JP2003206179A - Piezoelectric ceramic - Google Patents

Piezoelectric ceramic

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JP2003206179A
JP2003206179A JP2002002463A JP2002002463A JP2003206179A JP 2003206179 A JP2003206179 A JP 2003206179A JP 2002002463 A JP2002002463 A JP 2002002463A JP 2002002463 A JP2002002463 A JP 2002002463A JP 2003206179 A JP2003206179 A JP 2003206179A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
type oxide
piezoelectric
content
mol
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JP2002002463A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Nanao
勝 七尾
Shogo Murosawa
尚吾 室澤
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric ceramic which has a wide operating temperature range, exhibits a large displacement and can be easily fired and which is also excellent from the viewpoints of pollution reduction, environment conservation and ecology. <P>SOLUTION: A piezoelectric substrate 1 comprises a composition containing a perovskite-type oxide, (Na<SB>1-x-y</SB>K<SB>x</SB>Li<SB>y</SB>)(Nb<SB>1-z</SB>Sb<SB>z</SB>)O<SB>3</SB>and a tungsten bronze-type oxide M(Nb<SB>1-w</SB>Sb<SB>w</SB>)<SB>2</SB>O<SB>6</SB>(wherein M is an alkaline earth metal element). In the formula, it is preferable that (x), (y), (z) and (y) satisfy following relations: 0.1≤x≤0.9; 0<y≤0.2; 0<z<0.1 and 0≤w<0.1, and the content of the tungsten bronze-type oxide in the composition is ≤5.3 mol%. Thereby, it becomes possible to raise Curie temperature and enlarge the displacement, and further to easily fire the composition. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ペロブスカイト型
酸化物とタングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物
を含有する圧電磁器に係り、特に、アクチュエータなど
の振動素子,発音体またはセンサーなどに適した圧電磁
器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ceramic containing a composition containing a perovskite type oxide and a tungsten bronze type oxide, and is particularly suitable for a vibration element such as an actuator, a sounding body or a sensor. Regarding piezoelectric ceramics.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電磁器を利用したアクチュエータは、
電界を加えると機械的な歪みおよび応力を発生するとい
う圧電現象を利用したものである。このアクチュエータ
は、微量な変位を高精度に得ることができると共に、発
生応力が大きい等の特徴を有し、例えば、精密工作機械
や光学装置の位置決めに用いられている。アクチュエー
タに用いる圧電磁器としては、従来より、優れた圧電性
を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が最も多く利
用されている。しかし、チタン酸ジルコン酸鉛は鉛を多
く含んでいるので、最近では、酸性雨による鉛の溶出な
ど地球環境におよぼす悪影響が問題となっている。そこ
で、チタン酸ジルコン酸鉛に代替する、鉛を含有しない
圧電磁器の開発が望まれている。
2. Description of the Related Art An actuator using a piezoelectric ceramic is
It utilizes the piezoelectric phenomenon that mechanical strain and stress are generated when an electric field is applied. This actuator is capable of obtaining a small amount of displacement with high accuracy and has a feature that generated stress is large, and is used, for example, for positioning precision machine tools and optical devices. Conventionally, lead zirconate titanate (PZT), which has excellent piezoelectricity, has been most often used as a piezoelectric ceramic used in an actuator. However, since lead zirconate titanate contains a large amount of lead, the recent adverse effects on the global environment, such as the elution of lead due to acid rain, have become a problem. Therefore, it is desired to develop a lead-free piezoelectric ceramic that replaces lead zirconate titanate.

【0003】鉛を含有しない圧電磁器としては、例え
ば、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分として
含むものが知られている(特開平2−159079号公
報参照)。この圧電磁器は、比誘電率εrおよび電気機
械結合係数krが優れており、アクチュエータ用の圧電
材料として有望である。また、鉛を含有しない他の圧電
磁器としては、例えば、ニオブ酸ナトリウムカリウムリ
チウムを主成分として含むものが知られている(特開昭
49−125900号公報または特公昭57−6713
号公報参照)。この圧電磁器は、キュリー温度が350
℃以上と高く、電気機械結合係数krも優れていること
から、圧電材料として期待されている。更に、最近で
は、ニオブ酸ナトリウムカリウムとタングステンブロン
ズ型酸化物とを複合化したものも報告されている(特開
平9−165262号公報参照)。
As a piezoelectric ceramic containing no lead, for example, one containing barium titanate (BaTiO 3 ) as a main component is known (see Japanese Patent Laid-Open No. 2-159079). This piezoelectric ceramic has excellent relative permittivity εr and electromechanical coupling coefficient kr, and is promising as a piezoelectric material for actuators. As another piezoelectric ceramic containing no lead, for example, one containing sodium potassium potassium niobate as a main component is known (Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-125900 or Japanese Patent Publication No. 57-6713).
(See the official gazette). This piezoelectric ceramic has a Curie temperature of 350.
It is expected to be used as a piezoelectric material because it has a high temperature of ℃ or higher and an excellent electromechanical coupling coefficient kr. Further, recently, a composite of sodium potassium niobate and a tungsten bronze type oxide has been reported (see Japanese Patent Laid-Open No. 9-165262).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の鉛を含まない圧電磁器は、鉛系の圧電磁器に比べて圧
電特性が低く、十分に大きな発生変位量を得ることがで
きないという問題があった。また、チタン酸バリウムを
主成分とする圧電磁器では、チタン酸バリウムのキュリ
ー温度が約120℃と低いので、使用温度範囲が100
℃以下に限定されるという問題もあった。更に、ニオブ
酸ナトリウムカリウムリチウムを主成分とする圧電磁器
では、焼成時にナトリウム,カリウムおよびリチウムが
揮発しやすく、焼成が難しいという問題もあった。
However, these lead-free piezoelectric ceramics have lower piezoelectric characteristics than lead-based piezoelectric ceramics, and there is a problem that a sufficiently large amount of generated displacement cannot be obtained. . Further, in a piezoelectric ceramic containing barium titanate as a main component, the Curie temperature of barium titanate is as low as about 120 ° C., so that the operating temperature range is 100.
There was also a problem that it was limited to below ℃. Further, in the piezoelectric ceramic containing sodium potassium lithium niobate as a main component, there is a problem that sodium, potassium and lithium are easily volatilized during firing, which makes firing difficult.

【0005】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、使用温度範囲が広く、大きな発生変
位量を得ることができ、焼成が容易で、かつ、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。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to have a wide operating temperature range, obtain a large amount of generated displacement, facilitate firing, reduce pollution, and protect the environment. It is to provide excellent piezoelectric ceramics from the standpoint of sex and ecological viewpoint.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による圧電磁器
は、ペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ
型酸化物とを含む組成物を含有し、ペロブスカイト型酸
化物は、ナトリウム(Na),カリウム(K)およびリ
チウム(Li)を含む第1の元素と、ニオブ(Nb)お
よびアンチモン(Sb)を含む第2の元素と、酸素
(O)とからなり、第2の元素におけるアンチモンの含
有量は10mol%未満の範囲内のものである。
A piezoelectric ceramic according to the present invention contains a composition containing a perovskite type oxide and a tungsten bronze type oxide, and the perovskite type oxide is sodium (Na), potassium (K). ) And lithium (Li), a second element containing niobium (Nb) and antimony (Sb), and oxygen (O), and the content of antimony in the second element is 10 mol. It is within the range of less than%.

【0007】本発明による圧電磁器では、ペロブスカイ
ト型酸化物とタングステンブロンズ型酸化物とを含有
し、ペロブスカイト型酸化物がナトリウム,カリウム,
リチウム,ニオブおよびアンチモンを含んでいるので、
キュリー温度が高く、大きな電気機械結合係数kr,比
誘電率εrおよび発生変位量が得られ、かつ、焼成が容
易となる。
The piezoelectric ceramic according to the present invention contains a perovskite type oxide and a tungsten bronze type oxide, and the perovskite type oxide is sodium, potassium,
Since it contains lithium, niobium and antimony,
The Curie temperature is high, a large electromechanical coupling coefficient kr, a relative dielectric constant εr, and a generated displacement amount are obtained, and firing is easy.

