(57)【要約】【課題】良好な圧電特性を得ることができる非鉛系の圧電磁器組成物、及びこれを使用した圧電部品を実現する。【解決手段】本発明の圧電磁器組成物は、主成分が、一般式｛（Ｍ１1/2Ｂｉx/2）（Ｃｕ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３｝で表される。ただし、Ｍ１元素は、Ｋ及びＮａのうちの少なくともいずれか１種を示し、ｘ／２はＭ１元素及びＢｉの総計に対するＢｉの配合モル比を示している。ｘは、０．８≦ｘ≦１．０を満足するのが好ましく、０．８≦ｘ＜１．０がより好ましい。そして、圧電セラミック素体１が上記圧電磁器組成物で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分が、一般式｛（Ｍ１1/2Ｂｉx/2）（Ｃｕ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３｝（ただし、Ｍ１元素は、Ｋ及びＮａのうちの少なくともいずれか１種を示し、ｘ／２はＭ１元素及びＢｉの総計に対するＢｉの配合モル比を示す。）で表されることを特徴とする圧電磁器組成物。
【請求項２】
前記ｘは、０．８≦ｘ≦１．０であることを特徴とする請求項１記載の圧電磁器組成物。
【請求項３】
前記ｘは、０．８≦ｘ＜１．０であることを特徴とする請求項２記載の圧電磁器組成物。
【請求項４】
圧電セラミック素体の表面に電極が形成された圧電部品において、
前記圧電セラミック素体が、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電磁器組成物で形成されていることを特徴とする圧電部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電磁器組成物及び圧電部品に関し、より詳しくは鉛を含まない非鉛系の圧電磁器組成物、及び該圧電磁器組成物を使用した圧電アクチュエータ、圧電共振器、圧電発音体、圧電センサ等の各種圧電部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータ、圧電共振器、圧電発音体、圧電センサ等の各種圧電部品用のセラミック材料としては、従来より圧電定数の大きなチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の鉛を含有したセラミック材料が用いられていた。
【０００３】
ところが、近年、鉛が環境に与える影響を懸念し、実質的に鉛を含有しない非鉛系の圧電セラミック材料の研究・開発が盛んに行なわれている。
【０００４】
そして、これら非鉛系のセラミック材料のうち、ニオブ酸化合物、特にニオブ酸アルカリ系の複合酸化物は、キュリー点が高く、電気機械的結合係数も比較的大きいことから、圧電部品用セラミック材料として有望視されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、一般式（（Ｋ，Ｎａ）1/2Ｂｉ１/2）（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３｝で表される圧電材料が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２には、一般式（（Ｋ，Ｎａ）1/2Ｂｉ１/2）（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３｝で表される圧電材料が提案されている。
【０００７】
これら特許文献１及び２では、Ｎｂの一部をＭｇ又はＺｎで置換することにより、非鉛系でありながら、格子歪み量の大きな圧電部品を得ることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２０４３３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２０４３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者らの実験結果により、特許文献１及び２に記載された圧電材料では、圧電定数が未だ小さく、所望の良好な圧電特性を得るのは困難であることが分かった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、非鉛系でありながら良好な圧電特性を得ることができる圧電磁器組成物、及びこれを使用した圧電部品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】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を行ったところ、Ｎｂの一部をＣｕで置換することにより、非鉛系でありながら比較的大きな圧電定数を有する圧電磁器組成物を得ることができるという知見を得た。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係る圧電磁器組成物は、主成分が、一般式｛（Ｍ１1/2Ｂｉx/2）（Ｃｕ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３｝（ただし、Ｍ１元素は、Ｋ及びＮａのうちの少なくともいずれか１種を示し、ｘ／２はＭ１元素及びＢｉの総計に対するＢｉの配合モル比を示す。）で表されることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の圧電磁器組成物は、前記ｘは、０．８≦ｘ≦１．０であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明者らが更に鋭意研究を重ねたところ、前記ｘを０．８≦ｘ＜１．０とすることにより、自発分極が反転する抗電界が向上することが分かった。
