JP3480561B2 - Piezoelectric / electrostrictive element - Google Patents

Piezoelectric / electrostrictive element

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JP3480561B2
JP3480561B2 JP08496099A JP8496099A JP3480561B2 JP 3480561 B2 JP3480561 B2 JP 3480561B2 JP 08496099 A JP08496099 A JP 08496099A JP 8496099 A JP8496099 A JP 8496099A JP 3480561 B2 JP3480561 B2 JP 3480561B2
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zirconium oxide
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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】 本発明は、各種トランスデ
ューサー、各種アクチュエータ等として使用されるユニ
モルフ並びにバイモルフ型の圧電/電歪素子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a unimorph-type and bimorph-type piezoelectric / electrostrictive element used as various transducers, various actuators, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】 圧電/電歪素子は、電気エネルギ一を
機械エネルギーに変換する、即ち機械的な変位や力や振
動に変換したり、あるいはその逆の変換を行なう各種ト
ランスデューサー、更には、各種アクチュエータ、フィ
ルタ等の周波数領域機能部品、ディスプレイ等の各種表
示デバイス、スピーカー等の発音体、マイクロホン、超
音波センサ等のセンサ等広範な分野において使用されて
いる。
2. Description of the Related Art Piezoelectric / electrostrictive elements are various transducers that convert electrical energy into mechanical energy, that is, mechanical displacement, force and vibration, or vice versa. It is used in various fields such as various actuators, frequency domain functional parts such as filters, various display devices such as displays, sounding bodies such as speakers, sensors such as microphones and ultrasonic sensors.

【0003】 例えば、圧電/電歪素子は、図1(a)
に示すように、振動板として作用するセラミック基板1
と、その上に設けられた、第1の電極膜2、圧電/電歪
膜3及び第2の電極膜4から成る膜型の圧電/電歪作動
部5から構成されるもの(特開平3−128681号公
報)の他、図1(b)に示すように、セラミック基板が
キャビティを有し、そのキャビティの底部が薄肉厚部と
された構造であり、圧電/電歪作動部をその薄肉部外表
面上に一体化したものが開示されている(特開平5−4
9270号公報)。
For example, a piezoelectric / electrostrictive element is shown in FIG.
As shown in, a ceramic substrate 1 that acts as a diaphragm
And a film-type piezoelectric / electrostrictive actuating portion 5 which is provided thereon and is composed of a first electrode film 2, a piezoelectric / electrostrictive film 3 and a second electrode film 4 (Japanese Patent Laid-Open No. HEI 3) 1128b), as shown in FIG. 1B, the ceramic substrate has a cavity, and the bottom of the cavity has a thin thickness portion. The piezoelectric / electrostrictive operating portion has a thin wall portion. One integrated on the outer surface is disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 5-4.
9270 publication).

【0004】 そして、このような圧電/電歪素子7を
構成するセラミック基板としては、一般に酸化イットリ
ウムにて部分安定化した酸化ジルコニウムを用いたもの
が知られている(特開平5−29675号公報、特開平
5−97437号公報、特開平5−270912号公
報)。
As a ceramic substrate that constitutes such a piezoelectric / electrostrictive element 7, one using zirconium oxide partially stabilized with yttrium oxide is generally known (Japanese Patent Laid-Open No. 5-29675). , Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-97437 and 5-270912).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上述
の圧電/電歪素子では、その製造過程において、セラミ
ック基板1に圧電/電歪作動部5を形成して焼成した場
合、特に圧電/電歪膜3を第1の電極膜2並びにセラミ
ック基板1と一体化するための熱処理(焼成)を経るこ
とによって、焼成条件によっては、図2(a)、(b)
に示すようにある特定の部位、即ち、第1の電極膜2の
辺縁部近傍のセラミック基板部位にクラックの発生が認
められることがあり、生産歩留まりを低下させるという
問題があった。
However, in the above-described piezoelectric / electrostrictive element, when the piezoelectric / electrostrictive operating portion 5 is formed and fired on the ceramic substrate 1 in the manufacturing process, particularly, the piezoelectric / electrostrictive film is formed. 2 (a) and (b) depending on the firing conditions by performing a heat treatment (firing) for integrating 3 with the first electrode film 2 and the ceramic substrate 1.
As shown in (1), a crack may be found in a specific portion, that is, a ceramic substrate portion in the vicinity of the peripheral edge portion of the first electrode film 2, and there is a problem that the production yield is reduced.

【0006】 クラックが生じた部分の近傍を電子線マ
イクロアナライザ(EPMA)により観察すると、酸化
ジルコニウムの安定化剤である酸化イットリウムの量が
他の部位と比較して少ないことがわかった。酸化イット
リウムが減少した原因については定かではないが、前記
部位は上下電極間での短絡を防止する目的で、セラミッ
ク基板1に圧電/電歪膜3が第1の電極膜2に対して張
り出し、直接セラミック基板1と接触する部位であるた
め、圧電/電歪膜3の焼成一体化時に酸化イットリウム
が選択的に圧電/電歪膜3へ拡散した可能性が考えられ
る。又、前記セラミック基板1の第1の電極膜2の辺縁
部近傍は、素子構造的に、熱処理によって圧電/電歪膜
3と第1の電極膜5並びにセラミック基板1と一体化す
る上で、大きな応力がかかりやすい部位であり、特に図
1(b)若しくは図2(b)に示すようなキャビティ構
造を有する場合には、それが特に大きくなるため、その
熱処理時の応力が前記酸化イットリウムの減少を引き起
こしている可能性も考えられるが明らかではない。しか
しながら、どのような原因にしろ、この酸化イットリウ
ムの減少により酸化ジルコニウムの結晶変態が誘起さ
れ、クラックにつながった可能性が高い。
When the vicinity of the cracked portion was observed with an electron beam microanalyzer (EPMA), it was found that the amount of yttrium oxide, which is a stabilizer of zirconium oxide, was smaller than that of other portions. Although the cause of the decrease in yttrium oxide is not clear, the piezoelectric / electrostrictive film 3 overhangs the ceramic substrate 1 with respect to the first electrode film 2 for the purpose of preventing a short circuit between the upper and lower electrodes. Since it is a portion that directly contacts the ceramic substrate 1, it is considered that yttrium oxide may be selectively diffused into the piezoelectric / electrostrictive film 3 when the piezoelectric / electrostrictive film 3 is integrally fired. In addition, in the vicinity of the peripheral portion of the first electrode film 2 of the ceramic substrate 1, the piezoelectric / electrostrictive film 3 and the first electrode film 5 and the ceramic substrate 1 are integrated by heat treatment in terms of element structure. Since a large stress is likely to be exerted, especially when the cavity structure as shown in FIG. 1 (b) or FIG. 2 (b) is present, it becomes particularly large, so that the stress during the heat treatment is the yttrium oxide. It is possible, but not clear. However, whatever the cause, it is highly possible that the reduction of yttrium oxide induces the crystal transformation of zirconium oxide and leads to cracking.

