JP2001284668A - 積層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置 - Google Patents
積層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置Info
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Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】１０００℃で低温焼成したとしても圧電特性が
良好で、かつ安価に製造できる積層型圧電素子及び圧電
アクチュエータ並びに噴射装置を提供する。 【解決手段】圧電磁器１と電極３ａ、３ｂを交互に積層
してなる積層型圧電素子５であって、電極３ａ、３ｂが
Ａｇを９０％以上含有するとともに、圧電磁器１がペロ
ブスカイト型複合酸化物を主成分とし、Ａサイト構成元
素としてＰｂを含有し、かつ、Ｂサイト構成元素とし
て、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又は
Ｓｂを含有する。
良好で、かつ安価に製造できる積層型圧電素子及び圧電
アクチュエータ並びに噴射装置を提供する。 【解決手段】圧電磁器１と電極３ａ、３ｂを交互に積層
してなる積層型圧電素子５であって、電極３ａ、３ｂが
Ａｇを９０％以上含有するとともに、圧電磁器１がペロ
ブスカイト型複合酸化物を主成分とし、Ａサイト構成元
素としてＰｂを含有し、かつ、Ｂサイト構成元素とし
て、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又は
Ｓｂを含有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばセラミック
フィルタ、インクジェットプリンタヘッド、圧電トラン
ス、圧電アクチュエータ等に用いられる積層型圧電素
子、及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置に関するも
のである。
フィルタ、インクジェットプリンタヘッド、圧電トラン
ス、圧電アクチュエータ等に用いられる積層型圧電素
子、及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来技術】近年、インクジェットプリンタヘッドや車
載用の燃料噴射弁等の高速連続駆動が要求される用途に
対して圧電アクチュエータの応用が広がりつつある。こ
の圧電アクチュエータは、圧電体に電圧を印可して圧電
体が歪む逆圧電効果を利用するものであり、圧電歪定数
の大きな圧電磁器が要求されている。
載用の燃料噴射弁等の高速連続駆動が要求される用途に
対して圧電アクチュエータの応用が広がりつつある。こ
の圧電アクチュエータは、圧電体に電圧を印可して圧電
体が歪む逆圧電効果を利用するものであり、圧電歪定数
の大きな圧電磁器が要求されている。
【０００３】圧電アクチュエータの静電容量はキュリー
温度付近で爆発的に増大し、その結果、駆動時の応答速
度が低下する。特に、燃料噴射弁に圧電アクチュエータ
を使用する場合、高い雰囲気温度に加えて、連続駆動に
よる自己発熱が加わり、アクチュエータが２００℃程度
の高温に曝される危険性があり、キュリー温度付近の急
激な静電容量の上昇を避ける為に、圧電磁器はこれまで
以上に高いキュリー温度が求められている。
温度付近で爆発的に増大し、その結果、駆動時の応答速
度が低下する。特に、燃料噴射弁に圧電アクチュエータ
を使用する場合、高い雰囲気温度に加えて、連続駆動に
よる自己発熱が加わり、アクチュエータが２００℃程度
の高温に曝される危険性があり、キュリー温度付近の急
激な静電容量の上昇を避ける為に、圧電磁器はこれまで
以上に高いキュリー温度が求められている。
【０００４】さらに、圧電アクチュエータの小型化、低
電圧駆動を可能ならしめるためには、薄層磁器と内部電
極との同時焼成をすることが容易に考えられるが、焼成
温度を１０００℃以下に低下させることによって、鉛の
飛散を抑え、特性の安定化を図ることができる。また、
１０００℃以下の焼成温度にすると鉛の大気中への飛散
が大幅に削減でき、環境汚染の観点でも好ましい。しか
し、１０００℃以下で焼成すると、磁器の緻密化が十分
進まず、圧電特性が低下するという問題があった。
電圧駆動を可能ならしめるためには、薄層磁器と内部電
極との同時焼成をすることが容易に考えられるが、焼成
温度を１０００℃以下に低下させることによって、鉛の
飛散を抑え、特性の安定化を図ることができる。また、
１０００℃以下の焼成温度にすると鉛の大気中への飛散
が大幅に削減でき、環境汚染の観点でも好ましい。しか
し、１０００℃以下で焼成すると、磁器の緻密化が十分
進まず、圧電特性が低下するという問題があった。
【０００５】同時焼成型の積層圧電アクチュエータは、
グリーンシートと内部電極を交互に積層し、一体焼成お
よび電気的配線を行うことによって作製され、圧電現象
を介して発生する変位量を利用するものである。内部電
極には、金属成分としてＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔなどが含まれ
るものが使用されており、金属成分の比率は、融点の低
いＡｇにＰｄやＰｔなどの貴金属を導入し、一体焼成時
に内部電極が溶融する温度を高温側にシフトさせ、溶
融、凝縮による電極の形成不良を回避できるよう金属成
分比が設定されている。
グリーンシートと内部電極を交互に積層し、一体焼成お
よび電気的配線を行うことによって作製され、圧電現象
を介して発生する変位量を利用するものである。内部電
極には、金属成分としてＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔなどが含まれ
るものが使用されており、金属成分の比率は、融点の低
いＡｇにＰｄやＰｔなどの貴金属を導入し、一体焼成時
に内部電極が溶融する温度を高温側にシフトさせ、溶
融、凝縮による電極の形成不良を回避できるよう金属成
分比が設定されている。
【０００６】通常、同時焼成型の積層圧電アクチュエー
タでは、圧電特性を考慮し、圧電磁器の焼結温度に合わ
せ、同時焼成の温度は１１００℃以上となっている。そ
のため、内部電極としてＡｇ／貴金属（ＰｄもしくはＰ
ｔ）の比率は、電極の形成不良が発生しないよう、金属
成分中のＡｇ量は７０重量％以下のものが使用されてい
るが、コスト低減の観点から、Ａｇの比率は大きい方が
有利であることから、１０００℃以下の低温で焼成が可
能で、製造コストを低減できる圧電磁器材料が要望され
ていた。そこで、キュリー温度を高く維持するととも
に、圧電歪定数を大きくするために、従来からＰｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ、ジルコン酸チタン酸鉛）にキ
ュリー温度が１４０℃と比較的高い複合ペロブスカイト
化合物Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固溶させることに
よって優れた圧電特性と高いキュリー温度とを有する圧
電材料が開示されている。例えば、ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ
ＴｉＯ3（ジルコン酸チタン酸鉛）に複合ペロブスカイ
ト化合物Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/ 3）を固溶させ、Ｐｂサイ
トの一部をＬａ等の希土類元素やアルカリ土類元素で置
換することによって２００℃程度の比較的高いキュリー
温度と大きな圧電歪定数を合わせ持つ組成物が開示され
ている（特開平６−２４８４１号公報）。一方、焼結温
度を低下させた材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3−
Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）
Ｏ3系圧電磁器材料が、特開平９−１９４２５８号公報
に開示されている。
タでは、圧電特性を考慮し、圧電磁器の焼結温度に合わ
せ、同時焼成の温度は１１００℃以上となっている。そ
のため、内部電極としてＡｇ／貴金属（ＰｄもしくはＰ
ｔ）の比率は、電極の形成不良が発生しないよう、金属
