JP4197494B2 - 多層型圧電素子、及びその製造方法 - Google Patents
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「式(1)中、0.95≦x≦1.05、0.05≦y≦0.50、0.90≦a≦1.10であり、かつb,c,dが、当該b,c,dを座標軸とする座標中、(b,c,d)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、(b+c+d)=1.000である。)。」
Pb x (Mg y/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c O 3 …(2)
「式(2)中、0.95≦x≦1.05、0.95≦y≦1.05であり、かつa,b,cが、当該a,b,cを座標軸とする座標中、(a,b,c)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、a+b+c=1.00である。)。」
「式(1)中、0.95≦x≦1.05、0.05≦y≦0.50、0.90≦a≦1.10であり、かつb,c,dが、当該b,c,dを座標軸とする座標中、(b,c,d)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、(b+c+d)=1.000である。)。」
Pb x (Mg y/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c O 3 …(2)
「式(2)中、0.95≦x≦1.05、0.95≦y≦1.05であり、かつa,b,cが、当該a,b,cを座標軸とする座標中、(a,b,c)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、a+b+c=1.00である。)。」
Pbx(Mgy/3Nb2/3)aTibZrcO3 …(2)
「式(2)中、0.95≦x≦1.05、0.95≦y≦1.05であり、かつa,b,cが、当該a,b,cを座標軸とする座標中、(a,b,c)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、a+b+c=1.00である。)。」。
上下電極間に電界が3kV/mmとなるように電圧を印加した際に生じた屈曲変位をレーザー変位測定機により測定した。
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:10μm)上に白金からなる下部電極(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。
表1に示す組成の圧電材料を用いたことの他は、実施例1と同様にして2層の圧電部を有する多層型圧電素子を製造した。
表2に示すように、第一の圧電部におけるNi含有率が、0.05質量%と小さな比較例1の圧電素子、及び逆に第一の圧電部におけるNi含有率が、0.50質量%と大きな比較例2の圧電素子では、それぞれ屈曲変位が2.45μm及び2.41μmと何れも小さかった。
表3に示す組成の圧電材料を用いたことの他は、実施例1と同様にして2層の圧電部を有する多層型圧電素子を製造した。
表4に示すように、第二の圧電部のNi含有率が、第一の圧電部のNi含有率と同じか、より小さな比較例3、4の圧電素子では、屈曲変位が2.33μm以下と極めて小さかった。
表5に示す組成の圧電材料を用いたこと以外は実施例1と同様にして2層の圧電部を有する多層型圧電素子を製造した。
何れの圧電素子でも、屈曲変位が2.64μm以上と大きかったが、第一の圧電部を、磁器組成物中のMgの一部をNiで置換した圧電材料(以下「置換系圧電材料」という。)を用いて形成し、第二の圧電部を、磁器組成物中にNiOを添加した圧電材料(以下「添加系圧電材料」という。)を用いて形成した実施例7の圧電素子が、屈曲変位が2.69μmと最も大きかった。また、その他の圧電素子では、(2)第一の圧電部:添加系圧電材料、第二の圧電部:添加系圧電材料、(3)第一の圧電部:添加系圧電材料、第二の圧電部:置換系圧電材料、(4)第一の圧電部:置換系圧電材料、第二の圧電部:置換系圧電材料とした圧電素子の順に屈曲変位が大きかった。結果を表6にまとめて示す。
実施例1と同様にして、ZrO2基体上に白金からなる下部電極を形成、当該下部電極と基体と一体化させた後、その上にPb1.00{(Mg0.87Ni0.13)1/3Nb2/3}0.20Ti0.43Zr0.37O3(NiO含有率:0.2質量%)の磁器組成物からなる第一の圧電材料を、スクリーン印刷法により、寸法1.3×0.9mm、厚さ7μmで積層した。
内部電極の上に、第二の圧電材料からなる層を、Pb1.00(Mg1/3Nb2/3)0.20Ti0.43Zr0.37O3 98.5質量%と、NiO1.5質量%とを含有する磁器組成物からなる圧電材料を、スクリーン印刷法により積層したこと以外は実施例11と同様にして3層の圧電部を有する多層型圧電素子を製造した。
