(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式[(Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３)１−ｙ(ＢａＴｉＯ３)ｙ]１−ｘ(Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３)ｘ（０．１≦ｙ≦０．５かつ０＜ｘ≦０．１２）で表されるセラミックス材料。
【請求項２】
鉛を含まないことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス材料。
【請求項３】
ｙ＝０．２かつｘ＝０．０９であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス材料。
【請求項４】
ｙ＝０．３かつｘ＝０．０８５であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス材料。
【請求項５】
ｙ＝０．４かつｘ＝０．０７５であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス材料。
【請求項６】
ｙ＝０．５かつｘ＝０．０７であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス材料。
【請求項７】
ｙ＝０．１かつｘ＝０．０６であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス材料。
【請求項８】
一般式[(Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３)１−ｙ(ＢａＴｉＯ３)ｙ]１−ｘ(Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３)ｘ（０．１≦ｙ≦０．５かつ０＜ｘ≦０．１２）で表されるセラミックス材料の製造方法であって、
Ａ）Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｔｉ、ＢａおよびＮｂの酸素を含む粉末状化合物を上記の組成比に従って混合し、出発物質を用意する工程と、
Ｂ）前記出発物質を粉砕した上で、か焼し、粉末状の固溶体を用意する工程と、
Ｃ）前記粉末状の固溶体を圧縮した上で焼結する工程とを含む方法。
【請求項９】
前記工程Ａ）において、出発物質を、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｔｉ、ＢａおよびＮｂの酸化物および炭酸塩からなる群より選択することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記工程Ｂ）において、出発物質を溶媒中で粉砕した後に乾燥し、前記か焼を８００〜９５０℃で行うことを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記工程Ｃ）において、粉末状の固溶体をディスク状に圧縮した上で、１１５０〜１２００℃で焼結することを特徴とする請求項８〜１０にいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
一般式[(Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３)１−ｙ(ＢａＴｉＯ３)ｙ]１−ｘ(Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３)ｘ（０．１≦ｙ≦０．５かつ０＜ｘ≦０．１２）で表されるセラミックス材料を本体とし、かつこの本体に少なくとも２つの電極が設けられている装置。
【請求項１３】
前記本体は、前記セラミックス材料からなる複数の層を積み重ねたものであり、前記電極は、これらの層の間に設けられるとともに、本体の外表面に設けられた外部電極と電気的に接続していることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の装置のアクチュエータとしての使用。
【請求項１５】
