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JP5115356B2 - Piezoelectric ceramic and piezoelectric element - Google Patents

Piezoelectric ceramic and piezoelectric element Download PDF

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JP5115356B2
JP5115356B2 JP2008163425A JP2008163425A JP5115356B2 JP 5115356 B2 JP5115356 B2 JP 5115356B2 JP 2008163425 A JP2008163425 A JP 2008163425A JP 2008163425 A JP2008163425 A JP 2008163425A JP 5115356 B2 JP5115356 B2 JP 5115356B2
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

本発明は、圧電磁器、及び圧電素子に関する。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic and a piezoelectric element.

圧電素子の一つであるアクチュエータに用いられる圧電磁器には、圧電歪定数が大きいこと、機械的品質係数Qが小さいこと、及び比抵抗が大きいことが要求される。従来、大きな圧電歪定数が得られる圧電磁器としては、例えば、チタン酸鉛(PbTiO)(以下、場合により「PT」と記す。)と、ジルコン酸鉛(PbZrO)(以下、場合により「PZ」と記す。)と、コバルト・ニオブ酸鉛(Pb(Co1/3Nb2/3)O)(以下、場合により「PCN」と記す。)と、が配合された三元系圧電磁器、または、三元系圧電磁器の鉛(Pb)の一部を、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)又はバリウム(Ba)等で置換したものが知られている(下記特許文献1、2参照)。
特許第3761355号公報 特開2007−22841号公報
The piezoelectric ceramic for use in an actuator which is one of piezoelectric devices, the piezoelectric strain constant is large, it mechanical quality factor Q m is small, and the specific resistance is required larger. Conventionally, as a piezoelectric ceramic capable of obtaining a large piezoelectric strain constant, for example, lead titanate (PbTiO 3 ) (hereinafter sometimes referred to as “PT”) and lead zirconate (PbZrO 3 ) (hereinafter sometimes referred to as “ PZ ”) and cobalt niobate lead (Pb (Co 1/3 Nb 2/3 ) O 3 ) (hereinafter sometimes referred to as“ PCN ”) are blended. There is known one in which a part of lead (Pb) of porcelain or ternary piezoelectric ceramic is replaced with calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) or the like (Patent Documents 1 and 2 below) reference).
Japanese Patent No. 3761355 JP 2007-22841 A

従来の圧電磁器を圧電体層として備える積層型圧電素子を作製する場合には、圧電体層と内部電極とを、圧電磁器が焼結する程度の高温(例えば、1200℃程度)で焼成する必要があった。そのため、内部電極には、融点の高い白金(Pt)やパラジウム(Pd)のような高価な貴金属を使用しなければならず、積層型圧電素子の製造コストが高くなることが問題であった。製造コストを削減するためには、より安価な銀−パラジウム(Ag−Pd)合金を内部電極に使用することが考えられるが、銀−パラジウム合金の融点は、白金やパラジウムの融点よりも低いため、Ag−Pd合金の融点以下の低い温度で焼結する圧電磁器が求められていた。例えば、上記特許文献2には、内部電極として銀−パラジウム合金を使用することを可能とする圧電磁器組成物が開示されている。   In the case of producing a laminated piezoelectric element having a conventional piezoelectric ceramic as a piezoelectric layer, it is necessary to fire the piezoelectric layer and the internal electrode at a high temperature (eg, about 1200 ° C.) at which the piezoelectric ceramic is sintered. was there. Therefore, an expensive noble metal such as platinum (Pt) or palladium (Pd) having a high melting point must be used for the internal electrode, which raises a problem that the manufacturing cost of the multilayer piezoelectric element increases. In order to reduce the manufacturing cost, it is conceivable to use a cheaper silver-palladium (Ag—Pd) alloy for the internal electrode, but the melting point of the silver-palladium alloy is lower than that of platinum or palladium. There has been a demand for a piezoelectric ceramic that sinters at a temperature lower than the melting point of the Ag-Pd alloy. For example, Patent Document 2 discloses a piezoelectric ceramic composition that enables a silver-palladium alloy to be used as an internal electrode.

PdはAgに比べて高価であるため、製造コストを低減するには、Ag−Pd合金におけるPdの含有率をより低くすることが望ましい。しかしながら、Pdの含有率が低いほど合金の融点が低下してしまうので、Pdの含有率を低くするためには、より低い焼成温度で焼結する圧電磁器が求められる。例えば、Pdの含有率を30wt%以下とするには、焼成温度は1150℃以下、好ましくは1120℃以下とする必要がある。また、Pdの含有率を20wt%以下とするときには、焼成温度を1100℃以下、好ましくは1150℃以下に低下させることが望まれている。   Since Pd is more expensive than Ag, it is desirable to lower the Pd content in the Ag—Pd alloy in order to reduce manufacturing costs. However, the lower the Pd content, the lower the melting point of the alloy. Therefore, in order to reduce the Pd content, a piezoelectric ceramic that is sintered at a lower firing temperature is required. For example, in order to make the Pd content 30 wt% or less, the firing temperature needs to be 1150 ° C. or less, preferably 1120 ° C. or less. Further, when the Pd content is 20 wt% or less, it is desired to lower the firing temperature to 1100 ° C. or less, preferably 1150 ° C. or less.

最近では、上述のAg−Pd合金の代わりに、Ag−Pd合金よりも安価な銅(Cu)を内部電極に使用することも検討されている。しかし、Cuの融点はAg−Pd合金の融点よりも低い1085℃であるので、Cuを用いるためには焼成温度をCuの融点より低い温度(例えば1050℃以下)にする必要がある。また、Cuは融点よりも低い温度から焼結し始める性質を有するため、この点を考慮すると、焼成温度を例えば980℃以下にする必要がある。さらに、Cuは卑金属であるため、大気中で焼成すると酸化してしまい内部電極として使用できなくなる。したがって、Cuを内部電極に用いた積層型圧電素子を作製する場合には、低酸素雰囲気(還元性雰囲気)における低温での焼成が必要となる。   Recently, it has been studied to use copper (Cu), which is cheaper than the Ag—Pd alloy, for the internal electrode instead of the above-described Ag—Pd alloy. However, since the melting point of Cu is 1085 ° C., which is lower than the melting point of the Ag—Pd alloy, in order to use Cu, the firing temperature needs to be lower than the melting point of Cu (for example, 1050 ° C. or less). In addition, since Cu has a property of starting sintering from a temperature lower than the melting point, considering this point, the firing temperature needs to be 980 ° C. or lower, for example. Furthermore, since Cu is a base metal, it is oxidized when fired in the atmosphere and cannot be used as an internal electrode. Therefore, when a multilayer piezoelectric element using Cu as an internal electrode is manufactured, firing at a low temperature in a low oxygen atmosphere (reducing atmosphere) is required.

しかしながら、従来の圧電磁器を含む圧電体層とCuからなる内部電極とを備える圧電素子を、還元性雰囲気における低温での焼成によって得た場合、圧電歪定数が十分に大きくならなかったり、機械的品質係数Qが十分に小さくならなかったり、比抵抗が十分に大きくならかったりする傾向があった。 However, when a piezoelectric element having a piezoelectric layer including a conventional piezoelectric ceramic and an internal electrode made of Cu is obtained by firing at a low temperature in a reducing atmosphere, the piezoelectric strain constant does not increase sufficiently, may not become quality factor Q m is sufficiently small, specific resistance tended to or off if sufficiently large.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、大きい圧電歪定数、小さい機械的品質係数、及び大きい比抵抗を得ることを可能にする圧電磁器、及び当該圧電磁器を備える圧電素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a piezoelectric ceramic that can obtain a large piezoelectric strain constant, a small mechanical quality factor, and a large specific resistance, and a piezoelectric element including the piezoelectric ceramic. The purpose is to do.

上記目的を達成するため、本発明の圧電磁器は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる主成分と、
Dy、Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R2と、Ta、Nb及びWからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R3と、を含む第一副成分と、を含有する焼結体を備え、
複合酸化物が、
(Pb1−x−yMe)[(Co1/3Nb2/3TiZr]O
[式中、MeはCa、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも一種を表す。]
で表される組成を有し、
0<1−x−y、0≦x≦0.05、
0≦y≦0.05、
a+b+c=1、
0.05≦a≦0.1、
0<b<1、
0<c<1、及び
0.753≦(b/c)×(1−a)≦0.900、を満たし、
焼結体の粒界にCu元素が偏在していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the piezoelectric ceramic of the present invention comprises a main component composed of a complex oxide having a perovskite structure,
A sintered body containing a first subcomponent comprising at least one element R2 selected from the group consisting of Dy, Gd and Y and at least one element R3 selected from the group consisting of Ta, Nb and W With
Complex oxide
(Pb 1-xy Me x ) [(Co 1/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c ] O 3
[Wherein, Me represents at least one selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba. ]
Having a composition represented by
0 <1-xy, 0 ≦ x ≦ 0.05,
0 ≦ y ≦ 0.05,
a + b + c = 1,
0.05 ≦ a ≦ 0.1,
0 <b <1,
0 <c <1, and 0.753 ≦ (b / c) × (1-a) ≦ 0.900,
It is characterized in that Cu elements are unevenly distributed at the grain boundaries of the sintered body.

