JPH1174578A - 圧電素子およびその製造方法 - Google Patents
圧電素子およびその製造方法Info
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- JPH1174578A JPH1174578A JP23373097A JP23373097A JPH1174578A JP H1174578 A JPH1174578 A JP H1174578A JP 23373097 A JP23373097 A JP 23373097A JP 23373097 A JP23373097 A JP 23373097A JP H1174578 A JPH1174578 A JP H1174578A
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- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】インクジェット記録ヘッドのインク加圧用素子
や小さい電圧で大きい変位量の得られる筒状の圧電素子
において、分極処理による微小なクラックの発生や９０
度分域の存在による変位のヒステリシス、クリープやシ
フトなどの問題のない素子を容易に提供する。 【解決手段】電極となる筒状の基板上に水熱合成により
分極軸が膜厚方向になるように配向させて酸化物圧電膜
を作製し、その表面に電極をつけて素子とする。
や小さい電圧で大きい変位量の得られる筒状の圧電素子
において、分極処理による微小なクラックの発生や９０
度分域の存在による変位のヒステリシス、クリープやシ
フトなどの問題のない素子を容易に提供する。 【解決手段】電極となる筒状の基板上に水熱合成により
分極軸が膜厚方向になるように配向させて酸化物圧電膜
を作製し、その表面に電極をつけて素子とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水熱合成により筒
状基板の表面に酸化物圧電膜の分極軸が膜厚方向になる
よう配向させ製造された筒状酸化物圧電素子とその製造
方法に関するものである。
状基板の表面に酸化物圧電膜の分極軸が膜厚方向になる
よう配向させ製造された筒状酸化物圧電素子とその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などに
代表される圧電材料は、その高い圧電効果および逆圧電
効果を利用した電気的エネルギーと機械的エネルギーの
相互変換素子として広く利用されている。
代表される圧電材料は、その高い圧電効果および逆圧電
効果を利用した電気的エネルギーと機械的エネルギーの
相互変換素子として広く利用されている。
【０００３】種々の圧電素子の形態の一つとして、筒状
の圧電素子に対する要請がある。例えば、特開平７−１
３５３４５号公報には、印加電圧に対して大きな変位量
を得るために、長い筒状にすることを提案している。ま
た、特開平８―３３６９６７号公報には、インクジェッ
ト記録ヘッドのインク加圧用に、直径１０〜２００μｍ
程度の細長い円筒形の圧電素子を使うことが記載されて
いる。
の圧電素子に対する要請がある。例えば、特開平７−１
３５３４５号公報には、印加電圧に対して大きな変位量
を得るために、長い筒状にすることを提案している。ま
た、特開平８―３３６９６７号公報には、インクジェッ
ト記録ヘッドのインク加圧用に、直径１０〜２００μｍ
程度の細長い円筒形の圧電素子を使うことが記載されて
いる。
【０００４】しかしながら、特開平７−１３５３４５号
公報に記載の圧電体は、高分子材料であり、圧電効果が
小さく、効率的でない。また、特開平８−３３６９６７
号公報に記載の圧電素子も含めた円筒状酸化物セラミッ
クス圧電体は、膜を形成した時点では、分極軸は配向し
ていない。このため、高電圧を印加する分極処理を必要
とする。
公報に記載の圧電体は、高分子材料であり、圧電効果が
小さく、効率的でない。また、特開平８−３３６９６７
号公報に記載の圧電素子も含めた円筒状酸化物セラミッ
クス圧電体は、膜を形成した時点では、分極軸は配向し
ていない。このため、高電圧を印加する分極処理を必要
とする。
【０００５】従来、配向性の誘電体結晶膜を得るために
は、ＭｇＯやＳｒＴｉＯ3の単結晶を基板として用い、
スパッタ法やＭＯＣＶＤ法により作製するのが一般的で
ある。しかしながら、前記方法により配向性の誘電体結
晶膜を作製する場合には、基板の種類が限られる。高温
での成膜あるいは成膜後の熱処理が必要である、組成の
制御が難しい、膜厚を厚くする場合の量産性に乏しい等
の問題点がある。
は、ＭｇＯやＳｒＴｉＯ3の単結晶を基板として用い、
スパッタ法やＭＯＣＶＤ法により作製するのが一般的で
ある。しかしながら、前記方法により配向性の誘電体結
晶膜を作製する場合には、基板の種類が限られる。高温
での成膜あるいは成膜後の熱処理が必要である、組成の
