JPH11186625A - Piezoelectric element - Google Patents
Piezoelectric elementInfo
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- JPH11186625A JPH11186625A JP9355487A JP35548797A JPH11186625A JP H11186625 A JPH11186625 A JP H11186625A JP 9355487 A JP9355487 A JP 9355487A JP 35548797 A JP35548797 A JP 35548797A JP H11186625 A JPH11186625 A JP H11186625A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子に係り、
特に、絶縁破壊の発生防止に有効な素子構造に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric element,
In particular, the present invention relates to an element structure effective for preventing occurrence of dielectric breakdown.
【０００２】[0002]
【従来の技術】通常の圧電素子は、図１０に示すよう
に、圧電体層９０と内部電極層９１とが交互に何層にも
積み重ねられた積層構造を有している。そして、内部電
極層９１は、交互に、左右の外部電極層９３ａ,９３ｂ
に並列接続されている。尚、内部電極層９１の左右の側
面上に交互に形成されている絶縁膜９２ａ,９２ｂは、
各内部電極層９１と、これに接続されるべきでないほう
の外部電極層９３ａ,９３ｂとの間を絶縁するためのも
のである。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 10, an ordinary piezoelectric element has a laminated structure in which piezoelectric layers 90 and internal electrode layers 91 are alternately stacked in multiple layers. The internal electrode layers 91 are alternately arranged on the left and right external electrode layers 93a, 93b.
Are connected in parallel. The insulating films 92a and 92b alternately formed on the left and right side surfaces of the internal electrode layer 91 are:
This is to insulate between each internal electrode layer 91 and the external electrode layers 93a and 93b which should not be connected thereto.
【０００３】さて、このような積層型の圧電素子の内部
電極層９１及び外部電極層９３ａ,９３ｂには、通常、
電気電導性の良い銀含有量が多く、しかもコストが低い
銀パラジウム合金が使用されている。ところが、そのこ
とが原因で、高温、高湿雰囲気内での使用中に、正極側
の内部電極層９１から負極側の内部電極層９１へと銀イ
オン(Ａｇ＋)が移動するマイグレーションが発生して、
圧電体層９０が絶縁破壊することがあった。The internal electrode layer 91 and the external electrode layers 93a and 93b of such a laminated piezoelectric element usually have
A silver palladium alloy having a high silver content with good electric conductivity and a low cost is used. However, due to this, migration occurs in which silver ions (Ag +) move from the internal electrode layer 91 on the positive electrode side to the internal electrode layer 91 on the negative electrode side during use in a high-temperature, high-humidity atmosphere. ,
In some cases, dielectric breakdown of the piezoelectric layer 90 occurred.
【０００４】そこで、このようなマイグレーションの発
生防止を目的として、マイグレーションが発生しやすい
内部電極層の露出部分だけを、化学的にも電気的にも安
定な白金によって形成した特開平５−１１０１５７号公
報記載の積層圧電アクチュエータが提案されている。In order to prevent the occurrence of such migration, Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-110157 discloses that only the exposed portions of the internal electrode layer where migration is likely to occur are made of chemically and electrically stable platinum. A laminated piezoelectric actuator described in the publication has been proposed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
アクチュエータは、使用中(特に、繰り返し高速駆動中)
に内部電極層と圧電体層との間に発生する機械的応力に
よって、層間剥離を起こすことがあるという欠点があ
る。このような層間剥離が内部電極層の白金領域と圧電
体層との間に発生した場合、剥離箇所から内部電極層の
銀パラジウム領域が露出するため、内部電極層の白金部
分が所期のバリア機能を果たし得なくなる。即ち、上記
従来のアクチュエータの構造では、このような場合のマ
イグレーションの発生を防止することが困難である。ま
た、このような層間剥離は、最悪の場合には、アクチュ
エータ自体が使用不能になる原因になり得る。However, the above conventional actuator is in use (especially during repeated high-speed driving).
