JP2003342070A - 圧電磁器組成物及びその製造方法並びに圧電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛を含まず，常圧にて焼成が可能であり，か
つ機械的品質係数が高く誘電損失が小さい圧電磁器組成
物及びその製造方法，並びに該圧電磁器組成物を利用し
た圧電素子を提供すること。 【解決手段】 一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎ
ｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表され，かつｘ，ｙ，ｚがそれぞれ
０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦０．４の組
成範囲にある化合物を主成分とする圧電磁器組成物であ
って，該圧電磁器組成物は，ニッケル又はニッケルを含
有して成る化合物を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，組成物中に鉛を含有しない圧電
磁器組成物及びその製造方法並びに，該圧電磁器組成物
を材料とする圧電素子に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より，圧電磁器組成物としては，鉛を
含んだＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃）成分系磁器
が用いられてきた。上記ＰＺＴは，電気機械結合係数や
圧電定数等の圧電特性に優れており，上記ＰＺＴを利用
した圧電素子は，センサ，アクチュエータ，フィルター
等に広く利用されている。

【０００３】ところが，上記ＰＺＴから成る圧電磁器組
成物は，優れた特性を有する一方で，その構成元素に鉛
を含んでいるため，ＰＺＴを含んだ製品の産業廃棄物か
ら有害な鉛が溶出し，環境汚染を引き起こすおそれがあ
った。そして，近年の環境問題に対する意識の高まり
は，ＰＺＴのように環境汚染の原因となりうる製品の製
造を困難にしてきた。そのため，組成中に鉛を含有しな
い圧電磁器組成物の開発が求められ，一般式（Ｋ_1-xＮ
ａ_x）ＮｂＯ₃（但し，０＜ｘ＜１）で表される圧電磁器
組成物（非特許文献１参照）が注目されてきた。

【０００４】

【非特許文献１】“Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ
Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ”，米国，１９６２，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．５，ｐ．
２０９

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記一般式
（Ｋ_1-xＮａ_x）ＮｂＯ₃（但し，０＜ｘ＜１）で表され
る圧電磁器組成物は，焼成が困難であるためホットプレ
ス焼成を行う必要がある。そのため，製造コストが高く
なるという問題があった。また，上記圧電磁器組成物は
機械的品質係数Ｑｍが低く，また誘電損失が大きいとい
う問題があった。そのため，上記一般式（Ｋ_1-xＮａ_x）
ＮｂＯ₃（但し，０＜ｘ＜１）で表される圧電磁器組成
物は，ＰＺＴに代わる新しい圧電磁器組成物として有望
視されているものの，ほとんど実用化には至っていな
い。それ故，上記の一般式で表される圧電磁器組成物が
開発された後も，環境汚染のおそれがあるＰＺＴ等の鉛
系圧電磁器組成物が広く利用されているのが現状であ
る。

【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，鉛を含まず，常圧にて焼成が可能であ
り，かつ機械的品質係数が高く誘電損失が小さい圧電磁
器組成物及びその製造方法，並びに該圧電磁器組成物を
利用した圧電素子を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】第１の発明は，一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ
_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表され，かつ
ｘ，ｙ，ｚがそれぞれ０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦１．
０，０≦ｚ≦０．４の組成範囲にある化合物を主成分と
する圧電磁器組成物であって，該圧電磁器組成物は，ニ
ッケル又はニッケルを含有してなる化合物を含有するこ
とを特徴とする圧電磁器組成物にある（請求項１）。

【０００８】上記圧電磁器組成物におけるニッケル又は
ニッケルを含有してなる化合物の含有形態としては，上
記一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）
Ｏ₃で表される化合物におけるＬｉ，Ｋ，Ｎａ，Ｎｂ，
Ｔａのいずれか１種以上を，Ｎｉ原子に置換して配置す
る形態や，ニッケル又はニッケルを含有して成る化合物
をニッケル又は化合物の状態で含有する形態がある。次
に，本発明の作用効果につき説明する。本発明の圧電磁
器組成物は，上記一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝
（Ｎｂ_{1- z}Ｔａ_z）Ｏ₃で表され，組成物中に鉛を含有し
ていない。そのため，上記圧電磁器組成物は，該圧電磁
器組成物の廃棄物等から有害な鉛が自然界に流出するこ
とがなく，安全である。

