CN101080372A - 压电陶瓷组合物和压电驱动器 - Google Patents

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Abstract

压电陶瓷组合物的组成以组成式(Pb(a－b)Meb){(Ni(1－c)/3Znc/3Nb2d/3)zTixZr(1－x－z)}O3表示，前述Me为选自Ba、Sr、Ca的至少1种元素，而且前述a、b、d、x分别满足0.975≤a≤0.998、0≤b≤0.05、1＜d≤1.3、0.39≤x≤0.47，前述c和z位于zc平面内以连结点A(z＝0.25，c＝0.1)、点B(z＝0.25，c＝0.85)、点C(z＝0.1，c＝0.6)、点D(z＝0.075，c＝0.5)、点E(z＝0.05，c＝0.2)、点F(z＝0.05，c＝0.1)的直线围成的区域的内部或线上。由此，实现同时实现大压电常数、低相对介电常数和高居里点的压电陶瓷组合物以及使用该组合物的压电驱动器。

Description

压电陶瓷组合物和压电驱动器
技术领域
本发明涉及对Pb(Ti，Zr)O3固溶Pb(Ni，Nb)O3或Pb(Zn，Nb)O3等的复合钙钛矿类的压电陶瓷组合物，特别涉及适合于压电驱动器的压电陶瓷组合物以及压电驱动器。
背景技术
以锆钛酸铅(Pb(Ti，Zr)O3，以下记作“PZT”)为主要成分的压电陶瓷组合物具有良好的压电性，所以被广泛用于压电驱动器等压电元件。
为了获得大的位移量，要求用于压电驱动器等的压电材料的压电常数高。此外，对于以高电压驱动的压电元件，元件温度由于驱动产生的发热而上升。另外，压电材料的相对介电常数越大，元件的发热量越大。这是因为，如果相对介电常数大，则电容量变大，电流量增大。另外，如果元件温度上升而接近居里点，则产生压电性大幅劣化而位移量下降的问题，而元件温度进一步超过居里点时，发生相转变，极化消失，产生变得无法作为压电元件发挥作用的问题。因此，为了在压电常数高的同时，维持连续驱动性，要求压电材料的相对介电常数低，而且居里点高。
另外，为了这些特性的改善等目的，专利文献1和专利文献2中记载了对PZT固溶Pb(Ni1/3Nb2/3)O3(以下记作“PNN”)或Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(以下记作“PZN”)等的压电陶瓷组合物。
专利文献1中记载了，为了获得压电常数、机电耦合系数和相对介电常数大而居里点高的压电陶瓷组合物，在PNN-PNZ-PZ-PT的4成分类固溶陶瓷组合物中，使Pb少于化学计量学组成。
此外，专利文献2中记载了，在以组成式aPbTiO3-bPbZrO3-cPb((Zn1-xNix)1/3Nb2/3)O3表示的压电陶瓷组合物中，通过使a、b、c在三角图上位于规定的区域中，同时实现压电性和连续驱动耐受性。此外，记载了将Pb的一部分以Ba、Sr、Ca中的至少1种置换的方案。
专利文献1：日本专利特开昭60-103079号公报
专利文献2：日本专利特开2003-335579号公报
发明的揭示
然而，专利文献1中记载的发明中，实施例中居里点最高也仅285℃，几乎所有的试样的居里点都在140℃～265℃的范围内，这不能说得到了足够高的居里点。特别是用于以1kV/mm以上的高电场驱动的压电元件的情况下，发热量大，因此无法防止压电性的劣化。
即，压电元件的发热量大致与驱动电场和频率成正比增大，因此难以用于以1kV/mm以上的电场和数kHz以上的频率驱动的喷墨打印头用的压电驱动器等。
另外，专利文献1中记载的发明中，相对介电常数εr大到3000以上，因而发热量增大，变得容易导致压电性的低下。即，若介电常数高，则压电元件的电容量增大，通过的电流值也增大，发热量增大，结果变得容易导致压电性的低下。
此外，专利文献2中记载的发明中，300V/mm的电场强度下压电常数d31最高也仅265pm/V(参照专利文献2的表1)，未获得足够大的压电常数。
此外，制作压电驱动器时，有同时烧结(共烧结)压电材料和内部电极的情况，但所述情况下，压电常数与单独烧结压电陶瓷组合物的情况相比会大幅下降。
本发明是鉴于这些问题而完成的，其目的在于获得可同时实现大压电常数、低相对介电常数、高居里点的压电陶瓷组合物。另外，其目的还在于获得与内部电极共烧结时也可以抑制压电常数的下降的压电陶瓷组合物。
