JP4817481B2 - Piezoelectric member - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電ブザー、圧電センサー、加速度センサー、発振子、共振子、着火素子、超音波振動子、インクジェット記録ヘッドや超音波モーター等に用いられる圧電アクチュエータ、振動ジャイロ等を構成する圧電部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、圧電ブザー、圧電センサー、加速度センサー、発振子、共振子、着火素子、超音波振動子、インクジェット記録ヘッドや超音波モーター等に用いられる圧電アクチュエータ、振動ジャイロ等には、例えば板厚方向に分極処理された板状の圧電セラミック体の上下面に電極を形成した圧電部材が用いられている。
【0003】
このような圧電部材は、板状の圧電セラミック体に研削や研磨等の加工を施して所定の寸法形状とした後、圧電セラミック体の上下面に印刷法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、PVD法、CVD法、メッキ法等の膜形成手段にて電極をそれぞれ被着し、次いで上下の電極間に通電して圧電セラミック体を板厚方向に分極処理することにより製作されていた。また、上記圧電部材を複数個積層して構成した積層型の圧電部材も知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電部材を製作するにあたり、板状の圧電セラミック体の上下面や側面に研削や研磨等の加工を施すと、加工圧力や加工熱が作用することによって圧電セラミック体の上下面や側面を構成する結晶に歪みが発生し、分極処理によってある一定方向に歪んでいた結晶軸が伸縮し、この結晶軸の伸縮によって分極の度合いが小さくなり、電気機械結合係数が低下するため、電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換効率あるいは逆のエネルギー変換効率が悪いといった課題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、表面の全てが、研削加工と研磨加工との少なくとも一方が施されて加工表面とされた圧電セラミック体であって、少なくとも一対の対向する表面にそれぞれ電極を備え、上記電極間に分極処理を施した圧電部材において、上記加工表面は、分極方向に対して垂直な表面と分極方向に平行な表面とからなり、分極方向に対して垂直な表面である上記加工表面においては、上記加工表面をX線回折にて測定した時の正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)を1.5以下とし、分極方向に平行な表面である上記加工表面においては、上記加工表面をX線回折にて測定した時の正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)を1.5以下としたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0007】
図1は本発明の圧電部材の一例を示す図で、(a)はその一部を破断した斜視図、(b)は断面図である。
【0008】
この圧電部材1は、円板状をした圧電セラミック体2の上下の表面2a,2aに電極3,3を形成したもので、各電極3,3を形成する上下の表面2a,2aには平滑かつ平坦な表面とするために研削加工や研磨加工を施すとともに、圧電セラミック体2の側部の表面2bには所定の形状とするために研削加工や研磨加工を施してあり、上下の電極3,3間の板厚方向に分極処理を施してある。そして、上下の電極3,3間にパルス電圧を印加すると、圧電セラミック体2には板厚方向に伸縮する振動と放射方向に伸縮する振動が発生するため、例えば、圧電ブザー、超音波振動子、インクジェット記録ヘッドや超音波モータ等に用いられる圧電アクチュエータ、振動ジャイロとして用いることができ、また、上記圧電部材1に外力が作用すると、圧電セラミック体2内に電流が流れ、上下の電極3,3間にて電気的変化を検出することができるため、例えば、圧電センサーや加速度センサーとして用いることができる。
【0009】
このような圧電セラミック体2の材質としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT系)、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN系)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)等を主成分とする圧電セラミックスを用いることができ、また、圧電セラミック板2の上下の表面2a,2aに形成する電極3,3の材質としては、金、銀、銅、白金、ニッケル、クロム、アルミニウム、スズ、パラジウム等の金属あるいはこれらの合金を用いることができる。
【0010】
