JP2004282053A - Stacked electronic component, its manufacturing method, and spray device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は積層型電子部品及びその製法並びに噴射装置に関し、例えば光学装置などの精密位置決め装置、振動防止用の駆動素子、あるいは自動車用エンジンの燃料噴射用の駆動素子などに使用される積層型圧電アクチュエータ等の積層型電子部品及びその製法並びに噴射装置に関する。 The present invention relates to a laminated electronic component, a manufacturing method thereof, and an injection device, for example, a laminated piezoelectric device used for a precision positioning device such as an optical device, a driving element for preventing vibration, or a driving element for fuel injection of an automobile engine. The present invention relates to a laminated electronic component such as an actuator, a method for producing the same, and an injection device.
積層型電子部品の一種である積層型圧電アクチュエータは、圧電板が電圧を印加すると伸縮する逆圧電効果を利用したものである。この場合、圧電板1枚1枚の伸縮量は微量であることから、従来から圧電板を複数層積層した積層型圧電アクチュエータが用いられている。 2. Description of the Related Art A multilayer piezoelectric actuator, which is a type of multilayer electronic component, utilizes an inverse piezoelectric effect in which a piezoelectric plate expands and contracts when a voltage is applied. In this case, since the amount of expansion and contraction of each piezoelectric plate is very small, a laminated piezoelectric actuator in which a plurality of piezoelectric plates are laminated is conventionally used.
この積層型圧電アクチュエータは、圧電板に電圧を印加して数〜数十μm伸長させ、アクチュエータの駆動力源とするものである。 In this laminated piezoelectric actuator, a voltage is applied to the piezoelectric plate to extend the piezoelectric plate by several to several tens of μm, and the resultant is used as a driving force source of the actuator.
このような積層型圧電アクチュエータとしては、圧電体と内部電極が交互に積層して構成され、圧電体と内部電極が同時焼成されたものが知られており、内部電極は、電子部品本体の側面に左右互い違いに露出し、露出した電子部品本体の側面に外部電極を形成し、内部電極を一層おきに交互に接続している。 As such a laminated piezoelectric actuator, there is known a piezoelectric actuator in which a piezoelectric body and an internal electrode are alternately laminated, and the piezoelectric body and the internal electrode are simultaneously fired. The left and right sides are alternately exposed, external electrodes are formed on the exposed side surfaces of the electronic component body, and internal electrodes are alternately connected every other layer.
このような積層型圧電アクチュエータでは、従来、セラミックグリーンシートに内部電極ペーストを印刷し、この内部電極ペーストが塗布されたグリーンシートを複数積層して積層成形体を作製し、これを焼成して積層本体を作製し、該積層本体の側面を研削して、製品の形状を精度良く仕上げていた(例えば、特許文献1参照)。
近年、積層型圧電アクチュエータは、高応答性、大変位量を達成するため、高い電圧を高周波数で印加して駆動することが行われているが、上記積層型圧電アクチュエータでは、異なる極性の電圧が印加される内部電極の端部間が短絡し、駆動しなくなるという問題があった。 In recent years, multilayer piezoelectric actuators have been driven by applying a high voltage at a high frequency in order to achieve high responsiveness and a large displacement amount. Is short-circuited between the ends of the internal electrodes to which the voltage is applied, and there is a problem that the driving stops.
即ち、従来の積層型圧電アクチュエータでは、内部電極と誘電体が交互に積層された積層本体を、研削液を供給しながら平面研削盤等で研削して形状を整え、洗浄液で研削液や研削粉を洗浄除去して、電子部品本体を作製し、この電子部品本体に外部電極を形成するが、従来、研削性を高め、防錆という理由から、アルカリ金属を含むアルカリ系の研削液が用いられ、洗浄液としては、研削液や研削粉を単に洗い流すために純水が用いられていたため、研削粉は除去できるものの、洗浄後の電子部品本体の表面に、アルカリ系の研削液に起因するアルカリ金属イオンが残留し、電子部品本体表面の残留イオン濃度が15μg/cm2程度と高くなっていた。研削液にはアルカリイオン成分が含まれることが多く、これらのイオン成分は通常の洗浄工程で除くことは困難であった。 That is, in the conventional laminated piezoelectric actuator, a laminated body in which internal electrodes and dielectrics are alternately laminated is ground by a surface grinder or the like while supplying a grinding liquid, and the shape is adjusted. The main body of the electronic component is manufactured by washing and removing, and an external electrode is formed on the main body of the electronic component.However, conventionally, an alkali-based grinding fluid containing an alkali metal is used for the purpose of enhancing the grindability and preventing rust. Since pure water was used as the cleaning liquid to merely wash away the grinding liquid and the grinding powder, the grinding powder can be removed, but the alkali metal due to the alkali-based grinding liquid remains on the surface of the electronic component body after cleaning. The ions remained, and the residual ion concentration on the surface of the electronic component body was as high as about 15 μg / cm 2 . The grinding fluid often contains alkali ion components, and it has been difficult to remove these ion components in a normal cleaning step.
また成形時に使用するバインダや、研削するとき試料を固定するために使用する接着剤にもアルカリ金属成分が含まれていることが多く、これらも通常の洗浄工程で除くことは困難であった。 Also, the binder used at the time of molding and the adhesive used to fix the sample at the time of grinding often contain an alkali metal component, and it has been difficult to remove these in the ordinary washing step.
