JP4748978B2

JP4748978B2 - 圧電／電歪素子及びその製造方法

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Inventors: 貴昭小泉; 浩文山口
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Description

本発明は、基板上に固着して形成された電極層と、その電極層上に固着して形成された圧電／電歪層と、からなる圧電／電歪素子、及びその製造方法に関する。

この種の圧電／電歪素子としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。かかる圧電／電歪素子においては、ジルコニアを主成分とするセラミックス基板の表面上に、金属を主成分とする電極層が固着して形成されていて、この電極層の上に、圧電／電歪層が固着して形成されている。かかる構成を有する圧電／電歪素子は、一般に、以下の通りの製造方法により製造される。

まず、基板の表面上に、電極層又は当該電極層の基となる（熱処理等により電極層となり得る）塗布層が形成される（第１層形成工程：以下、電極層と塗布層とを総称したものを、単に「第１の層」と称する。）。次に、この第１の層の上に、圧電／電歪材料を含む第２の層を形成する（第２層形成工程）。続いて、当該第２層形成工程を経た対象物が所定の焼成温度に加熱されることで、少なくとも第２の層が焼成される（焼成工程：前記第１の層が電極層そのものである場合、当該焼成工程では前記第２の層のみが焼成される。前記第１の層が前記塗布層である場合、当該焼成工程では前記第１及び第２の層の双方が焼成される。）。そして、焼成工程を経た対象物は、焼成温度から自然冷却以上の降温速度で冷却される（冷却工程）。
特開２００１−２８４６７７号公報

この種の圧電／電歪素子の開発にあたって、様々な特性（圧電／電歪特性のみならず、人体に有害な成分の不使用等の環境特性も含む。）を得るために、圧電／電歪層や基板を構成する材質として、様々なものが用いられ得る。

ここで、圧電／電歪層を構成する材質と、基板を構成する材質との組み合わせによっては、圧電／電歪層の熱膨張率が基板の熱膨張率よりも大きい場合が生じ得る。かかる場合、冷却工程中において、圧電／電歪層の方が基板よりも大きく収縮しようとするので、収縮量の小さい基板によって圧電／電歪層の収縮が妨げられ、その結果、圧電／電歪層には引張方向の応力が発生する。

この圧電／電歪層と基板との熱膨張率の差が大きい場合、従来の製造方法においては、圧電／電歪層には上述の引張方向の大きな残留応力が生じているので、圧電／電歪特性が悪くなっていた。また、冷却工程の途中、又はその後の分極処理中にて圧電／電歪層にクラックが生じることも有りうる。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な圧電／電歪特性を備えた圧電／電歪素子、及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、基板と、その基板上に固着して形成された電極層と、その電極層上に固着して形成された圧電／電歪層と、からなる圧電／電歪素子をその適用対象とし、前記電極層が高温クリープにより変形されていることをその特徴としている。

また、本発明の圧電／電歪素子の製造方法は、前記基板上に電極層を形成するために、当該基板上に金属を含む第１の層を形成する第１層形成工程と、前記第１層形成工程により形成された第１の層の上に圧電／電歪材料を含む第２の層を形成する第２層形成工程と、前記第１及び第２の層が形成された前記基板を焼成温度に加熱して少なくとも前記第２層形成工程により形成された前記第２の層を焼成することで前記圧電／電歪素子を形成する焼成工程と、前記焼成工程の後に自然冷却以上の降温速度で前記圧電／電歪素子を冷却する冷却工程と、を含む圧電／電歪素子の製造方法をその適用対象とする。

そして、本発明の圧電／電歪素子の製造方法の特徴は、前記冷却工程の途中に、温度を前記焼成温度よりも低い一定温度に保持する温度保持工程を含むことにある。すなわち、本発明の圧電／電歪素子の製造方法によれば、所定の焼成温度から所定の保持温度まで自然冷却以上の降温速度で冷却された後、温度が当該保持温度にて所定時間保持され、その後、自然冷却以上の降温速度で再度冷却される。

かかる冷却工程によれば、焼成後に自然冷却以上の降温速度で冷却されことで、圧電／電歪層における結晶粒の大きさが所定の圧電／電歪特性を示し得る程度に制御される。すなわち、自然冷却された場合に発生するような圧電／電歪層における結晶粒の過度の成長が防止される。また、所定の保持温度にて所定時間保持されることで、冷却中に基板と圧電／電歪層との熱膨張率の差に基づいて生じた当該圧電／電歪層内の残留応力により、金属を主成分とする電極層にて高温クリープが発生し、この結果、当該圧電／電歪層内の残留応力が緩和される。

