JP4524558B2 - Piezoelectric ceramic and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ペロブスカイト型酸化物とタングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を含有し、アクチュエータなどの振動素子,発音体またはセンサなどに適した圧電磁器およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic containing a composition containing a perovskite oxide and a tungsten bronze oxide and suitable for a vibration element such as an actuator, a sounding body or a sensor, and a manufacturing method thereof.

圧電磁器を利用したアクチュエータは、電界を加えると機械的な歪みおよび応力を発生するという圧電現象を利用したものである。このアクチュエータは、微量な変位を高精度に得ることができると共に、発生応力が大きい等の特徴を有し、例えば、精密工作機械や光学装置の位置決めに用いられている。アクチュエータに用いる圧電磁器としては、従来より、優れた圧電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が最も多く利用されている。しかし、チタン酸ジルコン酸鉛は鉛を多く含んでいるので、最近では、酸性雨による鉛の溶出など地球環境におよぼす悪影響が問題となっている。そこで、チタン酸ジルコン酸鉛に代替する、鉛を含有しない圧電磁器の開発が望まれている。   An actuator using a piezoelectric ceramic uses a piezoelectric phenomenon in which mechanical strain and stress are generated when an electric field is applied. This actuator can obtain a small amount of displacement with high accuracy and has characteristics such as a large generated stress, and is used, for example, for positioning of precision machine tools and optical devices. Conventionally, lead zirconate titanate (PZT) having excellent piezoelectricity has been most frequently used as a piezoelectric ceramic used for an actuator. However, since lead zirconate titanate contains a large amount of lead, recently, adverse effects on the global environment such as elution of lead by acid rain have become a problem. Therefore, development of a piezoelectric ceramic that does not contain lead, which replaces lead zirconate titanate, is desired.

鉛を含有しない圧電磁器としては、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3 )を主成分として含むものが知られている(特許文献1参照)。この圧電磁器は、比誘電率εrおよび電気機械結合係数krが優れており、アクチュエータ用の圧電材料として有望である。また、鉛を含有しない他の圧電磁器としては、例えば、ニオブ酸ナトリウムカリウムリチウムを主成分として含むものが知られている(特許文献2または特許文献3参照)。この圧電磁器は、キュリー温度が350℃以上と高く、電気機械結合係数krも優れていることから、圧電材料として期待されている。更に、最近では、ニオブ酸ナトリウムカリウムとタングステンブロンズ型酸化物とを複合化したもの(特許文献4参照)およびこれにさらにチタン酸バリウム等を複合化したもの(特許文献5参照)も報告されている。
特開平2−159079号公報 特開昭49−125900号公報 特公昭57−6713号公報 特開平9−165262号公報 特開2002−23411号公報
As a piezoelectric ceramic not containing lead, for example, one containing barium titanate (BaTiO 3 ) as a main component is known (see Patent Document 1). This piezoelectric ceramic is excellent in relative dielectric constant εr and electromechanical coupling coefficient kr, and is promising as a piezoelectric material for an actuator. As another piezoelectric ceramic not containing lead, for example, one containing sodium potassium lithium niobate as a main component is known (see Patent Document 2 or Patent Document 3). This piezoelectric ceramic is expected as a piezoelectric material because it has a high Curie temperature of 350 ° C. or higher and an excellent electromechanical coupling coefficient kr. Furthermore, recently, a composite of sodium potassium niobate and tungsten bronze oxide (see Patent Document 4) and a composite of barium titanate and the like (see Patent Document 5) have also been reported. Yes.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-159079 JP 49-125900 A Japanese Patent Publication No.57-6713 Japanese Patent Laid-Open No. 9-165262 JP 2002-23411 A

しかしながら、これらの鉛を含まない圧電磁器は、鉛系の圧電磁器に比べて圧電特性が低く、更なる特性の向上が望まれていた。   However, these lead-free piezoelectric ceramics have lower piezoelectric characteristics than lead-based piezoelectric ceramics, and further improvements in characteristics have been desired.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より大きな発生変位量を得ることができ、かつ、低公害化、対環境性および生態学的見地からも優れた圧電磁器およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to obtain a piezoelectric ceramic that can obtain a larger amount of generated displacement and is excellent in terms of pollution reduction, environmental friendliness, and ecology. It is in providing the manufacturing method.

本発明による圧電磁器は、第1のペロブスカイト型酸化物と、第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を主成分として含有し、第1のペロブスカイト型酸化物は、ナトリウム(Na)およびカリウム(K)を含む第1の元素と、ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくともニオブを含む第2の元素と、酸素(O)とからなり、第2のペロブスカイト型酸化物は、アルカリ土類金属元素を含む第3の元素と、チタン(Ti)を含む第4の元素と、酸素とからなり、組成物における第2のペロブスカイト型酸化物の含有量は10mol%未満、タングステンブロンズ型酸化物の含有量は1mol%以下であり、更に、第1副成分としてマンガン(Mn)と、第2副成分としてアルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)からなる群のうちの少なくとも1種とを含有するものである。 The piezoelectric ceramic according to the present invention contains, as a main component, a composition containing a first perovskite oxide, a second perovskite oxide, and a tungsten bronze oxide, and the first perovskite oxide is A first element containing sodium (Na) and potassium (K), a second element containing at least niobium from the group consisting of niobium (Nb) and tantalum (Ta), and oxygen (O). The second perovskite oxide is composed of a third element containing an alkaline earth metal element, a fourth element containing titanium (Ti), and oxygen, and the second perovskite oxide in the composition. the content of the object is less than 10 mol%, the content of the tungsten bronze-type oxide is less than 1 mol%, furthermore, the manganese (Mn) as a first subcomponent, a second subcomponent Aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), those containing at least one kind selected from the group consisting of germanium (Ge) and tin (Sn).

なお、第1副成分であるマンガンの含有量は、酸化物(MnO)に換算して、主成分の0.1質量%以上1質量%以下であることが好ましく、更に第2副成分の含有量は、酸化物(A2 3 ,Ga2 3 ,In2 3 ,SiO2 ,GeO2 ,SnO2 )に換算して、それらの合計で、主成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内であることが好ましい。 In addition, it is preferable that content of manganese which is a 1st subcomponent is 0.1 to 1 mass% of a main component in conversion of an oxide (MnO), and also contains 2nd subcomponent. The amount is 0.01% by mass or more of the main component in terms of the total amount in terms of oxides ( Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 ). It is preferable to be within the range of 1% by mass or less.

また、第1の元素におけるカリウムの含有量は、10mol%以上90mol%以下の範囲内であることが好ましい。第1の元素は更にリチウムを含むことが好ましく、第1の元素におけるリチウムの含有量は10mol%以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that content of potassium in a 1st element exists in the range of 10 mol% or more and 90 mol% or less. The first element preferably further contains lithium, and the lithium content in the first element is preferably 10 mol% or less.

更に、タングステンブロンズ型酸化物は、アルカリ土類金属元素を含む第5の元素と、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくともニオブを含む第6の元素と、酸素とからなることが好ましい。 Furthermore, motor ring stainless bronze-type oxide includes a fifth element including an alkaline earth metal element, a sixth element including at least niobium selected from the group consisting of niobium and tantalum, it is preferably made of oxygen.

加えて、第2の元素と第6の元素との合計におけるタンタルの含有量は0mol%以上10mol%以下の範囲内であることが好ましい。   In addition, the tantalum content in the total of the second element and the sixth element is preferably in the range of 0 mol% to 10 mol%.

本発明による圧電磁器の製造方法は、ナトリウムおよびカリウムを含む第1の元素、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくともニオブを含む第2の元素および酸素からなる第1のペロブスカイト型酸化物と、アルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種を含む第3の元素、チタンを含む第4の元素および酸素からなる第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を主成分として含有すると共に、組成物における第2のペロブスカイト型酸化物の含有量が10mol%未満、タングステンブロンズ型酸化物の含有量が1mol%以下である圧電磁器を製造するものであって、第1のペロブスカイト型酸化物の原料と、第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物の原料とに加えて、第1副成分であるマンガン(Mn)の原料と、第2副成分であるアルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)からなる群のうちの少なくとも1種の原料とを含有する混合物を仮焼する工程を含むものである。 A method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to the present invention includes a first element including sodium and potassium, a second element including at least niobium in the group consisting of niobium and tantalum, and a first perovskite oxide including oxygen. A composition comprising a third element containing at least one of the alkaline earth metal elements, a fourth element containing titanium and a second perovskite oxide comprising oxygen and a tungsten bronze oxide. A piezoelectric ceramic having a second perovskite-type oxide content of less than 10 mol% and a tungsten bronze-type oxide content of 1 mol% or less . Perovskite-type oxide raw material, second perovskite-type oxide raw material, and tungsten bronze-type oxide raw material In addition, the raw material of manganese (Mn), which is the first subcomponent, and aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge) and tin (second subcomponent) A step of calcining a mixture containing at least one raw material of the group consisting of Sn).

