JP6326198B2

JP6326198B2 - 圧電材料

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Publication number: JP6326198B2
Application number: JP2012270209A
Authority: JP
Inventors: 明洋三谷; 大場　佳成; 佳成大場
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: JP2014114187A

Description

本発明は、圧電材料に関し、具体的には、鉛を含まない圧電材料の改良技術に関する。

圧電材料としては、ＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ_３−ＰｂＺｒＯ_３）組成系セラミックスがよく知られている。ＰＺＴは、電気機械結合係数や圧電定数などの圧電特性に優れ、このＰＺＴは、センサー、超音波モーター、フィルターなどの圧電素子に広く使用されている。

ところで、近年では、環境に対する要請から工業製品の「鉛フリー」化が急務となっている。当然、ＰＺＴも最終的に工業製品に使用されるため、圧電材料も、鉛（Ｐｂ）が含まれているＰＺＴから、鉛を含まない他の圧電材料に置換していく必要がある。

そして、鉛を含まない圧電材料（非鉛圧電材料）としては、一般式Ｋ_ｘＮａ_{（１−ｘ）}ＮｂＯ_３で表される化合物（ＫＮＮ）、チタン酸バリウム（Ｂａ_ｎＴｉＯ_３）系の圧電材料などがある。なお、ＫＮＮを主成分として含む圧電材料（以下、ＫＮＮ系圧電材料）については、例えば、以下の特許文献１に記載されている。また、圧電材料に関する一般的な技術については、以下の非特許文献１や２に詳しく記載されている。

特公昭５６−１２０３１号公報

ＦＤＫ株式会社、"圧電セラミックス（技術資料）"、[online]、[平成２４年１１月２６日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fdk.co.jp/cyber-j/pdf/BZ-TEJ001.pdf＞ＮＥＣトーキン株式会社、"圧電セラミックス Vol.04"、[online]、[平成２４年１１月２６日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nec-tokin.com/product/piezodevice1/pdf/piezodevice_j.pdf＞

本発明者は、環境に優しく、各種圧電特性の全てが極めて優れた圧電材料を提供することを目的として、一般式(Ｋ_aＮａ_ｂＬｉ_c)（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）Ｏ_３で表される化合物を主体として構成される圧電材料の研究開発を継続して行ってきた。そして、その研究開発の過程で、上記化合物を圧電性発現の起源となる物質として含む圧電材料では、各種圧電特性（電気機械結合係数Ｋｐ、機械的品質係数Ｑｍ、比誘電率εｒ）をバランス良く向上させることが難しい、ということを知見した。

そこで、鋭意研究を重ねた結果、上記化合物を主成分として、一般式｛（Ｋ_１-aＮａ_ａ）_１−ｂＬｉ_ｂ｝（Ｎｂ_{１−ｃ−ｄ}Ｔａ_ｃＳｂ_ｄ）Ｏ_３＋ｘｍｏｌ％Ｂａ_ｎＴｉＯ_３＋ｙｍｏｌ％ＣｕＯで表される圧電材料を開発し、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｎの各条件を適正に設定した。その結果、従来、相反関係にあった比誘電率εｒと機械的品質係数Ｑｍをともに向上させることに成功し、この圧電材料に係る発明を特許出願した（特願２０１１−３５７８２：先発明１）。そして、この上記先発明１に係る圧電材料は、センサーなどの受動的な圧電装置に採用する場合には十分に実用可能であり、また、条件によっては、ブザーや超音波モーター、バイモルフなどの能動的な圧電装置に利用できるほどの特性も有していた。

さらに本発明者は、その後の研究で、先発明１の圧電材料の組成をさらに最適化し、この先発明１で得た特性をより安定して得られるようにしたり、さらに特性を向上したりすることを試みたところ、実質的な組成は先発明１と同じ(Ｋ_aＮａ_ｂＬｉ_c)（Ｎｂ_{Ｂ−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）Ｏ_３＋ｘｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋ｙｍｏｌ％ＣｕＯで表される圧電材料であるものの、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、Ｂ、ｘ、ｙの各条件を最適化し、とくにＢの値を従来の１から１．１とすることで、各種圧電特性をさらに向上させることができた、そして、この圧電材料に係る発明も特許出願した（特願２０１２−１１３６１２：先発明２）。

