(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナトリウム（Ｎａ）およびビスマス（Ｂｉ）を含む第１の元素と、チタン（Ｔｉ）を含む４価の元素である第２の元素と、酸素（Ｏ）とからなるペロブスカイト構造型の酸化物を含有しており、
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０．９９以下の範囲内である
ことを特徴とする圧電磁器。
【請求項２】
前記第２の元素に対する前記第１の元素の組成比は、モル比で０．９３よりも大きく０．９９よりも小さい範囲内である
ことを特徴とする請求項１記載の圧電磁器。
【請求項３】
前記第１の元素は、ナトリウムを含む１価の元素と、ビスマスを含む３価の元素とを含み、
前記３価の元素に対する前記１価の元素の組成比（１価の元素／３価の元素）は、モル比で０．８よりも大きく１よりも小さい範囲内である
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電磁器。
【請求項４】
前記第１の元素は、更に、バリウム（Ｂａ）およびカリウム（Ｋ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電磁器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナトリウム（Ｎａ）およびビスマス（Ｂｉ）を含む第１の元素と、チタン（Ｔｉ）を含む第２の元素と、酸素（Ｏ）とからなる酸化物を含有する圧電磁器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電材料は、外部から電界が印加されることにより歪みを発生する（電気エネルギーの機械エネルギーへの変換）効果と、外部から応力を受けることにより表面に電荷が発生する（機械エネルギーの電気エネルギーへの変換）効果とを有するものであり、近年、各種分野で幅広く利用されている。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ；ＰＺＴ）などの圧電材料は、印加電圧に対して１×１０-10 ｍ／Ｖのオーダーでほぼ比例した歪みを発生することから、微少な位置調整などに優れており、光学系の微調整などにも利用されている。また、それとは逆に、圧電材料は加えられた応力あるいはそれによる自身の変形量に比例した大きさの電荷が発生することから、微少な力や変形を読み取るためのセンサーとしても利用されている。更に、圧電材料は優れた応答性を有することから、交流電界を印加することで、圧電材料自身あるいは圧電材料と接合関係にある弾性体を励振して共振を起こさせることも可能であり、圧電トランス、超音波モータなどとしても利用されている。
【０００３】
現在実用化されている圧電材料の大部分は、ＰｂＺｒＯ3 （ＰＺ）−ＰｂＴｉＯ3 （ＰＴ）からなる固溶体系（ＰＺＴ系）である。その理由は、三方晶系のＰＺと正方晶（菱晶）系のＰＴの結晶学的な相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）付近の組成を用いることで、優れた圧電特性を得ることができるからである。このＰＺＴ系圧電材料には、様々な副成分あるいは添加物を加えることにより、多種多様なニーズに応えるものが幅広く開発されている。例えば、機械的品質係数（Ｑｍ）が小さいかわりに圧電定数（ｄ33）が大きく、直流的な使い方で大きな変位量が求められる位置調整用のアクチュエータなどに用いられるものから、圧電定数（ｄ33）が小さいかわりに機械的品質係数（Ｑｍ）が大きく、超音波モータなどの超音波発生素子のような交流的な使い方をする用途に向いているものまで様々なものがある。
【０００４】
また、ＰＺＴ系以外にも圧電材料として実用化されているものはあるが、それもマグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 ；ＰＭＮ）などの鉛系ペロブスカイト組成を主成分とする固溶体がほとんどである。
【０００５】
ところが、これらの鉛系圧電材料は、主成分として低温でも揮発性の極めて高い酸化鉛（ＰｂＯ）を６０〜７０質量％程度と多量に含んでいる。例えば、ＰＺＴまたはＰＭＮでは、質量比で約２／３が酸化鉛である。よって、これらの圧電材料を製造する際には、磁器であれば焼成工程、単結晶品であれば溶融工程などの熱処理工程において、工業レベルで極めて多量の酸化鉛が大気中に揮発し拡散してしまう。また、製造段階で放出される酸化鉛については回収することも可能であるが、工業製品として市場に出された圧電製品に含有される酸化鉛については現状では回収が難しく、これらが広く環境中に放出されると、酸性雨による鉛の溶出などが心配される。従って、今後圧電磁器および単結晶の応用分野が広がり、使用量が増大すると、無鉛化の問題が極めて重要な課題となる。
