JP6798902B2 - 圧電磁器板および板状基体ならびに電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、圧電磁器板および板状基体ならびに電子部品に関するものである。

圧電磁器板は、圧電現象を介して発生する変位や力を機械的駆動源として利用する圧電アクチュエータ等、種々の電子部品に用いられている。圧電アクチュエータは、その用途が拡大するに従い、より低電圧で、より大きな変位や発生力が得られる積層圧電アクチュエータが多く使われるようになってきた。

従来、焼成後における圧電磁器板の変形（収縮ばらつき）が大きかったため、圧電磁器板の形状、寸法を所定範囲内に制御すべく、焼成後に圧電磁器板の切断、研磨等の加工を行っていた（例えば、特許文献１を参照）。

特開平３−５４８７８号公報

しかしながら、従来では、上記したように、圧電磁器板の形状や寸法を所定範囲内に制御すべく、焼成後に切断したり、研磨したりしていたため、工程が増加し、製造コストも高くなるという課題があった。

本発明は、焼き上げ状態における圧電磁器板の変形が少なく、焼成後の加工を低減できる圧電磁器板および板状基体ならびに電子部品を提供することを目的とする。

本発明の圧電磁器板は、複数の結晶粒子を有するとともに、一対の主面および該主面間に位置する側面を具備し、少なくとも一つの前記側面が焼き上げ面であり、前記主面の面重心近傍に位置する前記結晶粒子の平均粒径をＤ１とし、前記焼き上げ面である側面近傍に位置する前記結晶粒子の平均粒径をＤ２としたとき、Ｄ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．９〜１．１の範囲である。

本発明の板状基体は、上記の圧電磁器板内に内部電極を有する。

本発明の電子部品は、上記の板状基体の表面に配置された表面電極と、前記内部電極に接続され、前記圧電磁器板の厚み方向に延びて前記板状基体の表面に引き出されたビアホール導体と、を具備する。

本発明の電子部品は、上記の板状基体と、前記内部電極に接続された外部電極とを具備するとともに、前記圧電磁器板が、加工面を有する前記側面を具備し、該加工面に前記外部電極が配置されている。

本発明の圧電磁器板によれば、圧電磁器板の変形が少なく、焼成後の加工を低減できる。また、本発明の板状基体、電子部品によれば、製造コストを低減できる。

圧電磁器板を示すもので、（ａ）は矩形状の主面を有する場合の斜視図、（ｂ）は円形状の主面を有する場合の斜視図である。 （ａ）は圧電磁器の組織を示す説明図、（ｂ）は側面から主面までの表面の一例を示す走査型電子顕微鏡写真である。 結晶粒径の測定位置を説明するもので、（ａ）は主面が矩形状の圧電磁器板の平面図、（ｂ）は主面が円形状の圧電磁器板の平面図である。 圧電磁器板の変形量について説明するもので、（ａ）は主面が略矩形状の圧電磁器板の平面図、（ｂ）は主面が台形状の圧電磁器板の平面図である。 平面度に関する説明図である。 電子部品の第１の実施形態を模式的に示すもので、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 電子部品の第２の実施形態を示すもので、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）は概略横断面図である。

（圧電磁器板）
図１（ａ）に示す圧電磁器板１は、対向するほぼ平行な一対の辺１ａ、他の一対の辺１ｂを有する長方形状の一対の主面１ｃと、対向する一対の第１側面１ｄおよび対向する一対の第２側面１ｅを有している。一対の第１側面１ｄを構成する主面１ｃ側の辺は、主面１ｃの辺１ａである。これにより、一対の第１側面１ｄはほぼ平行となっている。

図１（ｂ）に示す圧電磁器板１は、円形状の一対の主面１ｃと、一方の主面１ｃの外周１ｆともう一方の主面１ｃの外周１ｇとをつなぐ側面１ｈを有している。

そして、圧電磁器板１は、図２（ａ）に示すように、複数の結晶粒子２と、結晶粒子２間に存在する結晶粒界３と、を有するものである。

図１（ａ）の一対の主面１ｃと一対の第１側面１ｄ、および図１（ｂ）の一対の主面１ｃと側面１ｈは、図２（ｂ）に示すように、焼き上げ面である。なお、図２（ｂ）は、長方形状の主面１ｃと第１側面１ｄとが確認できるように、主面１ｃの斜め上から、図１（ａ）に示す圧電磁器板１の表面を観察した透過型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

焼き上げ面とは、図２（ｂ）に示したように、焼成後に切断または研磨などの加工をしていない面である。また、図２（ｂ）に示す形態では、一対の第２側面１ｅ、一対の主面１ｃについても焼き上げ面であり、全周が焼き上げ面である。焼き上げ面である側面を単に焼き上げ側面という。

そして、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、主面１ｃの面重心Ｇ近傍（一点鎖線で囲まれた領域の内側）に位置する結晶粒子２の平均粒径をＤ１、焼き上げ側面（１ｄ、１ｈ）近傍（破線で囲まれた領域の外側）に位置する結晶粒子２の平均粒径をＤ２とする。本実施形態の圧電磁器板１では、Ｄ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が０．９〜１．１の範囲である。

ここで、主面１ｃの面重心Ｇ近傍とは、面重心Ｇからの距離Ｌｇが、面重心Ｇと焼き上げ側面（１ｄ、１ｈ）との距離Ｌｏに対し、５０％以内の領域とする。また、焼き上げ側面（１ｄ、１ｈ）近傍とは、面重心Ｇからの距離Ｌｆが、面重心Ｇと焼き上げ側面（１ｄ、１ｈ）との距離Ｌｏに対し、９０％以上の領域であるものとする。

結晶粒子２の平均粒径は、例えば圧電磁器板１の断面または表面を走査型電子顕微鏡（
ＳＥＭ）でたとえば倍率３０００倍で観察し、撮影した写真を画像処理して算出すればよい。なお、圧電磁器板１の断面または表面は、必要に応じ、研磨加工、および粒界エッチング加工（サーマルエッチング、ケミカルエッチング）などの処理を施してもよい。

なお、Ｄ１は主面１ｃの面重心Ｇ近傍の少なくとも一部の領域について測定すればよく、Ｄ２は焼き上げ側面近傍の少なくとも一部の領域について測定すればよい。なお、圧電磁器板１が複数の焼き上げ側面を有する場合は、それぞれの焼き上げ側面近傍の、少なくとも一部の領域について平均粒径を測定し、それをさらに平均したものをＤ２としてもよい。

本実施形態の圧電磁器板１は、換言すれば、結晶粒子２の平均粒径が測定位置によらず均一である。すなわち、圧電磁器板１全体が均等に焼結しているため、焼結状態（焼成収縮）の差に起因する変形が小さい。したがって、切断や研磨等の加工をせずとも、所定の形状、寸法に制御でき、簡単に正確な形状、寸法の圧電磁器板１が得られる。その結果、製造コストも低減できる。また、焼成後に加工を必要としないため、薄い圧電磁器板１の欠け、割れ等の破損を低減できる。