成分中のＡｇ量は７０重量％以下のものが使用されてい
るが、コスト低減の観点から、Ａｇの比率は大きい方が
有利であることから、１０００℃以下の低温で焼成が可
能で、製造コストを低減できる圧電磁器材料が要望され
ていた。そこで、キュリー温度を高く維持するととも
に、圧電歪定数を大きくするために、従来からＰｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ、ジルコン酸チタン酸鉛）にキ
ュリー温度が１４０℃と比較的高い複合ペロブスカイト
化合物Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固溶させることに
よって優れた圧電特性と高いキュリー温度とを有する圧
電材料が開示されている。例えば、ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ
ＴｉＯ3（ジルコン酸チタン酸鉛）に複合ペロブスカイ
ト化合物Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/ 3）を固溶させ、Ｐｂサイ
トの一部をＬａ等の希土類元素やアルカリ土類元素で置
換することによって２００℃程度の比較的高いキュリー
温度と大きな圧電歪定数を合わせ持つ組成物が開示され
ている（特開平６−２４８４１号公報）。一方、焼結温
度を低下させた材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3−
Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）
Ｏ3系圧電磁器材料が、特開平９−１９４２５８号公報
に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−２４８４１号公報で開示されているＰｂ（Ｚｎ1/3
Ｎｂ２／3）Ｏ3を固溶させたジルコン酸チタン酸鉛で
は、大きな圧電歪定数を有しているがキュリー温度は、
最大２１０℃と燃料噴射弁用の圧電アクチュエータとし
ては不十分あった。また、この公報に開示された圧電材
料は焼成温度が１１００〜１３００℃程度であり、内部
電極中のＡｇの比率が小さくなり、製造コストが高くな
り、また逆に、このような焼成温度を有する圧電材料に
対してＡｇ比率を高くすると、先に述べたように、内部
電極が焼成の昇温過程で溶融し、降温過程で凝縮するこ
とによって電極の形成不良が発生してしまうといった問
題があった。
６−２４８４１号公報で開示されているＰｂ（Ｚｎ1/3
Ｎｂ２／3）Ｏ3を固溶させたジルコン酸チタン酸鉛で
は、大きな圧電歪定数を有しているがキュリー温度は、
最大２１０℃と燃料噴射弁用の圧電アクチュエータとし
ては不十分あった。また、この公報に開示された圧電材
料は焼成温度が１１００〜１３００℃程度であり、内部
電極中のＡｇの比率が小さくなり、製造コストが高くな
り、また逆に、このような焼成温度を有する圧電材料に
対してＡｇ比率を高くすると、先に述べたように、内部
電極が焼成の昇温過程で溶融し、降温過程で凝縮するこ
とによって電極の形成不良が発生してしまうといった問
題があった。
【０００８】また、特開平９−１９４２５８号公報の圧
電磁器材料は、１０００℃以下での低温焼成を可能とし
た上で、キュリー温度も最大３００℃程度と非常に高い
値を有しているが、室温における誘電率が最大１７００
程度であるため、明確な記載はないが圧電歪定数が小さ
くなり、大きな歪が必要なアクチュエータ用材料には不
向きであった。
電磁器材料は、１０００℃以下での低温焼成を可能とし
た上で、キュリー温度も最大３００℃程度と非常に高い
値を有しているが、室温における誘電率が最大１７００
程度であるため、明確な記載はないが圧電歪定数が小さ
くなり、大きな歪が必要なアクチュエータ用材料には不
向きであった。
【０００９】このように、圧電歪定数の大きな材料は、
キュリー温度が大きく低下してしまう傾向があり、その
ため使用雰囲気が高温となった場合、誘電率が激増し、
応答性が極端に悪化して実用上問題となり、低温焼成の
可能な組成で、かつ高い圧電歪み定数とキュリー温度を
実現した圧電磁器を実現することは困難であった。
キュリー温度が大きく低下してしまう傾向があり、その
ため使用雰囲気が高温となった場合、誘電率が激増し、
応答性が極端に悪化して実用上問題となり、低温焼成の
可能な組成で、かつ高い圧電歪み定数とキュリー温度を
実現した圧電磁器を実現することは困難であった。
【００１０】本発明では、１０００℃以下で低温焼成し
たとしても圧電特性が良好で、かつ安価に製造できる積
層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置を
提供することを目的とする。
たとしても圧電特性が良好で、かつ安価に製造できる積
層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置を
提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の積層型圧電素子
は、圧電磁器と電極を交互に積層してなる積層型圧電素
子であって、前記電極におけるＡｇ量が金属成分中９０
重量％以上であるとともに、前記圧電磁器がペロブスカ
イト型酸化物を主成分とし、Ａサイト構成元素としてＰ
ｂを含有し、かつ、Ｂサイト構成元素として、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又はＳｂを含有す
るものである。
は、圧電磁器と電極を交互に積層してなる積層型圧電素
子であって、前記電極におけるＡｇ量が金属成分中９０
重量％以上であるとともに、前記圧電磁器がペロブスカ
イト型酸化物を主成分とし、Ａサイト構成元素としてＰ
ｂを含有し、かつ、Ｂサイト構成元素として、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又はＳｂを含有す
るものである。
【００１２】圧電磁器がペロブスカイト型酸化物を主成
分とし、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、かつ、
Ｂサイト構成元素として、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃ
ｏと、Ｚｎ及び／又はＳｂを含有することにより、圧電
磁器を１０００℃以下の低温で焼成できるとともに、１
０００℃以下の低温で焼成したとしても、圧電歪み定数
やキュリー温度等の特性を劣化させることがなく、しか
も低温焼成できるため、電極としてＡｇを９０％以上含
有したものを使用することができ、安価に製造できる。
分とし、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、かつ、
Ｂサイト構成元素として、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃ
ｏと、Ｚｎ及び／又はＳｂを含有することにより、圧電
磁器を１０００℃以下の低温で焼成できるとともに、１
０００℃以下の低温で焼成したとしても、圧電歪み定数
やキュリー温度等の特性を劣化させることがなく、しか
も低温焼成できるため、電極としてＡｇを９０％以上含
有したものを使用することができ、安価に製造できる。
【００１３】ここで、圧電磁器が、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3からなる主成分に対して、副成分としてＰｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐ
ｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ
2/3）Ｏ3とを固溶してなることが望ましい。
Ｏ3からなる主成分に対して、副成分としてＰｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐ
ｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ
2/3）Ｏ3とを固溶してなることが望ましい。
【００１４】このように、主成分のＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3に、少なくとも３種類のペロブスカイト型複合酸化
