JP3207315B2 - Piezoelectric / electrostrictive film type element - Google Patents

Piezoelectric / electrostrictive film type element

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JP3207315B2
JP3207315B2 JP03716094A JP3716094A JP3207315B2 JP 3207315 B2 JP3207315 B2 JP 3207315B2 JP 03716094 A JP03716094 A JP 03716094A JP 3716094 A JP3716094 A JP 3716094A JP 3207315 B2 JP3207315 B2 JP 3207315B2
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lower electrode
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    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/04Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
    • H04R17/08Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】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、モーター等に好適に用いられるユニモルフ型やバ
イモルフ型等の、本発明者らが特願平3−203831
号等で明らかにした、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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is suitably used for piezoelectric / electrostrictive film type devices, especially ink jet print heads, microphones, sound generators (such as speakers), various vibrators and oscillators, and furthermore, sensors and motors. The inventors of the present invention have disclosed a unimorph type, a bimorph type and the like, as disclosed in Japanese Patent Application No. 3-203831.
The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive film element of the type that generates a bending displacement, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-26095. The element referred to herein means an element that converts electrical energy into mechanical energy, that is, an element that converts mechanical energy into mechanical displacement or stress or vibration, and also an element that performs reverse conversion.

【0002】[0002]

【背景技術】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
やセンサの如き圧電/電歪素子の開発が進められてい
る。
BACKGROUND ART In recent years, in fields such as optics and precision processing,
Displacement elements that adjust the optical path length and position on the order of sub-microns and detection elements that detect minute displacements as electrical changes have become desired. The development of piezoelectric / electrostrictive elements such as actuators and sensors, which are elements utilizing the reverse piezoelectric effect or the displacement based on the electrostrictive effect that occurs when an electric field is applied to an electrostrictive material, or the opposite phenomenon, has been promoted. I have.

【0003】そして、例えば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やバイモルフ型
が、好適に採用されている。また、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
を図るべく、かかる圧電/電歪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
おり、近年では、振動板となるセラミック基板上に、膜
形成手法により、下部電極、圧電/電歪膜及び上部電極
を順次積層して、圧電/電歪作動部を形成し、それらを
熱処理によって一体化してなる圧電/電歪膜型素子が用
いられるようになってきている。
[0003] For example, in an ink jet print head or the like, a conventionally known unimorph type or bimorph type is suitably adopted as such a piezoelectric / electrostrictive element structure. In addition, in order to improve the printing quality, printing speed, etc. of a printer using such an element, the piezoelectric / electrostrictive element is required to have a small size, a high density, a low voltage operation, and a high speed response. In recent years, a lower electrode, a piezoelectric / electrostrictive film, and an upper electrode have been sequentially laminated on a ceramic substrate serving as a diaphragm by a film forming method to form a piezoelectric / electrostrictive operating portion. In addition, a piezoelectric / electrostrictive film type element obtained by integrating them by heat treatment has been used.

【0004】ところで、そのような膜型の圧電/電歪素
子にあっては、その圧電/電歪作動部を構成する層乃至
は膜の熱処理時等に、セラミック基板上に形成された各
層(膜)の界面において、特に電極膜と圧電/電歪膜の
相互の間で、それらに含まれる成分同士が反応する場合
があり、その結果、圧電/電歪膜の組成変動が生じて、
素子の特性が変化してしまうことがあった。それ故、圧
電/電歪膜型素子において安定した素子特性を得るため
には、圧電/電歪材料中に含まれる鉛化合物と反応し易
いガラス成分を、圧電/電歪材料や電極材料中から取り
除き、膜間の反応を抑制することが有効である。
Incidentally, in such a film type piezoelectric / electrostrictive element, each layer formed on the ceramic substrate (heat treatment of a layer or a film constituting the piezoelectric / electrostrictive operating portion) is formed. At the interface of the film), the components contained therein may react with each other, particularly between the electrode film and the piezoelectric / electrostrictive film. As a result, the composition of the piezoelectric / electrostrictive film changes,
The characteristics of the device sometimes changed. Therefore, in order to obtain stable device characteristics in the piezoelectric / electrostrictive film type device, a glass component which easily reacts with a lead compound contained in the piezoelectric / electrostrictive material is removed from the piezoelectric / electrostrictive material or the electrode material. It is effective to remove and suppress the reaction between the films.

【0005】しかしながら、圧電/電歪材料や電極材料
からガラス成分を取り除いた場合にあっては、圧電/電
歪膜の組成変動が抑制されるものの、電極膜と圧電/電
歪膜、特に下部電極膜と圧電/電歪膜との間の接合性が
低下して、十分な接合性を確保し難くなる問題があっ
た。そして、そのために、それらの膜間で剥離が生じ
て、素子の寿命が低下したり、特性不良等が惹起され
て、素子の信頼性が低下する問題があった。
[0005] However, when the glass component is removed from the piezoelectric / electrostrictive material or the electrode material, the composition fluctuation of the piezoelectric / electrostrictive film is suppressed, but the electrode film and the piezoelectric / electrostrictive film, particularly, the lower portion, are removed. There has been a problem that the bondability between the electrode film and the piezoelectric / electrostrictive film is reduced, and it is difficult to secure sufficient bondability. For this reason, there is a problem in that separation occurs between the films, and the life of the element is shortened, or the characteristics are deteriorated, thereby deteriorating the reliability of the element.

【0006】また、従来の圧電/電歪膜型素子にあって
は、セラミック基板上に形成された平坦な下部電極膜上
に積層して、圧電/電歪膜が形成されていたため、圧電
/電歪膜の熱処理時に、圧電/電歪膜に応力が掛かり易
く、その残留応力によって素子の特性が低下する問題が
あった。更には、圧電/電歪膜に非常に大きな応力が掛
かった場合には、クラックが入る等して欠陥が生じ、歩
留りが低下する問題もあった。
In the conventional piezoelectric / electrostrictive film type element, a piezoelectric / electrostrictive film is formed by laminating on a flat lower electrode film formed on a ceramic substrate. During the heat treatment of the electrostrictive film, stress tends to be applied to the piezoelectric / electrostrictive film, and there is a problem that the characteristics of the element are deteriorated due to the residual stress. Furthermore, when a very large stress is applied to the piezoelectric / electrostrictive film, there is a problem that cracks are generated and defects occur, thereby lowering the yield.

