JPH10335713A - 圧電体装置及びその製造方法 - Google Patents
圧電体装置及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH10335713A JPH10335713A JP13722197A JP13722197A JPH10335713A JP H10335713 A JPH10335713 A JP H10335713A JP 13722197 A JP13722197 A JP 13722197A JP 13722197 A JP13722197 A JP 13722197A JP H10335713 A JPH10335713 A JP H10335713A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric device
- manufacturing
- domains
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 インクジェットプリンタ用ヘッドやアクチュ
エータ等に用いられる圧電体装置及びその製造方法に関
し、高性能な圧電特性を有する圧電体装置及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 結晶方向の異なる多数の単結晶ドメイン
が凝集してひとつのグレインを形成し、多数のグレイン
が凝集して圧電体材料を構成する。グレインが一定程度
以上の大きさになると、グレインの表面に亀裂のような
クラックが表れる。クラックが形成されると、隣接する
ドメインからの拘束力が弱くなり、圧電体材料から本来
生ずべき変位とほぼ同じ変位を得ることができる。
エータ等に用いられる圧電体装置及びその製造方法に関
し、高性能な圧電特性を有する圧電体装置及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 結晶方向の異なる多数の単結晶ドメイン
が凝集してひとつのグレインを形成し、多数のグレイン
が凝集して圧電体材料を構成する。グレインが一定程度
以上の大きさになると、グレインの表面に亀裂のような
クラックが表れる。クラックが形成されると、隣接する
ドメインからの拘束力が弱くなり、圧電体材料から本来
生ずべき変位とほぼ同じ変位を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体材料を用い
た圧電体装置に係り、特に、インクジェットプリンタ用
ヘッドやアクチュエータ等に用いられる圧電体装置及び
その製造方法に関する。
た圧電体装置に係り、特に、インクジェットプリンタ用
ヘッドやアクチュエータ等に用いられる圧電体装置及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェットプリンタ用ヘッドやアク
チュエータ等に用いられる圧電体装置として、低電圧の
印加で高い変位を得ることができる高性能の圧電体装置
が求められている。このような高性能の圧電体装置を製
造するためには、焼結後に高い圧電特性を発現する焼結
性の高い原料粉末を製造しなければならない。
チュエータ等に用いられる圧電体装置として、低電圧の
印加で高い変位を得ることができる高性能の圧電体装置
が求められている。このような高性能の圧電体装置を製
造するためには、焼結後に高い圧電特性を発現する焼結
性の高い原料粉末を製造しなければならない。
【０００３】高性能の圧電体原料を得るために、従来、
各原料を混合した後、仮焼きを複数回行うことにより、
高い圧電特性が発現するペロブスカイト相の比率を高め
るようにして、圧電特性の向上が試みられてきた。ま
た、原材料に、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｎＯ
2などの様々な材料を添加して、圧電特性の向上が試み
られている。
各原料を混合した後、仮焼きを複数回行うことにより、
高い圧電特性が発現するペロブスカイト相の比率を高め
るようにして、圧電特性の向上が試みられてきた。ま
た、原材料に、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｎＯ
2などの様々な材料を添加して、圧電特性の向上が試み
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようにすることに
より、圧電特性の向上が見られるものの、圧電体装置を
使用するインクジェットプリンタ等の装置側から更に高
性能な圧電体装置の実現が望まれている。また、従来
は、各原料を混合する際のボールミル混合にアルミナボ
ールを用いているため、アルミナボールが摩耗して原材
料にアルミナが混入し、圧電特性を低下させることがあ
った。
より、圧電特性の向上が見られるものの、圧電体装置を
使用するインクジェットプリンタ等の装置側から更に高
性能な圧電体装置の実現が望まれている。また、従来
は、各原料を混合する際のボールミル混合にアルミナボ
ールを用いているため、アルミナボールが摩耗して原材
料にアルミナが混入し、圧電特性を低下させることがあ
った。
【０００５】また、各原料を混合するために、従来、溶
媒として水又はアルコールを用いて混合するため、混合
粉末を回収する際に、混合したはずの各粉末が沈殿によ
って分離し、焼成した圧電セラミックスの組成が不均質
化することがあった。組成が不均質化すると、全く圧電
特性を示さないパイロクロア相が生成され、圧電性能の
低下を招くことになる。
媒として水又はアルコールを用いて混合するため、混合
粉末を回収する際に、混合したはずの各粉末が沈殿によ
って分離し、焼成した圧電セラミックスの組成が不均質
化することがあった。組成が不均質化すると、全く圧電
特性を示さないパイロクロア相が生成され、圧電性能の
低下を招くことになる。
【０００６】また、様々な材料を添加すると、圧電特性
の向上は見られるものの、添加量が多くなると、添加物
質が粒界に偏析してセラミックスの焼結性が低下し、密
度が低くなって十分な圧電特性が実現されない。本発明
の目的は、高性能な圧電特性を有する圧電体装置及びそ
の製造方法を提供することにある。
の向上は見られるものの、添加量が多くなると、添加物
質が粒界に偏析してセラミックスの焼結性が低下し、密
度が低くなって十分な圧電特性が実現されない。本発明
の目的は、高性能な圧電特性を有する圧電体装置及びそ
の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、複数のドメ
インが凝集したグレインを有する圧電体材料からなる圧
電体装置であって、前記グレインの平均粒径は、約２μ
ｍ以上であり、前記ドメインの平均粒径は、約０．１μ
ｍ以上であり、前記ドメイン間にクラックが形成されて
いることを特徴とする圧電体装置によって達成される。
インが凝集したグレインを有する圧電体材料からなる圧
電体装置であって、前記グレインの平均粒径は、約２μ
ｍ以上であり、前記ドメインの平均粒径は、約０．１μ
ｍ以上であり、前記ドメイン間にクラックが形成されて
いることを特徴とする圧電体装置によって達成される。
【０００８】上述した圧電体装置において、前記圧電体
材料は、ペロブスカイト構造であることが望ましい。上
述した圧電体装置において、前記圧電体材料は、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であることが望ましい。
材料は、ペロブスカイト構造であることが望ましい。上
述した圧電体装置において、前記圧電体材料は、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であることが望ましい。
【０００９】上述した圧電体装置において、前記圧電体
材料は、次式 ａＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であることが望ましい。
材料は、次式 ａＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であることが望ましい。
【００１０】上記目的は、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０．４０＜ａ＜０．７５、０．２５＜ｂ＜０．５５、
０．０５＜ｃ＜０．４５ で表される基本組成を有し、ＰｂＨｆＯ3及び／又はＰ
ｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3が合計０−３ｍｏｌ％添加され、
酸化アルミニウムの含有量が０．２ｍｏｌ％以下である
圧電体材料からなることを特徴とする圧電体装置によっ
て達成される。
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０．４０＜ａ＜０．７５、０．２５＜ｂ＜０．５５、
０．０５＜ｃ＜０．４５ で表される基本組成を有し、ＰｂＨｆＯ3及び／又はＰ
ｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3が合計０−３ｍｏｌ％添加され、
酸化アルミニウムの含有量が０．２ｍｏｌ％以下である
圧電体材料からなることを特徴とする圧電体装置によっ
て達成される。
【００１１】上述した圧電体装置において、前記圧電体
材料からなる圧電層を挟み、Ａｇ−Ｐｄペースト又はＰ
ｔペーストからなる電極層を更に有することが望まし
い。上述した圧電体装置において、前記圧電層と前記電
極層とが交互に積層され、前記圧電層が少なくとも２層
以上であることが望ましい。上記目的は、ＰｂＯ以外の
圧電体原料を混合して第１の混合物を生成する第１の工
程と、前記第１の混合物を仮焼きする第２の工程と、仮
焼きされた前記第１の混合物とＰｂＯとを混合して第２
の混合物を生成する第３の工程と、前記第２の混合物を
仮焼きして圧電体粉末を生成する第４の工程とを有する
圧電体装置の製造方法によって達成される。
材料からなる圧電層を挟み、Ａｇ−Ｐｄペースト又はＰ
ｔペーストからなる電極層を更に有することが望まし
い。上述した圧電体装置において、前記圧電層と前記電
極層とが交互に積層され、前記圧電層が少なくとも２層
以上であることが望ましい。上記目的は、ＰｂＯ以外の
圧電体原料を混合して第１の混合物を生成する第１の工
程と、前記第１の混合物を仮焼きする第２の工程と、仮
焼きされた前記第１の混合物とＰｂＯとを混合して第２
の混合物を生成する第３の工程と、前記第２の混合物を
仮焼きして圧電体粉末を生成する第４の工程とを有する
圧電体装置の製造方法によって達成される。
【００１２】上述した圧電体装置の製造方法において、
前記第１の工程は、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ
2、ＺｒＯ2、及び／又はＨｆＯ2を混合するようにして
もよい。上述した圧電体装置の製造方法において、前記
第１の工程及び／又は第３の工程は、ジルコニア製のボ
ールを用いて混合することが望ましい。
前記第１の工程は、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ
2、ＺｒＯ2、及び／又はＨｆＯ2を混合するようにして
もよい。上述した圧電体装置の製造方法において、前記
第１の工程及び／又は第３の工程は、ジルコニア製のボ
ールを用いて混合することが望ましい。
【００１３】上述した圧電体装置の製造方法において、
前記第１の工程及び／又は前記第３の工程は、混合すべ
き原料をアセトンの溶媒中に分散して混合することが望
ましい。上記目的は、圧電体原料を混合し、この混合物
を仮焼きして圧電体粉末を生成する第１の工程と、前記
圧電体粉末から形成したグリーンシートを積層して加圧
し、積層体を形成する第２の工程と、前記積層体を、前
記圧電体粉末とほぼ同等な組成の焼成用粉末中に埋め込
み、前記積層体を焼成する第３の工程とを有することを
特徴とする圧電体装置の製造方法によって達成される。
前記第１の工程及び／又は前記第３の工程は、混合すべ
き原料をアセトンの溶媒中に分散して混合することが望
ましい。上記目的は、圧電体原料を混合し、この混合物
を仮焼きして圧電体粉末を生成する第１の工程と、前記
圧電体粉末から形成したグリーンシートを積層して加圧
し、積層体を形成する第２の工程と、前記積層体を、前
記圧電体粉末とほぼ同等な組成の焼成用粉末中に埋め込
み、前記積層体を焼成する第３の工程とを有することを
特徴とする圧電体装置の製造方法によって達成される。
【００１４】上述した圧電体装置の製造方法において、
前記圧電体原料は、ＰｂＯを含んでおり、前記第３の工
程における前記焼成用粉末は、前記圧電体粉末よりもＰ
ｂＯが過剰であることが望ましい。
前記圧電体原料は、ＰｂＯを含んでおり、前記第３の工
程における前記焼成用粉末は、前記圧電体粉末よりもＰ
ｂＯが過剰であることが望ましい。
【００１５】
［第１実施形態］本発明の第１実施形態による圧電体装
置の圧電体材料について図１乃至図５を用いて説明す
る。本実施形態の圧電体材料は、ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ
3と、ＰｂＴｉＯ3と、ＰｂＺｒＯ3とが所定の組成比で
混合されたペロブスカイト構造、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ、ｂ、ｃは組成比、ａ＋ｂ＋ｃ＝１で表され
るペロブスカイト構造を基本構造としている。このペロ
ブスカイト構造の組成比ａ、ｂ、ｃを適切な値にするこ
とにより、グレインの粒径が大きく、グレイン内のドメ
イン間にクラックが形成された圧電体装置が得られる。
置の圧電体材料について図１乃至図５を用いて説明す
る。本実施形態の圧電体材料は、ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ
3と、ＰｂＴｉＯ3と、ＰｂＺｒＯ3とが所定の組成比で
混合されたペロブスカイト構造、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ、ｂ、ｃは組成比、ａ＋ｂ＋ｃ＝１で表され
るペロブスカイト構造を基本構造としている。このペロ
ブスカイト構造の組成比ａ、ｂ、ｃを適切な値にするこ
とにより、グレインの粒径が大きく、グレイン内のドメ
イン間にクラックが形成された圧電体装置が得られる。
【００１６】圧電体材料の結晶構造は、結晶方向の異な
る多数のドメインが凝集してひとつのグレインを形成し
ている。多数のグレインが凝集して圧電体材料を構成す
る。本願発明者等は、本実施形態の圧電体材料を製造し
て表面を観察したところ、グレインが一定程度以上の大
きさになると、図１（ａ）に示すように、グレインの表
面に亀裂のようなクラックが現れていることがわかっ
た。図１（ｂ）の模式図に示すように、結晶方向の異な
る多数のドメインが凝集してひとつのグレインを形成す
る際に、ドメインが大きくなり、それに伴いグレインが
大きくなると、ドメイン同士が完全に密着することがで
きなくなり、ドメインの端部が離れて、クラックが形成
される。
る多数のドメインが凝集してひとつのグレインを形成し
ている。多数のグレインが凝集して圧電体材料を構成す
る。本願発明者等は、本実施形態の圧電体材料を製造し
て表面を観察したところ、グレインが一定程度以上の大
きさになると、図１（ａ）に示すように、グレインの表
面に亀裂のようなクラックが現れていることがわかっ
た。図１（ｂ）の模式図に示すように、結晶方向の異な
る多数のドメインが凝集してひとつのグレインを形成す
る際に、ドメインが大きくなり、それに伴いグレインが
大きくなると、ドメイン同士が完全に密着することがで
きなくなり、ドメインの端部が離れて、クラックが形成
される。
【００１７】このような圧電体材料の変位量について測
定すると、クラックがある圧電体材料は、クラックがな
い圧電体材料に比較して、変位量が飛躍的に大きくな
る。これは、図２に示すようなメカニズムによるものと
思われる。図２（ａ）に示すように、外部からの拘束が
全くない単結晶圧電素子に電圧を印加した場合、圧電素
子の変位は、その圧電体材料の本来の変位となる。しか
しながら、クラックがない多結晶の圧電体材料の場合、
図２（ｂ）に示すように、各グレインは隣接するグレイ
ンにより強く拘束されることになり、実際の変位は、圧
電体材料から本来生ずべき変位よりも非常に小さなもの
になってしまう。これに対し、本実施形態のようにグレ
イン間にクラックがあると、図２（ｃ）に示すように、
隣接するグレインからの拘束力が弱くなり、圧電体材料
から本来生ずべき変位とほぼ同じ程度の変位を実際に得
ることができる。
定すると、クラックがある圧電体材料は、クラックがな
い圧電体材料に比較して、変位量が飛躍的に大きくな
る。これは、図２に示すようなメカニズムによるものと
思われる。図２（ａ）に示すように、外部からの拘束が
全くない単結晶圧電素子に電圧を印加した場合、圧電素
子の変位は、その圧電体材料の本来の変位となる。しか
しながら、クラックがない多結晶の圧電体材料の場合、
図２（ｂ）に示すように、各グレインは隣接するグレイ
ンにより強く拘束されることになり、実際の変位は、圧
電体材料から本来生ずべき変位よりも非常に小さなもの
になってしまう。これに対し、本実施形態のようにグレ
イン間にクラックがあると、図２（ｃ）に示すように、
隣接するグレインからの拘束力が弱くなり、圧電体材料
から本来生ずべき変位とほぼ同じ程度の変位を実際に得
ることができる。
【００１８】したがって、クラックが発生するような結
晶構造にすることが圧電体材料として重要である。組成
比を変化させて様々な圧電体材料を製造して、クラック
の有無について調べたところ、グレインの粒径が大きく
なるとクラックが発生することがわかった。図３は、ク
ラックが発生する領域を示すと共に、グレインの平均粒
径とドメインの平均粒径との関係を示している。図３に
示すように、グレインの平均粒径が約２μｍ以上となる
と、ほとんどのグレインでクラックが生ずることがわか
った。そのときのドメインの平均粒径は約０．１５μｍ
