therefore, by defining a first internal electrode displacement及beauty range shift between the second internal electrodes between the different respective lamination blocks as described above, it is reduced concentration in the stacking direction of the tensile stress applied to the laminate Therefore, it becomes difficult for cracks to enter the laminate. Thereby, it can prevent that the crack of a lamination direction arises in a laminated body.

好ましくは、積層体は、第１内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれ及び第２内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれが何れも３０μｍ以下となっている。これにより、積層体にかかる積層方向の引っ張り応力の集中がより低減されるため、積層体に積層方向のクラックが生じることを一層防止できる。 Preferably, the laminate, are I Do the following direction deviation both 30μm orthogonal to the stacking direction of displacement及beauty second internal electrodes to each other in the direction perpendicular to the stacking direction between the first internal electrode. Thereby, since concentration of tensile stress in the stacking direction applied to the stacked body is further reduced, it is possible to further prevent the stack from cracking in the stacking direction.

本発明によれば、積層体の積層方向に延びるクラックの発生が防止されるので、第１内部電極と第２内部電極との電気的ショートによる積層型圧電素子の絶縁破壊を回避することができる。これにより、積層型圧電素子の信頼性及び耐久性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, since the generation of cracks extending in the stacking direction of the stacked body is prevented, the dielectric breakdown of the stacked piezoelectric element due to an electrical short between the first internal electrode and the second internal electrode can be avoided. . Thereby, the reliability and durability of the multilayer piezoelectric element can be improved.

以下、本発明に係わる積層型圧電素子の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a multilayer piezoelectric element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明に係わる積層型圧電素子の一実施形態を示す概略斜視図であり、図２は、その積層型圧電素子の側面図である。各図において、本実施形態の積層型圧電素子１は、例えば自動車に搭載されるエンジンのインジェクタ（燃料噴射装置）に用いられるものである。   FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a multilayer piezoelectric element according to the present invention, and FIG. 2 is a side view of the multilayer piezoelectric element. In each figure, the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment is used for an injector (fuel injection device) of an engine mounted on an automobile, for example.

積層型圧電素子１は、多角柱状（ここでは四角柱状）の積層体２を備えている。積層体２は、圧電体３を介して内部電極４Ａと内部電極４Ｂとが交互に複数ずつ積層されてなる積層ブロック５を複数有している。積層体２は、これらの積層ブロック５を積み重ね、更に複数の圧電体３からなる上蓋部６と下蓋部７とで上下から挟み込むように構成されている。圧電体３は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電セラミック材料で形成されている。内部電極４Ａ，４Ｂは、Ａｇ，Ｐｄを主成分とする導電材料で形成されている。   The multilayer piezoelectric element 1 includes a multilayer body 2 having a polygonal column shape (in this case, a quadrangular column shape). The laminated body 2 has a plurality of laminated blocks 5 in which a plurality of internal electrodes 4 </ b> A and internal electrodes 4 </ b> B are alternately laminated via piezoelectric bodies 3. The laminated body 2 is configured such that these laminated blocks 5 are stacked and further sandwiched from above and below by an upper lid portion 6 and a lower lid portion 7 made of a plurality of piezoelectric bodies 3. The piezoelectric body 3 is made of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of PZT (lead zirconate titanate). The internal electrodes 4A and 4B are made of a conductive material mainly composed of Ag and Pd.

積層体２の上面及び下面の寸法は、例えば７ｍｍ×７ｍｍ程度である。積層体２の高さは、例えば３０ｍｍ程度である。このうち、各積層ブロック５の厚さは、例えば２〜３ｍｍ程度であり、上蓋部６及び下蓋部７の厚さは、各々例えば１ｍｍ程度である。また、圧電体３の厚さは、１層当たり８０〜１００μｍ程度であり、内部電極４Ａ，４Ｂの厚さは、例えば０．５〜５．０μｍ程度である。   The dimensions of the upper surface and the lower surface of the laminate 2 are, for example, about 7 mm × 7 mm. The height of the stacked body 2 is, for example, about 30 mm. Among these, the thickness of each laminated block 5 is about 2-3 mm, for example, and the thickness of the upper cover part 6 and the lower cover part 7 is each about 1 mm, for example. The thickness of the piezoelectric body 3 is about 80 to 100 μm per layer, and the thickness of the internal electrodes 4A and 4B is about 0.5 to 5.0 μm, for example.