为了解决上述课题，本发明的压电陶瓷组合物的特征在于，以组成式(Pb(a -b)Meb){(Ni(1-c)/3Znc/3Nb2d/3)zTixZr(1-x-z)}O3表示，前述Me为选自Ba、Sr、Ca的至少1种元素，而且前述a、b、d、x分别满足0.975≤a≤0.998、0≤b≤0.05、1＜d≤1.3、0.39≤x≤0.47，前述c和z位于zc平面内以连结点A(z＝0.25，c＝0.1)、点B(z＝0.25，c＝0.85)、点C(z＝0.1，c＝0.6)、点D(z＝0.075，c＝0.5)、点E(z＝0.05，c＝0.2)、点F(z＝0.05，c＝0.1)的直线围成的区域的内部或线上。
此外，本发明的压电驱动器的特征在于具有由上述压电陶瓷组合物形成的陶瓷素坯，还可以具有陶瓷素坯和内部电极。此外，内部电极较好是含有Ag。
如果采用本发明的压电陶瓷组合物，可同时实现大压电常数、低相对介电常数、高居里点，可以良好地使用于以强电场驱动的压电驱动器等。
具体来说，可以获得压电常数d33在550pm/V以上、相对介电常数εr在3000以下、居里点Tc在280℃以上的压电特性良好的压电陶瓷组合物。
此外，将本发明用于含Ag的内部电极和陶瓷素坯共烧结而成的压电驱动器的情况下，可以抑制与内部电极的共烧结引起的压电常数的下降，所以可以实现更具有实用价值的层积型压电驱动器。
附图的简单说明
图1为表示本发明的压电陶瓷组合物中的第3成分的含有摩尔比z和第3成分中的Zn相对于Ni的含有摩尔比c的关系的图。
图2为表示本发明的压电驱动器的一实施方式的截面图。
符号的说明
10        陶瓷素坯
21、22    内部电极
31、32    外部电极
实施发明的最佳方式
以下，参照附图对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
本发明的压电陶瓷组合物为由PNN-PNZ-PZ-PT、即Pb(Ni，Nb)O3-Pb(Zn，Nb)O3-PbZrO3-PbTiO3构成的4成分类复合氧化物，具有钙钛矿型的结晶结构(通式ABO3)，其化学组成以组成式(A)表示。
(Pb(a-b)Meb){(Ni(1-c)/3Znc/3Nb2d/3)zTixZr(1-x-z)}O3…(A)
另外，上述组成式中，Me为选自Ba、Sr、Ca的至少1种元素，以使作为A位成分的Pb和Me的含有摩尔比a、A位成分中的Me的含有摩尔比(置换比例)b、第3成分(Ni，Zn，Nb)中的Nb的含有摩尔比d、B位中的Ti的含有摩尔比x在以式(1)～(4)表示的范围内的条件，进行调制。
0.975≤a≤0.998…(1)
0≤b≤0.05…(2)
1＜d≤1.3…(3)
0.39≤x≤0.47…(4)
此外，以使Zn相对于Ni和Zn的含量总和的含有摩尔比(以下简称“Zn的含有摩尔比”)c和第3成分(Ni，Zn，Nb)的含有摩尔比z如图1所示，位于zc平面内以连结点A(z＝0.25，c＝0.1)、点B(z＝0.25，c＝0.85)、点C(z＝0.1，c＝0.6)、点D(z＝0.075，c＝0.5)、点E(z＝0.05，c＝0.2)、点F(z＝0.05，c＝0.1)的直线围成的区域的内部或线上的条件，进行调制。
通过这样使组成式(A)中的a、b、d、x满足式(1)～(4)且含有摩尔比c和含有摩尔比z位于图1所示的不等边六边形ABCDEF的区域内或线上，可以获得同时实现大压电常数、低相对介电常数和高居里点的压电陶瓷组合物。另外，本发明的压电陶瓷组合物由于相对介电常数低，因此在以高电压驱动时也可以抑制压电元件的发热，而且由于居里点高，因此即使产生发热，也可以将压电元件的温度抑制在居里点以下，能够抑制压电元件的压电特性的劣化。此外，由于压电常数大，因此可以获得位移量大的压电元件。另外，即使在与含Ag等的内部电极一起烧结的情况下，也可以抑制压电常数的下降。
在这里，将a、b、d、x限定于式(1)～(4)的范围内的理由如下。
(1)a
PNN-PNZ-PZ-PT类的压电陶瓷组合物中，如果以Pb为主要成分的A位成分的含有摩尔比a超过0.998而接近化学计量学组成，则导致压电常数下降。这推测是由于，作为第3成分的(Pb(Ni，Nb)O3-Pb(Zn，Nb)O3)未完全固溶于Pb(Zr，Ti)O3，前述A位成分表观上过剩，偏析于晶界中。此外，随着A位成分的含有摩尔比a接近化学计量学组成，合成反应和烧结反应变得容易进行，但如果A位成分的含有摩尔比a超过0.998而接近化学计量学组成，则预烧阶段中反应过度进行，反而烧结性会下降。
另一方面，A位成分的含有摩尔比a不到0.975时，烧结性下降，烧结温度变高，而且与化学计量学组成的偏差过大，变得容易生成非均相，因此压电常数等压电特性的下降可能会变得显著。
根据以上的理由，本发明的压电陶瓷组合物中，以使A位成分的含有摩尔比a满足0.975≤a≤0.998的条件进行调制。
(2)b
