JPH09186372A - 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法 - Google Patents
圧電／電歪膜型素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電／電歪特性や共振周波数特性の均一性と
変位特性を向上せしめた圧電／電歪膜型素子を有利に得
る方法、及びそれによって得られる圧電／電歪膜型素子
の提供。 【解決手段】 空所たる窓部６を覆蓋するように、薄肉
のダイヤフラム部１０を一体に設けてなるジルコニア基
体２と、該ダイヤフラム部１０の外面上に膜形成法によ
って層状に順次設けた、下部電極１２、圧電／電歪層１
４及び上部電極１６より構成される膜状の圧電／電歪作
動部１８とを備えた圧電／電歪膜型素子において、該圧
電／電歪層１４の少なくとも一部の周縁部を、下記電極
１２の対応する周縁部よりも側方に延び出させて、前記
ダイヤフラム部１０上に対向位置するオーバーハング部
１４ａを構成すると共に、該オーバーハング部１４ａ
を、スピネル粒子の如きアルミナ・マグネシア化合物粒
子の介在にて、その直下のダイヤフラム部位１０に対し
て、不完全結合の状態とした。
変位特性を向上せしめた圧電／電歪膜型素子を有利に得
る方法、及びそれによって得られる圧電／電歪膜型素子
の提供。 【解決手段】 空所たる窓部６を覆蓋するように、薄肉
のダイヤフラム部１０を一体に設けてなるジルコニア基
体２と、該ダイヤフラム部１０の外面上に膜形成法によ
って層状に順次設けた、下部電極１２、圧電／電歪層１
４及び上部電極１６より構成される膜状の圧電／電歪作
動部１８とを備えた圧電／電歪膜型素子において、該圧
電／電歪層１４の少なくとも一部の周縁部を、下記電極
１２の対応する周縁部よりも側方に延び出させて、前記
ダイヤフラム部１０上に対向位置するオーバーハング部
１４ａを構成すると共に、該オーバーハング部１４ａ
を、スピネル粒子の如きアルミナ・マグネシア化合物粒
子の介在にて、その直下のダイヤフラム部位１０に対し
て、不完全結合の状態とした。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、圧電／電歪膜型素子、なかで
も、主にアクチュエータ、フィルタ、ディスプレイ、ト
ランス、マイクロホン、発音体（スピーカ等）、各種振
動子、共振子、発振子、ディスクリミネータ、更にはジ
ャイロやセンサ等に用いられるユニモルフ型やバイモル
フ型等の、屈曲変位又は力を発生させる、或いは屈曲変
位や力を検出するタイプの圧電／電歪膜型素子、及びそ
れを製造する方法に関するものである。なお、ここで称
呼される素子とは、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、力又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。
も、主にアクチュエータ、フィルタ、ディスプレイ、ト
ランス、マイクロホン、発音体（スピーカ等）、各種振
動子、共振子、発振子、ディスクリミネータ、更にはジ
ャイロやセンサ等に用いられるユニモルフ型やバイモル
フ型等の、屈曲変位又は力を発生させる、或いは屈曲変
位や力を検出するタイプの圧電／電歪膜型素子、及びそ
れを製造する方法に関するものである。なお、ここで称
呼される素子とは、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、力又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、強誘電体等の圧電材料に電界を加えた時に起こ
る逆圧電効果に基づくところの変位の発現、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
サに用いられる圧電／電歪素子の開発が進められてい
る。そして、その中で、スピーカ等においては、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
ユニモルフ型等が好適に採用されている。
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、強誘電体等の圧電材料に電界を加えた時に起こ
る逆圧電効果に基づくところの変位の発現、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
サに用いられる圧電／電歪素子の開発が進められてい
る。そして、その中で、スピーカ等においては、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
ユニモルフ型等が好適に採用されている。
【０００３】このため、本願出願人にあっても、先に、
特開平３−１２８６８１号公報や特開平５−４９２７０
号公報等において、各種の用途に好適に用いられ得る、
セラミックス製の圧電／電歪膜型素子を提案した。この
先に提案の圧電／電歪膜型素子は、少なくとも一つの窓
部（空所）を有すると共に、該窓部を覆蓋するように薄
肉のダイヤフラム部を一体に設けることによって、少な
くとも一つの薄肉の壁部を形成してなるセラミックス基
体を備え、そして該セラミックス基体のダイヤフラム部
の外面上に、下部電極と圧電／電歪層と上部電極との組
み合わせからなる圧電／電歪作動部が、膜形成法によっ
て一体的に積層形成されてなる構造を有するものであっ
て、小型で安価な、高信頼性の電気機械変換素子である
と共に、低い駆動電圧にて大変位が得られ、また応答速
度が速く、且つ発生力も大きいという優れた特徴を有し
ており、アクチュエータ、フィルタ、ディスプレイ、セ
ンサ等の構成部材等として、誠に有用なものであること
が認められている。
特開平３−１２８６８１号公報や特開平５−４９２７０
号公報等において、各種の用途に好適に用いられ得る、
セラミックス製の圧電／電歪膜型素子を提案した。この
先に提案の圧電／電歪膜型素子は、少なくとも一つの窓
部（空所）を有すると共に、該窓部を覆蓋するように薄
肉のダイヤフラム部を一体に設けることによって、少な
くとも一つの薄肉の壁部を形成してなるセラミックス基
体を備え、そして該セラミックス基体のダイヤフラム部
の外面上に、下部電極と圧電／電歪層と上部電極との組
み合わせからなる圧電／電歪作動部が、膜形成法によっ
て一体的に積層形成されてなる構造を有するものであっ
て、小型で安価な、高信頼性の電気機械変換素子である
と共に、低い駆動電圧にて大変位が得られ、また応答速
度が速く、且つ発生力も大きいという優れた特徴を有し
ており、アクチュエータ、フィルタ、ディスプレイ、セ
ンサ等の構成部材等として、誠に有用なものであること
が認められている。
【０００４】ところで、かかる圧電／電歪膜型素子につ
いて、本発明者らが更に検討した結果、そのような圧電
／電歪膜型素子は、焼成済のセラミックス基体における
ダイヤフラム部の所定位置に、圧電／電歪作動部を構成
する下部電極、圧電／電歪層及び上部電極が、膜形成法
によって順次層状に積層形成され、そして必要な熱処理
（焼成）が施されて、該圧電／電歪作動部がダイヤフラ
ム部上に一体的に設けられた構造とされるものではある
が、その圧電／電歪作動部、具体的には圧電／電歪層の
形成時における熱処理（焼成）によって、かかる圧電／
電歪膜型素子の圧電／電歪特性が少なからず低下するこ
とが、明らかとなったのである。
いて、本発明者らが更に検討した結果、そのような圧電
／電歪膜型素子は、焼成済のセラミックス基体における
ダイヤフラム部の所定位置に、圧電／電歪作動部を構成
する下部電極、圧電／電歪層及び上部電極が、膜形成法
によって順次層状に積層形成され、そして必要な熱処理
（焼成）が施されて、該圧電／電歪作動部がダイヤフラ
ム部上に一体的に設けられた構造とされるものではある
が、その圧電／電歪作動部、具体的には圧電／電歪層の
形成時における熱処理（焼成）によって、かかる圧電／
電歪膜型素子の圧電／電歪特性が少なからず低下するこ
とが、明らかとなったのである。
【０００５】すなわち、そのような圧電／電歪膜型素子
を製作する場合においては、実際には、圧電／電歪層の
上に形成される上部電極が圧電／電歪層の下に設けられ
ている下部電極に短絡するのを阻止して、それら電極間
の絶縁を良好に維持するために、かかる圧電／電歪層は
下部電極よりも若干大きめに形成され、下部電極を覆蓋
するようにした構造が採用されることとなるところか
ら、下部電極の周縁部から側方に延び出した圧電／電歪
層の周縁部は、それを構成する圧電／電歪材料が一般に
Ｐｂ成分等を含んでおり、他の材料との反応性が高いも
のであることによって、そのような周縁部の直下に位置
するセラミックス基体のダイヤフラム部に対して、強固
に融合乃至は癒着（接合）され易く、それによって、そ
の融合乃至は癒着部（接合部）は、圧電／電歪層におけ
る残留応力を大ならしめ、以て得られる圧電／電歪膜型
素子の圧電／電歪特性の低下をもたらしているのであ
る。
を製作する場合においては、実際には、圧電／電歪層の
上に形成される上部電極が圧電／電歪層の下に設けられ
ている下部電極に短絡するのを阻止して、それら電極間
の絶縁を良好に維持するために、かかる圧電／電歪層は
下部電極よりも若干大きめに形成され、下部電極を覆蓋
するようにした構造が採用されることとなるところか
ら、下部電極の周縁部から側方に延び出した圧電／電歪
層の周縁部は、それを構成する圧電／電歪材料が一般に
Ｐｂ成分等を含んでおり、他の材料との反応性が高いも
のであることによって、そのような周縁部の直下に位置
するセラミックス基体のダイヤフラム部に対して、強固
に融合乃至は癒着（接合）され易く、それによって、そ
の融合乃至は癒着部（接合部）は、圧電／電歪層におけ
る残留応力を大ならしめ、以て得られる圧電／電歪膜型
素子の圧電／電歪特性の低下をもたらしているのであ
る。
【０００６】また、そのような圧電／電歪層の下部電極
よりも側方に延びる周縁部と、その直下のダイヤフラム
部位との間の接合の有無、更には接合の程度のバラツキ
により、得られる圧電／電歪膜型素子間、或いは圧電／
電歪膜型素子の複数の圧電／電歪作動部間において、圧
電／電歪層の焼結バラツキ、残留応力のバラツキ、素子
の剛性バラツキ等が惹起され、変位量等の圧電／電歪特
性や共振周波数特性等のバラツキが大きいという問題を
も内在するものであった。
よりも側方に延びる周縁部と、その直下のダイヤフラム
部位との間の接合の有無、更には接合の程度のバラツキ
により、得られる圧電／電歪膜型素子間、或いは圧電／
電歪膜型素子の複数の圧電／電歪作動部間において、圧
電／電歪層の焼結バラツキ、残留応力のバラツキ、素子
の剛性バラツキ等が惹起され、変位量等の圧電／電歪特
性や共振周波数特性等のバラツキが大きいという問題を
も内在するものであった。
【０００７】このため、特開平６−２６０６９４号公報
においては、下部電極上の圧電／電歪膜を、該下部電極
を覆い、且つ端部がセラミックス基板上へ張り出す大き
さとし、そしてその張出し部分を該セラミックス基板に
対して不完全結合状態とした構造の圧電／電歪膜型素子
が明らかにされているが、そこでは、かかる不完全結合
状態を、圧電／電歪膜に対して低反応性のセラミックス
基板を用いたり或いはそれらの間に樹脂材料等からなる
ダミー層を形成したりして、実現せしめようとするもの
であるところから、圧電／電歪膜の焼成条件、例えば焼
成温度、焼成雰囲気等を精密にコントロールする必要が
ある等の製造工程上の困難な問題があり、また以上の調
整を行なっても、繰返し再現性に問題が残るものであっ
た。
においては、下部電極上の圧電／電歪膜を、該下部電極
を覆い、且つ端部がセラミックス基板上へ張り出す大き
さとし、そしてその張出し部分を該セラミックス基板に
対して不完全結合状態とした構造の圧電／電歪膜型素子
が明らかにされているが、そこでは、かかる不完全結合
状態を、圧電／電歪膜に対して低反応性のセラミックス
基板を用いたり或いはそれらの間に樹脂材料等からなる
ダミー層を形成したりして、実現せしめようとするもの
であるところから、圧電／電歪膜の焼成条件、例えば焼
成温度、焼成雰囲気等を精密にコントロールする必要が
ある等の製造工程上の困難な問題があり、また以上の調
整を行なっても、繰返し再現性に問題が残るものであっ
た。
【０００８】
【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、その解決課題とすると
ころは、ジルコニア材料からなる前記の如きセラミック
ス基体、換言すればジルコニア基体における薄肉の壁部
を構成するダイヤフラム部の外面上に、圧電／電歪作動
部が、膜形成法によって形成されてなる圧電／電歪膜型
素子の製造において、そのダイヤフラム部と圧電／電歪
層の側方延出部たるオーバーハング部との焼成時の接合
を全く新規な手法によって回避し、素子の圧電／電歪特
性や共振周波数特性の均一性を向上し、また変位特性を
向上せしめた素子を有利に得ることの出来る製造方法、
及びそれによって得られた圧電／電歪膜型素子を提供す
ることにある。
景に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、ジルコニア材料からなる前記の如きセラミック
ス基体、換言すればジルコニア基体における薄肉の壁部
を構成するダイヤフラム部の外面上に、圧電／電歪作動
部が、膜形成法によって形成されてなる圧電／電歪膜型
素子の製造において、そのダイヤフラム部と圧電／電歪
層の側方延出部たるオーバーハング部との焼成時の接合
を全く新規な手法によって回避し、素子の圧電／電歪特
性や共振周波数特性の均一性を向上し、また変位特性を
向上せしめた素子を有利に得ることの出来る製造方法、
及びそれによって得られた圧電／電歪膜型素子を提供す
ることにある。
【０００９】
【解決手段】そして、上述の如き課題を解決するため
に、本発明に従う圧電／電歪膜型素子は、少なくとも一
つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋するように、薄
肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジルコニア基体
と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法によって層状
に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び上部電極より
構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備えた圧電／電
歪膜型素子にして、前記圧電／電歪層の少なくとも一部
の周縁部が、前記下部電極の対応する周縁部よりも側方
に延び出して、前記ダイヤフラム部上に対向位置するオ
ーバーハング部を構成していると共に、該オーバーハン
グ部が、それとその直下のダイヤフラム部位との間に、
アルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子が介
在せしめられることによって、かかる直下のダイヤフラ
ム部位に対して、不完全結合状態とされていることを特
徴とするものである。
に、本発明に従う圧電／電歪膜型素子は、少なくとも一
つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋するように、薄
肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジルコニア基体
と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法によって層状
に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び上部電極より
構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備えた圧電／電
歪膜型素子にして、前記圧電／電歪層の少なくとも一部
の周縁部が、前記下部電極の対応する周縁部よりも側方
に延び出して、前記ダイヤフラム部上に対向位置するオ
ーバーハング部を構成していると共に、該オーバーハン
グ部が、それとその直下のダイヤフラム部位との間に、
アルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子が介
在せしめられることによって、かかる直下のダイヤフラ
ム部位に対して、不完全結合状態とされていることを特
徴とするものである。
【００１０】このように、本発明にあっては、圧電／電
歪層の少なくとも一部の周縁部が下部電極の対応する周
縁部よりも側方に延び出して、該下部電極が下方に存在
しない、オーバーハング部を形成していても、そのよう
なオーバーハング部は、その直下のダイヤフラム部位に
対して、不完全結合の状態とされているところから、そ
れらオーバーハング部とダイヤフラム部位との接合によ
り惹起される残留応力の問題が効果的に解消され得るこ
ととなるのであり、しかも圧電／電歪作動部の作動時に
おいて、それらオーバーハング部とダイヤフラム部位と
が接合していることに基づく圧電／電歪特性への悪影響
を避け、変位特性等を効果的に向上せしめ得るのであ
る。そして、そのようなオーバーハング部とその直下の
ダイヤフラム部位との間の不完全結合状態は、それらの
間に、スピネルの如きアルミナとマグネシアとの化合物
を主体とする粒子が介在せしめられることによって、よ
り一層効果的に実現されているのである。
歪層の少なくとも一部の周縁部が下部電極の対応する周
縁部よりも側方に延び出して、該下部電極が下方に存在
しない、オーバーハング部を形成していても、そのよう
なオーバーハング部は、その直下のダイヤフラム部位に
対して、不完全結合の状態とされているところから、そ
れらオーバーハング部とダイヤフラム部位との接合によ
り惹起される残留応力の問題が効果的に解消され得るこ