【0007】[0007]

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景として為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、圧電/電歪膜型素子における圧電/電歪作動部
の電極膜と圧電/電歪膜との間の接合性を高めて、素子
の信頼性や寿命を改善することにある。また、熱処理時
に圧電/電歪膜に掛かる応力を低減して、素子の特性を
向上させ、更には、クラック等の欠陥の発生を防止する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electrode film of a piezoelectric / electrostrictive operating portion in a piezoelectric / electrostrictive film element. An object of the present invention is to improve the bonding property between the piezoelectric / electrostrictive film and improve the reliability and life of the element. Another object of the present invention is to reduce the stress applied to the piezoelectric / electrostrictive film during the heat treatment, improve the characteristics of the element, and prevent the generation of defects such as cracks.

【0008】[0008]

【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明にあっては、薄肉のセラミック基板と、該セラミッ
ク基板上に膜形成手法により順次積層されて設けられた
下部電極膜、圧電/電歪膜および上部電極膜からなる圧
電/電歪作動部とを備え、少なくともそれら下部電極
膜、圧電/電歪膜が熱処理されて一体的に形成されてな
る圧電/電歪膜型素子にして、前記電極膜のうちの少な
くとも前記下部電極膜の表面が、Rmax で表わされる表
面粗さで3μm〜14μmの範囲となり且つRaで表わ
される表面粗さにおいて2μm以下となるように、形成
されていることを特徴とする圧電/電歪膜型素子を、そ
の要旨とするものである。
According to the present invention, there is provided a thin ceramic substrate, a lower electrode film sequentially provided on the ceramic substrate by a film forming method, A piezoelectric / electrostrictive operating portion comprising an electrostrictive film and an upper electrode film, and a piezoelectric / electrostrictive film type element in which at least the lower electrode film and the piezoelectric / electrostrictive film are heat-treated to be integrally formed. The surface of at least the lower electrode film of the electrode films is formed to have a surface roughness represented by Rmax in the range of 3 μm to 14 μm and a surface roughness represented by Ra of 2 μm or less. A gist is a piezoelectric / electrostrictive film element characterized by the above.

【0009】また、かかる本発明に従う圧電/電歪膜型
素子において、有利には、前記下部電極膜は、異なる平
均粒子径を有する2種以上の固体粒子を混合した混合粉
末を電極材料とした導電体ペーストを用いて形成される
こととなる。
In the piezoelectric / electrostrictive film type device according to the present invention, the lower electrode film is preferably made of a mixed powder obtained by mixing two or more types of solid particles having different average particle diameters. It will be formed using a conductor paste.

【0010】さらに、本発明において、有利には、下部
電極膜は、表面に開口する開気孔を有するポーラスな電
極膜とされることとなる。
Further, in the present invention, advantageously, the lower electrode film is a porous electrode film having open pores opened on the surface.

【0011】[0011]

【作用・効果】要するに、本発明に係る圧電/電歪膜型
素子にあっては、圧電/電歪作動部を構成する電極膜の
うちの少なくとも下部電極膜の表面が、Rmax で表わさ
れる表面粗さで3μm〜14μmの範囲となり且つRa
で表わされる表面粗さにおいて2μm以下となる範囲
で、平坦性の良い表面をベースとして、部分的に微小な
凸状若しくは凹状の箇所が存在するように、形成され
る。それ故、その上に圧電/電歪膜を膜形成する際に
は、その一部が、かかる凹凸に入り込むこととなり、以
て圧電/電歪膜の組成に影響を与えることなく、電極膜
と圧電/電歪膜との接触面積が大きく取れ、また良好な
アンカー効果が発揮され得て、電極膜と圧電/電歪膜と
の接合性が十分に確保され得る。従って、信頼性の高い
素子を構成することが可能となり、また圧電/電歪作動
部の膜間の剥離等を防止して、素子寿命を効果的に改善
することができる。
In short, in the piezoelectric / electrostrictive film type element according to the present invention, at least the surface of the lower electrode film among the electrode films constituting the piezoelectric / electrostrictive operating portion has a surface represented by Rmax. The roughness ranges from 3 μm to 14 μm and Ra
In the range where the surface roughness represented by the following formula is 2 μm or less, the surface is formed such that there are partially minute convex or concave portions based on the surface having good flatness. Therefore, when a piezoelectric / electrostrictive film is formed thereon, a part of the film enters into such irregularities, and thus, does not affect the composition of the piezoelectric / electrostrictive film. A large contact area with the piezoelectric / electrostrictive film can be obtained, a good anchoring effect can be exhibited, and the bondability between the electrode film and the piezoelectric / electrostrictive film can be sufficiently ensured. Therefore, a highly reliable element can be formed, and separation between films of the piezoelectric / electrostrictive operation section can be prevented, and the element life can be effectively improved.

【0012】さらに、電極膜の表面が、平坦性の良い表
面をベースとして、部分的に凸状若しくは凹状の箇所が
存在するように、形成されるところから、かかる部分的
な凹凸の存在によって、熱処理時に圧電/電歪膜に掛か
る応力が有効に緩和される。それ故、残留応力の影響を
低減でき、素子の性能(例えば変位)を向上させること
が可能となる。また、クラック等の欠陥が生じ難くな
り、歩留りが良くなるという特徴を有している。
Further, since the surface of the electrode film is formed so as to have a partially convex or concave portion based on the surface having good flatness, the presence of such partial unevenness The stress applied to the piezoelectric / electrostrictive film during the heat treatment is effectively reduced. Therefore, the influence of the residual stress can be reduced, and the performance (for example, displacement) of the element can be improved. Further, it is characterized in that defects such as cracks hardly occur and the yield is improved.

【0013】また、電極膜を、異なる平均粒子径を有す
る2種以上の固体粒子状の電極材料を混合した混合粉末
をペースト化した導電体ペーストを用いて形成すること
により、該電極膜の表面粗さを有利に調整することがで
きる。
Further, the electrode film is formed by using a conductive paste obtained by forming a mixed powder obtained by mixing two or more kinds of solid particulate electrode materials having different average particle diameters into a paste. The roughness can be adjusted advantageously.

