JP2011216824A

JP2011216824A - Piezoelectric actuator

Info

Publication number: JP2011216824A
Application number: JP2010086129A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Shigetani; 龍太茂谷; Masashi Sasaki; 誠志佐々木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP5540839B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator which prevents the occurrence of peeling between a dummy layer and a substrate and between the dummy layer and a first electrode layer.SOLUTION: The dummy layer 5 of the piezoelectric actuator 1 is formed by a ceramic material, and each crystal grain thereof has mostly been grown continuously from the substrate 3 to the first electrode 7. As a consequence, adhesivity between the dummy layer 5 and the substrate 3 and between the dummy layer 5 and the first electrode 7 is enhanced. Prevention of peeling is performed thereby between the substrate 3 and the dummy layer 5 and between the dummy layer 5 and the first electrode 7, wherein the peeling is caused by enlarging a stress due to the difference in shrinkage between the substrate 3 and the dummy layer 5 and between the dummy layer 5 and the first electrode 7 in heat treatment.

Description

本発明は、圧電アクチュエータに関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator.

圧電アクチュエータとして、基板と、基板上に配置され、セラミック材料からなるダミー層と、ダミー層上に配置された第１の電極層と、第１の電極層上に配置され、セラミック材料からなる圧電層と、圧電層上に配置された第２の電極層と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 As a piezoelectric actuator, a substrate, a dummy layer disposed on the substrate and made of a ceramic material, a first electrode layer disposed on the dummy layer, and a piezoelectric material disposed on the first electrode layer and made of a ceramic material A device including a layer and a second electrode layer disposed on the piezoelectric layer is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２００１−５４９４６号公報JP 2001-54946 A

しかしながら、上述の特許文献１に記載された圧電アクチュエータは、ダミー層と基板との間やダミー層と第１の電極層との間で剥離が生じやすいという問題点を有している。具体的には、特許文献１記載の圧電アクチュエータでは、ダミー層はセラミック材料からなるため、ダミー層を焼成により得る際に、セラミック材料が焼結してダミー層及び圧電層は収縮することとなる。このため、ダミー層と基板との間やダミー層と第１の電極層との間では収縮差による応力が生じ、この応力に起因して剥離が生じる恐れがある。 However, the piezoelectric actuator described in Patent Document 1 described above has a problem that peeling is likely to occur between the dummy layer and the substrate or between the dummy layer and the first electrode layer. Specifically, in the piezoelectric actuator described in Patent Document 1, since the dummy layer is made of a ceramic material, when the dummy layer is obtained by firing, the ceramic material is sintered and the dummy layer and the piezoelectric layer contract. . For this reason, a stress due to a contraction difference is generated between the dummy layer and the substrate or between the dummy layer and the first electrode layer, and peeling may occur due to the stress.

本発明は、ダミー層と基板との間及びダミー層と第１の電極層との間での剥離の発生を防ぐことが可能な圧電アクチュエータを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of preventing occurrence of peeling between a dummy layer and a substrate and between a dummy layer and a first electrode layer.

上記目的を達成するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、基板と、基板上に配置され、セラミック材料からなるダミー層と、ダミー層上に配置された第１の電極層と、第１の電極層上に配置され、セラミック材料からなる圧電層と、圧電層上に配置された第２の電極層と、を備え、ダミー層において、セラミック材料の少なくとも一部が基板と第１の電極層とに渡って粒成長していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a piezoelectric actuator according to the present invention includes a substrate, a dummy layer disposed on the substrate and made of a ceramic material, a first electrode layer disposed on the dummy layer, and a first electrode. A piezoelectric layer made of a ceramic material and a second electrode layer arranged on the piezoelectric layer, wherein at least a part of the ceramic material is a substrate and a first electrode layer in the dummy layer It is characterized by grain growth.

