JP3480561B2 - 圧電／電歪素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、各種トランスデ
ューサー、各種アクチュエータ等として使用されるユニ
モルフ並びにバイモルフ型の圧電／電歪素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】 圧電／電歪素子は、電気エネルギ一を
機械エネルギーに変換する、即ち機械的な変位や力や振
動に変換したり、あるいはその逆の変換を行なう各種ト
ランスデューサー、更には、各種アクチュエータ、フィ
ルタ等の周波数領域機能部品、ディスプレイ等の各種表
示デバイス、スピーカー等の発音体、マイクロホン、超
音波センサ等のセンサ等広範な分野において使用されて
いる。

【０００３】 例えば、圧電／電歪素子は、図１（ａ）
に示すように、振動板として作用するセラミック基板１
と、その上に設けられた、第１の電極膜２、圧電／電歪
膜３及び第２の電極膜４から成る膜型の圧電／電歪作動
部５から構成されるもの（特開平３−１２８６８１号公
報）の他、図１（ｂ）に示すように、セラミック基板が
キャビティを有し、そのキャビティの底部が薄肉厚部と
された構造であり、圧電／電歪作動部をその薄肉部外表
面上に一体化したものが開示されている（特開平５−４
９２７０号公報）。

【０００４】 そして、このような圧電／電歪素子７を
構成するセラミック基板としては、一般に酸化イットリ
ウムにて部分安定化した酸化ジルコニウムを用いたもの
が知られている（特開平５−２９６７５号公報、特開平
５−９７４３７号公報、特開平５−２７０９１２号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上述
の圧電／電歪素子では、その製造過程において、セラミ
ック基板１に圧電／電歪作動部５を形成して焼成した場
合、特に圧電／電歪膜３を第１の電極膜２並びにセラミ
ック基板１と一体化するための熱処理（焼成）を経るこ
とによって、焼成条件によっては、図２（ａ）、（ｂ）
に示すようにある特定の部位、即ち、第１の電極膜２の
辺縁部近傍のセラミック基板部位にクラックの発生が認
められることがあり、生産歩留まりを低下させるという
問題があった。

【０００６】 クラックが生じた部分の近傍を電子線マ
イクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により観察すると、酸化
ジルコニウムの安定化剤である酸化イットリウムの量が
他の部位と比較して少ないことがわかった。酸化イット
リウムが減少した原因については定かではないが、前記
部位は上下電極間での短絡を防止する目的で、セラミッ
ク基板１に圧電／電歪膜３が第１の電極膜２に対して張
り出し、直接セラミック基板１と接触する部位であるた
め、圧電／電歪膜３の焼成一体化時に酸化イットリウム
が選択的に圧電／電歪膜３へ拡散した可能性が考えられ
る。又、前記セラミック基板１の第１の電極膜２の辺縁
部近傍は、素子構造的に、熱処理によって圧電／電歪膜
３と第１の電極膜５並びにセラミック基板１と一体化す
る上で、大きな応力がかかりやすい部位であり、特に図
１（ｂ）若しくは図２（ｂ）に示すようなキャビティ構
造を有する場合には、それが特に大きくなるため、その
熱処理時の応力が前記酸化イットリウムの減少を引き起
こしている可能性も考えられるが明らかではない。しか
しながら、どのような原因にしろ、この酸化イットリウ
ムの減少により酸化ジルコニウムの結晶変態が誘起さ
れ、クラックにつながった可能性が高い。

【０００７】 クラックの発生を防止する手段として、
結晶変態を起こさない完全安定化した酸化ジルコニウム
にてセラミック基板１を製造することも考えられるが、
完全安定化酸化ジルコニウムは、部分安定化酸化ジルコ
ニウムに比べ、機械的強度に劣るため、例えば、用途に
従って、アクチュエータの変位特性やセンサとしての感
度向上を図る目的で、セラミック基板１の厚みを小さく
しようとしても、場合によっては、効果的かつ十分に薄
肉化できないという問題があった。

【０００８】 このように、部分安定化酸化ジルコニウ
ム、特に、酸化イットリウム２〜４モル％で部分安定化
した酸化ジルコニウムは、振動板特性に特に優れている
反面、上述したように、圧電／電歪膜３の焼成中、何ら
かの要因で安定化剤である酸化イットリウムの量が減少
したりすると、結晶変態、さらにはクラックにつながり
やすいという問題を内在するものであった。そして、こ
のような問題は接着剤等を使用することなく、振動板で
あるセラミック基板と膜型の圧電／電歪作動部とを熱処
理によって一体化する圧電／電歪膜型素子特有のもので
ある。