通过将A位成分中的Pb的一部分根据需要置换为元素Me(＝Ba、Ca、Sr)，可以实现压电常数的提高，但如果元素Me的A位中的含有摩尔比b超过0.05，则可能会导致居里点的下降。
因此，以使含有摩尔比b在0.05以下的条件进行调制。
(3)d
通过使第3成分中的Nb的含有摩尔比d在1以上，可以抑制与含Ag的内部电极共烧结时的压电常数的下降。对于其理由，可以认为如下。作为以通式ABO3表示的钙钛矿型氧化物的Pb(Ti，Zr)O3中，结晶结构的A位位置配置2价的Pb，B位位置配置4价的Ti、Zr，保持电荷平衡。此外，PNN、PZN中，2价的Ni或Zn进入1/3的B位，5价的Nb进入2/3的B位，因而平均价数为4价，保持电荷平衡。在这里，认为内部电极中含有Ag的情况下，由于共烧结、即同时烧结，扩散于压电陶瓷组合物中的Ag进入A位。由于Ag为1价的元素，因此如果Ag扩散，则使A位的平均价数下降。认为电荷的平衡由此瓦解，压电常数下降。
因此，认为通过预先使作为5价元素的Nb比化学计量学组成过量，可以补偿Ag的扩散引起的电荷下降，抑制压电常数的下降。
另一方面，如果含有摩尔比d超过1.3而增大，则烧结温度上升，烧结性恶化。
因此，本发明的压电陶瓷组合物中，以第3成分中的Nb的含有摩尔比d满足1＜d≤1.3的条件进行调制。
(4)x
对于PNN-PNZ-PZ-PT类的压电陶瓷组合物，通过以该固溶体接近MPB(准同型相界，Morphotropic Phase Boundary)的条件调制Ti的含有摩尔比x，可以获得大压电常数。
根据该观点，以Ti的含有摩尔比x满足0.39≤x≤0.47的条件进行调制。
此外，以使第3成分中的Zn的含有摩尔比c和B位中的第3成分(Ni，Zn，Nb)的含有摩尔比z位于zc平面内以连结点A(z＝0.25，c＝0.1)、点B(z＝0.25，c＝0.85)、点C(z＝0.1，c＝0.6)、点D(z＝0.075，c＝0.5)、点E(z＝0.05，c＝0.2)、点F(z＝0.05，c＝0.1)的直线围成的区域的内部或线上的条件进行调制的理由在于，如果含有摩尔比c和含有摩尔比z不满足上述的范围，则可能会无法同时实现大压电常数和高居里点，而且会发生异常粒生长。
以下，对使用上述的压电陶瓷组合物制造的层积型压电驱动器进行说明。
图2为表示压电驱动器的截面图。
压电驱动器由压电陶瓷组合物形成的陶瓷素坯10、内藏于该陶瓷素坯10中的内部电极21、22以及形成于陶瓷素坯表面的分别与内部电极21、22电连接的外部电极31、32构成。
另外，通过在外部电极31和外部电极32间施加电压，由于压电效应，该压电驱动器向图中以箭头X表示的方向、即压电驱动器的层积方向位移。
以下，对该压电驱动器的制造方法进行说明。
首先，以各含有摩尔比a、b、c、d、x、z满足上述条件的条件称量作为原料粉末的Pb3O4、TiO2、ZrO2、NiO、ZnO、Nb2O5等，以球磨机进行湿法粉碎。另外，可以根据需要适当加入BaCO3、CaCO3、SrCO3等。原料粉末的平均粒径(D90)较好是在1μm以下。
接着，将得到的混合粉末以800～900℃左右的规定温度进行煅烧，制成预烧粉末。然后，将该预烧粉末与粘合剂水溶液用瓷瓶球磨机进行粉碎混合，得到浆料，将该浆料以刮刀法等公知的方法进行成形，制成陶瓷生片。
接着，制成以例如重量比7∶3的比例含有Ag和Pd的导电性糊料，在陶瓷生片上通过丝网印刷形成规定的内部电极图形。内部电极的材料可以使用Cu、Ni等。
将印刷了内部电极图形的陶瓷生片以规定片数层积，在其两侧压接未印刷内部电极图形的无图案的陶瓷生片，制成层积体。将该层积体切割成规定的尺寸，收纳于氧化铝制的盒内，在氧气中或空气中以950℃～1200℃左右的规定温度进行烧结，得到烧结体。
在该烧结体的端面涂布以Ag为主要成分的导电性糊料，实施烧结处理，形成外部电极。然后，以例如3kV/mm左右的电场强度进行极化处理，由此制成压电驱动器。
该压电驱动器使用本发明的压电陶瓷组合物，所以压电常数大，可以获得大位移量。此外，因为介电常数低且居里点高，所以在以强电场连续驱动的情况下，元件的温度也不会接近居里点或超过该居里点，因此可以抑制压电特性的劣化。此外，即使与含Ag的内部电极一起烧结，也可以极力抑制压电常数的劣化。
另外，上述实施方式仅为本发明的一例，并不局限于此。例如，在上述实施方式中使用氧化物作为原料粉末，但只要最终获得上述组成的压电陶瓷组合物，可以使用碳酸盐或氢氧化物等。
此外，可以在不影响压电特性的范围内含有微量的杂质。例如，作为原料粉末的ZrO2中有时会含有微量的HfO2，Nb2O5中有时会含有微量的Ta2O5。