そして、本発明の圧電部材1は、表面の全てが、研削と研磨等との少なくとも一方の加工が施されて加工表面とされた圧電セラミック体2であって、少なくとも一対の対向する表面にそれぞれ電極を備え、この電極間に分極処理を施した圧電部材1において、加工表面は、分極方向に対して垂直な表面と分極方向に平行な表面とからなり、分極方向に対して垂直な表面である加工表面においては、この圧電セラミック体2の上下面2a,2aをそれぞれX線回折にて測定した時の正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)が1.5以下であり、分極方向に平行な表面である加工表面においては、圧電セラミック体2の側面2bをX線回折にて測定した時の正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)が1.5以下であることを特徴とし、好ましくはいずれの加工表面におけるピーク強度比も1.0以下、さらに好ましくはいずれの加工表面におけるピーク強度比も0.9以下であることが良い。
【0011】
即ち、本件発明者は圧電部材1の開発にあたり、分極処理を施した圧電セラミック体2に研削や研磨等の加工を施すと、加工前後において電気機械結合係数等の圧電特性が低下し、また、研削や研磨等の加工を施した後に分極処理を施しても圧電セラミック体2が持つ本来の電気機械結合係数を得ることができないことを知見した。
【0012】
この現象は、分極処理前の圧電セラミックスを構成する結晶粒子は自発分極がランダムに配列された分域構造を持ち、自発分極のベクトル総和がゼロで、焼結された圧電セラミック全体では等方性を呈しているのであるが、分極処理を施すために板厚方向に直流電界をかけると、各結晶粒子の分域が一定の方向に揃って歪みを生じ、直流電界をかけることを止めても電界方向に残留分域が存在して極性を示し、圧電性を示すようになる。
【0013】
しかしながら、分極処理した圧電セラミック体2に研削や研磨等の加工を施すと、大きな加工圧力が作用したり、加工熱が発生し、加工表面に存在する結晶に歪みが発生して結晶軸が伸縮するため、予め分極処理により発生していたある一定方向の歪みが解消されて分極の度合いが小さくなるために加工前後で電気機械結合係数等の圧電特性が低下することに起因するものと思われる。
【0014】
また、研削や研磨等の加工を施した後に分極処理を施しても本来の電気機械結合係数等の圧電特性が得られないのは、加工によって加工表面に加工傷やマイクロクラックが発生すると、その後に分極処理を施すための直流電界をかけても、加工傷やマイクロクラックが発生した結晶粒内の各分域が一定の方向に揃わないため、本来の圧電特性を発揮できないものと思われる。
【0015】
そこで、圧電セラミック体2が持つ本来の圧電特性が得られるようにするため種々研究を重ねたところ、電気機械結合係数等の圧電特性と圧電セラミック体2の加工表面に存在する結晶のX線回折強度との間には相関があり、加工表面が分極方向に対して垂直な表面(圧電セラミック体2の上下の表面2a,2a)である時には、その加工表面をそれぞれX線回折にて測定した時の正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)が大きくなるほど電気機械結合係数の値が小さくなり、また、加工表面が分極方向と平行な表面(圧電セラミック体2の側部の表面2b)である時には、その加工表面をX線回折にて測定した時の正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)が大きくなるほど電気機械結合係数の値が小さくなることを知見し、電気機械結合係数の低下を抑える最適な条件について実験を繰り返したところ、加工表面が分極方向に対して垂直な表面(圧電セラミック体2の上下の表面2a,2a)である時には、その加工表面をX線回折にて測定した時の正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)を1.5以下とし、また、加工表面が分極方向と平行な表面(圧電セラミック体2の側部の表面2b)である時には、その加工表面をX線回折にて測定した時の正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)を1.5以下とすれば良いことを見出し、本発明に至った。
【0016】
なお、正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)あるいは正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)を測定するにあたっては、理学製のRINT1400V型のX線回折を行い、X線源をCu、X線源の管電圧を50kV、管電流を200mAとして2軸の縦型ゴニオメータにてステップ幅を0.020°とし、回折角度40°〜50°の範囲に現れる正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bを測定することにより算出すれば良い。
【0017】