【0008】なお、ペロブスカイト型酸化物の第1の元
素におけるカリウムの含有量は、10mol%以上90
mol%以下の範囲内であることが好ましく、第1の元
素におけるリチウムの含有量は、20mol%以下であ
ることが好ましい。
The content of potassium in the first element of the perovskite oxide is 10 mol% or more and 90% or more.
The content is preferably in the range of mol% or less, and the content of lithium in the first element is preferably 20 mol% or less.

【0009】また、組成物におけるタングステンブロン
ズ型酸化物の含有量は5.3mol%以下であることが
好ましい。タングステンブロンズ型酸化物は、アルカリ
土類金属元素のうちの少なくとも1種を含む第3の元素
と、ニオブおよびアンチモンからなる群のうちの少なく
ともニオブを含む第4の元素と、酸素とからなることが
好ましい。第3の元素は、マグネシウム(Mg),カル
シウム(Ca),ストロンチウム(Sr)およびバリウ
ム(Ba)からなるアルカリ土類金属元素群のうちの少
なくとも1種を含むことが好ましい。
Further, the content of the tungsten bronze type oxide in the composition is preferably 5.3 mol% or less. The tungsten bronze type oxide comprises a third element containing at least one of alkaline earth metal elements, a fourth element containing at least niobium in the group consisting of niobium and antimony, and oxygen. Is preferred. The third element preferably contains at least one selected from the group of alkaline earth metal elements consisting of magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba).

【0010】更に、この組成物を主成分とし、副成分と
して、遷移金属元素および希土類金属元素のうちの少な
くとも1種を含む酸化物、特にマンガン(Mn)を含む
酸化物を、主成分の0.01質量%以上1質量%以下の
範囲内で含有することが好ましい。
Furthermore, an oxide containing at least one of a transition metal element and a rare earth metal element as a sub-component, particularly an oxide containing manganese (Mn) as a main component, is prepared by using this composition as a main component. It is preferably contained in the range of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less.

【0011】[0011]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0012】本発明の一実施の形態に係る圧電磁器は、
主成分として、ペロブスカイト型酸化物と、タングステ
ンブロンズ型酸化物とを含む組成物を含有している。こ
の組成物において、ペロブスカイト型酸化物とタングス
テンブロンズ型酸化物とは、固溶していてもよく、完全
に固溶していなくてもよい。
A piezoelectric ceramic according to an embodiment of the present invention is
It contains a composition containing a perovskite type oxide and a tungsten bronze type oxide as main components. In this composition, the perovskite type oxide and the tungsten bronze type oxide may or may not be in solid solution.

【0013】ペロブスカイト型酸化物は、第1の元素と
第2の元素と酸素とからなる。第1の元素はナトリウ
ム,カリウムおよびリチウムを含み、第2の元素はニオ
ブおよびアンチモンを含んでいる。このような場合に、
鉛を含有せずあるいは鉛の含有量を少なくして、より優
れた圧電特性を得ることができるからである。また、キ
ュリー温度を高くすることができ、使用温度範囲を広く
することができるからである。このペロブスカイト型酸
化物の化学式は、例えば化1で表される。
The perovskite type oxide is composed of a first element, a second element and oxygen. The first element contains sodium, potassium and lithium, and the second element contains niobium and antimony. In such cases,
This is because it is possible to obtain more excellent piezoelectric characteristics by not containing lead or by reducing the content of lead. In addition, the Curie temperature can be increased and the operating temperature range can be widened. The chemical formula of this perovskite oxide is represented by, for example, Chemical formula 1.

【0014】[0014]

【化1】 (Na1-x-y x Liy m (Nb1-z Sbz )O3 式中、xは0<x<1、yは0<y<1,zは0<z<
0.1の範囲内の値である。m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。酸素
の組成は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成
からずれていてもよい。
[Formula 1] (Na 1-xy K x Li y ) m (Nb 1-z Sb z ) O 3 In the formula, x is 0 <x <1, y is 0 <y <1, and z is 0 <z <.
It is a value within the range of 0.1. m is 1 if it is a stoichiometric composition, but it may deviate from the stoichiometric composition. The oxygen composition is stoichiometrically determined and may deviate from the stoichiometric composition.

【0015】なお、第1の元素におけるカリウムの含有
量は、10mol%以上90mol%以下の範囲内であ
ることが好ましい。すなわち、例えば化1におけるx
は、モル比で、0.1≦x≦0.9の範囲内であること
が好ましい。カリウムの含有量が少なすぎると、比誘電
率εr,電気機械結合係数krおよび発生変位量を十分
に大きくすることができず、カリウムの含有量が多すぎ
ると、焼成時におけるカリウムの揮発が激しく、焼成が
難しいからである。
The content of potassium in the first element is preferably in the range of 10 mol% or more and 90 mol% or less. That is, for example, x in Chemical formula 1
Is preferably in the range of 0.1 ≦ x ≦ 0.9 in terms of molar ratio. If the content of potassium is too low, the relative permittivity εr, the electromechanical coupling coefficient kr and the amount of generated displacement cannot be increased sufficiently, and if the content of potassium is too high, the volatilization of potassium during firing is severe. , Because firing is difficult.

【0016】第1の元素におけるリチウムの含有量は2
0mol%以下であることが好ましく、2mol%以上
10mol%以下であればより好ましい。すなわち、例
えば化1におけるyは、モル比で0<y≦0.2の範囲
内、更には0.02≦y≦0.1の範囲内であることが
好ましい。リチウムの含有量が多すぎると、比誘電率ε
r,電気機械結合係数krおよび発生変位量を十分に大
きくすることができないからである。
The content of lithium in the first element is 2
It is preferably 0 mol% or less, and more preferably 2 mol% or more and 10 mol% or less. That is, for example, y in the chemical formula 1 is preferably in the range of 0 <y ≦ 0.2 and more preferably in the range of 0.02 ≦ y ≦ 0.1 in terms of molar ratio. If the lithium content is too high, the relative permittivity ε
This is because it is not possible to sufficiently increase r, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement amount.

【0017】第2の元素におけるアンチモンの含有量
は、例えば化1にも示したように、0mol%よりも大
きく10mol%未満であることが好ましい。アンチモ
ンの含有量が多すぎると、電気抵抗が下がり、分極がで
きなくなるからである。
The content of antimony in the second element is preferably more than 0 mol% and less than 10 mol% as shown in Chemical formula 1, for example. This is because if the content of antimony is too large, the electric resistance decreases and polarization cannot be performed.

【0018】第2の元素に対する第1の元素の組成比
(第1の元素/第2の元素)、例えば化1におけるm
は、モル比で0.95以上1.05以下の範囲内である
ことが好ましい。0.95未満であると、比誘電率ε
r,電気機械結合係数krおよび発生変位量が小さくな
り、1.05を超えると、焼結密度が低下することによ
り分極が難しくなってしまうからである。
The composition ratio of the first element to the second element (first element / second element), for example, m in Chemical formula 1
Is preferably in the range of 0.95 or more and 1.05 or less in terms of molar ratio. When it is less than 0.95, the relative dielectric constant ε
This is because r, the electromechanical coupling coefficient kr, and the amount of generated displacement become small, and when it exceeds 1.05, polarization becomes difficult due to a decrease in sintered density.

