JP2013237607A - ニオブ酸ナトリウム粉末、その製造方法、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 各辺の平均長さが0.1μm以上100μm以下の直方体状のニオブ酸ナトリウム粒子を含有し、前記ニオブ酸ナトリウム粒子の少なくとも1つの面が擬立方晶表記で(100)面であり、前記ニオブ酸ナトリウム粉末の含水率が0.15質量%以下であるニオブ酸ナトリウム粉末、及びそれを用いたセラミックスの製造方法。ニオブ成分とナトリウム成分を含有するアルカリ性の水性分散液を0.1MPaを超える圧力雰囲気で保持する工程と、保持後の前記水性分散液から固形分を取りだす工程と、前記固形分を500℃から700℃で熱処理する工程を有するニオブ酸ナトリウム粉末の製造方法。
【選択図】 図1
Description
本発明のニオブ酸ナトリウム粉末は、各辺の平均長さが0.1μm以上100μm以下の直方体状のニオブ酸ナトリウム粒子を含有し、前記ニオブ酸ナトリウム粒子の少なくとも1つの面が擬立方晶表記で(100)面であり、前記ニオブ酸ナトリウム粉末の含水率が0.15質量%以下であることを特徴とする。
前記直方体状ニオブ酸ナトリウム粒子の各辺の平均長さが0.1μmよりも小さい場合、ドクターブレード法などによる配向制御が困難である。配向制御が困難であるとは、様々な配向制御によって得られたセラミックスの配向度を相対的に表わすロットゲーリングファクターが10%を超えないことである。
ここで、ρ0は無配向サンプルのエックス線の回折強度(I0)を用いて計算され、(001)配向した正方晶結晶の場合、全回折強度の和に対する、(001)面の回折強度の合計の割合として、式3により求める。
ρは配向サンプルのエックス線の回折強度(I)を用いて計算され、(001)配向した正方晶結晶の場合、全回折強度の和に対する、(001)面の回折強度の合計の割合として、上式3と同様に式4により求める。
一方、直方体状ニオブ酸ナトリウム粒子の各辺の平均長さが100μmよりも大きい場合、十分に高密度の焼成体を得ることが困難である。
前記直方体状ニオブ酸ナトリウム粒子は少なくとも1つの面が、擬立方晶表記で(100)面である。
一般式(1)において、xが−0.1≦x≦0.1の範囲から外れると、ニオブ酸ナトリウム粉末はペロブスカイト単相構造とならない。ペロブスカイト単相構造ではないニオブ酸ナトリウム粉末を用いて圧電材料を作成すると、不純物相が混入して圧電性能が低下したり、焼成が不均一になったりするため好ましくない。
本発明のニオブ酸ナトリウム粉末の製造方法は、少なくともニオブ成分とナトリウム成分を含有するアルカリ性の水性分散液を0.1MPaを超える圧力雰囲気で保持する工程と、保持後の前記水性分散液から固形分を取りだす工程と、前記固形分を500℃以上700℃以下で熱処理する工程とを少なくとも有することを特徴とする。
本発明のセラミックスの製造方法は、本発明のニオブ酸ナトリウム粉末を含有する原料粉末を成形して成形体を得る工程と、前記成形体を焼成する工程とを有する。
10gのNb2O5(関東化学製)と52gのK2CO3(関東化学製)を混合して混合粉末を作成した。白金ルツボを用いて、混合粉末を950℃空気中で1時間保持して溶融させた。1時間経過した後にルツボを急冷した。得られた白色の塊を500mlの水に溶かした。その後、目の粗さが0.5nmの濾紙を通して不溶物を除去した。不溶物を除去した試料に、200mlのHNO3(関東化学製)と300mlの水を少しずつ加えた。白い粉が沈殿した。沈殿物を濾紙で回収し、水で洗浄した。回収物を50℃で乾燥させた。
本試料は、エックス線回折で評価したところ、酸化ニオブに起因した回折ピークは検出されなかった。また、本試料を加熱して、重量変化から一般式(2)中のnを求めたところ、nは1.5であった。
製造例1の条件において、水酸化ナトリウムの濃度を4Mとした。
製造例2の条件において、反応温度を200℃とした。
製造例2の条件において、反応時間を48時間とした。
製造例2の条件において、反応時間を96時間とした。
製造例1から5で得られた試料の構成相をエックス線回折で、形状と各辺の平均長さを走査型電子顕微鏡で、組成をICPで測定した。
製造例1から5で得られた試料を500から700℃の任意温度で1から6時間の熱処理をした後に室温まで除冷し、大気中に24時間放置して本発明のニオブ酸ナトリウム粉末を得た(処理A)。前記処理で得た本発明のニオブ酸ナトリウム粉末を、25℃90%の恒温槽に2日間保管する処理をした(処理B)。
製造例2で得られた試料を100℃で10時間の熱処理(乾燥)をした後に室温まで除冷し、大気中に24時間放置して比較用のニオブ酸ナトリウム粉末を得た(処理A)。
