(57)【要約】  中間生成物としての圧電多層構成要素が記載され、該要素は、順に重ねて置かれた未加工の圧電セラミック層２の積層体１を有する。第１の電極層３ａは圧電セラミック層２に置かれて第１の金属を含む。構造体化された犠牲層４は、さらなる圧電セラミック層に、積層方向において第１の電極層に隣接して置かれ、第１の電極層が含むよりも高い濃度の第１の金属を含む。中間生成物が焼結されるとき、第１の金属は構造体化された犠牲層４から第１の電極層へと拡散し、過程において、弱い層を形成する空洞を残す。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間生成物としての圧電多層構成要素であって、
順に重ねて置かれた未加工の圧電セラミック層（２）の積層体（１）を含み、
第１の電極層（３ａ）が圧電セラミック層（２）に置かれて第１の金属を含み、
犠牲層（４）がさらなる圧電セラミック層に、積層方向において前記第１の電極層と隣接して置かれ、
前記犠牲層（４）が、前記第１の電極層（３ａ）が含むよりも高い濃度の前記第１の金属を含む、
圧電多層構成要素。
【請求項２】
前記犠牲層（４）が構造体化される、請求項１に記載の圧電多層構成要素。
【請求項３】
構造体化された前記犠牲層（４）が、前記圧電セラミック層（２）に島の配置として置かれる、請求項２に記載の圧電多層構成要素。
【請求項４】
構造体化された前記犠牲層（４）が、前記第１の金属が存在しない切り抜き（４ｂ）を有する、
請求項２または３に記載の圧電多層構成要素。
【請求項５】
前記第１の金属が前記第１の電極層（３ａ）中で最大でも８０％の濃度である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電多層構成要素。
【請求項６】
前記第１の金属が銅である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電多層構成要素。
【請求項７】
前記第１の電極層（３ａ）が、追加の、前記第１の金属とは異なる第２の金属を含む、
請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電多層構成要素。
【請求項８】
前記第２の金属が、前記第１の電極層（３ａ）に隣接する圧電セラミック層（２）を介して前記第１の金属と同様には拡散されない、
請求項７に記載の圧電多層構成要素。
【請求項９】
前記第２の金属が、パラジウム、ベリリウム、アルミニウム、マンガン、亜鉛、スズ、ビスマス、ニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、ニオブ、ルビジウムから選択される、
請求項７または８に記載の圧電多層構成要素。
【請求項１０】
前記第１の金属が、前記第２の金属よりも、前記第１の電極層（３ａ）においてより高い濃度である、
請求項７から９のいずれか一項に記載の圧電多層構成要素。
【請求項１１】
圧電セラミック層（２）に置かれた第２の電極層（３ｂ）を有し、前記第２の電極層（３ｂ）は前記第１の電極層（３ａ）と同じ前記第１の金属を含む、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧電多層構成要素。
【請求項１２】
前記第２の電極層（３ｂ）は、多くとも前記犠牲層（４）が含むのと同じ濃度の前記第１の金属を含む、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧電多層構成要素。
【請求項１３】
圧電多層構成要素を生産する方法であって、中間生成物として生成される請求項１から１２のいずれか一項に記載の圧電多層構成要素を焼結し、前記第１の金属を少なくとも部分的に前記犠牲層（４）から前記第１の電極層（３ａ）中へ拡散させ、過程において空洞（７）を残し、したがって、間に前記犠牲層（４）が置かれる２つの圧電セラミック層の間の境界面を機械的に脆弱化する、方法。
【請求項１４】
隣接する圧電セラミック層（２）が、焼結の間に前記空洞（７）の間で互いに結合する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の方法を用いて直接生産されることができる、圧電多層構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