本発明による圧電磁器によれば、ナトリウム,カリウムおよびニオブを含む第1のペロブスカイト型酸化物と、アルカリ土類金属元素およびチタンを含む第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を主成分として含有し、更に、第1副成分としてマンガンと、第2副成分としてアルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種とを含有するようにしたので、発生変位量などの圧電特性をより向上させることができる。よって、鉛を含有しない、あるいは鉛の含有量が少ない圧電磁器および圧電素子についても、利用の可能性を高めることができる。すなわち、焼成時における鉛の揮発が少なく、市場に流通し廃棄された後も環境中に鉛が放出される危険性が低く、低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた圧電磁器および圧電素子の活用を図ることができる。 According to a piezoelectric ceramic according to the present invention, a first perovskite oxide containing sodium, potassium and niobium, a second perovskite oxide containing an alkaline earth metal element and titanium, and a tungsten bronze oxide containing composition comprising as a main component, further contains a manganese as a first subcomponent, a as the second subcomponent aluminum, gallium, indium, silicon, and at least one kind selected from the group consisting of germanium and tin Thus, the piezoelectric characteristics such as the generated displacement amount can be further improved. Therefore, it is possible to increase the possibility of use of piezoelectric ceramics and piezoelectric elements that do not contain lead or have a low lead content. In other words, there is little volatilization of lead during firing, the risk of lead being released into the environment even after it has been distributed to the market and discarded, and is extremely excellent in terms of low pollution, environmental friendliness, and ecological viewpoint. Utilization of porcelain and piezoelectric elements can be achieved.

特に、第1副成分であるマンガンの含有量を、酸化物(MnO)に換算して、主成分の0.1質量%以上1質量%以下であるようにすれば、更に、第2副成分の含有量を、酸化物(A2 3 ,Ga2 3 ,In2 3 ,SiO2 ,GeO2 ,SnO2 )に換算して、それらの合計で、主成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内であるようにすれば、より高い効果を得ることができる。 In particular, if the content of manganese, which is the first subcomponent, is converted to oxide (MnO) so that it is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less of the main component, the second subcomponent is further increased. Is converted to oxides ( Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 ), and in total, 0.01 mass of the main component If it is within the range of not less than 1% and not more than 1% by mass, a higher effect can be obtained.

また、第1の元素におけるカリウムの含有量を10mol%以上90mol%以下とするようにすれば、より優れた圧電特性を得ることができると共に、焼成をより容易とすることができる。   Moreover, if the content of potassium in the first element is 10 mol% or more and 90 mol% or less, more excellent piezoelectric characteristics can be obtained and firing can be facilitated.

更に、第1の元素が10mol%以下のリチウムを含むようにすれば、発生変位量をより大きくすることができる。   Furthermore, if the first element contains 10 mol% or less of lithium, the amount of generated displacement can be further increased.

更にまた、タングステンブロンズ型酸化物が、アルカリ土類金属元素を含む第3の元素と、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくともニオブを含む第4の元素と、酸素とからなるようにすれば、より優れた圧電特性を得ることができる。   Furthermore, if the tungsten bronze type oxide comprises a third element containing an alkaline earth metal element, a fourth element containing at least niobium in the group consisting of niobium and tantalum, and oxygen. More excellent piezoelectric characteristics can be obtained.

加えてまた、第2の元素と第6の元素との合計におけるタンタルの含有量を10mol%以下とするようにすれば、発生変位量をより大きくすることができる。   In addition, if the tantalum content in the total of the second element and the sixth element is 10 mol% or less, the generated displacement can be further increased.

更にまた、本発明による圧電磁器の製造方法によれば、第1のペロブスカイト型酸化物の原料と、第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物の原料とに加えて、第1副成分であるマンガンの原料と、第2副成分であるアルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種の原料とを含有する混合物を仮焼するようにしたので、本発明の圧電磁器を容易に得ることができ、本発明の圧電磁器を実現することができる。 Furthermore, according to the piezoelectric ceramic manufacturing method of the present invention, in addition to the first perovskite oxide raw material, the second perovskite oxide raw material, and the tungsten bronze oxide raw material, the raw material of manganese component, and the second subcomponent der luer aluminum, gallium, indium, silicon, a mixture containing at least one material selected from the group consisting of germanium and tin as calcined Therefore, the piezoelectric ceramic of the present invention can be easily obtained, and the piezoelectric ceramic of the present invention can be realized.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明の一実施の形態に係る圧電磁器は、主成分として、第1のペロブスカイト型酸化物と、第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を含有している。この組成物において、第1のペロブスカイト型酸化物と第2のペロブスカイト型酸化物とタングステンブロンズ型酸化物とは、固溶していてもよく、完全に固溶していなくてもよい。   A piezoelectric ceramic according to an embodiment of the present invention contains a composition containing a first perovskite oxide, a second perovskite oxide, and a tungsten bronze oxide as main components. . In this composition, the first perovskite oxide, the second perovskite oxide, and the tungsten bronze oxide may be in solid solution, or may not be completely in solution.

第1のペロブスカイト型酸化物は、第1の元素と第2の元素と酸素とからなる。第1の元素は少なくともナトリウムとカリウムとを含み、更にリチウムも含むことが好ましい。第2の元素は少なくともニオブを含み、更にタンタルも含むことが好ましい。このような場合に、鉛を含有せずあるいは鉛の含有量を少なくして、より優れた圧電特性を得ることができるからである。この第1のペロブスカイト型酸化物の化学式は、例えば化1で表される。   The first perovskite oxide is composed of a first element, a second element, and oxygen. The first element preferably contains at least sodium and potassium, and further preferably contains lithium. The second element preferably contains at least niobium and further contains tantalum. This is because, in such a case, superior piezoelectric characteristics can be obtained without containing lead or by reducing the lead content. The chemical formula of the first perovskite oxide is represented by, for example,

Figure 0004524558
式中、xは0<x<1、yは0≦y<1、zは0≦z<1の範囲内の値である。pは化学量論組成であれば1であるが、化学量論組成からずれていてもよい。酸素の組成は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。
Figure 0004524558
In the formula, x is a value within the range of 0 <x <1, y is 0 ≦ y <1, and z is 0 ≦ z <1. p is 1 in the case of a stoichiometric composition, but may deviate from the stoichiometric composition. The composition of oxygen is determined stoichiometrically and may deviate from the stoichiometric composition.

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

第1の元素におけるリチウムの含有量は0mol%以上10mol%以下であることが好ましい。すなわち、例えば化1におけるyは、モル比で、0≦y≦0.1の範囲内であることが好ましい。リチウムの含有量が多すぎると、比誘電率εr,電気機械結合係数krおよび発生変位量を十分に大きくすることができないからである。   The lithium content in the first element is preferably 0 mol% or more and 10 mol% or less. That is, for example, y in Chemical Formula 1 is preferably in the range of 0 ≦ y ≦ 0.1 in terms of molar ratio. This is because if the lithium content is too large, the relative dielectric constant εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement cannot be sufficiently increased.

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

第2のペロブスカイト型酸化物は、少なくともアルカリ土類金属元素を含む第3の元素と、少なくともチタンを含む第4の元素と、酸素とからなる。アルカリ土類金属元素としては、マグネシウム,カルシウム,ストロンチウムおよびバリウムからなる群のうちの少なくとも1種が好ましい。このような場合に、より優れた圧電特性を得ることができるからである。この第2のペロブスカイト型酸化物の化学式は、例えば化2で表される。   The second perovskite oxide includes a third element including at least an alkaline earth metal element, a fourth element including at least titanium, and oxygen. The alkaline earth metal element is preferably at least one member selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium and barium. This is because in such a case, more excellent piezoelectric characteristics can be obtained. The chemical formula of the second perovskite oxide is represented by, for example,

Figure 0004524558
式中、M1は第3の元素を表す。第3の元素と第4の元素(Ti)と酸素との組成比は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。
Figure 0004524558
In the formula, M1 represents a third element. The composition ratio of the third element, the fourth element (Ti), and oxygen is determined stoichiometrically and may deviate from the stoichiometric composition.

