JP5190894B2 - Piezoelectric or dielectric ceramic composition, piezoelectric device and dielectric device - Google Patents

Piezoelectric or dielectric ceramic composition, piezoelectric device and dielectric device Download PDF

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本発明は、圧電体又は誘電体磁器組成物、特に、鉛を含有しないアルカリ含有ニオブ酸系ペロブスカイト構造を有する圧電体又は誘電体磁器組成物、並びに、その圧電体又は誘電体磁器組成物を用いた圧電体デバイス及び誘電体デバイスに関する。   The present invention relates to a piezoelectric or dielectric ceramic composition, particularly a piezoelectric or dielectric ceramic composition having an alkali-containing niobate-based perovskite structure that does not contain lead, and the piezoelectric or dielectric ceramic composition. The present invention relates to a piezoelectric device and a dielectric device.

圧電体磁器組成物の電気エネルギーを機械エネルギーへ、もしくは機械エネルギーを電気エネルギーへ変換する原理(圧電効果)を用いた、多くの圧電体デバイスの精力的な開発、応用がなされている。   Many piezoelectric devices have been developed and applied using the principle (piezoelectric effect) of converting electrical energy of piezoelectric ceramic compositions into mechanical energy or converting mechanical energy into electrical energy.

これらの圧電効果を用いた圧電体デバイスを構成する圧電体磁器組成物は、例えばPbTiO−PbZrOの2成分よりなる鉛を含有した圧電体磁器組成物(以下、PZTとする。)や、このPZTに対してさらにPb(Mg1/3Nb2/3)OやPb(Zn1/3Nb2/3)Oなどの圧電体磁器組成物を第3成分とした圧電体磁器組成物が存在する。
これらのPZTを主成分とする圧電体磁器組成物は、高い圧電特性を誇り、現在実用化されている圧電効果を用いた圧電体デバイスのほとんどに使用されている。
しかしながら、前記PZTを主成分とする圧電体磁器組成物はPbを含むために、生産工程時におけるPbOの揮発など、環境負荷が高いことが問題となっている。
The piezoelectric ceramic composition constituting the piezoelectric device using these piezoelectric effects is, for example, a piezoelectric ceramic composition (hereinafter referred to as PZT) containing lead composed of two components of PbTiO 3 —PbZrO 3 . A piezoelectric ceramic composition having a third component of a piezoelectric ceramic composition such as Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 or Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 with respect to this PZT. Things exist.
These PZT-based piezoelectric ceramic compositions have high piezoelectric characteristics and are used in most piezoelectric devices using the piezoelectric effect that are currently in practical use.
However, since the piezoelectric ceramic composition containing PZT as a main component contains Pb, there is a problem that the environmental load such as volatilization of PbO during the production process is high.

このために鉛を含有しない、もしくは低鉛である圧電体磁器組成物が求められてきた。このような社会的な要請のもと、鉛を含有しない圧電体磁器組成物は、近年、さかんに研究が行われている。
鉛を含有しない圧電体磁器組成物として期待される磁器組成物の一つとして、KNbOがある。このKNbOの単結晶については、大きな電気機械結合定数を持つことが報告されており(非特許文献1、2および特許文献1参照)、高性能圧電体デバイスへの応用が期待されている。
Therefore, a piezoelectric ceramic composition that does not contain lead or has low lead has been demanded. Under such social demands, research on piezoelectric ceramic compositions containing no lead has been conducted in recent years.
One of the ceramic compositions expected as a piezoelectric ceramic composition not containing lead is KNbO 3 . This single crystal of KNbO 3 has been reported to have a large electromechanical coupling constant (see Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Document 1), and is expected to be applied to high-performance piezoelectric devices.

また、KNbOに対して、3価の陽イオンとなる希土類金属元素と遷移金属元素、もしくはアルミニウムからなるペロブスカイト型化合物を導入することによって、焼結性を改善したり(特許文献2)、BiやMnを含有させることによって潮解性を抑制したり(特許文献3)することが発明されている。 In addition, by introducing a perovskite type compound composed of a rare earth metal element and a transition metal element or aluminum which becomes a trivalent cation to KNbO 3 , the sinterability is improved (Patent Document 2), Bi It has been invented that deliquescence is suppressed by adding or Mn (Patent Document 3).

さらに、特許文献4では、一般式{Li(K1−yNa1−x}(Nb1−z−nTa(Mn0.50.5)Oで表され、且つx,y,z,nがそれぞれ0≦x≦0.2、0≦y≦1.0、0≦z≦0.4、0<n≦0.1の組成範囲にあることを特徴とする圧電体磁器組成物が提示されている。 Additionally, expressed in Patent Document At 4, the general formula {Li x (K 1-y Na y) 1-x} (Nb 1-z-n Ta z (Mn 0.5 W 0.5) n) O 3 And x, y, z, and n are in the composition ranges of 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 1.0, 0 ≦ z ≦ 0.4, and 0 <n ≦ 0.1, respectively. A piezoelectric ceramic composition is proposed.

また、特許文献5に記載された発明は、(1−n)(Ag1-a-b-cLiaNabc)(Nb1-x-y-zTaxSbyz)O3+nM1M2O(但し、0≦a≦0.2、0≦b≦0.95、0≦c≦0.95、0<(1−a−b−c)≦1、0≦x≦0.5、0≦y≦0.2、0≦z≦0.2、0≦(y+z)≦0.3、0≦n≦0.2)で示される2元系固溶体を主成分とする圧電/電歪磁器組成物であり、M1とM2は、所定の条件を満たす金属元素であり、そして、所定の条件として様々な複合型ペロブスカイト化合物との固溶組成物が挙げられている。 Further, the invention described in Patent Document 5, (1-n) (Ag 1-abc Li a Na b K c) (Nb 1-xyz Ta x Sb y V z) O 3 + nM1M2O 3 ( where, 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.95, 0 ≦ c ≦ 0.95, 0 <(1-abc) ≦ 1, 0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0. 2, a piezoelectric / electrostrictive porcelain composition mainly composed of a binary solid solution represented by 0 ≦ z ≦ 0.2, 0 ≦ (y + z) ≦ 0.3, 0 ≦ n ≦ 0.2) M1 and M2 are metal elements that satisfy a predetermined condition, and examples of the predetermined condition include solid solution compositions with various composite perovskite compounds.

K.Yamanouchi,H.Odagawa,T.Kojima and T.Matsumura. Electron.Lett.,33(1997),193.K. Yamanouchi, H .; Odagawa, T .; Kojima and T.K. Matsumura. Electron. Lett. , 33 (1997), 193. K.Nakamura and Y.Kawamura. IEEE Trans.Ultrason.Ferroelectr.Feq.Control.,47(2000),450.K. Nakamura and Y.M. Kawamura. IEEE Trans. Ultrason. Ferrolectr. Feq. Control. 47 (2000), 450.