このため、上記したように、高応答性、大変位量を達成するため、高い電圧を高周波数で印加して駆動すると、これらのイオン成分が電極間で移動し異なる極性の電圧が印加される内部電極端間で短絡が発生してしまうという問題があった。 Therefore, as described above, in order to achieve high responsiveness and large displacement, when a high voltage is applied at a high frequency and driven, these ionic components move between the electrodes and voltages of different polarities are applied. There is a problem that a short circuit occurs between the internal electrode ends.
特に、高温で湿度の高い環境下で駆動させた場合、異なる極性の電圧が印加される内部電極端間で短絡が発生し易いという問題があった。 In particular, when driven in a high-temperature and high-humidity environment, there is a problem that a short circuit easily occurs between internal electrode ends to which voltages having different polarities are applied.
本発明は、高電圧下で作動する場合でも、内部電極間の短絡を抑制できる積層型電子部品及びその製法並びに噴射装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laminated electronic component capable of suppressing a short circuit between internal electrodes even when operating under a high voltage, a method of manufacturing the same, and an injection device.
本発明の積層型電子部品では、複数の誘電体と複数の内部電極とを積層してなる電子部品本体を有し、前記誘電体を挟持する内部電極により前記誘電体に電界が印加される積層型電子部品であって、前記電子部品本体の側面に、異なる極性の電圧が印加される2種の前記内部電極の端部が露出するとともに、該2種の内部電極端が露出した前記電子部品本体の側面に存在する残留イオン濃度が10μg/cm2以下であることを特徴とする。 In the multilayer electronic component according to the present invention, the multilayer electronic component includes an electronic component main body formed by stacking a plurality of dielectrics and a plurality of internal electrodes, and an electric field is applied to the dielectric by the internal electrodes sandwiching the dielectric. Electronic component, wherein the end of two types of internal electrodes to which voltages of different polarities are applied is exposed on the side surface of the electronic component body, and the two types of internal electrode ends are exposed. The concentration of the residual ion present on the side surface of the main body is not more than 10 μg / cm 2 .
また、本発明の積層型電子部品は、電子部品本体の側面に存在する残留イオンが、主としてNa及び/又はKであることを特徴とする。電子部品本体は誘電体と内部電極とを交互に積層して構成されており、前記電子部品本体の側面に、前記内部電極の端部が交互に接続される一対の外部電極を具備し、積層型圧電素子として機能することを特徴とする。 Further, the laminated electronic component of the present invention is characterized in that residual ions present on the side surface of the electronic component main body are mainly Na and / or K. The electronic component body is configured by alternately laminating a dielectric and an internal electrode, and includes a pair of external electrodes on the side surface of the electronic component body, to which ends of the internal electrodes are alternately connected. It functions as a piezoelectric element.
このような積層型電子部品では、電子部品本体の側面に存在する残留イオン濃度が10μg/cm2以下であるため、露出する内部電極端間での短絡が抑制され、高電圧、高温下、高湿度下においても高い耐久性能を有することができる。 In such a multilayer electronic component, the residual ion concentration present on the side surface of the electronic component body is 10 μg / cm 2 or less, so that a short circuit between exposed internal electrode ends is suppressed, and high voltage, high temperature and high It can have high durability performance even under humidity.
特に、内部電極間には、100V以上の高電圧が印加される積層型圧電素子、例えば積層型圧電アクチュエータにおいて、内部電極端間での短絡を抑制できる。 In particular, in a multilayer piezoelectric element to which a high voltage of 100 V or more is applied between internal electrodes, for example, in a multilayer piezoelectric actuator, a short circuit between the internal electrode ends can be suppressed.
また、残留イオンが、柱状積層体加工時に使用される研削液及び洗浄液に由来するものであることを特徴とする。全周面のイオン濃度が10μg/cm2以下であることが望ましい。 Further, the present invention is characterized in that the residual ions are derived from a grinding liquid and a cleaning liquid used in processing the columnar laminate. It is desirable that the ion concentration on the entire peripheral surface be 10 μg / cm 2 or less.
また、本発明の積層型電子部品の製法は、複数の誘電体と複数の内部電極とを積層してなる積層本体を、研削液を供給しながら研削した後、有機溶剤系の洗浄液で洗浄して、電子部品本体を作製することを特徴とする。さらに、電子部品本体を作製した後、前記電子部品本体の側面に、内部電極の端部が交互に接続される一対の外部電極を形成し、この後、有機溶剤系の洗浄液で洗浄することを特徴とする。また洗浄液の有機溶剤がグリコールエーテルを主成分とすることを特徴とする。 Further, in the method of manufacturing a laminated electronic component of the present invention, a laminated body formed by laminating a plurality of dielectrics and a plurality of internal electrodes is ground while supplying a grinding fluid, and then washed with an organic solvent-based cleaning fluid. And manufacturing an electronic component body. Furthermore, after fabricating the electronic component main body, a pair of external electrodes to which the ends of the internal electrodes are alternately connected are formed on the side surfaces of the electronic component main body, and thereafter, cleaning with an organic solvent-based cleaning liquid is performed. Features. Further, the organic solvent of the cleaning liquid is mainly composed of glycol ether.