In addition, there is a disadvantage that delamination may occur due to mechanical stress generated between the internal electrode layer and the piezoelectric layer. If such delamination occurs between the platinum region of the internal electrode layer and the piezoelectric layer, the silver / palladium region of the internal electrode layer is exposed from the delamination location, so that the platinum portion of the internal electrode layer is the desired barrier. It cannot function. That is, it is difficult for the above-described conventional actuator structure to prevent the occurrence of migration in such a case. In the worst case, such delamination may cause the actuator itself to become unusable.
【０００６】ところで、上記従来のアクチュエータは、
高価な電極材料を使用することによって、マイグレーシ
ョン発生防止を図っているが、製品の信頼性向上の要求
が厳しくなる一方で、製造コストの増加も許されない現
状においては、白金等の高価な貴金属材料の使用によっ
て図ることは、必ずしも妥当な解決策とは言えない。Incidentally, the above-mentioned conventional actuator is:
Although migration is prevented by using expensive electrode materials, expensive precious metal materials such as platinum are used in the current situation where the demand for improving the reliability of products is becoming severer and the increase in manufacturing costs is not allowed. Is not always a valid solution.
【０００７】そこで、本発明は、より信頼性の高い圧電
素子を提供することを目的とする。併せて、圧電素子の
電極コストの削減を達成せんとするものである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a more reliable piezoelectric element. At the same time, it is intended to reduce the electrode cost of the piezoelectric element.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、正電極層と負電極層との間に圧電体層を
有する圧電素子であって、前記２つの電極層の内の少な
くとも一方の電極層と前記圧電体層との間に耐マイグレ
ーション層が介在し、当該耐マイグレーション層は、前
記圧電体層よりも小さな圧電性を有することを特徴とす
る圧電素子を提供する。According to the present invention, there is provided a piezoelectric element having a piezoelectric layer between a positive electrode layer and a negative electrode layer. A piezoelectric element is provided, wherein a migration-resistant layer is interposed between at least one of the electrode layers and the piezoelectric layer, and the migration-resistant layer has lower piezoelectricity than the piezoelectric layer.
【０００９】このような構造によれば、正電極層から負
電極層への金属イオンの移動が耐マイグレーション層に
よって阻止されるため、白金等の高価な電極材料を使用
しなくても、絶縁破壊の原因となるマイグレーションの
発生を防止することできる。According to such a structure, the migration of metal ions from the positive electrode layer to the negative electrode layer is prevented by the migration-resistant layer, so that dielectric breakdown can be achieved without using an expensive electrode material such as platinum. Can be prevented from occurring.
【００１０】また、この耐マイグレーション層は、圧電
体層よりも小さな圧電性を有しているため、使用中に圧
電体層と電極層との間に発生する機械的応力を緩衝す
る。従って、層間剥離の発生を抑制することができる。[0010] Further, since the migration-resistant layer has piezoelectricity smaller than that of the piezoelectric layer, it absorbs mechanical stress generated between the piezoelectric layer and the electrode layer during use. Therefore, occurrence of delamination can be suppressed.
【００１１】即ち、このような構造によれば、電極コス
トを増加させることなく、圧電素子の信頼性を向上させ
ることができる。That is, according to such a structure, the reliability of the piezoelectric element can be improved without increasing the electrode cost.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００１３】最初に、本実施の形態に係る圧電素子の基
本構造について説明する。First, the basic structure of the piezoelectric element according to the present embodiment will be described.