上記の圧電アクチュエータによれば、セラミック材料の少なくとも一部が基板と第１の電極層とに渡って粒成長してダミー層を形成されるため、粒成長に伴って基板とセラミック材料からなるダミー層との間及び第１の電極層とセラミック材料からなるダミー層との間が密着する。したがって、この圧電アクチュエータは、基板とセラミック材料からなるダミー層との間、及び第１の電極層とセラミック材料からなるダミー層との間の密着性が高められ、剥離の発生が抑制される。 According to the above piezoelectric actuator, since at least a part of the ceramic material is grain-grown over the substrate and the first electrode layer to form a dummy layer, a dummy composed of the substrate and the ceramic material is accompanied with the grain growth. The first electrode layer and the dummy layer made of a ceramic material are in close contact with each other. Therefore, in this piezoelectric actuator, the adhesion between the substrate and the dummy layer made of the ceramic material and between the first electrode layer and the dummy layer made of the ceramic material is enhanced, and the occurrence of peeling is suppressed.

ここで、上記基板がステンレス鋼で構成されている態様とすることができる。 Here, the substrate may be made of stainless steel.

このように基板がステンレス鋼で構成されている場合、セラミック材料の粒成長がステンレス鋼からなる基板に含まれるクロムの拡散に伴って促進されることから、基板とセラミック材料からなるダミー層との間、及び第１の電極層とセラミック材料からなるダミー層との間の密着性が高められ、剥離の発生がさらに抑制される。 When the substrate is made of stainless steel in this way, the grain growth of the ceramic material is promoted with the diffusion of chromium contained in the substrate made of stainless steel, so the substrate and the dummy layer made of the ceramic material And adhesion between the first electrode layer and the dummy layer made of the ceramic material is enhanced, and the occurrence of peeling is further suppressed.

また、上記ダミー層が銀を含んで構成されている態様とすることができる。 Further, the dummy layer may be configured to contain silver.

ダミー層が銀を含んで構成されている場合、銀がセラミック材料の粒成長を促進することから、基板とセラミック材料からなるダミー層との間、及び第１の電極層とセラミック材料からなるダミー層との間の密着性が高められ、剥離の発生がさらに抑制される。 When the dummy layer includes silver, the silver promotes the grain growth of the ceramic material. Therefore, the dummy layer is formed between the substrate and the dummy layer made of the ceramic material and between the first electrode layer and the ceramic material. Adhesion between the layers is enhanced, and the occurrence of peeling is further suppressed.

本発明によれば、ダミー層と基板との間及びダミー層と第１の電極層との間での剥離の発生を防ぐことが可能な圧電アクチュエータが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the piezoelectric actuator which can prevent generation | occurrence | production of peeling between a dummy layer and a board | substrate and between a dummy layer and a 1st electrode layer is provided.

本実施形態に係る圧電アクチュエータの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the piezoelectric actuator which concerns on this embodiment. 圧電アクチュエータの断面構成の一部を拡大した図であって、圧電アクチュエータのダミー層の結晶粒の状態を説明する図である。It is the figure which expanded a part of cross-sectional structure of a piezoelectric actuator, Comprising: It is a figure explaining the state of the crystal grain of the dummy layer of a piezoelectric actuator. 本実施形態の変形例に係る圧電アクチュエータの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the piezoelectric actuator which concerns on the modification of this embodiment.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

図１及び図２を参照して、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る圧電アクチュエータの断面構成を示す図である。また、図２は、圧電アクチュエータの断面構成の一部を拡大した図であって、圧電アクチュエータのダミー層の結晶粒の状態を説明する図である。 With reference to FIG.1 and FIG.2, the structure of the piezoelectric actuator 1 which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the piezoelectric actuator according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of a part of the cross-sectional configuration of the piezoelectric actuator, and is a diagram for explaining the state of crystal grains in the dummy layer of the piezoelectric actuator.

圧電アクチュエータ１は、基板３と、ダミー層５と、第１の電極層７と、圧電層９と、第２の電極層１１と、を備えている。 The piezoelectric actuator 1 includes a substrate 3, a dummy layer 5, a first electrode layer 7, a piezoelectric layer 9, and a second electrode layer 11.