ここで、例えば、上述の第１層形成工程が、蒸着やメッキ等により前記基板上に金属の電極層を直接形成する工程である場合、前記「第１の層」は電極層そのものを指す。

また、例えば、上述の第１層形成工程が、金属ペーストの塗布工程のような、最終的な電極層を得るために所定の後工程（熱処理等）を要する工程である場合、前記「第１の層」は前記所定の後工程が施される前の層（金属ペーストの塗布層等）を指す。この場合、電極層は、例えば、焼成工程にて第２の層とともに焼成されることにより形成され得る。あるいは、電極層は、第２層形成工程に先立って行われる電極層焼成工程によって焼成され得る。

なお、温度保持工程は複数回行われてもよい。すなわち、例えば、前記冷却工程にて、焼成温度から第１の保持温度まで自然冷却以上の降温速度で冷却された後、第１の保持温度にて温度が所定時間保持される。その後、当該第１の保持温度から第２の保持温度まで自然冷却以上の降温速度で冷却され、当該第２の保持温度にて温度が所定時間保持される。続いて、当該第２の保持温度から自然冷却以上の降温速度で冷却される。

前記一定温度は、前記電極層を構成する前記金属が高温クリープする温度域内（すなわち前記金属の融点Ｔｍ（単位：絶対温度Ｋ）の０．３倍以上）の温度であることが好ましい。さらに、前記一定温度は０．５Ｔｍ（Ｋ）以上の温度であることがより好ましい。

本発明によれば、圧電／電歪層の残留応力が電極層の（高温）クリープによって緩和される。これにより、残留応力による圧電／電歪層の特性悪化が改善され、良好な圧電／電歪特性を有する圧電／電歪素子を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を、図面や表を参照しながら説明する。

（圧電／電歪素子の構成）
図１は、本実施形態に係る圧電／電歪素子１０の概略構成を示す側断面図である。

圧電／電歪素子１０は、基板１１と、その基板１１の表面上に形成された中間電極層１２と、その中間電極層１２の上に形成された圧電／電歪層１３とから構成されている。

基板１１は、セラミックス製の薄板から構成されている。基板１１を構成する材料としては、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、窒化アルミニウム、窒化珪素が、好適に用いられ得る。また、酸化ジルコニウムの中でも、完全安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料、及び部分安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料は、薄肉としても機械的強度が大きいこと、靭性が高いこと、中間電極層１２及び圧電／電歪層１３を構成する材料との反応性が小さいこと等から、最も好適に用いられ得る。

中間電極層１２は、基板１１の表面上に固着して形成されている。ここで、「固着」とは、接着剤を用いることなく直接かつ緊密に接合することを意味する（以下同様）。この中間電極層１２は、金属を主成分とした層からなり、この主成分たる金属としては、白金、金、銀、イリジウム、パラジウム、ロジウム、モリブデン、タングステン及びこれらの合金が好適に用いられ得る。また、中間電極層１２には、基板１１や圧電／電歪層１３の材質と前記金属の種類との組み合わせに応じて、基板１１等との固着性を高める添加剤（例えば低融点ガラス等）が適宜添加され得る。

中間電極層１２の厚さは、詳細は後述するが、好ましくは０．１〜２０μｍ、より好ましくは１〜５μｍに形成されている。

圧電／電歪層１３は、中間電極層１２の上側に固着して形成されている。この圧電／電歪層１３は、所謂圧電／電歪材料（圧電セラミックス材料）から構成されている。この圧電／電歪材料としては、ペロブスカイト型強誘電体、タングステン・ブロンズ型強誘電体、ビスマス層状構造強誘電体等を主成分とする材料が好適に用いられ得る。

