JPH10324569A - 圧電体磁器組成物 - Google Patents
圧電体磁器組成物Info
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- JPH10324569A JPH10324569A JP10069326A JP6932698A JPH10324569A JP H10324569 A JPH10324569 A JP H10324569A JP 10069326 A JP10069326 A JP 10069326A JP 6932698 A JP6932698 A JP 6932698A JP H10324569 A JPH10324569 A JP H10324569A
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- piezoelectric ceramic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】無鉛で優れた圧電特性を示し、低公害化、対環
境性、生態学的見地から優れた圧電材料を実現する。 【解決手段】 ｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔Ｍ
ｅＮｂＯ3〕−（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（Ｍ
ｅはＫまたはＮａを示す）と表したとき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜０．５を満たす
領域の範囲内にある圧電体磁器組成物とした。
境性、生態学的見地から優れた圧電材料を実現する。 【解決手段】 ｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔Ｍ
ｅＮｂＯ3〕−（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（Ｍ
ｅはＫまたはＮａを示す）と表したとき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜０．５を満たす
領域の範囲内にある圧電体磁器組成物とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアクチュエータ、セ
ンサーまたはレゾネータ等の分野で幅広く応用されてい
る圧電体材料に関する。
ンサーまたはレゾネータ等の分野で幅広く応用されてい
る圧電体材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電体は、外部から電界を印加させるこ
とにより歪みを発生する（電気エネルギーの機械エネル
ギーへの変換）効果と、外部から応力を受けることによ
って表面に電荷が発生する（機械エネルギーの電気エネ
ルギーへの変換）効果を有する材料であり、アクチュエ
ータ、センサー等の分野で幅広く利用されている。例え
ば圧電体は、印加電圧に対して、例えばＰＺＴ（ジルコ
ン酸チタン酸鉛）の場合には１０-10 m／Ｖのオーダー
でほぼ比例した歪みを発生することから、微少な位置調
整等の応用に優れており、光学系の微調整等にも利用さ
れている。また、それとは逆に、加えられた応力あるい
はそれによる自身の変形量に比例した大きさの電荷が発
生することから、微少な力や変形を読み取るためのセン
サーとしても利用されている。また、圧電体は優れた応
答性を有することから、交流電界を印加することで、圧
電体自身あるいは圧電体と接合関係にある弾性体を励振
し、共振を起こさせることも可能である。
とにより歪みを発生する（電気エネルギーの機械エネル
ギーへの変換）効果と、外部から応力を受けることによ
って表面に電荷が発生する（機械エネルギーの電気エネ
ルギーへの変換）効果を有する材料であり、アクチュエ
ータ、センサー等の分野で幅広く利用されている。例え
ば圧電体は、印加電圧に対して、例えばＰＺＴ（ジルコ
ン酸チタン酸鉛）の場合には１０-10 m／Ｖのオーダー
でほぼ比例した歪みを発生することから、微少な位置調
整等の応用に優れており、光学系の微調整等にも利用さ
れている。また、それとは逆に、加えられた応力あるい
はそれによる自身の変形量に比例した大きさの電荷が発
生することから、微少な力や変形を読み取るためのセン
サーとしても利用されている。また、圧電体は優れた応
答性を有することから、交流電界を印加することで、圧
電体自身あるいは圧電体と接合関係にある弾性体を励振
し、共振を起こさせることも可能である。
【０００３】現在実用化されている圧電材料の大部分
は、ＰｂＺｒＯ3（ＰＺ）−ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）からな
る固溶体系（ＰＺＴ系）である。その理由は、三方晶系
のＰＺと正方晶（菱晶）系のＰＴの結晶学的な相境界
（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）付近の組成を用いることで、優れた圧
電特性を持つ材料が得られるからである。ＰＺＴはこの
Ｍ．Ｐ．Ｂ．の組成に対し様々な副成分、添加物を加え
ることにより、多種多様なニーズに答えるための幅広い