物を固溶させることにより、キュリー温度を高く維持し
つつ圧電歪定数を大きくできるとともに、焼成温度を１
０００℃以下にできるため、Ａｇ比率の高い電極との同
時焼成を可能にし、環境の鉛汚染を低減できる。その結
果、応答速度の温度変化を小さくでき、安定した特性が
得られる。
Ｏ3に、少なくとも３種類のペロブスカイト型複合酸化
物を固溶させることにより、キュリー温度を高く維持し
つつ圧電歪定数を大きくできるとともに、焼成温度を１
０００℃以下にできるため、Ａｇ比率の高い電極との同
時焼成を可能にし、環境の鉛汚染を低減できる。その結
果、応答速度の温度変化を小さくでき、安定した特性が
得られる。
【００１５】また、副成分の含有量を、全量中１０〜２
０モル％とすることにより、さらに圧電磁器の圧電歪み
定数を向上させ、また高いキュリー温度を確保できるの
で好ましい。
０モル％とすることにより、さらに圧電磁器の圧電歪み
定数を向上させ、また高いキュリー温度を確保できるの
で好ましい。
【００１６】また、Ａサイト構成元素として、さらにア
ルカリ土類元素及び／又は希土類元素を含み、該アルカ
リ土類元素及び／又は希土類元素をＡサイト中８モル％
以下含有せしめることが、圧電磁器の圧電歪み定数を向
上させるうえで好ましい。
ルカリ土類元素及び／又は希土類元素を含み、該アルカ
リ土類元素及び／又は希土類元素をＡサイト中８モル％
以下含有せしめることが、圧電磁器の圧電歪み定数を向
上させるうえで好ましい。
【００１７】さらに、圧電磁器が、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3からなる主成分に対して、副成分としてＰｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ３と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、
Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）
Ｏ3とを固溶してなるとともに、ＡサイトのＰｂの一部
をアルカリ土類元素で８モル％以下置換し、かつ、Ｂサ
イトの一部をＮｂで１モル％以下置換することにより、
さらに低温焼成でき、Ａｇ比率の高い電極を用いること
ができるとともに、圧電特性を良好にできる。
Ｏ3からなる主成分に対して、副成分としてＰｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ３と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、
Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）
Ｏ3とを固溶してなるとともに、ＡサイトのＰｂの一部
をアルカリ土類元素で８モル％以下置換し、かつ、Ｂサ
イトの一部をＮｂで１モル％以下置換することにより、
さらに低温焼成でき、Ａｇ比率の高い電極を用いること
ができるとともに、圧電特性を良好にできる。
【００１８】本発明の圧電アクチュエータは、上記した
積層型圧電素子と、電極を交互に接続する一対の外部電
極とを具備してなるものである。このような圧電アクチ
ュエータでは、低温焼成できるため、Ａｇ比率の高い電
極を用いることができ、安価に製造できるとともに、圧
電歪み定数やキュリー温度を高くでき、安定した高い特
性を得ることができる。
積層型圧電素子と、電極を交互に接続する一対の外部電
極とを具備してなるものである。このような圧電アクチ
ュエータでは、低温焼成できるため、Ａｇ比率の高い電
極を用いることができ、安価に製造できるとともに、圧
電歪み定数やキュリー温度を高くでき、安定した高い特
性を得ることができる。
【００１９】また、本発明の噴射装置は、噴射孔を有す
る収納容器と、該収納容器内に収容された上記した圧電
アクチュエータと、該圧電アクチュエータの駆動により
前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備するも
のである。
る収納容器と、該収納容器内に収容された上記した圧電
アクチュエータと、該圧電アクチュエータの駆動により
前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備するも
のである。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の圧電アクチュエータは、
図１に示すように、圧電磁器１と電極３ａ、３ｂを交互
に積層して積層型圧電素子５が形成されており、この積
層型圧電素子５の外面には、電極３ａ、３ｂを交互に接
続する一対の外部電極７ａ、７ｂが形成されている。外
部電極７ａ、７ｂと接続されない電極３ｂ、３ａの端部
には凹溝が形成されており、この凹溝内に絶縁体８を充
填することにより、外部電極７ａ、７ｂと電極３ｂ、３
ａとが絶縁されている。外部電極７ａ、７ｂにはそれぞ
れリード端子９が接続されている。
図１に示すように、圧電磁器１と電極３ａ、３ｂを交互
に積層して積層型圧電素子５が形成されており、この積
層型圧電素子５の外面には、電極３ａ、３ｂを交互に接
続する一対の外部電極７ａ、７ｂが形成されている。外
部電極７ａ、７ｂと接続されない電極３ｂ、３ａの端部
には凹溝が形成されており、この凹溝内に絶縁体８を充
填することにより、外部電極７ａ、７ｂと電極３ｂ、３
ａとが絶縁されている。外部電極７ａ、７ｂにはそれぞ
れリード端子９が接続されている。
【００２１】そして、本発明では、電極３ａ、３ｂの金
属成分中、Ａｇを９０重量％以上含有するものであり、
このようにＡｇを９０重量％以上含有しているため、積
層型圧電素子５自体は１０００℃以下で焼成されてい
る。また、圧電磁器１は、ペロブスカイト型酸化物を主
成分とし、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、か
つ、Ｂサイト構成元素として、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎ
ｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又はＳｂを含有するものであ
る。
属成分中、Ａｇを９０重量％以上含有するものであり、
このようにＡｇを９０重量％以上含有しているため、積
層型圧電素子５自体は１０００℃以下で焼成されてい
る。また、圧電磁器１は、ペロブスカイト型酸化物を主
成分とし、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、か
つ、Ｂサイト構成元素として、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎ
ｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又はＳｂを含有するものであ
る。
【００２２】具体的には、圧電磁器１は、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ３からなる主成分に対して、副成分としてＰｂ
（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3
と、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又はＰｂ（Ｚｎ
1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3とを固溶してなるものである。
Ｔｉ）Ｏ３からなる主成分に対して、副成分としてＰｂ
（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3
と、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又はＰｂ（Ｚｎ
1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3とを固溶してなるものである。
【００２３】ペロブスカイト型酸化物で広く用いられて
いるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（以下、ＰＺＴと記する場
