(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
[Ｋ１−ｘＮａｘ]１−ｙＬｉｙ[Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ]Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）からなる主相と、
Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７からなる副相と、
を有する多結晶体からなり、
前記主相１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０  ．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌのＣｕ化合物を含有する
圧電セラミックス。
【請求項２】
組成式（１−ａ）[Ｋ１−ｘＮａｘ]１−ｙＬｉｙ[Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ]Ｏ３＋ａＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７（ａはモル比を示す。）で表したとき、０．００３≦ａ≦０．１０である請求項１に記載の圧電セラミックス。
【請求項３】
Ｘ線回折法によって分析したとき、前記主相における回折プロファイルの最強線における線強度Ｉ１と、前記副相における回折プロファイルの最強線における線強度Ｉ２と、の比Ｉ２／Ｉ１が０．６％〜８．０％である請求項１又は２に記載の圧電セラミックス。
【請求項４】
前記Ｃｕ化合物は、ＣｕＮｂ２Ｏ６、Ｋ４ＣｕＮｂ８Ｏ２３、Ｋ５Ｃｕ２Ｎｂ１１Ｏ３０、及びＫ５．４Ｃｕ１．３Ｔａ１０Ｏ２９からなる群より選ばれた少なくとも１つの化合物である請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電セラミックス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電セラミックスからなる圧電セラミックス層と、
前記圧電セラミックス層の表面に配置された第一の電極と、
前記圧電セラミックス層の裏面の前記第一の電極と対向する位置に配置された第二の電極と、
を備える圧電デバイス。
【請求項６】
前記第一の電極と電気的に接続する第一の端子電極と、
前記第二の電極と電気的に接続する第二の端子電極と、
を備え、
前記第一の電極と前記第二の電極とを前記圧電セラミックス層を介して交互に積層した請求項５に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電セラミックスが形成された基板と、
前記圧電セラミックス層表面に形成された第一の電極と、
前記圧電セラミックス層表面に前記第一の電極と対向するように形成された第二の電極と、
を備える圧電デバイス。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に形成された、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電セラミックスからなる圧電セラミックス層と、
前記圧電セラミックス層の表面に配置された第一の電極と、
前記圧電セラミックス層の裏面の前記第一の電極と対向する位置に配置された第二の電極と、
を備える圧電デバイス。
【請求項９】
基板と、
前記第一の電極と電気的に接続する第一の端子電極と、
前記第二の電極と電気的に接続する第二の端子電極と、
を備え、
前記第一の電極と前記第二の電極とを前記圧電セラミックス層を介して交互に積層した請求項８に記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）で表されるペロブスカイト組成物を得るステップと、
Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７で表される組成物を得るステップと、
前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３と前記Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７とを混合するステップと、
両組成物の混合物に、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌの割合でＣｕ化合物を添加し、混合するステップと、
このＣｕ化合物が添加された混合物を成形し、焼成するステップと、を有する圧電セラミックスの製造方法。
【請求項１１】
Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７で表される組成物を得るステップと、
カリウム化合物、ナトリウム化合物、リチウム化合物、ニオブ化合物、タンタル化合物およびアンチモン化合物を［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）で表されるペロブスカイト組成物となるように配合し、前記Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７と混合するステップと、
この混合物を仮焼きするステップと、
この仮焼きされた混合物に、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌの割合でＣｕ化合物を添加し、混合するステップと、
この混合物を成形し、焼成するステップと、
を有する圧電セラミックスの製造方法。
【請求項１２】
前記主相と前記副相とを混合するステップにおいて、（１−ａ）［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３＋ａＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７（ａはモル比を示す。）としたとき、０．００３≦ａ≦０．１０となるように混合することを特徴とする請求項１０または１１に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛を含有しないアルカリ含有ニオブ酸系ペロブスカイト構造を有する圧電セラミックス、その製造方法、さらにはその圧電セラミックスを用いた圧電発音体、圧電センサ、圧電アクチュエータ、圧電トランスおよび圧電超音波モータなどの圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミックスは、圧電効果の原理により、電気エネルギーを機械エネルギーへ、又は機械エネルギーを電気エネルギーへ変換する電子デバイスである。従来、多くの電子デバイスにおいて、ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３の２成分からなる鉛含有圧電セラミックス（以下、「ＰＺＴ」と称することがある。）や、このＰＺＴにＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３やＰｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３を第３成分として含有させた複合ペロブスカイト圧電セラミックスが用いられていた。【０００３】