以上である。
晶構造にすることが圧電体材料として重要である。組成
比を変化させて様々な圧電体材料を製造して、クラック
の有無について調べたところ、グレインの粒径が大きく
なるとクラックが発生することがわかった。図３は、ク
ラックが発生する領域を示すと共に、グレインの平均粒
径とドメインの平均粒径との関係を示している。図３に
示すように、グレインの平均粒径が約２μｍ以上となる
と、ほとんどのグレインでクラックが生ずることがわか
った。そのときのドメインの平均粒径は約０．１５μｍ
以上である。
【００１９】本実施形態の圧電体材料について、組成比
ａ、ｂ、ｃを変化させたところ、組成比ａ、ｂ、ｃとグ
レインの平均粒径との間に、図４に示すような関係があ
ることがわかった。すなわち、組成比ａ、ｂ、ｃに応じ
て、グレインの平均粒径が２μｍ以上になる領域、２．
５μｍ以上となる領域、３μｍ以上となる領域が存在す
る。
ａ、ｂ、ｃを変化させたところ、組成比ａ、ｂ、ｃとグ
レインの平均粒径との間に、図４に示すような関係があ
ることがわかった。すなわち、組成比ａ、ｂ、ｃに応じ
て、グレインの平均粒径が２μｍ以上になる領域、２．
５μｍ以上となる領域、３μｍ以上となる領域が存在す
る。
【００２０】図３に示すように、グレインの粒径が約２
μｍ以上であると、ドメイン間にクラックが発生するか
ら、本実施形態の圧電体材料としては、図５に示すよう
な範囲の組成比の圧電体材料、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であれば、変位量が大きい高性能の圧電
特性を有する圧電体装置を実現できる。
μｍ以上であると、ドメイン間にクラックが発生するか
ら、本実施形態の圧電体材料としては、図５に示すよう
な範囲の組成比の圧電体材料、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であれば、変位量が大きい高性能の圧電
特性を有する圧電体装置を実現できる。
【００２１】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる圧電体装置の圧電体材料について図６及び図７を用
いて説明する。本実施形態の圧電体材料は、ＰｂＮｉ
1/3Ｎｂ2/3Ｏ3の代わりにＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3を用
い、ＰｂＴｉＯ3と、ＰｂＺｒＯ3とを所定の組成比で混
合したペロブスカイト構造、すなわち、次式 ａＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ、ｂ、ｃは組成比、ａ＋ｂ＋ｃ＝１で表され
るペロブスカイト構造を基本構造としている。このペロ
ブスカイト構造の場合も、その組成比ａ、ｂ、ｃを適切
な値にすることにより、グレインの粒径が大きく、グレ
イン内のドメイン間にクラックが形成された圧電体装置
が得られる。
よる圧電体装置の圧電体材料について図６及び図７を用
いて説明する。本実施形態の圧電体材料は、ＰｂＮｉ
1/3Ｎｂ2/3Ｏ3の代わりにＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3を用
い、ＰｂＴｉＯ3と、ＰｂＺｒＯ3とを所定の組成比で混
合したペロブスカイト構造、すなわち、次式 ａＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ、ｂ、ｃは組成比、ａ＋ｂ＋ｃ＝１で表され
るペロブスカイト構造を基本構造としている。このペロ
ブスカイト構造の場合も、その組成比ａ、ｂ、ｃを適切
な値にすることにより、グレインの粒径が大きく、グレ
イン内のドメイン間にクラックが形成された圧電体装置
が得られる。
【００２２】本実施形態の圧電体材料について、組成比
ａ、ｂ、ｃを変化させたところ、組成比ａ、ｂ、ｃとグ
レインの平均粒径との間に、図６に示すような関係があ
ることがわかった。すなわち、組成比ａ、ｂ、ｃに応じ
て、グレインの平均粒径が２μｍ以上になる領域、２．
５μｍ以上となる領域、３μｍ以上となる領域が存在す
る。
ａ、ｂ、ｃを変化させたところ、組成比ａ、ｂ、ｃとグ
レインの平均粒径との間に、図６に示すような関係があ
ることがわかった。すなわち、組成比ａ、ｂ、ｃに応じ
て、グレインの平均粒径が２μｍ以上になる領域、２．
５μｍ以上となる領域、３μｍ以上となる領域が存在す
る。
【００２３】図３に示すように、グレインの粒径が約２
μｍ以上であると、ドメイン間にクラックが発生するか
ら、本実施形態の圧電体材料としては、図７に示すよう
な範囲の組成比の圧電体材料、すなわち、次式 ａＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であれば、変位量が大きい高性能の圧電
特性を有する圧電体装置を実現できる。
μｍ以上であると、ドメイン間にクラックが発生するか
ら、本実施形態の圧電体材料としては、図７に示すよう
な範囲の組成比の圧電体材料、すなわち、次式 ａＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であれば、変位量が大きい高性能の圧電
特性を有する圧電体装置を実現できる。
【００２４】［第３実施形態］本発明の第３実施形態に
よる圧電体装置の圧電体材料について図８及び図９を用
いて説明する。本実施形態の圧電体材料は、第１の実施
形態と同様に、ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ 3と、ＰｂＴｉＯ3
と、ＰｂＺｒＯ3とが所定の組成比で混合されたペロブ
スカイト構造、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ、ｂ、ｃは組成比、ａ＋ｂ＋ｃ＝１で表され
るペロブスカイト構造を基本構造とし、更に、ＰｂＨｆ
Ｏ3及び／又はＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3が合計０−３ｍｏ
ｌ％添加され、酸化アルミニウムの含有量が０．２ｍｏ
ｌ％以下と従来よりも少ない圧電体材料である。
よる圧電体装置の圧電体材料について図８及び図９を用
いて説明する。本実施形態の圧電体材料は、第１の実施
形態と同様に、ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ 3と、ＰｂＴｉＯ3
と、ＰｂＺｒＯ3とが所定の組成比で混合されたペロブ
スカイト構造、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ、ｂ、ｃは組成比、ａ＋ｂ＋ｃ＝１で表され
るペロブスカイト構造を基本構造とし、更に、ＰｂＨｆ
Ｏ3及び／又はＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3が合計０−３ｍｏ
ｌ％添加され、酸化アルミニウムの含有量が０．２ｍｏ
ｌ％以下と従来よりも少ない圧電体材料である。
【００２５】本実施形態の圧電体材料に対し、その組成
比ａ、ｂ、ｃを適切な値にすることにより、従来では実
現できなかった電気機械結合係数ｋ33が７０％以上の圧
電体材料を得ることができた。本実施形態の圧電体材料
について、組成比ａ、ｂ、ｃを変化させたところ、組成
比ａ、ｂ、ｃと電気機械結合係数ｋ33との間に、図８に
示すような関係があることがわかった。すなわち、組成
比ａ、ｂ、ｃに応じて、電気機械結合係数ｋ33が６５％
以上となる領域、７０％以上となる領域、７５％以上と
なる領域が存在する。
比ａ、ｂ、ｃを適切な値にすることにより、従来では実
現できなかった電気機械結合係数ｋ33が７０％以上の圧
電体材料を得ることができた。本実施形態の圧電体材料
について、組成比ａ、ｂ、ｃを変化させたところ、組成
比ａ、ｂ、ｃと電気機械結合係数ｋ33との間に、図８に
示すような関係があることがわかった。すなわち、組成
比ａ、ｂ、ｃに応じて、電気機械結合係数ｋ33が６５％
以上となる領域、７０％以上となる領域、７５％以上と
なる領域が存在する。
【００２６】本実施形態の圧電体材料としては、図９に
示すような範囲の組成比の圧電体材料、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０．４０＜ａ＜０．７５、０．２５＜ｂ＜０．５５、
０．０５＜ｃ＜０．４５ で表される組成であれば、変位量が大きい高性能の圧電
特性を有する圧電体装置を実現できる。
示すような範囲の組成比の圧電体材料、すなわち、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０．４０＜ａ＜０．７５、０．２５＜ｂ＜０．５５、
０．０５＜ｃ＜０．４５ で表される組成であれば、変位量が大きい高性能の圧電
特性を有する圧電体装置を実現できる。
【００２７】特に、圧電体材料は、次式 ０．５ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-０．３４５ＰｂＴｉＯ3-