【０００９】また，上記の一般式において，ｘ，ｙ，ｚ
がそれぞれ上記の範囲にある。そのため，後述する実施
例でも明らかとなるように，上記圧電磁器組成物は，機
械的品質係数Ｑｍが高く，かつ誘電損失が小さい。そし
て，上記圧電磁器組成物は，常圧下での焼成によっても
充分に緻密化することができる。

【００１０】したがって，本発明によれば，鉛を含ま
ず，常圧にて焼成が可能であり，かつ機械的品質係数が
高く誘電損失が小さい圧電磁器組成物を提供することが
できる。なお，本発明，及び後述する第２及び第３の発
明における圧電磁器組成物は，圧電特性を有する磁器組
成物に限らず，誘電特性を有する誘電磁器組成物をも含
む概念である。

【００１１】第２の発明は，一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ
_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表され，かつｘ，ｙ，
ｚがそれぞれ０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ
≦０．４の組成範囲にある圧電磁器組成物と，ニッケル
又はニッケルを含有してなる化合物とを，混合，焼成す
ることを特徴とする圧電磁器組成物の製造方法にある
（請求項９）。

【００１２】本発明の製造方法においては，上記のごと
く，一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_{1 -x}｝（Ｎｂ_1-zＴ
ａ_z）Ｏ₃で表され，かつｘ，ｙ，ｚがそれぞれ０≦ｘ≦
０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦０．４の組成範囲に
ある圧電磁器組成物と，ニッケル又はニッケルを含有し
てなる化合物とを，混合，焼成する。これにより上記混
合及び焼成時に，上記一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮ
ａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表される圧電磁器組
成物にニッケル又はニッケルを含有して成る化合物を容
易に含有させることができる。

【００１３】また，上記焼成の際には常圧下にて上記圧
電磁器組成物を焼成することができる。そしてこれによ
り，上記圧電磁器組成物，即ち鉛を含有せず，機械的品
質係数Ｑｍが高く，かつ誘電損失が小さい圧電磁器組成
物を容易に得ることができる。

【００１４】第３の発明は，リチウムを含有してなる化
合物と，ナトリウムを含有してなる化合物と，カリウム
を含有してなる化合物と，ニオブを含有してなる化合物
と，タンタルを含有してなる化合物と，ニッケルを含有
してなる化合物とを混合，焼成することを特徴とする圧
電磁器組成物の製造方法にある（請求項１０）。

【００１５】本発明においては，上記のごとく，リチウ
ムを含有してなる化合物と，ナトリウムを含有してなる
化合物と，カリウムを含有してなる化合物と，ニオブを
含有してなる化合物と，タンタルを含有してなる化合物
と，ニッケルを含有してなる化合物とを混合，焼成す
る。これにより上記混合及び焼成時に，一般式｛Ｌｉ_x
（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ _1-zＴａ_z）Ｏ₃で表される圧
電磁器組成物にニッケル又はニッケルを含有してなる化
合物を容易に含有させることができる。

【００１６】また，上記焼成時には，常圧下にて上記圧
電磁器組成物を焼成することができる。そして，混合及
び焼成後に得られる圧電磁器組成物は，鉛を含有せず，
機械的品質係数Ｑｍが高く，かつ誘電損失が小さいもの
となる。

【００１７】第４の発明は，第１の発明の圧電磁器組成
物よりなる圧電体を有することを特徴とする圧電素子に
ある（請求項１２）。

【００１８】本発明の圧電素子においては，一般式｛Ｌ
ｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表さ
れ，かつｘ，ｙ，ｚがそれぞれ０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ
≦１．０，０≦ｚ≦０．４の組成範囲にある化合物を主
成分とする圧電磁器組成物であって，該圧電磁器組成物
は，ニッケル又はニッケルを含有して成る化合物を含有
することを特徴とする圧電磁器組成物よりなる圧電体を
用いている。そのため，上記圧電素子は，上記圧電磁器
組成物の，鉛を含有せず，機械的品質係数Ｑｍが高く，
かつ誘電損失が小さいという優れた特性をそのまま利用
することができる。

【００１９】第５の発明は，第２又は第３の発明の圧電
磁器組成物の製造方法により製造される圧電磁器組成物
よりなる圧電体を有することを特徴とする圧電素子にあ
る（請求項１３）。

【００２０】本発明の圧電素子においては，上記した製
造方法により得られる圧電磁器組成物を圧電体として用
いている。そのため，上記圧電素子は，上記圧電磁器組
成物が有する優れた特性をそのまま利用することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明において，上記圧電磁器組
成物は，一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-z
Ｔａ_z）Ｏ₃で表され，かつｘ，ｙ，ｚがそれぞれ０≦ｘ
≦０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦０．４の組成範囲
にある。ここで，ｘ＞０．２，ｚ＞０．２の場合には，
上記圧電磁器組成物の機械的品質係数Ｑｍが低下し，又
は誘電損失が大きくなり，所望の圧電特性を有する圧電
磁器組成物を得ることができない。

