JP2002265262A

JP2002265262A - 圧電磁器

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Publication number: JP2002265262A
Application number: JP2001064206A
Authority: JP
Inventors: Kenji Horino; 賢治堀野; Masahito Furukawa; 正仁古川; Yoshiko Itsukida; 佳子五木田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP4529301B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電特性を向上させることができる圧電磁器
を提供する。【解決手段】ｘ（Ｎａ_0.5Ｂｉ_0.5）ＴｉＯ₃＋ｙ
（Ｋ_0.5Ｂｉ_0.5）ＴｉＯ ₃＋ｚＢｉ（Ｎｉ_0.5Ｔｉ
_0.5）Ｏ₃を含むことにより圧電特性が向上されるよう
になっている。これらは完全に固溶していてもよく、し
ていなくてもよい。組成比ｘ，ｙおよびｚは、これらを
頂点とした三角図において、Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.9
，0.1 ，０）、Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，１，０）、
およびＣ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，0.775 ，0.225 ）の各
点を結んだ範囲内の値であることが好ましい。但し、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｚ＝０は除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータ、
センサーまたはレゾネータなどの分野において広く利用
される圧電磁器に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電材料は、外部から電界が印加される
ことにより歪みを発生する（電気エネルギーの機械エネ
ルギーへの変換）効果と、外部から応力を受けることに
より表面に電荷が発生する（機械エネルギーの電気エネ
ルギーへの変換）効果とを有するものであり、近年、各
種分野で幅広く利用されている。例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃；ＰＺＴ）などの圧
電材料は、印加電圧に対して１×１０^-10ｍ／Ｖのオー
ダーでほぼ比例した歪みを発生することから、微少な位
置調整などに優れており、光学系の微調整などにも利用
されている。また、それとは逆に、圧電材料は加えられ
た応力あるいはそれによる自身の変形量に比例した大き
さの電荷が発生することから、微少な力や変形を読み取
るためのセンサーとしても利用されている。更に、圧電
材料は優れた応答性を有することから、交流電界を印加
することで、圧電材料自身あるいは圧電材料と接合関係
にある弾性体を励振して共振を起こさせることも可能で
あり、圧電トランス、超音波モータなどとしても利用さ
れている。

【０００３】現在実用化されている圧電材料の大部分
は、ＰｂＺｒＯ₃（ＰＺ）−ＰｂＴｉＯ₃（ＰＴ）から
なる固溶体系（ＰＺＴ系）である。その理由は、菱面晶
系のＰＺと正方晶系のＰＴの結晶学的な相境界（Ｍ．
Ｐ．Ｂ．）付近の組成を用いることで、優れた圧電特性
を得ることができるからである。このＰＺＴ系圧電材料
には、様々な副成分あるいは添加物を加えることによ
り、多種多様なニーズに応えるものが幅広く開発されて
いる。例えば、機械的品質係数（Ｑｍ）が小さいかわり
に圧電定数（ｄ）が大きく、直流的な使い方で大きな変
位量が求められる位置調整用のアクチュエータなどに用
いられるものから、圧電定数（ｄ）が小さいかわりに機
械的品質係数（Ｑｍ）が大きく、超音波モータなどの超
音波発生素子のような交流的な使い方をする用途に向い
ているものまで様々なものがある。

【０００４】また、ＰＺＴ系以外にも圧電材料として実
用化されているものはあるが、それもマグネシウム酸ニ
オブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃；ＰＭＮ）などの鉛
系ペロブスカイト組成を主成分とする固溶体がほとんど
である。