【0007】 クラックの発生を防止する手段として、
結晶変態を起こさない完全安定化した酸化ジルコニウム
にてセラミック基板1を製造することも考えられるが、
完全安定化酸化ジルコニウムは、部分安定化酸化ジルコ
ニウムに比べ、機械的強度に劣るため、例えば、用途に
従って、アクチュエータの変位特性やセンサとしての感
度向上を図る目的で、セラミック基板1の厚みを小さく
しようとしても、場合によっては、効果的かつ十分に薄
肉化できないという問題があった。
As a means for preventing the occurrence of cracks,
Although it is conceivable to manufacture the ceramic substrate 1 from completely stabilized zirconium oxide that does not cause crystal transformation,
Since the fully stabilized zirconium oxide is inferior in mechanical strength to the partially stabilized zirconium oxide, the thickness of the ceramic substrate 1 should be reduced for the purpose of improving the displacement characteristics of the actuator and the sensitivity of the sensor according to the application. However, in some cases, there is a problem that the thickness cannot be reduced effectively and sufficiently.

【0008】 このように、部分安定化酸化ジルコニウ
ム、特に、酸化イットリウム2〜4モル%で部分安定化
した酸化ジルコニウムは、振動板特性に特に優れている
反面、上述したように、圧電/電歪膜3の焼成中、何ら
かの要因で安定化剤である酸化イットリウムの量が減少
したりすると、結晶変態、さらにはクラックにつながり
やすいという問題を内在するものであった。そして、こ
のような問題は接着剤等を使用することなく、振動板で
あるセラミック基板と膜型の圧電/電歪作動部とを熱処
理によって一体化する圧電/電歪膜型素子特有のもので
ある。
As described above, the partially stabilized zirconium oxide, in particular, the zirconium oxide partially stabilized with 2 to 4 mol% of yttrium oxide has particularly excellent vibration plate characteristics, but as described above, the piezoelectric / electrostrictive When the amount of yttrium oxide, which is a stabilizer, is reduced due to some factor during firing of the film 3, there is an inherent problem that crystal transformation and further cracking are likely to occur. Such a problem is peculiar to a piezoelectric / electrostrictive film type element in which a ceramic substrate, which is a vibrating plate, and a film type piezoelectric / electrostrictive operating unit are integrated by heat treatment without using an adhesive or the like. is there.

【0009】 本発明は、このような状況に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、セラミック
基板(振動板)としての強度を確保しつつ、かつ圧電/
電歪膜の焼成過程における内的要因によるクラックの発
生を防止した高機能、高特性な圧電/電歪素子を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to secure the strength as a ceramic substrate (vibration plate), and
An object of the present invention is to provide a piezoelectric / electrostrictive element having high functionality and high characteristics, in which cracks are prevented from being generated due to an internal factor in the firing process of the electrostrictive film.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック基板上
に、第1の電極膜、圧電/電歪膜及び第2の電極膜から
成る、少なくとも一つの膜状の圧電/電歪作動部を有す
る圧電/電歪膜型素子であって、上記セラミック基板は
基体層と表面層とから成り、上記基体層の酸化ジルコニ
ウムの結晶相は、正方晶又は正方晶と立方晶、正方晶と
単斜晶若しくは正方晶と立方晶と単斜晶の混晶であり、
上記表面層の酸化ジルコニウムの結晶相は主として立方
晶から成り、上記圧電/電歪作動部を上記表面層上に設
けた圧電/電歪素子が提供される。
That is, according to the present invention, at least a first electrode film, a piezoelectric / electrostrictive film, and a second electrode film are formed on a ceramic substrate containing zirconium oxide as a main component. A piezoelectric / electrostrictive film type device having one film-shaped piezoelectric / electrostrictive operating part, wherein the ceramic substrate comprises a base layer and a surface layer, and the crystal phase of zirconium oxide in the base layer is a tetragonal system. Or, a tetragonal crystal and a cubic crystal, a tetragonal crystal and a monoclinic crystal, or a mixed crystal of a tetragonal crystal, a cubic crystal and a monoclinic crystal,
There is provided a piezoelectric / electrostrictive element in which the crystal phase of zirconium oxide in the surface layer is mainly composed of cubic crystals and the piezoelectric / electrostrictive operating portion is provided on the surface layer.

【0011】 本発明の圧電/電歪素子において、上記
表面層における酸化ジルコニウムが6〜20モル%の酸
化イットリウムにて安定化されていることが好ましい。
又、上記基体層における酸化ジルコニウムが2〜4モル
%の酸化イットリウムにて部分安定化されていることが
好ましい。さらに、基体層における酸化ジルコニウムの
結晶粒子径が0.1〜1.5μmであることが好まし
い。
In the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention, it is preferable that zirconium oxide in the surface layer is stabilized with 6 to 20 mol% of yttrium oxide.
Further, it is preferable that zirconium oxide in the base layer is partially stabilized with 2 to 4 mol% of yttrium oxide. Further, the crystal grain size of zirconium oxide in the base layer is preferably 0.1 to 1.5 μm.

