JP2000253676A - 圧電／電歪膜型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄肉のセラミック基板１上に導電膜２、圧電／
電歪膜３、電極膜４を順次積層一体化してなる圧電／電
歪膜型アクチュエータを得るにあたり、圧電／電歪膜３
の緻密化を促進し、所望の大きさに屈曲変位できるよう
にする。 【解決手段】薄肉のセラミック基板１上に導電膜２、圧
電／電歪膜３、電極膜４を順次積層一体化して圧電／電
歪膜型アクチュエータを構成する。ただし、圧電／電歪
膜３は、組成式がＰｂ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y （Ｚｎ_1/3 Ｓ
ｂ_2/3 ）_a （Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2 ）_b Ｚｒ_c Ｔｉ_1-a-b-c
Ｏ₃ で表され、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、のモル比が、０≦
ｘ≦０．１２、０≦ｙ≦０．１２、０＜ｘ＋ｙ、０．０
５≦ａ≦０．１２、０≦ｂ≦０．０１５、０．４３≦ｃ
≦０．５２を満足するＰＺＴ成分１００重量部に、等モ
ル比からなるＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を合量で０．２〜
１．２重量部含有してなる基本成分に対し、Ｍｇを０＜
Ｍｇ＜０．６モル％の範囲で含有する圧電セラミックス
により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁性又は導電性
を有する薄肉のセラミック基板上に導電膜、圧電／電歪
膜、電極膜を順次積層一体化して形成した駆動部を備え
てなる圧電／電歪膜型アクチュエータに関するものであ
り、例えば、インクジェットプリンタヘッド、マイクロ
ホン、振動体、発振体、各種変位センサー、ポンプ、ス
イッチなどに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、精密加工分野や光学分野において
は、サブミクロンオーダーでの位置制御が求められてお
り、この位置制御に強誘電体等の圧電／電歪材料に電界
を加えたときに起こる逆圧電効果や電歪効果に基づく変
位あるいはその逆の現象を利用した圧電／電歪膜型アク
チュエータが使用されている。

【０００３】例えば、インクジェットプリンタヘッドに
おいては、ユニモルフ型やバイモルフ型の圧電／電歪膜
型アクチュエータが使用されており、小型化、高密度
化、低電圧駆動、高速応答性等の特性が要求されてい
る。

【０００４】図４にユニモルフ型の圧電／電歪膜型アク
チュエータの構造を示すように、絶縁性を有する薄肉の
セラミック基板１上に、下側電極としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒ
ｈ等の高融点金属からなる導電膜２を形成するととも
に、上記導電膜２上に圧電セラミックスからなる圧電／
電歪膜５を形成し、さらに上記圧電／電歪膜５上に上側
電極としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の高融点金属からなる電
極膜４を形成して、上記導電膜２、圧電／電歪膜５、電
極膜４を順次積層一体化することにより駆動部を構成し
たものがあった。

【０００５】そして、薄肉のセラミック基板１を屈曲変
位させるのに重要な圧電／電歪膜５を構成する圧電セラ
ミックスとして、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎ
ｉ、Ｔｅからなる金属成分と、Ｓｒ及びＢａのうち少な
くとも１種類を含む複合ペロブスカイト型化合物であっ
て、これらの金属元素のモル比による組成式を、Ｐｂ
_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y （Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3 ）_a （Ｎｉ_1/2
Ｔｅ_1/2 ）_b Ｚｒ_c Ｔｉ_1-a-b-c Ｏ₃ で表され、ｘ、
ｙ、ａ、ｂ、ｃ、のモル比が、０≦ｘ≦０．１２、０≦
ｙ≦０．１２、０＜ｘ＋ｙ、０．０５≦ａ≦０．１２、
０≦ｂ≦０．０１５、０．４３≦ｃ≦０．５２を満足す
るＰＺＴ成分１００重量部に対して、等モル比からなる
ＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を合計で０．２〜１．２重量部含
有してなる圧電セラミックスを本件出願人は先に提案し
ている（特開平７−３１５９２３号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図４に示す
圧電／電歪膜型アクチュエータでは、圧電／電歪膜５を
形成する圧電セラミックスの焼結性が不十分であるため
に、圧電セラミックスが持つ本来の圧電特性（電気機械
結合係数Ｋ₃₁、比誘電率ε₃₃ ^T ／ε₀ 、圧電歪定数ｄ₃₁
など）が得られず、設計通りの屈曲変位量が得られない
といった課題があった。

