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JP2004179265A - Actuator and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2004179265A
JP2004179265A JP2002341460A JP2002341460A JP2004179265A JP 2004179265 A JP2004179265 A JP 2004179265A JP 2002341460 A JP2002341460 A JP 2002341460A JP 2002341460 A JP2002341460 A JP 2002341460A JP 2004179265 A JP2004179265 A JP 2004179265A
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真一 半田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator where flatness is small and inplane dispersion of a d-constant is small and to provide a manufacturing method of the actuator. <P>SOLUTION: The actuator 1 is provided with a piezoelectric substrate 2 formed of a piezoelectric porcelain, surface electrodes 6 arranged in a part of the main face of the piezoelectric substrate 2 and an inner electrode 5 disposed inside the piezoelectric substrate 2. Flatness of the main face of the piezoelectric substrate 2 is not more than 20μm and whole thickness T is not more than 100μm. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータ及びその製造方法に関し、例えば、燃料噴射用インジェクター用アクチュエータ、インクジェットプリンタヘッド用アクチュエータ、圧電共振子、発振器、超音波モータ、加速度センサ、ノッキングセンサ、又はAEセンサ等の圧電センサに適し、特に、広がり振動、伸び振動、厚みたて振動を利用したインクジェットプリンタヘッド用アクチュエータとして好適に用いられるアクチュエータ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来から、圧電磁器を利用した製品としては、例えば、アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子(発振子を含む)、超音波振動子、超音波モータ、圧電センサ等がある。
【0003】
これらの中で、アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が10−6秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のXYステージの位置決め用アクチュエータやインクジェットプリンタのインク吐出用アクチュエータ等に応用されている。
【0004】
従来、このような用途に用いられる圧電磁器は、厚みが数百μmのセラミックグリーンシートを、多孔質焼結体からなる一対のセッターに直接挟むように配置して焼成することによって作製されていた。
【0005】
また、多孔質体からなるセッター台の上にスペーサを配置し、該スペーサの上に多孔質体からなるセッター蓋を載せることによって形成される空間にグリーンシートを配置し、該グリーンシートと前記セッター蓋の隙間が30〜100μmとなるように空間を設けた状態で焼成することによって焼結体の平坦度を30〜100μmに調整することが提案されている(例えば、特許文献1)。
【0006】
このようにして得られたセラミックス体を圧電体に応用すると、磁器の平滑度を一定値以下に確保できるため、アクチュエータをプリンタ内に固定するため金属板などの平面上に固定する際の破損を回避できるという特徴を有しており、インクジェットプリンタ用のプリンタヘッド、又はXYステージ位置決め用アクチュエータ等として好適に使用されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−281453号公報(図3)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多孔質体でグリーンシートを挟持するように配置して焼成する方法では、気孔を介して蒸発しやすい成分が揮発し、特に厚みが100μm以下のアクチュエータを得る場合、組成の面内バラツキが大きくなると共に、多孔質体の表面状態を制御し難くいため、得られた圧電磁気の平坦度が大きくなり、またセッターから脱粒した粒子の付着によりさらに焼結体の平坦度や表面粗さが大きくなった。
【0009】
また、特許文献1に記載された薄層グリーンシートの焼成方法はセッターとグリーンシート間の隙間が少なくとも30μmはあり、厚みが100μm以下のアクチュエータを得る場合、厚みに対して磁器の平坦性が大きくなった。
【0010】
このように平坦度が大きい場合には、支持基板へアクチュエータを固定する際に、圧電磁器の曲面状態を平面状態に矯正するように圧電磁器が伸ばされるため、圧電基板内に不均一な残留応力が発生する。特に、圧電基板上に複数の変位素子を設けた、厚みが100μm以下のアクチュエータの場合、そのd定数が変位素子によって大きく変動するという問題があった。
【0011】
従って、本発明の目的は、平坦度が小さく、支持基板に接合してもd定数の面内バラツキが小さいアクチュエータ及びその製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面が緻密で平坦な支持体にグリーンシートを接触させながら、特に、支持体でグリーンシートを挟みながら、焼成することにより、グリーンシートの変形を抑制することができ、且つグリーンシートからの蒸発を抑制することができるという知見に基づくもので、この方法により、平坦度が小さく、支持基板に接合してもd定数の面内バラツキが小さいアクチュエータを実現できる。
【0013】
即ち、本発明の圧電体は、圧電磁器からなる圧電基板と、該圧電基板の主面の一部に設けられた表面電極と、該圧電基板の内部に設けられた内部電極とを具備してなるアクチュエータであって、全体の厚みが100μm以下、前記圧電基板の主面の平坦度が20μm以下であることを特徴とするものである。
【0014】
特に、前記圧電基板の主面の表面粗さRaが3μm以下であることが好ましい。これにより、圧電磁器をアクチュエータとして金属板等に固定する際に矯正によるアクチュエータの変形量をさらに低減できるため、アクチュエータ内部に発生する残留応力を更に抑制することができ、その結果、支持基板に固定してもアクチュエータのd定数の面内バラツキを効果的に低減することができる。
【0015】
前記圧電磁器が少なくともPbを含むペロブスカイト型化合物であることが好ましい。これにより、変位が大きく、低電圧で駆動が可能なアクチュエータを作製することができ、その結果、プリンタの高速化、高精度化、低コスト化に対して更なる寄与を望むことができる。
【0016】
前記圧電磁器に含まれるカーボンが0.1質量%以下であることが好ましい。これにより、圧電磁器の絶縁性を確保することができ、分極処理時の変位不良を防止できる。
【0017】
また、本発明のアクチュエータの製造方法は、圧電体粉末からなる成形体を、表面部の気孔率が1%以下、平坦度が20μm以下の主面を有する支持体の該主面に接触させながら焼成することを特徴とするものであり、これにより、上記のアクチュエータを作製することができる。