＜面方向の変形＞
本実施形態の圧電磁器板１は、主面１ｃの面方向（ｘｙ方向）の変形が小さいものとなる。例えば、図４（ａ）に示すように、主面１ｃが四角形状の圧電磁器板１の、焼き上げ側面である第１側面１ｄの長さ方向（ｘ軸方向）の中央における一対の第１側面１ｄ間の長さをＬｃとし、第１側面１ｄの長さ方向（ｘ軸方向）の端における一対の第１側面１ｄ間の長さをＬｅとし、ＬｅとＬｃとの差をΔＬとする。このとき、本実施形態の圧電磁器板１では、Ｌｃに対するΔＬの比率（ΔＬ／Ｌｃ）を１．０％以下、０．２％以下、特には０．１％以下とすることができる。

なお、差ΔＬは正の値になるように、長い方から短い方を差し引いた値、すなわちＬｅとＬｃとの差の絶対値である。第１側面１ｄ間の長さは、例えばノギスまたは画像寸法測定器（ＣＮＣ画像測定器など）で測定できる。

具体的には、図４（ａ）に二点鎖線で示すように、圧電磁器板１の主面１ｃにおける一方の辺１ａの両端間を結ぶ直線を引き、この直線上における辺１ａの両端の中点に対して垂線Ｃ（一点鎖線）を引き、この垂線Ｃと、主面１ｃにおける一対の辺１ａとが交差する点を求め、これらの交差する点の間の長さをＬｃとする。また、一方の辺１ａの両端のいずれかに位置し、垂線Ｃに平行な線Ｅを引き、この線Ｅと一対の辺１ａとが交差する点を求め、これらの交差する点の間の長さをＬｅとする。

＜厚さ方向の変形＞
また、本実施形態の圧電磁器板１は、反りが小さく、平面度に優れたもの、すなわち厚さ方向（ｚ方向）の変形が小さいものとなる。平面度は、主面１ｃ全面の形状（凹凸）を測定し、その最大値と最小値との差をΔＦとし、ΔＦを主面の最大長さＬｍａｘで規格化した数値（ΔＦ／Ｌｍａｘ）とする（図５を参照）。本実施形態の圧電磁器板１では、平面度を０．２％以下、特には０．１％以下とすることができる。なお、差ΔＦは、凹凸の最大値から最小値を差し引いた値である。主面１ｃ全面の形状（凹凸）は、例えば、レーザー三次元測定器で測定できる。

Ｄ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が０．９より小さい、または１．１より大きい場合は、圧電磁器板１の焼結状態が均等ではなく、変形が大きくなりやすい。従来の圧電磁器板１では、主面１ｃの中央が焼結しやすく、外側が焼結しにくいという傾向があった。すなわち、従来の圧電磁器板１は、主面１ｃの中央すなわち面重心Ｇ近傍の粒径が大きく
、外側すなわち焼き上げ側面近傍の粒径が小さいものとなり、Ｄ２／Ｄ１が０．９より小さくなる傾向があった。

これは、従来の圧電磁器板１に含まれている焼結を促進する成分の蒸気圧が高く、焼結過程でこれらの成分が圧電磁器板１の表面から脱離しやすいためである。特に、主面１ｃ以外にも側面１ｄ、１ｅ、１ｈに隣接するこれらの側面近傍では、主面１ｃだけでなくこれらの側面からも焼結を促進する成分が脱離するため、焼結が進みにくく、結果として面重心Ｇの近傍では焼結が進んで粒成長が生じ、側面近傍では粒成長が生じず、Ｄ２／Ｄ１が０．９より小さくなっていた。これは、上記の焼結を促進する成分が、組成の微妙な違いにより液相生成温度がずれて焼結に時間を要し、液相の分布に上記のような分布が生じることに起因すると考えられる。

このような従来の圧電磁器板１は、四角形状であれば、例えばΔＬ／Ｌｃが１％よりも大きく、変形が大きく、側面加工により形状を調整する必要がある。

また、このような従来の圧電磁器板１は、例えば平面度ΔＦ／Ｌｍａｘが０．２％よりも大きく、他の部材と接合する際に破損したり、接合により生じた応力により所望の特性が得られないことがある。

なお、図１（ａ）は、長方形状の一対の主面１ｃを有する圧電磁器板１について説明したが、図４（ｂ）に示すように、台形状の一対の主面１ｃを有する圧電磁器板１や、その他の多角形状の一対の主面１ｃを有する圧電磁器板１であってもよいことは勿論である。また、図１（ｂ）は、円形状の一対の主面１ｃを有する圧電磁器板１について説明したが、例えば楕円形状、半円形状、不定形状の一対の主面１ｃを有する圧電磁器板１であってもよいことは勿論である。

また、図１では、一対の主面１ｃが焼き上げ面である場合について説明したが、焼き上げ面でなくても良い。一対の主面１ｃを焼き上げ面とすることで、焼成後における圧電磁器板１の主面１ｃの加工を不要とできる。

また、圧電磁器板１は、主面１ｃの面積が３６０ｍｍ^２以上である場合でも、（Ｄ２／Ｄ１）が０．９〜１．１の範囲であり、さらには、主面１ｃの面積が１０００ｍｍ^２以上である場合でも、（Ｄ２／Ｄ１）が０．９〜１．１の範囲であるものがよい。さらに、圧電磁器板１は、内部電極を有しない場合には、上記のように主面１ｃの面積が３６０ｍｍ^２以上、さらには１０００ｍｍ^２以上であるとともに、厚みが５０μｍ以下、さらには３０μｍ以下の場合でも、（Ｄ２／Ｄ１）が０．９〜１．１の範囲であるものがよい。

（板状基体、電子部品）
図６は、電子部品の第１の実施形態を示すもので、この電子部品は、圧電磁器板１内に内部電極５を有する板状基体８を具備している。そして、板状基体８表面に形成された複数の表面電極１０と、ビアホール導体１１とを具備している。ビアホール導体１１は、内部電極５に接続され、圧電磁器板１の厚み方向（ｚ軸方向）に延びて板状基体８表面に引き出されている。そして、圧電磁器板１は、一対の第１側面１ｄ、および一対の第２側面１ｅが、それぞれ焼き上げ面である。

すなわち、第１の実施形態では、圧電磁器板１の第１側面１ｄ、第２側面１ｅが焼き上げ面であり、さらに、圧電磁器板１の主面１ｃも焼き上げ面とされている。なお、圧電磁器板１の側面１ｄ、１ｅは、２層の圧電磁器層９の側面で構成されているが、外見からは確認できず、一体となって圧電磁器板１の側面１ｄ、１ｅを構成している。圧電磁器層９の境界は、内部電極５が境界となるため、内部電極５の積層数で圧電磁器層９の積層数を
確認できる。

このような電子部品では、板状基体８の表面に引き出されたビアホール導体１１と表面電極１０とを介して、表面電極１０と内部電極５との間に電圧が印加される。なお、図６（ａ）ではビアホール導体１１の記載を省略した。