【０００５】ところが、これらの鉛系圧電材料は、主成
分として低温でも揮発性の極めて高い酸化鉛（ＰｂＯ）
を６０〜７０質量％程度と多量に含んでいる。例えば、
ＰＺＴまたはＰＭＮでは、質量比で約２／３が酸化鉛で
ある。よって、これらの圧電材料を製造する際には、磁
器であれば焼成工程、単結晶品であれば溶融工程などの
熱処理工程において、工業レベルで極めて多量の酸化鉛
が大気中に揮発し拡散してしまう。また、製造段階で放
出される酸化鉛については回収することも可能である
が、工業製品として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、これらが広
く環境中に放出されると、酸性雨による鉛の溶出などが
心配される。従って、今後圧電磁器および単結晶の応用
分野が広がり、使用量が増大すると、無鉛化の問題が極
めて重要な課題となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】鉛を全く含有しない圧
電材料としては、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ
₃）あるいはビスマス層状強誘電体などが知られてい
る。しかし、チタン酸バリウムはキュリー点が１２０℃
と低く、その温度以上では圧電性が消失してしまうの
で、はんだによる接合または車載用などの用途を考える
と実用的でない。一方、ビスマス層状強誘電体は、通常
４００℃以上のキュリー点を有しており、熱的安定性に
優れているが、結晶異方性が大きいので、ホットフォー
ジングなどで自発分極を配向させる必要があり、生産性
の点で問題がある。また、完全に鉛の含有をなくすと、
大きな圧電性を得ることが難しい。

【０００７】更に、最近では、新たな材料として、チタ
ン酸ビスマスナトリウム系の材料について研究が進めら
れている。例えば、特公平４−６００７３号公報，特開
平１１−１８０７６９号公報には、チタン酸ビスマスナ
トリウムとチタン酸バリウムとを含む材料が開示されて
おり、特開平１１−１７１６４３号公報にはチタン酸ビ
スマスナトリウムとチタン酸ビスマスカリウムとを含む
材料が開示されている。しかし、これらチタン酸ビスマ
スナトリウム系の材料では、鉛系圧電材料に比べると未
だ十分といえる圧電特性が得られておらず、圧電特性の
向上が求められていた。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、優れた圧電特性を示し、低公害化、
対環境性および生態学的見地からも優れた圧電磁器を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による圧電磁器
は、チタン酸カリウムビスマスと、ニッケル・チタン酸
ビスマスとを含むものである。

【００１０】本発明による他の圧電磁器は、チタン酸カ
リウムビスマスと、ニッケル・チタン酸ビスマスとを含
む固溶体を含有するものである。

【００１１】本発明によるこれらの圧電磁器では、ニッ
ケル・チタン酸ビスマスを含むことにより、圧電特性の
向上が図られる。なお、これらの圧電磁器は、更に、チ
タン酸ナトリウムビスマスを含んでいてもよい。

【００１２】また、これら酸化物のモル比による組成比
は、チタン酸カリウムビスマスが１未満０．７７５以上
に対して、ニッケル・チタン酸ビスマスが０よりも大き
く０．２２５以下の範囲内の値、または、チタン酸ナト
リウムビスマスをｘ、チタン酸カリウムビスマスをｙ、
ニッケル・チタン酸ビスマスをｚとした三角図におい
て、Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.9 ，0.1 ，０）、Ｂ（ｘ，
ｙ，ｚ）＝（０，１，０）およびＣ（ｘ，ｙ，ｚ）＝
（０，0.775 ，0.225 ）の各点を結んだ範囲内の値（ｚ
＝０を除く）であることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１４】本発明の一実施の形態に係る圧電磁器は、
チタン酸カリウムビスマスと、ニッケル・チタン酸ビス
マスとを含んでいる。または、チタン酸カリウムビスマ
スと、ニッケル・チタン酸ビスマスとを含む固溶体を含
有している。すなわち、チタン酸カリウムビスマスとニ
ッケル・チタン酸ビスマスとを含んでおり、それらは固
溶していてもよく、完全に固溶していなくてもよい。ま
た、チタン酸ナトリウムビスマスを更に含んでいてもよ
く、チタン酸ナトリウムビスマスはチタン酸カリウムビ
スマスおよびニッケル・チタン酸ビスマスと固溶してい
てもよく、完全に固溶していなくてもよい。

【００１５】これにより、この圧電磁器では、少なくと
も一部において結晶学的な相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）が形
成され、圧電特性が向上するようになっている。具体的
には、１成分系あるいは２成分系に比べて誘電率、電気
機械結合係数あるいは圧電定数などの圧電特性が向上す
るようになっている。