０．１５５ＰｂＺｒＯ3 で表される組成の場合には、電気機械結合係数ｋ33が８
０．８％で、圧電定数が９４８ｐｍ／Ｖとなった。 ［圧電体装置の製造方法］本発明の一実施形態による圧
電体装置の製造方法について、図１０乃至図１２を用い
て説明する。本実施形態では、前述した第１実施形態乃
至第３実施形態による圧電体装置を製造する場合を例と
して説明する。
０．１５５ＰｂＺｒＯ3 で表される組成の場合には、電気機械結合係数ｋ33が８
０．８％で、圧電定数が９４８ｐｍ／Ｖとなった。 ［圧電体装置の製造方法］本発明の一実施形態による圧
電体装置の製造方法について、図１０乃至図１２を用い
て説明する。本実施形態では、前述した第１実施形態乃
至第３実施形態による圧電体装置を製造する場合を例と
して説明する。
【００２８】まず、原材料であるＰｂＯ、ＭｇＯ、Ｎｉ
Ｏ、Ｎｂ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2の不純物を
徹底的に除去する。具体的には、Ｂｉが７０００ｐｐｍ
未満、Ｚｎが５０００ｐｐｍ未満、Ｆｅが６０００ｐｐ
ｍ未満、Ｃｏが２０００ｐｐｍ未満、Ａｌが４０００ｐ
ｐｍ未満、Ｃｕが１２０００ｐｐｍ未満、Ｃａが２００
０ｐｐｍ未満、その他の元素が１００ｐｐｍ未満となる
ように不純物を除去する。
Ｏ、Ｎｂ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2の不純物を
徹底的に除去する。具体的には、Ｂｉが７０００ｐｐｍ
未満、Ｚｎが５０００ｐｐｍ未満、Ｆｅが６０００ｐｐ
ｍ未満、Ｃｏが２０００ｐｐｍ未満、Ａｌが４０００ｐ
ｐｍ未満、Ｃｕが１２０００ｐｐｍ未満、Ｃａが２００
０ｐｐｍ未満、その他の元素が１００ｐｐｍ未満となる
ように不純物を除去する。
【００２９】次に、図１０に示すように、ＰｂＯ以外の
必要な原材料ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ 2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｚ
ｒＯ2、ＨｆＯ2の所定量を精密に計量後、約５ｍｍ径の
ジルコニアボールを入れたボールミルにより、アセトン
を溶媒として、約２０時間粉砕混合して均質化する（ス
テップＳ１０）。ボールミル混合とは、図１１に示すよ
うに、円柱形の混合容器１０内に、原材料粉末をアセト
ンを溶媒として分散させた原料１２をジルコニアボール
１４と共に入れ、混合容器１０を回転して混合する処理
である。本実施形態では、ボール１４の素材が原材料で
あるジルコニアであるので、ボールが摩耗して原材料に
混入しても不純物とはならない。なお、ジルコニアボー
ルの代わりに、プラスチックでコーティングした金属製
のボールを用いてもよい。
必要な原材料ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ 2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｚ
ｒＯ2、ＨｆＯ2の所定量を精密に計量後、約５ｍｍ径の
ジルコニアボールを入れたボールミルにより、アセトン
を溶媒として、約２０時間粉砕混合して均質化する（ス
テップＳ１０）。ボールミル混合とは、図１１に示すよ
うに、円柱形の混合容器１０内に、原材料粉末をアセト
ンを溶媒として分散させた原料１２をジルコニアボール
１４と共に入れ、混合容器１０を回転して混合する処理
である。本実施形態では、ボール１４の素材が原材料で
あるジルコニアであるので、ボールが摩耗して原材料に
混入しても不純物とはならない。なお、ジルコニアボー
ルの代わりに、プラスチックでコーティングした金属製
のボールを用いてもよい。
【００３０】次に、ボールと分散溶液を分離し、ホット
バスで８時間乾燥し、混合粉末を回収する（ステップＳ
１１）。本実施形態では、溶媒としてアセトンを用いて
いるので、乾燥により短時間の内に溶媒が揮発する。し
たがって、溶媒として水又はアルコールを用いる従来の
方法のように、混合したはずの各粉末が沈殿によって分
離することがなく、しかも、短時間で回収処理が終了す
る。
バスで８時間乾燥し、混合粉末を回収する（ステップＳ
１１）。本実施形態では、溶媒としてアセトンを用いて
いるので、乾燥により短時間の内に溶媒が揮発する。し
たがって、溶媒として水又はアルコールを用いる従来の
方法のように、混合したはずの各粉末が沈殿によって分
離することがなく、しかも、短時間で回収処理が終了す
る。
【００３１】次に、１１００℃で約４時間、仮焼きする
（ステップＳ１２）。次に、仮焼きして反応させて均質
性を高めた原材料に精密に計量したＰｂＯを加え、ステ
ップＳ１０と同様にして、約５ｍｍ径のジルコニアボー
ルを入れたボールミルにより、アセトンを溶媒として、
約２０時間粉砕混合して均質化する（ステップＳ１
３）。
（ステップＳ１２）。次に、仮焼きして反応させて均質
性を高めた原材料に精密に計量したＰｂＯを加え、ステ
ップＳ１０と同様にして、約５ｍｍ径のジルコニアボー
ルを入れたボールミルにより、アセトンを溶媒として、
約２０時間粉砕混合して均質化する（ステップＳ１
３）。
【００３２】次に、ボールと分散溶液を分離し、ホット
バスで８時間乾燥し、混合粉末を回収する（ステップＳ
１４）。次に、８５０℃で約３時間、仮焼きして反応さ
せる（ステップＳ１５）。その結果、混合量に応じた組
成比のＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-
ＰｂＴｉＯ3-ＰｂＺｒＯ3-ＰｂＨｆＯ3なる圧電体粉末
が完成する。
バスで８時間乾燥し、混合粉末を回収する（ステップＳ
１４）。次に、８５０℃で約３時間、仮焼きして反応さ
せる（ステップＳ１５）。その結果、混合量に応じた組
成比のＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-
ＰｂＴｉＯ3-ＰｂＺｒＯ3-ＰｂＨｆＯ3なる圧電体粉末
が完成する。
【００３３】次に、圧電体粉末と有機バインダ（ＰＶ
Ｂ：ポリビニルブチラール）と可塑剤（ＤＢＰ：ジブチ
ルフタレート）と有機溶媒（エタノール）をボールミル
により混合してスラリーを作成する。次に、このスラリ
ーからドクターブレード法により厚さ５０μｍの圧電体
のグリーンシート２０を成形する。このグリーンシート
２０を約１００ｍｍ四方に打ち抜く（ステップＳ１
６）。
Ｂ：ポリビニルブチラール）と可塑剤（ＤＢＰ：ジブチ
ルフタレート）と有機溶媒（エタノール）をボールミル
により混合してスラリーを作成する。次に、このスラリ
ーからドクターブレード法により厚さ５０μｍの圧電体
のグリーンシート２０を成形する。このグリーンシート
２０を約１００ｍｍ四方に打ち抜く（ステップＳ１
６）。
【００３４】次に、一部のグリーンシート２０にＡｇ−
Ｐｄペースト又はＰｔペーストからなる電極層２２をス
クリーン印刷する（ステップＳ１７）。次に、電極層を
印刷していないグリーンシート２０ａを３０枚積層し、
その上に電極層２２を印刷したグリーンシート２０ｂを
４枚積層し、更に、その上に電極層を印刷していないグ
リーンシート２０ｃを８枚積層し、８０℃の温度で、５
０ＭＰａの圧力の一軸プレスにより加圧して一体化し、
積層体２４を形成する（ステップＳ１８）。
Ｐｄペースト又はＰｔペーストからなる電極層２２をス
クリーン印刷する（ステップＳ１７）。次に、電極層を
印刷していないグリーンシート２０ａを３０枚積層し、
その上に電極層２２を印刷したグリーンシート２０ｂを
４枚積層し、更に、その上に電極層を印刷していないグ
リーンシート２０ｃを８枚積層し、８０℃の温度で、５
０ＭＰａの圧力の一軸プレスにより加圧して一体化し、
積層体２４を形成する（ステップＳ１８）。
【００３５】次に、積層体２４を電気炉にて５００℃の
大気中で約４時間脱脂する（ステップＳ１９）。次に、
高純度アルミナ磁器２６中に、圧電体材料と同組成の粉
末２８を入れ、その中に脱脂した積層体２４を埋め込ん
で、高純度アルミナ磁器２６に蓋３０をして、電気炉に
て１１００℃で約３時間焼成する（ステップＳ２０）。
なお、積層体２４を埋め込む圧電体粉末２８について、
ＰｂＯの量を少し過剰に添加してもよい。焼結時のＰｂ
Ｏの蒸気圧を制御して、十分に粒成長した圧電体を製造
できる。
大気中で約４時間脱脂する（ステップＳ１９）。次に、
高純度アルミナ磁器２６中に、圧電体材料と同組成の粉
末２８を入れ、その中に脱脂した積層体２４を埋め込ん
で、高純度アルミナ磁器２６に蓋３０をして、電気炉に
て１１００℃で約３時間焼成する（ステップＳ２０）。
なお、積層体２４を埋め込む圧電体粉末２８について、
ＰｂＯの量を少し過剰に添加してもよい。焼結時のＰｂ
Ｏの蒸気圧を制御して、十分に粒成長した圧電体を製造
できる。
【００３６】最後に、焼成した積層体２４の外形を切断
加工して、個々の圧電体装置３２を完成する（ステップ
Ｓ２１）。本実施形態の製造方法によれば、パイロクロ
ア相の生成を抑制し、９９％以上のペロブスカイト相を
