(57)【要約】【課題】鉛を含有せず、優れた圧電特性を有する圧電磁気組成物を提供する。【解決手段】（Ｌｉ１−ｘ−ｙＮａｘＫｙ）（Ｎｂ１−ｚＳｂｚ）Ｏ３＋ａｄｄｉｔｉｖｅ表わしたとき、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５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気組成物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ｌｉ１−ｘ−ｙＮａｘＫｙ）（Ｎｂ１−ｚＳｂｚ）Ｏ３と表わしたとき、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５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（ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）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】
（Ｌｉ１−ｘ−ｙＮａｘＫｙ）（Ｎｂ１−ｚＳｂｚ）Ｏ３＋ａｄｄｉｔｉｖｅと表わしたとき、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５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、（Ｌｉ１−ｘ−ｙＮａｘＫｙ）（Ｎｂ１−ｚＳｂｚ）Ｏ３＋ａｄｄｉｔｉｖｅと表わしたとき、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５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、（Ｌｉ１−ｘ−ｙＮａｘＫｙ）（Ｎｂ１−ｚＳｂｚ）Ｏ３と表わしたとき、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５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％含有させることにより焼成密度を向上させ、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。
【０００９】
ここで、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５の範囲と限定したのは、Ｌｉが過剰に含有された場合、良好な焼結体が得られず、又それ以外の範囲では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。
【００１０】
【実施例】
本発明の実施例を下述する。まず、出発原料としてＬｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ３粉末を所定量秤量し、更にＭｎＯ２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。
【００１１】
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。
【００１２】
乾燥後、７００〜９００℃で１〜１０時間保持し、仮焼した。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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メーターを用い、測定を行なった。
【００１８】
その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2004155601.tif 000002
【００２０】
表１の試料番号２〜４より、電気機械結合係数（円板径方向振動）の観点から、添加物の添加量には最適な量があることが分かる。又、試料１、２、９、１５、２０、２１からＬｉ、Ｎａ、Ｋの最適量が、そして、試料番号２、３、１４、１５、１６、１７、１８からＮｂ、Ｓｂの最適量が分かる。
【００２１】
つまり表１から、（Ｌｉ１−ｘ−ｙＮａｘＫｙ）（Ｎｂ１−ｚＳｂｚ）Ｏ３と表わしたとき、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５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、１０の条件が好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
上述のように、本発明において、（Ｌｉ１−ｘ−ｙＮａｘＫｙ）（Ｎｂ１−ｚＳｂｚ）Ｏ３と表わしたとき、０≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≧０．７、０≦ｚ≦０．３５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（ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）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。