JP2004051476A

JP2004051476A - 低温焼結可能なｐｚｔ組成物とそれを用いた圧電セラミック装置

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Publication number: JP2004051476A
Application number: JP2003193772A
Authority: JP
Inventors: Young-Min Kim; ヨン，ミン　キム; Youri Ponomarev; ヨウリ　ポノマレブ
Original assignee: DONGIL TECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: DONGIL TECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: KR100482724B1; JP4804709B2; KR20040005360A; DE10331036B4; DE10331036A1

Abstract

【課題】低い誘電損失（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ）と高い圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を有し、低温焼結可能な圧電セラミック組成物を提供する。
【解決手段】［（Ｐｂ_{１−ｍ−ｎーｐ}Ｓｒ_ｍＢａ_ｎＣｄ_ｐ）（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）_１−ｋ（Ｂｉ_ａＭｎ_ｂ）_ｋ］Ｏ_３（式中、モル比ｍ，ｎ，ｐ，ｘ，ａ，ｂ，ｋ，ｙ及びｚは、０．００≦ｍ＜０．１５、０．００≦ｎ＜０．１５、０．００＜ｍ＋ｎ＜０．２１、０．００＜ｐ＜０．０４、０．５０≦ｘ＜０．５６、０．００＜ａ≦１．００、０．００＜ｂ≦１．００、０．００＜ｋ＜０．０４である）セラミックを含む。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低音焼結可能なＰＺＴセラミック組成物とそれを用いた圧電セラミック装置に係り、より詳しくは、１０５０℃以下の低温で焼結でき、ひいては９４０℃の低温でもＡｇ電極と共に同時に焼結できる低損失圧電セラミック物質とそれを用いた圧電セラミック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電トランスや圧電アクチュエータのような多層圧電サラミック装置の出願が最近増加している。しかし、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３（ｌｅａｄ　ｚｉｒｏｃｏｎａｔｅ　ｔｉｔａｎａｔｅ，以下、「ＰＺＴ」と称す）物質からなる既存の多層圧電セラミック装置では、ＰＺＴ物質の高い焼結温度のため白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）又は銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）ペーストを共に同時に焼結する必要があった。このような内部電極の高コストのため、多層圧電気装置の幅広い使用が制限された。従って、低温で特にＡｇの融点である９６２℃以下で焼結可能なＰＺＴ物質を開発しようとする多様な努力がなさてれきた。
【０００３】
圧電セラミックトランスのように連続的に駆動される応用において、高効率を達成するために、高い圧電定数（ｄ_ｉｊ，ｐｉｅｚｏ　ｍｏｄｕｌｕｓ）、高い電気械結合係数ｋ_ｐ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、高い誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）を有する低損失硬質圧電セラミック物質が求められた。しかし、硬質圧電セラミックの圧電特性を悪化させずに焼結温度を低下させるのにはいろいろと困難なことがあった。
【０００４】
液相焼結によって低温で緻密化（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を加速させるために、低融点を有するガラス・フリット（ｇｌａｓｓ　ｆｒｉｔ）を単に添加することでＰＺＴ物質の焼結温度を低下させることができる。しかし、この方法は圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を低下させるという問題点がある。
【０００５】
米国特許出願Ｎｏ．５７９２３７９は、９００℃以下の焼結温度を有し、内部電極物質として、Ａｇと同時に焼結できるＰＺＴセラミック組成物に関するものである。Ｂ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｅＯ及びＣｕＯからなる焼結助剤（ここでＭｅとはＣａ，Ｓｒ，Ｂａ及びＺｎからなる群の中から選ばれた一つの金属である）を用いることによって焼結温度を低下させる。しかし、焼結温度が低下すると、０．６０以上のＫ_ｐ（電気機械結合係数）を有する硬質圧電セラミックに比べて、Ｋ_ｐが最高０．５５以下に減少する。
【０００６】