上記本発明では、主成分及び第一副成分が上記組成を有し、且つ焼結体の粒界にCu元素が偏在しているため、従来の圧電磁器に比べて、圧電歪定数を増加させることができ、機械的品質係数を減少させることができるとともに、比抵抗を増加させることができる。   In the present invention, since the main component and the first subcomponent have the above composition, and the Cu element is unevenly distributed at the grain boundaries of the sintered body, the piezoelectric strain constant is increased as compared with the conventional piezoelectric ceramic. The mechanical quality factor can be decreased and the specific resistance can be increased.

上記本発明では、
Pb{(R2)(R3)}O
[式中、d+e=1、0<d<1、0<e<1。]
で表される化合物に換算した第一副成分の含有量が、主成分100molに対して0molより大きく0.6mol以下であることが好ましい。これにより、本発明の効果を得易くなる。
In the present invention,
Pb {(R2) d (R3 ) e} O 3
[Where d + e = 1, 0 <d <1, 0 <e <1. ]
It is preferable that content of the 1st subcomponent converted into the compound represented by these is larger than 0 mol and below 0.6 mol with respect to 100 mol of main components. This makes it easier to obtain the effects of the present invention.

上記本発明は、0<y≦0.03を満たすことが好ましい。これにより、圧電特性をより改善することが可能となる。   The present invention preferably satisfies 0 <y ≦ 0.03. Thereby, it is possible to further improve the piezoelectric characteristics.

上記本発明は、Ta、Nb及びWからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R1を含む第二副成分を含有し、元素R1に換算した第二副成分の含有量が、主成分100molに対して0molより大きく0.9mol以下であることが好ましい。これにより、圧電歪定数を増加させる効果を得易くなる。   The present invention contains a second subcomponent containing at least one element R1 selected from the group consisting of Ta, Nb and W, and the content of the second subcomponent converted to the element R1 is 100 mol of the main component. It is preferably greater than 0 mol and less than or equal to 0.9 mol. This makes it easier to obtain the effect of increasing the piezoelectric strain constant.

本発明の圧電素子は、上記本発明の圧電磁器を含む圧電体層と、Cuを含み、圧電体層を介して積層された複数の内部電極と、を備える。圧電素子の製造において圧電体層の前駆体と内部電極の前駆体とを積層した状態で焼成すると、焼成中に内部電極の前駆体から圧電体層の前駆体へCu元素が熱拡散するため、焼成後に得られる圧電体層が含む圧電磁器の粒界にCu元素が偏在し易くなり、比抵抗を増加させ易くなる。   A piezoelectric element of the present invention includes a piezoelectric layer including the piezoelectric ceramic of the present invention, and a plurality of internal electrodes including Cu and stacked via the piezoelectric layer. In the manufacture of the piezoelectric element, when the precursor of the piezoelectric layer and the precursor of the internal electrode are baked in a laminated state, the Cu element is thermally diffused from the precursor of the internal electrode to the precursor of the piezoelectric layer during firing. Cu elements are likely to be unevenly distributed at the grain boundaries of the piezoelectric ceramic included in the piezoelectric layer obtained after firing, and the specific resistance is likely to be increased.

本発明によれば、大きい圧電歪定数、小さい機械的品質係数、及び大きい比抵抗を得ることを可能にする圧電磁器、及び当該圧電磁器を備える圧電素子を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric ceramic that makes it possible to obtain a large piezoelectric strain constant, a small mechanical quality factor, and a large specific resistance, and a piezoelectric element including the piezoelectric ceramic.

以下、本発明の好適な一実施形態である圧電磁器、及び当該圧電磁器を用いた圧電素子の一例である積層型圧電アクチュエータ(以下、「アクチュエータ」と記す。)について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, a piezoelectric ceramic according to a preferred embodiment of the present invention and a laminated piezoelectric actuator (hereinafter referred to as “actuator”) which is an example of a piezoelectric element using the piezoelectric ceramic will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、本実施形態のアクチュエータ10を積層方向に切断して得た断面の模式図である。図1に示すように、アクチュエータ10は、複数の圧電体層2と、圧電体層2を介して積層された複数の内部電極1a、1bと、圧電体層2の最外層上に積層されている保護層(外側圧電体層)3a、3bと、圧電体層2、内部電極1a、1b及び保護層3a、3bからなる積層体の両側にそれぞれ設けられている一対の外部電極(端子電極)4a、4bとを備えている。そして、隣り合う内部電極1a、1bのうち一方の内部電極1aは、一方の外部電極4aに接続され、他方の内部電極1bは、他方の外部電極4bに接続されている。外部電極4a、4bは、例えば、図示しないリード線を介して図示しない外部電源に対して電気的に接続される。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view obtained by cutting the actuator 10 of this embodiment in the stacking direction. As shown in FIG. 1, the actuator 10 is stacked on a plurality of piezoelectric layers 2, a plurality of internal electrodes 1 a and 1 b stacked via the piezoelectric layers 2, and an outermost layer of the piezoelectric layers 2. Protective layers (outer piezoelectric layers) 3a and 3b, and a pair of external electrodes (terminal electrodes) provided on both sides of the laminate comprising the piezoelectric layer 2, the internal electrodes 1a and 1b, and the protective layers 3a and 3b. 4a and 4b. Of the adjacent internal electrodes 1a and 1b, one internal electrode 1a is connected to one external electrode 4a, and the other internal electrode 1b is connected to the other external electrode 4b. The external electrodes 4a and 4b are electrically connected to an external power source (not shown) via, for example, a lead wire (not shown).

内部電極1a、1bは主成分としてCuを含む。内部電極1a、1bにおけるCuの含有率は、50〜100質量%程度である。また、内部電極1a、1bは副成分として例えばNi等を更に含有してもよい。内部電極1a、1bがNiを含有することにより、内部電極1a、1bの融点を上昇させることができる。また、外部電極4a、4bはCu等の導電体から構成される。   The internal electrodes 1a and 1b contain Cu as a main component. The Cu content in the internal electrodes 1a and 1b is about 50 to 100% by mass. Further, the internal electrodes 1a and 1b may further contain, for example, Ni as a subcomponent. When the internal electrodes 1a and 1b contain Ni, the melting points of the internal electrodes 1a and 1b can be increased. The external electrodes 4a and 4b are made of a conductor such as Cu.

圧電体層2の一層当たりの厚さは、例えば1〜200μmであり、好ましくは20〜150μm、さらに好ましくは50〜100μmである。また、圧電体層2の積層数は目標とするアクチュエータ10の変位量に応じて決定される。内部電極1a、1bの一層当たりの厚さは、例えば0.5〜5μmである。また、外部電極4a、4bの厚さは用途等に応じて適宜決定されるが、通常、10〜50μmである。   The thickness per layer of the piezoelectric layer 2 is, for example, 1 to 200 μm, preferably 20 to 150 μm, and more preferably 50 to 100 μm. Further, the number of stacked piezoelectric layers 2 is determined according to the target displacement of the actuator 10. The thickness per layer of the internal electrodes 1a and 1b is, for example, 0.5 to 5 μm. Moreover, although the thickness of the external electrodes 4a and 4b is appropriately determined according to the use or the like, it is usually 10 to 50 μm.

圧電体層2は、本実施形態の圧電磁器を含む。本実施形態の圧電磁器は、主成分と、第一副成分と、を含有する焼結体を備える。主成分の含有率は、圧電磁器全体に対して98〜100質量%である。   The piezoelectric layer 2 includes the piezoelectric ceramic according to the present embodiment. The piezoelectric ceramic according to the present embodiment includes a sintered body containing a main component and a first subcomponent. The content of the main component is 98 to 100% by mass with respect to the whole piezoelectric ceramic.

圧電磁器の主成分は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、下記化学式(1)で表される組成を有する。
(Pb1−x−yMe)[(Co1/3Nb2/3TiZr]O ・・・(1)
なお、上記化学式(1)中、MeはCa、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも一種を表す。
The main component of the piezoelectric ceramic is composed of a complex oxide having a perovskite structure and has a composition represented by the following chemical formula (1).
(Pb 1-xy Me x ) [(Co 1/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c ] O 3 (1)
In the chemical formula (1), Me represents at least one selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba.

上記複合酸化物は、0<1−x−yを満たす。すなわち、一般式ABO(A、Bは任意の元素)で表されるペロブスカイト構造を有する複合酸化物のAサイトの少なくとも一部にはPbが配置される。 The composite oxide satisfies 0 <1-xy. That is, Pb is arranged at least at part of the A site of the composite oxide having a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 (A and B are arbitrary elements).