積層体２は、互いに対向する側面２ａ，２ｂを有している。これらの側面２ａ，２ｂの対向方向は、積層体２の積層方向に対して直交している。内部電極４Ａは、積層体２の側面２ｂよりも内側から側面２ａに露出するように形成され、内部電極４Ｂは、積層体２の側面２ａよりも内側から側面２ｂに露出するように形成されている。これにより、内部電極４Ａ，４Ｂの一部が互いに重なり合うこととなる。圧電体３において、積層体２の積層方向に隣り合う内部電極４Ａ，４Ｂに挟まれる部分は、内部電極４Ａ，４Ｂに電圧を印加したときに積層体２の積層方向に伸縮動作（変位）する圧電活性部３ａである。圧電体３における他の部分は、内部電極４Ａ，４Ｂに電圧を印加しても伸縮動作しない領域である。   The laminate 2 has side surfaces 2a and 2b that face each other. The facing direction of these side surfaces 2 a and 2 b is orthogonal to the stacking direction of the stacked body 2. The internal electrode 4A is formed so as to be exposed to the side surface 2a from the inner side than the side surface 2b of the multilayer body 2, and the internal electrode 4B is formed to be exposed to the side surface 2b from the inner side than the side surface 2a of the multilayer body 2. Yes. As a result, some of the internal electrodes 4A and 4B overlap each other. In the piezoelectric body 3, the portion sandwiched between the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B adjacent to each other in the stacking direction of the stacked body 2 expands and contracts (displaces) in the stacking direction of the stacked body 2 when a voltage is applied to the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B. This is the piezoelectric active part 3a. The other part of the piezoelectric body 3 is a region that does not expand and contract even when a voltage is applied to the internal electrodes 4A and 4B.

積層ブロック５の内部電極４Ａと異なる積層ブロック５の内部電極４Ａとのずれ（積層体２の側面２ａ，２ｂの対向方向のずれ）Ｄは、６０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である（図３参照）。また、積層ブロック５の内部電極４Ｂと異なる積層ブロック５の内部電極４Ｂとの同方向のずれについても同様である。この内部電極４Ａ同士のずれ量及び内部電極４Ｂ同士のずれ量については、後で詳述する。なお、内部電極４Ａから側面２ｂまでの長さＬは、ほぼ０．５ｍｍ程度である（図３参照）。また、内部電極４Ｂから側面２ａまでの長さについても同様である。   The deviation D between the internal electrode 4A of the laminated block 5 and the internal electrode 4A of the different laminated block 5 (deviation in the facing direction of the side surfaces 2a and 2b of the laminated body 2) D is 60 μm or less, preferably 30 μm or less (see FIG. 3). ). The same applies to the displacement in the same direction between the internal electrode 4B of the laminated block 5 and the internal electrode 4B of the laminated block 5 different from the internal electrode 4B. The amount of deviation between the internal electrodes 4A and the amount of deviation between the internal electrodes 4B will be described in detail later. The length L from the internal electrode 4A to the side surface 2b is about 0.5 mm (see FIG. 3). The same applies to the length from the internal electrode 4B to the side surface 2a.

積層体２の側面２ａには、各内部電極４Ａと電気的に接続された外部電極８Ａが設けられ、積層体２の側面２ｂには、各内部電極４Ｂと電気的に接続された外部電極８Ｂが設けられている。   An external electrode 8A electrically connected to each internal electrode 4A is provided on the side surface 2a of the multilayer body 2, and an external electrode 8B electrically connected to each internal electrode 4B is provided on the side surface 2b of the multilayer body 2. Is provided.