【００１５】
すなわち、本発明の圧電磁器組成物は、前記ｘが０．８≦ｘ＜１．０であることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明に係る圧電部品は、圧電セラミック素体の表面に電極が形成された圧電部品において、前記圧電セラミック素体が、上記いずれかに記載の圧電磁器組成物で形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧電磁器組成物によれば、主成分が、一般式｛（Ｍ１1/2Ｂｉx/2）（Ｃｕ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３｝（ただし、Ｍ１元素は、Ｋ及びＮａのうちの少なくともいずれか１種を示し、ｘ／２はＭ１元素及びＢｉの総計に対するＢｉの配合モル比を示す。）で表されるので、非鉛系でありながら比較的大きな圧電定数を有する圧電特性の良好な圧電磁器組成物を得ることができる。
【００１８】
また、前記ｘが、０．８≦ｘ≦１．０であるので、上述した良好な圧電特性を有する圧電磁器組成物を確実に得ることができる。
【００１９】
また、前記ｘは０．８≦ｘ＜１．０であるので、圧電定数ｄ33が比較的大きく、かつ抗電界も大きい圧電特性の良好な圧電磁器組成物を得ることができる。
【００２０】
また、本発明に係る圧電部品は、圧電セラミック素体の表面に電極が形成された圧電部品において、前記圧電セラミック素体が、上記いずれかに記載の圧電磁器組成物で形成されているので、良好な圧電特性を有する非鉛系の圧電部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る圧電磁器組成物を使用して製造された圧電部品の一実施の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を詳説する。
【００２３】
本発明に係る圧電磁器組成物は、主成分が、下記一般式（Ａ）で表される。
【００２４】
（Ｍ１1/2Ｂｉx/2）（Ｃｕ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３    …（Ａ）
ここで、Ｍ１元素は、Ｋ及びＮａのうちの少なくとも１種を示し、ｘ／２は、Ｍ１元素とＢｉの総計に対するＢｉの配合モル比を示している。
【００２５】
このように本実施の形態では、Ｎｂの一部をＣｕで置換しているので、特許文献１、２のような従来の圧電磁器組成物に比べ、圧電定数を大きくすることができ、良好な圧電特性を有する非鉛系の圧電磁器組成物を得ることができる。
【００２６】
具体的には、厚み方向の圧電定数ｄ33が、５ｐｍ／Ｖ以上の従来に比べて高圧電定数を有する圧電磁器組成物を得ることができる。
【００２７】
また、一般式（Ａ）中、ｘ値は、化学量論組成では、１．０であるが、化学量論組成よりも少ないことがより好ましく、具体的には０．８≦ｘ＜１．０が好ましい。
【００２８】
すなわち、圧電磁器組成物を後述する圧電部品に使用する場合、抗電界Ｅｃは高いことが脱分極し難いことから望ましい。すなわち、脱分極をし難くして高信頼性を得るためには、抗電界Ｅｃは高いことが好ましい。
【００２９】
しかしながら、ｘ値を１．０と化学量論組成にした場合は、圧電定数は、高くすることができるものの、抗電界Ｅｃの低下を招くおそれがある。
【００３０】
したがって、ｘ値は、圧電定数を向上させる観点からは、０．８≦ｘ≦１．０が好ましく、抗電界Ｅｃを考慮すると、ｘ値は、０．８≦ｘ＜１．０がより好ましい。
【００３１】
次に、上記圧電磁器組成物を使用して得られた圧電部品について説明する。
【００３２】
図１は上記圧電磁器組成物を使用して得られた圧電部品の一実施の形態を示す断面図であって、該圧電部品は、上述した本発明の圧電磁器組成物からなる圧電セラミック素体１と、該圧電セラミック素体１の両主面に形成されたＡｇ等の導電性材料を主成分とした電極２ａ、２ｂとを有し、矢印Ａで示す厚み方向に分極処理が施されている。
【００３３】
上記圧電部品は、例えば、以下のようにして容易に製造することができる。
【００３４】
すなわち、セラミック素原料として、Ｋ化合物及びＮａ化合物のうちの少なくとも１種、Ｂｉ化合物、Ｎｂ化合物、Ｃｕ化合物を用意し、これらセラミック素原料を所定量秤量する。次いで、これら秤量物を部分安定化ジルコニア（Partially Stabilized Zirconia；以下、「ＰＳＺ」という。）ボール等の粉砕媒体及びエタノール等の溶媒と共にポットミルに投入し、十分に湿式で混合粉砕する。そしてその後、脱水・乾燥し、所定温度（例えば、６００〜８００℃程度）で仮焼処理を行って仮焼物を得る。
【００３５】
次に、この仮焼物を有機バインダ、純水、及び粉砕媒体と共に再びポットミルに投入し、湿式で十分に混合粉砕し、脱水、乾燥処理を行う。尚、この場合、必要に応じて分散剤を添加するのも好ましい。そしてその後、プレス成形を行い、所定形状のセラミック成形体を得る。
【００３６】
