JP2002255644A - セラミック材料及びそれを用いた圧電素子 - Google Patents
セラミック材料及びそれを用いた圧電素子Info
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ９５０℃以下の低温における焼成で焼結し、
調製することができるセラミック材料であって、優れた
圧電特性、特に高いキュリー温度Ｔｃであっても優れた
縦方向の伸び（d33）及び低い散逸係数（tanδ）を示す
セラミックス材料、並びに優れた電気機械結合係数（K
p）を有するセラミック材料の提供。 【解決手段】 一般式ＡＢＯdで表されるＰｂ、Ｚｒ及
びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、前記Ａ
が（Pb1-aM1 a-b）及び／又は前記Ｂが［(M2 1/3Nb 2/3-c)
αZrβTiγ］で表されるセラミック材料、及び式PbxM3
1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZrhTii]
O3で表されるセラミック材料。
調製することができるセラミック材料であって、優れた
圧電特性、特に高いキュリー温度Ｔｃであっても優れた
縦方向の伸び（d33）及び低い散逸係数（tanδ）を示す
セラミックス材料、並びに優れた電気機械結合係数（K
p）を有するセラミック材料の提供。 【解決手段】 一般式ＡＢＯdで表されるＰｂ、Ｚｒ及
びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、前記Ａ
が（Pb1-aM1 a-b）及び／又は前記Ｂが［(M2 1/3Nb 2/3-c)
αZrβTiγ］で表されるセラミック材料、及び式PbxM3
1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZrhTii]
O3で表されるセラミック材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タなど各種の圧電材料に適した低温焼成可能な圧電特性
を有するセラミック材料に関する。また本発明は、圧電
特性を有し、低温焼成可能なセラミック材料からなる部
材と電極を有する圧電素子及び積層型圧電素子に関す
る。
タなど各種の圧電材料に適した低温焼成可能な圧電特性
を有するセラミック材料に関する。また本発明は、圧電
特性を有し、低温焼成可能なセラミック材料からなる部
材と電極を有する圧電素子及び積層型圧電素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電セラミックと内部電極又は外
部電極を形成する金属とを積層一体化した圧電積層セラ
ミックが、インクジェットプリンターのカラーインク噴
射制御やデーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射制御
用の圧電アクチュエータ及び圧電トランスとして使用さ
れ始めている。このような圧電積層セラミックには、電
圧印加による伸び（ｄ33）が大きいなどの理由で、鉛、
ジルコニウム、チタンの複合酸化物を主成分とするいわ
ゆるＰＺＴ系の材料が主として使用されている。
部電極を形成する金属とを積層一体化した圧電積層セラ
ミックが、インクジェットプリンターのカラーインク噴
射制御やデーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射制御
用の圧電アクチュエータ及び圧電トランスとして使用さ
れ始めている。このような圧電積層セラミックには、電
圧印加による伸び（ｄ33）が大きいなどの理由で、鉛、
ジルコニウム、チタンの複合酸化物を主成分とするいわ
ゆるＰＺＴ系の材料が主として使用されている。
【０００３】上記ＰＺＴ系材料を使用した製品として
は、例えば、圧電アクチュエータ、圧電振動子としてコ
ンピュータの発振子、セラミックフィルタ、圧電トラン
ス、ガス器具の着火素子、圧電ブザー、超音波送受波
器、マイクロホン、超音波加湿器などが挙げられる。こ
のうち圧電アクチュエータは、圧電効果を利用した固体
素子であるため、磁性体にコイルを巻いた構成を有する
従来の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力が少
ない、応答速度が速い、微小位置を制御することができ
る、発熱が少ない、寸法及び重量が小さい等の優れた特
徴を有している。
は、例えば、圧電アクチュエータ、圧電振動子としてコ
ンピュータの発振子、セラミックフィルタ、圧電トラン
ス、ガス器具の着火素子、圧電ブザー、超音波送受波
器、マイクロホン、超音波加湿器などが挙げられる。こ
のうち圧電アクチュエータは、圧電効果を利用した固体
素子であるため、磁性体にコイルを巻いた構成を有する
従来の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力が少
ない、応答速度が速い、微小位置を制御することができ
る、発熱が少ない、寸法及び重量が小さい等の優れた特
徴を有している。
【０００４】圧電アクチュエータに使用される圧電材料
は、その温度変化、耐久性等の観点から高い圧電特性が
要求される。一方、最近では比較的低い印加電圧で大き
な歪を発生し得る小型アクチュエータとして、積層セラ
ミックコンデンサの技術を応用した積層型圧電アクチュ
エータが種々開発されている。この積層型圧電アクチュ
エータについても、当然に高い圧電特性が要求される。
は、その温度変化、耐久性等の観点から高い圧電特性が
要求される。一方、最近では比較的低い印加電圧で大き
な歪を発生し得る小型アクチュエータとして、積層セラ
ミックコンデンサの技術を応用した積層型圧電アクチュ
エータが種々開発されている。この積層型圧電アクチュ
エータについても、当然に高い圧電特性が要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記圧電アクチュエー
タは、印加電圧を比較的高くする必要がある。このた
め、圧電素子の電極としては、発熱量が少なくなるよう
に銀パラジウム合金（Ａｇ−Ｐｄ合金）のような良導体
が広く用いられてきた。また、上記積層型圧電アクチュ
エータ用の圧電素子は、一般に、圧電材料のセラミック
グリーンシートに内部電極形成用導体ペーストを塗布
し、これを多層に積層して同時焼成するという方法で製
造される。すなわち、積層型圧電アクチュエータの製造
に際しては、内部電極が圧電材料と同時に焼成されるの
で、焼成温度においても内部電極が溶融しない低温焼成
材料であることが要求される。
タは、印加電圧を比較的高くする必要がある。このた
め、圧電素子の電極としては、発熱量が少なくなるよう
に銀パラジウム合金（Ａｇ−Ｐｄ合金）のような良導体
が広く用いられてきた。また、上記積層型圧電アクチュ
エータ用の圧電素子は、一般に、圧電材料のセラミック
グリーンシートに内部電極形成用導体ペーストを塗布
し、これを多層に積層して同時焼成するという方法で製
造される。すなわち、積層型圧電アクチュエータの製造
に際しては、内部電極が圧電材料と同時に焼成されるの
で、焼成温度においても内部電極が溶融しない低温焼成
材料であることが要求される。
【０００６】一方、上記ＰＺＴ系セラミックを用いた圧
電積層セラミックを十分焼結させるためには、酸素等を
含む酸化性雰囲気中で１１００℃以上の焼成温度におけ
る焼成が必要である。従来の圧電積層セラミックの製造
方法では、ＰＺＴ系セラミック粉末のグリーンシートや
板状形成体に金属を主成分とするペーストを塗布して導
体層を形成し、これらを積層した後、脱バインダを行
い、更に高温で焼成する。すなわち同時焼成により一体
化する方法が主流であった。そのため積層に用いられる
金属は、高温の酸化性雰囲気中でも酸化されず、かつ１
１００℃以上の融点を有する銀−パラジウム合金などの
白金族を含有する貴金属に限られていた。
電積層セラミックを十分焼結させるためには、酸素等を
含む酸化性雰囲気中で１１００℃以上の焼成温度におけ
る焼成が必要である。従来の圧電積層セラミックの製造
方法では、ＰＺＴ系セラミック粉末のグリーンシートや
板状形成体に金属を主成分とするペーストを塗布して導
体層を形成し、これらを積層した後、脱バインダを行
い、更に高温で焼成する。すなわち同時焼成により一体
化する方法が主流であった。そのため積層に用いられる
金属は、高温の酸化性雰囲気中でも酸化されず、かつ１
１００℃以上の融点を有する銀−パラジウム合金などの
白金族を含有する貴金属に限られていた。
【０００７】上記銀パラジウム合金は、一般に、この合
金中のパラジウムの配合量が多くなるほど融点が高くな
る。また、高温焼成においては銀が圧電材料中へ拡散す
るため、アクチュエータとしての耐久性が著しく低下す
る。一方、パラジウムは高価であるため、この合金中の
パラジウム配合量は、製品コストを抑えるためにはでき
るだけ少ない方が望ましい。このような観点から比較的
パラジウムの配合量の少ない銀パラジウム合金が開発さ
れ、耐熱性と製品コストの両面で比較的優れているＡｇ
７０−Ｐｄ３０合金が広く圧電素子の電極材料として利
用されている。このＡｇ７０−Ｐｄ３０合金は、パラジ
ウムが３０ｗｔ％程度（２５〜３５ｗｔ％）配合され、
１１５０℃より低い温度であれば溶融を抑えることがで
きる。このＡｇ７０−Ｐｄ３０合金と圧電材料を１１５
０℃で同時焼結させて作成した圧電素子がこれまでに報
告されている。しかし、得られた圧電素子の圧電特性は
満足できるものとはいえなかった。
金中のパラジウムの配合量が多くなるほど融点が高くな
る。また、高温焼成においては銀が圧電材料中へ拡散す
るため、アクチュエータとしての耐久性が著しく低下す
る。一方、パラジウムは高価であるため、この合金中の
パラジウム配合量は、製品コストを抑えるためにはでき
るだけ少ない方が望ましい。このような観点から比較的
パラジウムの配合量の少ない銀パラジウム合金が開発さ
れ、耐熱性と製品コストの両面で比較的優れているＡｇ
７０−Ｐｄ３０合金が広く圧電素子の電極材料として利
用されている。このＡｇ７０−Ｐｄ３０合金は、パラジ
ウムが３０ｗｔ％程度（２５〜３５ｗｔ％）配合され、
１１５０℃より低い温度であれば溶融を抑えることがで
きる。このＡｇ７０−Ｐｄ３０合金と圧電材料を１１５
０℃で同時焼結させて作成した圧電素子がこれまでに報
告されている。しかし、得られた圧電素子の圧電特性は
満足できるものとはいえなかった。
【０００８】そこで、上記の銀パラジウム合金と１１５
０℃以下の温度でも焼成可能な圧電材料を用いて圧電特
性を改善する試みがなされている。例えば、内部電極と
してＡｇ７０−Ｐｄ３０を使用した積層型圧電アクチュ
エータに使用可能な、Pb[(Zn 1/3Nb2/3)(Ni1/3Nb2/3),Z
r,Ti]Ｏ3 で表されるＰＺＴ系圧電材料がそれである。
この圧電材料は、１１５０℃よりも低い温度（例えば１
１２０℃）で内部電極と同時焼成した場合にも、ある程
度の圧電特性を示す。しかしながら、得られる圧電特
性、特に電気機械結合係数（Ｋｐ）は依然として不十分
であった。その一方で、さらなる焼結の低温化と銀パラ
ジウム合金におけるパラジウム配合量の低減化が要望さ
れる。しかるに、これまでのところ１１２０℃以下の温
度において焼結可能で、かつ優れた圧電特性を示す圧電
材料は報告されていない。他方、キュリー温度Ｔｃが高
い状態であっても電圧印加時の伸び、特に縦方向の圧電
歪定数ｄ33が従来よりも高く、しかも誘電損失を示す散
逸係数tanδも小さい圧電材料はこれまでのところ知ら
れていない。
０℃以下の温度でも焼成可能な圧電材料を用いて圧電特
性を改善する試みがなされている。例えば、内部電極と
してＡｇ７０−Ｐｄ３０を使用した積層型圧電アクチュ
エータに使用可能な、Pb[(Zn 1/3Nb2/3)(Ni1/3Nb2/3),Z
r,Ti]Ｏ3 で表されるＰＺＴ系圧電材料がそれである。
この圧電材料は、１１５０℃よりも低い温度（例えば１
１２０℃）で内部電極と同時焼成した場合にも、ある程
度の圧電特性を示す。しかしながら、得られる圧電特
性、特に電気機械結合係数（Ｋｐ）は依然として不十分
であった。その一方で、さらなる焼結の低温化と銀パラ
ジウム合金におけるパラジウム配合量の低減化が要望さ
れる。しかるに、これまでのところ１１２０℃以下の温
度において焼結可能で、かつ優れた圧電特性を示す圧電
材料は報告されていない。他方、キュリー温度Ｔｃが高
い状態であっても電圧印加時の伸び、特に縦方向の圧電
歪定数ｄ33が従来よりも高く、しかも誘電損失を示す散
逸係数tanδも小さい圧電材料はこれまでのところ知ら
れていない。
【０００９】かくして本発明は上記課題を解決するため
になされたものであり、本発明の目的とするところは、
Ａｇ７０−Ｐｄ３０のような銀パラジウム合金はもちろ
んのこと、パラジウム配合量の少ないＡｇ−Ｐｄ合金
や、他のさらに融点の低い金属であっても電極として同
時焼成により調製可能な、すなわち、９５０℃以下の低
温における焼成で焼結し、調製することができるセラミ
ック材料であって、優れた圧電特性、特に高いキュリー
温度Ｔｃであっても優れた縦方向の伸び（ｄ33）及び低
い散逸係数（tanδ）を示すセラミックス材料、並びに
優れた電気機械結合係数（Ｋｐ）を有するセラミック材
料を提供することにある。また、本発明の別の目的は、
上記セラミック材料を用いた圧電素子及び積層型圧電素
子を提供することにある。
になされたものであり、本発明の目的とするところは、
Ａｇ７０−Ｐｄ３０のような銀パラジウム合金はもちろ
んのこと、パラジウム配合量の少ないＡｇ−Ｐｄ合金
や、他のさらに融点の低い金属であっても電極として同
時焼成により調製可能な、すなわち、９５０℃以下の低
温における焼成で焼結し、調製することができるセラミ
ック材料であって、優れた圧電特性、特に高いキュリー
温度Ｔｃであっても優れた縦方向の伸び（ｄ33）及び低
い散逸係数（tanδ）を示すセラミックス材料、並びに
優れた電気機械結合係数（Ｋｐ）を有するセラミック材
料を提供することにある。また、本発明の別の目的は、
上記セラミック材料を用いた圧電素子及び積層型圧電素
子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、優れた圧電
特性を有し、かつ低温焼結可能なＰＺＴ系セラミック材
料の開発を目的として鋭意検討を重ねた。その結果、特
