JP2001206769A - Piezoelectric body porcelain composition and its manufacturing method, piezoelectric body element and its manufacturing method and ink-jet printer head and ultrasonic motor using the element - Google Patents
Piezoelectric body porcelain composition and its manufacturing method, piezoelectric body element and its manufacturing method and ink-jet printer head and ultrasonic motor using the elementInfo
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、インクジェット
式プリンタヘッド、マイクロポンプ、超音波モータ、超
音波振動子、圧電トランス、周波数フィルタ、圧電セン
サ、圧電スピーカ、圧電リレー、マイクロマシン、マイ
クロミラーデバイスなどに使用される圧電体磁器組成物
およびその製造方法、圧電体磁器組成物で形成された圧
電体部材を備えた圧電体素子およびその製造方法、なら
びに、圧電体素子を用いて構成されるインクジェット式
プリンタヘッドおよび超音波モータに関する。The present invention relates to an ink jet printer head, a micropump, an ultrasonic motor, an ultrasonic vibrator, a piezoelectric transformer, a frequency filter, a piezoelectric sensor, a piezoelectric speaker, a piezoelectric relay, a micromachine, a micromirror device, and the like. Piezoelectric ceramic composition to be used and method of manufacturing the same, piezoelectric element including piezoelectric member formed of piezoelectric ceramic composition, method of manufacturing the same, and ink jet printer configured using piezoelectric element It relates to a head and an ultrasonic motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr
1−xTix)O3(0.2<x≦1、好ましくは0.
3<x≦1);x=1であるとき、すなわちPbTiO
3を含めて、以下、「PZT」という)またはPZTを
主成分とする圧電体磁器組成物(以下、「PZT系磁器
組成物」という)は、優れた圧電特性を有していること
から、種々の技術分野における多様な圧電体素子に用い
られている。例えばインクジェット式プリンタヘッドで
は、インク室に満たされたインクをインクノズルから噴
射させるためにインク室の容積を変化させるアクチュエ
ータとして、PZT系磁器組成物からなる圧電体膜を有
する圧電体素子が用いられている。2. Description of the Related Art Lead zirconate titanate (Pb (Zr
1-x Ti x) O 3 (0.2 <x ≦ 1, preferably 0.
3 <x ≦ 1); when x = 1, that is, PbTiO
3 and below, or a piezoelectric porcelain composition containing PZT as a main component (hereinafter referred to as a “PZT porcelain composition”) has excellent piezoelectric properties. It is used for various piezoelectric elements in various technical fields. For example, in an ink jet printer head, a piezoelectric element having a piezoelectric film made of a PZT-based porcelain composition is used as an actuator that changes the volume of an ink chamber in order to eject ink filled in the ink chamber from an ink nozzle. ing.
【0003】インクジェット式プリンタヘッドには、図
1に示したような構成のプリンタヘッドのほか、種々の
方式および構成のプリンタヘッドがある(特公昭53−
12138号公報、特開平4−1052号公報、特公平
4−52213号公報、特公平7−33089号公報、
USP4584590号明細書、特公平6−6375号
公報、特公平6−61936号公報、特開平10−86
369号公報等参照)。図1は、それら各種方式のイン
クジェット式プリンタヘッドのうちの1つであるプリン
タヘッドの構成を、一部を拡大して模式的に示してお
り、このインクジェット式プリンタヘッドは、ヘッド基
台1と振動板3およびアクチュエータ4とから構成され
ている。ヘッド基台1には、インクを噴射する多数のイ
ンクノズル、それぞれのインクノズルに個別に連通する
多数のインク経路、および、それぞれのインク経路に個
別に連通する多数のインク室2が形成されている(図1
では、1つのインク室2のみを示し、インク経路やイン
クノズルの図示を省略している)。このヘッド基台1の
上面全体を覆うように振動板3が取り付けられ、この振
動板3によってヘッド基台1の全てのインク室2の上面
開口が閉塞されている。振動板3上には、それぞれのイ
ンク室2と個別に対応した位置に、振動板3に振動駆動
力を与えるための圧電体素子5が被着形成されている。
そして、多数の圧電体素子5を備えたアクチュエータ4
の電源9を制御して、所望の選択された圧電体素子5に
電圧を印加することにより、圧電体素子5を振動板3に
対して平行な方向に伸縮変位させる。ところが、圧電体
素子5は、下部電極6側の面で振動板3により拘束され
ているので、結果的に、振動板3および圧電体素子5
は、振動板3面に垂直な方向に撓み変位することにな
る。この振動板3の撓み変位によりインク室2の容積が
変化して、インク経路を介して連通する噴射ノズルから
インクが噴射される。[0003] Ink jet printer heads include various types and configurations of printer heads in addition to the printer head having the configuration shown in FIG.
No. 12138, JP-A-4-1052, JP-B-4-52213, JP-B7-33089,
U.S. Pat. No. 4,845,590, JP-B-6-6375, JP-B-6-61936, JP-A-10-86
369). FIG. 1 schematically shows the configuration of a printer head, which is one of the various types of ink jet printer heads, in a partially enlarged manner. It is composed of a diaphragm 3 and an actuator 4. The head base 1 is formed with a number of ink nozzles for ejecting ink, a number of ink paths individually communicating with the respective ink nozzles, and a number of ink chambers 2 individually communicating with the respective ink paths. (Figure 1
In FIG. 1, only one ink chamber 2 is shown, and illustration of ink paths and ink nozzles is omitted. A vibration plate 3 is attached so as to cover the entire upper surface of the head base 1, and the upper surfaces of all the ink chambers 2 of the head base 1 are closed by the vibration plate 3. Piezoelectric elements 5 for applying a vibration driving force to the vibration plate 3 are formed on the vibration plate 3 at positions individually corresponding to the respective ink chambers 2.
An actuator 4 having a large number of piezoelectric elements 5
By applying a voltage to the desired selected piezoelectric element 5 by controlling the power supply 9, the piezoelectric element 5 is expanded and contracted in a direction parallel to the diaphragm 3. However, since the piezoelectric element 5 is restrained by the diaphragm 3 on the surface on the lower electrode 6 side, as a result, the diaphragm 3 and the piezoelectric element 5
Is deflected and displaced in a direction perpendicular to the surface of the diaphragm 3. The volume of the ink chamber 2 changes due to the bending displacement of the vibration plate 3, and ink is ejected from the ejection nozzles communicating via the ink path.
【0004】圧電体素子5は、下部電極6上に圧電体膜
7を形成し、その圧電体膜7上に上部電極8を形成し
て、下部電極6と上部電極8とで圧電体膜7を挟んで構
成されている。圧電体膜7は、一般的に、PZT系磁器
組成物で形成されている。この圧電体膜7は、スクリー
ン印刷法やゾル−ゲル法などを利用して成膜した後加熱
焼成して形成される。In the piezoelectric element 5, a piezoelectric film 7 is formed on a lower electrode 6, an upper electrode 8 is formed on the piezoelectric film 7, and a piezoelectric film 7 is formed by the lower electrode 6 and the upper electrode 8. Are sandwiched between them. The piezoelectric film 7 is generally formed of a PZT-based porcelain composition. The piezoelectric film 7 is formed by forming a film using a screen printing method, a sol-gel method, or the like, and then heating and firing the film.
【0005】PZT系磁器組成物は、優れた圧電特性を
有し、上記したインクジェット式プリンタヘッドのアク
チュエータのほか、マイクロポンプ、超音波モータ、超
音波振動子、圧電トランス、周波数フィルタ、圧電セン
サ、圧電スピーカ、圧電リレー、マイクロマシン、マイ
クロミラーデバイスなどの構成材料として、多方面で利
用されているが、PZT系材料に微量成分を添加するこ
とによりさらに物性値の向上を図るための多くの試みが
行われている。例えば、特許第2841911号公報に
は、PZT材料にビスマスナトリウムタイタネートを添
加することにより、圧電特性を損なうことなくPZT系
磁器組成物の機械的強度を向上させる発明が開示されて
いる。特公平5−25831号公報には、PZT系材料
にMnO 2を添加することにより、機械的品質特性、圧
電定数および温度特性のすべてが一定水準以上であるP
ZT系磁器組成物を得る技術が開示されている。特開平
5−116947号公報には、PZT系材料にMnO、
NiO、およびLa2O3を添加することにより、電気
機械結合係数Kpが大きく比誘電率εrの温度変化率も
小さく結晶粒径も小さく均一であるPZT系磁器組成物
を得る技術が開示されている。PZT系材料にパラジウ
ム金属粉末を添加して、誘電率や圧電歪定数が大きく機
械的強度が大きいPZT系磁器組成物を得る技術が開示
されている。また、特開平8−319159号公報に
は、PZT系材料にSbおよびMnを固溶させて、高い
圧電歪定数および低い誘電損失を併せ持つPZT系磁器
組成物、また高い圧電歪定数および大きな機械的品質係
数を併せ持つPZT系磁器組成物を得る技術が開示され
ている。さらに、ジャーナル・オブ・ジ・ユーロピアン
・セラミック・ソサイアティ(Journal of
the EuropeanCeramic Socie
ty)、19、999−1002(1999)には、P
ZT微粒子にPb5Ge3O11を添加することによ
り、PZT微粒子の焼成温度を低下させる方法が開示さ
れている。[0005] PZT-based porcelain compositions have excellent piezoelectric properties.
The ink jet printer head described above.
In addition to tutors, micro pumps, ultrasonic motors,
Sound transducer, piezoelectric transformer, frequency filter, piezoelectric sensor
Sensors, piezoelectric speakers, piezoelectric relays, micromachines,
It is widely used as a constituent material for chrome mirror devices, etc.
However, it is necessary to add trace components to PZT-based materials.
Many attempts have been made to further improve the physical properties
Is being done. For example, Japanese Patent No. 2841911 discloses
Adds bismuth sodium titanate to PZT material
PZT system without impairing piezoelectric characteristics
An invention for improving the mechanical strength of a porcelain composition has been disclosed
I have. Japanese Patent Publication No. 5-25831 discloses a PZT-based material.
MnO 2The mechanical quality characteristics, pressure
P whose electric constant and temperature characteristics are all above a certain level
A technique for obtaining a ZT-based porcelain composition is disclosed. JP
No. 5-116947 discloses that PZT-based materials include MnO,
NiO and La2O3By adding
Mechanical coupling coefficient KpLarge relative permittivity εrTemperature change rate
PZT-based porcelain composition having small and uniform grain size
Have been disclosed. Paraziu for PZT material
Add metal powder to increase the dielectric constant and piezoelectric strain constant.
A technique for obtaining a PZT-based porcelain composition having high mechanical strength is disclosed
Have been. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-319159 discloses
Is a solid solution of Sb and Mn in a PZT-based material,
PZT-based porcelain having both piezoelectric distortion constant and low dielectric loss
Composition, also with high piezoelectric strain constant and large mechanical quality
A technique for obtaining a PZT-based porcelain composition having a number
ing. In addition, the Journal of the European
・ Ceramic Society (Journal of
the EuropeanCeramic Society
ty),19, 999-1002 (1999)
Pb for ZT fine particles5Ge3O11By adding
Thus, a method for lowering the firing temperature of PZT fine particles has been disclosed.
Have been.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、上
述したインクジェット式プリンタヘッドの圧電体素子
を、PZT系材料またはその前駆体組成物を含むペース
トや塗布液などを用いて下部電極上に成膜した後に焼成
して圧電体膜を形成する、といった方法により作成する
場合には、PZT系材料を焼成する過程で、下部電極や
基板(振動板)も同時に高温で加熱されることになる。
しかしながら、PZT系材料の焼成温度は非常に高く、
例えばPZTでは1,150℃程度の焼成温度が必要で
ある。Ptなどで形成された下部電極や、ジルコニア、
アルミナなどのセラミックで形成された基板は、耐熱性
に優れた材料として選択されたものであるが、それであ
っても焼成過程でダメージを受け、特性の劣化が避けら
れなかった。したがって、焼成過程での電極や基板のダ
メージを低減させるためには、また、電極や基板などの
材料選択の幅を広げるためには、焼成温度を下げる必要
がある。このことは、インクジェット式プリンタヘッド
に限らず、あらゆる圧電体素子に対し共通して求められ
ていることである。By the way, for example, the above-mentioned piezoelectric element of the ink jet printer head is formed on the lower electrode by using a paste or a coating solution containing a PZT material or its precursor composition. In this case, the lower electrode and the substrate (diaphragm) are simultaneously heated at a high temperature in the process of firing the PZT-based material.
However, the firing temperature of PZT-based materials is very high,
For example, PZT requires a firing temperature of about 1,150 ° C. A lower electrode made of Pt or the like, zirconia,
The substrate made of ceramics such as alumina was selected as a material having excellent heat resistance, but even in that case, it was damaged during the firing process, and deterioration of the characteristics was inevitable. Therefore, it is necessary to lower the firing temperature in order to reduce damage to the electrodes and the substrate during the firing process, and to increase the range of selection of materials such as the electrodes and the substrate. This is a common requirement for all piezoelectric elements, not limited to ink jet printer heads.
【0007】上記したように、PZT系材料に微量成分
を添加することによりPZT系磁器組成物の物性値の向
上を図る技術が数多く提案されているが、比較的低温で
の焼結が可能であるPZT系磁器組成物についての提案
は、ほとんどなされていない。これは、従来の圧電体素
子の作成が、圧電体磁器組成物を作製した後、それを切
出し加工し、その加工物に電極付けする、といった工程
で行われていたため、低温で焼成する必要姓がそれほど
高くなかったことにもよる。唯一、ジャーナル・オブ・
ジ・ユーロピアン・セラミック・ソサイアティ、19、
999−1002(1999)に、Pb−Ge系組成物
を用いてPZT微粒子の焼成温度を低下させる方法につ
いての報告がある。この方法は、750℃〜800℃で
焼成を行い、通常のPZT系磁器組成物と同程度の圧電
特性を提供するものであるが、この方法で用いられるP
b−Ge系組成物を被覆したPZT微粒子は、特殊なも
のであり、その製造に複雑な工程を必要とし、一般的な
用途には適さないものであった。また、この特殊な原料
微粒子を安定して製造することは、非常に困難である。
さらに、この方法においては、950℃以上の温度での
焼成を行うと、その圧電特性の低下を招くという欠点を
有している。なお、SiO2やB2O3などのガラス成
分をPZT系材料に添加すると、焼結温度の低温化が可
能であることは分かっているが、この場合には、PZT
系磁器組成物の圧電特性が大幅に低下することになるた
め、圧電体としての利用を考えたときには好ましくな
い。As described above, many techniques have been proposed for improving the physical properties of a PZT porcelain composition by adding a trace component to the PZT material, but sintering at a relatively low temperature is possible. There have been few proposals for certain PZT-based porcelain compositions. This is because the conventional method of producing a piezoelectric element involves preparing a piezoelectric ceramic composition, cutting it out, and attaching electrodes to the processed product. Is not so expensive. The only journal of
The European Ceramic Society, 19 ,
999-1002 (1999) reports a method of lowering the firing temperature of PZT fine particles using a Pb-Ge-based composition. In this method, calcination is performed at 750 ° C. to 800 ° C. to provide the same piezoelectric characteristics as that of a normal PZT-based porcelain composition.
The PZT fine particles coated with the b-Ge-based composition are special, require a complicated process for their production, and are not suitable for general use. Further, it is very difficult to stably produce the special raw material fine particles.
Further, this method has a drawback that firing at a temperature of 950 ° C. or more causes a decrease in the piezoelectric characteristics. It is known that when a glass component such as SiO 2 or B 2 O 3 is added to a PZT-based material, it is possible to lower the sintering temperature.
Since the piezoelectric properties of the porcelain composition are significantly reduced, it is not preferable when the composition is used as a piezoelectric body.
【0008】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、本発明の目的は、通常のPZTと同
等以上の優れた圧電特性を有する新規な圧電体磁器組成
物を提供することにある。併せて、この優れた圧電特性
の低下を招くことなく、また、特殊な原料を用いたり、
複雑な製造工程を要することなく、その焼成を低温で行
うことが可能であるPZT系磁器組成物を提供するこ
と、および、そのようなPZT系磁器組成物を好適に製
造することができる方法を提供すること、前記のPZT
系磁器組成物によって圧電体膜が形成された圧電体素子
を提供すること、基板上に形成された下部電極上に圧電
体膜を形成する方法で圧電体素子を好適に製造すること
ができる方法を提供すること、ならびに、前記の圧電体
素子がアクチュエータに用いられたインクジェット式プ
リンタヘッド、および、前記の圧電体素子が駆動部に用
いられた超音波モータを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a novel piezoelectric ceramic composition having excellent piezoelectric properties equivalent to or better than ordinary PZT. It is in. At the same time, without deteriorating the excellent piezoelectric properties, using special raw materials,
Provided is a PZT-based porcelain composition that can be fired at a low temperature without requiring a complicated manufacturing process, and a method that can suitably manufacture such a PZT-based porcelain composition. Providing the above PZT
Provided is a piezoelectric element having a piezoelectric film formed from a ceramic composition, and a method for suitably manufacturing the piezoelectric element by forming a piezoelectric film on a lower electrode formed on a substrate. And an inkjet printer head in which the piezoelectric element is used in an actuator, and an ultrasonic motor in which the piezoelectric element is used in a drive unit.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに検討を行った結果、従来のPZT磁器組成物と同等
以上の圧電特性を有し、これまでに開示されたことのな
い全く新規な圧電体磁器組成物を見出すに至り、本発明
を完成させた。また、併せて、得られた磁器組成物が、
その優れた圧電特性の低下を招くことなしに通常のPZ
T磁器組成物と比べて数百度低い温度での焼成が可能で
あることも見出した。請求項1に係る発明は、PZT系
磁器組成物において、GeO2を0.01重量%〜10
重量%およびBi2O3を0.01重量%〜10重量%
含むことを特徴とする。また、請求項2に係る発明は、
請求項1記載の磁器組成物において、GeO2の含有量
を0.01重量%〜5重量%としBi2O3の含有量を
0.01重量%〜5重量%としたことを特徴とする。As a result of investigations to solve the above problems, the present invention has a piezoelectric property equal to or higher than that of a conventional PZT porcelain composition, and is a completely new one which has not been disclosed before. As a result, the present invention was completed. Also, in addition, the obtained porcelain composition,
The ordinary PZ without deteriorating its excellent piezoelectric properties
It has also been found that firing at a temperature several hundred degrees lower than that of the T porcelain composition is possible. The invention according to claim 1, in a PZT-based ceramic composition, the GeO 2 0.01 wt% to 10
Wt% and Bi 2 O 3 0.01 wt% to 10 wt%
It is characterized by including. The invention according to claim 2 is
In claim 1 ceramic composition according to characterized in that the content of the content of GeO 2 is 0.01 wt% to 5 wt% Bi 2 O 3 was 0.01 wt% to 5 wt% .
【0010】本発明のPZT系磁器組成物は、GeO2
およびBi2O3を同時に含有することにより、PZT
系磁器組成物の優れた圧電特性を失うことなく、製造に
際して、低温での焼成を可能とするものである。本発明
がその効果を発現する機構は明らかでないが、焼成時
に、鉛成分、GeO2およびBi2O3が反応して何ら
かの低融点物質が生成して低温での焼結に寄与している
ものと思われる。また、本発明のPZT系磁器組成物の
優れた圧電特性は、磁器組成物中の構成元素が特定の組
成バランスにあることにより生じるものと思われる。[0010] The PZT-based porcelain composition of the present invention is preferably composed of GeO 2
And Bi 2 O 3 simultaneously, PZT
This enables firing at a low temperature during production without losing the excellent piezoelectric properties of the porcelain composition. The mechanism by which the present invention exerts its effects is not clear, but during firing, the lead component, GeO 2 and Bi 2 O 3 react to form some low-melting substance, which contributes to sintering at low temperatures. I think that the. Further, it is considered that the excellent piezoelectric properties of the PZT-based porcelain composition of the present invention are caused by the constituent elements in the porcelain composition being in a specific composition balance.
【0011】ここで、GeO2あるいはBi2O3の含
有量が少なすぎると、低温焼成時に焼結が十分に進ま
ず、緻密なPZT系磁器組成物が得られない。一方、G
eO2あるいはBi2O3の含有量が多すぎると、PZ
T系磁器組成物の組成バランスが崩れて、その圧電特性
が低下する。低い温度領域で焼成を行っても、十分に緻
密な構造と優れた圧電特性を同時に付与することの可能
な本発明のPZT系磁器組成物は、GeO2およびBi
2O3を、好ましくはそれぞれ0.01重量%〜10重
量%含有し、より好ましくは0.01重量%〜5重量%
含有する。If the content of GeO 2 or Bi 2 O 3 is too small, sintering does not proceed sufficiently during low-temperature firing, and a dense PZT-based porcelain composition cannot be obtained. On the other hand, G
If the content of eO 2 or Bi 2 O 3 is too large, PZ
The composition balance of the T-based porcelain composition is lost, and its piezoelectric characteristics are reduced. The PZT-based porcelain composition of the present invention, which can simultaneously provide a sufficiently dense structure and excellent piezoelectric characteristics even when firing in a low temperature range, is composed of GeO 2 and Bi.
