モノモルフ型圧電／電歪素子、及びその製造方法
【課題】非鉛系圧電多結晶体によって構成されたモノモルフ型圧電／電歪素子、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有し、分極処理を施されることによって、相転移点よりも低温において分極処理前よりも湾曲度が大きい湾曲形状とされる圧電／電歪体によりモノモルフ型圧電／電歪素子を形成する。分極処理は、電界上昇速度が０．１（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以上５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以下で、最大電界が２ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下となるように電界を上昇させ、最大電界を印加することによって行われ、分極処理後の電界を印加しない状態において、湾曲形状となる。
【解決手段】Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有し、分極処理を施されることによって、相転移点よりも低温において分極処理前よりも湾曲度が大きい湾曲形状とされる圧電／電歪体によりモノモルフ型圧電／電歪素子を形成する。分極処理は、電界上昇速度が０．１（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以上５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以下で、最大電界が２ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下となるように電界を上昇させ、最大電界を印加することによって行われ、分極処理後の電界を印加しない状態において、湾曲形状となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノモルフ型圧電／電歪素子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サブミクロンのオーダーで微小変位を制御できる素子として、圧電／電歪素子が知られている。特に、セラミックスからなる基体上に、圧電／電歪磁器組成物（以下、単に「圧電セラミックス」ともいう）からなる圧電／電歪部と、電圧が印加される電極部とを積層した圧電／電歪素子は、微小変位の制御に好適であることの他、高電気機械変換効率、高速応答性、高耐久性、及び省消費電力等の優れた特性を有するものである。これらの圧電／電歪素子は圧電型圧力センサ、走査型トンネル顕微鏡のプローブ移動機構、超精密加工装置における直進案内機構、油圧制御用サーボ弁、ＶＴＲ装置のヘッド、フラットパネル型の画像表示装置を構成する画素、又はインクジェットプリンタのヘッド等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
また、圧電／電歪部を構成する圧電セラミックスについても、種々検討がなされている。例えば、近年、酸性雨による鉛（Ｐｂ）の溶出等、地球環境に及ぼす影響が問題視される傾向にあるため、環境に対する影響を考慮した圧電／電歪材料として、鉛（Ｐｂ）を含有しなくとも良好な圧電／電歪特性を示す圧電／電歪体や圧電／電歪素子を提供可能な（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３系の圧電セラミックスの開発がなされている。
【０００４】
圧電セラミックスは強誘電体であるため、電子機器等に組み込んでその性質（圧電特性）を利用するには、分極処理を実施する必要がある。この分極処理とは、高電圧を印加して自発分極の向きを特定方向に揃える処理をいい、圧電セラミックスに適当な温度条件下で電圧印加すること等により実施される。すなわち、強誘電体は、自発分極による電荷の偏りによって複数の分域（ドメイン）が存在し、圧電セラミックスは、強誘電体のドメインの方向を一定の方向に揃える分極処理を施したものである。
【０００５】
圧電セラミックスを利用した圧電／電歪素子には、金属板などの異種材料を接合し、片面に拘束力を持たせたものがある。このような圧電／電歪素子は、異種材料と接合させる接合するための焼成時に、圧電材料と金属板との熱膨張率差により、焼結体にクラックが生じる。また使用中においても圧電セラミックスの発熱によって温度が上昇し、圧電材料と金属板の熱膨張率差によりクラックが生じ特性が劣化する。
【０００６】
そこで、厚み方向の組成を連続的に変化させ、傾斜材料とすることで、特性を連続的に変化させたモノモルフ型アクチュエータが開示されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２３９１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、傾斜組成材料とするためには、組成の異なる粉末を数種類準備する必要があり、製造コストの増大を招きやすい。
【０００９】
そこで、異種材料と接合したり、傾斜組成材料を利用したりせずに、製造コストの増大を防いだモノモルフ型圧電／電歪素子が望まれている。本発明の課題は、ょうスく非鉛系圧電／電歪多結晶体によって構成されたモノモルフ型圧電／電歪素子、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明によれば、Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有する圧電／電歪磁器組成物からなり、分極処理を施されることによって、相転移点よりも低温において分極処理前よりも湾曲度が大きい湾曲形状とされる圧電／電歪体により構成されたモノモルフ型圧電／電歪素子が提供される。
【００１１】
そして、圧電／電歪体は、厚さ方向における端面である第一主表面と、その第一主表面と反対の第二主表面との歪率が異なる。
