(57)【要約】【課題】試料の湾曲、試料両面の電界誘起歪の差を改善する、非鉛圧電多結晶体によって構成された圧電セラミックス、その製造方法、その圧電セラミックスを含む圧電／電歪素子を提供する。【解決手段】非鉛系圧電結晶体の圧電セラミックスを、相転移点よりも低温の温度領域において、駆動波、特に三角波の電界を印加することによって分極処理し、圧電セラミックスの両面の電界誘起歪の差を１５％に低減する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有して自発分極を生じる圧電セラミックスを、前記相転移点よりも低温の温度領域において、直流電界を印加した後に駆動波の電界を印加することによって分極処理する圧電セラミックスの製造方法。
【請求項２】
前記圧電セラミックスは、非鉛系圧電結晶体によって構成された請求項１に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【請求項３】
前記圧電セラミックスは、
｛Ｌｉｙ（Ｎａ１−ｘＫｘ）１−ｙ｝ａ（Ｎｂ１−ｚＴａｚ）Ｏ３
（但しａ＝０．９０〜１．２、ｘ＝０．２〜０．８、ｙ＝０．０２〜０．２、及びｚ＝０．０５〜０．５である）
で表される結晶体からなる請求項１又は２に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【請求項４】
前記分極処理における前記駆動波は、三角波である請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【請求項５】
前記駆動波による前記分極処理は、０ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下の電界を０．５Ｈｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数にて印加するものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【請求項６】
前記直流電界は、０ｋＶ／ｍｍ以上７．５ｋＶ／ｍｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【請求項７】
前記分極処理は、２５℃以上１２０℃以下の温度領域において行われる請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電セラミックスの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電セラミックスの製造方法によって製造された圧電セラミックス。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電セラミックスと、
その圧電セラミックスに配設された電極部と、
を含む圧電／電歪素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックス、その製造方法、その圧電セラミックスを含む圧電／電歪素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サブミクロンのオーダーで微小変位を制御できる素子として、圧電／電歪素子が知られている。特に、セラミックスからなる基体上に、圧電／電歪磁器組成物（以下、単に「圧電セラミックス」という）からなる圧電／電歪部と、電圧が印加される電極部とを積層した圧電／電歪素子は、微小変位の制御に好適であることの他、高電気機械変換効率、高速応答性、高耐久性、及び省消費電力等の優れた特性を有するものである。これらの圧電／電歪素子は圧電型圧力センサ、走査型トンネル顕微鏡のプローブ移動機構、超精密加工装置における直進案内機構、油圧制御用サーボ弁、ＶＴＲ装置のヘッド、フラットパネル型の画像表示装置を構成する画素、又はインクジェットプリンタのヘッド等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
また、圧電／電歪部を構成する圧電セラミックスについても、種々検討がなされている。例えば、近年、酸性雨による鉛（Ｐｂ）の溶出等、地球環境に及ぼす影響が問題視される傾向にあるため、環境に対する影響を考慮した圧電／電歪材料として、鉛（Ｐｂ）を含有しなくとも良好な圧電／電歪特性を示す圧電体や圧電素子を提供可能な（ＬｉＮａＫ）（ＮｂＴａ）Ｏ３系の圧電セラミックスの開発がなされている。
【０００４】
