JP3120260B2 - 圧電／電歪膜型素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電／電歪膜型素子、
中でも主にインクジェットプリントヘッド、マイクロホ
ン、発音体（スピーカー等）、各種振動子や発振子、更
にはセンサー等に用いられるユニモルフ型の、屈曲変位
を発生させるタイプの圧電／電歪膜型素子に関するもの
である。なお、ここで呼称される素子とは、電気エネル
ギーを機械エネルギーに変換、即ち機械的な変位または
応力また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。また、本発明による
素子は、圧電／電歪特性の他、誘電性も有しているの
で、膜状のコンデンサ素子等としても用いることが可能
である。

【０００２】

【従来の技術】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／電歪材料に電界を加えた
時に起こる逆圧電効果や電歪効果に基づくところの変位
或いはその逆の現象を利用した素子である、アクチュエ
ータやセンサーの如き圧電／電歪素子の開発が進められ
ている。

【０００３】ところで、インクジェットプリントヘッド
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が、好適に採用され
ている。そして、そこでは、そのような素子を用いたプ
リンタの印字品質・印字速度等の向上が要求されてお
り、それに応えるべく、かかる圧電／電歪膜型素子の小
型高密度化、低電圧作動化、高速応答化を図るための開
発が進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのユニモルフ型の圧
電／電歪素子においては、大きな屈曲変位や発生力或い
は発生電位を得るために、振動板となる基板の厚さを薄
くすることが重要とされるが、かかる基板の厚さを減少
させると、強度が低下するという欠点があった。しか
も、それらの素子においては、何れも、圧電／電歪板等
の板状の構成部材を接着剤等を用いて貼り付けて成る構
造を採用するものであるため、接着剤の経時変化等によ
り、圧電／電歪作動部が発生する歪みや応力を有効に基
板に伝えることができなくなるという問題がある。

【０００５】従って、本発明の課題とするところは、相
対的に低作動電圧で大きな変位が得られ、また信頼性が
高く、応答速度が早く、且つ発生力が大きく、更に高集
積化が可能である、インクジェットプリントヘッド、マ
イクロホン、発音体（スピーカー等）、各種振動子や発
振子、更には加速度センサー、圧力センサー、振動セン
サー、角速度センサー等に好適に用いられる、強度に優
れた圧電／電歪膜型素子を提供することにあり、またそ
のような圧電／電歪膜型素子における圧電／電歪作動部
と基板との間の付着強度を確保しつつ、圧電／電歪作動
部に発生する歪みや応力を有効に基板に伝え得るように
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記各課題を
解決するために開発されたもので、その要旨は、薄肉の
セラミック基板と、その基板上に形成された電極及び圧
電／電歪層から成る圧電／電歪作動部とを備えた圧電／
電歪素子において、前記圧電／電歪作動部が膜形成法に
よって形成され、且つそのセラミック基板と圧電／電歪
作動部とから成る部分が、セラミック基板側へ凸状に湾
曲していることにある。

【０００７】

【作用】薄肉のセラミック基板と圧電／電歪作動部（二
つの電極膜とそれら電極膜の間に形成された膜状の圧電
／電歪層から構成される）から成る部分が、セラミック
基板側へ予め凸状に湾曲しており、この方向は、素子の
変位する方向であることから、低い応力でも容易にセラ
ミック基板側へ変位させることができる。しかも、かか
る湾曲形状により、素子がセラミック基板側へ作用する
方向と反対の方向には変位し難く相対的に高い強度を有
する。又基板がキャビティ構造を有していれば、当該部
位の基板厚さを薄くすることが出来、以て素子基板の強
度を低下させることなく、また並設形態において隣接す
る圧電／電歪作動部同士が変位或いは振動時に薄肉厚部
と薄肉厚部の間にある厚肉部によって互いに干渉するこ
とが少なくなる。

【０００８】かかる湾曲形状は、後述するように、圧電
／電歪膜の熱処理時に形成するものであり、圧電／電歪
膜の焼成収縮率並びに線膨張率と基板の線膨張率との関
係で得られるものであるが、線膨張率が60×10^-7/ °C
〜 120×10^-7/ °C の範囲にあるセラミック基板を用い
ることが望ましい。

【０００９】そして、前記範囲の線膨張率を有するセラ
ミック基板を形成し得る材料として、酸化イットリウム
及び酸化セリウム及び酸化マグネシウム及び酸化カルシ
ウムの化合物の内、少なくとも１つの化合物を含有する
ことによって結晶相が完全安定化若しくは部分安定化さ
れた酸化ジルコニウムを主成分とするものを用いること
が特に望ましく、薄肉でありながら、機械的強度が大き
く、高靭性を有し、圧電／電歪材料との化学的反応性が
小さい等の効果を奏することができる。

