JP2001158662A - 圧電体磁器組成物 - Google Patents
圧電体磁器組成物Info
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- JP2001158662A JP2001158662A JP33808199A JP33808199A JP2001158662A JP 2001158662 A JP2001158662 A JP 2001158662A JP 33808199 A JP33808199 A JP 33808199A JP 33808199 A JP33808199 A JP 33808199A JP 2001158662 A JP2001158662 A JP 2001158662A
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- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
- ceramic composition
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動デバイス、フィルターなどに用いる圧電
体磁器材料で、有害な鉛を含まないものを得ること。 【解決手段】 化学式Ａ２＋５ｘＢｉ４−５ｘ（Ｔｉ
１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８で表され、ＡがＢａ、Ｓｒ、Ｃ
ａから選ばれる少なくとも１種の元素であって、ｘが０
≦ｘ＜０．３である組成の採用により、従来と同等の特
性を有する圧電体磁器材料が得られる。
体磁器材料で、有害な鉛を含まないものを得ること。 【解決手段】 化学式Ａ２＋５ｘＢｉ４−５ｘ（Ｔｉ
１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８で表され、ＡがＢａ、Ｓｒ、Ｃ
ａから選ばれる少なくとも１種の元素であって、ｘが０
≦ｘ＜０．３である組成の採用により、従来と同等の特
性を有する圧電体磁器材料が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動デバイス、フ
ィルター、発振子などに用いられる圧電体磁器材料に係
り、更に詳しくは、鉛を含まず環境への負荷が小さい圧
電体磁器材料の組成に関わるものである。
ィルター、発振子などに用いられる圧電体磁器材料に係
り、更に詳しくは、鉛を含まず環境への負荷が小さい圧
電体磁器材料の組成に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電セラミックス材料として、Ｐ
ｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３の２成分で構成されるＰＺＴ
系セラミックスや、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、Ｐｂ
（Ｍｇ ０．５Ｎｂ０．５）ＴｉＯ３の３成分で構成され
るＰＣＭ系セラミックスが主に用いられてきた。
ｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３の２成分で構成されるＰＺＴ
系セラミックスや、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、Ｐｂ
（Ｍｇ ０．５Ｎｂ０．５）ＴｉＯ３の３成分で構成され
るＰＣＭ系セラミックスが主に用いられてきた。
【０００３】これらの材料が多用されてきたのは、大き
な圧電性を示すことは勿論であるが、それとともに次の
理由が挙げられる。つまり圧電セラミックス材料の用途
は、センサー、アクチュエータ、フィルターなど多岐に
わたり、それぞれに要求される特性も異なるが、上記材
料系では各成分の構成比を調整することにより、要求に
対応した特性が比較的容易に得られるからである。
な圧電性を示すことは勿論であるが、それとともに次の
理由が挙げられる。つまり圧電セラミックス材料の用途
は、センサー、アクチュエータ、フィルターなど多岐に
わたり、それぞれに要求される特性も異なるが、上記材
料系では各成分の構成比を調整することにより、要求に
対応した特性が比較的容易に得られるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの材料
を構成する成分は、何れも鉛を含む化合物であり、原料
全体で酸化鉛に換算して６０重量％以上も含まれてい
る。酸化鉛は、低温でも揮発性が高く、仮焼、焼結など
の製造工程で匣から大気中に洩れ出す可能性がある。ま
た、酸化鉛は還元され易く、仮焼、焼結などの工程で還