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明よれば、上記記載のモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法であって、電界上昇速度が０．１（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以上５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以下で、最大電界が２ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下となるように電界を上昇させ、最大電界を印加する分極処理を圧電／電歪体に施すモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子は、異種材料と接合したり、傾斜組成材料としたりせずに、分極処理後に湾曲した形状を有する。異種材料と接合しないため、熱膨張差によってクラックが生じることがない。また傾斜組成材料を使用しないため、製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１５】
本明細書にいう「圧電／電歪磁器組成物（圧電セラミックス）」とは、圧電／電歪部（圧電／電歪体）を形成するために用いられる圧電／電歪材料であって、分極処理されることによって圧電／電歪特性を発現するものをいう。
【００１６】
この圧電／電歪磁器組成物は、Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、その結晶構造が、相転移点を境に立方晶、正方晶、斜方晶と可逆的に相転移し得るセラミックス材料である。より具体的には、圧電／電歪磁器組成物は、高温条件下では立方晶であり、温度下降に伴って第一の相転移点において立方晶から正方晶へと変化する。なおも温度下降させると、第二の相転移点を境に正方晶から斜方晶へと相転移する。
【００１７】
後述する圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪部は、この圧電／電歪磁器組成物を焼成してなる圧電／電歪体を、立方晶から正方晶と結晶構造が変化する第一の相転移点よりも低温の温度領域で、所定の上昇速度で電界（電圧）を印加する分極処理によって形成される。なお、圧電／電歪体の第一の相転移点は、その組成にもよるが、通常、２５０℃〜４５０℃であり、正方晶から斜方晶へと結晶構造が変化する第二の相転移点は、−３０〜１５０℃である。本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子の圧電／電歪部は、第一の相転移点よりも低い所定の温度範囲内で、所定の上昇速度で電界を上昇させて分極処理されたものであるために、優れた圧電／電歪特性を発揮する。
【００１８】
本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪体は、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有して自発分極を生じる圧電／電歪磁器組成物を焼成してなる圧電／電歪体であれば、その組成は特に限定されないが、具体的にはＮｂ、Ｔａ、及びアルカリ金属元素をそれぞれ含有する化合物を混合して得られた下記一般式（１）で表されるものを挙げることができる。
Ａ１（ＮｂｘＴａｙ）Ｏ３−δ （１）
（但し、前記一般式（１）中、ＡはＬｉ、Ｎａ、及びＫからなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素であり、０．７≦（ｘ＋ｙ）＜１．０である）
【００１９】
前記一般式（１）で表された混合物を仮焼することにより、それを構成する金属元素の割合（モル比）が非化学量論組成比で表される、本実施形態の圧電／電歪磁器組成物を得ることができる。「ｘ＋ｙ」の値が０．７未満であると、過剰になったアルカリ金属元素が固溶しきれずに別の化合物が形成されたり、焼結体表面に炭酸塩等として析出して絶縁抵抗が低下したりする傾向にある。一方、「ｘ＋ｙ」の値が１．０以上であると、焼結性が低下し、自形を生じる等して焼成面の緻密化度が低下し易くなる傾向にある。なお、「ｘ＋ｙ」の値は、０．７≦（ｘ＋ｙ）≦０．９９５であることが更に好ましく、０．９０≦（ｘ＋ｙ）≦０．９９であることが特に好ましく、０．９５≦（ｘ＋ｙ）≦０．９９であることが最も好ましい。
【００２０】
本実施形態の圧電／電歪磁器組成物においては、前記一般式（１）中、Ａが下記一般式（２）で表されるとともに、ｘ及びｙの範囲がそれぞれ０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１であることが好ましく、０．５≦ｘ≦０．９５、０．０５≦ｙ≦０．５であることが更に好ましい。
ＬｉａＮａｂＫｃ （２）
（但し、前記一般式（２）中、０＜ａ≦０．５、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１である）
【００２１】
なお、本実施形態の圧電／電歪磁器組成物においては、前記一般式（１）中のＢサイト（構成金属元素として、Ｎｂ及びＴａが含まれるサイト）に、ＮｂとＴａ以外の遷移金属元素が含まれていてもよい。ＮｂとＴａ以外の遷移金属元素としては、例えばＶ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｚｎ等を挙げることができる。
【００２２】
また、本実施形態の圧電／電歪磁器組成物は、Ｓｂを更に含むものであることが、発生する歪量がより大きく、更に優れた圧電／電歪特性を示す圧電／電歪素子を得ることが可能となるために好ましい。Ｓｂを更に含む圧電／電歪磁器組成物を製造するには、例えば、下記一般式（３）で表される組成中の金属元素の割合（モル比）を満たすように、これらの金属元素を含有する化合物を混合して混合物を得る。得られた混合物を仮焼することにより、Ｓｂを更に含む本実施形態の圧電／電歪磁器組成物を製造することができる。
Ａ１（ＮｂｘＴａｙＳｂｚ）Ｏ３−δ （３）
（但し、前記一般式（３）中、ＡはＬｉ、Ｎａ、及びＫからなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素であり、０．７≦（ｘ＋ｙ）＜１．０、０＜ｚ＜１である）
【００２３】
圧電／電歪素子の圧電／電歪部を形成するために用いられる圧電／電歪磁器組成物を製造するには、先ず、圧電／電歪磁器組成物の組成中の各金属元素の割合（モル比）を満たすように、それぞれの金属元素を含有する化合物を秤量し、ボールミル等の混合方法により混合して混合スラリーを得る。なお、それぞれの金属元素を含有する化合物の種類は特に限定されないが、各金属元素の酸化物、又は炭酸塩等が好適に用いられる。
【００２４】