【００１６】チタン酸ナトリウムビスマスは、菱面晶系
（Rhombohedral）ペロブスカイト構造を有しており、ナ
トリウムおよびビスマスはペロブスカイト構造のＡサイ
トに位置し、チタンはペロブスカイト構造のＢサイトに
位置している。その組成は例えば化１により表される。

【００１７】

【化１】（Ｎａ_0.5Ｂｉ_0.5）_sＴｉＯ₃ 式中、ｓは化学量論組成であれば１であるが、化学量論
組成からずれていてもよく、１以下であれば焼結性を高
めることができると共により高い圧電特性を得ることが
できるので好ましい。ナトリウムとビスマスとの組成、
および酸素の組成は化学量論組成から求めたものであ
り、化学量論組成からずれていてもよい。

【００１８】チタン酸カリウムビスマスは、正方晶系
（Tetragonal）ペロブスカイト構造を有しており、カリ
ウムおよびビスマスはペロブスカイト構造のＡサイトに
位置し、チタンはペロブスカイト構造のＢサイトに位置
している。その組成は例えば化２により表される。

【００１９】

【化２】（Ｋ_0.5Ｂｉ_0.5）_tＴｉＯ₃ 式中、ｔは化学量論組成であれば１であるが、化学量論
組成からずれていてもよい。カリウムとビスマスとの組
成、および酸素の組成は化学量論組成から求めたもので
あり、化学量論組成からずれていてもよい。

【００２０】ニッケル・チタン酸ビスマスは、ペロブス
カイト構造を有する化合物に固溶する形で存在し、その
組成は例えば化３により表される。

【００２１】

【化３】Ｂｉ_u（Ｎｉ_0.5Ｔｉ_0.5）Ｏ₃ 式中、ｕは化学量論組成であれば１であるが、化学量論
組成からずれていてもよい。ナトリウムとチタンとの組
成、および酸素の組成は化学量論組成から求めたもので
あり、化学量論組成からずれていてもよい。

【００２２】これらチタン酸ナトリウムビスマスとチタ
ン酸カリウムビスマスとニッケル・チタン酸ビスマスと
のモル比による組成比は、図１に示したように、それら
を頂点とした三角図１００において、チタン酸ナトリウ
ムビスマスをｘ、チタン酸カリウムビスマスをｙ、ニッ
ケル・チタン酸ビスマスをｚとすると、数２に示した
Ａ、ＢおよびＣの各点を結んだｚ＝０を除く範囲内の値
であることが好ましい。但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、
Ａ、ＢおよびＣの各点を結んだ線上はｚ＝０を除き範囲
内に含まれる。図１では、Ａ、ＢおよびＣの各点を結ん
だ範囲内を左下斜線で示してあり、範囲内に含まれない
ｚ＝０の部分は破線で示してある。なお、ここで言う組
成比というのは、固溶しているものも固溶していないも
のも含めた圧電磁器全体における値である。

【００２３】

【数２】Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.9 ，0.1 ，０）Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，１，０）Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，0.775 ，0.225 ）

【００２４】これは、チタン酸カリウムビスマスの含有
量が少なくなりすぎると、またはニッケル・チタン酸ビ
スマスの含有量が多くなりすぎると、圧電特性が低下し
てしまうからである。

【００２５】また、これらチタン酸ナトリウムビスマス
とチタン酸カリウムビスマスとニッケル・チタン酸ビス
マスとのモル比による組成比は、図１に示したように、
数３に示したＤ、Ｅ、ＦおよびＧの各点を結んだ範囲内
の値であればより好ましい。但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であ
り、Ｄ、Ｅ、ＦおよびＧの各点を結んだ線上は範囲内に
含まれる。図１では、この範囲内を右下斜線で示してあ
る。

【００２６】

【数３】Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.582 ，0.388 ，0.030 ）Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.380 ，0.570 ，0.050 ）Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.360 ，0.540 ，0.100 ）Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.558 ，0.372 ，0.070 ）

【００２７】この範囲内において更に優れた圧電特性を
得ることができるからである。すなわち、少なくともチ
タン酸カリウムビスマスとニッケル・チタン酸ビスマス
とを含み、更に、チタン酸ナトリウムビスマスを含むよ
うにすればより好ましい。