【0019】タングステンブロンズ型酸化物は、第3の
元素と第4の元素と酸素とからなる。第3の元素は、例
えば、アルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種を
含むことが好ましく、中でも、マグネシウム,カルシウ
ム,ストロンチウムおよびバリウムからなるアルカリ土
類金属元素群のうちの少なくとも1種を含むことが好ま
しい。第4の元素は、例えば、ニオブおよびアンチモン
からなる群のうちの少なくともニオブを含むことが好ま
しく、更にアンチモンも含んでいればより好ましい。こ
のような場合に、鉛を含有せずあるいは鉛の含有量を少
なくして、より優れた圧電特性を得ることができるから
である。このタングステンブロンズ型酸化物の化学式
は、例えば化2で表される。
The tungsten bronze type oxide comprises a third element, a fourth element and oxygen. The third element preferably contains, for example, at least one kind of alkaline earth metal element, and particularly contains at least one kind of alkaline earth metal element group consisting of magnesium, calcium, strontium and barium. It is preferable. The fourth element preferably contains, for example, at least niobium in the group consisting of niobium and antimony, and more preferably contains antimony. This is because in such a case, more excellent piezoelectric characteristics can be obtained by not containing lead or reducing the content of lead. The chemical formula of this tungsten bronze type oxide is represented by, for example, Chemical formula 2.

【0020】[0020]

【化2】M(Nb1-w Sbw 2 6 式中、Mは第3の元素を表し、wは0≦w<1の範囲内
の値である。第3の元素と第4の元素と酸素との組成比
は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成からず
れていてもよい。
Embedded image In the formula M (Nb 1-w Sb w ) 2 O 6 , M represents the third element, and w is a value within the range of 0 ≦ w <1. The composition ratio of the third element, the fourth element and oxygen is stoichiometrically determined, and may deviate from the stoichiometric composition.

【0021】なお、第4の元素は第2の元素と同一でも
よく、異なっていてもよい。第4の元素におけるアンチ
モンの含有量は、10mol%未満であることが好まし
い。アンチモンの含有量が多くなり過ぎると、電気抵抗
が下がり分極ができなくなるからである。
The fourth element may be the same as or different from the second element. The content of antimony in the fourth element is preferably less than 10 mol%. This is because if the content of antimony becomes too large, the electric resistance decreases and polarization becomes impossible.

【0022】ペロブスカイト型酸化物とタングステンブ
ロンズ型酸化物との組成比は、モル比で、化3に示した
範囲内であることが好ましい。すなわち、組成物におけ
るタングステンブロンズ型酸化物の含有量は、0mol
%よりも大きく5.3mol%以下であることが好まし
い。ペロブスカイト型酸化物に加えてタングステンブロ
ンズ型酸化物を含むことにより、焼成を容易とすること
ができると共に、比誘電率εr,電気機械結合係数kr
および発生変位量を大きくすることができる一方で、タ
ングステンブロンズ型酸化物の含有量が多すぎると、電
気機械結合係数krおよび発生変位量が小さくなってし
まうからである。
The composition ratio of the perovskite type oxide to the tungsten bronze type oxide is preferably within the range shown in Chemical formula 3 in terms of molar ratio. That is, the content of the tungsten bronze type oxide in the composition was 0 mol.
% And 5.3 mol% or less is preferable. By including the tungsten bronze type oxide in addition to the perovskite type oxide, the firing can be facilitated, and the relative permittivity εr and the electromechanical coupling coefficient kr can be obtained.
While the generated displacement amount can be increased, the electromechanical coupling coefficient kr and the generated displacement amount become small when the content of the tungsten bronze type oxide is too large.

【0023】[0023]

【化3】(1−n)A+nB 式中、Aはペロブスカイト型酸化物、Bはタングステン
ブロンズ型酸化物をそれぞれ表し、nは0<n≦0.0
53の範囲内の値である。
Embedded image In the formula, (1-n) A + nB, A is a perovskite type oxide, B is a tungsten bronze type oxide, and n is 0 <n ≦ 0.0.
It is a value within the range of 53.

【0024】この圧電磁器は、また、主成分である上記
組成物に加え、副成分として、遷移金属元素および希土
類金属元素のうちの少なくとも1種を含む酸化物を、主
成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内で含有
することが好ましい。焼結性を向上させることにより圧
電特性をより向上させることができるからである。中で
も、遷移金属元素のマンガンを含む酸化物が好ましい。
この副成分の酸化物は、主成分の組成物の粒界に存在し
ていることもあるが、主成分の組成物の一部に拡散して
存在していることもある。
This piezoelectric ceramic also contains, in addition to the above-mentioned composition as the main component, 0.01 mass% of the main component of an oxide containing at least one of a transition metal element and a rare earth metal element as a sub-component. % Or more and 1 mass% or less is preferable. This is because the piezoelectric characteristics can be further improved by improving the sinterability. Of these, oxides containing the transition metal element manganese are preferable.
The oxide of this subcomponent may exist in the grain boundary of the composition of the main component, or may exist in a part of the composition of the main component in a diffused state.

【0025】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。
The piezoelectric ceramic may contain lead (Pb), but its content is preferably 1% by mass or less, and more preferably no lead. Volatilization of lead during firing and release of lead into the environment after it is distributed to the market as a piezoelectric component and disposed of can be suppressed to a minimum, reducing pollution, environmental resistance and ecological viewpoints. This is because it is preferable.

【0026】この圧電磁器は、例えば、圧電素子である
アクチュエータなどの振動素子,発音体あるいはセンサ
ーなどの材料として好ましく用いられる。
This piezoelectric ceramic is preferably used as a material for a vibration element such as an actuator which is a piezoelectric element, a sounding body or a sensor.

【0027】図1は本実施の形態に係る圧電磁器を用い
た圧電素子の一構成例を表すものである。この圧電素子
は、本実施の形態の圧電磁器よりなる圧電基板1と、こ
の圧電基板1の一対の対向面1a,1bにそれぞれ設け
られた一対の電極2,3とを備えている。圧電基板1
は、例えば、厚さ方向、すなわち電極2,3の対向方向
に分極されており、電極2,3を介して電圧が印加され
ることにより、厚み方向に縦振動および径方向に広がり
振動するようになっている。
FIG. 1 shows a configuration example of a piezoelectric element using the piezoelectric ceramic according to this embodiment. This piezoelectric element includes a piezoelectric substrate 1 made of the piezoelectric ceramic of the present embodiment, and a pair of electrodes 2 and 3 provided on a pair of opposing surfaces 1a and 1b of the piezoelectric substrate 1, respectively. Piezoelectric substrate 1
Is polarized in the thickness direction, that is, the direction in which the electrodes 2 and 3 face each other, and when a voltage is applied via the electrodes 2 and 3, it is possible to cause longitudinal vibration in the thickness direction and radial vibration in the radial direction. It has become.

【0028】電極2,3は、例えば、金(Au)などの
金属によりそれぞれ構成されており、圧電基板1の対向
面1a,1bの全面にぞれぞれ設けられている。これら
電極2,3には、例えば、図示しないワイヤなどを介し
て図示しない外部電源が電気的に接続される。
The electrodes 2 and 3 are made of metal such as gold (Au), for example, and are provided on the entire surfaces of the opposing surfaces 1a and 1b of the piezoelectric substrate 1, respectively. An external power source (not shown) is electrically connected to the electrodes 2 and 3 via a wire (not shown), for example.

【0029】このような構成を有する圧電磁器および圧
電素子は、例えば、次のようにして製造することができ
る。
The piezoelectric ceramic and the piezoelectric element having such a structure can be manufactured, for example, as follows.

【0030】まず、主成分の原料として、例えば、ナト
リウム,カリウム,リチウム,アルカリ土類金属元素,
ニオブおよびアンチモンを含む酸化物粉末を必要に応じ
てそれぞれ用意する。また、副成分の原料として、必要
に応じて、例えば遷移金属および希土類元素のうちの少
なくとも1種を含む酸化物粉末を用意する。なお、これ
ら主成分および副成分の原料には、酸化物でなく、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
ものを用いてもよい。次いで、これら原料を十分に乾燥
させたのち、最終組成が上述した範囲となるように秤量
する。
First, as the raw materials of the main components, for example, sodium, potassium, lithium, alkaline earth metal elements,
Oxide powders containing niobium and antimony are prepared as needed. In addition, as a raw material of the subcomponent, if necessary, for example, an oxide powder containing at least one of a transition metal and a rare earth element is prepared. The raw materials for these main components and subcomponents may be not oxides, but carbonates or oxalates that become oxides by firing. Then, these raw materials are sufficiently dried, and then weighed so that the final composition falls within the above range.

