JP2010153404A - 圧電/電歪膜型素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アクチュエータ10は、セラミックス焼成基体12(例えば酸化ジルコニウム)の上面に形成された第1電極22と、第1電極22状に形成され電力の入出力に伴い体積変化する圧電/電歪体30と、圧電/電歪体30の上方に形成された第2電極24と、を備えている。圧電/電歪体30は、ABO3を主成分とし、AサイトがPbであり、BサイトにはM(MはMg,Ni,Znより選ばれる1以上)が圧電/電歪体を作製した後に過剰となる所定の過剰量含まれ、粒界が凹凸のうねりを有する曲線により構成されたうねり構造を有する結晶体を複数含んでいる。この圧電/電歪体30は、基体の配向性などにかかわらず電界方向に沿って結晶体が配向している。
【選択図】図1
Description
セラミックス焼成基体と、
電極と、
前記電極を介して間接的に又は直接的に前記セラミックス焼成基体上に形成されており、断面視したときに粒界が凹凸のうねりを有する曲線により構成され、隣接する結晶体の凸部の曲線が該凹部に入り込み、隣接する結晶体の凹部の曲線が該凸部に入り込むうねり構造を有する結晶体を複数含む圧電/電歪体と、
を備えたものである。
セラミックス焼成基体と、
電極と、
結晶体を複数含み、前記電極を介して間接的に又は直接的に前記セラミックス焼成基体上に形成されており、一般式がABO3であり次式(1)により表される酸化物を主成分とし0.002≦z≦0.42となる第1無機粒子を配合する原料調製工程と、前記電極を介して間接的に又は直接的に前記セラミックス焼成基体上へ前記第1無機粒子を形成し平板状の成形体に成形する第1成形工程と、該成形体を焼成して前記結晶体を生成する第1焼成工程と、を含む圧電/電歪体形成工程によって作製されている圧電/電歪体と、
を備えたものである。
a×Pb(M1/3,Nb2/3)O3+b×PbTiO3+c×PbZrO3+z×MO(a+b+c=1、MはMg,Ni,Znより選ばれる1以上) …式(1)
セラミックス焼成基体と電極とを備えた圧電/電歪膜型素子の製造方法であって、
一般式がABO3であり次式(1)により表される酸化物を主成分とし0.002≦z≦0.42となる第1無機粒子を配合する原料調製工程と、前記電極を介して間接的に又は直接的に前記セラミックス焼成基体上へ前記第1無機粒子を形成し平板状の成形体に成形する第1成形工程と、該成形体よりも揮発成分の揮発が進む組成であり且つ所定の揮発量を超えない範囲の揮発程度を有する共存材料と共に焼成する所定の難揮発状態で該成形体を焼成して前記結晶体を生成する第1焼成工程と、を含む圧電/電歪体形成工程、
を含むものである。
a×Pb(M1/3,Nb2/3)O3+b×PbTiO3+c×PbZrO3+z×MO(a+b+c=1、MはMg,Ni,Znより選ばれる1以上) …式(1)
第1電極22を配設するセラミックス焼成基体12としては、以下説明する工程での熱処理温度よりも高い温度で焼成され、以下の工程による熱処理で変形及び変質しないセラミックとすることが好ましく、無配向多結晶基材としてもよいし、配向多結晶基材としてもよいが、無配向多結晶基材とすることが好ましい。この圧電/電歪膜型素子20の製造方法では、圧電/電歪膜型素子20を形成する基板の材質や配向性などにかかわらず、圧電/電歪体30の配向度を高めることが可能であり、圧電/電歪膜型素子20の形成時の熱処理に耐えうる材料であれば問題なく用いることができる。このセラミックス焼成基体12としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム及び窒化珪素からなる群より選択される少なくとも一種を含むセラミックスからなることが好ましく、このうち、酸化ジルコニウムを主成分とするものがより好ましく、安定化された酸化ジルコニウムを主成分とするものが一層好ましい。このセラミックス焼成基体12は、所望の形状に成形して焼成することにより得られる。第1電極22は、例えば、白金、パラジウム、ルテニウム、金、銀及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一種の金属により形成することが好ましい。第1電極22の形成方法としては、例えば、上記金属のペーストを調製し、このペーストをセラミックス焼成基体12上へドクターブレード法やスクリーン印刷法などにより塗布し、焼成することにより形成することができる。第1電極22の厚さは、圧電/電歪体30の形成厚さにもよるが、圧電/電歪体30の変位の付与・抑制などの観点より、0.1μm以上20μm以下程度に成形することが好ましい。