制御が難しい、膜厚を厚くする場合の量産性に乏しい等
の問題点がある。
【０００６】圧電素子についていえば、無配向の場合
は、結晶軸の方向が揃わないために、大きな電気機械結
合係数を有するものが得られない、分極処理によって微
小なクラックが発生する、９０度分域の存在によって変
位にヒステリシスが生じる、クリープやシフトが大きい
等の問題がある。
は、結晶軸の方向が揃わないために、大きな電気機械結
合係数を有するものが得られない、分極処理によって微
小なクラックが発生する、９０度分域の存在によって変
位にヒステリシスが生じる、クリープやシフトが大きい
等の問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、筒状圧電素
子の従来の上記欠点を克服し、大きい圧電効果の得られ
る酸化物圧電材料で、分極処理を必要としない配向性の
筒状圧電素子とその製造方法を提供することを目的とす
る。
子の従来の上記欠点を克服し、大きい圧電効果の得られ
る酸化物圧電材料で、分極処理を必要としない配向性の
筒状圧電素子とその製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、分極処理
を必要としない配向性の筒状圧電素子について鋭意研究
を重ねた結果、水熱合成で製造する素子によって上記目
的が達成できることを見出し、本発明をなすに至った。
を必要としない配向性の筒状圧電素子について鋭意研究
を重ねた結果、水熱合成で製造する素子によって上記目
的が達成できることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００９】すなわち、本発明は、電極となる筒状の基
板と、基板上に水熱合成により分極軸が膜厚方向になる
よう配向させて作製された酸化物圧電膜と、その酸化物
圧電膜の表面に形成された電極とからなる圧電素子に関
する。
板と、基板上に水熱合成により分極軸が膜厚方向になる
よう配向させて作製された酸化物圧電膜と、その酸化物
圧電膜の表面に形成された電極とからなる圧電素子に関
する。
【００１０】好ましくは、酸化物圧電膜が、Ｐｂ1ーxＬ
ａx（ＺｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１である。）の組成からなることを特徴とする
前記の圧電素子に関する。
ａx（ＺｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１である。）の組成からなることを特徴とする
前記の圧電素子に関する。
【００１１】また、Ｐｂ1ーxＬａx（ＺｒyＴｉ1ーy）
1ーX/4Ｏ3（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。）
の組成からなる酸化物圧電膜を水熱合成により筒状の基
板上に形成する方法が、Ｐｂ含有原料化合物が５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ含有原料化合物が
０ｍｍｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化
合物が２０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌおよびＴ
ｉ含有原料化合物が０．００２ｍｍｏｌ／ｌ〜５ｍｍｏ
ｌ／ｌの条件で種結晶膜を形成する第１工程と、Ｐｂ含
有原料化合物が５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／
ｌ、Ｌａ含有原料化合物が０ｍｍoｌ／ｌ〜１００ｍｍ
ｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５
００ｍｍｏｌ／ｌおよびＴｉ含有原料化合物が５ｍｍｏ
ｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌの条件で厚膜化させる第２
工程とからなることを特徴とする前記の圧電素子の製造
方法に関する。
1ーX/4Ｏ3（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。）
の組成からなる酸化物圧電膜を水熱合成により筒状の基
板上に形成する方法が、Ｐｂ含有原料化合物が５０ｍｍ
ｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ含有原料化合物が
０ｍｍｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化
合物が２０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌおよびＴ
ｉ含有原料化合物が０．００２ｍｍｏｌ／ｌ〜５ｍｍｏ
ｌ／ｌの条件で種結晶膜を形成する第１工程と、Ｐｂ含
有原料化合物が５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／
