JPH06318745A

JPH06318745A - 圧電／電歪膜型素子

Info

Publication number: JPH06318745A
Application number: JP6037160A
Authority: JP
Inventors: Koji Kimura; 浩二木村; Satoshi Takemoto; ▲さ▼敏竹本; Yukihisa Takeuchi; 幸久武内
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1994-11-15
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3207315B2

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電／電歪膜型素子の圧電／電歪作動部にお
ける電極膜と圧電／電歪膜との間の接合性を高めて、素
子の信頼性や寿命を改善する。また、熱処理時に圧電／
電歪膜に掛かる応力を低減して、素子の特性を向上さ
せ、更にはクラック等の欠陥の発生を防止する。【構成】薄肉のセラミック基板１０と、膜形成手法に
より順次積層して設けられた下部電極膜１２、圧電／電
歪膜１４及び上部電極膜１６からなる圧電／電歪作動部
１８とを備え、それらが熱処理によって一体化されてな
る圧電／電歪膜型素子において、前記電極膜のうちの少
なくとも下部電極膜の表面を、Ｒmax で表わされる表面
粗さで３μｍ〜１４μｍの範囲となり且つＲａで表わさ
れる表面粗さにおいて２μｍ以下となるように、形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、圧電／電歪膜型素子、中でも主
にインクジェットプリントヘッド、マイクロホン、発音
体（スピーカー等）、各種振動子や発振子、更にはセン
サー、モーター等に好適に用いられるユニモルフ型やバ
イモルフ型等の、本発明者らが特願平３−２０３８３１
号等で明らかにした、屈曲変位を発生させるタイプの圧
電／電歪膜型素子に関するものである。なお、ここで呼
称される素子とは、電気エネルギーを機械エネルギーに
変換、即ち機械的な変位または応力または振動に変換す
る素子の他、その逆の変換を行なう素子をも意味するも
のである。

【０００２】

【背景技術】近年、光学や精密加工等の分野において、
サブミクロンのオーダーで光路長や位置を調整する変位
素子や微小変位を電気的変化として検知する検出素子が
所望されるようになってきており、これに応えるものと
して、強誘電体等の圧電／電歪材料に電界を加えた時に
起こる逆圧電効果や電歪効果に基づくところの変位或い
はその逆の現象を利用した素子である、アクチュエータ
やセンサの如き圧電／電歪素子の開発が進められてい
る。

【０００３】そして、例えばインクジェットプリントヘ
ッド等においては、そのような圧電／電歪素子構造とし
て、従来から知られているユニモルフ型やバイモルフ型
が、好適に採用されている。また、そこでは、そのよう
な素子を用いたプリンタの印字品質・印字速度等の向上
を図るべく、かかる圧電／電歪素子の小型高密度化、低
電圧作動化、高速応答化を図るための開発が進められて
おり、近年では、振動板となるセラミック基板上に、膜
形成手法により、下部電極、圧電／電歪膜及び上部電極
を順次積層して、圧電／電歪作動部を形成し、それらを
熱処理によって一体化してなる圧電／電歪膜型素子が用
いられるようになってきている。

【０００４】ところで、そのような膜型の圧電／電歪素
子にあっては、その圧電／電歪作動部を構成する層乃至
は膜の熱処理時等に、セラミック基板上に形成された各
層（膜）の界面において、特に電極膜と圧電／電歪膜の
相互の間で、それらに含まれる成分同士が反応する場合
があり、その結果、圧電／電歪膜の組成変動が生じて、
素子の特性が変化してしまうことがあった。それ故、圧
電／電歪膜型素子において安定した素子特性を得るため
には、圧電／電歪材料中に含まれる鉛化合物と反応し易
いガラス成分を、圧電／電歪材料や電極材料中から取り
除き、膜間の反応を抑制することが有効である。

【０００５】しかしながら、圧電／電歪材料や電極材料
からガラス成分を取り除いた場合にあっては、圧電／電
歪膜の組成変動が抑制されるものの、電極膜と圧電／電
歪膜、特に下部電極膜と圧電／電歪膜との間の接合性が
低下して、十分な接合性を確保し難くなる問題があっ
た。そして、そのために、それらの膜間で剥離が生じ
て、素子の寿命が低下したり、特性不良等が惹起され
て、素子の信頼性が低下する問題があった。