このような積層型電子部品の製法では、アルカリ金属を含む研削液を用い、電子部品本体の側面にアルカリ金属イオンが残留したとしても、このアルカリ金属イオンを有機溶剤系の洗浄液で洗浄することにより、電子部品本体の側面から有効に除去することができ、電子部品本体の側面に存在する残留イオン濃度を10μg/cm2以下とすることができる。 In such a method of manufacturing a laminated electronic component, a grinding fluid containing an alkali metal is used, and even if the alkali metal ion remains on the side surface of the electronic component body, the alkali metal ion is washed with an organic solvent-based cleaning solution. It can be effectively removed from the side surface of the electronic component main body, and the residual ion concentration present on the side surface of the electronic component main body can be reduced to 10 μg / cm 2 or less.
また、電子部品本体を作製した後、外部電極を形成し、外装樹脂で被覆する前に、有機溶剤系の洗浄液で洗浄することにより、電子部品本体の側面に存在する残留イオン濃度をさらに低減できる。特に、グリコールエーテルを主成分とする洗浄液を用いることにより、電子部品本体の側面に存在する残留イオン濃度を有効に除去できる。 Further, after forming the electronic component main body, the external electrodes are formed, and before coating with the exterior resin, the residual ion concentration existing on the side surface of the electronic component main body can be further reduced by washing with an organic solvent-based cleaning liquid. . In particular, by using a cleaning liquid containing glycol ether as a main component, the concentration of residual ions present on the side surface of the electronic component body can be effectively removed.
また、本発明の積層型電子部品の製法は、研削液が、アルカリ金属を含まない研削液であることを特徴とする。研削液がアミン系の研削液であることを特徴とする。 Further, the method of manufacturing a multilayer electronic component of the present invention is characterized in that the grinding liquid is a grinding liquid containing no alkali metal. The grinding fluid is an amine-based grinding fluid.
このような積層型電子部品の製法では、研削液としてアルカリ金属を含まない非アルカリ系の研削液であるため、残留イオンとして大部分を占めるアルカリ金属イオンの濃度を低減できる。また、アミン系の研削液は研削性を高め、防錆の効果もあり、さらにアルカリ金属を含まないため、研削後におけるイオン濃度を低減できる。 In such a method for producing a laminated electronic component, since the grinding fluid is a non-alkali grinding fluid that does not contain an alkali metal, the concentration of alkali metal ions that occupy most of the residual ions can be reduced. In addition, the amine-based grinding fluid enhances grindability, has an effect of preventing rust, and further contains no alkali metal, so that the ion concentration after grinding can be reduced.
本発明の噴射装置は、流体の噴射孔を開閉するバルブと、該バルブを駆動する積層型電子部品とを具備してなることを特徴とする。例えば、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内に収容された請求項3記載の積層型電子部品と、該積層型電子部品の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなる。上記したように、積層型電子部品が高い耐久性を有するため、長期信頼性の高い噴射装置を得ることができる。
An ejection device according to the present invention includes a valve for opening and closing a fluid ejection hole, and a laminated electronic component for driving the valve. For example, a storage container having an injection hole, the multilayer electronic component according to
本発明の積層型電子部品では、電子部品本体の側面に存在する残留イオン濃度が10μg/cm2以下であるため、電子部品本体の側面に露出する内部電極間での短絡が抑制され、高電圧、高温下、高湿度下においても高い耐久性能を有することができる。特に高電圧が印可される積層型圧電素子、例えば積層型圧電アクチュエータにおいて、異なる極性の電圧が印加される内部電極間での短絡を抑制できる。 In the multilayer electronic component of the present invention, since the concentration of residual ions existing on the side surface of the electronic component body is 10 μg / cm 2 or less, a short circuit between the internal electrodes exposed on the side surface of the electronic component body is suppressed, and the high voltage It can have high durability even under high temperature and high humidity. In particular, in a laminated piezoelectric element to which a high voltage is applied, for example, a laminated piezoelectric actuator, a short circuit between internal electrodes to which voltages of different polarities are applied can be suppressed.
図1は本発明の積層型圧電アクチュエータからなる積層型電子部品の一形態を示すもので、図1の積層型圧電アクチュエータは、複数の圧電体(誘電体の一種)1と複数の内部電極2とを交互に積層してなる四角柱状の柱状積層体(積層型電子部品)1aの側面1a1、1a1において、内部電極2の端部を一層おきに絶縁体3で被覆し、絶縁体3で被覆していない内部電極2の端部を外部電極4の各々に接続し、各外部電極4にリード線6を接続固定して構成されている。柱状積層体1aの他の側面1a2、1a2には、異なる極性の電圧が印加される内部電極2の端部が交互に露出している。
FIG. 1 shows an embodiment of a multilayer electronic component comprising a multilayer piezoelectric actuator of the present invention. The multilayer piezoelectric actuator of FIG. 1 includes a plurality of piezoelectric bodies (a kind of dielectric) 1 and a plurality of internal electrodes 2. Are alternately laminated, on the side surfaces 1a1 and 1a1 of a square columnar laminated body (laminated electronic component) 1a, the ends of the internal electrodes 2 are covered with the
圧電体1は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3(以下PZTと略す)、或いはチタン酸バリウムBaTiO3を主成分とする圧電セラミック材料等で形成されている。この圧電セラミックスは、その圧電特性を示す圧電歪み定数d33が高いものが望ましい。 The piezoelectric body 1 is formed of, for example, a piezoelectric ceramic material mainly composed of lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter abbreviated as PZT) or barium titanate BaTiO 3 . The piezoelectric ceramics are those piezoelectric strain constant d 33 indicating the piezoelectric characteristic is high is preferable.