合もある）を主成分とし、副成分として、Ｐｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3およびＰｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固
溶させることにより、圧電歪み定数ｄ33を高めることが
でき、しかもキュリー温度を高く維持することができ
る。また、併せてＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ
（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3の少なくとも１種を固溶させる
ことにより、１０００℃以下の温度で焼成が可能とな
る。副成分を個々に添加しても、キュリー温度、圧電歪
み定数ｄ33および焼成温度を十分に改善できないが、上
記のように、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3に少なくとも特定
の３種のペロブスカイト型酸化物を固溶させることによ
り、これらの特性を同時に改善することができる。な
お、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3は、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉ
Ｏ3との固溶体であり、Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3およ
び（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3で置換するとともに、Ｐｂ
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ
2/3）Ｏ3で置換することで、高いキュリー温度で、大き
な圧電歪定数を有し、低温焼成を実現できる。
いるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（以下、ＰＺＴと記する場
合もある）を主成分とし、副成分として、Ｐｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3およびＰｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固
溶させることにより、圧電歪み定数ｄ33を高めることが
でき、しかもキュリー温度を高く維持することができ
る。また、併せてＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ
（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3の少なくとも１種を固溶させる
ことにより、１０００℃以下の温度で焼成が可能とな
る。副成分を個々に添加しても、キュリー温度、圧電歪
み定数ｄ33および焼成温度を十分に改善できないが、上
記のように、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3に少なくとも特定
の３種のペロブスカイト型酸化物を固溶させることによ
り、これらの特性を同時に改善することができる。な
お、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3は、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉ
Ｏ3との固溶体であり、Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3およ
び（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3で置換するとともに、Ｐｂ
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ
2/3）Ｏ3で置換することで、高いキュリー温度で、大き
な圧電歪定数を有し、低温焼成を実現できる。
【００２４】特に、上記副成分の含有量は全量中１０〜
２０モル％であることが望ましい。これは、この範囲な
らば、圧電歪定数ｄ33を著しく向上できるとともに、キ
ュリー温度を高く維持できるからである。逆に、副成分
の含有量が全量中１０モル％未満では、圧電歪定数ｄ33
向上の効果が顕著ではなく、２０モル％より多いとＰＺ
Ｔの割合が少なくなり、ＰＺＴ自体の有する高いキュリ
ー温度が低下してしまう恐れがあるからである。副成分
の含有量は、高いキュリー温度と大きな圧電歪定数を同
時に達成するという点から、全量中１５〜２０モル％で
あることが特に望ましい。
２０モル％であることが望ましい。これは、この範囲な
らば、圧電歪定数ｄ33を著しく向上できるとともに、キ
ュリー温度を高く維持できるからである。逆に、副成分
の含有量が全量中１０モル％未満では、圧電歪定数ｄ33
向上の効果が顕著ではなく、２０モル％より多いとＰＺ
Ｔの割合が少なくなり、ＰＺＴ自体の有する高いキュリ
ー温度が低下してしまう恐れがあるからである。副成分
の含有量は、高いキュリー温度と大きな圧電歪定数を同
時に達成するという点から、全量中１５〜２０モル％で
あることが特に望ましい。
【００２５】圧電磁器１は、全量中、Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎ
ｂ1/2）Ｏ3を３〜８モル％、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ
3を３〜６モル％、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又
はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3を３〜９モル％が含有す
ることが好適である。
ｂ1/2）Ｏ3を３〜８モル％、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ
3を３〜６モル％、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又
はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3を３〜９モル％が含有す
ることが好適である。
【００２６】さらに、本発明では、圧電磁器１を構成す
るペロブスカイト型酸化物のＡサイト構成元素として、
さらにアルカリ土類元素及び／又は希土類元素を含み、
アルカリ土類元素及び／又は希土類元素をＡサイト中８
モル％以下で含有することが望ましい。
るペロブスカイト型酸化物のＡサイト構成元素として、
さらにアルカリ土類元素及び／又は希土類元素を含み、
アルカリ土類元素及び／又は希土類元素をＡサイト中８
モル％以下で含有することが望ましい。
【００２７】アルカリ土類元素としてはＣａ、Ｓｒ、Ｂ
ａ等があり、希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ等があるが、このうちで
も、ＡサイトのＰｂの一部を置換する元素としては、特
にはＢａが望ましい。
ａ等があり、希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ等があるが、このうちで
も、ＡサイトのＰｂの一部を置換する元素としては、特
にはＢａが望ましい。
【００２８】また、アルカリ土類元素及び／又は希土類
元素をＡサイト中８モル％以下で含有することが望まし
い。これは、圧電磁器の圧電歪定数を高めることができ
るからである。即ち、圧電歪抵抗ｄ33は、電気機械結合
係数Ｋ33と誘電率ε33およびコンプライアンスＳ33によ
り、ｄ33＝Ｋ33（ε33・Ｓ33）1/2と表されるため、Ａ
サイト中にアルカリ土類元素及び／又は希土類元素を含
有させると、誘電率ε 33を高める効果が大きいため、そ
の結果圧電歪定数ｄ33を大きくすることができるからで
ある。一方で、Ａサイト中にアルカリ土類元素及び／又
は希土類元素量が、８モル％を越える割合で含有させる
とキュリー温度の低下が大きくなり、望ましくない。
元素をＡサイト中８モル％以下で含有することが望まし
い。これは、圧電磁器の圧電歪定数を高めることができ
るからである。即ち、圧電歪抵抗ｄ33は、電気機械結合
係数Ｋ33と誘電率ε33およびコンプライアンスＳ33によ
り、ｄ33＝Ｋ33（ε33・Ｓ33）1/2と表されるため、Ａ