請求項１２または１３に記載の装置のセンサとしての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス材料、およびこの製造方法に関する。また、本発明は、このセラミックス材料からなる装置、およびこの装置の使用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の電場に置かれたときに体積に変化を生じたり、機械的な負荷が与えられたときに電荷が発生したりする（すなわち圧電効果を発揮する）材料は、アクチュエータまたはセンサとして使用される。このような材料は、比較的弱い電場に置かれたときにも大きく伸長し、また、比較的小さい機械的負荷が与えられたときにも大きな電荷を発生することが求められる。
【０００３】
ところで、公知の圧電材料、例えば（ＰｂＺｒ）ＴｉＯ３は、鉛の含有量が多い（例えば６０％）ため、人体や環境に有害である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高い圧電定数をもって圧電効果を発揮する新規なセラミックス材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的は、請求項１に記載のセラミックス材料によって達成される。請求項２以下には、このセラミックス材料、このセラミックス材料の製造方法、このセラミックス材料からなる装置、およびこの装置の使用の種々の態様を記載する。
【０００６】
本発明によれば、一般式[(Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３)１−ｙ(ＢａＴｉＯ３)ｙ]１−ｘ(Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３)ｘ（０．１≦ｙ≦０．５かつ０＜ｘ≦０．１２）で表されるセラミックス材料が提供される。このセラミックス材料は、３元系である。この３元系とは、セラミックス材料が３種の成分、すなわちチタン酸ビスマスナトリウムＢｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３（ＢＮＴ）、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ３（ＢＴ）、およびニオブ酸カリウムナトリウムＫ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３からなることを意味する。これら３つの成分の組成比は、前記ｙとｘによって定まる。
【０００７】
本発明に係るセラミックス材料は、鉛を含まない。したがって、例えばアクチュエータやセンサに、毒性のある鉛の使用を避けることができ、これらの装置の取り扱いが容易になる。すなわち、本発明によれば、人体や環境に無害なセラミックス材料から電子部品を製造することが可能になる。
【０００８】
本発明に係るセラミックス材料においては、ＫＮＮ(ニオブ酸カリウムナトリウム)およびＢＮＴ(チタン酸ビスマスナトリウム)１−ｙＢＴ(チタン酸ナトリウム)ｙ（チタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸ナトリウムの混晶（固溶体））を、２つの基本的な成分とみなすことができる。ＫＮＮは斜方晶であり、ＢＮＴ１−ｙＢＴｙは、ｙ≧０．０７ならば正方晶である。本発明に係るセラミックス材料全体としては、斜方晶および正方晶のいずれか、または２つの結晶構造が混じり合ったものとなる。
【０００９】
ＫＮＮがＢＮＴ１−ｙＢＴｙに添加されると、結晶系における陽イオンの数が増大し、単位結晶格子内における陽イオンの分布が不規則になる。その結果、セラミックス材料内において、局所的に原子の配列がランダムな領域が形成される。本発明に係るセラミックス材料[(Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３)１−ｙ(ＢａＴｉＯ３)ｙ]１−ｘ(Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３)ｘ（以下、[(ＢＮＴ)１−ｙ(ＢＴ)ｙ]１−ｘ(ＫＮＮ)ｘと表す）において、ＫＮＮの組成比が高まると、陽イオン分布の不規則性、および原子配列がランダムな領域の数が増大し、この原子配列がランダムな領域が、一定の組成比のＫＮＮを含むセラミックス材料に引き起こされる分極を破壊することとなる。
【００１０】
本発明に係るセラミックス材料を分極条件下に置いたときには分極が生ずるが、この分極は、電場が遮断されれば直ちに消失する。その結果、セラミックス材料は、残留分極も残留伸び（電場が遮断された後に残留する分極および伸び）も有しなくなる。本発明に係るセラミックス材料においては、ユニポーラエロンゲーション（unipolar elongation；第１の分極による伸び）が、一般的にいう分極による伸びに相当するが、１度の分極によってのみ伸びが生ずる従来の圧電セラミックスと比べて、元の長さに回復する可能性が大きい。