元されることもあり、しかも生成した鉛単体が他の金属
に比較して高い揮発性を有する。
を構成する成分は、何れも鉛を含む化合物であり、原料
全体で酸化鉛に換算して６０重量％以上も含まれてい
る。酸化鉛は、低温でも揮発性が高く、仮焼、焼結など
の製造工程で匣から大気中に洩れ出す可能性がある。ま
た、酸化鉛は還元され易く、仮焼、焼結などの工程で還
元されることもあり、しかも生成した鉛単体が他の金属
に比較して高い揮発性を有する。
【０００５】鉛は、強い毒性を有することが古くから知
られていて、それは生体内の酵素による化学反応を妨げ
ることによると言われている。このため、鉛は環境への
負荷が大変大きな物質であり、対策のための設備投資が
膨大な額となる。また、製造工程以外においても、産業
廃棄物中に鉛を含む圧電体磁器材料が含まれると、鉛が
環境に溶出することも考えられ、これを含まない圧電体
磁器材料が要望されている。
られていて、それは生体内の酵素による化学反応を妨げ
ることによると言われている。このため、鉛は環境への
負荷が大変大きな物質であり、対策のための設備投資が
膨大な額となる。また、製造工程以外においても、産業
廃棄物中に鉛を含む圧電体磁器材料が含まれると、鉛が
環境に溶出することも考えられ、これを含まない圧電体
磁器材料が要望されている。
【０００６】そこで、これらの代替材料として、（Ｂｉ
０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３で示されるＢｉ層状化合物
が検討されてきた。しかし、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）
ＴｉＯ３は、電気機械結合係数Ｋｔが４０％程度と実用
に供することができる範囲であるが、機械的品質係数Ｑ
ｍが２５０程度と低いため、実用化には到らなかった。
０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３で示されるＢｉ層状化合物
が検討されてきた。しかし、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）
ＴｉＯ３は、電気機械結合係数Ｋｔが４０％程度と実用
に供することができる範囲であるが、機械的品質係数Ｑ
ｍが２５０程度と低いため、実用化には到らなかった。
【０００７】また、Ｂｉ層状化合物としてＢｉ４Ｔｉ３
Ｏ１２も検討され、機械的品質係数Ｑｍは、２７００と
ＰＺＴに比較して十分高いものが得られたが、電気機械
結合係数Ｋｔが小さく、これも実用化されなかった。
Ｏ１２も検討され、機械的品質係数Ｑｍは、２７００と
ＰＺＴに比較して十分高いものが得られたが、電気機械
結合係数Ｋｔが小さく、これも実用化されなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の対
策を検討した結果なされたもので、化学式Ａ２＋５ｘＢ
ｉ４−５ｘ（Ｔｉ１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８で表され、Ａ
がＢａ、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも１種の元素
である圧電体磁器組成物において、ｘが０≦ｘ＜０．３
であることを特徴とする圧電体磁器組成物である。
策を検討した結果なされたもので、化学式Ａ２＋５ｘＢ
ｉ４−５ｘ（Ｔｉ１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８で表され、Ａ
がＢａ、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも１種の元素
である圧電体磁器組成物において、ｘが０≦ｘ＜０．３
であることを特徴とする圧電体磁器組成物である。
【０００９】
【作用】本発明に用いられるの成分の毒性については、
酸化チタンの微粉末を大量に吸引した場合の呼吸器の障
害や、バリウムの炭酸塩を摂取した場合に嘔吐や激しい
下痢を引き起こすことなどが知られている。しかし、本
発明のような組成の圧電体磁器材料として用いた場合で
は、毒性が認められず、鉛を含む圧電体磁器材料に比較
して、環境に対する負荷がはるかに小さい。
酸化チタンの微粉末を大量に吸引した場合の呼吸器の障
害や、バリウムの炭酸塩を摂取した場合に嘔吐や激しい
下痢を引き起こすことなどが知られている。しかし、本
発明のような組成の圧電体磁器材料として用いた場合で
は、毒性が認められず、鉛を含む圧電体磁器材料に比較
して、環境に対する負荷がはるかに小さい。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につ