外部電極８Ａ，８Ｂは、積層体２の側面２ａ，２ｂの一部を覆うように積層体２の積層方向に延在する電極部９と、これらの電極部９の外側に配置された矩形波状の電極部１０とからなっている。電極部１０は、積層体２の積層方向に対して伸縮性（柔軟性）をもつように電極部９にスポット的に接合されている。これにより、各内部電極４Ａ同士の電気的接続及び各内部電極４Ｂ同士の電気的接続を確保しつつ、圧電体３の伸縮動作の阻害を抑えることができる。なお、電極部９，１０同士の接合は、半田付け、溶接、導電性接着剤等により行う。電極部９は、例えばＡｇ、Ａｕ及びＣｕのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。電極部１０は、例えばＣｕ及びその合金、Ｎｉ及びその合金、ベリリウム銅等で形成されている。   The external electrodes 8A and 8B include an electrode portion 9 extending in the stacking direction of the multilayer body 2 so as to cover a part of the side surfaces 2a and 2b of the multilayer body 2, and a rectangular wave shape disposed outside the electrode portions 9 Electrode portion 10. The electrode part 10 is spot-bonded to the electrode part 9 so as to be stretchable (flexible) in the stacking direction of the stacked body 2. Thereby, inhibition of expansion / contraction operation of the piezoelectric body 3 can be suppressed while ensuring electrical connection between the internal electrodes 4A and electrical connection between the internal electrodes 4B. The electrode portions 9 and 10 are joined together by soldering, welding, a conductive adhesive, or the like. The electrode portion 9 is formed of a conductive material containing, for example, one of Ag, Au, and Cu as a main component. The electrode portion 10 is made of, for example, Cu and its alloy, Ni and its alloy, beryllium copper, or the like.

このような積層型圧電素子１において、外部電極８Ａ，８Ｂ間に所定の電圧を印加すると、外部電極８Ａ，８Ｂと接続された内部電極４Ａ，４Ｂ間に電圧が印加されることになる。これにより、内部電極４Ａ，４Ｂに挟まれた圧電体３（圧電活性部３ａ）に電界が生じ、この圧電活性部３ａが伸縮し、これに伴って積層体２が積層方向に変位する。   In such a laminated piezoelectric element 1, when a predetermined voltage is applied between the external electrodes 8A and 8B, a voltage is applied between the internal electrodes 4A and 4B connected to the external electrodes 8A and 8B. Thereby, an electric field is generated in the piezoelectric body 3 (piezoelectric active portion 3a) sandwiched between the internal electrodes 4A and 4B, the piezoelectric active portion 3a expands and contracts, and accordingly, the stacked body 2 is displaced in the stacking direction.

次に、上述した積層型圧電素子１を製造する方法について図４により説明する。まず、ＰＺＴ等を主成分としたセラミック粉体を用意し、これに有機バインダ及び有機溶剤等を混合したペーストを作製する。そして、例えばドクターブレード法によって上記ペーストをキャリアフィルム上に塗布することにより、上記の圧電体３となるセラミックグリーンシートを形成する（手順１０１）。   Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 1 described above will be described with reference to FIG. First, a ceramic powder mainly composed of PZT or the like is prepared, and a paste in which an organic binder and an organic solvent are mixed is prepared. And the ceramic green sheet used as said piezoelectric material 3 is formed by apply | coating the said paste on a carrier film, for example by a doctor blade method (procedure 101).

続いて、グリーンシートに上記の内部電極４Ａとなる電極パターンを形成すると共に、別のグリーンシートに上記の内部電極４Ｂとなる電極パターンを形成する（手順１０２）。このとき、例えばＡｇ：Ｐｄ＝７：３の比率で構成された導電材料と有機バインダ及び有機溶剤等とを混合したペーストを作製した後、例えばスクリーン印刷法によりグリーンシート上に電極パターンを印刷する。   Subsequently, an electrode pattern to be the internal electrode 4A is formed on the green sheet, and an electrode pattern to be the internal electrode 4B is formed on another green sheet (procedure 102). At this time, for example, after preparing a paste in which a conductive material having a ratio of Ag: Pd = 7: 3, an organic binder, an organic solvent, and the like are mixed, an electrode pattern is printed on the green sheet by, for example, a screen printing method. .

続いて、電極パターンが形成されたグリーンシートを所定の枚数だけ積層することで、上記の積層ブロック５となるグリーン積層ブロックを複数作製する（手順１０３）。このグリーン積層ブロックの作製は、専用の積層器を用いて行う。この場合には、各グリーンシート同士の位置合わせが機械的に行われる事になるため、上記の内部電極４Ａとなる電極パターン同士の積層ずれ及び上記の内部電極４Ｂとなる電極パターン同士の積層ずれは、殆ど生じない。また、図示されていないが、電極パターンが形成されていないグリーンシートを所定の枚数だけ積層することで、上記の上蓋部６及び下蓋部７となるグリーン蓋体を形成する。   Subsequently, by stacking a predetermined number of green sheets on which electrode patterns are formed, a plurality of green laminated blocks serving as the laminated block 5 are produced (procedure 103). The green laminated block is produced using a dedicated laminator. In this case, since the alignment between the green sheets is mechanically performed, the stacking shift between the electrode patterns serving as the internal electrodes 4A and the stacking shift between the electrode patterns serving as the internal electrodes 4B are described. Hardly occurs. Although not shown, a predetermined number of green sheets on which no electrode pattern is formed are stacked to form a green lid that becomes the upper lid portion 6 and the lower lid portion 7.