【００１０】セラミック基板の結晶粒子径は、基板の機
械的強度の点から、平均結晶粒子径が 5μｍ以下である
ことが望ましい。また、セラミック基板の厚さは50μｍ
以下、好ましくは30μｍ以下、更に好ましくは10μｍ以
下が望ましく、圧電／電歪作動部の厚さは100 μｍ以
下、好ましくは50μｍ以下であることが望ましい。

【００１１】なお、圧電／電歪作動部は薄肉のセラミッ
ク基板上に膜状に形成されているため、相対的に低作動
電圧でも大きな変位を得ることができるとともに、早い
応答速度と、大きな発生力或いは発生電位を得ることが
できる。しかも、膜形成プロセスを用いるため、同一基
板面上に多数個の圧電／電歪作動部を有する素子を接着
剤を用いずに同時に且つ容易に形成することができ、そ
の高集積化も可能である。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明にかかる圧電／電歪膜型素子
の具体的構造を示す図面を参照しつつ、本発明を更に具
体的に明らかにすることとする。なお、理解を容易にす
るために、各図面を通して、同様の構造乃至は機能を有
するものには、同一の符号を付すものとする。

【００１３】図１は本発明にかかる圧電／電歪膜型素子
（アクチュエータ）の部分説明図である。圧電／電歪作
動部(2) は、第一の電極膜(4) 及び膜状の圧電／電歪層
(5)及び第二の電極膜(6) を通常の膜形成手法によって
順次積層することにより形成されている。圧電／電歪作
動部(2) は薄肉のセラミック基板(3) と一体化され、セ
ラミック基板とともにセラミック基板側へ湾曲した構造
となっている。なお、第一及び第二の電極膜(4),(6)
は、それぞれ、圧電／電歪層(5) の端部を延設すること
により、リード部(4a),(6a) を形成しており、それらリ
ード部(4a),(6a)を通じて、それぞれの電極膜(4),(6)
に電圧印加が行なわれるようになっている。即ち、かか
る電圧印加によって圧電／電歪層(5) に電界が作用する
と、電界誘起歪の横効果により、セラミック基板(3) の
板面に垂直な方向の屈曲変位乃至は発生力が発現される
のである。ここで、本発明にかかる圧電／電歪膜型素子
の作動部は、前述のとおり、その屈曲する方向に予め凸
状に湾曲しているため、湾曲していない平面状の素子よ
りも小さな力で効率よく変位することができる。しか
も、かかるアーチ型形状により、変位する方向とは反対
の方向には変位し難いという特徴を有する。

【００１４】図２は、本発明にかかる圧電／電歪膜型素
子の一例を示す説明図である。(2)は第１の電極膜(4)
及び膜状の圧電／電歪層(5) 及び第２の電極膜(6) が膜
形成法によって順次積層された圧電／電歪作動部であ
る。(7) は厚肉のセラミック基板に欠如部(7b)を設ける
ことによって、両外縁部が厚肉で、その内側に薄肉厚部
(7a)が形成されたセラミック基板である。そして、圧電
／電歪作動部(2) は、薄肉厚部上へ一体形成され、図示
のように薄肉厚部(7a)とともに、欠如部(7b)の方向、即
ちセラミック基板側へ湾曲し、凸状となっている。図３
は図２の素子(1)をＺ−Ｚ′線で切断した断面図を示し
たものである。尚、圧電／電歪作動部及び薄肉厚部が基
板側へ凸状に湾曲する度合は、素子パターンの短辺長さ
の1 〜20％程度が好ましい（図３において0.01W ≦δ≦
0.20W となる範囲）。その中でも特に、3 〜10％が好ま
しい（0.03W ≦δ≦0.10W となる範囲）。

【００１５】図４は複数の前記圧電／電歪作動部(2),
(2) ・・を一枚の大きなセラミック基板(3) 上に所定ピ
ッチで一体的に並設された素子の構造を示し、各圧電／
電歪作動部及びそれが形成された部分のセラミック基板
はセラミック基板側へ湾曲している。

