JP2017165618A - 圧電磁器組成物および圧電磁器組成物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電特性が良好であること。
【解決手段】次化学式：
Ａ［Ｐｂ_１−ｘ（Ｓｒ_ｚＬａ_１−ｚ）_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
により組成が示される圧電磁器組成物であり、化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとは、次式：
０．９４＜Ａ＜０．９８
０．０２≦ｘ＜０．１０
０．４５≦ｙ＜０．５３
０≦ｚ＜１
を満たしている。このような圧電磁器組成物は、機械的品質係数Ｑｍが１５００以上であり、かつ、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００以上であり、かつ、電気機械結合係数Ｋｐが５０％以上であり、かつ、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ以上であり、圧電特性が良好である。
【選択図】なし

Description

本発明は、圧電磁器組成物および圧電磁器組成物製造方法に関する。

圧電トランス等のハイパワー材やアクチュエータ素子は、積層焼成により作製される場合が多く、積層構造を得るために低温焼成する必要がある。したがって、チタン酸ジルコン酸鉛ＰＺＴにおいても低温焼成が必要となる。また、圧電トランス等のハイパワー材において、ランタンＬａ、ネオジムＮｄ、サマリウムＳｍ、ビスマスＢｉなどを添加することにより、低温焼成されたものでも、特性が改善された報告が多数存在する（特許文献１〜６参照）。

特開２００４−１１５２９３号公報 特開２０１２−０７２０２７号公報 特開２０１０−０９５４０４号公報 特開２０００−１６９２２４号公報 特開２００１−１８１０３７号公報 特開２００６−１９９５２４号公報 特開２００７−２０４３４６号公報 特開２００９−２４２１７５号公報 特開２０１０−０３７１４７号公報 特開２０１０−０３７１４８号公報 特開２０１０−１８００７３号公報 特開２０１１−０６８５１６号公報

アクチュエータ用の圧電体セラミックスは、使用時の発熱によりエネルギー損失を生じる。このような圧電体セラミックスは、特に、印加電圧が高くなるにつれ損失が増大し、高い振動振幅特性が得られ難い。特開２００７−２０４３４６号公報（特許文献７）には、圧電素子の振動速度Ｖが、最大振動振幅ξと共振周波数Ｆｒとを用いて、次式：
Ｖ＝２０．５・π・Ｆｒ・ξ
により表されることが記載されている。熱による損失および熱暴走を抑制するには、低電圧駆動か断続的な電圧印加による駆動といった手法が採用される。これらの問題は、特に圧電トランスで重要視されていたが、電子部品の高性能化に伴い、超音波モータに対しても振動速度を向上させるため、熱損失・暴走の抑制が重要視されている。この振動速度Ｖは、ヤング率ＣＥ、密度ρ、圧電ｄ定数ｄ_３１、機械的品質係数Ｑｍ、電界Ｅを用いて次式：
Ｖ＝４／π（ＣＥ／ρ）０．５・ｄ_３１・Ｑｍ・Ｅ
により表現される。振動速度Ｖは、この数式のように、圧電素子の材料定数である圧電ｄ定数ｄ_３１と機械的品質係数Ｑｍとの積に比例することが知られている。より高い振動振幅を得るためには、圧電ｄ定数ｄ_３１と機械的品質係数Ｑｍとを共に大きくすることが必要である。

また、圧電ｄ定数ｄには、コンプライアンスＳを用いて、次式：
ｄ＝Ｋ・（ε^Ｔ・Ｓ^Ｅ）^０．５
で表される関係があり、電気機械結合係数Ｋおよび比誘電率ε^Ｔの０．５乗に比例することから、比較的高い電気機械結合係数Ｋおよび比誘電率ε^Ｔが必要となる。

ハイパワー材は、機械的品質係数Ｑｍが高いことが必要である。ここで、アクチュエータ用の材料では、変位量（ｄ定数）が重要であるが、変位量は、比誘電率ε^Ｔの０．５乗に比例するため、ハイパワー材は、アクチュエータに使用することが不向きである。ハイパワー材をアクチュエータに使用する場合は、高い機械的品質係数Ｑｍを維持したまま、高い比誘電率を有することが必要である。