定の元素を含むＰＺＴ系セラミック材料が９５０℃以下
の温度における焼成によって焼結可能であること、かつ
圧電特性にも優れた材料であることを見出し、本発明を
完成するに至った。すなわち、本発明の目的は、一般式
ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含ま
れる酸素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、
Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、
前記一般式のＡが（Pb1-aM1 a-b）（但し、０＜ａ＜０．
０８、０＜ｂ＜０．０７５である。）で表されることを
特徴とするセラミック材料により達成される。
特性を有し、かつ低温焼結可能なＰＺＴ系セラミック材
料の開発を目的として鋭意検討を重ねた。その結果、特
定の元素を含むＰＺＴ系セラミック材料が９５０℃以下
の温度における焼成によって焼結可能であること、かつ
圧電特性にも優れた材料であることを見出し、本発明を
完成するに至った。すなわち、本発明の目的は、一般式
ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含ま
れる酸素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、
Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、
前記一般式のＡが（Pb1-aM1 a-b）（但し、０＜ａ＜０．
０８、０＜ｂ＜０．０７５である。）で表されることを
特徴とするセラミック材料により達成される。
【００１１】また、本発明の目的は、一般式ＡＢＯ
d（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含まれる酸
素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及
びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、前記一
般式のＢが［(M2 1/3Nb2/3-c)αZr βTiγ］（但し、０．
０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、０．３６
＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４である。）で
表されることを特徴するセラミック材料によっても達成
される。
d（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含まれる酸
素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及
びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、前記一
般式のＢが［(M2 1/3Nb2/3-c)αZr βTiγ］（但し、０．
０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、０．３６
＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４である。）で
表されることを特徴するセラミック材料によっても達成
される。
【００１２】さらに本発明の目的は、下記の式（１）で
表されるセラミック材料によっても達成される。 Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ]Od・・・・（１） （但し、式（１）中、M1は３Ａ族元素、並びにＬｉ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる一
種以上の元素であり、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれる
三種以上の元素であり、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜
０．０７５、０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜
０．２８、０．３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜
０．４４であり、かつｄはＰｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ
及びＴｉそれぞれの酸化物に含まれる酸素原子数の総和
である。）
表されるセラミック材料によっても達成される。 Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ]Od・・・・（１） （但し、式（１）中、M1は３Ａ族元素、並びにＬｉ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる一
種以上の元素であり、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれる
三種以上の元素であり、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜
０．０７５、０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜
０．２８、０．３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜
０．４４であり、かつｄはＰｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ
及びＴｉそれぞれの酸化物に含まれる酸素原子数の総和
である。）
【００１３】また上記セラミック材料の好ましい態様と
しては、次のものが挙げられる。 （１）前記M1がＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｋ及びＬｕからなる群から選ばれる一種以上の元素
である前記セラミック材料。 （２）前記M1がＬａ及びＫから選ばれる一種以上の元素
である前記セラミック材料。 （３）前記M2がＮｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからな
る群から選ばれる三種以上の元素である前記セラミック
材料。 （４）前記M2がＮｉ、Ｚｎ及びＣｏである前記セラッミ
ック材料。 （５）前記β及びγが０．９２＜β／γ＜１．０８であ
る前記セラミック材料。 （６）前記α、β及びγが１．０≦α＋β＋γ≦１．１
５である前記セラミック材料。 （７）縦方向圧電歪定数ｄ33が８５０以上である前記セ
ラミック材料。 （８）散逸係数tanδが０．００３＜tanδ＜０．０１２
である前記セラミック材料。 （９）キュリー温度Ｔｃが２５０℃より高く、かつ比誘
電率εrが２３００より小さい前記セラミック材料。
しては、次のものが挙げられる。 （１）前記M1がＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｋ及びＬｕからなる群から選ばれる一種以上の元素
である前記セラミック材料。 （２）前記M1がＬａ及びＫから選ばれる一種以上の元素
である前記セラミック材料。 （３）前記M2がＮｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからな
る群から選ばれる三種以上の元素である前記セラミック
材料。 （４）前記M2がＮｉ、Ｚｎ及びＣｏである前記セラッミ
ック材料。 （５）前記β及びγが０．９２＜β／γ＜１．０８であ
る前記セラミック材料。 （６）前記α、β及びγが１．０≦α＋β＋γ≦１．１
５である前記セラミック材料。 （７）縦方向圧電歪定数ｄ33が８５０以上である前記セ
ラミック材料。 （８）散逸係数tanδが０．００３＜tanδ＜０．０１２
である前記セラミック材料。 （９）キュリー温度Ｔｃが２５０℃より高く、かつ比誘
電率εrが２３００より小さい前記セラミック材料。
【００１４】また、本発明の目的は、一般式ＡＢＯ
d（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含まれる酸
素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及
びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、縦方向
圧電歪定数ｄ33が８５０以上、散逸係数tanδが０．０
０３＜tanδ＜０．０１２、キュリー温度Ｔｃが２５０
℃より高く、かつ比誘電率εrが２３００より小さいこ
とを特徴とするセラミック材料によっても達成される。
d（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含まれる酸
素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及
びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、縦方向
圧電歪定数ｄ33が８５０以上、散逸係数tanδが０．０
０３＜tanδ＜０．０１２、キュリー温度Ｔｃが２５０
℃より高く、かつ比誘電率εrが２３００より小さいこ
とを特徴とするセラミック材料によっても達成される。
【００１５】上記セラミック材料の好ましい態様として
は次のものが挙げられる。 （１）第IV１Ａ〜２Ｂ族元素、第V１Ａ〜３Ａ及び６Ａ
族元素、並びに第VI１Ａ〜６Ａ族元素の群から選ばれる
一種以上の元素をさらに含む前記セラミック材料。 （２）Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｋ、
Ｌｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から
選ばれる一種以上の元素をさらに含む前記セラミック材
料。
は次のものが挙げられる。 （１）第IV１Ａ〜２Ｂ族元素、第V１Ａ〜３Ａ及び６Ａ
族元素、並びに第VI１Ａ〜６Ａ族元素の群から選ばれる
一種以上の元素をさらに含む前記セラミック材料。 （２）Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｋ、
Ｌｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から
選ばれる一種以上の元素をさらに含む前記セラミック材
料。
【００１６】上記セラミック材料は、非化学量論組成又
は化学量論組成を示し、特に、高キュリー温度Ｔｃであ
っても良好な縦方向の伸び（大きな縦方向の圧電歪定数
(ｄ3 3)）を有し、かつ誘電損失が少ない（散逸係数tan
δが小さい）優れた圧電特性を示す。このため、本発明
のセラミックス材料であれば、所望の伸びを小型の素子
で得ることが可能であり、かつ使用時の自己発熱が少な
いという利点を有するため、圧電アクチュエータ等の圧
電素子、特に積層型圧電素子、積層型圧電トランス素子
などの用途に非常に適している。
は化学量論組成を示し、特に、高キュリー温度Ｔｃであ
っても良好な縦方向の伸び（大きな縦方向の圧電歪定数
(ｄ3 3)）を有し、かつ誘電損失が少ない（散逸係数tan
δが小さい）優れた圧電特性を示す。このため、本発明
のセラミックス材料であれば、所望の伸びを小型の素子
で得ることが可能であり、かつ使用時の自己発熱が少な
いという利点を有するため、圧電アクチュエータ等の圧
電素子、特に積層型圧電素子、積層型圧電トランス素子
などの用途に非常に適している。
【００１７】また、本発明のセラミックスにおける好ま
しい別の態様として、下記の式（２）で表されるセラミ
ック材料が挙げられる。 PbxM3 1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZrhTii]O3・・・・（２ ） （但し、式（２）中、M3は、Ｌａ、Ｋ、Ｅｒ及びＹｂか
らなる群から選ばれる一種以上の元素であり、M4は、Ｎ
ｉ、Ｍｎ及びＳｒからなる群から選ばれる元素であり、
０．９９０≦ｘ≦０．９９７、０≦ｅ＜０．２２、０＜
ｆ＜０．２２、０＜ｇ＜０．２２、０．３８≦ｈ≦０．
４３、０．３８≦ｉ≦０．４１であり、かつ０．１８≦
ｅ＋ｆ＋ｇ≦０．２２であり、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＝１
である。）
しい別の態様として、下記の式（２）で表されるセラミ
ック材料が挙げられる。 PbxM3 1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZrhTii]O3・・・・（２ ） （但し、式（２）中、M3は、Ｌａ、Ｋ、Ｅｒ及びＹｂか
らなる群から選ばれる一種以上の元素であり、M4は、Ｎ
ｉ、Ｍｎ及びＳｒからなる群から選ばれる元素であり、
０．９９０≦ｘ≦０．９９７、０≦ｅ＜０．２２、０＜
ｆ＜０．２２、０＜ｇ＜０．２２、０．３８≦ｈ≦０．
４３、０．３８≦ｉ≦０．４１であり、かつ０．１８≦
ｅ＋ｆ＋ｇ≦０．２２であり、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＝１
である。）
【００１８】前記式（２）で示される本発明のセラミッ
ク材料は、化学量論組成を示し、９５０℃以下の温度の
焼成により良好な焼結を示し、調製することができるた
め、銀パラジウム合金（Ａｇ７０−Ｐｄ３０）を始め、
その他の融点の低い元素を内部電極として同時焼成する
ことが可能である。その上、このセラミック材料は、優
れた圧電特性を有するため、圧電アクチュエータ等の圧
電素子、特に積層型圧電素子の製造に非常に適してい
る。
ク材料は、化学量論組成を示し、９５０℃以下の温度の
焼成により良好な焼結を示し、調製することができるた
め、銀パラジウム合金（Ａｇ７０−Ｐｄ３０）を始め、
その他の融点の低い元素を内部電極として同時焼成する
ことが可能である。その上、このセラミック材料は、優
れた圧電特性を有するため、圧電アクチュエータ等の圧
電素子、特に積層型圧電素子の製造に非常に適してい
る。
【００１９】本発明のセラミック材料は、前記式（２）
のＭ3は、Ｋ又はＬａであることができる。また、本発
