(57)【要約】 【課題】  電気機械結合係数、機械的品質係数などの特性に優れ、かつ低温焼結可能な圧電磁器材料を提供すること。【解決手段】  組成式(ＰｂｘＥｙ)[(Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３)ａＴｉｂＺｒｃ]Ｏ３＋ｄモル％ＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３＋ｅ重量％ＣｕＯで表され（ＥはＣａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの一種以上）、その組成範囲が、０．９５≦ｘ＋ｙ≦１．０５、０≦ｙ≦０．２０、であり、またａ＋ｂ＋ｃ＝１とし、図１の組成マップで、Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ｍ−Ｎの組成点を結ぶ線に囲まれた領域（線上を含む）にあることを特徴とする主成分と、この主成分を１モルとしたとき、０＜ｄ≦４．０（モル％）の範囲で添加されるＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３と、０＜ｅ≦１（重量％）の範囲で添加されるＣｕＯとからなる。また使用する圧電材粉末の平均粒径を１μｍ以下とする。【選択図】  図１
2005330127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式(ＰｂｘＥｙ)[(Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３)ａＴｉｂＺｒｃ]Ｏ３＋ｄモル％ＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３＋ｅ重量％ＣｕＯで表され（ただしＥはＣａ、Ｓｒ、Ｂａのうち一種以上とし、複合的に用いても良い。複合的に用いた場合は、合わせた量がｙの範囲になるようにする。）、その組成範囲が、０．９５≦ｘ＋ｙ≦１．０５、０≦ｙ≦０．２０、であり、
またａ＋ｂ＋ｃ＝１とし、図１の組成マップで、
Ｉ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．４２、ｃ＝０．５７）、
Ｊ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．５４、ｃ＝０．４５）、
Ｋ（ａ＝０．０５、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．３８）、
Ｌ（ａ＝０．１５、ｂ＝０．５０、ｃ＝０．３５）、
Ｍ（ａ＝０．１５、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．５０）、
Ｎ（ａ＝０．０８、ｂ＝０．３６、ｃ＝０．５６）、
の組成点を結ぶ線に囲まれた領域（線上を含む）にあることを特徴とする主成分と、この主成分を１モルとしたとき、０＜ｄ≦４．０（モル％）、
の範囲で添加されるＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３と、０＜ｅ≦１（重量％）、
の範囲で添加されるＣｕＯとからなることを特徴とする圧電磁器材料。
【請求項２】
請求項１記載の圧電磁器材料において、径方向の電気機械結合係数Ｋpが０．４５以上、比誘電率εrが５００以上、機械的品質係数Ｑmが８００以上、かつ焼成温度が１０００℃以下であることを特徴とする圧電磁器材料。
【請求項３】
請求項２記載の圧電磁器材料において、焼結に使用する圧電材粉末の平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とする圧電磁器材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種圧電デバイスに用いられる圧電磁器材料にかかわり、特に電気機械結合係数、機械的品質係数が高く、低温焼成可能な圧電磁器材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電材料を応用した積層デバイスは、コストダウンと低環境負荷を目的として低温焼成化が進められている。コストダウンについては、圧電セラミックスと同時一体焼成される内部電極の成分に銀−パラジウムが一般的に使用されているが、焼結温度が高いと、コスト高のパラジウム比率を多くしなければならないという制約がある。逆に、セラミックスの焼結温度を低下させることができれば、電極中のパラジウム比率を減らせるので、原材料コストの低減が可能となる。低環境負荷の目的については、ＰＺＴ系セラミックスは焼結の過程で鉛成分の揮発が起こるが、１０００℃以上でそれが顕著となる。鉛は有害であるので、大量の揮発成分が大気中に放出されることは、環境汚染となり好ましくない。従って、１０００℃以下の温度で焼結が完了できれば、鉛成分の揮発を抑えることができ、環境汚染防止につながる。
【０００３】
以上のような理由により、圧電セラミックスの低温焼成化が注目され、盛んに行われるようになっている。その例として、特許文献１、特許文献２に開示された技術がある。
【０００４】
しかし、低温焼結すると、圧電セラミックスの特性の劣化が起こり実用化の問題点となる場合が多い。すなわち、添加物などにより低温焼成化されても、添加物の影響で特性が低下したり、また、焼結体の粒成長が不十分であるために、特に結合係数などの特性項目で劣化が確認されたりすることがある。従って、コストダウンと低環境負荷を達成するためには、低温焼成化可能で、かつ特性が維持される材料が必要となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５３７７２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１４５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電気機械結合係数、機械的品質係数などの特性に優れ、かつ低温焼結可能な圧電磁器材料を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明の圧電磁器材料は、組成式(ＰｂｘＥｙ)[(Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３)ａＴｉｂＺｒｃ]Ｏ３＋ｄモル％ＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３＋ｅ重量％ＣｕＯで表され（ただしＥはＣａ、Ｓｒ、Ｂａのうち一種以上とし、複合的に用いても良い。複合的に用いた場合は、合わせた量がｙの範囲になるようにする。）、その組成範囲が、０．９５≦ｘ＋ｙ≦１．０５、０≦ｙ≦０．２０、であり、