圧電磁器板１の主面１ｃの面積は、３６０ｍｍ^２以上、さらには１０００ｍｍ^２以上であり、また、内部電極５を有する、圧電磁器板１の厚さは、１５０μｍ以下、１００μｍ以下、６０μｍ以下、さらには５０μｍ以下である。また、平面視したときの内部電極５の面積は、圧電磁器板１の主面１ｃの面積と同等であってもよい。なお、ここでいう内部電極５の面積とは、内部電極の専有面積ではなく、内部電極が存在する領域の輪郭内部の面積であり、内部電極内部に存在する空洞などを含む面積である。また、内部電極が存在する領域の周りに内部電極が存在しない領域（いわゆるマージン部）が存在してもよい。

第１の実施形態でも、図３に示したように、主面１ｃの面重心Ｇ近傍に位置する結晶粒子２の平均粒径Ｄ１と、焼き上げ側面（１ｄ、１ｅ）近傍に位置する結晶粒子２の平均粒径Ｄ２とが、Ｄ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）にして０．９〜１．１の範囲である。

従来の圧電磁器板１を用いて、例えば４０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ４０μｍの電子部品を作製すると、Ｄ２／Ｄ１が、０．９よりも小さく、例えば０．８７以下となり、焼き上げでΔＬが２００μｍより大きく、またはΔＦが１００μｍより大きくなり、焼成後に加工が必要であった。

一方、本実施形態の圧電磁器板１を用いた電子部品の場合は、Ｄ２／Ｄ１が、０．９〜１．１の範囲である。その結果、圧電磁器板１の焼成後におけるΔＬが２００μｍ以下となってΔＬ／Ｌｃが１．０％以下となり、主面１ｃの面方向（ｘｙ方向）の変形が小さくなる。また、圧電磁器板１の焼成後におけるΔＦが１００μｍ以下となってΔＦ／Ｌｍａｘが０．２％以下となり、厚さ方向（ｚ方向）の変形が小さく、反りの小さい平面度に優れたものとなる。したがって、第１の実施形態の電子部品は、焼成後に加工する必要がない。このように、本実施形態の電子部品は、焼成後の変形が少ないため、焼成後に加工することなく所望の形状・寸法の電子部品が得られ、製造コストも低減できる。また、加工による割れ、欠け等も低減できる。

電子部品は、３層以上の圧電磁器層９および２層以上の内部電極５を備えていてもよい。

図７は、電子部品の第２の実施形態を示すもので、板状基体８と、内部電極５に交互に接続する一対の外部電極１７とを具備する。一対の外部電極１７は、圧電磁器板１の対向する第２側面１ｅに配置されている。圧電磁器板１の、外部電極１７が配置される一対の第２側面１ｅは、加工面とされている。これらの加工面には、外部電極１７が配置され、内部電極５と外部電極１７とが接続されている。加工面とは、焼き上げ面を加工した面であり、切断面、研磨面等である。

加工面は、圧電磁器板１の一対の第２側面１ｅ全体であっても良いが、第２側面１ｅの一部であっても良い。例えば、第２側面１ｅのうち、外部電極１７が配置される部分を加工面としてもよい。

一方、外部電極１７が配置されていない、圧電磁器板１の一対の第１側面１ｄは焼き上げ面とされている。

内部電極５は、図７（ｂ）に示すように、圧電磁器層９上の一部に形成された部分電極とされており、内部電極５の一部が圧電磁器板１の第２側面１ｅに露出し、外部電極１７と接続している。

そして、図６の電子部品と同様、第２の実施形態でも、圧電磁器板１の主面１ｃの面重心Ｇ近傍に位置する結晶粒子２の平均粒径Ｄ１と、焼き上げ側面（１ｄ）近傍に位置する結晶粒子２の平均粒径Ｄ２とが、Ｄ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）にして０．９〜１．１の範囲である。

第２の実施形態の電子部品においても、圧電磁器板１の焼成後におけるΔＬ／Ｌｃが１．０％以下となり、主面１ｃの面方向（ｘｙ方向）の変形が小さくなる。また、圧電磁器板１の焼成後におけるΔＦ／Ｌｍａｘが０．２％以下となり、厚さ方向（ｚ方向）の変形が小さく、反りの小さい平面度に優れたものとなる。これにより、圧電磁器板１の第１側面１ｄの加工を不要とすることができ、容易に正確な形状、寸法の電子部品が得られ、製造コストも低減できる。

図６、７の電子部品では、内部電極５がＡｇを主成分としており、ＡｇのほかにＰｄを４０質量％以下、３５質量％以下、さらには３０質量％以下の範囲で含有していてもよい。

（圧電磁器板材料）
本実施形態の圧電磁器板１は、緻密性という点から、気孔率が０．６％以下であることが好ましい。このように緻密な圧電磁器板１とすることで、機械的損失を小さくすることができ、圧電特性の劣化やばらつきの少ない圧電磁器板１となる。

圧電磁器板１（圧電磁器層９）を構成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等（以下、単にＰＺＴ系ともいう）の鉛系圧電材料、ビスマス層状構造を有するもの（ＳｒＢｉ_４Ｔｉ_４Ｏ_１５など、ＳＢＴ系）、ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウム系（ＢａＴｉＯ_３など、ＢＴ系）、ニオブ酸アルカリ系（（ＫＮａ）ＮｂＯ_３、ＫＮＮ系）などの非鉛系圧電材料などが挙げられる。

特に、ＺｎおよびＣｕのうちいずれか１種と、Ｂｉとを含むチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ系）の圧電材料、およびＬｉ、Ｔａ、およびＢｉを含むニオブ酸アルカリ系（（ＫＮａ）ＮｂＯ_３、ＫＮＮ系）の圧電材料は、比較的低い焼成温度で均等に焼結させることができ、優れた圧電特性を示す。換言すれば、本実施形態の圧電磁器板１を構成する結晶粒子２を、ＺｎおよびＣｕのうちいずれか１種と、Ｂｉとを含むチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ系）の結晶粒子２、またはＬｉ、Ｔａ、およびＢｉを含むニオブ酸アルカリ系（（ＫＮａ）ＮｂＯ_３、ＫＮＮ系）の結晶粒子２とすることでＤ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）を０．９〜１．１の範囲とすることができる。

このようなＰＺＴ系の結晶粒子２、またはＫＮＮ系の結晶粒子２は、いずれも複合ペロブスカイト型化合物である。結晶粒子２がＰＺＴ系の場合であれば、金属成分としてＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、ＣｕおよびＢｉのほか、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｎｂを含んでいてもよい。また、さらに必要に応じＳｒおよびＢａのうち少なくともいずれか一種を含んでいてもよい。結晶粒子２がＫＮＮ系の場合であれば、金属成分としてＫ、Ｎａ、Ｎｂ、Ｌｉ、Ｔａ、およびＢｉのほか、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、Ｓｎ、およびＣｅのうち少なくともいずれか一種を含んでいてもよい。また、さらに必要に応じＳｂ、Ｍｎを含んでいてもよい。