タングステンブロンズ型酸化物は、第5の元素と第6の元素と酸素とからなる。第5の元素は、例えば、少なくともアルカリ土類金属元素を含むことが好ましく、中でも、マグネシウム,カルシウム,ストロンチウムおよびバリウムからなる群のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。第6の元素は、例えば、少なくともニオブを含み、更にタンタルも含むことが好ましい。このような場合に、鉛を含有せずあるいは鉛の含有量を少なくして、より優れた圧電特性を得ることができるからである。このタングステンブロンズ型酸化物の化学式は、例えば化3で表される。   The tungsten bronze type oxide is composed of a fifth element, a sixth element, and oxygen. For example, the fifth element preferably includes at least an alkaline earth metal element, and preferably includes at least one selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, and barium. For example, the sixth element preferably contains at least niobium and further contains tantalum. This is because, in such a case, superior piezoelectric characteristics can be obtained without containing lead or by reducing the lead content. The chemical formula of the tungsten bronze type oxide is represented by, for example, Chemical formula 3.

Figure 0004524558
式中、M2は第5の元素を表し、wは0≦w<1の範囲内の値である。第5の元素と第6の元素(Nb1-w Taw )と酸素との組成比は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成からずれていてもよい。
Figure 0004524558
In the formula, M2 represents the fifth element, and w is a value in the range of 0 ≦ w <1. The composition ratio of the fifth element, the sixth element (Nb 1-w Ta w ), and oxygen is determined stoichiometrically, and may deviate from the stoichiometric composition.

なお、第6の元素は第2の元素と同一でもよく、異なっていてもよい。第2の元素と第6の元素との合計におけるタンタルの含有量は、10mol%以下であることが好ましい。タンタルの含有量が多くなり過ぎると、電気機械結合係数krおよび発生変位量が小さくなってしまうからである。   Note that the sixth element may be the same as or different from the second element. The tantalum content in the total of the second element and the sixth element is preferably 10 mol% or less. This is because if the tantalum content is excessively increased, the electromechanical coupling coefficient kr and the generated displacement amount are decreased.

これら第1のペロブスカイト型酸化物と、第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物との組成比は、モル比で、化4に示した範囲内であることが好ましい。すなわち、組成物における第2のペロブスカイト型酸化物の含有量は、0mol%よりも大きく10mol%未満であることが好ましい。第2のペロブスカイト型酸化物を含むことにより比誘電率εrおよび発生変位量を大きくすることができる一方で、第2のペロブスカイト型酸化物の含有量が多すぎると焼結が難しくなってしまうからである。タングステンブロンズ型酸化物の含有量は、0mol%よりも大きく1mol%以下であることが好ましい。タングステンブロンズ型酸化物を含むことにより焼成を容易とすることができると共に、比誘電率εr,電気機械結合係数krおよび発生変位量を大きくすることができる一方で、タングステンブロンズ型酸化物の含有量が多すぎると、電気機械結合係数krおよび発生変位量が小さくなってしまうからである。   The composition ratio of the first perovskite oxide, the second perovskite oxide, and the tungsten bronze oxide is preferably in the range shown in Chemical Formula 4 in terms of molar ratio. That is, the content of the second perovskite oxide in the composition is preferably greater than 0 mol% and less than 10 mol%. By including the second perovskite type oxide, it is possible to increase the relative dielectric constant εr and the amount of generated displacement. On the other hand, if the content of the second perovskite type oxide is too large, sintering becomes difficult. It is. The content of the tungsten bronze type oxide is preferably greater than 0 mol% and 1 mol% or less. By including the tungsten bronze type oxide, the firing can be facilitated and the relative dielectric constant εr, the electromechanical coupling coefficient kr and the generated displacement amount can be increased, while the content of the tungsten bronze type oxide is increased. This is because if the amount is too large, the electromechanical coupling coefficient kr and the generated displacement amount become small.

Figure 0004524558
式中、Aは第1のペロブスカイト型酸化物、Bは第2のペロブスカイト型酸化物、Cはタングステンブロンズ型酸化物をそれぞれ表し、mは0<m<0.1、nは0<n≦0.01の範囲内の値である。
Figure 0004524558
In the formula, A represents the first perovskite type oxide, B represents the second perovskite type oxide, C represents the tungsten bronze type oxide, m represents 0 <m <0.1, and n represents 0 <n ≦ It is a value within the range of 0.01.

この圧電磁器は、また、主成分である上記組成物に加え、第1副成分として、構成元素としてのマンガンを含有している。焼結性を向上させることにより圧電特性を向上させることができるからである。マンガンの含有量は、酸化物(MnO)に換算して、主成分の0.1質量%以上1質量%以下の範囲内が好ましい。この範囲内において焼結性を向上させることができるからである。   This piezoelectric ceramic also contains manganese as a constituent element as a first subcomponent in addition to the above composition as the main component. This is because the piezoelectric characteristics can be improved by improving the sinterability. The manganese content is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 1% by mass or less of the main component in terms of oxide (MnO). This is because the sinterability can be improved within this range.

この圧電磁器は、更に、主成分および第1副成分に加え、第2副成分として、構成元素としてのコバルト,鉄,ニッケル,亜鉛,スカンジウム,チタン,ジルコニウム,ハフニウム,アルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種を含有している。これらは焼結性の向上とは別に圧電特性を向上させる働きがあるからである。第2副成分の含有量は、酸化物(Co3 4 ,Fe2 3 ,NiO,ZnO,Sc2 3 ,TiO2 ,ZrO2 ,HfO2 ,Al2 3 ,Ga2 3 ,In2 3 ,SiO2 ,GeO2 ,SnO2 )に換算して、それらの合計で、主成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内が好ましい。この範囲内において発生変位量を向上させることができるからである。 In addition to the main component and the first subcomponent, the piezoelectric ceramic further includes, as a second subcomponent, cobalt, iron, nickel, zinc, scandium, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, gallium, indium, silicon as constituent elements. , At least one of the group consisting of germanium and tin. This is because these have a function of improving the piezoelectric characteristics in addition to the improvement of the sinterability. The content of the second subcomponent includes oxides (Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , NiO, ZnO, Sc 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 ), the total amount thereof is preferably in the range of 0.01% by mass to 1% by mass of the main component. This is because the generated displacement can be improved within this range.

これら第1副成分および第2副成分は、例えば酸化物として主成分の組成物の粒界に存在していることもあるが、主成分の組成物の一部に拡散して存在していることもある。   The first subcomponent and the second subcomponent may be present in the grain boundary of the main component composition as oxides, for example, but are diffused and present in a part of the main component composition. Sometimes.

なお、この圧電磁器は鉛(Pb)を含んでいてもよいが、その含有量は1質量%以下であることが好ましく、鉛を全く含んでいなければより好ましい。焼成時における鉛の揮発、および圧電部品として市場に流通し廃棄された後における環境中への鉛の放出を最小限に抑制することができ、低公害化、対環境性および生態学的見地から好ましいからである。   In addition, although this piezoelectric ceramic may contain lead (Pb), it is preferable that the content is 1 mass% or less, and it is more preferable if it does not contain lead at all. It is possible to minimize lead volatilization during firing and lead release into the environment after being marketed and disposed of as piezoelectric components. It is because it is preferable.

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

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

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

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

図2はこの圧電磁器の製造方法を表す流れ図である。まず、主成分を構成する元素の原料として、必要に応じて、例えばナトリウム,カリウム,リチウム,ニオブ,タンタル,アルカリ土類金属元素あるいはチタンを含む酸化物粉末をそれぞれ用意する。また、第1副成分の原料として例えばマンガンを含む酸化物粉末と、第2副成分の原料として、必要に応じて、例えばコバルト,鉄,ニッケル,亜鉛,スカンジウム,チタン,ジルコニウム,ハフニウム,アルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムあるいはスズを含む酸化物粉末とを用意する。なお、これら主成分、第1副成分および第2副成分の原料には、酸化物でなく、炭酸塩あるいはシュウ酸塩のように焼成により酸化物となるものを用いてもよい。次いで、これら原料を十分に乾燥させたのち、最終組成が上述した範囲となるように秤量する(ステップS101)。   FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the piezoelectric ceramic. First, oxide powders containing, for example, sodium, potassium, lithium, niobium, tantalum, alkaline earth metal elements, or titanium are prepared as raw materials for the elements constituting the main component. Further, for example, an oxide powder containing manganese as a raw material for the first subcomponent, and as a raw material for the second subcomponent, for example, cobalt, iron, nickel, zinc, scandium, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, An oxide powder containing gallium, indium, silicon, germanium or tin is prepared. The raw materials for these main component, first subcomponent, and second subcomponent may be those that become oxides upon firing, such as carbonates or oxalates, instead of oxides. Next, these raw materials are sufficiently dried, and then weighed so that the final composition is in the above-described range (step S101).