米国特許出願Ｎｏ．５４３３９１７は、ＣｕＯの共融混合物とアルカリ土金属の酸化物とを用いて、約１，０００℃の低い焼結温度を有するＰＺＴ組成物に関するものである。しかし、誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）及び誘電損失（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ）を除いた他の詳細な圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）に関する報告はない。またＧｕｉ　ｅｔ、ａｌにも、Ｂ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＣｄＯを少量使用してＰＺＴの焼結温度を低下させる方法が説明されている。しかし、両先行技術における焼結温度はＡｇ電極と同時に焼結するのには依然として高いという問題点がある。
【０００７】
このような先行技術では低融点を有するガラス・フリット（ｇｌａｓｓ　ｆｒｉｔ）が焼結助剤として使用されるが、ガラス・フリットにおいて全ての元素、例えばホウ素は焼結中にＰＺＴマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）のペロブスカイト結晶格子構造で置換されない。しかし、焼結の後、これらが結晶粒界（ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｄａｒｙ）を沿ってガラス相に残り、これは圧電気的特性を悪化させる問題点になる。
【０００８】
【特許文献】米国特許出願Ｎｏ．５７９２３７９
【特許文献】米国特許出願Ｎｏ．５４３３９１７
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点を解消するためになされたもので、その目的は、低い誘電損失（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ）と高い圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）とを有し、低温焼結可能な圧電セラミック組成物を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、Ａｇの融点である９６２℃以下で純Ａｇと同時に焼結できる低温焼結圧電セラミック組成物を提供することにある。
【００１１】
本発明のまた他の目的は、本発明に係る圧電セラミック組成物を用いて多層圧電セラミックトランス、多層圧電セラミックアクチュエータなどのように連続駆動を行うのに適した圧電セラミック装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、［（Ｐｂ_{１−ｍ−ｎーｐ}Ｓｒ_ｍＢａ_ｎＣｄ_ｐ）（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）_１−ｋ（Ｂｉ_ａＭｎ_ｂ）_ｋ］Ｏ_３（式中、モル比ｍ，ｎ，ｐ，ｘ，ａ，ｂ，ｋ，ｙ及びｚは、０．００≦ｍ＜０．１５、０．００≦ｎ＜０．１５、０．００＜ｍ＋ｎ＜０．２１、０．００＜ｐ＜０．０４、０．５０≦ｘ＜０．５６、０．００＜ａ≦１．００、０．００＜ｂ≦１．００、０．００＜ｋ＜０．０４である）セラミックを含む圧電セラミック組成物を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明に係る圧電セラミック組成物は、必須成分として［（Ｐｂ_{１−ｍ−ｎーｐ}Ｓｒ_ｍＢａ_ｎＣｄ_ｐ）（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）_１−ｋ（Ｂｉ_ａＭｎ_ｂ）_ｋ］Ｏ_３（モル比ｍ，ｎ，ｐ，ｘ，ａ，ｂ，ｋ，ｙ及びｚは、０．００≦ｍ＜０．１５、０．００≦ｎ＜０．１５、０．００＜ｍ＋ｎ＜０．２１、０．００＜ｐ＜０．０４、０．５０≦ｘ＜０．５６、０．００＜ａ≦１．００、０．００＜ｂ≦１．００、０．００＜ｋ＜０．０４である。）セラミックを含む。前記セラミックは、ＰＺＴ（ｌｅａｄ　ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　ｔｉｔａｎａｔｅ）の固溶体（ｓｏｌｉｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ）をストロンチウム、バリウム、カドミウム、ビスマス、リチウムそしてマンガンイオンと共に合金したものである。圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を悪化させずに焼結温度を低下させるために、反応性の高いＣｄとＢｉを添加する。Ｚｒ^４＋または、Ｔｉ^４＋をＢｉ^３＋に置換する。異原子価のイオン（ａｌｉｏｖａｌｅｎｔ　ｉｏｎ）の置換による電荷の均衡（ｃｈａｒｇｅｎｅｕｔｒａｌｉｔｙ）は、焼結する間に拡散過程（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ）を増加させる酸素原子空孔（ｏｘｙｇｅｎ　ｖａｃａｎｃｙ）の生成によって維持され、従って焼結温度を効果的に低下させるようになる。このような物質システムにおいてＰｂ^２＋をＣｄ^２ ^＋に置換し、Ｃｄ^２＋の高い活性度は焼結過程で拡散過程を加速化しながら、焼結温度を効果的に低下させる。Ｃｄ量のｐは０＜ｐ＜０．０４であることが好ましい。Ｃｄ量がこの範囲から外れると、電気機械結合係数Ｋ_ｐ（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と圧電定数ｄ_３３（ｐｉｅｚｏ　ｍｏｄｕｌｕｓ）とが非実用レベル（ｎｏｎｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｌｅｖｅｌ）に至るまで減少し、好ましくない。