ｌ、Ｌａ含有原料化合物が０ｍｍoｌ／ｌ〜１００ｍｍ
ｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５
００ｍｍｏｌ／ｌおよびＴｉ含有原料化合物が５ｍｍｏ
ｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌの条件で厚膜化させる第２
工程とからなることを特徴とする前記の圧電素子の製造
方法に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の圧電素子は、電極となる
筒状の基板上に、水熱合成により配向性酸化物圧電膜を
作製し、その酸化物圧電膜の表面に電極を形成すること
により得られる。以下に本発明の構成を記述する。
筒状の基板上に、水熱合成により配向性酸化物圧電膜を
作製し、その酸化物圧電膜の表面に電極を形成すること
により得られる。以下に本発明の構成を記述する。
【００１３】水熱合成による配向性の酸化物圧電結晶膜
は、まず、基板上に水熱合成により種結晶膜である結晶
核を形成し、ついで、結晶成長を行うことにより得られ
る。本発明によれば、結晶核形成時に微量のＴｉ含有原
料化合物を存在させて水熱反応を行った後、成長反応を
行うことにより配向性圧電体結晶膜が得られる。なお、
第２工程において、Ｚｒ含有原料化合物とＴｉ含有原料
化合物ともモル比（Ｚｒ／Ｔｉ比）を０．１より大き
く、好ましくは０．２〜９．０とすることにより、配向
性がさらに優れた圧電体結晶膜が得られる。
は、まず、基板上に水熱合成により種結晶膜である結晶
核を形成し、ついで、結晶成長を行うことにより得られ
る。本発明によれば、結晶核形成時に微量のＴｉ含有原
料化合物を存在させて水熱反応を行った後、成長反応を
行うことにより配向性圧電体結晶膜が得られる。なお、
第２工程において、Ｚｒ含有原料化合物とＴｉ含有原料
化合物ともモル比（Ｚｒ／Ｔｉ比）を０．１より大き
く、好ましくは０．２〜９．０とすることにより、配向
性がさらに優れた圧電体結晶膜が得られる。
【００１４】本発明において、水熱合成による結晶核の
形成をレイノルズ数が２０００以下、好ましくは１００
０以下の条件で行い、ついで結晶成長させることにより
配向性がさらに優れた圧電体薄膜が得られる。
形成をレイノルズ数が２０００以下、好ましくは１００
０以下の条件で行い、ついで結晶成長させることにより
配向性がさらに優れた圧電体薄膜が得られる。
【００１５】本発明で使用される電極となる筒状の基板
は、特に限定されないが、結晶核形成時に基板と溶液中
の金属イオンとの反応による結晶膜と基板との密着力を
大きくするために圧電体結晶膜の構成元素を少なくとも
１つ以上含有するような基板が好ましい。また、圧電体
結晶膜を構成する元素でコーティングした基板を使用す
ることもできる。変位量を得るためには、基板は薄板が
好ましい。コーティングした基板を用いる場合は、容易
に伸縮する有機材料が好ましく、また、後で、電極を残
し、熱や溶剤で除去できる材料がさらに好ましい。
は、特に限定されないが、結晶核形成時に基板と溶液中
の金属イオンとの反応による結晶膜と基板との密着力を
大きくするために圧電体結晶膜の構成元素を少なくとも
１つ以上含有するような基板が好ましい。また、圧電体
結晶膜を構成する元素でコーティングした基板を使用す
ることもできる。変位量を得るためには、基板は薄板が
好ましい。コーティングした基板を用いる場合は、容易
に伸縮する有機材料が好ましく、また、後で、電極を残
し、熱や溶剤で除去できる材料がさらに好ましい。
【００１６】本発明において水熱反応に使用されるＰ
ｂ，Ｌａ，ＺｒおよびＴｉの構成元素を含有する原料化
合物としては、塩化物、オキシ塩化物、硝酸塩、アルコ
キシド、酢酸塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。ま
た、水熱反応において使用されるアルカリ化合物とし
て、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアル
カリ金属の水酸化物をあげることができる。水熱反応に
おけるアルカリ化合物濃度は、結晶核形成時が０．１ｍ
ｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌ、また成長反応時が０．１
２ｍｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌが好ましい。
ｂ，Ｌａ，ＺｒおよびＴｉの構成元素を含有する原料化
合物としては、塩化物、オキシ塩化物、硝酸塩、アルコ
キシド、酢酸塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。ま
た、水熱反応において使用されるアルカリ化合物とし
