JP2017112362A - 圧電素子、圧電アクチュエータおよびそれらを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板、第一の電極、圧電膜、第二の電極が設けられた圧電素子であって、前記圧電膜はBa、Bi、Ti、Zr、FeおよびMnを含む酸化物であり、前記圧電膜におけるBaおよびBiの和に対するBiのモル比を示すy値が0.001≦y≦0.015であり、Ti、ZrおよびFeの和に対するZrのモル比を示すx値が0.010≦x≦0.060であり、前記Ti、ZrおよびFeの和に対するFeのモル比を示すz値が0.001≦z≦0.015であり、前記Ti、ZrおよびFeの和に対するMnのモル比を示すm値が0.0020≦m≦0.0150であり、かつ、yとzの関係が0.90≦y/z≦1.10であることを特徴とする圧電素子。
【選択図】 図1
Description
基板、第一の電極、圧電膜、および第二の電極が設けられた圧電素子であって、前記圧電膜はBa、Bi、Ti、Zr、Fe、Mnを含む酸化物であり、前記圧電膜におけるBaおよびBiの和に対するBiのモル比を示すy値が0.001≦y≦0.015であり、
Ti、ZrおよびFeの和に対するZrのモル比を示すx値、が0.010≦x≦0.060であり、
前記Ti、ZrおよびFeの和に対するFeのモル比を示すz値が0.001≦z≦0.015であり、
前記Ti、ZrおよびFeの和に対するMnのモル比を示すm値が0.0020≦m≦0.0150であり、
かつ、yとzの関係が0.90≦y/z≦1.10であることを特徴とする。
本発明に係る圧電素子は、基板、第一の電極、圧電膜、第二の電極が設けられた(第一の形態の)圧電素子、または、基板、圧電膜、複数の櫛型電極が設けられた(第二の形態の)圧電素子である。
前記圧電膜はBa、Bi、Ti、Zr、Fe、Mnを含む酸化物であり、前記圧電膜におけるBaおよびBiの和に対するBiのモル比を示すy値が0.001≦y≦0.015であり、
Ti、ZrおよびFeの和に対するZrのモル比を示すx値、が0.010≦x≦0.060であり、
前記和に対するFeのモル比を示すz値が0.001≦z≦0.015であり、
前記和に対するMnのモル比を示すm値が0.0020≦m≦0.0150であり、
かつ、yとzの関係が0.90≦y/z≦1.10であることを特徴とする。
(Ba1−yBiy)(Ti1−x−z−mZrxFezMnm)O3 (1)
(式中、0.010≦x≦0.060、0.001≦y≦0.015、0.001≦z≦0.015、0.90≦y/z≦1.10、0.0020≦m≦0.0150)
図1の(a)−(c)は、いずれも本発明の圧電素子の第一の形態の構成の一例を示す断面模式図である。本発明の圧電素子の第一の形態は、基板101、第一の電極102、圧電膜103、第二の電極104が設けられた構成を有する。図1(a)は、第一の電極102、圧電膜103、第二の電極104が互いに同じ面積で、各々の端部が基板101に対して垂直方向に揃っている形態を示しているが、本発明の圧電素子の第一の形態の構成は図面に示されたものに限定されない。図1(b)や図1(c)に例示されるように、圧電素子の用途に応じて各部材の面積や形状は自由に変更できる。また、圧電素子としての機能を損ねない範囲で、各部材の間に別の部材を設けても良い。そのような部材としては、例えば、図2(a)や図2(b)に示される各部材の密着性を高めるための密着成分106や結晶性や配向性を高めるためのバッファ成分からなる部材がある。
基板101の材質は限定されないが、第一の電極102、圧電膜103、第二の電極104を設ける際の加熱工程において変形、溶融しない材質が好ましい。加熱工程の最高温度は通常800℃以下である。例えば、酸化マグネシウム(MgO)やチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、ランタンアルミネート(LaAlO3)などからなる単結晶基板や、ジルコニア(ZrO2)やアルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)などからなるセラミック基板や、シリコン(Si)やタングステン(W)などからなる半導体基板や、耐熱ステンレス(SUS)からなる基板が好ましく用いられる。これらの材料を複数種類組み合わせてもよいし、積層して多層構成として用いても良い。