サイト中にアルカリ土類元素及び／又は希土類元素を含
有させると、誘電率ε 33を高める効果が大きいため、そ
の結果圧電歪定数ｄ33を大きくすることができるからで
ある。一方で、Ａサイト中にアルカリ土類元素及び／又
は希土類元素量が、８モル％を越える割合で含有させる
とキュリー温度の低下が大きくなり、望ましくない。
【００２９】圧電歪定数ｄ33を向上し、キュリー温度の
低下を防止するという点から、アルカリ土類元素及び／
又は希土類元素は、Ａサイト中４モル％以下で含有する
ことが望ましい。
低下を防止するという点から、アルカリ土類元素及び／
又は希土類元素は、Ａサイト中４モル％以下で含有する
ことが望ましい。
【００３０】さらにまた、ＰＺＴのＢサイトの一部をＮ
ｂで１モル％以下置換すると、電気機械結合係数Ｋ33を
大きくし、その結果圧電歪定数ｄ33を大きくすることが
できるため望ましい。しかし、Ｂサイト中のＮｂ置換量
が１モル％を越える割合で含有させるとその効果が低下
し、電気機械結合係数Ｋ33が低下する傾向にある。
ｂで１モル％以下置換すると、電気機械結合係数Ｋ33を
大きくし、その結果圧電歪定数ｄ33を大きくすることが
できるため望ましい。しかし、Ｂサイト中のＮｂ置換量
が１モル％を越える割合で含有させるとその効果が低下
し、電気機械結合係数Ｋ33が低下する傾向にある。
【００３１】副成分であるＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3
および／またはＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/ 3）Ｏ3の少なくと
も一部をＰｂ（Ｚｎ1/2Ｗ1/2）Ｏ3や、Ｐｂ（Ｆｅ2/3Ｗ
1/3）Ｏ3で置換すると、焼成温度を低下させる効果が著
しくなるため望ましい。
および／またはＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/ 3）Ｏ3の少なくと
も一部をＰｂ（Ｚｎ1/2Ｗ1/2）Ｏ3や、Ｐｂ（Ｆｅ2/3Ｗ
1/3）Ｏ3で置換すると、焼成温度を低下させる効果が著
しくなるため望ましい。
【００３２】本発明では、特に、圧電磁器が、Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3からなる主成分に対して、副成分として
Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ
（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）Ｏ3とを固溶してなるとともに、Ａサ
イトのＰｂの一部をアルカリ土類元素で８モル％以下置
換し、かつ、Ｂサイトの一部をＮｂで１モル％以下置換
することが望ましい。尚、副成分についてはＰｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3、
Ｐｂ（Ｆｅ1/3Ｗ1/2）Ｏ3以外のＰｂ系ペロブスカイト
型複合酸化物を固溶しても良いが、その量は６モル％以
下であれば特に問題はない。
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3からなる主成分に対して、副成分として
Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ
（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）Ｏ3とを固溶してなるとともに、Ａサ
イトのＰｂの一部をアルカリ土類元素で８モル％以下置
換し、かつ、Ｂサイトの一部をＮｂで１モル％以下置換
することが望ましい。尚、副成分についてはＰｂ（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3、
Ｐｂ（Ｆｅ1/3Ｗ1/2）Ｏ3以外のＰｂ系ペロブスカイト
型複合酸化物を固溶しても良いが、その量は６モル％以
下であれば特に問題はない。
【００３３】特に、本発明の圧電磁器は以下のような組
成の場合に、１０００℃以下の低い焼成温度が可能とな
り、かつキュリー温度と圧電歪定数を顕著に高めること
ができる。 ・全体組成として、Ｐｂa-xＢａx（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）b
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）dＮｂy（Ｚｒe
Ｔｉ1-e）1-b-c-d-yＯ3で表わした時、前記ａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅ、ｘおよびｙが、０．９９５≦ａ≦１．００
５、０．０３≦ｂ≦０．０８、０．０３≦ｃ≦０．０
９、０．０３≦ｄ≦０．０６、０．１０≦ｂ＋ｃ＋ｄ＋
ｙ≦０．２、０．４５≦ｅ≦０．５、ｘ≦０．０８、ｙ
≦０．０１を満足する場合。 ・全体組成として、Ｐｂa-xＢａx（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）b
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）d（Ｆｅ2/3Ｗ
1/3）eＮｂy（ＺｒfＴｉ1-f）1-b-c-d-e-yＯ3で表わし
た時、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｘおよびｙが、
０．９９５≦ａ≦１．００５、０．０４≦ｂ≦０．０
６、０．０３≦ｃ≦０．１０、０．０３≦ｄ≦０．０
６、０＜ｅ≦０．０３、０．１０≦ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｙ
≦０．２、０．４５≦ｆ≦０．５、０≦ｘ≦０．０８、
ｙ≦０．０１を満足する場合。
成の場合に、１０００℃以下の低い焼成温度が可能とな
り、かつキュリー温度と圧電歪定数を顕著に高めること
ができる。 ・全体組成として、Ｐｂa-xＢａx（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）b
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）dＮｂy（Ｚｒe
Ｔｉ1-e）1-b-c-d-yＯ3で表わした時、前記ａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅ、ｘおよびｙが、０．９９５≦ａ≦１．００
５、０．０３≦ｂ≦０．０８、０．０３≦ｃ≦０．０
９、０．０３≦ｄ≦０．０６、０．１０≦ｂ＋ｃ＋ｄ＋
ｙ≦０．２、０．４５≦ｅ≦０．５、ｘ≦０．０８、ｙ
≦０．０１を満足する場合。 ・全体組成として、Ｐｂa-xＢａx（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）b
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）d（Ｆｅ2/3Ｗ
1/3）eＮｂy（ＺｒfＴｉ1-f）1-b-c-d-e-yＯ3で表わし
た時、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｘおよびｙが、
０．９９５≦ａ≦１．００５、０．０４≦ｂ≦０．０
６、０．０３≦ｃ≦０．１０、０．０３≦ｄ≦０．０
６、０＜ｅ≦０．０３、０．１０≦ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｙ
≦０．２、０．４５≦ｆ≦０．５、０≦ｘ≦０．０８、
ｙ≦０．０１を満足する場合。
【００３４】本発明の積層型圧電素子では、圧電磁器に
おける径方向の電気機械結合係数Ｋｒも大きくすること
ができるため、フィルターや圧電ブザーなどにも使用す
ることができる。なお、本発明における圧電組成物はＡ
ＢＯ3で表わされるペロブスカイト型結晶を主結晶相と
するものであるが、粒界に他の結晶相としてパイロクロ
ア相等が少々存在していてもよい。また、Ａｌ、Ｓ、Ｃ
ｌ、Ｅｕ、Ｙ、Ｋ、Ｐ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ等が不可避不
純物として混入する場合もあるが、特性上は何ら問題は
ない。
おける径方向の電気機械結合係数Ｋｒも大きくすること