另外，上述实施方式中作为压电驱动器记载了层积型压电驱动器，但也可以是单板型压电驱动器。此外，本发明的压电陶瓷组合物的用途并不局限于压电驱动器，可以是压电蜂鸣器等。
以下，对本发明的更具体的实施例进行说明。
实施例1
首先，以压电陶瓷组合物最终达到表1和表2所示的组成的条件，称量作为陶瓷原料的Pb3O4、BaCO3、CaCO3、SrCO3、NiO、ZnO、Nb2O5、TiO2和ZrO2。接着，将这些陶瓷原料与纯水一起投入瓷瓶球磨机中，进行混合16小时。将混合原料以880℃进行预烧，将得到的预烧粉末(压电陶瓷组合物)与有机粘合剂和纯水混合，用瓷瓶球磨机进行粉碎混合16小时，得到陶瓷浆料。
然后，将该陶瓷浆料通过刮刀法成形，制成陶瓷生片。
接着，将该无图案的陶瓷生片以规定片数层积，在360℃进行2小时的脱脂处理后，在1050℃于氧气中烧结5小时，得到烧结体。
然后，在该烧结体的两端面蒸镀Cu作为基底层，在其上蒸镀Ag，形成由Cu/Ag构成的2层结构的外部电极，然后在油中于80℃以3kV/mm的电场密度进行极化处理，制成试样编号1～53的块状样品。
接着，使用上述陶瓷生片，制成层积型的压电驱动器。
首先，制成上述陶瓷生片后，使用含有Ag和Pd的重量比为Ag∶Pd＝7∶3的导电性材料的导电性糊料，在前述陶瓷生片上进行丝网印刷而形成内部电极，将该陶瓷生片以规定片数层积，在其两侧压接未印刷内部电极图形的无图案的陶瓷生片，制成层积体。
然后，将该层积体切割成规定的尺寸，收纳于氧化铝制的盒内，在360℃温度下进行2小时的脱脂处理后，在氧气中于1000℃烧结5小时，得到烧结体。
接着，在该烧结体的端面涂布以Ag为主要成分的导电性糊料，实施烧结处理，形成外部电极，然后在油中于80℃以3kV/mm的电场强度进行极化处理，制成试样编号1～53的压电驱动器。
接着，对于上述各块状样品，测定压电常数d33、相对介电常数εr、居里点Tc。
在这里，压电常数d33通过对各试样以0.1Hz的三角波施加2kV/mm的电场，以感应探头和差动变压器测定这时的厚度方向的应变量，将应变量除以电场强度而算出。
此外，相对介电常数εr使用RF阻抗分析仪(惠普公司制HP4294A)以1kHz的频率测定。
此外，测定相对介电常数εr的温度特性，将相对介电常数εr达到极大值的温度作为居里点Tc。
另外，对于上述各压电驱动器，与块状样品同样地，测定压电常数d33′，基于算式(5)，求得压电常数的劣化率(以下简称“劣化率”)Δd33。
Δd33＝{(d33-d33′)/d33}×100…(5)
表1和表2表示试样编号1～53的组成和测定结果。
[表1]
  试样编号   (Pb(a-b)Meb)[Ni(1-c)/3Znc/3Nb2d/3)zTixZr(1-x-z)]O3   压电常数d33(pm/V)   相对介电常数εr(-)   居里点Tc(℃)   劣化率Δd33(％)
a b c d x z
  1*   1.000   0   0.50   1.020   0.410   0.200   450   1260   310   3
  2   0.998   0   0.50   1.020   0.410   0.200   620   2130   310   8
  3   0.995   0   0.50   1.020   0.410   0.200   760   2410   310   4
  4   0.990   0   0.50   1.020   0.410   0.200   850   2810   310   8
  5   0.985   0   0.50   1.020   0.410   0.200   820   2700   310   -1
  6   0.980   0   0.50   1.020   0.410   0.200   790   2620   310   7
  7   0.975   0   0.50   1.020   0.410   0.200   670   2300   310   12
  8*   0.970   0   0.50   1.020   0.410   0.200   -   -   -   -
  9   0.995   0   0.50   1.100   0.440   0.100   840   2510   340   8
10 0.995   0.025(Ba) 0.50 1.100 0.440 0.100 810 2300 320 10
11 0.995   0.050(Ba) 0.50 1.100 0.440 0.100 830 2390 290 11
