(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータの駆動方式によらず、変位の温度依存性を小さくすることができる圧電アクチュエータを提供すること。【解決手段】圧電セラミックスの表面に一対の電極を形成してなる圧電素子２を駆動源として有する圧電アクチュエータ１である。圧電アクチュエータ１は、下記の要件（ａ）〜（ｃ）の内、少なくとも一つ以上の要件を満足する。  （ａ）見かけの動的容量の温度変化による変動幅ＷC［％］が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１１％以内であること。  （ｂ）変位Ｌの温度変化による変動幅ＷLが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１４％以内であること。  （ｃ）見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、変位をＬ［μｍ］とすると、Ｌ／Ｃの温度変化による変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であること。【選択図】図３６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスの表面に一対の電極を形成してなる圧電素子を駆動源として有する圧電アクチュエータであって、
上記圧電アクチュエータに電圧を印加して、電界強度１００Ｖ／ｍｍ以上の一定の振幅を有する電界駆動条件で駆動させた場合に、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ａ）〜（ｃ）の内、少なくとも一つ以上の要件を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ａ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］とすると、下記の式（１）で表される見かけの動的容量の温度変化による変動幅ＷC［％］が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１１％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷC（％）＝［｛２×Ｃmax／（Ｃmax＋Ｃmin）｝−１］×１００・・・（１）
（ただし、Ｃmaxは、温度−３０〜８０℃における見かけの動的容量の最大値、Ｃminは、温度−３０〜８０℃における見かけの動的容量の最小値を表す）
（ｂ）上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（２）で表される変位Ｌの温度変化による変動幅ＷLが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１４％以内であること。
ＷL（％）＝［｛２×Ｌmax／（Ｌmax＋Ｌmin）｝−１］×１００・・・（２）
（ただし、Ｌmaxは、温度−３０〜８０℃における変位の最大値、Ｌminは、温度−３０〜８０℃における変位の最小値を表す）
（ｃ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（３）で表されるＬ／Ｃの温度変化による変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷL/C（％）＝［｛２×（Ｌ／Ｃ）max／（（Ｌ／Ｃ）max＋（Ｌ／Ｃ）min）｝−１］×１００・・・（３）
（ただし、（Ｌ／Ｃ）maxは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃの最大値、（Ｌ／Ｃ）minは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃの最小値を表す）
【請求項２】
請求項１において、上記圧電アクチュエータは、上記要件（ａ）と上記要件（ｂ）との両方を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、上記圧電アクチュエータは、上記要件（ａ）〜（ｃ）のすべてを満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｄ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｄ）上記見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（４）で表されるＬ／Ｃ0.5の温度変化による変動幅ＷL/C0.5が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であること
ＷL/C0.5［％］＝［｛２×（Ｌ／Ｃ0.5）max／（（Ｌ／Ｃ0.5）max＋（Ｌ／Ｃ0.5）min）｝−１］×１００・・・（４）
（ただし、（Ｌ／Ｃ0.5）maxは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃ0.5の最大値、（Ｌ／Ｃ0.5）minは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃ0.5の最小値を表す）
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｅ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｅ）上記圧電アクチュエータの電界印加方向の歪みを電界強度で除することによって算出される動的歪量が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ以上であること
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｆ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｆ）上記見かけの動的容量Ｃの温度変化による上記変動幅ＷC（％）が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であること。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｇ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｇ）上記圧電アクチュエータの変位Ｌの温度変化による上記変動幅ＷLが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±１４％以内であること。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｈ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｈ）見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、Ｌ／Ｃの温度変化による上記変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であること。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｉ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｉ）上記見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、Ｌ／Ｃ0.5の温度変化による上記変動幅ＷL/C0.5が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±２０％以内であること。
【請求項１０】
圧電セラミックスの表面に一対の電極を形成してなる圧電素子を駆動源として有する圧電アクチュエータであって、
上記圧電アクチュエータに電圧を印加して、電界強度１００Ｖ／ｍｍ以上の一定の振幅を有する電界駆動条件で駆動させた場合に、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｊ）〜（ｌ）の内、少なくとも一つ以上の要件を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｊ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］とすると、下記の式（５）で表される見かけの動的容量の温度変化による変動幅ＷC（％）が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３０％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷC（％）＝［｛２×Ｃmax／（Ｃmax＋Ｃmin）｝−１］×１００・・・（５）
（ただし、Ｃmaxは、−３０〜１６０℃における見かけの動的容量の最大値、Ｃminは、−３０〜１６０℃における見かけの動的容量の最小値を表す）
（ｋ）上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（６）で表される変位Ｌの温度変化による変動幅ＷLが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±１４％以内であること。
ＷL（％）＝［｛２×Ｌmax／（Ｌmax＋Ｌmin）｝−１］×１００・・・（６）
（ただし、Ｌmaxは、−３０〜１６０℃における変位の最大値、Ｌminは、−３０〜１６０℃における変位の最小値を表す）
（ｌ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ（μｍ）とすると、下記の式（７）で表されるＬ／Ｃの温度変化による変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷL/C（％）＝［｛２×（Ｌ／Ｃ）max／（（Ｌ／Ｃ）max＋（Ｌ／Ｃ）min）｝−１］×１００・・・（７）
（ただし、（Ｌ／Ｃ）maxは、−３０〜１６０℃におけるＬ／Ｃの最大値、（Ｌ／Ｃ）minは、−３０〜１６０℃におけるＬ／Ｃの最小値を表す）
【請求項１１】
請求項１０において、上記圧電アクチュエータは、上記要件（ｊ）と上記要件（ｋ）との両方を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１０において、上記圧電アクチュエータは、上記要件（ｊ）〜（ｌ）のすべてを満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｍ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｍ）上記見かけの動的容量をＣ（Ｆ）、上記圧電アクチュエータの変位をＬ（μｍ）とすると、下記の式（８）で表されるＬ／Ｃ0.5の温度変化による変動幅ＷL/C0.5が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±２０％以内であること
ＷL/C0.5［％］＝［｛２×（Ｌ／Ｃ0.5）max／（（Ｌ／Ｃ0.5）max＋（Ｌ／Ｃ0.5）min）｝−１］×１００・・・（８）
（ただし、（Ｌ／Ｃ0.5）maxは、−３０〜１６０℃という特定温度範囲におけるＬ／Ｃ0.5の最大値、（Ｌ／Ｃ0.5）minは、−３０〜１６０℃という特定温度範囲におけるＬ／Ｃ0.5の最小値を表す）
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｎ）を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
（ｎ）上記圧電アクチュエータの電界印加方向の歪みを電界強度で除することによって算出される動的歪量が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ以上であること
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、正の抵抗温度係数を有するＰＴＣ抵抗体を有し、該ＰＴＣ抵抗体と負の抵抗温度係数を有する上記圧電セラミックスとは、電気的に並列に接続されていると共に、上記ＰＴＣ抵抗体と上記圧電セラミックスとの温度が略等しくなるような位置関係で配置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１５において、上記ＰＴＣ抵抗体は、チタン酸バリウム系半導体であり、温度８０℃以上の温度領域において、正の抵抗温度係数を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項において、上記圧電アクチュエータは、上記圧電素子として、複数の上記圧電セラミックスが積層されてなる積層型圧電素子を有し、燃料噴射弁に用いられることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項において、上記圧電セラミックスは、Ｌｉ、Ｋ、及びＮａから選ばれる少なくとも一種を含有するアルカリ金属含有圧電セラミックスからなることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項において、上記圧電セラミックスは、鉛を含有していないことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項において、上記圧電セラミックスは、一般式：{Ｌｉx(Ｋ1-yＮａy)1-x}{Ｎｂ1-z-wＴａzＳｂw}Ｏ3（但し、０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．４、０≦ｗ≦０．２、ｘ＋ｚ＋ｗ＞０）で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなると共に、該多結晶体を構成する各結晶粒の特定の結晶面が配向している結晶配向圧電セラミックスからなることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２１】
請求項２０において、上記結晶配向圧電セラミックスにおいては、上記一般式：{Ｌｉx(Ｋ1-yＮａy)1-x}{Ｎｂ1-z-wＴａzＳｂw}Ｏ3におけるｘ、ｙ、及びｚが、下記の式（９）及び式（１０）の関係を満足することを特徴とする圧電アクチュエータ。
９ｘ−５ｚ−１７ｗ≧−３１８  ・・・（９）
−１８．９ｘ−３．９ｚ−５．８ｗ≦−１３０  ・・・（１０）
【請求項２２】
請求項２０又は２１において、上記結晶配向圧電セラミックスは、ロットゲーリングによる擬立方｛１００｝面の配向度が３０％以上であり、かつ、１０〜１６０℃という温度範囲おいて、結晶系が正方晶であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電界での逆圧電効果ならびに電歪効果を利用した積層アクチュエータ、圧電トランス、超音波モータ、バイモルフ圧電素子、超音波ソナー、圧電超音波振動子、圧電ブザー、圧電スピーカ等の圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミックス材料を利用した圧電アクチュエータは、逆圧電効果による変位を利用して電気エネルギーを機械エネルギーへ変換する製品であり、広くエレクトロニクスやメカトロニクスの分野で応用されているものである。
【０００３】
上記圧電アクチュエータに使用される圧電セラミックスとしては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3系（以下、これを「ＰＺＴ系」という。）、ＢａＴｉＯ3などが知られている。ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、他の圧電セラミックスに比較して高い圧電特性を有しており、現在実用化されている圧電セラミックスの大部分を占めている。しかしながら、蒸気圧の高い酸化鉛（ＰｂＯ）を含んでいるために、環境に対する負荷が大きいという問題がある。一方、ＢａＴｉＯ3セラミックスは、鉛を含まないが、ＰＺＴに比して圧電特性が低く、さらにはキュリー温度が約１２０℃と低いため、高温では使用できないという問題がある。
【０００４】
上記圧電アクチュエータは、一般に少なくとも１対の電極を設けた圧電セラミックスである圧電素子と該圧電素子を保持する保持部品と、該保持部品に上記圧電素子を保持する接着部材またはバネなどの圧接部材と、上記圧電素子に電圧を印加するためのリード端子と、上記１対の電極間に被覆される樹脂またはシリコーンオイルなどの電気絶縁部材とからなる。上記圧電アクチュエータにおいては、圧電セラミックスからなる圧電素子が接着あるいはモールドあるいはバネ等によって圧接されるため、電圧印加を行わない状態において、すでに機械的な拘束力（プリセット負荷）が与えられている。また、上記圧電アクチュエータにおいては、該圧電アクチュエータに電圧を印加すると、電圧上昇に伴い圧電素子が変位するため、上記の機械的な拘束力が高くなる（負荷上昇）。
従って、上記圧電アクチュエータの変位は、プリセット負荷と負荷上昇により、圧電素子そのものの変位性能とは異なり、より小さな値となる。
【０００５】
上記圧電アクチュエータの使用条件および駆動条件には、温度、駆動電界強度、駆動波形、駆動周波数、連続駆動あるいは間欠駆動等のパラメータがある。上記圧電アクチュエータの一般的な使用温度範囲としては、一般生活環境で使用する場合には最大で−３０℃〜８０℃程度であり、自動車部品として使用する場合には最大で−４０℃〜１６０℃程度である。また、駆動電界強度の振幅は、圧電アクチュエータの用途によって異なり、圧電ブザー、超音波ソナー、圧電スピーカ等では５００Ｖ／ｍｍ以下、超音波モータ、圧電トランス、圧電超音波振動子等では１０００Ｖ／ｍｍ以下、積層アクチュエータでは３０００Ｖ／ｍｍ以下である。また、駆動波形は共振駆動する場合はｓｉｎ波、それ以外ではｓｉｎ波、台形波、三角波、矩形波、パルス波と様々である。また、駆動周波数は超音波モータ、超音波ソナー、圧電超音波振動子等は２０ｋＨｚ以上、それ以外では２０ＫＨｚ未満である。