【００１４】
Ｂｉは、Ｂｉ_ａＭｎ_ｂに表現されるＭｎと共に添加される。Ｍｎは、機械的品質係数Ｑ_ｍ（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）を増加させるとともに、焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄ　ｅｌｅｍｅｎｔ）の結晶粒子の大きさを制御するために添加される。ＢｉとＭｎの相対的の量であるａ又はｂは０＜ａ又はｂ≦１の範囲であることが好ましく、３ａ＋４ｂ＝４を満足することがさらに好ましい。
【００１５】
例えば、それぞれａ＝１、２／３、１／２又は１／３であり、ｂ＝１／４、１／２、５／８又は３／４である。前記条件で万一Ｚｒ^４＋とＴｉ^４＋をＢｉ^３＋またＭｎ^４＋に置換した場合、マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）１モル当たりｋ（ａ／４）モル量のＢｉ^３＋またＭｎ^４＋イオンが過剰になる。よって、ＰＺＴマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）に置換されていない過量のＢｉ^３＋またＭｎ^４＋イオンは、焼結する間に液相を形成し、緻密化に役に立つ。Ｂｉ_ａＭｎ_ｂの最大量（ｋ）は０＜ｋ＜０．０４であることが好ましい。このような範囲から外れると、Ｋ_ｐ及びｄ_３３は急激に減少し、好ましくない。また、ｋはｋ＝ｐを満足することが好ましい。
【００１６】
誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）を増加し、同時に圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）に対して明らかに逆効果なしに緻密化を向上させるために、ＳｒまたはＢａを添加する。Ｐｂを置換できるＳｒまたはＢａの最大量は、単独添加時、ＰＺＴにおいて約１５モル％である。しかし、一緒に添加するときは、Ｓｒ＋Ｂａその最大量は１８〜２０モル％まで拡張することができる。これによりさらに高い誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）を得ることができる。しかも、混合置換の場合、同一の原子比で添加すると、単独置換に比べてより良い焼結特性を示す。Ｓｒ又はＢａの量（ｍ又はｎ）は、０．０＜ｍ又はｎ　＜０．１５そして０＜ｍ＋ｎ＜０．２１であることが好ましい。このような範囲から外れると、焼結温度は非常に高くなり、好ましくない。
【００１７】
本発明に係る圧電セラミック組成物は、　焼結性又は機械的品質係数（ｍｅｃｈａａｎｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）を向上させるために、０．００１〜１重量％のＢｉ_２Ｏ_３をさらに含むことが好ましい。
【００１８】
本発明に係る圧電セラミック組成物は、ＬｉＦ又はＭｇＦ_２をさらに含むことが好ましい。フッ素（Ｆ）は、高電場で圧電特性を向上させかつ誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）を増加させることから、このようなフッ素化合物が含まれると、高い機械適応力または高電場での高い圧電特性が改善され、好ましい。フッ素化合物であるＬｉＦ又はＭｇＦ_２の量は０．００１〜１重量％であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る圧電セラミック組成物は、焼結性又は機械的品質係数（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）を向上させるために、０．００１〜０．５０重量％のＭｎＯ_２をさらに含むことが好ましい。
【００２０】
本発明は、また前記圧電セラミック組成物を１０７５℃以下で焼結して得た圧電セラミックを含んで構成される圧電セラミック装置を提供する。
【００２１】
本発明は、また前記圧電セラミック組成物をＡｇ内部電極と共に９６０℃以下で同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成される多層圧電セラミック装置を提供する。
【００２２】
本発明は、また前記圧電セラミック組成物をＡｇ−Ｐｄ内部電極と共に同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成される多層圧電セラミック装置を提供する。前記Ｐｄの量は前記Ａｇ及びＰｄの１００重量％に対して０．００１〜２０重量％であることが好ましい。
【００２３】
本発明は、また前記圧電セラミック組成物をＡｇ内部電極と共に９６０℃以下で同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成され、多層部分と単層部分とを含む圧電セラミック装置を提供する。
【００２４】
本発明は、また前記圧電セラミック組成物をＡｇ−Ｐｄ内部電極と共に１０５０℃以下で同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成され、多層部分と単層部分とを含む圧電セラミック装置を提供する。前記Ｐｄの量は、前記Ａｇ及びＰｄの１００重量％に対して０．００１〜２０重量％であることが好ましい。