上記複合酸化物は、0≦x≦0.05を満たす。すなわち、複合酸化物のAサイトに配置されるPbの一部は、元素Meによって置換される。これにより、圧電磁器の焼成時にPbの蒸発を抑制し、圧電歪定数を増加させる効果が得られる。xが0である場合、圧電歪定数を増加させる効果が小さくなる傾向があり、xが0.05を超える場合、高電圧下において圧電歪定数を増加させる効果が小さくなる傾向がある。   The composite oxide satisfies 0 ≦ x ≦ 0.05. That is, a part of Pb arranged at the A site of the composite oxide is replaced by the element Me. Thereby, the effect of suppressing the evaporation of Pb during the firing of the piezoelectric ceramic and increasing the piezoelectric strain constant can be obtained. When x is 0, the effect of increasing the piezoelectric strain constant tends to be small, and when x exceeds 0.05, the effect of increasing the piezoelectric strain constant tends to be small under high voltage.

上記複合酸化物は0≦y≦0.05を満たす。また、上記複合酸化物は0<y≦0.03を満たすことが好ましい。すなわち、AサイトにおけるPbのmol比は化学量論比であってもよく、化学量論比からずれてよい。AサイトにおけるPbのmol比を上記範囲内で化学量論比からずらすことによって、圧電特性を更に改善することが可能となる。yが0である場合、圧電磁器が焼結時に急激に収縮し易く、圧電磁器を量産し難い傾向があり、yが0.03を超える場合、低温で圧電磁器を焼結させ難くなる傾向がある。   The composite oxide satisfies 0 ≦ y ≦ 0.05. The composite oxide preferably satisfies 0 <y ≦ 0.03. That is, the Pb mol ratio at the A site may be a stoichiometric ratio or may deviate from the stoichiometric ratio. By shifting the molar ratio of Pb at the A site from the stoichiometric ratio within the above range, the piezoelectric characteristics can be further improved. When y is 0, the piezoelectric ceramic tends to shrink rapidly during sintering, and the piezoelectric ceramic tends to be difficult to mass-produce. When y exceeds 0.03, the piezoelectric ceramic tends to be difficult to sinter at low temperatures. is there.

上記複合酸化物は、a+b+c=1、0.05≦a≦0.1、0<b<1、0<c<1を満たす。すわなち、複合酸化物のBサイトには、(Co1/3Nb2/3)、Ti及びZrが配置され、且つBサイトに配置されるこれらの元素は化学量論比を満たす。 The composite oxide satisfies a + b + c = 1, 0.05 ≦ a ≦ 0.1 , 0 <b <1, and 0 <c <1. In other words, (Co 1/3 Nb 2/3 ), Ti and Zr are arranged at the B site of the composite oxide, and these elements arranged at the B site satisfy the stoichiometric ratio.

上記複合酸化物は、0.05≦a≦0.1を満たす。これにより、圧電磁器の圧電歪定数を増加させることができる。aが0である場合、圧電歪定数が小さくなる傾向がある。またはaが0.1を超える場合、圧電歪定数が小さくなる傾向があり、また圧電磁器のキュリー温度が低下し過ぎて圧電磁器の焼結性が悪化する傾向がある。 The composite oxide satisfies 0.05 ≦ a ≦ 0.1. Thereby, the piezoelectric strain constant of the piezoelectric ceramic can be increased. When a is 0, the piezoelectric strain constant tends to be small. Or if a exceeds 0.1, there is a tendency that the piezoelectric strain constant decreases, also tend sinterability of the piezoelectric ceramic Curie temperature is too low in piezoelectric ceramic deteriorates there Ru.

上記複合酸化物は、0.753≦(b/c)×(1−a)≦0.900、を満たす。なお、(b/c)×(1−a)とは、複合酸化物をPCN、PT及びPZの三つの成分からなる三元系圧電磁器aPCN+bPT+cPZと見なした場合に、各成分の組成比(mol比)a、b及びcから導出される値である。(b/c)×(1−a)を上記の範囲内とすることによって、複合酸化物がモルフォトロピック相境界付近の組成を有するため、圧電磁器の圧電歪定数を増加させることが可能となる。(b/c)×(1−a)が0.753未満である場合、圧電磁器の焼結性が低下し、十分な焼結密度を有した焼結体(圧電磁器)が得られない傾向がある。(b/c)×(1−a)が0.900より大きい場合、圧電特性が低下する傾向がある。同様の観点から、0.82≦(b/c)×(1−a)≦0.88であることが好ましい。   The composite oxide satisfies 0.753 ≦ (b / c) × (1-a) ≦ 0.900. Note that (b / c) × (1-a) means that when the composite oxide is regarded as a ternary piezoelectric ceramic aPCN + bPT + cPZ composed of three components of PCN, PT, and PZ, the composition ratio ( mol ratio) is a value derived from a, b and c. By setting (b / c) × (1-a) within the above range, the composite oxide has a composition near the morphotropic phase boundary, so that the piezoelectric strain constant of the piezoelectric ceramic can be increased. . When (b / c) × (1-a) is less than 0.753, the sinterability of the piezoelectric ceramic is lowered, and a sintered body (piezoelectric ceramic) having a sufficient sintered density tends not to be obtained. There is. When (b / c) × (1-a) is larger than 0.900, the piezoelectric characteristics tend to deteriorate. From the same viewpoint, it is preferable that 0.82 ≦ (b / c) × (1−a) ≦ 0.88.

圧電磁器の第一副成分は、Dy、Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R2と、Ta、Nb及びWからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R3と、を含む。   The first subcomponent of the piezoelectric ceramic includes at least one element R2 selected from the group consisting of Dy, Gd, and Y and at least one element R3 selected from the group consisting of Ta, Nb, and W.

化学式Pb{(R2)(R3)}O(式中、d+e=1、0<d<1、0<e<1。)で表される化合物に換算した第一副成分の含有量は、主成分100molに対して0molより大きく0.6mol以下であることが好ましい。換言すれば、ペロブスカイト構造を有するPb{(R2)(R3)}Oに換算した第一副成分の含有量が、主成分100質量部に対して0質量部より大きく0.3質量部以下であることが好ましい。これにより、本発明の効果を得易くなる。第一副成分のmol比が主成分100molに対して0molである場合、十分な圧電特性が得られない傾向があり、第一副成分のmol比が主成分100molに対して0.6molより大きい場合、圧電磁器の焼結性が低下し、十分な焼結密度を有した焼結体(圧電磁器)が得られない傾向がある。なお、元素R2と元素R3とのmol比は、元素R2と元素R3の平均価数が4となるように適宜設定すればよい。 Content of the first subcomponent converted to the compound represented by the chemical formula Pb {(R2) d (R3) e } O 3 (where d + e = 1, 0 <d <1, 0 <e <1). Is preferably greater than 0 mol and less than or equal to 0.6 mol with respect to 100 mol of the main component. In other words, the content of the first subcomponent converted to Pb {(R2) d (R3) e } O 3 having a perovskite structure is greater than 0 parts by mass and greater than 0.3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the main component Part or less. This makes it easier to obtain the effects of the present invention. When the mol ratio of the first subcomponent is 0 mol with respect to 100 mol of the main component, sufficient piezoelectric characteristics tend not to be obtained, and the mol ratio of the first subcomponent is larger than 0.6 mol with respect to 100 mol of the main component. In this case, the sinterability of the piezoelectric ceramic is lowered, and there is a tendency that a sintered body (piezoelectric ceramic) having a sufficient sintered density cannot be obtained. Note that the molar ratio between the element R2 and the element R3 may be set as appropriate so that the average valence of the element R2 and the element R3 is 4.

圧電磁器は、Ta、Nb及びWからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R1を含む第二副成分を含有し、元素R1に換算した第二副成分の含有量が、主成分100molに対して0molより大きく0.9mol以下であることが好ましい。換言すれば、元素R1の酸化物に換算した第二副成分の含有量が、主成分100質量部に対して0質量部より大きく0.6質量部以下であることが好ましい。これにより、圧電歪定数を増加させる効果を得易くなると共に、圧電磁器の機械的強度を向上させることができる。第二副成分のmol比が、主成分100molに対して0.9molより大きい場合、圧電磁器の焼結性が低下して、圧電歪定数を増加させる効果が小さくなる傾向がある。   The piezoelectric ceramic contains a second subcomponent including at least one element R1 selected from the group consisting of Ta, Nb and W, and the content of the second subcomponent converted to the element R1 is 100 mol of the main component. It is preferably greater than 0 mol and not greater than 0.9 mol. In other words, the content of the second subcomponent converted to the oxide of the element R1 is preferably greater than 0 parts by mass and less than or equal to 0.6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the main component. Thereby, it becomes easy to obtain the effect of increasing the piezoelectric strain constant, and the mechanical strength of the piezoelectric ceramic can be improved. When the molar ratio of the second subcomponent is larger than 0.9 mol with respect to 100 mol of the main component, the sinterability of the piezoelectric ceramic is lowered and the effect of increasing the piezoelectric strain constant tends to be reduced.