【００２２】また第１の発明（請求項１）において，上
記ニッケル又はニッケルを含有して成る化合物の含有量
は，上記主成分１ｍｏｌに対してニッケル元素換算量で
１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい（請求項２）。
上記ニッケル又はニッケルを含有して成る化合物の含有
量がニッケル元素換算量で１０ｍｏｌ％を越える場合に
は，上記圧電磁器組成物の圧電ｄ₃₁定数が低下し，上記
圧電磁器組成物を圧電素子として利用することが困難に
なるおそれがある。また，上記含有量が０．０１ｍｏｌ
％未満の場合には，機械的品質係数Ｑｍが上記従来の圧
電磁器組成物と比べて向上しないおそれがある。そのた
め，上記ニッケル又はニッケルを含有して成る化合物の
含有量は，０．０１ｍｏｌ％以上であることが好まし
い。

【００２３】次に，上記圧電磁気組成物は，上記一般式
において，Ｌｉ，Ｋ，Ｎａ，Ｎｂ，Ｔａのいずれか１種
以上と置換されたニッケルを含有していることが好まし
い（請求項３）。この場合にも上記圧電磁器組成物は，
ニッケルを含有しているので，上述したごとく，機械的
品質係数が高く誘電損失が小さいという優れた特性を示
すことができる。

【００２４】次に，上記圧電磁器組成物は，機械的品質
係数Ｑｍが２００以上であることが好ましい（請求項
４）。この場合には，上記２００以上という高い機械的
品質係数Ｑｍを活かして，上記圧電磁器組成物を，発熱
が少なく電気的エネルギーと機械的エネルギーの変換効
率に優れた圧電素子，例えば圧電アクチュエータ，圧電
超音波モータ，圧電トランス，圧電振動子等として利用
することができる。

【００２５】次に，上記圧電磁器組成物は，キュリー温
度が２００℃以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には，２００℃以上という高いキュリー温度を
活かして，上記圧電磁器組成物を，例えば自動車のエン
ジン付近等のように高温度の環境下にて利用することが
できる。

【００２６】次に，上記圧電磁器組成物は，圧電ｄ₃₁定
数が３０ｐｍ／Ｖ以上であることが好ましい（請求項
６）。この場合には，上記３０ｐｍ／Ｖ以上という高い
圧電ｄ₃₁定数を活かして，上記圧電磁器組成物を感度の
高いセンサ素子等として利用することができる。

【００２７】次に，上記圧電磁器組成物は，電気機械結
合係数Ｋｐが０．２５以上であることが好ましい（請求
項７）。この場合には，上記０．２５以上という高い電
気機械結合係数Ｋｐを活かして，上記圧電磁器組成物を
機械エネルギーと電気エネルギーの変換効率に優れた圧
電アクチュエータ，圧電振動子等として利用することが
できる。

【００２８】次に，上記圧電磁器組成物は，誘電損失が
０．０３５以下であることが好ましい（請求項８）。こ
の場合には，０．０３５以下という低い誘電損失を活か
して，上記圧電磁器組成物を誘電損失に起因する誘電損
失ノイズの少ないセンサ素子等として利用することがで
きる。

【００２９】また，第３の発明（請求項１０）において
は，リチウムを含有してなる化合物はＬｉ₂ＣＯ₃であ
り，ナトリウムを含有してなる化合物はＮａ₂ＣＯ₃であ
り，カリウムを含有してなる化合物はＫ₂ＣＯ₃であり，
ニオブを含有してなる化合物はＮｂ₂Ｏ₅であり，タンタ
ルを含有してなる化合物はＴａ₂Ｏ₅であり，ニッケルを
含有してなる化合物はＮｉＯであることが好ましい（請
求項１１）。この場合には，容易に上記圧電磁器組成物
を作製することができる。

【００３０】また，第４の発明（請求項１２）又は第５
の発明（請求項１３）において，上記圧電素子として
は，例えば圧電振動子，表面波フィルター素子，圧電セ
ンサ素子，アクチュエータ素子，超音波モータ素子，圧
電トランス素子，圧電ジャイロセンサ素子，ノックセン
サ素子等がある。

