JP2006248829A - Piezoelectric porcelain composition, its manufacturing method and piezoelectric element - Google Patents

Piezoelectric porcelain composition, its manufacturing method and piezoelectric element Download PDF

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Kumiko Iezumi
久美子 家住
Gakuo Tsukada
岳夫 塚田
Junichi Yamazaki
純一 山崎
Masahito Furukawa
正仁 古川
Masaru Nanao
勝 七尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the use of an inexpensive metal material such as Cu and Ni as an electrode material, and to inhibit decreases in electric resistance at an elevated temperature and electromechanical coupling coefficient kr. <P>SOLUTION: The piezoelectric porcelain composition essentially comprises a complex oxide comprising Pb, Ti and Zr as constituent elements and contains at least one chosen from Mn, Co, Cr, Fe and Ni as a first subsidiary component, wherein the amount of the first subsidiary component is ≤0.2 mass% (but not 0) calculated in terms of oxides. The piezoelectric porcelain composition is fired under a reductive firing condition, e.g. at a firing temperature of 800-1,000°C and an oxygen partial pressure of from 1×10<SP>-10</SP>to 1×10<SP>-6</SP>atm. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アクチュエータや圧電ブザー、発音体、センサ等の各種圧電素子の圧電層に好適な圧電磁器組成物に関するものであり、さらにはその製造方法、これを用いた圧電素子に関する。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic composition suitable for piezoelectric layers of various piezoelectric elements such as actuators, piezoelectric buzzers, sounding bodies, sensors, and the like, and further relates to a manufacturing method thereof and a piezoelectric element using the same.

例えば圧電効果によって発生する変位を機械的な駆動源として利用したアクチュエータは、消費電力や発熱量が少なく、応答性も良好であること、小型化や軽量化が可能であること等の利点を有し、広範な分野で利用されるようになってきている。   For example, an actuator that uses displacement generated by the piezoelectric effect as a mechanical drive source has advantages such as low power consumption and heat generation, good response, and miniaturization and weight reduction. However, it has come to be used in a wide range of fields.

この種のアクチュエータに用いられる圧電磁器組成物には、圧電特性、特に圧電歪定数が大きいことが要求され、これを満たす圧電磁器組成物として、例えばチタン酸鉛(PbTiO)とジルコン酸鉛(PbZrO)、及び亜鉛・ニオブ酸鉛[Pb(Zn1/3Nb2/3)O]により構成される3元系の圧電磁器組成物や、前記3元系の圧電磁器組成物においてPbの一部をSr、Ba、Ca等で置換した圧電磁器組成物等が開発されている。 A piezoelectric ceramic composition used for this type of actuator is required to have a large piezoelectric characteristic, particularly a piezoelectric strain constant. As a piezoelectric ceramic composition satisfying this, for example, lead titanate (PbTiO 3 ) and lead zirconate ( PbZrO 3 ) and zinc / lead niobate [Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 ] are used in the ternary piezoelectric ceramic composition or the ternary piezoelectric ceramic composition. Piezoelectric ceramic compositions and the like in which a part of these are replaced with Sr, Ba, Ca, and the like have been developed.

ただし、これら従来の圧電磁器組成物は、比較的高温で焼成する必要があり、また焼成が酸化性雰囲気下で行われるため、例えば内部電極を同時焼成する積層型アクチュエータ等においては、高い融点を持ち、酸化性雰囲気下で焼成しても酸化されない貴金属(例えば、PtやPd等)を用いる必要がある。その結果、コスト増を招き、製造される圧電素子の低価格化に支障をきたしている。   However, these conventional piezoelectric ceramic compositions need to be fired at a relatively high temperature, and since firing is performed in an oxidizing atmosphere, for example, in a laminated actuator that simultaneously fires internal electrodes, a high melting point is obtained. It is necessary to use a noble metal (for example, Pt, Pd, etc.) that does not oxidize even when fired in an oxidizing atmosphere. As a result, the cost is increased and the cost of the manufactured piezoelectric element is hindered.

このような状況から、本願出願人は、前記3元系の圧電磁器組成物に、Fe、Co、Ni、及びCuから選ばれる少なくとも1種を含む第1副成分、及びSb、Nb及びTaから選ばれる少なくとも1種を含む第2副成分を加えることにより低温焼成を可能とし、内部電極にAg−Pd合金等の安価な材料を使用可能とすることを提案している(特許文献1を参照)。   From such a situation, the applicant of the present application includes, in the ternary piezoelectric ceramic composition, a first subcomponent including at least one selected from Fe, Co, Ni, and Cu, and Sb, Nb, and Ta. It has been proposed that low temperature firing is possible by adding a second subcomponent including at least one selected, and that an inexpensive material such as an Ag—Pd alloy can be used for the internal electrode (see Patent Document 1). ).

特許文献1記載の発明は、前記3元系の圧電磁器組成物や、当該3元系の圧電磁器組成物においてPbの一部をSr、Ba、Ca等で置換した圧電磁器組成物に、Fe、Co、Ni、及びCuから選ばれる少なくとも1種を含む第1副成分と、Sb、Nb及びTaから選ばれる少なくとも1種を含む第2副成分を加えることで、高い圧電歪定数を持ち、低温で焼成しても各種圧電特性を損なうことなく緻密化され、機械的強度が高められた圧電磁器組成物を実現し、この圧電磁器組成物で構成される圧電層を有する圧電素子を提供するというものである。
特開2004−137106号公報
The invention described in Patent Document 1 includes the ternary piezoelectric ceramic composition and the piezoelectric ceramic composition in which part of Pb is replaced with Sr, Ba, Ca, etc. in the ternary piezoelectric ceramic composition. By adding a first subcomponent including at least one selected from Co, Ni, and Cu and a second subcomponent including at least one selected from Sb, Nb, and Ta, a high piezoelectric strain constant is obtained. Provided is a piezoelectric ceramic composition that is densified without impairing various piezoelectric characteristics even when fired at a low temperature and has increased mechanical strength, and has a piezoelectric layer composed of the piezoelectric ceramic composition. That's it.
JP 2004-137106 A

ところで、より安価な金属(例えばCuやNi等)を電極材料として用いる場合、酸化性雰囲気(例えば、空気中)での焼成では、低温で焼成したとしても電極材料が酸化し、導電性が損なわれるという不都合が発生する。   By the way, when a cheaper metal (for example, Cu or Ni) is used as an electrode material, the firing in an oxidizing atmosphere (for example, in the air) oxidizes the electrode material even if it is fired at a low temperature, and the conductivity is impaired. Inconvenience occurs.

前記のような不都合を解消するためには、酸素分圧の低い還元雰囲気(酸素分圧が1×10−9〜1×10−6気圧程度)において焼成を行う必要がある。ただし、還元雰囲気下で焼成を行った場合、得られた焼成体は空気中で焼成した焼結体に比較して多くの酸素空孔を含むため、特に高温(100℃以上)における絶縁抵抗の低下を招き、製品の絶縁寿命の低下を招く。100℃〜200℃の温度領域は、製品の作動規格温度でもあることが多く、この温度領域における絶縁抵抗や絶縁寿命の低下は、製品の信頼性を著しく損ない、大きな問題である。 In order to eliminate the inconvenience as described above, it is necessary to perform firing in a reducing atmosphere having a low oxygen partial pressure (the oxygen partial pressure is about 1 × 10 −9 to 1 × 10 −6 atm). However, when fired in a reducing atmosphere, the obtained fired body contains more oxygen vacancies than a sintered body fired in air, and therefore has an insulation resistance particularly at high temperatures (100 ° C. or higher). This leads to a decrease in the insulation life of the product. The temperature range of 100 ° C. to 200 ° C. is often the standard operating temperature of a product, and a decrease in insulation resistance and insulation life in this temperature range is a serious problem that significantly impairs the reliability of the product.

このような観点から見た場合、先の特許文献1記載の技術では、第1副成分及び第2副成分の添加により、高温における電気抵抗の値自体は無添加時より改善されているものの、常温時の電気抵抗と比較したときの低下はほとんど改善されておらず、高温での電気抵抗についてさらなる改善が必要である。   From this point of view, in the technique described in Patent Document 1, the value of the electrical resistance at a high temperature itself is improved by the addition of the first subcomponent and the second subcomponent. The drop compared with the electrical resistance at normal temperature is hardly improved, and further improvement is required for the electrical resistance at high temperature.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、CuやNi等の安価な金属材料を電極材料として用いることができ、しかも高い圧電特性を維持したまま電気抵抗を改善することが可能な圧電磁器組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前記圧電磁器組成物を用いることにより、安価で、信頼性に優れた圧電素子を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and an inexpensive metal material such as Cu or Ni can be used as an electrode material, and electric resistance is improved while maintaining high piezoelectric characteristics. An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic composition that can be used and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric element that is inexpensive and excellent in reliability by using the piezoelectric ceramic composition.

前述の目的を達成するために、本発明者らは、長期に亘り種々研究を重ねてきた。その結果、Mn、Co、Cr、Fe、Niのいずれかを微量添加することにより、特異的に電気抵抗の改善が見られ、また電気機械結合係数krの低下も抑えられるとの結論を得るに至った。   In order to achieve the above object, the present inventors have made various studies over a long period of time. As a result, by adding a small amount of any of Mn, Co, Cr, Fe, and Ni, it is possible to obtain a conclusion that the electrical resistance can be improved specifically and the decrease in the electromechanical coupling coefficient kr can be suppressed. It came.

本発明は、前記検討結果に基づいて案出されたものであり、Pb、Ti、及びZrを構成元素とする複合酸化物を主成分とする圧電磁器組成物であって、第1副成分としてMn、Co、Cr、Fe、Niから選ばれる少なくとも1種を含有し、当該第1副成分の含有量が酸化物換算で0.2質量%以下(ただし、0は含まず。)であることを特徴とする。   The present invention has been devised based on the above examination results, and is a piezoelectric ceramic composition mainly composed of a composite oxide containing Pb, Ti, and Zr as constituent elements, and as a first subcomponent It contains at least one selected from Mn, Co, Cr, Fe, and Ni, and the content of the first subcomponent is 0.2% by mass or less in terms of oxide (however, 0 is not included). It is characterized by.

