JPH08116684A

JPH08116684A - 圧電／電歪膜型アクチュエータ

Info

Publication number: JPH08116684A
Application number: JP7082634A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Takeuchi; 幸久武内; Koji Kimura; 浩二木村
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-05-07
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2826078B2

Abstract

(57)【要約】【目的】相対的に低駆動電圧で大変位が得られ、応答
速度が速く且つ発生力が大きく、また高集積化が可能で
ある圧電／電歪膜型アクチュエータを提供すること。【構成】圧電／電歪膜型アクチュエータにおいて、第
一の電極膜４と圧電／電歪膜６と第二の電極膜８とを順
次層状に積層せしめた構造の圧電／電歪駆動部を、酸化
アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、
窒化アルミニウム、窒化珪素のうちの何れか１種以上を
主成分とするセラミック材料の多結晶体よりなり、且つ
該多結晶体の少なくとも前記圧電／電歪駆動部の形成部
位の少なくとも結晶粒界に、鉛元素が酸化物等の形態に
て存在せしめられているセラミック基板２上に、形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、変位制御素子、個体素子モータ
ー、リレー、スイッチ、シャッター、プリンタヘッド、
ポンプ、ファン、マイクロホン、発音体（スピーカー
等）、インクジェットプリンタ、各種振動子等に好適に
用いられるユニモルフ型、バイモルフ型等の屈曲変位を
発生させるタイプの圧電／電歪型アクチュエータに関す
るものである。なお、ここで言うアクチュエータとは、
電気エネルギーを機械エネルギーに変換、即ち機械的な
変位または応力に変換する素子を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
制御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
加えたときに起こる逆圧電効果や電歪効果に基づくとこ
ろの変位を利用した素子である圧電／電歪アクチュエー
タの開発が進められている。

【０００３】ところで、かかる圧電／電歪アクチュエー
タの構造としては、従来から、モノモルフ型、ユニモル
フ型、バイモルフ型、及び積層型が知られているが、そ
の中でも、モノモルフ型、ユニモルフ型、バイモルフ型
は、電界誘起歪の横効果を利用して屈曲変位を得るため
に、比較的大きな変位が得られるものの、発生力が小さ
く、また応答速度が遅く、電気機械変換効率が悪いとい
う問題を内在するものであった。一方、積層型は、電界
誘起歪の縦効果を利用しているために、それら発生力や
応答速度において優れ、また電気機械変換効率も高いも
のであるが、発生変位が小さいという問題を内在してい
た。

【０００４】しかも、それら従来のユニモルフ型やバイ
モルフ型のアクチュエータにおいては、何れも、圧電／
電歪板等の板状の構成部材を、接着剤等を用いて張り付
けてなる構造を採用するものであるために、アクチュエ
ータとしての作動の信頼性にも問題があるものであっ
た。

【０００５】このように、従来の圧電／電歪アクチュエ
ータには、それぞれ、一長一短があり、また解決される
べき幾つかの問題を内在するものであったのである。

【０００６】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その課題とするところ
は、接着剤等で張り付けた構造ではなく、相対的に低駆
動電圧で大変位が得られ、応答速度が速く、且つ発生力
が大きく、また高集積化が可能である圧電／電歪膜型ア
クチュエータを提供することにある。

【０００７】

【解決手段】そして、本発明にあっては、上述の如き課
題を解決するために、第一の電極膜と圧電／電歪膜と第
二の電極膜とを順次層状に積層せしめてなる構造の圧電
／電歪駆動部、若しくは所定の間隔を隔てて位置する複
数の帯状電極膜間にそれら電極膜と接するように圧電／
電歪膜を設けてなる構造の圧電／電歪駆動部を、所定の
セラミック基板上に形成してなる圧電／電歪膜型アクチ
ュエータにおいて、前記セラミック基板が、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、窒化ア
ルミニウム、窒化珪素のうちの何れか１種以上を主成分
とするセラミック材料の多結晶体よりなり、且つ該多結
晶体の少なくとも前記圧電／電歪駆動部の形成部位にお
ける少なくとも結晶粒界に、鉛元素が存在せしめられて
いることを特徴とする圧電／電歪膜型アクチュエータ
を、その要旨とするものである。

