JP2001302347A - 圧電体磁器組成物およびその製造方法、圧電体素子およびその製造方法、ならびに、それを用いたインクジェット式プリンタヘッドおよび超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた圧電特性を保持しつつ比較的低温での
焼結が可能であるような圧電体磁器組成物を提供する。 【手段】 化学式（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）
Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ_{１／ ３}Ｎｂ_２／３）Ｏ_３（０．２≦
ｘ≦１、０．０５≦ｙ≦０．６）で表されるＰＺＴ−Ｐ
ＭＮを主成分とし、Ｖ_２Ｏ_５を０．０１重量％〜１０重
量％およびＢｉ_２Ｏ_３を０．０１重量％〜１０重量％含
むようにして、圧電体磁器組成物を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【０００２】

【従来の技術】３成分系のペロブスカイト型複合酸化物
であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴ
ｉ_ｘ）Ｏ_３；以下、「ＰＺＴ」という）とマグネシウム
・ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３；以
下、「ＰＭＮ」という）の固溶体（以下、「ＰＺＴ−Ｐ
ＭＮ」）を主成分とする圧電体磁器組成物（以下、「ＰＺ
Ｔ−ＰＭＮ系磁器組成物」）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−ＰＭＮ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。

【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。

【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を含有
するペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする磁器組
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。

【０００５】２成分系であるＰＺＴや、Ｐｂ（Ｍｇ
_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｎｉ_{１ ／３}Ｎ
ｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３等
の第３成分をＰＺＴに加えた３成分系ペロブスカイト型
複合酸化物を含有する圧電体磁器組成物は、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、上記したＰＺＴを含有するペ
ロブスカイト型複合酸化物を主成分とする圧電体磁器組
成物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５−２５８３
１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ＰＺＴ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Ｌａ_２Ｏ_３
を添加することにより、電気機械結合係数Ｋ_ｐが大きく
比誘電率ε_ｒ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。

【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、上記したＰＺＴを含有するペロブスカイト型複合酸
化物を主成分とする圧電体磁器組成物またはその前駆体
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、圧電体膜材料を焼成する
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、上記したＰＺＴを含
有するペロブスカイト型複合酸化物の焼成温度は非常に
高く、例えばＰＺＴ−ＰＭＮ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。

【０００７】上記したように、ＰＺＴを含有するペロブ
スカイト型複合酸化物に微量成分を添加することにより
圧電体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ＰＺ
Ｔを含有する圧電体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Ｐｂ−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、ＳｉＯ_２やＢ_２Ｏ_３などのガラス成分を
上記したＰＺＴを含有するペロブスカイト型複合酸化物
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、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。

【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ある
いはＰＺＴ−ＰＭＮ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圧電体磁器
組成物を提供すること、および、そのような圧電体磁器
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、前記の圧電体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。

【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あるいはＰＺＴ−
ＰＭＮ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ＰＺＴあるいはＰＺＴ−ＰＭＮ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、化学式（１−
ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ
_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３（０．２≦ｘ≦１、０．０５≦
ｙ≦０．６）で表される複合酸化物（チタン酸ジルコン
酸鉛−マグネシウム・ニオブ酸鉛；ＰＺＴ−ＰＭＮ）を
主成分とする圧電体磁器組成物（ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器
組成物）において、Ｖ_２Ｏ_５を０．０１重量％〜１０重
量％およびＢｉ_２Ｏ_３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ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物において、Ｖ
_２Ｏ_５の含有量を０．０１重量％〜５重量％としＢｉ_２
Ｏ_３の含有量を０．０１重量％〜５重量％としたことを
特徴とする。

【００１０】本発明のＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物は、
Ｖ_２Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ_３を同時に含有することによ
り、ＰＺＴ−ＰＭＮ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、Ｖ_２Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ
_３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ＰＺ
Ｔ−ＰＭＮ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。

【００１１】ここで、Ｖ_２Ｏ_５あるいはＢｉ_２Ｏ_３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−ＰＭＮ系磁器組成物が得られない。
一方、Ｖ_２Ｏ_５あるいはＢｉ_２Ｏ_３の含有量が多すぎる
と、ＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ系磁器組成
物は、Ｖ_２Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ_３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。

【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ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物において、Ｂ
ｉ_２Ｏ_３／Ｖ_２Ｏ_５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ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物において、Ｂｉ_２Ｏ_３
／Ｖ_２Ｏ_５の重量比を０．５〜１．５としたことを特徴
とする。

