JPH11168248A - 圧電素子及びその製造方法 - Google Patents
圧電素子及びその製造方法Info
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- JPH11168248A JPH11168248A JP33405497A JP33405497A JPH11168248A JP H11168248 A JPH11168248 A JP H11168248A JP 33405497 A JP33405497 A JP 33405497A JP 33405497 A JP33405497 A JP 33405497A JP H11168248 A JPH11168248 A JP H11168248A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 白金より低コストのＡｇ−Ｐｄ合金等の電極
を使用できる低温での焼結が可能であるとともに、高い
圧電特性を示す圧電素子と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 圧電素子における圧電体を、ａＰｂＮｉ
1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ
3 （この式において、０．４＜ａ＜０．６、０．２５＜
ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜０．２５、且つａ＋ｂ＋
ｃ＝１）の組成範囲の原料粉末に、この原料粉末を基準
にして最高５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビスマス又
はそれらの混合物を添加成分として加えた圧電粉末を焼
結し、添加成分を除去して得られた圧電体とする。
を使用できる低温での焼結が可能であるとともに、高い
圧電特性を示す圧電素子と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 圧電素子における圧電体を、ａＰｂＮｉ
1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ
3 （この式において、０．４＜ａ＜０．６、０．２５＜
ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜０．２５、且つａ＋ｂ＋
ｃ＝１）の組成範囲の原料粉末に、この原料粉末を基準
にして最高５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビスマス又
はそれらの混合物を添加成分として加えた圧電粉末を焼
結し、添加成分を除去して得られた圧電体とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ用ヘッド等で利用されるアクチュエータに適用す
る圧電素子とその製造方法に関する。
リンタ用ヘッド等で利用されるアクチュエータに適用す
る圧電素子と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等に用
いられるアクチュエータでは、低電圧の印加で高い変位
を発現する圧電素子が求められている。これらの圧電素
子は一般に、原料粉末を焼成して得られた焼結体から製
作されており、高性能の圧電素子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
を使用しなければならない。また、圧電素子で用いられ
る電極材料として従来から白金が使用されているが、白
金より低コストの銀−パラジウム合金等を電極として使
用するために、より低い温度で焼結できる圧電粉末を使
用することが望まれている。
いられるアクチュエータでは、低電圧の印加で高い変位
を発現する圧電素子が求められている。これらの圧電素
子は一般に、原料粉末を焼成して得られた焼結体から製
作されており、高性能の圧電素子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
を使用しなければならない。また、圧電素子で用いられ
る電極材料として従来から白金が使用されているが、白
金より低コストの銀−パラジウム合金等を電極として使
用するために、より低い温度で焼結できる圧電粉末を使
用することが望まれている。
【０００３】粉末は、その粒径が小さいほど、低温で焼
結する。低温焼結を可能にするために、通常は圧電粉末
をボールミル等の粉砕機で微粉砕し、粉末の焼結性を高
めている。粉砕機での微粉砕のほかに、有機金属化合物
を用いたゾルゲル法、あるいは無機塩を用いた共沈法等
で直接合成した微細な微粒子を使用することも試みられ
ている。また、焼結性を向上させるために、圧電粉末に
添加物を加えることも行われている。
結する。低温焼結を可能にするために、通常は圧電粉末
をボールミル等の粉砕機で微粉砕し、粉末の焼結性を高
めている。粉砕機での微粉砕のほかに、有機金属化合物
を用いたゾルゲル法、あるいは無機塩を用いた共沈法等
で直接合成した微細な微粒子を使用することも試みられ
ている。また、焼結性を向上させるために、圧電粉末に
添加物を加えることも行われている。
【０００４】その一方、添加物は、焼結性の向上以外
に、圧電素子の特性の改善を目的として一般的に広く用
いられているが、その場合の添加物は、圧電素子に残留
することにより所望の効果を発揮するものである。
に、圧電素子の特性の改善を目的として一般的に広く用
いられているが、その場合の添加物は、圧電素子に残留