続いて、例えば、第2のペロブスカイト型酸化物の原料をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に混合したのち、乾燥し、1000℃〜1200℃で2時間〜4時間焼成して第2のペロブスカイト型酸化物を作製する(ステップS102)。   Subsequently, for example, the second perovskite-type oxide raw material is sufficiently mixed in an organic solvent or water by a ball mill or the like, then dried, and calcined at 1000 ° C. to 1200 ° C. for 2 hours to 4 hours. A perovskite oxide is produced (step S102).

第2のペロブスカイト型酸化物を作製したのち、この第2のペロブスカイト型酸化物と、第1のペロブスカイト型酸化物の原料と、タングステンブロンズ型酸化物の原料と、第1副成分の原料と、第2副成分の原料とを、ボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に混合する。そののち、この混合物を乾燥し、プレス成形して、750℃〜1100℃で1時間〜4時間仮焼する(ステップS103)。このように第2のペロブスカイト型酸化物を作製してから他の主成分の原料と混合するのは、第2のペロブスカイト型酸化物の原料と第1のペロブスカイト型酸化物の原料とを混合して焼成すると、第1のペロブスカイト型酸化物と反応してしまい、第2のペロブスカイト型酸化物が生成されないからである。   After producing the second perovskite type oxide, the second perovskite type oxide, the first perovskite type oxide raw material, the tungsten bronze type oxide raw material, the first subcomponent raw material, The raw material of the second subcomponent is sufficiently mixed in an organic solvent or water using a ball mill or the like. Thereafter, the mixture is dried, press-molded, and calcined at 750 ° C. to 1100 ° C. for 1 to 4 hours (step S103). The second perovskite oxide is prepared in this manner and then mixed with the other main component raw materials by mixing the second perovskite oxide raw material and the first perovskite oxide raw material. This is because, when fired, it reacts with the first perovskite oxide and the second perovskite oxide is not generated.

仮焼したのち、例えば、この仮焼物をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に粉砕し、再び乾燥して、バインダーを加えて造粒する。造粒したのち、この造粒粉を一軸プレス成形機あるいは静水圧成形機(CIP)などを用いプレス成形する(ステップS104)。   After calcining, for example, the calcined product is sufficiently pulverized in an organic solvent or water with a ball mill or the like, dried again, and granulated with a binder. After granulation, the granulated powder is press-molded using a uniaxial press molding machine or a hydrostatic pressure molding machine (CIP) (step S104).

成形したのち、例えば、この成形体を加熱して脱バインダを行い、更に950℃〜1350℃で2時間〜4時間焼成する(ステップS105)。焼成ののち、得られた焼結体を必要に応じて加工して圧電基板1を形成し、電極2,3を設け、加熱したシリコーンオイル中で電界を印加して分極処理を行う(ステップS106)。これにより、上述した圧電磁器および図1に示した圧電素子が得られる。   After the molding, for example, the molded body is heated to remove the binder, and further fired at 950 ° C. to 1350 ° C. for 2 hours to 4 hours (step S105). After firing, the obtained sintered body is processed as necessary to form the piezoelectric substrate 1, electrodes 2 and 3 are provided, and an electric field is applied in heated silicone oil to perform polarization treatment (step S106). ). Thereby, the piezoelectric ceramic described above and the piezoelectric element shown in FIG. 1 are obtained.

このように本実施の形態によれば、ナトリウム,カリウムおよびニオブを含む第1のペロブスカイト型酸化物と、アルカリ土類金属元素およびチタンを含む第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を主成分とし、第1副成分としてマンガンと、第2副成分としてコバルト,鉄,ニッケル,亜鉛,スカンジウム,チタン,ジルコニウム,ハフニウム,アルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種とを含有するようにしたので、発生変位量をより大きくすることができる。   Thus, according to this embodiment, the first perovskite oxide containing sodium, potassium and niobium, the second perovskite oxide containing alkaline earth metal element and titanium, and the tungsten bronze oxide The main component is manganese, the first subcomponent is manganese, and the second subcomponent is cobalt, iron, nickel, zinc, scandium, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, and tin. The amount of generated displacement can be further increased because at least one member of the group consisting of:

よって、鉛を含有しない、あるいは鉛の含有量が少ない圧電磁器および圧電素子についても、利用の可能性を高めることができる。すなわち、焼成時における鉛の揮発が少なく、市場に流通し廃棄された後も環境中に鉛が放出される危険性が低く、低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れた圧電磁器および圧電素子の活用を図ることができる。   Therefore, it is possible to increase the possibility of use of piezoelectric ceramics and piezoelectric elements that do not contain lead or have a low lead content. In other words, there is little volatilization of lead during firing, the risk of lead being released into the environment even after it has been distributed to the market and discarded, and is extremely excellent in terms of low pollution, environmental friendliness, and ecological viewpoint. Utilization of porcelain and piezoelectric elements can be achieved.

特に、第1副成分であるマンガンの含有量を、酸化物に換算して、主成分の0.1質量%以上1質量%以下であるようにすれば、更に、第2副成分の含有量を、酸化物に換算して、それらの合計で、主成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内であるようにすれば、より高い効果を得ることができる。   In particular, if the content of manganese, which is the first subcomponent, is converted to oxide and is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less of the main component, the content of the second subcomponent Can be converted into oxides, and the total of them can be in the range of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less of the main component, whereby a higher effect can be obtained.

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

更に、第1の元素として10mol%以下のリチウムを含むようにすれば、または、第2の元素に対する第1の元素の組成比(第1の元素/第2の元素)がモル比で0.95以上1.05以下の範囲内となるようにすれば、比誘電率εr,電気機械結合係数krおよび発生変位量をより大きくすることができる。   Furthermore, if 10 mol% or less of lithium is included as the first element, or the composition ratio of the first element to the second element (first element / second element) is 0. If it is within the range of 95 or more and 1.05 or less, the relative dielectric constant εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement can be further increased.

加えて、組成物におけるタングステンブロンズ型酸化物の含有量が1mol%以下となるようにすれば、電気機械結合係数krおよび発生変位量をより大きくすることができる。   In addition, if the content of the tungsten bronze oxide in the composition is 1 mol% or less, the electromechanical coupling coefficient kr and the generated displacement can be further increased.

更にまた、タングステンブロンズ型酸化物が、アルカリ土類金属元素を含む第5の元素と、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくともニオブを含む第6の元素と、酸素とからなるようにすれば、特に、第5の元素が、マグネシウム,カルシウム,ストロンチウムおよびバリウムからなる群のうちの少なくとも1種を含むようにすれば、より優れた圧電特性を得ることができる。   Furthermore, if the tungsten bronze type oxide comprises a fifth element containing an alkaline earth metal element, a sixth element containing at least niobium from the group consisting of niobium and tantalum, and oxygen. In particular, if the fifth element includes at least one member selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, and barium, more excellent piezoelectric characteristics can be obtained.

加えてまた、第2の元素と第6の元素との合計におけるタンタルの含有量が10mol%以下となるようにすれば、電気機械結合係数krおよび発生変位量をより大きくすることができる。   In addition, if the tantalum content in the total of the second element and the sixth element is 10 mol% or less, the electromechanical coupling coefficient kr and the generated displacement can be further increased.

更にまた、第2のペロブスカイト型酸化物と、第1のペロブスカイト型酸化物の原料と、タングステンブロンズ型酸化物の原料とに加えて、第1副成分であるマンガンの原料と、第2副成分であるコバルト,鉄,ニッケル,亜鉛,スカンジウム,チタン,ジルコニウム,ハフニウム,アルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種の原料とを混合し仮焼・焼成するようにしたので、本実施の形態に係る圧電磁器を容易に得ることができ、本実施の形態に係る圧電磁器を実現することができる。   Furthermore, in addition to the second perovskite oxide, the first perovskite oxide raw material, and the tungsten bronze oxide raw material, the first subcomponent manganese raw material, and the second subcomponent And at least one raw material in the group consisting of cobalt, iron, nickel, zinc, scandium, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, and tin, and calcining and firing. Therefore, the piezoelectric ceramic according to the present embodiment can be easily obtained, and the piezoelectric ceramic according to the present embodiment can be realized.

