特許 5674768 圧電多層コンポーネント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5674768

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月25日

(54)【発明の名称】圧電多層コンポーネント

(51)【国際特許分類】

   H01L 41/083 20060101AFI20150205BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20150205BHJP

   H01L 41/273 20130101ALI20150205BHJP

【ＦＩ】

   H01L41/083

   H01L41/187

   H01L41/273

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-512324(P2012-512324)

(86)(22)【出願日】2010年5月21日

(65)【公表番号】特表2012-528477(P2012-528477A)

(43)【公表日】2012年11月12日

(86)【国際出願番号】EP2010057078

(87)【国際公開番号】WO2010139568

(87)【国際公開日】20101209

【審査請求日】2013年2月7日

(31)【優先権主張番号】102009023349.0

(32)【優先日】2009年5月29日

(33)【優先権主張国】DE

(31)【優先権主張番号】102009043000.8

(32)【優先日】2009年9月25日

(33)【優先権主張国】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】510263560

【氏名又は名称】エプコス アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＥＰＣＯＳ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(72)【発明者】

【氏名】オリバー デルノヴセク

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンドル グラズノフ

【審査官】 上田 智志

(56)【参考文献】

【文献】 独国特許出願公開第１０２００５０１５１１２（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００４０３１４０４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５０８３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１６８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００７００８１２０（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００７０３７５００（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／０８７８７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／０９２５８５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４１／０８３

Ｈ０１Ｌ ４１／１８７

Ｈ０１Ｌ ４１／２７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焼結した複数個の圧電層（３）と、該複数個の圧電層（３）間に配置した内部電極（５ａ，５ｂ）とで構成したスタック（２）を備えた圧電多層コンポーネントであって、
該スタック（２）における前記複数個の圧電層（３）が少なくとも１個の圧電性フィルム（３４）を有し、
該圧電性フィルム（３４）の少なくとも１個を弱体化フィルム（４）として形成し、該弱体化フィルム（４）における耐クラック性は、少なくとも１個の別の前記圧電性フィルム（３４）における耐クラック性に比べて低いものとし、
前記弱体化フィルム（４）の厚さ（４０）を、少なくとも１個の他の前記圧電性フィルム（３４）の厚さ（３０）より薄くし、
前記圧電性フィルム（３４）がセラミック材料を含有する構成とし、
前記弱体化フィルム（４）が含有する前記セラミック材料が別の前記圧電性フィルム（３４）が含有する前記セラミック材料と、酸化鉛含有量において異なる構成とし、
前記弱体化フィルム（４）が含有する前記セラミック材料及び別の前記圧電性フィルム（３４）が含有する前記セラミック材料は、チタン酸ジルコン酸鉛を有し、
前記弱体化フィルム（４）が含有する前記セラミック材料は、別の前記圧電性フィルム（３４）が含有する前記セラミック材料よりも、少なくとも０．５モル％少ない鉛を有する圧電多層コンポーネント。

【請求項2】

請求項１記載の圧電多層コンポーネントにおいて、隣接する前記圧電性フィルム（３４ｃ，３４ｄ）に対する前記弱体化フィルム（４）の結合力を、別の前記圧電性フィルム相互間（３４ａ，３４ｂ）における結合力より弱いものとした圧電多層コンポーネント。

【請求項3】

請求項２記載の圧電多層コンポーネントにおいて、別の前記圧電性フィルム相互間（３４ａ，３４ｂ）における結合力より弱い、隣接する前記圧電性フィルム（３４ｃ，３４ｄ）に対する前記弱体化フィルム（４）の結合力は、別の前記圧電性フィルム（３４）を構成する材料における焼結度より小さい、前記弱体化フィルム（４）を構成する材料における焼結度に起因するものとした圧電多層コンポーネント。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項記載の圧電多層コンポーネントにおいて、前記弱体化フィルム（４）の前記厚さを１〜１０μmの範囲における値とした圧電多層コンポーネント。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項記載の圧電多層コンポーネントにおいて、前記弱体化フィルム（４）を、前記圧電性フィルム（３４ｃ）と前記内部電極（５ａ，５ｂ）との間に隣接させて配置した圧電多層コンポーネント。