製造例2で得られた試料を450℃(比較例2)もしくは750℃(比較例3)で1時間の熱処理をしたのちに室温まで除冷し、大気中に24時間放置して比較用のニオブ酸ナトリウム粉末を得た(処理A)。前記の処理で得た比較用のニオブ酸ナトリウム粉末を、25℃90%の恒温槽に2日間保管する処理をした(処理B)。
Na2CO3とNb2O5をNa:Nb=1:1となるように秤量して混合粉を作成した。前記混合粉を1000℃で焼成する、固相法にてニオブ酸ナトリウム粉末を作製した。前記試料を600℃で1時間の熱処理をしたのちに室温まで除冷し、大気中に24時間放置して比較用のニオブ酸ナトリウム粉末を得た(処理A)。前記の処理で得た比較用のニオブ酸ナトリウム粉末を、25℃90%の恒温槽に2日間保管する処理をした(処理B)。
実施例1から12で得られた本発明のニオブ酸ナトリウム粉末、および比較例1から4で得られた比較用のニオブ酸ナトリウム粉末について、昇温脱離ガス分析装置(TDS)を用いて含水率を測定した。
(セラミックスの製造方法)
実施例1、3、5によって作製されたニオブ酸ナトリウム粉末とチタン酸バリウム粉末(堺化学製BT−01)を混合し、混合粉末を作製した。直方体状ニオブ酸ナトリウム粉末とチタン酸バリウム粉末のモル分率は88:12とした。この混合粉末におけるニオブ酸ナトリウム粉末の占める割合は、87体積%であった。
比較例1によって作製されたニオブ酸ナトリウム粉末を用いて、同様にセラミックスを作製した。
前記得られたセラミックスを、厚みが500μmになるまで研磨し試料を得た。試料を450℃で1時間空気中アニールすることで表面の有機分を除去した。その後上下の面に、DCスパッタリング法によって接着相のチタンを3nmの厚みに作成し、その上に電極層の金を300nmの厚みに作成した。電極のついた圧電体を、2.5mm×10mmのサイズに切断した。以上の工程によって、短冊状の圧電セラミックス試料片が得られた。短冊状試料をシリコンオイル中に入れ、150℃で30kV/cmの直流電圧を30分印加して分極処理を施した。共振反共振法によって圧電セラミックスの圧電定数d33を評価した。実施例1、3、5のニオブ酸ナトリウム粉末より作製したセラミックスの圧電定数d33は40から50pC/Nであったのに対して、比較例1のニオブ酸ナトリウム粉末より作製したセラミックスの圧電定数d33は30から40pC/Nであった。 このように本発明による圧電セラミックスの圧電特性は優れていることが分かる。
ポア発生量評価を以下に説明するが、評価方法は、これに限定されるものではない。
前記セラミックスを厚みが500μmになるまで研磨した。研磨面を走査型電子顕微鏡にて観察した。50μm×50μmの視野において結晶粒の写真画像を取得し、結晶粒内および粒界に存在するポアとの二値化画像処理を行った。この処理像からポアの投影面積と同面積を有する真円の直径を表す円相当径を求めた。つぎに、前記円相当径から平均円相当径(個数平均)を求めた。
図4は本発明の圧電素子の構成の一実施形態を示す概略図である。本発明に係る圧電素子は、第一の電極1、圧電セラミックス2および第二の電極3を少なくとも有する圧電素子であって、前記圧電セラミックス2が本発明の圧電セラミックスであることを特徴とする。
前記圧電素子は一定方向に分極軸が揃っているものであると、より好ましい。分極軸が一定方向に揃っていることで前記圧電素子の圧電定数は大きくなる。
前記圧電素子の圧電定数および機械的品質係数は、市販のインピーダンスアナライザーを用いて得られる共振周波数及び反共振周波数の測定結果から、電子情報技術産業協会標準規格(JEITA EM−4501)に基づいて、計算により求めることができる。以下、この方法を共振−反共振法と呼ぶ。
次に、本発明の圧電セラミックスを用いた積層圧電素子について説明する。
以下に本発明の液体吐出ヘッドについて説明する。
次に、本発明の液体吐出装置について説明する。本発明の液体吐出装置は、記録媒体の搬送部と前記液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
本発明に係る超音波モータは、前記圧電素子または前記積層圧電素子を配した振動体と、前記振動体と接触する移動体とを少なくとも有することを特徴とする。
次に、本発明の光学機器について説明する。本発明の光学機器は、駆動部に前記超音波モータを備えたことを特徴とする。
ここで本発明の光学機器として、一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒について説明したが、コンパクトカメラ、電子スチルカメラ等、カメラの種類を問わず、駆動部に超音波モータを有する光学機器に適用することができる。
粒子、粉体、液体の搬送、除去等で利用される振動装置は、電子機器等で広く使用されている。以下本発明の振動装置の一つの例として、本発明の圧電素子を用いた塵埃除去装置について説明する。
