CN105164827B

CN105164827B - 压电陶瓷电子部件

Info

Publication number: CN105164827B
Application number: CN201480025054.1A
Authority: CN
Inventors: 三轮恭也; 川田慎郎; 川田慎一郎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2034-05-07
Also published as: JP6075702B2; US20160049578A1; WO2014181801A1; JPWO2014181801A1; DE112014002355T5; US10069060B2; CN105164827A; DE112014002355B4

Abstract

压电陶瓷坯体(1)由具有形成外部电极的对置面(3、4)的长方体等的具有形状各向异性的多面体形状构成，对置面具有相互平行的第1边(5a、6a)和第2边(5b、6b)，在对置面(3、4)之中的一个面上的第1边(5a)与第2边(5b)之间，在面内与第1边(5a)以及第2边(5b)正交的正交方向的宽度尺寸(L1)形成得大于第1以及第2边(5a、6a、5b、6b)的长度尺寸，结晶轴在与第1以及第2边(5a、6a、5b、6b)平行的方向上进行{100}取向，基于X射线衍射法的取向度(F)为0.4以上。由此，通过使压电陶瓷坯体在特定方向上结晶取向，从而能够获得良好的压电特性。

Description

压电陶瓷电子部件

技术领域

本发明涉及压电陶瓷电子部件、以及该压电陶瓷电子部件的制造方法，更详细而言涉及具备具有结晶取向性的压电陶瓷坯体的压电激励器 (actuator)等的压电陶瓷电子部件及其制造方法。

背景技术

目前，在各种电子设备中搭载有压电陶瓷电子部件，但在这些压电陶瓷电子部件中广泛使用的是以陶瓷材料为主成分的陶瓷烧结体。

此外，作为压电体中所使用的陶瓷材料，广泛使用的是钛酸铅(以下称作“PT”。)、锆钛酸铅(以下称作“PZT”。)等的具有钙钛矿型结晶构造的复合氧化物(以下称作“钙钛矿型化合物”。)。

已知在这种陶瓷烧结体中通过控制结晶的取向性由此来提高压电特性等的各种特性。并且，作为与取向性陶瓷相关的在先技术，例如已知下述专利文献1～3。

在专利文献1中提出了如下的压电体元件，该压电体元件包括具有一对相对置的主面的基板、配置在所述基板的一个主面上的下部电极层、配置在所述下部电极层上的压电体层、和配置在所述压电体层上的上部电极层，所述下部电极层由镍酸镧系陶瓷构成。

在该专利文献1中，作为下部电极层采用在伪立方晶系的(100)面优先取向的镍酸镧系陶瓷，使用液相生长法在所述下部电极上形成了于 (001)面优先取向的PZT系陶瓷。

此外，在专利文献2中提出了结晶在给定的结晶面取向结晶取向的陶瓷，该结晶取向陶瓷具有与所述结晶面正交的方向上所含的元素的组成分布，且所述结晶取向陶瓷的取向度在X射线衍射法(Lotgering method) 下为25％以上。

在该专利文献2中，使用TGG(Templated Grain Growth，模板结晶生长)法来制作结晶取向陶瓷。即，在将进行了_c轴取向的各向异性形状粒子(模板材料)和无取向的无机粒子混合之后，施以成型加工来制作陶瓷成型体，烧成该陶瓷成型体来制作结晶取向陶瓷。

此外，在专利文献3中提出了如下的压电/电致伸缩膜型元件，其具备陶瓷烧成基体、电极、和隔着所述电极而间接地或者直接地形成于所述陶瓷烧成基体上且不包含玻璃成分并于特定的方向取向的压电/电致伸缩体。

在该专利文献3中记载了伪立方(100)轴沿着电场方向取向的压电/ 电致伸缩膜型元件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-251916号公报(权利要求1～14等)

专利文献2：日本特开2009-167071号公报(权利要求1、第〔0015〕～〔0022〕段等〕

专利文献3：日本特开2010-021512号公报(权利要求1、10等)

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1中，使用液相生长法而在下部电极上形成了于 (001)面优先取向的PZT系陶瓷，虽然使得在压电体层的高度方向结晶取向，但却处于无法获得充分的压电特性的状况。

此外，在专利文献2中，也与专利文献1同样，使得在压电体层的高度方向结晶取向，获得充分的压电特性较为困难。而且，在专利文献2 中，利用使用了各向异性形状粒子的TGG法来使陶瓷粒子取向，因此在制造工序繁杂的基础上，易于产生各向异性形状粒子所引起的裂纹，可靠性也较差。

专利文献3也与专利文献1、2同样，使得在压电体层的高度方向结晶取向，处于获得充分的压电特性较为困难的状况。

本发明是鉴于这种情形而提出的，其目的在于，提供一种通过使压电陶瓷坯体在特定方向上结晶取向从而能够获得良好的压电特性的压电陶瓷电子部件、以及该压电陶瓷电子部件的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明者们为了谋求压电特性的提升，针对作为压电材料被广泛使用的PZT等的钙钛矿型化合物进行了潜心研究，获得如下见解：通过使结晶轴在与压电陶瓷电子部件的高度方向不同的特定方向上进行{100}取向，从而能够使机电耦合系数提升。

