[go: up one dir, main page]

JP2000127392A - Lead based dielectric ceramic and actuator employing it - Google Patents

Lead based dielectric ceramic and actuator employing it

Info

Publication number
JP2000127392A
JP2000127392A JP10326024A JP32602498A JP2000127392A JP 2000127392 A JP2000127392 A JP 2000127392A JP 10326024 A JP10326024 A JP 10326024A JP 32602498 A JP32602498 A JP 32602498A JP 2000127392 A JP2000127392 A JP 2000127392A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead
based dielectric
strain
dielectric ceramic
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10326024A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Zenichi Akiyama
善一 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP10326024A priority Critical patent/JP2000127392A/en
Publication of JP2000127392A publication Critical patent/JP2000127392A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a lead based dielectric ceramics generating a field induction strain suitably employed in an actuator by eliminating virgin strain and residual strain, setting Curie point higher than an actual working temperature and increasing displacement or strain being generated upon application of an electric field. SOLUTION: A lead based dielectric ceramics has principal composition shown by formula I where 0.065<=x<0.10, 0.60<y<0.80, 0.40>z>0.20 and Ba, Sr are partially substituted, as subcomponents, for lead. The lead based dielectric ceramics can be executed within a limited compositional range of PLZT ceramics and barium, strontium elements having substantially equal ion radius substitute for a part of lead element in order to limit the compositional range and to stabilize the characteristics.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界印加時に発生
する変位量の大きい鉛系誘電体セラミックスと該セラミ
ックスを用いたインクジェットプリンタヘッド等のアク
チュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lead-based dielectric ceramic which generates a large amount of displacement when an electric field is applied, and an actuator such as an ink jet printer head using the ceramic.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、インクジェットプリンタのインク
ジェットヘッド部等のアクチュエータとして、PZTセ
ラミックス等が用いられていた(例えば、特開昭6−3
20726号公報、特開昭7−132597号公報)
が、アクチュエータの更なる高性能化、高密度化のため
には、セラミックスの性能が十分とはいえなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, PZT ceramics or the like has been used as an actuator for an ink-jet head of an ink-jet printer (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 20726, JP-A-7-132597)
However, the performance of ceramics was not sufficient to further increase the performance and density of the actuator.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】鉛系誘電体セラミック
スに電界を印加すると電気歪みを生じる。この現象は逆
圧電効果による歪み、電歪効果による歪み、電界誘起強
制相転移による歪みの3種類が固体物理学からの知見か
ら説明されている。この様な弾性的な変形は電気機械変
換素子の固体アクチュエータとして工学的に重要なデバ
イス機能であり、その応用製品も多種にわたり存在して
いる。アクチュエータとして最も要求される特性は電界
印加時に発生する変位量、又はその変位量をもとの長さ
で除したところの歪み量が大きいことが要求される。
When an electric field is applied to a lead-based dielectric ceramic, electric distortion occurs. This phenomenon is explained by three types of strains from solid-state physics: strains due to the inverse piezoelectric effect, strains due to the electrostriction effect, and strains due to the electric-field-induced forced phase transition. Such elastic deformation is an important device function in terms of engineering as a solid actuator of an electromechanical transducer, and there are many types of applied products. The most required characteristic of the actuator is that the amount of displacement generated when an electric field is applied or the amount of distortion obtained by dividing the amount of displacement by the original length is large.

【0004】本発明は先の3種類の歪み現象を十分に吟
味し、その結果従来にない巨大歪みを与える材料の発見
に至った。逆圧電効果とは印加する電界強度に正比例し
た歪みを与えるものであり、ジルコン酸チタン酸鉛;P
ZTの名称で知られている材料がある。この歪みは0〜
20kV/cmの駆動において最大0.15%の歪みを
与える。電歪効果とは電界強度の二乗に比例した歪みを
与えマグネシウム酸ニオブ酸鉛−チタン酸鉛固溶体;P
MN−PZTの名称で知られている材料がある。この歪
み量は同様の条件で最大0.09%である。電界誘起強
制相転移は本発明者が「Jpn.J.Appl.Phy
s.Vol.36(1997)5997」に示した錫酸
鉛変性ジルコン酸チタン酸鉛(PNZST)の材料があ
り、この歪みは80kV/cm印加時に0.44%の歪
みを与える。これは従来のアクチュエータ材料に観られ
る歪みよりはるかに巨大な値である。
[0004] The present invention has thoroughly examined the above three types of distortion phenomena, and as a result, has found a material which gives an unprecedented large distortion. The inverse piezoelectric effect is to give a strain in direct proportion to the applied electric field strength, and lead zirconate titanate;
There is a material known under the name ZT. This distortion is 0
It gives a maximum of 0.15% distortion at 20 kV / cm drive. The electrostriction effect means that a strain proportional to the square of the electric field strength is given to lead magnesium niobate-lead titanate solid solution;
There is a material known under the name MN-PZT. This distortion amount is 0.09% at maximum under the same conditions. The present inventor has described the electric-field-induced forced phase transition in “Jpn.J. Appl.
s. Vol. 36 (1997) 5997 ", which is a lead stannate-modified lead zirconate titanate (PNZST) material. This strain gives 0.44% strain when 80 kV / cm is applied. This is a much larger value than the strain found in conventional actuator materials.

【0005】しかし強制相転移は歪み発生の閾値電界が
存在し、実用的な駆動環境下、概ね20kV/cm以下
では歪みを生じない。巨大歪みを得る目的で各種歪みの
起源を測定したところ各材料の歪みを限定するものはセ
ラミックスの分域運動に起因する処女歪みと残留歪みの
2種にあることがわかった。なお、「処女歪み」、「残
留歪み」については、後述する
[0005] However, the forced phase transition has a threshold electric field at which distortion occurs, and does not generate distortion under a practical driving environment at about 20 kV / cm or less. When the origin of various strains was measured for the purpose of obtaining a huge strain, it was found that there were two types of strains limiting the strain of each material: virgin strain and residual strain caused by domain motion of ceramics. The “virgin distortion” and “residual distortion” will be described later.

【0016】,[0016],

【0015】において詳述する。The details will be described in [0015].

【0006】これら2種の駆動電圧に不感な歪みを持た
ない電歪材料は有望であるものの、電歪材料はキュリー
点が室温付近に存在し少しの温度上昇に対しても変位量
が激減してしまうという不具合点を有している。例え
ば、先述のPMN−PT(組成0.9Pb(Mg1/3Nb
2/3)O3−0.1PbTiO3)のキュリー点は24℃に
存在し、50℃においては歪み量が半分になってしま
う。このことは歪み効果の減少と素子としての温度特性
が不十分であることを意味している。
Although an electrostrictive material having no insensitive distortion to these two drive voltages is promising, the electrostrictive material has a Curie point near room temperature and its displacement is drastically reduced even with a slight temperature rise. Has the disadvantage that For example, the aforementioned PMN-PT (composition 0.9 Pb (Mg 1/3 Nb)
The Curie point of 2/3 ) O 3 -0.1PbTiO 3 ) exists at 24 ° C., and at 50 ° C., the amount of strain is halved. This means that the distortion effect is reduced and the temperature characteristics of the element are insufficient.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、電界
誘起歪みを生じる鉛系誘電体セラミックスで、処女歪み
及び残留歪みをもたず、かつキュリー点が実使用温度以
上に存在することを特徴とする鉛系誘電体セラミックス
に関する。この鉛系誘電体セラミックスは、電歪材料の
特徴を持ち、かつ圧電的振る舞いを示す材料、換言すれ
ば処女歪み・残留歪みを持たず、かつキュリー点が室温
以上の70℃近辺に存在する鉛系誘電体セラミックスに
関するものである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a lead-based dielectric ceramic which generates an electric-field-induced strain, has no virgin strain and no residual strain, and has a Curie point higher than an actual use temperature. The present invention relates to a lead-based dielectric ceramic characterized by the following. This lead-based dielectric ceramic is a material having the characteristics of an electrostrictive material and exhibiting a piezoelectric behavior, in other words, having no virgin or residual strain, and having a Curie point at around 70 ° C. above room temperature. The present invention relates to a dielectric ceramic.

