(57)【要約】【課題】鉛成分を含有せずに優れた圧電特性および誘電特性を有する圧電磁器組成物を提供すること。【解決手段】［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（ＭαＶ１−α）ｃｙ］Ｏ３の化学式で表され、ｘ、ｙ、α、ｃがモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３、０．２≦α≦０．６、０．９５≦ｃ≦１．０５であり、Ｍが１から３の価数をとる元素である圧電磁器組成物とする。また、前記元素ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｙ、Ｇａ、Ｓｂのうちの少なくとも一種から選ばれた元素とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（ＭαＶ１−α）ｃｙ］Ｏ３の化学式で表され、ｘ、ｙ、α、ｃがモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３、０．２≦α≦０．６、０．９５≦ｃ≦１．０５であり、Ｍが１から３の価数をとる元素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、前記元素ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｙ、Ｇａ、Ｓｂのうちの少なくとも一種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、振動子、アクチュエータ、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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電デバイスに用いられるセラミックス材料はＰＴ（ＰｂＴｉＯ３）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３）に代表されるように鉛を含有するものがほとんどである。
【０００３】
しかし、これらの鉛を含有するセラミックスでは、製造プロセスにおいて鉛成分の揮発が免れ得ない。また、産業廃棄物中に、これらの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問題視されている。そのため、鉛成分を外部環境に排出させない対策が求められており、処理費用が増加しつつある。これらのことから、無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益である。
【０００４】
最近では、様々な組成系において無鉛圧電材料の研究が行われており、なかでもチタン酸ビスマスナトリウム系材料は良く研究されている。例えば、次の特許文献１および２に開示された例がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１７１６４３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１４３３３９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の材料系では未だ十分な圧電特性は得られておらず、改善が求められている。
【０００７】
この状況にあって、本発明は、鉛成分を含有せずに優れた圧電特性および誘電特性を有する圧電磁器組成物を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（ＭαＶ１−α）ｃｙ］Ｏ３の化学式で表され、ｘ、ｙ、α、ｃはモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３、０．２≦α≦０．６、０．９５≦ｃ≦１．０５であり、Ｍは１から３の価数をとる元素とすることで、鉛を含有せず優れた圧電磁器組成物を得ることが出来る。
【０００９】
また、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｙ、Ｇａ、Ｓｂのうち少なくとも一種とすることで、特に圧電特性が優れた圧電磁器組成物が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
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ＭαＶ１−α（Ｍ：１から３の価数をとる元素、α：モル比）で置換することにより、圧電特性および誘電特性を改善する。
【００１２】
すなわち、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（ＭαＶ１−α）ｃｙ］Ｏ３の化学式で表され、ｘ、ｙ、α、ｃがモル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３、０．２≦α≦０．６、０．９５≦ｃ≦１．０５であり、Ｍが１から３の価数をとる元素である圧電磁器組成物とすることにより、圧電特性および誘電特性を改善する。
【００１３】
このとき、元素ＭをＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｙ、Ｇａ、Ｓｂのうちの少なくとも一種から選ばれた元素とすることで、特に圧電特性に優れる圧電磁器組成物が得られる。
【００１４】
また、それぞれの置換量を０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３、０≦α≦０．６、０．９５≦ｃ≦１．０５としたのは、この範囲以外では圧電特性が低下するためである。この圧電材料において、ＫおよびＭαＶ１−α（Ｍ：１から３の価数をとる元素、α：モル比）は、それぞれＮａ、Ｔｉサイトを置換していると考えられるが、その一部が他のサイト、もしくは結晶粒界部分に存在していてもよい。また、構成元素の各モル比は５％以下であれば、幾分ずれていてもよく、２ａｔ％以下の不純物元素が混入していてもよい。
【００１５】
また、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。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の一実施例を説明する。
【００１７】
発明品として、化学的に高純度のＢｉ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＭｎＣＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｎＯ、Ｓｂ２Ｏ３を用い、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（ＭαＶ１−α）ｙ］Ｏ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３、０．２≦α≦０．６、Ｍ＝Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｓｂ）の組成となるように配合し、アルコールを用いてボールミルで４０時間混合した。これを乾燥し、大気中で８００〜１０００℃で１時間仮焼した。
【００１８】
次に、ボールミルで２０時間湿式粉砕を行った。乾燥して得られた粉末をポリビニルアルコールをバインダーとして造粒し、圧力１．５トン／ｃｍ２の一軸加圧成形により、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に成形した。焼成は、１０５０〜１２５０℃で２時間行った。得られた焼結体の上下面を平行研磨し、研磨面に銀電極を塗布、焼き付けし、１００℃のシリコーンオイル中で４〜７ｋＶ／ｍｍの直流電流を１５分間印加し厚み方向に分極した。
【００１９】
また、比較品として発明品と同様の製造方法で組成が請求項の範囲外のものも製造した。
【００２０】
表１に、発明品と比較品における、径方向および厚み方向の電気機械結合係数ｋｐ、ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、比誘電率ε３３Ｔ／ε０を示す。特性はインピーダンスアナライザーを用いて測定し、共振・反共振法により算出した。
【００２１】
【表１】
2004168603.tif 000002
【００２２】
Ｎａの一部をＫで、またＴｉの一部をＭαＶ１−α（  Ｍ＝Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｓｂ）で請求項の組成範囲内において置換した発明品は、圧電特性が改善されている。
【００２３】
さらに説明すると、ｘが０＜ｘ＜１を満たさないとき、ｋｐ  は２０未満になる。
【００２４】
また、ｙが０＜ｙ≦０．３を満たさないときにも、ｋｐ  は２０未満になる。
【００２５】
また、αが０．２≦α≦０．６を満たさないときには、圧電特性が得られないか、大きく低下する。
【００２６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、［Ｂｉ０．５（Ｎａ１−ｘＫｘ）０．５］［Ｔｉ１−ｙ（ＭαＶ１−α）ｃｙ］Ｏ３の化学式で表され、ｘ、ｙ、α、ｃが、モル比で０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．３、０．２≦α≦０．６、０．９５≦ｃ≦１．０５であり、Ｍが１から３の価数をとる元素とすることで、鉛を含有せず優れた圧電磁器組成物を得ることが出来る。
【００２７】
また、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｙ、Ｇａ、Ｓｂのうちの少なくとも一種とすることで、特に優れた圧電特性が得られる。