【０００６】また、従来の圧電／電歪膜型素子にあって
は、セラミック基板上に形成された平坦な下部電極膜上
に積層して、圧電／電歪膜が形成されていたため、圧電
／電歪膜の熱処理時に、圧電／電歪膜に応力が掛かり易
く、その残留応力によって素子の特性が低下する問題が
あった。更には、圧電／電歪膜に非常に大きな応力が掛
かった場合には、クラックが入る等して欠陥が生じ、歩
留りが低下する問題もあった。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景として為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、圧電／電歪膜型素子における圧電／電歪作動部
の電極膜と圧電／電歪膜との間の接合性を高めて、素子
の信頼性や寿命を改善することにある。また、熱処理時
に圧電／電歪膜に掛かる応力を低減して、素子の特性を
向上させ、更には、クラック等の欠陥の発生を防止する
ことにある。

【０００８】

【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明にあっては、薄肉のセラミック基板と、該セラミッ
ク基板上に膜形成手法により順次積層されて設けられた
下部電極膜、圧電／電歪膜および上部電極膜からなる圧
電／電歪作動部とを備え、少なくともそれら下部電極
膜、圧電／電歪膜が熱処理されて一体的に形成されてな
る圧電／電歪膜型素子にして、前記電極膜のうちの少な
くとも前記下部電極膜の表面が、Ｒmax で表わされる表
面粗さで３μｍ〜１４μｍの範囲となり且つＲａで表わ
される表面粗さにおいて２μｍ以下となるように、形成
されていることを特徴とする圧電／電歪膜型素子を、そ
の要旨とするものである。

【０００９】また、かかる本発明に従う圧電／電歪膜型
素子において、有利には、前記下部電極膜は、異なる平
均粒子径を有する２種以上の固体粒子を混合した混合粉
末を電極材料とした導電体ペーストを用いて形成される
こととなる。

【００１０】さらに、本発明において、有利には、下部
電極膜は、表面に開口する開気孔を有するポーラスな電
極膜とされることとなる。

【００１１】

【作用・効果】要するに、本発明に係る圧電／電歪膜型
素子にあっては、圧電／電歪作動部を構成する電極膜の
うちの少なくとも下部電極膜の表面が、Ｒmax で表わさ
れる表面粗さで３μｍ〜１４μｍの範囲となり且つＲａ
で表わされる表面粗さにおいて２μｍ以下となる範囲
で、平坦性の良い表面をベースとして、部分的に微小な
凸状若しくは凹状の箇所が存在するように、形成され
る。それ故、その上に圧電／電歪膜を膜形成する際に
は、その一部が、かかる凹凸に入り込むこととなり、以
て圧電／電歪膜の組成に影響を与えることなく、電極膜
と圧電／電歪膜との接触面積が大きく取れ、また良好な
アンカー効果が発揮され得て、電極膜と圧電／電歪膜と
の接合性が十分に確保され得る。従って、信頼性の高い
素子を構成することが可能となり、また圧電／電歪作動
部の膜間の剥離等を防止して、素子寿命を効果的に改善
することができる。

【００１２】さらに、電極膜の表面が、平坦性の良い表
面をベースとして、部分的に凸状若しくは凹状の箇所が
存在するように、形成されるところから、かかる部分的
な凹凸の存在によって、熱処理時に圧電／電歪膜に掛か
る応力が有効に緩和される。それ故、残留応力の影響を
低減でき、素子の性能（例えば変位）を向上させること
が可能となる。また、クラック等の欠陥が生じ難くな
り、歩留りが良くなるという特徴を有している。

【００１３】また、電極膜を、異なる平均粒子径を有す
る２種以上の固体粒子状の電極材料を混合した混合粉末
をペースト化した導電体ペーストを用いて形成すること
により、該電極膜の表面粗さを有利に調整することがで
きる。