【００１６】図６は図４に示す素子において、そのセラ
ミック基板(3) の形状及び圧電／電歪作動部(2) の配設
形態を変えた一例を示し、図５はその基板裏面形態を示
す。この素子は例えばインクジェットプリンタに用いら
れ、図５に示すように、厚肉のセラミック基板(7) の裏
面に、インクを収容する所定の大きさのキャビティ(8),
(8) ・・が所定ピッチで千鳥状に設けられており、各キ
ャビティ(8) の底部はキャビティ側へ凸状に湾曲した薄
肉厚部(7a)となっている。セラミック基板(7)の表面に
は、図６に示すように、圧電／電歪作動部(2) が各薄肉
厚部(7a)上に密着して薄肉厚部とともに湾曲して一体形
成されている。そして、圧電／電歪作動部がキャビティ
側へ変位すると、キャビティ内のインクが押し出される
のである。この時、薄肉厚部は加えた圧力の反作用をイ
ンクから受けるが、薄肉厚部は反作用とは反対の方向に
湾曲しているため、反作用による逆方向への変位は小さ
く、もって圧力ロスを小さくできる。尚、キャビティ内
に空気が収容されている場合でも、上記同様の効果を得
ることができる。

【００１７】次に、圧電／電歪作動部が形成されるセラ
ミック基板を形成する材料について説明する。材料とし
ては、機械的強度が大きく、後述するように、900 °C
〜1400°C 程度の熱処理によって、接着剤を使用せず圧
電／電歪作動部と一体化し得る絶縁体若しくは誘電体で
あれば、酸化物系のセラミック材料であっても、また非
酸化物系のセラミック材料であっても良いが、その中で
も線膨張率が60×10^-7/ °C 〜120 ×10^-7/ °C である
材料が好ましく、更に好ましくは、80×10^-7/°C 〜110
×10^-7/ °C である材料が望ましい。なぜならば、か
かる範囲の線膨張率を有する材料は、圧電／電歪作動部
の熱処理時に基板側へ適度に湾曲した形状を形成するこ
とができるからである。その中でも特に好ましい材料
は、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウムから成る群より選ばれた少なくとも
一つの化合物で部分安定化若しくは完全安定化された酸
化ジルコニウムを主成分とする材料が、好適に採用され
る。なぜならば、本発明で採用する薄い板厚においても
高い機械的強度が得られるとともに、高靱性であり、且
つ膜形成手法において採用される圧電／電歪材料との熱
処理時の応力が小さく、さらにその圧電／電歪膜材料と
の化学的な反応性が小さいからである。また、機械的強
度の大きな薄肉厚部を得るためにセラミック基板の平均
結晶粒子径としては、5 μm 以下であることが好まし
く、更に好ましくは、 1μm 以下であることが望まし
い。

【００１８】なお、前述のように酸化ジルコニウムを安
定化若しくは部分安定化させるための添加物の量は、酸
化イットリウムに対して 1モル％〜30モル％、酸化セリ
ウムでは 6モル％〜50モル％、酸化マグネシウムや酸化
カルシウムに対しては、 5モル％〜40モル％とすること
が好ましいが、その中でも特に酸化イットリウムに対し
て 2モル％〜 7モル％とすることが、さらに好ましくは
2モル％〜 4モル％とすることが望ましい。なぜなら
ば、かかる範囲で酸化イットリウムが添加された酸化ジ
ルコニウムは、その結晶相が部分安定化され、特に優れ
た基板特性を示すからである。

【００１９】また、セラミック基板の形態としては、先
に、図１に示した単板状の物でも、また図２に示される
如き、凹所の底部が薄肉厚部(7a)とされ、その薄肉厚部
の面上に圧電／電歪作動部が形成されるキャビティ構造
を有している基板(7) でも良いが、後者のキャビティ構
造を有する基板の方が、当該部位の基板厚さを薄くする
ことが出来、以て素子基板の強度を低下させることな
く、また並設形態において隣接する圧電／電歪作動部同
士が変位或いは振動時に薄肉厚部と薄肉厚部の間にある
厚肉部によって互いに干渉することが少ないために、好
ましく用いられる。なお、このようなキャビティ構造を
有している基板(7) のキャビティの寸法に関し、そのよ
うなキャビティの長さは、その幅の 2倍から20倍である
ことが好ましく、一方キャビティ基板(7) の薄肉厚部(7
a)に形成される圧電／電歪作動部は、素子の変位・発生
力の点から、該キャビティの幅に対して50％〜95％とす
ることが好ましい。

【００２０】さらに、薄肉のセラミック基板の厚さに関
しては、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30μm 以下、更に好まし
くは10μm 以下とされる。