Mn、Co、Cr、Fe、Niから選ばれる少なくとも1種を含む成分を副成分として微量添加することにより、高い圧電特性を維持したまま、高温での電気抵抗の低下が抑えられる。その理由について、その詳細な機構は不明であるが、これら成分を微量添加することで、絶縁寿命が著しく改善されるのは事実であり、例えば自動車部品に必要とされる信頼性の基準を満たすレベルにまで改善される。また、この時の電気機械結合係数krの低下は、ほとんど問題にならないレベルである。   By adding a small amount of a component containing at least one selected from Mn, Co, Cr, Fe, and Ni as a subcomponent, a decrease in electrical resistance at high temperatures can be suppressed while maintaining high piezoelectric characteristics. Although the detailed mechanism is unknown for the reason, it is true that the insulation life is remarkably improved by adding a small amount of these components, for example, satisfying the reliability standard required for automobile parts. Improved to level. Further, the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr at this time is a level that hardly causes a problem.

ただし、第1副成分の添加量が多くなりすぎると、圧電特性(例えば電気機械結合係数kr)が低下し、また電気抵抗の改善度も低下する。したがって、本発明においては、前記第1副成分の添加量は、0.2質量%以下とする。   However, if the amount of the first subcomponent added is too large, the piezoelectric characteristics (for example, the electromechanical coupling coefficient kr) are lowered, and the improvement in the electrical resistance is also lowered. Therefore, in this invention, the addition amount of the said 1st subcomponent shall be 0.2 mass% or less.

なお、FeやCo、Niの添加については、先の特許文献1にも記載されている。しかしながら、特許文献1においては、本発明で規定するよりも添加量が多く、還元焼成条件での焼成も考慮していない。本発明のように、微量添加が常温時の電気抵抗からの低下の抑制に効果的であり、さらには、還元雰囲気下での焼成において、絶縁抵抗を改善することについては、全く認識されていない。   The addition of Fe, Co, and Ni is also described in the above-mentioned Patent Document 1. However, in Patent Document 1, the amount added is larger than that specified in the present invention, and firing under reducing firing conditions is not considered. As in the present invention, the addition of a small amount is effective in suppressing the decrease from the electrical resistance at normal temperature, and further, it has not been recognized at all about improving the insulation resistance in firing in a reducing atmosphere. .

本発明によれば、CuやNi等の安価な金属材料を内部電極の電極材料として用いることができ、電気抵抗が改善され、圧電特性、例えば電気機械結合係数krの低下の無い圧電磁器組成物を提供することが可能である。したがって、本発明によれば、安価でありながら、絶縁寿命に優れ、信頼性の高い圧電素子を提供することが可能である。   According to the present invention, an inexpensive metal material such as Cu or Ni can be used as the electrode material of the internal electrode, the electrical resistance is improved, and the piezoelectric ceramic composition does not decrease the piezoelectric characteristics, for example, the electromechanical coupling coefficient kr. Can be provided. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric element that is inexpensive and has excellent insulation life and high reliability.

以下、本発明を適用した圧電磁器組成物及びその製造方法、さらには前記圧電磁器組成物を用いた圧電素子について、詳細に説明する。   Hereinafter, a piezoelectric ceramic composition to which the present invention is applied, a manufacturing method thereof, and a piezoelectric element using the piezoelectric ceramic composition will be described in detail.

本発明の圧電磁器組成物は、Pb、Ti、及びZrを構成元素とする複合酸化物を主成分とするものである。ここで、前記複合酸化物は、例えばチタン酸鉛(PbTiO)とジルコン酸鉛(PbZrO)、及び亜鉛・ニオブ酸鉛[Pb(Zn1/3Nb2/3)O]により構成される3元系の複合酸化物や、前記3元系の複合酸化物においてPbの一部をSr、Ba、Ca等で置換した複合酸化物である。 The piezoelectric ceramic composition of the present invention is mainly composed of a composite oxide containing Pb, Ti, and Zr as constituent elements. Here, the composite oxide is composed of, for example, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), and zinc / lead niobate [Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 ]. Or a composite oxide obtained by substituting a part of Pb with Sr, Ba, Ca, or the like in the ternary composite oxide.

具体的な組成としては、下記(1)式、あるいは(2)式で表される複合酸化物等を挙げることができる。なお、これら(1)式、あるいは(2)式において、酸素の組成は化学量論的に求めたものであり、実際の組成においては、化学量論組成からのずれは許容されるものとする。   Specific examples of the composition include composite oxides represented by the following formula (1) or (2). In these formulas (1) and (2), the oxygen composition is obtained stoichiometrically, and deviation from the stoichiometric composition is allowed in the actual composition. .

Pb[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O ・・・(1)
(ただし、0.96≦a≦1.03、0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1である。)
Pb a [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3 (1)
(However, 0.96 ≦ a ≦ 1.03, 0.05 ≦ x ≦ 0.15, 0.25 ≦ y ≦ 0.5, 0.35 ≦ z ≦ 0.6, and x + y + z = 1.)

(Pba−bMe)[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O ・・・(2)
(ただし、0.96≦a≦1.03、0<b≦0.1、0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1である。また、式中のMeは、Sr、Ca、Baから選ばれる少なくとも1種を表す。)
(Pb a-b Me b ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3 (2)
(However, 0.96 ≦ a ≦ 1.03, 0 <b ≦ 0.1, 0.05 ≦ x ≦ 0.15, 0.25 ≦ y ≦ 0.5, 0.35 ≦ z ≦ 0.6 X + y + z = 1, and Me in the formula represents at least one selected from Sr, Ca, and Ba.)

前記複合酸化物は、いわゆるペロブスカイト構造を有しており、Pb、及び(2)式における置換元素Meについては、ペロブスカイト構造のいわゆるAサイトに位置する。ZnやNb、Ti、Zrは、ペロブスカイト構造のいわゆるBサイトに位置する。   The composite oxide has a so-called perovskite structure, and Pb and the substitution element Me in the formula (2) are located at a so-called A site of the perovskite structure. Zn, Nb, Ti, and Zr are located at the so-called B site of the perovskite structure.

前記(1)式や(2)式で表される複合酸化物において、Aサイト元素の割合aは、0.96≦a≦1.03であることが好ましい。Aサイト元素の割合aが0.96未満であると、低温での焼成が困難になるおそれがある。逆に、Aサイト元素の割合aが1.03を越えると、得られる圧電磁器の密度が低下し、その結果、十分な圧電特性が得られなくなるおそれがあり、機械的強度も低下するおそれがある。   In the composite oxide represented by the formula (1) or formula (2), the ratio a of the A site element is preferably 0.96 ≦ a ≦ 1.03. If the A-site element ratio a is less than 0.96, firing at low temperatures may be difficult. On the contrary, when the ratio a of the A site element exceeds 1.03, the density of the obtained piezoelectric ceramic is lowered, and as a result, sufficient piezoelectric characteristics may not be obtained, and the mechanical strength may also be lowered. is there.

前記(2)式で表される複合酸化物においては、Pbの一部を置換元素Me(Sr,Ca,Ba)で置換しているが、これにより圧電歪定数を大きくすることができる。ただし、置換元素Meの置換量bが多くなりすぎると、焼結性が低下してしまい、その結果、圧電歪定数が小さくなり、機械強度も低下する。また、キュリー温度も置換量bの増加に伴って低下する傾向にある。したがって、置換元素Meの置換量bは、0.1以下とすることが好ましい。   In the composite oxide represented by the above formula (2), a part of Pb is substituted with the substitution element Me (Sr, Ca, Ba), but this can increase the piezoelectric strain constant. However, if the substitution amount b of the substitution element Me is too large, the sinterability is lowered, and as a result, the piezoelectric strain constant is reduced and the mechanical strength is also lowered. Also, the Curie temperature tends to decrease as the substitution amount b increases. Therefore, the substitution amount b of the substitution element Me is preferably 0.1 or less.

一方、Bサイト元素のうち、ZnとNbの割合xは、0.05≦x≦0.15とすることが好ましい。前記割合xは焼成温度に影響を与え、この値が0.05未満であると焼成温度を低下させる効果が不足するおそれがある。逆に0.15を越えると、焼結性に影響を及ぼし、その結果、圧電歪定数が小さくなるとともに、機械的強度が低下するおそれがある。   On the other hand, among the B site elements, the ratio x between Zn and Nb is preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.15. The ratio x affects the firing temperature. If this value is less than 0.05, the effect of lowering the firing temperature may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 0.15, the sinterability is affected, and as a result, the piezoelectric strain constant may be reduced and the mechanical strength may be reduced.

Bサイト元素のうちTiの割合y及びZrの割合zは、圧電特性の観点から好ましい範囲が設定される。具体的には、Tiの割合yは、0.25≦y≦0.5であることが好ましく、Zrの割合zは、0.35≦z≦0.6であることが好ましい。前記範囲内に設定することで、モルフォトロピック相境界(MPB)付近において、大きな圧電歪定数を得ることができる。   Of the B-site elements, the Ti ratio y and the Zr ratio z are preferably set in terms of piezoelectric characteristics. Specifically, the Ti ratio y is preferably 0.25 ≦ y ≦ 0.5, and the Zr ratio z is preferably 0.35 ≦ z ≦ 0.6. By setting it within the above range, a large piezoelectric strain constant can be obtained in the vicinity of the morphotropic phase boundary (MPB).

本発明の圧電磁器組成物は、前記複合酸化物を主成分とするとともに、Mn、Co、Cr、Fe、Niから選ばれる少なくとも1種を含む成分を第1副成分として含有することが大きな特徴点である。前記第1副成分を含有することで、高温での電気抵抗の低下が著しく抑制される。   The piezoelectric ceramic composition of the present invention is characterized in that it contains the composite oxide as a main component and a component containing at least one selected from Mn, Co, Cr, Fe, and Ni as a first subcomponent. Is a point. By containing the first subcomponent, a decrease in electrical resistance at a high temperature is remarkably suppressed.

ただし、第1副成分の含有量が多くなりすぎると、圧電特性、例えば電気機械結合係数krが低下するおそれがあるため、前記含有量は0.2質量%以下(ただし、0は含まず。)とすることが好ましい。第1副成分の含有量が0.2質量%を越えると、電気機械結合係数krが50以下になるおそれがある。より好ましくは、0.01〜0.2質量%である。なお、前記第1副成分の含有量は、酸化物に換算したときの値である。例えば、Mnの場合にはMnOに換算した値、Coの場合にはCoOに換算した値、Crの場合にはCrOに換算した値、Feの場合にはFeOに換算した値、Niの場合にはNiOに換算した値である。   However, if the content of the first subcomponent becomes too large, the piezoelectric characteristics, for example, the electromechanical coupling coefficient kr may be lowered. Therefore, the content is 0.2% by mass or less (however, 0 is not included). ) Is preferable. If the content of the first subcomponent exceeds 0.2% by mass, the electromechanical coupling coefficient kr may be 50 or less. More preferably, it is 0.01-0.2 mass%. In addition, content of the said 1st subcomponent is a value when converted into an oxide. For example, in the case of Mn, the value converted to MnO, in the case of Co, the value converted to CoO, in the case of Cr, the value converted to CrO, in the case of Fe, the value converted to FeO, in the case of Ni Is a value converted to NiO.