本発明の圧電素子は、一対の電極を有することで、圧電膜103に電圧を印加して圧電歪みを生じさせたり、圧電膜103の歪みに応じた電気信号を取り出すことが可能となる。電極の材質は特に限定されず、圧電素子に通常用いられているものであればよい。例えば、Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag、Cu、Ruなどの金属およびこれらの化合物を挙げることができる。特に、Ti、Pt、Au、Ruによる金属電極を用いることが好ましい。
本発明において、圧電膜とは、正圧電効果または逆圧電効果を示す薄膜状の結晶集合体を指す。薄膜とは、平板状の基材(基板)の片面または両面を覆うように密着して設けられた集合組織である。図1(a)に示すように、基板101と圧電膜103の間に第一の電極102のような電極層や調整層を有していても良い。図15(a)に示すように、基板101の表面を圧電膜103が直接覆っていても良い。薄膜をその設置面に対して垂直方向に計測した厚さ、すなわち膜厚は10μm未満であり、該垂直方向における結晶粒の積み上げ数が20個以内であるものを本発明では薄膜と呼ぶことにする。金属酸化物を独立した成形体として焼成した、いわゆる圧電セラミックスは本発明の圧電素子における圧電膜には含まない。
本発明において、ペロブスカイト型金属酸化物とは、岩波理化学辞典 第5版(岩波書店 1998年2月20日発行)に記載されているような、理想的には立方晶構造であるペロブスカイト構造(ペロフスカイト構造とも言う)を持つ金属酸化物を指す。ペロブスカイト構造を持つ金属酸化物は一般にABO3の化学式で表現される。ペロブスカイト型金属酸化物において、元素A、Bは各々イオンの形でAサイト、Bサイトと呼ばれる単位格子の特定の位置を占める。例えば、立方晶系の単位格子であれば、A元素は立方体の頂点、B元素は体心に位置する。O元素は酸素の陰イオンとして立方体の面心位置を占める。
本発明の圧電素子を構成する圧電膜が、前記一般式(1)の範囲のBiとFeを含有すると、−30℃〜50℃の温度範囲内において、特に20℃以下の低温域において、圧電定数が向上し、誘電損失(誘電正接あるいはtanδとも言う)が低下する。3価のBiの大部分はペロブスカイト骨格のAサイト、3価のFeの大部分はBサイトに位置する。元来、Bi3+イオンはAサイトにもBサイトにも位置することができるが、相対的にイオン半径の小さいFe3+イオンが優先的にBサイトを位置取り、かつ、本発明においてはFe3+がBi3+とほぼ同量存在するため、Bi3+はAサイトに位置することになる。
前記圧電膜は、Baの市販原料に不可避成分として含まれる程度のCaやSrと、Tiの市販原料に不可避成分として含まれる程度のNbと、Zrの市販原料に不可避成分として含まれる程度のHfを含んでいてもよい。
圧電膜103の第一の電極102と第二の電極104に挟まれた箇所における最大膜厚TPは10μm以下であることが好ましい。膜が平坦では無い場合、基板101の表面を基点に垂直方向に膜厚を計測する。最大膜厚TPの好ましい上限値は5000nmであり、下限値は、500nmである。圧電膜103の最大膜厚TPを500nm以上5000nm以下とすることで、圧電素子としての機能を得られるとともに、素子化のための圧電膜の加工性を担保できる。
圧電膜103の最大膜厚TPは接触式段差計や断面の顕微鏡観察により計測可能である。
第一の電極102および第二の電極104の最大膜厚TE1[nm]と最小膜厚TE2[nm]の平均値(TE1+TE2)/2[nm]は、0.002×TP[nm]≦ (TE1+TE2)/2[nm]≦500nmの範囲であることが好ましい。最大膜厚TE1[nm]と最小膜厚TE2[nm]は、圧電膜を挟んで第一の電極102と第二の電極104が対向している領域内で決定する。すなわち、圧電素子としての機能に関与しないダミー部分の電極が存在する場合は、その膜厚は勘案しない。TE1[nm]は、第一の電極102の最大膜厚と第二の電極104の最大膜厚を比較して大きい方を選択することで特定する。TE2[nm]は、第一の電極102の最小膜厚と第二の電極104の最小膜厚を比較して小さい方を選択することで特定する。各電極の最大および最小膜厚は断面の顕微鏡観察により計測可能である。
前記第一の電極と、前記基板との間には、第4族元素および/または第5族元素の金属を含む密着成分が介在していることが好ましい。図2(a)および(b)は、基板101と第一の電極102の間に密着成分106が存在する場合の本発明の圧電素子の断面模式図である。密着成分は、図2(a)の密着成分106のように第一の電極に埋め込まれるように点状に分散して存在していても良いし、図2(b)の層状の密着成分106のように厚さ1nm以上10nm以下の層状であっても良い。密着成分106の材質としては、密着性の観点から第4族元素では、Ti、Zr、Hfの金属単体や酸化物、窒化物、第5族元素では、V、Nb、Taの金属単体や酸化物、窒化物が好ましい。密着成分106の一部または全部が、基板101や第一の電極102と化学的に結合して合金や複合酸化物を形成していても良い。