【０００６】
鉛を全く含有しない圧電材料としては、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）あるいはビスマス層状強誘電体などが知られている。しかし、チタン酸バリウムはキュリー点が１２０℃と低く、その温度以上では圧電性が消失してしまうので、はんだによる接合または車載用などの用途を考えると実用的でない。一方、ビスマス層状強誘電体は、通常４００℃以上のキュリー点を有しており、熱的安定性に優れているが、結晶異方性が大きいので、ホットフォージングなどで自発分極を配向させる必要があり、生産性の点で問題がある。また、完全に鉛の含有をなくすと、大きな圧電性を得ることが難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、最近では、新たな材料として、チタン酸ビスマスナトリウム系の材料について研究が進められている（例えば、特開平１１−１７１６４３号公報，特開平１１−１８０７６９号公報，特公平４−６００７３号公報）。しかしながら、このチタン酸ビスマスナトリウム系の材料では、未だ十分といえる圧電特性が得られておらず、圧電特性の向上が求められていた。
【０００８】
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、ビスマスとナトリウムとチタンとを含む酸化物を含有するものにおいて、圧電特性を向上させることができる圧電磁器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧電磁器は、ナトリウムおよびビスマスを含む第１の元素と、チタンを含む４価の元素である第２の元素と、酸素とからなるペロブスカイト構造型の酸化物を含有しており、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）がモル比で０．９以上０．９９以下の範囲内のものである。
【００１０】
本発明による圧電磁器では、第２の元素に対する第１の元素の組成比が化学量論組成よりも小さくなっており、圧電特性の向上が図られている。なお、第２の元素に対する第１の元素の組成比は、モル比で０．９３よりも大きく０．９９よりも小さい範囲内であることがより好ましく、第１の元素は、更に、バリウム（Ｂａ）およびカリウム（Ｋ）からなる群のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００１１】
本発明による圧電磁器では、上記第１の元素が、ナトリウムを含む１価の元素と、ビスマスを含む３価の元素とを含み、３価の元素に対する１価の元素の組成比（１価の元素／３価の元素）が、モル比で０．８よりも大きく１よりも小さい範囲内のものであることがより好ましい。この場合、第１の元素における３価の元素に対する１価の元素の組成比が化学量論組成よりも小さくなっており、より圧電特性の向上が図られる。
【００１３】
【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。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の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。この酸化物は、ペロブスカイト構造を有しており、第１の元素は、第２の元素とペロブスカイト構造型の酸化物を形成する２価の元素、および合計で２価相当となる２種以上の元素からなる群のうちの少なくともナトリウムとビスマスとを含んでいる。このうちナトリウムは１価の元素であり、ビスマスは３価の元素である。すなわち、第１の元素は、ナトリウムを含む１価の元素と、ビスマスを含む３価の元素とを含んでいる。第２の元素は、チタンを含み、必要に応じてジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）などからなる群のうちの少なくとも１種を更に含んでいてもよい。この酸化物の組成は、例えば下記の化１で表される。
【００１５】
【化１】
0003830345.tif 000002
式中、Ｍは（Ｎａs Ｂｉt ）以外の第１の元素を表し、ＮはＴｉ以外の第２の元素を表す。ｘ，ｙ，ｚ，ｕおよびｖはそれぞれ０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ＝１，０．９≦ｚ≦０．９９，０＜ｕ≦１，０≦ｖ＜１，ｕ＋ｖ＝１の範囲内の値である。ｓおよびｔはそれぞれ０＜ｓ＜１，０＜ｔ＜１，ｓ＋ｔ＝１の範囲内であり化学量論組成であればｓ／ｔ＝１であるが、化学量論組成からずれていてもよい。酸素の組成は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。