【0014】[0014]

【具体的構成】そして、本発明においては、圧電/電歪
膜型素子の圧電/電歪作動部を構成する電極膜のうちの
少なくとも下部電極膜の表面が、Rmax で表わされる表
面粗さで3〜14μmの範囲となり且つRaで表わされ
る表面粗さにおいて2μm以下となるように、形成され
るが、より好ましくは、Rmax は5〜10μm、Raは
1μm以下とされる。また、それらRmax 、Raが上記
範囲より大きくなると、電極膜上に形成された圧電/電
歪膜の膜厚のばらつきが大きくなることから、圧電/電
歪膜に掛かる電界にばらつきが生じ、特性の低下が惹起
されると共に、電界が部分的に集中するようになって絶
縁破壊が起こり易くなり、電気絶縁的な信頼性が低下す
ることとなる。更に、電極膜と圧電/電歪膜の間に気孔
ができ易くなり、かえって接合強度が低下するようにな
る。なお、Rmax は工業製品の表面粗さを表わす最大高
さであり、Raは工業製品の表面粗さを表わす中心線平
均粗さである。
Specifically, in the present invention, at least the surface of the lower electrode film among the electrode films constituting the piezoelectric / electrostrictive operating portion of the piezoelectric / electrostrictive film type element has a surface roughness represented by Rmax. It is formed so as to have a range of 3 to 14 μm and a surface roughness represented by Ra of 2 μm or less. More preferably, Rmax is 5 to 10 μm and Ra is 1 μm or less. If Rmax and Ra are larger than the above ranges, the variation in the thickness of the piezoelectric / electrostrictive film formed on the electrode film becomes large, so that the electric field applied to the piezoelectric / electrostrictive film varies, resulting in a characteristic change. Is caused, and the electric field is partially concentrated, so that the dielectric breakdown is easily caused, and the reliability of the electrical insulation is reduced. Further, pores are easily formed between the electrode film and the piezoelectric / electrostrictive film, and the bonding strength is rather lowered. Here, Rmax is the maximum height representing the surface roughness of the industrial product, and Ra is the center line average roughness representing the surface roughness of the industrial product.

【0015】ところで、このような電極膜を形成する電
極材料は、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(例
えば、TiO2 、Al2 3、ZrO2 等)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、何ら差し支えない。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、或いは白金とセラミック基
板材料や圧電/電歪材料とのサーメット材料が、好適に
用いられる。その中でも、更に好ましくは、白金のみ、
若しくは白金系の合金を主成分とする材料が望ましい。
また、セラミック基板とのぬれ性を向上させる目的で、
酸化ビスマス等を電極材料に加えることも、有効であ
る。なお、電極材料中に添加せしめるセラミック基板材
料の割合は5〜30体積%程度が好ましく、また圧電/
電歪材料の割合は5〜20体積%程度であることが好ま
しい。但し、ガラスを添加することは、熱処理中に電極
膜と圧電/電歪膜が反応し易くなり、素子特性を低下さ
せる原因ともなり易いため、避けることが望ましい。
By the way, if the electrode material for forming such an electrode film is a conductor that can withstand a high-temperature oxidizing atmosphere,
It is not particularly limited, and may be, for example, a simple metal or an alloy, or a mixture of an insulating ceramic (eg, TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 ) and a metal or alloy. There is no problem even if it is a conductive ceramic. However, more preferably,
Electrode material mainly composed of high melting point noble metals such as platinum, palladium and rhodium, or alloys such as silver-palladium, silver-platinum and platinum-palladium, or cermet of platinum and ceramic substrate material or piezoelectric / electrostrictive material Materials are preferably used. Among them, more preferably, only platinum,
Alternatively, a material mainly containing a platinum-based alloy is desirable.
Also, for the purpose of improving the wettability with the ceramic substrate,
It is also effective to add bismuth oxide or the like to the electrode material. The ratio of the ceramic substrate material added to the electrode material is preferably about 5 to 30% by volume.
The ratio of the electrostrictive material is preferably about 5 to 20% by volume. However, it is desirable to avoid adding glass, because the electrode film and the piezoelectric / electrostrictive film tend to react during the heat treatment, which tends to cause deterioration of device characteristics.

【0016】そして、通常、それら電極材料は、固体粒
子として、所定の有機バインダーと共に有機溶剤に添加
され、導電体ペーストとして調合されて、使用されるこ
ととなる。特に、本発明においては、電極膜の表面粗さ
を前記範囲とするために、導電体ペースト中に、一般的
な平均粒子径を有する固体粒子と共に、それより平均粒
子径の大きな固体粒子若しくは複数の固体粒子が凝集し
て生成した凝集粒子が存在するようにするのである。
Usually, these electrode materials are added to an organic solvent together with a predetermined organic binder as solid particles, and are prepared and used as a conductor paste. In particular, in the present invention, in order to keep the surface roughness of the electrode film in the above range, the solid particles having a general average particle size and the solid particles having a larger average particle size in the conductive paste are used together with the solid particles having a general average particle size. Thus, the aggregated particles formed by aggregating the solid particles are made to exist.

【0017】具体的に、そのような導電体ペーストを調
合する方法としては、(A)異なる平均粒子径を有する
2種以上の固体粒子を混合した混合粉末をペースト化す
る方法、(B)所定の平均粒子径を有する一種の固体粒
子の分散状態を変えて、2種以上のペーストを調合し、
それらを混合して、上記(A)方法と同性状の導電体ペ
ーストを得る方法がある。
Specifically, such a method of preparing such a conductive paste includes (A) a method of forming a paste of a mixed powder obtained by mixing two or more kinds of solid particles having different average particle diameters, and (B) a method of forming a paste. By changing the dispersion state of one kind of solid particles having an average particle diameter of, and mixing two or more pastes,
There is a method of obtaining a conductive paste having the same properties as the above method (A) by mixing them.