【０００８】なお、このような本発明に従う圧電／電歪
膜型アクチュエータの好ましい態様によれば、前記鉛元
素は、セラミック基板を構成する多結晶体の結晶粒界中
に、４０重量％以上の割合において含有せしめられるこ
ととなる。

【０００９】また、本発明の他の好ましい態様によれ
ば、前記圧電／電歪膜型アクチュエータにおけるセラミ
ック基板は、０．５重量％以上、５重量％以下の範囲の
酸化珪素を含んでいるのである。

【００１０】さらに、本発明に従う圧電／電歪膜型アク
チュエータの好ましい態様の一つによれば、前記セラミ
ック基板上には、二つ以上の圧電／電歪駆動部が、積層
形態において若しくは並設形態において設けられ、また
該セラミック基板の板厚は、有利には１００μｍ以下と
されることとなる。

【００１１】更にまた、本発明の好ましい態様の他の一
つによれば、少なくとも前記第一の電極膜或いは少なく
とも前記帯状電極膜は、白金、パラジウム、ロジウムか
らなる高融点貴金属及び銀−パラジウム、銀−白金、白
金−パラジウムからなる合金のうちの少なくとも１種以
上を主成分とする材料から構成されている。

【００１２】

【作用・効果】このような本発明に従う圧電／電歪膜型
アクチュエータ構造によれば、膜状の圧電／電歪体とな
るものであるところから、相対的に低駆動電圧にて大変
位が得られ、また応答速度が速く、且つ発生力も大き
く、更には高集積化が可能となる特徴を発揮するのであ
る。

【００１３】また、本発明は、基板と電極膜、基板と圧
電／電歪膜、または電極膜と圧電／電歪膜を接合する構
成を採用するものであるために、薄板を接合するような
従来のユニモルフ型、バイモルフ型等のアクチュエータ
で採用されている如き接着剤等を何等用いることなく、
一体化して、目的とする圧電／電歪膜型アクチュエータ
を構成することが出来るところから、長期使用に対する
信頼性も高く、また変位量ドリフトも小さい特徴を発揮
するのである。

【００１４】特に、鉛元素を含む結晶粒界の位置するセ
ラミック基板部位上に、少なくとも圧電／電歪駆動部を
形成することにより、かかる粒界に生成した鉛元素を含
む低融点材料の効果で、基板と膜とは強固に接着せしめ
られ、また基板と圧電／電歪膜を熱処理すれば、基板と
膜のストレスが緩和され、以て緻密な圧電／電歪膜を得
ることが出来、その結果、振動板となるセラミック基板
への力の伝達が効率よく行なわれるという特徴を発揮す
るのである。

【００１５】また、このような本発明の圧電／電歪膜型
アクチュエータにおいては、鉛元素は、多結晶体である
セラミック基板の結晶粒界中において、酸化物の如き化
合物等の形態で存在しており、それによってセラミック
基板は適度に撓み易くなり、以て大きな変位を示すアク
チュエータが効果的に得られるのである。なお、かかる
効果を有利に達成する上において、そのような鉛元素
は、その粒界中に、一般に粒界物質の全重量に対して４
０重量％以上、好ましくは５０重量％以上、更に好まし
くは６０重量％以上において含まれており、そのような
セラミック基板上に、目的とする圧電／電歪駆動部が構
成されていることが望ましい。

【００１６】さらに、本発明に従う圧電／電歪膜型アク
チュエータは、圧電／電歪駆動部が膜状に形成されるた
めに、同一基板面上に多数個の素子を形成することが容
易に出来、かかる圧電／電歪駆動部の高集積化が可能と
なる特徴も有している。

【００１７】なお、本発明に係る圧電／電歪膜型アクチ
ュエータは、低電圧駆動が可能で、しかも大きい屈曲変
位・発生力を得るために、有利には、その厚さは、３０
０μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下とされることが
望ましく、またセラミック基板の板厚としては、１００
μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とされることとな
る。

【００１８】

【具体的構成・実施例】以下に、本発明に従う圧電／電
歪膜型アクチュエータの具体的構造を示す図面を参照し
つつ、本発明を、更に具体的に明らかにすることとす
る。なお、理解を容易にするために、各図面を通して、
同様の構造を有するものは、同一の符号を付すものとす
る。