【請求項6】

請求項１〜４のいずれか一項記載の圧電多層コンポーネントにおいて、前記弱体化フィルム（４）を前記圧電層（３）内に配置した圧電多層コンポーネント。

【請求項7】

請求項６記載の圧電多層コンポーネントにおいて、前記弱体化フィルム（４）を、前記圧電層（３）内の２つの前記圧電性フィルム（３４）間に隣接して配置させた圧電多層コンポーネント。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一項記載の圧電多層コンポーネントにおいて、複数個の前記弱体化フィルム（４）を、前記スタック（２）内に分散させて配置した圧電多層コンポーネント。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか一項記載の圧電多層コンポーネントにおいて、前記弱体化フィルム（４）を、前記スタックにおける長手方向（２０）に対して直交する平面内に配置して構造化した圧電多層コンポーネント。

【請求項10】

請求項９記載の圧電多層コンポーネントにおいて、前記弱体化フィルム（４）に空白部（４４）を設けた圧電多層コンポーネント。

【請求項11】

圧電多層コンポーネントを製造するための方法であって、該方法は、
Ａ）第１圧電材料を含有する圧電グリーンシートを形成するステップと、
Ｂ）前記第１圧電材料とは異なる焼結度を有する第２圧電材料を形成するステップと、
Ｃ）前記圧電グリーンシート、及び前記第２圧電材料を含有する少なくとも１個のフィルムでスタック（２）を構成するスタック構成ステップであって、該フィルムの焼結した状態における厚さが、前記圧電グリーンシートで形成し、かつ焼結した状態における別の圧電性フィルムの少なくとも１個における厚さより薄くなるようにした、該スタック構成ステップと、
Ｄ）前記スタック（２）を焼結するステップと
を有し、
前記第２圧電材料を含有する前記フィルムがセラミック材料を含有する構成とし、
前記第２圧電材料を含有する前記フィルムが含有する前記セラミック材料が、別の前記圧電性フィルムが含有する前記セラミック材料と、酸化鉛含有量において異なる構成とし、
前記第２圧電材料を含有する前記フィルムが含有する前記セラミック材料及び別の前記圧電性フィルムが含有する前記セラミック材料は、チタン酸ジルコン酸鉛を有し、
前記第２圧電材料を含有する前記フィルムが含有する前記セラミック材料は、別の前記圧電性フィルムが含有する前記セラミック材料よりも、少なくとも０．５モル％少ない鉛を有する方法。

【請求項12】

請求項１１記載の方法において、前記ステップＢ）における前記第２圧電材料を前記グリーンシートとして形成し、前記ステップＣ）で前記第２圧電材料を含有するグリーンシートを、前記第１圧電材料を含有するグリーンシートに塗布した方法。

【請求項13】

請求項１１記載の方法において、前記ステップＣ）はスクリーン印刷により前記第２圧電材料を、前記第１圧電材料を含有する前記グリーンシートのうち１つに塗布した方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焼結した圧電層、及び圧電層間に配置した内部電極で構成したスタック（積層体）を有する圧電多層コンポーネントに関する。このような圧電多層コンポーネントは、例えば圧電アクチュエータがあり、自動車におけるインジェクションバルブを作動させるために使用することができる。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（独国特許出願公開第１０３０７８２５号）は、セラミック製の目標破断層を設けた多層コンポーネントについて記載している。

【0003】

特許文献２（独国特許第１０２３４７８７号）は、アクチュエータ構造に微小変動部を設けた多層アクチュエータについて記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０３０７８２５号明細書

【特許文献2】独国特許第１０２３４７８７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、信頼性を向上させた圧電多層コンポーネントを得ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述の課題は、焼結した圧電層、及び圧電層間に配置した内部電極で構成したスタックを有する圧電多層コンポーネントにより解決することができる。

【0007】

好適には、本発明による圧電多層コンポーネントはモノリシック構造とした基体を備え、この基体は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を含有する薄いフィルムで製造する。内部電極は電極層として形成可能であり、またスクリーン印刷法を利用して金属ペーストとしてフィルム上に塗布することができる。フィルムは積層、圧着した後、焼結するが、この場合、各フィルムに電極層を塗布する必要はなく、例えば複数個のフィルムを積層しつつ、これら層間に電極層を配置しないようにすることもできる。

【0008】

ここに「圧電層」とは、圧電材料を有し、かつ積層方向において互いに隣接する２個の内部電極により区切られるスタックの一部分を指す。圧電層は、積層方向に積層した１個以上の圧電性フィルムにより構成し、この圧電性フィルムは、例えば圧電グリーンシートとして形成することができる。また、圧電層は圧電性フィルムを１個のみ有する構成とすることもできる。