2 O 3 , each containing preferably 0.01% to 10% by weight, more preferably 0.01% to 5% by weight.
contains.
【0012】請求項3に係る発明は、請求項1または請
求項2記載の磁器組成物において、Bi2O3/GeO
2の重量比を0.05〜2.5としたことを特徴とす
る。請求項4に係る発明は、請求項3記載の磁器組成物
において、Bi2O3/GeO 2の重量比を0.1〜
0.8としたことを特徴とする。[0012] The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or
3. The porcelain composition according to claim 2, wherein2O3/ GeO
2Characterized in that the weight ratio is 0.05 to 2.5.
You. The invention according to claim 4 is the porcelain composition according to claim 3.
In, Bi2O3/ GeO 2Weight ratio of 0.1 to
0.8.
【0013】請求項3に係る発明の磁器組成物は、Bi
2O3/GeO2の重量比が0.05〜2.5の範囲に
あることで、より緻密なPZT系磁器組成物となり、ま
た圧電特性がより向上することになる。請求項4に係る
発明の磁器組成物は、さらに緻密な構造を有し、さらに
優れた圧電特性を保有する。[0013] The porcelain composition according to the third aspect of the present invention is characterized in that Bi is
When the weight ratio of 2 O 3 / GeO 2 is in the range of 0.05 to 2.5, a denser PZT-based porcelain composition is obtained, and the piezoelectric characteristics are further improved. The porcelain composition of the invention according to claim 4 has a more dense structure and possesses more excellent piezoelectric properties.
【0014】請求項5に係る発明は、請求項1ないし請
求項4のいずれかに記載の磁器組成物において、La2
O3および/またはNb2O3を0.01重量%〜10
重量%含むことを特徴とする。また、請求項6に係る発
明は、請求項5記載の磁器組成物において、La2O3
および/またはNb2O3の含有量を0.01重量%〜
5重量%としたことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a porcelain composition according to any one of the first to fourth aspects, wherein La 2
O 3 and / or Nb 2 O 3 at 0.01% by weight to 10% by weight
% By weight. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the porcelain composition according to the fifth aspect, wherein La 2 O 3 is used.
And / or the content of Nb 2 O 3 is from 0.01% by weight to
It is characterized by being 5% by weight.
【0015】この磁器組成物は、La2O3および/ま
たはNb2O3が含まれていることにより、圧電特性が
安定化し、耐リーク性が向上する。Since the porcelain composition contains La 2 O 3 and / or Nb 2 O 3 , the piezoelectric properties are stabilized and the leak resistance is improved.
【0016】なお、La2O3および/またはNb2O
3以外でも、特性を低下させない限り、この磁器組成物
に他の金属成分が含まれていても差し支えない。Note that La 2 O 3 and / or Nb 2 O
Other than 3 , as long as the properties are not deteriorated, other metal components may be contained in the porcelain composition.
【0017】請求項7に係る発明は、請求項1ないし請
求項6のいずれかに記載のPZT系磁器組成物を製造す
る方法において、原料として、化学式Pb(Zr1−x
Ti x)O3(0.2<x≦1)で表される組成の複合
酸化物からなり平均粒径が0.05μm〜0.5μmで
ある粒子を用いることを特徴とする。The invention according to claim 7 is the invention according to claims 1 to
A method for producing the PZT-based porcelain composition according to claim 6
In the method, the raw material is represented by the chemical formula Pb (Zr1-x
Ti x) O3Composite of composition represented by (0.2 <x ≦ 1)
It is made of oxide and has an average particle size of 0.05 μm to 0.5 μm.
It is characterized by using certain particles.
【0018】請求項8に係る発明は、請求項7記載の製
造方法において、前記粒子が、化学式(Zr1−xTi
x)2O4(0.2<x≦1)で表される組成の酸化物
とPbOとを出発原料として得られたペロブスカイト型
構造を有する複合酸化物からなることを特徴とする。The invention according to claim 8 is the manufacturing method according to claim 7, wherein the particles have a chemical formula (Zr 1-x Ti
x ) 2 O 4 (0.2 <x ≦ 1), comprising a composite oxide having a perovskite structure obtained using PbO and an oxide having a composition represented by 0.2 <x ≦ 1.
【0019】請求項9に係る発明は、請求項5または請
求項6記載のPZT系磁器組成物を製造する方法におい
て、原料として、化学式Pb(Zr1−xTix)O3
−yLa2O3(0.2<x≦1)、Pb(Zr1−x
Tix)O3−yNb2O5(0.2<x≦1)または
Pb(Zr1−xTix)O3−yLa2O3−zNb
2O5(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物
からなり平均粒径が0.05μm〜0.5μmで予めN
bおよびLaが固溶された粒子を用いることを特徴とす
る。上記した各化学式中のy、zは、請求項6または請
求項7記載のPZT系磁器組成物におけるLa2O3ま
たはNb2O5の含有割合に対応した値(PZTに対す
るモル比)である。According to a ninth aspect of the present invention, in the method for producing a PZT-based porcelain composition according to the fifth or sixth aspect, as a raw material, a chemical formula of Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3
-YLa 2 O 3 (0.2 <x ≦ 1), Pb (Zr 1-x
Ti x) O 3 -yNb 2 O 5 (0.2 <x ≦ 1) or Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 -yLa 2 O 3 -zNb
2 O 5 (0.2 <x ≦ 1), composed of a composite oxide having a composition expressed by 0.2 <x ≦ 1 and having an average particle diameter of 0.05 μm to 0.5 μm and N
It is characterized by using particles in which b and La are dissolved. In the above chemical formulas, y and z are values (molar ratio to PZT) corresponding to the content ratio of La 2 O 3 or Nb 2 O 5 in the PZT-based porcelain composition according to claim 6 or 7. .
【0020】請求項10に係る発明は、請求項9記載の
製造方法において、前記粒子が、化学式(Zr1−xT
ix)2O4(0.2<x≦1)で表される組成の酸化
物とPbOとLa2O3および/またはNb2O5とを
出発原料として得られたペロブスカイト型構造を有する
複合酸化物からなることを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, in the manufacturing method according to the ninth aspect, the particles have a chemical formula (Zr 1-x T)
having i x) 2 O 4 (0.2 <x ≦ 1) oxide having a composition represented by the PbO and La 2 O 3 and / or Nb 2 O 5 and the resulting perovskite structure as a starting material It is characterized by comprising a composite oxide.
【0021】請求項7および請求項9に係る各発明の製
造方法では、平均粒径が0.5μm以下(なお、より好
ましくは0.3μm以下)である粒子を原料として用い
ることにより、PZT系磁器組成物の焼成が容易にな
る。また特に、原料粒子を用いてペーストを調製し成膜
する場合には、パッキング密度が向上することになる。
なお、平均粒径が0.05μm未満といったように余り
小さすぎる粒子を原料とすることは、その原料の合成や
取扱いが難しくなるので、好ましくない。In the production method according to each of the seventh and ninth aspects of the present invention, a PZT-based material is prepared by using particles having an average particle size of 0.5 μm or less (more preferably, 0.3 μm or less) as a raw material. The firing of the porcelain composition is facilitated. In particular, when a paste is prepared using the raw material particles to form a film, the packing density is improved.
Note that it is not preferable to use particles that are too small, such as an average particle diameter of less than 0.05 μm, as the raw material becomes difficult to synthesize and handle.
【0022】請求項8および請求項10に係る各発明の
製造方法では、それぞれ上記した各複合酸化物からなる
粒子を原料とすることにより、その原料粒子を固相反応
により比較的低温で合成することが可能であり、また、
粒径の小さい原料粒子を得ることが可能で、所望の粒径
の原料粒子を得るための粉砕工程も容易であり、その粉
砕時におけるコンタミネーション(汚染)も低減させる
ことが可能である。In the production method according to each of the eighth and tenth aspects of the present invention, particles of the above-described complex oxides are used as raw materials, and the raw material particles are synthesized at a relatively low temperature by a solid-phase reaction. It is also possible
Raw material particles having a small particle size can be obtained, a pulverizing step for obtaining raw material particles having a desired particle size is easy, and contamination (contamination) during the pulverization can be reduced.
【0023】請求項11に係る発明は、請求項7ないし
請求項10のいずれかに記載の製造方法において、Ge
成分およびBi成分を、それぞれアルコキシドもしくは
金属塩またはそれらの溶液として前記粒子に添加したス
ラリーまたはペーストを調製する工程を経ることを特徴
とする。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the manufacturing method according to any one of the seventh to tenth aspects, wherein
And a step of preparing a slurry or paste in which the component and the Bi component are added to the particles as an alkoxide or a metal salt or a solution thereof, respectively.
【0024】この発明の製造方法では、Ge成分および
Bi成分が、原料となる粒子とは別に添加されるので、
液相が良好に生成され、このため、Ge成分およびBi
成分を、それが効率良く有効に機能するようにPZT系
磁器組成物中に存在させることが可能になる。このよう
に、液相を良好に生成させるためには、Ge成分および
Bi成分をペロブスカイト結晶中に予め存在させないよ
うにする方が好ましい。In the production method of the present invention, the Ge component and the Bi component are added separately from the particles serving as the raw materials.
The liquid phase is well formed, which results in the Ge component and Bi
The component can be present in the PZT-based porcelain composition so that it functions efficiently and effectively. As described above, in order to favorably generate a liquid phase, it is preferable that the Ge component and the Bi component are not previously present in the perovskite crystal.
【0025】請求項12に係る発明は、請求項7または
請求項8記載の製造方法において、Ge成分、Bi成
分、La成分およびNb成分を、それぞれアルコキシド
もしくは金属塩またはそれらの溶液として添加したスラ
リーまたはペーストを調製する工程を経ることを特徴と
する。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the slurry according to the seventh or eighth aspect, wherein the Ge component, the Bi component, the La component and the Nb component are added as alkoxides or metal salts or their solutions, respectively. Alternatively, the method is characterized by passing through a step of preparing a paste.
【0026】この発明の製造方法では、Ge成分および
Bi成分が、La成分およびNb成分と共に、原料とな
る粒子とは別に添加されるので、液相が良好に生成さ
れ、このため、Ge成分およびBi成分を、それが効率
良く有効に機能するようにPZT系磁器組成物中に存在
させることが可能になる。このように、液相を良好に生
成させるためには、Ge成分およびBi成分をペロブス
カイト結晶中に予め存在させないようにする方が好まし
いが、La成分およびNb成分については、ペロブスカ
イト結晶中に予め存在させておいてもよいし、後から原
料粒子に添加するようにしてもよい。In the production method of the present invention, since the Ge component and the Bi component are added together with the La component and the Nb component separately from the particles serving as the raw materials, a liquid phase is favorably formed. The Bi component can be present in the PZT-based porcelain composition so that it functions efficiently and effectively. As described above, in order to favorably generate a liquid phase, it is preferable that the Ge component and the Bi component do not exist in the perovskite crystal in advance, but the La component and the Nb component exist in the perovskite crystal in advance. It may be left in advance, or may be added to the raw material particles later.
【0027】請求項13に係る発明は、少なくとも圧電
体部材と複数の電極とで構成された圧電体素子におい
て、前記圧電体部材を、請求項1ないし請求項6のいず
れかに記載のPZT系磁器組成物で形成したことを特徴
とする。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the piezoelectric element comprising at least a piezoelectric member and a plurality of electrodes, the PZT system according to any one of claims 1 to 6, wherein It is characterized by being formed of a porcelain composition.
【0028】この発明の圧電体素子は、上記したように
優れた圧電特性を保持しつつ低温での焼成が可能である
ようなPZT系磁器組成物によって圧電体が形成されて
いる。その優れた圧電特性は、様々な圧電体素子におい
て有益であるが、特に、圧電体部材を成膜あるいは成形
した後に他の構成部材と共に焼成することにより圧電体
素子を製造する場合においては、焼成温度を低温化する
ことが可能であるため、より好適である。The piezoelectric element of the present invention is formed of a PZT-based porcelain composition that can be fired at a low temperature while maintaining excellent piezoelectric characteristics as described above. The excellent piezoelectric properties are useful for various piezoelectric elements, but particularly when the piezoelectric element is manufactured by forming or forming a piezoelectric member and then firing it with other components. This is more preferable because the temperature can be reduced.
【0029】請求項14に係る発明は、請求項13記載
の圧電体素子において、圧電体部材が圧電体膜であり、
その圧電体膜を挟むように上部電極および下部電極が配
設されたことを特徴とする。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the piezoelectric element according to the thirteenth aspect, the piezoelectric member is a piezoelectric film,
An upper electrode and a lower electrode are provided so as to sandwich the piezoelectric film.
【0030】この発明の圧電体素子では、下部電極上に
成膜した後に焼成して圧電体膜を形成する、といった方
法により圧電体素子を作成する場合に、焼成温度を低温
化することができるため、焼成過程で受ける下部電極や
基板(振動板)のダメージを低減させることが可能であ
り、また、電極や基板などの材料選択の幅を広げること
が可能になる。In the piezoelectric element of the present invention, the firing temperature can be reduced when the piezoelectric element is formed by a method of forming a film on the lower electrode and then firing to form a piezoelectric film. Therefore, it is possible to reduce damage to the lower electrode and the substrate (diaphragm) that are received during the firing process, and it is possible to increase the range of choice of materials such as the electrode and the substrate.
【0031】請求項15に係る発明は、請求項14記載
の圧電体素子において、前記圧電体膜の厚みを1μm〜
25μmとしたことを特徴とする。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the piezoelectric element according to the fourteenth aspect, the thickness of the piezoelectric film is 1 μm or more.
The thickness is set to 25 μm.
【0032】圧電体膜の厚みが1μm未満である場合、
圧電体素子を変位させるのに十分な程度の力を得ること
ができない。また、膜厚が25μmを超える場合には、
圧電体素子の駆動に高電圧を必要とするため好ましくな
い。さらに、撓み変位させる場合には、膜厚が25μm
を超えると、圧電体膜自体の強度が上がるため、素子の
変位量が減少し好ましくない。When the thickness of the piezoelectric film is less than 1 μm,
A sufficient force cannot be obtained to displace the piezoelectric element. When the film thickness exceeds 25 μm,
It is not preferable because a high voltage is required for driving the piezoelectric element. Further, in the case of bending displacement, the film thickness is 25 μm
If the value exceeds, the strength of the piezoelectric film itself increases, and the amount of displacement of the element decreases, which is not preferable.
【0033】請求項16に係る発明は、請求項13記載
の圧電体素子において、圧電体部材が、分極処理された
圧電体薄板であり、その圧電体薄板の両面にそれぞれ所
定のパターンで電極が配設されたことを特徴とする。According to a sixteenth aspect of the present invention, in the piezoelectric element according to the thirteenth aspect, the piezoelectric member is a polarized piezoelectric thin plate, and electrodes are provided on both surfaces of the piezoelectric thin plate in a predetermined pattern. It is characterized by being arranged.
【0034】この発明の圧電体素子では、超音波モータ
の駆動部に用いられる圧電体素子を製造する場合に、成
形後に焼成する過程での焼成温度を低温化することが可
能になる。According to the piezoelectric element of the present invention, it is possible to lower the firing temperature in the process of firing after molding when manufacturing the piezoelectric element used for the drive unit of the ultrasonic motor.
【0035】請求項17に係る発明は、基板の表面に下
部電極を形成する工程と、前記下部電極上に、請求項1
ないし請求項6のいずれかに記載の圧電体磁器組成物か
らなる圧電体膜を形成する工程と、前記圧電体膜上に上
部電極を形成する工程と、を含む圧電体素子の製造方法
であって、化学式Pb(Zr1−xTix)O3(0.
2<x≦1)で表される組成の複合酸化物を含む組成物
を使用して前記下部電極上に成膜した後、その組成膜を
加熱処理して、前記圧電体膜を形成することを特徴とす
る。According to a seventeenth aspect of the present invention, a step of forming a lower electrode on a surface of a substrate;
A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising: a step of forming a piezoelectric film made of the piezoelectric ceramic composition according to claim 6; and a step of forming an upper electrode on the piezoelectric film. Te, formula Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (0.
2 <x ≦ 1) forming a film on the lower electrode using a composition containing a composite oxide having a composition represented by 2 <x ≦ 1), and then heating the composition film to form the piezoelectric film. It is characterized by.
【0036】請求項18に係る発明は、基板の表面に下
部電極を形成する工程と、前記下部電極上に、請求項5
または請求項6記載の圧電体磁器組成物からなる圧電体
膜を形成する工程と、前記圧電体膜上に上部電極を形成
する工程と、を含む圧電体素子の製造方法であって、化
学式Pb(Zr1−xTix)O3−yLa2O
3(0.2<x≦1)、Pb(Zr1−xTix)O3
−yNb2O5(0.2<x≦1)またはPb(Zr
1−xTix)O3−yLa2O3−zNb2O
5(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物を含
む組成物を使用して前記下部電極上に成膜した後、その
組成膜を加熱処理して、前記圧電体膜を形成することを
特徴とする。上記した各化学式中のy、zは、請求項6
または請求項7記載のPZT系磁器組成物におけるLa
2O3またはNb2O5の含有割合に対応した値(PZ
Tに対するモル比)である。The invention according to claim 18 is a step of forming a lower electrode on the surface of the substrate, and forming the lower electrode on the lower electrode.
7. A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising: a step of forming a piezoelectric film made of the piezoelectric ceramic composition according to claim 6; and a step of forming an upper electrode on the piezoelectric film. (Zr 1-x Ti x) O 3 -yLa 2 O
3 (0.2 <x ≦ 1) , Pb (Zr 1-x Ti x) O 3
-YNb 2 O 5 (0.2 <x ≦ 1) or Pb (Zr
1-x Ti x) O 3 -yLa 2 O 3 -zNb 2 O
5 After forming a film on the lower electrode using a composition containing a composite oxide having a composition represented by (0.2 <x ≦ 1), the composition film is subjected to a heat treatment to form the piezoelectric film. Is formed. In the above chemical formulas, y and z are as defined in claim 6.
Or La in the PZT-based porcelain composition according to claim 7
(PZ) corresponding to the content ratio of 2 O 3 or Nb 2 O 5
Molar ratio to T).
【0037】請求項19に係る発明は、請求項17また
は請求項18記載の製造方法において、前記複合酸化物
からなる粒子、ならびに、GeおよびBiの各アルコキ
シドもしくは金属塩またはそれらの溶液を用いて、前記
組成物を調製することを特徴とする。According to a nineteenth aspect of the present invention, in the manufacturing method according to the seventeenth aspect or the eighteenth aspect, the particles comprising the composite oxide and each alkoxide or metal salt of Ge and Bi or a solution thereof are used. And preparing the composition.
【0038】請求項20に係る発明は、請求項17記載
の製造方法において、前記複合酸化物からなる粒子、な
らびにGe、Bi、LaおよびNbの各アルコキシドも
しくは金属塩またはそれらの溶液を用いて、前記組成物
を調製することを特徴とする。According to a twentieth aspect of the present invention, in the method according to the seventeenth aspect, the particles comprising the composite oxide and each alkoxide or metal salt of Ge, Bi, La and Nb, or a solution thereof are used, The method is characterized in that the composition is prepared.
【0039】請求項21に係る発明は、請求項17ない
し請求項20のいずれかに記載の製造方法において、前
記組成物として、さらに少なくとも感光性有機ポリマー
を含む感光性組成物を使用し、成膜後に、感光性組成膜
に所定のパターンを焼き付け、現像して、所定のパター
ンを有する感光性組成膜を形成した後、加熱処理を行う
ことを特徴とする。According to a twenty-first aspect of the present invention, in the manufacturing method according to any one of the seventeenth to twentieth aspects, a photosensitive composition further containing at least a photosensitive organic polymer is used as the composition. After the film formation, a predetermined pattern is baked on the photosensitive composition film and developed to form a photosensitive composition film having a predetermined pattern, and then heat treatment is performed.
【0040】請求項22に係る発明は、請求項17ない
し請求項21のいずれかに記載の製造方法において、前
記組成膜の加熱処理を600℃〜950℃の温度で行う
ことを特徴とする。The invention according to claim 22 is characterized in that, in the manufacturing method according to any one of claims 17 to 21, the heat treatment of the composition film is performed at a temperature of 600 to 950 ° C.