基板３は、ステンレス鋼からなる。基板３は、ステンレス鋼以外の材料にて構成されていてもよく、例えば、Ｓｉ又はジルコニア（ＺｒＯ_２）等の基板であってもよい。後述のダミー層５の粒成長を促進する観点及びコストメリットから、基板３はステンレス鋼であることが好ましい。 The substrate 3 is made of stainless steel. The substrate 3 may be made of a material other than stainless steel, and may be a substrate such as Si or zirconia (ZrO ₂ ), for example. From the viewpoint of promoting grain growth of a dummy layer 5 described later and cost merit, the substrate 3 is preferably stainless steel.

ダミー層５は、基板３上に配置されており、セラミック材料である一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト構造を有する化合物により形成され、本実施形態では、主としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる材料が好適に用いられ、具体的には、（Ｐｂ_{０．９８８}Ｓｒ_０．０２）［（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）_０．１Ｔｉ_０．４３Ｚｒ_０．４７］Ｏ_３が用いられる。ダミー層５は、エアロゾルデポジション法を用いることにより、基板３上に形成されている。ダミー層５には上記のセラミック材料に加えて、焼結助剤が添加されていてもよい。焼結助剤としては、Ａｇ，Ｃｒ，Ｆｅ等が挙げられる。 The dummy layer 5 is disposed on the substrate 3 and is formed of a ceramic material having a perovskite structure represented by the general formula ABO _{3. In} this embodiment, the dummy layer 5 is mainly made of lead zirconate titanate (PZT). Specifically, (Pb _0.988 Sr _0.02 ) [(Zn _1/3 Nb _2/3 ) _0.1 Ti _0.43 Zr _0.47 ] O ₃ is used. It is done. The dummy layer 5 is formed on the substrate 3 by using an aerosol deposition method. In addition to the ceramic material described above, a sintering aid may be added to the dummy layer 5. Examples of sintering aids include Ag, Cr, and Fe.

ダミー層５は、後述する熱処理の際に、ステンレス鋼に含まれるＦｅ及びＣｒが圧電層９へ拡散するのを防止する層であり、ダミー層５が設けられることで圧電アクチュエータとしての特性の劣化が抑制される。ダミー層５のセラミック材料には、ステンレス鋼に含まれるＣｒが固溶した状態で含まれる。 The dummy layer 5 is a layer that prevents Fe and Cr contained in the stainless steel from diffusing into the piezoelectric layer 9 during heat treatment to be described later. The provision of the dummy layer 5 deteriorates the characteristics of the piezoelectric actuator. Is suppressed. The ceramic material of the dummy layer 5 contains Cr contained in stainless steel in a solid solution state.

ダミー層５は、その一部が基板３と第１の電極層７との間に渡っている結晶粒により構成されている。具体的には、図２に示すように、ダミー層において、基板３とダミー層５との界面及び第１の電極層７とダミー層５との界面のいずれの界面にも端面を有するセラミック材料の結晶粒が含まれる。これにより、基板３とダミー層５との間及び第１の電極層７とダミー層５との間の密着性がそれぞれ高められる。ダミー層５の結晶粒についての詳細については後述する。 The dummy layer 5 is composed of crystal grains partially extending between the substrate 3 and the first electrode layer 7. Specifically, as shown in FIG. 2, in the dummy layer, a ceramic material having an end face at any of the interface between the substrate 3 and the dummy layer 5 and the interface between the first electrode layer 7 and the dummy layer 5. Of crystal grains. Thereby, the adhesion between the substrate 3 and the dummy layer 5 and between the first electrode layer 7 and the dummy layer 5 is enhanced. Details of the crystal grains of the dummy layer 5 will be described later.

第１の電極層７は、ダミー層５上に配置されている。第１の電極層７は、スパッタ法や印刷法等の既知の手法を用いることにより、ダミー層５上に形成されている。第１の電極層７は、Ｐｔからなる。第１の電極層７は、Ｐｔ以外の金属にて構成されていてもよく、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ、又はこれらの合金にて構成されていてもよい。 The first electrode layer 7 is disposed on the dummy layer 5. The first electrode layer 7 is formed on the dummy layer 5 by using a known method such as a sputtering method or a printing method. The first electrode layer 7 is made of Pt. The 1st electrode layer 7 may be comprised with metals other than Pt, for example, may be comprised with Au, Ag, Pd, Cu, or these alloys.