明のセラミック材料は、前記式（２）のＭ4はＮｉ、Ｍ
ｎ又はＳｒであることができ、Ｎｉであることが好まし
い。また、本発明のセラミック材料の密度は、７．６ｇ
／ｃｍ3以上であることができる。
のＭ3は、Ｋ又はＬａであることができる。また、本発
明のセラミック材料は、前記式（２）のＭ4はＮｉ、Ｍ
ｎ又はＳｒであることができ、Ｎｉであることが好まし
い。また、本発明のセラミック材料の密度は、７．６ｇ
／ｃｍ3以上であることができる。
【００２０】また本発明は、上記本発明のセラミック材
料からなる部材と少なくとも１対の電極とを有する圧電
素子に関し、さらに本発明のセラミック材料からなる部
材と電極とを交互に積層させた構造体を含む積層型圧電
素子に関するものである。また、積層型圧電素子の電極
は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｔ又はＡｇ−Ｐｄ合金からな
る電極であることもできる。
料からなる部材と少なくとも１対の電極とを有する圧電
素子に関し、さらに本発明のセラミック材料からなる部
材と電極とを交互に積層させた構造体を含む積層型圧電
素子に関するものである。また、積層型圧電素子の電極
は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｔ又はＡｇ−Ｐｄ合金からな
る電極であることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態におい
て本発明の内容を詳細に説明する。請求項１に係るセラ
ミック材料は、一般式ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物
及びＢの酸化物に含まれる酸素原子数の総和である。）
で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラ
ミック材料であって、前記一般式のＡが（Pb1-aM1 a -b）
（但し、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７５であ
る。）で表されることを特徴とする。
て本発明の内容を詳細に説明する。請求項１に係るセラ
ミック材料は、一般式ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物
及びＢの酸化物に含まれる酸素原子数の総和である。）
で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラ
ミック材料であって、前記一般式のＡが（Pb1-aM1 a -b）
（但し、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７５であ
る。）で表されることを特徴とする。
【００２２】請求項１に係るセラミック材料は、Ｐｂ、
Ｚｒ及びＴｉを主成分とするが、一般式ＡＢＯdのＡ
（以下「Ａサイト」という。）にはＰｂが含まれ、Ｂ
（以下「Ｂサイト」という。）にはＺｒ及びＴｉが含ま
れる。さらにＡサイトは、Pb1-aM 1 a-bで表される。請求
項１に係るセラミック材料はイルメナイト構造とペロブ
スカイト構造の両者を含むが、圧電材料として使用する
場合には、圧電特性の観点からペロブスカイト構造であ
ることが好ましい。前記Pb1-aM1 a-bは、ｂが０を超える
ので、ＰｂとＭ1との原子比の合計（(１−ａ)＋(ａ−
ｂ)）は１未満であり、Ａサイトは、いわゆる非化学量
論組成を示す。Ａサイトのａ値は０＜ａ＜０．０８の範
囲であれば特に限定されず、好ましくは０＜ａ＜０．０
６であり、さらに好ましくは０．０１＜ａ＜０．０５で
ある。ａ値が０＜ａ＜０．０８の範囲にあることは、酸
素欠陥を導入するため、特にペロブスカイト構造に酸素
欠陥を導入するために好ましい。また、ｂ値は０＜ｂ＜
０．０７５の範囲であり、前記ａ値よりも小さい値を適
宜選択することができ、好ましくは０＜ｂ＜０．０６で
あり、さらに好ましくは０．０１＜ｂ＜０．０６であ
る。ｂ値が０＜ｂ＜０．７５の範囲にあることが、酸素
欠陥を導入するため、特にペロブスカイト構造に酸素欠
陥を導入するために好ましい。
Ｚｒ及びＴｉを主成分とするが、一般式ＡＢＯdのＡ
（以下「Ａサイト」という。）にはＰｂが含まれ、Ｂ
（以下「Ｂサイト」という。）にはＺｒ及びＴｉが含ま
れる。さらにＡサイトは、Pb1-aM 1 a-bで表される。請求
項１に係るセラミック材料はイルメナイト構造とペロブ
スカイト構造の両者を含むが、圧電材料として使用する
場合には、圧電特性の観点からペロブスカイト構造であ
ることが好ましい。前記Pb1-aM1 a-bは、ｂが０を超える
ので、ＰｂとＭ1との原子比の合計（(１−ａ)＋(ａ−
ｂ)）は１未満であり、Ａサイトは、いわゆる非化学量
論組成を示す。Ａサイトのａ値は０＜ａ＜０．０８の範
囲であれば特に限定されず、好ましくは０＜ａ＜０．０
６であり、さらに好ましくは０．０１＜ａ＜０．０５で
ある。ａ値が０＜ａ＜０．０８の範囲にあることは、酸
素欠陥を導入するため、特にペロブスカイト構造に酸素
欠陥を導入するために好ましい。また、ｂ値は０＜ｂ＜
０．０７５の範囲であり、前記ａ値よりも小さい値を適
宜選択することができ、好ましくは０＜ｂ＜０．０６で
あり、さらに好ましくは０．０１＜ｂ＜０．０６であ
る。ｂ値が０＜ｂ＜０．７５の範囲にあることが、酸素
欠陥を導入するため、特にペロブスカイト構造に酸素欠
陥を導入するために好ましい。
【００２３】上記ＡサイトのＭ1は、金属元素であり、
ＰＺＴ系セラミック材料においてペロブスカイト構造を
形成できるものであれば特に限定されない。好ましくは
３Ａ族元素並びにＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒ
からなる群から選ばれる一種以上の元素であり、さらに
好ましくはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｋ
及びＬｕからなる群から選ばれる一種以上の元素であ
り、最も好ましくはＬａ及びＫの一方又は両方の元素で
ある。
ＰＺＴ系セラミック材料においてペロブスカイト構造を
形成できるものであれば特に限定されない。好ましくは
３Ａ族元素並びにＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒ
からなる群から選ばれる一種以上の元素であり、さらに
好ましくはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｋ
及びＬｕからなる群から選ばれる一種以上の元素であ
り、最も好ましくはＬａ及びＫの一方又は両方の元素で
ある。
【００２４】Ｂサイトは、ＰＺＴ系セラミック材料にお
いてペロブスカイト構造を形成し得る元素からなり、少
なくともＺｒ及びＴｉを含む。ＺｒとＴｉの比は特に限
定されないが、例えば高い電気機械結合（Ｋｐ）を得る
という観点から０．９２＜Ｚｒ／Ｔｉ＜１．０８である
ことが好ましい。ＢサイトにはＺｒ及びＴｉ以外の元素
を含むことができ、そのようなその他の元素については
特に限定されず、圧電特性を維持し得る範囲で適宜選択
することができる。但し、Ｂサイトは非化学量論組成で
あることはもちろんのこと、化学量論組成であってもよ
く、Ａサイトとの合計においても非化学量論組成及び化
学量論組成のいずれであっても構わない。
いてペロブスカイト構造を形成し得る元素からなり、少
なくともＺｒ及びＴｉを含む。ＺｒとＴｉの比は特に限
定されないが、例えば高い電気機械結合（Ｋｐ）を得る
という観点から０．９２＜Ｚｒ／Ｔｉ＜１．０８である
ことが好ましい。ＢサイトにはＺｒ及びＴｉ以外の元素
を含むことができ、そのようなその他の元素については
特に限定されず、圧電特性を維持し得る範囲で適宜選択
することができる。但し、Ｂサイトは非化学量論組成で
あることはもちろんのこと、化学量論組成であってもよ
く、Ａサイトとの合計においても非化学量論組成及び化
学量論組成のいずれであっても構わない。
【００２５】請求項１に係るセラミック材料における酸
素の原子数ｄは、Ａの酸化物及びＢの酸化物に含まれる
酸素原子数の総和である。Ａの酸化物とは、Ｐｂ及びＭ
1が最も安定な構造を有する酸化物を意味し、またＢの
酸化物とは、Ｂに含まれるＺｒ及びＴｉを含む金属元素
の最も安定な構造を有する酸化物を意味する。なお、具
体例については後述する。
素の原子数ｄは、Ａの酸化物及びＢの酸化物に含まれる
酸素原子数の総和である。Ａの酸化物とは、Ｐｂ及びＭ
1が最も安定な構造を有する酸化物を意味し、またＢの
酸化物とは、Ｂに含まれるＺｒ及びＴｉを含む金属元素
の最も安定な構造を有する酸化物を意味する。なお、具
体例については後述する。
【００２６】請求項２に係るセラミック材料は、一般式
ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含ま
れる酸素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、
Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、
前記一般式のＢが［(M2 1/3Nb 2/3-c)αZrβTiγ］（但
し、０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、
０．３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４であ
る。）で表されることを特徴とする。上記セラミック材
料のＢサイトは、［(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ］で表さ
れ、M2はＰＺＴ系セラミック材料において少なくともペ
ロブスカイト構造を形成し得る元素であれば特に限定さ
れない。好ましくは、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれる
三種以上の元素であり、さらに好ましくは、Ｎｉ、Ｚ
ｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から選ばれる三種以
上の元素であり、最も好ましくはＮｉ、Ｚｎ及びＣｏで
ある。
ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含ま
れる酸素原子数の総和である。）で表され、かつＰｂ、
Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラミック材料であって、
前記一般式のＢが［(M2 1/3Nb 2/3-c)αZrβTiγ］（但
し、０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、
０．３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４であ
る。）で表されることを特徴とする。上記セラミック材
料のＢサイトは、［(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ］で表さ
れ、M2はＰＺＴ系セラミック材料において少なくともペ
ロブスカイト構造を形成し得る元素であれば特に限定さ
れない。好ましくは、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれる
三種以上の元素であり、さらに好ましくは、Ｎｉ、Ｚ
ｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から選ばれる三種以
上の元素であり、最も好ましくはＮｉ、Ｚｎ及びＣｏで
ある。
【００２７】前記［(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ］は、前
記ｃ、α、β及びγの範囲においてＭ2、Ｎｂ、Ｚｒ及
びＴｉの原子比の合計が１より小さい場合、１に等しい
場合、及び１より大きい場合を含む。前記原子比の合計
が１より小さい場合及び大きい場合、Ｂサイトは非化学
量論組成を示す。一方、前記原子比の合計が１に等しい
場合、Ｂサイトは化学量論組成を示す。すなわち、請求
項２に係るセラミック材料のＢサイトは、前記ｃ、α、
β及びγの値によって、非化学量論組成である場合と化
学量論組成である場合とがある。
記ｃ、α、β及びγの範囲においてＭ2、Ｎｂ、Ｚｒ及
びＴｉの原子比の合計が１より小さい場合、１に等しい
場合、及び１より大きい場合を含む。前記原子比の合計
が１より小さい場合及び大きい場合、Ｂサイトは非化学
量論組成を示す。一方、前記原子比の合計が１に等しい
場合、Ｂサイトは化学量論組成を示す。すなわち、請求
項２に係るセラミック材料のＢサイトは、前記ｃ、α、
β及びγの値によって、非化学量論組成である場合と化
学量論組成である場合とがある。
【００２８】上記Ｂサイトのｃ値は、０．０５＜ｃ＜
０．２の範囲で適宜決定することができる。ｃ値を０．
０５＜ｃ＜０．２の範囲としたのは、散逸係数tanδを
低く抑えるためであり、好ましくは０．０５＜ｃ＜０．
１８の範囲であり、さらに好ましくは０．０６＜ｃ＜
０．１５の範囲である。
０．２の範囲で適宜決定することができる。ｃ値を０．
０５＜ｃ＜０．２の範囲としたのは、散逸係数tanδを
低く抑えるためであり、好ましくは０．０５＜ｃ＜０．
１８の範囲であり、さらに好ましくは０．０６＜ｃ＜
０．１５の範囲である。
【００２９】また上記Ｂサイトのα、β及びγは、それ
ぞれ０．１８＜α＜０．２８、０．３６＜β＜０．４
４、０．３６＜γ＜０．４４の範囲で適宜決定すること
ができる。α値を０．１８＜α＜０．２８の範囲とした
のは、キュリー温度を高く保つためであり、好ましくは
０．１９＜α＜０．２７の範囲であり、さらに好ましく
は０．２＜α＜０．２５の範囲である。また、β値及び
γ値を０．３６＜β＜０．４４の範囲としたのは、大き
な縦方向圧電歪定数を得るためであり、好ましくは０．
３８＜β＜０．４２の範囲であり、さらに好ましくは
０．４０＜β＜０．４２の範囲である。
ぞれ０．１８＜α＜０．２８、０．３６＜β＜０．４
４、０．３６＜γ＜０．４４の範囲で適宜決定すること
ができる。α値を０．１８＜α＜０．２８の範囲とした
のは、キュリー温度を高く保つためであり、好ましくは
０．１９＜α＜０．２７の範囲であり、さらに好ましく