組成の製品が開発されている。例えば、機械的品質係数
（Ｑm ）が小さいかわりに圧電定数（ｄ33）が大きく、
直流的な使い方で大きな変位量が求められる位置調整用
のアクチュエータ等に用いられるものから、圧電定数
（ｄ33）が小さいかわりに機械的品質係数（Ｑm ）が大
きく、超音波モータ等の超音波発生素子のような交流的
な使い方をする用途に向いているものまで様々なものが
ある。
は、ＰｂＺｒＯ3（ＰＺ）−ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）からな
る固溶体系（ＰＺＴ系）である。その理由は、三方晶系
のＰＺと正方晶（菱晶）系のＰＴの結晶学的な相境界
（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）付近の組成を用いることで、優れた圧
電特性を持つ材料が得られるからである。ＰＺＴはこの
Ｍ．Ｐ．Ｂ．の組成に対し様々な副成分、添加物を加え
ることにより、多種多様なニーズに答えるための幅広い
組成の製品が開発されている。例えば、機械的品質係数
（Ｑm ）が小さいかわりに圧電定数（ｄ33）が大きく、
直流的な使い方で大きな変位量が求められる位置調整用
のアクチュエータ等に用いられるものから、圧電定数
（ｄ33）が小さいかわりに機械的品質係数（Ｑm ）が大
きく、超音波モータ等の超音波発生素子のような交流的
な使い方をする用途に向いているものまで様々なものが
ある。
【０００４】その他、現在実用化されている圧電、電歪
材料の殆どのものがＰＺＴ、ＰＭＮ（マグネシウム酸ニ
オブ酸鉛）あるいはそれ以外の鉛系ペロブスカイト組成
を主成分とする固溶体組成である。
材料の殆どのものがＰＺＴ、ＰＭＮ（マグネシウム酸ニ
オブ酸鉛）あるいはそれ以外の鉛系ペロブスカイト組成
を主成分とする固溶体組成である。
【０００５】ところが、これらの鉛系圧電（電歪）材料
は、主成分として低温でも揮発性の極めて高い酸化鉛
（ＰｂＯ）を、６０〜７０wt％程度と多量に含んでい
る。例えば、ＰＺＴやＰＭＮでは、重量比で約２／３が
酸化鉛である。これらの圧電材料は、セラミックスある
いは単結晶品として製造する際に、焼成、溶融等の熱処
理が不可避なプロセスであり、工業レベルで考えた場
合、揮発性成分である酸化鉛の大気中への揮発、拡散量
は極めて多量である。また、製造段階で放出される酸化
鉛は回収可能であるが、工業製品として市場に放出され
た圧電材料に含有される酸化鉛は、現状ではその殆どが
回収不能であり、これらが広く環境中に放出された場
合、酸性雨その他の公害の原因として作用することは避
けられない。従って、今後圧電セラミックスおよび単結
晶の応用分野が広がり、使用量が増大することで、低公
害化つまり無鉛化の問題が極めて重要な課題となる。
は、主成分として低温でも揮発性の極めて高い酸化鉛
（ＰｂＯ）を、６０〜７０wt％程度と多量に含んでい
る。例えば、ＰＺＴやＰＭＮでは、重量比で約２／３が
酸化鉛である。これらの圧電材料は、セラミックスある
いは単結晶品として製造する際に、焼成、溶融等の熱処
理が不可避なプロセスであり、工業レベルで考えた場
合、揮発性成分である酸化鉛の大気中への揮発、拡散量
は極めて多量である。また、製造段階で放出される酸化
鉛は回収可能であるが、工業製品として市場に放出され
た圧電材料に含有される酸化鉛は、現状ではその殆どが
回収不能であり、これらが広く環境中に放出された場
合、酸性雨その他の公害の原因として作用することは避
けられない。従って、今後圧電セラミックスおよび単結
晶の応用分野が広がり、使用量が増大することで、低公
害化つまり無鉛化の問題が極めて重要な課題となる。
【０００６】鉛を全く含有しない圧電材料として、例え
ばＢａＴｉＯ3やＢｉ層状強誘電体が知られている。し
かし、前者はキュリー点が１２０℃と低く、その温度以
上では圧電性が消失してしまうため、車載用等の用途を
考えると実用的でない。後者は、通常４００℃以上のキ
ュリー点を有しており、熱的安定性に優れているが、結
晶異方性が大きいため、ホットフォージング等で自発分
極を配向させる必要があり、生産性の点で問題がある。
また、完全に鉛の含有を無くすと、大きな圧電性を得る
ことが困難になる。
ばＢａＴｉＯ3やＢｉ層状強誘電体が知られている。し
かし、前者はキュリー点が１２０℃と低く、その温度以
上では圧電性が消失してしまうため、車載用等の用途を
考えると実用的でない。後者は、通常４００℃以上のキ
ュリー点を有しており、熱的安定性に優れているが、結
晶異方性が大きいため、ホットフォージング等で自発分
極を配向させる必要があり、生産性の点で問題がある。
また、完全に鉛の含有を無くすと、大きな圧電性を得る
ことが困難になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、無鉛
で優れた圧電特性を示し、低公害化、対環境性、生態学
的見地から優れた圧電材料を提供することである。
で優れた圧電特性を示し、低公害化、対環境性、生態学
的見地から優れた圧電材料を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