【0008】請求項2の発明は、請求項1記載の鉛系誘
電体セラミックスの主たる組成が下式
According to a second aspect of the present invention, the main composition of the lead-based dielectric ceramic according to the first aspect is represented by the following formula:

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】で示され、 0.065≦x<0.10、0.60<y<0.80、0.
40>z>0.20 の範囲の組成からなり、また副構成元素としてBa、S
rを鉛と一部置換させた鉛系誘電体セラミックスに関す
る。この鉛系誘電体セラミックスは、PLZTセラミッ
クスの限られた組成範囲にて実行できうるものであり、
その範囲を限定したもの、ならびに特性の安定化のため
に鉛元素の一部を同程度のイオン半径を有するバリウ
ム、ストロンチウム元素に置換、変性せしめた鉛系誘電
体セラミックスに関する。
0.065 ≦ x <0.10, 0.60 <y <0.80, 0.
40>z> 0.20, and Ba, S
The present invention relates to a lead-based dielectric ceramic in which r is partially substituted with lead. This lead-based dielectric ceramic can be implemented in a limited composition range of PLZT ceramic,
The present invention relates to a lead-based dielectric ceramic in which the range is limited, and a part of lead element is substituted and modified with barium or strontium element having the same ionic radius for stabilizing characteristics.

【0011】請求項3の発明は、請求項2のセラミック
スの相対密度が98%以上である鉛系誘電体セラミック
スに関する。この鉛系誘電体セラミックスは、セラミッ
クスの緻密さ、すなわち密度において特に98%以上、
好ましくは99.5%以上の緻密さを有することで特性
の向上が図られたものである。
[0011] The invention of claim 3 relates to a lead-based dielectric ceramic in which the relative density of the ceramic of claim 2 is 98% or more. This lead-based dielectric ceramic has a density of ceramics, that is, 98% or more, particularly, in density.
Preferably, the properties are improved by having a density of 99.5% or more.

【0012】請求項4の発明は、請求項1から3のいず
れか1項記載のセラミックスの抗折強度が80Mpa以
上である鉛系誘電体セラミックスに関する。この鉛系誘
電体セラミックスは、アクチュエータに応用することは
言うまでもないが、アクチュエータはその用途によりさ
まざまな形状に加工される。後述する形態においては特
にセラミックスの抗折強度が重要であり、この抗折強度
が大きいことが要求されてくる。ここで述べる抗折強度
とは通常の3点曲げ試験、ならびにその統計的な計算
(ワイブルプロット)により導かれる値である。特開平
6−320726号公報に示されるインクジェットヘッ
ドのアクチュエータは各ノズルに対応した柱状の加工が
施されている。またU.S.P.No.5,295,487で
は超音波診断用プローブに同様のアスペクト加工がなさ
れている。先述の特開平6−320726号公報では特
にアスペクト比(縦横比)が高く、その値は40にまで
達している。高いアスペクト比は変位量を稼ぐためのも
のであり、変位量増加には更なる向上が必要になる。ま
たは工程の歩留まり向上のため十分機械的強度を高める
必要がある。請求項4の発明はこの要請に答えるもので
ある。
[0012] The invention of claim 4 relates to a lead-based dielectric ceramic in which the ceramics according to any one of claims 1 to 3 has a flexural strength of 80 Mpa or more. Needless to say, this lead-based dielectric ceramic is applied to an actuator, but the actuator is processed into various shapes depending on the application. In the embodiment described later, the bending strength of the ceramic is particularly important, and it is required that the bending strength is large. The bending strength described herein is a value derived from a normal three-point bending test and its statistical calculation (Weibull plot). The actuator of the ink jet head disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-320726 has a columnar process corresponding to each nozzle. In U.S.P. Nos. 5, 295, and 487, a similar aspect process is performed on an ultrasonic diagnostic probe. In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-320726, the aspect ratio (aspect ratio) is particularly high, and its value reaches up to 40. The high aspect ratio is for increasing the amount of displacement, and further improvement is required for increasing the amount of displacement. Alternatively, it is necessary to sufficiently increase the mechanical strength in order to improve the yield of the process. The invention of claim 4 responds to this request.

【0013】請求項5の発明は、請求項1から4のいず
れか1項記載のセラミックスのセラミックス粒寸法が5
μm以下である鉛系誘電体セラミックスに関する。この
鉛系誘電体セラミックスは、アクチュエータに適用し、
高密度化を想定した場合にはアスペクト比とそれに関連
した横方向の最小加工寸法の両者が満たされなければな
らない。現状のダイサーによる加工ピッチは30μmが
最高値として認識されている。仮にアスペクト比40
で、横長さを30μmとした場合の彫り込み量(縦長
さ)は単純に1.2mmになる。この時、セラミックス
組織がある値の結晶粒(単に粒径と述べる)以上になる
と、極端に機械的強度が減少してしまう。請求項5の発
明はこの粒径を最適化させたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, the ceramic particle size of the ceramic according to any one of the first to fourth aspects is 5 or less.
The present invention relates to a lead-based dielectric ceramic having a size of not more than μm. This lead-based dielectric ceramic is applied to actuators,
Assuming higher densities, both the aspect ratio and its associated minimum lateral feature size must be met. The current processing pitch by the dicer is recognized as 30 μm as the maximum value. If the aspect ratio is 40
The engraving amount (vertical length) when the horizontal length is 30 μm is simply 1.2 mm. At this time, if the ceramic structure exceeds a certain value of crystal grains (hereinafter simply referred to as a particle size), the mechanical strength is extremely reduced. The invention of claim 5 optimizes this particle size.