また、圧電体材料は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換（アクチュエータ等）し、または、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換（圧力感知式センサー等）する変換効率を示す電気機械結合係数Ｋｐを用いて評価される。圧電体材料は、電気機械結合係数Ｋｐが高いほどエネルギーロスが少ない材料であり、高い電気機械結合係数Ｋｐを有する材料が必要となる。

圧電体材料は、アクチュエータとして使用される場合、共振周波数あるいはその近傍の周波数で振動するように駆動される。圧電体材料は、共振周波数が形状依存性を有することから、形状を加味した特性であるＮ定数（共振周波数×寸法）により評価される。たとえば、Ｎ定数Ｎｒ（Ｎｒ＝共振周波数×直径）が２０００Ｈｚ・ｍである圧電体材料は、１ＭＨｚで使用する場合、直径を２ｍｍとしなければならない。一例として１ＭＨｚとしたが、数十ＭＨｚでの用途や、Ｎ定数Ｎｒが小さい場合、微細加工が必要となり、この場合、圧電体材料は、割れが発生し易くなる。そのため、圧電体材料としては、ある程度大きなＮ定数Ｎｒを有する材料が必要である。また、振動速度は、共振周波数に依存しており、共振周波数が高いと振動速度が速くなることからも、圧電体材料は、高い共振周波数を有することが必要であり、ひいては高いＮ定数Ｎｒを有することが必要となる（特許文献８〜１２参照）。

しかしながら、圧電体材料は、ハイパワー材にもアクチュエータにも利用されることができるように、機械的品質係数と比誘電率と電気機械結合係数とＮ定数とをバランスよく向上させることが困難である。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、圧電特性が良好である圧電磁器組成物および圧電磁器組成物製造方法を提供することを目的とする。

開示の態様では、圧電磁器組成物は、次化学式：
Ａ［Ｐｂ_１−ｘ（Ｓｒ_ｚＬａ_１−ｚ）_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
により組成が示されている。この化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとは、次式：
０．９４＜Ａ＜０．９８
０．０２≦ｘ＜０．１０
０．４５≦ｙ＜０．５３
０≦ｚ＜１
を満足している。

開示の圧電磁器組成物は、機械的品質係数Ｑｍが１５００以上であり、かつ、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００以上であり、かつ、電気機械結合係数Ｋｐが５０％以上であり、かつ、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ以上であり、このため、圧電特性が良好である。

図１は、実施形態の圧電磁器組成物の製造方法を示すフローチャートである。 図２は、圧電磁器組成物の圧電特性を評価する試験片を示す斜視図である。 図３は、圧電磁器組成物の焼成温度と重量変化率との関係を示し、焼成温度と密度との関係を示すグラフである。 図４は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の微構造観察結果を示す図である。 図５は、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の微構造観察結果を示す図である。 図６は、化学式における値ｚに対する粒子径変化を示すグラフである。 図７は、圧電磁器組成物の発熱特性を評価する試験片を示す斜視図である。 図８は、圧電磁器組成物の振動速度と温度変化との関係を示すグラフである。

以下に、本願が開示する実施形態にかかる圧電磁器組成物について、図面を参照して説明する。
［実施形態］
＜圧電磁器組成物＞
実施形態にかかる圧電磁器組成物は、次化学式：
Ａ［Ｐｂ_１−ｘ（Ｓｒ_ｚＬａ_１−ｚ）_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
により組成が表現される。この化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとは、次式：
０．９４＜Ａ＜０．９８
０．０２≦ｘ＜０．１０
０．４５≦ｙ＜０．５３
０≦ｚ＜１
を満足している。すなわち、この圧電磁器組成物は、次化学式：
Ａ［Ｐｂ_１−ｘＳｒ_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
により表現される他の圧電磁器組成物のストロンチウムＳｒの一部がランタンＬａに置換された材料である。