このように、先発明１、２では、各種圧電特性をバランス良く向上させることができた。しかし、全ての用途においてＰＺＴと置換するためには、先発明１や２の技術思想を発展させつつ、上記先発明１や２に想到する過程で未検討であった組成についても検討し、さらなる特性向上のための手がかりを知見する必要がある。

本発明は、環境に優しく、各種圧電特性の全てが極めて優れた圧電材料を提供することを目的としている。そして、この目的を達成するための本発明は、一般式（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）Ｏ_３＋ｇｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋ｈｍｏｌ％ＣｕＯで表される圧電材料であって、
前記一般式において、（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）をＡサイトとし、（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）をＢサイトとして、
前記Ａサイトの組成合計値であるａ＋ｂ＋ｃと、前記Ｂサイトの組成合計値であるｄ＋ｅ＋ｆが、それぞれ、
０．９３６≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１．０７６、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．１であるとともに、
０．４００≦ａ≦０．５２０、
０．４６０≦ｂ≦０．５４０、
０．０４０≦ｃ≦０．０５９、
０．７７０≦ｄ≦１．０６０、
０．０００≦ｅ≦０．２９０、
０．０１０≦ｆ≦０．１００、
１．０００≦ｇ＜７．０００、
２．０００≦ｈ≦４．０００、
を満を満たし、
電気機械結合係数Ｋｐ、機械品質係数Ｑｍ、比誘電率εｒがそれぞれ、Ｋｐ≧３０％、Ｑｍ≧１０００、εｒ≧１０００である、
ことを特徴とする圧電材料である。

本発明の圧電材料によれば、環境負荷を低減させ、各種圧電特性がバランス良く、かつ極めて優れ、様々な用途に広く採用することができる。

圧電材料の製造方法を示す図である。上記圧電材料の特性を評価するための圧電素子の概略図である。

＝＝＝本発明に相当する過程＝＝＝
上記先発明２は、一般式(Ｋ_aＮａ_ｂＬｉ_c)（Ｎｂ_{Ｂ−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）Ｏ_３＋ｘｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋ｙｍｏｌ％ＣｕＯで表される圧電材料であり、当該先発明２では、ａ、ｂ、ｃ、Ｂ、ｄ、ｅ、ｘ、ｙの値を適正な数値範囲に設定することにより、相殺関係にあった比誘電率εｒと機械的品質係数Ｑｍを、先発明１に係る圧電材料よりもさらに向上させることに成功した。

概略的には、先発明２は、圧電材料が原料を焼成することで作製されるセラミックスであり、その焼成の過程で圧電特性に寄与するアルカリ成分が揮発するのではないか、との考えを出発点として、その揮発したアルカリ成分を補償する、という技術思想に基づいてなされたものである。具体的には、この先発明２に係る圧電材料は、（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）（Ｎｂ_{Ｂ−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）Ｏ_３で示される化合物を含んでおり、この化合物は、周知のごとく、ＡＢＯ_３表現されるペロブスカイト型の結晶構造を有する物質である。そして、この化合物における（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）をＡサイト、（Ｎｂ_{Ｂ−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）をＢサイトとしたとき、先発明１ではＢサイトを構成する各元素の割合の合計値であるＢの値を１としていたところを１．１とした点に特徴を有していた。また、Ａサイトを構成する元素の組成の内、ａ＋ｂの値をａ＋ｂ≧０．９６として、ＡサイトにおけるＫとＮａの割合の合計値に下限を設けていた。

つぎに本発明者は、この先発明２の技術思想を踏襲しつつ、Ａサイトを構成する各元素の割合の合計値（以下、組成合計値）や、ａ＋ｂ＜０．９６となる場合についてもより詳しく検討した。もちろん、単純に、先発明に対してＡサイトの組成のみを変えただけでは、圧電特性を劇的に向上させることは難しい、却って劣化する可能性もある。ＢａＴｉＯ_３やＣｕＯなどの圧電材料を構成する他の組成（以下、添加材）との割合によっても特性が変化することが予想される。そして、本発明者は、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物におけるＡサイトとＢサイトの各元素の割合を見直すなどして鋭意研究を重ね、その結果、本発明に想到した。