【００１４】

【具体的構成】そして、本発明においては、圧電／電歪
膜型素子の圧電／電歪作動部を構成する電極膜のうちの
少なくとも下部電極膜の表面が、Ｒmax で表わされる表
面粗さで３〜１４μｍの範囲となり且つＲａで表わされ
る表面粗さにおいて２μｍ以下となるように、形成され
るが、より好ましくは、Ｒmax は５〜１０μｍ、Ｒａは
１μｍ以下とされる。また、それらＲmax 、Ｒａが上記
範囲より大きくなると、電極膜上に形成された圧電／電
歪膜の膜厚のばらつきが大きくなることから、圧電／電
歪膜に掛かる電界にばらつきが生じ、特性の低下が惹起
されると共に、電界が部分的に集中するようになって絶
縁破壊が起こり易くなり、電気絶縁的な信頼性が低下す
ることとなる。更に、電極膜と圧電／電歪膜の間に気孔
ができ易くなり、かえって接合強度が低下するようにな
る。なお、Ｒmax は工業製品の表面粗さを表わす最大高
さであり、Ｒａは工業製品の表面粗さを表わす中心線平
均粗さである。

【００１５】ところで、このような電極膜を形成する電
極材料は、高温酸化雰囲気に耐えられる導体であれば、
特に規制されるものではなく、例えば金属単体であって
も、合金であっても良く、また絶縁性セラミックス（例
えば、ＴｉＯ₂ 、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂等）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、何ら差し支えない。尤も、より好ましくは、
白金、パラジウム、ロジウム等の高融点貴金属類、或い
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、或いは白金とセラミック基
板材料や圧電／電歪材料とのサーメット材料が、好適に
用いられる。その中でも、更に好ましくは、白金のみ、
若しくは白金系の合金を主成分とする材料が望ましい。
また、セラミック基板とのぬれ性を向上させる目的で、
酸化ビスマス等を電極材料に加えることも、有効であ
る。なお、電極材料中に添加せしめるセラミック基板材
料の割合は５〜３０体積％程度が好ましく、また圧電／
電歪材料の割合は５〜２０体積％程度であることが好ま
しい。但し、ガラスを添加することは、熱処理中に電極
膜と圧電／電歪膜が反応し易くなり、素子特性を低下さ
せる原因ともなり易いため、避けることが望ましい。

【００１６】そして、通常、それら電極材料は、固体粒
子として、所定の有機バインダーと共に有機溶剤に添加
され、導電体ペーストとして調合されて、使用されるこ
ととなる。特に、本発明においては、電極膜の表面粗さ
を前記範囲とするために、導電体ペースト中に、一般的
な平均粒子径を有する固体粒子と共に、それより平均粒
子径の大きな固体粒子若しくは複数の固体粒子が凝集し
て生成した凝集粒子が存在するようにするのである。

【００１７】具体的に、そのような導電体ペーストを調
合する方法としては、（Ａ）異なる平均粒子径を有する
２種以上の固体粒子を混合した混合粉末をペースト化す
る方法、（Ｂ）所定の平均粒子径を有する一種の固体粒
子の分散状態を変えて、２種以上のペーストを調合し、
それらを混合して、上記（Ａ）方法と同性状の導電体ペ
ーストを得る方法がある。

【００１８】その中で、（Ａ）の方法を実施する場合に
は、混合する固体粒子は、それぞれ０．１μｍ〜８μｍ
の範囲の間に平均粒子径を有するものを使用することが
望ましいが、ベースとなる固体粒子としては、平均粒子
径０．２μｍ〜２μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１．５
μｍの粒子を用いることが望ましい。また、かかるベー
ス粒子に混合される混合用粒子、即ちベース粒子より平
均粒子径の大きな固体粒子としては、２μｍ〜８μｍ、
好ましくは２．５μｍ〜５μｍ程度の平均粒子径を有す
る粒子を用いることが望ましい。そして、それらベース
粒子と混合用粒子を所定の割合で混合して得た混合粉末
を用いて、通常の方法に従ってペースト化するのであ
る。