【００１３】請求項３に係る発明のＰＺＴ−ＰＭＮ系磁
器組成物は、Ｂｉ_２Ｏ_３／Ｖ_２Ｏ_５の重量比が０．０５
〜２．５の範囲にあることで、より緻密なＰＺＴ−ＰＭ
Ｎ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ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器
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。

【００１４】なお、特性を低下させない限り、このＰＺ
Ｔ−ＰＭＮ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。

【００１５】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ＰＺＴ−ＰＭＮ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（１−
ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ
_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３（０．２≦ｘ≦１、０．０５≦
ｙ≦０．６）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。

【００１６】請求項６に係る発明は、請求項５記載の製
造方法において、前記粒子が、化学式（Ｚｒ_１−ｘＴｉ
_ｘ）_２Ｏ_４（０．２≦ｘ≦１）で表される組成の酸化物
とＭｇＮｂ_２Ｏ_６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。

【００１７】請求項５に係る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０．３μ
ｍ以下）である粒子を原料として用いることにより、Ｐ
ＺＴ−ＰＭＮ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。

【００１８】請求項６に係る発明の製造方法では、上記
した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。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項５または請
求項６記載の製造方法において、Ｖ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。

【００２０】この発明の製造方法では、Ｖ成分およびＢ
ｉ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、Ｖ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−ＰＭ
Ｎ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、Ｖ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。

【００２１】請求項８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４のいずれか
に記載のＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物で形成したことを
特徴とする。

【００２２】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−ＰＭＮ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。

【００２３】請求項９に係る発明は、請求項８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。

【００２４】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。

【００２５】請求項１０に係る発明は、請求項９記載の
圧電体素子において、前記圧電体膜の厚みを１μｍ〜２
５μｍとしたことを特徴とする。

【００２６】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。

【００２７】請求項１１に係る発明は、請求項８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。

【００２８】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。

【００２９】請求項１２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４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（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）
Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３（０．２≦
ｘ≦１、０．０５≦ｙ≦０．６）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。

【００３０】請求項１３に係る発明は、請求項１２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、Ｖ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。

【００３１】請求項１４に係る発明は、請求項１２また
は請求項１３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。

【００３２】請求項１５に係る発明は、請求項１２ない
し請求項１４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。

【００３３】請求項１２ないし請求項１５に係る各発明
の製造方法によると、請求項９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１０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。

【００３４】請求項１６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（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１
−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ
_３（０．２≦ｘ≦１、０．０５≦ｙ≦０．６）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。

【００３５】請求項１６に係る発明の製造方法による
と、請求項１１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。

【００３６】請求項１７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８ないし請求項１０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。

【００３７】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８ないし請求項１０
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。

【００３８】請求項１８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８または請求項１１
記載の圧電体素子を用いたことを特徴とする。

【００３９】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８または請求項１１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。

【００４０】

【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。

【００４１】この発明に係るＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成
物は、Ｖ_２Ｏ_５を０．０１重量％〜１０重量％、好まし
くは０．０１重量％〜５重量％、および、Ｂｉ_２Ｏ_３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−ＰＭＮ系
磁器組成物中のＶ_２Ｏ_５とＢｉ_２Ｏ_３との含有比Ｂｉ _２
Ｏ_３／Ｖ_２Ｏ_５は、重量比で０．０５〜２．５、好まし
くは０．５〜１．５である。

【００４２】このＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物は、Ｖ_２
Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ_３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−ＰＭＮ系磁器組成物
は、Ｖ_２Ｏ_５およびＢｉ_２Ｏ_３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、Ｖ_２Ｏ_５お
よびＢｉ_２Ｏ_３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−ＰＭＮ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、Ｂｉ
_２Ｏ_３／Ｖ_２Ｏ_５の重量比は、０．０５〜２．５、好ま
しくは０．５〜１．５であることにより、このＰＺＴ−
ＰＭＮ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。

【００４３】なお、特性の低下を招くことがない限り、
このＰＺＴ−ＰＭＮ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。

【００４４】上記したような組成のＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【００４５】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−ＰＭＮ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〜２
５μｍ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。

【００４６】また、上記組成のＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ
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。

【００４７】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。

【００４８】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−ＰＭＮ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。

【００４９】ＰＺＴ−ＰＭＮ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。

【００５０】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Ｖ_０ｓｉ
ｎωｔおよびＶ_０ｃｏｓωｔ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。