＝＝＝サンプル＝＝＝
本発明の実施例に係る圧電材料は、先発明１や２の圧電材料と基本的には同じ一般式で表現され、ここでは、一般式を、(Ｋ_aＮａ_ｂＬｉ_c)（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）Ｏ_３＋ｇｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋ｈｍｏｌ％ＣｕＯと表記することとする。そして、この一般式で表現される圧電材料（以下、本圧電材料）のうち、ａ〜ｈの値が最適化されて、優れた圧電特性を有しているものが本発明の実施例に係る圧電材料となる。そこで、このａ〜ｈの最適値を規定するために、上記一般式中のａ〜ｈの値を変えた多種多様な圧電材料をサンプルとして作製し、各サンプルの圧電特性を評価した。

＜製造方法＞
図１は、本圧電材料の作製手順を示している。まず、本圧電材料の原料を秤量して配合し、ボールミル中に、その原料と溶媒となるアルコール（エタノールなど）を入れて２４時間湿式混合する（ｓ１）。それによって、サンプルとなる圧電材料の原料が混合されるとともに粉体状に粉砕される。そして、この混合物を９００℃〜１０００℃の温度で２．５時間（ｈ）仮焼成し（ｓ２）、その仮焼成後の粉末をボールミルによって２４時間湿式混合することで、その粉末を解砕する（ｓ３）。次いで、その解砕した混合物にバインダーとしてＰＶＡ水溶液を加えて混合することで、適宜な大きさの粒子径の粉末に造粒する（ｓ４）。さらに、その造粒された粉末を目的とする形状に成形する（ｓ５）。ここでは、直径２１．５ｍｍのダイスを用いて約３００ＭＰａの圧力で所定の形状に成形した。そして、上記成形物を大気中で１０００℃〜１１００℃の温度で１ｈ焼成し（ｓ６）、セラミックスである本圧電材料を得る。なお、焼成時の温度は、本圧電材料の組成に応じて確実にセラミックスに焼結させるための温度（焼結温度）であり、仮焼成時の温度は組成が同じであれば、焼成時の温度よりも低く設定される。

最後に、本圧電材料の特性を測定するために、セラミックスである本圧電材料を圧電素子に形成する。具体的には、図２に示した側面図のように、本圧電材料２を、直径Φ＝１７ｍｍで、厚さｔ＝１ｍｍの円板状に加工し（ｓ７）、その円板状の本圧電材料２の両面にＡｇ電極３を焼き付ける（ｓ８）。そして、１２０℃のシリコンオイル中において、４Ｋｖ／ｍｍの電界で分極処理を３０分間行って圧電素子１とした（ｓ９）。

以下の表１にサンプルの組成を示した。

上記表１に示した各サンプルにおいて、ベロブスカイト型の結晶構造を有する(Ｋ_aＮａ_ｂＬｉ_c)（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）Ｏ_３で表される化合物（以下、母材）のＢサイトについては、その組成合計値ｄ＋ｅ＋ｆを先発明２で実績がある１．１とした。すなわち、サンプルの作製に際しては、上記一般式におけるｄ〜ｆの値をｄ＋ｅ＋ｆ＝１．１となるように設定し、その上で、ａ〜ｈの各値を可変設定した。

＝＝＝特性評価＝＝＝
上記表１に示した組成が異なる各種サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３６についての特性を評価した。具体的には、電気機械結合係数Ｋｐ（％）、および機械的品質係数Ｑｍ（％）を測定した。また、誘電率ε_３３ ^Ｔを測定するとともに、比誘電率εｒをεｒ＝ε_３３ ^Ｔ/ε_０の式によって求めた。なお、圧電特性の測定は、図１に示した工程によって作製したサンプルを大気中で２４ｈ放置した後に行い、その測定結果に基づいて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３６のサンプルに対して合否判定を行った。そして、本圧電材料において合格となったサンプルの組成に基づいて最適な組成を規定した。