【0018】
さらに、前記支持体の主面の表面粗さRaが3μm以下であることが好ましい。これにより、焼成後の圧電磁器の平坦度を更に向上させて残留応力を低減し、組成バラツキも抑制することができる。
【0019】
さらにまた、前記成形体を一対の前記支持体で挟持するように配置して焼成することが好ましい。これにより、圧電磁器の厚みが100μm以下の薄肉の圧電磁器でも20μm以下の平坦度を容易に得ることができる。
【0020】
また、前記成形体が複数であって、該成形体と前記支持体とを交互に複数積み重ねて配置して焼成することが好ましい。これにより、圧電磁器の平坦性が向上するばかりでなく、炉内の鉛雰囲気が安定に形成できるため、基板の圧電特性の分布が安定化し、基板内でのd定数のバラツキをより低減することができる。
【0021】
さらに、前記支持体が、アルミナ、ベリリア、ジルコニア、マグネシア、ムライト、スピネル、ビスマス層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物、Pb系ペロブスカイト構造化合物、ニオブ系ペロブスカイト構造化合物及びタンタル系ペロブスカイト構造化合物のうち少なくとも1種を含有することが好ましい。これにより、グリーンシートとの反応性を抑制することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明を、図を用いて説明する。
【0023】
本発明のアクチュエータ1は、図1(a)に示したように、圧電磁器からなる圧電基板2と、圧電基板2の内部に設けられた内部電極5と、圧電基板2の主面の一部に設けられた表面電極6とを具備しており、圧電基板2の表面部に形成された圧電振動層4と内部電極5と表面電極6とで変位素子7が構成される。
【0024】
そして、アクチュエータは、例えば図1(b)に示したように、表面電極6が等間隔で2次元的に配列され、それぞれ外部の電子制御回路に独立して接続され、それぞれの電極間に電圧が印加されると、電圧が印加された内部電極5と表面電極6に挟持された部位の圧電振動層4が変位することができる。このように、各変位素子7を独立して制御した印刷ヘッドに応用することにより、インクジェットプリンタの高速化及び高精度化に寄与することが可能である。
【0025】
本発明によれば、アクチュエータ1の厚みTは、表面電極6を含めた圧電基板2の厚みを示すものであり、Tが100μm以下であることが重要である。このように薄層にすることで、大きな変位を得ることができ、また低電圧で高効率の駆動を実現できる。従って、特に最近のカラープリンタの性能向上に伴う高速化及び高精度化の要求に対して、本発明においては、100μm以下の厚みにすることにより、その要求に対応することができ、アクチュエータ及びそれを用いた印刷ヘッドの高性能化に寄与することができる。特に、アクチュエータ1としての特性をさらに高めるため、80μm以下、更には65μm以下、より好適には50μm以下が良い。
【0026】
また、アクチュエータ1の厚みTの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱い及び作動中の破壊を防止するため、3μm、特に5μm、更には10μm、より好適には20μmであることが好ましい。
【0027】
圧電基板2の表面の平坦度、即ち圧電振動層4の主面の平坦度が20μm以下であることも重要である。平坦度を20μm以下、特に15μm以下、更には10μm以下にすることで、例えば図1(c)に示したように、溝3aが隔壁3bによって形成されてなる支持基板3に、表面が平坦な本発明のアクチュエータ1を接合しても、接合に伴うアクチュエータ1の変形が小さく、残留応力を低減できるため、変位素子毎の特性バラツキを低減することができる。
【0028】
圧電基板2の表面粗さRaは、3μm以下、特に2.5μm以下、更には2μm以下であることが好ましい。表面粗さRaが小さいと、圧電体をアクチュエータとして金属基板等に固定する際にアクチュエータの微細な変形も防止することが容易で、残留応力の低減効果を高めることができる。また、表面凹凸を介して蒸発成分が揮発するのを抑制し、組成バラツキをより一層低減する効果がある。
【0029】
圧電振動層4を含む圧電基板2は、圧電性を示すセラミックスを用いることができ、具体的には、Bi層状化合物、タングステンブロンズ構造物質、Nb酸アルカリ化合物のペロブスカイト構造化合物、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN系)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)、Pbを含有するジルコン酸チタン酸鉛(PZT)やチタン酸鉛等を含有する物質を例示できる。
【0030】
これらのうち、特に、少なくともPbを含むペロブスカイト型化合物であるのが良い。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN系)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)、Pbを含有するジルコン酸チタン酸鉛(PZT)やチタン酸鉛等を含有する物質が好ましい。このような組成にすることで、高い圧電定数を有する圧電振動層4が得られる。
【0031】
特に、上記ペロブスカイト型結晶の一例として、Aサイト構成元素としてPbを含有し、且つ、Bサイト構成元素としてZr及びTiを含有する結晶であるPbZrTiOを好適に使用できる。また、他の酸化物を混合しても良く、さらに、副成分として、特性に悪影響がない範囲であれば、Aサイト及び/又はBサイトに他元素が置換しても良い。例えば、副成分としてZn、Sb、Ni及びTeを添加し、Pb(Zn1/3Sb2/3)O及びPb(Ni1/2Te1/2)Oの固溶体であっても良い。
【0032】
本発明によれば、上記ペロブスカイト型結晶におけるAサイト構成元素として、さらにアルカリ土類元素を含有することが望ましい。アルカリ土類元素としてはBa、Sr、Caなどが有り、特にBa、Srが高い変位を得られる点で好ましい。これにより、比誘電率が向上する結果、さらに高い圧電定数を示すことが可能となる。
【0033】
具体的には、Pb1−x SrBa(Zn1/3Sb2/3(Ni1/2Te1/2Zr1−a−b−cTi+α質量%Pb1/2NbO(0≧x≧0.14、0≧y≧0.14、0.05≧a≧0.1、0.002≧b≧0.01、0.44≧c≧0.50、α=0.1〜1.0)で表される化合物を例示できる。
【0034】
圧電基板2、特に圧電振動層4は、カーボンが0.1質量%以下、特に0.07質量%以下であることが好ましい。カーボンは圧電体の絶縁性に関与し、分極時の絶縁不良の原因になるため、上記の範囲に抑制することにより、分極時に電流が流れることを抑制し、飽和分極状態まで分極できるため、分極不良による変位不良を防止することができる。
【0035】
圧電基板2の気孔率が1%以下、特に0.5%以下、更には0.3%以下であることが好ましい。気孔率を低減させることによってアクチュエータ1の強度を高めるとともに、インクジェット印刷ヘッドとして用いる場合、磁器へのインクの染み込みによるインク漏れを効果的に抑制することが可能となる。
【0036】
内部電極5、表面電極6の材質としては、導電性を有するものならば何れでも良く、Au、Ag、Pd、Pt、Cu、Alやそれらの合金などが用いられる。また、電極5及、6の厚みとしては、導電性を有し且つ変位を妨げない程度である必要があり、0.5〜5μm、特に1〜3μm程度が好ましい。
【0037】
本発明のアクチュエータをインクジェットプリンタの印刷ヘッドとして用いる場合、圧電歪定数として、例えばd31モードを利用することができる。インクジェットプリンタの印刷ヘッドとして十分な吐出能力を発揮し、高速で精細な印刷を実現するために、d31が200pm/V以上、特に225pm/V以上、更には250pm/V以上であることが好ましい。
【0038】