することにより所望の効果を発揮するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】原料粉末から圧電素子
を得るためには、最初に粉末から成形体（グリーンシー
ト）を作る必要があり、そして粉末を成形するために、
粉末の流動性を高めるようにバインダ等が添加されてい
る。バインダは、原料粉末の焼結前に成形体から除去
（脱脂）される。粉末の粒径が小さくなってくると、一
般に比表面積が増大する。そして粉末の比表面積が大き
くなってくると、それを覆うために大量のバインダが必
要になり、このバインダは脱脂により成形体から除去さ
れるので、結果として成形体の密度が低下し、圧電素子
の焼結密度が低下してしまう。
を得るためには、最初に粉末から成形体（グリーンシー
ト）を作る必要があり、そして粉末を成形するために、
粉末の流動性を高めるようにバインダ等が添加されてい
る。バインダは、原料粉末の焼結前に成形体から除去
（脱脂）される。粉末の粒径が小さくなってくると、一
般に比表面積が増大する。そして粉末の比表面積が大き
くなってくると、それを覆うために大量のバインダが必
要になり、このバインダは脱脂により成形体から除去さ
れるので、結果として成形体の密度が低下し、圧電素子
の焼結密度が低下してしまう。
【０００６】ゾルゲル法や共沈法からは、微細な原料粉
末が得られる。ところが、これらの方法による粉末の粒
子は非常に細かいことから個々の微粒子が凝集しやす
く、そのため圧縮により粉末成形体の密度を高くするの
が困難になる。また、これらの粉末製造方法は、高価な
原料を用い、複雑な工程が必要になることから、粉末製
造コストが高く、実用的な値段の粉末は得られていな
い。
末が得られる。ところが、これらの方法による粉末の粒
子は非常に細かいことから個々の微粒子が凝集しやす
く、そのため圧縮により粉末成形体の密度を高くするの
が困難になる。また、これらの粉末製造方法は、高価な
原料を用い、複雑な工程が必要になることから、粉末製
造コストが高く、実用的な値段の粉末は得られていな
い。
【０００７】一方、焼結性向上のために圧電粉末に加え
られる添加物は、圧電特性の改善のために加えられる添
加物と異なり、焼結した圧電素子の圧電特性を損なうこ
とが多い。すなわち、添加物を用いることで焼結性と圧
電特性の双方を同時に向上させる技術は知られていな
い。
られる添加物は、圧電特性の改善のために加えられる添
加物と異なり、焼結した圧電素子の圧電特性を損なうこ
とが多い。すなわち、添加物を用いることで焼結性と圧
電特性の双方を同時に向上させる技術は知られていな
い。
【０００８】本発明は、上記の様々な問題を解消して、
白金より低コストの銀−パラジウム合金等の電極を使用
できる低温での焼結が可能であるとともに、高い圧電特
性を示す圧電素子を提供すること、そしてこの圧電素子
を製造する方法を提供することを目的とする。
白金より低コストの銀−パラジウム合金等の電極を使用
できる低温での焼結が可能であるとともに、高い圧電特
性を示す圧電素子を提供すること、そしてこの圧電素子
を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子は、圧
電体と電極とを含み、当該圧電体が、ａＰｂＮｉ1/3Ｎ
ｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ3 （この式
において、０．４＜ａ＜０．６、０．２５＜ｂ＜０．４
５、０．０５＜ｃ＜０．２５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の
組成範囲の原料粉末に、この原料粉末を基準にして最高
５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビスマス又はそれらの
混合物を添加成分として加えた圧電粉末から作製した焼
結体表面から当該添加成分を除去して得られた圧電体で
あることを特徴とする。
電体と電極とを含み、当該圧電体が、ａＰｂＮｉ1/3Ｎ
ｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ3 （この式
において、０．４＜ａ＜０．６、０．２５＜ｂ＜０．４
５、０．０５＜ｃ＜０．２５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の
組成範囲の原料粉末に、この原料粉末を基準にして最高
５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビスマス又はそれらの
混合物を添加成分として加えた圧電粉末から作製した焼
結体表面から当該添加成分を除去して得られた圧電体で
あることを特徴とする。
【００１０】本発明の圧電素子製造方法は、電極の形成
と圧電粉末の焼結による圧電体の作製とを含む圧電素子
の製造方法であって、当該圧電体をａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ
2/3Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ3 （この式に
おいて、０．４＜ａ＜０．６、０．２５＜ｂ＜０．４
５、０．０５＜ｃ＜０．２５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の
組成範囲の原料粉末に、この原料粉末を基準にして最高
５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビスマス又はそれらの