【0014】請求項6の発明は、請求項1から5のいず
れか1項記載の鉛系誘電体セラミックスを電気機械変換
素子として用い、所望する形状に加工した後、振動板、
液室及び液室流路、ノズルを配置させることにより形成
される鉛系誘電体セラミックスに関する。このアクチュ
エータは、請求項1ないし5の鉛系誘電体セラミックス
の応用において好適なデバイスはインクジェットヘッド
部のアクチュエータである。請求項6はこの素子に応用
した時に、従来にない優れた特性を示すことに関するも
のである。
According to a sixth aspect of the present invention, the lead-based dielectric ceramic according to any one of the first to fifth aspects is used as an electromechanical conversion element, and is processed into a desired shape.
The present invention relates to a lead-based dielectric ceramic formed by disposing a liquid chamber, a liquid chamber flow path, and a nozzle. This actuator is preferably a device suitable for application of the lead dielectric ceramics according to claims 1 to 5 as an actuator of an ink jet head. Claim 6 relates to exhibiting unprecedented excellent characteristics when applied to this device.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1に残留歪みの例としてPLZ
T(6.0/80/20)とPLZT(7.0/80/2
0)の電界誘起歪み特性を示す。図1(A)はバイポー
ラ駆動させた場合の歪みである。PLZT(6.0/8
0/20)は圧電体であり、一方PLZT(7.0/8
0/20)は反強誘電体であり、この特性は電界誘起強
制相転移を示している。またこの組成においては相転移
電界強度は約25kV/cmに存在し、それ以下の電界
に対して変位は全く示さない。圧電体の最大歪み量は4
0kV/cmにおいて0.17%、また相転移の歪みは
0.12%である。図1(B)はアクチュエータとして
実際に駆動される条件に近いユニポーラ駆動の歪み特性
を示す。この時PLZT(6.0/80/20)は0.1
%、PLZT(7.0/80/20)は0.17%であ
り、アクチュエータ駆動においては後者の方が高い歪み
を与えている。このことは先の図1(A)において圧電
体は電界強度0において0.07%の歪みを示している
ことに起因している。この歪みを残留歪みと呼ぶ。従っ
て残留歪み量は駆動電圧に不感な歪み量である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows PLZ as an example of residual strain.
T (6.0 / 80/20) and PLZT (7.0 / 80/2)
0) shows the electric field induced strain characteristics. FIG. 1A shows distortion in the case of bipolar driving. PLZT (6.0 / 8
0/20) is a piezoelectric body, while PLZT (7.0 / 8)
0/20) is an antiferroelectric substance, and this characteristic indicates an electric field-induced forced phase transition. Further, in this composition, the phase transition electric field intensity exists at about 25 kV / cm, and no displacement is shown for an electric field lower than that. The maximum strain of the piezoelectric body is 4
At 0 kV / cm, it is 0.17%, and the strain of phase transition is 0.12%. FIG. 1B shows a distortion characteristic of unipolar driving which is close to a condition where the actuator is actually driven. At this time, PLZT (6.0 / 80/20) is 0.1.
% And PLZT (7.0 / 80/20) are 0.17%, and the latter gives higher distortion in driving the actuator. This is due to the fact that the piezoelectric body shown in FIG. 1A shows 0.07% distortion at an electric field intensity of 0. This distortion is called residual distortion. Therefore, the residual distortion amount is a distortion amount insensitive to the drive voltage.

【0016】図2に処女歪みの例としてPLZT(7.
5/75/25)とPLZT(7.0/80/20)の
最初の駆動電界に対する歪み応答を示す。図2(A)は
圧電体であり、電界強度0時に0.11%の歪みが存在
している。この値は先の残留歪みよりも大きく、それは
処女試料に最初の電界を印加することで圧電体(狭義の
強誘電体)分域の整列がなされ(これを分域処理とい
う)整列された分域は決して初期状態には戻らないこと
に起因している。この時整列することにより発生する歪
みを処女歪みと定義し、先の0.11%量は処女歪み0.
04%と残留歪み0.07からなると説明できる。
FIG. 2 shows PLZT (7.
5/75/25) and PLZT (7.0 / 80/20) show the strain response to the first drive field. FIG. 2A shows a piezoelectric body in which a strain of 0.11% exists at an electric field intensity of 0. This value is larger than the above-mentioned residual strain, which is obtained by applying the first electric field to the virgin sample, thereby aligning the domains of the piezoelectric substance (ferroelectric substance in a narrow sense) (this is called domain processing). The territory is due to never returning to the initial state. At this time, the distortion caused by the alignment is defined as virgin distortion.
It can be explained that it consists of 04% and residual strain of 0.07.

【0017】また処女歪みも駆動電圧に不感な歪み量で
ある。図2(B)は反強誘電体の例を示し、先述の図1
で残留歪みはないもののこの材料系では反強誘電体分域
の整列に伴う処女歪みが観察され、その値は0.07%
に達する。従ってこれら2種の歪みを持たない材料がア
クチュエータ応用に好ましい。なお、図2において、そ
の右側に示すバーの範囲は、活性歪み量の範囲を示し、
この範囲が大きいほどアクチュエータとして好ましい。
電歪材料はその歪みの起源として分域整列とは異なるた
め、これら問題を有さないことが推測される。しかし先
述のように温度特性を保有しているため、実用には即さ
ない。本発明は電歪効果の特徴を生かし、かつ温度特性
を向上させたものである。残留歪み、処女歪みは分域配
列による安定化エネルギーの付与により発生している。
従ってこの与えられるエネルギーより配列しない状態の
方が安定である状態に材料設計を行えば良い。
The virgin distortion is also a distortion amount insensitive to the drive voltage. FIG. 2B shows an example of an antiferroelectric substance, and FIG.
Although there is no residual strain, in this material system, virgin strain accompanying the alignment of the antiferroelectric domains was observed, and the value was 0.07%.
Reach Therefore, these two types of materials having no distortion are preferable for actuator applications. In FIG. 2, the range of the bar shown on the right side indicates the range of the amount of active strain,
The larger this range is, the more preferable the actuator is.
It is presumed that the electrostrictive material does not have these problems because the origin of the strain is different from the domain alignment. However, since it has temperature characteristics as described above, it is not practical. The present invention utilizes the characteristics of the electrostrictive effect and improves the temperature characteristics. Residual distortion and virgin distortion are generated by applying stabilizing energy by domain arrangement.
Therefore, the material should be designed in a state where the arrangement is more stable than the given energy.

【0018】また圧電体における処女歪みは残留歪みよ
りも少ない場合が多く、アクチュエータ動作上考慮しな
くても良い量が存在する。具体的には駆動電圧下におけ
る最大歪み量の5%以下が妥当であり、本発明では処女
歪みがこの5%以下のものまでを処女歪みを含まないと
定義する。PLZTセラミックスの鉛元素を他の元素で
置換し、特性の改善を行う。この時の材料候補として鉛
と同じイオン半径を有するバリウム、ストロンチウムが
好適であり、また副構成の意味するところは最大10%
までの置換に相当している。
In addition, the virgin distortion of the piezoelectric body is often smaller than the residual distortion, and there is an amount that does not need to be considered in the operation of the actuator. Specifically, 5% or less of the maximum distortion amount under the driving voltage is appropriate, and in the present invention, virgin distortion up to 5% or less is defined as not including virgin distortion. The lead element of PLZT ceramics is replaced with another element to improve the characteristics. Barium and strontium having the same ionic radius as lead are suitable as material candidates at this time, and the meaning of the sub-structure is up to 10%.
Corresponds to the substitution