圧電層９は、第１の電極層７上に配置されており、圧電セラミック材料である一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト構造を有する化合物により形成され、圧電層９としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好適に用いられ、また、ＰＺＴに添加物を添加した材料を用いることもできる。本実施形態では、圧電層９として、（Ｐｂ_{０．９８８}Ｓｒ_０．０２）［（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）_０．１Ｔｉ_０．４３Ｚｒ_０．４７］Ｏ_３が用いられる。圧電層９は、ダミー層５と同様に、エアロゾルデポジション法やスパッタ法といった既知の手法を用いることにより、第１の電極層７上に形成されている。 The piezoelectric layer 9 is disposed on the first electrode layer 7 and is formed of a compound having a perovskite structure represented by the general formula ABO3 which is a piezoelectric ceramic material. The piezoelectric layer 9 includes lead zirconate titanate. (PZT) is preferably used, and a material obtained by adding an additive to PZT can also be used. In the present embodiment, (Pb _0.988 Sr _0.02 ) [(Zn _1/3 Nb _2/3 ) _0.1 Ti _0.43 Zr _0.47 ] O ₃ is used as the piezoelectric layer 9. Similar to the dummy layer 5, the piezoelectric layer 9 is formed on the first electrode layer 7 by using a known method such as an aerosol deposition method or a sputtering method.

第２の電極層１１は、圧電層９上に配置されている。第２の電極層１１は、第１の電極層７と同様に、スパッタ法等の既知の手法を用いることにより、圧電層９上に形成されている。第２の電極層１１も、Ｐｔ以外の金属にて構成されていてもよく、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕ、又はこれらの合金にて構成されていてもよい。 The second electrode layer 11 is disposed on the piezoelectric layer 9. Similar to the first electrode layer 7, the second electrode layer 11 is formed on the piezoelectric layer 9 by using a known method such as a sputtering method. The second electrode layer 11 may also be made of a metal other than Pt, for example, Au, Ag, Pd, Cu, or an alloy thereof.

続いて、上述した構成の圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。 Then, the manufacturing method of the piezoelectric actuator 1 of the structure mentioned above is demonstrated.

まず、基板３を用意し、エアロゾルデポジション法により、基板３上にダミー層５となるセラミック層を形成する。ダミー層５となるセラミック層の厚みは０．５〜５μｍに設定することができる。 First, a substrate 3 is prepared, and a ceramic layer to be a dummy layer 5 is formed on the substrate 3 by an aerosol deposition method. The thickness of the ceramic layer serving as the dummy layer 5 can be set to 0.5 to 5 μm.

ここで、ダミー層５となるセラミック層を形成するエアロゾルデポジション法とは、具体的には以下に示す方法である。まず、セラミック材料の原料となるＰｂＯ，ＺｒＯ_２及びＴｉＯ_２を水と混合し、８００℃前後で仮焼きを行うことにより、ＰＺＴを得る。そして、ＰＺＴを粉砕することにより、粒子径が１μｍ程度のＰＺＴ粉体を得る。そして、ＰＺＴ粉体をＨｅガス等のキャリアガスを用いてエアロゾル化し、これを減圧されたチャンバー内に設置された基板に対して、スリットを入れたノズルを用いて吹き付ける方法である。ダミー層５に対して焼結助剤を添加する場合には、この焼結助剤をＰＺＴ粉体と混合してエアロゾル化した後、基板に吹き付ける構成とすることが好ましい。 Here, the aerosol deposition method for forming the ceramic layer serving as the dummy layer 5 is specifically the method described below. First, PbO, ZrO ₂ and TiO ₂ which are raw materials for the ceramic material are mixed with water and calcined at around 800 ° C. to obtain PZT. And PZT powder with a particle diameter of about 1 μm is obtained by pulverizing PZT. And it is the method of aerosolizing PZT powder using carrier gas, such as He gas, and spraying this using the nozzle which put the slit with respect to the board | substrate installed in the pressure-reduced chamber. When a sintering aid is added to the dummy layer 5, it is preferable that the sintering aid is mixed with PZT powder to form an aerosol and then sprayed onto the substrate.