【００１１】
ユニポーラエロンゲーションを測定する際には、電場を次のように変化させる：０ｋＶ／ｍｍ→Ｅｍａｙ（電場の最大値）→０ｋＶ／ｍｍ。一方、本発明のセラミックス材料に見られるバイポーラエロンゲーション（bipolar elongation；第１および第２の分極による伸び）まで測定する際には、電場を次のように変化させる：０ｋＶ／ｍｍ→Ｅｍａｙ→０ｋＶ／ｍｍ→Ｅｍｉｎ（電場の最小値）→０ｋＶ／ｍｍ。
【００１２】
本発明に係るセラミックス材料は、所与の電場における圧電特性が良好である（例えば２．８ｋＶ／ｍｍの電場において、７００ｐｍ／Ｖ程度）。ここで、圧電定数とは、所与の電場強度と測定された伸びとの比である。本発明に係るセラミックス材料は、電場が弱いときでも、１５０ｐＣ／Ｎ程度の圧電定数を有する。
【００１３】
本発明の一態様によれば、 [(ＢＮＴ)１−ｙ(ＢＴ)ｙ]１−ｘ(ＫＮＮ)ｘにおいて、ｙ＝０．２かつｘ＝０．０９とすることができる。この外、ｙ＝０．３かつｘ＝０．０８５、ｙ＝０．１５かつｘ＝０．１、ｙ＝０．４かつｘ＝０．０７５、ｙ＝０．５かつｘ＝０．０７、およびｙ＝０．１かつｘ＝０．０６にもすることもできる。本発明に係るセラミックス材料は、組成比がｙ＝０．１５かつｘ＝０．１、ｙ＝０．１かつｘ＝０．０６、ｙ＝０．２かつｘ＝０．０９、ｙ＝０．３かつｘ＝０．０８５、ｙ＝０．４かつｘ＝０．０７５、およびｙ＝０．５かつｘ＝０．０７の場合、７００ｐｍ／Ｖまでの強い電場において、きわめて大きい圧電定数を示すため、アクチュエータに好適である。一方、他の組成比の場合にも、弱い電場における圧電定数が、１５０ｐＣ／Ｎという大きい値であるため、センサに好適である。
【００１４】
本発明は、上記の特徴を有するセラミックス材料を製造する方法も提供する。この方法は、以下の工程を含む。
Ａ）Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｔｉ、ＢａおよびＮｂの酸素を含む粉末状化合物を上記の組成比で混合し、出発物質を用意する工程；
Ｂ）前記出発物質を粉砕した上で、「か焼(calcination)」し、粉末状の固溶体を用意する工程；および
Ｃ）前記粉末状の固溶体を圧縮した上で焼結する工程。
【００１５】
本発明の方法においては、最終的に一般式[(Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３)１−ｙ(ＢａＴｉＯ３)ｙ]１−ｘ(Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３)ｘ（０．１≦ｙ≦０．５かつ０＜ｘ≦０．１２）で表される本発明に係るセラミックス材料が得られるよう、まず上記の組成比に従って、酸化物の混合物を用意する。
【００１６】
工程Ａ）においては、出発物質を、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｔｉ、ＢａおよびＮｂの酸化物および炭酸塩からなる群より選択するのが好ましい。例として、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＴｉＯ２、ＢａＣＯ３およびＮｂ２Ｏ５が挙げられる。これらの化合物を秤量し、所望の組成比に従って混合する。
【００１７】
工程Ｂ）においては、出発物質を溶媒中で粉砕した後に乾燥し、８００〜９５０℃で「か焼」するのが好ましい。溶媒としては、無水エタノールが好ましい。また、「か焼」を９００℃で行う場合、この温度は、３時間持続させるのが好ましい。
【００１８】
工程Ｃ）においては、まず、粉末状の固溶体を２４時間にわたって粉砕するのが好ましい。また、粉末状の固溶体（緑色）は、ディスク（例えば直径１５ｍｍ）状に圧縮（圧力は、例えば７０ＭＰａ）するのが好ましい。さらに、焼結は、例えばアルミニウム塗装された容器中で、１１５０〜１２００℃の温度下で行うのが好ましい。焼結中に揮発性の高いビスマス、ナトリウムおよびカリウムが蒸散するのを防ぐため、ディスクは、元になった粉末状組成物の中に埋め込んでおくのがよい。焼結したセラミックス材料の密度は、理論的に９５〜９８％となる。
【００１９】