得られた混合スラリーを、乾燥器を使用するか、又は濾過等の操作によって乾燥することにより、混合原料を得ることができる。得られた混合原料を仮焼、及び必要に応じて粉砕することにより、圧電／電歪磁器組成物を得ることができる。なお、仮焼は７５０〜１０００℃の温度で行えばよい。また、粉砕はボールミル等の方法により行えばよい。次いで、得られた圧電／電歪磁器組成物を、必要に応じて適当な形状に成形・焼成・加工・電極形成した後、後述する特定条件下で分極処理すれば、圧電／電歪部とすることができる。なお、焼成は９００〜１２００℃の温度で行えばよい。
【００２５】
圧電／電歪部を構成する結晶粒子の平均粒径は、１〜１５μｍであることが好ましい。平均粒径が１μｍ未満であると、圧電／電歪部中で分域が十分に発達しない場合があるため、圧電特性の低下を生ずる場合がある。一方、平均粒径が１５μｍ超であると、圧電／電歪部中の分域は十分に発達する反面、分域が動き難くなり、圧電／電歪特性が小さくなる場合がある。
【００２６】
さらに、表面の粗さＲａ（算術平均粗さ）が、０．２μｍ以上１μｍ以下となるように形成するとよい。このような圧電／電歪体を利用して後述する分極処理を施すことにより、分極処理後に電界を印加しない状態において湾曲形状を示し、モノモルフ型の挙動を示す圧電／電歪部とすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態の圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪部及び電極は、その形状を種々の形状とすることができる。具体的にはブロック状のもの（いわゆるバルク体）や、シート状（膜状）のもの等を好適例として挙げることができる。
【００２８】
次に圧電／電歪部を形成するために用いられる圧電／電歪体の分極処理について説明する。圧電／電歪体２は、上述してきた本発明の実施形態であるいずれかの圧電／電歪磁器組成物を焼成してなるものである。即ち、本実施形態の圧電／電歪素子１の圧電／電歪体２は、Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなり、Ｎｂ、Ｔａ、及びアルカリ金属元素の割合（モル比）が非化学量論組成比で表される圧電／電歪磁器組成物を焼成してなるものである。図１に示すように、適当な形状（例えば、角板状）に成形された圧電／電歪体２に、２〜１０ｋＶ／ｍｍで１５分間直流電界を印加する。この場合、電界上昇速度は、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃで行うとよい。印加する直流電界の変化を図２に示す。
【００２９】
前述の条件にて電界を上昇させて直流電界を印加する分極処理を行うことにより、角板状の圧電／電歪体を湾曲させることができる。例えば、１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの角板状の圧電／電歪体では、５ｋＶ／ｍｍで１５分間直流電界を印加することにより、１２ｍｍ方向の湾曲度を、曲率半径Ｒ＝１.８ｍ（反り量１０μｍ）〜３６ｍ（反り量０．５μｍ）とすることができる。
【００３０】
このように、電界上昇速度を、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃとすることにより、分極処理による分極が表面から一定の範囲に留まり、内部における自発分極が一定方向に揃わず、試料を湾曲した形状とすることができる。
【００３１】
図３に本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子として圧電／電歪素子１、図４に従来の圧電／電歪素子５２を示す。圧電／電歪素子１は、前述の粒径、表面の粗さＲａ、分極処理によって形成された圧電／電歪体２を圧電／電歪部とし、圧電／電歪部２の厚さ方向における両端面である第一主表面（分極プラス面）２ａと第二主表面（分極グランド面）２ｂとに電極４，５が形成されている。
【００３２】
本実施形態の圧電／電歪素子１においては、電極４，５の材質として、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を挙げることができる。中でも、圧電／電歪部を焼成する際の耐熱性が高い点で、白金、又は白金を主成分とする合金が好ましい。また、より低い焼成温度で圧電／電歪部が形成され得ることからみれば、Ａｇ−Ｐｄ等の合金も好適に用いることができる。
【００３３】
圧電／電歪素子１は、図３に示すように湾曲した形状を示し、素子として使用する場合に電界（電圧）を印加すると平板状となる。一方、図４に示すように、従来の圧電／電歪素子５２は、定常状態（電界を印加しない状態）において平板状であり、素子として使用する場合に電界を印加すると、湾曲した形状を示す。本発明の圧電／電歪素子１は、定常状態において、所定の曲率を有する面となることで、例えば、焦点調節機構などに利用することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各種物性値の測定方法、及び諸特性の評価方法を以下に示す。
【００３５】
［歪率（電界誘起歪）］：電極上に歪ゲージを貼付し、４ｋＶ／ｍｍの電界を印加した場合における、電界と垂直な方向の歪量を歪率（電界誘起歪）（ｐｐｍ）として測定した。
【００３６】
（実施例１〜３）
所定量のＬｉ２ＣＯ３、Ｃ４Ｈ５Ｏ６Ｎａ・Ｈ２Ｏ、Ｃ４Ｈ５Ｏ６Ｋ、Ｎｂ２Ｏ５、及びＴａ２Ｏ５を、アルコール中で１６時間混合して混合物を調製した。得られた混合物を、７５０〜８５０℃、５時間仮焼した後、ボールミルで粉砕することにより、その組成が「｛Ｌｉｙ（Ｎａ１−ｘＫｘ）１−ｙ｝ａ（Ｎｂ１−ｚＴａｚ）Ｏ３（但し、ａ＝１．００〜１．０２５、ｘ＝０．３〜０．６５、ｙ＝０．０４〜０．０８、及びｚ＝０．０８２）」で表される圧電／電歪磁器組成物（相転移点＝６８℃）を調製した。得られた圧電／電歪磁器組成物を使用し、２ｔ／ｃｍ２の圧力で直径２０ｍｍ×厚み６ｍｍの大きさに圧粉成形して圧粉成形体を得た。得られた圧粉成形体をアルミナ容器内に収納し、９００〜１２００℃で３時間焼成して焼成体を得た。得られた焼成体を、１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの大きさに加工した。焼成体の平均粒径は、５〜１０μｍ、分極プラス面２ａ、分極グランド面２ｂの表面粗さＲａ（算術平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）は、約０.５μｍとして形成した。なお、表面粗さＲａの基準長さは、１０ｍｍである。また焼成体は、正方晶／斜方晶の混晶であり、室温において主として正方晶の結晶構造となっていた。分極プラス面２ａ、分極グランド面２ｂの両面にＡｕスパッタ電極を作製し、これを２５〜１２０℃のシリコンオイル中に浸漬するとともに、電極間に、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃの上昇速度により、２〜１０ｋＶ／ｍｍで１５分間直流電界を印加して分極処理を行った。