【０００７】即ち、薄肉のセラミック基板１上に導電膜
２と圧電／電歪膜５を積層一体化するために、焼成する
のであるが、この時、圧電／電歪膜５を形成する圧電セ
ラミックスは焼結によって収縮しようとするのに対し、
既に焼結されているセラミック基板１は収縮しないた
め、圧セラミックスの焼結性が阻害され、緻密化するこ
とができなかった。その為、圧電／電歪膜５上に電極膜
４を形成し、導電膜２と電極膜４との間に通電して圧電
／電歪膜５に電界誘起歪みを発生させたとしても圧電セ
ラミックスが持つ本来の圧電特性を発揮することができ
なかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者は、
既に焼結されたセラミック基板上に圧電／電歪膜を熱処
理によって焼結させるにあたり、圧電／電歪膜を十分に
緻密化して所望の圧電特性を発揮することができる圧電
／電歪膜型アクチュエ−タを得るために鋭意研究を重ね
たところ、本件出願人が先に提案した前記圧電セラミッ
クスに所定の範囲でＭｇを含有することで達成できるこ
とを突き止めた。

【０００９】即ち、本発明によれば、絶縁性又は導電性
を有する薄肉のセラミック基板上に導電膜、圧電／電歪
膜、電極膜を順次積層一体化した駆動部を備えてなる圧
電／電歪膜型アクチュエ−タにおいて、上記圧電／電歪
膜を、組成式がＰｂ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y （Ｚｎ_1/3 Ｓｂ
_2/3 ）_a （Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2 ）_b Ｚｒ_c Ｔｉ_1-a-b-cＯ
₃ で表され、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、のモル比が０≦ｘ≦
０．１２、０≦ｙ≦０．１２、０＜ｘ＋ｙ、０．０５≦
ａ≦０．１２、０≦ｂ≦０．０１５、０．４３≦ｃ≦
０．５２を満足するＰＺＴ成分１００重量部に、等モル
比からなるＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を合計で０．２〜１．
２重量部含有してなる基本成分に対し、Ｍｇを０＜Ｍｇ
＜０．６モル％の範囲で含有した圧電セラミックスによ
り形成したことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１１】図１及び図２は本発明の圧電／電歪膜型ア
クチュエータの一例を示す斜視図である。なお、従来例
である図４と同一部分については同一符号で示す。

【００１２】まず、図１に示す圧電／電歪膜型アクチュ
エータはユニモルフ型と呼ばれるもので、薄肉のセラミ
ック基板１の上面に導電膜２を介して圧電／電歪膜３を
積層し、さらに上記圧電／電歪膜３上に電極膜４を積層
したもので、上記導電膜２、圧電／電歪膜３、及び電極
膜４は熱処理によって順次積層一体化して駆動部を構成
したものである。

【００１３】また、図２に示す圧電／電歪膜型アクチュ
エータはバイモルフ型と呼ばれるもので、薄肉のセラミ
ック基板１の上下面にそれぞれ導電膜２、圧電／電歪膜
３、及び電極膜４を熱処理によって積層一体化して駆動
部を構成したものである。

【００１４】そして、図１又は図２に示す圧電／電歪膜
型アクチュエータは、薄肉のセラミック基板１上に駆動
部をなす導電膜２、圧電／電歪膜３、及び電極膜４を積
層によって一体的に形成してあることから、低電圧駆動
でありながら電界誘起歪みの横効果による大きな屈曲変
位が得られるとともに、応答性を高めることができ、か
つ駆動部の高集積化が可能である。また、セラミック基
板１を導電性を持ったセラミックスで形成することによ
り、セラミック基板１そのものを電極として機能させる
ことができるため、駆動部の一方の配線パターンが不要
となり、圧電／電歪膜型アクチュエータの設計が容易と
なる。