本発明の圧電磁器組成物は、前記第1副成分の他、第2副成分を含んでいてもよい。この場合、第2副成分としては、Ta、Sb、Nb、及びWから選ばれる少なくとも1種である。第2副成分を添加することで、圧電特性及び機械的強度を向上させることができる。ただし、これら第2副成分の含有量は、酸化物換算で1.0質量%以下とすることが好ましい。例えばTaの場合、Ta換算で1.0質量%以下、Sbの場合、Sb換算で1.0質量%以下、Nbの場合、Nb換算で1.0質量%以下、Wの場合、WO換算で1.0質量%以下である。前記第2副成分の含有量が、前記酸化物換算で1.0質量%を越えると、焼結性が低下し、圧電特性が低下するおそれがある。 The piezoelectric ceramic composition of the present invention may contain a second subcomponent in addition to the first subcomponent. In this case, the second subcomponent is at least one selected from Ta, Sb, Nb, and W. By adding the second subcomponent, piezoelectric characteristics and mechanical strength can be improved. However, the content of these second subcomponents is preferably 1.0% by mass or less in terms of oxide. For example, in the case of Ta, 1.0% by mass or less in terms of Ta 2 O 5 , in the case of Sb, 1.0% by mass or less in terms of Sb 2 O 3 , and in the case of Nb, 1.0% by mass in terms of Nb 2 O 5 Hereinafter, in the case of W, it is 1.0 mass% or less in terms of WO 3 . When the content of the second subcomponent exceeds 1.0% by mass in terms of the oxide, the sinterability may be reduced and the piezoelectric characteristics may be deteriorated.

以上は、本発明の圧電磁器組成物の組成に関しての構成であるが、本発明の圧電磁器組成物は、還元焼成条件において焼成されたものであることも大きな特徴点の一つである。先にも述べた通り、酸化性雰囲気中で焼成すると、例えば圧電素子の内部電極の電極材料として貴金属を用いる必要がある。これに対して、本発明の圧電磁器組成物は、還元焼成条件において焼成されたものであるので、CuやNi等の安価な電極材料を内部電極に用いることができる。ここで、還元焼成条件としては、例えば、焼成温度800℃〜1200℃、酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧である。 The above is the configuration relating to the composition of the piezoelectric ceramic composition of the present invention. One of the major features is that the piezoelectric ceramic composition of the present invention is fired under reducing firing conditions. As described above, when firing in an oxidizing atmosphere, for example, a noble metal needs to be used as an electrode material of an internal electrode of a piezoelectric element. On the other hand, since the piezoelectric ceramic composition of the present invention is fired under reducing firing conditions, an inexpensive electrode material such as Cu or Ni can be used for the internal electrode. Here, the reducing firing conditions are, for example, a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. and an oxygen partial pressure of 1 × 10 −10 to 1 × 10 −6 atm.

前記還元焼成条件での焼成を行った場合、高温での電気抵抗の低下が問題になるが、本発明の圧電磁器組成物の場合、前記の通り第1副成分を含有しているので、これを回避することが可能である。また、本発明の圧電磁器組成物は、還元焼成条件で焼成されたものであるので、内部電極にCuやNi等の安価な電極材料を用いることができ、しかも、前記の通り高温での電気抵抗の低下を解消しながら、圧電特性の低下も回避することが可能である。   When firing under the reducing firing conditions, a decrease in electrical resistance at high temperatures becomes a problem. However, since the piezoelectric ceramic composition of the present invention contains the first subcomponent as described above, Can be avoided. In addition, since the piezoelectric ceramic composition of the present invention is fired under reducing firing conditions, an inexpensive electrode material such as Cu or Ni can be used for the internal electrode, and as described above, While eliminating the decrease in resistance, it is possible to avoid a decrease in piezoelectric characteristics.

次に、本発明の圧電磁器組成物の製造方法について説明する。本発明の圧電磁器組成物は還元焼成条件で焼成することにより製造するが、その製造方法は以下の通りである。   Next, the manufacturing method of the piezoelectric ceramic composition of this invention is demonstrated. The piezoelectric ceramic composition of the present invention is produced by firing under reducing firing conditions. The production method is as follows.

先ず、主成分の原料として、例えばPbO粉末、ZnO粉末、Nb粉末、TiO粉末、ZrO粉末を用意する。主成分が(2)式で表される複合酸化物の場合には、さらに、SrCO粉末、BaCO粉末、CaCO粉末の少なくとも1種を用意する。 First, for example, PbO powder, ZnO powder, Nb 2 O 5 powder, TiO 2 powder, and ZrO 2 powder are prepared as the main component raw materials. When the main component is a complex oxide represented by the formula (2), at least one of SrCO 3 powder, BaCO 3 powder, and CaCO 3 powder is further prepared.

また、第1副成分の原料(添加種)として、前記各元素の酸化物や炭酸塩、例えばMnCO、CoO、Cr、Fe、NiO等の少なくとも1種を用意する。第2副成分を添加する場合には、Ta粉末、Sb粉末、Nb粉末、WO粉末の中から必要なものを用意する。 In addition, as the first subcomponent material (additional species), at least one of oxides and carbonates of each element, such as MnCO 3 , CoO, Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and NiO, is prepared. When the second subcomponent is added, necessary ones are prepared from Ta 2 O 5 powder, Sb 2 O 3 powder, Nb 2 O 5 powder, and WO 3 powder.

なお、前記主成分の原料、第1副成分及び第2副成分の原料としては、例示した前記酸化物粉末、あるいは炭酸塩粉末に限られるものではなく、焼成により酸化物となるものであれば、如何なるものを用いてもよい。例えば例示した酸化物粉末の代わりに、炭酸塩粉末、シュウ酸塩粉末、水酸化物粉末等を用いることもできる。同様に、例示した炭酸塩粉末の代わりに、酸化物粉末、シュウ酸塩粉末、水酸化物粉末等を用いることができる。   The raw materials for the main component, the first subcomponent, and the second subcomponent are not limited to the exemplified oxide powder or carbonate powder, but may be any oxide that can be fired. Anything may be used. For example, carbonate powder, oxalate powder, hydroxide powder, or the like can be used instead of the exemplified oxide powder. Similarly, oxide powder, oxalate powder, hydroxide powder, or the like can be used instead of the exemplified carbonate powder.

次に、これら原料を十分に乾燥させた後、所望の最終組成に応じて前記各原料を秤量し、例えばボールミル等により有機溶媒中、あるいは水中で十分に混合する。これを乾燥した後、例えば700℃〜950℃程度で1時間〜4時間仮焼する。続いて、この仮焼物を、例えばボールミル等により有機溶媒中、または水中で十分に粉砕し、乾燥した後、ポリビニルアルコールやアクリル系樹脂等のバインダを加えて造粒し、一軸プレス成形機あるいは静水圧成形機(CIP)等を用いてプレス成形する。   Next, after sufficiently drying these raw materials, the respective raw materials are weighed according to a desired final composition, and are sufficiently mixed in an organic solvent or in water using, for example, a ball mill or the like. After drying this, for example, it is calcined at about 700 to 950 ° C. for 1 to 4 hours. Subsequently, the calcined product is sufficiently pulverized in an organic solvent or water using a ball mill or the like, dried, and then granulated by adding a binder such as polyvinyl alcohol or an acrylic resin, and then uniaxial press molding machine or static Press molding using a hydraulic molding machine (CIP) or the like.

前記成形の後、成形体を焼成するが、本発明では、前記成形体を還元焼成条件で焼成する。具体的には、還元雰囲気(例えば酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧)下、焼成温度800℃〜1200℃で焼成を行う。本発明の圧電磁器組成物は、前記の通り還元焼成条件で、しかも比較的低い温度で焼成を行うので、例えば内部電極に用いる電極材料に対する制約がなくなり、CuやNi等の安価な電極材料を用いることができる。また、還元焼成条件下で焼成したことによる電気抵抗等の劣化は、第1副成分を添加することで解消され、特性的にも問題なくなる。 After the molding, the molded body is fired. In the present invention, the molded body is fired under reducing firing conditions. Specifically, firing is performed at a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. in a reducing atmosphere (for example, oxygen partial pressure of 1 × 10 −10 to 1 × 10 −6 atm). Since the piezoelectric ceramic composition of the present invention is fired at a relatively low temperature under reducing firing conditions as described above, for example, there is no restriction on the electrode material used for the internal electrode, and an inexpensive electrode material such as Cu or Ni is used. Can be used. In addition, deterioration of electrical resistance or the like due to firing under reducing firing conditions is eliminated by adding the first subcomponent, and there is no problem in terms of characteristics.

焼成した後、得られた焼結体を必要に応じて研磨し、分極用電極を接続して加熱したシリコーンオイル等の中で電界を印加することにより分極処理を行い、圧電磁器組成物(圧電セラミック)を得る。   After firing, the obtained sintered body is polished as necessary, and polarization treatment is performed by applying an electric field in a heated silicone oil or the like with a polarization electrode connected thereto. Ceramic).

なお、前述の製造方法において、第1副成分や第2副成分の原料は、仮焼の前、例えば最初の原料混合プロセスにおいて主成分の原料と混合してもよいし、仮焼の後、仮焼物を粉砕したものと混合するようにしてもよい。   In the above-described manufacturing method, the raw materials of the first subcomponent and the second subcomponent may be mixed with the main component raw material before calcination, for example, in the first raw material mixing process, You may make it mix with what grind | pulverized the calcined material.

前述の圧電磁器組成物は、アクチュエータや圧電トランス、超音波モータ、圧電ブザー、発音体、センサ等、各種圧電素子の圧電材料として用いることができる。そこで次に、積層型アクチュエータを例にして、圧電素子の構成例について説明する。   The piezoelectric ceramic composition described above can be used as piezoelectric materials for various piezoelectric elements such as actuators, piezoelectric transformers, ultrasonic motors, piezoelectric buzzers, sounding bodies, sensors, and the like. Next, a configuration example of the piezoelectric element will be described by taking a multilayer actuator as an example.