【００３７】
得られた圧電／電歪素子（実施例１〜３）に４ｋＶ／ｍｍの電界を印加して、試料両面（分極プラス面２ａ、分極グランド面２ｂ）の歪率を測定した。電界を印加する事で分極プラス面２ａと分極グランド面２ｂの両面が共に縮み、その歪率は、表面（分極プラス面２ａ）が、０〜２００ｐｐｍ、裏面（分極グランド面２ｂ）が、８５０〜１０００ｐｐｍとなり、歪率に大きな差を有する試料が得られた。この表面と裏面の歪率差を表１に示す。
【００３８】
（比較例１〜３）
２５〜１２０℃のシリコンオイル中に浸漬して分極処理し、前述の実施例１〜３の場合と同様の操作により圧電／電歪素子（比較例１〜３）の歪率を測定した。比較例１は、平均粒径、比較例２は、表面粗さ、比較例３は、分極時の電界上昇速度が、実施例１〜３において規定された範囲外とされている。得られた圧電／電歪素子（比較例１〜３）に４ｋＶ／ｍｍの電界を印加した時の歪率差を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
なお、表１中の反り量は、図５に示すように、分極後の試料を分極プラス面２ａを上にし、その長辺方向（１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの形状における１２ｍｍの方向）の１０ｍｍ分の形状を表面粗さ計にて測定し、得られた凹状のプロファイルの両端を結んだ線とプロファイルの底部の距離を反り量とした。実施例１〜３は、比較例１〜３よりも分極後の反り量が増大した。
【００４１】
また比較例１〜３では、４ｋＶ／ｍｍの電界を印加した時の表面と裏面の歪率差が１０〜３０ｐｐｍであるのに対し、実施例１〜３では、７８０〜８５０ｐｐｍとなり、表面と裏面の歪率が大きく異なっている。
【００４２】
（実施例４〜１８，比較例４〜１１）
前述の実施例１〜３の場合と同様の操作により、分極時電界上昇速度、分極電界を変化させて圧電／電歪素子の歪率を測定した。
【００４３】
【表２】
【００４４】
実施例４〜１８は、分極電界を２〜１０ｋＶ／ｍｍの範囲で変化させたものであるが、いずれも歪率差が大きくなった。しかし、分極電界を１２ｋＶ／ｍｍとした比較例４〜６は、破壊され、分極電界を１ｋＶ／ｍｍとした比較例７〜９は、あまり大きな歪率差を示さなかった。また、分極時電界上昇速度を０．０５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃと小さくした比較例１０、１０（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃと大きくした比較例１１もあまり大きな歪率差を示さなかった。したがって、分極時電界上昇速度は、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ、分極電界は、２〜１０ｋＶ／ｍｍであることが望ましいことが示された。
【００４５】
（実施例１９〜２４，比較例１２）
平均粒径を変化させた試料を用意し、同様の測定を行った。
【００４６】
【表３】
【００４７】
平均粒径を３〜１０μｍの範囲とした実施例１９〜２４は、いずれも大きな歪率差を示したのに対し、平均粒径を０．５μｍとした比較例１２では、大きな歪率差を示さなかった。
【００４８】
（実施例２５〜３０）
平均粒径及び表面粗さを変化させた試料を用意し、同様の測定を行った。
【００４９】
【表４】
【００５０】
平均粒径を３〜１０μｍ及び表面粗さを０．２〜１μｍとした実施例２５〜３０は、いずれも大きな歪率差を示した。
【００５１】
つまり、粒径、表面粗さ、及び分極処理条件を規定することにより、分極後処理後の形状が湾曲形状となり、試料の表面と裏面との歪率が異なるモノモルフ型圧電／電歪素子が得られた。これは、上記範囲にて規定された条件で試料を作製することにより、分極が厚み方向において、途中までしか進行しないためではないかと推定される。
【００５２】
以上のように、前述の平均粒径及び表面粗さを有する圧電／電歪体を、所定の上昇速度による電界を印加して分極処理することにより、分極処理後に電界を印加しない状態において湾曲し、電界を印加すると平板状となる圧電／電歪体を製造することができる。つまり、異種材料と接合したり、傾斜組成材料を使用したりせずに、モノモルフ型圧電／電歪素子が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子は、優れた圧電／電歪特性を示すものであり、アクチュエータ、センサ等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】分極処理を説明する説明図である。
【図２】印加する電界の変化を説明する図である。
【図３】本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子を示す図である。
【図４】従来のモノモルフ型圧電／電歪素子を示す図である。
【図５】反り量の定義を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：圧電／電歪素子、２：圧電／電歪体（圧電／電歪部）、２ａ：第一主表面（分極プラス面）、２ｂ：第二主表面（分極グランド面）、４，５：電極、５２：圧電／電歪素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノモルフ型圧電／電歪素子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サブミクロンのオーダーで微小変位を制御できる素子として、圧電／電歪素子が知られている。特に、セラミックスからなる基体上に、圧電／電歪磁器組成物（以下、単に「圧電セラミックス」ともいう）からなる圧電／電歪部と、電圧が印加される電極部とを積層した圧電／電歪素子は、微小変位の制御に好適であることの他、高電気機械変換効率、高速応答性、高耐久性、及び省消費電力等の優れた特性を有するものである。これらの圧電／電歪素子は圧電型圧力センサ、走査型トンネル顕微鏡のプローブ移動機構、超精密加工装置における直進案内機構、油圧制御用サーボ弁、ＶＴＲ装置のヘッド、フラットパネル型の画像表示装置を構成する画素、又はインクジェットプリンタのヘッド等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