【００１９】また、前記（Ｂ）の方法では、例えば０．
２〜２μｍの平均粒子径を有する一種類の固体粒子を用
いて、該粒子を均一に分散させたベースペーストを調合
する一方、該粒子の分散性が不十分な混合用ペーストを
調合し、それらを所定の割合で混合することにより、目
的とする導電体ペーストを得る。そして、混合用ペース
ト中に多数形成される凝集粒子を、上記（Ａ）の方法に
おける粒子径の大きな粒子として用いるのである。な
お、固体粒子の分散性の調整は、一般に、電極材料（固
体粒子）と有機バインダと溶剤を混合してペーストを調
合する際の調合時間、温度等を調節して、行なわれるこ
ととなる。また、そのようなペーストにおける固体粒子
の分散度合は、一般に、グラインドゲージ等を用いて評
価されることとなる。

【００２０】そして、上記２種類の方法（Ａ），（Ｂ）
において、ベース粒子若しくはベースペーストと混合用
粒子若しくは混合用ペーストとの混合割合は、電極膜の
表面粗さを前記範囲とするうえで、重量比で５０〜９０
％：５０〜１０％とすることが好ましい。

【００２１】さらに、電極膜の表面粗さを前記範囲にす
るうえで、上記２種類の方法（Ａ），（Ｂ）に併用し
て、電極膜にその表面に開口する開気孔を形成し、ポー
ラスな電極膜とすることも、効果的である。なお、開気
孔率としては、好ましくは体積比で２５％以下、更に好
ましくは２〜１５％となるように形成することが効果的
である。何故なら、開気孔率が大き過ぎると、電極膜の
面積への影響が大きくなる他、電極膜の電気伝導度の点
にも影響が出るからである。

【００２２】なお、ポーラスな電極膜を形成するには、
（ａ）電極材料（固体粒子）と有機バインダと溶剤を混
合してペーストを調合する際に、電極材料の配合割合を
小さくする、（ｂ）電極材料と有機バインダと溶剤を混
合物してペーストを調合する際に、調合時間、温度等を
調節し、分散性を故意に悪くさせる、（ｃ）電極膜の熱
処理時間、温度を調節し、電極材料を凝集させる等の方
法がある。

【００２３】かくして調合された導電体ペーストを用い
て、圧電／電歪作動部を構成する電極膜のうち少なくと
も下部電極膜を形成することにより、該電極膜の表面粗
さをＲmax ：３〜１４μｍ且つＲａ：２μｍ以下とする
ことができるのである。そして、下部電極膜以外の上部
電極膜、またそれら電極膜のリード部や実装部、配線部
等の導電膜を形成する場合には、上述した下部電極膜と
同様の電極材料を用いても良く、またそれとは異なる通
常の金や銀、銀−パラジウム等を主成分とする導電材料
を用いても良い。

【００２４】なお、ここでいう下部電極膜とは、例えば
図１に示される如き圧電／電歪膜型素子において、セラ
ミック基板１０の薄肉部位１０ａの上に形成される下部
電極膜１２、圧電／電歪膜１４、上部電極膜１６より成
る三層構造の圧電／電歪作動部１８における下部電極膜
１２を意味する。換言すれば、下部電極膜１２より一体
的に延び出した形態で形成されたリード部２０等の、そ
の表面上に圧電／電歪膜１４が形成されない導電膜は、
本発明でいうところの下部電極膜に含まれるものではな
い。

【００２５】そして、電極膜１２，１６は、通常の膜形
成手法に従って、具体的には前述した如き導電体ペース
トを用いて従来から公知の厚膜手法により、或いは前述
の電極材料を用いた従来から公知の薄膜手法に従って、
形成されるが、中でも、下部電極膜１２の形成に関して
は、スクリーン印刷、スプレー、ディッピング、塗布等
の厚膜手法が好ましく採用され、一般に１〜３０μｍ、
望ましくは１〜２０μｍの厚さにおいて形成されること
となる。また、上部電極膜１６にあっても、同様な厚膜
手法の他、スパッタリング、イオンビーム、真空蒸着、
イオンプレーディング、ＣＶＤ、メッキ等の薄膜手法も
好適に採用され、それは、一般に２０μｍ以下、好まし
くは５μｍ以下の厚さにおいて形成されることとなる。