により達成される。 （１） ｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔ＭｅＮｂ
Ｏ3〕−（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（ＭｅはＫ
またはＮａを示す）と表したとき、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、 ０＜ｘ＜１、 ０≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．５ を満たす領域の範囲内にある圧電体磁器組成物。 （２） 前記ｘ、ｙ、ｚが、 ０．７≦ｘ＜１、 ０≦ｙ≦０．２、 ０＜ｚ≦０．３ の範囲である上記（１）の圧電体磁器組成物。 （３） 前記ＭｅはＫであって、ｘ、ｙ、ｚが、 ０＜ｘ＜０．１、 ０．９≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．１ の範囲である上記（１）の圧電体磁器組成物。
により達成される。 （１） ｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔ＭｅＮｂ
Ｏ3〕−（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（ＭｅはＫ
またはＮａを示す）と表したとき、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、 ０＜ｘ＜１、 ０≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．５ を満たす領域の範囲内にある圧電体磁器組成物。 （２） 前記ｘ、ｙ、ｚが、 ０．７≦ｘ＜１、 ０≦ｙ≦０．２、 ０＜ｚ≦０．３ の範囲である上記（１）の圧電体磁器組成物。 （３） 前記ＭｅはＫであって、ｘ、ｙ、ｚが、 ０＜ｘ＜０．１、 ０．９≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．１ の範囲である上記（１）の圧電体磁器組成物。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の圧電体磁器組成物は、 ｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔ＭｅＮｂＯ3〕−
（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（ＭｅはＫまたはＮ
ａ）の組成で表したとき、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、 ０＜ｘ＜１、 ０≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．５ を満たす領域の範囲内にある。
（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（ＭｅはＫまたはＮ
ａ）の組成で表したとき、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、 ０＜ｘ＜１、 ０≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．５ を満たす領域の範囲内にある。
【００１０】このような３成分系の組成とすることで、
優れた圧電特性が得られる。すなわち〔Ｂｉ1/2Ｎ
ａ1/2〕ＴｉＯ3（ＢＮＴ）系、はキュリー点が３２０℃
の強誘電体であり、三方晶系のペロブスカイト型結晶構
造をとる。ＭｅＮｂＯ3は斜方晶系のペロブスカイト型
構造をとる。これら、三方晶系ペロプスカイト型誘電体
と、斜方晶系ペロブスカイト型誘電体とを固溶させるこ
とにより優れた圧電特性が得られる。また、これらに
〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕を加えることで、３価のＳｃが
ＢＮＴの〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕Ｔｉを置換する。また、そ
の組成比によっては圧電特性の変態点が高い方向に移動
し（約２００℃から約２３０℃程度）、圧電特性の温度
特性が改善される。しかも鉛を全く含有しない組成であ
るため、焼成時に鉛が揮発することがなく、製品として
市場に流通した後も、環境中に鉛が放出される危険もな
く、低公害化、対環境性、生態学的見地から極めて優れ
た圧電体磁器組成物となる。
優れた圧電特性が得られる。すなわち〔Ｂｉ1/2Ｎ
ａ1/2〕ＴｉＯ3（ＢＮＴ）系、はキュリー点が３２０℃
の強誘電体であり、三方晶系のペロブスカイト型結晶構
造をとる。ＭｅＮｂＯ3は斜方晶系のペロブスカイト型
構造をとる。これら、三方晶系ペロプスカイト型誘電体
と、斜方晶系ペロブスカイト型誘電体とを固溶させるこ
とにより優れた圧電特性が得られる。また、これらに
〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕を加えることで、３価のＳｃが
ＢＮＴの〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕Ｔｉを置換する。また、そ