次に、ダミー層５となるセラミック層上に、スパッタ法により、第１の電極層７となる金属層を形成する。第１の電極層７となる金属層の厚みは、０．５〜１μｍに設定することができる。 Next, a metal layer to be the first electrode layer 7 is formed on the ceramic layer to be the dummy layer 5 by sputtering. The thickness of the metal layer that becomes the first electrode layer 7 can be set to 0.5 to 1 μm.

次に、ダミー層５となるセラミック層及び第１の電極層７となる金属層を積層した基板３に対して事前熱処理を施す。事前熱処理は、例えば、５５０〜６５０℃の温度範囲で、０．５〜１時間行うことができる。事前熱処理を施すことによって、ダミー層５となるセラミック層及び第１の電極層７となる金属層の形成時に発生した応力が緩和され、ダミー層５となるセラミック層と基板３との間、及びダミー層５となるセラミック層と第１の電極層７となる金属層との間の密着性が向上する。 Next, pre-heat treatment is performed on the substrate 3 on which the ceramic layer to be the dummy layer 5 and the metal layer to be the first electrode layer 7 are laminated. The preliminary heat treatment can be performed, for example, in a temperature range of 550 to 650 ° C. for 0.5 to 1 hour. By performing the pre-heat treatment, the stress generated during the formation of the ceramic layer that becomes the dummy layer 5 and the metal layer that becomes the first electrode layer 7 is relieved, and the ceramic layer that becomes the dummy layer 5 and the substrate 3, and Adhesion between the ceramic layer serving as the dummy layer 5 and the metal layer serving as the first electrode layer 7 is improved.

次に、事前熱処理後の第１の電極層７となる金属層上に、エアロゾルデポジション法により、圧電層９となるセラミック層を形成する。圧電層９となるセラミック層の厚みは、３〜６μｍに設定することができる。これらの工程により、基板３上に、上述したセラミック層と金属層との積層体が形成されることとなる。 Next, a ceramic layer to be the piezoelectric layer 9 is formed on the metal layer to be the first electrode layer 7 after the pre-heat treatment by an aerosol deposition method. The thickness of the ceramic layer that becomes the piezoelectric layer 9 can be set to 3 to 6 μm. By these steps, the above-described laminate of the ceramic layer and the metal layer is formed on the substrate 3.

次に、上記積層体に基板３と共に熱処理を施す。熱処理は、例えば、８００〜９００℃の温度範囲で、０．５〜１時間行うことができる。これにより、各セラミック層が焼結し、それぞれダミー層５と圧電層９とになる。すなわち、ダミー層５と圧電層９とは、同時熱処理（焼成、アニール）により形成される。このとき、ダミー層５の少なくとも一部の結晶粒が、基板３と第１の電極７との間にわたって粒成長する。 Next, the laminated body is subjected to heat treatment together with the substrate 3. The heat treatment can be performed, for example, in a temperature range of 800 to 900 ° C. for 0.5 to 1 hour. As a result, the ceramic layers are sintered to become the dummy layer 5 and the piezoelectric layer 9, respectively. That is, the dummy layer 5 and the piezoelectric layer 9 are formed by simultaneous heat treatment (firing and annealing). At this time, at least a part of crystal grains of the dummy layer 5 grows between the substrate 3 and the first electrode 7.

次に、圧電層９なるセラミック層上に、スパッタ法により、第２の電極層１１となる金属層を形成する。第２の電極層１１となる金属層の厚みは、０．５〜１μｍに設定することができる。上述の第１の電極層７となる金属層及び第２の電極層１１となる金属層の形成方法はスパッタ法とは異なる方法でもよく、例えば、印刷法を用いてもよい。 Next, a metal layer to be the second electrode layer 11 is formed on the ceramic layer to be the piezoelectric layer 9 by sputtering. The thickness of the metal layer to be the second electrode layer 11 can be set to 0.5 to 1 μm. The method for forming the metal layer to be the first electrode layer 7 and the metal layer to be the second electrode layer 11 may be different from the sputtering method, for example, a printing method may be used.