また、圧電／電歪部を構成する圧電セラミックスについても、種々検討がなされている。例えば、近年、酸性雨による鉛（Ｐｂ）の溶出等、地球環境に及ぼす影響が問題視される傾向にあるため、環境に対する影響を考慮した圧電／電歪材料として、鉛（Ｐｂ）を含有しなくとも良好な圧電／電歪特性を示す圧電／電歪体や圧電／電歪素子を提供可能な（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３系の圧電セラミックスの開発がなされている。
【０００４】
圧電セラミックスは強誘電体であるため、電子機器等に組み込んでその性質（圧電特性）を利用するには、分極処理を実施する必要がある。この分極処理とは、高電圧を印加して自発分極の向きを特定方向に揃える処理をいい、圧電セラミックスに適当な温度条件下で電圧印加すること等により実施される。すなわち、強誘電体は、自発分極による電荷の偏りによって複数の分域（ドメイン）が存在し、圧電セラミックスは、強誘電体のドメインの方向を一定の方向に揃える分極処理を施したものである。
【０００５】
圧電セラミックスを利用した圧電／電歪素子には、金属板などの異種材料を接合し、片面に拘束力を持たせたものがある。このような圧電／電歪素子は、異種材料と接合させる接合するための焼成時に、圧電材料と金属板との熱膨張率差により、焼結体にクラックが生じる。また使用中においても圧電セラミックスの発熱によって温度が上昇し、圧電材料と金属板の熱膨張率差によりクラックが生じ特性が劣化する。
【０００６】
そこで、厚み方向の組成を連続的に変化させ、傾斜材料とすることで、特性を連続的に変化させたモノモルフ型アクチュエータが開示されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２３９１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、傾斜組成材料とするためには、組成の異なる粉末を数種類準備する必要があり、製造コストの増大を招きやすい。
【０００９】
そこで、異種材料と接合したり、傾斜組成材料を利用したりせずに、製造コストの増大を防いだモノモルフ型圧電／電歪素子が望まれている。本発明の課題は、ょうスく非鉛系圧電／電歪多結晶体によって構成されたモノモルフ型圧電／電歪素子、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明によれば、Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有する圧電／電歪磁器組成物からなり、分極処理を施されることによって、相転移点よりも低温において分極処理前よりも湾曲度が大きい湾曲形状とされる圧電／電歪体により構成されたモノモルフ型圧電／電歪素子が提供される。
【００１１】
そして、圧電／電歪体は、厚さ方向における端面である第一主表面と、その第一主表面と反対の第二主表面との歪率が異なる。
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明よれば、上記記載のモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法であって、電界上昇速度が０．１（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以上５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以下で、最大電界が２ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下となるように電界を上昇させ、最大電界を印加する分極処理を圧電／電歪体に施すモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子は、異種材料と接合したり、傾斜組成材料としたりせずに、分極処理後に湾曲した形状を有する。異種材料と接合しないため、熱膨張差によってクラックが生じることがない。また傾斜組成材料を使用しないため、製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１５】
本明細書にいう「圧電／電歪磁器組成物（圧電セラミックス）」とは、圧電／電歪部（圧電／電歪体）を形成するために用いられる圧電／電歪材料であって、分極処理されることによって圧電／電歪特性を発現するものをいう。
【００１６】
この圧電／電歪磁器組成物は、Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、その結晶構造が、相転移点を境に立方晶、正方晶、斜方晶と可逆的に相転移し得るセラミックス材料である。より具体的には、圧電／電歪磁器組成物は、高温条件下では立方晶であり、温度下降に伴って第一の相転移点において立方晶から正方晶へと変化する。なおも温度下降させると、第二の相転移点を境に正方晶から斜方晶へと相転移する。
【００１７】
後述する圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪部は、この圧電／電歪磁器組成物を焼成してなる圧電／電歪体を、立方晶から正方晶と結晶構造が変化する第一の相転移点よりも低温の温度領域で、所定の上昇速度で電界（電圧）を印加する分極処理によって形成される。なお、圧電／電歪体の第一の相転移点は、その組成にもよるが、通常、２５０℃〜４５０℃であり、正方晶から斜方晶へと結晶構造が変化する第二の相転移点は、−３０〜１５０℃である。本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子の圧電／電歪部は、第一の相転移点よりも低い所定の温度範囲内で、所定の上昇速度で電界を上昇させて分極処理されたものであるために、優れた圧電／電歪特性を発揮する。
【００１８】