＜圧電磁器組成物の製造方法＞
図１は、実施形態の圧電磁器組成物の製造方法を示すフローチャートである。まず、圧電磁器組成物の複数の原料粉末が準備される。複数の原料粉末は、図１に示されているように、圧電磁器組成物の組成に基づいて換算された重量が秤量され、調合される。調合された複数の原料粉末は、溶媒となるエタノールなどのアルコールとアルミナボールまたは磁器質ボールとともにボールミル中に入れられ、湿式混合される（ステップＳ１）。複数の原料粉末は、このように湿式混合されることにより、粉体状に粉砕される。粉砕された混合物は、９５０℃の温度の雰囲気で２．５時間仮焼成される（ステップＳ２）。仮焼成された粉末は、２４時間、湿式混合され、解砕される（ステップＳ３）。解砕された混合物は、バインダーとしてポリビニルアルコールＰＶＡ水溶液が加えられて混合されることにより、所定の大きさの粒子径の粉末に造粒される（ステップＳ４）。その造粒された粉末は、目的とする形状の成形物に成形される（ステップＳ５）。成形された成形物は、１３００℃以上の温度の大気中雰囲気で１時間焼成される（ステップＳ６）。焼成された成形物は、さらに、所定の形状に加工されることにより、所定の形状の圧電磁器組成物に形成される（ステップＳ７）。このように形成された圧電磁器組成物は、さらに、両面に銀ペーストが塗布され、６８０℃の温度の雰囲気で１分間保持されることにより、両面に銀電極が焼き付けられる（ステップＳ８）。銀電極が焼き付けられた圧電磁器組成物は、１２０℃のシリコンオイル中において、４ｋＶ／ｍｍの電界で３０分間分極処理が施され、圧電素子に形成される（ステップＳ９）。

＜圧電磁器組成物の圧電特性を評価する試験片＞
図２は、圧電磁器組成物の圧電特性を評価する試験片を示す斜視図である。試験片１は、図１のフローチャートにより製造された圧電素子であり、図２に示されているように、圧電磁器組成物２と銀電極３と銀電極５とを備えている。圧電磁器組成物２は、円板状に形成されている。その円板の直径は、１７±１ｍｍであり、その円板の厚さは、１±０．０５ｍｍである。圧電磁器組成物２は、図１のフローチャートのステップＳ６で、マグネシアＭｇＯ製の匣鉢に敷かれた供粉の上に置かれ、匣鉢のフタが閉められた状態で、焼成されたものである。圧電磁器組成物２は、このような状態で焼成されることにより、鉛Ｐｂの揮発が抑制され、供粉により揮発分が保障されている。圧電磁器組成物２は、次いで、図１のフローチャートのステップＳ７で、このような円板状に形成されたものである。

銀電極３は、金属銀Ａｇから形成され、圧電磁器組成物２の一方の表面を被覆している。銀電極５は、金属銀Ａｇから形成され、圧電磁器組成物２の銀電極３が被覆されている面の反対側の他方の表面を被覆している。試験片１は、銀電極３と銀電極５とに所定の電圧が印加されることにより、圧電磁器組成物２に所定の電界が加えられる。

＜圧電磁器組成物の圧電特性＞
圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０と機械的品質係数Ｑｍと電気機械結合係数ＫｐとＮ定数Ｎｒとを測定することにより圧電特性を評価することができる。比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０は、圧電磁器組成物の誘電率ε_３３ ^Ｔを真空中の誘電率ε_０で除算した商を示している。機械的品質係数Ｑｍは、圧電磁器組成物が固有振動を起こしたときの共振周波数付近における機械的な振動の鋭さを示す定数である。電気機械結合係数Ｋｐは、圧電磁器組成物が電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する変換効率を示し、または、圧電磁器組成物が機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する変換効率を示している。Ｎ定数Ｎｒは、径方向の振動の共振周波数が試験片１の直径で乗算された積により表される。圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００以上であり、かつ、機械的品質係数Ｑｍが１５００以上であり、かつ、電気機械結合係数Ｋｐが５０％以上であり、かつ、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ以上であるときに、圧電特性が良好である。

