JP5118294B2 - Piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, piezoelectric / electrostrictive body, and piezoelectric / electrostrictive film type element - Google Patents

Piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, piezoelectric / electrostrictive body, and piezoelectric / electrostrictive film type element Download PDF

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Description

本発明は圧電/電歪磁器組成物、圧電/電歪体、及び圧電/電歪膜型素子に関し、更に詳しくは、優れた圧電/電歪特性を示すとともに、環境に対しても配慮のなされた圧電/電歪体や圧電/電歪膜型素子を製造し得る圧電/電歪磁器組成物、及びこれを用いた圧電/電歪体、圧電/電歪膜型素子に関する。   The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, a piezoelectric / electrostrictive body, and a piezoelectric / electrostrictive film type element. More specifically, the present invention exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics and is environmentally friendly. The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive ceramic composition capable of producing a piezoelectric / electrostrictive body and a piezoelectric / electrostrictive film type element, and a piezoelectric / electrostrictive body and a piezoelectric / electrostrictive film type element using the same.

従来、サブミクロンのオーダーで微小変位を制御できる素子として、圧電/電歪素子が知られている。特に、セラミックスからなる基板上に、圧電/電歪磁器組成物からなる圧電/電歪部と、電圧が印加される電極部とを積層した圧電/電歪膜型素子は、微小変位の制御に好適であることの他、高電気機械変換効率、高速応答性、高耐久性、及び省消費電力等の優れた特性を有するものである。これらの圧電/電歪素子は圧電型圧力センサ、走査型トンネル顕微鏡のプローブ移動機構、超精密加工装置における直進案内機構、油圧制御用サーボ弁、VTR装置のヘッド、フラットパネル型の画像表示装置を構成する画素、又はインクジェットプリンタのヘッド等、様々な用途に用いられている。   Conventionally, piezoelectric / electrostrictive elements are known as elements capable of controlling minute displacements on the order of submicrons. In particular, a piezoelectric / electrostrictive film type element in which a piezoelectric / electrostrictive portion made of a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition and an electrode portion to which a voltage is applied is laminated on a substrate made of a ceramic is used for controlling a minute displacement. In addition to being suitable, it has excellent characteristics such as high electromechanical conversion efficiency, high-speed response, high durability, and power saving. These piezoelectric / electrostrictive elements include a piezoelectric pressure sensor, a probe moving mechanism of a scanning tunnel microscope, a linear guide mechanism in an ultra-precision machining apparatus, a servo valve for hydraulic control, a head of a VTR device, and a flat panel type image display device. It is used for various purposes such as constituting pixels or inkjet printer heads.

また、圧電/電歪部を構成する圧電/電歪磁器組成物についても、種々検討がなされている。例えば、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbZrO3−PbTiO3三成分固溶系組成物(PZT系組成物)、又はこれらの組成物中のPbの一部をSr、La等で置換した圧電/電歪磁器組成物が開示されており(例えば、特許文献1,2参照)、圧電/電歪素子の圧電/電歪特性を決定する最も重要な部分である圧電/電歪部自体について、優れた圧電/電歪特性(例えば、圧電d定数)を有する圧電/電歪素子が得られるものと期待されている。 Various studies have also been made on the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition constituting the piezoelectric / electrostrictive portion. For example, Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -PbZrO 3 -PbTiO 3 ternary solid solution system composition (PZT-based composition), or a part of Pb in these compositions Sr, La or the like A piezoelectric / electrostrictive porcelain composition substituted with a piezoelectric / electrostrictive is disclosed (see, for example, Patent Documents 1 and 2), and is the most important part for determining the piezoelectric / electrostrictive characteristics of a piezoelectric / electrostrictive element. It is expected that a piezoelectric / electrostrictive element having excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics (for example, piezoelectric d constant) will be obtained for the part itself.

但し、PZT系組成物は、不可避的に鉛(Pb)を含有するものである。特に近年、酸性雨による鉛(Pb)の溶出等、地球環境に及ぼす影響が問題視される傾向にある。このため、環境に対する影響を考慮した圧電/電歪材料として、鉛(Pb)を含有しなくとも良好な圧電/電歪特性を示す圧電体や圧電素子を提供可能な圧電磁器(又は圧電磁器組成物)が開示されている(例えば、特許文献3〜6参照)。   However, the PZT composition inevitably contains lead (Pb). In particular, in recent years, the influence on the global environment, such as elution of lead (Pb) by acid rain, tends to be regarded as a problem. For this reason, a piezoelectric ceramic (or piezoelectric ceramic composition) capable of providing a piezoelectric body or a piezoelectric element exhibiting excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb) as a piezoelectric / electrostrictive material in consideration of the influence on the environment. (See, for example, Patent Documents 3 to 6).

しかしながら、特許文献3〜6において開示された圧電磁器(又は圧電磁器組成物)を用いて得られる圧電体等は、鉛(Pb)を含有するPZT系組成物を用いて得られる圧電体等に比べて大きな変位を得難く、圧電/電歪特性の優劣の面においてはPZT系組成物のほうが優れているといわざるを得ないのが現状である。従って、鉛(Pb)を含有しない場合であっても、優れた圧電/電歪特性を示す圧電/電歪体、圧電/電歪素子を得ることのできる圧電/電歪磁器組成物を開発する必要性があった。
特公昭44−17103号公報 特公昭45−8145号公報 特開2003−221276号公報 特開2003−277145号公報 特開2002−68836号公報 特開2004−244299号公報
However, the piezoelectric body obtained using the piezoelectric ceramic (or piezoelectric ceramic composition) disclosed in Patent Documents 3 to 6 is a piezoelectric body obtained using a PZT-based composition containing lead (Pb). It is difficult to obtain a large displacement in comparison with the current situation, and it can be said that the PZT-based composition is superior in terms of superiority and inferiority of the piezoelectric / electrostrictive characteristics. Therefore, even when lead (Pb) is not contained, a piezoelectric / electrostrictive ceramic composition capable of obtaining a piezoelectric / electrostrictive body and a piezoelectric / electrostrictive element exhibiting excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics is developed. There was a need.
Japanese Examined Patent Publication No. 44-17103 Japanese Patent Publication No. 45-8145 JP 2003-221276 A JP 2003-277145 A JP 2002-68836 A JP 2004-244299 A

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能な圧電/電歪体や圧電/電歪膜型素子を製造し得る圧電/電歪磁器組成物を提供することにある。更に、本発明の課題とするところは、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能な圧電/電歪体を提供することにある。また、本発明の課題とするところは、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能な圧電/電歪膜型素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the problem is that the present invention exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb), and is particularly large. An object of the present invention is to provide a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition capable of producing a piezoelectric / electrostrictive body and a piezoelectric / electrostrictive film type element capable of obtaining a displacement amount. Furthermore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric / electrostrictive body that exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb) and can obtain a particularly large displacement. is there. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric / electrostrictive film type element which exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb) and can obtain a particularly large displacement. There is.

本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、所定の組成式で表される、鉛(Pb)を含有しない二元系固溶体を主成分とすることによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors achieve the above-mentioned problems by using as a main component a binary solid solution that does not contain lead (Pb) represented by a predetermined composition formula. As a result, the present invention has been completed.

即ち、本発明によれば、以下に示す圧電/電歪磁器組成物、圧電/電歪体、及び圧電/電歪膜型素子が提供される。   That is, according to the present invention, the following piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, piezoelectric / electrostrictive body, and piezoelectric / electrostrictive film type element are provided.

[1]下記一般式(1)で表される二元系固溶体を主成分とする圧電/電歪磁器組成物。
(1−n)(Ag1−a−b−cLiNa)(Nb1−x−y−zTaSb)O+nM …(1)
(但し、前記一般式(1)中、0≦a≦0.2、0<b≦0.95、0≦c≦0.95、0<(1−a−b−c)≦1、0<x≦0.5、0<y≦0.2、0<z≦0.2、0<(y+z)≦0.3、0.05≦n≦0.2であり、MとMは、下記の組み合わせCを満たす
み合わせC:Mは平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせであり、Mは平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせであり、かつ、Mは、Ca、Ce、Sr、Baのいずれか二種以上の金属元素からなり、Mは、Mg、Nb、Ni、Zn、Ta、Sb、Ti、Zr、W、Cr、Feのいずれか二種以上の金属元素からなる。
[1] A piezoelectric / electrostrictive porcelain composition comprising a binary solid solution represented by the following general formula (1) as a main component.
(1-n) (Ag 1 -a-b-c Li a Na b K c) (Nb 1-x-y-z Ta x Sb y V z) O 3 + nM 1 M 2 O 3 ... (1)
(However, in the general formula (1), 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 <b ≦ 0.95, 0 ≦ c ≦ 0.95, 0 <(1-a−b−c) ≦ 1, 0) <X ≦ 0.5, 0 <y ≦ 0.2, 0 <z ≦ 0.2, 0 <(y + z) ≦ 0.3, 0.05 ≦ n ≦ 0.2, and M 1 and M 2 satisfies C the combination of the following)
Set look combined C: M 1 is a combination of two or more metal elements to be trivalent average, M 2 is a combination of two or more metal elements to be trivalent average, and, M 1, Ca, Ce, Sr, made from any two or more metal elements Ba, M 2 is either Mg, Nb, Ni, Zn, Ta, Sb, Ti, Zr, W, Cr, of Fe Consists of two or more metal elements.

[2]Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Pt、Au、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素の酸化物を含有する前記[1]に記載の圧電/電歪磁器組成物。 [2] Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb , Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ba, Hf, Ta, W, Pt, Au , Bi , La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er The piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to the above [1], which contains an oxide of at least one metal element selected from the group consisting of Tm, Yb, and Lu.

[3]前記[1]又は[2]に記載の圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成された圧電/電歪体。 [3] A piezoelectric / electrostrictive body composed of crystal particles comprising the piezoelectric / electrostrictive ceramic composition according to [1] or [2].

[4]その全体形状がシート状である前記[3]に記載の圧電/電歪体。 [4] The piezoelectric / electrostrictive body according to [3], wherein the overall shape is a sheet shape.

[5]セラミックスからなる薄肉の基板と、膜状の圧電/電歪部と、前記圧電/電歪部に電気的に接続される膜状の電極とを備え、前記圧電/電歪部が、前記基板上に直接又は前記電極を介して固着された圧電/電歪膜型素子であって、前記圧電/電歪部が、前記[1]又は[2]に記載の圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成された圧電/電歪膜型素子。 [5] A thin-walled substrate made of ceramic, a film-like piezoelectric / electrostrictive portion, and a film-like electrode electrically connected to the piezoelectric / electrostrictive portion, A piezoelectric / electrostrictive film type element fixed on the substrate directly or via the electrode, wherein the piezoelectric / electrostrictive portion is the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to [1] or [2]. Piezoelectric / electrostrictive film type element composed of crystal grains made of a material.

[6]前記圧電/電歪部及び前記電極をそれぞれ複数備え、複数の前記圧電/電歪部が、複数の前記電極により交互に挟持・積層された前記[5]に記載の圧電/電歪膜型素子。 [6] The piezoelectric / electrostrictive device according to [5], wherein a plurality of the piezoelectric / electrostrictive portions and the electrodes are provided, and the plurality of piezoelectric / electrostrictive portions are alternately sandwiched and stacked by the plurality of electrodes. Membrane element.

[7]一の前記圧電/電歪部の厚みが、0.5〜50μmである前記[5]又は[6]に記載の圧電/電歪膜型素子。 [7] The piezoelectric / electrostrictive film element according to [5] or [6], wherein the thickness of the one piezoelectric / electrostrictive portion is 0.5 to 50 μm.

本発明の圧電/電歪磁器組成物は、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能な圧電/電歪体や圧電/電歪膜型素子を製造し得るといった効果を奏するものである。   The piezoelectric / electrostrictive porcelain composition of the present invention exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb), and can obtain a particularly large displacement amount. There is an effect that a strained film type element can be manufactured.

また、本発明の圧電/電歪体は、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能であるといった効果を奏するものである。   Further, the piezoelectric / electrostrictive body of the present invention exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb), and has an effect that a particularly large displacement can be obtained.

更に、本発明の圧電/電歪膜型素子は、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能であるといった効果を奏するものである。 Furthermore, the piezoelectric / electrostrictive film type element of the present invention exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb), and has an effect that a particularly large displacement can be obtained. is there.

以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiment, and is based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. It should be understood that modifications and improvements as appropriate to the following embodiments also fall within the scope of the present invention.

本発明の圧電/電歪磁器組成物の一実施形態は、下記一般式(1)で表される二元系固溶体を主成分とする圧電/電歪磁器組成物である。なお、本明細書において、「二元系固溶体を主成分とする」とは、圧電/電歪磁器組成物の全体に対する、二元系固溶体の割合が、99.5質量%以上であることをいい、好ましくは99.8質量%以上であることをいう。
(1−n)(Ag1−a−b−cLiNa)(Nb1−x−y−zTaSb)O+nM …(1)
(但し、前記一般式(1)中、0≦a≦0.2、0b≦0.95、0≦c≦0.95、0<(1−a−b−c)≦1、0x≦0.5、0y≦0.2、0z≦0.2、0(y+z)≦0.3、0.05≦n≦0.2である)
One embodiment of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition of the present invention is a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition mainly composed of a binary solid solution represented by the following general formula (1). In this specification, “having a binary solid solution as a main component” means that the ratio of the binary solid solution to the whole piezoelectric / electrostrictive porcelain composition is 99.5% by mass or more. That is, preferably 99.8% by mass or more.
(1-n) (Ag 1 -a-b-c Li a Na b K c) (Nb 1-x-y-z Ta x Sb y V z) O 3 + nM 1 M 2 O 3 ... (1)
(However, in the general formula (1), 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 < b ≦ 0.95, 0 ≦ c ≦ 0.95, 0 <(1-a−b−c) ≦ 1, 0 <x ≦ 0.5,0 <y ≦ 0.2,0 <z ≦ 0.2,0 <(y + z) is ≦ 0.3,0.05 ≦ n ≦ 0.2)

ここで、前記一般式(1)中、MとMは、以下に示す組み合わせCを満たす金属元素、又は二種以上の金属元素の組合せである。 Here, in the general formula (1), M 1 and M 2 is a metal element that satisfies C combination shown below, or a combination of two or more metal elements.

2.「組み合わせC」
は平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせであり、M は平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせであり、かつ、M は、Ca、Ce、Sr、Baのいずれか二種以上の金属元素からなり、M は、Mg、Nb、Ni、Zn、Ta、Sb、Ti、Zr、W、Cr、Feのいずれか二種以上の金属元素からなる。M の、平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせとしては、(Ca1/2Ce1/2)、(Sr1/2Ce1/2)、及び(Ba1/2Ce1/2)を好適例として挙げることができる。また、M の、平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせとしては、(Mg2/3Nb1/3)、(Ni2/3Nb1/3)、(Zn2/3Nb1/3)、(Mg2/3Ta1/3)、(Mg2/3Sb1/3)、(Mg1/2Ti1/2)(Ni1/2Zr1/2)、(Mg3/41/4)、(Mg1/3Cr1/3Ti1/3)、(Mg1/3Fe1/3Zr1/3)、及び(Mg7/12Ti3/12Nb2/12)を好適例として挙げることができる。従って、組み合わせ例としては、(Ba1/2Ce1/2)(Mg2/3Nb1/3)Oを好適例として挙げることができる。
2. “Combination C”
M 1 is a combination of two or more metal elements to be trivalent by leveling flat, M 2 is Ri Kumiawasedea of two or more metal elements to be trivalent by leveling flat, and, M 1 is , Ca, Ce, Sr, Ba, any two or more metal elements, M 2 is any one of Mg, Nb, Ni, Zn, Ta, Sb, Ti, Zr, W, Cr, Fe ing from more metal elements. Of M 1, as a combination of two or more metal elements to be trivalent by smoothing flat, (Ca 1/2 Ce 1/2), (Sr 1/2 Ce 1/2), and (Ba 1 / 2 Ce 1/2 ) can be mentioned as a suitable example. Further, the M 2, as a combination of two or more metal elements to be trivalent by leveling Ping, (Mg 2/3 Nb 1/3), (Ni 2/3 Nb 1/3), (Zn 2 / 3 Nb 1/3 ), (Mg 2/3 Ta 1/3 ), (Mg 2/3 Sb 1/3 ), (Mg 1/2 Ti 1/2 ) (Ni 1/2 Zr 1/2 ) , (Mg 3/4 W 1/4 ), (Mg 1/3 Cr 1/3 Ti 1/3 ), (Mg 1/3 Fe 1/3 Zr 1/3 ), and (Mg 7/12 Ti 3 / 12 Nb 2/12 ) can be mentioned as a suitable example. Therefore, as a combination example , ( Ba 1/2 Ce 1/2 ) (Mg 2/3 Nb 1/3 ) O 3 can be cited as a preferred example.

本実施形態の圧電/電歪磁器組成物においては、Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Pt、Au、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素の酸化物を含有することが、より優れた圧電/電歪特性を示す圧電/電歪体や圧電/電歪膜型素子を提供することが可能となるために好ましい。 In the piezoelectric / electrostrictive ceramic composition of the present embodiment, Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ba, Hf, Ta, W, Pt, Au , Bi , La, Ce, Pr, Nd, Sm, Piezoelectric material having superior piezoelectric / electrostrictive characteristics by containing an oxide of at least one metal element selected from the group consisting of Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu / Electrostrictive body and piezoelectric / electrostrictive film type element can be provided, which is preferable.

ここで、本明細書にいう「金属元素の酸化物を含有する」とは、金属元素の酸化物が、前記一般式(1)で表される二元系固溶体と明確に判別し得る状態で存在する場合をいうことの他、金属元素の酸化物が、二元系固溶体を表す前記一般式(1)中に取り込まれた状態をも含む概念である。従って、前記一般式(1)中に含まれる金属元素の酸化物を、前記一般式(1)に表されるよりも多くの量を加えた圧電/電歪磁器組成物も、本発明の圧電/電歪磁器組成物に含まれる。   As used herein, “containing an oxide of a metal element” means that the oxide of a metal element can be clearly distinguished from the binary solid solution represented by the general formula (1). In addition to the case where it exists, it is a concept that includes a state in which an oxide of a metal element is incorporated in the general formula (1) representing a binary solid solution. Therefore, a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition obtained by adding a larger amount of an oxide of a metal element contained in the general formula (1) than expressed in the general formula (1) is also a piezoelectric of the present invention. / Included in electrostrictive porcelain composition.

次に、本発明の圧電/電歪体の一実施形態について説明する。本実施形態の圧電/電歪体は、上述してきた本発明の実施形態であるいずれかの圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成された圧電/電歪体である。即ち、本実施形態の圧電/電歪体は、前記一般式(1)で表される二元系固溶体を主成分とする圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成されたものである。上述してきたように、本発明の実施形態である圧電/電歪磁器組成物は、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能な圧電/電歪体を製造し得るものであるため、これを焼成してなる結晶粒子により形成された本実施形態の圧電/電歪体は、環境に対する配慮がなされているとともに、優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能なものである。   Next, an embodiment of the piezoelectric / electrostrictive body of the present invention will be described. The piezoelectric / electrostrictive body of the present embodiment is a piezoelectric / electrostrictive body composed of crystal particles made of any one of the piezoelectric / electrostrictive porcelain compositions according to the embodiments of the present invention described above. That is, the piezoelectric / electrostrictive body of the present embodiment is composed of crystal particles made of a piezoelectric / electrostrictive ceramic composition whose main component is the binary solid solution represented by the general formula (1). . As described above, the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to the embodiment of the present invention exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb), and can obtain a particularly large displacement. Therefore, the piezoelectric / electrostrictive body of the present embodiment formed by crystal particles formed by firing the piezoelectric / electrostrictive body is environmentally friendly and has excellent piezoelectricity. / Shows electrostrictive characteristics and can obtain a particularly large displacement.

また、本実施形態の圧電/電歪体は、これを構成する結晶粒子の平均粒子径が、0.3〜20μmであることが好ましく、0.5〜15μmであることが更に好ましく、0.8〜10μmであることが特に好ましい。平均粒径が0.3μm未満であると、圧電/電歪体中で分域が十分に発達しない場合があるため、圧電/電歪特性の低下を生ずる場合がある。一方、平均粒径が20μm超であると、圧電/電歪体中の分域は十分に発達する反面、分域が動き難くなり、圧電/電歪特性が小さくなる場合がある。なお、本実施形態の圧電/電歪体は、その全体形状を種々の形状とすることができる。具体的にはブロック状のもの(いわゆるバルク体)や、シート状のもの等を好適例として挙げることができる。   In the piezoelectric / electrostrictive body of the present embodiment, the average particle diameter of crystal grains constituting the piezoelectric / electrostrictive body is preferably 0.3 to 20 μm, more preferably 0.5 to 15 μm, and It is especially preferable that it is 8-10 micrometers. If the average particle size is less than 0.3 μm, the domain may not be sufficiently developed in the piezoelectric / electrostrictive body, which may cause deterioration of the piezoelectric / electrostrictive characteristics. On the other hand, if the average particle size is more than 20 μm, the domain in the piezoelectric / electrostrictive body is sufficiently developed, but the domain becomes difficult to move and the piezoelectric / electrostrictive characteristics may be reduced. Note that the piezoelectric / electrostrictive body of the present embodiment can have various shapes as a whole. Specifically, a block-like thing (so-called bulk body), a sheet-like thing, etc. can be mentioned as a suitable example.

次に、本発明の圧電/電歪膜型素子の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。図1に示すように、本実施形態の圧電/電歪膜型素子51は、セラミックスからなる基板1と、膜状の圧電/電歪部2と、この圧電/電歪部2に電気的に接続される膜状の電極4,5とを備え、圧電/電歪部2が、電極4を介在させた状態で基板1上に固着されているものである。なお、圧電/電歪部は、電極を介在させることなく、直接、基板上に固着されていてもよい。なお、本明細書にいう「固着」とは、有機系、無機系の一切の接着剤を用いることなく、第一の圧電部2と、基板1又は電極4との固相反応により、両者が緊密一体化した状態のことをいう。   Next, embodiments of the piezoelectric / electrostrictive membrane element of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the piezoelectric / electrostrictive film type element 51 of the present embodiment includes a substrate 1 made of ceramics, a film-like piezoelectric / electrostrictive portion 2, and the piezoelectric / electrostrictive portion 2 electrically. The film-like electrodes 4 and 5 are connected, and the piezoelectric / electrostrictive portion 2 is fixed on the substrate 1 with the electrode 4 interposed therebetween. The piezoelectric / electrostrictive portion may be directly fixed on the substrate without interposing an electrode. In this specification, “adhesion” means that both the organic piezoelectric material and the inorganic adhesive material are used in a solid phase reaction between the first piezoelectric portion 2 and the substrate 1 or the electrode 4 without using any organic or inorganic adhesive. A state of tight integration.

本実施形態の圧電/電歪膜型素子51の圧電/電歪部2は、上述してきた本発明の実施形態であるいずれかの圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成されたものである。即ち、本実施形態の圧電/電歪膜型素子51の圧電/電歪部2は、前記一般式(1)で表される二元系固溶体を主成分とする圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成されたものである。   The piezoelectric / electrostrictive portion 2 of the piezoelectric / electrostrictive film type element 51 of the present embodiment is composed of crystal particles made of any one of the piezoelectric / electrostrictive ceramic compositions according to the embodiments of the present invention described above. It is. That is, the piezoelectric / electrostrictive portion 2 of the piezoelectric / electrostrictive film type element 51 of the present embodiment is made of a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition mainly composed of a binary solid solution represented by the general formula (1). It is comprised by the crystal grain which becomes.

上述してきたように、本発明の実施形態である圧電/電歪磁器組成物は、鉛(Pb)を含有することなく優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能な圧電/電歪膜型素子を製造し得るものであるため、これを用いて形成された圧電/電歪部2を備えた本実施形態の圧電/電歪膜型素子は、環境に対する配慮がなされているとともに、優れた圧電/電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能なものである。   As described above, the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to the embodiment of the present invention exhibits excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics without containing lead (Pb), and can obtain a particularly large displacement. Therefore, the piezoelectric / electrostrictive film type element of the present embodiment including the piezoelectric / electrostrictive portion 2 formed using the piezoelectric / electrostrictive film type element has consideration for the environment. In addition, it has excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics and can obtain a particularly large displacement.

また、本実施形態の圧電/電歪膜型素子51の圧電/電歪部2は、これを構成する結晶粒子の平均粒子径が0.3〜20μmであることが好ましく、0.5〜15μmであることが更に好ましく、0.8〜10μmであることが特に好ましい。平均粒径が0.3μm未満であると、圧電/電歪部2中で分域が十分に発達しない場合があるため、屈曲変位の低下、及び高電界領域における電界に対する屈曲変位の直線性の低下を生ずる場合がある。一方、平均粒径が20μm超であると、圧電/電歪部2中の分域は十分に発達する反面、分域が動き難くなり、屈曲変位が小さくなる場合がある。   In addition, in the piezoelectric / electrostrictive portion 2 of the piezoelectric / electrostrictive film type element 51 of the present embodiment, it is preferable that the average particle diameter of crystal grains constituting the piezoelectric / electrostrictive portion 2 is 0.3 to 20 μm, and 0.5 to 15 μm. It is more preferable that the thickness is 0.8 to 10 μm. If the average particle size is less than 0.3 μm, the domain may not be sufficiently developed in the piezoelectric / electrostrictive portion 2, so that the bending displacement decreases and the linearity of the bending displacement with respect to the electric field in the high electric field region May cause degradation. On the other hand, if the average particle size is more than 20 μm, the domain in the piezoelectric / electrostrictive portion 2 is sufficiently developed, but the domain becomes difficult to move and the bending displacement may be reduced.

また、図3に示すように、本実施形態の圧電/電歪膜型素子51は、圧電/電歪部2,3を複数、及び電極4,5,6を複数備え、複数の圧電/電歪部2,3が、複数の電極4,5,6により交互に挟持・積層されてなる構成とすることも好ましい。この構成は、いわゆる多層型の構成であり、低電圧で大きな屈曲変位を得ることができるために好ましい。   Further, as shown in FIG. 3, the piezoelectric / electrostrictive film type element 51 of the present embodiment includes a plurality of piezoelectric / electrostrictive portions 2 and 3 and a plurality of electrodes 4, 5, and 6, and includes a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements. It is also preferable that the strained portions 2 and 3 are alternately sandwiched and laminated by a plurality of electrodes 4, 5 and 6. This configuration is a so-called multilayer configuration and is preferable because a large bending displacement can be obtained at a low voltage.

本実施形態の圧電/電歪膜型素子51(図1参照)は、圧電/電歪部2の厚みが0.5〜50μmであることが好ましく、0.8〜40μmであることが更に好ましく、1.0〜30μmであることが特に好ましい。圧電/電歪部2の厚みが0.5μm未満であると、圧電/電歪部の緻密化が不十分となる場合がある。一方、圧電/電歪部2の厚みが50μm超であると、焼成時の圧電/電歪磁器組成物の収縮応力が大きくなり、基板1が破壊されるのを防止するために基板1を厚くする必要があり、素子の小型化への対応が困難になる場合がある。なお、図3に示すように、圧電/電歪膜型素子51の構成がいわゆる多層型である場合における圧電/電歪部2,3の厚みとは、圧電/電歪部2,3のそれぞれの厚みをいう。   In the piezoelectric / electrostrictive film type element 51 (see FIG. 1) of the present embodiment, the thickness of the piezoelectric / electrostrictive portion 2 is preferably 0.5 to 50 μm, and more preferably 0.8 to 40 μm. 1.0 to 30 μm is particularly preferable. If the thickness of the piezoelectric / electrostrictive portion 2 is less than 0.5 μm, densification of the piezoelectric / electrostrictive portion may be insufficient. On the other hand, if the thickness of the piezoelectric / electrostrictive portion 2 exceeds 50 μm, the shrinkage stress of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition at the time of firing increases, and the substrate 1 is thickened to prevent the substrate 1 from being destroyed. Therefore, it may be difficult to cope with the downsizing of the element. As shown in FIG. 3, when the configuration of the piezoelectric / electrostrictive film type element 51 is a so-called multilayer type, the thicknesses of the piezoelectric / electrostrictive portions 2 and 3 are the respective piezoelectric / electrostrictive portions 2 and 3. The thickness of

本発明の実施形態である圧電/電歪膜型素子を構成する基板はセラミックスからなるものであるが、このセラミックスの種類に特に制限はない。もっとも、耐熱性、化学的安定性、及び絶縁性の点から、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、及びガラスからなる群より選択される少なくとも一種を含むセラミックスが好ましい。中でも、機械的強度が大きく、靭性に優れる点から安定化された酸化ジルコニウムが更に好ましい。なお、本発明にいう「安定化された酸化ジルコニウム」とは、安定化剤の添加により結晶の相転移を抑制した酸化ジルコニウムをいい、安定化酸化ジルコニウムの他、部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。   The substrate constituting the piezoelectric / electrostrictive film type element according to the embodiment of the present invention is made of ceramics, but the type of the ceramics is not particularly limited. However, at least one selected from the group consisting of stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, and glass in terms of heat resistance, chemical stability, and insulation. Ceramics containing are preferred. Among these, stabilized zirconium oxide is more preferable because it has high mechanical strength and excellent toughness. The “stabilized zirconium oxide” referred to in the present invention refers to zirconium oxide in which the phase transition of the crystal is suppressed by adding a stabilizer, and includes partially stabilized zirconium oxide in addition to stabilized zirconium oxide. .

安定化された酸化ジルコニウムとしては、酸化ジルコニウムに安定化剤として、例えば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、又は希土類金属の酸化物を、1〜30mol%含有するものを挙げることができる。中でも、振動部の機械的強度が特に高い点で、酸化イットリウムを安定化剤として含有させたものが好ましい。この際、酸化イットリウムは、1.5〜6mol%含有させることが好ましく、2〜4mol%含有させることが更に好ましい。また、更に酸化アルミニウムを0.1〜5mol%含有させたものが好ましい。安定化された酸化ジルコニウムの結晶相は、立方晶+単斜晶の混合相、正方晶+単斜晶の混合相、立方晶+正方晶+単斜晶の混合相等であってもよいが、主たる結晶相が、正方晶、又は正方晶+立方晶の混合相であるものが、強度、靭性、及び耐久性の観点から好ましい。   As stabilized zirconium oxide, zirconium oxide contains, for example, 1 to 30 mol% of a calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide, or rare earth metal oxide as a stabilizer. Things can be mentioned. Of these, those containing yttrium oxide as a stabilizer are preferred in that the mechanical strength of the vibration part is particularly high. Under the present circumstances, it is preferable to contain 1.5-6 mol% of yttrium oxide, and it is still more preferable to contain 2-4 mol%. Further, those containing 0.1 to 5 mol% of aluminum oxide are preferable. The stabilized zirconium oxide crystal phase may be a cubic + monoclinic mixed phase, a tetragonal + monoclinic mixed phase, a cubic + tetragonal + monoclinic mixed phase, etc. The main crystal phase is preferably a tetragonal crystal or a mixed phase of tetragonal crystal + cubic crystal from the viewpoints of strength, toughness, and durability.

なお、基板の厚みは、1μm〜1mmが好ましく、1.5〜500μmが更に好ましく、2〜200μmが特に好ましい。基板の厚みが1μm未満であると、圧電/電歪膜型素子の機械的強度が低下する場合がある。一方、1mmを超えると圧電/電歪部に電圧を印加した場合に、発生する収縮応力に対する基板の剛性が大きくなり、圧電/電歪部の屈曲変位が小さくなってしまう場合がある。   The thickness of the substrate is preferably 1 μm to 1 mm, more preferably 1.5 to 500 μm, and particularly preferably 2 to 200 μm. If the thickness of the substrate is less than 1 μm, the mechanical strength of the piezoelectric / electrostrictive film type element may be lowered. On the other hand, when the voltage exceeds 1 mm, when a voltage is applied to the piezoelectric / electrostrictive portion, the rigidity of the substrate with respect to the generated contraction stress increases, and the bending displacement of the piezoelectric / electrostrictive portion may decrease.

但し、図2に示すように、基板1の形状が、その一表面に固着面1aが形成された、上記の厚みを有する薄肉部1cと、この固着面1aに対応する部分以外の部分に配設された、薄肉部1cよりも厚みのある厚肉部1bとを備えた形状であってもよい。なお、電極4(又は圧電/電歪部)は、固着面1aに略対応する領域で配設される。基板1がこのような形状であると、屈曲変位が十分に大きく、かつ機械的強度の大きい圧電/電歪膜型素子とすることができる。また、図2に示す基板1の形状が連続して形成された、図4に示すような共通基板20を使用し、第一の圧電/電歪部12、第二の圧電/電歪部13、及び電極4,5,6を含む複数の圧電/電歪膜型素子単位10をこの共通基板20上に配設することもできる。   However, as shown in FIG. 2, the shape of the substrate 1 is arranged in a portion other than the portion corresponding to the fixing surface 1a and the thin portion 1c having the above-mentioned thickness, where the fixing surface 1a is formed on one surface thereof. The shape provided with the thick part 1b thicker than the thin part 1c provided may be sufficient. The electrode 4 (or piezoelectric / electrostrictive portion) is disposed in a region substantially corresponding to the fixing surface 1a. When the substrate 1 has such a shape, a piezoelectric / electrostrictive film type element having a sufficiently large bending displacement and a high mechanical strength can be obtained. Further, a common substrate 20 as shown in FIG. 4 in which the shape of the substrate 1 shown in FIG. 2 is continuously formed is used, and the first piezoelectric / electrostrictive portion 12 and the second piezoelectric / electrostrictive portion 13 are used. , And a plurality of piezoelectric / electrostrictive film type element units 10 including the electrodes 4, 5, 6 may be disposed on the common substrate 20.

本発明の実施形態である圧電/電歪膜型素子における基板の表面形状(図1における、電極4が固着される面の形状)について特に制限はなく、例えば、長方形、正方形、三角形、楕円形、真円形、R付正方形、R付長方形、又はこれらを組み合わせた複合形等の表面形状を挙げることができる。また、基板全体の形状についても特に制限はなく、適当な内部空間を有するカプセル形状であってもよい。   There is no particular limitation on the surface shape of the substrate (the shape of the surface to which the electrode 4 is fixed in FIG. 1) in the piezoelectric / electrostrictive film type element according to the embodiment of the present invention, and for example, a rectangle, a square, a triangle, an ellipse , Surface shapes such as a perfect circle, a square with R, a rectangle with R, or a combination of these. Further, the shape of the entire substrate is not particularly limited, and may be a capsule shape having an appropriate internal space.

また、基板の薄肉部の形状としては、電界に対する屈曲変位の直線性が高い点で、図7に示すように、その中央部が、圧電/電歪部2,3が配設される面と反対側に屈曲した形状、或いは図8に示すように、厚さ方向における断面形状が3つの変曲点を有するW形状となる形状等が好ましい。なお、図7に示す屈曲形状は、各圧電/電歪部2,3の焼成工程における収縮を利用して形成することができ、図8に示すW形状は、圧電/電歪部2と圧電/電歪部3との焼成収縮開始タイミングや焼成収縮量、さらには薄肉部1cの形状を調整することにより形成することができる。   Further, as the shape of the thin portion of the substrate, the linear portion of the bending displacement with respect to the electric field is high, and as shown in FIG. 7, the central portion is a surface on which the piezoelectric / electrostrictive portions 2 and 3 are disposed. A shape bent to the opposite side, or a shape in which the cross-sectional shape in the thickness direction is a W shape having three inflection points as shown in FIG. 8 is preferable. The bent shape shown in FIG. 7 can be formed by utilizing the shrinkage in the firing process of each piezoelectric / electrostrictive portion 2 and 3, and the W shape shown in FIG. / It can be formed by adjusting the firing shrinkage start timing and the firing shrinkage amount with the electrostrictive portion 3, and the shape of the thin portion 1c.

本実施形態の圧電/電歪膜型素子において、電極は圧電/電歪部に電気的に接続されるものであり、各圧電/電歪部の間に配設される。また、電極は、圧電/電歪部の実質上屈曲変位等に寄与する領域を含んだ状態で配設されることが好ましく、例えば、図3に示すように第一の圧電/電歪部12と第二の圧電/電歪部13の形成面のうちの、その中央部分付近を含む80面積%以上の領域において電極4,5,6が配設されていることが好ましい。   In the piezoelectric / electrostrictive film type element of the present embodiment, the electrode is electrically connected to the piezoelectric / electrostrictive portion, and is disposed between the piezoelectric / electrostrictive portions. Further, the electrode is preferably disposed in a state including a region that substantially contributes to a bending displacement of the piezoelectric / electrostrictive portion. For example, as shown in FIG. It is preferable that the electrodes 4, 5, 6 are disposed in a region of 80 area% or more including the vicinity of the central portion of the formation surface of the second piezoelectric / electrostrictive portion 13.

また、図5(a)、図5(b)に示すように、複数の圧電/電歪膜型素子単位10a〜10cで共通基板20を共用する場合には、各圧電/電歪素子膜型単位10a〜10cにおける最下層の電極14と最上層の電極16は各圧電/電歪膜型素子単位10a〜10c間で共用され、各圧電/電歪部2a〜2c,3a〜3cに対応する領域に配設される一体型の電極14としてもよい。このような一体型の電極14とすれば、個々の圧電/電歪部2a〜2c,3a〜3cに対応した形状とする必要がなく、電極を形成する際の位置合わせが容易となる。   Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, when the common substrate 20 is shared by a plurality of piezoelectric / electrostrictive film type element units 10a to 10c, each piezoelectric / electrostrictive element film type is used. The lowermost layer electrode 14 and the uppermost layer electrode 16 in the units 10a to 10c are shared between the piezoelectric / electrostrictive film type element units 10a to 10c, and correspond to the piezoelectric / electrostrictive portions 2a to 2c and 3a to 3c. It is good also as the integrated electrode 14 arrange | positioned in an area | region. When such an integrated electrode 14 is used, it is not necessary to have a shape corresponding to each of the piezoelectric / electrostrictive portions 2a to 2c and 3a to 3c, and alignment when forming the electrodes becomes easy.

本実施形態の圧電/電歪膜型素子においては、電極の材質として、Pt、Pd、Rh、Au、Ag、及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を挙げることができる。中でも、圧電/電歪部を焼成する際の耐熱性が高い点で、白金、又は白金を主成分とする合金が好ましい。また、より低い焼成温度で圧電/電歪部が形成され得ることからみれば、Ag−Pd等の合金も好適に用いることができる。電極の寸法について特に制限はないが、例えば、図6、及び図12(a)、図12(b)に示すように、各電極4,5,6を同寸法とし、各電極4,5,6が厚さ方向で同範囲で対応する位置に設けられているものでもよい。また、図9に示すように、各電極4,5,6が、最下層に位置する電極4から、順次、下層に位置する電極に対応する範囲を含んでより広い範囲で設けられているものも好ましい。このような構成とすることにより、上層に位置する圧電/電歪部を下層に位置する圧電/電歪部より大きく歪ませることができるため、曲げ効率を高め、屈曲変位をより有効に発現することができる。   In the piezoelectric / electrostrictive film type element of this embodiment, examples of the material of the electrode include at least one metal selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Au, Ag, and alloys thereof. Among these, platinum or an alloy containing platinum as a main component is preferable in terms of high heat resistance when firing the piezoelectric / electrostrictive portion. In view of the fact that the piezoelectric / electrostrictive portion can be formed at a lower firing temperature, an alloy such as Ag—Pd can also be suitably used. There are no particular restrictions on the dimensions of the electrodes. For example, as shown in FIGS. 6, 12A, and 12B, the electrodes 4, 5, and 6 have the same dimensions, and the electrodes 4, 5, 6 may be provided at a corresponding position in the same range in the thickness direction. Also, as shown in FIG. 9, each electrode 4, 5, 6 is provided in a wider range from the electrode 4 located in the lowermost layer to the range corresponding to the electrodes located in the lower layer sequentially. Is also preferable. With such a configuration, the piezoelectric / electrostrictive portion located in the upper layer can be distorted more than the piezoelectric / electrostrictive portion located in the lower layer, so that bending efficiency is improved and bending displacement is expressed more effectively. be able to.

但し、圧電/電歪膜型素子の駆動電圧を高めることにより大きな屈曲変位を得る場合には、図10に示すように、中間に位置する電極5が、その下層又は上層に位置する電極4,6より広い範囲で設けられているもの、或いは図11に示すように、中間に位置する電極5が、電極4,6より狭い範囲で設けられているものが好ましい。このような構成とすることにより、圧電/電歪部2,3の厚みが薄くなり易い(短手方向)端部近傍で電界が殆ど加わらず、圧電/電歪部2,3の絶縁破壊を回避することができる。また、電極を設ける範囲に広狭の差を設ける場合におけるその広狭差は、電界分布を考慮して最適化することが好ましい。例えば、圧電/電歪部2(又は3)を挟んで隣接する電極4,5(又は5,6)間で、電極を設ける面積(形成面の面積)の比の値が0.5〜2であることが好ましく、0.67〜1.5であることが更に好ましく、0.83〜1.2であることが特に好ましい。なお、図9〜図11中、符号Pは下部電極の幅、符号Qは中間電極の幅、符号Rは上部電極の幅を各々示す。   However, when a large bending displacement is obtained by increasing the driving voltage of the piezoelectric / electrostrictive film type element, as shown in FIG. 10, the electrode 5 positioned in the middle is the electrode 4 positioned in the lower layer or the upper layer. It is preferable that the electrode is provided in a wider range than 6, or the electrode 5 located in the middle is provided in a narrower range than the electrodes 4 and 6, as shown in FIG. By adopting such a configuration, the piezoelectric / electrostrictive portions 2 and 3 are likely to be thin (short direction). It can be avoided. In addition, in the case where a wide and narrow difference is provided in the area where the electrode is provided, the wide and narrow difference is preferably optimized in consideration of the electric field distribution. For example, the ratio of the area where the electrodes are provided (area of the formation surface) between the adjacent electrodes 4, 5 (or 5, 6) across the piezoelectric / electrostrictive portion 2 (or 3) is 0.5-2. It is preferable that it is 0.67-1.5, and it is especially preferable that it is 0.83-1.2. 9 to 11, the symbol P represents the width of the lower electrode, the symbol Q represents the width of the intermediate electrode, and the symbol R represents the width of the upper electrode.

なお、本発明の圧電/電歪膜型素子を用いれば、例えば図13に示すようなハードディスク用アクチュエータを構成することも可能である。即ち、図13に示すハードディスク用アクチュエータは、腕部分31を有するセラミックス体40と、この腕部分31上に配設された圧電/電歪作動部32とを備えたものであり、腕部分31が振動板として機能し、所望とする良好な振動特性を有するアクチュエータである。   If the piezoelectric / electrostrictive film type element of the present invention is used, a hard disk actuator as shown in FIG. 13, for example, can be configured. That is, the hard disk actuator shown in FIG. 13 includes a ceramic body 40 having an arm portion 31 and a piezoelectric / electrostrictive operating portion 32 disposed on the arm portion 31. It is an actuator that functions as a diaphragm and has desired good vibration characteristics.

図14は、本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。図14に示すように、キャビティ80を有する基板22の表面(固着面82)上に、下部電極23a、圧電/電歪部30、及び上部電極23bが順次積層されてなる圧電/電歪作動部35を配設することもできる。一方、図15に示すように、キャビティ80を有する基板22の表面(固着面82)上に、下部電極23a、第二の圧電/電歪部24a、中間電極23c、第一の圧電/電歪部24b、及び上部電極23bを備えた、いわゆる多層構造の圧電/電歪作動部35を配設してもよい。   FIG. 14 is a sectional view schematically showing still another embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type device of the present invention. As shown in FIG. 14, a piezoelectric / electrostrictive operating portion in which a lower electrode 23 a, a piezoelectric / electrostrictive portion 30, and an upper electrode 23 b are sequentially stacked on the surface (fixed surface 82) of a substrate 22 having a cavity 80. 35 can also be provided. On the other hand, as shown in FIG. 15, the lower electrode 23a, the second piezoelectric / electrostrictive portion 24a, the intermediate electrode 23c, and the first piezoelectric / electrostrictive are formed on the surface (fixed surface 82) of the substrate 22 having the cavity 80. A so-called multilayered piezoelectric / electrostrictive operating portion 35 having a portion 24b and an upper electrode 23b may be provided.

また、図16に示すように、所定の孔部81が形成されたキャビティ80を有する基板22の表面(固着面82)上に、下部電極23a、第二の圧電/電歪部24a、中間電極23c、第一の圧電/電歪部24b、及び上部電極23bを備えた、いわゆる多層構造の圧電/電歪作動部35を配設してもよい。更には、図17に示すように、基板22が、薄肉部83と厚肉部84を有するものであり、この薄肉部83の表面(固着面82)上に、圧電/電歪作動部35を配設することも可能である。   In addition, as shown in FIG. 16, on the surface (fixed surface 82) of the substrate 22 having the cavity 80 in which the predetermined hole 81 is formed, the lower electrode 23a, the second piezoelectric / electrostrictive portion 24a, the intermediate electrode 23c, a first piezoelectric / electrostrictive portion 24b, and a so-called multilayered piezoelectric / electrostrictive operating portion 35 including the upper electrode 23b may be provided. Further, as shown in FIG. 17, the substrate 22 has a thin portion 83 and a thick portion 84, and the piezoelectric / electrostrictive operation portion 35 is provided on the surface (fixed surface 82) of the thin portion 83. It is also possible to arrange.

本実施形態の圧電/電歪膜型素子においては、電極の厚みは15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることが更に好ましい。15μmを超えると電極が緩和層として作用し、屈曲変位が小さくなる場合がある。なお、実質的な電極としての機能を発揮させるといった観点からは、電極の厚みは0.05μm以上であればよい。   In the piezoelectric / electrostrictive membrane element of the present embodiment, the thickness of the electrode is preferably 15 μm or less, and more preferably 5 μm or less. If it exceeds 15 μm, the electrode may act as a relaxation layer, and the bending displacement may be reduced. In addition, the thickness of the electrode should just be 0.05 micrometer or more from a viewpoint of exhibiting the function as a substantial electrode.

次に、本発明の実施形態である圧電/電歪磁器組成物の調製方法について説明する。本実施形態の圧電/電歪磁器組成物は、これを構成する各元素単体、これら各元素の酸化物、炭酸塩、又はこれら各元素を複数種含有する化合物等を、各元素の含有率が所望の組成割合になるように混合する。混合方法としては、一般的な方法を用いればよく、例えばボールミルを挙げることができる。具体的には、ボールミル装置内に所定量の各種原料、玉石、水を入れ、所定時間だけ回転させて混合スラリーを調製する。その後、得られた混合スラリーに含まれる水分を、蒸発させて乾燥する、ろ過する等して除去することにより混合原料を得ることができる。   Next, a method for preparing a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to an embodiment of the present invention will be described. The piezoelectric / electrostrictive porcelain composition of the present embodiment is composed of a single element constituting each element, an oxide of each of these elements, a carbonate, a compound containing a plurality of these elements, and the like. Mix to achieve desired composition ratio. As a mixing method, a general method may be used, for example, a ball mill. Specifically, a predetermined amount of various raw materials, cobblestones, and water are placed in a ball mill apparatus and rotated for a predetermined time to prepare a mixed slurry. Thereafter, the mixed raw material can be obtained by removing the moisture contained in the obtained mixed slurry by evaporating, drying, filtering and the like.

得られた混合原料を仮焼することにより、圧電/電歪磁器組成物を得ることができる。仮焼は大気中で行ってもよく、酸素雰囲気中で行ってもよい。得られた圧電/電歪磁器組成物は、X線回折装置による回折強度において、ペロブスカイト相以外の相の最強回折線の強度と、ペロブスカイト相の最強回折線の強度との比が5%以下であることが好ましく、2%以下であることが更に好ましい。   By calcining the obtained mixed raw material, a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition can be obtained. The calcination may be performed in the air or in an oxygen atmosphere. In the obtained piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, the ratio of the intensity of the strongest diffraction line of the phase other than the perovskite phase to the intensity of the strongest diffraction line of the perovskite phase is 5% or less in the diffraction intensity by the X-ray diffractometer. It is preferable that it is 2% or less.

得られた圧電/電歪磁器組成物を、ボールミル、アトライタ、ビーズミル等の一般的な粉砕装置を用いて粉砕すれば、粒子状(又は粉末状)の圧電/電歪性成分とすることができる。この粒子状の圧電/電歪磁器組成物の平均粒子径は0.1〜1.0μmであることが好ましく、0.2〜0.7μmであることが更に好ましい。なお、粒子径の調整は、粉砕して得られた圧電/電歪磁器組成物の粉末を所定の温度で熱処理することにより行ってもよい。この際には、微細な粒子ほど他の粒子と一体化して粒子径の揃った粉末となり、粒子径が揃った圧電/電歪膜を形成することができるため好ましい。また、圧電/電歪磁器組成物は、例えば、アルコキシド法や共沈法等によって調製してもよい。なお、圧電/電歪磁器組成物の調製方法の更なる詳細については、前述の特許文献3〜6に記載されている。   When the obtained piezoelectric / electrostrictive porcelain composition is pulverized using a general pulverizer such as a ball mill, an attritor, or a bead mill, it can be made into a particulate (or powder) piezoelectric / electrostrictive component. . The average particle size of the particulate piezoelectric / electrostrictive porcelain composition is preferably 0.1 to 1.0 μm, and more preferably 0.2 to 0.7 μm. The particle diameter may be adjusted by heat-treating the powder of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition obtained by pulverization at a predetermined temperature. In this case, finer particles are preferable because they can be integrated with other particles to form a powder having a uniform particle diameter, and a piezoelectric / electrostrictive film having a uniform particle diameter can be formed. The piezoelectric / electrostrictive porcelain composition may be prepared, for example, by an alkoxide method, a coprecipitation method, or the like. Further details of the method for preparing the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition are described in the aforementioned Patent Documents 3 to 6.

次に、本発明の実施形態である圧電/電歪体の製造方法について説明する。まず、上述の方法によって得られた粉末状の圧電/電歪磁器組成物を、適当な圧力で所望とする大きさとなるように圧粉成形する。得られた圧粉成形体を、1分〜10時間、800〜1300℃で焼成することにより、所定形状の焼成体を得ることができる。次いで、適当な大きさに切断加工等した後、電極を形成し、分極処理を行うことにより圧電/電歪体(バルク体)を得ることができる。   Next, a method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive body according to an embodiment of the present invention will be described. First, the powdered piezoelectric / electrostrictive porcelain composition obtained by the above method is compacted to a desired size at an appropriate pressure. By firing the obtained green compact at 800 to 1300 ° C. for 1 minute to 10 hours, a fired body having a predetermined shape can be obtained. Next, after cutting into an appropriate size, etc., an electrode is formed, and a polarization treatment is performed to obtain a piezoelectric / electrostrictive body (bulk body).

また、圧電/電歪体の全体形状をシート状とするには、圧電/電歪磁器組成物に可塑剤や分散剤や溶媒等を加えて、ボールミル等の一般的な混合装置を用いてスラリー化した後、ドクターブレード等の一般的なシート成形機によりシート状に成形することができる。   Further, in order to make the entire shape of the piezoelectric / electrostrictive body into a sheet shape, a plasticizer, a dispersing agent, a solvent, etc. are added to the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, and a slurry is obtained using a general mixing device such as a ball mill. Then, it can be formed into a sheet by a general sheet forming machine such as a doctor blade.

次に、本発明の実施形態である圧電/電歪膜型素子の製造方法について説明する。まず、セラミックスからなる基板上に、又は基板表面に形成された電極上に、圧電/電歪磁器組成物からなる層を形成する。電極を形成する方法としては、例えば、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、PVD、イオンプレーティング、CVD、メッキ、エアロゾルデポジション、スクリーン印刷、スプレー、又はディッピング等の方法を挙げることができる。中でも、基板、及び圧電/電歪部との接合性の点でスパッタリング法、又はスクリーン印刷法が好ましい。形成された電極は、その材質により適度な温度が選択されるが、800〜1400℃程度の熱処理により、基板及び/又は圧電/電歪部と一体化することができる。この熱処理は電極を形成する毎に行ってもよいが、圧電/電歪磁器組成物からなる層についてする焼成と一括して行ってもよい。ただし、圧電/電歪磁器組成物からなる層が形成された後では、圧電/電歪磁器組成物からなる層の焼成温度を超える温度での熱処理は行わない。   Next, a method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive film type device according to an embodiment of the present invention will be described. First, a layer made of a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition is formed on a substrate made of ceramics or on an electrode formed on the surface of the substrate. Examples of the method for forming the electrode include ion beam, sputtering, vacuum deposition, PVD, ion plating, CVD, plating, aerosol deposition, screen printing, spraying, or dipping. Of these, the sputtering method or the screen printing method is preferable from the viewpoint of bonding properties with the substrate and the piezoelectric / electrostrictive portion. The formed electrode is selected at an appropriate temperature depending on its material, but can be integrated with the substrate and / or the piezoelectric / electrostrictive portion by heat treatment at about 800 to 1400 ° C. This heat treatment may be performed every time the electrode is formed, or may be performed at the same time as the baking for the layer made of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition. However, after the layer made of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition is formed, heat treatment at a temperature exceeding the firing temperature of the layer made of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition is not performed.

圧電/電歪磁器組成物からなる層を基板上に形成する方法としては、例えば、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、PVD、イオンプレーティング、CVD、メッキ、ゾルゲル、エアロゾルデポジション、スクリーン印刷、スプレー、又はディッピング等の方法を挙げることができる。中でも、簡単に精度の高い形状、厚さで連続して形成することができる点でスクリーン印刷法が好ましい。なお、圧電/電歪部及び電極を複数備え、これらが交互に挟持・積層された圧電/電歪膜型素子を作製する場合には、基板上に形成した圧電/電歪磁器組成物からなる層の上に、前述の方法と同様の方法により電極を形成する。なお、この電極上に圧電/電歪磁器組成物からなる層、及び電極を、所望とする多層となるまで交互に繰り返し形成する。   Examples of a method for forming a layer made of a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition on a substrate include ion beam, sputtering, vacuum deposition, PVD, ion plating, CVD, plating, sol-gel, aerosol deposition, screen printing, and spraying. Or a method such as dipping. Among these, the screen printing method is preferable in that it can be easily and continuously formed with a highly accurate shape and thickness. In the case of producing a piezoelectric / electrostrictive film type element having a plurality of piezoelectric / electrostrictive portions and electrodes and alternately sandwiching and laminating them, the piezoelectric / electrostrictive ceramic composition is formed on a substrate. An electrode is formed on the layer by the same method as described above. In addition, the layer which consists of a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, and an electrode are alternately and repeatedly formed on this electrode until it becomes a desired multilayer.

その後、圧電/電歪磁器組成物からなる層、及び電極を基板上に交互に積層することにより得られた積層体を一体的に焼成する。この焼成により、圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成された圧電/電歪部を、基板に直接又は電極を介して固着させることができる。なお、この焼成は必ずしも一体的に実施する必要はなく、圧電/電歪磁器組成物からなる層を一層形成する毎に順次実施してもよいが、生産効率の観点からは電極も含めた状態で一体的に焼成することが好ましい。焼成温度は950〜1350℃が好ましく、1000〜1300℃が更に好ましい。また、焼成時の最高温度保持時間は10分以上10時間以下が好ましく、20分以上5時間以下が更に好ましい。焼成は大気中で行ってもよく、酸素雰囲気中で行ってもよい。   Then, the laminated body obtained by laminating | stacking the layer which consists of a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, and an electrode on a board | substrate alternately is integrally baked. By this firing, the piezoelectric / electrostrictive portion constituted by crystal particles made of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition can be fixed to the substrate directly or via an electrode. Note that this firing is not necessarily performed integrally, and may be performed sequentially each time a layer made of a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition is formed, but from the viewpoint of production efficiency, the electrode is included. It is preferable to fire integrally. The firing temperature is preferably 950 to 1350 ° C, and more preferably 1000 to 1300 ° C. The maximum temperature holding time during firing is preferably 10 minutes to 10 hours, more preferably 20 minutes to 5 hours. Firing may be performed in the air or in an oxygen atmosphere.

その後、適当な条件下で分極処理を実施する。その際には公知の手法通り、加熱することにより分極処理を実施することが好ましい。なお、加熱温度は、圧電/電歪磁器組成物のキュリー点にもよるが、40〜200℃とすることが好適である。   Thereafter, polarization treatment is performed under appropriate conditions. In that case, it is preferable to carry out the polarization treatment by heating as in a known method. The heating temperature is preferably 40 to 200 ° C., although it depends on the Curie point of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例3、参考実施例1,2,4、比較例1)
グリーンシート積層法により成形、及び焼成し、イットリア(Y)で安定化されたジルコニア(ZrO)からなる基板(1.6×1.1mm×厚さ10μm)上に、白金(Pt)からなる下部電極膜(1.2×0.8mm×厚さ3μm)をスクリーン印刷法により形成し、1300℃、2時間の熱処理により基板と一体化させた。下部電極膜上に、表1に示す組成式で表される圧電/電歪磁器組成物を、スクリーン印刷法により寸法1.3×0.9mm×厚さ15μmで積層し、1200℃、3時間焼成した。更に、その上に、金(Au)からなる上部電極膜(1.2×0.8mm×厚さ0.5μm)をスクリーン印刷法により積層するとともに熱処理して、圧電/電歪膜型素子(実施例3、参考実施例1,2,4、比較例1)を製造した。
( Example 3 , Reference Examples 1, 2, 4 and Comparative Example 1)
Platinum (Pt) is formed on a substrate (1.6 × 1.1 mm × thickness 10 μm) made of zirconia (ZrO 2 ), which is molded and fired by a green sheet lamination method and stabilized by yttria (Y 2 O 3 ). The lower electrode film (1.2 × 0.8 mm × thickness 3 μm) is formed by screen printing and integrated with the substrate by heat treatment at 1300 ° C. for 2 hours. On the lower electrode film, a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition represented by the composition formula shown in Table 1 was laminated by a screen printing method with dimensions of 1.3 × 0.9 mm × thickness of 15 μm, and 1200 ° C. for 3 hours. Baked. Further, an upper electrode film (1.2 × 0.8 mm × thickness 0.5 μm) made of gold (Au) is laminated thereon by a screen printing method and heat-treated, so that a piezoelectric / electrostrictive film type element ( Example 3 , Reference Examples 1, 2, 4 and Comparative Example 1) were produced.

(屈曲変位の測定)
製造した実施例3、参考実施例1,2,4、及び比較例1の各圧電/電歪膜型素子について、以下に示す方法に従って屈曲変位(μm)を測定した。結果を表1に示す。
(Measurement of bending displacement)
The bending displacement (μm) of each of the produced piezoelectric / electrostrictive membrane elements of Example 3 , Reference Examples 1, 2 , 4 and Comparative Example 1 was measured according to the following method. The results are shown in Table 1.

[屈曲変位]:上下電極膜間に、電界が3kV/mmとなるように電圧を印加した際に生じた屈曲変位(μm)をレーザー変位測定機により測定した。なお、表1中、「屈曲変位(μm)」の「平均」は、実施例、参考実施例、及び比較例の圧電/電歪膜型素子を各々10個ずつ製造し、これらの屈曲変位を測定した場合における平均値であり、「バラツキ」は、測定した屈曲変位の最大値と最小値との差である。 [Bending displacement]: The bending displacement (μm) generated when a voltage was applied between the upper and lower electrode films so that the electric field was 3 kV / mm was measured with a laser displacement measuring instrument. In Table 1, “average” of “flexural displacement (μm)” indicates that 10 piezoelectric / electrostrictive membrane elements of each of the examples , reference examples, and comparative examples were manufactured, and these flexural displacements were calculated. It is an average value in the case of measurement, and “variation” is a difference between the maximum value and the minimum value of the measured bending displacement.

Figure 0005118294
Figure 0005118294

表1に示す結果から、実施例3の圧電/電歪膜型素子は、比較例1の圧電/電歪膜型素子と比較して、十分な屈曲変位を示し、且つ、屈曲変位のバラツキの少ないものであることが判明した。 From the results shown in Table 1, the piezoelectric / electrostrictive film type element of Example 3 showed a sufficient bending displacement as compared with the piezoelectric / electrostrictive film type element of Comparative Example 1, and there was a variation in bending displacement. It turned out to be few.

本発明の圧電/電歪体、及び圧電/電歪膜型素子は、優れた圧電/電歪特性を示すものであり、アクチュエータ、センサ等に好適である。   The piezoelectric / electrostrictive body and the piezoelectric / electrostrictive film type element of the present invention exhibit excellent piezoelectric / electrostrictive characteristics and are suitable for actuators, sensors, and the like.

本発明の圧電/電歪膜型素子の一実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one Embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 図3に示す実施形態のより具体的な一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a more specific example of embodiment shown in FIG. 図3に示す実施形態のより具体的な他の例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another more specific example of the embodiment shown in FIG. 3. 図3に示す実施形態のより具体的な更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another more specific example of embodiment shown in FIG. 図3に示す実施形態のより具体的な更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another more specific example of embodiment shown in FIG. 図3に示す実施形態のより具体的な更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another more specific example of embodiment shown in FIG. 図3に示す実施形態のより具体的な更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another more specific example of embodiment shown in FIG. 図6に示す実施形態のX−X’断面図である。It is X-X 'sectional drawing of embodiment shown in FIG. 図6に示す実施形態の上面図である。FIG. 7 is a top view of the embodiment shown in FIG. 6. 本発明の圧電/電歪膜型素子のハードディスク用アクチュエータへの応用例を示す正面図である。It is a front view which shows the example of application to the actuator for hard disks of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention. 本発明の圧電/電歪膜型素子の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically other embodiment of the piezoelectric / electrostrictive film type | mold element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,22:基板、1a,82:固着面、1b,84:厚肉部、1c,83:薄肉部、2,2a,2b,2c,3,3a,3b,3c,30:圧電/電歪部、4,5,6,14,16:電極、10,10a,10b,10c:圧電/電歪膜型素子単位、12,24b:第一の圧電/電歪部、13,24a:第二の圧電/電歪部、15:最下圧電/電歪部、20:共通基板、23a:下部電極、23b:上部電極、23c:中間電極、31:腕部分、32,35:圧電/電歪作動部、40:セラミックス体、51:圧電/電歪膜型素子、80:キャビティ、81:孔部、P:下部電極の幅、Q:中間電極の幅、R:上部電極の幅