本発明は、さらに、上記の特徴を有するセラミックス材料からなる本体、およびこの本体の中に少なくとも２つの電極が設けられた装置をも提供する。この装置の本体は、本発明に係るセラミックス材料からなる複数の層を、間に電極を挟みつつ積み重ねたものとするのが好ましい。これらの電極は、本体の両側の外表面に設けられる２つの外部電極と電気的に接続させる。この際、本体内の電極は、セラミックス層の積み重ね方向に沿って、両外部電極と交互に接続させるのが好ましい。こうすると、電圧が印加されたときに、一方向にだけ伸び（変位）が生ずるようになる。
【００２０】
上記の装置は、多層のピエゾアクチュエータとして、例えば自動車のインジェクションシステムに用いることができる。また、本発明に係る装置は、圧力や加速度を検知するためのセンサその他の用途にも適用しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る３元系セラミックス材料の組成図である。
【図２ａ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ（チタン酸バリウムの組成比）＝０．１）の分極値のヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図２ｂ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．１）のバイポーラエロンゲーションのヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図３ａ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．１５）の分極値のヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図３ｂ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．１５）のバイポーラエロンゲーションのヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図４ａ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．２）の分極値のヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図４ｂ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．２）のバイポーラエロンゲーションのヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図５ａ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．３）の分極値のヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図５ｂ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．３）のバイポーラエロンゲーションのヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図６ａ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．４）の分極値のヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図６ｂ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．４）のバイポーラエロンゲーションのヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図７ａ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．５）の分極値のヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図７ｂ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．５）のバイポーラエロンゲーションのヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図８ａ】本発明に係るセラミックス材料の最大分極値と組成比との関係を表したグラフである。
【図８ｂ】本発明に係るセラミックス材料の残留分極値と組成比との関係を表したグラフである。
