特許 6531394 複合圧電磁器および圧電素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6531394

(24)【登録日】2019年5月31日

(45)【発行日】2019年6月19日

(54)【発明の名称】複合圧電磁器および圧電素子

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/495 20060101AFI20190610BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20190610BHJP

   H03H 9/17 20060101ALI20190610BHJP

【ＦＩ】

   C04B35/495

   H01L41/187

   H03H9/17 A

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-830(P2015-830)

(22)【出願日】2015年1月6日

(65)【公開番号】特開2015-180585(P2015-180585A)

(43)【公開日】2015年10月15日

【審査請求日】2017年9月28日

(31)【優先権主張番号】特願2014-40293(P2014-40293)

(32)【優先日】2014年3月3日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】和田 智志

(72)【発明者】

【氏名】古川 正仁

(72)【発明者】

【氏名】志村 寿一

(72)【発明者】

【氏名】政井 琢

【審査官】 小川 武

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２５４９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２７４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９５３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１３２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１５７４５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０９４６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 GUO,Yiping et al.，Dielectric and piezoelectric properties of lead-free (Na0.5K0.5)NbO3-SrTiO3 ceramics，Solid State Communications，英国，Elsevier;Kidlington，２００４年，Vol.129, pp.279-284

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ３５／００−３５／８４

Ｈ０１Ｌ ４１／１８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ_３）のうち少なくともいずれか一種を含む固溶体を核として、その核の周りを覆うように、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を含む化合物層を有し、前記固溶体には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）がモル比率で０．０１以上０．１２未満含まれており、
前記固溶体成分の全量に対するＢａＴｉＯ_３の比率が、０．０２超０．５以下であり、
ｄ_３３が１２８ｐｍ／Ｖ超であり、−４０℃から１５０℃までの比誘電率の温度変化の絶対値が８．９未満であることを特徴とする、複合圧電磁器。

【請求項2】

一対の電極と、該一対の電極の間に、請求項１に記載の複合圧電磁器よりなる圧電材料を含有することを特徴とする圧電素子。

【請求項3】

請求項１に記載複合圧電磁器と内部電極とを交互に積層された構造である素体と、前記内部電極と電気的に接続されている一対の該端子電極とを備えることを特徴とする圧電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合圧電磁器および圧電素子に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電界を加えると機械的な歪み及び応力を発生する、いわゆる圧電現象を示す圧電磁器が知られている。このような圧電磁器は、アクチュエータや圧電ブザー、発音体、センサなどの各種圧電素子に用いられている。また、最近では振動発電にも利用されている。

【0003】

圧電磁器を利用したアクチュエータは、微量な変位を高精度に得ることができると共に、発生応力が大きい等の特徴を有しており、例えば、精密工作機械や光学装置の位置決めに用いられている。アクチュエータに用いられる圧電磁器としては、優れた圧電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が最も多く利用されている。しかし、ＰＺＴは鉛（Ｐｂ）を多く含んでいるので、最近では、酸性雨によるＰｂの溶出など地球環境に及ぼす影響が懸念されている。そこで、ＰＺＴに代わる、Ｐｂの量が十分に低減された圧電磁器の材料が求められている。かかる要求に応じて、Ｐｂを含有しない様々な圧電磁器の材料が提案されている。

【0004】

Ｐｂを含有しない圧電磁器の材料としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）やニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）が知られている。そして、これらの圧電特性を改善するために、ＢａＴｉＯ_３とＫＮｂＯ_３等が固溶した圧電磁器の材料が提案されている。
例えば、ｘ（Ｂａ_１−ａＣａ_ａ）ＴｉＯ_３−ｙＫＮｂＯ_３−ｚＮａＮｂＯ_３の化学式で表される圧電磁器組成物が提案されている（特許文献１参照）。

【0005】

複数の成分が固溶している圧電磁器は、例えば、正方晶／斜方晶の結晶相境界、即ち、ＭＰＢ（Ｍｏｒｐｈｏｔｒｏｐｉｃ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｕｎｄａｒｙ）が存在することにより、高い圧電特性を示すことが一般的に知られている。このため、２成分系や３成分系の固溶体における結晶相境界付近での研究が頻繁に行われている。

【0006】

特許文献２では、ＫＮｂＯ_３とＢａＴｉＯ_３の２成分系の固溶した固溶体を主成分として含有し、２成分の合計に対する前記ＫＮｂＯ_３のモル比率が０．５〜０．９である圧電セラミックスが開示されている。