て、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアル
カリ金属の水酸化物をあげることができる。水熱反応に
おけるアルカリ化合物濃度は、結晶核形成時が０．１ｍ
ｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌ、また成長反応時が０．１
２ｍｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌが好ましい。
【００１７】本発明の製造方法の具体例を以下に詳述す
る。基板としてＴｉ基板あるいはＴｉをコーティングし
たものを用い、前記基板上に水熱合成によって結晶軸が
揃った圧電体結晶膜を作製する。この配向性圧電体結晶
膜の形成は、以下のようにして行う。
る。基板としてＴｉ基板あるいはＴｉをコーティングし
たものを用い、前記基板上に水熱合成によって結晶軸が
揃った圧電体結晶膜を作製する。この配向性圧電体結晶
膜の形成は、以下のようにして行う。
【００１８】まず、Ｐｂ（ＮＯ3）2水溶液５０ｍｍｏｌ
／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ3ＣＯＯ）3水溶
液０ｍｍｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ2
水溶液２０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣ
ｌ4水溶液０．００２ｍｍｏｌ／ｌ〜５ｍｍｏｌ／ｌお
よびＫＯＨ水溶液０．１ｍｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌ
の混合溶液中に、前記基板を任意の場所に固定し、レイ
ノルズ数が２０００以下の状態、すなわち乱流にならな
い状態で、１２０〜２００℃の温度で、０．２５〜２４
時間水熱による表面処理を行い、基板面に対して分極方
向が揃った圧電膜を形成する。
／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ3ＣＯＯ）3水溶
液０ｍｍｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ2
水溶液２０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣ
ｌ4水溶液０．００２ｍｍｏｌ／ｌ〜５ｍｍｏｌ／ｌお
よびＫＯＨ水溶液０．１ｍｏｌ／ｌ〜８．０ｍｏｌ／ｌ
の混合溶液中に、前記基板を任意の場所に固定し、レイ
ノルズ数が２０００以下の状態、すなわち乱流にならな
い状態で、１２０〜２００℃の温度で、０．２５〜２４
時間水熱による表面処理を行い、基板面に対して分極方
向が揃った圧電膜を形成する。
【００１９】次に厚膜化するため、Ｐｂ（ＮＯ3）2水溶
液５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ
3ＣＯＯ）3水溶液０ｍｍｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液５ｍｍｏｌ／ｌ〜４００ｍ
ｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液０．１２ｍｏｌ／ｌ〜
８．０ｍｏｌ／ｌの混合溶液中に、前記分極方向が揃っ
た圧電膜が形成された基板を入れて、１００〜１４０℃
の温度で、１〜９６時間水熱処理を行う。これにより基
板上に分極方向が高配向した圧電結晶膜が形成される。
水熱処理における加熱方法は、油浴や電気炉等による。
その後一般的な洗浄を行う。例えば、純水中で超音波洗
浄を行い、次いで酢酸水溶液中で超音波洗浄を行い、さ
らに純水中で超音波洗浄を行い、１００〜１２０℃で１
２時間程度乾燥させる。
液５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ
3ＣＯＯ）3水溶液０ｍｍｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／
ｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍ
ｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液５ｍｍｏｌ／ｌ〜４００ｍ
ｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液０．１２ｍｏｌ／ｌ〜
８．０ｍｏｌ／ｌの混合溶液中に、前記分極方向が揃っ
た圧電膜が形成された基板を入れて、１００〜１４０℃
の温度で、１〜９６時間水熱処理を行う。これにより基
板上に分極方向が高配向した圧電結晶膜が形成される。
水熱処理における加熱方法は、油浴や電気炉等による。
その後一般的な洗浄を行う。例えば、純水中で超音波洗
浄を行い、次いで酢酸水溶液中で超音波洗浄を行い、さ