【0041】請求項17ないし請求項22に係る各発明
の製造方法によると、請求項14に係る発明の圧電体素
子が従来と比較してより簡易な製造工程で得られる。そ
して、請求項15に係る発明の圧電体素子のように、厚
みが1μm〜25μmと薄い圧電体膜を有利に形成する
ことができる。According to the manufacturing method of each of the seventeenth to twenty-second aspects of the present invention, the piezoelectric element of the fourteenth aspect of the present invention can be obtained by a simpler manufacturing process than the conventional one. Further, as in the piezoelectric element according to the fifteenth aspect, a thin piezoelectric film having a thickness of 1 μm to 25 μm can be advantageously formed.
【0042】請求項23に係る発明は、請求項1ないし
請求項6のいずれかに記載の圧電体磁器組成物からなる
圧電体薄板を形成する工程と、前記圧電体薄板の両面に
それぞれ所定のパターンの電極を形成する工程と、前記
圧電体薄板に分極処理を施す工程と、を含む圧電体素子
の製造方法であって、化学式Pb(Zr1−xTix)
O3(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物を
含む組成物を使用して薄板材を形成した後、その薄板材
を加熱処理して、前記圧電体薄板を形成することを特徴
とする。According to a twenty-third aspect of the present invention, a step of forming a piezoelectric thin plate made of the piezoelectric ceramic composition according to any one of the first to sixth aspects and a step of forming predetermined piezoelectric plates on both surfaces of the piezoelectric thin plate A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising: a step of forming an electrode of a pattern; and a step of performing a polarization process on the piezoelectric thin plate, wherein a chemical formula Pb (Zr 1-x Ti x )
After forming a thin plate using a composition containing a composite oxide having a composition represented by O 3 (0.2 <x ≦ 1), the thin plate is subjected to a heat treatment to form the piezoelectric thin plate. It is characterized by doing.
【0043】請求項24に係る発明は、請求項5または
請求項6記載の圧電体磁器組成物からなる圧電体薄板を
形成する工程と、前記圧電体薄板の両面にそれぞれ所定
のパターンで電極を形成する工程と、前記圧電体薄板に
分極処理を施す工程と、を含む圧電体素子の製造方法で
あって、化学式Pb(Zr1−xTix)O3−yLa
2O3(0.2<x≦1)、Pb(Zr1−xTix)
O3−yNb2O5(0.2<x≦1)またはPb(Z
r1−xTix)O3−yLa2O3−zNb 2O
5(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物を含
む組成物を使用して薄板材を形成した後、その薄板材を
加熱処理して、前記圧電体薄板を形成することを特徴と
する。上記した各化学式中のy、zは、請求項6または
請求項7記載のPZT系磁器組成物におけるLa2O3
またはNb2O5の含有割合に対応した値(PZTに対
するモル比)である。The invention according to claim 24 is the invention according to claim 5 or
A piezoelectric thin plate comprising the piezoelectric ceramic composition according to claim 6.
Forming step, and predetermined on both sides of the piezoelectric thin plate, respectively.
Forming an electrode in a pattern of
Performing a polarization process; and
And the chemical formula Pb (Zr1-xTix) O3-YLa
2O3(0.2 <x ≦ 1), Pb (Zr1-xTix)
O3-YNb2O5(0.2 <x ≦ 1) or Pb (Z
r1-xTix) O3-YLa2O3-ZNb 2O
5(0.2 <x ≦ 1)
After forming a sheet material using the composition, the sheet material is
Heat-treating to form the piezoelectric thin plate,
I do. The y and z in each of the above chemical formulas are defined in claim 6 or
La in the PZT-based porcelain composition according to claim 7.2O3
Or Nb2O5(Corresponding to PZT)
Molar ratio).
【0044】請求項23および請求項24に係る各発明
の製造方法によると、請求項16に係る発明の圧電体素
子が、従来と比較してより簡易な製造工程で得られる。According to the manufacturing method of each of the inventions according to claims 23 and 24, the piezoelectric element of the invention according to claim 16 can be obtained by a simpler manufacturing process than the conventional one.
【0045】請求項25に係る発明は、1個もしくは2
個以上のインクノズルを有し、そのインクノズルに連通
したインク室の容積をアクチュエータによって変化さ
せ、前記インクノズルからインクを噴射させるようにし
たインクジェット式プリンタヘッドにおいて、前記アク
チュエータに、請求項13ないし請求項15のいずれか
に記載の圧電体素子を用いたことを特徴とする。According to a twenty-fifth aspect of the present invention, one or two
An ink jet printer head having at least two ink nozzles, wherein the volume of an ink chamber communicated with the ink nozzle is changed by an actuator, and the ink is ejected from the ink nozzle. A piezoelectric element according to claim 15 is used.
【0046】この発明のインクジェット式プリンタヘッ
ドは、アクチュエータとして請求項13ないし請求項1
5のいずれかに係る各発明の、上記特性を有する圧電体
素子を具備している。The ink-jet printer head according to the present invention may be used as an actuator.
5 is provided with the piezoelectric element having the above characteristics according to any one of the inventions.
【0047】請求項26に係る発明は、駆動部によって
進行性振動波を発生させるステータと、前記進行性振動
波によって移動させられる移動体とを備えた超音波モー
タにおいて、前記駆動部に、請求項13または請求項1
6記載の圧電体素子を用いたことを特徴とする。According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic motor including a stator for generating a traveling vibration wave by a driving unit, and a moving body moved by the traveling vibration wave. Item 13 or Claim 1
6 is characterized by using the piezoelectric element described in 6.
【0048】この発明の超音波モータは、ステータの駆
動部として請求項13または請求項16に係る各発明
の、上記特性を有する圧電体素子を具備している。The ultrasonic motor according to the present invention includes the piezoelectric element having the above characteristics according to the invention of claim 13 or 16 as a drive unit of the stator.
【0049】[0049]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below.
【0050】この発明に係るPZT系磁器組成物は、G
eO2を0.01重量%〜10重量%、好ましくは0.
01重量%〜5重量%、および、Bi2O3を0.01
重量%〜10重量%、好ましくは0.01重量%〜5重
量%含んで構成されている。PZT系磁器組成物中のG
eO2とBi2O3との含有比Bi2O3/GeO
2は、重量比で0.05〜2.5、好ましくは0.1〜
0.8である。The PZT-based porcelain composition according to the present invention has G
eO 2 0.01 wt% to 10 wt%, preferably 0.
0.01% to 5% by weight, and 0.01% by weight of Bi 2 O 3
% By weight, preferably 0.01% to 5% by weight. G in PZT porcelain composition
Content ratio of eO 2 and Bi 2 O 3 Bi 2 O 3 / GeO
2 is 0.05 to 2.5 by weight ratio, preferably 0.1 to 2.5
0.8.
【0051】このPZT系磁器組成物は、GeO2およ
びBi2O3が含まれていることにより、通常のPZT
磁器組成物と比べて同等以上の圧電特性を保有してい
る。また、それを製造する場合において焼成温度を、例
えば600℃〜950℃の領域まで低温化することがで
きる。一方、このPZT系磁器組成物は、GeO2およ
びBi2O3の共存によって圧電特性が低下する、とい
ったことがない。そして、GeO2およびBi2O3の
含有量が、それぞれ0.01重量%〜10重量%、好ま
しくは0.01重量%〜5重量%の範囲であるため、こ
のPZT系磁器組成物は、緻密な構造を有し優れた圧電
特性を保持する。また、Bi2O3/GeO2の重量比
は、0.05〜2.5、好ましくは0.1〜0.8であ
ることにより、このPZT系磁器組成物は、緻密な構造
を有し優れた圧電特性を保持する。The PZT-based porcelain composition contains GeO 2 and Bi 2 O 3 , and is therefore made of ordinary PZT porcelain.
It has the same or better piezoelectric properties than the porcelain composition. In the case of manufacturing the same, the firing temperature can be lowered to a range of, for example, 600 ° C. to 950 ° C. On the other hand, in the PZT-based porcelain composition, the piezoelectric characteristics do not deteriorate due to the coexistence of GeO 2 and Bi 2 O 3 . Since the content of GeO 2 and Bi 2 O 3 is in the range of 0.01% by weight to 10% by weight, and preferably 0.01% by weight to 5% by weight, this PZT-based porcelain composition has It has a dense structure and retains excellent piezoelectric properties. Further, the weight ratio of Bi 2 O 3 / GeO 2 is 0.05 to 2.5, preferably 0.1 to 0.8, so that the PZT-based porcelain composition has a dense structure. Maintains excellent piezoelectric properties.
【0052】このPZT系磁器組成物には、La2O3
またはNb2O3、あるいはLa2O3およびNb2O
3の両方を、0.01重量%〜10重量%、好ましくは
0.01重量%〜5重量%含ませることができる。これ
により、PZT系磁器組成物の圧電特性が安定化し、耐
リーク性が向上することになる。The PZT porcelain composition contains La 2 O 3
Or Nb 2 O 3 , or La 2 O 3 and Nb 2 O
3 can be contained in an amount of 0.01% by weight to 10% by weight, preferably 0.01% by weight to 5% by weight. Thereby, the piezoelectric characteristics of the PZT-based porcelain composition are stabilized, and the leak resistance is improved.
【0053】なお、La2O3および/またはNb2O
3以外でも、特性の低下を招くことがない限り、このP
ZT系磁器組成物に他の金属成分が含まれていても差し
支えない。Note that La 2 O 3 and / or Nb 2 O
In addition to P3, as long as the characteristics do not deteriorate, this P
Other metal components may be contained in the ZT-based porcelain composition.
【0054】上記したような組成のPZT系磁器組成物
は、例えば、上述したようなインクジェット式プリンタ
ヘッド(図1参照)の構成要素の1つである圧電体素子
を構成する圧電体膜の形成材料として使用される。上述
したように、インクジェット式プリンタヘッドには、図
1に示したような構成のプリンタヘッドのほか、種々の
方式および構成のプリンタヘッドがあり、この発明に係
るPZT系磁器組成物は、それら各種方式および構成の
プリンタヘッドに用いられる圧電体素子について使用し
得るものである。The PZT-based porcelain composition having the composition described above can be used, for example, to form a piezoelectric film constituting a piezoelectric element which is one of the components of the above-described ink jet printer head (see FIG. 1). Used as material. As described above, in addition to the printer head having the configuration shown in FIG. 1, there are various types and configurations of printer heads in the inkjet printer head. The PZT-based porcelain composition according to the present invention The present invention can be used for a piezoelectric element used in a printer head of a system and a configuration.
【0055】例えば図1に示したような構成のインクジ
ェット式プリンタヘッドに用いられる圧電体素子は、上
述したように、下部電極と上部電極とで圧電体膜を挟ん
だ構造を有する。下部電極の材料は、特に限定されず、
圧電体素子において通常用いられているものであればよ
く、例えば白金(Pt)や金(Au)などが使用され
る。また、上部電極の材料も、特に限定されず、圧電体
素子において通常用いられているものであればよく、例
えばAu、Ptなどが使用される。これらの電極の厚み
も、特に限定されないが、例えば0.05μm〜15μ
m程度とされる。また、下部電極と圧電体膜との間およ
び/または圧電体膜と上部電極との間に、例えばチタ
ン、クロム、酸化チタンなどから形成される密着層を設
けるようにしてもよい。PZT系磁器組成物によって形
成される圧電体膜の厚みは、例えば1μm〜25μm程
度とされる。圧電体膜の厚みをこの程度とするのは、圧
電体膜の駆動力の大きさは圧電体膜のバルク量によって
左右され、圧電体膜が薄すぎると、駆動力不足となって
圧電体素子としての有効な振動が得られず、反対に圧電
体膜が厚すぎると、圧電体素子を変位させるのに大きな
電圧が必要になるためである。For example, the piezoelectric element used in the ink jet printer head having the structure shown in FIG. 1 has a structure in which the piezoelectric film is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode as described above. The material of the lower electrode is not particularly limited,
Any element that is generally used in a piezoelectric element may be used, for example, platinum (Pt), gold (Au), or the like. Also, the material of the upper electrode is not particularly limited as long as it is a material generally used in a piezoelectric element, and for example, Au, Pt, or the like is used. The thickness of these electrodes is not particularly limited, either.
m. Further, an adhesion layer formed of, for example, titanium, chromium, titanium oxide, or the like may be provided between the lower electrode and the piezoelectric film and / or between the piezoelectric film and the upper electrode. The thickness of the piezoelectric film formed of the PZT-based porcelain composition is, for example, about 1 μm to 25 μm. The reason why the thickness of the piezoelectric film is set to this level is that the magnitude of the driving force of the piezoelectric film depends on the bulk amount of the piezoelectric film, and if the piezoelectric film is too thin, the driving force becomes insufficient and the piezoelectric element becomes insufficient. This is because effective vibration cannot be obtained, and if the piezoelectric film is too thick, a large voltage is required to displace the piezoelectric element.
【0056】また、上記組成のPZT系磁器組成物は、
超音波モータにおいてロータを周回移動させたり摺動体
を往復移動させたりする進行性振動波を発生させるため
の駆動部に用いられる圧電体素子の形成材料として使用
される。超音波モータには、各種の駆動方式および構成
のものがあり、この発明に係るPZT系磁器組成物は、
それら各種方式および構成の超音波モータに用いられる
圧電体素子について使用し得るものである。The PZT-based porcelain composition having the above composition is
It is used as a material for forming a piezoelectric element used in a drive unit for generating a progressive vibration wave for rotating a rotor or reciprocating a sliding body in an ultrasonic motor. Ultrasonic motors have various drive systems and configurations, and the PZT-based porcelain composition according to the present invention is:
The piezoelectric elements used in the ultrasonic motors of these various types and configurations can be used.
【0057】図2は、それら各種方式の超音波モータの
うちの1方式の超音波モータ(表面波モータ)の構成の
1例を示す概略縦断面図である。この超音波モータは、
圧電体素子11および弾性リング12からなるステータ
10と、このステータ10の、弾性リング12側に配設
されたスライダ13と、このスライダ13上に配設され
たロータ14とから構成されている。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of the configuration of one type of ultrasonic motor (surface acoustic wave motor) among the various types of ultrasonic motors. This ultrasonic motor
The stator 10 includes a piezoelectric element 11 and an elastic ring 12, a slider 13 disposed on the elastic ring 12 side of the stator 10, and a rotor 14 disposed on the slider 13.
【0058】圧電体素子11は、それを裏面側から見た
平面図を図3に示すように、環状に形成された圧電体薄
板15の表・裏両面にそれぞれ電極を形成して構成され
ており、圧電体薄板15がPZT系磁器組成物で形成さ
れている。圧電体薄板15の表面側(弾性リング12と
の接合面側)の電極は、円周方向において(1/2)λ
(λ:振動波の波長)ごとにそれぞれ独立して一列に並
ぶように形成された複数の分割電極16となっている。
また、圧電体薄膜15の裏面側の電極は、円周方向に
(3/4)λおよび(1/4)λだけそれぞれ互いに距
離を設けて裏面全体を2つに分割するように、かつ、表
面側の分割電極16の形成領域に対応するように形成さ
れた一対の一部分割電極17となっている。なお、図示
しないが、棒状超音波モータの圧電体素子では、圧電体
薄膜の表面側に、その表面全体を円周方向に2つに分割
するように分割電極が形成され、裏面側に全面電極が形
成される。圧電体薄膜15には、各分割分極16ごとに
それぞれ対応し、厚み方向における分極方向が交互に変
わるように(隣り合った分割電極16の極性(+)、
(−)が異なるように)、分極処理が施されている。As shown in FIG. 3, a plan view of the piezoelectric element 11 as viewed from the back side thereof is formed by forming electrodes on both the front and back surfaces of a piezoelectric thin plate 15 formed in an annular shape. The piezoelectric thin plate 15 is formed of a PZT-based porcelain composition. The electrode on the front surface side (joint surface side with the elastic ring 12) of the piezoelectric thin plate 15 is (1/2) λ in the circumferential direction.
A plurality of divided electrodes 16 are formed so as to be independently arranged in a line for each (λ: wavelength of vibration wave).
The electrodes on the back surface side of the piezoelectric thin film 15 are separated from each other by (3/4) λ and (1/4) λ in the circumferential direction to divide the entire back surface into two, and A pair of partially divided electrodes 17 is formed to correspond to the formation region of the divided electrodes 16 on the front surface side. Although not shown, in the piezoelectric element of the rod-shaped ultrasonic motor, divided electrodes are formed on the front surface side of the piezoelectric thin film so as to divide the entire surface into two in the circumferential direction, and the whole surface electrode is formed on the back surface side. Is formed. The piezoelectric thin film 15 corresponds to each of the divided polarizations 16 so that the polarization direction in the thickness direction is alternately changed (the polarity (+) of the adjacent divided electrodes 16,
(So that (−) is different), a polarization process is performed.
【0059】PZT系磁器組成物で形成される圧電体薄
膜15の厚みは、厚み方向における分極が可能であれば
特に限定されないが、例えば0.5mm前後とされる。
また、電極16、17の形成材料および方法も特に限定
されず、例えば、銀等の金属のペーストの塗布・焼付
け、ニッケル等の金属の蒸着やメッキなどにより電極形
成される。The thickness of the piezoelectric thin film 15 formed of the PZT-based porcelain composition is not particularly limited as long as polarization in the thickness direction is possible, but is, for example, about 0.5 mm.
The materials and methods for forming the electrodes 16 and 17 are not particularly limited. For example, the electrodes are formed by applying and baking a paste of a metal such as silver, depositing or plating a metal such as nickel.
【0060】このような構成の超音波モータは、互いに
90°だけ位相が異なる2種類の交流駆動電圧V0si
nωtおよびV0cosωtをそれぞれの一部分割電極
17に印加することにより、圧電体素子11が屈曲振動
して、弾性リング12に、円周方向に進行する振動波を
発生し、その進行性振動波により、スライダ13を介し
て弾性リング12に圧接されたロータ14が周回移動
し、ロータ14の回転運動を生じる。The ultrasonic motor having such a configuration has two types of AC driving voltages V 0 si having phases different from each other by 90 °.
By applying nωt and V 0 cosωt to the respective partially divided electrodes 17, the piezoelectric element 11 bends and vibrates, generating a vibration wave traveling in the circumferential direction on the elastic ring 12, and the traveling vibration wave As a result, the rotor 14 pressed against the elastic ring 12 via the slider 13 moves orbitally, and the rotor 14 rotates.
【0061】さらに、上記組成のPZT系磁器組成物
は、上記したインクジェット式プリンタヘッドのアクチ
ュエータや超音波モータの駆動部のほかにも、マイクロ
ポンプ、超音波振動子、圧電トランス、周波数フィル
タ、圧電センサ、圧電スピーカ、圧電リレー、マイクロ
マシン、マイクロミラーデバイスなどの構成材料とし
て、広く使用し得るものである。Further, the PZT-based porcelain composition having the above composition can be used in addition to the above-described actuator of the ink jet printer head and the drive section of the ultrasonic motor, as well as a micropump, an ultrasonic transducer, a piezoelectric transformer, a frequency filter, It can be widely used as a constituent material for sensors, piezoelectric speakers, piezoelectric relays, micromachines, micromirror devices, and the like.
【0062】次に、上記したPZT系磁器組成物の製造
方法について説明する。PZT系磁器組成物は、例え
ば、PZT粒子、Ge、Bi、La、Nbなどの微量成
分の原料、および、有機バインダを溶剤中に添加して、
スラリーまたはペーストを調製し、それらを混合し成形
した後、得られた成形体を焼成することにより製造され
る。PZT粒子は、原料粒子の固相反応、金属アルコキ
シドや金属塩を出発原料とするゾル−ゲル法、共沈法、
水熱法、噴霧分解法などの公知の方法により製造され
る。このベース材料となるPZT粒子としては、易焼結
性のものを使用することが望ましく、平均粒径が0.5
μm以下、より好ましくは0.3μm以下であるものが
用いられる。また特に、PZT粒子、Ge、Bi等の微
量成分の原料および有機バインダを溶剤中に添加し混合
してペーストを調製し、そのペーストを用いて成膜する
場合には、パッキング密度を向上させるためにも、粒径
の小さい粒子を用いることが望ましい。但し、粒径が余
り小さすぎると、原料合成や取扱いが難しくなるので、
一般的には、平均粒径が0.05μm以上である粒子が
用いられる。固相反応によってPZT粒子を製造する場
合における原料粒子としては、化学式(Zr1−xTi
x)2O4(0.2<x≦1、好ましくは0.3<x≦
1)で表される組成の酸化物の微粒子とPbOとが使用
される。このような固相反応によってPZT粒子を製造
する方法によると、低温でペロブスカイト型構造を有す
るPZT粒子を得ることができ、また、粒径の小さい粒
子が得られ、所望の粒径の粒子を得るための粉砕作業も
簡易であり、粉砕時における汚染物質の侵入も低減され
ることになる。Next, a method for producing the above-described PZT-based porcelain composition will be described. The PZT-based porcelain composition is, for example, a PZT particle, a raw material of a trace component such as Ge, Bi, La, and Nb, and an organic binder added to a solvent,
It is manufactured by preparing a slurry or paste, mixing and shaping them, and then firing the obtained formed body. PZT particles are obtained by a solid-phase reaction of raw material particles, a sol-gel method using a metal alkoxide or a metal salt as a starting material, a coprecipitation method,
It is manufactured by a known method such as a hydrothermal method or a spray decomposition method. As the PZT particles serving as the base material, it is preferable to use easily sinterable particles, and the average particle diameter is 0.5%.