（ＰＺＴ系圧電材料）
上述のＰＺＴ系の圧電材料について、詳細に説明する。上述のＰＺＴ系の圧電材料は、ＬｉやＢ等を含む非晶質相やＰＺＴ系結晶以外の結晶相（異相）が結晶粒界３に実質的に存在しない。そのため、これらの残留に起因する絶縁抵抗の経時的変化や圧電特性の低下が小さいものとなる。

ＰＺＴ系の圧電材料は、安定した絶縁抵抗や圧電特性を維持するという点から、ＰＺＴ系の結晶粒子２からなり、ＰＺＴ系結晶以外の結晶相、すなわち圧電特性や絶縁抵抗の低い結晶相を実質的に含まないことが好ましい。ＰＺＴ系結晶以外の結晶相（以下、異相という）を実質的に含まないとは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて格子像に異相が見られない、または、断面のＣｕｋα線を用いたＸ線回折（ＸＲＤ）測定において、ＰＺＴ系結晶に由来するピークのみが認められ、それ以外の異相に由来するピークが実質的に存在しないことをいう。

なお、Ｃｕｋα線を用いたＸ線回折測定において、ＰＺＴ系結晶以外の異相に由来するピークが実質的に存在しないとは、ＰＺＴ系結晶の（１１１）の回折ピーク強度を１００とした場合、異相の回折ピーク強度が３以下であることをいう。回折ピーク強度は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定で得られた回折プロファイルにおいて、回折ピークの両側に接線を引き、この接線に対して垂直方向のピークまでの長さで表される。ＰＺＴ系結晶の（１１１）の回折ピーク強度を１００としたとき、圧電特性や絶縁抵抗の低いＰＺＴ系結晶相以外の結晶相（異相）のピーク強度が、ＰＺＴ系結晶の（１１１）の回折ピーク強度に対して３以下であれば、圧電磁器板１の圧電特性に大きな影響を及ぼすことなく好適に使用できる。

また、ＰＺＴ系の圧電材料は、Ｌｉ、Ｎａなどのアルカリ金属元素及びＢ（ホウ素）を実質的に含まないことが好ましい。ＰＺＴ系の圧電材料を低温焼成する際に、Ｌｉ、Ｎａなどのアルカリ金属元素及びＢ（ホウ素）を添加すると、液相が形成され焼結性が向上するが、ＰＺＴ系結晶の結晶粒子２の結晶粒界３に非晶質相やＰＺＴ系結晶以外の結晶相が残留し、絶縁抵抗が経時的に低下したり、圧電特性が低下する懸念がある。なお、Ｌｉ、Ｎａなどのアルカリ金属元素及びＢ（ホウ素）は、不純物として不可避的に含まれる場合もある。したがって、Ｌｉ、Ｎａなどのアルカリ金属元素及びＢ（ホウ素）を実質的に含まないとは、圧電磁器板１の製造過程においてこれらの元素を積極的に添加しないことを意味する。

ＰＺＴ系の圧電材料を用いた場合、圧電磁器板１における結晶粒子２の平均粒径は、１．０〜４．０μｍであることが好ましい。結晶粒子２の平均粒径が小さすぎると圧電特性が低下し、大きすぎるとヒステリシスが大きくなって電子部品として駆動した際に発熱しやすくなる。結晶粒子２の平均粒径を１．０〜４．０μｍの範囲とすることで、必要な圧電特性を維持するとともに電子部品として駆動した際の発熱が抑制できる。

ＰＺＴ系圧電材料の組成は、たとえば、以下のような組成式（１）で表されるＰＺＴ系第１成分、および、Ｂｉ酸化物と、必要に応じＺｎ酸化物およびＣｕ酸化物のうち少なくともいずれか１種とを含むＰＺＴ系第２成分により表される。ＰＺＴ系第１成分の組成式において、Ｍ１はＣｕおよびＮｉのうち少なくともいずれか一方の元素を示す。
ＰＺＴ系第１成分：
Ｐｂ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＢａ_ｙＴｉ_{１−ａ−ｂ−ｃ}（Ｚｎ_１／３Ｓｂ_２／３）_ａ（Ｍ１_１／３Ｎｂ_２／３）_ｂＺｒ_ｃＯ_３・・・（１）
なお、ＰＺＴ系第１成分の組成式（１）において、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃは、以下の関係式を満たす。

０≦ｘ≦０．１４、
０≦ｙ≦０．１４（ただし、ｘ＋ｙ≧０．０４）、
０．０１≦ａ≦０．１２、
０≦ｂ≦０．０１５
０．４２≦ｃ≦０．５８、
ここで、ＰｂのＳｒによる置換量ｘを０≦ｘ≦０．１４としたのは、Ｐｂの一部をＳｒで置換することによりキュリー温度を高く維持できるからである。また、ＰｂのＢａによる置換量ｙを０≦ｙ≦０．１４としたのは、Ｐｂの一部をＢａで置換することによりキュリー温度を高く維持でき、高い圧電歪定数ｄ_３１を得ることができるからである。

また、Ｔｉの（Ｚｎ_１／３Ｓｂ_２／３）による置換量ａを０．０１≦ａ≦０．１２としたのは、大きな圧電歪定数ｄ_３１および圧電出力定数ｇ_３１が得られ、キュリー温度を高く維持し、誘電損失を小さく維持できるからである。本実施形態の圧電磁器板１を圧電アクチュエータとして用いる場合には、０．０５≦ａ≦０．１２とすることにより大きな圧電歪定数を得ることができ、圧電センサとして用いる場合には０．０１≦ａ≦０．０５とすることにより大きな圧電出力定数ｇ_３１を得ることができる。

Ｔｉの（Ｍ１_１／３Ｎｂ_２／３）による置換量ｂを０≦ｂ≦０．０１５とすることで、圧電ｄ定数の低下を抑制しながら抗電界を大きくすることができる。Ｍ１としてはＮｉ、Ｃｕを用いるが、Ｃｕを用いた場合、特に高い圧電ｄ定数を維持しつつ、抗電界の大きな圧電磁器板１とすることができ、変位の劣化を抑制することができる。ｂは０．００２≦ｂ≦０．０１とすることが特に好ましい。

ＰＺＴには、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３との固溶比率により結晶構造が変化する境界を含む領域、いわゆるＭＰＢ（Morphotropic phase boundary、組成相境界）が存在する
。ＭＰＢでは圧電歪定数が極大値を示す。本実施形態の圧電磁器板１を圧電アクチュエータとして用いる場合には、このＭＰＢ及びその近傍の組成を用いることになる。このＭＰＢはｘ、ｙ、ａ、ｂの値により変化するため、ｃの値はｘ、ｙ、ａ、ｂの組成範囲内でＭＰＢを捉えうる組成範囲である。

