(57)【要約】【課題】  高い圧電ｄ定数と高い脱分極温度を有し、生産性に優れた圧電磁器組成物を提供する。【解決手段】  組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝で表され、ｘ、ｙがそれぞれ０．０４０≦ｘ≦０．１００、０．００５≦ｙ≦０．０８０の範囲とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝で表され、ｘ、ｙがそれぞれ０．０４０≦ｘ≦０．１００、０．００５≦ｙ≦０．０８０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】
Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａの総モル数とＴｉ、Ｍｇ、Ｎｂの総モル数の比［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］が０．９８以上１．０２以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧電磁器組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛を含まない圧電磁器組成物に係り、特にアクチュエータ等に用いて好適な圧電磁器組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電磁器組成物として、二成分系と呼ばれるＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３）系の圧電磁器組成物や、三成分系と呼ばれるＰＣＭ｛ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３−Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝系の圧電磁器組成物が主に用いられてきた。これらの圧電磁器組成物は、大きな圧電特性を示す事は勿論であるが、それと共に以下の特徴を持っている。すなわち、圧電磁器組成物の用途はセンサ、アクチュエータ、フィルタ等多種にわたり、各用途に要求される特性も様々であるが、前述した材料系ではその特性を各成分量の割合を調整することにより、要求に対応した特性に適宜に調整できる利点がある。
【０００３】
近年、鉛を含まない圧電磁器組成物の開発が進み、上述したようなセンサ、アクチュエータ、フィルタ等様々な用途への応用が検討されている。鉛を含まない圧電磁器組成物として、例えば、特許文献１や特許文献２が提案されている。特許文献１には、組成式Ｂｉ１／２−１／２ａＮａ１／２−１／２ａＢａａＴｉＯ３＋ｂＮｂ２Ｏ５で表される圧電磁器組成物について記載されている。また、特許文献２には、組成式｛Ｌｉｘ（Ｋ１−ｙＮａｙ）１−ｘ｝（Ｎｂ１−ｚ−ｗＴａｚＳｂｗ）Ｏ３で表される圧電磁器組成物について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９―７８９５８号公報
【特許文献２】特開２００４―２４４３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電磁器組成物をアクチュエータへ適用するためには、圧電ｄ定数と脱分極温度の向上が要求される。圧電ｄ定数は、印加電界に対しての変位を表す特性で、大きいほうが望ましい。さらに、アクチュエータとしての実用性を考慮すると、圧電ｄ定数ｄ３３が１５０ｐＣ／Ｎ以上であることが望ましい。脱分極温度は、常温から温度を上昇させた場合に、圧電体の分極が消失する温度で、アクチュエータとしての実用性を考慮すると１５０℃以上であることが望ましい。
【０００６】
特許文献１に開示されている圧電磁器組成物は、圧電ｄ定数ｄ３３が１１５ｐＣ／Ｎ以下の材料であり、アクチュエータへの適用を目的とした場合、実用的な特性が十分でないという課題がある。また、特許文献２に開示されている圧電磁器組成物は、カリウムを含んだ組成である。カリウムの原料として一般に使用される炭酸カリウムは潮解性が高いため、製造工程での取り扱いや保管時の管理が煩雑であり、生産性に劣るという課題がある。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、高い圧電ｄ定数と高い脱分極温度を有し、生産性に優れた圧電磁器組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝で表され、ｘ、ｙの範囲を規定することにより、圧電ｄ定数ｄ３３が１５０ｐＣ／Ｎ以上であり、かつ脱分極温度が１５０℃以上となる圧電磁器組成物を得るものである。また、上記の組成式において、モル比［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］を０．９８以上１．０２以下と規定することにより、圧電ｄ定数ｄ３３を１５０ｐＣ／Ｎ以上となる圧電磁器組成物が得られる。また、潮解性が高いカリウムを含まないため、製造工程での取り扱いや保管等の管理が容易で、生産性に優れた圧電磁器組成物が得られる。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝で表され、ｘ、ｙがそれぞれ０．０４０≦ｘ≦０．１００、０．００５≦ｙ≦０．０８０の範囲であることを特徴とする圧電磁器組成物が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、上記の組成式において、Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａの総モル数とＴｉ、Ｍｇ、Ｎｂの総モル数の比［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］が０．９８以上１．０２以下であることを特徴とする圧電磁器組成物が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高い圧電ｄ定数と高い脱分極温度を有し、生産性に優れた圧電磁器組成物を提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝で表される。この組成式において、ｘ、ｙの値をそれぞれ０．０４０≦ｘ≦０．１００、０．００５≦ｙ≦０．０８０の範囲と規定することにより、圧電ｄ定数ｄ３３を１５０ｐＣ／Ｎ以上、脱分極温度を１５０℃以上とすることができる。
【００１３】
また、上記組成式において、ペロブスカイト構造のＡサイトに位置するＢｉ、Ｎａ、Ｂａの総モル数と、Ｂサイトに位置するＴｉ、Ｍｇ、Ｎｂの総モル数の比［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］を０．９８以上１．０２以下とするのが好ましい。この構造により、焼結性を高めることともに、圧電ｄ定数ｄ３３を１５０ｐＣ／Ｎ以上とすることができる。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
