(57)【要約】 【課題】  実質的に圧電特性を低下させることなく、より低温で焼成することができる圧電セラミックスを提供する。【解決手段】  一般式ＡＢＯ3で表され、前記Ａサイトは鉛を主成分とし、かつ、前記Ｂサイトはジルコニウムおよびチタンを主成分とする圧電セラミックスであって、  前記ＡＢＯ3の総重量に対して、酸化ビスマスと酸化ホウ素と酸化亜鉛を少なくとも２種以上含む焼結助剤を０．５重量％以上３．０重量％以下添加して、１０００℃以下で焼成した後の圧電セラミックスの電気機械結合係数Ｋｒが０．６以上であり、かつ、焼成後の焼結助剤の各成分の組成が３０〜５５モル％のＢｉ成分と、０〜２５モル％のＢ成分と、４５〜７０モル％のＺｎ成分からなることを特徴とする圧電セラミックス。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ＡＢＯ3で表され、前記Ａサイトは鉛を主成分とし、かつ、前記Ｂサイトはジルコニウムおよびチタンを主成分とする圧電セラミックスであって、
前記ＡＢＯ3の総重量に対して、酸化ビスマスと酸化ホウ素と酸化亜鉛を少なくとも２種以上含む焼結助剤を０．５重量％以上３．０重量％以下添加して、１０００℃以下で焼成した後の圧電セラミックスの電気機械結合係数Ｋｒが０．６以上であり、かつ、焼成後の焼結助剤の各成分の組成が３０〜５５モル％のＢｉ成分と、０〜２５モル％のＢ成分と、４５〜７０モル％のＺｎ成分からなることを特徴とする圧電セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温焼成が可能で、従来と遜色のない電気機械結合係数を有する圧電セラミックスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸ジルコン酸鉛（いわゆる、ＰＺＴ）を主成分とした圧電セラミックスは、高い圧電定数（ｄ３１等）を有するために、例えば、積層型圧電アクチュエータ用材料として有用である。
【０００３】
従来、積層型圧電アクチュエータに用いられている圧電セラミックスは、良好な特性を発揮させるためには約１１００℃以上で焼成する必要があり、このために電極ペーストとしてはパラジウムを多く含む銀／パラジウムペースト（Ａｇ／Ｐｄ＝７０／３０）や白金ペースト（Ｐｔ）を用いる必要があった。しかし、このように高価な貴金属を多く含む電極ペーストを用いることは生産コストの高騰を招くために、例えば、特許文献１に開示されているように、焼結助剤を用いて、圧電セラミックスをより低温で焼成する検討が行われている。
【特許文献１】特許第３４０６６１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発明者らが特許文献１の開示内容にしたがって試験を行った結果、圧電特性の低下が大きくなってしまい、所望のサイズで所望の変位特性を備えた圧電セラミックスを作製することが困難であることがわかった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、実質的に圧電特性を低下させることなく、より低温で焼成することができる圧電セラミックス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】
【０００６】
本発明は、一般式ＡＢＯ3で表され、前記Ａサイトは鉛を主成分とし、かつ、前記Ｂサイトはジルコニウムおよびチタンを主成分とする圧電セラミックスであって、
前記ＡＢＯ3の総重量に対して、酸化ビスマスと酸化ホウ素と酸化亜鉛を少なくとも２種以上含む焼結助剤を０．５重量％以上３．０重量％以下添加して、１０００℃以下で焼成した後の圧電セラミックスの電気機械結合係数Ｋｒが０．６以上であり、かつ、焼成後の焼結助剤の各成分の組成が３０〜５５モル％のＢｉ成分と、０〜２５モル％のＢ成分と、４５〜７０モル％のＺｎ成分からなることを特徴とする圧電セラミックスである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の圧電セラミックスは、主成分が同じであるが焼結助剤を用いない組成のものと比較すると、圧電特性を実質的に低下させることなく、焼結温度を例えば１０００℃まで下げることができる。このため、本発明の圧電セラミックスを用いて同時焼成型の積層型圧電素子を作製する場合には、パラジウムの含有比率の少ない電極材料を用いることができるようになり、製造コストを大きく下げることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
本発明の圧電セラミックスは、一般式ＡＢＯ3で表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。ここで、Ａサイトは鉛（Ｐｂ）を主成分とし、かつ、Ｂサイトはジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を主成分とする。Ａサイトに入る他成分としては、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、銀（Ａｇ）等が挙げられる。
また、Ｂサイトに入る他成分としてはニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。
【０００９】
次に、本発明の圧電セラミックスは、上述した成分を有するＡＢＯ3の総重量に対して、酸化ビスマス（Ｂ2Ｏ3）と酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）を少なくとも２種以上含む焼結助剤が０．５重量％以上３．０重量％以下添加されている。すなわち、ＡＢＯ3を形成するために用いられる鉛やジルコニウム、チタン等を含む原料粉末（以下「基原料粉末」という）に、その総重量に対して焼結助剤を０．５重量％以上３．０重量％以下添加、混合して得られる混合粉末（以下「成形用粉末」という）を、所定形状に成形し、焼成することによって、本発明の圧電セラミックスを得ることができる。