12* 0.995   0.075(Ba) 0.50 1.100 0.440 0.100 840 2430 270 7
13 0.995   0.025(Sr) 0.50 1.100 0.445 0.100 800 2330 320 7
14 0.995   0.025(Ca) 0.50 1.100 0.445 0.100 720 2110 320 8
  15*   0.990   0   0.50   1.020   0.380   0.200   480   1550   290   -2
  16   0.990   0   0.50   1.020   0.390   0.200   550   2020   290   0
  17   0.990   0   0.50   1.020   0.400   0.200   720   2480   300   9
  18   0.990   0   0.50   1.020   0.420   0.200   760   2610   310   5
  19   0.990   0   0.50   1.020   0.430   0.200   680   2460   320   0
  20   0.990   0   0.50   1.020   0.440   0.200   610   2030   320   4
  21   0.995   0   0.50   1.100   0.435   0.100   730   2120   340   15
  22   0.995   0   0.50   1.100   0.450   0.100   750   2370   340   14
  23   0.995   0   0.50   1.100   0.460   0.100   650   2120   350   17
  24   0.995   0   0.50   1.100   0.470   0.100   590   1880   350   13
  25*   0.995   0   0.50   1.100   0.480   0.100   480   1560   360   15
*表示在本发明的范围外
[表2]
  试样编号   (Pb(a-b)Meb)[Ni(1-c)/3Znc/3Nb2d/3)zTixZr(1-x-z)]O3   压电常数d33(pm/V)   相对介电常数εr(-)   居里点Tc(℃)   劣化率Δd33(％)
  a   b   c   d   x   z
  26*   0.990   0   0.00   1.200   0.400   0.250   820   2810   270   15
  27   0.990   0   0.10   1.200   0.398   0.250   840   2910   280   5
  28   0.990   0   0.25   1.200   0.398   0.250   800   2730   280   8
  29   0.990   0   0.50   1.200   0.390   0.250   820   2880   290   -7
  30   0.990   0   0.75   1.200   0.383   0.250   800   2700   300   7
  31   0.990   0   0.85   1.200   0.380   0.250   770   2650   310   0
  32*   0.990   0   0.90   1.200   0.370   0.250   530   1710   310   8
  33*   0.990   0   0.00   1.020   0.420   0.200   870   3030   280   19
  34   0.990   0   0.10   1.020   0.418   0.200   840   2910   290   10
  35   0.990   0   0.25   1.020   0.418   0.200   820   2730   290   11
  36   0.990   0   0.75   1.020   0.403   0.200   800   2730   310   8
  37*   0.990   0   0.90   1.020   0.400   0.200   470   1480   320   9