第二の圧電部が、第三の圧電部よりNi含有率が小さく、第一の圧電部と第二の圧電部のNiO含有比率が、0.40と大きな実施例11の圧電素子に比べ、第二の圧電部と第三の圧電部でNi含有率が同じで、第一の圧電部と第二の圧電部のNiO含有比率が、0.13と小さな実施例12の圧電素子の方が、屈曲変位が大きくなった。なお、第三の圧電部が、第二の圧電部よりNi含有率が小さい場合は、第三の圧電部で緻密化の程度が小さくなる結果、隣接する第二の圧電部等の緻密化も抑制され易くなり、圧電素子の屈曲変位が実施例12より低くなるものと推測される。圧電材料の組成、及び評価結果をまとめて表7に示す。
Claims (7)
- セラミックスからなる基体上に、複数の圧電部と、該圧電部に電気的に接続する複数の電極とを積層する多層型圧電素子であって、
第一の圧電部が、Niを0.08〜0.31質量%(NiO換算量)含有するとともに、下記一般式(1)に示すPb(Mg、Ni) 1/3 Nb 2/3 O 3 −PbZrO 3 −PbTiO 3 三成分固溶系組成物を主成分とする圧電磁器組成物からなり、
第二以降の圧電部が、該第一の圧電部よりNi含有率が大きく、下記一般式(2)に示すPbMg 1/3 Nb 2/3 O 3 −PbZrO 3 −PbTiO 3 三成分固溶系組成物を主成分とし、NiOを含有する圧電磁器組成物からなり、
少なくとも、該第一の圧電部と該第二の圧電部との間に電極を有することを特徴とする多層型圧電素子。
Pb x { (Mg 1 - y Ni y ) 1/3×a Nb 2/3 ) b Ti c Zr d O 3 …(1)
「式(1)中、0.95≦x≦1.05、0.05≦y≦0.50、0.90≦a≦1.10であり、かつb,c,dが、当該b,c,dを座標軸とする座標中、(b,c,d)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、(b+c+d)=1.000である。)。」
Pb x (Mg y/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c O 3 …(2)
「式(2)中、0.95≦x≦1.05、0.95≦y≦1.05であり、かつa,b,cが、当該a,b,cを座標軸とする座標中、(a,b,c)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、a+b+c=1.00である。)。」 - 前記第一の圧電部と前記第二の圧電部とのNi含有比率(第一/第二)が、0.1〜0.2(NiO換算による質量比率)である請求項1に記載の多層型圧電素子。
- 第三以降の圧電部が、前記第二の圧電部と同一又はより大きなNi含有率の圧電磁器組成物からなる請求項1又は2に記載の多層型圧電素子。
- 前記第一の圧電部が、前記基体に、直接又は前記電極を介して固着されてなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の多層型圧電素子。
- セラミックスからなる基体上に、又は該基体に形成された電極上に、Niを0.08〜0.31質量%(NiO換算量)含有するとともに、下記一般式(1)に示すPb(Mg、Ni) 1/3 Nb 2/3 O 3 −PbZrO 3 −PbTiO 3 三成分固溶系組成物を主成分とする圧電磁器組成物からなる第一の圧電材料を積層する工程と、
該第一の圧電材料からなる層上に電極を形成した後、該電極上に、第一の圧電材料よりNi含有率が大きく、下記一般式(2)に示すPbMg 1/3 Nb 2/3 O 3 −PbZrO 3 −PbTiO 3 三成分固溶系組成物を主成分とし、NiOを含有する圧電磁器組成物からなる第二の圧電材料を積層する工程と、
少なくとも必要数の圧電材料からなる層を積層した後、得られた積層体を一体的に熱処理する工程とを含むことを特徴とする多層型圧電素子の製造方法。
Pb x { (Mg 1 - y Ni y ) 1/3×a Nb 2/3 ) b Ti c Zr d O 3 …(1)
「式(1)中、0.95≦x≦1.05、0.05≦y≦0.50、0.90≦a≦1.10であり、かつb,c,dが、当該b,c,dを座標軸とする座標中、(b,c,d)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、(b+c+d)=1.000である。)。」
Pb x (Mg y/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c O 3 …(2)
「式(2)中、0.95≦x≦1.05、0.95≦y≦1.05であり、かつa,b,cが、当該a,b,cを座標軸とする座標中、(a,b,c)=(0.550,0.425,0.025)、(0.550,0.325,0.125)、(0.375,0.325,0.300)、(0.100,0.425,0.475)、(0.100,0.475,0.425)、(0.375,0.425,0.200)で囲まれる範囲の小数である(但し、a+b+c=1.00である。)。」 - 前記第二の圧電材料の層上に、更に電極を形成し、該電極上に、第二の圧電材料と同一又はより大きなNi含有率の第三の圧電材料を積層する工程を、少なくとも1以上含む請求項5に記載の多層型圧電素子の製造方法。
- 前記熱処理を、最後に積層した圧電材料とNi含有率が略同一である雰囲気制御用材料を共存させて行う請求項5または6に記載の多層型圧電素子の製造方法。
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