主成分原料として、ＢａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｎａ２ＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＯ３、Ｎｂ２Ｏ５試薬を用いた。これらを組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝について、０．０３０≦ｘ≦０．１１０、０≦ｙ≦０．０９０の範囲で、それぞれ化学量論的に配合し、ボールミルにより２０時間混合した。このとき、どの原料も保管時、配合時に激しい吸水等の問題は見られず、取り扱いが容易であった。
【００１５】
次に、混合した原料を８００〜１１００℃で１時間保持して仮焼し、２０時間粉砕を行った。８００〜１１００℃の仮焼温度は、各組成による最適温度を予備実験により決定し、それぞれの最適温度により仮焼を行った。バインダーとしてポリビニールアルコールを用い造粒した後、１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に加圧成型した。その後、１１００〜１２５０℃で２時間保持して焼成を行った。１１００〜１２５０℃の焼成温度も、各組成による最適温度を予備実験により決定し、それぞれの最適温度により焼成した。本発明の焼結体には異相の析出、緻密化困難等の問題はなく、容易に作製できた。この焼結体の両面に銀電極を形成し、１００℃のシリコンオイル中で、直流電界４ｋＶ／ｍｍを電極間に印加し、厚み方向に分極した。
【００１６】
分極して得られた各試料について、それぞれ圧電ｄ定数ｄ３３の測定を行った。測定はインピーダンスアナライザにより共振−反共振法で行った。また、インピーダンスアナライザにより共振波形を観測し、試料温度を常温から上昇させたときに、共振波形が観測できなくなる温度を脱分極温度とした。
【００１７】
組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝において、ｘ、ｙの値が本発明の範囲の試料を実施例、本発明の範囲外の試料を比較例として、圧電ｄ定数ｄ３３と脱分極温度を測定した結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2013001591.tif 000002
【００１９】
本発明の組成式（１−ｙ）｛（１−ｘ）（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−ｘＢａＴｉＯ３｝−ｙ｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝において０．０４０≦ｘ≦０．１００、０．００５≦ｙ≦０．０８０である実施例１〜９では、圧電ｄ定数ｄ３３が１５０ｐＣ／Ｎ以上、脱分極温度が１５０℃以上になった。
【００２０】
（実施例２）
主成分原料として、ＢａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｎａ２ＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＯ３、Ｎｂ２Ｏ５試薬を用いた。これらを組成式０．９５｛０．９４（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−０．０６ＢａＴｉＯ３｝−０．０５｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝の組成を基準とし、Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａの総モル数とＴｉ、Ｍｇ、Ｎｂの総モル数の比［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］が０．９７、０．９８、１．００、１．０２、１．０３になるように配合し、ボールミルにより２０時間混合した。
【００２１】
次に、混合した原料を８００〜１１００℃で１時間保持して仮焼し、次に２０時間粉砕を行った。８００〜１１００℃の仮焼温度は、［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］の各モル比による最適温度を予備実験により決定し、それぞれの最適温度により仮焼を行った。バインダーとしてポリビニールアルコールを用い造粒した後、１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に加圧成型した。その後、１１００〜１２５０℃で２時間保持して焼成を行った。１１００〜１２５０℃の焼成温度は、［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］の各モル比による最適温度を予備実験により決定し、それぞれの最適温度により焼成した。この焼結体の両面に銀電極を形成し、１００℃のシリコンオイル中で、直流電界４ｋＶ／ｍｍを電極間に印加し、厚み方向に分極した。
【００２２】
分極して得られた各試料について、それぞれ圧電ｄ定数ｄ３３の測定を行った。測定はインピーダンスアナライザにより共振−反共振法で行った。また、インピーダンスアナライザにより共振波形を観測し、試料温度を常温から上昇させたときに、共振波形が観測できなくなる温度を脱分極温度とした。
【００２３】
０．９５｛０．９４（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３）−０．０６ＢａＴｉＯ３｝−０．０５｛Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３｝の組成を基準とし、Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａの総モル数とＴｉ、Ｍｇ、Ｎｂの総モル数の比［（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）／（Ｔｉ＋Ｍｇ＋Ｎｂ）］が、本発明の範囲である０．９８以上１．０２以下の試料を実施例、本発明の範囲外の試料を比較例とした。圧電ｄ定数ｄ３３と脱分極温度を測定した結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
2013001591.tif 000003
【００２５】
比較例１７、１８のモル比が０．９８未満もしくは１．０２より大きい場合、脱分極温度は変わらないが、圧電ｄ定数ｄ３３が１５０ｐＣ／Ｎより小さくなった。実施例１０〜１２の本発明の範囲である、モル比が０．９８以上１．０２以下では、圧電ｄ定数ｄ３３が１５０ｐＣ／Ｎ以上、かつ脱分極温度が１５０℃以上となった。
【００２６】
以上説明したように、本発明の構成を採用することにより、高い圧電ｄ定数ｄ３３と高い脱分極温度を有し、生産性に優れ、アクチュエータに適用できる圧電磁器組成物を提供することが可能となった。