しかしながら、主成分にＰｂを含んでいるため、生産工程におけるＰｂＯの揮発など、環境負荷が高いことが問題となっている。そのため、Ｐｂを含有しないもしくはＰｂの含有量を低減した圧電セラミックスの開発が求められている。【０００４】
Ｐｂを含有しない圧電セラミックスの開示例として、例えば、ＢａＴｉＯ３よりなるペロブスカイト構造を有する組成物（非特許文献１及び２参照）、（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２）ＴｉＯ３−（Ｂｉ１／２Ｋ１／２）ＴｉＯ３の２成分よりなるビスマスを含有するペロブスカイト構造の組成物（特許文献１ないし４参照）、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＮａＮｂ５Ｏ１５を主成分としたタングステンブロンズ構造を有する組成物（特許文献５ないし７参照）、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９を主成分としたビスマス層状構造を有する組成物（特許文献８ないし１０参照）、及びＫＮｂＯ３−ＮａＮｂＯ３−ＬｉＮｂＯ３を主成分としたアルカリ含有ニオブ酸系ペロブスカイト構造を有する組成物（特許文献１１ないし１３参照）などがある。特にＫＮｂＯ３を主成分とした圧電セラミックスは、圧電特性が比較的高く、鉛含有圧電セラミックスを代替するセラミックスとして期待されている。【０００５】
加速度センサ、衝撃センサ、及びノックセンサ等の圧電センサは、入力される加速度や衝撃や圧力などの機械的ストレスに対する発生電圧が高いほどセンサとしての感度が良くなるので、その構成部材として用いられる圧電セラミックスは、電気機械結合係数（例えばｋ３１）ができるだけ高く、比誘電率ε（例えばε３３Ｔ／ε０）ができるだけ低いことが好ましい。一般に、圧電セラミックスに機械的ストレスを与えたときに生じる電荷Ｃは、電気機械結合定数が大きければ大きいほど高くなる。また、電荷Ｃは比誘電率εと電圧Ｖの積に比例する（すなわち、Ｃ∝εＶの関係が成り立つ）。よって、電気機械結合定数と機械的ストレスによって加えられる加速度とがともに一定という条件において、発生する電圧ＶはＣ／εに比例する（つまり、Ｖ∝Ｃ／εの関係が成り立つ）ので、比誘電率εが低いほど発生電圧は高くなる。また、加速度センサにおいては、機械的品質係数（Ｑｍ）が比較的高い圧電セラミックスを用いることが好ましい。機械的品質係数が高いと、エネルギーのセラミックス内での損失を低く押さえることができるため、応答性を高めることができ、連続的な加速度や衝撃、圧力による発熱を抑制できる。このように、加速度センサ等の用途に用いられる圧電セラミックスは、電気機械結合係数が高く、比誘電率が低いとともに、機械的品質係数が高いことが望ましい。  【０００６】
特許文献１４には、ＫＮｂＯ３を主成分とした圧電セラミックスにＣｕＯを添加することで、電気機械結合係数を下げずに比誘電率を下げ、機械的品質係数を高めることが開示されている。また、非特許文献３及び非特許文献４並びに特許文献１５には、ＣｕＯと同等の効果が得られる添加物として、Ｋ４ＣｕＮｂ８Ｏ２３、Ｋ５Ｃｕ２Ｎｂ１１Ｏ３０、Ｋ５．４Ｃｕ１．３Ｔａ１０Ｏ２９などのタングステンブロンズ構造を有するセラミックスが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．１，２００６，ｐｐ．Ｌ３０−Ｌ３２
【非特許文献２】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．４，２００７，ｐｐ．Ｌ９７−Ｌ９８
【非特許文献３】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ９７，１１４１０５（２００５）
【非特許文献４】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｖｏｌ．８８  Ｎｏ．５  １１９０−１１９６（２００５）
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２０１１７２号公報
【特許文献２】特開２００４−０７５４４９号公報
【特許文献３】特許第４０４４９４３号公報
【特許文献４】特許第４０４４９４４号公報
【特許文献５】特開２００４−０７５４４８号公報
【特許文献６】特開２００４−１６１５３２号公報
【特許文献７】特開２００６−１４３５８８号公報
【特許文献８】特開２００１−１３０９６１号公報
【特許文献９】特開２００２−２４１１７５号公報
【特許文献１０】特開２００６−０６２９５５号公報
【特許文献１１】特開２００６−０５６７７８号公報
【特許文献１２】特開２００７−２０４３３６号公報
【特許文献１３】特開２００４−２４４３０１号公報
【特許文献１４】特許第３５３１８０３号公報
【特許文献１５】特開２００４−１１５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、このようなＣｕ化合物を添加したアルカリ含有二オブ酸系圧電セラミックスは、焼成中にセラミックスを構成する結晶粒子が粒成長しやすく、最大径が１０μｍを超えるような粗大な結晶粒子が析出しやすい。このような粗大な結晶粒子が存在すると、電界や応力の集中が発生し、絶縁破壊が発生することがある。特に圧電セラミックス層の厚さが薄い積層圧電デバイスや薄膜圧電デバイスの場合において、このような現象が発生しやすい。【００１０】