【００１４】本圧電素子は、図１に示すように、鉛系ペ
ロブスカイト構造を有する圧電セラミックス(例えば、
チタン酸鉛−ジルコン酸鉛(ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3)
等)で形成された圧電体層１０と、銀パラジウム(Ａｇ／
Ｐｄ)等で形成された内部電極層１１とが交互に何層に
も積み重ねられた積層構造を有している。但し、これら
圧電体層１０と内部電極層１１との間には、それぞれ、
圧電体層１０よりも小さな圧電性を有する耐マイグレー
ションセラミックス(鉛を含有しない圧電セラミックス)
で形成された耐マイグレーション層１２を介在させてあ
る。尚、ここでいう「圧電体層１０よりも小さな圧電性」
とは、圧電体層１０よりも印加電圧に対する歪が小さい
ことを意味している。As shown in FIG. 1, the present piezoelectric element is a piezoelectric ceramic having a lead-based perovskite structure (for example,
Lead titanate - lead zirconate (PbTiO 3 -PbZrO 3)
Etc.) and silver palladium (Ag /
The internal electrode layer 11 formed of Pd) or the like has a stacked structure in which the internal electrode layers 11 are alternately stacked in multiple layers. However, between the piezoelectric layer 10 and the internal electrode layer 11,
Migration-resistant ceramics having piezoelectricity smaller than that of the piezoelectric layer 10 (lead-free piezoelectric ceramics)
The anti-migration layer 12 formed by the above is interposed. In addition, “the piezoelectricity smaller than the piezoelectric layer 10” here
This means that the distortion with respect to the applied voltage is smaller than that of the piezoelectric layer 10.
【００１５】そして、従来技術の欄で説明した圧電素子
(図１０参照)と同様な接続構造によって、本圧電素子の
内部電極層１１も、交互に、左右の外部電極層に並列接
続されている。The piezoelectric element described in the section of the prior art
The internal electrode layers 11 of the present piezoelectric element are alternately connected in parallel to the left and right external electrode layers by a connection structure similar to that shown in FIG.
【００１６】このような構造によれば、正極側の内部電
極層１１から負極側の内部電極層への金属イオン(銀イ
オン)の移動が耐マイグレーション層１２によって阻止
されるため、白金等の高価な電極材料を使用しなくて
も、絶縁破壊の原因となるマイグレーションの発生を防
止することができる。また、この耐マイグレーション層
１２は、圧電体層１０よりも小さな圧電性を有してお
り、使用中に内部電極層１１と圧電体層１０との間に発
生する機械的応力の緩衝材としても機能するため、圧電
素子の信頼性低下の要因となる層間剥離等の発生を防止
することができる。即ち、本構造によれば、電極コスト
を増加させることなく、従来よりも、圧電素子の信頼性
を向上させることができる。According to such a structure, the movement of metal ions (silver ions) from the internal electrode layer 11 on the positive electrode side to the internal electrode layer on the negative electrode side is prevented by the migration-resistant layer 12, so that expensive materials such as platinum are used. Even without using a suitable electrode material, it is possible to prevent the occurrence of migration that causes dielectric breakdown. Further, the migration resistant layer 12 has a lower piezoelectricity than the piezoelectric layer 10 and also serves as a buffer for mechanical stress generated between the internal electrode layer 11 and the piezoelectric layer 10 during use. Since it functions, it is possible to prevent the occurrence of delamination or the like which causes a reduction in the reliability of the piezoelectric element. That is, according to this structure, the reliability of the piezoelectric element can be improved as compared with the related art without increasing the electrode cost.
【００１７】そして、本構造により信頼性の向上が達成
されることは、実験的にも立証されている。即ち、本圧
電素子と従来の圧電素子(図１０参照)とに対して、それ
ぞれ、１０００時間に渡る直流高電圧(約１５０ＶＤＣ)
の耐電圧試験を実行した結果、図２に示すように、従来
の圧電素子の圧電体層の絶縁抵抗値には、マイグレーシ
ョンの発生に起因すると見られる急激な低下が表れるの
に対して、本圧電素子の圧電体層の絶縁抵抗値には、こ
のような変化が表れないことが確認された。更に、耐圧
試験後の光学顕微鏡による観察の結果、本圧電素子は、
直流高電圧の連続印加に対しても、クラック、層間剥離
等を起こすことなく十分に耐え得ることが確認済され
た。It has been experimentally proved that the present structure achieves an improvement in reliability. That is, a DC high voltage (about 150 VDC) over 1000 hours is applied to the present piezoelectric element and the conventional piezoelectric element (see FIG. 10).