表１は、サンプルナンバー１〜サンプルナンバー１５の圧電磁器組成物の組成と圧電特性とを示している。

サンプルナンバー１の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが１．００である。サンプルナンバー１の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１６１６であり、機械的品質係数Ｑｍが２６６６であり、電気機械結合係数Ｋｐが５４．１％であり、Ｎ定数Ｎｒが２１７９Ｈｚ・ｍである。サンプルナンバー１の圧電磁器組成物は、値ｚが１．００であることにより、実施形態の圧電磁器組成物ではない。サンプルナンバー１の圧電磁器組成物は、さらに、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ未満であり、すなわち、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の圧電特性は、良好ではない。

サンプルナンバー２の圧電磁器組成物は、値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．７５である。サンプルナンバー２の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３７９であり、機械的品質係数Ｑｍが２１９６であり、電気機械結合係数Ｋｐが６１．５％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２０６Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１５２９であり、機械的品質係数Ｑｍが２５００であり、電気機械結合係数Ｋｐが５９．６％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２４６Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー４の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．２５である。サンプルナンバー４の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１５８７であり、機械的品質係数Ｑｍが２４１０であり、電気機械結合係数Ｋｐが５７．５％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２８４Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー５の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．００である。サンプルナンバー５の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１７３４であり、機械的品質係数Ｑｍが１７８１であり、電気機械結合係数Ｋｐが６２．２％であり、Ｎ定数Ｎｒが２３３８Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー６の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４４０であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー６の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１２８４であり、機械的品質係数Ｑｍが２０３４であり、電気機械結合係数Ｋｐが５９．９％であり、Ｎ定数Ｎｒが２１７８Ｈｚ・ｍである。サンプルナンバー６の圧電磁器組成物は、値ｙが０．４４０であることにより、実施形態の圧電磁器組成物ではない。サンプルナンバー６の圧電磁器組成物は、さらに、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００未満であり、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ未満であり、すなわち、サンプルナンバー６の圧電磁器組成物の圧電特性は、良好ではない。

サンプルナンバー７の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４８３であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー７の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１４９６であり、機械的品質係数Ｑｍが２８０１であり、電気機械結合係数Ｋｐが５８．２％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２７０Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー８の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．５２０であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー８の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３１１であり、機械的品質係数Ｑｍが２６３４であり、電気機械結合係数Ｋｐが５１．８％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２０７Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー９の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．５３０であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー９の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が９８７であり、機械的品質係数Ｑｍが３４２８であり、電気機械結合係数Ｋｐが４３．３％であり、Ｎ定数Ｎｒが２１８５Ｈｚ・ｍである。サンプルナンバー９の圧電磁器組成物は、値ｙが０．５３０であることにより、実施形態の圧電磁器組成物ではない。サンプルナンバー９の圧電磁器組成物は、さらに、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００未満であり、電気機械結合係数Ｋｐが５０％未満であり、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ未満であり、すなわち、圧電特性が良好ではない。

サンプルナンバー１０の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．００であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー１０の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が６５４であり、機械的品質係数Ｑｍが２３１０であり、電気機械結合係数Ｋｐが５７．２％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２１７Ｈｚ・ｍである。サンプルナンバー１０の圧電磁器組成物は、値ｘが０．００であることにより、実施形態の圧電磁器組成物ではない。サンプルナンバー１０の圧電磁器組成物は、さらに、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００未満であり、すなわち、サンプルナンバー１０の圧電磁器組成物の圧電特性は、良好ではない。

サンプルナンバー１１の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０２であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー１１の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３１５であり、機械的品質係数Ｑｍが２３３６であり、電気機械結合係数Ｋｐが５５．２％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２１２Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー１２の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．１０であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー１２の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１４７６であり、機械的品質係数Ｑｍが１８３７であり、電気機械結合係数Ｋｐが４８．１％であり、Ｎ定数Ｎｒが２１２７Ｈｚ・ｍである。サンプルナンバー１２の圧電磁器組成物は、値ｘが０．１０であることにより、実施形態の圧電磁器組成物ではない。サンプルナンバー１２の圧電磁器組成物は、さらに、電気機械結合係数Ｋｐが５０％未満であり、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ未満であり、すなわち、サンプルナンバー１２の圧電磁器組成物の圧電特性は、良好ではない。