【０００６】
上記圧電アクチュエータの駆動方式には、（１）電圧をパラメータとして変位を制御して駆動する定電圧駆動法、（２）注入エネルギーをパラメータとして変位を制御して駆動する定エネルギー駆動法、ならびに（３）注入電荷をパラメータとして変位を制御して駆動する定電荷駆動法に分類できる。
【０００７】
ここで、各駆動法とアクチュエータの変位の関係について説明する。
上記定電圧駆動法による圧電アクチュエータの駆動方式においては、電圧印加の上昇時と下降時の変位がヒステリシスを有するという特徴がある。この定電圧駆動法においては、使用温度範囲内での変位の変動幅が比較的大きいという問題がある。
また、上記定エネルギー駆動法による圧電アクチュエータの駆動方式においては、注入エネルギーの上昇時と下降時の変位がヒステリシスを有するという特徴がある。この定エネルギー駆動法においては、使用温度範囲内での変位の変動幅が上記定電圧駆動法と比較して小さい。
【０００８】
一方、定電荷駆動法によるアクチュエータの駆動方式においては、注入電荷の上昇時と下降時の変位の差がほぼゼロであるため、最も精密な変位制御が可能である点で優れている。しかし、使用温度範囲内での変位の変動幅が、上記定電圧駆動ならびに上記定エネルギー駆動と比較して大きいという問題がある。
【０００９】
そこで、圧電アクチュエータや圧電セラミックスセンサの温度特性の変動幅を小さくする方法として、例えば以下のような技術が開発されている。
【００１０】
即ち、下記の特許文献１には、温度変化に対して圧電単体の電圧印加時出力としての変位が増加関数的に変化する圧電単体と減少関数的に変化する圧電単体を組合せて積層した圧電体が開示されている。
また、特許文献２には、変位性能が異なる複数の圧電セラミックス層を積層した積層型圧電アクチュエータが開示されている。
特許文献３には、圧電セラミックスに温度補償用コンデンサを直列あるいは並列に電気的に接続した圧電素子が開示されている。
【００１１】
特許文献４には、圧力に応じて電荷を発生する圧電素子において、圧電体層と誘電体層を交互に積層し、誘電体層の静電容量が圧電層の静電容量より大で、かつ誘電体層の温度係数が圧電層の温度係数と逆の特性を持った材料から構成した圧電素子が開示されている。
特許文献５には、圧力に応じて電荷を発生する圧電素子において、圧電体材料と逆の温度特性をもって静電容量が変化する誘電体材料を混合して成型した圧電素子が開示されている。
【００１２】
また、特許文献６には、チタン酸バリウム系圧電磁器において、共振法で測定した圧電ｄ33定数が３００ｐＣ／Ｎ以上であり、かつ、−３０℃から８５℃における圧電ｄ33の温度変化率が小さい組成物が開示されている。
特許文献７には、チタン酸バリウム系のＮｉを内部電極とした積層型圧電素子において、電界強度１ｋＶ／ｍｍを印加したときの素子に歪み率から計算した圧電ｄ31定数の温度変化率が小さい圧電素子が開示されている。
【００１３】
しかしながら、これら従来の技術においても、温度変化による圧電アクチュエータの変位特性等の変動を充分に解消することはできなかった。
【００１４】
【特許文献１】特開昭６０−１８７７号公報
【特許文献２】特開平６−２３２４６５号公報
【特許文献３】特開平５−２８４６００号公報
【特許文献４】特開平７−７９０２２号公報
【特許文献５】特開平７−７９０２３号公報
【特許文献６】特開平１１−１８０７６６号公報
【特許文献７】特開２００３−１２８４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、圧電アクチュエータの駆動方式によらず、変位の温度依存性を小さくすることができる圧電アクチュエータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の発明は、圧電セラミックスの表面に一対の電極を形成してなる圧電素子を駆動源として有する圧電アクチュエータであって、
上記圧電アクチュエータに電圧を印加して、電界強度１００Ｖ／ｍｍ以上の一定の振幅を有する電界駆動条件で駆動させた場合に、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ａ）〜（ｃ）の内、少なくとも一つ以上の要件を満足することを特徴とする圧電アクチュエータにある（請求項１）。
（ａ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］とすると、下記の式（１）で表される見かけの動的容量の温度変化による変動幅ＷC［％］が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１１％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷC（％）＝［｛２×Ｃmax／（Ｃmax＋Ｃmin）｝−１］×１００・・・（１）
（ただし、Ｃmaxは、温度−３０〜８０℃における見かけの動的容量の最大値、Ｃminは、温度−３０〜８０℃における見かけの動的容量の最小値を表す）
（ｂ）上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（２）で表される変位Ｌの温度変化による変動幅ＷLが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１４％以内であること。
ＷL（％）＝［｛２×Ｌmax／（Ｌmax＋Ｌmin）｝−１］×１００・・・（２）
（ただし、Ｌmaxは、温度−３０〜８０℃における変位の最大値、Ｌminは、温度−３０〜８０℃における変位の最小値を表す）
（ｃ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（３）で表されるＬ／Ｃの温度変化による変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷL/C（％）＝［｛２×（Ｌ／Ｃ）max／（（Ｌ／Ｃ）max＋（Ｌ／Ｃ）min）｝−１］×１００・・・（３）
（ただし、（Ｌ／Ｃ）maxは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃの最大値、（Ｌ／Ｃ）minは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃの最小値を表す）
【００１７】
また、第２の発明は、圧電セラミックスの表面に一対の電極を形成してなる圧電素子を駆動源として有する圧電アクチュエータであって、
上記圧電アクチュエータに電圧を印加して、電界強度１００Ｖ／ｍｍ以上の一定の振幅を有する電界駆動条件で駆動させた場合に、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｊ）〜（ｌ）の内、少なくとも一つ以上の要件を満足することを特徴とする圧電アクチュエータにある（請求項１０）。
（ｊ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］とすると、下記の式（５）で表される見かけの動的容量の温度変化による変動幅ＷC（％）が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３０％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷC（％）＝［｛２×Ｃmax／（Ｃmax＋Ｃmin）｝−１］×１００・・・（５）
（ただし、Ｃmaxは、−３０〜１６０℃における見かけの動的容量の最大値、Ｃminは、−３０〜１６０℃における見かけの動的容量の最小値を表す）
（ｋ）上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（６）で表される変位Ｌの温度変化による変動幅ＷLが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±１４％以内であること。
ＷL（％）＝［｛２×Ｌmax／（Ｌmax＋Ｌmin）｝−１］×１００・・・（６）
（ただし、Ｌmaxは、−３０〜１６０℃における変位の最大値、Ｌminは、−３０〜１６０℃における変位の最小値を表す）
（ｌ）上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ（μｍ）とすると、下記の式（７）で表されるＬ／Ｃの温度変化による変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であること（ただし、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出されるものである）。
ＷL/C（％）＝［｛２×（Ｌ／Ｃ）max／（（Ｌ／Ｃ）max＋（Ｌ／Ｃ）min）｝−１］×１００・・・（７）
（ただし、（Ｌ／Ｃ）maxは、−３０〜１６０℃におけるＬ／Ｃの最大値、（Ｌ／Ｃ）minは、−３０〜１６０℃におけるＬ／Ｃの最小値を表す）
【００１８】
上記第１の発明の圧電アクチュエータは、上記要件（ａ）〜（ｃ）の内、少なくとも一つ以上の要件を満足する。即ち、上記第１の発明の圧電アクチュエータにおいては、上記見かけの動的容量Ｃの温度変化による変動幅ＷC、上記変位Ｌの温度変化による変動幅ＷL、又は上記変位／動的容量（Ｌ／Ｃ）の温度変化による変動幅ＷL/Cの内の少なくとも一つ以上が温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において上記特定の範囲内にある。
また、上記第２の発明の圧電アクチュエータは、上記要件（ｊ）〜（ｌ）の内、少なくとも一つ以上の要件を満足する。即ち、上記第１の発明の圧電アクチュエータにおいては、上記見かけの動的容量Ｃの温度変化による変動幅ＷC、上記変位Ｌの温度変化による変動幅ＷL、又は上記変位／動的容量（Ｌ／Ｃ）の温度変化による変動幅ＷL/Cの内の少なくとも一つ以上が温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において上記特定の範囲内にある。
そのため、上記第１及び第２の発明の圧電アクチュエータは、温度変化による変位のバラツキが小さい。即ち、上記圧電アクチュエータは、温度変化の激しい環境下で用いられた場合においても、略一定の変位を発揮することができる。そのため、上記圧電アクチュエータは、例えば自動車部品等の温度変化の激しい環境下で用いられる製品にも好適に用いることができる。
【００１９】
一般に、圧電アクチュエータの駆動方式には、上述のごとく、（１）電圧をパラメータとして変位を制御して駆動する定電圧駆動法、（２）注入エネルギーをパラメータとして変位を制御して駆動する定エネルギー駆動法、ならびに（３）注入電荷をパラメータとして変位を制御して駆動する定電荷駆動法がある。
ここで、圧電アクチュエータの変位の温度依存性について、圧電アクチュエータの駆動方式ごとに、説明する。
まず、定電圧駆動の圧電アクチュエータの変位（ΔＬ１）は、下記の式Ａ１で表される。
ΔＬ１＝Ｄ３３×ＥＦ×Ｌ０・・・・    Ａ１
ここで、Ｄ３３：動的歪量［ｍ／Ｖ］、ＥＦ：最大電界強度[Ｖ／ｍ]およびＬ０：電圧を印加する前の圧電セラミックスの長さ[ｍ]である。また、動的歪量は、電界強度０〜３０００Ｖ／ｍｍであって絶縁破壊しない程度の範囲の高電圧を、一定の振幅で印加して駆動した場合に、電圧印加方向と平行方向に発生する圧電セラミックスの変位性能であり、下記の式Ａ２で表される。
Ｄ３３＝Ｓ／ＥＦ＝（ΔＬ１／Ｌ０）／（Ｖ／Ｌ０）・・・  Ａ２
ここで、Ｓ：最大歪量である。また、Ｄ３３は温度依存性だけではなく、電界強度依存性を有するものである。
上記式（Ａ１）及び（Ａ２）から知られるごとく、圧電アクチュエータ変位（ΔＬ１）は、印加電界強度に応じた動的歪量Ｄ３３と印加電界強度の積に比例する。
【００２０】
また、エネルギーと電荷と見かけの動的容量と印加電圧は、下記の式Ａ３，Ａ４の関係がある。
Ｗ＝１／２×Ｃ×Ｖ2  ・・・・・・  Ａ３
Ｑ＝Ｃ×Ｖ  ・・・・・・  Ａ４
ここで、Ｗ：エネルギー[Ｊ]、Ｃ：見かけの動的容量［Ｆ］、Ｖ：印加電圧［Ｖ］およびＱ：電荷［Ｃ］である。
ここで、見かけの動的容量Ｃは、一般に圧電アクチュエータとコンデンサとを直列に接続し、電界強度０〜３０００Ｖ／ｍｍであって絶縁破壊しない程度の範囲の一定振幅の電界強度で駆動させた時に、コンデンサに蓄積される電荷量をアクチュエータに印加される電圧で除した値で定義されるものである。見かけの動的容量Ｃは、少なくとも圧電セラミックスの誘電成分、分極反転成分、及び分極回転成分に由来する充電電荷と、圧電セラミックスの直流抵抗成分に由来するリーク電流とを含むものである。また、見かけの動的容量Ｃは温度依存性だけではなく、電界強度依存性を有するものである。
【００２１】
従って、定エネルギー駆動（Ｗ：一定）の場合の圧電アクチュエータの変位（ΔＬ２）は、下記の式Ａ５より、駆動電界強度に応じたＤ３３／Ｃ0.5と駆動電界強度（＝駆動電圧／Ｌ０）の積に比例する。
ΔＬ２＝Ｄ３３×（２×Ｗ／Ｃ）0.5    ・・・・  Ａ５
ここで、温度変化により見かけの動的容量Ｃが変動すると、上記式Ａ３に従い、駆動電界強度そのものも変動してしまうという特徴を有する。
【００２２】
また、定電荷駆動（Ｑ：一定）の場合のアクチュエータの変位（ΔＬ３）は、下記の式Ａ６より、駆動電界強度に応じたＤ３３／Ｃと駆動電界強度（＝駆動電圧／Ｌ０）の積に比例する。
ΔＬ３＝Ｄ３３×（Ｑ／Ｃ）  ・・・・  Ａ６
ここで、温度変化によりＣが変動すると、上記式Ａ４に従い、印加電界強度そのものも変動してしまうという特徴を有する。
【００２３】
従って、使用温度範囲におけるアクチュエータの変位変動幅を小さくするには、駆動電界強度に応じたＤ３３、Ｄ３３／Ｃ0.5、Ｄ３３／Ｃ等の温度依存性が小さいことが望ましいといえる。
また、当然のことながら、変位性能であるＤ３３、Ｄ３３／Ｃ0.5、Ｄ３３／Ｃの絶対値は大きいことが望ましい。
【００２４】
次に、定エネルギー駆動および定電荷駆動の場合の、見かけの動的容量と駆動電圧の関係について説明する。
定エネルギー駆動（Ｗ：一定）の場合の圧電アクチュエータおよび駆動回路に負荷される電圧（端子電圧）は、下記の式Ａ７より１／Ｃ0.5に比例する。
Ｖ＝（２×Ｗ／Ｃ）0.5・・・・  Ａ７
定電荷駆動（Ｑ：一定）の場合の端子電圧は、下記の式Ａ８より１／Ｃに比例する。
Ｖ＝Ｑ／Ｃ・・・・  Ａ８
端子電圧が変動すると、圧電アクチュエータおよび駆動回路の耐電圧の信頼性を確保するために、端子電圧上限で設計を行う必要がある。アクチュエータの設計においては、電極間放電あるいは側面リークあるいは絶縁破壊を防ぐため、正負電極間距離を小さくできないという制約を受ける。そのため、使用温度範囲内における端子電圧の下限値において変位特性が低下してしまう。したがって、回路設計においては、回路素子の耐電圧をあげるため大型化・高価格化する問題となる。
従って、アクチュエータの変位性能向上ならびに駆動回路の小型化・低コスト化には、駆動電界強度に応じた１／Ｃ0.5、１／Ｃの温度依存性が小さいことが望ましい。
【００２５】
また、見かけの動的容量Ｃが一定値に収束すれば、端子電圧も一定値に収束するため、駆動電界強度一定におけるＤ３３／Ｃ0.5の温度依存性が小さければ、定エネルギー制御でのアクチュエータの変位の温度依存性は小さくすることが出来る。また、駆動電界強度一定におけるＤ３３／Ｃの温度依存性が小さければ、定電荷制御でのアクチュエータの変位の温度依存性は小さくすることができる。
【００２６】
このように、圧電アクチュエータの温度依存性を小さくするためには、使用温度範囲において、一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する動的歪量Ｄ３３、見かけの動的容量Ｃ、Ｄ３３／Ｃ0.5、ならびにＤ３３／Ｃの変動幅が小さいことが望ましい。
【００２７】
上記第１の発明の圧電アクチュエータにおいては、上記のごとく、上記見かけの動的容量Ｃの温度変化による変動幅ＷC、上記変位Ｌの温度変化による変動幅ＷL、又は上記変位／見かけの動的容量（Ｌ／Ｃ）の温度変化による変動幅ＷL/Cの内の少なくとも一つ以上が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において、それぞれ±１１％以内、±１４％以内、±１２％以内という小さい範囲内にある。
また、上記第２の発明の圧電アクチュエータにおいては、上記見かけの動的容量Ｃの温度変化による変動幅ＷC、上記変位Ｌの温度変化による変動幅ＷL、又は上記変位／見かけの動的容量（Ｌ／Ｃ）の温度変化による変動幅ＷL/Cの内の少なくとも一つ以上が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において、それぞれ±３０％以内、±１４％以内、±３５％以内という小さい範囲内にある。
したがって、上記第１及び第２の発明の圧電アクチュエータは、定電圧駆動、定エネルギー駆動、及び定電荷駆動等の駆動方式によらず、変位の温度依存性が小さくなる。即ち、使用温度を変えても、ほぼ同等の変位特性を発揮することができる。
【００２８】
以上のごとく、本発明によれば、圧電アクチュエータの駆動方式によらず、変位の温度依存性を小さくすることができる圧電アクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
上記第１の発明の圧電アクチュエータは、上記要件（ａ）〜（ｃ）を満足する。