次に、原料調製工程、第1成形工程、第1焼成工程を含む第1形成工程と、塗布工程、第2焼成工程を1以上繰り返し行う積層工程と、を含む圧電/電歪体形成工程を行う。第1形成工程では、第1電極22を介してセラミックス焼成基体12上へ無機粒子を15μm以下の膜体に形成して焼成することにより、結晶粒子を膜面に沿って粒成長させる工程である。このように、厚さが15μm以下の膜体に成形して焼成し粒成長させたセラミックス膜とするので、膜の厚さ方向への粒成長は限られており、膜面方向に、より粒成長が促進されるから、特定の結晶面を揃えた状態(配向した状態)で、アスペクト比のより大きな結晶粒子に成長させることができる。ここで、一般式ABO3で表される酸化物のAサイトにPbを含み、BサイトにZr,Ti,Nb,Mg,Ni及びZnより選ばれる2種以上を含むペロブスカイト構造の酸化物では、例えば、その配合比を調整し、極薄の膜形状として粒成長させると、粒界が曲線で構成されるうねり構造を有する粒子に成長することがある。このとき、膜面内に(100)面が成長することにより膜面の垂直方向に結晶面(100)が配向しやすくなることがある。即ち、このような酸化物では、膜面に平行な表面を持った粒子は、その2面を除く他の面が成長面として成形体内の全方位に含まれるから膜内で粒成長し、膜表面に存在する残りの2面が無理なく拡がるため、アスペクト比の大きな粒子が得られやすい。この結晶粒子のアスペクト比は、2以上とすることが好ましく、3以上とすることがより好ましい。アスペクト比が2以上では、結晶粒子を配向させやすい。また、この結晶粒子は、膜面方向の結晶粒子の長さが結晶粒子の厚さ方向の長さ以上であることが好ましい。こうすれば、結晶粒子を配向させやすい。このように、Pb,Zr,Tiを含む酸化物の結晶面を配向させるものとすれば、例えば、配向したシリコン単結晶上へ化学蒸着などによりエピタキシャル成長させるようなものに比して、処理の簡素化及び材料費の低減を図ることができるし、結晶を配向させるため不要な元素を添加して圧電/電歪体を作製する方法に比して、配向度を高めつつ、その純度の低下を抑制することができる。なお、「不要な元素を添加することなく」とは、圧電/電歪特性に大きく影響しない範囲で、配向度や機械的強度などを高める添加剤を加えることを排除する趣旨ではない。この結晶粒子のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡を用いてSEM観察を行い膜の厚さを求め、膜面を観察し、結晶粒子が20〜40個程度含まれる視野において、{(視野の面積)/(粒子の個数)}から粒子1個あたりの面積Sを算出し、更に粒子形態を円と仮定し、次式(3)によって粒径を算出し、この粒径を膜の厚さで除算した値をアスペクト比とするものとする。
次に、形成した圧電/電歪体30上に第2電極24を形成する処理を行う。ここでは、圧電/電歪体30の一方の面に第1電極22を形成し、第1電極22を形成した面の裏側の他方の面に第2電極24を形成するものとした。この第2電極24の形成は、上述した第1電極形成工程と同様の条件で行う工程とすることもできるし、第1電極形成工程と異なる条件で行う工程とすることもできる。このように、第1電極22と第2電極24とに挟み込まれた圧電/電歪体30を備えた圧電/電歪膜型素子20が第1電極22側でセラミックス焼成基体12上に配設されたアクチュエータ10を作製することができる(図4の最下段)。
(原料調製工程)
圧電/電歪体の組成が0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3(基本組成1とも称する)に0.002molのMgOを添加した組成比となる合成粉末とジルコニアボールと分散媒としてイオン交換水とをポリポットに入れ、ボールミルで16h、湿式混合を行った。得られたスラリーを乾燥機で乾燥したあと、1000℃、2hの条件下で仮焼した。この仮焼粉末と、ジルコニアボールと分散媒としてイオン交換水とを入れ、ボールミルで16h湿式粉砕し、乾燥機によって乾燥し、第1無機粒子の粉体を得た。この粉体をHORIBA製レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−750を用い、水を分散媒として平均粒径を測定したところ、メディアン径(D50)は、0.4μmであった。また圧電/電歪体の組成が0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3に0.02molのNiOを添加した組成比となる合成粉末とジルコニアボールと分散媒としてイオン交換水とをポリポットに入れ、ボールミルで16h、湿式混合を行った。得られたスラリーを乾燥機で乾燥したあと、1000℃、2hの条件下で仮焼した。この仮焼粉末と、ジルコニアボールと分散媒としてイオン交換水とを入れ、ボールミルで16h湿式粉砕し、乾燥機によって乾燥し、第2無機粒子の粉体を得た。
(第1電極形成工程)
Y2O3で安定化された、薄肉部が平坦なZrO2基体(薄肉部の寸法:1.6×1.1mm、厚さ7μm)上に、Ptからなる第1電極(寸法:1.2×0.8mm、厚さ3μm)をスクリーン印刷法により形成し、1300℃、2時間の熱処理により基体と一体化させた。