【００５１】さらに、上記組成のＰＺＴ−ＰＭＮ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。

【００５２】次に、上記したＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成
物の製造方法について説明する。ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器
組成物は、例えば、ＰＺＴ−ＰＭＮ粒子、Ｖ、Ｂｉ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−ＰＭＮ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−ＰＭ
Ｎ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０．５μｍ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
−ＰＭＮ粒子、Ｖ、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−ＰＭＮ粒子を製造する場合における原料
粒子としては、化学式（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ） _２Ｏ
_４（０．２≦＜ｘ≦１）で表される組成の酸化物の微粒
子と化学式ＭｇＮｂ _２Ｏ_６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−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【００５３】Ｖ、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Ｖ成分およびＢｉ成分について
は、ＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【００５４】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。

【００５５】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−ＰＭＮ粒子またはＰＺＴ−
ＰＭＮ系粒子（以下、「ＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【００５６】ＰＺＴ−ＰＭＮ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６０
０℃〜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。

【００５７】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−ＰＭＮ
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。

【００５８】次に、ＰＺＴ−ＰＭＮ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、Ｐ
ＺＴ−ＰＭＮ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ＰＺＴ−ＰＭＮ粒子、ならびに、Ｖ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−
ＰＭＮ粒子自体およびＶ、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。

【００５９】まず、表面の少なくとも一部に光反応性基
を有するＰＺＴ−ＰＭＮ粒子について説明する。ＰＺＴ
−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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−ＰＭ
Ｎ粒子の表面に光反応性基を導入する。ＰＺＴ−ＰＭＮ
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。

【００６０】ＰＺＴ−ＰＭＮ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。

【００６１】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−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【００６２】また、上記した以外に、ＰＺＴ−ＰＭＮ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−
ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【００６３】ＰＺＴ−ＰＭＮ粒子に光反応性基を導入す
る反応においては、ＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【００６４】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−ＰＭＮ粒子の表面
に光反応性基を導入することができる。

【００６５】このように表面に光反応性基を有するＰＺ
Ｔ−ＰＭＮ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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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−ＰＭＮ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＋Ａ３＋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−ＰＭＮ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。

【００９２】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。

【００９３】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−ＰＭＮ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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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−ＰＭＮ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。

【００９９】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。

【０１００】

【実施例】〈ＰＺＴ−ＰＭＮ粒子の合成〉ＭｇＯ（宇部
興産製）とＮｂ_２Ｏ_５（多木化学製）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
１０００℃の温度で２時間仮焼し、得られた仮焼粉末を
ボールミルで１６時間粉砕することにより、ＭｇＮｂ_２
Ｏ_７粉末を得た。得られたＭｇＮｂ_２Ｏ_７粉末と（Ｚｒ
_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_４微粒子とＰｂＯ（高純度化学製）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８５０℃の温度で５時間仮焼し、得られた
仮焼粉末をボールミル粉砕することにより、ＰＺＴ−Ｐ
ＭＮ粒子（ＰＺＴ−ＰＭＮ−１〜ＰＺＴ−ＰＭＮ−１
１）を得た。

【０１０１】ここで、化学式（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ
_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ_{１／ ３}Ｎｂ_２／３）
Ｏ_３で表される複合酸化物において、ＰＺＴ−ＰＭＮ−
１は、ｘ＝０．６０、ｙ＝０．４０の組成であり、平均
粒径が０．２１μｍ、ＰＺＴ−ＰＭＮ−２は、ｘ＝０．
４８、ｙ＝０．２５の組成であり、平均粒径が０．２０
μｍ、ＰＺＴ−ＰＭＮ−３は、ｘ＝０．４８、ｙ＝０．
１０の組成であり、平均粒径が０．２２μｍ、ＰＺＴ−
ＰＭＮ−４は、ｘ＝０．４８、ｙ＝０．０５の組成であ
り、平均粒径が０．２０μｍ、ＰＺＴ−ＰＭＮ−５は、
ｘ＝０．４８、ｙ＝０．１０の組成であり、平均粒径が
０．１６μｍ、ＰＺＴ−ＰＭＮ−６は、ｘ＝１．００、
ｙ＝０．６０の組成であり、平均粒径が０．２３μｍ、
ＰＺＴ−ＰＭＮ−７は、ｘ＝０．８０、ｙ＝０．５０の
組成であり、平均粒径が０．２１μｍ、ＰＺＴ−ＰＭＮ
−８は、ｘ＝０．４８、ｙ＝０．１０の組成であり、平
均粒径が０．７８μｍ、ＰＺＴ−ＰＭＮ−９は、ｘ＝
０．４８、ｙ＝０．１０の組成であり、平均粒径が０．
６０μｍ、ＰＺＴ−ＰＭＮ−１０は、ｘ＝０．４８、ｙ
＝０．１０の組成であり、平均粒径が０．４１μｍ、Ｐ
ＺＴ−ＰＭＮ−１１は、ｘ＝０．４８、ｙ＝０．０５の
組成であり、平均粒径が０．１０μｍである。