特開2003−17981公報JP 2003-17981 A 特開2004−359539公報JP 2004-359539 A 特開2005−281013公報JP 2005-281413 A 特開2003−342071公報JP 2003-342071 A 特開2006−124271公報JP 2006-124271 A

前記の通り、KNbOは焼結性を改善したり、潮解性を抑制したりすることによって、また、Aサイトを1価のアルカリ金属元素もしくはAgで置換し、Bサイトを5価の金属元素もしくは総価数で5価とした金属元素で置換することによって、圧電体デバイスへの応用が期待されている。
しかしながら、例えば、特許文献4の発明においては、4価の金属元素のMnと6価の金属元素のWを組み合わせただけであり、他の複合型ペロブスカイト化合物を固溶させる試みは、記載されておらず、他に取り得る、Bサイト組成を総価数5価とする組み合わせに関しては、まったく未知である。
As described above, KNbO 3 improves sinterability or suppresses deliquescence, and also substitutes the A site with a monovalent alkali metal element or Ag, and the B site with a pentavalent metal element. Alternatively, replacement with a metal element having a total valence of pentavalent is expected to be applied to a piezoelectric device.
However, for example, in the invention of Patent Document 4, only a combination of Mn of the tetravalent metal element and W of the hexavalent metal element is described, and attempts to dissolve other composite perovskite compounds are described. However, other possible combinations of the B site composition with a total valence of 5 are completely unknown.

さらに数多くの複合型ペロブスカイト化合物との固溶組成物の電気特性、圧電特性を評価して、高い特性を持つKNbOを主成分とした無鉛の圧電体磁器組成物の開発が必要である。
特許文献5に記載された組成物は、数多くの複合型ペロブスカイト化合物を固溶させる取り組みがなされているが、Agを必須の元素としている。AサイトにAgが配座するA1+5+となる圧電体磁器組成物は、Agを含まない場合に比べて、比抵抗率が総じて低くなり、信頼性が低く、実用的な圧電体磁器組成物とするのは極めて難しく、また、電歪磁器組成物としてしまっては、圧電効果が得られず、圧電体デバイスとして使用することができない。
Furthermore, it is necessary to develop lead-free piezoelectric ceramic compositions mainly composed of KNbO 3 having high characteristics by evaluating the electrical characteristics and piezoelectric characteristics of a solid solution composition with a large number of composite perovskite compounds.
In the composition described in Patent Document 5, efforts are made to dissolve a large number of complex perovskite compounds, but Ag is an essential element. Piezoelectric porcelain composition that is A 1+ B 5+ O 3 in which Ag conforms to the A site has a lower specific resistivity and lower reliability than a case where no Ag is contained, and is a practical piezoelectric body. It is extremely difficult to make a porcelain composition, and if it is an electrostrictive porcelain composition, a piezoelectric effect cannot be obtained and it cannot be used as a piezoelectric device.

本発明の課題は、上記した問題点を解決し、主成分としてKNbOを含有するA1+5+で表される圧電体又は誘電体磁器組成物において、新規性のある複合ペロブスカイト型化合物を固溶せしめることにより、誘電特性及び圧電特性の良好な圧電体又は誘電体磁器組成物を得ることで、多岐に渡る圧電体デバイス及び誘電体デバイス開発の要望に答え、延いてはPZTを主成分とする圧電体又は誘電体磁器組成物を代替し、環境負荷を低減することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a novel composite perovskite compound in a piezoelectric or dielectric ceramic composition represented by A 1+ B 5+ O 3 containing KNbO 3 as a main component In order to obtain a piezoelectric or dielectric ceramic composition having good dielectric characteristics and piezoelectric characteristics by dissolving the solution, it is possible to meet a wide range of demands for the development of piezoelectric devices and dielectric devices. It is to replace the piezoelectric or dielectric ceramic composition as a component and reduce the environmental load.

本発明においては、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)主成分が組成式(1−x)KNbO+xKMeOで表される圧電体又は誘電体磁器組成物であって、0<x≦0.05であり、Meが、4価のTi、3価のMn、2価のMn及び2価のZnから選ばれるいずれかの金属元素と、6価のWとの組み合わせであり、組み合わせたときの総価数が5価であることを特徴とする圧電体又は誘電体磁器組成物である。
このように、主成分としてKNbOを含有する圧電体又は誘電体磁器組成物に対して、Aサイトは1価の金属元素、Bサイトは総価数が5価の金属元素からなるA1+5+型ペロブスカイトを固溶せしめることによって、従来のKNbOを含有する圧電体又は誘電体磁器組成物よりも、比誘電率を高めることが可能となる。
In the present invention, the following means are adopted in order to solve the above problems.
(1) The main component is a piezoelectric or dielectric ceramic composition represented by the composition formula (1-x) KNbO 3 + xKMeO 3 , wherein 0 <x ≦ 0.05, and Me is a tetravalent Ti It is a combination of any metal element selected from trivalent Mn, bivalent Mn, and divalent Zn, and hexavalent W, and the total valence when combined is pentavalent A piezoelectric or dielectric ceramic composition.
Thus, with respect to the piezoelectric or dielectric ceramic composition containing KNbO 3 as the main component, the A site is composed of a monovalent metal element, and the B site is composed of a metal element having a total valence of A 1+ B By dissolving 5 + O 3 type perovskite, it is possible to increase the relative dielectric constant as compared with the conventional piezoelectric or dielectric ceramic composition containing KNbO 3 .

(2)前記主成分を100molとしたときに、副成分としてMnをMnO換算で1.0〜2.0mol含有していることを特徴とする前記(1)の圧電体又は誘電体磁器組成物である。
副成分としてMnを所定の量、主成分に混合し、焼成した磁器組成物は、Mnを混合しない圧電体又は誘電体磁器組成物と比較して、誘電損失を抑えることができる。
(2) The piezoelectric or dielectric ceramic composition according to (1) above, wherein Mn is contained as an auxiliary component in an amount of 1.0 to 2.0 mol in terms of MnO when the main component is 100 mol. It is.
A ceramic composition obtained by mixing a predetermined amount of Mn as a subcomponent with a main component and then firing it can suppress dielectric loss as compared with a piezoelectric or dielectric ceramic composition in which Mn is not mixed.

(3)前記組成式が(1−x)KNbO+xK(Zn1/43/4)Oであることを特徴とする前記(2)の圧電体又は誘電体磁器組成物である。
主成分が(1−x)KNbO+xK(Zn1/43/4)Oであり、0<x≦0.05の範囲を満たし、且つ前記主成分を100molとしたときに、副成分としてMnをMnO換算で1.0〜2.0mol含有している圧電体磁器組成物は、特に0<x≦0.03の場合に、KNbOを大きく上回る圧電特性を得ることが可能となる。また、圧電特性がKNbOを上回らない場合であっても、KNbOよりも、比誘電率が高く、誘電損失が安定しているため、誘電体磁器組成物として優れている。
(3) The piezoelectric or dielectric ceramic composition according to (2), wherein the composition formula is (1-x) KNbO 3 + xK (Zn 1/4 W 3/4 ) O 3 .
When the main component is (1−x) KNbO 3 + xK (Zn 1/4 W 3/4 ) O 3 , satisfies the range of 0 <x ≦ 0.05, and the main component is 100 mol, A piezoelectric ceramic composition containing 1.0 to 2.0 mol of Mn as a component in terms of MnO can obtain piezoelectric characteristics that greatly exceed KNbO 3 , particularly when 0 <x ≦ 0.03. Become. Further, even when the piezoelectric characteristic does not exceed the KNbO 3, than KNbO 3, high relative dielectric constant, since the dielectric loss is stable, it is excellent as a dielectric ceramic composition.