そして、グリーン積層ブロックを、加熱しながら所定の圧力（例えば３０ＭＰａ）で積層方向にプレスする（手順１０４）。このとき、加熱温度は、例えば７０℃程度であり、加熱時間は、例えば１０秒程度である。   Then, the green laminated block is pressed in the lamination direction at a predetermined pressure (for example, 30 MPa) while being heated (procedure 104). At this time, the heating temperature is, for example, about 70 ° C., and the heating time is, for example, about 10 seconds.

続いて、複数のグリーン積層ブロックと上下のグリーン蓋体とを積層することで、グリーン積層体を作製する（手順１０５）。このとき、各グリーン積層ブロックと上下のグリーン蓋体とを手動で整列させながら積み重ねる。   Then, a green laminated body is produced by laminating a plurality of green laminated blocks and upper and lower green lids (procedure 105). At this time, the green laminated blocks and the upper and lower green lids are stacked while being manually aligned.

そして、グリーン積層体を、加熱しながら所定の圧力（例えば１００ＭＰａ）で積層方向にプレスする（手順１０６）。このとき、加熱温度は、例えば８０℃程度であり、加熱時間は、例えば２０分程度である。続いて、ダイヤモンドブレード等を用いてプレス後のグリーン積層体を所定の寸法に切断する（手順１０７）。   Then, the green laminated body is pressed in the laminating direction at a predetermined pressure (for example, 100 MPa) while being heated (procedure 106). At this time, the heating temperature is, for example, about 80 ° C., and the heating time is, for example, about 20 minutes. Subsequently, the pressed green laminate is cut into a predetermined size using a diamond blade or the like (procedure 107).

続いて、切断後のグリーン積層体をセッターに載せ、当該グリーン積層体の脱脂（脱バインダ）を所定の温度（例えば４００℃程度）で行う（手順１０８）。そして、脱脂後のグリーン積層体が載置されたセッターを密閉こう鉢内に入れ、当該グリーン積層体の焼成を行い、焼結体を得る（手順１０９）。このとき、焼成温度は、例えば１１００℃程度であり、焼成時間は、例えば２時間程度である。その後、図示されていないが、焼結体の研磨を行うことで、所定の寸法を有する上記の積層体２が得られる。   Subsequently, the cut green laminate is placed on a setter, and degreasing (debinding) of the green laminate is performed at a predetermined temperature (for example, about 400 ° C.) (procedure 108). Then, the setter on which the degreased green laminate is placed is placed in a closed mortar, and the green laminate is fired to obtain a sintered body (procedure 109). At this time, the firing temperature is, for example, about 1100 ° C., and the firing time is, for example, about 2 hours. Then, although not shown in figure, the said laminated body 2 which has a predetermined dimension is obtained by grind | polishing a sintered compact.

続いて、積層体２の側面２ａに外部電極８Ａを形成すると共に、積層体２の側面２ｂに外部電極８Ｂを形成する（手順１１０）。具体的には、まず例えばＡｇを主成分とする導電ペーストを積層体２の側面２ａ，２ｂにスクリーン印刷した後、焼付処理等を行うことで、側面２ａ，２ｂに電極部９を形成する。そして、波状に延びる電極部１０を、例えば半田付けにより電極部９と接合する。なお、電極部１０は、例えばベリリウム銅からなる板材を矩形波形状に加工し、ニッケルめっきとスズめっきとを施すことによって得られる。   Subsequently, the external electrode 8A is formed on the side surface 2a of the multilayer body 2 and the external electrode 8B is formed on the side surface 2b of the multilayer body 2 (procedure 110). Specifically, first, for example, a conductive paste containing Ag as a main component is screen-printed on the side surfaces 2a and 2b of the laminate 2, and then subjected to a baking process or the like, whereby the electrode portions 9 are formed on the side surfaces 2a and 2b. And the electrode part 10 extended in a wave shape is joined with the electrode part 9 by soldering, for example. In addition, the electrode part 10 is obtained by processing the board | plate material which consists of beryllium copper, for example in a rectangular wave shape, and giving nickel plating and tin plating.