As a result of performing the withstand voltage test of FIG. 2, as shown in FIG. 2, the insulation resistance value of the piezoelectric layer of the conventional piezoelectric element shows a sharp decrease which is considered to be caused by the occurrence of migration. It was confirmed that such a change did not appear in the insulation resistance value of the piezoelectric layer of the piezoelectric element. Furthermore, as a result of observation with an optical microscope after the pressure resistance test, this piezoelectric element
It has been confirmed that it can sufficiently withstand continuous application of a DC high voltage without causing cracks, delamination, and the like.
【００１８】尚、本実施の形態では、圧電体層１０と正
負両極の内部電極層１１との間に、それぞれ、耐マイグ
レーション層１２を介在させているが、必ずしも、この
ようにする必要はない。例えば、図３に示すように、圧
電体層１２と少なくとも正負何れか一方の極の内部電極
層１１との間に耐マイグレーション層１２を介在させる
だけでも、ほぼ同様な効果を得ることができる。In the present embodiment, the anti-migration layers 12 are interposed between the piezoelectric layer 10 and the positive and negative internal electrode layers 11, respectively. However, this is not always necessary. . For example, as shown in FIG. 3, substantially the same effect can be obtained by merely interposing the migration-resistant layer 12 between the piezoelectric layer 12 and the internal electrode layer 11 of at least one of the positive and negative electrodes.
【００１９】また、本実施の形態では、圧電体層１０と
正負両極の内部電極層１１との間に、それぞれ、耐マイ
グレーション層１２を一層づつ介在させているが、材質
の異なる２層以上の耐マイグレーション層１２を介在さ
せても構わない。In this embodiment, the migration-resistant layer 12 is interposed between the piezoelectric layer 10 and the positive and negative internal electrode layers 11, respectively. The migration-resistant layer 12 may be interposed.
【００２０】また、より確実にマイグレーションの発生
防止を達成するためには、図４に示すように、圧電体層
１０の側面(例えば、四側面の内の二面以上)を耐マイグ
レーション層で被覆することによって、高温雰囲気や湿
性雰囲気から圧電体層１０を保護することを推奨する。
尚、この場合、耐マイグレーション層１２が設けられて
いない側面に外部電極層を形成することが望ましい。In order to more reliably prevent the occurrence of migration, as shown in FIG. 4, the side surfaces (for example, two or more of the four side surfaces) of the piezoelectric layer 10 are covered with a migration-resistant layer. By doing so, it is recommended to protect the piezoelectric layer 10 from a high-temperature atmosphere or a wet atmosphere.
In this case, it is desirable to form an external electrode layer on the side where the migration resistant layer 12 is not provided.
【００２１】また、図５に示すように、内部電極層１１
と圧電体層１０との間には耐マイグレーション層を介在
させず、圧電体層１０の側面(例えば、四側面の内の二
面以上)を耐マイグレーション層１２で被覆するだけで
も、高温雰囲気や湿性雰囲気から圧電体層１０が保護さ
れるため、マイグレーション発生防止には効果的であ
る。尚、この効果を立証するため、この圧電素子及び従
来の圧電素子(図１０参照)の各２０個に対して実行した
耐電圧試験(１５０ＶＤＣ)の結果を図６に示しておく。Further, as shown in FIG.
A migration-resistant layer is not interposed between the piezoelectric layer 10 and the side of the piezoelectric layer 10 (for example, two or more of the four sides) with only the migration-resistant layer 12. Since the piezoelectric layer 10 is protected from a humid atmosphere, it is effective in preventing the occurrence of migration. In order to prove this effect, FIG. 6 shows the results of a withstand voltage test (150 VDC) performed on each of the 20 piezoelectric elements and the conventional piezoelectric element (see FIG. 10).
【００２２】次に、内部電極層１１と圧電体層１０と耐
マイグレーション層１２との積層構造を有する圧電素子
(図１もしくは図３)の製造方法について説明する。但
し、ここでは、圧電体層を形成するための圧電材料とし
てチタン酸鉛−ジルコン酸鉛を使用し、耐マイグレーシ
ョン層を形成するための圧電材料として、チタン酸バリ
ウムを使用することとする。Next, a piezoelectric element having a laminated structure of the internal electrode layer 11, the piezoelectric layer 10, and the migration-resistant layer 12
The manufacturing method of FIG. 1 or FIG. 3 will be described. However, here, lead titanate-lead zirconate is used as the piezoelectric material for forming the piezoelectric layer, and barium titanate is used as the piezoelectric material for forming the migration resistant layer.
