JP2003165771A - 圧電磁器組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １０００℃以下の低温焼成が可能で、かつ誘
電率の大きい圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】 一般式Ｐｂ_a（Ｃｏ_α/2Ｗ_(2-α)/2）_bＴ
ｉ_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１
≦ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．１０を満足する主
成分に対して、副成分として、Ｐｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ
_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ_(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ
_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_(3-C)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ
_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．
９５〜１．０５である）よりなる群から選ばれる１種以
上を、１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電磁器組成物、詳
しくは、１０００℃以下の低温焼成が可能で、かつ比誘
電率の大きい圧電磁器組成物に関する。

【従来の技術】従来より、圧電磁器には、優れた圧電特
性を有するチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電磁器組成物が
広く用いられてきた。しかし、チタン酸ジルコン酸鉛系
の圧電磁器組成物は、焼成温度が１０５０℃以上と高い
ので、電極と共焼結する際に、高コストのパラジウムを
主成分として含む電極材料を用いなければならなかっ
た。このため、安価な銀などを主成分として含む電極材
料を用いることができるよう、１０００℃以下の低温焼
成が可能な圧電磁器組成物が要請されていた。これを受
けて、１０００℃以下の低温焼成が可能な圧電磁器組成
物として、コバルト酸タングステン酸鉛Ｐｂ（Ｃｏ_1/2
Ｗ_1/2）Ｏ₃とチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ₃とからなる２成分
磁器組成物が提案されている。（特開昭５４−９１７９
９参照）。

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の２成分
磁器組成物においては誘電率が小さいので、大きな誘電
率が必要とされる用途には使用できないという問題点が
あった。本発明の目的は、１０００℃以下の低温焼成が
可能で、誘電率の大きい圧電磁器組成物を提供すること
にある。

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る圧電磁
器組成物は、一般式Ｐｂ_a（Ｃｏ_α/2Ｗ_(2-α)/2）_bＴｉ
_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１≦
ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．１０を満足する主成
分に対して、副成分として、Ｐｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ
_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ_(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ
_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_{(3-C)/ 3}）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ
_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．
９５〜１．０５である）よりなる群から選ばれる１種以
上を、１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％含有させることを特徴
とする。また、第２の発明に係る圧電磁器組成物は、一
般式Ｐｂ_a（Ｃｏ_α/2Ｗ_{(2-α)/ 2}）_bＴｉ_1-bＯ₃で表さ
れ、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１≦ｂ≦０．３
３、０．９５≦α≦１．１０を満足する主成分に対し
て、副成分として、ＭｎをＭｎＯ₂に換算して０．５ｍ
ｏｌ％〜７．５ｍｏｌ％含有させることを特徴とする。
このような組成にすることにより、１０００℃以下の低
温焼成が可能であり、かつ、誘電率の大きい圧電磁器組
成物が得られる。また、第３の発明に係る圧電磁器組成
物は、上記圧電磁器組成物におけるＰｂ原子の２０ｍｏ
ｌ％以下を、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒよりなる群から選ばれた
１種以上の元素で置換したことを特徴とする。このよう
な組成にすることにより、焼結密度の高い圧電磁器が得
られる。