また、ＰＺＴ系第１成分１００質量％に対するＰＺＴ系第２成分の質量比をα％と表したとき、αは０．１以上２．０以下である。なお、αはＰＺＴ系第２成分である、Ｂｉ、ＺｎおよびＣｕをそれぞれ酸化物換算（Ｂｉ_２Ｏ_３、ＺｎＯおよびＣｕＯ）した合量とするが、ＺｎとＢｉの複合酸化物（たとえばＢｉ_３８ＺｎＯ_５８、Ｂｉ_３８ＺｎＯ_６０、Ｂｉ_４８ＺｎＯ_７３およびＢｉＺｎＯなど）やＣｕとＢｉの複合酸化物（例えばＣｕＢｉ_２Ｏ_４、Ｃｕ_２１Ｂｉ_５２Ｏ_１００、Ｃｕ_０．６２Ｂｉ_７．３８Ｏ_{１１．６９}およびＢｉＣｕＯなど）に換算した量であってもよい。

ＰＺＴ系第１成分に対するＰＺＴ系第２成分（Ｚｎ酸化物、Ｃｕ酸化物およびＢｉ酸化物）の質量比α（％）を、０．１≦α≦２．０の範囲とすることで、ＰＺＴ系第２成分が焼成時に液相を形成してＰＺＴ系結晶である結晶粒子２を濡らす。このとき、ＰＺＴ系第２成分は、組成が微妙に異なっても液相生成温度の差が小さく、短時間で液相が生成され、焼結性が向上して磁器全体が均一に焼結する。その結果、Ｄ２／Ｄ１が０．９〜１．１の範囲となる、すなわち結晶粒子２の平均粒径が測定位置によらず均一となり、肉厚が薄く面積の大きい板状の圧電磁器板１でも変形を少なくできる。これは、圧電磁器板１が焼結した後、液相を形成したＰＺＴ系第２成分（Ｚｎ、ＣｕおよびＢｉ）が、ＰＺＴ系結晶内に固溶するからである。

（ＫＮＮ系圧電材料）
上述のＫＮＮ系の圧電材料について、詳細に説明する。上述のＫＮＮ系の圧電材料を用いた場合、圧電磁器板１における結晶粒子の平均粒径は、０．３〜２．０μｍであること
が好ましい。結晶粒子の平均粒径が小さすぎると圧電特性が低下し、大きすぎるとヒステリシスが大きくなって電子部品として駆動した際に発熱しやすくなる。結晶粒子の平均粒径を０．３〜２．０μｍの範囲とすることで、必要な圧電特性を維持するとともに電子部品として駆動した際の発熱が抑制できる。

ＫＮＮ系圧電材料の組成は、たとえば、以下のような組成式（２）で表されるＫＮＮ系第１成分、および、Ｂｉ酸化物、Ｍ２の酸化物と、必要に応じＭ３の酸化物とを含むＫＮＮ系第２成分により表される。
ＫＮＮ系第１成分：
｛（Ｋ_１−ｄＮａ_ｄ）_１−ｅＬｉ_ｅ｝_ｆ（Ｎｂ_{１−ｇ−ｈ}Ｔａ_ｇＳｂ_ｈ）Ｏ_３・・・（２）
なお、ＫＮＮ系第１成分の組成式（２）において、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、以下の関係式を満たす。

０．５０≦ｄ≦０．５４、
０．０２≦ｅ≦０．０６、
０．９８０≦ｆ≦１．００５
０．０４≦ｇ≦０．１５
０≦ｈ≦０．１０、
ＫＮＮは、ペロブスカイト構造を有し、ＫＮｂＯ_３とＮａＮｂＯ_３との固溶比率により結晶構造が変化する境界を含む領域、いわゆるＭＰＢ（Morphotoropic Phase Boundary）が存在する。ＭＰＢでは圧電歪定数が極大値を示す。

すなわち、ＫＮＮ系第１成分の組成式（２）において、ｄを０．５０≦ｄ≦０．５４の範囲とし、Ｋの一部をＮａで置換することにより、圧電定数を高くすることができる。

また、ｅを０．０２以上とし、ＬｉをＡサイトに導入することにより、圧電磁器板１の焼結性を高めることができ、ｅを０．０２≦ｅ≦０．０６の範囲とすることにより、圧電定数を高くすることができる。

ｇを０．０４≦ｇ≦０．１５の範囲としたのは、Ｎｂの一部をＴａで置換することにより圧電定数を高くすることができるためである。なお、ｇが０．１５を超えると圧電定数が低下し、さらにキュリー温度が低下する懸念がある。

ｈを０≦ｈ≦０．１０の範囲としたのは、必要に応じてＮｂの一部をＳｂで置換することにより焼結性を向上することができるためである。なお、ｈが０．１０を超えると焼結性が低下するおそれがある。

ｆは、０．９８０≦ｆ≦１．００５の範囲とする。これは、ペロブスカイト構造のＡサイト原子がＢサイト原子に対して、０．９８０よりも少い、または１．００５を超えて過剰に含まれると、圧電特性が低下する懸念があるからである。

ＫＮＮ系第２成分は、以下の組成式（３）で表される。
ＫＮＮ系第２成分：
Ｂｉ_ｉ（Ｍ２_１−ｊＭ３_ｊ）Ｏ_３・・・（３）
なお、ＫＮＮ系第２成分の組成式（３）において、ｉ、ｊは以下の関係式を満たす。

２／３≦ｉ≦１、
１／３≦ｊ≦２／３、
また、ＫＮＮ系第１成分とＫＮＮ第２成分との合量に対する、ＫＮＮ系第２成分のモル
比率をβとしたとき、βは０．００１以上０．００５以下である。

ＫＮＮ系第２成分は、複合ペロブスカイト構造を有するＢｉ複合酸化物を構成する。Ｂｉは６ｓ２孤立電子対を持つため、結晶構造に大きな歪を有する。このＢｉ複合酸化物をＫＮＮ系第１成分に所定量導入することにより、ニオブ酸カリウム・ナトリウムの結晶構造に歪みが導入されて分極が大きくなり、圧電特性が向上する。また、同時に、圧電特性の温度依存性を小さくすることが可能となる。なお、Ｂｉを含有する化合物は比較的低温で液相を生成するため、ＫＮＮ系第１成分の合成粉末に、Ｂｉ複合酸化物を形成するＫＮＮ系第２成分となる酸化物を助剤として導入することにより、圧電磁器の焼成温度が低下し、また焼結性が向上して、磁器全体を均一に焼結することができる。

ＫＮＮ系第２成分におけるＭ２は、Ｍｇ、Ｃｕ、ＦｅおよびＺｎからなる元素群のから選ばれる少なくとも１種、Ｍ３は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅからなる元素群から選ばれる少なくとも１種である。Ｍ２、Ｍ３をこのような元素群から選択することにより、圧電定数が大きくても圧電特性の温度依存性が小さく、広い温度範囲にわたって高く安定した圧電特性を得ることができる。

ここで、ｉは、２／３≦ｉ≦１の範囲である。ｉをこのような範囲とすることにより、ＫＮＮ結晶粒子にＢｉ複合酸化物を過不足なく取り込むことができる。なお、ｉが２／３よりも小さくなると、圧電特性が低下するおそれがあり、ｉが１よりも大きくなると、過剰なＢｉが粒界に残存し、圧電磁器板１の絶縁性が劣化するおそれがある。

