(57)【要約】 【課題】  高振動速度あるいは大振幅でも駆動可能で、かつ高出力であり、さらに温度安定性が高い圧電磁器材料を提供する。【解決手段】  Ｐｂ１−ｘ［（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）ａＴｉｂＺｒｃ−ｙ］Ｏ３の組成式で表され（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）、ａ、ｂ、ｃの範囲が三元組成図上でＩ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎを各頂点とする多角形の線上を含む内部領域であり、かつｘ、ｙが  ０＜ｘ≦０．０３０、０＜ｙ≦０．０１５の範囲であることを特徴とする圧電磁器組成物とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐｂ１−ｘ［（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）ａＴｉｂＺｒｃ−ｙ］Ｏ３の組成式で表され（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝１）、ａ、ｂ、ｃの範囲が三元組成図上で座標が
Ｉ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．４２）、
Ｊ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．４４、ｃ＝０．５５）、
Ｋ（ａ＝０．１０、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．５５）、
Ｌ（ａ＝０．２０、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．４５）、
Ｍ（ａ＝０．２０、ｂ＝０．４７、ｃ＝０．３３）、
Ｎ（ａ＝０．１０、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．３３）、
となる前記Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎを各頂点とする多角形の線上を含む内部領域であり、かつｘ、ｙが、０＜ｘ≦０．０３０、０＜ｙ≦０．０１５の範囲であることを特徴とする圧電磁器組成物。
【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組成物にかかわり、特に圧電トランスに適した圧電磁器材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電材料を利用した圧電トランスは、電磁トランスと比較して高い効率、昇圧比が得られること、低背化に適していることから、例えば液晶ディスプレイバックライト用インバータに広く用いられている。圧電トランスに用いられる圧電材料としては、ハイパワー特性が得られることから特許文献１のようなＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３（ＰＺＴ−ＰＭＳ系材料）等がよく用いられる。
【０００３】
液晶ディスプレイの大型化およびインバータの小型化に伴い、圧電材料に対しては、その機械的出力のさらなる増大が要求されている。また、圧電材料の電気エネルギーの機械的な振動エネルギーへの変換に際して、エネルギー損失を抑制することが求められる。動作振動振幅もしくは振動速度が高くなるのに伴い、内部エネルギー損失による発熱が生じるため、やがて励起できる振動振幅は振動速度限界値に達し、さらには材料の絶縁破壊を引き起こすことになるからである。
【０００４】
今、振動速度を振動子の最大先端振動振幅ξｍと、振動子の共振周波数ｆｒの測定から算出できる実効的振動速度Ｖは次式（１）で表される。（文献：広瀬清二、信学技報  ＵＳ９２−３  圧電振動子のハイパワー特性の自動測定）
Ｖ＝２1/2・π・ｆｒ・ξｍ  ・・・（１）
【０００５】
このように振動レベルを振動速度で表現した場合、従来技術では、安心して使用できる限界振動速度Ｖｍａｘ（発熱による温度上昇が２０℃となるときの振動速度を限界振動速度と考える）が、０．２ｍ／ｓ程度に留まっていた。
【０００６】
また、圧電トランスの場合、その出力値Ｐｏｕｔは材料特性値である比誘電率εｒ、電気機械結合係数Ｋ、振動速度Ｖと式（２）の関係にある。
Ｐｏｕｔ∝εｒ・Ｋ２・Ｖ２  ・・・（２）
【０００７】
高出力を得るためには、その材料特性において、使用可能な振動速度レベルが高いことも重要であるが、あわせてεｒやＫの値が大きいことが必要となる。
【０００８】