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

参考例1−1〜1−3)
化5に示した第1のペロブスカイト型酸化物と第2のペロブスカイト型酸化物とタングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を主成分として含有する圧電磁器を用い、図1に示したような圧電素子を図2に示した工程で作製した。本参考例では図1および図2を参照し、図1に示した符号を用いて説明する。
( Reference Examples 1-1 to 1-3)
1 using a piezoelectric ceramic containing as a main component a composition containing the first perovskite oxide, the second perovskite oxide, and the tungsten bronze oxide shown in Chemical Formula 5. The device was manufactured by the process shown in FIG. This reference example will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2 using the reference numerals shown in FIG.

Figure 0004524558
Figure 0004524558

まず、主成分の原料として、炭酸ナトリウム(Na2 CO3 )粉末、炭酸カリウム(K2 CO3 )粉末、炭酸リチウム(Li2 CO3 )粉末、酸化ニオブ(Nb2 5 )粉末、酸化タンタル(Ta2 5 )粉末、炭酸バリウム(BaCO3 )粉末および酸化チタン(TiO2 )粉末をそれぞれ用意した。また、第1副成分の原料として炭酸マンガン(MnCO3 )粉末と、第2副成分の原料として酸化コバルト(Co3 4 )粉末とを用意した。次いで、これら主成分、第1副成分および第2副成分の原料を十分に乾燥させたのち、主成分が化5に示した組成となり、第1副成分および第2副成分の含有量が酸化物(MnO,Co3 4 )に換算して主成分に対して表1に示した値となるように秤量した(図2;ステップS101参照)。 First, as raw materials for the main components, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) powder, potassium carbonate (K 2 CO 3 ) powder, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) powder, barium carbonate (BaCO 3 ) powder and titanium oxide (TiO 2 ) powder were prepared. Also, manganese carbonate (MnCO 3 ) powder was prepared as the first subcomponent raw material, and cobalt oxide (Co 3 O 4 ) powder was prepared as the second subcomponent raw material. Next, after sufficiently drying the raw materials of the main component, the first subcomponent and the second subcomponent, the main component becomes the composition shown in Chemical formula 5, and the contents of the first subcomponent and the second subcomponent are oxidized. In terms of the product (MnO, Co 3 O 4 ), the main components were weighed so as to have the values shown in Table 1 (see FIG. 2; step S101).

Figure 0004524558
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続いて、炭酸バリウム粉末と酸化チタン粉末とをボールミルにより水中で混合し、乾燥したのち、1100℃で2時間焼成して第2のペロブスカイト型酸化物であるチタン酸バリウムを作製した(図2;ステップS102参照)。   Subsequently, the barium carbonate powder and the titanium oxide powder were mixed in water by a ball mill, dried, and then fired at 1100 ° C. for 2 hours to produce barium titanate as a second perovskite oxide (FIG. 2; (See step S102).

チタン酸バリウムを作製したのち、このチタン酸バリウムと、他の主成分の原料と、第1副成分および第2副成分の原料とをボールミルにより水中で混合して乾燥し、プレス成形して、850℃〜1000℃で2時間仮焼した(図2;ステップS103参照)。仮焼したのち、ボールミルを用いて水中で粉砕し、再び乾燥して、ポリビニルアルコールを加えて造粒した。造粒したのち、この造粒粉を一軸プレス成形機により約40MPaの圧力で直径17mmの円板状ペレットに成形した(図2;ステップS104参照)。   After producing barium titanate, this barium titanate, the raw material of the other main component, the raw material of the first subcomponent and the second subcomponent are mixed in water with a ball mill, dried, press molded, Calcination was performed at 850 ° C. to 1000 ° C. for 2 hours (see FIG. 2; step S103). After calcination, the mixture was pulverized in water using a ball mill, dried again, and granulated by adding polyvinyl alcohol. After granulation, this granulated powder was formed into a disk-shaped pellet having a diameter of 17 mm with a pressure of about 40 MPa by a uniaxial press molding machine (see FIG. 2; step S104).

成形したのち、この成形体を650℃で4時間加熱して脱バインダを行い、更に950℃〜1350℃で4時間焼成した( 図2;ステップS105参照)。そののち、この焼成体を厚さ0.6mmの円板状に加工して圧電基板1を作製し、両面に銀ペーストを印刷して650℃で焼き付け、電極2,3を形成した。電極2,3を形成したのち、30℃〜250℃のシリコーンオイル中で3kV/mm〜10kV/mmの電界を1分〜30分間印加して分極処理を行った(図2;ステップS106参照)。これにより、参考例1−1〜1−3の圧電素子を得た。 After molding, the molded body was heated at 650 ° C. for 4 hours to remove the binder, and further baked at 950 ° C. to 1350 ° C. for 4 hours (see FIG. 2; step S105). After that, this fired body was processed into a disk shape having a thickness of 0.6 mm to produce a piezoelectric substrate 1, and a silver paste was printed on both sides and baked at 650 ° C. to form electrodes 2 and 3. After forming the electrodes 2 and 3, polarization treatment was performed by applying an electric field of 3 kV / mm to 10 kV / mm in silicone oil at 30 to 250 ° C. for 1 to 30 minutes (see FIG. 2; step S106). . Thereby, piezoelectric elements of Reference Examples 1-1 to 1-3 were obtained.

得られた参考例1−1〜1−3の圧電素子について、24時間放置したのち、圧電特性として、比誘電率εr、電気機械結合係数kr、および3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量を測定した。比誘電率εrおよび電気機械結合係数krの測定にはインピーダンスアナライザー(ヒューレット・パッカード社製HP4194A)を用い、比誘電率εrを測定する際の周波数は1kHzとした。発生変位量の測定には、図3に示したような渦電流による変位測定装置を用いた。この変位測定装置は、一対の電極11,12の間に試料13を挟み、直流電流を印加した場合の試料13の変位を変位センサ14により検出し、変位検出器15によりその発生変位量を求めるものである。それらの結果を表1に示す。なお、表1に示した発生変位量は、測定値を試料の厚さで割り100を掛けた値(測定値/試料の厚さ×100)である。 About the obtained piezoelectric elements of Reference Examples 1-1 to 1-3, after being left for 24 hours, as a piezoelectric characteristic, a dielectric constant εr, an electromechanical coupling coefficient kr, and an electric field generated when an electric field of 3 kV / mm is applied The amount of displacement was measured. An impedance analyzer (HP4194A manufactured by Hewlett-Packard Company) was used to measure the relative dielectric constant εr and the electromechanical coupling coefficient kr, and the frequency when measuring the relative dielectric constant εr was 1 kHz. For the measurement of the generated displacement amount, a displacement measuring device using eddy current as shown in FIG. 3 was used. In this displacement measuring device, a sample 13 is sandwiched between a pair of electrodes 11, 12, the displacement of the sample 13 when a direct current is applied is detected by a displacement sensor 14, and the generated displacement amount is obtained by a displacement detector 15. Is. The results are shown in Table 1. The generated displacement shown in Table 1 is a value obtained by dividing the measured value by the thickness of the sample and multiplying by 100 (measured value / sample thickness × 100).

参考例に対する比較例1−1として、第2副成分であるコバルトを添加しないことを除き、他は参考例1−1〜1−3と同様にして圧電素子を作製した。比較例1−1についても、参考例1−1〜1−3と同様にして、比誘電率εr、電気機械結合係数kr、3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量を測定した。それらの結果についても表1に合わせて示す。 As Comparative Example 1-1 with respect to this reference example, a piezoelectric element was fabricated in the same manner as Reference Examples 1-1 to 1-3 except that cobalt as the second subcomponent was not added. For Comparative Example 1-1, the amount of displacement generated when an electric field having a relative dielectric constant εr, an electromechanical coupling coefficient kr, and 3 kV / mm was applied was measured in the same manner as in Reference Examples 1-1 to 1-3. The results are also shown in Table 1.

表1に示したように、参考例1−1〜1−3によれば、第2副成分であるコバルトを含まない比較例1−1よりも大きな発生変位量が得られた。また、コバルトの含有量が多くなるに従い、発生変位量は大きくなり極大値を示したのち小さくなる傾向が見られた。 As shown in Table 1, according to Reference Examples 1-1 to 1-3, a larger displacement amount was obtained than in Comparative Example 1-1 not including cobalt as the second subcomponent. In addition, as the cobalt content increased, the amount of generated displacement increased, showed a maximum value, and then tended to decrease.