【００２５】
本発明は、圧電セラミック組成物とそれを用いた圧電セラミックトランスに関する次の実施例により容易に理解されるであろう。ただし、これら実施例はもっぱら本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２６】
【実施例１】
圧電セラミック組成物
ＰｂＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｒＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｄＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２とＬｉＦまたＭｇＦ_２を出発原料として使用する。出発原料を表１に記載の量比で秤量した後、脱イオン水を添加してアトリションミル（ａｔｔｒｉｔｉｏｎ　ｍｉｌｌ）を用いて２時間湿式混合を行い、そのスラリーを真空濾過する。濾過したものを１２０℃のオーブンで乾燥し、７００〜８７５℃で２時間か焼（ｃａｌｃｉｎｅ）する。得られたか焼物を再びアトリションミルを用いて平均粒径が約０．８μｍとなるまで未粉砕を行う。未粉砕によって得られたスラリーを乾燥し、乾燥粉末に１０％のＰＶＡ（Ｐｏｌｙ　Ｖｉｎｙｌ　Ａｌｃｏｈｏｌ）を少量（約２重量％）加えて造粒する。得られた造粒粉末である直径２５ｍｍ、厚さ約２．５ｍｍのグーリンディスク（ｇｒｅｅｎ　ｄｉｓｋ）を、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力をかけて成形して成型物を得る。前記グーリンディスク（ｇｒｅｅｎ　ｄｉｓｋ）を９２０〜１０００℃で２時間焼結する。焼結したディスクの両表面にＡｇペーストを印刷し、７００〜７７０℃で１５分間焼き付ける。電極を形成したディスクを１２０〜１４０℃のシリコンオイル槽で１５分間３〜４ｋＶ／ｍｍ電圧を印加して分極処理を行う。誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）と誘電損失係数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ　ｔａｎｇｅｎｔ）とは、１Ｖｒｍｓの入力レベル、１ｋＨｚでＬＣＲ　ｍｅｔｅｒを用いて測定する。圧電定数ｄ_３３はＢｅｒｌｉｎｃｏｕｒ　ｄ_３３　ｍｅｔｅｒを用いて測定する。平面結合係数（ｐｌａｎａｒ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と機械品質係数Ｑｍ（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）とは、共振周波数ｆ_ｒ（ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、反共振周波数ｆ_ａ（ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、ＬＣＲ　ｍｅｔｅｒで測定した電気容量Ｃ_０及びインピーダンスアナライザー（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ／Ｇａｉｎ−Ｐｈａｓｅ　ａｎａｌｙｓｅｒ）で測定した共振インピーダンスＺ_ｒ（ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）から次の式によって計算される。
【００２７】
１／ｋ_ｐ＝０．３９５ｆ_ｒ／（ｆ_ａ−ｆ_ｒ）＋０．５７４
Ｑ_ｍ＝１／２πｆ_ｒＺ_ｒＣ_ｏ（１−（ｆ_ｒ／ｆ_ａ）^２）
【００２８】
表１に記載された＊付きの組成物は比較用サンプルであり、本発明の範囲を外れている。１０５０℃、９６５℃及び９５０℃で焼結されたサンプルの特性を表２に示す。同表に示すように、有用な圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を１０５０℃、ひいては９５０℃で焼結した時にも得ることができる。Ｃｄ量のｘが０．０４（サンプル４）になると、ｋ_ｐが急激に低下した。Ｂａ＋Ｓｒの総量が２２モル％（サンプル＃１とサンプル＃２）である時、Ｐｂに比べてＢａやＳｒの拡散速度が遅いため、ｋ_ｐもこのような焼結温度で急激に減少する。サンプル＃１０およびサンプル＃１１によれば、Ｆがｋｐにあまり影響を与えずに１重量％以下の範囲で添加できることがわかる。ＭｇＦ_２を使用することは可能であるが、ＭｇＦ_２からなるサンプルのパラメーターはＬｉＦからなるサンプルに比べて好ましくない。
【００２９】