【図８ｃ】本発明に係るセラミックス材料の抗電場と組成比との関係を表したグラフである。
【図９ａ】強い電場における圧電定数と組成比との関係を表したグラフである。
【図９ｂ】弱い電場における圧電定数と組成比との関係を表したグラフである。
【図１０ａ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．１）の比誘電率が温度に依存することを示すグラフである。
【図１０ｂ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．１５）の比誘電率が温度に依存することを示すグラフである。
【図１０ｃ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．２）の比誘電率が温度に依存することを示すグラフである。
【図１０ｄ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．３）の比誘電率が温度に依存することを示すグラフである。
【図１０ｅ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．４）の比誘電率が温度に依存することを示すグラフである。
【図１０ｆ】本発明に係るセラミックス材料（ｙ＝０．５）の比誘電率が温度に依存することを示すグラフである。
【図１１】本発明に係るセラミックス材料を用いて製造した装置（圧電素子）の模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面および例示的な態様に基づいて、本発明をより詳しく説明する。
【００２３】
図１は、Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３およびＫ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３から生成される３元系セラミックス材料の俯瞰的な組成図である。ＢＴの組成比は、ｙ軸に沿ってプロットしてある。ＢＮＴの組成比は、一般式を基に、ＢＴの組成比から自動的に算出される。ＫＮＮの組成比は、ｘ軸に沿ってプロットしてある。この際には、特定の組成比について、それぞれ、ｙ軸の値とｘ軸の値をグラフにとる。このグラフにおいて、同一マークの組成は、ｙ軸の値（ＢＴ：ＢＮＴの比）は同一であるが、ｘ軸の値は異なっている。なお、グラフは全体として便宜的なものであり、目盛りは正確ではない。
【００２４】
図１において、Ｓ１のマークは、 [ＢＮＴ０．９ＢＴ０．１]１−ｘＫＮＮｘの組成比を表す。ｙ＝０．１である。組成比Ｓ１は、ｘ＝０（参照用）、ｘ＝０．０２、ｘ＝０．０４、ｘ＝０．０５、ｘ＝０．０６、ｘ＝０．０７およびｘ＝０．０８の点においてプロットしてある。
【００２５】
Ｓ２のマークは、 [ＢＮＴ０．８５ＢＴ０．１５]１−ｘＫＮＮｘの組成比を表す。ｙ＝０．１５である。組成比Ｓ２は、ｘ＝０（参照用）、ｘ＝０．０２、ｘ＝０．０４、ｘ＝０．０６、ｘ＝０．０８およびｘ＝０．１の点においてプロットしてある。
【００２６】
Ｓ３のマークは、 [ＢＮＴ０．8ＢＴ０．２]１−ｘＫＮＮｘの組成比を表す。ｙ＝０．２である。組成比Ｓ３は、ｘ＝０（参照用）、ｘ＝０．０３、ｘ＝０．０６、ｘ＝０．０７、ｘ＝０．０８、ｘ＝０．０９およびｘ＝０．１２の点においてプロットしてある。
【００２７】
Ｓ４のマークは、 [ＢＮＴ０．７ＢＴ０．３]１−ｘＫＮＮｘの組成比を表す。ｙ＝０．３である。組成比Ｓ４は、ｘ＝０（参照用）、ｘ＝０．０３、ｘ＝０．０６、ｘ＝０．０７、ｘ＝０．０８５およびｘ＝０．０９の点においてプロットしてある。
【００２８】
Ｓ５のマークは、 [ＢＮＴ０．６ＢＴ０．４]１−ｘＫＮＮｘの組成比を表す。ｙ＝０．４である。組成比Ｓ５は、ｘ＝０（参照用）、ｘ＝０．０２、ｘ＝０．０４、ｘ＝０．０６、ｘ＝０．０７、ｘ＝０．０７５およびｘ＝０．０８の点においてプロットしてある。
【００２９】
Ｓ６のマークは、 [ＢＮＴ０．５ＢＴ０．５]１−ｘＫＮＮｘの組成比を表す。ｙ＝０．５である。組成比Ｓ６は、ｘ＝０（参照用）、ｘ＝０．０２、ｘ＝０．０４、ｘ＝０．０６、ｘ＝０．０７およびｘ＝０．０８の点においてプロットしてある。
【００３０】
なお、本発明に係るセラミックス材料については、すでに述べた一般式で表される範囲において、上記以外の組成比も可能である。
【００３１】
図２ａ〜図７ｂは、以下に記す組成比をもつ本発明に係るセラミックス材料の特性データを示す。
