(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の元素と第２の元素と酸素（Ｏ）とからなる酸化物を含有しており、
前記第１の元素は、鉛（Ｐｂ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）からなる群のうちの少なくとも鉛を含み、その組成は下記の化１で表され、
前記第２の元素は、亜鉛（Ｚｎ），マンガン（Ｍｎ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）を含み、その組成は下記の化２で表され、
前記第２の元素に対する前記第１の元素の組成比（第１の元素／第２の元素）は、モル比で０．９以上１．０よりも小さい
ことを特徴とする圧電磁器。
【化１】
0004009417.tif 000010
（式中、ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群のうちの少なくとも１種であり、ａは０≦ａ≦０．１の範囲内の値である。）
【化２】
0004009417.tif 000011
（式中、ｗ，ｘ，ｙおよびｚは、それぞれ０．２≦ｗ／ｘ≦３．０、０．１≦ｙ≦０．５、０．２≦ｚ≦０．６、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１の範囲内の値である。）
【請求項２】
請求項１に記載の圧電磁器を用いたことを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛（Ｐｂ）を含む第１の元素と、亜鉛（Ｚｎ），ニオブ（Ｎｂ），チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）を含む第２の元素と、酸素（Ｏ）からなる酸化物を含有する圧電磁器およびそれを用いた圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、様々な技術分野において、圧電磁器を用いた圧電デバイスが広く利用されている。圧電デバイスには、超音波振動子，フィルタおよび圧電トランスなどがあり、中でも、近年、圧電トランスが注目されている。圧電トランスは、従来の電磁式トランスに比べて、小型化・薄型化・軽量化が可能で、更にエネルギー変換効率が高く、ノイズが少ないという特徴を有している。
【０００３】
代表的な圧電トランスとしては、長方形の圧電磁器板を用い、厚さ方向に分極した一次（入力）部と、長さ方向に分極した二次（出力）部とを備えたものが知られている。この圧電トランスでは、１波長または１／２波長共振の交流電圧が印加されると、低インピーダンスの一次部において電気エネルギーが振動エネルギーに変換され、この振動エネルギーが高インピーダンスの二次部に伝搬されて電気エネルギーに変換されることにより、高電圧を発生するようになっている。このような圧電トランスでは、衝撃により破壊しない程度の強度が求められるのはもちろんのこと、入力電圧を高くして大振幅で励振させても、ノード点と呼ばれる応力の集中点において破壊が生じない程度の十分な強度が要求される。すなわち、圧電トランスに用いる圧電磁器については、特に、高い機械的強度が求められる。
【０００４】
圧電磁器の機械的強度は、空孔などの欠陥と大きな相関があり、これまでにも、機械的強度を向上させるための研究が種々なされてきている。例えば、原料粉末の粒子径を細かくして比表面積を１０ｍ2 ／ｇ以上とし６５０℃以下で仮焼することにより、磁器の結晶粒子径を１μｍ以下として機械的強度を向上させたり（特開平６−１１２５４２号公報）、あるいはホットプレスを用いることにより機械的強度を向上させるなどの方法が報告されている。
【０００５】
また、圧電磁器としては、チタン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸鉛などを主成分とするものが知られているが、これに第２成分，第３成分あるいは種々の添加物を加えることにより特性の向上を図ることも行われている。例えば、亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛に酸化マンガンおよび酸化コバルトを添加したり（特公昭５４−１８４００号公報）、または鉛の一部をストロンチウムあるいはバリウムなどで置換する（特開昭６２−１５４６８２号公報）などの報告がされている。更に、特公昭５４―１８４００号公報に記載の組成に酸化ニオブ，酸化アンチモンおよび酸化タンタルを添加して機械的強度を向上させる旨の報告もある（特許第２９５７５３７号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、原料粉末を微粉化することにより機械的強度を向上させる方法では、圧電磁器を作製する際に原料粉末の取り扱いが難しくなり、しかも原料粉末の微粉化工程が新たに追加されることになるので、生産効率が低下してしまうという問題があった。