また、圧電体1の厚み、つまり内部電極2間の距離は50〜250μmが望ましい。これは、積層型圧電アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量を得るために、積層数を増加させる方法がとられるが、この範囲ならば、アクチュエータの小型化、低背化を達成でき、圧電体1の厚みが薄すぎることによる絶縁破壊をも防止できるからである。 The thickness of the piezoelectric body 1, that is, the distance between the internal electrodes 2 is desirably 50 to 250 μm. This is because, in order to obtain a larger displacement amount by applying a voltage, a method of increasing the number of layers is adopted for the laminated piezoelectric actuator, but within this range, the actuator can be reduced in size and height, This is because it is possible to prevent dielectric breakdown due to the thickness of the piezoelectric body 1 being too thin.
圧電体1の間には内部電極2が配されているが、この内部電極2は銀−パラジウム等の金属材料で形成されており、各圧電体1に所定の電圧を印加し、圧電体1に逆圧電効果による変位を起こさせる作用をなす。 An internal electrode 2 is disposed between the piezoelectric bodies 1. The internal electrode 2 is formed of a metal material such as silver-palladium, and applies a predetermined voltage to each of the piezoelectric bodies 1. The effect of causing a displacement due to the inverse piezoelectric effect is produced.
さらに、焼成後には柱状積層体1aのすべての側面1a1、1a2に内部電極2が露出しているが、この後、柱状積層体1aの対向する側面1a1、1a1に、内部電極2の端部を含む圧電体1の端面に一層おきに深さ50〜500μm、積層方向の幅30〜200μmの溝が形成されており、該溝内にガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填されて絶縁体3が形成されている。
Further, after firing, the internal electrodes 2 are exposed on all the side surfaces 1a1 and 1a2 of the columnar laminate 1a, and thereafter, the ends of the internal electrodes 2 are attached to the opposing side surfaces 1a1 and 1a1 of the columnar laminate 1a. A groove having a depth of 50 to 500 μm and a width of 30 to 200 μm in the laminating direction is formed at every other end surface of the piezoelectric body 1 including glass, epoxy resin, polyimide resin, polyamide imide resin, silicone rubber, and the like. Is filled to form the
この絶縁体3により、柱状積層体1aの対向する側面1a1、1a1において、内部電極2の端部が互い違いに一層おきに絶縁され、内部電極2の絶縁されていない他方の端部は、外部電極4に接続されている。
The
尚、絶縁体3は、柱状積層体1aとの接合を強固とするために、柱状積層体1aの変位に対して追従する弾性率が低い材料、具体的にはシリコーンゴム等からなることが好適である。また、外部電極4と一方の内部電極2との電気的絶縁が確保される限り、必ずしも絶縁体3を設ける必要はない。例えば、内部電極2の端部が表面に露出しないように、即ち、柱状積層体1a内に埋設しても良い。
The
また、外部電極4は板状であり、Ag、Ni、Cu、Al、W、Mo、ステンレス、Fe−Ni−Co合金等の導電性、弾性を備えた金属材料からなり、中でも、耐酸化性が良好で且つ導電性が良好という点から、Ag、Ni、ステンレスからなることが望ましい。また、2つの外部電極4を柱状積層体1aの側面1a1、1a1に押圧して挟持するようにすることもできるが、柱状積層体1aの変位に対して追従するような伸縮性に富むようにするため、上記金属材料をポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂中に分散させた導電性樹脂板を外部電極板とすることが望ましい。この場合、内部電極2と接続する部分には、導電性のメッシュ部材を埋め込んでおき、さらに、その外部電極の厚みを50〜500μm程度とすることが望ましい。また、外部電極4を設ける部分に、蒸着、スパッタリング、メッキ等により薄膜の低抵抗部を形成しておき、この低抵抗部上に外部電極4を設けることも可能である。 The external electrode 4 has a plate shape and is made of a conductive and elastic metal material such as Ag, Ni, Cu, Al, W, Mo, stainless steel, and Fe—Ni—Co alloy. It is desirable to be made of Ag, Ni, and stainless steel from the viewpoint of good conductivity and good conductivity. Further, the two external electrodes 4 can be pressed and sandwiched between the side surfaces 1a1 and 1a1 of the columnar laminated body 1a. However, the two external electrodes 4 are rich in elasticity so as to follow the displacement of the columnar laminated body 1a. Therefore, it is desirable to use a conductive resin plate in which the above metal material is dispersed in a thermosetting resin such as a polyimide resin as the external electrode plate. In this case, it is desirable that a conductive mesh member is buried in a portion connected to the internal electrode 2 and that the thickness of the external electrode is about 50 to 500 μm. It is also possible to form a thin low-resistance portion on the portion where the external electrode 4 is provided by vapor deposition, sputtering, plating, or the like, and to provide the external electrode 4 on this low-resistance portion.