圧電磁器が備える焼結体の粒界にはCu元素が偏在している。すなわち、圧電磁器が備える焼結体は、主成分及び第一副成分を含む複数の粒子を有し、粒子の粒界にCu元素が偏在している。これにより、比抵抗を増加させることが可能となると共に、圧電磁器の機械的強度を向上させることができる。なお、「焼結体の粒界にCu元素が偏在している」とは、例えば、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)で粒界近傍を分析した際に、粒界(粒子と粒子の間)ではCu元素が検出され、粒子表面から粒子の中心部側への距離が5nm以上である領域ではCuが検出されないことを意味する。なお、粒界に偏在したCu元素は、金属として偏析していてもよく、酸化物として偏析していてもよい。   Cu elements are unevenly distributed at the grain boundaries of the sintered body included in the piezoelectric ceramic. That is, the sintered body included in the piezoelectric ceramic has a plurality of particles including a main component and a first subcomponent, and Cu elements are unevenly distributed at the grain boundaries of the particles. As a result, the specific resistance can be increased and the mechanical strength of the piezoelectric ceramic can be improved. Note that “the Cu element is unevenly distributed at the grain boundaries of the sintered body” means that, for example, when the vicinity of the grain boundary is analyzed by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer), the grain boundary (between particles) is This means that Cu is not detected in a region where the Cu element is detected and the distance from the particle surface to the center of the particle is 5 nm or more. In addition, the Cu element unevenly distributed in the grain boundary may be segregated as a metal or segregated as an oxide.

次に、アクチュエータ10の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the actuator 10 will be described.

まず、圧電体層2に含まれる圧電磁器の出発原料(圧電体磁器原料組成物)を準備する。圧電体磁器原料組成物は、主成分の出発原料と、第一副成分の出発原料と、第二副成分の出発原料とを含有する。   First, a piezoelectric ceramic starting material (piezoelectric ceramic material composition) included in the piezoelectric layer 2 is prepared. The piezoelectric ceramic raw material composition includes a main component starting material, a first subcomponent starting material, and a second subcomponent starting material.

主成分の出発原料としては、上記化学式(1)で表されるペロブスカイト構造の複合酸化物(主成分)を構成する各元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物(炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩等)を使用できる。主成分の具体的な出発原料としては、PbO、CaO、SrO、BaO、CoO、Nb、TiO、ZrO等を使用すればよい。これらの各出発原料を、焼成後において上記化学式(1)で表される組成の複合酸化物が形成されるような比率で配合する。 As starting materials for the main components, oxides of each element constituting the composite oxide (main component) of the perovskite structure represented by the above chemical formula (1) and / or compounds that become these oxides after firing (carbonates) Hydroxide, oxalate, nitrate, etc.). PbO, CaO, SrO, BaO, CoO, Nb 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2 or the like may be used as a specific starting material for the main component. Each of these starting materials is blended in such a ratio that a composite oxide having a composition represented by the above chemical formula (1) is formed after firing.

第一副成分の具体的な出発原料としては、Dy、Gd、Y、Ta、Nb、WO等を使用すればよい。これら第一副成分の各原料を、焼成後に得られる圧電磁器において、化学式Pb{(R2)(R3)}Oで表される化合物に換算した第一副成分の含有量が、主成分100molに対して0molより大きく0.6mol以下となるような比率で、主成分の原料に配合する。 As specific starting materials for the first subcomponent, Dy 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , WO 3 and the like may be used. These first subcomponent each raw material, the piezoelectric ceramic obtained after firing, the chemical formula Pb {(R2) d (R3 ) e} content of the first subcomponent in terms of the compound represented by O 3, the main It mix | blends with the raw material of a main component in the ratio which will be larger than 0 mol and below 0.6 mol with respect to 100 mol of components.

第二副成分の具体的な出発原料としては、Ta、Nb、WO等を使用すればよい。これら第二副成分の各原料を、焼成後に得られる圧電磁器において、元素R1に換算した第二副成分の含有量が、主成分100molに対して0molより大きく0.9mol以下となるような比率で、主成分の原料に配合する。 As a specific starting material for the second subcomponent, Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , WO 3 or the like may be used. In a piezoelectric ceramic obtained after firing the raw materials of these second subcomponents, the ratio of the content of the second subcomponent converted to element R1 is greater than 0 mol and less than or equal to 0.9 mol with respect to 100 mol of the main component And blended into the raw material of the main component.

上述のように、本実施形態では、圧電体磁器原料組成物に含まれる各元素の含有量は、圧電体磁器原料組成物を焼成して得られる圧電磁器に含まれる各元素の含有量と略同様とすればよい。なお、主成分、第一副成分及び第二副成分の各出発原料の平均粒子径は、0.5〜10μm程度である。   As described above, in the present embodiment, the content of each element contained in the piezoelectric ceramic raw material composition is substantially the same as the content of each element contained in the piezoelectric ceramic obtained by firing the piezoelectric ceramic raw material composition. The same may be done. In addition, the average particle diameter of each starting material of a main component, a 1st subcomponent, and a 2nd subcomponent is about 0.5-10 micrometers.

次に、配合された主成分、第一副成分及び第二副成分を、例えばボールミルを用いて湿式粉砕、混合して、原料混合物を得る。得られた原料混合物を乾燥し、例えば、750〜950℃の温度で1〜6時間にわたり仮焼成する。なお、この仮焼成は、大気中で行ってもよく、また大気よりも酸素分圧の高い雰囲気または純酸素雰囲気で行ってもよい。   Next, the blended main component, first subcomponent and second subcomponent are wet pulverized and mixed using, for example, a ball mill to obtain a raw material mixture. The obtained raw material mixture is dried and, for example, calcined at a temperature of 750 to 950 ° C. for 1 to 6 hours. This preliminary firing may be performed in the air, or may be performed in an atmosphere having a higher oxygen partial pressure than the air or in a pure oxygen atmosphere.

仮焼成後の原料混合物を、例えば、ボールミルにて湿式粉砕、混合して、仮焼成粉とする。次に、例えばボールミル等を用いて仮焼成粉を湿式粉砕し、これに溶媒を加えることによって、スラリーを得る。溶媒としては、水、エタノール等のアルコール、または水とエタノールとの混合溶媒を用いることができる。また、湿式粉砕は、仮焼成粉の平均粒径が0.5〜2.0μm程度となるまで行うことが好ましい。   The raw material mixture after calcination is wet pulverized and mixed in, for example, a ball mill to obtain a calcination powder. Next, the calcined powder is wet pulverized using, for example, a ball mill, and a solvent is added thereto to obtain a slurry. As the solvent, water, alcohol such as ethanol, or a mixed solvent of water and ethanol can be used. In addition, the wet pulverization is preferably performed until the average particle size of the calcined powder becomes about 0.5 to 2.0 μm.

次に、スラリーを有機ビヒクル中に分散させることによって、圧電体層用ペーストを得る。なお、有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いられるバインダは、特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、アクリル等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。また、有機ビヒクルに用いられる有機溶剤としては、特に限定されず、圧電体層の成形に用いる方法(例えば印刷法やシート成形法など)に応じて、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン、MEK(メチルエチルケトン)、ターピネオール等の有機溶剤から適宜選択すればよい。また、圧電体層用ペーストを水系の塗料とする場合には、水溶性のバインダや分散剤などを水に溶解させた水系ビヒクルと、仮焼成粉とを混練すればよい。水系ビヒクルに用いる水溶性バインダとしては、特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性アクリル樹脂などを用いればよい。   Next, the slurry is dispersed in an organic vehicle to obtain a piezoelectric layer paste. The organic vehicle is obtained by dissolving a binder in an organic solvent. The binder used for the organic vehicle is not particularly limited, and may be appropriately selected from ordinary various binders such as ethyl cellulose, polyvinyl butyral, and acrylic. In addition, the organic solvent used in the organic vehicle is not particularly limited, and terpineol, butyl carbitol, acetone, toluene, MEK depending on the method used for forming the piezoelectric layer (for example, printing method, sheet forming method, etc.). What is necessary is just to select suitably from organic solvents, such as (methyl ethyl ketone) and a terpineol. In addition, when the piezoelectric layer paste is used as a water-based paint, a water-based vehicle in which a water-soluble binder, a dispersant, or the like is dissolved in water and a pre-fired powder may be kneaded. The water-soluble binder used in the water-based vehicle is not particularly limited, and for example, polyvinyl alcohol, cellulose, water-soluble acrylic resin, etc. may be used.