最後に、例えば温度１２０℃の環境下で、圧電体３の厚みに対する電界強度が２ｋＶ／ｍｍとなるように所定の電圧を例えば３分間印加することにより、分極処理を行う（手順１１１）。これにより、積層型圧電素子１が完成する。   Finally, a polarization treatment is performed by applying a predetermined voltage, for example, for 3 minutes so that the electric field strength with respect to the thickness of the piezoelectric body 3 becomes 2 kV / mm in an environment of a temperature of 120 ° C., for example (procedure 111). Thereby, the multilayer piezoelectric element 1 is completed.

ところで、上述した製法によって得られた積層型圧電素子１のスクリーニングを実施すると、図５に示すように、積層体２にクラックＣが発生していることがある。なお、図５は、スクリーニング条件として、周波数２００Ｈｚの矩形波電圧２００Ｖを内部電極４Ａ，４Ｂに５分間印加して、積層型圧電素子１を変位動作させた後の状態を示したものである。   By the way, when screening of the multilayer piezoelectric element 1 obtained by the above-described manufacturing method is performed, a crack C may be generated in the multilayer body 2 as shown in FIG. FIG. 5 shows a state after the laminated piezoelectric element 1 is displaced as a screening condition by applying a rectangular wave voltage of 200 Hz to the internal electrodes 4A and 4B for 5 minutes.

この図では、異なる積層ブロック５の内部電極４Ｂ同士がずれている。つまり、各積層ブロック５同士の積層ずれが起きている。また、互いに積層ずれが生じている各積層ブロック５の境界部付近にクラックＣが入り、そのクラックＣが更に積層体２の積層方向に延びている。また、クラックＣは、積層ずれが生じている積層ブロック５における積層方向の中央部付近にも入っている。なお、このようなクラックＣの発生は、積層体２の高さが２０ｍｍ以上、積層体２の上面の一辺が１０ｍｍ以下である場合に、特に顕著であることが分かった。   In this figure, the internal electrodes 4B of different laminated blocks 5 are shifted from each other. That is, the stacking deviation between the stacked blocks 5 occurs. Further, cracks C are formed in the vicinity of the boundary portions of the stacked blocks 5 where the stacking deviations are caused, and the cracks C further extend in the stacking direction of the stacked body 2. Further, the crack C is also present in the vicinity of the central portion in the stacking direction in the stacking block 5 in which stacking shift occurs. In addition, it turned out that generation | occurrence | production of such a crack C is especially remarkable when the height of the laminated body 2 is 20 mm or more and the one side of the upper surface of the laminated body 2 is 10 mm or less.

このように積層体にクラックが入る原因を究明すべく、有限要素法によるシミュレーションを行った。具体的には、図６に示すように、積層ブロック単位で積層ずれがあると仮定した場合に、積層体を変位動作させた時に積層体に加わる積層方向の引っ張り応力についての解析を行った。なお、図６において、点線Ｐは、互いに積層ずれを起こしている各積層ブロックの境界を表す線であり、１点鎖線Ｑは、各積層ブロックにおける同極の内部電極の端を結んだ線である。また、図中のハッチング部Ｒは、積層体に加わる積層方向の引っ張り応力が強い部分を示している。   In order to investigate the cause of the cracks in the laminate, a simulation by the finite element method was performed. Specifically, as shown in FIG. 6, when it was assumed that there was a stacking deviation in units of stacking blocks, an analysis was performed on the tensile stress in the stacking direction applied to the stack when the stack was displaced. In FIG. 6, the dotted line P is a line that represents the boundary between the stacked blocks that are misaligned with each other, and the alternate long and short dash line Q is a line that connects the ends of the internal electrodes of the same polarity in each stacked block. is there. A hatched portion R in the figure indicates a portion where the tensile stress in the stacking direction applied to the stacked body is strong.

この解析結果から、互いに積層ずれを起こしている各積層ブロックの境界部付近と、積層ずれを起こしている積層ブロックにおける積層方向の中央部付近とに、積層方向の引っ張り応力が集中していることが分かる。つまり、各積層ブロック同士の積層ずれがあるときに、積層方向の引っ張り応力が集中している箇所は、上記のクラックの発生位置（図５参照）とほぼ一致している。   From this analysis result, the tensile stress in the stacking direction is concentrated near the boundary between the stacked blocks causing misalignment to each other and near the center in the stacking direction of the stacked blocks causing misalignment. I understand. That is, when there is a stacking deviation between the stacked blocks, the location where the tensile stress in the stacking direction is concentrated substantially coincides with the crack generation position (see FIG. 5).

