JP2001342062A

JP2001342062A - 圧電磁器及び積層圧電素子並びに噴射装置

Info

Publication number: JP2001342062A
Application number: JP2000161606A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kawamoto; 智裕川元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電歪み定数ｄ₃₃が大きく、低温焼成できる圧
電磁器、及び変位量が大きく、かつ発生力が大きく、内
部電極中のＡｇ比率を大きくすることができる積層圧電
素子並びに噴射装置を提供する。【解決手段】ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃を主成分とし、
少なくともＰｂ（Ｙｂ_1/ ₂Ｎｂ_1/2）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3
Ｎｂ_2/3）Ｏ₃及びＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ₂ _/3）Ｏ₃を副成分
とするペロブスカイト型複合酸化物からなり、Ｚｒ／Ｔ
ｉ比が０．８５〜０．９６を満足し、かつ、前記副成分
を１０〜２０モル％含有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電磁器及び積層圧
電素子並びに噴射装置に関するものであり、特に内部電
極を有する同時焼成型の圧電トランス、インクジェト用
プリンターヘッド、積層圧電アクチュエータ等に適する
圧電磁器及び積層圧電素子並びに噴射装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】従来から、内部電極を有する同時焼成型の
積層圧電素子としては、圧電トランス、インクジェト用
プリンターヘッド、および同時焼成型積層圧電アクチュ
エータなどがある。

【０００３】ここで、同時焼成型積層圧電アクチュエー
タは、圧電体層と内部電極を交互に積層し、一体焼成お
よび電気的配線を行うことによって作製され、圧電現象
を介して発生する変位量を利用するものである。内部電
極の金属成分としてＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔなどを含むものが
使用されており、金属成分の比率は、融点の低いＡｇに
ＰｄやＰｔなどの貴金属を導入し、一体焼成時に内部電
極が溶融する温度を高温側にシフトさせ、凝縮による電
極の形成不良を回避できるように設定されている。

【０００４】通常、同時焼成型積層圧電アクチュエータ
では、圧電磁器の焼結温度に合わせており、その焼成温
度は１１００℃以上となっている。そのため、内部電極
を構成する金属成分中のＡｇ比率は、電極の形成不良が
発生しないよう金属成分中７０重量％以下のものが使用
されている。

【０００５】一方、コスト低減の観点からは、Ａｇの比
率は大きい方が有利であることから、特開平１１−２１
７２６３号公報では、１０００℃以下の低温で焼成可能
で、製造コストを低減できる圧電磁器材料が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−２１７２６３号公報に開示された圧電材料では、
変位の目安となる圧電歪み定数ｄ₃₃が４００ｐｍ／Ｖ未
満であり、同時焼成型積層圧電アクチュエータとしては
変位量が不十分であった。

【０００７】また、積層圧電アクチュエータではヤング
率と発生力の間に正の相関関係があるため、圧電歪み定
数ｄ₃₃が小さい場合、発生力を大きくするためにＺｒ／
Ｔｉ比を調整してヤング率を大きくすることが考えられ
るが、この場合には、更に圧電歪み定数ｄ₃₃が低下し、
積層圧電アクチュエータの変位が更に低下するという問
題があった。

【０００８】また、通常の圧電磁器では焼成温度が１１
００〜１３００℃程度であり、内部電極を構成する金属
成分中のＡｇ比率を７０重量％より大きくした場合、先
に述べたように、内部電極が焼成の昇温過程で溶融し、
降温過程で凝縮することによって電極の形成不良が発生
してしまうといった問題があった。

【０００９】本発明は、圧電歪み定数ｄ₃₃が大きく、低
温焼成できる圧電磁器、及び変位量が大きく、かつヤン
グ率が大きく、内部電極中のＡｇ比率を大きくすること
ができる積層圧電素子並びに噴射装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器は、Ｐ
ｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃を主成分とし、少なくともＰｂ
（Ｙｂ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃及
びＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ₂ _/3）Ｏ₃を副成分とするペロブス
カイト型複合酸化物からなり、Ｚｒ／Ｔｉ比が０．８５
〜０．９６を満足し、かつ、前記副成分を１０〜２０モ
ル％含有するものである。