【００２８】なお、この圧電磁器は鉛（Ｐｂ）を含んで
いてもよいが、その含有量は１質量％以下であることが
好ましく、鉛を全く含んでいなければより好ましい。焼
成時における鉛の揮発、および圧電部品として市場に流
通し廃棄された後における環境中への鉛の放出を最小限
に抑制することができ、低公害化、対環境性および生態
学的見地から好ましいからである。また、この圧電磁器
の結晶粒の平均粒径は例えば０．５μｍ〜２０μｍであ
る。

【００２９】このような構成を有する圧電磁器は、例え
ば、次のようにして製造することができる。

【００３０】まず、出発原料として、酸化ビスマス（Ｂ
ｉ₂Ｏ₃），炭酸ナトリウム（Ｎａ ₂ＣＯ₃），炭酸カ
リウム（Ｋ₂ＣＯ₃），酸化ニッケル（ＮｉＯ）および
酸化チタン（ＴｉＯ₂）などの粉末を必要に応じて用意
し、１００℃以上で十分に乾燥させたのち、目的とする
組成に応じて秤量する。なお、出発原料には、酸化物に
代えて炭酸塩あるいはシュウ酸塩のように焼成により酸
化物となるものを用いてもよく、炭酸塩に代えて酸化物
あるいは焼成により酸化物となる他のものを用いてもよ
い。

【００３１】次いで、例えば、秤量した出発原料をボー
ルミルなどにより有機溶媒中または水中で５時間〜２０
時間十分に混合したのち、十分乾燥し、プレス成形し
て、７５０℃〜９００℃で１時間〜３時間程度仮焼す
る。続いて、例えば、この仮焼物をボールミルなどによ
り有機溶媒中または水中で５時間〜３０時間粉砕したの
ち、再び乾燥し、バインダー水溶液を加えて造粒する。
造粒したのち、例えば、この造粒粉をプレス成形してブ
ロック状とする。

【００３２】ブロック状としたのち、例えば、この成形
体を４００℃〜８００℃で２時間〜４時間程度熱処理し
てバインダーを揮発させ、９５０℃〜１３００℃で２時
間〜４時間程度本焼成する。本焼成の際の昇温速度およ
び降温速度は、共に例えば５０℃／時間〜３００℃／時
間程度とする。本焼成ののち、得られた焼結体を必要に
応じて研磨し、電極を設ける。そののち、２５℃〜１０
０℃のシリコンオイル中で５ＭＶ／ｍ〜１０ＭＶ／ｍの
電界を５分間〜１時間程度印加して分極処理を行う。こ
れにより、上述した圧電磁器が得られる。

【００３３】このように本実施の形態によれば、チタン
酸カリウムビスマスと、ニッケル・チタン酸ビスマスと
を含むようにしたので、またはこれらを含む固溶体を含
有するようにしたので、誘電率、電気機械結合係数ある
いは圧電定数などの圧電特性を向上させることができ
る。

【００３４】よって、鉛を含有しないまたは鉛の含有量
が少ない圧電磁器についても、利用の可能性を高めるこ
とができる。すなわち、焼成時における鉛の揮発、およ
び圧電部品として市場に流通し廃棄された後における環
境中への鉛の放出を最小限に抑制することができる低公
害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた圧
電磁器の活用を図ることができる。

【００３５】特に、チタン酸ナトリウムビスマスを更に
含むように、または固溶体が更にチタン酸ナトリウムビ
スマスを含むようにすれば、より圧電特性を向上させる
ことができる。

【００３６】また、チタン酸ナトリウムビスマスとチタ
ン酸カリウムビスマスとニッケル・チタン酸ビスマスと
のモル比による組成比が、図１に示したように、Ａ
（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.9 ，0.1 ，０）、Ｂ（ｘ，ｙ，
ｚ）＝（０，１，０）およびＣ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，
0.775 ，0.225 ）の各点を結んだ範囲内の値（ｚ＝０を
除く）となるようにすれば、更には、Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）
＝（0.582 ，0.388 ，0.030）、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）＝
（0.380 ，0.570 ，0.050 ）、Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.
360 ，0.540 ，0.100 ）およびＧ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.
558 ，0.372 ，0.070 ）の各点を結んだ範囲内の値とな
るようにすれば、更に圧電特性を向上させることができ
る。