前記(1)〜(3)には、前記組成式において、KNbO KがLi及びNaのみから選ばれる少なくとも1種によって、一部置換されていることを特徴とする圧電体又は誘電体磁器組成物を含む
また、前記組成式において、KNbO NbがTaのみによって、一部置換されていることを特徴とする圧電体又は誘電体磁器組成物を含む
前記のようにABO型ペロブスカイト化合物をなす、本発明の圧電体又は誘電体磁器組成物は、Aサイトに1価の金属元素を、Bサイトに5価の金属元素をとることが可能であり、AサイトのKを一部、Na,Liによって置換することが可能であり、BサイトのNbを一部、Taによって置換することが可能である。
Wherein the (1) to (3), in the composition formula, by at least one K of KNbO 3 is selected only from Li and Na, some substituted you characterized by being pressure collector or dielectric including the body porcelain composition.
Further, in the composition formula, including the Nb of KNbO 3 is Ta alone, some pressure collector that you characterized substituted or dielectric ceramic composition.
As described above, the piezoelectric or dielectric ceramic composition of the present invention that forms an ABO 3 type perovskite compound can take a monovalent metal element at the A site and a pentavalent metal element at the B site. It is possible to partially replace K at the A site with Na and Li, and partially replace Nb at the B site with Ta.

(4)第一の電極と第二の電極とが圧電セラミック層を介して対向する圧電体デバイスにおいて、前記圧電セラミック層が前記(1)〜(3)のいずれか一項の圧電体磁器組成物で形成されていることを特徴とする圧電体デバイスである。
(5)前記第一の電極と前記第二の電極とが前記圧電セラミック層を介して交互に複数層積み重ねられており、前記第一の電極と電気的に接続する第一の端子電極と、前記第二の電極と電気的に接続する第二の端子電極と、を有することを特徴とする前記(4)の圧電体デバイスである。
(6)複数の誘電セラミック層と、前記誘電セラミック層間に形成された内部電極と、前記内部電極に電気的に接続された外部電極とを備えた誘電体デバイスにおいて、前記誘電セラミック層が、前記(1)〜(3)のいずれか一項の誘電体磁器組成物で形成されていることを特徴とする誘電体デバイスである。
特に、本発明の圧電体磁器組成物は様々な圧電体デバイス、例えば、圧電発音体、圧電センサ、圧電アクチュエータ、圧電トランス、圧電超音波モータなどに用いることが可能である。
現在、これらの圧電体デバイスにはPZTが用いられており、これを本発明の圧電体磁器組成物で代替することで、酸性雨等によって、PZTからPbが溶出し、環境へ拡散することを防ぐことができる。
(4) The piezoelectric ceramic composition according to any one of (1) to (3), wherein the first electrode and the second electrode are opposed to each other with the piezoelectric ceramic layer interposed therebetween. It is a piezoelectric device characterized by being formed of an object.
(5) The first electrode and the second electrode are alternately stacked in a plurality of layers via the piezoelectric ceramic layer, and a first terminal electrode electrically connected to the first electrode; The piezoelectric device according to (4) , further comprising a second terminal electrode electrically connected to the second electrode.
(6) In a dielectric device comprising a plurality of dielectric ceramic layers, an internal electrode formed between the dielectric ceramic layers, and an external electrode electrically connected to the internal electrode, the dielectric ceramic layer comprises: A dielectric device characterized by being formed of the dielectric ceramic composition according to any one of (1) to (3) .
In particular, the piezoelectric ceramic composition of the present invention can be used in various piezoelectric devices such as piezoelectric sounding bodies, piezoelectric sensors, piezoelectric actuators, piezoelectric transformers, and piezoelectric ultrasonic motors.
At present, PZT is used in these piezoelectric devices. By substituting this with the piezoelectric ceramic composition of the present invention, PbT is eluted from PZT and diffuses to the environment due to acid rain or the like. Can be prevented.

本発明においては、主成分としてKNbOを含有する圧電体又は誘電体磁器組成物に対して、Aサイトを1価の金属元素、Bサイトを総価数が5価の金属元素からなるA1+5+型ペロブスカイトを固溶せしめることによって、従来のKNbOを含有する圧電体磁器組成物よりも、比誘電率を高めることが可能となる。
前記主成分に、副成分としてMnを所定の量、混合したものは、誘電損失を抑えることができる。誘電損失を抑えることは、さまざまな電子デバイスに前記圧電体又は誘電体磁器組成物を用いるとき、電界強度を高めた場合においても、発熱を抑えることが可能であり、例えば圧電体磁器組成物よりなるセラミックスに、高い電界強度を印加することができるのであれば、大きな変位量を得ることが可能であり、例えば誘電体磁器組成物よりなるセラミックスでは、交流電流を印加した場合に発熱を抑え、発熱によって素子が破壊されるのを防ぐことが可能となる。
また、主成分が(1−x)KNbO+xK(Zn1/43/4)Oであり、0<x≦0.05の範囲を満たし、且つ前記主成分を100molとしたときに、副成分としてMnをMnO換算で1.0〜2.0mol含有している圧電体磁器組成物は、KNbOを大きく上回る圧電特性を得ることが可能となる。
さらに、製造工程においても、PbOの揮発等を考慮することなく製造することが可能であることから、PbOを揮発を管理せずとも量産することが可能であり、環境負荷を低減できる圧電体又は誘電体磁器組成物を提供することができる。
In the present invention, the piezoelectric or dielectric ceramic composition containing KNbO 3 as the main component, a monovalent metal element A site, the B site total valence consisting pentavalent metal element A 1+ By dissolving the B 5+ O 3 type perovskite in a solid solution, it is possible to increase the relative dielectric constant as compared with the conventional piezoelectric ceramic composition containing KNbO 3 .
Dielectric loss can be suppressed by mixing a predetermined amount of Mn as a subcomponent in the main component. It is possible to suppress dielectric loss when using the piezoelectric body or dielectric ceramic composition in various electronic devices, even when the electric field strength is increased. For example, compared to the piezoelectric ceramic composition, If a high electric field strength can be applied to the resulting ceramic, a large amount of displacement can be obtained. For example, in a ceramic made of a dielectric ceramic composition, heat generation is suppressed when an alternating current is applied, It is possible to prevent the element from being destroyed by heat generation.
The main component is (1−x) KNbO 3 + xK (Zn 1/4 W 3/4 ) O 3 , satisfies the range of 0 <x ≦ 0.05, and the main component is 100 mol. In addition, a piezoelectric ceramic composition containing 1.0 to 2.0 mol of Mn as a subcomponent in terms of MnO can obtain piezoelectric characteristics that greatly exceed KNbO 3 .
Furthermore, since it is possible to manufacture without considering the volatilization of PbO or the like in the manufacturing process, it is possible to mass-produce PbO without managing the volatilization, and to reduce the environmental load. A dielectric ceramic composition can be provided.

0.99KNbO−0.01K(Zn1/43/4)Oを100molとしたときにMnをMnO換算で1.0mol含有させた圧電体磁器組成物のP−Eヒステリシス曲線である。It is a PE hysteresis curve of a piezoelectric ceramic composition containing 1.0 mol of Mn in terms of MnO when 0.99 KNbO 3 -0.01K (Zn 1/4 W 3/4 ) O 3 is 100 mol. .

本発明は、主成分が組成式(1−x)KNbO+xKMeOで表される圧電体又は誘電体磁器組成物であって、0<x≦0.05であり、Meが、4価のTi、3価のMn、2価のMn及び2価のZnから選ばれるいずれかの金属元素と、6価のWとの組み合わせであり、組み合わせたときの総価数が5価であることを特徴とする圧電体又は誘電体磁器組成物である。 The present invention is a piezoelectric or dielectric ceramic composition whose main component is represented by the composition formula (1-x) KNbO 3 + xKMeO 3 , wherein 0 <x ≦ 0.05, and Me is a tetravalent It is a combination of any metal element selected from Ti, trivalent Mn, divalent Mn, and divalent Zn and hexavalent W, and the total valence when combined is pentavalent. The piezoelectric or dielectric ceramic composition is characterized.