圧電多層構成要素を生成するための方法、ならびに、該方法によって生成されることができ、機械的構造安定性が少ない領域を有する圧電多層構成要素が記載される。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、弱い層を有する圧電多層構成要素を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０３１０８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
達成すべき１つの目的は、可能な限り長い期間にわたって安定した形態で作動することができる圧電多層構成要素を記載することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
中間生成物としての圧電多層構成要素が記載され、それは順に重ねて置かれた未加工の圧電セラミック層の積層体を有する。第１の電極層は圧電セラミック層に置かれ、第１の金属を含む。犠牲層がさらなる圧電セラミック層に、積層方向において第１の電極層に隣接して置かれ、第１の電極層が含むよりも高い濃度の第１の金属を含む。用語「濃度」はこの場合には、それぞれの電極層における金属の重量による比率を表す。
【０００６】
中間生成物が焼結される場合、第１の金属は犠牲層から第１の電極層へと拡散し、その過程において空洞を残し、したがって弱い層を形成する。それゆえ、犠牲層は、焼結過程の間の材料の不足ゆえに、あるいはその構造ゆえに、動作の間電極層として機能することができず、それゆえ「犠牲」層と呼ばれうる金属層である。犠牲層内の第１の金属の濃度と第１の電極層内の第１の金属の濃度との間の比は、好ましくは、犠牲層が十分な材料を失い、特に、積層体の外側表面に存在しうる外部接点とのいかなる電気的接触も形成することもできなくなるように選択される。
【０００７】
第１の電極層および犠牲層は組み合わされて系を形成し、そこでは圧電多層構成要素が加熱されたときに材料の交換が行われる。
【０００８】
犠牲層は好ましくは構造体化された犠牲層の形態である。この場合、それは中断構造を有し、すなわちそれは未加工の圧電セラミック層の一部のみを覆う。犠牲層は、例えば、圧電セラミック層に置かれた金属の島の配置の形態である。構造体化された犠牲層はさらに、網目状構造として未加工の圧電セラミック層の一部のみを覆うような切り抜きを、特に有し得る。
【０００９】
一実施形態によれば、第１の電極層内の第１の金属の濃度は１００％よりも小さくてよい。この場合には、第１の電極層内の第１の金属の濃度が最大でも８０％であることが好ましい。
【００１０】
銅は、比較的低い温度で軟化するので第１の金属として用いるのに特に適しており、圧電多層構成要素の保護的な焼結はそれゆえ可能であり、焼結の間に銅は圧電層に良好に結びつくことが判明している。さらに、銅は、パラジウムや白金などの他の金属と比べて、圧電セラミックを介して比較的容易に拡散し、したがって、以下の文章に記載されるように、空洞を有する機械的に弱くされた領域によって、圧電多層構成要素を生成することを容易にすることが判明している。
【００１１】
異なる金属、例えば銀またはニッケルなどが、第１の金属として銅の代わりに用られてもよい。
【００１２】
一実施形態によれば、第１の電極層は追加の第２の金属を含み、それは第１の金属とは異なる。第２の金属は好ましくはパラジウムである。
【００１３】
第２の金属は第１の金属よりも、第１の電極層に隣接した圧電セラミック層を介して拡散しないことが好ましい。多層構成要素を介した金属の拡散は、したがって主に、熱せられたときに圧電セラミックを介した移動性がより大きい第１の金属、特に、銅によって達成される。
【００１４】
第２の金属は好ましくは、どの金属が第１の電極層内の第１の金属として用いられるかに応じて、パラジウム、ベリリウム、アルミニウム、マンガン、亜鉛、スズ、ビスマス、ニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、ニオブ、ルビジウムから選択される。
【００１５】