各サンプルの合否については、基準となる圧電材料の圧電特性と比較して判定することとした。ここでは、本発明が先発明２に想到する過程で未検討だった母材のＡサイトの各元素の割合（ａ，ｂ，ｃ）の適正範囲を求めることを目的の一つとしていることから、先発明１において規定した一般式｛（Ｋ_１-aＮａ_ａ）_１−ｂＬｉ_ｂ｝（Ｎｂ_{１−ｃ−ｄ}Ｔａ_ｃＳｂ_ｄ）Ｏ_３＋ｘｍｏｌ％Ｂａ_ｎＴｉＯ_３＋ｙｍｏｌ％ＣｕＯで表現される圧電材料において、最も優れた特性を有する圧電材料を基準（以下、基準サンプル）とした。具体的には、（Ｋ_０．４８Ｎａ_０．４８Ｌｉ_０．０４)（Ｎｂ_{１−０．１０−０．０４}Ｔａ_０．１０Ｓｂ_０．０４）Ｏ_３＋３ｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋２ｍｏｌ％ＣｕＯで表される圧電材料である。すなわち、本圧電材料の一般式（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）Ｏ_３＋ｇｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋ｈｍｏｌ％ＣｕＯの表記に従えば、ａ＝ｂ＝０．４８、ｃ＝０．０４、ｄ＝１．０、ｅ＝０．１０、ｆ＝０．０４、ｇ＝３、ｈ＝２となる圧電材料であり、この基準サンプルの圧電特性は、Ｋｐ＝２７．８％、Ｑｍ＝５９４．８、εｒ＝７５７．９であった。そして、この基準サンプルの圧電特性に対し、Ｋｐ、Ｑｍ、εｒの全てが同等以上の特性を有しているサンプルを合格として判定した。なお、「同等以上」については、焼成時の不可避的な組成変化を考慮しつつ、より厳格に合否を判定するために、基準サンプルにおける圧電特性の数値の９９％以上と規定した。

なお、基準サンプルの特性は、Ｋｐ＝２７．８３％、Ｑｍ＝５９４．８３、εｒ＝７５７．９０であり、十分にすぐれた特性を備えており、先発明２では、この基準サンプルに対し、Ｂサイトの組成合計値を１から１．１にすることで、Ｋｐ、Ｑｍ、εｒの全てについて特性を向上させることに成功している。とくにεｒの特性が大きく向上した。そこで、上述したように、表１に示したサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３６の全てについても、Ｂサイトの組成合計値を１．１と規定し、その上で、当該サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３６の特性を評価することで、ａ〜ｈの適正値を特定することとした。

表２に各サンプルの評価結果を示した。なお、以下の表２において、圧電特性の値が「−」と記載されているサンプルは、成形された形状が焼成後の工程（図１、ｓ７〜９）によって維持できない「焼成不能」のサンプルである。

＝＝＝Ａサイトの組成について＝＝＝
表２において、Ｎｏ．１、７、１３、２１、２８、３３のサンプルは、本圧電材料の組成において、Ｋ以外の組成が同じであり、この内、Ｎｏ．１とＮｏ．３３が不合格判定となっていることから、０．４０≦ａ≦０．５２が母材のＡサイトにおけるＫの割合ａの適正値であると言える。Ｎａの割合ｂについては、Ｎｏ．２、８、２９、３４のサンプルの合否判定より、０．４６０≦ｂ≦０．５４０となる。そして、Ｌｉの割合ｃについては、Ｎｏ．３、９、３０、３５のサンプルから、０．０４０≦ｃ≦０．０５９の適正値が得られる。

また、上記ａ〜ｃの値が全て下限値となる場合では、圧電性を発現させるためのアルカリ成分の総量が不足する可能性もあることから、Ａサイトの組成合計値についても下限値を設けることが望ましい。そして、合格判定となったサンプルの内、Ｎｏ．２８のサンプルは、ａ＋ｂ＋ｃの値が最低値であり、その値は、０．９３６であった。したがって、Ａサイトの組成として、ａ＋ｂ＋ｃ≧０．９３６、０．４０≦ａ≦０．５２、０．４６０≦ｂ≦０．５４０、０．０４０≦ｃ≦０．０５９を採用することが妥当である、と言える。

＝＝＝Ｂサイトの組成について＝＝＝
母材のＢサイトの組成については、組成合計値を１．１に規定した上で、Ｂサイトを構成するＮｂ、Ｔａ、Ｓｂの各割合（ｄ、ｅ、ｆ）の最適数値範囲を求めた。まず、表１に示したように、Ｎｏ．４〜６、Ｎｏ．１０〜１２、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．２５〜２７、Ｎｏ．３１、Ｎｏ．３２、Ｎｏ．３６は、Ｂサイト以外の組成が全て同じものである。そして、Ｎｏ．５、１０、１１、１６、３１のサンプル、またはＮｏ．１２、３２のサンプルは、Ｓｂの割合が同じであり、Ｎｏ．１２、１６、２５〜２７のサンプル、またはＮｏ．６、３１のサンプルは、Ｎｂの割合が同じである。Ｎｏ．６，１６，３６のサンプル、またはＮＯ．４、１０はＳｂの割合が同じである。そして、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．１と規定されているので、Ｂサイト中の三つの元素（Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ）のうち、一つの元素の割合が一定であれば、他の二つの元素の割合の和は一定となる。