本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪体は、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有して自発分極を生じる圧電／電歪磁器組成物を焼成してなる圧電／電歪体であれば、その組成は特に限定されないが、具体的にはＮｂ、Ｔａ、及びアルカリ金属元素をそれぞれ含有する化合物を混合して得られた下記一般式（１）で表されるものを挙げることができる。
Ａ１（ＮｂｘＴａｙ）Ｏ３−δ （１）
（但し、前記一般式（１）中、ＡはＬｉ、Ｎａ、及びＫからなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素であり、０．７≦（ｘ＋ｙ）＜１．０である）
【００１９】
前記一般式（１）で表された混合物を仮焼することにより、それを構成する金属元素の割合（モル比）が非化学量論組成比で表される、本実施形態の圧電／電歪磁器組成物を得ることができる。「ｘ＋ｙ」の値が０．７未満であると、過剰になったアルカリ金属元素が固溶しきれずに別の化合物が形成されたり、焼結体表面に炭酸塩等として析出して絶縁抵抗が低下したりする傾向にある。一方、「ｘ＋ｙ」の値が１．０以上であると、焼結性が低下し、自形を生じる等して焼成面の緻密化度が低下し易くなる傾向にある。なお、「ｘ＋ｙ」の値は、０．７≦（ｘ＋ｙ）≦０．９９５であることが更に好ましく、０．９０≦（ｘ＋ｙ）≦０．９９であることが特に好ましく、０．９５≦（ｘ＋ｙ）≦０．９９であることが最も好ましい。
【００２０】
本実施形態の圧電／電歪磁器組成物においては、前記一般式（１）中、Ａが下記一般式（２）で表されるとともに、ｘ及びｙの範囲がそれぞれ０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１であることが好ましく、０．５≦ｘ≦０．９５、０．０５≦ｙ≦０．５であることが更に好ましい。
ＬｉａＮａｂＫｃ （２）
（但し、前記一般式（２）中、０＜ａ≦０．５、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１である）
【００２１】
なお、本実施形態の圧電／電歪磁器組成物においては、前記一般式（１）中のＢサイト（構成金属元素として、Ｎｂ及びＴａが含まれるサイト）に、ＮｂとＴａ以外の遷移金属元素が含まれていてもよい。ＮｂとＴａ以外の遷移金属元素としては、例えばＶ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｚｎ等を挙げることができる。
【００２２】
また、本実施形態の圧電／電歪磁器組成物は、Ｓｂを更に含むものであることが、発生する歪量がより大きく、更に優れた圧電／電歪特性を示す圧電／電歪素子を得ることが可能となるために好ましい。Ｓｂを更に含む圧電／電歪磁器組成物を製造するには、例えば、下記一般式（３）で表される組成中の金属元素の割合（モル比）を満たすように、これらの金属元素を含有する化合物を混合して混合物を得る。得られた混合物を仮焼することにより、Ｓｂを更に含む本実施形態の圧電／電歪磁器組成物を製造することができる。
Ａ１（ＮｂｘＴａｙＳｂｚ）Ｏ３−δ （３）
（但し、前記一般式（３）中、ＡはＬｉ、Ｎａ、及びＫからなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素であり、０．７≦（ｘ＋ｙ）＜１．０、０＜ｚ＜１である）
【００２３】
圧電／電歪素子の圧電／電歪部を形成するために用いられる圧電／電歪磁器組成物を製造するには、先ず、圧電／電歪磁器組成物の組成中の各金属元素の割合（モル比）を満たすように、それぞれの金属元素を含有する化合物を秤量し、ボールミル等の混合方法により混合して混合スラリーを得る。なお、それぞれの金属元素を含有する化合物の種類は特に限定されないが、各金属元素の酸化物、又は炭酸塩等が好適に用いられる。
【００２４】
得られた混合スラリーを、乾燥器を使用するか、又は濾過等の操作によって乾燥することにより、混合原料を得ることができる。得られた混合原料を仮焼、及び必要に応じて粉砕することにより、圧電／電歪磁器組成物を得ることができる。なお、仮焼は７５０〜１０００℃の温度で行えばよい。また、粉砕はボールミル等の方法により行えばよい。次いで、得られた圧電／電歪磁器組成物を、必要に応じて適当な形状に成形・焼成・加工・電極形成した後、後述する特定条件下で分極処理すれば、圧電／電歪部とすることができる。なお、焼成は９００〜１２００℃の温度で行えばよい。
【００２５】
圧電／電歪部を構成する結晶粒子の平均粒径は、１〜１５μｍであることが好ましい。平均粒径が１μｍ未満であると、圧電／電歪部中で分域が十分に発達しない場合があるため、圧電特性の低下を生ずる場合がある。一方、平均粒径が１５μｍ超であると、圧電／電歪部中の分域は十分に発達する反面、分域が動き難くなり、圧電／電歪特性が小さくなる場合がある。
【００２６】
さらに、表面の粗さＲａ（算術平均粗さ）が、０．２μｍ以上１μｍ以下となるように形成するとよい。このような圧電／電歪体を利用して後述する分極処理を施すことにより、分極処理後に電界を印加しない状態において湾曲形状を示し、モノモルフ型の挙動を示す圧電／電歪部とすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態の圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪部及び電極は、その形状を種々の形状とすることができる。具体的にはブロック状のもの（いわゆるバルク体）や、シート状（膜状）のもの等を好適例として挙げることができる。
【００２８】
次に圧電／電歪部を形成するために用いられる圧電／電歪体の分極処理について説明する。圧電／電歪体２は、上述してきた本発明の実施形態であるいずれかの圧電／電歪磁器組成物を焼成してなるものである。即ち、本実施形態の圧電／電歪素子１の圧電／電歪体２は、Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなり、Ｎｂ、Ｔａ、及びアルカリ金属元素の割合（モル比）が非化学量論組成比で表される圧電／電歪磁器組成物を焼成してなるものである。図１に示すように、適当な形状（例えば、角板状）に成形された圧電／電歪体２に、２〜１０ｋＶ／ｍｍで１５分間直流電界を印加する。この場合、電界上昇速度は、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃで行うとよい。印加する直流電界の変化を図２に示す。