は０．２＜α＜０．２５の範囲である。また、β値及び
γ値を０．３６＜β＜０．４４の範囲としたのは、大き
な縦方向圧電歪定数を得るためであり、好ましくは０．
３８＜β＜０．４２の範囲であり、さらに好ましくは
０．４０＜β＜０．４２の範囲である。
【００３０】Ａサイトは、ＰＺＴ系セラミック材料にお
いてペロブスカイト構造を形成し得る元素からなり、少
なくともＰｂを含む。ＡサイトにはＰｂ以外の元素を含
むことができ、そのようなその他の元素については特に
限定されず、圧電特性を維持し得る範囲で適宜選択する
ことができる。但し、Ａサイトは非化学量論組成である
ことはもちろんのこと、化学量論組成であってもよく、
Ｂサイトとの合計においても非化学量論組成であっても
化学量論組成であってもかまわない。
いてペロブスカイト構造を形成し得る元素からなり、少
なくともＰｂを含む。ＡサイトにはＰｂ以外の元素を含
むことができ、そのようなその他の元素については特に
限定されず、圧電特性を維持し得る範囲で適宜選択する
ことができる。但し、Ａサイトは非化学量論組成である
ことはもちろんのこと、化学量論組成であってもよく、
Ｂサイトとの合計においても非化学量論組成であっても
化学量論組成であってもかまわない。
【００３１】γ値に対するβ値（β／γ）は、ＭＰＢ境
界（相境界）を示す指標となるものであり、０．９２＜
β／γ＜１．０８の範囲であることが好ましく、０．９
２＜β／γ＜１．０６の範囲であることがより好まし
く、０．９３＜β／γ＜１．０３の範囲であることがさ
らに好ましい。また、α＋β＋γの値は、１．０≦α＋
β＋γ≦１．１５であることが好ましく、１．０１≦α
＋β＋γ≦１．０８であることがさらに好ましい。α＋
β＋γ値が１．０≦α＋β＋γ≦１．１５の範囲である
ことが、結晶構造中に含まれる酸素欠陥量のため、特に
ペロブスカイト構造を有する結晶構造中に含まれる酸素
欠陥量のために好ましい。
界（相境界）を示す指標となるものであり、０．９２＜
β／γ＜１．０８の範囲であることが好ましく、０．９
２＜β／γ＜１．０６の範囲であることがより好まし
く、０．９３＜β／γ＜１．０３の範囲であることがさ
らに好ましい。また、α＋β＋γの値は、１．０≦α＋
β＋γ≦１．１５であることが好ましく、１．０１≦α
＋β＋γ≦１．０８であることがさらに好ましい。α＋
β＋γ値が１．０≦α＋β＋γ≦１．１５の範囲である
ことが、結晶構造中に含まれる酸素欠陥量のため、特に
ペロブスカイト構造を有する結晶構造中に含まれる酸素
欠陥量のために好ましい。
【００３２】請求項３に係るセラミック材料は、下記の
式（１）で表される。 Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ]Od・・・・（１） 式（１）中、M1は３Ａ族元素、並びにＬｉ、Ｎａ、Ｋ、
Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる一種以上の
元素であり、好ましくはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｋ及びＬｕからなる群から選ばれる一種以上
の元素であり、さらに好ましくはＬａ及びＫから選ばれ
る一種以上の元素である。また、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群
から選ばれる三種以上の元素であり、好ましくは、Ｎ
ｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から選ばれる
三種以上の元素であり、さらに好ましくはＮｉ、Ｚｎ及
びＣｏである。
式（１）で表される。 Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ]Od・・・・（１） 式（１）中、M1は３Ａ族元素、並びにＬｉ、Ｎａ、Ｋ、
Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる一種以上の
元素であり、好ましくはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｋ及びＬｕからなる群から選ばれる一種以上
の元素であり、さらに好ましくはＬａ及びＫから選ばれ
る一種以上の元素である。また、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群
から選ばれる三種以上の元素であり、好ましくは、Ｎ
ｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から選ばれる
三種以上の元素であり、さらに好ましくはＮｉ、Ｚｎ及
びＣｏである。
【００３３】上記（１）のセラミック材料のうち、Pb
1-aM1 a-b（Ａサイト）は、ｂが０を超えることから、Pb
とM1との原子比の合計（(１−ａ)＋(ａ−ｂ)）は１未満
であり、Ａサイトは、いわゆる非化学量論組成を示す。
また、［(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ］（Ｂサイト）は、
前記ｃ、α、β及びγの範囲において、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚ
ｒ及びＴｉとの原子比の合計が１より小さい場合、１に
等しい場合、及び１より大きい場合を含む。Ｂサイトの
原子比の合計が１より小さい場合又は大きい場合には、
Ｂサイトは非化学量論組成を示し、前記原子比の合計が
１に等しい場合には、Ｂサイトは化学量論組成を示す。
すなわち、請求項３に係るセラミック材料のＢサイト
は、前記ｃ、α、β及びγの値によって、非化学量論組
成である場合と化学量論組成である場合とがある。ま
た、ＡサイトとＢサイトとの合計においては、ＡＢサイ
ト全体として非化学量論組成であってもよく化学量論組
成であってもよい。
1-aM1 a-b（Ａサイト）は、ｂが０を超えることから、Pb
とM1との原子比の合計（(１−ａ)＋(ａ−ｂ)）は１未満
であり、Ａサイトは、いわゆる非化学量論組成を示す。
また、［(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ］（Ｂサイト）は、
前記ｃ、α、β及びγの範囲において、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚ
ｒ及びＴｉとの原子比の合計が１より小さい場合、１に
等しい場合、及び１より大きい場合を含む。Ｂサイトの
原子比の合計が１より小さい場合又は大きい場合には、
Ｂサイトは非化学量論組成を示し、前記原子比の合計が
１に等しい場合には、Ｂサイトは化学量論組成を示す。
すなわち、請求項３に係るセラミック材料のＢサイト
は、前記ｃ、α、β及びγの値によって、非化学量論組
成である場合と化学量論組成である場合とがある。ま
た、ＡサイトとＢサイトとの合計においては、ＡＢサイ
ト全体として非化学量論組成であってもよく化学量論組
成であってもよい。
【００３４】式（１）中のａ、ｂ、ｃ、α、β及びγの
値は、それぞれ０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７
５、０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、
０．３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４の範
囲である。これらの数値範囲を限定した理由及び好まし
い数値範囲については、上記請求項１及び２に係るセラ
ミック材料での説明と同様である。
値は、それぞれ０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７
５、０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、
０．３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４の範
囲である。これらの数値範囲を限定した理由及び好まし
い数値範囲については、上記請求項１及び２に係るセラ
ミック材料での説明と同様である。
【００３５】式（１）中のｄは、Ｐｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎ
ｂ、Ｚｒ及びＴｉのそれぞれが形成する各酸化物に含ま
れる酸素原子数の総和である。ここで、Ｐｂ、Ｍ1、
Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉのそれぞれが形成する酸化物
とは、Ｐｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉのそれぞれ
と酸素原子とが結合した酸化物のうち最も安定した構造
を有するものを意味する。このような酸化物は、例え
ば、Ｐｂ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉについては、それぞれＰ
ｂＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2、及びＴｉＯ2である。より具
体的には、例えばＭ1がＬａ、Ｍ2がＮｉである場合、上
記各酸化物はＰｂＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｚ
ｒＯ2及びＴｉＯ2を意味する。ここで、ｄは各酸化物の
酸素原子数の和であるから、ＰｂＯの（１−ａ）、Ｌａ
2Ｏ3の（ａ−ｂ）×３／２、ＮｉＯ のα×１／３、Ｎ
ｂ2Ｏ5のα×（２／３−ｃ）×５／２、ＺｒＯ2の２
β、ＴｉＯ2の２γの合計［(１−ａ)＋(ａ−ｂ)×３／
２＋α×１／３＋α×(２／３−ｃ)×５／２＋２β＋２
γ］から求めることができる。
ｂ、Ｚｒ及びＴｉのそれぞれが形成する各酸化物に含ま
れる酸素原子数の総和である。ここで、Ｐｂ、Ｍ1、
Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉのそれぞれが形成する酸化物
とは、Ｐｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉのそれぞれ
と酸素原子とが結合した酸化物のうち最も安定した構造
を有するものを意味する。このような酸化物は、例え
ば、Ｐｂ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉについては、それぞれＰ
ｂＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2、及びＴｉＯ2である。より具
体的には、例えばＭ1がＬａ、Ｍ2がＮｉである場合、上
記各酸化物はＰｂＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｚ
ｒＯ2及びＴｉＯ2を意味する。ここで、ｄは各酸化物の
酸素原子数の和であるから、ＰｂＯの（１−ａ）、Ｌａ
2Ｏ3の（ａ−ｂ）×３／２、ＮｉＯ のα×１／３、Ｎ
ｂ2Ｏ5のα×（２／３−ｃ）×５／２、ＺｒＯ2の２
β、ＴｉＯ2の２γの合計［(１−ａ)＋(ａ−ｂ)×３／
２＋α×１／３＋α×(２／３−ｃ)×５／２＋２β＋２
γ］から求めることができる。
【００３６】本発明において縦方向の圧電歪定数ｄ
33は、電圧を印加したときの縦方向のセラミック材料の
伸びを示すものである。本発明のセラミック材料は、消
費電力、低発熱、応答速度などの制御の観点から８５０
以上のｄ33を有することが好ましく、より好ましくは８
８０以上、さらに好ましくは９００以上である。
33は、電圧を印加したときの縦方向のセラミック材料の
伸びを示すものである。本発明のセラミック材料は、消
費電力、低発熱、応答速度などの制御の観点から８５０
以上のｄ33を有することが好ましく、より好ましくは８
８０以上、さらに好ましくは９００以上である。
【００３７】また、本発明において散逸係数tanδは、
誘電損失を示す係数である。本発明のセラミック材料
は、静電的エネルギー損失を少なくし、圧電積層セラミ
ックの発熱を抑える観点から散逸係数tanδが０．００
３＜tanδ＜０．０１２であることが好ましく、０．０
０３＜tanδ＜０．０１０であることがより好ましく、
０．００３＜tanδ＜０．００８であることがさらに好
ましい。
誘電損失を示す係数である。本発明のセラミック材料
は、静電的エネルギー損失を少なくし、圧電積層セラミ
ックの発熱を抑える観点から散逸係数tanδが０．００
３＜tanδ＜０．０１２であることが好ましく、０．０
０３＜tanδ＜０．０１０であることがより好ましく、
０．００３＜tanδ＜０．００８であることがさらに好
ましい。
【００３８】本発明のセラミック材料におけるキュリー
温度Ｔｃと比誘電率εrは、高温下での使用及び投入電
力の観点からキュリー温度Ｔｃは２５０℃より大きく、
かつ比誘電率εrは２３００より小さいことが好まし
い。また、キュリー温度Ｔｃは２８０℃以上であること
より好ましく、さらに好ましくは３００℃以上である。
また、比誘電率εrは２２００より小さいことがより好
ましく、２０００より小さいことがさらに好ましい。
温度Ｔｃと比誘電率εrは、高温下での使用及び投入電
力の観点からキュリー温度Ｔｃは２５０℃より大きく、
かつ比誘電率εrは２３００より小さいことが好まし
い。また、キュリー温度Ｔｃは２８０℃以上であること
より好ましく、さらに好ましくは３００℃以上である。
また、比誘電率εrは２２００より小さいことがより好
ましく、２０００より小さいことがさらに好ましい。
【００３９】請求項１３に係るセラミック材料は、一般
式ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含
まれる酸素原子数の総和である。）で表される。このセ
ラミック材料は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とする複
合酸化物からなる。そして、縦方向圧電歪定数ｄ33が８
５０以上、散逸係数tanδが０．００３＜tanδ＜０．０
１２、キュリー温度Ｔｃが２５０℃より高く、かつ比誘
電率εrが２３００より小さいことを特徴とする。
式ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物及びＢの酸化物に含