形成した第1電極の上に、0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3に0.002molのMgOを添加した組成物を分散媒や可塑剤、分散剤を加えてペースト状とし、このペーストをスクリーン印刷法により、乾燥後のサイズが1.3mm×0.9mm、厚さ2μmで形成した膜体を得る第1形成工程を行った。この膜体をマグネシアからなる鞘(寸法90mm角、高さ50mm)に0.12Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.38PbTiO3+0.50PbZrO3に0.02molのNiOを添加した組成粉末(共存材料)を20g共存させた難揮発状態(焼成雰囲気Aとも称する)で1280℃、3時間、熱処理(焼成)した。熱処理後のセラミックス膜(圧電/電歪体)の厚さは、1.3μm、ロットゲーリング法による配向度は20%であった。なお、配向度の算出方法は後述する。また次に、塗布工程と第2焼成工程とを1回行う積層工程を行った。具体的には、得られたセラミックス膜の上に、第2無機粒子からなる組成物を分散媒や可塑剤、分散剤を加えてペースト状とし、このペーストをスクリーン印刷法により、乾燥後のサイズが1.3mm×0.9mm、厚さ8μmとなるように塗布する塗布工程と、得られたものを1280℃、3時間熱処理(焼成)する第2焼成工程とを行った。なお、第2焼成工程も第1焼成工程と同様の共存材料を共存させて焼成を行った。熱処理後のセラミックス膜(圧電/電歪体)は、厚さが5.1μm、ロットゲーリング法による配向度が18%であった。
次に、圧電/電歪体の上面にAuからなる第2電極(寸法:1.2mm×0.8mm、厚さ0.5μm)をスクリーン印刷法により形成したあと、熱処理して膜状の圧電駆動部を有する、実験例1の圧電膜型アクチュエータを作製した。なお、一般式がABO3であり次式a×Pb(Mx,Nby)O3+b×PbZrO3+c×PbTiO3}+zMO(a+b+c=1、x+y=1,MはMg,Ni,Znより選ばれる1以上)のうち添加組成(zMO)を除いた部分の基本組成と、焼成時に共存させる共存材料の組成とをまとめて表1に示した。なお、この表1では、後述する実験例2〜25の基本組成及び共存材料組成についても示した。
実験例1では圧電/電歪体の組成が0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3にMgOを0.002mol添加した組成比としたこの添加組成比を、NiOを0.020mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例2とした。また、この添加組成比を、MgOが0.01mol、NiOが0.02mol、全体で0.030mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例3とした。また、この添加組成比を、MgOが0.04mol、NiOが0.02mol、全体で0.060mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例4とした。また、この添加組成比を、MgOが0.08mol、NiOが0.02mol、全体で0.100mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例5とした。また、この添加組成比を、MgOが0.4mol、NiOが0.02mol、全体で0.42mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例6とした。また、この添加組成比を、MgOが1mol、NiOが0.02mol、全体で1.020mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例7とした。また、この添加組成比を、MgOが0mol、NiOが0.06mol、全体で0.060mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例8とした。また、この添加組成比を、MgOが0mol、NiOが0.02mol、ZnOが0.04mol、全体で0.060mol添加した組成比とした以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例9とした。なお、実験例2〜9の原料調製工程での無機粒子の平均粒径を測定したところ、メディアン径(D50)が、おおよそ0.4μmであった。なお、後述する実験例2〜25の原料調製工程での無機粒子の平均粒径も、メディアン径(D50)で、おおよそ0.4μmであった。