ととなるのであり、しかも圧電／電歪作動部の作動時に
おいて、それらオーバーハング部とダイヤフラム部位と
が接合していることに基づく圧電／電歪特性への悪影響
を避け、変位特性等を効果的に向上せしめ得るのであ
る。そして、そのようなオーバーハング部とその直下の
ダイヤフラム部位との間の不完全結合状態は、それらの
間に、スピネルの如きアルミナとマグネシアとの化合物
を主体とする粒子が介在せしめられることによって、よ
り一層効果的に実現されているのである。
【００１１】なお、ここでいう不完全結合状態とは、圧
電／電歪層のオーバーハング部と、その直下のダイヤフ
ラム部若しくはアルミナとマグネシアとの化合物を主体
とする粒子層との間の結合が不完全であり、本発明の課
題を充分に解決出来る程度の結合の状態をいい、より具
体的には、圧電／電歪層のオーバーハング部とその直下
のダイヤフラム部若しくはアルミナとマグネシアとの化
合物を主体とする粒子層との間のピール（引き剥し）強
度が、０．２５ｋｇ／ｍｍ2 以下、好ましくは０．０２
５ｋｇ／ｍｍ2 以下、更に好ましくは０．０１２５ｋｇ
／ｍｍ2 以下である状態を指している。
電／電歪層のオーバーハング部と、その直下のダイヤフ
ラム部若しくはアルミナとマグネシアとの化合物を主体
とする粒子層との間の結合が不完全であり、本発明の課
題を充分に解決出来る程度の結合の状態をいい、より具
体的には、圧電／電歪層のオーバーハング部とその直下
のダイヤフラム部若しくはアルミナとマグネシアとの化
合物を主体とする粒子層との間のピール（引き剥し）強
度が、０．２５ｋｇ／ｍｍ2 以下、好ましくは０．０２
５ｋｇ／ｍｍ2 以下、更に好ましくは０．０１２５ｋｇ
／ｍｍ2 以下である状態を指している。
【００１２】ところで、かくの如き本発明に従う圧電／
電歪膜型素子は、有利には、以下のＡ）、Ｂ）、Ｃ）及
びＤ）の四つの手法に従って製造されることとなる。方 法Ａ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、少なくと
も前記ダイヤフラム部にアルミナを含有せしめてなる焼
成済のジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体の
ダイヤフラム部の外面上に前記下部電極を形成した後、
更に、該下部電極上に、マグネシア若しくはそれを与え
る成分を独立して又は化合物形態において含有する圧電
／電歪材料を用いて、少なくとも一部の周縁部が該下部
電極の対応する周縁部よりも側方に延び出して、前記ダ
イヤフラム部上に対向位置するオーバーハング部を構成
するように、膜形成法にて前記圧電／電歪層を形成せし
め、そして該圧電／電歪層の焼成を行なうことにより、
少なくとも、かかるオーバーハング部とその直下の前記
ダイヤフラム部位との界面において、アルミナとマグネ
シアとの化合物を主体とする粒子を析出せしめて、それ
らオーバーハング部とその直下のダイヤフラム部位との
間が不完全結合状態となるようにしたことを特徴とする
圧電／電歪膜型素子の製造方法。方 法Ｂ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、焼成済の
前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体のダ
イヤフラム部の外面上に、アルミナ若しくはそれを与え
る成分を含有せしめてなる電極材料を用いて、膜形成法
によって前記下部電極を形成した後、更に、該下部電極
上に、マグネシア若しくはそれを与える成分を独立して
又は化合物形態において含有する圧電／電歪材料を用い
て、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の対応する周
縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフラム部上に
対向位置するオーバーハング部を構成するように、膜形
成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そして該圧電
／電歪層の焼成を行なうことにより、少なくとも、かか
るオーバーハング部とその直下の前記ダイヤフラム部位
との界面において、アルミナとマグネシアとの化合物を
主体とする粒子を析出せしめて、それらオーバーハング
部とその直下のダイヤフラム部位との間が不完全結合状
態となるようにしたことを特徴とする圧電／電歪膜型素
子の製造方法。方 法Ｃ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、焼成済の
前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体のダ
イヤフラム部の外面における少なくとも前記下部電極形
成部位の周りに、アルミナ若しくはそれを与える成分を
含む分離層を形成せしめる一方、該分離層の形成に先立
って若しくは該分離層の形成の後に、かかるダイヤフラ
ム部の外面上に、前記下部電極を形成した後、更に、該
下部電極上に、マグネシア若しくはそれを与える成分を
独立して又は化合物形態において含有する圧電／電歪材
料を用いて、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の対
応する周縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフラ
ム部上に対向位置するオーバーハング部を構成するよう
に、膜形成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そし
て該圧電／電歪層の焼成を行なうことにより、少なくと
も、かかるオーバーハング部とその直下の前記ダイヤフ
ラム部位との界面において、アルミナとマグネシアとの
化合物を主体とする粒子を析出せしめて、それらオーバ
ーハング部とその直下のダイヤフラム部位との間が不完
全結合状態となるようにしたことを特徴とする圧電／電
歪膜型素子の製造方法。方 法Ｄ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、焼成済の
前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体のダ
イヤフラム部の外面における少なくとも前記下部電極形
成部位の周りに、アルミナ若しくはそれを与える成分と
マグネシア若しくはそれを与える成分を含む、又はアル
ミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子を含む分
離層を形成せしめる一方、該分離層の形成に先立って若
しくは該分離層の形成の後に、かかるダイヤフラム部の
外面上に前記下部電極を形成した後、更に、該下部電極
上に、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の対応する
周縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフラム部上
に対向位置するオーバーハング部を構成するように、膜
形成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そして該圧
電／電歪層の焼成を行なうことにより、少なくとも、か
かるオーバーハング部とその直下の前記ダイヤフラム部
位との界面において、アルミナとマグネシアとの化合物
を主体とする粒子を析出乃至は介在せしめて、それらオ
ーバーハング部とその直下のダイヤフラム部位との間が
不完全結合状態となるようにしたことを特徴とする圧電
／電歪膜型素子の製造方法。
電歪膜型素子は、有利には、以下のＡ）、Ｂ）、Ｃ）及
びＤ）の四つの手法に従って製造されることとなる。方 法Ａ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、少なくと
も前記ダイヤフラム部にアルミナを含有せしめてなる焼
成済のジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体の
ダイヤフラム部の外面上に前記下部電極を形成した後、
更に、該下部電極上に、マグネシア若しくはそれを与え
る成分を独立して又は化合物形態において含有する圧電
／電歪材料を用いて、少なくとも一部の周縁部が該下部
電極の対応する周縁部よりも側方に延び出して、前記ダ
イヤフラム部上に対向位置するオーバーハング部を構成
するように、膜形成法にて前記圧電／電歪層を形成せし
め、そして該圧電／電歪層の焼成を行なうことにより、
少なくとも、かかるオーバーハング部とその直下の前記
ダイヤフラム部位との界面において、アルミナとマグネ
シアとの化合物を主体とする粒子を析出せしめて、それ
らオーバーハング部とその直下のダイヤフラム部位との
間が不完全結合状態となるようにしたことを特徴とする
圧電／電歪膜型素子の製造方法。方 法Ｂ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、焼成済の
前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体のダ
イヤフラム部の外面上に、アルミナ若しくはそれを与え
る成分を含有せしめてなる電極材料を用いて、膜形成法
によって前記下部電極を形成した後、更に、該下部電極
上に、マグネシア若しくはそれを与える成分を独立して
又は化合物形態において含有する圧電／電歪材料を用い
て、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の対応する周
縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフラム部上に
対向位置するオーバーハング部を構成するように、膜形
成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そして該圧電
／電歪層の焼成を行なうことにより、少なくとも、かか
るオーバーハング部とその直下の前記ダイヤフラム部位
との界面において、アルミナとマグネシアとの化合物を
主体とする粒子を析出せしめて、それらオーバーハング
部とその直下のダイヤフラム部位との間が不完全結合状
態となるようにしたことを特徴とする圧電／電歪膜型素
子の製造方法。方 法Ｃ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、焼成済の
前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体のダ
イヤフラム部の外面における少なくとも前記下部電極形
成部位の周りに、アルミナ若しくはそれを与える成分を
含む分離層を形成せしめる一方、該分離層の形成に先立
って若しくは該分離層の形成の後に、かかるダイヤフラ
ム部の外面上に、前記下部電極を形成した後、更に、該
下部電極上に、マグネシア若しくはそれを与える成分を
独立して又は化合物形態において含有する圧電／電歪材
料を用いて、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の対
応する周縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフラ
ム部上に対向位置するオーバーハング部を構成するよう
に、膜形成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そし
て該圧電／電歪層の焼成を行なうことにより、少なくと
も、かかるオーバーハング部とその直下の前記ダイヤフ
ラム部位との界面において、アルミナとマグネシアとの
化合物を主体とする粒子を析出せしめて、それらオーバ
ーハング部とその直下のダイヤフラム部位との間が不完
全結合状態となるようにしたことを特徴とする圧電／電
歪膜型素子の製造方法。方 法Ｄ） 少なくとも一つの空所を有すると共に、該空所を覆蓋す
るように、薄肉のダイヤフラム部を一体に設けてなるジ
ルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外面上に膜形成法
によって層状に順次設けた下部電極、圧電／電歪層及び
上部電極より構成される膜状の圧電／電歪作動部とを備
えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際して、焼成済の
前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア基体のダ
イヤフラム部の外面における少なくとも前記下部電極形
成部位の周りに、アルミナ若しくはそれを与える成分と
マグネシア若しくはそれを与える成分を含む、又はアル
ミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子を含む分
離層を形成せしめる一方、該分離層の形成に先立って若
しくは該分離層の形成の後に、かかるダイヤフラム部の
外面上に前記下部電極を形成した後、更に、該下部電極
上に、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の対応する
周縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフラム部上
に対向位置するオーバーハング部を構成するように、膜
形成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そして該圧
電／電歪層の焼成を行なうことにより、少なくとも、か
かるオーバーハング部とその直下の前記ダイヤフラム部
位との界面において、アルミナとマグネシアとの化合物
を主体とする粒子を析出乃至は介在せしめて、それらオ
ーバーハング部とその直下のダイヤフラム部位との間が
不完全結合状態となるようにしたことを特徴とする圧電
／電歪膜型素子の製造方法。
【００１３】このような本発明に従う圧電／電歪膜型素
子の製造手法によれば、圧電／電歪層のオーバーハング
部と、その直下の、下部電極の存在しないダイヤフラム
部位との界面にまで、アルミナ成分やマグネシア成分が
移行し、そしてそこで反応して、スピネル等のアルミナ
とマグネシアとの化合物を主体とする粒子を析出せしめ
るのであり、またそのような界面において、スピネル等
の化合物粒子として析出せしめ、或いは存在せしめるこ
とにより、圧電／電歪層のオーバーハング部とその直下
のダイヤフラム部位との強固な癒着乃至は接合を効果的
に回避せしめ得て、不完全結合状態を実現し、以て圧電
／電歪層における残留応力が有利に少なく為され得るこ
ととなり、そのために圧電／電歪特性が有利に向上せし
められ得、また圧電／電歪特性のバラツキも効果的に低
減され得るのである。
子の製造手法によれば、圧電／電歪層のオーバーハング
部と、その直下の、下部電極の存在しないダイヤフラム
部位との界面にまで、アルミナ成分やマグネシア成分が
移行し、そしてそこで反応して、スピネル等のアルミナ
とマグネシアとの化合物を主体とする粒子を析出せしめ
るのであり、またそのような界面において、スピネル等
の化合物粒子として析出せしめ、或いは存在せしめるこ
とにより、圧電／電歪層のオーバーハング部とその直下
のダイヤフラム部位との強固な癒着乃至は接合を効果的
に回避せしめ得て、不完全結合状態を実現し、以て圧電
／電歪層における残留応力が有利に少なく為され得るこ
ととなり、そのために圧電／電歪特性が有利に向上せし
められ得、また圧電／電歪特性のバラツキも効果的に低
減され得るのである。
【００１４】なお、上記した四つの圧電／電歪膜型素子
の製造方法において、前記析出せしめられる粒子は、有
利には、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）粒子であり、また
前記圧電／電歪材料には、圧電／電歪特性を示す組成の
一部分としてマグネシアを含むものが、有利に用いられ
ることとなる。
の製造方法において、前記析出せしめられる粒子は、有
利には、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）粒子であり、また
前記圧電／電歪材料には、圧電／電歪特性を示す組成の
一部分としてマグネシアを含むものが、有利に用いられ
ることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】上述のように、本発明は、ジルコ
ニア基体に設けられた空所を覆蓋するように一体的に形
成されたダイヤフラム部位の外面上に、膜形成法によっ
て設けられた膜状の圧電／電歪作動部を有する構造の圧
電／電歪膜型素子において、かかる圧電／電歪作動部を
構成する圧電／電歪層が下部電極に対してオーバーハン
グ部を形成するように構成して、該下部電極に対する短
絡を何等顧慮することなく、上部電極が容易に形成され
得るように為すと共に、該下部電極が存在しない圧電／
電歪層のオーバーハング部と、その直下のダイヤフラム
部位との間に、アルミナとマグネシアとの化合物を主体
とする粒子が介在せしめられるように為して、それらの
間が不完全結合の状態となるようにすることによって、
前記した課題の解決を図ろうとするものであるが、その
ような本発明の対象とする圧電／電歪膜型素子の基本的
な構造の一例が、図１に示されている。なお、そこに例
示の具体例は、一つの窓部についての構造を明らかにし
ている。
ニア基体に設けられた空所を覆蓋するように一体的に形
成されたダイヤフラム部位の外面上に、膜形成法によっ
て設けられた膜状の圧電／電歪作動部を有する構造の圧
電／電歪膜型素子において、かかる圧電／電歪作動部を
構成する圧電／電歪層が下部電極に対してオーバーハン
グ部を形成するように構成して、該下部電極に対する短
絡を何等顧慮することなく、上部電極が容易に形成され
得るように為すと共に、該下部電極が存在しない圧電／
電歪層のオーバーハング部と、その直下のダイヤフラム
部位との間に、アルミナとマグネシアとの化合物を主体