サンプルナンバー１３の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９４であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー１３の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１２２２であり、機械的品質係数Ｑｍが２４０７であり、電気機械結合係数Ｋｐが５１．０％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２２８Ｈｚ・ｍである。サンプルナンバー１３の圧電磁器組成物は、値Ａが０．９４であることにより、実施形態の圧電磁器組成物ではない。サンプルナンバー１３の圧電磁器組成物は、さらに、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００未満であり、すなわち、サンプルナンバー１３の圧電磁器組成物の圧電特性は、良好ではない。

サンプルナンバー１４の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９７であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー１４の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１４７６であり、機械的品質係数Ｑｍが１５０９であり、電気機械結合係数Ｋｐが５１．８％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２６４Ｈｚ・ｍである。

サンプルナンバー１５の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９８であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０である。サンプルナンバー１５の圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３７９であり、機械的品質係数Ｑｍが１４８３であり、電気機械結合係数Ｋｐが４０．７％であり、Ｎ定数Ｎｒが２２７３Ｈｚ・ｍである。サンプルナンバー１５の圧電磁器組成物は、値Ａが０．９８であることにより、実施形態の圧電磁器組成物ではない。サンプルナンバー１５の圧電磁器組成物は、さらに、機械的品質係数Ｑｍが１５００未満であり、電気機械結合係数Ｋｐが５０％未満であり、すなわち、サンプルナンバー１５の圧電磁器組成物の圧電特性は、良好ではない。

表１は、実施形態における圧電磁器組成物について、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００以上であり、機械的品質係数Ｑｍが１５００以上であり、電気機械結合係数Ｋｐが５０％以上であり、かつ、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ以上であることを示している。すなわち、表１は、既述の化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとが次式：
０．９４＜Ａ＜０．９８
０．０２≦ｘ＜０．１０
０．４５≦ｙ＜０．５３
０≦ｚ＜１
の全部を満足する組成の圧電磁器組成物の圧電特性が良好であることを示している。

表１は、さらに、実施形態における圧電磁器組成物と組成が異なる他の圧電磁器組成物について、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００未満であり、または、機械的品質係数Ｑｍが１５００未満であり、または、電気機械結合係数Ｋｐが５０％未満であり、または、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ未満であることを示している。すなわち、表１は、既述の化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとが次式：
０．９４＜Ａ＜０．９８
０．０２≦ｘ＜０．１０
０．４５≦ｙ＜０．５３
０≦ｚ＜１
のいずれかを満たさない組成の圧電磁器組成物の圧電特性が良好でないことを示している。

＜圧電磁器組成物の焼成温度と重量変化率との関係、および、焼成温度と密度との関係＞
表２は、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の焼成温度と重量変化率との関係を示し、焼成温度と密度との関係を示している。

焼成温度は、表１のサンプルナンバー３の圧電磁器組成物の試験片１を作製するときに、図１のフローチャートのステップＳ６で、圧電磁器組成物が焼成される雰囲気の温度を示している。重量変化率は、ステップＳ６の焼成が実行される前に秤量された圧電磁器組成物の重量を、ステップＳ６の焼成が実行された後に秤量された圧電磁器組成物の重量で除算した商を示している。密度は、ステップＳ６の焼成が実行された後に秤量された圧電磁器組成物の密度を示している。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値Ａが０．９５であり、値ｘが０．０５であり、値ｙが０．４７８であり、値ｚが０．５０であり、すなわち、実施形態の圧電磁器組成物である。

サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、１２５０℃で焼成されたときに、重量変化率が９７．４％であり、密度が６．４７ｇ／ｃｍ^３である。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、１２８０℃で焼成されたときに、重量変化率が９７．６％であり、密度が７．３１ｇ／ｃｍ^３である。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、１３１０℃で焼成されたときに、重量変化率が９７．７％であり、密度が７．５３ｇ／ｃｍ^３である。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、１３４０℃で焼成されたときに、重量変化率が９７．８％であり、密度が７．７６ｇ／ｃｍ^３である。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、１３６０℃で焼成されたときに、重量変化率が９８．０％であり、密度が７．７１ｇ／ｃｍ^３である。

