叠层式压电元件制造技术

本发明专利技术提供能够得到大的发生位移量、并且从环保方面考虑也很优良的叠层式压电元件。其为复数个压电层（１）和复数个内部电极（２）交替叠层的叠层式压电元件，压电层（１）含有包含碱金属元素和铌（Ｎｂ）或铋（Ｂｉ）的氧化物，内部电极（２）由贱金属构成。内部电极（２）优选由铜（Ｃｕ）或铜（Ｃｕ）合金构成。氧化物为包含碱金属元素和铌（Ｎｂ）的氧化物，作为碱金属元素优选含有钠（Ｎａ）、钾（Ｋ）和锂（Ｌｉ）。或者，氧化物为包含碱金属元素和铋（Ｂｉ）的氧化物，作为碱金属元素优选含有钠（Ｎａ）或钾（Ｋ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能够作为如喷墨打印机、燃料喷射用作动器、压电变压器这样的作动器和变压器使用的叠层式压电元件。
技术介绍
作为压电元件的一种，压电作动器是把施加电场时发生机械性应变和应力的压电现象作为驱动源来利用的器件。该作动器具有能够高精度地获得微量位移，并且发生应力大等特点，例如被用于精密机床和光学装置的定位。用于作动器的压电陶瓷以往多采用具有优良压电性能的钛锆酸铅(PZT)。但由于钛锆酸铅含有很多铅，最近由酸雨引起的铅溶出等对地球环境造成不良影响。因此希望开发出取代钛锆酸铅的不含铅的压电陶瓷。不含铅的压电陶瓷，例如已知含有钛酸钡(BaTiO3)作为主成分的压电陶瓷(例如参见专利文献1等)。该压电陶瓷的介电常数εr和机电耦合系数kr非常好，有望作为作动器用的压电材料。但是，这种不含铅的压电陶瓷与铅系压电陶瓷相比，存在压电性能低、不能得到足够大的发生位移量的问题。并且，以钛酸钡为主成分的压电陶瓷由于钛酸钡的居里温度比较低约为120℃，因此也存在使用温度范围限定在100℃以下的问题。另外，作为不含铅的其它压电陶瓷，已知含有铌酸钠钾锂作为主成分的压电陶瓷(例如参见专利文献2、3等)。由于该压电陶瓷的居里温度高达350℃以上，机电耦合系数kr也很好，因此被期待作为铅系压电材料的替代材料。此外，最近还报道了铌酸钠钾与钨青铜型氧化物复合的压电陶瓷(参见专利文献4等)、以及在其中再复合钛酸钡等的压电陶瓷(参见专利文献5等)。此外，作为不含铅的压电陶瓷，还已知含有含Bi的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷。例如专利文献6记载了以[Bi0.5(Na1-xKx)0.5]TiO3表示的压电体陶瓷组合物。特开平2-159079号公报[专利文献2]特开昭49-125900号公报 特公昭57-6713号公报[专利文献4]特开平9-165262号公报[专利文献5]特开2002-23411号公报[专利文献6]特开平11-171643号公报
技术实现思路
专利技术更解决的问题在夹着内部电极叠层由压电陶瓷组合物形成的压电层时，具有能够得到大的位移量、并且能利用叠层数任意调整位移量等优点。叠层式压电元件的内部电极，一般采用钯(Pd)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)等贵金属元素，其中银/钯(Ag/Pd)既是贵金属元素又是较便宜的材料，因而受到关注。但是，专利文献2～5记载的那种由含铌(Nb)非铅系压电陶瓷构成的压电层，在和由银/钯(Ag/Pd)合金制成的内部电极交替叠层制作叠层式压电元件时，压电层中的铌(Nb)与内部电极中的银(Ag)发生反应，存在使压电性能降低的问题。并且，对于叠层式压电元件，专利文献6中记载的那种由含铋(Bi)非铅系压电陶瓷构成的压电层，在和由银/钯(Ag/Pd)合金制成的内部电极相组合时，压电层中的铋(Bi)与内部电极中的钯(Pd)发生反应，存在使压电性能降低的问题。本专利技术是鉴于上述问题的专利技术，其目的在于提供能够得到大的发生位移量、并在环境保护方面也很优秀的叠层式压电元件。解决问题的手段为实现上述目的，与本专利技术有关的叠层式压电元件的特征在于，是由复数个压电层与复数个内部电极交替叠层的叠层式压电元件，上述压电层含有包含碱金属元素和铌(Nb)或铋(Bi)的氧化物，所述内部电极由贱金属构成。在上述叠层式压电元件中，压电层采用含碱金属和铌(Nb)或铋(Bi)的氧化物，并且内部电极采用很难与铌(Nb)和铋(Bi)发生反应的贱金属元素，因而压电性能不会降低，能得到大的位移量。上述内部电极优选由铜(Cu)或铜(Cu)合金构成。在同时烧成压电层和内部电极时，为了抑制内部电极中所含的贱金属发生氧化，有必要控制烧成气氛。铜(Cu)或铜(Cu)合金与例如镍(Ni)等其它贱金属相比，容易实现控制烧成气氛。当上述氧化物为含碱金属元素和铌(Nb)的氧化物时，优选上述氧化物中的铌(Nb)的15摩尔％以下被钽(Ta)置换。这样一来，能够得到更好的压电性能、能够使发生位移量更大。