次に、主成分としてCuを含む導電材料又は焼成後にCuを含む導電材料となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上述した有機ビヒクルとを混練して、内部電極用ペーストを調製する。また内部電極用ペーストと同様にして、外部電極用ペーストも作製する。なお、必要に応じて、焼成時における内部電極の収縮の緩和、および内部電極と圧電体層との剥離の防止のために、圧電体層に用いられる圧電磁器と同じ成分を内部電極用ペーストに加えてもよい。また、内部電極の導電材料は、主成分のCuのほかに、副成分としてNiを更に含有してもよい。これにより、導電材料の融点が高くなる。ただし、Cuは圧電磁器原料組成物に比べて酸化し難いのに対して、Niは圧電磁器原料組成物に比べて酸化し易いため、導電材料におけるNiの含有量は、導電材料の酸化が抑制される程度の量とすることが好ましい。例えば、導電材料として、Cuを90質量%含有し、Niを10質量%含有する合金を用いればよい。   Next, an internal electrode paste is prepared by kneading the above-mentioned organic vehicle with various oxides, organometallic compounds, resinates, and the like that become conductive materials containing Cu as a main component or conductive materials containing Cu after firing. . Similarly to the internal electrode paste, an external electrode paste is also produced. If necessary, the same components as the piezoelectric ceramic used for the piezoelectric layer may be added to the internal electrode paste in order to reduce the shrinkage of the internal electrode during firing and to prevent the internal electrode and the piezoelectric layer from peeling off. May be added. The conductive material of the internal electrode may further contain Ni as a subcomponent in addition to the main component Cu. This increases the melting point of the conductive material. However, Cu is less susceptible to oxidation than piezoelectric ceramic raw material compositions, whereas Ni is more likely to oxidize than piezoelectric ceramic raw material compositions, so the Ni content in the conductive material suppresses oxidation of the conductive material. It is preferable that the amount is as large as possible. For example, an alloy containing 90% by mass of Cu and 10% by mass of Ni may be used as the conductive material.

圧電体層用ペースト、内部電極用ペースト、外部電極用ペーストそれぞれにおけるバインダの含有量は、例えば、5〜10質量%程度とすればよく、溶剤(有機溶剤又は水)の含有量は、10〜50質量%程度とすればよい。また、各ペースト中には必要に応じて各種分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等から選択される添加物を含有させてもよい。   The binder content in each of the piezoelectric layer paste, the internal electrode paste, and the external electrode paste may be, for example, about 5 to 10% by mass, and the content of the solvent (organic solvent or water) may be 10 to 10%. What is necessary is just about 50 mass%. Each paste may contain an additive selected from various dispersants, plasticizers, dielectrics, insulators and the like as necessary.

次に、以下に示すように、印刷法を用いてグリーンチップを作製する。まず、圧電体層用ペーストを、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の基板上に所定の厚さで印刷して、グリーン状態の保護層の前駆体(保護層前駆体)を形成する。保護層前駆体の上に、内部電極用ペーストを所定のパターンで印刷して、グリーン状態の内部電極1aの前駆体(第一内部電極前駆体)を形成する。第一内部電極前駆体の上に、圧電体層用ペーストを所定厚さで印刷して、グリーン状態の圧電体層(圧電体層前駆体)を形成する。圧電体層前駆体の上に、内部電極用ペーストを所定パターンで印刷して、グリーン状態の内部電極1bの前駆体(第二内部電極前駆体)を形成する。第二内部電極前駆体の上に、圧電体層用ペーストを所定厚さで印刷して、グリーン状態の圧電体層(圧電体層前駆体)を形成する。このようにして、第一内部電極前駆体と第二内部電極前駆体とを圧電体層を介して複数積層する。なお、第一内部電極前駆体は、積層体において対向する端部表面の一方に露出するように形成し、第二内部電極前駆体は端部表面の他方に露出するように形成する。このような積層を所定回数繰り返した後に、積層体の表面側に位置する第一内部電極前駆体又は第二内部電極前駆体の上に圧電体層用ペーストを所定厚さで印刷して、保護層前駆体を形成し、積層体を得る。次に、積層体を加熱しながら積層方向に加圧し、各層を圧着した後、所定の形状に切断してグリーンチップを得る。なお、グリーンチップの作成法としては、上述した印刷法以外に、シート成形法を用いてもよい。   Next, as shown below, a green chip is produced using a printing method. First, the piezoelectric layer paste is printed on a substrate such as polyethylene terephthalate with a predetermined thickness to form a green state protective layer precursor (protective layer precursor). On the protective layer precursor, the internal electrode paste is printed in a predetermined pattern to form a green state internal electrode 1a precursor (first internal electrode precursor). A piezoelectric layer paste is printed at a predetermined thickness on the first internal electrode precursor to form a green piezoelectric layer (piezoelectric layer precursor). On the piezoelectric layer precursor, the internal electrode paste is printed in a predetermined pattern to form a green internal electrode 1b precursor (second internal electrode precursor). On the second internal electrode precursor, a piezoelectric layer paste is printed at a predetermined thickness to form a green piezoelectric layer (piezoelectric layer precursor). In this way, a plurality of first internal electrode precursors and second internal electrode precursors are stacked via the piezoelectric layer. The first internal electrode precursor is formed so as to be exposed on one of the opposed end surfaces of the laminate, and the second internal electrode precursor is formed so as to be exposed on the other end surface. After such lamination is repeated a predetermined number of times, the piezoelectric layer paste is printed with a predetermined thickness on the first internal electrode precursor or the second internal electrode precursor located on the surface side of the laminate to protect it. A layer precursor is formed to obtain a laminate. Next, the laminated body is pressurized in the laminating direction while being heated, and each layer is pressure-bonded, and then cut into a predetermined shape to obtain a green chip. In addition to the printing method described above, a sheet forming method may be used as a green chip creation method.

次に、グリーンチップに脱バインダ処理(加熱処理)を施す。脱バインダ処理の雰囲気は、第一及び第二内部電極前駆体中の導電材料の組成に応じて適宜決定する必要がある。例えば、貴金属を導電材料として用いる場合には、大気、大気よりも酸素分圧が高い雰囲気、または純酸素雰囲気において脱バインダ処理を行ってもよい。しかし、CuまたはNiを導電材料として用いる場合には、脱バインダ処理時の導電材料の酸化を抑制する必要があるため、低酸素雰囲気(還元性雰囲気)下でグリーンチップに脱バインダ処理を施すことが好ましい。また、脱バインダ処理では、圧電体層前駆体に含まれる酸化物(例えばPbO)の還元を抑制する必要がある。したがって、本実施形態のように導電材料としてCuを用いる場合、CuとCuOの平衡酸素分圧及びPbとPbOの平衡酸素分圧に基づいて、Cuの酸化を抑制し、且つPbOの還元を抑制できるように、還元性雰囲気を設定することが好ましい。 Next, the green chip is subjected to binder removal processing (heat treatment). The atmosphere of the binder removal treatment needs to be appropriately determined according to the composition of the conductive material in the first and second internal electrode precursors. For example, when a noble metal is used as the conductive material, the binder removal treatment may be performed in the atmosphere, an atmosphere having a higher oxygen partial pressure than the atmosphere, or a pure oxygen atmosphere. However, when Cu or Ni is used as the conductive material, it is necessary to suppress the oxidation of the conductive material during the binder removal treatment, so that the green chip is subjected to the binder removal treatment in a low oxygen atmosphere (reducing atmosphere). Is preferred. Further, in the binder removal treatment, it is necessary to suppress reduction of an oxide (for example, PbO) contained in the piezoelectric layer precursor. Therefore, when Cu is used as the conductive material as in this embodiment, the oxidation of Cu is suppressed and the reduction of PbO is based on the equilibrium oxygen partial pressure of Cu and Cu 2 O and the equilibrium oxygen partial pressure of Pb and PbO. It is preferable to set a reducing atmosphere so that the above can be suppressed.

脱バインダ処理の温度は300℃〜650℃程度である。また、脱バインダ処理の時間は、脱バインダ処理の温度及び雰囲気に応じて適宜定める必要があるが、0.5〜50時間程度である。   The temperature of the binder removal process is about 300 ° C to 650 ° C. Moreover, although it is necessary to determine suitably the time of a binder removal process according to the temperature and atmosphere of a binder removal process, it is about 0.5 to 50 hours.

脱バインダ処理後に、グリーンチップを焼成する。これにより、圧電体層前駆体及び保護層前駆体に含まれる圧電磁器原料組成物が略完全に焼結して、本実施形態の圧電磁器を含む圧電体層2及び保護層3a、3bが形成される。また、焼成により、第一及び第二内部電極前駆体も焼結し、内部電極1a、1bが形成される。   After the binder removal treatment, the green chip is fired. Thereby, the piezoelectric ceramic raw material composition contained in the piezoelectric layer precursor and the protective layer precursor is almost completely sintered to form the piezoelectric layer 2 and the protective layers 3a and 3b including the piezoelectric ceramic of the present embodiment. Is done. Moreover, by baking, the first and second internal electrode precursors are also sintered to form internal electrodes 1a and 1b.