混合物を添加した圧電粉末を焼結し、当該添加成分を除
去して作製することを特徴とする。
と圧電粉末の焼結による圧電体の作製とを含む圧電素子
の製造方法であって、当該圧電体をａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ
2/3Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ3 （この式に
おいて、０．４＜ａ＜０．６、０．２５＜ｂ＜０．４
５、０．０５＜ｃ＜０．２５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の
組成範囲の原料粉末に、この原料粉末を基準にして最高
５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビスマス又はそれらの
混合物を添加した圧電粉末を焼結し、当該添加成分を除
去して作製することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の圧電素子は、圧電体と電
極とを含む。そしてこのような圧電素子は、例えば図１
に示したように、圧電粉末からグリーンシート１を作製
し、作製したグリーンシートのうちの一部のもの１′に
電極層２を例えば印刷により形成し、電極のないグリー
ンシート１と電極層を形成したグリーンシート１′から
積層体３を作り、そして脱脂後、脱脂体４を焼成してか
ら、必要により焼成体を分割し、研磨して製造すること
ができる。図１中の６で示されているのが、こうして製
造された圧電素子である。
極とを含む。そしてこのような圧電素子は、例えば図１
に示したように、圧電粉末からグリーンシート１を作製
し、作製したグリーンシートのうちの一部のもの１′に
電極層２を例えば印刷により形成し、電極のないグリー
ンシート１と電極層を形成したグリーンシート１′から
積層体３を作り、そして脱脂後、脱脂体４を焼成してか
ら、必要により焼成体を分割し、研磨して製造すること
ができる。図１中の６で示されているのが、こうして製
造された圧電素子である。
【００１２】本発明の圧電素子の製造に用いられる原料
粉末は、ａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ 3 −ｂＰｂＴｉＯ3
−ｃＰｂＺｒＯ3 （この式において、０．４＜ａ＜０．
６、０．２５＜ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜０．２
５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）なる組成範囲のものであり、
この組成範囲は、図２の組成図の斜線つきの領域に相当
する。本発明においては、この組成範囲の原料粉末に、
原料粉末を基準にして最高５モル％の酸化鉛、酸化銀、
酸化ビスマス又はそれらの混合物を添加して調製される
圧電粉末を使用して、焼結により圧電体を製造する。こ
の圧電体を電極と組み合わせることで、本発明の圧電素
子が形成されるが、用途によっては圧電体そのものを単
独で使用しても差し支えない。
粉末は、ａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ 3 −ｂＰｂＴｉＯ3
−ｃＰｂＺｒＯ3 （この式において、０．４＜ａ＜０．
６、０．２５＜ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜０．２
５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）なる組成範囲のものであり、
この組成範囲は、図２の組成図の斜線つきの領域に相当
する。本発明においては、この組成範囲の原料粉末に、
原料粉末を基準にして最高５モル％の酸化鉛、酸化銀、
酸化ビスマス又はそれらの混合物を添加して調製される
圧電粉末を使用して、焼結により圧電体を製造する。こ
の圧電体を電極と組み合わせることで、本発明の圧電素
子が形成されるが、用途によっては圧電体そのものを単
独で使用しても差し支えない。
【００１３】本発明で使用される圧電粉末は、一例を挙
げるとすれば、原料粉末の材料となるＰｂＯ、ＮｉＯ、
Ｎｂ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 を秤量し、更に添加成
分となるＡｇ2 Ｏ、ＰｂＯ又はＢｉ2 Ｏ3 を秤量して、
原料粉末と添加成分の混合物を作り、これを仮焼して調
製することができる。原料粉末と添加成分との仮焼前の
混合物及び仮焼後の混合物とも、適度の粒径とするため
粉砕処理してもよい。
げるとすれば、原料粉末の材料となるＰｂＯ、ＮｉＯ、
Ｎｂ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 を秤量し、更に添加成
分となるＡｇ2 Ｏ、ＰｂＯ又はＢｉ2 Ｏ3 を秤量して、
原料粉末と添加成分の混合物を作り、これを仮焼して調
製することができる。原料粉末と添加成分との仮焼前の
混合物及び仮焼後の混合物とも、適度の粒径とするため
粉砕処理してもよい。
【００１４】本発明の圧電粉末に含まれる酸化銀（Ａｇ
2 Ｏ）、酸化鉛（ＰｂＯ）及び酸化ビスマス（Ｂｉ2 Ｏ
3 ）の融点は、それぞれの３００℃，８８８℃，８１７
℃であり、これらは本発明で用いる原料粉末の焼結温度
より低い。本発明の圧電素子（あるいは圧電体）を製造
する過程で、焼成温度が上昇するにつれて、圧電粉末に
含まれている酸化銀、酸化鉛あるいは酸化ビスマスを主