尚、図1では、対向する柱状積層体1aの側面1a1、1a1に外部電極4を形成したが、隣接する2つの側面1a1、1a2にまたがって外部電極を形成する場合もある(即ち、柱状積層体1aのコーナー部に外部電極を形成する場合もある)。この場合には、外部電極4が、形成されていない部分において、異なる極性の電圧が印加される内部電極2の端部が露出している。また、柱状積層体1aの側面1a1、1a1に外部電極が形成され、かつ異なる極性の電圧が印加される内部電極2の端部が露出する場合もある。 In FIG. 1, the external electrodes 4 are formed on the side surfaces 1a1 and 1a1 of the opposing columnar laminate 1a. However, the external electrodes may be formed across two adjacent side surfaces 1a1 and 1a2 (that is, the columnar laminates may be formed). External electrodes may be formed at the corners of the body 1a). In this case, the end of the internal electrode 2 to which a voltage of a different polarity is applied is exposed in a portion where the external electrode 4 is not formed. In some cases, external electrodes are formed on the side surfaces 1a1 and 1a1 of the columnar laminate 1a, and the ends of the internal electrodes 2 to which voltages having different polarities are applied may be exposed.
さらに、外部電極4にはリード線6が半田等により接続固定されている。このリード線6は外部電極4を外部の電圧供給部に接続する作用をなす。
Further, a
また、外部電極4が形成された柱状積層体1aの外周面には、図示されていないが、その側面が全周にわたって電気絶縁性の外装樹脂、例えばシリコーン、特にシリコーンゴムによって被覆されている。 Although not shown, the outer peripheral surface of the columnar laminate 1a on which the external electrodes 4 are formed is covered with an electrically insulating exterior resin, for example, silicone, particularly silicone rubber, over the entire periphery.
そして、本発明の積層型圧電アクチュエータでは、柱状積層体1aの外部電極4が形成されていない対向する側面1a2、1a2には、異なる極性の電圧が印加される内部電極端がそれぞれ交互に露出しており、柱状積層体1aの異なる極性の電圧が印加される内部電極端が露出した側面1a2、1a2の残留イオン濃度が10μg/cm2以下とされている。特に、電子部品本体の側面に、主としてNa及び/又はKのイオンが存在し、その残留イオン濃度が10μg/cm2以下であることが望ましい。残留イオン濃度は、5μg/cm2以下、さらには3μg/cm2以下であることが望ましい。 In the laminated piezoelectric actuator of the present invention, the internal electrode ends to which voltages of different polarities are applied are alternately exposed on the opposing side surfaces 1a2 and 1a2 of the columnar laminated body 1a where the external electrodes 4 are not formed. The residual ion concentration of the side surfaces 1a2 and 1a2 of the columnar laminate 1a where the internal electrode ends to which voltages having different polarities are applied is set to 10 μg / cm 2 or less. In particular, it is desirable that mainly Na and / or K ions exist on the side surface of the electronic component body, and that the residual ion concentration be 10 μg / cm 2 or less. The residual ion concentration is desirably 5 μg / cm 2 or less, and more desirably 3 μg / cm 2 or less.
本発明における残留イオンには、高温下や水分等との反応によりイオン化される金属や化合物も含まれる。Na及び/又はK以外の他のイオンについては、Cl-、F-、Ca2+、Mg2+等があるが、いずれも1μg/cm2以下、好ましくは0.1μg/cm2以下であることが望ましい。 The residual ions in the present invention also include metals and compounds that are ionized by reaction at high temperature or with moisture. Other ions other than Na and / or K include Cl − , F − , Ca 2+ , Mg 2+, etc., and all of them may be 1 μg / cm 2 or less, preferably 0.1 μg / cm 2 or less. desirable.
本発明では、異なる極性の電圧が印加される内部電極2の端部が交互に露出した部分の残留イオン濃度を10μg/cm2以下とすることにより、異なる極性の電圧が印加される内部電極2間を電界に沿ってイオンが流れることを抑制でき、異なる極性の電圧が印加される内部電極間の短絡を防止できる。尚、外部電極4が形成される柱状積層体1aの側面1a1、1a1もイオン濃度が上記範囲に抑制されていても良い。また、柱状積層体1aの側面全体におけるイオン濃度が上記範囲にある必要はなく、異なる極性の電圧が印加される内部電極2端が露出している部分において、イオン濃度が上記範囲にあればよい。 In the present invention, by setting the residual ion concentration of the portion where the ends of the internal electrodes 2 to which voltages of different polarities are alternately exposed to 10 μg / cm 2 or less, the internal electrodes 2 to which voltages of different polarities are applied The flow of ions along the electric field between the electrodes can be suppressed, and a short circuit between the internal electrodes to which voltages having different polarities are applied can be prevented. Note that the ion concentration may also be suppressed to the above range on the side surfaces 1a1 and 1a1 of the columnar laminate 1a on which the external electrodes 4 are formed. In addition, the ion concentration on the entire side surface of the columnar laminate 1a does not need to be in the above range, and the ion concentration may be in the above range in a portion where the end of the internal electrode 2 to which a voltage having a different polarity is applied is exposed. .
イオン濃度は、柱状積層体1aを超純水(イオン濃度10ppb以下)に浸漬し、浸漬後の超純水のイオン濃度を測定することにより算出することができる。 The ion concentration can be calculated by immersing the columnar laminate 1a in ultrapure water (ion concentration of 10 ppb or less) and measuring the ion concentration of the immersed ultrapure water.
