(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物とＭｎとを含有する、残留分極を有する圧電セラミックスであって、前記圧電セラミックスの残留分極の方向に沿った面を被測定面とした際に、室温の前記被測定面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０以上であり、室温の前記圧電セラミックスのｃ軸の格子定数ｃとａ軸の格子定数ａとの比ｃ／ａが１．００４≦ｃ／ａ≦１．０１０であり、室温の前記（００２）回折ピークの半値幅が１．２°以下であることを特徴とする圧電セラミックス。
【請求項２】
前記ペロブスカイト型金属酸化物が、下記一般式（１）で表わされることを特徴とする請求項１に記載の圧電セラミックス。
（Ｂａ１−ｘＣａｘ）ｑ（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３        （１）
（式中、ｘは０．１２５≦ｘ≦０．３００、ｙは０．０４１≦ｙ≦０．０７４、ｑは０．９８６≦ｑ≦１．０２０である。）
【請求項３】
前記Ｍｎの含有量が、前記ペロブスカイト型金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０４重量部以上０．５０重量部以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電セラミックス。
【請求項４】
前記圧電セラミックスが、さらにＢｉを含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの１項に記載の圧電セラミックス。
【請求項５】
前記Ｂｉの含有量が、前記ペロブスカイト型金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０４重量部以上０．８０重量部以下であることを特徴とする請求項４に記載の圧電セラミックス。
【請求項６】
室温における電気機械結合定数ｋ３１が０．２００以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの１項に記載の圧電セラミックス。
【請求項７】
室温における機械的品質係数Ｑｍが４００以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの１項に記載の圧電セラミックス。
【請求項８】
室温における比誘電率εｒが２５００以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの項に記載の圧電セラミックス。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの１項に記載の圧電セラミックスの製造方法であって、少なくとも、原料粉からなる成形体を作る工程と、前記成形体を焼結して圧電セラミックスを得る工程とを順に有しており、前記圧電セラミックスを得る工程において、１１００℃から１４００℃の最高温度で焼結し、毎時５０℃以上の速度で降温する工程を有することを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。
【請求項１０】
第一の電極、圧電材料部および第二の電極を少なくとも有する圧電素子であって、前記圧電材料部が請求項１乃至８のいずれかの１項に記載の圧電セラミックスから構成されており、かつ前記第一の電極および第二の電極が前記圧電セラミックスの残留分極の方向と交差していることを特徴とする圧電素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の圧電素子の製造方法であって、少なくとも、原料粉からなる成形体を作る工程と、前記成形体を焼結して圧電セラミックスを得る工程と、前記圧電セラミックスに第一の電極と第二の電極を設ける工程と、前記圧電セラミックスを分極処理する工程とを順に有しており、前記圧電セラミックスに第一の電極と第二の電極を設ける工程において、前記圧電セラミックス、前記第一の電極、前記第二の電極を７００℃から９００℃の最高温度で熱処理し、毎時１００℃以上の速度で降温する工程を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
前記圧電セラミックスを分極処理する工程において、前記圧電セラミックスを加熱し、直流電圧を印加した後に電圧印加を継続しながら毎時１００℃以上の速度で降温する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の圧電素子を振動板に配した振動体であって、前記圧電素子の圧電材料部を構成する圧電セラミックスの振動板と接触している面を底面、接触していない面を表面としたときに、室温の前記圧電セラミックスの端部の被測定面の底面近傍のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ａと、室温の前記被測定面の表面近傍のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ｂとが、Ａ＞Ｂの関係を有することを特徴とする振動体。
【請求項１４】
前記圧電素子の圧電材料部を構成する圧電セラミックスの室温の熱膨張係数をα１、前記振動板の室温の熱膨張係数をα２としたときに、α１＜α２であることを特徴とする請求項１３に記載の振動体。
【請求項１５】
請求項１０に記載の圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の振動体を振動部に備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１７】
被転写体の載置部と、請求項１５または１６に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１８】
請求項１３または１４に記載の振動体と、前記振動体と接触する移動体とを少なくとも有することを特徴とする超音波モータ。
【請求項１９】
駆動部に請求項１８に記載の超音波モータを備えることを特徴とする光学機器。
【請求項２０】
請求項１０に記載の圧電素子を振動板に配した振動体を有することを特徴とする振動装置。
【請求項２１】
請求項１３または１４に記載の振動体を有することを特徴とする振動装置。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載の振動装置を振動部に備えることを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動板を前記撮像素子ユニットの受光面側に設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２４】
請求項１０に記載の圧電素子を備えた圧電音響部品を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛やアルカリ金属を含まない圧電セラミックスおよびその製造方法に関する。また、本発明は前記圧電セラミックスを用いた圧電素子、振動体、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、振動装置、塵埃除去装置、撮像装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミックスは、チタン酸ジルコン酸鉛（以下「ＰＺＴ」という）のようなペロブスカイト構造の金属酸化物が一般的である。しかしながら、ＰＺＴは鉛を含有するために、環境に対する影響が問題視されている。このため、鉛を含有しない圧電セラミックスの開発が求められている。
【０００３】
鉛を含有しない圧電セラミックスとして、チタン酸バリウムが知られている。また、その特性を改良する目的で、チタン酸バリウムをベースとした材料開発が行われている。
【０００４】
特許文献１には、チタン酸バリウムの圧電特性を向上させるために、チタン酸バリウムのＡサイトの一部をＣａに、Ｂサイトの一部をＺｒで置換した圧電セラミックスが開示されている。これらの材料は、チタン酸バリウムに比べて圧電定数に優れるものの、機械的品質係数が小さい。
【０００５】
非特許文献１には、チタン酸バリウムのＡサイトの一部をＣａに置換し、さらにＭｎ、Ｆｅ、またはＣｕを含有する材料が開示されている。これらの材料は、チタン酸バリウムに比べて機械的品質係数が優れるものの、電気機械結合定数ｋ３１が０．１１９と小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１５１１１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”２０１０年４９巻０９ＭＤ０３−１から０９ＭＤ０３−４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら従来技術では、圧電セラミックスの機械的品質係数と電気機械結合定数の両立が不十分であり、前記圧電セラミックスを圧電素子にした際に圧電素子の消費電力が増大してしまうという課題があった。
【０００９】
本発明はこの様な課題を解決するためになされたものであり、高い機械的品質係数を有し、消費電力が小さい、鉛やアルカリ金属を含まない圧電セラミックスおよびその製造方法を提供するものである。また、本発明は前記圧電セラミックスを用いた、圧電素子、振動体、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、振動装置、塵埃除去装置、撮像装置および電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る圧電セラミックスは、チタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物とＭｎとを含有する、残留分極を有する圧電セラミックスである。前記圧電セラミックスの残留分極の方向に沿った面を被測定面とした際に、室温の前記被測定面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０以上であり、室温の前記圧電セラミックスのｃ軸の格子定数ｃとａ軸の格子定数ａとの比ｃ／ａが１．００４≦ｃ／ａ≦１．０１０である。さらに室温の前記（００２）回折ピークの半値幅が１．２°以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の圧電セラミックスの製造方法は、上記圧電セラミックスの製造方法であって、少なくとも、原料粉からなる成形体を作る工程と、前記成形体を焼結して圧電セラミックスを得る工程とを順に有しており、前記圧電セラミックスを得る工程において、１１００℃から１４００℃の最高温度で焼結し、毎時５０℃以上の速度で降温する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る圧電素子は、第一の電極、圧電材料部および第二の電極を少なくとも有する圧電素子であって、前記圧電材料部が上記の圧電セラミックスから構成されており、かつ前記第一の電極および第二の電極が前記圧電セラミックスの残留分極の方向と交差していることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、上記圧電素子の製造方法であって、少なくとも、原料粉からなる成形体を作る工程と、前記成形体を焼結して圧電セラミックスを得る工程と、前記圧電セラミックスに第一の電極と第二の電極を設ける工程と、前記圧電セラミックスを分極処理する工程とを順に有しており、前記圧電セラミックスに第一の電極と第二の電極を設ける工程において、７００℃から９００℃の最高温度で熱処理し、毎時１００℃以上の速度で降温する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る振動体は、上記の圧電素子を振動板に配した振動体であって、前記圧電素子の圧電材料部を構成する圧電セラミックスの振動板と接触している面を底面、接触していない面を表面としたときに、室温の前記圧電セラミックスの端部の被測定面の底面近傍のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ａと、室温の前記被測定面の表面近傍のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ｂとが、Ａ＞Ｂの関係を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、上記の圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、上記の振動体を振動部に備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る液体吐出装置は、被転写体の載置部と、上記の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る超音波モータは、上記振動体と、前記振動体と接触する移動体とを少なくとも有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る光学機器は、駆動部に上記の超音波モータを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る振動装置は、上記の圧電素子を振動板に配した振動体を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る塵埃除去装置は、上記の振動装置を振動部に備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る撮像装置は、上記の塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動板を前記撮像素子ユニットの受光面側に設けたことを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る電子機器は、上記の圧電素子を備えた圧電音響部品を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高い機械的品質係数を有し、消費電力が小さい、鉛やアルカリ金属を含まない圧電セラミックスおよびその製造方法を提供することができる。