らに純水中で超音波洗浄を行い、１００〜１２０℃で１
２時間程度乾燥させる。
【００２０】こうして形成された圧電膜の組成はＰｂ
1ーxＬａx（ＺｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０≦ｘ＜
１、０≦ｙ＜１である。）からなっている。
1ーxＬａx（ＺｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０≦ｘ＜
１、０≦ｙ＜１である。）からなっている。
【００２１】本発明で用いる電極は特に限定されない
が、コストや量産性を考慮し最適なものを選定する。例
えば、スパッタリング法によるＮｉ、無電解メッキ法に
よるＮｉ，焼付けタイプのＡｇなどがある。その他、蒸
着によるＡｌ，スパッタリング法によるＰｔあるいはＡ
ｕなども用いることができる。しかし、基板に樹脂を用
いる場合には、高温にできないので焼付けタイプのＡｇ
電極は使用できない。
が、コストや量産性を考慮し最適なものを選定する。例
えば、スパッタリング法によるＮｉ、無電解メッキ法に
よるＮｉ，焼付けタイプのＡｇなどがある。その他、蒸
着によるＡｌ，スパッタリング法によるＰｔあるいはＡ
ｕなども用いることができる。しかし、基板に樹脂を用
いる場合には、高温にできないので焼付けタイプのＡｇ
電極は使用できない。
【００２２】次に図１に前記圧電膜を用いて作製した圧
電素子の基本構造を示す。この圧電素子１０は、図１
（ａ）に示すように、圧電体酸化物、例えばＰＬＺＴか
らなる膜１１を円筒状の片側の電極として用いる基板１
２の表面に形成し、この圧電膜１１の外面に外部電極１
３を形成した構造となっている。この場合、圧電膜１１
は、分極の方向が図１（ｂ）において矢印で示すように
膜厚方向で外部から内部に向かう放射方向になるよう形
成されている。
電素子の基本構造を示す。この圧電素子１０は、図１
（ａ）に示すように、圧電体酸化物、例えばＰＬＺＴか
らなる膜１１を円筒状の片側の電極として用いる基板１
２の表面に形成し、この圧電膜１１の外面に外部電極１
３を形成した構造となっている。この場合、圧電膜１１
は、分極の方向が図１（ｂ）において矢印で示すように
膜厚方向で外部から内部に向かう放射方向になるよう形
成されている。
【００２３】この圧電素子１０では、図１（ｃ）に示す
ように、電極基板１２と外部電極１３に圧電膜１１の分
極と電界が同方向になるように電圧を印加すると、全体
が縮み、図１（ｄ）に示すように、電極基板１２と外部
電極１３に圧電膜１１の分極と電界が逆方向になるよう
に電圧を印加すると、全体が伸びる。この変位をアクチ
ュエータとして利用することができる。
ように、電極基板１２と外部電極１３に圧電膜１１の分
極と電界が同方向になるように電圧を印加すると、全体
が縮み、図１（ｄ）に示すように、電極基板１２と外部
電極１３に圧電膜１１の分極と電界が逆方向になるよう
に電圧を印加すると、全体が伸びる。この変位をアクチ
ュエータとして利用することができる。
【００２４】このように圧電素子１０が伸縮するときに
は、径方向にも伸縮し、この変位を例えば、インクジェ
ットのヘッドに使用することができる。
は、径方向にも伸縮し、この変位を例えば、インクジェ
ットのヘッドに使用することができる。
【００２５】なお、筒状素子の形態は、円筒に限らず、
図２（ａ）に示すように角筒状でもよい。また、基板上
の圧電膜も、単層だけでなく、基板の両面に圧電結晶膜
を形成した２層構造でもよい。図２（ａ）中の２０〜２
５は、それぞれ、全体を示す圧電素子、内側の電極、第
一圧電膜、基板となる中間電極、第二圧電膜、外側の電
極であり、図２（ｂ）は、圧電素子２０の分極方向を示
す要部拡大断面図である。
図２（ａ）に示すように角筒状でもよい。また、基板上
の圧電膜も、単層だけでなく、基板の両面に圧電結晶膜
を形成した２層構造でもよい。図２（ａ）中の２０〜２
５は、それぞれ、全体を示す圧電素子、内側の電極、第
一圧電膜、基板となる中間電極、第二圧電膜、外側の電
極であり、図２（ｂ）は、圧電素子２０の分極方向を示
す要部拡大断面図である。
【００２６】
【実施例】次に本発明の実施例の詳細な説明をする。
【００２７】実施例１ Ｐｂ（ＮＯ3）2水溶液１５．５２ｍｍｏｌ、Ｌａ（ＣＨ
3ＣＯＯ）3水溶液が０．４８ｍｍｏｌ、ＺｒＯＣｌ2水
溶液が８ｍｍｏｌ、ＴｉＣｌ4水溶液０．０２ｍｍｏｌ
およびＫＯＨ水溶液０．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合計
量１５０ｍｌ、充填率５０％）の中に、Ｔｉの円筒基板
を任意の場所に固定し、格別の攪拌操作なしに１８０℃
の温度で、１２時間水熱処理を行い、基板面に対して垂
直に分極方向が揃ったＰｂ1ーxＬａx（ＺｒyＴｉ1ーy）
1ーX/4Ｏ3（ただし、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。）