成分とする液相が生じる。生成した液相は、上記原料粉
末の粒子と粒子の結合を容易にすると同時に、徐々に気
孔部分へ移動して原料粉末粒子の焼結をより低い温度で
促進（液相焼結として知られる現象）し、液相を生成し
ない焼結と比較して焼結体の密度を上昇させる。すなわ
ち、本発明では、原料粉末に酸化銀、酸化鉛あるいは酸
化ビスマスを添加したことにより、これらを添加しない
場合よりも低い温度で原料粉末を焼結することができ
る。
2 Ｏ）、酸化鉛（ＰｂＯ）及び酸化ビスマス（Ｂｉ2 Ｏ
3 ）の融点は、それぞれの３００℃，８８８℃，８１７
℃であり、これらは本発明で用いる原料粉末の焼結温度
より低い。本発明の圧電素子（あるいは圧電体）を製造
する過程で、焼成温度が上昇するにつれて、圧電粉末に
含まれている酸化銀、酸化鉛あるいは酸化ビスマスを主
成分とする液相が生じる。生成した液相は、上記原料粉
末の粒子と粒子の結合を容易にすると同時に、徐々に気
孔部分へ移動して原料粉末粒子の焼結をより低い温度で
促進（液相焼結として知られる現象）し、液相を生成し
ない焼結と比較して焼結体の密度を上昇させる。すなわ
ち、本発明では、原料粉末に酸化銀、酸化鉛あるいは酸
化ビスマスを添加したことにより、これらを添加しない
場合よりも低い温度で原料粉末を焼結することができ
る。
【００１５】ここで、図３の模式図を参照して、本発明
の圧電素子（あるいは圧電体）の製造時の焼成工程を概
念的に説明する。本発明の圧電粉末には、原料粉末２１
と、酸化銀、酸化鉛又は酸化ビスマスの添加成分２２が
含まれており、この原料粉末から成形体を作製する。こ
の成形体を焼成すると、焼成温度が上昇するにつれて添
加成分の液相２３が生じる。焼結が進行して液相２３が
気孔２４の部分へ移動し、成形体中の気孔２４の量が減
少してくると、液相２３は成形体の表面上にしみ出てき
て、最終的に得られた焼結体においては実質上全ての液
相２３が表面に存在するようになる。表面にしみ出た液
相２３の量は微量であり、例えば表面を研磨することに
より、容易に取り除くことができる。従って、原料粉末
に添加した余計な酸化銀、酸化鉛あるいは酸化ビスマス
を容易に除去することができる。表面にしみ出した液相
を除去後は、結果的に、添加物を添加しない原料粉末か
ら得られた焼結体と全く同じ組成のものを得ることがで
きる。
の圧電素子（あるいは圧電体）の製造時の焼成工程を概
念的に説明する。本発明の圧電粉末には、原料粉末２１
と、酸化銀、酸化鉛又は酸化ビスマスの添加成分２２が
含まれており、この原料粉末から成形体を作製する。こ
の成形体を焼成すると、焼成温度が上昇するにつれて添
加成分の液相２３が生じる。焼結が進行して液相２３が
気孔２４の部分へ移動し、成形体中の気孔２４の量が減
少してくると、液相２３は成形体の表面上にしみ出てき
て、最終的に得られた焼結体においては実質上全ての液
相２３が表面に存在するようになる。表面にしみ出た液
相２３の量は微量であり、例えば表面を研磨することに
より、容易に取り除くことができる。従って、原料粉末
に添加した余計な酸化銀、酸化鉛あるいは酸化ビスマス
を容易に除去することができる。表面にしみ出した液相
を除去後は、結果的に、添加物を添加しない原料粉末か
ら得られた焼結体と全く同じ組成のものを得ることがで
きる。
【００１６】原料粉末に添加する成分（酸化銀、酸化
鉛、酸化ビスマス、又はそれらの混合物）は、原料粉末
を基準として２モル％以下の添加量で十分な効果を現
し、低温での焼結で圧電特性の良好な圧電素子をもたら
すことができる。２モル％より多くの添加成分を使用し
てもよいが、添加量が多くなると添加成分の一部が表面
にしみ出さずに焼結体内部に残留することになり、圧電
特性の低下の原因となる。一般には、５モル％を超えな
い範囲内の添加量とするのが好適である。
鉛、酸化ビスマス、又はそれらの混合物）は、原料粉末
を基準として２モル％以下の添加量で十分な効果を現
し、低温での焼結で圧電特性の良好な圧電素子をもたら
すことができる。２モル％より多くの添加成分を使用し
てもよいが、添加量が多くなると添加成分の一部が表面
にしみ出さずに焼結体内部に残留することになり、圧電
特性の低下の原因となる。一般には、５モル％を超えな
い範囲内の添加量とするのが好適である。
【００１７】添加成分の酸化銀、酸化鉛及び酸化ビスマ
スは、単独で使用してもよく、それらの任意の混合物と
して使用してもよい。発明者らは、混合物を使用する
と、圧電特性の低下の原因となるパイロクロア相の生成
を抑制でき、従来より大幅に低い９００℃でペロブスカ
イト相９９％の圧電粉末を得ることができることを確認
した。また、原料粉末と添加成分との混合物を仮焼して
製造した本発明の圧電粉末は、同じ原料粉末だけを用い
た従来の場合と比べてより低温の９００〜１１００℃で
の焼結性に優れ、この圧電粉末を１０５０℃で焼結して
得られた圧電素子は電気機械結合係数（ｋ33）が８０
％、圧電定数が９５０ｐｍ／Ｖという、高い圧電特性を
示した。
スは、単独で使用してもよく、それらの任意の混合物と
して使用してもよい。発明者らは、混合物を使用する
と、圧電特性の低下の原因となるパイロクロア相の生成
を抑制でき、従来より大幅に低い９００℃でペロブスカ
イト相９９％の圧電粉末を得ることができることを確認
した。また、原料粉末と添加成分との混合物を仮焼して
製造した本発明の圧電粉末は、同じ原料粉末だけを用い
た従来の場合と比べてより低温の９００〜１１００℃で
の焼結性に優れ、この圧電粉末を１０５０℃で焼結して
得られた圧電素子は電気機械結合係数（ｋ33）が８０
％、圧電定数が９５０ｐｍ／Ｖという、高い圧電特性を