【００１９】先ず、図１は、本発明におけるセラミック
基板の断面形態を概略的に示すものである。従来のセラ
ミック基板においては、多結晶体であるセラミック基板
を構成する主成分のセラミック粒子（結晶粒）の粒界
（結晶粒界）には、石英ガラス等の介在物が存在するの
みであるが、本発明に従うセラミック基板は、その粒界
に、鉛元素を酸化物等の化合物形態において拡散させる
こと等によって形成される低融点材料を含有するもので
ある。なお、図面中、２４は、セラミック粒子（結晶
粒）であり、２６は粒界を示している。

【００２０】そして、圧電／電歪膜型アクチュエータを
構成する基板を、本発明に係る、鉛元素が酸化物等の化
合物形態において、有利には４０重量％以上の割合にお
いて粒界に含有されているセラミック基板とすることに
より、緻密な膜で且つ基板との接合性が良好な圧電／電
歪膜駆動部が得られ、これにより、優れたアクチュエー
タ特性を示す圧電／電歪膜型アクチュエータが実現され
るのである。

【００２１】また、鉛元素は、酸化物の如き化合物等の
形態において、少なくとも圧電／電歪駆動部が形成され
ているセラミック基板部位の板厚方向全域の結晶粒界に
含まれていることが好ましく、より望ましくは、セラミ
ック基板全体の結晶粒界に均一に含有されていることが
好ましい。

【００２２】以下に、本発明に従って、上記の如き構造
を有するセラミック基板を用いて作製された圧電／電歪
膜型アクチュエータの幾つかの具体例について、説明す
ることとする。

【００２３】先ず、図２に示される圧電／電歪膜型アク
チュエータは、セラミック基板２の面上に、第一の電極
膜４、圧電／電歪膜６及び第二の電極膜８が順次積層さ
れて、多層に形成された一体構造とされている。なお、
第一及び第二の電極膜４、８は、それぞれ、圧電／電歪
膜６の端部より延び出させられて、リード部４ａ、８ａ
を形成しており、それらリード部４ａ、８ａを通じて、
それぞれの電極膜４、８に電圧印加が行なわれるように
なっている。かかる構造の圧電／電歪膜型アクチュエー
タにおいては、その圧電／電歪膜６に電界が作用せしめ
られると、電界誘起歪の横効果により、セラミック基板
２の板面に垂直な方向の屈曲変位乃至は発生力が発現せ
しめられるのである。

【００２４】また、図３は、セラミック基板２の面上
に、複数の帯状電極１６とそれらを接続する電極接続部
１０とからなる櫛形の電極膜１８ａ及びそれと同形状の
電極膜１８ｂが図示の如き配置形態においてそれぞれ設
けられると共に、更にそれらの電極膜１８ａ、１８ｂ間
に、それら電極膜１８ａ、１８ｂと接するように、圧電
／電歪膜６が形成され、一体構造とされている例を示し
ている。かかる構造の圧電／電歪膜型アクチュエータに
おいては、その圧電／電歪膜６に電界が作用せしめられ
ると、電界誘起歪の縦効果により、セラミック基板２の
板面に垂直な方向の屈曲変位乃至は発生力が発現せしめ
られるのである。

【００２５】さらに、図４は、第一の電極膜４と圧電／
電歪膜６と第二の電極膜８とからなる圧電／電歪駆動部
の複数が、別個に、セラミック基板２上に設けられてな
る例を示すものであり、膜状のアクチュエータが好適に
用いられる高集積化構造を実現したものである。

【００２６】更にまた、図５は、セラミック基板２の一
方の面上に複数の帯状電極膜１６が配列され、圧電／電
歪膜６にて埋め込まれた状態で、圧電／電歪駆動部が形
成された例であり、該圧電／電歪駆動部上には、電極層
２２、圧電／電歪層２８及び電極層２２が順次積層一体
化せしめられた構造とされている。

【００２７】また、図６に示される圧電／電歪膜型アク
チュエータは、セラミック基板２の形状が円形形状とさ
れた例であり、該セラミック基板２の形状に対応して、
その一方の面上に形成される圧電／電歪膜６及び帯状電
極１６からなる圧電／電歪駆動部も、円形形状において
設けられているのである。

