JP5588771B2 - Piezoelectric material and method for manufacturing piezoelectric material - Google Patents

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Description

本発明は、圧電材料に関し、具体的には、鉛を含まない圧電材料の改良技術に関する。   The present invention relates to a piezoelectric material, and more specifically, to an improved technique for a piezoelectric material not containing lead.

圧電材料としては、PZT(PbTiO−PbZrO)組成系セラミックスがよく知られている。PZTは、電気機械結合係数や圧電定数などの圧電特性に優れ、このPZTは、センサー、超音波モーター、フィルターなどの圧電素子に広く使用されている。 As a piezoelectric material, PZT (PbTiO 3 —PbZrO 3 ) composition ceramics are well known. PZT is excellent in piezoelectric characteristics such as an electromechanical coupling coefficient and a piezoelectric constant, and this PZT is widely used for piezoelectric elements such as sensors, ultrasonic motors, and filters.

ところで、近年では、環境に対する要請から工業製品の「鉛フリー」化が急務となっている。当然、PZTも最終的に工業製品に使用されるため、圧電材料も、鉛(Pb)が含まれているPZTから、鉛を含まない他の圧電材料に置換していく必要がある。   By the way, in recent years, there is an urgent need to make industrial products “lead-free” due to environmental demands. Naturally, since PZT is finally used for industrial products, it is necessary to replace the piezoelectric material from PZT containing lead (Pb) with another piezoelectric material not containing lead.

そして、鉛を含まない圧電材料(非鉛圧電材料)としては、例えば、以下の特許文献1に記載されているような、KNa(1−x)NbOの化学式で表される化合物(KNN)にCoを含む添加物を添加したものがある。具体的にはKNNにCoを添加したKNN−Co系圧電材料がある。この圧電材料は、焼結性が高く、非鉛圧電材料として注目されている。なお、圧電材料に関する一般的な技術については、以下の非特許文献1に詳しく記載されている。 And as a piezoelectric material (lead-free piezoelectric material) which does not contain lead, for example, a compound represented by a chemical formula of K x Na (1-x) NbO 3 as described in the following Patent Document 1 ( KNN) is obtained by adding an additive containing Co. Specifically, there is a KNN-Co 2 O 3 piezoelectric material in which Co 2 O 3 is added to KNN. This piezoelectric material has high sinterability and has attracted attention as a lead-free piezoelectric material. Note that general techniques related to piezoelectric materials are described in detail in Non-Patent Document 1 below.

特公昭56−12031号公報Japanese Patent Publication No.56-12031

FDK株式会社、”圧電セラミックス(技術資料)”、[online]、[平成22年2月9日検索]、インターネット<URL:http://www.fdk.co.jp/cyber-j/pdf/BZ-TEJ001.pdf>FDK Corporation, “Piezoelectric Ceramics (Technical Document)”, [online], [Search on February 9, 2010], Internet <URL: http://www.fdk.co.jp/cyber-j/pdf/ BZ-TEJ001.pdf>

非鉛圧電材料として期待されている上記のKNN−Co系圧電材料は、緻密化が図られ生産性には優れているが、耐湿性に乏しい、ということが本発明者らによって明らかにされた。すなわち、高湿度環境下に晒されると圧電特性が劣化することが明らかになった。そのため、例えば、吸水した水分による抵抗値の低下に起因して、その圧電材料を使用した圧電素子の消費電力を増大させる可能性がある。もちろん、このような可能性に限らず、吸水性や低い耐湿性に由来する様々な弊害が予想される。 The above-mentioned KNN-Co 2 O 3 piezoelectric material, which is expected as a lead-free piezoelectric material, has been densified and is excellent in productivity, but it is clear by the present inventors that it has poor moisture resistance. It was made. That is, it has been clarified that the piezoelectric characteristics deteriorate when exposed to a high humidity environment. Therefore, for example, there is a possibility of increasing the power consumption of the piezoelectric element using the piezoelectric material due to a decrease in the resistance value due to the absorbed water. Of course, not only such a possibility but various harmful effects derived from water absorption and low moisture resistance are expected.

したがって、本発明は、環境に優しく、圧電特性に優れるとともに、緻密性と耐湿性を向上させて、高い信頼性を有する圧電材料を提供することを主な目的としている。なお、その他の目的については、以下の記載で明らかにする。   Therefore, the main object of the present invention is to provide a piezoelectric material that is environmentally friendly, excellent in piezoelectric characteristics, improved in denseness and moisture resistance, and has high reliability. Other purposes will be clarified in the following description.

本発明者らは、上記目的を達成するために、本発明に先だって、一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表される化合物を圧電性の発現起源となる母材として用いるとともに、その母材に対してガラスを添加してなる圧電材料を発明し、当該発明を特許出願した(特願2010−57735:以下、先発明)。そして、この先発明に係る圧電材料は、上記主成分におけるx、y、a、bの値が、それぞれ、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であるとともに、ガラスが前記母材の結晶粒の粒界に存在する構造となっている点に特徴を有していた。 In order to achieve the above object, the inventors of the present invention represented by the general formula Li x K y Na (1-xy) Nb a Ta b Sb (1-ab) O 3 prior to the present invention. A piezoelectric material obtained by adding glass to the base material, and applied for a patent for the invention (Japanese Patent Application No. 2010-57735: hereinafter invention). In the piezoelectric material according to the present invention, the values of x, y, a, and b in the main component are 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, and 0.3 ≦ a, respectively. ≦ 0.9 and 0 ≦ b ≦ 0.2, and the glass is characterized in that it has a structure existing at the grain boundaries of the crystal grains of the base material.

ここで、上記一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表される化合物とガラスとを含んだ圧電材料について、さらなる特性向上を目的として、圧電材料の構造を検討した。その結果、圧電材料の組成や、その組成比が同じであっても、構造が変わると特性が変化するとともに、ガラスが母材の結晶粒の粒界に存在する、という構造とは別の特定の構造を有する圧電材料では、上記先発明に係る圧電材料よりもさらに優れた特性を有していることを知見した。また、その特定の構造を有した圧電材料を再現性よく製造するための方法についても検討し、その方法を見出した。 Here, with respect to the piezoelectric material including the compound represented by the general formula Li x K y Na (1-xy) Nb a Ta b Sb (1-ab) O 3 and glass, further improvement in characteristics For this purpose, the structure of the piezoelectric material was examined. As a result, even if the composition of the piezoelectric material and the composition ratio are the same, the characteristics change when the structure changes, and the structure is different from the structure in which glass exists at the grain boundaries of the base material crystal grains. It has been found that the piezoelectric material having the above structure has characteristics superior to those of the piezoelectric material according to the above-described invention. In addition, a method for manufacturing a piezoelectric material having the specific structure with high reproducibility was also examined, and the method was found.

そして、本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、圧電材料に係る発明は、焼結体からなる圧電材料であって、
一般式LixKyNa(1−x−y)NbaTabSb(1−a−b)O3で表される母材と、ガラスとを基本成分として含み、
前記一般式において、x+y<1を条件として、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であり、
前記母材の成分におけるK、Na、Nbを含んで一般式KyNa(1−x−y)NbaO3で表される化合物を核体として、当該核体が、前記基本成分のうち、前記KNN化合物を構成する成分以外の成分からなる被膜体によって覆われている構造を有している。
そして、前記ガラスは、化合物Bi を主成分として含むBi系ガラスであり、
当該Bi系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.08wt%よりも多く、15.0wt%以下であること。
あるいは、前記ガラスは、化合物ZnOを主成分として含むZn系ガラスであって、
当該Zn系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く、15.0wt%以下であることとしてもよい。
前記ガラスは、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含まないSi系ガラスであって、
当該Si系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く、15.0wt%以下であることとすることもできる。
前記ガラスは、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含むLi系ガラスであり、
当該Li系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.1wt%よりも多く、10.0wt%以下であることとしてもよい
And this invention is made | formed based on the said knowledge, The invention which concerns on a piezoelectric material is a piezoelectric material which consists of a sintered compact,
Including a base material represented by the general formula LixKyNa (1-xy) NbaTabSb (1-ab) O3 and glass as basic components;
In the general formula, on condition that x + y <1, 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9 , 0 ≦ b ≦ 0.2,
A compound represented by the general formula KyNa (1-xy) NbaO3 including K, Na, and Nb in the components of the base material is used as a core, and the core includes the KNN compound among the basic components. It has the structure covered with the film body which consists of components other than the component to comprise.
Then, the glass is a Bi-based glass containing compound Bi 2 O 3 as a main component,
The addition amount of the Bi-based glass is more than 0.08 wt% and 15.0 wt% or less with respect to the basic compound .
Alternatively, the glass is a Zn-based glass containing a compound ZnO as a main component,
The added amount of the Zn-based glass may be more than 0.07 wt% and 15.0 wt% or less with respect to the basic compound.
The glass is a Si-based glass containing the compound SiO 2 as a main component and not containing Li 2 O,
The addition amount of the Si-based glass may be more than 0.07 wt% and 15.0 wt% or less with respect to the basic compound.
The glass is a Li-based glass containing a compound SiO 2 as a main component and Li 2 O,
The addition amount of the Li-based glass may be more than 0.1 wt% and 10.0 wt% or less with respect to the basic compound .

また、Cu化合物が添加されているとともに、当該Cu化合物の添加量は、0mol%よりも多く、10mol%以下である圧電材料、前記ガラスの軟化点温度は、前記母材の結晶化温度よりも低い圧電材料とすることもできる。   In addition, a Cu compound is added, and the addition amount of the Cu compound is more than 0 mol% and 10 mol% or less. The softening point temperature of the glass is higher than the crystallization temperature of the base material. A low piezoelectric material can also be used.

前記ガラスの組成にアルカリ金属が含まれていないことを特徴としてもよい。アルカリ金属を含まないガラスは、化合物Biを主成分として含むBi系ガラス、ZnOを主成分として含むZn系ガラス、SiOを主成分として含むSi系ガラスから、少なくとも1種以上選ばれるものとすることもできる。 The glass composition may contain no alkali metal. The glass not containing an alkali metal is selected from at least one selected from Bi glass containing the compound Bi 2 O 3 as a main component, Zn glass containing ZnO as a main component, and Si glass containing SiO 2 as a main component. It can also be.

前記ガラスは、SiOを主成分としてLiOを含むLi系ガラスであってもよい。そして、当該Li系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.1wt%よりも多く、10.0wt%以下であれば好適である。 The glass may be Li-based glass containing SiO 2 as a main component and Li 2 O. And it is suitable if the addition amount of the said Li-type glass is more than 0.1 wt% with respect to the said basic compound, and 10.0 wt% or less.

上記いずれかの圧電材料において、より好ましくは、前記被膜体の粒子径を、核体の粒子径の2倍以下とすることである。   In any one of the above piezoelectric materials, more preferably, the particle diameter of the coating body is set to be not more than twice the particle diameter of the core body.

