JP2003309298A - Piezoelectric/electrostrictive element and its manufacturing method - Google Patents

Piezoelectric/electrostrictive element and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2003309298A
JP2003309298A JP2002116128A JP2002116128A JP2003309298A JP 2003309298 A JP2003309298 A JP 2003309298A JP 2002116128 A JP2002116128 A JP 2002116128A JP 2002116128 A JP2002116128 A JP 2002116128A JP 2003309298 A JP2003309298 A JP 2003309298A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
electrostrictive
electrostrictive element
element according
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002116128A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Namekawa
政彦 滑川
Kazuyoshi Shibata
和義 柴田
Masaki Iwamoto
正樹 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2002116128A priority Critical patent/JP2003309298A/en
Publication of JP2003309298A publication Critical patent/JP2003309298A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric/electrostrictive element exhibiting excellent strength, impact resistance, handling performance, dimensional accuracy, positional accuracy, the stability of element characteristics, and a manufacturing yield in which even a thin element having a large area can be prevented from being deformed or damaged. <P>SOLUTION: The piezoelectric/electrostrictive element comprises piezoelectric/ electrostrictive thin films 2A, 2B, 2C and 2D each having a rectangular plane where the width dimension a (mm) and the depth dimension b (mm) of the external shape satisfy a relation a+b<100, and inner electrode layers 3A, 3B and 3C provided to sandwich the piezoelectric/electrostrictive thin films 2A, 2B, 2C and 2D. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は圧電/電歪素子に
関し、さらに詳しくは、薄肉で破損されにくい圧電/電
歪素子およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive element, and more particularly to a piezoelectric / electrostrictive element that is thin and is not easily damaged, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光学、磁気記録、精密加工、印刷
などの各種の分野において、例えば光路長や位置などを
サブミクロンオーダで制御したり、振動を精密に制御す
るための薄型で小面積の変位素子が要望されている。こ
の要望に応える変位素子としては、例えば強誘電体など
でなる圧電/電歪材料に電圧を印加したときに起こる逆
圧電効果や電歪効果に因る変位を利用するものがある。
2. Description of the Related Art In recent years, in various fields such as optics, magnetic recording, precision processing, and printing, for example, the optical path length and position are controlled in the submicron order, and a thin and small area is used for precisely controlling vibration. There is a demand for such displacement elements. As a displacement element that meets this demand, there is one that utilizes displacement due to an inverse piezoelectric effect or an electrostrictive effect that occurs when a voltage is applied to a piezoelectric / electrostrictive material such as a ferroelectric substance.

【0003】従来、この種の薄型で小面積の変位素子と
しては、積層型の圧電/電歪素子がある。この圧電/電
歪素子は、複数の圧電/電歪層と電極層とを交互に積層
してなる。このような圧電/電歪素子を製造するには、
まず、原料を秤量し、粉砕してバインダと共に混合し、
さらに脱泡した後、シート状に形成して矩形状のグリー
ンシート(焼成により圧電/電歪セラミック層になる)
を所定形状とする。このグリーンシートの一方の表面に
所定領域に亘って導電ペーストを印刷して電極層を形成
する。次に、この電極層が適宜印刷されたグリーンシー
トを積層圧着し、必要に応じて切断して形成した圧電/
電歪素子前駆体を焼成して積層体を作製する。この結
果、グリーンシートは、上記したように、焼成されて圧
電体セラミック層となり、この圧電体セラミック層に外
部電極を適宜形成して圧電/電歪素子が作製される。
Conventionally, as this type of thin displacement element having a small area, there is a laminated piezoelectric / electrostrictive element. This piezoelectric / electrostrictive element is formed by alternately stacking a plurality of piezoelectric / electrostrictive layers and electrode layers. In order to manufacture such a piezoelectric / electrostrictive element,
First, the raw materials are weighed, crushed and mixed with a binder,
After defoaming, the sheet is formed into a rectangular green sheet (fired to form a piezoelectric / electrostrictive ceramic layer).
Is a predetermined shape. A conductive paste is printed over a predetermined area on one surface of the green sheet to form an electrode layer. Next, a green sheet on which this electrode layer is appropriately printed is laminated and pressure-bonded, and if necessary, cut to form a piezoelectric /
The electrostrictive element precursor is fired to produce a laminated body. As a result, the green sheet is fired to form the piezoelectric ceramic layer as described above, and the piezoelectric / electrostrictive element is manufactured by appropriately forming the external electrodes on the piezoelectric ceramic layer.

【0004】このような構成の積層型の圧電/電歪素子
を用いてユニモルフ型アクチュエータを作製するには、
振動板の上に、圧電/電歪素子を接着固定した後、外形
を所定寸法に加工すればよい。
In order to manufacture a unimorph type actuator using the laminated piezoelectric / electrostrictive element having such a structure,
After the piezoelectric / electrostrictive element is bonded and fixed on the vibration plate, the outer shape may be processed into a predetermined size.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た積層型の圧電/電歪素子を用いたユニモルフ型アクチ
ュエータにおいては、積層型の圧電/電歪素子が小面積
であるため、組み立て後に加工する場合に取り数が少な
く原料歩留まりが低いものであった。通常、圧電/電歪
材料には鉛化合物が用いられることが多く、このため、
鉛分を多く含む廃棄物が多く発生し、その廃棄物の処理
コストが嵩むという問題点があった。
However, in the unimorph type actuator using the above-mentioned laminated piezoelectric / electrostrictive element, since the laminated piezoelectric / electrostrictive element has a small area, it is necessary to process it after assembling. In addition, the yield was low and the raw material yield was low. Usually, lead compounds are often used for piezoelectric / electrostrictive materials, and
There is a problem that a large amount of waste containing a large amount of lead is generated, and the cost of processing the waste increases.

【0006】また、積層型の圧電/電歪素子を用いたユ
ニモルフ型アクチュエータの製造においては、焼成され
た積層型の圧電/電歪セラミックをハンドリングして搬
送・組立が行われる。
Further, in the manufacture of a unimorph type actuator using a laminated piezoelectric / electrostrictive element, the fired laminated piezoelectric / electrostrictive ceramic is handled and conveyed / assembled.

【0007】しかし、従来の圧電/電歪セラミックは、
破壊靱性が低くハンドリングが困難であった。このた
め、薄肉で大面積の圧電/電歪素子の原盤を用いて圧電
/電歪素子を作製することは困難であった。そして、従
来のように薄肉で小面積の圧電/電歪素子の前駆体を焼
成して作製した圧電/電歪素子では、中央部と周辺部と
の特性が異なるという問題点があった。これのように特
性が異なる理由は、圧電/電歪材料として、焼成時に組
成変化し易い鉛化合物が多いため、圧電/電歪素子前駆
体の中央部と周辺部とで組成が変化することが原因と考
えられる。このため、上記したような薄型で小面積の圧
電/電歪素子では、最終的な特性にばらつきが発生し易
いものであった。
However, the conventional piezoelectric / electrostrictive ceramic is
Fracture toughness was low and handling was difficult. For this reason, it is difficult to manufacture a piezoelectric / electrostrictive element using a master of a thin, large-area piezoelectric / electrostrictive element. The piezoelectric / electrostrictive element produced by firing a precursor of a thin-walled, small-area piezoelectric / electrostrictive element as in the prior art has a problem that the central portion and the peripheral portion have different characteristics. The reason why the characteristics are different as described above is that, as the piezoelectric / electrostrictive material, there are many lead compounds whose composition easily changes during firing, so that the composition may change between the central portion and the peripheral portion of the piezoelectric / electrostrictive element precursor. Probably the cause. For this reason, in the above-mentioned thin piezoelectric / electrostrictive element having a small area, the final characteristics are likely to vary.

【0008】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。そこで、本発明は、薄肉・大面積でも変
形、破損の発生を防止できる、強度、耐衝撃性、取扱い
性、寸法精度、位置精度、素子特性の安定性、ならびに
原料歩留まりに優れた圧電/電歪素子およびその製造方
法を提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above problems. Therefore, the present invention provides a piezoelectric / electrical device that can prevent deformation and damage even with a thin wall and a large area and is excellent in strength, impact resistance, handleability, dimensional accuracy, position accuracy, element characteristic stability, and raw material yield. It is an object of the present invention to provide a strain element and a manufacturing method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の特徴は、平面が矩形状をなし、外形
の幅寸法a(mm)と奥行き寸法b(mm)とが、a+
b<100の関係を満足する圧電/電歪薄膜と、この圧
電/電歪薄膜を挟持するように設けられた少なくとも一
対の電極と、を備えることを要旨とする。特に、この発
明では、外形の幅寸法a(mm)と奥行き寸法b(m
m)とが、a+b<70、さらにa+b<40であるこ
とが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, the first feature of the present invention is that the plane has a rectangular shape, and the width dimension a (mm) and the depth dimension b (mm) of the outer shape are the same. , A +
It is a gist to provide a piezoelectric / electrostrictive thin film satisfying the relationship of b <100 and at least a pair of electrodes provided so as to sandwich the piezoelectric / electrostrictive thin film. Particularly, in the present invention, the width dimension a (mm) and the depth dimension b (m) of the outer shape are
m) is preferably a + b <70, more preferably a + b <40.

【0010】このような構成とすることにより、薄型で
不良率の少ない圧電/電歪素子を得ることができる。
With such a structure, it is possible to obtain a thin piezoelectric / electrostrictive element with a low defect rate.

【0011】また、第1の特徴に係る発明では、圧電/
電歪薄膜の厚さ寸法tが0.3mm以下、好ましくは
0.2mm以下、さらに好ましくは0.15mm以下で
ある。このような厚さ寸法に設定することにより、圧電
/電歪素子の変位特性を確実に得ることができる。
In the invention according to the first feature, the piezoelectric /
The thickness t of the electrostrictive thin film is 0.3 mm or less, preferably 0.2 mm or less, more preferably 0.15 mm or less. By setting such a thickness dimension, the displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element can be reliably obtained.

【0012】さらに、第1の特徴に係る発明では、圧電
/電歪薄膜の積層数が15以下、好ましくは10以下、
さらに好ましくは5以下である。このような構成とする
ことにより、圧電/電歪素子の使用中に絶縁破壊が発生
することを抑制できる。
Further, in the invention according to the first feature, the number of laminated piezoelectric / electrostrictive thin films is 15 or less, preferably 10 or less,
It is more preferably 5 or less. With such a structure, it is possible to suppress dielectric breakdown during use of the piezoelectric / electrostrictive element.