【0012】 又、本発明の圧電/電歪素子は、上記セ
ラミック基板として、圧電/電歪作動部を形成する部位
のみを薄肉化したキャビティ構造を有したものとするこ
とが好ましい。後述するように、本願においては、セラ
ミック基板の厚みを好ましくは50μm以下とするの
で、振動板以外、即ち圧電/電歪作動部を形成しない部
分は、厚くでき、素子基板として扱いが有利になるから
である。又、隣接して素子を配置する場合にも、素子間
に厚肉部を配することができ、互いに特性上の干渉を防
止する上でも有利である。
Further, in the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention, it is preferable that the ceramic substrate has a cavity structure in which only a portion forming the piezoelectric / electrostrictive operating portion is thinned. As will be described later, in the present application, the thickness of the ceramic substrate is preferably 50 μm or less, so that the portions other than the vibration plate, that is, the portions where the piezoelectric / electrostrictive operating portion is not formed, can be made thicker, which is advantageous in handling as an element substrate. Because. Further, even when the elements are arranged adjacent to each other, a thick portion can be arranged between the elements, which is advantageous in preventing mutual interference in characteristics.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】 本発明の圧電/電歪素子におい
ては、図3に示すように、酸化ジルコニウムを主成分と
するセラミック基板1が基体層10と表面層9とから構
成され、圧電/電歪作動部5が形成される表面層9が主
として立方晶である酸化ジルコニウムで構成される。立
方晶は結晶が安定で、圧電/電歪作動部5の焼成雰囲気
や焼成中に生じる応力や拡散等により酸化イットリウム
が減少しても結晶変態を起こしにくいため、第1の電極
膜2の辺縁部近傍のセラミック基板1にクラックが発生
するのを効果的に防止することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention, as shown in FIG. 3, a ceramic substrate 1 containing zirconium oxide as a main component is composed of a base layer 10 and a surface layer 9, and The surface layer 9 on which the electrostrictive operating portion 5 is formed is mainly composed of cubic zirconium oxide. The cubic crystal is stable in crystal and does not easily undergo crystal transformation even if yttrium oxide is reduced due to a firing atmosphere of the piezoelectric / electrostrictive operating part 5 or stress or diffusion generated during firing, so that the side of the first electrode film 2 is prevented. It is possible to effectively prevent the occurrence of cracks in the ceramic substrate 1 near the edges.

【0014】 一方、本発明の圧電/電歪素子7におい
ては、セラミック基板1の基体層10が正方晶又は正方
晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正方晶と立方晶と
単斜晶の混晶である酸化ジルコニウムを主成分とする。
正方晶又は正方晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正
方晶と立方晶と単斜晶の混晶は、靭性に富み、強度が優
れるため、セラミック基板1に機械的強度を付与するこ
とができる。従って、機能性と生産性を兼ね備えた圧電
/電歪素子の実現が可能となる。尚、本願でいう主成分
とは重量比で85%以上を意味する。
On the other hand, in the piezoelectric / electrostrictive element 7 of the present invention, the base layer 10 of the ceramic substrate 1 is tetragonal or tetragonal and cubic, tetragonal and monoclinic, or tetragonal and cubic and monoclinic. The main component is zirconium oxide which is a mixed crystal of.
A tetragonal crystal or a tetragonal crystal and a cubic crystal, a tetragonal crystal and a monoclinic crystal, or a mixed crystal of a tetragonal crystal, a cubic crystal and a monoclinic crystal has high toughness and excellent strength. You can Therefore, it is possible to realize a piezoelectric / electrostrictive element having both functionality and productivity. The main component as referred to in the present application means 85% or more by weight.

【0015】 一般に、結晶系に含まれる各種結晶相の
同定、割合の算出は、X線回折法、ラマン分光法等によ
り行われるが、本願においてはX線回折法を用い、各種
結晶相の代表的回折線の強度比により、その存在割合を
求めた。
In general, the identification of various crystal phases contained in a crystal system and the calculation of the proportion thereof are performed by an X-ray diffraction method, a Raman spectroscopy method, or the like. In the present application, the X-ray diffraction method is used to represent various crystal phases. The existence ratio was obtained from the intensity ratio of the dynamic diffraction lines.

【0016】 立方晶の存在割合は、各結晶相に対する
立方晶の存在割合で定義され、それぞれのメインの回折
線の強度比で立方晶の含有率を求めた。そして、「主と
して立方晶」とは、次の関係を満たすことを意味するこ
ととした。
The cubic crystal abundance ratio is defined by the cubic crystal abundance ratio for each crystal phase, and the cubic crystal content ratio was determined from the intensity ratio of the main diffraction lines of each crystal phase. Then, “mainly cubic” means to satisfy the following relationship.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】 又、正方晶と立方晶における上記メイン
の回折線が接近していて分離が困難な場合は、より高次
の回折線をもって、メインの回折線の強度を代用しても
よい。但し、その場合は、あらかじめJCPDSカード
等で分かっているメインの回折線強度と高次の回折線強
度の値を用い、求められた高次の回折線強度をメインの
回折線強度により基準化する必要がある。例えば、立方
晶(200)と正方晶(002)+正方晶(200)の
回折線を用いて、存在割合を求める場合、JCPDSカ
ードにより、それぞれの回折線強度はメインの(11
1)回折線強度100に対し、25、43((002)
と(200)の和)であるため、
When the main diffraction lines in the tetragonal crystal and the cubic crystal are close to each other and separation is difficult, a higher diffraction line may be used instead of the intensity of the main diffraction line. However, in that case, the values of the main diffraction line intensity and the high-order diffraction line intensity that are known in advance from the JCPDS card or the like are used, and the obtained high-order diffraction line intensity is standardized by the main diffraction line intensity. There is a need. For example, when the existence ratio is calculated using the diffraction lines of cubic (200) and tetragonal (002) + tetragonal (200), the JCPDS card is used to determine the intensity of each diffraction line of the main (11
1) 25, 43 ((002) for 100 diffraction intensity
And the sum of (200)),

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】 を上記条件式の代用とする。尚、数式中
の各記号は以下の意味を有する。
Is substituted for the above conditional expression. Each symbol in the mathematical formula has the following meaning.

【0021】[0021]

【数3】 [Equation 3]

【0022】 本発明の圧電/電歪素子7において、セ
ラミック基板1の総厚み(基体層+表面層)は、圧電/
電歪素子の高速応答性を維持し、変位量、発生力又は感
度の観点より、50μm以下であることが好ましく、3
0μm以下であることがより好ましく、15μm以下で
あることがさらに好ましい。一方、圧電/電歪素子に十
分な強度を付与し、クラックの発生を効果的に抑制する
観点より、基体層10と表面層9の厚みの比は6:4〜
8:2であることが好ましい。
In the piezoelectric / electrostrictive element 7 of the present invention, the total thickness of the ceramic substrate 1 (base layer + surface layer) is piezoelectric / electrostrictive.
From the viewpoint of displacement amount, generating force or sensitivity, the high speed response of the electrostrictive element is maintained, and it is preferably 50 μm or less.
It is more preferably 0 μm or less, further preferably 15 μm or less. On the other hand, from the viewpoint of imparting sufficient strength to the piezoelectric / electrostrictive element and effectively suppressing the occurrence of cracks, the thickness ratio of the base layer 10 and the surface layer 9 is 6: 4 to.
It is preferably 8: 2.