第１の電極層において第１の金属の濃度が第２の金属の濃度よりも高いことが有利である。例えば、第１の電極層において第１の金属の濃度が７０％であり、第２の金属の濃度が３０％である。犠牲層が第１の電極層へと拡散することを可能にするように、第１の電極層における第１の金属の濃度は犠牲層における第１の金属の濃度よりも低くなければならない。第１の金属の拡散は第１の電極層と犠牲層の間のその濃度差を減少させる。すなわち、犠牲層における第１の金属の濃度は減少する。
【００１６】
金属に加えて、犠牲層は、中間生成物を焼結する前であっても適切な熱処理の結果として好ましくは蒸発する、有機結合剤を含んでもよい。
【００１７】
中間生成物の一実施形態によれば、第２の電極層が提供され、それはさらに圧電セラミック層に置かれ、第２の電極層が第１の電極層および犠牲層と同じ第１の金属を含む。この場合には、第２の電極層が、多くとも犠牲層が含むのと同じ濃度の第１の金属を含むことが有利である。このことの目的は、第１の金属が第２の電極層から犠牲層へと拡散することを可能な限り防止して、第２の電極層がいかなる材料の損失を被ることもなく、または被る材料の損失がごくわずかで済むことである。このことは、中間生成物の焼結の後に、第２の電極層が電極層として機能的に用いられうること、すなわち、電界を形成するために適していることを、確実にする。
【００１８】
圧電多層構成要素の圧電セラミック層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなるセラミックを含むことが好ましい。金属、特に銅は、中間生成物の焼結の間にＰＺＴセラミックを介して比較的少ない抵抗で拡散しうることがわかっている。第１の金属が異なる濃度である、圧電多層構成要素の２つの領域の間の金属の拡散過程は、したがって促進されうる。
【００１９】
未加工の体は、さらに、圧電多層構成要素の生産において中間生成物として記載される。上下に積み重なって、間に圧電セラミックおよび電極層を含む未加工の膜が提供される。金属を含む犠牲層が第１の電極層に隣接して置かれる。第１の電極層は重量比で５０％より多い主要成分として第１の金属を含む。この場合には、第１の電極層は第１の金属と同一ではない第２の金属を、重量比で５０％未満の第２の成分として含み、これに対して犠牲層は、第１の電極層における重量比よりも大きい重量比の主要成分として第１の金属を含む。
【００２０】
中間生成物としてまたは未加工の体としての圧電多層構成要素に加えて、最終生成物としてまたは焼結された生成物としての圧電多層構成要素を生成するための方法が記載される。
【００２１】
この場合には、中間生成物として生産される圧電多層構成要素が焼結され、第１の金属は少なくとも部分的に犠牲層から第１の電極層へと拡散し、過程において、犠牲層と共に以前にプリントされた領域内で空洞を残し、したがって、犠牲層が置かれた２つの圧電セラミック層の間の境界面を機械的に脆弱化する。
【００２２】
ここで記載された生産方法を直接用いて生産されることができ、中間生成物がさらに生成される、圧電多層構成要素もまた記載される。
【００２３】
記載された主題は、以下に例示する実施形態および図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】圧電多層構成要素を貫く長手方向断面図である。
【図２】圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図３ａ】圧電多層構成要素のポーリングひび割れ（Ｐｏｌｕｎｇｓｒｉｓｓｅｎ）を示す図である。
【図３ｂ】圧電多層構成要素のポーリングひび割れを示す図である。
【図４】構造体化された金属犠牲層を有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図５ａ】犠牲層の様々な実施形態を示す図である。
【図５ｂ】犠牲層の様々な実施形態を示す図である。
【図５ｃ】犠牲層の様々な実施形態を示す図である。
【図５ｄ】犠牲層の様々な実施形態を示す図である。
【図５ｅ】犠牲層の様々な実施形態を示す図である。
【図５ｆ】犠牲層の様々な実施形態を示す図である。