圧電セラミックスは強誘電体であるため、電子機器等に組み込んでその性質（圧電特性）を利用するには、分極処理を実施する必要がある。分極処理とは、高電圧を印加して自発分極の向きを特定方向に揃える処理をいい、圧電セラミックスに適当な温度条件下で電圧印加すること等により実施される（例えば、特許文献１参照）。すなわち、強誘電体は、自発分極による電荷の偏りによって複数の分域（ドメイン）が存在し、圧電セラミックスは、強誘電体のドメインの方向を一定の方向に揃える分極処理を施したものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２８８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
環境に対する影響を考慮した圧電／電歪材料として期待されている鉛を含有しないＬｉＮａＫ）（ＮｂＴａ）Ｏ３系の圧電セラミックスは、通常の分極処理では、分極構造に不均一さを生じる。そして、分極構造の不均一さは、結晶の配向度の差を生じ、試料が湾曲した形状となることが問題となっている。湾曲した形状を有する材料は、凸面と凹面で電界誘起歪に差が生じ、これにより高電界を繰り返し印加した場合には分極により生じた電界誘起歪が劣化することとなり、その結果、圧電素子等の耐久性が低下することとなる。
【０００７】
特許文献１では、異なる温度領域で分極処理を二回実施する方法が開示されているが、異なる温度領域で分極処理を行うため、製造コストが増大しやすく、この方法によって分極処理等された圧電セラミックスであっても、分極構造に不均一さを生じる。
【０００８】
本発明の課題は、試料の湾曲、試料両面の電界誘起歪の差を改善する、非鉛圧電多結晶体によって構成された圧電セラミックス、その製造方法、その圧電セラミックスを含む圧電／電歪素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明によれば、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有して自発分極を生じる圧電セラミックスを、相転移点よりも低温の温度領域において、直流電界を印加した後に駆動波の電界を印加することによって分極処理する圧電セラミックスの製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の圧電セラミックスの製造方法において、より具体的には、圧電セラミックスは、非鉛系圧電結晶体によって構成されたものを採用することができる。
【００１１】
より具体的には、圧電セラミックスは、
一般式：Ｌｉｙ（Ｎａ１−ｘＫｘ）１−ｙ｝ａ（Ｎｂ１−ｚＴａｚ）Ｏ３
（但し、ａ＝０．９０〜１．２、ｘ＝０．２〜０．８、ｙ＝０．０２〜０．２、及びｚ＝０．０５〜０．５である）
で表される結晶体からなるものを採用することができる。
【００１２】
分極処理における駆動波は、三角波を採用することができる。また、駆動波による分極処理は、０ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下の電界を０．５Ｈｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数にて印加するものであるようにすることができる。なお、駆動波の印加回数に特に定めはなく、曲率半径が所定の値となるように印加すればよいが、例えば、数千回で行えばよい。
【００１３】
そして直流電界は、具体的には、０ｋＶ／ｍｍ以上７．５ｋＶ／ｍｍ以下の範囲で印加するとよい。また、分極処理は、０℃以上１２０℃以下の温度領域において行うとよい。なお、直流電界の印加時間は、例えば、数十分から数時間程度で行えばよい。
【００１４】
さらに、上記課題を解決するために、本発明によれば、上記圧電セラミックスの製造方法によって製造された圧電セラミックスが提供される。また、その圧電セラミックスと、その圧電セラミックスに配設された電極部とを含む圧電／電歪素子が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電セラミックスの製造方法によれば、圧電セラミックス両面の電界誘起歪の差を少なくし、試料の湾曲を改善することができる。特に、直流電界を印加した後に、三角波の電界を印加する分極処理を行うことにより、圧電セラミックスの湾曲度を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１７】
本明細書にいう「圧電セラミックス」とは、圧電／電歪部を形成するために用いられる圧電／電歪材料であって、分極処理されることによって圧電特性を発現するものをいう。
【００１８】
この圧電セラミックスは、その結晶構造が、相転移点を境に立方晶、正方晶、斜方晶と可逆的に相転移し得るセラミックス材料である。より具体的には、圧電セラミックスは、高温条件下では立方晶であり、温度下降に伴って第一の相転移点において立方晶から正方晶へと変化する。なおも温度下降させると、第二の相転移点を境に正方晶から斜方晶へと相転移する。
【００１９】