以上のことから、積層体２において各積層ブロック５同士の積層ずれが大きいと、内部電極４Ａ，４Ｂに電圧を印加して積層体２を変位動作させたときに、各積層ブロック５の境界部付近に積層方向の引っ張り応力が集中するため、その部分から積層体２にクラックが入りやすくなると思われる。そして、更に積層体２の変位動作が繰り返し行われると、そのクラックが積層体２の積層方向に延びていくと考えられる。このような積層体２の積層方向のクラックが発生すると、積層体２に若干含まれる水分等を介して内部電極４Ａ，４Ｂ間に電流が流れ、内部電極４Ａ，４Ｂのショート不良を引き起こし、積層型圧電素子１の絶縁破壊が発生してしまう。   From the above, when the stacking deviation between the stacked blocks 5 in the stacked body 2 is large, when the stacked body 2 is displaced by applying a voltage to the internal electrodes 4A and 4B, the boundary portion between the stacked blocks 5 Since tensile stress in the stacking direction concentrates in the vicinity, it seems that cracks are likely to enter the stacked body 2 from that portion. And if the displacement operation | movement of the laminated body 2 is further repeated, it will be thought that the crack extends in the lamination direction of the laminated body 2. FIG. When such a crack in the stacking direction of the multilayer body 2 occurs, a current flows between the internal electrodes 4A and 4B through moisture or the like slightly contained in the multilayer body 2, causing a short circuit failure of the internal electrodes 4A and 4B. The dielectric breakdown of the piezoelectric element 1 occurs.

そこで、上述したスクリーニングによって、各積層ブロック同士の積層ずれ量と素子の良品率（絶縁破壊が起こらなかった確率）との関係について調べた。その結果を図７に示す。同図に示す結果から、各積層ブロック同士の積層ずれ、つまり各積層ブロックの同一極の内部電極同士の位置ずれがクラックの発生に影響し、ひいては素子の品質に影響を及ぼすことが明らかとなった。図７から分かるように、各積層ブロック同士の積層ずれが６０μｍ以下のときは、素子の良品率が約９０％以上であり、各積層ブロック同士の積層ずれが３０μｍ以下のときは、素子の良品率が約９６％以上である。   Therefore, the above-described screening was used to examine the relationship between the amount of misalignment between the laminated blocks and the non-defective product ratio (probability that dielectric breakdown did not occur). The result is shown in FIG. From the results shown in the figure, it is clear that the stacking misalignment between the stacked blocks, that is, the positional shift between the internal electrodes of the same pole of each stacked block affects the generation of cracks and thus the quality of the element. It was. As can be seen from FIG. 7, when the stacking deviation between the stacked blocks is 60 μm or less, the non-defective product ratio is about 90% or more, and when the stacking shift between the stacked blocks is 30 μm or less, the device is non-defective. The rate is about 96% or more.

従って、各積層ブロック５同士の積層ずれは、前述したように６０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下とする。これを満足するためには、積層型圧電素子１の製造工程において積層体２を作製する際に、例えば画像処理等を用いて各グリーン積層ブロック同士の位置合わせを精密に行う。   Accordingly, the stacking deviation between the stacked blocks 5 is set to 60 μm or less, preferably 30 μm or less, as described above. In order to satisfy this, when the laminated body 2 is produced in the production process of the laminated piezoelectric element 1, the green laminated blocks are precisely aligned using, for example, image processing or the like.