【図６ａ】積層体の断面領域に関して異なっている、構造体化された犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図６ｂ】積層体の断面領域に関して異なっている、構造体化された犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図６ｃ】積層体の断面領域に関して異なっている、構造体化された犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図６ｄ】積層体の断面領域に関して異なっている、構造体化された犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図７ａ】積み重なりの方向に関して異なっている、１つ以上の犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図７ｂ】積み重なりの方向に関して異なっている、１つ以上の犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図７ｃ】積み重なりの方向に関して異なっている、１つ以上の犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図７ｄ】積み重なりの方向に関して異なっている、１つ以上の犠牲層のための配置オプションを有する未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図８】第１の電極層、犠牲層および第２の電極層の繰り返し配置を有する、未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図９】第１の電極層および犠牲層の繰り返し配置を有する、未加工の圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【図１０】２つの圧電セラミック層の間の、空洞を持ち境界面を有する、焼結された圧電多層構成要素の積層体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は概略的に図示された圧電アクチュエータを通る断面を示す。該圧電アクチュエータは、圧電セラミック層２およびその間に位置する電極層３からなる積層体１を有する。外部接点は積層体１の２つの長手方向面に外部メタライゼーション５として置かれ、これらの長手方向面に導かれる電極層３の端部と接触する。異なる極性を有する隣接した電極層は、圧電アクチュエータの積層体の軸に平行に向く正射影において重なり合う。活性領域と呼ばれる重なり領域における電場は、これらの電極層の間に存在する圧電セラミック層２を屈折させるか引き延ばす。互いに反対の極性の隣接する電極層３が重なり合わない領域は不活性領域と呼ばれる。この領域では、圧電効果は実質的に全く屈折しない結果となる。電極層３が焼結過程の間に過剰に溶けないように、そして、プリントされた電極層の構造体が焼結過程の間および後に実質的に変化しないままであるように、電極層３の材料が選択される。
【００２６】
図２は、互いに反対の極性の隣接する電極層３の間に複数の圧電セラミック層２が上下に積層されうる、圧電アクチュエータの積層体１の断面を示す。このような断面はまた、以下の文に記載される圧電アクチュエータの実施形態のための構造体の基礎として用いられる。なぜなら、さらなる電極層３および犠牲層が追加の圧電セラミック層２の間に置かれることができ、それらの異なる材料組成によって拡散過程を促進させうるからである。
【００２７】
図３ａは、ひび割れ６がどのように複数の電極層３にまたがるか、特に、圧電アクチュエータ中の互いに反対の極性の電極層３にまたがるかを示す。
【００２８】
本願の発明者は、圧電アクチュエータの信頼性が、発生する任意のひび割れへの対処に決定的に依存することを発見した。熱処理、例えば８００℃と１５００℃の間の温度での焼結の間、メタライゼーションおよびはんだ付けの間、焼結された圧電アクチュエータの極性形成の間、活性領域および非活性領域内で発生する異なる歪みは、圧電アクチュエータ中で、いわゆる張力緩和ひび割れ（Ｅｎｔｌａｓｔｕｎｇｓｒｉｓｓｅｎ）および／またはポーリングひび割れ（Ｐｏｌｕｎｇｓｒｉｓｓｅｎ）につながる機械的な応力をもたらす。これらは非活性領域内または電極層３内を走る。これらのひび割れは遷移領域において活性領域へと曲がりうる。この場合にこれらのひび割れが少なくとも２つの電極層を橋渡しするならば、圧電アクチュエータを不具合にしうる短絡回路が発生しうる。これに対して、内部電極に平行に走るひび割れは、圧電アクチュエータのライフサイクルに実質的に危険を及ぼさない。
【００２９】