【0018】その中で、(A)の方法を実施する場合に
は、混合する固体粒子は、それぞれ0.1μm〜8μm
の範囲の間に平均粒子径を有するものを使用することが
望ましいが、ベースとなる固体粒子としては、平均粒子
径0.2μm〜2μm、好ましくは0.5μm〜1.5
μmの粒子を用いることが望ましい。また、かかるベー
ス粒子に混合される混合用粒子、即ちベース粒子より平
均粒子径の大きな固体粒子としては、2μm〜8μm、
好ましくは2.5μm〜5μm程度の平均粒子径を有す
る粒子を用いることが望ましい。そして、それらベース
粒子と混合用粒子を所定の割合で混合して得た混合粉末
を用いて、通常の方法に従ってペースト化するのであ
る。
Among them, when the method (A) is carried out, the solid particles to be mixed are each 0.1 μm to 8 μm.
It is desirable to use those having an average particle diameter in the range of, but the solid particles serving as bases have an average particle diameter of 0.2 μm to 2 μm, preferably 0.5 μm to 1.5 μm.
It is desirable to use particles of μm. Further, as mixing particles to be mixed with such base particles, that is, solid particles having a larger average particle diameter than the base particles, 2 μm to 8 μm,
Preferably, particles having an average particle diameter of about 2.5 μm to 5 μm are used. Then, using the mixed powder obtained by mixing the base particles and the mixing particles at a predetermined ratio, the mixture is pasted according to a usual method.

【0019】また、前記(B)の方法では、例えば0.
2〜2μmの平均粒子径を有する一種類の固体粒子を用
いて、該粒子を均一に分散させたベースペーストを調合
する一方、該粒子の分散性が不十分な混合用ペーストを
調合し、それらを所定の割合で混合することにより、目
的とする導電体ペーストを得る。そして、混合用ペース
ト中に多数形成される凝集粒子を、上記(A)の方法に
おける粒子径の大きな粒子として用いるのである。な
お、固体粒子の分散性の調整は、一般に、電極材料(固
体粒子)と有機バインダと溶剤を混合してペーストを調
合する際の調合時間、温度等を調節して、行なわれるこ
ととなる。また、そのようなペーストにおける固体粒子
の分散度合は、一般に、グラインドゲージ等を用いて評
価されることとなる。
Further, in the method (B), for example,
Using one type of solid particles having an average particle diameter of 2 to 2 μm, a base paste in which the particles are uniformly dispersed is prepared, while a dispersing agent having insufficient dispersibility of the particles is prepared, and a mixture paste is prepared. Are mixed at a predetermined ratio to obtain a target conductive paste. Then, a large number of aggregated particles formed in the mixing paste are used as particles having a large particle diameter in the method (A). The dispersibility of the solid particles is generally adjusted by adjusting the mixing time, temperature, and the like when mixing the electrode material (solid particles), the organic binder, and the solvent to prepare the paste. In addition, the degree of dispersion of solid particles in such a paste is generally evaluated using a grind gauge or the like.

【0020】そして、上記2種類の方法(A),(B)
において、ベース粒子若しくはベースペーストと混合用
粒子若しくは混合用ペーストとの混合割合は、電極膜の
表面粗さを前記範囲とするうえで、重量比で50〜90
%:50〜10%とすることが好ましい。
The above two methods (A) and (B)
In the above, the mixing ratio of the base particles or the base paste to the mixing particles or the mixing paste is 50 to 90 in weight ratio in order to keep the surface roughness of the electrode film in the above range.
%: Preferably 50 to 10%.

【0021】さらに、電極膜の表面粗さを前記範囲にす
るうえで、上記2種類の方法(A),(B)に併用し
て、電極膜にその表面に開口する開気孔を形成し、ポー
ラスな電極膜とすることも、効果的である。なお、開気
孔率としては、好ましくは体積比で25%以下、更に好
ましくは2〜15%となるように形成することが効果的
である。何故なら、開気孔率が大き過ぎると、電極膜の
面積への影響が大きくなる他、電極膜の電気伝導度の点
にも影響が出るからである。
Further, in order to keep the surface roughness of the electrode film within the above range, open pores are formed on the surface of the electrode film by using the two methods (A) and (B) in combination. It is also effective to form a porous electrode film. In addition, it is effective to form the porosity so that it is preferably 25% or less by volume, more preferably 2 to 15%. The reason for this is that if the open porosity is too large, the effect on the area of the electrode film becomes large and also on the electrical conductivity of the electrode film.

【0022】なお、ポーラスな電極膜を形成するには、
(a)電極材料(固体粒子)と有機バインダと溶剤を混
合してペーストを調合する際に、電極材料の配合割合を
小さくする、(b)電極材料と有機バインダと溶剤を混
合物してペーストを調合する際に、調合時間、温度等を
調節し、分散性を故意に悪くさせる、(c)電極膜の熱
処理時間、温度を調節し、電極材料を凝集させる等の方
法がある。
In order to form a porous electrode film,
(A) When preparing a paste by mixing an electrode material (solid particles), an organic binder, and a solvent, reduce the mixing ratio of the electrode material. (B) Mixing the electrode material, the organic binder, and the solvent to form a paste. At the time of dispensing, there are methods such as adjusting dispensing time, temperature and the like to intentionally deteriorate dispersibility, and (c) adjusting the heat treatment time and temperature of the electrode film to aggregate the electrode material.

【0023】かくして調合された導電体ペーストを用い
て、圧電/電歪作動部を構成する電極膜のうち少なくと
も下部電極膜を形成することにより、該電極膜の表面粗
さをRmax :3〜14μm且つRa:2μm以下とする
ことができるのである。そして、下部電極膜以外の上部
電極膜、またそれら電極膜のリード部や実装部、配線部
等の導電膜を形成する場合には、上述した下部電極膜と
同様の電極材料を用いても良く、またそれとは異なる通
常の金や銀、銀−パラジウム等を主成分とする導電材料
を用いても良い。
By forming at least the lower electrode film among the electrode films constituting the piezoelectric / electrostrictive operating portion using the conductive paste thus prepared, the surface roughness of the electrode film is reduced to Rmax: 3 to 14 μm. And Ra: 2 μm or less can be achieved. Then, in the case of forming an upper electrode film other than the lower electrode film and a conductive film such as a lead portion, a mounting portion, and a wiring portion of the electrode film, the same electrode material as the above-described lower electrode film may be used. Alternatively, a different conductive material mainly composed of gold, silver, silver-palladium, or the like may be used.