とする粒子が介在せしめられるように為して、それらの
間が不完全結合の状態となるようにすることによって、
前記した課題の解決を図ろうとするものであるが、その
ような本発明の対象とする圧電／電歪膜型素子の基本的
な構造の一例が、図１に示されている。なお、そこに例
示の具体例は、一つの窓部についての構造を明らかにし
ている。
【００１６】すなわち、かかる図１において、ジルコニ
ア基体２は、所定大きさの矩形の窓部６を空所として有
する、支持体としての所定厚さのベースプレート４と、
その一方の面に重ね合わされて、窓部６を覆蓋する薄肉
のダイヤフラム板８とから、一体的に構成されており、
かかるダイヤフラム板８の前記ベースプレート４におけ
る窓部６に位置する部分が、ダイヤフラム部位１０とさ
れているのである。そして、この板状のジルコニア基体
２のダイヤフラム部位１０の外面上には、それぞれ、膜
状の下部電極１２、圧電／電歪層１４及び上部電極１６
が、通常の膜形成手法によって、順次、積層形成され
て、膜状の圧電／電歪作動部１８として、一体的に形成
されている。
ア基体２は、所定大きさの矩形の窓部６を空所として有
する、支持体としての所定厚さのベースプレート４と、
その一方の面に重ね合わされて、窓部６を覆蓋する薄肉
のダイヤフラム板８とから、一体的に構成されており、
かかるダイヤフラム板８の前記ベースプレート４におけ
る窓部６に位置する部分が、ダイヤフラム部位１０とさ
れているのである。そして、この板状のジルコニア基体
２のダイヤフラム部位１０の外面上には、それぞれ、膜
状の下部電極１２、圧電／電歪層１４及び上部電極１６
が、通常の膜形成手法によって、順次、積層形成され
て、膜状の圧電／電歪作動部１８として、一体的に形成
されている。
【００１７】従って、このような構造の圧電／電歪膜型
素子においては、それをアクチュエータとして機能させ
る場合には、その圧電／電歪作動部１８を構成する二つ
の電極１２、１６間に、図示しないそれぞれのリード部
を通じて所定の電圧を印加せしめることによって、従来
と同様にして通電が行なわれ、それによって圧電／電歪
層１４に電界が作用せしめられると、そのような電界に
基づくところの電界誘起歪みが惹起され、この電界誘起
歪みの横効果にて、ジルコニア基体２（ダイヤフラム部
位１０）の板面に垂直な方向の屈曲変位乃至は力が発現
せしめられることとなるのである。
素子においては、それをアクチュエータとして機能させ
る場合には、その圧電／電歪作動部１８を構成する二つ
の電極１２、１６間に、図示しないそれぞれのリード部
を通じて所定の電圧を印加せしめることによって、従来
と同様にして通電が行なわれ、それによって圧電／電歪
層１４に電界が作用せしめられると、そのような電界に
基づくところの電界誘起歪みが惹起され、この電界誘起
歪みの横効果にて、ジルコニア基体２（ダイヤフラム部
位１０）の板面に垂直な方向の屈曲変位乃至は力が発現
せしめられることとなるのである。
【００１８】ところで、本発明は、かかる圧電／電歪膜
型素子において、図１に示されている如く、圧電／電歪
作動部１８を構成する圧電／電歪層１４の周縁部が下部
電極１２の対応する周縁部よりも側方に延び出して、下
部電極１２の存在しないダイヤフラム部位１０に対向位
置するオーバーハング部１４ａを構成するようにされて
いるのであり、そして、かかるオーバーハング部１４ａ
と、その直下のダイヤフラム部位１０との間に、アルミ
ナとマグネシアとの化合物を主体とする接合阻止粒子２
０が介在せしめられることによって、それらの間が不完
全結合の状態とされているのである。なお、それら圧電
／電歪作動部１８を構成する下部電極１２、圧電／電歪
層１４、上部電極１６の平面配設形態が、図２に示され
ているが、それより明らかな如く、圧電／電歪層１４
は、下部電極１２の外部との接続のためのリード部を残
して、その略全体を覆うように形成されているのであ
り、これによって、圧電／電歪層１４の少なくとも一部
の周縁部が、下部電極１２の対応する周縁部よりも側方
に延び出して、位置する形態とされているのである。そ
して、そのような圧電／電歪層１４の上に、下部電極１
２と重なり合うように、上部電極１６が形成され、その
圧電／電歪層１４からはみ出した一方の端部が外部に接
続されるリード部とされているのである。
型素子において、図１に示されている如く、圧電／電歪
作動部１８を構成する圧電／電歪層１４の周縁部が下部
電極１２の対応する周縁部よりも側方に延び出して、下
部電極１２の存在しないダイヤフラム部位１０に対向位
置するオーバーハング部１４ａを構成するようにされて
いるのであり、そして、かかるオーバーハング部１４ａ
と、その直下のダイヤフラム部位１０との間に、アルミ
ナとマグネシアとの化合物を主体とする接合阻止粒子２
０が介在せしめられることによって、それらの間が不完
全結合の状態とされているのである。なお、それら圧電
／電歪作動部１８を構成する下部電極１２、圧電／電歪
層１４、上部電極１６の平面配設形態が、図２に示され
ているが、それより明らかな如く、圧電／電歪層１４
は、下部電極１２の外部との接続のためのリード部を残
して、その略全体を覆うように形成されているのであ
り、これによって、圧電／電歪層１４の少なくとも一部
の周縁部が、下部電極１２の対応する周縁部よりも側方
に延び出して、位置する形態とされているのである。そ
して、そのような圧電／電歪層１４の上に、下部電極１
２と重なり合うように、上部電極１６が形成され、その
圧電／電歪層１４からはみ出した一方の端部が外部に接
続されるリード部とされているのである。
【００１９】それ故に、このような圧電／電歪膜型素子
の圧電／電歪作動部１８の構造によれば、圧電／電歪層
１４の延び出した周縁部によってオーバーハング部１４
ａが形成され、このオーバーハング部１４ａにて、下部
電極１２が覆われた状態において、かかる圧電／電歪層
１４上に上部電極１６が形成されることとなるところか
ら、そのような上部電極１６が下部電極１２に短絡する
恐れは全く解消され、それら二つの電極１２、１６間の
絶縁を効果的に保持しつつ、上部電極１６の形成が容易
に行ない得ることとなることは勿論、そのようなオーバ
ーハング部１４ａが、その直下のダイヤフラム部位１０
との間において、融合乃至は癒着（接合）せしめられ
て、強固に結合されてはいないところから、かかる圧電
／電歪作動部１８の作動時において、その作動特性が悪
影響を受けることも殆どなく、以て変位量等の圧電／電
歪特性や共振周波数特性等の向上を、効果的に図り得る
のである。
の圧電／電歪作動部１８の構造によれば、圧電／電歪層
１４の延び出した周縁部によってオーバーハング部１４
ａが形成され、このオーバーハング部１４ａにて、下部
電極１２が覆われた状態において、かかる圧電／電歪層
１４上に上部電極１６が形成されることとなるところか
ら、そのような上部電極１６が下部電極１２に短絡する
恐れは全く解消され、それら二つの電極１２、１６間の
絶縁を効果的に保持しつつ、上部電極１６の形成が容易
に行ない得ることとなることは勿論、そのようなオーバ
ーハング部１４ａが、その直下のダイヤフラム部位１０
との間において、融合乃至は癒着（接合）せしめられ
て、強固に結合されてはいないところから、かかる圧電
／電歪作動部１８の作動時において、その作動特性が悪
影響を受けることも殆どなく、以て変位量等の圧電／電
歪特性や共振周波数特性等の向上を、効果的に図り得る
のである。
【００２０】なお、このような本発明の目的とする圧電
／電歪膜型素子において、その圧電／電歪作動部１８が
形成されるジルコニア基体２を与える材料としては、公
知の各種の安定化ジルコニア材料や部分安定化ジルコニ
ア材料が適宜に選択して用いられ得るが、中でも、特に
本発明者らが特開平５−２７０９１２号公報において明
らかにした如き、イットリア等の化合物を添加せしめ
て、結晶相が主として正方晶、若しくは主として立方
晶、正方晶、単斜晶のうちの少なくとも２種以上の結晶
相からなる混晶とすることで、部分安定化されたジルコ
ニアを主成分とする材料が好ましく使用される。また、
そのようなジルコニア基体２の結晶粒径は、好ましくは
１μｍ以下とされる。そのような材料から形成されるジ
ルコニア基体２は、薄い板厚においても、大きな機械的
強度や高靱性を示し、また圧電／電歪材料との化学的な
反応も少ない等の特徴を発揮するからである。
／電歪膜型素子において、その圧電／電歪作動部１８が
形成されるジルコニア基体２を与える材料としては、公
知の各種の安定化ジルコニア材料や部分安定化ジルコニ
ア材料が適宜に選択して用いられ得るが、中でも、特に
本発明者らが特開平５−２７０９１２号公報において明
らかにした如き、イットリア等の化合物を添加せしめ
て、結晶相が主として正方晶、若しくは主として立方
晶、正方晶、単斜晶のうちの少なくとも２種以上の結晶
相からなる混晶とすることで、部分安定化されたジルコ
ニアを主成分とする材料が好ましく使用される。また、
そのようなジルコニア基体２の結晶粒径は、好ましくは
１μｍ以下とされる。そのような材料から形成されるジ
ルコニア基体２は、薄い板厚においても、大きな機械的
強度や高靱性を示し、また圧電／電歪材料との化学的な
反応も少ない等の特徴を発揮するからである。
【００２１】本発明において、かかるジルコニア材料か
らなるジルコニア基体２におけるダイヤフラム部位１０
に対して、その上方に下部電極１２を介することなく位
置せしめられる圧電／電歪層１４のオーバーハング部１
４ａの強固な接合を効果的に抑制乃至は解消せしめて、
不完全結合の状態とするには、それらオーバーハング部
１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０との間に、ア
ルミナとマグネシアとの化合物を主体とする接合阻止粒
子２０、特に、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）粒子が析
出、介在せしめられることが望ましく、そのような化合
物粒子２０の圧電／電歪層１４に対する低い反応性によ
って、それらオーバーハング部１４ａとダイヤフラム部
位１０との間の相互の接合が、効果的に緩和乃至は阻止
され得ることとなるのである。
らなるジルコニア基体２におけるダイヤフラム部位１０
に対して、その上方に下部電極１２を介することなく位
置せしめられる圧電／電歪層１４のオーバーハング部１
４ａの強固な接合を効果的に抑制乃至は解消せしめて、
不完全結合の状態とするには、それらオーバーハング部
１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０との間に、ア
ルミナとマグネシアとの化合物を主体とする接合阻止粒
子２０、特に、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）粒子が析
出、介在せしめられることが望ましく、そのような化合
物粒子２０の圧電／電歪層１４に対する低い反応性によ
って、それらオーバーハング部１４ａとダイヤフラム部
位１０との間の相互の接合が、効果的に緩和乃至は阻止
され得ることとなるのである。
【００２２】ところで、このようなスピネル粒子の如
き、アルミナとマグネシアとの化合物を主体とする接合
阻止粒子２０の介在によって、オーバーハング部１４ａ
とダイヤフラム部位１０との間の強固な接合を阻止し、
それらを不完全結合状態としてなる構造の圧電／電歪膜
型素子を製造するには、前記したＡ）、Ｂ）、Ｃ）及び
Ｄ）の四つの手法が有利に採用されるものであって、そ
のうちのＡ）の手法によれば、先ず、前記したジルコニ
ア材料からなるジルコニア基体２の少なくともダイヤフ
ラム部位１０に、所定量のアルミナを含有せしめてなる
ものが、準備される。なお、このようなアルミナの含有
は、ダイヤフラム部位１０に加えて、ジルコニア基体２
の他の部位、例えばベースプレート４部位に対しても有
効である。尤も、このアルミナの含有量が多くなり過ぎ
ると、ダイヤフラム部位１０にクラックや欠陥等の問題
を惹起するところから、一般に、５．０重量％以下、好
ましくは２．５重量％以下とすることが望ましいが、そ
の含有量が余りにも少なくなり過ぎると、前記した接合
を阻止し得るに充分な量の粒子の析出、介在が期待され
得なくなるところから、アルミナは、一般に、０．１重
量％以上、好ましくは１．１重量％以上の割合において
含有せしめることが望ましい。
き、アルミナとマグネシアとの化合物を主体とする接合
阻止粒子２０の介在によって、オーバーハング部１４ａ
とダイヤフラム部位１０との間の強固な接合を阻止し、
それらを不完全結合状態としてなる構造の圧電／電歪膜
型素子を製造するには、前記したＡ）、Ｂ）、Ｃ）及び
Ｄ）の四つの手法が有利に採用されるものであって、そ
のうちのＡ）の手法によれば、先ず、前記したジルコニ
ア材料からなるジルコニア基体２の少なくともダイヤフ
ラム部位１０に、所定量のアルミナを含有せしめてなる
ものが、準備される。なお、このようなアルミナの含有
は、ダイヤフラム部位１０に加えて、ジルコニア基体２
の他の部位、例えばベースプレート４部位に対しても有
効である。尤も、このアルミナの含有量が多くなり過ぎ
ると、ダイヤフラム部位１０にクラックや欠陥等の問題
を惹起するところから、一般に、５．０重量％以下、好
ましくは２．５重量％以下とすることが望ましいが、そ
の含有量が余りにも少なくなり過ぎると、前記した接合
を阻止し得るに充分な量の粒子の析出、介在が期待され
得なくなるところから、アルミナは、一般に、０．１重
量％以上、好ましくは１．１重量％以上の割合において
含有せしめることが望ましい。
【００２３】そして、そのような、少なくともダイヤフ
ラム部位１０に所定量のアルミナを含有せしめてなるジ
ルコニア基体２は、それを与えるグリーン体の少なくと
もダイヤフラム部（１０）形成部位に、かかる所定量の
アルミナ若しくはそれを与える成分を含有せしめたもの
を、公知の手法に従って作製し、そしてそれを焼成する
ことにより、得られるものであるが、特に、金型や超音
波加工等の機械加工手法を採用して、窓部６となる空孔
部を設けた、ベースプレート４を与えるジルコニアグリ
ーンシートに、ダイヤフラム板８（ダイヤフラム部位１
０）を与える、所定量のアルミナを含有せしめてなる薄
いジルコニアグリーンシートを積層、熱圧着した後、焼
成、一体化することによって作製することが、高い信頼
性の点から好ましい。なお、そのようなジルコニア基体
２の圧電／電歪作動部１８が形成されるダイヤフラム部
位１０における厚さ（焼成後）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１μｍ以上、３０μｍ以下、より好ましくは３〜１
５μｍ程度とすることが望ましい。
ラム部位１０に所定量のアルミナを含有せしめてなるジ
ルコニア基体２は、それを与えるグリーン体の少なくと
もダイヤフラム部（１０）形成部位に、かかる所定量の
アルミナ若しくはそれを与える成分を含有せしめたもの
を、公知の手法に従って作製し、そしてそれを焼成する
ことにより、得られるものであるが、特に、金型や超音
波加工等の機械加工手法を採用して、窓部６となる空孔
部を設けた、ベースプレート４を与えるジルコニアグリ
ーンシートに、ダイヤフラム板８（ダイヤフラム部位１
０）を与える、所定量のアルミナを含有せしめてなる薄
いジルコニアグリーンシートを積層、熱圧着した後、焼
成、一体化することによって作製することが、高い信頼
性の点から好ましい。なお、そのようなジルコニア基体
２の圧電／電歪作動部１８が形成されるダイヤフラム部
位１０における厚さ（焼成後）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１μｍ以上、３０μｍ以下、より好ましくは３〜１
５μｍ程度とすることが望ましい。
【００２４】なお、かかるベースプレート４やダイヤフ
ラム板８を与える、所定のジルコニア材料からなる各ジ
ルコニアグリーンシートは、それぞれ、複数枚のシート
成分の重ね合わせによって形成することも可能である。
また、ジルコニア基体２におけるダイヤフラム部位１０
の形状にあっても、図示の如き平坦な形状の他、窓部６
とは反対側となる、外方に凸なる形状や、窓部６内に落
ち込んだ状態の、内方に凹なる形状とすることも可能で
あるが、本発明の効果は、かかるダイヤフラム部位１０
が外方に凸なる形状（図１において、上方に凸なる形
状）であるジルコニア基体２を用いることにより、更に
有効に達成され得ることとなる。なお、ここでは、ジル
コニア基体２の窓部６の形状、換言すればダイヤフラム
部位１０の形状は、矩形（四角形）形状とされている
が、これに限定されるものではなく、圧電／電歪膜型素
子の用途に応じて、例えば、円形、多角形、楕円形等、
又はこれらを組合わせた形状等、任意の形状、更には任
意の個数と配置が適宜に選択されることとなる。
ラム板８を与える、所定のジルコニア材料からなる各ジ
ルコニアグリーンシートは、それぞれ、複数枚のシート
成分の重ね合わせによって形成することも可能である。
また、ジルコニア基体２におけるダイヤフラム部位１０
の形状にあっても、図示の如き平坦な形状の他、窓部６
とは反対側となる、外方に凸なる形状や、窓部６内に落
ち込んだ状態の、内方に凹なる形状とすることも可能で
あるが、本発明の効果は、かかるダイヤフラム部位１０
が外方に凸なる形状（図１において、上方に凸なる形
状）であるジルコニア基体２を用いることにより、更に
有効に達成され得ることとなる。なお、ここでは、ジル
コニア基体２の窓部６の形状、換言すればダイヤフラム
部位１０の形状は、矩形（四角形）形状とされている
が、これに限定されるものではなく、圧電／電歪膜型素
子の用途に応じて、例えば、円形、多角形、楕円形等、
又はこれらを組合わせた形状等、任意の形状、更には任
意の個数と配置が適宜に選択されることとなる。
【００２５】そして、このようにして準備された焼成済
のジルコニア基体２を用い、そのダイヤフラム部位１０