後述する圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪部は、この圧電セラミックスを、立方晶から正方晶と結晶構造が変化する第一の相転移点よりも低温の温度領域で、駆動波の電界（電圧）を印加する分極処理によって形成される。なお、圧電セラミックスの第一の相転移点は、その組成にもよるが、通常、２５０℃〜５００℃であり、正方晶から斜方晶へと結晶構造が変化する第二の相転移点は、−３０〜１５０℃である。本発明の圧電セラミックス、圧電／電歪素子の圧電／電歪部は、第一の相転移点よりも低い所定の温度範囲内で、駆動波により分極処理されたものであるために、優れた圧電特性を発揮する。
【００２０】
本発明の製造方法が適用される圧電セラミックスは、相転移点よりも高温において立方晶の結晶構造を有し、相転移点よりも低温において正方晶又は斜方晶の少なくともいずれかの結晶構造を有して自発分極を生じる圧電セラミックスであれば、その組成は特に限定されないが、具体的には下記一般式（１）で表されるものを挙げることができる。
｛Ｌｉｙ（Ｎａ１−ｘＫｘ）１−ｙ｝ａ（Ｎｂ１−ｚＴａｚ）Ｏ３      （１）
（但し、前記一般式（１）中、ａ＝０．９５〜１．０２５、ｘ＝０．３〜０．５５、ｙ＝０．０５〜０．０８、及びｚ＝０．０８２である）
【００２１】
なお、圧電セラミックスの組成が、前記一般式（１）で表される場合において、この一般式（１）中のＢサイト（構成金属元素として、Ｎｂ及びＴａが含まれるサイト）には、ＮｂとＴａ以外の遷移金属元素が更に含まれていてもよい。ＮｂとＴａ以外の遷移金属元素としては、例えばＶ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｚｎ等を挙げることができる。また、圧電セラミックスの組成が、前記一般式（１）で表される場合において、この一般式（１）中のＡサイト（構成金属元素として、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫが含まれるサイト）には、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫ以外の元素が更に含まれていてもよい。Ｌｉ、Ｎａ、及びＫ以外の元素としては、例えばＡｇ、Ｌａ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ等を挙げることができる。
【００２２】
更に、圧電セラミックスの組成が、前記一般式（１）で表される場合において、この一般式（１）中、更にＳｂが含まれることが、発生する歪量がより大きく、更に優れた圧電特性を示す圧電／電歪素子を製造可能となるために好ましい。
【００２３】
圧電／電歪素子の圧電／電歪部を形成するために用いられる圧電セラミックスを製造するには、先ず、圧電セラミックスの組成中の各金属元素の割合（モル比）を満たすように、それぞれの金属元素を含有する化合物を秤量し、ボールミル等の混合方法により混合して混合スラリーを得る。なお、それぞれの金属元素を含有する化合物の種類は特に限定されないが、各金属元素の酸化物、又は炭酸塩等が好適に用いられる。
【００２４】
得られた混合スラリーを、乾燥器を使用するか、又は濾過等の操作によって乾燥することにより、混合原料を得ることができる。得られた混合原料を仮焼、及び必要に応じて粉砕することにより、圧電セラミックスを得ることができる。なお、仮焼は７５０〜１３００℃の温度で行えばよい。また、粉砕はボールミル等の方法により行えばよい。次いで、得られた圧電セラミックスを、必要に応じて適当な形状に成形した後、後述する特定条件下で分極処理すれば、圧電／電歪部とすることができる。
【００２５】
圧電／電歪部を構成する結晶粒子の平均粒子径は、０．１〜１０μｍであることが好ましく、０．２〜８．５μｍであることが更に好ましく、０．３〜７μｍであることが特に好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満であると、圧電／電歪部中で分域が十分に発達しない場合があるため、圧電特性の低下を生ずる場合がある。一方、平均粒径が１０μｍ超であると、圧電／電歪部中の分域は十分に発達する反面、分域が動き難くなり、圧電特性が小さくなる場合がある。なお、本実施形態の圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪部及び電極は、その形状を種々の形状とすることができる。具体的にはブロック状のもの（いわゆるバルク体）や、シート状（膜状）のもの等を好適例として挙げることができる。
【００２６】