本发明是鉴于这种见解而完成的，本发明所涉及的压电陶瓷电子部件，包含：压电陶瓷坯体，其以具有钙钛矿型结晶构造的复合氧化物为主成分，且具有至少一个对置面；和一对外部电极，其形成在各所述对置面的表面，所述压电陶瓷电子部件的特征在于，所述压电陶瓷坯体由具有形状各向异性的多面体形状构成，形成所述对置面的各面至少具有相互平行的第1边和第2边，在形成所述对置面的一个面上的所述第1边与所述第 2边之间，在所述面内与所述第1边以及所述第2边正交的正交方向的宽度尺寸形成得大于所述第1边以及第2边的长度尺寸，并且，所述压电陶瓷坯体的结晶轴在与所述第1边以及第2边平行的方向或者大致平行的方向上进行{100}取向，且基于X射线衍射法的取向度为0.4以上。

另外，上述的“大致平行的方向”，是指包含从几何学上的真正的平行方向产生±15°程度的少许偏差的情形。

此外，{100}取向这一记载并不表示只有(100)面取向，而是除了(100) 面的取向之外，还包含(010)面以及(001)面进行取向的情形。

并且，本发明可以适用于满足上述特征的各种形状。

即，本发明的压电陶瓷电子部件优选，所述压电陶瓷坯体的所述多面体形状为长方体形状。

进而，本发明的压电陶瓷电子部件优选，所述压电陶瓷坯体的至少所述对置面形成为平行四边形形状。

此外，本发明的压电陶瓷电子部件还优选，所述压电陶瓷坯体的至少所述对置面形成为梯形形状。

此外，本发明的压电陶瓷电子部件还优选，在所述压电陶瓷坯体中埋设有内部电极。

进而，本发明的压电陶瓷电子部件优选，所述宽度尺寸为所述长度尺寸的1.25倍以上。

此外，本发明所涉及的压电陶瓷电子部件的制造方法，其特征在于，包含：原料粉末制作工序，制作以具有钙钛矿型结晶构造的复合氧化物为主成分的陶瓷原料粉末；浆料制作工序，使该陶瓷原料粉末浆料化来制作陶瓷浆料；涂覆工序，将所述陶瓷浆料涂覆于搬送薄膜；和成型体制作工序，配置以该搬送薄膜的搬送方向为轴芯方向的中空状的电磁铁，在所述陶瓷浆料的面内方向施加磁场，来制作被赋予了结晶取向性的成型体。

此外，本发明所涉及的压电陶瓷电子部件的制造方法，其特征在于，包含：原料粉末制作工序，制作以具有钙钛矿型结晶构造的复合氧化物为主成分的陶瓷原料粉末；浆料制作工序，使该陶瓷原料粉末浆料化来制作陶瓷浆料；涂覆工序，将所述陶瓷浆料涂覆于搬送薄膜；和成型体制作工序，将多个中空状的电磁铁配置为夹着该搬送薄膜的搬送路径而对置，在所述陶瓷浆料的面内方向施加磁场，来制作被赋予了结晶取向性的成型体。

发明效果

根据本发明的压电陶瓷电子部件，认为，处于钙钛矿结晶构造的结晶轴之中1轴在特定方向上相一致，因此相对于结晶轴相一致的方向、和与结晶轴相一致的方向正交的方向的、机械振动能量的传播方向产生差异，振动能量向结晶轴相一致的方向的传递减少，因而振动能量向与结晶轴相一致的方向正交的方向的传递集中。

由此，机电耦合系数等得以提升，能够获得良好的压电特性。

此外，根据本发明所涉及的压电陶瓷电子部件的制造方法，能够在搬送薄膜的搬送方向的宽范围内配置电磁铁，由此能够增大磁场施加区域。因而，批量生产在与第1以及第2边的长度尺寸平行的方向或者大致平行的方向上进行了{100}取向的压电陶瓷电子部件变得容易，能够实现批量生产优异的制造方法。

此外，根据本发明所涉及的压电陶瓷电子部件的制造方法，能够分割配置电磁铁，能够实现操作性良好的制造方法。

附图说明

图1是示意性地表示本发明所涉及的压电陶瓷电子部件的一实施方式的立体图。

图2是表示上述压电陶瓷电子部件的压电陶瓷坯体的立体图。

图3是表示本发明所适用的压电陶瓷坯体的第1变形例的俯视图。

图4是表示本发明所适用的压电陶瓷坯体的第2变形例的俯视图。

图5是表示本发明所适用的压电陶瓷坯体的第3变形例的俯视图。

图6是表示本发明所适用的压电陶瓷坯体的第4变形例的俯视图。

图7是表示本发明所适用的压电陶瓷坯体的第5变形例的俯视图。

图8是示意性地表示本发明的压电陶瓷电子部件的制造方法中使用的成型体制造装置的一实施方式(第1实施方式)的图。

图9是示意性地表示本发明的压电陶瓷电子部件的制造方法中使用的成型体制造装置的第2实施方式的图。

图10是表示实施例的X射线衍射谱的图。

具体实施方式

接下来，参照附图来详细说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明所涉及的压电陶瓷电子部件的一实施方式的立体图。