前記組成式を満たす圧電体磁器組成物は、非鉛圧電体磁器組成物として有望とされるKNbOの比誘電率を高めることが可能となる。
したがって、これらの組成は圧電体磁器組成物として、比誘電率を高め変位量を高めたい圧電体デバイス、例えば、圧電発音体、圧電アクチュエータなどに有用に用いることができる。
また、比誘電率を高めることによって圧電体磁器組成物としてのみならず、誘電体としても有用に用いることができるようになる。
したがって、これらの組成はコンデンサなどの誘電体デバイスに有用に用いることが可能となる。
A piezoelectric ceramic composition satisfying the composition formula can increase the relative dielectric constant of KNbO 3 which is expected as a lead-free piezoelectric ceramic composition.
Therefore, these compositions can be usefully used as piezoelectric ceramic compositions for piezoelectric devices that increase the relative dielectric constant and increase the amount of displacement, such as piezoelectric sounding bodies and piezoelectric actuators.
Further, by increasing the relative dielectric constant, it can be useful not only as a piezoelectric ceramic composition but also as a dielectric.
Therefore, these compositions can be usefully used for dielectric devices such as capacitors.

比誘電率を高めることは、前記組成式よりなる圧電体磁器組成物又は誘電体磁器組成物のMeを総価数として5価となるように組み合わせた場合に可能となる。
すなわち、4価の金属元素であるTiと6価の金属元素であるWとの組み合わせでは、(Ti1/21/2)であり、3価の金属元素であるMnと6価の金属元素であるWとの組み合わせでは、(Mn1/32/3)であり、2価の金属元素であるMnと6価の金属元素であるWとの組み合わせでは、(Mn1/43/4)であり、2価の金属元素であるZnと6価の金属元素であるWとの組み合わせでは、(Zn1/43/4)である。
前記組み合わせは、少なくとも1つの組み合わせによって、前述した誘電率を高める効果を得ることが可能となる。
ただし、0.05<xとしてしまうと、絶縁性が極端に保てずに、信頼性を保った圧電体磁器組成物及び誘電体磁器組成物とすることができなかった。
Increasing the relative dielectric constant becomes possible when the piezoelectric ceramic composition or the dielectric ceramic composition having the above composition formula is combined so that the total valence is five.
That is, in the combination of Ti, which is a tetravalent metal element, and W, which is a hexavalent metal element, (Ti 1/2 W 1/2 ), Mn which is a trivalent metal element and hexavalent metal In the combination with W which is an element, it is (Mn 1/3 W 2/3 ), and in the combination of Mn which is a divalent metal element and W which is a hexavalent metal element, (Mn 1/4 W 3/4 ), and the combination of Zn, which is a divalent metal element, and W, which is a hexavalent metal element, is (Zn 1/4 W 3/4 ).
The combination can achieve the above-described effect of increasing the dielectric constant by at least one combination.
However, if 0.05 <x, the insulation could not be kept extremely, and the piezoelectric ceramic composition and the dielectric ceramic composition with high reliability could not be obtained.

さらに、前記主成分を100molとした場合において、副成分としてMnをMnO換算で1.0〜2.0mol含有させることによって、Mnを混合しない圧電体磁器組成物又は誘電体磁器組成物と比較して、誘電損失を抑えることができる。これによって、分極処理時の絶縁破壊を防ぐことが可能であり、圧電体又は誘電体の作製を容易に行うことが可能となる。
このMnによる効果を得るためには、Mnは本発明の圧電体磁器組成物又は誘電体磁器組成物であるセラミックスの多結晶構造の粒界に存在していても、多結晶の内部に固溶していても、同等の効果を得ることが可能である。
1.0molより少ない含有量であると、Mnを含有させた効果が得られず、2.0molよりも多い含有量であると、比抵抗率が逆に低下してしまい、十分な分極処理を行うことができない。
Furthermore, in the case where the main component is 100 mol, by adding 1.0 to 2.0 mol of Mn as a subcomponent in terms of MnO, it is compared with a piezoelectric ceramic composition or a dielectric ceramic composition in which Mn is not mixed. Thus, dielectric loss can be suppressed. As a result, it is possible to prevent dielectric breakdown during the polarization treatment, and it is possible to easily manufacture a piezoelectric body or a dielectric body.
In order to obtain the effect of Mn, even if Mn exists in the grain boundary of the polycrystalline structure of the ceramic that is the piezoelectric ceramic composition or the dielectric ceramic composition of the present invention, Even if it does, it is possible to obtain an equivalent effect.
When the content is less than 1.0 mol, the effect of containing Mn cannot be obtained, and when the content is more than 2.0 mol, the specific resistivity is decreased, and sufficient polarization treatment is performed. I can't do it.

また、本発明は、ABO型ペロブスカイト化合物をなす、前記組成式において、AサイトのKがLi及びNaのみから選ばれる少なくとも1種によって、一部置換され、又は、BサイトのNbがTaのみによって、一部置換されている圧電体磁器組成物及び誘電体磁器組成物を含む。
このようにAサイトに配座する元素、Bサイトに配座する元素を調整することで、例えば、KNbOの200℃から220℃に存在している、斜方晶から正方晶への結晶相転移を、室温以下へ制御したり、400℃程度に存在している正方晶から立方晶への結晶相転移、すなわちキュリー温度をさらに高めたり、逆に低めたりすることが可能である。
Further, the present invention forms a ABO 3 type perovskite compound, in the composition formula, by at least one K in the A site is selected only from Li and Na, partially substituted, or, Nb in the B site is only Ta The piezoelectric ceramic composition and the dielectric ceramic composition that are partially replaced by the above are included.
Thus, by adjusting the elements conforming to the A site and the elements conforming to the B site, for example, the crystal phase of KNbO 3 from 200 ° C. to 220 ° C. from orthorhombic to tetragonal The transition can be controlled to room temperature or lower, or the crystal phase transition from a tetragonal crystal to a cubic crystal existing at about 400 ° C., that is, the Curie temperature can be further increased or decreased.

本発明における圧電体又は誘電体磁器組成物には、第一遷移元素であるSc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znを少なくとも1種類一定量混入させることによって、焼結温度を制御したり粒子の成長を制御したり、高電界化における寿命を延ばしたりすることが可能であるが、これらの元素は、用いても、用いなくてもよい。   In the piezoelectric or dielectric ceramic composition of the present invention, at least one type of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, which are the first transition elements, is mixed in a certain amount. Although it is possible to control the sintering temperature, to control the growth of particles, and to extend the lifetime in increasing the electric field, these elements may or may not be used.

また、本発明における圧電体又は誘電体磁器組成物には、第二遷移元素であるY、Zr、Mo、Ru、Rh、Pd、Agを少なくとも1種類一定量混入させることによって、焼結温度を制御したり粒子の成長を制御したり、高電界化における寿命を延ばしたりすることが可能であるが、これらの元素は、用いても、用いなくてもよい。   In addition, the piezoelectric or dielectric ceramic composition according to the present invention is mixed with at least one kind of second transition elements Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, and Ag in a certain amount, thereby reducing the sintering temperature. These elements can be controlled, particle growth can be controlled, and the lifetime in high electric field can be extended. However, these elements may or may not be used.