【００１１】本発明の圧電磁器は、ＰｂＺｒＯ₃−Ｐｂ
ＴｉＯ₃を主成分とし、少なくともＰｂ（Ｙｂ_1/2Ｎｂ
_1/2）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃及びＰｂ（Ｚｎ
_1/3Ｎｂ₂ _/3）Ｏ₃を副成分とするペロブスカイト型複合
酸化物からなるため、キュリー温度を高く維持しつつ圧
電歪み定数ｄ₃₃を大きくできるとともに、焼成温度を低
下させることができ、さらに積層圧電素子の発生力を大
きくするために、Ｚｒ／Ｔｉ比を０．８５〜０．９６の
範囲で変化させヤング率を大きくしても、６００ｐｍ／
Ｖ以上の圧電歪み定数ｄ₃₃を確保できる。

【００１２】また、副成分の含有量を、全量中１０〜２
０モル％とすることにより、さらに圧電磁器の圧電歪み
定数ｄ₃₃を向上させ、また高いキュリー温度を確保でき
る。

【００１３】また、ペロブスカイト型複合酸化物のＡ／
Ｂ比は１＜Ａ／Ｂ≦１．０１であることが望ましい。例
えば、Ｐｂ量を過剰として、Ａ／Ｂ比を１＜Ａ／Ｂ≦
１．０１に制御することができ、１０００℃以下の焼成
温度で磁器の緻密化を十分に進めることができ、内部電
極を構成する金属成分中のＡｇ比率を９０重量％以上と
した場合でも、電極の形成不良が発生せず、内部電極の
コストを大きく低減することができる。

【００１４】さらに、ペロブスカイト型複合酸化物のＡ
サイト中に、アルカリ土類元素を８モル％以下含有する
ことが望ましい。これにより、圧電磁器の圧電歪み定数
ｄ₃₃をさらに向上できる。

【００１５】また、本発明の積層圧電素子は、内部電極
と圧電体層とを交互に積層してなる積層圧電素子であっ
て、前記圧電体層が、上記圧電磁器からなり、前記内部
電極におけるＡｇ量が、金属成分中９０重量％以上であ
ることを特徴とする。

【００１６】このような積層圧電素子では、圧電磁器が
上記したように、キュリー温度を高く維持しつつ圧電歪
み定数ｄ₃₃を大きくでき、焼成温度を低下させることが
でき、さらにＺｒ／Ｔｉ比を０．８５〜０．９６の範囲
で変化させヤング率を大きくしても、６００ｐｍ／Ｖ以
上の圧電歪み定数ｄ₃₃を確保できるため、内部電極にお
けるＡｇ量を金属成分中９０重量％以上とでき、安価に
製造できるとともに、変位量及び発生力を大きくするこ
とができる。

【００１７】本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納
容器と、該収納容器内に収容された上記した積層圧電素
子と、該積層圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体
を噴出させるバルブとを具備してなるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の圧電アクチュエータから
なる積層圧電素子は、図１に示すように、圧電磁器１と
内部電極３ａ、３ｂを交互に積層して積層圧電素子５が
形成されており、この積層圧電素子５の外面には、内部
電極３ａ、３ｂを交互に接続する一対の外部電極７ａ、
７ｂが形成されている。

【００１９】外部電極７ａ、７ｂと接続されない内部電
極３ｂ、３ａの端部には凹溝が形成されており、この凹
溝内に絶縁体８を充填することにより、外部電極７ａ、
７ｂと内部電極３ｂ、３ａとが絶縁されている。外部電
極７ａ、７ｂにはそれぞれリード線９が接続されてい
る。

【００２０】そして、本発明では、内部電極３ａ、３ｂ
の金属成分中、Ａｇを９０重量％以上含有するものであ
り、このようにＡｇを９０重量％以上含有しているた
め、積層型圧電素子５自体は１０００℃以下で焼成され
ている。

【００２１】また、圧電磁器１は、ペロブスカイト型複
合酸化物を主成分とし、Ａサイト構成元素としてＰｂを
含有し、かつ、Ｂサイト構成元素として、Ｚｒ、Ｔｉ、
Ｙｂ、Ｎｂ、Ｃｏ及びＺｎを含有するものである。