该压电陶瓷电子部件包括：形成为具有形状各向异性的六面体形状 (多面体形状)即长方体形状的压电陶瓷坯体1、和形成在该陶瓷坯体1 的成为两个主面的对置面的整个外表面的外部电极2a、2b。

然后，在本实施方式中，压电陶瓷坯体1在箭头A方向上被实施极化处理，通过向外部电极2a、2b施加电压，从而在箭头B方向上振动。

压电陶瓷坯体1以具有钙钛矿型结晶构造(通式ABO₃)的复合氧化物为主成分。具体而言，除了PT、PZT之外，还有作为B位置成分的 Ti、(Ti，Zr)的一部分被(MA^II _1/2MB^V _1/2)置换后的PbTi_1-y(MA^II _1/2MB^V _1/2) yO₃、Pb(Ti，Zr)_1-y(MA^II _1/2MB^V _1/2)yO₃、或者Ti、(Ti，Zr)的一部分被 (MA^III _2/3MB^VI _1/3)置换后的PbTi_1-y(MA^III _2/3MB^VI _1/3)yO₃、Pb(Ti，Zr)_1-y (MA^III _2/3MB^VI _1/3)yO₃等。

另外，MA^II表示Ni、Mn、Fe、Co、Zn、Sn、Mg等的可取2价的价数的元素，MA^III表示Cr等的可取3价的价数的元素，MB^V表示Nb、Sb 等的可取5价的价数的元素，MB^VI表示W的可取6价的价数的元素。

此外，A位置和B位置的配合摩尔比按化学计量的话为1.000，但在不影响到特性的范围内根据需要能够使得A位置偏多或者B位置偏多。

此外，外部电极2a、2b并不特别限定，但优选由比较廉价且具有良导电性的Ag、Cu、以它们为主成分的Ag合金、Cu合金构成。

图2是压电陶瓷坯体1的立体图。

该压电陶瓷坯体1的在表面形成有外部电极2a、2b的对置面3、4 具有相互平行的第1边5a、6a和第2边5b、6b。并且，在对置面3、4 之中的一个面3上的第1边5a与第2边5b之间，在面内与第1边5a以及第2边5b正交的正交方向的宽度尺寸L1形成得大于第1以及第2边5a、6a、5b、6b的长度尺寸M1。在该实施方式中，宽度尺寸L1表示长边的长度，第1以及第2边5a、6a、5b、6b的长度尺寸M1表示短边的长度。

并且，该压电陶瓷坯体1的结晶轴在将压电陶瓷坯体1视作伪立方晶的情况下进行{100}取向。具体而言，压电陶瓷坯体1的结晶轴如箭头C 所示，在与第1以及第2边5a、6a、5b、6b平行的方向上进行{100}取向。

另外，{100}取向这一记载并不表示仅在(100)面取向，而是除了(100) 面的取向之外还包含(010)面以及(001)面取向的情形。

如此，通过使压电陶瓷坯体1的结晶轴在与第1以及第2边5a、6a、 5b、6b即短边平行的方向上进行{100}取向，从而能够增大机电耦合系数，可以提升压电特性。

作为对构成压电陶瓷坯体1的结晶粒子的取向方向进行确定的方法，广泛公知的是基于电子束反向散射衍射法(EBSD)的方法和基于X射线衍射中的极点图测定的方法。

在利用电子束反向散射衍射法的情况下，以适当的剖面对压电陶瓷坯体1进行切断、研磨，向该面倾斜照射被收拢得较细的电子束，获得被反向散射后的电子束的菊池图案。通过对该菊池图案进行解析，由此来确定电子束射到之处的结晶方位。针对宽范围、例如电子显微镜(SEM)中包含100～1000个以上的结晶粒子的范围来实施此处理，求出各粒子的结晶方位的分布状态，能够将分布集中的方向视作取向方向。

在利用X射线衍射中的极点图测定的情况下，以适当的剖面对压电陶瓷坯体1进行切断、研磨，并独立地驱动向该面照射X射线的角度、和检测被该面反射的X射线的角度。通过将该测定结果映射至倒易晶格空间，从而能够确定压电陶瓷坯体1的取向方向。

接着在以确定出的取向方向为法线的面对压电陶瓷坯体1进行切断、研磨，在该面中根据X射线衍射图案并利用X射线衍射法来计算取向度。

X射线衍射法作为评价结晶取向性的指标被广泛公知，根据X射线衍射法，能够由数学式(1)来表示取向度F。

[数1]

在此，∑I(HKL)是取向试样的特定的结晶面(HKL)的X射线峰值强度的总和，∑I(hkl)是取向试样的所有结晶面(hkl)的X射线峰值强度的总和。此外，∑Io(HKL)是基准试样例如无取向试样的特定的结晶面(HKL)的X射线峰值强度的总和，∑Io(hkl)是基准试样的所有结晶面(hkl)的X射线峰值强度的总和。

