(57)【要約】【課題】酸化鉛成分を含有しない安価な材料で、優れた電気機械結合係数を有する圧電磁気組成物を提供すること。【解決手段】化学式［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）ｙ］Ｏ３の組成物において、Ｍの元素選択とｘ、ｙ、ａ、ｂの組成範囲を選択すること。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
［Ｂｉａ（Ｎａ１−ｘＫｘ）１−ａ］［Ｔｉ１−ｙ（Ｍ１−ｂＮｂｂ）ｙ］Ｏ３の化学式（但し、Ｍ＝Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ　の少なくとも１種以上の元素）で表され、ｘ、ｙ、ａ、ｂがモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．５、０．４≦ａ≦０．６、０．３≦ｂ＜１．０であることを特徴とする圧電磁器組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電磁器組成物において、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（Ｍ１／３Ｎｂ２／３）ｙ］Ｏ３の化学式（但し、Ｍ＝Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎの少なくとも１種以上の元素）で表され、ｘ、ｙがモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３であることを特徴とする圧電磁器組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子、圧電アクチュエータ、圧力センサ等の圧電デバイスに使用される圧電磁器組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電デバイスに用いられる圧電磁器組成物としては、ＰｂＴｉＯ３やＰｂＺｒＯ３を主成分とする圧電セラミックス（以下、ＰＺＴ系圧電セラミックスと略す）や、複合ペロブスカイト類を第三、第四成分としてＰＺＴ系圧電セラミックスに固溶させた多成分系ＰＺＴ系圧電セラミックスに代表されるように、酸化鉛を含有するものがほとんどである。
【０００３】
しかし、これらの酸化鉛を含有するセラミックスは、その製造プロセス中において酸化鉛成分の流出や揮発が免れ得ない。また、産業廃棄物中に、これらの酸化鉛を含有するセラミックスが含まれている場合、焼却灰や溶出による環境汚染が考えられる。そのため、酸化鉛成分を外部環境に排出させない対策が必要となり、膨大なコストが発生する。これらのことから、無酸化鉛圧電材料を供することは環境対策だけではなく製造コストの面からもきわめて有用であり、その出現が強く求められている。
【０００４】
実際に酸化鉛を含まない圧電セラミックスに関する公知文献として、（Ｂｉ−Ｎａ）ＴｉＯ３系の圧電セラミックスの特許である、特開平０９−１００１５６や特開２００１−２６１４３５等がある。該公開特許の圧電セラミックスの電気機械結合係数ｋｐは約１０〜２０％で、ＰＺＴ系圧電セラミックスのｋｐの５０％以上に比べて低い値となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、無酸化鉛圧電材料は、このように電気機械結合係数が低いことが欠点で、少しでも大きなｋｐを得ることが課題となっている。そこで、本発明は、酸化鉛成分を含有しない安価な材料で、優れた電気機械結合係数を有する圧電磁気組成物を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、［Ｂｉａ（Ｎａ１−ｘＫｘ）１−ａ］［Ｔｉ１−ｙ（Ｍ１−ｂＮｂｂ）ｙ］Ｏ３の化学式（但し、Ｍ＝Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種以上の元素）で表され、ｘ、ｙ、ａ、ｂがモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．５、０．４≦ａ≦０．６、０．３≦ｂ＜１．０であることを特徴とする圧電磁器組成物が得られる。
【０００７】
また、本発明によれば、前記圧電磁器組成物において、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（Ｍ１／３Ｎｂ２／３）ｙ］Ｏ３の化学式（但し、Ｍ＝Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎの少なくとも１種以上の元素）で表され、ｘ、ｙがモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３であることを特徴とする圧電磁器組成物が得られる。