き、表を参照して具体的に説明する。主成分の原料とし
て高純度の炭酸バリウムＢａＣＯ３、炭酸ストロンチウ
ムＳｒＣＯ３、炭酸カルシウムＣａＣＯ３、酸化ビスマ
スＢｉ２Ｏ３、酸化チタンＴｉＯ２、酸化ニオブＮｂ２
Ｏ５を用いた。
き、表を参照して具体的に説明する。主成分の原料とし
て高純度の炭酸バリウムＢａＣＯ３、炭酸ストロンチウ
ムＳｒＣＯ３、炭酸カルシウムＣａＣＯ３、酸化ビスマ
スＢｉ２Ｏ３、酸化チタンＴｉＯ２、酸化ニオブＮｂ２
Ｏ５を用いた。
【００１１】これらを式Ａ２＋５ｘＢｉ４−５ｘ（Ｔｉ
１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８に対し、Ｂａを使用した場合
で、ｘを０、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０
と設定し、ＳｒまたはＣａを使用した場合で、ｘを０、
０．１、０．２、０．３と設定し、それぞれについて所
要量を秤量した。
１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８に対し、Ｂａを使用した場合
で、ｘを０、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０
と設定し、ＳｒまたはＣａを使用した場合で、ｘを０、
０．１、０．２、０．３と設定し、それぞれについて所
要量を秤量した。
【００１２】秤量した原料を、ボールミルを用いて２０
時間混合した。混合した原料を、８００℃で１時間保持
して仮焼を行い、ボールミルを用いて１０時間粉砕を行
った。次に、バインダーとしてポリビニルアルコールを
用いて造粒し、圧力１トン／ｃｍ２で直径が２０ｍｍ、
厚さが１ｍｍの円盤形状に成形した。
時間混合した。混合した原料を、８００℃で１時間保持
して仮焼を行い、ボールミルを用いて１０時間粉砕を行
った。次に、バインダーとしてポリビニルアルコールを
用いて造粒し、圧力１トン／ｃｍ２で直径が２０ｍｍ、
厚さが１ｍｍの円盤形状に成形した。
【００１３】焼結は、温度１０５０〜１１５０℃に２時
間保持して行った。次に、この焼結体の両面に銀電極を
設け、１００℃のシリコンオイル中で直流電圧４ｋＶ／
ｍｍを電極間に加え、厚み方向に分極して特性評価用の
試料を得た。
間保持して行った。次に、この焼結体の両面に銀電極を
設け、１００℃のシリコンオイル中で直流電圧４ｋＶ／
ｍｍを電極間に加え、厚み方向に分極して特性評価用の
試料を得た。
【００１４】これらの試料について圧電特性及び誘電特
性の測定を行った。圧電特性の測定はＬＦインピーダン
スアナライザーを用い、共振−反共振法により電気機械
結合係数Ｋｔと機械的品質係数Ｑｍを算出した。また、
誘電特性は、ＬＣＲメータを用いて、測定周波数１ＭＨ
ｚで測定を行った。
性の測定を行った。圧電特性の測定はＬＦインピーダン
スアナライザーを用い、共振−反共振法により電気機械
結合係数Ｋｔと機械的品質係数Ｑｍを算出した。また、
誘電特性は、ＬＣＲメータを用いて、測定周波数１ＭＨ
ｚで測定を行った。
【００１５】表１は、Ａ２＋５ｘＢｉ４−５ｘ（Ｔｉ
１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８におけるＡがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ
の場合毎にそれぞれのｘの数値について、電気機械結合
係数Ｋｐ、Ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、及び比誘電率ε
３３ ｔ／ε０の測定結果をまとめたものである。
１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８におけるＡがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ
の場合毎にそれぞれのｘの数値について、電気機械結合
係数Ｋｐ、Ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍ、及び比誘電率ε
３３ ｔ／ε０の測定結果をまとめたものである。
【００１６】
【表１】
【００１７】ＡがＢａの場合で、Ｋｐ、Ｋｔの欄が空白
となっている組成は、圧電特性が認められなかったもの
である。また、表１には記載しなかったが、ＡがＳｒ、
Ｃａの場合においても、Ｂａの場合と同様に、ｘ＞０.
５の範囲では圧電特性が見られなかった。
となっている組成は、圧電特性が認められなかったもの
である。また、表１には記載しなかったが、ＡがＳｒ、
Ｃａの場合においても、Ｂａの場合と同様に、ｘ＞０.