并且，为了获得充分的机电耦合系数，压电陶瓷坯体1的{100}取向的取向度F在利用X射线衍射法进行评价的情况下需要0.4以上。

基于X射线衍射法的压电陶瓷坯体1的{100}取向的取向度F小于0.4 的情况下，取向不足，无法获得充分的机电耦合系数。

因而，在本实施方式中，如上所述，使压电陶瓷坯体的结晶轴在与第1以及第2边5a、6a、5b、6b大致平行的方向上进行{100}取向，使得基于X射线衍射法的压电陶瓷坯体1的{100}取向的取向度F成为0.4以上。即，使压电陶瓷坯体的结晶轴在与短边平行的方向上进行{100}取向。

如此，关于上述压电陶瓷电子部件，压电陶瓷坯体1满足下述(1)～ (4)的要件。即，所满足的4个要件为：(1)在表面形成有外部电极的各面至少具有相互平行的第1边和第2边；(2)在形成对置面的一个面上的所述第1边与所述第2边之间，在所述面内与所述第1边以及所述第2 边正交的正交方向的宽度尺寸形成得大于所述第1以及第2边的长度尺寸；(3)压电陶瓷坯体的结晶轴在与所述第1以及第2边平行的方向上进行{100}取向；以及(4)基于X射线衍射法的取向度F为0.4以上。

如此，使得在不同于压电陶瓷坯体1的高度方向的、与第1以及第2 边平行的方向上进行{100}取向，从而能够增大机电耦合系数，能够使压电特性提升。

另外，宽度尺寸L1和长度尺寸M1的尺寸比L1/M1并不特别限定，优选为1.25以上。若尺寸比L1/M1小于1.25，则压电陶瓷坯体1的各向异性变小，机电耦合系数即便较之于无取向的情形增加，也有可能导致增加率变小。

如此，关于本压电陶瓷电子部件，只要压电陶瓷坯体满足上述(1)～ (4)，便可以实现各种变形例。

以下，参照图3～图7来说明各种变形例。另外，在这些图3～图7 中均省略了外部电极。

图3是表示第1变形例的俯视图，形成有外部电极的对置面被形成为平行四边形。

即，在该第1变形例中，压电陶瓷坯体11的在表面形成有外部电极的对置面12具有相互平行的第1边13a和第2边13b。并且，如该图3 所示，在面12上的第1以及第2边13a、13b边之间，在面内与第1边 13a以及第2边13b正交的正交方向的宽度尺寸L2形成得大于第1以及第2边13a、13b的长度尺寸M2。

并且，该压电陶瓷坯体11的结晶轴如箭头D所示，在与第1以及第 2边13a、13b平行的方向上进行{100}取向，使得基于X射线衍射法的取向度F成为0.4以上。

如此，第1变形例中，压电陶瓷坯体11满足上述(1)～(4)。因此，能够使机电耦合系数提升，能够获得具有良好的压电特性的压电陶瓷电子部件。

图4是表示第2变形例的俯视图，形成有外部电极的对置面被形成为梯形形状。

即，在该第2变形例中，压电陶瓷坯体14的在表面形成有外部电极的对置面15具有相互平行的第1边16a和第2边16b。并且，如该图4 所示，在面15上的第1以及第2边16a、16b边之间，在面内与第1边 16a以及第2边16b正交的正交方向的宽度尺寸L3形成得大于第1以及第2边16a、16b的长度尺寸M3、M3′。并且，该压电陶瓷坯体14的结晶轴如箭头E所示，在与第1以及第2边16a、16b平行的方向上进行{100} 取向，使得基于X射线衍射法的取向度F成为0.4以上。

如此，第2变形例中，压电陶瓷坯体14也满足上述(1)～(4)，因此，能够使机电耦合系数提升，能够获得具有良好的压电特性的压电陶瓷电子部件。

图5是表示第3变形例的立体图，形成压电陶瓷坯体的六面体的各面全部被形成为平行四边形，外部电极被形成在两个主面的表面。

即，在该第3变形例中，压电陶瓷坯体17的在表面形成有外部电极的对置面18a、18b具有相互平行的第1边19a、19b和第2边20a、20b。并且，如该图5所示，在对置面18a、18b之中的一个面18a上的第1边 19a与第2边20a之间，在面内与第1边19a以及第2边20a正交的正交方向的宽度尺寸L4形成得大于第1以及第2边19a、19b、20a、20b的长度尺寸M4。并且，该压电陶瓷坯体17的结晶轴如箭头F所示，在与第1 以及第2边19a、19b、20a、20b平行的方向上进行{100}取向，使得基于 X射线衍射法的取向度F成为0.4以上。

如此，第3变形例中，压电陶瓷坯体17满足上述(1)～(4)。因此，能够使机电耦合系数提升，能够获得具有良好的压电特性的压电陶瓷电子部件。

图6是表示第4变形例的立体图，压电陶瓷坯体21的形成有外部电极的对置面被形成为梯形形状，其他的4个面均被形成为平行四边形。

即，在该第4变形例中，压电陶瓷坯体21的在表面形成有外部电极的对置面22a、22b具有相互平行的第1边23a、23b和第2边24a、24b。并且，如该图6所示，在对置面22a、22b之中的一个面22a上的第1边 23a与第2边24a之间，在面内与第1边23a以及第2边24a正交的正交方向的宽度尺寸L5形成得大于第1以及第2边23a、23b、24a、24b的长度尺寸M5。并且，该压电陶瓷坯体21的结晶轴如箭头G所示，在与第 1以及第2边23a、23b、24a、24b平行的方向上进行{100}取向，使得基于X射线衍射法的取向度F成为0.4以上。