【0013】そして、第1の特徴に係る発明では、電極
の少なくとも1層がサーメット、特に圧電/電歪セラミ
ックとPt、Ag、Pd、Ni等の金属からなるサーメ
ットでなることが好ましい。このように電極をサーメッ
トで形成することにより、この電極と圧電/電歪薄膜と
の熱膨脹差を低減することが可能となり、焼成温度と実
際の使用温度(室温近傍)の温度差で発生する内部応力
に起因する剥離を抑制する作用があり、圧電/電歪素子
の信頼性を向上できる他、内部応力に起因する圧電/電
歪素子の電界誘起歪の低下を抑制できる。また、電圧を
印加しても歪みが発生しないPt、Ag、Pd、Ni等
の金属の圧電/電歪素子に対する相対的な体積が少なく
なるため、圧電/電歪素子の変位を大きくすることがで
きる。
In the invention according to the first feature, it is preferable that at least one layer of the electrode is a cermet, particularly a cermet made of a piezoelectric / electrostrictive ceramic and a metal such as Pt, Ag, Pd or Ni. By forming the electrode with the cermet in this way, it is possible to reduce the difference in thermal expansion between the electrode and the piezoelectric / electrostrictive thin film, and the internal difference caused by the temperature difference between the firing temperature and the actual use temperature (near room temperature) It has the effect of suppressing peeling due to stress, and can improve the reliability of the piezoelectric / electrostrictive element, and can suppress the decrease in electric field induced strain of the piezoelectric / electrostrictive element due to internal stress. In addition, since the relative volume of a metal such as Pt, Ag, Pd, or Ni, which does not generate distortion even when a voltage is applied, to the piezoelectric / electrostrictive element is reduced, the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element can be increased. it can.

【0014】本発明の第2の特徴は、振動板固定部を有
する振動板を備えた圧電/電歪デバイスにおけるこの振
動板に固定されると共に、少なくとも1層以上の圧電/
電歪層と、少なくとも2層の電極層とを有する薄肉の圧
電/電歪素子であって、この圧電/電歪層表面の平均粒
径が30μm以下であることを要旨とする。
A second feature of the present invention is that in a piezoelectric / electrostrictive device provided with a diaphragm having a diaphragm fixing portion, the piezoelectric / electrostrictive device is fixed to the diaphragm and at least one piezoelectric / piezoelectric layer is used.
It is a thin piezoelectric / electrostrictive element having an electrostrictive layer and at least two electrode layers, and the summary is that the average particle size of the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer is 30 μm or less.

【0015】第2の特徴に係る発明では、圧電/電歪層
表面の平均粒径を30μm以下とすることで、破壊靱性
が良好となり、ハンドリングの際や、圧電/電歪デバイ
スに衝撃が伝わった際に破損が発生することを抑制する
作用がある。
In the second aspect of the invention, the fracture toughness is improved by setting the average grain size on the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer to 30 μm or less, and the impact is transmitted to the piezoelectric / electrostrictive device during handling. It has the effect of suppressing damage from occurring in the event of damage.

【0016】なお、第2の特徴に係る発明では、圧電/
電歪層表面の平均粒径が好ましくは20μm以下、さら
に好ましくは10μm以下である。圧電/電歪層表面の
材料粒径を20μm以下にすることで、圧電/電歪素子
の駆動時や熱衝撃印加時に破壊が発生することを抑制す
る作用がある。特に、圧電/電歪層表面の材料粒径を1
0μm以下にすることで、上記作用に加えて、高湿度下
でも絶縁破壊が発生することを抑制する作用がある。
In the invention according to the second feature, the piezoelectric /
The average particle size on the surface of the electrostrictive layer is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. By setting the material particle size on the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer to 20 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of breakage when the piezoelectric / electrostrictive element is driven or when a thermal shock is applied. Especially, the material grain size on the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer is set to 1
By setting the thickness to 0 μm or less, in addition to the above-mentioned action, there is an action of suppressing the occurrence of dielectric breakdown even under high humidity.

【0017】また、第2の特徴に係る発明では、圧電/
電歪素子の厚さの振動板の厚さに対する比が0.5〜1
0、前記振動板固定部の長さに対する圧電/電歪素子の
長さの比が1.25以上、幅が0.8mm以上の外形を有
することが好ましい。なお、振動板の厚さに対する厚さ
の比は好ましくは0.8〜5、さらに好ましくは1〜3
である。このような構成とすることにより、振動板との
組み付け時に振動板のうねりに追従し易くなり、接着剤
の厚みが部位によらず一定となり、圧電/電歪デバイス
の変位特性ばらつきを小さくする作用がある。
In the invention according to the second feature, the piezoelectric /
The ratio of the thickness of the electrostrictive element to the thickness of the diaphragm is 0.5 to 1
0, the ratio of the length of the piezoelectric / electrostrictive element to the length of the vibration plate fixing portion is 1.25 or more, and the width is preferably 0.8 mm or more. The ratio of the thickness to the thickness of the diaphragm is preferably 0.8-5, more preferably 1-3.
Is. With such a configuration, it becomes easy to follow the waviness of the diaphragm when assembled with the diaphragm, the thickness of the adhesive becomes constant regardless of the part, and the variation in displacement characteristics of the piezoelectric / electrostrictive device is reduced. There is.

【0018】さらに、第2の特徴に係る発明では、圧電
/電歪素子の長さの振動板固定部の長さに対する比は、
2以上、さらには3以上であることが好ましい。
Further, in the invention according to the second feature, the ratio of the length of the piezoelectric / electrostrictive element to the length of the diaphragm fixing portion is:
It is preferably 2 or more, and more preferably 3 or more.

【0019】また、第2の特徴に係る発明では、圧電/
電歪素子の幅寸法が1.5mm以上であることが好まし
い。このように、幅寸法を1.5mm以上とすることに
より、圧電/電歪素子の焼成時の組成変動が少ない部分
を多く得ることができるため、製造効率を向上できる。
In the invention according to the second feature, the piezoelectric /
The width dimension of the electrostrictive element is preferably 1.5 mm or more. In this way, by setting the width dimension to be 1.5 mm or more, it is possible to obtain many portions in which the composition variation during firing of the piezoelectric / electrostrictive element is small, so that the manufacturing efficiency can be improved.

【0020】さらに、第2の特徴に係る発明では、圧電
/電歪層が15層以下、好ましくは1〜10層、さらに
好ましくは2〜8層とすることが望ましい。このような
積層数とすることにより、絶縁破壊を抑制する作用があ
る。すなわち、圧電/電歪層の積層数が15層より多い
と、圧電/電歪素子における電極長が長くなり、且つ電
極間距離が短くなることに起因して電圧印加時の絶縁破
壊が発生し易くなる。また、圧電/電歪層の積層数を1
0以下とすることで、十分な変位を確保することができ
る。
Further, in the invention according to the second feature, it is desirable that the number of piezoelectric / electrostrictive layers is 15 or less, preferably 1 to 10 layers, more preferably 2 to 8 layers. With such a stacking number, there is an effect of suppressing dielectric breakdown. That is, when the number of laminated piezoelectric / electrostrictive layers is more than 15, the electrode length in the piezoelectric / electrostrictive element becomes long and the distance between the electrodes becomes short, so that dielectric breakdown occurs when a voltage is applied. It will be easier. Also, the number of laminated piezoelectric / electrostrictive layers is 1
By setting it to 0 or less, sufficient displacement can be secured.

【0021】そして、第2の特徴に係る発明では、電極
層の少なくとも1層がサーメットであることが好まし
い。このような構成とすることにより、電極材料と圧電
/電歪材料との熱膨脹差に起因する剥離や変位低下を抑
制して、圧電/電歪素子の信頼性が向上する。また、サ
ーメットの使用により、圧電/電歪素子中の、電界を印
加しても歪まない金属部分の体積を少なくすることがで
きるため、圧電/電歪素子の変位を大きくすることがで
きる。
In the second aspect of the invention, it is preferable that at least one of the electrode layers is a cermet. With such a structure, peeling or reduction in displacement due to the difference in thermal expansion between the electrode material and the piezoelectric / electrostrictive material is suppressed, and the reliability of the piezoelectric / electrostrictive element is improved. Further, by using the cermet, the volume of the metal portion of the piezoelectric / electrostrictive element that is not distorted even when an electric field is applied can be reduced, and thus the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element can be increased.

【0022】本発明の第3の特徴は、圧電/電歪素子の
製造方法であって、セラミック基板上に、熱処理で消失
する付着防止層を形成した後、この付着防止層上にスク
リーン印刷法を用いて圧電/電歪素子前駆体を形成し、
その後、この圧電/電歪素子前駆体を焼成することを要
旨とする。
A third feature of the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element, which comprises forming an adhesion preventing layer which disappears by heat treatment on a ceramic substrate, and then screen printing on the adhesion preventing layer. Is used to form a piezoelectric / electrostrictive element precursor,
After that, the main point is to bake the piezoelectric / electrostrictive element precursor.

【0023】この第3の特徴に係る発明では、セラミッ
ク基板が焼成された圧電/電歪材料層でもよいし、未焼
成の圧電/電歪材料層でもよい。また、このセラミック
基板は、圧電/電歪材料でない、焼成されたセラミック
材料層と、焼成された圧電/電歪材料層との2層構造と
してもよい。さらに、セラミック基板は、圧電/電歪材
料でない、未焼成のセラミック材料層と、未焼成の圧電
/電歪材料層との2層構造でなる構成としてもよい。さ
らにまた、圧電/電歪材料でない、焼成されたセラミッ
ク材料層と、未焼成の圧電/電歪材料層との2層構造が
好ましい。また、セラミック基板の圧電/電歪材料層
は、グリーンシート形成法やスクリーン印刷法で形成し
てもよい。そして、圧電/電歪素子前駆体を、セラミッ
ク基板上に複数配置することが好ましい。
In the invention of the third feature, the ceramic substrate may be a fired piezoelectric / electrostrictive material layer or an unfired piezoelectric / electrostrictive material layer. Further, this ceramic substrate may have a two-layer structure of a fired ceramic material layer which is not a piezoelectric / electrostrictive material and a fired piezoelectric / electrostrictive material layer. Further, the ceramic substrate may have a two-layer structure including an unfired ceramic material layer which is not a piezoelectric / electrostrictive material and an unfired piezoelectric / electrostrictive material layer. Furthermore, a two-layer structure of a fired ceramic material layer which is not a piezoelectric / electrostrictive material and an unfired piezoelectric / electrostrictive material layer is preferable. The piezoelectric / electrostrictive material layer of the ceramic substrate may be formed by a green sheet forming method or a screen printing method. Then, it is preferable to dispose a plurality of piezoelectric / electrostrictive element precursors on the ceramic substrate.