Cuを内部電極の導電材料として用いる場合、グリーンチップを低酸素雰囲気(還元性雰囲気)で焼成することが好ましい。低酸素雰囲気(還元性雰囲気)の酸素分圧は、1×10−10〜1×10−6気圧(1.01325×10−5〜1.01325×10−1Pa)とすることが好ましく、1×10−9〜1×10−8気圧(1.01325×10−4〜1.01325×10−3Pa)とすることがより好ましい。酸素分圧が1×10−10気圧未満では、圧電体層前駆体及び保護層前駆体に含まれる酸化物(例えばPbO)が還元されて金属Pbとして析出し、焼成後に得られる焼成体(圧電体層及び保護層)の圧電特性が低下する傾向がある。また酸素分圧が1×10−6気圧を超えると、内部電極の導電材料としてCuを用いた場合、焼成時にCuが酸化し易い傾向がある。 When using Cu as a conductive material for the internal electrode, it is preferable to fire the green chip in a low oxygen atmosphere (reducing atmosphere). The oxygen partial pressure of the low oxygen atmosphere (reducing atmosphere) is preferably 1 × 10 −10 to 1 × 10 −6 atm (1.01325 × 10 −5 to 1.01325 × 10 −1 Pa), More preferably, the pressure is 1 × 10 −9 to 1 × 10 −8 atm (1.01325 × 10 −4 to 1.01325 × 10 −3 Pa). When the oxygen partial pressure is less than 1 × 10 −10 atm, an oxide (for example, PbO) contained in the piezoelectric layer precursor and the protective layer precursor is reduced and precipitated as metal Pb, and the fired body obtained after firing (piezoelectric). The piezoelectric properties of the body layer and the protective layer tend to be reduced. On the other hand, when the oxygen partial pressure exceeds 1 × 10 −6 atm, when Cu is used as the conductive material of the internal electrode, Cu tends to be oxidized during firing.

焼成温度は、好ましくは800〜1050℃であり、より好ましくは850〜1000℃であり、さらに好ましくは900〜980℃である。なお、本実施形態の圧電磁器組成物によれば、900〜980℃の温度でも十分に緻密な圧電磁器の焼成体(圧電体層2及び保護層3a、3b)を得ることができる。なお、焼成温度が800℃未満では、圧電体層前駆体の焼結が十分に進行せず、焼成温度が1050℃を超えると、内部電極前駆体1a、1bに含まれる導電材料が溶融し易くなる傾向がある。   The firing temperature is preferably 800 to 1050 ° C, more preferably 850 to 1000 ° C, and further preferably 900 to 980 ° C. In addition, according to the piezoelectric ceramic composition of the present embodiment, a sufficiently dense sintered body of the piezoelectric ceramic (piezoelectric layer 2 and protective layers 3a and 3b) can be obtained even at a temperature of 900 to 980 ° C. When the firing temperature is less than 800 ° C., the piezoelectric layer precursor does not sufficiently sinter. When the firing temperature exceeds 1050 ° C., the conductive material contained in the internal electrode precursors 1a and 1b is easily melted. Tend to be.

なお、脱バインダ処理は、焼成と別個に独立して行ってもよく、脱バインダ処理と焼成とを連続的に行ってもよい。脱バインダ処理と焼成とを連続的に行う場合には、焼成の昇温過程で脱バインダ処理を実行すればよい。また、Ag−Pd合金などの貴金属を導電材料として用いる場合は、グリーンチップを大気中で焼成すればよい。   Note that the binder removal treatment may be performed independently of the firing, or the binder removal treatment and the firing may be performed continuously. In the case where the binder removal processing and firing are performed continuously, the binder removal processing may be performed during the firing temperature increase process. In the case where a noble metal such as an Ag—Pd alloy is used as the conductive material, the green chip may be fired in the air.

焼成後のグリーンチップの端面を、例えばバレル研磨やサンドブラストなどにより研磨し、研磨後の端面に外部電極用ペーストを印刷することにより、外部電極4a、4bを形成する。このようにして、図1に示すアクチュエータ10が得られる。なお、研磨後の端面に外部電極用ペーストを印刷する代わりに、研磨後の端面への外部電極用ペーストの焼き付けや、外部電極4a、4bを構成する材料のスパッタリングによって、外部電極4a、4bを形成してもよい。   The end face of the green chip after firing is polished by, for example, barrel polishing or sand blasting, and the external electrodes 4a and 4b are formed by printing external electrode paste on the end face after polishing. In this way, the actuator 10 shown in FIG. 1 is obtained. Instead of printing the external electrode paste on the end face after polishing, the external electrodes 4a and 4b are attached by baking the external electrode paste on the end face after polishing and sputtering of the material constituting the external electrodes 4a and 4b. It may be formed.

本実施形態では、圧電磁磁器の主成分及び第一副成分が上記組成を有し、圧電磁器の粒界にCu元素が偏在しているため、1〜2kV/mm程度の高い印加電圧下において、従来の圧電磁器に比べて、圧電歪定数を増加させることができ、機械的品質係数を減少させることができるとともに、比抵抗を増加させることができる。また、このような圧電磁器を圧電体層2に含むアクチュエータ10では、高電圧下での駆動時に十分な変位を得ることが可能となる。このようなアクチュエータ10は、例えば、燃料噴射用アクチュエータとして好適である。   In the present embodiment, the main component and the first subcomponent of the piezoelectric ceramic have the above composition, and the Cu element is unevenly distributed at the grain boundary of the piezoelectric ceramic. Therefore, under a high applied voltage of about 1 to 2 kV / mm. Compared to conventional piezoelectric ceramics, the piezoelectric strain constant can be increased, the mechanical quality factor can be decreased, and the specific resistance can be increased. Further, the actuator 10 including such a piezoelectric ceramic in the piezoelectric layer 2 can obtain a sufficient displacement when driven under a high voltage. Such an actuator 10 is suitable as a fuel injection actuator, for example.

本実施形態では、圧電磁器が上記の組成を有するため、低酸素雰囲気(還元性雰囲気)においてCuの融点より低い温度(例えば980℃以下の温度)でグリーンチップを焼成した場合であっても、高電圧下で高い圧電特性を有するアクチュエータ10を得ることができる。また、グリーンチップを低酸素雰囲気(還元性雰囲気)において、Cuの融点より低い温度で焼成することにより、内部電極前駆体1a、1bに含まれるCuが、圧電体層前駆体へ熱拡散する。そのため、焼成後に得られる圧電体層2が含有する圧電磁器の粒界にCu元素が偏在して、圧電磁器の比抵抗が増加する。なお、従来の圧電磁器を用いたアクチュエータでは、圧電体層に含まれる圧電磁器の粒界に酸素欠陥が形成されてしまうため、比抵抗が本実施形態に比べて例えば1/100程度にまで低下してしまう。   In this embodiment, since the piezoelectric ceramic has the above composition, even when the green chip is fired at a temperature lower than the melting point of Cu (for example, a temperature of 980 ° C. or lower) in a low oxygen atmosphere (reducing atmosphere), The actuator 10 having high piezoelectric characteristics under high voltage can be obtained. Further, by burning the green chip in a low oxygen atmosphere (reducing atmosphere) at a temperature lower than the melting point of Cu, Cu contained in the internal electrode precursors 1a and 1b is thermally diffused into the piezoelectric layer precursor. Therefore, Cu elements are unevenly distributed at the grain boundaries of the piezoelectric ceramic contained in the piezoelectric layer 2 obtained after firing, and the specific resistance of the piezoelectric ceramic increases. In a conventional actuator using a piezoelectric ceramic, oxygen defects are formed at the grain boundaries of the piezoelectric ceramic included in the piezoelectric layer, so that the specific resistance is reduced to, for example, about 1/100 compared to this embodiment. Resulting in.

以上、本発明に係る圧電磁器及びアクチュエータ10の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiments of the piezoelectric ceramic and actuator 10 according to the present invention have been described above, but the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments.

例えば、上記化学式(1)における各元素(例えば酸素)の含有量は、化学量論的に求められるものであり、実際に焼成して得られた圧電磁器では、化学量論組成からのずれが生ずることがあるが、このような場合も本発明に包含される。   For example, the content of each element (for example, oxygen) in the chemical formula (1) is determined stoichiometrically, and in a piezoelectric ceramic obtained by actual firing, there is a deviation from the stoichiometric composition. Such a case may occur, but such a case is also included in the present invention.

また、圧電磁器の粒界に偏在するCu元素は上述のように、焼成中に第一及び第二内部電極前駆体から圧電体層前駆体へ熱拡散したCuであってもよく、圧電磁器の出発原料(圧電磁器原料組成物)中に添加された化合物(例えば、CuO)に由来するものであってもよい。また、これら両方の場合であっても良い。 Further, as described above, the Cu element unevenly distributed at the grain boundary of the piezoelectric ceramic may be Cu thermally diffused from the first and second internal electrode precursors to the piezoelectric layer precursor during firing, It may be derived from a compound (for example, Cu 2 O) added to the starting material (piezoelectric ceramic material composition). Further, both of these cases may be used.

また、上記実施形態では、第一副成分及び第二副成分の出発原料を、仮焼成の前に主成分の出発原料に添加したが、仮焼成後の主成分の出発原料に添加してもよい。ただし、第一副成分及び第二副成分の出発原料を、仮焼成の前に主成分の出発原料に添加することが好ましい。これにより、均質な圧電体層2を得易くなる。なお、仮焼成後の主成分の出発原料に第一副成分及び第二副成分の出発原料を添加する場合には、各副成分の出発原料として酸化物を用いることが好ましい。   Moreover, in the said embodiment, although the starting material of the 1st subcomponent and the 2nd subcomponent was added to the starting material of the main component before temporary baking, it may be added to the starting material of the main component after temporary baking. Good. However, it is preferable to add the starting materials of the first subcomponent and the second subcomponent to the starting material of the main component prior to the preliminary firing. This makes it easier to obtain a uniform piezoelectric layer 2. In addition, when adding the starting material of a 1st subcomponent and a 2nd subcomponent to the starting material of the main component after temporary baking, it is preferable to use an oxide as a starting material of each subcomponent.