Ｚｒ／Ｔｉ組成比を変化させることでより多様な特性を得ることができる。本発明によってＺｒ／Ｔｉ組成比を変化させた低温焼結可能な圧電セラミック組成物を表３に示すように準備した。９４０℃で焼結し、準備された圧電ディスク（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｉｓｋ）の特性は表４に示す。全ての組成物は、９４０℃で容易に焼結され、良好な圧電気的特性である、０．２〜０．４％の低い誘電損失（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ）、１４７０〜１８５０の高い誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）、３１０〜３９６のｄ_３３、６１０〜７３０の機械的品質係数（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｑｕｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）を示した。Ｚｒ／Ｔｉ組成比を変化させることにより、サンプル＃６１〜＃６４に示すように、共振周波数の温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）とを調整することができる。さらにＬｉＦを添加することにより、サンプル＃６３とサンプル＃６５に示すように、共振周波数（ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のそれほど悪化せずに誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）を増加させることができる。このような低い焼結温度は、圧電セラミックトランスや圧電アクチュエーターのような多層圧電セラミック部品において、内部電極として純Ａｇペーストを使用することを可能にする。高い誘電定数（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）と共振周波数の低い温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は、圧電セラミックトランスのように共振モ−ドで動作する応用に有用に適用することができる。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
【表４】

【００３４】
【実施例２】
純Ａｇ内部電極を有する圧電セラミックトランス
純Ａｇ内部電極を有する圧電セラミックトランスを本発明に係る組成物を用いて作製した。組成物のサンプル＃６３をその例として挙げる。作製したローゼン型圧電セラミックトランス（Ｒｏｓｅｎ−ｔｙｐｅ　ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を図１に示す。図１に示すように、入力部分Ｉは多層構造であり、多層構造の各層は、厚さ方向に上下交互に分極される。出力部分Ｏは単層になっており、トランスの長さ方向に分極Ｐされている。圧電セラミックトランスの作製は、まずＰＺＴ物質のグリーンシート（ｇｒｅｅｎ　ｓｈｅｅｔ）を準備するところから始まる。か焼物をポリビニルブチラール（ＰＶＢ、Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　Ｂｕｔｙｒａｌ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ、Ｄｉｂｕｔｙｌ　Ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、魚油（ｆｉｓｈ　ｏｉｌ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ、Ｍｅｔｈｙｌ　Ｅｔｈｙｌ　Ｋｅｔｏｎｅ）及びトルエン（ｔｏｌｕｅｎｅ）からなる結合剤と共にボールミルを用いて３６時間混合する。粉砕されたスラリーを真空脱泡した後、ドクターブレード・キャスティングマシン（ｄｏｃｔｏｒ　ｂｌａｄｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ）を用いてＰＥＴフィルム上に厚さ９５μｍのテープを成形する。グリーンテープ（ｇｒｅｅｎ　ｔａｐｅ）を整列用穴を有する１５０ｍｍ×１５０ｍｍのシート（ｓｈｅｅｔ）に裁断する。交互になっている内部圧電は、Ａｇペーストをグリーンシート（ｇｒｅｅｎ　ｓｈｅｅｔ）に印刷し、連続式オーブンで乾燥する。印刷されたグリーンシート（ｇｒｅｅｎ　ｓｈｅｅｔ）を整列用穴を用いて積層するが、内部圧電が一定に配列されるようにし、８５℃、真空加熱圧着する。加熱圧着された（ｈｏｔ−ｌａｍｉｎａｔｅｄ）グリーンバー（ｇｒｅｅｎ　ｂａｒ）をそれぞれのグリーンエレメント（ｇｒｅｅｎ　ｅｌｅｍｅｎｔ）に切る。グリーンエレメント（ｇｒｅｅｎ　ｅｌｅｍｅｎｔ）にある他の有機物のみならず、結合剤は、２６０℃での脱バインダー後、９４０℃で２時間焼結された。外部入力・出力電極はＡｇペーストをスクリ−ン印刷し、７８０℃で焼き付けた。入力部分は４５０ＶＤＣの分極電圧で、出力部分は２５ｋＶＤＣの分極電圧で１３０℃のシリコンオイル槽で分極処理を行った。
【００３５】
圧電セラミックトランスは、その大きさが２６．０ｍｍ×５．０ｍｍ×１．３ｍｍであり、１５個の圧電活性層（ｐｉｅｚｏ−ａｃｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒ）を有し、１６個の内部電極を持っている。Ａｇペーストは、本発明に係る組成物サンプル＃６３からなるＰＺＴマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）と９４０℃で同時焼結時にほぼ反応が無い。Ａｇ内部電極は電極面を１００％被覆されたおり、層間剥離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）がなく、かつ共振インピーダンス（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）がそれほど高くなく、圧電特性に優れている。表５に圧電セラミックトランスの特性を示す。図２はに動作の特性に示す。９３％以上の変換効率（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が測定された。