図２ａおよび図２ｂ：  組成比Ｓ１
図３ａおよび図３ｂ：  組成比Ｓ２
図４ａおよび図４ｂ：  組成比Ｓ３
図５ａおよび図５ｂ：  組成比Ｓ４
図６ａおよび図６ｂ：  組成比Ｓ５
図７ａおよび図７ｂ：  組成比Ｓ６
【００３２】
図２ａ、図３ａ、図４ａ、図５ａ、図６ａおよび図７ａに示すのは、各焼成試料（ディスク状）の分極値を測定した結果である。測定を行う前に、ディスクの広範囲にわたって銀の薄層を形成し、５００℃で３０分間乾燥させた。こうすると、銀層が、電気測定の際に、電極として働く。
【００３３】
図２ａ、図３ａ、図４ａ、図５ａ、図６ａおよび図７ａにおいて、一部のヒステリシス曲線は、他のものからずれている。このずれは、測定に係るキャパシタからの部分的な放電、または試料の導電性が低いこと（導電性は焼成を適切に行うことによって修正しうる）によって引き起こされる。
【００３４】
図２ａ、図３ａ、図４ａ、図５ａ、図６ａおよび図７ａは、組成比Ｓ１〜Ｓ６のセラミックス材料の分極ヒステリシス曲線を示す。各図を通じて、電場の強度Ｅ（単位：ｋＶ／ｍｍ）に対して、分極値Ｐ（単位：μＣ／ｃｍ２）をプロットしてある。測定は、周波数５０ＭＨｚの三角波電場を用いて、室温で行った。
【００３５】
上記の図から、ＫＮＮの組成比ｘが増大すると、抗電場Ｅｃ（Ｐ（分極値）＝０のときの電場の強度）は減少することが分かる。また、セラミックス材料の組成比によるが、電場Ｅの強度が４〜８ｋＶ／ｍｍになると、分極は飽和に達することも分かる。
【００３６】
図２ｂ、図３ｂ、図４ｂ、図５ｂ、図６ｂおよび図７ｂは、組成比Ｓ１〜Ｓ６のセラミックス材料について、バイポーラエロンゲーション（bipolar elongation；第１および第２の分極による伸びのヒステリシス曲線を示す。この測定は、前述の分極ヒステリシス曲線を求める測定と同時に行った。これらの図によれば、各試料において、バイポーラエロンゲーションＳ（単位：％）は、電場の強度Ｅ（ｋＶ／ｍｍ）に依存して変化することが分かる。バイポーラエロンゲーションを測定する際には、最初に、電場Ｅを０から８ｋＶ／ｍｍまで増加させる。ついで、−８ｋＶ／ｍｍまで減少させ、最終的には０ｋＶ／ｍｍまで戻す。このように電場をバイポーラ的に変化させた結果、蝶の形をしたヒステリシス曲線が得られた。
【００３７】
図８ａ、図８ｂおよび図８ｃならびに図９ａおよび図９ｂは、本発明に係るセラミックス材料の特性的な値を要約したものである。
【００３８】
図８ａは、最大分極値Ｐｍａｙ（単位：μＣ／ｃｍ２）と組成比ｘ（前述の[(ＢＮＴ)１−ｙ(ＢＴ)ｙ]１−ｘ(ＫＮＮ)ｘにおけるｘ）との関係を表したグラフである。
【００３９】
他方、図８ｂは、残留分極値Ｐｒ（単位：μＣ／ｃｍ２；外部電場Ｅを０にしたときに表面に残っている分極の値）と組成比ｘとの関係を表したグラフである。
【００４０】
まとめると、図８ａと図８ｂは、それぞれ、各試料（[(ＢＮＴ)１−ｙ(ＢＴ)ｙ]１−ｘ(ＫＮＮ)ｘにおいて、ｙ＝０．１、ｙ＝０．１５、ｙ＝０．２、ｙ＝０．３、ｙ＝０．４およびｙ＝０．５のときの最大分極値Ｐｍａｙと残留分極値Ｐｒを示している。
【００４１】
一方、図８ｃは、抗電場Ｅｃ（ｋＶ／ｍｍ）と組成比ｘとの関係を表したグラフである。
【００４２】
すべての試料（組成比はそれぞれ異なる）について、図８ａから、最大分極値Ｐｍａｙは、組成比ｘには依存しないことが分かる。他方、図８ｂおよび図８ｃから、ＰｒとＥｃは、ｘ＞０．０６になると、大幅に低下することが分かる。
【００４３】
上記のような分極値または抗電場強度は、セラミックス材料の用途に応じて、好ましい値は異なる。例えば、本発明に係るセラミックス材料をセンサに用いる場合には、残留分極値は、高い方が好ましい。他方、アクチュエータに用いる場合には、低い方が好ましい。
【００４４】
図９ａは、強い電場における圧電定数（最大の伸びＳｍａｙと電場の最大強度Ｅｍａｙとの比Ｓｍａｙ／Ｅｍａｙ（単位：ｐｍ／Ｖ）の形で表す）と、前述の組成式[ＢＮＴ１−ｙＢＴｙ]１−ｘＫＮＮｘにおける組成比ｘとの関係を表したグラフである（ｙ＝０．１、ｘ＝０．１５、ｙ＝０．２、ｙ＝０．３、ｙ＝０．４およびｙ＝０．５の場合について測定した。）。この図から、最大で７００ｐｍ／ＶのＳｍａｙ／Ｅｍａｙが得られることが分かる。この性質は、アクチュエータとして用いる場合にきわめて有利である。
【００４５】