前記の各強誘電体の具体例としては、鉛系の材料として、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ）、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛等が挙げられる。また、非鉛系材料として、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、ニオブ酸ストロンチウムナトリウム、ニオブ酸バリウムナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニッケルチタン酸ビスマス、Ｂa₂ＮaＮb₅Ｏ₁₅、Ｂi₄Ｔi₃Ｏ₁₂（ＢＩＴ）、ＢaＮd₂Ｔi₄Ｏ₁₂（ＢＮＴ）、（Ｂi_0.5Ｎa_0.5）ＴiＯ₃等が挙げられる。さらに、これらの混合物や固溶体等の複合材料（例えば、ＰＭＮ−ＰＺ−ＰＴ三成分固溶体、（Ｂi_0.5Ｎa_0.5）ＴiＯ₃−ＢaＴiＯ₃（ＢＮＴ−ＢＴ）系固溶体、（Ｂi_0.5Ｎa_0.5）ＴiＯ₃−ＢaＴiＯ₃−ＳrＴiＯ₃（ＢＮＴ−ＢＴ−ＳＴ）系固溶体、（１−ｘ）（Ｂi_0.5Ｎa_0.5）ＴiＯ₃−ｘＫＮbＯ₃［ｘはモル分率で０≦ｘ≦０．０６］等）も好適に用いられ得る。

なお、これらの圧電／電歪材料には、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、ストロンチウム、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、マンガン等の酸化物やそれらの他の化合物が適宜添加され得る。

上述の圧電／電歪層１３を構成する圧電／電歪材料の原料としては、例えば、Ｂa、Ｂｉ、Ｎａ、Ｔｉ、Ｋ、Ｎb等の各元素の酸化物（例えば、ＢaＯ、Ｎａ₂Ｏ、ＴiＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｎb₂Ｏ₅等）、又は焼成により酸化物に変わるこれら各元素の化合物（例えば、水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩等）、これら各元素を複数含有する化合物（例えば、ＭgＮb₂Ｏ）、又はこれら各元素の単体金属や合金等を挙げることができる。これらの原料は、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、圧電／電歪層１３の形成方法としては、例えば、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、グリーンシート法等の一般的な製造プロセスが用いられ得る。

かかる構成を有する圧電／電歪素子１０は、少なくとも中間電極層１２を所定の電源に接続して圧電／電歪層１３の両端に所定の駆動電圧を印加することにより、当該圧電／電歪層１３に電界誘起歪が発生し、この電界誘起歪により基板１１にて振動等の所定の作用を奏するようになっている。ここで、より小さな駆動電圧で大きな電界誘起歪を得るため、圧電／電歪層１３の厚さは、好ましくは３〜５０μｍ、より好ましくは４０μｍ以下に形成されている。

ここで、本圧電／電歪素子１０においては、圧電／電歪層１３を構成する圧電／電歪材料として、線膨張係数が基板１１の線膨張係数よりも大きな材料が用いられている。また、詳細は後述するが、中間電極層１２は、線膨張係数の異なる基板１１と圧電／電歪層１３とに挟まれた状態で、図示の通り、高温クリープによりせん断方向に塑性変形されていて、これにより圧電／電歪層１３の内部に残留する引張応力が緩和されるようになっている。この中間電極層１２において高温クリープによる変形が生じているか否かは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるボイドの変形の観察や亜粒界観察、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による転位や亜粒界の観察によって確認可能である。

（圧電／電歪素子の製造方法）
続いて、上述のような構成の圧電／電歪素子１０の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。

まず、図２（ａ）に示されているように、基板１１の上に中間電極層１２が形成される（中間電極層形成工程）。この中間電極層１２を形成する方法としては、例えば、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、ＰＶＤ、イオンプレーティング、ＣＶＤ、メッキ、スクリーン印刷、スプレー塗布、ディッピング等を挙げることができる。これらのうち、基板１１及び圧電／電歪層１３との接合性の観点から、スパッタリング、又はスクリーン印刷を用いることが好ましい。

なお、形成された中間電極層１２は、５００〜１４００℃程度の温度で熱処理することにより、基板１１と固着して当該基板１１と一体化することができる。この熱処理は、焼成前の圧電／電歪層１３’を形成する前に行われてもよいし、次に述べる圧電／電歪層１３の焼成のための熱処理とともに一括して行われてもよい。圧電／電歪特性を考慮すると、圧電／電歪層１３に用いられる圧電／電歪材料が１０００℃以下の低温で焼成する材料である場合においては、中間電極層１２としてＡgやＡu等の低融点の金属電極を用いることが好ましい。

次に、図２（ｂ）に示されているように、中間電極層１２の上に、圧電／電歪材料を含む焼成前の圧電／電歪層１３’が形成される（焼成前圧電／電歪層形成工程）。この焼成前の圧電／電歪層１３’を形成する方法としては、例えば、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法、エアロゾルデポジション法、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっきやグリーンシート法等の一般的な方法が用いられ得る。