また、ホットプレスを用いる方法では、ホットプレスを用いない通常の製造工程に比べて製造時間が長くかかり、しかも設備費が高くなるので、製品価格が高くなってしまうという問題があった。そこで、簡単かつ安価な方法として、圧電磁器の組成を調整することにより機械的強度をより向上させることが望まれている。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単かつ安価に機械的強度を向上させることができる圧電磁器およびそれを用いた圧電デバイスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧電磁器は、第１の元素と第２の元素と酸素とからなる酸化物を含有しており、第１の元素は、鉛，カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）からなる群のうちの少なくとも鉛を含み、その組成は下記の化３で表され、第２の元素は、亜鉛（Ｚｎ），マンガン（Ｍｎ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）を含み、その組成は下記の化４で表され、第２の元素に対する第１の元素の組成比（第１の元素／第２の元素）は、モル比で０．９以上１．０よりも小さいものである。
【化３】
Ｐｂ1-a Ａa 
（式中、ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群のうちの少なくとも１種であり、ａは０≦ａ≦０．１の範囲内の値である。）
【化４】
（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）w （Ｍｎ1/3 Ｔａ2/3 ）x Ｔｉy Ｚｒz 
（式中、ｗ，ｘ，ｙおよびｚは、それぞれ０．２≦ｗ／ｘ≦３．０、０．１≦ｙ≦０．５、０．２≦ｚ≦０．６、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１の範囲内の値である。）
【０００９】
この圧電磁器では、上記組成の酸化物を含有しているので、高い機械的強度および優れた圧電特性を得られる。
【００１０】
本発明による圧電デバイスは、本発明の圧電磁器を用いたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の一実施の形態に係る圧電磁器は、第１の元素と、第２の元素と、酸素とからなる酸化物を含有している。第１の元素は、鉛，カルシウム，ストロンチウムおよびバリウムからなる群のうちの少なくとも鉛を含み、第２の元素は、亜鉛，マンガン，チタン，ジルコニウム，ニオブおよびタンタルを含んでいる。この酸化物はペロブスカイト構造を有し、その組成は例えば下記の化５で表される。
【００１３】
【化５】
0004009417.tif 000002
式中、ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群のうちの少なくとも１種であり、ＢはＴａである。また、ａ，ｓ，ｗ，ｘ，ｙおよびｚは、それぞれ０≦ａ≦０．１、０．９≦ｓ＜１．０、０．２≦ｗ／ｘ≦３．０、０．１≦ｙ≦０．５、０．２≦ｚ≦０．６、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１の範囲内の値である。なお、化５に示した酸素の組成は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成でなくてもよい。
【００１４】
すなわち、この酸化物は、亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛にマンガンタンタル酸鉛を固溶させたものであり、鉛の一部をカルシウム，ストロンチウムあるいはバリウムなどのアルカリ土類金属元素で置換してもよい。本実施の形態の圧電磁器では、これにより、高い機械的強度および優れた圧電特性が得られるようになっている。
【００１５】
化５における「ａ」の値、すなわち鉛の一部を置換したカルシウムなどのアルカリ土類金属元素の組成比をモル比で０．１以下とするのは、０．１を超えると圧電特性および機械的強度が共に低下してしまうからである。特に、圧電特性を重視する場合には、「ａ」の値は０≦ａ≦０．０５の範囲内が好ましく、０≦ａ≦０．０２の範囲内であれば更に好ましい。このようにすれば、圧電トランスまたは超音波モータについてより良好な特性が得られる。
【００１６】
化５における「ｓ」の値、すなわち第１の元素の組成比をモル比で０．９≦ｓ＜１．０とするのは、１．０以上では焼結性が悪く圧電特性および機械的強度が著しく低下してしまうからであり、０．９よりも小さいと圧電特性が低下してしまうからである。特に、圧電特性および機械的強度をより高めるには、「ｓ」の値は０．９０≦ｓ≦０．９９の範囲内が好ましく、０．９３≦ｓ≦０．９７の範囲内であれば更に好ましい。なお、化５における「ｓ」の値は、第２の元素の組成比を１とした場合の第１の元素の組成比なので、第２の元素に対する第１の元素のモル比による組成比（第１の元素／第２の元素）を意味している。