【0031】続いて、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十分に混合し
たのち、乾燥し、プレス成形して、750℃〜1100
℃で1時間〜4時間仮焼する。仮焼したのち、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
中で十分に粉砕し、再び乾燥して、バインダーを加えて
造粒する。造粒したのち、この造粒粉を一軸プレス成形
機あるいは静水圧成形機(CIP)などを用いプレス成
形する。
Subsequently, for example, the weighed starting materials are thoroughly mixed in an organic solvent or water with a ball mill or the like, dried, and press-molded to 750 ° C. to 1100.
Calcination is performed at ℃ for 1 to 4 hours. After calcination, for example,
The calcined product is sufficiently crushed in an organic solvent or water with a ball mill or the like, dried again, and a binder is added to granulate. After granulating, the granulated powder is press-molded using a uniaxial press molding machine, a hydrostatic molding machine (CIP) or the like.

【0032】成形したのち、例えば、この成形体を加熱
して脱バインダを行い、更に950℃〜1350℃で2
時間〜4時間焼成する。焼成ののち、得られた焼結体を
必要に応じて加工して圧電基板1を形成し、電極2,3
を設け、加熱したシリコーンオイル中で電界を印加して
分極処理を行う。これにより、上述した圧電磁器および
図1に示した圧電素子が得られる。
After the molding, for example, the molded body is heated to remove the binder, and further, at 950 ° C. to 1350 ° C. for 2 hours.
Bake for ~ 4 hours. After firing, the obtained sintered body is processed as required to form the piezoelectric substrate 1, and the electrodes 2 and 3 are formed.
And a polarization treatment is performed by applying an electric field in heated silicone oil. As a result, the piezoelectric ceramic described above and the piezoelectric element shown in FIG. 1 are obtained.

【0033】このように本実施の形態によれば、第1の
元素としてナトリウム,カリウムおよびリチウムを含み
かつ第2の元素としてニオブおよびアンチモンを含むペ
ロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化
物とを含有し、第2の元素におけるアンチモンの含有量
を10mol%未満とするようにしたので、キュリー温
度を例えば150℃以上と高くすることができ、使用温
度範囲を広くすることができると共に、発生変位量を大
きくすることができる。また、容易に焼成することもで
きる。
As described above, according to the present embodiment, the perovskite type oxide containing sodium, potassium and lithium as the first element and niobium and antimony as the second element and the tungsten bronze type oxide are used. Since the content of antimony in the second element is set to be less than 10 mol%, the Curie temperature can be increased to, for example, 150 ° C. or higher, the operating temperature range can be widened, and the generated displacement can be increased. The amount can be increased. It can also be easily baked.

【0034】よって、鉛を含有しない、あるいは鉛の含
有量が少ない圧電磁器および圧電素子についても、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
ける鉛の揮発が少なく、市場に流通し廃棄された後も環
境中に鉛が放出される危険性が低く、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および
圧電素子の活用を図ることができる。
Therefore, it is possible to increase the applicability of piezoelectric ceramics and piezoelectric elements that do not contain lead or that contain a small amount of lead. In other words, there is little volatilization of lead during firing, there is a low risk of lead being released into the environment even after it has been distributed to the market and disposed of, and it is an extremely excellent piezoelectric material from the viewpoint of low pollution, environmental friendliness and ecological viewpoint. It is possible to utilize the porcelain and the piezoelectric element.

【0035】特に、第1の元素におけるカリウムの含有
量が10mol%以上90mol%以下となるようにす
れば、より優れた圧電特性を得ることができると共に、
焼成をより容易とすることができる。
Particularly, if the content of potassium in the first element is set to 10 mol% or more and 90 mol% or less, more excellent piezoelectric characteristics can be obtained, and
Baking can be made easier.

【0036】また、第1の元素におけるリチウムの含有
量が20mol%以下となるようにすれば、または、第
2の元素に対する第1の元素の組成比(第1の元素/第
2の元素)がモル比で0.95以上1.05以下の範囲
内となるようにすれば、または、組成物におけるタング
ステンブロンズ型酸化物の含有量が5.3mol%以下
となるようにすれば、発生変位量をより大きくすること
ができる。
If the content of lithium in the first element is 20 mol% or less, or the composition ratio of the first element to the second element (first element / second element). Is a molar ratio of 0.95 or more and 1.05 or less, or the content of the tungsten bronze-type oxide in the composition is 5.3 mol% or less, the generated displacement The amount can be larger.

【0037】更に、タングステンブロンズ型酸化物が、
アルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種を含む第
3の元素と、ニオブおよびアンチモンからなる群のうち
の少なくともニオブを含む第4の元素と、酸素とからな
るようにすれば、特に、第3の元素が、マグネシウム,
カルシウム,ストロンチウムおよびバリウムからなるア
ルカリ土類金属元素群のうちの少なくとも1種を含むよ
うにすれば、より優れた圧電特性を得ることができる。
Further, the tungsten bronze type oxide is
In particular, if a third element containing at least one of alkaline earth metal elements, a fourth element containing at least niobium in the group consisting of niobium and antimony, and oxygen are used, 3 elements are magnesium,
By including at least one selected from the group of alkaline earth metal elements consisting of calcium, strontium, and barium, more excellent piezoelectric characteristics can be obtained.

【0038】加えて、第4の元素におけるアンチモンの
含有量が10mol%未満となるようにすれば、発生変
位量をより大きくすることができる。
In addition, if the content of antimony in the fourth element is set to be less than 10 mol%, the generated displacement amount can be further increased.

【0039】更にまた、副成分として遷移金属元素およ
び希土類金属元素のうちの少なくとも1種を含む酸化物
を、主成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内
で含有するようにすれば、焼結性を向上させることがで
き、圧電特性をより向上させることができる。
Furthermore, an oxide containing at least one of a transition metal element and a rare earth metal element as a sub-component should be contained within the range of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less of the main component. For example, the sinterability can be improved and the piezoelectric characteristics can be further improved.

【0040】[0040]

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について説明
する。
EXAMPLES Further, specific examples of the present invention will be described.

【0041】(実施例1,2)化4に示したペロブスカ
イト型酸化物とタングステンブロンズ型酸化物とを含む
組成物を主成分として含有する圧電磁器を用い、図1に
示したような圧電素子を作製した。本実施例では図1を
参照し、図1に示した符号を用いて説明する。
(Examples 1 and 2) A piezoelectric element as shown in FIG. 1 is used by using a piezoelectric ceramic containing as a main component a composition containing the perovskite type oxide and the tungsten bronze type oxide shown in Chemical formula 4. Was produced. This embodiment will be described with reference to FIG. 1 and using the reference numerals shown in FIG.

【0042】[0042]

【化4】 [Chemical 4]

【0043】まず、主成分の原料として、炭酸ナトリウ
ム(Na2 CO3 )粉末、炭酸カリウム(K2 CO3
粉末、炭酸リチウム(Li2 CO3 )粉末、炭酸バリウ
ム(BaCO3 )粉末、酸化ニオブ(Nb2 5 )粉末
および五酸化アンチモン(Sb2 5 )をそれぞれ用意
した。また、副成分の原料として、炭酸マンガン(Mn
CO3 )粉末を用意した。次いで、これら主成分および
副成分の原料を十分に乾燥させ秤量したのち、ボールミ
ルにより水中で5時間混合し、乾燥して原料混合粉末を
得た。
First, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) powder and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) were used as raw materials for the main components.
Powder, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder, barium carbonate (BaCO 3 ) powder, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder and antimony pentoxide (Sb 2 O 5 ) were prepared, respectively. In addition, manganese carbonate (Mn
CO 3 ) powder was prepared. Then, the raw materials of the main component and the subcomponents were sufficiently dried and weighed, and then mixed in water for 5 hours by a ball mill and dried to obtain a raw material mixed powder.