如此，第4变形例中，压电陶瓷坯体17满足上述(1)～(4)，因此，能够使机电耦合系数提升，能够获得具有良好的压电特性的压电陶瓷电子部件。

另外，虽然省略了图示，但在该第4变形例中，在使形成对置面的梯形形状之中非平行的直线部形成为R形状或者倒角形状的情况下，也满足上述(1)～(4)，因此，能够使机电耦合系数提升，能够获得具有良好的压电特性的压电陶瓷电子部件。

图7是表示第5变形例的立体图。

即，第5变形例中，压电陶瓷坯体25采用如下的层叠构造：整体形状被形成为长方体形状，并且埋设有平面形状的内部电极26。

具体而言，压电陶瓷坯体25的在表面形成有外部电极的对置面27a、 27b具有相互平行的第1边28a、28b和第2边29a、29b。并且，如该图 7所示，在对置面27a、27b之中的一个面27a上的第1边28a与第2边 29a之间，在面内与第1边28a以及第2边29a正交的宽度尺寸L6形成得大于第1以及第2边28a、28b、29a、29b的长度尺寸M6。并且，该压电陶瓷坯体25的结晶轴如箭头H所示，在与第1以及第2边28a、28b、 29a、29b平行的方向上进行{100}取向，使得基于X射线衍射法的取向度 F成为0.4以上。

如此，第5变形例中，压电陶瓷坯体25满足上述(1)～(4)。因此，能够使机电耦合系数提升，能够获得具有良好的压电特性的压电陶瓷电子部件。

另外，在该第5变形例中，虽然将内部电极26形成为平面形状，但内部电极26的形状并不特别限定，例如即便是采用2条以上的线段形状，并使该线段形状的电极之中2条以上的电极电连接的类型的情形、形成为螺旋形状的类型的情形，也是同样的。

接下来，详细阐述该压电陶瓷电子部件的制造方法。

准备Pb₃O₄、TiO₂、ZrO₂、NiO、Nb₂O₅等的陶瓷坯体原料，将这些陶瓷坯体原料称重给定量。然后，将这些称重物进行混合，与纯水等的溶媒一起投入到含有PSZ(部分稳定化氧化锆)球等的粉碎介质的球磨机中，进行混合粉碎，在干燥之后，以1000～1200℃的温度进行预烧，然后进行干式粉碎，从而获得陶瓷原料粉末。

其次，向该陶瓷原料粉末添加分散剂等的添加剂以及纯水，再次与粉碎介质一起投入到球磨机中，充分地进行混合粉碎，从而获得陶瓷浆料 31。

并且，然后，在磁场中对所述陶瓷浆料31施以成型加工，进行烧成，从而获得压电陶瓷坯体。

图8是表示制作压电陶瓷坯体的成型体制造装置的一实施方式的立体图。

即，该成型体制造装置包含：具有贮存陶瓷浆料31的刮刀(doctor blade)的浆料容器32、涂覆有从浆料容器32排出的陶瓷浆料31的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET：polyethylene terephthalate)薄膜等的带状的载体薄膜(搬送薄膜)33、沿着箭头I所示的搬送方向搬送载体薄膜33的搬送辊34、和以载体薄膜33的搬送方向为轴芯方向的中空状的电磁铁35。电磁铁35具体在圆筒形状的磁铁主体36的中空部36a的外周卷绕有线圈 37。

在如此形成的成型体制造装置中，由刮刀成型为给定厚度的陶瓷浆料 31从浆料容器32排出而涂覆于载体薄膜33，向磁铁主体36的中空部36a 供给。然后，给电磁铁35通电，由此沿着箭头I所示的搬送方向施加磁场来赋予结晶取向性，然后进行干燥，或者在施加给定的磁场的同时进行干燥，从而可制作例如在与长方体形状的短边平行的方向上进行了{100} 取向的压电陶瓷成型体。另外，搬送方向包含在陶瓷浆料的面内。在此，所谓陶瓷浆料的面内，是指由图2所示的宽度尺寸L1和长度尺寸M1所形成的面内。

接着，将该压电陶瓷成型体冲压为矩形状，将层叠压接为磁场方向成为相同的方向的整体进行烧成，从而获得陶瓷坯体。

然后，在对置面的表面涂覆了Ag等的外部电极用导电性膏之后，进行焙烧处理，然后在例如被调整为温度80℃的硅油中施加给定的电场来施以极化处理，由此制作压电陶瓷电子部件。

如此，在本实施方式中，通过使载体薄膜33和电磁铁35的轴芯方向一致，载体薄膜33在电磁铁35的轴芯内搬送，从而能够容易在压电陶瓷坯体的面内方向上取向。并且，能够在载体薄膜33的搬送方向的宽范围内配置电磁铁35，由此能够使磁场施加区域变为宽范围的区域，因此可以批量生产使结晶轴在与第1以及第2边平行的方向上进行了{100}取向的压电陶瓷坯体，可以实现适合批量生产的制造方法。