次に、本発明のアクチュエータの製造方法について、圧電磁器としてPZTを用いた場合を例として説明する。
【0039】
まず、原料に用いる圧電体粉末として、純度99%、平均粒子径1μm以下のPZT粉末を準備する。
【0040】
このPZT粉末に適当な有機バインダーを添加してテープ状に成形し、このテープの所望の部位に内部電極としてAg−Pdペーストを塗布し、また所望の箇所にビアホールを形成すると共にビアホールの内部に電極を形成した。次いで、得られたグリーンシートを積層する。また、所望により、特定の形状に切断する。
【0041】
積層して得られた成形体を、焼成するために、成形体を治具に搭載して焼成炉内に配置するが、その配置の一例を図2に示した。即ち、セッター101の上にスペーサ102を介して支持体103aを載せ、その支持体103aの上に成形体105を載置し、表面部の気孔率が1%以下、平坦度が20μm以下の主面を有する支持体103と成形体105とを接触させることが重要である。
【0042】
本発明は、支持体103aの上に成形体105を載置してあれば、成形体105の上に何があっても良く、例えば、多孔質体を載せても良いが、支持体103aと同様の主面を有する支持体103bを載せて、成形体105を一対の支持体103a、103bで挟持するように配置するのが、組成のバラツキを効果的に抑制でき、且つ20μm以下の平坦度を容易に得られる点で好ましい。
【0043】
本発明によれば、支持体103a、103bが成形体105と接触する主面104a、104bの平坦度が20μm以下であることが重要である。支持体103は成形体105と接触するため、その接触する主面104を平坦にすることで、成形体105を焼成して得られた焼結体の表面の平坦度を低減でき、表面が平坦な圧電磁器を得ることができる。特に、より平坦度の小さな焼結体を得るため、支持体103の主面の平坦度は15μm以下、更には10μm以下が好ましい。
【0044】
また、本発明によれば、支持体103a、103bが成形体105と接触する主面104a、104bの表面部は、気孔率が1%以下、更には0.5%以下、更には0.3%以下であることが重要である。気孔率がこのように小さい支持体103の主面104が緻密であると、脱粒が少なく、成形体表面に付着する粒子も減少し、焼結して得られた圧電磁器の平坦度及び表面粗さを改善することができる。
【0045】
なお、表面部とは成形体との接触面を形成する主面104における表面を意味するが、気孔率を測定するためには研磨が必要なため、実際には研磨に必要な最低限の厚み、例えば数μmの厚みが必要であり、これを実質的に表面部と言う。
【0046】
また、多孔質体からなる従来の支持体では、焼成中に成形体から揮発した成分が、支持体の連続した気孔を経由して外部へ飛散するのに対し、少なくとも主面104の表面部が緻密な支持体103を用いているため、揮発成分の飛散を顕著に抑制することが出来る。このように、成形体からの揮発成分の蒸発を抑制することで圧電特性の面内バラツキを更に改善できる。
【0047】
支持体103a、103bは、全体が緻密であるのが良い。このような緻密体は、表面を加工することによって低コストでの再生が可能である。又は、表面が緻密で内部が比較的気孔率が高い焼結体を使用することもできる。例えば、焼結時に内部よりも表面部で焼結が容易に進む場合、少なくとも表面から0.1mm、特に0.3mm、更には0.5mmの表面層の気孔率が1%以下、特に0.5%以下、更には0.3%以下であるのが良い。
【0048】
また、所望により表面だけを緻密にすることもできる。例えば、表面の気孔率が2〜8%程度のセラミック焼結体表面を研磨加工し、セラミック層を被覆することにより、支持体103a、103bの主面104a、104bを0.1%以下の気孔率にすることができる。特に、CVD(科学気相成長法)により数10μm以上、更には50μm以上、より好適には100μm以上の厚みに形成し、鏡面研磨を行って表面の気孔率を1%以下、平坦度を20μm以下にすることができる。これは、大型支持体の全体を緻密な焼結体で作製するためのコストが高い場合、或いは緻密な焼結体を合成することが困難な場合、成形体と支持体とが反応しやすい場合に特に有効である。
【0049】
支持体103の表面粗さRaは、3μm以下、特に2.5μm以下、更には2μm以下であることが好ましい。支持体103の表面粗さRaを上記のようにすることで圧電磁器の平坦度を更に向上させることができる。また、成形体と支持体との隙間が拡散経路となって成形体からの揮発成分が蒸発し、組成の面内バラツキを抑制することもできる。
【0050】
本発明に用いる支持体は、アルミナ、ベリリア、ジルコニア、マグネシア、ムライト、スピネル、ビスマス層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物、Pb系ペロブスカイト構造化合物、ニオブ系ペロブスカイト構造化合物及びタンタル系ペロブスカイト構造化合物のうち少なくとも1種を含有することが好ましい。
いずれも圧電体の同質の物質もしくは反応性に乏しい物質である。このような物質を支持体に用いることにより、圧電体の特性を安定化させることが可能となる。
【0051】
複数の積層成形体を焼成する場合には、例えば図3に示したように、セッター111の上にスペーサ112を介して支持体113と成形体115を交互に重ねた構成を採用することができる。そして、支持体113の主面114の平坦度が20μm以下、主面114の表面部の気孔率が1%以下とすることで、図2の構成を用いる場合と同じ効果を期待できる。また、このように成形体を複数配置することで、炉内の鉛雰囲気が安定し、組成バラツキによるd定数のバラツキをより低減する効果もある。
【0052】
なお、積層成形体の焼成に先立ち、所望により、400℃〜900℃程度の温度で脱脂処理を行っても良い。
【0053】
得られた焼結体の表面に表面電極6を形成し、また、分極してアクチュエータを作製することができる。
【0054】
このように、本発明の製造方法を採用すれば、厚みが100μm以下の薄層からなるアクチュエータを製造する時でも、焼成時の収縮バラツキによって生じる磁器の変形を小さくできるため、流路部材等の支持体に固定する際に発生する残留応力を小さくすることができ、アクチュエータを構成する多数の変位素子のd定数が均一となり、変位量のバラツキを顕著に低減することができる。また、このようなアクチュエータをインクジェットプリンタの印刷ヘッドに適応することで、高速、高精度な特性を改善することができる。
【0055】
【実施例】
本発明のアクチュエータを作製し、これを図1(c)に示した支持体に接着した。
【0056】
まず、原料として、純度99%以上のチタン酸ジルコン酸鉛を含有する圧電セラミックス粉末を準備した。
【0057】
グリーンシートは、ジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする圧電用のセラミック材の粉末に、水系バインダーとしてブチルメタクリレート、分散剤にポリカルポン酸アンモニウム塩、溶剤にイソプロビルアルコールと純水を各々添加して混合し、このスラリーをドクタープレード法によりキャリアフィルム上に、厚さ30μm程度のシート形状にて作製した。
【0058】
また、各種の圧電用のセラミックス材の粉末を用いて同様にグリーンシートを作製した。また、内部電極ペーストを作製した。得られた内部電極ペーストを、グリーンシートの表面に厚さ4μmで印刷し、内部電極を形成した。更に、内部電極が印刷された面を上向きにしてグリーンシートの2枚の間に内部電極ペーストを印刷しないグリーンシート1枚づつ積層し、加圧プレスし、積層成形体を得た。
【0059】
この積層成形体を脱脂処理した後に、図2に示したように、積層成形体を支持体で挟持するようにして焼成炉に配置(d1)した。なお、試料No.10は、多孔質支持体の上に厚さ600μmのスペーサを置いて、その上に他の多孔質支持体を載せ、上下の支持体の間に積層成形体を載置して焼成炉の中に配置(d2)した。
【0060】