の結晶核を生成させた。
3ＣＯＯ）3水溶液が０．４８ｍｍｏｌ、ＺｒＯＣｌ2水
溶液が８ｍｍｏｌ、ＴｉＣｌ4水溶液０．０２ｍｍｏｌ
およびＫＯＨ水溶液０．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合計
量１５０ｍｌ、充填率５０％）の中に、Ｔｉの円筒基板
を任意の場所に固定し、格別の攪拌操作なしに１８０℃
の温度で、１２時間水熱処理を行い、基板面に対して垂
直に分極方向が揃ったＰｂ1ーxＬａx（ＺｒyＴｉ1ーy）
1ーX/4Ｏ3（ただし、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。）
の結晶核を生成させた。
【００２８】次に厚膜化するため、Ｐｂ（ＮＯ3）2水溶
液１５．５２ｍｍｏｌ、Ｌａ（ＣＨ 3ＣＯＯ）3水溶液が
０．４８ｍｍｏｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液８．３２ｍｍｏ
ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液７．６８ｍｍｏｌおよびＫＯＨ水
溶液２．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合計量６４０ｍｌ）
の上部に設置固定し、格別の攪拌操作なしに、１３０℃
の温度で、４８時間水熱処理を行って、Ｐｂ1ーxＬａ
x（ＺｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０＜ｘ＜１、０
≦ｙ＜１である。）の膜を形成した。その後、純水中で
の超音波洗浄３分間ｘ２回、１ｍｏｌ／ｌ酢酸水溶液中
での超音波洗浄３分間ｘ２回、およびさらに純水中で超
音波洗浄３分間ｘ２回を行い、１００℃で１２時間乾燥
を行った。そして結晶薄膜上にＲＦスパッタ法で約０．
５μｍの厚みのＮｉ電極を形成した。
液１５．５２ｍｍｏｌ、Ｌａ（ＣＨ 3ＣＯＯ）3水溶液が
０．４８ｍｍｏｌ、ＺｒＯＣｌ2水溶液８．３２ｍｍｏ
ｌ、ＴｉＣｌ4水溶液７．６８ｍｍｏｌおよびＫＯＨ水
溶液２．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合計量６４０ｍｌ）
の上部に設置固定し、格別の攪拌操作なしに、１３０℃
の温度で、４８時間水熱処理を行って、Ｐｂ1ーxＬａ
x（ＺｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０＜ｘ＜１、０
≦ｙ＜１である。）の膜を形成した。その後、純水中で
の超音波洗浄３分間ｘ２回、１ｍｏｌ／ｌ酢酸水溶液中
での超音波洗浄３分間ｘ２回、およびさらに純水中で超
音波洗浄３分間ｘ２回を行い、１００℃で１２時間乾燥
を行った。そして結晶薄膜上にＲＦスパッタ法で約０．
５μｍの厚みのＮｉ電極を形成した。
【００２９】このようにして得られたＰｂ1ーxＬａx（Ｚ
ｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜
１である。）からなる圧電素子は、分極処理を施すこと
なく電圧を印加したところ、長手方向と径方向にそれぞ
れ伸縮し、分極方向が揃っていることが、電気的に確認
された。
ｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜
１である。）からなる圧電素子は、分極処理を施すこと
なく電圧を印加したところ、長手方向と径方向にそれぞ
れ伸縮し、分極方向が揃っていることが、電気的に確認
された。
【００３０】実施例２ Ｐｂ（ＮＯ3）2水溶液１５．５２ｍｍｏｌ、ＺｒＯＣｌ
2水溶液が８ｍｍoｌ、ＴｉＣｌ4水溶液０．０２ｍｍｏ
ｌおよびＫＯＨ水溶液０．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合
計量１５０ｍｌ、充填率５０％）の中に、プラスチック
の筒にＴｉをコーティングした基板を任意の場所に固定
し、格別の攪拌操作なしに１８０℃の温度で、１２時間
水熱処理を行い、基板面に対して分極方向が揃ったＰｂ
（ＺｒyＴｉ1ーy）Ｏ3（ただし、０≦ｙ＜１である。）
の結晶核を生成させた。
2水溶液が８ｍｍoｌ、ＴｉＣｌ4水溶液０．０２ｍｍｏ
ｌおよびＫＯＨ水溶液０．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合
計量１５０ｍｌ、充填率５０％）の中に、プラスチック
の筒にＴｉをコーティングした基板を任意の場所に固定
し、格別の攪拌操作なしに１８０℃の温度で、１２時間
水熱処理を行い、基板面に対して分極方向が揃ったＰｂ
（ＺｒyＴｉ1ーy）Ｏ3（ただし、０≦ｙ＜１である。）
の結晶核を生成させた。
【００３１】次に厚膜化するため、Ｐｂ（ＮＯ3）2水溶
液１５．５２ｍｍｏｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液８．３２ｍ