【００１７】
化５における「ｗ／ｘ」の値、すなわち（Ｍｎ1/3 Ｂ2/3 ）に対する（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）の組成比をモル比で０．２≦ｗ／ｘ≦３．０とするのは、０．２よりも小さいと最適焼成温度が高くなり、圧電特性および強度特性が低下してしまうからであり、３．０を超えると機械的強度が低下してしまうからである。特に、ｗ／ｘの値が小さくなるほど最適焼成温度が高くなるので、積層型の圧電デバイスにおける内部電極の融点あるいは製造コストを考えると、「ｗ／ｘ」の値は０．３３３≦ｗ／ｘ≦３．０の範囲内が好ましく、０．５≦ｗ／ｘ≦３．０の範囲内であれば更に好ましい。このようにすれば、積層型の圧電デバイスであっても焼成温度を高くすることなく低コストで良好な特性が得られる。
【００１８】
化５における「ｙ」の値、すなわちチタンの組成比をモル比で０．１≦ｙ≦０．５とし、「ｚ」の値、すなわちジルコニウムの組成比をモル比で０．２≦ｚ≦０．６とするのは、これらの範囲内において良好な圧電特性を得ることができるからである。
【００１９】
化５におけるＡに２種以上の元素を配合する場合には、それらの組成比は任意である。なお、化５に示した組成は、例えば、原料配合時の金属量から化学量論的に求められる。
【００２０】
また、この圧電磁器は複数の粒子により構成されており、その平均粒径は例えば０．２μｍ〜１０μｍ程度である。
【００２１】
このような構成を有する圧電磁器は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００２２】
まず、出発原料として第１の元素および第２の元素を含む酸化物を用意し、それらを目的の組成に応じて混合する。なお、その際、アルカリ土類金属元素またはマンガンの原料には、酸化物でなく、炭酸塩あるいはシュウ酸塩のように焼成により酸化物となるものを用いてもよい。また、その他の元素においても焼成により酸化物となる原料を用いてもよい。次いで、この混合物を例えば８００℃〜９００℃の温度で２時間程度仮焼したのち、その仮焼物を粉砕する。続いて、この仮焼粉末に結合剤を添加し、例えば約５×１０8 Ｐａの圧力で圧縮成形する。そののち、この成形体を例えば約１０００℃〜１２００℃の温度で大気中において２時間程度焼成する。これにより、本実施の形態に係る圧電磁器が得られる。
【００２３】
この圧電磁器は、例えば、圧電トランスあるいは超音波モータなどのように大きく振動し高い機械的強度が要求される圧電デバイスの材料として好ましく用いられる。ここでは、圧電トランスを例に挙げて具体的に説明する。
【００２４】
図１は本実施の形態に係る圧電磁器を用いた圧電トランスの構造を表すものである。この圧電トランスは、いわゆる「ローゼン型」と言われるものであり、例えば長方形の単板構造よりなるデバイス本体１０を有している。このデバイス本体１０は、本実施の形態に係る圧電磁器により構成されている。デバイス本体１０の大きさは、例えば、長手方向の長さＬが１５ｍｍ〜４０ｍｍ程度、幅Ｗが３ｍｍ〜７ｍｍ程度、厚さＴが０．７ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とされている。なお、この圧電トランスでは、本実施の形態に係る圧電磁器を用いているので、デバイス本体１０の厚さＴが２ｍｍ以下と薄くても十分な機械的強度を得ることができ、特に厚さＴが０．０５ｍｍ〜１ｍｍの場合に顕著な効果が得られるようになっている。
【００２５】
デバイス本体１０は、また、長さ方向における一方に設けられた一次部１１と、長さ方向における他方に設けられた二次部１２とを有している。一次部１１は厚さ方向に分極されており、二次部１２は長さ方向に分極されている。一次部１１の長さＬ１は、例えば、約７ｍｍ〜２０ｍｍ程度とされている。一次部１１の厚さ方向において対向する両面には一対の入力電極２１，２２がそれぞれ設けられ、二次部１２の長さ方向の端面には出力電極２３が設けられている。入力電極２１，２２および出力電極２３は、例えば銀（Ａｇ）などの導体によりそれぞれ構成されており、厚さはそれぞれ１μｍ〜２０μｍ程度とされている。
【００２６】
このような構成を有する圧電トランスでは、入力電極２１，２２を介して一次部１１に１波長または１／２波長共振の交流電圧を印加すると、低インピーダンス特性を有する一次部１１において電気エネルギーが振動エネルギーに変換され、この振動エネルギーが高インピーダンス特性を有する二次部１２に伝搬されると、二次部１２においてこの振動エネルギーが電気エネルギーに変換されて、入力電圧の５〜１５倍程度の高電圧が得られる。ここでは、本実施の形態に係る圧電磁器によりデバイス本体１０を構成しているので、デバイス本体１０は十分な機械的強度を有している。よって、大振幅での振動が可能であり、入力電圧を高くできるので、高電圧が得られる。
【００２７】