Ｍ２はＭｇ、Ｃｕ、ＦｅおよびＺｎからなる元素群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍ３は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅからなる元素群から選ばれる少なくとも１種である。これらは、酸素との６配位状態において、Ｎｂと同程度のイオン半径を有している。

ｊは１／３≦ｊ≦２／３の範囲である。ｊをこのような範囲とすることにより、Ｍ２とＭ３の比率を化学量論比の範囲内とすることができる。なお、Ｍ２とＭ３の比率が化学量論比から著しくずれると、酸素空孔が形成され、圧電特性が低下するおそれがある。

なお、Ｍ３が５価のイオンとなる元素、すなわちＮｂ、ＴａおよびＳｂのうち少なくともいずれか１種の元素である場合は、ｉ＋ｊを４／３とすることにより、Ｍ２とＭ３とを化学量論比の範囲内とすることができ、好ましい。また、Ｍ３が４価のイオンとなる元素、すなわちＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅのうち少なくともいずれか１種である場合は、ｊを１／２とすることにより、Ｍ２とＭ３とを化学量論比の範囲内とすることができ、好ましい。

このように、ＫＮＮ系第１成分のペロブスカイト構造に、ＫＮＮ系第２成分であるＢｉ複合酸化物の歪みの大きい複合ペロブスカイト構造を導入することで、圧電定数を高めるとともに圧電特性の温度依存性を小さくすることができる。また同時に、圧電磁器の焼成温度が低下し、焼結性が向上して、磁器全体を均一に焼結させることができる。その結果、Ｄ２／Ｄ１が０．９〜１．１の範囲となる、すなわち結晶粒子２の平均粒径が測定位置によらず均一となり、肉厚が薄く面積の大きい板状の圧電磁器板１でも変形を少なくできる。これは、圧電磁器板１が焼結した後、液相を形成したＫＮＮ系第２成分（Ｂｉ複合酸化物を形成する成分）が、ＫＮＮ系結晶内に固溶するからである。

ＫＮＮ系第１成分とＫＮＮ系第２成分との合量に対する、ＫＮＮ系第２成分のモル比率βは、０．００１≦β≦０．００５である。βをこのような範囲とすることで、ニオブ酸カリウム・ナトリウムのペロブスカイト構造に適度な歪みが導入され、圧電定数を高める
ことができる。なお、βが０．００１より小さいと所望の効果が得られず、βが０．００５より大きいと導入された歪が大きくなりすぎて圧電特性が低下する。

さらに、ＫＮＮ系圧電材料は、ＫＮＮ系第１成分およびＫＮＮ系第２成分の合量１００質量部に対して、ＭｎＯ_２換算で０．５０質量部以下のＭｎを含有していてもよい。これにより圧電磁器板１をより緻密なものとすることができ、さらに圧電定数を高めることができる。

（製法）
本実施形態の圧電磁器板１は、以下のようにして作製することができる。例えば、ＰＺＴ系圧電材料を用いた場合、ＰＺＴ系第１成分を含む仮焼粉末と、ＰＺＴ系第２成分（Ｚｎ酸化物、Ｃｕ酸化物およびＢｉ酸化物）を含む粉末との混合原料を、周知のシート成形法で成形し、グリーンシートを得る。ＫＮＮ系圧電材料を用いた場合、ＫＮＮ系第１成分を含む仮焼粉末と、ＫＮＮ系第２成分（Ｂｉ酸化物、Ｍ２の酸化物、および必要に応じＭ３の酸化物）を含む粉末との混合原料を、周知のシート成形法で成形し、グリーンシートを得る。

電子部品を作製する場合は、上記グリーンシートに内部電極ペーストを塗布して内部電極パターンを形成する。内部電極パターンが形成されたグリーンシートを複数積層し、最後に内部電極パターンが形成されていないグリーンシートを積層して板状基体成形体を作製し、この板状基体成形体を、ＰＺＴ系材料の場合大気中で９００〜１０５０℃、ＫＮＮ系材料の場合大気中で１０００〜１１５０℃で焼成する。

このような製法では、ＰＺＴ系圧電材料の場合、９００〜１０５０℃の低温で焼成したとしても、ＰＺＴ系第２成分（Ｚｎ酸化物、Ｃｕ酸化物およびＢｉ酸化物）が、例えば７５０℃程度の低温で液相を形成し、焼成温度よりも低い温度でＰＺＴ系結晶の結晶粒子２を十分に濡らすことができる。また、ＫＮＮ系圧電材料の場合も１０００〜１１５０℃で焼成することで、Ｂｉを含むＫＮＮ系第２成分が低い温度で液相を形成し、焼成温度よりも低い温度でＫＮＮ系の結晶粒子を十分に濡らすことができる。これにより、圧電磁器板１の焼結性を向上できるとともに、圧電磁器板１全体がほぼ均一に収縮し、焼結後には各第１成分の結晶内に各第２成分の元素が固溶する。

焼結後の圧電体磁器板１は、図２に示したように、主として結晶粒子２からなり、Ｄ２／Ｄ１が０．９〜１．１の範囲となる。

より具体的な製法について説明する。先ず、ＰＺＴ系圧電材料ではＰＺＴ系１成分を含む仮焼粉末、ＫＮＮ系圧電材料ではＫＮＮ系第１成分を含む仮焼粉末を作製する。

具体的には、例えば、ＰＺＴ系圧電材料の場合、原料としてＰｂＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯの各粉末、および必要に応じてＳｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＳｒＣＯ_３およびＢａＣＯ_３の各粉末を秤量混合する。ＫＮＮ系圧電材料の場合、原料としてＮａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５の各粉末、および必要に応じてＳｂ_２Ｏ_３粉末を秤量混合する。

次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、ＰＺＴ系圧電材料は８５０〜９５０℃、ＫＮＮ系圧電材料は９００〜１０００℃の最高温度にて１〜３時間仮焼する。このようにしてＰＺＴ系の第１成分からなる仮焼粉末、ＫＮＮ系の第１成分からなる仮焼粉末を得る。得られた仮焼粉末を、再びボールミル等で粉砕し、例えば、平均粒径Ｄ_５０が０．３〜０．７μｍの範囲になるようにする。

次に、ＰＺＴ系の仮焼粉末には、ＰＺＴ系の第２成分（Ｚｎ酸化物、Ｃｕ酸化物およびＢｉ酸化物、例えばＺｎＯ、ＣｕＯおよびＢｉ_２Ｏ_３）の粉末を秤量して混合する。ＫＮＮ系の仮焼粉末には、ＫＮＮ系の第２成分（Ｂｉ酸化物、Ｍ２の酸化物、および必要に応じＭ３の酸化物）の粉末を秤量して混合する。これらの第２成分は、各々の粉末を仮焼粉末にそれぞれ添加してもよいし、第２成分のみをあらかじめ混合した混合粉末を、仮焼粉末に添加してもよい。