【0019】本発明のセラミックスはセラミックスを構
成する元素の酸化物を化学両論比に基づき秤量し、固相
反応にて作製している。ただし鉛量は工程中の蒸発によ
る不足分を補うために、化学量論比に対して5mol%
過剰に仕込んでいる。これら作製手順は以下のように行
われる。所望する組成になるように各種酸化物を秤量・
混合し仮焼きを行い仮焼粉を得、本焼成を行いセラミッ
クスを得る。本焼成は2段階焼成を行うことで過不足な
く目的としたセラミックス組成材料が得られる。2段階
焼成とは固相反応を十分促進させる高温焼成(第1段
階)と試料に過剰鉛が存在した場合の過剰鉛の蒸発工程
として、第1段階より100℃程低い温度で比較的長い
処理時間にて実施される第2段階目の工程よりなされる
ものである。
The ceramic of the present invention is prepared by weighing the oxides of the elements constituting the ceramic based on the stoichiometric ratio and performing a solid phase reaction. However, the amount of lead is 5 mol% with respect to the stoichiometric ratio to compensate for the shortage due to evaporation during the process.
Overstocked. These manufacturing procedures are performed as follows. Weigh various oxides to obtain desired composition
The mixture is calcined to obtain a calcined powder, and the main firing is performed to obtain a ceramic. In the main firing, the target ceramic composition material can be obtained without excess or shortage by performing the two-stage firing. The two-step firing is a high-temperature firing (first step) that sufficiently promotes the solid-phase reaction and a step of evaporating excess lead in the case where excess lead is present in the sample. This is performed from the second step performed in time.

【0020】図3にアスペクト加工したアクチュエータ
とこれにインクジェットヘッド機能を付与させるべく、
振動板・液室及び液室流路・ノズルを配置させたものを
示す。なお、図3に関する詳細については、後述する
FIG. 3 shows an actuator subjected to an aspect processing and an ink jet head function added thereto.
This shows an arrangement in which a diaphragm, a liquid chamber, a liquid chamber flow path, and a nozzle are arranged. The details regarding FIG. 3 will be described later.

【0040】において詳述する。従来はアクチュエータに積
層圧電素子を用い、280μmピッチで150μmの圧
電体変位部、130μmの分離スペースにて長さ6mm
の加工が施されている(アスペクト比は40)。圧電体
の変位は分極方向と平行に電界が印加され、その時に発
生する電界印加方向と直行する方向の歪み(この場合、
マイナスの縮み変位)を利用している。圧電体の歪みは
分極軸に平行な電界を印加した時の印加電界と平行な変
位は、圧電定数d33で関連づけられ、その時の縦変位Δ
zは、 Δz=d33・V … (1) 印加電界と直交する変位は、圧電定数d31で関連づけら
れ、その時の横変位Δx、Δyは、 Δx=Δy Δx=x・d31E … (2) Eは電界強度であり、またd33=−2d31の関係が成り
立つ。
The details will be described below. Conventionally, a laminated piezoelectric element is used for the actuator, a piezoelectric displacement part of 150 μm at a pitch of 280 μm, and a length of 6 mm in a separation space of 130 μm.
(Aspect ratio is 40). An electric field is applied in parallel to the polarization direction by the displacement of the piezoelectric body, and the distortion in the direction perpendicular to the electric field application direction generated at that time (in this case,
Negative displacement). Distortion of the piezoelectric body parallel displacement and the applied electric field upon application of an electric field parallel to the polarization axis is associated with the piezoelectric constant d 33, the vertical displacement Δ at that time
z is Δz = d 33 · V (1) The displacement orthogonal to the applied electric field is related by a piezoelectric constant d 31 , and the lateral displacement Δx and Δy at that time are Δx = Δy Δx = x · d 31 E ( 2) E is the electric field strength, and the relationship of d 33 = −2d 31 is satisfied.

【0021】アクチュエータとして一般的な材料定数を
採用し、変位を試算すると以下のようになる。駆動電界
強度10kV/cm、PZT圧電定数d31=−300
(pm/V)、を(2)式に代入して−1.8μmを得
る。(2)式より変位を稼ぐには圧電定数の大きな材料
を用いるか、変位を与える構造体の長さ(xに相当)を
長く取るか、と電界強度の増加するかである。前者は本
発明の第1の実施例にて示される巨大歪み材量の採用が
相当し、第2者は高アスペクト比加工の実現に関連す
る。第3者は積層圧電体の採用で、現状は駆動回路周辺
の部品コストの制約により40V以下が妥当とみなさ
れ、40μm以下の厚さの積層圧電素子が用いられてい
る。換言すれば電界強度を稼ぐことは現状では限界に近
づきつつある。
A general material constant is adopted as the actuator, and the displacement is calculated as follows. Driving electric field strength 10 kV / cm, PZT piezoelectric constant d 31 = −300
(Pm / V) is substituted into equation (2) to obtain -1.8 [mu] m. According to the equation (2), the displacement can be obtained by using a material having a large piezoelectric constant, by increasing the length of the structure to give the displacement (corresponding to x), or by increasing the electric field strength. The former corresponds to the use of the large strain material amount shown in the first embodiment of the present invention, and the second relates to realization of high aspect ratio processing. The third is the adoption of a laminated piezoelectric element. At present, a voltage of 40 V or less is considered appropriate due to the restrictions on the cost of parts around the drive circuit, and a laminated piezoelectric element having a thickness of 40 μm or less is used. In other words, increasing electric field strength is approaching its limit at present.

【0022】材料加工を拘束させるものはセラミックス
材料の場合、抗折強度である。抗折強度は積層圧電素子
で内部電極に金属材料を用いた場合低下する。従って積
層素子を用いることはおのずと加工に制約を与えること
になる。インクジェットヘッドへの応用の場合、先述の
加工寸法では1インチ当たり90個のヘッド集積(90
dpi)になっている。近年、印字速度の高速化の要請
により、この集積度の向上が必須になっている。300
dpiの設計は85μmピッチで1ヘッドが作製され、
その85μmはアクチュエータ駆動部長さ40μm、素
子分離スペース45μmで実現される。また40μm駆
動部の設計においてはもはや積層圧電素子を使わなくと
も単層で実施可能になり、抗折強度向上の方からも好ま
しい。
In the case of a ceramic material, which restricts material processing, the bending strength is used. The transverse rupture strength decreases when a metal material is used for the internal electrodes in the laminated piezoelectric element. Therefore, the use of a laminated element naturally imposes restrictions on processing. In the case of application to an ink-jet head, 90 heads per inch (90
dpi). In recent years, the demand for higher printing speed has made it necessary to improve the degree of integration. 300
In the design of dpi, one head is manufactured at a pitch of 85 μm,
The length of 85 μm is realized by the actuator drive unit having a length of 40 μm and the element separation space of 45 μm. Further, in the design of the 40 μm drive unit, it can be implemented with a single layer without using a laminated piezoelectric element, which is preferable from the viewpoint of improving bending strength.