ができるため、フィルターや圧電ブザーなどにも使用す
ることができる。なお、本発明における圧電組成物はＡ
ＢＯ3で表わされるペロブスカイト型結晶を主結晶相と
するものであるが、粒界に他の結晶相としてパイロクロ
ア相等が少々存在していてもよい。また、Ａｌ、Ｓ、Ｃ
ｌ、Ｅｕ、Ｙ、Ｋ、Ｐ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ等が不可避不
純物として混入する場合もあるが、特性上は何ら問題は
ない。
【００３５】図２は、本発明の噴射装置を示すもので、
図において符号５１は収納容器を示している。この収納
容器５１の一端には噴射孔５３が設けられ、また収納容
器５１内には、噴射孔５３を開閉することができるニー
ドルバルブ５５が収容されている。
図において符号５１は収納容器を示している。この収納
容器５１の一端には噴射孔５３が設けられ、また収納容
器５１内には、噴射孔５３を開閉することができるニー
ドルバルブ５５が収容されている。
【００３６】噴射孔５３には燃料通路５７が連通可能に
設けられ、この燃料通路５７は外部の燃料供給源に連結
され、燃料通路５７に常時一定の高圧で燃料が供給され
ている。従って、ニードルバルブ５５が噴射孔５３を開
放すると、燃料通路５７に供給されていた燃料が一定の
高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるよう
に形成されている。
設けられ、この燃料通路５７は外部の燃料供給源に連結
され、燃料通路５７に常時一定の高圧で燃料が供給され
ている。従って、ニードルバルブ５５が噴射孔５３を開
放すると、燃料通路５７に供給されていた燃料が一定の
高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるよう
に形成されている。
【００３７】また、ニードルバルブ５５の上端部は直径
が大きくなっており、収納容器５１に形成されたシリン
ダ５９と摺動可能なピストン６１となっている。そし
て、収納容器５１内には、上記した圧電アクチュエータ
６３が収納されている。
が大きくなっており、収納容器５１に形成されたシリン
ダ５９と摺動可能なピストン６１となっている。そし
て、収納容器５１内には、上記した圧電アクチュエータ
６３が収納されている。
【００３８】このような噴射装置では、圧電アクチュエ
ータ６３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン６１
が押圧され、ニードルバルブ５５が噴射孔５３を閉塞
し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止
されると圧電アクチュエータ６３が収縮し、バネ６５が
ピストン６１を押し返し、噴射孔５３が燃料通路５７と
連通して燃料の噴射が行われるようになっている。
ータ６３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン６１
が押圧され、ニードルバルブ５５が噴射孔５３を閉塞
し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止
されると圧電アクチュエータ６３が収縮し、バネ６５が
ピストン６１を押し返し、噴射孔５３が燃料通路５７と
連通して燃料の噴射が行われるようになっている。
【００３９】
【実施例】実施例１ 原料粉末として高純度のＰｂ3Ｏ4、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、
ＢａＣＯ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｙｂ2Ｏ3およびＣｏ3Ｏ
4の各原料粉末を、焼結体が、Ｐｂa-xＢａx（Ｙｂ1/2Ｎ
ｂ1/2）b（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）dＮｂ
y（ＺｒeＴｉ1 -e）1-b-c-d-yＯ3で表わされる組成とな
るように（表１では、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅ
は、上記組成式で与えられる原子比を百分率換算したも
のである）、所定量秤量し、ボールミル等で１８時間湿
式で混合し、次いで、この混合物を脱水、乾燥した後
で、７００〜９００℃で２時間仮焼し、当該仮焼物を再
びボールミル等で湿式粉砕する。
ＢａＣＯ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｙｂ2Ｏ3およびＣｏ3Ｏ
4の各原料粉末を、焼結体が、Ｐｂa-xＢａx（Ｙｂ1/2Ｎ
ｂ1/2）b（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）dＮｂ
y（ＺｒeＴｉ1 -e）1-b-c-d-yＯ3で表わされる組成とな
るように（表１では、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅ
は、上記組成式で与えられる原子比を百分率換算したも
のである）、所定量秤量し、ボールミル等で１８時間湿
式で混合し、次いで、この混合物を脱水、乾燥した後
で、７００〜９００℃で２時間仮焼し、当該仮焼物を再
びボールミル等で湿式粉砕する。
【００４０】その後、この粉砕物に有機バインダーと、
可塑剤とを混合し、スラリーを作製し、スリップキャス
ティング法により、厚み１５０μｍのグリーンシートを
作製した。このグリーンシート上に、Ａｇが９０重量
％、Ｐｄが１０重量％の比率からなる導電性ペーストを
５μｍの厚みにスクリーン印刷し、乾燥させた後、電極
膜が形成されたグリーンシートを２００枚積層し、この
積層体の積層方向の両端部に、導電性ペーストが塗布さ
れていないグリーンシートを１０枚積層した。
可塑剤とを混合し、スラリーを作製し、スリップキャス
ティング法により、厚み１５０μｍのグリーンシートを
作製した。このグリーンシート上に、Ａｇが９０重量
％、Ｐｄが１０重量％の比率からなる導電性ペーストを
５μｍの厚みにスクリーン印刷し、乾燥させた後、電極
膜が形成されたグリーンシートを２００枚積層し、この
積層体の積層方向の両端部に、導電性ペーストが塗布さ
れていないグリーンシートを１０枚積層した。
【００４１】次に、この積層体を１００℃で加熱を行い
ながら加圧を行い、積層体を一体化し、縦１０ｍｍ×横
１０ｍｍに切断した後、８００℃で１０時間の脱バイン
ダを行い、表１に示す温度で焼成し、積層型圧電素子を
作製した。その後、積層型圧電素子の２つの側面におい
て、電極端部を含む圧電磁器の端部に該２側面において
互い違いになるように、１層おきに深さ１００μｍ、積
層方向の幅５０μｍの溝を形成し、該溝部に絶縁体とし
てシリコーンゴムを充填した。
ながら加圧を行い、積層体を一体化し、縦１０ｍｍ×横
１０ｍｍに切断した後、８００℃で１０時間の脱バイン
ダを行い、表１に示す温度で焼成し、積層型圧電素子を
作製した。その後、積層型圧電素子の２つの側面におい
て、電極端部を含む圧電磁器の端部に該２側面において
互い違いになるように、１層おきに深さ１００μｍ、積
層方向の幅５０μｍの溝を形成し、該溝部に絶縁体とし
てシリコーンゴムを充填した。
【００４２】この後、絶縁されていない電極の他方の端
面に外部電極として熱硬化性導電体を帯状に形成し、２
００℃の熱処理を行った。この後、正極用外部電極、負
極用外部電極にリード線を接続し、アクチュエータの外
周面にデイッピングにより、シリコーンゴムを被覆した
後、１ｋＶの分極電圧を印加し、アクチュエータ全体を
分極処理して、図１に示すような本発明の圧電アクチュ
エータを得た。
面に外部電極として熱硬化性導電体を帯状に形成し、２
００℃の熱処理を行った。この後、正極用外部電極、負
極用外部電極にリード線を接続し、アクチュエータの外
周面にデイッピングにより、シリコーンゴムを被覆した
後、１ｋＶの分極電圧を印加し、アクチュエータ全体を
分極処理して、図１に示すような本発明の圧電アクチュ
エータを得た。
【００４３】得られた圧電アクチュエータについて、０
〜２００Ｖの電圧を印加した時の変位量を測定するとと
もに、圧電歪定数ｄ33およびキュリー温度を測定した。
変位量の測定は、上面にアルミニウム箔を張り付けた試
料を防振台上に固定し、０〜２００Ｖの電圧を試料に印
加し、レーザー変位計により、素子の中心部及び周囲部