【0009】

好適には、多層コンポーネントにおいて互いに対向する２つの側面に外部電極を配置し、これら外部電極は、例えばスタックに焼き付けた基礎金属縁とする。好適には、内部電極は、多層コンポーネントの積層方向において交互に外部電極に接続させるため、例えば内部電極を交互に外部電極の一方に接続し、他方の外部電極からは離間させる。これにより、一方の極性を有する内部電極が、共通の外部電極に電気的に接続される。

【0010】

焼結、及び外部電極の配置後、圧電層を分極化させる。このために、例えば隣接する内部電極間に直流電圧を印加してスタックを加熱する。積層方向に隣接する異極性の内部電極が、互いにオーバーラップしない不活性領域では、圧電材料は全く膨張しないか、又は膨張しても隣接する内部電極がオーバーラップする活性領域における膨張度より小さい。この不活性領域及び活性領域における圧電層の異なる膨張度により機械的応力が発生し、この応力が分極化、加熱過程、及び圧電アクチュエータの稼働中にクラックを発生させる可能性がある。これらクラックが積層方向に平行に伝播すると、隣接する異極性の内部電極がクラックにより電気的に接続され、多層コンポーネントの短絡が生じる恐れがある。

【0011】

圧電層のうち、少なくとも１個を弱体化フィルムとして形成する。この弱体化フィルムは、他の少なくとも１個の圧電性フィルムより耐クラック強度が低いものとする。

【0012】

好適には、低下させた耐クラック強度により、多層コンポーネント内に応力が生じた場合、高確率で弱体化フィルムの範囲内にのみクラックが発生し、しかもこの弱体化フィルムに沿って伝播させることができる。これにより、クラックに起因して、隣接する異極性の内部電極が電気的に接続され、短絡が生じることを回避する。

【0013】

好適には、隣接する圧電性フィルムに対する弱体化フィルムの結合力は、他の圧電性フィルム相互間における結合力より弱い。

【0014】

このように構成した場合、生ずるクラックは高確率で弱体化フィルムと隣接する圧電性フィルムとの間で発生し、これら弱体化フィルム領域においてのみ伝播する。

【0015】

本発明による多層構造の圧電アクチュエータは、焼結した複数個の圧電層、及びこれら圧電層間に配置した電極層で構成するスタックを備える。このスタックが有する少なくとも１個の圧電性弱体化フィルムが隣接する圧電層に対して示す結合力は、他の圧電層相互間における結合力より弱い。この結合力の低下は、焼結過程において圧電層が相対的に小さな焼結反応しか示さないことに起因する。

【0016】

好適には、弱体化フィルムの厚さは、他の少なくとも１個の圧電性フィルムに比べ、大幅に薄いものとする。

【0017】

例えば、弱体化フィルムにおける厚さは、他の圧電性フィルムにおける厚さの半分とし、好適には、弱体化フィルムは同一の圧電層に配置する他の圧電性フィルムより薄く形成する。

【0018】

例えば、弱体化フィルムにおける厚さは、内部電極における厚さの範囲内とする。この場合、弱体化フィルムは、例えばスクリーン印刷法により圧電グリーンシート上に塗布する。

【0019】

好適な一実施形態では、弱体化フィルムは内部電極より厚く形成し、例えばこの厚さは、少なくとも内部電極における厚さの倍とする。好適には、弱体化フィルムは他の圧電性フィルムより大幅に薄くし、また内部電極に対しては、例えば少なくとも倍の厚さとする。例えば、内部電極より厚く形成した弱体化フィルムは、グリーンシートとして形成することができる。

【0020】

弱体化フィルムの厚さを相対的に薄くすることにより、クラックの伝播を積層方向における狭い範囲内に制限することができるため、クラックに基づく多層コンポーネントの損傷を最小限に抑えることが可能になる。また、弱体化フィルムの使用により、積層方向におけるクラックの伝播を最小化することができるため、多層コンポーネントにおける機能低下も最小限に抑えることが可能になる。

【0021】

弱体化フィルムにおける相対的に弱い結合力は、弱体化フィルムを構成する材料における相対的に小さな焼結度に起因するものとする。

【0022】

好適には、複数個の圧電性フィルムは第１材料で、また弱体化フィルムは第２材料でそれぞれ構成し、この場合、第２材料における焼結度は第１材料における焼結度より小さく、特に焼結工程中、第２材料は第１材料より低い拡散率を有するものとする。

【0023】

このようにした場合、第１材料を含有する圧電性フィルムと第２材料を含有する弱体化フィルムとの間における結合力は、第１材料を含有する圧電フィルム相互間における結合力より弱い。このため、圧電多層コンポーネントを焼結した状態では、隣接する圧電性フィルムに対する弱体化フィルムの結合力は相対的に弱く、これにより弱体化フィルムの領域で破断予定箇所となる。