【００１５】次に、図３に図１の圧電／電歪膜型アクチ
ュエータを用いたインクジェットプリンタヘッド１０に
ついて説明する。

【００１６】このインクジェットプリンタヘッド１０
は、平行に整列した複数の隔壁１２を有し、これら隔壁
１２間を流路１３としてなる流路部材１１と、上記隔壁
１２の頂部に接合され、流路１３を塞ぐ薄肉のセラミッ
ク基板１と、上記流路部材１１の一方端側に接合され、
各流路１３と連通するインク噴出孔１４を備えたノズル
板１５とからなり、上記セラミック基板１上の各流路１
３と対向する位置には、駆動部をなす導電膜２、圧電／
電歪膜３、電極膜４を順次積層一体化して圧電／電歪膜
型アクチュエータを構成してある。

【００１７】そして、このインクジェットプリンタヘッ
ド１０によりインクを吐出するには、不図示のタンクよ
り流路１３内にインクを充填した状態で、駆動部を構成
する導電膜２と電極膜４間に通電して圧電／電歪膜３を
電界誘起歪みを発生させ、セラミック基板１を厚み方向
に屈曲変位させることで流路１３内のインクをインク噴
出孔１４より吐出することができる。即ち、セラミック
基板１が流路１３側へ凸に変位すれば、流路１３内が加
圧される結果、インク噴出孔１４よりインクを吐出する
ことができ、逆にセラミック基板１が流路１３と反対側
へ凸に変位すれば、流路１３内が減圧される結果、タン
クよりインクが流路１３内に導入されるようになってお
り、これらの繰り返しによりインク噴出孔１４よりイン
クを吐出できるのである。

【００１８】なお、本発明のインクジェットプリンタヘ
ッド１０は図３に示す構造だけに限定されるものではな
く、本発明の範囲を逸脱しない範囲で改良や設計変更で
きることは言うまでもない。

【００１９】ところで、図１や図２に示す圧電／電歪膜
型アクチュエータあるいは図３に示すインクジェットプ
リンタヘッドは、いずれも圧電／電歪膜３を、組成式が
Ｐｂ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y （Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3 ）_a （Ｎｉ
_1/2 Ｔｅ_1/2 ）_b Ｚｒ_c Ｔｉ_1-a-b-c Ｏ₃ で表され、
ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、のモル比が、０≦ｘ≦０．１２、
０≦ｙ≦０．１２、０＜ｘ＋ｙ、０．０５≦ａ≦０．１
２、０≦ｂ≦０．０１５、０．４３≦ｃ≦０．５２を満
足するＰＺＴ成分１００重量部に、等モル比からなるＰ
ｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を合計で０．２〜１．２重量部含有
してなる基本成分に対し、Ｍｇを０＜Ｍｇ＜０．６モル
％の範囲で含有した圧電セラミックスにより形成してあ
る。

【００２０】ここで、組成式におけるｘ、ｙ、ａ、ｂ、
ｃ、ｄのモル比を上記範囲に設定した理由について説明
する。

【００２１】ＰｂのＳｒ及びＢａによる置換は極めて大
きな圧電歪定数を得るのに有効であるが、その置換量ｘ
が０．１２を超えたり、置換量ｙが０．１２を超える
と、キュリー温度が急峻に低下し、耐熱性の劣化を招
く。その為、Ｓｒの置換量ｘは０≦ｘ≦０．１２である
ことが必要であり、また、Ｂａの置換量ｙは０≦ｙ≦
０．１２であることが必要である。

【００２２】また、Ｔｉの（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3 ）による
置換量ａが多いと大きな圧電歪定数が得られ、圧電／電
歪膜型アクチュエータに有用である。ただし、置換量ａ
が０．０５よりも少ないとキュリー温度が低くなるとと
もに、圧電歪定数を高める効果がなく、置換量ａが０．
１２を超えると、誘電損失及び弾性損失が非常に大きく
なり、耐久性が著しく低下する。その為、置換量ａは
０．０５≦ａ≦０．１２であることが必要である。