【発明の実施の形態】本発明に係る圧電磁器組成物にお
いて、上記のように組成範囲を限定した理由を説明す
る。Ｐｂ量ａに関して、０．９０≦ａ≦１．０５とした
のは、ａの値が０．９０より小さい場合、磁器の焼結性
が低下して１０００℃以下の低温焼成ができないからで
あり、ａの値が１．０５より大きい場合、焼結体の強度
が著しく低下して加工が困難になるからである。（Ｃｏ
_α/2Ｗ_(2-α)/2）量ｂに関して、０．２１≦ｂ≦０．３
３としたのは、ｂの値が０．２１より小さい場合、比誘
電率εｒが小さくなるからであり、ｂの値が０．３３よ
り大きい場合、キュリー温度が低下して圧電体としての
利用が困難になるからである。Ｃｏ量αに関して、０．
９５≦α≦１．１０としたのは、αの値が０．９５より
小さい場合、焼結体の変形量が大きくなりその後の工程
に支障が出るためであり、αの値が１．１０より大きい
場合、磁器の絶縁性が低下し分極処理が困難になるから
である。Ｐｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍ
ｎ_B/3Ｓｂ_(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_(3-C)/3）
Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．９５〜１．０５である）より
なる群から選ばれる１種以上含有させる量を１ｍｏｌ％
〜２０ｍｏｌ％としたのは、１ｍｏｌ％より少ない場
合、磁器の絶縁性が低下し分極処理が困難になるからで
あり、２０ｍｏｌ％より多い場合、キュリー温度が低下
して圧電体のとしての利用が困難になるからである。こ
のとき、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値を０．９５〜１．０５とし
たのは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値が０．９５より小さい場
合、焼結性が低下して緻密な磁器が得られないからであ
り、１．０５より大きい場合、磁器の絶縁性が低下して
分極処理が困難になるからである。副成分のＭｎ量に関
して、ＭｎＯ₂に換算して０．５ｍｏｌ％〜７．５ｍｏ
ｌ％としたのは、この範囲外において絶縁性改善効果が
得られないからである。Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒよりなる群か
ら選ばれた１種以上の元素によるＰｂ原子の置換量を２
０ｍｏｌ％以下としたのは、２０ｍｏｌ％を超えると焼
結性改善効果が見られないからである。

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
◆圧電磁器の素原料として、Ｐｂ₃Ｏ₄、Ｃｏ₃Ｏ₄、ＷＯ
₃、ＴｉＯ₂、ＭｎＣＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ
₅、ＢａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、およびＣａＣＯ₃を用意し
た。ただし、素原料は、他の酸化物や最終的に酸化物に
なるような他の化合物であってもよい。これらの素原料
を表１の組成になるように秤量し、以下の工程を経て試
料１〜５０を作製した。

【表１】 素原料を湿式で混合粉砕した後、８００〜１０００℃の
温度で２時間仮焼した。次に、得られた仮焼粉を粉砕
し、酢酸ビニル樹脂をバインダとして造粒を行なった
後、プレス成形によってφ１２ｍｍ×１．２ｍｍの円板
状の成形体を作製した。次に、成形体を１０００℃で３
時間焼成し板状焼結体を得た。次に、焼結体にラップ研
磨を施し１．０ｍの厚みにして、焼結体の主面に銀電極
を蒸着した後、１００℃のシリコンオイル中で３．５ｋ
Ｖ／ｍｍの電界を６０分印可して、分極処理を行なっ
た。このようにして得られた試料１〜５０について、焼
結体の焼結密度、絶縁性、キュリー温度、比誘電率を測
定し、その結果を表２に示した。なお、表１および表２
において、試料番号に＊が付されているものは、本発明
の範囲外にある比較例に相当する。なお、絶縁性は、上
記円板試料の絶縁抵抗をρ（Ω・ｃｍ）としてｌｏｇρ
で示す。