【0023】(実施例1)酸化鉛、酸化ランタン、酸化
ジルコニウム、酸化チタンを、
(Example 1) Lead oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide and titanium oxide were

【0024】[0024]

【数3】 (Equation 3)

【0025】で示され、 0.065≦x<0.10、0.60<y<0.80、0.
40>z>0.20 となる化学量論組成に対応して秤量した。酸化鉛はその
量論比の5%過剰にする。各種酸化物をエタノールを用
いた湿式ボールミル(ジルコニアボール使用)にて24
時間、粉砕・混合を行う。乾燥後、混合粉体を成形し8
50℃8時間、950℃、8時間の2段階の仮焼を行
い、先述のボールミル条件にて48時間処理を行った
後、乾燥しPLZT仮焼粉を得る。この粉にポリビニー
ルアルコールを0.5wt%添加し造粒を行った後成形
し、1250℃8時間の本焼成1を行い、その後115
0℃12時間から36時間の本焼成2を行いPLZTセ
ラミックスを得る。この様にして得たセラミックスの最
も好ましい特性を示した結果を図4に示す。残留歪み、
処女歪みの無い特性を示し、電界強度に対する歪み量の
比例定数(圧電定数に相当)は0−7kV/cm間でd
33=1430pm/Vに至った。またd31は−715p
m/Vであり、従来の圧電セラミックスの2.4倍に達
している。図5にキュリー点測定結果を示す。この材料
のキュリー点は約80℃に存在し、この値は室温より十
分高く、アクチュエータ駆動環境下では影響の無い湿度
に達している。
0.065 ≦ x <0.10, 0.60 <y <0.80, 0.8
It was weighed corresponding to the stoichiometric composition where 40>z> 0.20. Lead oxide makes up 5% of its stoichiometric excess. Various oxides were treated with a wet ball mill (using zirconia balls) using ethanol.
Pulverize and mix for time. After drying, the mixed powder is molded and 8
A two-stage calcination at 50 ° C. for 8 hours, 950 ° C. for 8 hours, and a treatment for 48 hours under the ball mill conditions described above, followed by drying to obtain a calcined PLZT powder. After adding 0.5 wt% of polyvinyl alcohol to the powder and granulating, the mixture was molded and subjected to main firing 1 at 1250 ° C. for 8 hours.
Main firing 2 is performed at 0 ° C. for 12 to 36 hours to obtain a PLZT ceramic. FIG. 4 shows the results showing the most preferable characteristics of the ceramics thus obtained. Residual strain,
It shows characteristics without virgin distortion, and the proportionality of the amount of distortion to electric field strength (corresponding to the piezoelectric constant) is between 0 and 7 kV / cm.
33 = 1430 pm / V. D 31 is -715p
m / V, which is 2.4 times that of conventional piezoelectric ceramics. FIG. 5 shows the Curie point measurement results. The Curie point of this material exists at about 80 ° C., which is sufficiently higher than room temperature, and reaches a humidity at which there is no effect under the actuator driving environment.

【0026】(実施例2)各種組成を変化させ先の実施
例1と同様な特性を示す組成範囲を調べた。その結果を
表1に示す。またPLZT(x/70/30)の系列で
Ba,Srの添加効果を表2に示す。
Example 2 A composition range showing the same characteristics as in Example 1 was examined by changing various compositions. Table 1 shows the results. Table 2 shows the effect of adding Ba and Sr in the PLZT (x / 70/30) series.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】表1の結果より、本発明の好ましい組成範
囲は、 0.07<x≦0.095、0.60<y<0.80、0.
40>z>0.20 の範囲になる。また鉛イオンより若干小さなイオン半径
を示すストロンチウムを部分置換した場合、ランタン濃
度の減少する範囲においても特性を示し、一方若干大き
なイオン半径を有するバリウムでの部分置換では、ラン
タン濃度の増加範囲においても、適合する特性を示す。
これらイオン半径に基づくセラミックスの構造制御、特
性の安定化の手法はここに挙げたストロンチウム、バリ
ウム以外のカルシウム元素を始めとする、他の金属元素
でも有効であることが推測される。なお、表2の結果よ
り添加元素効果を考慮した組成範囲は、 0.065≦x<0.10、0.60<y<0.80、0.
40>z>0.20 が該当する。
From the results shown in Table 1, the preferred composition range of the present invention is 0.07 <x ≦ 0.095, 0.60 <y <0.80, 0.8.
40>z> 0.20. In addition, when partially substituting strontium having an ionic radius slightly smaller than that of the lead ion, it exhibits characteristics even in the range where the lanthanum concentration decreases, while partial substitution with barium having a slightly larger ionic radius shows the characteristics even in the range where the lanthanum concentration increases. , Exhibit compatible properties.
It is presumed that these techniques for controlling the structure and stabilizing the properties of ceramics based on the ionic radius are also effective for other metal elements such as the calcium elements other than strontium and barium mentioned above. From the results in Table 2, the composition ranges in consideration of the effect of the added elements are 0.065 ≦ x <0.10, 0.60 <y <0.80, and 0.85.
40>z> 0.20.

【0030】(実施例3)PLZT(9/65/35)
組成で、焼成条件を変化させて相対密度の異なる各種試
料を作製した。焼成条件は通常焼結(試料A)、2段階
焼結(B)、ホットプレス焼成(C)、HIP(Hot Is
ostatic Press)焼成(D)、である。特にHIP焼成
は雰囲気をAr+酸素、酸素濃度2−20%、最終到達
温度950−1300℃、最終到達圧力30−150M
Pa、昇温降温速度200℃/hの条件の範囲において
相対密度100%の試料が得られた。各試料の相対密度
と特性の関係を表3に示す。
Example 3 PLZT (9/65/35)
Various samples having different relative densities were prepared by changing the firing conditions according to the composition. The firing conditions are usually sintering (sample A), two-step sintering (B), hot press firing (C), and HIP (Hot Is
ostatic Press) firing (D). In particular, in the HIP firing, the atmosphere is Ar + oxygen, the oxygen concentration is 2 to 20%, the final ultimate temperature is 950 to 1300 ° C., and the final ultimate pressure is 30 to 150 M.
A sample having a relative density of 100% was obtained in the range of Pa and a temperature rising / falling rate of 200 ° C./h. Table 3 shows the relationship between the relative density and the characteristics of each sample.

【0031】[0031]

【表3】 [Table 3]

【0032】この様に相対密度の増加に伴い特性の向上
がある。生産性の観点よりホットプレス、HIP焼成は
他の焼結圧力を制御しない通常の焼結法より複雑であり
好ましくないといえるものの、要求仕様に対して十分に
答えられうるものである。また2段階焼成は装置上の制
約も無く、簡便に高焼結体を得ることが可能といえる。
図6にPLZT(9/65/35)のHIP焼成品の電
界誘起歪み特性を示す。先の表3の値は電界強度7kV
/cm時の歪みより直線外挿した値である。
As described above, the characteristics are improved as the relative density increases. From the viewpoint of productivity, hot pressing and HIP sintering are more complicated and less preferable than ordinary sintering methods in which other sintering pressures are not controlled, but can sufficiently respond to required specifications. In addition, it can be said that the two-stage firing has no restriction on the apparatus and can easily obtain a high sintered body.
FIG. 6 shows the electric field induced strain characteristics of the HIP baked product of PLZT (9/65/35). The value in Table 3 above is the electric field strength of 7 kV.
/ Cm is the value extrapolated linearly from the distortion at the time of / cm.