本発明の様々な実施態様は、粗大な結晶粒子の析出を抑制することが可能であり、比較的高い機械品質係数と比較的低い比誘電率を有する圧電セラミックスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、[Ｋ１−ｘＮａｘ]１−ｙＬｉｙ[Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ]Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）からなる主相と、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７からなる副相と、を有する多結晶体からなり、主相１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌのＣｕ化合物を含有する。【００１２】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスによれば、Ｃｕ化合物の作用によって、電気機械結合係数を下げずに機械的品質係数を向上させ、さらに比誘電率を下げることができる。また、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の作用によって、焼成中の粒成長を抑制し、粗大な結晶粒子の析出を抑制することができる。【００１３】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスによれば、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７が主相とのモル比で０．００３から０．１０含有される。Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７は、その含有量にかかわらず粒成長を抑制するが、その含有量が所定量を超えるとかえって圧電特性を劣化させる場合がある。本発明者は、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の含有量が主相とのモル比で０．１０以下であれば十分な圧電特性を維持することができることを確認した。また、Ｘ線回折法によって分析したとき、主相である [Ｋ１−ｘＮａｘ]１−ｙＬｉｙ[Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ]Ｏ３の結晶相に対応する回折プロファイルの最強線における線強度Ｉ１と、副相であるＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の結晶相に対応する回折プロファイルの最強線における線強度Ｉ２と、の比Ｉ２／Ｉ１が０．６％〜８．０％であれば十分な圧電特性を維持することができる。【００１４】
Ｃｕ化合物としては、ＣｕＮｂ２Ｏ６、Ｋ４ＣｕＮｂ８Ｏ２３、Ｋ５Ｃｕ２Ｎｂ１１Ｏ３０またはＫ５．４Ｃｕ１．３Ｔａ１０Ｏ２９が好ましい。これらのいずれかのＣｕ化合物であれば、電気機械結合係数を下げずに、機械的品質係数を高め、比誘電率を下げる作用がより良好になる。【００１５】
本発明の一実施形態における圧電デバイスは、本発明の様々な実施形態における圧電セラミックスを用いて構成される。本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、特に加速度センサ、衝撃センサ、あるいはノックセンサなどの機械的ストレスを電気信号に変換する圧電デバイスに好適である。このような圧電デバイスの例は、板状に形成された本発明の様々な実施形態における圧電セラミックスを介して第一の電極と第二の電極が対向するユニモルフ型のデバイス、第一の電極と第二の電極とが本発明の様々な実施形態における圧電セラミックス層を介して交互に複数層積み重ねられたバイモルフ型あるいは積層型のデバイス、及びＳｉウェハ等の半導体基板やアルミナ基板などの絶縁性基板上に本発明の様々な実施形態における圧電セラミックスが形成され、これに第一の電極と第二の電極とが形成される圧電デバイスを少なくとも含む。【００１６】
また、本発明の一実施形態における圧電セラミックスの製造方法は、［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）で表されるペロブスカイト組成物を得るステップと、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７で表される組成物を得るステップと、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３と前記Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７とを混合するステップと、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌの割合でＣｕ化合物を添加し、混合するステップと、このＣｕ化合物が添加された混合物を成形し、焼成するステップと、を有する。このように、本発明の一実施形態における圧電セラミックスの製造方法においては、主相と副相との混合物にＣｕ化合物を添加し、このＣｕ化合物が添加された混合物が成形され、焼成される。【００１７】
また、本発明の他の実施形態における圧電セラミックスの製造方法は、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７で表される組成物を得るステップと、カリウム化合物、ナトリウム化合物、リチウム化合物、ニオブ化合物、タンタル化合物およびアンチモン化合物を［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）で表されるペロブスカイト組成物となるように配合し、前記Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７と混合するステップと、この混合物を仮焼きするステップと、この仮焼きされた混合物に、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌの割合でＣｕ化合物を添加し、混合するステップと、この混合物を成形し、焼成するステップと、を有する。本発明の一実施形態における圧電セラミックスの製造方法においては、主相を構成する材料と予め合成した副相とを混合して仮焼きしたものに、Ｃｕ化合物が混合される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の様々な実施形態によれば、粗大な結晶粒子の析出を抑制することが可能であり、比較的高い機械品質係数と比較的低い比誘電率を有する圧電セラミックスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における圧電デバイスの一例を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態における圧電デバイスの一例を示す模式断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における圧電デバイスの一例を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態における圧電デバイスの一例を示す模式断面図である。