本発明において、圧電膜103とは、薄膜状の結晶集合体であるが、その結晶集合体は柱状構造の結晶粒で構成された集合組織を有していることが好ましい。図2(c)は、圧電膜103の内部に柱状構造の結晶粒よりなる集合組織を有している圧電素子の断面模式図である。図中、圧電膜103の斜線で影を付けた領域と影を付けてない領域はいずれも柱状構造の結晶粒を示している。結晶粒が柱状結晶である事は、圧電素子の圧電膜部分の断面を顕微鏡観察することで確認することができる。一つの柱状構造の結晶粒と、該結晶粒に隣接する別の結晶粒とは、殆どの場合で結晶方位が異なるため、顕微鏡像の濃淡から粒の境界を判別することができる。集合組織とは、少なくとも2つ以上の結晶粒が隣接している状態であるが、好ましくは、圧電膜103の断面の略全領域が柱状結晶の集合体よりなることがより好ましい。柱状構造の結晶粒とは、理想的には第一の電極102と第二の電極104のいずれとも接触する単一粒であることが好ましい。圧電素子の第二の形態の場合は、基板101と櫛型電極105のいずれとも接触する単一粒であることが好ましい。
本発明の圧電素子における圧電膜のキュリー温度は、121℃以上であることが好ましい。圧電膜のキュリー温度が121℃以上であると、圧電装置の駆動温度範囲(−30℃〜50℃)から十分離れていると言える。そうすると、キュリー温度近傍での圧電素子の圧電定数と誘電損失の急激な温度変化の影響を、圧電装置の駆動温度範囲において無視することができるようになる。
キュリー温度とは、その温度以上で圧電材料の圧電性が消失する温度である。本明細書においては、強誘電相(正方晶相)と常誘電相(立方晶相)の相転移温度近傍で静電容量が極大となる温度をキュリー温度とする。静電容量は、例えばインピーダンスアナライザを用いて周波数が1kHzの微小交流電界を印加して測定される。
本発明の圧電素子における圧電膜のペロブスカイト構造を構成する結晶は、前記基板の表面に対して垂直方向に選択的に配向していることが好ましい。配向面としては、ペロブススカイト構造の単位格子を擬立方晶とみなした格子面で、(100)面、(110)面、または(111)面に選択的に配向していることが好ましい。
圧電膜103の製造方法は特に限定されない。例えば、CSD法、スパッタ法、水熱合成法、エアロゾルデポジション法、MOCVD(有機金属化合物化学的気相堆積)法などが挙げられる。このうち、好ましい製造方法は、CSD法またはスパッタ法であり、圧電膜の組成制御に優れている。
本発明の圧電アクチュエータは、本発明の圧電素子と、該圧電素子に設けられた振動板とを有することを特徴とする。
次に、本発明の液体吐出ヘッドについて説明する。
本発明に係る液体吐出ヘッドは、前記圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を有することを特徴とする。
次に、本発明の液体吐出装置について説明する。本発明の液体吐出装置は、被転写体の載置部と前記液体吐出ヘッドを備えたものである。
次に、本発明の振動補正機構について説明する。本発明の振動補正機構は、搬送対象物を外部振動に対して逆位相となるように搬送することで外部振動の影響を軽減する振動補正機構であり、前記振動補正機構は、前記圧電アクチュエータを2つ以上有しており、かつ電圧印加時の前記圧電アクチュエータの伸縮方向が2方向以上となるように前記圧電アクチュエータが配置されている。
次に、本発明の可変光学部材について説明する。本発明の可変光学部材は、前記圧電アクチュエータと圧電アクチュエータに力学的に接続された光学部材を有し、圧電アクチュエータの変形によって光学部材の形状が変化する機構を備える。
次に、本発明の可動光学部材について説明する。本発明の可動光学部材は、上記の圧電アクチュエータと圧電アクチュエータに力学的に接続された光学部材を有し、圧電アクチュエータの変形によって光学部材が移動および/または回転する機構を備える。
次に、本発明の光学機器について説明する。