【００１６】
すなわち、この酸化物は、第１の元素の組成である「ｚ」の値がモル比で０．９≦ｚ≦０．９９と化学量論組成の１よりも小さいものである。つまり、この酸化物では、ペロブスカイト構造のＡサイトがＢサイトに比べて少なくなっている。これにより、この圧電磁器では、焼結性が向上すると共に、圧電特性が向上するようになっている。
【００１７】
なお、「ｚ」の値を０．９以上とするのは、それよりも小さいと逆に圧電特性が低下してしまうからである。また、「ｚ」の値を０．９３＜ｚ＜０．９９、更には０．９５≦ｚ≦０．９８、より更には０．９６≦ｚ≦０．９７の範囲内とすればより圧電特性を向上させることができるので好ましい。ちなみに、化１における「ｚ」の値は、第２の元素の組成を１とした場合の第１の元素の組成なので、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。
【００１８】
ナトリウムおよびビスマス以外の第１の元素、すなわち化１における「Ｍ」には、例えば、２価の元素であればバリウム，マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ）あるいはストロンチウム（Ｓｒ）が挙げられる。合計で２価相当となる２種以上の元素、例えば、１価の元素と３価の元素とであれば、１価の元素としてはカリウムあるいはリチウム（Ｌｉ）などが挙げられ、３価の元素としては希土類元素などが挙げられる。これらは、（Ｎａs Ｂｉt ）z ＴｉＯ3 と固溶されることで各種特性を向上させることができるものであり、目的とする特性に応じて１種または２種以上が選択される。例えば、圧電特性を向上させたい場合にはバリウムまたはカリウムとビスマス（Ｋq Ｂｉr ）が選択される。ｑおよびｒはそれぞれ０＜ｑ＜１，０＜ｒ＜１，ｑ＋ｒ＝１の範囲内であり化学量論組成であればｑ／ｒ＝１であるが、化学量論組成でなくてもよい。
【００１９】
第１の元素における各元素の組成、例えば化１における「ｘ」および「ｙ」の値は、添加される元素Ｍに応じて最適値が決定される。同様に、第２の元素における各元素の組成、例えば化１における「ｕ」および「ｖ」の値は、添加される元素Ｎに応じて最適値が決定される。なお、「ｘ」，「ｙ」，「ｕ」および「ｖ」の値が最適値であるか否かに関係なく、「ｚ」の値が上述したような範囲内にあれば、圧電特性は向上される。
【００２０】
なお、この圧電磁器の結晶粒の平均粒径は例えば０．５μｍ〜２０μｍ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、例えば、ビスマス，ナトリウム，チタンおよび必要に応じて元素Ｍ，Ｎを含む酸化物粉末をそれぞれ用意し、１００℃以上で十分に乾燥させたのち、最終組成が上述した範囲となるように秤量する。なお、原料粉末には酸化物でなく、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。
【００２３】
次いで、例えば、秤量した原料粉末をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で５時間〜２０時間十分に混合したのち、十分乾燥し、プレス成形して、７５０℃〜９００℃で１時間〜３時間仮焼する。続いて、例えば、この仮焼物をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で１０時間〜３０時間粉砕したのち、再び乾燥し、バインダーを加えて造粒する。造粒ののち、例えば、この造粒粉を一軸プレス成型機あるいは静水圧成型機（ＣＩＰ）などを用い１００ＭＰａ〜４００ＭＰａの加重を加えてプレス成型しペレット状とする。
【００２４】
ペレット状としたのち、例えば、この成形体を４００℃〜８００℃で２時間〜４時間熱処理してバインダーを揮発させ、９５０℃〜１３００℃で２時間〜４時間本焼成する。本焼成の際の昇温速度および降温速度は、共に例えば５０℃／時間〜３００℃／時間程度とする。本焼成ののち、得られた焼結体を必要に応じて研磨し、電極を設ける。そののち、２５℃〜１００℃のシリコンオイル中で５ＭＶ／ｍ〜１０ＭＶ／ｍの電界を５分間〜１時間程度印加して分極処理を行う。これにより、上述した圧電磁器が得られる。
【００２５】