まれる酸素原子数の総和である。）で表される。このセ
ラミック材料は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とする複
合酸化物からなる。そして、縦方向圧電歪定数ｄ33が８
５０以上、散逸係数tanδが０．００３＜tanδ＜０．０
１２、キュリー温度Ｔｃが２５０℃より高く、かつ比誘
電率εrが２３００より小さいことを特徴とする。
【００４０】上記セラミック材料は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴ
ｉを主成分とする複合酸化物からなり、少なくともペロ
ブスカイト構造を形成できる範囲で、さらにＰｂ、Ｚｒ
及びＴｉ以外の元素を含むことができる。このような元
素としては、第IV１Ａ〜２Ｂ族元素、第V１Ａ〜３Ａ及
び６Ａ族元素、並びに第VI１Ａ〜６Ａ族元素の群から選
ばれる一種以上の元素を挙げることができ、Ｓｃ、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｋ、Ｌｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、
Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から選ばれる一種以上の
元素であることが好ましい。
ｉを主成分とする複合酸化物からなり、少なくともペロ
ブスカイト構造を形成できる範囲で、さらにＰｂ、Ｚｒ
及びＴｉ以外の元素を含むことができる。このような元
素としては、第IV１Ａ〜２Ｂ族元素、第V１Ａ〜３Ａ及
び６Ａ族元素、並びに第VI１Ａ〜６Ａ族元素の群から選
ばれる一種以上の元素を挙げることができ、Ｓｃ、Ｙ、
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｋ、Ｌｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、
Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからなる群から選ばれる一種以上の
元素であることが好ましい。
【００４１】これまでのセラミック材料はキュリー温度
Ｔｃが高くなると、縦方向圧電歪定数ｄ33が減少し、ま
た、縦方向圧電歪定数ｄ33を大きくしようとすれば散逸
係数tanδと比誘電率εrの双方が増加するという傾向が
あった。そこで、本発明者は鋭意検討した結果、これま
でのセラミック材料ではみられない、キュリー温度Ｔｃ
が高い状態で大きい縦方向圧電歪定数ｄ33を有し、かつ
小さい散逸係数tanδ及び比誘電率εrを有するセラミッ
ク材料を見出し、本発明のセラミック材料を完成するこ
とに成功した。すなわち、請求項１３に係るセラミック
材料は、キュリー温度Ｔｃが２５０℃以上でも、縦方向
圧電歪定数ｄ33が８５０以上、散逸係数tanδが０．０
０３＜tanδ＜０．０１２であり、かつ比誘電率εrが２
３００より小さいという優れた圧電特性を示す。
Ｔｃが高くなると、縦方向圧電歪定数ｄ33が減少し、ま
た、縦方向圧電歪定数ｄ33を大きくしようとすれば散逸
係数tanδと比誘電率εrの双方が増加するという傾向が
あった。そこで、本発明者は鋭意検討した結果、これま
でのセラミック材料ではみられない、キュリー温度Ｔｃ
が高い状態で大きい縦方向圧電歪定数ｄ33を有し、かつ
小さい散逸係数tanδ及び比誘電率εrを有するセラミッ
ク材料を見出し、本発明のセラミック材料を完成するこ
とに成功した。すなわち、請求項１３に係るセラミック
材料は、キュリー温度Ｔｃが２５０℃以上でも、縦方向
圧電歪定数ｄ33が８５０以上、散逸係数tanδが０．０
０３＜tanδ＜０．０１２であり、かつ比誘電率εrが２
３００より小さいという優れた圧電特性を示す。
【００４２】上記特性を満足するセラミック材料は、上
記の元素の組み合わせ及び元素を適宜調整することで得
ることができる。例えば、セラミック材料のキュリー温
度Ｔｃを２５０℃以上とするためには、Ｍ2に使用する
元素種と添加量を調整する。また、縦方向圧電歪定数ｄ
33を８５０以上とするためには、Ｍ1の元素種と添加量
を調整する。また、散逸係数tanδを０．００３＜tanδ
＜０．０１２の範囲にするためには、前記α値を調整す
る。このようにＴｃ、ｄ33及びtanδ値が所定範囲にな
るように組成及び組成比を調整することにより請求項１
３に係るセラミック材料を製造することができる。より
具体的には、例えば、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とす
る複合酸化物Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ]Od
（但し、M1は３Ａ族元素、並びにＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍ
ｇ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる一種以上の元
素であり、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれる三種以上の
元素であり、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７５、
０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、０．
３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４であり、
かつｄはＰｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉの各酸化
物に含まれる酸素原子数の総和である。）は、上記所望
のＴｃ、ｄ33及びtanδを示すセラミック材料である。
記の元素の組み合わせ及び元素を適宜調整することで得
ることができる。例えば、セラミック材料のキュリー温
度Ｔｃを２５０℃以上とするためには、Ｍ2に使用する
元素種と添加量を調整する。また、縦方向圧電歪定数ｄ
33を８５０以上とするためには、Ｍ1の元素種と添加量
を調整する。また、散逸係数tanδを０．００３＜tanδ
＜０．０１２の範囲にするためには、前記α値を調整す
る。このようにＴｃ、ｄ33及びtanδ値が所定範囲にな
るように組成及び組成比を調整することにより請求項１
３に係るセラミック材料を製造することができる。より
具体的には、例えば、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とす
る複合酸化物Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ]Od
（但し、M1は３Ａ族元素、並びにＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍ
ｇ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる一種以上の元
素であり、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれる三種以上の
元素であり、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７５、
０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、０．
３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４であり、
かつｄはＰｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ及びＴｉの各酸化
物に含まれる酸素原子数の総和である。）は、上記所望
のＴｃ、ｄ33及びtanδを示すセラミック材料である。
【００４３】請求項１６に係るセラミック材料は、下記
の式（２）を満たすものである。 PbxM3 1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZrhTii]O3・・・・（２） 上記式（２）中、M3は、Ｌａ、Ｋ、Ｅｒ及びＹｂからな
る群から選ばれる。M3は、ドナー又はアクセプタ注入体
として作用することができ、本発明のセラミック材料に
おけるM1としては、Ｌａ又はＫが好ましい。
の式（２）を満たすものである。 PbxM3 1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZrhTii]O3・・・・（２） 上記式（２）中、M3は、Ｌａ、Ｋ、Ｅｒ及びＹｂからな
る群から選ばれる。M3は、ドナー又はアクセプタ注入体
として作用することができ、本発明のセラミック材料に
おけるM1としては、Ｌａ又はＫが好ましい。
【００４４】上記式（２）において、ｘ値は０．９９０
≦ｘ≦０．９９７である。ｘ値は０．９９０≦ｘ≦０．
９９７の範囲であれば特に限定されない。ｘ値を０．９
９０以上としたのは、ｘ値がこの数値より小さいと、１
０００℃以下で焼成させても焼結が十分に進行せず、得
られた焼結体の密度が低くなって、圧電特性（特に電気
機械結合係数：Ｋｐ）が極端に悪化するためである。焼
成温度が１２００℃程度と高くなれば、ｘ値が０．９９
０以下でも焼結が十分に進行する。しかし、１２００℃
程度まで焼成温度を高くしてしまうと、例えばＡｇ７０
−Ｐｄ３０の銀パラジウム合金の内部電極で溶融が起こ
り、通電中にショートを起こす可能性が高くなる。また
ｘ値を０．９９７以下としたのは、ｘ値がこの数値を超
えると圧電特性、特に電気機械結合係数（Ｋｐ）が悪化
するためである。
≦ｘ≦０．９９７である。ｘ値は０．９９０≦ｘ≦０．
９９７の範囲であれば特に限定されない。ｘ値を０．９
９０以上としたのは、ｘ値がこの数値より小さいと、１
０００℃以下で焼成させても焼結が十分に進行せず、得
られた焼結体の密度が低くなって、圧電特性（特に電気
機械結合係数：Ｋｐ）が極端に悪化するためである。焼
成温度が１２００℃程度と高くなれば、ｘ値が０．９９
０以下でも焼結が十分に進行する。しかし、１２００℃
程度まで焼成温度を高くしてしまうと、例えばＡｇ７０
−Ｐｄ３０の銀パラジウム合金の内部電極で溶融が起こ
り、通電中にショートを起こす可能性が高くなる。また
ｘ値を０．９９７以下としたのは、ｘ値がこの数値を超
えると圧電特性、特に電気機械結合係数（Ｋｐ）が悪化
するためである。
【００４５】上記式（２）のｅ＋ｆ＋ｇ値は、０．１８
≦ｅ＋ｆ＋ｇ≦０．２２であり、かつ、０≦ｅ＜０．２
２、０＜ｆ＜０．２２、０＜ｇ＜０．２２の範囲であれ
ば特に制限はない。ｅ＋ｆ＋ｇ値を０．１８以上とした
のは、ｅ＋ｆ＋ｇ値がこの値よりも小さいと、上記式
（２）の(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gを
固溶させた効果が現れずに、焼成温度を低減できないた
めである。またｅ＋ｆ＋ｇ値を０．２２以下としたの
は、ｅ値がこの値を超えると圧電特性（特に電気機械結
合係数：Ｋｐ）が悪化するためで、これは圧電特性の高
い Pb(Zr,Ti)O3 成分が減少するためである。また、０
≦ｅ＜０．２２、０＜ｆ＜０．２２、０＜ｇ＜０．２２
としたのは、ｅ乃至ｆ値がこの範囲内にある場合に、１
０００℃以下の低温焼成で焼結でき、優れた圧電特性
（特に電気機械結合係数：Ｋｐ）を示し得るためであ
る。
≦ｅ＋ｆ＋ｇ≦０．２２であり、かつ、０≦ｅ＜０．２
２、０＜ｆ＜０．２２、０＜ｇ＜０．２２の範囲であれ
ば特に制限はない。ｅ＋ｆ＋ｇ値を０．１８以上とした
のは、ｅ＋ｆ＋ｇ値がこの値よりも小さいと、上記式
（２）の(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gを
固溶させた効果が現れずに、焼成温度を低減できないた
めである。またｅ＋ｆ＋ｇ値を０．２２以下としたの
は、ｅ値がこの値を超えると圧電特性（特に電気機械結
合係数：Ｋｐ）が悪化するためで、これは圧電特性の高
い Pb(Zr,Ti)O3 成分が減少するためである。また、０
≦ｅ＜０．２２、０＜ｆ＜０．２２、０＜ｇ＜０．２２
としたのは、ｅ乃至ｆ値がこの範囲内にある場合に、１
０００℃以下の低温焼成で焼結でき、優れた圧電特性
（特に電気機械結合係数：Ｋｐ）を示し得るためであ
る。
【００４６】また、上記式（２）のｈ値及びｉ値は、
０．３８≦ｈ≦０．４３及び０．３８≦ｉ≦０．４１の
範囲であれば特に制限はない。ｈ値を０．３８≦ｈ≦
０．４３、ｅ値を０．３８≦ｅ≦０．４１の範囲にした
のは、それぞれこれらの範囲にないＰＺＴ系セラミック
ス材料では特に電気機械結合係数（Ｋｐ）の低下が著し
く、高い圧電特性が得られないためである。
０．３８≦ｈ≦０．４３及び０．３８≦ｉ≦０．４１の
範囲であれば特に制限はない。ｈ値を０．３８≦ｈ≦
０．４３、ｅ値を０．３８≦ｅ≦０．４１の範囲にした
のは、それぞれこれらの範囲にないＰＺＴ系セラミック
ス材料では特に電気機械結合係数（Ｋｐ）の低下が著し
く、高い圧電特性が得られないためである。
【００４７】またｅ乃至ｉ値は、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＝
１となるように調整する。本発明においてｅ＋ｆ＋ｇ＋
ｈ＋ｉの値１には、例えば０．９９５以上１．００５未
満の値も含まれる。ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ値が１を超える
場合は、本発明のセラミック材料の化学量論組成よりも
過剰な成分が存在することになり、この過剰成分が結晶
粒界において析出してドメインスイッチングを阻害する
可能性があるため、優れた圧電特性が得られない。一
方、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｅ値が１より小さい場合には、本
発明のセラミック材料の組成成分が化学量論組成より少
なく存在するため、格子欠陥を生じ圧電特性が低下する
ことがあるため好ましくない。
１となるように調整する。本発明においてｅ＋ｆ＋ｇ＋
ｈ＋ｉの値１には、例えば０．９９５以上１．００５未
満の値も含まれる。ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ値が１を超える