これを表1に示す温度、酸素99%以上の雰囲気中で2時間保持して焼成し、圧電振動層と内部電極とからなる積層体を作製した。それらの表面片側に表面電極を形成した。表面電極は、スクリーン印刷にてAuペーストを塗布し、一基板当たり600点形成した。これを600〜800℃の大気中で焼付けた。
【0061】
得られた圧電基板の気孔率は、焼結体を切断し、その断面を鏡面状態に加工した後、顕微鏡で観察し、所定の面積内にある気孔の面積を求めて算出した。また、支持体表面及び圧電基板表面の平坦度は、レーザー変位計を用いて圧電基板の一端から他端の間を走査して高さの変化を測定した。その際、表面電極の厚みを補正して算出した。
【0062】
アクチュエータのd31は、インピーダンスアナライザー(アジレントテクノロジー製4194A)を用いた共振法で10箇所測定し、その平均値を算出した。そして、d31の平均値との差を算出し、その最大値をd31バラツキとして百分率で表示した。
【0063】
変位量の測定は、インクジェットプリンタ用印刷ヘッドとしての使用を考慮し、図1(c)に示したように、溝3aと隔壁3bを有する支持体3に、上記作製したアクチュエータ1を接着し、圧電振動層4を内部電極5と表面電極6で挟持する構造となるように変位素子7を作製した。そして、レーザードップラー変位計により支持体3側から溝3aを通してアクチュエータにレーザービームを照射し、支持体3の溝3aに当接しているアクチュエータの中心部及び周辺部7点を測定して変位を測定し、平均値を算出した。結果を表1に示した。
【0064】
また、アクチュエータの厚みはマイクロメータで測定し、支持体及びアクチュエータの表面粗さは触針式表面粗さ計で測定した。
【0065】
なお、支持体としては、表1に示したものを用いた。
【0066】
【表1】

Figure 2004179265
【0067】
本発明の試料No.1〜3、5〜8、11〜19及び21〜32は、d31のバラツキが15%以下、変位量が70nm以上であった。
【0068】
一方、支持体の平坦度が30μmと大きく本発明の範囲外の試料No.4は、d31のバラツキが27%と大きかった。
【0069】
また、全体の厚みが1000μm(1mm)と大きく本発明の範囲外の試料No.20は、変位が20nmと小さく圧電特性が非常に低いものであった。
【0070】
さらに、支持体の気孔率が3%と大きく本発明の範囲外の試料No.9は、d31のバラツキが30%と大きかった。
【0071】
また、スペーサを用いて支持体間の空間に成形体を載置した本発明の範囲外の試料No.10は、平坦度が48μmと大きかった。
【0072】
【発明の効果】
本発明は、表面部の気孔率を1%以下に制御した支持体が成形体に接触するように、具体的には一対の支持体で成形体を挟持するように配置して焼成することにより、厚み100μm以下の薄層の試料でも平坦度が20μm以下に制御可能となり、支持体に接合した際に発生する残留応力を低減し、圧電体の変形を防止するとともに、同一基板内に設けられた複数の圧電素子の変位バラツキを容易に制御でき、インクジェットプリンタの印刷ヘッドとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアクチュエータを示すもので、(a)は概略断面図、(b)は概略平面図、(c)は支持基板を接合した時の概略断面図である。
【図2】本発明のアクチュエータの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図3】本発明のアクチュエータの他の製造方法を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
1・・・アクチュエータ
2・・・圧電基板
4・・・圧電振動層
5・・・内部電極
6・・・表面電極
7・・・変位素子
T・・・アクチュエータの厚み
101、111・・・セッター
102、112・・・スペーサ
103、103a、103b、113・・・支持体
104、104a、104b、114・・・主面
105、115・・・成形体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator and a method of manufacturing the same. For example, the present invention relates to an actuator for a fuel injection injector, an actuator for an inkjet printer head, a piezoelectric resonator, an oscillator, an ultrasonic motor, an acceleration sensor, a knocking sensor, or a piezoelectric sensor such as an AE sensor. The present invention relates to an actuator suitably used as an actuator for an ink jet printer head utilizing spread vibration, elongation vibration, and vertical vibration, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, products using piezoelectric ceramics include, for example, an actuator, a filter, a piezoelectric resonator (including an oscillator), an ultrasonic oscillator, an ultrasonic motor, and a piezoelectric sensor.
[0003]
Among them, the actuator has a very high response speed to an electric signal of the order of 10 −6 seconds, and is applied to an actuator for positioning an XY stage of a semiconductor manufacturing apparatus, an ink ejection actuator of an ink jet printer, and the like. I have.
[0004]
Conventionally, piezoelectric ceramics used in such applications have been manufactured by arranging and firing ceramic green sheets having a thickness of several hundred μm directly between a pair of setters made of a porous sintered body. .
[0005]
In addition, a spacer is arranged on a setter base made of a porous body, and a green sheet is arranged in a space formed by placing a setter lid made of a porous body on the spacer, and the green sheet and the setter are placed. It has been proposed to adjust the flatness of the sintered body to 30 to 100 μm by firing in a state where a space is provided so that the gap between the lids is 30 to 100 μm (for example, Patent Document 1).