  38*   0.995   0   0.00   1.100   0.450   0.100   790   2390   310   12
  39   0.995   0   0.10   1.100   0.448   0.100   850   2610   320   7
  40   0.995   0   0.25   1.100   0.448   0.100   820   2430   320   10
  41   0.995   0   0.60   1.100   0.438   0.100   830   2430   340   10
  42*   0.995   0   0.75   1.100   0.430   0.100   530   1380   350   5
  43*   0.995   0   0.00   1.100   0.448   0.075   760   2290   320   18
  44   0.995   0   0.10   1.100   0.450   0.075   820   2440   330   7
  45   0.995   0   0.25   1.100   0.450   0.075   850   2570   330   9
  46   0.995   0   0.50   1.100   0.458   0.075   780   2290   350   6
  47*   0.995   0   0.75   1.100   0.460   0.075   510   1550   360   8
  48*   0.995   0   0.00   1.100   0.445   0.050   660   1890   330   17
  49   0.995   0   0.10   1.100   0.445   0.050   780   2230   340   10
  50   0.995   0   0.20   1.100   0.448   0.050   760   2260   340   8
  51*   0.995   0   0.25   1.100   0.450   0.050   520   1330   350   6
  52*   0.995   0   0.20   1.100   0.450   0.025   530   1410   360   14
  53*   0.995   0   0.50   1.020   0.380   0.300   830   2980   260   -3
*表示在本发明的范围外
试样编号1～8中，使压电陶瓷组合物中的含有摩尔比b、c、d、x、z都在本发明的范围内，使作为A位成分的Pb的含有摩尔比a作各种改变。
试样编号1中，A位成分的含有摩尔比a多达1.000，因此压电常数d33小至450pm/V。
此外，试样编号8中，A位成分的含有摩尔比a小至0.970，与化学计量学组成的差变得过大，因此烧结性下降，以1050℃、5小时的烧结条件无法制成烧结体，所以无法测定压电特性(压电常数d33、相对介电常数εr、居里点Tc)。
与之相对，试样编号2～7中，A位成分的含有摩尔比a满足0.975≤a≤0.998，在本发明的范围内，所以可以通过烧结温度1050℃、烧结时间5小时的烧结条件制成烧结体，压电常数d33为620～850pm/V，可以获得550pm/V以上的压电常数d33，而且相对介电常数εr为2130～2810，可以抑制至3000以下，居里点Tc为310℃，可以确保在280℃以上。
试样编号9～14中，使压电陶瓷组合物中的含有摩尔比a、c、d、x、z都在本发明的范围内，使A位成分中的Me(＝Ba、Sr或Ca)的含有摩尔比(置换比例)b作各种改变。
试样编号12中，A位成分中的Ba的含有摩尔比b大到0.075，因此居里点低至270℃。
与之相对，试样编号9～11、13和14中，含有摩尔比b满足0≤b≤0.050，在本发明的范围内，所以压电常数d33为720～840pm/V，可以获得550pm/V以上的压电常数d33，而且相对介电常数εr为2110～2510，可以抑制至3000以下，居里点Tc为290～340℃，可以确保在280℃以上。
试样编号15～25中，使压电陶瓷组合物中的含有摩尔比a、b、c、d、z都在本发明的范围内，使B位中的Ti的含有摩尔比x作各种改变。
试样编号15中，Ti的含有摩尔比x小到0.380，因此固溶体组成达不到MPB附近，压电常数d33小至480pm/V。