【００３７】

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３８】（実施例１〜２５）まず、チタン酸ナトリ
ウムビスマス（Ｎａ_0.5Ｂｉ_0.5）ＴｉＯ₃、チタン酸
カリウムビスマス（Ｋ_0.5Ｂｉ_0.5）ＴｉＯ₃、および
ニッケル・チタン酸ビスマスＢｉ（Ｎｉ_0.5Ｔｉ_0.5）
Ｏ₃の出発原料として、酸化ビスマス粉末、炭酸ナトリ
ウム粉末，炭酸カリウム粉末、酸化ニッケル粉末および
酸化チタン粉末を用意し、１００℃以上で十分に乾燥さ
せたのち、それらを秤量した。出発原料の配合比は、化
４に示した焼成後のモル比による組成比ｘ，ｙおよびｚ
が表１に示したようになるように実施例１〜２５で変化
させた。

【００３９】

【化４】

【００４０】

【表１】

【００４１】次いで、秤量した出発原料をボールミルに
より水中で約１６時間混合したのち、十分乾燥し、プレ
ス成形して、８５０℃で約２時間仮焼した。続いて、こ
の仮焼物をボールミルにより水中で約１６時間粉砕した
のち、再び乾燥し、バインダーとしてポリビニールアル
コール（ＰＶＡ）水溶液を加えて造粒した。そののち、
この造粒粉をプレス成形してブロック状とし、６００℃
で約２時間熱処理してバインダーを揮発させ、表１に示
した焼成温度で２時間本焼成した。本焼成の際の昇温速
度および降温速度は共に２００℃／時間とした。

【００４２】本焼成したのち、得られた焼成体を研磨し
て１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの矩形板状とし、その両面
に銀ペーストを焼き付けて電極を形成した。そののち、
５０℃のシリコンオイル中で１０ＭＶ／ｍの電界を１５
分間印加して分極処理を行った。これにより、実施例１
〜２５の圧電磁器を得た。

【００４３】得られた実施例１〜２５の圧電磁器につい
て、比誘電率εｄ、電気機械結合係数ｋ₃₁、および圧電
定数ｄ₃₁を測定した。その際、比誘電率εｄの測定はＬ
ＣＲメータ（ヒューレットパカード社製ＨＰ４２８４
Ａ）により行い、電気機械結合係数ｋ₃₁および圧電定数
ｄ₃₁の測定はインピーダンスアナライザー（ヒューレッ
トパカード社製ＨＰ４１９４Ａ）とデスクトップコンピ
ュータとを用いた自動測定器により共振反共振法で行っ
た。それらの結果を表１に示す。

【００４４】また、本実施例に対する比較例１〜７とし
て、化４に示したモル比による組成比ｘ，ｙおよびｚが
表２に示したようになるように出発原料の配合比を変化
させると共に、焼成温度を表２に示したように最適温度
としたことを除き、他は本実施例と同一の条件で圧電磁
器を作製した。比較例１〜７についても、本実施例と同
様にして、比誘電率εｄ、電気機械結合係数ｋ₃₁および
圧電定数ｄ₃₁を測定した。それらの結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】なお、比較例１は実施例１〜３に対する比
較例、比較例２は実施例４〜７に対する比較例、比較例
３は実施例８〜１１に対する比較例、比較例４は実施例
１２〜１４に対する比較例、比較例５は実施例１５〜１
７に対する比較例、比較例６は実施例１８〜２１に対す
る比較例、比較例７は実施例２２〜２５に対する比較例
にそれぞれ該当している。