【０００９】 本発明は、このような状況に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、セラミック
基板（振動板）としての強度を確保しつつ、かつ圧電／
電歪膜の焼成過程における内的要因によるクラックの発
生を防止した高機能、高特性な圧電／電歪素子を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック基板上
に、第１の電極膜、圧電／電歪膜及び第２の電極膜から
成る、少なくとも一つの膜状の圧電／電歪作動部を有す
る圧電／電歪膜型素子であって、上記セラミック基板は
基体層と表面層とから成り、上記基体層の酸化ジルコニ
ウムの結晶相は、正方晶又は正方晶と立方晶、正方晶と
単斜晶若しくは正方晶と立方晶と単斜晶の混晶であり、
上記表面層の酸化ジルコニウムの結晶相は主として立方
晶から成り、上記圧電／電歪作動部を上記表面層上に設
けた圧電／電歪素子が提供される。

【００１１】 本発明の圧電／電歪素子において、上記
表面層における酸化ジルコニウムが６〜２０モル％の酸
化イットリウムにて安定化されていることが好ましい。
又、上記基体層における酸化ジルコニウムが２〜４モル
％の酸化イットリウムにて部分安定化されていることが
好ましい。さらに、基体層における酸化ジルコニウムの
結晶粒子径が０．１〜１．５μｍであることが好まし
い。

【００１２】 又、本発明の圧電／電歪素子は、上記セ
ラミック基板として、圧電／電歪作動部を形成する部位
のみを薄肉化したキャビティ構造を有したものとするこ
とが好ましい。後述するように、本願においては、セラ
ミック基板の厚みを好ましくは５０μｍ以下とするの
で、振動板以外、即ち圧電／電歪作動部を形成しない部
分は、厚くでき、素子基板として扱いが有利になるから
である。又、隣接して素子を配置する場合にも、素子間
に厚肉部を配することができ、互いに特性上の干渉を防
止する上でも有利である。

【００１３】

【発明の実施の形態】 本発明の圧電／電歪素子におい
ては、図３に示すように、酸化ジルコニウムを主成分と
するセラミック基板１が基体層１０と表面層９とから構
成され、圧電／電歪作動部５が形成される表面層９が主
として立方晶である酸化ジルコニウムで構成される。立
方晶は結晶が安定で、圧電／電歪作動部５の焼成雰囲気
や焼成中に生じる応力や拡散等により酸化イットリウム
が減少しても結晶変態を起こしにくいため、第１の電極
膜２の辺縁部近傍のセラミック基板１にクラックが発生
するのを効果的に防止することができる。

【００１４】 一方、本発明の圧電／電歪素子７におい
ては、セラミック基板１の基体層１０が正方晶又は正方
晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正方晶と立方晶と
単斜晶の混晶である酸化ジルコニウムを主成分とする。
正方晶又は正方晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正
方晶と立方晶と単斜晶の混晶は、靭性に富み、強度が優
れるため、セラミック基板１に機械的強度を付与するこ
とができる。従って、機能性と生産性を兼ね備えた圧電
／電歪素子の実現が可能となる。尚、本願でいう主成分
とは重量比で８５％以上を意味する。

【００１５】 一般に、結晶系に含まれる各種結晶相の
同定、割合の算出は、Ｘ線回折法、ラマン分光法等によ
り行われるが、本願においてはＸ線回折法を用い、各種
結晶相の代表的回折線の強度比により、その存在割合を
求めた。

【００１６】 立方晶の存在割合は、各結晶相に対する
立方晶の存在割合で定義され、それぞれのメインの回折
線の強度比で立方晶の含有率を求めた。そして、「主と
して立方晶」とは、次の関係を満たすことを意味するこ
ととした。