【００２２】具体的には、圧電磁器１は、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ₃からなる主成分と、Ｐｂ（Ｙｂ_1/2Ｎｂ_1/2）
Ｏ₃と、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃と、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3
Ｎｂ₂ _/3）Ｏ₃を副成分としているもので、これらが固溶
して圧電磁器１が形成される。

【００２３】ペロブスカイト型複合酸化物で広く用いら
れているＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃（以下、ＰＺＴと記す
る場合もある）を主成分とし、副成分として、Ｐｂ（Ｙ
ｂ_1/ ₂Ｎｂ_1/2）Ｏ₃およびＰｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃を
固溶させることにより、圧電歪み定数ｄ₃₃を高めること
ができ、しかもキュリー温度を高く維持することができ
る。また、併せてＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃を固溶さ
せることにより、１０００℃以下の温度で焼成が可能と
なる。副成分を個々に添加しても、キュリー温度、圧電
歪み定数ｄ₃₃および焼成温度を十分に改善できないが、
上記のように、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃に少なくとも特
定の３種のペロブスカイト型複合酸化物を固溶させるこ
とにより、これらの特性を同時に改善できる。

【００２４】尚、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃は、ＰｂＺｒ
Ｏ₃とＰｂＴｉＯ₃との固溶体であり、Ｐｂ（Ｙｂ_1/2Ｎ
ｂ_1/2）Ｏ₃および（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃で置換すると
ともに、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃で置換すること
で、高いキュリー温度で、大きな圧電歪定数を有し、低
温焼成を実現できる。

【００２５】特に、上記副成分の含有量は全量中１０〜
２０モル％であることが望ましい。これは、この範囲な
らば、圧電歪定数ｄ₃₃を著しく向上できるとともに、キ
ュリー温度を高く維持できるからである。逆に、副成分
の含有量が全量中１０モル％未満では、圧電歪定数ｄ₃₃
が小さく、２０モル％より多いとＰＺＴの割合が少なく
なり、ＰＺＴ自体の有する高いキュリー温度が低下して
しまうからである。副成分の含有量は、高いキュリー温
度と大きな圧電歪定数を同時に達成するという点から、
全量中１５〜２０モル％であることが特に望ましい。

【００２６】圧電磁器１は、全量中、Ｐｂ（Ｙｂ_1/2Ｎ
ｂ_1/2）Ｏ₃を３〜８モル％、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ
₃を３〜６モル％、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃を３〜９
モル％が含有することが好適である。

【００２７】そして、本発明の圧電磁器では、ペロブス
カイト型複合酸化物のＺｒ／Ｔｉ比が０．８５〜０．９
６を満足することが必要である。この範囲でＺｒ／Ｔｉ
比を変化させることにより、アクチュエータのヤング率
を３０ＧＰａ以上と大きくでき、発生力が大きく、しか
も圧電歪定数ｄ₃₃の大きな積層圧電素子を得ることがで
きる。

【００２８】一方、ペロブスカイト型複合酸化物のＺｒ
／Ｔｉ比が０．８５よりも小さい場合には充分な圧電歪
定数ｄ₃₃を得ることができず、また、０．９６よりも大
きい場合、ヤング率が低下するからである。

【００２９】また、ペロブスカイト型複合酸化物のＡ／
Ｂ比が、１＜Ａ／Ｂ≦１．０１であることが望ましい。
例えば、Ｐｂ量を過剰として、Ａ／Ｂ比を１＜Ａ／Ｂ≦
１．０１に制御することができ、１０００℃以下の焼成
温度で磁器の緻密化を十分に進めることができ、内部電
極を構成する金属成分中のＡｇ比率を９０重量％以上と
した場合でも、電極の形成不良が発生せず、内部電極の
コストを大きく低減することができる。

【００３０】一方、Ａ／Ｂ比が１以下である場合には、
焼成温度が高くなったり、或いは圧電歪定数ｄ₃₃が低下
するからであり、１．０１よりも大きい場合には、圧電
歪定数ｄ₃₃の低下が大きくなるからである。ペロブスカ
イト型複合酸化物のＡ／Ｂ比は、１．００５であること
が望ましい。