また、X線回折装置を用いれば、測定物の表面から30μm程度の深度までの結晶状態を確認することができるため、圧電セラミック体2の上下面2a,2aに形成する電極3,3の厚さが30μm未満であれば、電極3,3上から直接測定することもでき、この場合、事前に電極3,3単独での回折角度40°〜50°の範囲におけるピーク強度を確認しておき、この電極3,3単独のピーク強度を除く補正を行えば良い。
【0018】
ただし、X線回折のピーク強度比を上述した範囲とするには、研削や研磨等の加工を施した圧電セラミック体2の上下の表面2a,2a及び側部の表面2bを、算術平均粗さ(Ra)で0.3μm以下、最大高さ(Ry)で3.0μm以下の平滑面とすることが必要である。
【0019】
即ち、圧電セラミック体2の各表面2a,2a,2bにおける表面粗さが算術平均粗さ(Ra)で0.3μmを超えるか、あるいは最大高さ(Ry)が3.0μmを超えると、各表面2a,2a,2bには大きな加工傷やマイクロクラックが存在し、この加工傷やマイクロクラックの発生により、分極処理を施しても加工傷やマイクロクラックが存在する領域の結晶の歪みをある一定方向に揃わせることができず、また、予め分極処理を施している場合には、各表面2a,2a,2bにおいてある一定方向に揃っていた歪みが解消されて分極の度合いが低下するため、いずれの場合においても圧電セラミック体2が持つ本来の圧電特性を発揮させることができないからである。
【0020】
ところで、図1に示す圧電部材1を製造するには、まず、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT系)、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN系)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)等を主成分とする圧電セラミック体2を用意する。そして、この圧電セラミック体2を所定の寸法となるように研削や研磨等の加工を施して円板状とする。例えば、平面研削盤や両面ラップ盤等を用いて厚み加工を行い、円筒研削盤やダイシングソー等を用いて外辺の加工を行うことにより、圧電セラミック体2の上下の表面2a,2a及び側部の表面2bの表面粗さを算術平均粗さ(Ra)で0.3μm以下、最大高さ(Ry)で3.0μm以下とする。そして、圧電セラミック体2の上下の表面2a,2aに、金、銀、銅、ニッケル、白金、ニッケル、クロム、アルミニウム、スズ、パラジウム等の金属あるいはこれらの合金を、印刷法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、PVD法、CVD法、メッキ法等の周知の薄膜形成手段により被着して電極3,3を形成し、しかる後、両電極3,3間に直流電界をかけて円板状をした圧電セラミック体2の板厚方向に分極処理を施すことにより得ることができるのであるが、厚み加工を施すにあたり、平面研削盤を用いる場合には、番手が#600(砥粒の粒径20〜30μm)〜#3000(砥粒の粒径2〜6μm)のダイヤモンド砥石を、また、両面ラップ盤を用いる場合には、番手が#1000(砥粒の粒径8〜20μm)〜#4000(砥粒の粒径2〜4μm)のメッシュで分級されたSiCやAl2O3、ダイヤモンド等の砥粒を、円筒研削盤やダイシングソーにて外辺の加工を施す場合には、粒径4〜20μm程度のダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールやダイヤモンドブレードをそれぞれ用い、かつ加工速度を15mm/sec以下、好ましくは5mm/sec程度として加工することが必要である。
【0021】
即ち、厚み加工におけるダイヤモンド砥石の番手が#600(砥粒の粒径20〜30μm)未満であったり、砥粒が#1000(砥粒の粒径8〜20μm)未満であったり、外辺加工におけるダイヤモンド砥粒の粒径が20μmを超えると、圧電セラミック板2の表面2a,2a,2bを算術平均粗さ(Ra)で0.3μm以下、最大高さ(Ry)で3.0μm以下とすることができず、表面2a,2a,2bに大きな加工傷やマイクロクラックが多数発生するからであり、厚み加工におけるダイヤモンド砥石の番手が#3000(砥粒の粒径2〜6μm)を超えたり、砥粒が#4000(砥粒の粒径2〜4μm)を超えたり、外辺加工におけるダイヤモンド砥粒の粒径が4μm未満であると、表面2a,2a,2bを上述した表面粗さとすることができたとしても加工に時間がかかり過ぎて作業効率が悪いからである。また、これらの加工速度が15mm/secを超えると、圧電セラミック体2に大きな加工圧力が作用するとともに、高い加工熱が発生するため、分極の度合いが低下することを防止することができなくなるからである。
【0022】
その為、平面研削盤に用いるダイヤモンド砥石の番手は#600(砥粒の粒径20〜30μm)〜#3000(砥粒の粒径2〜6μm)、両面ラップ盤に用いる砥粒の番手は#1000(砥粒の粒径8〜20μm)〜#4000(砥粒の粒径2〜4μm)、円筒研削盤やダイシングソーに用いるダイヤモンドホイールやダイヤモンドブレードに固着されたダイヤモンド砥粒の粒径は4〜20μmの範囲のものを用いるとともに、加工速度15mm/sec以下の条件にて加工すれば良い。