【００２１】更にまた、かかるセラミック基板は、最終
的には、焼結せしめられた形態とされるが、圧電／電歪
作動部の形成に先立って、予め1000°C 〜1800°C 程度
で焼結した基板としておくことが出来、また基板材料の
グリーンシートを用い、後述の膜形成による圧電／電歪
作動部の形成を行なった後に焼結させても良いが、その
中では、予め焼結した基板が、素子の反りを小さくする
ことが出来、またパターン寸法精度が得られることか
ら、有利に用いられることになる。なお、キャビティ構
造を有するセラミック基板(7) は、金型や超音波加工等
の機械加工法を用いて空孔部を設けたグリーンシート
に、薄肉厚部となる薄い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。また、基板材料中に粘土
等の焼結助剤を添加してもよいが、その基板中には、ま
た、図２に示されたキャビティ構造の場合には、少なく
とも、薄肉厚部を構成する基板中には、酸化珪素(SiO₂、
SiO)が 1重量％以上含有されないように、助剤の組成や
添加量を調整することが望ましい。過剰に酸化珪素が基
板に含有されていると圧電／電歪材料との熱処理時に反
応が生じ易く、組成の制御が困難となるためである。

【００２２】ところで、かくの如きセラミック基板は、
その上に形成される圧電／電歪作動部の作動特性、換言
すればそこにおいて発生する歪み、応力を有効に受け、
またその逆の作用を有効に行なうために、Ｒａにて表わ
される表面粗さが0.03〜0.9μm の範囲内となるように
調整される。このような表面粗さ：Ｒａの調整は、ま
た、薄い基板の強度を確保する上においても有効であ
る。

【００２３】そして、このようなセラミック基板上に所
定の電極膜(4),(6) 及び圧電／電歪層(5) を設けて圧電
／電歪作動部を形成するには、公知の各種の膜形成法が
適宜に採用され、例えばスクリーン印刷、スプレー、デ
ィッピング、塗布等の厚膜形成手法、イオンビーム、ス
パッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶ
Ｄ、メッキ等の薄膜形成手法が適宜に選択される。特
に、膜状の圧電／電歪層(6) を形成するには、スクリー
ン印刷、スプレー、ディッピング、塗布等による厚膜形
成手法が好適に採用されることとなる。この厚膜形成手
法によれば、平均粒子径0.01μｍ以上 5μｍ以下の、好
ましくは0.05μｍ以上 3μｍ以下の圧電／電歪材料のセ
ラミック粒子を主成分とするペーストやスラリーを用い
てセラミック基板上に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。また、そのような膜の形
状としては、スクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法
等を用いてパターン形成する他、レーザー加工法や、ス
ライシング、超音波加工等の機械加工法を用い、不必要
な部分を除去して、パターン形成しても良い。

【００２４】なお、ここで作製される素子の構造や膜状
の圧電／電歪作動部の形状は、何等限定されるものでは
なく、用途に応じて、如何なる形状でも採用可能であ
り、例えば三角形、四角形等の多角形、円、楕円、円環
等の円形、櫛状、格子状又はこれらを組み合わせた特殊
形状であっても、何等差し支えない。

【００２５】また、このようにしてセラミック基板上に
上記方法で膜形成されたそれぞれの膜(4),(5),(6) は、
それぞれの膜の形成の都度、熱処理されて、基板と一体
構造となるようにしても良く、また全部の膜を形成した
後、同時に熱処理して、各膜が同時に基板に一体的に結
合されるようにしても良い。なお、このような膜形成手
法により電極膜を形成する場合には、一体化するために
必ずしも熱処理を必要としないことがある。たとえば、
電極膜(6) を形成する前に、電極膜(4) との絶縁性を確
実にするため素子周りに絶縁樹脂等で絶縁コートを行う
場合があるが、その場合には、電極膜(6) の形成には熱
処理を必要としない方法が採用される。

【００２６】さらに、このように形成された膜と基板と
を一体化し、基板側へ凸状に湾曲した形状とするための
熱処理温度としては、一般に900 °C 〜1400°C 程度の
温度が採用され、好ましくは1000°C 〜1400°C の範囲
の温度が有利に選択される。また、膜状の圧電／電歪層
(5) を熱処理する場合には、高温時に圧電／電歪層の組
成が不安定とならないように、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、熱処理することが好
ましい。また、圧電／電歪層(5) 上に適当な覆蓋部材を
載置して、そ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。その場合、覆蓋部材としては、基板と同様な材料系
のものが用いられることとなる。