【００３１】さらに、本発明では、圧電磁器１を構成す
るペロブスカイト型酸化物のＡサイト構成元素として、
圧電磁器の圧電歪定数を高めるため、さらにアルカリ土
類元素をＡサイト中８モル％以下で含有することが望ま
しい。アルカリ土類元素としてはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ等が
あるが、このうちでも、ＡサイトのＰｂの一部を置換す
る元素としては、特にはＢａが望ましい。

【００３２】即ち、圧電歪定数ｄ₃₃は、電気機械結合係
数Ｋ₃₃と誘電率ε₃₃ ^TおよびコンプライアンスＳ₃₃ ^Eによ
り、ｄ₃₃＝Ｋ₃₃（ε₃₃ ^T・Ｓ₃₃ ^E）^1/2と表されるが、Ａ
サイト中にアルカリ土類元素を含有させると、誘電率ε
₃₃ ^Tを高める効果が大きいため、その結果圧電歪定数ｄ
₃₃を大きくすることができるからである。一方で、Ａサ
イト中にアルカリ土類元素量が、８モル％を越える割合
で含有させるとキュリー温度が低下する傾向がある。

【００３３】圧電歪定数ｄ₃₃を向上し、キュリー温度の
低下を防止するという点から、アルカリ土類元素は、Ａ
サイト中４モル％以下で含有することが望ましい。

【００３４】さらにまた、ＰＺＴのＢサイトの一部をＮ
ｂで１モル％以下置換すると、電気機械結合係数Ｋ₃₃を
大きくし、その結果圧電歪定数ｄ₃₃を大きくすることが
できるため望ましい。しかし、Ｂサイト中のＮｂ置換量
が１モル％を越える割合で含有させるとその効果が低下
し、電気機械結合係数Ｋ₃₃が低下する傾向にある。

【００３５】副成分であるＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃
の少なくとも一部をＰｂ（Ｚｎ_1/2Ｗ _1/2）Ｏ₃や、Ｐｂ
（Ｆｅ_2/3Ｗ_1/3）Ｏ₃で置換すると、焼成温度を低下さ
せる効果が著しくなるため望ましい。

【００３６】本発明では、特に、圧電磁器が、Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ₃からなる主成分に対して、副成分として
Ｐｂ（Ｙｂ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃と、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎ
ｂ_2/3）Ｏ₃と、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃とを固溶し
てなるとともに、ＡサイトのＰｂの一部をＢａで８モル
％以下置換し、かつ、Ｂサイトの一部をＮｂで１モル％
以下置換することが望ましい。

【００３７】尚、副成分についてはＰｂ（Ｙｂ_1/2Ｎｂ
_1/2）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3
Ｎｂ_2/3）Ｏ₃以外のＰｂ系ペロブスカイト型複合酸化
物、例えばＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｓｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｆｅ_1/3
Ｗ_1/2）Ｏ₃を固溶しても良い。

【００３８】特に、本発明の圧電磁器は以下のような組
成の場合に、１０００℃以下の低い焼成温度が可能とな
り、かつキュリー温度と圧電歪定数を顕著に高めること
ができ、Ｚｒ／Ｔｉ比を変化させヤング率を大きくして
も、高い圧電歪み定数ｄ₃₃を確保でき、積層圧電素子の
発生力を大きくできる。

【００３９】全体組成として、Ｐｂ_a-xＢａ_x（Ｙｂ_1/2
Ｎｂ_1/2）_b（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_c（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）_dＮ
ｂ_y（Ｚｒ_eＴｉ_1-e）_1-b-c-d-yＯ₃で表わした時、前記
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｘおよびｙが、１＜ａ≦１．０
１、０．０３≦ｂ≦０．０８、０．０３≦ｃ≦０．０
９、０．０３≦ｄ≦０．０６、０．１０≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦
０．２、０．８５≦ｅ／（１−ｅ）≦０．９６、ｘ≦
０．０８、ｙ≦０．０１を満足する場合。尚、ここで、
Ａ／Ｂ比はａとなり、Ｚｒ／Ｔｉ比はｅ／（１−ｅ）と
なり、ｂ＋ｃ＋ｄが副成分量となる。