またａ＋ｂ＋ｃ＝１とし、図１の組成マップで、
Ｉ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．４２、ｃ＝０．５７）、
Ｊ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．５４、ｃ＝０．４５）、
Ｋ（ａ＝０．０５、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．３８）、
Ｌ（ａ＝０．１５、ｂ＝０．５０、ｃ＝０．３５）、
Ｍ（ａ＝０．１５、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．５０）、
Ｎ（ａ＝０．０８、ｂ＝０．３６、ｃ＝０．５６）、
の組成点を結ぶ線に囲まれた領域（線上を含む）にあることを特徴とする主成分と、この主成分を１モルとしたとき、
０＜ｄ≦４．０（モル％）、の範囲で添加されるＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３と、
０＜ｅ≦１（重量％）、の範囲で添加されるＣｕＯとからなることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明の圧電磁器材料は、第１の発明の圧電磁器材料において、径方向の電気機械結合係数Ｋpが０．４５以上、比誘電率εrが５００以上、機械的品質係数Ｑmが８００以上、かつ焼成温度が１０００℃以下であることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明の圧電磁器材料は、第２の発明の圧電磁器材料において、焼結に使用する圧電材粉末の平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による圧電磁器材料は、高い電気機械結合係数と機械的品質係数を有するので、高特性の製品開発が可能であり、かつ低温で焼成できコストダウンに寄与するため、工業的価値は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施の形態に従い説明する。
【００１２】
本発明の材料を得る出発原料として、ＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＣＯ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＣａＣ２Ｏ４・Ｈ２Ｏ、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯ、ＷＯ３の各粉末を用いた。各原料粉末のうち、主成分に相当する成分を所定量秤量し、ボールミルによる湿式混合後、乾燥粉末を２時間大気中にて仮焼した。一方、ＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３についてもそれぞれ原料粉末秤量、ボールミル混合、予焼を行った。主成分とＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３、ＣｕＯを所定の比率になるよう秤量し、ボールミルにて湿式粉砕した。乾燥後得られた粉末にバインダーを混合し、円柱型にプレスして脱バインダー後、焼結した。焼結体をスライス加工して円板形状とし、両面に銀電極を形成して分極し、試料とした。分極処理後２４時間室温放置し、特性評価を行った。
【００１３】
焼結性の判断には、焼結体密度を測定し、７．８ｇ／ｃｍ３以上であれば、十分焼結したレベルと見なして評価した。焼結温度としては、焼結体密度が７．８ｇ／ｃｍ３に達するのに必要な最低温度を最低焼結温度とした。
【００１４】
表１に評価結果を示す。＊の記された試料は、請求項の範囲外の試料であることを示す。
【００１５】
【表１】
2005330127.tif 000003
【００１６】
次に、各化合物の配合比率（組成比）を限定した理由について、図１に示した本発明の組成範囲（ａ、ｂ、ｃ）を表す組成マップを参照しながら説明する。
【００１７】
Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３量（ａ）が１モル％未満の場合、強誘電体分域壁の運動に伴う内部摩擦による損失が大きいため、機械的品質係数が低い。１５モル％を越えると、比誘電率および電気機械結合係数が低下するため好ましくない。Ｊ−Ｋ−Ｌを結ぶ線よりＺｒ量（ｃ）が少なくＴｉ量（ｂ）が多いほうの領域（図１の斜線領域の左側）では、電気機械結合係数が下がるため適さない。一方、Ｍ−Ｎ−Ｉを結ぶ線よりＺｒ量（ｃ）が多くＴｉ量（ｂ）が少ないほうの領域（図１の斜線領域の右側）では、比誘電率および電気機械結合係数が低下するため、適さない。
【００１８】
また、Ｅ（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）は、焼成温度を低下させ、また比誘電率、電気機械結合係数を向上させる効果を有するが、その量ｙは、０．２０を越えると電気機械結合係数が低下し、好ましくない。さらに、ＰｂとＥの総量（ｘ＋ｙ）は、１以下では電気機械結合係数の向上が確認されたが、０．９５未満になると電気機械結合係数が劣化する。また１以上では焼成温度が低下したが、１．０５を越えるとやはり特性が著しく劣化するので適さない。
【００１９】
ＢａＣｕ１／２Ｗ１／２Ｏ３、ＣｕＯについては、焼成温度を低下させ、電気機械結合係数を向上させる効果が認められたが、それぞれ４．０モル％、１．０重量％を越えると特性劣化が見られる。
【００２０】
さらに、圧電材粉末の平均粒径が１μｍ以上であると、焼結性が悪くなり１０００℃以下での焼成ができなくなるので、本発明の請求項の範囲から除外した。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の組成範囲（ａ、ｂ、ｃ）を表す組成マップ。
【符号の説明】
【００２２】
Ｉ    組成点（ａ＝０．０１、ｂ＝０．４２、ｃ＝０．５７）
Ｊ    組成点（ａ＝０．０１、ｂ＝０．５４、ｃ＝０．４５）
Ｋ    組成点（ａ＝０．０５、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．３８）
Ｌ    組成点（ａ＝０．１５、ｂ＝０．５０、ｃ＝０．３５）
Ｍ    組成点（ａ＝０．１５、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．５０）
Ｎ    組成点（ａ＝０．０８、ｂ＝０．３６、ｃ＝０．５６）
【図１】
2005330127.tif 000004