[0006]
When the ceramic body obtained in this way is applied to a piezoelectric body, the smoothness of the porcelain can be kept below a certain value, so that the breakage when fixing the actuator on a flat surface such as a metal plate to fix it in the printer can be avoided. It has a feature that it can be avoided, and is suitably used as a printer head for an inkjet printer, an XY stage positioning actuator, or the like.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-281453 (FIG. 3)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of arranging and firing the green sheet so as to sandwich the green sheet with the porous body, a component that easily evaporates through the pores is volatilized. In particular, when an actuator having a thickness of 100 μm or less is obtained, the in-plane variation of the composition is reduced. As it becomes larger, it is difficult to control the surface state of the porous body, so the flatness of the obtained piezoelectric magnetism increases, and the flatness and surface roughness of the sintered body further increase due to the attachment of particles that have been removed from the setter. became.
[0009]
Further, in the method of firing a thin green sheet described in Patent Document 1, the gap between the setter and the green sheet is at least 30 μm, and when obtaining an actuator having a thickness of 100 μm or less, the flatness of the porcelain is large with respect to the thickness. became.
[0010]
When the flatness is large as described above, when the actuator is fixed to the support substrate, the piezoelectric ceramic is stretched so as to correct the curved surface state of the piezoelectric ceramic to a flat state, so that uneven residual stress is generated in the piezoelectric substrate. Occurs. In particular, in the case of an actuator having a plurality of displacement elements provided on a piezoelectric substrate and having a thickness of 100 μm or less, there is a problem that the d constant greatly varies depending on the displacement elements.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide an actuator having a small flatness and a small in-plane variation of d constant even when bonded to a supporting substrate, and a method of manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention can suppress deformation of the green sheet by baking while bringing the green sheet into contact with a support having a dense and flat surface, particularly, while sandwiching the green sheet with the support, and This method is based on the finding that evaporation from the substrate can be suppressed, and this method can realize an actuator having a small flatness and a small in-plane variation in d constant even when bonded to a supporting substrate.
[0013]
That is, the piezoelectric body of the present invention includes a piezoelectric substrate made of a piezoelectric ceramic, a surface electrode provided on a part of the main surface of the piezoelectric substrate, and an internal electrode provided inside the piezoelectric substrate. Wherein the overall thickness is 100 μm or less, and the flatness of the main surface of the piezoelectric substrate is 20 μm or less.
[0014]
In particular, the surface roughness Ra of the main surface of the piezoelectric substrate is preferably 3 μm or less. As a result, when the piezoelectric ceramic is fixed to a metal plate or the like as an actuator, the amount of deformation of the actuator due to correction can be further reduced, so that the residual stress generated inside the actuator can be further suppressed, and as a result, the Even in this case, the in-plane variation of the d constant of the actuator can be effectively reduced.
[0015]
It is preferable that the piezoelectric ceramic is a perovskite compound containing at least Pb. As a result, an actuator having a large displacement and capable of being driven at a low voltage can be manufactured. As a result, further contribution can be expected to higher speed, higher accuracy, and lower cost of the printer.
[0016]
It is preferable that the amount of carbon contained in the piezoelectric ceramic is 0.1% by mass or less. As a result, the insulating properties of the piezoelectric ceramic can be ensured, and displacement failure during polarization processing can be prevented.
[0017]
Further, in the method for manufacturing an actuator according to the present invention, the molded body made of the piezoelectric powder is brought into contact with the main surface of a support having a main surface with a porosity of 1% or less and a flatness of 20 μm or less on the surface. It is characterized by firing, whereby the above-described actuator can be manufactured.
[0018]
Further, the surface roughness Ra of the main surface of the support is preferably 3 μm or less. This can further improve the flatness of the piezoelectric ceramic after firing, reduce residual stress, and suppress composition variation.
[0019]
Furthermore, it is preferable that the molded body is disposed so as to be sandwiched between the pair of supports, and then fired. This makes it possible to easily obtain a flatness of 20 μm or less even with a thin piezoelectric ceramic having a thickness of 100 μm or less.
[0020]
In addition, it is preferable that a plurality of the compacts are provided, and the plurality of the compacts and the support are alternately stacked and baked. As a result, not only is the flatness of the piezoelectric ceramic improved, but also the lead atmosphere in the furnace can be formed stably, so that the distribution of the piezoelectric characteristics of the substrate is stabilized and the variation of the d constant in the substrate is further reduced. Can be.
[0021]
Further, the support may be at least one of alumina, beryllia, zirconia, magnesia, mullite, spinel, bismuth layered compound, tungsten bronze structure compound, Pb-based perovskite structure compound, niobium-based perovskite structure compound, and tantalum-based perovskite structure compound Is preferable. Thereby, the reactivity with the green sheet can be suppressed.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
As shown in FIG. 1A, the actuator 1 of the present invention includes a piezoelectric substrate 2 made of a piezoelectric ceramic, an internal electrode 5 provided inside the piezoelectric substrate 2, and a part of a main surface of the piezoelectric substrate 2. And a displacement element 7 is constituted by the piezoelectric vibration layer 4, the internal electrode 5, and the surface electrode 6 formed on the surface of the piezoelectric substrate 2.
[0024]
In the actuator, for example, as shown in FIG. 1B, the surface electrodes 6 are two-dimensionally arranged at equal intervals, each is independently connected to an external electronic control circuit, and a voltage is applied between the electrodes. Is applied, the piezoelectric vibration layer 4 at the portion sandwiched between the internal electrode 5 and the surface electrode 6 to which the voltage is applied can be displaced. As described above, by applying each displacement element 7 to a print head that is independently controlled, it is possible to contribute to an increase in speed and accuracy of an inkjet printer.
[0025]
According to the present invention, the thickness T of the actuator 1 indicates the thickness of the piezoelectric substrate 2 including the surface electrode 6, and it is important that T is 100 μm or less. With such a thin layer, a large displacement can be obtained, and high-efficiency driving at a low voltage can be realized. Accordingly, in the present invention, in particular, with respect to the demand for higher speed and higher precision accompanying the recent performance improvement of a color printer, the demand can be met by setting the thickness to 100 μm or less. Can contribute to the improvement of the performance of the print head. In particular, in order to further enhance the characteristics as the actuator 1, the thickness is preferably 80 μm or less, more preferably 65 μm or less, and more preferably 50 μm or less.
[0026]
In addition, the lower limit of the thickness T of the actuator 1 is 3 μm, particularly 5 μm, further preferably 10 μm, and more preferably 20 μm in order to have sufficient mechanical strength and prevent breakage during handling and operation. preferable.