その後、圧電層９に分極処理を施す。分極処理とは、所定の条件下（例えば、１００〜２００℃の温度範囲に加熱する）で圧電層９に対し所定の直流電界（例えば、３〜４ｋＶ／ｍｍ）を加えて圧電層９の内部の電気双極子を一定方向に揃える処理をいう。これにより、圧電層９は圧電特性を有することとなる。 Thereafter, the piezoelectric layer 9 is subjected to polarization treatment. The polarization treatment is performed by applying a predetermined DC electric field (for example, 3 to 4 kV / mm) to the piezoelectric layer 9 under a predetermined condition (for example, heating to a temperature range of 100 to 200 ° C.). The process of aligning the electric dipoles in a certain direction. As a result, the piezoelectric layer 9 has piezoelectric characteristics.

上記の圧電アクチュエータ１の製造方法によれば、結晶粒が基板３と第１の電極７との間に渡って粒成長したダミー層５が形成される。 According to the manufacturing method of the piezoelectric actuator 1 described above, the dummy layer 5 in which crystal grains grow between the substrate 3 and the first electrode 7 is formed.

ダミー層５の粒成長は、基板３を構成するステンレス鋼に含まれるＣｒが積層体に対する熱処理を行う際に拡散することによって促進される。具体的には、基板３がステンレス鋼からなる場合、熱処理を行うことによって、ステンレス鋼からＣｒがダミー層５となるセラミック層に対して拡散し、ステンレス鋼とセラミック層との界面からＣｒがセラミック層に対して固溶する。ダミー層５となるセラミック層のうちＣｒが固溶した領域は、セラミック層を構成する結晶粒の粒成長が促進され、その結果、基板３と第１の電極７との間に渡って粒成長した結晶粒が形成される。このセラミック層５を構成する結晶粒は、７５０℃以上の温度条件で熱処理を行った場合に粒成長が促進される。 Grain growth of the dummy layer 5 is promoted by the diffusion of Cr contained in the stainless steel constituting the substrate 3 when the laminated body is heat-treated. Specifically, when the substrate 3 is made of stainless steel, Cr is diffused from the stainless steel to the ceramic layer that becomes the dummy layer 5 by heat treatment, and Cr is ceramic from the interface between the stainless steel and the ceramic layer. Solid solution to the layer. In the ceramic layer serving as the dummy layer 5, in the region where Cr is dissolved, grain growth of crystal grains constituting the ceramic layer is promoted, and as a result, grain growth occurs between the substrate 3 and the first electrode 7. Crystal grains are formed. Grain growth of the crystal grains constituting the ceramic layer 5 is promoted when heat treatment is performed under a temperature condition of 750 ° C. or higher.

セラミック層のうちＣｒが固溶した領域ではＰＺＴとＣｒとが結合する一方、ステンレス鋼のセラミック層との界面では、Ｃｒが拡散したことによりその濃度が低下するため、セラミック層とステンレス鋼との界面のうち、ＰＺＴとＣｒとが結合した領域はステンレス鋼の表面との密着性が高められる。また、セラミック層のうち結晶粒が粒成長した領域は、セラミック層を構成する他の領域と比較して柔軟性が高くなることから、上側の第１の電極７との密着性も高められる。 In the ceramic layer where Cr is dissolved, PZT and Cr are bonded, while at the interface with the stainless steel ceramic layer, the concentration of Cr decreases due to the diffusion of Cr. Of the interface, the region where PZT and Cr are bonded has improved adhesion to the surface of the stainless steel. Moreover, since the area | region where the crystal grain grew in the ceramic layer becomes flexible compared with the other area | region which comprises a ceramic layer, the adhesiveness with the upper 1st electrode 7 is also improved.