図1は、積層型アクチュエータの一例を示すものである。積層型アクチュエータ1は、図1に示すように、複数の圧電層2の間に内部電極3が挿入された積層体4を備えており、この積層体4が活性部分として変位に寄与する。圧電層2の1層当たりの厚さは、任意に設定することができるが、例えば1μm〜100μm程度に設定するのが通常である。積層体4の両側には、不活性領域として内部電極3が形成されていない圧電層領域を有するが、この部分の圧電層の厚さは、内部電極3間の圧電層2の厚さよりも厚く設定されていてもよい。   FIG. 1 shows an example of a laminated actuator. As shown in FIG. 1, the multilayer actuator 1 includes a multilayer body 4 in which internal electrodes 3 are inserted between a plurality of piezoelectric layers 2, and the multilayer body 4 contributes to displacement as an active portion. Although the thickness per layer of the piezoelectric layer 2 can be set arbitrarily, it is usually set to about 1 μm to 100 μm, for example. On both sides of the laminate 4, there are piezoelectric layer regions where the internal electrodes 3 are not formed as inactive regions. The thickness of the piezoelectric layer in this portion is thicker than the thickness of the piezoelectric layer 2 between the internal electrodes 3. It may be set.

本発明の圧電素子においては、前記圧電層2に前述の圧電磁器組成物を用いる。一方、内部電極3は、各圧電層2に電圧を印加する電極としての機能を有するものであり、当然のことながら導電材料により構成される。この場合、導電材料として、Ag、Au、Pt、Pd等の貴金属を用いることもできるが、前記圧電層2に先に説明した本発明の圧電磁器組成物を用いているので、CuやNi等の安価な電極材料を用いることができる。前記の通り、本発明の圧電磁器組成物は還元焼成条件で低温焼成されるものであり、酸化され易く融点も低いCuやNi等であっても、前記内部電極3として用いることが可能である。これら安価な電極材料を用いれば、積層型アクチュエータ1の製造コストの削減にも繋がる。   In the piezoelectric element of the present invention, the piezoelectric ceramic composition described above is used for the piezoelectric layer 2. On the other hand, the internal electrode 3 has a function as an electrode for applying a voltage to each piezoelectric layer 2 and, of course, is made of a conductive material. In this case, noble metals such as Ag, Au, Pt, and Pd can be used as the conductive material. However, since the piezoelectric ceramic composition of the present invention described above is used for the piezoelectric layer 2, Cu, Ni, etc. An inexpensive electrode material can be used. As described above, the piezoelectric ceramic composition of the present invention is fired at a low temperature under reducing firing conditions, and can be used as the internal electrode 3 even if it is easily oxidized and has a low melting point such as Cu or Ni. . If these inexpensive electrode materials are used, the manufacturing cost of the multilayer actuator 1 can be reduced.

前記内部電極3は、例えば交互に逆方向に延長されており、各延長方向の端部には、それぞれ内部電極3と電気的に接続された端子電極5,6が設けられている。端子電極5,6は、例えばAu等の金属をスパッタリングすることにより形成されていてもよいし、電極用ペーストを焼き付けることにより形成されていてもよい。端子電極5,6の厚さは、用途や積層型アクチュエータ1のサイズ等によって適宜設定されるが、通常は、10μm〜50μm程度である。   The internal electrodes 3 are alternately extended in opposite directions, for example, and terminal electrodes 5 and 6 electrically connected to the internal electrodes 3 are provided at the ends in the extending directions. The terminal electrodes 5 and 6 may be formed, for example, by sputtering a metal such as Au, or may be formed by baking an electrode paste. The thicknesses of the terminal electrodes 5 and 6 are appropriately set depending on the application, the size of the multilayer actuator 1, and the like, but are usually about 10 μm to 50 μm.

前記積層型アクチュエータ1は、次のようにして作製する。先ず、圧電磁器組成物の製造において述べたように、仮焼物を粉砕した粉末(第1副成分を含む。)にビヒクルを加え、混練して圧電層用ペーストを作製する。それとともに、導電材料をビヒクルと混練し、内部電極用ペーストを作製する。なお、内部電極用ペーストには、必要に応じて分散剤、可塑剤、誘電体材料、絶縁材料等の添加物を添加してもよい。   The laminated actuator 1 is manufactured as follows. First, as described in the production of the piezoelectric ceramic composition, a vehicle is added to a powder obtained by pulverizing the calcined product (including the first subcomponent) and kneaded to prepare a piezoelectric layer paste. At the same time, the conductive material is kneaded with the vehicle to produce an internal electrode paste. Note that additives such as a dispersant, a plasticizer, a dielectric material, and an insulating material may be added to the internal electrode paste as necessary.

続いて、前記圧電層用ペースト及び内部電極用ペーストを用いて、印刷法やシート法等により積層体4の前駆体であるグリーンチップを作製する。さらに、脱バインダ処理を行い、還元焼成条件で焼成し、積層体4を得る。得られた積層体4は、例えばバレル研磨やサンドブラスト等により端面研磨を行い、金属をスパッタリングすることにより、あるいは内部電極用ペーストと同様に作製した端子電極用ペーストを印刷または転写して焼き付け、端子電極5,6を形成する。   Subsequently, by using the piezoelectric layer paste and the internal electrode paste, a green chip that is a precursor of the multilayer body 4 is manufactured by a printing method, a sheet method, or the like. Furthermore, a binder removal process is performed, and the laminate 4 is obtained by firing under reducing firing conditions. The obtained laminate 4 is subjected to terminal polishing by barrel polishing or sand blasting, for example, by sputtering a metal, or by printing or transferring a terminal electrode paste produced in the same manner as the internal electrode paste, Electrodes 5 and 6 are formed.

以上の構成を有する圧電素子は、内部電極をCuやNi等の安価な電極材料で形成することができるので、製造コストを大幅に削減することが可能である。また、還元焼成条件で焼成される圧電磁器組成物により形成される圧電層2は、高温での電気抵抗の低下が少なく、電気機械結合係数krの低下も少ないので、性能や信頼性に優れた圧電素子を実現することが可能である。   In the piezoelectric element having the above configuration, the internal electrode can be formed of an inexpensive electrode material such as Cu or Ni, so that the manufacturing cost can be greatly reduced. In addition, the piezoelectric layer 2 formed of the piezoelectric ceramic composition fired under the reduction firing condition has a small decrease in electric resistance at a high temperature and a small decrease in the electromechanical coupling coefficient kr. A piezoelectric element can be realized.

以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。   Hereinafter, specific examples to which the present invention is applied will be described based on experimental results.

実験1−1:第1副成分(MnO)の添加による効果の確認実験
本実験では、下記の主成分に対して、MnをMnO換算で表1に示す含有量となるように添加し、その効果を調べた。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 1-1: Confirmation experiment of effect by addition of first subcomponent (MnO) In this experiment, Mn was added to the following main components so as to have a content shown in Table 1 in terms of MnO, The effect was investigated.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

圧電磁器組成物は、次のようにして作製した。先ず、主成分の原料として、PbO粉末、SrCO粉末、ZnO粉末、Nb粉末、TiO粉末、ZrO粉末を用意し、前記主成分の組成となるように秤取した。また、Mnの添加種としてMnCOを用意し、これをMnO換算で表1に示す含有量となるように主成分の母組成に添加した。次に、これら原料をボールミルを用いて16時間湿式混合し、大気中において700℃〜900℃で2時間仮焼した。 The piezoelectric ceramic composition was produced as follows. First, PbO powder, SrCO 3 powder, ZnO powder, Nb 2 O 5 powder, TiO 2 powder, and ZrO 2 powder were prepared as raw materials for the main component, and weighed so as to have the composition of the main component. Further, MnCO 3 was prepared as an added species of Mn, and this was added to the main component composition so as to have the content shown in Table 1 in terms of MnO. Next, these raw materials were wet-mixed for 16 hours using a ball mill, and calcined at 700 ° C. to 900 ° C. for 2 hours in the air.

得られた仮焼物を微粉砕した後、ボールミルを用いて16時間湿式粉砕した。これを乾燥した後、バインダとしてアクリル系樹脂を加えて造粒し、1軸プレス成形機を用いて約445MPaの圧力で直径17mm、厚さ1mmの円板状に成形した。成形した後、熱処理を行ってバインダを揮発させ、低酸素還元雰囲気中(酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧)において950℃で2時間〜8時間焼成した。得られた焼結体をスライス加工及びラップ加工により厚さ0.6mmの円板状とし、両面に銀ペーストを印刷して350℃で焼き付け、120℃のシリコーンオイル中で3kVの電界を15分間印加し、分極処理を行った。 The obtained calcined product was finely pulverized and then wet pulverized for 16 hours using a ball mill. After drying this, an acrylic resin was added as a binder for granulation, and it was formed into a disk shape having a diameter of 17 mm and a thickness of 1 mm using a uniaxial press molding machine at a pressure of about 445 MPa. After molding, heat treatment was performed to volatilize the binder, and firing was performed at 950 ° C. for 2 hours to 8 hours in a low oxygen reduction atmosphere (oxygen partial pressure 1 × 10 −10 to 1 × 10 −6 atm). The obtained sintered body is sliced and lapped into a 0.6 mm thick disk, printed with silver paste on both sides, baked at 350 ° C, and an electric field of 3 kV in 120 ° C silicone oil for 15 minutes. Applied and subjected to polarization treatment.

以上の方法に従い、表1に示す含有量となるようにMn(MnO)の添加量を変え、実施例1−1〜実施例1−6、及び比較例1−1〜1−2を作製した。   According to the above method, the amount of Mn (MnO) added was changed so as to have the content shown in Table 1, and Examples 1-1 to 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1-2 were produced. .

作製した各実施例及び比較例について、電気抵抗IRの測定を行い、さらに電気機械結合係数krを測定した。電気機械結合係数krの測定は、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、HP4194A)を用いて行った。結果を表1に示す。なお、表中において、電気抵抗IR(相対値)とは、各実施例の150℃における抵抗値を無添加の場合(比較例1−1)の150℃における抵抗値で除した値である。   About each produced Example and comparative example, electrical resistance IR was measured and the electromechanical coupling coefficient kr was further measured. The electromechanical coupling coefficient kr was measured using an impedance analyzer (HP4194A, manufactured by Hewlett-Packard Company). The results are shown in Table 1. In the table, the electric resistance IR (relative value) is a value obtained by dividing the resistance value at 150 ° C. in each example by the resistance value at 150 ° C. in the case of no addition (Comparative Example 1-1).