本発明の積層型圧電アクチュエータは、先ず、PZT等の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、ブチラール系等の有機高分子から成るバインダーと、DBP(フタル酸ジオチル)、DOP(フタル酸ジブチル)等の可塑剤とを混合してスラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成型法により圧電体1となるセラミックグリーンシートを作製する。 The laminated piezoelectric actuator of the present invention comprises a calcined powder of a piezoelectric ceramic such as PZT, a binder made of an organic polymer such as an acrylic or butyral, a DBP (dityl phthalate), and a DOP (dibutyl phthalate). Is mixed with a plasticizer such as a plasticizer, and the slurry is formed into a ceramic green sheet that becomes the piezoelectric body 1 by a tape forming method such as a well-known doctor blade method or a calendar roll method.
次に、銀−パラジウム粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷等によって1〜40μmの厚みに印刷する。 Next, a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder, a plasticizer, and the like to the silver-palladium powder, and this is printed on the upper surface of each green sheet to a thickness of 1 to 40 μm by screen printing or the like.
そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを積層し、この積層体について所定の温度で脱バインダーを行った後、900〜1200℃で焼成することによって積層本体を作製し、形状を整えるために、アルカリ金属を含有するアルカリ系の研削液を用い、この研削液を供給しながら平面研削盤で研削した後、グリコールエーテルを主成分とする有機溶剤系の洗浄液で洗浄し、複数の圧電体1と複数の内部電極2とを交互に積層して成る柱状積層体1aが作製される。 Then, a green sheet on which a conductive paste is printed is laminated on the upper surface, a binder is removed from the laminate at a predetermined temperature, and the laminate is baked at 900 to 1200 ° C. to prepare a laminate main body and adjust the shape. For this purpose, use an alkaline grinding fluid containing an alkali metal, grind it with a surface grinder while supplying this grinding fluid, and then wash it with an organic solvent-based cleaning fluid containing glycol ether as a main component. A columnar laminated body 1a formed by alternately laminating the body 1 and the plurality of internal electrodes 2 is produced.
このように、アルカリ系の研削液を用いて研削し、柱状積層体1aの側面1a2、1a2にアルカリ金属イオンが残留したとしても、有機溶剤系の洗浄液で洗浄することにより、電子部品本体の側面1a2、1a2から残留イオンを有効に除去することができ、柱状積層体1aの側面1a2、1a2に存在する残留イオン濃度を10μg/cm2以下とすることができる。 As described above, even if the alkali metal ions are left on the side surfaces 1a2 and 1a2 of the columnar laminate 1a by grinding using the alkaline grinding liquid, the side surfaces of the electronic component main body can be cleaned by the organic solvent cleaning solution. Residual ions can be effectively removed from 1a2, 1a2, and the concentration of residual ions present on the side surfaces 1a2, 1a2 of the columnar laminate 1a can be reduced to 10 μg / cm 2 or less.
有機溶剤系の洗浄液としては、グリコールエーテルを主成分とする洗浄液を用いることが望ましい。 As the organic solvent-based cleaning liquid, it is desirable to use a cleaning liquid containing glycol ether as a main component.
また、研削液が、アルカリ金属を含まない非アルカリ系の研削液、特にアミン系の研削液を用いることにより、残留イオンとして大部分を占めるアルカリ金属の残留イオン濃度をさらに低減できる。また、アミン系の研削液は研削性を高め、防錆の効果もあり、さらに研削後アルカリ金属イオンが残存することがない。 Further, by using a non-alkali-based grinding fluid containing no alkali metal as the grinding fluid, particularly an amine-based grinding fluid, the residual ion concentration of the alkali metal which occupies most of the residual ions can be further reduced. Further, the amine-based grinding fluid enhances the grindability and has an effect of preventing rust, and further, no alkali metal ions remain after grinding.
また、本発明では、上記したように、有機溶剤系の洗浄液により、表面の洗浄を充分に行う必要がある。このため、例えば、容器内の水中に、洗浄液を入れた洗浄容器を入れ、この洗浄液中に柱状積層体1aを入れ、超音波洗浄することが望ましい。 In the present invention, as described above, it is necessary to sufficiently clean the surface with an organic solvent-based cleaning liquid. For this reason, for example, it is desirable to put a cleaning container containing a cleaning liquid in water in the container, put the columnar laminate 1a in the cleaning liquid, and perform ultrasonic cleaning.
この後、柱状積層体1aの側面に外部電極4を形成し、シリコーンゴム等の外装樹脂で被覆し、リード線6を介して一対の外部電極4に0.1〜3kV/mmの直流電圧を印加し、柱状積層体1aを分極処理することによって、製品としての積層型圧電アクチュエータが完成する。
Thereafter, an external electrode 4 is formed on the side surface of the columnar laminate 1a, covered with an exterior resin such as silicone rubber, and a DC voltage of 0.1 to 3 kV / mm is applied to the pair of external electrodes 4 via the
そして、リード線6を外部の電圧供給部に接続し、リード線6及び外部電極4を介して内部電極2に電圧を印加させれば、各圧電体1は逆圧電効果によって大きく変位し、これによって例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能する。
When the
図2は、本発明の噴射装置を示すもので、図において符号31は収納容器を示している。この収納容器31の一端には噴射孔33が設けられ、また収納容器31内には、噴射孔33を開閉することができるニードルバルブ35が収容されている。
FIG. 2 shows an injection device of the present invention. In the drawing,
噴射孔33には燃料通路37が連通可能に設けられ、この燃料通路37は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路37に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ35が噴射孔33を開放すると、燃料通路37に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されている。
A
また、ニードルバルブ35の上端部は直径が大きくなっており、収納容器31に形成されたシリンダ39と摺動可能なピストン41となっている。そして、収納容器31内には、上記した積層型圧電アクチュエータ43が収納されている。
The upper end of the
このような噴射装置では、積層型圧電アクチュエータ43が電圧を印加されて伸長すると、ピストン41が押圧され、ニードルバルブ35が噴射孔33を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると積層型圧電アクチュエータ43が収縮し、皿バネ45がピストン41を押し返し、噴射孔33が燃料通路37と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。
In such an injection device, when the laminated
尚、外装樹脂で被覆する前に、再度、有機溶剤系の洗浄液で洗浄することが望ましい。これにより、電子部品本体の側面における残留イオンをさらに低減できる。 It is desirable to wash again with an organic solvent-based washing liquid before coating with the exterior resin. Thereby, residual ions on the side surface of the electronic component body can be further reduced.