【００１７】

【数１】

【００１８】 又、正方晶と立方晶における上記メイン
の回折線が接近していて分離が困難な場合は、より高次
の回折線をもって、メインの回折線の強度を代用しても
よい。但し、その場合は、あらかじめＪＣＰＤＳカード
等で分かっているメインの回折線強度と高次の回折線強
度の値を用い、求められた高次の回折線強度をメインの
回折線強度により基準化する必要がある。例えば、立方
晶（２００）と正方晶（００２）＋正方晶（２００）の
回折線を用いて、存在割合を求める場合、ＪＣＰＤＳカ
ードにより、それぞれの回折線強度はメインの（１１
１）回折線強度１００に対し、２５、４３（（００２）
と（２００）の和）であるため、

【００１９】

【数２】

【００２０】 を上記条件式の代用とする。尚、数式中
の各記号は以下の意味を有する。

【００２１】

【数３】

【００２２】 本発明の圧電／電歪素子７において、セ
ラミック基板１の総厚み（基体層＋表面層）は、圧電／
電歪素子の高速応答性を維持し、変位量、発生力又は感
度の観点より、５０μｍ以下であることが好ましく、３
０μｍ以下であることがより好ましく、１５μｍ以下で
あることがさらに好ましい。一方、圧電／電歪素子に十
分な強度を付与し、クラックの発生を効果的に抑制する
観点より、基体層１０と表面層９の厚みの比は６：４〜
８：２であることが好ましい。

【００２３】 表面層９が主として立方晶から成る構造
とするためには、表面層に６〜２０モル％、より好まし
くは７〜１０モル％の酸化イットリウムを添加して安定
化させることが望ましい。

【００２４】 一方、基体層１０が、正方晶又は正方晶
と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正方晶と立方晶と単
斜晶の混晶である酸化ジルコニウムとするためには、基
体層１０に２〜４モル％、好ましくは２．５〜３．５モ
ル％の酸化イットリウムを添加して安定化させることが
望ましい。

【００２５】 本発明の圧電／電歪素子７において、基
体層１０における酸化ジルコニウムの結晶粒子径は０．
１〜１．５μｍであることが好ましく、１．０μｍ以下
であることがより好ましい。結晶粒子径を上記の範囲と
することにより、厚みが薄くても、大きな強度を得るこ
とができ、又、所定の結晶相を安定に形成することが可
能となるからである。

【００２６】 セラミック基板１には、酸化アルミニウ
ムや酸化チタン、さらには粘度等の焼結助剤を添加して
もよいが、焼結後の基体層１０や表面層９に酸化珪素
（ＳｉＯ、ＳｉＯ₂）が過剰に存在すると、圧電／電歪
作動部との熱処理時に、圧電／電歪作動部を構成する材
料との反応が大きくなり、圧電／電歪作動部の組成の制
御が困難となるため、酸化珪素の含有量は１重量％未満
とすることが必要である。図４は、比較的大きなセラミ
ック基板１上に複数の圧電／電歪素子（２，３，４）を
形成した例を示している。このセラミック基板として、
圧電／電歪作動部を形成する部位のみを薄肉とした、キ
ャビティ構造を有したものとすることも勿論好ましい。

【００２７】 本発明の圧電／電歪素子は、以下のよう
に製造される。セラミック基板１は、各々所定の材料か
らなる基体層用グリーンシート及び表面層用グリーンシ
ートを、ドクターブレード法又はリバースロールコータ
法により別々に作成した後、それらを積層・熱圧着して
１２００〜１６００℃の温度で焼成することにより製造
する。又は、基体層用グリーンシートに、表面層用材料
のスラリー若しくはペーストを用いてスクリーン印刷、
スプレー、コーティング等の方法により表面層を形成
し、（表面層は圧電／電歪作動部を形成する部位にのみ
形成してもよい。）同様に焼成することにより製造して
もよいし、逆に表面層用グリーンシートに基体層をスク
リーン印刷、スプレー、コーティング等の方法により形
成してもよい。

【００２８】 又、セラミック基板をキャビティを有し
た構造とする場合は、金型や超音波加工等の機械加工法
を用いてキャビティに当たる空孔部を設けたグリーンシ
ートを、前記振動板用グリーンシート（基体用並びに表
面層用）に加えて準備し、同様にそれらを積層・熱圧着
して焼成する。尚、キャビティの振動板とは反対側の開
口部を閉塞するような部材を設けたキャビティ基板構造
としてもよい。