Those having a size of not more than μm, more preferably not more than 0.3 μm are used. In particular, when a paste is prepared by adding and mixing a raw material of trace components such as PZT particles, Ge, Bi, and the like and an organic binder in a solvent to form a paste and forming a film using the paste, the packing density is improved. Also, it is desirable to use particles having a small particle size. However, if the particle size is too small, raw material synthesis and handling become difficult,
Generally, particles having an average particle size of 0.05 μm or more are used. As raw material particles in the case of producing PZT particles by a solid-phase reaction, the chemical formula (Zr 1-x Ti
x ) 2 O 4 (0.2 <x ≦ 1, preferably 0.3 <x ≦
Fine particles of oxide having the composition represented by 1) and PbO are used. According to the method of producing PZT particles by such a solid phase reaction, PZT particles having a perovskite structure can be obtained at a low temperature, and particles having a small particle size can be obtained, and particles having a desired particle size can be obtained. Crushing work is also simple, and the intrusion of contaminants during crushing is reduced.
【0063】Ge、Bi等の微量成分の原料としては、
それぞれのアルコキシドもしくは金属塩またはそれらの
溶液が使用される。特にGe成分およびBi成分につい
ては、PZT系磁器組成物中で効率よく有効に機能する
ように存在させるために、PZT粒子とは別原料として
添加し、液相を良好に生成させるようにすることが望ま
しい。有機バインダとしては、例えばヒドロキシエチル
セルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニ
ルアルコール、ナイロン、(メタ)アクリル酸の単独重
合体や共重合体などが使用される。溶剤としては、例え
ばメタノール、エタノール等のアルコールが使用され
る。成形体の焼成温度は、例えば600℃〜950℃程
度とされる。As raw materials for trace components such as Ge and Bi,
The respective alkoxides or metal salts or their solutions are used. Particularly, the Ge component and the Bi component are added as raw materials separate from the PZT particles so that the Ge component and the Bi component are present so as to function efficiently and effectively in the PZT-based porcelain composition, so that the liquid phase is favorably formed. Is desirable. As the organic binder, for example, a homopolymer or copolymer of hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, nylon, (meth) acrylic acid, and the like are used. As the solvent, for example, an alcohol such as methanol or ethanol is used. The firing temperature of the molded body is, for example, about 600 ° C. to 950 ° C.
【0064】また、La成分およびNb成分について
は、上記したように、アルコキシドや金属塩として後か
らPZT粒子と共に溶剤中に添加するようにしてもよい
が、予めPZTを主成分とする複合酸化物のペロブスカ
イト結晶中に存在させておいて、化学式Pb(Zr
1−xTix)O3−yLa2O3、Pb(Zr1−x
Ti x)O3−yNb2O5またはPb(Zr1−xT
ix)O3−yLa2O3−zNb2O5(各式中、
0.2<x≦1、好ましくは0.3<x≦1)で表され
る組成の複合酸化物からなりLaおよび/またはNbが
固溶された粒子(以下、「PZT系粒子」という)を使
用し、そのPZT系粒子とGeおよびBiの各アルコキ
シドもしくは金属塩と有機バインダとを溶剤に添加して
スラリーまたはペーストを調製する、といった過程を経
て、PZT系磁器組成物を製造するようにしてもよい。
上記した各化学式中のy、zは、PZT系磁器組成物に
おけるLa 2O3またはNb2O5の含有割合(0.0
1重量%〜10重量%、好ましくは0.01重量%〜5
重量%)に対応した値(PZTに対するモル比)であ
る。PZT系粒子も、平均粒径が0.05μm〜0.5
μm、より好ましくは0.05μm〜0.3μmである
ものが用いられる。また、固相反応によってPZT系粒
子を製造する場合には、化学式(Zr1−xTix)2
O4(0.2<x≦1、好ましくは0.3<x≦1)で
表される組成の酸化物の微粒子とPbOとLa2O3お
よび/またはNb2O5とが出発原料として使用され
る。Further, regarding the La component and the Nb component
As described above, the alkoxide or metal salt
May be added to the solvent together with the PZT particles.
Is a complex oxide perovska containing PZT as a main component.
With the chemical formula Pb (Zr
1-xTix) O3-YLa2O3, Pb (Zr1-x
Ti x) O3-YNb2O5Or Pb (Zr1-xT
ix) O3-YLa2O3-ZNb2O5(In each formula,
0.2 <x ≦ 1, preferably 0.3 <x ≦ 1)
La and / or Nb having a composition of
Solid-solved particles (hereinafter referred to as “PZT-based particles”)
And the PZT-based particles and Ge and Bi
Add sid or metal salt and organic binder to solvent
To prepare a slurry or paste.
Thus, a PZT-based porcelain composition may be manufactured.
Y and z in each of the above chemical formulas represent the PZT-based porcelain composition.
La 2O3Or Nb2O5Content ratio (0.0
1% by weight to 10% by weight, preferably 0.01% by weight to 5% by weight
% By weight) (molar ratio to PZT).
You. PZT-based particles also have an average particle size of 0.05 μm to 0.5 μm.
μm, more preferably 0.05 μm to 0.3 μm
Things are used. In addition, PZT-based particles
When manufacturing a child, the chemical formula (Zr1-xTix)2
O4(0.2 <x ≦ 1, preferably 0.3 <x ≦ 1)
Fine particles of oxide having the composition shown, PbO and La2O3You
And / or Nb2O5And are used as starting materials
You.
【0065】次に、圧電体素子を製造する方法について
説明する。なお、以下の説明は、圧電体素子の製造方法
の1例をそれぞれ示したものであり、インクジェット式
プリンタヘッドのアクチュエータとして用いられる圧電
体素子や超音波モータの駆動部に用いられる圧電体素子
は、下記の製造方法以外でも、種々の方法によって製造
し得るものである。Next, a method for manufacturing a piezoelectric element will be described. The following description shows one example of a method for manufacturing a piezoelectric element, and a piezoelectric element used as an actuator of an ink jet printer head and a piezoelectric element used for a driving unit of an ultrasonic motor are described below. It can be manufactured by various methods other than the following manufacturing methods.
【0066】本発明の圧電体素子は、図1に示されたよ
うなインクジェット式プリンタヘッドのアクチュエータ
として使用される場合、例えば、下部電極上に圧電体膜
を形成し、その圧電体膜上に上部電極を形成して製造さ
れる。下部電極は、例えば振動板などの基板上にスクリ
ーン印刷法、スパッタ法、蒸着法などの常法により形成
されることが好ましい。また、下部電極が振動板などの
基板の機能を兼ねてもよい。さらには、圧電体素子を形
成してから、その圧電体素子を振動板などの基板上に固
定してもよい。下部電極の材料は、特に限定されず、例
えば白金、金、パラジウムなどが使用される。また、振
動板の材料は、特に限定されないが、例えばセラミッ
ク、ガラス、金属などから選ばれる。具体的には、振動
板の材料として、ジルコニア、アルミナ、マグネシア、
窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化ケイ
素、ケイ素などが挙げられる。圧電体膜は、上記したよ
うにして調製されたPZT粒子またはPZT系粒子(以
下、「PZT粒子」で代表して説明する)を含む組成物
を用いて、下部電極上に成膜することにより形成され
る。組成物を調製する際の溶剤は、組成物の塗布性など
の作業性を良好にするために用いられるものであり、各
種溶剤の中から適宜選択して使用すればよいが、例えば
エチルセロソルブなどが溶剤として使用される。なお、
PZT粒子は、組成物中に高濃度に配合されても、分散
性は良好である。When the piezoelectric element of the present invention is used as an actuator of an ink jet printer head as shown in FIG. 1, for example, a piezoelectric film is formed on a lower electrode, and the piezoelectric film is formed on the piezoelectric film. It is manufactured by forming an upper electrode. The lower electrode is preferably formed on a substrate such as a vibration plate by a conventional method such as a screen printing method, a sputtering method, and an evaporation method. Further, the lower electrode may also function as a substrate such as a diaphragm. Further, after the piezoelectric element is formed, the piezoelectric element may be fixed on a substrate such as a diaphragm. The material of the lower electrode is not particularly limited, and for example, platinum, gold, palladium and the like are used. The material of the diaphragm is not particularly limited, but is selected from, for example, ceramic, glass, metal, and the like. Specifically, zirconia, alumina, magnesia,
Examples include silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, silicon oxide, silicon, and the like. The piezoelectric film is formed on the lower electrode by using a composition containing PZT particles or PZT-based particles (hereinafter, representatively referred to as “PZT particles”) prepared as described above. It is formed. The solvent used when preparing the composition is used for improving workability such as coatability of the composition, and may be appropriately selected from various solvents and used, such as ethyl cellosolve. Is used as a solvent. In addition,
The PZT particles have good dispersibility even when blended at a high concentration in the composition.
【0067】PZT粒子を含む組成物が得られると、そ
の組成物を、前記振動板上に形成された前記下部電極上
に塗布し、必要により塗布の都度乾燥させて溶剤を除去
し、所望の膜厚となるまで塗り重ねる。組成物の塗布方
法は、特に限定されず、慣用のコーティング方法、例え
ばスクリーン印刷法、スピンコーティング法、ディッピ
ング法、キャスト法、ドクターブレード法などが用いら
れる。塗布工程が終了すると、組成膜を焼成する。焼成
は、適当な温度で行えばよく、本発明では600℃〜9
50℃といった低温での焼成が可能である。また、焼成
は、不活性ガス雰囲気、酸素含有雰囲気(空気中等)、
PbO雰囲気など、任意の雰囲気下で行えばよく、常圧
下または減圧下で行うことができる。通常は、空気中
で、室温から600℃〜950℃程度まで昇温させて、
数分間〜24時間をかけて焼成を行う。また、焼成の際
に、段階的な昇温を行うようにしてもよい。このような
焼成により、有機成分がほぼ消失し、さらに焼結が進行
して、緻密な構造の圧電体膜が得られる。下部電極上に
圧電体膜が形成されると、圧電体膜上に、常法により、
例えばスクリーン印刷法、スパッタ法、蒸着法などによ
り上部電極を形成して、圧電体素子とされる。上部電極
の材料は、特に限定されず、例えば白金、金、パラジウ
ムなどが使用される。When a composition containing PZT particles is obtained, the composition is applied on the lower electrode formed on the diaphragm, and, if necessary, dried to remove the solvent and to remove the solvent. Apply until the film thickness is reached. The method for applying the composition is not particularly limited, and a conventional coating method, for example, a screen printing method, a spin coating method, a dipping method, a casting method, a doctor blade method, or the like is used. After the application step, the composition film is fired. The sintering may be performed at an appropriate temperature.
Firing at a low temperature such as 50 ° C. is possible. In addition, firing is performed in an inert gas atmosphere, an oxygen-containing atmosphere (such as in air),
What is necessary is just to carry out under arbitrary atmospheres, such as PbO atmosphere, and it can carry out under normal pressure or reduced pressure. Usually, the temperature is raised from room temperature to about 600 to 950 ° C. in air,
The firing is performed for several minutes to 24 hours. Moreover, you may make it raise a temperature stepwise at the time of baking. By such calcination, organic components are almost completely eliminated, and sintering further proceeds to obtain a piezoelectric film having a dense structure. When the piezoelectric film is formed on the lower electrode, the piezoelectric film is formed on the piezoelectric film by a conventional method.
For example, an upper electrode is formed by a screen printing method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, to obtain a piezoelectric element. The material of the upper electrode is not particularly limited, and for example, platinum, gold, palladium and the like are used.
【0068】また、超音波モータの駆動部に用いられる
圧電体素子は、圧電体薄膜を形成し、その圧電体薄膜の
両面にそれぞれ電極を形成し、圧電体薄膜を分極処理し
て製造される。圧電体薄膜は、上記したPZT粒子を含
む組成物を用いて成形し、得られた成形体を、上記と同
様の焼成条件で焼成した後、焼成体を環状薄板に加工す
ることにより作成される。圧電体薄膜が得られると、常
法により、例えば銀ペースト等の導電材料を塗布・焼付
けするなどして、圧電体薄膜の両面に、図3に示したよ
うな所定のパターンでそれぞれ電極を形成する。また、
公知の方法により、圧電体薄膜の両面の電極間に直流電
圧を印加して電界を付与し、圧電体薄膜に所定のパター
ンで分極処理を施して、圧電体素子とされる。The piezoelectric element used in the drive unit of the ultrasonic motor is manufactured by forming a piezoelectric thin film, forming electrodes on both sides of the piezoelectric thin film, and subjecting the piezoelectric thin film to a polarization treatment. . The piezoelectric thin film is formed by molding using the composition containing the PZT particles described above, firing the obtained molded body under the same firing conditions as described above, and then processing the fired body into an annular thin plate. . When the piezoelectric thin film is obtained, electrodes are formed on both surfaces of the piezoelectric thin film in a predetermined pattern as shown in FIG. 3 by applying and baking a conductive material such as a silver paste in a conventional manner. I do. Also,
According to a known method, a DC voltage is applied between the electrodes on both surfaces of the piezoelectric thin film to apply an electric field, and the piezoelectric thin film is subjected to a polarization treatment in a predetermined pattern to obtain a piezoelectric element.
【0069】次に、PZT粒子を含む組成物に感光性を
付与してパターニングされた圧電体膜を製造する方法に
ついて説明する。この製造方法においては、PZT粒子
の表面の少なくとも一部に光反応性基、例えばネガ作用
型の光反応性基を導入し、その光反応性基を有するPZ
T粒子、ならびに、GeおよびBiの各成分原料のほ
か、ネガ型感光性有機ポリマーと、必要に応じて感光剤
および/または光重合性モノマーとを含む感光性組成物
が用いられる。なお、PZT粒子自体およびGe、Bi
等の微量成分については上述したので、以下では、それ
らの説明を省略する。Next, a method for producing a patterned piezoelectric film by imparting photosensitivity to a composition containing PZT particles will be described. In this manufacturing method, a photoreactive group, for example, a negative-acting type photoreactive group is introduced into at least a part of the surface of the PZT particle, and the PZT having the photoreactive group is introduced.
A photosensitive composition containing T-particles, Ge and Bi component raw materials, a negative photosensitive organic polymer, and if necessary, a sensitizer and / or a photopolymerizable monomer is used. Note that the PZT particles themselves and Ge, Bi
Since trace components such as are described above, their description is omitted below.
【0070】まず、表面の少なくとも一部に光反応性基
を有するPZT粒子について説明する。PZT粒子は上
述したような方法によって製造されるが、このPZT粒
子の表面には、水酸基などの官能性基が存在するので、
その官能性基と光反応性基を有する化合物とを反応させ
ることにより、PZT粒子の表面に光反応性基を導入す
る。PZT粒子が適切な感光性を有するためには、粒子
の全面に均一に光反応性基が導入されることが望まし
い。導入される光反応性基の種類は、特に限定されない
が、例えば(メタ)アクリロイル基やビニル基から選ば
れる。First, PZT particles having a photoreactive group on at least a part of the surface will be described. The PZT particles are produced by the method as described above. However, since a functional group such as a hydroxyl group is present on the surface of the PZT particles,
By reacting the functional group with a compound having a photoreactive group, a photoreactive group is introduced to the surface of the PZT particle. In order for PZT particles to have appropriate photosensitivity, it is desirable that a photoreactive group be uniformly introduced over the entire surface of the particles. The type of the photoreactive group to be introduced is not particularly limited, but is selected from, for example, a (meth) acryloyl group and a vinyl group.
【0071】PZT粒子と反応させるべき光反応性基を
有する化合物としては、例えば、光反応性基を有するシ
ランカップリング剤やチタンカップリング剤が挙げられ
る。このようなシランカップリング剤としては、例えば
ジビニルジメトキシシラン、ジビニルジ−β−メトキシ
エトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルト
リ−β−メトキシエトキシシラン、γ−(メタ)アクリ
ロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アク
リロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−(メタ)ア
クリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げら
れる。これらのうち、γ−(メタ)アクリロキシプロピ
ルトリメトキシシランやγ−(メタ)アクリロキシプロ
ピルトリエトキシシランなどが入手容易である。また、
チタンカップリング剤としては、例えば、味の素(株)
から市販されているプレンアクトKR−55(商品名)
なとが使用される。The compound having a photoreactive group to be reacted with the PZT particles includes, for example, a silane coupling agent and a titanium coupling agent having a photoreactive group. Examples of such a silane coupling agent include divinyldimethoxysilane, divinyldi-β-methoxyethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltri-β-methoxyethoxysilane, γ- (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane, γ- (Meth) acryloxypropyltriethoxysilane, γ- (meth) acryloxypropylmethyldiethoxysilane, and the like. Among them, γ- (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane, γ- (meth) acryloxypropyltriethoxysilane and the like are easily available. Also,
Examples of the titanium coupling agent include Ajinomoto Co., Ltd.
Commercially available from Prenact KR-55 (trade name)
What is used.
【0072】光反応性基を有するシランカップリング剤
またはチタンカップリング剤とPZT粒子との反応は、
通常、それらをメタノール等のアルコール中で混合させ
室温で撹拌することにより行われる。この反応により、
シランカップリング剤またはチタンカップリング剤のア
ルコキシ基が加水分解し、PZT粒子表面の水酸残基と
SiまたはTiとの結合が形成される。The reaction between the silane coupling agent or titanium coupling agent having a photoreactive group and the PZT particles is as follows:
Usually, they are mixed in an alcohol such as methanol and stirred at room temperature. With this reaction,
The alkoxy group of the silane coupling agent or the titanium coupling agent is hydrolyzed to form a bond between a hydroxyl residue on the surface of the PZT particle and Si or Ti.
【0073】また、上記した以外に、PZT粒子と反応
させるべき光反応性基を有する化合物としては、例え
ば、二重結合を有する化合物、例えば(メタ)アクリル
酸やそのエステル化合物が使用される。より具体的に
は、例えば(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリ
レート、エチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチ
ル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)
アクリレートなどが使用される。このような(メタ)ア
クリル酸や(メタ)アクリレートとPZT粒子との反応
は、通常、それらをメタノール等のアルコール中で混合
させ室温で撹拌することにより行われる。この反応によ
り、PZT粒子表面の水酸残基に(メタ)アクリロイル
基が導入される。In addition to the above, as the compound having a photoreactive group to be reacted with PZT particles, for example, a compound having a double bond, for example, (meth) acrylic acid or its ester compound is used. More specifically, for example, (meth) acrylic acid, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth)
Acrylate and the like are used. Such a reaction between (meth) acrylic acid or (meth) acrylate and PZT particles is usually performed by mixing them in an alcohol such as methanol and stirring the mixture at room temperature. By this reaction, a (meth) acryloyl group is introduced into a hydroxyl residue on the surface of the PZT particle.
【0074】PZT粒子に光反応性基を導入する反応に
おいては、PZT粒子の種類や平均粒径(単位重量当り
の表面積)、光反応性基含有化合物の種類などによって
も異なるが、光反応性基含有化合物をPZT粒子に対し
て、通常1重量%〜10重量%、好ましくは2重量%〜
7重量%程度の割合で混合する。光反応性基含有化合物
の混合割合が1重量%未満であると、光反応性基の導入
効果が少ない傾向にあり、一方、光反応性基含有化合物
を10重量%も用いれば、十分な量の光反応性基が導入
される。例えば、BET法による平均粒径0.5μmの
PZT粒子には、3−メタクリロキシプロピルトリメト
キシシラン等のシランカップリング剤、(メタ)アクリ
ル酸、(メタ)アクリレートなどの化合物を、2重量%
〜7重量%程度の割合で混合して反応させるとよい。The reaction for introducing a photoreactive group into the PZT particles depends on the type of the PZT particles, the average particle size (surface area per unit weight), the type of the photoreactive group-containing compound, and the like. The group-containing compound is used in an amount of usually 1% by weight to 10% by weight, preferably 2% by weight based on the PZT particles.
Mix at a ratio of about 7% by weight. When the mixing ratio of the photoreactive group-containing compound is less than 1% by weight, the effect of introducing the photoreactive group tends to be small. Is introduced. For example, PZT particles having an average particle size of 0.5 μm by the BET method are provided with a silane coupling agent such as 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and a compound such as (meth) acrylic acid and (meth) acrylate at 2% by weight.
It is preferable to mix and react at a ratio of about 7% by weight.