【0024】
また、図1では、一つの圧電セラミック体2の対向する表面に電極3,3を形成した圧電部材1について説明したが、上記圧電部材1を複数個積み重ねて形成した積層型の圧電部材にも適用することができ、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば改良や変更できることは言う迄もない。
【0025】
【実施例】
(実施例1)
ここで、図1の圧電部材1を製作するにあたり、圧電セラミック体2に研削加工を施して各加工表面における表面粗さと、各加工表面のピーク強度比を異ならせた時の研削加工前後における電気機械結合係数の低下率を測定する実験を行った。
【0026】
具体的には、圧電セラミック体2を製作するため、原料粉末として、Pb3O4、ZrO2、TiO2、SrCO3、BaCO3、ZnO、Sb2O3、NiO、TeO2、Nb2O5を用意し、それぞれの金属元素のモル比率が、Pb:0.94、Zr:0.47、Ti:0.45、Sr:0.04、Ba:0.02、Zn:0.025、Sb:0.05、Ni:0.0025、Te:0.0025となるように秤量したものに溶媒として水を加え、ボールミルにて20時間湿式混合した。次にこの混合物を乾燥し、800℃の温度で3時間熱処理を加えて仮焼粉体を製作し、この仮焼粉体に水とZrO2製のボールを加えてボールミルにて20時間、湿式混合粉砕し、さらに有機バインダーを添加、混練した後乾燥させて造粒粉を作製し、1.5×108N/m2の成形圧で、φ20mm×2mmの円板状体に成形して脱脂処理した後、1240℃前後の温度で焼成することにより、φ16mm×1.6mmの円板状をした圧電セラミック体2を作製した。
【0027】
次に、得られた圧電セラミック体2の上下面に、銀とガラス成分からなる分極用の電極層を焼付けによって形成し、80℃のシリコンオイル中で直流電圧を30分印加し、3.0kV/mmの電界にて分極処理を行った後、150℃恒温の中で2hrのエージング処理を行った。
【0028】
次いで、分極用の電極層を取り除いた後、圧電セラミック体2の厚み加工と外辺の加工を行った。ここでは、φ15mm×0.5mmの寸法とするため、番手が#400(砥粒の粒径30〜40μm)、#600(砥粒の粒径20〜30μm)、#1000(砥粒の粒径8〜20μm)、#2000(砥粒の粒径4〜8μm)、#3000(砥粒の粒径2〜6μm)、#4000(砥粒の粒径2〜4μm)の6種類のSiC砥粒を用いて両面ラップ盤にて厚み加工を施し、また、粒径範囲が30〜40μm、20〜30μm、8〜20μm、4〜6μm、2〜6μmのダイヤモンド砥粒をそれぞれ固着したダイヤモンドホイールを用いて円筒研削盤にて外辺の加工を行った。
【0029】
そして、得られた圧電セラミック体2の上下の表面2a,2a及び側部の表面2bの表面粗さを、小坂研究所製のサーフコーダーSE−2300と呼ばれる表面粗さ測定器を用い、JISB0601−1994に準拠して各加工表面2a,2a,2bの算術平均粗さ(Ra)と最大高さ(Ry)を各々測定するとともに、圧電セラミック体2の上下の表面2a,2aにおける正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)、及び圧電セラミック体2の側部の表面2bにおける正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)を、理学製のRINT1400V型のX線回折装置を行い、X線源をCu、X線源の管電圧を50kV、管電流を200mAとして2軸の縦型ゴニオメータにてステップ幅を0.020°とし、回折角度40°から50°の範囲に現れる正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bをそれぞれ測定した後、その比率を算出することにより求めた。
【0030】
しかる後、加工を施した圧電セラミック体2の上下の表面2a,2aに銀とガラス成分からなる銀ペーストを塗布し、焼付けによって電極層を形成することにより試料としての圧電部材1を製作し、各試料を形成する円板状をした圧電セラミック体2の放射方向の振動における電気機械結合係数Kpを日本電子工業学会規格EMAS−6100に準拠して行った。
【0031】
また、上述した試料と同一組成、同一条件にて焼成することにより、焼成したままの寸法がφ15mm×0.5mmである圧電セラミック体2を製作し、この圧電セラミック体2の上下の表面に銀とガラス成分とからなる電極層を焼付けによって形成した後、同様の条件にて分極処理したものを基準試料として用意し、この基準試料を形成する円板状をした圧電セラミック体2の放射方向の振動における電気機械結合係数Kpを日本電子工業学会規格EMAS−6100に準拠して行い、該基準試料の電気機械結合係数Kpに対する上記各試料の電気機械結合係数Kpの比率を、加工前後における電気機械結係数Kpの低下率として測定し、この低下率が5%未満であるものを優れたものと評価した。
【0032】
結果は表1に示す通りである。