次に、本発明の撮像装置について説明する。本発明の撮像装置は、前記塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動部材を前記撮像素子ユニットの受光面側に設けた事を特徴とする。図15および図16は本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であるデジタル一眼レフカメラを示す図である。
次に、本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、前記圧電素子または前記積層圧電素子を備えた圧電音響部品を配することを特徴とする。圧電音響部品にはスピーカ、ブザー、マイク、表面弾性波(SAW)素子が含まれる。
Claims (19)
- 各辺の平均長さが0.1μm以上100μm以下の直方体状のニオブ酸ナトリウム粒子を含有するニオブ酸ナトリウム粉末であって、前記ニオブ酸ナトリウム粒子の少なくとも1つの面が擬立方晶表記で(100)面であり、前記ニオブ酸ナトリウム粉末の含水率が0.15質量%以下であることを特徴とするニオブ酸ナトリウム粉末。
- 前記ニオブ酸ナトリウム粒子が、下記一般式(1)で表わされることを特徴とする請求項1に記載のニオブ酸ナトリウム粉末。
一般式(1) Na1+xNbO3+x/2 (−0.1≦x≦0.1) - 前記ニオブ酸ナトリウム粒子の最短辺長Lminと最長辺長Lmaxとの比Lmax/Lminが3以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のニオブ酸ナトリウム粉末。
- ニオブ酸ナトリウム粉末の製造方法であって、少なくともニオブ成分とナトリウム成分を含有するアルカリ性の水性分散液を0.1MPaを超える圧力雰囲気で保持する工程と、保持後の前記水性分散液から固形分を取りだす工程と、前記固形分を500℃以上700℃以下で熱処理する工程とを少なくとも有することを特徴とするニオブ酸ナトリウム粉末の製造方法。
- 前記アルカリ性の水性分散液を保持する工程が、141から260℃の温度雰囲気で1から100時間保持するであることを特徴とする請求項4に記載のするニオブ酸ナトリウム粉末の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のニオブ酸ナトリウム粉末を含有する原料粉末を成形して成形体を得る工程と、前記成形体を焼成する工程とを有する事を特徴とするセラミックスの製造方法。
- 前記成形体を得る工程が、前記ニオブ酸ナトリウム粉末を含むスラリーをシート成形してグリーンシートを得る工程と、前記グリーンシートを積み重ねて成形体を作成する工程とを有することを特徴とする請求項6に記載のセラミックスの製造方法。
- 圧電特性を有するセラミックスと第一の電極と第二の電極を少なくとも有する圧電素子であって、前記セラミックスが請求項6に記載のセラミックスであることを特徴とする圧電素子。
- 圧電特性を有するセラミックス層と、内部電極を含む電極層とが交互に積層された積層圧電素子であって、前記セラミックス層が請求項6に記載のセラミックスよりなることを特徴とする積層圧電素子。
- 前記内部電極がAgとPdを含み、前記Agの含有重量M1と前記Pdの含有重量M2との重量比M1/M2が0.25≦M1/M2≦8.0であることを特徴とする請求項9に記載の積層圧電素子。
- 前記内部電極がNiおよびCuの少なくともいずれか1種を含むことを特徴とする請求項9に記載の積層圧電素子。
- 請求項8に記載の圧電素子または請求項9乃至11のいずれかに記載の積層圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 記録媒体の搬送部と請求項12に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
- 請求項8に記載の圧電素子または請求項9乃至11のいずれかに記載の積層圧電素子を配した振動体と、前記振動体と接触する移動体とを少なくとも有する超音波モータ。
- 駆動部に請求項14に記載の超音波モータを備えたことを特徴とする光学機器。
- 請求項8に記載の圧電素子または請求項9乃至11のいずれかに記載の積層圧電素子を振動板に配した振動体を有することを特徴とする振動装置。
- 請求項16記載の振動装置を備えたことを特徴とする塵埃除去装置。
- 請求項17に記載の塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動板を前記撮像素子ユニットの受光面側に設けたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項8に記載の圧電素子または請求項9乃至11に記載の積層圧電素子を備えた圧電音響部品を配したことを特徴とする電子機器。
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