【0075】また、表面グラフト重合を用いる方法やC
VDによる方法によっても、PZT粒子の表面に光反応
性基を導入することができる。Further, a method using surface graft polymerization, C
A photoreactive group can be introduced into the surface of the PZT particles also by the method using VD.
【0076】このように表面に光反応性基を有するPZ
T粒子は、感光性組成物中に高濃度で分散可能であり、
粒子自らも感光性を有することから、粒子フィラーを用
いたことによる感度低下や解像度低下という問題は無
い。As described above, PZ having a photoreactive group on its surface
T particles can be dispersed in the photosensitive composition at a high concentration,
Since the particles themselves have photosensitivity, there is no problem of sensitivity reduction and resolution reduction due to the use of the particle filler.
【0077】次に、ネガ型感光性有機ポリマーについて
説明する。ネガ型感光性有機ポリマーでは、露光部が難
溶化または疎水化する。Next, the negative photosensitive organic polymer will be described. In the case of a negative photosensitive organic polymer, the exposed portion becomes hardly soluble or hydrophobic.
【0078】感光性有機ポリマーは、有機ポリマー自体
が十分な感光性を有するものであってもよいし、また感
光剤との組合せによって十分な感光性を有する有機ポリ
マーであってもよい。通常は、後者の感光剤との組合せ
によって十分な感光性を有する有機ポリマーが用いられ
る。なお、本明細書において、「有機ポリマー」の語
は、有機ポリマーおよび有機オリゴマーの双方を含む意
味で用いる。The photosensitive organic polymer may be an organic polymer having sufficient photosensitivity by itself or an organic polymer having sufficient photosensitivity depending on a combination with a photosensitizer. Usually, an organic polymer having sufficient photosensitivity in combination with the latter photosensitizer is used. In this specification, the term “organic polymer” is used to include both organic polymers and organic oligomers.
【0079】有機ポリマー自体が十分な感光性を有する
ものとしては、アジド基含有重合体、ポリケイ皮酸ビニ
ルエステルなどのシンナモイル基やシンナミリデン基な
どの光二量化型官能基を有する重合体などが挙げられ
る。Examples of the organic polymer having sufficient photosensitivity include an azide group-containing polymer, a polymer having a photodimerization type functional group such as a cinnamoyl group and a cinnamylidene group such as polyvinyl cinnamate, and the like. .
【0080】感光剤との組合せによって十分な感光性を
有する有機ポリマーとしては、極性基または非極性基を
有する種々のポリマーが使用され得る。好ましい感光性
有機ポリマーは、極性基、例えばヒドロキシル基、アル
コキシ基、カルボキシル基、エステル基、エーテル基、
カーボネート基、アミド基もしくはN−置換アミド基
(−NHC(O)−、>NC(O)−など)、ニトリル
基、グリシジル基またはハロゲン原子を含有している。
感光性有機ポリマーは、(メタ)アクリロイル基、アリ
ル基、ビニル基などの重合性基を有する重合性オリゴマ
ーまたはポリマーであってもよい。As the organic polymer having sufficient photosensitivity depending on the combination with the photosensitizer, various polymers having a polar group or a non-polar group can be used. Preferred photosensitive organic polymers include polar groups such as hydroxyl, alkoxy, carboxyl, ester, ether groups,
It contains a carbonate group, an amide group or an N-substituted amide group (such as -NHC (O)-,> NC (O)-), a nitrile group, a glycidyl group or a halogen atom.
The photosensitive organic polymer may be a polymerizable oligomer or polymer having a polymerizable group such as a (meth) acryloyl group, an allyl group, and a vinyl group.
【0081】ヒドロキシル基含有ポリマーおよびその誘
導体としては、例えばポリビニルアルコール系重合体、
ポリビニルアセタール、ヒドロキシエチルセルロース、
ヒドロキシプロピルセルロース、エチレン−ビニルアル
コール共重合体、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、メ
チロールメラミンおよびそれらの誘導体(例えばアセタ
ール化物やヘキサメトキシメチルメラミン)が挙げられ
る。カルボキシル基含有ポリマーおよびその誘導体とし
ては、例えば(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、イ
タコン酸などの重合性不飽和カルボン酸を含む単独重合
体または共重合体およびこれらのエステル、カルボキシ
ル基含有セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロー
スまたはその塩)などが挙げられる。エステル基含有ポ
リマーとしては、例えば、酢酸ビニル等のビニルエステ
ル、メタクリル酸メチル等の(メタ)アクリル酸エステ
ルなどのモノマーを含む単独または共重合体(例えばポ
リ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、(メ
タ)アクリル系樹脂など)、飽和ポリエステル、不飽和
ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレー
ト樹脂、セルロースエステルなどが挙げられる。エーテ
ル基を有するポリマーには、例えばポリアルキレンオキ
シド、ポリオキシアルキレングリコール、ポリビニルエ
ーテル、ケイ素樹脂などが含まれ、カーボネート基含有
ポリマーとしては、ビスフェノールA型ポリカーボネー
トなどが挙げられる。Examples of the hydroxyl group-containing polymer and derivatives thereof include polyvinyl alcohol-based polymers,
Polyvinyl acetal, hydroxyethyl cellulose,
Examples include hydroxypropyl cellulose, ethylene-vinyl alcohol copolymer, phenolic resin, novolak resin, methylolmelamine and derivatives thereof (for example, acetalized product and hexamethoxymethylmelamine). Examples of the carboxyl group-containing polymer and derivatives thereof include homopolymers or copolymers containing polymerizable unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, maleic anhydride, and itaconic acid, and esters thereof, and carboxyl group-containing cellulose derivatives. (Carboxymethyl cellulose or a salt thereof). As the ester group-containing polymer, for example, a homo- or copolymer (for example, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymer) containing monomers such as vinyl esters such as vinyl acetate and (meth) acrylates such as methyl methacrylate , (Meth) acrylic resins, etc.), saturated polyesters, unsaturated polyesters, vinyl ester resins, diallyl phthalate resins, cellulose esters and the like. Examples of the polymer having an ether group include polyalkylene oxide, polyoxyalkylene glycol, polyvinyl ether, and silicon resin. Examples of the carbonate group-containing polymer include bisphenol A-type polycarbonate.
【0082】また、アミド基または置換アミド基を有す
るポリマーとしては、ポリオキサゾリン、ポリアルキレ
ンイミンのN−アシル化物(前記ポリオキサゾリンに対
応するポリマー、例えばN−アセチルアミノ基、N−ポ
リプロピオニルアミノ基などのN−アシルアミノ基を有
するポリマー)、ポリビニルピロリドンおよびその誘導
体、ポリウレタン系重合体、ポリ尿素、ナイロンまたは
ポリアミド系重合体、ビュレット結合を有するポリマ
ー、アロハネート結合を有するポリマー、ゼラチン等の
蛋白類などが挙げられる。Examples of the polymer having an amide group or a substituted amide group include polyoxazolines and N-acylated polyalkyleneimines (polymers corresponding to the above polyoxazolines, such as N-acetylamino group and N-polypropionylamino group). Such as polymers having an N-acylamino group), polyvinylpyrrolidone and its derivatives, polyurethane-based polymers, polyureas, nylon or polyamide-based polymers, polymers having burette bonds, polymers having allohanate bonds, and proteins such as gelatin. Is mentioned.
【0083】前記ポリオキサゾリンの単量体としては、
2−オキサゾリン、オキサゾリン環の2−位に置換基を
有する2−置換−2−オキサゾリン(例えばアルキル
基、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ペンタフルオ
ロエチル基などのハロアルキル基、フェニル基、4−メ
チルフェニル、4−クロロフェニルなどの置換基を有す
るフェニル基、または、アルコキシカルボニル基などの
置換基を有するオキサゾリン類)などを挙げることがで
きる。ポリオキサゾリンは、単独重合体であっても共重
合体であってもよく、ポリオキサゾリンは、1種または
2種以上を混合して使用することができる。さらに、ポ
リオキサゾリンは、他のポリマーにオキサゾリンがグラ
フト重合した共重合体であってもよい。The polyoxazoline monomer includes:
2-oxazoline, 2-substituted-2-oxazoline having a substituent at the 2-position of the oxazoline ring (for example, haloalkyl group such as alkyl group, dichloromethyl, trichloromethyl, pentafluoroethyl group, phenyl group, 4-methylphenyl, A phenyl group having a substituent such as 4-chlorophenyl, or an oxazoline having a substituent such as an alkoxycarbonyl group). The polyoxazoline may be a homopolymer or a copolymer, and the polyoxazoline may be used alone or as a mixture of two or more. Further, the polyoxazoline may be a copolymer in which oxazoline is graft-polymerized to another polymer.
【0084】前記ポリウレタン系重合体には、例えばポ
リイソシアネート(例えばトリレンジイソシアネート、
ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジシソシ
アネートなど)と、ポリオール(例えばエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコー
ル、グリセリンなどの多価アルコール、ジエチレングリ
コール、ポリエチレングリコール、ジプロピレグリコー
ル、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテルポリ
オール、ポリエステルポリオールなど)との反応により
生成するポリウレタンが含まれる。また、前記ポリ尿素
には、ポリイソシアネートとポリアミン(例えばエチレ
ンジアミン、ジエチレントリアミンなど)との反応によ
り生成するポリマーなどが含まれる。The polyurethane-based polymers include, for example, polyisocyanates (for example, tolylene diisocyanate,
Hexamethylene diisocyanate, isophorone disissocyanate, etc.) and polyols (polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, glycerin, etc., polyether polyols such as diethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, etc.), polyesters (Polyols and the like). Further, the polyurea includes a polymer formed by a reaction between a polyisocyanate and a polyamine (for example, ethylenediamine, diethylenetriamine, or the like).
【0085】前記ナイロンまたはポリアミド系重合体に
は、ラクタム成分、ジカルボン酸成分やジアミン成分を
用いたポリアミド(ナイロン66、ナイロン6、ナイロ
ン610、ナイロン611、ナイロン612やこれらの
変性ナイロンなど)、ポリ(メタ)アクリルアミド系重
合体、ポリアミノ酸などが含まれる。The above-mentioned nylon or polyamide-based polymer includes a polyamide (nylon 66, nylon 6, nylon 610, nylon 611, nylon 612 or a modified nylon thereof) using a lactam component, a dicarboxylic acid component or a diamine component. (Meth) acrylamide polymers, polyamino acids and the like are included.
【0086】前記ビュレット結合を有するポリマーに
は、前記ポリイソシアネートとウレタン結合を有する化
合物との反応により生成するポリマー、アロハネート結
合を有するポリマーには、前記ポリイソシアネートと尿
素結合を有する化合物との反応により生成するポリマー
が含まれる。The polymer having a buret bond is formed by the reaction between the polyisocyanate and the compound having a urethane bond, and the polymer having an allonate bond is formed by the reaction between the polyisocyanate and the compound having a urea bond. The resulting polymer is included.
【0087】ニトリル基を有するポリマーには、アクリ
ロニトリル系重合体が含まれ、グリシジル基を有するポ
リマーとしては、例えばエキポシ樹脂、グリシジル(メ
タ)アクリレートの単独重合体または共重合体などが挙
げられる。ハロゲン含有ポリマーには、例えばポリ塩化
ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニリ
デン系ポリマー、塩素化ポリプロピレンなどが含まれ
る。The polymer having a nitrile group includes an acrylonitrile polymer, and the polymer having a glycidyl group includes, for example, an epoxy resin and a homopolymer or copolymer of glycidyl (meth) acrylate. Examples of the halogen-containing polymer include polyvinyl chloride, a vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, a vinylidene chloride-based polymer, and chlorinated polypropylene.
【0088】他の有機ポリマーとしては、例えばポリエ
チレン、ポリプロピレン、カルボキシル変性ポリオレフ
ィンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン、スチ
レン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−
ブダジエン−スチレンブロック共重合体などのスチレン
系樹脂などを挙げることができる。これらは単独でまた
は2種以上を併用してもよい。Other organic polymers include, for example, polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, carboxyl-modified polyolefin, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-
A styrene-based resin such as a butadiene-styrene block copolymer can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
【0089】重合性基を有する重合性オリゴマーには、
ポリビニルフェノール誘導体、エポキシ(メタ)アクリ
レート(例えばエポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸との
反応などにより生成する樹脂)、ポリエステル(メタ)
アクリレート、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン
(メタ)アクリレート〔例えば、ジオール成分(ポリア
ルキレングリコールやポリエステルジオールなど)とジ
イソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネートな
ど)とヒドキロシル基含有重合性単量体(2−ヒドロキ
シエチルメタクリレート、N−メチロールアクリルアミ
ドなど)との反応生成物、ヒドキロシル基および重合性
不飽和基を有する化合物(ヒドロキシエチルフタリル
(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジアリ
ルエーテルなど)とジイソシアネート(キシリレンイソ
シアネート、2,4−トリレンジイソシアネートなど)
とのウレタン反応生成物など〕、重合性ポリビニルアル
コール系ポリマー(例えば、ポリビニルアルコールとN
−メチロールアクリルアミドとの反応生成物など)、ポ
リアミド系ポリマー〔例えば、多価カルボン酸またはそ
の酸無水物(ピロメリット酸二無水物など)およびヒド
ロキシル基含有重合性単量体(アリルアルコールなど)
の反応により生成するカルボキシル基含有エステルと、
必要によりカルボキシル基を酸ハライド基に変換するた
めのハロゲン化剤(塩化チオニルなど)と、ジアミン
(p,p’−ジアミノジフェニルエーテルなど)との反
応により生成するプレポリマー、カルボキシル基含有重
合体(ポリ(メタ)アクリル酸またはマレイン酸の共重
合体、エチレン−無水マレイン酸共重合体など)とアミ
ノ基含有重合性単量体(アリルアミンなど)との反応生
成物など〕、シリコーン樹脂型ポリマーなどが例示され
る。The polymerizable oligomer having a polymerizable group includes:
Polyvinylphenol derivative, epoxy (meth) acrylate (for example, resin formed by reaction of epoxy resin with (meth) acrylic acid), polyester (meth)
Acrylates, unsaturated polyester resins, polyurethane (meth) acrylates [for example, a diol component (polyalkylene glycol, polyester diol, etc.), a diisocyanate (2,4-tolylene diisocyanate, etc.) and a hydrokisyl group-containing polymerizable monomer (2- Reaction products with hydroxyethyl methacrylate, N-methylol acrylamide, etc., compounds having a hydroxylosilyl group and a polymerizable unsaturated group (hydroxyethyl phthalyl (meth) acrylate, trimethylol propane diallyl ether, etc.) and diisocyanate (xylylene isocyanate) , 2,4-tolylene diisocyanate)
A urethane reaction product with a polymerizable polyvinyl alcohol-based polymer (for example, polyvinyl alcohol and N
A reaction product with methylol acrylamide), a polyamide-based polymer [for example, a polycarboxylic acid or an acid anhydride thereof (such as pyromellitic dianhydride) and a hydroxyl group-containing polymerizable monomer (such as allyl alcohol)]
A carboxyl group-containing ester produced by the reaction of
If necessary, a prepolymer formed by the reaction of a halogenating agent (such as thionyl chloride) for converting a carboxyl group into an acid halide group with a diamine (such as p, p'-diaminodiphenyl ether), and a carboxyl group-containing polymer (poly) Reaction products of (meth) acrylic acid or maleic acid copolymer, ethylene-maleic anhydride copolymer, etc.) and amino group-containing polymerizable monomers (allylamine, etc.), and silicone resin type polymers. Is exemplified.
【0090】以上のような感光性有機ポリマーあるいは
オリゴマーは、1種または2種以上を用いることができ
るが、好ましくは、ポリビニルアルコール、ヒドロキシ
エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ナ
イロン、(メタ)アクリル酸の単独重合体や共重合体な
どが使用される。The photosensitive organic polymer or oligomer as described above may be used alone or in combination of two or more. Preferably, polyvinyl alcohol, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, nylon and (meth) acrylic acid alone are used. Polymers and copolymers are used.
【0091】また、この感光性組成物において、感光性
有機ポリマーに、必要により光重合性モノマーまたはオ
リゴマーを併用するようにしてもよい。光重合性モノマ
ーまたはオリゴマーには、単官能性または多官能性の光
重合性化合物が含まれる。光重合性基としては、例えば
(メタ)アクリロイル基、アクリルアミド基、アリル
基、ビニルエーテル基、ビニルチオエーテル基、ビニル
アミノ基、グリジシル基、アセチレン性不飽和基などが
例示される。In this photosensitive composition, a photopolymerizable monomer or oligomer may be used in combination with the photosensitive organic polymer, if necessary. The photopolymerizable monomer or oligomer includes a monofunctional or polyfunctional photopolymerizable compound. Examples of the photopolymerizable group include a (meth) acryloyl group, an acrylamide group, an allyl group, a vinyl ether group, a vinyl thioether group, a vinyl amino group, a glycidyl group, and an acetylenically unsaturated group.
【0092】単官能性光重合性化合物としては、例えば
(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、ブ
チル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メ
タ)アクリレート、ラウリル(メタ)メタクリレートな
どのアルキル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル
(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレー
ト、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、カル
ビトール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル
(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メ
タ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、
(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アク
リルアミド、N−ジアセトン(メタ)アクリルアミド、
N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、スチ
レン、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル、N−ビ
ニルピロリドンなどが挙げられる。Examples of the monofunctional photopolymerizable compound include alkyl (meth) acrylic acid, methyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate and lauryl (meth) methacrylate. ) Acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, carbitol (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, glycidyl ( Meth) acrylates,
(Meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, N-diacetone (meth) acrylamide,
N, N'-methylenebis (meth) acrylamide, styrene, (meth) acrylonitrile, vinyl acetate, N-vinylpyrrolidone, and the like.
【0093】多官能性光重合性化合物としては、例えば
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレ
ングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレング
リコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコ
ールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコー
ルジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ
(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メ
タ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メ
タ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)ア
クリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリ
レート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレ
ート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレー
トなどが挙げられる。さらに、テトラメチロールメタン
テトラ(メタ)アクリレート、2,2,5,5−テトラ
ヒドロキシメチルシクロペンタノンの(メタ)アクリル
酸エステル、ジグリシジルフタレートの(メタ)アクリ
ル酸エステル、N,N,N’,N’−テトラキス(β−
ヒドロキシエチル)エチレンジアミンの(メタ)アクリ
ル酸エステル、トリグリセリンとメチルアクリレートと
のエステル交換反応生成物、ウレタン型(メタ)アクリ
レート、多価カルボン酸の不飽和エステル、不飽和酸ア
ミド、無機酸とのエステルおよび金属塩、アセチレン性
不飽和基を有するモノマー、グリシジル基を有するモノ
マーなどを使用することもできる。Examples of the polyfunctional photopolymerizable compound include ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, and polypropylene glycol di ( (Meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate ) Acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate and the like. Further, tetramethylolmethanetetra (meth) acrylate, (meth) acrylate of 2,2,5,5-tetrahydroxymethylcyclopentanone, (meth) acrylate of diglycidyl phthalate, N, N, N ′ , N'-tetrakis (β-
(Hydroxyethyl) ethylenediamine (meth) acrylate, transesterification reaction product of triglycerin with methyl acrylate, urethane type (meth) acrylate, unsaturated ester of polycarboxylic acid, unsaturated acid amide, inorganic acid Esters and metal salts, monomers having an acetylenically unsaturated group, monomers having a glycidyl group, and the like can also be used.
【0094】ウレタン型アクリレートとしては、例え
ば、ポリイソシアネート(2,4−トリレンジイソシア
ネートなど)とヒドロキシル基含有単量体(2−ヒドロ
キシエチルメタクリレートなど)との反応生成物、ポリ
イソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネートな
ど)の一部のイソシアネート基とヒドロキシル基含有単
量体(2−ヒドロキシエチルメタクリレートなど)とを
反応させた後、さらに残余のイソシアネート基をアルカ
ノールアミン(トリエタノールアミンなど)と反応させ
た反応生成物、ベンゾインにポリイソシアネート(2,
4−トリレンジイソシアネートなど)とヒドロキシル基
含有単量体(2−ヒドロキシエチルメタクリレートな
ど)とを反応させた反応生成物などが挙げられる。Examples of the urethane type acrylate include a reaction product of a polyisocyanate (eg, 2,4-tolylene diisocyanate) and a hydroxyl group-containing monomer (eg, 2-hydroxyethyl methacrylate), and a polyisocyanate (eg, 2,4 -Tolylene diisocyanate) and a hydroxyl group-containing monomer (such as 2-hydroxyethyl methacrylate), and then the remaining isocyanate group is reacted with an alkanolamine (such as triethanolamine). The reaction product, benzoin and polyisocyanate (2,
Reaction products obtained by reacting a hydroxyl group-containing monomer (such as 2-hydroxyethyl methacrylate) with 4-tolylene diisocyanate).