すなわち、第1副成分としてマンガンを含むと共に、第2副成分としてコバルトを含むようにすれば、発生変位量をより大きくできることが分かった。また、第2副成分の含有量は酸化物に換算して主成分に対して0.01質量%以上1質量%以下の範囲内とすればより好ましいことも分かった。   That is, it was found that the amount of generated displacement can be further increased by including manganese as the first subcomponent and cobalt as the second subcomponent. Moreover, it turned out that it is more preferable if content of a 2nd subcomponent shall be in the range of 0.01 mass% or more and 1 mass% or less with respect to a main component in conversion to an oxide.

(参考例2−1〜2−,実施例2−〜2−13)
第2副成分として、コバルトに代えて、鉄,ニッケル,亜鉛,スカンジウム,チタン,ジルコニウム,ハフニウム,アルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムあるいはスズを添加したことを除き、他は参考例1−2と同様にして圧電素子を作製した。第2副成分の原料には、酸化鉄(Fe2 3 )粉末,酸化ニッケル(NiO)粉末,酸化亜鉛(ZnO)粉末,酸化スカンジウム(Sc2 3 )粉末,酸化チタン(TiO2 )粉末,酸化ジルコニウム(ZrO2 )粉末,酸化ハフニウム(HfO2 )粉末,酸化アルミニウム(Al2 3 )粉末,酸化ガリウム(Ga2 3 )粉末,酸化インジウム(In2 3 )粉末,酸化ケイ素(SiO2 )粉末,酸化ゲルマニウム(GeO2 )粉末あるいは酸化スズ(SnO2 )粉末を用いた。第2副成分の含有量は、酸化物(Fe2 3 ,NiO,ZnO,Sc2 3 ,TiO2 ,ZrO2 ,HfO2 ,Al2 3 ,Ga2 3 ,In2 3 ,SiO2 ,GeO2 ,SnO2 )に換算し、いずれも主成分に対して0.2質量%とした。
(Reference Example 2-1~2- 7, Example 2-8 ~2-13)
Reference Example 1-2 except that iron, nickel, zinc, scandium, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium or tin is added as the second subcomponent instead of cobalt. A piezoelectric element was produced in the same manner as described above. The raw materials for the second subcomponent are iron oxide (Fe 2 O 3 ) powder, nickel oxide (NiO) powder, zinc oxide (ZnO) powder, scandium oxide (Sc 2 O 3 ) powder, titanium oxide (TiO 2 ) powder , Zirconium oxide (ZrO 2 ) powder, hafnium oxide (HfO 2 ) powder, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder, indium oxide (In 2 O 3 ) powder, silicon oxide ( SiO 2 ) powder, germanium oxide (GeO 2 ) powder or tin oxide (SnO 2 ) powder was used. The content of the second subcomponent includes oxides (Fe 2 O 3 , NiO, ZnO, Sc 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , In terms of SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 ), all were 0.2% by mass with respect to the main component.

参考例2−1〜2−,実施例2−〜2−13についても、参考例1−2と同様にして、比誘電率εr、電気機械結合係数kr、3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量を測定した。それらの結果を参考例1−2および比較例1−1の結果と共に表2に示す。 Reference Example 2-1~2- 7, also for Example 2 8 ~2-13, in the same manner as in Reference Example 1-2, the relative dielectric constant .epsilon.r, the electromechanical coupling factor kr, an electric field of 3 kV / mm is applied The amount of displacement generated was measured. The results are shown in Table 2 together with the results of Reference Example 1-2 and Comparative Example 1-1.

Figure 0004524558
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表2に示したように、第2副成分として鉄,ニッケル,亜鉛,スカンジウム,チタン,ジルコニウム,ハフニウム,アルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムあるいはスズを含有するようにしても、コバルトと同様に、発生変位量の向上がみられた。   As shown in Table 2, even if it contains iron, nickel, zinc, scandium, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium or tin as the second subcomponent, The amount of generated displacement was improved.

すなわち、第2副成分として、コバルト,鉄,ニッケル,亜鉛,スカンジウム,チタン,ジルコニウム,ハフニウム,アルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種を含有するようにすれば、圧電特性をより向上させることができることが分かった。   That is, the second subcomponent should contain at least one member selected from the group consisting of cobalt, iron, nickel, zinc, scandium, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, and tin. It was found that the piezoelectric characteristics can be further improved.

参考例3―1,3―2)
化6に示した組成物を主成分として含むようにしたことを除き、他は参考例1―2と同様にして圧電素子を作製した。その際、参考例3−1,3−2で、表3に示したように、主成分における第2のペロブスカイト型酸化物であるチタン酸バリウムの含有量を0.5mol%または1mol%、すなわち化6におけるmの値を0.005または0.01と変化させた。副成分は参考例1―2と同様である。
( Reference Examples 3-1 and 3-2)
A piezoelectric element was fabricated in the same manner as Reference Example 1-2, except that the composition shown in Chemical Formula 6 was included as a main component. At that time, as shown in Table 3 in Reference Examples 3-1 and 3-2, the content of barium titanate, which is the second perovskite oxide in the main component, is 0.5 mol% or 1 mol%, that is, The value of m in Chemical formula 6 was changed to 0.005 or 0.01. Subcomponents are the same as in Reference Example 1-2.

Figure 0004524558
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Figure 0004524558
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参考例に対する比較例3−1として、第2のペロブスカイト型酸化物であるチタン酸バリウムを含まないようにしたことを除き、すなわち化6におけるmの値を0にしたことを除き、他は参考例3―1,3―2と同様にして圧電素子を作製した。また、本参考例に対する比較例3―2として、主成分におけるチタン酸バリウムの含有量を10mol%、すなわち化6におけるmの値を0.1としたことを除き、他は参考例3―1,3―2と同様にして圧電素子を作製した。なお、副成分の含有量は参考例3―1,3―2と同様である。 As Comparative Example 3-1 with respect to this reference example, except that barium titanate which is the second perovskite type oxide is not included, that is, except that the value of m in Chemical Formula 6 is set to 0, Piezoelectric elements were fabricated in the same manner as Reference Examples 3-1 and 3-2. Further, as Comparative Example 2-2 with respect to the present Reference Example, except that the content of barium titanate in the main component was 10 mol%, that is, the value of m in Chemical Formula 6 was 0.1, Reference Example 3-1 , 3-2, a piezoelectric element was fabricated. The content of subcomponents is the same as in Reference Examples 3-1 and 3-2.

参考例3−1,3−2および比較例3―1,3―2についても、参考例1―2と同様にして、比誘電率εr、電気機械結合係数krおよび3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量を測定した。それらの結果を表3に示す。 In Reference Examples 3-1 and 3-2 and Comparative Examples 3-1 and 3-2, an electric field having a relative dielectric constant εr, an electromechanical coupling coefficient kr, and 3 kV / mm was applied in the same manner as Reference Example 1-2. The amount of displacement generated was measured. The results are shown in Table 3.

表3に示したように、参考例3―1,3―2によれば、チタン酸バリウムを含まない比較例3―1よりも比誘電率εrおよび発生変位量について大きな値が得られた。また、化6におけるmが大きくなるに従い、つまりチタン酸バリウムの含有量が多くなるに従い、比誘電率εrおよび発生変位量は大きくなる傾向が見られた。更に、チタン酸バリウムの含有量が10mol%の比較例3―2では、焼結できず、特性を測定することができなかった。 As shown in Table 3, according to Reference Examples 3-1 and 3-2, larger values were obtained for the relative dielectric constant εr and the amount of generated displacement than Comparative Example 3-1, which did not contain barium titanate. Further, as m in Chemical Formula 6 increased, that is, as the content of barium titanate increased, the relative permittivity εr and the generated displacement amount tended to increase. Further, Comparative Example 3-2 having a barium titanate content of 10 mol% could not be sintered and the characteristics could not be measured.

すなわち、第1のペロブスカイト酸化物およびタングステンブロンズ型酸化物に加えて、第2のペロブスカイト型酸化物を主成分において10mol%未満の範囲内で含むようにすれば、発生変位量をより大きくできることが分かった。   That is, in addition to the first perovskite oxide and the tungsten bronze type oxide, if the second perovskite type oxide is included in the main component within a range of less than 10 mol%, the generated displacement can be further increased. I understood.