而且，无需如TGG法那样的各向异性形状粒子，能够谋求制造工序的简化。此外，构成所获得的压电陶瓷坯体的粒子形状也能够如形状各向异性那样抑制裂纹向特定方向的产生，能够确保可靠性。

图9是表示制作压电陶瓷坯体的成型体制造装置的第2实施方式的立体图。

即，在该第2实施方式中，由卷绕有线圈38a、38b的圆筒形状的磁铁主体39a、39b构成的电磁铁40a、40b被配置为：在与陶瓷浆料31的面内平行的方向上夹着载体薄膜33而对置。

在该第2实施方式中，如箭头J所示，在与陶瓷浆料31的面内平行的方向上施加磁场，从而能够获得在与第1以及第2边平行的方向上进行了{100}取向的压电陶瓷坯体。并且，由于电磁铁40a、40b被分割配置，因此能够实现操作性良好的制造方法。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内可进行变更。虽然在图3～图7中示出了本发明的变形例，但只要满足上述的 (1)～(4)的要件即可。

此外，在上述实施方式中，虽然在制造过程中将陶瓷浆料成型加工为薄片状，但也可以利用向铸模注射陶瓷浆料并使之干燥的注射成型。

此外，在上述实施方式中，虽然使结晶轴在与第1以及第2边平行的方向上进行{100}取向，但可以不是几何学上的真正的平行方向，也可以为大致平行方向、例如有±15°程度的偏差，均不会影响到本发明的作用效果。

接下来，具体说明本发明的实施例。

实施例1

〔试样的制作〕

(试样编号1)

作为陶瓷坯体原料，准备了Pb₃O₄、TiO₂、ZrO₂、NiO、Nb₂O₅。然后，将这些陶瓷坯体原料称重给定量，将这些称重物与作为溶媒的纯水以及作为粉碎介质的PSZ球一起投入到球磨机中，在该球磨机内充分地进行混合粉碎。

接着，在将该混合物干燥之后，以1100℃的温度进行预烧，然后进行干式粉碎，从而获得了由组成式Pb{(Ti_0.55Zr_0.45)_0.73(Ni_1/3Nb_2/3)_0.27}O₃表示的陶瓷原料粉末。

接着，向25g的陶瓷原料粉末添加1.5重量份的分散剂和40重量份的纯水，存在PSZ球的情形下，在球磨机内混合粉碎8小时，从而获得了陶瓷浆料。

接着，将这些陶瓷浆料涂覆于PET薄膜上，成型加工为薄片状时，施加10T的磁场，然后使之干燥，由此制作了压电陶瓷成型体。

接着，将该压电陶瓷成型体冲压为矩形状，将层叠压接为磁场施加方向成为相同的方向的整体，以1100℃的烧成温度烧成3小时，从而获得了试样编号1的陶瓷烧结体。另外，薄片状的成型体所含的结晶在烧成时的升温过程中超过居里点时，从正方晶变化为立方晶。由此，结晶的对称性变高，相对于与磁场施加方向相同的方向而旋转了180°的方向上的结晶学构造等效。因而，在层叠薄片成型体的工序中，也可以在相对于薄片成型时施加的磁场的方向而旋转了180°的方向上层叠薄片成型体。

接着，将该陶瓷烧结体切成：长边L为5.5mm、短边M为4.4mm、厚度T为0.2mm，且在与短边平行的方向上成为{100}取向。然后，在由长边L和短边M所形成的对置面的表面上涂覆以Ag为主成分的Ag膏，来进行焙烧处理，在80℃的硅油中沿着厚度方向施加3kV/mm的电场，施以10分钟的极化处理，将硅油洗净、干燥，从而制作了试样编号1的压电陶瓷电子部件。

(试样编号2)

除了对陶瓷浆料未施加磁场之外，以与试样编号1同样的方法/步骤制作了无取向的试样编号2的压电陶瓷电子部件。

(试样编号3)

除了对陶瓷浆料施加5T的磁场之外，以与试样编号1同样的方法/ 步骤制作了试样编号3的压电陶瓷电子部件。

(试样编号4)

除了对陶瓷浆料施加1T的磁场之外，以与试样编号1同样的方法/ 步骤制作了试样编号4的压电陶瓷电子部件。

〔试样的评价〕

针对试样编号1～4，使用X射线衍射测定装置(特性X射线：CuKα射线)，在衍射角2θ为15～65°的范围内测定了与短边方向垂直的面(T 面)的X射线衍射谱。

图10示出X射线衍射谱的测定结果。在图中，横轴为衍射角2θ，纵轴为X射线强度(a.u.)。

由该图10可知，在衍射角2θ为21～23°范围内，出现(001)面以及(100)面的衍射峰值，在衍射角2θ为30～32°范围内，出现(101) 面以及(110)面的衍射峰值，进而在衍射角2θ为38～39°范围内，出现(111)面的衍射峰值。

然后，根据这些X射线衍射谱来求出取向度F。

即，如在〔具体实施方式〕这一项中所阐述的那样，基于X射线衍射法，取向度F由下述数学式(1)来计算。

[数2]