図３は、圧電磁器組成物の焼成温度と重量変化率との関係を示し、焼成温度と密度との関係を示すグラフである。図３の曲線７は、圧電磁器組成物の焼成温度と重量変化率との関係を示している。曲線７は、焼成温度が低くなるにつれ、重量変化率が小さくなることを示している。図３の曲線６は、圧電磁器組成物の焼成温度と密度との関係を示している。曲線６は、焼成温度が低くなるにつれ、密度が小さくなることを示している。表２と曲線６とは、圧電磁器組成物を１３００℃より低い温度で焼成したときに、密度が７．５０ｇ／ｃｍ^３より小さくなることを示している。表２と曲線６とは、１３００℃より低い温度で焼成された圧電磁器組成物の密度が７．５０ｇ／ｃｍ^３より小さくなることから、１３００℃より低い温度で焼成された圧電磁器組成物が適切に緻密化されていないことを示している。

＜圧電磁器組成物の粒子径変化＞
図４は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の微構造観察結果を示す写真である。図４の写真は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の表面の一部の画像を示し、すなわち、ランタンＬａが添加されていない圧電磁器組成物の表面の一部の画像を示している。その一部の表面は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物がケミカルエッチングされることにより粒界が現出した部分である。図５は、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の微構造観察結果を示す写真である。図５の写真は、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の表面の一部の画像を示し、ランタンＬａが添加されている圧電磁器組成物の表面の一部の画像を示している。その一部の表面は、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物がケミカルエッチングされることにより粒界が現出した部分である。図４と図５とは、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の粒子径がサンプルナンバー１の圧電磁器組成物の粒子径より小さいことを示している。

表３は、既述の化学式における値ｚに対する粒子径を示している。

粒子径は、圧電磁器組成物をケミカルエッチングすることにより粒界が現出した表面を観察し、インターセプト法により導出された平均結晶粒径を示している。圧電磁器組成物は、粒子径が小さいほど、圧電特性が良好である。

サンプルナンバー５の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値ｚが０．００である。サンプルナンバー５の圧電磁器組成物は、粒子径が１．７０μｍである。サンプルナンバー４の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値ｚが０．２５である。サンプルナンバー４の圧電磁器組成物は、粒子径が１．５７μｍである。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値ｚが０．５０である。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物は、粒子径が１．２３μｍである。サンプルナンバー２の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値ｚが０．７５である。サンプルナンバー２の圧電磁器組成物は、粒子径が２．１２μｍである。サンプルナンバー１の圧電磁器組成物は、既述の化学式における値ｚが１．００である。サンプルナンバー１の圧電磁器組成物は、粒子径が２．２８μｍである。

図６は、化学式における値ｚに対する粒子径変化を示している。図６の曲線８は、値ｚが１．００である圧電磁器組成物の粒子径に比較して、値ｚが次式：
０≦ｚ＜１
を満足する圧電磁器組成物の粒子径が小さいことを示している。すなわち、曲線８は、値ｚが１．００である圧電磁器組成物に比較して、値ｚが次式：
０≦ｚ＜１
を満足する圧電磁器組成物の圧電特性がより良好であることを示している。すなわち、サンプルナンバー２〜５の圧電磁器組成物は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物に含まれるストロンチウムＳｒの一部がランタンＬａに置換されることにより、高温焼成における粒子成長が抑制されるものと考えられる。

曲線８は、さらに、値ｚが０．７５より大きい圧電磁器組成物の粒子径に比較して、値ｚが次式：
０≦ｚ≦０．７５
を満足する圧電磁器組成物の粒子径が小さいことを示している。すなわち、曲線８は、値ｚが０．７５より大きい圧電磁器組成物に比較して、値ｚが次式：
０≦ｚ≦０．７５
を満足する圧電磁器組成物の圧電特性がより良好であることを示している。

曲線８は、さらに、値ｚが次式：
０．２５≦ｚ≦０．５
を満足する圧電磁器組成物の粒子径が、値ｚがその範囲外の値を示す圧電磁器組成物の粒子径より小さいことを示している。すなわち、曲線８は、値ｚが次式：
０．２５≦ｚ≦０．５
を満足する圧電磁器組成物の圧電特性が、値ｚがその範囲外の値を示す圧電磁器組成物の圧電特性より良好であることを示している。