このように、結晶粒が基板３と第１の電極７との間に渡って粒成長しているセラミック層から形成されるダミー層５は、基板３との間及び第１の電極７との間で密着性が高められる。これにより、熱処理時の基板３、ダミー層５、及び第１の電極７における収縮率の差に由来する応力が大きくなることに由来する基板３とダミー層５との間及びダミー層５と第１の電極７との間での剥離の発生を防止することができる。 As described above, the dummy layer 5 formed of the ceramic layer in which crystal grains are grown between the substrate 3 and the first electrode 7 is formed between the substrate 3 and the first electrode 7. Adhesion is enhanced between the two. Thereby, between the substrate 3 and the dummy layer 5 which originates in the stress resulting from the difference in the shrinkage | contraction rate in the board | substrate 3, the dummy layer 5, and the 1st electrode 7 at the time of heat processing, and the dummy layer 5 and the 1st It is possible to prevent occurrence of peeling between the first electrode 7 and the first electrode 7.

上記の効果は、ダミー層５となるセラミック層に焼結助剤を混合させた場合でも達成される。すなわち、焼結助剤が混合された状態で基板上にセラミック層が形成され、これを熱処理した場合であっても、セラミック層を構成する結晶粒の粒成長が促進され、基板３と第１の電極７との間に渡って粒成長した結晶粒を含んで構成されるダミー層５が得られる。この場合にも基板３とダミー層５との間、第１の電極７とダミー層５との間のそれぞれにおいて密着性が高められ、剥離の発生が防止される。 The above effect is achieved even when a sintering aid is mixed in the ceramic layer to be the dummy layer 5. That is, a ceramic layer is formed on the substrate in a state where the sintering aid is mixed, and even when the ceramic layer is heat-treated, the grain growth of the crystal grains constituting the ceramic layer is promoted, and the substrate 3 and the first Thus, the dummy layer 5 including crystal grains grown between the electrodes 7 is obtained. Also in this case, adhesion between the substrate 3 and the dummy layer 5 and between the first electrode 7 and the dummy layer 5 is enhanced, and the occurrence of peeling is prevented.

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

第１の電極層７は、図３に示されるように、複数の個別電極にて構成されていてもよい。 As shown in FIG. 3, the first electrode layer 7 may be composed of a plurality of individual electrodes.

圧電層９は、ＰＺＴに限られることなく、その他の圧電セラミック材料（例えば、ＰＴ、ＰＬＺＴ、ニオブ酸カリウムナトリウム等）からなっていてもよい。ダミー層５も、上述した材料に限られることなく、例えば、ＰＴ、ＰＬＺＴ、ニオブ酸カリウムナトリウム等のセラミック材料からなっていてもよい。圧電層９の特性劣化を防止するためには、上述したように、圧電層９と同一の組成系であることが好ましい。 The piezoelectric layer 9 is not limited to PZT, and may be made of other piezoelectric ceramic materials (for example, PT, PLZT, potassium sodium niobate, etc.). The dummy layer 5 is not limited to the materials described above, and may be made of a ceramic material such as PT, PLZT, or potassium sodium niobate. In order to prevent the characteristic deterioration of the piezoelectric layer 9, it is preferable that the composition system is the same as that of the piezoelectric layer 9 as described above.

ダミー層５及び圧電層９を形成するセラミック材料（圧電セラミック材料）には、添加物が添加されていてもよく、この添加物については特に限定されない。具体的には、上記実施形態では、ダミー層５及び圧電層９を形成するセラミック材料（圧電セラミック材料）として、（Ｐｂ_{０．９８８}Ｓｒ_０．０２）［（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）_０．１Ｔｉ_０．４３Ｚｒ_０．４７］Ｏ_３を示したが、上記化学式におけるＡサイト成分に含まれるＳｒに代えて、Ｂａ，Ｃａ，Ｌａ等を用いてもよい。Ｂサイト成分に含まれるＺｎに代えて、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等を用いてもよく、Ｎｂに代えてＷ，Ｔａ，Ｓｂ等を用いてもよい。Ｂサイト成分に含まれるＺｎ_１／３Ｎｂ_２／３をＮｂのみとしてもよい。 An additive may be added to the ceramic material (piezoelectric ceramic material) forming the dummy layer 5 and the piezoelectric layer 9, and the additive is not particularly limited. Specifically, in the above embodiment, (Pb _0.988 Sr _0.02 ) [(Zn _1/3 Nb _2/3 ) is used as the ceramic material (piezoelectric ceramic material) for forming the dummy layer 5 and the piezoelectric layer 9. _0.1 Ti _0.43 Zr _0.47 ] O ₃ was shown, but Ba, Ca, La, or the like may be used instead of Sr contained in the A site component in the above chemical formula. Ni, Co, Fe or the like may be used instead of Zn contained in the B site component, and W, Ta, Sb or the like may be used instead of Nb. Zn _1/3 Nb _2/3 contained in the B site component may be Nb alone.