図９ｂは、同様に、弱い電場における圧電定数ｄ３３（単位：ｐＣ／Ｎ）とｘとの関係を表したグラフである。圧電定数ｄ３３とは、７ｋｖ／ｍｍの電場の下に室温下で５分間分極させた試料を、ベルリンコート計を用いて、電場強度が０のときに測定した値である。ｄ３３＞０のセラミックス材料は、すべてセンサに用いるのに好適である。
【００４６】
インピーダンスの温度依存性を測定するため、周波数１ｋＨｚの下で、温度を２５℃から４００℃まで変化させて、比誘電率εｒを測定した。ここで、測定曲線が最大値をとる温度、または誘電率が大きく上昇し始める温度を、脱分極温度という。脱分極温度は、組成比Ｓ１（ｙ＝０．１）でかつｘ＝０．０４のときには約２００℃、組成比Ｓ２（ｙ＝０．２）でかつｘ＝０．０３のときには約１５０℃である。
【００４７】
図１０ａ〜図１０ｆは、それぞれ、以下に示す組成比の試料についての測定結果を示す。
図１０ａ：組成比Ｓ１の試料
図１０ｂ：組成比Ｓ２の試料（グラフを見やすくするため、ｘ＝０．０１に係る測定曲線は示していない。）
図１０ｃ：組成比Ｓ３の試料（同じく、ｘ＝０．０７とｘ＝０．０８に係る測定曲線は示していない。）
図１０ｄ：組成比Ｓ４の試料（同じく、ｘ＝０．０７とｘ＝０．０８５に係る測定曲線は示していない。）
図１０ｅ：組成比Ｓ５の試料（同じく、ｘ＝０．０１とｘ＝０．０に係る測定曲線は示していない。）
図１０ｆ：組成比Ｓ６の試料（同じく、ｘ＝０．０７に係る測定曲線は示していない。）
【００４８】
図１１は、上記試料の一つを用いて製造した装置の模式的な側面図である。この装置は、セラミックス製の本体１０（複数のセラミックス層を一体的に焼結したもの）を有している。各セラミックス層は、本発明に係る３元系のセラミックス材料[(Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３)１−ｙ(ＢａＴｉＯ３)ｙ]１−ｘ(Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３)ｘ（ここで、０＜ｙ≦０．１２、および０．１≦ｘ≦０．５である。）からなっている。各セラミックス層の間には、電極２０が設けられている。本体２０内で交互に配置された電極２０は、さらに、本体１０の両側で、外部電極３０、３０と接している。また、外部電極３０には接続基部４０が設けられ、この接続基部４０には導線５０が接続されている。
【００４９】
この装置は、例えば自動車のインジェクションシステムにおいて、ピエゾアクチュエータとして用いることができる。導線５０を通じて電圧が印加されると、本体１０は伸長する。この伸長は、給電が停止すると、元に戻る。
【００５０】
上記添付図面を参照して説明した実施形態は、所望により変更することができる。本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本明細書に記載していない修正をも含みうることに留意すべきである。
【符号の説明】
【００５１】
Ｐ    分極値（単位：μＣ／ｃｍ２）
Ｅ    電場の強度（単位：ｋＶ／ｍｍ）
Ｓ    伸び（％）
Ｐｍａｙ    最大分極値Ｐｍａｙ（単位：μＣ／ｃｍ２）
Ｐｒ    残留分極値Ｐｒ
Ｅｃ    抗電場（ｋＶ／ｍｍ）
Ｓｍａｙ／Ｅｍａｙ    強い電場下での圧電定数（単位：ｐｍ／Ｖ）
ｄ３３    弱い電場下での圧電定数ｄ３３（単位：ｐＣ／Ｎ）
εｒ    比誘電率
Ｔ    温度（単位：℃）
Ｓ１    [ＢＮＴ０．９ＢＴ０．１]１−ｘＫＮＮｘを表す組成比
Ｓ２    [ＢＮＴ０．８５ＢＴ０．１５]１−ｘＫＮＮｘを表す組成比
Ｓ３    [ＢＮＴ０．８ＢＴ０．２]１−ｘＫＮＮｘを表す組成比
Ｓ４    [ＢＮＴ０．７ＢＴ０．３]１−ｘＫＮＮｘを表す組成比
Ｓ５    [ＢＮＴ０．６ＢＴ０．４]１−ｘＫＮＮｘを表す組成比
Ｓ６    [ＢＮＴ０．５ＢＴ０．５]１−ｘＫＮＮｘを表す組成比
１０    本体
２０    電極
３０    外部電極
４０    接続基部
５０    導線
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
0005586621.tif 000008
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１０ｆ】
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【図１１】
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