上に、目的とする圧電／電歪作動部１８を形成すべく、
かかるダイヤフラム部位１０の外面上には、先ず、下部
電極１２が、従来と同様にして、所定の電極材料を用い
て、公知の各種の膜形成手法に従って形成されることと
なる。具体的には、下部電極１２を与える電極材料とし
ては、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、
合金であってもよく、また酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸
化チタン等の絶縁性セラミックスと金属単体、若しくは
その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、何等差し支えない。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、或いは白金とジル
コニア基体構成材料及び／又は圧電／電歪材料成分との
サーメット材料等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。なお、電極材料中に添加せし
められるジルコニア基体構成材料の割合は、５〜３０体
積％程度が好ましく、また圧電／電歪材料或いはその構
成成分の割合は、５〜２０体積％程度であることが好ま
しい。
のジルコニア基体２を用い、そのダイヤフラム部位１０
上に、目的とする圧電／電歪作動部１８を形成すべく、
かかるダイヤフラム部位１０の外面上には、先ず、下部
電極１２が、従来と同様にして、所定の電極材料を用い
て、公知の各種の膜形成手法に従って形成されることと
なる。具体的には、下部電極１２を与える電極材料とし
ては、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、
合金であってもよく、また酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸
化チタン等の絶縁性セラミックスと金属単体、若しくは
その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、何等差し支えない。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、或いは白金とジル
コニア基体構成材料及び／又は圧電／電歪材料成分との
サーメット材料等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。なお、電極材料中に添加せし
められるジルコニア基体構成材料の割合は、５〜３０体
積％程度が好ましく、また圧電／電歪材料或いはその構
成成分の割合は、５〜２０体積％程度であることが好ま
しい。
【００２６】また、下部電極１２は、かかる導体材料を
用いて、スクリーン印刷、スプレー、コーティング、デ
ィッピング、塗布等による厚膜形成手法、若しくはスパ
ッタリング、イオンビーム、真空蒸着、イオンプレーテ
ィング、ＣＶＤ、メッキ等の薄膜形成手法による膜形成
手法に従って形成されることとなるが、中でも、前者の
厚膜形成手法が好ましく採用され、そしてそのような厚
膜形成手法によって形成された下部電極１２に対して
は、電極自体の焼結、更にはダイヤフラム部位１０に対
する一体的な結合のために、一般に、従来と同様な熱処
理（焼成）が施されることとなる。なお、この下部電極
１２の焼成後の厚さとしては、一般に、２０μｍ以下、
好ましくは５μｍ以下とされる。
用いて、スクリーン印刷、スプレー、コーティング、デ
ィッピング、塗布等による厚膜形成手法、若しくはスパ
ッタリング、イオンビーム、真空蒸着、イオンプレーテ
ィング、ＣＶＤ、メッキ等の薄膜形成手法による膜形成
手法に従って形成されることとなるが、中でも、前者の
厚膜形成手法が好ましく採用され、そしてそのような厚
膜形成手法によって形成された下部電極１２に対して
は、電極自体の焼結、更にはダイヤフラム部位１０に対
する一体的な結合のために、一般に、従来と同様な熱処
理（焼成）が施されることとなる。なお、この下部電極
１２の焼成後の厚さとしては、一般に、２０μｍ以下、
好ましくは５μｍ以下とされる。
【００２７】次いで、このようにして形成された下部電
極１２上には、更に、圧電／電歪層１４が、所定の圧電
／電歪材料を用いて、公知の各種の膜形成手法に従って
形成されることとなるが、その際、圧電／電歪層１４
は、その少なくとも一部の周縁部が下部電極１２の対応
する周縁部よりも側方に延び出して、ダイヤフラム部位
１０上に対向位置するオーバーハング部１４ａを構成す
るように、下部電極１２よりも大きな平面形態（図１及
び図２参照）において形成されるのである。なお、この
ような圧電／電歪層１４の形成においては、前記した厚
膜形成手法、具体的には、スクリーン印刷、スプレー、
コーティング、ディッピング、塗布等による膜形成手法
が、好適に採用される。この厚膜形成手法を用いれば、
平均粒子径が０．０１μｍ〜７μｍ程度の、好ましくは
０．０５μｍ〜５μｍ程度の圧電／電歪セラミックス粒
子を主成分とするペーストやスラリーを用いて、ジルコ
ニア基体２のダイヤフラム部位１０の外面上に、圧電／
電歪層１４を膜形成することが出来、良好な素子特性が
得られるからである。そして、この厚膜形成法の中で
も、微細なパターニングが安価に形成出来るという点
で、スクリーン印刷法が、特に好ましく用いられる。な
お、この形成される圧電／電歪層１４の焼成後の厚さと
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３μｍ以上、４０
μｍ以下とされることが望ましい。
極１２上には、更に、圧電／電歪層１４が、所定の圧電
／電歪材料を用いて、公知の各種の膜形成手法に従って
形成されることとなるが、その際、圧電／電歪層１４
は、その少なくとも一部の周縁部が下部電極１２の対応
する周縁部よりも側方に延び出して、ダイヤフラム部位
１０上に対向位置するオーバーハング部１４ａを構成す
るように、下部電極１２よりも大きな平面形態（図１及
び図２参照）において形成されるのである。なお、この
ような圧電／電歪層１４の形成においては、前記した厚
膜形成手法、具体的には、スクリーン印刷、スプレー、
コーティング、ディッピング、塗布等による膜形成手法
が、好適に採用される。この厚膜形成手法を用いれば、
平均粒子径が０．０１μｍ〜７μｍ程度の、好ましくは
０．０５μｍ〜５μｍ程度の圧電／電歪セラミックス粒
子を主成分とするペーストやスラリーを用いて、ジルコ
ニア基体２のダイヤフラム部位１０の外面上に、圧電／
電歪層１４を膜形成することが出来、良好な素子特性が
得られるからである。そして、この厚膜形成法の中で
も、微細なパターニングが安価に形成出来るという点
で、スクリーン印刷法が、特に好ましく用いられる。な
お、この形成される圧電／電歪層１４の焼成後の厚さと
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３μｍ以上、４０
μｍ以下とされることが望ましい。
【００２８】そして、本発明に従う前記Ａ）の方法にあ
っては、そのような圧電／電歪層１４を形成するための
圧電／電歪材料として、マグネシア若しくはそれを与え
る成分を独立して又は化合物形態において含有するもの
が、用いられるのである。なお、ここで、マグネシアを
与える成分とは、マグネシウム単体の如き、後の焼成工
程等においてマグネシアとなる成分を意味している。そ
のようなマグネシア若しくはそれを与える成分を含有す
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、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、ニッケルタンタル酸鉛
を主成分とする材料、更には、それらの複合材料等に対
して、マグネシアやマグネシウム等を添加してなる、換
言すれば圧電／電歪組成の成分とは独立して添加、含有
せしめてなる材料を挙げることが出来るが、本発明にあ
っては、有利には、圧電／電歪特性を示す圧電／電歪組
成において、マグネシアを化合物形態に含むものが用い
られ、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を
主成分とする材料、マグネシウムタンタル酸鉛を主成分
とする材料、更には、このような材料と前記したＰＺＴ
系等の材料との複合材料等が好ましく用いられる。
っては、そのような圧電／電歪層１４を形成するための
圧電／電歪材料として、マグネシア若しくはそれを与え
る成分を独立して又は化合物形態において含有するもの
が、用いられるのである。なお、ここで、マグネシアを
与える成分とは、マグネシウム単体の如き、後の焼成工
程等においてマグネシアとなる成分を意味している。そ
のようなマグネシア若しくはそれを与える成分を含有す
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、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、ニッケルタンタル酸鉛
を主成分とする材料、更には、それらの複合材料等に対
して、マグネシアやマグネシウム等を添加してなる、換
言すれば圧電／電歪組成の成分とは独立して添加、含有
せしめてなる材料を挙げることが出来るが、本発明にあ
っては、有利には、圧電／電歪特性を示す圧電／電歪組
成において、マグネシアを化合物形態に含むものが用い
られ、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を
主成分とする材料、マグネシウムタンタル酸鉛を主成分
とする材料、更には、このような材料と前記したＰＺＴ
系等の材料との複合材料等が好ましく用いられる。
【００２９】また、それらの圧電／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、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、マグネシウムニオ
ブ酸鉛とニッケルタンタル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をする材料、若しくはマグ
ネシウムタンタル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
料が有利に用いられ、更に、そのような材料に、ランタ
ン、バリウム、ニオブ、マグネシウム、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、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
材料も、好適に使用される。
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、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、マグネシウムニオ
ブ酸鉛とニッケルタンタル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をする材料、若しくはマグ
ネシウムタンタル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
料が有利に用いられ、更に、そのような材料に、ランタ
ン、バリウム、ニオブ、マグネシウム、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、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
材料も、好適に使用される。
【００３０】なお、かかる多成分系圧電／電歪材料の場
合に、成分組成によって、圧電／電歪特性が変化するこ
ととなるが、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
や、マグネシウムニオブ酸鉛−ニッケルタンタル酸鉛−
ジルコン酸鉛−チタン酸鉛、並びに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−チタ
ン酸鉛の４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：１５〜５０モル％、ジルコン酸鉛：１０〜４
５モル％、チタン酸鉛：３０〜４５モル％の組成や、マ
グネシウムニオブ酸鉛：１５〜５０モル％、ニッケルタ
ンタル酸鉛：１０〜４０モル％、ジルコン酸鉛：１０〜
４５モル％、チタン酸鉛：３０〜４５モル％の組成、更
にはマグネシウムニオブ酸鉛：１５〜５０モル％、マグ
ネシウムタンタル酸鉛：１０〜４０モル％、ジルコン酸
鉛：１０〜４５モル％、チタン酸鉛：３０〜４５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。
合に、成分組成によって、圧電／電歪特性が変化するこ
ととなるが、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
や、マグネシウムニオブ酸鉛−ニッケルタンタル酸鉛−
ジルコン酸鉛−チタン酸鉛、並びに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−チタ
ン酸鉛の４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：１５〜５０モル％、ジルコン酸鉛：１０〜４
５モル％、チタン酸鉛：３０〜４５モル％の組成や、マ
グネシウムニオブ酸鉛：１５〜５０モル％、ニッケルタ
ンタル酸鉛：１０〜４０モル％、ジルコン酸鉛：１０〜
４５モル％、チタン酸鉛：３０〜４５モル％の組成、更
にはマグネシウムニオブ酸鉛：１５〜５０モル％、マグ
ネシウムタンタル酸鉛：１０〜４０モル％、ジルコン酸
鉛：１０〜４５モル％、チタン酸鉛：３０〜４５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。
【００３１】また、そのような圧電／電歪材料中のマグ
ネシア若しくはそれを与える成分の含有量としては、化
合物形態において含有され、圧電／電歪組成の一成分を
構成している場合にあっては、そのような圧電／電歪組
成において、そのまま用いられ、また独立した形態にお
いて含有せしめられている場合にあっては、形成される
圧電／電歪層１４の圧電／電歪特性に悪影響をもたらさ
ない程度の割合において、ダイヤフラム部位１０に含有
せしめられるアルミナ量に応じて、それと反応して化合
物を生じ得るに充分な割合において、適宜に決定される
こととなる。
ネシア若しくはそれを与える成分の含有量としては、化
合物形態において含有され、圧電／電歪組成の一成分を
構成している場合にあっては、そのような圧電／電歪組
成において、そのまま用いられ、また独立した形態にお
いて含有せしめられている場合にあっては、形成される
圧電／電歪層１４の圧電／電歪特性に悪影響をもたらさ
ない程度の割合において、ダイヤフラム部位１０に含有
せしめられるアルミナ量に応じて、それと反応して化合
物を生じ得るに充分な割合において、適宜に決定される
こととなる。
【００３２】そして、上述の如くして下部電極１２上に
形成された圧電／電歪層１４には、所定の熱処理（焼
成）操作が施されて、一体的な層構造とされると共に、
ダイヤフラム部位１０上に一体的に結合せしめられる。
なお、この際の熱処理（焼成）温度としては、一般に、
５００℃〜１４００℃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、そのような膜状の圧電／電歪層１４の熱
処理（焼成）において、高温時に圧電／電歪層の組成が
不安定とならないように、そのような圧電／電歪材料の
蒸発源と共に、雰囲気制御を行ないながら、熱処理（焼
成）することが好ましい他、圧電／電歪層１４上に適当
な覆蓋部材を載置して、該圧電／電歪層１４の表面が焼
成雰囲気に直接に露呈されないようにして、焼成する手
法を採用することも推奨される。なお、その場合、覆蓋
部材としては、ジルコニア基体２と同様な材料系のもの
が用いられることとなる。
形成された圧電／電歪層１４には、所定の熱処理（焼
成）操作が施されて、一体的な層構造とされると共に、
ダイヤフラム部位１０上に一体的に結合せしめられる。
なお、この際の熱処理（焼成）温度としては、一般に、
５００℃〜１４００℃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、そのような膜状の圧電／電歪層１４の熱
処理（焼成）において、高温時に圧電／電歪層の組成が
不安定とならないように、そのような圧電／電歪材料の
蒸発源と共に、雰囲気制御を行ないながら、熱処理（焼
成）することが好ましい他、圧電／電歪層１４上に適当
な覆蓋部材を載置して、該圧電／電歪層１４の表面が焼
成雰囲気に直接に露呈されないようにして、焼成する手
法を採用することも推奨される。なお、その場合、覆蓋
部材としては、ジルコニア基体２と同様な材料系のもの
が用いられることとなる。
【００３３】さらに、そのような圧電／電歪層１４の熱
処理（焼成）によって、かかる圧電／電歪層１４の焼
結、緻密化が行なわれて、目的とする圧電／電歪特性を
具備するものとされるのであるが、また、かかる熱処理
（焼成）操作によって、圧電／電歪層１４内に存在する
マグネシア若しくはそれを与える成分は、下部電極１２
側に、更には、ジルコニア基体２のダイヤフラム部位１
０側に移動せしめられるようになるのであり、一方、そ
のような移動に伴って、かかるジルコニア基体２の少な
くともダイヤフラム部位１０内に存在するアルミナも、
下部電極１２側に移動せしめられ、少なくとも、オーバ
ーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０と
の界面において、それら移動したアルミナ成分とマグネ