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表1から明らかなように、第1副成分であるMnOを含有することで、第1副成分を添加していない比較例1−1に比べて高温での電気抵抗が大きく改善されることがわかる。ただし、比較例1−2のように、MnOの含有量が多すぎると、高温での電気抵抗IRの改善の度合いも低下し、電気機械結合係数krの低下が顕著になり、電気機械結合係数krの値が基準となる50(%)を下回っている。したがって、前記MnOの添加に際しては、その含有量が0.2質量%以下となるようにすることが好ましいと言える。   As is apparent from Table 1, by containing MnO as the first subcomponent, the electrical resistance at a high temperature is greatly improved as compared with Comparative Example 1-1 in which the first subcomponent is not added. I understand. However, as in Comparative Example 1-2, when the content of MnO is too large, the degree of improvement in the electrical resistance IR at high temperatures is also reduced, and the reduction in the electromechanical coupling coefficient kr becomes remarkable, and the electromechanical coupling coefficient The value of kr is lower than the standard 50 (%). Therefore, when adding MnO, it can be said that the content is preferably 0.2% by mass or less.

実験1−2:主成分のAサイト元素の組成aに関する検討(第1副成分:Mn)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成aを変えて実施例1−7〜実施例1−10を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様である。これら各実施例について、実験1−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表2に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 1-2: Study on the composition a of the main component A site element (first subcomponent: Mn)
The composition of the main component was as follows, and Examples 1-7 to 1-10 were produced by changing the composition a in the composition. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 1-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 2.
Main component: (Pb a -0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表2から明らかなように、組成aを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、MnOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 2, even when the composition a is changed within the range specified in the present invention, the effect of adding MnO can be obtained. In any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験1−3:主成分のAサイト元素の組成bに関する検討(第1副成分:Mn)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成bを変えて実施例1−11〜実施例1−15を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様である。これら各実施例について、実験1−1や実験2−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表3に示す。
主成分:(Pb0.995−bSr)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 1-3: Study on the composition b of the A-site element as the main component (first subcomponent: Mn)
Examples 1-11 to 1-15 were produced by changing the composition b of the main component as follows and changing the composition b in the composition. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 1-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 1-1 and Experiment 2-1. The results are shown in Table 3.
Main component: (Pb 0.995-b Sr b ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表3から明らかなように、組成bを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、MnOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 3, even when the composition b is changed within the range defined in the present invention, the effect of adding MnO can be obtained. In any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験1−4:主成分のAサイト置換元素Meに関する検討(第1副成分:Mn)
主成分のAサイト置換元素MeをCa、あるいはBaに変え、他は実験1−1と同様にして実施例1−16及び実施例1−17を作製した。これら実施例の高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krの測定結果を表4に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Me0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 1-4: Study on A-site substitution element Me as the main component (first subcomponent: Mn)
Examples 1-16 and 1-17 were produced in the same manner as in Experiment 1-1 except that the main site A-site substitution element Me was changed to Ca or Ba. Table 4 shows the measurement results of the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr at high temperatures in these examples.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Me 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表4から明らかな通り、主成分のAサイトの置換元素MeをSrからCaやBaに変えた場合にも、MnOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 4, even when the substitution element Me at the A site of the main component is changed from Sr to Ca or Ba, the effect of adding MnO is obtained, and the electrical resistance at high temperature is greatly improved. A decrease in the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験1−5:主成分のBサイト元素の組成x、y、zに関する検討(第1副成分:Mn)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成においてBサイト元素の組成x、y、zを表6に示すように変え、実施例1−18〜実施例1−23及び比較例1−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様である。これら各実施例について、実験1−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表5に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O
Experiment 1-5: Study on composition x, y, z of B-site element as main component (first subcomponent: Mn)
The composition of the main component is as follows, and in this composition, the composition x, y, z of the B site element is changed as shown in Table 6, and Examples 1-18 to 1-23 and Comparative Example 1-2 are changed. Produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 1-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 5.
Main component: (Pb a-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表5から明らかなように、Bサイト元素の組成x、y、zを変えた場合にも、MnOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられていることがわかる。ただし、Bサイト元素の組成x、y、zが本発明で規定する範囲を外れる比較例1−2では、電気機械結合係数krが小さく、基準値(50%)以下になっている。   As is apparent from Table 5, even when the composition x, y, z of the B site element is changed, the effect of adding MnO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling is achieved. It can be seen that the decrease in the coefficient kr is suppressed. However, in Comparative Example 1-2 in which the composition x, y, z of the B site element is outside the range defined in the present invention, the electromechanical coupling coefficient kr is small and is equal to or less than the reference value (50%).

実験1−6:第2副成分(Ta )の添加に関する検討(第1副成分:Mn)
第2副成分としてTaを添加し、その添加量を表6に示すように変えて実施例1−24〜実施例1−29を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様である。これら各実施例について、実験1−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表6に示す。
Experiment 1-6: Study on addition of second subcomponent (Ta 2 O 5 ) (first subcomponent: Mn)
Example 1-24 to Example 1-29 were prepared by adding Ta 2 O 5 as the second subcomponent and changing the amount of addition as shown in Table 6. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 1-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 6.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表6から明らかなように、第2副成分としてTaを添加した場合にも、MnOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。ただし、Taの添加量が多くなりすぎると、高温負荷寿命、電気機械結合係数krのいずれも若干低下する傾向にある。 As is apparent from Table 6, even when Ta 2 O 5 is added as the second subcomponent, the effect of adding MnO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling coefficient kr The decline of the is suppressed. However, if the amount of Ta 2 O 5 added is too large, both the high temperature load life and the electromechanical coupling coefficient kr tend to decrease slightly.

実験1−7:第2副成分の種類に関する検討(第1副成分:Mn)
第2副成分として、表7に示す酸化物を表7に示す添加量で加え、実施例1−30〜実施例1−34を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様である。これら各実施例について、実験1−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表7に示す。
Experiment 1-7: Study on type of second subcomponent (first subcomponent: Mn)
As the second subcomponent, the oxides shown in Table 7 were added in the addition amounts shown in Table 7 to prepare Examples 1-30 to 1-34. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 1-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 7.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表7から明らかなように、いずれの添加物、添加量においても効果が見られ、高温での電気抵抗が高く、電気機械結合係数krも大きいことがわかる。   As is apparent from Table 7, it can be seen that the effect is observed in any additive and addition amount, the electrical resistance at high temperature is high, and the electromechanical coupling coefficient kr is also large.

実験2−1:第1副成分(CoO)の添加による効果の確認実験
本実験では、下記の主成分に対して、CoをCoO換算で表8に示す含有量となるように添加し、実施例2−1〜実施例2−5及び比較例2−1〜2−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様であり、第1副成分の原料としてCoOを用いた。これら各実施例及び比較例について、実験1−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表8に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 2-1: Confirmation experiment of effect by addition of first subcomponent (CoO) In this experiment, Co was added to the following main components so as to have a content shown in Table 8 in terms of CoO. Example 2-1 to Example 2-5 and Comparative examples 2-1 to 2-2 were prepared. The method for producing the piezoelectric ceramic composition was the same as in Experiment 1-1, and CoO was used as a raw material for the first subcomponent. For each of these Examples and Comparative Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 8.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表8から明らかなように、第1副成分であるCoOを含有することで、第1副成分を添加していない比較例2−1に比べて高温での電気抵抗が大きく改善されることがわかる。ただし、比較例2−2のように、CoOの含有量が多すぎると、高温での電気抵抗IRの改善の度合いが大きく低下している。したがって、前記CoOの添加に際しては、その含有量が0.2質量%以下となるようにすることが好ましいと言える。   As is apparent from Table 8, by including CoO as the first subcomponent, the electrical resistance at a high temperature is greatly improved as compared with Comparative Example 2-1 in which the first subcomponent is not added. I understand. However, as in Comparative Example 2-2, when the content of CoO is too large, the degree of improvement in electrical resistance IR at high temperatures is greatly reduced. Therefore, when adding the CoO, it can be said that the content is preferably 0.2% by mass or less.

実験2−2:主成分のAサイト元素の組成aに関する検討(第1副成分:Co)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成aを変えて実施例2−6〜実施例2−9を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験2−1と同様である。これら各実施例について、実験2−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表9に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 2-2: Study on the composition a of the main component A site element (first subcomponent: Co)
Example 2-6 to Example 2-9 were prepared by changing the composition a in the composition as follows. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 2-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 2-1. The results are shown in Table 9.
Main component: (Pb a -0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表9から明らかなように、組成aを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、CoOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As can be seen from Table 9, even when the composition a is changed within the range specified in the present invention, the effect of adding CoO can be obtained. In any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験2−3:主成分のAサイト元素の組成bに関する検討(第1副成分:Co)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成bを変えて実施例2−10〜実施例2−14を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験2−1と同様である。これら各実施例について、実験2−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表10に示す。
主成分:(Pb0.995−bSr)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 2-3: Study on the composition b of the A-site element as the main component (first subcomponent: Co)
The composition of the main component was as follows, and Example 2-10 to Example 2-14 were prepared by changing the composition b in the composition. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 2-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 2-1. The results are shown in Table 10.
Main component: (Pb 0.995-b Sr b ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表10から明らかなように、組成bを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、CoOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As can be seen from Table 10, even when the composition b is changed within the range defined in the present invention, the effect of adding CoO is obtained, and in any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験2−4:主成分のAサイト置換元素Meに関する検討(第1副成分:Co)
主成分のAサイト置換元素MeをCa、あるいはBaに変え、他は実験2−1と同様にして実施例2−15及び実施例2−16を作製した。これら実施例の高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krの測定結果を表11に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Me0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 2-4: Study on A-site substitution element Me as the main component (first subcomponent: Co)
Example 2-15 and Example 2-16 were produced in the same manner as in Experiment 2-1, except that the main site A-site substitution element Me was changed to Ca or Ba. Table 11 shows the measurement results of the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperatures of these examples.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Me 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表11から明らかな通り、主成分のAサイトの置換元素MeをSrからCaやBaに変えた場合にも、CoOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is clear from Table 11, even when the substitution element Me at the A site of the main component is changed from Sr to Ca or Ba, the effect of adding CoO is obtained, and the electrical resistance at high temperature is greatly improved. A decrease in the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験2−5:主成分のBサイト元素の組成x、y、zに関する検討(第1副成分:Co)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成においてBサイト元素の組成x、y、zを表12に示すように変え、実施例2−17〜実施例2−22及び比較例2−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験2−1と同様である。これら各実施例について、実験2−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表12に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O
Experiment 2-5: Study on the composition x, y, z of the B-site element as the main component (first subcomponent: Co)
The composition of the main component is as follows, and in this composition, the composition x, y, z of the B site element is changed as shown in Table 12, and Examples 2-17 to 2-22 and Comparative Example 2-2 are changed. Produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 2-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 2-1. The results are shown in Table 12.
Main component: (Pb a-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表12から明らかなように、Bサイト元素の組成x、y、zを変えた場合にも、CoOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられていることがわかる。ただし、Bサイト元素の組成x、y、zが本発明で規定する範囲を外れる比較例2−2では、電気機械結合係数krが小さく、基準値(50%)以下になっている。   As apparent from Table 12, even when the composition x, y, z of the B site element is changed, the effect of adding CoO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling is achieved. It can be seen that the decrease in the coefficient kr is suppressed. However, in Comparative Example 2-2 in which the composition x, y, z of the B site element is out of the range defined in the present invention, the electromechanical coupling coefficient kr is small and is equal to or less than the reference value (50%).

