(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式が、ＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３で表され、
その組成範囲が、
０．９≦ａ≦１．０
０≦ｂ≦０．１
０．４≦ｃ≦０．５
０．４≦ｄ≦０．５
０≦ｅ≦０．１
０≦ｆ≦０．１
を満たした組成物を主成分とした圧電原料粉体に、
副成分として０．３ｗｔ％のＣｕＯと、０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下の範囲内のＧｅＯ２を含有してな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、ＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３を主成分とする圧電材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータ、圧電モータ等に使用される圧電磁器組成物の１つとして、特許文献１等に開示されたＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３を主成分としたものがある。この特許文献１に開示された圧電磁器組成物は、すぐれた圧電特性を有しつつ、超小型、薄型の素子に加工した場合でも十分な機械的強度を持つことができるとされている。
【０００３】
この種の圧電磁器組成物を作製するには、以下の手順により行なわれる。すなわち、出発原料として、各組成における金属元素の酸化物を所定量秤量して混合する。この混合された材料の粒径は、１μｍ程度である。次いで、混合した材料を９００℃以下で所定時間仮焼成を行なう。仮焼成することにより粒成長するので、仮焼成後の粒径は、２μｍ程度となる。その後、仮焼粉を再び粉砕（粒径：１．５μｍ程度）し、その粉砕した粉体に、バインダ溶液を混ぜて顆粒状に造粒し、造粒した粉体を、金型に入れるとともに加圧して所定の形状に成形する。この成型体を、１３００℃以上で焼成し、焼成体を製造し、得られた焼成体に、研削加工を施し、所定形状に加工した圧電性磁器組成物を得る。
【特許文献１】特開２００１−１８１０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の圧電磁器組成物を実際に圧電モータや圧電アクチュエータその他の製品として使用する場合、所定パターンの電極を適宜位置に形成することになる。特に、内部電極を形成する場合には、たとえば成型体を製造するに際し、内部に所定パターンの内部電極を形成し、得られた成型体（積層体）を焼成することで、焼成体を製造することになる。このとき、焼成温度を１３００℃にした高温で焼成すると、Ａｇを用いて内部電極を形成した場合には、蒸発してしまうので、Ａｇ−Ｐｄを用いて内部電極を形成することになる。つまり、電極材料の融点を焼成温度以上にする必要があり、Ａｇ−Ｐｄの融点はＰｄの添加量を多くするほど高くなる。従って、焼成温度が高くなるほど、高価なＰｄの添加量が多く必要となるので、量産化を考えた場合にコスト面から好ましくない。
【０００５】
一方、Ｐｄの添加量を少なくするため、ＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３を主成分とする圧電原料粉体を用い、そのまま単純に焼成温度を１０００℃程度にした低温焼成を行なうと、焼結が不十分となり、圧電特性が悪化するという問題が生じる。
【０００６】
また、仮焼粉に対して粉砕するに際し、粉体を微粉化することで、焼成温度を下げることができる。しかし、たとえば平均粒径を０．５μｍより小さい微粉末に粉砕したとすると、分散性が悪く、良好なシートを形成することができない。さらに、微粉化した粉体を用いて成型・焼成をすると、微粉化した粉体は、高い粉体活性度を有するので、焼結過程で大きく収縮し、焼結体が変形してしまう。よって、複雑な電極形成を必要とする製品の製造が困難となる。
【０００７】
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、９００℃から１１００℃程度の低温焼成によっても圧電特性を悪化させることなく、所望の形状の焼結体を製造することのできる圧電磁器組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明に係る圧電磁器組成物では、ＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３を主成分とした圧電原料粉体に対し、焼結助剤としてＣｕＯあるいはＧｅＯ２を一種類または二種類を適切な量だけ添加することで、１１００℃以下の低温焼成を可能とした。ＣｕＯやＧｅＯ２は、活性度が高く、これを圧電原料粉体に粉砕混合することで、圧電原料粉体間に均一に混ざるため、焼結過程で結晶粒径の成長を助長する。さらに、焼結助剤として用いたＣｕＯやＧｅＯ２は、添加量を適宜に設定することで、粒界に存在し、結晶粒内部に拡散しないため、圧電特性が悪化せず、所望の特性を発揮させることができる。
【０００９】
具体的には、主成分の圧電原料粉体は、組成式が、ＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３で表され、
その組成範囲が、
０．９≦ａ≦１．０
０≦ｂ≦０．１
０．４≦ｃ≦０．５
０．４≦ｄ≦０．５
０≦ｅ≦０．１
０≦ｆ≦０．１
を満たした組成物を用いる。
【００１０】