【００２５】
また、本発明は前記圧電セラミックスを用いた、圧電素子、振動体、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、振動装置、塵埃除去装置、撮像装置および電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の圧電セラミックス一実施形態における縦断面図である。
【図２】本発明の圧電セラミックスの残留分極の方向の特定方法を示す概略図である。
【図３】本発明の圧電セラミックスを構成する結晶粒に存在するａドメインとｃドメインを示す概念図である。
【図４】本発明の圧電セラミックスのＸ線回折測定方法を示す概略図である。
【図５】本発明の圧電素子の構成の一実施形態における縦断面図である。
【図６】本発明の振動体の構成の一実施形態を示す概略図である。
【図７】本発明の液体吐出ヘッドの構成の一実施形態を示す概略図である。
【図８】本発明の液体吐出装置の一実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明の液体吐出装置の一実施形態を示す概略図である。
【図１０】本発明の超音波モータの構成の一実施形態を示す概略図である。
【図１１】本発明の光学機器の一実施形態を示す概略図である。
【図１２】本発明の光学機器の一実施形態を示す概略図である。
【図１３】本発明の振動装置を塵埃除去装置とした場合の一実施形態を示す概略図である。
【図１４】本発明の塵埃除去装置における圧電素子の構成を示す概略図である。
【図１５】本発明の塵埃除去装置の振動原理を示す模式図である。
【図１６】本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略図である。
【図１７】本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略図である。
【図１８】本発明の電子機器の一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２８】
本発明に係る圧電セラミックスは、チタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物とＭｎとを含有する、残留分極を有する圧電セラミックスである。加えて前記圧電セラミックスの残留分極の方向に沿った面を被測定面とした際に、室温の前記被測定面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０以上である。さらに、室温の前記圧電セラミックスのｃ軸の格子定数ｃとａ軸の格子定数ａとの比ｃ／ａが１．００４≦ｃ／ａ≦１．０１０であり、室温の前記（００２）回折ピークの半値幅が１．２°以下であることを特徴とする。
【００２９】
本発明は、チタン酸バリウム系セラミックスの結晶構造を制御することにより、機械的品質係数を向上させ、消費電力が小さい、鉛やアルカリ金属を含まない圧電セラミックスを提供するものである。
【００３０】
本発明の圧電セラミックスは、チタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物とＭｎとを含有する。
【００３１】
本発明において、ペロブスカイト型金属酸化物のペロブスカイト構造とは、岩波理化学辞典第５版（岩波書店、１９９８年２月２０日発行）に記載されているような、理想的には立方晶構造であるペロブスカイト構造（ペロフスカイト構造とも言う）を指す。ペロブスカイト構造を持つ金属酸化物は一般にＡＢＯ３の化学式で表現される。ペロブスカイト構造を持つ金属酸化物において、元素Ａ、Ｂは各々イオンの形でＡサイト、Ｂサイトと呼ばれる単位格子の特定の位置を占める。例えば、立方晶系の単位格子であれば、Ａ元素は立方体の頂点、Ｂ元素は体心に位置する。Ｏ元素は酸素の陰イオンとして立方体の面心位置を占める。すなわち、チタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物はＢａＴｉＯ３の化学式で表現される。前記圧電セラミックスがペロブスカイト構造であることは、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による結晶構造解析から判断することができる。Ａ元素、Ｂ元素、Ｏ元素がそれぞれ単位格子の対象位置から僅かに座標シフトすると、ペロブスカイト型構造の単位格子が歪み、正方晶、菱面体晶、斜方晶といった結晶系となる。圧電セラミックスが良好な電気機械結合定数を得られるという観点において、前記ペロブスカイト型金属酸化物の結晶系は室温で正方晶構造であることが好ましい。
【００３２】
本発明の圧電セラミックスは、Ｍｎを含むことにより、室温の機械的品質係数Ｑｍが向上する。ここで、機械的品質係数Ｑｍとは圧電セラミックスを圧電振動子として評価した際の振動による弾性損失を表す係数であり、機械的品質係数Ｑｍの大きさはインピーダンス測定における共振曲線の鋭さとして観察される。つまり圧電振動子の共振の鋭さを表す定数である。前記圧電セラミックスは、圧電素子として共振周波数付近で駆動させた際に、機械的品質係数Ｑｍの大きさに比例した変位を得ることができる。
【００３３】
前記Ｍｎの含有量は、前記ペロブスカイト型金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０４重量部以上０．５０重量部以下、好ましくは０．１０重量部以上０．３６重量部以下であることが望ましい。ここで、副成分の「金属換算」での含有量は、前記圧電セラミックスの組成を蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などにより測定した際の各金属の含有量をまず算出する。算出された含有量に基づき、前記主成分で表わされる金属酸化物を構成する元素を酸化物換算し、その総重量を１００としたときに、その総重量に対する前記副成分の重量で表す。
【００３４】
本発明の圧電セラミックスは、前記範囲のＭｎを有すると、十分な変位を得ることができる。Ｍｎの含有量が０．０４重量部未満であると、室温の機械的品質係数Ｑｍが４００未満と小さくなるおそれがある。室温の機械的品質係数Ｑｍが４００未満の圧電セラミックスは、共振周波数付近においても十分な変位を得ることができず、その結果、圧電セラミックスの駆動に必要な入力電圧が増し、消費電力（後述する駆動電力）が大きくなるおそれがある。一方、Ｍｎの含有量が０．５０重量部より多いと、圧電セラミックスの電気機械結合定数ｋ３１が低下し、圧電セラミックスの駆動に必要な入力電圧が増した結果、消費電力が大きくなるおそれがある。Ｍｎの含有量が適正であれば、室温における機械的品質係数Ｑｍが４００以上となる。
【００３５】
好ましい機械的品質係数Ｑｍは８００以上であり、８００以上あれば消費電力は大きくならない。より好ましい機械的品質係数Ｑｍは１２００以上である。
【００３６】
本明細書における消費電力とは、圧電セラミックスが消費する電力のことであり、圧電セラミックスが駆動することで消費する電力と圧電セラミックスの静電容量に比例して消費する電力の和である。以降、圧電セラミックスが駆動することで消費する電力を駆動電力、圧電セラミックスの静電容量に比例して消費する電力をキャパシタンス電力とよぶ。駆動電力は、圧電セラミックスの電気機械結合定数ｋ３１や機械的品質係数Ｑｍが大きいと、小さくなる傾向がある。一方、キャパシタンス電力は、圧電セラミックスの比誘電率εｒが小さく、電気機械結合定数ｋ３１が大きくなると小さくなる傾向がある。
【００３７】
本発明の圧電セラミックスの消費電力は、圧電セラミックスに電極を付すと、電力計によって測定することができる。キャパシタンス電力（ＣＷ）は、圧電セラミックスの静電容量（Ｃ）、駆動周波数（ｆ）、印加電圧（Ｖ）に２πを乗じた値に比例する。駆動電力は電力計の測定値より、キャパシタンス電力を引いた差から求めることができる。
【００３８】
本発明の圧電セラミックスの比誘電率εｒは、インピーダンスアナライザやＬＣＲメータから静電容量を測定することから、計算によって求めることができる。
【００３９】
本発明の圧電セラミックスの電気機械結合定数ｋ３１および機械的品質係数Ｑｍは、インピーダンスアナライザを用いて得られる共振周波数及び反共振周波数の測定結果から求められる。具体的には、電子情報技術産業協会規格（ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−４５０１）に基づいて、計算により求めることができる。以下、この方法を共振−反共振法と呼ぶ。
【００４０】
本発明の圧電セラミックスは残留分極を有する。
【００４１】
残留分極とは、圧電セラミックスに外部電場を印加していない時に圧電セラミックス中に残留している分極のことを指す。圧電セラミックスを分極処理することで、圧電セラミックスの内部で自発分極の方向が一定方向に揃い、残留分極が発生する。圧電セラミックスが残留分極を有しているか否かは、圧電セラミックスに電圧を印加し、印加電界Ｅと分極量Ｐの関係（Ｐ−Ｅヒステリシス曲線）を測定することにより、特定することができる。
【００４２】
本発明の圧電セラミックスは、前記圧電セラミックスの残留分極の方向に沿った面を被測定面とした際に、室温の前記被測定面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０以上である。好ましくは１．０６以上である。
【００４３】
図１は、本発明の圧電セラミックス一実施形態における縦断面図であり、直方体形状の圧電セラミックス８を示している。ここで、矢印Ａの方向は残留分極の方向を示し、被測定面４は、圧電セラミックス８の残留分極の方向に沿った面のことを指す。なお、圧電セラミックス８の形状は直方体に限定されず、円柱や多面体であっても構わない。
【００４４】
残留分極の方向は以下の方法で特定できる。図２はその特定方法の説明図であり、図中の矢印方向が残留分極の方向である。まず、分極処理後の圧電セラミックスを任意の角度β（βは０°≦β＜３６０°かつ１０の倍数）で切り出し、切り出し面５のいずれにも電極を形成し、圧電定数を測定する。この測定を繰り返し、圧電定数のβ依存性を観察した際に、前記圧電定数が最大となる角度βに９０°を足した角度（β＋９０°）に沿った方向が残留分極の方向となる。ただし、最大となるβは切り出しの誤差や測定誤差を鑑みると、±１０°は誤差を含んでいてもよい。この際の圧電定数の測定はｄ３３メータを用いると簡便に行うことができる。
【００４５】
本発明の圧電セラミックスは、室温の被測定面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０以上である。ここで（００２）／（２００）回折強度比とは、２θ−θ法によって得られる、擬立方晶表記による結晶の００２面に起因する回折ピークの最大強度と２００面に起因する回折ピークの最大強度との比を表わしたものである。前記００２面と２００面に起因する回折ピークの位置は、前記圧電セラミックスのＸ線回折測定結果とチタン酸バリウムに関する既知の文献によるデータ（例えば、ＩＣＤＤ＝Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｒｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ＤａｔａのＰＤＦ−２のＮｏ．０５−０６２６）とを比較することによって特定できる。図１の圧電セラミックスの分極方向に交差する面に電極を付し短冊状の圧電素子を作製したとき、被測定面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０以上であるということは以下のことを示している。すなわち、被測定面近傍における圧電セラミックスを構成する結晶粒において、被測定面方向から観察したときにｃドメインがａドメインより多く存在していることを意味する。このとき、本発明の圧電セラミックスは電界印加方向に対して垂直な方向に優れた機械的品質係数Ｑｍを有する。そのため、本発明の圧電セラミックスを用いた圧電素子を、電界印加方向に対して垂直な方向に駆動させると、駆動電力を低減することできる。一方、室温の被測定面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０未満のときには下記のことが言える。すなわち被測定面近傍における圧電セラミックスを構成する結晶粒において、被測定面方向から観察したときにａドメインがｃドメインより多く存在すると、電界印加方向に対して垂直な方向の機械的品質係数Ｑｍは低下してしまう。ここでドメインとは自発分極の方向が揃っている領域を指す。また、本明細書において、室温とは２５℃のことを指す。しかし、本発明の特徴および効果が室温と変わらない２０℃から３０℃の温度範囲も本発明の室温に含まれる。