本発明の光学機器の第一の形態は、前記振動補正機構および該振動補正機構に保持された光学部材を備える。図7(a)に本発明の光学機器の第一の形態の構成の一例を概略図として示す。ただし、各部材の個数や配置は図7(a)の例に限定されない。本発明の光学機器は601、振動補正機構6011および振動補正機構6011の搬送対象物としての光学部材6012を有する。光学機器の例として、撮像装置に接続して用いるレンズ鏡筒が挙げられる。この場合、光学部材6012はレンズである。レンズ鏡筒として使用される光学機器に手振れなどの外部振動が加わると、出射光の光路が撮像装置の露光時間中に変動するという問題がある。この問題は、振動補正機構6011が光学部材6012の座標変動を抑制することで解決できる。図7(a)にあるように、振動補正機構6011は、光学部材6012を通過する光路を妨害しない箇所に設置されていることが好ましい。
図7(c)に本発明の光学機器の第三の形態の構成の一例を概略図として示す。本発明の光学機器601は、可動光学部材6014を少なくとも有する。可動光学部材6014の個数や配置は図7(c)の例に限定されない。光学機器の例として、撮像装置に接続して用いるレンズ鏡筒が挙げられる。この場合、可動光学部材6014は可動レンズまたは可動ミラーである。圧電アクチュエータによって光路を制御できる可動レンズまたは可動ミラーを用いると、レンズ鏡筒に用いるレンズ枚数を削減できる効果がある。図7(c)にあるように、可動光学部材6014は光学機器への入射光および出射光の光路上に設置されていることが好ましい。
次に、本発明の撮像装置について説明する。
本発明の撮像装置は、前記振動補正機構および前記振動補正機構に保持された撮像素子ユニットとを備える。
次に、本発明の光スイッチについて説明する。
本発明の光スイッチの第一の形態は、前記可変光学部材を備える。
図9(b)に本発明の光スイッチの第二の形態の構成の一例を概略図として示す。ただし、各部材の個数、形状や配置は図9(b)の例に限定されない。図9(b)では、移動部80141と反射部80142を備えた可動光学部材8014そのものが光スイッチであるが、光スイッチが可動光学部材8014以外の部材、例えば入射光の照射位置を制限するスリット等を有していても良い。移動部80141は、外部コンピュータからの指示によって紙面の左右方向に移動する構造体であり、その入射光側の面に反射部80142が設けられている。反射部80142と移動部80141は結合しているので、一緒に移動する。反射部80142は、例えば鏡面になっていて、入射光に応じた反射光を生じさせる機能を有している。例えば、可動光学部材8014が左右に移動すると、入射光が照射される反射部80142の座標が変化して、反射光の方向を変化させることができる。この反射光の方向の変化を利用して、スイッチとしてのオン/オフ操作が可能となる。
次に、本発明のマイクロミラーデバイスについて説明する。
本発明のマイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーと各マイクロミラーにそれぞれ力学的に接続された前記圧電アクチュエータを有する。図10に本発明のマイクロミラーデバイスの構成の一例を概略図として示す。ただし、各部材の個数、形状や配置は図10の例に限定されない。図10に示す本発明のマイクロミラーデバイスは、制御部904からの指示に従って、各々の圧電アクチュエータ902が圧電効果によって変形し、その変形の方向や大きさを圧電歪み伝達部903が調整して、これらの動作の結果としてマイクロミラー901が移動したり回転したりする。以上の機能により、マイクロミラーに入射した光を任意の方向に反射させることができる。
次に本発明の超音波プローブについて説明する。
本発明の超音波プローブは、前記圧電アクチュエータを備えており、超音波の発振機能と反射波の受信機能を有する。
次に本発明の超音波検査装置について説明する。
本発明の超音波検査装置は、前記超音波プローブと、信号処理手段と、画像生成手段とを備える。図11(b)に本発明の超音波検査装置の構成の一例を概略図として示す。ただし、各部材の接続順は図11(b)の例に限定されない。図11(b)に示す本発明の超音波検査装置では、超音波プローブ1001で受信した反射波に起因する電気信号を、信号処理手段1002においてデータ変換およびデータ蓄積し、画像形成手段1003において画像情報に変換する。この画像情報を外部の画像表示手段(ディスプレイ)に送信する機能も有する。
次に本発明の音響部品について説明する。
本発明の音響部品は、前記圧電アクチュエータを備え、その駆動によって音を発信または受信する。図12に本発明の音響部品の構成の一例を概略図として示す。ただし、部材の個数、形状や配置は図12の例に限定されない。図12に示す本発明の音響部品1101は圧電アクチュエータ11011を内包しており、圧電アクチュエータ11011の逆圧電効果に起因して発生した音波を発信したり、外部からの音波を正圧電効果により受信する機能を有する。音響部品1101は音波を増幅するための振動板を有していても良い。図12における波線の矢印は、音波の伝播を模式的に示したものであり、音響部品1101の部材では無い。音響部品の例として、マイクロフォン、スピーカー、ブザーが挙げられる。