【００２６】また、圧電／電歪膜１４も、従来と同様な
圧電／電歪材料を用いて、通常の膜形成手法によって形
成されることとなるが、有利には、上記電極膜の形成の
場合と同様な厚膜手法が好適に採用される。そして、こ
の圧電／電歪膜１４の厚さとしては、低作動電圧で大き
な変位等を得るために、好ましくは５０μｍ以下、更に
好ましくは３〜４０μｍとされる。

【００２７】ところで、かかる圧電／電歪膜１４を与え
る圧電／電歪材料としては、好ましくは、ジルコン酸チ
タン酸鉛（ＰＺＴ系）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、マンガ
ンニオブ酸鉛を主成分とする材料、アンチモンスズ酸鉛
を主成分とする材料、亜鉛ニオブ酸鉛を主成分とする材
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、更にはこれらの複合材料等が用いられ
る。また、このような圧電／電歪材料（複合材料も含
む）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、カルシウム、ビス
マス等の酸化物やそれらの他の化合物を添加物として含
有せしめた材料、例えば、ＰＬＺＴ系となるように、前
記ＰＺＴ系を主成分とする材料に上記の如き所定の添加
物を適宜に加えたものも、好適に使用される。なお、ガ
ラス材料の添加は避けるべきである。何故ならば、ＰＺ
Ｔ系等の鉛系圧電／電歪材料はガラスと反応し易いため
に、所望の圧電／電歪膜組成への制御が困難となり、作
動特性のバラツキ並びに低下を惹起するからである。

【００２８】そして、これらの圧電／電歪材料の中で
も、マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸
鉛とからなる成分を主成分とする材料、若しくはニッケ
ルニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛
とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料が好ま
しい。更に、その中でも特にマグネシウムニオブ酸鉛と
ジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とす
る材料が、その熱処理中における基板材料との反応が特
に少ないことから、成分の偏析が起き難く、組成を保つ
ための処理が好適に行なわれ得、目的とする組成及び結
晶構造が得られ易い上、高い圧電定数を有することか
ら、有利に用いられ、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で圧電／電歪膜を形成
する場合の材料として推奨される。なお、多成分系圧電
／電歪材料の場合においては、成分の組成によって圧電
特性が変化するが、本発明で好適に採用されるマグネシ
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。

【００２９】さらに、セラミック基板１０としては、公
知の各種のものが用いられ得るが、特に、本願発明者ら
が特願平３−２０３８３１号や特願平４−９４７４２号
等において明らかにした如き、酸化イットリウム、酸化
イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム及び酸
化マグネシウムからなる群より選ばれた少なくとも一つ
の化合物の含有によって、その結晶相が安定化乃至は部
分安定化された酸化ジルコニウムを主成分とする材料
が、好ましく使用される。何故なら、かかるセラミック
基板は、薄い板厚においても、機械的強度が大きく、高
靭性であるからであり、また圧電／電歪材料との間で惹
起される熱処理時の応力が小さく、更には圧電／電歪材
料との化学的な反応性が小さい等の特徴を有しているか
らである。なお、かかるセラミック基板１０の前記圧電
／電歪作動部１８が設けられる薄肉部位１０ａの厚さと
しては、素子の高速応答性と大きな変位を得るために、
一般に５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、更に好
ましくは１０μｍ以下とされることとなる。

【００３０】そして、かくしてセラミック基板１０とそ
の上に形成された電極膜１２，１６及び圧電／電歪膜１
４とを一体化するべく、熱処理操作（焼成）が行なわれ
る。その際、電極膜の表面形状を本発明の構造とするた
めには、熱処理（焼成）温度は９００℃〜１４００℃の
範囲が好ましく、より好ましくは１０００℃〜１４００
℃の範囲の温度が望ましい。このような熱処理操作は、
所定の膜形成手法に従って形成される下部電極膜１２、
圧電／電歪膜１４、上部電極膜１６の形成の都度、換言
すれば膜毎に実施される他、下部電極膜１２及び圧電／
電歪膜１４を形成した後、或いは更に上部電極膜１６を
形成した後、それら２種或いは３種の膜の熱処理を同時
に行なうことも可能である。また、上部電極膜１６を薄
膜手法にて形成した場合にあっては、その熱処理を必要
としないことがある。