【0007】

しかし、特許文献２のような２成分系では、一方の成分の割合が極端に高く、他方の成分の割合が極端に低い組成に結晶構造の相境界があると認識されていた。そのため、一方の成分の割合が極端に高い、偏った組成でのみ圧電性を示すと考えられていた。
また、ＫＮｂＯ_３とＢａＴｉＯ_３の２成分系は、焼成可能な温度領域が非常に狭いため、焼成温度が低い場合には、焼結せず圧電特性が十分に得られなく、焼成温度が高い場合には、カリウム（Ｋ）等が蒸発するため組成変動が生じる等の問題が生じる。

【0008】

また特許文献３には、ＢａＴｉＯ_３結晶粒子成形体の表面にＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３等を形成する複合圧電セラミックスが開示されている。
特許文献３に示される構造にした場合、ＢａＴｉＯ_３結晶粒子成形体をベースとしている材料のため、ＢａＴｉＯ_３のキュリー温度（Ｔｃ）付近で正方晶から立方晶へと構造が変化してしまう。そのため、誘電率、圧電特性が大きく変化する。一度キュリー温度（Ｔｃ）以上で立方晶の構造になった場合、温度を下げても圧電特性が十分に得られないという不具合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００３−２５２６８１号公報

【特許文献2】特開２００９−２２７４８２号公報

【特許文献3】特開２０１２−２５４９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ＢａＴｉＯ_３のキュリー温度（Ｔｃ）は約１２０℃と低いため、ＢａＴｉＯ_３のみからなる圧電セラミックス、またはＢａＴｉＯ_３を主成分とする圧電セラミックスでは、使用温度が１００℃以下に限定されてしまう。
また、これまで提案されているＢａＴｉＯ_３と他の成分との固溶体は、Ｐｂ系の材料に比べて圧電特性が低く、十分に大きな発生変位量を得ることができない。このため、Ｐｂを含まない材料で構成され、前述のように使用温度が１００℃以下に限定されることなく、かつ十分に優れた圧電特性を有する圧電磁器およびその製造方法が求められている。

【0011】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の構造にすることでＰｂを使用することなく、アクチュエータとしての変位量を高くすることが可能となる。さらにＢａＴｉＯ_３量を抑えたことにより、複合圧電磁器のキュリー温度（Ｔｃ）をＢａＴｉＯ_３よりも高くすることができ、変位量の温度特性を改善することが可能となる。しかも成形体を３００℃以下の低温で容易に製造することが可能である、圧電磁器及び圧電素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、本発明者らは、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ_３）のうち少なくともいずれか一種を含む固溶体表面に、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を含む化合物層を有し、その界面がヘテロ接合されている複合圧電磁器を見出した。
キュリー温度（Ｔｃ）の高いＫＮｂＯ_３等の固溶体である成形体表面に、ＢａＴｉＯ_３を含むヘテロ接合を有する層を薄く設けることにより、キュリー温度（Ｔｃ）を高温側にすることができる。ＢａＴｉＯ_３層は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みにするが好ましい。前記の厚みにすることで、ＢａＴｉＯ_３の持つキュリー温度（Ｔｃ）の影響が小さくなり、１００℃を超える温度においても圧電特性（変位）を有する複合圧電磁器とすることが出来る。
それにより、１００℃を超える温度においても圧電特性（変位）を有する複合圧電磁器が可能である。また焼成温度が３００℃以下の低温で製造することも可能である。

【0013】

さらに前記固溶体に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を含む複合圧電磁器を提供する。

【0014】

結晶粒子成形体に、さらにＬｉＮｂＯ_３を含ませることで、さらに圧電特性（変位）が高くなる効果がある。

【0015】

本発明は、ヘテロ接合を有する層を構成するＢａＴｉＯ_３のモル比率が、ＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３の合計に対し、０．０５〜１．０である複合圧電磁器を提供する。

【0016】

ＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３の合計に対するＢａＴｉＯ_３のモル比率が０．０５未満の場合は、ＢａＴｉＯ_３相が十分に成長しないため、圧電特性（変位）が高くならない。
またＢａＴｉＯ_３のモル比率が１．０を超えた場合は、ＢａＴｉＯ_３の比率が高くなるため、キュリー温度（Ｔｃ）の高いコア部、すなわちＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３のいずれか一種を含む固溶体の影響が小さくなり１００℃以上の高温領域で相変化を起こし、圧電特性（変位）が大きく低下する。