また、圧電材料の製造方法に係る発明は、一般式LixKyNa(1−x−y)NbaTabSb(1−a−b)O3で表わされる母材の原材料を、x+y<1を条件としつつ、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2となるように秤量する母材成分秤量ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、一般式KyNa(1−x−y)NbaO3で表されるKNN化合物の原材料を混合するとともに、当該混合物を粉砕して第1の粉体を得る第1混合粉砕ステップと、
前記第1の粉体を仮焼成して前記KNN化合物の粉体を生成する仮焼成ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、前記第1の粉体の起源となった原材料以外の原材料と、ガラスの原材料とを混合するとともに、当該混合物を粉砕して第2の粉体を得る第2混合粉砕ステップと、
前記第2の粉体を熱処理することで焼結添加剤の粉体を生成する焼結添加剤生成ステップと、
前記KNN化合物の粉体と前記焼結添加剤の粉体との混合物を焼結する焼成ステップと、
を含み、
第2混合粉砕ステップでは、ガラスの原材料として、化合物Bi を主成分として含むBi系ガラスを前記基本化合物に対し0.08wt%よりも多く15.0wt%以下の添加量で混合する。
あるいは、第2混合粉砕ステップでは、ガラスの原材料として、化合物ZnOを主成分として含むZn系ガラスを前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く15.0wt%以下の添加量で混合することとしてもよい。
第2混合粉砕ステップでは、ガラスの原材料として、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含まないSi系ガラスを前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く15.0wt%以下の添加量で混合することもできる。
第2混合粉砕ステップでは、ガラスの原材料として、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含むLi系ガラスを前記基本化合物に対し0.1wt%よりも多く10.0wt%以下の添加量で混合することとしてもよい。
In addition, the invention relating to the method for manufacturing a piezoelectric material includes a raw material of a base material represented by the general formula LixKyNa (1-xy) NbaTabSb (1-ab) O3, with x + y <1 as a condition. a matrix component weighing step for weighing so that x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, and 0 ≦ b ≦ 0.2;
First, a raw material of the KNN compound represented by the general formula KyNa (1-xy) NbaO3 is mixed among the weighed raw materials of the base material, and the mixture is pulverized to obtain a first powder. A mixing and grinding step;
Pre-baking step of pre-baking the first powder to produce a powder of the KNN compound;
Of the raw materials of the base material weighed, raw materials other than the raw material that is the origin of the first powder and glass raw material are mixed, and the mixture is pulverized to obtain a second powder. A second mixing and grinding step;
A sintering additive generating step of generating a powder of the sintering additive by heat-treating the second powder;
A firing step of sintering a mixture of the powder of the KNN compound and the powder of the sintering additive;
Only including,
In the second mixing and pulverizing step, Bi glass containing compound Bi 2 O 3 as a main component is mixed as a glass raw material with an addition amount of 0.08 wt% to 15.0 wt% with respect to the basic compound.
Alternatively, in the second mixing and pulverizing step, as a raw material of glass, Zn-based glass containing compound ZnO as a main component is mixed in an addition amount of 0.07 wt% to 15.0 wt% with respect to the basic compound. Also good.
In the second mixing and pulverizing step, Si glass containing compound SiO 2 as a main component and not containing Li 2 O as a glass raw material is added in an amount of 0.07 wt% to 15.0 wt% with respect to the basic compound. It can also be mixed in quantities.
In the second mixing and pulverizing step, an addition amount of Li-based glass containing the compound SiO 2 as a main component and containing Li 2 O as a glass raw material is more than 0.1 wt% and less than 10.0 wt% with respect to the basic compound. It is good also as mixing with.

本発明によれば、環境に優しく、圧電特性に優れるとともに、高い信頼性を有する圧電材料を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric material that is environmentally friendly, excellent in piezoelectric characteristics, and highly reliable.

従来の圧電材料の概略構造図である。It is a schematic structure figure of the conventional piezoelectric material. 粒界にガラスが存在する構造aの圧電材料の概略図である。It is the schematic of the piezoelectric material of the structure a in which glass exists in a grain boundary. 圧電材料の製造方法を示す流れ図である。(A)は、上記構造aの圧電材料の製造方法の流れ図であり、(B)は、本発明の実施例に係る圧電材料の製造方法の流れ図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of a piezoelectric material. (A) is a flowchart of the manufacturing method of the piezoelectric material of the said structure a, (B) is a flowchart of the manufacturing method of the piezoelectric material which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る圧電材料の構造を示す図である。(A)は圧電材料の顕微鏡写真であり、(B)は圧電材料の各部位における組成を示す図である。(C)は圧電材料の構造を模式的に示した図である。It is a figure which shows the structure of the piezoelectric material which concerns on the Example of this invention. (A) is a micrograph of a piezoelectric material, (B) is a figure which shows the composition in each site | part of a piezoelectric material. (C) is the figure which showed the structure of the piezoelectric material typically.

===先発明について===
本発明者らは、本発明に先立って、上述した先発明に係る圧電材料を発明した。以下に先発明に至るまでの経緯や、先発明に係る圧電材料の構造や特性などについて若干の説明を行う。その上で、本発明の圧電材料の特徴を明らかにする。
=== About Prior Inventions ===
Prior to the present invention, the inventors have invented the piezoelectric material according to the above-described invention. In the following, the background up to the previous invention and the structure and characteristics of the piezoelectric material according to the previous invention will be described slightly. Then, the characteristics of the piezoelectric material of the present invention will be clarified.

<圧電材料>
図1(A)に、従来の圧電材料の概略構造を示した。また、図1(B)に、(A)に示した円20内の拡大図を示した。図1(A)に示したように、従来の圧電材料1は、圧電性の発現起源となる化合物の結晶粒10同士がモザイク状につなぎ合わされた構造を有している。上述したKNN−Co系圧電材料もこの構造を有している。確かに、KNN−Co系圧電材料は、鉛を含まず、環境性能に優れた圧電材料として期待されているが、図1(B)の拡大図に示したように、その結晶粒10同士の結合構造が粗であり、隣接する結晶粒10間の境界(粒界)11から水分が吸収されてしまう可能性がある。実際に、本発明者らは、先発明に係る圧電材料を発明する過程でKNN−Co系圧電材料の特性について検討したところ、KNN−Co系圧電材料は、結晶粒の緻密化が図られ生産性には優れているが、耐湿性に乏しい、ということを知見した。
<Piezoelectric material>
FIG. 1A shows a schematic structure of a conventional piezoelectric material. FIG. 1B shows an enlarged view in the circle 20 shown in FIG. As shown in FIG. 1A, the conventional piezoelectric material 1 has a structure in which crystal grains 10 of a compound that is the origin of piezoelectricity are connected in a mosaic pattern. The above-described KNN—Co 2 O 3 piezoelectric material also has this structure. Certainly, the KNN-Co 2 O 3 based piezoelectric material does not contain lead and is expected as a piezoelectric material excellent in environmental performance. As shown in the enlarged view of FIG. There is a possibility that the bonding structure between 10 is coarse and moisture is absorbed from the boundary (grain boundary) 11 between adjacent crystal grains 10. Indeed, the present inventors have made study in the process of the invention the piezoelectric material according to the earlier invention the properties of KNN-Co 2 O 3 based piezoelectric material, KNN-Co 2 O 3 based piezoelectric material, a crystal grain It has been found that densification is achieved and productivity is excellent, but moisture resistance is poor.

<母材>
本発明者らは、KNNを構成するK、Na、Nbとともに、他の組成を含む多種多様な化合物について検討し、一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表される化合物(本明細書中、以下、母材)を主体にして構成される圧電材料では、ガラスを添加することで耐湿性能の向上が見込まれることが分かった。その反面、母材の組成である上記一般式におけるx、y、a、bの値を慎重に選んだり、構造に留意したりすることをしないと、優れた圧電特性が得られないことも分かった。また、添加物の種類や添加量によって圧電特性や耐湿性能が変化することも知見した。先発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
<Base material>
The present inventors have studied various compounds including other compositions together with K, Na, and Nb constituting KNN, and the general formula Li x K y Na (1-xy) Nb a Ta b Sb ( 1-ab) In a piezoelectric material mainly composed of a compound represented by O 3 (hereinafter referred to as a base material in the present specification), improvement in moisture resistance performance is expected by adding glass. I understood. On the other hand, it is also found that excellent piezoelectric properties cannot be obtained unless the values of x, y, a, and b in the above general formula, which is the composition of the base material, are carefully selected and the structure is taken into consideration. It was. It was also found that the piezoelectric properties and moisture resistance change depending on the type and amount of additive. The prior invention has been made based on such knowledge.

<先発明に係る圧電材料>
圧電材料は、圧電物質の原材料に添加物を混合して焼結させてなる最終生成物であり、先発明は、その圧電材料の耐湿性能を向上させるための組成と構造の双方について鋭意研究を重ねた結果なされたものである。そして、先発明に係る圧電材料は、上記母材にガラスが添加されてなり、その母材の組成におけるx、y、a、bがそれぞれ、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であることを特徴としているとともに、図2に示した圧電材料1aのように、ガラス12aが前記母材の結晶粒10aの粒界11に存在してなる構造(以下、構造a)を有していることを特徴としている。
<Piezoelectric material according to the invention>
A piezoelectric material is a final product obtained by mixing an additive with a raw material of a piezoelectric substance and sintering it, and the prior invention has conducted extensive research on both the composition and structure for improving the moisture resistance performance of the piezoelectric material. It was made as a result of overlapping. In the piezoelectric material according to the present invention, glass is added to the base material, and x, y, a, and b in the composition of the base material are 0 ≦ x ≦ 0.3 and 0.1 ≦ y, respectively. ≤ 0.7, 0.3 ≤ a ≤ 0.9, 0 ≤ b ≤ 0.2, and, like the piezoelectric material 1a shown in FIG. It has the structure (henceforth structure a) which exists in the grain boundary 11 of the crystal grain 10a, It is characterized by the above-mentioned.

===本発明の実施例===
本発明の実施例に係る圧電材料は、先発明に係る圧電材料と同じ組成である。しかし、その構造が先発明の圧電材料とは異なっている。本実施例の圧電材料では、母材の構成元素であるK、Na、Nbを含む上記KNN(一般式KNa(1−x−y)Nb)を核体として、当該核体が、母材における上記KNN以外の成分とガラスとからなる被膜体によって覆われている構造(以下、構造b)を有している。そして、本発明の実施例に係る圧電材料は、先発明に係る圧電材料とは異なる構造により、先発明の圧電材料と同等の耐湿性能を備えつつ、先発明の圧電材料よりも優れた圧電特性を備えている。
=== Embodiment of the Invention ===
The piezoelectric material according to the embodiment of the present invention has the same composition as the piezoelectric material according to the previous invention. However, the structure is different from the piezoelectric material of the previous invention. In the piezoelectric material of the present embodiment, the above-described KNN (general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 ) containing K, Na, and Nb as constituent elements of the base material is used as a core body. However, it has the structure (henceforth structure b) covered with the film body which consists of components other than said KNN in a base material, and glass. The piezoelectric material according to the embodiment of the present invention has a moisture resistance equivalent to that of the piezoelectric material according to the previous invention, and has a piezoelectric property superior to that of the piezoelectric material according to the previous invention due to the structure different from the piezoelectric material according to the previous invention. It has.