【図５】Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折法による２０°≦２θ≦６０°の回折プロファイルを示す図である。
【図６】図５における２４°≦２θ≦３４°の回折プロファイルを示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）からなる主相と、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７からなる副相と、を有する多結晶体からなり、Ｃｕ化合物を含有している。副相としてＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含有することにより、圧電セラミックス内部の多結晶構造が、微細且つ均一になる。ｘ及びｙは０以上１以下の範囲の任意の値を取り得るので、本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、Ｋ、Ｎａ、及びＬｉのいずれか１つを含んでいればよい。すなわち、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉは、いずれも本発明の一実施形態における圧電セラミックスの任意の構成要素である。また、ｚ及びｗは０以上１以下の範囲の任意の値を取り得るので、本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂのいずれか１つを含んでいればよい。すなわち、Ｎｂ、Ｔａ、及びＳｂは、いずれも本発明の一実施形態における圧電セラミックスの任意の構成要素である。
【００２１】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、組成式を（１−ａ）［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３＋ａＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７（ａはモル比を示す。）としたとき、モル比ａを０．００３≦ａ≦０．１０とすることができる。このモル比は、本発明の他の実施態様において、０．００６≦ａ≦０．０８とすることができる。ａ≧０．００３の範囲において圧電セラミックス内部の多結晶構造が微細になることが確認できるが、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７自体は圧電効果をもたないため、ａが０．１０を超えるとＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含有しない場合より圧電特性を低下させることになり、高い電気機械結合係数と低い比誘電率を実現することが困難になる。
【００２２】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスの主相は、組成式（［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ）（Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ）Ｏ３において、ｘ、ｙ、ｚ、ｗがそれぞれ、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．４０、０≦ｗ≦０．２０となる。ｘ、ｙ、ｚ、ｗがこの範囲内にある圧電セラミックスは、高い電気機械結合係数と低い比誘電率を実現することができ、キュリー温度が１５０℃以上であり、充分な比抵抗率を有する。Ａサイト元素として、Ｋ又はＮａの少なくとも一方が含まれていればよい。
【００２３】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスの主相は、組成式（［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ）（Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ）Ｏ３において、ｘ、ｙ、ｚ、ｗが、０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１５、０≦ｚ≦０．２０、０≦ｗ≦０．１０、０．００６≦a≦０．０８となる。ｘ、ｙ、ｚ、ｗがこの範囲内にある圧電セラミックスは、２００℃以上の高いキュリー温度を有するため、２００℃までの高温においても圧電効果を維持することができ、低い比誘電率（ε３３Ｔ／ε０）、低い誘電損失（ｔａｎδ）、及び高い電気機械結合係数（ｋ３１）を実現することが可能となり、またその多結晶構造も均一である。
【００２４】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、上記の主相および副相に加えて、上記主相１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌのＣｕ化合物を含有する。この含有比率に従ってＣｕ化合物を添加することで、電気機械結合係数を実質的に低下させることなく比誘電率を下げ、機械的品質係数を向上させることができる。
【００２５】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、上記の主相および副相に加えて、上記主相１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜２．０ｍｏｌのＣｕ化合物
を含有している。この含有比率に従ってＣｕ化合物を添加することで、電気機械結合係数を実質的に低下させることなく比誘電率を下げ、機械的品質係数を向上させるとともに、誘電損失を低減させることができる。
【００２６】
Ｃｕ化合物として、ＣｕＮｂ２Ｏ６、Ｋ４ＣｕＮｂ８Ｏ２３、Ｋ５Ｃｕ２Ｎｂ１１Ｏ３０またはＫ５．４Ｃｕ１．３Ｔａ１０Ｏ２９を用いることができる。これらのＣｕ化合物は、副相であるＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の作用を損なうことなく、Ｃｕ化合物としての作用を発揮することができる。