【００２７】なお、上記の方法にて作製される圧電／電
歪作動部を構成する電極膜(4) の材料としては、前記熱
処理温度並びに焼成温度程度の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、合金であっても良く、また絶縁
性セラミックスと、金属や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
が好適に用いられ、その中でも更に好ましくは、白金と
セラミック基板材料とのサーメット材料が好ましく、さ
らに好ましくは白金と基板材料と圧電材料とのサーメッ
ト材料が好ましい。また、電極に添加する材料として、
ガラスは、圧電／電歪膜との熱処理中に反応が生じ易
く、アクチュエータ特性を低下させる原因となり易いた
め、その使用を避けることが望ましい。なお、電極中に
添加せしめる基板材料としては、 5〜30体積％程度、一
方圧電材料としては 5〜20体積％程度であることが好ま
しい。また、電極膜(6) としては、通常の電極材料（導
電性材料）を用いることができる。

【００２８】そして、このような導体材料を用いて形成
される電極は、一般に20μｍ以下、好ましくは 5μｍ以
下の厚さにおいて形成されることとなる。

【００２９】また、圧電／電歪作動部を構成する圧電／
電歪材料としては、圧電或いは電歪効果等の電界誘起歪
を示す材料であれば、何れの材料であっても採用され得
るものであり、結晶質の材料であっても、非晶質の材料
であっても良く、また半導体材料であっても、誘電体セ
ラミックス材料や強誘電体セラミックス材料であって
も、何等差し支えなく、更には分極処理が必要な材料で
あっても、またそれが不必要な材料であっても良いので
ある。

【００３０】尤も、本発明に用いられる圧電／電歪材料
としては、好ましくは、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ
系）を主成分とする材料、マグネシウムニオブ酸鉛（Ｐ
ＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛（Ｐ
ＮＮ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、ジルコン酸鉛を主成分とする材料、
更にはこれらの複合材料等が用いられる。なお、ＰＺＴ
系を主成分とする材料等の前述した材料に、ランタン、
バリウム、ニオブ、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、カルシウム、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、例え
ばＰＬＺＴ系となるように、前記材料に所定の添加物を
適宜に加えても、何等差し支えない。なお、ガラス材料
の添加は避けるべきである。なぜならば、ＰＺＴ系等の
鉛系圧電／電歪材料はガラスと反応し易いために、所望
の圧電／電歪膜組成への制御が困難となり、アクチュエ
ータ特性のバラツキ並びに低下を惹起するからである。

【００３１】これらの圧電／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、若しくはニッケルニオブ酸
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が好ましく、更に
その中でも特に、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、
その熱処理中における基板材料との反応が特に少ないこ
とから成分の偏析が起き難く、組成を保つための処理が
好適に行なわれ得、目的とする組成及び結晶構造が得ら
れ易い等、高い圧電定数を有することと併せて有利に用
いられ、スクリーン印刷、スプレー、ディッピング、塗
布等の厚膜形成手法で圧電／電歪膜を形成する場合の材
料として推奨される。なお、多成分系圧電／電歪材料の
場合、成分の組成によって圧電特性が変化するが、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モル％〜50モル％、ジルコン
酸鉛：10モル％〜45モル％、チタン酸鉛：30モル％〜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。

【００３２】なお、上記の如くして形成される電極膜と
圧電／電歪膜（層）から構成される圧電／電歪作動部の
厚さとしては、一般に100 μｍ以下とされ、また圧電／
電歪膜の厚さとしては、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 3μ
ｍ以上40μｍ以下とされることが望ましい。

【００３３】以下の表１に、従来法で作成した圧電／電
歪素子と本発明による圧電／電歪素子の特性を記した。
まず、素子の作成にあたっては、基板形状は、図２に示
されるような薄肉厚部を有するキャビティ形状とし、そ
の薄肉厚部の厚みは10μｍとした。基板材料は酸化イッ
トリウムで部分安定化した酸化ジルコニウムである。一
方圧電／電歪材料には、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材料を使用した。まず
従来法による素子は、その振動板となる薄肉厚部上に導
電性接着剤を使用して、30μｍ厚さの圧電／電歪材料の
板を貼り付けて作成した。一方本願の素子は、圧電／電
歪材料からなるペーストを熱処理後30μｍになるように
スクリーン印刷し、その後1000°C 以上の温度で熱処理
した。もちろん本願の素子は、熱処理によってその圧電
／電歪作動部が、基板側へ凸状に湾曲した形状とされて
いる。電極膜(6) は、スパッタリングにより、先ず、Cr
膜を形成し、その上にCu膜を形成した２層構造の膜とし
た。薄肉厚部の大きさは、0.8mm ×3mm である。表１の
たわみ量は、0.3mm φの面積を有する測定子を、圧電／
電歪作動部の中心部に垂直に当て、10Kg/cm²の圧力で加
圧した場合に、その圧電／電歪作動部がどの程度たわむ
のかを示し、また後退量は、逆にその圧電／電歪作動部
を基板側から空気で0.5 Kg/cm²の圧力で加圧した場合の
変位量を示している。更に実際素子をDC30V 印加して作
動させた場合の変位量を示した。