【0033】(実施例4)セラミックスの抗折強度の測
定に当たり3点曲げ破壊試験を行った。試料点数10
点、ワイブルプロットより抗折強度の算定を行った。試
料は実施例3に示した各種焼成及び、焼成温度を変化さ
せ、評価に提した。一方、アスペクト加工は、焼結試料
を両面とも鏡面研磨を施し、試料厚さ1.0mm20m
m平方の試料形状に仕上げた後、ダイサーによる加工を
施した。切り出し間隔、280μm、セラミックス短冊
の短辺長150μm(ギャップ幅130μm)に固定
し、長辺長を1.5−15mm(0.5mmステップ)の
範囲で変化させている。これはアスペクト比10−10
0に相当する。各種アスペクト比に対して櫛歯状の短冊
を20片切り出し、評価1では切り出し後の無欠陥数
を、評価2では後述する後工程後の無欠陥数を勘定す
る。結果を表4に示す。また、高集積化を狙った狭ピッ
チ試料として次の寸法でも行った。すなわち、切り出し
間隔、84.7μm、セラミックス短冊の短辺長40μ
m(ギャップ幅44.7μm)に固定し、長辺長を40
0−4000μm(400μmステップ)の範囲で変化
させている。これはアスペクト比10−100に相当す
る。各種アスペクト比に対して櫛歯状の短冊を20片切
り出し、評価1では切り出し後の無欠陥数を、評価2で
は後述する後工程後の無欠陥数を勘定する。結果を表5
に示す。
Example 4 A three-point bending fracture test was performed to measure the bending strength of ceramics. Number of samples 10
The bending strength was calculated from the points and Weibull plot. The samples were subjected to various calcinations shown in Example 3 and the calcination temperature were changed, and were submitted for evaluation. On the other hand, in the aspect processing, the sintered sample is mirror-polished on both sides, and the sample thickness is 1.0 mm 20 m.
After finishing to a sample shape of m square, it was processed by a dicer. The cutting interval is fixed at 280 μm, the short side length of the ceramic strip is fixed at 150 μm (gap width 130 μm), and the long side length is changed in a range of 1.5 to 15 mm (0.5 mm steps). This is an aspect ratio of 10-10
It corresponds to 0. Twenty comb-shaped strips are cut out for various aspect ratios, and the evaluation 1 counts the number of defect-free after cutting, and the evaluation 2 counts the number of defect-free after a post-process described later. Table 4 shows the results. In addition, the measurement was performed with the following dimensions as a narrow pitch sample aiming at high integration. That is, the cutting interval is 84.7 μm, and the short side length of the ceramic strip is 40 μm.
m (gap width 44.7 μm) and the long side length 40
It is varied in the range of 0-4000 μm (400 μm steps). This corresponds to an aspect ratio of 10-100. Twenty comb-shaped strips are cut out for various aspect ratios, and the evaluation 1 counts the number of defect-free after cutting, and the evaluation 2 counts the number of defect-free after a post-process described later. Table 5 shows the results
Shown in

【0034】[0034]

【表4】 [Table 4]

【0035】[0035]

【表5】 [Table 5]

【0036】抗折強度の増加に伴い、加工可能なアスペ
クト比は増加する。とくにHIP処理した最大の抗折強
度を有する試料は、切り出しまですべての短冊が無欠陥
で存在し、このことは後工程での作業条件の適正化によ
り、100%の確度で造り込めることを示唆している。
As the bending strength increases, the workable aspect ratio increases. In particular, the sample with the highest bending strength subjected to the HIP treatment had all strips free of defects until cutting, which suggests that it can be manufactured with 100% accuracy by optimizing the working conditions in the post-process. are doing.

【0037】(実施例5)HIP試料と2段階焼成試料
の粒径を電子顕微鏡にて測定し、セラミックス組織の粒
径を求めた(図7,図8)。HIP焼成の場合2μm程
の均一な粒からなり、一方2段階焼成では5μmから最
大8μmまでの不均一かつ大きな粒子からなる。セラミ
ックスのような多結晶体の破壊強度は、結晶粒強度,結
晶粒界強度の中で後者が決定するものである。表4記述
の各試料の組織観察を行いその結果を表6に示す。平均
粒径の測定は電子顕微鏡写真より無作為に直線を引き、
その直線と交差する粒子の大きさより算出した。
Example 5 The particle size of the HIP sample and the two-stage fired sample was measured with an electron microscope, and the particle size of the ceramic structure was determined (FIGS. 7 and 8). In the case of HIP sintering, the particles consist of uniform particles of about 2 μm, while in the case of two-step sintering, the particles consist of uneven and large particles from 5 μm to a maximum of 8 μm. The fracture strength of a polycrystal such as ceramics is determined by the latter among crystal grain strength and crystal grain boundary strength. The structure of each sample described in Table 4 was observed, and the results are shown in Table 6. For the measurement of the average particle size, draw a straight line at random from the electron micrograph,
It was calculated from the size of the particles intersecting the straight line.

【0038】[0038]

【表6】 [Table 6]

【0039】このように5μmを超える粒子からなる場
合、好ましくない。
It is not preferable to use particles having a size exceeding 5 μm.

【0040】(実施例6)図3に本セラミックス、なら
びにアスペクト加工を施したアクチュエータ部にインク
ジェットヘッド構成必要部位を配置させたインクジェッ
トヘッドの概略を示す。図3において、1は高アスペク
ト加工を施したPLZTセラミックス、2は筐体、3は
振動板、4はインク液室、5はインク供給流路、6は流
体抵抗部、7はノズル板である。これら部位を周知の接
合技術により積層/接合させ、インクジェットヘッドが
出来上がる。なお、紙面奥手方向に短冊状PLZT加工
素子が配置されていることに注意されたい。従来の圧電
セラミックスを用いた時の、短冊加工は先述のように、
圧電定数d31=−300pm/V,変形基本長6.0m
m(アスペクト比=40)、である。この時−1.8μ
mの変位を得ている。
(Embodiment 6) FIG. 3 schematically shows the ceramics of the present invention and an ink jet head in which an ink jet head required portion is arranged in an actuator portion subjected to an aspect process. In FIG. 3, 1 is a PLZT ceramic subjected to high aspect processing, 2 is a housing, 3 is a vibration plate, 4 is an ink liquid chamber, 5 is an ink supply channel, 6 is a fluid resistance part, and 7 is a nozzle plate. . These parts are laminated / joined by a known joining technique, and an ink jet head is completed. It should be noted that the strip-shaped PLZT processing element is arranged in the direction toward the back of the paper. As mentioned earlier, strip processing when using conventional piezoelectric ceramics,
Piezoelectric constant d 31 = -300 pm / V, deformation basic length 6.0 m
m (aspect ratio = 40). At this time -1.8μ
m displacement is obtained.