===サンプルの製造方法===
本発明の実施例に係る圧電材料の特性を評価するために、上記母材を圧電物質として用いつつガラスが含まれていない従来の圧電材料、および母材の組成や添加物の種類や添加量が異なる構造aや構造bの圧電材料をサンプルとして多数作製した。
圧電材料は、圧電物質である上記母材の原材料と、ガラスなどの添加剤の原材料とを混合して焼結することで製造することができる。しかし、構造aおよび構造bの圧電材料はそれぞれに特有の構造を有しており、その構造の圧電材料を再現性よく製造するための方法が求められている。図3に構造a、および構造bのそれぞれの圧電材料を再現性よく製造するための方法を示した。
=== Sample Production Method ===
In order to evaluate the characteristics of the piezoelectric material according to the embodiment of the present invention, the above-described base material is used as a piezoelectric substance, and the conventional piezoelectric material that does not contain glass, and the base material composition, additive type, and addition amount A large number of piezoelectric materials having different structures a and b were produced as samples.
The piezoelectric material can be manufactured by mixing and sintering the raw material of the base material, which is a piezoelectric substance, and the raw material of an additive such as glass. However, each of the piezoelectric materials having the structure a and the structure b has a unique structure, and a method for manufacturing the piezoelectric material having the structure with high reproducibility is required. FIG. 3 shows a method for manufacturing the piezoelectric materials of the structures a and b with good reproducibility.

<構造aの圧電材料の製造方法>
図3(A)に、構造aの圧電材料を再現性よく製造するための方法について、その手順を示した。まず、圧電材料の母材となる化合物の原材料を所定量秤量して配合し(s1)、ボールミル中に、その原材料と溶媒となるアルコール(エタノールなど)を入れて湿式混合しながら粉砕する(s2)。それによって、母材の原材料が混合されるとともに粉体状に粉砕される。そして、この混合物を大気中にて800℃〜1000℃の温度で1時間(h)〜3h仮焼成し(s3)、母材を固相反応によって生成する。すなわち、この製造手順では、添加物を含めた圧電材料の原材料を全て混合するのではなく、母材だけの粉体をまず生成している。
つぎに、先に仮焼成によって得た母材だけの粉体に、ガラスを添加物として加える(s4)。この添加物となるガラスは、最終的に、耐湿性能に優れた圧電材料を得るための最も重要な要素である。そして、この時点で、圧電材料を構成する全原材料が混合された状態となる。
<Method for Manufacturing Piezoelectric Material of Structure a>
FIG. 3A shows the procedure of a method for manufacturing the piezoelectric material having the structure a with good reproducibility. First, a predetermined amount of a raw material of a compound serving as a base material of a piezoelectric material is weighed and compounded (s1), and the raw material and an alcohol (such as ethanol) as a solvent are placed in a ball mill and pulverized while wet-mixing (s2). ). Thereby, the raw materials of the base material are mixed and pulverized into powder. And this mixture is calcined for 1 hour (h) -3h at the temperature of 800 to 1000 degreeC in air | atmosphere (s3), and a base material is produced | generated by solid-phase reaction. That is, in this manufacturing procedure, not all the raw materials of the piezoelectric material including the additives are mixed, but a powder only of the base material is first generated.
Next, glass is added as an additive to the powder of only the base material obtained by preliminary firing (s4). The glass serving as the additive is finally the most important factor for obtaining a piezoelectric material having excellent moisture resistance. At this time, all raw materials constituting the piezoelectric material are mixed.

次いで、この全原材料の混合物にバインダーとしてPVA水溶液を加えて混合するとともに、適宜な大きさの粒子径の粉末に造粒し(s5)、その造粒された粉末を目的とする形状に成形する(s6)。そして、上記成形物を所定温度下(例えば、300℃〜500℃程度)に置いて、バインダーを除去し(s7)、さらに大気中で900℃〜1200℃の温度で1h焼成し(s8)、圧電セラミックスを得る。
最後に、その圧電セラミックスを、直径Φ≧15mm、厚さt=1.0mmとなる円板状に加工するとともに、その円板の両面にAg電極を焼き付け(s9,s10)、この電極付きの圧電セラミックスを、120℃のシリコンオイル中にて4Kv/mmの電界で分極処理して(s11)、圧電材料とする。
Next, an aqueous PVA solution as a binder is added to and mixed with the mixture of all raw materials, and granulated into a powder having an appropriate particle size (s5), and the granulated powder is formed into a desired shape. (S6). Then, the molded product is placed under a predetermined temperature (for example, about 300 ° C. to 500 ° C.) to remove the binder (s7), and further fired in the atmosphere at a temperature of 900 ° C. to 1200 ° C. for 1 h (s8). Obtain piezoelectric ceramics.
Finally, the piezoelectric ceramic is processed into a disk shape having a diameter Φ ≧ 15 mm and a thickness t = 1.0 mm, and Ag electrodes are baked on both surfaces of the disk (s9, s10). The piezoelectric ceramic is polarized in an electric field of 4 Kv / mm in silicon oil at 120 ° C. (s11) to obtain a piezoelectric material.

<構造bの圧電材料の作製手順>
図3(B)に、構造bの圧電材料を再現性よく製造するための方法について、その手順を示した。まず、圧電材料の母材となる化合物の原材料を所定量秤量する(s21)。しかし、構造bのサンプルでは、この母材の原材料を一括して仮焼成せず、まず、秤量した母材の原材料のうち、KNNの原材料のみを混合して粉砕する(s22)。そしてその粉砕物(第1粉体)を構造aのサンプルにおける仮焼成工程(s3)と同様の条件で仮焼成する(s23)。それによって、KNNの粉体が生成される。
次いで、あるいは仮焼成と平行して、KNN以外の原材料を混合して粉砕し(s24)、その粉砕したもの(第2粉体)を加熱する(s25)。加熱温度は、KNNを仮焼成する際の温度よりも100℃〜200℃程度高い温度であることが望ましい。
<Procedure for Fabricating Piezoelectric Material of Structure b>
FIG. 3B shows the procedure of a method for manufacturing the piezoelectric material having the structure b with good reproducibility. First, a predetermined amount of a raw material of a compound that becomes a base material of a piezoelectric material is weighed (s21). However, in the sample of the structure b, the raw materials of the base material are not calcined collectively, but only the raw material of the KNN among the weighed raw materials of the base material is mixed and pulverized (s22). Then, the pulverized product (first powder) is temporarily fired under the same conditions as the temporary firing step (s3) in the sample of the structure a (s23). Thereby, a powder of KNN is generated.
Next or in parallel with the preliminary firing, raw materials other than KNN are mixed and pulverized (s24), and the pulverized product (second powder) is heated (s25). The heating temperature is preferably about 100 ° C. to 200 ° C. higher than the temperature at which KNN is temporarily fired.

つぎに、上記KNNの粉体とKNN以外の原材料からなる第2粉体(以下、焼結添加剤)とを混合する(s26)。なお、ガラスを添加せず、図1に示したような構造を有する従来の圧電材料については、このKNN以外の原材料を混合する手順(s24)において、ガラスを混合しなければよい。そして、この後の手順(s27〜s33)は、構造aのサンプル製造方法における造粒(s5)から分極(s11)までの手順と同じであり、造粒(s27)、成形(s28)、バインダー除去(s29)、焼成(s30)、加工(s31)、電極焼き付け(s32)、分極(s33)の各工程によって構造bのサンプルを完成させる。 Next, the KNN powder and a second powder (hereinafter, sintering additive) made of raw materials other than KNN are mixed (s26). In addition, about the conventional piezoelectric material which has a structure as shown in FIG. 1 without adding glass, it does not need to mix glass in the procedure (s24) of mixing raw materials other than this KNN. And the subsequent procedure (s27 to s33) is the same as the procedure from granulation (s5) to polarization (s11) in the method for producing the sample of structure a, granulation (s27), molding (s28), The sample of the structure b is completed by the steps of binder removal (s29), baking (s30), processing (s31), electrode baking (s32), and polarization (s33).

ところで、構造bの圧電材料は、一般的な圧電材料の作製手順(上記非特許文献1、第15頁参照)でも作成可能である。すなわち、KNNと焼結添加剤を個別に混合せず、最初に全ての原材料を混合するようにしても構造bの圧電材料ができる場合がある。しかし、この一般的な手順で作製した構造bの圧電材料と、図3(B)に示した手順で作成した構造bの圧電材料とを比較すると、一般的な手順で作製した圧電材料は、組成が同じでも、特性に若干のばらつきがあった。また、一般的な手順によって構造bの圧電材料を高い確率で製造するためには、混合の仕方や焼成条件などの複雑で曖昧な条件を正確に設定する必要があることが予想される。したがって、構造bの圧電材料をより安定した特性となるように再現性よく製造するためには、図3(B)の手順が望ましい。すなわち、母材の成分のうち、まずKNNの原材料を仮焼成して得た粉体と、KNNの原材料以外の原材料を熱処理して得た焼結添加剤の粉末とを混合して焼結する、という手順が重要であることが分かった。   By the way, the piezoelectric material of the structure b can also be produced by a general piezoelectric material production procedure (see Non-Patent Document 1, page 15). That is, there is a case where the piezoelectric material having the structure b can be formed even if KNN and the sintering additive are not separately mixed but all raw materials are first mixed. However, when comparing the piezoelectric material of the structure b produced by this general procedure with the piezoelectric material of the structure b produced by the procedure shown in FIG. 3B, the piezoelectric material produced by the general procedure is Even with the same composition, there was some variation in characteristics. Moreover, in order to manufacture the piezoelectric material having the structure b with a high probability by a general procedure, it is expected that complicated and ambiguous conditions such as a mixing method and firing conditions need to be accurately set. Therefore, in order to manufacture the piezoelectric material having the structure b with high reproducibility so as to have more stable characteristics, the procedure shown in FIG. 3B is desirable. That is, among the components of the base material, first, the powder obtained by pre-baking the KNN raw material and the sintering additive powder obtained by heat-treating the raw material other than the KNN raw material are mixed and sintered. It was found that the procedure is important.