【表１】 この結果から明らかな様に、本願の模型で、更に基板側
へ凸状に湾曲した素子は、従来素子である薄肉厚部が平
坦な素子と比較して、素子の変位方向には同じ圧力でも
たわみやすく、かつ逆方向にはたわみにくいことがわか
る。また実際素子を駆動した場合においても、同様に大
きな変位を示している。

【００３４】尚、本発明は上記各実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、変更、修
正、改良を加えることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明にかかる圧電／電歪膜型素子を用
いれば、相対的に低作動電圧で大きな変位が得られ、強
度に優れた圧電／電歪膜型素子を実現することができ
る。しかも、応答速度が早く発生力が大きいばかりか、
信頼性も高く、高集積化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる圧電／電歪膜型素子の部分説明
図である。

【図２】本発明にかかる圧電／電歪膜型素子の一実施例
を示す部分説明図である。

【図３】図２に示す素子のＺ−Ｚ′線断面図である。

【図４】複数の圧電／電歪作動部を基板上に並設した本
発明にかかる圧電／電歪膜型素子の一実施例を示す部分
説明図である。

【図５】複数の圧電／電歪作動部を基板上に並設した本
発明にかかる圧電／電歪膜型素子の一実施例を示す裏面
部分説明図である。

【図６】複数の圧電／電歪作動部を基板上に並設した本
発明にかかる圧電／電歪膜型素子の一実施例を示す部分
説明図である。

【符号の説明】

１・・素子、２・・圧電／電歪作動部、３，７・・セラ
ミック基板、４・・第一の電極膜、４ａ，６ａ・・リー
ド部、５・・圧電／電歪層、６・・第二の電極膜、７ａ
・・薄肉厚部、７ｂ・・欠如部、８・・キャビティ。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄肉のセラミック基板と、その基板上に
   形成された電極及び圧電／電歪層から成る圧電／電歪作
   動部とを備えた圧電／電歪素子において、前記圧電／電
   歪作動部が膜形成法によって形成され、且つ前記セラミ
   ック基板と圧電／電歪作動部とから成る部分が、セラミ
   ック基板側へ凸状に湾曲していることを特徴とする圧電
   ／電歪膜型素子。
2. 【請求項２】 キャビティ構造を有しているセラミック
   基板と、その基板上に形成された電極及び圧電／電歪層
   から成る圧電／電歪作動部とを備えた圧電／電歪素子に
   おいて、前記圧電／電歪作動部が膜形成法によって形成
   され、且つ前記セラミック基板と圧電／電歪作動部とか
   ら成る部分が、セラミック基板側へ凸状に湾曲している
   ことを特徴とする圧電／電歪膜型素子。
3. 【請求項３】 前記セラミック基板の線膨張率が、60×
   10−７/ °C 〜 120×10−７/ °C の間のセラミック材
   料から成る請求項１又は２に記載の圧電／電歪膜型素
   子。
4. 【請求項４】 前記セラミック基板が、酸化イットリウ
   ム及び酸化セリウム及び酸化マグネシウム及び酸化カル
   シウムの内、少なくとも１つの化合物を含有することに
   よって結晶相が完全安定化若しくは部分安定化された酸
   化ジルコニウムを主成分とする材料から構成されて成る
   請求項１〜３のいずれかに記載の圧電／電歪膜型素子。
5. 【請求項５】 前記セラミック基板の平均結晶粒子径が
   5μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の圧電
   ／電歪膜型素子。
6. 【請求項６】 前記セラミック基板の厚さが50μｍ以下
   である請求項１〜４のいずれかに記載の圧電／電歪膜型
   素子。
7. 【請求項７】 前記圧電／電歪作動部の厚さが 100μｍ
   以下である請求項１〜６のいずれかに記載の圧電／電歪
   膜型素子。