図３ｂは圧電アクチュエータの積層体１内のひび割れ６の安全な断面を示す。この場合には、ひび割れは実質的に電極層３および圧電セラミック層２に平行に走り、その結果としてひび割れは互いに異なる極性の電極層にまたがることなく、それゆえいかなる短絡も発生させることはない。
【００３０】
図３ａに示されたような有害なひび割れを回避する１つの考えは、異なる材料からなる隣接の金属層を用い、焼結過程の間の高い温度で、これらの金属層の組成が異なることの結果として発生することが意図される拡散過程を促進することである。拡散過程の間、金属層またはこの層の合金の構成要素は他方の層よりも多くの材料を失うはずである。この過程において、空洞がこの金属層内で形成され、この層を機械的脆弱化に導く。したがって、ポーリングひび割れまたは他のひび割れが、機械的に脆弱化した金属層内で好ましくは発生し、その層内でのみ伝わっていく。
【００３１】
図４は今や、圧電アクチュエータの積層体１の概略的に示された断面を通る長手方向断面を示す。犠牲層４は圧電セラミック層２に置かれ、該犠牲層は第１の電極層３ａと第２の電極層３ｂとの間に置かれ、これらの電極層は異なる極性のものが積層方向に隣接している。この文脈では、積層方向に隣接しているとは、第１の電極層３ａと第２の電極層３ｂとの間にさらなる機能的電極層がないことを意味する。
【００３２】
例として、銅のみを使用する代わりに、組成（１−ｘ）Ｃｕ／ｘＰｄの材料を特定の個数の第１の電極層３ａに使用することができ、ここで０＜ｘ＜１である。この材料は、銅粉末とパラジウム粉末の混合物であることも、これら２つの金属の合金であることもできる。第１の電極層３ａは、したがって、銅とパラジウムの混合物を含み、犠牲層４が金属として好ましくは銅のみを含むこととは対照的である。これの代替例として、銅の代わりに銀などの他の金属を用いることも可能である。第１の電極層３ａは、例えば、銀とパラジウムの混合物または合金を含んでもよい。犠牲層４は好ましくは銀のみからなる。
【００３３】
第１の電極層３ａおよび犠牲層４の組成の相違が、比較的高い温度における拡散過程を促進する。銅はパラジウムよりも、ＰＺＴを主成分とする圧電セラミック内において大きい移動性を有することがわかっている。このことは、拡散が一方向のみに、特に、純銅からなる犠牲層４から銅およびパラジウムを含む第１の電極層３ａへの方向に発生することにつながる。銅およびパラジウムを含む第１の電極層３ａは、したがって銅シンクとして作用する。銅−パラジウムからなる第１の電極層３ａの直近の犠牲層４における材料の損失は空洞の形成につながり、以前に存在する犠牲層と周辺の圧電セラミック層２との間の境界面を脆弱化する。したがって、図３ｂで示されたような、境界面に実質的に沿って走り、したがって圧電セラミック層２に平行に走る、制御されたひび割れが形成されて伝わっていくように、状態がつくられる。
【００３４】
犠牲層４における空洞の比率は、第１の電極層３ａおよび犠牲層４の組成、各層の厚さ、および犠牲層４の三次元的構造によって制御されることができる。
【００３５】
犠牲層４は、好ましくは、金属の島のパターンまたは切り抜きのパターンを有する金属層として圧電セラミック層２に置かれる。このような、構造体化された犠牲層４の１つまたは複数の金属領域は、好ましくは第１の金属、この例では銅のみを含む。
【００３６】
構造体化された犠牲層４は、好ましくは圧電セラミック層へのスクリーン印刷、スパッタリング、または噴霧によって置かれる。
【００３７】
例として、圧電セラミック層は以下の式による組成を有するセラミックからなる。
（ＰｂｘＮｄｙ）（（Ｚｒ１−ｚＴｉｚ）１−ａＮｉａ）Ｏ３
ここで  ０．９０≦ｘ≦１．１０、
０．０００１≦ｙ≦０．０６、
０．３５≦ｚ≦０．６０、
０≦ａ≦０．１０。
【００３８】
好ましくは、圧電アクチュエータ内の電極層の全個数の１０％が第１の電極層３ａからなり、第１の電極層３ａは含まれる第１の金属の濃度が犠牲層４内よりも低い。
【００３９】
今や、第１の電極層３ａの１つの好ましい組成のより詳細な記載が与えられる。この場合、第１の電極層３ａにおいて、銅の重量比は９９．９％から７０％、特に９７％から７５％の比率である。第１の電極層の残りは金属としてパラジウムを含み、ここで用いられてもよい有機結合剤は算入しない。この場合には、銅とパラジウムとの合金または銅粉とパラジウム粉との混合物が用いられる。