===ガラスについて===
図3(B)に示した手順により、母材におけるLiとKとNaの組成比(x,y,1−x−y)、NbとTaとSbの組成比(a,b,1−a−b)、添加物の有無、添加物の種類、添加物の添加量、および構造の違いなど応じて複数種のサンプルを作製した。
=== About Glass ===
By the procedure shown in FIG. 3B, the composition ratio (x, y, 1-xy) of Li, K, and Na in the base material, and the composition ratio (a, b, 1-a) of Nb, Ta, and Sb. -B) Multiple types of samples were prepared according to the presence or absence of additives, the type of additives, the amount of additives added, and the difference in structure.

<ガラスの組成>
ガラスを含まない従来例以外のサンプルには、全てガラスが添加されている。それらのサンプルに用いたガラスは、工業用途として一般に市販されているものであり、ここでは、SiOを主成分として含むガラス(以下、Si系ガラス)、Bi主成分として含むガラス(以下、Bi系ガラス)、ZnOを主成分として含むガラス(以下、Zn系ガラス)、およびSiOを主成分としてLiOを含むガラス(以下、Li系ガラス)のいずれかである。参考までに、各ガラスの組成を以下に示した。
・Si系ガラス
SiO:80mol%、B:18mol%、Al:2mol%
・Bi系ガラス
Bi:60mol%、B:30mol%、CuO:7mol%、SiO:3mol%
・Zn系ガラス
ZnO:45mol%、MgO:27mol%、B:25mol%、SiO:3mol%
・Li系ガラス
SiO:50mol%、LiO:20mol%、B:20mol%、CaO:5 BaO:5mol%
<Composition of glass>
Glass is added to all samples other than the conventional example that does not contain glass. The glass used for these samples is generally commercially available for industrial use. Here, glass containing SiO 2 as a main component (hereinafter, Si-based glass), glass containing Bi 2 O 3 as a main component ( hereinafter, Bi-based glass), ZnO glass (hereinafter referred to as main components, Zn-based glass), and glass containing Li 2 O and SiO 2 as a main component (hereinafter, is either Li-based glass). For reference, the composition of each glass is shown below.
· Si based glass SiO 2: 80mol%, B 2 O 3: 18mol%, Al 2 O 3: 2mol%
Bi-based glass Bi 2 O 3 : 60 mol%, B 2 O 3 : 30 mol%, CuO: 7 mol%, SiO 2 : 3 mol%
· Zn-based glass ZnO: 45mol%, MgO: 27mol %, B 2 O 3: 25mol%, SiO 2: 3mol%
· Li based glass SiO 2: 50mol%, Li 2 O: 20mol%, B 2 O 3: 20mol%, CaO: 5 BaO: 5mol%

===サンプル条件===
上述したように、母材となる化合物は、LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)の組成式で表され、母材の原材料の配分に応じてx、y、a、bの各値が変わる。そこで、まず、従来例のサンプルとして2種類、構造aのサンプル、および構造bのサンプルをそれぞれ125種類作製した。各サンプルは、組成が異なる母材、すなわち、x、y、a、bの各値が異なる母材に対し、添加物の有無、添加物の種類、および添加物の添加量を変えたサンプルである。
=== Sample condition ===
As described above, the compound serving as the base material is represented by the composition formula of Li x K y Na (1-xy) Nb a Ta b Sb (1-ab) , and is used to distribute the raw materials of the base material. The values of x, y, a and b change accordingly. Therefore, first, two types of samples of the conventional example, 125 samples of the structure a, and 125 samples of the structure b were prepared. Each sample is a base material having a different composition, that is, a base material having different values of x, y, a, and b. is there.

以下の表1〜表5に、各サンプルにおける母材の組成、および添加物の種類とその添加量を示した。なお、これらの表1〜表5では、添加物となるSi系ガラス、Bi系ガラス、Zn系ガラス、およびLi系ガラスを、それぞれSi、Bi、Zn、およびLiで示した。また、従来例のサンプル以外の構造aと構造bのサンプルは、同じ組成であれば、同じサンプル番号(No.)を付し、その番号に続いて構造を示す「a」または「b」を付記している。表1〜表5では、構造aと構造bのサンプルの組成が同じなので、「S1a,b」などのように、サンプル番号の後にaとbを一緒に付している。   Tables 1 to 5 below show the composition of the base material in each sample, the types of additives, and the amounts added. In Tables 1 to 5, Si-based glass, Bi-based glass, Zn-based glass, and Li-based glass as additives are indicated by Si, Bi, Zn, and Li, respectively. In addition, samples of structure a and structure b other than the sample of the conventional example are given the same sample number (No.) if they have the same composition, followed by “a” or “b” indicating the structure. It is added. In Tables 1 to 5, since the compositions of the samples of the structure a and the structure b are the same, a and b are appended together after the sample number, such as “S1a, b”.

表1に従来例のサンプル1、2についての組成を示した。
Table 1 shows the compositions of Samples 1 and 2 of the conventional example.

表2にSi系ガラスを添加した構造aあるいは構造bのサンプルS1a〜S31a,S1b〜S31b(S1a,b〜S31a,b)の組成を示した。
Table 2 shows the compositions of the samples S1a to S31a and S1b to S31b (S1a, b to S31a, b) having the structure a or the structure b to which Si-based glass is added.

表3にBi系ガラスを添加した構造aあるいは構造bのサンプルB1a〜B35a,B1b〜B35b(B1a,b〜B35a,b)の組成を示した。
Table 3 shows the compositions of the samples B1a to B35a and B1b to B35b (B1a, b to B35a, b) having the structure a or the structure b to which Bi-based glass is added.

表4にZn系ガラスを添加した構造aあるいは構造bのサンプルZ1a〜Z30a,Z1b〜Z30b(Z1a,b〜Z30a,b)の組成を示した。
Table 4 shows the compositions of the samples Z1a to Z30a and Z1b to Z30b (Z1a, b to Z30a, b) having the structure a or the structure b to which Zn-based glass is added.

表5にLi系ガラスを添加した構造aあるいは構造bのサンプルL1a〜L29a,L1b〜L29b(L1a,b〜L29a,b)の組成を示した。
Table 5 shows the compositions of the samples L1a to L29a and L1b to L29b (L1a, b to L29a, b) having the structure a or the structure b to which Li-based glass is added.

表1〜表5に示したように、作製したサンプルの内訳は、ガラスを添加していない従来例に係る2種類のサンプルがNo.1とNo.2の2種類、Si系ガラスを添加した構造aおよび構造bのサンプルが31種類ずつ(S1a〜S31a,S1b〜S31b)、以下、Bi系ガラス、Zn系ガラス、およびLi系ガラスを添加した構造aおよび構造bのサンプルが、それぞれ35種類ずつ(B1a〜B35a,B1b〜B35b)、30種類ずつ(Z1a〜Z30a,Z1b〜Z30b)、および29種類ずつ(L1a〜L29a,L1b〜L29b)となっている。   As shown in Tables 1 to 5, the breakdown of the produced samples is that the two types of samples according to the conventional example to which no glass is added are No. 1 and No. 2 types, samples of structure a and structure b to which Si-based glass is added 31 types each (S1a to S31a, S1b to S31b), hereinafter, a structure to which Bi-based glass, Zn-based glass, and Li-based glass are added Samples of a and structure b are 35 types (B1a to B35a, B1b to B35b), 30 types (Z1a to Z30a, Z1b to Z30b), and 29 types (L1a to L29a, L1b to L29b), respectively. ing.

表1〜表5において、サンプル1が母材自体の性能を評価するためのサンプルであり、サンプル2が母材にCu化合物を添加してなる圧電材料である。ここではCu化合物としてCuOを添加している。そして、従来例以外のサンプルが母材とガラスとを含む構造aまたは構造bの圧電材料である。   In Tables 1 to 5, sample 1 is a sample for evaluating the performance of the base material itself, and sample 2 is a piezoelectric material obtained by adding a Cu compound to the base material. Here, CuO is added as a Cu compound. A sample other than the conventional example is a piezoelectric material having a structure a or a structure b including a base material and glass.

===サンプルの特性評価===
表1〜表5に示した各サンプルについて、まず、作製直後の圧電特性を測定した。ここでは、電気機械結合係数Kr、機械的品質係数Qm、および誘電率ε33の各圧電特性を測定し、その測定値を初期値とした。さらに、構造bのサンプルについて、構造aのサンプルに対して初期特性が向上しているか否かを評価するとともに、構造bのサンプルを恒温槽にて85℃、85%RHの環境下に100h放置する耐湿放置試験を行い、恒温槽から取り出して4h後に、Qmとε33を測定した。そして、その測定値(耐湿放置試験後測定値)と初期値との比{(耐湿放置試験後測定値−初期値)/初期値}を評価値とし、その評価値に基づいて耐湿性能を評価した。そして、構造bのサンプルについて、初期特性や評価値に基づいて合否を判断した。
=== Characteristic evaluation of sample ===
For each sample shown in Tables 1 to 5, first, the piezoelectric characteristics immediately after the production were measured. Here, the electromechanical coupling coefficient Kr, the mechanical quality factor Qm, and measures each piezoelectric properties of dielectric constant epsilon 33, and the measured value as an initial value. Further, for the sample of structure b, whether or not the initial characteristics are improved with respect to the sample of structure a is evaluated, and the sample of structure b is left in an oven at 85 ° C. and 85% RH for 100 hours. performed humidity shelf test that, after 4h is removed from the constant temperature bath, was measured Qm and epsilon 33. Then, the ratio of the measured value (measured value after the moisture resistance test) to the initial value {(measured value after the moisture resistance test−initial value) / initial value} is used as the evaluation value, and the moisture resistance performance is evaluated based on the evaluation value. did. And about the sample of the structure b, pass / fail was judged based on the initial characteristic and the evaluation value.

合否基準は、所定の初期特性を備えていること。同じ組成の構造aのサンプルより初期特性が優れていること。および評価値が所定の基準以下であること、の3点で行った。具体的には、まず、上記表1〜表5に示した各サンプルにおいて、従来例と、構造a、および構造bのサンプルについて、上記のKr、Qm、およびε33の初期値を測定し、構造bのサンプルにおける、Kr、Qm、およびε33の初期値が、それぞれ10以上、10以上、および20以上であり、かつ、同じ組成の構造aのサンプルのQm、およびε33の初期値に対して数値が増加していれば初期特性に関しては合格とした。さらに、初期特性に関して合格であった構造bのサンプルに対して耐湿放置試験を行い、耐湿放置試験後のQmとε33の値が、初期値に対して10%以内の変動であれば、最終的に「合格」と判定した。 Pass / fail criteria must have predetermined initial characteristics. The initial characteristics are superior to the sample of structure a having the same composition. The evaluation value was 3 points or less. Specifically, first, in each of the samples shown in Tables 1 to 5, the initial values of the Kr, Qm, and ε 33 are measured for the conventional example and the samples of the structure a and the structure b. in a sample structure b, Kr, Qm, and the initial value of the epsilon 33, respectively 10 or more, 10 or more, and is 20 or more and, in the sample of a construct a the same composition Qm, and epsilon 33 initial values of On the other hand, if the numerical value increased, the initial characteristics were accepted. Moreover, subjected to humidity shelf test on samples pass the A structure b for the initial characteristics, the values of Qm and epsilon 33 after the moisture resistance standing test, if the fluctuation of within 10% of the initial value, the final Therefore, it was judged as “pass”.