また、本発明の積層型電子部品は、内部電極間に100V以上の電圧が印加される場合に好適に用いることができ、さらには、100Hz以上の高周波で交流電界が印加される積層型圧電アクチュエータに好適に用いることができる。 Further, the multilayer electronic component of the present invention can be suitably used when a voltage of 100 V or more is applied between internal electrodes, and further, a multilayer piezoelectric actuator to which an AC electric field is applied at a high frequency of 100 Hz or more. Can be suitably used.
本発明の積層型電子部品は、上記した積層型圧電アクチュエータ等の積層型圧電素子に限定されるものではなく、例えば、積層型圧電トランスなどにも好適に用いることができる。 The multilayer electronic component of the present invention is not limited to a multilayer piezoelectric element such as the above-described multilayer piezoelectric actuator, but can be suitably used for, for example, a multilayer piezoelectric transformer.
先ず、PZT主成分の圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダと、可塑剤とを混合したスラリを作製し、スリップキャステイング法により、厚み150μmのセラミックグリーンシートを作製した。 First, a slurry was prepared by mixing a calcined powder of a piezoelectric ceramic containing PZT as a main component, a binder made of an organic polymer, and a plasticizer, and a ceramic green sheet having a thickness of 150 μm was made by a slip casting method.
このグリーンシートの片面に、銀−パラジウムと、圧電セラミックスとを含有する導電性ペーストを、スクリーン印刷法により5μmの厚みに印刷し、導電性ペーストを乾燥させた後、該導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシートを100枚積層し、さらに、この積層体の積層方向の両端部に、導電性ペーストが塗布されていないグリーンシートを上側10枚、下側20枚積層した。 On one surface of this green sheet, a conductive paste containing silver-palladium and piezoelectric ceramics is printed to a thickness of 5 μm by a screen printing method, and after drying the conductive paste, the conductive paste is applied. One hundred green sheets were laminated, and further, on both ends in the laminating direction of the laminate, 10 green sheets on which no conductive paste was applied were laminated on the upper side and 20 green sheets on the lower side.
次に、この積層体を100℃で加熱を行いながら加圧し、積層体を一体化し、8mm×8mmの大きさの四角柱状に切断した後、800℃で10時間の脱バインダを行い、大気中において1130℃で2時間、内部電極と圧電体を同時焼成することにより、積層本体を得た。圧電体1の厚みは100μmであった。 Next, the laminate was pressed while being heated at 100 ° C., the laminate was integrated, cut into a square column having a size of 8 mm × 8 mm, and then subjected to binder removal at 800 ° C. for 10 hours. , The internal electrode and the piezoelectric body were simultaneously fired at 1130 ° C for 2 hours to obtain a laminated main body. The thickness of the piezoelectric body 1 was 100 μm.
これらの積層体の4側面を、0.2mmづつ、表1に示す研削液を用いて平面研削盤にて研磨し、この後、表1に示す洗浄剤を用いて40℃10分間超音波洗浄(28KHz)した。その後40℃の超純水、およびイソプロピルアルコールを用いてリンスし、柱状積層体1aを得た。尚、表1において、例えば試料No.1は、Kを主とするアルカリ系の研削液を用い、純水を用いて洗浄したことを意味する。表1に示す研削液のうち、K含有研削液は、KOH 10体積%+水 90体積%、Na含有研削液は、NaOH 10体積%+水 90体積%、アミン系研削液は、ジエタノールアミン 10体積%+水 90体積%の組成を有している。 The four side surfaces of these laminates were polished by a surface grinder using a grinding fluid shown in Table 1 by 0.2 mm each, and then ultrasonically cleaned at 40 ° C. for 10 minutes using a detergent shown in Table 1. (28 KHz). Thereafter, rinsing was performed using ultrapure water at 40 ° C. and isopropyl alcohol to obtain a columnar laminate 1a. In Table 1, for example, Sample No. 1 means that cleaning was performed using pure grinding water using an alkaline grinding liquid mainly containing K. Of the grinding fluids shown in Table 1, the K-containing grinding fluid is 10% by volume of KOH + 90% by volume of water, the Na-containing grinding fluid is 10% by volume of NaOH + 90% by volume of water, and the amine-based grinding fluid is 10% by volume of diethanolamine. % + Water 90% by volume.