シア成分とが反応して、所定の化合物の接合阻止粒子２
０として析出し、かかる界面に存在するようになること
により、そのような析出粒子２０の圧電／電歪層１４に
対する低い反応性の故に、それらオーバーハング部１４
ａとその直下のダイヤフラム部位１０との間が不完全結
合状態とされて、それらの相互の強固な接合乃至は融合
が効果的に阻止されることとなるのである。
処理（焼成）によって、かかる圧電／電歪層１４の焼
結、緻密化が行なわれて、目的とする圧電／電歪特性を
具備するものとされるのであるが、また、かかる熱処理
（焼成）操作によって、圧電／電歪層１４内に存在する
マグネシア若しくはそれを与える成分は、下部電極１２
側に、更には、ジルコニア基体２のダイヤフラム部位１
０側に移動せしめられるようになるのであり、一方、そ
のような移動に伴って、かかるジルコニア基体２の少な
くともダイヤフラム部位１０内に存在するアルミナも、
下部電極１２側に移動せしめられ、少なくとも、オーバ
ーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０と
の界面において、それら移動したアルミナ成分とマグネ
シア成分とが反応して、所定の化合物の接合阻止粒子２
０として析出し、かかる界面に存在するようになること
により、そのような析出粒子２０の圧電／電歪層１４に
対する低い反応性の故に、それらオーバーハング部１４
ａとその直下のダイヤフラム部位１０との間が不完全結
合状態とされて、それらの相互の強固な接合乃至は融合
が効果的に阻止されることとなるのである。
【００３４】そして、このような焼成操作によって生成
するアルミナとマグネシアとの化合物を主体とする接合
阻止粒子２０の介在によって、圧電／電歪層１４のオー
バーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０
との間の強固な融合（接合）が回避されることにより、
圧電／電歪層１４における残留応力が効果的に減少せし
められ得ることとなり、以て圧電／電歪特性の低下が有
利に回避されることとなった他、そのような融合（接
合）の有無のバラツキにより、圧電／電歪層１４の焼結
バラツキ、残留応力のバラツキ、ひいては素子の剛性バ
ラツキ等が発生する問題が、有利に解消され、以て圧電
／電歪特性や共振周波数特性等のバラツキも、効果的に
小さく為し得ることとなったのである。
するアルミナとマグネシアとの化合物を主体とする接合
阻止粒子２０の介在によって、圧電／電歪層１４のオー
バーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０
との間の強固な融合（接合）が回避されることにより、
圧電／電歪層１４における残留応力が効果的に減少せし
められ得ることとなり、以て圧電／電歪特性の低下が有
利に回避されることとなった他、そのような融合（接
合）の有無のバラツキにより、圧電／電歪層１４の焼結
バラツキ、残留応力のバラツキ、ひいては素子の剛性バ
ラツキ等が発生する問題が、有利に解消され、以て圧電
／電歪特性や共振周波数特性等のバラツキも、効果的に
小さく為し得ることとなったのである。
【００３５】なお、前記したように本発明において好適
に用いられる、ダイヤフラム部位１０が外方に凸なる形
状のジルコニア基体２にあっては、上記の圧電／電歪層
１４の焼成操作によって、その外方に凸なる形状は、一
般に内方に凹なる形状に変化するようになるのである。
に用いられる、ダイヤフラム部位１０が外方に凸なる形
状のジルコニア基体２にあっては、上記の圧電／電歪層
１４の焼成操作によって、その外方に凸なる形状は、一
般に内方に凹なる形状に変化するようになるのである。
【００３６】その後、かかる焼成された圧電／電歪層１
４上には、圧電／電歪作動部１８を構成する上部電極１
６が、それを与える電極材料を用いて、下部電極１２と
同様にして、公知の各種の膜形成手法に従って形成され
ることとなるが、中でも、レジネートや厚膜ペーストを
用いたスクリーン印刷法、或いはスパッタリング、イオ
ンビーム、真空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ、
メッキ等の薄膜形成手法による膜形成手法に従って、形
成されることが望ましい。なお、この上部電極１６の形
成には、必要に応じて焼成操作が加えられることとな
る。特に、このような上部電極１６の形成において、圧
電／電歪層１４は、そのオーバーハング部１４ａの存在
によって、下部電極１２を覆うように設けられていると
ころから、上部電極１６は、下部電極１２に対する短絡
の問題を何等顧慮することなく、圧電／電歪層１４上に
容易に形成され得ることとなるのであり、この特徴は、
狭い面積内に多数の圧電／電歪作動部１８が配設される
場合において、より一層有利に発揮され得るものであ
る。なお、この上部電極１６の厚さ（焼成が行なわれる
場合には、焼成後の厚さ）は、一般に２０μｍ以下、好
ましくは５μｍ以下の厚さとされることとなる。また、
このような上部電極１６の厚さに圧電／電歪層１４の厚
さ及び下部電極１２の厚さを加えた圧電／電歪作動部１
８の全体の厚さ（焼成後）としては、一般に１００μｍ
以下、好ましくは５０μｍ以下が採用される。
４上には、圧電／電歪作動部１８を構成する上部電極１
６が、それを与える電極材料を用いて、下部電極１２と
同様にして、公知の各種の膜形成手法に従って形成され
ることとなるが、中でも、レジネートや厚膜ペーストを
用いたスクリーン印刷法、或いはスパッタリング、イオ
ンビーム、真空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ、
メッキ等の薄膜形成手法による膜形成手法に従って、形
成されることが望ましい。なお、この上部電極１６の形
成には、必要に応じて焼成操作が加えられることとな
る。特に、このような上部電極１６の形成において、圧
電／電歪層１４は、そのオーバーハング部１４ａの存在
によって、下部電極１２を覆うように設けられていると
ころから、上部電極１６は、下部電極１２に対する短絡
の問題を何等顧慮することなく、圧電／電歪層１４上に
容易に形成され得ることとなるのであり、この特徴は、
狭い面積内に多数の圧電／電歪作動部１８が配設される
場合において、より一層有利に発揮され得るものであ
る。なお、この上部電極１６の厚さ（焼成が行なわれる
場合には、焼成後の厚さ）は、一般に２０μｍ以下、好
ましくは５μｍ以下の厚さとされることとなる。また、
このような上部電極１６の厚さに圧電／電歪層１４の厚
さ及び下部電極１２の厚さを加えた圧電／電歪作動部１
８の全体の厚さ（焼成後）としては、一般に１００μｍ
以下、好ましくは５０μｍ以下が採用される。
【００３７】ところで、図３は、上記した方法Ａ）に従
って形成された圧電／電歪膜型素子の一例に係るものの
断面図を示しているが、そこにおいて、アルミナとマグ
ネシアとの反応により形成される化合物を主体とする析
出接合阻止アルミナ・マグネシア化合物粒子２０が、主
としてダイヤフラム部位１０と下部電極１２やオーバー
ハング部１４ａとの間に全体的に分布して存在してお
り、この析出粒子２０の圧電／電歪層１４に対する反応
性が小さいことによって、圧電／電歪層１４のオーバー
ハング部１４ａとのその直下に位置するダイヤフラム部
位１０との間の強固な癒着乃至は融合が阻止されて、そ
れらの間が不完全結合状態となっているのである。な
お、図３においては、ベースプレート４の窓部６の下側
開口部が覆蓋プレート５にて覆蓋されて、内部空所７が
形成されている。従って、ここでは、ジルコニア基体２
は、ベースプレート４と覆蓋プレート５とダイヤフラム
板８とから一体的に構成されているのである。
って形成された圧電／電歪膜型素子の一例に係るものの
断面図を示しているが、そこにおいて、アルミナとマグ
ネシアとの反応により形成される化合物を主体とする析
出接合阻止アルミナ・マグネシア化合物粒子２０が、主
としてダイヤフラム部位１０と下部電極１２やオーバー
ハング部１４ａとの間に全体的に分布して存在してお
り、この析出粒子２０の圧電／電歪層１４に対する反応
性が小さいことによって、圧電／電歪層１４のオーバー
ハング部１４ａとのその直下に位置するダイヤフラム部
位１０との間の強固な癒着乃至は融合が阻止されて、そ
れらの間が不完全結合状態となっているのである。な
お、図３においては、ベースプレート４の窓部６の下側
開口部が覆蓋プレート５にて覆蓋されて、内部空所７が
形成されている。従って、ここでは、ジルコニア基体２
は、ベースプレート４と覆蓋プレート５とダイヤフラム
板８とから一体的に構成されているのである。
【００３８】また、本発明に従う圧電／電歪膜型素子を
製造する手法の一つたる前記Ｂ）に係る方法は、上記し
たＡ）方法の如く、アルミナをジルコニア基体２の少な
くともダイヤフラム部位１０に存在せしめるものではな
く、下部電極１２内に、アルミナを存在せしめるところ
に、大きな特徴を有している。このアルミナを含有する
下部電極１２を形成するには、アルミナ若しくはそれを
与える成分を含有せしめてなる電極材料を用いて、前記
と同様な膜形成法によって、下部電極１２をジルコニア
基体２のダイヤフラム部位１０の外面上に形成すればよ
いのである。そして、この場合においても、下部電極１
２には、必要に応じて焼成操作が加えられることとな
る。このようにして、下部電極１２内に存在せしめられ
たアルミナは、圧電／電歪層１４の焼成時において、か
かる圧電／電歪層１４に含まれるマグネシア成分と共
に、オーバーハング部１４ａとその直下の対向するダイ
ヤフラム部位１０との界面に移動し、そこで、アルミナ
とマグネシアとの反応により形成される化合物を主体と
する接合阻止粒子２０を析出することとなるのであり、
そしてそのような析出粒子２０によって、それらオーバ
ーハング部１４ａとそれに対向するダイヤフラム部位１
０との間の接合が効果的に回避されるのである。なお、
このＢ）方法は、下部電極１２からのアルミナの移動に
限度があるところから、オーバーハング部１４ａの長さ
が比較的短い場合において、有利に採用されることとな
る。
製造する手法の一つたる前記Ｂ）に係る方法は、上記し
たＡ）方法の如く、アルミナをジルコニア基体２の少な
くともダイヤフラム部位１０に存在せしめるものではな
く、下部電極１２内に、アルミナを存在せしめるところ
に、大きな特徴を有している。このアルミナを含有する
下部電極１２を形成するには、アルミナ若しくはそれを
与える成分を含有せしめてなる電極材料を用いて、前記
と同様な膜形成法によって、下部電極１２をジルコニア
基体２のダイヤフラム部位１０の外面上に形成すればよ
いのである。そして、この場合においても、下部電極１
２には、必要に応じて焼成操作が加えられることとな
る。このようにして、下部電極１２内に存在せしめられ
たアルミナは、圧電／電歪層１４の焼成時において、か
かる圧電／電歪層１４に含まれるマグネシア成分と共
に、オーバーハング部１４ａとその直下の対向するダイ
ヤフラム部位１０との界面に移動し、そこで、アルミナ
とマグネシアとの反応により形成される化合物を主体と
する接合阻止粒子２０を析出することとなるのであり、
そしてそのような析出粒子２０によって、それらオーバ
ーハング部１４ａとそれに対向するダイヤフラム部位１
０との間の接合が効果的に回避されるのである。なお、
このＢ）方法は、下部電極１２からのアルミナの移動に
限度があるところから、オーバーハング部１４ａの長さ
が比較的短い場合において、有利に採用されることとな
る。
【００３９】ここにおいて、かかる下部電極１２を与え
る電極材料としては、前記した導体材料と共に、アルミ
ナ若しくはそれを与える成分を、一般に１〜３０重量
％、望ましくは２〜１０重量％、更に望ましくは４〜１
０重量％含むものが用いられることとなる。アルミナ若
しくはそれを与える成分の含有量が３０重量％を越える
ような割合となると、電極としての導通性に問題を生
じ、またその含有量が１重量％よりも少なくなると、ア
ルミナ・マグネシア化合物粒子２０の析出が少なくな
り、そのような粒子２０による接合阻止効果を充分に享
受することが困難となる。なお、ここで、アルミナを与
える成分とは、アルミニウム単体の如き、後の焼成工程
等においてアルミナとなる成分を意味している。
る電極材料としては、前記した導体材料と共に、アルミ
ナ若しくはそれを与える成分を、一般に１〜３０重量
％、望ましくは２〜１０重量％、更に望ましくは４〜１
０重量％含むものが用いられることとなる。アルミナ若
しくはそれを与える成分の含有量が３０重量％を越える
ような割合となると、電極としての導通性に問題を生
じ、またその含有量が１重量％よりも少なくなると、ア
ルミナ・マグネシア化合物粒子２０の析出が少なくな
り、そのような粒子２０による接合阻止効果を充分に享
受することが困難となる。なお、ここで、アルミナを与
える成分とは、アルミニウム単体の如き、後の焼成工程
等においてアルミナとなる成分を意味している。
【００４０】さらに、本発明に従う圧電／電歪膜型素子
を得るための第三、第四の手法たる前記Ｃ）、Ｄ）に係
る方法は、焼成済のジルコニア基体２（但し、アルミナ
成分は含有されてはいない）を準備し、そして該ジルコ
ニア基体２のダイヤフラム部位１０の外面における少な
くとも下部電極１２形成部位の周りに、アルミナ若し
くはそれを与える成分、又はアルミナ若しくはそれを
与える成分とマグネシア若しくはそれを与える成分、又
はアルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子
を含む分離層を形成せしめ、必要に応じて焼成を行なう
一方、該分離層の形成に先立って若しくは該分離層の形
成の後に、かかるダイヤフラム部位１０の外面上に、前
記Ａ）やＢ）の方法と同様にして、下部電極１２を形成
し、そして必要に応じてその焼成を行ない、更に該下部
電極１２上に圧電／電歪層１４を形成して、その焼成を
行なうことにより、少なくとも圧電／電歪層１４のオー
バーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０
との界面において、アルミナとマグネシアとの化合物を
主体とする粒子２０を析出乃至は介在せしめて、それら
オーバーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位
１０との間の接合を阻止せしめるようにするものであ
る。
を得るための第三、第四の手法たる前記Ｃ）、Ｄ）に係
る方法は、焼成済のジルコニア基体２（但し、アルミナ
成分は含有されてはいない）を準備し、そして該ジルコ
ニア基体２のダイヤフラム部位１０の外面における少な
くとも下部電極１２形成部位の周りに、アルミナ若し
くはそれを与える成分、又はアルミナ若しくはそれを
与える成分とマグネシア若しくはそれを与える成分、又
はアルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子
を含む分離層を形成せしめ、必要に応じて焼成を行なう
一方、該分離層の形成に先立って若しくは該分離層の形
成の後に、かかるダイヤフラム部位１０の外面上に、前
記Ａ）やＢ）の方法と同様にして、下部電極１２を形成
し、そして必要に応じてその焼成を行ない、更に該下部
電極１２上に圧電／電歪層１４を形成して、その焼成を
行なうことにより、少なくとも圧電／電歪層１４のオー
バーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位１０
との界面において、アルミナとマグネシアとの化合物を
主体とする粒子２０を析出乃至は介在せしめて、それら
オーバーハング部１４ａとその直下のダイヤフラム部位
１０との間の接合を阻止せしめるようにするものであ
る。
【００４１】このようなＣ）、Ｄ）方法に従って製造さ
れる圧電／電歪膜型素子にあっては、例えば、図４に示
される如く、圧電／電歪層１４の焼成によって、下部電
極１２の周りに、アルミナ・マグネシア化合物粒子２０
にて構成される介在層２１が存在し、そして、この介在
層２１が、圧電／電歪層１４のオーバーハング部１４ａ
とダイヤフラム部位１０との間に位置することとなると
ころから、そのような介在層２１を構成するアルミナ・
マグネシア化合物粒子２０の圧電／電歪層１４に対する
反応性の低さによって、それらオーバーハング部１４ａ
とその直下のダイヤフラム部位１０との間の強固な融合
乃至は癒着が効果的に阻止せしめられ得て、それらの間
の不完全結合状態が有利に実現され得るのである。
れる圧電／電歪膜型素子にあっては、例えば、図４に示
される如く、圧電／電歪層１４の焼成によって、下部電
極１２の周りに、アルミナ・マグネシア化合物粒子２０
にて構成される介在層２１が存在し、そして、この介在
層２１が、圧電／電歪層１４のオーバーハング部１４ａ
とダイヤフラム部位１０との間に位置することとなると
ころから、そのような介在層２１を構成するアルミナ・
マグネシア化合物粒子２０の圧電／電歪層１４に対する
反応性の低さによって、それらオーバーハング部１４ａ
とその直下のダイヤフラム部位１０との間の強固な融合
乃至は癒着が効果的に阻止せしめられ得て、それらの間
の不完全結合状態が有利に実現され得るのである。
【００４２】なお、かかる下部電極１２形成部位の周り
に形成される分離層がアルミナ若しくはそれを与える成
分から構成されているＣ）方法の場合にあっては、その
ような分離層におけるアルミナ成分と圧電／電歪層１４
から移動したマグネシア成分とが反応して、アルミナ・
マグネシア化合物粒子２０からなる介在層２１が形成さ
れることとなるのであり、またアルミナ若しくはそれを
与える成分とマグネシア若しくはそれを与える成分とか
ら分離層が構成されているＤ）方法の場合においては、
圧電／電歪層１４の焼成時において、かかる分離層にお
いてアルミナ成分とマグネシア成分との反応が惹起され
て、アルミナ・マグネシア化合物粒子２０が生成して、