示した。
【００１８】本発明では、添加成分を加えた圧電体原料
粉末を使用することで圧電体の焼結温度を低く抑えるこ
とができるため、内部電極に高価な白金を使用する必要
がなく、また、パラジウム含有量の高い高融点の銀パラ
ジウム合金を使用する必要もない。このように、本発明
の圧電素子では、低融点の電極材料の使用が可能であ
る。代表的な低融点電極材料は、銀又はパラジウム含有
量０〜５０原子％のＡｇ−Ｐｄ合金を主成分とすること
ができる。このほかにも例えばＮｉ（ニッケル）金属等
を使用可能である。
粉末を使用することで圧電体の焼結温度を低く抑えるこ
とができるため、内部電極に高価な白金を使用する必要
がなく、また、パラジウム含有量の高い高融点の銀パラ
ジウム合金を使用する必要もない。このように、本発明
の圧電素子では、低融点の電極材料の使用が可能であ
る。代表的な低融点電極材料は、銀又はパラジウム含有
量０〜５０原子％のＡｇ−Ｐｄ合金を主成分とすること
ができる。このほかにも例えばＮｉ（ニッケル）金属等
を使用可能である。
【００１９】
【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する。
言うまでもなく、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。
言うまでもなく、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。
【００２０】〔実施例１〕この実施例では、圧電素子の
圧電体材料となる圧電粉末の製造を説明する。また、こ
の圧電粉末の製造工程を図４に示す。
圧電体材料となる圧電粉末の製造を説明する。また、こ
の圧電粉末の製造工程を図４に示す。
【００２１】ＰｂＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 及
びＺｒＯ2 の各原料粉末と、添加成分のＡｇ2 Ｏの粉末
を、それぞれ精密に秤量後、５ｍｍ径ジルコニアボール
を入れたボールミルで、アセトンを溶媒（アルコール又
は水を使用することも可）として２０時間粉砕混合し、
均質化した。次いで、ボールと分散溶媒を分離して回収
した粉末をホットバス中８０℃で８時間（アルコール又
は水を用いた場合には１２０℃の恒温槽に入れ溶媒が全
て蒸発するまで）、十分に乾燥させ、そしてこの乾燥粉
末を８５０℃で３時間仮焼した。続いて、仮焼粉末を５
ｍｍ径ジルコニアボールを入れたボールミルで、先に説
明したように秤量後の粉末を粉砕したのと同じ方法で粉
砕し、圧電粉末（平均粒径約１μｍ）を回収した。
びＺｒＯ2 の各原料粉末と、添加成分のＡｇ2 Ｏの粉末
を、それぞれ精密に秤量後、５ｍｍ径ジルコニアボール
を入れたボールミルで、アセトンを溶媒（アルコール又
は水を使用することも可）として２０時間粉砕混合し、
均質化した。次いで、ボールと分散溶媒を分離して回収
した粉末をホットバス中８０℃で８時間（アルコール又
は水を用いた場合には１２０℃の恒温槽に入れ溶媒が全
て蒸発するまで）、十分に乾燥させ、そしてこの乾燥粉
末を８５０℃で３時間仮焼した。続いて、仮焼粉末を５
ｍｍ径ジルコニアボールを入れたボールミルで、先に説
明したように秤量後の粉末を粉砕したのと同じ方法で粉
砕し、圧電粉末（平均粒径約１μｍ）を回収した。
【００２２】〔実施例２〕原料粉末に加える添加成分を
Ａｇ2 ＯからＰｂＯに変えたことを除いて、実施例１と
同じ方法で圧電粉末を製造した。
Ａｇ2 ＯからＰｂＯに変えたことを除いて、実施例１と
同じ方法で圧電粉末を製造した。
【００２３】〔実施例３〕この例では、先に図１を参照
して説明した方法に従って、実施例１で製造した圧電粉
末から圧電素子を製造した。
して説明した方法に従って、実施例１で製造した圧電粉
末から圧電素子を製造した。
【００２４】まず、実施例１で得られた圧電粉末を、ポ
リビニルブチラール（ＰＶＢ）（有機バインダ）、フタ
ル酸ジブチル（ＤＢＰ）（可塑剤）及びエタノール（有
機溶媒）と一緒にボールミルで混合し、スラリーを作製
した。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の圧電体グリーンシートを成形した。
リビニルブチラール（ＰＶＢ）（有機バインダ）、フタ
ル酸ジブチル（ＤＢＰ）（可塑剤）及びエタノール（有
機溶媒）と一緒にボールミルで混合し、スラリーを作製
した。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の圧電体グリーンシートを成形した。
【００２５】得られた圧電体グリーンシートを１００ｍ
ｍ四方に打ち抜いてから、それらのうちの一部のものに
Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷して電極層を形成
した。次に、未印刷のグリーンシートを３０枚、電極層
を印刷したグリーンシートを４枚、そして未印刷のグリ
ーンシートを８枚重ねて積層後、一軸プレスにより８０
℃、５０ＭＰａで一体化して積層体を得た。更に、積層
体を電気炉にて大気中、５００℃で４時間脱脂して、脱
脂体を得た。
ｍ四方に打ち抜いてから、それらのうちの一部のものに
Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷して電極層を形成
した。次に、未印刷のグリーンシートを３０枚、電極層
を印刷したグリーンシートを４枚、そして未印刷のグリ
ーンシートを８枚重ねて積層後、一軸プレスにより８０
℃、５０ＭＰａで一体化して積層体を得た。更に、積層