【0024】また、第3の特徴に係る発明では、付着防
止層が昇華する物質でなることが好ましい。付着防止層
が、気化蒸発する前に、液相となる物質であると圧電/
電歪素子前駆体を部分的に溶かしてしまい、焼成後の圧
電/電歪素子に形状不良が発生したり、圧電/電歪素子
前駆体の溶けた部分がセラミック基板に密着することに
より、焼成後の圧電/電歪素子がセラミック基板に固着
してしまうのに対し、昇華性物質を用いることにより、
焼成時に付着防止層を融解させることなく消失させるこ
とができるため、前記の問題が発生しない。
In the invention according to the third feature, it is preferable that the adhesion preventing layer is made of a substance that sublimes. If the anti-adhesion layer is a substance that becomes a liquid phase before vaporizing and evaporating, the piezoelectric /
When the electrostrictive element precursor is partially melted, a defective shape occurs in the piezoelectric / electrostrictive element after firing, or the melted portion of the piezoelectric / electrostrictive element precursor adheres to the ceramic substrate, which results in firing. While the later piezoelectric / electrostrictive element is fixed to the ceramic substrate, by using a sublimable substance,
The above problem does not occur because the anti-adhesion layer can be eliminated during melting without melting.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電/電歪素
子およびその製造方法の詳細を図面に示す実施の形態に
基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、
各材料層の厚みや寸法は以下の説明を参照して判断すべ
きものである。また、図面相互間においても互いの寸法
の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論であ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, details of a piezoelectric / electrostrictive element and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings. However, the drawings are schematic,
The thickness and size of each material layer should be determined with reference to the following description. Moreover, it is needless to say that the drawings may include portions having different dimensional relationships and ratios.

【0026】ここで、本発明における圧電/電歪素子と
は、逆圧電効果ならびに電歪効果あるいは圧電効果によ
り、電気的エネルギーと機械的エネルギーとを相互に変
換する素子を包含する概念である。したがって、各種ア
クチュエータや振動子などの能動素子、特に、逆圧電効
果や電歪効果による変位を利用した変位素子として用い
られる他、圧電効果による起電力を利用したセンサとし
ても用いられる。
Here, the piezoelectric / electrostrictive element in the present invention is a concept including an element which mutually converts electrical energy and mechanical energy by an inverse piezoelectric effect and an electrostrictive effect or a piezoelectric effect. Therefore, it is used not only as an active element such as various actuators and vibrators, but especially as a displacement element utilizing displacement due to an inverse piezoelectric effect or an electrostrictive effect, and also as a sensor utilizing electromotive force due to a piezoelectric effect.

【0027】[実施の形態] (圧電/電歪素子)図1は、第1の実施の形態に係る圧
電/電歪素子1を上下を逆に置いた状態を示す斜視図で
ある。図1に示すように、この実施の形態に係る圧電/
電歪素子1は、例えば4層の圧電/電歪層2A、2B、
2C、2Dと、これらの圧電/電歪層2A、2B、2
C、2Dの互いに隣接する層同士の間に介在される例え
ば3層の内部電極層3A、3B、3Cと、これら内部電
極層3A、3B、3Cが交互に接続された一対の外部電
極層4A、4Bとを備えてなる。そして、この圧電/電
歪素子1は、上下一対の底面がともに長方形状をなす概
ね台形状の積層体構造を有する。
[Embodiment] (Piezoelectric / electrostrictive element) FIG. 1 is a perspective view showing a state in which the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to the first embodiment is placed upside down. As shown in FIG. 1, the piezoelectric /
The electrostrictive element 1 includes, for example, four piezoelectric / electrostrictive layers 2A, 2B,
2C, 2D and these piezoelectric / electrostrictive layers 2A, 2B, 2
For example, three internal electrode layers 3A, 3B, 3C interposed between the adjacent layers C, 2D and a pair of external electrode layers 4A in which these internal electrode layers 3A, 3B, 3C are alternately connected. And 4B. The piezoelectric / electrostrictive element 1 has a substantially trapezoidal laminated structure in which the pair of upper and lower bottom surfaces are both rectangular.

【0028】この実施の形態に係る圧電/電歪素子1に
おいて、圧電/電歪層2A、2B、2C、2Dは、圧電
或いは電歪効果などの電界誘起歪みを示す材料であれ
ば、何れの材料でもよく、また誘電体セラミックス材料
や強誘電体セラミックス材料であっても、何等差し支え
なく、更には分極処理が必要な材料であっても、またそ
れが不必要な材料であってもよいが、好ましくはジルコ
ン酸チタン酸鉛(PZT系)を主成分とする材料、マグ
ネシウムニオブ酸鉛(PMN系)を主成分とする材料、
ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)を主成分とする材料、
亜鉛ニオブ酸鉛を主成分とする材料、マンガンニオブ酸
鉛を主成分とする材料、アンチモン錫酸鉛を主成分とす
る材料、チタン酸鉛を主成分とする材料、チタン酸バリ
ウムを主成分とする材料、さらにはこれらの複合材料等
が用いられる。なお、PZT系を主成分とする材料に、
ランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガ
ン等の酸化物や、それらの他の化合物を添加物として含
んだ材料、例えばPLZT系となるように、前記材料に
所定の添加物を適宜に加えても何等差し支えない。ま
た、内部電極層3A、3B、3Cおよび外部電極層4
A、4Bは、サーメットで形成されている。このサーメ
ットは、白金、パラジウム、ロジウム等の高融点金属
類、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の
合金を主成分とする金属に、酸化鉛、酸化チタン、酸化
ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化ニ
ッケル、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化アンチモン、酸
化錫、酸化ランタン、酸化バリウム及びこれらの化合物
である、ジルコン酸チタン鉛を主成分とする材料、マグ
ネシウムニオブ酸鉛を主成分とする材料、ニッケルニオ
ブ酸鉛を主成分とする材料、アンチモン錫酸鉛を主成分
する材料、チタン酸鉛を主成分とする材料、チタン酸バ
リウムを主成分とする材料の単体或いは混合物が複合化
されてなる。
In the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to this embodiment, the piezoelectric / electrostrictive layers 2A, 2B, 2C and 2D are made of any material as long as they exhibit electric field induced strain such as piezoelectric or electrostrictive effect. It may be a material, or may be a dielectric ceramic material or a ferroelectric ceramic material without any problem. Further, it may be a material that needs polarization treatment, or it may be an unnecessary material. , Preferably a material containing lead zirconate titanate (PZT type) as a main component, a material containing lead magnesium niobate (PMN type) as a main component,
A material whose main component is lead nickel niobate (PNN),
Material containing lead zinc niobate as a main component, material containing lead manganese niobate as a main component, material containing lead antimony stannate as a main component, material containing lead titanate as a main component, and barium titanate as a main component. The material to be used, and a composite material of these materials are used. In addition, the material which has PZT system as a main component,
A material containing oxides of lanthanum, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, etc., or other compounds thereof as additives, for example, a PLZT-based material, is appropriately added with predetermined additives. It doesn't matter. In addition, the internal electrode layers 3A, 3B, 3C and the external electrode layer 4
A and 4B are formed of cermet. This cermet is a high-melting point metal such as platinum, palladium, rhodium, a metal containing an alloy such as silver-palladium, silver-platinum, platinum-palladium as a main component, lead oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, Niobium oxide, nickel oxide, zinc oxide, manganese oxide, antimony oxide, tin oxide, lanthanum oxide, barium oxide and their compounds, materials containing lead zirconate as a main component, and lead magnesium niobate as a main component Material, a material containing lead nickel niobate as a main component, a material containing lead antimony stannate as a main component, a material containing lead titanate as a main component, or a material containing barium titanate as a main component, or a mixture thereof, is composited. It becomes.

【0029】この圧電/電歪素子1では、底面f1から
底面f2へ向けて積層される圧電/電歪層2A、2B、
2C、2Dが漸次幅が奥行きが狭くなるように設定され
ている。この結果、圧電/電歪素子1全体では、奥行き
方向の両側に斜面f3、f4が形成されている。
In this piezoelectric / electrostrictive element 1, the piezoelectric / electrostrictive layers 2A, 2B, which are laminated from the bottom surface f1 toward the bottom surface f2,
2C and 2D are set so that the width gradually becomes narrower. As a result, slopes f3 and f4 are formed on both sides in the depth direction of the entire piezoelectric / electrostrictive element 1.

【0030】また、この圧電/電歪素子1においては、
図1に示す幅寸法aと奥行き寸法bとの和a+bが10
0mmよりも小さくなるように設定されている。さら
に、圧電/電歪素子1の厚さ寸法tは、0.3mm以下
に設定されている。
Further, in this piezoelectric / electrostrictive element 1,
The sum a + b of the width dimension a and the depth dimension b shown in FIG. 1 is 10
It is set to be smaller than 0 mm. Furthermore, the thickness t of the piezoelectric / electrostrictive element 1 is set to 0.3 mm or less.

【0031】このように設定したことにより、本実施の
形態に係る圧電/電歪素子1では、1σの上限で所望の
変位特性を得ることができる。したがって、a+b<1
00mmの条件下で、圧電/電歪素子1の厚さ寸法tを
0.3mm以下にすると、圧電/電歪素子としたときに
平均で所望の変位特性が得られる。さらに、a+b<1
00mmの条件下で、圧電/電歪素子1の厚さ寸法tを
0.15mm以下にすると、圧電/電歪素子としたとき
に1σの下限で平均で所望の変位特性が得られる。
With this setting, the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to the present embodiment can obtain desired displacement characteristics with an upper limit of 1σ. Therefore, a + b <1
If the thickness t of the piezoelectric / electrostrictive element 1 is set to 0.3 mm or less under the condition of 00 mm, desired displacement characteristics can be obtained on average when the piezoelectric / electrostrictive element is used. Furthermore, a + b <1
When the thickness t of the piezoelectric / electrostrictive element 1 is set to 0.15 mm or less under the condition of 00 mm, when the piezoelectric / electrostrictive element is used, desired displacement characteristics can be obtained on average at the lower limit of 1σ.

【0032】そして、このような設定の圧電/電歪素子
1において、圧電/電歪層の積層数は、圧電/電歪層2
A、2B、2C、2Dの4層である。本実施の形態にお
いては、a+b<100mmで、圧電/電歪素子1の厚
さ寸法tを0.3mm以下に設定した条件下で、圧電/
電歪層の積層数を15以下とすることで圧電/電歪層が
絶縁破壊されることを防止できる。
In the piezoelectric / electrostrictive element 1 having such a setting, the number of laminated piezoelectric / electrostrictive layers is equal to that of the piezoelectric / electrostrictive layers 2.
There are four layers A, 2B, 2C, and 2D. In the present embodiment, when a + b <100 mm and the thickness dimension t of the piezoelectric / electrostrictive element 1 is set to 0.3 mm or less, the piezoelectric / electrostrictive element 1
By setting the number of laminated electrostrictive layers to 15 or less, dielectric breakdown of the piezoelectric / electrostrictive layers can be prevented.

【0033】また、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
1においては、内部電極層3A、3B、3Cおよび外部
電極層4A、4Bを、圧電/電歪層を構成するセラミッ
クと同組成或いは類似組成のセラミックと金属の混合物
であるサーメットで形成しているため、サーメットのセ
ラミックと圧電/電歪層のセラミックが焼結することに
より、電極層と圧電/電歪層の結合が強化されることに
加え、熱膨張率差に起因する内部応力が低減されて、こ
れら電極層と圧電/電歪層2A、2B、2C、2Dとが
剥離することを抑制できる。
In the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to the present embodiment, the internal electrode layers 3A, 3B, 3C and the external electrode layers 4A, 4B have the same composition as the ceramics forming the piezoelectric / electrostrictive layer, or Since the cermet, which is a mixture of ceramic and metal having a similar composition, is formed, the ceramic of the cermet and the ceramic of the piezoelectric / electrostrictive layer are sintered to strengthen the bond between the electrode layer and the piezoelectric / electrostrictive layer. In addition, the internal stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion is reduced, and the electrode layers and the piezoelectric / electrostrictive layers 2A, 2B, 2C, and 2D can be prevented from peeling off.