介在層２１が形成されることとなるのであり、更に分離
層がアルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子
（２０）にて構成されている前記Ｄ）方法の場合にあっ
ては、そのような分離層は、そのまま、介在層２１とし
て、オーバーハング部１４ａとダイヤフラム部位１０と
の間に位置して、それらの強固な融合乃至は癒着を阻止
せしめるのである。
に形成される分離層がアルミナ若しくはそれを与える成
分から構成されているＣ）方法の場合にあっては、その
ような分離層におけるアルミナ成分と圧電／電歪層１４
から移動したマグネシア成分とが反応して、アルミナ・
マグネシア化合物粒子２０からなる介在層２１が形成さ
れることとなるのであり、またアルミナ若しくはそれを
与える成分とマグネシア若しくはそれを与える成分とか
ら分離層が構成されているＤ）方法の場合においては、
圧電／電歪層１４の焼成時において、かかる分離層にお
いてアルミナ成分とマグネシア成分との反応が惹起され
て、アルミナ・マグネシア化合物粒子２０が生成して、
介在層２１が形成されることとなるのであり、更に分離
層がアルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子
（２０）にて構成されている前記Ｄ）方法の場合にあっ
ては、そのような分離層は、そのまま、介在層２１とし
て、オーバーハング部１４ａとダイヤフラム部位１０と
の間に位置して、それらの強固な融合乃至は癒着を阻止
せしめるのである。
【００４３】なお、かかるアルミナ・マグネシア化合物
粒子２０にて構成される介在層２１を与える分離層は、
かかる介在層２１の厚みが一般に０．１〜１０μｍ、望
ましくは０．２〜５μｍとなるように、形成されること
となる。かかる介在層２１の厚みが１０μｍを越えるよ
うになると、ダイヤフラム部位１０の剛性が大きくなっ
て、圧電／電歪層１４の焼結を妨げる問題が新たに惹起
されることとなり、また、それが０．１μｍよりも薄い
場合にあっては、その介在効果が充分でない問題を惹起
する。また、そのような分離層は、下部電極１２の形成
されるダイヤフラム部位１０の周りに部分的に形成され
るばかりでなく、そのような下部電極１２が形成される
ダイヤフラム部位１０の全面に亘って形成されていて
も、何等差し支えない。
粒子２０にて構成される介在層２１を与える分離層は、
かかる介在層２１の厚みが一般に０．１〜１０μｍ、望
ましくは０．２〜５μｍとなるように、形成されること
となる。かかる介在層２１の厚みが１０μｍを越えるよ
うになると、ダイヤフラム部位１０の剛性が大きくなっ
て、圧電／電歪層１４の焼結を妨げる問題が新たに惹起
されることとなり、また、それが０．１μｍよりも薄い
場合にあっては、その介在効果が充分でない問題を惹起
する。また、そのような分離層は、下部電極１２の形成
されるダイヤフラム部位１０の周りに部分的に形成され
るばかりでなく、そのような下部電極１２が形成される
ダイヤフラム部位１０の全面に亘って形成されていて
も、何等差し支えない。
【００４４】そして、このようにして得られる、本発明
に従う圧電／電歪膜型素子にあっては、下部電極１２の
存在しない圧電／電歪層１４のオーバーハング部１４ａ
とダイヤフラム部位１０との間の強固な融合乃至は癒着
が回避され、不完全結合状態となるところから、圧電／
電歪作動部１８の本来の圧電／電歪特性を有利に発揮し
得ることとなるのであり、また圧電／電歪層１４におけ
る残留応力も少なくなるところから、変位特性が向上
し、またそのバラツキも効果的に低減され得るという特
徴があり、これによって、トランスデューサやセンサや
アクチュエータ等の各種の用途に有利に用いられ得るの
である。
に従う圧電／電歪膜型素子にあっては、下部電極１２の
存在しない圧電／電歪層１４のオーバーハング部１４ａ
とダイヤフラム部位１０との間の強固な融合乃至は癒着
が回避され、不完全結合状態となるところから、圧電／
電歪作動部１８の本来の圧電／電歪特性を有利に発揮し
得ることとなるのであり、また圧電／電歪層１４におけ
る残留応力も少なくなるところから、変位特性が向上
し、またそのバラツキも効果的に低減され得るという特
徴があり、これによって、トランスデューサやセンサや
アクチュエータ等の各種の用途に有利に用いられ得るの
である。
【００４５】尤も、この本発明に従う圧電／電歪膜型素
子は、そのダイヤフラム部位の外面側に設けられた圧電
／電歪作動部による作動によって、その変位や力が効果
的に為され得るようになっているところから、圧電／電
歪アクチュエータとして有利に用いられ得るものであ
る。フィルター、超音波センサや角速度センサや加速度
センサや衝撃センサ等の各種センサ、トランス、マイク
ロフォン、発音体（スピーカ等）、ディスクリミネー
タ、動力用や通信用の振動子や発振子や共振子の他、デ
ィスプレイや内野研二著（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、圧電ファン等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ア
クチュエータ等として、本発明の素子は、特に有利に用
いられ得るものである。また、厚膜コンデンサ素子とし
ても、好適に用いることが出来るのである。
子は、そのダイヤフラム部位の外面側に設けられた圧電
／電歪作動部による作動によって、その変位や力が効果
的に為され得るようになっているところから、圧電／電
歪アクチュエータとして有利に用いられ得るものであ
る。フィルター、超音波センサや角速度センサや加速度
センサや衝撃センサ等の各種センサ、トランス、マイク
ロフォン、発音体（スピーカ等）、ディスクリミネー
タ、動力用や通信用の振動子や発振子や共振子の他、デ
ィスプレイや内野研二著（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、圧電ファン等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ア
クチュエータ等として、本発明の素子は、特に有利に用
いられ得るものである。また、厚膜コンデンサ素子とし
ても、好適に用いることが出来るのである。
【００４６】因みに、図５には、本発明に従う圧電／電
歪膜型素子の更に具体的な一例が概略的に示されてお
り、また図６には、その分解斜視図が示されている。そ
して、そこに図示される圧電／電歪膜型素子は、ジルコ
ニア基体２２とそのダイヤフラム部位の外表面に配置さ
れた圧電／電歪作動部２４とが一体化されてなる構造と
されており、その圧電／電歪作動部２４が、印加電圧に
従い、ジルコニア基体２２の薄肉のダイヤフラム部位を
屈曲変形せしめるようになっている。
歪膜型素子の更に具体的な一例が概略的に示されてお
り、また図６には、その分解斜視図が示されている。そ
して、そこに図示される圧電／電歪膜型素子は、ジルコ
ニア基体２２とそのダイヤフラム部位の外表面に配置さ
れた圧電／電歪作動部２４とが一体化されてなる構造と
されており、その圧電／電歪作動部２４が、印加電圧に
従い、ジルコニア基体２２の薄肉のダイヤフラム部位を
屈曲変形せしめるようになっている。
【００４７】より詳細には、ジルコニア基体２２は、そ
れぞれ、所定のジルコニア材料からなる薄肉の平板形状
を呈する閉塞プレート（ダイヤフラム板）２６と接続プ
レート（ベースプレート）２８が、同じく所定のジルコ
ニア材料からなるスペーサプレート（ベースプレート）
３０を挟んで、重ね合わされてなる構造をもって、一体
的に形成されている。そして、この接続プレート２８に
は、連通用開孔部３２が形成されている。なお、この連
通用開孔部３２の個数、形状、寸法、位置等は、圧電／
電歪膜型素子の用途に応じて適宜に選定されることとな
る。また、スペーサプレート３０には、正方形状の窓部
３６が複数個（ここでは３個）形成されている。そし
て、それら各窓部３６に対して、前記接続プレート２８
に設けられた各１つの連通用開孔部３２が開孔せしめら
れるように、かかるスペーサプレート３０が、接続プレ
ート２８に対して重ね合わされているのである。更にま
た、このスペーサプレート３０における接続プレート２
８が重ね合わされた側とは反対側の面には、閉塞プレー
ト２６が重ね合わされており、この閉塞プレート２６に
て窓部３６の開孔が覆蓋されている。それによって、ジ
ルコニア基体２２の内部には、連通用開孔部３２を通じ
て、外部に連通された加圧室３８が形成されているので
ある。なお、このようなジルコニア基体２２は、前述せ
るように、所定のジルコニア材料を用いて、一体焼成品
として形成されている。また、ここでは、閉塞プレート
（ダイヤフラム板）とスペーサプレート（ベースプレー
ト）と接続プレート（ベースプレート）とから構成され
る３層構造品を例示したが、４層構造品或いはそれ以上
の多層構造品とすることも可能である。
れぞれ、所定のジルコニア材料からなる薄肉の平板形状
を呈する閉塞プレート（ダイヤフラム板）２６と接続プ
レート（ベースプレート）２８が、同じく所定のジルコ
ニア材料からなるスペーサプレート（ベースプレート）
３０を挟んで、重ね合わされてなる構造をもって、一体
的に形成されている。そして、この接続プレート２８に
は、連通用開孔部３２が形成されている。なお、この連
通用開孔部３２の個数、形状、寸法、位置等は、圧電／
電歪膜型素子の用途に応じて適宜に選定されることとな
る。また、スペーサプレート３０には、正方形状の窓部
３６が複数個（ここでは３個）形成されている。そし
て、それら各窓部３６に対して、前記接続プレート２８
に設けられた各１つの連通用開孔部３２が開孔せしめら
れるように、かかるスペーサプレート３０が、接続プレ
ート２８に対して重ね合わされているのである。更にま
た、このスペーサプレート３０における接続プレート２
８が重ね合わされた側とは反対側の面には、閉塞プレー
ト２６が重ね合わされており、この閉塞プレート２６に
て窓部３６の開孔が覆蓋されている。それによって、ジ
ルコニア基体２２の内部には、連通用開孔部３２を通じ
て、外部に連通された加圧室３８が形成されているので
ある。なお、このようなジルコニア基体２２は、前述せ
るように、所定のジルコニア材料を用いて、一体焼成品
として形成されている。また、ここでは、閉塞プレート
（ダイヤフラム板）とスペーサプレート（ベースプレー
ト）と接続プレート（ベースプレート）とから構成され
る３層構造品を例示したが、４層構造品或いはそれ以上
の多層構造品とすることも可能である。
【００４８】また、かかるジルコニア基体２２には、そ
の閉塞プレート２６の外面上における、各加圧室３８に
対応する部位に、それぞれ、膜状の圧電／電歪作動部２
４が設けられている。この圧電／電歪作動部２４は、ジ
ルコニア基体２２の窓部３６部位に位置する閉塞プレー
ト２６部分、即ちダイヤフラム部位の外面上に、下部電
極４０、圧電／電歪層４２及び上部電極４４を膜形成法
によって順次形成することにより、構成されたものであ
る。従って、この圧電／電歪膜型素子にあっては、その
圧電／電歪作動部２４の作動に基づいて、加圧室３８内
が加圧せしめられることとなり、以てかかる加圧室３８
内の流体の吐出が効果的に実現され得るのである。ま
た、本構造の圧電／電歪膜型素子は、アクチュエータと
してだけではなく、ダイヤフラム部の屈曲変位を電圧信
号として取り出し、センサとしても使用され得るもので
ある。
の閉塞プレート２６の外面上における、各加圧室３８に
対応する部位に、それぞれ、膜状の圧電／電歪作動部２
４が設けられている。この圧電／電歪作動部２４は、ジ
ルコニア基体２２の窓部３６部位に位置する閉塞プレー
ト２６部分、即ちダイヤフラム部位の外面上に、下部電
極４０、圧電／電歪層４２及び上部電極４４を膜形成法
によって順次形成することにより、構成されたものであ
る。従って、この圧電／電歪膜型素子にあっては、その
圧電／電歪作動部２４の作動に基づいて、加圧室３８内
が加圧せしめられることとなり、以てかかる加圧室３８
内の流体の吐出が効果的に実現され得るのである。ま
た、本構造の圧電／電歪膜型素子は、アクチュエータと
してだけではなく、ダイヤフラム部の屈曲変位を電圧信
号として取り出し、センサとしても使用され得るもので
ある。
【００４９】なお、このような構造の圧電／電歪膜型素
子は、前述のように、圧電／電歪層４２の少なくとも一
部の周縁部が下部電極４０の対応する周縁部よりも側方
に延び出して、ダイヤフラム部位（２６）上に対向位置
するオーバーハング部４２ａを構成しているのであり、
また、そのようなオーバーハング部４２ａと、その直下
のダイヤフラム部位（２６）との間には、アルミナとマ
グネシアとの化合物を主体とする接合阻止粒子２０が介
在せしめられて、それらの間が不完全結合の状態とされ
ているのである。
子は、前述のように、圧電／電歪層４２の少なくとも一
部の周縁部が下部電極４０の対応する周縁部よりも側方
に延び出して、ダイヤフラム部位（２６）上に対向位置
するオーバーハング部４２ａを構成しているのであり、
また、そのようなオーバーハング部４２ａと、その直下
のダイヤフラム部位（２６）との間には、アルミナとマ
グネシアとの化合物を主体とする接合阻止粒子２０が介
在せしめられて、それらの間が不完全結合の状態とされ
ているのである。
【００５０】このように、本発明において対象とする圧
電／電歪膜型素子は、前述したように、アクチュエータ
やセンサやトランデューサとして、有利には、スピーカ
ー、ディスプレイ、サーボ変位素子、パルス駆動モー
タ、超音波モータ、加速度センサ、衝撃センサ、振動
子、発振子、共振子等の構成部材に用いられ得るもので
あるが、勿論、その他の公知の各種の用途にも有利に用
いられ得ることは、言うまでもないところである。
電／電歪膜型素子は、前述したように、アクチュエータ
やセンサやトランデューサとして、有利には、スピーカ
ー、ディスプレイ、サーボ変位素子、パルス駆動モー
タ、超音波モータ、加速度センサ、衝撃センサ、振動
子、発振子、共振子等の構成部材に用いられ得るもので
あるが、勿論、その他の公知の各種の用途にも有利に用
いられ得ることは、言うまでもないところである。
【００５１】
【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
した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。
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
した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。
【００５２】実施例 １ 図５及び図６に示される如き圧電／電歪膜型素子を作製
すべく、０．３ｍｍ×０．５ｍｍの大きさの矩形の窓部
３６が、基板長手方向に０．２ｍｍの間隔で、０．３ｍ
ｍ辺の方向に、１０個配列されてなる、ダイヤフラム部
位（２６）におけるアルミナ含有量が下記表１に示され
る如く異なる、焼成済のジルコニア基体２２を準備し、
そして該ジルコニア基体２２のダイヤフラム部位（２
６）の外面上に、以下の如くして、下部電極４０、圧電
／電歪層４２、上部電極４４を、それぞれ、所定大きさ
において順次積層形成した。なお、図５に示される素子
（焼成後）の寸法において、下部電極４０の左右方向の
幅は０．２４ｍｍ、圧電／電歪層４２の左右方向の幅は
０．３２ｍｍ、上部電極４４の左右方向の幅は０．２６
ｍｍとなるように、それぞれの層が形成され、またジル
コニア基体２２を構成する接続プレート２８には、左右
方向の幅が０．３０ｍｍの窓部３６の中心に位置するよ
うに、０．２ｍｍφの連通用開口部３２を設けた。
すべく、０．３ｍｍ×０．５ｍｍの大きさの矩形の窓部
３６が、基板長手方向に０．２ｍｍの間隔で、０．３ｍ
ｍ辺の方向に、１０個配列されてなる、ダイヤフラム部
位（２６）におけるアルミナ含有量が下記表１に示され
る如く異なる、焼成済のジルコニア基体２２を準備し、
そして該ジルコニア基体２２のダイヤフラム部位（２
６）の外面上に、以下の如くして、下部電極４０、圧電
／電歪層４２、上部電極４４を、それぞれ、所定大きさ
において順次積層形成した。なお、図５に示される素子
（焼成後）の寸法において、下部電極４０の左右方向の
幅は０．２４ｍｍ、圧電／電歪層４２の左右方向の幅は
０．３２ｍｍ、上部電極４４の左右方向の幅は０．２６
ｍｍとなるように、それぞれの層が形成され、またジル
コニア基体２２を構成する接続プレート２８には、左右
方向の幅が０．３０ｍｍの窓部３６の中心に位置するよ
うに、０．２ｍｍφの連通用開口部３２を設けた。
【００５３】なお、かかる素子の作製にあたっては、ジ
ルコニア基体２２の基体部（ベースプレート）を構成す
る接続プレート２８及びスペーサプレート３０の厚さ
が、それぞれ、焼成後において１５０μｍとなるように
為し、また、ダイヤフラム部を与えるダイヤフラム板２
６の厚さが、焼成後において、１４μｍとなるようにし
た。また、それら接続プレート２８やスペーサプレート
３０及びダイヤフラム板２１を与える材料としては、３
モル％のイットリアで部分安定化したジルコニアを用い
た。そして、かかるダイヤフラム板２６を接続プレート
２８やスペーサプレート３０に重ね合わせて、一体的な
ジルコニア基体２２を得るために、それぞれのグリーン
シートを、下記の如くして作製し、そして積層圧着し
て、焼成を行なった。
ルコニア基体２２の基体部（ベースプレート）を構成す
る接続プレート２８及びスペーサプレート３０の厚さ
が、それぞれ、焼成後において１５０μｍとなるように
為し、また、ダイヤフラム部を与えるダイヤフラム板２
６の厚さが、焼成後において、１４μｍとなるようにし
た。また、それら接続プレート２８やスペーサプレート
３０及びダイヤフラム板２１を与える材料としては、３
モル％のイットリアで部分安定化したジルコニアを用い
た。そして、かかるダイヤフラム板２６を接続プレート