【0017】

本発明は、一対の電極と、該一対の電極の間に前記複合圧電磁器を用いる事を特徴とする圧電素子である。

【0018】

本発明は、複合圧電磁器と内部電極とを交互に積層された構造である素体と、素体を挟むように両端面に、それぞれ端子電極が設けられ、前記内部電極と電気的に接続されている一対の該端子電極とを備えることを特徴とする圧電素子である。

【発明の効果】

【0019】

本発明では、ＢａＴｉＯ_３とは異なる化学組成の酸化物、すなわち、ＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３のうち、少なくともいずれか一種を含む固溶体である成形体の表面に、ＢａＴｉＯ_３を含むヘテロ接合を有する層を形成することで、Ｐｂを使用しなくても優れた圧電特性、温度特性を示す圧電磁器を備える圧電素子を提供する事ができる。
キュリー温度（Ｔｃ）の高いＫＮｂＯ_３等の固溶体である成形体表面に、ＢａＴｉＯ_３を含むヘテロ接合を有する層を薄く設けることにより、キュリー温度（Ｔｃ）を高温側にすることができ、１００℃を超える温度においても圧電特性（変位）を有する複合圧電磁器が可能である。また焼成温度が３００℃以下の低温で製造することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の圧電素子の一実施形態を示す斜視図である。

【図2】本発明の反応の進行を示すラメール図である。

【図3】本発明のヘテロ接合を有する層を示すＸ線回折であり、表１の◎印（実施例３）の説明図である。

【図4】本発明のヘテロ接合を有する層を示すＸ線回折であり、表１の○印（実施例１）の説明図である。

【図5】本発明のヘテロ接合を有する層が正しく形成されていない時のＸ線回折であり、表１の×印（比較例２）の説明図である。

【図6】本発明のヘテロ接合を有する層を示すＳＴＥＭ−ＥＤＳ画像であり、表１の◎印（実施例３）の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。 さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0022】

図１は本発明の圧電素子の一実施形態を示す斜視図である。圧電素子４は、複合圧電磁器１と、この複合圧電磁器１の対向する一対の面上にそれぞれ設けられた一対の電極２，３とを備えている。
複合圧電磁器１は、例えば、厚さ方向、すなわち一対の電極２，３が対向する方向に分極されており、電極２，３を介して電圧が印加されることにより、厚み方向に縦振動および径方向に広がり振動することができる。電極２，３は、例えば、金（Ａｕ）などの金属により構成されている。電極２，３には、ワイヤなどを介して外部電源と電気的に接続することができる（図示しない）。

【0023】

すなわち、複合圧電磁器１は、複合酸化物であるＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３のうち、少なくともＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３のいずれか一種を含む結晶粒子成形体表面において、ＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３の合計に対するＢａＴｉＯ_３のモル比率（ｚ）は０．０５〜１．０である。
当該モル比率は、０．２〜１．０であることが好ましく、０．２〜０．８であることが特に好ましい。
組成式としては一般式（１）のように表すことができる。
（１−ｘ−ｙ）ＫＮｂＯ_３−ｘＮａＮｂＯ_３−ｙＬｉＮｂＯ_３−ｚＢａＴｉＯ_３ （１）
ＮａＮｂＯ_３のモル比率（ｘ）は、０〜１．０の範囲で効果がみられる。一方、ＬｉＮｂＯ_３のモル比率（ｙ）は０〜０．１であることが好ましく、０〜０．０５であることが特に好ましい。

【0024】

一般式（１）で表わされる、ニオブ（Ｎｂ）の一部がタンタル（Ｔａ）で、チタン（Ｔｉ）の一部がジルコニウム（Ｚｒ）及び／又はハフニウム（Ｈｆ）で、バリウム（Ｂａ）の一部がマグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ）で置換されていてもよい。

【0025】

複合圧電磁器１の製法としては、例えばソルボサーマル法がある。ソルボサーマル法とは溶媒に有機溶媒を用い、高圧下で反応させる方法である。この手法を用いると、３００℃以下の低温での合成が可能である。セラミック粒子、焼成体、成形体等の表面に別の化合物層を成長させる場合、低温で成長（反応）させることで、相互の反応（固溶）を抑制した磁器が作製可能となる。本件は、ソルボサーマル法に限定されるのでなく、その他の製造方法としては、一般的な水熱合成法でもよい。