【0024】

スタック内への弱体化フィルムの配置には、複数の実施形態がある。好適な一実施形態では、弱体化フィルムは圧電性フィルムと内部電極との間で、双方に対して隣接配置する。

【0025】

別の好適な一実施形態では、弱体化フィルムは圧電層内に配置し、この場合、好適には、弱体化フィルムは圧電層内における２個の圧電性フィルム間に隣接させて配置する。この配置は、クラックが電極層に沿って生じない利点を有する。

【0026】

好適には、多層コンポーネントは複数個の弱体化フィルムを備え、これら弱体化フィルムはスタックに分布させて配置することができる。例えば、結合力が低下されていない通常の圧電性フィルムのそれぞれに１個の弱体化フィルムを隣接させて配置することができる。さらに別の好適な一実施形態では、通常の単に１つの圧電性フィルムにのみ弱体化フィルムを隣接配置する。好適には弱体化フィルムは等間隔で配置する。

【0027】

好適な一実施形態では、弱体化フィルムは、スタックにおける積層方向に対して直交する平面に配置して構造化し、好適には弱体化フィルムは空白部を有する構成とする。

【0028】

例えば、弱体化フィルムにおける空白部は、スタックの活性領域に対応する部分に限定して形成するため、不活性領域に対応する部分の弱体化フィルムは連続的に形成される。この場合、不活性領域に対応する部分の弱体化フィルムは、可能な限り望ましいクラック形成、及びクラック制御が行われるよう形成する。好適には、弱体化フィルムの材料は、少なくとも部分的に不活性領域から活性領域内に達するようにする。また、好適には、弱体化フィルムに隣接する圧電性フィルムの材料、又は内部電極は、活性領域に対応する部分における弱体化フィルムの空白部内に達するものとする。これにより、空白部内において上方及び下方に存在する圧電性フィルム、又は隣接する１個の圧電性フィルムが内部電極と共に堅固に焼結される。好適には、空白部は、クラックが一方の外部電極から他方の外部電極に完全に伝播してしまうことを妨害するよう配置することにより、外部電極間における短絡を回避することができる。

【0029】

好適な一実施形態では、圧電フィルムはセラミック材料を含有し、例えば複数個の圧電性フィルムの製造には第１セラミック材料を、また弱体化フィルムの製造には第２セラミック材料をそれぞれ使用する。好適には、第１セラミック材料は、第２セラミック材料における組成とほぼ同一か、または完全に同一とする。

【0030】

例えば、第２セラミック材料は、第１セラミック材料より粒径が大きいセラミック粉末を含有するものとする。これにより、第２セラミック材料におけるセラミック粉末体の拡散率が相対的に低下するため、隣接する圧電性フィルムに対する弱体化フィルムの結合力が低下することになる。

【0031】

別の好適な一実施形態では、第２セラミック材料が含有するセラミック粉末は、第１セラミック材料が含有するセラミック粉末より高温でか焼される。この手法により、第２材料における焼結度を低下させることができる。

【0032】

別の好適な一実施形態では、第２セラミック材料におけるセラミック粉末が含有する鉛量は、第１セラミック材料におけるセラミック粉末が含有する鉛量より少なく、例えば第２セラミック材料が含有する酸化鉛の割合は相対的に小さい。このことも、第２セラミック材料における焼結度の低下につながる。

【0033】

上述したセラミック粉末に関する実施形態は、組み合わせることもでき、例えば第２セラミック材料は、か焼温度だけでなく粒径も増大させたセラミック粉末を含有することができる。

【0034】

本発明は、圧電多層コンポーネントの製造方法にも関する。この製造方法においては、第１圧電材料を含有する圧電グリーンシートを形成する。さらに第１材料とは焼結度の異なる第２圧電材料を形成する。その後、圧電グリーンシート、及び第２圧電材料でスタックを構成する。このスタックは、第２圧電材料を含有するフィルムを少なくとも１個有する。また、この第２圧電材料を含有するフィルムにおける厚さの選択は、該フィルムを焼結した状態における厚さが、別の圧電グリーンシートで製造し、かつ焼結した状態における少なくとも１個の圧電性フィルムの厚さより大幅に薄くなるよう行う。その後、スタックを焼結する。

【0035】

第２圧電材料を含有するフィルムは、例えばグリーンシートとして形成することができる。スタックを構成する際には、このグリーンシートを、第１圧電材料を含有するグリーンシート上に積層する。