【００３１】

【実施例】以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本
発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明
が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも
受けるものでないことは、言うまでもないところであ
る。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には
上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、
修正、改良等を加え得るものであることが、理解される
べきである。

【００３２】先ず、各種平均粒子径のＰｔ粉末を用い
て、下記調合手法に従って、５種の導電体ペーストを調
合した。なお、それらペーストの調合に際して、バイン
ダとしてはアクリル系バインダが、また有機溶剤として
はテルピネオールが、何れも用いられた。実施例１：平均粒子径が０．８μｍのＰｔ粉末と３μｍ
のＰｔ粉末とを、重量比で４：１の割合で混合せしめ、
そしてその混合粉末に前記バインダ及び有機溶剤を添加
して、１時間混合せしめることにより、目的とする導電
体ペーストを得た。実施例２：平均粒子径が１．５μｍのＰｔ粉末に上記の
バインダ及び溶剤を加え、１時間の混合時間にて得られ
たペーストと、１０分間の混合時間で得られたペースト
とを、２：１の割合（重量基準）で混合して、目的とす
る導電体ペーストを得た。実施例３：平均粒子径が０．９μｍのＰｔ粉末に上記の
バインダ及び溶剤を加え、１時間の混合時間にて得られ
たペーストと、１０分間の混合時間で得られたペースト
とを、３：１の割合（重量基準）で混合して、目的とす
る導電体ペーストを得た。比較例１：平均粒子径が６μｍのＰｔ粉末に上記バイン
ダと溶剤とを加えて、１時間混合せしめることにより、
目的とする導電体ペーストを得た。比較例２：平均粒子径が０．５μｍのＰｔ粉末に上記バ
インダと溶剤とを加えて、１時間混合せしめることによ
り、目的とする導電体ペーストを得た。

【００３３】そして、上記の各種導電体ペーストを用い
て、図１に示される如き構造の圧電／電歪膜型素子を、
それぞれ作製した。即ち、薄肉部１０ａの厚さが１０μ
ｍのセラミック基板１０を、イットリアにて部分安定化
せしめたジルコニア材料を用いて形成し、次いでその薄
肉部１０ａ上に、０．４ｍｍ×２ｍｍの大きさの圧電／
電歪作動部１８を形成した。なお、この圧電／電歪作動
部１８の形成には、先ず、上記の各種導電体ペーストを
用いて、セラミック基板１０の薄肉部１０ａ上に下部電
極層を形成し、１３００℃の温度で焼成（熱処理）する
ことにより、下記表１に示される膜厚を有する下部電極
膜１２を形成した後、その上に、更に、マグネシウムニ
オブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛からなる圧電／電
歪材料を用いて、圧電／電歪層を形成し、次いで１２５
０℃の焼成（熱処理）を行なうことにより、膜厚が３０
μｍの圧電／電歪膜１４を形成し、その後、かかる圧電
／電歪層１４上に、Ａｕをスパッタリングして、膜厚
０．２μｍの上部電極膜１６を形成する手法を採用し
た。

【００３４】かくして得られた各種素子について、下部
電極膜１２と同じペーストで形成されたリード部２０の
表面粗さ（Ｒmax ，Ｒａ）を測定し、その測定値を下部
電極膜１２の表面粗さとすると共に、各素子に３０Ｖの
電圧を印加した時の変位量を測定し、それらの結果を、
下記表１に示した。また、各素子における圧電／電歪膜
１４のクラック発生の有無についても調べ、１０００個
の素子におけるクラック発生素子の割合を、クラック発
生率として、下記表１に併せ示した。

【００３５】

【表１】＊粉末粒子径はペースト調合時に使用した電極材料（Ｐ
ｔ粉末）の平均粒子径を表わす。＊圧電／電歪膜のクラック発生率は、１０００個の素子
におけるクラック発生素子の割合で示されている。