【００２３】チタン酸鉛−ジルコン酸鉛を主成分とする
セラミックス原料粉末と溶剤と適量の有機バインダー等
とをボールミルで十分混合して、適当な粘度のスラリー
を予め調整しておく。そして、ドクターブレード装置を
用いて、このスラリーをシート状に成形してグリーンシ
ートを作成し、図７(ａ)に示すように、このグリーンシ
ートから適当な大きさの矩形片(以下、圧電シートと呼
ぶ)を切り出しておく。或るいは、セラミックス原料粉
末からバルク体(焼結体や結晶)を作成し、図７(ｂ)に示
すように、このバルク体から適当な厚さの圧電シートを
切り出すようにしても構わない。A ceramic raw material powder containing lead titanate-lead zirconate as a main component, a solvent and an appropriate amount of an organic binder are sufficiently mixed by a ball mill to prepare a slurry having an appropriate viscosity in advance. Then, using a doctor blade device, the slurry was formed into a sheet shape to form a green sheet, and as shown in FIG. 7A, a rectangular piece of an appropriate size (hereinafter referred to as a piezoelectric sheet) was formed from the green sheet. Cut out). Alternatively, a bulk body (sintered body or crystal) may be prepared from the ceramic raw material powder, and a piezoelectric sheet having an appropriate thickness may be cut out from the bulk body as shown in FIG. 7B. .
【００２４】同様に、チタン酸バリウムを主成分とする
セラミックス原料粉末からもグリーンシート若しくはバ
ルク体を作成し、このグリーンシート若しくはバルク体
から矩形片(以下、耐マイグレーション圧電シートと呼
ぶ)を切り出しておく。Similarly, a green sheet or a bulk body is formed from a ceramic raw material powder containing barium titanate as a main component, and a rectangular piece (hereinafter referred to as a migration-resistant piezoelectric sheet) is cut out from the green sheet or the bulk body. deep.
【００２５】その後、各耐マイグレーション圧電シート
の表面もしくは各圧電シートの表面に、銀パラジウム粉
末を含むペースト(以下、銀パラジウムペーストと呼ぶ)
をスクリーン印刷する。或るいは、スパッタリング等に
よって、各耐マイグレーション圧電シートの表面もしく
は各圧電シートの表面に銀パラジウム薄膜を成膜する
か、各耐マイグレーション圧電シートの表面もしくは各
圧電シートの表面に薄板状や薄網状の銀パラジウム材を
接着剤で接着するようにしても構わない。Thereafter, a paste containing silver palladium powder (hereinafter referred to as a silver palladium paste) is provided on the surface of each migration-resistant piezoelectric sheet or the surface of each piezoelectric sheet.
Screen printing. Alternatively, a silver-palladium thin film is formed on the surface of each migration-resistant piezoelectric sheet or the surface of each piezoelectric sheet by sputtering or the like, or a thin plate or a thin net is formed on the surface of each migration-resistant piezoelectric sheet or the surface of each piezoelectric sheet. Silver palladium material may be adhered with an adhesive.
【００２６】その後、圧電シートと耐マイグレーション
圧電シートとを交互に所定枚数だけ積み重ねることによ
って、積層体を形成する。但し、各圧電シートの両面等
に銀パラジウム材を接着した場合には、このときにも接
着剤が必要となる。Thereafter, a predetermined number of the piezoelectric sheets and the migration-resistant piezoelectric sheets are alternately stacked to form a laminate. However, when a silver palladium material is adhered to both sides of each piezoelectric sheet, an adhesive is required also at this time.
【００２７】その後、この積層体を一体焼結する。これ
により、積層構造を有する焼結体が形成される。Thereafter, the laminate is integrally sintered. Thereby, a sintered body having a laminated structure is formed.