このように各積層ブロック５同士の積層ずれ量を規定することより、内部電極４Ａ，４Ｂに電圧を印加して積層体２を変位動作させたときに、各積層ブロック５の境界部付近にかかる積層方向の引っ張り応力が抑えられ、当該箇所にクラックが入りにくくなる。これにより、積層体２に積層方向に延びるクラックが入ることが防止されるため、内部電極４Ａ，４Ｂが電気的にショートして積層型圧電素子１の絶縁破壊を引き起こすことを回避できる。従って、積層型圧電素子１が自動車等といった厳しい環境下で使用される場合であっても、積層型圧電素子１の信頼性を向上させることができる。   By defining the stacking deviation amount between the stacked blocks 5 in this way, when the stacked body 2 is displaced by applying a voltage to the internal electrodes 4A and 4B, it is applied near the boundary between the stacked blocks 5. Tensile stress in the stacking direction is suppressed, and cracks are less likely to occur at the location. Thereby, since cracks extending in the stacking direction are prevented from entering the stacked body 2, it is possible to avoid the internal electrodes 4 </ b> A and 4 </ b> B from being electrically shorted and causing dielectric breakdown of the stacked piezoelectric element 1. Therefore, even when the multilayer piezoelectric element 1 is used in a severe environment such as an automobile, the reliability of the multilayer piezoelectric element 1 can be improved.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、圧電体３及び内部電極４Ａ，４Ｂを有する複数の積層ブロック５を積み重ねることで、積層体２を形成する構成としたが、そのような積層ブロック５を作製せずに、例えば内部電極４Ａが形成された圧電体３と内部電極４Ｂが形成された圧電体３とを１つずつ積層して積層体２を形成しても良い。この場合には、各内部電極４Ａ同士のずれ及び各内部電極４Ｂ同士のずれを６０μｍ以下とする。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the stacked body 2 is formed by stacking a plurality of stacked blocks 5 having the piezoelectric body 3 and the internal electrodes 4A and 4B. However, the stacked block 5 is not manufactured. For example, the laminated body 2 may be formed by laminating the piezoelectric body 3 on which the internal electrode 4A is formed and the piezoelectric body 3 on which the internal electrode 4B is formed one by one. In this case, the deviation between the internal electrodes 4A and the deviation between the internal electrodes 4B are set to 60 μm or less.

本発明に係わる積層型圧電素子の一実施形態を示す概略斜視図である。1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a multilayer piezoelectric element according to the present invention. 図１に示した積層型圧電素子の側面図である。FIG. 2 is a side view of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 1. 図２に示した積層型圧電素子の部分拡大図である。FIG. 3 is a partial enlarged view of the multilayer piezoelectric element shown in FIG. 2. 図１に示した積層型圧電素子を製造する工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of manufacturing the lamination type piezoelectric element shown in FIG. 積層体における各積層ブロック同士の積層ずれと、積層体に生じたクラックとを示す図である。It is a figure which shows the lamination | stacking shift | offset | difference of each lamination | stacking block in a laminated body, and the crack which arose in the laminated body. 積層ブロック単位の積層ずれがある場合に、積層体を変位させた時に積層体に加わる積層方向の引っ張り応力の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the tensile stress of the lamination direction added to a laminated body when there exists a lamination | stacking shift | offset | difference of a lamination | stacking block unit, and a laminated body is displaced. 各積層ブロック同士の積層ずれ量と素子の良品率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the lamination | stacking deviation | shift amount of each lamination | stacking block, and the yield rate of an element.

符号の説明Explanation of symbols

１…積層型圧電素子、２…積層体、３…圧電体、４Ａ…内部電極（第１内部電極）、４Ｂ…内部電極（第２内部電極）、５…積層ブロック、Ｄ…異なる積層ブロック５の内部電極４Ａ同士のずれ量。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated piezoelectric element, 2 ... Laminated body, 3 ... Piezoelectric body, 4A ... Internal electrode (1st internal electrode), 4B ... Internal electrode (2nd internal electrode), 5 ... Laminated block, D ... Different laminated block 5 The amount of deviation between the internal electrodes 4A.

Claims (2)