参考例4―1〜4―7)
化7に示した組成物を主成分として含むようにしたことを除き、他は参考例1―2と同様にして圧電素子を作製した。その際、参考例4―1〜4―7で、第1の元素の組成(化7におけるxおよびyの値)と、第2のペロブスカイト型酸化物であるチタン酸バリウムの含有量(化7におけるmの値)とを、表4に示したように変化させた。副成分は参考例1―2と同様である。
( Reference Examples 4-1 to 4-7)
A piezoelectric element was fabricated in the same manner as Reference Example 1-2, except that the composition shown in Chemical Formula 7 was included as the main component. At that time, in Reference Examples 4-1 to 4-7, the composition of the first element (values of x and y in Chemical formula 7) and the content of barium titanate which is the second perovskite oxide (Chemical formula 7). The value of m in FIG. 4 was changed as shown in Table 4. Subcomponents are the same as in Reference Example 1-2.

Figure 0004524558
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Figure 0004524558
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参考例に対する比較例4―1〜4―6として、第2のペロブスカイト型酸化物であるチタン酸バリウムを含まないようにしたことを除き、他は参考例4―1〜4―7と同様にして圧電素子を作製した。このうち比較例4―1は参考例4―1に対応し、比較例4―2は参考例4―2,4―3に対応し、比較例4―3は参考例4―4に対応し、比較例4―4は参考例4―5に対応し、比較例4―5は参考例4―6に対応し、比較例4―6は参考例4―7に対応している。 Comparative examples 4-1 to 4-6 with respect to this reference example are the same as reference examples 4-1 to 4-7 except that barium titanate, which is the second perovskite oxide, is not included. Thus, a piezoelectric element was produced. Of these, Comparative Example 4-1 corresponds to Reference Example 4-1, Comparative Example 4-2 corresponds to Reference Examples 4-2 and 4-3, and Comparative Example 4-3 corresponds to Reference Example 4-4. Comparative Example 4-4 corresponds to Reference Example 4-5, Comparative Example 4-5 corresponds to Reference Example 4-6, and Comparative Example 4-6 corresponds to Reference Example 4-7.

参考例4―1〜4―7および比較例4―1〜4―6についても、参考例1―2と同様にして、比誘電率εr、電気機械結合係数krおよび3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量を測定した。それらの結果を表4に示す。 For Reference Examples 4-1 to 4-7 and Comparative Examples 4-1 to 4-6, an electric field having a relative dielectric constant εr, an electromechanical coupling coefficient kr, and 3 kV / mm was applied in the same manner as Reference Example 1-2. The amount of displacement generated was measured. The results are shown in Table 4.

表4に示したように、参考例4―1〜4―7によれば、参考例1―2と同様に、比較例よりも比誘電率εrおよび発生変位量について大きな値が得られた。また、化7におけるxの値が大きくなるに従い、つまりカリウムの含有量が多くなるに従い、比誘電率εr,電気機械結合係数krおよび発生変位量は大きくなり、極大値を示したのち、小さくなる傾向が見られた。すなわち、第1の元素におけるカリウムの含有量を10mol%以上90mol%以下とすれば、圧電特性を向上させることができ、発生変位量を大きくできることが分かった。 As shown in Table 4, according to Reference Examples 4-1 to 4-7, similar to Reference Example 1-2, larger values were obtained for the relative dielectric constant εr and the generated displacement amount than for the comparative example. Further, as the value of x in Chemical Formula 7 increases, that is, as the potassium content increases, the relative dielectric constant εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement amount increase, and after reaching a maximum value, decrease. There was a trend. That is, it was found that if the potassium content in the first element is 10 mol% or more and 90 mol% or less, the piezoelectric characteristics can be improved and the generated displacement can be increased.

更に、第1の元素としてリチウムを含む方が、比誘電率εr,電気機械結合係数krおよび発生変位量はより大きくなる傾向が見られた。すなわち、第1の元素において10mol%以下のリチウムを含むようにすれば、圧電特性を向上させることができ、発生変位量を大きくできることが分かった。   Furthermore, when lithium was contained as the first element, the relative permittivity εr, the electromechanical coupling coefficient kr, and the generated displacement tended to be larger. That is, it was found that if the first element contains 10 mol% or less of lithium, the piezoelectric characteristics can be improved and the generated displacement can be increased.

参考例5―1,5―2)
化8に示した組成物を主成分として含むようにしたことを除き、他は参考例1―2と同様にして圧電素子を作製した。その際、参考例5―1,5―2で、タンタルの含有量(化8におけるzおよびwの値)と、第2のペロブスカイト型酸化物であるチタン酸バリウムの含有量(化8におけるmの値)とを表5に示したように変化させた。副成分は参考例1―2と同様である。なお、参考例5−1は参考例1−2と同一である。
( Reference Examples 5-1 and 5-2)
A piezoelectric element was fabricated in the same manner as Reference Example 1-2, except that the composition shown in Chemical Formula 8 was included as a main component. At that time, in Reference Examples 5-1 and 5-2, the content of tantalum (values of z and w in Chemical Formula 8) and the content of barium titanate as the second perovskite oxide (m in Chemical Formula 8) The values were changed as shown in Table 5. Subcomponents are the same as in Reference Example 1-2. Reference Example 5-1 is the same as Reference Example 1-2.

Figure 0004524558
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参考例に対する比較例5―1として、第2のペロブスカイト型酸化物であるチタン酸バリウムを含まないようにしたことを除き、他は参考例5―1,5―2と同様にして圧電素子を作製した。参考例5―1,5―2および比較例5―1についても、参考例1―2と同様にして、比誘電率εr、電気機械結合係数krおよび3kV/mmの電界を印加した際の発生変位量を測定した。それらの結果を参考例3―1,3―2および比較例3―1の結果と共に表5に示す。なお、参考例3−1,3−2および比較例3−1は第2の元素および第6の元素にタンタルを含まないものである。 As Comparative Example 5-1 with respect to this reference example, the piezoelectric element was the same as Reference Examples 5-1 and 5-2 except that barium titanate, which is the second perovskite oxide, was not included. Was made. Similarly to Reference Example 1-2, Reference Examples 5-1 and 5-2 and Comparative Example 5-1 generate when an electric field having a relative dielectric constant εr, an electromechanical coupling coefficient kr, and 3 kV / mm is applied. The amount of displacement was measured. The results are shown in Table 5 together with the results of Reference Examples 3-1 and 3-2 and Comparative Example 3-1. Reference Examples 3-1 and 3-2 and Comparative Example 3-1 do not contain tantalum in the second element and the sixth element.

表5に示したように、参考例5―1,5―2によれば、参考例1―2と同様に、比較例5―1よりも比誘電率εrおよび発生変位量について大きな値が得られた。また、第2の元素および第6の元素にタンタルを含む参考例5―1,5―2の方が、タンタルを含まない参考例3―1,3―2に比べて、大きな発生変位量が得られた。 As shown in Table 5, according to Reference Examples 5-1 and 5-2, similar to Reference Example 1-2, larger values were obtained for the relative dielectric constant εr and the generated displacement than Comparative Example 5-1. It was. In addition, the reference examples 5-1 and 5-2 containing tantalum in the second element and the sixth element have a larger amount of generated displacement than the reference examples 3-1 and 3-2 containing no tantalum. Obtained.

すなわち、第2の元素または第6の元素にタンタルを含むようにすれば、発生変位量をより大きくできることが分かった。   That is, it has been found that the amount of generated displacement can be increased if tantalum is included in the second element or the sixth element.

なお、本実施例では、第2の元素および第6の元素におけるタンタルの含有量、すなわち化8におけるzおよびwの値が同一である場合について示したが、zとwの値が異なる場合についても、同様の結果を得ることができる。   In this example, the case where the tantalum contents in the second element and the sixth element, that is, the values of z and w in the chemical formula 8 are the same is shown, but the case where the values of z and w are different. The same result can be obtained.

また、上記実施例では、第1のペロブスカイト型酸化物、第2のペロブスカイト型酸化物およびタングステンブロンズ型酸化物を含む組成物の組成について例を挙げて具体的に説明したが、上記実施の形態において説明した組成の範囲内であれば、他の組成であっても同様の結果を得ることができる。   In the above-described examples, the composition of the composition including the first perovskite oxide, the second perovskite oxide, and the tungsten bronze oxide has been specifically described by way of example. As long as it is within the range of the composition described in, similar results can be obtained even with other compositions.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形することができる。例えば、上記実施の形態および実施例では、第1のペロブスカイト型酸化物と、第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物との組成物を含有する場合について説明したが、この組成物に第1のペロブスカイト型酸化物,第2のペロブスカイト型酸化物およびタングステンブロンズ型酸化物以外の他の成分を更に含んでいてもよい。   The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above embodiments and examples, the case where the composition of the first perovskite type oxide, the second perovskite type oxide, and the tungsten bronze type oxide is described has been described. In addition, other components other than the first perovskite oxide, the second perovskite oxide, and the tungsten bronze oxide may be further included.