【００２９】
前述の条件にて電界を上昇させて直流電界を印加する分極処理を行うことにより、角板状の圧電／電歪体を湾曲させることができる。例えば、１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの角板状の圧電／電歪体では、５ｋＶ／ｍｍで１５分間直流電界を印加することにより、１２ｍｍ方向の湾曲度を、曲率半径Ｒ＝１.８ｍ（反り量１０μｍ）〜３６ｍ（反り量０．５μｍ）とすることができる。
【００３０】
このように、電界上昇速度を、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃとすることにより、分極処理による分極が表面から一定の範囲に留まり、内部における自発分極が一定方向に揃わず、試料を湾曲した形状とすることができる。
【００３１】
図３に本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子として圧電／電歪素子１、図４に従来の圧電／電歪素子５２を示す。圧電／電歪素子１は、前述の粒径、表面の粗さＲａ、分極処理によって形成された圧電／電歪体２を圧電／電歪部とし、圧電／電歪部２の厚さ方向における両端面である第一主表面（分極プラス面）２ａと第二主表面（分極グランド面）２ｂとに電極４，５が形成されている。
【００３２】
本実施形態の圧電／電歪素子１においては、電極４，５の材質として、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を挙げることができる。中でも、圧電／電歪部を焼成する際の耐熱性が高い点で、白金、又は白金を主成分とする合金が好ましい。また、より低い焼成温度で圧電／電歪部が形成され得ることからみれば、Ａｇ−Ｐｄ等の合金も好適に用いることができる。
【００３３】
圧電／電歪素子１は、図３に示すように湾曲した形状を示し、素子として使用する場合に電界（電圧）を印加すると平板状となる。一方、図４に示すように、従来の圧電／電歪素子５２は、定常状態（電界を印加しない状態）において平板状であり、素子として使用する場合に電界を印加すると、湾曲した形状を示す。本発明の圧電／電歪素子１は、定常状態において、所定の曲率を有する面となることで、例えば、焦点調節機構などに利用することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各種物性値の測定方法、及び諸特性の評価方法を以下に示す。
【００３５】
［歪率（電界誘起歪）］：電極上に歪ゲージを貼付し、４ｋＶ／ｍｍの電界を印加した場合における、電界と垂直な方向の歪量を歪率（電界誘起歪）（ｐｐｍ）として測定した。
【００３６】
（実施例１〜３）
所定量のＬｉ２ＣＯ３、Ｃ４Ｈ５Ｏ６Ｎａ・Ｈ２Ｏ、Ｃ４Ｈ５Ｏ６Ｋ、Ｎｂ２Ｏ５、及びＴａ２Ｏ５を、アルコール中で１６時間混合して混合物を調製した。得られた混合物を、７５０〜８５０℃、５時間仮焼した後、ボールミルで粉砕することにより、その組成が「｛Ｌｉｙ（Ｎａ１−ｘＫｘ）１−ｙ｝ａ（Ｎｂ１−ｚＴａｚ）Ｏ３（但し、ａ＝１．００〜１．０２５、ｘ＝０．３〜０．６５、ｙ＝０．０４〜０．０８、及びｚ＝０．０８２）」で表される圧電／電歪磁器組成物（相転移点＝６８℃）を調製した。得られた圧電／電歪磁器組成物を使用し、２ｔ／ｃｍ２の圧力で直径２０ｍｍ×厚み６ｍｍの大きさに圧粉成形して圧粉成形体を得た。得られた圧粉成形体をアルミナ容器内に収納し、９００〜１２００℃で３時間焼成して焼成体を得た。得られた焼成体を、１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの大きさに加工した。焼成体の平均粒径は、５〜１０μｍ、分極プラス面２ａ、分極グランド面２ｂの表面粗さＲａ（算術平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）は、約０.５μｍとして形成した。なお、表面粗さＲａの基準長さは、１０ｍｍである。また焼成体は、正方晶／斜方晶の混晶であり、室温において主として正方晶の結晶構造となっていた。分極プラス面２ａ、分極グランド面２ｂの両面にＡｕスパッタ電極を作製し、これを２５〜１２０℃のシリコンオイル中に浸漬するとともに、電極間に、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃの上昇速度により、２〜１０ｋＶ／ｍｍで１５分間直流電界を印加して分極処理を行った。
【００３７】
得られた圧電／電歪素子（実施例１〜３）に４ｋＶ／ｍｍの電界を印加して、試料両面（分極プラス面２ａ、分極グランド面２ｂ）の歪率を測定した。電界を印加する事で分極プラス面２ａと分極グランド面２ｂの両面が共に縮み、その歪率は、表面（分極プラス面２ａ）が、０〜２００ｐｐｍ、裏面（分極グランド面２ｂ）が、８５０〜１０００ｐｐｍとなり、歪率に大きな差を有する試料が得られた。この表面と裏面の歪率差を表１に示す。
【００３８】
（比較例１〜３）
２５〜１２０℃のシリコンオイル中に浸漬して分極処理し、前述の実施例１〜３の場合と同様の操作により圧電／電歪素子（比較例１〜３）の歪率を測定した。比較例１は、平均粒径、比較例２は、表面粗さ、比較例３は、分極時の電界上昇速度が、実施例１〜３において規定された範囲外とされている。得られた圧電／電歪素子（比較例１〜３）に４ｋＶ／ｍｍの電界を印加した時の歪率差を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
なお、表１中の反り量は、図５に示すように、分極後の試料を分極プラス面２ａを上にし、その長辺方向（１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの形状における１２ｍｍの方向）の１０ｍｍ分の形状を表面粗さ計にて測定し、得られた凹状のプロファイルの両端を結んだ線とプロファイルの底部の距離を反り量とした。実施例１〜３は、比較例１〜３よりも分極後の反り量が増大した。
【００４１】
また比較例１〜３では、４ｋＶ／ｍｍの電界を印加した時の表面と裏面の歪率差が１０〜３０ｐｐｍであるのに対し、実施例１〜３では、７８０〜８５０ｐｐｍとなり、表面と裏面の歪率が大きく異なっている。
【００４２】
（実施例４〜１８，比較例４〜１１）