また、圧電トランスのように、高振動速度レベルで使用するデバイスにおいては、素子自体が駆動に伴って発熱することが特性劣化を引き起こす要因となっている。素子の容量（比誘電率）は、特性項目の中でも温度変化の大きいものの一つで、この値が発熱とともに変動すると、室温において最適化した素子特性が劣化してしまう問題が起こる。従って、材料特性値（特に比誘電率）の温度特性は、素子特性の安定性に大きく関与しており、高特性が要求される。
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−０４０４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、ＰＺＴ−ＰＭＳ系の材料はＰｂを主成分とした母材と異なる異相が析出し易く、この異相の析出はエネルギー損失による特性低下の原因の一つになる。さらに、この異相の析出は焼結体の変形（曲がり、凹み等）を招く原因でもある。
【００１１】
これまでも、異相解消の研究はされているが、完全に解消するまで至ってはおらず、異相の析出を極力抑制する手法を見出す必要がある。
【００１２】
本発明は、異相の析出を極力抑制することで、高振動速度あるいは大振幅でも駆動可能で、かつ高出力であり、さらに温度安定性が高い圧電磁器組成物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】
【００１３】
本発明によれば、Ｐｂ１−ｘ［（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）ａＴｉｂＺｒｃ−ｙ］Ｏ３の組成式で表され（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝１）、ａ、ｂ、ｃの範囲が図１に示すように三元組成図上で座標が、
Ｉ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．４２）、
Ｊ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．４４、ｃ＝０．５５）、
Ｋ（ａ＝０．１０、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．５５）、
Ｌ（ａ＝０．２０、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．４５）、
Ｍ（ａ＝０．２０、ｂ＝０．４７、ｃ＝０．３３）、
Ｎ（ａ＝０．１０、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．３３）、
となる前記Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎを各頂点とする多角形の線上を含む内部領域であり、かつｘ、ｙが、０＜ｘ≦０．０３０、０＜ｙ≦０．０１５の範囲であることを特徴とする圧電磁器組成物が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による圧電磁器組成物は、高い振動速度、比誘電率、電気機械結合係数を有し、かつ比誘電率の温度変化が少ないので、特に高振動速度あるいは大振幅でも駆動可能で、かつ高出力であり、さらに温度安定性が高い圧電トランスの材料として特性向上および信頼性向上が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の圧電磁器組成物は、Ｐｂ１−ｘ［（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）ａＴｉｂＺｒｃ−ｙ］Ｏ３の組成式で表され（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝１）、ａ、ｂ、ｃの範囲が図１に示すように三元組成図上で座標が、
Ｉ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．４２）、
Ｊ（ａ＝０．０１、ｂ＝０．４４、ｃ＝０．５５）、
Ｋ（ａ＝０．１０、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．５５）、
Ｌ（ａ＝０．２０、ｂ＝０．３５、ｃ＝０．４５）、
Ｍ（ａ＝０．２０、ｂ＝０．４７、ｃ＝０．３３）、
Ｎ（ａ＝０．１０、ｂ＝０．５７、ｃ＝０．３３）、
となる前記Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎを各頂点とする多角形の線上を含む内部領域であり、かつｘ、ｙが、０＜ｘ≦０．０３０、０＜ｙ≦０．０１５の範囲である。
【００１６】
上記範囲の組成となるように、ＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３等の各金属の酸化物粉末を秤量、混合して、大気中で焼成することにより本発明の圧電磁器組成物を得ることが出来る。
【００１７】
出発原料は、焼成を行うので、酸化物に限定されず、各金属の炭酸化合物、水酸化物等であってもかまわない。
【００１８】