【0023】 表面層9が主として立方晶から成る構造
とするためには、表面層に6〜20モル%、より好まし
くは7〜10モル%の酸化イットリウムを添加して安定
化させることが望ましい。
In order to make the surface layer 9 mainly composed of cubic crystals, it is desirable to add 6 to 20 mol%, more preferably 7 to 10 mol% of yttrium oxide to the surface layer for stabilization.

【0024】 一方、基体層10が、正方晶又は正方晶
と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正方晶と立方晶と単
斜晶の混晶である酸化ジルコニウムとするためには、基
体層10に2〜4モル%、好ましくは2.5〜3.5モ
ル%の酸化イットリウムを添加して安定化させることが
望ましい。
On the other hand, in order for the base layer 10 to be zirconium oxide that is tetragonal or tetragonal and cubic, tetragonal and monoclinic, or a mixed crystal of tetragonal and cubic and monoclinic, the base layer 10 It is desirable to add 2 to 4 mol%, preferably 2.5 to 3.5 mol% of yttrium oxide to 10 for stabilization.

【0025】 本発明の圧電/電歪素子7において、基
体層10における酸化ジルコニウムの結晶粒子径は0.
1〜1.5μmであることが好ましく、1.0μm以下
であることがより好ましい。結晶粒子径を上記の範囲と
することにより、厚みが薄くても、大きな強度を得るこ
とができ、又、所定の結晶相を安定に形成することが可
能となるからである。
In the piezoelectric / electrostrictive element 7 of the present invention, the crystal grain size of zirconium oxide in the base layer 10 is 0.
The thickness is preferably 1 to 1.5 μm, more preferably 1.0 μm or less. This is because by setting the crystal grain diameter within the above range, it is possible to obtain a large strength even if the thickness is thin, and it is possible to stably form a predetermined crystal phase.

【0026】 セラミック基板1には、酸化アルミニウ
ムや酸化チタン、さらには粘度等の焼結助剤を添加して
もよいが、焼結後の基体層10や表面層9に酸化珪素
(SiO、SiO2)が過剰に存在すると、圧電/電歪
作動部との熱処理時に、圧電/電歪作動部を構成する材
料との反応が大きくなり、圧電/電歪作動部の組成の制
御が困難となるため、酸化珪素の含有量は1重量%未満
とすることが必要である。図4は、比較的大きなセラミ
ック基板1上に複数の圧電/電歪素子(2,3,4)を
形成した例を示している。このセラミック基板として、
圧電/電歪作動部を形成する部位のみを薄肉とした、キ
ャビティ構造を有したものとすることも勿論好ましい。
Aluminum oxide, titanium oxide, or a sintering aid such as viscosity may be added to the ceramic substrate 1, but silicon oxide (SiO, SiO, SiO 2) may be added to the base layer 10 and the surface layer 9 after sintering. When 2 ) is excessively present, the reaction with the material forming the piezoelectric / electrostrictive working part becomes large during the heat treatment with the piezoelectric / electrostrictive working part, which makes it difficult to control the composition of the piezoelectric / electrostrictive working part. Therefore, the content of silicon oxide needs to be less than 1% by weight. FIG. 4 shows an example in which a plurality of piezoelectric / electrostrictive elements (2, 3, 4) are formed on a relatively large ceramic substrate 1. As this ceramic substrate,
Of course, it is also preferable to have a cavity structure in which only the portion forming the piezoelectric / electrostrictive operating portion is thin.

【0027】 本発明の圧電/電歪素子は、以下のよう
に製造される。セラミック基板1は、各々所定の材料か
らなる基体層用グリーンシート及び表面層用グリーンシ
ートを、ドクターブレード法又はリバースロールコータ
法により別々に作成した後、それらを積層・熱圧着して
1200〜1600℃の温度で焼成することにより製造
する。又は、基体層用グリーンシートに、表面層用材料
のスラリー若しくはペーストを用いてスクリーン印刷、
スプレー、コーティング等の方法により表面層を形成
し、(表面層は圧電/電歪作動部を形成する部位にのみ
形成してもよい。)同様に焼成することにより製造して
もよいし、逆に表面層用グリーンシートに基体層をスク
リーン印刷、スプレー、コーティング等の方法により形
成してもよい。
The piezoelectric / electrostrictive element of the present invention is manufactured as follows. The ceramic substrate 1 is prepared by separately forming a base layer green sheet and a surface layer green sheet, each of which is made of a predetermined material, by a doctor blade method or a reverse roll coater method, and then stacking and thermocompressing them to form 1200 to 1600. It is manufactured by firing at a temperature of ° C. Or, screen printing using a slurry or paste of the surface layer material on the green sheet for the base layer,
The surface layer may be formed by a method such as spraying or coating, and the surface layer may be formed only at the portion where the piezoelectric / electrostrictive operating portion is formed. Further, the base layer may be formed on the surface layer green sheet by a method such as screen printing, spraying or coating.

【0028】 又、セラミック基板をキャビティを有し
た構造とする場合は、金型や超音波加工等の機械加工法
を用いてキャビティに当たる空孔部を設けたグリーンシ
ートを、前記振動板用グリーンシート(基体用並びに表
面層用)に加えて準備し、同様にそれらを積層・熱圧着
して焼成する。尚、キャビティの振動板とは反対側の開
口部を閉塞するような部材を設けたキャビティ基板構造
としてもよい。
When the ceramic substrate has a structure having a cavity, a green sheet provided with a cavity corresponding to the cavity is formed by using a metal mold or a machining method such as ultrasonic machining. In addition to (for substrate and surface layer), they are prepared, and similarly, they are laminated, thermocompression-bonded and fired. The cavity substrate structure may be provided with a member that closes the opening of the cavity on the side opposite to the diaphragm.

【0029】 セラミック基板1への圧電/電歪作動部
5の形成は、スクリーン印刷、スプレー、ディッピン
グ、塗布等の厚膜形成手法や、イオンビーム、スパッタ
リング、真空蒸着、イオンプレーティング、CVD、め
っき等の薄膜形成手法を用いて行われる。特に、圧電/
電歪膜の形成には、スクリーン印刷、スプレー、ディッ
ピング、塗布等の厚膜形成手法が好適に採用される。こ
れらの厚膜形成手法によれば、平均粒子径が0.01μ
m〜5μm、好ましくは0.05μm〜3μmの圧電/
電歪材科のセラミック粒子を主成分とするぺ一ストやス
ラリーを用いて、セラミック基板上に膜を形成すること
ができ、良好な素子特性が得られるからである。
The piezoelectric / electrostrictive operating portion 5 is formed on the ceramic substrate 1 by a thick film forming method such as screen printing, spraying, dipping, coating, ion beam, sputtering, vacuum deposition, ion plating, CVD, plating. And the like. In particular, piezoelectric /
For forming the electrostrictive film, a thick film forming method such as screen printing, spraying, dipping or coating is preferably adopted. According to these thick film forming methods, the average particle diameter is 0.01 μm.
piezoelectricity of m to 5 μm, preferably 0.05 μm to 3 μm
This is because the film can be formed on the ceramic substrate by using the paste or slurry containing the ceramic particles of the electrostrictive material as the main component, and good device characteristics can be obtained.