[0027]
It is also important that the flatness of the surface of the piezoelectric substrate 2, that is, the flatness of the main surface of the piezoelectric vibrating layer 4 is 20 μm or less. By setting the flatness to 20 μm or less, particularly 15 μm or less, and further to 10 μm or less, for example, as shown in FIG. 1C, the surface of the support substrate 3 in which the groove 3a is formed by the partition 3b is flat. Even when the actuator 1 according to the present invention is joined, the deformation of the actuator 1 due to the joining is small and the residual stress can be reduced, so that the characteristic variation of each displacement element can be reduced.
[0028]
The surface roughness Ra of the piezoelectric substrate 2 is preferably 3 μm or less, particularly 2.5 μm or less, and more preferably 2 μm or less. When the surface roughness Ra is small, it is easy to prevent minute deformation of the actuator when the piezoelectric body is fixed to a metal substrate or the like as an actuator, and the effect of reducing residual stress can be enhanced. Further, there is an effect that the evaporation component is suppressed from volatilizing through the surface unevenness, and the composition variation is further reduced.
[0029]
The piezoelectric substrate 2 including the piezoelectric vibrating layer 4 can be made of a ceramic exhibiting piezoelectricity. Specifically, a Bi layered compound, a tungsten bronze structure material, a perovskite structure compound of an alkali Nb acid compound, lead magnesium niobate ( Examples thereof include substances containing PMN), lead nickel niobate (PNN), lead zirconate titanate containing Pb (PZT), lead titanate, and the like.
[0030]
Among them, a perovskite compound containing at least Pb is particularly preferable. For example, a substance containing lead magnesium niobate (PMN-based), lead nickel niobate (PNN-based), lead zirconate titanate containing Pb (PZT), lead titanate, or the like is preferable. With such a composition, the piezoelectric vibration layer 4 having a high piezoelectric constant can be obtained.
[0031]
In particular, as an example of the perovskite-type crystal, PbZrTiO 3 which is a crystal containing Pb as an A-site constituent element and containing Zr and Ti as a B-site constituent element can be preferably used. Further, other oxides may be mixed, and as an auxiliary component, other elements may be substituted for the A site and / or the B site as long as the characteristics do not adversely affect the characteristics. For example, a solid solution of Pb (Zn 1/3 Sb 2/3 ) O 3 and Pb (Ni 1/2 Te 1/2 ) O 3 to which Zn, Sb, Ni and Te are added as subcomponents may be used. .
[0032]
According to the present invention, it is desirable that the perovskite-type crystal further contains an alkaline earth element as an A-site constituent element. Examples of the alkaline earth element include Ba, Sr, and Ca, and Ba and Sr are particularly preferable in that a high displacement can be obtained. As a result, the relative dielectric constant is improved, so that a higher piezoelectric constant can be exhibited.
[0033]
Specifically, Pb 1-x - y Sr x Ba y (Zn 1/3 Sb 2/3) a (Ni 1/2 Te 1/2) b Zr 1-a-b-c Ti c O 3 + α Mass% Pb 1/2 NbO 3 (0 ≧ x ≧ 0.14, 0 ≧ y ≧ 0.14, 0.05 ≧ a ≧ 0.1, 0.002 ≧ b ≧ 0.01, 0.44 ≧ c ≧ 0.50, α = 0.1 to 1.0).
[0034]
Preferably, the piezoelectric substrate 2, especially the piezoelectric vibration layer 4, contains 0.1% by mass or less of carbon, particularly 0.07% by mass or less. Since carbon contributes to the insulating property of the piezoelectric material and causes insulation failure during polarization, by suppressing the amount in the above range, it is possible to suppress the current from flowing during polarization and to polarize to a saturated polarization state. Displacement failure due to failure can be prevented.
[0035]
The porosity of the piezoelectric substrate 2 is preferably 1% or less, particularly 0.5% or less, and more preferably 0.3% or less. By reducing the porosity, the strength of the actuator 1 is increased, and when used as an inkjet print head, it is possible to effectively suppress ink leakage due to ink seepage into porcelain.
[0036]
Any material may be used as the material of the internal electrode 5 and the surface electrode 6 as long as it has conductivity, and Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, an alloy thereof, or the like is used. Also, the thickness of the electrodes 5 and 6 needs to be such that it has conductivity and does not hinder the displacement, and is preferably 0.5 to 5 μm, particularly preferably about 1 to 3 μm.
[0037]
When using the actuator of the present invention as a printing head of an ink jet printer can be used as a piezoelectric constant, for example a d 31 mode. Exhibits sufficient discharge performance as a printing head of an ink jet printer, in order to realize a fine high-speed printing, d 31 is 200 pm / V or more, particularly 225pm / V or more, and further preferably not 250 pm / V or more .
[0038]
Next, the manufacturing method of the actuator of the present invention will be described by taking as an example a case where PZT is used as the piezoelectric ceramic.
[0039]
First, a PZT powder having a purity of 99% and an average particle diameter of 1 μm or less is prepared as a piezoelectric powder used as a raw material.
[0040]
An appropriate organic binder is added to the PZT powder to form a tape, a desired portion of the tape is coated with an Ag-Pd paste as an internal electrode, and a via hole is formed at a desired portion and the inside of the via hole is formed. An electrode was formed. Next, the obtained green sheets are laminated. Also, if desired, it is cut into a specific shape.
[0041]
In order to fire the compact obtained by lamination, the compact is mounted on a jig and placed in a firing furnace. An example of the arrangement is shown in FIG. That is, the support 103a is placed on the setter 101 via the spacer 102, and the molded body 105 is placed on the support 103a, and the porosity of the surface portion is 1% or less and the flatness is 20 μm or less. It is important that the support 103 having a surface and the molded body 105 are brought into contact with each other.
[0042]
In the present invention, as long as the molded body 105 is placed on the support 103a, there may be anything on the molded body 105, for example, a porous body may be placed. Placing the support 103b having a similar main surface and placing the molded body 105 so as to be sandwiched between the pair of supports 103a and 103b can effectively suppress the variation in composition and can provide a flatness of 20 μm or less. Is preferred because it can be easily obtained.
[0043]
According to the present invention, it is important that the flatness of the main surfaces 104a and 104b where the supports 103a and 103b are in contact with the molded body 105 is 20 μm or less. Since the support 103 is in contact with the molded body 105, the flatness of the main surface 104 in contact with the molded body 105 can reduce the flatness of the surface of the sintered body obtained by firing the molded body 105, and the surface becomes flat. A compact piezoelectric ceramic can be obtained. In particular, in order to obtain a sintered body having a smaller flatness, the flatness of the main surface of the support 103 is preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less.