【００３１】

【実施例】（実施例１）本例の実施例にかかる圧電磁器
組成物につき説明する。本例では，上記の圧電磁器組成
物を製造し，該圧電磁器組成物の圧電特性を測定した。
本例の圧電磁器組成物は，一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮ
ａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表され，かつｘ，
ｙ，ｚがそれぞれ０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦１．０，０
≦ｚ≦０．４の組成範囲にある化合物を主成分とする圧
電磁器組成物である。そして該圧電磁器組成物は，ニッ
ケル又はニッケルを含有して成る化合物を含有する。以
下，本例の圧電磁器組成物の製造方法につき説明する。

【００３２】本例の圧電磁器組成物の製造方法において
は，リチウムを含有してなる化合物と，ナトリウムを含
有してなる化合物と，カリウムを含有してなる化合物
と，ニオブを含有してなる化合物と，タンタルを含有し
てなる化合物と，ニッケルを含有してなる化合物とを混
合，焼成する。

【００３３】具体的には，まず上記リチウムを含有して
なる化合物としてＬｉ₂ＣＯ₃を，ナトリウムを含有して
なる化合物としてＮａ₂ＣＯ₃を，カリウムを含有してな
る化合物としてＫ₂ＣＯ₃を，ニオブを含有してなる化合
物としてＮｂ₂Ｏ₅を，タンタルを含有してなる化合物と
してＴａ₂Ｏ₅を，ニッケルを含有してなる化合物として
ＮｉＯを準備し，上記圧電磁器組成物の原料とした。こ
れらの原料としては純度９９％以上の高純度のものを準
備した。

【００３４】次に，これらの原料を上記一般式｛Ｌｉ_x
（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃において，ｘ
＝０．１，ｙ＝０．５，ｚ＝０．１となるように配合
し，さらにＮｉＯをニッケル元素換算で１ｍｏｌ％配合
した。配合後の原料をボールミルによりアセトン中にて
２４時間混合して原料混合物を作製した。

【００３５】次に，この原料混合物を７５０℃にて５時
間仮焼し，この仮焼後の原料混合物をボールミルにて２
４時間粉砕した。続いて，バインダーとしてポリビニー
ルブチラールを添加し，造粒した。造粒後の粉体を圧力
２ｔｏｎ／ｃｍ²にて，直径１３ｍｍ，厚さ２ｍｍの円
盤状に加圧成形し，成形体を常圧下，１０００〜１３０
０℃にて１時間焼成した。ここで，焼成後の成形体は相
対密度９８％以上に緻密化されていた。

【００３６】次に，焼成後の各成形体の両面を平行研磨
し，円形研磨した後，この円盤試料の両面にスパッタ法
により金電極を設けた。そして，１００℃のシリコーン
オイル中にて１〜５ｋＶ／ｍｍの直流電圧を１０分間電
極間に印加し，厚み方向に分極を施して本例の圧電磁器
組成物（本発明品）とした。

【００３７】上記のようにして作製した本例の圧電磁器
組成物について，機械的品質係数Ｑｍ，キュリー温度，
圧電ｄ₃₁定数，電気機械結合係数Ｋｐ，誘電損失，比誘
電率及び径方向の周波数定数Ｎｐを測定した。ここで機
械的品質係数Ｑｍ，圧電ｄ₃₁定数，電気機械結合係数Ｋ
ｐ及び周波数定数Ｎｐは，インピーダンスアナライザー
を用いて共振−反共振法により測定した。また，誘電損
失及び比誘電率は，インピーダンスアナライザーを用い
て，測定周波数１ｋＨｚにて測定し，キュリー温度は，
上記圧電磁器組成物の温度を一分当たり２℃ずつ６００
℃まで上げながら比誘電率を測定し，該比誘電率が最も
高いときの温度をもってキュリー温度とした。その結果
を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】また，本例では上記圧電磁器組成物の優れ
た特性を明らかにするために，以下のようにして比較品
を作製した。まず，比較品の原料として，純度９９％以
上の高純度のＬｉ₂ＣＯ₃，Ｎａ₂ＣＯ₃，Ｋ₂ＣＯ₃，Ｎｂ
₂Ｏ₅及びＴａ₂Ｏ₅を準備した。これらの原料を上記一般
式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃に
おいて，ｘ＝０．１，ｙ＝０．５，ｚ＝０．１となるよ
うに配合した。配合後の原料をボールミルによりアセト
ン中にて２４時間混合して原料混合物を作製した。