【００３６】
本発明に係る低温焼結可能な圧電セラミック組成物は圧電セラミックトランスの適用に限定されるものではなく、単層圧電トランスはもとより多層アクチュエーター、多層センサー、バイモルフ（ｂｉｍｏｒｐｈ）に適用することもできる。
【００３７】
【表５】

【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る圧電セラミック組成物は、低い誘電損失（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｓｓ）及び高い圧電定数（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を有し、低下した温度、特にＡｇの融点である９６２℃以下で純Ａｇと同時焼結を行うことができる。
【００３９】
また、本発明に係る圧電セラミック装置は、圧電セラミックトランス、多層圧電セラミックアクチュエーターなどのように連続動作を行う応用に適したものであり、優秀な変換効率（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電セラミック装置の一実施例に係る圧電セラミックトランス内の圧電セラミックの斜視図である。
【図２】本発明の圧電セラミック装置の一実施例に係る圧電セラミックトランスの動作特性のうち、出力電圧の周波数の特性を示すグラフである。
【図３】本発明の圧電セラミック装置の一実施例に係る圧電セラミックトランスの動作特性のうち、オープンロード（ｏｐｅｎ−ｌｏａｄ）１００ＭＯｈｍ及び２００ｋＯｈｍに対する周波数の特性を示すグラフでである。
【図４】本発明の圧電セラミック装置の一実施例に係る圧電セラミックトランスの動作特性のうち、出力電流及び出力電圧の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｉ　入力部分（Ｉｎｐｕｔ　ｓｅｃｔｉｏｎ）
Ｏ　出力部分（Ｏｕｔｐｕｔ　ｓｅｃｔｉｏｎ）
Ｐ　分極（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）

Claims

下記一般式（１）
［（Ｐｂ_{１−ｍ−ｎ} ₋ _ｐＳｒ_ｍＢａ_ｎＣｄ_ｐ）（Ｚｒ_ＸＴｉ_１−ｘ）_１−ｋ（Ｂｉ_ａＭｎ_ｂ）_ｋ］Ｏ_３・・・（Ｉ）
（　但し、一般式（Ｉ）中、モル比ｍ，ｎ，ｐ，ｘ，ａ，ｂ，ｋ，ｙ及びｚは０．００≦ｍ＜０．１５、０．００≦ｎ＜０．１５、０．００＜ｍ＋ｎ＜０．２１、０．００＜ｐ＜０．０４、０．５０≦ｘ＜０．５６、０．００＜ａ≦１．００、０．００＜ｂ≦１．００、０．００＜ｋ＜０．０４である）で表されるセラミックを含む圧電セラミック組成物。
前記ａ及びｂにおいて、３ａ＋４ｂ＝４であることを特徴とする請求項１記載の圧電セラミック組成物。
０．００１〜１重量％のＢｉ_２Ｏ_３をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の圧電セラミック組成物。
前記ｐ及びｋにおいて、ｐ＝ｋであることを特徴とする請求項１記載の圧電セラミック組成物。
０．００１〜１重量％のＬｉＦ又は、ＭｇＦ_２をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の圧電セラミック組成物。
０．００１〜０．５０重量％のＭｎＯ_２をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の圧電セラミック組成物。
前記請求項１または請求項２の圧電セラミック組成物を１０７５℃以下で焼結して得た圧電セラミックを含んで構成されることを特徴とする圧電セラミック装置。
前記請求項１または請求項２の圧電セラミック組成物を銀（Ａｇ）内部電極と共に９６０℃以下で同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成されることを特徴とする多層圧電セラミック装置。
前記請求項１または請求項２の圧電セラミック組成物を銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）内部電極と共に同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成されることを特徴とする多層圧電セラミック装置。
前記Ｐｄの量は、前記Ａｇ及びＰｄの１００重量％に対して０．００１〜２０重量％であることを特徴とする請求項９記載の多層圧電セラミック装置。
前記請求項１または請求項２の圧電セラミック組成物をＡｇ内部電極と共に９６０℃以下で同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成され、多層部分及び単層部分を含むことを特徴とする圧電セラミック装置。
前記請求項１または請求項２の圧電セラミック組成物をＡｇ−Ｐｄ内部電極と共に１０５０℃以下で同時焼結を行って得た圧電セラミック層を含んで構成され、多層部分及び単層部分を含むことを特徴とする圧電セラミック装置。
前記Ｐｄの量は、前記Ａｇ−Ｐｄの１００重量％に対して、０．００１〜２０重量％であることを特徴とする請求項１２記載の圧電セラミック装置。