【００２８】さらに、図７〜図９に示されるアクチュエ
ータは、それぞれ、複数の圧電／電歪駆動部（４、６、
８）が、セラミック基板２上に並設形態において設けら
れた例であり、特に図７及び図８に示されるアクチュエ
ータにおいては、それら複数の圧電／電歪駆動部（４、
６、８）の間に位置するセラミック基板２にスリット２
０が入れられて、それぞれの圧電／電歪駆動部が互いに
独立した形態とされている。なお、図７において、１４
は、圧電／電歪膜６の背部で、第一、第二の電極膜４、
８を電気的に絶縁する絶縁膜である。また、図９のアク
チュエータにおいては、セラミック基板２は、長手の矩
形孔１２が設けられて梯子状とされており、そして該矩
形孔１２、１２に挟まれた接続部２ａ上に、圧電／電歪
駆動部（４、６、８）がそれぞれ形成された構造とされ
ている。

【００２９】ところで、本発明に従う圧電／電歪膜型ア
クチュエータは、上記のように、圧電／電歪駆動部を構
成する電極、圧電／電歪体が膜形成により作製されてお
り、そして熱処理によってセラミック基板と圧電／電歪
駆動部とが一体構造とされ、接着剤は何等用いられてい
ない特徴を有するものであるが、そのような圧電／電歪
膜型アクチュエータは、例えば、次のようにして作製さ
れることとなる。

【００３０】先ず、圧電／電歪駆動部を形成するセラミ
ック基板（２）に関して、基板材料としては、機械的強
度が大きく、後述するように、８００〜１５００℃程度
の熱処理が可能な絶縁体若しくは誘電体であれば、酸化
物系であっても、非酸化物系であっても良いが、本発明
にあっては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸
化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素のうちの
何れかの１種以上を主成分とした材料が採用される。な
お、ここで、主成分とは、全体の５０重量％以上の割合
において含有されているものとする。本発明では、それ
ら材料を用いて形成した基板（多結晶体）の粒界に、鉛
元素を、酸化物の如き化合物等の形態において、含有す
ることとなるので、特に、酸化アルミニウムまたは酸化
ジルコニウムを主成分とした基板が、板厚が薄くても優
れたアクチュエータ用基板特性が得られるところから、
有利に用いられることとなり、更に、酸化アルミニウム
を主成分とした基板が好ましく用いられる。

【００３１】なお、そのようなセラミック基板材料中に
は、酸化珪素（ＳｉＯ、ＳｉＯ₂）が有利に含有せしめ
られる。この酸化珪素の含有量は、０．５重量％以上、
５重量％以下が好ましく、特に１重量％以上、３重量％
以下とすることが望ましい。このような割合の酸化珪素
の含有は、後述する圧電／電歪材料との熱処理中の過剰
な反応を避け、良好なアクチュエータ特性を得る上にお
いて重要なことである一方、鉛元素を酸化物等の形態に
おいて粒界に均一に含有せしめて、適度な低融点材料を
形成するためにも重要なこととなるのである。

【００３２】ところで、セラミック基板の粒界に鉛元素
を酸化物等の形態において含有せしめる方法としては、
例えば、鉛元素を単体形態或いは化合物形態で含有する
雰囲気中で、セラミック粒子の粒界に鉛元素が酸化物等
の形態において均一に拡散出来る７００℃以上の温度条
件において、セラミック基板を熱処理する方法が好まし
い。また、鉛単体や、酸化物、酸素酸塩の如き鉛元素を
含む化合物を、セラミック基板のグリーンシート中に混
入して、或いはグリーンシートの表面に塗布した後、焼
成することにより、鉛元素を粒界中に導入することも可
能である。更に、セラミック基板の鉛元素を含有せしめ
るべき所定の部位に、鉛単体や鉛元素を含む化合物を載
置したり、それらを含むペーストを塗布したりして、前
記の熱処理を施すことによっても、セラミック基板の目
的とする部位の粒界中に鉛元素を導入することが可能で
ある。

【００３３】なお、上記の熱処理による鉛元素の導入
は、後述する圧電／電歪駆動部の形成に先立って行なわ
れるものの他、かかる圧電／電歪駆動部の形成時におけ
る熱処理、即ち電極膜や圧電／電歪膜の焼成と同時に実
施することも出来、その場合には、その焼成雰囲気中に
鉛元素が単体状態若しくは化合物形態で存在せしめられ
ることとなる。