【００４０】次に，この原料混合物を７５０℃にて５時
間仮焼し，上記本発明品と同様にして，ボールミルにて
２４時間粉砕，造粒した。造粒後の粉体を圧力２ｔｏｎ
／ｃｍ²にて，直径１３ｍｍ，厚さ２ｍｍの円盤状に加
圧成形し，成形体を常圧下，１０００〜１３００℃にて
１時間焼成した。ここで，焼成後の成形体は相対密度９
８％以上に緻密化されていた。

【００４１】次に，焼成後の成形体の両面を平行研磨
し，上記本発明品と同様に，金電極を設けた。そして，
１００℃のシリコーンオイル中にて１〜５ｋＶ／ｍｍの
直流電圧を１０分間電極間に印加し，厚み方向に分極を
施して比較品とした。

【００４２】上記のようにして作製した比較品について
も，機械的品質係数Ｑｍ，キュリー温度，圧電ｄ₃₁定
数，電気機械結合係数Ｋｐ，誘電損失，比誘電率及び径
方向の周波数定数Ｎｐを測定した。各測定値の測定方法
は，本発明品の場合と同様とした。その結果を表１に示
す。

【００４３】表１より知られるごとく，本発明品の機械
的品質係数Ｑｍは，比較品に比べて４倍以上高い値を示
した。したがって，本発明品の圧電磁器組成物は，発熱
の少ない圧電アクチュエータ，超音波モータ，圧電トラ
ンス，圧電振動子部品等に利用することができる。な
お，上記圧電磁器組成物をこのような圧電素子として用
いる場合には，上記機械的品質係数Ｑｍは２００以上で
あることが好ましい。

【００４４】また，本発明品は，上記した機械的品質係
数Ｑｍに加えて，圧電ｄ₃₁定数においても比較品より高
い値を示した。一般に，上記圧電ｄ₃₁定数は，電荷検出
型回路あるいは電流検出型回路を用いた場合には，加速
度センサ，加重センサ，衝撃センサ及びノックセンサ等
の圧電型センサの出力電圧に比例する。その点からみる
と，圧電ｄ₃₁定数が高い圧電磁器組成物ほど電荷センサ
出力の大きなセンサを作ることができる。そして，比較
品と同等以上の特性を有するセンサを作製するには，少
なくとも３０ｐｍ／Ｖ以上の圧電ｄ₃₁定数を有し，かつ
２００以上の機械的品質係数Ｑｍを有することが好まし
い。

【００４５】また，本発明品は，電気機械結合係数Ｋｐ
においても，比較品よりも高い値を示した。一般に上記
電気機械結合係数Ｋｐは，圧電トランス素子，超音波モ
ータ素子，又は超音波振動子等の電気変換効率に比例す
る。その点からみると，電気機械結合係数Ｋｐが高い圧
電磁器組成物ほど電気変換効率の高い圧電トランス素
子，超音波モータ素子，又は超音波振動子を作ることが
できる。そして，比較品と同等以上の特性を有する圧電
トランス素子，超音波モータ素子，又は超音波振動子を
作製するには，少なくとも０．２５以上の電気機械結合
係数Ｋｐを有し，かつ２００以上の機械的品質係数Ｑｍ
を有することが好ましいといえる。

【００４６】また，本発明品の誘電損失は，比較品に比
べて３分の１以下の値を示した。したがって，本発明品
の圧電磁器組成物は，誘電損失に起因する誘電損失ノイ
ズの少ないセンサ等に利用することができる。なお，こ
のような誘電損失ノイズの少ないセンサ圧電素子として
上記圧電磁器組成物を用いる場合には，上記誘電損失は
０．０３５以下であることが好ましい。

【００４７】また，本発明品のキュリー温度は，４２６
℃という高い値を示した。そのため，本発明品の圧電磁
器組成物は，自動車のエンジン付近等の高温度部におい
ても長時間安定に使用することができるノックセンサ等
の高温用センサ部品等として利用することができる。な
お，上記高温用センサ部品等として長時間安定に使用す
るためには，上記キュリー温度は，２００℃以上である
ことが好ましい。

【００４８】また，本発明品の比誘電率は比較品よりも
高く，７２５という高い値を示した。そのため，本発明
品の圧電磁器組成物は，圧電体のみならず誘電体として
も利用することができる。そして，上記比誘電率は，一
般に積層コンデンサ部品等のコンデンサの静電容量に比
例する。その点からみると，上記比誘電率が高い圧電磁
器組成物ほど静電容量の大きなコンデンサを作ることが
できる。本発明品の圧電磁器組成物は，上記のような高
い比誘電率を有しているため，大きな静電容量を有する
コンデンサ等に利用することができる。