そして、構造bの各サンプルにおける合否判定結果や、組成と合否との相関傾向などに基づいて、構造bの圧電材料における母材の適正な組成を規定した。また、構造bの圧電材料に含まれる母材以外の各種添加物の添加量については、より好ましい値(推奨値)を規定した。   And based on the pass / fail judgment result in each sample of the structure b, the correlation tendency between the composition and the pass / fail, etc., an appropriate composition of the base material in the piezoelectric material of the structure b was defined. Further, more preferable values (recommended values) were defined for the addition amounts of various additives other than the base material contained in the piezoelectric material having the structure b.

表6に従来例のサンプル1と2についての評価結果を示した。
Table 6 shows the evaluation results for the samples 1 and 2 of the conventional example.

表7に構造aのサンプルS1a〜S31aの初期特性と、構造bのサンプルS1b〜S31bの評価結果を示した。
Table 7 shows the initial characteristics of the samples S1a to S31a having the structure a and the evaluation results of the samples S1b to S31b having the structure b.

表8に構造aサンプルB1a〜B35aの初期特性と、構造bのサンプルB1b〜B35bの評価結果を示した。
Table 8 shows the initial characteristics of the structure a samples B1a to B35a and the evaluation results of the samples B1b to B35b of the structure b.

表9にサンプルZ1a〜Z30aの初期特性と、構造bのサンプルZ1b〜Z30bの評価結果を示した。
Table 9 shows the initial characteristics of the samples Z1a to Z30a and the evaluation results of the samples Z1b to Z30b having the structure b.

表10にサンプルL1a〜L29aの初期特性と、構造bのサンプルL1b〜L29bの評価結果を示した。
Table 10 shows the initial characteristics of the samples L1a to L29a and the evaluation results of the samples L1b to L29b having the structure b.

上記表6は、従来の圧電材料の初期特性と耐湿放置試験後のQmとε33の評価値を示している。初期特性は合格基準に達しているものの、評価値が大きい、すなわち、耐湿放置試験後のQmとε33が初期値に対して大きく変動している。また、Qmの評価値がマイナスとなっており、耐湿放置試験後のQmの値が初期値より低下し、圧電特性が劣化していることが分かる。 Table 6 shows the evaluation value of the initial characteristics and moisture shelf test after Qm and epsilon 33 of conventional piezoelectric materials. Although the initial characteristics have reached the acceptance standard, the evaluation value is large, that is, Qm and ε 33 after the moisture resistance test are greatly varied with respect to the initial value. Moreover, the evaluation value of Qm is minus, and it can be seen that the Qm value after the moisture resistance test is lowered from the initial value, and the piezoelectric characteristics are deteriorated.

上記表7〜表10において、初期特性変化率は、構造bのサンプルの初期特性を評価するための指標であり、同じ組成の構造aと構造bのサンプルにおけるQmとε33の初期値の優劣を示したものである。初期特性変化率は、例えば、ある組成の構造aのサンプルのQmあるいはε33の初期値をaとし、同じ組成の構造bのサンプルの初期値をbとしたときの(b−a)/aの値を百分率で表したときの数値である。すなわち、同じ組成の構造aのサンプルの初期値に対して特性が劣化していれば、初期特性変動率がマイナスの値となる。そして、表7〜表10に示したように、構造bのサンプルは、全ての組成で、構造aのサンプルに対して初期特性が向上していた。また、初期特性に関して合格だったサンプルについては、その全てにおいて、耐湿放置試験後の評価値が10%未満であり、合格基準を満たしていた。 In Tables 7 to 10, the initial characteristic change rate is an index for evaluating the initial characteristics of the sample of the structure b, and the superiority or inferiority of the initial values of Qm and ε 33 in the samples of the structure a and the structure b having the same composition. Is shown. Initial characteristics change rate, for example, the initial value of Qm or epsilon 33 samples of the structure of a composition a is a, the same composition of the structure b samples the initial value when the b of (b-a) / a It is a numerical value when the value of is expressed as a percentage. That is, if the characteristic is deteriorated with respect to the initial value of the sample of the structure a having the same composition, the initial characteristic variation rate becomes a negative value. As shown in Tables 7 to 10, the samples of the structure b had the initial characteristics improved with respect to the samples of the structure a at all compositions. Moreover, about the sample which passed about the initial characteristic, all the evaluation values after a moisture-resistant leaving test were less than 10%, and the acceptance criteria were satisfy | filled.

===x,y,a,bの条件===
上記表7〜10の評価結果から、x、y、a、bの各値についての数値範囲を規定する。表2〜5に示したように、構造bの各サンプルのx、y、a、bの各値は、それぞれ、0〜0.31、0.09〜0.71、0.29〜0.91、0〜0.21の数値範囲であり、これらの数値範囲において、0(ゼロ)を除く、最も外側の値(限界値:x=0.31、y=0.09、y=0.71、a=0.29、a=0.91、b=0.21)を取るサンプル(例えば、S12b〜S14b,S18b,S19b,S24b,S25b,S30b,S31b)では、合格と不合格が混在している。それ以外のサンプルは、後述する、ガラスやCu化合物の添加量がともに過不足することによって不合格となったサンプルを除けば全て合格だった。ここで、上記不合格のサンプルについて検討すると、x、y、a、bの値のうちのいずれか一つのみが限界値となっていることから、x、y、a、bの各値の適正値は、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であると言える。したがって、上記数値範囲にある構造bのサンプルが本発明の実施例となる。なお、ここには記載していないが、x、y、a、bの各値の適正値は、上記の各ガラスに限らず、その他の一般のガラスに関しても同様の結果が得られた。
=== Condition of x, y, a, b ===
From the evaluation results in Tables 7 to 10, the numerical ranges for the values of x, y, a, and b are defined. As shown in Tables 2 to 5, the values of x, y, a, and b of each sample of the structure b are 0 to 0.31, 0.09 to 0.71, 0.29 to 0.00, respectively. 91, 0 to 0.21. In these numerical ranges, the outermost value (limit values: x = 0.31, y = 0.09, y = 0. 71, a = 0.29, a = 0.91, b = 0.21) (for example, S12b to S14b, S18b, S19b, S24b, S25b, S30b, S31b), both pass and fail are mixed doing. All other samples were acceptable except for samples that were rejected due to excessive or insufficient amounts of glass and Cu compound added as described later. Here, when considering the rejected sample, only one of the values of x, y, a, and b is a limit value. Appropriate values can be said to be 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, and 0 ≦ b ≦ 0.2. Therefore, the sample of the structure b in the above numerical range is an example of the present invention. Although not described here, the appropriate values of the values of x, y, a, and b are not limited to the above glasses, and similar results were obtained for other general glasses.

===構造bについて===
表6より、ガラスを含まない従来例のサンプル1と2では、x、y、a、bの全てが上記数値範囲にあるのにもかかわらず、ともに不合格であった。すなわち、母材の組成が同じでも、ガラスが含まれていないと耐湿性能が劣っていることが証明できた。ところで、構造bは、図3(B)に示した手順によって作製した圧電材料が、先発明の圧電材料と比較して耐湿性能を維持したまま、圧電特性が向上する、という知見を出発点とし、その後の構造解析過程で確認されたものである。そこで、表7〜10において、合格判定となったサンプルの微視的な構造について再確認した。
=== About Structure b ===
From Table 6, in Samples 1 and 2 of the conventional example not containing glass, both x, y, a, and b were in the above numerical range, but both failed. That is, even if the composition of the base material was the same, it was proved that the moisture resistance performance was inferior if glass was not included. By the way, the structure b starts from the knowledge that the piezoelectric material produced by the procedure shown in FIG. 3B improves the piezoelectric characteristics while maintaining the moisture resistance as compared with the piezoelectric material of the previous invention. This was confirmed in the subsequent structural analysis process. Therefore, in Tables 7 to 10, the microscopic structure of the samples that were determined to be acceptable was reconfirmed.

図4に本発明の実施例に係る圧電材料1bの構造を示した。図4(A)は、表2〜表5に示したサンプルのうち、Zn系ガラスが添加され、合格と判定された構造bのサンプルZ1bの顕微鏡写真である。図4(B)は、(A)の顕微鏡写真中に番号「1」〜「5」によって記した「×」印の箇所を対象にエネルギー分散型蛍光X線(EDX)を用いて分析を行った結果を示している。また、図4(C)は、(A)におけるa−a矢視断面を模式的に示した図である。なお、当該(C)の図中に、上記EDXの解析対象となる箇所を一点鎖線と番号とによって示した。   FIG. 4 shows the structure of the piezoelectric material 1b according to the example of the present invention. FIG. 4A is a photomicrograph of the sample Z1b of the structure b that was determined to be acceptable by adding Zn-based glass among the samples shown in Tables 2 to 5. FIG. 4 (B) shows an analysis using energy dispersive X-ray fluorescence (EDX) for the portion marked with “x” marked by numbers “1” to “5” in the micrograph of (A). The results are shown. FIG. 4C is a diagram schematically showing a cross section taken along the line aa in FIG. In addition, in the figure of (C), the location to be analyzed by the EDX is indicated by a one-dot chain line and a number.

図4(A)の写真、および(C)の模式図における粒界11の部分(番号1)では、(B)に示したように、KNNを構成する組成(K,Na,Nb)以外の組成が多い。また、結晶粒10bの表面では、粒界11から遠ざかるほど、すなわち、番号が大きくなるほど、KNNの組成が多くなっていることが分かる。しかし、KNN以外の組成も確実に存在している。したがって、本発明の実施例における圧電材料1bは、(C)に示したように、KNNの結晶粒10bを核体として、その周囲にガラスを含むその他の組成が被膜体12bとして覆っている構造である、と断定することができる。   In the photograph of FIG. 4 (A) and the part (number 1) of the grain boundary 11 in the schematic diagram of (C), as shown in (B), other than the composition (K, Na, Nb) constituting KNN. There are many compositions. It can also be seen that the composition of KNN increases on the surface of the crystal grain 10b as the distance from the grain boundary 11 increases, that is, as the number increases. However, compositions other than KNN are certainly present. Therefore, the piezoelectric material 1b according to the embodiment of the present invention has a structure in which the crystal grains 10b of KNN are used as the core and the other composition including glass is covered as the film 12b as shown in FIG. Can be determined.