このような圧電トランスは常法により作製することができる。例えば、まず、上述したようにして圧電磁器を作製したのち、それを所定の大きさに加工してデバイス本体１０を形成する。次いで、例えば、デバイス本体１０に入力電極２１，２２および出力電極２３をそれぞれ形成し、一次部１１、続いて二次部１２の順に分極処理を行う。これにより、図１に示した圧電トランスが得られる。
【００２８】
なお、上述した圧電トランスでは、デバイス本体１０を圧電磁器の単板構造とするようにしたが、例えば、図２に示したように、デバイス本体１０の一次部１１を積層構造とするようにしてもよい。なお、ここでは、図１に示した圧電トランスに対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００２９】
このデバイス本体１０の一次部１１は、圧電磁器層１１ａと、内部電極２４とを交互に積層した構造となっている。内部電極２４は、交互に対向する方向に延長されており、幅方向において対向する側面に設けられた一対の入力電極２１，２２にそれぞれ接続されている。その他の構成は、図１に示した圧電トランスと同様である。この圧電トランスは、このような積層構造とされることにより、図１に示した単板構造に比べて電圧の変換倍率を高くできるようになっている。
【００３０】
なお、この圧電トランスは、次のようにして作製することができる。例えば、まず、圧電磁器の原料粉末を混合し仮焼して粉砕したのち、結合剤を加えシート状に成形して内部電極２４を印刷する。次いで、これを複数積層して焼成しデバイス本体１０を形成する。続いて、上述したように、入力電極２１，２２および出力電極２３をそれぞれ形成し、分極処理を行う。これにより、図２に示した圧電トランスが得られる。
【００３１】
このように本実施の形態によれば、第１の元素と、第２の元素と、酸素とからなる酸化物を含有し、第１の元素は鉛，カルシウム，ストロンチウムおよびバリウムからなる群のうちの少なくとも鉛を含み、第２の元素は亜鉛，マンガン，チタン，ジルコニウム，ニオブおよびタンタルを含み、酸化物の組成は例えば上記化５で表されるようにしたので、原料粉末の微粉化あるいはホットプレスなどを行うことなく、簡単かつ安価に機械的強度を向上させることができると共に、優れた圧電特性も得ることができる。
【００３２】
よって、この圧電磁器を用いて圧電デバイスを構成すれば、例えば大振幅で振動させたり、外部から衝撃が加えられても、破壊を防止防止することができ、デバイスの品質および信頼性を向上させることができる。特に、圧電トランスあるいは超音波モータのように大きな動作負荷をともなう圧電デバイスの性能を向上させることができる。
【００３３】
【実施例】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３４】
（実施例１〜６）
まず、出発原料として酸化鉛（ＰｂＯ）粉末、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）粉末、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3 ）粉末、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）粉末、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）粉末、酸化アンチモン（Ｓｂ2 Ｏ3 ）粉末および酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）粉末をそれぞれ用意した。次いで、これらの原料粉末を金属元素の割合が下記の化６に示した組成になるように配合し、ボールミルにより湿式混合した。すなわち、上記化５におけるａの値が零、ｓの値が０．９６、ｙの値が０．４２およびｚの値が０．４となるようにし、Ｂの元素，ｗの値およびｘの値を実施例１〜６および参考例１〜１２で表１に示したようにそれぞれ変化させた。
【００３５】
【化６】
0004009417.tif 000003
【００３６】
【表１】
0004009417.tif 000004
【００３７】
続いて、この混合物を約８５０℃で２時間程度仮焼したのち、この仮焼物をボールミルで湿式粉砕した。そののち、この仮焼粉末に結合剤として水を添加し、約５×１０8 Ｐａの圧力で縦横５０ｍｍの板状に圧縮成形した。成形ののち、この成形体を約１１００℃で大気中において２時間程度焼成し、実施例１〜６および参考例１〜１２の圧電磁器をそれぞれ得た。なお、実施例１〜６および参考例１〜１２は、原料粉末を配合する際の上記化６におけるＢの元素，ｗの値またはｘの値が異なることを除き、他の条件は同一である。
【００３８】
また、実施例１〜６に対する比較例１〜７として、原料粉末を配合する際の上記化６におけるＢの元素，ｗの値またはｘの値を表２に示したように変化させたことを除き、実施例１〜６と同様にして圧電磁器をそれぞれ作製した。
【００３９】
【表２】
0004009417.tif 000005
【００４０】