場合は、本発明のセラミック材料の化学量論組成よりも
過剰な成分が存在することになり、この過剰成分が結晶
粒界において析出してドメインスイッチングを阻害する
可能性があるため、優れた圧電特性が得られない。一
方、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｅ値が１より小さい場合には、本
発明のセラミック材料の組成成分が化学量論組成より少
なく存在するため、格子欠陥を生じ圧電特性が低下する
ことがあるため好ましくない。
【００４８】前記式（２）中、M4は、ペロブスカイト構
造を形成し得る元素であり、Ｎｉ、Ｍｎ又はＳｒであ
る。M4がＮｉである場合には、圧電定数を増加すること
ができる。またM4がＭｎ又はＳｒである場合には、圧電
定数を維持しつつ誘電損失を小さくすることができる。
好ましいＭ2はＮｉである場合である。Ｎｉ、Ｍｎ又は
Ｓｒは、いずれも本発明のセラミック材料のＢサイト
（ＺｒとＴｉにあるサイト）に入る際に２価の原子価を
有することができる。
造を形成し得る元素であり、Ｎｉ、Ｍｎ又はＳｒであ
る。M4がＮｉである場合には、圧電定数を増加すること
ができる。またM4がＭｎ又はＳｒである場合には、圧電
定数を維持しつつ誘電損失を小さくすることができる。
好ましいＭ2はＮｉである場合である。Ｎｉ、Ｍｎ又は
Ｓｒは、いずれも本発明のセラミック材料のＢサイト
（ＺｒとＴｉにあるサイト）に入る際に２価の原子価を
有することができる。
【００４９】式（２）で表される本発明のセラミック材
料の密度については、一般にセラミック原料の焼結が進
むほど密度が高くなる傾向がある。また、セラミック材
料の密度が高いものは、一般に優れた圧電特性（特に電
気機械結合係数：Ｋｐ）を示す。したがって、本発明の
セラミック材料は少なくとも調製後のセラミック材料の
密度が７．６ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましく、
７．７ｇ／ｃｍ3以上であることがより好ましい。
料の密度については、一般にセラミック原料の焼結が進
むほど密度が高くなる傾向がある。また、セラミック材
料の密度が高いものは、一般に優れた圧電特性（特に電
気機械結合係数：Ｋｐ）を示す。したがって、本発明の
セラミック材料は少なくとも調製後のセラミック材料の
密度が７．６ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましく、
７．７ｇ／ｃｍ3以上であることがより好ましい。
【００５０】本発明のセラミック材料は従来品と同様に
製造することができる。原料としては構成金属の酸化
物、すなわち、ＰｂＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｌａ
2Ｏ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2の各酸化
物の粉末を、所望の組成が得られるような割合で配合し
て用いることができる。なお、原料としては、焼成中に
熱分解を受けて上記金属酸化物を生ずる化合物も使用で
きる。例えば、ＰｂＯはＰｂ3Ｏ4でもよく、また酸化物
の代わりに炭酸塩や塩基性炭酸塩、水酸化物、カルボン
酸塩等を使用することもできる。さらに、２種以上の構
成金属を含む酸化物や炭酸塩を使用することも可能であ
る。
製造することができる。原料としては構成金属の酸化
物、すなわち、ＰｂＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｌａ
2Ｏ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2の各酸化
物の粉末を、所望の組成が得られるような割合で配合し
て用いることができる。なお、原料としては、焼成中に
熱分解を受けて上記金属酸化物を生ずる化合物も使用で
きる。例えば、ＰｂＯはＰｂ3Ｏ4でもよく、また酸化物
の代わりに炭酸塩や塩基性炭酸塩、水酸化物、カルボン
酸塩等を使用することもできる。さらに、２種以上の構
成金属を含む酸化物や炭酸塩を使用することも可能であ
る。
【００５１】本発明の圧電特性に著しい悪影響がなけれ
ば、原料は不可避的に混入する不純物を含んでいてもよ
い。例えば、ＺｒＯ2は少量のＨｆＯ2を含み、またＮｂ
2Ｏ5 は少量のＴａ2Ｏ5 を含んでいることが多いが、こ
のような原料を使用することもできる。
ば、原料は不可避的に混入する不純物を含んでいてもよ
い。例えば、ＺｒＯ2は少量のＨｆＯ2を含み、またＮｂ
2Ｏ5 は少量のＴａ2Ｏ5 を含んでいることが多いが、こ
のような原料を使用することもできる。
【００５２】配合された上記の原料粉末は、十分に混合
される。混合は、通常、湿式混合で行う。この混合粉末
をそのまま成形することもできるが、通常は組成をより
均質にするため、混合物をまず低温で仮焼し、仮焼した
混合物を粉砕し、得られた粉末を成形に用いる。
される。混合は、通常、湿式混合で行う。この混合粉末
をそのまま成形することもできるが、通常は組成をより
均質にするため、混合物をまず低温で仮焼し、仮焼した
混合物を粉砕し、得られた粉末を成形に用いる。
【００５３】セラミック材料の成形は、圧電材料の用途
に応じて、所望の形態になるように行うことができる。
例えば、圧縮成形 (プレス成形) 、ホットプレス、静水
圧プレスを含む加圧成形により成形を行ってもよい。成
形には少量の有機バインダを用いてもよい。このような
有機バインダとしては、例えばポリビニルアルコール、
カルボキシメチルセルロース、ワックス、ポリビニルブ
チラール、アクリルなどが挙げられる。
に応じて、所望の形態になるように行うことができる。
例えば、圧縮成形 (プレス成形) 、ホットプレス、静水
圧プレスを含む加圧成形により成形を行ってもよい。成
形には少量の有機バインダを用いてもよい。このような
有機バインダとしては、例えばポリビニルアルコール、
カルボキシメチルセルロース、ワックス、ポリビニルブ
チラール、アクリルなどが挙げられる。
【００５４】得られた成形体を次いで１０００℃又は１
０００℃より低い焼成温度で焼結させると、本発明のセ
ラミック材料が得られる。焼成温度が１０００℃以下で
あっても十分に焼結が進行し、本発明のセラミック材料
が得られる。焼成温度は、好ましくは９００〜１０００
℃であり、さらに好ましくは９００〜９５０℃である。
特に請求項１〜１５に係るセラミック材料であれば、９
５０℃以下の温度で良好に焼成することができる。ま
た、１０００℃以下の焼成温度により成形体を焼成する
時間は、得ようとする本発明のセラミック材料に応じて
適宜決定することができる。また、焼成雰囲気は特に制
限されないが、通常は大気中で焼成することができる。
電極として比較的酸化しやすい金属又は貴金属を使用す
る場合には、酸化反応を防ぐために窒素等の不活性ガス
雰囲気中で焼成するのが好ましい。
０００℃より低い焼成温度で焼結させると、本発明のセ
ラミック材料が得られる。焼成温度が１０００℃以下で
あっても十分に焼結が進行し、本発明のセラミック材料
が得られる。焼成温度は、好ましくは９００〜１０００
℃であり、さらに好ましくは９００〜９５０℃である。
特に請求項１〜１５に係るセラミック材料であれば、９
５０℃以下の温度で良好に焼成することができる。ま
た、１０００℃以下の焼成温度により成形体を焼成する
時間は、得ようとする本発明のセラミック材料に応じて
適宜決定することができる。また、焼成雰囲気は特に制
限されないが、通常は大気中で焼成することができる。
電極として比較的酸化しやすい金属又は貴金属を使用す
る場合には、酸化反応を防ぐために窒素等の不活性ガス
雰囲気中で焼成するのが好ましい。
【００５５】得られた焼結体に電極を取付け、常法に従
って分極処理(例、シリコンオイル中で直流電圧を印加)
を施すと、圧電素子が得られる。本発明のセラミック
材料からなる部材を有する圧電素子に使用される電極
は、一般的に電極として使用される金属、貴金属等を使
用することができる。
って分極処理(例、シリコンオイル中で直流電圧を印加)
を施すと、圧電素子が得られる。本発明のセラミック
材料からなる部材を有する圧電素子に使用される電極
は、一般的に電極として使用される金属、貴金属等を使
用することができる。
【００５６】また、本発明のセラミック材料は、積層型
圧電アクチュエータなどに用いられる積層型圧電素子と
して使用することができる。本発明の積層型圧電素子
は、セラミック材料からなる部材と内部電極とを交互に
積層させた構造体を有すれば、セラミック材料からなる
部材の積層数については特に限定されない。このため、
積層数は、所望の印加電圧及び変位量に合わせて適宜決
定することができる。また、一層当たりの層の厚さは特
に限定されず、印加電圧に対応して適宜厚さを選択する
ことができる。
圧電アクチュエータなどに用いられる積層型圧電素子と
して使用することができる。本発明の積層型圧電素子
は、セラミック材料からなる部材と内部電極とを交互に
積層させた構造体を有すれば、セラミック材料からなる
部材の積層数については特に限定されない。このため、
積層数は、所望の印加電圧及び変位量に合わせて適宜決
定することができる。また、一層当たりの層の厚さは特
に限定されず、印加電圧に対応して適宜厚さを選択する
ことができる。
【００５７】積層型圧電素子における圧電材料の成形
は、一般にシート成形により行われる。すなわち、前述
のように原料の混合、仮焼、粉砕により得られた粉末
を、適当な有機バインダ溶液と混合してスラリー状に
し、このスラリーをドクターブレード等により一定厚み
のシート又はテープ状に成形する。得られたシート又は
テープを乾燥して溶媒の大部分を除去することによりグ
リーンシートを得る。
は、一般にシート成形により行われる。すなわち、前述
のように原料の混合、仮焼、粉砕により得られた粉末
を、適当な有機バインダ溶液と混合してスラリー状に
し、このスラリーをドクターブレード等により一定厚み
のシート又はテープ状に成形する。得られたシート又は
テープを乾燥して溶媒の大部分を除去することによりグ
リーンシートを得る。
【００５８】このグリーンシートに、内部電極形成用の
導体ペーストをスクリーン印刷などの手法で所望の形状
に塗布する。本発明の積層型圧電素子に用いるセラミッ
ク材料は、１０００℃以下の焼成温度であっても内部電
極と同時焼結することができる。このため、本発明の積
層型圧電素子に使用することのできる導体ペーストは、
内部電極として一般に使用される導体ペーストのほか、
１０００℃よりも融点の低い金属や貴金属（例えば、銅
や銀）、Ａｇ−Ｐｔ合金又はパラジウム配合量の少ない
Ａｇ−Ｐｄ合金（例えば、Ｐｄ１０ｗｔ％以下配合）な
どを使用することができる。このため、本発明の積層型
圧電素子であれば、内部電極が溶融することはなく、か
つＡｇの拡散を防止でき、しかもショートの可能性も低
い上、安価な金属、合金等を内部電極として使用するこ
とができるため、圧電素子の製品コストを大幅に低減す
ることが可能となる。
導体ペーストをスクリーン印刷などの手法で所望の形状
に塗布する。本発明の積層型圧電素子に用いるセラミッ
ク材料は、１０００℃以下の焼成温度であっても内部電
極と同時焼結することができる。このため、本発明の積
層型圧電素子に使用することのできる導体ペーストは、
内部電極として一般に使用される導体ペーストのほか、
１０００℃よりも融点の低い金属や貴金属（例えば、銅
や銀）、Ａｇ−Ｐｔ合金又はパラジウム配合量の少ない
Ａｇ−Ｐｄ合金（例えば、Ｐｄ１０ｗｔ％以下配合）な
どを使用することができる。このため、本発明の積層型
圧電素子であれば、内部電極が溶融することはなく、か
つＡｇの拡散を防止でき、しかもショートの可能性も低
い上、安価な金属、合金等を内部電極として使用するこ
とができるため、圧電素子の製品コストを大幅に低減す
ることが可能となる。
【００５９】前記の導体ペーストを塗布したグリーンシ
ートを適当な寸法に裁断した後、適当な枚数 (例、数十
ないし数百枚) を重ね合わせ、熱圧着させて一体化し、
得られた積層体を焼成して、内部電極と前記シート状の
成形体とを同時に焼結させる。この焼成条件は前記と同
様でよい。得られた焼結体に、一層ごとに分極方向が逆
向きになるように外部電極を取付け、電圧を印加して分
極させると、積層型圧電アクチュエータとして有用な積
層型圧電素子が得られる。
ートを適当な寸法に裁断した後、適当な枚数 (例、数十
ないし数百枚) を重ね合わせ、熱圧着させて一体化し、
得られた積層体を焼成して、内部電極と前記シート状の
成形体とを同時に焼結させる。この焼成条件は前記と同
様でよい。得られた焼結体に、一層ごとに分極方向が逆
向きになるように外部電極を取付け、電圧を印加して分
極させると、積層型圧電アクチュエータとして有用な積
層型圧電素子が得られる。
【００６０】このようして得られた圧電素子は、発振
子、共振子、圧電結合子、機械的フィルタ、圧電トラン
ス、通信機等の遅延装置、圧力計、流速計、風速計等の
各種の計測装置、ピックアップ、マイクロホン、テレビ
リモコン等の音響装置、超音波診断装置、圧電ポンプ、
超音波モータ、圧電アクチュエータなど各種の圧電セラ
ミックの用途に使用することができる。
子、共振子、圧電結合子、機械的フィルタ、圧電トラン
ス、通信機等の遅延装置、圧力計、流速計、風速計等の
各種の計測装置、ピックアップ、マイクロホン、テレビ
リモコン等の音響装置、超音波診断装置、圧電ポンプ、
超音波モータ、圧電アクチュエータなど各種の圧電セラ
ミックの用途に使用することができる。
【００６１】
【実施例】以下に本発明を、実施例を示しながらさらに
詳細に説明する。なお、以下の実施例に示す原料、試
薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り
適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲
は以下に示す実施例に具体的に限定されるものではな
い。
詳細に説明する。なお、以下の実施例に示す原料、試
薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り
適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲
は以下に示す実施例に具体的に限定されるものではな
い。