【００４９】また，本発明品の周波数定数Ｎｐは比較品
よりも高い値を示した。そのため，本発明品の圧電磁器
組成物を用いると，周波数が高くかつ小型の圧電振動子
部品を作製することができる。

【００５０】なお，上記一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）
_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃の上記組成範囲内（０≦ｘ≦
０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦０．４）において，
上記本発明品とは異なる組成範囲についても本例と同様
に圧電磁器組成物を作製し圧電特性の測定をおこなった
ところ，本例と同様の効果が得られることを確認でき
た。

【００５１】（実施例２）本例は，ニッケルの量を変え
て圧電磁器組成物を作製した例である。具体的には，ま
ず実施例１と同様に，上記リチウムを含有してなる化合
物としてＬｉ₂ＣＯ₃を，ナトリウムを含有してなる化合
物としてＮａ₂ＣＯ₃を，カリウムを含有してなる化合物
としてＫ₂ＣＯ₃を，ニオブを含有してなる化合物として
Ｎｂ₂Ｏ₅を，タンタルを含有してなる化合物としてＴａ
₂Ｏ₅を，ニッケルを含有してなる化合物としてＮｉＯを
準備し，上記圧電磁器組成物の原料とした。これらの原
料としては純度９９％以上の高純度のものを準備した。

【００５２】次に，これらの原料を上記一般式｛Ｌｉ_x
（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃において，ｘ
＝０．１，ｙ＝０．５，ｚ＝０．１となるように，即ち
Ｌｉ_{0 .1}（Ｋ_0.45Ｎａ_0.45）（Ｎｂ_0.9Ｔａ_0.1）Ｏ₃とな
るように配合し，さらにＬｉ_{0 .1}（Ｋ_0.45Ｎａ_0.45）
（Ｎｂ_0.9Ｔａ_0.1）Ｏ₃１ｍｏｌに対して，ＮｉＯをニ
ッケル元素換算で，それぞれ０．１ｍｏｌ％，０．５ｍ
ｏｌ％，２ｍｏｌ％，及び５ｍｏｌ％となるように配合
し，４種類の配合物を得た。続いてこれらの配合物をボ
ールミルによりアセトン中にて２４時間混合して原料混
合物を作製した。

【００５３】次に，実施例１と同様にして，これらの原
料混合物を仮焼し，粉砕し，バインダーとしてポリビニ
ールブチラールを添加し，造粒した。さらに，実施例１
と同様にして，造粒後の粉体を加圧成形し，焼成した。
ここで，焼成後の成形体は相対密度９８％以上に緻密化
されていた。

【００５４】その後，焼成後の各成形体の両面を平行研
磨し，円形研磨した後，この円盤試料の両面にスパッタ
法により金電極を設けた。そして，１００℃のシリコー
ンオイル中にて１〜５ｋＶ／ｍｍの直流電圧を１０分間
電極間に印加し，厚み方向に分極を施して４種類の圧電
磁器組成物を作製した。これらをそれぞれ試料Ｅ１，試
料Ｅ２，試料Ｅ４，及び試料Ｅ５とした。上記試料Ｅ
１，Ｅ２，Ｅ４，及びＥ５は，いずれもＬｉ_0.1（Ｋ
_0.45Ｎａ_0.45）（Ｎｂ_0.9Ｔａ_0.1）Ｏ₃を主成分とし，
Ｎｉの含有量だけが互いに異なっている。ここで，試料
Ｅ１は，１ｍｏｌのＬｉ_0.1（Ｋ_0.45Ｎａ_0.45）（Ｎｂ
_0.9Ｔａ_{0. 1}）Ｏ₃に対して，０．１ｍｏｌ％のＮｉを含
有するものである。同様に，試料Ｅ２，試料Ｅ４，試料
Ｅ５は，１ｍｏｌのＬｉ_0.1（Ｋ_0.45Ｎａ_0.45）（Ｎｂ
_0.9Ｔａ_0.1）Ｏ₃に対して，それぞれ０．５ｍｏｌ％，
２ｍｏｌ％，及び５ｍｏｌ％のＮｉを含有するものであ
る。