の組成比によっては圧電特性の変態点が高い方向に移動
し（約２００℃から約２３０℃程度）、圧電特性の温度
特性が改善される。しかも鉛を全く含有しない組成であ
るため、焼成時に鉛が揮発することがなく、製品として
市場に流通した後も、環境中に鉛が放出される危険もな
く、低公害化、対環境性、生態学的見地から極めて優れ
た圧電体磁器組成物となる。
【００１１】各成分の組成比ｘ、ｙ、ｚはその合計が１
となり、ｙは０であってもよいが、ｘ、ｚそれぞれが０
となることはない。その下限値は、特に規制するもので
はないが、通常０．００１程度である。ｚの値が０．５
以上になると焼結性が悪化し、焼結が困難となる。
となり、ｙは０であってもよいが、ｘ、ｚそれぞれが０
となることはない。その下限値は、特に規制するもので
はないが、通常０．００１程度である。ｚの値が０．５
以上になると焼結性が悪化し、焼結が困難となる。
【００１２】組成比ｘ、ｙ、ｚは好ましくは、 ０．７≦ｘ＜１、 ０≦ｙ≦０．２、 ０＜ｚ≦０．３
【００１３】より好ましくは、 ０．９５≦ｘ＜１、 ０≦ｙ≦０．０３、 ０＜ｚ≦０．０４
【００１４】特に好ましくは、 ０．９６≦ｘ＜１、 ０≦ｙ≦０．０２５、 ０＜ｚ≦０．０４
【００１５】もしくは、前記ＭｅがＫの場合には、 ０＜ｘ＜０．１、 ０．９≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．１ の範囲であってもよい。
【００１６】ＭｅＮｂＯ3は、ＫＮｂＯ3であっても、Ｎ
ａＮｂＯ3であってもよい。ＫＮｂＯ3は強誘電体である
ため、これを添加することにより圧電特性が改善される
が、添加量により焼結温度が低下する場合がある。Ｎａ
ＮｂＯ3は室温で反誘電体であるため、添加量が多いと
圧電特性が悪化することがある。なお、上記組成におけ
る各酸化物は、上記組成における化学量論組成から±１
０％程度偏倚していてもよい。
ａＮｂＯ3であってもよい。ＫＮｂＯ3は強誘電体である
ため、これを添加することにより圧電特性が改善される
が、添加量により焼結温度が低下する場合がある。Ｎａ
ＮｂＯ3は室温で反誘電体であるため、添加量が多いと
圧電特性が悪化することがある。なお、上記組成におけ
る各酸化物は、上記組成における化学量論組成から±１
０％程度偏倚していてもよい。
【００１７】さらに、前記組成に加えて、添加物として
Ｍｎ等を添加してもよい。これらの添加物を加えること
により、機械品質係数Ｑm が格段に向上する。これらの
添加物の添加量は上記組成物に対して、好ましくは０．
００５〜１wt％、より好ましくは０．２〜０．８wt％、
特に０．４〜０．７wt％の範囲が好ましい。これら添加
物は、主に前記〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3のＴｉに置
換するものと考えられるが、その他の部分に置換しても
よいし、粒界に存在していてもよい。通常、Ｍｎ等の添
加物は、ＭｎＣＯ3やＭｎＣＯ4等の酸化物の形で添加さ
れる。
Ｍｎ等を添加してもよい。これらの添加物を加えること
により、機械品質係数Ｑm が格段に向上する。これらの
添加物の添加量は上記組成物に対して、好ましくは０．
００５〜１wt％、より好ましくは０．２〜０．８wt％、
特に０．４〜０．７wt％の範囲が好ましい。これら添加
物は、主に前記〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3のＴｉに置
換するものと考えられるが、その他の部分に置換しても
よいし、粒界に存在していてもよい。通常、Ｍｎ等の添
加物は、ＭｎＣＯ3やＭｎＣＯ4等の酸化物の形で添加さ
れる。
【００１８】次に、本発明の圧電体磁器組成物の製造方
法について説明する。まず出発原料として、酸化ビスマ
ス（Ｂｉ2Ｏ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）または
炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、
酸化チタン（ＴｉＯ2）等の粉末原料を用いる。好まし
くは１００℃以上で十分に乾燥した粉末原料を、最終組
成が上記の本発明の範囲となるよう秤量し、有機溶媒
中、５〜２０時間のボールミル混合を行い原料粉末を十
分に混合する。混合した粉末原料を十分乾燥させた後、
プレス成形を施し、７５０〜９００℃程度で１〜３時間
程度の仮焼処理を行う。さらに仮焼物をボールミル等で
１０〜３０時間粉砕した後、再び乾燥し、バインダーを
加えて造粒し、造粒粉をプレス成型して例えばペレット
形状とし、４００〜６００℃で２〜４時間程度の熱処理
を行ってバインダーを揮発させた後、９５０℃〜１３０
０℃程度で２〜４時間前後の本焼成を行う。焼成条件
は、昇温、降温共に８０〜１５０℃／分程度である。本
焼成により得られた圧電体磁器組成物を必要に応じて研
磨し、電極を設ける。その後、２５℃〜１００℃のシリ
コン中で５ＭV/m 〜１０ＭV/m の電界を５分間から１時
間印加して分極処理を行う。
法について説明する。まず出発原料として、酸化ビスマ
ス（Ｂｉ2Ｏ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）または
炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、
酸化チタン（ＴｉＯ2）等の粉末原料を用いる。好まし
くは１００℃以上で十分に乾燥した粉末原料を、最終組
成が上記の本発明の範囲となるよう秤量し、有機溶媒
中、５〜２０時間のボールミル混合を行い原料粉末を十
分に混合する。混合した粉末原料を十分乾燥させた後、
プレス成形を施し、７５０〜９００℃程度で１〜３時間
程度の仮焼処理を行う。さらに仮焼物をボールミル等で
１０〜３０時間粉砕した後、再び乾燥し、バインダーを
加えて造粒し、造粒粉をプレス成型して例えばペレット
形状とし、４００〜６００℃で２〜４時間程度の熱処理
を行ってバインダーを揮発させた後、９５０℃〜１３０
０℃程度で２〜４時間前後の本焼成を行う。焼成条件
は、昇温、降温共に８０〜１５０℃／分程度である。本
焼成により得られた圧電体磁器組成物を必要に応じて研
磨し、電極を設ける。その後、２５℃〜１００℃のシリ
コン中で５ＭV/m 〜１０ＭV/m の電界を５分間から１時
間印加して分極処理を行う。
【００１９】本発明の圧電体磁器組成物は、結晶粒の平
均粒径が０．５〜１０μm 、より好ましくは１〜５μm
、特に３μm 程度が好ましい。そして、ペロブスカイ
ト構造を示す。
均粒径が０．５〜１０μm 、より好ましくは１〜５μm
、特に３μm 程度が好ましい。そして、ペロブスカイ
ト構造を示す。
【００２０】
〔実験例１〕出発原料として、酸化ビスマス（Ｂｉ
2Ｏ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、酸化ニオブ
（Ｎｂ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ3）の粉末原料を用
いた。１００℃以上で十分に乾燥した粉末原料を、〔Ｂ
ｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3に対しＫＮｂＯ3が０〜７ mol％
となるよう秤量し、アセトン溶媒中、ジルコニアボール
を用いて約１０時間のボールミル混合を行った。混合し
た粉末原料を十分乾燥させた後、プレス成形を施し、８
００℃で２時間の仮焼処理を行った。さらにこれをボー
ルミルで約２０時間粉砕した後、再び乾燥し、バインダ
ーとしてＰＶＡ（ポリビニールアルコール）を加えて造
粒した。この造粒粉は一軸プレス成型機を用い、１０×
１０6〜２０×１０6Paの加重を加え、直径２０mm、厚さ
１．５mmの円盤状ペレットに成形した。成形した試料は
５００℃で３時間の熱処理を行ってバインダーを揮発さ
せた後、９５０℃〜１３００℃で２〜４時間の本焼成を
行った。焼成条件は、昇温、降温共に１００℃／分であ
る。本焼成により得られた試料を、厚さ約０．４〜０．
５mmの平行平板に研磨した後、銀ペーストを５５０℃で
焼き付け、電極とした。
2Ｏ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、酸化ニオブ
（Ｎｂ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ3）の粉末原料を用
いた。１００℃以上で十分に乾燥した粉末原料を、〔Ｂ
ｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3に対しＫＮｂＯ3が０〜７ mol％
となるよう秤量し、アセトン溶媒中、ジルコニアボール
を用いて約１０時間のボールミル混合を行った。混合し
た粉末原料を十分乾燥させた後、プレス成形を施し、８
００℃で２時間の仮焼処理を行った。さらにこれをボー
ルミルで約２０時間粉砕した後、再び乾燥し、バインダ
ーとしてＰＶＡ（ポリビニールアルコール）を加えて造
粒した。この造粒粉は一軸プレス成型機を用い、１０×
１０6〜２０×１０6Paの加重を加え、直径２０mm、厚さ
１．５mmの円盤状ペレットに成形した。成形した試料は
５００℃で３時間の熱処理を行ってバインダーを揮発さ
せた後、９５０℃〜１３００℃で２〜４時間の本焼成を
行った。焼成条件は、昇温、降温共に１００℃／分であ
る。本焼成により得られた試料を、厚さ約０．４〜０．
５mmの平行平板に研磨した後、銀ペーストを５５０℃で
焼き付け、電極とした。
【００２１】得られた各サンプルについて、機械的結合
係数Ｋ33を測定した。結果を図８に示す。図から明らか
なように、ＫＮｂＯ3の添加により機械的結合係数が改
善されていることがわかる。
係数Ｋ33を測定した。結果を図８に示す。図から明らか
なように、ＫＮｂＯ3の添加により機械的結合係数が改
善されていることがわかる。
【００２２】〔実施例１〕出発原料として、酸化ビスマ
ス（Ｂｉ2Ｏ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、酸化
ニオブ（Ｎｂ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ3）の粉末原
料を用いた。１００℃以上で十分に乾燥した粉末原料を
表１の組成となるよう秤量し、アセトン溶媒中、ジルコ
ニアボールを用いて約１０時間のボールミル混合を行っ
た。混合した粉末原料を十分乾燥させた後、プレス成形
を施し、８００℃で２時間の仮焼処理を行った。さらに