【0026】

図２は、ソルボサーマル反応の進行に関するラメール図で温度を横軸にとり、縦軸に反応する元素の濃度（本発明の場合はＢａ（ＯＨ）_２）をとったものである。
臨界過飽和曲線を超えることで核が生成するようになり、準安定領域では核生成が起こらず、核成長のみが起こる。まずＢａＴｉＯ_３の核が生成（発生）する条件、準安定領域の条件を調べる。この準安定領域（温度、濃度）で反応させることで、ＫＮｂＯ_３粒子を核としてその表面にヘテロ接合を有するＢａＴｉＯ_３層を成長させて人工的なヘテロ接合を有する層（ＭＰＢ構造）を持つ複合圧電磁器１を作製することが可能となる。

【0027】

複合圧電磁器１の相対密度は３０％以上であることが好ましい。圧電発電素子に利用する場合は、相対密度が通常の圧電磁器に比べて低くすることで大きな発電量を得ることができる。
一方、アクチュエータのような圧電磁器の場合は、複合圧電磁器１の相対密度は９０％以上であることが好ましい。なお、複合圧電磁器１の相対密度は、アルキメデス法によって測定することができる。複合圧電磁器１の相対密度は、結晶粒子成形体の密度（バインダ種、バインダ量、成形圧力等）、ソルボサーマル反応の条件（濃度、反応温度、反応時間等）で調整することができる。

【0028】

複合圧電磁器１は副成分として、マンガン（Ｍｎ）酸化物などのＭｎ化合物や銅（Ｃｕ）酸化物などのＣｕ化合物を含んでいてもよい。
Ｍｎ化合物やＣｕ化合物を含むことによって、複合圧電磁器１の機械的品質係数（Ｑｍ）を向上させることができる。

【0029】

複合圧電磁器１はＫＮｂＯ_３、ＢａＴｉＯ_３で示されるような化学量論組成であるが、必ずしも化学量論組成ではなくてもよい。これは化学量論組成で製造することは困難であるとともに、例えば意図的にカリウム（Ｋ）を減らすことで信頼性を向上することもできる。

【0030】

複合圧電磁器１は、Ｐｂを含んでいてもよいが、その含有量は１質量％以下であることが好ましく、Ｐｂを全く含んでいないことがより好ましい。
Ｐｂの含有量が十分に低減された圧電磁器は、焼成時におけるＰｂの揮発、および圧電素子などの圧電部品として市場に流通し廃棄された後に、環境への放出を最小限に抑制することができる。
このような複合圧電磁器１は、例えば、圧電素子である圧電発電素子、アクチュエータなどの振動素子、発音体またはセンサなどの材料として好ましく用いることができる。

【0031】

次に図１に示す圧電素子４の製造方法について以下に説明する。
まず、複合圧電磁器１の主成分の原料として、例えば、ＫＮｂＯ_３粉末を準備して十分乾燥させる。また、ＫＮｂＯ_３表面にＢａＴｉＯ_３を形成するための原料となるＴｉＯ２粉末も同様に乾燥させる。これらのＫＮｂＯ_３粉末とＴｉＯ_２粉末を量りとり、ボールミルにより混合し、乾燥させ、バインダを加えた有機溶媒中で混合した後、乾燥し、ディスク状に成形を行った。ディスク状に成形されたＫＮｂＯ_３、ＴｉＯ_２混合成形体を、５００℃〜８００℃で２〜１２時間脱バインダを行い混合粉末成形体とした。

【0032】

容器に、溶媒と所定量のＢａ（ＯＨ）_２等を入れてよく攪拌し、その中に混合粉末成形体を入れ、オートクレーブ中で１７０℃〜２５０℃で、２〜２４時間反応させた（ソルボサーマル法）。反応後、混合粉末成形体をエタノールおよび純水で洗浄して１５０℃〜３００℃で乾燥させてＫＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３複合圧電磁器１とした

【0033】

次に、得られた複合圧電磁器１を、必要に応じて加工して、複合圧電磁器１の一対の面上に電極２，３を設け、加熱したシリコーンオイル中で電界を印加して分極処理を行う。これにより、図１に示す複合圧電磁器１、及び複合圧電磁器１と該複合圧電磁器１を挟むように設けられる電極２、３とを備える圧電素子４を得る事ができる。電極２、３は、金（Ａｕ）などをスパッタリング法で形成することができる。

【実施例】

【0034】

（実施例１〜６）
＜ＫＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３複合圧電磁器の作製＞
ＫＮｂＯ_３粉末およびＴｉＯ_２粉末を準備してよく乾燥させ、表１に示したＫＮｂＯ_３／ＢａＴｉＯ_３比率（反応後）となるように秤量後、フッ素加工された樹脂製容器にジルコニアボール（φ３ｍｍ）とともに入れてエチルアルコールで１６時間混合した。