【００２３】さらに、Ｔｉの（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2 ）によ
る置換量ｂが多いと耐久性、変位ヒステリシスにおいて
極めて優れた特性を有する。ただし、置換量ｂが０．０
１５を超えると、エージング（例えば１００℃）による
圧電特性の劣化が著しく大きくなり、耐熱性が低下し、
また、高い圧電歪定数を得ることができない。その為、
置換量ｂは０≦ｂ≦０．０１５であることが必要であ
る。

【００２４】また、ＰＺＴを主成分とした圧電セラミッ
クスは、ＰｂＺｒＯ₃ とＰｂＴｉＯ₃ の固溶比率を変化
させると圧電歪み定数の極大値を示すＭＰＢ（組成相境
界）が存在する。そして、圧電／電歪膜３を構成する材
料としては、このＭＰＢおよびその近傍の組成値を用い
ることが良く、ＭＰＢはｘ、ａ、ｂの値により変化する
ため、置換量ｃの値はｘ、ａ、ｂの組成範囲内でＭＰＢ
を捉えうる組成範囲、即ち、置換量ｃを０．４３≦ｃ≦
０．５２とすれば良い。

【００２５】また、上記ＰＺＴ成分に対し、ＰｂＯ及び
Ｎｂ₂ Ｏ₅ を含有させることで、キュリー温度をさほど
低下させることなく、圧電歪定数を大きくすることがで
きるとともに、耐熱性及び電圧印加に伴う発生変位の温
度変化率を向上させることができる。ただし、ＰｂＯ及
びＮｂ₂ Ｏ₅ を等モルで含有した合計含有量ｄが、ＰＺ
Ｔ成分１００重量部に対して０．２重量部よりも少ない
と、ＰｂＯ及びＮｂ₂Ｏ₅ を含有したことによる効果が
殆ど得られず、逆に、ＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を等モルで
含有した合計含有量ｄが、ＰＺＴ成分１００重量部に対
して１．２重量部ｄを超えると、１３０℃のエージング
による圧電特性の劣化が著しく大きくなり、実用的でな
くなる。その為、等モル比からなるＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ
₅ の含有量ｄは０．２重量部≦ｄ≦１．２重量部とする
ことが必要であり、好ましくは０．３重量部≦ｄ≦０．
７重量部とすることが良い。

【００２６】なお、ＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を等モルで含
有したのは、ペロブスカイト構造となる各構成元素（Ｐ
ｂ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｎｉ，Ｔｅ，Ｚｒ，Ｔ
ｉ，Ｎｂ，Ｏ）を完全固溶させるためである。

【００２７】そして、上記ＰＺＴ成分１００重量部に、
等モル比からなるＰｂＯ及びＮｂ₂Ｏ₅ を合量で０．２
〜１．２重量部添加含有した基本成分に対し、Ｍｇを含
有したことにより、予め焼結されたセラミック基板１上
に圧電／電歪膜３を焼結しても十分に緻密化することが
でき、圧電／電歪膜３が持つ本来の圧電特性を得ること
ができる。

【００２８】Ｍｇを含有させることで圧電／電歪膜３の
緻密化が進行する理由としては明らかではないが、ＰＺ
Ｔ成分にＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を含有したものに、さら
にＭｇを含有させることで、焼成過程においてＭｇ成分
が液相として働き、粒子の移動、再配列が容易となるた
めに、セラミック基板１が収縮し難いにもかかわらず、
圧電／電歪膜３の焼結性を高め、緻密化できるものと思
われる。

【００２９】ただし、Ｍｇの含有量が０．６モル％以上
となると圧電／電歪膜３の圧電歪定数が著しく低下する
とともに、キュリー温度も大幅に低下する恐れがある。

【００３０】その為、Ｍｇの含有量は０＜Ｍｇ＜０．６
モル％とすることが重要である。

【００３１】一方、導電膜２を構成する材質としては、
圧電／電歪膜３を構成する圧電セラミックスの焼成温度
より高い融点を有するＰｔ又はＰｄの金属、あるいはＰ
ｔ−Ｗ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ｐｔ−Ａｕ、Ｐｔ−Ａｇ、Ｐｔ−
Ｐｄ等のＰｔ又はＰｄを主体とする合金を用いることが
でき、特に、Ｐｔ又はＰｔを主体とする合金はセラミッ
ク基板１との密着性に優れることから好適である。