【0024】なお、ここでいう下部電極膜とは、例えば
図1に示される如き圧電/電歪膜型素子において、セラ
ミック基板10の薄肉部位10aの上に形成される下部
電極膜12、圧電/電歪膜14、上部電極膜16より成
る三層構造の圧電/電歪作動部18における下部電極膜
12を意味する。換言すれば、下部電極膜12より一体
的に延び出した形態で形成されたリード部20等の、そ
の表面上に圧電/電歪膜14が形成されない導電膜は、
本発明でいうところの下部電極膜に含まれるものではな
い。
The lower electrode film referred to here is, for example, a lower electrode film 12 formed on a thin portion 10a of a ceramic substrate 10 in a piezoelectric / electrostrictive film type element as shown in FIG. The lower electrode film 12 in the piezoelectric / electrostrictive operation section 18 having a three-layer structure including the electrostrictive film 14 and the upper electrode film 16. In other words, a conductive film in which the piezoelectric / electrostrictive film 14 is not formed on the surface thereof, such as the lead portion 20 formed in a form integrally extending from the lower electrode film 12,
It is not included in the lower electrode film in the present invention.

【0025】そして、電極膜12,16は、通常の膜形
成手法に従って、具体的には前述した如き導電体ペース
トを用いて従来から公知の厚膜手法により、或いは前述
の電極材料を用いた従来から公知の薄膜手法に従って、
形成されるが、中でも、下部電極膜12の形成に関して
は、スクリーン印刷、スプレー、ディッピング、塗布等
の厚膜手法が好ましく採用され、一般に1〜30μm、
望ましくは1〜20μmの厚さにおいて形成されること
となる。また、上部電極膜16にあっても、同様な厚膜
手法の他、スパッタリング、イオンビーム、真空蒸着、
イオンプレーディング、CVD、メッキ等の薄膜手法も
好適に採用され、それは、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。
The electrode films 12 and 16 are formed by a conventional film forming method, specifically, by a conventionally known thick film method using a conductor paste as described above, or by a conventional method using the above-described electrode material. According to a known thin film method,
Among them, among them, regarding the formation of the lower electrode film 12, a thick film technique such as screen printing, spraying, dipping, coating or the like is preferably adopted, and generally 1 to 30 μm,
Desirably, it is formed in a thickness of 1 to 20 μm. Also, for the upper electrode film 16, in addition to the same thick film method, sputtering, ion beam, vacuum deposition,
Thin-film techniques such as ion plating, CVD, plating, etc., are also suitably employed, and are generally formed in a thickness of 20 μm or less, preferably 5 μm or less.

【0026】また、圧電/電歪膜14も、従来と同様な
圧電/電歪材料を用いて、通常の膜形成手法によって形
成されることとなるが、有利には、上記電極膜の形成の
場合と同様な厚膜手法が好適に採用される。そして、こ
の圧電/電歪膜14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3〜40μmとされる。
The piezoelectric / electrostrictive film 14 is also formed by the usual film forming method using the same piezoelectric / electrostrictive material as in the prior art. The same thick film technique as in the case is suitably adopted. The thickness of the piezoelectric / electrostrictive film 14 is preferably 50 μm or less, more preferably 3 to 40 μm, in order to obtain a large displacement or the like at a low operating voltage.

【0027】ところで、かかる圧電/電歪膜14を与え
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(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。また、このような圧電/電歪材料(複合材料も含
む)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PZT系を主成分とする材料に上記の如き所定の添加
物を適宜に加えたものも、好適に使用される。なお、ガ
ラス材料の添加は避けるべきである。何故ならば、PZ
T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、作
動特性のバラツキ並びに低下を惹起するからである。
As the piezoelectric / electrostrictive material for providing the piezoelectric / electrostrictive film 14, preferably, a material mainly composed of lead zirconate titanate (PZT) or lead magnesium niobate (PMN) is used. Main component material, Lead nickel niobate (PNN) -based material, Lead manganese niobate-based material, Lead antimony stannate-based material, Lead zinc niobate-based material , A material containing lead titanate as a main component, a material containing lead zirconate as a main component, and a composite material thereof. Such piezoelectric / electrostrictive materials (including composite materials) include lanthanum, barium, niobium, zinc, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron,
Materials containing oxides such as yttrium, tantalum, tungsten, nickel, manganese, lithium, strontium, calcium, bismuth and other compounds as additives, for example, the PZT-based material so as to be a PLZT-based material A material obtained by appropriately adding a predetermined additive as described above to a material as a component is also preferably used. Note that the addition of a glass material should be avoided. Because PZ
This is because a lead-based piezoelectric / electrostrictive material such as a T-based material easily reacts with glass, making it difficult to control the composition of a desired piezoelectric / electrostrictive film, causing variations and deterioration in operating characteristics.

【0028】そして、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
しい。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上、高い圧電定数を有することか
ら、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
/電歪材料の場合においては、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。
Among these piezoelectric / electrostrictive materials, a material mainly composed of components of lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate, or lead nickel niobate, lead magnesium niobate and zirconate A material mainly containing a component composed of lead oxide and lead titanate is preferable. Further, among them, particularly, a material mainly containing a component composed of lead magnesium niobate, lead zirconate, and lead titanate has a particularly small reaction with the substrate material during the heat treatment, so that segregation of the component hardly occurs. A treatment for maintaining the composition can be suitably performed, a desired composition and a crystal structure can be easily obtained, and a high piezoelectric constant is used. Therefore, it is advantageously used for screen printing, spraying, dipping, coating, and the like. It is recommended as a material for forming a piezoelectric / electrostrictive film by a thick film forming technique. In the case of a multi-component piezoelectric / electrostrictive material, although the piezoelectric characteristics change depending on the composition of the components, the three-component system of lead magnesium niobate-lead zirconate-lead titanate preferably employed in the present invention. The material preferably has a composition near the phase boundary of pseudo-cubic-tetragonal-rhombohedral, particularly lead magnesium niobate: 15 mol% to 50 mol%, lead zirconate: 10 mol% to 45 mol%, titanic acid Lead: a composition of 30 mol% to 45 mol%
It is advantageously employed because it has a high piezoelectric constant and an electromechanical coupling coefficient.