【００３４】また、本発明に従う圧電／電歪膜型アクチ
ュエータにおいて、その高速応答性と大きな屈曲変位を
得る為には、本発明のセラミック基板の厚さは、一般に
１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、更に好まし
くは３０μｍ以下とすることが望ましい。また、その曲
げ強度としては、５００ｋｇｆ／ｃｍ²以上が好まし
く、特に１０００ｋｇｆ／ｃｍ²以上であることが望ま
しい。

【００３５】なお、かかるセラミック基板としては、予
め焼結した基板を用いてもよく、また基板材料のグリー
ンシートを用い、後記の膜形成を行なった後に焼結させ
てもよいが、中でも、予め焼結した基板が、素子の反り
を小さくすることが出来ると共に、パターン寸法精度が
得られることから、有利に用いられることとなる。

【００３６】また、このようなセラミック基板の形状と
しては、何等限定されるものではなく、用途に応じて如
何なる形状であっても採用可能であり、例えば三角形、
四角形等の多角形、円、楕円、円環等の円形、櫛状、格
子状またはこれらを組み合わせた特殊形状であっても、
何等差支えない。

【００３７】そして、これら基板上への圧電／電歪駆動
部の形成は、以下のようにして、行なわれることとな
る。先ず、各材料からなる電極膜（４、８）及び圧電／
電歪膜（６）をセラミック基板（２）上に形成するに
は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如
き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング、
真空蒸着、メッキ等の薄膜法等が適宜採用され得るが、
それらに何等限定されるものではない。なお、圧電／電
歪膜（６）を形成するには、好ましくはスクリーン印
刷、ディッピング、塗布等による手法が好適に採用され
る。これらの手法は、平均粒径０．１〜５μｍ、好まし
くは０．１〜２μｍの圧電／電歪セラミック粒子を主成
分とするペーストやスラリーを用いて、基板上に膜形成
することが出来、良好なアクチュエータ特性が得られる
からである。また、そのような膜の形状としては、スク
リーン印刷法、フォトリソグラフィ法等を用いてパター
ン形成する他、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形
成しても良く、特に、レーザー加工法や機械加工法を用
いて基板と膜を同時に加工し、圧電／電歪駆動部の集積
度を向上させることが好ましい。

【００３８】また、作製されるアクチュエータの構造や
電極膜の形状は、何等限定されるものではなく、用途に
応じて如何なる形状でも採用可能であり、例えば三角
形、四角形等の多角形、円、楕円、円環等の円形、櫛
状、格子状またはこれらを組み合わせた特殊形状であっ
ても、何等差支えない。

【００３９】そして、かくしてセラミック基板（２）上
に形成されたそれぞれの電極膜（４或いは１６）及び圧
電／電歪膜（６）は、それらの膜の形成の都度、熱処理
されて、基板と一体構造となるようにされても良く、ま
た、例えば電極膜（４或いは１６）及び圧電／電歪膜
（６）を形成した後、同時に熱処理して、各膜が同時に
基板に一体的に結合せしめられるようにしても良い。な
お、かかる形成された膜と基板とを一体化するための熱
処理温度としては、８００℃〜１５００℃程度の温度が
採用され、好ましくは１０００℃〜１４００℃の範囲の
温度が有利に選択される。また、圧電／電歪膜（６）を
熱処理する場合には、高温時に圧電／電歪膜の組成が不
安定とならないように、そのような圧電／電歪材料の蒸
発源の配置と共に、雰囲気制御を行ないながら、熱処理
することが好ましい。

【００４０】なお、上記の方法にて作製される圧電／電
歪駆動部を構成する電極膜（４或いは１６）の材料とし
ては、前記熱処理温度程度の高温酸化雰囲気に耐えられ
る導体であれば特に規定されるものではなく、例えば金
属単体であっても、合金であっても採用可能であり、ま
た絶縁性セラミックス等の添加物が配合された金属や合
金と絶縁セラミックス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、何等差支えない。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、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等
の合金の少なくとも１種以上を主成分とする電極材料が
好適に用いられることとなる。特に、白金或いは白金を
含む合金を主成分とする電極材料が好ましく用いられ
る。なお、この場合の主成分とは、５０体積％以上の割
合において含まれていることを意味するものである。