【００３２】ただし、圧電／電歪膜３に発生する電界誘
起歪みを効率良く良くセラミック基板１に伝達して設計
通り屈曲変位させるには、導電膜２の厚みを１〜５μm
、好ましくは３〜４μm とすることが良い。即ち、導
電膜２の厚みが５μm より厚くなると、圧電／電歪膜３
の電界誘起歪みが導電膜２で吸収されるために薄肉のセ
ラミック基板１を設計通り屈曲変位させることができな
いからであり、逆に、導電膜２の厚みが１μm 未満では
均一な厚みを持った導電膜２の形成が難しく、ピンホー
ル等ができると圧電／電歪膜３の十分な密着力が得られ
なくなるからである。

【００３３】また、圧電／電歪膜３上に積層する電極膜
４の材質としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ等の高融点
金属や、Ｐｔ−Ａｕ、Ｐｄ−Ａｇ、Ｐｔ−Ｐｄ等を主体
とする合金を用いることができる。

【００３４】さらに、薄肉のセラミック基板１として
は、曲げ強度が高く、適度な耐熱性や耐熱衝撃性を有す
るものが良く、例えば、アルミナセラミックス、炭化珪
素セラミックス、窒化珪素セラミックス、ジルコニアセ
ラミックス、特に、Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＣｅＯ
₂ ，Ｄｙ₂ Ｏ₃ 等の少なくとも１種以上の安定化材を含
む部分安定化されたジルコニアセラミックスを用いるこ
とができ、さらにはＬａ_0.8 Ｓｒ_0.4 ＭｎＯ₃ ，Ｌａ
_0.8 Ｃａ_0.2 ＣｒＯ₃ ，Ｌａ_0.3 Ｃａ_0.7 ＭｎＯ₃，Ｌ
ａ_0.2 Ｃａ_0.8 ＣｏＯ₃ 等のペロブスカイト型結晶構造
を有する導電性のセラミックスを用いることができる。
これらの中でも特にジルコニアセラミックスは、前述し
た金属成分からなる導電膜２との反応が少ないため、セ
ラミック基板１の構成成分が導電膜２上に積層する圧電
／電歪膜３に拡散し、圧電／電歪膜３の特性を劣化させ
ることがなく好適である。

【００３５】次に、図１又は図２に示す圧電／電歪膜型
アクチュエータの製造方法について説明する。

【００３６】まず、圧電／電歪膜３を構成する圧電セラ
ミックスを製造するにあたり、出発原料としてＰｂ₃ Ｏ
₄ 、ＺｒＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＳｒＣＯ₃ 、ＢａＣＯ₃ 、Ｚ
ｎＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、ＮｉＯ、ＴｅＯ₂ 及びＮｂ₂ Ｏ₅ の
各粉末を秤量混合し、次いでこの混合物を脱水、乾燥し
たあと、８５０〜９００℃で１〜３時間仮焼し、仮焼粉
を製作する。そして、上記仮焼粉に対してＭｇの含有量
が０＜Ｍｇ＜０．６モル％となるようにＭｇＣＯ₃ の粉
末を所定量加えて粉砕し、混合粉体を得た。

【００３７】一方、予め焼結した前記セラミック材料か
らなる薄肉のセラミック基板１を用意し、このセラミッ
ク基板１の一主面又は上下面に、導電膜２を構成する導
体ペーストをスクリーン印刷法やディッピング法、ある
いは塗布など周知の膜形成手段により敷設する。そし
て、導体ペーストを敷設したセラミック基板１を９００
〜１４００℃の温度で熱処理することにより導電膜２を
焼結させる。