【0044】その際、実施例1,2の原料混合粉末の配
合比を調整し、主成分の組成のうちアンチモンの含有
量、すなわち化4におけるzおよびwの値を表1に示し
たように変化させた。また、副成分の原料である炭酸マ
ンガン粉末の混合量は、主成分の原料のうち炭酸塩をC
2 が解離した酸化物に換算し、その換算した主成分の
原料の合計質量に対して0.5質量%となるようにし
た。すなわち、圧電磁器における酸化マンガンの含有量
は、主成分に対して0.31質量%となる。
At this time, the blending ratio of the raw material mixed powders of Examples 1 and 2 was adjusted, and the content of antimony in the composition of the main component, that is, the values of z and w in Chemical formula 4, were as shown in Table 1. Changed. The amount of the manganese carbonate powder, which is the raw material of the accessory component, is the same as that of the carbonate of the raw material of the main component.
O 2 was converted to the dissociated oxide, and was adjusted to be 0.5 mass% with respect to the converted total mass of the raw materials of the main components. That is, the content of manganese oxide in the piezoelectric ceramic is 0.31 mass% with respect to the main component.

【0045】[0045]

【表1】 [Table 1]

【0046】続いて、この原料混合粉末をプレス成形し
て、850℃〜1000℃で2時間仮焼した。仮焼した
のち、ボールミルを用いて水中で粉砕し、再び乾燥し
て、ポリビニルアルコールを加えて造粒した。造粒した
のち、この造粒粉を一軸プレス成形機により約40MP
aの圧力で直径17mmの円柱状に成形し、更に約40
0MPaの圧力で静水圧成形した。
Subsequently, this raw material mixed powder was press-molded and calcined at 850 ° C. to 1000 ° C. for 2 hours. After calcination, it was ground in water using a ball mill, dried again, and polyvinyl alcohol was added for granulation. After granulating, this granulated powder is about 40MP by a uniaxial press molding machine.
It is shaped into a cylinder with a diameter of 17 mm under the pressure of
Hydrostatic molding was performed at a pressure of 0 MPa.

【0047】成形したのち、この成形体を650℃で4
時間加熱して脱バインダを行い、更に950℃〜135
0℃で4時間焼成した。そののち、この焼成体をスライ
ス加工およびラップ加工により厚さ0.6mmの円板状
として圧電基板1を作製し、両面に銀ペーストを印刷し
て650℃で焼き付け、電極2,3を形成した。電極
2,3を形成したのち、30℃〜250℃のシリコーン
オイル中で3kV/mm〜10kV/mmの電界を1分
〜30分間印加して分極処理を行った。これにより、実
施例1,2の圧電素子を得た。
After molding, the molded body was molded at 650 ° C. for 4 hours.
It is heated for an hour to remove the binder, and further 950 ° C-135
It was calcined at 0 ° C. for 4 hours. After that, the fired body was sliced and lapped to form a disk-shaped piezoelectric substrate 1 having a thickness of 0.6 mm, and a silver paste was printed on both surfaces and baked at 650 ° C. to form electrodes 2 and 3. . After forming the electrodes 2 and 3, an electric field of 3 kV / mm to 10 kV / mm was applied for 1 minute to 30 minutes in silicone oil of 30 ° C. to 250 ° C. to perform polarization treatment. Thereby, the piezoelectric elements of Examples 1 and 2 were obtained.

【0048】得られた実施例1,2の圧電素子につい
て、24時間放置したのち、圧電特性として、比誘電率
εr、電気機械結合係数kr、および3kV/mmの電
界を印加した際の発生変位量を測定した。比誘電率εr
および電気機械結合係数krの測定にはインピーダンス
アナライザー(ヒューレット・パッカード社製HP41
94A)を用い、比誘電率εrを測定する際の周波数は
1kHzとした。発生変位量の測定には、図2に示した
ような渦電流による変位測定装置を用いた。この変位測
定装置は、一対の電極11,12の間に試料13を挟
み、直流電流を印加した場合の試料13の変位を変位セ
ンサ14により検出し、変位検出器15によりその発生
変位量を求めるものである。それらの結果を表1に示
す。なお、表1に示した発生変位量は、測定値を試料の
厚さで割り100を掛けた値(測定値/試料の厚さ×1
00)である。
The piezoelectric elements obtained in Examples 1 and 2 were left for 24 hours and then, as piezoelectric characteristics, relative dielectric constant εr, electromechanical coupling coefficient kr, and displacement generated when an electric field of 3 kV / mm was applied. The quantity was measured. Relative permittivity εr
And an electromechanical coupling coefficient kr is measured by an impedance analyzer (HP41 manufactured by Hewlett Packard).
94A), the frequency when measuring the relative permittivity εr was set to 1 kHz. An eddy current displacement measuring device as shown in FIG. 2 was used to measure the generated displacement amount. In this displacement measuring device, a sample 13 is sandwiched between a pair of electrodes 11 and 12, a displacement sensor 14 detects a displacement of the sample 13 when a direct current is applied, and a displacement detector 15 obtains the generated displacement amount. It is a thing. The results are shown in Table 1. The generated displacement amount shown in Table 1 is a value obtained by dividing the measured value by the thickness of the sample and multiplying by 100 (measured value / thickness of sample × 1
00).

【0049】本実施例に対する比較例1として、アンチ
モンを含まないように、すなわち化4におけるzおよび
wの値を0にしたことを除き、他は実施例1,2と同様
にして圧電素子を作製した。また、本実施例に対する比
較例2として、第2の元素および第4の元素におけるア
ンチモンの含有量を10mol%、すなわち化4におけ
るzおよびwの値を0.1としたことを除き、他は実施
例1,2と同様にして圧電素子を作製した。なお、原料
混合粉末における炭酸マンガン粉末の混合量は、実施例
1,2と同様に、圧電磁器における酸化マンガンの含有
量が主成分に対して0.31質量%となるようにした。
比較例1,2についても、実施例1,2と同様にして、
比誘電率εr、電気機械結合係数krおよび3kV/m
mの電界を印加した際の発生変位量を測定した。それら
の結果についても表1に合わせて示す。
As Comparative Example 1 to this Example, piezoelectric elements were manufactured in the same manner as in Examples 1 and 2 except that antimony was not contained, that is, the values of z and w in Chemical formula 4 were set to 0. It was made. Further, as Comparative Example 2 with respect to this Example, except that the content of antimony in the second element and the fourth element was 10 mol%, that is, the values of z and w in Chemical formula 4 were 0.1, Piezoelectric elements were produced in the same manner as in Examples 1 and 2. The amount of manganese carbonate powder mixed in the raw material mixed powder was set so that the content of manganese oxide in the piezoelectric ceramic was 0.31% by mass with respect to the main component, as in Examples 1 and 2.
Also in Comparative Examples 1 and 2, in the same manner as in Examples 1 and 2,
Relative permittivity εr, electromechanical coupling coefficient kr and 3kV / m
The amount of displacement generated when an electric field of m was applied was measured. The results are also shown in Table 1.

【0050】表1に示したように、実施例1,2によれ
ば、アンチモンを含まない比較例1よりも、比誘電率ε
rおよび発生変位量について優れた値を得ることができ
た。また、第2の元素および第4の元素におけるアンチ
モンの含有量が10mol%以上の比較例2では、分極
ができず、特性を測定することができなかった。すなわ
ち、第2の元素においてアンチモンを10mol%未満
の範囲内で含むペロブスカイト酸化物を含有するように
すれば、発生変位量を大きくできることが分かった。
As shown in Table 1, according to Examples 1 and 2, the relative permittivity ε is higher than that of Comparative Example 1 containing no antimony.
Excellent values could be obtained for r and the amount of displacement generated. Further, in Comparative Example 2 in which the content of antimony in the second element and the fourth element was 10 mol% or more, polarization could not be performed and the characteristics could not be measured. That is, it was found that when the second element contained a perovskite oxide containing antimony within the range of less than 10 mol%, the generated displacement amount could be increased.