ｍｏｌ、ＴｉＣｌ4水溶液７．６８ｍｍｏｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液２．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合計量６４０ｍ
ｌ）の上部に設置固定し、格別の攪拌操作なしに、１３
０℃の温度で、４８時間水熱処理を行って、Ｐｂ（Ｚｒ
yＴｉ1ーy）Ｏ3（ただし、０≦ｙ＜１である。）の膜を
形成した。その後、純水中での超音波洗浄３分間ｘ２
回、１ｍｏｌ／ｌ酢酸水溶液中での超音波洗浄３分間ｘ
２回、およびさらに純水中で超音波洗浄３分間ｘ２回を
行い、１００℃で１２時間乾燥を行った。そして結晶薄
膜上にＲＦスパッタ法で約０．５μｍの厚みのＮｉ電極
を形成した。
液１５．５２ｍｍｏｌ、ＺｒＯＣｌ 2水溶液８．３２ｍ
ｍｏｌ、ＴｉＣｌ4水溶液７．６８ｍｍｏｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液２．３ｍｏｌの混合溶液（溶液合計量６４０ｍ
ｌ）の上部に設置固定し、格別の攪拌操作なしに、１３
０℃の温度で、４８時間水熱処理を行って、Ｐｂ（Ｚｒ
yＴｉ1ーy）Ｏ3（ただし、０≦ｙ＜１である。）の膜を
形成した。その後、純水中での超音波洗浄３分間ｘ２
回、１ｍｏｌ／ｌ酢酸水溶液中での超音波洗浄３分間ｘ
２回、およびさらに純水中で超音波洗浄３分間ｘ２回を
行い、１００℃で１２時間乾燥を行った。そして結晶薄
膜上にＲＦスパッタ法で約０．５μｍの厚みのＮｉ電極
を形成した。
【００３２】このようにして得られたＰｂ（ＺｒyＴｉ
1ーy）Ｏ3（ただし、０≦ｙ＜１である。）からなる圧電
素子は、分極処理を施すことなく電圧を印加したとこ
ろ、長手方向と径方向にそれぞれ伸縮し、分極方向が揃
っていることが、電気的に確認された。
1ーy）Ｏ3（ただし、０≦ｙ＜１である。）からなる圧電
素子は、分極処理を施すことなく電圧を印加したとこ
ろ、長手方向と径方向にそれぞれ伸縮し、分極方向が揃
っていることが、電気的に確認された。
【００３３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、水熱合成
法により分極軸が配向した酸化物圧電膜を筒状に長く形
成することが可能になり、分極処理が不要で、クラック
の発生、クリープ、変位のヒステリシスなどを防ぐこと
ができ、径方向および長手方向の伸縮を利用するアクチ
ュエータとして有効な素子を容易に提供できる。
法により分極軸が配向した酸化物圧電膜を筒状に長く形
成することが可能になり、分極処理が不要で、クラック
の発生、クリープ、変位のヒステリシスなどを防ぐこと
ができ、径方向および長手方向の伸縮を利用するアクチ
ュエータとして有効な素子を容易に提供できる。
【図１】本発明の第一実施例の基本構造を示し、（ａ）
はその圧電素子の斜視図、（ｂ）は分極方向を示す拡大
断面図、（ｃ）は分極と同一方向の電界を印加した状態
図を示す図、（ｄ）は分極と逆の方向の電界を印加した
状態を示す図。
はその圧電素子の斜視図、（ｂ）は分極方向を示す拡大
断面図、（ｃ）は分極と同一方向の電界を印加した状態
図を示す図、（ｄ）は分極と逆の方向の電界を印加した
状態を示す図。
【図２】本発明の他の基本構造を示し、（ａ）はその圧
電素子の斜視図、（ｂ）は分極方向を示す要部拡大断面
図。
電素子の斜視図、（ｂ）は分極方向を示す要部拡大断面
図。
１０、２０ 圧電素子、 １１ 圧電膜、 １、２２ 内部電極、 ２、２５ 外部電極、 ２１ 第１圧電膜、 ２３ 中間電極、 ２４ 第２圧電膜
Claims (3)
- 【請求項１】電極となる筒状の基板と、基板上に水熱合
成により分極軸が膜厚方向になるよう配向させて作製さ
れた酸化物圧電膜と、その酸化物圧電膜の表面に形成さ
れた電極とからなる圧電素子。 - 【請求項２】酸化物圧電膜が、Ｐｂ1ーxＬａx（ＺｒyＴ
ｉ1ーy）1ーX/4Ｏ3（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１で
ある。）の組成からなることを特徴とする請求項１記載
の圧電素子。 - 【請求項３】Ｐｂ1ーxＬａx（ＺｒyＴｉ1ーy）1ーX/4Ｏ
3（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。）の組成
からなる酸化物圧電膜を水熱合成により筒状の基板上に
形成する方法が、Ｐｂ含有原料化合物が５０ｍｍｏｌ／
ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ含有原料化合物が０ｍｍ
ｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が
２０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌおよびＴｉ含有