【００３８】次に、得られた導電膜２上に圧電／電歪膜
３を構成する材質として、上記混合粉体を含んだペース
トをスクリーン印刷法やディッピング法、あるいは塗布
など周知の膜形成手段により敷設し、１１００〜１４０
０℃の温度で熱処理を施すことで圧電／電歪膜３を導体
膜２上に焼結一体化するのであるが、この時、混合粉体
中にはＭｇを添加含有してあるため焼結性が促進され、
緻密に焼結させることができる。

【００３９】そして、得られた圧電／電歪膜３上に電極
膜４を構成する前記電極材料を含む導体ペーストをスク
リーン印刷法やディッピング法、あるいは塗布など周知
の膜形成手段により敷設したあと、５００〜１３００℃
の温度で熱処理を施して電極膜４を積層一体化すること
により得ることができる。

【００４０】かくして、図１又は図２の圧電／電歪膜型
アクチュエータを用いれば、圧電／電歪膜３が十分に焼
結され、緻密化されていることから、圧電／電歪膜３を
駆動させれば所望の圧電／電歪特性を発揮することがで
き、その結果、低電圧駆動でも大きく屈曲変位させるこ
とができるとともに、応答性に優れたものとすることが
できる。そして、本発明の圧電／電歪膜型アクチュエー
タをインクジェットプリンタヘッドに用いれば、加圧力
を高めることができるため、インクの吐出量を多くする
ことができるとともに、印字速度を高めることができ
る。

【００４１】なお、本発明に圧電／電歪膜型アクチュエ
ータは、インクジェットプリンタヘッドだけに限らず、
マイクロホン、振動体、発振体、各種変位センサー、ポ
ンプ、スイッチなどとしても好適に使用できることは言
うまでもない。

【００４２】

【実施例】（実施例１）ここで、圧電／電歪膜３の原料
粉末としてＰｂ₃ Ｏ₄ 、ＺｒＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＳｒＣＯ
₃ 、ＢａＣＯ₃ 、ＺｎＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、ＮｉＯ、ＴｅＯ
₂ およびＮｂ₂Ｏ₅ の各粉末を、Ｐｂが０．９４モル、
Ｚｒが０．４７モル、Ｔｉが０．４５モル、Ｓｒが０．
０４モル、Ｂａが０．０２モル、Ｚｎが０．０２５モ
ル、Ｓｂが０．０５モル、Ｎｉが０．００２５モル、Ｔ
ｅが０．００２５モル、さらにＰｂ、Ｎｂが０．３重量
部（ＰｂＯ＋Ｎｂ₂ Ｏ₅ ）となるように秤量し、ボール
ミルにて２４時間、水を溶媒として湿式混合した。次い
でこの混合物を脱水、乾燥した後、９００℃で３時間仮
焼して仮焼粉を得た。この仮焼粉にＭｇＣＯ₃ の粉末を
表１に示す割合で添加してボールミルで２４時間、水を
溶媒として湿式粉砕し、平均粒径が１μｍ程度の混合粉
体を得た。

【００４３】そして、得られた混合粉体を有機物バイン
ダーを添加混練したあと乾燥、造粒して顆粒を得た。そ
して、得られた顆粒を１．５ｔｏｎ／ｃｍ² の圧力で直
径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの寸法からなる円板状に一軸加
圧成型法にて成形したあと、焼成温度を１２００℃に保
って焼成した。

【００４４】得られた圧電セラミックスについて、ＩＣ
Ｐ発光分光分析によって組成分析を行ったところ、組成
式をＰｂ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y （Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3 ）
_a （Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2 ）_b Ｚｒ_c Ｔｉ_1-a-b-c Ｏ₃ で表
したとき、ｘ＝０．０４、ｙ＝０．０２、ａ＝０．０７
５、ｂ＝０．００５、ｃ＝０．４７であり、このＰＺＴ
成分１００重量部に、等モル比らなるＰｂＯとＮｂ₂ Ｏ
₅ を合計で０．３重量部含有し、この基本成分に対し、
Ｍｇを表１の割合で含有したものであった。