体を電気炉にて大気中、５００℃で４時間脱脂して、脱
脂体を得た。
【００２６】脱脂体を高純度アルミナ磁器中に入れて蓋
をし、電気炉にて９５０℃で６時間焼成して、焼結体を
製造した。このとき、脱脂体の周囲には、図１において
５で指示されている、脱脂体と同組成の粉末（すなわち
実施例１で製造したままの圧電粉末）を配置した。得ら
れた焼結体を圧電体の外形に切断加工し、個別の圧電素
子とした。
をし、電気炉にて９５０℃で６時間焼成して、焼結体を
製造した。このとき、脱脂体の周囲には、図１において
５で指示されている、脱脂体と同組成の粉末（すなわち
実施例１で製造したままの圧電粉末）を配置した。得ら
れた焼結体を圧電体の外形に切断加工し、個別の圧電素
子とした。
【００２７】〔実施例４〕実施例２で製造した圧電粉末
を使用して、実施例３と同じやり方で圧電素子を製造し
た。
を使用して、実施例３と同じやり方で圧電素子を製造し
た。
【００２８】実施例２と４で製造した圧電素子は、添加
物を加えない原料粉末から製造した圧電素子と同等の圧
電特性を示した。
物を加えない原料粉末から製造した圧電素子と同等の圧
電特性を示した。
【００２９】図５に、実施例１で製造した０．５Ｐｂ
（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −０．３５ＰｂＴｉＯ3 −
０．１５ＰｂＺｒＯ3 にＡｇ2 Ｏを２モル％添加した圧
電粉末の試料、Ａｇ2 Ｏに代えてＰｂＯを１モル％添加
した圧電粉末の試料、及び比較用として添加物を含まず
０．５Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −０．３５ＰｂＴ
ｉＯ3 −０．１５ＰｂＺｒＯ3 のみの試料の、温度と焼
成収縮率の関係を示す。本発明による添加成分のＡｇ2
Ｏ又はＰｂＯを含む試料は、何も添加しない試料と比較
して、焼結温度が１００℃以上低下していることがわか
る。
（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −０．３５ＰｂＴｉＯ3 −
０．１５ＰｂＺｒＯ3 にＡｇ2 Ｏを２モル％添加した圧
電粉末の試料、Ａｇ2 Ｏに代えてＰｂＯを１モル％添加
した圧電粉末の試料、及び比較用として添加物を含まず
０．５Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −０．３５ＰｂＴ
ｉＯ3 −０．１５ＰｂＺｒＯ3 のみの試料の、温度と焼
成収縮率の関係を示す。本発明による添加成分のＡｇ2
Ｏ又はＰｂＯを含む試料は、何も添加しない試料と比較
して、焼結温度が１００℃以上低下していることがわか
る。
【００３０】図６（ａ）に、ＰｂＯを１モル％添加した
圧電粉末試料の焼結体表面のＸ線回折パターンを示す。
圧電特性を示すペロブスカイト相のピークのほかに、表
面にしみ出した液相のピークが現れているのがわかる。
図６（ｂ）に示したＸ線回折パターンは、表面研磨後の
同じ試料の表面について得られたものである。表面にし
み出した液相が研磨によって除去され、ペロブスカイト
相だけになっていることがわかる。
圧電粉末試料の焼結体表面のＸ線回折パターンを示す。
圧電特性を示すペロブスカイト相のピークのほかに、表
面にしみ出した液相のピークが現れているのがわかる。
図６（ｂ）に示したＸ線回折パターンは、表面研磨後の
同じ試料の表面について得られたものである。表面にし
み出した液相が研磨によって除去され、ペロブスカイト
相だけになっていることがわかる。
【００３１】更に、添加物を加えた圧電粉末から製造し
た圧電素子の研磨後の表面を電子顕微鏡により観察し
て、添加物を加えない粉末から製造した圧電素子の表面
と変わりのないことを確認した。
た圧電素子の研磨後の表面を電子顕微鏡により観察し
て、添加物を加えない粉末から製造した圧電素子の表面
と変わりのないことを確認した。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、圧電素子として所望さ
れる材料組成を変更することなく、従来報告されている
よりも１００℃程度低い温度で焼成して圧電特性の低下
のみられない圧電素子の利用が可能になる。このように
焼成温度を低く抑えることができることから、内部電極
に高価な白金や、パラジウム含有量の高い銀−パラジウ
ム合金を使用する必要がなくなり、圧電特性を犠牲にす
ることなくより安価な圧電素子を提供することができ
る。このような圧電素子は、高性能アクチュエータとし
て利用できるものであり、このようなアクチュエータを
備えた機器、例えばインクジェットプリンタ等の利用の
拡大に大きく貢献するものである。
れる材料組成を変更することなく、従来報告されている
よりも１００℃程度低い温度で焼成して圧電特性の低下
のみられない圧電素子の利用が可能になる。このように
焼成温度を低く抑えることができることから、内部電極
に高価な白金や、パラジウム含有量の高い銀−パラジウ
ム合金を使用する必要がなくなり、圧電特性を犠牲にす
ることなくより安価な圧電素子を提供することができ
る。このような圧電素子は、高性能アクチュエータとし
て利用できるものであり、このようなアクチュエータを
備えた機器、例えばインクジェットプリンタ等の利用の
拡大に大きく貢献するものである。
【図１】本発明の圧電素子の製造を説明する図である。
【図２】本発明の圧電粉末の組成を示す図である。
【図３】本発明の圧電素子製造時の焼成工程を概念的に
説明する図である。
説明する図である。
【図４】実施例の圧電粉末の製造工程を示す図である。