【0035】

混合したスラリーはジルコニアボールと分離し８０℃で乾燥後、乳鉢、乳棒で粉砕し、バインダであるポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を乾燥試料の２ｗｔ％加えて良く混合した。混合後、目開き２５０μｍのふるいで分級を行った。

【0036】

分級後の粉末約０．５ｇを秤量し直径１０ｍｍの金型で油圧プレスを用いて２ｔｏｎの圧力でディスク状に成形を行った。ディスク状に成形されたＫＮｂＯ_３−ＴｉＯ_３成形体を６００℃で１０時間脱バインダを行い混合粉末成形体とした。

【0037】

内容量２５ｍｌの容器中に、溶媒となる水１０ｍｌおよび表１に示す、所定量のＢａ（ＯＨ）_２を入れてよく攪拌し、その中に脱バインダ後のＫＮｂＯ_３−ＴｉＯ_２混合粉末成形体を入れ、オートクレーブ中で１８０℃、２０時間反応させた。反応後、混合粉末成形体をエタノールおよび純水で洗浄して２００℃で乾燥させてＫＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３複合圧電磁器１とした。

【0038】

＜ＫＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３複合圧電磁器の電気的評価＞
実施例１から６で作製した試料に、図１の２，３のように金（Ａｕ）電極をスパッタリング法で形成し、図１の圧電素子４を作製した。この圧電素子４に北本電子株式会社製の電界誘起歪み測定器（ＪＰ００５−ＳＥ）で周波数０．１Ｈｚ、１〜３０ｋＶ／ｃｍの電界を印加して圧電歪（変位）を測定、その値からｄ_３３を計算してその結果も表１に示した。その結果、ＢａＴｉＯ_３比が０．０５から１．５の範囲で大きな圧電特性を持つことを確認した。

【表1】

【0039】

さらに、恒温槽およびアジレント・テクノロジー株式会社製のインピーダンスアナライザ（４２９４Ａ）を使用して、これらの試料の−４０℃から１５０℃まで比誘電率の温度
特性を測定した。２５℃のときの比誘電率を基準として、この温度範囲で最も大きな比誘電率の変化率も表１に示した。その結果、ＢａＴｉＯ_３比が０．０５から１．０の範囲では比誘電率の変化率の最大値は１０％以内と良好であったが、ＢａＴｉＯ_３比が１．５の場合は比誘電率の変化率は２０％以上となった。

【0040】

＜ＢａＴｉＯ_３相の確認＞
作製したＫＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３複合圧電磁器１をリガク製ＸＲＤ装置によりＣｕＫα線を使用して、管電圧５０ｋＶ、管電流４０ｍＡ、走査速度２０°／分でＸＲＤ測定を行った。
複合圧電磁器１の結晶構造は、斜方晶であるＫＮｂＯ_３を含む固溶体の、特に（２２０）、（００２）面のピーク形状は反応前後で変化がみられる。ＫＮｂＯ_３、ＢａＴｉＯ_３は、ともに格子定数の近いペロブスカイト構造であるため、これらの面のピークの形状によりＫＮｂＯ_３の結晶粒子のほかに、ＢａＴｉＯ_３が成長しているかを確認することできる。

【0041】

例えば図３は実施例３のＸＲＤピークである。斜方晶であるＫＮｂＯ_３の（２２０）、（００２）面ピークであるが、ソルボサーマル反応後は、反応前のＫＮｂＯ_３のピークと比較すると、ＫＮｂＯ_３の（２２０）、（００２）ピークが低くなり、４５．２度付近に正方晶であるＢａＴｉＯ_３の（２００）のピークが現れてくるため、ピークの形状が歪んでくる。この変化が、ＢａＴｉＯ_３が形成したことを示している。このようにしてＢａＴｉＯ_３の生成を確認した結果を表１に示した。図３のようにＢａＴｉＯ_３の（２００）ピーク強度がＫＮｂＯ_３の（２２０）ピーク強度の０．７から２倍程度のものには、表１に◎印で示した。

【0042】

また、図４は実施例１の斜方晶のＫＮｂＯ_３の（２２０）、（００２）面ピークであるが、図３と比較して斜方晶のＫＮｂＯ_３（２２０）、（００２）面ピークの低下が小さく、ＢａＴｉＯ_３の（２００）のピークも小さいことがわかる。これはＢａＴｉＯ_３の生成量が少ないことを意味している。このようにＢａＴｉＯ_３の（２００）ピーク強度がＫＮｂＯ_３の（２２０）ピーク強度の０．７倍よりも小さくなったものには、表１に○印で示した。