上記要件（ａ）は、上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］とすると、下記の式（１）で表される見かけの動的容量の温度変化による変動幅ＷC［％］が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１１％以内であることにある。
ＷC（％）＝［｛２×Ｃmax／（Ｃmax＋Ｃmin）｝−１］×１００・・・（１）
上記要件（ａ）において、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータと例えば温度２５℃に設置したコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出することができる。
【００３０】
上記要件（ｂ）は、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（２）で表される変位Ｌの温度変化による変動幅ＷLが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１４％以内であることにある。
ＷL（％）＝［｛２×Ｌmax／（Ｌmax＋Ｌmin）｝−１］×１００・・・（２）
また、上記要件（ｃ）は、上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（３）で表されるＬ／Ｃの温度変化による変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であることにある。
ＷL/C（％）＝［｛２×（Ｌ／Ｃ）max／（（Ｌ／Ｃ）max＋（Ｌ／Ｃ）min）｝−１］×１００・・・（３）
上記要件（ｃ）において、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータと例えば温度２５℃に設置したコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出することができる。
【００３１】
上記圧電アクチュエータが上記要件（ａ）〜（ｃ）のいずれをも満足しない場合、即ち温度−３０〜８０℃において、上記変動幅ＷCが±１１％以内という範囲から外れる場合、上記変動幅ＷLが±１４％以内という範囲から外れる場合、及び上記変動幅ＷL/Cが±１２％以内という範囲から外れる場合には、温度−３０〜８０℃における上記圧電アクチュエータの温度依存性が大きくなってしまうおそれがある。
【００３２】
上記圧電アクチュエータは、上記要件（ａ）と上記要件（ｂ）との両方を満足することが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記圧電アクチュエータの温度依存性をより小さなものとすることができる。
【００３３】
また、上記圧電アクチュエータは、上記要件（ａ）〜（ｃ）のすべてを満足することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記圧電アクチュエータの温度依存性を一層小さくすることができる。
【００３４】
また、上記圧電アクチュエータにおいて、動的容量の温度変化による上記変動幅ＷC［％は、温度−４０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であることが好ましい。
また、上記変位Ｌの温度変化による上記変動幅ＷLは、温度−４０〜８０℃という特定温度範囲において±１４％以内であることが好ましい。
さらに、Ｌ／Ｃの温度変化による上記変動幅ＷL/Cが、温度−４０〜８０℃という特定温度範囲において±１３％以内であることが好ましい。
このように、−４０〜８０℃という温度範囲において、上記変動幅ＷC、変動幅ＷL、変動幅ＷL/Cが上記のごとく特定の範囲内にある場合には、−４０〜８０℃という温度範囲においても、上記圧電アクチュエータの変位の温度依存性を小さくすることができる。
【００３５】
上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｄ）を満足することが好ましい（請求項４）。
（ｄ）上記見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（４）で表されるＬ／Ｃ0.5の温度変化による変動幅ＷL/C0.5が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であること
ＷL/C0.5［％］＝［｛２×（Ｌ／Ｃ0.5）max／（（Ｌ／Ｃ0.5）max＋（Ｌ／Ｃ0.5）min）｝−１］×１００・・・（４）
（ただし、（Ｌ／Ｃ0.5）maxは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃ0.5の最大値、（Ｌ／Ｃ0.5）minは、温度−３０〜８０℃におけるＬ／Ｃ0.5の最小値を表す）
上記圧電アクチュエータが上記要件（ｄ）を満足しない場合、即ちＬ／Ｃ0.5の温度変化による変動幅ＷL/C0.5が、−３０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％を超える場合には、上記圧電アクチュエータの変位の温度依存性が大きくなってしまうおそれがある。
【００３６】
また、Ｌ／Ｃ0.5の温度変化による上記変動幅ＷL/C0.5は、温度−４０〜８０℃という特定温度範囲において±１２％以内であることが好ましい。
この場合には、−４０〜８０℃という温度範囲においても、上記圧電アクチュエータの変位の温度依存性を小さくすることができる。
【００３７】
上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｅ）を満足することが好ましい（請求項５）。
（ｅ）上記圧電アクチュエータの電界印加方向の歪みを電界強度で除することによって算出される動的歪量が、温度−３０〜８０℃という特定温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ以上であること。
上記圧電アクチュエータが上記要件（ｅ）を満足しない場合、即ち上記動的歪量が、−３０〜８０℃という特定温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ未満の場合には、上記圧電アクチュエータの変位が小さくなってしまうおそれがある。
【００３８】
また、上記動的歪量は、温度−４０〜８０℃という温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ以上であることが好ましい。
この場合には、−４０〜８０℃という温度範囲においても、上記圧電アクチュエータの変位を大きくすることができる。
【００３９】
次に、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｆ）を満足することが好ましい（請求項６）。
（ｆ）上記見かけの動的容量Ｃの温度変化による上記変動幅ＷC（％）が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であること。
また、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｇ）を満足することが好ましい（請求項７）。
（ｇ）上記圧電アクチュエータの変位Ｌの温度変化による上記変動幅ＷLが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±１４％以内であること。
【００４０】
また、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｈ）を満足することが好ましい（請求項８）。
（ｈ）見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、Ｌ／Ｃの温度変化による上記変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であること。
また、上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｉ）を満足することが好ましい（請求項９）。
（ｉ）上記見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、Ｌ／Ｃ0.5の温度変化による上記変動幅ＷL/C0.5が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±２０％以内であること。
【００４１】
上記圧電アクチュエータが、上記（ｆ）〜（ｉ）要件のいずれか一つ以上の要件を満足する場合には、上記圧電アクチュエータの温度依存性をさらに向上させることができる。即ち、この場合には、温度−３０〜１６０℃というより広い温度範囲において、上記圧電アクチュエータの変位の温度依存性を小さくすることができる。
【００４２】
次に、上記第２の発明において、上記圧電アクチュエータは、上記要件（ｊ）〜（ｌ）を満足する。
上記要件（ｊ）は、上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］とすると、下記の式（５）で表される見かけの動的容量の温度変化による変動幅ＷC（％）が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３０％以内であることにある。
ＷC（％）＝［｛２×Ｃmax／（Ｃmax＋Ｃmin）｝−１］×１００・・・（５）
（ただし、Ｃmaxは、−３０〜１６０℃における見かけの動的容量の最大値、Ｃminは、−３０〜１６０℃における見かけの動的容量の最小値を表す）
上記要件（ｊ）において、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータと例えば温度２５℃に設置したコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出することができる。
【００４３】
上記要件（ｋ）は、上記圧電アクチュエータの変位をＬ［μｍ］とすると、下記の式（６）で表される変位Ｌの温度変化による変動幅ＷLが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±１４％以内であることにある。
ＷL（％）＝［｛２×Ｌmax／（Ｌmax＋Ｌmin）｝−１］×１００・・・（６）
（ただし、Ｌmaxは、−３０〜１６０℃における変位の最大値、Ｌminは、−３０〜１６０℃における変位の最小値を表す）
上記要件（ｌ）は、上記圧電アクチュエータの見かけの動的容量をＣ［Ｆ］、上記圧電アクチュエータの変位をＬ（μｍ）とすると、下記の式（７）で表されるＬ／Ｃの温度変化による変動幅ＷL/Cが、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であることにある。
ＷL/C（％）＝［｛２×（Ｌ／Ｃ）max／（（Ｌ／Ｃ）max＋（Ｌ／Ｃ）min）｝−１］×１００・・・（７）
（ただし、（Ｌ／Ｃ）maxは、−３０〜１６０℃におけるＬ／Ｃの最大値、（Ｌ／Ｃ）minは、−３０〜１６０℃におけるＬ／Ｃの最小値を表す）
上記要件（ｌ）において、上記見かけの動的容量は、上記圧電アクチュエータと例えば温度２５℃に設置したコンデンサとを直列に接続し、上記圧電アクチュエータ及び上記コンデンサに電圧を印加したときに、上記コンデンサに蓄積される電荷量Ｑ［Ｃ］を上記圧電アクチュエータに印加された電圧Ｖ［Ｖ］で除すことによって算出することができる。
【００４４】
上記圧電アクチュエータが上記要件（ｊ）〜（ｌ）のいずれをも満足しない場合、即ち温度−３０〜１６０℃において、上記変動幅ＷCが±３０％以内という範囲から外れる場合、上記変動幅ＷLが±１４％以内という範囲から外れる場合、及び上記変動幅ＷL/Cが±３５％以内という範囲から外れる場合には、温度−３０〜１６０℃における上記圧電アクチュエータの温度依存性が大きくなってしまうおそれがある。
【００４５】
上記圧電アクチュエータは、上記要件（ｊ）と上記要件（ｋ）との両方を満足することが好ましい（請求項１１）。
この場合には、上記圧電アクチュエータの温度依存性をより小さくすることができる。
【００４６】
上記圧電アクチュエータは、上記要件（ｊ）〜（ｌ）のすべてを満足することが好ましい（請求項１２）。
この場合には、上記圧電アクチュエータの温度依存性をより一層小さくすることができる。
【００４７】
また、上記圧電アクチュエータにおいて、見かけの動的容量の温度変化による上記変動幅ＷC［％は、温度−４０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であることが好ましい。
また、上記変位Ｌの温度変化による上記変動幅ＷLは、温度−４０〜１６０℃という特定温度範囲において±１４％以内であることが好ましい。
さらに、Ｌ／Ｃの温度変化による上記変動幅ＷL/Cが、温度−４０〜１６０℃という特定温度範囲において±３５％以内であることが好ましい。
このように、−４０〜１６０℃という温度範囲において、上記変動幅ＷC、変動幅ＷL、変動幅ＷL/Cが上記のごとく特定の範囲内にある場合には、−４０〜１６０℃という温度範囲においても、上記圧電アクチュエータの変位の温度依存性を小さくすることができる。
【００４８】
上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｍ）を満足することが好ましい（請求項１３）。
（ｍ）上記見かけの動的容量をＣ（Ｆ）、上記圧電アクチュエータの変位をＬ（μｍ）とすると、下記の式（８）で表されるＬ／Ｃ0.5の温度変化による変動幅ＷL/C0.5が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±２０％以内であること
ＷL/C0.5［％］＝［｛２×（Ｌ／Ｃ0.5）max／（（Ｌ／Ｃ0.5）max＋（Ｌ／Ｃ0.5）min）｝−１］×１００・・・（８）
（ただし、（Ｌ／Ｃ0.5）maxは、−３０〜１６０℃という特定温度範囲におけるＬ／Ｃ0.5の最大値、（Ｌ／Ｃ0.5）minは、−３０〜１６０℃という特定温度範囲におけるＬ／Ｃ0.5の最小値を表す）
上記圧電アクチュエータが上記要件（ｍ）を満足しない場合、即ちＬ／Ｃ0.5の温度変化による変動幅ＷL/C0.5が、−３０〜１６０℃という特定温度範囲において±２０％を超える場合には、上記圧電アクチュエータの変位の温度依存性が大きくなってしまうおそれがある。
【００４９】
また、Ｌ／Ｃ0.5の温度変化による上記変動幅ＷL/C0.5は、温度−４０〜１６０℃という特定温度範囲において±２０％以内であることが好ましい。
この場合には、−４０〜１６０℃という温度範囲においても、上記圧電アクチュエータの変位の温度依存性を小さくすることができる。
【００５０】
上記圧電アクチュエータは、下記の要件（ｎ）を満足することが好ましい（請求項１４）。
（ｎ）上記圧電アクチュエータの電界印加方向の歪みを電界強度で除することによって算出される動的歪量が、温度−３０〜１６０℃という特定温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ以上であること
上記圧電アクチュエータが上記要件（ｎ）を満足しない場合、即ち上記動的歪量が、−３０〜１６０℃という特定温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ未満の場合には、上記圧電アクチュエータの変位が小さくなってしまうおそれがある。
【００５１】
また、上記動的歪量は、温度−４０〜１６０℃という温度範囲において２５０ｐｍ／Ｖ以上であることが好ましい。
この場合には、−４０〜１６０℃という温度範囲においても、上記圧電アクチュエータの変位を大きくすることができる。
【００５２】
また、上記第１及び第２の発明において、上記圧電アクチュエータは、圧電セラミックスの表面に一対の電極を形成してなる圧電素子を駆動源として有する。
上記圧電セラミックスは、Ｌｉ、Ｋ、及びＮａから選ばれる少なくとも一種を含有するアルカリ金属含有圧電セラミックスからなることが好ましい（請求項１８）。
この場合には、温度８０°以上という高温環境下における駆動時のリーク電流がより増加し、温度８０°以上における上記「みかけの動的容量」の変動幅が、温度８０°以上における「静電容量」及び「動的容量」の変動幅よりも大きくなる。そのためこの場合には、みかけの動的容量をパラメータとして変動幅を規定する上記第１の発明の上記要件（ａ）又は／及び（ｃ）、上記第２の発明の要件（ｊ）又は／及び（ｌ）を満足させることによって得られる例えば定エネルギー駆動及び定電荷駆動における変位の温度依存性を小さくできるという上述の作用効果をより顕著に発揮することができる。
【００５３】
また、上記圧電セラミックスは、上記圧電アクチュエータの使用全温度範囲（例えば温度−３０〜１６０℃）において、比抵抗が１×１０6Ω・ｍ以上であることが好ましい。この場合には、抵抗発熱によって上記圧電セラミックスが破壊されることを防ぐことができる。より好ましくは、上記圧電セラミックスは、上記圧電アクチュエータの上記使用温度範囲において、比抵抗が１×１０8Ω・ｍ以上であることがよい。この場合には、上記圧電アクチュエータの寿命をより長くすることができる。
【００５４】
また、上記圧電セラミックスは、鉛を含有していないことが好ましい（請求項１９）。
この場合には、環境負荷の大きい鉛を含有しない上記圧電アクチュエータを作製することできる。即ち、上記圧電アクチュエータの環境に対する安全性を向上させることができる。
【００５５】
また、上記圧電セラミックスは、一般式：{Ｌｉx(Ｋ1-yＮａy)1-x}{Ｎｂ1-z-wＴａzＳｂw}Ｏ3（但し、０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．４、０≦ｗ≦０．２、ｘ＋ｚ＋ｗ＞０）で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶体からなると共に、該多結晶体を構成する各結晶粒の特定の結晶面が配向している結晶配向圧電セラミックスからなることが好ましい（請求項２０）。
この場合には、上記要件（ａ）〜（ｉ）を満足する圧電アクチュエータや、上記要件（ｊ）〜（ｎ）要件を満足する圧電アクチュエータを容易に実現することができる。
【００５６】
上記結晶配向圧電セラミックスは、等方性ペロブスカイト型化合物の一種であるニオブ酸カリウムナトリウム（Ｋ1-yＮａyＮｂＯ3）を基本組成とし、Ａサイト元素（Ｋ、Ｎａ）の一部が所定量のＬｉで置換され、並びに／又は、Ｂサイト元素（Ｎｂ）の一部が所定量のＴａ及び／若しくはＳｂで置換されたものからなる。上記一般式において、「ｘ＋ｚ＋ｗ＞０」は、置換元素として、Ｌｉ、Ｔａ及びＳｂの内の少なくとも１つが含まれていればよいことを示す。
【００５７】
また、上記一般式において、「ｙ」は、結晶配向圧電セラミックスに含まれるＫとＮａの比を表す。本発明に係る結晶配向圧電セラミックスは、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。すなわち、ＫとＮａの比ｙは、特に限定されるものではなく、０以上１以下の任意の値を取ることができる。高い変位特性を得るためには、ｙの値は、好ましくは、０．０５以上０．７５以下、さらに好ましくは、０．２０以上０．７０以下、さらに好ましくは、０．３５以上０．６５以下、さらに好ましくは、０．４０以上０．６０以下、さらに好ましくは、０．４２以上０．６０以下である。
【００５８】
「ｘ」は、Ａサイト元素であるＫ及び／又はＮａを置換するＬｉの置換量を表す。Ｋ及び／又はＮａの一部をＬｉで置換すると、圧電特性等の向上、キュリー温度の上昇、及び／又は緻密化の促進という効果が得られる。ｘの値は、具体的には、０以上０．２以下が好ましい。ｘの値が０．２を越えると、変位特性が低下するので好ましくない。ｘの値は、好ましくは、０以上０．１５以下であり、さらに好ましくは、０以上０．１０以下である。
【００５９】
「ｚ」は、Ｂサイト元素であるＮｂを置換するＴａの置換量を表す。Ｎｂの一部をＴａで置換すると、変位特性等の向上という効果が得られる。ｚの値は、具体的には、０以上０．４以下が好ましい。ｚの値が０．４を越えると、キュリー温度が低下し、家電や自動車用の圧電材料としての利用が困難になるので好ましくない。ｚの値は、好ましくは、０以上０．３５以下であり、さらに好ましくは、０以上０．３０以下である。
【００６０】
さらに、「ｗ」は、Ｂサイト元素であるＮｂを置換するＳｂの置換量を表す。Ｎｂの一部をＳｂで置換すると、変位特性等の向上という効果が得られる。ｗの値は、具体的には、０以上０．２以下が好ましい。ｗの値が０．２を越えると、変位特性、及び／又はキュリー温度が低下するので好ましくない。ｗの値は、好ましくは、０以上０．１５以下である。
【００６１】
また、上記結晶配向圧電セラミックスは、高温から低温になるにつれて、結晶相が立方晶→正方晶（第１の結晶相転移温度＝キュリー温度）、正方晶→斜方晶（第２の結晶相転移温度）、斜方結晶→菱面体晶（第３の結晶相転移温度）と変化する。第１の結晶相転移温度より高い温度領域では立方晶となるため変位特性が消滅し、また、第２の結晶相転移温度より低い温度領域では斜方結晶となり、変位ならびに見かけの動的静電容量の温度依存性が大きくなる。従って、第１の結晶相転移温度は使用温度範囲より高く、第２の結晶相転移温度は使用温度範囲より低くすることで使用温度範囲全域にわたって正方晶であることが望ましい。
【００６２】
ところが、上記結晶配向圧電セラミクスの基本組成であるニオブ酸カリウムナトリウム（Ｋ1-yＮａyＮｂＯ3）は、「ジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサイエティ“Journal of American Ceramic Society ”」、米国、１９５９年、第４２巻［９］ｐ．４３８−４４２、ならびに米国特許２９７６２４６号明細書によれば、高温から低温になるにつれて、結晶相が立方晶→正方晶（第１の結晶相転移温度＝キュリー温度）、正方晶→斜方晶（第２の結晶相転移温度）、斜方結晶→菱面体晶（第３の結晶相転移温度）と変化する。また、「ｙ＝０．５」における第１の結晶相転移温度は約４２０℃、第２の結晶相転移温度は約１９０℃、第３の結晶相転移温度は約−１５０℃である。従って、正方晶である温度領域は１９０〜４２０℃の範囲であり、工業製品の使用温度範囲である−４０〜１６０℃と一致しない。
【００６３】
一方、上記結晶配向圧電セラミックスは、基本組成であるニオブ酸カリウムナトリウム（Ｋ1-yＮａyＮｂＯ3）に対して、Ｌｉ，Ｔａ，Ｓｂの置換元素の量を変化させることにより、第１の結晶相転移温度ならびに第２の結晶相転移温度を自由に変えることができる。
【００６４】
圧電特性が最も大きくなるｙ＝０．４〜０．６において、Ｌｉ，Ｔａ，Ｓｂの置換量と結晶相転移温度実測値の重回帰分析を行った結果を下記の式Ｂ１、式Ｂ２に示す。
式Ｂ１及び式Ｂ２から、Ｌｉ置換量は第１の結晶相転移温度を上昇させ、かつ、第２の結晶相転移温度を低下させる作用を有することがわかる。また、ＴａならびにＳｂは第１の結晶相転移温度を低下させ、かつ、第２の結晶相転移温度を低下させる作用を有することがわかる。
第１の結晶相転移温度＝（３８８＋９ｘ−５ｚ−１７ｗ）±５０［℃］ ・・・ （式Ｂ１）
第２の結晶相転移温度＝（１９０−１８．９ｘ−３．９ｚ−５．８ｗ）±５０［℃］ ・・・ （式Ｂ２）
【００６５】
第１の結晶相転移温度は圧電性が完全に消失する温度であり、かつその近傍で動的容量急激に大きくなることから、（製品の使用環境上限温度＋６０℃）以上が望ましい。第２の結晶相転移温度は単に結晶相転移する温度であり、圧電性は消失しないため変位、あるいは動的容量の温度依存性に悪影響が出ない範囲に設定すればよいため、（製品の使用環境下限温度＋４０℃）以下が望ましい。
【００６６】
一方、製品の使用環境上限温度は、用途により異なり、６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃などである。製品の使用環境下限温度は−３０℃、−４０℃などである。
【００６７】
従って、上記式Ｂ１に示す第１の結晶相転移温度は１２０℃以上が望ましいため、「ｘ」、「ｚ」、「ｗ」は
（３８８＋９ｘ−５ｚ−１７ｗ）＋５０≧１２０を満足することが望ましい。
また、式Ｂ２に示す第２の結晶相転移温度は、１０℃以下が望ましいため、「ｘ」、「ｚ」、「ｗ」は（１９０−１８．９ｘ−３．９ｚ−５．８ｗ）−５０≦１０を満足することが望ましい。
即ち、上記結晶配向圧電セラミックスにおいては、上記一般式：{Ｌｉx(Ｋ1-yＮａy)1-x}{Ｎｂ1-z-wＴａzＳｂw}Ｏ3におけるｘ、ｙ、及びｚが、下記の式（９）及び式（１０）の関係を満足することが好ましい（請求項２１）。
９ｘ−５ｚ−１７ｗ≧−３１８  ・・・（９）
−１８．９ｘ−３．９ｚ−５．８ｗ≦−１３０  ・・・（１０）
【００６８】
なお、上記結晶配向圧電セラミックスは、上記一般式で表される等方性ペロブスカイト型化合物（第１のＫＮＮ系化合物）のみからなる場合と積極的に他の元素を添加又は置換させる場合とがある。
前者の場合は、第１のＫＮＮ系化合物のみからなることが望ましいが、等方性ペロブスカイト型の結晶構造を維持でき、かつ、焼結特性、圧電特性等の諸特性に悪影響を及ぼさないものである限り、他の元素又は他の相が含まれていても良い。特に、上記結晶配向圧電セラミックスを製造するための原料において、市場で入手可能な純度９９％乃至９９．９％の工業原料に含まれる不純物は混入が不可避である。例えば、上記結晶配向圧電セラミックスの原料の一つであるＮｂ2O5には、原鉱石あるいは製法に由来する不純物として、最大でＴａが０．１ｗｔ％未満、Ｆが０．１５ｗｔ％未満含まれる場合がある。また、後述の実施例１にて記載するが、製造工程においてＢｉを使用する場合は、その混入が不可避である。
後者の場合は、例えばＭｎを添加することにより、見かけの動的容量の温度依存性の低減、変位の上昇の効果があり、加えて誘電損失ｔａｎδの低下、機械的品質係数Ｑｍの上昇の効果があることから共振駆動型のアクチュエータとして好ましい特性が得られる。
【００６９】
また、上記結晶配向圧電セラミックスにおいては、上記一般式で表される等方性ペロブスカイト型化合物を主相とする多結晶を構成する各結晶粒の特定の結晶面が配向している。ここで、上記結晶粒において配向する特定の結晶面は、擬立方｛１００｝面であることが好ましい。
なお、「擬立方｛ＨＫＬ｝」とは、一般に、等方性ペロブスカイト型化合物は、正方晶、斜方晶、三方晶など、立方晶からわずかに歪んだ構造を取るが、その歪は僅かであるので、立方晶とみなしてミラー指数表示することを意味する。
この場合には、上記圧電アクチュエータの変位をより大きくすることができると共に、見かけの動的容量の温度依存性を小さくすることができる。
【００７０】
また、擬立方｛１００｝面が面配向している場合において、面配向の程度は、次の数１の式で表されるロットゲーリング（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法による平均配向度Ｆ（ＨＫＬ）で表すことができる。
【数１】
2006108638.tif 000003
【００７１】
なお、数１の式において、ΣＩ(ｈｋｌ)は、結晶配向圧電セラミックスについて測定されたすべての結晶面（ｈｋｌ）のＸ線回折強度の総和であり、ΣＩ0(ｈｋｌ)は、結晶配向圧電セラミックスと同一組成を有する無配向セラミックスについて測定されたすべての結晶面（ｈｋｌ）のＸ線回折強度の総和である。また、Σ'Ｉ(ＨＫＬ)は、結晶配向圧電セラミックスについて測定された結晶学的に等価な特定の結晶面（ＨＫＬ）のＸ線回折強度の総和であり、Σ'Ｉ0(ＨＫＬ)は、結晶配向圧電セラミックスと同一組成を有する無配向セラミックスについて測定された結晶学的に等価な特定の結晶面（ＨＫＬ）のＸ線回折強度の総和である。
【００７２】
従って、多結晶体を構成する各結晶粒が無配向である場合には、平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)は０％となる。また、多結晶体を構成するすべての結晶粒の（ＨＫＬ）面が測定面に対して平行に配向している場合には、平均配向度Ｆ（ＨＫＬ）は１００％となる。
【００７３】
一般に、配向している結晶粒の割合が多くなる程、高い特性が得られる。例えば、特定の結晶面を面配向させる場合において、高い圧電特性等を得るためには、上記数１の式で表されるロットゲーリング（Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ）法による平均配向度Ｆ(ＨＫＬ)は、３０％以上が好ましく、さらに好ましくは、５０％以上、さらに好ましくは７０％以上である。また、配向させる特定の結晶面は、分極軸に垂直な面が好ましい。例えば、該ペロブスカイト型化合物の結晶系が正方晶の場合において、配向させる特定の結晶面は、擬立方｛１００｝面が好ましい。
即ち、上記結晶配向圧電セラミックスは、ロットゲーリングによる擬立方｛１００｝面の配向度が３０％以上であり、かつ、１０〜１６０℃という温度範囲おいて、結晶系が正方晶であること好ましい（請求項２２）。
【００７４】
なお、特定の結晶面を軸配向させる場合には、その配向の程度は、面配向と同様の配向度（数１の式）では定義できない。しかしながら、配向軸に垂直な面に対してＸ線回折を行った場合の（ＨＫＬ）回折に関するＬｏｔｇｅｒｉｎｇ法による平均配向度（軸配向度）を用いて、軸配向の程度を表すことができる。また、特定の結晶面がほぼ完全に軸配向している成形体の軸配向度は、特定の結晶面がほぼ完全に面配向している成形体について測定された軸配向度と同程度になる。
【００７５】
次に、上記結晶配向圧電セラミックスを用いた圧電アクチュエータの特性について説明する。
上記結晶配向圧電セラミックスを駆動源を用いた圧電アクチュエータは、−３０〜１６０℃の温度範囲において、電界強度１００V／mm以上、かつ、絶縁破壊をしない電界強度以下で、の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する動的歪量Ｄ３３を２５０pm/V以上とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば３００pm/V以上、さらに３５０pm/V以上、さらに４００pm/V以上、さらに４５０pm/V以上、さらに５００pm/V以上とすることが出来る。
また、変位の変動幅（＝動的歪量の変動幅）は、（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±１４％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±１２％以下、さらに±１０％以下、さらに±８％以下とすることが出来る。
また、−３０〜８０℃の温度範囲においては、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する変位の変動幅（＝動的歪量の変動幅）は（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±１４％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±１２％以下、さらに±９％以下、さらに±７％以下、さらに±５％以下、さらに±４％以下とすることが出来る。従って、定電圧駆動における変位の温度依存性が小さなアクチュエータが得られる。
【００７６】
また、上記結晶配向圧電セラミックスを駆動源を用いた圧電アクチュエータは、−３０〜１６０℃の温度範囲において、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する見かけの動的容量の変動幅は、（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±３５％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±３２％以下、さらに±３０％以下、さらに±２８％以下とすることが出来る。
また、−３０〜８０℃の温度範囲においては、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する見かけの動的容量の変動幅は（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±１１％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±９％以下、さらに±７％以下、さらに±５％以下、さらに±４％以下とすることが出来る。従って、定電荷駆動および定エネルギー駆動した場合に、端子電圧の温度依存性の小さなアクチュエータが得られる。
【００７７】
また、上記結晶配向圧電セラミックスを駆動源を用いた圧電アクチュエータは、−３０〜１６０℃の温度範囲において、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する、変位／見かけの動的容量の変動幅は、（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±３５％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±３０％以下、さらに±２５％以下にすることが出来る。
また、−３０〜８０℃の温度範囲においては、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する、変位／見かけの動的容量の変動幅は（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±１２％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±９％以下、さらに±７％以下とすることが出来る。従って、定電荷駆動における変位の温度依存性が小さなアクチュエータが得られる。
【００７８】
また、上記結晶配向圧電セラミックスを駆動源を用いた圧電アクチュエータは、−３０〜１６０℃の温度範囲において、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する、変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅は、（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±２０％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±１５％以下にすることが出来る。
また、−３０〜８０℃の温度範囲においては、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する、変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅は（最大値−最小値）／２を基準値とした場合、±１２％以下とすることが出来る。さらに組成およびプロセスを適正化すれば、±９％以下、さらに±７％以下とすることが出来る。従って、定エネルギー駆動における変位の温度依存性が小さなアクチュエータが得られる。
【００７９】
また、上記圧電アクチュエータは、その変位発生源の全てを上記結晶配向圧電セラミックスにて構成することもできるが、圧電アクチュエータの変位特性に影響がない範囲で、上記一般式（１）で表される圧電セラミックスと他の圧電セラミックスとを組合せて圧電アクチュエータを構成することもできる。例えば、積層アクチュエータの場合、圧電セラミックスのうち、その５０％以上の体積を上記一般式（１）で表される結晶配向圧電セラミックスで構成し、残りの５０％未満をチタン酸バリウム系圧電セラミックスなどで構成することができる。
【００８０】
次に、圧電セラミックスと正の温度特性を有する半導体素子を並列接続したアクチュエータについて記述する。
上記圧電セラミックスを用いて構成された圧電アクチュエータは−３０〜８０℃の温度範囲において、電界強度１００V／mm以上の一定の振幅を有する電界駆動条件下で発生する変位、見かけの動的容量、変位／見かけの動的容量、変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅が小さく温度特性の良好なアクチュエータを得ることが出来る。しかし、−３０〜１６０℃の温度範囲においては、変位の変動幅は小さいものの、見かけの動的容量が若干増加するおそれがある。
この原因を調べるため、圧電アクチュエータのリーク電流成分を除去して動的容量を測定したところ、動的容量は８０℃以上の温度領域においても増加しなかった。即ち、上記圧電セラミックスは、８０℃より高い温度領域においてリーク電流が大きく増加することがわかる。これは、比抵抗の値が温度２５℃の値に対しておよそ２桁程度低下するためである。温度２５℃の比抵抗は１０10Ω・ｍ以上の値を有していた。
【００８１】
このことから−３０〜１６０℃の温度領域における見かけの動的容量の変動幅を小さくするためには、およそ８０℃以下の温度領域では抵抗が小さく、およそ８０℃を超える高い温度領域では抵抗が大きくなるような正の抵抗温度係数を有する半導体素子をアクチュエータと並列に電気接続し、かつ、ＰＴＣ抵抗体の温度と圧電素子の温度とが略等しくなるように配置すればよいことがわかる。こうすれば８０℃以下はＰＴＣ抵抗体に電流が多く流れ、８０℃以上ではＰＴＣ抵抗体に電流がほとんど流れないため、アクチュエータの見かけの動的容量の変動幅を小さくすることができる。その結果、−３０〜１６０℃の広い温度範囲にわたって、定電荷駆動および定エネルギー駆動での端子電圧の温度依存性が小さく、かつ、変位の温度依存性が小さい圧電アクチュエータを得ることができる。
即ち、上記圧電アクチュエータは、正の抵抗温度係数を有するＰＴＣ抵抗体を有し、該ＰＴＣ抵抗体と負の抵抗温度係数を有する上記圧電セラミックスとは、電気的に並列に接続されていると共に、上記ＰＴＣ抵抗体と上記圧電セラミックスとの温度が略等しくなるような位置関係で配置されていることが好ましい（請求項１５）。
【００８２】
ここで、略等しくなる温度とは、上記圧電アクチュエータの駆動時における上記圧電セラミックス（圧電素子）とＰＴＣ抵抗体の温度差が４０℃以内、より好ましくは３０℃以内、より好ましくは２０℃以内、より好ましくは１０℃以内のことである。
また、配置する位置関係は、上記ＰＴＣ抵抗体と圧電セラミックスとが接触するように配置する場合、圧電アクチュエータのリード端子間にＰＴＣ抵抗体を設置する場合、圧電アクチュエータとは別個の部品である接続コネクタにＰＴＣ抵抗体を配置する場合などがある。
【００８３】
また、ＰＴＣ抵抗体の抵抗温度特性はおよそ８０℃を超える高温で急激に抵抗値が上昇するチタン酸バリウム系の半導体素子が望ましい。即ち、上記ＰＴＣ抵抗体は、チタン酸バリウム系半導体であり、温度８０℃以上の温度領域において、正の抵抗温度係数を有することが好ましい（請求項１６）。
この場合には、８０℃以上の温度におけるＰＴＣ半導体の絶縁性が、より高くなるので、アクチュエータとＰＴＣ素子の並列回路に流れるリーク電流を小さくすることができる。また、８０℃以上で急激に抵抗値が上昇するチタン酸バリウム系半導体は、そのキュリー温度の高温シフト添加物である鉛を含有しないため、アクチュエータとしても鉛を含有しないことになるため、さらに好ましい。
さらに、アクチュエータが気密パッケージ型であり、かつ、半導体素子を気密パッケージ内部に設置する場合は、アクチュエータに使用される絶縁樹脂等が長期間の使用において熱分解し、気密パッケージ内部の酸素を消費してしまう懸念があるため、低酸素濃度雰囲気でも抵抗値が低下しない耐還元性のチタン酸バリウム系の半導体素子が望ましい。
【００８４】
また、ＰＴＣ抵抗体の抵抗値が低いとアクチュエータに印加される電圧が低下してしまうため、ＰＴＣ抵抗体の抵抗値は、圧電アクチュエータの駆動時における圧電アクチュエータのインピーダンスよりも十分に大きいことが望ましい。
【００８５】
また、圧電アクチュエータの駆動に伴って、ＰＴＣ抵抗体は自己発熱してもしなくてもよい。自己発熱を伴う場合は、例えば、圧電素子に熱伝導され易い位置にＰＴＣ抵抗体を配置することで温度ヒータとして作用させ、アクチュエータの使用下限温度を上昇させることができる。つまり、作動温度範囲を狭めることで、実質的にアクチュエータの見かけの動的容量などの変動幅を小さくすることができる。特に、チタン酸バリウム系の半導体素子はそのキュリー温度で抵抗値が急上昇する定温度ヒータなので適当である。
一方、自己発熱を伴わない場合は、アクチュエータと半導体素子の並列回路に流れる電流が小さくなるため、回路のコストの上昇を抑制することができる。
【００８６】
また、上記圧電アクチュエータは、上記圧電セラミックスとして、複数の圧電セラミックスが積層されてなる積層型圧電セラミックスを有し、燃料噴射弁に用いられることが好ましい（請求項１７）。
この場合には、上記圧電アクチュエータの特性を最大限に発揮することができる。
【００８７】
次に、本発明の圧電アクチュエータの構成の一例について、図３６を用いて説明する。
同図に示すごとく、圧電アクチュエータ１は、例えば圧電セラミックスを有する圧電素子２と、圧電素子を保持する保持部材４と、圧電素子等を収納するハウジング部材３と、圧電素子の変位を伝達する伝達部材５とにより構成することができる。
圧電素子２としては、後述の図３８に示すごとく、例えば圧電セラミックス２１と内部電極２２，２３とを交互に複数積層してなる積層型の圧電素子等を用いることができる。
また、圧電素子としては、一枚の圧電セラミックスを２枚の内部電極で挟むことにより構成した単板の圧電素子を用いることもできる（図示略）。
また、圧電素子２の側面には一対に外部電極２５，２６が形成されており、圧電素子２において隣り合う二つの内部電極２２，２３は、互いに異なる外部電極２５，２６に電気的に接続される。
【００８８】
図３６に示すごとく、圧電アクチュエータ１においては、圧電素子２の積層方向の一方の端部にピストン等の伝達部材５が配置される。ハウジング３と伝達部材５との間には、皿バネ５５が配置され、圧電素子２にプリセット荷重がかかっている。伝達部材５は、圧電素子２の変位に伴って可動であり、その変位を外部に伝えることができる。また、ハウジング３には、動通孔３１，３２が設けられている。該動通孔３１，３２には、外部から電荷を供給するための端子（リード線）６１，６２が挿入されおり、グロメット３１，３２によりハウジング３内の気密性を保つ構造になっている。端子６１，６２は、圧電素子２に設けられた外部端子２５，２６と電気的に接続される。
また、図３６に示すごとく、ピストン部材５とハウジング３の間にはＯリング３５が配置されており、ハウジング３内の気密性を保つとともに、ピストン部材５を伸縮可動な構成にしてある。
【００８９】
上記圧電アクチュエータは、例えば燃料噴射弁などに用いることができる。また、上記圧電アクチュエータとしては、積層アクチュエータ、圧電トランス、超音波モータ、バイモルフ圧電素子、超音波ソナー、圧電超音波振動子、圧電ブザー、圧電スピーカ等がある。
【実施例】
【００９０】
（実施例１）
次に、本発明の実施例について説明する。
本例においては、圧電セラミックスを有する圧電素子を作製し、該圧電素子を用いて圧電アクチュエータを作製する。
本例においては、圧電アクチュエータのモデルとして、図３７に示すごとく、治具８を用いた圧電アクチュエータ１１を作製する。
【００９１】
即ち、本例の圧電アクチュエータ１１は、圧電セラミックスを駆動源とする積層型の圧電素子２を有し、該圧電素子２が治具８に固定されてなる。
治具８は、圧電素子２を収納するためのハウジング８１と、圧電素子２に連結され、圧電素子２の変位を伝達するるピストン（連結部材）８２とを有している。ピストン８２は、皿バネ８５を介してガイド８３に連結されている。ハウジング８１内には、台座部８１５が設けられており、圧電素子２は台座部８１５に配置される。台座部８１５に配置した圧電素子２は、ピストン８２のヘッド部８２１によって固定される。このとき、皿バネ８５から圧電素子２にプリセット荷重を加えることができる。また、ピストン８２のヘッド部８２１と反対側の端部（測定部８８）は、圧電素子２の変位に伴って動くことができる。
【００９２】
ここでプリセット荷重の印加方法について説明する。プリセット荷重は、ピストン８２と押し込みネジ８４の空隙に円柱状の押し棒（図示略）を挿入し、アムスラーにて正確な荷重をガイド８３に印加することによって得られる。次に、プリセット荷重を維持するために、荷重を印加した状態で、押し込みネジ８４とハウジング８１を固定する。その後、前記押し棒を取り除くものである。
なお、本例において、圧電アクチュエータのモデルを作製する理由は、圧電アクチュエータの変位の温度特性を評価するためである。その形状を長尺状にすることにより、圧電素子２を恒温槽の内部に設置し、かつ、測定部８８を恒温槽の外部（＝温度約２５℃）に設置することが可能となる。後述の温度特性の評価においては、図３７に示す圧電アクチュエータ１１において、点線よりも下の部分を恒温槽の内部に設置する。このとき、圧電アクチュエータにおいて、点線よりも上の部分への熱の移動を防止するため、圧電アクチュエータには、断熱材８６が設けられている。
かかる、圧電アクチュエータのモデルは図３６に示すところの圧電アクチュエータと機能上は等価である。
【００９３】
また、図３８に示すごとく、本例において、圧電素子２は、圧電セラミックス２１と内部電極板２２，２３とが交互に積層されてなる積層型の圧電素子からなる。また、圧電素子２の積層方向の両端部には、アルミナ板２４５が配置されている。
また、圧電素子２の側面には圧電素子を挟むように二つの外部電極２５，２６が形成されており、外部電極２５，２６はリード線６１，６２に接続されている。
また、内部電極板２２，２３と外部電極２５，２６とは、圧電素子２内において隣り合う二つの内部電極２２，２３がそれぞれ異なる電位の外部電極２５，２６に接続するように、電気的に接続されている。
なお、本例の圧電素子２においては、圧電セラミックス２１が合計４０枚積層されてなるが、図面作成の便宜のため、図３８においては積層数を省略した図を示してある。
【００９４】
次に、本例の圧電アクチュエータの製造方法につき、説明する。
まず、以下のようにして圧電素子を作製する。
（１）ＮａＮｂＯ3板状粉末の合成。
化学量論比でＢｉ2.5Ｎａ3.5Ｎｂ5Ｏ18組成となるようにＢｉ2Ｏ3粉末、Ｎａ2ＣＯ3粉末及びＮｂ2Ｏ5粉末を秤量し、これらを湿式混合した。次いで、この原料に対し、フラックスとしてＮａＣｌを５０ｗｔ％添加し、１時間乾式混合した。
【００９５】
次に、得られた混合物を白金るつぼに入れ、８５０℃×１ｈの条件下で加熱し、フラックスを完全に溶解させた後、さらに１１００℃×２ｈの条件下で加熱し、Ｂｉ2.5Ｎａ3.5Ｎｂ5Ｏ18の合成を行った。なお、昇温速度は、２００℃／ｈｒとし、降温は炉冷とした。冷却後、反応物から湯洗によりフラックスを取り除き、Ｂｉ2.5Ｎａ3.5Ｎｂ5Ｏ18粉末を得た。得られたＢｉ2.5Ｎａ3.5Ｎｂ5Ｏ18粉末は、｛００１｝面を発達面とする板状粉末であった。
【００９６】
次に、このＢｉ2.5Ｎａ3.5Ｎｂ5Ｏ18板状粉末に対し、ＮａＮｂＯ3合成に必要な量のＮａ2ＣＯ3粉末を加えて混合し、ＮａＣｌをフラックスとして、白金るつぼ中において、９５０℃×８時間の熱処理を行った。
【００９７】
得られた反応物には、ＮａＮｂＯ3粉末に加えてＢｉ2Ｏ3が含まれているので、反応物からフラックスを取り除いた後、これをＨＮＯ3（１Ｎ）中に入れ、余剰成分として生成したＢｉ2Ｏ3を溶解させた。さらに、この溶液を濾過してＮａＮｂＯ3粉末を分離し、８０℃のイオン交換水で洗浄した。得られたＮａＮｂＯ3粉末は、擬立方｛１００｝面を発達面とし、粒径が１０〜３０μｍであり、かつアスペクト比が１０〜２０程度の板状粉末であった。
【００９８】
{Ｌｉ0.07(Ｋ0.43Ｎａ0.57)0.93}{Ｎｂ0.84Ｔａ0.09Ｓｂ0.07}Ｏ3組成を有する結晶配向セラミックスの作製。
純度９９．９９％以上のＮａ2ＣＯ3粉末、Ｋ2ＣＯ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、Ｎｂ2Ｏ5粉末、Ｔａ2Ｏ5粉末、Ｓｂ2Ｏ5粉末を{Ｌｉ0.07(Ｋ0.43Ｎａ0.57)0.93}{Ｎｂ0.84Ｔａ0.09Ｓｂ0.07}Ｏ3の化学量論組成１ｍｏｌから、ＮａＮｂＯ3を０．０５ｍｏｌ差し引いた組成となるように秤量し、有機溶剤を媒体としてＺｒボールで２０時間の湿式混合を行った。その後、７５０℃で５Ｈｒ仮焼し、さらに有機溶剤を媒体としてＺｒボールで２０時間の湿式粉砕を行うことで平均粒径が約０．５μmの仮焼物粉体を得た。
【００９９】
この仮焼物粉体と前記板状のＮａＮｂＯ3とを{Ｌｉ0.07(Ｋ0.43Ｎａ0.57)0.93}{Ｎｂ0.84Ｔａ0.09Ｓｂ0.07}Ｏ3組成になるように、仮焼物粉体：ＮａＮｂＯ3＝０．９５ｍｏｌ：０．０５ｍｏｌの比率に秤量し、有機溶剤を媒体にして、Ｚｒボールで２０時間の湿式混合を行うことで粉砕スラリーを得た。その後、スラリーに対してバインダ（ポリビニルブチラール）及び可塑剤（フタル酸ブチル）を加えた後、さらに２時間混合した。
【０１００】
次に、テープ成形装置を用いて、混合したスラリーを厚さ約１００μｍのテープ状に成形した。さらに、このテープを積層、圧着及び圧延することにより、厚さ１．５ｍｍの板状成形体を得た。次いで、得られた板状成形体を、大気中において、加熱温度：６００℃、加熱時間：５時間、昇温速度：５０℃／ｈr、冷却速度：炉冷の条件下で脱脂を行った。さらに、脱脂後の板状成形体に圧力：３００ＭＰａでＣＩＰ処理を施した後、酸素中、１１１０℃で５時間焼結を行った。このようにして、圧電セラミックス（結晶配向圧電セラミックス）を作製した。
【０１０１】
得られた圧電セラミックスについて、焼結体密度、及びテープ面と平行な面についてのロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度Ｆ（１００）を上記の数１の式を用いて算出した。
【０１０２】
さらに、得られた圧電セラミックスから研削、研磨、加工により、図３９に示すごとく、その上下面がテープ面に対して平行である厚さ０．４８５ｍｍ、直径１１ｍｍの円盤状試料の圧電セラミックス２１を作製し、その上下面にＡｕ焼付電極ペースト（住友金属鉱山（株）製  ＡＬＰ３０５７）を印刷・乾燥したのち、メッシュベルト炉を用い８５０℃×１０ｍｉｎの焼付を行い、圧電セラミックス２１に厚さ０．０１ｍｍの電極２０を形成した。さらに、印刷により不可避に形成された電極外周部の数マイクロメートルの盛り上り部を除去する目的で、得られた円板状試料を円筒研削により直径８．５ｍｍに加工した。その後、上下方向に分極処理を施して、圧電セラミックス２１に全面電極２１０が形成された圧電素子（単板）２０を得た。
得られた圧電素子２０から圧電特性である圧電歪み定数（ｄ31）、電気機械結合係数（ｋｐ）、機械的品質係数（Ｑｍ）、及び誘電特性である比誘電率（ε33t／ε0）、誘電損失（ｔａｎδ）を、温度２５℃において共振反共振法により測定した。
また、同様に、第１の結晶相転移温度（キュリー温度）と第２の結晶相転移温度を、比誘電率の温度特性を測定することにより求めた。なお、第２の結晶相転移温度が０℃以下の場合には、第２の結晶相転移温度より高温側の比誘電率の変動幅が非常に小さくなるため、比誘電率のピーク位置を特定が確認できない場合は、比誘電率が屈曲する温度を第２の結晶相転移温度とした。
【０１０３】
次に、上記にて得られた圧電素子を用いて積層型の圧電素子を作製し、該圧電素子を用いて圧電アクチュエータを構成し、その評価を行った
図４０に示すごとく、まず上記のようにして得られた圧電素子２０と、後述の外部電極に接続するための突起を有する厚み０．０２ｍｍ、直径８．４ｍｍのＳＵＳ製の内部電極板２２（２３）とを交互に積層した。このとき、内部電極板２２（２３）の突起が積層方向に交互に異なる方向に配置し、かつ、一層おきには同じ方向に揃うように内部電極板２２（２３）を配置した。このようにして、合計４０枚の圧電セラミックス２１と、合計４１枚の内部電極板２２（２３）とを交互に積層し、さらにその積層体の上下面に厚み２ｍｍ、直径８．５ｍｍのアルミナ板（絶縁板）を積層して、図３８に示すごとく、積層型の圧電素子２を作製した。
【０１０４】
その後、短冊状のＳＵＳ製の外部電極２５，２６を、圧電素子が電気的に並列接続となるように上記内部電極板２２，２３の突起に溶接し、さらに、リード端子６１，６２を準備し、外部電極２５，２６とリード端子６１，６２とを電気的に接続した。
また、内部電極板２２，２３の突起と、反対極性の内部電極板２２，２３及び反対極性の圧電素子のＡｕ電極間との絶縁を確保するために、積層体側面の同一極電極板の突起間に櫛歯状の樹脂製絶縁部材（図示略）を挿入配置し、その上からシリコーングリースを塗布し、さらに積層体を絶縁チューブからなる保持部材４で被覆して積層型の圧電素子２とした。
その後、積層型の圧電素子２のＡｕ電極と電極板の密着性を向上させる目的で、温度２５℃で積層方向に１５０ＭＰａの圧縮応力を３０秒間印加した（加圧エージング）。さらに、温度２５℃で積層方向に３０ＭＰａの圧縮応力を印加した状態で、電界強度０−１５００Ｖ／ｍｍの振幅のｓｉｎ波を周波数４０Ｈｚで３０分間印加した（電圧エージング）。その後、図３７に示すごとく、積層型の圧電素子２を、治具８に固定し、圧電素子２の積層方向に、バネ定数２．９Ｎ／μｍの皿バネ８５をプリセット荷重１６．４ＭＰａで圧接した。このようにして、図３７に示すごとく圧電アクチュエータ１１を作製した。
【０１０５】
次いで、得られた圧電アクチュエータについて、印加電圧：４８５、７２８、９７０Ｖ（電界強度が０−１０００Ｖ／ｍｍ、０−１５００Ｖ／ｍｍ、０−２０００Ｖ／ｍｍ）の一定振幅の台形波駆動を行い、変位と見かけの動的容量の温度特性を−４０〜１６０℃の温度範囲で測定した。
変位の測定は、周波数０．５Ｈｚならびに１０Ｈｚ、電圧立上げ時間は１５０μs、電圧立ち下げ時間は１５０μｓ、デューティー比は５０：５０の台形波駆動条件下で観測される変位を静電容量式の変位センサで測定した。
【０１０６】
見かけの動的容量の測定は、圧電アクチュエータと直列に８７８μＦのコンデンサを常に温度２５℃になるような状態で接続し、印加電圧：４８５、７２８、９７０Ｖ、周波数：０．０５Ｈｚ、電圧立上げ時間：１ｍｓ、電圧立ち下げ時間：１ｍｓ、電圧ＯＮ時間：１０ｓ、電圧ＯＦＦ時間：１０ｓ、の定電圧の台形波駆動条件下で観測されるコンデンサの端子電圧を測定し、下記の式１１より計算により求めた。
見かけの動的容量＝｛（Ｖ（ＯＮ）−Ｖ（ＯＦＦ））×８７８μＦ｝／｛印加電圧−（Ｖ（ＯＮ）−Ｖ（ＯＦＦ））｝
・・・ （１１）
（ここで、見かけの動的静電容量[Ｆ]、印加電圧[Ｖ]、Ｖ（ＯＮ）：電圧ＯＮから１０ｓ後のコンデンサ端子電圧[Ｖ]、Ｖ（０ＦＦ）：電圧ＯＦＦから１０ｓ後のコンデンサ端子電圧[Ｖ]）
つまり、コンデンサの端子電圧をもとにコンデンサの蓄積電荷（＝アクチュエータの蓄積電荷＋リークした電荷）をもとめ、それをアクチュエータの印加電圧で除して、アクチュエータの見かけの動的容量とした。ここで、コンデンサと直列接続することによるアクチュエータに印加される電圧は低下するが、最大低下幅は０．３Ｖと小さな値であったため、印加電圧とアクチュエータに印加される電圧は同一と判断した。
また、測定した値から、−３０〜８０℃の温度範囲における変動幅ならびに−３０〜１６０℃の温度範囲における変動幅を求めた。ここで、変動幅とは（最大値−最小値）／２を基準値とした値とした。
【０１０７】
本実施例で得られた結晶配向セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、擬立方｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向しており、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度は、８８．５％に達した。さらに、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は８６．５ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは４８．８％、機械的品質係数Ｑｍは１８．２、比誘電率ε33t／ε0は１０４２、誘電損失ｔａｎδは６．４％であった。また、比誘電率の温度特性より求めた第１の結晶相転移温度（キュリー温度）は２８２℃、第２の結晶相転移温度は−３０℃であった。
【０１０８】
次に、本例で得られた圧電アクチュエータの特性について記載する。
測定した見かけの動的容量及び周波数０．５Ｈｚの変位、並びに計算で求めた、変位／見かけの動的容量、変位／(見かけの動的容量)0.5、動的歪量Ｄ３３を表１、図１、図２、図３に示す。
また、見かけの動的容量、周波数０．５Ｈｚの変位、変位／見かけの動的容量、変位／(見かけの動的容量)0.5の−３０〜８０℃の温度範囲における変動幅ならびに−３０〜１６０℃の温度範囲における変動幅をそれぞれ表１２、表１３、表１４、表１５に示す。
【０１０９】
表１、図１、図２、図３、表１１、表１２、表１３、表１４より知られるごとく、本例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜８０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、Ｄ３３＝３０３ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±３．８％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±３．２％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が
１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±６．９％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±５．３％であった。
【０１１０】
次に、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、Ｄ３３＝３０３ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±７．７％であった。
・動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±２８．９％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±２７．８％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１３．８％であった。
【０１１１】
（実施例２）
脱脂後の板状成形体の焼成温度を１１０５℃とした以外は、実施例１と同一の手順に従い、{Ｌｉ0.07(Ｋ0.45Ｎａ0.55)0.93}{Ｎｂ0.82Ｔａ0.10Ｓｂ0.08}Ｏ3組成を有する結晶配向セラミックスを作製した。得られた結晶配向セラミックスについて、実施例１と同一の条件下で、焼結体密度、平均配向度及び圧電特性を評価した。また、実施例１と同一の手順で、圧電素子４０枚の積層アクチュエータを作製し、アクチュエータ特性を評価した。
【０１１２】
本実施例で得られた結晶配向セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、擬立方｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向しており、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度は、９４．６％に達した。さらに、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は８８．１ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは４８．９％、機械的品質係数Ｑｍは１６．６、比誘電率ε33t／ε0は１０７１、誘電損失ｔａｎδは４．７％であった。また、比誘電率の温度特性より求めた第１の結晶相転移温度（キュリー温度）は２５６℃、第２の結晶相転移温度は−３５℃であった。
【０１１３】
本実施例の圧電アクチュエータの特性を、表２、図４、図５、図６、表１１、表１２、表１３、表１４に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜８０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が２０℃の場合であり、Ｄ３３＝３５５ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±８．０％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±６．３％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が
１５００Ｖ／ｍｍならびに１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±７．８％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±６．７％であった。
【０１１４】
次に、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が２０℃の場合であり、Ｄ３３＝３５５ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１３．８％であった。
・動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±３１．４％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±２６．８％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１３．３％であった。
【０１１５】
（実施例３）
脱脂後の板状成形体の焼成温度を１１０５℃とした以外は、実施例１と同一の手順に従い、{Ｌｉ0.065(Ｋ0.45Ｎａ0.55)0.935}{Ｎｂ0.83Ｔａ0.09Ｓｂ0.08}Ｏ3組成を有する結晶配向セラミックスを作製した。得られた結晶配向セラミックスについて、実施例１と同一の条件下で、焼結体密度、平均配向度及び圧電特性を評価した。また、実施例１と同一の手順で、圧電素子４０枚の積層アクチュエータを作製し、アクチュエータ特性を評価した。
【０１１６】
本実施例で得られた結晶配向セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、擬立方｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向しており、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度は、９３．９％に達した。さらに、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は９５．２ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは５０．４％、機械的品質係数Ｑｍは１５．９、比誘電率ε33t／ε0は１１５５、誘電損失ｔａｎδは５．２％であった。また、比誘電率の温度特性より求めた第１の結晶相転移温度（キュリー温度）は２６１℃、第２の結晶相転移温度は−１２℃であった。
【０１１７】
本実施例の圧電アクチュエータの特性を、表３、図７、図８、図９、表１１、表１２、表１３、表１４に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜８０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が８０℃の場合であり、Ｄ３３＝３４７ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±５．６％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±５．２％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が
１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±８．６％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±６．９％であった。
【０１１８】
次に、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が８０℃の場合であり、Ｄ３３＝３４７ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１１．５％であった。
・動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±３４．６％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±２７．１％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１０．９％であった。
【０１１９】
（実施例４）
本例においては、実施例１と同一組成の結晶配向圧電セラミックスを、実施例１とは異なる手順で作製し、該結晶配向圧電セラミックスを用いて圧電アクチュエータを作製した。
即ち、まず実施例１で作製したＮａＮｂＯ3板状粉末、並びに、非板状のＮａＮｂＯ3粉末、ＫＮｂＯ3粉末、ＫＴａＯ3粉末、ＬｉＳｂＯ3粉末及びＮａＳｂＯ3粉末を、{Ｌｉ0.07(Ｋ0.43Ｎａ0.57)0.93}{Ｎｂ0.84Ｔａ0.09Ｓｂ0.07}Ｏ3組成となるように秤量し、有機溶剤を溶媒として２０時間の湿式混合を行った。
【０１２０】
スラリーに対してバインダ（ポリビニルブチラール）及び可塑剤（フタル酸ジブチル）を加えた後、さらに２時間混合した。
【０１２１】
なお、ＮａＮｂＯ3板状粉末の配合量は、出発原料から合成される第１のＫＮＮ系固溶体（ＡＢＯ3）のＡサイト元素の５ａｔ％がＮａＮｂＯ3板状粉末から供給される量とした。また、非板状のＮａＮｂＯ3粉末、ＫＮｂＯ3粉末、ＫＴａＯ3粉末、ＬｉＳｂＯ3粉末及びＮａＳｂＯ3粉末は、純度９９．９％のＫ2ＣＯ3粉末、Ｎａ2ＣＯ3粉末、Ｎｂ2Ｏ5粉末、Ｔａ2Ｏ5粉末及び／又はＳｂ2Ｏ5粉末を所定量含む混合物を７５０℃で５時間加熱し、反応物をボールミル粉砕する固相法により作製した。
【０１２２】
次に、テープ成形装置を用いて、混合したスラリーを厚さ約１００μｍのテープ状に成形した。さらに、このテープを積層、圧着及び圧延することにより、厚さ１．５ｍｍの板状成形体を得た。次いで、得られた板状成形体を、大気中において、加熱温度：６００℃、加熱時間：５時間、昇温速度：５０℃／ｈr、冷却速度：炉冷の条件下で脱脂を行った。さらに、脱脂後の板状成形体に圧力：３００ＭＰａでＣＩＰ処理を施した後、酸素中において、焼成温度：１１３０℃、加熱時間：５時間、昇・降温速度：２００℃／ｈｒの条件下で、加熱時間中に３５ｋｇ／ｃｍ２（３．４２ＭＰａ）の圧力を印加するホットプレス焼結を行った。このようにして圧電セラミックス（結晶配向圧電セラミックス）を作製した。
【０１２３】
本実施例で得られた結晶配向セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、擬立方｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向しており、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度は、９６％に達した。さらに、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は９６．５ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは５１．９％、機械的品質係数Ｑｍは１５．２、比誘電率ε33t／ε0は１０７９、誘電損失tanδは４．７％であった。また、比誘電率の温度特性より求めた第１の結晶相転移温度（キュリー温度）は２７９℃、第２の結晶相転移温度は−２８℃であった。
【０１２４】
本実施例の圧電アクチュエータの特性を、表４、図１０、図１１、図１２、表１１、表１２、表１３、表１４に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜８０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が５０℃の場合であり、Ｄ３３＝４２７ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±７．２％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±６．１％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が
１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±８．０％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±６．７％であった。
【０１２５】
次に、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が５０℃の場合であり、Ｄ３３＝４２７ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±９．４％であった。
・動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±２８．４％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±３２．４％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１９．５％であった。
【０１２６】
（実施例５）
本実施例においては、実施例３の組成物である、{Ｌｉ0.065(Ｋ0.45Ｎａ0.55)0.935}{Ｎｂ0.83Ｔａ0.09Ｓｂ0.08}Ｏ3１ｍｏｌに対してＭｎを０．０００５ｍｏｌを外添加した組成を有する圧電セラミックス（結晶配向圧電セラミックス）を作製し、該圧電セラミックスを用いて圧電アクチュエータを作製した。
まず、純度９９．９９％以上のＮａ2ＣＯ3粉末、Ｋ2ＣＯ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、Ｎｂ2Ｏ5粉末、Ｔａ2Ｏ5粉末、Ｓｂ2Ｏ5粉末、およびＭｎＯ2粉末を、{Ｌｉ0.07(Ｋ0.43Ｎａ0.57)0.93}{Ｎｂ0.84Ｔａ0.09Ｓｂ0.07}Ｏ3１ｍｏｌ＋Ｍｎ０．０００５ｍｏｌの組成から、ＮａＮｂＯ3を０．０５ｍｏｌ差し引いた組成を秤量し、有機溶剤を媒体としてＺｒボールで２０時間の湿式混合を行った。その後、７５０℃で５Ｈｒ仮焼し、さらに有機溶剤を媒体としてＺｒボールで２０時間の湿式粉砕を行うことで平均粒径が約０．５μmの仮焼物粉体を得た。
【０１２７】
以降の手順は、脱脂後の板状成形体の焼成温度を１１０５℃とした以外は、実施例１と同一の手順に従い、{Ｌｉ0.065(Ｋ0.45Ｎａ0.55)0.935}{Ｎｂ0.83Ｔａ0.09Ｓｂ0.08}Ｏ3１ｍｏｌ＋Ｍｎ０．０００５ｍｏｌ組成を有する結晶配向セラミックスを作製した。
得られた結晶配向セラミックスについて、実施例１と同一の条件下で、焼結体密度、平均配向度及び圧電特性を評価した。また、実施例１と同一の手順で、圧電素子４０枚の積層アクチュエータを作製しアクチュエータ特性を評価した。また、電界強度の振幅が２Ｖ／ｍｍ（±１Ｖ）、ｓｉｎ波、周波数１ｋＨｚの条件でアクチュエータの静電容量を評価した。
【０１２８】
本実施例で得られた結晶配向セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、擬立方｛１００｝面は、テープ面に対して平行に配向しており、ロットゲーリング法による擬立方｛１００｝面の平均配向度は、８９．６％に達した。さらに、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は９９．１ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは５２．０％、機械的品質係数Ｑｍは２０．３、比誘電率ε33t／ε0は１１５９、誘電損失ｔａｎδは２．７％であった。これにより、Ｍｎを添加は、Ｑｍの上昇と、ｔａｎδの低下に効果があることがわかった。
また、比誘電率の温度特性より求めた第１の結晶相転移温度（キュリー温度）は２６３℃、第２の結晶相転移温度は−１５℃であった。
【０１２９】
本実施例の圧電アクチュエータの特性を、表５、図１３、図１４、図１５、表１１、表１２、表１３、表１４に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜８０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が５０℃、ならびに８０℃の場合であり、Ｄ３３＝３５５ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１０．４％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±４．９％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１０．７％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±７．２％であった。
【０１３０】
また、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍで温度が５０℃、ならびに８０℃の場合であり、Ｄ３３＝３５５ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１１．８％であった。
・動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±２６．９％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±２１．３％であった。
・変位／（見かけの動的容量）0.5の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１０００Ｖ／ｍｍの場合であり、変動幅は±１２．４％であった。
この結果により、Ｍｎ添加は−３０〜１６０℃の温度範囲における見かけの動的容量の変動幅を小さくする効果があることがわかった。
【０１３１】
また、本例の圧電アクチュエータの静電容量について、説明する。
本例の圧電アクチュエータの静電容量は−３０〜１６０℃の範囲において、見かけの動的容量よりも小さな値となった。また、−３０〜８０℃の範囲における変動幅は±４．８％であり、電界強度１０００Ｖ／ｍｍにおける、見かけの動的容量の変動幅とほぼ同じであった。一方、−３０〜１６０℃の範囲における変動幅は±５．２％であり、見かけの動的容量の変動幅よりも非常に小さな値となった。この動的容量と静電容量の違いは電界強度の違いが支配的と考えられる。
【０１３２】
従って、変動幅の差異の原因は、８０℃以上の高温の温度領域において、電界強度１０００Ｖ／ｍｍ以上ではリーク電流が増加することにより見かけの動的容量が増加するが、その一方で電界強度２Ｖ／ｍｍではリーク電流がほとんどなく静電容量が増加しないからと考えられる。
【０１３３】
以上のことから、本例の圧電アクチュエータは、駆動電界強度を１０００Ｖ／ｍｍより小さくすることにより、−３０〜１６０℃の広い温度範囲において、見かけの動的容量の変動幅が低減できることがわかった。その達成可能レベルは静電容量の温度特性と同程度までと考えられる。
【０１３４】
（比較例１）
本比較例は、自動車用燃料噴射弁用の積層アクチュエータに適した、ソフト系とハード系の中間的な特性（セミハード）の正方晶のＰＺＴ材料を用いた積層アクチュエータの例である。ここで、ソフト系とはＱｍが１００以下の材料のことであり、ハード系とはＱｍが１０００以上の材料のことである。燃料噴射弁用の積層アクチュエータは、定電圧制御あるいは定エネルギー制御あるいは定電荷制御で使用されるものであり、台形波駆動により弁を開閉させることで燃料の噴霧を制御するものである。アクチュエータ特性には、変位性能が高いことと、各制御方式における変位の温度特性が小さいことが要求される。
【０１３５】
ＰｂＯ粉末、ＺｒＯ2粉末、ＴｉＯ2粉末、ＳｒＣＯ3粉末、Ｙ2０3粉末、Ｎｂ2Ｏ5粉末、Ｍｎ2Ｏ３粉末を、（Ｐｂ0.92Ｓｒ0.09）｛（Ｚｒ0.543Ｔｉ0.457）0.985（Ｙ0.5Ｎｂ0.5）0.01Ｍｎ0.005｝Ｏ3組成となるように秤量し、水を媒体としてＺｒボールで湿式混合を行った。その後、７９０℃で７Ｈｒ仮焼し、さらに、有機溶剤を媒体としてＺｒボールで湿式粉砕を行うことで平均粒径が約０．７μmの仮焼物粉体のスラリーを得た。
【０１３６】
このスラリーに対してバインダ（ポリビニルブチラール）及び可塑剤（フタル酸ブチルベンジル）を加えたあとＺｒボールで２０時間混合した。
【０１３７】
次に、テープ成形装置を用いて、混合したスラリーを厚さ約１００μｍのテープ状に成形した。さらに、このテープを積層、熱圧着ことにより、厚さ１．２ｍｍの板状成形体を得た。次いで、得られた板状成形体を、大気中において脱脂を行った。さらに、脱脂後の板状成形体をアルミナこう鉢中のＭｇＯ板上に配置して大気中、１１７０℃で２時間焼結を行った。
以降の手順は、電極材料としてＡｇペーストを用いて、焼付を行ったこと以外は実施例１と同じである。
【０１３８】
本比較例の圧電セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は１５８．０ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは６０．２％、機械的品質係数Ｑｍは５４０、比誘電率ε33t／ε0は１７０１、誘電損失tanδは０．２％であった。
【０１３９】
本比較例のアクチュエータ特性を、表６、図１６、図１７、図１８、表１５、表１６、表１７、表１８に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本比較例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜７０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍ、および１５００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、５５３ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、±５．６％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１４．５％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１０．５％であった。
【０１４０】
また、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍ、および１５００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、５５３ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１１．１％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３３．５％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±２３．７％であった。
【０１４１】
（比較例２）
本比較例２は、環境温度変化が小さい半導体製造装置などの位置決め用の積層アクチュエータに適した、ソフト系の菱面体晶のＰＺＴ材料を用いた積層アクチュエータの例である。位置決め用の積層アクチュエータは、環境温度変化が小さい場所で使用されることから、高い変位性能が要求されるが、温度特性に優れる必要はない。
【０１４２】
ＰｂＯ粉末、ＺｒＯ2粉末、ＴｉＯ2粉末、ＳｒＣＯ3粉末、Ｙ2０3粉末、Ｎｂ2Ｏ5粉末を、(Ｐｂ0.895Ｓｒ0.115){(Ｚｒ0.57Ｔｉ0.43)0.978(Ｙ0.5Ｎｂ0.5)0.01Ｎｂ0.012}Ｏ3組成となるように秤量し、水を媒体としてのＺｒボールで湿式混合を２０時間行った。その後、８７５℃で５Ｈｒ仮焼し、さらに、水を媒体としてＺｒボールで湿式粉砕を行った。
このスラリーに対して、バインダ（ポリビニルアルコール）を仮焼粉体に対して１ｗｔ％となるように添加した後、スプレードライヤで乾燥、造粒した。
【０１４３】
次に、金型を用いた乾式プレス成形でφ１５、厚さ２ｍｍの成形体を得た。次いで、得られた円板状成形体を、大気中において脱脂を行った。さらに、脱脂後の板状成形体に圧力：２００ＭＰａでＣＩＰ処理を施した後、アルミナこう鉢中のＭｇＯ板上に配置して大気中、１２６０℃で２時間焼結を行った。
以降の手順は、比較例１と同じである。
【０１４４】
本比較例の圧電セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は２１２．７ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは６７．３％、機械的品質係数Ｑｍは４７．５、比誘電率ε33t／ε0は１９４３、誘電損失tanδは２．１％であった。
【０１４５】
本比較例のアクチュエータ特性を、表７、図１９、図２０、図２１、表１５、表１６、表１７、表１８に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜７０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、４８２ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±２３．７％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３７．９％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１５．５％であった。
【０１４６】
また、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、４８２ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３８．５％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±６３．５％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍ、および１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３３．１％であった。
【０１４７】
（比較例３）
本比較例３は自動車用のノックセンサに適した、ソフト系の正方晶のＰＺＴ材料を用いた積層アクチュエータの例である。ノックセンサは、ガソリンエンジンのノッキングを圧電セラミックスの圧電効果を利用して電圧に変換して検知するものであり、アクチュエータとしての機能は有さない。
【０１４８】
ＰｂＯ粉末、ＺｒＯ2粉末、ＴｉＯ2粉末、ＳｒＴｉＯ3粉末、Ｓｂ2０3粉末を、(Ｐｂ0.95Ｓｒ0.05){(Ｚｒ0.53Ｔｉ0.47)0.978Ｓｂ0.022}Ｏ3組成となるように秤量し、水を媒体としてのＺｒボールで湿式混合を２０時間行った。その後、８２５℃で５Ｈｒ仮焼し、さらに、水を媒体としてＺｒボールで湿式粉砕を行った。
以降の手順は、焼結温度を１２３０℃としたこと以外は、比較例２と同一である。
【０１４９】
本比較例の圧電セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は２０３．４ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは６２．０％、機械的品質係数Ｑｍは５５．８、比誘電率ε33t／ε0は２３０８、誘電損失tanδは１．４％であった。
【０１５０】
本比較例のアクチュエータ特性を、表８、図２２、図２３、図２４、表１５、表１６、表１７、表１８に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本比較例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜７０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、６６３ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１０．４％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１７．９％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１０．２％であった。
【０１５１】
また、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、６６３ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１４．８％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３２．３％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が  １５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１８．４％であった。
【０１５２】
（比較例４）
比較例４は、高出力の超音波モータに適した、セミハード系の正方晶のＰＺＴ材料を用いた積層アクチュエータの例である。超音波モータはステータに貼り付けた圧電セラミックスリングを数１０ｋＨｚで共振駆動させ、ステータに圧接されたロータを回転させるものである。アクチュエータ特性には、比較的高い変位性能と変位の温度特性に優れることが要求される。
【０１５３】
ＰｂＯ粉末、ＺｒＯ2粉末、ＴｉＯ2粉末、ＳｒＣＯ3粉末、Ｓｂ2Ｏ3粉末、ＭｎＣＯ3粉末を、(Ｐｂ0.965Ｓｒ0.05){(Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5）0.96Ｓｂ0.03Ｍｎ0.01｝Ｏ3組成となるように秤量し、水を媒体としてのＺｒボールで湿式混合を行った。その後、８７５℃で５Ｈｒ仮焼し、さらに、水を媒体としてのＺｒボールで湿式粉砕を行った。
以降の手順は、焼結温度を１２３０℃としたこと以外は、比較例２と同一である。
【０１５４】
本比較例の圧電セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は１３６．９ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは５７．９％、機械的品質係数Ｑｍは８５０、比誘電率ε33t／ε0は１５４５、誘電損失tanδは０．２％であった。
【０１５５】
本比較例のアクチュエータ特性を、表９、図２５、図２６、図２７、表１５、表１６、表１７、表１８に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本比較例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜７０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、４０９ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、±６．０％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１５．８％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が
１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１１．５％であった。
【０１５６】
また、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍで温度が−３０℃の場合であり、４０９ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１５．２％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３６．７％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±２２．７％であった。
【０１５７】
（比較例５）
比較例５は高感度の角速度センサに適した、ハード系の正方晶のＰＺＴ材料を用いた積層アクチュエータである。角速度センサは、圧電セラミックス音叉を数ｋＨｚで共振駆動させるアクチュエータ機能と、角速度を検知するセンサ機能の両方を有するものである。アクチュエータ特性には、変位性能は低くてもよいが、変位の温度特性が小さいことが要求される。
【０１５８】
ＰｂＯ粉末、ＺｒＯ2粉末、ＴｉＯ2粉末、ＺｎＯ粉末、ＭｎＣＯ3粉末、Ｎｂ2Ｏ5粉末を、Ｐｂ{(Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5)0.98(Ｚｎ0.33Ｎｂ0.67）0.01Ｍｎ0.01｝Ｏ3組成となるように秤量し、水を媒体としてＺｒボールで湿式混合を行った。その後、８００℃で５Ｈｒ仮焼し、さらに、水を媒体としてＺｒボールで湿式粉砕を行った。
以降の手順は、焼結温度を１２００℃としたこと以外は、比較例２と同一である。
【０１５９】
本比較例の圧電セラミックスの相対密度は、９５％以上であった。また、温度２５℃における圧電特性を評価した結果、圧電ｄ31定数は１０３．６ｐｍ／Ｖ、電気機械結合係数ｋｐは５４．１％、機械的品質係数Ｑｍは１２３０、比誘電率ε33t／ε0は１０６１、誘電損失tanδは０．２％であった。
【０１６０】
本比較例のアクチュエータ特性を、表１０、図２８、図２９、図３０、表１５、表１６、表１７、表１８に示す。
これらの表及び図より知られるごとく、本比較例の圧電アクチュエータにおいては、−３０〜７０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍで温度が２０℃の場合であり、２９５ｐｍ／Ｖであった。この動的歪量Ｄ３３の最小値は、実施例１の３０３ｐｍ／Ｖよりも小さいものであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が２０００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３．２％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１４．３％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１３．９％であった。
【０１６１】
また、−３０〜１６０℃の温度範囲における動的歪量Ｄ３３の最小値と前記特性の変動幅について次のことがわかった。
・動的歪量Ｄ３３の最小値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍで温度が２０℃の場合であり、２９５ｐｍ／Ｖであった。
・変位の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±１１．１％であった。
・見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±３２．４％であった。
・変位／見かけの動的容量の変動幅の最大値は、駆動電界振幅が１５００Ｖ／ｍｍの場合であり、±２４．５％であった。
【０１６２】
（実施例６）リーク電流と容量の分離
本例においては、実施例１〜５において示したごとく、見かけの動的容量が８０℃以上で上昇する原因が、実施例５のようにリーク電流の増加によるものかどうかを検討するために、実施例１、実施例４および比較例１で作製した圧電セラミックス（単板）を用いて動的容量の温度特性を評価した。
【０１６３】
ここで、動的容量の測定は、電界強度２０００Ｖ／ｍｍ（０−９７０Ｖ）の高電圧を、周波数１Ｈｚの三角波で印加し駆動した場合において、下記の式Ａ９により、分極量−電圧ヒステリシスループから分極量を測定し、これをもとに高電界下における駆動における注入電荷量を動的容量として算出した。
動的容量Ｃ＝  Ｑ／Ｖ    ・・・・・    Ａ９
ここで、Ｖ：印加電圧（＝９７０Ｖ）、Ｑ：最大電荷［Ｃ］である。
実施例１、実施例４で作製した単板は８０℃以上の温度領域において、電圧を繰返し印加したときに、リーク電流により、分極量のゼロ点がドリフトする現象が起きた。従って、ヒステリシスループを評価するために、１０回繰返しの電圧印加で観測された電圧−分極量特性を、電圧＝ゼロの時に、分極量＝ゼロになるように補正して、かつ、線形抵抗が並列についているモデルでリーク電流を除去して、ヒステリシスループを得た。このヒステリシスループから求められる動的容量は、見かけの動的容量とは異なり、リーク電流を除いた、誘電成分と分極反転成分と分極回転成分に由来する充電電荷を、印加電圧で除したものである。このヒステリシスループを１０回繰り返し、最大電荷量の平均値を分極量とした。
【０１６４】
一方、比較例１で作製した単板は電圧を繰返し印加しても、分極量のゼロ点がドリフトする現象はなかった。ヒステリシスループの評価は前記と同様に１０回繰返しの電圧印加で観測された最大電荷量の平均値を分極量とした。
また、このようにして求めた単板の動的容量にアクチュエータの素子枚数である４０を乗じて、実施例１、実施例４、比較例１で作製したアクチュエータの見かけの動的容量と比較した結果をそれぞれ図３１、図３２，図３３に示す。
【０１６５】
図３１、図３２，図３３から知られるごとく、比較例１の（アクチュエータの見かけの動的容量）と（単板の動的容量×４０）の値はほぼ一致しているが、実施例１、４においては（アクチュエータの見かけの動的容量）と（単板の動的容量×４０）の値は、大きく異なった。（アクチュエータの見かけの動的容量）は８０℃以上の高温領域において、上昇するが、（単板の動的容量×４０）の値はほぼ一定であった。−３０〜１６０℃の温度範囲における（単板の動的容量×４０）の変動幅は、実施例１では±７．６％、実施例４では±２．２％であった。
【０１６６】
以上のことから、本発明の圧電アクチュエータは、およそ８０℃以上の高温におけるリーク電流を低減するか、逆に８０℃以下でのリーク電流を増加させれば、−３０〜１６０℃の広い温度範囲において、駆動電界強度２０００Ｖ／ｍｍの高電界駆動でも、見かけの動的容量の変動幅が低減できることがわかった。その達成可能レベルは単板の動的容量の温度特性と同程度までと考えられる。
【０１６７】
（実施例７）動的歪量の下限値の規定
実施例５において示したように、駆動電界強度を１０００Ｖ／ｍｍよりも小さくすることにより、−３０〜１６０℃の広い温度範囲において、見かけの動的容量の変動幅は小さくすることが出来る。しかし、駆動電界強度を小さくすると、動的歪量も小さくなる。本実施例では、本発明のアクチュエータの駆動電界強度を小さくした場合の動的歪量を求める。
実施例１〜５で作製したアクチュエータの駆動電界強度と２０℃における動的歪量の関係を図３４に示す。アクチュエータとして必要な駆動電界強度の下限値である１００Ｖ／ｍｍにおいて、動的歪量は２５０ｐｍ／Ｖ以上であることがわかった。
【０１６８】
（実施例８）動的歪量の低電界での温特の規定
本実施例では、１０００Ｖ／ｍｍよりも低い駆動電界強度が小さく、動的歪量が小さい場合の変位の変動幅を求める。
このためには、圧電アクチュエータへの印加電圧を下げて測定すべきであるが、本実施例で作製した、圧電アクチュエータでは電界強度５００Ｖ／ｍｍ未満においては、変位が小さく、測定精度が悪化する可能性がある。加えて、その温度特性評価はさらに困難である。
そこで、単板の圧電横歪定数ｄ31の測定をすれば、変位の絶対値の推定は困難であるが、変位の温度特性の推定は可能であるため、本実施例では、共振−反共振法により、単板の圧電横歪定数ｄ31の測定を実施した。
実施例５で作製した単板の圧電d31定数の温度特性を測定値と、実施例５で得た１０００〜２０００Ｖ／ｍｍの駆動電界強度における動的歪量とを、それぞれ、２０℃の値で規格化して比較した結果を図３５に示す。−３０〜８０℃の温度範囲における単板の圧電ｄ31定数の変動幅は、実施例５では±７．８％であった。また、−３０〜１６０℃の温度範囲における単板の圧電ｄ31定数の変動幅は、実施例５では±７．８％であった。この値は、１０００〜２０００Ｖ／ｍｍの駆動電界強度における動的歪量の変動幅と同等もしくは小さい値であった。
【０１６９】
以上のことから、本発明のアクチュエータは、駆動電界強度を１０００Ｖ／ｍｍより小さくしても、−３０〜１６０℃の広い温度範囲において、変位の変動幅が低減できることがわかった。
【０１７０】
【表１】
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【０１７１】
【表２】
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【０１７２】
【表３】
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【０１７３】
【表４】
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【０１７４】
【表５】
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【０１７５】
【表６】
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【０１７６】
【表７】
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【０１７７】
【表８】
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【０１７８】
【表９】
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【０１７９】
【表１０】
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【０１８０】
【表１１】
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【０１８１】
【表１２】
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【０１８２】
【表１３】
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【０１８３】
【表１４】
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【０１８４】
【表１５】
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【０１８５】
【表１６】
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【０１８６】
【表１７】
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【０１８７】
【表１８】
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【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】実施例１にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２】実施例１にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図３】実施例１にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図４】実施例２にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図５】実施例２にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図６】実施例２にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図７】実施例３にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図８】実施例３にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図９】実施例３にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図１０】実施例４にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図１１】実施例４にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図１２】実施例４にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図１３】実施例５にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量及び静電容量の温度依存性を示す線図。
【図１４】実施例５にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図１５】実施例５にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図１６】比較例１にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図１７】比較例１にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図１８】比較例１にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図１９】比較例２にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２０】比較例２にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図２１】比較例２にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２２】比較例３にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２３】比較例３にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図２４】比較例３にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２５】比較例４にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２６】比較例４にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図２７】比較例４にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２８】比較例５にかかる、圧電アクチュエータの見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図２９】比較例５にかかる、圧電アクチュエータの変位の温度依存性を示す線図。
【図３０】比較例５にかかる、圧電アクチュエータの変位／見かけの動的容量の温度依存性を示す線図。
【図３１】実施例６にかかる、圧電アクチュエータ（実施例１）の見かけの動的容量及び動的容量の温度依存性を示す線図。
【図３２】実施例６にかかる、圧電アクチュエータ（実施例４）の見かけの動的容量及び動的容量の温度依存性を示す線図。
【図３３】実施例６にかかる、圧電アクチュエータ（比較例１）の見かけの動的容量及び動的容量の温度依存性を示す線図。
【図３４】実施例７にかかる、実施例１〜実施例５にて得られた各圧電アクチュエータの電極強度振幅と温度２０℃における動的歪量との関係を示す線図。
【図３５】実施例８にかかる、実施例５で作製した単板のｄ31の温度特性を測定値と、実施例５で示す１０００〜２０００Ｖ／ｍｍの駆動電界強度における動的歪量とを、それぞれ、２０℃の値で規格化した結果を示す線図。
【図３６】本発明の圧電アクチュエータの構成の一例を示す説明図。
【図３７】実施例１にかかる、圧電アクチュエータの構成の概略を示す説明図。
【図３８】実施例１にかかる、圧電素子の構成を示す説明図。
【図３９】実施例１にかかる、一枚の圧電セラミックスからなる圧電素子（単板）の構成を示す説明図。
【図４０】実施例１にかかる、圧電素子（単板）と内部電極板とを積層する様子を示す説明図。
【符号の説明】
【０１８９】
１  圧電アクチュエータ
２  圧電素子
２１  圧電セラミックス
【図１】
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【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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