【００４１】また、上記混合物において、金属や合金に
添加せしめられるセラミックスとしては、前記基板材料
或いは後述する圧電／電歪材料と同様な材料の中から選
択して用いることが望ましく、その添加量としては、セ
ラミック基板と同じ材料の使用の場合においては５〜３
０体積％、また圧電／電歪材料と同じ材料においては５
〜２０体積％程度が好ましい。特に、それら基板材料と
圧電／電歪材料を共に上記金属や合金に混在せしめてな
る混合物が、目的とする電極膜の形成に有利に用いられ
る。

【００４２】そして、このような材料を用いて形成され
る電極膜は、用途に応じて適宜の厚さとされることとな
るが、例えば図２に示される電界誘起歪の横効果を用い
るタイプの第一の電極（４）においては、１５μｍ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。一方、第３図に示される電界誘起歪の縦効果
を用いるタイプの電極（１６）においては、３μｍ以
上、好ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ
以上の厚さにおいて形成されることとなる。

【００４３】また、圧電／電歪駆動部を構成する圧電／
電歪膜（６）は、アクチュエータとして好適な材料、即
ち圧電或いは電歪効果等の大きな電界誘起歪を示す材料
であれば、何れの材料を用いても形成され得るものであ
り、例えば半導体材料であっても、誘電体セラミックス
材料や強誘電体セラミックス材料であっても、何等差支
えなく、更には分極処理が必要な材料であっても、また
それが不必要な材料であっても良いのである。

【００４４】尤も、本発明において用いられる圧電／電
歪膜材料としては、鉛元素を含む酸化物が好ましく、特
に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、亜鉛ニオブ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、アンチモンスズ酸鉛を
主成分とする材料、チタン酸鉛を主成分とする材料、更
にはこれらの複合材料等が用いられる。なお、ＰＺＴ系
を主成分とする材料に、ランタン、バリウム、ニオブ、
亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物やそれらの他の化
合物を添加物として含んだ材料、例えばＰＬＺＴ系とな
るように、前記材料に所定の添加物を適宜に加えても何
等差支えない。

【００４５】そして、この本発明に従う構造のアクチュ
エータにあっては、圧電／電歪膜（６）は、アクチュエ
ータ特性の点から、圧電定数で｜ｄ₃₁｜が５０×１０
^-12〔Ｃ／Ｎ〕以上、若しくは｜ｄ₃₃｜が１００×１０
^-12である膜が、特に｜ｄ₃₁｜が１００×１０^-12〔Ｃ
／Ｎ〕以上、若しくは｜ｄ₃₃｜が２００×１０^-12〔Ｃ
／Ｎ〕以上である膜が、より好ましい。

【００４６】以下に、本発明に従い、図２に示される如
き電界誘起歪の横効果を用いるタイプの圧電／電歪膜型
アクチュエータを種々作製して、セラミック基板中の粒
界に含有される鉛元素の量と圧電定数との関係を調べた
結果を示す。

【００４７】ここで、アクチュエータは、次のようにし
て作製した。即ち、酸化アルミニウムを主成分とする材
料を用いて作製された多結晶体からなるセラミック基板
２（板厚：５０μｍ）上に、スクリーン印刷法により膜
形成された、白金を主成分とする材料（白金８５体積
％、圧電／電歪材料１０体積％、酸化ジルコニウム５体
積％）を用いた第一の電極膜４と、マグネシウムニオブ
酸鉛を主成分とする材料（チタン酸鉛３７モル％、ジル
コン酸鉛２４モル％、マグネシウムニオブ酸鉛３９モル
％）を用いた圧電／電歪膜６とを順次積層、焼成して、
一体的に形成した後、更に該圧電／電歪膜６上に、金を
用いてスパッタリング法により、第二の電極膜８を形成
することにより、図２に示される如きアクチュエータと
した。かかる第一の電極４及び圧電／電歪膜６の膜厚
は、それぞれ、５μｍ及び３０μｍに調整し、また第二
の電極膜８の膜厚は０．３μｍとした。

【００４８】なお、第一の電極膜４は１２００℃の温度
で焼成し、また圧電／電歪膜６は１２５０℃の温度で焼
成すると共に、セラミック基板２の粒界中に含有される
鉛元素の量が下記表１に示される各値となるように、そ
れぞれの焼成雰囲気中の酸化鉛含有量や焼成時間を適宜
調整して、各種のセラミック基板２からなる各種アクチ
ュエータとした。