また、本発明の圧電磁器は、アクチュエータ以外に、発振子、フィルタ、超音波洗浄機、超音波モーター、霧化器用振動子、魚群探知機、ショックセンサ、超音波診断装置、廃トナーセンサ、ジャイロセンサ、ブザー、トランス又はライター等に使用してもよい。   In addition to the actuator, the piezoelectric ceramic of the present invention includes an oscillator, a filter, an ultrasonic cleaner, an ultrasonic motor, an atomizer vibrator, a fish detector, a shock sensor, an ultrasonic diagnostic device, a waste toner sensor, a gyroscope. You may use for a sensor, a buzzer, a transformer, or a lighter.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.

(試料1)
主成分の出発原料として、PbO、CaO、SrO、BaO、CoO、Nb、TiO、ZrOの各粉末原料を準備した。また、第一副成分及び第二副成分の出発原料として、Dy、Gd、Y、Ta、Nb、WOを準備した。これら各粉末原料を、本焼成後に得られる焼結体(圧電磁器)が表1の「試料1」の組成を有するものとなるように秤量して配合して原料混合物を得た。なお、表1に示す第一副成分の含有量は、化学式Pb{(R2)(R3)}Oで表される化合物に換算した第一副成分の含有量(単位:主成分100molに対するmol数)である。また、表1に示す第二副成分の含有量は、元素R1に換算した第二副成分の含有量(単位:主成分100質量部に対する質量部、及び主成分100molに対するmol数)である。
(Sample 1)
As starting materials for the main components, powder materials of PbO, CaO, SrO, BaO, CoO, Nb 2 O 5 , TiO 2 and ZrO 2 were prepared. Further, as the starting material of the first subcomponent and the second subcomponent was prepared Dy 2 O 3, Gd 2 O 3, Y 2 O 3, Ta 2 O 5, Nb 2 O 5, WO 3. These powder raw materials were weighed and blended so that the sintered body (piezoelectric ceramic) obtained after the main firing had the composition of “Sample 1” in Table 1 to obtain a raw material mixture. The content of the first subcomponent as shown in Table 1, the chemical formula Pb {(R2) d (R3 ) e} content of the first subcomponent in terms of the compound represented by O 3 (Unit: main component 100mol Mol number). Moreover, content of the 2nd subcomponent shown in Table 1 is content of the 2nd subcomponent converted into element R1 (a unit: the mass part with respect to 100 mass parts of main components, and the mol number with respect to 100 mol of main components).

次に、原料混合物をボールミルで16時間湿式混合した後、大気中において700〜900℃で2時間仮焼して、仮焼物を得た。仮焼物を微粉砕した後、ボールミルで16時間湿式粉砕し、さらに乾燥した。乾燥後の仮焼物にバインダとしてアクリル系樹脂を加えて造粒した後、1軸プレス成形機を用いて仮焼物を約3〜5ton/cmの圧力で直径17mm、厚さ3mmの円板状に成形して、成形体を得た。 Next, the raw material mixture was wet-mixed with a ball mill for 16 hours, and then calcined in the atmosphere at 700 to 900 ° C. for 2 hours to obtain a calcined product. The calcined product was finely pulverized, then wet pulverized with a ball mill for 16 hours, and further dried. After the dried calcined product is granulated by adding an acrylic resin as a binder, the calcined product is formed in a disc shape having a diameter of 17 mm and a thickness of 3 mm at a pressure of about 3 to 5 ton / cm 2 using a uniaxial press molding machine. To obtain a molded body.

成形体を、酸素分圧が1×10−10〜1×10−6気圧である低酸素雰囲気(還元性雰囲気)中において、950℃で8時間本焼成して、焼結体(圧電磁器)を得た。焼結体をスライス加工及びラップ加工により厚さ2.0mmの円板状に加工した。円板状に加工した焼結体の両面全体にAgを蒸着して一対のAg電極を形成した。次に、焼結体の外周を研削した後、120℃のシリコーンオイル中で一対のAg電極間に3kV/mmの電界を15分間印加して、分極処理を行い、焼結体(圧電磁器)からなる圧電体層と、圧電体層を介して対抗する一対のAg電極とを備える試料1の圧電素子を得た。 The molded body was subjected to main firing at 950 ° C. for 8 hours in a low oxygen atmosphere (reducing atmosphere) having an oxygen partial pressure of 1 × 10 −10 to 1 × 10 −6 atm to obtain a sintered body (piezoelectric ceramic). Got. The sintered body was processed into a disk shape having a thickness of 2.0 mm by slicing and lapping. A pair of Ag electrodes was formed by vapor-depositing Ag on both surfaces of the sintered body processed into a disk shape. Next, after grinding the outer periphery of the sintered body, an electric field of 3 kV / mm was applied for 15 minutes between a pair of Ag electrodes in silicone oil at 120 ° C. for polarization treatment, and the sintered body (piezoelectric ceramic) A piezoelectric element of Sample 1 including a piezoelectric layer made of the above and a pair of Ag electrodes that oppose each other through the piezoelectric layer was obtained.

試料1の圧電素子の圧電体層を、TEM(透過型電子顕微鏡)で観察した。試料1のTEM画像を図2に示す。TEMでの観察により、圧電層を構成する圧電磁器は、複数の結晶粒を備える焼結体であることが確認された。また、図2の結晶粒20aの表面から中心部側への距離(L12方向における粒界22からの距離)が0nm、5nm、10nmである点において、酸化物に換算した各元素の圧電磁器における含有率(mol%)を求めた。なお、各元素の含有率は、TEM−EDS(Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy)により求めた。結果を表1に示す。   The piezoelectric layer of the piezoelectric element of Sample 1 was observed with a TEM (transmission electron microscope). A TEM image of Sample 1 is shown in FIG. Observation by TEM confirmed that the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric layer was a sintered body having a plurality of crystal grains. Further, in the piezoelectric ceramic of each element converted to oxide in that the distance from the surface of the crystal grain 20a in FIG. 2 to the center portion (distance from the grain boundary 22 in the L12 direction) is 0 nm, 5 nm, and 10 nm. The content rate (mol%) was determined. In addition, the content rate of each element was calculated | required by TEM-EDS (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy). The results are shown in Table 1.

表1に示す結果から、試料1では、粒界(粒界からの距離が0nmである点)ではCuが検出され、粒界からの距離が5nm、10nmである領域ではCuが検出されないこと、すなわち粒界にCu元素が偏在していることが確認された。   From the results shown in Table 1, in sample 1, Cu is detected at the grain boundary (point where the distance from the grain boundary is 0 nm), and Cu is not detected in the region where the distance from the grain boundary is 5 nm and 10 nm. That is, it was confirmed that Cu elements were unevenly distributed at the grain boundaries.

試料1の圧電素子に、2.0kV/mmの電圧を印加したときの変位を、フリンジカウンタ式レーザ変位計で測定し、圧電定数d33を求めた。なお、圧電歪定数d33はAg電極面に垂直な方向((試料1の厚さ方向)の歪みに基づくものである。試料1の圧電歪定数d33を表2に示す。なお、圧電歪定数d33は大きいほど好ましい。 The piezoelectric element of Sample 1, the displacement at the time of applying a voltage of 2.0 kV / mm, measured at the fringe counter type laser displacement meter, measurement of the piezoelectric constant d 33. The piezoelectric strain constant d 33 is based on strain in the direction perpendicular to the Ag electrode surface (the thickness direction of the sample 1) The piezoelectric strain constant d 33 of the sample 1 is shown in Table 2. The piezoelectric strain is shown in Table 2. The larger the constant d 33, the better.

インピーダンスアナライザーを用いて、試料1の静電容量、共振周波数(fr)及び反共振周波数(fa)を測定し、これらの測定結果から機械的品質係数Qを求めた。試料1の機械的品質係数Qを表2に示す。なお、機械的品質係数Qは小さいほど好ましく、特に100以下であることが好ましい。 Using an impedance analyzer, the capacitance of the sample 1 to measure the resonant frequency (fr) and antiresonant frequency (fa), it was determined mechanical quality factor Q m from the measurement results. The mechanical quality factor Q m of the sample 1 shown in Table 2. Incidentally, as the mechanical quality factor Q m small preferable, and particularly preferably 100 or less.

温度が150℃に維持された恒温槽中で試料1のAg電極間に1kV/mmの電圧を60秒間印加して、Ag電極間の電流値を測定し、試料1の比抵抗(単位:Ω・cm)を求めた。試料1の比抵抗を表2に示す。なお、比抵抗は大きいほど好ましい。   A voltage of 1 kV / mm was applied between the Ag electrodes of Sample 1 for 60 seconds in a thermostat maintained at 150 ° C., the current value between the Ag electrodes was measured, and the specific resistance of Sample 1 (unit: Ω) -Cm). The specific resistance of Sample 1 is shown in Table 2. In addition, it is so preferable that a specific resistance is large.