【００４０】以上のような積層圧電素子は、以下のプロ
セスにより製造される。先ず、原料粉末として高純度の
ＰｂＯ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｙｂ₂
Ｏ₃およびＣｏ₃Ｏ₄などの各原料粉末を所定量秤量し、
ボールミル等で１０〜２４時間湿式混合し、次いで、こ
の混合物を脱水、乾燥した後、７００〜９００℃で１〜
３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミル等で粒度分
布がＤ₅₀で０．５±０．２μｍ、Ｄ₉₀で０．８μｍ未満
となるように湿式粉砕する。このような微粉を用いるこ
とにより、さらに低温焼成できる。得られた粉砕原料と
有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合した
スラリーを作製し、スリップキャステイング法によりセ
ラミックグリーンシートを作製する。

【００４１】このグリーンシートの片面に、Ａｇ／貴金
属（Ｐｄ、Ｐｔなど）の重量比率が９０／１０以上とな
る導電性ペーストを内部電極３ａ、３ｂとしてスクリー
ン印刷法により印刷する。この導電性ペーストを乾燥さ
せた後、導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシ
ートを所定の枚数だけ積層し、この積層体の積層方向の
両端部に、導電性ペーストが塗布されていないグリーン
シートを積層する。

【００４２】次に、この積層体を５０〜２００℃で加熱
を行いながら加圧を行い、積層体を一体化する。一体化
された積層体は所定の大きさに切断された後、４００〜
８００℃で５〜４０時間、脱バインダが行われ、９５０
〜１０００℃で２〜５時間で本焼成が行われ、アクチュ
エータ本体となる積層焼結体を得る。このアクチュエー
タ本体の側面には、内部電極３ａ、３ｂの端部が露出し
ている。

【００４３】その後、該アクチュエータ本体の２つの側
面において、内部電極３ａ、３ｂ端部を含む圧電磁器１
の端部に該２側面において互い違いになるように、１層
おきに深さ５０〜５００μｍ、積層方向の幅５０〜３０
０μｍの溝を形成し、該溝部にシリコーンゴム等の絶縁
体８を充填する。以上のように、内部電極３ａ、３ｂは
互い違いに１層おきに絶縁され、交互に同一の外部電極
７ａ、７ｂに接続される。

【００４４】この後、正極用外部電極、負極用外部電極
にリード線９を接続し、アクチュエータの外周面にデイ
ッピング等の方法により、シリコーンゴムを被覆した
後、０．１〜３ｋＶの分極電圧を印加し、アクチュエー
タ全体を分極処理することで、最終的な積層圧電アクチ
ュエータを得る。

【００４５】なお、本発明の積層圧電素子は、四角柱、
六角柱、円柱等、どのような柱体であっても構わない
が、切断の容易性から四角柱状が望ましい。

【００４６】本発明の積層圧電素子では、圧電磁器にお
ける径方向の電気機械結合係数Ｋｒも大きくすることが
できるため、フィルターや圧電ブザーなどにも使用する
ことができる。なお、本発明における圧電磁器はペロブ
スカイト型結晶を主結晶相とするものであるが、粒界に
他の結晶相としてパイロクロア相等が少々存在していて
もよい。また、Ａｌ、Ｓ、Ｃｌ、Ｅｕ、Ｙ、Ｋ、Ｐ、Ｃ
ｕ、Ｍｇ、Ｓｉ等が不可避不純物として混入する場合も
あるが、特性上は何ら問題はない。

【００４７】図２は、本発明の噴射装置を示すもので、
図において符号５１は収納容器を示している。この収納
容器５１の一端には噴射孔５３が設けられ、また収納容
器５１内には、噴射孔５３を開閉することができるニー
ドルバルブ５５が収容されている。

【００４８】噴射孔５３には燃料通路５７が連通可能に
設けられ、この燃料通路５７は外部の燃料供給源に連結
され、燃料通路５７に常時一定の高圧で燃料が供給され
ている。従って、ニードルバルブ５５が噴射孔５３を開
放すると、燃料通路５７に供給されていた燃料が一定の
高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるよう
に形成されている。

【００４９】また、ニードルバルブ５５の上端部は直径
が大きくなっており、収納容器５１に形成されたシリン
ダ５９と摺動可能なピストン６１となっている。そし
て、収納容器５１内には、上記した圧電アクチュエータ
６３が収納されている。