【図５】種々の圧電粉末試料の焼成収縮挙動を示すグラ
フである。
フである。
【図６】本発明の圧電素子表面のＸ線回折パターンを示
す図であり、（ａ）は表面研磨前の試料についてのも
の、（ｂ）は表面研磨後のものである。
す図であり、（ａ）は表面研磨前の試料についてのも
の、（ｂ）は表面研磨後のものである。
１、１′…グリーンシート ２…電極層 ３…積層体 ４…脱脂体 ６…圧電素子 ２１…原料粉末 ２２…添加成分 ２３…液相 ２４…気孔
Claims (10)
- 【請求項１】 圧電体と電極とを含み、当該圧電体が、
ａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ 2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −ｃＰｂ
ＺｒＯ3 （この式において、０．４＜ａ＜０．６、０．
２５＜ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜０．２５、且つａ
＋ｂ＋ｃ＝１）の組成範囲の原料粉末に、この原料粉末
を基準にして最高５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビス
マス又はそれらの混合物を添加成分として加えた圧電粉
末から作製した焼結体表面から当該添加成分を除去して
得られた圧電体であることを特徴とする圧電素子。 - 【請求項２】 前記添加成分の添加量が最高で２モル％
である、請求項１記載の圧電素子。 - 【請求項３】 前記電極の材料が銀又はパラジウム含有
量５０原子％以下のＡｇ−Ｐｄ合金を主成分とする、請
求項１又は２記載の圧電素子。 - 【請求項４】 アクチュエータとして利用される、請求
項１から３までのいずれか一つに記載の圧電素子。 - 【請求項５】 ａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴ
ｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ3 （この式において、０．４＜ａ
＜０．６、０．２５＜ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜
０．２５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の組成範囲の原料粉末
に、この原料粉末を基準にして最高５モル％の酸化鉛、
酸化銀、酸化ビスマス又はそれらの混合物を添加成分と
して加えた圧電粉末から作製した焼結体表面から当該添
加成分を除去して得られたものであることを特徴とする
圧電体。 - 【請求項６】 電極の形成と圧電粉末の焼結による圧電
体の作製とを含む圧電素子の製造方法であって、当該圧
電体をａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ3 −
ｃＰｂＺｒＯ3 （この式において、０．４＜ａ＜０．
６、０．２５＜ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜０．２
５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の組成範囲の原料粉末に、こ
の原料粉末を基準にして最高５モル％の酸化鉛、酸化
銀、酸化ビスマス又はそれらの混合物を添加した圧電粉
末を焼結し、当該添加成分を除去して作製することを特
徴とする圧電素子製造方法。 - 【請求項７】 前記添加成分の除去を焼結後の焼結体表
面を研磨して行う、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 圧電粉末のグリーンシートを作製し、こ
れらのグリーンシートのうちの一部のものに電極を形成
し、電極のないグリーンシートと電極を有するグリーン
シートから積層体を作り、この積層体を焼成して圧電粉
末を焼結することにより圧電体と電極の積層構造を備え
た圧電素子を製造する方法であって、当該圧電体の原料
粉末としてａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂＴｉＯ
3 −ｃＰｂＺｒＯ3 （この式において、０．４＜ａ＜
０．６、０．２５＜ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜０．
２５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の組成範囲のものを使用
し、グリーンシートの作製にこの原料粉末に当該原料粉
末を基準にして最高５モル％の酸化鉛、酸化銀、酸化ビ
スマス又はそれらの混合物を添加した圧電粉末を使用
し、そして圧電粉末の焼結後に当該添加成分を除去する
ことを特徴とする圧電素子製造方法。 - 【請求項９】 前記添加成分の除去を焼結後の焼結体表
面を研磨して行う、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 ａＰｂＮｉ1/3 Ｎｂ2/3 Ｏ3 −ｂＰｂ
ＴｉＯ3 −ｃＰｂＺｒＯ3 （この式において、０．４＜
ａ＜０．６、０．２５＜ｂ＜０．４５、０．０５＜ｃ＜
０．２５、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１）の組成範囲の原料粉末
に、この原料粉末を基準にして最高５モル％の酸化鉛、
酸化銀、酸化ビスマス又はそれらの混合物を添加成分と
して加えた圧電粉末を焼結し、次いで当該添加成分を除