有し、高性能な圧電特性を有する圧電体装置を製造する
ことができる。
加工して、個々の圧電体装置３２を完成する（ステップ
Ｓ２１）。本実施形態の製造方法によれば、パイロクロ
ア相の生成を抑制し、９９％以上のペロブスカイト相を
有し、高性能な圧電特性を有する圧電体装置を製造する
ことができる。
【００３７】特に、ステップＳ２０の焼成工程におい
て、積層体２４を圧電体材料とほぼ同じ組成の粉末２８
中で焼成することによりパイロクロア相の生成を効果的
に抑制することができる。図１３に、大気中で焼成した
場合と、同組成の粉末中で焼成した場合の圧電体材料の
組成を比較して示す。図１３の圧電体材料は、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 で表される組成の圧電体材料である。図１３（ａ）は大
気中で焼成した圧電体材料のＸ線回折の測定結果であ
り、図１３（ｂ）は本実施形態のように同組成の粉末中
で焼成した圧電体材料のＸ線回折の測定結果である。図
１３（ａ）では、ペロブスカイト相（●）のピークと共
にパイロクロア相（▼）のピークも表れているいるが、
図１３（ｂ）では、ペロブスカイト相（●）のピークの
みが表れている。パイロクロア相の組成は、Ｐｂ1.86Ｎ
ｉ0.24Ｎｂ1.76Ｏ6.5である。
て、積層体２４を圧電体材料とほぼ同じ組成の粉末２８
中で焼成することによりパイロクロア相の生成を効果的
に抑制することができる。図１３に、大気中で焼成した
場合と、同組成の粉末中で焼成した場合の圧電体材料の
組成を比較して示す。図１３の圧電体材料は、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 で表される組成の圧電体材料である。図１３（ａ）は大
気中で焼成した圧電体材料のＸ線回折の測定結果であ
り、図１３（ｂ）は本実施形態のように同組成の粉末中
で焼成した圧電体材料のＸ線回折の測定結果である。図
１３（ａ）では、ペロブスカイト相（●）のピークと共
にパイロクロア相（▼）のピークも表れているいるが、
図１３（ｂ）では、ペロブスカイト相（●）のピークの
みが表れている。パイロクロア相の組成は、Ｐｂ1.86Ｎ
ｉ0.24Ｎｂ1.76Ｏ6.5である。
【００３８】図１４に、大気中で焼成した場合と、同じ
組成の焼成用粉末中で焼成した場合の圧電体材料の電気
機械結合係数ｋ33を比較して示す。ＰｂＴｉＯ3のｍｏ
ｌ数とＰｂＺｒＯ3のｍｏｌ数のモル比ＰＺ／ＰＴを変
化させ、大気中で焼成した場合を破線で示し、焼成用粉
末中で焼成した場合を実線で示す。図１４から明らかな
ように、焼成用粉末中で焼成した場合の方が全体に亘っ
て電気機械結合係数ｋ 33が大きく、特に、モル比ＰＺ／
ＰＴが０．４５の場合に、８０．８％もの高い電気機械
結合係数ｋ33の圧電体材料を得ることができた。
組成の焼成用粉末中で焼成した場合の圧電体材料の電気
機械結合係数ｋ33を比較して示す。ＰｂＴｉＯ3のｍｏ
ｌ数とＰｂＺｒＯ3のｍｏｌ数のモル比ＰＺ／ＰＴを変
化させ、大気中で焼成した場合を破線で示し、焼成用粉
末中で焼成した場合を実線で示す。図１４から明らかな
ように、焼成用粉末中で焼成した場合の方が全体に亘っ
て電気機械結合係数ｋ 33が大きく、特に、モル比ＰＺ／
ＰＴが０．４５の場合に、８０．８％もの高い電気機械
結合係数ｋ33の圧電体材料を得ることができた。
【００３９】
［実施例］前述した実施形態の製造方法により、次式 ０．５ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-０．３４５ＰｂＴｉＯ3-
０．１５５ＰｂＺｒＯ3 で表される基本組成を有し、ＰｂＨｆＯ3が０．１２ｍ
ｏｌ％、ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ 2/3Ｏ3が０．０１ｍｏｌ％添
加され、酸化アルミニウムの含有量が０．０６ｍｏｌ％
である圧電体材料からなる圧電体装置を製造した。
０．１５５ＰｂＺｒＯ3 で表される基本組成を有し、ＰｂＨｆＯ3が０．１２ｍ
ｏｌ％、ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ 2/3Ｏ3が０．０１ｍｏｌ％添
加され、酸化アルミニウムの含有量が０．０６ｍｏｌ％
である圧電体材料からなる圧電体装置を製造した。
【００４０】実施例の圧電体装置の電気機械結合係数ｋ
33は８０．８％、圧電定数（圧電体に電圧を印加したと
きに変位する割合）は９４８ｐｍ／Ｖであった。印加電
圧Ｅ（ｋＶ／ｃｍ）に対する分極Ｐ（μＣ／ｃｍ2）の
ヒステリシス曲線を図１５に示す。実施例の圧電体材料
の顕微鏡写真を図１６、図１７に示す。図１７は図１６
の拡大写真である。図１は図１７の拡大写真を線図とし
て描いたものである。グレインの粒径が大きく、グレイ
ンの表面に亀裂が表れていることがわかる。
33は８０．８％、圧電定数（圧電体に電圧を印加したと
きに変位する割合）は９４８ｐｍ／Ｖであった。印加電
圧Ｅ（ｋＶ／ｃｍ）に対する分極Ｐ（μＣ／ｃｍ2）の
ヒステリシス曲線を図１５に示す。実施例の圧電体材料
の顕微鏡写真を図１６、図１７に示す。図１７は図１６
の拡大写真である。図１は図１７の拡大写真を線図とし
て描いたものである。グレインの粒径が大きく、グレイ
ンの表面に亀裂が表れていることがわかる。
【００４１】［比較例］従来の製造方法により、次式 ０．５ＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-０．３４５ＰｂＴｉＯ3-
０．１５５ＰｂＺｒＯ3 で表される基本組成を有し、ＰｂＨｆＯ3が０．１２ｍ
ｏｌ％、ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ 2/3Ｏ3が０．０１ｍｏｌ％添
加され、酸化アルミニウムの含有量が０．０６ｍｏｌ％
である、上記実施例と同じ組成をもつ圧電体材料からな
る圧電体装置を製造した。すなわち、図１０の工程図に
おいて、ステップＳ１０〜Ｓ１２を省略し、ステップＳ
１３でＰｂＯを含む全ての原材料を一度に水を溶媒とし
て混合した後、回収し（ステップＳ１４）、仮焼きした
（ステップＳ１５）。図１２の工程図において、ステッ
プＳ２０において空気中で焼成した。
０．１５５ＰｂＺｒＯ3 で表される基本組成を有し、ＰｂＨｆＯ3が０．１２ｍ
ｏｌ％、ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ 2/3Ｏ3が０．０１ｍｏｌ％添
加され、酸化アルミニウムの含有量が０．０６ｍｏｌ％
である、上記実施例と同じ組成をもつ圧電体材料からな
る圧電体装置を製造した。すなわち、図１０の工程図に
おいて、ステップＳ１０〜Ｓ１２を省略し、ステップＳ
１３でＰｂＯを含む全ての原材料を一度に水を溶媒とし
て混合した後、回収し（ステップＳ１４）、仮焼きした
（ステップＳ１５）。図１２の工程図において、ステッ
プＳ２０において空気中で焼成した。
【００４２】比較例の圧電体装置の電気機械結合係数ｋ
33は６９．５％、圧電定数は６５６ｐｍ／Ｖであった。
印加電圧Ｅ（ｋＶ／ｃｍ）に対する分極Ｐ（μＣ／ｃｍ
2）のヒステリシス曲線を図１５に示す。実施例の圧電
体材料の顕微鏡写真を図１８に示す。図１８のグレイン
の粒径は図１６の実施例と比べて小さいことがわかる。
33は６９．５％、圧電定数は６５６ｐｍ／Ｖであった。
印加電圧Ｅ（ｋＶ／ｃｍ）に対する分極Ｐ（μＣ／ｃｍ
2）のヒステリシス曲線を図１５に示す。実施例の圧電
体材料の顕微鏡写真を図１８に示す。図１８のグレイン
の粒径は図１６の実施例と比べて小さいことがわかる。
【００４３】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、複数のド
メインが凝集したグレインを有する圧電体材料であっ
て、グレインの平均粒径が約２μｍ以上であり、ドメイ
ンの平均粒径が約０．１μｍ以上であり、ドメイン間に
クラックが形成されているので、隣接するグレインから
の拘束力が弱くなり、圧電体材料から本来生ずべき変位
とほぼ同じ程度の変位を得ることができる。
メインが凝集したグレインを有する圧電体材料であっ
て、グレインの平均粒径が約２μｍ以上であり、ドメイ
ンの平均粒径が約０．１μｍ以上であり、ドメイン間に
クラックが形成されているので、隣接するグレインから
の拘束力が弱くなり、圧電体材料から本来生ずべき変位
とほぼ同じ程度の変位を得ることができる。
【００４４】また、本発明によれば、ＰｂＯ以外の圧電
体原料を混合して第１の混合物を生成し、第１の混合物
を仮焼きし、仮焼きされた第１の混合物とＰｂＯとを混
合して第２の混合物を生成し、第２の混合物を仮焼きし
て圧電体粉末を生成するようにしたので、ＰｂＯの蒸発
を防ぎ、所望の組成比の圧電体粉末を製造することがで
きる。
体原料を混合して第１の混合物を生成し、第１の混合物
を仮焼きし、仮焼きされた第１の混合物とＰｂＯとを混
合して第２の混合物を生成し、第２の混合物を仮焼きし
て圧電体粉末を生成するようにしたので、ＰｂＯの蒸発