另一方面，试样编号25中，Ti的含有摩尔比x大到0.480，因此与试样编号15同样，固溶体组成达不到MPB附近，该情况下压电常数d33也小至480pm/V。
与之相对，试样编号16～24中，含有摩尔比x满足0.39≤x≤0.47，在本发明的范围内，所以压电常数d33为550～760pm/V，可以获得550pm/V以上的压电常数d33，而且相对介电常数εr为1880～2610，可以抑制至3000以下，居里点Tc为290～350℃，可以确保在280℃以上。
试样编号26～53(表2)中，使压电陶瓷组合物中的含有摩尔比a、b、d、x都在本发明的范围内，使Zn的含有摩尔比c和第3成分的含有摩尔比z的组合作各种改变。
试样编号26中，含有摩尔比c为0.00，含有摩尔比z为0.250，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在图1中以六边形ABCDEF表示的本发明的范围外，因此居里点Tc低至270℃，而且还发生异常粒生长。
试样编号32中，含有摩尔比c为0.90，含有摩尔比z为0.250，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此压电常数d33小至530pm/V。
试样编号33中，含有摩尔比c为0.00，含有摩尔比z为0.200，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此相对介电常数εr超过3000，还发现异常粒的生长。
试样编号37中，含有摩尔比c为0.90，含有摩尔比z为0.200，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此压电常数d33小至470pm/V。
试样编号38中，含有摩尔比c为0.00，含有摩尔比z为0.100，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此发现异常粒的生长。
试样编号42中，含有摩尔比c为0.75，含有摩尔比z为0.100，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此压电常数d33小至530pm/V。
试样编号43中，含有摩尔比c为0.00，含有摩尔比z为0.075，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此发现异常粒的生长。
试样编号47中，含有摩尔比c为0.75，含有摩尔比z为0.075，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此压电常数d33小至510pm/V。
试样编号48中，含有摩尔比c为0.00，含有摩尔比z为0.050，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此发现异常粒的生长。
试样编号51中，含有摩尔比c为0.25，含有摩尔比z为0.050，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此压电常数d33小至510pm/V。
试样编号52中，含有摩尔比c为0.200，含有摩尔比z为0.025，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此压电常数d33小至530pm/V。
试样编号53中，含有摩尔比c为0.50，含有摩尔比z为0.300，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围外，因此居里点Tc低至260℃。
与之相对，试样编号27～31、34～36、39～41、44～46、49和50中，含有摩尔比c和含有摩尔比z的组合在本发明的范围内，所以压电常数d33大到550pm/V以上，相对介电常数εr小到不足3000，居里点Tc高至280℃以上，确认可以获得可同时实现大压电常数d33、小相对介电常数εr、高居里点Tc的压电陶瓷组合物。
实施例2
以压电陶瓷组合物最终达到表3所示的组成的条件，称量作为陶瓷原料的Pb3O4、NiO、ZnO、Nb2O5、TiO2和ZrO2，然后以与[实施例1]同样的方法和步骤制成试样编号61～70的块状样品和层积型压电驱动器。
接着，以与[实施例1]同样的方法和步骤，对各块状样品，测定压电常数d33、相对介电常数εr、居里点Tc，再对各压电驱动器，测定压电常数d33′，基于上述算式(5)求得劣化率Δd33。
表3表示试样编号61～70的组成和测定结果。
[表3]