【表２】 以下、表１および表２に基づいて説明する。◆試料１の
ようにａ＜０．９０の場合、焼結密度が７．５ｇ／ｃｍ
³を下回って低下するため好ましくない。一方、試料５
のように１．０５＜ａの場合、磁器の強度が低下して焼
結体を加工することができなかった。よって、０．９０
≦ａ≦１．０５の範囲において、焼結密度が高く、かつ
強度が十分な圧電磁器が得られる。また、試料６のよう
にｂ＜０．２１の場合、比誘電率εｒが３００を下回っ
て小さくなるため好ましくない。一方、試料９のように
０．３３＜ｂの場合、キュリー温度が１５０℃未満に低
下し実用的な圧電体としては利用できない。よって、
０．２１≦ｂ≦０．３３の範囲において、焼結密度が高
く、かつ実用的な圧電体が得られる。また、試料１０の
ようにα＜０．９５の場合、焼結体の変形が大きく焼結
体の加工ができない。一方、試料１４のように１．１０
＜αの場合、ｌｏｇρの値が１０を下回って低下するた
め圧電体の分極処理が困難になる。よって、０．９５≦
α≦１．１０の範囲において、変形しにくく、かつ分極
処理しやすい圧電体が得られる。また、試料１５、２６
のように、副成分である鉛酸化物の含有量が１ｍｏｌ％
未満である場合、ｌｏｇρの値が１０を下回り、絶縁性
はそれほど改善されない。一方、試料１９、３０のよう
に、副成分である鉛酸化物の含有量が２０ｍｏｌ％を超
える場合、キュリー温度が１５０℃未満に低下し、実用
的な圧電体として利用できない。さらに、試料２０のよ
うにＡ＜０．９５の場合、焼結密度が低下する。一方、
試料２５のように１．０５＜Ａの場合、絶縁性がかえっ
て低下する。このことは、Ｂ、Ｃ、Ｄについても同様で
ある。よって、副成分としてＰｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ
_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ _(3-B)/3）Ｏ₃、Ｐｂ
_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ_(3-C)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ
_(2-D)/2）Ｏ₃（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．
９５以上１．０５以下の範囲の値をとる）よりなる群か
ら選ばれる１種以上の鉛酸化物を１ｍｏｌ％〜２０ｍｏ
ｌ％含有する場合、ｌｏｇρの値が１１以上となり、分
極処理が特に容易になるので好ましい。また、試料３７
のようにＭｎＣＯ₃の添加量が０．５ｍｏｌ％未満であ
る場合、絶縁性はそれほど改善されない。一方、試料４
３のようにＭｎＣＯ₃の含有量が７．５％を超える場
合、絶縁性がかえって低下する。よって、副成分として
ＭｎをＭｎＣＯ₃に換算して０．５ｍｏｌ％〜７．５ｍ
ｏｌ％含有する場合、ｌｏｇρの値が１２以上となり、
分極処理が特に容易になるので好ましい。また、Ｐｂ原
子をＳｒによって置換するときに、試料４８のように置
換量が２０ｍｏｌ％を超える場合では、焼結密度の改善
が見られない。一方、試料４４〜４７のように置換量が
２０ｍｏｌ％以下である場合、焼結密度が若干向上する
のでこの範囲が好ましい。また、試料４９、５０のよう
に、Ｃａ、Ｂａによって置換する場合も、同様に焼結密
度が若干向上する。

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る圧電磁
器組成物は、１０００℃以下の低温焼成が可能であり、
誘電率が大きく、分極処理がしやすい。また、本発明に
係る圧電磁器組成物を用いれば、焼結密度が高く、適度
なキュリー温度を有する実用的な圧電磁器が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G031 AA04 AA05 AA06 AA11 AA14 AA15 AA18 AA19 AA22 AA32 AA34 BA10 CA01 GA01 GA04 GA11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式Ｐｂ_a（Ｃｏ_α/2Ｗ_(2-α)/2）_bＴ
   ｉ_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１
   ≦ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．１０を満足する主
   成分に対して、 副成分として、Ｐｂ_a（Ｍｎ_A/3Ｎｂ_(3-A)/3）Ｏ₃、Ｐｂ
   _a（Ｍｎ_B/3Ｓｂ_{(3-B)/ 3}）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_C/3Ｔａ
   _(3-C)/3）Ｏ₃、Ｐｂ_a（Ｍｎ_D/2Ｗ_(2-D)/2）Ｏ₃（ただ
   し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはいずれも０．９５〜１．０５であ
   る）よりなる群から選ばれる１種以上を、１ｍｏｌ％〜
   ２０ｍｏｌ％含有させることを特徴とする圧電磁器組成
   物。
2. 【請求項２】 一般式Ｐｂ_a（Ｃｏ_α/2Ｗ_(2-α)/2）_bＴ
   ｉ_1-bＯ₃で表され、０．９０≦ａ≦１．０５、０．２１
   ≦ｂ≦０．３３、０．９５≦α≦１．１０を満足する主
   成分に対して、 副成分として、ＭｎをＭｎＯ₂に換算して０．５ｍｏｌ
   ％〜７．５ｍｏｌ％含有させることを特徴とする圧電磁
   器組成物。
3. 【請求項３】 Ｐｂ原子の２０ｍｏｌ％以下を、Ｃａ、
   Ｂａ、Ｓｒよりなる群から選ばれた１種以上の元素で置
   換したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の圧電磁器組成物。