(57)【要約】      （修正有）【課題】銀電極を用いた積層圧電体を提供する。【解決手段】ＰＺＴ関連微粉末を通常の粉砕法を改善することによって、０．３ミクロンメ−タ−以下のＰＺＴ関連のセラミックス超微粉を作成し、適当な焼結助剤を添加することによって、ＰＺＴ関連セラミックスを銀の融点（９６２℃）より十分低い温度で、実用的に十分高い電気機械結合定数と理論密度（８．００ｇ／ｃｍ３）に極めて近い高密度を有するＰＺＴ関連の圧電材料を焼結する。銀電極を適当な焼結助剤を含むこのＰＺＴ超微粉と交互に重ねあわせて積層化し、銀の融点より十分低い温度で一体化焼結することによって、銀電極と積層一体化焼結が可能となり、実用上、十分な高性能を有する積層圧電体が得られる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＺＴおよびその複合材料である圧電材料の粒径が０．３ミクロンメートル以下の超微粉のボールミル等の粉砕機を用いた製造方法
【請求項２】
請求項１によって作成されたＰＺＴ関連の超微紛に適当な焼結助剤を加えることによって、銀を電極として、両者を交互に重ねて成形し、銀の融点以下好ましくは９３０℃以下で、一体化焼結させた積層圧電体の製造方法
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は請求項１で発明されたＰＺＴ関連圧電体の超微紛に適当な焼結助剤を使用することによって、銀の融点である９６２℃以下の温度、望ましくは、９３０℃以下において、電極と圧電体層とを交互に重ねて成形した積層圧電体を焼結して製造する方法に関するものである。
【技術背景】
【０００２】  従来の技術には積層圧電体の内部電極層および共通電極層の少なくとも一方が銀を８０体積％以上の割合で含有する銀−パラジウム合金からなることを特徴とする積層圧電体がある。［特許文献１］特開２００７−８８０２２
また、金のフレーク７０〜９０ｗｔ％と熱硬化性樹脂とを含んだ外部電極が構成されていることを特徴とする積層型圧電アクチュエータがある。［特許文献１］特開平７−３８１６６
しかし、通常のボールミルなどの粉砕機を使用することによって得られた極めて小さい粒径を有するＰＺＴ関連の圧電材料の微粉を使用して、純銀を電極層材料とする請求項を有する公開特許は見出されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  ＰＺＴ関連の圧電材料は０．５を超える高い電気機械結合係数を有する極めて優れた圧電材料であるが、通常の粉末の粉砕方法では粒径が０．３ミクロンメ−トル以下の微粒子を作成することが、困難であった。従って、電極と圧電体層とを交互に重ねて成形した積層圧電体を焼結して製造するに際して、一体化させる焼結温度を銀の融点以下に低下させることは実現できなかった。従って、電極材料としては高価なパラジウムを一部、銀との合金として、使用せざるを得なかった。その結果、酸化鉛の蒸発による組成変化および環境汚染を完全に防止することは困難であった。さらに、銀の融点以上で焼結されるため、銀のセラミックス本体への拡散や銀電極の針状化の問題が生じることがあった。また、使用したＰＺＴ関係のセラミックスの粉末の粒径が大きいので、積層圧電体の小型化が困難であった。
本発明は従来の技術では実現できなかったＰＺＴ関連の圧電セラミックス粉末の微粉化を、通常の粉砕方法によって実現し、低温での銀電極材料と適当な焼結助剤を加えたＰＺＴ関連のセラミックス粉末を一体化焼結することによって、得られた積層圧電体の小型化と低温一体化焼結を実現し、鉛酸化物の蒸発に伴う諸問題を解決し、また、電極材料の低廉化と銀のＰＺＴ層への内部拡散および銀電極の針状化などの電極問題の解決を実現するものである。即ち、本法によって、工業的に安価で大量に生産できる積層圧電体を環境問題および電極問題を解決しながら、実現しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明はＰＺＴ関連のセラミックスの粉末冶金法による粉砕方法を改善することと適当な焼結助剤をくわえることによって、上記の課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００５】  すなわち、本発明は通常の粉末粉砕方法を適当な界面活性剤を使用して改善することによって、０．３ミクロンメ−タ−以下の超微粉を作成し、適当な焼結助剤を添加することによって、高い圧電特性を持ち、かつ、極めて高密度化されたＰＺＴ関連圧電材料を極めて低い温度で作成することが可能となった。その結果、銀単体の電極を使用することによって、低温焼結された積層圧電体を製作することに特徴を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  すなわち、本発明は通常の粉末粉砕方法を改善することによって、０．３ミクロンメ−タ−以下のＰＺＴ関連のセラミックス超微粉を作成し、適当な焼結助剤を添加することによって、ＰＺＴ関連セラミックスを銀の融点（９６２℃）より十分低い温度で、実用的に十分高い電気機械結合定数と理論密度（８．００ｇ／ｃｍ３）に極めて近い高密度を有するＰＺＴ関連の圧電材料を焼結できる。