続いて、この形成された焼成前の圧電／電歪層１３’を１１００〜１３００℃程度の温度で焼成する（ここでいう「焼成」には、グリーンシート等の湿式プロセスを含む方法が用いられた場合に通常行われる焼成の他、エアロゾルデポジション法等の乾式プロセスが用いられた場合に組織の緻密化のために行われる熱処理をも含む。）ことで、図２（ｃ）に示されているように圧電／電歪層１３が形成される（焼成工程）。

最後に、焼成工程により圧電／電歪層１３が形成されることによって得られた対象物１０’（冷却前の圧電／電歪素子）は、図３に示されているような温度プロファイルで冷却される（冷却工程）。

まず、対象物１０’は、焼成温度Ｔ１から後述する保持温度Ｔ２まで、降温速度が２００℃／ｈ程度となるように、自然冷却よりも急速に冷却される。これにより、圧電／電歪層１３にて緻密な結晶粒が形成される（圧電／電歪層１３の圧電／電歪効果を低減させるような結晶粒の過剰な成長が抑制される）。

この冷却中においては、圧電／電歪層１３の方が、当該圧電／電歪層１３よりも線膨張係数の小さい基板１１と比べて、より大きく収縮しようとする。一方、当該圧電／電歪層１３の基板１１と対向する下面が当該基板１１と（中間電極層１２を介して）接合されていることにより、収縮量の小さい基板１１によって当該圧電／電歪層１３の収縮が阻害される。その結果、当該圧電／電歪層１３には、引張方向の応力が発生する。

そこで、中間電極層１２に高温クリープが発生し得る温度である保持温度Ｔ２まで冷却された対象物１０’は、当該保持温度Ｔ２にて約５時間保持される（温度保持工程）。これにより、図２（ｄ）に示されているように、上述の圧電／電歪層１３に生じている引張応力によって中間電極層１２が高温クリープにより塑性変形し、その反作用で、圧電／電歪層１３内の残留応力が緩和される。

高温クリープが発生し得る温度は、金属においては０．３Ｔｍ以上であるので、保持温度Ｔ２は０．３Ｔｍ以上であれば十分であり、０．５Ｔｍ以上であることがより好ましい。

ここで、高温クリープによって圧電／電歪層１３内の残留応力を緩和するという観点からは、中間電極層１２の厚さはより厚いことが好ましい。一方、圧電／電歪層１３における圧電／電歪効果に基づく振動や変位を効率よく基板１１に伝達して作動効率のよい圧電／電歪素子１０を得るためには、中間電極層１２はより薄いことが好ましい。よって、中間電極層１２の厚さは、好ましくは０．１〜２０μｍ、より好ましくは１〜５μｍに形成されている。

上述のように保持温度Ｔ２にて所定時間保持された後、対象物１０’は、室温ＲＴまで、自然冷却よりも急速に再度冷却される。これにより、圧電／電歪素子１０が得られる。

なお、保持温度Ｔ２から室温ＲＴまで冷却するまでの間に、保持温度Ｔ２’にて再度温度保持工程がなされてもよい。冷却工程中に温度保持工程を何回行うかは、以下のようにして決定され得る。

すなわち、焼成温度をＴｂ［Ｋ］、圧電／電歪層１３を構成する圧電／電歪材料の引張強度から計算される限界温度変化をＤＴ［Ｋ］、中間電極層１２の主成分を構成する金属の融点をＴｍ［Ｋ］とした場合、
ｓ＝（Ｔｂ−０．３Ｔｍ）／ＤＴ
の値を計算する。

ここで、ＤＴの値は、以下のように近似される。
ＤＴ≒ｋσ／｛Ｅ（αｐ−αｂ）｝＋β
［ｋ、βは定数、σは圧電／電歪材料の引張強度、Ｅは圧電／電歪材料のヤング率、αｐは圧電／電歪材料の線膨張係数、αｂは基板１１を構成する材料の線膨張係数。なお、βはｋσ／｛Ｅ（αｐ−αｂ）｝よりも十分に小さい。］

このｓの値が１以下であれば温度保持工程は１回でよく、１＜ｓ≦２であれば温度保持工程は２回…というように、温度保持工程の回数は、（Ｎ−１）＜ｓ≦Ｎとなる自然数Ｎによって与えられる。