さらに、本発明における圧電体又は誘電体磁器組成物には、第三遷移元素であるLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、W、Re、Os、Ir、Pt、Auを少なくとも1種類一定量混入させることによって、焼結温度を制御したり粒子の成長を制御したり、高電界化における寿命を延ばしたりすることが可能であるが、これらの元素は、用いても、用いなくてもよい。   Further, the piezoelectric or dielectric ceramic composition according to the present invention includes La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, which are third transition elements. By mixing a certain amount of at least one kind of Hf, W, Re, Os, Ir, Pt, and Au, the sintering temperature can be controlled, the growth of particles can be controlled, and the life in the high electric field can be extended. Although possible, these elements may or may not be used.

そして、上記に示した第一遷移元素、第二遷移元素、第三遷移元素の内、少なくとも1種類一定量混入させることによって、焼結温度を制御したり粒子の成長を制御したり、高電界化における寿命を延ばしたりすることが可能であるが、これらを複合させても、させなくても同様の効果が得られる。   And by mixing a certain amount of at least one of the first transition elements, second transition elements, and third transition elements shown above, the sintering temperature can be controlled, the growth of particles can be controlled, Although it is possible to extend the lifetime in the process, the same effect can be obtained with or without combining them.

本発明の圧電体又は誘電体磁器組成物を実現するための原料(材料)には、カリウムを含有する材料としては、KCOないし、KHCOであり、ナトリウムを含有する材料としては、NaCOないしNaHCOであり、リチウムを含有する材料としては、LiCOであり、ニオブを含有する材料としては、Nbであり、タンタルを含有する材料としては、Taであり、タングステンを含有する材料としては、WOないしKWOないしNaWOであり、チタンを含有する材料としては、TiOないし、KTi13であり、Mnを含有する元素としては、MnOないし、Mnないし、Mnないし、MnOないし、MnCOないし、KMnOないし、MnNbであり、亜鉛を含有する元素としては、ZnOないし、ZnNbなどを用いることができる。 In the raw material (material) for realizing the piezoelectric or dielectric ceramic composition of the present invention, the material containing potassium is K 2 CO 3 or KHCO 3 and the material containing sodium is as follows: Na 2 CO 3 to NaHCO 3 , Li 2 CO 3 as the material containing lithium, Nb 2 O 5 as the material containing niobium, and Ta 2 as the material containing tantalum O 5 , a material containing tungsten is WO 3 to K 2 WO 4 to Na 2 WO 4 , and a material containing titanium is TiO 2 to K 2 Ti 6 O 13 , and Mn as the element containing, to no MnO, to Mn 2 O 3 not, to Mn 3 O 4 not, to MnO 2 no, to MnCO 3 no, a K 2 MnO 4 And a MnNb 2 O 6, as the element containing zinc, to no ZnO, or the like can be used ZnNb 2 O 6.

このような原材料を用いることによって、容易な配合、攪拌、仮焼などの工程とすることができ、製造に負荷を与えることなく合成を行うことが可能となる。
本発明において、仮焼は、700〜900℃で行うことが好ましく、焼成は、900〜1100℃で行うことが好ましい。
By using such raw materials, steps such as easy blending, stirring, and calcining can be performed, and synthesis can be performed without giving a load to production.
In the present invention, calcination is preferably performed at 700 to 900 ° C., and calcination is preferably performed at 900 to 1100 ° C.

本発明の圧電体又は誘電体磁器組成物は、一般的にABOとして示されるペロブスカイト構造を有する。ここにおいてAに配座する元素はK、Na、Liであり、Bに配座する元素はNb、Taである。化学量論がA:B=1:1となるときに、理想的には完全に全てのサイト位置に元素が配座し、安定な構造となる。しかしながら、組成物の構成元素を鑑みると明らかなように、水分によるK、Na、Liの溶出や、仮焼工程においてのK、Na、Liの揮発、焼成工程においてのK、Na、Liの揮発などによって最終的には数%程度、具体的には2%以下の組成の変動が起こる。これらの構成元素の変動は、その原材料、合成時期、合成工程の変化によって起こりうる。
これらの変動に対応するために、例えば初期配合におけるK、Na、Li源となる原材料を意図的に多めに含有させ、最終的な工程すなわち焼成工程以後にA:B=1:1の理想的な状態に近づけることなどが手法としてとられる。
The piezoelectric or dielectric ceramic composition of the present invention has a perovskite structure generally indicated as ABO 3 . Here, the elements conforming to A are K, Na, and Li, and the elements conforming to B are Nb and Ta. When the stoichiometry is A: B = 1: 1, the elements are ideally conformed completely at all site positions, and a stable structure is obtained. However, as is apparent from the constituent elements of the composition, elution of K, Na, Li due to moisture, volatilization of K, Na, Li in the calcination process, volatilization of K, Na, Li in the firing process In the end, the variation of the composition is about several percent, specifically 2% or less. Variations in these constituent elements can occur due to changes in the raw materials, synthesis time, and synthesis process.
In order to cope with these fluctuations, for example, a large amount of raw materials that are sources of K, Na, and Li in the initial blend are intentionally included, and A: B = 1: 1 is ideal after the final step, that is, the firing step. Approach to a new state is taken as a method.

高い圧電効果を有するセラミックスを得るためには、最終的なAサイトとBサイトの比率を0.96<A/B<1.002の範囲内に置くことが望ましい。
このような意図的に初期配合における元素量を適宜調整することは、ほとんどのセラミックスの合成において行われる、一般的な手法である。
In order to obtain a ceramic having a high piezoelectric effect, it is desirable to place the final ratio of A site and B site within the range of 0.96 <A / B <1.002.
Such an intentional adjustment of the amount of elements in the initial blend is a general technique performed in the synthesis of most ceramics.

本発明によって得られる圧電体又は誘電体磁器組成物であるセラミックスは、焼結体の相対密度が95%以上であることが望ましい。そのように調整することによって、時間が経ることによる特性の劣化を防ぐことができる。   In the ceramic that is the piezoelectric or dielectric ceramic composition obtained by the present invention, the relative density of the sintered body is desirably 95% or more. By adjusting in such a manner, it is possible to prevent the deterioration of characteristics over time.

本発明の圧電体磁器組成物を用いて、第一の電極と第二の電極とが圧電セラミック層を介して対向する圧電体デバイスにおける圧電セラミック層を形成することができる。圧電体デバイスは、前記第一の電極と前記第二の電極とが前記圧電セラミック層を介して交互に複数層積み重ねられており、前記第一の電極と電気的に接続する第一の端子電極と、前記第二の電極と電気的に接続する第二の端子電極と、を有することが好ましい。   Using the piezoelectric ceramic composition of the present invention, a piezoelectric ceramic layer in a piezoelectric device in which the first electrode and the second electrode are opposed to each other through the piezoelectric ceramic layer can be formed. In the piezoelectric device, the first electrode and the second electrode are alternately stacked in a plurality of layers via the piezoelectric ceramic layer, and the first terminal electrode electrically connected to the first electrode And a second terminal electrode electrically connected to the second electrode.