を防ぎ、所望の組成比の圧電体粉末を製造することがで
きる。
【００４５】また、本発明によれば、圧電体原料を混合
し、この混合物を仮焼きして圧電体粉末を生成し、圧電
体粉末から形成したグリーンシートを積層して加圧し、
積層体を形成し、積層体を、圧電体粉末とほぼ同等な組
成の焼成用粉末中に埋め込み、積層体を焼成するように
したので、圧電特性に寄与しないパイロクロア相の発生
を防ぎ、ペロブスカイト相の圧電体材料からなる圧電体
装置を製造することができる。
し、この混合物を仮焼きして圧電体粉末を生成し、圧電
体粉末から形成したグリーンシートを積層して加圧し、
積層体を形成し、積層体を、圧電体粉末とほぼ同等な組
成の焼成用粉末中に埋め込み、積層体を焼成するように
したので、圧電特性に寄与しないパイロクロア相の発生
を防ぎ、ペロブスカイト相の圧電体材料からなる圧電体
装置を製造することができる。
【図１】本発明の第１実施形態による圧電体材料の構造
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態による圧電体装置の変位
のメカニズムを示す模式図である。
のメカニズムを示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態による圧電体材料におい
てクラックが生ずるグレインの粒径の範囲を示すグラフ
である。
てクラックが生ずるグレインの粒径の範囲を示すグラフ
である。
【図４】本発明の第１実施形態による圧電体材料の粒径
分布を示すグラフである。
分布を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態による圧電体材料の範囲
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態による圧電体材料の粒径
分布を示すグラフである。
分布を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態による圧電体材料の範囲
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図８】本発明の第３実施形態による圧電体材料の電気
機械結合係数ｋ33分布を示すグラフである。
機械結合係数ｋ33分布を示すグラフである。
【図９】本発明の第３実施形態による圧電体材料の範囲
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態による圧電体装置の製造
方法の工程図（その１）である。
方法の工程図（その１）である。
【図１１】本発明の一実施形態による圧電体装置の製造
方法におけるボールミル混合を示す図である。
方法におけるボールミル混合を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による圧電体装置の製造
方法の工程図（その２）である。
方法の工程図（その２）である。
【図１３】本発明の一実施形態による圧電体装置の製造
方法により焼成した圧電体材料のＸ線回折の測定結果を
従来例と比較して示すグラフである。
方法により焼成した圧電体材料のＸ線回折の測定結果を
従来例と比較して示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態による圧電体装置の製造
方法により焼成した圧電体材料の電気機械結合係数ｋ33
を従来例と比較して示すグラフである。
方法により焼成した圧電体材料の電気機械結合係数ｋ33
を従来例と比較して示すグラフである。
【図１５】実施例及び比較例の電圧・分極のヒステリシ
ス曲線を示すグラフである。
ス曲線を示すグラフである。
【図１６】実施例の圧電体材料の顕微鏡写真である。
【図１７】実施例の圧電体材料の拡大した顕微鏡写真で
ある。
ある。
【図１８】比較例の圧電体材料の顕微鏡写真である。
１０…混合容器 １２…原料 １４…ジルコニアボール ２０…グリーンシート ２２…電極層 ２４…積層体 ２６…高純度アルミナ磁器 ２８…焼成用粉末 ３０…蓋 ３２…圧電体装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｆ 41/24 41/22 Ａ
Claims (14)
- 【請求項１】 複数のドメインが凝集したグレインを有
する圧電体材料からなる圧電体装置であって、 前記グレインの平均粒径は、約２μｍ以上であり、 前記ドメインの平均粒径は、約０．１μｍ以上であり、 前記ドメイン間にクラックが形成されていることを特徴
とする圧電体装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電体装置において、 前記圧電体材料は、ペロブスカイト構造であることを特
徴とする圧電体装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の圧電体装置において、 前記圧電体材料は、次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であることを特徴とする圧電体装置。 - 【請求項４】 請求項２記載の圧電体装置において、 前記圧電体材料は、次式 ａＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０＜ａ＜０．８、０．２＜ｂ＜１．０、０．２＜ｃ＜
０．８ で表される組成であることを特徴とする圧電体装置。 - 【請求項５】 次式 ａＰｂＮｉ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3-ｂＰｂＴｉＯ3-ｃＰｂＺｒＯ
3 ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１ ０．４０＜ａ＜０．７５、０．２５＜ｂ＜０．５５、
０．０５＜ｃ＜０．４５ で表される基本組成を有し、 ＰｂＨｆＯ3及び／又はＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3が合計０
−３ｍｏｌ％添加され、 酸化アルミニウムの含有量が０．２ｍｏｌ％以下である
圧電体材料からなることを特徴とする圧電体装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
圧電体装置において、 前記圧電体材料からなる圧電層を挟み、Ａｇ−Ｐｄペー
スト又はＰｔペーストからなる電極層を更に有すること
を特徴とする圧電体装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の圧電体装置において、 前記圧電層と前記電極層とが交互に積層され、前記圧電
層が少なくとも２層以上であることを特徴とする圧電体
装置。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
圧電体装置を用いたインクジェットプリンタ用ヘッド。 - 【請求項９】 ＰｂＯ以外の圧電体原料を混合して第１
の混合物を生成する第１の工程と、 前記第１の混合物を仮焼きする第２の工程と、 仮焼きされた前記第１の混合物とＰｂＯとを混合して第
２の混合物を生成する第３の工程と、 前記第２の混合物を仮焼きして圧電体粉末を生成する第
４の工程とを有する圧電体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載の圧電体装置の製造方法
において、 前記第１の工程は、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ
2、ＺｒＯ2、及び／又はＨｆＯ2を混合することを特徴
とする圧電体装置。 - 【請求項１１】 請求項９又は１０記載の圧電体装置の
製造方法において、 前記第１の工程及び／又は第３の工程は、ジルコニア製
のボールを用いて混合することを特徴とする圧電体装置
の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項９乃至１１のいずれか１項に記
載の圧電体装置の製造方法において、 前記第１の工程及び／又は前記第３の工程は、混合すべ
き原料をアセトンの溶媒中に分散して混合することを特
徴とする圧電体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 圧電体原料を混合し、この混合物を仮
焼きして圧電体粉末を生成する第１の工程と、 前記圧電体粉末から形成したグリーンシートを積層して
加圧し、積層体を形成する第２の工程と、 前記積層体を、前記圧電体粉末とほぼ同等な組成の焼成
用粉末中に埋め込み、前記積層体を焼成する第３の工程
とを有することを特徴とする圧電体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１３記載の圧電体装置の製造方
法において、 前記圧電体原料は、ＰｂＯを含んでおり、 前記第３の工程における前記焼成用粉末は、前記圧電体
粉末よりもＰｂＯが過剰であることを特徴とする圧電体