ここで、Ｎｏ．４〜６、Ｎｏ．１０〜１２、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．２５〜２７、Ｎｏ．３１、Ｎｏ．３２、Ｎｏ．３６のサンプルについて、一つの元素の割合を規定したときの合否判定に基づいて、Ｂサイトの最適な組成を規定する。例えば、ＮＯ．４、１０のサンプルから、Ｎｂの割合ｄの上限は、ｄ＝１．０６０である、と言える。また、Ｎｏ．５、１１から、Ｎｂの割合ｄの下限とＴａの割合ｅの上限が、それぞれｄ＝０．７７０、ｅ＝０．２９となることがわかる。Ｎｏ．１０のサンプルから、Ｔａの割合ｅの下限がｅ＝０．０００となる。したがって、ＢサイトにおけるＮｂの割合ｄの適正範囲を０．７７０≦ｄ≦１．０６０とし、Ｔａの割合ｅの適正範囲を０．０００≦ｅ≦０．２９０とするのが妥当である。そして、Ｓｂの割合ｆについては、ＮＯ．４、６、１２、３６などから、０．０１０≦ｆ≦０．１００が適正範囲である、と言える。

＝＝＝ＢａＴｉＯ_３、ＣｕＯの添加量について＝＝＝
つぎに、本圧電材料において添加材として含まれているＢａＴｉＯ_３とＣｕＯの添加割合（ｇ，ｈ）についての適正値を求める。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３６のサンプルの内、Ｎｏ．１４〜１９は、ＢａＴｉＯ_３の添加割合ｇ以外の組成が同じであり、これらのサンプルから、ＢａＴｉＯ_３の添加割合ｈの適正値は１．０００≦ｇ≦７.０００であることがわかる。また、ＣｕＯの添加割合ｈについては、Ｎｏ．２０〜２４から、２．０００≦ｈ≦４．０００であることがわかる。

＝＝＝本発明に係る圧電材料の特性について＝＝＝
表２に示した評価結果より、Ｎｏ．２５のサンプルは、Ｋｐ＝３５．２、Ｑｍ＝１０７５．５、εｒ＝１１５０．６の圧電特性を有し、各圧電特性がバランスよく、かつ極めて高い数値を示していた。すなわち、本圧電材料は、その組成（ａ〜ｈ）が所定の条件（ａ＋ｂ＋ｃ≧０．９３６，ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．１，０．４００≦ａ≦０．５２０，０．４６０≦ｂ≦０．５４０，０．０４０≦ｃ≦０．０５９，０．７７０≦ｄ≦１．０６０，０．０００≦ｅ≦０．２９０，０．０１０≦ｆ≦０．１００，１．０００≦ｇ＜７．０００，２．０００≦ｈ≦４．０００）を満たすことで、Ｋｐ≧３０、Ｑｍ≧１０００、εｒ≧１０００の極めて優れた特性が得られることがわかった。そこで、本圧電材料において上記の条件を満たしつつ、Ｋｐ≧３０、Ｑｍ≧１０００、εｒ≧１０００の特性を有する圧電材料も本発明の範囲とした。なお、参考までに、Ｎｏ．２５のサンプルのその他の特性を測定したところ、密度=４．６４ｇ／ｃｍ^３、共振抵抗＝３．２２Ω、誘電損失tanδ＝０．３６％であった。

＝＝＝焼成条件について＝＝＝
本発明者は、先に、同じ組成の圧電材料であっても、大気中で焼成させたものより、酸素雰囲気中で焼成されたもののほうが特性に優れている、ということを知見し、これを特許出願した（特願２０１１−２５６４８６）。また、先発明２でも、その酸素雰囲気中での焼成によって特性を向上させることに言及している。そこで、本圧電材料についても、酸素雰囲気中で焼成することで特性が向上するか否かを検討した。当該検討に当たっては、Ａサイトの組成が異なるＮｏ．１２、１３、１６、２５、２６の五つのサンプルを比較対象として抽出し、この抽出したサンプルと同じ組成の圧電材料を酸素雰囲気中で焼成し、その圧電材料の特性を測定することとした。