【００４７】表１および表２に示したように、本実施例
によれば、比較例に比べて比誘電率εｄについて大きな
値が得られた。すなわち、チタン酸ナトリウムビスマス
（Ｎａ_0.5Ｂｉ_0.5）ＴｉＯ₃と、チタン酸カリウムビ
スマス（Ｋ_0.5Ｂｉ_0.5）ＴｉＯ₃と、ニッケル・チタ
ン酸ビスマスＢｉ（Ｎｉ_0.5Ｔｉ_0.5）Ｏ₃とを含むよ
うに、あるいはそれらの固溶体を含むようにすれば、ま
たは、チタン酸カリウムビスマス（Ｋ_0.5Ｂｉ_0.5）Ｔ
ｉＯ₃と、ニッケル・チタン酸ビスマスＢｉ（Ｎｉ_0.5
Ｔｉ_0.5）Ｏ₃とを含むように、あるいはそれらの固溶
体を含むようにすれば、圧電特性を向上できることが分
かった。

【００４８】また、実施例１，２、実施例４〜６、実施
例８〜１０、実施例１２，１３、実施例１５，１６、実
施例１８〜２０および実施例２２〜２４によれば、比較
例に比べて圧電定数ｄ₃₁についても優れた値が得られ
た。すなわち、図２および図３に示したように、それら
の組成比が、三角図２００において、Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）
＝（0.9 ，0.1 ，０）、Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，１，
０）およびＣ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，0.775 ，0.225 ）
の各点を結んだ範囲内の値（ｚ＝０を除く）となるよう
にすれば、圧電特性をより向上できることが分かった。
なお、図３は図２の一部を拡大して表したものであり、
図２および図３において○印を付した番号は各実施例の
番号を表している。

【００４９】更に、実施例８〜１０，１２，１５によれ
ば、比較例に比べて電気機械結合係数ｋ₃₁についても優
れた値が得られ、実施例８〜１０，１２，１５，１６に
よれば、特に優れた圧電定数ｄ₃₁が得られた。すなわ
ち、図２および図３に示したように、それらの組成比
が、三角図２００において、Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.58
2，0.388 ，0.030 ）、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.380 ，
0.570 ，0.050 ）、Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.360 ，0.54
0 ，0.100 ）およびＧ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.558 ，0.37
2 ，0.070 ）の各点を結んだ範囲内の値となるようにす
れば、圧電特性を更に向上できることが分かった。

【００５０】加えて、ニッケル・チタン酸ビスマスＢｉ
（Ｎｉ_0.5Ｔｉ_0.5）Ｏ₃の組成比ｚを大きくすると、
比誘電率εｄは大きくなる傾向が見られ、組成比ｚを大
きくしすぎると、電気機械結合係数ｋ₃₁および圧電定数
ｄ₃₁が悪化してしまう傾向も見られた。

【００５１】なお、上記実施例では、チタン酸ナトリウ
ムビスマス、チタン酸カリウムビスマス、およびニッケ
ル・チタン酸ビスマスの各酸化物の組成について一例を
挙げて説明したが、上記実施の形態において説明したよ
うに、これらの酸化物が他の組成を有するように構成し
ても、同様の結果を得ることができる。

【００５２】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例
えば、上記実施の形態および実施例では、チタン酸カリ
ウムビスマスとニッケル・チタン酸ビスマスとを含む場
合、更にチタン酸ナトリウムビスマスを含む場合につい
てのみ説明したが、これらに加えて他の化合物を含んで
いてもよい。

【００５３】また、本発明は、チタン酸ナトリウムビス
マス，チタン酸カリウムビスマスおよびニッケル・チタ
ン酸ビスマスを構成する元素以外の元素を、不純物また
は他の化合物の構成元素として含んでいてもよい。その
ような元素としては、例えば、ストロンチウム（Ｓ
ｒ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），バ
リウム（Ｂａ），リチウム（Ｌｉ），ジルコニウム（Ｚ
ｒ），ハフニウム（Ｈｆ），タンタル（Ｔａ），ケイ素
（Ｓｉ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）および
希土類元素が挙げられる。