【００６２】（実施例１）ＰｂＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、
ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＮｂ2Ｏ5 並びにＬａ2Ｏ3
又はＫ2ＣＯ3からなる原料粉末を、Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3N
b2/3-c)αZrβTi γ]Od の条件を満たす組成式におい
て、表１に示す所定の比率になるように秤量し、ボール
ミルを用いて原料粉末を十分に湿式混合した。 ＜上記組成式の条件＞ Ｍ1：試料９はＫを使用した。その他の試料１〜８及び
１０〜１６はＬａを使用した。 Ｍ2：試料４はＳｒ、Ｎｉ、Ｚｎを使用した。その他の
試料１〜３及び５〜１６はＣｏ、Ｎｉ、Ｚｎを使用し
た。 次いで得られた混合粉を大気中で９００℃、２時間仮焼
した後、再びボールミルを用いて湿式粉砕を行った。
ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＮｂ2Ｏ5 並びにＬａ2Ｏ3
又はＫ2ＣＯ3からなる原料粉末を、Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3N
b2/3-c)αZrβTi γ]Od の条件を満たす組成式におい
て、表１に示す所定の比率になるように秤量し、ボール
ミルを用いて原料粉末を十分に湿式混合した。 ＜上記組成式の条件＞ Ｍ1：試料９はＫを使用した。その他の試料１〜８及び
１０〜１６はＬａを使用した。 Ｍ2：試料４はＳｒ、Ｎｉ、Ｚｎを使用した。その他の
試料１〜３及び５〜１６はＣｏ、Ｎｉ、Ｚｎを使用し
た。 次いで得られた混合粉を大気中で９００℃、２時間仮焼
した後、再びボールミルを用いて湿式粉砕を行った。
【００６３】上記のように粉砕した粉に２ｗｔ％の有機
バインダ（ポリビニルアルコール）を混合した後、１５
０μｍのメッシュを通して粉末を得た。得られた粉末を
３トン／ｃｍ2 の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円
板状に圧縮成形した後、得られた成形体をＭｇＯ容器を
用いて大気中１０００℃で２時間焼成した。
バインダ（ポリビニルアルコール）を混合した後、１５
０μｍのメッシュを通して粉末を得た。得られた粉末を
３トン／ｃｍ2 の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円
板状に圧縮成形した後、得られた成形体をＭｇＯ容器を
用いて大気中１０００℃で２時間焼成した。
【００６４】得られた円板状の焼結体の両面を研磨し、
厚さ１ｍｍに調整後、アルキメデス法により密度を算出
した。その後、この円板状焼結体の両面に銀を導電粉と
する市販の導体ペーストを塗布し、大気中７５０℃で３
０分焼成して電極を形成してから、１００℃のシリコン
オイル中で３ｋＶの直流電圧を３０分間印加して分極さ
せた。
厚さ１ｍｍに調整後、アルキメデス法により密度を算出
した。その後、この円板状焼結体の両面に銀を導電粉と
する市販の導体ペーストを塗布し、大気中７５０℃で３
０分焼成して電極を形成してから、１００℃のシリコン
オイル中で３ｋＶの直流電圧を３０分間印加して分極さ
せた。
【００６５】分極処理後２４時間以上が経過してから、
各セラミック材料の圧電特性を測定した結果を、密度の
計算結果と一緒に表１に示す。表中のＫｐは厚み方向の
電気機械結合係数、εrは、厚み方向の比誘電率、ｄ33
は縦方向の圧電歪定数、Ｔｃはキュリー温度、tanδは
散逸係数をそれぞれ示す。
各セラミック材料の圧電特性を測定した結果を、密度の
計算結果と一緒に表１に示す。表中のＫｐは厚み方向の
電気機械結合係数、εrは、厚み方向の比誘電率、ｄ33
は縦方向の圧電歪定数、Ｔｃはキュリー温度、tanδは
散逸係数をそれぞれ示す。
【００６６】＜各数値の算出方法＞ １．電気機械結合係数Ｋｐ及び比誘電率εr Ｋｐ及びεrの測定は、電子材料工業会標準規格に定め
られた電子材料工業会の圧電セラミック振動子の試験方
法（ＥＭＡＳ−６００１）に従って行った。なお、εr
の測定は日本ヒューレットパッカード社製インピーダン
スアナライザＨＰ４１９２Ａを用いて電子材料工業会標
準規格ＥＭＡＳ−６００１に規定された形状の試験片を
用いて２５℃における静電容量を計測し、次式（３）よ
り算出した。 εr＝εT 33／ε0＝tC／ε0S ‥‥（３） （但し、ε0は真空の誘電率（8.854×10-12F/m）、ｔは
両電極間の距離（m）、Cは静電容量（F）、Sは電極面積
（m2）である。） ２．圧電歪定数ｄ33 圧電歪定数ｄ33の測定は、円柱状振動子のたて振動の測
定方法を規定した電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ−６
００２に規定された形状の試験片を用いて、電界強度
１．４ｋＶ／ｍｍにおける伸びをレーザー変位計で計測
し、この計測値から圧電歪定数ｄ33の算出を行った。 ３．キュリー温度Ｔｃ キュリー温度Ｔｃの測定は、炉内にて試料の温度を変化
させたときの静電容量変化を記録し、最大の静電容量を
示した温度をキュリー温度Ｔｃとした。 ４．散逸係数tanδ 散逸係数tanδの測定は、比誘電率εrと同様、日本ヒュ
ーレットパッカード社製インピーダンスアナライザＨＰ
４１９２Ａを用いて電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ−
６００１に規定された形状の試験片を用いて１ｋＨｚの
周波数で測定を行った。
られた電子材料工業会の圧電セラミック振動子の試験方
法（ＥＭＡＳ−６００１）に従って行った。なお、εr
の測定は日本ヒューレットパッカード社製インピーダン
スアナライザＨＰ４１９２Ａを用いて電子材料工業会標
準規格ＥＭＡＳ−６００１に規定された形状の試験片を
用いて２５℃における静電容量を計測し、次式（３）よ
り算出した。 εr＝εT 33／ε0＝tC／ε0S ‥‥（３） （但し、ε0は真空の誘電率（8.854×10-12F/m）、ｔは
両電極間の距離（m）、Cは静電容量（F）、Sは電極面積
（m2）である。） ２．圧電歪定数ｄ33 圧電歪定数ｄ33の測定は、円柱状振動子のたて振動の測
定方法を規定した電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ−６
００２に規定された形状の試験片を用いて、電界強度
１．４ｋＶ／ｍｍにおける伸びをレーザー変位計で計測
し、この計測値から圧電歪定数ｄ33の算出を行った。 ３．キュリー温度Ｔｃ キュリー温度Ｔｃの測定は、炉内にて試料の温度を変化
させたときの静電容量変化を記録し、最大の静電容量を
示した温度をキュリー温度Ｔｃとした。 ４．散逸係数tanδ 散逸係数tanδの測定は、比誘電率εrと同様、日本ヒュ
ーレットパッカード社製インピーダンスアナライザＨＰ
４１９２Ａを用いて電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ−
６００１に規定された形状の試験片を用いて１ｋＨｚの
周波数で測定を行った。
【００６７】
【表１】
【００６８】表１よりａ、ｂ、ｃ、α、β及びγの値
が、いずれも０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７５、
０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、０．
３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４の範囲内
にある試料１、４、８、９、１１及び１４は、キュリー
温度Ｔｃが３００℃以上であっても、圧電歪定数ｄ33が
８５０以上と良好な伸びを示すことが分かる。前記ａ〜
γ値が上記範囲よりも小さい場合又は大きい場合には、
伸び（ｄ33）が低下することが分かる。また、電気機械
結合係数Ｋｐも６０以上と高く、かつ比誘電率εrは２
３００以下と低く抑えることができた。また、散逸係数
tanδは、上記試料１、４、８、９、１１及び１４はい
ずれも０＜tanδ＜０．０１２の範囲内であった。一
方、試料９と試料１、４、８、１１及び１４の各測定値
からＫ及びＬａがＭ 1として好ましいことが分かる。ま
た、試料４と試料１、８、９、１１及び１４の各測定値
からＳｒとＮｉ及びＺｎの組み合わせ及びＣｏとＮｉ及
びＺｎの組み合わせのいずれもＭ2として好ましいこと
が分かる。β／γ値については、試料６、１０及び１６
が１．０８より大きく、試料１３が０．９２より小さか
った。これらの試料では、いずれもＫｐ及びｄ33が小さ
かった。これよりβ／γ値として０．９２＜β／γ＜
１．０８の範囲の数値を有する試料が、より大きなＫｐ
及びｄ33を得る観点からは好ましいことが分かる。ま
た、α＋β＋γ値については、１より小さいもの（試料
１５）は、Ｋｐとｄ 33が小さく電圧の印加による縦方向
の伸びは少なかった。これよりα＋β＋γ値は１以上で
あることがより大きなＫｐ及びｄ33を得る観点から好ま
しいことが分かる。
が、いずれも０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７５、
０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜０．２８、０．
３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜０．４４の範囲内
にある試料１、４、８、９、１１及び１４は、キュリー
温度Ｔｃが３００℃以上であっても、圧電歪定数ｄ33が
８５０以上と良好な伸びを示すことが分かる。前記ａ〜
γ値が上記範囲よりも小さい場合又は大きい場合には、
伸び（ｄ33）が低下することが分かる。また、電気機械
結合係数Ｋｐも６０以上と高く、かつ比誘電率εrは２
３００以下と低く抑えることができた。また、散逸係数
tanδは、上記試料１、４、８、９、１１及び１４はい
ずれも０＜tanδ＜０．０１２の範囲内であった。一
方、試料９と試料１、４、８、１１及び１４の各測定値
からＫ及びＬａがＭ 1として好ましいことが分かる。ま
た、試料４と試料１、８、９、１１及び１４の各測定値
からＳｒとＮｉ及びＺｎの組み合わせ及びＣｏとＮｉ及
びＺｎの組み合わせのいずれもＭ2として好ましいこと
が分かる。β／γ値については、試料６、１０及び１６
が１．０８より大きく、試料１３が０．９２より小さか
った。これらの試料では、いずれもＫｐ及びｄ33が小さ
かった。これよりβ／γ値として０．９２＜β／γ＜
１．０８の範囲の数値を有する試料が、より大きなＫｐ
及びｄ33を得る観点からは好ましいことが分かる。ま
た、α＋β＋γ値については、１より小さいもの（試料
１５）は、Ｋｐとｄ 33が小さく電圧の印加による縦方向
の伸びは少なかった。これよりα＋β＋γ値は１以上で
あることがより大きなＫｐ及びｄ33を得る観点から好ま
しいことが分かる。
【００６９】（実施例２）ＰｂＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、
ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＮｂ2Ｏ5 並びにＬａ2Ｏ3
又はＫ2ＣＯ3からなる原料粉末を、下記の条件を満たす
組成式 PbxM3 1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZr
hTii]O3 において、表２に示す所定の比率になるように秤量し、
ボールミルを用いて原料粉末を十分に湿式混合した。 ＜上記組成式の条件＞ Ｍ3：試料１７〜３３はＬａを使用した。また試料３３
はＫを使用した。 Ｍ4：全ての試料においてＮｉを使用した。 次いで得られた混合粉を実施例１と同じ条件下で仮焼し
た後、再びボールミルを用いて湿式粉砕を行った。
ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＮｂ2Ｏ5 並びにＬａ2Ｏ3
又はＫ2ＣＯ3からなる原料粉末を、下記の条件を満たす
組成式 PbxM3 1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZr
hTii]O3 において、表２に示す所定の比率になるように秤量し、
ボールミルを用いて原料粉末を十分に湿式混合した。 ＜上記組成式の条件＞ Ｍ3：試料１７〜３３はＬａを使用した。また試料３３
はＫを使用した。 Ｍ4：全ての試料においてＮｉを使用した。 次いで得られた混合粉を実施例１と同じ条件下で仮焼し
た後、再びボールミルを用いて湿式粉砕を行った。
【００７０】上記の粉砕した粉を実施例１と同様の方法
で焼成して電極を形成し、印加して分極させた。分極処
理後２４時間以上が経過してから、各セラミック材料の
圧電特性を測定した結果を、密度の計算結果と一緒に表
２に示す。
で焼成して電極を形成し、印加して分極させた。分極処
理後２４時間以上が経過してから、各セラミック材料の
圧電特性を測定した結果を、密度の計算結果と一緒に表
２に示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】表２において、試料１７〜１９はｘ＝０．
９９０、試料２０〜２４はｘ＝０．９９３、試料２５〜
２７はｘ＝０．９９５、及び試料２８〜３３はｘ＝０．
９９７にそれぞれ固定して、ｅ＋ｆ＋ｇ値、ｈ値及びｉ
値をそれぞれ変化させたものである。またＭ3として試
料１７〜３２ではＬａ、試料３３ではＫをそれぞれ使用
した。
９９０、試料２０〜２４はｘ＝０．９９３、試料２５〜
２７はｘ＝０．９９５、及び試料２８〜３３はｘ＝０．
９９７にそれぞれ固定して、ｅ＋ｆ＋ｇ値、ｈ値及びｉ
値をそれぞれ変化させたものである。またＭ3として試
料１７〜３２ではＬａ、試料３３ではＫをそれぞれ使用
した。
【００７３】試料１７、１９、２０、２４〜２６、２
８、３１及び３２は、ｅ＋ｆ＋ｇ値、ｈ値及びｉ値がい
ずれも本発明のセラミック材料の範囲内であり、かつｅ
＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ値が１であったため、密度及びＫｐの
いずれも良好であった。表２の密度の数値から９５０℃
の焼成温度で焼結が良好に行われ、またＫｐの数値から