【００４０】
第１の電極層３ａおよび／または犠牲層４の中の銅粒子は０．１から１０μｍ、好ましくは０．４から１．５μｍの直径を有する。
【００４１】
第１の電極層３ａ中のパラジウム粒子は同様に０．１から１０μｍ、好ましくは０．４から１．５μｍの直径を有する。他の金属粒子、例えば銀粒子も、同様にこれらの寸法を有してよい。
【００４２】
第１の電極層３ａ中の合金、すなわち異なる粉末の形態で別々に存在するのではない種々の金属の化合物における粒子の寸法も、同様に上記の寸法であってよい。
【００４３】
第１の電極層３ａは好ましくは圧電セラミック層２へのスクリーン印刷、スパッタリング、または噴霧によっても置かれる。犠牲層４を生成するために用いられるものと同一の印刷過程が、この場合には有利に用いられうる。
【００４４】
焼結されていない状態の圧電アクチュエータにおける第１の電極層３ａの厚さは好ましくは０．１から２０μｍの間、好ましくは１．０から１０μｍの間である。
【００４５】
第１の電極層３ａの割合は、圧電多層構成要素中の電極層の全数の１％から１００％の間であってよい。一実施形態では、第１の電極層の比率は５％から１５％の間の範囲である。少なくとも１つの犠牲層４は、好ましくは各第１の電極層３ａと平行に位置する。
【００４６】
図５ａは圧電セラミック層２の表面全体を覆う犠牲層４の平面図を示す。空洞は焼結の間のこの犠牲層４からの材料の損失によって形成される。犠牲層の材料組成が適切に選択される場合、第１の金属の量の実質的に全部が、焼結の間に第１の電極層に拡散されうる。しかしながら、この過程の間、隣接する圧電セラミック層２は互いに堅く接着されることができず、したがってこれらの圧電セラミック層２の間の境界面を機械的に脆弱化し、そしてそれゆえ、圧電アクチュエータの動作の間に弱い層として用いられることを可能にする。
【００４７】
図５ｂは、圧電セラミック層２の表面の一部のみを覆う金属の島４ａが置かれた形態の、構造体化された犠牲層４の平面図を示す。金属の島４ａはこの場合には円形であるが、それぞれ他の任意の所望の輪郭、例えば多角形の輪郭を有してもよい。金属の島４ａは互いから同じ距離だけ離れるように、好ましくは規則的なパターンで圧電セラミック層２に置かれる。このような規則的な構造は、しかしながら、必須ではない。
【００４８】
図５ｃは、切り抜きまたは穴４ｂを有する、構造体化された金属の犠牲層４の平面図を示し、その結果、層４が圧電セラミック層２の表面の一部のみを覆う。プリントされた構造体の像は前の構造体の像を反転させたものである。穴４ｂは好ましくは円形であり互いに規則的な間隔を空けている。金属層４でプリントされた圧電セラミック層のその領域は、圧電セラミック層の縁へと延びることができる。プリントされた第１の金属は、後に未加工の積層体の焼結の間に移動し、しかしながら、空洞は圧電セラミック層の縁部領域にとどまるため、その結果として、積層体の外部に置かれた外部のメタライゼーションは、移動された第１の金属のレベルでは積層体１の内側領域において、もはやいかなる電気的接触も有しない。
【００４９】
図５ｄは、金属の島４ａが正方形である、構造体化された金属犠牲層４の実施形態を示す。
【００５０】
図５ｅは、圧電セラミック層２の網目状構造体として置かれた金属犠牲層４を示す。第１の金属は、したがって、正方形の切り抜き４ｂを含むひとかたまりの構造体として圧電セラミック層２に置かれる。図５ｃに示した構造体と対照的に、この場合の切り抜き４ｂは円形ではなく正方形であり、金属領域は積層体１の縁までは延びない。
【００５１】
図５ｆは、同心状の枠の形状の金属領域の配置として圧電セラミック層２に置かれた金属犠牲層４を示す。金属領域はこの場合円形または正方形の輪郭を有してもよい。それらは共通の中心を有する枠の形状の金属の島であるとみなしてよい。この実施形態は、図４ｂに示された金属の島４ａと、図４ｃおよび図４ｅに示された切り抜き４ｂとの組み合わせとみなされうる。
【００５２】