次いで、例えば、４００〜６００℃程度の温度で、このセラミック成形体に脱バインダ処理を施した後、密閉された匣（さや）に収容し、９００℃〜１０５０℃程度の温度で焼成処理を行ってセラミック焼結体を作製する。そしてその後、該セラミック焼結体の両主面に研磨処理を施して圧電セラミック素体１を作製し、その後スパッタリング法や真空蒸着法等の薄膜形成法やめっき法、電極ペーストの焼付け処理等の任意の方法で圧電セラミック素体１の両主面に電極２ａ、２ｂを形成する。
【００３７】
そしてこの後、所定温度に加熱されたシリコーンオイル中で所定電界を印加して分極処理を行い、これにより圧電部品が製造される。
【００３８】
このように上記圧電部品は、本発明の圧電磁器組成物を使用して製造されているので、非鉛系でありながら高圧電定数を有する圧電部品を得ることができ、圧電特性が良好で環境に優しい各種圧電部品を容易に実現することができる。
【００３９】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、単板型の圧電部品を例示しているが、積層型の圧電部品にも適用できるのはいうまでもない。
【００４０】
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例】
【００４１】
〔試料の作製〕
セラミック素原料として、Ｋ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｕＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２、及びＺｎＯを用意した。そして、表１に示すような組成となるように、これらセラミック素原料を所定量秤量した。次いで、これら秤量物をＰＳＺボール及びエタノールと共にポットミルに投入し、１６時間湿式で混合した。そしてその後、脱水・乾燥し、７００℃の温度で仮焼処理を行って仮焼物を得た。
【００４２】
次に、この仮焼物を有機バインダ、純水、及びＰＳＺボールと共に再びポットミルに投入し、混合して湿式粉砕し、脱水、乾燥処理を行った。そしてその後、一軸プレス装置を使用してプレス成形し、円板状のセラミック成形体を得た。
【００４３】
次いで、５００℃程度の温度で、このセラミック成形体に脱バインダ処理を施した後、密閉された匣（さや）に収容し、９５０℃の温度で約２時間焼成処理を行ってセラミック焼結体を作製した。そしてその後、該セラミック焼結体の両主面に研磨処理を施して圧電セラミック素体を作製し、その後、前記両主面に電極ペーストを塗布して焼付け処理を行い、これにより圧電セラミック素体の両主面に電極を形成した。
【００４４】
そしてこの後、２ｍｍ×２ｍｍの寸法にダイサーで角状に切り出した。これにより試料番号１〜７の試料を得た。得られた試料の外形寸法は、直径：２ｍｍ、厚み：２ｍｍ、厚み：０.５ｍｍであった。
【００４５】
〔試料の評価〕
上記試料番号１〜７の試料について、厚み方向の圧電定数ｄ33を求めた。
【００４６】
すなわち、６ｋＶ／ｍｍの電界強度を印加し、各電界印加時の厚み方向の歪みを接触式の変位計で変位量を測定し、この変位量と試料寸法から歪み量を算出し、電界-歪み曲線を求めた。そして、この電界-歪み曲線の傾きから、厚み方向の圧電定数ｄ33を求めた。尚、圧電定数ｄ33が５ｐｍ／Ｖ以上の試料を圧電特性が良好と判断した。
【００４７】
また、ヒステリシス評価システムで電圧−分極ヒステリシス曲線を求め、この電圧−分極ヒステリシス曲線から、抗電界Ｅｃを求めた。
【００４８】
表１は、試料番号１〜７の成分組成、圧電定数ｄ33、及び抗電界Ｅｃを示している。
【００４９】
【表１】
2011190160.tif 000003
【００５０】
この表１から明らかなように、試料番号２及び５の試料は、Ｍ２元素として、特許文献１記載のＭｇを使用しているため、圧電定数ｄ33がそれぞれ１．４ｐｍ／Ｖ、２．５ｐｍ／Ｖと低いことが分かった。
【００５１】
また、試料番号３は、Ｍ２元素として、特許文献２記載のＺｎを使用しているため、試料番号２及び５と同様、圧電定数ｄ33が１．８ｐｍ／Ｖと低いことが分かった。
【００５２】
これに対し試料番号１、４、６、及び７の各試料は、Ｍ２元素に本発明記載のＣｕを使用し、しかもｘ値が０．８〜１．０であるので、圧電定数ｄ33は、８．５〜２５．０ｐｍ／Ｖと大きく、良好な圧電特性が得られることが分かった。
【００５３】
また、圧電磁器組成物を圧電部品して使用する場合、抗電界Ｅｃを高くして脱分極し難くするのが望ましく、斯かる観点からは抗電界Ｅｃは２ｋＶ／ｍｍ以上が好ましい。
【００５４】
しかしながら、試料番号１及び４では、ｘ値が１．０と化学量論組成であるため、抗電界Ｅｃは、それぞれ０．５ｋＶ／ｍｍ、１．８ｋＶ／ｍｍと低い。
【００５５】
これに対し試料番号６及び７では、ｘ値をそれぞれ０．９、０．８と１．０未満にしているので、抗電界Ｅｃはそれぞれ３．２ｋＶ／ｍｍ、３．０ｋＶ／ｍｍとなり、抗電界Ｅｃを向上させることができた。すなわち、ｘ値を化学量論組成よりも少なくすることにより、抗電界Ｅｃを２．０ｋＶ／ｍｍ以上に向上させ得ることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
従来よりも圧電特性の良好な非鉛系の圧電磁器組成物を得ることができ、環境面に配慮した各種圧電部品を実現できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  圧電セラミック素体
２ａ、２ｂ  電極
【図１】
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