【００２８】その後、この焼結体の圧電体層１０の側面
に、左右交互に、軟化点５００℃〜７００℃程度のガラ
ス粉末を含むペーストをスクリーン印刷した後、これを
適当な温度で焼成することによって絶縁膜を形成する。
或るいは、この焼結体の圧電体層１０の側面に、左右交
互に、軟化点５００℃〜７００℃程度のガラス粉末を付
着させた後、これを適当な温度で焼成するようにしても
構わない。Thereafter, a paste containing glass powder having a softening point of about 500 ° C. to 700 ° C. is screen-printed alternately on the side surface of the piezoelectric layer 10 of the sintered body, and then fired at an appropriate temperature. Thus, an insulating film is formed.
Alternatively, a glass powder having a softening point of about 500 ° C. to 700 ° C. may be alternately left and right attached to the side surface of the piezoelectric layer 10 of the sintered body, and then fired at an appropriate temperature. I do not care.
【００２９】その後、この焼結体の左右の側面に外部電
極層を形成する。これにより、内部電極層１１が一層お
きに左右の外部電極層に並列接続され、図１に示した圧
電素子が完成する。Thereafter, external electrode layers are formed on the left and right side surfaces of the sintered body. Thus, the internal electrode layers 11 are connected alternately to the left and right external electrode layers in parallel, and the piezoelectric element shown in FIG. 1 is completed.
【００３０】尚、以上の製造方法は、あくまで一例であ
り、ここで利用している方法を他の方法によって代替す
ることは一向に差しつかえない。例えば、耐マイグレー
ション材シートを用いる代わりに、圧電シートの片面若
しくは両面に、チタン酸バリウム粉末を含むペーストを
スクリーン印刷するか、ゾルゲル法、スパッタリング法
等によってチタン酸バリウム粒子を成膜するようにして
もよい。或るいは、チタン酸バリウム粉末を分散させた
溶液またはスラリー中に圧電体シートを浸漬させてか
ら、それを乾燥または熱処理するようにしてもよい。図
４、図５に示したように圧電体層１０の側面を耐マイグ
レーション層１２で被覆する場合には、耐マイグレーシ
ョン材シートを用いるよりも、むしろ、これら代替方法
の何れかを用いた方が、接着剤が不要となるという点で
有利である。The above manufacturing method is merely an example, and it is inevitable that the method used here is replaced with another method. For example, instead of using a migration-resistant material sheet, one side or both sides of a piezoelectric sheet may be screen-printed with a paste containing barium titanate powder, or a sol-gel method, a method of forming barium titanate particles by a sputtering method or the like. Is also good. Alternatively, the piezoelectric sheet may be immersed in a solution or slurry in which barium titanate powder is dispersed, and then dried or heat-treated. When the side surface of the piezoelectric layer 10 is covered with the migration-resistant layer 12 as shown in FIGS. 4 and 5, it is better to use any of these alternative methods rather than using a migration-resistant material sheet. This is advantageous in that no adhesive is required.
【００３１】ところで、圧電素子の信頼性をより一層高
めるためには、圧電体層を形成するための圧電材料とし
て、ＡＢＯ3ペロブスカイト型の結晶構造を有する圧電
材料、例えば、チタン酸鉛−ジルコン酸鉛等を使用し、
耐マイグレーション層を形成するための圧電材料とし
て、ＡＢＯ3のＡ元素と置換しやすいアルカリ土類(金属
周期表第II族に属する金属元素)を含む圧電材料、特
に、酸化バリウム(ＢａＯ)、酸化カルシウム(ＣａＯ)、
酸化ストロンチウム(ＳｒＯ)等、圧電体層１０の特性を
悪化させにくい酸化物を使用することを推奨する。Incidentally, in order to further improve the reliability of the piezoelectric element, a piezoelectric material having an ABO 3 perovskite type crystal structure, for example, lead titanate-zirconate, is used as a piezoelectric material for forming the piezoelectric layer. Using lead etc.