装置の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13722197A JP3399785B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 圧電体装置及びその製造方法 |
| US09/023,417 US5994822A (en) | 1997-05-27 | 1998-02-13 | Piezoelectric device and method for fabricating the same |
| DE19811127A DE19811127C2 (de) | 1997-05-27 | 1998-03-16 | Piezoelektrische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben |
| CN98105700A CN1083336C (zh) | 1997-05-27 | 1998-03-24 | 压电器件及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13722197A JP3399785B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 圧電体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10335713A true JPH10335713A (ja) | 1998-12-18 |
| JP3399785B2 JP3399785B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=15193623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13722197A Expired - Lifetime JP3399785B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 圧電体装置及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5994822A (ja) |
| JP (1) | JP3399785B2 (ja) |
| CN (1) | CN1083336C (ja) |
| DE (1) | DE19811127C2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005005698A (ja) * | 2003-05-21 | 2005-01-06 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子とその製造方法 |
| JP2007036142A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、圧電アクチュエーター、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
| WO2009069769A1 (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Ngk Insulators, Ltd. | 圧電／電歪セラミックス及び圧電／電歪素子 |
| WO2010024277A1 (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子および噴射装置ならびに燃料噴射システム |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4122564B2 (ja) * | 1998-04-24 | 2008-07-23 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 |
| US6594875B2 (en) | 1998-10-14 | 2003-07-22 | Samsung Electro-Mechanics Co. | Method for producing a piezoelectric/electrostrictive actuator |
| JP4403967B2 (ja) * | 2002-06-05 | 2010-01-27 | パナソニック株式会社 | 圧電デバイスの製造方法 |
| KR100628812B1 (ko) * | 2003-05-21 | 2006-09-26 | 제이에프이 미네랄 가부시키가이샤 | 압전단결정 소자와 그 제조방법 |
| JP5041765B2 (ja) * | 2005-09-05 | 2012-10-03 | キヤノン株式会社 | エピタキシャル酸化物膜、圧電膜、圧電膜素子、圧電膜素子を用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| TWI624969B (zh) * | 2015-10-09 | 2018-05-21 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Piezoelectric element, piezoelectric actuator and piezoelectric transformer |
| CN111875374A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-11-03 | 湖北大学 | 一种低温烧结铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN115846648B (zh) * | 2022-12-13 | 2023-10-31 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 具有龟裂状粗糙表面结构的高活性球形银粉及其制备方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6047753B2 (ja) * | 1978-06-01 | 1985-10-23 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧電性高分子複合材料 |
| US4675123A (en) * | 1979-01-17 | 1987-06-23 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Piezoelectric composite material |
| JP2825366B2 (ja) * | 1991-05-23 | 1998-11-18 | 松下電器産業株式会社 | 圧電セラミックス |
| DE4325167C1 (de) * | 1993-07-27 | 1994-09-22 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung von PZT-Schichten |
| DE4327993C1 (de) * | 1993-08-20 | 1994-11-03 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung von PZT-Werkstoffen mit hoher Depolarisationsfestigkeit und niedriger Sintertemperatur |
| EP0786342B1 (en) * | 1994-10-28 | 2000-01-19 | Rohm Co., Ltd. | Ink jet print head and nozzle plate used therefor |
| EP0742757A1 (en) * | 1994-11-14 | 1996-11-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Ink jet recording device |
| KR0161349B1 (ko) * | 1995-01-20 | 1998-11-16 | 무라따 야스따까 | 압전 자기 조성물 |
| US5668071A (en) * | 1995-02-22 | 1997-09-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric porcelain |
| US5792569A (en) * | 1996-03-19 | 1998-08-11 | International Business Machines Corporation | Magnetic devices and sensors based on perovskite manganese oxide materials |
-
1997