【００２９】 セラミック基板１への圧電／電歪作動部
５の形成は、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や、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、ＣＶＤ、め
っき等の薄膜形成手法を用いて行われる。特に、圧電／
電歪膜の形成には、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が好適に採用される。こ
れらの厚膜形成手法によれば、平均粒子径が０．０１μ
ｍ〜５μｍ、好ましくは０．０５μｍ〜３μｍの圧電／
電歪材科のセラミック粒子を主成分とするぺ一ストやス
ラリーを用いて、セラミック基板上に膜を形成すること
ができ、良好な素子特性が得られるからである。

【００３０】 また、前記膜を所望の形状とするには、
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
ターン形成する手法のほか、エキシマ、ＹＡＧ等のレー
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、パターン形成する等
の手法が採用される。そして、このように形成された膜
とセラミック基板とを一体化するための熱処理温度とし
ては、一般に９００〜１４００℃、好ましくは１０００
〜１４００℃の範囲が有利に選択される。

【００３１】 圧電／電歪作動部５を構成する第１の電
極膜２の材料としては、前記熱処理温度並びに焼成温度
程度の高温の酸化雰囲気に耐えられ得る導体であれば、
特に制限されるものではなく、例えば金属単体であって
も、合金であってもよく、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
クスであってもよい。特に、その中でも白金、パラジウ
ム、ロジウム等の高融点貴金属類又は銀−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、白金とセラミック基板材科とのサーメット材
科、白金と圧電材料とのサーメット材科、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く、さらにこ
の中では白金を主成分とする材料がより好ましい。

【００３２】 また、電極に添加する材料として酸化珪
素等のガラスを用いると、圧電／電歪層との熱処理中に
反応が生じ易く、素子特性を低下させる原因となり易い
ため、その使用は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、
圧電材料としては５〜２０体積％程度であることが好ま
しい。

【００３３】 一方、第２の電極膜４の材料に関して
は、特に制限されるものではなく、第１の電極膜２に用
いたのと同様の材料のほか、金、クロム、銅等のスパッ
タ膜、あるいは金、銀のレジネート印刷膜等を用いても
よい。

【００３４】 圧電／電歪作動部５を構成する圧電／電
歪膜３の材料としては、圧電若しくは電歪効果等の電界
誘起歪みを示す材料であれば、何れの材料であっても用
いることができる。例えば、結晶質の材料であっても、
非晶質の材料であってもよく、また半導体材料であって
も、誘電体セラミック材料や強誘電体セラミック材料、
反強誘電体セラミック材料であってもよく、さらには分
極処理が必要な材料であっても、又、それが不必要な材
料であってもよい。

【００３５】 本発明に用いられる圧電／電歪材料とし
ては、具体的には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）
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、マグネシウムニオブ
酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケルニオブ
酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とする材料、マグネシウムタ
ングステン酸鉛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、アンチモン錫酸鉛を主成分とす
る材料、亜鉛ニオブ酸鉛を主成分とずる材料、マグネシ
ウムタンタル酸鉛を主成分とする材料、ニッケルタンタ
ル酸鉛を主成分とする材料、さらには、これらの複合材
料等を挙げることができる。

【００３６】 尚、上述した材料に、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、マグネシウム、カルシウム、ビスマス、スズ等
の酸化物やそれらの他の化合物を添加物として含有させ
てもよく、例えばＰＺＴ系を主成分とする材料に、ラン
タンの酸化物等を加えてＰＬＺＴ系とした材料も使用可
能である。尚、酸化珪素等のガラスの添加は、圧電／電
歪材料との反応を生じさせやすく、所定の材料組成の維
持が困難となるため、避けた方が良い。

【００３７】 そして、これらの圧電／電歪材料のなか
でも、マグネシウムニオブ酸鉛、ジルコン酸鉛及びチタ
ン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、ニッケルニ
オブ酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ジルコン酸鉛及び
チタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、ニッケ
ルタンタル酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ジルコン酸
鉛及びチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料又
はマグネシウムタンタル酸鉛、マグネシウムニオブ酸
鉛、ジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とからなる成分を主成
分とする材料を用いることが好ましい。

【００３８】 さらに、その中でも、特に、マグネシウ
ムニオブ酸鉛、ジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とからなる
成分を主成分とする材料が好適にに用いられる。なぜな
ら、上述の材料は、高い圧電定数を有するだけでなく、
熱処理中における基板材料との反応が特に少ないからで
ある。