去して圧電体を製造することを特徴とする圧電体製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33405497A JPH11168248A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 圧電素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33405497A JPH11168248A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 圧電素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11168248A true JPH11168248A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=18273002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33405497A Pending JPH11168248A (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 圧電素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11168248A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067965B2 (en) | 2002-09-18 | 2006-06-27 | Tdk Corporation | Piezoelectric porcelain composition, piezoelectric device, and methods of making thereof |
| JP2007329414A (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Nec Tokin Corp | 圧電アクチュエータ |
| JP2009007236A (ja) * | 2006-07-20 | 2009-01-15 | Ngk Insulators Ltd | 圧電／電歪磁器組成物、圧電／電歪素子及びその製造方法 |
| JP2009522120A (ja) * | 2006-01-06 | 2009-06-11 | サントル ナスィオナル ド ラ ルシェルシュ スィアンティフィク | 犠牲厚膜法による多層マイクロコンポーネントの作製 |
| JP2011061220A (ja) * | 2003-05-22 | 2011-03-24 | Seiko Instruments Inc | 積層圧電素子、超音波モータ、電子機器、ステージ、及び積層圧電素子の製造方法 |
| JP2011091310A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Tdk Corp | 圧電アクチュエータ |
| JP2016000689A (ja) * | 2011-12-20 | 2016-01-07 | 太陽誘電株式会社 | 圧電磁器組成物及び圧電磁器の製造方法 |
-
1997
- 1997-12-04 JP JP33405497A patent/JPH11168248A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067965B2 (en) | 2002-09-18 | 2006-06-27 | Tdk Corporation | Piezoelectric porcelain composition, piezoelectric device, and methods of making thereof |
| JP2011061220A (ja) * | 2003-05-22 | 2011-03-24 | Seiko Instruments Inc | 積層圧電素子、超音波モータ、電子機器、ステージ、及び積層圧電素子の製造方法 |
| JP2011071525A (ja) * | 2003-05-22 | 2011-04-07 | Seiko Instruments Inc | 積層圧電素子を用いた超音波モータ並びにそれを用いた電子機器、ステージ、及び積層圧電素子の製造方法 |
| JP2009522120A (ja) * | 2006-01-06 | 2009-06-11 | サントル ナスィオナル ド ラ ルシェルシュ スィアンティフィク | 犠牲厚膜法による多層マイクロコンポーネントの作製 |
| JP2007329414A (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-20 | Nec Tokin Corp | 圧電アクチュエータ |
| JP2009007236A (ja) * | 2006-07-20 | 2009-01-15 | Ngk Insulators Ltd | 圧電／電歪磁器組成物、圧電／電歪素子及びその製造方法 |
| JP2011091310A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Tdk Corp | 圧電アクチュエータ |
| JP2016000689A (ja) * | 2011-12-20 | 2016-01-07 | 太陽誘電株式会社 | 圧電磁器組成物及び圧電磁器の製造方法 |
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