特に、圧電／電歪材料の融点をＴｍｐ［Ｋ］とした場合に０．７Ｔｍｐ≦Ｔｂであるとき、圧電／電歪材料の結晶粒の成長による圧電／電歪層１３の強度低下や、低融点成分の蒸発による圧電／電歪層１３の組成のズレを防止するため、温度保持工程は複数回（多くの場合２回）行われることが好ましい。

以上に説明した本実施形態の製造方法によれば、圧電／電歪層１３内の引張方向の残留応力が緩和され、これにより、当該圧電／電歪層１３の圧電／電歪特性がより向上される。また、クラックが発生する恐れがあったために従来法では使用できなかった圧電／電歪材料を使用することができるため、良好な圧電／電歪特性が実現できる。

（製造方法の具体例）
続いて、上述のような構成の圧電／電歪素子１０の製造方法の典型的な１つの具体例について説明する。本具体例においては、基板１１として、Ｙ₂Ｏ₃で安定化されたＺrＯ₂（線膨張係数：１０〜１１×１０^-6／Ｋ）が用いられ、中間電極層１２として、白金電極（白金の融点Ｔｍ（Pt）＝２０４２Ｋ（１７６９℃））が用いられ、圧電／電歪層１３として、チタン酸ビスマスナトリウムとニオブ酸カリウムの固溶体（以下「ＢＮＴ−ＫＮ」と称する。線膨張係数：１３×１０^-6／Ｋ）が用いられているものとする。

中間電極層形成工程においては、基板１１の上に、所定の寸法形状で白金レジネートペーストの塗布層がスクリーン印刷法により形成され、この塗布層が乾燥された後、１４００℃程度の温度で熱処理することで、中間電極層１２が形成される。この中間電極層１２は、かかる形成方法により、基板１１の表面上に固着して当該基板１１と一体化される。

焼成前圧電／電歪層形成工程においては、中間電極層１２の上に、ＢＮＴ−ＫＮ粉末がバインダに分散されてなるスラリーを、スクリーン印刷法により塗布厚さが４０μｍとなるように所定の寸法形状で塗布することで、圧電／電歪材料の塗布層１３’が形成される。

焼成工程においては、約５００℃の条件下にてバインダ除去がなされた後、１１００℃にて３時間加熱されることで、圧電／電歪層１３が形成される。

冷却工程における保持温度Ｔ２としては、中間電極層１２の主成分を構成する白金の融点Ｔｍ（Pt）の０．５倍である０．５Ｔｍ（Pt）＝１０２１Ｋ（７４８℃）よりも高い約９００℃に設定される。

（実施例）
以下、上述の実施形態の効果を確認するための実施例について説明する。この実施例は、図４に示されている圧電／電歪素子１０”を用いて、上述の冷却工程の条件、及び圧電／電歪層１３の分極処理における印加電圧（以下、「分極電圧」と称する。）を変えた場合の、当該圧電／電歪素子１０”の圧電／電歪特性を評価したものである。

まず、圧電／電歪素子１０”の構成について説明する。この圧電／電歪素子１０’においては、図１及び図２における基板１１に相当する振動板１１ａの上に、上述と同様に中間電極層１２及び圧電／電歪層１３が形成されていて、この圧電／電歪層１３のさらに上側に上部電極１４が形成されている。

この圧電／電歪素子１０”においては、中間電極層１２と上部電極１４との間に分極電圧が印加されることにより、図中上下方向に分極方向が揃うように圧電／電歪層１３が分極処理され、この分極処理の後に中間電極層１２と上部電極１４との間に所定の駆動電圧が印加されることにより、圧電／電歪層１３が図中上下方向に伸縮変形し、この伸縮変形により、支持部１１ｂ，１１ｂの間に掛け渡された振動板１１ａが撓むように変形するようになっている。

ここで、振動板１１ａとしては、厚さが１１μｍのジルコニア基板が用いられ、中間電極層１２としては、厚さが５μｍの白金電極層が用いられ、ＢＮＴ−ＫＮからなる圧電／電歪層１３は２０μｍの厚さに形成されている。

この圧電／電歪素子１０”の製造方法は、圧電／電歪層１３の材質を除き、上述の具体例と同様である。また、上部電極１４は、中間電極層１２と同様に形成され得る。

分極電圧としては、１４０Ｖ及び１５０Ｖの２種類が用いられ、保持温度Ｔ２として５００℃（７７３．１５Ｋ＝０．３７Ｔｍ（Pt）：実施例１）及び９００℃（１１７３．１５Ｋ＝０．５７Ｔｍ（Pt）：実施例２）の２種類が用いられた。