并且，在本实施例中，作为所有结晶面(hkl)的X射线峰值的强度，使用了上述的(001)、(100)、(101)、(110)、(111)的各结晶面的强度。此外，作为特定的结晶面(HKL)的X射线峰值的强度，使用了(001)、 (100)的各结晶面的强度。此外，作为基准试样，使用了无取向的试样编号2。

即，在本实施例所使用的PZT系化合物的情况下，在压电陶瓷成型体的阶段即便进行了(100)取向或者(001)取向，由于通过烧成来升温，因此结晶系也从正方晶系变化为立方晶系，难以出现(100)和(001)的区分。并且，若在该状态下使其降温至室温，则随机地返回至(100)和 (001)。因而，在本实施例中，不将(100)和(001)进行区分，作为均在(100)上进行取向，求出{100}取向的取向度F。

接下来，针对试样编号1～4的各试样，利用阻抗分析仪(Agilent Technologies，Inc.制造，4294A)，使用谐振-反谐振法测定了机电耦合系数 k₃₁。

表1示出试样编号1～4的取向方向、取向度F、长边L以及短边M 的各尺寸、长边L和短边的尺寸比L/M、机电耦合系数k₃₁、以及相对于无取向试样的增加倍率。

[表1]

^＊为本发明(权利要求1)范围外.

试样编号4的取向度F小，为0.18，因而，机电耦合系数k₃₁成为0.38，与无取向试样无差别，无法使机电耦合系数k₃₁提升。

相对于此，试样编号1以及3的取向度F大，为0.43～0.66，机电耦合系数k₃₁成为0.40～0.42，相对于无取向试样而增加至1.05～1.11倍，可知获得了良好的压电特性。认为其原因在于：处于钙钛矿结晶构造的结晶轴之中1轴在特定方向上相一致，因此相对于结晶轴相一致的方向、和与结晶轴相一致的方向正交的方向的、机械振动能量的传播方向产生差异，振动能量向结晶轴相一致的方向的传递减少，因而振动能量向与结晶轴相一致的方向正交的方向的传递集中。

实施例2

〔试样的制作〕

(试样编号11)

除了将长边L的长度设为5.0mm、将短边M的长度设为2.2mm之外，以与试样编号1同样的方法/步骤制作了试样编号11的试样。

(试样编号12)

除了将长边L的长度设为5.0mm、将短边M的长度设为2.2mm、施加磁场使得在与长边L平行的方向上成为{100}取向之外，以与试样编号 1同样的方法/步骤制作了试样编号12的试样。

(试样编号13)

除了将长边L的长度设为5.0mm、将短边M的长度设为2.2mm之外，以与试样编号2同样的方法/步骤制作了试样编号13的试样。

〔试样的评价〕

针对试样编号11～13的各试样，以与实施例1同样的方法/步骤测定了取向度F以及机电耦合系数k₃₁。

表2示出试样编号11～13的取向方向、取向度F、长边L以及短边M的各尺寸、长边L和短边的尺寸比L/M、机电耦合系数k₃₁、以及相对于无取向试样的增加倍率。

[表2]

^＊为本发明(权利要求1)范围外.

试样编号12使结晶轴在与长边L平行的方向上进行{100}取向，因此与无取向试样相比，机电耦合系数k₃₁下降，降至机电耦合系数k₃₁为0.75。

相对于此，试样编号11的短边M的长度为2.2mm，与实施例1的试样编号1相比，L/M增大为2.27，但机电耦合系数k₃₁成为0.38，相对于无取向试样能够改善至1.19倍。

实施例3

(试样编号21)

除了将长边L设为6.2mm、将短边M设为5.6mm之外，以与试样编号1同样的方法/步骤制作了试样编号21的试样。

(试样编号22)

除了将长边L设为6.2mm、将短边M设为5.6mm之外，以与试样编号2同样的方法/步骤制作了试样编号22的试样。

〔试样的评价〕

针对试样编号21～22的各试样，以与实施例1同样的方法/步骤测定了取向度F以及机电耦合系数k₃₁。

表3示出试样编号21～22的取向方向、取向度F、长边L以及短边 M的各尺寸、长边L和短边的尺寸比L/M、机电耦合系数k₃₁、以及相对于无取向试样的增加倍率。

[表3]

^＊为本发明(权利要求1)范围外.

^＊＊为本发明(权利要求6)范围外.

可知，试样编号21的尺寸比L/M小，为1.11，因此与无取向试样相比，机电耦合系数k₃₁略有改善为0.56，但增加倍率却止于1.04倍。

实施例4

〔试样的制作〕

(试样编号31)

除了将压电陶瓷坯体切成：进行了{100}取向的结晶轴在包含短边方向和长边方向的面内成为相对于短边方向倾斜5°这样的方向之外，以与试样编号13同样的方法/步骤制作了试样编号31的试样。

(试样编号32)

除了将压电陶瓷坯体切成：进行了{100}取向的结晶轴在包含短边方向和长边方向的面内成为相对于短边方向倾斜15°这样的方向之外，以与试样编号13同样的方法/步骤制作了试样编号32的试样。

(试样编号33)