【0051】(実施例3)化5に示した組成物を主成分
とし、タングステンブロンズ型酸化物の含有量すなわち
nの値を表2に示したように0.053としたことを除
き、他は実施例1と同様にして圧電素子を作製した。な
お、原料混合粉末における炭酸マンガン粉末の混合量
は、実施例1と同様に、圧電磁器における酸化マンガン
の含有量が主成分に対して0.31質量%となるように
した。また、本実施例に対する比較例3として、アンチ
モンを含まないように、すなわち化5におけるzおよび
wの値を0にしたことを除き、他は実施例3と同様にし
て圧電素子を作製した。更に、本実施例に対する比較例
4として、タングステンブロンズ型酸化物およびアンチ
モンを含まないようにしたことを除き、他は実施例1と
同様にして圧電素子を作製した。
(Example 3) Other than using the composition shown in Chemical formula 5 as a main component and setting the content of the tungsten bronze type oxide, that is, the value of n to be 0.053 as shown in Table 2. A piezoelectric element was manufactured in the same manner as in Example 1. The amount of manganese carbonate powder mixed in the raw material mixed powder was set so that the content of manganese oxide in the piezoelectric ceramic was 0.31% by mass with respect to the main component, as in Example 1. Further, as Comparative Example 3 with respect to this Example, a piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 3 except that antimony was not included, that is, the values of z and w in Chemical formula 5 were set to 0. Further, as Comparative Example 4 with respect to this Example, a piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 except that the tungsten bronze type oxide and antimony were not included.

【0052】[0052]

【化5】 [Chemical 5]

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】実施例3および比較例3,4についても、
実施例1と同様にして、比誘電率εr、電気機械結合係
数krおよび3kV/mmの電界を印加した際の発生変
位量を測定した。それらの結果を実施例1および比較例
1の結果と共に表2に示す。
Also in Example 3 and Comparative Examples 3 and 4,
In the same manner as in Example 1, the relative dielectric constant εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the amount of displacement generated when an electric field of 3 kV / mm was applied were measured. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 1 and Comparative Example 1.

【0055】表2に示したように、実施例3によれば、
実施例1と同様に、比較例3よりも比誘電率εr,電気
機械結合係数krおよび発生変位量について大きな値が
得られた。また、化5におけるnの値が大きくなるに従
い、つまりタングステンブロンズ型酸化物の含有量が多
くなるに従い、比誘電率εr,電気機械結合係数krお
よび発生変位量は大きくなり、極大値を示したのち、小
さくなる傾向が見られた。すなわち、主成分において
5.3mol%以下のタングステンブロンズ型酸化物を
含有するようにすれば、圧電特性を向上させることがで
き、発生変位量を大きくできることが分かった。
As shown in Table 2, according to the third embodiment,
Similar to Example 1, larger values were obtained than Comparative Example 3 with respect to relative permittivity εr, electromechanical coupling coefficient kr, and amount of generated displacement. Further, as the value of n in Chemical formula 5 increased, that is, as the content of the tungsten bronze type oxide increased, the relative permittivity εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement amount increased, showing maximum values. After that, it tended to become smaller. That is, it has been found that the piezoelectric characteristics can be improved and the amount of generated displacement can be increased by containing 5.3 mol% or less of the tungsten bronze type oxide in the main component.

【0056】(実施例5,6)化6に示した組成物を主
成分とし、第1の元素におけるカリウムの含有量すなわ
ちxの値を表3に示したように変化させたことを除き、
他は実施例1と同様にして圧電素子を作製した。なお、
原料混合粉末における炭酸マンガン粉末の混合量は、実
施例1と同様に、圧電磁器における酸化マンガンの含有
量が主成分に対して0.31質量%となるようにした。
また、本実施例に対する比較例5,6として、アンチモ
ンを含まないように、すなわち化6におけるzおよびw
の値を0にしたことを除き、他は実施例5,6と同様に
して圧電素子を作製した。比較例5は実施例5に対応
し、比較例6は実施例6に対応している。
(Examples 5 and 6) Except that the composition shown in Chemical formula 6 was used as the main component and the content of potassium in the first element, that is, the value of x was changed as shown in Table 3.
A piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. In addition,
The amount of manganese carbonate powder mixed in the raw material mixed powder was set so that the content of manganese oxide in the piezoelectric ceramic was 0.31% by mass based on the main component, as in Example 1.
In addition, as Comparative Examples 5 and 6 with respect to this example, z and w in Chemical formula 6 should be excluded so that antimony is not included.
Piezoelectric elements were produced in the same manner as in Examples 5 and 6 except that the value of was set to 0. Comparative Example 5 corresponds to Example 5, and Comparative Example 6 corresponds to Example 6.

【0057】[0057]

【化6】 [Chemical 6]

【0058】[0058]

【表3】 [Table 3]

【0059】実施例5,6および比較例5,6について
も、実施例1と同様にして、比誘電率εr,電気機械結
合係数krおよび3kV/mmの電界を印加した際の発
生変位量を測定した。それらの結果を実施例1および比
較例1の結果と共に表3に示す。
In Examples 5 and 6 and Comparative Examples 5 and 6, similarly to Example 1, the relative permittivity εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the amount of displacement generated when an electric field of 3 kV / mm was applied. It was measured. The results are shown in Table 3 together with the results of Example 1 and Comparative Example 1.

【0060】表3に示したように、実施例5,6によれ
ば、実施例1と同様に、比較例よりも比誘電率εr,電
気機械結合係数krおよび発生変位量について大きな値
が得られた。また、化6におけるxの値が大きくなるに
従い、つまりカリウムの含有量が多くなるに従い、比誘
電率εr,電気機械結合係数krおよび発生変位量は大
きくなり、極大値を示したのち、小さくなる傾向が見ら
れた。すなわち、第1の元素におけるカリウムの含有量
を10mol%以上90mol%以下とすれば、圧電特
性を向上させることができ、発生変位量を大きくできる
ことが分かった。
As shown in Table 3, according to Examples 5 and 6, similar to Example 1, larger values of relative permittivity εr, electromechanical coupling coefficient kr, and generated displacement than those of Comparative Example were obtained. Was given. Further, as the value of x in Chemical formula 6 increases, that is, as the content of potassium increases, the relative permittivity εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement amount increase, exhibiting the maximum value, and then decreasing. A trend was seen. That is, it was found that when the content of potassium in the first element is 10 mol% or more and 90 mol% or less, the piezoelectric characteristics can be improved and the generated displacement amount can be increased.

【0061】(実施例7)化7に示した組成物を主成分
とし、第1の元素におけるカリウムおよびリチウムの含
有量すなわちxおよびyの値を表4に示したように変化
させたことを除き、他は実施例1と同様にして圧電素子
を作製した。なお、原料混合粉末における炭酸マンガン
粉末の混合量は、実施例1と同様に、圧電磁器における
酸化マンガンの含有量が主成分に対して0.31質量%
となるようにした。また、本実施例に対する比較例7と
して、アンチモンを含まないように、すなわち化7にお
けるzおよびwの値を0にしたしたことを除き、他は実
施例7と同様にして圧電素子を作製した。
(Example 7) The composition shown in Chemical formula 7 was used as a main component, and the contents of potassium and lithium in the first element, that is, the values of x and y were changed as shown in Table 4. Except for the above, the piezoelectric element was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. The amount of the manganese carbonate powder mixed in the raw material mixed powder was 0.31% by mass with respect to the main component as the content of manganese oxide in the piezoelectric ceramic as in Example 1.
So that Further, as Comparative Example 7 with respect to this Example, a piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 7 except that antimony was not included, that is, the values of z and w in Chemical formula 7 were set to 0. .