３箇所で測定した値の平均値で評価した。圧電歪定数ｄ
33は、積層数ｎ＝２００と、変位量ΔＬおよび印加電圧
Ｖ＝２００Ｖを用い、ｄ33＝ΔＬ／（ｎ×Ｖ）の式にて
求めた。キュリー温度（Ｔｃ）の算出は、静電容量の温
度依存性をマルチメーターで測定し、最大値を示す温度
をキュリー温度とした。また、密度については、アクチ
ュエータの不活性部分を切り出してアルキメデス法によ
り測定した。その結果を表１に記載した。
〜２００Ｖの電圧を印加した時の変位量を測定するとと
もに、圧電歪定数ｄ33およびキュリー温度を測定した。
変位量の測定は、上面にアルミニウム箔を張り付けた試
料を防振台上に固定し、０〜２００Ｖの電圧を試料に印
加し、レーザー変位計により、素子の中心部及び周囲部
３箇所で測定した値の平均値で評価した。圧電歪定数ｄ
33は、積層数ｎ＝２００と、変位量ΔＬおよび印加電圧
Ｖ＝２００Ｖを用い、ｄ33＝ΔＬ／（ｎ×Ｖ）の式にて
求めた。キュリー温度（Ｔｃ）の算出は、静電容量の温
度依存性をマルチメーターで測定し、最大値を示す温度
をキュリー温度とした。また、密度については、アクチ
ュエータの不活性部分を切り出してアルキメデス法によ
り測定した。その結果を表１に記載した。
【００４４】
【表１】
【００４５】通常、純粋なＰＺＴは、１０００℃の焼成
温度では、相対密度が７５％程度となり、使用できるも
のは得られない。しかし、本発明の圧電アクチュエータ
は１０００℃以下の焼成温度にもかかわらず、すべて９
８％以上の相対密度を有しており、緻密であった。ま
た、本発明の試料Ｎｏ．１〜２１、２６および２７は、
いずれも焼成温度１０００℃以下で緻密な焼結体が得ら
れ、ｄ33が６００ｐｍ／Ｖ以上、Ｔｃが２５０℃以上と
大きな値が得られた。一方、（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）が置換
されていない試料Ｎｏ．２２はｄ33が８５０ｐｍ／Ｖ程
度と高いものの、Ｔｃが２００℃と低かった。また、
（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）と（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）で置換されて
いない試料Ｎｏ．２３、（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）で置換され
ていない試料Ｎｏ．２４、および（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）で
置換されていない試料Ｎｏ．２５はいずれも、ｄ33が６
００ｐｍ／Ｖ未満と小さく、変位量も小さかった。
温度では、相対密度が７５％程度となり、使用できるも
のは得られない。しかし、本発明の圧電アクチュエータ
は１０００℃以下の焼成温度にもかかわらず、すべて９
８％以上の相対密度を有しており、緻密であった。ま
た、本発明の試料Ｎｏ．１〜２１、２６および２７は、
いずれも焼成温度１０００℃以下で緻密な焼結体が得ら
れ、ｄ33が６００ｐｍ／Ｖ以上、Ｔｃが２５０℃以上と
大きな値が得られた。一方、（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）が置換
されていない試料Ｎｏ．２２はｄ33が８５０ｐｍ／Ｖ程
度と高いものの、Ｔｃが２００℃と低かった。また、
（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）と（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）で置換されて
いない試料Ｎｏ．２３、（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）で置換され
ていない試料Ｎｏ．２４、および（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）で
置換されていない試料Ｎｏ．２５はいずれも、ｄ33が６
００ｐｍ／Ｖ未満と小さく、変位量も小さかった。
【００４６】実施例２ 圧電磁器が、Ｐｂa-xＳｒx（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）b（Ｚｎ
1/3Ｓｂ2/3）c（Ｃｏ1/ 3Ｎｂ2/3）dＮｂy（ＺｒeＴｉ
1-e）1-b-c-d-yＯ3で表わした組成式になるように、実
施例１と同様に試料を作製した。ただし、ＢａＣＯ3の
代わりにＳｒＣＯ3を用い、またＳｂ2Ｏ3を新規に加え
て原料を作製し、Ｐｂの一部をＳｒで置換した試料を作
製した。測定法も実施例１と同様に行った。これらの結
果を表２に示した。なお、表２中のｘ，ｙ，ａ，ｂ，
ｃ，ｄおよびｅは、Ｐｂa-xＳｒx（Ｙｂ1/ 2Ｎｂ1/2）b
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）dＮｂy（Ｚｒe
Ｔｉ1-e）1- b-c-d-yＯ3で表わした組成式で与えられる
原子比を百分率換算したものである。
1/3Ｓｂ2/3）c（Ｃｏ1/ 3Ｎｂ2/3）dＮｂy（ＺｒeＴｉ
1-e）1-b-c-d-yＯ3で表わした組成式になるように、実
施例１と同様に試料を作製した。ただし、ＢａＣＯ3の
代わりにＳｒＣＯ3を用い、またＳｂ2Ｏ3を新規に加え
て原料を作製し、Ｐｂの一部をＳｒで置換した試料を作
製した。測定法も実施例１と同様に行った。これらの結
果を表２に示した。なお、表２中のｘ，ｙ，ａ，ｂ，
ｃ，ｄおよびｅは、Ｐｂa-xＳｒx（Ｙｂ1/ 2Ｎｂ1/2）b
（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）dＮｂy（Ｚｒe
Ｔｉ1-e）1- b-c-d-yＯ3で表わした組成式で与えられる
原子比を百分率換算したものである。
【００４７】
【表２】
【００４８】ＳｒをＡサイトに置換した本発明の試料Ｎ
ｏ．２８〜３３は、いずれもｄ33が６４０ｐｍ／Ｖ以
上、Ｔｃが２５０℃以上と大きく、変位量も２６μｍ以
上と大きかった。
ｏ．２８〜３３は、いずれもｄ33が６４０ｐｍ／Ｖ以
上、Ｔｃが２５０℃以上と大きく、変位量も２６μｍ以
上と大きかった。
【００４９】実施例３ 圧電磁器が、Ｐｂa-xＬａx（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）b（Ｚｎ
1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/ 3Ｎｂ2/3）d（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）f
Ｎｂy（ＺｒeＴｉ1-e）1-b-c-d-f-yＯ3で表わした組成
式になるように、実施例１と同様に試料を作製した。た
だし、ＢａＣＯ3の代わりにＬａ2Ｏ3を用い、新たにＦ
ｅ2Ｏ3とＷＯ3を加えて試料を作製した。測定法も実施
例１と同様に行った。これらの結果を表３に示した。
1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/ 3Ｎｂ2/3）d（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）f
Ｎｂy（ＺｒeＴｉ1-e）1-b-c-d-f-yＯ3で表わした組成
式になるように、実施例１と同様に試料を作製した。た
だし、ＢａＣＯ3の代わりにＬａ2Ｏ3を用い、新たにＦ
ｅ2Ｏ3とＷＯ3を加えて試料を作製した。測定法も実施
例１と同様に行った。これらの結果を表３に示した。
【００５０】
【表３】
【００５１】本発明の試料Ｎｏ．３４、３５では、いず
れもｄ３３が７８０ｐｍ／Ｖ以上、Ｔｃが２５０℃以上
と大きく、変位量も３１μｍ以上と大きかった。
れもｄ３３が７８０ｐｍ／Ｖ以上、Ｔｃが２５０℃以上
と大きく、変位量も３１μｍ以上と大きかった。
【００５２】実施例４ 圧電磁器が、Ｐｂa-xＢａx（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）b（Ｚｎ
1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/ 3Ｎｂ2/3）d（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）e
