[发明专利]层叠型压电元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电致动器、压电共振子、压电滤波器等层叠型压电元件及其制造方法。

背景技术

作为压电致动器、压电共振子、压电滤波器等层叠型压电元件中使用的代表的压电陶瓷，以Pb(Ti，Zr)O₃(以下称作“PZT”)为主成分的PZT类压电陶瓷被广泛知道。

此外，作为使用PZT类压电陶瓷的层叠型压电元件，常常使用交替层叠由Ag-Pd合金构成的内部电极层和由PZT类压电陶瓷构成的陶瓷层，同时焙烧的元件，但是Pd是昂贵的，所以作为内部电极材料，使用廉价的Cu的层叠型压电元件的研究以及开发正在盛行。

例如，在专利文献1中记载内部电极层把Cu作为主成分，使用PZT类压电陶瓷的层叠型压电元件。

在该专利文献1中，描述具有以Cu为主成分的电极和压电陶瓷，压电陶瓷由一般式ABO₃表示，以在A位点包含Pb，在B位点包含Zr和Ti的钙钛矿型氧化物为主成分，在B位点包含由2价的金属元素构成的受体元素和由5价的金属元素构成的施主元素，受体元素的总摩尔量是a摩尔，施主元素的总摩尔量是b摩尔时，0.42＜a/b＜0.5的层叠型压电元件。

如果同时焙烧以Cu为主成分的电极和压电陶瓷，电极中的Cu扩散到压电陶瓷中，在Cu²⁺的状态下，作为2价的受体元素起作用。因此，在专利文献1的层叠型压电元件中，受体元素的总摩尔量a和施主元素的总摩尔量b变为0.42＜a/b＜0.5，压电陶瓷组成的B位点为施主过剩，据此，抵消Cu的扩散引起的B位点的平均价数的下降，能抑制压电常数的下降。

专利文献1：国际公开WO2005/071769号手册

在专利文献1中记载的层叠型压电元件中，PZT类压电陶瓷的组成通过使B位点为施主过剩，即使在内部电极以Cu为主成分时，也取得与使用Ag-Pd合金的内部电极时大致同等的压电常数。

可是，如果B位点为施主过剩，烧结性就下降，所以比较高温的焙烧成为必要，例如在专利文献1的层叠型压电元件中，焙烧温度为1000℃(参照专利文献1、段落编号[0048])。

而Cu的熔点是约1050℃，所以1000℃的焙烧温度接近熔点，因此，希望进一步降低焙烧温度。此外，认为如果降低焙烧温度，就能抑制Cu的扩散量，所以从这样的观点出发，也希望焙烧温度低。如果降低焙烧温度，焙烧所需的能量就减少，因此会节约燃料或电力，也会降低制造成本的。

本发明是鉴于这样的事情而提出的，其目的在于，提供一种即使内部电极以Cu为主成分时，也能确保充分的压电常数，同时用低温焙烧能取得的层叠型压电元件及其制造方法。

发明内容

本发明者们为了实现所述的目的，进行了精心研究，取得如下见解，即按照伴随着远离内部电极层，浓度减小的方式使压电陶瓷中含有金属氧化物，能电荷补偿因Cu的扩散引起的压电陶瓷组成的B位点的平均价数下降，据此，压电陶瓷的B位点组成即使为施主过剩，也能取得足够的压电常数。而且，没必要变为施主过剩，所以能提高烧结性，用低温焙烧便能取得所需的层叠型压电元件。

即本发明的层叠型压电元件具有内部电极层和压电陶瓷层交互层叠构成的素体，其特征在于：所述内部电极层以Cu为主成分，并且所述压电陶瓷层以由Pb(Ti，Zr)O₃表示的复合氧化物为主成分；含有5价和6价中的至少任意一种的金属元素的金属氧化物以伴随着从所述内部电极层远离，浓度减小的形式含在所述压电陶瓷层中。

此外，本发明的层叠型压电元件的特征在于：所述金属元素是从Nb、Sb、Ta、以及W中选择的至少一种。

本发明的层叠型压电元件的制造方法包含制作将内部电极图案和压电陶瓷生片交替层叠后的层叠体的层叠步骤；以及焙烧所述层叠体并且制作将内部电极层和压电陶瓷层交替层叠后的素体的焙烧步骤，其特征在于：所述压电陶瓷生片，以由Pb(Ti，Zr)O₃表示的复合氧化物作为主成分，所述内部电极图案包含：含有Cu的导电性粉末、具有5价和6价中的至少任意一方的价数的金属元素，在所述焙烧步骤中，使在所述金属元素以金属氧化物的形态按照从所述内部电极层向所述压电陶瓷层中伴随着从所述内部电极层的远离而浓度减小的形式扩散。

此外，本发明的层叠型压电元件的制造方法的特征在于：所述金属元素是从Nb、Sb、Ta、W中选择的至少一种。