なお、(B)では、母材に含まれるLi、Sbの値が含まれていないが、これは、EDX分析に用いたサンプルにおけるLiとSbの割合であるx、およびa−bの各値が下限値に近く、測定限界以下となって、検出できなかっただけである。いずれにしても、KNNがガラスを含むそれ以外の組成からなる焼結添加剤で覆われていることは確実である。   In (B), the values of Li and Sb contained in the base material are not included, but this is the values of x and a−b, which are the ratio of Li and Sb in the sample used for EDX analysis. Is close to the lower limit, below the measurement limit, and could not be detected. In any case, it is certain that KNN is covered with a sintering additive composed of other composition including glass.

===ガラスの添加量について===
表6〜10に示した評価結果より、ガラスを添加したサンプルは、母材の組成が上記適正範囲外であっても、合格したものがあった。そこで、安定した特性を得るための条件として各ガラスにおける添加量の推奨値を規定した。作製したサンプルでは、Si系ガラスとZn系ガラスについては、0.06wt%〜15.1wt%添加し、Bi系ガラスについては、0.07wt%〜15.1wt%添加し、Li系ガラスについては0.09wt%〜10.1wt%添加した。
=== About the amount of glass added ===
From the evaluation results shown in Tables 6 to 10, some samples to which glass was added passed even if the composition of the base material was outside the above appropriate range. Therefore, the recommended value of the addition amount in each glass was defined as a condition for obtaining stable characteristics. In the prepared sample, 0.06 wt% to 15.1 wt% is added for Si glass and Zn glass, 0.07 wt1 to 15.1 wt% is added for Bi glass, and Li glass is added. 0.09 wt% to 10.1 wt% was added.

そして、Si系ガラスについては、15.1wt%添加したサンプルのほとんどが不合格であった。また、0.06%添加したサンプルと、0.07%添加したサンプルとを比較すると、例えば、S13bとS30b、あるいはS26bとS27bなど、ガラスの添加量以外の組成が同じサンプル同士を比較すると、0.06%添加したサンプルの方がQmとε33の値の値の差が大きいなど、不安定な要素が見受けられた。そこで、Si系ガラスについては、その添加量の推奨値を0.07%以上、15.0%以下と規定した。 And about Si type | system | group glass, most of the samples which added 15.1 wt% failed. Moreover, when comparing the sample added with 0.06% and the sample added with 0.07%, for example, comparing samples having the same composition other than the added amount of glass, such as S13b and S30b, or S26b and S27b, found the following sample added 0.06%, such as larger difference between the values of Qm and epsilon 33, unstable elements were seen. Therefore, the recommended value for the addition amount of Si-based glass is defined as 0.07% or more and 15.0% or less.

Bi系ガラス、Zn系ガラス、およびLi系ガラスについてもSi系ガラスと同様にてガラスの添加量と初期特性や合否との関係に傾向があること見てとれた。そして、Zn系ガラス、Bi系ガラス、およびLi系ガラスの添加量の推奨値を、それぞれ、0.08wt%以上15.0wt%以下、0.07wt%以上15.0wt%以下、0.1wt%以上10.0wt%以下とした。   Bi-type glass, Zn-type glass, and Li-type glass were found to have a tendency in the relationship between the added amount of glass and the initial characteristics and pass / fail as in the case of Si-type glass. The recommended values for the addition amounts of Zn-based glass, Bi-based glass, and Li-based glass are 0.08 wt% to 15.0 wt%, 0.07 wt% to 15.0 wt%, and 0.1 wt%, respectively. The content was 10.0 wt% or less.

===Cu化合物の添加===
当初、本発明者は、上記母材を主体として構成される圧電材料について、主に耐湿性向上を目的として検討した。そして、ガラスを添加することで、耐湿性が向上することが確認できた。しかし、耐湿性が向上してはいたものの、Qmとε33の特性に注目すると、これらの特性がトレードオフの関係にあることが先発明の創作過程において知見された。圧電材料において、特定の圧電特性がより優れていることも重要であるが、圧電材料は最終的に工業製品に圧電素子として組み込まれるため、安定して動作することが重要であり、そのためには個々の特性が実用レベルにあり、かつ、それらの特性が平均していることが重要となる。
=== Addition of Cu Compound ===
Initially, the present inventor studied the piezoelectric material mainly composed of the base material mainly for the purpose of improving the moisture resistance. And it has confirmed that moisture resistance improved by adding glass. However, although moisture resistance had the improved, focusing on the characteristics of Qm and epsilon 33, it has been found in the creative process of prior invention that these characteristics are in a trade-off relationship. In a piezoelectric material, it is also important that certain piezoelectric characteristics are superior, but since a piezoelectric material is finally incorporated into an industrial product as a piezoelectric element, it is important to operate stably. It is important that the individual characteristics are at a practical level and the characteristics are averaged.

そこで、構造bの圧電材料についても、Cu化合物の添加量を0mol%、2mol%、10mol%、10.1mol%としたサンプルを作成し、その特性を評価した。その結果、表7〜10に示したように、母材の組成が上記範囲外で、かつCu化合物の添加量が10.1mol%であるサンプルでは、その多くが不合格となった。すなわち、適正値の上限あるいは下限に近い組成を有する母材では、Cu化合物を多量に添加すると特性が劣化する可能性があることが判明した。したがって、基本化合物にガラスを添加した圧電材料において、0mol%より多く、10mol%以下のCu化合物を添加することで、より実用的な非鉛圧電材料とすることができる。また、例えば、サンプルS12bとS13b、B15bとB16b、Z21bとZ25b、L20bとL24bにおける初期特性などから、母材の組成が上限あるいは下限に近い場合では、Cu化合物を添加することでQmとε33の特性が均一化されることが確認できた。 Therefore, for the piezoelectric material of structure b, samples with the addition amount of Cu compound set to 0 mol%, 2 mol%, 10 mol%, and 10.1 mol% were prepared, and the characteristics were evaluated. As a result, as shown in Tables 7 to 10, most of the samples in which the composition of the base material was out of the above range and the addition amount of the Cu compound was 10.1 mol% were rejected. That is, it has been found that the base material having a composition close to the upper limit or the lower limit of the appropriate value may deteriorate the characteristics when a large amount of Cu compound is added. Therefore, in a piezoelectric material in which glass is added to the basic compound, a more practical lead-free piezoelectric material can be obtained by adding more than 0 mol% and 10 mol% or less of a Cu compound. For example, from the initial characteristics of samples S12b and S13b, B15b and B16b, Z21b and Z25b, L20b and L24b, etc., when the composition of the base material is close to the upper limit or lower limit, Qm and ε 33 can be obtained by adding a Cu compound. It was confirmed that the characteristics were uniform.

===粒子径依存性===
上記構造bのサンプルでは、図3(B)におけるKNNの粉体生成手順(s23)において、KNNの平均粒子径が0.8μmとなるように調整するとともに、焼結添加剤の粒子径については、焼結添加剤生成手順(s25)においてその平均粒子径が1.5μmとなるように調整した。ここで、さらに優れた特性を有する圧電材料の条件を見いだすため、圧電特性に母材やガラスの粒子径依存性があるか否かを検討した。ここでは、まず、表2〜表5に示したサンプルで、x、y、a、bの各値、Cu化合物の添加量、およびガラスの添加量が、それぞれ、0.02、0.49、0.86、0.10、2mol%、および0.3wt%で同じとなる、S2b、B5b、Z1b、L1bの各サンプルについて、核体であるKNNと、それ以外の組成を含んで被膜体となる焼結添加剤の粒子径との比(焼結添加剤粒子径/KNN粒子径)を各種変えたサンプルを作製した。そして、各サンプルについて、Qmとε33の初期値を測定し、同じ組成の構造aのサンプルに対する初期特性変化率を求めた。なお、核体の粒子径は、0.8μmとした。以下の表11〜表14に、上記粒子径比と、Qmおよびε33の初期値との関係を示した。なお、表11〜表14では、S2b、B5b、Z1b、L1bの各サンプルについて、粒子径比を変えたサンプルを、ぞれぞれ、S2−A〜S2−H、B5−A〜B5−H、Z1−A〜Z1−H、L1−A〜L1−Hで示した。
=== Dependence on particle size ===
In the sample of the structure b, in the KNN powder generation procedure (s23) in FIG. 3B, the average particle diameter of KNN is adjusted to 0.8 μm, and the particle diameter of the sintering additive is adjusted. In the sintering additive production procedure (s25), the average particle size was adjusted to 1.5 μm. Here, in order to find out the conditions of the piezoelectric material having further excellent characteristics, it was examined whether or not the piezoelectric characteristics depend on the particle size of the base material or glass. Here, first, in the samples shown in Tables 2 to 5, the values of x, y, a, and b, the addition amount of the Cu compound, and the addition amount of the glass are 0.02, 0.49, For each sample of S2b, B5b, Z1b, and L1b, which are the same at 0.86, 0.10, 2 mol%, and 0.3 wt%, the core body KNN and the coating composition including the other composition Samples with various ratios (sintering additive particle size / KNN particle size) to the particle size of the resulting sintering additive were prepared. And about each sample, the initial value of Qm and (epsilon) 33 was measured and the initial characteristic change rate with respect to the sample of the structure a of the same composition was calculated | required. The particle size of the core was 0.8 μm. Table 11 Table 14 below shows the relationship between the initial value of the a particle diameter ratio, Qm and epsilon 33. In Tables 11 to 14, samples with different particle diameter ratios were respectively obtained for S2b, B5b, Z1b, and L1b, and S2-A to S2-H, B5-A to B5-H, respectively. , Z1-A to Z1-H, L1-A to L1-H.

以下の表11に、Si系ガラスを含む焼結添加剤とKNNの粒子径比と、上記初期特性変化率との関係を示す。
Table 11 below shows the relationship between the particle size ratio between the sintering additive containing Si-based glass and KNN and the initial characteristic change rate.

以下の表12に、Bi系ガラスを含む焼結添加剤とKNNの粒子径比と、上記初期特性変化率との関係を示す。
Table 12 below shows the relationship between the particle size ratio of the sintering additive containing Bi-based glass and KNN and the initial characteristic change rate.

以下の表13に、Zn系ガラスを含む焼結添加剤とKNNの粒子径比と、上記初期特性変化率との関係を示す。
Table 13 below shows the relationship between the particle size ratio of the sintering additive containing Zn-based glass and KNN and the initial characteristic change rate.

以下の表14に、Li系ガラスを含む焼結添加剤とKNNの粒子径比と、上記初期特性変化率との関係を示す。
Table 14 below shows the relationship between the particle size ratio of the sintering additive containing Li-based glass and KNN and the initial characteristic change rate.