【００４６】
図３は、本発明の圧電セラミックスを構成する結晶粒に存在するａドメインとｃドメインを示す概念図である。図３は結晶系が正方晶の圧電セラミックスのａドメイン７とｃドメイン６の概念図を示したものであり、矢印Ｂ，Ｃの方向は自発分極の方向を表わしている。ａドメインとは、正方晶において［ｈ００］方向および［０ｋ０］方向とその逆方向の自発分極からなるドメインのことを指す。ｃドメインとは［００ｌ］方向とその逆方向の自発分極からなるドメインのことを指す。正方晶のチタン酸バリウムの自発分極軸はｃ軸であるため、本発明の圧電セラミックス全体としては、電極面方向から観察したときにｃドメインがａドメインより多く存在すると優れた電気機械結合定数ｋ３１が得られる。そのため、本発明の圧電セラミックスは、室温の残留分極の方向に交差する面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比が１．０以上であることが好ましい。
【００４７】
ここで、残留分極の方向に交差する面の結晶構造の評価は、加工歪の影響を受けない方法で評価することが好ましい。これは、本発明の圧電セラミックスがＰＺＴと比較してヤング率が高いチタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物を主成分とするためである。ヤング率が高いので、研磨、研削、切削、切断等の加工を行う際に、圧電セラミックスの加工表面近傍に加工歪（転位とも呼ばれる）が生じ易い。そのため、研磨の仕上げ工程を、コロイダルシリカを用いたバフ研磨で行うことが好ましい。バフ研磨を行うことにより、表面粗さが２００ｎｍ以下の平滑な表面が得られる。この際、前記加工表面を１０μｍ以上除去することが好ましい。表面粗さは触針式表面粗さ測定器を用いて評価することが可能である（ＪＩＳ  Ｂ  ０６５１：２００１）。また、本明細書における表面粗さとは、中心線平均粗さＲａを指す。
【００４８】
前記Ｘ線回折測定の条件は特に限定されず、平行ビーム法を用いた２θ−θ法など一般的な手法を用いることができる。以下に代表的な測定条件を示す。
【００４９】
管球の線源にはＣｕ−Ｋα線を用いる。２θの測定範囲を２０°から５０°までとすることにより、前記００２面および２００面の情報が得られるようにする。好ましい入射光のスポット径は、前記被測定面の面積に依存するが、被測定面の全域に入射光が当たる大きさであることが好ましい。また、十分な強度を得るためにスキャン速度を０．１０度／分から１．００度／分に、サンプリング間隔を０．００１度から０．０２０度の範囲にすることで再現性のあるデータを得ることができる。図４は本発明の圧電セラミックスのＸ線回折測定方法を示す概略図であり、θと２θの関係を示している。なお、多軸Ｘ線回折測定器を用いる際には、被測定面と入射光の法線のなす角度ψ（プサイ）を０°にして測定する必要がある。
【００５０】
本発明の圧電セラミックスの室温のｃ軸の格子定数ｃとａ軸の格子定数ａ（ただしｃ＞ａ）との比ｃ／ａは１．００４≦ｃ／ａ≦１．０１０である。ｃ／ａが前記範囲にある時、本発明の圧電セラミックスは優れた電気機械結合定数ｋ３１を有する。そのため、本発明の圧電セラミックスを用いた圧電素子は、駆動電力を低減できる。ｃ／ａが１．００４未満であると圧電セラミックスの結晶構造が立方晶に近づくため、室温の電気機械結合定数ｋ３１が低下し、圧電素子の駆動に必要な入力電圧が増し、駆動電力が大きくなる。また、ｃ／ａが１．０１０より大きいと、分極処理に必要な電圧が高くなってしまう。
【００５１】
本発明の圧電セラミックスの格子定数ａおよびｃは、２θ−θ法によって得られる回折ピークから得られる面間隔より、求めることができる。Ｘ線の波長をλ、２００面の面間隔をｄ（２００）、２００面の回折ピークの最大強度を取る角度をθ２００、００２面の面間隔をｄ（００２）、００２面の回折ピークの最大強度を取る角度をθ００２とする。そうすると、格子定数ａおよびｃは以下の式で表わすことができる。なお、これらの結晶面は、いずれも擬立方晶表記によるものである。
【００５２】
【数１】
0005980354.tif 000002
【００５３】
ここで、圧電セラミックスが良好な電気機械結合定数ｋ３１を得られるという観点において、前記圧電セラミックスの室温における結晶系は、正方晶構造であることが好ましい。
【００５４】
本発明の圧電セラミックスの室温の被測定面の（００２）回折ピークの半値幅は、１．２°以下である。好ましくは０．５°以下である。半値幅とは、回折ピークの最大強度をＰとして、Ｐ／２を取る角度をθ１、θ２とした（θ２＞θ１）ときに、θ２とθ１の差で表わされる幅のことである。半値幅は半値全幅とも呼ばれる。なお、最大強度の大きさはバックグラウンドの値を除去して求める必要がある。
【００５５】
本発明の圧電セラミックスの室温の（００２）回折ピークの半値幅が１．２°以下であれば、十分な機械的品質係数Ｑｍが得られる。（００２）回折ピークの半値幅１．２°より大きいと、結晶性が不十分となり十分な機械的品質係数Ｑｍが得られない。
【００５６】
本発明の圧電セラミックスは、さらにＢｉを含有することが好ましい。本発明の圧電セラミックスはＢｉを含有することによって、相対密度が向上する。前記Ｂｉの含有量は、前記ペロブスカイト型金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０４重量部以上０．８０重量部以下であることが望ましい。
【００５７】
Ｂｉの含有量が０．０４重量部未満であると、Ｂｉを含まないセラミックスと比べて相対密度が向上しないおそれがある。一方、Ｂｉの含有量が０．８０重量部より多くなると、電気機械結合定数ｋ３１が低下し、圧電セラミックスの駆動に必要な入力電圧が増した結果、駆動電力が大きくなるおそれがある。
【００５８】
本発明の圧電セラミックスの主成分の前記ペロブスカイト型金属酸化物が、下記一般式（１）で表わされることが好ましい。
（Ｂａ１−ｘＣａｘ）ｑ（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３        （１）
（式中、ｘは０．１２５≦ｘ≦０．３００、ｙは０．０４１≦ｙ≦０．０７４、ｑは０．９８６≦ｑ≦１．０２０である。）
【００５９】
上記範囲のｘ、ｙおよびｑの値を満たすことにより、本発明の圧電セラミックスは、室温においてより高い機械的品質係数Ｑｍと良好な電気機械結合定数ｋ３１を有することができる。
【００６０】
前記一般式（１）で表わされるペロブスカイト型金属酸化物は、Ａサイトに位置する金属元素がＢａとＣａ、Ｂサイトに位置する金属元素がＴｉとＺｒであることを意味する。ただし、一部のＢａとＣａがＢサイトに位置してもよい。同様に、一部のＴｉとＺｒがＡサイトに位置してもよい。前記一般式（１）における、Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３であるが、元素量の比が若干ずれた場合でも、前記金属酸化物がペロブスカイト構造を主相としていれば、本発明の範囲に含まれる。
【００６１】
本発明の圧電セラミックスは、前記一般式（１）において、ＡサイトにおけるＣａのモル比を示すｘが、０．１２５≦ｘ≦０．３００の範囲であることが好ましい。ｘが０．１２５未満であると室温の比誘電率εｒが高くなり、キャパシタンス電力が大きくなるおそれがある。一方、ｘが０．３００より大きいと機械的品質係数Ｑｍが低下し、圧電セラミックスの駆動に必要な入力電圧が増した結果、駆動電力が大きくなるおそれがある。より好ましくは、０．１２５≦ｘ≦０．１９０である。
【００６２】
本発明の圧電セラミックスは、前記一般式（１）において、ＢサイトにおけるＺｒのモル比を示すｙが、０．０４１≦ｙ≦０．０７４の範囲であることが好ましい。ｙが０．０７４より大きいと室温の比誘電率εｒが高くなり、キャパシタンス電力が大きくなるおそれがある。一方、ｙが０．０４１より小さいと電気機械結合定数ｋ３１が低下し、圧電セラミックスの駆動に必要な入力電圧が増した結果、駆動電力が大きくなるおそれがある。より好ましくは、０．０５０≦ｙ≦０．０７４である。
【００６３】
本発明の圧電セラミックスは、前記一般式（１）において、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量と、ＢサイトにおけるＴｉとＺｒのモル量との比を示すｑが、０．９８６≦ｑ≦１．０２０の範囲であることが好ましい。ｑが０．９８６より小さいと圧電セラミックスを構成する結晶粒に異常粒成長が生じ易くなり、セラミックスの機械的強度が低下するおそれがある。一方で、ｑが１．０２０より大きくなると粒成長に必要な温度が高くなり過ぎ、一般的な焼成炉で焼結ができなくなるおそれがある。ここで、「焼結ができない」とは密度が充分な値にならないことや、セラミックス内にポアや欠陥が多数存在している状態を指す。好ましいｑの範囲は０．９９８≦ｑ≦１．０１６である。また、ＢａとＣａのモル量の和をＡ１、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎのモル量の和をＢ１としたときのそれぞれの比をＡ１／Ｂ１としたときに、Ａ１／Ｂ１の範囲が０．９９３≦Ａ１／Ｂ１≦０．９９８であることが好ましい。Ａ１／Ｂ１がこの範囲のとき、本発明の圧電セラミックスは電気機械結合定数ｋ３１と機械的品質係数が特に優れるため、低消費電力での駆動が可能となる。
【００６４】
本発明の圧電セラミックスの室温における電気機械結合定数ｋ３１は０．２００以上であることが好ましい。
【００６５】
室温の電気機械結合定数ｋ３１が０．２００以上であることにより、圧電素子の駆動に必要な入力電圧を低減させることが可能となり、駆動電力を低減できる。一方、室温の電気機械結合定数ｋ３１が０．２００未満であると圧電素子の駆動に必要な入力電圧が増した結果、駆動電力が大きくなるおそれがある。
【００６６】
本発明の圧電セラミックスの室温における比誘電率εｒは２５００以下であることが好ましい。
【００６７】
室温の比誘電率が２５００を超えると圧電素子として、キャパシタンス電力が大きくなるおそれがある。
【００６８】
本発明の圧電セラミックスを構成する結晶粒の平均円相当径は、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。平均円相当径とは、複数の結晶粒の円相当径の平均値を示す。結晶粒の平均円相当径をこの範囲にすることで、本発明の圧電セラミックスは、良好な機械的品質係数と機械的強度を有することが可能となる。平均円相当径が０．５μｍ未満であると、圧電特性が充分でなくなるおそれがある。一方で、１０μｍより大きくなると機械的強度が低下するおそれがある。より好ましい範囲は１．９μｍ以上９．０μｍ以下である。
【００６９】
本明細書における「円相当径」とは、顕微鏡観察法において一般に言われる「投影面積円相当径」を表し、結晶粒の投影面積と同面積を有する真円の直径を表す。本発明において、この円相当径の測定方法は特に制限されない。例えば圧電セラミックスの表面を偏光顕微鏡や走査型電子顕微鏡で撮影して得られる写真画像を画像処理して求めることができる。対象となる粒径により最適倍率が異なるため、光学顕微鏡と電子顕微鏡を使い分けても構わない。
【００７０】
本発明の圧電セラミックスは、相対密度が９３％以上１００％以下であることが好ましい。相対密度は、圧電セラミックスの格子定数と構成元素の原子量から理論密度を算出し、その理論密度と実測した密度との割合である。格子定数は、例えば、Ｘ線回折分析により測定することができる。密度は、例えば、アルキメデス法により測定することができる。
【００７１】
相対密度が９３％より小さくなると、電気機械結合定数ｋ３１や機械的品質係数Ｑｍが充分でなかったり、機械的強度が低下したりするおそれがある。前記圧電セラミックスのより好ましい相対密度は９５％以上１００％以下の範囲であり、さらに好ましい相対密度は９７％以上１００％以下の範囲である。
【００７２】
本発明の圧電セラミックスの製造方法は特に限定されないが、以下に製造方法の一例を説明する。圧電セラミックスの製造工程は、少なくとも、原料粉から成形体を作る工程と、前記成形体を焼結する工程とを有する。
【００７３】
前記原料粉から成形体を作る工程は特に限定されず、構成元素を含んだ酸化物、炭酸塩、硝酸塩、蓚酸塩などの固体粉末から成形体を作り、その成形体を常圧下で焼結する一般的な手法を採用することができる。原料としては、Ｂａ化合物、Ｃａ化合物、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｍｎ化合物、Ｂｉ化合物等の金属化合物から構成される。
【００７４】
使用可能なＢａ化合物としては、酸化バリウム、炭酸バリウム、蓚酸バリウム、酢酸バリウム、硝酸バリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウムなどが挙げられる。
【００７５】
使用可能なＣａ化合物としては、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、蓚酸カルシウム、酢酸カルシウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムなどが挙げられる。
【００７６】