２８やスペーサプレート３０に重ね合わせて、一体的な
ジルコニア基体２２を得るために、それぞれのグリーン
シートを、下記の如くして作製し、そして積層圧着し
て、焼成を行なった。
【００５４】ａ）ダイヤフラム板２６用グリーンシート
の作製 ３モル％イットリア部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．４μｍ） （１００−ｘ）重量部 アルミナ粉末（平均粒径０．２μｍ） ｘ重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） ９．０重量部 ジオクチルフタレート（可塑剤） ４．５重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 ２．０重量部 トルエン／イソプロピルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ７０重量部 上記の組成を、ジルコニア玉石を用いてポットミル混合
し、初期粘度１２００ｃｐｓ（センチポイズ）のスラリ
ーを得た。次いで、このスラリーを真空脱泡、粘度調整
し、２０００ｃｐｓとした後、リバースロールコーター
装置にて、焼成後の厚さが８μｍ若しくは１４μｍとな
るダイヤフラム部を与えるようなグリーンシートを成形
した。なお、乾燥は、５０℃で１０分間行なった。
の作製 ３モル％イットリア部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．４μｍ） （１００−ｘ）重量部 アルミナ粉末（平均粒径０．２μｍ） ｘ重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） ９．０重量部 ジオクチルフタレート（可塑剤） ４．５重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 ２．０重量部 トルエン／イソプロピルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ７０重量部 上記の組成を、ジルコニア玉石を用いてポットミル混合
し、初期粘度１２００ｃｐｓ（センチポイズ）のスラリ
ーを得た。次いで、このスラリーを真空脱泡、粘度調整
し、２０００ｃｐｓとした後、リバースロールコーター
装置にて、焼成後の厚さが８μｍ若しくは１４μｍとな
るダイヤフラム部を与えるようなグリーンシートを成形
した。なお、乾燥は、５０℃で１０分間行なった。
【００５５】ｂ）接続プレート２８、スペーサプレート
３０用グリーンシートの作製 ３モル％イットリア部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．４μｍ） １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） ８．０重量部 ジオクチルフタレート（可塑剤） ４．０重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 １．０重量部 キシレン／ノルマルブチルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ６３重量部 上記の組成を、ジルコニア玉石を用いて、ポットミル混
合し、初期粘度２０００ｃｐｓのスラリーを得た。次い
で、このスラリーを真空脱泡、粘度調整し、５０００ｃ
ｐｓとした後、ドクターブレード装置にて、焼成後の厚
みが１５０μｍとなるようにグリーンシートを成形し
た。なお、乾燥は、８０℃で２時間行なった。
３０用グリーンシートの作製 ３モル％イットリア部分安定化ジルコニア粉末（平均粒径０．４μｍ） １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダ） ８．０重量部 ジオクチルフタレート（可塑剤） ４．０重量部 ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤 １．０重量部 キシレン／ノルマルブチルアルコール（５０／５０）混合溶剤 ６３重量部 上記の組成を、ジルコニア玉石を用いて、ポットミル混
合し、初期粘度２０００ｃｐｓのスラリーを得た。次い
で、このスラリーを真空脱泡、粘度調整し、５０００ｃ
ｐｓとした後、ドクターブレード装置にて、焼成後の厚
みが１５０μｍとなるようにグリーンシートを成形し
た。なお、乾燥は、８０℃で２時間行なった。
【００５６】そして、上記の如くして得られた接続プレ
ート、スペーサプレート用グリーンシートをそれぞれ所
定の金型にてパターン打ち抜き（連通用開口部３２の形
成、窓部３６の形成）した後、これらに、上記で作製し
たダイヤフラム板用グリーンシートを重ね合わせ、１０
０kg／ｃｍ2 の圧力下に、８０℃×１分の条件にて、熱
圧着せしめた。更に、この得られた一体積層物を１５０
０℃の温度で２時間焼成し、ダイヤフラム部（２６）の
アルミナ含有量が種々異なる各種のジルコニア基体２２
を得た。
ート、スペーサプレート用グリーンシートをそれぞれ所
定の金型にてパターン打ち抜き（連通用開口部３２の形
成、窓部３６の形成）した後、これらに、上記で作製し
たダイヤフラム板用グリーンシートを重ね合わせ、１０
０kg／ｃｍ2 の圧力下に、８０℃×１分の条件にて、熱
圧着せしめた。更に、この得られた一体積層物を１５０
０℃の温度で２時間焼成し、ダイヤフラム部（２６）の
アルミナ含有量が種々異なる各種のジルコニア基体２２
を得た。
【００５７】次いで、この得られた各種のジルコニア基
体２２を用いて、そのダイヤフラム部（２６）の外面上
の所定位置に、焼成後の厚さが３μｍとなるように、白
金ペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、１２０℃で
１０分間乾燥した後、１３５０℃で２時間焼成すること
により、下部電極４０を形成した。
体２２を用いて、そのダイヤフラム部（２６）の外面上
の所定位置に、焼成後の厚さが３μｍとなるように、白
金ペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、１２０℃で
１０分間乾燥した後、１３５０℃で２時間焼成すること
により、下部電極４０を形成した。
【００５８】更に、その後、かかる下部電極４０上に、
圧電／電歪層形成用ペーストを、スクリーン印刷法によ
り、焼成後の厚みが３０μｍとなるように印刷し、１２
０℃で２０分間乾燥した後、１２７５℃で２時間焼成す
ることにより、圧電／電歪層４２を形成した。この圧電
／電歪層４２の形成により、図５の左右方向において、
約０．０４ｍｍの長さのオーバーハング部４２ａが形成
された。なお、圧電／電歪材料には、３８モル％のマグ
ネシウムニオブ酸鉛と２４モル％のジルコン酸鉛と３８
モル％のチタン酸鉛とからなる材料（Ｐｂの一部がＳｒ
及びＬａにて置換されている）の粉末（平均粒子径０．
９μｍ）を用い、この粉末の１００重量部とアクリル系
バインダ３重量部とテルピネオール（溶剤）２０重量部
からなる組成物を混練して、粘度が１０００００ｃｐｓ
のペーストとすることにより、圧電／電歪層形成用ペー
ストを調製した。また、かかる圧電／電歪層４２の焼成
においては、圧電／電歪層形成用ペーストの調製に用い
た圧電／電歪材料粉末を、焼成炉内に存在せしめ、焼成
雰囲気の制御を行なった。
圧電／電歪層形成用ペーストを、スクリーン印刷法によ
り、焼成後の厚みが３０μｍとなるように印刷し、１２
０℃で２０分間乾燥した後、１２７５℃で２時間焼成す
ることにより、圧電／電歪層４２を形成した。この圧電
／電歪層４２の形成により、図５の左右方向において、
約０．０４ｍｍの長さのオーバーハング部４２ａが形成
された。なお、圧電／電歪材料には、３８モル％のマグ
ネシウムニオブ酸鉛と２４モル％のジルコン酸鉛と３８
モル％のチタン酸鉛とからなる材料（Ｐｂの一部がＳｒ
及びＬａにて置換されている）の粉末（平均粒子径０．
９μｍ）を用い、この粉末の１００重量部とアクリル系
バインダ３重量部とテルピネオール（溶剤）２０重量部
からなる組成物を混練して、粘度が１０００００ｃｐｓ
のペーストとすることにより、圧電／電歪層形成用ペー
ストを調製した。また、かかる圧電／電歪層４２の焼成
においては、圧電／電歪層形成用ペーストの調製に用い
た圧電／電歪材料粉末を、焼成炉内に存在せしめ、焼成
雰囲気の制御を行なった。
【００５９】そして、かかる圧電／電歪層４２の焼成操
作が終了した後、該圧電／電歪層４２の上に、スパッタ
リング法によりＣｒ薄膜を形成し、更にその上にＣｕ膜
を形成して、上部電極４４を構成し、以て目的とする各
種の圧電／電歪膜型素子を得た。なお、この得られた圧
電／電歪膜型素子における各圧電／電歪作動部２４の上
部電極４４と下部電極４０との間に、変位方向に対して
順方向となるように、４０Ｖの電圧を１０分間かけて、
それぞれ分極処理せしめた。
作が終了した後、該圧電／電歪層４２の上に、スパッタ
リング法によりＣｒ薄膜を形成し、更にその上にＣｕ膜
を形成して、上部電極４４を構成し、以て目的とする各
種の圧電／電歪膜型素子を得た。なお、この得られた圧
電／電歪膜型素子における各圧電／電歪作動部２４の上
部電極４４と下部電極４０との間に、変位方向に対して
順方向となるように、４０Ｖの電圧を１０分間かけて、
それぞれ分極処理せしめた。
【００６０】かくして得られた各種の圧電／電歪膜型素
子（ｎ＝５、圧電／電歪作動部２４の数＝５０）につい
て、その変位量（３０Ｖ印加駆動）の平均、また変位の
バラツキ、更には圧電／電歪層４２のオーバーハング部
４２ａとその直下の下部電極４０の存在しない対向する
ダイヤフラム部位（２６）との間の不完全結合状態をそ
れぞれ調べ、その結果を、下記表１に示した。
子（ｎ＝５、圧電／電歪作動部２４の数＝５０）につい
て、その変位量（３０Ｖ印加駆動）の平均、また変位の
バラツキ、更には圧電／電歪層４２のオーバーハング部
４２ａとその直下の下部電極４０の存在しない対向する
ダイヤフラム部位（２６）との間の不完全結合状態をそ
れぞれ調べ、その結果を、下記表１に示した。
【００６１】なお、不完全結合状態の評価は、以下の如
くして圧電／電歪層（４２）のピール強度を測定するこ
とにより、行なった。先ず、ダイヤフラム板２６と同一
組成のセラミックス基板（厚さ：３００μｍ）上に、下
部電極用白金ペーストをスクリーン印刷し、１２０℃で
１０分乾燥した後、１３５０℃で２時間焼成して、白金
電極膜の厚みが３μｍ、電極パターン大きさが５ｍｍ×
５ｍｍの電極膜付セラミックス基板を得た。次いで、こ
の電極膜付セラミックス基板に対して、該電極膜が中心
に位置するように、その上に、実際に使用した圧電／電
歪層４２を、焼成後のパターン大きさが１０ｍｍ×１０
ｍｍで、３０μｍ厚さとなるように形成して、圧電／電
歪膜型素子と同条件にて焼成することにより、圧電／電
歪層の周縁部がオーバーハング部とされた評価試料を得
た。その後、この評価試料における、下方に電極膜の存
在しない圧電／電歪層のオーバーハング部とセラミック
ス基板との間にピール強度を測定するために、当該オー
バーハング部分を、セラミックス基板と共に、２ｍｍ×
２ｍｍのサイズに、レーザー加工にてカットし、該オー
バーハング部のピール強度を測定した。即ち、０．８ｍ
ｍφの太さのピール強度測定用Ｌ型リード線を２ｍｍ×
２ｍｍの圧電／電歪膜表面に接着剤で接着し、このリー
ド線を引張試験機で２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張
り、圧電／電歪層が剥れる値を１ｍｍ2 あたりに換算し
てピール強度とした。
くして圧電／電歪層（４２）のピール強度を測定するこ
とにより、行なった。先ず、ダイヤフラム板２６と同一
組成のセラミックス基板（厚さ：３００μｍ）上に、下
部電極用白金ペーストをスクリーン印刷し、１２０℃で
１０分乾燥した後、１３５０℃で２時間焼成して、白金
電極膜の厚みが３μｍ、電極パターン大きさが５ｍｍ×
５ｍｍの電極膜付セラミックス基板を得た。次いで、こ
の電極膜付セラミックス基板に対して、該電極膜が中心
に位置するように、その上に、実際に使用した圧電／電
歪層４２を、焼成後のパターン大きさが１０ｍｍ×１０
ｍｍで、３０μｍ厚さとなるように形成して、圧電／電
歪膜型素子と同条件にて焼成することにより、圧電／電
歪層の周縁部がオーバーハング部とされた評価試料を得
た。その後、この評価試料における、下方に電極膜の存
在しない圧電／電歪層のオーバーハング部とセラミック
ス基板との間にピール強度を測定するために、当該オー
バーハング部分を、セラミックス基板と共に、２ｍｍ×
２ｍｍのサイズに、レーザー加工にてカットし、該オー
バーハング部のピール強度を測定した。即ち、０．８ｍ
ｍφの太さのピール強度測定用Ｌ型リード線を２ｍｍ×
２ｍｍの圧電／電歪膜表面に接着剤で接着し、このリー
ド線を引張試験機で２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張
り、圧電／電歪層が剥れる値を１ｍｍ2 あたりに換算し
てピール強度とした。
【００６２】
【表１】 ＊ 比較例
【００６３】かかる表１の結果から明らかなように、ジ
ルコニア基体２２のダイヤフラム部（２６）に所定量の
アルミナを含有せしめたＮｏ．１及びＮo.２の圧電／電
歪膜型素子にあっては、圧電／電歪層４２を形成するた
めの圧電／電歪材料にマグネシアを化合物形態で含んで
いるところから、かかる圧電／電歪層４２の焼成時にお
いて、そのマグネシア成分が移動し、オーバーハング部
４２ａとその直下のダイヤフラム部（２６）との界面に
おいて、該ダイヤフラム部（２６）に存在するアルミナ
成分と反応して、アルミナとマグネシアの化合物（スピ
ネルであることが確認されている）を主体とする粒子２
０を生成、析出せしめ、図３に示される如き粒子の析出
形態を呈し、以てそれらの間の強固な融合乃至は癒着を
効果的に阻止して、優れた変位特性を実現しているので
ある。
ルコニア基体２２のダイヤフラム部（２６）に所定量の
アルミナを含有せしめたＮｏ．１及びＮo.２の圧電／電
歪膜型素子にあっては、圧電／電歪層４２を形成するた
めの圧電／電歪材料にマグネシアを化合物形態で含んで
いるところから、かかる圧電／電歪層４２の焼成時にお
いて、そのマグネシア成分が移動し、オーバーハング部
４２ａとその直下のダイヤフラム部（２６）との界面に
おいて、該ダイヤフラム部（２６）に存在するアルミナ
成分と反応して、アルミナとマグネシアの化合物（スピ
ネルであることが確認されている）を主体とする粒子２
０を生成、析出せしめ、図３に示される如き粒子の析出
形態を呈し、以てそれらの間の強固な融合乃至は癒着を
効果的に阻止して、優れた変位特性を実現しているので
ある。
【００６４】これに対して、圧電／電歪膜型素子を構成
するジルコニア基体２２のダイヤフラム部（２６）に、
アルミナを存在させない場合（Ｎｏ．３）にあっては、
圧電／電歪層４２のオーバーハング部４２ａとその直下
のダイヤフラム部（２６）との界面に、スピネル粒子の
如き、マグネシアとアルミナの化合物粒子が全く析出し
ないために、それらの界面が癒着しており、それによっ
て、素子の変位量が低く、また変位バラツキも大きいこ
とが認められた。
するジルコニア基体２２のダイヤフラム部（２６）に、
アルミナを存在させない場合（Ｎｏ．３）にあっては、
圧電／電歪層４２のオーバーハング部４２ａとその直下
のダイヤフラム部（２６）との界面に、スピネル粒子の
如き、マグネシアとアルミナの化合物粒子が全く析出し
ないために、それらの界面が癒着しており、それによっ
て、素子の変位量が低く、また変位バラツキも大きいこ
とが認められた。
【００６５】実施例 ２ 実施例１におけるアルミナ粉末を含有しない（ｘ重量％
＝０）ダイヤフラム板２６用グリーンシートと共に、接
続プレート２８、スペーサプレート３０用グリーンシー
トを用いて、実施例１と同様な、１０個の矩形の窓部３
６が長手方向に配列されてなる焼成済のジルコニア基体
２２を準備した。
＝０）ダイヤフラム板２６用グリーンシートと共に、接
続プレート２８、スペーサプレート３０用グリーンシー
トを用いて、実施例１と同様な、１０個の矩形の窓部３
６が長手方向に配列されてなる焼成済のジルコニア基体
２２を準備した。
【００６６】次いで、かかる得られた焼成済のジルコニ
ア基体２２のダイヤフラム部２６の外面上における下部
電極４０の形成部位の周りに且つ該下部電極４０の周縁
部と重なり得るように、０．１０ｍｍの幅において、ア
ルミナ粉末のペースト化物若しくはスピネル粉末のペー
スト化物を用いて、所定の分離層を、ダイヤフラム部
（２６）上にスクリーン印刷し、次いで焼成（１４５０
℃×２時間）することにより、形成した。なお、かかる
分離層の厚さは、その焼成後の厚さが２μｍとなるよう
にした。
ア基体２２のダイヤフラム部２６の外面上における下部
電極４０の形成部位の周りに且つ該下部電極４０の周縁
部と重なり得るように、０．１０ｍｍの幅において、ア
ルミナ粉末のペースト化物若しくはスピネル粉末のペー
スト化物を用いて、所定の分離層を、ダイヤフラム部
（２６）上にスクリーン印刷し、次いで焼成（１４５０
℃×２時間）することにより、形成した。なお、かかる
分離層の厚さは、その焼成後の厚さが２μｍとなるよう
にした。
【００６７】その後、このようにして得られたジルコニ
ア基体２２のそれぞれの窓部３６に対応するダイヤフラ
ム部（２６）上に、実施例１と同様にして、下部電極４
０、圧電／電歪層４２、及び上部電極４４を順次形成し
て、１０個の圧電／電歪作動部２４が配列された圧電／
電歪膜型素子を作製した。
ア基体２２のそれぞれの窓部３６に対応するダイヤフラ
ム部（２６）上に、実施例１と同様にして、下部電極４
０、圧電／電歪層４２、及び上部電極４４を順次形成し
て、１０個の圧電／電歪作動部２４が配列された圧電／
電歪膜型素子を作製した。
【００６８】かくして得られた２種類（Ｎo.４及びＮo.
