(57)【要約】【課題】鉛を含有しない材料を使用し、優れた圧電特性を有する圧電磁器組成物を提供する。【解決手段】［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３＋ａｄｄｉｔｉｖｅと表わしたとき、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲である組成物に、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類以上を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有することを特徴とする圧電磁器組成物を提供することによる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３と表わしたとき、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲であることを特徴とする圧電磁器組成物。
【請求項２】
Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類以上を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有することを特徴とする請求項１記載の圧電磁器組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサー、アクチュエーター、フィルター等に使用される圧電素子用の圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電素子材料として、大きな圧電特性を示すＰＺＴ（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３）系セラミックス、ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）系セラミックスなど鉛系ペロブスカイト組成物が主に用いられてきた。
【０００３】
更にＰＺＴ、ＰＭＮ系セラミックスは、組成の選択、様々な副成分、或いは添加物を選択することにより、センサー、アクチュエーター、フィルター等、各用途別の様々な要求に対応した特性を操作できるという特長を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの材料は、酸化鉛として６０重量％以上と多量に鉛を含んでいる。酸化鉛は人体に有害であり、多量摂取は中毒を引き起こす危険性がある。また、酸化鉛は低温でも揮発性が強く、仮焼、本焼成等の製造過程で大気中に飛散してしまう。製造段階の鉛は回収することも可能であるが、市場に出された圧電製品に含有される酸化鉛については現状では回収が難しく産業廃棄物等から環境中に鉛成分が溶出することも考えられ、圧電応用分野の広がりと共に鉛成分の拡散が懸念される。従って、鉛原料を使用しない圧電磁器組成物を提供することは、環境保護の観点から、極めて重要な課題となる
【０００５】
即ち、本発明の課題は、鉛成分を含有しない安価な材料で、優れた圧電特性を有する圧電磁器組成物を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３＋ａｄｄｉｔｉｖｅと表わしたとき、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲であり、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類以上を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有することを特徴とする圧電磁器組成物を提供することにより、一般的に使用可能とされる電気機械結合係数（円板径方向振動）２０％以上を達成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３＋ａｄｄｉｔｉｖｅと表わしたとき、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲であることが必要であり、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種種類以上を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有することを特徴とする。
【０００８】
即ち、［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３と表したとき、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲である組成物により、電気機械結合係数（円板径方向振動）２０％以上の圧電磁器を得ることができる。又、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類以上を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有させることにより、更なる電気機械結合係数（円板径方向振動）の向上が図れる。
【０００９】
本発明においてμｉ温度特性のセカンダリーピークを２０℃〜５０℃に設定する理由は、セカンダリーピークが上記範囲を外れると、直流電流印加時のＬが高温、低温側で急激に低下したり、温度カーブにうねりを生じてしまい、広い温度域で４００μＨ以上に保つことが困難になるためである。
【００１０】
ここで、［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲と限定したのは、Ｌａが過剰に含有された場合、キュリー温度から、良好な特性が得られないからである。更にＣａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類以上を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有させるとしたのは、０．０１重量％以下では効果が薄く、又３重量％以上では電気機械結合係数（円板径方向振動）の特性悪化が著しいからである。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例を下述する。まず、出発原料としてＮａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＴｉＯ２粉末を所定量秤量し、更にＳｒＯ等、所望の添加物を秤量した。その際、モル比及び添加物量を表１に示す値になるように変化させた。尚、出発原料は上述されたものに限らず、熱処理後、酸化物になるものであれば良い。また添加物は、仮焼後に添加しても同様の効果が得られる。更に原料粉末不純物、工程混入不純物等として、Ｃａ  、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｆｅ等が混入する場合がある。
【００１２】
次に、秤量した原料粉末は、ボールミルを使用し、有機溶媒中で１〜１０時間混合した。
【００１３】
乾燥後、７００〜９００℃で１〜１０時間保持し、仮焼した。
【００１４】
そして、再びボールミルを使用し、有機溶媒中で５〜２４時間混合・粉砕した。
【００１５】
再び乾燥した粉末に、バインダーとしてポリビニルアルコールを加えて造粒し、圧力２〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２で、直径１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板にプレス成形した。
【００１６】
そして、この成形試料を８００〜１３００℃で１〜１０時間保持し、本焼成した。
【００１７】
この焼結体を厚さ０．４ｍｍまで研磨した後、その両面に銀ペーストを６００〜９００℃で焼き付け、電極を形成した。その後、４０〜１００℃のシリコンオイル中で３〜１０ｋＶ／ｍｍの直流電界を１０〜４０分印加して分極処理を行なった。これにより、表１の試料を得た。
【００１８】
得られた試料について、インピーダンスアナライザーを用い、共振反共振法に基づき、電気機械結合係数（円板径方向振動）を測定した。又、誘電率はＬＣＲメーターで測定した。
【００１９】
その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2004182532.tif 000002
【００２１】
表１の試料番号１〜５より、電気機械結合係数（円板径方向振動）の観点から、Ｎａ、Ｋの含有量には最適な量があることが分かる。又、試料番号６〜８ではＢｉ、Ｌａの最適量が分かる。更に、９、１５、２０、２１からＬｉ、Ｎａ、Ｋの最適量が、そして、試料番号３、１９、２０、２１からＳｒＯの最適量が分かる。加えて、試料番号９〜１８からＳｒの代わりにＣａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを添加しても電気機械結合係数（円板径方向振動）２０％以上の圧電磁器を得ることができると分かる。
【００２２】
つまり表１から、［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３と表わしたとき、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲である組成物に、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有させることにより、電気機械結合係数（円板径方向振動）２０％以上の圧電磁器を得ることができると分かる。又、電気機械結合係数（円板径方向振動）に注目すると、試料番号３、７、９、１２、１４、２０の条件が好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
上述のように、本発明において、［（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５（Ｂｉ１−ｙＬａｙ）０．５］ＴｉＯ３と表わしたとき、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３の範囲である組成物に、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類を酸化物換算で０．０１〜３重量％含有させることにより、電気機械結合係数（円板径方向振動）２０％以上の圧電磁器を得ることができる。よって、従来、圧電素子材料として使用されてきたＰＺＴ（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３）系セラミックス、ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）系セラミックスなど鉛系ペロブスカイト組成物に変わり、センサー、アクチュエーター、フィルター等に使用される圧電素子を提供できる。つまり、本発明の圧電磁器組成物は、過剰摂取すると人体に有害な鉛を一切使用してない為、鉛系ペロブスカイト組成物と違い、大気中への揮発・拡散、及び廃棄物等からの溶出など鉛成分の広がりに関する心配はない。このことは、人々の健康及び環境保護の観点から、極めて重要な効果をもたらすと期待できる。