叠层型压电元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种在高电压、高压力下可增大压电执行机构的位移量，并且，即使在高电压、高压力下长期连续驱动时也不会使位移量变化的耐久性优越的叠层型压电元件及其制造方法，为此，其具有：交替叠层至少１个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成的叠层体、形成在所述叠层体的第一侧面并与所述第一内部电极连接的第一外部电极、形成在所述叠层体的第二侧面并与所述第二内部电极连接的第二外部电极，并且，所述压电体和所述内部电极之间的接合强度比所述压电体的弯曲强度弱。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及叠层型压电元件(以下也简称为“元件”)及其制造方法，例如，涉及搭载在汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨等液体喷射装置、光学装置等的精密定位装置或振动防止装置等中的驱动元件，搭载在燃烧压力传感器、测震传感器、加速度传感器、负荷传感器、超音波传感器、压敏传感器、偏航速率传感器等中的传感器元件，以及搭载在压电陀螺、压电开关、压电变压器、压电断路器等中的电路元件上使用的叠层型压电元件。
技术介绍
以往，作为叠层型压电元件，公知有交替叠层压电体和内部电极的叠层型压电执行机构。叠层型压电执行机构分类为同时烧成类型、和交替叠层由1个压电体构成的压电瓷器与板状体的内部电极的层叠类型两种，但出于有利于低压电化、降低制造成本方面、薄层化、以及有利于耐久性的考虑，同时烧成类型的叠层型压电执行机构表现出优异性。图24A、图24B是表示专利文献1中公开的以往的叠层型压电元件的图。该叠层型压电元件由叠层体103和形成在其对置的一对侧面上的外部电极105构成。叠层体103交替叠层有压电体101和内部电极102，不过，内部电极102并不是形成在压电体101的整个主面上，而成为所谓的局部电极结构。该局部电极结构的叠层体左右相异地叠层，使内部电极102每隔一层向侧面露出。这样，以往的同时烧成类型的叠层型压电元件具有局部电极结构的内部电极图形，使极性不同的内部电极和外部电极不相接触。另外，在叠层体侧面也有时将内部电极每隔1个由绝缘体覆盖而与外部电极相绝缘。这样，无论哪种类型，都在叠层体侧面每隔一层露出内部电极，并在叠层体103的相对置的一对侧面与每隔一层露出的内部电极相连接地形成外部电极105。此外，在叠层体103的叠层方向上两端面叠层有惰性层104。另外，以往的叠层型压电元件如下制作，即，通过在包含压电体材料的陶瓷生片上印刷内部电极膏，再叠层多个这样印刷了内部电极膏的陶瓷生片进行烧成而制作叠层体103，然后，在叠层体103的一对侧面上形成外部电极105(例如，参照专利文献1)。此外，在陶瓷生片上按图24B所示那样的规定图形印刷内部电极膏。这样同时烧成类型的叠层型压电元件，为了使内部电极102和压电体101密接，而谋求使内部电极102的烧结温度和压电体101的烧结温度相一致，为此研究内部电极102、压电体101的材料组成，使之满足其要求。通常作为内部电极102采用银和钯的合金，但为了同时烧成压电体101和内部电极102，其组成比通常设定为银70重量％、钯30重量％(例如，参照专利文献2)。另外，由包含银—钯合金(含钯)的金属组成构成的内部电极102可抑制所谓的银迁移现象(银沿元件表面传播移动的现象)。即，在只有银的组成中会产生赋予对置的内部电极102之间电位差的情况、和电极中的银从其正极向负极沿元件表面传播移动的银迁移现象。在高温、高湿的环境中该现象明显发生。另外，在叠层陶瓷电容器领域，关于内部电极，在专利文献3中提出一种在内部电极端部设置空隙的方案，其目的在于提供一种可缓和在电介体层和内部电极层界面感应产生的应力、耐基板弯曲性等方面的可靠性优越、具有电气特性的稳定性和高性能品质的叠层陶瓷电容器。但是，叠层型压电元件与通常的叠层型电子构件(例如，叠层型陶瓷电容器)不同，在通电的情况下外加电场时，压电体瓷器会产生较大的变形(位移)。另外，驱动次数与压电体瓷器的变形次数相同。出于该点考虑，在频繁地伴随着位移的叠层型压电元件中，基于维持内部电极的耐久性的目的，将内部电极形成为致密结构。