【0062】[0062]

【化7】 [Chemical 7]

【0063】[0063]

【表4】 [Table 4]

【0064】実施例7および比較例7についても、実施
例1と同様にして、比誘電率εr,電気機械結合係数k
rおよび3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量
を測定した。それらの結果を実施例1および比較例1の
結果と共に表4に示す。
Also in Example 7 and Comparative Example 7, similar to Example 1, the relative permittivity εr and the electromechanical coupling coefficient k were obtained.
The amount of displacement generated when an electric field of r and 3 kV / mm was applied was measured. The results are shown in Table 4 together with the results of Example 1 and Comparative Example 1.

【0065】表4に示したように、実施例7によれば、
実施例1と同様に、比較例7よりも比誘電率εr,電気
機械結合係数krおよび発生変位量について大きな値が
得られた。また、化7におけるyの値が大きくなると、
つまりリチウムの含有量が多くなると、比誘電率εr,
電気機械結合係数krおよび発生変位量は小さくなる傾
向が見られた。すなわち、第1の元素におけるリチウム
の含有量を20mol%以下、より好ましくは2mol
%以上10mol%以下とすれば、圧電特性を向上させ
ることができ、発生変位量を大きくできることが分かっ
た。
As shown in Table 4, according to Example 7,
Similar to Example 1, larger values were obtained for the relative permittivity εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement than those of Comparative Example 7. Further, when the value of y in Chemical formula 7 becomes large,
That is, when the content of lithium increases, the relative permittivity εr,
The electromechanical coupling coefficient kr and the generated displacement tended to be small. That is, the content of lithium in the first element is 20 mol% or less, more preferably 2 mol.
It has been found that the piezoelectric characteristics can be improved and the generated displacement amount can be increased when the content is in the range of 10% to 10% by mol.

【0066】(実施例8)化8に示した組成物を主成分
とし、第3の元素の組成すなわちMを表5に示したよう
に変化させたことを除き、他は実施例1と同様にして圧
電素子を作製した。ストロンチウムおよびカルシウムの
出発原料には、炭酸ストロンチウム(SrCO3 )粉末
および炭酸カルシウム(CaCO3 )粉末を用いた。な
お、原料混合粉末における炭酸マンガン粉末の混合量
は、実施例1と同様に、圧電磁器における酸化マンガン
の含有量が主成分に対して0.31質量%となるように
した。また、本実施例に対する比較例8として、アンチ
モンを含まないように、すなわち化8におけるzおよび
wの値を0にしたしたことを除き、他は実施例8と同様
にして圧電素子を作製した。
Example 8 The same as Example 1 except that the composition shown in Chemical formula 8 was the main component and the composition of the third element, that is, M was changed as shown in Table 5. Then, a piezoelectric element was manufactured. Strontium carbonate (SrCO 3 ) powder and calcium carbonate (CaCO 3 ) powder were used as starting materials for strontium and calcium. The amount of manganese carbonate powder mixed in the raw material mixed powder was set so that the content of manganese oxide in the piezoelectric ceramic was 0.31% by mass with respect to the main component, as in Example 1. Further, as Comparative Example 8 with respect to this Example, a piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 8 except that antimony was not included, that is, the values of z and w in Chemical formula 8 were set to 0. .

【0067】[0067]

【化8】 [Chemical 8]

【0068】[0068]

【表5】 [Table 5]

【0069】実施例8および比較例8についても、実施
例1と同様にして、比誘電率εr,電気機械結合係数k
rおよび3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量
を測定した。それらの結果を実施例1および比較例1と
共に表5に示す。
Also in Example 8 and Comparative Example 8, similar to Example 1, the relative permittivity εr and the electromechanical coupling coefficient k were obtained.
The amount of displacement generated when an electric field of r and 3 kV / mm was applied was measured. The results are shown in Table 5 together with Example 1 and Comparative Example 1.

【0070】表5に示したように、実施例8によれば、
実施例1と同様に、比較例8よりも比誘電率εr,電気
機械結合係数krおよび発生変位量について大きな値が
得られた。すなわち、第3の元素として他のアルカリ土
類金属元素を含むようにしても、優れた圧電特性を得ら
れることが分かった。
As shown in Table 5, according to the eighth embodiment,
Similar to Example 1, larger values were obtained for the relative permittivity εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement than those of Comparative Example 8. That is, it was found that excellent piezoelectric characteristics can be obtained even if another alkaline earth metal element is included as the third element.

【0071】なお、上記実施例では、ペロブスカイト型
酸化物とタングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物
の組成についていくつかの例を挙げて具体的に説明した
が、上記実施の形態において説明した組成の範囲内であ
れば、他の組成であっても同様の結果を得ることができ
る。また、上記実施例では、第2の元素および第4の元
素におけるアンチモンの含有量、すなわち化4〜化8に
おけるzおよびwの値が同一である場合について示した
が、zとwの値が異なる場合についても、同様の結果を
得ることができる。
In the above example, the composition of the composition containing the perovskite type oxide and the tungsten bronze type oxide was specifically described with reference to some examples. However, the composition described in the above embodiment is described. Within the range, similar results can be obtained with other compositions. Further, in the above-mentioned examples, the case where the contents of antimony in the second element and the fourth element, that is, the values of z and w in Chemical formulas 4 to 8 are the same, is shown. Similar results can be obtained for different cases.

【0072】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、種々変形することがで
きる。例えば、上記実施の形態および実施例では、ペロ
ブスカイト型酸化物とタングステンブロンズ型酸化物と
の組成物を含有する場合について説明したが、この組成
物にペロブスカイト型酸化物およびタングステンブロン
ズ型酸化物以外の他の成分を更に含んでいてもよい。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above embodiments and examples, the case where the composition of the perovskite-type oxide and the tungsten bronze-type oxide is contained is described. It may further contain other components.

【0073】また、上記実施の形態および実施例では、
主成分の組成物が第1の元素としてナトリウム,カリウ
ムおよびリチウムを含み、第2の元素としてニオブおよ
びアンチモンを含み、第3の元素としてアルカリ土類金
属元素のうちの少なくとも1種を含み、第4の元素とし
てニオブおよびアンチモンからなる群のうちの少なくと
もニオブを含む場合について説明したが、これら第1の
元素,第2の元素,第3の元素および第4の元素は、こ
れら以外の他の元素を更に含んでいてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment and examples,
The composition of the main component contains sodium, potassium and lithium as the first element, niobium and antimony as the second element, and at least one of alkaline earth metal elements as the third element, The case where at least niobium in the group consisting of niobium and antimony is contained as the element 4 has been described, but the first element, the second element, the third element, and the fourth element are other than these elements. It may further contain an element.

【0074】更に、上記実施の形態および実施例では、
主成分の組成物に加えて副成分を含む場合について説明
したが、本発明は、主成分の組成物を含んでいれば副成
分を含まない場合についても広く適用することができ
る。また、他の副成分を含む場合についても同様に適用
することができる。
Further, in the above-mentioned embodiment and example,
Although the case where the main component composition is contained in addition to the subcomponents has been described, the present invention can be widely applied to the case where the main component composition is contained and the subcomponents are not contained. Further, the same can be applied to the case where other subcomponents are included.