【０１０２】〈ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物の製造〉 〔実施例１〜１７〕エタノールにＰＺＴ−ＰＭＮ粒子、
それぞれ所定量のＶＯ（ＯＥｔ）_３（トリエトキシバナ
ジル）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／ｍｍ^２で
のＣＩＰ（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。

【０１０３】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。但し、Ｖ
_２Ｏ_５量、Ｂｉ_２Ｏ_３量（重量％）は、原料のＶＯ（Ｏ
Ｅｔ）_３、Ｂｉ（ＯＢｕ）_３の量から換算して算出し
た。

【０１０４】

【表１】

【０１０５】〔比較例１〜３〕それぞれ、ＰＺＴ−ＰＭ
Ｎ−３（比較例１）、ＰＺＴ−ＰＭＮ−５（比較例２）
およびＰｂ（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３（平均粒
径０．２０μｍ）（比較例３）の各粒子を用いて、上記
した実施例と同様の方法により、Ｖ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、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。

【０１０６】〔比較例４、５〕上記した実施例と同様の
方法により、ＰＺＴ−ＰＭＮ−２の粉末にＶＯ（ＯＥ
ｔ）_３（比較例４）またはＢｉ（ＯＢｕ）_３（比較例
５）の一方のみを（Ｖ_２Ｏ _５、Ｂｉ_２Ｏ_３に換算した量
で）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。

【０１０７】〔比較例６〕上記した実施例と同様の方法
により、ＰＺＴ−ＰＭＮ粉末に（Ｂｉ_２Ｏ_３に換算した
量で）１５重量％のＢｉ（ＯＢｕ）_３および（Ｖ_２Ｏ_５
に換算した量で）１５重量％のＶＯ（ＯＥｔ）_３を加え
て成形体を作成した。得られたそれぞれの成形体を脱バ
インダー処理した後、９００℃の温度で２時間焼成し、
上記実施例と同様にしてサンプルを作成した。

【０１０８】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。比較例６の電気機械結合係数（Ｋｐ）は、４２％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。

【０１０９】表１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、Ｋｐが５０％以
上である圧電体磁器組成物を作成することが可能であっ
た。特に、平均粒径が０．１６μｍであるＰＺＴ−ＰＭ
Ｎ（ＰＺＴ−ＰＭＮ−５）粉末を使用したものは、８０
０℃〜８５０℃の焼成条件においても、優れたＫｐが得
られた。

【０１１０】また、Ｂｉ_２Ｏ_３／Ｖ_２Ｏ_５比率が０．５
〜１．５であるときに、合成条件および物性面で特にバ
ランスの良い材料となった。

【０１１１】今回は、粒径０．１６μｍ〜０．２３μｍ
のＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ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。

【０１１２】〈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。

【０１１３】（２）ＰＺＴ−ＰＭＮ粒子への感光性の付
与 上記した各ＰＺＴ−ＰＭＮ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、Ｐ
ＺＴ−ＰＭＮ粒子の表面に光反応性基を導入した。

【０１１４】（３）有機成分／ＰＺＴ−ＰＭＮ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−ＰＭＮ粒子９ｇおよび微量成
分（ＶＯ（ＯＥｔ）_３、Ｂｉ（ＯＢｕ）_３）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。

【０１１５】〈圧電体素子の作成〉 〔実施例１８〜２３〕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−ＰＭＮ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。

【０１１６】得られたＰＺＴ−ＰＭＮ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。

【０１１７】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−ＰＭＮ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。但し、Ｖ_２Ｏ_５量、Ｂｉ_２Ｏ_３量（重量％）は、原
料のＶＯ（ＯＥｔ）_３、Ｂｉ（ＯＢｕ）_３の量から換算
して算出した。

【０１１８】

【表２】

【０１１９】〔比較例７、８〕ＰＺＴ−ＰＭＮ−３およ
びＰＺＴ−ＰＭＮ−５の各微粒子を用いて、上記した実
施例と同様の方法により、Ｖ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、
焼結が充分に進まずに、振動可能な圧電体素子を作成す
ることはできなかった。