- 1997-05-27 JP JP13722197A patent/JP3399785B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-02-13 US US09/023,417 patent/US5994822A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-16 DE DE19811127A patent/DE19811127C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-24 CN CN98105700A patent/CN1083336C/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005005698A (ja) * | 2003-05-21 | 2005-01-06 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子とその製造方法 |
| JP2007036142A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、圧電アクチュエーター、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
| WO2009069769A1 (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Ngk Insulators, Ltd. | 圧電／電歪セラミックス及び圧電／電歪素子 |
| US7737611B2 (en) | 2007-11-30 | 2010-06-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive ceramics and piezoelectric/electrostrictive device |
| JP5180198B2 (ja) * | 2007-11-30 | 2013-04-10 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪セラミックス及び圧電／電歪素子 |
| WO2010024277A1 (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子および噴射装置ならびに燃料噴射システム |
| JP5341094B2 (ja) * | 2008-08-28 | 2013-11-13 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子および噴射装置ならびに燃料噴射システム |
| US8757130B2 (en) | 2008-08-28 | 2014-06-24 | Kyocera Corporation | Multi-layer piezoelectric element, injection device, and fuel injection system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19811127C2 (de) | 2001-04-12 |
| CN1200331A (zh) | 1998-12-02 |
| DE19811127A1 (de) | 1998-12-03 |
| CN1083336C (zh) | 2002-04-24 |
| US5994822A (en) | 1999-11-30 |
| JP3399785B2 (ja) | 2003-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2187462B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive ceramics composition, piezoelectric/electrostrictive ceramics sintered body, piezoelectric/electrostrictive element, manufacturing method of piezoelectric/electrostrictive ceramics composition, and manufacturing method of piezoelectric/electrostrictive element | |
| US8316519B2 (en) | Method of manufacturing a piezoelectric element | |
| EP1857425B1 (en) | Piezoelectric ceramic composition and method for producing same | |
| CN101139202B (zh) | 压电/电致伸缩体、其制造方法及压电/电致伸缩元件 | |
| KR101051527B1 (ko) | 압전 자기 및 압전 소자 | |
| JP5651452B2 (ja) | 圧電／電歪セラミックス焼結体 | |
| JP3399785B2 (ja) | 圧電体装置及びその製造方法 | |
| JP2010103301A (ja) | 圧電素子の製造方法及び圧電素子 | |
| JP6082161B2 (ja) | 圧電磁器板および板状基体ならびに電子部品 | |
| JP5129067B2 (ja) | 圧電／電歪磁器組成物及び圧電／電歪素子 | |
| JP2007103676A (ja) | 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及びその製造方法 | |
| JP2011032157A (ja) | 圧電／電歪セラミックス焼結体 | |
| JP2015222780A (ja) | 圧電セラミックス、その製造方法及び圧電体素子 | |
| US20080067897A1 (en) | Production Method of Piezoelectric Ceramic, Production Method of Piezoelectric Element, and Piezoelectric Element | |
| JP2013128006A (ja) | 圧電／電歪体膜の製造方法 | |
| JP2011251866A (ja) | 圧電／電歪セラミックス焼結体及び圧電／電歪素子 | |
| JP2008260674A (ja) | 圧電／電歪磁器組成物の製造方法 | |
| JP2005179161A (ja) | 圧電磁器およびその製法、積層型圧電素子およびその製法、並びに噴射装置 | |
| JP5018649B2 (ja) | 圧電磁器、圧電素子及び積層型圧電素子 | |
| WO2024070625A1 (ja) | 無鉛圧電組成物、及び圧電素子 | |
| JP2009114049A (ja) | 圧電／電歪磁器組成物及び圧電／電歪素子 | |
| JP2002293624A (ja) | 圧電磁器およびその製造方法並びに圧電素子 | |
| JP2003055046A (ja) | 圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイスとその製造方法 | |
| JPH06116024A (ja) | ビスマス層状化合物の製造方法 | |
| JP2009298606A (ja) | 圧電磁器、圧電素子及び積層型圧電素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030204 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080221 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090221 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090221 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100221 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110221 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110221 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120221 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130221 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130221 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140221 Year of fee payment: 11 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |