(57)【要約】【課題】  圧電歪定数とキュリー温度とが共に大きく、高温条件下でも望む変位量が得られる圧電セラミックス、その製造方法、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１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは、化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料の粉末と、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料の粉末とを、それぞれ仮焼きまで別々に行った後、混合し、その混合したものを焼成して得られる。【選択図】        図３
2006052107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料と、
化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料と、
を混合して得られることを特徴とする圧電セラミックス。
【請求項２】
前記第１の材料の混合比は、２５重量％以上５０重量％以下であり、
前記第２の材料の混合比は、５０重量％以上７５重量％以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電セラミックス。
【請求項３】
化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料の粉末と、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料の粉末とを混合する工程と、
前記混合した粉末を焼成する工程と、
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４】
前記第１の材料の粉末と前記第２の材料の粉末とは別々に仮焼きをした後に互いに混合して焼成を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【請求項５】
化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される材料からなる圧電セラミックスの製造方法であって、
前記材料の粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも２回繰り返してから焼成を行う
ことを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。
【請求項６】
化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される材料からなる圧電セラミックスの製造方法であって、
前記材料の粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも２回繰り返してから焼成を行う
ことを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。
【請求項７】
化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料と、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料とを混合して得られる圧電セラミックスと、
前記圧電セラミックスに形成された電極と、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の材料の混合比は、２５重量％以上５０重量％以下であり、
前記第２の材料の混合比は、５０重量％以上７５重量％以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の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、印加電圧の作用によって結晶がひずむ性質をもつ圧電セラミックス、その製造方法、及びその圧電セラミックスを用いた圧電アクチュエータに関し、詳しくは、高温条件下で使用しても所望の大きな変位を得ることができるようにした圧電セラミックス、その製造方法及び圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電セラミックスを用いた製品として逆圧電効果を利用した圧電アクチュエータが知られている。圧電アクチュエータでは大きな変位が必要な場合、使用する圧電セラミックスとしては、特許文献１に示されるような圧電歪定数の大きなものが適しており、また、高い温度条件での動作が求められている場合には特許文献２に示されているようなキュリー温度の高いものが必要とされる。
【特許文献１】特公昭６０−５７２３７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８７４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、圧電歪定数が大きくなるとキュリー温度が低くなる傾向があるため、高温での使用を考えて圧電セラミックスにキュリー温度が高いものを用いるとアクチュエータとして構成した場合に大きな変位を得ることができなくなってしまう。
【０００４】
現在、圧電アクチュエータの利用範囲が広がり、例えば車載機器に組み込まれるなど高温条件下での使用も増えてきている。そのため、大きな圧電歪定数を有し、しかもキュリー温度が高い圧電セラミックスが切望されている。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、高温条件下でも望む変位量が得られる圧電セラミックス、その製造方法、圧電アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧電セラミックスは、化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料と、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料とを混合して得られることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の圧電アクチュエータは、化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料と、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料とを混合して得られる圧電セラミックスと、この圧電セラミックスに形成された電極とを備えることを特徴としている。
【０００８】
上記第１の材料は圧電歪定数は大きいがキュリー温度が低く高温で使用すると変位量が小さくなってしまい、上記第２の材料はキュリー温度は大きいが圧電歪定数が小さく所望の用途に必要な変位量を得ることができないが、それら２つの材料を混合して得られる圧電セラミックスでは、圧電歪定数とキュリー温度はどちらか一方が極端に小さいということはなく、両者が共に実用上満足できる値を示す。これにより、温度上昇に伴う変位量の劣化（落ち込み）を抑えることができ、高温条件下でも所望の変位量が得られる。
【０００９】
第１の材料と第２の材料との混合比によっては、非常に大きな変位量は得られるが高温での劣化率は比較的大きくなってしまう、あるいは高温での劣化率は非常に小さく抑えることができるが変位量はそれほど大きなものが得られないというように両者の特性バランスが悪くなってしまうので、変位量と高温での劣化率が共に満足できる値が得られる混合比としては、第１の材料の混合比を２５重量％以上５０重量％以下、逆に言えば第２の材料の混合比を５０重量％以上７５重量％以下にすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の圧電セラミックスの製造方法は、化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料の粉末と、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料の粉末とを混合する工程と、その混合した粉末を焼成する工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
上記第１の材料は圧電歪定数は大きいがキュリー温度が低く高温で使用すると変位量が小さくなってしまい、上記第２の材料はキュリー温度は大きいが圧電歪定数が小さく所望の用途に必要な変位量を得ることができないが、それら２つの材料を混合して得られる圧電セラミックスでは、圧電歪定数とキュリー温度はどちらか一方が極端に小さいということはなく、両者が共に実用上満足できる値を示す。これにより、温度上昇に伴う変位量の劣化（落ち込み）を抑えることができ、高温条件下でも所望の変位量が得られる。
【００１２】
特に、第１の材料の粉末と第２の材料の粉末とは別々に仮焼きをした後に互いに混合して焼成を行うようにすれば、空孔や不安定成分を少なくして焼結性を向上できる。
【００１３】
また、本発明の圧電セラミックスの製造方法は、化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される材料粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも２回繰り返してから焼成を行うことを特徴としている。
【００１４】
上記（混合〜乾燥〜粉砕）からなる工程を仮焼き後に少なくとも２回繰り返すことで、粒径がより小さくされて密度の大きな緻密化された焼結体とすることができる。密度と圧電歪定数とは互いに相関し、密度が大きくなると圧電歪定数も大きくなる。そして、圧電セラミックスでは、圧電歪定数が大きい方が、電圧を印加したときにより大きく変位する。
【００１５】
また、本発明の圧電セラミックスの製造方法は、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される材料粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも２回繰り返してから焼成を行うことを特徴としている。
【００１６】
上記（混合〜乾燥〜粉砕）からなる工程を仮焼き後に少なくとも２回繰り返すことで、粒径がより小さくされて密度の大きな緻密化された焼結体とすることができる。密度と圧電歪定数とは互いに相関し、密度が大きくなると圧電歪定数も大きくなる。そして、圧電セラミックスでは、圧電歪定数が大きい方が、電圧を印加したときにより大きく変位する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧電セラミックスは、圧電歪定数とキュリー温度の両方共がバランス良く高い値を示し、高温でも大きな変位が得られ、さらに、温度上昇に伴う変位量の劣化も抑えることができる。この結果、特に高温条件下での信頼性を向上できる。
【００１８】
本発明の圧電セラミックスの製造方法によれば、圧電歪定数とキュリー温度の両方共がバランス良く高い値を示す圧電セラミックスを製造できる。この結果得られた圧電セラミックスは、高温でも大きな変位を得ることができ、さらに、温度上昇に伴う変位量の劣化も抑えられ、高温条件下での信頼性が高いものとなる。
【００１９】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電歪定数とキュリー温度の両方共がバランス良く高い値を示す圧電セラミックスを用いるので、高温でも大きな変位が得られ、さらに、温度上昇に伴う変位量の劣化も抑えることができる。この結果、特に高温条件下での信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［圧電セラミックス］
本発明の実施形態に係る圧電セラミックスは、化学組成式Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3で表される第１の材料と、化学組成式Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3で表される第２の材料とを任意の混合比で混合して得られる。すなわち、本実施形態で得られる圧電セラミックスの各成分元素の組成は、ＰｂaＢｉbＺｎcＮｉdＮｂeＴｉfＺｒgＯ3（0.970≦ａ≦0.985  0.01≦ｂ≦0.02  0.040≦ｃ≦0.049  0＜ｄ≦0.125  0.099≦ｅ≦0.200  0.380≦ｆ≦0.420  0.180≦ｇ≦0.430）で表される。
【００２１】
その圧電セラミックスの製造方法について、図１のフローチャートを参照して説明する。第１の材料と第２の材料とは、ステップＳ９の前まではそれぞれ別々に（互いに混合されることなく）工程が進められる。
【００２２】
（ステップＳ１ａ）
原料粉末として高純度のＰｂＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯ、ＮｉＯを使用し、これらを第１の材料の組成Ｐｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3となるように秤量する。
【００２３】
（ステップＳ２ａ）
上記粉末をボールミルに入れ純水を加えて２０時間の湿式混合を行う。
【００２４】
（ステップＳ３ａ〜Ｓ５ａ）
湿式混合を終えた粉末を乾燥させ粉砕後、８５０℃で３時間仮焼きする。
【００２５】
（ステップＳ６ａ〜Ｓ８ａ）
仮焼きされた粉末を再びボールミルに入れて湿式混合を行い、その後乾燥及び粉砕を行う。混合、乾燥、粉砕の各種条件は上記ステップＳ２ａ〜Ｓ４ａにおける混合、乾燥、粉砕の条件と同じである。
【００２６】
第２の材料についても第１の材料と同様にステップＳ１ｂ〜Ｓ８ｂが行われる。すなわち、先ず、原料粉末として高純度のＰｂＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｎＯを使用し、これらを第２の材料の組成Ｐｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3となるように秤量する（ステップＳ１ｂ）。
【００２７】
（ステップＳ２ｂ）
上記粉末をボールミルに入れ純水を加えて２０時間の湿式混合を行う。
【００２８】
（ステップＳ３ｂ〜Ｓ５ｂ）
湿式混合を終えた粉末を乾燥させ粉砕後、８５０℃で３時間仮焼きする。
【００２９】
（ステップＳ６ｂ〜Ｓ８ｂ）
仮焼きされた粉末を再びボールミルに入れて湿式混合を行い、その後乾燥及び粉砕を行う。混合、乾燥、粉砕の各種条件は上記ステップＳ２ｂ〜Ｓ４ｂにおける混合、乾燥、粉砕の条件と同じである。
【００３０】
（ステップＳ９）
ステップＳ８ａまでの工程を終えた第１の材料の粉末と、ステップＳ８ｂまでの工程を終えた第２の材料の粉末とを所望の混合比、例えば、第１の材料が２５重量％に対して第２の材料が７５重量％、第１の材料が５０重量％に対して第２の材料が５０重量％、第１の材料が７５重量％に対して第２の材料が２５重量％などの混合比になるように秤量し、それら粉末をボールミルに入れ純水を加えて１０時間の湿式混合を行う。
【００３１】
（ステップＳ１０〜Ｓ１２）
湿式混合を終えた粉末の乾燥、粉砕を行った後、有機バインダー（例えばポリビニルアルコール）を加えて造粒する。
【００３２】
（ステップＳ１３〜Ｓ１４）
上記造粒工程を終えた粉末を８kg/cm2の圧力でプレス成型し、角型の成型体を得る。そして、この成型体をＭｇＯなどからなる容器内に密閉し、酸素雰囲気、温度１２５０〜１３００℃で５時間焼成した。
【００３３】
この焼成により、バインダーなどの不安定成分が分解、除去され、各成分元素間の反応を進行させて安定な化合物が生成され、同時に焼結によって収縮、緻密化されて一定形状、強度の焼結体が得られる。
【００３４】
そして、この焼結体を内周刃（ドーナッツ型円板の内周側にダイヤモンド砥粒などを形成した切断手段）を用いて厚さ1.0ｍｍの板状に切断し、その両面に電解めっき法にてＮｉ層を形成した。この板から直径１８ｍｍの円板を超音波加工機を用いて打ち抜き、それに対して、８０℃のシリコンオイル中で1.5kV/cmの直流電圧を３０分間印加して分極処理を行った。そして、インピーダンスアナライザを用いた共振−反共振法によってその円板の圧電歪定数ｄ３１を測定し、また、比誘電率の温度特性から比誘電率が極大値となる温度をキュリー温度Ｔｃとして求めた。さらに密度も測定した。それら結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2006052107.tif 000003
【００３６】
表１中、実施例２は、第１の材料：第２の材料＝７５重量％：２５重量％の混合比にした場合を、実施例３は、第１の材料：第２の材料＝５０重量％：５０重量％の混合比にした場合を、実施例４は、第１の材料：第２の材料＝２５重量％：７５重量％の混合比にした場合をそれぞれ示す。
【００３７】
実施例１の圧電セラミックスの化学組成式はＰｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3、すなわち第１の材料と同じである。これは、上記ステップＳ９にて第２の材料の粉末を混合せずに第１の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第１の材料の粉末のみを用いてステップＳ１４の焼成までを行って得られた。したがって、実施例１の圧電セラミックスは、図１におけるステップＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ３ａ、Ｓ４ａ、Ｓ５ａ、Ｓ６ａ、Ｓ７ａ、Ｓ８ａ、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の工程により製造された。
【００３８】
実施例５の圧電セラミックスの化学組成式はＰｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3、すなわち第２の材料と同じである。これは、上記ステップＳ９にて第１の材料の粉末を混合せずに第２の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第２の材料の粉末のみを用いてステップＳ１４の焼成までを行って得られた。したがって、実施例５の圧電セラミックスは、図１におけるステップＳ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂ、Ｓ４ｂ、Ｓ５ｂ、Ｓ６ｂ、Ｓ７ｂ、Ｓ８ｂ、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の工程により製造された。
【００３９】
表１の結果を見ると、第１の材料だけを用いた実施例１は他の実施例に比べて圧電歪定数ｄ３１は大きいがキュリー温度Ｔｃは低く、第２の材料だけを用いた実施例５は他の実施例に比べてキュリー温度Ｔｃは高いが圧電歪定数ｄ３１は小さい。これに対して、第１の材料と第２の材料とを混合し焼成して得られた実施例２〜実施例４は、圧電歪定数ｄ３１もキュリー温度Ｔｃも比較的高い値が得られており、両者のバランスがよい。したがって、高温条件下で使用される圧電アクチュエータの材料として用いても大きな変位（振幅）を得ることができる。
【００４０】
次に、表２は、図２に示す製造方法によって得られた圧電セラミックスについて表１と同様の測定を行った結果を示す。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
実施例６〜実施例８の各圧電セラミックスは以下のようにして製造される。先ず、第１の材料の原料粉末と、第２の材料の原料粉末とを所望の混合比、例えば、第１の材料が７５重量％に対して第２の材料が２５重量％（実施例６）、第１の材料が５０重量％に対して第２の材料が５０重量％（実施例７）、第１の材料が２５重量％に対して第２の材料が７５重量％（実施例８）となるように秤量（ステップＳ１０１）し、それら粉末をボールミルに入れ純水を加えて２０時間の湿式混合を行う（ステップＳ１０２）。
【００４３】
湿式混合を終えた粉末を乾燥（ステップＳ１０３）させ、粉砕（ステップＳ１０４）後、８５０℃で３時間仮焼き（ステップＳ１０５）する。
【００４４】
仮焼きされた粉末を再びボールミルに入れて湿式混合を行い（ステップＳ１０６）、その後乾燥（ステップＳ１０７）及び粉砕（ステップＳ１０８）を行う。混合、乾燥、粉砕の各種条件は上記ステップＳ１０２〜Ｓ１０４における混合、乾燥、粉砕の条件と同じである。
【００４５】
その後、有機バインダー（例えばポリビニルアルコール）を加えて造粒（ステップＳ１０９）し、８kg/cm2の圧力でプレス成型（ステップＳ１１０）し、角型の成型体を得る。そして、この成型体をＭｇＯなどからなる容器内に密閉し、酸素雰囲気、温度１２５０〜１３００℃で５時間焼成（ステップＳ１１１）した。
【００４６】
比較例１の圧電セラミックスの化学組成式はＰｂ0.985Ｂｉ0.01（Ｚｎ1/12Ｎｉ3/12Ｎｂ2/3）0.5Ｔｉ0.32Ｚｒ0.18Ｏ3、すなわち第１の材料と同じである。これは、上記ステップＳ１０２にて第２の材料の粉末を混合せずに第１の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第１の材料の粉末のみを用いてステップＳ１１１の焼成までを行って得られた。この比較例１は上記特許文献１の圧電セラミックスに相当するものである。
【００４７】
比較例２の圧電セラミックスの化学組成式はＰｂ0.97Ｂｉ0.02（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.15Ｔｉ0.42Ｚｒ0.43Ｏ3、すなわち第２の材料と同じである。これは、上記ステップＳ１０２にて第１の材料の粉末を混合せずに第２の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第２の材料の粉末のみを用いてステップＳ１１１の焼成までを行って得られた。この比較例２は上記特許文献２の圧電セラミックスに相当するものである。
【００４８】
表１と表２とでは圧電セラミックスの製造方法のみが異なり、測定方法や測定条件は同じである。そして、表１と表２において混合比が同じものどうしを比較すると、図１に示す製造方法により得られたものは、図２に示す製造方法により得られたものよりも密度と圧電歪定数ｄ３１が大きくなっている。これは、図１の製造方法では、２種類の材料の粉末をそれぞれ別々に仮焼きまで行った後に混合して焼成させることで空孔や不安定成分を少なくして焼結性を向上でき、さらに、図２の製造方法に比べて、（混合〜乾燥〜粉砕）からなる工程を仮焼き後に１回多く行っているために粒径がより小さくされて密度の大きな緻密化された焼結体が得られたものと考えられる。なお、密度と圧電歪定数ｄ３１とは互いに相関し、密度が大きくなると圧電歪定数ｄ３１も大きくなる。そして、圧電セラミックスでは、圧電歪定数ｄ３１が大きい方が、電圧を印加したときにより大きく変位する。
【００４９】
なお、図１の製造方法において、仮焼きと造粒との間に行われる（混合〜乾燥〜粉砕）からなる工程は２回繰り返すことに限ることなく３回以上行ってもよいよいが、ある程度以上粉砕が進行すると粉砕された粒子の数が多くなり、また粉体特有の付着、凝集現象のために、粉砕するための力が分散してしまい、結果として粉砕されたもの自体がクッションの役割を果たして、それ以上細かくならなくなる。したがって、製造時間を短くするために、仮焼きと造粒との間に行われる（混合〜乾燥〜粉砕）からなる工程は２回の繰り返しでとどめることが好ましい。
【００５０】
以上をまとめると、図２に示す製造方法よりも図１に示す製造方法の方が、得られた圧電セラミックスの圧電歪定数ｄ３１を大きくすることができる。さらに第１の材料のみまたは第２の材料のみからなる圧電セラミックスよりも両者を混合して得られた圧電セラミックスの方が、圧電歪定数ｄ３１とキュリー温度Ｔｃの両者のバランスがよい。特に、上記の組み合わせ、すなわち第１の材料と第２の材料とを混合したものを図１に示す方法で製造すれば上記性能はより向上し、高温条件下でも大きな変位が得られる圧電セラミックスを得ることができる。
【００５１】
［圧電アクチュエータ］
上述したような本実施形態に係る圧電セラミックスを用いて圧電アクチュエータを作製すると、高温使用条件下でも大きな振幅が得られ、さらに振幅劣化も小さく耐熱性に優れた圧電アクチュエータとすることができる。
【００５２】
図３は圧電アクチュエータの一例として、マルチモルフ型圧電アクチュエータ１を示す。これは、板状の中間電極６の両面にそれぞれ３枚の圧電セラミックス１１ａ、１２ａ、１３ａ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂを積層した構造となっている。各圧電セラミックス１１ａ、１２ａ、１３ａ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂの両面にはそれぞれ電極が形成され、その電極及び中間電極６に電源８より交流電圧を印加すると、１対の治具７ａ、７ｂによって狭圧された部分を支点に矢印Ｘ方向に振れる。
【００５３】
各圧電セラミックス１１ａ、１２ａ、１３ａ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、上述した両面にＮｉめっき（これが電極として機能）を施した単板（厚さ0.1ｍｍ）から長さ35.0ｍｍ、幅3.0ｍｍ、厚さ0.1ｍｍの短冊を切り出し、８０℃のシリコンオイル中で1.55kV/cmの直流電圧を３０分間印加して分極処理（分極向きは各圧電セラミックスに矢印で図示）を行ったものである。
【００５４】
中間電極６は、長さ40.0ｍｍ、幅3.0ｍｍ、厚さ0.12ｍｍの２枚のシム材（弾性補強板）を貼り合わせてなる。そのシム材は例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）からなる。各圧電セラミックス１１ａ、１２ａ、１３ａ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂどうし、及び圧電セラミックス１１ａ、１１ｂと中間電極６とは、エポキシ系樹脂で貼り合わせられている。
【００５５】
各圧電セラミックス１１ａ、１２ａ、１３ａ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ及び中間電極６の積層体全体の厚さは0.84ｍｍである。治具７ａ、７ｂによって狭圧された部分から先端部までの長さは20ｍｍである。治具７ａ、７ｂの太さは5ｍｍである。
【００５６】
そして、この圧電アクチュエータ１の振幅とその劣化率の測定を行った結果を表３に示す。表３中、実施例１〜実施例５は表１における実施例１〜実施例５に対応し、実施例７は表２における実施例７に対応する。
【００５７】
【表３】
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【００５８】
振幅は、周波数１０Ｈｚ、交流電圧４０Ｖｐ−ｐの正弦波を電源８より印加したときの圧電アクチュエータ１の長手方向の伸縮量を振幅としてレーザ変位計で測定した。
【００５９】
振幅劣化率は次の方法で測定した。先ず、圧電アクチュエータ１に周波数１０Ｈｚ、交流電圧４０Ｖｐ−ｐの正弦波を印加し初期振幅量を測定した。次いで、この初期振幅量を測定した圧電アクチュエータ１を８５℃の恒温槽に投入し、周波数１０Ｈｚ、交流電圧４０Ｖｐ−ｐの正弦波を印加し１００万回振動させた。次いで、この１００万回振動後の圧電アクチュエータ１を常温まで冷却し、その後、周波数１０Ｈｚ、交流電圧４０Ｖｐ−ｐの正弦波を印加して、振幅を測定した。この振幅量が初期振幅量から何％落ちたのかを振幅劣化率として求めた。
【００６０】
表３の結果より、第１の材料：第２の材料＝５０重量％：５０重量％とした実施例３と、第１の材料：第２の材料＝２５重量％：７５重量％とした実施例４については、実用上得たい振幅量を満足すると共に振幅劣化率も７％前後と小さくなっている。よって、高温条件下で安定した大きな変位を得たい用途に実施例３あるいは実施例４の圧電セラミックスを用いることが好ましい。なお、実施例３と実施例４との間の混合比、例えば第１の材料：第２の材料＝３０重量％：７０重量％、第１の材料：第２の材料＝４０重量％：６０重量％などにした場合においても実施例３、４と同様な効果を得ることができる。すなわち、第２の材料に対する第１の材料の混合比が２５重量％以上５０重量％以下のもの、逆に言えば第１の材料に対する第２の材料の混合比が５０重量％以上７８重量％以下のものであれば、高温でも安定して良く振れる圧電アクチュエータを実現できる。
【００６１】
［圧電アクチュエータの応用例］
図４及びその［Ａ］−［Ａ］線方向の拡大断面図である図５は、本実施形態に係る圧電アクチュエータの応用例を示す。
【００６２】
図４に示すように、長板状の各圧電アクチュエータ２１ａ〜２１ｄは表示画面２２周囲のフレーム２３の４隅位置に取り付けられている。各圧電アクチュエータ２１ａ〜２１ｄは、例えばマルチモルフ型の圧電アクチュエータであるが、これに限ることなく、モノモルフ型、ユニモルフ型、バイモルフ型などの圧電アクチュエータであってもよい。
【００６３】
フレーム２３の上には図５に示すように支持材２５を介して透明フィルムからなるタッチパネル２４が取り付けられる。支持材２５によってタッチパネル２４とフレーム２３との間には間隙が確保され、その間隙に圧電アクチュエータ２１ａ〜２１ｄが配置されている。
【００６４】
圧電アクチュエータ２１ａの一端部とフレーム２３との間には第１支持部２６ａが設けられ、他端部とフレーム２３との間には第２支持部２６ｂが設けられている。また、圧電アクチュエータ２１ａの中間部分とタッチパネル２４裏面との間には第３支持部２６ｃが設けられている。圧電アクチュエータ２１ｂについても同様に、その一端部とフレーム２３との間には第１支持部２７ａが設けられ、他端部とフレーム２３との間には第２支持部２７ｂが設けられ、中間部分とタッチパネル２４裏面との間には第３支持部２７ｃが設けられている。他の圧電アクチュエータ２１ｃ、２１ｄについても同様である。このように、各圧電アクチュエータ２１ａ〜２１ｄは、タッチパネル２４とフレーム２３との間において、第１、第２及び第３支持部によって３点支持されている。
【００６５】
使用者がタッチパネル２４を指あるいはスタイラスペンで触れて操作すると、その操作信号が信号線２８を介して圧電アクチュエータ２１ａ〜２１ｄに供給され、圧電アクチュエータ２１ａ〜２１ｄは振動する。この振動は第３支持部２６ｃ、２７ｃを介してタッチパネル２４に伝わりタッチパネル２４が振動する。これにより、使用者はその指で直接あるいはスタイラスペンを介してタッチパネル２４の振動を感じることができる。すなわち、タッチパネル２４の入力操作感を触覚で得られる。
【００６６】
圧電アクチュエータのその他の応用例としては、カメラのシャッタ、ＶＴＲ（Video Tape Recorder）ヘッドのトラッキング調節機構、圧電ファンなどが挙げられる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６８】
上記で示した、圧電セラミックスを製造するための各工程における温度や時間などの各種条件は一例であってこれに限られるものではない。また、混合工程ではボールミル（容器駆動型ミル）を用いたがこれ以外にも、媒体撹拌型ミル、複合型ミル、遠心流動ミルなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１〜実施例５の圧電セラミックスの製造工程フローチャートである。
【図２】実施例６〜実施例８の圧電セラミックスの製造工程フローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの一例を示す構造図である。
【図４】本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの応用例を示す平面図である。
【図５】図４における［Ａ］−［Ａ］線方向の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…圧電アクチュエータ、６…中間電極、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…圧電セラミックス、２１ａ〜２１ｄ…圧電アクチュエータ、２４…タッチパネル。
【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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