このように本実施の形態によれば、第２の元素に対する第１の元素の組成比をモル比で０．９以上０．９９以下の範囲内とするようにしたので、焼結性および圧電特性を向上させることができ、鉛を含有しない圧電磁器の利用の可能性を高めることができる。すなわち、焼成時に鉛が揮発することがなく、圧電部品として市場に流通し廃棄された後も環境中に鉛が放出される危険もない低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた圧電磁器の活用を図ることができる。
【００２６】
特に、第２の元素に対する第１の元素の組成比をモル比で０．９３よりも大きく０．９９よりも小さい範囲内、より好ましくは０．９５以上０．９８以下の範囲内、更に好ましくは０．９６以上０．９７以下の範囲内とするようにすれば、更に圧電特性を向上させることができる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る圧電磁器は、第１の実施の形態と同様に、１価の元素および３価の元素を含む第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。この酸化物は、第１の元素における３価元素に対する１価元素の組成比（１価の元素／３価の元素）がモル比で０．８よりも大きく１よりも小さい範囲内とされ、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）が任意とされたことを除き、第１の実施の形態と同一の構成を有している。この酸化物の組成は、例えば下記の化２で表される。
【００２８】
【化２】
0003830345.tif 000003
式中、ＤはＮａ以外の１価の元素を表し、ＥはＢｉ以外の３価の元素を表し、Ａは１価の元素および３価の元素以外の第１の元素を表し、ＮはＴｉ以外の第２の元素を表す。ｍ，ｎ，ｋ，ｌ，ｉ，ｊ，ｇ，ｈ，ｕおよびｖはそれぞれ０＜ｍ≦１，０≦ｎ＜１，ｍ＋ｎ＝１，０＜ｋ≦１，０≦ｌ＜１，ｋ＋ｌ＝１，０＜ｉ＜１，０＜ｊ＜１，ｉ＋ｊ＝１，０．８＜ｉ／ｊ＜１，０＜ｇ≦１，０≦ｈ＜１，ｇ＋ｈ＝１，０＜ｕ≦１，０≦ｖ＜１，ｕ＋ｖ＝１の範囲内の値である。酸素の組成は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。
【００２９】
すなわち、この酸化物は、第１の元素における３価の元素に対する１価の元素の組成比ｉ／ｊの値が、モル比で０．８＜ｉ／ｊ＜１と化学量論組成の１よりも小さいものである。これにより、この圧電磁器では、焼結性が向上すると共に、圧電特性が向上するようになっている。なお、組成比ｉ／ｊを０．８よりも大きくするのは、それよりも小さいと逆に圧電特性が低下してしまうからである。
【００３０】
また、組成比ｉ／ｊを０．９≦ｉ／ｊ≦０．９８、更には０．９２≦ｉ／ｊ≦０．９８の範囲内とすればより圧電特性を向上させることができるので好ましい。更に、第２の元素に対する第１の元素の組成比、すなわち化２における「ｆ」の値は、第１の実施の形態と同様に、モル比で０．９≦ｆ≦０．９９と化学量論組成の１よりも小さい。圧電特性をより向上させることができるからである。
【００３１】
この圧電磁器は、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、第１の元素における３価の元素に対する１価の元素の組成比をモル比で０．８よりも大きく１よりも小さい範囲内とするようにしたので、焼結性および圧電特性を向上させることができ、第１の実施の形態と同様に、鉛を含有しない圧電磁器の利用の可能性を高めることができる。
【００３３】
特に、３価の元素に対する１価の元素の組成比をモル比で０．９以上０．９８以下のの範囲内、好ましくは０．９２以上０．９８以下の範囲内とするようにすれば、更に圧電特性を向上させることができる。
【００３４】
また、第２の元素に対する第１の元素の組成比をモル比で０．９以上０．９９以下の範囲内とするようにすれば、更に焼結性および圧電特性を向上させることができる。
【００３５】
【実施例】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３６】
（実施例１〜７）
まず、出発原料として酸化ビスマス（Ｂｉ2 Ｏ3 ）粉末、炭酸ナトリウム（Ｎａ2 ＣＯ3 ）粉末および酸化チタン（ＴｉＯ2 ）粉末を用意し、１００℃以上で十分に乾燥させたのち、それらを秤量した。その際、第２の元素であるチタンと第１の元素であるビスマスおよびナトリウムとのモル比は実施例１〜７で変化させると共に、第１の元素におけるビスマスとナトリウムとのモル比は１：１となるように配合した。
【００３７】