【0034】なお、下表1は、図1に示すように、本実
施の形態に係る圧電/電歪素子1の外形の幅寸法a(m
m)と外形の奥行き寸法b(mm)を漸次変えたときの
圧電/電歪素子1の不良率(不良発生率)を示してい
る。また、図2は、下表1に基づいて圧電/電歪素子1
の不良率が100%となる区域と、不良率0%の区域
と、不良率0〜100%の区域(二点鎖線は不良率50
%を示す)とを示す。
Table 1 below shows the width dimension a (m) of the outer shape of the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to this embodiment, as shown in FIG.
m) and the depth dimension b (mm) of the outer shape are gradually changed, showing the defect rate (defect occurrence rate) of the piezoelectric / electrostrictive element 1. In addition, FIG. 2 is a piezoelectric / electrostrictive element 1 based on Table 1 below.
Area where the defective rate is 100%, an area where the defective rate is 0%, and an area where the defective rate is 0 to 100% (the two-dot chain line indicates the defective rate of 50%
% Is shown).

【0035】[0035]

【表1】 上記表1および図2から、圧電/電歪素子1の外形の幅
寸法aと奥行き寸法bとの和が100mmより短い(a
+b<100mm)ときに、圧電/電歪素子1の不良率
が100%未満となることが判る。また、a+b<70
mm、さらにはa+b<40mmであることが圧電/電
歪素子1の不良率を低くできることが判る。
[Table 1] From Table 1 and FIG. 2 above, the sum of the width dimension a and the depth dimension b of the outer shape of the piezoelectric / electrostrictive element 1 is shorter than 100 mm (a
It can be seen that when + b <100 mm), the defective rate of the piezoelectric / electrostrictive element 1 is less than 100%. Also, a + b <70
It can be seen that the defective rate of the piezoelectric / electrostrictive element 1 can be lowered when mm, and further, a + b <40 mm.

【0036】また、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
1では、厚さ寸法tを0.3mm以下に設定したが、好
ましくは、厚さ寸法tが0.2mm以下、さらに好まし
くは、0.15mm以下が望ましい。
Further, in the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to the present embodiment, the thickness dimension t is set to 0.3 mm or less, but the thickness dimension t is preferably 0.2 mm or less, and more preferably, It is preferably 0.15 mm or less.

【0037】さらに、上記の寸法条件下において、圧電
/電歪層の積層数を4としたが、上記したように15以
下、好ましくは10以下、さらに好ましくは5以下であ
る。
Further, under the above-mentioned dimensional conditions, the number of laminated piezoelectric / electrostrictive layers is 4, but as described above, it is 15 or less, preferably 10 or less, and more preferably 5 or less.

【0038】[圧電/電歪素子の製造方法]次に、本実
施の形態に係る圧電/電歪素子1の製造方法を図3〜図
6を用いて説明する。
[Method for Manufacturing Piezoelectric / Electrostrictive Element] Next, a method for manufacturing the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0039】(1)まず、図3に示すような、例えばジ
ルコニア、アルミナ、マグネシアなどの酸化物でなる所
定の大きさのセラミック基板10を用意する。このセラ
ミック基板10は、スクリーン印刷の台としての機能と
焼成用基板としての機能を有する。
(1) First, as shown in FIG. 3, a ceramic substrate 10 of a predetermined size made of an oxide such as zirconia, alumina or magnesia is prepared. The ceramic substrate 10 has a function as a screen printing base and a function as a firing substrate.

【0040】(2)次に、このセラミック基板の上に、
圧電/電歪素子1の圧電/電歪層と同じ組成の圧電/電
歪材料粉末分散ペーストを、圧電/電歪素子1よりも長
い寸法を有する複数列の領域に印刷し、乾燥させて、組
成バッファー層を形成する。
(2) Next, on this ceramic substrate,
The piezoelectric / electrostrictive material powder dispersion paste having the same composition as the piezoelectric / electrostrictive layer of the piezoelectric / electrostrictive element 1 is printed on a plurality of rows of regions having a dimension longer than that of the piezoelectric / electrostrictive element 1, and dried, A composition buffer layer is formed.

【0041】(3)この組成バッファー層の上に、カー
ボン粉末あるいは昇華する物質であるテオブロミン粉末
分散ペーストを圧電/電歪ペーストと同じ形状に印刷
し、乾燥させて図3に示すような付着防止層11を形成
する。
(3) On the composition buffer layer, carbon powder or theobromine powder dispersion paste which is a subliming substance is printed in the same shape as the piezoelectric / electrostrictive paste and dried to prevent adhesion as shown in FIG. Form the layer 11.

【0042】(4)次に、図3に示すように、付着防止
層11の上の複数の並行な素子形成領域Aの上に、スク
リーン印刷法を用いて、材料が白金−圧電/電歪材料サ
ーメットでなる電極用ペーストを、外部電極層4Aの一
部(圧電/電歪層2Aの下面に沿った面積の広い電極部
分)、および外部電極層4Bの一部(圧電/電歪層2A
の下面に沿った面積の狭い電極部分)となるように形成
する。その後、スクリーン印刷法にて、圧電/電歪層2
Aを形成する。図4に示す圧電/電歪層2Aは、上記し
たように幅寸法(a)と奥行き寸法(b)との和が10
0mm未満となるように設定されている。そして、図5
に示すように、圧電/電歪層2Aの上に、スクリーン印
刷法にて、順次、内部電極層3A、圧電/電歪層2B、
内部電極層3B、圧電/電歪層2C、内部電極層3C、
圧電/電歪層2D、外部電極層4Aを印刷、乾燥を繰り
返して積層体を作製する。なお、外部電極層4Aは、台
形状の積層体の傾斜する側壁を覆うようにスクリーンが
設定されている。同様に、内部電極3A、3B、3Cに
おいても、積層体の側壁を覆うように設定されている。
なお、図5において符号12は、スクリーン(印刷用
版)を示している。内部電極層3A、3B、3Cおよび
外部電極層4Bは、外部電極層4Aと同様のPt−圧電
/電歪材料サーメットで形成する。
(4) Next, as shown in FIG. 3, a material of platinum-piezoelectric / electrostrictive is formed on the plurality of parallel element forming regions A on the adhesion preventing layer 11 by screen printing. An electrode paste made of the material cermet is used for a part of the external electrode layer 4A (a wide electrode part along the lower surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 2A) and a part of the external electrode layer 4B (piezoelectric / electrostrictive layer 2A).
Electrode portion having a small area along the lower surface of the above). After that, by the screen printing method, the piezoelectric / electrostrictive layer 2
Form A. In the piezoelectric / electrostrictive layer 2A shown in FIG. 4, the sum of the width dimension (a) and the depth dimension (b) is 10 as described above.
It is set to be less than 0 mm. And FIG.
As shown in, on the piezoelectric / electrostrictive layer 2A, the internal electrode layer 3A, the piezoelectric / electrostrictive layer 2B,
Internal electrode layer 3B, piezoelectric / electrostrictive layer 2C, internal electrode layer 3C,
The piezoelectric / electrostrictive layer 2D and the external electrode layer 4A are printed and dried repeatedly to produce a laminated body. The screen of the external electrode layer 4A is set so as to cover the inclined side wall of the trapezoidal laminate. Similarly, the internal electrodes 3A, 3B, and 3C are also set so as to cover the side walls of the stacked body.
In FIG. 5, reference numeral 12 indicates a screen (printing plate). The internal electrode layers 3A, 3B, 3C and the external electrode layer 4B are formed of the same Pt-piezoelectric / electrostrictive material cermet as the external electrode layer 4A.

【0043】(4)最後に、各材料層の有機成分や付着
防止膜11が残らない程度の速度で昇温させ、例えば最
高温度1100〜1300℃で焼成を行う。この結果、
図6に示すように、付着防止膜11が消失して圧電/電
歪素子1をセラミック基板10(+バッファー層)から
容易に離脱させることができる。
(4) Finally, the temperature is raised at such a rate that the organic components of the respective material layers and the anti-adhesion film 11 are not left, for example, firing is performed at a maximum temperature of 1100 to 1300 ° C. As a result,
As shown in FIG. 6, the adhesion preventing film 11 disappears, and the piezoelectric / electrostrictive element 1 can be easily separated from the ceramic substrate 10 (+ buffer layer).

【0044】上記した本実施の形態の製造方法によれ
ば、焼成後の圧電/電歪層の平均粒径は30μm以下と
なっており、平均粒径が30μmより大きなものに比較
して破壊靱性が向上している。これは、粒径が大きい
と、粒内破壊が起こりやすいためであると考えられる。
本実施の形態に係る製造方法で製造した圧電/電歪素子
1では、破壊靱性が高くなるため、ハンドリングによる
破損が生じにくく、不良発生頻度が低くなっている。
According to the manufacturing method of the present embodiment described above, the average grain size of the piezoelectric / electrostrictive layer after firing is 30 μm or less, and the fracture toughness is higher than that of the average grain size larger than 30 μm. Has improved. It is considered that this is because if the particle size is large, intragranular fracture is likely to occur.
In the piezoelectric / electrostrictive element 1 manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, since fracture toughness is high, damage due to handling is unlikely to occur and the frequency of occurrence of defects is low.

【0045】(圧電/電歪素子の落下試験)なお、上記
した製造方法にて製造された圧電/電歪素子1におい
て、圧電/電歪材料の平均粒径を変えたものを用意し、
これら圧電/電歪層の表面粒径の異なる圧電/電歪素子
を高さ10cmから肉厚20mmのSUS304でなる
板上に10回落下させて容量が2%以上低下したものを
不良とした。図7は、このような落下試験結果を示すグ
ラフであり、圧電/電歪材料の平均粒径と圧電/電歪素
子の不良発生頻度(%)を示すグラフである。図7から
判るように、焼成後の圧電/電歪層表面の平均粒径が3
0μmより大きくなると不良発生頻度が飛躍的に高くな
っている。換言すれば、圧電/電歪層の表面粒径が30
μmより小さくなれば、不良発生頻度が少なくなり、不
良率の少ない圧電/電歪素子を製造することができる。
(Drop Test of Piezoelectric / Electrostrictive Element) In addition, the piezoelectric / electrostrictive element 1 manufactured by the above-described manufacturing method having different average particle diameters of the piezoelectric / electrostrictive material was prepared.
The piezoelectric / electrostrictive elements having different surface grain diameters of the piezoelectric / electrostrictive layers were dropped 10 times on a plate made of SUS304 having a height of 10 cm to a wall thickness of 20 mm, and the capacity decreased by 2% or more was regarded as a defect. FIG. 7 is a graph showing the results of such a drop test, and is a graph showing the average particle size of the piezoelectric / electrostrictive material and the frequency of occurrence of defects (%) in the piezoelectric / electrostrictive element. As can be seen from FIG. 7, the average grain size on the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer after firing is 3
When it is larger than 0 μm, the frequency of occurrence of defects is dramatically increased. In other words, the surface grain size of the piezoelectric / electrostrictive layer is 30.
If the thickness is smaller than μm, the frequency of occurrence of defects decreases, and a piezoelectric / electrostrictive element with a low defect rate can be manufactured.