除了将压电陶瓷坯体切成：进行了{100}取向的结晶轴在包含短边方向和长边方向的面内成为相对于短边方向倾斜30°这样的方向之外，以与试样编号13同样的方法/步骤制作了试样编号33的试样。

(试样编号34)

除了将压电陶瓷坯体切成：进行了{100}取向的结晶轴在与长边方向垂直的面内成为相对于短边方向倾斜15°这样的方向之外，以与试样编号 13同样的方法/步骤制作了试样编号34的试样。

(试样编号35)

除了将压电陶瓷坯体切成：进行了{100}取向的结晶轴在与长边方向垂直的面内成为相对于短边方向倾斜30°这样的方向之外，以与试样编号 13同样的方法/步骤制作了试样编号35的试样。

(试样编号36)

除了将压电陶瓷坯体切成：进行了{100}取向的结晶轴在与长边方向垂直的面内成为从相对于短边方向倾斜15°的方向起进一步以包含短边方向和长边方向的面的法线为旋转轴旋转了15°这样的方向之外，以与试样编号13同样的方法/步骤制作了试样编号36的试样。

〔试样的评价〕

针对试样编号31～36的各试样，以与实施例1同样的方法/步骤测定了取向度F以及机电耦合系数k₃₁。

表4示出试样编号31～36的取向度F、长边L以及短边M的各尺寸、长边L和短边的尺寸比L/M、结晶轴相对于短边方向的倾斜角度、机电耦合系数k₃₁、以及相对于无取向试样的增加倍率。

另外，在表中，成为增加倍率的计算基准的无取向试样使用了实施例 2的试样编号13。

[表4]

^＊为本发明(权利要求1)范围外

关于试样编号33，由于进行了{100}取向的结晶轴的方向在包含短边方向和长边方向的面内相对于短边方向倾斜较大，为30°，因此与无取向试样(k₃₁＝0.32)相比，机电耦合系数k₃₁略有改善为0.33，但增加倍率却低，小于1.05。

此外，关于试样编号35可知，进行了{100}取向的结晶轴的方向在与长边方向垂直的面内相对于短边方向倾斜较大，为30°，因此机电耦合系数k₃₁变为0.32，与无取向试样无差别。

相对于此，关于试样编号31、32、34，进行了{100}取向的结晶轴的方向在包含短边方向和长边方向的面内、或者与长边方向垂直的面内相对于短边方向而倾斜角度较小，为5～15°，大致平行，因此机电耦合系数 k₃₁大，为0.36～0.38，相对于作为无取向试样的试样编号13，增加倍率成为1.12～1.19。此外，关于试样编号36，也可知，机电耦合系数k₃₁变为0.35，增加倍率变为1.09，机电耦合系数k₃₁得到提升。

如此，即便压电陶瓷坯体的结晶轴为相对于短边方向发生±15°程度的少许偏差的大致平行状态，也能够获得机电耦合系数k₃₁得以提升的压电特性良好的各种陶瓷电子部件。

产业上的可利用性

可以获得机电耦合系数得以改善的压电特性良好的各种陶瓷电子部件。

符号说明

1、11、14、17、21、25 压电陶瓷坯体

2a、2b 外部电极

3、4、12、15、18a、18b、22a、22b、27a、27b 对置面

5a、6a、13a、16a、19a、19b、23a、23b、28a、28b 第1边

5b、6b、13b、16b、20a、20b、24a、24b、29a、29b 第2边

26 内部电极

31 陶瓷浆料

33 载体薄膜(搬送薄膜)

35 电磁铁

40a、40b 电磁铁

Claims

1.一种压电陶瓷电子部件，具备：压电陶瓷坯体，其以具有钙钛矿型结晶构造的复合氧化物为主成分，且具有至少一个对置面；和一对外部电极，其形成在各所述对置面的表面，所述压电陶瓷电子部件的特征在于，

所述压电陶瓷坯体由多个结晶粒子所组成的多晶体构成且由具有形状各向异性的多面体形状构成，

形成所述对置面的各面至少具有相互平行的第1边和第2边，

在形成所述对置面的一个面上的所述第1边与所述第2边之间，在所述面内与所述第1边以及所述第2边正交的正交方向的宽度尺寸形成得大于所述第1边以及所述第2边的长度尺寸，

所述压电陶瓷坯体的结晶轴在与所述第1边以及所述第2边平行的方向或者大致平行的方向上进行{100}取向，

并且，基于X射线衍射法的取向度为0.4以上。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷电子部件，其特征在于，

所述压电陶瓷坯体的所述多面体形状为长方体形状。

3.根据权利要求1所述的压电陶瓷电子部件，其特征在于，

所述压电陶瓷坯体的至少所述对置面形成为平行四边形形状。

4.根据权利要求1所述的压电陶瓷电子部件，其特征在于，

所述压电陶瓷坯体的至少所述对置面形成为梯形形状。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电陶瓷电子部件，其特征在于，

所述压电陶瓷坯体埋设有内部电极。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的压电陶瓷电子部件，其特征在于，

所述宽度尺寸为所述长度尺寸的1.25倍以上。

7.根据权利要求5所述的压电陶瓷电子部件，其特征在于，

所述宽度尺寸为所述长度尺寸的1.25倍以上。