また、第２成分を仮焼して第２成分の複合酸化物（以下、第２複合酸化物という）を合成し、仮焼粉末に添加してもよい。ＰＺＴ系の第２複合酸化物を合成する場合は、所定量のＺｎ酸化物、Ｃｕ酸化物およびＢｉ酸化物を混合し、得られた混合物を脱水、乾燥した後、たとえば空気中において６００〜７２０℃で１〜３時間仮焼すればよい。なお、第２成分の平均粒径Ｄ_５０は０．３〜０．７μｍの範囲とすればよく、特に仮焼粉末の平均粒径（Ｄ_５０）よりも小さくなるようにボールミル等を用いて調整することが好ましい。

第２成分を添加した仮焼粉末は、バインダを混合した後、周知の成形法、例えばプレス成形や、ドクターブレード法などのシート成形法などを用いて所望の形状に成形する。

板状基体８や電子部品は、以下のように作製する。成形したグリーンシートに、内部電極ペーストを塗布して内部電極パターンを形成する。内部電極パターンが形成されたグリーンシートを必要数積層し、最後に内部電極パターンが形成されていないグリーンシートを積層して板状基体成形体を作製する。

作製した成形体を、大気中で、ＰＺＴ系の材料は９００〜１０５０℃、ＫＮＮ系の材料は１０００〜１１５０℃で焼成することで、圧電磁器板１、板状基体８が得られる。

本実施形態の圧電磁器板１は、９００〜１０５０℃（ＰＺＴ系材料）や１０００〜１１５０℃（ＫＮＮ系材料）の低温で焼成したとしても、第２成分が液相を形成して結晶粒子２を濡らすことから、焼結性が高く、気孔率が０．６％以下の緻密なものとなる。

また、第２成分が、焼成温度よりも十分低温（ＰＺＴ系第２成分の場合、７５０℃程度）で液相を生成し、焼成時に磁器全体が均一に焼結を開始する。したがって、結晶粒子２の平均粒径が測定位置によらず均一、すなわち主面１ｃの面重心Ｇ近傍に位置する結晶粒子２の平均粒径Ｄ１に対する、焼き上げ側面近傍に位置する結晶粒子２の平均粒径Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が０．９〜１．１の範囲となり、肉厚が薄い形状でも焼結過程での圧電磁器板１の変形が生じにくくなる。

一方、たとえばＰＺＴ系結晶を低温焼成するために、液相を形成するＬｉやＢ等を添加した場合、低温焼成はできるものの、磁器全体を均一に焼結させるのは難しく、特に薄い板状の圧電磁器板１では反りや変形が発生しやすい。

本実施形態の圧電磁器板１は、特に厚さが１５０μｍ以下、特には５０μｍ以下の電子部品に好適に用いられる。

圧電磁器板１は、セラミックフィルタ、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電点火ユニット、超音波モータ、圧電ファン、圧電センサ、圧電アクチュエータ等、種々の電子部品として用いることができる。例えば、圧電アクチュエータは、圧電現象を介して発生する変位や力を機械的駆動源として利用するものであり、特に最近、メカトロニクスの分野において注目されているものの一つである。圧電アクチュエータは、圧電効果を利用した固体素子であり、磁性体にコイルを巻いた構成を有する従来の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力が少ない、応答速度が速い、変位量が大きい、発熱が少ない、寸法および
重量が小さい等の優れた特徴を有している。特に、より低電圧で、より大きな変位や発生力が得られる積層圧電アクチュエータは、車載インジェクタの燃料噴射弁の開閉用カメラのオートフォーカス用、圧電スピーカ等の音響部品として実用化されている。

ＰＺＴ系の原料粉末として純度９９．５％のＰｂＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｒＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５の各粉末を用いた。ＰＺＴ系第１成分を、組成式（１）（Ｐｂ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＢａ_ｙＴｉ_{１−ａ−ｂ−ｃ}（Ｚｎ_１／３Ｓｂ_２／３）_ａ（Ｍ１_１／３Ｎｂ_２／３）_ｂＺｒ_ｃＯ_３）において表１の組成となるように秤量し、ボールミルにて２４時間湿式混合した。なお、Ｍ１はＣｕまたはＮｉである。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、９２０℃で３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで２４時間湿式粉砕し、Ｄ_５０が０．５〜０．７μｍの仮焼粉末を得た。

その後、Ｄ_５０が０．５〜０．７μｍの表１に示す添加物を、ＰＺＴ系第１成分１００質量％に対する比率にして表１に示す量（質量％）だけ添加し、これに有機バインダを混合した。

ＫＮＮ系の原料粉末として、純度９９．９％のＮａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_３の各粉末用いて、ＫＮＮ系第１成分が組成式（２）（｛（Ｋ_１−ｄＮａ_ｄ）_１−ｅＬｉ_ｅ｝_ｆ（Ｎｂ_{１−ｇ−ｈ}Ｔａ_ｇＳｂ_ｈ）Ｏ_３）において表２、３の組成となるように秤量し、ボールミルにて１６時間湿式混合した。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、１０００℃で３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで１６時間湿式粉砕し、Ｄ_５０が０．３〜０．７μｍの仮焼粉末を得た。

その後、Ｄ_５０が０．３〜０．７μｍの表２、３に示す添加物（Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｇＣＯ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｃｅ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２およびＭｎＯ_２の各粉末）を、ＫＮＮ系第１成分とＫＮＮ系第２成分との合量に対するモル比率にして表２、３に示す量だけ添加し、これに有機バインダを混合した。

得られた混合原料を用いて、ドクターブレード法により厚さ２５μｍのグリーンシートを作製した。作製したグリーンシートの全面に、ＡｇとＰｄを含む内部電極ペーストをスクリーン印刷し、内部電極ペーストが印刷されたグリーンシートの印刷面側に、内部電極ペーストを印刷していないグリーンシートを重ねて積層し、板状基体成形体を作製した。なお、内部電極ペーストの金属成分の質量比は、Ａｇ：Ｐｄ＝７：３とした。

作製した板状基体成形体の脱バインダを行った後、表１〜３に示す焼成条件にて大気中で焼成し、冷却して、板状基体を得た。

得られた板状基体の厚さは４２μｍ（圧電磁器層の厚みが２０μｍ）であり、主面が１２０ｍｍ×４０ｍｍ（面積４８００ｍｍ^２）の矩形板状であった。

得られた板状基体の一方の表面（主面）に、Ａｇペーストを焼き付けることにより外部電極を形成し、分極処理を行うことで、圧電特性評価用の電子部品である積層圧電アクチュエータを得た。

圧電磁器層の平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて焼き上げ面である主面の写真を撮影し、その写真を画像処理することにより求めた。画像処理では、結晶粒子の輪郭から求めた断面積の円相当径を結晶粒子の直径とみなした。Ｄ１の測定位置は板状基体の主面の面重心とした。Ｄ２の測定位置は、主面の対角線上において、面重心からの距
離Ｌｆが、面重心から焼き上げ側面までの距離Ｌｏに対し９５％の位置とした。また、ＳＥＭ写真の倍率は３０００倍とした。算出したＤ１、Ｄ２およびＤ２／Ｄ１を表１〜３に示す。