【0033】
【表1】
【0034】
この結果、表1に示すように、試料No.16〜19,22〜25,28〜31および34〜37は、圧電セラミック体2の各表面における表面粗さを算術平均粗さ(Ra)で0.3μm以下で、かつ最大高さ(Ry)で3.0μm以下とし、かつ加工表面が分極方向に対して垂直な表面(圧電セラミック体の上下面2a,2a)である時には、その加工表面をX線回折にて測定したときの正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)を1.5以下とし、また、加工表面が分極方向に対して平行な表面(圧電セラミック体2の側面2b)である時には、その加工表面をX線回折にて測定したときの正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)を1.5以下としてあることから、各加工表面には大きな加工傷やマイクロクラックが殆どなく、加工前後における電気機械結合係数Kpの低下率を5%未満に抑えることができ、優れていた。
【0035】
特に、試料No.29〜31および35〜37のように、各加工表面におけるピーク強度の比を1.0以下とすることにより、加工前後における電気機械結合係数Kpの低下率を2%未満に抑えることができ、さらに試料No.35〜37のように、各加工表面におけるピーク強度の比を0.9以下とすることにより、加工前後における電気機械結合係数Kpの低下率を1%未満とすることができ、圧電セラミック体2が持つ本来の電気機械結合係数が得られることが判る。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、表面の全てが、研削加工と研磨加工との少なくとも一方が施されて加工表面とされた圧電セラミック体であって、少なくとも一対の対向する表面にそれぞれ電極を備え、上記電極間に分極処理を施した圧電部材において、上記加工表面は、分極方向に対して垂直な表面と分極方向に平行な表面とからなり、分極方向に対して垂直な表面である上記加工表面においては、上記加工表面をX線回折にて測定した時の正方晶200回折のピーク強度Aと正方晶002回折のピーク強度Bとの比(A/B)を1.5以下とし、分極方向に平行な表面である上記加工表面においては、上記加工表面をX線回折にて測定した時の正方晶002回折のピーク強度Bと正方晶200回折のピーク強度Aとの比(B/A)を1.5以下としたことによって、研削や研磨等の加工によって圧電セラミック体が本来有する電気機械結合係数等の圧電特性が低下することを防止し、電気的エネルギーと機械的エネルギーとの間の変換効率を向上させることができる。
【0037】
その為、本発明の圧電部材を、圧電ブザー、インクジェット記録ヘッドや超音波モーター等に用いられる圧電アクチュエータ等に用いれば、大きな変位量が得られ、また、圧電センサーや加速度センサー等に用いれば、小さな変化に対しても感度良く検出することができ、さらに発振子や共振子に用いれば、一定の共振周波数特性を有した製品が安定して得られるといった効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る圧電部材の一例を示す図で、(a)はその一部を破断した斜視図、(b)は断面図である。
【符号の説明】
1:圧電部材 2:圧電セラミック体
2a:圧電セラミック体の上下の表面
2b:圧電セラミック体の側部の表面
3:電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric member constituting a piezoelectric buzzer, a piezoelectric sensor, an acceleration sensor, an oscillator, a resonator, an ignition element, an ultrasonic vibrator, an inkjet recording head, an ultrasonic motor, and a vibration gyro. Is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, piezoelectric buzzers, piezoelectric sensors, acceleration sensors, oscillators, resonators, ignition elements, ultrasonic vibrators, piezoelectric actuators used for inkjet recording heads, ultrasonic motors, etc. A piezoelectric member in which electrodes are formed on the upper and lower surfaces of a plate-like piezoelectric ceramic body subjected to polarization treatment is used.