【0046】(圧電/電歪素子の変位特性)また、上記
落下試験と同様に、圧電/電歪材料の粒径を変えた圧電
/電歪素子を用意し、それぞれの圧電/電歪素子を3k
V/mmで分極後、0〜3kV/mmで1kHzのsi
n波で100時間駆動後に圧電/電歪素子の変位を測定
した。そして、圧電/電歪素子の変位が5%以上低下し
たものを不良とした。その結果を図8に示す。
(Displacement Characteristics of Piezoelectric / Electrostrictive Element) Further, similarly to the drop test, piezoelectric / electrostrictive elements having different particle diameters of the piezoelectric / electrostrictive material were prepared, and the respective piezoelectric / electrostrictive elements were changed. 3k
After polarization at V / mm, si at 1 kHz at 0-3 kV / mm
The displacement of the piezoelectric / electrostrictive element was measured after driving for 100 hours with n waves. Then, the one in which the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element was reduced by 5% or more was determined to be defective. The result is shown in FIG.

【0047】図8に示されるように、平均粒径が20μ
m以下で不良発生頻度が大幅に低くなり、変位特性の良
好な圧電/電歪素子を安定して製造できることが判る。
As shown in FIG. 8, the average particle size is 20 μm.
It can be seen that when m or less, the frequency of occurrence of defects is significantly reduced, and a piezoelectric / electrostrictive element having good displacement characteristics can be stably manufactured.

【0048】(圧電/電歪素子の高温・高湿耐久性)さ
らに、上記した各試験と同様に、圧電/電歪材料の粒径
を変えた圧電/電歪素子を用意し、温度85℃、湿度8
5%の環境下において、1kHzのsin波で100時
間の駆動後に、各圧電/電歪素子の変位を測定した。そ
して、圧電/電歪素子の変位が5%以上変化したものを
不良とした。その結果を図9に示す。
(Durability of Piezoelectric / Electrostrictive Element at High Temperature and High Humidity) Further, similarly to each of the above-mentioned tests, a piezoelectric / electrostrictive element in which the particle size of the piezoelectric / electrostrictive material was changed was prepared and the temperature was 85 ° C. , Humidity 8
In a 5% environment, the displacement of each piezoelectric / electrostrictive element was measured after driving with a sin wave of 1 kHz for 100 hours. Then, the one in which the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element changed by 5% or more was determined to be defective. The result is shown in FIG.

【0049】図9に示されるように、平均粒径が10μ
m以下で不良発生頻度が大幅に低くなり、高温・高湿耐
久性が向上していることが判る。
As shown in FIG. 9, the average particle size is 10 μm.
It can be seen that when m or less, the frequency of occurrence of defects is significantly reduced, and high temperature and high humidity durability is improved.

【0050】(圧電/電歪素子の厚さ/振動板の厚さと
変位との関係)次に、本実施の形態に係る圧電/電歪素
子1を、図10に示すような振動板固定部13に固定さ
れた振動板14の基部に接着剤で固定したときの、圧電
/電歪素子1の厚みt1と振動板t2との関係を調べ
た。まず、100μmの厚さの振動板に各種厚さ寸法の
圧電/電歪素子を接着し、変位を測定(変位の最大限を
100%として表記)した。図11は、その結果を示す
グラフである。図11に示されるように、圧電/電歪素
子厚みと振動板厚みの比が0.5〜10(好ましくは0.
8〜10、さらに好ましくは1〜3)の範囲で良好な変
位特性を得ることができる。なお、この変位測定では、
振動板の厚さを100μmに設定したが、50μm、1
50μmとした場合でも、同様の結果が得られた。
(Relationship between Thickness of Piezoelectric / Electrostrictive Element / Thickness of Vibration Plate and Displacement) Next, the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The relationship between the thickness t1 of the piezoelectric / electrostrictive element 1 and the vibration plate t2 when fixed to the base portion of the vibration plate 14 fixed to 13 with an adhesive was investigated. First, piezoelectric / electrostrictive elements having various thicknesses were bonded to a vibration plate having a thickness of 100 μm, and the displacement was measured (the maximum displacement is expressed as 100%). FIG. 11 is a graph showing the result. As shown in FIG. 11, the ratio between the thickness of the piezoelectric / electrostrictive element and the thickness of the vibration plate is 0.5 to 10 (preferably 0.5.
Good displacement characteristics can be obtained in the range of 8 to 10, and more preferably 1 to 3. In this displacement measurement,
The thickness of the diaphragm was set to 100 μm, but 50 μm, 1
Similar results were obtained even when the thickness was 50 μm.

【0051】(圧電/電歪素子の長さ/振動板固定部の
長さと変位との関係)図10に示すように圧電/電歪素
子1を振動板14に固定したときの、圧電/電歪素子の
長さL2/振動板固定部の長さL1と、変位との関係を
調べた。図12は、その結果を示すグラフである。
(Relationship Between Length of Piezoelectric / Electrostrictive Element / Length of Vibration Plate Fixing Part and Displacement) When the piezoelectric / electrostrictive element 1 is fixed to the diaphragm 14 as shown in FIG. The relationship between the length L2 of the strain element / the length L1 of the diaphragm fixing portion and the displacement was examined. FIG. 12 is a graph showing the result.

【0052】図12に示すように、圧電/電歪素子の長
さL2/振動板固定部の長さL1が1.25以上(好ま
しくは2以上、さらに好ましくは3以上)で良好な変位
特性を備えることが判る。
As shown in FIG. 12, good displacement characteristics are obtained when the length L2 of the piezoelectric / electrostrictive element / the length L1 of the diaphragm fixing portion is 1.25 or more (preferably 2 or more, more preferably 3 or more). It turns out that it has.

【0053】なお、例えば、図18に示すような構造の
圧電/電歪デバイス20においても、圧電/電歪素子の
長さL2/振動板固定部の長さL1が1.25以上(好
ましくは2以上、さらに好ましくは3以上)で良好な変
位特性を備える。なお、この圧電/電歪デバイス20
は、図18に示すように、所定間隔を隔てて相対向する
可動板部31、31と、これら可動板部31、31の一
方の端部側でこれら可動板部31、31同士の間に介在
されるように形成された固定部32と、が一体に形成さ
れた基体30を備え、これら一対の可動板部31、31
の一方の端部側で対向外側面に、それぞれ圧電/電歪素
子40が接着、固定されてなる。
For example, also in the piezoelectric / electrostrictive device 20 having the structure shown in FIG. 18, the length L2 of the piezoelectric / electrostrictive element / the length L1 of the diaphragm fixing portion is 1.25 or more (preferably 2 or more, and more preferably 3 or more), with good displacement characteristics. The piezoelectric / electrostrictive device 20
As shown in FIG. 18, the movable plate portions 31 and 31 that face each other with a predetermined distance are provided between the movable plate portions 31 and 31 on one end side of the movable plate portions 31 and 31. The base 30 is integrally formed with the fixed portion 32 formed so as to be interposed, and the pair of movable plate portions 31, 31 is provided.
Piezoelectric / electrostrictive elements 40 are adhered and fixed to the opposing outer surfaces on the one end side of each.

【0054】この圧電/電歪デバイス20は、圧電/電
歪素子40、40の駆動によって、一対の可動板部3
1、31が変位し、あるいは可動板部31、31の変位
を圧電/電歪素子40により検出する構成を有する。例
えば、図18に示す圧電/電歪デバイス20では、可動
板部31と圧電/電歪素子40とでアクチュエータ部3
3、33が構成されている。また、一対の可動板部3
1、31の他方の端部には、互いに内側に向けて突出す
るように肉厚に形成された可動部34、34形成されて
いる。これら可動部34は、可動板部31の変位動作に
伴って変位する。この結果、図18に示すように、光学
機器、精密機器、ハードディスクドライブのヘッド等の
微細位置制御を必要とする部品50を駆動することがで
きる。
In this piezoelectric / electrostrictive device 20, the pair of movable plate portions 3 is driven by driving the piezoelectric / electrostrictive elements 40, 40.
The piezoelectric / electrostrictive element 40 detects the displacement of the first and the third members 31 or the displacement of the movable plate members 31 and 31. For example, in the piezoelectric / electrostrictive device 20 shown in FIG. 18, the actuator portion 3 is composed of the movable plate portion 31 and the piezoelectric / electrostrictive element 40.
3, 33 are configured. In addition, the pair of movable plate portions 3
Movable portions 34 and 34 are formed at the other end portions of the reference numerals 1 and 31 so as to project inward from each other. These movable parts 34 are displaced along with the displacement operation of the movable plate part 31. As a result, as shown in FIG. 18, it is possible to drive a component 50 that requires fine position control, such as an optical device, a precision device, or a head of a hard disk drive.

【0055】なお、図18に示す台形状の圧電/電歪素
子40の上下を反対に固定部32に貼着してよい。この
ような構造の圧電/電歪デバイスにおいても、圧電/電
歪素子の長さL2/振動板固定部の長さL1が1.25
以上(好ましくは2以上、さらに好ましくは3以上)で
良好な変位特性を備える。
The trapezoidal piezoelectric / electrostrictive element 40 shown in FIG. 18 may be attached to the fixing portion 32 with the top and bottom reversed. Also in the piezoelectric / electrostrictive device having such a structure, the length L2 of the piezoelectric / electrostrictive element / the length L1 of the vibration plate fixing portion is 1.25.
With the above values (preferably 2 or more, more preferably 3 or more), good displacement characteristics are provided.

【0056】また、図19に示すように、一対の可動板
31、31の他方の端部側で対向側面に、それぞれ圧電
/電歪素子40が、接着、固定されるようにしてもよ
い。このような構成の圧電/電歪デバイスにおいては、
圧電/電歪素子の長さL2/可動部34、34の長さL
3が1.25以上(好ましくは2以上さらに好ましくは
3以上)で良好な変位特性を備える。
Further, as shown in FIG. 19, the piezoelectric / electrostrictive elements 40 may be adhered and fixed to the opposite side surfaces of the pair of movable plates 31, 31 at the other end side. In the piezoelectric / electrostrictive device having such a configuration,
Piezoelectric / electrostrictive element length L2 / movable portions 34, 34 length L
When 3 is 1.25 or more (preferably 2 or more, more preferably 3 or more), good displacement characteristics are provided.