【0075】加えて、上記実施の形態では、単層構造の
圧電素子を例に挙げて説明したが、積層構造など他の構
造を有する圧電素子についても、本発明を同様に適用す
ることができる。また、圧電素子としてアクチュエータ
などの振動素子,発音体およびセンサを例に挙げたが、
他の圧電素子についても本発明を適用することができ
る。
In addition, in the above embodiment, the piezoelectric element having a single-layer structure has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to a piezoelectric element having another structure such as a laminated structure. . Further, as the piezoelectric element, a vibration element such as an actuator, a sounding body and a sensor are given as an example.
The present invention can be applied to other piezoelectric elements.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1ないし請
求項8のいずれかに記載の圧電磁器によれば、第1の元
素としてナトリウム,カリウムおよびリチウムを含みか
つ第2の元素としてニオブおよびアンチモンを含むペロ
ブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物
とを含有し、第2の元素におけるアンチモンの含有量を
10mol%未満とするようにしたので、キュリー温度
を例えば150℃以上と高くすることができ、使用温度
範囲を広くすることができると共に、発生変位量を大き
くすることができる。また、容易に焼成することもでき
る。よって、鉛を含有しない、あるいは鉛の含有量が少
ない圧電磁器および圧電素子についても、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
揮発が少なく、市場に流通し廃棄された後も環境中に鉛
が放出される危険性が低く、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および圧電素子
の活用を図ることができる。
As described above, according to the piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 8, the first element contains sodium, potassium and lithium and the second element contains niobium and Since the perovskite type oxide containing antimony and the tungsten bronze type oxide are contained and the content of antimony in the second element is set to be less than 10 mol%, the Curie temperature is set to be 150 ° C. or higher. Therefore, the operating temperature range can be widened, and the generated displacement amount can be increased. It can also be easily baked. Therefore, it is possible to increase the usability of piezoelectric ceramics and piezoelectric elements that do not contain lead or that contain a small amount of lead. In other words, there is little volatilization of lead during firing, there is a low risk of lead being released into the environment even after it has been distributed to the market and disposed of, and it is an extremely excellent piezoelectric material from the viewpoint of low pollution, environmental friendliness and ecological viewpoint. It is possible to utilize the porcelain and the piezoelectric element.

【0077】特に、請求項2ないし請求項8のいずれか
に記載の圧電磁器によれば、第1の元素におけるカリウ
ムの含有量が10mol%以上90mol%以下となる
ようにしたので、より優れた圧電特性を得ることができ
ると共に、焼成をより容易とすることができる。
Particularly, the piezoelectric ceramic according to any one of claims 2 to 8 is more excellent because the content of potassium in the first element is set to 10 mol% or more and 90 mol% or less. Piezoelectric properties can be obtained and firing can be facilitated.

【0078】また、請求項3ないし請求項8のいずれか
に記載の圧電磁器によれば、第1の元素におけるリチウ
ムの含有量が20mol%以下となるようにしたので、
または、組成物におけるタングステンブロンズ型酸化物
の含有量が5.3mol%以下となるようにしたので、
発生変位量をより大きくすることができる。
According to the piezoelectric ceramic according to any one of claims 3 to 8, the content of lithium in the first element is set to 20 mol% or less.
Alternatively, since the content of the tungsten bronze type oxide in the composition is set to 5.3 mol% or less,
The amount of generated displacement can be increased.

【0079】更に、請求項5ないし請求項8のいずれか
に記載の圧電磁器によれば、タングステンブロンズ型酸
化物が、アルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種
を含む第3の元素と、ニオブおよびアンチモンからなる
群のうちの少なくともニオブを含む第4の元素と、酸素
とからなるようにしたので、より優れた圧電特性を得る
ことができる。
Further, according to the piezoelectric ceramic of any one of claims 5 to 8, the tungsten bronze-type oxide contains a third element containing at least one of alkaline earth metal elements, Since the fourth element containing at least niobium in the group consisting of niobium and antimony is composed of oxygen, more excellent piezoelectric characteristics can be obtained.

【0080】加えて、請求項7または請求項8記載の圧
電磁器によれば、副成分として遷移金属元素および希土
類金属元素のうちの少なくとも1種を含む酸化物を、主
成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内で含有
するようにしたので、焼結性を向上させることができ、
圧電特性をより向上させることができる。
In addition, according to the piezoelectric ceramic of the seventh or eighth aspect, an oxide containing at least one of a transition metal element and a rare earth metal element as a sub-component is added in an amount of 0.01 mass of the main component. % To 1% by mass, the sinterability can be improved.
The piezoelectric characteristics can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態に係る圧電磁器を用いた
圧電素子を表す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a piezoelectric element using a piezoelectric ceramic according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例において発生変位量の測定に用
いた変位測定装置を表す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a displacement measuring device used for measuring a generated displacement amount in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧電基板、1a,1b…対向面、2,3…電極、1
1,12…電極、13…試料、14…変位センサ、15
…変位検出器。
1 ... Piezoelectric substrate, 1a, 1b ... Opposing surface, 2, 3 ... Electrode, 1
1, 12 ... Electrode, 13 ... Sample, 14 ... Displacement sensor, 15
… Displacement detector.

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Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ペロブスカイト型酸化物と、タングステ
ンブロンズ型酸化物とを含む組成物を含有し、 前記ペロブスカイト型酸化物は、ナトリウム(Na),
カリウム(K)およびリチウム(Li)を含む第1の元
素と、ニオブ(Nb)およびアンチモン(Sb)を含む
第2の元素と、酸素(O)とからなり、 前記第2の元素におけるアンチモンの含有量は10mo
l%未満の範囲内であることを特徴とする圧電磁器。
1. A composition containing a perovskite type oxide and a tungsten bronze type oxide, wherein the perovskite type oxide is sodium (Na),
A first element containing potassium (K) and lithium (Li), a second element containing niobium (Nb) and antimony (Sb), and oxygen (O). Content is 10mo
A piezoelectric ceramic characterized by being in a range of less than 1%.
【請求項2】 前記第1の元素におけるカリウムの含有
量は10mol%以上90mol%以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項1記載の圧電磁器。
2. The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the content of potassium in the first element is in the range of 10 mol% or more and 90 mol% or less.
【請求項3】 前記第1の元素におけるリチウムの含有
量は20mol%以下である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。
3. The content of lithium in the first element is 20 mol% or less.
Alternatively, the piezoelectric ceramic according to claim 2.
【請求項4】 前記組成物における前記タングステンブ
ロンズ型酸化物の含有量は5.3mol%以下であるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の圧電磁器。
4. The piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the tungsten bronze type oxide in the composition is 5.3 mol% or less.
【請求項5】 前記タングステンブロンズ型酸化物は、 アルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種を含む第
3の元素と、 ニオブおよびアンチモンからなる群のうちの少なくとも
ニオブを含む第4の元素と、 酸素とからなることを特徴とする請求項1ないし請求項
4のいずれかに記載の圧電磁器。
5. The tungsten bronze-type oxide comprises: a third element containing at least one of alkaline earth metal elements; and a fourth element containing at least niobium in the group consisting of niobium and antimony. The piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the piezoelectric ceramic comprises oxygen.
【請求項6】 前記第3の元素は、マグネシウム(M
g),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr)お
よびバリウム(Ba)からなるアルカリ土類金属元素群
のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項
5記載の圧電磁器。
6. The third element is magnesium (M
6. The piezoelectric ceramic according to claim 5, comprising at least one selected from the group of alkaline earth metal elements consisting of g), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba).
【請求項7】 前記組成物を主成分とし、更に、副成分
として、遷移金属元素および希土類金属元素のうちの少
なくとも1種を含む酸化物を、前記主成分に対して0.
01質量%以上1質量%以下の範囲内で含有することを
特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の
圧電磁器。
7. An oxide containing the composition as a main component and further containing at least one of a transition metal element and a rare earth metal element as a sub-component with respect to the main component.
The piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 6, wherein the piezoelectric ceramic is contained in a range of 01% by mass or more and 1% by mass or less.
【請求項8】 遷移金属としてマンガン(Mn)を含む
酸化物を含有することを特徴とする請求項7記載の圧電
磁器。
8. The piezoelectric ceramic according to claim 7, further comprising an oxide containing manganese (Mn) as a transition metal.
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