[0003]
Such a piezoelectric member is obtained by subjecting a plate-like piezoelectric ceramic body to processing such as grinding and polishing to have a predetermined size and shape, and then printing, ion plating, vacuum evaporation, It is manufactured by depositing electrodes by film forming means such as sputtering, PVD, CVD, plating, etc., and then applying current between the upper and lower electrodes to polarize the piezoelectric ceramic body in the plate thickness direction. It was. In addition, a laminated piezoelectric member constituted by laminating a plurality of the piezoelectric members is also known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when manufacturing the piezoelectric member, if processing such as grinding or polishing is applied to the upper and lower surfaces and side surfaces of the plate-shaped piezoelectric ceramic body, the upper and lower surfaces and side surfaces of the piezoelectric ceramic body are affected by processing pressure and processing heat. Since the crystal structure is distorted, the crystal axis that has been distorted in a certain direction by the polarization process expands and contracts, and the expansion and contraction of the crystal axis reduces the degree of polarization and decreases the electromechanical coupling coefficient. There is a problem that the conversion efficiency from mechanical energy to mechanical energy or the reverse energy conversion efficiency is poor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in consideration of the above problems, all surface, a piezoelectric ceramic body at least one of which is a decorated with by processing the surface of the polishing and grinding, respectively on opposite surfaces of at least a pair of electrodes And the processed surface is a surface perpendicular to the polarization direction and a surface perpendicular to the polarization direction. In the processed surface, the ratio (A / B) between the peak intensity A of tetragonal 200 diffraction and the peak intensity B of tetragonal 002 diffraction when the processed surface is measured by X-ray diffraction is 1.5 or less. , in the working surface is a surface parallel to a separatory pole direction, the ratio of the tetragonal 002 diffraction peak intensity B and the peak intensity a tetragonal 200 diffraction when measuring the working surface by X-ray diffraction ( B / A) is 1 Wherein the 5 or less were.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0007]
1A and 1B are views showing an example of a piezoelectric member of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view with a part broken away, and FIG.
[0008]
This piezoelectric member 1 has
[0009]
As a material of the piezoelectric
[0010]
The piezoelectric member 1 of the present invention is a piezoelectric
[0011]
That is, in developing the piezoelectric member 1, the present inventor performs processing such as grinding or polishing on the piezoelectric
[0012]
This phenomenon is due to the fact that the crystal particles that make up the piezoelectric ceramic before polarization treatment have a domain structure in which the spontaneous polarization is randomly arranged, the vector sum of the spontaneous polarization is zero, and the sintered piezoelectric ceramic as a whole is isotropic However, if a direct current electric field is applied in the thickness direction in order to carry out the polarization treatment, the domain of each crystal grain is aligned in a certain direction, causing distortion, and even if the direct current electric field is stopped. Residual domains exist in the direction of the electric field, exhibiting polarity and exhibiting piezoelectricity.
[0013]
However, polarization treatment was piezoelectric
[0014]
In addition, even if polarization is applied after processing such as grinding or polishing, the original piezoelectric characteristics such as electromechanical coupling coefficient cannot be obtained. Even if a direct current electric field for applying a polarization treatment is applied, the domains within the crystal grains where the processing flaws and microcracks have occurred are not aligned in a certain direction, so that it seems that the original piezoelectric characteristics cannot be exhibited.
[0015]
Therefore, various studies have been made to obtain the original piezoelectric characteristics of the piezoelectric
[0016]
The ratio of the peak intensity A of tetragonal 200 diffraction to the peak intensity B of tetragonal 002 diffraction (A / B) or the ratio of the peak intensity B of tetragonal 002 diffraction to the peak intensity A of tetragonal 200 diffraction (B / A) is measured by RINT1400V X-ray diffraction made by Rigaku, stepped with a biaxial vertical goniometer with Cu as the X-ray source, 50 kV X-ray source tube voltage, and 200 mA tube current. What is necessary is just to calculate by measuring the peak intensity A of the tetragonal crystal 200 diffraction and the peak intensity B of the tetragonal 002 diffraction appearing in the diffraction angle range of 40 ° to 50 ° with the width being 0.020 °.