【００４５】次に、得られた圧電セラミックスを厚さ１
ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ１２ｍｍの短冊状に加工し、両面
に銀電極を焼き付け、８０℃のシリコンオイル中で３ｋ
Ｖ／ｍｍの直流電圧を３０分間印加して分極処理を行い
電気特性を評価する為の試料を作製した。

【００４６】そして、各試料について、電子工業会規格
ＥＭＡＳ−６００４に基づき電気的特性（電気機械結合
係数Ｋ₃₁、比誘電率ε₃₃ ^T ／ε₀ 、圧電歪定数ｄ₃₁）を
測定した。

【００４７】また、磁器表面を鏡面加工し、塩酸を用い
て粒界部をエッチングしたあと、走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）で結晶写真を撮影した。この結晶写真からインタ
ーセプト法により結晶粒径を測定し焼結の進み度合いを
確認した。

【００４８】さらに、電極を焼き付けた磁器を加熱し、
高温側の常誘電相から低温側の強誘電相へ相転移する時
の比誘電率の極大値を測定し、キュリー温度Ｔｃとし
た。

【００４９】なお、評価にあたっては、圧電歪定数ｄ₃₁
が、試料Ｎｏ．１に示す基準試料の圧電歪定数ｄ３１に
対し、９５％以上のものを○、８５％以上、９５％未満
のものを△、８５％未満のものを×とし、△及び○のも
のを良好として判断した。

【００５０】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００５１】

【表１】

【００５２】この結果、Ｍｇの含有量が０．６未満であ
れば、基準試料に対して８５％以上の圧電歪定数が得ら
れることが確認できた。特に、Ｍｇの含有量が０．２モ
ル％以下では、比誘電率が若干低下する以外の圧電特性
の劣化は見られず、優れていた。

【００５３】（実施例２）次に、表１に示す幾つかの試
料を用いて圧電／電歪膜型アクチュエータを製作した。

【００５４】まず、薄肉のセラミック基板１として、平
均粒径０．２μｍのＹ₂ Ｏ₃ を３ｍｏｌ％含有する部分
安定化されたジルコニア粉末に、アクリル酸エステル共
重合体水性エマルジョンを主成分とするバインダーを添
加し、ボールミルにて２０時間混合したあと、テープ成
形法によりセラミックグリーンシートを製作し、１２０
０〜１４００℃で１〜５時間焼成して厚みが約０．２ｍ
ｍの部分安定化ジルコニアセラミックスからなるセラミ
ック基板１を製作した。

【００５５】そして、このセラミック基板１上に、平均
粒径が１μm のＰｔからなる金属粒子に有機バインダー
を加えた導体ペーストを、乳剤厚み１０μｍの製版を用
いてスクリーン印刷法にて敷設したあと、１２００℃の
温度で２時間焼成することにより厚みが約５μｍの導電
膜２を積層一体化した。

【００５６】次に、表１に示す試料Ｎｏ．３及び４、即
ち、Ｍｇの含有量が０．２モル％及び０．４モル％の範
囲で含む平均粒径が１μｍ程度の混合粉体に有機物バイ
ンダーを添加したペーストと、比較例として表１に示す
試料Ｎｏ．１、即ち、Ｍｇを含有していない平均粒径が
１μｍ程度の仮焼粉体に有機物バインダーを添加したペ
ーストとを用意し、各々のペーストをスクリーン印刷法
にて敷設したあと、１２５０℃で２時間焼成して、厚み
が約１４μｍの圧電／電歪膜３，５をそれぞれ形成し、
さらに上記圧電／電歪膜３，５上に有機物バインダーに
Ａｕを含有させた導体ペーストをスクリーン印刷法にて
敷設し、７００℃で１５分間熱処理を施して厚さ０．８
μｍの電極膜４を形成することで図１及び図４に示す圧
電／電歪膜型アクチュエータをそれぞれ得た。

【００５７】そして、それぞれの圧電／電歪膜型アクチ
ュエータにおける圧電／電歪膜３，５の比誘電率を測定
し、実施例１における値と比較することにより圧電諸特
性の劣化具合を、結晶粒子径を測定し、実施例１におけ
る値と比較することにより圧電／電歪膜３，５の緻密具
合を確認した。