次に本発明の角速度センサについて説明する。
本発明の角速度センサは、前記圧電素子を備えており、該圧電素子の形状変化を角速度情報に変換する。図13に本発明の角速度センサの構成の一例を概略図として示す。ただし、部材の個数、形状や配置は図13の例に限定されない。図13に示す角速度センサ1201は、圧電素子12011を内包しており、この圧電素子12011が角速度センサ1201の本体の3軸における回転に応じて発生したコリオリの力によって形状変化する。この圧電素子12011の形状変化は正の圧電効果によって電気信号となり、角速度センサの内部または外部に設けられた信号処理部1202によって角速度の情報に変換される。角速度センサ1201は、圧電素子12011以外の部材を有していても良く、その構成は振動式の角速度センサ(ジャイロセンサ)として知られているものを適用できる。図13における矢印線およびそれに付随する点線分は3軸の回転方向を模式的に示す記号であり、角速度センサ1201の部材では無い。
次に本発明の振動発電装置について説明する。
本発明の振動発電装置は、前記圧電素子を備えており、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する。図14に本発明の振動発電装置の構成の一例を概略図として示す。ただし、部材の個数、形状や配置は図14の例に限定されない。図14に示す本発明の振動発電装置1301は圧電素子13011を内包しており、外部からの振動エネルギーを圧電素子13011における正の圧電効果を利用して電気エネルギーに変換する発電機能を有する。振動発電装置1301は、外部からの振動の方向や周波数を整えるための振動受信部を有していても良い。
次に本発明の表面弾性波発生装置について説明する。
本発明の表面弾性波発生装置は、図15(a)に示すような、基板101、圧電膜103および一対の櫛型電極を有する本発明の第二の形態の圧電素子を備える。
次に本発明の圧電シャッターについて説明する。
本発明の圧電シャッターは、前記表面弾性波発生装置および遮光部品を有し、該表面弾性波発生装置の駆動によって遮光部品を移動させる機能を有する。
本発明の圧電素子および圧電アクチュエータは、上記の用途以外にも圧電機能を用いる圧電装置全般に適用可能である。例えば、各種圧電センサ、強誘電メモリ、周波数フィルタ、圧電発振器が用途として挙げられる。本発明の圧電素子は上述の例に限らず、さまざまな電子機器に搭載可能である。
以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
(圧電素子)
(実施例1)
市販のシリコン基板上にDCスパッタ法によって第一の電極として厚さ400nmの白金電極を形成した。第一の電極とシリコン基板の間には、密着層として厚さ30nmのチタン酸化物を成膜した。
圧電素子を割断して、断面を顕微鏡で観察したところ、シリコン基板、第一の電極、圧電膜、第二の電極が順に積層されていることが確認された。また、第一の電極と第二の電極に挟まれた部分の圧電膜は、ほぼ平坦であり、複数の箇所で膜厚を測長したところ最大膜厚TPは、2100nmであった。第一および第二の電極の最大膜厚TE1[nm]と最小膜厚TE2[nm]の平均値(TE1+TE2)/2[nm]は、400nmであった。第一の電極と基板の界面部分について、透過型電子顕微鏡と電子エネルギー損失分光法を組み合わせて組成分析を実施したところ、Ti金属成分よりなる密着成分が存在していることが確認できた。透過型電子顕微鏡により圧電膜部分の断面を観察したところ、電子線の回折の濃淡により断面のほぼ全領域が柱状構造の結晶粒の集合組織となっていることが確認された。膜表面における結晶粒径は、平均円相当径として1500nmであった。
圧電膜の製造方法をCSD法からRFスパッタ法に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の圧電素子を製造した。
実施例1および実施例2と同様の製造方法で、組成の異なる本発明の圧電素子を得た。圧電膜の組成を示すx、y、z、y/z、m値を表1に示す。また、x値とy値の関係、x値とz値の関係、x値とm値の関係を図16に示す。図16におけるシンボルは、各実施例の組成パラメータの値を示しており、点線は本願の請求項1の範囲を示している。線上は請求項1の範囲に含まれる。