【００５０】このような噴射装置では、圧電アクチュエ
ータ６３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン６１
が押圧され、ニードルバルブ５５が噴射孔５３を閉塞
し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止
されると圧電アクチュエータ６３が収縮し、バネ６５が
ピストン６１を押し返し、噴射孔５３が燃料通路５７と
連通して燃料の噴射が行われるようになっている。

【００５１】

【実施例】以下、本発明を次の実施例で説明する。原料
粉末として高純度のＰｂＯ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＢａＣ
Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｙｂ₂Ｏ₃およびＣｏ₃Ｏ₄の各
原料粉末を、焼結体が、Ｐｂ_a-xＢａ_x（Ｙｂ_1/2Ｎ
ｂ_1/2）_b（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_c（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）_dＮｂ
_y（Ｚｒ_eＴｉ_1-e）_1-b-c-d-yＯ₃で表わされる組成とな
るように（表１では、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅ
は、上記組成式で与えられる原子比を百分率換算したも
のである）所定量秤量し、ボールミルで２０時間湿式混
合した。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、７０
０〜９００℃で２時間仮焼し、当該仮焼物を再びボール
ミルで湿式粉砕した。

【００５２】得られた粉砕原料と、有機高分子からなる
バインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、
スリップキャステイング法により、厚み１５０μｍのセ
ラミックグリーンシートを作製した。

【００５３】このグリーンシートの片面に、Ａｇが９０
重量％、Ｐｄが１０重量％の比率からなる導電性ペース
トを、５μｍの厚みにスクリーン印刷し、乾燥させた
後、導電性ペーストが塗布されたグリーンシートを２０
０枚積層し、この積層体の積層方向の両端面に、導電性
ペーストが塗布されていないグリーンシートを１０枚積
層した。

【００５４】次に、この積層体を１００℃で加熱を行い
ながら加圧を行い、積層体を一体にし、縦１０ｍｍ×横
１０ｍｍの大きさに切断した後、８００℃で１０時間の
脱バインダを行い、表１に示す温度で２時間で焼成し、
この積層圧電素子の２つの側面において、内部電極端部
を含む圧電磁器の端部に該２側面において互い違いにな
るように、１層おきに深さ１００μｍ、積層方向の幅５
０μｍの溝を形成し、該溝部に絶縁体としてシリコーン
ゴムを充填した。

【００５５】この後、絶縁されていない内部電極の他方
の端面に外部電極として熱硬化性導電体を帯状に形成
し、２００℃の熱処理を行った。この後、正極用外部電
極、負極用外部電極にリード線を接続し、アクチュエー
タの外周面にデイッピングにより、シリコーンゴムを被
覆した後、１ｋＶの分極電圧を印加し、全体を分極処理
して、図１に示す本発明の積層型圧電素子を得た。

【００５６】得られた積層圧電素子について、変位量と
キュリー温度を測定した。変位量の測定は、上面にアル
ミニウム箔を張り付けた試料を防振台上に固定し、０〜
２００Ｖの電圧を試料に印加し、レーザー変位計によ
り、素子の中心部及び周囲部３箇所で測定した値の平均
値で評価した。

【００５７】圧電歪定数ｄ₃₃は、積層数ｎ＝２００と、
変位量ΔＬおよび印加電圧Ｖ＝２００Ｖを用い、ｄ₃₃＝
ΔＬ／（ｎ×Ｖ）の式にて求めた。キュリー温度（Ｔ
ｃ）の算出は、静電容量の温度依存性をマルチメーター
で測定し、最大値を示す温度をキュリー温度とした。ま
た、密度については、アクチュエータの不活性部分を切
り出してアルキメデス法により測定した。ヤング率の評
価はアクチュエータに２００Ｖ電圧を印可した状態で加
重変位特性より求めた。その結果を表１に記載した。

【００５８】

【表１】

【００５９】通常、純粋なＰＺＴは、１０００℃の焼成
温度では磁器密度が６．０ｇ／ｃｍ ³程度となり、使用
できるものは得られない。しかし、本発明の圧電アクチ
ュエータでは１０００℃以下の焼成温度にもかかわら
ず、すべて７．７ｇ／ｃｍ³以上の密度を有しており、
緻密であった。また、本発明の試料では、いずれも焼成
温度１０００℃以下で緻密な焼結体が得られ、圧電歪定
数ｄ₃₃が６００ｐｍ／Ｖ以上、Ｔｃが２５０℃以上と大
きな値が得られた。