【００５８】それぞれの結果は表２に示す通りである。

【００５９】

【表２】

【００６０】この結果、Ｍｇを含有していない圧電／電
歪膜５を有する従来の圧電／電歪膜型アクチュエータ
は、セラミック基板１の存在により圧電／電歪膜５の焼
結性が阻害されており、結晶粒径が表１の値より小さか
った。その結果、比誘電率も表１と比較して小さく、特
性劣化が見られた。

【００６１】これに対し、Ｍｇを含有する圧電／電歪膜
３を備えた本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータは、
圧電／電歪膜３を形成する圧電セラミックスの結晶粒径
が表１と同程度であり、十分に緻密化されており、ま
た、比誘電率も表１と同程度と、圧電特性の劣化は見ら
れなかった。

【００６２】このことから、本発明の圧電／電歪膜型ア
クチュエータを用いれば所望の大きさを有する屈曲変位
が得られることが確認できた。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、絶縁性
又は導電性を有する薄肉のセラミック基板上に導電膜、
圧電／電歪膜、電極膜を順次積層一体化してなる圧電／
電歪膜型アクチュエ−タにおいて、上記圧電／電歪膜
を、組成式がＰｂ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ_y （Ｚｎ_1/3 Ｓｂ
_2/3 ）_a （Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2 ）_b Ｚｒ_c Ｔｉ_1-a-b-c Ｏ
₃ で表され、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、のモル比が、０≦ｘ
≦０．１２、０≦ｙ≦０．１２、０＜ｘ＋ｙ、０．０５
≦ａ≦０．１２、０≦ｂ≦０．０１５、０．４３≦ｃ≦
０．５２を満足する成分１００重量部に、等モル比から
なるＰｂＯ及びＮｂ₂Ｏ₅ を合計で０．２〜１．２重量
部含有してなる基本成分に対し、Ｍｇを０＜Ｍｇ＜０．
６モル％の範囲で含有した圧電磁器組成物により形成し
たことから、圧電／電歪膜の熱処理時における緻密化を
促進し、ほぼ完全に焼結させることができるため、所望
の圧電／電歪特性を発揮することができ、もって、低電
圧駆動でありながら大きな屈曲変位が得られるととも
に、応答性に優れた圧電／電歪膜型アクチュエータとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電／電歪膜型アクチュエータの
一例を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る圧電／電歪膜型アクチュエータの
他の例を示す斜視図である。

【図３】図１に示す圧電／電歪膜型アクチュエータを用
いたインクジェットプリンタヘッドを示す一部を破断し
た斜視図である。

【図４】従来の圧電／電歪膜型アクチュエータを示す斜
視図である。

【符号の説明】

１・・・セラミック基板 ２・・・導電膜 ３、５
・・・圧電／電歪膜 ４・・・電極膜 １０・・・インクジェットプリンタヘ
ッド １１・・・流路部材 １２・・・隔壁 １３・・・流路 １４・・・インク噴射孔 １５・・・ノズル板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉のセラミック基板上に導電膜、圧電／
   電歪膜、電極膜を順次積層一体化して形成した駆動部を
   備えてなる圧電／電歪膜型アクチュエータにおいて、上
   記圧電／電歪膜を、組成式がＰｂ_1-x-y Ｓｒ_x Ｂａ
   _y （Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3 ）_a （Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2 ）_b Ｚｒ
   _c Ｔｉ_1-a-b-c Ｏ₃ で表され、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、の
   モル比が、０≦ｘ≦０．１２、０≦ｙ≦０．１２、０＜
   ｘ＋ｙ、０．０５≦ａ≦０．１２、０≦ｂ≦０．０１
   ５、０．４３≦ｃ≦０．５２を満足するＰＺＴ成分１０
   ０重量部に、等モル比からなるＰｂＯ及びＮｂ₂ Ｏ₅ を
   合計で０．２〜１．２重量部含有してなる基本成分に対
   し、Ｍｇを０＜Ｍｇ＜０．６モル％の範囲で含有した圧
   電セラミックスにより形成したことを特徴とする圧電／
   電歪膜型アクチュエータ。