【0036】

代替的な実施形態では、スクリーン印刷により、第２圧電材料を、第１圧電材料を含有するグリーンシートの１個に塗布する。

【0037】

以下、上述した多層コンポーネント、及び有利な実施形態を、概略的かつ縮尺どおりではない添付図面につき説明する。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1A】圧電多層コンポーネントの縦断面図である。

【図1B】図１Ａの部分拡大図である。

【図2A】クラックが内部電極に対し直交して伝播している、圧電多層コンポーネントを示す部分縦断面図である。

【図2B】クラックが内部電極に対し平行して伝播している、圧電多層コンポーネントを示す部分縦断面図である。

【図3】圧電性の弱体化フィルムを有する圧電多層コンポーネントの第１実施形態の部分縦断面図である。

【図4】圧電性の弱体化フィルムを有する圧電多層コンポーネントの第２実施形態の部分縦断面図である。

【図5A】圧電多層コンポーネントに配置した圧電性の弱体化フィルムの第１実施形態を示す平面図である。

【図5B】圧電多層コンポーネントに配置した圧電性の弱体化フィルムの第２実施形態を示す平面図である。

【図5C】圧電多層コンポーネントに配置した圧電性の弱体化フィルムの第３実施形態を示す平面図である。

【図5D】圧電多層コンポーネントに配置した圧電性の弱体化フィルムの第４実施形態を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

図１は、圧電アクチュエータとして構成した圧電多層コンポーネント１の縦断面図を示す。圧電多層コンポーネント１は、圧電層３を積層させたスタック（積層体）２、及び圧電層３間に配置した内部電極５ａ，５ｂを備える。内部電極５ａ，５ｂは、電極層として構成する。圧電層３、及び内部電極５ａ，５ｂは、スタック２の長手方向に対応する積層方向２０に沿って順次積層させる。

【0040】

圧電層３はセラミック材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、又は無鉛セラミック、若しくはドーパントを含有することができる。内部電極５ａ，５ｂは銀−パラジウム、又は銅を含有することができる。特に内部電極５ａ，５ｂは、以下に列挙する材料群を含有するか、又はこれら材料のうち１つで構成することができる。すなわち、純銅、銅及びパラジウムの混合物又は合金、銀及びパラジウムの混合物若しくは合金、純銀、銀及びパラジウムの混合物又は合金、若しくは純白金、又は白金及び銀の混合物を含有するか、又はこれら材料のうち１つで形成することができる。スタック２の製造においては、例えばグリーンシートであって、セラミック粉末、有機結合剤、及び溶媒を含有するグリーンシートを、圧延又は注型により製造する。内部電極５ａ，５ｂの形成においては、スクリーン印刷により複数個のグリーンシートに電極ペーストを塗布する。グリーンシートは長手方向２０に沿って積層した後、圧着する。シートで構成したスタックを所望の形状となるよう多層コンポーネントの予形成体を裁断する。最終的に、圧電グリーンシート及び電極層で構成したこのスタックを焼結する。

【0041】

図１Ｂは、図１Ａに示す圧電層３、及び内部電極５ａ，５ｂで構成したスタック２の一部分を示す。

【0042】

ここに圧電層３とは、圧電材料を含有し、かつスタックの長手方向に見て互いに隣接する２個の内部電極５ａ，５ｂで区切られるスタックの領域を指す。圧電層３は複数個の圧電性フィルム３４により構成することができ、圧電性フィルム３４は、例えばグリーンシートで製造することができる。

【0043】

図示の実施形態では、各圧電層３は２個の圧電性フィルムを有する。別の好適な実施形態では、圧電層３は１個の圧電性フィルム３４のみ、又は２個以上の圧電フィルム３４を有することもできる。さらに、１個のスタック２における各圧電層３内の圧電性フィルム３４を互いに異なる個数とすることもできる。

【0044】

図１Ａに示すとおり、多層コンポーネント１は、スタック２の外側に配置した２個の外部電極６ａ，６ｂを備える。図示の実施形態では、これら２個の外部電極６ａ，６ｂは、多層コンポーネント１において互いに対向する２つの側面に配置し、積層方向２０においてストライプ状に延在する。外部電極６ａ，６ｂは、例えば銀−パラジウム、又は銅を含有し、金属ペーストとしてスタック２に塗布し、焼き付けることができる。