このようにして得られた実施例１〜６、参考例１〜１２および比較例１〜７の圧電磁器について、密度の測定をそれぞれ行った。その結果、それぞれ理論密度に対して９５％以上の値が得られていることが確認された。
【００４１】
また、実施例１〜６、参考例１〜１２および比較例１〜７の圧電磁器について、３点曲げ強度による強度試験をそれぞれ行った。その際、試験試料の大きさはそれぞれ縦２ｍｍ，横４ｍｍ，厚さ０．９ｍｍとし、ＪＩＳ（Ｒ１６０１）に従って抗折強度を測定した。それらの結果を表１および表２に合わせてそれぞれ示す。
【００４２】
更に、実施例１〜６、参考例１〜１２および比較例１〜７の圧電磁器を用いて図１に示したような圧電トランスをそれぞれ作製した。具体的には、得られた圧電磁器を長さＬ３２ｍｍ，幅Ｗ４．５ｍｍ，厚さＴ１ｍｍの大きさに加工したのち、入力電極２１，２２および出力電極２３をそれぞれ形成し、一次部１１、次いで二次部１２の順に１２０℃のシリコンオイル中において２ｋＶ／ｍｍの電界で３０分間分極処理を行い、圧電トランスを作製した。その際、一次部の長さＬ１は１６ｍｍとした。
【００４３】
作製した実施例１〜６、参考例１〜１２および比較例１〜７の圧電トランスについて、図３に示したように、ノード点と呼ばれる振動しない点と出力電極２３とをそれぞれコンタクトプローブ３０により保持して入出力を行い、圧電特性の１つであるエネルギー変換効率をそれぞれ測定した。それらの結果も表１および表２に合わせてそれぞれ示す。
【００４４】
なお、表２には、参考例１３として、特許第２９５７５３７号公報に記載されている圧電磁器の一実施例に関する抗折強度およびそれを用いて作製した圧電トランスのエネルギー変換効率もそれぞれ示した。表２に示した参考例１３の圧電磁器は、下記の化７に示した組成を有する亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛に、酸化マンガンを１．０質量％、酸化ニオブを０．５質量％それぞれ添加したものである。
【００４５】
【化７】
Ｐｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）0.20Ｔｉ0.4 Ｚｒ0.4 ］Ｏ3 
【００４６】
表１および表２から分かるように、実施例１〜６によれば、比較例１〜７および参考例１３に比べて、抗折強度およびエネルギー変換効率について共に高い値がそれぞれ得られた。すなわち、（Ｍｎ1/3 Ｂ2/3 ）に対する（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）の組成比ｗ／ｘをモル比で０．２≦ｗ／ｘ≦３．０の範囲内とすれば、機械的強度を向上させることができると共に、優れた圧電特性を得られることが分かった。
【００４７】
（実施例１９〜２５）
原料粉末を金属元素の割合が下記の化８に示した組成になるように配合すると共に、化８におけるｓの値を実施例１９〜２５で表３に示したようにそれぞれ変化させたことを除き、実施例１〜６および参考例１〜１２と同様にして圧電磁器をそれぞれ作製した。すなわち、実施例１９〜２５では、上記化５におけるａの値が零、Ｂの元素がタンタル、ｗおよびｘの値がそれぞれ０．０９、ｗ／ｘの値が１、ｙの値が０．４２およびｚの値が０．４となるようにし、ｓの値をそれぞれ変化させた。
【００４８】
【化８】
0004009417.tif 000006
【００４９】
【表３】
0004009417.tif 000007
【００５０】
また、実施例１９〜２５に対する比較例８〜１０として、原料粉末を配合する際の上記化８におけるｓの値を表３に示したように変化させたことを除き、実施例１９〜２５と同様にして圧電磁器をそれぞれ作製した。
【００５１】
得られた実施例１９〜２５および比較例８〜１０の圧電磁器について、実施例１〜６および参考例１〜１２と同様に、密度の測定および強度試験をそれぞれ行うと共に、圧電トランスを作製してエネルギー変換効率をそれぞれ測定した。密度については、それぞれ理論密度に対して９５％以上の値が得られていることが確認された。強度試験およびエネルギー変換効率の結果については、表３にそれぞれ示す。
【００５２】
表３から分かるように、実施例１９〜２５によれば、比較例８〜１０および表２に示した参考例１３に比べても、抗折強度およびエネルギー変換効率について共に高い値がそれぞれ得られた。すなわち、第２の元素に対する第１の元素の組成比ｓをモル比で０．９≦ｓ＜１．０の範囲内とすれば、機械的強度を向上させることができると共に、優れた圧電特性を得られることが分かった。また、０．９０≦ｓ≦０．９９の範囲内とすれば、より高い機械的強度を得ることができ、０．９３≦ｓ≦０．９７の範囲内とすれば、更に高い機械的強度を得られることも分かった。
【００５３】
（実施例２６〜３７）