次に圧電／電歪部を形成するために用いられる圧電セラミックスの分極処理について説明する。図１に示すように、適当な形状（例えば、角板状）に成形された圧電セラミックス２に、直流電界を厚さ方向に印加した後、温度：室温〜１２０℃、電界：３ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍ、時間：１０分〜５時間、周波数：〜１ＭＨｚ、回数：３〜１０００００回の条件下において、駆動波電界を印加する。
【００２７】
駆動波電界の一例として図２に三角波を示す。図２に示すように、所定の周波数（０．５Ｈｚ以上１００ｋＨｚ以下が望ましい）にて、０ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下の電界（３ｋＶ／ｍｍ以上１０ｋＶ／ｍｍ以下が望ましい）を三角波にて印加する。直流電界を印加した後、このような駆動波電界を印加する分極処理を行うことにより、湾曲せず、試料（圧電セラミックス２）の両面（分極プラス面２ａ、分極グランド面２ｂ）の結晶配向度及び電界誘起歪の差が小さい圧電セラミックスを作製することができる。これは、直流電界では分極の方向を揃えることができないドメインが存在し、駆動波を印加することにより、結晶の配向度を改善しつつ、ドメインが電界の方向により揃った状態になり、試料の湾曲形状が改善されるのではないかと推測される。なお、駆動波電界としては三角波が望ましいが、三角波以外にノコギリ波、パルス波等であってもよい。
【００２８】
次に前述の分極処理を施す製造方法を適用して製造される圧電／電歪素子の一実施例を示す。図３に示すように、本実施形態の圧電／電歪素子５１は、セラミックスからなる基板１と、膜状の圧電／電歪部２と、この圧電／電歪部２に電気的に接続される膜状の電極４，５とを備え、圧電／電歪部２が、電極４を介在させた状態で基板１上に固着されているものである。なお、圧電／電歪部は、電極を介在させることなく、直接、基板上に固着されていてもよい。なお、本明細書にいう「固着」とは、有機系、無機系の一切の接着剤を用いることなく、第一の圧電部２と、基板１又は電極４との固相反応により、両者が緊密一体化した状態のことをいう。
【００２９】
本実施形態の圧電／電歪素子５１の圧電／電歪部２は、上述してきた本発明の実施形態である圧電セラミックスからなる結晶粒子により構成されたものである。即ち、本実施形態の圧電／電歪素子５１の圧電／電歪部２は、前記一般式（１）で表される二元系固溶体を主成分とする圧電セラミックスからなる結晶粒子により構成されたものである。
【００３０】
上述してきたように、本発明の実施形態である圧電セラミックスは、鉛（Ｐｂ）を含有することなく優れた圧電／電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能な圧電／電歪素子を製造し得るものであるため、これを用いて形成された圧電／電歪部２を備えた本実施形態の圧電／電歪素子は、環境に対する配慮がなされているとともに、優れた圧電／電歪特性を示し、特に大きな変位量を得ることが可能なものである。
【００３１】
本実施形態の圧電／電歪素子５１（図３参照）は、圧電／電歪部２の厚みが０．５〜５０μｍであることが好ましく、０．８〜４０μｍであることが更に好ましく、１．０〜３０μｍであることが特に好ましい。圧電／電歪部２の厚みが０．５μｍ未満であると、圧電／電歪部の緻密化が不十分となる場合がある。一方、圧電／電歪部２の厚みが５０μｍ超であると、焼成時の圧電／電歪磁器組成物の収縮応力が大きくなり、基板１が破壊されるのを防止するために基板１を厚くする必要があり、素子の小型化への対応が困難になる場合がある。なお、圧電／電歪素子５１は、いわゆる多層型として構成することもできる。
【００３２】
本発明の実施形態である圧電／電歪素子を構成する基板はセラミックスからなるものであるが、このセラミックスの種類に特に制限はない。もっとも、耐熱性、化学的安定性、及び絶縁性の点から、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、及びガラスからなる群より選択される少なくとも一種を含むセラミックスが好ましい。中でも、機械的強度が大きく、靭性に優れる点から安定化された酸化ジルコニウムが更に好ましい。なお、本発明にいう「安定化された酸化ジルコニウム」とは、安定化剤の添加により結晶の相転移を抑制した酸化ジルコニウムをいい、安定化酸化ジルコニウムの他、部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。
【００３３】
なお、基板の厚みは、１μｍ〜１ｍｍが好ましく、１．５〜５００μｍが更に好ましく、２〜２００μｍが特に好ましい。基板の厚みが１μｍ未満であると、圧電／電歪素子の機械的強度が低下する場合がある。一方、１ｍｍを超えると圧電／電歪部に電界を印加した場合に、発生する収縮応力に対する基板の剛性が大きくなり、圧電／電歪部の屈曲変位が小さくなってしまう場合がある。