圧電体デバイスの作製は、常法により行えばよい。すなわち、まず、本発明の圧電体磁器組成物を形成するセラミックスラリーを用いてドクターブレード法によりセラミックグリーンシートを形成する。次に、このグリーンシートの上面に第一の電極及び第二の電極を形成するAg/Pdなどを含む導体ペーストを印刷する。この後、導体ペーストを印刷したグリーンシートを積層し、さらに上下層に導体ペーストを印刷していないグリーンシートを積層して、これらを圧着する。次いで、この積層体を焼成して素体を得た後、素体の所定側面にAgなどを蒸着して第一の端子電極及び第二の端子電極を形成することにより圧電体デバイスを得る。   The piezoelectric device may be manufactured by a conventional method. That is, first, a ceramic green sheet is formed by a doctor blade method using a ceramic slurry that forms the piezoelectric ceramic composition of the present invention. Next, a conductor paste containing Ag / Pd or the like for forming the first electrode and the second electrode is printed on the upper surface of the green sheet. Thereafter, green sheets on which conductor paste is printed are laminated, and green sheets on which conductor paste is not printed are further laminated on the upper and lower layers, and these are pressure-bonded. Next, after firing the laminated body to obtain an element body, Ag or the like is vapor-deposited on a predetermined side surface of the element body to form a first terminal electrode and a second terminal electrode, thereby obtaining a piezoelectric device.

上記のような構成よりなる圧電体デバイスは、第一の端子電極、第二の端子電極間に交流電圧を印加すると、圧電効果により第一の電極と第二の電極との間に存在する圧電セラミック層に分極が生じて、電圧極性の変化に同期して強い機械的な振動を生ずる。ここで、圧電セラミック板の振動方向は、圧電セラミック板の面に平行で、複数層積み重ねられている第一の電極と第二の電極に直交する方向となる。即ち、圧電定数d33による振動を発生する。 The piezoelectric device having the above-described configuration is a piezoelectric device that exists between the first electrode and the second electrode due to the piezoelectric effect when an AC voltage is applied between the first terminal electrode and the second terminal electrode. Polarization occurs in the ceramic layer, and strong mechanical vibration is generated in synchronization with the change in voltage polarity. Here, the vibration direction of the piezoelectric ceramic plate is parallel to the surface of the piezoelectric ceramic plate and is orthogonal to the first electrode and the second electrode stacked in a plurality of layers. That is, to generate the vibration by the piezoelectric constant d 33.

本発明の誘電体磁器組成物を用いて、複数の誘電セラミック層と、前記誘電セラミック層間に形成された内部電極と、前記内部電極に電気的に接続された外部電極とを備えた誘電体デバイスにおける誘電セラミック層を形成することができる。
上記のような誘電体デバイスの作製は、常法により行えばよい。すなわち、まず、本発明の誘電体磁器組成物を形成するセラミックスラリーを用いてドクターブレード法によりセラミックグリーンシートを形成する。次に、グリーンシートにNiなどを含む内部電極用ペーストを印刷し、積層・圧着後、所定の形状に切り出す。その後、不活性雰囲気下で脱バインダ処理を行い、所定側面にNiなどを含む外部電極用ペーストを塗布した後に、還元雰囲気下で焼成を行い、再酸化処理を行うことにより誘電体デバイス(積層セラミックコンデンサ)を得る。
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例によって明らかになるであろう。
A dielectric device comprising a plurality of dielectric ceramic layers, an internal electrode formed between the dielectric ceramic layers, and an external electrode electrically connected to the internal electrode using the dielectric ceramic composition of the present invention A dielectric ceramic layer can be formed.
The dielectric device as described above may be manufactured by a conventional method. That is, first, a ceramic green sheet is formed by a doctor blade method using a ceramic slurry that forms the dielectric ceramic composition of the present invention. Next, an internal electrode paste containing Ni or the like is printed on the green sheet, and after lamination and pressure bonding, it is cut into a predetermined shape. Thereafter, a binder treatment is performed in an inert atmosphere, an external electrode paste containing Ni or the like is applied to a predetermined side surface, firing is performed in a reducing atmosphere, and a re-oxidation treatment is performed, whereby a dielectric device (multilayer ceramic) Capacitor) is obtained.
The best mode for carrying out the invention will become apparent from the following examples.

(実施例1)
本発明の圧電体又は誘電体磁器組成物を効果を検証するために、まず、表1に示すとおりの組成についての評価を行った。
試料No.1については、比較のためにKNbOの評価を行った。試料No.2〜5については、組成式におけるBサイト金属元素を、総価数5価となるように様々に調整した試料について、評価を行った。
試料No.1は、本発明の範囲外の組成であり、試料No.2〜5については、本発明の範囲内の組成である。
Example 1
In order to verify the effects of the piezoelectric or dielectric ceramic composition of the present invention, first, the compositions as shown in Table 1 were evaluated.
Sample No. For No. 1, KNbO 3 was evaluated for comparison. Sample No. About 2-5, the B site metal element in a composition type | formula was evaluated about the sample adjusted variously so that it might become the total valence 5.
Sample No. No. 1 is a composition outside the scope of the present invention. About 2-5, it is a composition within the scope of the present invention.

試料No.1〜5に示した圧電体又は誘電体磁器組成物は、以下のような方法で作製し、電気物性を測定した。
原料として、純度が99%以上のKCO(ないしKHCO)、Nb、ZnO、MnO、Mn、TiO、及びWOを準備し、これらの原料を表1の試料No.に示す化学量論比を満たす組成となるように秤量し、湿式ボールミル混合後に、直径20mmの円柱状試料に成型した。
そして、この円柱状試料とした本試料を温度700〜900℃で、保持時間2から4時間の条件で適宜仮焼成した。仮焼成した円柱状試料を解砕した後、再度、湿式ボールミルで解砕を行った。
Sample No. The piezoelectric or dielectric ceramic composition shown in 1 to 5 was produced by the following method, and the electrical properties were measured.
As raw materials, K 2 CO 3 (or KHCO 3 ), Nb 2 O 5 , ZnO, MnO, Mn 2 O 3 , TiO 2 , and WO 3 having a purity of 99% or more were prepared. A composition satisfying the stoichiometric ratio shown in Sample No. was weighed, mixed with a wet ball mill, and molded into a cylindrical sample having a diameter of 20 mm.
And this sample made into this columnar sample was pre-baked suitably at the temperature of 700-900 degreeC on the conditions of holding time 2 to 4 hours. After the calcined columnar sample was crushed, it was crushed again by a wet ball mill.

解砕粉末を乾燥した後、アルミナ乳鉢を用いて1時間粉砕混合した。混合粉末を目開き150μmのふるいにかけ、分級した粉末試料をペレット1個に対して約2.0gずつ秤量し、直径15mmのスパークプラズマ焼結法(SPS法:Spark Plasma Sintering Method)用カーボンダイスに充填した。焼成はSPS法を用いて、焼成条件は温度800〜975℃、昇降温速度50℃/min、圧力30MPaおよび保持時間10分と設定して焼結を行った。
SPS法で作製した試料を厚さが約1.0mmとなるまで自動精密切断・研磨装置を用いて研磨を行った。研磨した試料は研磨に用いたワックスの油分を除去した後、再酸化処理として大気中で800℃、4時間の熱処理を行った。
After the pulverized powder was dried, it was pulverized and mixed for 1 hour using an alumina mortar. The mixed powder is passed through a sieve having an opening of 150 μm, and the classified powder sample is weighed by about 2.0 g per pellet, and is applied to a carbon die for a spark plasma sintering method (SPS method: Spark Plasma Sintering Method) having a diameter of 15 mm. Filled. Sintering was performed using the SPS method, and sintering was performed under the conditions of a temperature of 800 to 975 ° C., a temperature raising / lowering rate of 50 ° C./min, a pressure of 30 MPa, and a holding time of 10 minutes.
The sample produced by the SPS method was polished using an automatic precision cutting / polishing apparatus until the thickness became about 1.0 mm. The polished sample was subjected to heat treatment at 800 ° C. for 4 hours in the atmosphere as re-oxidation treatment after removing the oil content of the wax used for polishing.