５）の圧電／電歪膜型素子について、その変位量（平
均）及び変位バラツキを実施例１と同様にして調べ、ま
た圧電／電歪層４２のオーバーハング部４２ａとその直
下のダイヤフラム部（２６）との間の不完全結合状態に
ついても、実施例１と同様にしてピール強度において調
べ、それらの結果を、下記表２に示した。なお、ここで
のピール強度測定用の評価試料においては、セラミック
ス基板と圧電／電歪層のオーバーハング部との間に、上
記素子と同様なアルミナ若しくはスピネル分離層（２ｍ
ｍ厚）が介在せしめられて、圧電／電歪層の焼成が行な
われている。
５）の圧電／電歪膜型素子について、その変位量（平
均）及び変位バラツキを実施例１と同様にして調べ、ま
た圧電／電歪層４２のオーバーハング部４２ａとその直
下のダイヤフラム部（２６）との間の不完全結合状態に
ついても、実施例１と同様にしてピール強度において調
べ、それらの結果を、下記表２に示した。なお、ここで
のピール強度測定用の評価試料においては、セラミック
ス基板と圧電／電歪層のオーバーハング部との間に、上
記素子と同様なアルミナ若しくはスピネル分離層（２ｍ
ｍ厚）が介在せしめられて、圧電／電歪層の焼成が行な
われている。
【００６９】
【表２】
【００７０】かかる表２の結果から明らかなように、ア
ルミナ粉末やスピネル粉末からなる分離層を、オーバー
ハング部４２ａとダイヤフラム部（２６）との間に介在
せしめて、圧電／電歪層４２の焼成を行なうことによ
り、それらの間の強固な癒着は効果的に回避され、以て
変位量が大きく且つ変位バラツキの少ない素子が実現さ
れ得ることとなったのである。なお、スピネル粉末から
なる分離層が、圧電／電歪層４２の焼成後において、図
４に示される如きスピネル粒子（２０）からなる介在層
（２１）を与えることは勿論、アルミナ粉末からなる分
離層にあっても、そのアルミナ成分は、圧電／電歪層４
２の焼成時において、かかる圧電／電歪層４２から移動
してきたマグネシア成分と反応して、スピネル等の化合
物を生じ、そしてそれが析出して、スピネル粒子等の化
合物粒子（２０）からなる介在層（２１）を形成してい
ることが、確認されている。
ルミナ粉末やスピネル粉末からなる分離層を、オーバー
ハング部４２ａとダイヤフラム部（２６）との間に介在
せしめて、圧電／電歪層４２の焼成を行なうことによ
り、それらの間の強固な癒着は効果的に回避され、以て
変位量が大きく且つ変位バラツキの少ない素子が実現さ
れ得ることとなったのである。なお、スピネル粉末から
なる分離層が、圧電／電歪層４２の焼成後において、図
４に示される如きスピネル粒子（２０）からなる介在層
（２１）を与えることは勿論、アルミナ粉末からなる分
離層にあっても、そのアルミナ成分は、圧電／電歪層４
２の焼成時において、かかる圧電／電歪層４２から移動
してきたマグネシア成分と反応して、スピネル等の化合
物を生じ、そしてそれが析出して、スピネル粒子等の化
合物粒子（２０）からなる介在層（２１）を形成してい
ることが、確認されている。
【００７１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従う圧電／電歪膜型素子においては、その圧電／電歪
作動部における圧電／電歪層のオーバーハング部が、そ
の直下の、下部電極の存在しないダイヤフラム部との間
において、アルミナとマグネシアとの化合物を主体とす
る粒子の介在によって、不完全結合状態とされて、それ
らの間の癒着乃至は融合によるところの拘束を受けない
ようになっているところから、圧電／電歪作動部の作動
特性乃至は変位特性が、効果的に向上せしめられ得るこ
ととなるのである。
に従う圧電／電歪膜型素子においては、その圧電／電歪
作動部における圧電／電歪層のオーバーハング部が、そ
の直下の、下部電極の存在しないダイヤフラム部との間
において、アルミナとマグネシアとの化合物を主体とす
る粒子の介在によって、不完全結合状態とされて、それ
らの間の癒着乃至は融合によるところの拘束を受けない
ようになっているところから、圧電／電歪作動部の作動
特性乃至は変位特性が、効果的に向上せしめられ得るこ
ととなるのである。
【００７２】また、本発明に従う圧電／電歪膜型素子の
製造法によれば、圧電／電歪層の焼成時に、オーバーハ
ング部とその直下のダイヤフラム部との界面において、
アルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子が析
出乃至は介在せしめられることにより、そのような化合
物粒子の圧電／電歪層に対する低い反応性によって、そ
れらオーバーハング部とダイヤフラム部との強固な融合
乃至は接合を効果的に回避し得て、そのような接合によ
る圧電／電歪層における残留応力が大となることに起因
する物性低下を回避し、また接合の有無のバラツキによ
る圧電／電歪層の焼結バラツキ、残留応力のバラツキ、
素子の剛性バラツキ等の問題の発生を解消し、変位量等
の圧電／電歪特性や共振周波数特性等のバラツキを効果
的に抑制し得ることとなったのである。
製造法によれば、圧電／電歪層の焼成時に、オーバーハ
ング部とその直下のダイヤフラム部との界面において、
アルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子が析
出乃至は介在せしめられることにより、そのような化合
物粒子の圧電／電歪層に対する低い反応性によって、そ
れらオーバーハング部とダイヤフラム部との強固な融合
乃至は接合を効果的に回避し得て、そのような接合によ
る圧電／電歪層における残留応力が大となることに起因
する物性低下を回避し、また接合の有無のバラツキによ
る圧電／電歪層の焼結バラツキ、残留応力のバラツキ、
素子の剛性バラツキ等の問題の発生を解消し、変位量等
の圧電／電歪特性や共振周波数特性等のバラツキを効果
的に抑制し得ることとなったのである。
【図１】本発明に従う圧電／電歪膜型素子の基本的な構
造の一例を示す部分断面説明図である。
造の一例を示す部分断面説明図である。
【図２】図１に示される圧電／電歪膜型素子の圧電／電
歪作動部の各層の配設形態を示す平面説明図である。
歪作動部の各層の配設形態を示す平面説明図である。
【図３】本発明に従う圧電／電歪膜型素子の一例を示す
部分断面図である。
部分断面図である。
【図４】本発明に従う圧電／電歪膜型素子の他の一例を
示す部分断面説明図である。
示す部分断面説明図である。
【図５】本発明に従う圧電／電歪膜型素子の更に他の一
例を示す断面説明図である。
例を示す断面説明図である。
【図６】図５に示される圧電／電歪膜型素子の分解斜視
図である。
図である。
２、２２ ジルコニア基体 ４ ベー
スプレート ５ 覆蓋プレート ６、３６ 窓部 ８ ダイヤフラム板 １０ ダイ
ヤフラム部位 １２、４０ 下部電極 １４、４２ 圧
電／電歪層 １４ａ、４２ａ オーバーハング部 １６、４４ 上部電極 １８、２４ 圧電／電歪作動部 ２０ アルミナ・マグネシア化合物粒子 ２１ 介在層 ２６ 閉塞プレート（ダイヤフラム部位） ２８ 接続プレート ３０ スペーサプレート ３２ 連通用開孔部 ３８ 加圧室
スプレート ５ 覆蓋プレート ６、３６ 窓部 ８ ダイヤフラム板 １０ ダイ
ヤフラム部位 １２、４０ 下部電極 １４、４２ 圧
電／電歪層 １４ａ、４２ａ オーバーハング部 １６、４４ 上部電極 １８、２４ 圧電／電歪作動部 ２０ アルミナ・マグネシア化合物粒子 ２１ 介在層 ２６ 閉塞プレート（ダイヤフラム部位） ２８ 接続プレート ３０ スペーサプレート ３２ 連通用開孔部 ３８ 加圧室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 伸夫 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも一つの空所を有すると共に、
該空所を覆蓋するように、薄肉のダイヤフラム部を一体
に設けてなるジルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外
面上に膜形成法によって層状に順次設けた下部電極、圧
電／電歪層及び上部電極より構成される膜状の圧電／電
歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子にして、 前記圧電／電歪層の少なくとも一部の周縁部が、前記下
部電極の対応する周縁部よりも側方に延び出して、前記
ダイヤフラム部上に対向位置するオーバーハング部を構
成していると共に、該オーバーハング部が、それとその
直下のダイヤフラム部位との間に、アルミナとマグネシ
アとの化合物を主体とする粒子が介在せしめられること
によって、かかる直下のダイヤフラム部位に対して、不
完全結合状態と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】 少なくとも一つの空所を有すると共に、
該空所を覆蓋するように、薄肉のダイヤフラム部を一体
に設けてなるジルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外
面上に膜形成法によって層状に順次設けた下部電極、圧
電／電歪層及び上部電極より構成される膜状の圧電／電
歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際
して、 少なくとも前記ダイヤフラム部にアルミナを含有せしめ
てなる焼成済のジルコニア基体を準備して、該ジルコニ
ア基体のダイヤフラム部の外面上に前記下部電極を形成
した後、更に、該下部電極上に、マグネシア若しくはそ
れを与える成分を独立して又は化合物形態において含有
する圧電／電歪材料を用いて、少なくとも一部の周縁部
が該下部電極の対応する周縁部よりも側方に延び出し
て、前記ダイヤフラム部上に対向位置するオーバーハン
グ部を構成するように、膜形成法にて前記圧電／電歪層
を形成せしめ、そして該圧電／電歪層の焼成を行なうこ
とにより、少なくとも、かかるオーバーハング部とその
直下の前記ダイヤフラム部位との界面において、アルミ
ナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子を析出せし
めて、それらオーバーハング部とその直下のダイヤフラ
ム部位との間が不完全結合状態となるようにしたことを
特徴とする圧電／電歪膜型素子の製造方法。 - 【請求項３】 少なくとも一つの空所を有すると共に、
該空所を覆蓋するように、薄肉のダイヤフラム部を一体
に設けてなるジルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外
面上に膜形成法によって層状に順次設けた下部電極、圧
電／電歪層及び上部電極より構成される膜状の圧電／電
歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際
して、 焼成済の前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア
基体のダイヤフラム部の外面上に、アルミナ若しくはそ
れを与える成分を含有せしめてなる電極材料を用いて、
膜形成法によって前記下部電極を形成した後、更に、該
下部電極上に、マグネシア若しくはそれを与える成分を
独立して又は化合物形態において含有する圧電／電歪材
料を用いて、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の対
応する周縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフラ
ム部上に対向位置するオーバーハング部を構成するよう
に、膜形成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そし
て該圧電／電歪層の焼成を行なうことにより、少なくと
も、かかるオーバーハング部とその直下の前記ダイヤフ
ラム部位との界面において、アルミナとマグネシアとの
化合物を主体とする粒子を析出せしめて、それらオーバ
ーハング部とその直下のダイヤフラム部位との間が不完
全結合状態となるようにしたことを特徴とする圧電／電
歪膜型素子の製造方法。 - 【請求項４】 少なくとも一つの空所を有すると共に、
該空所を覆蓋するように、薄肉のダイヤフラム部を一体
に設けてなるジルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外
面上に膜形成法によって層状に順次設けた下部電極、圧
電／電歪層及び上部電極より構成される膜状の圧電／電
歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際
して、 焼成済の前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア
基体のダイヤフラム部の外面における少なくとも前記下
部電極形成部位の周りに、アルミナ若しくはそれを与え
る成分を含む分離層を形成せしめる一方、該分離層の形
成に先立って若しくは該分離層の形成の後に、かかるダ
イヤフラム部の外面上に前記下部電極を形成した後、更
に、該下部電極上に、マグネシア若しくはそれを与える
成分を独立して又は化合物形態において含有する圧電／
電歪材料を用いて、少なくとも一部の周縁部が該下部電
極の対応する周縁部よりも側方に延び出して、前記ダイ
ヤフラム部上に対向位置するオーバーハング部を構成す
るように、膜形成法にて前記圧電／電歪層を形成せし
め、そして該圧電／電歪層の焼成を行なうことにより、
少なくとも、かかるオーバーハング部とその直下の前記
ダイヤフラム部位との界面において、アルミナとマグネ
シアとの化合物を主体とする粒子を析出せしめて、それ
らオーバーハング部とその直下のダイヤフラム部位との
間が不完全結合状態となるようにしたことを特徴とする
圧電／電歪膜型素子の製造方法。 - 【請求項５】 少なくとも一つの空所を有すると共に、
該空所を覆蓋するように、薄肉のダイヤフラム部を一体
に設けてなるジルコニア基体と、該ダイヤフラム部の外
面上に膜形成法によって層状に順次設けた下部電極、圧
電／電歪層及び上部電極より構成される膜状の圧電／電
歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子を製造するに際
して、 焼成済の前記ジルコニア基体を準備して、該ジルコニア
基体のダイヤフラム部の外面における少なくとも前記下
部電極形成部位の周りに、アルミナ若しくはそれを与え
る成分とマグネシア若しくはそれを与える成分を含む、
又はアルミナとマグネシアとの化合物を主体とする粒子
を含む分離層を形成せしめる一方、該分離層の形成に先
立って若しくは該分離層の形成の後に、かかるダイヤフ
ラム部の外面上に前記下部電極を形成した後、更に、該
下部電極上に、少なくとも一部の周縁部が該下部電極の
対応する周縁部よりも側方に延び出して、前記ダイヤフ
ラム部上に対向位置するオーバーハング部を構成するよ
うに、膜形成法にて前記圧電／電歪層を形成せしめ、そ
して該圧電／電歪層の焼成を行なうことにより、少なく
とも、かかるオーバーハング部とその直下の前記ダイヤ
フラム部位との界面において、アルミナとマグネシアと
の化合物を主体とする粒子を析出乃至は介在せしめて、
それらオーバーハング部とその直下のダイヤフラム部位
との間が不完全結合状態となるようにしたことを特徴と
する圧電／電歪膜型素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記析出せしめられる粒子が、スピネル
粒子である請求項２乃至請求項５の何れかに記載の圧電
／電歪膜型素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記圧電／電歪材料が、圧電／電歪特性
を示す組成の一成分としてマグネシアを含むものである
請求項２乃至請求項６の何れかに記載の圧電／電歪膜型
素子の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34241495A JP3344888B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法 |
| US08/777,953 US5814920A (en) | 1995-12-28 | 1996-12-23 | Piezoelectric/electrostrictive film-type element and method for producing the same |
| DE1996610758 DE69610758T2 (de) | 1995-12-28 | 1996-12-24 | Piezoelektrisches/Elektrostriktives Element vom Dünnschicht-Typ und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP19960309505 EP0782203B1 (en) | 1995-12-28 | 1996-12-24 | Piezoelectric/electrostrictive film-type element and method for producing the same |
| US09/057,398 US6088893A (en) | 1995-12-28 | 1998-04-09 | Method for producing a piezoelectric/electrostrictive film-type element |
| US09/567,067 US6263552B1 (en) | 1995-12-28 | 2000-05-08 | Method of producing piezoelectric/electrostrictive film-type element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34241495A JP3344888B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186372A true JPH09186372A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3344888B2 JP3344888B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=18353552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34241495A Expired - Fee Related JP3344888B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5814920A (ja) |
| EP (1) | EP0782203B1 (ja) |
| JP (1) | JP3344888B2 (ja) |
| DE (1) | DE69610758T2 (ja) |
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