[0044]
Further, according to the present invention, the surface portions of the main surfaces 104a and 104b where the supports 103a and 103b come into contact with the molded body 105 have a porosity of 1% or less, further 0.5% or less, and further 0.3% or less. % Is important. When the main surface 104 of the support body 103 having such a small porosity is dense, degranulation is small, particles attached to the surface of the compact are reduced, and the flatness and surface roughness of the piezoelectric ceramic obtained by sintering are reduced. Can be improved.
[0045]
The surface portion means the surface of the main surface 104 that forms the contact surface with the molded body. However, since the porosity needs to be polished, the minimum thickness actually required for polishing is required. For example, a thickness of several μm is required, and this is substantially called a surface portion.
[0046]
Further, in a conventional support made of a porous body, components volatilized from the molded body during firing are scattered outside through continuous pores of the support, while at least the surface portion of the main surface 104 is formed. Since the dense support 103 is used, scattering of volatile components can be significantly suppressed. As described above, the in-plane variation of the piezoelectric characteristics can be further improved by suppressing the evaporation of the volatile component from the molded body.
[0047]
The supports 103a and 103b are preferably dense as a whole. Such a dense body can be regenerated at low cost by processing the surface. Alternatively, a sintered body having a dense surface and a relatively high porosity inside can be used. For example, when sintering proceeds more easily on the surface than on the inside during sintering, the porosity of the surface layer of at least 0.1 mm, particularly 0.3 mm, and more preferably 0.5 mm from the surface is 1% or less, particularly 0.1 mm. It is preferably 5% or less, more preferably 0.3% or less.
[0048]
If desired, only the surface can be made dense. For example, the surface of the ceramic sintered body having a porosity of about 2 to 8% is polished and coated with a ceramic layer so that the main surfaces 104a and 104b of the supports 103a and 103b have pores of 0.1% or less. Rate. In particular, it is formed to a thickness of several tens μm or more, more preferably 50 μm or more, and more preferably 100 μm or more by CVD (chemical vapor deposition), and is mirror-polished to have a porosity of 1% or less and a flatness of 20 μm. It can be: This is when the cost for manufacturing the entire large support with a dense sintered body is high, or when it is difficult to synthesize a dense sintered body, or when the molded body and the support are likely to react. It is especially effective for
[0049]
The surface roughness Ra of the support 103 is preferably 3 μm or less, particularly 2.5 μm or less, and more preferably 2 μm or less. By setting the surface roughness Ra of the support 103 as described above, the flatness of the piezoelectric ceramic can be further improved. In addition, the gap between the molded body and the support serves as a diffusion path to evaporate volatile components from the molded body, thereby suppressing in-plane variation in composition.
[0050]
The support used in the present invention is at least one of alumina, beryllia, zirconia, magnesia, mullite, spinel, bismuth layered compound, tungsten bronze structure compound, Pb-based perovskite structure compound, niobium-based perovskite structure compound, and tantalum-based perovskite structure compound. Preferably, it contains a species.
Each of them is a substance of the same quality as the piezoelectric substance or a substance having poor reactivity. By using such a substance for the support, the characteristics of the piezoelectric body can be stabilized.
[0051]
In the case of firing a plurality of laminated molded bodies, for example, as shown in FIG. 3, a configuration in which a support body 113 and a molded body 115 are alternately stacked on a setter 111 via a spacer 112 can be adopted. . By setting the flatness of the main surface 114 of the support 113 to 20 μm or less and the porosity of the surface of the main surface 114 to 1% or less, the same effect as in the case of using the configuration of FIG. 2 can be expected. Further, by arranging a plurality of compacts in this way, the lead atmosphere in the furnace is stabilized, and there is also an effect of further reducing the variation of the d constant due to the composition variation.
[0052]
Prior to firing the laminated molded body, a degreasing treatment may be performed at a temperature of about 400 ° C. to 900 ° C., if desired.
[0053]
A surface electrode 6 is formed on the surface of the obtained sintered body, and the actuator can be manufactured by polarization.
[0054]
Thus, by employing the manufacturing method of the present invention, even when manufacturing an actuator having a thin layer having a thickness of 100 μm or less, the deformation of the porcelain caused by the variation in shrinkage during firing can be reduced. Residual stress generated when fixing to the support can be reduced, the d constants of a large number of displacement elements constituting the actuator become uniform, and variations in displacement amount can be significantly reduced. In addition, by applying such an actuator to a print head of an inkjet printer, high-speed and high-accuracy characteristics can be improved.
[0055]
【Example】
An actuator of the present invention was produced, and this was adhered to the support shown in FIG.
[0056]
First, a piezoelectric ceramic powder containing lead zirconate titanate having a purity of 99% or more was prepared as a raw material.
[0057]
The green sheet is obtained by adding butyl methacrylate as a water-based binder, ammonium polycarbonate to a dispersant, and isopropyl alcohol and pure water to a solvent to a powder of a ceramic material for a piezoelectric material containing lead zirconate titanate as a main component. After mixing, this slurry was formed on a carrier film by a doctor blade method in a sheet shape having a thickness of about 30 μm.
[0058]
Also, green sheets were prepared in the same manner using various types of piezoelectric ceramic powders. Further, an internal electrode paste was prepared. The obtained internal electrode paste was printed at a thickness of 4 μm on the surface of the green sheet to form internal electrodes. Further, one green sheet on which the internal electrode paste was not printed was laminated between two green sheets with the surface on which the internal electrodes were printed facing upward, and pressed and pressed to obtain a laminated molded product.
[0059]
After degreasing the laminated molded body, as shown in FIG. 2, the laminated molded body was placed in a firing furnace so as to be sandwiched by a support (d1). The sample No. 10 is to place a spacer having a thickness of 600 μm on the porous support, place another porous support on the spacer, place the laminated molded product between the upper and lower supports, and place it in a firing furnace. (D2).
[0060]
This was kept at the temperature shown in Table 1 and in an atmosphere of 99% or more of oxygen for 2 hours and fired to produce a laminate including a piezoelectric vibrating layer and internal electrodes. Surface electrodes were formed on one side of the surfaces. Au electrodes were applied by screen printing to form 600 surface electrodes per substrate. This was baked in the air at 600 to 800 ° C.