次いで、秤量した原料粉末をボールミルによりジルコニアボールを用いてアセトン中で約１５時間混合したのち、十分乾燥し、プレス成形して、８５０℃で約２時間仮焼した。続いて、この仮焼物をボールミルによりアセトン中で約１５時間粉砕したのち、再び乾燥し、バインダーとしてポリビニールアルコール（ＰＶＡ）を加えて造粒した。そののち、この造粒粉を一軸プレス成型機で１００ＭＰａの加重を加えて仮成形し、更に、ＣＩＰで４００ＭＰａの加重を加えて直径１７ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状ペレットに成形した。成形ののち、この成形体を６００℃で約３時間熱処理してバインダーを揮発させ、１２００℃で２時間本焼成した。本焼成の際の昇温速度および降温速度は共に２００℃／時間とした。
【００３８】
これにより、化３に示した組成の酸化物を含有する実施例１〜７の焼結体を得た。得られた実施例１〜７の焼結体について第２の元素に対する第１の元素の組成比、すなわち化３に示したｚの値を螢光Ｘ線分析装置を用い検量線法により求めたところ、表１に示したように０．９０〜０．９９の範囲内であった。
【００３９】
【化３】
（Ｎａ0.5 Ｂｉ0.5 ）z ＴｉＯ3 
【００４０】
【表１】
0003830345.tif 000004
【００４１】
また、得られた実施例１〜７の焼成体を研磨して厚さ０．４ｍｍの平行平板状としたのち、その両面に銀ペーストを６５０℃で焼き付け、電極を形成した。そののち、５０℃のシリコンオイル中で１０ＭＶ／ｍの電界を１５分間印加して分極処理を行った。これにより、実施例１〜７の圧電磁器を得た。
【００４２】
得られた実施例１〜７の圧電磁器について、インピーダンスアナライザー（ヒューレットパカード社製ＨＰ４１９４Ａ）とデスクトップコンピュータとを用いた自動測定器で、共振反共振法により電気機械結合係数（ｋｒ，ｋｔ）の測定を行った。なお、ｋｒは広がり方向の結合係数であり、ｋｔは縦方向の結合係数である。それらの結果を表１に示す。
【００４３】
また、本実施例に対する比較例１〜３として、化３に示したｚの値が実施例１〜７よりも大きくまたは小さくなるように原料粉末の配合比を変化させたことを除き、他は本実施例と同一の条件で圧電磁器を作製した。比較例１〜３についても、本実施例と同様にして、ｚの値を求めると共に、電気機械結合係数の測定を行った。それらの結果についても表１に合わせて示す。なお、比較例１，２は実施例１〜７よりもｚの値が大きい場合であり、比較例３は実施例１〜７よりもｚの値が小さい場合である。また、比較例１では良好な焼結体を得ることができず、分極処理時に破壊してしまったので、電気機械結合係数の測定はできなかった。
【００４４】
表１に示したように、実施例１〜７によれば、比較例２，３に比べて大きな電気機械結合係数を得ることができ、また、比較例１と異なり良好な焼結体を得ることもできた。すなわち、第２の元素に対する第１の元素の組成比、つまり化３に示したｚの値を０．９≦ｚ≦０．９９とすれば、焼結性および圧電特性を向上できることが分かった。
【００４５】
また、実施例１〜７の結果から、ｚの値を０．９３＜ｚ＜０．９９、更には０．９５≦ｚ≦０．９８、より更には０．９６≦ｚ≦０．９７とすれば、より圧電特性を向上できることも分かった。
【００４６】
（実施例８〜１１）
実施例８，９では出発原料に炭酸バリウム（ＢａＣＯ3 ）粉末を用意し、化４に示したように（Ｎａ0.5 Ｂｉ0.5 ）の一部をＢａで置換するように原料粉末を配合したことを除き、実施例１，３と同一の条件で圧電磁器を作製した。また、実施例１０，１１では出発原料に炭酸カリウム（Ｋ2 ＣＯ3 ）粉末を用意し、化５に示したように（Ｎａ0.5 Ｂｉ0.5 ）の一部を（Ｋ0.5 Ｂｉ0.5 ）で置換するように原料粉末を配合したことを除き、実施例１，３と同一の条件で圧電磁器を作製した。すなわち、実施例８，９では化１に示したＭをバリウムとし、実施例１０，１１ではカリウムおよびビスマスとした。
【００４７】
【化４】
0003830345.tif 000005
【化５】
0003830345.tif 000006
【００４８】
実施例８〜１１についても、実施例１と同様にして、第２の元素に対する第１の元素の組成比、すなわち化４または化５に示したｚの値を求めると共に、電気機械結合係数の測定を行った。それらの結果を表２または表３に示す。
【００４９】
【表２】
0003830345.tif 000007
【表３】
0003830345.tif 000008
【００５０】
また、本実施例に対する比較例４，５として、化４または化５に示したｚの値が実施例８〜１１よりも大きくなるように原料粉末の配合比を変化させたことを除き、他は実施例８，９または実施例１０，１１と同一の条件で圧電磁器を作製した。比較例４，５についても、本実施例と同様にして、ｚの値を求めると共に、電気機械結合係数の測定を行った。それらの結果についても表２または表３に合わせて示す。
【００５１】