As a piezoelectric material for forming the migration-resistant layer, a piezoelectric material containing an alkaline earth (a metal element belonging to Group II of the periodic table) which is easily replaced with the A element of ABO 3 , particularly, barium oxide (BaO), oxidized Calcium (CaO),
It is recommended to use an oxide such as strontium oxide (SrO) that does not easily deteriorate the characteristics of the piezoelectric layer 10.
【００３２】これらの圧電材料を焼結前の段階で積層化
すれば、その後の一体焼結の際に、ＡＢＯ3のＡ元素が
アルカリ土類金属と置換するため、図８に示すように、
圧電体層１０と耐マイグレーション層１２との間に、圧
電体層１０側から耐マイグレーション層１２側にかけて
アルカリ土類金属の濃度が徐々に変化する拡散層１３が
形成される。尚、圧電シートの表面にアルカリ土金属層
を形成した後、これらの圧電シートを焼成してから銀パ
ラジウム材と積層化しても、圧電体層１０と耐マイグレ
ーション層１２との間には、同様な拡散層が形成され
る。If these piezoelectric materials are laminated at a stage before sintering, the element A of ABO 3 is replaced with an alkaline earth metal during the subsequent integral sintering, as shown in FIG.
Between the piezoelectric layer 10 and the migration-resistant layer 12, a diffusion layer 13 in which the concentration of the alkaline earth metal gradually changes from the piezoelectric layer 10 to the migration-resistant layer 12 is formed. Note that, even after the alkaline earth metal layer is formed on the surface of the piezoelectric sheet, these piezoelectric sheets are fired and then laminated with a silver palladium material, the same applies between the piezoelectric layer 10 and the migration-resistant layer 12. Thus, a diffusion layer is formed.
【００３３】但し、実際には、図９に示したように、圧
電体層１０と拡散層１３との間、及び、拡散層１３と耐
マイグレーション層１２との間に明確な境界があるわけ
ではない。従って、例えば酸化バリウムを使用した場
合、圧電体層１０と内部電極層１２との間の組成成分
は、圧電体層１０側から内部電極層１２側に向かって、
ＰＺＴ⇒(Ｂａ、Ｐｂ)ＺＴ⇒(Ｂａ)ＺＴ⇒ＢａＯという
ように徐々に変化する。However, in practice, as shown in FIG. 9, there is no clear boundary between the piezoelectric layer 10 and the diffusion layer 13 and between the diffusion layer 13 and the migration-resistant layer 12. Absent. Therefore, for example, when barium oxide is used, the composition component between the piezoelectric layer 10 and the internal electrode layer 12 increases from the piezoelectric layer 10 side toward the internal electrode layer 12 side.
PZT⇒ (Ba, Pb) ZT⇒ (Ba) ZT⇒BaO gradually changes.
【００３４】このように徐々に組成成分が変化する層
は、その圧電率も徐々に変化するものであるため、使用
時に発生する機械的応力の緩衝性に優れている。従っ
て、層間剥離の発生率を更に抑制することが可能とな
る。As described above, the layer whose composition changes gradually also has a gradually changing piezoelectric modulus, and therefore, is excellent in buffering mechanical stress generated during use. Therefore, the occurrence rate of delamination can be further suppressed.
【００３５】尚、このような拡散層の存在が有益である
ことは、図３、図５に示した圧電素子についても同様で
あることは言うまでもない。It is needless to say that the existence of such a diffusion layer is beneficial for the piezoelectric elements shown in FIGS. 3 and 5.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明に係る構造によれば、電極コスト
を増加させることなく、圧電素子の信頼性を向上させる
ことができる。According to the structure of the present invention, the reliability of the piezoelectric element can be improved without increasing the cost of the electrodes.
【図１】本発明の実施の一形態に係る圧電素子の外観図
である。FIG. 1 is an external view of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の一形態に係る圧電素子と従来の
圧電素子とに対する耐電圧試験結果を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a withstand voltage test result for a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention and a conventional piezoelectric element.