【００３４】
本実施形態の圧電／電歪素子において、電極は圧電／電歪部に電気的に接続されるものであり、各圧電／電歪部の間に配設される。本実施形態の圧電／電歪素子においては、電極の材質として、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を挙げることができる。中でも、圧電／電歪部を焼成する際の耐熱性が高い点で、白金、又は白金を主成分とする合金が好ましい。また、より低い焼成温度で圧電／電歪部が形成され得ることからみれば、Ａｇ−Ｐｄ等の合金も好適に用いることができる。
【００３５】
次に、本発明の実施形態である圧電／電歪素子の製造方法について説明する。まず、セラミックスからなる基板上に、又は基板表面に形成された電極上に、圧電セラミックスからなる層を形成する。電極を形成する方法としては、例えば、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、ＰＶＤ、イオンプレーティング、ＣＶＤ、メッキ、エアロゾルデポジション、スクリーン印刷、スプレー、又はディッピング等の方法を挙げることができる。形成された電極は、熱処理により、基板及び／又は圧電／電歪部と一体化することができる。この熱処理は電極を形成する毎に行ってもよいが、圧電セラミックスからなる層についてする焼成と一括して行ってもよい。ただし、圧電／電歪磁器組成物からなる層が形成された後では、圧電／電歪磁器組成物からなる層の焼成温度を超える温度での熱処理は行わない。
【００３６】
圧電セラミックスからなる層を基板上に形成する方法としては、例えば、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、ＰＶＤ、イオンプレーティング、ＣＶＤ、メッキ、ゾルゲル、エアロゾルデポジション、スクリーン印刷、スプレー、又はディッピング等の方法を挙げることができる。
【００３７】
その後、圧電セラミックスからなる層、及び電極を基板上に積層することにより得られた積層体を一体的に焼成する。この焼成により、圧電セラミックスからなる結晶粒子により構成された圧電／電歪部を、基板に直接又は電極を介して固着させることができる。なお、この焼成は必ずしも一体的に実施する必要はなく、圧電セラミックスからなる層を一層形成する毎に順次実施してもよいが、生産効率の観点からは電極も含めた状態で一体的に焼成することが好ましい。焼成温度は９５０〜１３５０℃が好ましく、１０００〜１３００℃が更に好ましい。また、焼成時の最高温度保持時間は１０分以上１０時間以下が好ましく、２０分以上５時間以下が更に好ましい。焼成は大気中で行ってもよく、酸素雰囲気中で行ってもよい。
【００３８】
その後、前述の条件下で分極処理を実施する。その際には公知の手法通り、加熱することにより分極処理を実施することが好ましい。なお、加熱温度は、圧電／電歪磁器組成物のキュリー点にもよるが、２５〜１２０℃とすることが好適である。
【００３９】
以上の工程により、本発明の圧電／電歪素子が製造され、この圧電／電歪素子は、湾曲度が低下し、優れた素子として利用することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各種物性値の測定方法、及び諸特性の評価方法を以下に示す。
【００４１】
［電界誘起歪］：電極上に歪ゲージを貼付し、４ｋＶ／ｍｍの電界を印加した場合における、電界と垂直な方向の歪量を電界誘起歪（ｐｐｍ）として測定した。
【００４２】
（実施例１〜４）
所定量のＬｉ２ＣＯ３、Ｃ４Ｈ５Ｏ６Ｎａ・Ｈ２Ｏ、Ｃ４Ｈ５Ｏ６Ｋ、Ｎｂ２Ｏ５、及びＴａ２Ｏ５を、アルコール中で１６時間混合して混合物を調製した。得られた混合物を、８００℃、５時間仮焼した後、ボールミルで粉砕することにより、その組成が「（Ｌｉ０．055（Ｎａ０．543Ｋ０．457）0.945）１．００３（Ｎｂ０．９１８Ｔａ０．０８２）Ｏ３」で表される圧電セラミックスを調製した。得られた圧電セラミックスを使用し、２ｔ／ｃｍ２の圧力で直径２０ｍｍ×厚み６ｍｍの大きさに圧粉成形して圧粉成形体を得た。得られた圧粉成形体をアルミナ容器内に収納し、１０００℃で３時間焼成して焼成体を得た。得られた焼成体を、１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの大きさに加工し、その両面に銀ペーストを塗布して電極を焼き付け、これを２５〜１２０℃のシリコンオイル中に浸漬するとともに、電極間に５〜６ｋＶ／ｍｍの直流電界を1５分間〜３時間印加することにより分極処理して圧電／電歪素子を得た。
【００４３】