【００２７】
また、本発明の一実施形態における圧電セラミックスに、第一遷移元素であるＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、第二遷移元素であるＹ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、又は第三遷移元素であるＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのうち少なくとも１つの元素を一定量混入させることによって、焼結温度を制御したり粒子の成長を制御したり、高電界化における寿命を延ばしたりすることができる。
【００２８】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスの製造方法は、［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）で表されるペロブスカイト組成物を得るステップと、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７で表される組成物を得るステップと、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３を主相とし前記Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を副相として混合するステップと、両組成物の混合物に、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌの割合でＣｕ化合物を添加し、混合するステップと、このＣｕ化合物が添加された混合物を成形し、焼成するステップと、を有する。
【００２９】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスの製造方法は、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７で表される組成物を得るステップと、カリウム化合物、ナトリウム化合物、リチウム化合物、ニオブ化合物、タンタル化合物およびアンチモン化合物を［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３（ｘ、ｙ、ｚ、ｗはモル比を示し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である。）で表されるペロブスカイト組成物となるように配合し、前記Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７と混合するステップと、この混合物を仮焼きするステップと、この仮焼きされた混合物に、前記［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３１００ｍｏｌに対してＣｕＯ換算で０．０２ｍｏｌ〜５．０ｍｏｌの割合でＣｕ化合物を添加し、混合するステップと、この混合物を成形し、焼成するステップと、を有する。
【００３０】
ここで、本発明の一実施形態における圧電セラミックスの製造方法を用いて圧電セラミックスを製造するために、カリウムを含有する原料として、Ｋ２ＣＯ３又はＫＨＣＯ３を用い、ナトリウムを含有する原料としてＮａ２ＣＯ３又はＮａＨＣＯ３を用い、リチウムを含有する原料としてＬｉ２ＣＯ３を用い、ニオブを含有する原料としてＮｂ２Ｏ５を用い、タンタルを含有する原料としてＴａ２Ｏ５を用い、アンチモンを含有する原料としてＳｂ２Ｏ３又はＳｂ２Ｏ５をそれぞれ用いることができる。Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を得るためのシリコンを含有する原料として、ＳｉＯ２を用いることができる。このような原料を用いることによって、配合、攪拌、仮焼などの工程を容易に行うことができ、製造に負荷を与えることなく合成を行うことが可能となる。本発明の一実施形態において、仮焼は、７００〜１０００℃で行うことができ、粉末を成形する場合のバインダーとしてポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなど一般的に用いられる様々なバインダーを使用することができ、焼成は、１０４０〜１１８０℃で行うことができる。
【００３１】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、一般的にＡＢＯ３と表されるペロブスカイト構造を有する。ここにおいてＡに配座する元素はＫ、Ｎａ、又はＬｉであり、Ｂに配座する元素はＮｂ、Ｔａ、又はＳｂである。化学量論がＡ：Ｂ＝１：１となるときに、全てのサイト位置に元素が配座され、安定な構造となる。しかし、水分によるＫ、Ｎａ、Ｌｉの溶出や、仮焼工程においてのＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｂの揮発、焼成工程におけるＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｂの揮発などの要因により、製造工程を通じて数％程度（２％以下）の組成の変動が起こりえる。これらの構成元素の組成変動の程度は、その原料、合成時期、合成工程の変化によって影響を受ける。これらの変動に対応するために、初期配合時にＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｂ源となる原料を製造工程における減少量を相殺する程度に多めに含有させる。これにより、焼成工程により得られた圧電セラミックスにおいてＡ：Ｂ＝１：１の組成に近づけることができる。高い圧電効果を得るためには、製造された圧電セラミックスのＡサイトとＢサイトの比率が０．９６＜Ａ／Ｂ＜１．００２の範囲内になることが望ましい。
【００３２】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスに添加するＣｕ化合物として、ＣｕＮｂ２Ｏ６を用いることができる。ＣｕＮｂ２Ｏ６は、焼成段階においてペロブスカイト構造を有する主相に固溶し得る。添加されたＣｕＮｂ２Ｏ６は、ペロブスカイト構造を有する主相のＡサイトに欠陥を生じさせてＣｕ２＋として、もしくは欠陥を生じさせずにＣｕ＋として固溶する。この結果Ａサイト成分が過剰になるので、ＣｕＮｂ２Ｏ６のＮｂがＢサイトにＡ：Ｂ＝１：１の理想的な状態に近づくように固溶する。したがって、本発明の圧電セラミックスの主相であるアルカリ含有ニオブ酸ペロブスカイト化合物の組成は、[Ｋ１−ｘＮａｘ]１−ｙＬｉｙＣｕｉ[Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ]Ｏ３（ｉは添加物として含有させたＣｕＮｂ２Ｏ６が固溶した場合にとり得る、０＜ｉ＜１．０の範囲内にある実数）と表される。