その後、柱状積層体1aの2つの側面1a1、1a1において、内部電極2端部を含む圧電体1の端面に該2側面において互い違いになるように、1層おきに深さ200μm、積層方向の幅75μmの溝を形成し、これらの溝にシリコーンゴムを充填して絶縁体3を形成し、内部電極2の端部を1層おきに柱状積層体1aの側面1a1、1a1に露出させた。
After that, on the two side surfaces 1a1 and 1a1 of the columnar laminated body 1a, the end surface of the piezoelectric body 1 including the end of the internal electrode 2 is alternately formed on the two side surfaces so that the depth is 200 μm every other layer and the width in the laminating direction. Grooves of 75 μm were formed, and these grooves were filled with silicone rubber to form an
この後、柱状積層体1aの側面1a1、1a1に、銀とポリイミド樹脂からなる導電性接着剤を塗布し、この導電性接着剤中に、メッシュ部材を埋め込み、この状態で200℃に加熱し硬化させることにより、外部電極4を形成した。 Thereafter, a conductive adhesive made of silver and a polyimide resin is applied to the side surfaces 1a1 and 1a1 of the columnar laminate 1a, and a mesh member is buried in the conductive adhesive. By doing so, the external electrode 4 was formed.
その後、さらに表1に示す洗浄剤を用いて40℃で10分間超音波洗浄した。その後40℃の超純水、およびイソプロピルアルコールを用いてリンスした。この後試料を石英ビーカーに入れ、超純水とともに1時間煮沸した。 Thereafter, ultrasonic cleaning was further performed at 40 ° C. for 10 minutes using the cleaning agents shown in Table 1. Thereafter, rinsing was performed using ultrapure water at 40 ° C. and isopropyl alcohol. Thereafter, the sample was placed in a quartz beaker and boiled with ultrapure water for 1 hour.
この後、石英ビーカーから焼結体を取り出し、石英ビーカーに、超純水を適量加え、石英ビーカー内の溶液を50mlとした。この溶液中のイオンをICP質量分析装置にて定量分析し、柱状積層体の外部電極形成面以外の面積を算出し、その面積でNa及びKのイオン合量を割った値を求め、異なる極性の電圧が印加される内部電極の端部が露出した側面1a2、1a2におけるイオン濃度として表1に記載した。尚、Na、Kイオン以外のイオンとして、Cl−、F−、Ca2+、Mg2+が存在していたが、合量で1μg/cm2以下であった。 Thereafter, the sintered body was taken out from the quartz beaker, and an appropriate amount of ultrapure water was added to the quartz beaker to make the solution in the quartz beaker 50 ml. The ions in this solution are quantitatively analyzed by an ICP mass spectrometer, the area other than the external electrode forming surface of the columnar laminate is calculated, and a value obtained by dividing the total amount of Na and K ions by the area is obtained. Table 1 shows the ion concentration at the side surfaces 1a2 and 1a2 where the ends of the internal electrodes to which the voltage of (1) was applied were exposed. In addition, Cl − , F − , Ca 2+ , and Mg 2+ were present as ions other than Na and K ions, but the total amount was 1 μg / cm 2 or less.
この後、一対の外部電極4にリード線6をハンダで接続し、アクチュエータの外周面にディッピング等の方法により、シリコーンゴムを被覆した後、1kV/mmの分極電圧を印加し、アクチュエータ全体を分極処理して、図1に示すような本発明の積層型圧電アクチュエータを得た。
Thereafter, the
得られた積層型圧電アクチュエータに200Vの直流電圧を印加した結果、各アクチュエータとも10μmの変位が得られた。 When a DC voltage of 200 V was applied to the obtained laminated piezoelectric actuator, a displacement of 10 μm was obtained for each actuator.
さらに、これら積層型圧電アクチュエータに、150℃において、0〜+200Vの交流電界を200Hzの周波数にて印加し、それぞれ10個の試料について駆動試験を行った。この駆動試験において1×109サイクルまで積層型圧電アクチュエータが駆動したものの割合を求めた。 Further, an AC electric field of 0 to +200 V was applied to these laminated piezoelectric actuators at 150 ° C. at a frequency of 200 Hz, and a driving test was performed on ten samples each. In this driving test, the ratio of the driving of the laminated piezoelectric actuator up to 1 × 10 9 cycles was obtained.
尚、変位量の測定は、試料を防振台上に固定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レーザー変位計により、素子の中心部及び周囲部の3箇所で測定した値の平均値で評価した。
この表1から、試料No.1、2では、残留イオン濃度が14μg/cm2以上であり、1×109サイクル駆動後における良品率は40%以下と低く、多くが内部電極間で短絡が発生していた。一方、本発明の試料では、残留イオン濃度が7μg/cm2以下であり、90%以上良品であった。これにより、本発明の試料では、内部電極間の短絡が発生しにくいことが判る。 From Table 1, Sample No. In Nos. 1 and 2, the residual ion concentration was 14 μg / cm 2 or more, the non-defective rate after driving 1 × 10 9 cycles was as low as 40% or less, and a short circuit occurred between the internal electrodes in most cases. On the other hand, in the sample of the present invention, the residual ion concentration was 7 μg / cm 2 or less, and 90% or more was a good product. This indicates that the sample of the present invention hardly causes a short circuit between the internal electrodes.
1・・・圧電体
1a・・・柱状積層体(積層型電子部品)
2・・・内部電極
4・・・外部電極
31・・・収納容器
33・・・噴射孔
35・・・バルブ
43・・・積層型圧電アクチュエータ
Description of Reference Numerals 1: Piezoelectric body 1a: Columnar laminate (laminated electronic component)
2 ... internal electrode 4 ...
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