【００３６】また、上記と同様にして、それぞれ異なる
平均粒子径を有するＰｔ粉末を使用して調合された４種
類の導電体ペーストを用いて、下記表２に示される如き
下部電極膜１２を備えた各種の圧電／電歪膜型素子を作
製した。

【００３７】なお、実施例４のペーストは、平均粒子径
が約０．６μｍのＰｔ粉末と約３μｍのＰｔ粉末とを
３：２の割合で混合した混合粉末を使用して、これに有
機バインダと有機溶剤とを加え、１時間混合したもので
ある。また、実施例５のペーストは、平均粒子径が約１
μｍのＰｔ粉末に有機バインダと有機溶剤とを加え、混
合時間を１時間としたペーストと混合時間を１０分間と
したペーストをそれぞれ調合し、それら粉末分散性が異
なるペーストを３：１の割合で混合したものである。更
に、比較例３では、従来と同様の導電体ペーストとし
て、０．６μｍのＰｔ粉末に有機バインダと有機溶剤を
加えて調合したペーストを用い、比較例４では、７μｍ
のＰｔ粉末に有機バインダと有機溶剤を加えて調合した
ペーストを用いた。

【００３８】また、各圧電／電歪膜型素子は、何れも、
上記と同様な条件及び手順にて作製されたが、そのよう
な素子における圧電／電歪作動部１８の大きさのみ、
０．８ｍｍ×３ｍｍとした。

【００３９】かくして得られた各素子について、上記と
同様にして、下部電極膜１２の表面粗さ（Ｒmax 、Ｒ
ａ）や各素子における圧電／電歪膜１４のクラック発生
率について求めると共に、各素子に３０Ｖの電圧を印加
した時の変位量を測定し、それらの結果を、下記表２に
示した。

【００４０】

【表２】＊粉末粒子径はペースト調合時に使用した電極材料（Ｐ
ｔ粉末）の平均粒子径を表わす。＊圧電／電歪膜のクラック発生率は、１０００個の素子
におけるクラック発生素子の割合で示されている。

【００４１】かかる表１及び表２の結果より明らかなよ
うに、下部電極膜１２の表面粗さが本発明で規定するＲ
max 、Ｒａの範囲内にある素子は、圧電／電歪膜焼成後
に発生するクラックの発生率が低く押さえられているこ
と、加えて変位特性においても効果的に向上しているこ
とが判る。また、表中には明記されていないが、本発明
で規定される表面粗さの範囲外で、平坦性の良いもので
は圧電／電歪膜に一部剥がれが生じるもの、また平坦性
が悪いものでは、素子特性評価時の電圧印加によって、
圧電／電歪膜が絶縁破壊するものがあった。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電／電歪膜型素子の一例について、その構造
を示す斜視説明図である。

【符号の説明】

１０セラミック基板１０ａ薄肉部１２
下部電極膜１４圧電／電歪膜１６上部電極膜１８
圧電／電歪作動部２０リード部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄肉のセラミック基板と、該セラミック
基板上に膜形成手法により順次積層されて設けられた下
部電極膜、圧電／電歪膜および上部電極膜からなる圧電
／電歪作動部とを備え、少なくともそれら下部電極膜、
圧電／電歪膜が熱処理されて一体的に形成されてなる圧
電／電歪膜型素子にして、前記電極膜のうちの少なくとも前記下部電極膜の表面
が、Ｒmax で表わされる表面粗さで３μｍ〜１４μｍの
範囲となり且つＲａで表わされる表面粗さにおいて２μ
ｍ以下となるように、形成されていることを特徴とする
圧電／電歪膜型素子。
【請求項２】前記下部電極膜が、異なる平均粒子径を
有する２種以上の固体粒子を混合した混合粉末を電極材
料とした導電体ペーストを用いて形成されていることを
特徴とする請求項１記載の圧電／電歪膜型素子。
【請求項３】前記下部電極膜が、表面に開口する開気
孔を有するポーラスな電極膜である請求項１または２に
記載の圧電／電歪膜型素子。