出発原料として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3 ）粉末、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ3 ）粉末および炭酸バリウム（ＢａＣＯ3 ）粉末を更に用意し、原料粉末を金属元素の割合が下記の化９に示した組成になるように配合すると共に、化９におけるＡの元素およびａの値を実施例２６〜３７で表４に示したようにそれぞれ変化させたことを除き、実施例１〜６および参考例１〜１２と同様にして圧電磁器をそれぞれ作製した。すなわち、実施例２６〜３７では、上記化５におけるｓの値が０．９６、Ｂの元素がタンタル、ｗおよびｘの値がそれぞれ０．０９、ｗ／ｘの値が１、ｙの値が０．４２およびｚの値が０．４となるようにし、Ａの元素およびａの値をそれぞれ変化させた。
【００５４】
【化９】
0004009417.tif 000008
【００５５】
【表４】
0004009417.tif 000009
【００５６】
また、実施例２６〜３７に対する比較例１１〜１３として、原料粉末を配合する際の上記化９におけるＡの元素およびａの値を表４に示したように変化させたことを除き、実施例２６〜３７と同様にして圧電磁器をそれぞれ作製した。
【００５７】
得られた実施例２６〜３７および比較例１１〜１３の圧電磁器について、実施例１〜６および参考例１〜１２と同様に、密度の測定および強度試験をそれぞれ行うと共に、圧電トランスを作製してエネルギー変換効率をそれぞれ測定した。密度については、それぞれ理論密度に対して９５％以上の値が得られていることが確認された。強度試験およびエネルギー変換効率の結果については、表４にそれぞれ示す。なお、表４には、上記化９におけるａの値を零にした場合に該当する実施例３の抗折強度およびエネルギー変換効率についても合わせてそれぞれ示した。
【００５８】
表４から分かるように、実施例２６〜３７によれば、比較例１１〜１３および表２に示した参考例１３に比べても、抗折強度およびエネルギー変換効率について共に高い値がそれぞれ得られた。すなわち、鉛の一部を置換するアルカリ土類金属の組成比ａをモル比で０≦ａ≦０．１の範囲内とすれば、機械的強度を向上させることができると共に、優れた圧電特性を得られることが分かった。また、０≦ａ≦０．０５の範囲内とすれば、機械的強度および圧電特性をより高めることができ、０≦ａ≦０．０２の範囲内とすれば、圧電特性を更に高められることも分かった。
【００５９】
なお、上記実施例ではいくつかの例を具体的に挙げて説明したが、上記実施の形態において説明した酸化物を含むように構成すれば、他の圧電磁器であっても、上記実施例と同様の結果を得ることができる。
【００６０】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００６２】
例えば、上記実施の形態および実施例では圧電磁器を圧電トランスに用いる場合について説明したが、超音波振動子あるいはフィルタなどの他の圧電デバイスにも広く用いることができる。中でも、大きな動作負荷をともなう圧電デバイスに用いれば特に高い効果を得ることができるので好ましいが、高い機械的強度をそれほど必要としない圧電デバイスについても当然用いることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の圧電磁器によれば、第１の元素と、第２の元素と、酸素とからなる酸化物を含有し、第１の元素は鉛，カルシウム，ストロンチウムおよびバリウムからなる群のうちの少なくとも鉛を含み、その組成は上記化１で表され、第２の元素は亜鉛，マンガン，チタン，ジルコニウム，ニオブおよびタンタルを含み、その組成は上記化２で表され、第２の元素に対する第１の元素の組成比はモル比で０．９以上１．０よりも小さくなるようにしたので、原料粉末の微粉化あるいはホットプレスなどを行うことなく、簡単かつ安価に機械的強度を向上させることができ、優れた圧電特性も得ることができるという効果を奏する。
【００６４】
また、請求項２記載の圧電デバイスによれば、本発明の圧電磁器を用いるようにしたので、例えば大振幅で振動させたり、外部から衝撃が加えられても、破壊を防止することができ、デバイスの品質および信頼性を向上させることができる。特に、圧電トランスあるいは超音波モータのように大きな動作負荷をともなう圧電デバイスの性能を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電トランスの構造を表す斜視図である。
【図２】本発明の他の圧電トランスの構造を表す斜視図である。
【図３】本発明の実施例に係る圧電トランスのエネルギー変換効率を測定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…デバイス本体、１１…一次部、１１ａ…圧電磁器層、１２…二次部、２１，２２…入力電極、２３…出力電極、２４…内部電極、３０…コンタクトプローブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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