使用可能なＴｉ化合物としては、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸カルシウムなどが挙げられる。
【００７７】
使用可能なＺｒ化合物としては、酸化ジルコニウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウムなどが挙げられる。
【００７８】
使用可能なＭｎ化合物としては、炭酸マンガン、酸化マンガン、二酸化マンガン、酢酸マンガン、四酸化三マンガンなどが挙げられる。
【００７９】
使用可能なＢｉ化合物としては、酸化ビスマスなどが挙げられる。
【００８０】
また、前記圧電セラミックスのＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉとＺｒのモル量との比を示すｑを調整するための原料は特に限定されない。Ｂａ化合物、Ｃａ化合物、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物のいずれでも効果は同じである。
【００８１】
前記成形体とは、前記固体粉末を成形した固形物である。成形方法としては、一軸加圧加工、冷間静水圧加工、温間静水圧加工、鋳込成形と押し出し成形を挙げることができる。成形体を作製する際には、造粒粉を用いることが好ましい。造粒粉を用いた成形体を焼結すると、焼結体の結晶粒の大きさの分布が均一になり易いという利点がある。
【００８２】
圧電セラミックスの原料粉を造粒する方法は特に限定されないが、造粒粉の粒径をより均一にできるという観点において、最も好ましい造粒方法はスプレードライ法である。
【００８３】
造粒する際に使用可能なバインダの例としては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、アクリル系樹脂が挙げられる。添加するバインダの量は、前記圧電セラミックスの原料粉１００重量部に対して１重量部から１０重量部が好ましく、成形体の密度が上がるという観点において２重量部から５重量部がより好ましい。
【００８４】
前記成形体の焼結方法は特に限定されない。焼結方法の例としては、電気炉による焼結、ガス炉による焼結、通電加熱法、マイクロ波焼結法、ミリ波焼結法、ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）などが挙げられる。電気炉およびガス炉による焼結は、連続炉であってもバッチ炉であっても構わない。
【００８５】
前記焼結方法における焼結温度は特に限定されないが、各化合物が反応し、充分に結晶成長する温度であることが好ましい。好ましい焼結温度としては、粒径を１．５μｍから１０μｍの範囲にするという観点で、１１００℃以上１４００℃以下であり、より好ましくは１１００℃以上１３５０℃以下である。焼結処理により得られる圧電材料の特性を再現よく安定させるためには、焼結温度を上記範囲内で一定にして２時間以上４８時間以下の焼結処理を行うとよい。また、最高温度から降温させる過程において、急速冷却することが好ましい。急速冷却することによって、本発明の圧電セラミックスは内部応力が残留しやすくなる。その結果、本発明の圧電セラミックスは被測定面近傍における圧電セラミックスを構成する結晶粒において、被測定面から観察したときにｃドメインが多く存在するようになり、機械的品質係数が高くなる。好ましい冷却速度は毎時５０℃以上である。
【００８６】
（圧電素子）
本発明に係る圧電素子は、第一の電極１、圧電材料部２および第二の電極３を少なくとも有する圧電素子である。前記圧電材料部２が本発明の圧電セラミックスから構成されており、かつ前記第一の電極および第二の電極が前記圧電セラミックスの残留分極の方向と交差している。図５は本発明の圧電素子の構成の一実施形態における縦断面図であり、直方体形状の圧電材料部２に直方体形状の第一の電極１および第二の電極３を付した構成を一例として示している。矢印Ａは残留分極の方向を表わしている。また、第一の電極１および第二の電極３は、圧電材料部２の対向する面に設けられている。圧電材料部２の形状は直方体形状に限定されず、円柱や多面体であっても構わない。さらに、第一の電極１および第二の電極３の配置および形状もこれらに限定されるものではなく、対抗する面に設けられていれば、所望の形状にパターニングされていても構わない。
【００８７】
前記第一の電極１および第二の電極３が、前記圧電セラミックスの残留分極の方向と交差していることにより、本発明の圧電素子は電圧印加方向に対して垂直な方向の電気機械結合定数ｋ３１と機械的品質係数Ｑｍに優れる。前記第一の電極１および第二の電極３は、厚み５ｎｍから２０μｍ程度の導電層よりなる。その材料は特に限定されず、圧電素子に通常用いられているものであればよい。例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの金属の化合物を挙げることができる。前記第一の電極１および第二の電極３は、これらのうちの１種からなるものであっても、あるいはこれらの２種以上を積層してなるものであってもよい。また、第一の電極１と第二の電極３が、それぞれ異なる材料であっても良い。ただし、量産性及びコストの観点においては、電極はＡｇであることが好ましい。電極がＡｇであるとき、その厚みは１μｍから１０μｍであることが好ましい。
【００８８】
前記第一の電極１と第二の電極３を設ける方法は限定されない。前記電極は、金属ペーストの塗布、焼き付けにより形成しても良いし、スパッタ、蒸着法などにより形成してもよい。ただし、Ａｇを用いる際には電極原料としてのＡｇペーストの塗布、焼き付けにより電極を形成することが好ましい。より好ましくは、圧電材料部２を形成する圧電セラミックスの表面にＡｇペーストを塗布して、最高温度が７００℃から９００℃となるように圧電セラミックスとＡｇペーストを一体的に熱処理し、Ａｇペーストを５分程度の時間で焼き付けるとよい。さらに好ましくは、電極焼き付け後に毎時１００℃以上の速度で降温するとよい。前記条件で焼き付けることにより、Ａｇ電極は十分な導電性を安定して得られる。また、前記圧電材料部を構成する圧電セラミックスに熱処理を加えることにもなり、残留応力が解放されるため、残留分極の方向に交差する面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比を１．０以上にすることが容易となる。一方、１０００℃以上で熱処理を行うことは、前記圧電セラミックスの組成が熱処理の前後で変化してしまうおそれがあるので好ましくない。
【００８９】
本発明の圧電セラミックスの分極処理方法は特に限定されない。分極処理は、大気中で行ってもよいし、シリコーンオイル中で行ってもよいが、量産性の観点より大気中であることが好ましい。好ましい分極処理の条件としては、９０℃から１５０℃の最高温度で、５ｋＶ／ｃｍから１４ｋＶ／ｃｍの電界を１０分から３０分程度印加することが好ましい。また、前記最高温度から降温する際に電界を印加し続けることが好ましい。降温過程まで電圧を印加し続けることによって、残留分極の方向に交差する面のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比を１．０以上にすることが容易となる。また、分極処理の電界を低くするには、圧電セラミックスが７００℃から９００℃の温度で熱処理されていることが好ましい。熱処理されることにより、８ｋＶ／ｃｍ以下の電界でも分極処理が容易となる。機械的品質係数Ｑｍが大きくなるという観点においては、圧電セラミクスを加熱し、直流電圧を印加した後に電圧印加を継続しながら降温する。この降温過程において毎時１００℃以上の速度で降温することがより好ましい。
【００９０】
（振動体）
図６は本発明の振動体の構成の一実施態様を示す概略図である。
【００９１】
本発明に係る振動体は、前記圧電素子を振動板９に配した振動体である。前記圧電素子の圧電材料部２を構成する圧電セラミックスの振動板と接触している面を底面、接触していない面を表面としたときには、以下の条件を満たしている。すなわち室温の前記被測定面の底面近傍１０のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ａと、室温の前記被測定面の表面近傍１１のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ｂとが、Ａ＞Ｂの関係を有することを特徴とする。
【００９２】
前記振動板９は弾性体よりなる。振動板９の材質は特に限定されず、例えば、ＳＵＳやインバーといったステンレス鋼やＳｉ、セラミックス、ガラス、石英など用いることができる。前記被測定面の底面近傍１０とは、圧電セラミックスの被測定面の底面側の端部か１０ａから中点１２までにある任意の領域のことを指す。一方、前記被測定面の表面近傍１１とは、圧電セラミックスの被測定面の表面側の端部１１ａから中点１２までにある任意の領域のことを指す。好ましい前記被測定面の底面近傍の領域は、底面側の端部から中点までの長さを１００としたときに底面側の端部から５０までであり、さらに好ましくは底面側の端部から２０までである。同様に、好ましい前記被測定面の表面近傍の領域は、表面側の端部から中点までの長さを１００としたときに表面側の端部から５０までであり、さらに好ましくは表面側の端部から２０までである。
【００９３】
前記回折強度比Ａの値が前記回折強度比Ｂより大きい時、振動体の機械的品質係数Ｑｍが良好な値を示す。これは、前記圧電セラミックスが振動体と接着されることにより、底面近傍の領域が振動板から引張応力を受けることに起因していると考えられる。前記底面近傍１０のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ａを測定する際には、中点から表面までの領域にＸ線を照射しないように入射光のスポット径に留意する必要がある。同様に、前記表面近傍１１のＸ線回折による（００２）／（２００）回折強度比Ｂを測定する際には、中点から底面までの領域にＸ線を照射しないように入射光のスポット径に留意する必要がある。本測定における好ましいスポット径は１００μｍ以下である。本測定は回折強度を得るために高い精度が要求されるため、任意の領域を１０回以上測定し、その平均値を回折強度比として採用することが好ましい。
【００９４】
前記圧電素子の圧電材料部２を構成する圧電セラミックスの室温の熱膨張係数をα１、前記振動板９の室温の熱膨張係数をα２としたときに、α１＜α２であることが好ましい。圧電セラミックスの室温の熱膨張係数α１と振動板の室温の熱膨張係数α２が前記関係を有するとき、圧電セラミックスが振動体より引張応力を受けて、被測定面から観察した時にｃドメインがさらに多く存在し易くなる。その結果、振動体の機械的品質係数Ｑｍがさらに向上する。振動体の機械的品質係数Ｑｍが向上すると、前記振動体をデバイスに用いた時に効率が向上する。ここで効率とは、入力電力に対する出力電力の比のことである。すなわち、入力電力が一定の場合は、出力される消費電力の値の大きさが効率を示す指標となる。また、後述する超音波モータにおいては、効率とは入力電力に対するトルクと回転数の積との比を指す。
【００９５】
本発明の圧電セラミックスの室温の熱膨張係数は７×１０−６／Ｋから８×１０−６／Ｋが好ましい。また、振動板９の熱膨張係数は８×１０−６／Ｋより大きいことが好ましい。よって振動板の材質としては、前述したステンレス鋼の中ではＳＵＳが好ましく、ＳＵＳ４２０が特に好ましい。
【００９６】
本発明の振動体の製造方法は特に限定されない。分極された圧電素子を振動板に接着しても良いし、圧電素子を振動板に接着した後に分極しても良い。生産性の観点においては、分極された圧電素子を振動板に接着することが、工程数が少なくなるため好ましい。
【００９７】
本発明の圧電セラミックスはチタン酸バリウムを主成分とするため、１３０℃以上の温度で圧電性を喪失するおそれがある。そのため、接着に用いる接着剤は１００℃以下の温度で接着可能であることが好ましい。
【００９８】
（液体吐出ヘッド）
次に、本発明の液体吐出ヘッドについて説明する。
【００９９】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、前記圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする。また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、前記振動体を振動部に備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする。
【０１００】
図７は、本発明の液体吐出ヘッドの構成の一実施態様を示す概略図である。図７（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の液体吐出ヘッドは、本発明の圧電素子１０１を有する液体吐出ヘッドである。圧電素子１０１は、第一の電極１０１１、圧電セラミックス部１０１２、第二の電極１０１３を少なくとも有する圧電素子である。圧電セラミックス部１０１２は、図７（ｂ）の如く、必要に応じてパターニングされている。
【０１０１】
図７（ｂ）は液体吐出ヘッドの模式図である。液体吐出ヘッドは、吐出口１０５、個別液室１０２、個別液室１０２と吐出口１０５をつなぐ連通孔１０６、液室隔壁１０４、共通液室１０７、振動板１０３、圧電素子１０１を有する。図において圧電素子１０１は矩形状だが、その形状は、楕円形、円形、平行四辺形等の矩形以外でも良い。一般に、圧電セラミックス部１０１２は個別液室１０２の形状に沿った形状となる。