【００３３】
Ｃｕ化合物が固溶するか否かにかかわらず、本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、副相としてＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の析出を伴うことによって、その多結晶構造に粗大な結晶粒子が析出することを抑制することができる。
【００３４】
本発明の一実施形態における圧電セラミックスに添加するＣｕ化合物は、ＣｕＮｂ２Ｏ６としてアルカリ含有ニオブ酸ペロブスカイト化合物に固溶し得るだけでなく、Ｋ４ＣｕＮｂ８Ｏ２３、Ｋ５Ｃｕ２Ｎｂ１１Ｏ３０またはＫ５．４Ｃｕ１．３Ｔａ１０Ｏ２９などのタングステンブロンズ構造を有する結晶相として析出し得る。このため、添加物として用いるのは、ＣｕＮｂ２Ｏ６でなくとも良く、Ｋ４ＣｕＮｂ８Ｏ２３、Ｋ５Ｃｕ２Ｎｂ１１Ｏ３０またはＫ５．４Ｃｕ１．３Ｔａ１０Ｏ２９などのタングステンブロンズ構造を有するＣｕ化合物でも良い。
【００３５】
このようなタングステンブロンズ構造を有する結晶相が析出するか否かにかかわらず、本発明の一実施形態における圧電セラミックスは、副相としてＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の析出を伴うことによって、その多結晶構造に粗大な結晶粒子が析出することを抑制することができる。
【００３６】
また、Ｃｕ化合物は、主相および副相と混合する前に予め合成されていても良いし、ＣｕＯあるいはＣｕ２ＯとＮｂ２Ｏ５とを合成せずに、Ｃｕ化合物を構成する比率で主相および副相に添加し、混合しても良い。つまり、得られる圧電セラミックスの組成が本発明の実施形態に従った範囲になれば、混合の順序は問わない。
【００３７】
本発明の一態様によって得られる圧電セラミックスは、その焼結体の相対密度が９５％以上であってもよい。また、本発明の一実施形態においては、圧電セラミックスの焼結体を粉砕して得られた粉末をＸ線回折して得られた回折プロファイルにおいて、圧電効果を発現する相であるペロブスカイト化合物相の最強線の線強度とＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７で示されるシリコン含有相の最強線の線強度との比率（線強度比率）が、０．６％〜８．０％の範囲になる。
【００３８】
次に、本発明の一態様にかかる圧電デバイスについて説明する。図１は、本発明の一態様にかかる圧電デバイスの側面図である。この圧電デバイスは、板状の圧電セラミックス層１０２と、この圧電セラミックス層１０２の裏面に配置される第一の電極１０４と、圧電セラミックス層１０２の表面に第一の電極１０４と対向するように配置される第二の電極１０６とを備える。この圧電セラミックス層１０４は、上述した本発明の様々な実施形態に従って製造することができる。図１に示される圧電デバイスは、例えば次のようにして得られる。まず、圧電セラミックス混合粉をバインダーと混合し、これを矩形形状、略円形状またはリング状に成形し、焼成して板状の圧電セラミックス層１０２を形成する。この圧電セラミックス層１０２の両面に、Ｃｕ、Ａｇ等の導電体を用いた導電ペーストを塗布して焼き付けて、圧電セラミックス層１０２の裏面に第一の電極１０４を形成し、表面に第二の電極１０６を形成する。これにより、図１に示す圧電デバイスが得られる。この圧電セラミックス層１０２として本発明の様々な実施態様における圧電セラミックスを用いることで、損失が小さく、電気機械結合係数が比較的大きな圧電デバイスが得られる。この圧電デバイスを例えば圧力センサや衝撃センサ等のセンサ類に応用することで、感度が高く、損失の小さなセンサが得られる。
【００３９】
図２は、本発明の一態様にかかる積層型圧電デバイスを模式的に示す断面図である。この圧電デバイスは、第一の電極１０４と第二の電極１０６とが圧電セラミックス層１０２を介して交互に積層されて構成される。この積層型圧電デバイスの一方の側面には第一の電極１０４と電気的に接続する第一の端子電極２０２が設けられ、他方の側面には第二の電極１０６と電気的に接続する第二の端子電極２０４が設けられる。この積層型圧電デバイスは、積層圧電アクチュエータ等として用いられる。この圧電セラミックス層１０２として本発明の様々な実施態様における圧電セラミックスを用いることで、損失が小さく、電気機械結合係数が比較的大きな圧電デバイスが得られる。また、結晶粒子の粒成長が抑制されるので、緻密かつ絶縁破壊の少ない圧電セラミックス層が得られる。このため、圧電セラミックス層１０２を薄く形成できるようになり、より小型で良好な特性を有しかつ消費電力の小さな積層圧電アクチュエータ等が得られる。
【００４０】
図３は、本発明の一態様にかかる表面弾性波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）を模式的に示す平面図である。この圧電デバイスは、基板３０２と、この基板３０２上に形成された圧電セラミックス層３０４と、この圧電セラミックス層３０４の表面に配置された第一の電極３０６と、圧電セラミックス層３０４の表面に第一の電極３０６と対向するように配置された第二の電極３０８と、を有する。この圧電セラミックス層３０４として本発明の様々な実施態様における圧電セラミックスを用いることで、損失が小さいＳＡＷフィルタを得ることができる。
【００４１】
図４は、本発明の一態様にかかるマルチモルフ型圧電アクチュエータを用いたスイッチ素子を模式的に示す断面図である。このマルチモルフ型圧電アクチュエータは、基板４０２と、この基板４０２表面に板状の弾性体４１０を介して配置された第一の電極４０６と、この第一の電極４０６に圧電セラミックス層４０４を介して対向配置された第二の電極４０８と、基板４０２上に形成された固定接点と対向するように弾性体４１０の先端に配置された可動接点４１２と、を備える。電圧が印加されると、圧電セラミックス層４０４は弾性体４１０、第一の電極４０６、第二の電極４０８とともに下方に屈曲し、可動接点４１２が固定接点に接触する。電圧の印加を中止すると元の位置に復帰し、可動接点４１２が固定接点から離れる。この圧電セラミックス層４０４として本発明の様々な実施態様における圧電セラミックスを用いることで、損失が小さい圧電アクチュエータが得られるので、スイッチ素子の消費電力を低減させることができる。なお、図４では圧電セラミックス層が一層であるユニモルフ型の圧電アクチュエータを示したが、当業者に明らかなように、二層以上有するバイモルフ型あるいはマルチモルフ型の圧電アクチュエータでも良い。