したがって、銀電極を適当な焼結助剤を含むこのＰＺＴ超微粉と交互に重ねあわせて積層化し、銀の融点より十分低い温度で一体化焼結することによって、従来、実現できなかった積層圧電体の小型化と低廉化、および、電極中に含有されていた銀の拡散や銀電極の針状化の問題および鉛酸化物の蒸発による環境汚染問題の解決を同時に実現出来る。
【実施例】
【０００７】  以下、本発明の実施例について説明する。【０００８】  まず、本発明のＰＺＴ関連の超微粉の製造方法について説明する。
出発原料粉末として市販のＰＺＴ粉末（粒径０．５ミクロンメ−タ−）にＹＴＺボールとイソプロピルアルコールと分散剤を加えて、ボールミルにおいて、毎分１００回転の条件下で、４８時間粉砕した。図１に得られた超微粉のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真像を示す。また、図２にこの超微粉のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真像を示す。これらの図から見出だされるように、得られた粉末の粒径は平均０．２ミクロンメートルの微粉であった。【０００９】  本発明によるＰＺＴ材料の密度および電気機械結合定数（ｋｐ）の測定について説明する。まず、密度はゼオライトで脱水したアルコールを用いて、アルキメデス法によって測定した。また、電気機械結合定数（ｋｐ）は、電極をスパッタリングによって形成し、１３０℃、２分間、４ＭＶ／ｍの電界をシリコンオイル中で印加して、分極処理を行った後、インピーダンスアナライザ−を用いて、共振・反共振法によって測定した。【００１０】  図３に焼結助剤として用いたリチウムとビスマスの酸化物（ＬｉＢｉＯ２）の最適な添加量を求めるために、添加量を変化させたＰＺＴ超微粉を作成し、１ｗｔ％のバインダ−を加え、１００ＭＰａの加圧で成形した試料を９２５℃で４時間焼結した実験結果を示す。図に示されるように、添加量が１ｗｔ％で、密度は７．９ｇ／ｃｍ３（理論密度の９９％）に達し、かつ、電気機械結合定数（ｋｐ）も０．６４という十分高い値が得られた。【００１１】  図４に焼結助剤として用いたリチウムとビスマスの酸化物（ＬｉＢｉＯ２）の最適な添加量として１ｗｔ％を添加したＰＺＴ超微粉を作成し、１ｗｔ％のバインダーを加え、１００ＭＰａの加圧で成形した試料を、８００℃から９５０℃までの各温度で４時間焼結した結果を示す。８００℃では密度は７．６ｇ／ｃｍ３と高い値を示したが、電気機械結合定数（ｋｐ）は測定できなかった。８２５℃では密度は７．９ｇ／ｃｍ３と高いが、電気機械結合定数（ｋｐ）は０．５１と低い。しかしながら、８５０℃以上では密度はすべて、７．９ｇ／ｃｍ３に達し、電気機械結合定数（ｋｐ）も０．６以上に達した。さらに、参考のために、出発原料粉末（粒径０．５ミクロンメートル）を添加物を加えずに、９５０℃で焼結した試料の密度を示した。その値は５．２ｇ／ｃｍ３ときわめて低く、かつ、電気機械結合定数（ｋｐ）は測定できなかった。これは、微粉砕と添加物の効果が如何に大きいかを示すものである。【００１２】  図５にリチウムビスマス酸化物（ＬｉＢｉＯ２）を１ｗｔ％添加して作成したＰＺＴ超微粉に１ｗｔ％のバインダーを加え、１００ＭＰａの加圧で成形した試料を、９２５℃で４時間焼結して得られた焼結体の研磨した表面の走査型電子顕微鏡写真像を示す。図に示されているように、空孔は一切見出されず、完全な焼結体が得られている。
【産業上の利用可能性】
【００１３】  本発明により、純粋の銀を電極材料として使用し、銀の融点（９６２℃）より十分低い温度で実用上十分高性能を有するＰＺＴ関連の微粉末を焼結出来る。従って、このＰＺＴ関連の微粉末と、銀電極と積層し、銀の融点より十分低い温度で一体化焼結することによって、銀電極のＰＺＴ層への拡散や銀電極の針状化現象を解決し、かつ、鉛の蒸発などの環境問題を惹き起すことなく、十分安価で、かつ、高品質の積層圧電体を形成でき、かつ、その小型化も十分実現できることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】  本発明によるＰＺＴ超微粉の走査型電子顕微鏡写真像
【図２】  本発明によるＰＺＴ超微粉の透過型電子顕微鏡写真像
【図３】  本発明によるリチウムビスマス酸化物（ＬｉＢｉＯ２）の添加量を変化させて得られたＰＺＴ超微粉を焼結して得られた試料の密度および電気機械結合定数（ｋｐ）に及ぼす添加量の影響の説明図。
【図４】  本発明によるリチウムビスマス酸化物（ＬｉＢｉＯ２）を１ｗｔ％添加して作成したＰＺＴ超微粉を焼結して得られた焼結体の密度および電気機械結合定数（ｋｐ）の焼結温度変化の説明図。
【図５】  本発明によるリチウムビスマス酸化物（ＬｉＢｉＯ２）を１ｗｔ％添加して作成したＰＺＴ超微粉を９２５℃で４時間焼結して得られた焼結体の研磨した表面の走査型電子顕微鏡写真像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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