【００６０】一方、（Ｙｂ_1/2Ｎｂ_1/2）が置換されてい
ない試料Ｎｏ．２６はｄ₃₃が８５０ｐｍ／Ｖ程度と高い
ものの、Ｔｃが１９５℃と低かった。また、（Ｃｏ_1/3
Ｎｂ₂ _/3）と（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）で置換されていない試
料Ｎｏ．２７、（Ｃｏ_1/3Ｎｂ₂ _/3）で置換されていない
試料Ｎｏ．２８、および（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）で置換され
ていない試料Ｎｏ．２９はいずれも、ｄ₃₃が６００ｐｍ
／Ｖ未満と小さく、変位量も小さかった。

【００６１】さらに、副成分の量（ｂ＋ｃ＋ｄ）が１０
モル％よりも少ない場合には圧電歪定数ｄ₃₃が小さく、
また、２０モル％よりも多い場合にはキュリー温度が低
下することが判る。また、Ｚｒ／Ｔｉ比が０．８５〜
０．９６の範囲外の場合には、圧電歪定数ｄ₃₃が小さく
なることが判る。また、圧電歪み定数ｄ₃₃が非常に大き
いため、Ｚｒ／Ｔｉ比を変更しヤング率を大きくした場
合でも、圧電歪み定数ｄ ₃₃は、６００ｐｍ／Ｖ以上を確
保できることが判る。

【００６２】尚、本発明の試料では、内部電極の形成状
態は同時焼成型積層圧電素子の研磨断面をＳＥＭにて観
察し評価したところ、内部電極の凝集は発生していない
ことを確認した。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、Ｐ
ｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃を主成分とし、少なくともＰｂ
（Ｙｂ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_2/3Ｎｂ_1/3）Ｏ₃及
びＰｂ（Ｚｎ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃を副成分とするペロブス
カイト型複合酸化物からなるため、キュリー温度を高く
維持しつつ圧電歪み定数ｄ₃₃を大きくできるとともに、
焼成温度を低下させることができ、さらに積層圧電素子
の発生力を大きくするために、Ｚｒ／Ｔｉ比を０．８５
〜０．９６の範囲で変化させヤング率を大きくしても、
６００ｐｍ／Ｖ以上の圧電歪み定数ｄ₃₃を確保できる。

【００６４】また、副成分の含有量を、全量中１０〜２
０モル％とすることにより、さらに圧電磁器の圧電歪み
定数を向上させ、また高いキュリー温度を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型圧電素子を用いた圧電アクチュ
エータを示す断面図である。

【図２】本発明の噴射装置を示す概念図である。

【符号の説明】

１・・・圧電磁器３ａ、３ｂ・・・内部電極５・・・積層圧電素子７ａ、７ｂ・・・外部電極５１・・・収納容器５３・・・噴射孔５５・・・バルブ６３・・・圧電アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｑ 41/09 Ｕ 41/187 41/18 １０１Ｅ１０１Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃を主成分とし、
少なくともＰｂ（Ｙｂ _1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3
Ｎｂ_2/3）Ｏ₃及びＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ₂ _/3）Ｏ₃を副成分
とするペロブスカイト型複合酸化物からなり、Ｚｒ／Ｔ
ｉ比が０．８５〜０．９６を満足し、かつ、前記副成分
を１０〜２０モル％含有することを特徴とする圧電磁
器。
【請求項２】ペロブスカイト型複合酸化物のＡ／Ｂ比
が、１＜Ａ／Ｂ≦１．０１であることを特徴とする請求
項１記載の圧電磁器。
【請求項３】ペロブスカイト型複合酸化物のＡサイト中
に、アルカリ土類元素を８モル％以下含有することを特
徴とする請求項１又は２記載の圧電磁器。
【請求項４】内部電極と圧電体層とを交互に積層してな
る積層圧電素子であって、前記圧電体層が、請求項１乃
至３のうちいずれかに記載の圧電磁器からなり、前記内
部電極におけるＡｇ量が、金属成分中９０重量％以上で
あることを特徴とする積層圧電素子。
【請求項５】噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内
に収容された請求項４記載の積層圧電素子と、該積層圧
電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバ
ルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。