【0057】(圧電/電歪素子の幅と変位との関係)上
記構成の圧電/電歪素子を幅方向にスライスして変位を
測定した。その結果、図13に示す結果が得られた。両
端各0.7mm程度は変位特性が低い(あるいはばらつ
きの原因になる)ので、最低でも幅1.5mm以上と
し、変位特性の安定している箇所を使用することが望ま
れる。また、両端の変位が低い部分は、電子線プローブ
マイクロアナライザ(EPMA)による組成分析の結
果、組成変動していることが判った。このような結果か
ら、薄肉で大面積の圧電/電歪素子の原盤を作製し、こ
の原盤から周縁部を除いた領域から圧電/電歪素子の前
駆体を切り出せば、多くの圧電/電歪素子前駆体を取る
ことができる。
(Relationship between Width of Piezoelectric / Electrostrictive Element and Displacement) The piezoelectric / electrostrictive element having the above-mentioned structure was sliced in the width direction to measure the displacement. As a result, the result shown in FIG. 13 was obtained. Since the displacement characteristics are low (or cause variations) at both ends of about 0.7 mm, it is desirable that the width is at least 1.5 mm or more and that the location where the displacement characteristics are stable is used. In addition, as a result of a composition analysis by an electron probe microanalyzer (EPMA), it was found that the composition of the portions with low displacements at both ends varied. From these results, if a master of a thin-walled, large-area piezoelectric / electrostrictive element is produced and the precursor of the piezoelectric / electrostrictive element is cut out from the area excluding the peripheral portion from this master, many piezoelectric / electrostrictive elements can be obtained. A device precursor can be taken.

【0058】(圧電/電歪層の数と変位特性と不良発生
率との関係)圧電/電歪素子の層数を漸次変えたものの
変位と不良発生率とを測定した。その結果を図14のグ
ラフに示す。本実施の形態の上記した寸法条件下におい
て、圧電/電歪層の数は15以下、好ましくは10以
下、さらに好ましくは5以下が望ましいことが判った。
(Relationship Between Number of Piezoelectric / Electrostrictive Layers, Displacement Characteristics, and Failure Rate) The displacement and failure rate were measured while the number of layers of the piezoelectric / electrostrictive element was gradually changed. The result is shown in the graph of FIG. It has been found that the number of piezoelectric / electrostrictive layers is preferably 15 or less, preferably 10 or less, and more preferably 5 or less under the above-described dimensional conditions of the present embodiment.

【0059】以上、第1の実施の形態について説明した
が、本実施の形態では圧電/電歪素子1の製造に際し
て、グリーンシート積層法を用いてもよい。
Although the first embodiment has been described above, the green sheet laminating method may be used in the manufacture of the piezoelectric / electrostrictive element 1 in the present embodiment.

【0060】[その他の実施の形態] (圧電/電歪素子)以上、本発明の実施の形態について
説明したが、上記の実施形態の開示の一部をなす論述お
よび図面はこの発明を限定するものであると理解するべ
きではない。この開示から当業者には様々な代替実施の
形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other Embodiments] (Piezoelectric / Electrostrictive Element) The embodiments of the present invention have been described above. However, the description and drawings forming part of the disclosure of the above embodiments limit the present invention. It should not be understood as a thing. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

【0061】例えば、上記した実施の形態では、断面台
形状の圧電/電歪素子1について本発明を適用して説明
したが、図15〜図17に示すような直方体形状の圧電
/電歪素子20にも本発明を適用することができる。こ
の圧電/電歪素子20は、図15に示すように、圧電/
電歪層21と電極層22とを交互に積層してなる積層体
23と、この積層体23の互いに対向する2つの側面で
各電極層22を交互に共通接続するとともに、この積層
体23の上下面に延伸するように形成された互いに電気
的に分離された一対の外部電極層24、25とを備えて
いる。この圧電/電歪素子20は、厚さ方向に圧電/電
歪層21が6層、電極が外部電極層24、25を含めて
7層が交互に積層されている。この圧電/電歪素子20
においても、上記した実施の形態と同様な寸法に設定す
ることにより、不良発生率の低下や、破壊靱性の向上、
変位特性の向上などを奏することができる。
For example, in the above-described embodiment, the piezoelectric / electrostrictive element 1 having a trapezoidal cross section has been described by applying the present invention. However, a rectangular parallelepiped piezoelectric / electrostrictive element as shown in FIGS. The present invention can also be applied to 20. This piezoelectric / electrostrictive element 20 has a piezoelectric / electrostrictive element 20 as shown in FIG.
A laminated body 23 in which the electrostrictive layers 21 and the electrode layers 22 are alternately laminated, and the electrode layers 22 are alternately connected in common on two side surfaces of the laminated body 23 facing each other, and It is provided with a pair of external electrode layers 24 and 25 which are formed to extend on the upper and lower surfaces and are electrically separated from each other. In this piezoelectric / electrostrictive element 20, six piezoelectric / electrostrictive layers 21 are laminated in the thickness direction, and seven layers of electrodes including the external electrode layers 24 and 25 are alternately laminated. This piezoelectric / electrostrictive element 20
Also in the above, by setting the dimensions similar to those of the above-described embodiment, the defect occurrence rate is reduced and the fracture toughness is improved,
It is possible to improve the displacement characteristics.

【0062】(圧電/電歪素子の製造方法)このような
圧電/電歪素子20を製造するには、まず、図16に示
すように、圧電/電歪層21と同様の組成でなる焼成さ
れたセラミック基板30の上に、上記した第1の実施の
形態と同様の付着防止膜31を形成する。その後、圧電
/電歪材料のグリーンシートの表面に電極層を形成した
ものを順次積層して積層体を形成し、この積層体(圧電
/電歪素子前駆体)をセラミック基板30と共に焼成を
行えばよい。本実施の形態においても焼成により付着防
止膜31が消失して、圧電/電歪素子20をセラミック
基板30から離脱させることができる。
(Method for Manufacturing Piezoelectric / Electrostrictive Element) In order to manufacture such a piezoelectric / electrostrictive element 20, first, as shown in FIG. 16, firing with the same composition as the piezoelectric / electrostrictive layer 21 is performed. An adhesion preventing film 31 similar to that of the above-described first embodiment is formed on the formed ceramic substrate 30. Thereafter, a green sheet of piezoelectric / electrostrictive material having an electrode layer formed on the surface thereof is sequentially laminated to form a laminated body, and the laminated body (piezoelectric / electrostrictive element precursor) is fired together with the ceramic substrate 30. I'll do it. Also in the present embodiment, the adhesion prevention film 31 disappears by firing, and the piezoelectric / electrostrictive element 20 can be separated from the ceramic substrate 30.

【0063】本実施の形態では、焼成の際に台として機
能するセラミック基板30を圧電/電歪材料で形成して
いるため、基板側の成分が圧電/電歪層21へ拡散して
圧電/電歪素子20の特性に影響を与えることを防止で
きる。
In the present embodiment, since the ceramic substrate 30 that functions as a base during firing is formed of the piezoelectric / electrostrictive material, the components on the substrate side diffuse into the piezoelectric / electrostrictive layer 21 to cause the piezoelectric / electrostrictive layer 21. It is possible to prevent the characteristics of the electrostrictive element 20 from being affected.

【0064】なお、本実施の形態においては、積層体を
形成する際に、グリーンシート積層法を用いたが、上記
した実施の形態と同様にスクリーン印刷法用いて形成し
てもよい。
In the present embodiment, the green sheet laminating method is used when forming the laminated body, but it may be formed by the screen printing method as in the above-mentioned embodiments.

【0065】また、本実施の形態においては、焼成の際
に台として用いるセラミック基板30を圧電/電歪材料
を焼成して形成したものを用いたが、未焼成の圧電/電
歪材料でなる基板として用いてもよい。さらに、図17
に示すように、セラミック基板30として、圧電/電歪
材料でない焼成されたセラミック材料層32と、焼成さ
れた若しくは未焼成の圧電/電歪材料層33との2層構
造でなる構成としてもよい。このような他の実施の形態
に係る圧電/電歪素子20においても、上記した実施の
形態に係る圧電/電歪素子1と同様な寸法設定や圧電/
電歪層の数の設定などを適用が可能であり、同様の結果
を得ることができる。
Further, in the present embodiment, the ceramic substrate 30 used as a base during firing is formed by firing a piezoelectric / electrostrictive material, but is made of an unfired piezoelectric / electrostrictive material. It may be used as a substrate. Furthermore, FIG.
As shown in FIG. 3, the ceramic substrate 30 may have a two-layer structure including a fired ceramic material layer 32 which is not a piezoelectric / electrostrictive material and a fired or unfired piezoelectric / electrostrictive material layer 33. . In the piezoelectric / electrostrictive element 20 according to such another embodiment as well, the same dimension setting and piezoelectric / electrostrictive element 1 as those of the piezoelectric / electrostrictive element 1 according to the above-described embodiment are performed.
The setting of the number of electrostrictive layers can be applied, and the same result can be obtained.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、薄型で不良率の少ない圧電/電歪素子を確実
に得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to reliably obtain a thin piezoelectric / electrostrictive element with a low defect rate.

【0067】また、本発明によれば、所望の変位特性を
有する圧電/電歪素子を実現することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a piezoelectric / electrostrictive element having a desired displacement characteristic.

【0068】さらに、使用中に絶縁破壊が発生しにくい
圧電/電歪素子を提供することができる。
Furthermore, it is possible to provide a piezoelectric / electrostrictive element in which dielectric breakdown is unlikely to occur during use.

【0069】また、本発明によれば、電極と圧電/電歪
薄膜との剥離を抑制して圧電/電歪素子の信頼性を向上
できる。
Further, according to the present invention, peeling between the electrode and the piezoelectric / electrostrictive thin film can be suppressed and the reliability of the piezoelectric / electrostrictive element can be improved.

【0070】さらに、本発明では、破壊靱性(ハンドリ
ング性)が良好な圧電/電歪素子を実現でき、ハンドリ
ングにより変形や破損が発生することを抑制する効果が
ある。加えて、圧電/電歪素子の駆動時や熱衝撃印加時
に破壊が発生することを抑制する効果がある。そして、
本発明によれば、高湿度下でも絶縁破壊が発生しにくい
圧電/電歪素子を製造することができる。
Further, according to the present invention, a piezoelectric / electrostrictive element having good fracture toughness (handling property) can be realized, and there is an effect of suppressing deformation or damage due to handling. In addition, there is an effect of suppressing the occurrence of breakage when the piezoelectric / electrostrictive element is driven or when a thermal shock is applied. And
According to the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric / electrostrictive element in which dielectric breakdown is unlikely to occur even under high humidity.

【0071】また、本発明によれば、圧電/電歪デバイ
スの変位特性ばらつきを小さくする効果がある。
Further, according to the present invention, there is an effect of reducing variation in displacement characteristics of the piezoelectric / electrostrictive device.

【0072】さらに、本発明によれば、変位特性の良好
な圧電/電歪素子を多数個取りでき、製造効率を高める
ことができる。
Furthermore, according to the present invention, a large number of piezoelectric / electrostrictive elements having good displacement characteristics can be obtained, and manufacturing efficiency can be improved.