【００４２】
続いて、本発明の一実施形態における（１−ａ）［Ｋ１−ｘＮａｘ］１−ｙＬｉｙ［Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ］Ｏ３＋ａＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１である）で表される圧電セラミックスの評価結果を、それ以外の圧電セラミックスの評価結果と対比して説明する。本発明の一実施形態における圧電セラミックスの特性を検証するために、表１において試料番号１ないし４９により示される試料のそれぞれについて評価を行った。表１において、試料番号の左側に※マークが付されている試料（例えば、試料番号１で示される試料）及び※※マークが付されている試料（例えば、試料番号１２で示される試料）は、本発明に含まれない圧電セラミックスであり、※マーク及び※※マークのいずれも付されていない試料（例えば、試料番号６で示される試料）は、本発明の実施形態に従って製造された圧電セラミックスである。
【００４３】
【表１】
0005576365.tif 000002
【００４４】
表１に示す各試料は、以下のようにして準備された。まず、圧電セラミックスの原料として、純度が９９％以上のＫ２ＣＯ３（またはＫＨＣＯ３）、Ｎａ２ＣＯ３（またはＮａＨＣＯ３）およびＮｂ２Ｏ５と、予め合成したＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７と、必要に応じてＬｉ２ＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ３（またはＳｂ２Ｏ５）と、を準備し、これらの原料を表１に示すａ、ｘ、ｙ、ｚおよびｗの構成比に従って４９通りに配合した。
【００４５】
続いて、配合した各原料をエタノールとともにボールミルに入れ、２４時間混合した。次に、混合したものを１００℃の乾燥機に入れて、エタノールを蒸発させ、得られた混合物を９５０℃で３時間仮焼きした。仮焼きした混合物をエタノールとともにボールミルに入れて２４時間粉砕し、１００℃の乾燥機に入れて、エタノールを蒸発させた。次に、純度が９９％以上のＣｕＯ（もしくはＣｕ２Ｏ）とＮｂ２Ｏ５とを化学式ＣｕＮｂ２Ｏ６となる割合で準備し、表１のｍに規定される量を、乾燥させた原料の混合物に助剤として加えた。表１におけるｍの値は、ＣｕＮｂ２Ｏ６の添加量を、主相１００ｍｏｌに対するｍｏｌ数（ＣｕＯ換算したもの）で示したものである。この助剤を加えた混合物をエタノールとともにボールミルに入れて２４時間混合し、乾燥して圧電セラミックス粉末を得た。
【００４６】
続いて、得られた圧電セラミックス粉末にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加して、造粒を行った。造粒した粉体を、厚さ０．６ｍｍ、直径１０ｍｍの円板状に加圧成形した。次いでこの成形体を常圧、大気中で１０６０℃〜１１６０℃で２時間焼成した。焼成した円板状試料の両面に、スクリーン印刷によってＡｇ導電ペーストを塗布し、８００℃にて焼付け処理を行って電極を形成した。次いでこの円板状試料を１５０℃のオイルバス中に入れ、電極を通じて３ｋＶ／ｍｍの電界を１５分間印加して、分極処理を行った。
【００４７】
分極処理を行った試料を一晩静置の後、円板試料の比誘電率（ε３３Ｔ／ε０）、誘電損失（ｔａｎδ）、３１方向への電気機械結合係数（ｋ３１）、機械的品質係数（Ｑｍ）の４項目の圧電特性を、共振−反共振法を用いて測定した。測定は日本電子材料工学会標準規格であるＥＭＡＳ−６１００に従って行った。
【００４８】
また、その焼結体における多結晶構造を観察するために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた。粒子径を評価するために写真法によって、その得られた写真に水平直線を任意本数引き、その直線が横切る粒子長の平均と最大粒子長とを画像解析装置を用いて求めた。以下、それぞれを平均粒子径、最大粒子径とする。測定個数は４００個以上を目安とした。
【００４９】
また、得られた焼結体に析出した結晶相を同定するために、得られた焼結体をメノウ乳鉢を用いて３０分間粉砕して粉末試料とし、この粉末試料についてＸ線回折法（以下、ＸＲＤと略す）によって測定し、回折プロファイルを得た。使用した線源はＣｕ−Ｋα線であり、管電圧を５０ｋＶ、管電流を１００ｍＡ、スキャンスピードを０．０２°／秒にそれぞれ設定し、集中光学系を用いて、２θ／θスキャンを行い、図５に示すような２０°≦２θ≦６０°の回折プロファイルを得た。その結果、試料１、４、５以外の全ての試料について、主相であるアルカリ含有ニオブ酸系ペロブスカイト構造を取る相が析出していること、及び副相（２次相）であるＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７が析出していることを確認した。さらにＣｕＮｂ２Ｏ６を１．０ｍｏｌ以上混合した場合（例えば、試料２、９、１０等）には、タングステンブロンズ構造を有する結晶相が析出していることを確認した。図５および図６に、試料番号１、２、９について測定した回折プロファイルを例として示した。そして、図５の○印で示す主相の最強線の線強度と、図６の星印で示す２次相の最強線の線強度を評価して、その比でもってＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の析出量を評価した。すなわち、
Ｉ２／Ｉ１＝＜Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の析出量＞
＝＜Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の最強線の線強度＞／＜主相の最強線の線強度＞
の計算式を用いて評価を行った。なお、ＸＲＤの測定は、東京都昭島市に本社を有する（株）リガク製ＲＩＮＴ−２５００／ＰＣを用いて行った。また、図６の三角印で示す回折プロファイルはタングステンブロンズ構造を有する結晶相を示す。なお、Ｉ１及びＩ２として、カウントゼロからのピークの高さを用いた。  