５の範囲では圧電特性が見られなかった。
【００１８】表１において、圧電特性が認められた試料
の機械的品質係数Ｑｍはすべて１０００以上である。ま
た誘電率も、すべての試料で１００〜２００の数値を示
し、フィルターなどの用途に適していることが判る。し
かし、電気機械結合係数Ｋｔについて見ると、ｘ＜０.
３の範囲では、どの試料においても３０％以上が得られ
たが、ｘ≧０.３の範囲では急激に減少し、実用には適
さない。
の機械的品質係数Ｑｍはすべて１０００以上である。ま
た誘電率も、すべての試料で１００〜２００の数値を示
し、フィルターなどの用途に適していることが判る。し
かし、電気機械結合係数Ｋｔについて見ると、ｘ＜０.
３の範囲では、どの試料においても３０％以上が得られ
たが、ｘ≧０.３の範囲では急激に減少し、実用には適
さない。
【００１９】以上から、化学式Ａ２＋５ｘＢｉ４−５ｘ
（Ｔｉ１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８で表され、ＡがＢａ、Ｓ
ｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも１種の元素であって、
ｘが０≦ｘ＜０．３である圧電体磁器組成物は、電気機
械結合係数Ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍが高く、フィルタ
ー、振動子などの用途への適用が可能である。
（Ｔｉ１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１８で表され、ＡがＢａ、Ｓ
ｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも１種の元素であって、
ｘが０≦ｘ＜０．３である圧電体磁器組成物は、電気機
械結合係数Ｋｔ、機械的品質係数Ｑｍが高く、フィルタ
ー、振動子などの用途への適用が可能である。
【００２０】上記の例では、Ａとして、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃ
ａをそれぞれ単独で用いた場合について説明したが、２
種以上の元素を併用した場合についても、同等の特性を
備えた圧電体磁器組成物が得られる。表２は、２種の元
素を組み合わせた例を、表１と同様に組成と特性の測定
結果をまとめて示したものである。
ａをそれぞれ単独で用いた場合について説明したが、２
種以上の元素を併用した場合についても、同等の特性を
備えた圧電体磁器組成物が得られる。表２は、２種の元
素を組み合わせた例を、表１と同様に組成と特性の測定
結果をまとめて示したものである。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】以上に詳しく説明したように、本発明に
よれば、鉛をまったく含まない組成で、従来と同等の圧
電特性を示す圧電体磁器組成物が得られ、本発明が電気
電子機器の環境への負荷低減に寄与するところは非常に
大きいものがある。
よれば、鉛をまったく含まない組成で、従来と同等の圧
電特性を示す圧電体磁器組成物が得られ、本発明が電気
電子機器の環境への負荷低減に寄与するところは非常に
大きいものがある。
Claims (1)
- 【請求項１】 化学式Ａ２＋５ｘＢｉ４−５ｘ（Ｔｉ
１−ｘＮｂｘ）５Ｏ１ ８で表され、ＡがＢａ、Ｓｒ、Ｃ
ａから選ばれる少なくとも１種の元素である圧電体磁器
組成物において、ｘが０≦ｘ＜０.３であることを特徴
とする圧電体磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33808199A JP2001158662A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 圧電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33808199A JP2001158662A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 圧電体磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001158662A true JP2001158662A (ja) | 2001-06-12 |
Family
ID=18314738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33808199A Pending JP2001158662A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 圧電体磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001158662A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002226264A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-14 | Kyocera Corp | 圧電磁器組成物および圧電共振子 |
| JP2002226265A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-14 | Kyocera Corp | 圧電磁器組成物および圧電共振子 |
| CN108911747A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-11-30 | 赵娟 | 一种硅钛共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料及其制备方法 |
-
1999
- 1999-11-29 JP JP33808199A patent/JP2001158662A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002226264A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-14 | Kyocera Corp | 圧電磁器組成物および圧電共振子 |
| JP2002226265A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-14 | Kyocera Corp | 圧電磁器組成物および圧電共振子 |
| JP4737843B2 (ja) * | 2001-01-31 | 2011-08-03 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器組成物および圧電共振子 |
| CN108911747A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-11-30 | 赵娟 | 一种硅钛共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料及其制备方法 |
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