また、上記実施の形態および実施例では、主成分の組成物が第1の元素としてナトリウム,カリウムおよびリチウムからなる群のうちの少なくともナトリウムとカリウムとを含み、第2の元素としてニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくともニオブを含み、第3の元素としてアルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種を含み、第4の元素として少なくともチタンを含み、第5の元素としてアルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種を含み、第6の元素としてニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくともニオブを含む場合について説明したが、これら第1の元素,第2の元素,第3の元素,第4の元素,第5の元素および第6の元素は、これら以外の他の元素を更に含んでいてもよい。   Moreover, in the said embodiment and Example, the composition of a main component contains at least sodium and potassium of the group which consists of sodium, potassium, and lithium as a 1st element, and from niobium and a tantalum as a 2nd element. And at least one of alkaline earth metal elements as the third element, at least titanium as the fourth element, and at least one of the alkaline earth metal elements as the fifth element. Although the case where at least one of them is included and at least niobium of the group consisting of niobium and tantalum is included as the sixth element has been described, these first element, second element, third element, fourth element These elements, the fifth element and the sixth element may further contain other elements.

更に、上記実施の形態および実施例では、第1副成分と第2副成分とを含む場合について説明したが、更に他の副成分を含む場合についても同様に適用することができる。   Furthermore, in the said embodiment and Example, although the case where the 1st subcomponent and the 2nd subcomponent were included was demonstrated, it can apply similarly when the other subcomponent is included.

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

アクチュエータなどの振動素子,発音体およびセンサなどの圧電素子に用いることができる。   It can be used for vibration elements such as actuators, piezoelectric elements such as sounding bodies and sensors.

本発明の一実施の形態に係る圧電磁器を用いた圧電素子を表す構成図である。It is a block diagram showing the piezoelectric element using the piezoelectric ceramic which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る圧電磁器および圧電素子の製造方法を表す流れ図である。It is a flowchart showing the manufacturing method of the piezoelectric ceramic and piezoelectric element which concern on one embodiment of this invention. 本発明の実施例において発生変位量の測定に用いた変位測定装置を表す構成図である。It is a block diagram showing the displacement measuring apparatus used for the measurement of the generated displacement amount in the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧電基板、1a,1b…対向面、2,3…電極、11,12…電極、13…試料、14…変位センサ、15…変位検出器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric substrate, 1a, 1b ... Opposite surface, 2, 3 ... Electrode, 11, 12 ... Electrode, 13 ... Sample, 14 ... Displacement sensor, 15 ... Displacement detector.

Claims (8)

第1のペロブスカイト型酸化物と、第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を主成分として含有し、
前記第1のペロブスカイト型酸化物は、ナトリウム(Na)およびカリウム(K)を含む第1の元素と、ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくともニオブを含む第2の元素と、酸素(O)とからなり、
前記第2のペロブスカイト型酸化物は、アルカリ土類金属元素を含む第3の元素と、チタン(Ti)を含む第4の元素と、酸素とからなり、
前記組成物における前記第2のペロブスカイト型酸化物の含有量は10mol%未満、前記タングステンブロンズ型酸化物の含有量は1mol%以下であり、
更に、第1副成分としてマンガン(Mn)と、第2副成分としてアルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)からなる群のうちの少なくとも1種とを含有する
ことを特徴とする圧電磁器。
Containing as a main component a composition comprising a first perovskite oxide, a second perovskite oxide, and a tungsten bronze oxide;
The first perovskite oxide includes a first element containing sodium (Na) and potassium (K), and a second element containing at least niobium from the group consisting of niobium (Nb) and tantalum (Ta). And oxygen (O)
The second perovskite oxide comprises a third element containing an alkaline earth metal element, a fourth element containing titanium (Ti), and oxygen.
In the composition, the content of the second perovskite-type oxide of less than 10 mol%, the content of the tungsten bronze-type oxide is less than 1 mol%,
Further, manganese (Mn) as the first subcomponent and aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge) and tin (Sn) as the second subcomponent A piezoelectric ceramic comprising at least one of the above.
前記第1副成分であるマンガンの含有量は、酸化物(MnO)に換算して、主成分の0.1質量%以上1質量%以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項1記載の圧電磁器。
The content of manganese as the first subcomponent is in the range of 0.1 mass% or more and 1 mass% or less of the main component in terms of oxide (MnO). Piezoelectric ceramic.
前記第2副成分であるアルミニウム,ガリウム,インジウム,ケイ素,ゲルマニウムおよびスズの含有量は、酸化物(Al2 3 ,Ga2 3 ,In2 3 ,SiO2 ,GeO2 ,SnO2 )に換算して、それらの合計で、主成分の0.01質量%以上1質量%以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電磁器。
The contents of the second subcomponents aluminum, gallium, indium, silicon, germanium and tin are oxides (Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 ). The piezoelectric ceramic according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric ceramic is in a range of 0.01 mass% or more and 1 mass% or less of the main component in terms of the total.
前記第1の元素におけるカリウムの含有量は10mol%以上90mol%以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の圧電磁器。
The piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of potassium in the first element is in a range of 10 mol% or more and 90 mol% or less.
前記第1の元素として更にリチウムを含み、前記第1の元素におけるリチウムの含有量は10mol%以下である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の圧電磁器。
The piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 4, wherein lithium is further contained as the first element, and a lithium content in the first element is 10 mol% or less.
前記タングステンブロンズ型酸化物は、
アルカリ土類金属元素を含む第5の元素と、
ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくともニオブを含む第6の元素と、
酸素とからなる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の圧電磁器。
The tungsten bronze type oxide is
A fifth element including an alkaline earth metal element;
A sixth element containing at least niobium in the group consisting of niobium and tantalum;
It consists of oxygen. The piezoelectric ceramic of any one of Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned.
前記第2の元素と前記第6の元素との合計におけるタンタルの含有量は0mol%以上10mol%以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項記載の圧電磁器。
The piezoelectric ceramic according to claim 6, wherein the content of tantalum in the sum of the second element and the sixth element is within the range of 10 mol% or more 0 mol%.
ナトリウム(Na)およびカリウム(K)を含む第1の元素と、ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくともニオブを含む第2の元素と、酸素(O)とからなる第1のペロブスカイト型酸化物と、アルカリ土類金属元素のうちの少なくとも1種を含む第3の元素と、チタン(Ti)を含む第4の元素と、酸素とからなる第2のペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含む組成物を主成分として含有すると共に、前記組成物における、前記第2のペロブスカイト型酸化物の含有量が10mol%未満、前記タングステンブロンズ型酸化物の含有量が1mol%以下である圧電磁器の製造方法であって、
前記第1のペロブスカイト型酸化物の原料と、前記第2のペロブスカイト型酸化物と、前記タングステンブロンズ型酸化物の原料とに加えて、第1副成分であるマンガン(Mn)の原料と、第2副成分であるアルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)からなる群のうちの少なくとも1種の原料とを含有する混合物を仮焼する工程を含む
ことを特徴とする圧電磁器の製造方法。
A first element comprising sodium (Na) and potassium (K); a second element comprising at least niobium from the group consisting of niobium (Nb) and tantalum (Ta); and a second element comprising oxygen (O). 1st perovskite type oxide, 3rd element containing at least 1 sort (s) of alkaline-earth metal element, 4th element containing titanium (Ti), and 2nd perovskite type oxide consisting of oxygen And a composition containing the tungsten bronze type oxide as a main component, and the content of the second perovskite type oxide in the composition is less than 10 mol%, and the content of the tungsten bronze type oxide Is a method of manufacturing a piezoelectric ceramic having 1 mol% or less ,
In addition to the first perovskite-type oxide raw material, the second perovskite-type oxide raw material, and the tungsten bronze-type oxide raw material, the first subcomponent manganese (Mn) raw material, A mixture containing at least one raw material selected from the group consisting of two subcomponents, aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), and tin (Sn) A method for manufacturing a piezoelectric ceramic, comprising a step of calcining the ceramic.
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