以上の工程によって作製された試料について、電気物性測定のために高温用Agペーストを試料表面に700℃で焼き付けた後、比誘電率(ε)と誘電損失(tanδ)を30℃および100℃で測定した。
表2に測定結果を示した。
For the sample prepared by the above steps, after baking the high temperature Ag paste on the surface of the sample at 700 ° C. for measuring the electrical properties, the relative dielectric constant (ε) and dielectric loss (tan δ) at 30 ° C. and 100 ° C. It was measured.
Table 2 shows the measurement results.

表2の試料No.1の比較例及び、試料No.4に関しては、30℃において、誘電損失(tanδ)が異常に発散してしまい、正しく比誘電率を測定することができなかった。
No.2〜5の試料に関して、少なくとも30℃もしくは100℃のいずれかの場合において、比較例であるNo.1の試料に比較して、比誘電率が高まっているか、もしくは、容易に比誘電率が計測できる状態に改善していることがわかった。
また、これら試料No.2〜5における効果は、試料No.2〜5の組成を少なくとも1つ組み合わせることによっても、同様の効果を得ることができる。
さらに、これらの試料No.2〜5以外の本発明における組成の範囲内にある圧電体又は誘電体磁器組成物について、同様の方法で、比誘電率、誘電損失を確認したところ、同様の効果が得られることを確認した。
Comparative Example of Sample No. 1 in Table 2 and Sample No. Regarding No. 4, the dielectric loss (tan δ) diverged abnormally at 30 ° C., and the relative dielectric constant could not be measured correctly.
With respect to the samples No. 2 to 5, the relative permittivity is increased in comparison with the sample No. 1 as a comparative example at least at 30 ° C. or 100 ° C. It was found that the rate was improved so that it could be measured.
Moreover, the effect in these sample Nos. 2-5 can acquire the same effect also by combining at least 1 composition of sample No.2-5.
Furthermore, when the relative permittivity and dielectric loss were confirmed by the same method for the piezoelectric or dielectric ceramic composition in the composition range of the present invention other than these sample Nos. 2 to 5, the same effect was obtained. It was confirmed that

(実施例2)
また、以上で示した圧電体又は誘電体磁器組成物について、Mnを副成分として混合した場合の効果を検証するために、以下の実験を行った。
実施例1にて得られた仮焼成後の解砕粉100molに対して、1.0molMnOを加えて、湿式ボールミルにより混合を行った後、乾燥をおこなって、目的となる圧電体又は誘電体磁器組成物の混合粉を得た。
得られた混合粉の組成を表3に示す。
(Example 2)
Moreover, in order to verify the effect at the time of mixing Mn as a subcomponent about the piezoelectric material or dielectric ceramic composition shown above, the following experiment was conducted.
1.0 mol MnO is added to 100 mol of the pulverized powder after calcining obtained in Example 1 and mixed by a wet ball mill, followed by drying to obtain the target piezoelectric or dielectric ceramic. A mixed powder of the composition was obtained.
Table 3 shows the composition of the obtained mixed powder.

実施例1と同様に、混合分を2.0gずつ秤量し、直径15mmのSPS法用のカーボンダイスに充填して、SPS法で焼成を行い、さらに厚さ1.0mmに研磨加工し、Agペーストを焼き付けて、評価する試料を得た。
得られた試料No.6〜9について、比誘電率(ε)と誘電損失(tanδ)を測定した。
表4に測定結果を示した。
As in Example 1, 2.0 g of the mixture was weighed, filled in a carbon die for SPS method having a diameter of 15 mm, fired by SPS method, further polished to a thickness of 1.0 mm, Ag The paste was baked to obtain a sample to be evaluated.
For the obtained sample Nos. 6 to 9, the relative dielectric constant (ε) and the dielectric loss (tan δ) were measured.
Table 4 shows the measurement results.

表4の結果によれば、それぞれMnOを副成分として導入していない、No.2〜5の試料と比較して、No.6〜9の試料は誘電損失を低く抑えられていることがわかった。
したがって、副成分としてMnOを、主成分100molに対して、1.0mol導入することは、圧電体又は誘電体磁器組成物を圧電体デバイスないし誘電体デバイスとして用いた際に、駆動時の発熱を押さえたり、高い電圧化での絶縁性劣化を防ぐことが可能となり、電子デバイスとして、有益である。
さらに、これらの試料No.6〜9以外の本発明における組成の範囲内にある圧電体又は誘電体磁器組成物を同様の方法によって、Mnを副成分として導入する際の比誘電率、誘電損失を確認したところ、同等の効果があることを確認した。
According to the results shown in Table 4, No. MnO was not introduced as a subcomponent, respectively. Compared with the samples 2-5, no. It was found that the samples 6 to 9 had a low dielectric loss.
Therefore, introduction of 1.0 mol of MnO as a subcomponent with respect to 100 mol of the main component causes heat generation during driving when the piezoelectric or dielectric ceramic composition is used as a piezoelectric device or dielectric device. It is possible to hold down and prevent insulation deterioration at high voltage, which is useful as an electronic device.
Further, relative dielectric constant and dielectric loss when introducing Mn as a subcomponent by the same method for the piezoelectric or dielectric ceramic composition other than these sample Nos. 6 to 9 within the composition range of the present invention. As a result, it was confirmed that there was an equivalent effect.

(実施例3)
以上の知見から、もっとも比誘電率が高く、且つ誘電損失が低いために、良好な信頼性が得られていると判断された、0.95KNbO−0.05K(Zn1/43/4)O100molに対して、MnOを1.0mol副成分として含有させた試料No.9の試料は、容易に分極することが可能であった。そこで、以下のとおり、表5の組成に従って、実施例1、実施例2で示したのと同様に実験を進めた。
(Example 3)
From the above knowledge, 0.95 KNbO 3 -0.05K (Zn 1/4 W 3 //) was judged to have good reliability because it had the highest relative dielectric constant and low dielectric loss. 4 ) The sample No. 9 containing MnO as a sub-component with respect to 100 mol of O 3 could be easily polarized. Therefore, the experiment was advanced in the same manner as shown in Example 1 and Example 2 according to the composition of Table 5 as follows.

実施例1、実施例2と同様の工程によって作製された試料について、電気物性測定のために高温用Agペーストを試料表面に700℃で焼き付けた。その後、比誘電率(ε)と誘電損失(tanδ)を30℃で計測した。
そして、得られた試料の強誘電体P−Eヒステリシスを測定し、強誘電性を評価した。さらに、150℃のシリコンオイル中で直流電圧を3kV/mmで10分間印加することによって分極処理した後、d33メータを用いて圧電定数d33値を測定し、室温30℃における圧電特性を評価した。
図1に、試料No.11の試料におけるP−Eヒステリシス曲線を示した。
表6に、試料No.10〜15における、30℃における比誘電率(ε)、誘電損失(tanδ)、圧電特性d33の値を示す。
About the sample produced by the process similar to Example 1 and Example 2, Ag paste for high temperature was baked on the sample surface at 700 degreeC for the electrical property measurement. Thereafter, the relative dielectric constant (ε) and dielectric loss (tan δ) were measured at 30 ° C.
And the ferroelectric PE hysteresis of the obtained sample was measured and ferroelectricity was evaluated. Further, after applying a polarization treatment by applying a DC voltage in silicon oil at 150 ° C. at 3 kV / mm for 10 minutes, the piezoelectric constant d 33 value is measured using a d 33 meter to evaluate piezoelectric characteristics at a room temperature of 30 ° C. did.
In FIG. The PE hysteresis curves for 11 samples are shown.
Table 6 shows values of relative dielectric constant (ε), dielectric loss (tan δ), and piezoelectric characteristic d 33 at 30 ° C. for sample Nos. 10 to 15 .