1, 22: Substrate, 1a, 82: Fixed surface, 1b, 84: Thick part, 1c, 83: Thin part, 2, 2a, 2b, 2c, 3, 3a, 3b, 3c, 30: Piezoelectric / electrostrictive Part, 4, 5, 6, 14, 16: electrode, 10, 10a, 10b, 10c: piezoelectric / electrostrictive membrane element unit, 12, 24b: first piezoelectric / electrostrictive part, 13, 24a: second 15: bottom piezoelectric / electrostrictive portion, 20: common substrate, 23a: lower electrode, 23b: upper electrode, 23c: intermediate electrode, 31: arm portion, 32, 35: piezoelectric / electrostrictive Actuator, 40: Ceramic body, 51: Piezoelectric / electrostrictive film type element, 80: Cavity, 81: Hole, P: Width of lower electrode, Q: Width of intermediate electrode, R: Width of upper electrode

Claims (7)

下記一般式(1)で表される二元系固溶体を主成分とする圧電/電歪磁器組成物。
(1−n)(Ag1−a−b−cLiNa)(Nb1−x−y−zTaSb)O+nM …(1)
(但し、前記一般式(1)中、0≦a≦0.2、0<b≦0.95、0≦c≦0.95、0<(1−a−b−c)≦1、0<x≦0.5、0<y≦0.2、0<z≦0.2、0<(y+z)≦0.3、0.05≦n≦0.2であり、MとMは、下記の組み合わせCを満たす
み合わせC:Mは平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせであり、Mは平均して3価となる二種以上の金属元素の組み合わせであり、かつ、Mは、Ca、Ce、Sr、Baのいずれか二種以上の金属元素からなり、Mは、Mg、Nb、Ni、Zn、Ta、Sb、Ti、Zr、W、Cr、Feのいずれか二種以上の金属元素からなる。
A piezoelectric / electrostrictive porcelain composition mainly composed of a binary solid solution represented by the following general formula (1).
(1-n) (Ag 1 -a-b-c Li a Na b K c) (Nb 1-x-y-z Ta x Sb y V z) O 3 + nM 1 M 2 O 3 ... (1)
(However, in the general formula (1), 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 <b ≦ 0.95, 0 ≦ c ≦ 0.95, 0 <(1-a−b−c) ≦ 1, 0) <X ≦ 0.5, 0 <y ≦ 0.2, 0 <z ≦ 0.2, 0 <(y + z) ≦ 0.3, 0.05 ≦ n ≦ 0.2, and M 1 and M 2 satisfies C the combination of the following)
Set look combined C: M 1 is a combination of two or more metal elements to be trivalent average, M 2 is a combination of two or more metal elements to be trivalent average, and, M 1, Ca, Ce, Sr, made from any two or more metal elements Ba, M 2 is either Mg, Nb, Ni, Zn, Ta, Sb, Ti, Zr, W, Cr, of Fe Consists of two or more metal elements.
Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Pt、Au、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素の酸化物を含有する請求項1に記載の圧電/電歪磁器組成物。 Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ba, Hf, Ta, W, Pt, Au , Bi , La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, The piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to claim 1, comprising an oxide of at least one metal element selected from the group consisting of Yb and Lu. 請求項1又は2に記載の圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成された圧電/電歪体。   A piezoelectric / electrostrictive body composed of crystal particles comprising the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to claim 1. その全体形状がシート状である請求項3に記載の圧電/電歪体。   4. The piezoelectric / electrostrictive body according to claim 3, wherein the overall shape is a sheet shape. セラミックスからなる薄肉の基板と、膜状の圧電/電歪部と、前記圧電/電歪部に電気的に接続される膜状の電極とを備え、前記圧電/電歪部が、前記基板上に直接又は前記電極を介して固着された圧電/電歪膜型素子であって、
前記圧電/電歪部が、請求項1又は2に記載の圧電/電歪磁器組成物からなる結晶粒子により構成された圧電/電歪膜型素子。
A thin substrate made of ceramic, a film-like piezoelectric / electrostrictive portion, and a film-like electrode electrically connected to the piezoelectric / electrostrictive portion, wherein the piezoelectric / electrostrictive portion is on the substrate A piezoelectric / electrostrictive film type element fixed directly or via the electrode,
A piezoelectric / electrostrictive film type element, wherein the piezoelectric / electrostrictive portion is composed of crystal particles made of the piezoelectric / electrostrictive porcelain composition according to claim 1.
前記圧電/電歪部及び前記電極をそれぞれ複数備え、複数の前記圧電/電歪部が、複数の前記電極により交互に挟持・積層された請求項5に記載の圧電/電歪膜型素子。   6. The piezoelectric / electrostrictive film element according to claim 5, wherein a plurality of the piezoelectric / electrostrictive portions and electrodes are provided, and the plurality of piezoelectric / electrostrictive portions are alternately sandwiched and stacked by the plurality of electrodes. 一の前記圧電/電歪部の厚みが、0.5〜50μmである請求項5又は6に記載の圧電/電歪膜型素子。   The piezoelectric / electrostrictive film type element according to claim 5 or 6, wherein the one piezoelectric / electrostrictive portion has a thickness of 0.5 to 50 µm.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4927551B2 (en) * 2004-09-29 2012-05-09 日本碍子株式会社 Piezoelectric / electrostrictive film type element and manufacturing method thereof
JP2008050206A (en) * 2006-08-24 2008-03-06 Seiko Epson Corp Piezoelectric material and method of manufacturing the same and piezoelectric element
ATE545619T1 (en) * 2006-09-08 2012-03-15 Konica Minolta Holdings Inc DROPLETS EJECTION HEAD
WO2008029575A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Konica Minolta Holdings, Inc. Method for producing piezoelectric film, piezoelectric film, piezoelectric actuator and inkjet head
WO2008032500A1 (en) * 2006-09-12 2008-03-20 Konica Minolta Holdings, Inc. Process for producing piezoelectric substance and piezoelectric substance
JP2008159807A (en) * 2006-12-22 2008-07-10 Hitachi Cable Ltd Piezoelectric thin film element, and actuator and sensor manufactured by using piezoelectric thin film element
JP5391395B2 (en) * 2007-10-15 2014-01-15 日立金属株式会社 Substrate with piezoelectric thin film and piezoelectric element
JP4954135B2 (en) * 2008-04-08 2012-06-13 太陽誘電株式会社 Dielectric ceramic composition, manufacturing method thereof, and dielectric ceramic capacitor
JP5258620B2 (en) * 2009-02-25 2013-08-07 京セラ株式会社 Piezoelectric ceramic and piezoelectric element
JP5190894B2 (en) * 2009-03-13 2013-04-24 国立大学法人 名古屋工業大学 Piezoelectric or dielectric ceramic composition, piezoelectric device and dielectric device
JP2010225705A (en) * 2009-03-20 2010-10-07 Nippon Soken Inc Laminated piezoelectric element and method of manufacturing the same
JP2010018514A (en) * 2009-07-13 2010-01-28 Seiko Epson Corp Method for producing piezoelectric material, piezoelectric element, and piezoelectric power generator
JP5662197B2 (en) * 2010-03-18 2015-01-28 日本碍子株式会社 Piezoelectric / electrostrictive sintered body and piezoelectric / electrostrictive element
JP5550403B2 (en) * 2010-03-19 2014-07-16 京セラ株式会社 Piezoelectric body and piezoelectric element using the same
JP5550401B2 (en) * 2010-03-19 2014-07-16 京セラ株式会社 Piezoelectric ceramic and piezoelectric element using the same
JP5550402B2 (en) * 2010-03-19 2014-07-16 京セラ株式会社 Piezoelectric ceramic and piezoelectric element using the same
US20140084754A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Tdk Corporation Thin film piezoelectric device
US10910550B2 (en) * 2013-08-07 2021-02-02 Pi Ceramic Gmbh Piezoceramic material with reduced lead content
JP6457415B2 (en) * 2016-03-10 2019-01-23 太陽誘電株式会社 Piezoelectric element and manufacturing method thereof
JP6738878B2 (en) * 2018-11-08 2020-08-12 太陽誘電株式会社 Piezoelectric element
WO2020184243A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-17 京セラ株式会社 Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric actuator

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51120000A (en) * 1975-04-11 1976-10-20 Taiyo Yuden Co Ltd Piezo-electric ceramic composition
JP3259677B2 (en) * 1998-02-18 2002-02-25 株式会社村田製作所 Piezoelectric ceramic composition
JP2000169223A (en) * 1998-11-30 2000-06-20 Kyocera Corp Piezoelectric ceramic composition and its production
JP4247936B2 (en) * 1999-03-24 2009-04-02 Necトーキン株式会社 Piezoelectric ceramic composition
JP4929522B2 (en) * 2000-08-25 2012-05-09 株式会社豊田中央研究所 Piezoelectric ceramic composition
JP3750507B2 (en) * 2000-08-28 2006-03-01 株式会社村田製作所 Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric ceramic element using the same
JP4156461B2 (en) * 2002-07-16 2008-09-24 株式会社デンソー Piezoelectric ceramic composition, method for producing the same, and piezoelectric element
JP4449331B2 (en) * 2003-04-28 2010-04-14 株式会社村田製作所 Piezoelectric ceramic and piezoelectric ceramic element using the same

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