原料調製工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3(基本組成1)に0.02molのNiOを添加した組成比となるよう原料を配合した。また、焼成工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3に0.02molのNiOを添加した組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気Bとも称する)で焼成した。これ以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例10とした。また、原料調製工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3(基本組成1)に0.08molのMgO及び0.02molのNiOを添加した組成比となるよう原料を配合した。また、焼成工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.35PbTiO3+0.45PbZrO3に0.02molのNiO及び0.08molのMgOを添加した組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気C)で焼成した。これ以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例11とした。
原料調製工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.37PbZrO3(基本組成2)に0.002molのNiOを添加した組成比となるよう原料を配合した。また、焼成工程で0.12Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.45PbZrO3に0.02molのNiOを添加した組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気D)で焼成した。これ以外は実験例1と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例12とした。また、この添加組成比を、NiOが0.02mol(全体で0.02mol)添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例13とした。また、この添加組成比を、MgOが0.01mol、NiOが0.02mol、全体で0.030mol添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例14とした。また、この添加組成比を、MgOが0.04mol、NiOが0.02mol、全体で0.060mol添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例15とした。また、この添加組成比を、MgOが0.08mol、NiOが0.02mol、全体で0.100mol添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例16とした。また、この添加組成比を、MgOが0.4mol、NiOが0.02mol、全体で0.42mol添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例17とした。また、この添加組成比を、MgOが1mol、NiOが0.02mol、全体で1.020mol添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例18とした。また、この添加組成比を、MgOが0mol、NiOが0.06mol、全体で0.060mol添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例19とした。また、この添加組成比を、MgOが0mol、NiOが0.02mol、ZnOが0.04mol、全体で0.060mol添加した組成比とした以外は実験例12と同様の処理を行い作製した圧電膜型アクチュエータを実験例20とした。
原料調製工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.37PbZrO3(基本組成2)に0.02molのNiOを添加した組成比となるよう原料を配合し、焼成工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.37PbZrO3に0.02molのNiOを添加した組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気E)で焼成した以外は実験例1と同様の処理を行い、作製した圧電膜型アクチュエータを実験例21とした。また、原料調製工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.37PbZrO3(基本組成2)に0.08molのMgO及び0.02molのNiOを添加した組成比となるよう原料を配合し、焼成工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.37PbZrO3に0.08molのMgO及び0.02molのNiOを添加した組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気F)で焼成した以外は実験例1と同様の処理を行い、作製した圧電膜型アクチュエータを実験例22とした。