【0045】

内部電極５ａ，５ｂは、積層方向２０において交互に外部電極６ａ，６ｂの一方に接触させ、外部電極６ａ，６ｂの他方に対しては離間させる。これにより、外部電極６ａ，６ｂは、積層方向２０において交互に内部電極５ａ，５ｂの一方と電気的に接続することになる。電気的接続を確立するため、例えば半田付けにより、外部電極６ａ，６ｂに接続素子（図示せず）を溶着することができる。

【0046】

多層コンポーネント１は、外部電極６ａ，６ｂ間に電圧を印加すると、長手方向である積層方向２０に膨張する。外部電極６ａ，６ｂに電圧を印加すると、積層方向２０に隣接する内部電極５ａ，５ｂ相互がオーバーラップする、いわゆる活性領域２４において電場（電界）が発生するため、各圧電層３が長手方向２０に膨張する。隣接する電極層５ａ，５ｂが互いにオーバーラップしない不活性領域２６ａ，２６ｂでは、圧電アクチュエータは僅かにしか膨張しない。

【0047】

このように、多層コンポーネント１における活性領域２４及び不活性領域２６ａ，２６ｂの膨張度が異なるため、スタック２内で機械的応力が生ずる。このような応力は、スタック２内にクラックを生じさせる可能性がある。

【0048】

図２Ａは、圧電層３、及び内部電極５ａ，５ｂで構成したスタック２の一部分にクラック２２が生じた状態を示す。クラック２２は、不活性領域２６ａ内では内部電極５ａ，５ｂに対して平行に伝播するが、活性領域２４への移行部で折れ曲がり、この活性領域２４内で互いに隣接し、かつ異なる極性を有する内部電極５ａ，５ｂを貫通して伝播する。これにより、内部電極５ａ，５ｂ間で短絡が生ずるおそれがある。

【0049】

図２Ｂは図２Ａ同様、圧電層３、及び内部電極５ａ，５ｂで構成したスタック２の一部分にクラックが生じた状態を示す。この場合、クラック２２は不活性領域２６ａ，２６ｂだけでなく、活性領域２４においても内部電極５ａ，５ｂに対して平行に伝播するため、短絡が生ずる危険性が減少する。

【0050】

クラック２２が平行的に発生するのを助長するため、スタック２内に複数個の圧電性の弱体化フィルムを配置する。これら弱体化フィルムは、互いに隣接する圧電性フィルムに対して低下した結合度を有する。この低下した結合度により、クラック２２は特に弱体化フィルムと隣接する圧電性フィルムとの境界面に発生し易く、また境界面に沿って伝播し易くなる。

【0051】

図３は、圧電層３、及び内部電極５ａ，５ｂで構成したスタック２の縦断面図を示し、この場合、弱体化フィルム４をスタック２の複数個所に配置する。スタック２は、例えば圧電アクチュエータの一部を構成する。

【0052】

圧電性の弱体化フィルム４は、圧電層３内における圧電性フィルム３４ｃに対して低下した結合度を有する。弱体化フィルム４の結合度は、他の圧電性フィルム３４ａとこれに隣接する圧電性フィルム３４ｂと間の結合度よりも少ない。圧電性の弱体化フィルム４は、図示の実施形態において圧電性フィルム３４ｃと内部電極５ａ，５ｂとの間それぞれに配置し、内部電極５ａ，５ｂに隣接し、また圧電性フィルム３４ｃに隣接する。圧電性の弱体化フィルム４は、長手方向２０に見て、隣接する内部電極５ａ，５ｂの上側、又は下側に配置することができる。

【0053】

圧電性の弱体化フィルム４の厚さ４０は、他の圧電性フィルム３４ａ,３４ｂ，３４ｃの厚さ３０に比べると大幅に薄いものとする。弱体化フィルム４の厚さは、例えば１〜１０μmとする。このような厚さの弱体化フィルムは、例えばスクリーン印刷により製造することができる。別の実施形態における弱体化フィルムの厚さは、１〜１００μmとする。１０〜１００μmの弱体化フィルムは、例えば延伸法により製造することができる。

【0054】

クラックが積層方向２０に平行な平面内で伝播したとしても、弱体化フィルム４の形成部に達することになる。さらに、薄い厚さ４０にして、できるだけ多層コンポーネント１の機能に影響が及ばないようにする。