特許文献1の0087段落を参照し、圧電膜の組成を、Ba(Ti0.9Zr0.1)O3の化学式で表わすことができる金属酸化物および、その金属酸化物1モルに対して0.020モルの割合で添加されたMn酸化物となるようにした他は、実施例1と同様にして比較用の圧電素子を製造した。
図15(a)に図示された構成の本発明の第二の形態の圧電素子を製造した。具体的には、第一の電極を設けなかった事と、第二の電極を櫛型形状にしたことを除いては、実施例1と同様の製法で圧電素子を製造した。櫛型電極ピッチは25μmとし、電極線幅10μm、空隙15μmの内訳とした。
表2に示した実施例1と実施例2に見られるように本発明の圧電素子の製造方法はCSD法であってもスパッタ法であっても同等の特性が得られることが分かった。その他の実施例3〜25についても、成膜法によらず本発明の効果が得られることを確認した。
Biのモル比を示すyおよびzを0.005から大きくすると、各温度の圧電定数が大きくなった。実施例1とMnの量が同等である実施例16にみられるようにy=z=0.015では、実施例1より約3%程度大きな圧電定数を示した。しかし、y=z=0.02とすると、−30℃から50℃の範囲での誘電損失は最小でも2%以上となってしまった。
Mnの含有量を主成分の金属酸化物1モルに対して、0.005モルから多くすると、0.015モルまでは実施例1と類似の圧電特性が得られた。しかし、Mnの量を0.02モルとすると、−30℃から50℃の範囲での誘電損失は最小でも1.5%以上となってしまった。
Zrのモル比を示すxを0.020から大きくすると、−30℃から50℃の範囲で圧電定数が大きくなった。x=0.060とすると、全温度域で圧電定数が実施例1の圧電素子より15〜30%大きくなった。しかし、x=0.070とするとキュリー温度が低下した影響で、50℃における測定の誘電損失が1%を超えてしまった。
実施例の圧電素子を用いて、図3(a)(b)に示される構造の圧電アクチュエータを作製したところ、交番電圧の印加に応じて圧電アクチュエータの薄片部の変位が確認された。なお、振動板には5μm厚のSiO2膜を用いた。実施例の圧電素子を用いた圧電アクチュエータの薄片部における変位量は、比較例の圧電素子によるものの2倍以上であった。
実施例の圧電素子を用いて、図4(a)に示す構造の液体吐出ヘッドを作成した。
実施例の液体吐出ヘッドを用いて、図4(b)に示される液体吐出装置を作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が確認された。
実施例の圧電アクチュエータを用いて、図5に示される振動補正機構を作製した。搬送対象物にはガラス製のレンズおよびCMOS素子を用いた。入力した電気信号に追随した搬送対象物の回転運動が確認された。
実施例の圧電アクチュエータを用いて、図6(a)に示される可変光学部材を作製した。光学部材にはポリアクリル酸系のプラスチックレンズを用いた。入力した電気信号に追随した光学部材の変形が確認された。
実施例の圧電アクチュエータを用いて、図6(b)に示される可動光学部材を作製した。圧電歪み伝達部にはアルミ製の金属棒を用い、光学部材にはガラス板にアルミを蒸着したミラーを用いた。入力した電気信号に追随した光学部材の可動が確認された。
実施例の振動補正機構を用いて、図7(a)に示される光学機器を作製した。外部からの振動による出射光の光路の変化を振動補正機構の機能によって抑制できていることが確認された。
実施例の振動補正機構を用いて、図8に示される撮像装置を作製した。外部からの振動に起因する撮像画像の変化が振動補正機構の機能によって抑制できていることが確認された。
実施例の圧電アクチュエータと光ファイバーを力学的に接続した可変光学部材を用いて、図9(a)に示される光スイッチを作製した。入力した電気信号に追随した光スイッチの切り替え動作を確認した。
実施例の圧電アクチュエータを用いて、図10に示されるマイクロミラーデバイスを作製した。圧電歪み伝達部にはアルミ製の金属棒を用いた。入力した電気信号に追随したマイクロミラーデバイスの移動および回転動作を確認した。
実施例の圧電アクチュエータを用いて、図11(a)に示される超音波プローブを作製した。入力した電気信号に追随した超音波の発信動作と被検体から反射した超音波の受信動作を確認した。
実施例の超音波プローブを用いて、図11(b)に示される超音波検査装置を作製した。出入力した超音波の振動データからノイズの軽減された超音波画像の生成を確認した。
実施例の圧電アクチュエータを用いて、図12に示される音響部品を作製した。入力した電気信号に追随した音波の発信または外部からの音波の受信を確認した。