(試料2〜54)
本焼成後の焼結体(圧電磁器)が表2〜6に示す組成を有するものとなるようにしたこと、及び試料49では成形体を大気中で本焼成して焼結体(圧電磁器)を得たこと以外は、試料1と同様の方法で、試料2〜54を作製した。また、試料1と同様の方法で、試料2〜54の粒界におけるCu元素の偏在の有無を調べた。また、試料1と同様の方法で、試料2〜54の圧電歪定数d33、機械的品質係数Q及び比抵抗を測定した。結果を表2〜6に示す。
(Samples 2 to 54)
The sintered body (piezoelectric ceramic) after the main firing was made to have the composition shown in Tables 2 to 6, and in the sample 49, the molded body was subjected to the main firing in the atmosphere to obtain a sintered body (piezoelectric ceramic). Samples 2 to 54 were prepared in the same manner as Sample 1, except that the above was obtained. Further, the presence or absence of uneven distribution of Cu element at the grain boundaries of Samples 2 to 54 was examined by the same method as Sample 1. Further, the piezoelectric strain constant d 33 , mechanical quality factor Q m and specific resistance of samples 2 to 54 were measured in the same manner as in sample 1. The results are shown in Tables 2-6.

表2〜6に示すように、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる主成分と、Dy、Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R2と、Ta、Nb及びWからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R3と、を含む第一副成分と、を含有する焼結体を備え、複合酸化物が、
(Pb1−x−yMe)[(Co1/3Nb2/3TiZr]O
[式中、MeはCa、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも一種を表す。]
で表される組成を有し、0<1−x−y、0≦x≦0.05、0≦y≦0.05、a+b+c=1、0.05≦a≦0.1、0<b<1、0<c<1、及び0.753≦(b/c)×(1−a)≦0.900、を満たし、焼結体の粒界にCu元素が偏在している試料(実施例)では、比較例に比べて、d33が大きく、Qが小さく、比抵抗が大きいことが確認された。
As shown in Tables 2 to 6, selected from the group consisting of a main component composed of a complex oxide having a perovskite structure, at least one element R2 selected from the group consisting of Dy, Gd and Y, and Ta, Nb and W A first subcomponent containing at least one element R3, and a composite oxide comprising:
(Pb 1-xy Me x ) [(Co 1/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c ] O 3
[Wherein, Me represents at least one selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba. ]
0 <1-xy, 0 ≦ x ≦ 0.05, 0 ≦ y ≦ 0.05, a + b + c = 1, 0.05 ≦ a ≦ 0.1, 0 <b <1, 0 <c <1, and 0.753 ≦ (b / c) × (1-a) ≦ 0.900, and a sample in which Cu elements are unevenly distributed at grain boundaries of the sintered body (implementation) example), as compared with the comparative example, large d 33, small Q m, it was confirmed large specific resistance.

(b/c)×(1−a)が0.900より大きい試料10では、実施例に比べて、d33が小さいことが確認された。また、(b/c)×(1−a)が0.753より小さい試料48でも、実施例に比べて、d33が小さいことが確認された。 In Sample 10 where (b / c) × (1-a) is greater than 0.900, it was confirmed that d33 was smaller than that in the example. Further, it was confirmed that even in the sample 48 in which (b / c) × (1-a) is smaller than 0.753, d 33 is smaller than that in the example.

粒界にCu元素が偏在していない試料27では、分極処理時に焼結体(圧電磁器)が割れてしまい、焼結体(圧電磁器)を分極させることができず、実施例に比べて比抵抗が小さいことが確認された。また、粒界にCu元素が偏在していない試料49では、実施例に比べてd33が小さく、Qが大きいことが確認された。 In the sample 27 in which the Cu element is not unevenly distributed at the grain boundary, the sintered body (piezoelectric ceramic) is cracked during the polarization treatment, and the sintered body (piezoelectric ceramic) cannot be polarized. It was confirmed that the resistance was small. Further, it was confirmed that in Sample 49 in which the Cu element is not unevenly distributed at the grain boundaries, d 33 is smaller and Q m is larger than in the example.

a=0であり、第一副成分R2、R3の含有量が0である試料28では、実施例に比べてd33が小さいことが確認された。また、aが0.1より大きく、第一副成分R2、R3の含有量が0である試料32でも、実施例に比べてd33が小さいことが確認された。 In sample 28 in which a = 0 and the contents of the first subcomponents R2 and R3 were 0, it was confirmed that d33 was smaller than that of the example. In addition, it was confirmed that even in the sample 32 in which a is larger than 0.1 and the contents of the first subcomponents R2 and R3 are 0, d33 is smaller than that in the example.

yが0.05より大きい試料53では、実施例に比べてd33が小さいことが確認された。また、xが0.05より大きい試料54では、実施例に比べてd33が小さく、Qが大きいことが確認された。 In the sample 53 where y is larger than 0.05, it was confirmed that d33 was smaller than in the example. Further, it was confirmed that in the sample 54 where x is larger than 0.05, d 33 is smaller and Q m is larger than in the example.

本発明の一実施形態に係る圧電素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the piezoelectric element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施例である圧電素子の圧電磁器が備える焼結体の粒界を示すTEM(透過型電子顕微鏡)像である。It is a TEM (transmission electron microscope) image which shows the grain boundary of the sintered compact with which the piezoelectric ceramic of the piezoelectric element which is an Example of this invention is provided.

符号の説明Explanation of symbols

1a、1b・・・内部電極、2・・・圧電体層、3a、3b・・・保護層、4a、4b・・・外部電極、10・・・圧電素子(積層型圧電アクチュエータ)、20a、20b・・・結晶粒、22・・・粒界。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Internal electrode, 2 ... Piezoelectric layer, 3a, 3b ... Protective layer, 4a, 4b ... External electrode, 10 ... Piezoelectric element (laminated piezoelectric actuator), 20a, 20b ... crystal grain, 22 ... grain boundary.

Claims (5)

ペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる主成分と、
Dy、Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R2と、Ta、Nb及びWからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R3と、を含む第一副成分と、を含有する焼結体を備え、
前記複合酸化物が、
(Pb1−x−yMe)[(Co1/3Nb2/3TiZr]O
[式中、MeはCa、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも一種を表す。]
で表される組成を有し、
0<1−x−y、
0≦x≦0.05、
0≦y≦0.05、
a+b+c=1、
0.05≦a≦0.1、
0<b<1、
0<c<1、及び
0.753≦(b/c)×(1−a)≦0.900、を満たし、
前記焼結体の粒界にCu元素が偏在している、圧電磁器。
A main component composed of a complex oxide having a perovskite structure;
A sintered body containing a first subcomponent comprising at least one element R2 selected from the group consisting of Dy, Gd and Y and at least one element R3 selected from the group consisting of Ta, Nb and W With
The composite oxide is
(Pb 1-xy Me x ) [(Co 1/3 Nb 2/3 ) a Ti b Zr c ] O 3
[Wherein, Me represents at least one selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba. ]
Having a composition represented by
0 <1-xy,
0 ≦ x ≦ 0.05,
0 ≦ y ≦ 0.05,
a + b + c = 1,
0.05 ≦ a ≦ 0.1,
0 <b <1,
0 <c <1, and 0.753 ≦ (b / c) × (1-a) ≦ 0.900,
A piezoelectric ceramic in which Cu elements are unevenly distributed at grain boundaries of the sintered body.
Pb{(R2)(R3)}O
[式中、d+e=1、0<d<1、0<e<1。]
で表される化合物に換算した前記第一副成分の含有量が、前記主成分100molに対して0molより大きく0.6mol以下である、請求項1に記載の圧電磁器。
Pb {(R2) d (R3 ) e} O 3
[Where d + e = 1, 0 <d <1, 0 <e <1. ]
The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the content of the first subcomponent converted to a compound represented by the formula is greater than 0 mol and less than or equal to 0.6 mol with respect to 100 mol of the main component.
0<y≦0.03、を満たす、請求項1又は2に記載の圧電磁器。   The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein 0 <y ≦ 0.03 is satisfied. Ta、Nb及びWからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素R1を含む第二副成分を含有し、
前記元素R1に換算した前記第二副成分の含有量が、前記主成分100molに対して0molより大きく0.9mol以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧電磁器。
A second subcomponent containing at least one element R1 selected from the group consisting of Ta, Nb and W,
The piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the second subcomponent converted to the element R1 is greater than 0 mol and equal to or less than 0.9 mol with respect to 100 mol of the main component.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電磁器を含む圧電体層と、
Cuを含み、前記圧電体層を介して積層された複数の内部電極と、を備える圧電素子。
A piezoelectric layer including the piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 4,
A piezoelectric element comprising a plurality of internal electrodes containing Cu and stacked via the piezoelectric layer.
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