[发明专利]层叠型压电元件及使用该层叠型压电元件的喷射装置

说明书

技术领域

本发明涉及层叠型压电元件(以下有时仅称作“元件”)以及喷射装 置，尤其涉及适用于在高电压/高压力下长时间连续驱动的层叠型压电元件 以及喷射装置。

背景技术

一直以来，作为采用层叠型压电元件的装置，有交替层叠了压电体层 和金属层的压电执行机构。压电执行机构一般被分为两类，一类是同时烧 制类型，另一类是交替地层叠由1个压电体形成的压电陶瓷和板状体的金 属层的堆叠类型。其中，从实现低电压化以及降低制造成本的观点出发， 大多采用同时烧制类型的压电执行机构。关于同时烧制类型的压电执行机 构，其薄层化简单，在小型化以及耐用性方面表现出色。

图6(a)是表示以往的层叠型压电元件的立体图，图6(b)是表示 图6(a)中的压电体层和金属层的层叠状态的部分立体图。如图6(a) 和(b)所示，该层叠型压电元件由层叠体103、相互对置的侧面上形成的 一对外部电极105构成。层叠体103交替层叠了压电体层101和金属层 102。在层叠体103的层叠方向的两端侧，分别层叠了非活性层104。金属 层(内部电极层)102没有形成在压电体层101的主面整个面上，成为所 谓的部分电极构造。该部分电极构造的金属层102被层叠成为每隔一层露 出到层叠体103的不同的侧面，每隔一层分别与一对外部电极105连接。

作为以往的层叠型压电元件的制造方法，如下面所述。即首先，按照 成为图6(b)所示的规定金属层构造的图案，将金属膏印刷到含有压电体 层101的原料的陶瓷印刷电路基板上。接着，层叠多个印刷有金属膏的印 刷电路基板来制作层叠成形体，对其进行烧制而得到层叠体103。之后， 在层叠体103的对置的侧面涂敷金属膏后，进行烧制而形成一对的外部电 极105，得到图6(a)所示的层叠型压电元件(例如参照专利文献1)。

这里，作为金属层102，一般大多采用银和钯的合金。另外，为了同 时烧制压电体层101和金属层102，金属层102的金属组成大多设定为： 银70质量％、钯30质量％(例如参照专利文献2)。像这样不采用仅由银 构成的金属层而采用银-钯合金构成的金属层102的理由如下所述。

即，若金属层102是不包含钯而只有银的组成，则在对对置的金属层 102之间施加电压差时，金属层102中的银离子在对置的金属层102上从 正极到负极，在元件表面传递移动，产生所谓的离子迁移现象。该现象在 高温高湿的环境下有显著发生的倾向。

另一方面，以往以形成金属填充率大致相同的金属层102为目的，采 用将金属成分比或金属浓度调制成大致相同的金属膏。在将该金属膏丝网 印刷到陶瓷印刷电路基板上时，要将网格密度或抗蚀剂厚度设定为大致同 一条件来制作层叠体103。

另外，在按压并层叠陶瓷印刷电路基板时，按压状态在金属层102重 合的部分和不重合的部分存在差异，因此即使在金属层102的同一面内， 金属层密度有时变得不均匀。因此提出了以下所述的方法(例如参照专利 文献3)：在形成金属层120的部分的陶瓷带形成凹部，使金属填充率均匀。

但是，在将以往的层叠型压电元件用做压电执行机构时，通过焊锡将 导线(未图示)连接固定到外部电极105，在外部电极105之间施加规定 的电位来进行驱动。另外，近年来，要求层叠型压电元件小型化的同时， 还要确保在大的压力下大的变位量，所以要求施加更高的电场，而且能在 长时间连续驱动的残酷的条件下使用。

这样为了应对在高压力下长时间连续驱动的要求，在专利文献4中， 提出了设有使压电体101的厚度变化的层的元件。即，利用通过使厚度不 同而使变位量与其他层不同，来尝试缓和应力。

另外还提出了下述方案(例如参照专利文献5)：在堆叠类型的层叠型 压电元件中，设金属层和压电体层的界面的接触电阻在层叠型压电元件的 层叠方向的中央部为高电阻，随着向两端推移而变小，通过按照这样方式 进行控制，应力不会集中在层叠型压电元件的层叠方向的中央部。

专利文献1：日本专利特开昭61-133715号公报

专利文献2：日本专利实开平1-130568号公报

专利文献3：日本专利特开平10-199750号公报

专利文献4：日本专利特开昭60-86880号公报

专利文献5：日本专利特开平6-326370号公报