【０１０２】
本発明の液体吐出ヘッドに含まれる圧電素子１０１の近傍を図７（ａ）で詳細に説明する。図７（ａ）は、図７（ｂ）に示された圧電素子の幅方向での断面図である。圧電素子１０１の断面形状は矩形で表示されているが、台形や逆台形でもよい。
【０１０３】
図中では、第一の電極１０１１が下部電極、第二の電極１０１３が上部電極として使用されている。しかし、第一の電極１０１１と、第二の電極１０１３の配置はこの限りではない。例えば、第一の電極１０１１を下部電極として使用しても良いし、上部電極として使用しても良い。同じく、第二の電極１０１３を上部電極として使用しても良いし、下部電極として使用しても良い。また、振動板１０３と下部電極の間にバッファ層１０８が存在しても良い。なお、これらの名称の違いはデバイスの製造方法によるものであり、いずれの場合でも本発明の効果は得られる。
【０１０４】
前記液体吐出ヘッドにおいては、振動板１０３が圧電セラミックス部１０１２の伸縮によって上下に変動し、個別液室１０２の液体に圧力を加える。その結果、吐出口１０５より液体が吐出される。本発明の液体吐出ヘッドは、プリンタ用途や電子デバイスの製造に用いる事ができる。
【０１０５】
振動板１０３の厚みは、１．０μｍ以上１５μｍ以下であり、好ましくは１．５μｍ以上８μｍ以下である。振動板の材料は限定されないが、加工が容易という観点において好ましくはＳｉである。振動板のＳｉにホウ素やリンがドープされていても良い。また、振動板上のバッファ層、電極層が振動板の一部となっても良い。バッファ層１０８の厚みは、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。吐出口１０５の大きさは、円相当径で５μｍ以上４０μｍ以下である。吐出口１０５の形状は、円形であっても良いし、星型や角型状、三角形状でも良い。
【０１０６】
（液体吐出装置）
次に、本発明の液体吐出装置について説明する。本発明の液体吐出装置は、被転写体の載置部と前記液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
【０１０７】
本発明の液体吐出装置の一例として、図８および図９に示すインクジェット記録装置を挙げることができる。図８に示す液体吐出装置（インクジェット記録装置）８８１の外装８８２から８８５及び８８７を外した状態を図９に示す。インクジェット記録装置８８１は、被転写体としての記録紙を装置本体８９６内へ自動給送する自動給送部８９７を有する。更に、自動給送部８９７から送られる記録紙を所定の記録位置へ導き、記録位置から排出口８９８へ導く３つの部位を備えている。すなわち、被転写体の載置部である搬送部８９９と、記録位置に搬送された記録紙に記録を行う記録部８９１と、記録部８９１に対する回復処理を行う回復部８９０とインクジェット記録装置８８１を有する。記録部８９１には、本発明の液体吐出ヘッドを収納し、レール上を往復移送されるキャリッジ８９２が備えられる。
【０１０８】
このようなインクジェット記録装置において、コンピューターから送出される電気信号によりキャリッジ８９２がレール上を移送され、圧電セラミックスを挟持する電極に駆動電圧が印加されると圧電セラミックスが変位する。この圧電セラミックスの変位により、図７（ｂ）に示す振動板１０３を介して個別液室１０２を加圧し、インクを吐出口１０５から吐出させて、印字を行う。
【０１０９】
本発明の液体吐出装置においては、均一に高速度で液体を吐出させることができ、装置の小型化を図ることができる。
【０１１０】
上記例は、プリンタとして例示したが、本発明の液体吐出装置は、ファクシミリや複合機、複写機などのインクジェット記録装置の他、産業用液体吐出装置として使用することができる。
【０１１１】
加えてユーザーは用途に応じて所望の被転写体を選択することができる。なお載置部としてのステージに載置された被転写体に対して液体吐出ヘッドが相対的に移動する構成をとっても良い。
【０１１２】
（超音波モータ）
次に、本発明の超音波モータについて説明する。本発明に係る超音波モータは、前記振動体と、前記振動体と接触する移動体とを少なくとも有することを特徴とする。また、前記振動体は本発明の振動体であることが好ましい。
【０１１３】
図１０は、本発明の超音波モータの構成の一実施態様を示す概略図である。本発明の圧電素子の圧電材料部が単板の圧電セラミックスからなる超音波モータを示す。超音波モータは、振動子２０１、振動子２０１の摺動面に不図示の加圧バネによる加圧力で接触しているロータ２０２、ロータ２０２と一体的に設けられた出力軸２０３を有する。前記振動子２０１は、金属の弾性体リング２０１１、本発明の圧電素子２０１２、圧電素子２０１２を弾性体リング２０１１に接着する有機系接着剤２０１３（エポキシ系、シアノアクリレート系など）で構成される。本発明の圧電素子２０１２は、不図示の第一の電極と第二の電極によって挟まれた圧電材料部で構成される。図１０においては、振動子２０１が前記振動体であり、ロータ２０２が前記移動体のことを指す。
【０１１４】
本発明の圧電素子に位相がπ／２の奇数倍異なる二相の交番電圧を印加すると、振動子２０１に屈曲進行波が発生し、振動子２０１の摺動面上の各点は楕円運動をする。この振動子２０１の摺動面にロータ２０２が圧接されていると、ロータ２０２は振動子２０１から摩擦力を受け、屈曲進行波とは逆の方向へ回転する。不図示の被駆動体は、出力軸２０３と接合されており、ロータ２０２の回転力で駆動される。
【０１１５】
圧電材料部に電圧を印加すると、圧電横効果によって圧電材料部は伸縮する。金属などの弾性体が圧電素子に接合している場合、弾性体は圧電材料部の伸縮によって曲げられる。ここで説明された種類の超音波モータは、この原理を利用したものである。
【０１１６】
本発明の超音波モータは前記振動体を有することにより、より効率よく駆動することができる。
【０１１７】
（光学機器）
次に、本発明の光学機器について説明する。本発明の光学機器は、駆動部に前記超音波モータを備えることを特徴とする。
【０１１８】
図１１は、本発明の光学機器の好適な実施形態の一例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の主要断面図である。また、図１２は本発明の光学機器の好適な実施形態の一例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の分解斜視図である。カメラとの着脱マウント７１１には、固定筒７１２と、直進案内筒７１３、前群鏡筒７１４が固定されている。これらは交換レンズ鏡筒の固定部材である。
【０１１９】
直進案内筒７１３には、フォーカスレンズ７０２用の光軸方向の直進案内溝７１３ａが形成されている。フォーカスレンズ７０２を保持した後群鏡筒７１６には、径方向外方に突出するカムローラ７１７ａ、７１７ｂが軸ビス７１８により固定されており、このカムローラ７１７ａがこの直進案内溝７１３ａに嵌まっている。
【０１２０】
直進案内筒７１３の内周には、カム環７１５が回動自在に嵌まっている。直進案内筒７１３とカム環７１５とは、カム環７１５に固定されたローラ７１９が、直進案内筒７１３の周溝７１３ｂに嵌まることで、光軸方向への相対移動が規制されている。このカム環７１５には、フォーカスレンズ７０２用のカム溝７１５ａが形成されていて、カム溝７１５ａには、前述のカムローラ７１７ｂが同時に嵌まっている。
【０１２１】
固定筒７１２の外周側にはボールレース７２７により固定筒７１２に対して定位置回転可能に保持された回転伝達環７２０が配置されている。回転伝達環７２０には、回転伝達環７２０から放射状に延びた軸７２０ｆにコロ７２２が回転自由に保持されており、このコロ７２２の径大部７２２ａがマニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面７２４ｂと接触している。またコロ７２２の径小部７２２ｂは接合部材７２９と接触している。コロ７２２は回転伝達環７２０の外周に等間隔に６つ配置されており、それぞれのコロが上記の関係で構成されている。
【０１２２】
マニュアルフォーカス環７２４の内径部には低摩擦シート（ワッシャ部材）７３３が配置され、この低摩擦シートが固定筒７１２のマウント側端面７１２ａとマニュアルフォーカス環７２４の前側端面７２４ａとの間に挟持されている。また、低摩擦シート７３３の外径面はリング状とされマニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃと径嵌合しており、更にマニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃは固定筒７１２の外径部７１２ｂと径嵌合している。低摩擦シート７３３は、マニュアルフォーカス環７２４が固定筒７１２に対して光軸周りに相対回転する構成の回転環機構における摩擦を軽減する役割を果たす。
【０１２３】
なお、コロ７２２の径大部７２２ａとマニュアルフォーカス環のマウント側端面７２４ｂとは、波ワッシャ７２６が超音波モータ７２５をレンズ前方に押圧する力により、加圧力が付与された状態で接触している。また同じく、波ワッシャ７２６が超音波モータ７２５をレンズ前方に押圧する力により、コロ７２２の径小部７２２ｂと接合部材７２９の間も適度な加圧力が付与された状態で接触している。波ワッシャ７２６は、固定筒７１２に対してバヨネット結合したワッシャ７３２によりマウント方向への移動を規制されており、波ワッシャ７２６が発生するバネ力（付勢力）は、超音波モータ７２５、更にはコロ７２２に伝わり、マニュアルフォーカス環７２４が固定筒７１２のマウント側端面７１２ａを押し付け力ともなる。つまり、マニュアルフォーカス環７２４は、低摩擦シート７３３を介して固定筒７１２のマウント側端面７１２ａに押し付けられた状態で組み込まれている。
【０１２４】
従って、不図示の制御部により超音波モータ７２５が固定筒７１２に対して回転駆動されると、接合部材７２９がコロ７２２の径小部７２２ｂと摩擦接触しているため、コロ７２２が軸７２０ｆ中心周りに回転する。コロ７２２が軸７２０ｆ回りに回転すると、結果として回転伝達環７２０が光軸周りに回転する（オートフォーカス動作）。
【０１２５】
また、不図示のマニュアル操作入力部からマニュアルフォーカス環７２４に光軸周りの回転力が与えられると以下のように作用する。すなわち、マニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面７２４ｂがコロ７２２の径大部７２２ａと加圧接触しているため、摩擦力によりコロ７２２が軸７２０ｆ周りに回転する。コロ７２２の径大部７２２ａが軸７２０ｆ周りに回転すると、回転伝達環７２０が光軸周りに回転する。このとき超音波モータ７２５は、ロータ７２５ｃとステータ７２５ｂの摩擦保持力により回転しないようになっている（マニュアルフォーカス動作）。
【０１２６】
回転伝達環７２０には、フォーカスキー７２８が２つ互いに対向する位置に取り付けられており、フォーカスキー７２８がカム環７１５の先端に設けられた切り欠き部７１５ｂと嵌合している。従って、オートフォーカス動作或いはマニュアルフォーカス動作が行われて、回転伝達環７２０が光軸周りに回転させられると、その回転力がフォーカスキー７２８を介してカム環７１５に伝達される。カム環が光軸周りに回転させられると、カムローラ７１７ａと直進案内溝７１３ａにより回転規制された後群鏡筒７１６が、カムローラ７１７ｂによってカム環７１５のカム溝７１５ａに沿って進退する。これにより、フォーカスレンズ７０２が駆動され、フォーカス動作が行われる。
【０１２７】
ここで本発明の光学機器として、一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒について説明したが、コンパクトカメラ、電子スチルカメラ等、カメラの種類を問わず、駆動部に超音波モータを有する光学機器に適用することができる。
【０１２８】
（振動装置および塵埃除去装置）
粒子、粉体、液体の搬送、除去等で利用される振動装置は、電子機器等で広く使用されている。以下、本発明の振動装置の一つの例として、本発明の圧電素子を用いた塵埃除去装置について説明する。
【０１２９】
本発明に係る振動装置は、上記の圧電素子を振動板に配した振動体を有することを特徴とし、振動板の表面に付着した塵埃を除去する機能を有する。前記振動体は本発明の振動体であることが好ましい。また、本発明に係る塵埃除去装置は、上記の振動装置を振動部に備えることを特徴とする。
【０１３０】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は本発明の塵埃除去装置の一実施態様を示す概略図である。塵埃除去装置３１０は板状の圧電素子３３０と振動板３２０より構成される。振動板３２０の材質は限定されないが、塵埃除去装置３１０を光学デバイスに用いる場合には透光性材料や光反射性材料を振動板３２０として用いることができ、振動板の透光部や光反射部が塵埃の除去の対象となる。
【０１３１】
図１４は図１３における圧電素子３３０の構成を示す概略図である。図１４（ａ）と（ｃ）は圧電素子３３０の表裏面の構成、図１４（ｂ）は側面の構成を示している。圧電素子３３０は図１３に示すように圧電材料部３３１と第１の電極３３２と第２の電極３３３より構成され、第１の電極３３２と第２の電極３３３は圧電材料部３３１の板面に対向して配置されている。図１４（ｃ）において圧電素子３３０の手前に出ている第１の電極３３２が設置された面を第１の電極面３３６、図１４（ａ）において圧電素子３３０の手前に出ている第２の電極３３３が設置された面を第２の電極面３３７とする。