【００５０】
以上のようにして得られた値を表２にまとめた。
【表２】
0005576365.tif 000003
【００５１】
本発明の一実施形態に従ってＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含有させることにより様々な効果が得られる。例えば、試料１、試料２、及び試料３を比較することにより、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含有する場合に、平均粒子径及び最大粒子径が小さくなることがわかった。同様に、試料４と試料８の比較、及び試料５と試料１０の比較からも、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含有する場合に、平均粒子径及び最大粒子径が小さくなることがわかった。また、試料２と試料８との比較、及び試料３と試料１３との比較から、Ｃｕ化合物の有無に関係なく、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含有することによる結晶粒子の成長抑制作用が発揮されることがわかった。また、試料４、試料８、試料１３、試料１６、試料１７の結果から、０．００３≦ａ≦０．１の範囲において結晶粒子の成長抑制作用が見られることがわかった。なお、試料１８については、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含有することにより粒成長の抑制が認められたが、Ｋ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７を含まない試料４よりも圧電特性が低いことがわかった。また、本発明の範囲内にある試料については、Ｉ２／Ｉ１がいずれも０．６％〜８．０％の範囲にあることがわかった。
【００５２】
本発明の一実施形態に従ってＣｕ化合物を添加することにより様々な効果が得られる。例えば、表２に示される試料２、試料６〜１２の実験結果から、Ｃｕ化合物の添加量ｍを０，０２〜５．０の範囲とすることによって、Ｃｕ化合物を含まない試料２と比較して比誘電率を低下させ、機械的品質係数が向上することが確認できた。さらに試料８〜１０の実験結果から、Ｃｕ化合物の添加量ｍを０．５≦ｍ≦２．０の範囲とすることによって、電気機械結合係数を維持しながら、比誘電率を低減し、機械的品質係数を大きく向上させるとともに、誘電損失も低減できることがわかった。このことから、Ｃｕ化合物の添加量ｍは、０．５≦ｍ≦２．０の範囲にあることがより好ましいことがわかった。なお、試料番号１２は分極処理ができなかったため、圧電特性を測定することができなかった。
【００５３】
また、試料３と試料１３〜１５とを比較することにより、少なくともＫ３Ｎｂ３Ｏ６Ｓｉ２Ｏ７の含有量がａ＝０．０６に相当する量である場合に、Ｃｕ化合物を本発明の様々な実施形態に従って添加することによって、電気機械結合係数を維持しながら比誘電率を低減し、機械的品質係数を大きく向上させ、さらに誘電損失を低減できることがわかった。
【００５４】
また、試料２１と２２、試料２３と２４、試料２５と２６をそれぞれ比較することにより、主相におけるＫとＮａの比率にかかわらず、Ｃｕ化合物の添加によって、電気機械結合係数を維持しながら比誘電率を低減し、機械的品質係数を大きく向上させ、さらに誘電損失を低減できることがわかった。資料１９は焼結しなかったため、表２の少なくとも一部の項目について測定結果を得ることができなかった。
【００５５】
また、試料番号２７〜３５の結果から、主相のＮｂの一部をＴａに置換しても、その置換割合に関係なく、Ｃｕ化合物の添加によって、電気機械結合係数を維持しながら比誘電率を低減し、さらに機械的品質係数を大きく向上させ、さらに誘電損失を低減できることがわかった。Ｎｂ、Ｔａはいずれもバナジウム族元素であって共通の性質を有しているため、当業者に容易に理解されるように、これらの配合割合が変わっても成型される圧電セラミックスの特性に大きな影響を与えるものではない。
【００５６】
また、試料３６〜４２の実験結果から、主相のＡサイトすなわちＫおよびＮａの一部をＬｉに置換しても、その置換割合に関係なく、Ｃｕ化合物の添加によって、電気機械結合係数を維持しながら比誘電率を低減し、機械的品質係数を大きく向上させ、さらに誘電損失を低減できることがわかった。Ｋ、Ｎａ、Ｌｉはいずれもアルカリ金属であって共通の性質を有しているため、当業者に容易に理解されるように、これらの配合割合が変わっても成型される圧電セラミックスの特性に大きな影響を与えるものではない。
【００５７】
また、試料４３〜４９の実験結果から、主相のＮｂの一部をＳｂに置換しても、その置換割合に関係なく、Ｃｕ化合物の添加によって、電気機械結合係数を維持しながら比誘電率を低減し、さらに機械的品質係数が大きく向上させて誘電損失も低減できることがわかった。Ｎｂ、Ｓｂはいずれもバナジウム族元素であって共通の性質を有しているため、当業者に容易に理解されるように、これらの配合割合が変わっても成型される圧電セラミックスの特性に大きな影響を与えるものではない。
【００５８】
上記のように、本発明の様々な実施形態における圧電セラミックスは、粗大な結晶粒子の析出が抑制されているので、電界や応力の集中による絶縁破壊を防止することが可能になる。本発明の様々な実施形態における圧電セラミックスは、内部の多結晶構造が微細かつ均一になるため、薄型の圧電セラミックス層としての用途に適している。例えばアクチュエータ等の積層型圧電デバイスの圧電セラミックス層に用いた場合、圧電セラミックス層を薄く形成して電極間距離を縮めることが可能となるので、単位体積あたりの積層枚数を増やすことが可能となる。また、本発明の様々な実施形態における圧電セラミックスは、比較的高い機械的品質係数と比較的低い比誘電率を備えるので、機械的ストレスに対する発生電圧が高いことを要求される各種センサ等に好適に用いることができる。
【００５９】
以上、本発明の圧電セラミックスについて説明してきたが、上記の例に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【図１】
0005576365.tif 000004
【図２】
0005576365.tif 000005
【図３】
0005576365.tif 000006
【図４】
0005576365.tif 000007
【図５】
0005576365.tif 000008
【図６】
0005576365.tif 000009