原料調製工程で0.2Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.37PbZrO3(基本組成2)に0.08molのMgOを添加した組成比となるよう原料を配合し、焼成工程で0.12Pb(Mg0.33Nb0.67)O3+0.43PbTiO3+0.45PbZrO3に0.02molのNiOを添加した組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気D)で焼成した以外は実験例1と同様の処理を行い、作製した圧電膜型アクチュエータを実験例23とした。また、原料調製工程で0.25Pb(Ni0.33Nb0.67)O3+0.40PbTiO3+0.35PbZrO3(基本組成3)に0.06molのNiOを添加した組成比となるよう原料を配合し、焼成工程で0.18Pb(Ni0.33Nb0.67)O3+0.40PbTiO3+0.42PbZrO3の組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気G)で焼成した以外は実験例1と同様の処理を行い、作製した圧電膜型アクチュエータを実験例24とした。また、原料調製工程で0.15Pb(Zn0.33Nb0.67)O3+0.425PbTiO3+0.425PbZrO3(基本組成4)に0.04molのZnOを添加した組成比となるよう原料を配合し、焼成工程で0.12Pb(Zn0.33Nb0.67)O3+0.38PbTiO3+0.50PbZrO3の組成粉末を20g共存させた状態(焼成雰囲気H)で焼成した以外は実験例1と同様の処理を行い、作製した圧電膜型アクチュエータを実験例25とした。
実験例1〜25について、XRD回折装置(リガク社製RINT TTRIII)を用い、セラミックス膜(圧電/電歪体)の結晶面に対してX線を照射したときのXRD回折パターンを測定した。この測定結果を用い、ロットゲーリング法によって擬立方(100)面の配向度を、擬立方(100),(110),(111)のピークを使用して上述の式(2)を用いて計算した。
実験例1〜25について、第1形成工程を行い第1電極上に膜状の第1層目を形成して粒成長させた状態のものを、走査型電子顕微鏡(日本電子製JSM−6390)を用いてSEM写真を撮影した(図7〜9参照)。また、この走査型電子顕微鏡により第1層目の圧電/電歪体の表面又は断面を観測し、電子プローブマイクロ測定(日本電子製JXA−8800)を用いて各元素を検出し、最終的な組成を求めた。
実験例1〜25について、電子顕微鏡写真を用いて、湾曲度を計算した。この湾曲度は、まず、粒子が20〜40個含まれる視野を電子顕微鏡(SEM)で観察しその写真を撮影し、粒子全体が視野に含まれている(視野で切れていない)すべての結晶粒子について、その結晶面の最長の長さを求めてそれを粒径とし、この平均値を計算して平均粒径を求めた。次に、平均粒径よりも大きな粒子を任意に5個選択し、選択した粒子において、隣接する粒界の3重点を任意に選択し、これらを直線で結びこの結んだ直線に平行な直線を引き、粒界と接する点から先の直線までの垂線の長さを求めた。3重点の距離と垂線の距離とを用い、(垂線の距離)/(3重点の距離)を計算し、この計算をすべての粒界について行い、そのうちの最大値をこの結晶粒子の湾曲度とした。任意に選択した5個の結晶粒子の湾曲度の平均値を求め、これをこの圧電/電歪体の湾曲度とした。
実験例1〜25について、圧電/電歪膜型アクチュエータ10の電極間に、電界が3kV/mmとなるように電圧を印加し、生じた屈曲変位(μm)をレーザドップラー振動計(グラフテック製センサAT0022、復調器AT3500)により測定した。
実験例1〜25について、圧電/電歪膜型アクチュエータ10の電極間に、電界が20kV/mmとなるように電界を100個の素子に印加し、ショートする個数を測定した。