図６ａから図６ｄは、圧電セラミック層２の表面上の金属の島４ａの配置の様々な位置を示す。例として、実質的に長方形の外形を有する、金属の島の第１の配置は、この長方形の外形の１つの側を積層体１の長手方向面まで延ばし（図６ａ）、島の配置の外形の反対側は積層体の反対側の長手方向面から距離を置くようにすることができる。それの代わりに、金属の島の配置の長方形の外形の互いに向かい合う両側が、積層体の互いに向かい合う２つの長手方向面まで延び、もう１組の長手方向面からは後退した状態にすることができる（図６ｂ）。それに加えて、または代替として、金属の島の配置は平行四辺形の形態の外形を有してもよく、この外形の２つの頂点は積層体の２つの頂点へと延びる（図６ｃ）。代替として、金属の島の配置は圧電セラミック層の表面の内側領域にのみ位置してもよく、この配置の外形はいかなる部分も積層体の長手方向面まで延びていない。
【００５３】
図７ａから図７ｄは、積層方向において第２の電極層３ｂによってそれぞれ囲まれている、第１の電極層３ａおよび犠牲層４の配置の選択肢が様々な、圧電アクチュエータの積層体１の断面図を含む長手方向断面図を示す。ここで示した第１の電極層３ａと犠牲層４の組み合わせには、積層体において要求されるのと同じ数が存在し、第２の電極層３ｂによって囲まれる必要はない。
【００５４】
図７ａは、含まれる第１の金属の濃度が犠牲層４の第１の金属の濃度よりも低い、第１の電極層３ａが、積層方向において隣接した、図５ａから図６ｄの１つに示されたような構造をそれぞれ有することができる、２つの犠牲層４の間に置かれる、配置を示す。この場合には、２つの第１の電極層３ａは積層方向において隣接する。各第１の電極層３ａは積層方向において２つの犠牲層４によって取り囲まれる。「内側の」犠牲層は積層方向において２つの第１の電極層３ａに隣接する。２つの「外側の」犠牲層はそれぞれ１つの第１の電極層３ａと１つの第２の電極層３ｂとに隣接し、その金属成分は完全に第１の金属からなる。例として、犠牲層、第１の電極層、犠牲層、第１の電極層、犠牲層などといった配置が積層方向において連続する。
【００５５】
この場合、第１の電極層３ａは好ましくは第１の金属、例えば銅と、第２の金属、例えばパラジウムとの混合物を含む。第１の電極層３ａが間に置かれる２つの犠牲層４中の銅は、過程の間にこの第１の電極層へと拡散して空洞を残すことができる。第１の電極層３ａは、したがって、第１の金属のための２つの犠牲層からのシンクとして用いられる。
【００５６】
図７ｂは、第１の金属を含む犠牲層４が第１の電極層３ａと第２の電極層３ｂとの間に位置する、例としての実施形態を示す。しかしながら、積層体１の積層方向に関して、第１の電極層３ａまたは第２の電極層３ｂは犠牲層４の上方または下方に位置しうる。これらなどのような３つの組の配置が、複数の圧電セラミック層２によって互いから分離されうる。ここに示した例としての実施形態において、２つの機能的な電極層の間には常に２つの圧電セラミック層がある。
【００５７】
図７ｃは積層方向において隣接する２つの互いに逆の極性の第１の電極層３ａの間に置かれた犠牲層４を示す。この場合には、２つの第１の電極層３ａはそれゆえ犠牲層を「共有する」。圧電アクチュエータの焼結の間、犠牲層４からの第１の金属は、したがって、２つの隣接する第１の電極層３ａ中に同時に拡散することができる。しかもこの場合には、第１の金属層３ａは好ましくは、わずかにしか圧電セラミックを介して拡散することができない第２の金属、例えばパラジウムなどを含む。
【００５８】
図７ｄでは、第１の電極層３ａおよび第２の電極層３ｂが積層方向に規則的に交代し、第１の電極層３ａのそれぞれは２つの犠牲層４によって囲まれる。
【００５９】
図８は、第１の電極層３ａおよび犠牲層４からなる組が積層体内で規則的な間隔で存在する、未加工の圧電多層構成要素の積層体１の断面図を示す。他の電極層は第２の電極層３ｂである。任意の所望の数の第２の電極層３ｂが、第１の電極層３ａと犠牲層４の組によって置き換わってもよい。例えば、このようなわずか１つの組が積層体において供給されうる。しかしながら、各電極層はまた、第１の電極層３ａと犠牲層４とを含む組によって形成されうる。
【００６０】
図９は、第１の電極層３ａおよび犠牲層４のみからなり、第２の電極層がない、未加工の圧電多層構成要素の積層体１の断面図を示す。犠牲層４は、その金属要素が好ましくは完全に銅からなるが、互いに逆の極性の複数の第１の電極層３ａの間に置かれる。第１の電極層３ａの主要成分は、例えば銅であり、副次成分としてパラジウムを含む。この場合には、各第１の電極層３ａが積層方向において犠牲層４と隣接しない。積層体において任意の所望の数の犠牲層４があってよい。例えば、１つのみの犠牲層４を有してもよく、あるいは、１つの犠牲層４が各第１の電極層３ａに隣接して位置してもよい。