さらに、直流電界印加後に、電界４ｋＶ／ｍｍ、周波数１．２５Ｈｚ、駆動回数１００〜１００００回の駆動波電界を印加することにより分極処理を行って圧電／電歪素子（実施例１〜４）を得た。得られた圧電／電歪素子に４ｋＶ／ｍｍまでの電界を印加した実施例１の電界誘起歪を図４に示す。
【００４４】
（比較例１〜５）
２５〜１２０℃のシリコンオイル中に浸漬して駆動波電界により分極処理したこと以外は、前述の実施例１〜４の場合と同様の操作により圧電／電歪素子（比較例１〜４）を得た。また、直流電界を印加せずに駆動波電界の印加のみを施した圧電／電歪素子（比較例５）を得た。得られた圧電／電歪素子に４ｋＶ／ｍｍまでの電界を印加した比較例１の電界誘起歪を図５に示す。
【００４５】
そして、表１に実施例１〜４及び比較例１〜５の分極処理の条件及び測定結果をまとめて示す。分極電界は、直流電界の大きさ、分極温度は、直流電界により分極処理を施した温度（ＲＴは、室温、ＨＴは、７５℃を示す）、分極時間は、直流電界により分極処理を施した時間である。また、駆動波電界による分極処理の条件は、駆動波電界、駆動周波数、駆動回数に示す。駆動温度は、駆動波による分極処理を施した温度である。さらに、電界誘起歪差は、分極のプラス面とグランド面の差を規格化したものであり、
電界誘起歪差＝｜Ｓｐ−Ｓｇ｜／Ｓｇ×１００（％）
（Ｓｐ：分極プラス面の電界誘起歪、Ｓｇ：分極グランド面の電界誘起歪）で求めた。湾曲度は、試料の形状（湾曲して窪んだ面の窪みの最大深さ）を直接測定した値で、曲率半径は、試料の湾曲度、試料形状より計算した。
【００４６】
【表１】
2008078267.tif 000003
【００４７】
図４、図５、及び表１に示すように、従来の分極処理を施した比較例１では、電界誘起歪差が分極プラス面と分極グランド面で８５％あり、曲率が４．２ｍである。また他の比較例２〜５においても、電界誘起歪差が６３％〜８８％と大きな値を示している。一方、従来の分極処理を施した後に、三角波により分極を行うことで、実施例１においては、電界誘起歪差を１５％、曲率を２２．５ｍとすることができ、他の実施例２〜４においても、電界誘起歪差を３％〜１２％とすることができた。
【００４８】
（実施例５〜６）
さらに、表１と同様の組成の試料にて、駆動波の周波数、電界を変えた結果を表２に示す（比較例１は、表１の比較例１と同じである）。
【００４９】
【表２】
2008078267.tif 000004
【００５０】
実施例５、及び実施例６のいずれも、比較例１に比べて曲率半径が大きくなり、電界誘起歪差が小さくすることができた。
【００５１】
さらに、実施例１及び比較例１の結晶配向度をＸ線回折によって調べた。Ｘ線回折は、Ｘ線回折装置（理学電機製ＲＩＮＴ２５００）を用いて、Ｃｕ−Ｋαを線源とするＸ線回折を行い、分極プラス面と分極グランド面の両面において、得られたＸ線回折パターンの（００２）面と（２００）面に相当する２θ（回折角）のピーク位置における強度比を求めた。強度比は、ｃ軸方向の配向度を示し、この配向度の差が小さいほど、試料両面の結晶配向度の差が小さいことになる。
【００５２】
【表３】
2008078267.tif 000005
【００５３】
表３に示すように、実施例１は、比較例１に比べ、分極プラス面の強度比と分極グランド面の強度比との差が小さく、結晶配向度の差が小さくなっていることが分かる。
【００５４】
以上の実施例１〜６に示すように、直流電界を印加した後に駆動波電界を印加する分極処理を行うことで、分極プラス面と分極グランド面の結晶配向度の差が小さく、湾曲せず、電界誘起歪差の小さい圧電セラミックス、圧電／電歪素子を製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の圧電セラミックス、及び圧電／電歪素子は、優れた圧電／電歪特性を示すものであり、アクチュエータ、センサ等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】分極処理を説明する説明図である。
【図２】駆動波の一例としての三角波を示す図である。
【図３】本発明の圧電／電歪素子の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図４】実施例における分極処理を施した試料の電界誘起歪を示す図である。
【図５】比較例における分極処理を施した試料の電界誘起歪を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１：基板、２：圧電セラミックス（圧電／電歪部）、２ａ：分極プラス面、２ｂ：分極グランド面、４，５：電極、５１：圧電／電歪素子。
【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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