表11〜14より、被膜体である焼結添加剤の粒子径が、核体であるKNNの粒子径に対して小さくなっていくと、Qmの特性が徐々に向上していく。一方、ε33については、焼結添加剤の粒子径が、核体であるKNNの粒子径に対して2倍(粒子径比=0.5)となるまで徐々にその値が増加していくとともに、2倍以下であるときに、そのε33の値がほぼ一定で推移する。すなわち、ε33の値が安定する。したがって、母材の組成が上記適正値にある構造bの圧電材料では、被膜体の粒子径が、核体の粒子径の2倍以下であれば、優れた初期特性が得られ、その特性にバラツキが小さい、ということが確認できた。 From Tables 11-14, when the particle diameter of the sintering additive which is a coating body becomes smaller than the particle diameter of KNN which is a core body, the characteristics of Qm are gradually improved. On the other hand, the epsilon 33, the particle size of the sintered additive, gradually the value until twice the particle size of a nucleus KNN and (particle diameter ratio = 0.5) is gradually increased together, when it is 2 times or less, the value of the epsilon 33 is remained almost constant. That is, the value of ε 33 is stabilized. Therefore, in the piezoelectric material of the structure b in which the composition of the base material is the above appropriate value, excellent initial characteristics can be obtained if the particle diameter of the coating is not more than twice the particle diameter of the core. It was confirmed that the variation was small.

===考察===
<構造bの圧電材料>
本発明の実施例に係る構造bの圧電材料では、上記表7〜表10に示したように、全てのサンプルにおいて、初期特性が構造aのサンプルより向上していた。また、耐湿放置試験前後の特性変動も、全て10%未満に抑えられていた。そして、母材の組成が上記適正範囲外であっても、合格の評価となったサンプルがある。したがって、構造bの圧電材料は、環境に優しく、構造aの圧電材料と同等の耐湿性能を有するとともに、構造aの圧電材料よりも優れた圧電特性を有する、と断定することができる。すなわち、環境性能、圧電特性、および耐湿性能の全てに優れた圧電材料では、母材とガラスとを含んだ組成であることに加え、KNNを核体として、それ以外の組成がその核体を覆っている構造bを備えていることが重要な条件となる。
=== Discussion ===
<Piezoelectric material of structure b>
In the piezoelectric material having the structure b according to the example of the present invention, as shown in Tables 7 to 10, the initial characteristics of all the samples were improved as compared with the samples having the structure a. Moreover, the characteristic fluctuations before and after the moisture resistance test were all suppressed to less than 10%. And even if the composition of the base material is outside the above appropriate range, there is a sample that has passed the evaluation. Therefore, it can be concluded that the piezoelectric material of the structure b is environmentally friendly, has a moisture resistance equivalent to that of the piezoelectric material of the structure a, and has piezoelectric characteristics superior to those of the piezoelectric material of the structure a. That is, in the piezoelectric material excellent in all of the environmental performance, piezoelectric characteristics, and moisture resistance performance, in addition to the composition including the base material and glass, KNN is used as a core, and other compositions have the core. It is an important condition that the covering structure b is provided.

<ガラス添加量の推奨値>
上記各サンプルに対する性能評価試験の結果から、母材とガラスとを含む圧電材料は、そのガラスの添加量に、より好ましい値(推奨値)があることが判明した。この推奨値が存在する理由としては、添加量が少ないとKNNを覆う被膜体に耐湿性能を左右するガラスが不足し、多い場合では、ガラスが発泡し、被膜体の一部が欠損する、という理由が考えられる。
<Recommended value of glass addition>
From the results of the performance evaluation tests for the above samples, it was found that the piezoelectric material including the base material and glass has a more preferable value (recommended value) for the amount of glass added. The reason why this recommended value exists is that if the addition amount is small, the coating body covering KNN lacks the glass that affects the moisture resistance, and if it is large, the glass foams and a part of the coating body is lost. The reason can be considered.

<ガラス融点>
KNN以外の組成からなる焼結添加剤を効率よくKNNの核体に被膜させるためには、圧電材料の焼結に際し、昇温過程でガラスの方が先に軟化するとともに、KNNに焼結添加剤が被膜されていく過程で、その軟化したガラスが流動しながら均一に被膜体中に分散することが望ましい。そのためには、ガラスには、母材の結晶化温度よりも軟化点が低いものを採用することがより望ましい。なお、本発明の実施例に係る構造bの圧電材料では、母材の結晶化温度が1100℃〜1200℃であり、各ガラスの軟化点が、Si系ガラスで790℃、Bi系ガラスで450℃、Zn系ガラスで580℃、Li系ガラスで550℃である。
<Glass melting point>
In order to efficiently coat the core of KNN with a sintering additive having a composition other than KNN, the glass is first softened during the temperature rising process during the sintering of the piezoelectric material, and the sintering additive is added to KNN. In the process of coating the agent, it is desirable that the softened glass is uniformly dispersed in the coating while flowing. For this purpose, it is more desirable to use a glass having a softening point lower than the crystallization temperature of the base material. In the piezoelectric material having the structure b according to the example of the present invention, the crystallization temperature of the base material is 1100 ° C. to 1200 ° C., and the softening point of each glass is 790 ° C. for Si glass and 450 for Bi glass. The temperature is 580 ° C. for Zn-based glass and 550 ° C. for Li-based glass.

<粒子径比>
圧電特性のとくにε33の値がKNNの粒子径と焼結添加剤の粒子径との比に依存し、KNNの粒子径と焼結添加剤の粒子径との比には最適な数値範囲が存在した。そして、粒子径比は、化学的な性質ではなく、専ら物理的な構造を表現するものであることから、粒子径比の最適数値範囲は、上記4種類のガラスに限らず、母材とガラスとを含む構造bの圧電材料全般に適用できる、と言える。
<Particle size ratio>
In particular, the value of ε 33 of the piezoelectric characteristics depends on the ratio of the particle diameter of KNN to the particle diameter of the sintering additive, and there is an optimum numerical range for the ratio of the particle diameter of KNN and the particle diameter of the sintering additive. Were present. And since the particle size ratio is not a chemical property but expresses a physical structure exclusively, the optimum numerical range of the particle size ratio is not limited to the above four types of glass, but the base material and glass. It can be said that the present invention can be applied to all piezoelectric materials having a structure b including:

<Li系ガラス>
上記4種類のガラスのうち、Li系ガラスを添加した圧電材料では、ガラス添加量の推奨値の範囲が他の3種類のガラスと比較して狭かった。これは、Liが吸水性のあるアルカリ金属であることを考えると、焼結添加剤中のガラスがKNNの核体の表面を覆うこと発現する圧電特性がアルカリ金属による吸水性によって阻害されてしまったものと仮定するのが妥当である。
<Li-based glass>
Among the above four types of glass, the piezoelectric material to which Li-based glass was added had a narrow range of recommended values for the amount of glass added compared to the other three types of glass. This given that Li is an alkali metal, absorbent, piezoelectric characteristics of the glass during the sintering additive is expressed by covering the surface of the core body of KNN is inhibited by water absorption by alkali metal It is reasonable to assume that this has happened.

この発明は、超音波モーターやフィルターなどの圧電性を利用した機器や素子に利用することができる。   The present invention can be used for devices and elements using piezoelectricity such as ultrasonic motors and filters.

1,1a,1b 圧電材料、10,10a,10b 結晶粒、11 粒界、
12a ガラス、12b 被膜体
1, 1a, 1b piezoelectric material, 10, 10a, 10b crystal grains, 11 grain boundaries,
12a glass, 12b coating

Claims (11)