【0073】また、本発明によれば、変位特性の良好な
圧電/電歪素子を実現できる。
Further, according to the present invention, a piezoelectric / electrostrictive element having a good displacement characteristic can be realized.

【0074】さらに、本発明によれば、電極層をサーメ
ットとすることにより、電極材料と圧電/電歪材料とが
剥離することを抑制して、圧電/電歪素子の信頼性を向
上できるとともに、内部応力を低減して、変位の低下を
抑制できる。加えて、サーメットは電圧を印加しても変
位しない金属部材の体積が小さいため、圧電/電歪層と
電極との相対変位が大きくなる。このため、圧電/電歪
素子の変位を大きくすることができる。
Further, according to the present invention, by using the cermet as the electrode layer, it is possible to prevent the electrode material and the piezoelectric / electrostrictive material from being separated from each other, and improve the reliability of the piezoelectric / electrostrictive element. It is possible to reduce internal stress and suppress a decrease in displacement. In addition, since the cermet has a small volume of the metal member that does not displace when a voltage is applied, the relative displacement between the piezoelectric / electrostrictive layer and the electrode becomes large. Therefore, the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element can be increased.

【0075】また、本発明によれば、着防止層が昇華す
る物質でなるため、焼成時に付着防止層を消失させて容
易に圧電/電歪素子をセラミック基板から取り外すこと
ができる。また、セラミック基板から圧電/電歪素子側
へ不純物が拡散することを防止でき、特性の適正な圧電
/電歪素子を製造することができる。
Further, according to the present invention, since the adhesion preventing layer is made of a substance that sublimes, the adhesion preventing layer can be eliminated during firing and the piezoelectric / electrostrictive element can be easily removed from the ceramic substrate. Further, it is possible to prevent impurities from diffusing from the ceramic substrate to the piezoelectric / electrostrictive element side, and it is possible to manufacture a piezoelectric / electrostrictive element having proper characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る圧電/電歪素子の実施の形態を示
す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention.

【図2】圧電/電歪素子の幅寸法と奥行寸法と不良発生
率との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a width dimension, a depth dimension, and a defect occurrence rate of a piezoelectric / electrostrictive element.

【図3】実施の形態に係る圧電/電歪素子の製造方法に
おいてセラミック基板へ付着防止膜を付けた状態を示す
平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a state in which an adhesion prevention film is attached to a ceramic substrate in the method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to the embodiment.

【図4】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の圧電/電
歪層を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a piezoelectric / electrostrictive layer of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図5】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の製造方法
の工程を示す断面説明図である。
5A to 5C are cross-sectional explanatory views showing the steps of the method for manufacturing the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図6】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の製造方法
の工程を示す断面説明図である。
FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view showing a step of the method for manufacturing the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図7】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の圧電/電
歪材料の平均粒径と落下試験による不良発生頻度との関
係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the average grain size of the piezoelectric / electrostrictive material of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment and the defect occurrence frequency by the drop test.

【図8】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の圧電/電
歪材料の平均粒径を変えた圧電/電歪素子の電圧印加試
験での不良発生頻度を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the occurrence frequency of defects in a voltage application test of a piezoelectric / electrostrictive element in which the average particle diameter of the piezoelectric / electrostrictive material of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment is changed.

【図9】圧電/電歪材料の粒径を変えた圧電/電歪素子
を温度85℃、湿度85%の環境下において、1kHz
のsin波で100時間の駆動後に、各圧電/電歪素子
の変位を測定した結果を示すグラフである。
FIG. 9 shows a piezoelectric / electrostrictive element in which the particle size of the piezoelectric / electrostrictive material is changed, at 1 kHz in an environment of a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%.
5 is a graph showing the results of measuring the displacement of each piezoelectric / electrostrictive element after driving with the sin wave for 100 hours.

【図10】振動板固定部に固定された振動板に圧電/電
歪素子を接着した状態を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state where a piezoelectric / electrostrictive element is bonded to a vibration plate fixed to a vibration plate fixing portion.

【図11】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の厚さ寸
法の振動板の厚さ寸法に対する比率と変位との関係を示
すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ratio of the thickness dimension of the piezoelectric / electrostrictive element to the thickness dimension of the diaphragm and the displacement according to the present embodiment.

【図12】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の長さの
振動板固定部の長さに対する比率と変位との関係を示す
グラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the ratio of the length of the piezoelectric / electrostrictive element to the length of the diaphragm fixing portion and the displacement according to the present embodiment.

【図13】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の幅方向
位置と変位との関係を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the position in the width direction and the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図14】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の圧電/
電歪層の数と変位との関係を示すグラフである。
FIG. 14 is a diagram showing a piezoelectric / electrostrictive element of the present embodiment;
It is a graph which shows the relationship between the number of electrostrictive layers and displacement.

【図15】他の実施の形態に係る圧電/電歪素子の斜視
図である。
FIG. 15 is a perspective view of a piezoelectric / electrostrictive element according to another embodiment.

【図16】他の実施の形態に係る圧電/電歪素子の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the piezoelectric / electrostrictive element according to another embodiment.

【図17】他の実施の形態に係る圧電/電歪素子の製造
工程を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the piezoelectric / electrostrictive element according to another embodiment.

【図18】他の実施の形態に係る圧電/電歪デバイスの
平面図である。
FIG. 18 is a plan view of a piezoelectric / electrostrictive device according to another embodiment.

【図19】他の実施の形態に係る圧電/電歪デバイスの
平面図である。
FIG. 19 is a plan view of a piezoelectric / electrostrictive device according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、20 圧電/電歪素子 2A、2B、2C、2D、21 圧電/電歪層 3A、3B、3C、22 内部電極層 10、30 セラミック基板 11、31 付着防止膜 13 振動板固定部 14 振動板 1, 20 Piezoelectric / electrostrictive element 2A, 2B, 2C, 2D, 21 Piezoelectric / electrostrictive layer 3A, 3B, 3C, 22 Internal electrode layers 10, 30 Ceramic substrate 11,31 Anti-adhesion film 13 Vibration plate fixing part 14 diaphragm

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/18 101D (72)発明者 岩本 正樹 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 41/18 101D (72) Inventor Masaki Iwamoto 2-56 Sudacho, Sudacho, Mizuho-ku, Aichi Prefecture Nagoya, Japan Within the corporation