【0041】本発明のPLZT(8.4/70/30)
のHIP処理品のd33は1610pm/V、d31=−8
05pm/V(7kV/cm駆動時)であり、同様の変
位を得るには28V駆動(電極幅40μmで7kV/c
mを実現させるための電界強度)で、2.24mmを変
形基本長にとればよい。また更なる巨大変位を得るため
にアスペクト加工100試料では加工が可能であり、こ
の時の変位量は3.22μmに達した。
The PLZT of the present invention (8.4 / 70/30)
D 33 of the HIP processing products 1610pm / V, d 31 = -8
05 pm / V (when driven at 7 kV / cm), and to obtain the same displacement, drive at 28 V (7 kV / c at an electrode width of 40 μm).
m), 2.24 mm may be taken as the deformation basic length. Further, in order to obtain a further huge displacement, it is possible to perform processing with 100 samples of aspect processing, and the displacement amount at this time reached 3.22 μm.

【0042】なお、駆動電圧の制限を考慮しない場合、
先述の変位量はこの数値に限定されるものでなく、また
積層素子にこのPLZTセラミックスを用いても何ら問
題はない。付け加えて、従来の圧電体は分極処理を施さ
なければ、アクチュエータ機能を示さないのに対し、本
PLZT系ではその処理を行わなくてもその機能を十分
示す。このことは素子作製工程での分極処理工程を省略
でき、非常に有効である。
When the limitation of the driving voltage is not considered,
The above-mentioned displacement is not limited to this value, and there is no problem even if this PLZT ceramic is used for the laminated element. In addition, a conventional piezoelectric body does not exhibit an actuator function unless it is subjected to polarization processing, whereas the present PLZT system shows its function sufficiently without performing such processing. This is very effective because the polarization process in the device manufacturing process can be omitted.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。請求項1に係る発明
は、鉛系誘電体セラミックスにおいて、処女歪み及び残
留歪みを有しないため、従来の圧電セラミックスに比較
して電界印加時に発生する変位量または歪み量が大き
く、かつキュリー点が高いため、例えばアクチュエータ
用として好適である。
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained. According to the first aspect of the present invention, since the lead-based dielectric ceramic has no virgin strain and no residual strain, the amount of displacement or strain generated when an electric field is applied is larger than that of a conventional piezoelectric ceramic, and the Curie point is low. Since it is high, it is suitable for, for example, an actuator.

【0044】請求項2に係る発明は、鉛系誘電体セラミ
ックスにおいて、主たる組成が式
According to a second aspect of the present invention, in the lead-based dielectric ceramic, the main composition is represented by the formula

【0045】[0045]

【数4】 (Equation 4)

【0046】で示され、x,y,zが、 0.065≦x<0.10、0.60<y<0.80、0.
40>z>0.20 の範囲からなるため、電界印加時に発生する変位量また
は歪量が大きく、かつキュリー点が室温より十分高いた
め、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド部
等のアクチュエータ用として好適である。また、PZL
Tを主成分とし、副構成元素としてBa,Srを鉛と一
部置換させたから、組成の範囲を広げ、特性を安定化す
ることができる。
Where x, y, and z are 0.065 ≦ x <0.10, 0.60 <y <0.80, and
Since 40>z> 0.20, the amount of displacement or strain generated when an electric field is applied is large, and the Curie point is sufficiently higher than room temperature. Therefore, it is suitable for an actuator such as an inkjet head of an inkjet printer. . Also, PZL
Since T is a main component and Ba and Sr are partially replaced by lead as a sub-constituting element, the composition range can be widened and the characteristics can be stabilized.

【0047】請求項3に係る発明は、セラミックスの相
対密度を98%以上としてセラミックスの緻密さを向上
させることにより、電界印加時に発生する歪み量をさら
に向上させることができる。
According to the third aspect of the present invention, by increasing the relative density of the ceramics to 98% or more to improve the density of the ceramics, the amount of distortion generated when an electric field is applied can be further improved.

【0048】請求項4に係る発明は、セラミックスの抗
折強度が80Mpa以上であるため、アクチュエータ素
子として要求される様々な形状加工の設計自由度を向上
させることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the bending strength of the ceramic is 80 Mpa or more, the degree of freedom in designing various shapes required for the actuator element can be improved.

【0049】請求項5に係る発明は、セラミック組織の
改善を行ないセラミック粒子の寸法を5μm以下とする
ことにより、微細加工に対し設計自由度を向上させるこ
とができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the degree of freedom in design for fine processing can be improved by improving the ceramic structure and reducing the size of the ceramic particles to 5 μm or less.

【0050】請求項6に係る発明は、従来の圧電セラミ
ックと比較し、圧電定数が大きく、かつキュリー点が高
い鉛系誘電体セラミックをインクジェットプリンタのイ
ンクジェットヘッド等のアクチュエータとして用いたた
め、アクチュエータの小型化,高密度化,低駆動電圧化
等が可能となる。
The invention according to claim 6 uses a lead-based dielectric ceramic having a large piezoelectric constant and a high Curie point as an actuator for an ink-jet head or the like of an ink-jet printer as compared with a conventional piezoelectric ceramic. , Higher density, lower drive voltage, etc. can be realized.

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

【図1】 鉛系誘電体セラミックスPLZT(6.0/
80/20),PLZT(7.0/80/20)の電界
誘起歪み特性を示す図である。
FIG. 1 Lead-based dielectric ceramic PLZT (6.0 /
80/20) and PLZT (7.0 / 80/20) showing electric-field-induced strain characteristics.

【図2】 鉛系誘電体セラミックスPLZT(7.5/
75/25),PLZT(7.0/80/20)の最初
の駆動電界に対する歪み応答特性を示す図である。
FIG. 2 Lead-based dielectric ceramics PLZT (7.5 /
FIG. 75 is a diagram showing a strain response characteristic of the PLZT (7.0 / 80/20) to the first driving electric field.

【図3】 アクチュエータ部に本発明の鉛系誘電体セラ
ミックスを用いたインクジェットヘッドの概略を示す図
である。
FIG. 3 is a view schematically showing an inkjet head using a lead-based dielectric ceramic of the present invention for an actuator section.

【図4】 本発明の鉛系誘電体セラミックスの電界誘起
歪み特性を示す図である。
FIG. 4 is a view showing an electric field-induced strain characteristic of the lead-based dielectric ceramic of the present invention.

【図5】 本発明の鉛系誘電体セラミックスのキュリー
点を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the Curie point of the lead-based dielectric ceramic of the present invention.

【図6】 本発明の鉛系誘電体セラミックスPLZT
(9/65/35)のHIP焼成品の電界誘起歪み特性
を示す図である。
FIG. 6 is a lead-based dielectric ceramic PLZT of the present invention.
It is a figure which shows the electric field induced distortion characteristic of the (9/65/35) HIP fired article.

【図7】 HIP焼成試料のセラミック組織を示す電子
顕微鏡写真である。
FIG. 7 is an electron micrograph showing a ceramic structure of a HIP fired sample.

【図8】 2段階焼成試料のセラミック組織を示す電子
顕微鏡写真である。
FIG. 8 is an electron micrograph showing a ceramic structure of a two-stage fired sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…PZLTセラミックス、2…筐体、3…振動板、4
…インク液室、5…インク供給流路、6…流体抵抗部、
7…ノズル板。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... PZLT ceramics, 2 ... housing, 3 ... diaphragm, 4
... Ink liquid chamber, 5 ... Ink supply flow path, 6 ... Fluid resistance section,
7 ... Nozzle plate.