実施例の圧電素子を用いて、図13に示される信号処理部を有する角速度センサーを作製した。センサー本体の移動や回転等の形状変化を処理部で角速度情報に変換していることを確認した。
実施例の圧電素子を用いて、図14に示される振動発電装置を作製した。メカニカルポンプ上に設置し、メカニカルポンプを作動させたところ、振動エネルギーが電気エネルギーに変換される発電動作が行われていることを確認した。
実施例3の表面弾性波発生装置を用いて、図15(c)に示される圧電シャッターを作製した。ただし、圧電膜および櫛型電極は基板の両面に設けた。入力した電気信号に追随した圧電シャッターの開閉動作を確認した。
102 第一の電極
103 圧電膜
104 第二の電極
105 櫛型電極
106 密着成分
107 振動板
201 圧電素子
2011 第一の電極
2012 圧電膜
2013 第二の電極
202 振動板
203 個別液室
204 液室隔壁
205 吐出口
206 連通孔
207 共通液室
301 外装部
302 回復部
303 記録部
304 キャリッジ
305 自動給送部
306 排出部
307 搬送部
401 圧電アクチュエータ
4011 振動板
4012 圧電膜
4013 第二の電極
402 搬送対象物
501 圧電アクチュエータ
502 光学部材
503 圧電歪み伝達部
601 光学機器
6011 振動補正機構
6012 光学部材
6013 可変光学部材
6014 可動光学部材
701 撮像装置
7011 振動補正機構
7012 撮像素子ユニット
801 光スイッチ
8011 可変光学部材
8012 光信号入力端子
8013 光信号出力端子
8014 可動光学部材
80141 移動部
80142 反射部
901 マイクロミラー
902 圧電アクチュエータ
903 圧電歪み伝達部
904 制御部
1001 超音波プローブ
10011圧電アクチュエータ
1002 信号処理手段
1003 画像形成手段
1101 音響部品
11011圧電アクチュエータ
1201 角速度センサ
12011圧電素子
1202 信号処理部
1301 振動発電装置
13011 圧電素子
1401 表面弾性波発生装置
14011 圧電素子
14012 電源
1402 遮光部品
14021 可動突起部
14022 回転軸部
1403 受光部
Claims (31)
- 基板、第一の電極、圧電膜、および第二の電極が設けられた圧電素子であって、前記圧電膜はBa、Bi、Ti、Zr、Fe、Mnを含む酸化物であり、前記圧電膜におけるBaおよびBiの和に対するBiのモル比を示すy値が0.001≦y≦0.015であり、
Ti、ZrおよびFeの和に対するZrのモル比を示すx値、が0.010≦x≦0.060であり、
前記Ti、ZrおよびFeの和に対するFeのモル比を示すz値が0.001≦z≦0.015であり、
前記Ti、ZrおよびFeの和に対するMnのモル比を示すm値が0.0020≦m≦0.0150であり、
かつ、yとzの関係が0.90≦y/z≦1.10であることを特徴とする圧電素子。 - 前記圧電膜の前記第一の電極と前記第二の電極に挟まれた箇所における最大膜厚TPが10μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。
- 前記圧電膜の前記第一の電極と前記第二の電極に挟まれた箇所における最大膜厚TPに対し、前記第一の電極および前記第二の電極は、それぞれ、その最大膜厚TE1と最小膜厚TE2の平均値(TE1+TE2)/2が、0.002×TP≦ (TE1+TE2)/2≦500nmの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電素子。
- 前記第一の電極と、前記基板との間に、第4族元素および/または第5族元素の金属を含む密着成分が介在していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の圧電素子。
- 前記圧電膜が柱状構造の結晶粒で構成された集合組織を有していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧電素子。
- 前記圧電膜が、基板の表面に対して平行な方向に残留応力を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の圧電素子。
- 前記圧電膜のキュリー温度が121℃以上であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の圧電素子。