【０１３２】
電極面とは電極が設置されている圧電素子の面であり、例えば図１４に示すように第１の電極３３２が第２の電極面３３７に回りこんでいても良い。
【０１３３】
圧電素子３３０と振動板３２０は、図１３（ａ）（ｂ）に示すように圧電素子３３０の第１の電極面３３６で振動板３２０の板面に固着される。そして圧電素子３３０の駆動により圧電素子３３０と振動板３２０との間に応力が発生し、振動板に面外振動を発生させる。本発明の塵埃除去装置３１０は、この振動板３２０の面外振動により振動板３２０の表面に付着した塵埃等の異物を除去する装置である。面外振動とは、振動板を光軸方向つまり振動板の厚さ方向に変位させる弾性振動を意味する。
【０１３４】
図１５は本発明の塵埃除去装置３１０の振動原理を示す模式図である。図１５（ａ）は左右一対の圧電素子３３０に同位相の交番電圧を印加して、振動板３２０に面外振動を発生させた状態を表している。左右一対の圧電素子３３０を構成する圧電セラミックスの分極方向は圧電素子３３０の厚さ方向と同一であり、塵埃除去装置３１０は７次の振動モードで駆動している。図１５（ｂ）は左右一対の圧電素子３３０に位相が１８０°反対である逆位相の交番電圧を印加して、振動板３２０に面外振動を発生させた状態を表している。塵埃除去装置３１０は６次の振動モードで駆動している。本発明の塵埃除去装置３１０は少なくとも２つの振動モードを使い分けることで振動板の表面に付着した塵埃を効果的に除去できる装置である。
【０１３５】
（撮像装置）
次に、本発明の撮像装置について説明する。本発明の撮像装置は、前記塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動板を前記撮像素子ユニットの受光面側に設けた事を特徴とする。図１６および図１７は本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であるデジタル一眼レフカメラを示す図である。
【０１３６】
図１６は、カメラ本体６０１を被写体側より見た正面側斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示す。図１７は、本発明の塵埃除去装置と撮像ユニット４００の周辺構造について説明するためのカメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。
【０１３７】
図１６に示すカメラ本体６０１内には、撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス６０５が設けられており、ミラーボックス６０５内にメインミラー（クイックリターンミラー）６０６が配設されている。メインミラー６０６は、撮影光束をペンタダハミラー（不図示）の方向へ導くために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子（不図示）の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態とを取り得る。
【０１３８】
図１７において、カメラ本体の骨格となる本体シャーシ３００の被写体側には、被写体側から順にミラーボックス６０５、シャッタユニット２００が配設される。また、本体シャーシ３００の撮影者側には、撮像ユニット４００が配設される。前記撮像ユニット４００は、塵埃除去装置の振動板と撮像素子ユニットで構成される。また、塵埃除去装置の振動板は前記撮像素子ユニットの受光面と同一軸上に順に設けてある。撮像ユニット４００は、撮影レンズユニットが取り付けられる基準となるマウント部６０２（図１６）の取付面に設置され、撮像素子ユニットの撮像面が撮像レンズユニットと所定の距離を空けて、且つ平行になるように調整されている。
【０１３９】
ここで、本発明の撮像装置として、デジタル一眼レフカメラについて説明したが、例えばミラーボックス６０５を備えていないミラーレス型のデジタル一眼カメラのような撮影レンズユニット交換式カメラであってもよい。また、撮影レンズユニット交換式のビデオカメラや、複写機、ファクシミリ、スキャナ等の各種の撮像装置もしくは撮像装置を備える電子電気機器のうち、特に光学部品の表面に付着する塵埃の除去が必要な機器にも適用することができる。
【０１４０】
（電子機器）
次に、本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、前記圧電素子を備えた圧電音響部品を有することを特徴とする。圧電音響部品にはスピーカ、ブザー、マイク、表面弾性波（ＳＡＷ）素子が含まれる。
【０１４１】
図１８は本発明の電子機器の好適な実施形態の一例であるデジタルカメラの本体９３１の前方から見た全体斜視図である。本体９３１の前面には光学装置９０１、マイク９１４、ストロボ発光部９０９、補助光部９１６が配置されている。マイク９１４は本体内部に組み込まれているため、破線で示している。マイク９１４の前方には外部からの音を拾うための穴が設けられている。
【０１４２】
本体９３１上面には電源ボタン９３３、スピーカ９１２、ズームレバー９３２、合焦動作を実行するためのレリーズボタン９０８が配置される。スピーカ９１２は本体９３１内部に組み込まれており、破線で示してある。スピーカ９１２の前方には音声を外部へ伝えるための穴が設けられている。
【０１４３】
本発明の圧電音響部品は、マイク９１４、スピーカ９１２、また表面弾性波素子の少なくとも一つに用いられる。
【０１４４】
ここで、本発明の電子機器としてデジタルカメラについて説明したが、本発明の電子機器は、音声再生機器、音声録音機器、携帯電話、情報端末等各種の圧電音響部品を有する電子機器にも適用することができる。
【０１４５】
前述したように本発明の圧電素子は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、振動装置、塵埃除去装置、撮像装置および電子機器に好適に用いられる。
【０１４６】
本発明の圧電素子および振動体を用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率、ノズル密度および吐出速度を有する液体吐出ヘッドを提供することができる。
【０１４７】
本発明の液体吐出ヘッドを用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率、吐出速度および吐出精度を有する液体吐出装置を提供することができる。
【０１４８】
本発明の圧電素子および振動体を用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率、駆動力および耐久性を有する超音波モータを提供することができる。
【０１４９】
本発明の超音波モータを用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率、耐久性および動作精度を有する光学機器を提供することができる。
【０１５０】
本発明の圧電素子および振動体を用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率、振動能力および耐久性を有する振動装置を提供することができる。
【０１５１】
本発明の振動装置を用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率、塵埃除去効率および耐久性を有する塵埃除去装置を提供することができる。
【０１５２】
本発明の塵埃除去装置を用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率および塵埃除去機能を有する撮像装置を提供することができる。
【０１５３】
本発明の圧電素子を備えた圧電音響部品を用いることで、鉛を含む圧電素子を用いた場合と同等以上の消費電力、効率および発音性を有する電子機器を提供することができる。
【０１５４】
本発明の圧電素子および振動体は、前述のデバイスのみならず、超音波振動子等の圧電アクチュエータに用いることができる。
【実施例】
【０１５５】
以下に実施例を挙げて本発明の圧電セラミックスをより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【０１５６】
（圧電セラミックスの作製と評価）
（実施例１）
（Ｂａ１−ｘＣａｘ）ｑ（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３        （１）
（式中、ｘは０．１２５≦ｘ≦０．３００、ｙは０．０４１≦ｙ≦０．０７４、ｑは０．９８６≦ｑ≦１．０２０である。）
（Ｂａ１−ｘＣａｘ）ｑ（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３の一般式（１）において、ｘ＝０．１６、ｙ＝０．０６、ｑ＝１．００６の組成に相当する（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）１．００６（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３の原料粉を以下のように秤量した。
【０１５７】
固相法によって作製された粒径３００ｎｍのチタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物粉、チタン酸カルシウム粉およびジルコン酸カルシウム粉と炭酸バリウム粉を上記化学式の比率になるように秤量した。
【０１５８】
上記組成（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）１．００６（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３の金属酸化物１００重量部に対して、Ｍｎが０．２４重量部となるように四酸化三マンガンを秤量した。これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合した。混合粉に対して３重量部となるＰＶＡバインダを、スプレードライヤ装置を用いて、混合粉表面に付着させ造粒した。
【０１５９】
次に、前記造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。
【０１６０】
前記成形体を大気雰囲気中の電気炉に入れ、まず６００℃まで昇温させ３時間保持させた。その後に、最高温度１３４０℃まで昇温させ５時間保持し、１３４０℃から３００℃まで毎時１００℃の速度で降温させ、本発明の圧電セラミックスを得た。
【０１６１】
得られたセラミックスを構成する結晶粒の平均円相当径と相対密度を評価した。その結果、平均円相当径は５．７μｍ、相対密度は９６．２％であった。なお、結晶粒の観察には、偏光顕微鏡を用いた。偏光顕微鏡で撮影して得られた写真画像を画像処理して、平均円相当径を算出した。また、相対密度はアルキメデス法を用いて評価した。
【０１６２】
次に蛍光Ｘ線分析およびＩＣＰ発光分光分析により組成を評価した。その結果、（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）１．００６（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３の化学式で表わすことができるチタン酸バリウムを主成分とする金属酸化物１００重量部に対してＭｎが０．２４重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、０．００１重量部未満であった。
【０１６３】
（電極の作製）
得られたセラミックスを厚さ０．５ｍｍになるように研磨した後に、前記セラミックスの表裏両面にＡｇペーストを焼き付けて、厚み３μｍの電極を形成した。焼き付け条件は、まず、８００℃まで５℃／分の速度で昇温させた後、８００℃で５分保持した。その後、毎時３５０℃の速度で降温させ、４０℃まで温度が下がってから電極付きのセラミックスを電気炉から取り出した。
【０１６４】
（分極処理）
得られた電極付きのセラミックスを１０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの短冊状に切断加工した。短冊状の電極付きセラミックスを、１４０℃に加熱したホットプレートに載せ、表裏面の電極間に０．６ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した。その後、ホットプレートを毎時２００℃の速度で降温させ、４０℃まで温度が下がってから電圧の印加を止めて、本発明の圧電セラミックスを備える圧電素子を得た。
【０１６５】
（残留分極の方向の評価）
得られた圧電セラミックスの残留分極の方向を評価するために、分極済みの短冊状の圧電素子を図２のように任意の角度β（０°≦β＜３６０°）で切り出した。切り出した分極済みのセラミックスにスパッタリングによって第１の電極Ａｕと第２の電極Ａｕを付し、ｄ３３メータで圧電定数を評価した。その結果、β＝１８０°のときに最大値を示した。これより、圧電素子を構成する圧電セラミックスの残留分極の方向は、Ａｇ電極面と垂直な方向であることが分かった。
【０１６６】
（結晶構造の評価）