【００４９】かくして得られた各種のアクチュエータに
おいて、それぞれのセラミック基板の粒界中の酸化鉛と
して存在する鉛元素の含有量を測定すると共に、それぞ
れの圧電定数（｜ｄ₃₁｜）の値を測定し、それらの結果
を、下記表１に示した。

【００５０】なお、表１の中で、鉛元素の含有量が０ｗ
ｔ％のアクチュエータの一部では、膜の剥離が発生し
た。

【００５１】

【表１】

【００５２】かかる表１の結果から明らかなように、セ
ラミック基板２を構成する多結晶体の結晶粒界中に鉛元
素が酸化物形態において４０重量％以上含有されている
アクチュエータでは、その圧電定数が大きくなり、更に
５０重量％以上含有すると、急激に大きくなっているこ
とが認められる。そして、このような大きな圧電定数が
実現される結果、一般に知られているように（例えば、
日本音響学会誌第２３巻第５号（１９６７）第３０３頁
参照）、大きな変位のアクチュエータが得られることと
なるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従うセラミック基板の部分断面拡大説
明図である。

【図２】本発明に従う圧電／電歪膜型アクチュエータの
一実施例を示す斜視部分説明図である。

【図３】本発明に従う圧電／電歪膜型アクチュエータの
他の一例を示す斜視部分説明図である。

【図４】本発明に従う圧電／電歪膜型アクチュエータの
異なる実施例を示す斜視部分説明図である。

【図５】本発明に従う圧電／電歪膜型アクチュエータの
更に異なる一例を示す斜視部分説明図である。

【図６】本発明に係る圧電／電歪膜型アクチュエータの
異なる他の一例を示す斜視部分説明図である。

【図７】本発明に従う圧電／電歪膜型アクチュエータの
他の異なる実施例を示す斜視部分説明図である。

【図８】本発明に従う圧電／電歪膜型アクチュエータの
更に異なる他の実施例を示す斜視部分説明図である。

【図９】本発明に係る圧電／電歪膜型アクチュエータの
更にまた異なる他の一例を示す斜視部分説明図である。

【符号の説明】

２セラミック基板４第一の電極膜６圧電／電歪膜８第二の電極膜１６帯状電極膜２４セラミック
粒子２６粒界

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 41/09 41/22 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一の電極膜と圧電／電歪膜と第二の電
極膜とを順次層状に積層せしめてなる構造の圧電／電歪
駆動部、若しくは所定の間隔を隔てて位置する複数の帯
状電極膜間にそれら電極膜と接するように圧電／電歪膜
を設けてなる構造の圧電／電歪駆動部を、所定のセラミ
ック基板上に形成してなる圧電／電歪膜型アクチュエー
タにおいて、前記セラミック基板が、酸化アルミニウム、酸化マグネ
シウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化珪
素のうちの何れか１種以上を主成分とするセラミック材
料の多結晶体よりなり、且つ該多結晶体の少なくとも前
記圧電／電歪駆動部の形成部位における少なくとも結晶
粒界に、鉛元素が存在せしめられていることを特徴とす
る圧電／電歪膜型アクチュエータ。
【請求項２】前記鉛元素が、セラミック基板を構成す
る多結晶体の結晶粒界中に、４０重量％以上の割合にお
いて含有せしめられている請求項１記載の圧電／電歪膜
型アクチュエータ。
【請求項３】前記セラミック基板が、０．５重量％以
上、５重量％以下の範囲の酸化珪素を含んでいる請求項
１または請求項２記載の圧電／電歪膜型アクチュエー
タ。
【請求項４】前記セラミック基板上に、二つ以上の圧
電／電歪駆動部が、積層形態において若しくは並設形態
において、設けられている請求項１記載の圧電／電歪膜
型アクチュエータ。
【請求項５】前記セラミック基板の板厚が、１００μ
ｍ以下である請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧
電／電歪膜型アクチュエータ。
【請求項６】少なくとも前記第一の電極膜或いは少な
くとも前記帯状電極膜が、白金、パラジウム、ロジウム
からなる高融点貴金属及び銀−パラジウム、銀−白金、
白金−パラジウムからなる合金のうちの少なくとも１種
以上を主成分とする材料から構成されていることを特徴
とする請求項１または請求項２記載の圧電／電歪膜型ア
クチュエータ。