実験2−6:第2副成分(Ta )の添加に関する検討(第1副成分:Co)
第2副成分としてTaを添加し、その添加量を表13に示すように変えて実施例2−23〜実施例2−28を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験2−1と同様である。これら各実施例について、実験2−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表13に示す。
Experiment 2-6: Study on addition of second subcomponent (Ta 2 O 5 ) (first subcomponent: Co)
Example 2-23 to Example 2-28 were prepared by adding Ta 2 O 5 as the second subcomponent and changing the amount of addition as shown in Table 13. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 2-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 2-1. The results are shown in Table 13.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表13から明らかなように、第2副成分としてTaを添加した場合にも、CoOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。ただし、Taの添加量が多くなりすぎると、高温負荷寿命、電気機械結合係数krのいずれも若干低下する傾向にある。 As is apparent from Table 13, even when Ta 2 O 5 is added as the second subcomponent, the effect of adding CoO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling coefficient kr The decline of the is suppressed. However, if the amount of Ta 2 O 5 added is too large, both the high temperature load life and the electromechanical coupling coefficient kr tend to decrease slightly.

実験2−7:第2副成分の種類に関する検討(第1副成分:Co)
第2副成分として、表14に示す酸化物を表14に示す添加量で加え、実施例2−29〜実施例2−33を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験2−1と同様である。これら各実施例について、実験2−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表14に示す。
Experiment 2-7: Study on type of second subcomponent (first subcomponent: Co)
As the second subcomponent, the oxides shown in Table 14 were added in the addition amounts shown in Table 14 to prepare Examples 2-29 to 2-33. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 2-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 2-1. The results are shown in Table 14.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表14から明らかなように、いずれの添加物、添加量においても効果が見られ、高温での電気抵抗が高く、電気機械結合係数krも大きいことがわかる。   As is apparent from Table 14, it can be seen that the effect is observed in any additive and addition amount, the electrical resistance at high temperature is high, and the electromechanical coupling coefficient kr is also large.

実験3−1:第1副成分(CrO)の添加による効果の確認実験
本実験では、下記の主成分に対して、CrをCrO換算で表15に示す含有量となるように添加し、実施例3−1〜実施例3−6及び比較例3−1〜3−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様であり、第1副成分の原料としてCrを用いた。これら各実施例及び比較例について、実験1−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表15に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 3-1: Confirmation experiment of effect by addition of first subcomponent (CrO) In this experiment, Cr was added to the following main components so as to have a content shown in Table 15 in terms of CrO. Example 3-1 to Example 3-6 and Comparative Examples 3-1 to 3-2 were produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition was the same as in Experiment 1-1, and Cr 2 O 3 was used as the first subcomponent material. For each of these Examples and Comparative Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 15.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表15から明らかなように、第1副成分であるCrOを含有することで、第1副成分を添加していない比較例3−1に比べて高温での電気抵抗が大きく改善されることがわかる。ただし、比較例3−2のように、CrOの含有量が多すぎると、高温での電気抵抗IRの改善の度合いが大きく低下している。したがって、前記CrOの添加に際しては、その含有量が0.2質量%以下となるようにすることが好ましいと言える。   As is apparent from Table 15, by containing CrO as the first subcomponent, the electrical resistance at a high temperature is greatly improved as compared with Comparative Example 3-1 in which the first subcomponent is not added. I understand. However, as in Comparative Example 3-2, when the content of CrO is too large, the degree of improvement in electrical resistance IR at high temperatures is greatly reduced. Therefore, it can be said that the content of CrO is preferably 0.2% by mass or less.

実験3−2:主成分のAサイト元素の組成aに関する検討(第1副成分:Cr)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成aを変えて実施例3−7〜実施例3−10を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験3−1と同様である。これら各実施例について、実験3−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表16に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 3-2: Study on the composition a of the A-site element as the main component (first subcomponent: Cr)
Example 3-7 to Example 3-10 were prepared by changing the composition a in the composition as follows. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 3-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 3-1. The results are shown in Table 16.
Main component: (Pb a -0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表16から明らかなように、組成aを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、CrOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 16, even when the composition a is changed within the range specified in the present invention, the effect of adding CrO is obtained. In any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験3−3:主成分のAサイト元素の組成bに関する検討(第1副成分:Cr)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成bを変えて実施例3−11〜実施例3−15を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験3−1と同様である。これら各実施例について、実験3−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表17に示す。
主成分:(Pb0.995−bSr)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 3-3: Study on the composition b of the A-site element as the main component (first subcomponent: Cr)
Examples 3-11 to 3-15 were produced by changing the composition b of the main component as follows and changing the composition b in the composition. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 3-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 3-1. The results are shown in Table 17.
Main component: (Pb 0.995-b Sr b ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表17から明らかなように、組成bを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、CrOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is clear from Table 17, even when the composition b is changed within the range defined in the present invention, the effect of adding CrO is obtained, and in any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験3−4:主成分のAサイト置換元素Meに関する検討(第1副成分:Cr)
主成分のAサイト置換元素MeをCa、あるいはBaに変え、他は実験3−1と同様にして実施例3−16及び実施例3−17を作製した。これら実施例の高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krの測定結果を表18に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Me0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 3-4: Study on main component A-site substitution element Me (first subcomponent: Cr)
Example 3-16 and Example 3-17 were prepared in the same manner as in Experiment 3-1, except that the main site A-site substitution element Me was changed to Ca or Ba. Table 18 shows the measurement results of the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr at high temperatures in these examples.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Me 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表18から明らかな通り、主成分のAサイトの置換元素MeをSrからCaやBaに変えた場合にも、CrOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 18, even when the substitution element Me at the A site of the main component is changed from Sr to Ca or Ba, the effect of adding CrO is obtained, and the electrical resistance at high temperature is greatly improved. A decrease in the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験3−5:主成分のBサイト元素の組成x、y、zに関する検討(第1副成分:Cr)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成においてBサイト元素の組成x、y、zを表19に示すように変え、実施例3−18〜実施例3−23及び比較例3−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験3−1と同様である。これら各実施例について、実験3−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表19に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O
Experiment 3-5: Study on composition x, y, z of B site element as main component (first subcomponent: Cr)
The composition of the main component is as follows, and in this composition, the composition x, y, z of the B site element is changed as shown in Table 19, and Examples 3-18 to 3-23 and Comparative Example 3-2 are changed. Produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 3-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 3-1. The results are shown in Table 19.
Main component: (Pb a-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表19から明らかなように、Bサイト元素の組成x、y、zを変えた場合にも、CrOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられていることがわかる。ただし、Bサイト元素の組成x、y、zが本発明で規定する範囲を外れる比較例3−2では、電気機械結合係数krが小さく、基準値(50%)以下になっている。   As apparent from Table 19, even when the composition x, y, z of the B site element is changed, the effect of adding CrO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling is achieved. It can be seen that the decrease in the coefficient kr is suppressed. However, in Comparative Example 3-2 in which the composition x, y, z of the B site element deviates from the range defined in the present invention, the electromechanical coupling coefficient kr is small and is equal to or less than the reference value (50%).

実験3−6:第2副成分(Ta )の添加に関する検討(第1副成分:Cr)
第2副成分としてTaを添加し、その添加量を表20に示すように変えて実施例3−24〜実施例3−29を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験3−1と同様である。これら各実施例について、実験3−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表20に示す。
Experiment 3-6: Study on addition of second subcomponent (Ta 2 O 5 ) (first subcomponent: Cr)
Example 3-24 to Example 3-29 were prepared by adding Ta 2 O 5 as the second subcomponent and changing the addition amount as shown in Table 20. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 3-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 3-1. The results are shown in Table 20.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表20から明らかなように、第2副成分としてTaを添加した場合にも、CrOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。ただし、Taの添加量が多くなりすぎると、高温負荷寿命、電気機械結合係数krのいずれも若干低下する傾向にある。 As can be seen from Table 20, even when Ta 2 O 5 is added as the second subcomponent, the effect of adding CrO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling coefficient kr The decline of the is suppressed. However, if the amount of Ta 2 O 5 added is too large, both the high temperature load life and the electromechanical coupling coefficient kr tend to decrease slightly.

実験3−7:第2副成分の種類に関する検討(第1副成分:Cr)
第2副成分として、表21に示す酸化物を表21に示す添加量で加え、実施例3−30〜実施例3−34を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験3−1と同様である。これら各実施例について、実験3−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表21に示す。
Experiment 3-7: Study on type of second subcomponent (first subcomponent: Cr)
As a 2nd subcomponent, the oxide shown in Table 21 was added with the addition amount shown in Table 21, and Example 3-30-Example 3-34 were produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 3-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 3-1. The results are shown in Table 21.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表21から明らかなように、いずれの添加物、添加量においても効果が見られ、高温での電気抵抗が高く、電気機械結合係数krも大きいことがわかる。   As is apparent from Table 21, it can be seen that the effect is observed in any additive and addition amount, the electrical resistance at high temperature is high, and the electromechanical coupling coefficient kr is also large.

実験4−1:第1副成分(FeO)の添加による効果の確認実験
本実験では、下記の主成分に対して、FeをFeO換算で表22に示す含有量となるように添加し、実施例4−1〜実施例4−6及び比較例4−1〜4−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様であり、第1副成分の原料としてFeを用いた。これら各実施例及び比較例について、実験1−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表22に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 4-1: Experiment for confirming effect by addition of first subcomponent (FeO) In this experiment, Fe was added to the following main components so as to have the content shown in Table 22 in terms of FeO. Example 4-1 to Example 4-6 and Comparative examples 4-1 to 4-2 were prepared. The method for producing the piezoelectric ceramic composition was the same as in Experiment 1-1, and Fe 2 O 3 was used as the first subcomponent material. For each of these Examples and Comparative Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 22.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表22から明らかなように、第1副成分であるFeOを含有することで、第1副成分を添加していない比較例4−1に比べて高温での電気抵抗が大きく改善されることがわかる。ただし、比較例4−2のように、FeOの含有量が多すぎると、高温での電気抵抗IRの改善の度合いが大きく低下している。したがって、前記FeOの添加に際しては、その含有量が0.2質量%以下となるようにすることが好ましいと言える。   As is apparent from Table 22, by including FeO as the first subcomponent, the electrical resistance at a high temperature is greatly improved as compared with Comparative Example 4-1, in which the first subcomponent is not added. I understand. However, as in Comparative Example 4-2, when the content of FeO is too large, the degree of improvement in electrical resistance IR at high temperatures is greatly reduced. Therefore, it can be said that the content of FeO is preferably 0.2% by mass or less.