本発明のセラミック材料が優れた圧電特性を有している
ことが分かった。
８、３１及び３２は、ｅ＋ｆ＋ｇ値、ｈ値及びｉ値がい
ずれも本発明のセラミック材料の範囲内であり、かつｅ
＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ値が１であったため、密度及びＫｐの
いずれも良好であった。表２の密度の数値から９５０℃
の焼成温度で焼結が良好に行われ、またＫｐの数値から
本発明のセラミック材料が優れた圧電特性を有している
ことが分かった。
【００７４】これに対し、ｅ値が０．２２より大きかっ
た試料２１では、焼結が不完全となり、Ｋｐが低くなっ
て十分な圧電特性が得られなかった。一方、試料２９及
び３０もｅ値が０．２２よりも大きかったが、試料２１
と比べて極端に密度が小さく、焼結が劣っていたことが
分かった。これより試料２１よりもｘ値が０．００２増
加した分、ＰＺＴ成分が減少したため焼結が不完全にな
ったものと思われる。なお、試料２９及び３０について
は、他の試料に比べて焼結がかなり劣っていたため、Ｋ
ｐとεrの測定を行わなかった。
た試料２１では、焼結が不完全となり、Ｋｐが低くなっ
て十分な圧電特性が得られなかった。一方、試料２９及
び３０もｅ値が０．２２よりも大きかったが、試料２１
と比べて極端に密度が小さく、焼結が劣っていたことが
分かった。これより試料２１よりもｘ値が０．００２増
加した分、ＰＺＴ成分が減少したため焼結が不完全にな
ったものと思われる。なお、試料２９及び３０について
は、他の試料に比べて焼結がかなり劣っていたため、Ｋ
ｐとεrの測定を行わなかった。
【００７５】また、ｈ値が０．４３より大きい試料１８
では、ある程度焼結が進んだが、Ｋｐが低く、高い圧電
特性は得られなかった。また、ｉ値が０．３８よりも小
さい試料２２では、焼結が不完全であったため、Ｋｐ値
は低く、高い圧電特性は得られなかった。
では、ある程度焼結が進んだが、Ｋｐが低く、高い圧電
特性は得られなかった。また、ｉ値が０．３８よりも小
さい試料２２では、焼結が不完全であったため、Ｋｐ値
は低く、高い圧電特性は得られなかった。
【００７６】一方、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＝１を満たさな
いものの例として、試料２３及び２７が作成された。試
料２３は、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＜１であったため、焼結
はある程度進んだがＫｐ値が低く、高い圧電特性は得ら
れなかった。また、試料２７は、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＞
１であったため、焼結は不完全となり、Ｋｐが低く、圧
電特性は十分ではなかった。
いものの例として、試料２３及び２７が作成された。試
料２３は、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＜１であったため、焼結
はある程度進んだがＫｐ値が低く、高い圧電特性は得ら
れなかった。また、試料２７は、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＞
１であったため、焼結は不完全となり、Ｋｐが低く、圧
電特性は十分ではなかった。
【００７７】また、試料３３はＭ3としてＫを使用した
が、ｅ＋ｆ＋ｇ値、ｈ値及びｉ値はいずれも本発明の範
囲内であり、Ｌａと同様、焼結が良好であり、かつ高い
圧電特性を得ることができた。
が、ｅ＋ｆ＋ｇ値、ｈ値及びｉ値はいずれも本発明の範
囲内であり、Ｌａと同様、焼結が良好であり、かつ高い
圧電特性を得ることができた。
【００７８】なお、試料３２は、Ｍ4がＣｏとＺｎとか
らなり、Ｎｉを含まない試料であったが、Ｍ4にＮｉが
含まれていなくても、他の試料と同様に、良好な焼結と
高い圧電特性を示した。これより、本発明のセラミック
材料のＭ4については、Ｎｉは任意的な元素となり得る
ことが分かる。
らなり、Ｎｉを含まない試料であったが、Ｍ4にＮｉが
含まれていなくても、他の試料と同様に、良好な焼結と
高い圧電特性を示した。これより、本発明のセラミック
材料のＭ4については、Ｎｉは任意的な元素となり得る
ことが分かる。
【００７９】
【発明の効果】本発明のセラミック材料は、キュリー温
度が２５０℃以上という高温下であっても、大きな縦方
向の伸びが得ながら、比誘電率及び散逸係数を低く抑え
られるという優れた圧電特性を有する。また、本発明の
セラミック材料は、９５０℃以下の焼成温度で焼結して
調製することができ、しかも電気機械結合係数が高く、
かつ比誘電率が低いという優れた圧電特性を有してい
る。また、本発明のセラミック材料は、９５０℃以下で
焼成可能であるため、製造時における設備及び使用電力
等においても大幅なコストダウンを図ることができる。
度が２５０℃以上という高温下であっても、大きな縦方
向の伸びが得ながら、比誘電率及び散逸係数を低く抑え
られるという優れた圧電特性を有する。また、本発明の
セラミック材料は、９５０℃以下の焼成温度で焼結して
調製することができ、しかも電気機械結合係数が高く、
かつ比誘電率が低いという優れた圧電特性を有してい
る。また、本発明のセラミック材料は、９５０℃以下で
焼成可能であるため、製造時における設備及び使用電力
等においても大幅なコストダウンを図ることができる。
【００８０】また、本発明のセラミック材料を用いた圧
電素子は、優れた圧電特性を有し、かつ、安価に製造す
ることができる。特に本発明が積層型圧電素子である場
合には、９５０℃以下の温度で焼結可能であるため、例
えば銅などの安価な金属又は貴金属を内部電極として使
用することもできるほか、Ａｇ９５−５％Ｐｄのような
パラジウムの組成比率の少ない銀パラジウム合金も使用
することもできる。このため、本発明の積層型圧電素子
は、積層型圧電アクチュエータとして有用である。
電素子は、優れた圧電特性を有し、かつ、安価に製造す
ることができる。特に本発明が積層型圧電素子である場
合には、９５０℃以下の温度で焼結可能であるため、例
えば銅などの安価な金属又は貴金属を内部電極として使
用することもできるほか、Ａｇ９５−５％Ｐｄのような
パラジウムの組成比率の少ない銀パラジウム合金も使用
することもできる。このため、本発明の積層型圧電素子
は、積層型圧電アクチュエータとして有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｄ 41/187 １０１Ｆ 41/08 Ｓ Ｑ Ｆターム(参考） 4G031 AA01 AA03 AA04 AA05 AA07 AA08 AA09 AA11 AA12 AA16 AA19 AA22 AA23 AA32 BA10
Claims (22)
- 【請求項１】 一般式ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物
及びＢの酸化物に含まれる酸素原子数の総和である。）
で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラ
ミック材料であって、前記一般式のＡが（Pb1-aM1 a-b）
（但し、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜０．０７５であ
る。）で表されることを特徴とするセラミック材料。 - 【請求項２】 一般式ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化物
及びＢの酸化物に含まれる酸素原子数の総和である。）
で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とするセラ
ミック材料であって、前記一般式のＢが［(M2 1/3Nb
2/3-c)αZrβTiγ］（但し、０．０５＜ｃ＜０．２、
０．１８＜α＜０．２８、０．３６＜β＜０．４４、
０．３６＜γ＜０．４４である。）で表されることを特
徴するセラミック材料。 - 【請求項３】 下記の式（１）で表されるセラミック材
料。 Pb1-aM1 a-b[(M2 1/3Nb2/3-c)αZrβTiγ]Od・・・・（１） （但し、式（１）中、M1は３Ａ族元素、並びにＬｉ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる一
種以上の元素であり、M2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＺｎからなる群から選ばれる
三種以上の元素であり、０＜ａ＜０．０８、０＜ｂ＜
０．０７５、０．０５＜ｃ＜０．２、０．１８＜α＜
０．２８、０．３６＜β＜０．４４、０．３６＜γ＜
０．４４であり、かつｄはＰｂ、Ｍ1、Ｍ2、Ｎｂ、Ｚｒ
及びＴｉそれぞれの酸化物に含まれる酸素原子数の総和
である。） - 【請求項４】 前記M1がＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｋ及びＬｕからなる群から選ばれる一種以上
の元素である請求項１又は３に記載のセラミック材料。 - 【請求項５】 前記M1がＬａ及びＫから選ばれる一種以
上の元素である請求項４に記載のセラミック材料。 - 【請求項６】 前記M2がＮｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭ
ｇからなる群から選ばれる三種以上の元素である請求項
２〜５のいずれか一項に記載のセラミック材料。 - 【請求項７】 前記M2がＮｉ、Ｚｎ及びＣｏである請求
項６に記載のセラッミック材料。 - 【請求項８】 前記β及びγが０．９２＜β／γ＜１．
０８である請求項２〜７のいずれか一項に記載のセラミ
ック材料。 - 【請求項９】 前記α、β及びγが１．０≦α＋β＋γ
≦１．１５である請求項２〜８のいずれか一項に記載の
セラミック材料。 - 【請求項１０】 縦方向圧電歪定数ｄ33が８５０以上で
ある請求項１〜９のいずれか一項に記載のセラミック材
料。 - 【請求項１１】 散逸係数tanδが０．００３＜tanδ＜
０．０１２である請求項１〜１０のいずれか一項に記載
のセラミック材料。 - 【請求項１２】 キュリー温度Ｔｃが２５０℃より高
く、かつ比誘電率εrが２３００より小さい請求項１〜
１１のいずれか一項に記載のセラミック材料。 - 【請求項１３】 一般式ＡＢＯd（但し、ｄはＡの酸化
物及びＢの酸化物に含まれる酸素原子数の総和であ
る。）で表され、かつＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とす
るセラミック材料であって、縦方向圧電歪定数ｄ33が８
５０以上、散逸係数tanδが０．００３＜tanδ＜０．０
１２、キュリー温度Ｔｃが２５０℃より高く、かつ比誘
電率εrが２３００より小さいことを特徴とするセラミ
ック材料。 - 【請求項１４】 第IV１Ａ〜２Ｂ族元素、第V１Ａ〜３
Ａ及び６Ａ族元素、並びに第VI１Ａ〜６Ａ族元素の群か
ら選ばれる一種以上の元素をさらに含む請求項１３に記
載のセラミック材料。 - 【請求項１５】 Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｋ、Ｌｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＭｇからな
る群から選ばれる一種以上の元素をさらに含む請求項１
４に記載のセラミック材料。 - 【請求項１６】 下記の式（２）で表されるセラミック
材料。 PbxM3 1-x[(M4 1/3Nb2/3)e(Co1/3Nb2/3)f(Zn1/3Nb2/3)gZrhTii]O3・・・・（２） （但し、式（２）中、M3は、Ｌａ、Ｋ、Ｅｒ及びＹｂか
らなる群から選ばれる一種以上の元素であり、M4は、Ｎ
ｉ、Ｍｎ及びＳｒからなる群から選ばれる元素であり、
０．９９０≦ｘ≦０．９９７、０≦ｅ＜０．２２、０＜
ｆ＜０．２２、０＜ｇ＜０．２２、０．３８≦ｈ≦０．
４３、０．３８≦ｉ≦０．４１であり、かつ０．１８≦
ｅ＋ｆ＋ｇ≦０．２２であり、ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＝１
である。） - 【請求項１７】 前記式（２）のM3がＫ又はＬａである
請求項１６に記載のセラミック材料。 - 【請求項１８】 前記式（２）のM4がＮｉである請求項
１６又は１７に記載のセラミック材料。 - 【請求項１９】 前記セラミック材料の密度が７．６ｇ
／ｃｍ3以上である請求項１６〜１８のいずれか一項に
記載のセラミック材料。 - 【請求項２０】 請求項１〜１９のいずれか一項に記載
のセラミック材料からなる部材と少なくとも１対の電極
とを有する圧電素子。 - 【請求項２１】 請求項１〜１９のいずれか１項に記載
のセラミック材料からなる部材と電極とを交互に積層さ
せた構造体を含む積層型圧電素子。 - 【請求項２２】 前記電極がＣｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｔ又
はＡｇ−Ｐｄ合金からなる請求項２１に記載の積層型圧
電素子。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001394591A JP3812936B2 (ja) | 2000-12-28 | 2001-12-26 | セラミック材料及びそれを用いた圧電素子 |
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|---|---|---|---|
| JP2000402891 | 2000-12-28 | ||
| JP2000-402891 | 2000-12-28 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002255644A true JP2002255644A (ja) | 2002-09-11 |
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2001
- 2001-12-26 JP JP2001394591A patent/JP3812936B2/ja not_active Expired - Fee Related
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