【００５４】更に、上記実施の形態では、チタン酸ナト
リウムビスマス，チタン酸カリウムビスマスおよびチタ
ン酸バリウムの結晶構造についても説明したが、上述し
た組成を有する酸化物を含んでいれば、またはこれらを
含む固溶体を含有していれば、これらの結晶構造につい
て論じるまでもなく、本発明に含まれる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項６のいずれか１に記載の圧電磁器によれば、チタン酸
カリウムビスマスと、ニッケル・チタン酸ビスマスとを
含むように、あるいはこれらを含む固溶体を含有するよ
うにしたので、誘電率、電気機械結合係数あるいは圧電
定数などの圧電特性を向上させることができる。よっ
て、鉛を含有しないまたは鉛の含有量が少ない圧電磁器
についても、利用の可能性を高めることができる。すな
わち、焼成時における鉛の揮発、および圧電部品として
市場に流通し廃棄された後における環境中への鉛の放出
を最小限に抑制することができる低公害化、対環境性お
よび生態学的見地から極めて優れた圧電磁器の活用を図
ることができる。

【００５６】特に、請求項２，請求項４または請求項６
に記載の圧電磁器によれば、更にチタン酸ナトリウムビ
スマスを含むようにしたので、より優れた圧電特性を得
ることができる。

【００５７】また、請求項５または請求項６記載の圧電
磁器によれば、それらの組成比を、チタン酸カリウムビ
スマスが１未満０．７７５以上に対して、ニッケル・チ
タン酸ビスマスが０よりも大きく０．２２５以下の範囲
内の値となるようにしたので、または、チタン酸ナトリ
ウムビスマスをｘ、チタン酸カリウムビスマスをｙ、ニ
ッケル・チタン酸ビスマスをｚとした三角図において、
Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.9 ，0.1 ，０）、Ｂ（ｘ，ｙ，
ｚ）＝（０，１，０）、およびＣ（ｘ，ｙ，ｚ）＝
（０，0.775 ，0.225 ）の各点を結んだ範囲内の値（ｚ
＝０を除く）となるようにしたので、更に優れた圧電特
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電磁器における
チタン酸ナトリウムビスマスとチタン酸カリウムビスマ
スとニッケル・チタン酸ビスマスとの組成比について好
ましい範囲およびより好ましい範囲を示す三角図であ
る。

【図２】本発明の実施例に係るチタン酸ナトリウムビス
マスとチタン酸カリウムビスマスとニッケル・チタン酸
ビスマスとの組成比を示す三角図である。

【図３】図２に示した三角図の一部を拡大して表すもの
である。

【符号の説明】

１００，２００…三角図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五木田佳子東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 4G031 AA01 AA11 AA23 AA35 BA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタン酸カリウムビスマスと、ニッケル・チタン酸ビスマスとを含むことを特徴とする
圧電磁器。
【請求項２】更に、チタン酸ナトリウムビスマスを含
むことを特徴とする請求項１記載の圧電磁器。
【請求項３】チタン酸カリウムビスマスと、ニッケル・チタン酸ビスマスとを含む固溶体を含有する
ことを特徴とする圧電磁器。
【請求項４】前記固溶体は、更に、チタン酸ナトリウ
ムビスマスを含むことを特徴とする請求項３記載の圧電
磁器。
【請求項５】チタン酸カリウムビスマスとニッケル・
チタン酸ビスマスとのモル比による組成比は、チタン酸
カリウムビスマスが１未満０．７７５以上に対して、ニ
ッケル・チタン酸ビスマスが０よりも大きく０．２２５
以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１また
は請求項３に記載の圧電磁器。
【請求項６】チタン酸ナトリウムビスマスと、チタン
酸カリウムビスマスと、ニッケル・チタン酸ビスマスと
のモル比による組成比は、それらを頂点とした三角図に
おいて、チタン酸ナトリウムビスマスをｘ、チタン酸カ
リウムビスマスをｙ、ニッケル・チタン酸ビスマスをｚ
とすると、数１に示したＡ、ＢおよびＣの各点を結んだ
範囲内の値（ｚ＝０を除く）であることを特徴とする請
求項２または請求項４に記載の圧電磁器。【数１】Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（0.9 ，0.1 ，０）、Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，１，０）、Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，0.775 ，0.225 ）