試料No.10においては、高い比誘電率とd33特性を得ることができた。比誘電率が1180と高いため、誘電体磁器組成物としても優秀である。
試料No.11においては、高い比誘電率と低い誘電損失と、高いd33特性を得ることができた。一般にKNbOのd33特性は90〜95pC/N程度であり、それよりもはるかに高い圧電特性を有する圧電体磁器組成物を得ることができた。

また、図1に見られるとおり、試料No.11の磁器組成物は、良好なP−Eヒステリシスを描いており、本圧電体磁器組成物が優秀な圧電体であることがわかる。
そして、同様に試料No.12においても、優良な圧電特性を得ることができている。
試料No.13では、比誘電率が885と高いため、誘電体磁器組成物として優秀である。
さらに、試料No.13からMnOの含有量を増やした試料No.14,No.15の組成でも、比誘電率は総じてKNbOよりも高く、さらに誘電損失も比較試料であるNo.1の試料よりも安定しているため、信頼性が高く、優秀な圧電体磁器組成物又は誘電体磁器組成物であることが明らかとなった。
また、本実施例における試料は、すべて主成分が(1−x)KNbO−xK(Zn1/43/4)Oであり、0<x≦0.05の範囲を満たし、且つ主成分を100molとしたときに、副成分としてMnをMnO換算で1.0〜2.0mol含有させた圧電体磁器組成物又は誘電体磁器組成物の範囲内にある。
さらに、これらの試料No.10〜15以外の本発明における組成の範囲内にある圧電体磁器組成物又は誘電体磁器組成物を同様の方法によって、圧電特性及び誘電特性を計測したところ、同様の効果があることを確認することができた。
Sample No. In 10, it was possible to obtain a high dielectric constant and d 33 properties. Since the relative dielectric constant is as high as 1180, it is excellent as a dielectric ceramic composition.
Sample No. In 11, a low dielectric loss high dielectric constant, it was possible to obtain a high d 33 properties. In general, the d 33 characteristic of KNbO 3 is about 90 to 95 pC / N, and a piezoelectric ceramic composition having much higher piezoelectric characteristics than that can be obtained.

Further, as seen in FIG. No. 11 porcelain composition shows good PE hysteresis, and it can be seen that the present piezoelectric porcelain composition is an excellent piezoelectric substance.
Similarly, excellent piezoelectric characteristics can be obtained also in sample No. 12.
Since sample No. 13 has a high relative dielectric constant of 885, it is excellent as a dielectric ceramic composition.
Furthermore, even in the compositions of Samples No. 14 and No. 15 in which the content of MnO is increased from Sample No. 13, the relative dielectric constant is generally higher than that of KNbO 3 and the dielectric loss is also the comparative sample No. 1 sample. It was revealed that the piezoelectric ceramic composition or the dielectric ceramic composition is highly reliable and excellent.
In addition, all the samples in this example are (1-x) KNbO 3 -xK (Zn 1/4 W 3/4 ) O 3 as main components, satisfy the range of 0 <x ≦ 0.05, and When the main component is 100 mol, it is within the range of a piezoelectric ceramic composition or a dielectric ceramic composition containing 1.0 to 2.0 mol of Mn as a subcomponent in terms of MnO.
Further, these sample Nos. When piezoelectric characteristics and dielectric characteristics of piezoelectric ceramic compositions or dielectric ceramic compositions within the composition range of the present invention other than 10 to 15 are measured by the same method, it is confirmed that the same effects are obtained. I was able to.

Claims (6)

主成分が組成式(1−x)KNbO (KがLi及びNaのみから選ばれる少なくとも1種によって、一部置換されているもの、又は、NbがTaのみによって、一部置換されているものを含む)+xKMeOで表される圧電体又は誘電体磁器組成物であって、0<x≦0.05であり、Meが、4価のTi、3価のMn、2価のMn及び2価のZnから選ばれるいずれかの金属元素と、6価のWとの組み合わせであり、組み合わせたときの総価数が5価であることを特徴とする圧電体又は誘電体磁器組成物。 The main component is a compositional formula (1-x) KNbO 3 (K is partially substituted by at least one selected from Li and Na only, or Nb is partially substituted only by Ta the included) a piezoelectric or dielectric ceramic composition represented by + xKMeO 3, 0 <a x ≦ 0.05, Me is tetravalent Ti, 3-valent Mn, 2 divalent Mn and 2 A piezoelectric or dielectric ceramic composition, which is a combination of any metal element selected from Zn of a valence and hexavalent W, and has a total valence of 5 when combined. 前記主成分を100molとしたときに、副成分としてMnをMnO換算で1.0〜2.0mol含有していることを特徴とする請求項1に記載の圧電体又は誘電体磁器組成物。   2. The piezoelectric or dielectric ceramic composition according to claim 1, wherein 1.0 to 2.0 mol of Mn in terms of MnO is contained as a subcomponent when the main component is 100 mol. 前記組成式が(1−x)KNbO+xK(Zn1/43/4)Oであることを特徴とする請求項2に記載の圧電体又は誘電体磁器組成物。 3. The piezoelectric or dielectric ceramic composition according to claim 2, wherein the composition formula is (1-x) KNbO 3 + xK (Zn 1/4 W 3/4 ) O 3 . 第一の電極と第二の電極とが圧電セラミック層を介して対向する圧電体デバイスにおいて、前記圧電セラミック層が請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の圧電体磁器組成物で形成されていることを特徴とする圧電体デバイス。 In the piezoelectric device and the first electrode and the second electrode are opposed through the piezoelectric layer, the piezoelectric ceramic layer is a piezoelectric ceramic composition according to any one of claims 1 to 3 A piezoelectric device characterized by being formed. 前記第一の電極と前記第二の電極とが前記圧電セラミック層を介して交互に複数層積み重ねられており、前記第一の電極と電気的に接続する第一の端子電極と、前記第二の電極と電気的に接続する第二の端子電極と、を有することを特徴とする請求項に記載の圧電体デバイス。 The first electrode and the second electrode are alternately stacked in a plurality of layers via the piezoelectric ceramic layer, and the first terminal electrode electrically connected to the first electrode and the second electrode The piezoelectric device according to claim 4 , further comprising a second terminal electrode electrically connected to the electrode. 複数の誘電セラミック層と、前記誘電セラミック層間に形成された内部電極と、前記内部電極に電気的に接続された外部電極とを備えた誘電体デバイスにおいて、前記誘電セラミック層が、請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の誘電体磁器組成物で形成されていることを特徴とする誘電体デバイス。 A dielectric device comprising a plurality of dielectric ceramic layers, an internal electrode formed between the dielectric ceramic layers, and an external electrode electrically connected to the internal electrode, wherein the dielectric ceramic layer comprises: A dielectric device comprising the dielectric ceramic composition according to claim 3 .
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