【0055】

このような弱体化フィルム４を有するスタック２を製造するためには、例えば第１圧電材料を含有するグリーンシートを形成し、スクリーン印刷によりこれらグリーンシートのいくつかに電極ペーストを塗布する。その後、第１圧電材料より焼結度を低下させた第２圧電材料をスクリーン印刷により電極ペースト上に塗布する。この第２圧電材料は、電極ペーストを塗布する前に、直接グリーンシートに塗布することもできる。その後、グリーンシートを積層、圧着し、多層コンポーネントの生の予形成体を裁断する。

【0056】

この代案として、弱体化フィルム４は第２圧電材料を含有するグリーンシートで製造し、他のグリーンシートと共にスタックを構成した後、圧着することもできる。

【0057】

スタックは、例えば８００〜１５００℃の温度で加熱、焼結することにより、モノリシック構造の焼結体にする。焼結過程においては、圧電性フィルム及び内部電極における粒子の拡散プロセスにより、これら圧電性フィルムと内部電極とが強固に結合し、特に電極層の金属粒子により、セラミック層における粒子との間に強固な接触が生ずる。

【0058】

同様に、圧電性フィルム内における粒子の拡散プロセスにより、圧電層内における個々のフィルム間でより強固な機械的結合を生ずる。すなわち、個々のフィルム内におけるセラミック粒子が融合し、２個のフィルム間における境界面において強固な結合を形成する。

【0059】

焼結過程において、第２圧電材料における拡散率は第１圧電材料の拡散率より大幅に低いため、第２圧電材料、及び第１圧電材料におけるセラミック粒子間の融合は限定的なものとなる。顕微鏡で観察した場合、好適にはこれら粒子間における融合は粒子の一部に限定される。特に、第２圧電材料における拡散率は、焼結過程に必要な８００〜１５００℃の高温では、第１圧電材料における拡散率より遥かに低い。

【0060】

好適には、第２圧電材料、及び第１圧電材料における組成は、ほぼ同一とする、又は完全に同一とする。

【0061】

一例では、第１圧電材料が焼結処理前に含有するセラミック粉末の割合は３０〜７０体積％であり、好適には４５〜６０体積％である。体積に占める残余％は、例えば結合剤（バインダ）及び気孔が占める。

【0062】

好適には、第２圧電材料の体積に占める有機結合剤の割合は、できるだけ第１圧電材料に占める有機結合剤の割合と等しくする。これにより、結合化プロセス中に問題が発生するのを回避することができる。

【0063】

好適な一実施形態において、第２圧電材料にはより大きな粒径のセラミック粒子を使用することで、第１圧電材料よりも焼結度を低下させることができる。

【0064】

例えば、第２圧電材料が含有するセラミック粒子における粒径の中央値ｄ_５０は、第１圧電材料における粒径の中央値に比べ、少なくとも０．３μm、好適には０、６μm大きくする。また他の圧電層におけるセラミック粒子粒径の中央値ｄ_５０は、例えば０．３〜１．０μmの間における値とし、好適には０．４〜０．７μmの間における値とする。好適には、弱体化フィルムにおけるセラミック材料の組成は、他の圧電性フィルムにおけるセラミック材料の組成と同一とする。

【0065】

別の好適な一実施形態では、第２圧電材料は、第１圧電材料に比べ、より高温でか焼するセラミック材料を含有し、この場合、か焼温度差は、好適には少なくとも２０℃、特に好適には少なくとも５０℃とする。好適には、弱体化フィルムにおけるセラミック材料の組成は、他の圧電フィルムにおけるセラミック材料の組成と同一とする。

【0066】

さらに別の好適な一実施形態では、第２圧電材料は、セラミック粉末が鉛、例えば酸化鉛を第１圧電材料におけるよりも少ない含有量で含有する。好適にはセラミック粉末はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含有する。好適には、セラミック粉末における鉛含有量の差異は、少なくとも０．５モル％、特に好適には、少なくとも１．５モル％とする。

【0067】

図３に示すとおり、スタック２には複数個の弱体化フィルムを配置することができ、多層コンポーネント１における別の好適な実施形態では、スタック２内に弱体化フィルムを１個のみ配置する。さらに別の好適な実施形態では、各内部電極５ａ，５ｂに弱体化フィルム４を隣接配置することもできる

【0068】

図４が示すスタック２における別の好適な一実施形態では、圧電性の弱体化フィルム４を圧電層３内に配置する。この場合、弱体化フィルム４は圧電層３における２個の圧電性フィルム３４ｃ，３４ｄに隣接する。このようなスタック２の製造法は、図３に示すスタック２の製造法に類似しているが、図示の実施形態においては、第２圧電材料を電極層に隣接配置しない。