これをボールミルで約２０時間粉砕した後、再び乾燥
し、バインダーとしてＰＶＡ（ポリビニールアルコー
ル）を加えて造粒した。この造粒粉は一軸プレス成型機
を用い、１０×１０6〜２０×１０6Paの加重を加え、直
径２０mm、厚さ１．５mmの円盤状ペレットに成形した。
成形した試料は５００℃で３時間の熱処理を行ってバイ
ンダーを揮発させた後、９５０℃〜１３００℃で２〜４
時間の本焼成を行った。焼成条件は、昇温、降温共に１
００℃／分である。本焼成により得られた試料を、厚さ
約０．４〜０．５mmの平行平板に研磨した後、銀ペース
トを５５０℃で焼き付け、電極とした。次いで、分極処
理を行った後、ダイシングソーを用い、２mm×２mmに切
り出して評価用サンプルを得た。
ス（Ｂｉ2Ｏ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、酸化
ニオブ（Ｎｂ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ3）の粉末原
料を用いた。１００℃以上で十分に乾燥した粉末原料を
表１の組成となるよう秤量し、アセトン溶媒中、ジルコ
ニアボールを用いて約１０時間のボールミル混合を行っ
た。混合した粉末原料を十分乾燥させた後、プレス成形
を施し、８００℃で２時間の仮焼処理を行った。さらに
これをボールミルで約２０時間粉砕した後、再び乾燥
し、バインダーとしてＰＶＡ（ポリビニールアルコー
ル）を加えて造粒した。この造粒粉は一軸プレス成型機
を用い、１０×１０6〜２０×１０6Paの加重を加え、直
径２０mm、厚さ１．５mmの円盤状ペレットに成形した。
成形した試料は５００℃で３時間の熱処理を行ってバイ
ンダーを揮発させた後、９５０℃〜１３００℃で２〜４
時間の本焼成を行った。焼成条件は、昇温、降温共に１
００℃／分である。本焼成により得られた試料を、厚さ
約０．４〜０．５mmの平行平板に研磨した後、銀ペース
トを５５０℃で焼き付け、電極とした。次いで、分極処
理を行った後、ダイシングソーを用い、２mm×２mmに切
り出して評価用サンプルを得た。
【００２３】得られた圧電体各サンプルNo.１〜７につ
いて、キュリー点、ヒステリシス特性、圧電特性を測定
した。ヒステリシス特性の測定にはソーヤタワー回路を
用い、５０HzでＤ−Ｅヒステリシスループの観察を行
い、残留分極と抗電界の値を求めた。圧電特性は、ＬＦ
インピーダンスアナライザー（ＹＨＰ４１９２Ａ）とデ
スクトップコンピュータを用いた自動測定器で、共振反
共振法により電気機械結合係数などの測定を行った。結
果を表１に示す。
いて、キュリー点、ヒステリシス特性、圧電特性を測定
した。ヒステリシス特性の測定にはソーヤタワー回路を
用い、５０HzでＤ−Ｅヒステリシスループの観察を行
い、残留分極と抗電界の値を求めた。圧電特性は、ＬＦ
インピーダンスアナライザー（ＹＨＰ４１９２Ａ）とデ
スクトップコンピュータを用いた自動測定器で、共振反
共振法により電気機械結合係数などの測定を行った。結
果を表１に示す。
【００２４】〔比較例１〕実施例１において、原料にチ
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）を用いた他は実施例１
と同様にしてサンプルNo.８を得た。得られたサンプルN
o.８について、実施例１と同様にして残留分極、電気機
械結合係数を測定した。結果を表１に示す。
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）を用いた他は実施例１
と同様にしてサンプルNo.８を得た。得られたサンプルN
o.８について、実施例１と同様にして残留分極、電気機
械結合係数を測定した。結果を表１に示す。
【００２５】〔比較例２〕実施例１において、原料にＮ
ａ0.5ＬａＢｉ3.5Ｔｉ4Ｏ15を用いた他は実施例１と同
様にしてサンプルNo.９を得た。得られたサンプルNo.９
について、実施例１と同様にして残留分極、電気機械結
合係数を測定した。結果を表１に示す。
ａ0.5ＬａＢｉ3.5Ｔｉ4Ｏ15を用いた他は実施例１と同
様にしてサンプルNo.９を得た。得られたサンプルNo.９
について、実施例１と同様にして残留分極、電気機械結
合係数を測定した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１から明らかなように、本発明のサンプ
ルは、酸化鉛を全く含有しない圧電セラミックスである
ＢａＴｉＯ3やＮａ0.5ＬａＢｉ3.5Ｔｉ4Ｏ15と比較し
て、熱的に安定なキュリー点を有し、大きな機械結合係
数を得られることがわかる。
ルは、酸化鉛を全く含有しない圧電セラミックスである
ＢａＴｉＯ3やＮａ0.5ＬａＢｉ3.5Ｔｉ4Ｏ15と比較し
て、熱的に安定なキュリー点を有し、大きな機械結合係
数を得られることがわかる。
【００２８】〔実施例２〕実施例１において、炭酸ナト
リウム（Ｎａ2ＣＯ3）に代えて炭酸カリウム（Ｋ2Ｃ
Ｏ3）を用い、その他は実施例１と同様にしてサンプル
を得た。得られたサンプルについて、実施例１と同様に
して評価したところ実施例１に比べ機械結合係数等圧電
特性の改善が認められた。
リウム（Ｎａ2ＣＯ3）に代えて炭酸カリウム（Ｋ2Ｃ
Ｏ3）を用い、その他は実施例１と同様にしてサンプル