Ｎｂy（ＺｒfＴｉ1-f）1-b-c-d-e-yＯ3で表わした組成
式になるように、実施例１と同様に試料を作製した。測
定法も実施例１と同様に行った。これらの結果を表４に
示した。ここで、電極としては、焼成温度が９５０℃で
は金属成分としてＡｇのみを用い、９７５℃では金属成
分中のＡｇ含有量が９７重量％のものも用い、１０００
℃では金属成分中のＡｇ含有量が９０重量％のものも用
いた。
1/3Ｎｂ2/3）c（Ｃｏ1/ 3Ｎｂ2/3）d（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）e
Ｎｂy（ＺｒfＴｉ1-f）1-b-c-d-e-yＯ3で表わした組成
式になるように、実施例１と同様に試料を作製した。測
定法も実施例１と同様に行った。これらの結果を表４に
示した。ここで、電極としては、焼成温度が９５０℃で
は金属成分としてＡｇのみを用い、９７５℃では金属成
分中のＡｇ含有量が９７重量％のものも用い、１０００
℃では金属成分中のＡｇ含有量が９０重量％のものも用
いた。
【００５３】
【表４】
【００５４】本発明の試料では、いずれもｄ33が７００
ｐｍ／Ｖ以上、Ｔｃが２９５℃以上、変位量が２８μｍ
以上と大きな値が得られた。
ｐｍ／Ｖ以上、Ｔｃが２９５℃以上、変位量が２８μｍ
以上と大きな値が得られた。
【００５５】
【発明の効果】本発明の積層型圧電素子では、圧電磁器
がペロブスカイト型酸化物を主成分とし、Ａサイト構成
元素としてＰｂを含有し、かつ、Ｂサイト構成元素とし
て、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又は
Ｓｂを含有することにより、圧電磁器を低温で焼成でき
るとともに、低温で焼成したとしても、圧電歪み定数や
キュリー温度等の特性を劣化させることがなく、しかも
低温焼成できるため、電極としてＡｇを９０重量％以上
含有したものを使用することができ、安価に製造でき
る。
がペロブスカイト型酸化物を主成分とし、Ａサイト構成
元素としてＰｂを含有し、かつ、Ｂサイト構成元素とし
て、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又は
Ｓｂを含有することにより、圧電磁器を低温で焼成でき
るとともに、低温で焼成したとしても、圧電歪み定数や
キュリー温度等の特性を劣化させることがなく、しかも
低温焼成できるため、電極としてＡｇを９０重量％以上
含有したものを使用することができ、安価に製造でき
る。
【図１】本発明の積層型圧電素子を用いた圧電アクチュ
エータを示す断面図である。
エータを示す断面図である。
【図２】本発明の噴射装置を示す概念図である。
１・・・圧電磁器 ３ａ、３ｂ・・・電極 ５・・・積層型圧電素子 ７ａ、７ｂ・・・外部電極 ５１・・・収納容器 ５３・・・噴射孔 ５５・・・バルブ ６３・・・圧電アクチュエータ
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） Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｎ 51/06 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｓ Ｈ０１Ｌ 41/09 Ｕ 41/187 41/18 １０１Ｄ
Claims (7)
- 【請求項１】圧電磁器と電極を交互に積層してなる積層
型圧電素子であって、前記電極におけるＡｇ量が金属成
分中９０重量％以上であるとともに、前記圧電磁器がペ
ロブスカイト型酸化物を主成分とし、Ａサイト構成元素
としてＰｂを含有し、かつ、Ｂサイト構成元素として、
Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏと、Ｚｎ及び／又はＳｂ
を含有することを特徴とする積層型圧電素子。 - 【請求項２】圧電磁器が、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3から
なる主成分に対して、副成分としてＰｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ
1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｚ
ｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及び／又はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｓｂ2/3）
Ｏ3とを固溶してなることを特徴とする請求項１記載の
積層型圧電素子。 - 【請求項３】副成分の含有量が、全量中１０〜２０モル
％であることを特徴とする請求項２記載の積層型圧電素
子。 - 【請求項４】Ａサイト構成元素として、さらにアルカリ
土類元素及び／又は希土類元素を含み、該アルカリ土類
元素及び／又は希土類元素がＡサイト中８モル％以下で
あることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに
記載の積層型圧電素子。 - 【請求項５】圧電磁器が、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3から
なる主成分に対して、副成分としてＰｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ
1/2）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｚ
ｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と、Ｐｂ（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）Ｏ3とを固
溶してなるとともに、ＡサイトのＰｂの一部をアルカリ
土類元素で８モル％以下置換し、かつ、Ｂサイトの一部
をＮｂで１モル％以下置換することを特徴とする請求項
１記載の積層型圧電素子。 - 【請求項６】請求項１乃至５のうちいずれかに記載の積
層型圧電素子と、電極を交互に接続する一対の外部電極
とを具備してなることを特徴とする圧電アクチュエー
タ。 - 【請求項７】噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内
に収容された請求項６記載の圧電アクチュエータと、該
圧電アクチュエータの駆動により前記噴射孔から液体を
噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴
射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092474A JP4683689B2 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 積層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092474A JP4683689B2 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 積層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284668A true JP2001284668A (ja) | 2001-10-12 |
| JP4683689B2 JP4683689B2 (ja) | 2011-05-18 |
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| JP2000092474A Expired - Fee Related JP4683689B2 (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 積層型圧電素子及び圧電アクチュエータ並びに噴射装置 |
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2000
- 2000-03-29 JP JP2000092474A patent/JP4683689B2/ja not_active Expired - Fee Related
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