在如上述那样构成的叠层型压电元件中，由软钎料将导线固定在外部电极105上，通过在外部电极105之间外加规定电压进行驱动，而能够使用为压电执行机构。专利文献1日本特开昭61-133715号公报专利文献2日本实开平1-130568号公报专利文献3日本特开2002-231558号公报但是，近年来，对于小型的压电执行机构用的叠层型压电元件，谋求在较大压力下产生较大的位移量，而以往的叠层型压电元件，成为压电体101被内部电极102夹紧的状态，存在不能增大压电体101的位移量的问题。另外，在致密的内部电极也产生难以有效地获得近年所谋求那样的较大的位移量。并且，在长时间驱动叠层型压电元件时，元件温度上升，若该元件温度超过散热量则会产生热失控现象导致破坏，存在位移量急剧劣化的问题。进而，在将以往的叠层型压电元件利用于燃料喷射装置等的驱动元件而用作为执行机构的情况下，期望的位移量逐渐变化，会产生装置误动作的问题。因此，谋求抑制长期连续运转的位移量的变化和提高耐久性。另外，在使叠层型压电元件在高电场、高压力下长期连续驱动的情况下，基于局部电极结构，位移在特定部分变大，该部分成为起点会产生叠层部分剥离破坏这样的问题。另外，由这样特定部位的位移产生共振现象，会存在产生蜂鸣音、或者产生驱动频率整数倍的高次谐波信号的问题。该蜂鸣音或高次谐波信号成为噪音成分，在用作执行机构时，存在成为误动作的原因的问题。另外，在局部电极结构中，由于只夹在不同极性的内部电极间的压电体表现出位移、不夹在内部电极间的压电体没有表现出位移，所以在高电场、高压力下长期连续驱动时，应力集中在上述内部电极和上述绝缘区域的边界。基于该应力会在绝缘区域即压电体产生裂缝，裂缝传播，存在极性不同的内部电极和外部电极之间短路导致叠层型压电体元件破坏的问题。在产生上述那样的裂缝时，会导致压电体位移功能降低，因此，叠层型压电元件的驱动位移量变化，可靠性和耐久性劣化。
技术实现思路
为此，本专利技术的目的在于提供一种在高电压、高压力下可增大压电执行机构的位移量，并且，即使在高电压、高压力下长期连续驱动时位移量也不会变化的耐久性优越的。本专利技术的第1叠层型压电元件是基于以下发现而达成的，即，通过将压电体和内部电极之间的接合强度，在与压电体的弯曲强度的关系上设定在适当的范围，而即使在压电体被内部电极夹紧的状态下，也可减小夹紧力。即，本专利技术的第1叠层型压电元件的特征在于，具有叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，上述压电体和上述内部电极之间的接合强度比上述压电体的弯曲强度弱。另外，本专利技术的第2及第3叠层型压电元件是基于以下发现而达成的，即，与之前的想法不同，通过大胆地在内部电极设置空隙，而使位移量显著提高，同时还提高了耐久性。即，本专利技术的第2叠层型压电元件的特征在于，具有叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，上述内部电极含有空隙，上述空隙在上述内部电极剖面中所占的面积比例为5～70％。另外，本专利技术的第3叠层型压电元件的特征在于，具有叠层体，其交替叠层至少1个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在上述叠层体的第一侧面，并与上述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在上述叠层体的第二侧面，并与上述第二内部电极连接，并且，还设有沿上述叠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层型压电元件，其特征在于：具有：叠层体，其交替叠层至少１个压电体与由第一及第二内部电极构成的多个内部电极而成；第一外部电极，其形成在所述叠层体的第一侧面，并与所述第一内部电极连接；第二外部电极，其形成在 所述叠层体的第二侧面，并与所述第二内部电极连接，并且，所述压电体和所述内部电极之间的接合强度比所述压电体的弯曲强度弱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤光央，寺园正喜，冈村健，坂上胜伺，
申请(专利权)人：京瓷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]