上述の各実施例の圧電／電歪素子１０”と、当該圧電／電歪素子１０”と同様の構成を有していて温度保持工程のない従来の冷却工程を用いて製造された比較例の圧電／電歪素子とを用いて、中間電極層１２と上部電極１４との間に３０Ｖの駆動電圧が印加された際の振動板１１ａの中央部分の変位量を測定することによって、実施例の評価が行われた。表１は、この評価結果をまとめたものを示す。

通常の分極条件（分極電圧が１５０Ｖ）の場合、実施例１では比較例よりも圧電／電歪特性が若干改善され、実施例２では比較例よりも圧電／電歪特性が格段に向上した。

また、従来よりも低電圧化された分極条件（分極電圧が１４０Ｖ）の場合、実施例１では比較例よりも圧電／電歪特性が格段に向上し、通常の分極条件で得られた比較例（従来の圧電／電歪素子）と同様の圧電／電歪特性が得られた。実施例２では、実施例１よりもさらに圧電／電歪特性が向上し、分極電圧を低電圧化しても従来の圧電／電歪素子よりも格段に優れた圧電／電歪特性が得られた。

（変形例の示唆）
なお、本発明は、上述した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において適宜変形することが可能である。以下に変形例を例示するが、この変形例とて下記のものに限定されるものではない。

例えば、完全な中間電極層１２が形成される前の熱処理前電極層（金属ペースト等の塗布層等）の上に圧電／電歪材料の塗布層を形成し、これらを同時に熱処理・焼成してもよい。また、冷却工程における（温度保持工程以外の部分の）冷却速度は、上述のような自然冷却速度以上のものに限られず、例えば、自然冷却や、自然冷却速度以下の速度の冷却が行われてもよい。

また、図４のような圧電／電歪素子１０”を形成した場合、振動板１１ａの形状は、平板状でもよく、所謂ダイヤフラム形状（上に凸な形状）でもよい。

また、圧電／電歪層１３は単層に限らず、複数層が金属電極層を挟んで積層して形成されていてもよい。この場合、複数層の圧電／電歪層の各層を形成する度に、上述の温度保持工程を含む冷却工程を行うようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る圧電／電歪素子の概略構成を示す側断面図である。図１に示した圧電／電歪素子の製造方法の概要を説明するための図である。図２に示した製造方法における冷却工程に採用される温度プロファイルの一例を示した図である。圧電／電歪素子の実施例の概略構成を示す側断面図である。

符号の説明

１０，１０”…圧電／電歪素子、１１…基板、１１ａ…振動板、１２…中間電極層、１３…圧電／電歪層、１４…上部電極

Claims

基板上に固着して形成された電極層と、その電極層上に固着して形成された圧電／電歪層と、からなる圧電／電歪素子の製造方法において、
前記基板上に前記電極層を形成するために、当該基板上に金属を含む第１の層を形成する第１層形成工程と、
前記第１層形成工程により形成された前記第１の層の上に圧電／電歪材料を含む第２の層を形成する第２層形成工程と、
前記第１及び第２の層が形成された前記基板を焼成温度に加熱して、少なくとも前記第２層形成工程により形成された前記第２の層を焼成することで、前記基板よりも熱膨張率が大きな前記圧電／電歪素子を形成する焼成工程と、
前記焼成工程の後に前記圧電／電歪素子を冷却する冷却工程と、
を含み、
前記冷却工程の途中に、温度を前記焼成温度よりも低い一定温度に保持する温度保持工程を含む、
圧電／電歪素子の製造方法。
請求項１に記載の圧電／電歪素子の製造方法であって、
前記冷却工程は、前記焼成工程を経た前記圧電／電歪素子を自然冷却以上の降温速度で冷却する、
圧電／電歪素子の製造方法。
請求項１又は２に記載の圧電／電歪素子の製造方法であって、
前記一定温度は、前記電極層を構成する前記金属が高温クリープする温度域内の温度である、
圧電／電歪素子の製造方法。
請求項３に記載の圧電／電歪素子の製造方法であって、
前記一定温度は、前記電極層を構成する前記金属の融点Ｔｍ（Ｋ）の０．３倍以上の温度である、
圧電／電歪素子の製造方法。
基板と、その基板上に固着して形成された電極層と、その電極層上に固着して形成された圧電／電歪層と、からなる圧電／電歪素子において、
前記電極層は、高温クリープにより変形されている、
圧電／電歪素子。