[0017]
Further, by using the X-ray diffraction apparatus, the surface of the workpiece it is possible to check the crystalline state to 30.mu. m about depth, the piezoelectric
[0018]
However, in order to set the peak intensity ratio of the X-ray diffraction within the above-described range, the upper and
[0019]
That is, when the surface roughness of each
[0020]
Incidentally, in order to manufacture the piezoelectric member 1 shown in FIG. 1, first, lead zirconate titanate (PZT system), lead magnesium niobate (PMN system), lead nickel niobate (PNN system) and the like are the main components. A piezoelectric
[0021]
That is, the diamond grindstone count in the thickness processing is less than # 600 (abrasive grain size 20-30 μm), the abrasive grain is less than # 1000 (abrasive grain diameter 8-20 μm), or outer edge processing. When the grain size of the diamond abrasive grains exceeds 20 μm, the
[0022]
Therefore, the diamond grindstone used for the surface grinder is # 600 (abrasive grain size 20-30 μm) to # 3000 (abrasive grain diameter 2-6 μm), and the grinder used for the double-sided lapping machine is # 1000 (abrasive grain size 8-20 μm) to # 4000 (abrasive grain size 2-4 μm), diamond abrasive grains fixed to diamond wheels and diamond blades used in cylindrical grinders and dicing saws have a grain size of 4 What is necessary is just to process on the conditions of 15 mm / sec or less of processing speed while using the thing of the range of -20 micrometers.
[0024]
Further, in FIG. 1, the piezoelectric member 1 in which the
[0025]
【Example】
Example 1
Here, when the piezoelectric member 1 of FIG. 1 is manufactured, the piezoelectric
[0026]
Specifically, in order to manufacture the piezoelectric
[0027]
Next, electrode layers for polarization composed of silver and glass components are formed on the upper and lower surfaces of the obtained piezoelectric
[0028]
Subsequently, after removing the electrode layer for polarization, the thickness processing of the piezoelectric
[0029]
Then, the surface roughness of the upper and
[0030]
Thereafter, a silver paste made of silver and glass components is applied to the upper and
[0031]
Further, by firing under the same composition and the same conditions as the above-described sample, a piezoelectric
[0032]
The results are as shown in Table 1.
[0033]
[Table 1]
[0034]
As a result, as shown in Table 1, sample No. 16-19, 22-25, 28-31, and 34-37 have a surface roughness on each surface of the piezoelectric
[0035]
In particular, sample no . As in 29-31 and 35-37, the ratio of the peak intensity on each processed surface is set to 1.0 or less, so that the rate of decrease of the electromechanical coupling coefficient Kp before and after processing can be suppressed to less than 2%. In addition, sample no. As in 35 to 37, by setting the ratio of the peak intensity on each processed surface to 0.9 or less, the reduction rate of the electromechanical coupling coefficient Kp before and after processing can be made less than 1%, and the piezoelectric
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, all of the surface, a piezoelectric ceramic body at least one of which is a decorated with by processing the surface of the polishing and grinding, respectively on opposite surfaces of at least a pair In the piezoelectric member provided with electrodes and subjected to polarization treatment between the electrodes, the processed surface is composed of a surface perpendicular to the polarization direction and a surface parallel to the polarization direction, and is a surface perpendicular to the polarization direction. For a certain processed surface, the ratio (A / B) between the peak intensity A of tetragonal 200 diffraction and the peak intensity B of tetragonal 002 diffraction when the processed surface is measured by X-ray diffraction is 1.5 or less. the ratio between, and in the working surface is a surface parallel to a separatory pole direction, a tetragonal 002 diffraction peak intensity B and the peak intensity a tetragonal 200 diffraction when measuring the working surface by X-ray diffraction (B / A) By making the following, it prevents the piezoelectric characteristics such as electromechanical coupling coefficient inherent to the piezoelectric ceramic body from being degraded by processing such as grinding and polishing, and improves the conversion efficiency between electrical energy and mechanical energy Can be made.
[0037]
Therefore, if the piezoelectric member of the present invention is used for a piezoelectric actuator used in a piezoelectric buzzer, an ink jet recording head, an ultrasonic motor or the like, a large amount of displacement can be obtained, and if used in a piezoelectric sensor or an acceleration sensor, Even small changes can be detected with high sensitivity, and further, if used for an oscillator or a resonator, a product having a constant resonance frequency characteristic can be obtained stably.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing an example of a piezoelectric member according to the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view with a part broken away, and FIG.
[Explanation of symbols]
1: Piezoelectric member 2: Piezoelectric
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