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 41/09

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電界誘起歪みを生じる鉛系誘電体セラミ
ックスで、処女歪み及び残留歪みをもたず、かつキュリ
ー点が実使用温度以上に存在することを特徴とする鉛系
誘電体セラミックス。
1. A lead-based dielectric ceramic which generates electric-field-induced strain, wherein the lead-free dielectric ceramic has no virgin strain and no residual strain, and has a Curie point higher than an actual use temperature.
【請求項2】 請求項1記載の鉛系誘電体セラミックス
の主たる組成が下式 【数1】 で示され、 0.065≦x<0.10、0.60<y<0.80、0.
40>z>0.20 の範囲の組成からなり、また副構成元素としてBa、S
rを鉛と一部置換させた鉛系誘電体セラミックス。
2. The lead-based dielectric ceramic according to claim 1, wherein the main composition is represented by the following formula: 0.065 ≦ x <0.10, 0.60 <y <0.80, 0.1.
40>z> 0.20, and Ba, S
Lead-based dielectric ceramics in which r is partially replaced by lead.
【請求項3】 請求項2記載のセラミックスの相対密度
が98%以上である鉛系誘電体セラミックス。
3. A lead-based dielectric ceramic, wherein the relative density of the ceramic according to claim 2 is 98% or more.
【請求項4】 請求項1から3のいずれか1項記載のセ
ラミックスの抗折強度が80Mpa以上である鉛系誘電
体セラミックス。
4. A lead-based dielectric ceramic having a flexural strength of 80 Mpa or more according to claim 1.
【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項記載のセ
ラミックスのセラミックス粒寸法が5μm以下である鉛
系誘電体セラミックス。
5. A lead-based dielectric ceramic according to claim 1, wherein the ceramic particle size of the ceramic according to claim 1 is 5 μm or less.
【請求項6】 請求項1から5のいずれか1項記載の鉛
系誘電体セラミックスを電気機械変換素子として用い、
所望する形状に加工した後、振動板、液室及び液室流
路、ノズルを配置させることにより形成されるアクチュ
エータ。
6. The lead-based dielectric ceramic according to claim 1, which is used as an electromechanical transducer,
An actuator formed by arranging a diaphragm, a liquid chamber, a liquid chamber flow path, and a nozzle after processing into a desired shape.
JP10326024A 1998-10-29 1998-10-29 Lead based dielectric ceramic and actuator employing it Pending JP2000127392A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10326024A JP2000127392A (en) 1998-10-29 1998-10-29 Lead based dielectric ceramic and actuator employing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10326024A JP2000127392A (en) 1998-10-29 1998-10-29 Lead based dielectric ceramic and actuator employing it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000127392A true JP2000127392A (en) 2000-05-09

Family

ID=18183253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10326024A Pending JP2000127392A (en) 1998-10-29 1998-10-29 Lead based dielectric ceramic and actuator employing it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000127392A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011116111A (en) * 2009-11-02 2011-06-16 Seiko Epson Corp Liquid jetting apparatus
US8668310B2 (en) 2009-11-02 2014-03-11 Seiko Epson Corporation Liquid-ejecting head, liquid-ejecting apparatus, piezoelectric element, and piezoelectric material
US8678560B2 (en) 2009-11-02 2014-03-25 Seiko Epson Corporation Liquid-ejecting head, liquid-ejecting apparatus, piezoelectric element, and piezoelectric material

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011116111A (en) * 2009-11-02 2011-06-16 Seiko Epson Corp Liquid jetting apparatus
US8668310B2 (en) 2009-11-02 2014-03-11 Seiko Epson Corporation Liquid-ejecting head, liquid-ejecting apparatus, piezoelectric element, and piezoelectric material
US8678560B2 (en) 2009-11-02 2014-03-25 Seiko Epson Corporation Liquid-ejecting head, liquid-ejecting apparatus, piezoelectric element, and piezoelectric material
US8998386B2 (en) 2009-11-02 2015-04-07 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting apparatus
US9144976B2 (en) 2009-11-02 2015-09-29 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting apparatus
US9673378B2 (en) 2009-11-02 2017-06-06 Seiko Epson Corporation Liquid-ejecting head, liquid-ejecting apparatus, piezoelectric element, and piezoelectric material
US9799820B2 (en) 2009-11-02 2017-10-24 Seiko Epson Corporation Liquid-ejecting head, liquid-ejecting apparatus, piezoelectric element, and piezoelectric material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7576477B2 (en) Piezoelectric/electrostrictive porcelain composition and method of manufacturing the same
DE69223096T2 (en) Piezoelectric / electrostrictive element with a ceramic substrate made of stabilized zirconium dioxide
EP1926157B1 (en) Piezoelectric/electrostrictive material, piezoelectric/electrostrictive body, and piezoelectric/electrostrictive element
JP5118294B2 (en) Piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, piezoelectric / electrostrictive body, and piezoelectric / electrostrictive film type element
EP1835554B1 (en) Piezoelectric ceramic device and method of manufacturing the same
JP4782412B2 (en) Piezoelectric / electrostrictive body, piezoelectric / electrostrictive laminate, and piezoelectric / electrostrictive film type actuator
EP1642875A2 (en) Piezoelectric/electrostrictive porcelain composition, piezoelectric/electrostrictive article, and piezoelectric/electrostrictive film type element
EP2131409B1 (en) Laminated piezoelectric actuator and liquid ejection head
JP2006202990A (en) Piezoelectric element
JP2000127392A (en) Lead based dielectric ceramic and actuator employing it
JP2006206429A (en) Piezoelectric solid solution composition, piezoelectric ceramic obtained by sintering the same, and piezoelectric / dielectric element using the piezoelectric ceramic
EP1675192A2 (en) Piezoelectric/electrostrictive body, piezoelectric/electrostrictive laminate, and piezoelectric/electrostrictive actuator
JP2005247619A (en) Piezoelectric / electrostrictive porcelain composition, piezoelectric / electrostrictive body, and piezoelectric / electrostrictive film type element
EP3621936B1 (en) Piezoelectric ceramic composition, process for preparing the same, and products comprising the same
JP2008078267A (en) Piezoelectric ceramics, manufacturing method thereof, and piezoelectric / electrostrictive element
JP2839253B2 (en) Piezoelectric ceramic composition for actuator
JPH0516380B2 (en)
JP4688301B2 (en) Piezoelectric ceramic composition and ink jet recording head using the same
JP2007001838A (en) Piezoelectric/electrostrictive ceramic composition, piezoelectric/electrostrictive material, and piezoelectric/electrostrictive membrane type element
JPH0891928A (en) Piezoelectric ceramic and its production
JP4721507B2 (en) Piezoelectric ceramic composition and ink jet recording head using the same
KR100250207B1 (en) Piezoelectric Ceramic Compositions for Bimorph Actuators
JPH08319159A (en) Piezoelectric ceramic composition
JPH08239267A (en) Piezoelectric material
HK1003608B (en) Piezoelectric/electrostrictive element having ceramic substrate formed essentially of stabilized zirconia

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050916

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090609

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090804

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090901