【００３９】 尚、多成分系圧電／電歪材料の場合、成
分の組成によって圧電／電歪特性が変化するが、本発明
の圧電／電歪素子で好適に採用されるマグネジウムニオ
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。

【００４０】 本発明の圧電／電歪素子は、電気エネル
ギ一を機械エネルギーに変換する、即ち機械的な変位や
力や振動に変換したり、あるいはその逆の変換を行なう
各種トランスデューサー、さらには、各種アクチュエー
タ、フィルタ等の周波数領域機能部品、ディスプレイ等
の各種表示デバイス、トランス、マイクロホン、スピー
カー等の発音体、通信用や動力用の振動子、共振子又は
発信子、ディスクリミネーター、超音波センサ、加速度
センサ、角速度センサ、衝撃センサ、質量センサ等の各
種センサ、ジャイロ、さらには内野健二著（日本工業技
術センター編）「圧電／電歪アクチュエータ 基礎から
応用まで」（森北出版）に記載のサーボ変位素子、パル
ス駆動モータ、超音波モータ、圧電ファン、圧電リレー
等に用いられるユニモルフ型素子並びにバイモルフ型素
子に適用され得るものであり、好適には各種アクチュエ
ータ、振動子、発音体、表示デバイス等に有利に採用さ
れる。

【００４１】 又、本発明の圧電／電歪素子は、圧電／
電歪特性の他、誘電性をも有しているところから、膜状
のコンデンサ素子としても利用できる。

【００４２】 尚、以上は、セラミック基板の片側に圧
電／電歪作動部を構成するユニモルフ構造をベースとし
て説明してきたが、当然のことながらセラミック基板の
両側に圧電／電歪作動部を構成するバイモルフ構造にも
適用できるものである。この場合、表面層は基体層に対
して両側に形成されることになる。

【００４３】

【実施例】 本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明
するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではな
い。

【００４４】（実施例１） セラミック基板が基体層と
表面層から成り、キャビティーを有する図３（ｂ）に示
すような圧電／電歪素子７を製造した。基体層１０は酸
化イットリウムを３モル％添加した正方晶である酸化ジ
ルコニウムから構成し、表面層９は酸化イットリウムを
７モル％添加した酸化ジルコニウムで構成した。条件式
の数値は０．９０であった。圧電／電歪作動部５は表面
層９上に形成した。

【００４５】 まず、基体層用グリーンシートの表面に
表面層用ペースト状原料を用いて表面層をスクリーン印
刷にて形成した。基体層用グリーンシート及び表面層の
厚みは、焼成した後に、それぞれ６μｍ及び２μｍとな
る厚さとした。

【００４６】 次に、支持部材用グリーンシートに０．
２ｍｍ×４ｍｍのキャビティを形成すべく貫通孔を設け
た後、基体層用グリーンシートの基体層側と積層・熱圧
着し、１５００℃で焼成した。

【００４７】 次に、上記基板に圧電／電歪作動部５を
形成した。第１の電極膜２、圧電／電歪膜３及び第２の
電極膜４の材質は、それぞれ白金、ジルコン酸鉛とチタ
ン酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛からなる成分を主成分
とする材料及び金とした。又、圧電／電歪作動部５の形
成はスクリーン印刷にて行い、第１の電極膜２について
は１３００℃、圧電／電歪膜３については１２５０℃、
第２の電極膜４については６００℃で焼成を行った。第
１の電極膜２、圧電／電歪膜３及び第２の電極膜４の厚
さは、それぞれ３μｍ、１４μｍ及び０．５μｍとし
た。

【００４８】 上記の圧電／電歪素子７を１０００個製
造し、セラミック基板１にクラックが発生しているか否
かを、クラック検査用浸透液を用いて評価した。結果を
表１に示す。

【００４９】（実施例２） 表面層９に酸化イットリウ
ムを１０モル％添加した酸化ジルコニウムを使用した。
条件式の数値が１である点を除いては実施例１と同様な
圧電／電歪素子を１０００個製造し、セラミック基板１
にクラックが発生しているか否かを実施例１と同様に評
価した。結果を表１に示す。