【００６１】
図１０は、空洞７が２つの圧電セラミック層２の間の境界面に形成される、焼結された圧電多層構成要素の積層体１の断面図を示す。犠牲層の第１の金属は焼結の前に空洞７の位置に存在する。焼結の間、第１の金属は、拡散によって犠牲層から、第１の金属の濃度がより低い第１の電極層３ａへと移動した。空洞７は、犠牲層の構造体化によって、境界面における特別な位置、例えば図５ｂから図５ｆおよび図６ａから図６ｄに示したような位置において、意図的に形成されうる。
【００６２】
一方では、拡散過程は、犠牲層４と、第１の金属の濃度がより低い隣接する第１の電極層３ａとの間の濃度差の適切な選択によって達成されうる。
【００６３】
他方では、拡散過程は、未加工の積層体の焼結の間、または加熱の間の適切な温度制御によって達成されうる。図１０は、第１の電極層３ａと第２の電極層３ｂの間に存在する空洞を示す。金属は、犠牲層から、実質的に第１の電極層３ａの方向にのみ拡散した。これは、第２の電極層３ｂが有する第１の金属の濃度が、犠牲層中の第１の金属の濃度と等しいか実質的に等しいためであり、したがって、犠牲層４と第２の電極層３ｂとの間に、それらの間の第１の金属の拡散過程を発生させる顕著な濃度勾配がなかったためである。
【符号の説明】
【００６４】
１  圧電セラミック層および電極層の積層体
２  圧電セラミック層
３  電極層
３ａ  第１の電極層
３ｂ  第２の電極層
４  犠牲層
５  外部接点
６  ひび割れ
７  空洞
【図１】
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【図２】
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【図３ａ）】
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【図３ｂ）】
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【図４】
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【図５ａ）】
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【図５ｂ）】
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【図５ｃ）】
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【図５ｄ）】
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【図５ｅ）】
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【図５ｆ）】
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【図６ａ）】
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【図６ｂ）】
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【図６ｃ）】
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【図６ｄ）】
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【図７ａ）】
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【図７ｂ）】
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【図７ｃ）】
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【図７ｄ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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