【0029】さらに、セラミック基板10としては、公
知の各種のものが用いられ得るが、特に、本願発明者ら
が特願平3−203831号や特願平4−94742号
等において明らかにした如き、酸化イットリウム、酸化
イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム及び酸
化マグネシウムからなる群より選ばれた少なくとも一つ
の化合物の含有によって、その結晶相が安定化乃至は部
分安定化された酸化ジルコニウムを主成分とする材料
が、好ましく使用される。何故なら、かかるセラミック
基板は、薄い板厚においても、機械的強度が大きく、高
靭性であるからであり、また圧電/電歪材料との間で惹
起される熱処理時の応力が小さく、更には圧電/電歪材
料との化学的な反応性が小さい等の特徴を有しているか
らである。なお、かかるセラミック基板10の前記圧電
/電歪作動部18が設けられる薄肉部位10aの厚さと
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以下とされることとなる。
As the ceramic substrate 10, various known substrates can be used. In particular, the inventors of the present invention disclosed in Japanese Patent Application Nos. 3-203831 and 4-94742. By containing at least one compound selected from the group consisting of yttrium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide, calcium oxide and magnesium oxide, the crystal phase of which is stabilized or partially stabilized, containing zirconium oxide as a main component. Materials are preferably used. This is because such a ceramic substrate has high mechanical strength and high toughness even at a small plate thickness, and has a small stress at the time of heat treatment induced between the ceramic substrate and the piezoelectric / electrostrictive material. This is because they have characteristics such as low chemical reactivity with the piezoelectric / electrostrictive material. The thickness of the thin portion 10a of the ceramic substrate 10 where the piezoelectric / electrostrictive operation section 18 is provided is selected in order to obtain high-speed response and large displacement of the element.
Generally, the thickness is 50 μm or less, preferably 30 μm or less, and more preferably 10 μm or less.

【0030】そして、かくしてセラミック基板10とそ
の上に形成された電極膜12,16及び圧電/電歪膜1
4とを一体化するべく、熱処理操作(焼成)が行なわれ
る。その際、電極膜の表面形状を本発明の構造とするた
めには、熱処理(焼成)温度は900℃〜1400℃の
範囲が好ましく、より好ましくは1000℃〜1400
℃の範囲の温度が望ましい。このような熱処理操作は、
所定の膜形成手法に従って形成される下部電極膜12、
圧電/電歪膜14、上部電極膜16の形成の都度、換言
すれば膜毎に実施される他、下部電極膜12及び圧電/
電歪膜14を形成した後、或いは更に上部電極膜16を
形成した後、それら2種或いは3種の膜の熱処理を同時
に行なうことも可能である。また、上部電極膜16を薄
膜手法にて形成した場合にあっては、その熱処理を必要
としないことがある。
Then, the ceramic substrate 10 and the electrode films 12, 16 and the piezoelectric / electrostrictive film 1 formed thereon are thus formed.
A heat treatment operation (firing) is performed so as to integrate 4 with the heat treatment. At that time, in order to make the surface shape of the electrode film the structure of the present invention, the heat treatment (sintering) temperature is preferably in the range of 900C to 1400C, more preferably 1000C to 1400C.
Temperatures in the range of ° C. are desirable. Such a heat treatment operation
A lower electrode film 12 formed according to a predetermined film forming technique;
Each time the piezoelectric / electrostrictive film 14 and the upper electrode film 16 are formed, in other words, for each film, the process is carried out.
After the electrostrictive film 14 is formed or the upper electrode film 16 is further formed, it is possible to simultaneously perform the heat treatment of these two or three kinds of films. Further, when the upper electrode film 16 is formed by the thin film method, the heat treatment may not be required.

【0031】[0031]

【実施例】以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本
発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明
が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも
受けるものでないことは、言うまでもないところであ
る。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には
上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、
修正、改良等を加え得るものであることが、理解される
べきである。
Hereinafter, typical examples of the present invention will be described to clarify the present invention more specifically. However, the present invention imposes no restrictions on the description of such examples. It goes without saying that you don't receive anything. In addition, the present invention, in addition to the following examples, and in addition to the above-described specific description, various modifications based on the knowledge of those skilled in the art, unless departing from the spirit of the present invention,
It should be understood that modifications, improvements and the like can be made.

【0032】先ず、各種平均粒子径のPt粉末を用い
て、下記調合手法に従って、5種の導電体ペーストを調
合した。なお、それらペーストの調合に際して、バイン
ダとしてはアクリル系バインダが、また有機溶剤として
はテルピネオールが、何れも用いられた。 実施例1:平均粒子径が0.8μmのPt粉末と3μm
のPt粉末とを、重量比で4:1の割合で混合せしめ、
そしてその混合粉末に前記バインダ及び有機溶剤を添加
して、1時間混合せしめることにより、目的とする導電
体ペーストを得た。 実施例2:平均粒子径が1.5μmのPt粉末に上記の
バインダ及び溶剤を加え、1時間の混合時間にて得られ
たペーストと、10分間の混合時間で得られたペースト
とを、2:1の割合(重量基準)で混合して、目的とす
る導電体ペーストを得た。 実施例3:平均粒子径が0.9μmのPt粉末に上記の
バインダ及び溶剤を加え、1時間の混合時間にて得られ
たペーストと、10分間の混合時間で得られたペースト
とを、3:1の割合(重量基準)で混合して、目的とす
る導電体ペーストを得た。 比較例1:平均粒子径が6μmのPt粉末に上記バイン
ダと溶剤とを加えて、1時間混合せしめることにより、
目的とする導電体ペーストを得た。 比較例2:平均粒子径が0.5μmのPt粉末に上記バ
インダと溶剤とを加えて、1時間混合せしめることによ
り、目的とする導電体ペーストを得た。
First, five types of conductive pastes were prepared using Pt powders having various average particle sizes according to the following preparation method. In preparing these pastes, an acrylic binder was used as a binder, and terpineol was used as an organic solvent. Example 1: Pt powder having an average particle size of 0.8 μm and 3 μm
And Pt powder at a weight ratio of 4: 1.
Then, the binder and the organic solvent were added to the mixed powder and mixed for 1 hour to obtain a target conductor paste. Example 2: The above-mentioned binder and solvent were added to Pt powder having an average particle size of 1.5 μm, and the paste obtained by mixing for 1 hour and the paste obtained by mixing for 10 minutes were mixed with each other. : 1 (weight basis) to obtain the desired conductive paste. Example 3: The above-mentioned binder and solvent were added to Pt powder having an average particle diameter of 0.9 μm, and the paste obtained in a mixing time of 1 hour and the paste obtained in a mixing time of 10 minutes were mixed with each other. : 1 (weight basis) to obtain the desired conductive paste. Comparative Example 1: By adding the binder and the solvent to Pt powder having an average particle diameter of 6 μm and mixing them for 1 hour,
The desired conductor paste was obtained. Comparative Example 2: The target binder paste was obtained by adding the binder and the solvent to Pt powder having an average particle size of 0.5 μm and mixing for 1 hour.