表３に比較対象となったサンプルの組成を示した。

表３において、Ｎｏ．３７〜４１のサンプルは、それぞれ、表１に示したＮｏ．１２、１３、１６、２５、２６の各サンプルと同じ組成である。

表４に焼成条件による圧電特性の比較結果を示した。

表４に示したように、酸素雰囲気中で焼成したサンプル（Ｎｏ．３８〜４１）は、同じ組成で、かつ大気中で焼成したサンプル（Ｎｏ．１２、１３、１６、２５、２６）に対し、Ｋｐ、Ｑｍ、εｒの全ての特性が向上した。なお、表４において、Ｎｏ．４０のサンプルは、Ｋｐ＝３６．０、Ｑｍ＝１５５３．０、εｒ＝１２０１．４であり、大気雰囲気中で焼成したサンプルのうち、特に特性に優れるＮｏ．２５のサンプルよりも、各圧電特性の数値がバランスよく、かつ高い数値を示していた。そして、このＮｏ．４０のサンプルは、密度=４．６９ｇ／ｃｍ_３、共振抵抗=２．４３Ω、誘電損失ｔａｎδ＝０．２９％で、これらの特性もＮｏ．２５のサンプルよりも優れていた。以上の結果より、比較対象となったＮｏ．１２、１３、１６、２５、２６のサンプルの組成に限らず、上記条件を満たす圧電材料は、酸素雰囲気中で焼成することにより、さらなる特性向上が十分に期待できる。

＝＝＝化学量論組成について＝＝＝
上述したように、本圧電材料を構成する母材は、ＡＢＯ_３の式で表されるペロブスカイト型結晶である。本来、ペロブスカイト型結晶は、化学量論組成に従えば、ＡサイトとＢサイトの組成合計値がともに１となる。それに対し、本圧電材料では、その組成合計値を１に限定せず、適切に設定したことを特徴の一つとしている。

ところで、圧電材料は、上述したように、粉体状の原料を混合して成形したものを焼成工程により焼結させたものであり、その焼成工程時に揮発する成分の量を厳密に特定することができない、すなわち、ペロブスカイト型結晶において、ＡサイトとＢサイトの組成合計値が１よりも大きな場合であっても、実際に製造された圧電材料は、Ａ_αＢ_βＯ_３の化学式で表され、αやβは、１、あるいは１に近似する不可避的に変動する数値となる。したがって、本発明に係る圧電材料の母材も、厳密には（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）_α（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）_βと表現されるはずである。しかし、このαとβの値を特定することは現実的に不可能である。したがって、本発明の範囲には、ａ〜ｈの数値範囲を上記条件に従って規定しつつ、αとβを不可避的な変動値として、（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）_α（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）_βＯ_３＋ｇｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋ｈｍｏｌ％ＣｕＯで表現される圧電材料も含まれていることは明白である。

この発明は、圧電ブザーや超音波モーターなどの圧電性を利用した機器や素子に利用することができる。

１圧電素子、２円板状の圧電材料、３銀電極、ｓ１原料秤量・混合工程、ｓ２仮焼成工程、ｓ６焼成工程

Claims

一般式（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）Ｏ_３＋ｇｍｏｌ％ＢａＴｉＯ_３＋ｈｍｏｌ％ＣｕＯで表される圧電材料であって、
前記一般式において、（Ｋ_ａＮａ_ｂＬｉ_ｃ）をＡサイトとし、（Ｎｂ_ｄＴａ_ｅＳｂ_ｆ）をＢサイトとして、
前記Ａサイトの組成合計値であるａ＋ｂ＋ｃと、前記Ｂサイトの組成合計値であるｄ＋ｅ＋ｆが、それぞれ、
０．９３６≦ａ＋ｂ＋ｃ≦１．０７６、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．１であるとともに、
０．４００≦ａ≦０．５２０、
０．４６０≦ｂ≦０．５４０、
０．０４０≦ｃ≦０．０５９、
０．７７０≦ｄ≦１．０６０、
０．０００≦ｅ≦０．２９０、
０．０１０≦ｆ≦０．１００、
１．０００≦ｇ＜７．０００、
２．０００≦ｈ≦４．０００、
を満たし、
電気機械結合係数Ｋｐ、機械品質係数Ｑｍ、比誘電率εｒがそれぞれ、Ｋｐ≧３０％、Ｑｍ≧１０００、εｒ≧１０００である、
ことを特徴とする圧電材料。