[发明专利]层叠型压电元件

说明书

技术领域

本发明涉及使用于燃料喷射型装置等中的层叠型压电元件。

背景技术

层叠型压电元件一般具备：互相交替地层叠压电体和内部电极而得的层叠体；以及设置在该层叠体的侧面上，并与内部电极相连接的外部电极。在对外部电极施加电压时，压电体中异极的内部电极彼此相互重叠的部分(活性区域)发生变形。在如此的元件驱动时候，在压电体中的活性区域和非活性区域的边界上将发生应力集中，容易产生在层叠体的层叠方向上延伸的裂缝等。为此，近年来，提出了很多在层叠体的非活性区域中设置应力缓和层的层叠型压电元件的方案。例如在日本特开平5-243635号公报中记载了通过印刷氧化铝浆料而形成作为应力缓和层的金属氧化物层的方法。

发明内容

在上述现有技术的层叠型压电元件中，由于在层叠体的非活性区域形成了金属氧化物层(氧化铝层)，驱动时就难以形成在层叠体的层叠方向上延伸的裂缝等。但是，得不到相对于驱动时所施加的电场的充分的位移量，产生压电特性降低的新的问题。

本发明的目的在于提供一种层叠型压电元件，其不仅能确保所期望的压电特性，并且能够防止在层叠体的层叠方向上延伸的裂缝等的发生。

本发明者们对形成应力缓和用的金属氧化物层的材料反复作了悉心的探讨研究。其结果发现，例如在由以PZT(钛锆酸铅)为主要成分的压电陶瓷材料形成压电体的情况下，如果将如同Al₂O₃等在不固溶于PZT并在晶界上析出的材料使用于应力缓和用的金属氧化物层，则相对于在驱动时所施加的电场，元件将不会充分地位移。其原因被认为是：由于Al₂O₃等变成晶界成分，从而妨碍了PZT的粒子成长，在压电体中每单位厚度的晶界的数目增多，其结果，在元件上施加驱动电场时在晶界上发生了热损失。本发明是基于如此的见解所完成的。

本发明涉及一种层叠型压电元件，其具备将多个的压电体和多个的内部电极互相交替地层叠并烧结而成的层叠体，多个内部电极包含第1电极以及第2电极，层叠体具有活性部分和非活性部分，该活性部分由第1电极和第2电极在层叠体在层叠方向上以互相重叠的形式所构成，该非活性部分设置在活性部分的两侧，并由第1电极和第2电极以在层叠体的层叠方向上不互相重叠的形式所构成。在非活性部分中设置有金属氧化物层，该金属氧化层由熔点比压电体的烧结温度还要高并且固溶于压电体的材料所形成。

在本发明的层叠型压电元件中，金属氧化物层被设置于层叠体的非活性部分中。该金属氧化物层是由熔点比压电体的烧结温度还要高的材料所形成。为此，在元件的制造工序中在实施层叠体的烧成时，金属氧化物层与压电体相比没有被充分烧结，所以成为与压电体的接合强度低的层。因此，在第1电极和第2电极之间施加电压时，两者之间产生电场，在层叠体的活性部分中的压电体在层叠体的层叠方向上发生位移，应力集中在层叠体的非活性部分中，但由于上述的金属氧化物层，非活性部分所承受的应力得到有效的缓和。由此，能够防止在层叠体的层叠方向上延伸的裂缝等的发生。

另外，金属氧化物层由固溶于压电体的材料形成。为此，在进行层叠体的烧成时，金属氧化物层的成分难以在压电体的晶界上析出，从而抑制了在压电体中每单位厚度的晶界数目的增大。因此，认为在将电场施加于第1电极和第2电极之间时遏制了在晶界上所产生的热损失。因此，在本发明的层叠型压电元件中，相对于驱动时所施加的电场可以得到充分的位移量，能够确保所期望的压电特性。另外，由于在压电体中的每单位厚度的晶界的数目变少，因此就更加难以生成在层叠体的层叠方向上延伸的裂缝等。

优选压电体由以钛锆酸铅为主要成分的压电材料形成，优选金属氧化物层由含有选自ZrO₂、MgO、Nb₂O₅、Ta₂O₅、CeO₂和Y₂O₃的至少一种的材料来形成。作为压电体的材料钛锆酸铅是适合的。另外，ZrO₂、MgO、Nb₂O₅、Ta₂O₅、CeO₂和Y₂O₃是熔点比钛锆酸铅的烧结温度还要高并且是能够固溶于钛锆酸铅的材料。因此，通过将这样的材料使用于金属氧化物层，可以确实地形成作为应力缓和用恰当的金属氧化物层。