【0030】 また、前記膜を所望の形状とするには、
スクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法等を用いてパ
ターン形成する手法のほか、エキシマ、YAG等のレー
ザー加工法やスライシング、超音波加工等の機械加工法
を用い、不必要な部分を除去して、パターン形成する等
の手法が採用される。そして、このように形成された膜
とセラミック基板とを一体化するための熱処理温度とし
ては、一般に900〜1400℃、好ましくは1000
〜1400℃の範囲が有利に選択される。
Further, in order to form the film into a desired shape,
In addition to the method of pattern formation using screen printing method or photolithography method, laser processing method such as excimer or YAG, or mechanical processing method such as slicing or ultrasonic processing is used to remove unnecessary portions to form a pattern. A method such as forming is adopted. The heat treatment temperature for integrating the film thus formed and the ceramic substrate is generally 900 to 1400 ° C., preferably 1000.
A range of ˜1400 ° C. is advantageously chosen.

【0031】 圧電/電歪作動部5を構成する第1の電
極膜2の材料としては、前記熱処理温度並びに焼成温度
程度の高温の酸化雰囲気に耐えられ得る導体であれば、
特に制限されるものではなく、例えば金属単体であって
も、合金であってもよく、また絶縁性セラミックスと金
属や合金との混合物であっても、更には導電性セラミッ
クスであってもよい。特に、その中でも白金、パラジウ
ム、ロジウム等の高融点貴金属類又は銀−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電
極材料、白金とセラミック基板材科とのサーメット材
科、白金と圧電材料とのサーメット材科、白金と基板材
料と圧電材料とのサーメット材料が好ましく、さらにこ
の中では白金を主成分とする材料がより好ましい。
As a material of the first electrode film 2 that constitutes the piezoelectric / electrostrictive operating portion 5, a conductor that can withstand a high temperature oxidizing atmosphere such as the heat treatment temperature and the firing temperature is used.
It is not particularly limited and may be, for example, a simple metal, an alloy, a mixture of an insulating ceramic and a metal or an alloy, or a conductive ceramic. In particular, among them, platinum, palladium, high melting point noble metals such as rhodium or silver-palladium,
Electrode materials containing alloys of silver-platinum, platinum-palladium, etc. as main components, cermet materials of platinum and ceramic substrate materials, cermet materials of platinum and piezoelectric materials, cermets of platinum and substrate materials and piezoelectric materials A material is preferable, and among these, a material containing platinum as a main component is more preferable.

【0032】 また、電極に添加する材料として酸化珪
素等のガラスを用いると、圧電/電歪層との熱処理中に
反応が生じ易く、素子特性を低下させる原因となり易い
ため、その使用は避けることが望ましい。なお、電極中
に添加せしめる基板材料としては5〜30体積%程度、
圧電材料としては5〜20体積%程度であることが好ま
しい。
If glass such as silicon oxide is used as a material to be added to the electrode, a reaction is likely to occur during heat treatment with the piezoelectric / electrostrictive layer, which is likely to cause deterioration of element characteristics. Therefore, avoid its use. Is desirable. The substrate material added to the electrode is about 5 to 30% by volume,
The piezoelectric material is preferably about 5 to 20% by volume.

【0033】 一方、第2の電極膜4の材料に関して
は、特に制限されるものではなく、第1の電極膜2に用
いたのと同様の材料のほか、金、クロム、銅等のスパッ
タ膜、あるいは金、銀のレジネート印刷膜等を用いても
よい。
On the other hand, the material of the second electrode film 4 is not particularly limited, and the same material as that used for the first electrode film 2 and a sputtered film of gold, chromium, copper or the like can be used. Alternatively, a gold or silver resinate printing film or the like may be used.

【0034】 圧電/電歪作動部5を構成する圧電/電
歪膜3の材料としては、圧電若しくは電歪効果等の電界
誘起歪みを示す材料であれば、何れの材料であっても用
いることができる。例えば、結晶質の材料であっても、
非晶質の材料であってもよく、また半導体材料であって
も、誘電体セラミック材料や強誘電体セラミック材料、
反強誘電体セラミック材料であってもよく、さらには分
極処理が必要な材料であっても、又、それが不必要な材
料であってもよい。
As the material of the piezoelectric / electrostrictive film 3 forming the piezoelectric / electrostrictive operating portion 5, any material may be used as long as it exhibits electric field induced strain such as piezoelectric or electrostrictive effect. You can For example, even a crystalline material,
It may be an amorphous material, or a semiconductor material, a dielectric ceramic material or a ferroelectric ceramic material,
It may be an anti-ferroelectric ceramic material, or may be a material that requires polarization treatment, or it may be an unnecessary material.

【0035】 本発明に用いられる圧電/電歪材料とし
ては、具体的には、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT系)
を主成分とする材料、チタン酸鉛を主成分とする材料、
ジルコン酸鉛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、マグネシウムタ
ングステン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、亜鉛ニオブ酸鉛を主成分とずる材料、マグネシ
ウムタンタル酸鉛を主成分とする材料、ニッケルタンタ
ル酸鉛を主成分とする材料、さらには、これらの複合材
料等を挙げることができる。
The piezoelectric / electrostrictive material used in the present invention is specifically lead zirconate titanate (PZT-based).
, A material containing lead titanate as a main component,
A material containing lead zirconate as a main component, a material containing lead magnesium niobate (PMN-based) as a main component, a material containing lead nickel niobate (PNN-based) as a main component, and a material containing lead magnesium tungstate as a main component. , Lead manganese niobate-based materials, lead antimony stannate-based materials, lead zinc niobate-based materials, lead magnesium tantalate-based materials, and nickel nickel tantalate-based materials. The material which makes it a main component, Furthermore, these composite materials etc. can be mentioned.

【0036】 尚、上述した材料に、ランタン、バリウ
ム、ニオブ、亜鉛、セリウム、カドミウム、クロム、コ
バルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、タ
ングステン、ニッケル、マンガン、リチウム、ストロン
チウム、マグネシウム、カルシウム、ビスマス、スズ等
の酸化物やそれらの他の化合物を添加物として含有させ
てもよく、例えばPZT系を主成分とする材料に、ラン
タンの酸化物等を加えてPLZT系とした材料も使用可
能である。尚、酸化珪素等のガラスの添加は、圧電/電
歪材料との反応を生じさせやすく、所定の材料組成の維
持が困難となるため、避けた方が良い。
The above-mentioned materials include lanthanum, barium, niobium, zinc, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, tungsten, nickel, manganese, lithium, strontium, magnesium, calcium, bismuth, An oxide such as tin or another compound thereof may be contained as an additive. For example, a PLZT-based material in which a lanthanum oxide or the like is added to a PZT-based material as a main component can also be used. . It should be avoided that the addition of glass such as silicon oxide easily causes a reaction with the piezoelectric / electrostrictive material and makes it difficult to maintain a predetermined material composition.

【0037】 そして、これらの圧電/電歪材料のなか
でも、マグネシウムニオブ酸鉛、ジルコン酸鉛及びチタ
ン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、ニッケルニ
オブ酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ジルコン酸鉛及び
チタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、ニッケ
ルタンタル酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ジルコン酸
鉛及びチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料又
はマグネシウムタンタル酸鉛、マグネシウムニオブ酸
鉛、ジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とからなる成分を主成
分とする材料を用いることが好ましい。
Among these piezoelectric / electrostrictive materials, a material containing lead magnesium niobate, lead zirconate, and lead titanate as a main component, lead nickel niobate, lead magnesium niobate, and zircon. Material containing lead acid and lead titanate as a main component, lead nickel tantalate, lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate, or lead magnesium tantalate. It is preferable to use a material whose main component is a component of lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate.

【0038】 さらに、その中でも、特に、マグネシウ
ムニオブ酸鉛、ジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とからなる
成分を主成分とする材料が好適にに用いられる。なぜな
ら、上述の材料は、高い圧電定数を有するだけでなく、
熱処理中における基板材料との反応が特に少ないからで
ある。
Further, among them, particularly, a material containing a component composed of lead magnesium niobate, lead zirconate, and lead titanate as a main component is preferably used. Because the above materials not only have high piezoelectric constants,
This is because the reaction with the substrate material during the heat treatment is particularly small.

【0039】 尚、多成分系圧電/電歪材料の場合、成
分の組成によって圧電/電歪特性が変化するが、本発明
の圧電/電歪素子で好適に採用されるマグネジウムニオ
ブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の3成分系材料で
は、擬立方晶−正方晶−菱面体晶の相境界付近の組成が
好ましく、特にマグネシウムニオブ酸鉛:15モル%〜
50モル%、ジルコン酸鉛:10モル%〜45モル%、
チタン酸鉛:30モル%〜45モル%の組成が、高い圧
電定数と電気機械結合係数を有することから、有利に採
用される。
In the case of a multi-component piezoelectric / electrostrictive material, the piezoelectric / electrostrictive characteristics change depending on the composition of the components. However, lead magnesium niobate preferably used in the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention- In the case of the ternary material of lead zirconate-lead titanate, the composition in the vicinity of the phase boundary of pseudo-cubic system-tetragonal system-rhombohedral system is preferable, and particularly lead magnesium niobate: 15 mol%-
50 mol%, lead zirconate: 10 mol% to 45 mol%,
Lead titanate: A composition of 30 mol% to 45 mol% is advantageously adopted because of its high piezoelectric constant and electromechanical coupling coefficient.

【0040】 本発明の圧電/電歪素子は、電気エネル
ギ一を機械エネルギーに変換する、即ち機械的な変位や
力や振動に変換したり、あるいはその逆の変換を行なう
各種トランスデューサー、さらには、各種アクチュエー
タ、フィルタ等の周波数領域機能部品、ディスプレイ等
の各種表示デバイス、トランス、マイクロホン、スピー
カー等の発音体、通信用や動力用の振動子、共振子又は
発信子、ディスクリミネーター、超音波センサ、加速度
センサ、角速度センサ、衝撃センサ、質量センサ等の各
種センサ、ジャイロ、さらには内野健二著(日本工業技
術センター編)「圧電/電歪アクチュエータ 基礎から
応用まで」(森北出版)に記載のサーボ変位素子、パル
ス駆動モータ、超音波モータ、圧電ファン、圧電リレー
等に用いられるユニモルフ型素子並びにバイモルフ型素
子に適用され得るものであり、好適には各種アクチュエ
ータ、振動子、発音体、表示デバイス等に有利に採用さ
れる。
The piezoelectric / electrostrictive element of the present invention converts various types of electrical energy into mechanical energy, that is, mechanical displacement, force and vibration, or vice versa. , Various actuators, frequency domain functional parts such as filters, various display devices such as displays, sounders such as transformers, microphones, speakers, transducers for communication and power, resonators or oscillators, discriminators, ultrasonic waves Sensors, acceleration sensors, angular velocity sensors, shock sensors, various sensors such as mass sensors, gyros, and Kenji Uchino (Japan Industrial Technology Center) "Piezoelectric / electrostrictive actuators from basics to applications" (Morikita Publishing) Units used for servo displacement elements, pulse drive motors, ultrasonic motors, piezoelectric fans, piezoelectric relays, etc. It is those that may be applied to Ruff element and bimorph type element, preferably various actuators, vibrators, sounding bodies, are advantageously employed in a display device or the like.

【0041】 又、本発明の圧電/電歪素子は、圧電/
電歪特性の他、誘電性をも有しているところから、膜状
のコンデンサ素子としても利用できる。
The piezoelectric / electrostrictive element of the present invention is a piezoelectric / electrostrictive element.
Since it has not only electrostrictive characteristics but also dielectric properties, it can be used as a film-shaped capacitor element.

【0042】 尚、以上は、セラミック基板の片側に圧
電/電歪作動部を構成するユニモルフ構造をベースとし
て説明してきたが、当然のことながらセラミック基板の
両側に圧電/電歪作動部を構成するバイモルフ構造にも
適用できるものである。この場合、表面層は基体層に対
して両側に形成されることになる。
Although the above description has been based on the unimorph structure in which the piezoelectric / electrostrictive actuating portion is formed on one side of the ceramic substrate, the piezoelectric / electrostrictive operating portion is naturally formed on both sides of the ceramic substrate. It is also applicable to a bimorph structure. In this case, the surface layer is formed on both sides of the base layer.