第１内部電極と第２内部電極とが圧電体を介して交互に複数ずつ積層されてなる構造を有する積層体を備えた積層型圧電素子の製造方法であって、
前記積層体を、前記第１内部電極と前記第２内部電極となる電極パターンが形成されたグリーンシートが積層されてなるグリーン積層ブロックを複数積み上げ、その後に前記各グリーン積層ブロックを焼成し、前記第１内部電極と前記第２内部電極とが前記圧電体を介して交互に積層されてなる複数の積層ブロックにより形成し、
前記グリーン積層ブロックを、前記第１内部電極及び前記第２内部電極となる前記電極パターンを積層器により機械的に位置合わせされた状態で積層することによって形成し、
互いに異なる前記各積層ブロックにおける前記第１内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれ及び前記第２内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれを何れも６０μｍ以下とし、
前記ずれは、前記積層ブロック内での同極の内部電極の前記積層方向に直交する方向の端を結んだ線と、他の前記積層ブロック内での前記線との間隔であることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。 A method for manufacturing a laminated piezoelectric element comprising a laminate having a structure in which a plurality of first internal electrodes and second internal electrodes are alternately laminated via piezoelectric bodies,
It said laminate stacking a plurality of the green multilayer block first internal electrode and the green sheet electrode pattern serving as the second internal electrodes are formed are laminated, and then firing the respective green laminate block, wherein The first internal electrode and the second internal electrode are formed by a plurality of stacked blocks that are alternately stacked via the piezoelectric body,
The green laminated block formed by Rukoto be stacked while being mechanically aligned by laminator said electrode pattern to be the first inner electrode and the second internal electrode,
Said different and less than the first internal electrode direction deviation perpendicular to the stacking direction of and between said second both the internal electrode direction of displacement perpendicular to the stacking direction between 60μm in each laminated block each other,
The deviation is an interval between a line connecting ends of the internal electrodes of the same polarity in the stacked block in a direction perpendicular to the stacking direction and the line in another stacked block. A method for manufacturing a laminated piezoelectric element. 前記互いに異なる各積層ブロックにおける前記第１内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれ及び前記第２内部電極同士の積層方向に直交する方向のずれを何れも３０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子の製造方法。 Characterized by the following the different first internal electrode direction deviation perpendicular to the stacking direction of and between said second both the internal electrode direction of displacement perpendicular to the stacking direction between 30μm in each laminated block The method for producing a multilayer piezoelectric element according to claim 1.
JP2005049341A 2005-02-24 2005-02-24 Manufacturing method of multilayer piezoelectric element Active JP5068936B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005049341A JP5068936B2 (en) 2005-02-24 2005-02-24 Manufacturing method of multilayer piezoelectric element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005049341A JP5068936B2 (en) 2005-02-24 2005-02-24 Manufacturing method of multilayer piezoelectric element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006237246A JP2006237246A (en) 2006-09-07
JP5068936B2 true JP5068936B2 (en) 2012-11-07

Family

ID=37044574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005049341A Active JP5068936B2 (en) 2005-02-24 2005-02-24 Manufacturing method of multilayer piezoelectric element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5068936B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4911066B2 (en) 2007-02-26 2012-04-04 株式会社デンソー Multilayer piezoelectric element
JP5141046B2 (en) * 2007-02-27 2013-02-13 Ｔｄｋ株式会社 Multilayer piezoelectric element
DE102008007202A1 (en) 2008-02-01 2009-08-06 Robert Bosch Gmbh Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area
JP5672884B2 (en) * 2010-09-15 2015-02-18 株式会社村田製作所 Piezoelectric vibration element and manufacturing method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11297581A (en) * 1998-04-15 1999-10-29 Dainippon Printing Co Ltd Method and device for manufacturing multilayer electronic component
JP2003205511A (en) * 2001-11-07 2003-07-22 Denso Corp Method for manufacturing ceramic laminate
JP2005005680A (en) * 2003-05-21 2005-01-06 Denso Corp Piezoelectric actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006237246A (en) 2006-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4358220B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP4967239B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP4843948B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP5087914B2 (en) Multilayer piezoelectric element
US7323807B2 (en) Multilayer electronic component
JP5068936B2 (en) Manufacturing method of multilayer piezoelectric element
JP5141046B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP5200331B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP2007019420A (en) Stacked piezoelectric element
US11189777B2 (en) Multilayer piezoelectric element and vibrating device
JP5194333B2 (en) Piezoelectric element and piezoelectric device
JP4581744B2 (en) Ceramic element
JP2004274029A (en) Piezoelectric actuator
JP6708961B2 (en) Piezoelectric element
JP5087822B2 (en) Piezoelectric element
JP4373904B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP5205689B2 (en) Multilayer piezoelectric element
KR102083992B1 (en) Electronic component
JP2018006684A (en) Piezoelectric element
JP2007266468A (en) Laminated piezoelectric element
JP4335118B2 (en) Multilayer piezoelectric element
JP5066785B2 (en) Piezoelectric element
JP4497032B2 (en) Electronic components
JP4724385B2 (en) Laminated electronic components and laminated intermediates
JP4262211B2 (en) Piezoelectric element

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090310

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090312

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090511

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090908

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091106

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20101207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110303

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20110310

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20110805

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120713

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120816

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150824

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5068936

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150