【００１０】
ここで、基原料粉末に対する焼結助剤の添加割合と、成形用粉末を用いて作製された圧電セラミックス（焼成体）中のＡＢＯ3成分の重量に対する焼結助剤成分の割合とは、焼成過程においてＡＢＯ3を形成する成分の一部や焼結助剤成分の一部が蒸発等する可能性があることを考慮すれば、実際には必ずしも一致しないが、上記した焼結助剤の添加量の数値限定は下記のようである。
【００１１】
すなわち、焼結助剤の添加量が０．５重量％未満の場合は、焼結温度が１０００℃以下では十分な緻密体が得られず、さらには圧電特性が低下して好ましくない。また、焼結助剤の添加量が３．０重量％を超えると圧電特性が低下して好ましくないからである。
【００１２】
本発明の圧電セラミックスは、上述した成形用粉末を公知の成形方法により処理して成形体を作製し、これを１０００℃以下で焼成することによって得られ、最も良好な圧電特性が得られるのはさらに９００℃以上で焼成した場合である。このような低い温度で焼成が可能となるのは、成形用粉末中には焼結助剤成分が均一に分散しており、成形体の焼成中に焼結助剤の一部が液相化して液相焼結が焼成試料全体で均一に進むことによると考えられる。
なお、本発明の圧電セラミックスは、このような従来よりも低い焼成温
度で焼成された場合において、積層型圧電アクチュエータや積層型圧電トランス等の各種圧電素子として用いる場合に高い性能が確保されるように、その電気機械結合係数Ｋｒが０．６以上となるように焼結助剤の組成を調整する。
即ち、ＡＢＯ3の総重量に対して、酸化ビスマスと酸化ホウ素と酸化亜鉛を少なくとも２種以上含む焼結助剤を０．５重量％以上３．０重量％以下添加して、１０００℃以下で焼成した後の焼結助剤の各成分の組成が３０〜５５モル％のＢｉ成分と、０〜２５モル％のＢ成分と、４５〜７０モル％のＺｎ成分からなるようにすることが好ましい。
【００１３】
（試験例）
（Ｐｂ0.92Ｓｒ0.06）（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.46Ｎｂ0.02）Ｏ3となるように、酸化鉛、炭酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブの各粉末を秤量し、これを湿式混合（例えば、ボールミル処理）し、さらに９００℃で３時間仮焼処理した。続いて、純水３リットルにこの仮焼粉末３ｋｇを加えてスラリーを作製し、これを媒体撹拌ミルを用いて平均粒子径が１μｍ以下となるように粉砕処理し、その後に乾燥処理を行うことにより基原料粉末を作製した。
また、酸化ビスマス（Ｂ2Ｏ3）と酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末を用いて各種秤量し、これをボールミルにて湿式混合した。
混合後溶媒を除去し、１００メッシュふるいを通過したものを焼結助剤粉末として用いた。
ここで、酸化ビスマス（Ｂ2Ｏ3）と酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末の配合量は、表１に示す通りに、１０００℃で焼成された後の焼結助剤の各成分の組成（モル％）が種々に変化するように調整した。
なほ、１０００℃で焼成された後の焼結助剤の組成は、ＩＰＣ発光分光分析法により測定した。
【００１４】
こうして得られた基原料粉末に対する焼結助剤粉末の添加量は１重量％とし、１０００℃で焼成された後の焼結助剤の各成分の組成（モル％）が表１に示す通りに種々に変化するようにして、その組成毎に、ボールミルで１６時間の混合処理を行い、その後乾燥させ、さらにナイロンメッシュを用いて造粒した。得られた造粒粉を直径１６ｍｍφ、厚さ１．５ｍｍのディスク状に一軸プレス成形し、さらにこのプレス成形体を１２００ｋｇｆ／ｃｍ2（＝１１７．６ＭＰａ）でＣＩＰ（冷間静水圧成形）処理した。
こうして作製されたＣＩＰ成形体を、アルミナ製のセッター上に配置し、これをニッケル製のサヤで覆って焼成炉に入れて、大気中、１０００℃で３時間焼成した。得られた焼成体の表面を研磨処理した後に、その密度をアルキメデス法により測定した。
【００１５】
次いで、焼成体の研磨面に導体ペースト（例えば、銀ペースト）を塗布し、８６０℃で焼き付けした。こうして電極が形成された圧電板を、シリコンオイル中、１２０℃で２０分間、２ｋＶ／ｍｍで分極処理した。分極処理された圧電板の電気機械結合係数Ｋｒと比誘電率εｒをインピーダンスアナライザにより測定した。その結果を表１にまとめて示した。
【００１６】
【表１】
2005194150.tif 000002
【００１７】
表１の結果より、本発明の実施例である試験Ｎｏ．２，３，４，５，８，９，１０，１１，１４，１５，１６は、１０００℃と低温で焼成したにもかかわらず、いずれも密度が大きく緻密化していた。また、電気機械結合係数Ｋｒは０．６以上であり圧電特性に優れていた。また、比誘電率εｒは１８００以上と大きかった。
すなわち、本発明によれば、実質的に圧電特性を低下させることなく、より低温で焼成できることが分かった。
【００１８】
一方、本発明の比較例である試験Ｎｏ．１，６，７，１２，１３，１７，１８は、いずれも電気機械結合係数Ｋｒは０．６未満であり圧電特性に劣っていた。また、比誘電率が低下することが確認された。
このことから、基原料粉末に対して、酸化ビスマスと酸化ホウ素と酸化亜鉛を少なくとも２種以上含む焼結助剤を添加して、１０００℃以下で焼成した後の焼結助剤の各成分の組成が３０〜５５モル％のＢｉ成分と、０〜２５モル％のＢ成分と、４５〜７０モル％のＺｎ成分からなるようにすることが好ましいことが分かった。