【００５０】（実施例３） 表面層９に酸化イットリウ
ムを６モル％添加した酸化ジルコニウムを使用した。条
件式の数値が０．８０である点を除いては、実施例１と
同様な圧電／電歪素子を１０００個製造し、セラミック
基板１にクラックが発生しているか否かを実施例１と同
様に評価した。結果を表１に示す。

【００５１】（比較例１） セラミック基板が単一の層
から成り、キャビティーを有する図１（ｂ）に示すよう
な圧電／電歪素子７を製造した。セラミック基板は酸化
イットリウムを３モル％添加した正方晶である酸化ジル
コニウムから構成した。圧電／電歪作動部５は、支持部
材６が接合している側とは反対側のセラミック基板１の
面上に形成した。

【００５２】 支持部材用グリーンシートに０．２ｍｍ
×４ｍｍのキャビティを形成すべく貫通孔を設けた後、
セラミック基板用グリーンシートと積層・熱圧着し、１
５００℃で焼成した。セラミック基板の厚みは焼成後８
μｍである。

【００５３】 次に、上記セラミック基板に圧電／電歪
作動部５を形成した。圧電／電歪作動部５の材質及び各
層の厚さは実施例１と同様とした。

【００５４】 上記の圧電／電歪素子を１０００個製造
し、セラミック基板１にクラックが発生しているか否か
を実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】 表１より、実施例の圧電／電歪素子で
は、クラックの発生率が、比較例１の圧電／電歪素子に
比べて、効果的に低いことがわかる。

【００５７】

【発明の効果】 本発明の圧電／電歪素子は、セラミッ
ク基板が基体層と表面層とから構成され、セラミック基
板の圧電／電歪作動部が形成される側である表面層は主
として立方晶である酸化ジルコニウムを主成分とするた
め、第１の電極膜の辺縁部近傍のセラミック基板にクラ
ックが発生しにくい。又、セラミック基板の基体層が、
正方晶又は正方晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正
方晶と立方晶と単斜晶の混晶である酸化ジルコニウムを
主成分とするため、薄肉でも高い機械的強度を保持する
ことができ、従って、膜型の圧電／電歪素子用基板（振
動板）部材としての機能を十分に発揮させることがで
き、高機能な圧電／電歪素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の圧電／電歪素子の（ａ）一例及び
（ｂ）他の例を示す斜視図である。

【図２】 クラック発生部位を示す（ａ）図１（ａ）の
Ａ−Ａ線断面図及び（ｂ）図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図
である。

【図３】 本発明の圧電／電歪素子の（ａ）一例及び
（ｂ）他の例を示す模式断面図である。

【図４】 本発明の圧電／電歪素子の更に他の例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１…セラミック基板、２…第１の電極膜、３…圧電／電
歪膜、４…第２の電極膜、５…圧電／電歪作動部、６…
支持部材、７…圧電／電歪素子、８…クラック、９…表
面層、１０…基体層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/09

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化ジルコニウムを主成分とするセラミ
   ック基板上に、第１の電極膜、圧電／電歪膜及び第２の
   電極膜から成る、少なくとも一つの膜状の圧電／電歪作
   動部を有する圧電／電歪膜型素子であって、 該セラミック基板は基体層と表面層とから成り、 該基体層の酸化ジルコニウムの結晶相は、正方晶又は正
   方晶と立方晶、正方晶と単斜晶若しくは正方晶と立方晶
   と単斜晶の混晶であり、 該表面層の酸化ジルコニウムの結晶相は主として立方晶
   から成り、 該圧電／電歪作動部を該表面層に設けたことを特徴とす
   る圧電／電歪素子。
2. 【請求項２】 該表面層において、酸化ジルコニウムが
   ６〜２０モル％の酸化イットリウムにて安定化された請
   求項１に記載の圧電／電歪素子。
3. 【請求項３】 該基体層において、酸化ジルコニウムが
   ２〜４モル％の酸化イットリウムにて安定化された請求
   項１又は２に記載の圧電／電歪素子。
4. 【請求項４】 該基体層における酸化ジルコニウムの結
   晶粒子径が０．１〜１．５μｍである請求項１、２又は
   ３に記載の圧電／電歪素子。
5. 【請求項５】 該セラミック基板に、少なくとも１つの
   空所（キャビティ）を有する支持部材を、該セラミック
   基板で該空所の一方の側を閉塞するように接合した請求
   項１、２、３又は４に記載の圧電／電歪素子。