続いて短冊状の圧電素子を構成する圧電セラミックスの結晶構造を評価した。評価は圧電素子の残留分極の方向に沿った被測定面（２．５ｍｍ×０．５ｍｍの面）にＸ線を照射することにより行った。評価はＸＲＤ（ブルカー・エイエックスエス株式会社製：Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ）を用いて、２θ−θ法により測定を行った。管球の線源にはＣｕ−Ｋα線を用いて、２θの測定範囲を２０°から５０°までとし、スキャン速度は０．５０度／分、サンプリング間隔は０．０２度とした。また、入射光のスポット径は５０μｍとした。その結果、被測定面の（００２）／（２００）回折強度比は１．４６、ｃ／ａは１．００７、被測定面の（００２）回折ピークの半価幅は０．３６°であった。このとき室温は２５℃であった。
【０１６７】
さらに、圧電セラミックスの残留分極の方向に交差する面（１０×２．５ｍｍの面）の結晶構造を評価した。まず、Ａｇ電極を除去するために粒度＃２０００番の研磨材を用いて研磨を行い、その後、コロイダルシリカを用いたバフ研磨を行った。研磨された残留分極の方向に交差する面の結晶構造評価は、前記被測定面の結晶構造評価と同条件で行った。その結果、残留分極の方向に交差する面の（００２）／（２００）回折強度比は１．２１であった。このとき室温は２５℃であった。
【０１６８】
（電気特性評価）
短冊状の圧電素子の比誘電率εｒ、電気機械結合定数ｋ３１および機械的品質係数Ｑｍをインピーダンスアナライザによって評価した。このとき室温は２５℃であった。インピーダンスアナライザの印加電圧は０．０５Ｖｐｐとした。結果、比誘電率εｒ＝１７８０、電気機械結合定数ｋ３１＝０．２１９、機械的品質係数Ｑｍ＝１７００であった。なお、電気機械結合定数ｋ３１と機械的品質係数Ｑｍは共振−反共振法により評価した。
【０１６９】
次に短冊状の圧電素子の消費電力を評価した。消費電力は、交番電圧を印加し、変位量が１．０μｍになるように交番電圧の大きさと周波数を変化させたときの消費電力の値を電力計で測定した。この際、変位量はレーザドップラ振動計によって測定した。このときの消費電力は１６ｍＷであった。
【０１７０】
（実施例２から１０）
原料粉に酸化ビスマス粉を用いた点以外は実施例１と同様の工程で、実施例２から１０のセラミックスを作製した。ただし、各成分の秤量比率は表１に示す比率にした。表１のＡ１／Ｂ１とはＢａとＣａのモル量の和Ａ１とＴｉ、ＺｒおよびＭｎのモル量の和Ｂ１との比である。次に、実施例１と同様に平均円相当径と相対密度を評価した。その結果を表２に示す。実施例１と同様に組成分析を行った結果、いずれのサンプルにおいても表１に示した秤量組成と焼結後の組成は表記した有効桁数において一致していることが分かった。
【０１７１】
続いて、実施例１と同様の工程で、圧電素子を作製し、圧電素子を構成する圧電セラミックスの残留分極の方向、結晶構造、比誘電率εｒ、電気機械結合定数ｋ３１、機械的品質係数Ｑｍおよび消費電力を評価した。このとき室温は２５℃であった。その結果を表３および表４に示す。
【０１７２】
（圧電セラミックスの作製と評価）
（比較例１）
（Ｂａ１−ｘＣａｘ）ｑ（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３の一般式において、ｘ＝０．１０、ｙ＝０、ｑ＝１．０００の組成に相当する（Ｂａ０．９０Ｃａ０．１０）１．０００ＴｉＯ３の原料粉を以下のように秤量した。
【０１７３】
純度９９．９％の炭酸カルシウム粉、炭酸バリウム粉、酸化チタン粉および炭酸マンガン粉を上記化学式の比率になるように秤量した。
【０１７４】
上記組成（Ｂａ０．９０Ｃａ０．１０）１．０００ＴｉＯ３の金属酸化物１００重量部に対して、Ｍｎが０．２４重量部となるように炭酸マンガンを秤量した。これらの秤量粉を、ボールミルを用いて１６時間の湿式混合によって混合し、混合粉を得た。得られた混合粉を１０００℃で２時間仮焼成し、仮焼成粉を得た。得られた仮焼成粉を８時間湿式粉砕した後に、仮焼成粉に対し３重量部となるＰＶＡバインダを、スプレードライヤ装置を用いて、仮焼成粉表面に付着させ造粒した。
【０１７５】
次に、前記造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。
【０１７６】
前記成形体を電気炉に入れ、最高温度が１３００℃の条件で１０時間保持し、合計４８時間かけて大気雰囲気で焼結し、比較例１のセラミックスを得た。なお、最高温度からの降温過程は炉冷により行った。
【０１７７】
得られたセラミックスを構成する結晶粒の平均円相当径と相対密度を評価した。その結果、平均円相当径は１２．５μｍ、相対密度は９２．０％であった。なお、結晶粒の観察には、偏光顕微鏡を用いた。偏光顕微鏡で撮影して得られた写真画像を画像処理して、平均円相当径を算出した。また、相対密度はアルキメデス法を用いて評価した。
【０１７８】
次に蛍光Ｘ線分析およびＩＣＰ発光分光分析により組成を評価した。その結果、（Ｂａ０．９０Ｃａ０．１０）１．０００ＴｉＯ３の化学式で表わすことができる金属酸化物１００重量部に対してＭｎが０．２４重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｃａ、ＴｉおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、０．００１重量部未満であった。
【０１７９】
（電極の作製）
得られたセラミックスを厚さ０．５ｍｍになるように研磨した後に、前記セラミックスの表裏両面にＡｇペーストを焼き付けて、厚み３μｍの電極を形成した。焼き付けは、まず、６００℃まで毎分５℃の速度で昇温させた後、６００℃で２時間保持した後に加熱を止めた。その後、毎時５０℃の速度で降温させ、４０℃まで温度が下がってからセラミックスを電気炉から取り出した。
【０１８０】
（分極処理）
得られた電極付きのセラミックスを１０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの短冊状に切断加工した。短冊状の電極付きセラミックスを、７０℃に加熱したシリコーンオイル中に入れ、表裏面の電極間に１．０ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した。その後、毎時５０℃の速度で降温させ、電界の印加を止め、比較例１の圧電セラミックスを備える圧電素子を得た。
【０１８１】
（残留分極の方向の評価）
得られた圧電セラミックスの残留分極の方向を評価するために、分極済みの短冊状の圧電素子を図２のように任意の角度β（０°≦β＜３６０°）で切り出した。切り出した分極済みのセラミックスにスパッタリングによって第１の電極Ａｕと第２の電極Ａｕを付し、ｄ３３メータで圧電定数を評価した。その結果、β＝１８０°のときに最大値を示した。これより、圧電素子を構成する圧電セラミックスの残留分極の方向は、Ａｇ電極面と垂直な方向であることが分かった。
【０１８２】
（結晶構造の評価）
続いて、短冊状の圧電素子を構成する圧電セラミックスの結晶構造を評価した。評価は圧電素子の残留分極の方向に沿った被測定面（２．５ｍｍ×０．５ｍｍの面）にＸ線を照射することにより行った。評価はＸＲＤ（ブルカー・エイエックスエス株式会社製：Ｄ８ＡＤＶＡＮＣＥ）を用いて、２θ−θ法により測定を行った。管球の線源にはＣｕ−Ｋα線を用いて、２θの測定範囲を２０°から５０°までとし、スキャン速度は０．５０度／分、サンプリング間隔は０．０２度とした。また、入射光のスポット径は５０μｍとした。その結果、被測定面の（００２）／（２００）回折強度比は０．９１、ｃ／ａは１．００９、被測定面の（００２）回折ピークの半価幅は０．３８°であった。このとき室温は２５℃であった。
【０１８３】
さらに、圧電セラミックスの残留分極の方向に交差する面（１０×２．５ｍｍの面）の結晶構造を評価した。まず、Ａｇ電極を除去するために粒度＃２０００番の研磨材を用いて研磨を行い、その後、コロイダルシリカを用いたバフ研磨を行った。研磨された残留分極の方向に交差する面の結晶構造評価は、前記被測定面の結晶構造評価と同条件で行った。このとき室温は２５℃であった。その結果、残留分極の方向に交差する面の（００２）／（２００）回折強度比は０．９１であった。
【０１８４】
（電気特性評価）
短冊状の圧電素子の比誘電率εｒ、電気機械結合定数ｋ３１および機械的品質係数Ｑｍをインピーダンスアナライザによって評価した。このとき室温は２５℃であった。インピーダンスアナライザの印加電圧は０．０５Ｖｐｐとした。結果、比誘電率εｒ＝８８０、電気機械結合定数ｋ３１＝０．１１９、機械的品質係数Ｑｍ＝１７００であった。なお、電気機械結合定数ｋ３１と機械的品質係数Ｑｍは共振−反共振法により評価した。
【０１８５】
次に短冊状の圧電素子の消費電力を評価した。消費電力は、交番電圧を印加し、変位量が１．０μｍになるように交番電圧の大きさと周波数を変化させたときの消費電力の値を電力計で測定した。この際、変位量はレーザドップラ振動計によって測定した。このときの消費電力は３５ｍＷであった。
【０１８６】
（圧電セラミックスの作製と評価）
（比較例２）
水熱合成法によって得られた粒径１００ｎｍのチタン酸バリウムを含有するペロブスカイト型金属酸化物粉に対して、３重量部となるＰＶＡバインダを、スプレードライヤ装置を用いて、チタン酸バリウム粉表面に付着させ造粒した。
【０１８７】
次に、前記造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。
【０１８８】
前記成形体を電気炉に入れ、まず１３９０℃まで１５℃／分の速度で昇温し、１３９０℃で１分キープした後に、３０℃／分の速度で１１９０℃まで降温し、１１９０℃で４時間キープする。その後毎時６０℃の速度で室温まで降温する焼結プロファイルで焼結し、セラミックスを得た。
【０１８９】
得られたセラミックスを構成する結晶粒の平均円相当径と相対密度を評価した。その結果、平均円相当径は８．１μｍ、相対密度は９４．９％であった。なお、結晶粒の観察には、偏光顕微鏡を用いた。偏光顕微鏡で撮影して得られた写真画像を画像処理して、平均円相当径を算出した。また、相対密度はアルキメデス法を用いて評価した。
【０１９０】
次に蛍光Ｘ線分析およびＩＣＰ発光分光分析により組成を評価した。その結果、Ｂａ１．０００ＴｉＯ３の化学式で表わすことができることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、ＢａおよびＴｉ以外の元素は検出限界以下の量であり、０．００１重量部未満であった。
【０１９１】
（電極の作製）
得られたセラミックスを厚さ０．５ｍｍになるように研磨した後に、前記セラミックスの表裏両面にＤＣスパッタリング法により厚さ４００ｎｍの金電極を形成した。なお、電極とセラミックスの間には、密着層として３０ｎｍのチタンを成膜した。成膜は加熱をしないで行った。また、金電極形成後に熱処理は行わなかった。
【０１９２】
（分極処理）
得られた電極付きのセラミックスを１０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの短冊状に切断加工した。短冊状の電極付きセラミックスを、１００℃に加熱したホットプレートに載せ、表裏面の電極間に１．０ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した。その後、毎時５０℃の速度で降温させ、電界の印加を止め、比較例２の圧電セラミックスを備える圧電素子を得た。
【０１９３】
（残留分極の方向の評価）
比較例１と同様の工程で、得られた圧電セラミックスの残留分極の方向を評価した。その結果、β＝１８０°のときに最大値を示した。これより、圧電素子を構成する圧電セラミックスの残留分極の方向は、Ａｕ電極面と垂直な方向であることが分かった。
【０１９４】
（結晶構造の評価）
続いて、比較例１と同様の工程で短冊状の比較例２の圧電素子を構成する圧電セラミックスの結晶構造を評価した。このとき室温は２５℃であった。その結果、被測定面の（００２）／（２００）回折強度比は０．９７、ｃ／ａは１．００９、被測定面の（００２）回折ピークの半価幅は０．１３°であった。また、残留分極の方向に交差する面の（００２）／（２００）回折強度比は０．９６であった。
【０１９５】
（電気特性評価）
続いて、比較例１と同様の工程で比誘電率εｒ、電気機械結合定数ｋ３１、機械的品質係数Ｑｍおよび消費電力を評価した。このとき室温は２５℃であった。結果、比誘電率εｒ＝３６５０、電気機械結合定数ｋ３１＝０．１８８、機械的品質係数Ｑｍ＝２８０、消費電力は７２ｍＷであった。
【０１９６】
（比較例３）
実施例１から１０と同様の工程で、セラミックスを作製するために成形体を作製した。ただし各成分の秤量比率を表１に示す比率にした。
【０１９７】
前記成形体を電気炉に入れ、最高温度が１４４０℃の条件で５時間保持し、合計２４時間かけて大気雰囲気で焼結し、セラミックスを得た。なお、最高温度からの降温過程は炉冷により行った。
【０１９８】
比較例２と同様の工程で、得られたセラミックスの平均円相当径と相対密度を評価した。その結果を表２に示す。
【０１９９】
次に蛍光Ｘ線分析およびＩＣＰ発光分光分析により組成を評価した。その結果、（Ｂａ０．８４Ｃａ０．１６）１．０１４（Ｔｉ０．９０Ｚｒ０．１０）Ｏ３の化学式で表わすことができる金属酸化物１００重量部に対してＭｎが０．４０重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、０．００１重量部未満であった。
【０２００】
（電極の作製）
得られたセラミックスを厚さ０．５ｍｍになるように研磨した後に、前記セラミックスの表裏両面にＤＣスパッタリング法により厚さ４００ｎｍの金電極を形成した。なお、電極とセラミックスの間には、密着層として３０ｎｍのチタンを成膜した。成膜は加熱をしないで行った。また金電極形成後に熱処理は行わなかった。