＜圧電磁器組成物の発熱特性を評価する試験片＞
図７は、圧電磁器組成物の発熱特性を評価する試験片を示す斜視図である。試験片１１は、図１のフローチャートにより製造された圧電素子であり、図７に示されているように、圧電磁器組成物１２と銀電極１４と銀電極１５とを備えている。圧電磁器組成物１２は、帯状に形成された角板に形成されている。その角板の長さは、４３±０．５ｍｍであり、その角板の幅は、７±０．１ｍｍであり、その角板の厚さは、２±０．１ｍｍである。銀電極１４は、金属銀Ａｇから形成され、圧電磁器組成物１２の一方の表面を被覆している。銀電極１５は、金属銀Ａｇから形成され、圧電磁器組成物１２の銀電極１４が被覆されている面の反対側の他方の表面を被覆している。試験片１１は、銀電極１４と銀電極１５との間に所定の電圧が印加されることにより、圧電磁器組成物１２に所定の電界が加えられる。

＜圧電磁器組成物の発熱特性＞
圧電磁器組成物は、共振周波数で駆動試験が行われることにより測定される限界振動速度に基づいて発熱特性の程度を評価することができる。限界振動速度は、試験片１１が共振駆動するように圧電磁器組成物１２に交番電界が印加されたときに、駆動開始前の圧電磁器組成物１２の基準温度に＋２０℃が加算された温度まで圧電磁器組成物１２が発熱するときの試験片１１の振動速度を示している。

図８は、圧電磁器組成物の振動速度と温度変化との関係を示すグラフである。図８の曲線１６は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の振動速度と発熱による温度変化との関係を示している。曲線１６は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の振動速度が大きくなるにつれ圧電磁器組成物の温度変化が大きくなることを示している。曲線１７は、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の振動速度が大きくなるにつれ圧電磁器組成物の温度変化が大きくなることを示している。曲線１６と曲線１７とは、温度変化が２０℃を示す直線１９と曲線１７との交点の振動速度が直線１９と曲線１６との交点の振動速度より大きいことを示している。すなわち、曲線１６と曲線１７とは、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の限界振動速度がサンプルナンバー１の圧電磁器組成物の限界振動速度より大きいことを示している。

曲線１８は、サンプルナンバー７の圧電磁器組成物の振動速度が大きくなるにつれ圧電磁器組成物の温度変化が大きくなることを示している。曲線１６と曲線１８とは、直線１９と曲線１８との交点の振動速度が直線１９と曲線１６との交点の振動速度より大きいことを示している。すなわち、曲線１６と曲線１８とは、サンプルナンバー７の圧電磁器組成物の限界振動速度がサンプルナンバー１の圧電磁器組成物の限界振動速度より大きいことを示している。

表４は、サンプルナンバー１、３、７の圧電磁器組成物の限界振動速度を示している。

サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の限界振動速度は、０．５８ｍ／ｓである。サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の限界振動速度は、０．７３ｍ／ｓである。サンプルナンバー７の圧電磁器組成物の限界振動速度は、０．７２ｍ／ｓである。圧電磁器組成物は、限界振動速度が大きいほど、共振駆動時の発熱が小さく、発熱特性が良好である。表４は、サンプルナンバー１の圧電磁器組成物の発熱特性に比較して、サンプルナンバー３の圧電磁器組成物の発熱特性とサンプルナンバー７の圧電磁器組成物の発熱特性とが良好であることを示している。また、表４は、実施形態の圧電磁器組成物の限界振動速度が０．６ｍ／ｓ以上であり、実施形態の圧電磁器組成物の発熱特性が良好であることを示している。すなわち、表４は、実施形態の圧電磁器組成物が、圧電特性が良好であることに加えて、発熱特性も良好であるという副次的効果を奏することを示している。