【0069】

図４に示す実施形態では、複数個の圧電性の弱体化フィルム４をスタック２内に分布させて配置するが、別の好適な実施形態では、スタック２内に配置する圧電性の弱体化フィルム４を１個のみとしてもよい。これらの代案として、圧電層３内における全ての圧電性フィルム３４間に圧電性の弱体化フィルム４を配置することもできる。

【0070】

別の好適な実施形態では、図３及び図４に示す実施形を組み合わせて圧電性の弱体化フィルム４を配置することができるため、１個のスタック２内に配置する圧電性の弱体化フィルム４の若干数は内部電極５ａ，５ｂに隣接配置し、他の若干数の弱体化フィルム４は圧電層３内に配置することができる。

【0071】

図５Ａ〜５Ｄは、構造的な圧電性の弱体化フィルム４の異なる実施形態を示す。各図は、それぞれ圧電性の弱体化フィルム４における層での多層コンポーネント１の横断面を示す。

【0072】

外部電極６ａ，６ｂは、スタック２において互いに対向する２つの側面における対角領域に、細長のストライプとして長手方向２０に延在するよう配置する。電極層（図示せず）は、交互に外部電極６ａ，６ｂの一方に接触させ、他方の外部電極６ａ，６ｂに対しては離間させる。また、不活性領域２６ａ，２６ｂは、スタック２の対角線方向に互いに対向する狭いコーナー領域内において長手方向に延在する。

【0073】

図５Ａが示す実施形態では、圧電性の弱体化フィルム４はスタック２における横断面全体をカバーする。

【0074】

図５Ｂが示す実施形態では、圧電性の弱体化フィルム４は、スタック２の対角線に沿って延在する、弱体化フィルム材料がない空白部４４を有する。

【0075】

空白部４４には、その下側の圧電層における第１圧電材料、又は内部電極５ａ，５ｂを構成する材料が露出している。好適には、この圧電性の弱体化フィルム４は、スクリーン印刷により他の圧電性フィルム上に塗布する。

【0076】

圧電性の弱体化フィルム４の材料は不活性領域２６ａ，２６ｂに塗布される。このようにして、機械的応力及びこれに伴うクラックがより強く生ずる領域において、弱体化フィルムはそのクラック形成及びクラック案内能力に関して最適化することができる。これに反して、活性領域２４に存在する空白部の内側においては、結合度がより強い。これにより、空白部４４の領域内、又は空白部４４を貫通してクラックが生ずる確率を減少させることができる。空白部４４は、クラックが圧電性の弱体化フィルム４の平面内における一方の外部電極６ａから対角上に配置される他方の外部電極６ｂまで広がる確率が少なくなるよう配置する。これにより、外部電極６ａ，６ｂ間で短絡が発生する危険性を減少させることが可能になる。

【0077】

図５Ｃは、空白部４４を設けた圧電性の弱体化フィルムにおける別の好適な一実施形態を示す。図示の実施形態においても、不活性領域２６ａ，２６ｂ間の活性領域２４に空白部４４を設けることにより、クラックが生じても、外部電極６ａ，６ｂが互いに電気的に導通する確率が少なくなる。また、空白部４４は滑らかな輪郭を有するため、空白部４４内にクラックが伝播する可能性を減少させることができる。

【0078】

図５Ｄは、空白部４４を設けた圧電性の弱体化フィルム４における別の好適な一実施形態を示す。この場合、空白部４４は、外部電極６ａ，６ｂを配置した多層コンポーネント１における互いに対向する２つの側面に対し平行に延在し、かつ多層コンポーネントにおける他の互いに対向する２つの側面を接続する。

【0079】

圧電弱体化フィルムの実施形態は、上述した形状に限定されるものではない。特に、空白部はスタックにおける側面に対して平行、又は対角上に延在させるだけでなく、任意の方位に延在させて設けることができる。

【0080】

本発明は、上述の実施形態に基づく説明に限定されるものではなく、他の特徴、及びこれら特徴を任意に組み合わせ可能とする。このことは、請求項、又は実施形態に明示されていなくても、特に請求項に記載の特徴に基づく任意の組み合わせに適用される。

【符号の説明】

【0081】

１ 多層コンポーネント
２ スタック
３ 圧電層
４ 弱体化フィルム
５ａ，５ｂ 内部電極
６ａ，６ｂ 外部電極
２０ 長手（積層）方向
２２ クラック
２４ 活性領域
２６ａ，２６ｂ 不活性領域
３０ 厚さ
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 圧電性フィルム
４０ 厚さ
４４ 空白部

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】