【０００８】
本発明は、Ｂｉ−Ｎａ−Ｔｉ系圧電材料においてＮａの一部をＫで置換し、さらにＴｉの一部をＭ１−ｂＮｂｂ（但し、Ｍ＝Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種以上の元素）で置換することにより、圧電特性を改善させるものである。
【０００９】
特に、それぞれの置換量を０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３としたのは、この範囲以外では、優れた圧電特性が得られる相境界近傍の組成範囲から大きく外れることが原因で圧電特性が低下するためである。また、ａ、ｂを０．４≦ａ≦０．６、０．３≦ｂ＜１．０としたのは、この範囲外ではペロブスカイト構造の結晶のほかに異相が出現する等のため、圧電特性が劣化するためである。また、圧電セラミックスの製造方法は一般的な製造方法であればよく、特に限定するものではない。
【００１０】
【実施例】
本発明の圧電磁器組成物の実施例を以下に示す。
【００１１】
（実施例１）
化学的に高純度のＢｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、Ｎｂ２Ｏ５を用い、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）ｙ］Ｏ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３）の組成となるように配合し、これらの原料粉をジルコニアボール、エタノールとともにナイロンポットに入れ、２０時間湿式混合した。
【００１２】
次に、これらの混合粉を乾燥後、アルミナ匣鉢で９００℃予焼を行ってから、各予焼粉をジルコニアボール、エタノールとともにナイロンポットに入れ２０時間湿式粉砕し、この予焼・粉砕工程を２回繰り返した。更に引き続き、乾燥して得られた予焼粉砕粉にポリビニルアルコールバインダを混合して、φ２０×Ｔ３ｍｍに１．５×１０２ＭＰａの圧力でプレス成形した。この成形体を１０００〜１２００℃で２時間焼成し、各焼結体を１ｍｍの厚さに研磨加工した。その後、両面に銀ペーストを塗布して５５０℃で焼き付けて電極を形成し、１００℃のシリコーンオイル中で４〜７ｋＶ／ｍｍの直流電圧を１５分間印加して厚み方向に分極し、評価用の試料とした。測定結果を表１に示した。また、比較品として、本発明品と同様の製造方法で、組成が請求範囲外のものを製造し、測定結果を表１に示した。
【００１３】
【表１】
2004035350.tif 000002
【００１４】
圧電特性は、インピーダンスアナライザ（ＨＰ４１９４Ａ）を使用して、共振−反共振法で求めた。表１中のｋｐは、径方向振動の電気機械結合係数を示す。表１から明らかなように、０＜ｘ＜１かつ０＜ｙ≦０．３の範囲でｋｐの最大値は約３０％を示す。しかしながら、０．３＜ｙになると、ｋｐは小さくなり、とくに０．５＜ｙになると、ｋｐは最大でも約１０％と小さい値となってしまう。
【００１５】
（実施例２）
実施例１と同様に、化学的に高純度のＢｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５を用い、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（Ｖ１／３Ｎｂ２／３）ｙ］Ｏ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３）の組成となるように配合し、実施例１と同様の方法にて試料の作製、および特性評価を行った。測定結果を表２に示した。また、比較品として、本発明品と同様の製造方法で、組成が請求範囲外のものを製造し、測定結果を表２に示した。表２中のｋｐは径方向振動の電気機械結合係数を示す。
【００１６】
【表２】
2004035350.tif 000003
【００１７】
表２から明らかなように、０＜ｘ＜１かつ０＜ｙ≦０．３の範囲でｋｐの最大値は約３０％を示す。しかしながら０．３＜ｙになると、ｋｐは小さくなり、とくに０．５＜ｙになると、ｋｐは最大でも約１０％と小さい値となってしまう。
【００１８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、化学式［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）ｙ］Ｏ３の組成物において、Ｍの元素選択とｘ、ｙ、ａ、ｂの組成範囲を選択することで、通常市販の安価な原料酸化物を使用し、通常の粉末冶金的プロセスで、酸化鉛を含有せず、優れた電気機械的結合係数を有する、圧電磁器組成物を得ることが出来る。