【0095】多価カルボン酸の不飽和エステルとして
は、例えば、多価カルボン酸(フタル酸、トリメット
酸、ピロメリット酸など)をヒドロキシル基含有単量体
(アリルアルコール、2−ヒドロキシエチルメタクリレ
ートなど)でエステル化した多官能性単量体、例えばジ
アリルフタレート、ジアリルイソフタレート、ジアリル
マレエート、ジアリルクロレンダート、ジアリルアジベ
ート、ジアリルジグリコレート、トリアリルシアヌレー
ト、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、2
−ヒドロキシエチルメタクリレートのフタル酸エステ
ル、アリルアルコールのトリメリット酸エステル、p−
ヒドロキシ安息香酸を(メタ)アクリロイルクロライド
でエステル化し、さらにエポキシ含有単量体(グリシジ
ルメタクリレート)を付加させた化合物などが挙げられ
る。Examples of unsaturated esters of polycarboxylic acids include polycarboxylic acids (phthalic acid, trimetic acid, pyromellitic acid, etc.) and hydroxyl group-containing monomers (allyl alcohol, 2-hydroxyethyl methacrylate, etc.). Multifunctional monomers esterified with, for example, diallyl phthalate, diallyl isophthalate, diallyl maleate, diallyl chlorendate, diallyl adipate, diallyl diglycolate, triallyl cyanurate, diethylene glycol bisallyl carbonate, 2
-Phthalic acid ester of hydroxyethyl methacrylate, trimellitic acid ester of allyl alcohol, p-
Compounds obtained by esterifying hydroxybenzoic acid with (meth) acryloyl chloride and further adding an epoxy-containing monomer (glycidyl methacrylate) are exemplified.
【0096】不飽和酸アミドとしては、例えば、N,
N’−メチレンビスアクリルアミド、ヘキサメチレンビ
スアクリルアミドなどのアルキレンビスアクリルアミド
のほか、ポリアミンと不飽和酸との縮合物、水酸基を有
する不飽和酸アミド(例えばN−メチロールアクリルア
ミド)と多価カルボン酸、多価エポキシなどとの反応生
成物などが例示される。さらに、N−メチロールアクリ
ルアミドの酸性化合物の存在下での反応生成物、1,
3,3−トリメチル−1−アクリロイルアミノメチル−
5−アクリロイルアミノシクロヘキサン、ヘキサヒドロ
−1,3,5−トリアクリル−5−トリアジン、N−ア
クリロイルヒドロキシエチルマレイミド、ε−カプロラ
クタムとテトラメチレンジアミンとの反応で得られたオ
リゴマーにアクリル酸クロライドを反応させたビスアク
リルアミド、N,N’−ビス(ε−アクリロイルヒドロ
キシエチル)アニリン、N−メチロールアクリルアミド
とジエチレングリコールジグリシジルエーテルとの反応
生成物なども含まれる。As the unsaturated acid amide, for example, N,
In addition to alkylenebisacrylamides such as N'-methylenebisacrylamide and hexamethylenebisacrylamide, condensates of polyamines with unsaturated acids, unsaturated acid amides having a hydroxyl group (for example, N-methylolacrylamide) and polycarboxylic acids, Reaction products with a bivalent epoxy are exemplified. Further, the reaction product in the presence of an acidic compound of N-methylolacrylamide,
3,3-trimethyl-1-acryloylaminomethyl-
5-acryloylaminocyclohexane, hexahydro-1,3,5-triacryl-5-triazine, N-acryloylhydroxyethylmaleimide, and an oligomer obtained by reacting ε-caprolactam with tetramethylenediamine are reacted with acrylic acid chloride. Bisacrylamide, N, N′-bis (ε-acryloylhydroxyethyl) aniline, a reaction product of N-methylolacrylamide with diethylene glycol diglycidyl ether, and the like.
【0097】無機酸とのエステルや金属塩としては、例
えば、アクリル酸亜鉛とアルコール溶性ポリアミド樹
脂、リン酸のビス(2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト)エステルなどが例示される。Examples of the ester or metal salt with an inorganic acid include zinc acrylate and an alcohol-soluble polyamide resin, and bis (2-hydroxyethyl methacrylate) ester of phosphoric acid.
【0098】アセチレン性不飽和基を有するモノマーと
しては、アントラキノンと1−メトキシブテン−3−イ
ンから合成される9−(ω−メトキシブテニル)アント
ラキノール、2,4−ヘキサジイン−1,6−ジオール
とヘキシルイソシアネートとの反応で得られるウレタン
などが挙げられる。また、グリシジル基を有するモノマ
ーとしては、例えばビスフェノール−A−ジグリシジル
エーテルが挙げられる。Examples of the monomer having an acetylenically unsaturated group include 9- (ω-methoxybutenyl) anthraquinol synthesized from anthraquinone and 1-methoxybuten-3-yne, and 2,4-hexadiyne-1,6- Urethane obtained by reacting a diol with hexyl isocyanate is exemplified. Examples of the monomer having a glycidyl group include bisphenol-A-diglycidyl ether.
【0099】光重合性モノマーまたはオリゴマーの使用
量は、例えば、前記感光性有機ポリマー100重量部に
対して5重量部〜500重量部、好ましくは、10重量
部〜300重量部程度の範囲から選択される。The amount of the photopolymerizable monomer or oligomer is, for example, selected from the range of 5 to 500 parts by weight, preferably about 10 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the photosensitive organic polymer. Is done.
【0100】この感光性組成物において、感光性有機ポ
リマーの種類に応じて、さらに感光剤として、種々の光
増感剤や光重合開始剤などを用いることができる。感光
剤は、感光性有機ポリマーの種類に応じて、慣用の感光
剤や増感剤、例えばアジド化合物、ピリリウム塩、チア
ピリリウム塩、光二量化増感剤、光重合開始剤〔例えば
ケトン類(アセトフェノン、プロピオフェノン、アント
ラキノン、チオキサントン、ベンゾフェノンまたはそれ
らの誘導体)、ベンゾインエーテルまたはその誘導体
(例えばベンゾインメチルエーテル)、アシルホスフィ
ンオキシドなど〕などから選択される。In this photosensitive composition, various photosensitizers and photopolymerization initiators can be used as a photosensitizer depending on the type of the photosensitive organic polymer. Depending on the type of the photosensitive organic polymer, the photosensitizer is a conventional photosensitizer or sensitizer, for example, an azide compound, a pyrylium salt, a thiapyrylium salt, a photodimerization sensitizer, a photopolymerization initiator [for example, ketones (acetophenone, Propiophenone, anthraquinone, thioxanthone, benzophenone or a derivative thereof), benzoin ether or a derivative thereof (eg, benzoin methyl ether), acylphosphine oxide, or the like.
【0101】感光剤の使用量は、例えば、感光性有機ポ
リマー100重量部に対して0.1重量部〜20重量
部、好ましくは1重量部〜10重量部程度の範囲から選
択される。The amount of the photosensitive agent used is selected, for example, from the range of about 0.1 to 20 parts by weight, preferably about 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the photosensitive organic polymer.
【0102】この感光性組成物において、感光性有機ポ
リマー(A1)と、必要に応じて用いられる感光剤(A
2)および/または光重合性モノマー(A3)と、PZ
T粒子(B)との配合割合は、感光性組成物の用途や要
求される性能などからみて決定すればよいが、焼成後の
パターン形状や下部電極との密着性を良好にする観点か
ら、固形分重量比で、0.5<〔B/(A1+A2+A
3+B)〕<0.99であることが好ましく、0.8<
〔B/(A1+A2+A3+B)〕<0.95であるこ
とがより好ましい。この配合比が0.5以下になると、
焼結性や下部電極との密着性が低下する傾向があり、一
方、配合比が0.99以上になると、感光特性が低下し
解像度が悪くなる傾向がある。感光性組成物中にPZT
粒子をこのような高濃度で配合しても、分散性は良好で
ある。In this photosensitive composition, the photosensitive organic polymer (A1) and a photosensitive agent (A
2) and / or a photopolymerizable monomer (A3), and PZ
The blending ratio with the T particles (B) may be determined in view of the use of the photosensitive composition and required performance. From the viewpoint of improving the pattern shape after firing and the adhesion to the lower electrode, 0.5 <[B / (A1 + A2 + A)
3 + B)] <0.99, preferably 0.8 <
More preferably, [B / (A1 + A2 + A3 + B)] <0.95. When this compounding ratio becomes 0.5 or less,
The sinterability and the adhesion to the lower electrode tend to decrease. On the other hand, when the compounding ratio is 0.99 or more, the photosensitive characteristics tend to decrease and the resolution tends to deteriorate. PZT in the photosensitive composition
Even when the particles are blended at such a high concentration, the dispersibility is good.
【0103】この感光性組成物には、必要によりさら
に、重合促進剤、溶解促進剤、酸化防止剤、染料、顔料
などの公知の各種添加剤を適宜配合することもできる。
また、感光性組成物には、塗布性などの作業性を良好に
するために、通常、溶剤が含まれている。溶剤は、公知
の各種溶剤の中から適宜選択される。If necessary, various known additives such as a polymerization accelerator, a dissolution accelerator, an antioxidant, a dye, and a pigment may be appropriately added to the photosensitive composition.
Further, the photosensitive composition usually contains a solvent in order to improve workability such as applicability. The solvent is appropriately selected from various known solvents.
【0104】感光性組成物は、慣用の方法、例えば、組
成物を構成する各成分を、通常は適当な溶剤(アルコー
ル類などの親水性溶剤など)と共に混合させることによ
り調製することができる。感光性有機ポリマーと、必要
に応じて用いられる感光剤および/または光重合性モノ
マーならびに/または各種添加剤と、PZT粒子とを同
時に混合させてもよく、また適当な順序で混合させるよ
うにしてもよい。The photosensitive composition can be prepared by a conventional method, for example, by mixing each component of the composition with an appropriate solvent (eg, a hydrophilic solvent such as an alcohol). The photosensitive organic polymer, the photosensitizer and / or photopolymerizable monomer and / or various additives used as required, and the PZT particles may be mixed simultaneously, or may be mixed in an appropriate order. Is also good.
【0105】このようにして得られた感光性組成物を下
部電極上に塗布し、感光性組成膜を形成する。下部電極
は、振動板上にスクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法な
どの常法により形成されており、下部電極および振動板
の材料は、前述したように特に限定されない。振動板
は、予め適当な表面処理が施されていてもよく、例え
ば、シランカップリング剤などにより表面処理が施され
ていてもよい。The photosensitive composition thus obtained is applied on the lower electrode to form a photosensitive composition film. The lower electrode is formed on the diaphragm by a conventional method such as screen printing, a sputtering method, and a vapor deposition method, and the materials of the lower electrode and the diaphragm are not particularly limited as described above. The diaphragm may be subjected to an appropriate surface treatment in advance, for example, may be subjected to a surface treatment with a silane coupling agent or the like.
【0106】塗布方法は、特に限定されないが、慣用の
コーティング方法、例えばスピンコーティング法、ディ
ッピング法、キャスト法、スクリーン印刷法、ドクター
ブレード法などにより行われる。塗布処理後に、必要に
より、乾燥処理して溶剤を除去することにより、感光性
組成膜を形成するようにしてもよい。The coating method is not particularly limited, but is performed by a conventional coating method, for example, a spin coating method, a dipping method, a casting method, a screen printing method, a doctor blade method and the like. After the coating treatment, if necessary, the photosensitive composition film may be formed by removing the solvent by performing a drying treatment.
【0107】形成された感光性組成膜に所定のマスクを
介して光線を照射または露光して、パターン露光を行
う。光線としては、ハロゲンランプ、高圧水銀灯、UV
ランプ、エキシマレーザー、電子線、X線等の放射光な
どを利用するが、波長が100〜500nm程度である
光線、特には紫外線が有効である。露光時間は任意であ
るが、感光性組成物の感光特性や光線の種類にもより、
通常、0.1秒〜20分程度の範囲から選択するとよ
い。露光後、必要により、例えば80℃〜120℃程度
の温度で加熱処理するようにしてもよい。このような露
光により、露光部では光硬化が起こり、感光性組成膜が
難溶化(耐水化)される。The formed photosensitive composition film is irradiated or exposed to light through a predetermined mask to perform pattern exposure. As the light beam, halogen lamp, high pressure mercury lamp, UV
Light emitted from a lamp, excimer laser, electron beam, X-ray, or the like is used, and light having a wavelength of about 100 to 500 nm, particularly ultraviolet light, is effective. Exposure time is optional, but depending on the photosensitive characteristics of the photosensitive composition and the type of light,
Usually, it is good to select from the range of about 0.1 second to 20 minutes. After the exposure, if necessary, heat treatment may be performed at a temperature of, for example, about 80 ° C. to 120 ° C. By such exposure, photo-curing occurs in the exposed portion, and the photosensitive composition film becomes hardly soluble (water resistant).
【0108】パターン露光の後、公知の方法で感光性組
成膜を現像することにより、高解像度ネガ型パターンが
形成される。現像には、感光性組成物の種類に応じて、
水、アルカリ水溶液、有機溶剤、あるいはこれらの混合
液等の種々の現像液を使用することができる。また、現
像法も特に制限されず、例えばパドル(メニスカス)
法、ディップ法、スプレー法などを採用すればよい。After pattern exposure, the photosensitive composition film is developed by a known method to form a high-resolution negative pattern. For development, depending on the type of photosensitive composition,
Various developers such as water, an aqueous alkali solution, an organic solvent, and a mixture thereof can be used. Further, the developing method is not particularly limited. For example, a paddle (meniscus)
Method, a dipping method, a spray method, or the like may be employed.
【0109】現像により形成されたパターンを加熱・焼
成する。焼成は、PZT粒子の種類や配合量、圧電体膜
の用途などにもよるが、適当な温度で行えばよく、本発
明では600℃〜950℃といった低温での焼成が可能
である。また、焼成は、不活性ガス雰囲気、酸素含有雰
囲気(空気中等)、PbO雰囲気など、任意の雰囲気下
で行えばよく、常圧または減圧下で行うことができる。
通常は、空気中で、室温から600℃〜950℃程度ま
で、2時間〜24時間かけて昇温させることにより焼成
するとよい。また、段階的な昇温を行ってもよい。この
ような焼成により、有機成分がほぼ消失して、緻密な圧
電体膜が得られる。The pattern formed by the development is heated and baked. The firing may be performed at an appropriate temperature, depending on the type and blending amount of the PZT particles, the use of the piezoelectric film, and the like. In the present invention, firing at a low temperature of 600 ° C. to 950 ° C. is possible. The firing may be performed in an arbitrary atmosphere such as an inert gas atmosphere, an oxygen-containing atmosphere (such as in air), or a PbO atmosphere, and may be performed under normal pressure or reduced pressure.
Usually, it is good to bake in air by raising the temperature from room temperature to about 600 ° C. to 950 ° C. over 2 hours to 24 hours. Further, the temperature may be increased stepwise. By such baking, organic components are almost completely eliminated, and a dense piezoelectric film is obtained.
【0110】この圧電体膜上に、常法により、例えばス
クリーン印刷法、スパッタ法、蒸着法などにより上部電
極を形成して、圧電体素子とする。上部電極の材料は、
前述したように特に限定されない。An upper electrode is formed on the piezoelectric film by an ordinary method, for example, by a screen printing method, a sputtering method, an evaporation method, etc., to obtain a piezoelectric element. The material of the upper electrode is
There is no particular limitation as described above.
【0111】[0111]
【実施例】〈PZT粒子の合成〉ZrTiO4微粒子
(堺化学製)とPbOとをそれぞれ所定量ずつ秤取し、
それらを10時間ボールミル混合した後、乾燥させて、
混合粉末を得た。得られた混合粉末を650℃の温度で
2時間仮焼した後、仮焼粉末を16時間ボールミル粉砕
することにより、平均粒径が0.2μmであるPZT粒
子(PZT−0.2)を得た。EXAMPLES <Synthesis of PZT Particles> A predetermined amount of each of ZrTiO 4 fine particles (manufactured by Sakai Chemical) and PbO was weighed, and
After mixing them in a ball mill for 10 hours, dry them,
A mixed powder was obtained. After calcining the obtained mixed powder at a temperature of 650 ° C. for 2 hours, the calcined powder is ball-milled for 16 hours to obtain PZT particles (PZT-0.2) having an average particle diameter of 0.2 μm. Was.
【0112】また、前記仮焼粉末を24時間ボールミル
粉砕することにより、平均粒径が0.15μmであるP
ZT粒子(PZT−0.15)を得た。The calcined powder was ball-milled for 24 hours to obtain a powder having an average particle size of 0.15 μm.
ZT particles (PZT-0.15) were obtained.
【0113】所定量のZrTiO4微粒子(堺化学製)
と所定量のPbOと、PZTに対して0.5重量%とな
るようにLa2O3とをそれぞれ秤取し、それらを10
時間ボールミル混合した後、乾燥させて、混合粉末を得
た。得られた混合粉末を650℃の温度で2時間仮焼し
た後、仮焼粉末を16時間ボールミル粉砕することによ
り、平均粒径が0.2μmであるLa含有PZT粒子
(PZT−La)を得た。A predetermined amount of ZrTiO 4 fine particles (manufactured by Sakai Chemical)
, A predetermined amount of PbO, and La 2 O 3 so as to be 0.5% by weight with respect to PZT.
After ball mill mixing for an hour, the mixture was dried to obtain a mixed powder. After calcining the obtained mixed powder at a temperature of 650 ° C. for 2 hours, the calcined powder is ball-milled for 16 hours to obtain La-containing PZT particles (PZT-La) having an average particle diameter of 0.2 μm. Was.
【0114】また、所定量のZrTiO4微粒子(堺化
学製)と所定量のPbOと、PZTに対して0.5重量
%となるようにNb2O5とをそれぞれ秤取し、それら
を10時間ボールミル混合した後、乾燥させて、混合粉
末を得た。得られた混合粉末を650℃の温度で2時間
仮焼した後、仮焼粉末を16時間ボールミル粉砕するこ
とにより、平均粒径0.2μmであるNb含有PZT粒
子(PZT−Nb)を得た。Also, a predetermined amount of ZrTiO 4 fine particles (manufactured by Sakai Chemical), a predetermined amount of PbO, and Nb 2 O 5 were weighed so as to be 0.5% by weight with respect to PZT. After ball mill mixing for an hour, the mixture was dried to obtain a mixed powder. After calcining the obtained mixed powder at a temperature of 650 ° C. for 2 hours, the calcined powder was ball-milled for 16 hours to obtain Nb-containing PZT particles (PZT-Nb) having an average particle size of 0.2 μm. .
【0115】比較として、市販のPZT粒子(堺化学
製、PZT−LQ:平均粒径0.5μm)を用いた。For comparison, commercially available PZT particles (PZT-LQ, manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., average particle size: 0.5 μm) were used.
【0116】〈PZT系磁器組成物の製造〉 〔実施例1〜21〕エタノールにPZT粒子、それぞれ
所定量のGe(OEt)4(テトラエトキシゲルマニウ
ム)およびBi(OBu)3(トリブトキシビスマス)
ならびに有機バインダー(ヒドロキシプロピルセルロー
ス)を添加した後、それらを16時間ボールミル混合し
た後、造粒した。続いて、直径15mmの金型を使用し
て、造粒物を1次成形した後、1.4t/mm2でのC
IP(冷間等方プレス)処理を行い、厚み3mmの成形
体を作成した。得られた成形体を400℃の温度で1時
間脱バインダー処理した後、所定の温度で2時間焼成し
た。<Manufacture of PZT-based porcelain composition> [Examples 1 to 21] PZT particles in ethanol, respectively predetermined amounts of Ge (OEt) 4 (tetraethoxygermanium) and Bi (OBu) 3 (tributoxybismuth)
After adding an organic binder (hydroxypropylcellulose), they were mixed in a ball mill for 16 hours and then granulated. Subsequently, using a mold having a diameter of 15 mm, the granulated material was primarily formed, and then C at 1.4 t / mm 2 was used.
IP (cold isostatic pressing) treatment was performed to form a molded body having a thickness of 3 mm. After the obtained molded body was subjected to a binder removal treatment at a temperature of 400 ° C. for 1 hour, it was baked at a predetermined temperature for 2 hours.
【0117】得られた焼成体を0.5mmの寸法に切り
出した後、表面に銀電極を焼き付けた。得られたサンプ
ルを3kV/mmの電圧、120℃の温度で15分間分
極処理した後、ネットワークアナライザーを用いて電気
機械結合係数(Kp)を室温で測定した。サンプルの作
成条件および評価結果を表1にまとめて示す。After cutting the obtained fired body into a size of 0.5 mm, a silver electrode was baked on the surface. The obtained sample was polarized at a voltage of 3 kV / mm and a temperature of 120 ° C. for 15 minutes, and then an electromechanical coupling coefficient (Kp) was measured at room temperature using a network analyzer. Table 1 summarizes the sample preparation conditions and evaluation results.