【００５５】次に，上記試料Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４，及びＥ
５について，機械的品質係数Ｑｍ，圧電ｄ₃₁定数，電気
機械結合係数Ｋｐ，誘電損失，比誘電率及び径方向の周
波数定数Ｎｐを測定した。測定方法は，実施例１と同様
である。その結果を表２に示す。なお，表２には，比較
のため，実施例１の本発明品及び比較品をそれぞれ試料
Ｅ３及び試料Ｃとし，その圧電特性及び誘電特性の結果
を併せて表記した。なお，試料Ｅ３は，１ｍｏｌのＬｉ
_0.1（Ｋ_0.45Ｎａ_0.45）（Ｎｂ_0.9Ｔａ_0.1）Ｏ₃に対し
て，１ｍｏｌ％のＮｉを含有するものであり，試料Ｃ
は，Ｎｉを含有していないものである。

【００５６】

【表２】

【００５７】表２より知られるごとく，試料Ｅ１〜試料
Ｅ５の機械的品質係数Ｑｍは，すべて，試料Ｃの１０８
という値よりも大きかった。特に，Ｎｉ含有量が１ｍｏ
ｌ％（試料Ｅ３）のときに最大となり，このとき機械的
品質係数Ｑｍは，４５７という試料Ｃ１の４倍を越える
非常に大きな値を示した。このように高い機械的品質係
数Ｑｍを生かして，上記試料Ｅ１〜試料Ｅ５の圧電磁器
組成物は，発熱の少ない優れた圧電アクチュエータ，圧
電超音波モータ，圧電トランス，及び圧電振動子部品等
に利用することができる。

【００５８】また，試料Ｅ１〜試料Ｅ５の圧電ｄ₃₁定数
は，すべて，試料Ｃの３９．６ｐｍ／Ｖという値よりも
大きく，また電気機械結合係数Ｋｐもすべて，試料Ｃの
０．２９２という値よりも大きかった。圧電ｄ₃₁定数及
び電気機械結合係数Ｋｐは，特にＮｉ含有量が２ｍｏｌ
％（試料Ｅ４）のときに最大となり，それぞれ５０．５
ｐｍ／Ｖ，０．３５６という非常に大きな値を示した。

【００５９】一般に，圧電ｄ₃₁定数は，電荷或いは電流
検出型回路を用いた場合の，加速度センサ，荷重セン
サ，衝撃センサ，及びノックセンサ等の圧電型センサの
出力電圧に比例する。そのため，上記試料Ｅ１〜試料Ｅ
５は，その高い圧電ｄ₃₁定数を生かして，感度の高く，
センサ出力電圧の大きなセンサに利用することができ
る。

【００６０】また，試料Ｅ１〜試料Ｅ５の比誘電率は，
すべて，試料Ｃの６７２という値と同等以上の高い値を
示した。特に，Ｎｉ含有量が５ｍｏｌ％（試料Ｅ５）の
ときに最大となり，このとき比誘電率は８２２という非
常に大きな値を示した。そのため，本発明の圧電磁器組
成物は，圧電体のみならず，優れた誘電体としても利用
することができる。

【００６１】一般に，比誘電率は，積層コンデンサ部品
等のコンデンサの静電容量に比例する。その点からみる
と，比誘電率の高い圧電磁器組成物ほど静電容量の大き
なコンデンサを作製することができる。上記試料Ｅ１〜
Ｅ５は，その優れた比誘電率を生かして，大きな静電容
量を有するコンデンサ等に利用することができる。

【００６２】また，試料Ｅ１〜試料Ｅ５の誘電損失は，
すべて，試料Ｃの０．０３８８という値よりも小さかっ
た。特に，Ｎｉ含有量が１ｍｏｌ％（試料Ｅ３）のとき
に，最小となり，このとき誘電損失は０．０１２３とい
う試料Ｃ１の３分の１未満の非常に小さい値を示した。
このように小さい誘電損失を生かして，上記試料Ｅ１〜
試料Ｅ５の圧電磁器組成物は，誘電損失に起因する誘電
損失ノイズの少ないセンサ等に利用することができる。

【００６３】また，試料Ｅ１〜試料Ｅ５の周波数定数Ｎ
ｐは，すべて，試料Ｃの２５７９という値よりもすべて
大きかった。特に，Ｎｉ含有量が０．１ｍｏｌ％（試料
Ｅ１）のときに最大となり，このとき，周波数定数は２
７４７という非常に大きな値を示した。このように高い
周波数定数Ｎｐを生かして，上記試料Ｅ１〜試料Ｅ５の
圧電磁器組成物は，例えば試料Ｃと同じ周波数の振動子
を作製する場合に，より小さな圧電振動子部品を作製す
ることが可能である。