を得た。得られたサンプルについて、実施例１と同様に
して評価したところ実施例１に比べ機械結合係数等圧電
特性の改善が認められた。
【００２９】〔実施例３〕実験例１において、ｘ〔Ｂｉ
1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔ＫＮｂＯ3〕に対して（ｚ／
２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕を、 ０＜ｘ＜０．１、 ０．９≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．１ の範囲となるように加え、実験例１と同様にしてサンプ
ルを得た。得られたサンプルについて、実験例１と同様
にして評価したところ、実験例１に比べ機械結合係数等
圧電特性がさらに改善されていることが認められた。
1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔ＫＮｂＯ3〕に対して（ｚ／
２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕を、 ０＜ｘ＜０．１、 ０．９≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．１ の範囲となるように加え、実験例１と同様にしてサンプ
ルを得た。得られたサンプルについて、実験例１と同様
にして評価したところ、実験例１に比べ機械結合係数等
圧電特性がさらに改善されていることが認められた。
【００３０】〔実施例４〕実施例１で得られたサンプル
No.１，３と同一のサンプルを用いてＸ線回折測定を行
った。結果を図１，２に示す。図１中（ｂ）は（ａ）の
４５度付近を拡大したものである。図から明らかなよう
にペロブスカイト構造の単一相を示していることがわか
る。また、正方晶と菱面晶のどちらともいえるピークの
挙動を示しているが、図１（ａ）の高角度側を観察する
と、ピークの分割は観察されないことから菱面晶である
と考えられる。次いで、サンプルNo.１、３についてＳ
ｉ粉末を混合させ、Ｘ線回折のピーク角度の補正を行
い、格子定数等を導き出した。結果を表２に示す。
No.１，３と同一のサンプルを用いてＸ線回折測定を行
った。結果を図１，２に示す。図１中（ｂ）は（ａ）の
４５度付近を拡大したものである。図から明らかなよう
にペロブスカイト構造の単一相を示していることがわか
る。また、正方晶と菱面晶のどちらともいえるピークの
挙動を示しているが、図１（ａ）の高角度側を観察する
と、ピークの分割は観察されないことから菱面晶である
と考えられる。次いで、サンプルNo.１、３についてＳ
ｉ粉末を混合させ、Ｘ線回折のピーク角度の補正を行
い、格子定数等を導き出した。結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】表２から明らかなように、本発明の圧電体
磁器組成物は９５％近い密度比が得られることがわか
る。この密度比は、１％の差でも圧電特性に与える影響
が大きく、優れた圧電特性が得られることが予測でき
る。
磁器組成物は９５％近い密度比が得られることがわか
る。この密度比は、１％の差でも圧電特性に与える影響
が大きく、優れた圧電特性が得られることが予測でき
る。
【００３３】さらに、サンプルNo.１，３各試料につい
て、分極条件（電界）を変えた場合の室温、５０Hzでの
ヒステリシス特性、ポーリング条件Tp＝２５℃、tp＝１
５ minでのアドミタンス周波数特性を測定した。そし
て、Ｋ33，Ｎ33を求めた。表３に得られた圧電特性（表
中、機械的品質係数をＱmで表す）を、図３，４にはサ
ンプルNo,１，３のアドミタンス−周波数特性をそれぞ
れ示す。
て、分極条件（電界）を変えた場合の室温、５０Hzでの
ヒステリシス特性、ポーリング条件Tp＝２５℃、tp＝１
５ minでのアドミタンス周波数特性を測定した。そし
て、Ｋ33，Ｎ33を求めた。表３に得られた圧電特性（表
中、機械的品質係数をＱmで表す）を、図３，４にはサ
ンプルNo,１，３のアドミタンス−周波数特性をそれぞ
れ示す。
【００３４】
【表３】
【００３５】表３から明らかなように、本発明の圧電体
磁器組成物は、優れた機械的品質係数を示すことがわか
る。
磁器組成物は、優れた機械的品質係数を示すことがわか
る。
【００３６】〔実施例５〕実施例１において、最終組成
がｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔ＫＮｂＯ3〕−
（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
と表したとき、ｙ＝０であって、ｚがそれぞれ０．０
２，０．０５，０．３０となるように原料を秤量し、そ
の他は実施例１と同様にして試料を作成した。
がｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔ＫＮｂＯ3〕−
（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
と表したとき、ｙ＝０であって、ｚがそれぞれ０．０
２，０．０５，０．３０となるように原料を秤量し、そ