実験4−2:主成分のAサイト元素の組成aに関する検討(第1副成分:Fe)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成aを変えて実施例4−7〜実施例4−10を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験4−1と同様である。これら各実施例について、実験4−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表23に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 4-2: Study on the composition a of the A-site element as the main component (first subcomponent: Fe)
Example 4-7 to Example 4-10 were prepared by changing the composition a in the composition as follows. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 4-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 4-1. The results are shown in Table 23.
Main component: (Pb a -0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表23から明らかなように、組成aを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、FeOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is clear from Table 23, even when the composition a is changed within the range specified in the present invention, the effect of adding FeO is obtained, and in any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験4−3:主成分のAサイト元素の組成bに関する検討(第1副成分:Fe)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成bを変えて実施例4−11〜実施例4−15を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験4−1と同様である。これら各実施例について、実験4−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表24に示す。
主成分:(Pb0.995−bSr)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 4-3: Study on the composition b of the A-site element as the main component (first subcomponent: Fe)
Examples 4-11 to Examples 4-15 were prepared by changing the composition b of the main component as follows. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 4-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 4-1. The results are shown in Table 24.
Main component: (Pb 0.995-b Sr b ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表24から明らかなように、組成bを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、FeOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 24, even when the composition b is changed within the range specified in the present invention, the effect of adding FeO can be obtained. In any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験4−4:主成分のAサイト置換元素Meに関する検討(第1副成分:Fe)
主成分のAサイト置換元素MeをCa、あるいはBaに変え、他は実験4−1と同様にして実施例4−16及び実施例4−17を作製した。これら実施例の高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krの測定結果を表25に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Me0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 4-4: Study on main component A-site substitution element Me (first subcomponent: Fe)
Example 4-16 and Example 4-17 were prepared in the same manner as in Experiment 4-1, except that the main site A-site substitution element Me was changed to Ca or Ba. Table 25 shows the measurement results of the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr at high temperatures in these examples.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Me 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表25から明らかな通り、主成分のAサイトの置換元素MeをSrからCaやBaに変えた場合にも、FeOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 25, when the substitution element Me at the A site of the main component is changed from Sr to Ca or Ba, the effect of adding FeO is obtained, and the electrical resistance at high temperature is greatly improved. A decrease in the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験4−5:主成分のBサイト元素の組成x、y、zに関する検討(第1副成分:Fe)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成においてBサイト元素の組成x、y、zを表26に示すように変え、実施例4−18〜実施例4−23及び比較例4−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験4−1と同様である。これら各実施例について、実験4−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表26に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O
Experiment 4-5: Study on the composition x, y, z of the B-site element as the main component (first subcomponent: Fe)
The composition of the main component is as follows, and in this composition, the composition x, y, z of the B site element is changed as shown in Table 26, and Examples 4-18 to 4-23 and Comparative Example 4-2 are changed. Produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 4-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) at high temperature and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 4-1. The results are shown in Table 26.
Main component: (Pb a-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表26から明らかなように、Bサイト元素の組成x、y、zを変えた場合にも、FeOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられていることがわかる。ただし、Bサイト元素の組成x、y、zが本発明で規定する範囲を外れる比較例4−2では、電気機械結合係数krが小さく、基準値(50%)以下になっている。   As apparent from Table 26, even when the composition x, y, z of the B site element is changed, the effect of adding FeO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling is achieved. It can be seen that the decrease in the coefficient kr is suppressed. However, in Comparative Example 4-2 in which the composition x, y, z of the B site element is outside the range defined in the present invention, the electromechanical coupling coefficient kr is small and is equal to or less than the reference value (50%).

実験4−6:第2副成分(Ta )の添加に関する検討(第1副成分:Fe)
第2副成分としてTaを添加し、その添加量を表27に示すように変えて実施例4−24〜実施例4−29を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験4−1と同様である。これら各実施例について、実験4−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表27に示す。
Experiment 4-6: Study on addition of second subcomponent (Ta 2 O 5 ) (first subcomponent: Fe)
Example 4-24 to Example 4-29 were prepared by adding Ta 2 O 5 as the second subcomponent and changing the amount of addition as shown in Table 27. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 4-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) at high temperature and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 4-1. The results are shown in Table 27.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表27から明らかなように、第2副成分としてTaを添加した場合にも、FeOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。ただし、Taの添加量が多くなりすぎると、高温負荷寿命、電気機械結合係数krのいずれも若干低下する傾向にある。 As is apparent from Table 27, even when Ta 2 O 5 is added as the second subcomponent, the effect of adding FeO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling coefficient kr The decline of the is suppressed. However, if the amount of Ta 2 O 5 added is too large, both the high temperature load life and the electromechanical coupling coefficient kr tend to decrease slightly.

実験4−7:第2副成分の種類に関する検討(第1副成分:Fe)
第2副成分として、表28に示す酸化物を表28に示す添加量で加え、実施例4−30〜実施例4−34を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験4−1と同様である。これら各実施例について、実験4−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表28に示す。
Experiment 4-7: Study on type of second subcomponent (first subcomponent: Fe)
As a 2nd subcomponent, the oxide shown in Table 28 was added with the addition amount shown in Table 28, and Example 4-30-Example 4-34 were produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 4-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) at high temperature and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 4-1. The results are shown in Table 28.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表28から明らかなように、いずれの添加物、添加量においても効果が見られ、高温での電気抵抗が高く、電気機械結合係数krも大きいことがわかる。   As is clear from Table 28, it can be seen that the effect is observed in any additive and addition amount, the electrical resistance at high temperature is high, and the electromechanical coupling coefficient kr is also large.

実験5−1:第1副成分(NiO)の添加による効果の確認実験
本実験では、下記の主成分に対して、NiをNiO換算で表29に示す含有量となるように添加し、実施例5−1〜実施例5−6及び比較例5−1〜5−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験1−1と同様であり、第1副成分の原料としてNiOを用いた。これら各実施例及び比較例について、実験1−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表29に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 5-1: Confirmation experiment of effect by addition of first subcomponent (NiO) In this experiment, Ni was added to the following main components so as to have a content shown in Table 29 in terms of NiO. Example 5-1 to Example 5-6 and Comparative Examples 5-1 to 5-2 were prepared. The method for producing the piezoelectric ceramic composition was the same as in Experiment 1-1, and NiO was used as a raw material for the first subcomponent. For each of these Examples and Comparative Examples, the electrical resistance IR (relative value) and electromechanical coupling coefficient kr at high temperature were measured as in Experiment 1-1. The results are shown in Table 29.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表29から明らかなように、第1副成分であるNiOを含有することで、第1副成分を添加していない比較例5−1に比べて高温での電気抵抗が大きく改善されることがわかる。ただし、比較例5−2のように、NiOの含有量が多すぎると、高温での電気抵抗IRの改善の度合いが大きく低下している。したがって、前記NiOの添加に際しては、その含有量が0.2質量%以下となるようにすることが好ましいと言える。   As is apparent from Table 29, by containing NiO as the first subcomponent, the electrical resistance at a high temperature is greatly improved as compared with Comparative Example 5-1, in which the first subcomponent is not added. I understand. However, as in Comparative Example 5-2, when the content of NiO is too large, the degree of improvement in electrical resistance IR at high temperatures is greatly reduced. Therefore, it can be said that the content of NiO is preferably 0.2% by mass or less.

実験5−2:主成分のAサイト元素の組成aに関する検討(第1副成分:Ni)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成aを変えて実施例5−7〜実施例5−10を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験5−1と同様である。これら各実施例について、実験5−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表30に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 5-2: Study on the composition a of the main component A site element (first subcomponent: Ni)
Examples 5-7 to 5-10 were prepared by changing the composition a in the composition as follows. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 5-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 5-1. The results are shown in Table 30.
Main component: (Pb a -0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表30から明らかなように、組成aを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、NiOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is apparent from Table 30, even when the composition a is changed within the range specified in the present invention, the effect of adding NiO is obtained, and in any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験5−3:主成分のAサイト元素の組成bに関する検討(第1副成分:Ni)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成bを変えて実施例5−11〜実施例5−15を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験5−1と同様である。これら各実施例について、実験5−1と同様、電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表31に示す。
主成分:(Pb0.995−bSr)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 5-3: Study on the composition b of the A-site element as the main component (first subcomponent: Ni)
Examples 5-11 to 5-15 were prepared by changing the composition b of the main component as follows. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 5-1. For each of these examples, the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 5-1. The results are shown in Table 31.
Main component: (Pb 0.995-b Sr b ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表31から明らかなように、組成bを本発明で規定する範囲内において変えた場合にも、NiOを添加することによる効果が得られ、いずれの実施例においても、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As can be seen from Table 31, even when the composition b is changed within the range specified in the present invention, the effect of adding NiO can be obtained. In any of the examples, the electrical resistance at high temperature is large. It is improved and the decrease of the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験5−4:主成分のAサイト置換元素Meに関する検討(第1副成分:Fe)
主成分のAサイト置換元素MeをCa、あるいはBaに変え、他は実験5−1と同様にして実施例5−16及び実施例5−17を作製した。これら実施例の高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krの測定結果を表32に示す。
主成分:(Pb0.995−0.03Me0.03)[(Zn1/3Nb2/30.1Ti0.43Zr0.47]O
Experiment 5-4: Study on main component A-site substitution element Me (first subcomponent: Fe)
Examples 5-16 and 5-17 were produced in the same manner as in Experiment 5-1, except that the main site A-site substitution element Me was changed to Ca or Ba. Table 32 shows the measurement results of the electrical resistance IR (relative value) and the electromechanical coupling coefficient kr at high temperatures in these examples.
Main component: (Pb 0.995-0.03 Me 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 Ti 0.43 Zr 0.47 ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表32から明らかな通り、主成分のAサイトの置換元素MeをSrからCaやBaに変えた場合にも、NiOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。   As is clear from Table 32, when the substitution element Me at the A site of the main component is changed from Sr to Ca or Ba, the effect of adding NiO is obtained, and the electrical resistance at high temperature is greatly improved. A decrease in the electromechanical coupling coefficient kr is suppressed.