測定結果として、各試料の基本組成、式(1)におけるM成分の添加種及び添加量、焼成雰囲気、湾曲度、ロットゲーリング法による1層目及び全体の配向度、屈曲変位、絶縁試験結果をまとめて表2に示す。なお、焼成雰囲気A,D,G,Hは、成形体と異なる組成の共存材料を共存させて焼成する雰囲気(所定の難揮発状態)であり、焼成雰囲気B,C,E,Fは、成形体と同じ組成の共存材料を共存させて焼成する雰囲気である。図7は、実験例5のSEM写真であり、図8は、実験例8のSEM写真であり、図9は、実験例4のSEM写真(断面CP研磨SEM像、表面反射電子像及び表面二次電子像)であり、図10は、通常結晶を含む実験例10のSEM写真である。また、図11は、実験例1〜10のMg,Ni及びZnの添加割合(式(1)のz値)に対するロットゲーリング法による配向度及び屈曲変位の関係を表す図であり、図12は、実験例1〜10のMg,Ni及びZnの添加割合(式(1)のz値)に対する湾曲度及び絶縁性試験での100個あたりのショート数の関係を表す図である。図7〜10に示すように、実験例4、5及び8は、第1電極上において、第1層目の圧電/電歪体が、断面視したときに粒界が凹凸のうねりを有する曲線により構成され、隣接する結晶体の凸部の曲線がこの凹部に入り込み、隣接する結晶体の凹部の曲線がこの凸部に入り込むうねり構造を有する結晶体を複数含んでおり、アスペクト比の高い平板状に粒成長していた。実験例5では、圧電/電歪体のロットゲーリング法による配向度が73%であり、実験例8では、同配向度が55%であり、結晶の配向性が高かった。これに対して、実験例10,11,21,22のように、M成分(Mg.Ni及びZn)を過剰に入れ、成形体と同様の組成の材料を共存させて焼成しても、うねり構造は生成しないし、配向もしないことがわかった。また、共存材料を、成形体よりもPb(Mx,Nby)O3の配合量が小さく且つPbTiO3の配合量が大きいものを用いて焼成した実験例1〜6,8,9や、実験例12〜17,19,20では、湾曲度が比較的高く、配向度が高く、屈曲変位も大きく、絶縁性試験のショート数も少なく良好な結果であった。この結果より、M成分の添加量zが0.002以上1.020未満で、成形体よりも揮発成分の揮発が進む組成であり且つ例えば基体などを汚染しない程度の揮発量を有する共存材料と共に焼成するとうねり構造が生じ、良好な配向性、屈曲変位、絶縁性試験結果が得られるものと推察された。また、実験例23〜25に示すように、M成分を変更しても、同様の結果が得られることがわかった。また、セラミックス焼成基体の配向性などにかかわらず、圧電/電歪体の配向度を高めることができることがわかった。また、結晶を配向させるに際して、圧電/電歪体の成分を過剰に添加すれば結晶が配向することから、圧電/電歪体以外の成分を添加して配向度を高めるものに比して、配向度を高める有効な方法であることが明らかとなった。
Claims (8)
- セラミックス焼成基体と、
電極と、
前記電極を介して間接的に又は直接的に前記セラミックス焼成基体上に形成されており、断面視したときに粒界が凹凸のうねりを有する曲線により構成され、隣接する結晶体の凸部の曲線が該凹部に入り込み、隣接する結晶体の凹部の曲線が該凸部に入り込むうねり構造を有する結晶体を複数含む圧電/電歪体と、
を備えた圧電/電歪膜型素子。 - 前記圧電/電歪体は、隣接する粒界の3重点を結ぶ第1直線の距離と、該第1直線からの前記粒界までの垂線の距離とにより計算される湾曲度が0.1以上である結晶体を含んでいる、請求項1に記載の圧電/電歪膜型素子。
- 前記圧電/電歪体は、一般式がABO3であり次式(1)により表される酸化物を主成分とし0.002≦z≦0.42となる第1無機粒子を配合する原料調製工程と、前記電極を介して間接的に又は直接的に前記セラミックス焼成基体上へ前記第1無機粒子を形成し平板状の成形体に成形する第1成形工程と、該成形体を焼成して前記結晶体を生成する第1焼成工程と、を含む圧電/電歪体形成工程によって作製されている、請求項1又は2に記載の圧電/電歪膜型素子。
a×Pb(M1/3,Nb2/3)O3+b×PbTiO3+c×PbZrO3+z×MO(a+b+c=1、MはMg,Ni,Znより選ばれる1以上) …式(1) - 前記圧電/電歪体は、前記第1焼成工程のあと更にPb、M、Nb、Zr及びTiを含む第2無機粒子を該焼成後の成形体上へ形成する成形工程と該形成した第2無機粒子を所定温度で焼成して結晶体を生成する第2焼成工程とを含む処理を1回以上実行する積層工程、を更に含む前記圧電/電歪体形成工程によって作製されている、請求項3に記載の圧電/電歪膜型素子。
- 前記圧電/電歪体は、厚さ方向の前記結晶体が実質的に1個である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電/電歪膜型素子。
- 前記圧電/電歪体は、厚さが20μm以下に形成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧電/電歪膜型素子。
- 前記圧電/電歪体は、所定の電界方向に配向している、請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧電/電歪膜型素子。
- 前記圧電/電歪体は、結晶配向していない圧電/電歪体に対して屈曲変位が10%以上を示す、請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧電/電歪膜型素子。
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