【0118】[0118]
【表1】 [Table 1]
【0119】〔比較例1〜5〕PZT−0.15、PZ
T−0.2、PZT−LQ、PZT−LaおよびPZT
−Nbの各PZT粒子を用いて、上記した実施例と同様
の方法により、GeおよびBiを含有しない成形体を作
成し、得られた成形体を脱バインダー処理した後、90
0℃の温度で2時間焼成した。しかしながら、得られた
焼成体はいずれも、相対密度が85%以下であり、十分
に焼結が進まず、圧電体材料としては不適当であった。[Comparative Examples 1 to 5] PZT-0.15, PZT
T-0.2, PZT-LQ, PZT-La and PZT
Using each PZT particle of -Nb, a molded body containing neither Ge nor Bi was prepared in the same manner as in the above-described example, and the obtained molded body was subjected to binder removal treatment.
Baking was performed at a temperature of 0 ° C. for 2 hours. However, each of the obtained fired bodies had a relative density of 85% or less, sintering did not proceed sufficiently, and was not suitable as a piezoelectric material.
【0120】〔比較例6、7〕上記した実施例と同様の
方法により、PZT−0.2粉末にGe(OEt)4ま
たはBi(OBu)3の一方のみを1重量%加えて成形
体を作成し、得られた成形体を脱バインダー処理した
後、900℃の温度で2時間焼成した。しかしながら、
得られた焼成体はいずれも、相対密度が85%以下であ
り、十分に焼結が進まず、圧電体材料としては不適当で
あった。[Comparative Examples 6 and 7] By the same method as in the above-described example, only 1% by weight of Ge (OEt) 4 or Bi (OBu) 3 was added to PZT-0.2 powder to obtain a molded product. The formed body was subjected to a binder removal treatment and then fired at a temperature of 900 ° C. for 2 hours. However,
Each of the obtained fired bodies had a relative density of 85% or less, sintering did not proceed sufficiently, and was not suitable as a piezoelectric material.
【0121】〔比較例8〜10〕上記した比較例6、7
で得られた各成形体を、980℃の温度で2時間焼成
し、上記実施例と同様にしてサンプルを作成した(比較
例8、9)。また、上記した実施例と同様の方法によ
り、PZT−0.2粉末にGe(OEt)4およびBi
(OBu)3をそれぞれ15重量%ずつ加えて成形体を
作成し、得られた成形体を脱バインダー処理した後、9
00℃の温度で2時間焼成し、上記実施例と同様にして
サンプルを作成した(比較例10)。得られたサンプル
について、実施例と同様の方法により電気機械結合係数
(Kp)を測定した。このときのサンプルの作成条件お
よび評価結果を表1に示す。各サンプルの電気機械結合
係数(Kp)は、それぞれ47%、46%および39%
であり、本発明の実施例に係るサンプルに比べて小さい
ものであった。[Comparative Examples 8 to 10] Comparative Examples 6 and 7 described above
Were molded at 980 ° C. for 2 hours, and samples were prepared in the same manner as in the above Examples (Comparative Examples 8 and 9). Also, Ge (OEt) 4 and Bi were added to the PZT-0.2 powder by the same method as in the above-described example.
(OBu) 3 was added in an amount of 15% by weight to form a molded body, and the obtained molded body was subjected to a binder removal treatment.
The sample was fired at a temperature of 00 ° C. for 2 hours, and a sample was prepared in the same manner as in the above example (Comparative Example 10). The electromechanical coupling coefficient (Kp) of the obtained sample was measured in the same manner as in the example. Table 1 shows the sample preparation conditions and evaluation results at this time. The electromechanical coupling coefficient (Kp) of each sample was 47%, 46% and 39%, respectively.
Which was smaller than the sample according to the example of the present invention.
【0122】〔比較例11〕上記した実施例と同じ条件
により、PZT−0.2粉末に焼結助剤としてSiO2
を2重量%添加して、焼成体を作成し、サンプルを作成
した。実施例と同レベルの900℃の温度での焼成で
は、得られた焼成体の密度が7.63g/cm 3となっ
たが、サンプルの電気機械結合係数(Kp)は32%で
あり、圧電体磁器としての特性が大幅に劣るものであっ
た。[Comparative Example 11] The same conditions as those of the above-described embodiment.
To PZT-0.2 powder as SiO22
2% by weight to make a fired body and make a sample
did. By firing at the same level of temperature of 900 ° C as in the example
Means that the density of the obtained fired body is 7.63 g / cm 3Becomes
However, the electromechanical coupling coefficient (Kp) of the sample was 32%.
The characteristics of the piezoelectric ceramics are very poor.
Was.
【0123】表1から、この発明の実施例によると、P
ZTにBiとGeを添加した新規な磁器組成物が、通常
のPZT磁器組成物と同等以上の圧電特性を示すことが
分かる。さらに、本発明によると、950℃以下の焼成
温度で、Kpが60%前後である圧電体磁器組成物を作
成することが可能である。特に、PZT−0.15粉末
を使用すると、効果的であった。From Table 1, according to the embodiment of the present invention, P
It can be seen that the novel porcelain composition obtained by adding Bi and Ge to ZT exhibits piezoelectric properties equal to or higher than that of a normal PZT porcelain composition. Further, according to the present invention, it is possible to produce a piezoelectric ceramic composition having a Kp of about 60% at a firing temperature of 950 ° C. or less. In particular, the use of PZT-0.15 powder was effective.
【0124】また、Bi2O3/GeO2比率が0.5
であるときに、合成条件および物性面でバランスの良い
材料となった。When the Bi 2 O 3 / GeO 2 ratio is 0.5
When, the material was well-balanced in terms of synthesis conditions and physical properties.
【0125】PZT粒子にBi2O3またはGeO2を
単独で添加した比較例8、9では、実施例に比べて高い
温度で焼成したのにもかかわらず、得られたサンプルの
Kp値は、実施例と比較してかなり小さいものであっ
た。In Comparative Examples 8 and 9, in which Bi 2 O 3 or GeO 2 was solely added to the PZT particles, the Kp value of the obtained sample was higher than that of the Example, despite firing at a higher temperature than in the examples. It was considerably smaller than the example.
【0126】今回は、2つの粒径のPZT粉末を用いた
結果を例示したが、より微細で焼結性に優れるPZT粉
末を使用すれば、より低温での圧電体の焼成が可能であ
ることは言うまでもない。In this example, the results obtained by using PZT powders having two particle diameters are exemplified. However, if a PZT powder having finer and excellent sinterability is used, it is possible to fire the piezoelectric material at a lower temperature. Needless to say.
【0127】〈感光性ペーストの調製〉 (1)有機成分の調製 ヒドロキシプロピルセルロース2g、ペンタエリスリト
ールトリアクリレート8g、光重合開始剤(チバガイキ
ー製、イルガキュア18000)0.5gおよびエチル
セルソルブ8gを混合し、混合溶液を均質で透明になる
まで撹拌した。<Preparation of Photosensitive Paste> (1) Preparation of Organic Component 2 g of hydroxypropylcellulose, 8 g of pentaerythritol triacrylate, 0.5 g of a photopolymerization initiator (Irgacure 18000, manufactured by Cibagaiki) and 8 g of ethyl cellosolve were mixed. The mixture was stirred until homogeneous and clear.
【0128】(2)PZT粒子への感光性の付与 上記した各PZT粒子20gにヒドロキシエチルメタク
リレート0.6gおよびメタノール40gを加え、混合
溶液を室温で2時間撹拌した。その後、溶液を40℃の
温度で減圧乾燥させてメタノールを除去し、PZT粒子
の表面に光反応性基を導入した。(2) Addition of Photosensitivity to PZT Particles To 20 g of each of the above PZT particles, 0.6 g of hydroxyethyl methacrylate and 40 g of methanol were added, and the mixed solution was stirred at room temperature for 2 hours. Thereafter, the solution was dried under reduced pressure at a temperature of 40 ° C. to remove methanol, and photoreactive groups were introduced on the surfaces of the PZT particles.
【0129】(3)有機成分/PZT粒子混合物(感光
性ペースト)の調製 上記(1)で得られた有機成分の溶液1.5gに、上記
(2)で得られたPZT粒子9gおよび微量成分のそれ
ぞれ所定量を室温で混合し、感光性ペーストを調製し
た。(3) Preparation of Organic Component / PZT Particle Mixture (Photosensitive Paste) 9 g of the PZT particles obtained in (2) and a trace component were added to 1.5 g of the solution of the organic component obtained in (1). Were mixed at room temperature to prepare a photosensitive paste.
【0130】〈圧電体素子の作成〉 〔実施例22〜30〕図1に示したような構成のインク
ジェット式プリンタヘッド用の圧電体素子を作成するた
めに、振動板となる厚さ10μmのジルコニア基板上
に、下部電極として厚さ0.5μmのPt膜をスパッタ
法で形成し、その下部電極上に、上記した感光性ペース
トをスクリーン印刷法により塗布した。このとき、焼成
後の圧電体膜の厚さが5μmとなるようにペースト膜厚
を調整した。そして、ペースト膜を70℃の温度で30
分乾燥させた。このPZT粒子を含有した感光性ペース
ト膜を、250Wの超高圧水銀灯を有するマスクアライ
ナー露光装置(ミカサ製、M−2L)を用いて20秒間
露光した。露光後のペースト膜を15秒間メタノールで
スプレー現像し、200μm×3mmのパターンを作成
した。<Preparation of Piezoelectric Element> [Examples 22 to 30] In order to prepare a piezoelectric element for an ink jet printer head having the configuration shown in FIG. 1, zirconia having a thickness of 10 μm serving as a diaphragm was prepared. A Pt film having a thickness of 0.5 μm was formed as a lower electrode on the substrate by a sputtering method, and the above-mentioned photosensitive paste was applied on the lower electrode by a screen printing method. At this time, the paste film thickness was adjusted so that the thickness of the fired piezoelectric film was 5 μm. Then, the paste film is heated at 70 ° C. for 30 minutes.
And dried. The photosensitive paste film containing the PZT particles was exposed for 20 seconds using a mask aligner exposure apparatus (M-2L, manufactured by Mikasa) having a 250 W ultra-high pressure mercury lamp. The paste film after the exposure was spray-developed with methanol for 15 seconds to form a 200 μm × 3 mm pattern.
【0131】得られたPZT粒子含有ペースト膜を所定
の焼成条件で加熱することにより、緻密な構造の圧電体
膜を得た。得られた圧電体膜上に、上部電極としてメタ
ルマスクを通しAuをスパッタ法により成膜し、圧電体
素子を作成した。The obtained PZT particle-containing paste film was heated under predetermined firing conditions to obtain a piezoelectric film having a dense structure. On the obtained piezoelectric film, Au was formed by a sputtering method through a metal mask as an upper electrode to form a piezoelectric element.
【0132】得られた圧電体素子の評価は、30Vの電
圧印加時における素子の振動幅を、Tencor段差計
を用いて測定することにより行った。圧電体素子作成に
使用したPZT粒子の種類、微量成分の種類および量、
焼成条件ならびに評価結果を表2にまとめて示す。The obtained piezoelectric element was evaluated by measuring the vibration width of the element when a voltage of 30 V was applied, using a Tencor step meter. The type of PZT particles used for making the piezoelectric element, the type and amount of trace components,
Table 2 summarizes the firing conditions and the evaluation results.
【0133】[0133]
【表2】 [Table 2]
【0134】〔比較例12〜16〕PZT−0.15、
PZT−0.2、PZT−LQ、PZT−LaおよびP
ZT−Nbの各PZT微粒子を用いて、上記した実施例
と同様の方法により、GeおよびBiを含有しない圧電
体膜を備えた圧電体素子の作成を試みた。しかしなが
ら、実施例と同様の950℃以下の温度での焼成では、
振動可能な圧電体素子を作成することはできなかった。
圧電体膜の緻密化を進行させるために、焼成温度をさら
に高くして、圧電体素子の作成を試みたが、目的とする
変位可能な圧電体素子を得ることはできなかった。これ
は、焼成過程においてジルコニア基板(振動板)や下部
電極材料がPZTとの反応により劣化して圧電体素子の
破損を招いたことによるものと考えられる。[Comparative Examples 12 to 16] PZT-0.15,
PZT-0.2, PZT-LQ, PZT-La and P
Using each PZT fine particle of ZT-Nb, an attempt was made to produce a piezoelectric element having a piezoelectric film containing neither Ge nor Bi in the same manner as in the above-described embodiment. However, in the firing at a temperature of 950 ° C. or lower as in the example,
A vibrating piezoelectric element could not be produced.
In order to advance the densification of the piezoelectric film, the firing temperature was further increased, and an attempt was made to produce a piezoelectric element. However, an intended displaceable piezoelectric element could not be obtained. This is considered to be due to the fact that the zirconia substrate (vibrating plate) and the lower electrode material deteriorated due to the reaction with PZT during the firing process, resulting in breakage of the piezoelectric element.
【0135】表2から分かるように、この発明の実施例
によると、950℃以下の焼成温度で、十分大きな振幅
幅を有する圧電体素子を得ることが可能である。As can be seen from Table 2, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a piezoelectric element having a sufficiently large amplitude width at a firing temperature of 950 ° C. or lower.
【0136】上記した実施例24と同じ条件で圧電体素
子をジルコニア基板(振動板)上に50個並列させて形
成したものを用いて、50個のノズルを有するインクジ
ェット式プリンタヘッドを作成した。そのプリンタヘッ
ドの概略構成を、図4に縦断面図で示す。図4におい
て、符号18は、ノズル19が形成されたノズル板を、
符号20は、ノズル19に連通するインク室21および
インク室21に連通するインク供給路22が形成された
流路板を、符号23は、ジルコニア基板を、符号24
は、下部電極25、圧電体膜26および上部電極27で
形成されてアクチュエータを構成する圧電体素子をそれ
ぞれ示す。ノズル板18の材料にはステンレス鋼を用
い、流路板20の材料にはシリコンを用いた。インク室
21には、インク供給路22を通してインクタンク(図
示せず)からインクの供給が行われるようになってい
る。このインクジェット式プリンタヘッドを用いてイン
クの吐出試験を行ったところ、30V、3kHzの駆動
条件において平均吐出速度8.2m/secのインク吐
出が確認された。これにより、本発明の圧電体素子がイ
ンクジェット式プリンタヘッドとして有用であることが
分かった。An ink jet printer head having 50 nozzles was prepared by using 50 piezoelectric elements formed in parallel on a zirconia substrate (diaphragm) under the same conditions as in Example 24 described above. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the printer head. In FIG. 4, reference numeral 18 denotes a nozzle plate on which the nozzle 19 is formed,
Reference numeral 20 denotes a flow path plate in which an ink chamber 21 communicating with the nozzle 19 and an ink supply path 22 communicating with the ink chamber 21 are formed. Reference numeral 23 denotes a zirconia substrate.
Indicates a piezoelectric element that is formed by the lower electrode 25, the piezoelectric film 26, and the upper electrode 27 and constitutes an actuator. Stainless steel was used for the material of the nozzle plate 18, and silicon was used for the material of the flow path plate 20. The ink is supplied to the ink chamber 21 from an ink tank (not shown) through an ink supply path 22. When an ink ejection test was performed using this ink jet printer head, ink ejection at an average ejection speed of 8.2 m / sec was confirmed under driving conditions of 30 V and 3 kHz. This proved that the piezoelectric element of the present invention was useful as an ink jet printer head.
【0137】〈超音波モータ用圧電体素子の作成〉 〔実施例31〕上記した実施例3で得られた焼成体を、
外径80mm、内径60mm、厚み0.5mmのリング
板状に加工した後、図3に示したパターンで分極処理し
た。そして、素子の片面のみに、図3に示したようにA
電極およびB電極(E電極はアース電極)を形成した。
得られた圧電体素子のA電極にV0sinωt、B電極
に位相が90°遅れたV0cosωtの各交流電圧をそ
れぞれ印加した。この結果、素子に弾性波が発生するこ
とが確認された。これにより、本発明の圧電体素子が超
音波モータ用駆動部として有用であることが分かった。<Preparation of Piezoelectric Element for Ultrasonic Motor> Example 31 The fired body obtained in Example 3 was used
After processing into a ring plate having an outer diameter of 80 mm, an inner diameter of 60 mm, and a thickness of 0.5 mm, polarization processing was performed in the pattern shown in FIG. Then, as shown in FIG. 3, A
An electrode and a B electrode (E electrode is a ground electrode) were formed.
An AC voltage of V 0 sinωt was applied to the A electrode of the obtained piezoelectric element, and a V 0 cosωt with a phase delay of 90 ° was applied to the B electrode. As a result, it was confirmed that an elastic wave was generated in the element. Thereby, it turned out that the piezoelectric element of the present invention is useful as a drive unit for an ultrasonic motor.
【0138】[0138]
【発明の効果】請求項1に係る発明によると、低温での
焼成により得られかつ優れた圧電特性を保持するPZT
系磁器組成物を提供することができる。また、請求項2
に係る発明によると、より優れた圧電特性を有するPZ
T系磁器組成物を提供することができる。According to the first aspect of the present invention, a PZT which is obtained by firing at a low temperature and maintains excellent piezoelectric characteristics.
A porcelain composition can be provided. Claim 2
According to the invention according to the invention, PZ having more excellent piezoelectric properties
A T-based porcelain composition can be provided.
【0139】請求項3に係る発明の磁器組成物は、より
緻密な構造を有しより優れた圧電特性を保持する。請求
項4に係る発明の磁器組成物は、さらに緻密な構造を有
し、さらに優れた圧電特性を保有する。The porcelain composition according to the third aspect of the present invention has a denser structure and retains more excellent piezoelectric characteristics. The porcelain composition of the invention according to claim 4 has a more dense structure and possesses more excellent piezoelectric properties.
【0140】請求項5に係る発明の磁器組成物は、安定
した圧電特性を有し、優れた耐リーク性を持つ。また、
請求項6に係る発明の磁器組成物は、より安定した圧電
特性を有し、より優れた耐リーク性を持つ。The porcelain composition of the invention according to claim 5 has stable piezoelectric properties and excellent leak resistance. Also,
The porcelain composition of the invention according to claim 6 has more stable piezoelectric properties and more excellent leak resistance.
【0141】請求項7ないし請求項12に係る各発明の
製造方法によると、上記した特性を有するPZT系磁器
組成物を好適に製造することができる。そして、請求項
7および請求項9に係る各発明の製造方法によると、磁
器組成物の焼成が容易になり、また特に、ペーストを調
製し成膜する場合には、パッキング密度が向上する。According to the manufacturing method of each of the inventions according to the seventh to twelfth aspects, a PZT-based porcelain composition having the above characteristics can be suitably manufactured. According to the manufacturing method of each of the inventions according to claims 7 and 9, the firing of the porcelain composition is facilitated, and the packing density is improved particularly when a paste is prepared and formed into a film.
【0142】請求項8および請求項10に係る各発明の
製造方法によると、PZT粒子またはPZT系粒子を固
相反応により低温で合成することができ、また、粒径の
小さい粒子を合成することができ、所望の粒径のPZT
粒子またはPZT系粒子を得るための粉砕工程も容易に
なり、その粉砕時における汚染も低減する。According to the production method of each of the eighth and tenth aspects of the present invention, PZT particles or PZT-based particles can be synthesized at a low temperature by a solid-phase reaction, and particles having a small particle size can be synthesized. PZT of desired particle size
The pulverization step for obtaining particles or PZT-based particles is also facilitated, and contamination during the pulverization is reduced.
【0143】請求項11および請求項12に係る各発明
の製造方法によると、Ge成分およびBi成分を、それ
が効率良く有効に機能するようにPZT系磁器組成物中
に存在させることができる。According to the manufacturing method of each of the eleventh and twelfth aspects of the present invention, the Ge component and the Bi component can be present in the PZT-based porcelain composition so that they function efficiently and effectively.
【0144】請求項13に係る発明の圧電体素子は、成
膜あるいは成形した後に焼成して圧電体部材を形成する
場合に、焼成温度を低温化することができ、圧電体部材
が優れた圧電特性を保持する。The piezoelectric element according to the thirteenth aspect of the present invention is capable of lowering the firing temperature when a piezoelectric member is formed by firing after forming or forming a film, and the piezoelectric member has an excellent piezoelectric member. Maintain characteristics.
【0145】請求項14に係る発明の圧電体素子は、下
部電極上に成膜した後に焼成して圧電体膜を形成する、
といった方法により作成した場合でも、下部電極や基板
(振動板)の、焼成過程で受けるダメージが小さく、ま
た、電極や基板などの材料選択の幅が広がり、圧電体膜
が優れた圧電特性を保持する。The piezoelectric element according to the fourteenth aspect of the present invention forms a piezoelectric film by forming a film on the lower electrode and then firing the film.