焼成は定法のセラミクスの乾式製造方法に則って、仮焼成、本焼成と段階を踏むことにより、より適切な圧電磁器組成物を得ることが出来る。なお、湿式法により本組成物の前駆体の共沈組成物を得てそれを焼成する方法よっても本発明の圧電磁器組成物を得ることが出来る。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２０】
本発明の材料を得る出発原料として、ＰｂＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＣＯ３、Ｓｂ２Ｏ３の各粉末を用いた。
【００２１】
各原料粉末を表１、表２、表３、表４、表５に示す組成比率で秤量し、ボールミルによる湿式混合後、混合粉末を２時間大気中にて仮焼した。仮焼粉を粉砕した後、バインダー混合し、板状（Ｌ５０ｍｍ×Ｗ２０ｍｍ×Ｔ１５ｍｍ）に成形し、脱バインダーして、大気中にて焼成を行った。
【００２２】
焼結体を切断加工し（限界振動速度Ｖｍａｘの評価用としてはＬ４３ｍｍ×Ｗ７ｍｍ×Ｔ１ｍｍの矩形板、縦振動モードにおける電気機械結合係数Ｋ３３の評価用としてはＬ３ｍｍ×Ｗ３ｍｍ×Ｔ１２ｍｍの矩形板）、厚さ方向に相対向する両面に銀電極を焼き付け、１００℃でシリコンオイル中４ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分印加して分極処理を施した。
【００２３】
分極処理後、２４時間室温放置し、特性評価を行った。（限界振動速度は圧電横効果長さ方向振動の基本モードを励振させて測定）
【００２４】
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。
【００２５】
振動速度は、前記従来技術で説明したように、振動子の最大先端振動振幅ξｍと振動子の共振周波数ｆｒの測定から算出できる実効的振動速度Ｖで表した。
Ｖ＝２1/2・π・ｆｒ・ξｍ  ・・・（１）
【００２６】
限界振動速度は、圧電振動子の振動の節点における温度測定により、その振動子の内部エネルギー損失により励起される温度上昇（室温と振動子の温度との差）△Ｔが２０℃になる振動速度を限界振動速度Ｖｍａｘと表した。
【００２７】
比誘電率εｒの温度特性は、１０ｋＨｚにおける２０℃から１００℃までの容量の変化率ΔＣ／Ｃで示した。
【００２８】
また、焼結体の変形量を比較するために、Ｌ２０ｍｍ×Ｗ２０ｍｍ×Ｔ１ｍｍの成形体を焼成し、表面粗さ計で焼結体のうねりの最大、最小値を測定し、その差Ｚを変形のパラメータとして比較した。
【００２９】
表１、表２、表３、表４、表５に、評価結果を示す。※の記された試料は、本発明の権利範囲外の試料であることを示す。
【００３０】
【表１】
2005082430.tif 000003
【００３１】
【表２】
2005082430.tif 000004
【００３２】
【表３】
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【００３３】
【表４】
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【００３４】
【表５】
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【００３５】
Ｐｂ、Ｚｒを減らさない組成（表１）、もしくはＰｂを減らした組成では（表２）、焼結体の変形が大きく、かつΔＣ／Ｃが高く温度特性が悪い。焼結体の変形量の大きいものについては、母材と異なる異相の析出が関係していると考えられる。
【００３６】
ｘ＞０．０３、ｙ＞０．０１５の場合では（表５）、焼結性が低下し焼結温度が高くなっている。鉛を含む圧電材料はＰｂＯを主成分とする液相成分による液相焼結であり、Ｐｂ、Ｚｒを請求範囲以上減らすと、液相成分の不足や焼結性を阻害する異相の析出等で焼結性が低下すると考えられる。
【００３７】
また、圧電トランスの一般的な製造方法においては、内部電極と共に積層、同時焼成し、内部電極にはＡｇ−Ｐｄを用いている。セラミックスの焼成温度が高いと高価格のＰｄ比率を高くしなければならず、実用的ではない。さらに、この組成範囲ではＶｍａｘが低く、高振動速度での駆動が不可能である。
【００３８】
表２、表３、表４における、比較品は、いずれもεｒ、Ｋ３３が低い。これは、ＭＰＢといわれる、異なる結晶構造の境界部分から外れていくためで、一般的に圧電材料はＭＰＢ付近で大きな電気機械結合係数を示す。
【００３９】
すなわち、これらの組成範囲の材料で圧電トランスを作製した場合、前記した圧電トランスの出力値Ｐｏｕｔと材料特性値（比誘電率εｒ、電気機械結合係数Ｋ、振動速度Ｖ）の関係から、出力値が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の組成範囲を示す三元組成図。
【図１】
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