【図３】本発明の実施の一形態に係る圧電素子の外観図
である。FIG. 3 is an external view of a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の一形態に係る圧電素子の外観図
である。FIG. 4 is an external view of a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の一形態に係る圧電素子の外観図
である。FIG. 5 is an external view of a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施の一形態に係る圧電素子と従来の
圧電素子とに対する耐電圧試験結果を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of a withstand voltage test for a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention and a conventional piezoelectric element.
【図７】本発明の実施の一形態に係る圧電素子の製造方
法を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施の一形態に係る圧電素子の外観図
である。FIG. 8 is an external view of a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
【図９】周期表第II族に属する金属元素の濃度勾配図で
ある。FIG. 9 is a concentration gradient diagram of a metal element belonging to Group II of the periodic table.
【図１０】(ａ)は、従来の圧電素子の外観図であり、
(ｂ)は、そのＡ−Ａ断面図である。FIG. 10A is an external view of a conventional piezoelectric element,
(b) is the AA sectional view.
１０…圧電体層 １１…内部電極層 １２…耐マイグレーション層 １３…拡散層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Piezoelectric layer 11 ... Internal electrode layer 12 ... Migration resistant layer 13 ... Diffusion layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 綿引 誠次 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 林原 光男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮田 素之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石田 富雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Seiji Watabiki 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Mitsuo Hayashibara 7-chome, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1-1 Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Motoyuki Miyata 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tomio Ishida Hitachi, Ibaraki Prefecture 7-1-1, Omika-cho, Yokohama-shi Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory
Claims (5)
する圧電素子であって、 前記２つの電極層の内の少なくとも一方の電極層と前記
圧電体層との間に耐マイグレーション層が介在し、 当該耐マイグレーション層は、前記圧電体層よりも小さ
な圧電性を有することを特徴とする圧電素子。1. A piezoelectric element having a piezoelectric layer between a positive electrode layer and a negative electrode layer, wherein a piezoelectric element is provided between at least one of the two electrode layers and the piezoelectric layer. A piezoelectric element, wherein a migration layer is interposed, and the migration-resistant layer has lower piezoelectricity than the piezoelectric layer.
イグレーション層を有し、 当該耐マイグレーション層は、前記圧電体層よりも小さ
な圧電性を有することを特徴とする圧電素子。2. The piezoelectric element according to claim 1, further comprising: a migration-resistant layer covering a part or all of an outer peripheral surface of the piezoelectric layer, wherein the migration-resistant layer is larger than the piezoelectric layer. A piezoelectric element having small piezoelectricity.
する圧電素子であって、 前記圧電体層の外縁面の一部または全部を被覆した耐マ
イグレーション層を有し、 当該耐マイグレーション層は、前記圧電体層よりも小さ
な圧電性を有することを特徴とする圧電素子。3. A piezoelectric element having a piezoelectric layer between a positive electrode layer and a negative electrode layer, the piezoelectric element having a migration-resistant layer covering a part or all of an outer peripheral surface of the piezoelectric layer. The piezoelectric element, wherein the migration-resistant layer has lower piezoelectricity than the piezoelectric layer.
の圧電素子であって、 前記耐マイグレーション層は、周期表第II族に属する金
属元素の内の少なくとも１種類の金属元素を含有するこ
とを特徴とする圧電素子。4. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the anti-migration layer is formed of at least one metal selected from the group consisting of metal elements belonging to Group II of the periodic table. A piezoelectric element comprising an element.
記金属元素の濃度勾配を有する拡散層が介在することを
特徴とする圧電素子。5. The piezoelectric element according to claim 4, wherein a diffusion layer having a concentration gradient of the metal element is interposed between the piezoelectric layer and the migration-resistant layer. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9355487A JPH11186625A (en) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Piezoelectric element |
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|---|---|---|---|
| JP9355487A JPH11186625A (en) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Piezoelectric element |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11186625A true JPH11186625A (en) | 1999-07-09 |
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ID=18444236
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9355487A Pending JPH11186625A (en) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Piezoelectric element |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH11186625A (en) |
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