原料化合物が０．００２ｍｍｏｌ／ｌ〜５ｍｍｏｌ／ｌ
の条件で種結晶膜を形成する第１工程と、Ｐｂ含有原料
化合物が５０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ
含有原料化合物が０ｍｍｏｌ／ｌ〜１００ｍｍｏｌ／
ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が１０ｍｍｏｌ／ｌ〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌおよびＴｉ含有原料化合物が５ｍｍｏｌ／ｌ
〜５００ｍｍｏｌ／ｌの条件で厚膜化させる第２工程と
からなることを特徴とする請求項２記載の圧電素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23373097A JPH1174578A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 圧電素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23373097A JPH1174578A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 圧電素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174578A true JPH1174578A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=16959683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23373097A Pending JPH1174578A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 圧電素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1174578A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100359044C (zh) * | 2005-09-08 | 2008-01-02 | 陕西科技大学 | 一种水热制备Sm2O3薄膜的方法 |
| CN100386473C (zh) * | 2005-09-08 | 2008-05-07 | 陕西科技大学 | 一种溶胶/凝胶制备Sm2O3光电薄膜的方法 |
| JP2013033926A (ja) * | 2011-06-29 | 2013-02-14 | Tdk Corp | 圧電素子 |
| WO2018001418A3 (de) * | 2016-07-01 | 2018-02-15 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Ultraschallaktor |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP23373097A patent/JPH1174578A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100359044C (zh) * | 2005-09-08 | 2008-01-02 | 陕西科技大学 | 一种水热制备Sm2O3薄膜的方法 |
| CN100386473C (zh) * | 2005-09-08 | 2008-05-07 | 陕西科技大学 | 一种溶胶/凝胶制备Sm2O3光电薄膜的方法 |
| JP2013033926A (ja) * | 2011-06-29 | 2013-02-14 | Tdk Corp | 圧電素子 |
| WO2018001418A3 (de) * | 2016-07-01 | 2018-02-15 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Ultraschallaktor |
| CN109417125A (zh) * | 2016-07-01 | 2019-03-01 | 物理仪器(Pi)两合有限公司 | 超声致动器 |
| US11012005B2 (en) | 2016-07-01 | 2021-05-18 | Physik Instrument (Pi) Gmbh & Co. Kg | Hollow-cylindrical ultrasonic actuator and method of actuation |
| CN109417125B (zh) * | 2016-07-01 | 2022-07-22 | 物理仪器(Pi)两合有限公司 | 超声致动器 |
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