＜圧電磁器組成物の効果＞
実施形態の圧電磁器組成物は、次化学式：
Ａ［Ｐｂ_１−ｘ（Ｓｒ_ｚＬａ_１−ｚ）_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
により組成が示されている。この化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとは、次式：
０．９４＜Ａ＜０．９８
０．０２≦ｘ＜０．１０
０．４５≦ｙ＜０．５３
０≦ｚ＜１
を満足している。このような圧電磁器組成物は、比誘電率ε_３３ ^Ｔ／ε_０が１３００以上であり、かつ、機械的品質係数Ｑｍが１５００以上であり、かつ、電気機械結合係数Ｋｐが５０％以上であり、かつ、Ｎ定数Ｎｒが２２００Ｈｚ・ｍ以上である。すなわち、このような圧電磁器組成物は、圧電特性が良好である。このような圧電磁器組成物は、さらに、限界振動速度が０．６ｍ／ｓ以上であり、発熱特性が良好であるという副次的効果も奏する。

また、圧電磁器組成物は、値ｚが、次式：
０≦ｚ≦０．７５
を満足するように作製されてもよい。このような圧電磁器組成物は、さらに、値ｚが０．７５より大きい圧電磁器組成物に比較して、粒子径が小さく、圧電特性がより良好である。

また、圧電磁器組成物は、値ｚが、次式：
０．２５≦ｚ≦０．５
を満足するように作製されてもよい。このような圧電磁器組成物は、さらに、値ｚが０．２５より小さく、または、値ｚが０．５より大きい圧電磁器組成物に比較して、粒子径が小さく、圧電特性がより良好である。

実施形態の圧電磁器組成物製造方法は、圧電磁器組成物を製造する方法である。その圧電磁器組成物は、次化学式：
Ａ［Ｐｂ_１−ｘ（Ｓｒ_ｚＬａ_１−ｚ）_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
により組成が示されている。この化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとは、次式：
０．９４＜Ａ＜０．９８
０．０２≦ｘ＜０．１０
０．４５≦ｙ＜０．５３
０≦ｚ＜１
を満足している。このとき、圧電磁器組成物製造方法は、組成が化学式で示される成形物を作製するステップと、１３００℃以上の温度でその成形物を焼成することにより圧電磁器組成物を作製するステップとを備えている。このような圧電磁器組成物製造方法により作製された圧電磁器組成物は、１３００℃以上の温度で焼成されることにより、密度が所定の密度以上を示すように形成されることができる。すなわち、このような圧電磁器組成物製造方法により作製された圧電磁器組成物は、適切に緻密化され、圧電特性が良好である。

１ ：試験片
２ ：圧電磁器組成物
３ ：銀電極
５ ：銀電極
１１：試験片
１２：圧電磁器組成物
１４：銀電極
１５：銀電極

Claims (4)

1. 次化学式：
   Ａ［Ｐｂ_１−ｘ（Ｓｒ_ｚＬａ_１−ｚ）_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
   により組成が示される圧電磁器組成物であり、
   前記化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとは、次式：
   ０．９４＜Ａ＜０．９８
   ０．０２≦ｘ＜０．１０
   ０．４５≦ｙ＜０．５３
   ０≦ｚ＜１
   を満足する
   圧電磁器組成物。
2. 前記値ｚは、次式：
   ０≦ｚ≦０．７５
   を満足する
   請求項１に記載の圧電磁器組成物。
3. 前記値ｚは、次式：
   ０．２５≦ｚ≦０．５
   を満足する
   請求項２に記載の圧電磁器組成物。
4. 次化学式：
   Ａ［Ｐｂ_１−ｘ（Ｓｒ_ｚＬａ_１−ｚ）_ｘ（Ｚｒ_１−ｙＴｉ_ｙ）Ｏ_３］＋（１−Ａ）［Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３］
   により組成が示される圧電磁器組成物であり、
   前記化学式における値Ａと値ｘと値ｙと値ｚとは、次式：
   ０．９４＜Ａ＜０．９８
   ０．０２≦ｘ＜０．１０
   ０．４５≦ｙ＜０．５３
   ０≦ｚ＜１
   を満足する
   圧電磁器組成物
   を製造する圧電磁器組成物製造方法であり、
   前記化学式により組成が示される成形物を作製するステップと、
   １３００℃以上の温度で前記成形物を焼成することにより前記圧電磁器組成物を作製するステップ
   とを備える圧電磁器組成物製造方法。