焼結体からなる圧電材料であって、
一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表される母材と、ガラスとを基本成分として含み、
前記一般式において、x+y<1を条件として、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7であるとともに、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であり、
前記母材の成分におけるK、Na、Nbを含んで一般式KNa(1−x−y)Nbで表される化合物を核体として、当該核体が、前記基本成分のうち、前記KNN化合物を構成する成分以外の成分からなる被膜体によって覆われている構造を有し、
前記ガラスは、化合物Bi を主成分として含むBi系ガラスであり、
当該Bi系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.08wt%よりも多く、15.0wt%以下である、
ことを特徴とする圧電材料。
A piezoelectric material made of a sintered body,
And the base material represented by the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) O 3, and a glass as a base component,
In the above general formula , 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, and 0 ≦ b ≦ 0.2, provided that x + y <1. And
A compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 including K, Na, and Nb in the components of the base material is used as a core, and the core is the basic component. , Having a structure covered with a film composed of components other than the components constituting the KNN compound,
The glass is a Bi-based glass containing the compound Bi 2 O 3 as a main component,
The addition amount of the Bi-based glass is more than 0.08 wt% and 15.0 wt% or less with respect to the basic compound.
A piezoelectric material characterized by that.
焼結体からなる圧電材料であって、
一般式Li Na (1−x−y) Nb Ta Sb (1−a−b) で表される母材と、ガラスとを基本成分として含み、
前記一般式において、x+y<1を条件として、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7であるとともに、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であり、
前記母材の成分におけるK、Na、Nbを含んで一般式K Na (1−x−y) Nb で表される化合物を核体として、当該核体が、前記基本成分のうち、前記KNN化合物を構成する成分以外の成分からなる被膜体によって覆われている構造を有し、
前記ガラスは、化合物ZnOを主成分として含むZn系ガラスであって、
当該Zn系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く、15.0wt%以下である、
ことを特徴とする圧電材料。
A piezoelectric material made of a sintered body,
And the base material represented by the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) O 3, and a glass as a base component,
In the general formula, 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, and 0 ≦ b ≦ 0.2, provided that x + y <1. And
A compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 including K, Na, and Nb in the components of the base material is used as a core, and the core is the basic component. , Having a structure covered with a film composed of components other than the components constituting the KNN compound,
The glass is a Zn-based glass containing a compound ZnO as a main component,
The added amount of the Zn-based glass is more than 0.07 wt% and 15.0 wt% or less with respect to the basic compound.
A piezoelectric material characterized by that.
焼結体からなる圧電材料であって、
一般式Li Na (1−x−y) Nb Ta Sb (1−a−b) で表される母材と、ガラスとを基本成分として含み、
前記一般式において、x+y<1を条件として、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7であるとともに、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であり、
前記母材の成分におけるK、Na、Nbを含んで一般式K Na (1−x−y) Nb で表される化合物を核体として、当該核体が、前記基本成分のうち、前記KNN化合物を構成する成分以外の成分からなる被膜体によって覆われている構造を有し、
前記ガラスは、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含まないSi系ガラスであって、
当該Si系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く、15.0wt%以下である
ことを特徴とする圧電材料。
A piezoelectric material made of a sintered body,
And the base material represented by the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) O 3, and a glass as a base component,
In the general formula, 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, and 0 ≦ b ≦ 0.2, provided that x + y <1. And
A compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 including K, Na, and Nb in the components of the base material is used as a core, and the core is the basic component. , Having a structure covered with a film composed of components other than the components constituting the KNN compound,
The glass is a Si-based glass containing the compound SiO 2 as a main component and not containing Li 2 O,
The piezoelectric material characterized in that the addition amount of the Si-based glass is more than 0.07 wt% and not more than 15.0 wt% with respect to the basic compound .
焼結体からなる圧電材料であって、
一般式Li Na (1−x−y) Nb Ta Sb (1−a−b) で表される母材と、ガラスとを基本成分として含み、
前記一般式において、x+y<1を条件として、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7であるとともに、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2であり、
前記母材の成分におけるK、Na、Nbを含んで一般式K Na (1−x−y) Nb で表される化合物を核体として、当該核体が、前記基本成分のうち、前記KNN化合物を構成する成分以外の成分からなる被膜体によって覆われている構造を有し、
前記ガラスは、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含むLi系ガラスであり、
当該Li系ガラスの添加量は、前記基本化合物に対し0.1wt%よりも多く、10.0wt%以下である
ことを特徴とする圧電材料。
A piezoelectric material made of a sintered body,
And the base material represented by the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) O 3, and a glass as a base component,
In the general formula, 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, and 0 ≦ b ≦ 0.2, provided that x + y <1. And
A compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 including K, Na, and Nb in the components of the base material is used as a core, and the core is the basic component. , Having a structure covered with a film composed of components other than the components constituting the KNN compound,
The glass is a Li-based glass containing a compound SiO 2 as a main component and Li 2 O,
The Li-based glass is added in an amount of more than 0.1 wt% and 10.0 wt% or less with respect to the basic compound .
請求項1〜のいずれかにおいて、Cu化合物が添加されているとともに、当該Cu化合物の添加量は、0mol%よりも多く、10mol%以下であることを特徴とする圧電材料。 In any one of claims 1-4, together with Cu compound is added, the addition amount of the Cu compound, a piezoelectric material, characterized by more than 0 mol%, or less 10 mol%. 請求項1〜5のいずれかにおいて、前記ガラスの軟化点温度は、前記母材の結晶化温度よりも低いことを特徴とする圧電材料。 6. The piezoelectric material according to claim 1, wherein a softening point temperature of the glass is lower than a crystallization temperature of the base material. 請求項1〜6のいずれかにおいて、前記被膜体の粒子径が、核体の粒子径の2倍以下であることを特徴とする圧電材料。 7. The piezoelectric material according to claim 1, wherein the particle diameter of the coating is not more than twice the particle diameter of the core. 圧電材料の製造方法であって、
一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表わされる母材の原材料を、x+y<1を条件としつつ、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2となるように秤量する母材成分秤量ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、一般式KNa(1−x−y)Nbで表されるKNN化合物の原材料を混合するとともに、当該混合物を粉砕して第1の粉体を得る第1混合粉砕ステップと、
前記第1の粉体を仮焼成して前記KNN化合物の粉体を生成する仮焼成ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、前記第1の粉体の起源となった原材料以外の原材料に、化合物Bi を主成分として含むBi系ガラスを前記基本化合物に対し0.08wt%よりも多く15.0wt%以下の添加量で混合するとともに、当該混合物を粉砕して第2の粉体を得る第2混合粉砕ステップと、
前記第2の粉体を熱処理することで焼結添加剤の粉体を生成する焼結添加剤生成ステップと、
前記KNN化合物の粉体と前記焼結添加剤の粉体との混合物を焼結する焼成ステップと、
を含むことを特徴とする圧電材料の製造方法。
A method for manufacturing a piezoelectric material, comprising:
The raw materials of the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) the base material represented by O 3, while subject to x + y <1, 0 ≦ x ≦ 0 .3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.2, and a base material component weighing step for weighing.
Among the weighed raw materials of the base material, the raw material of the KNN compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 is mixed, and the mixture is pulverized to obtain the first powder A first mixing and grinding step to obtain a body;
Pre-baking step of pre-baking the first powder to produce a powder of the KNN compound;
0.08 wt% of Bi based glass containing compound Bi 2 O 3 as a main component in the weighed raw materials other than the raw material that is the origin of the first powder. A second mixing and pulverizing step in which the mixture is mixed at an addition amount of more than 1% and 15.0 wt% or less, and the mixture is pulverized to obtain a second powder;
A sintering additive generating step of generating a powder of the sintering additive by heat-treating the second powder;
A firing step of sintering a mixture of the powder of the KNN compound and the powder of the sintering additive;
A method for producing a piezoelectric material, comprising:
圧電材料の製造方法であって、
一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表わされる母材の原材料を、x+y<1を条件としつつ、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2となるように秤量する母材成分秤量ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、一般式KNa(1−x−y)Nbで表されるKNN化合物の原材料を混合するとともに、当該混合物を粉砕して第1の粉体を得る第1混合粉砕ステップと、
前記第1の粉体を仮焼成して前記KNN化合物の粉体を生成する仮焼成ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、前記第1の粉体の起源となった原材料以外の原材料に、化合物ZnOを主成分として含むZn系ガラスを前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く15.0wt%以下の添加量で混合するとともに、当該混合物を粉砕して第2の粉体を得る第2混合粉砕ステップと、
前記第2の粉体を熱処理することで焼結添加剤の粉体を生成する焼結添加剤生成ステップと、
前記KNN化合物の粉体と前記焼結添加剤の粉体との混合物を焼結する焼成ステップと、
を含むことを特徴とする圧電材料の製造方法。
A method for manufacturing a piezoelectric material, comprising:
The raw materials of the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) the base material represented by O 3, while subject to x + y <1, 0 ≦ x ≦ 0 .3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.2, and a base material component weighing step for weighing.
Among the weighed raw materials of the base material, the raw material of the KNN compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 is mixed, and the mixture is pulverized to obtain the first powder A first mixing and grinding step to obtain a body;
Pre-baking step of pre-baking the first powder to produce a powder of the KNN compound;
Of the raw materials of the base material weighed, a Zn-based glass containing a compound ZnO as a main component in a raw material other than the raw material from which the first powder originated is less than 0.07 wt% with respect to the basic compound. A second mixing and pulverizing step of mixing at an addition amount of not more than 15.0 wt% and pulverizing the mixture to obtain a second powder;
A sintering additive generating step of generating a powder of the sintering additive by heat-treating the second powder;
A firing step of sintering a mixture of the powder of the KNN compound and the powder of the sintering additive;
A method for producing a piezoelectric material, comprising:
圧電材料の製造方法であって、
一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表わされる母材の原材料を、x+y<1を条件としつつ、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2となるように秤量する母材成分秤量ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、一般式KNa(1−x−y)Nbで表されるKNN化合物の原材料を混合するとともに、当該混合物を粉砕して第1の粉体を得る第1混合粉砕ステップと、
前記第1の粉体を仮焼成して前記KNN化合物の粉体を生成する仮焼成ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、前記第1の粉体の起源となった原材料以外の原材料に、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含まないSi系ガラスを前記基本化合物に対し0.07wt%よりも多く15.0wt%以下の添加量で混合するとともに、当該混合物を粉砕して第2の粉体を得る第2混合粉砕ステップと、
前記第2の粉体を熱処理することで焼結添加剤の粉体を生成する焼結添加剤生成ステップと、
前記KNN化合物の粉体と前記焼結添加剤の粉体との混合物を焼結する焼成ステップと、
を含むことを特徴とする圧電材料の製造方法。
A method for manufacturing a piezoelectric material, comprising:
The raw materials of the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) the base material represented by O 3, while subject to x + y <1, 0 ≦ x ≦ 0 .3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.2, and a base material component weighing step for weighing.
Among the weighed raw materials of the base material, the raw material of the KNN compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 is mixed, and the mixture is pulverized to obtain the first powder A first mixing and grinding step to obtain a body;
Pre-baking step of pre-baking the first powder to produce a powder of the KNN compound;
Of the raw materials of the base material weighed, raw materials other than the raw material from which the first powder is derived include Si-based glass containing the compound SiO 2 as a main component and not containing Li 2 O as the basic compound. And a second mixing and pulverizing step of mixing the mixture in an addition amount of 0.07 wt% to 15.0 wt% , and pulverizing the mixture to obtain a second powder;
A sintering additive generating step of generating a powder of the sintering additive by heat-treating the second powder;
A firing step of sintering a mixture of the powder of the KNN compound and the powder of the sintering additive;
A method for producing a piezoelectric material, comprising:
圧電材料の製造方法であって、
一般式LiNa(1−x−y)NbTaSb(1−a−b)で表わされる母材の原材料を、x+y<1を条件としつつ、0≦x≦0.3、0.1≦y≦0.7、0.3≦a≦0.9、0≦b≦0.2となるように秤量する母材成分秤量ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、一般式KNa(1−x−y)Nbで表されるKNN化合物の原材料を混合するとともに、当該混合物を粉砕して第1の粉体を得る第1混合粉砕ステップと、
前記第1の粉体を仮焼成して前記KNN化合物の粉体を生成する仮焼成ステップと、
前記秤量した前記母材の原材料のうち、前記第1の粉体の起源となった原材料以外の原材料に、化合物SiO を主成分とするとともにLi Oを含むLi系ガラスを前記基本化合物に対し0.1wt%よりも多く10.0wt%以下の添加量で混合するとともに、当該混合物を粉砕して第2の粉体を得る第2混合粉砕ステップと、
前記第2の粉体を熱処理することで焼結添加剤の粉体を生成する焼結添加剤生成ステップと、
前記第2の粉体を熱処理することで焼結添加剤の粉体を生成する焼結添加剤生成ステップと、
前記KNN化合物の粉体と前記焼結添加剤の粉体との混合物を焼結する焼成ステップと、
を含むことを特徴とする圧電材料の製造方法。
A method for manufacturing a piezoelectric material, comprising:
The raw materials of the general formula Li x K y Na (1- x-y) Nb a Ta b Sb (1-a-b) the base material represented by O 3, while subject to x + y <1, 0 ≦ x ≦ 0 .3, 0.1 ≦ y ≦ 0.7, 0.3 ≦ a ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.2, and a base material component weighing step for weighing.
Among the weighed raw materials of the base material, the raw material of the KNN compound represented by the general formula K y Na (1-xy) Nb a O 3 is mixed, and the mixture is pulverized to obtain the first powder A first mixing and grinding step to obtain a body;
Pre-baking step of pre-baking the first powder to produce a powder of the KNN compound;
Of the raw materials of the base material weighed, a raw material other than the raw material from which the first powder originated, and a Li-based glass containing Li 2 O as a main component and a compound SiO 2 as a main component is used as the basic compound. A second mixing and pulverizing step in which the mixture is mixed at an addition amount of more than 0.1 wt% and not more than 10.0 wt% , and the mixture is pulverized to obtain a second powder;
A sintering additive generating step of generating a powder of the sintering additive by heat-treating the second powder;
A sintering additive generating step of generating a powder of the sintering additive by heat-treating the second powder;
A firing step of sintering a mixture of the powder of the KNN compound and the powder of the sintering additive;
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