【0043】

斜方晶のＫＮｂＯ３の表面に正方晶であるＢａＴｉＯ_３が形成されると、それぞれの格子定数がわずかに違うため、これらの界面で格子定数の不整合により歪が発生することで誘電特性、圧電特性が向上すると考えられる。

【0044】

実施例３に示したＫＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３複合圧電磁器１を集束イオンビーム（ＦＩＢ）により薄膜形状に加工して、微細構造および組成分析測定の試料とした。株式会社日立ハイテクノロジーズ製ＳＴＥＭを使用して、加速電圧２００ｋＶ、視野サイズ約１×１μｍで、この試料の走査透過像を撮影した。また、ＢａはＬβ２線、ＴｉはＫα線、ＫはＫα線、ＮｂはＬα線をそれぞれの特性Ｘ線として付属するＥＤＳによる各元素のマッピングを行った。その結果を図６に示す。図６の（Ａ）はＳＴＥＭ像を示し、（Ｂ）はＢａ、（Ｃ）はＴｉ、（Ｄ）はＫ、（Ｅ）はＮｂの元素マッピングをそれぞれ示しており、図中の白色が濃い部分に各元素が多く分布している。図６の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）によりＫＮｂＯ_３を核とし、その核の周りを覆うようにＢａＴｉＯ_３が形成されていることがわかる。
また、ＳＴＥＭにより格子像を観察して、ＫＮｂＯ_３のまわりに形成されたＢａＴｉＯ_３がヘテロ接合されていることを確認した。

【0045】

（実施例７〜１１）
ＫＮｂＯ_３粉末の代わりにＮａＮｂＯ_３粉末を使用したもの、ＫＮｂＯ_３粉末にＮａＮｂＯ_３粉末を加えたもの、またＫＮｂＯ_３にＮａＮｂＯ_３とＬｉＮｂＯ_３粉末を加えたものを実施例１〜６と同様にして試料を作製し、評価した結果も表１に示した。その結果、いずれの試料とも高い圧電特性を示し、比誘電率の温度特性が１０％以内で、良好なものとなった。このときＢａＴｉＯ_３が生成していることをＸＲＤで確認した。

【0046】

（比較例１〜３）
表１に示すようにＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３とＢａＴｉＯ_３のモル比率を変えた以外は実施例１から１１と同様の方法でＫＮｂＯ_３、ＮａＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３複合圧電磁器１を作製し、同様にして電極を形成して圧電歪（変位）を測定、ｄ_３３を求めて表１に示した。ＢａＴｉＯ_３がヘテロ接合を有する層を形成しなかった場合は、ｄ_３３を測定することはできず、またＢａＴｉＯ_３比が０．０２の場合はｄ_３３が小さいことを確認した。また、ＬｉＮｂＯ_３を０．１２とした場合はｄ_３３が大きく低下した。

【0047】

また、実施例１から１１と同様の方法でＢａＴｉＯ_３相の確認を行い、その結果も表１に示した。比較例２についてはソルボサーマル反応後においても、図５に示すように斜方晶のＫＮｂＯ_３の（２２０）、（００２）面ピークのみであり、ＢａＴｉＯ_３のピークは確認されなかった（表１の×印）。

【0048】

（比較例４、５）
従来のセラミックスの製造工程（固相法）を用いて１１５０℃で焼成して作製したＫＮｂＯ_３−ＢａＴｉＯ_３圧電セラミックスを実施例１から１１と同様の評価方法によりｄ_３３を求め表１に示した。ＢａＴｉＯ_３比が０．２の場合、ｄ_３３は１２８ｐｍ／Ｖと低くいが、ＢａＴｉＯ_３比を０．５とすると、ｄ_３３は２６０ｐｍ／Ｖと高い値を示す。しかし、合成（焼成）温度が高く、焼成時に大きなエネルギーを使うということでコストが高くなる要因となる。

【産業上の利用可能性】

【0049】

電界を加えると機械的な歪み及び応力を発生する、いわゆる圧電現象を示す圧電磁器が知られている。このような圧電磁器は、アクチュエータや圧電ブザー、発音体、センサ、などの各種圧電素子に用いられている。また、最近では振動発電にも利用されている。

【符号の説明】

【0050】

１ 複合圧電磁器
２，３ 電極
４ 圧電素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】