そして、副成分として、ＣｕＯとＧｅＯ２の両方を添加するようにし、ＣｕＯの添加量は０．３ｗｔ％とし、ＧｅＯ２の添加量は０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下の範囲内とした。実験の結果、この範囲を外れると、圧電特性が悪化するため、上記の範囲が本発明の目的を達成するための適正範囲となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、焼結助剤としてＣｕＯとＧｅＯ２を所定量添加して成型体を製造するため、９００〜１１００℃といった低温で焼結することができ、しかも、圧電特性が低下しない圧電磁器材料が得られる。また、このように本焼結を１１００℃といった低温度とすることができたため、内部電極に、Ａｇ−Ｐｄを用いた場合、Ｐｄの添加量を低下させ、コスト安とすることができる。さらに、従来は、圧電材料の本焼成（１３００℃）と、電極焼き付け（７００℃）を２回に分けて焼結させていたが、低温焼結を可能にしたため、電極との一体焼結も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。本実施形態の圧電性磁器組成物は、組成式が、ＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３で表され、
その組成範囲が、
０．９≦ａ≦１．０
０≦ｂ≦０．１
０．４≦ｃ≦０．５
０．４≦ｄ≦０．５
０≦ｅ≦０．１
０≦ｆ≦０．１
を満たした組成物を主成分とした圧電原料粉体に、副成分として、ＣｕＯとＧｅＯ２の少なくとも一方を所定の範囲内で含有させて構成する。
【００１３】
この副成分として添加する量は、ＣｕＯあるいはＧｅＯ２のいずれか一種類を用いる場合、０．３ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下の範囲内とし、二種類とも用いる場合はＣｕＯを０．３ｗｔ％としＧｅＯ２を０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下の範囲内とする。
【００１４】
係る組成比からなる圧電性磁器組成物を製造するには、まず出発原料として、主成分を構成する各組成における金属元素の酸化物を用い、各原料成分を所定量秤量して湿式混合してスラリを製造する。なお、焼結助剤は、このとき添加して主成分と混合しても良い。次に、そのスラリを乾燥させて仮焼成を行う。この仮焼成には、たとえば、乾燥させた混合粉体をコウ鉢に入れて、８００〜９００℃の温度に３時間保持する。
【００１５】
仮焼成することにより粒成長するので、仮焼粉を再び粉砕する。このとき、焼結助剤としてＣｕＯ及びまたはＧｅＯ２を所定量添加した状態で粉砕し、粒径が、０．５〜１μｍ程度になるように微粉砕する。微粉砕した後には、そのスラリを乾燥させて造粒する。つまり、その微粉砕した粉体に、所定のバインダ溶液を混ぜて顆粒状に造粒する。次いで造粒した粉体を、金型に充填し所定の圧力を加えて成型したり、ドクターブレード法により所定厚さのシート状に成型する。
【００１６】
そして、そのようにして成型した成型体を、９００〜１１００℃といった低温度で焼成する。この焼成は、例えばトップ温度９００〜１１００℃で３時間保持することで行なう。
【００１７】
次に、本発明の効果を実証するため、上述した製造手順により各種の試料を製造した。まず、主成分のＰｂａＳｒｂ（ＺｒｃＴｉｄＭｎｅＳｂｆ）Ｏ３の組成が、
ａ＝０．９５
ｂ＝０．０５
ｃ＝０．４８
ｄ＝０．４４
ｅ＝０．０６
ｆ＝０．０２
となるものを用いた。そして、実施例１としては、その主成分に対して焼結助剤として、ＣｕＯ或いはＧｅＯ２のいずれか一方を、０〜１．３ｗｔ％の範囲内で添加量を変えて添加し、粉砕後、シート状に成型したものを１０００℃で焼成し、圧電磁器組成物を製造した。
【００１８】
また、実施例２としては、上記の主成分に対して、焼結助剤として、ＣｕＯを０．３ｗｔ％で、ＧｅＯ２を、０〜１ｗｔ％の範囲内で添加量を変えて添加し、粉砕後、シート状に成型したものを１０００℃で焼成し、圧電磁器組成物を製造した。
【００１９】
各実施例において、製造した圧電磁器組成物の焼成密度（ρ），比誘電率（ε３３Ｔ／ε０），電気機械結合係数（Ｋｒ），機械的品質係数（Ｑｍ）を測定した。その測定結果を、図１〜図４に示す。すなわち、図１（ａ）は、実施例１の焼成密度、図１（ｂ）は実施例１の比誘電率、図２（ａ）は実施例１の電気機械結合係数、図２（ｂ）は実施例１の機械的品質係数の焼結助剤の添加量に対する特性を示すグラフである。図３（ａ）は、実施例２の焼成密度、図３（ｂ）は実施例２の比誘電率、図４（ａ）は実施例２の電気機械結合係数、図４（ｂ）は実施例２の機械的品質係数の焼結助剤の添加量に対する特性を示すグラフである。
【００２０】
各図から明らかなように、実施例１では、０．３〜１．０ｗｔ％の範囲内の添加量が、いずれの特性も良好な結果が得られる。同様に、実施例２では、０．１〜０．５ｗｔ％の範囲内の添加量が、いずれの特性も良好な結果が得られる。
【００２１】
上述した各圧電性磁器組成物を所定形状に形成するとともに、所定位置に電極等を形成したり、焼成前の成型体の内部（シート状に積層した積層体の層間等）に所定パターンの内部電極を形成したりすることにより、たとえば、カメラの自動焦点装置や旋回台等の日常使用されている圧電モータ（高トルク・回転音が静寂）を製造することができる。さらには、圧電アクチュエータや加速度センサその他のセンサを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の作用効果を説明するグラフである。
【図２】本発明の作用効果を説明するグラフである。
【図３】本発明の作用効果を説明するグラフである。
【図４】本発明の作用効果を説明するグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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