前述の実施例１〜３の場合と同様の操作により、分極時電界上昇速度、分極電界を変化させて圧電／電歪素子の歪率を測定した。
【００４３】
【表２】
【００４４】
実施例４〜１８は、分極電界を２〜１０ｋＶ／ｍｍの範囲で変化させたものであるが、いずれも歪率差が大きくなった。しかし、分極電界を１２ｋＶ／ｍｍとした比較例４〜６は、破壊され、分極電界を１ｋＶ／ｍｍとした比較例７〜９は、あまり大きな歪率差を示さなかった。また、分極時電界上昇速度を０．０５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃと小さくした比較例１０、１０（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃと大きくした比較例１１もあまり大きな歪率差を示さなかった。したがって、分極時電界上昇速度は、０．１〜５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ、分極電界は、２〜１０ｋＶ／ｍｍであることが望ましいことが示された。
【００４５】
（実施例１９〜２４，比較例１２）
平均粒径を変化させた試料を用意し、同様の測定を行った。
【００４６】
【表３】
【００４７】
平均粒径を３〜１０μｍの範囲とした実施例１９〜２４は、いずれも大きな歪率差を示したのに対し、平均粒径を０．５μｍとした比較例１２では、大きな歪率差を示さなかった。
【００４８】
（実施例２５〜３０）
平均粒径及び表面粗さを変化させた試料を用意し、同様の測定を行った。
【００４９】
【表４】
【００５０】
平均粒径を３〜１０μｍ及び表面粗さを０．２〜１μｍとした実施例２５〜３０は、いずれも大きな歪率差を示した。
【００５１】
つまり、粒径、表面粗さ、及び分極処理条件を規定することにより、分極後処理後の形状が湾曲形状となり、試料の表面と裏面との歪率が異なるモノモルフ型圧電／電歪素子が得られた。これは、上記範囲にて規定された条件で試料を作製することにより、分極が厚み方向において、途中までしか進行しないためではないかと推定される。
【００５２】
以上のように、前述の平均粒径及び表面粗さを有する圧電／電歪体を、所定の上昇速度による電界を印加して分極処理することにより、分極処理後に電界を印加しない状態において湾曲し、電界を印加すると平板状となる圧電／電歪体を製造することができる。つまり、異種材料と接合したり、傾斜組成材料を使用したりせずに、モノモルフ型圧電／電歪素子が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子は、優れた圧電／電歪特性を示すものであり、アクチュエータ、センサ等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】分極処理を説明する説明図である。
【図２】印加する電界の変化を説明する図である。
【図３】本発明のモノモルフ型圧電／電歪素子を示す図である。
【図４】従来のモノモルフ型圧電／電歪素子を示す図である。
【図５】反り量の定義を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：圧電／電歪素子、２：圧電／電歪体（圧電／電歪部）、２ａ：第一主表面（分極プラス面）、２ｂ：第二主表面（分極グランド面）、４，５：電極、５２：圧電／電歪素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有する圧電／電歪磁器組成物からなり、分極処理を施されることによって、前記相転移点よりも低温において前記分極処理前よりも湾曲度が大きい湾曲形状とされる圧電／電歪体により構成されたモノモルフ型圧電／電歪素子。
【請求項２】
前記圧電／電歪体は、厚さ方向における端面である第一主表面と、その第一主表面と反対の第二主表面との歪率が異なる請求項１に記載のモノモルフ型圧電／電歪素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法であって、
電界上昇速度が０．１（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以上５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以下で、最大電界が２ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下となるように電界を上昇させ、前記最大電界を印加する分極処理を前記圧電／電歪体に施すモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法。
【請求項１】
Ｎｂ、Ｔａ、及び一種以上のアルカリ金属元素を少なくとも含んでなる非鉛系圧電／電歪結晶体であり、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有する圧電／電歪磁器組成物からなり、分極処理を施されることによって、前記相転移点よりも低温において前記分極処理前よりも湾曲度が大きい湾曲形状とされる圧電／電歪体により構成されたモノモルフ型圧電／電歪素子。
【請求項２】
前記圧電／電歪体は、厚さ方向における端面である第一主表面と、その第一主表面と反対の第二主表面との歪率が異なる請求項１に記載のモノモルフ型圧電／電歪素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法であって、
電界上昇速度が０．１（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以上５（ｋＶ／ｍｍ）／ｓｅｃ以下で、最大電界が２ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下となるように電界を上昇させ、前記最大電界を印加する分極処理を前記圧電／電歪体に施すモノモルフ型圧電／電歪素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１０９０７２（Ｐ２００８−１０９０７２Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７７６６２（Ｐ２００７−７７６６２）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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