【0033】そして、上記の各種導電体ペーストを用い
て、図1に示される如き構造の圧電/電歪膜型素子を、
それぞれ作製した。即ち、薄肉部10aの厚さが10μ
mのセラミック基板10を、イットリアにて部分安定化
せしめたジルコニア材料を用いて形成し、次いでその薄
肉部10a上に、0.4mm×2mmの大きさの圧電/
電歪作動部18を形成した。なお、この圧電/電歪作動
部18の形成には、先ず、上記の各種導電体ペーストを
用いて、セラミック基板10の薄肉部10a上に下部電
極層を形成し、1300℃の温度で焼成(熱処理)する
ことにより、下記表1に示される膜厚を有する下部電極
膜12を形成した後、その上に、更に、マグネシウムニ
オブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛からなる圧電/電
歪材料を用いて、圧電/電歪層を形成し、次いで125
0℃の焼成(熱処理)を行なうことにより、膜厚が30
μmの圧電/電歪膜14を形成し、その後、かかる圧電
/電歪層14上に、Auをスパッタリングして、膜厚
0.2μmの上部電極膜16を形成する手法を採用し
た。
Then, a piezoelectric / electrostrictive film element having a structure as shown in FIG.
Each was produced. That is, the thickness of the thin portion 10a is 10 μm.
The ceramic substrate 10 is formed using a zirconia material partially stabilized by yttria, and a 0.4 mm × 2 mm piezoelectric /
The electrostriction operation part 18 was formed. To form the piezoelectric / electrostrictive operating portion 18, first, a lower electrode layer is formed on the thin portion 10a of the ceramic substrate 10 using the above-described various conductive pastes and fired at a temperature of 1300 ° C. Heat treatment) to form a lower electrode film 12 having a film thickness shown in Table 1 below, and further thereon a piezoelectric / electrostrictive material comprising lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate To form a piezoelectric / electrostrictive layer,
By baking (heat treatment) at 0 ° C., the film thickness becomes 30
A method of forming a piezoelectric / electrostrictive film 14 having a thickness of μm and then sputtering Au on the piezoelectric / electrostrictive layer 14 to form an upper electrode film 16 having a thickness of 0.2 μm was employed.

【0034】かくして得られた各種素子について、下部
電極膜12と同じペーストで形成されたリード部20の
表面粗さ(Rmax ,Ra)を測定し、その測定値を下部
電極膜12の表面粗さとすると共に、各素子に30Vの
電圧を印加した時の変位量を測定し、それらの結果を、
下記表1に示した。また、各素子における圧電/電歪膜
14のクラック発生の有無についても調べ、1000個
の素子におけるクラック発生素子の割合を、クラック発
生率として、下記表1に併せ示した。
With respect to the various devices thus obtained, the surface roughness (Rmax, Ra) of the lead portion 20 formed with the same paste as the lower electrode film 12 was measured, and the measured value was compared with the surface roughness of the lower electrode film 12. And at the same time, measure the amount of displacement when a voltage of 30 V is applied to each element, and calculate the results,
The results are shown in Table 1 below. The presence / absence of cracks in the piezoelectric / electrostrictive film 14 in each element was also examined, and the ratio of crack-occurring elements in 1,000 elements was also shown in Table 1 below as the crack occurrence rate.

【0035】[0035]

【表1】 *粉末粒子径はペースト調合時に使用した電極材料(P
t粉末)の平均粒子径を表わす。 *圧電/電歪膜のクラック発生率は、1000個の素子
におけるクラック発生素子の割合で示されている。
[Table 1] * Powder particle size depends on the electrode material (P
t powder). * The crack generation rate of the piezoelectric / electrostrictive film is indicated by the ratio of crack generation elements in 1000 elements.

【0036】また、上記と同様にして、それぞれ異なる
平均粒子径を有するPt粉末を使用して調合された4種
類の導電体ペーストを用いて、下記表2に示される如き
下部電極膜12を備えた各種の圧電/電歪膜型素子を作
製した。
In the same manner as described above, the lower electrode film 12 as shown in Table 2 below is provided using four types of conductive pastes prepared using Pt powders having different average particle diameters. Various types of piezoelectric / electrostrictive film type devices were produced.

【0037】なお、実施例4のペーストは、平均粒子径
が約0.6μmのPt粉末と約3μmのPt粉末とを
3:2の割合で混合した混合粉末を使用して、これに有
機バインダと有機溶剤とを加え、1時間混合したもので
ある。また、実施例5のペーストは、平均粒子径が約1
μmのPt粉末に有機バインダと有機溶剤とを加え、混
合時間を1時間としたペーストと混合時間を10分間と
したペーストをそれぞれ調合し、それら粉末分散性が異
なるペーストを3:1の割合で混合したものである。更
に、比較例3では、従来と同様の導電体ペーストとし
て、0.6μmのPt粉末に有機バインダと有機溶剤を
加えて調合したペーストを用い、比較例4では、7μm
のPt粉末に有機バインダと有機溶剤を加えて調合した
ペーストを用いた。
The paste of Example 4 uses a mixed powder obtained by mixing a Pt powder having an average particle diameter of about 0.6 μm and a Pt powder having an average particle diameter of about 3 μm in a ratio of 3: 2. And an organic solvent were added and mixed for 1 hour. The paste of Example 5 had an average particle size of about 1
An organic binder and an organic solvent are added to Pm powder of μm, and a paste having a mixing time of 1 hour and a paste having a mixing time of 10 minutes are prepared respectively. The pastes having different powder dispersibility are mixed at a ratio of 3: 1. It is a mixture. Further, in Comparative Example 3, a paste prepared by adding an organic binder and an organic solvent to 0.6 μm Pt powder was used as a conductive paste similar to the conventional one, and in Comparative Example 4, 7 μm
A paste prepared by adding an organic binder and an organic solvent to the above Pt powder was used.