- 前記圧電膜のペロブスカイト構造を構成する結晶が、前記基板の表面に対して垂直方向に選択的に配向していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の圧電素子。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の圧電素子と、該圧電素子が設けられた振動板とを有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 被転写体の載置部と、請求項10に記載の液体吐出ヘッドとを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
- 請求項9に記載の圧電アクチュエータを2つ以上有しており、かつ電圧印加時の前記圧電アクチュエータの伸縮方向が2方向以上となるように前記圧電アクチュエータが配置されていることを特徴とする振動補正機構。
- 請求項9に記載の圧電アクチュエータと該圧電アクチュエータに力学的に接続された光学部材を有し、前記圧電アクチュエータの変形によって前記光学部材の形状が変化する機構を備えたことを特徴とする可変光学部材。
- 請求項9に記載の圧電アクチュエータと該圧電アクチュエータに力学的に接続された光学部材を有し、前記圧電アクチュエータの変形によって前記光学部材が移動および/または回転する機構を備えたことを特徴とする可動光学部材。
- 請求項12に記載の振動補正機構および該振動補正機構に保持された光学部材を備えたことを特徴とする光学機器。
- 請求項13に記載の可変光学部材を備えたことを特徴とする光学機器。
- 請求項14に記載の可動光学部材を備えたことを特徴とする光学機器。
- 請求項12に記載の振動補正機構および前記振動補正機構に保持された撮像素子ユニットとを備えたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項13の可変光学部材を備えたことを特徴とする光スイッチ。
- 請求項14の可動光学部材を備えたことを特徴とする光スイッチ。
- 複数のマイクロミラーと各マイクロミラーに力学的に接続された複数の圧電アクチュエータを有するマイクロミラーデバイスにおいて、該複数の圧電アクチュエータが請求項9に記載の圧電アクチュエータであることを特徴とするマイクロミラーデバイス。
- 超音波の発振機能と反射波の受信機能を有する超音波プローブであって、請求項9に記載の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする超音波プローブ。
- 請求項22に記載の超音波プローブと、信号処理手段と、画像生成手段とを備えたことを特徴とする超音波検査装置。
- 請求項9に記載の圧電アクチュエータを備え、前記圧電アクチュエータの駆動によって音を発信または受信することを特徴とする音響部品。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の圧電素子を備え、該圧電素子の形状変化を角速度情報に変換することを特徴とする角速度センサー。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の圧電素子を備え、該圧電素子によって振動エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする振動発電装置。
- 基板、圧電膜、複数の櫛型電極が設けられた圧電素子であって、
前記圧電膜はBa、Bi、Ti、Zr、Fe、Mn、を含む酸化物であり、
前記圧電膜におけるBaおよびBiの和に対するBiのモル比を示すy値が0.001≦y≦0.015であり、
Ti、ZrおよびFeの和に対するZrのモル比を示すx値が0.010≦x≦0.060であり、
前記Ti、ZrおよびFeの和に対するFeのモル比を示すz値が0.001≦z≦0.015であり、
前記Ti、ZrおよびFeの和に対するMnのモル比を示すm値が0.0020≦m≦0.0150であり、
かつ、yとzの関係が0.90≦y/z≦1.10であることを特徴とする圧電素子。 - 請求項27に記載の圧電素子を備え、該圧電素子によって表面弾性波を発生する表面弾性波発生装置。
- 請求項28に記載の表面弾性波発生装置および遮光部品を有する圧電シャッターであって、前記表面弾性波発生装置の駆動によって前記遮光部品を移動させる機能を有することを特徴とする圧電シャッター。
- 電子部品と、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の圧電素子を備えた電子機器。
- 電子部品と、請求項27に記載の圧電素子を備えた電子機器。
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