圧電磁器層の気孔率は、板状基体の断面を鏡面研磨し、その研磨面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、圧電磁器層を撮影した写真を画像処理することにより求めた。圧電磁器層の密度は、板状基体の嵩密度をアルキメデス法により求め、その嵩密度を圧電磁器層の密度とみなした。密度および気孔率を表１〜３に示す。

なお、板状基体の組成をＩＣＰ発光分光分析により確認したところ、圧電体層の組成は、誤差の範囲内で調合時の組成と一致していた。

圧電体層の絶縁抵抗の劣化試験では、８５℃の恒温槽の中で、電子部品に２ｋＶ／ｍｍの直流電界を付与した。８５℃における電子部品の絶縁抵抗を測定して体積抵抗率に換算し、試験初期および１００時間後における体積抵抗率を表１〜３に記載した。

圧電特性については、分極した電子部品に１２０℃でエージング処理をした後、１２×３ｍｍの試験片を切り出して、試験片の上下面に構成された２つの表面電極にＤＣ電圧を印加して分極処理を行い、長さ方向の振動モードを測定することで電子部品の圧電歪定数ｄ_３１を求め表１〜３に記載した。

圧電磁器板の変形を比率（ΔＬ／Ｌｃ）として評価した。圧電磁器板の長さの測定はＣＮＣ画像測定器を用いて行った。また、レーザー三次元測定器（キーエンス社製）で平面度を測定し、ΔＦを算出した。また、Ｌｍａｘを主面の対角線の長さとしてΔＦ／Ｌｍａｘを求めた。圧電磁器板のΔＬ／Ｌｃ、ΔＦ、およびΔＦ／Ｌｍａｘを表１〜３に示す。

表１〜３から、試料Ｎｏ．１〜６、９〜２４では、Ｄ２／Ｄ１が０．９〜１．１の範囲内で、焼き肌側面近傍と面重心近傍とは、結晶粒子の平均粒径にほとんど差がなかった。また、変形も小さく、ΔＬ／Ｌｃが１％以下、ΔＦ／Ｌｍａｘが０．２％以下であり、焼成後における加工を不要、もしくは低減できることがわかる。

１・・・圧電磁器板
１ｃ・・・主面
１ｄ・・・第１側面
１ｅ・・・第２側面
２・・・結晶粒子
５・・・内部電極
７・・・外部電極
８・・・板状基体
９・・・圧電磁器層
１０・・・表面電極
１１・・・ビアホール導体
１７・・・外部電極

Claims (9)

1. 複数の結晶粒子を有するとともに、
   一対の主面および該主面間に位置する側面を具備し、
   少なくとも一つの前記側面が焼き上げ面であり、
   前記主面の面重心近傍に位置する前記結晶粒子の平均粒径をＤ１とし、前記焼き上げ面である前記側面の近傍に位置する前記結晶粒子の平均粒径をＤ２としたとき、前記Ｄ１に対する前記Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．９〜１．１の範囲である、圧電磁器板であって、
   前記圧電磁器板を構成する圧電材料の組成は、以下に示す組成式（１）で表される第１成分と、ＺｎおよびＣｕのうちいずれか１種とＢｉとを含む第２成分と、を含み、
   Ｐｂ _{１−ｘ−ｙ} Ｓｒ _ｘ Ｂａ _ｙ Ｔｉ _{１−ａ−ｂ−ｃ} （Ｚｎ _１／３ Ｓｂ _２／３ ） _ａ （Ｍ１ _１／３ Ｎｂ _２／３ ） _ｂ Ｚｒ _ｃ Ｏ _３ ・・・（１）
   但し、Ｍ１はＣｕおよびＮｉのうち少なくともいずれか一方の元素であり、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃは、以下の関係式を満たす。
   ０≦ｘ≦０．１４
   ０≦ｙ≦０．１４（ただし、ｘ＋ｙ≧０．０４）
   ０．０１≦ａ≦０．１２
   ０≦ｂ≦０．０１５
   ０．４２≦ｃ≦０．５８
   前記第１成分１００質量％に対する酸化物換算による前記第２成分の質量比をα％と表したとき、αは０．１以上２．０以下であり、
   前記主面の面積が、３６０ｍｍ ^２ 以上であり、厚さが１５０μｍ以下である、圧電磁器板。
2. 複数の結晶粒子を有するとともに、
   一対の主面および該主面間に位置する側面を具備し、
   少なくとも一つの前記側面が焼き上げ面であり、
   前記主面の面重心近傍に位置する前記結晶粒子の平均粒径をＤ１とし、前記焼き上げ面である前記側面の近傍に位置する前記結晶粒子の平均粒径をＤ２としたとき、前記Ｄ１に対する前記Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．９〜１．１の範囲である、圧電磁器板であって、
   前記圧電磁器板を構成する圧電材料の組成は、以下に示す組成式（２）で表される第１成分と、以下に示す組成式（３）で表される第２成分と、を含み、
   ｛（Ｋ _１−ｄ Ｎａ _ｄ ） _１−ｅ Ｌｉ _ｅ ｝ _ｆ （Ｎｂ _{１−ｇ−ｈ} Ｔａ _ｇ Ｓｂ _ｈ ）Ｏ _３ ・・・（２）
   但し、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、以下の関係式を満たす。
   ０．５０≦ｄ≦０．５４、
   ０．０２≦ｅ≦０．０６、
   ０．９８０≦ｆ≦１．００５
   ０．０４≦ｇ≦０．１５
   ０≦ｈ≦０．１０、
   Ｂｉ _ｉ （Ｍ２ _１−ｊ Ｍ３ _ｊ ）Ｏ _３ ・・・（３）
   但し、Ｍ２は、Ｍｇ、Ｃｕ、ＦｅおよびＺｎからなる元素群から選ばれる少なくとも１種、Ｍ３は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅからなる元素群から選ばれる少なくとも１種であり、ｉ、ｊは以下の関係式を満たす。
   ２／３≦ｉ≦１、
   １／３≦ｊ≦２／３、
   前記第１成分と前記第２成分との合量に対する、第２成分のモル比率をβとしたとき、βは０．００１以上０．００５以下であって、
   前記主面の面積が、３６０ｍｍ ^２ 以上であり、厚さが１５０μｍ以下である、圧電磁器板。
3. 前記一対の主面のうち少なくとも一方が、焼き上げ面である、請求項１または２に記載の圧電磁器板。
4. 前記Ｄ１および前記Ｄ２が、０．３〜４．０μｍの範囲である、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電磁器板。
5. 前記主面の面積が、１０００ｍｍ^２以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電磁器板。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の圧電磁器板内に内部電極を有する、板状基体。
7. 請求項６に記載の板状基体の表面に配置された表面電極と、
   前記内部電極に接続され、前記圧電磁器板の厚み方向に延びて前記板状基体の表面に引き出されたビアホール導体と、を具備する、電子部品。
8. 前記側面の全てが焼き上げ面である、請求項７に記載の電子部品。
9. 請求項６に記載の板状基体と、前記内部電極に接続された外部電極とを具備するとともに、
   前記圧電磁器板が、加工面を有する前記側面を具備し、該加工面に前記外部電極が配置されている、電子部品。