In this case, the lower electrode and the substrate (diaphragm) receive less damage during the firing process, and the choice of materials for the electrode and the substrate is expanded, and the piezoelectric film retains excellent piezoelectric characteristics. I do.
【0146】請求項15に係る発明の圧電体素子では、
確実に有効な振動が得られ、駆動電圧もそれほど大きく
する必要が無い。In the piezoelectric element according to the fifteenth aspect,
Effective vibration can be reliably obtained, and the drive voltage does not need to be so large.
【0147】請求項16に係る発明の圧電体素子は、超
音波モータの駆動部として用いられ、成形後に焼成して
圧電体薄板を形成する過程での焼成温度を低温化するこ
とができ、圧電体薄板が優れた圧電特性を保持する。The piezoelectric element of the invention according to claim 16 is used as a drive unit of an ultrasonic motor, and can reduce the firing temperature in the process of forming a piezoelectric thin plate by firing after molding, The body plate retains excellent piezoelectric properties.
【0148】請求項17ないし請求項22に係る各発明
の製造方法によると、請求項14に係る発明の、上記し
た特性を有する圧電体素子を、従来と比較してより簡易
な製造工程により製造することができ、請求項15に係
る発明の圧電体素子のように、厚みが1μm〜25μm
と薄い圧電体膜を形成することができる。According to the manufacturing method of each of the seventeenth to twenty-second aspects of the invention, the piezoelectric element having the above-described characteristics of the fourteenth aspect of the present invention is manufactured by a simpler manufacturing process as compared with the related art. The thickness is 1 μm to 25 μm as in the piezoelectric element of the invention according to claim 15.
Thus, a thin piezoelectric film can be formed.
【0149】請求項23および請求項24に係る各発明
の製造方法によると、請求項16に係る発明の、上記し
た特性を有する圧電体素子を、従来と比較してより簡易
な製造工程により製造することができる。According to the manufacturing method of the twenty-third and twenty-fourth aspects of the present invention, the piezoelectric element having the above-mentioned characteristics of the sixteenth aspect of the present invention is manufactured by a simpler manufacturing process than the conventional one. can do.
【0150】請求項25に係る発明のインクジェット式
プリンタヘッドは、アクチュエータとして、上記特性を
有する圧電体素子を具備していることにより、高性能化
が図られる。The ink jet printer head according to the twenty-fifth aspect of the present invention has a high performance by being provided with a piezoelectric element having the above characteristics as an actuator.
【0151】請求項26に係る発明の超音波モータは、
超音波振動を発生する駆動部として、上記特性を有する
圧電体素子を具備していることにより、高性能化が図ら
れる。The ultrasonic motor according to the twenty-sixth aspect of the present invention
By providing a piezoelectric element having the above characteristics as a drive unit that generates ultrasonic vibration, high performance can be achieved.
【図1】圧電体素子がアクチュエータに用いられたイン
クジェット式プリンタヘッドの構成の1例を示し、一部
を拡大して模式的に示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of a configuration of an ink-jet printer head in which a piezoelectric element is used for an actuator, and schematically shows a partially enlarged view.
【図2】圧電体素子が駆動部に用いられた超音波モータ
の1構成例を示す概略縦断面図である。FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing one configuration example of an ultrasonic motor in which a piezoelectric element is used for a drive unit.
【図3】図2に示した超音波モータの圧電体素子を裏面
側から見た平面図である。FIG. 3 is a plan view of a piezoelectric element of the ultrasonic motor shown in FIG. 2 as viewed from a back surface side.
【図4】この発明の実施例で作成したインクジェット式
プリンタヘッドの概略構成を示す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an ink jet printer head produced in an embodiment of the present invention.
1 ヘッド基台 2、21 インク室 3、23 振動板 4 アクチュエータ 5、24 圧電体素子 6、25 下部電極 7、26 圧電体膜 8、27 上部電極 9 電源 10 ステータ 11 圧電体素子 12 弾性リング 13 スライダ 14 ロータ 15 圧電体薄板 16 分割電極 17 一部分割電極 18 ノズル板 19 ノズル 20 流路板 22 インク供給路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head base 2, 21 Ink chamber 3, 23 Vibrating plate 4 Actuator 5, 24 Piezoelectric element 6, 25 Lower electrode 7, 26 Piezoelectric film 8, 27 Upper electrode 9 Power supply 10 Stator 11 Piezoelectric element 12 Elastic ring 13 Slider 14 Rotor 15 Piezoelectric thin plate 16 Divided electrode 17 Partially divided electrode 18 Nozzle plate 19 Nozzle 20 Flow path plate 22 Ink supply path
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成12年3月8日(2000.3.8)[Submission date] March 8, 2000 (200.3.8)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0036[Correction target item name] 0036
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0036】請求項18に係る発明は、基板の表面に下
部電極を形成する工程と、前記下部電極上に、請求項5
または請求項6記載の圧電体磁器組成物からなる圧電体
膜を形成する工程と、前記圧電体膜上に上部電極を形成
する工程と、を含む圧電体素子の製造方法であって、化
学式Pb(Zr1−xTix)O3−yLa2O
3(0.2<x≦1)、Pb(Zr1−xTix)O3
−yNb2O5(0.2<x≦1)またはPb(Zr
1−xTix)O3−yLa2O3−zNb2O
5(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物を含
む組成物を使用して前記下部電極上に成膜した後、その
組成膜を加熱処理して、前記圧電体膜を形成することを
特徴とする。上記した各化学式中のy、zは、請求項5
または請求項6記載のPZT系磁器組成物におけるLa
2O3またはNb2O5の含有割合に対応した値(PZ
Tに対するモル比)である。The invention according to claim 18 is a step of forming a lower electrode on the surface of the substrate, and forming the lower electrode on the lower electrode.
7. A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising: a step of forming a piezoelectric film made of the piezoelectric ceramic composition according to claim 6; and a step of forming an upper electrode on the piezoelectric film. (Zr 1-x Ti x) O 3 -yLa 2 O
3 (0.2 <x ≦ 1) , Pb (Zr 1-x Ti x) O 3
-YNb 2 O 5 (0.2 <x ≦ 1) or Pb (Zr
1-x Ti x) O 3 -yLa 2 O 3 -zNb 2 O
5 After forming a film on the lower electrode using a composition containing a composite oxide having a composition represented by (0.2 <x ≦ 1), the composition film is subjected to a heat treatment to form the piezoelectric film. Is formed. In the above chemical formulas, y and z are as defined in claim 5.
Or La in the PZT-based porcelain composition according to claim 6.
(PZ) corresponding to the content ratio of 2 O 3 or Nb 2 O 5
Molar ratio to T).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/187 H01L 41/22 A 41/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 41/187 H01L 41/22 A 41/24
Claims (26)
3(0.2<x≦1)で表される複合酸化物を主成分と
する圧電体磁器組成物において、 GeO2を0.01重量%〜10重量%およびBi2O
3を0.01重量%〜10重量%含むことを特徴とする
圧電体磁器組成物。1. A chemical formula Pb (Zr 1-x Ti x ) O
3 (0.2 <x ≦ 1) In a piezoelectric ceramic composition containing a complex oxide as a main component, 0.01% to 10% by weight of GeO 2 and Bi 2 O
3. A piezoelectric ceramic composition containing 0.01 to 10% by weight of No. 3 .
よびBi2O3が0.01重量%〜5重量%含まれた請
求項1記載の圧電体磁器組成物。2. The piezoelectric ceramic composition according to claim 1, wherein the composition contains 0.01% to 5% by weight of GeO 2 and 0.01% to 5% by weight of Bi 2 O 3 .
5〜2.5である請求項1または請求項2記載の圧電体
磁器組成物。3. The weight ratio of Bi 2 O 3 / GeO 2 is 0.0
3. The piezoelectric ceramic composition according to claim 1, wherein the composition is 5 to 2.5.
〜0.8である請求項3記載の圧電体磁器組成物。4. The weight ratio of Bi 2 O 3 / GeO 2 is 0.1.
4. The piezoelectric ceramic composition according to claim 3, wherein the ratio is from 0.8 to 0.8.
0.01重量%〜10重量%含まれた請求項1ないし請
求項4のいずれかに記載の圧電体磁器組成物。5. The piezoelectric ceramic composition according to claim 1, wherein La 2 O 3 and / or Nb 2 O 3 are contained in an amount of 0.01% by weight to 10% by weight.
0.01重量%〜5重量%含まれた請求項5記載の圧電
体磁器組成物。6. The piezoelectric ceramic composition according to claim 5, wherein La 2 O 3 and / or Nb 2 O 3 are contained in an amount of 0.01 to 5% by weight.
載の圧電体磁器組成物を製造する方法において、 原料として、化学式Pb(Zr1−xTix)O
3(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物から
なり平均粒径が0.05μm〜0.5μmである粒子を
用いることを特徴とする、圧電体磁器組成物の製造方
法。7. The method for producing a piezoelectric ceramic composition according to claim 1, wherein the raw material is a chemical formula of Pb (Zr 1-x Ti x ) O.
3. Production of a piezoelectric ceramic composition characterized by using particles composed of a composite oxide having a composition represented by (0.2 <x ≦ 1) and having an average particle diameter of 0.05 μm to 0.5 μm. Method.
ix)2O4(0.2<x≦1)で表される組成の酸化
物とPbOとを出発原料として得られたペロブスカイト
型構造を有する複合酸化物からなる請求項7記載の、圧
電体磁器組成物の製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the particles have a chemical formula (Zr 1-x T)
i x) 2 O 4 (0.2 < according to claim 7, wherein a complex oxide having the resulting perovskite structure as a starting material and oxide and PbO having a composition represented by x ≦ 1), piezoelectric A method for producing a body porcelain composition.
器組成物を製造する方法において、 原料として、化学式Pb(Zr1−xTix)O3−y
La2O3(0.2<x≦1)、Pb(Zr1−xTi
x)O3−yNb2O5(0.2<x≦1)またはPb
(Zr1−xTix)O3−yLa2O3−zNb2O
5(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物から
なり平均粒径が0.05μm〜0.5μmである粒子を
用いることを特徴とする、圧電体磁器組成物の製造方
法。9. A method of making a claim 5 or claim 6 piezoelectric ceramic composition according, as a raw material, chemical formula Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 -y
La 2 O 3 (0.2 <x ≦ 1), Pb (Zr 1-x Ti
x) O 3 -yNb 2 O 5 (0.2 <x ≦ 1) or Pb
(Zr 1-x Ti x) O 3 -yLa 2 O 3 -zNb 2 O
5. Production of a piezoelectric ceramic composition, characterized by using particles composed of a composite oxide having a composition represented by (0.2 <x ≦ 1) and having an average particle diameter of 0.05 μm to 0.5 μm. Method.
x)2O4(0.2<x≦1)で表される組成の酸化物
とPbOとLa2O3および/またはNb2O5とを出
発原料として得られたペロブスカイト型構造を有する複
合酸化物からなる請求項9記載の、圧電体磁器組成物の
製造方法。10. The method according to claim 1, wherein the particles have a chemical formula (Zr 1-x Ti
x) 2 O 4 (0.2 <composite including an oxide and PbO and La 2 O 3 and / or Nb 2 O 5 and the resulting perovskite structure as a starting material represented by the composition by x ≦ 1) The method for producing a piezoelectric ceramic composition according to claim 9, comprising an oxide.
アルコキシドもしくは金属塩またはそれらの溶液として
前記粒子に添加したスラリーまたはペーストを調製する
工程を経る請求項7ないし請求項10のいずれかに記載
の、圧電体磁器組成物の製造方法。11. The method according to claim 7, further comprising a step of preparing a slurry or a paste in which the Ge component and the Bi component are added to the particles as an alkoxide or a metal salt or a solution thereof, respectively. A method for producing a piezoelectric ceramic composition.
Nb成分を、それぞれアルコキシドもしくは金属塩また
はそれらの溶液として添加したスラリーまたはペースト
を調製する工程を経る請求項7または請求項8記載の、
圧電体磁器組成物の製造方法。12. The method according to claim 7, which comprises a step of preparing a slurry or a paste in which the Ge component, Bi component, La component and Nb component are added as alkoxides or metal salts or their solutions, respectively.
A method for producing a piezoelectric ceramic composition.
で構成された圧電体素子において、前記圧電体部材を、
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の圧電体磁器
組成物で形成したことを特徴とする圧電体素子。13. A piezoelectric element comprising at least a piezoelectric member and a plurality of electrodes, wherein the piezoelectric member is
A piezoelectric element formed of the piezoelectric ceramic composition according to any one of claims 1 to 6.
の圧電体膜を挟むように上部電極および下部電極が配設
された請求項13記載の圧電体素子。14. The piezoelectric element according to claim 13, wherein the piezoelectric member is a piezoelectric film, and an upper electrode and a lower electrode are provided so as to sandwich the piezoelectric film.
mである請求項14記載の圧電体素子。15. The thickness of the piezoelectric film is 1 μm to 25 μm.
The piezoelectric element according to claim 14, wherein m is m.
電体薄板であり、その圧電体薄板の両面にそれぞれ所定
のパターンで電極が配設された請求項13記載の圧電体
素子。16. The piezoelectric element according to claim 13, wherein the piezoelectric member is a polarized piezoelectric thin plate, and electrodes are provided on both surfaces of the piezoelectric thin plate in a predetermined pattern.
と、 前記下部電極上に、請求項1ないし請求項6のいずれか
に記載の圧電体磁器組成物からなる圧電体膜を形成する
工程と、 前記圧電体膜上に上部電極を形成する工程と、を含む圧
電体素子の製造方法であって、 化学式Pb(Zr1−xTix)O3(0.2<x≦
1)で表される組成の複合酸化物を含む組成物を使用し
て前記下部電極上に成膜した後、その組成膜を加熱処理
して、前記圧電体膜を形成することを特徴とする、圧電
体素子の製造方法。17. A step of forming a lower electrode on a surface of a substrate, and a step of forming a piezoelectric film made of the piezoelectric ceramic composition according to claim 1 on the lower electrode. When a method for manufacturing a piezoelectric element comprising a step, the forming an upper electrode on the piezoelectric film, the chemical formula Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (0.2 <x ≦
After forming a film on the lower electrode using a composition containing a composite oxide having the composition represented by 1), the composition film is subjected to a heat treatment to form the piezoelectric film. And a method for manufacturing a piezoelectric element.
と、 前記下部電極上に、請求項5または請求項6記載の圧電
体磁器組成物からなる圧電体膜を形成する工程と、 前記圧電体膜上に上部電極を形成する工程と、を含む圧
電体素子の製造方法であって、 化学式Pb(Zr1−xTix)O3−yLa2O
3(0.2<x≦1)、Pb(Zr1−xTix)O3
−yNb2O5(0.2<x≦1)またはPb(Zr
1−xTix)O3−yLa2O3−zNb2O
5(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物を含
む組成物を使用して前記下部電極上に成膜した後、その
組成膜を加熱処理して、前記圧電体膜を形成することを
特徴とする、圧電体素子の製造方法。18. A step of forming a lower electrode on a surface of a substrate; a step of forming a piezoelectric film made of the piezoelectric ceramic composition according to claim 5 on the lower electrode; forming an upper electrode on the body layer, a method of manufacturing a piezoelectric element comprising the chemical formula Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 -yLa 2 O
3 (0.2 <x ≦ 1) , Pb (Zr 1-x Ti x) O 3
-YNb 2 O 5 (0.2 <x ≦ 1) or Pb (Zr
1-x Ti x) O 3 -yLa 2 O 3 -zNb 2 O
5 After forming a film on the lower electrode using a composition containing a composite oxide having a composition represented by (0.2 <x ≦ 1), the composition film is subjected to a heat treatment to form the piezoelectric film. Forming a piezoelectric element.
に、GeおよびBiの各アルコキシドもしくは金属塩ま
たはそれらの溶液を用いて、前記組成物が調製される請
求項17または請求項18記載の、圧電体素子の製造方
法。19. The piezoelectric material according to claim 17, wherein the composition is prepared using particles made of the composite oxide, alkoxides or metal salts of Ge and Bi, or a solution thereof. Method for manufacturing a body element.
にGe、Bi、LaおよびNbの各アルコキシドもしく
は金属塩またはそれらの溶液を用いて、前記組成物が調
製される請求項17記載の、圧電体素子の製造方法。20. The piezoelectric body according to claim 17, wherein the composition is prepared using particles of the composite oxide, and alkoxides or metal salts of Ge, Bi, La, and Nb, or a solution thereof. Device manufacturing method.
感光性有機ポリマーを含む感光性組成物が使用され、成
膜後に、感光性組成膜に所定のパターンを焼き付け、現
像して、所定のパターンを有する感光性組成膜を形成し
た後、加熱処理が行われる請求項17ないし請求項20
のいずれかに記載の、圧電体素子の製造方法。21. A photosensitive composition containing at least a photosensitive organic polymer is used as the composition. After forming the film, a predetermined pattern is printed on the photosensitive composition film and developed to have a predetermined pattern. 21. A heat treatment is performed after forming the photosensitive composition film.
The method for producing a piezoelectric element according to any one of the above.
50℃の温度で行われる請求項17ないし請求項21の
いずれかに記載の、圧電体素子の製造方法。22. The heat treatment of the composition film is performed at 600 ° C. to 9 ° C.
22. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 17, which is performed at a temperature of 50 ° C.
記載の圧電体磁器組成物からなる圧電体薄板を形成する
工程と、 前記圧電体薄板の両面にそれぞれ所定のパターンで電極
を形成する工程と、 前記圧電体薄板に分極処理を施す工程と、を含む圧電体
素子の製造方法であって、 化学式Pb(Zr1−xTix)O3(0.2<x≦
1)で表される組成の複合酸化物を含む組成物を使用し
て薄板材を形成した後、その薄板材を加熱処理して、前
記圧電体薄板を形成することを特徴とする、圧電体素子
の製造方法。23. A step of forming a piezoelectric thin plate made of the piezoelectric ceramic composition according to claim 1, and forming electrodes in a predetermined pattern on both surfaces of the piezoelectric thin plate. a step, a method of manufacturing a piezoelectric element comprising the steps of applying a polarization treatment to the piezoelectric sheet, the chemical formula Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (0.2 <x ≦
Forming a thin plate using a composition containing a composite oxide having a composition represented by 1), and then heating the thin plate to form the piezoelectric thin plate; Device manufacturing method.
磁器組成物からなる圧電体薄板を形成する工程と、 前記圧電体薄板の両面にそれぞれ所定のパターンで電極
を形成する工程と、 前記圧電体薄板に分極処理を施す工程と、を含む圧電体
素子の製造方法であって、 化学式Pb(Zr1−xTix)O3−yLa2O
3(0.2<x≦1)、Pb(Zr1−xTix)O3
−yNb2O5(0.2<x≦1)またはPb(Zr
1−xTix)O3−yLa2O3−zNb2O
5(0.2<x≦1)で表される組成の複合酸化物を含
む組成物を使用して薄板材を形成した後、その薄板材を
加熱処理して、前記圧電体薄板を形成することを特徴と
する、圧電体素子の製造方法。24. A step of forming a piezoelectric thin plate made of the piezoelectric ceramic composition according to claim 5, or a step of forming electrodes in a predetermined pattern on both surfaces of the piezoelectric thin plate. Subjecting the piezoelectric thin plate to a polarization process, comprising the steps of: chemical formula Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 -yLa 2 O
3 (0.2 <x ≦ 1) , Pb (Zr 1-x Ti x) O 3
-YNb 2 O 5 (0.2 <x ≦ 1) or Pb (Zr
1-x Ti x) O 3 -yLa 2 O 3 -zNb 2 O
5 After forming a thin plate using a composition containing a composite oxide having a composition represented by (0.2 <x ≦ 1), the thin plate is heated to form the piezoelectric thin plate. A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising:
を有し、そのインクノズルに連通したインク室の容積を
アクチュエータによって変化させ、前記インクノズルか
らインクを噴射させるようにしたインクジェット式プリ
ンタヘッドにおいて、 前記アクチュエータに、請求項13ないし請求項15の
いずれかに記載の圧電体素子を用いたことを特徴とする
インクジェット式プリンタヘッド。25. An ink jet printer head having one or two or more ink nozzles, wherein the volume of an ink chamber connected to the ink nozzle is changed by an actuator to eject ink from the ink nozzle. An ink jet printer head, wherein the actuator uses the piezoelectric element according to any one of claims 13 to 15.
せるステータと、前記進行性振動波によって移動させら
れる移動体とを備えた超音波モータにおいて、 前記駆動部に、請求項13または請求項16記載の圧電
体素子を用いたことを特徴とする超音波モータ。26. An ultrasonic motor including a stator that generates a progressive vibration wave by a driving unit, and a moving body that is moved by the traveling vibration wave. An ultrasonic motor using the piezoelectric element according to any one of the preceding claims.
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