此外，上述氧化物为含有碱金属元素和铌(Nb)的氧化物时，优选上述压电层含有包含碱土金属元素和铌(Nb)的钨青铜型氧化物，上述压电层中前述钨青铜型氧化物的含量为1摩尔％以下。这样一来，能够得到更好的压电性能、能够使发生位移量更大。此外，上述氧化物含铌(Nb)时，优选上述压电层含有包含碱土金属元素和选自钛(Ti)、锆(Zr)中的1种以上的钙钛矿型氧化物，上述压电层中，包含碱土金属元素和选自钛(Ti)、锆(Zr)中的1种以上的钙钛矿型氧化物的含量为15摩尔％以下。压电层含有上述钨青铜型氧化物，此外还含有包含碱土金属元素和选自钛(Ti)、锆(Zr)中的1种以上的钙钛矿型氧化物，因此压电性能进一步提高，能够获得更大的发生位移量。当上述氧化物为含有碱金属元素和铋(Bi)的氧化物时，优选上述压电层含有包含碱土金属元素和选自钛(Ti)、锆(Zr)中的1种以上的钙钛矿型氧化物，上述压电层中，包含上述碱土金属元素和选自钛(Ti)、锆(Zr)中的1种以上的钙钛矿型氧化物的含量为15摩尔％以下。这样一来，能够得到更好的压电性能、能够使发生位移量更大。专利技术的效果如果利用本专利技术，不仅价格便宜，而且不会因压电层中的铌(Nb)或铋(Bi)与内部电极发生反应而引起压电性能降低，能够实现位移量大的叠层式压电元件。此外，如果利用本专利技术，由于能够从压电层排除铅，因此能够实现从低公害、耐环境性以及生态学方面考虑也很优良的叠层式压电元件。附图说明图1是本专利技术一个实施方式的叠层式压电元件的截面示意图。图中，1是压电层；2是内部电极；3是端子电极。具体实施例方式下面详细说明本专利技术的实施方式。与本专利技术的一个实施方式有关的叠层式压电元件例如图1中所示，是复数个压电体层1和复数个内部电极2交替叠层构成。内部电极2例如交替地在反方向上延长，在该延长方向上设置一对与内部电极2电连接的端子电极(外部电极)3。在与本实施方式有关的叠层式压电元件中，内部电极由贱金属构成。当压电层含有包含碱金属和铌(Nb)或铋(Bi)的氧化物时，如果采用一般的银/钯(Ag/Pd)合金作为叠层式压电元件的内部电极材料，则压电层中的材料与银/钯(Ag/Pd)合金发生反应，导致叠层式压电元件的压电性能下降。对此，采用贱金属构成内部电极，则能够使压电性能不下降，并能在压电层中使用含有碱金属元素和铌(Nb)的氧化物、或含有碱金属元素和铋(Bi)的氧化物。因此能够实现价格便宜、位移量大的叠层式压电元件。构成内部电极的贱金属采用如铜(Cu)、铜(Cu)合金、镍(Ni)、镍(Ni)合金等。其中，内部电极优选由铜(Cu)或铜(Cu)合金构成。内部电极的厚度优选例如0.5～5μm左右。这是因为，如果比0.5μm薄，内部电极中断，不能得到充分的压电性能(位移)，如果比5μm厚，叠层数增加时叠层体的变形增大，成为烧成后裂纹等缺陷的原因。本实施方式的叠层式压电元件的压电层含有包含碱金属和铌(Nb)或铋(Bi)的氧化物。即，压电层含有包含碱金属元素和铌(Nb)的氧化物、包含碱金属元素和铋(Bi)的氧化物中的至少一者。压电层含有包含碱金属元素和铌(Nb)的氧化物、和含有包含碱金属元素和铋(Bi)的氧化物时，其最适合的构成是不同的。所以，下面将压电层含有包含碱金属元素和铌(Nb)的氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
叠层式压电元件，其特征在于：是复数个压电层与复数个内部电极交替叠层的叠层式压电元件，上述压电层含有包含碱金属元素和铌（Ｎｂ）或铋（Ｂｉ）的氧化物，上述内部电极由贱金属构成。

【技术特征摘要】
JP 2006-3-20 2006-0777471.叠层式压电元件，其特征在于是复数个压电层与复数个内部电极交替叠层的叠层式压电元件，上述压电层含有包含碱金属元素和铌(Nb)或铋(Bi)的氧化物，上述内部电极由贱金属构成。2.如权利要求1所述的叠层式压电元件，其特征在于，上述内部电极由铜(Cu)或铜(Cu)合金构成。3.如权利要求1或2所述的叠层式压电元件，其特征在于，上述氧化物为包含碱金属元素和铌(Nb)的氧化物，作为上述碱金属元素含有钠(Na)、钾(K)和锂(Li)。4.如权利要求3所述的叠层式压电元件，其特征在于，上述氧化物中铌(Nb)的15摩尔％以下被钽(Ta)置换。5.如权利要求3或4所述的叠层式压电元件，其特征在于，包含上述碱金属元素和铌(Nb)的氧化物为钙钛矿型氧化物。6.如权利要求3～5中任一项所述的叠层式压电元件，其特征在于，上述压电层含有包含碱土金属元素和铌(Nb)的钨青铜型氧化物，上述压电层中上述钨青铜型氧化物的含量为1摩尔％以下。7.如权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：古川正仁，坂本典正，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]