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平面が矩形状をなし、外形の幅寸法a
(mm)と奥行き寸法b(mm)とが、a+b<100
の関係を満足する圧電/電歪薄膜と、 前記圧電/電歪薄膜を挟持するように設けられた少なく
とも一対の電極と、を備えることを特徴とする圧電/電
歪素子。
1. The plane has a rectangular shape, and the width dimension a of the outer shape.
(Mm) and the depth dimension b (mm) are a + b <100
2. A piezoelectric / electrostrictive element, comprising: a piezoelectric / electrostrictive thin film satisfying the above relationship; and at least a pair of electrodes provided so as to sandwich the piezoelectric / electrostrictive thin film.
【請求項2】 請求項1記載の圧電/電歪素子であっ
て、 a+b<70であることを特徴とする圧電/電歪素子。
2. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein a + b <70.
【請求項3】 請求項1記載の圧電/電歪素子であっ
て、 a+b<40であることを特徴とする圧電/電歪素子。
3. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein a + b <40.
【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
された圧電/電歪素子であって、 前記圧電/電歪薄膜の厚さ寸法tが0.3mm以下であ
ることを特徴とする圧電/電歪素子。
4. The piezoelectric / electrostrictive device according to claim 1, wherein the piezoelectric / electrostrictive thin film has a thickness t of 0.3 mm or less. Piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項5】 請求項4記載の圧電/電歪素子であっ
て、 前記圧電/電歪薄膜の厚さ寸法tが0.2mm以下であ
ることを特徴とする圧電/電歪素子。
5. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 4, wherein a thickness t of the piezoelectric / electrostrictive thin film is 0.2 mm or less.
【請求項6】 請求項4記載の圧電/電歪素子であっ
て、 前記圧電/電歪薄膜の厚さ寸法tが0.15mm以下で
あることを特徴とする圧電/電歪素子。
6. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 4, wherein the piezoelectric / electrostrictive thin film has a thickness t of 0.15 mm or less.
【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
された圧電/電歪素子であって、 前記圧電/電歪薄膜の積層数が15以下であることを特
徴とする圧電/電歪素子。
7. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein the number of stacked piezoelectric / electrostrictive thin films is 15 or less. Distortion element.
【請求項8】 請求項7記載の圧電/電歪素子であっ
て、 前記圧電/電歪薄膜の積層数が10以下であることを特
徴とする圧電/電歪素子。
8. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 7, wherein the number of stacked piezoelectric / electrostrictive thin films is 10 or less.
【請求項9】 請求項7記載の圧電/電歪素子であっ
て、 前記圧電/電歪薄膜の積層数が5以下であることを特徴
とする圧電/電歪素子。
9. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 7, wherein the number of stacked piezoelectric / electrostrictive thin films is 5 or less.
【請求項10】 請求項1乃至請求項9のいずれかに記
載された圧電/電歪素子であって、 前記電極の少なくとも1層がサーメットでなることを特
徴とする圧電/電歪素子。
10. The piezoelectric / electrostrictive element according to any one of claims 1 to 9, wherein at least one layer of the electrode is a cermet.
【請求項11】 振動板固定部を有する振動板を備えた
圧電/電歪デバイスにおける前記振動板に固定されると
共に、少なくとも1層以上の圧電/電歪層と、少なくと
も2層の電極層とを有する薄肉の圧電/電歪素子であっ
て、 前記圧電/電歪層表面の平均粒径が30μm以下である
ことを特徴とする圧電/電歪素子。
11. A piezoelectric / electrostrictive device in a piezoelectric / electrostrictive device including a diaphragm having a diaphragm fixing portion, the piezoelectric / electrostrictive layer being at least one layer, and at least two electrode layers. A thin-walled piezoelectric / electrostrictive element having: a piezoelectric / electrostrictive element having an average particle size of 30 μm or less on the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer.
【請求項12】 請求項11記載の圧電/電歪素子であ
って、 前記圧電/電歪層表面の平均粒径が20μm以下である
ことを特徴とする圧電/電歪素子。
12. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein the average particle diameter of the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer is 20 μm or less.
【請求項13】 請求項11記載の圧電/電歪素子であ
って、 前記圧電/電歪層表面の平均粒径が10μm以下である
ことを特徴とする圧電/電歪素子。
13. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein the average particle diameter of the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer is 10 μm or less.
【請求項14】 請求項11乃至請求項13のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記振動板の厚さに対する厚さの比が0.5〜10、前
記振動板固定部の長さに対する長さの比が1.25以
上、幅が0.8mm以上の外形を有することを特徴とす
る圧電/電歪素子。
14. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein a ratio of the thickness of the diaphragm to the thickness of the diaphragm is 0.5 to 10, and the diaphragm is fixed. A piezoelectric / electrostrictive element having an outer shape with a ratio of length to part length of 1.25 or more and a width of 0.8 mm or more.
【請求項15】 請求項11乃至請求項13のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記振動板の厚さに対する厚さの比が0.8〜5である
ことを特徴とする圧電/電歪素子。
15. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein the thickness ratio of the diaphragm to the thickness of the diaphragm is 0.8 to 5. Piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項16】 請求項11乃至請求項13のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記振動板の厚さに対する厚さの比が1〜3であること
を特徴とする圧電/電歪素子。
16. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein a ratio of the thickness of the diaphragm to the thickness of the diaphragm is 1 to 3. Piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項17】 請求項11乃至請求項16のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記振動板固定部の長さに対する長さの比が2以上であ
ることを特徴とする圧電/電歪素子。
17. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein a ratio of the length to the length of the diaphragm fixing portion is 2 or more. Piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項18】 請求項11乃至請求項16のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記振動板固定部の長さに対する長さの比が3以上であ
ることを特徴とする圧電/電歪素子。
18. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein a ratio of a length to a length of the diaphragm fixing portion is 3 or more. Piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項19】 請求項11乃至請求項16のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記幅寸法が1.5mm以上であることを特徴とする圧
電/電歪素子。
19. The piezoelectric / electrostrictive element according to any one of claims 11 to 16, wherein the width dimension is 1.5 mm or more.
【請求項20】 請求項11乃至請求項19のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記圧電/電歪層が15層以下であることを特徴とする
圧電/電歪素子。
20. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein the piezoelectric / electrostrictive layer is 15 layers or less. .
【請求項21】 請求項11乃至請求項19のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記圧電/電歪層が1〜10層であることを特徴とする
圧電/電歪素子。
21. The piezoelectric / electrostrictive element according to any one of claims 11 to 19, wherein the piezoelectric / electrostrictive layer is 1 to 10 layers. element.
【請求項22】 請求項11乃至請求項19のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記圧電/電歪層が2〜8層であることを特徴とする圧
電/電歪素子。
22. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 11, wherein the piezoelectric / electrostrictive layer is 2 to 8 layers. element.
【請求項23】 請求項11乃至請求項22のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記電極層の少なくとも1層がサーメットであることを
特徴とする圧電/電歪素子。
23. The piezoelectric / electrostrictive element according to any one of claims 11 to 22, wherein at least one layer of the electrode layers is a cermet.
【請求項24】 セラミック基板上に、熱処理で消失す
る付着防止層を形成した後、 前記付着防止層上にスクリーン印刷法を用いて圧電/電
歪素子前駆体を形成し、 その後、前記圧電/電歪素子前駆体を焼成することを特
徴とする圧電/電歪素子の製造方法。
24. After forming an adhesion preventing layer which disappears by heat treatment on a ceramic substrate, a piezoelectric / electrostrictive element precursor is formed on the adhesion preventing layer by a screen printing method, and then the piezoelectric / electrostrictive element precursor is formed. A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element, which comprises firing an electrostrictive element precursor.
【請求項25】 請求項24記載の圧電/電歪素子の製
造方法であって、 前記セラミック基板が焼成された圧電/電歪材料層でな
ることを特徴とする圧電/電歪素子の製造方法。
25. The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to claim 24, wherein the ceramic substrate is formed of a fired piezoelectric / electrostrictive material layer. .
【請求項26】 請求項24記載の圧電/電歪素子の製
造方法であって、 前記セラミック基板が未焼成の圧電/電歪材料層でなる
ことを特徴とする圧電/電歪素子の製造方法。
26. The method of manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to claim 24, wherein the ceramic substrate is made of an unfired piezoelectric / electrostrictive material layer. .
【請求項27】 請求項24記載の圧電/電歪素子の製
造方法であって、 前記セラミック基板が、圧電/電歪材料でない、焼成さ
れたセラミック材料層と、焼成された圧電/電歪材料層
との2層構造でなることを特徴とする圧電/電歪素子の
製造方法。
27. The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to claim 24, wherein the ceramic substrate is not a piezoelectric / electrostrictive material, and a fired ceramic material layer and a fired piezoelectric / electrostrictive material. A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element, which comprises a two-layer structure with layers.
【請求項28】 請求項24記載の圧電/電歪素子の製
造方法であって、 前記セラミック基板が、圧電/電歪材料でない、未焼成
のセラミック材料層と、未焼成の圧電/電歪材料層との
2層構造でなることを特徴とする圧電/電歪素子の製造
方法。
28. The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to claim 24, wherein the ceramic substrate is not a piezoelectric / electrostrictive material, and is an unfired ceramic material layer and an unfired piezoelectric / electrostrictive material. A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element, which comprises a two-layer structure with layers.
【請求項29】 請求項25乃至請求項28のいずれか
に記載された圧電/電歪素子の製造方法であって、 前記圧電/電歪材料層を、グリーンシート形成法で形成
することを特徴とする圧電/電歪素子の製造方法。
29. The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to claim 25, wherein the piezoelectric / electrostrictive material layer is formed by a green sheet forming method. And a method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項30】 請求項25乃至請求項28のいずれか
に記載された圧電/電歪素子の製造方法であって、 前記圧電/電歪材料層を、スクリーン印刷法で形成する
ことを特徴とする圧電/電歪素子の製造方法。
30. The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to claim 25, wherein the piezoelectric / electrostrictive material layer is formed by a screen printing method. A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項31】 請求項29または請求項30に記載さ
れた圧電/電歪素子の製造方法であって、 前記圧電/電歪素子前駆体を、前記セラミック基板上に
複数配置することを特徴とする圧電/電歪素子の製造方
法。
31. The method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element according to claim 29 or 30, wherein a plurality of the piezoelectric / electrostrictive element precursors are arranged on the ceramic substrate. A method for manufacturing a piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項32】 請求項24乃至請求項31のいずれか
に記載された圧電/電歪素子であって、 前記付着防止層が昇華する物質でなることを特徴とする
圧電/電歪素子の製造方法。
32. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 24, wherein the adhesion preventing layer is made of a substance that sublimes. Method.
JP2002116128A 2002-04-18 2002-04-18 Piezoelectric/electrostrictive element and its manufacturing method Pending JP2003309298A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002116128A JP2003309298A (en) 2002-04-18 2002-04-18 Piezoelectric/electrostrictive element and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002116128A JP2003309298A (en) 2002-04-18 2002-04-18 Piezoelectric/electrostrictive element and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003309298A true JP2003309298A (en) 2003-10-31

Family

ID=29397075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002116128A Pending JP2003309298A (en) 2002-04-18 2002-04-18 Piezoelectric/electrostrictive element and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003309298A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109754A (en) * 2005-10-12 2007-04-26 Sony Corp Multilayer piezoelectric element
JP2010199272A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Kyocera Corp Laminated piezoelectric element, method of manufacturing the same, and vibrating body
US9056454B2 (en) 2013-06-19 2015-06-16 Ricoh Company, Ltd. Actuator, method of manufacturing the actuator, and liquid droplet ejecting head, liquid droplet ejecting apparatus, and image forming apparatus having the actuator
JP2015181303A (en) * 2012-02-28 2015-10-15 京セラ株式会社 Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibration device, and portable terminal
US9533502B2 (en) 2012-08-14 2017-01-03 Ricoh Company, Ltd. Electro-mechanical transducer element, liquid droplet ejecting head, image forming apparatus, and electro-mechanical transducer element manufacturing method
CN113140668A (en) * 2020-01-19 2021-07-20 北京小米移动软件有限公司 Piezoelectric assembly, manufacturing method, screen component and mobile terminal
CN113140669A (en) * 2020-01-19 2021-07-20 北京小米移动软件有限公司 Piezoelectric assembly, manufacturing method, screen component and mobile terminal

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109754A (en) * 2005-10-12 2007-04-26 Sony Corp Multilayer piezoelectric element
JP2010199272A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Kyocera Corp Laminated piezoelectric element, method of manufacturing the same, and vibrating body
JP2015181303A (en) * 2012-02-28 2015-10-15 京セラ株式会社 Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibration device, and portable terminal
US9533502B2 (en) 2012-08-14 2017-01-03 Ricoh Company, Ltd. Electro-mechanical transducer element, liquid droplet ejecting head, image forming apparatus, and electro-mechanical transducer element manufacturing method
US9056454B2 (en) 2013-06-19 2015-06-16 Ricoh Company, Ltd. Actuator, method of manufacturing the actuator, and liquid droplet ejecting head, liquid droplet ejecting apparatus, and image forming apparatus having the actuator
CN113140668A (en) * 2020-01-19 2021-07-20 北京小米移动软件有限公司 Piezoelectric assembly, manufacturing method, screen component and mobile terminal
CN113140669A (en) * 2020-01-19 2021-07-20 北京小米移动软件有限公司 Piezoelectric assembly, manufacturing method, screen component and mobile terminal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6534898B1 (en) Piezoelectric/electrostrictive device having mutually opposing thin plate section
JP3501860B2 (en) Piezoelectric / electrostrictive film type element and manufacturing method thereof
US20060207078A1 (en) Laminate-type piezoelectric device and method for manufacturing the same
JP5361635B2 (en) Vibrator
JP4925825B2 (en) Multilayer electronic component and injection device using the same
JP2004146774A (en) Laminated piezoelectric element, actuator, and printing head
US20070001031A1 (en) Multilayer piezoelectric element and fuel injector
JP2986706B2 (en) Piezoelectric element and piezoelectric actuator using the same
JP2003046154A (en) Piezoelectric/electrostrictive element, piezoelectric/ electrostrictive device, and method of manufacturing them
JP4015820B2 (en) Wiring board and manufacturing method thereof
JP2003309298A (en) Piezoelectric/electrostrictive element and its manufacturing method
JP3999473B2 (en) Integral piezoelectric / electrostrictive membrane element having excellent durability and method for manufacturing the same
JP2003101092A (en) Laminated piezoelectric element and manufacturing method therefor, and injection device
JP2005101274A (en) Piezoelectric ceramics, and lamination piezoelectric element and fuel injection system using the same
EP0926746A2 (en) Piezoelectric film type actuator and ink jet printer head having the same
JP4067491B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric / electrostrictive device
JP2004274029A (en) Piezoelectric actuator
JP5153095B2 (en) Multilayer piezoelectric element and jetting apparatus using the same
JP4889200B2 (en) Multilayer piezoelectric element and injection device
JP2001063048A (en) Piezoelectric/electrostriction film type actuator and ink jet printing head using the same
US20200313069A1 (en) Multilayer piezoelectric element
JP4551061B2 (en) Piezoelectric displacement element and piezoelectric actuator
JPH08316087A (en) Laminated ceramic electronic component and its manufacturing
JP2001068750A (en) Laminated piezoelectric actuator
JPH11238918A (en) Laminated type piezoelectric actuator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081202

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090331