【0043】[0043]

【実施例】 本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明
するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではな
い。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0044】(実施例1) セラミック基板が基体層と
表面層から成り、キャビティーを有する図3(b)に示
すような圧電/電歪素子7を製造した。基体層10は酸
化イットリウムを3モル%添加した正方晶である酸化ジ
ルコニウムから構成し、表面層9は酸化イットリウムを
7モル%添加した酸化ジルコニウムで構成した。条件式
の数値は0.90であった。圧電/電歪作動部5は表面
層9上に形成した。
Example 1 A piezoelectric / electrostrictive element 7 as shown in FIG. 3B, in which a ceramic substrate is composed of a base layer and a surface layer and has a cavity, was manufactured. The substrate layer 10 was composed of tetragonal zirconium oxide containing 3 mol% of yttrium oxide, and the surface layer 9 was composed of zirconium oxide containing 7 mol% of yttrium oxide. The numerical value of the conditional expression was 0.90. The piezoelectric / electrostrictive operating part 5 was formed on the surface layer 9.

【0045】 まず、基体層用グリーンシートの表面に
表面層用ペースト状原料を用いて表面層をスクリーン印
刷にて形成した。基体層用グリーンシート及び表面層の
厚みは、焼成した後に、それぞれ6μm及び2μmとな
る厚さとした。
First, a surface layer was formed on the surface of the base layer green sheet by screen printing using the surface layer paste material. The thicknesses of the green sheet for the base layer and the surface layer were 6 μm and 2 μm, respectively, after firing.

【0046】 次に、支持部材用グリーンシートに0.
2mm×4mmのキャビティを形成すべく貫通孔を設け
た後、基体層用グリーンシートの基体層側と積層・熱圧
着し、1500℃で焼成した。
Next, 0.
After providing a through hole to form a cavity of 2 mm × 4 mm, the green sheet for a base layer was laminated and thermocompression-bonded with the base layer side, and fired at 1500 ° C.

【0047】 次に、上記基板に圧電/電歪作動部5を
形成した。第1の電極膜2、圧電/電歪膜3及び第2の
電極膜4の材質は、それぞれ白金、ジルコン酸鉛とチタ
ン酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛からなる成分を主成分
とする材料及び金とした。又、圧電/電歪作動部5の形
成はスクリーン印刷にて行い、第1の電極膜2について
は1300℃、圧電/電歪膜3については1250℃、
第2の電極膜4については600℃で焼成を行った。第
1の電極膜2、圧電/電歪膜3及び第2の電極膜4の厚
さは、それぞれ3μm、14μm及び0.5μmとし
た。
Next, the piezoelectric / electrostrictive operating portion 5 was formed on the substrate. The materials of the first electrode film 2, the piezoelectric / electrostrictive film 3, and the second electrode film 4 are platinum, lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate. And The piezoelectric / electrostrictive operating portion 5 is formed by screen printing. The first electrode film 2 is 1300 ° C. and the piezoelectric / electrostrictive film 3 is 1250 ° C.
The second electrode film 4 was baked at 600 ° C. The thicknesses of the first electrode film 2, the piezoelectric / electrostrictive film 3 and the second electrode film 4 were 3 μm, 14 μm and 0.5 μm, respectively.

【0048】 上記の圧電/電歪素子7を1000個製
造し、セラミック基板1にクラックが発生しているか否
かを、クラック検査用浸透液を用いて評価した。結果を
表1に示す。
1000 piezoelectric / electrostrictive elements 7 were manufactured, and whether or not cracks were generated in the ceramic substrate 1 was evaluated using a crack inspecting liquid. The results are shown in Table 1.

【0049】(実施例2) 表面層9に酸化イットリウ
ムを10モル%添加した酸化ジルコニウムを使用した。
条件式の数値が1である点を除いては実施例1と同様な
圧電/電歪素子を1000個製造し、セラミック基板1
にクラックが発生しているか否かを実施例1と同様に評
価した。結果を表1に示す。
Example 2 Zirconium oxide containing 10 mol% of yttrium oxide added to the surface layer 9 was used.
1000 piezoelectric / electrostrictive elements similar to Example 1 were manufactured except that the numerical value of the conditional expression was 1, and the ceramic substrate 1
It was evaluated in the same manner as in Example 1 whether or not cracks had occurred. The results are shown in Table 1.

【0050】(実施例3) 表面層9に酸化イットリウ
ムを6モル%添加した酸化ジルコニウムを使用した。条
件式の数値が0.80である点を除いては、実施例1と
同様な圧電/電歪素子を1000個製造し、セラミック
基板1にクラックが発生しているか否かを実施例1と同
様に評価した。結果を表1に示す。
Example 3 Zirconium oxide containing 6 mol% of yttrium oxide added to the surface layer 9 was used. Except that the numerical value of the conditional expression is 0.80, 1000 piezoelectric / electrostrictive elements similar to those in Example 1 were manufactured, and it was determined whether or not cracks were generated in the ceramic substrate 1 as in Example 1. It evaluated similarly. The results are shown in Table 1.

【0051】(比較例1) セラミック基板が単一の層
から成り、キャビティーを有する図1(b)に示すよう
な圧電/電歪素子7を製造した。セラミック基板は酸化
イットリウムを3モル%添加した正方晶である酸化ジル
コニウムから構成した。圧電/電歪作動部5は、支持部
材6が接合している側とは反対側のセラミック基板1の
面上に形成した。
Comparative Example 1 A piezoelectric / electrostrictive element 7 as shown in FIG. 1 (b) having a cavity in which a ceramic substrate was composed of a single layer was manufactured. The ceramic substrate was composed of tetragonal zirconium oxide to which 3 mol% of yttrium oxide was added. The piezoelectric / electrostrictive operating portion 5 was formed on the surface of the ceramic substrate 1 on the side opposite to the side where the supporting member 6 is joined.

【0052】 支持部材用グリーンシートに0.2mm
×4mmのキャビティを形成すべく貫通孔を設けた後、
セラミック基板用グリーンシートと積層・熱圧着し、1
500℃で焼成した。セラミック基板の厚みは焼成後8
μmである。
0.2 mm on the green sheet for the supporting member
After forming a through hole to form a cavity of × 4mm,
Laminated and thermo-compressed with a green sheet for a ceramic substrate, 1
It was baked at 500 ° C. The thickness of the ceramic substrate is 8 after firing.
μm.