【0038】また、各圧電/電歪膜型素子は、何れも、
上記と同様な条件及び手順にて作製されたが、そのよう
な素子における圧電/電歪作動部18の大きさのみ、
0.8mm×3mmとした。
Each piezoelectric / electrostrictive film type element
It was manufactured under the same conditions and procedure as above, but only the size of the piezoelectric / electrostrictive operating portion 18 in such an element was
0.8 mm × 3 mm.

【0039】かくして得られた各素子について、上記と
同様にして、下部電極膜12の表面粗さ(Rmax 、R
a)や各素子における圧電/電歪膜14のクラック発生
率について求めると共に、各素子に30Vの電圧を印加
した時の変位量を測定し、それらの結果を、下記表2に
示した。
With respect to each element thus obtained, the surface roughness (Rmax, Rmax,
a) and the rate of occurrence of cracks in the piezoelectric / electrostrictive film 14 in each element, and the amount of displacement when a voltage of 30 V was applied to each element was measured. The results are shown in Table 2 below.

【0040】[0040]

【表2】 *粉末粒子径はペースト調合時に使用した電極材料(P
t粉末)の平均粒子径を表わす。 *圧電/電歪膜のクラック発生率は、1000個の素子
におけるクラック発生素子の割合で示されている。
[Table 2] * Powder particle size depends on the electrode material (P
t powder). * The crack generation rate of the piezoelectric / electrostrictive film is indicated by the ratio of crack generation elements in 1000 elements.

【0041】かかる表1及び表2の結果より明らかなよ
うに、下部電極膜12の表面粗さが本発明で規定するR
max 、Raの範囲内にある素子は、圧電/電歪膜焼成後
に発生するクラックの発生率が低く押さえられているこ
と、加えて変位特性においても効果的に向上しているこ
とが判る。また、表中には明記されていないが、本発明
で規定される表面粗さの範囲外で、平坦性の良いもので
は圧電/電歪膜に一部剥がれが生じるもの、また平坦性
が悪いものでは、素子特性評価時の電圧印加によって、
圧電/電歪膜が絶縁破壊するものがあった。
As is evident from the results of Tables 1 and 2, the surface roughness of the lower electrode film 12 is defined by R
It can be seen that the elements in the ranges of max and Ra have a low crack generation rate after firing the piezoelectric / electrostrictive film, and also have effectively improved displacement characteristics. Further, although not specified in the table, the piezoelectric / electrostrictive film is partially peeled if the flatness is good, and the flatness is poor if the flatness is out of the range of the surface roughness specified in the present invention. In the device, by applying a voltage at the time of evaluating the device characteristics,
Some piezoelectric / electrostrictive films caused dielectric breakdown.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】圧電/電歪膜型素子の一例について、その構造
を示す斜視説明図である。
FIG. 1 is an explanatory perspective view showing the structure of an example of a piezoelectric / electrostrictive film element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 セラミック基板 10a 薄肉部 12
下部電極膜 14 圧電/電歪膜 16 上部電極膜 18
圧電/電歪作動部 20 リード部
Reference Signs List 10 ceramic substrate 10a thin part 12
Lower electrode film 14 Piezoelectric / electrostrictive film 16 Upper electrode film 18
Piezoelectric / electrostrictive actuator 20 Lead

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 41/08 H04R 17/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 41/08 H04R 17/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 薄肉のセラミック基板と、該セラミック
基板上に膜形成手法により順次積層されて設けられた下
部電極膜、圧電/電歪膜および上部電極膜からなる圧電
/電歪作動部とを備え、少なくともそれら下部電極膜、
圧電/電歪膜が熱処理されて一体的に形成されてなる圧
電/電歪膜型素子にして、 前記電極膜のうちの少なくとも前記下部電極膜の表面
が、Rmax で表わされる表面粗さで3μm〜14μmの
範囲となり且つRaで表わされる表面粗さにおいて2μ
m以下となるように、形成されていることを特徴とする
圧電/電歪膜型素子。
1. A thin ceramic substrate, and a piezoelectric / electrostrictive operating portion composed of a lower electrode film, a piezoelectric / electrostrictive film, and an upper electrode film which are sequentially laminated on the ceramic substrate by a film forming technique. Comprising at least those lower electrode films,
A piezoelectric / electrostrictive film element in which a piezoelectric / electrostrictive film is heat-treated to be integrally formed, wherein at least a surface of the lower electrode film among the electrode films has a surface roughness represented by Rmax of 3 μm. 1414 μm and a surface roughness represented by Ra of 2 μm.
m. The piezoelectric / electrostrictive film element is formed so as to be not more than m.
【請求項2】 前記下部電極膜が、異なる平均粒子径を
有する2種以上の固体粒子を混合した混合粉末を電極材
料とした導電体ペーストを用いて形成されていることを
特徴とする請求項1記載の圧電/電歪膜型素子。
2. The method according to claim 1, wherein the lower electrode film is formed by using a conductive paste using, as an electrode material, a mixed powder obtained by mixing two or more types of solid particles having different average particle diameters. 2. The piezoelectric / electrostrictive film element according to 1.
【請求項3】 前記下部電極膜が、表面に開口する開気
孔を有するポーラスな電極膜である請求項1または2に
記載の圧電/電歪膜型素子。
3. The piezoelectric / electrostrictive film element according to claim 1, wherein the lower electrode film is a porous electrode film having open pores opened on the surface.
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