[0061]
The porosity of the obtained piezoelectric substrate was calculated by cutting the sintered body, processing the cross section of the sintered body into a mirror surface state, observing it with a microscope, and calculating the area of the pores within a predetermined area. For the flatness of the surface of the support and the surface of the piezoelectric substrate, a change in height was measured by scanning from one end to the other end of the piezoelectric substrate using a laser displacement meter. At that time, the thickness was calculated by correcting the thickness of the surface electrode.
[0062]
D 31 of the actuator was measured 10 points by the resonance method using an impedance analyzer (Agilent Technologies Ltd. 4194A), and the average value was calculated. Then, to calculate the difference between the average value of d 31, it was expressed as a percentage of the maximum value as the d 31 variations.
[0063]
In the measurement of the displacement amount, in consideration of use as a print head for an ink jet printer, as shown in FIG. 1C, the actuator 1 produced above was bonded to a support 3 having a groove 3a and a partition 3b, The displacement element 7 was manufactured such that the piezoelectric vibration layer 4 was sandwiched between the internal electrode 5 and the surface electrode 6. Then, the actuator is irradiated with a laser beam from the support 3 side through the groove 3a by the laser Doppler displacement meter, and the center and the peripheral portion of the actuator which are in contact with the groove 3a of the support 3 are measured to measure the displacement. Then, the average value was calculated. The results are shown in Table 1.
[0064]
The thickness of the actuator was measured with a micrometer, and the surface roughness of the support and the actuator was measured with a stylus type surface roughness meter.
[0065]
The support shown in Table 1 was used.
[0066]
[Table 1]
Figure 2004179265
[0067]
Sample No. of the present invention In Examples 1 to 3, 5 to 8, 11 to 19, and 21 to 32 , the variation of d31 was 15% or less, and the displacement was 70 nm or more.
[0068]
On the other hand, the flatness of the support was as large as 30 μm, and the sample No. was out of the range of the present invention. 4, the variation of the d 31 was as large as 27%.
[0069]
Further, the sample No. having a large overall thickness of 1000 μm (1 mm) and out of the scope of the present invention. In No. 20, the displacement was as small as 20 nm and the piezoelectric characteristics were very low.
[0070]
Further, the porosity of the support was as large as 3%, and the sample No. was out of the range of the present invention. 9, the variation of the d 31 was as large as 30%.
[0071]
In addition, a sample No. out of the scope of the present invention in which the compact was placed in the space between the supports using the spacer. In No. 10, the flatness was as large as 48 μm.
[0072]
【The invention's effect】
The present invention is characterized in that a support whose surface porosity is controlled to 1% or less is brought into contact with the molded body, specifically by arranging and firing such that the molded body is sandwiched between a pair of supports. The flatness of a sample having a thickness of 100 μm or less can be controlled to 20 μm or less, reducing the residual stress generated when the sample is joined to a support, preventing deformation of the piezoelectric body, and being provided on the same substrate. The variation in displacement of the plurality of piezoelectric elements can be easily controlled, and the piezoelectric element can be suitably used as a print head of an inkjet printer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an actuator of the present invention, in which (a) is a schematic sectional view, (b) is a schematic plan view, and (c) is a schematic sectional view when a supporting substrate is joined.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing an actuator of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining another method for manufacturing the actuator of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Actuator 2 ... Piezoelectric substrate 4 ... Piezoelectric vibration layer 5 ... Internal electrode 6 ... Surface electrode 7 ... Displacement element T ... Actuator thickness 101, 111 ... Setter 102, 112 ... spacers 103, 103a, 103b, 113 ... supports 104, 104a, 104b, 114 ... main surfaces 105, 115 ... molded bodies

Claims (9)

圧電磁器からなる圧電基板と、該圧電基板の主面の一部に設けられた表面電極と、該圧電基板の内部に設けられた内部電極とを具備してなるアクチュエータであって、全体の厚みが100μm以下、前記圧電基板の主面の平坦度が20μm以下であることを特徴とするアクチュエータ。An actuator comprising: a piezoelectric substrate made of a piezoelectric ceramic; a surface electrode provided on a part of a main surface of the piezoelectric substrate; and an internal electrode provided inside the piezoelectric substrate. Is 100 μm or less, and the flatness of the main surface of the piezoelectric substrate is 20 μm or less. 前記圧電基板の主面の表面粗さRaが3μm以下であることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。2. The actuator according to claim 1, wherein a surface roughness Ra of a main surface of the piezoelectric substrate is 3 μm or less. 前記圧電磁器が少なくともPbを含むペロブスカイト型化合物であることを特徴とする請求項1又は2記載のアクチュエータ。3. The actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic is a perovskite compound containing at least Pb. 前記圧電磁器に含まれるカーボンが0.1質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のアクチュエータ。4. The actuator according to claim 1, wherein carbon contained in the piezoelectric ceramic is 0.1% by mass or less. 圧電体粉末からなる成形体を、表面部の気孔率が1%以下、平坦度が20μm以下の主面を有する支持体の該主面に接触させながら焼成することを特徴とするアクチュエータの製造方法。A method for manufacturing an actuator, comprising: sintering a molded body made of piezoelectric powder while contacting the main surface of a support having a main surface with a porosity of 1% or less and a flatness of 20 μm or less on the surface. . 前記支持体の主面の表面粗さRaが3μm以下であることを特徴とする請求項5のアクチュエータの製造方法。6. The method according to claim 5, wherein a surface roughness Ra of the main surface of the support is 3 μm or less. 前記成形体を一対の前記支持体で挟持するように配置して焼成することを特徴とする請求項5又は6記載のアクチュエータの製造方法。The method for manufacturing an actuator according to claim 5, wherein the molded body is disposed so as to be sandwiched by a pair of the support members, and is fired. 前記成形体が複数であって、該成形体と前記支持体とを交互に複数積み重ねて配置して焼成することを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。8. The method of manufacturing an actuator according to claim 5, wherein a plurality of the compacts are provided, and the plurality of compacts and the support are alternately stacked and arranged and fired. 前記支持体が、アルミナ、ベリリア、ジルコニア、マグネシア、ムライト、スピネル、ビスマス層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物、Pb系ペロブスカイト構造化合物、ニオブ系ペロブスカイト構造化合物及びタンタル系ペロブスカイト構造化合物のうち少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項5乃至8のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。The support contains at least one of alumina, beryllia, zirconia, magnesia, mullite, spinel, bismuth layered compound, tungsten bronze structure compound, Pb-based perovskite structure compound, niobium-based perovskite structure compound, and tantalum-based perovskite structure compound. The method for manufacturing an actuator according to any one of claims 5 to 8, wherein:
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