実験5−5:主成分のBサイト元素の組成x、y、zに関する検討(第1副成分:Fe)
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成においてBサイト元素の組成x、y、zを表33に示すように変え、実施例5−18〜実施例5−23及び比較例5−2を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験5−1と同様である。これら各実施例について、実験5−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表33に示す。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O
Experiment 5-5: Study on the composition x, y, z of the B-site element as the main component (first subcomponent: Fe)
The composition of the main component is as follows, and in this composition, the composition x, y, z of the B site element is changed as shown in Table 33, and Examples 5-18 to 5-23 and Comparative Example 5-2 are changed. Produced. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 5-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) at high temperature and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 5-1. The results are shown in Table 33.
Main component: (Pb a-0.03 Sr 0.03 ) [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3

Figure 2006248829
Figure 2006248829

この表33から明らかなように、Bサイト元素の組成x、y、zを変えた場合にも、NiOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられていることがわかる。ただし、Bサイト元素の組成x、y、zが本発明で規定する範囲を外れる比較例5−2では、電気機械結合係数krが小さく、基準値(50%)以下になっている。   As apparent from Table 33, even when the composition x, y, z of the B site element is changed, the effect of adding NiO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling is achieved. It can be seen that the decrease in the coefficient kr is suppressed. However, in Comparative Example 5-2 in which the composition x, y, z of the B site element is outside the range defined in the present invention, the electromechanical coupling coefficient kr is small and is equal to or less than the reference value (50%).

実験5−6:第2副成分(Ta )の添加に関する検討(第1副成分:Ni)
第2副成分としてTaを添加し、その添加量を表34に示すように変えて実施例5−24〜実施例5−29を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験5−1と同様である。これら各実施例について、実験5−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表34に示す。
Experiment 5-6: Study on addition of second subcomponent (Ta 2 O 5 ) (first subcomponent: Ni)
Example 5-24 to Example 5-29 were prepared by adding Ta 2 O 5 as the second subcomponent and changing the addition amount as shown in Table 34. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 5-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) at high temperature and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 5-1. The results are shown in Table 34.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表34から明らかなように、第2副成分としてTaを添加した場合にも、NiOを添加することによる効果が得られ、高温での電気抵抗が大きく改善され、電気機械結合係数krの低下が抑えられている。ただし、Taの添加量が多くなりすぎると、高温負荷寿命、電気機械結合係数krのいずれも若干低下する傾向にある。 As is apparent from Table 34, even when Ta 2 O 5 is added as the second subcomponent, the effect of adding NiO is obtained, the electrical resistance at high temperature is greatly improved, and the electromechanical coupling coefficient kr The decline of the is suppressed. However, if the amount of Ta 2 O 5 added is too large, both the high temperature load life and the electromechanical coupling coefficient kr tend to decrease slightly.

実験5−7:第2副成分の種類に関する検討(第1副成分:Ni)
第2副成分として、表35に示す酸化物を表35に示す添加量で加え、実施例5−30〜実施例5−34を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は、実験5−1と同様である。これら各実施例について、実験5−1と同様、高温での電気抵抗IR(相対値)及び電気機械結合係数krを測定した。結果を表35に示す。
Experiment 5-7: Study on type of second subcomponent (first subcomponent: Ni)
As the second subcomponent, the oxides shown in Table 35 were added in the addition amounts shown in Table 35 to prepare Examples 5-30 to 5-34. The method for producing the piezoelectric ceramic composition is the same as in Experiment 5-1. For each of these Examples, the electrical resistance IR (relative value) at high temperature and the electromechanical coupling coefficient kr were measured as in Experiment 5-1. The results are shown in Table 35.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

表35から明らかなように、いずれの添加物、添加量においても効果が見られ、高温での電気抵抗が高く、電気機械結合係数krも大きいことがわかる。   As is apparent from Table 35, it can be seen that the effect is observed in any additive and addition amount, the electrical resistance at high temperature is high, and the electromechanical coupling coefficient kr is also large.

実験6−1:アニール処理による効果の確認
先の実験1−1、2−1、3−1、4−1、5−1で作製した各実施例及び比較例について、焼成後、温度700℃、酸素分圧2×10−5気圧、2時間の条件でアニール処理を行った。アニール処理後の電気抵抗IR(相対値)を表36〜表40に示す。
Experiment 6-1: Confirmation of effect by annealing treatment For each of the examples and comparative examples prepared in Experiments 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1 above, after firing, the temperature was 700 ° C. Annealing treatment was performed under conditions of oxygen partial pressure of 2 × 10 −5 atm and 2 hours. Tables 36 to 40 show the electrical resistance IR (relative value) after the annealing treatment.

Figure 2006248829
Figure 2006248829

Figure 2006248829
Figure 2006248829

Figure 2006248829
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Figure 2006248829
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Figure 2006248829
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これら各表からも明らかなように、Mn、Co、Niを第1副成分とした場合において、特に顕著な電気抵抗IR改善効果が認められた。また、電気機械結合係数krについては、アニール処理の有無により値がほとんど変わらなかった。   As is clear from these tables, a particularly remarkable electrical resistance IR improvement effect was recognized when Mn, Co, and Ni were used as the first subcomponent. Further, the value of the electromechanical coupling coefficient kr hardly changed depending on the presence or absence of the annealing treatment.

積層型アクチュエータの一構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one structural example of a laminated actuator.

符号の説明Explanation of symbols

1 積層型アクチュエータ、2 圧電層、3 内部電極、4 積層体、5,6 端子電極 1 Laminated actuator, 2 piezoelectric layers, 3 internal electrodes, 4 laminated bodies, 5 and 6 terminal electrodes

Claims (11)

Pb、Ti、及びZrを構成元素とする複合酸化物を主成分とする圧電磁器組成物であって、
第1副成分としてMn、Co、Cr、Fe、Niから選ばれる少なくとも1種を含有し、当該第1副成分の含有量が酸化物換算で0.2質量%以下(ただし、0は含まず。)であることを特徴とする圧電磁器組成物。
A piezoelectric ceramic composition mainly composed of a composite oxide containing Pb, Ti, and Zr as constituent elements,
It contains at least one selected from Mn, Co, Cr, Fe and Ni as the first subcomponent, and the content of the first subcomponent is 0.2% by mass or less in terms of oxide (however, 0 is not included) A piezoelectric ceramic composition characterized by the following:
還元焼成条件において焼成されたものであることを特徴とする請求項1記載の圧電磁器組成物。 2. The piezoelectric ceramic composition according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic composition is fired under reducing firing conditions. 前記還元焼成条件は、焼成温度800℃〜1200℃、酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧であることを特徴とする請求項2記載の圧電磁器組成物。 3. The piezoelectric ceramic composition according to claim 2, wherein the reduction firing conditions are a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. and an oxygen partial pressure of 1 × 10 −10 to 1 × 10 −6 atm. 前記主成分として、Pb[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O(ただし、0.96≦a≦1.03、0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1である。)で表される複合酸化物、及び(Pba−bMe)[(Zn1/3Nb2/3TiZr]O(ただし、0.96≦a≦1.03、0<b≦0.1、0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1である。また、式中のMeは、Sr、Ca、Baから選ばれる少なくとも1種を表す。)で表される複合酸化物から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の圧電磁器組成物。 As the main component, Pb a [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) x Ti y Zr z ] O 3 (where 0.96 ≦ a ≦ 1.03, 0.05 ≦ x ≦ 0.15, 0 25 ≦ y ≦ 0.5, 0.35 ≦ z ≦ 0.6, and x + y + z = 1.), And (Pb a−b Me b ) [(Zn 1/3 Nb 2/3) x Ti y Zr z] O 3 ( however, 0.96 ≦ a ≦ 1.03,0 <b ≦ 0.1,0.05 ≦ x ≦ 0.15,0.25 ≦ y ≦ 0 0.5, 0.35 ≦ z ≦ 0.6, and x + y + z = 1, and Me in the formula represents at least one selected from Sr, Ca, and Ba.) The piezoelectric ceramic composition according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one selected from the group. 第2副成分として、Ta、Sb、Nb及びWから選ばれる少なくとも1種を含有し、前記第2副成分の含有量が酸化物換算で1.0質量%以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の圧電磁器組成物。   It contains at least one selected from Ta, Sb, Nb and W as the second subcomponent, and the content of the second subcomponent is 1.0% by mass or less in terms of oxide. Item 5. The piezoelectric ceramic composition according to any one of Items 1 to 4. Pb、Ti、及びZrを構成元素とする複合酸化物を主成分とする圧電磁器組成物の製造方法であって、
前記複合酸化物の原料母組成に対してMn、Co、Cr、Fe、Niから選ばれる少なくとも1種を含む添加種を添加し、還元焼成条件で焼成することを特徴とする圧電磁器組成物の製造方法。
A method for producing a piezoelectric ceramic composition mainly comprising a composite oxide containing Pb, Ti and Zr as constituent elements,
A piezoelectric ceramic composition characterized in that an additive species including at least one selected from Mn, Co, Cr, Fe, and Ni is added to the raw material matrix composition of the composite oxide and fired under reducing firing conditions. Production method.
前記還元焼成条件は、焼成温度800℃〜1200℃、酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧であることを特徴とする請求項6記載の圧電磁器組成物の製造方法。 The method for producing a piezoelectric ceramic composition according to claim 6, wherein the reducing firing conditions are a firing temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. and an oxygen partial pressure of 1 × 10 −10 to 1 × 10 −6 atm. 前記焼成後、アニール処理を行うことを特徴とする請求項6または7記載の圧電磁器組成物の製造方法。   8. The method of manufacturing a piezoelectric ceramic composition according to claim 6, wherein annealing is performed after the firing. 請求項1から5のいずれか1項記載の圧電磁器組成物を用いたことを特徴とする圧電素子。   A piezoelectric element using the piezoelectric ceramic composition according to any one of claims 1 to 5. 前記圧電磁器組成物を含む複数の圧電層と、圧電層間に挿入される複数の内部電極を備えることを特徴とする請求項9記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 9, comprising a plurality of piezoelectric layers containing the piezoelectric ceramic composition and a plurality of internal electrodes inserted between the piezoelectric layers. 前記内部電極がCuまたはNiを含有することを特徴とする請求項10記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 10, wherein the internal electrode contains Cu or Ni.
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