【０２０１】
（分極処理）
得られた電極付きのセラミックスを１０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの短冊状に切断加工した。短冊状の電極付きセラミックスを、１００℃に加熱したホットプレートに載せ、表裏面の電極間に１．０ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した。その後、毎時５０℃の速度で降温させ、電界の印加を止め、比較例３の圧電セラミックスを備える圧電素子を得た。
【０２０２】
（残留分極の方向の評価）
比較例１と同様の工程で、得られた圧電セラミックスの残留分極の方向を評価した。その結果、β＝１８０°のときに最大値を示した。これより、圧電素子を構成する圧電セラミックスの残留分極の方向は、Ａｕ電極面と垂直な方向であることが分かった。
【０２０３】
（結晶構造の評価）
続いて、比較例１と同様の工程で短冊状の比較例３の圧電素子を構成する圧電セラミックスの結晶構造を評価した。このとき室温は２５℃であった。その結果、被測定面の（００２）／（２００）回折強度比は１．１９、ｃ／ａは１．００１、被測定面の（００２）回折ピークの半価幅は０．４５°であった。また、残留分極の方向に交差する面の（００２）／（２００）回折強度比は１．０９であった。
【０２０４】
（電気特性評価）
続いて、比較例１と同様の工程で比誘電率εｒ、電気機械結合定数ｋ３１、機械的品質係数Ｑｍおよび消費電力を評価した。このとき室温は２５℃であった。結果、比誘電率εｒ＝２５２０、電気機械結合定数ｋ３１＝０．１８８、機械的品質係数Ｑｍ＝１８１０、消費電力は３１ｍＷであった。
【０２０５】
【表１】
0005980354.tif 000003
【０２０６】
【表２】
0005980354.tif 000004
【０２０７】
【表３】
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【０２０８】
【表４】
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【０２０９】
表１から表４を考察する。まず実施例１から９と比較例１から３の電気機械結合定数ｋ３１を比較すると、実施例の電気機械結合定数ｋ３１は０．２０１以上となっていた。そのため、消費電力が２５ｍＷ以下と比較例と比べて小さくなっていた。
【０２１０】
また、実施例１から９を比較すると、実施例１、２、４、７、８および９は消費電力が２５ｍＷ以下と優れていた。これは機械的品質係数Ｑｍが１３２０以上と実施例の中でも高い数字であったことに起因していると考えられる。
【０２１１】
続いて、実施例１０と比較例１を比較すると、消費電力は実施例１０の方が小さかった。実施例１０と比較例１の圧電セラミックスは同じ組成であるが、被測定面の（００２）／（２００）回折強度比は異なり、比較例１の被測定面の（００２）／（２００）回折強度比は１．０未満となっていた。そのため、実施例１０の方が電気機械結合定数ｋ３１と機械的品質係数Ｑｍにも差が生じた。比較例１は実施例１０よりも電気機械結合定数ｋ３１が小さいため、１．０μｍの変位を得るために必要な電圧が大きくなった結果、キャパシタンス電力が増え、消費電力が増大したと考えられる。
【０２１２】
比較例２も被測定面の（００２）／（２００）回折強度比が１．０未満となっているために電気機械結合定数ｋ３１が０．２００未満になっていた。また、比較例２は消費電力が７２ｍＷと比較例１よりは大きくなっていた。これは比較例１より機械的品質係数が大幅に小さかったために駆動電力が増え、消費電力が増大したと考えられる。
【０２１３】
比較例３はｃ／ａが１．００４未満であった。また、比較例３は消費電力が３１ｍＷと実施例１から１０より大きくなっていた。これは比誘電率が高いためにキャパシタンス電力が増加したことに起因していると考えられる。
【０２１４】
（振動体の作製と評価）
（実施例１１）
実施例１の圧電セラミックス（熱膨張係数８×１０−６／Ｋ）を用いて、実施例１と同様の工程で、電極の作製および分極処理を行い、圧電素子を得た。得られた１０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの短冊状の圧電素子に、１０ｍｍ×２．５ｍｍ×２．５ｍｍのインバー（熱膨張係数１×１０−６／Ｋ）より成る振動板を室温硬化の接着剤を用いて貼り付け、図６に示される構造の振動体を作製した。
【０２１５】
続いて、得られた振動体を構成する圧電セラミックスの結晶構造を評価した。評価は圧電セラミックスの被測定面（２．５ｍｍ×０．５ｍｍの面）の表面近傍および底面近傍の２箇所に対して行った。評価はＸＲＤ（ブルカー・エイエックスエス株式会社製：Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ）を用いて、２θ−θ法により測定を行った。管球の線源にはＣｕ−Ｋα線を用いて、２θの測定範囲を２０°から５０°までとし、スキャン速度は０．５０度／分、サンプリング間隔は０．０２度とした。また、入射光のスポット径は５０μｍとした。測定は１０回繰り返して行い、得られた被測定面の（００２）／（２００）回折強度比の平均値を評価した。結果、表面近傍の回折強度比Ｂは１．３７、底面近傍の回折強度比Ａは１．４１であった。このとき室温は２５℃であった。
【０２１６】
また、得られた振動体の機械的品質係数Ｑｍを共振−反共振法により評価したところ２２００であった。さらに、共振周波数付近の周波数の交番電圧を印加し、振動速度が０．５ｍ／ｓとなる電圧を評価した。結果、０．５ｍ／ｓに達するまでに１４Ｖｐｐの電圧を要した。
【０２１７】
（実施例１２）
実施例１の圧電セラミックス（熱膨張係数８×１０−６／Ｋ）を用いて、実施例１と同様の工程で、電極の作製および分極処理を行い、圧電素子を得た。得られた１０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの短冊状の圧電素子に、１０ｍｍ×２．５ｍｍ×２．５ｍｍのＳＵＳ４２０（熱膨張係数９×１０−６Ｋ）より成る振動板を室温硬化の接着剤を用いて貼り付け、図６に示される構造の振動体を作製した。
【０２１８】
続いて、得られた振動体を構成する圧電セラミックスの結晶構造を実施例１１と同様の工程で評価した。結果、表面近傍の回折強度比Ｂは１．３７、底面近傍の回折強度比Ａは１．４３であった。このとき室温は２５℃であった。
【０２１９】
また、得られた振動体の機械的品質係数Ｑｍを共振−反共振法により評価したところ２３００であった。
【０２２０】
得られた振動体に共振周波数付近の周波数の交番電圧を印加し、振動速度が０．５ｍ／ｓとなる電圧を評価した。結果、０．５ｍ／ｓに達するまでに１２．５Ｖｐｐの電圧を要した。
【０２２１】
（比較例４）
さらに、比較例２の圧電セラミックス（熱膨張係数７．８×１０−６／Ｋ）を用いて、実施例１と同様の工程で、電極の作製および分極処理を行い、圧電素子を得た。得られた１０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの短冊状の圧電素子に、１０ｍｍ×２．５ｍｍ×２．５ｍｍのＳＵＳ４２０（熱膨張係数９×１０−６Ｋ）より成る振動板を室温硬化の接着剤を用いて貼り付け、図６に示される構造の振動体を作製した。
【０２２２】
得られた振動体に共振周波数付近の周波数の交番電圧を印加し、振動速度が０．５ｍ／ｓとなる電圧を評価した。２０Ｖｐｐまで印加したが、０．５ｍ／ｓに到達することはなかった。
【０２２３】
実施例１１と実施例１２を比較すると、ＳＵＳ４２０を振動板に用いた振動体の方が低電圧で０．５ｍ／ｓの振動速度に到達した。これは振動体の機械的品質係数Ｑｍの差に起因すると考えられる。この結果より、振動板の熱膨張係数は圧電セラミックスの熱膨張係数より大きいと、振動体の駆動効率が優れることが分かった。
【０２２４】
（液体吐出ヘッドの作製と評価）
（実施例１３）
実施例１の圧電セラミックスを用いて、図７（ｂ）に示される構造の液体吐出ヘッドを作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が確認された。
【０２２５】
（比較例５）
比較例３の圧電セラミックスを用いて、図７（ｂ）に示される構造の液体吐出ヘッドを作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が確認された。このとき、消費電力は実施例１３の２倍であった。
【０２２６】
（液体吐出装置の作製と評価）
（実施例１４）
実施例１３の液体吐出ヘッドを用いて、図８に示される構造の液体吐出装置を作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が記録媒体上に確認された。
【０２２７】
（比較例６）
比較例５の液体吐出ヘッドを用いて、図８に示される構造の液体吐出装置を作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が記録媒体上に確認された。このとき、消費電力は実施例１４の２倍であった。
【０２２８】
（超音波モータの作製と評価）
（実施例１５）
実施例１１と同じ材質の振動体を用いて、図１０に示される構造の超音波モータを作製した。１５０ｇｆ・ｃｍの負荷をかけて回転数が１００ｒｐｍになるよう入力電圧を調整し、そのときの効率を評価した。結果、効率は１１．１％であった。
【０２２９】
（実施例１６）
実施例１２と同じ材質の振動体を用いて、図１０に示される構造の超音波モータを作製した。１５０ｇｆ・ｃｍの負荷をかけて回転数が１００ｒｐｍになるよう入力電圧を調整し、そのときの効率を評価した。結果、効率は１２．７％であった。
【０２３０】
（比較例７）
比較例４と同じ材質の振動体を用いて、図１０に示される構造の超音波モータを作製した。１５０ｇｆ・ｃｍの負荷をかけて回転数が１００ｒｐｍになるよう入力電圧を調整したが、１００ｒｐｍに到達することはなかった。
【０２３１】
実施例１５と実施例１６を比較すると、ＳＵＳ４２０を用いた振動体を用いた超音波モータの方が高効率で回転した。これは振動体の機械的品質係数Ｑｍの差に起因すると考えられる。この結果より、振動板の熱膨張係数は圧電セラミックスの熱膨張係数より大きいと、超音波モータの駆動効率が優れることが分かった。
【０２３２】
（光学機器の作製と評価）
（実施例１７）
実施例１６の超音波モータを用いて、図１１に示される構造の光学機器を作製した。交番電圧の印加に応じたオートフォーカス動作が確認された。
【０２３３】
（比較例８）
比較例７の超音波モータを用いて、図１１に示される構造の光学機器を作製した。交番電圧の印加に応じたオートフォーカス動作が確認された。このとき、消費電力は実施例１７の２．５倍であった。
【０２３４】
（塵埃除去装置の作製と評価）
（実施例１８）
実施例１の圧電セラミックスを用いて、図１３に示される構造の塵埃除去装置を作製した。プラスチック製ビーズを散布し、交番電圧を印加したところ、良好な塵埃除去率が確認された。
【０２３５】
（比較例９）
比較例３の圧電セラミックスを用いて、図１３に示される構造の塵埃除去装置を作製した。プラスチック製ビーズを散布し、交番電圧を印加し、塵埃除去を行った。このとき、消費電力は実施例１８の２倍であった。
【０２３６】
（撮像装置の作製と評価）
（実施例１９）
実施例１８の塵埃除去装置を用いて、図１６に示される構造の撮像装置を作製した。作成した装置を動作させたところ、撮像ユニットの表面の塵を良好に除去し、塵欠陥の無い画像が得られた。
【０２３７】
（比較例１０）
比較例９の塵埃除去装置を用いて、図１６に示される構造の撮像装置を作製した。作成した装置を動作させたところ、撮像ユニットの表面の塵を良好に除去し、塵欠陥の無い画像が得られた。しかし、このときの消費電力は実施例１９の２倍であった。
【０２３８】
（電子機器の作製と評価）
（実施例２０）
実施例１の圧電セラミックスを用いて、図１８に示される構造の電子機器を作製した。交番電圧の印加に応じたスピーカ動作が確認された。
【０２３９】
（比較例１１）
比較例３の圧電セラミックスを用いて、図１８に示される構造の電子機器を作製した。交番電圧の印加に応じたスピーカ動作が確認された。このとき、消費電力は実施例２０の２倍であった。
【産業上の利用可能性】
【０２４０】
本発明の圧電セラミックスは、高い機械品質係数を有するため、圧電素子として駆動した際に、消費電力が小さく、良好な効率で駆動する。また、鉛やアルカリ金属を含まないために、環境に対する負荷が少ない。よって、本発明の圧電セラミックスは、液体吐出ヘッド、超音波モータ、塵埃除去装置などの圧電素子を多く用いる機器にも効率良く利用することができる。
【符号の説明】
【０２４１】
１  第一の電極
２  圧電材料部
３  第二の電極
４  被測定面
５  切り出し面
６  ｃドメイン
７  ａドメイン
【図１】
0005980354.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005980354.tif 000022
【図１７】
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【図１８】
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