上記実施形態では、ダミー層５に対して焼結助剤を添加する場合に、焼結助剤をＰＺＴ粉体に対して混合してエアロゾル化した後、基板に吹き付ける構成について説明したが、焼結助剤をＰＺＴ粉体と混合するのではなく、セラミック材料の原料となるＰｂＯ，ＺｒＯ_２及びＴｉＯ_２を水と混合する際に併せて混合する態様としてもよい。この場合には、水と混合したセラミック材料の原料を仮焼きしてＰＺＴを形成する際にも結晶粒の粒成長が進む。仮焼き後のＰＺＴはいったん粉砕した後にＰＺＴ粉体としてダミー層５の形成に用いられるため、焼結助剤をＰＺＴ粉体と混合する場合と比較して、ダミー層５となるセラミック層の粒成長を促進する効果が低くなる可能性がある。 In the above embodiment, when a sintering aid is added to the dummy layer 5, the sintering aid is mixed with the PZT powder, aerosolized, and then sprayed onto the substrate. Instead of mixing the binder with the PZT powder, PbO, ZrO ₂ and TiO ₂ which are raw materials for the ceramic material may be mixed together when mixed with water. In this case, the growth of crystal grains also proceeds when PZT is formed by calcining the raw material of the ceramic material mixed with water. Since the PZT after calcining is once pulverized and used as the PZT powder for forming the dummy layer 5, the grains of the ceramic layer that becomes the dummy layer 5 are compared with the case where the sintering aid is mixed with the PZT powder. The effect of promoting growth may be reduced.

セラミック層の粒成長を促進するために用いられる焼結助剤をＰＺＴ粉体に混合する構成に代えて、ダミー層５となるセラミック層と基板３との間やダミー層５となるセラミック層と第１の電極層７となる金属層との間に焼結助剤を含む膜を設ける構成としてもよい。この場合でも焼結助剤を含む膜とダミー層５との界面から焼結助剤がダミー層５側に固溶することで、ダミー層５となるセラミック層において、熱処理時に粒成長が促進され、基板３と第１の電極層７との間に渡って粒成長した結晶粒を有するダミー層５を得ることができる。 Instead of the configuration in which the sintering aid used for promoting the grain growth of the ceramic layer is mixed with the PZT powder, the ceramic layer that becomes the dummy layer 5 and the ceramic layer that becomes the dummy layer 5 It is good also as a structure which provides the film | membrane containing a sintering aid between the metal layers used as the 1st electrode layer 7. FIG. Even in this case, since the sintering aid is dissolved in the dummy layer 5 side from the interface between the film containing the sintering aid and the dummy layer 5, grain growth is promoted during the heat treatment in the ceramic layer serving as the dummy layer 5. The dummy layer 5 having crystal grains grown between the substrate 3 and the first electrode layer 7 can be obtained.

１…圧電アクチュエータ、３…基板、５…ダミー層、７…第１の電極層、９…圧電層、１１…第２の電極層。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric actuator, 3 ... Board | substrate, 5 ... Dummy layer, 7 ... 1st electrode layer, 9 ... Piezoelectric layer, 11 ... 2nd electrode layer.

Claims

A substrate,
A dummy layer disposed on the substrate and made of a ceramic material;
A first electrode layer disposed on the dummy layer;
A piezoelectric layer disposed on the first electrode layer and made of a ceramic material;
A second electrode layer disposed on the piezoelectric layer,
In the dummy layer, at least a part of the ceramic material is grain-grown over the substrate and the first electrode layer.

The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the substrate is made of stainless steel.

The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the dummy layer includes silver.