【０１２０】表２から分かるように、この発明の実施例
によると、７５０℃、８５０℃といった低温での焼成に
おいても、十分大きな振動幅を有する圧電体素子を得る
ことが可能であった。

【０１２１】上記した実施例１８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基板を用いた。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８．５ｍ／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。

【０１２２】〈超音波モータ用圧電体素子の作成〉 〔実施例２４〕上記した実施例６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Ｖ_０ｓｉｎωｔ、Ｂ電極
に位相が９０°遅れたＶ_０ｃｏｓωｔ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。

【０１２３】

【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
−ＰＭＮ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ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁器組成物を提供することができ
る。

【０１２４】請求項３に係る発明のＰＺＴ−ＰＭＮ系磁
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ＰＺＴ−ＰＭＮ系磁
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。

【０１２５】請求項５ないし請求項７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−ＰＭＮ
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５に係る発明の製造方法によると、ＰＺＴ−ＰＭ
Ｎ系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。

【０１２６】請求項６に係る発明の製造方法によると、
ＰＺＴ−ＰＭＮ粒子またはＰＺＴ−ＰＭＮ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−
ＰＭＮ粒子またはＰＺＴ−ＰＭＮ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。

【０１２７】請求項７に係る発明の製造方法によると、
Ｖ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−ＰＭＮ系磁器組成物中に存在させるこ
とができる。

【０１２８】請求項８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。

【０１２９】請求項９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。

【０１３０】請求項１０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。

【０１３１】請求項１１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。

【０１３２】請求項１２ないし請求項１５に係る各発明
の製造方法によると、請求項９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１０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。

【０１３３】請求項１６に係る発明の製造方法による
と、請求項１１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。

【０１３４】請求項１７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。

【０１３５】請求項１８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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/18 １０１Ｆ 41/24 41/22 Ａ 41/22 Ｚ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学式（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ
   _ｘ）Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３（０．
   ２≦ｘ≦１、０．０５≦ｙ≦０．６）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、 Ｖ_２Ｏ_５を０．０１重量％〜１０重量％およびＢｉ_２Ｏ
   _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。
2. 【請求項２】 Ｖ_２Ｏ_５が０．０１重量％〜５重量％お
   よびＢｉ_２Ｏ_３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。
3. 【請求項３】 Ｂｉ_２Ｏ_３／Ｖ_２Ｏ_５の重量比が０．０
   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。
4. 【請求項４】 Ｂｉ_２Ｏ_３／Ｖ_２Ｏ_５の重量比が０．５
   〜１．５である請求項４記載の圧電体磁器組成物。
5. 【請求項５】 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を製造する方法において、 原料として、化学式（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴ
   ｉ_ｘ）Ｏ_３−ｙＰｂ（Ｍｇ _１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ
   _３（０．２≦ｘ≦１、０．０５≦ｙ≦０．６）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。
6. 【請求項６】 前記粒子が、化学式（Ｚｒ_１−ｘＴ
   ｉ_ｘ）_２Ｏ_４（０．２≦ｘ≦１）で表される組成の酸化
   物とＭｇＮｂ_２Ｏ_６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５記載の、圧電体磁器組成
   物の製造方法。
7. 【請求項７】 Ｖ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
   を経る請求項５または請求項６記載の、圧電体磁器組成
   物の製造方法。
8. 【請求項８】 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４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。
9. 【請求項９】 前記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
   れた請求項８記載の圧電体素子。
10. 【請求項１０】 前記圧電体膜の厚みが１μｍ〜２５μ
    ｍである請求項９記載の圧電体素子。
11. 【請求項１１】 前記圧電体部材が、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請求項８記載の圧電体素
    子。
12. 【請求項１２】 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４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（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３−ｙＰ
    ｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_{２ ／３}）Ｏ_３（０．２≦ｘ≦１、
    ０．０５≦ｙ≦０．６）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。
13. 【請求項１３】 前記複合酸化物からなる粒子、ならび
    に、Ｖ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１２記載の、圧電体素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 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１２または請求項１３
    記載の、圧電体素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記組成膜の加熱処理が６００℃〜９
    ５０℃の温度で行われる請求項１２ないし請求項１４の
    いずれかに記載の、圧電体素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 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（１−ｙ）Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３−ｙＰ
    ｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_{２ ／３}）Ｏ_３（０．２≦ｘ≦１、
    ０．０５≦ｙ≦０．６）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。
17. 【請求項１７】 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８ないし請求項１０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。
18. 【請求項１８】 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８または請求項１１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。