 试样编号   (Pb(a-b)Meb)[Ni(1-c)/3Znc/3Nb2d/3)zTixZr(1-x-z)]O3   压电常数d33(pm/V)   相对介电常数εr(-)   居里点Tc(℃)   劣化率Δd33(％)
  a   b   c   d   x   z
 61*   0.990   0   0.50   1.000   0.410   0.200   830   2800   310   17
 62   0.990   0   0.50   1.005   0.410   0.200   820   2730   310   6
 63   0.990   0   0.50   1.010   0.410   0.200   830   2780   310   8
 64   0.990   0   0.50   1.050   0.410   0.200   810   2680   300   6
 65*   0.995   0   0.50   1.000   0.440   0.100   790   2280   340   59
 66   0.995   0   0.50   1.050   0.440   0.100   810   2350   340   30
 67   0.995   0   0.50   1.150   0.440   0.100   820   2380   340   -2
 68   0.995   0   0.50   1.200   0.440   0.100   750   2280   330   -6
 69   0.995   0   0.50   1.300   0.440   0.100   660   1890   330   -11
 70*   0.995   0   0.50   1.400   0.440   0.100   -   -   -   -
*表示在本发明的范围外
试样编号61～64中，使压电陶瓷组合物中的含有摩尔比a、b、c、x、z都为本发明的范围内的一定值，使第3成分中的Nb的含有摩尔比d作各种改变。
若比较这些试样编号61～64的各试样，确认因为试样编号61的含有摩尔比d为1.000，所以劣化率Δd33为17％，而含有摩尔比d超过1.000含有的试样编号62～64中，劣化率Δd33小至6～8％，通过使含有摩尔比d大于化学计量学组成，即使将内部电极和陶瓷素坯共烧结，也可以大幅抑制相对于块状样品的压电常数的劣化率Δd33。
此外，试样编号65～70中，使压电陶瓷组合物中的含有摩尔比a、b、c、x、z都为本发明的范围内的一定值，使第3成分中的Nb的含有摩尔比d作各种改变。
若比较这些试样编号65～70的各试样，确认因为试样编号65的含有摩尔比d为1.000，所以劣化率Δd33为59％，与块状样品相比，压电驱动器的压电常数大幅劣化，而含有摩尔比d超过1.000含有的试样编号66～69中，劣化率Δd33受到抑制，特别是试样编号67～69中，压电常数d33相反转为上升。
但是，如试样编号70所示，如果Nb的含有摩尔比d大至1.400，则烧结性下降，因此以1050℃、5小时的烧结条件无法制成烧结体。
即，确认陶瓷素坯和内部电极共烧结而成的层积型压电驱动器的情况下，仅通过使Nb的含有摩尔比d稍稍高于化学计量学组成，就可以抑制压电常数的劣化，但如果Nb的含有摩尔比d超过1.300，则烧结性下降，因此以1050℃、5小时的烧结条件无法制成烧结体。

Claims (4)

1.压电陶瓷组合物，其特征在于，以组成式(Pb(a-b)Meb){(Ni(1-c)/3Znc/3Nb2d/3)zTixZr(1-x-z)}O3表示，前述Me为选自Ba、Sr、Ca中的至少1种元素，而且前述a、b、d、x分别满足
0.975≤a≤0.998、
0≤b≤0.05、
1＜d≤1.3、
0.39≤x≤0.47，
前述c和z位于zc平面内以连结
点A(z＝0.25，c＝0.1)、
点B(z＝0.25，c＝0.85)、
点C(z＝0.1，c＝0.6)、
点D(z＝0.075，c＝0.5)、
点E(z＝0.05，c＝0.2)、
点F(z＝0.05，c＝0.1)的直线围成的区域的内部或线上。
2.压电驱动器，具特征在于，具有由权利要求1所述的压电陶瓷组合物形成的陶瓷素坯。
3.如权利要求2所述的压电驱动器，其特征在于，前述陶瓷素坯中埋设有内部电极。
4.如权利要求3所述的压电驱动器，其特征在于，前述内部电极含有Ag。
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