表２および表３に示したように、実施例８〜１１によれば、比較例４，５に比べて大きな電気機械結合係数を得ることができ、実施例１〜７と同様の結果を得られることが分かった。
【００５２】
（実施例１２〜１６）
出発原料を配合する際に、化６に示したように、チタンに対するビスマスのモル比ｃを一定とし、３価の元素であるビスマスに対する１価の元素であるナトリウムのモル比ｂ／ｃを実施例１２〜１６で変化させたことを除き、実施例１と同様にして圧電磁器を作製した。
【００５３】
【化６】
Ｎａb Ｂｉc ＴｉＯ3   （ｃは一定）
【００５４】
実施例１２〜１６についても、実施例１と同様にして、チタンに対するナトリウムおよびビスマスの組成比、すなわち化６に示したｂおよびｃの値を求めると共に、電気機械結合係数の測定を行った。それらの結果を表４に示す。更に、化７に示したように、化５に合わせて組成を表した場合のｉ，ｊおよびｆの値を表５に示す。
【００５５】
【化７】
（Ｎａi Ｂｉj ）f ＴｉＯ3 
【００５６】
【表４】
0003830345.tif 000009
【表５】
0003830345.tif 000010
【００５７】
また、本実施例に対する比較例６，７として、化６に示したｂの値が実施例１２〜１６よりも大きくまたは小さくなるように原料粉末の配合比を変化させたことをを除き、他は本実施例と同一の条件で圧電磁器を作製した。比較例６，７についても、本実施例と同様にして、ｂおよびｃの値を求めると共に、電気機械結合係数の測定を行った。それらの結果についても表４に合わせて示す。更に、比較例６，７についても、化７に示したように表した場合のｉ，ｊおよびｆの値を表５に示す。
【００５８】
表４および表５に示したように、実施例１２〜１６によれば、比較例６，７に比べて大きな電気機械結合係数を得ることができた。すなわち、第１の元素における３価の元素に対する１価の元素の組成比、つまり化６に示したｂ／ｃの値、化７に示したｉ／ｊの値を０．８よりも大きく１よりも小さくすれば、焼結性および圧電特性を向上できることが分かった。
【００５９】
また、実施例１２〜１６の結果から、第１の元素における３価の元素に対する１価の元素の組成比をモル比で０．９０≦ｉ／ｊ≦０．９８の範囲内、更には０．９２≦ｉ／ｊ≦０．９８範囲内とすれば、より圧電特性を向上できることも分かった。
【００６０】
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、第２の元素に対する第１の元素の組成比を０．９０以上０．９９以下の範囲内とするようにすれば、または第１の元素における３価の元素に対する１価の元素の組成比を０．８よりも大きく１よりも小さい範囲内とするようにすれば、他の圧電磁器についても上記実施例と同様の結果を得ることができる。例えば、第１の元素におけるナトリウムおよびビスマスの一部をバリウムおよびカリウムで置換するようにしても、第１の元素におけるナトリウムおよびビスマスと他の元素との組成比を変化させても同様の結果を得ることができる。また、第１の元素または第２の元素として他の元素を添加するようにしても同様である。
【００６１】
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。例えば、上記実施の形態および実施例では、ナトリウムおよびビスマス以外の他の第１の元素およびチタン以外の他の第２の元素について具体的に例を挙げて説明したが、本発明は、第１の元素または第２の元素として他の元素を含む場合であっても同様に適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項４のいずれか１に記載の圧電磁器によれば、第２の元素に対する第１の元素の組成比をモル比で０．９以上０．９９以下の範囲内とするようにしたので、焼結性および圧電特性を向上させることができ、鉛を含有しない圧電磁器の利用の可能性を高めることができる。すなわち、焼成時に鉛が揮発することがなく、圧電部品として市場に流通し廃棄された後も環境中に鉛が放出される危険もない低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた圧電磁器の活用が容易となるという効果を奏する。
【００６３】
特に、請求項２記載の圧電磁器によれば、第２の元素に対する第１の元素の組成比をモル比で０．９３よりも大きく０．９９よりも小さい範囲内とするようにしたので、更に圧電特性を向上させることができるという効果を奏する。
また、請求項３記載の圧電磁器によれば、第１の元素における３価の元素に対する１価の元素の組成比をモル比で０．８よりも大きく１よりも小さい範囲内とするようにしたので、更に焼結性および圧電特性を向上させることができるという効果を奏する。