【0053】 次に、上記セラミック基板に圧電/電歪
作動部5を形成した。圧電/電歪作動部5の材質及び各
層の厚さは実施例1と同様とした。
Next, the piezoelectric / electrostrictive operation part 5 was formed on the ceramic substrate. The material of the piezoelectric / electrostrictive operating part 5 and the thickness of each layer were the same as in the first embodiment.

【0054】 上記の圧電/電歪素子を1000個製造
し、セラミック基板1にクラックが発生しているか否か
を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
The above-mentioned 1000 piezoelectric / electrostrictive elements were manufactured, and whether or not cracks were generated in the ceramic substrate 1 was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】 表1より、実施例の圧電/電歪素子で
は、クラックの発生率が、比較例1の圧電/電歪素子に
比べて、効果的に低いことがわかる。
From Table 1, it can be seen that in the piezoelectric / electrostrictive element of the example, the crack occurrence rate is effectively lower than that of the piezoelectric / electrostrictive element of Comparative example 1.

【0057】[0057]

【発明の効果】 本発明の圧電/電歪素子は、セラミッ
ク基板が基体層と表面層とから構成され、セラミック基
板の圧電/電歪作動部が形成される側である表面層は主
として立方晶である酸化ジルコニウムを主成分とするた
め、第1の電極膜の辺縁部近傍のセラミック基板にクラ
ックが発生しにくい。又、セラミック基板の基体層が、
正方晶又は正方晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正
方晶と立方晶と単斜晶の混晶である酸化ジルコニウムを
主成分とするため、薄肉でも高い機械的強度を保持する
ことができ、従って、膜型の圧電/電歪素子用基板(振
動板)部材としての機能を十分に発揮させることがで
き、高機能な圧電/電歪素子を提供することができる。
According to the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention, the ceramic substrate is composed of the base layer and the surface layer, and the surface layer of the ceramic substrate on which the piezoelectric / electrostrictive operating portion is formed is mainly cubic. Since the main component is zirconium oxide, the crack is less likely to occur in the ceramic substrate in the vicinity of the peripheral portion of the first electrode film. Also, the base layer of the ceramic substrate is
Since the main component is zirconium oxide, which is tetragonal or tetragonal and cubic, tetragonal and monoclinic, or a mixture of tetragonal and cubic and monoclinic, it is possible to maintain high mechanical strength even with thin walls. Therefore, the function as a film-type piezoelectric / electrostrictive element substrate (vibration plate) member can be sufficiently exerted, and a highly functional piezoelectric / electrostrictive element can be provided.

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

【図1】 従来の圧電/電歪素子の(a)一例及び
(b)他の例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing (a) one example and (b) another example of a conventional piezoelectric / electrostrictive element.

【図2】 クラック発生部位を示す(a)図1(a)の
A−A線断面図及び(b)図1(b)のB−B線断面図
である。
2A is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1A and FIG. 2B is a sectional view taken along the line BB of FIG.

【図3】 本発明の圧電/電歪素子の(a)一例及び
(b)他の例を示す模式断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing (a) one example and (b) another example of the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention.

【図4】 本発明の圧電/電歪素子の更に他の例を示す
斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing still another example of the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…セラミック基板、2…第1の電極膜、3…圧電/電
歪膜、4…第2の電極膜、5…圧電/電歪作動部、6…
支持部材、7…圧電/電歪素子、8…クラック、9…表
面層、10…基体層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic substrate, 2 ... 1st electrode film, 3 ... Piezoelectric / electrostrictive film, 4 ... 2nd electrode film, 5 ... Piezoelectric / electrostrictive actuation part, 6 ...
Support member, 7 ... Piezoelectric / electrostrictive element, 8 ... Crack, 9 ... Surface layer, 10 ... Base layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 41/09 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 41/09

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸化ジルコニウムを主成分とするセラミ
ック基板上に、第1の電極膜、圧電/電歪膜及び第2の
電極膜から成る、少なくとも一つの膜状の圧電/電歪作
動部を有する圧電/電歪膜型素子であって、 該セラミック基板は基体層と表面層とから成り、 該基体層の酸化ジルコニウムの結晶相は、正方晶又は正
方晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正方晶と立方晶
と単斜晶の混晶であり、 該表面層の酸化ジルコニウムの結晶相は主として立方晶
から成り、 該圧電/電歪作動部を該表面層に設けたことを特徴とす
る圧電/電歪素子。
1. A ceramic substrate containing zirconium oxide as a main component, and at least one film-shaped piezoelectric / electrostrictive actuating portion comprising a first electrode film, a piezoelectric / electrostrictive film, and a second electrode film. A piezoelectric / electrostrictive film type element having, wherein the ceramic substrate comprises a base layer and a surface layer, and the crystal phase of zirconium oxide in the base layer is tetragonal or tetragonal and cubic, tetragonal and monoclinic. Or a mixed crystal of tetragonal crystal, cubic crystal and monoclinic crystal, wherein the crystal phase of zirconium oxide in the surface layer is mainly composed of cubic crystal, and the piezoelectric / electrostrictive operating portion is provided in the surface layer. Piezoelectric / electrostrictive element.
【請求項2】 該表面層において、酸化ジルコニウムが
6〜20モル%の酸化イットリウムにて安定化された請
求項1に記載の圧電/電歪素子。
2. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein zirconium oxide is stabilized with 6 to 20 mol% of yttrium oxide in the surface layer.
【請求項3】 該基体層において、酸化ジルコニウムが
2〜4モル%の酸化イットリウムにて安定化された請求
項1又は2に記載の圧電/電歪素子。
3. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein zirconium oxide in the base layer is stabilized with 2 to 4 mol% of yttrium oxide.
【請求項4】 該基体層における酸化ジルコニウムの結
晶粒子径が0.1〜1.5μmである請求項1、2又は
3に記載の圧電/電歪素子。
4. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein the crystal grain size of zirconium oxide in the base layer is 0.1 to 1.5 μm.
【請求項5】 該セラミック基板に、少なくとも1つの
空所(キャビティ)を有する支持部材を、該セラミック
基板で該空所の一方の側を閉塞するように接合した請求
項1、2、3又は4に記載の圧電/電歪素子。
5. A support member having at least one void (cavity) bonded to the ceramic substrate so as to close one side of the void with the ceramic substrate. 4. The piezoelectric / electrostrictive element according to item 4.
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