【００６４】また，表２中には示していないが，Ｎｉの
含有量を１０ｍｏｌ％を越えて増加させると，圧電磁器
組成物の圧電ｄ₃₁定数が低下することを確認している。
そのため，この場合には，圧電素子への適用が困難にな
ってしまうおそれがある。

【００６５】なお，上記一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）
_1-x｝（Ｎｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃の上記組成範囲内（０≦ｘ≦
０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦０．４）において，
上記試料Ｅ１〜試料Ｅ５とは異なる組成範囲についても
本例と同様に圧電磁器組成物を作製し圧電特性の測定を
おこなったところ，本例と同様の効果が得られることを
確認できた。

フロントページの続き (72)発明者 鷹取 一雅 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 本間 隆彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 高尾 尚史 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 野々山 龍彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 長屋 年厚 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4G030 AA02 AA03 AA04 AA20 AA21 AA29 BA09 BA10 GA03 GA04 GA05 GA08 GA14 GA17 GA22 GA27

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎ
   ｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表され，かつｘ，ｙ，ｚがそれぞれ
   ０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦０．４の組
   成範囲にある化合物を主成分とする圧電磁器組成物であ
   って，該圧電磁器組成物は，ニッケル又はニッケルを含
   有して成る化合物を含有することを特徴とする圧電磁器
   組成物。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記ニッケル又はニ
   ッケルを含有して成る化合物の含有量は，上記主成分１
   ｍｏｌに対してニッケル元素換算量で１０ｍｏｌ％以下
   であることを特徴とする圧電磁器組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記圧電磁気
   組成物は，上記一般式において，Ｌｉ，Ｋ，Ｎａ，Ｎ
   ｂ，Ｔａのいずれか１種以上と置換されたニッケルを含
   有していることを特徴とする圧電磁器組成物。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において，
   上記圧電磁器組成物は，機械的品質係数Ｑｍが２００以
   上であることを特徴とする圧電磁器組成物。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項において，
   上記圧電磁器組成物は，キュリー温度が２００℃以上で
   あることを特徴とする圧電磁器組成物。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項において，
   上記圧電磁器組成物は，圧電ｄ₃₁定数が３０ｐｍ／Ｖ以
   上であることを特徴とする圧電磁器組成物。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項において，
   上記圧電磁器組成物は，電気機械結合係数Ｋｐが０．２
   ５以上であることを特徴とする圧電磁器組成物。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項において，
   上記圧電磁器組成物は，誘電損失が０．０３５以下であ
   ることを特徴とする圧電磁器組成物。
9. 【請求項９】 一般式｛Ｌｉ_x（Ｋ_1-yＮａ_y）_1-x｝（Ｎ
   ｂ_1-zＴａ_z）Ｏ₃で表され，かつｘ，ｙ，ｚがそれぞれ
   ０≦ｘ≦０．２，０≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦０．４の組
   成範囲にある圧電磁器組成物と，ニッケル又はニッケル
   を含有してなる化合物とを，混合，焼成することを特徴
   とする圧電磁器組成物の製造方法。
10. 【請求項１０】 リチウムを含有してなる化合物と，ナ
    トリウムを含有してなる化合物と，カリウムを含有して
    なる化合物と，ニオブを含有してなる化合物と，タンタ
    ルを含有してなる化合物と，ニッケルを含有してなる化
    合物とを混合，焼成することにより請求項１〜８のいず
    れか一項に記載の圧電磁器組成物を得ることを特徴とす
    る圧電磁器組成物の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０において，リチウムを含有
    してなる化合物はＬｉ₂ＣＯ₃であり，ナトリウムを含有
    してなる化合物はＮａ₂ＣＯ₃であり，カリウムを含有し
    てなる化合物はＫ₂ＣＯ₃であり，ニオブを含有してなる
    化合物はＮｂ ₂Ｏ₅であり，タンタルを含有してなる化合
    物はＴａ₂Ｏ₅であり，ニッケルを含有してなる化合物は
    ＮｉＯであることを特徴とする圧電磁器組成物の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の
    圧電磁器組成物よりなる圧電体を有することを特徴とす
    る圧電素子。
13. 【請求項１３】 請求項９〜１１のいずれか１項に記載
    の圧電磁器組成物の製造方法により製造される圧電磁器
    組成物よりなる圧電体を有することを特徴とする圧電素
    子。