の他は実施例１と同様にして試料を作成した。
【００３７】得られた各試料を１０５０℃で２時間、次
いで１０００℃で１時間（ｚ＝３０の試料は３０分）エ
ッチングし、表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影
した。得られた各試料の表面のＳＥＭ写真を図５〜図７
に示す。
いで１０００℃で１時間（ｚ＝３０の試料は３０分）エ
ッチングし、表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影
した。得られた各試料の表面のＳＥＭ写真を図５〜図７
に示す。
【００３８】〔実施例６〕実施例１において、最終組成
が表４の組成となるように原料粉末を秤量した他は実施
例１と同様にしてサンプルを得た。
が表４の組成となるように原料粉末を秤量した他は実施
例１と同様にしてサンプルを得た。
【００３９】得られた圧電体各サンプルNo.１１〜２３
について、キュリー点を測定し、実施例１と同様にして
共振反共振法により電気機械結合係数の測定を行った。
結果を表４に示す。
について、キュリー点を測定し、実施例１と同様にして
共振反共振法により電気機械結合係数の測定を行った。
結果を表４に示す。
【００４０】
【表４】
【００４１】表４から明らかなように、本発明のサンプ
ルは高いキュリー点と、電気機械結合係数を有している
ことがわかる。
ルは高いキュリー点と、電気機械結合係数を有している
ことがわかる。
【００４２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、無鉛で優
れた圧電特性を示し、低公害化、対環境性、生態学的見
地から優れた圧電材料が実現できる。
れた圧電特性を示し、低公害化、対環境性、生態学的見
地から優れた圧電材料が実現できる。
【図１】サンプルNo.１のＸ線回折の結果を示す図で、
（ｂ）は（ａ）の４５度付近の拡大図である。
（ｂ）は（ａ）の４５度付近の拡大図である。
【図２】サンプルNo.３のＸ線回折の結果を示す図であ
る。
る。
【図３】サンプルNo.１のアドミタンス周波数特性を示
す図である。
す図である。
【図４】サンプルNo.３のアドミタンス周波数特性を示
す図である。
す図である。
【図５】（１／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕の添加量；
ｚ＝０．０２のサンプルのＳＥＭ写真である。
ｚ＝０．０２のサンプルのＳＥＭ写真である。
【図６】ｚ＝０．０５のサンプルのＳＥＭ写真である。
【図７】ｚ＝０．３０のサンプルのＳＥＭ写真である。
【図８】ＫＮｂＯ3の添加量と、機械的結合係数Ｋ33の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】 ｘ〔Ｂｉ1/2Ｎａ1/2〕ＴｉＯ3−ｙ〔Ｍ
ｅＮｂＯ3〕−（ｚ／２）〔Ｂｉ2Ｏ3・Ｓｃ2Ｏ3〕（Ｍ
ｅはＫまたはＮａを示す）と表したとき、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、 ０＜ｘ＜１、 ０≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．５ を満たす領域の範囲内にある圧電体磁器組成物。 - 【請求項２】 前記ｘ、ｙ、ｚが、 ０．７≦ｘ＜１、 ０≦ｙ≦０．２、 ０＜ｚ≦０．３ の範囲である請求項１の圧電体磁器組成物。
- 【請求項３】 前記ＭｅはＫであって、ｘ、ｙ、ｚが、 ０＜ｘ＜０．１、 ０．９≦ｙ＜１、 ０＜ｚ＜０．１ の範囲である請求項１の圧電体磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10069326A JPH10324569A (ja) | 1997-03-28 | 1998-03-04 | 圧電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-95032 | 1997-03-28 | ||
| JP9503297 | 1997-03-28 | ||
| JP10069326A JPH10324569A (ja) | 1997-03-28 | 1998-03-04 | 圧電体磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10324569A true JPH10324569A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=26410527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10069326A Pending JPH10324569A (ja) | 1997-03-28 | 1998-03-04 | 圧電体磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10324569A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1081773A2 (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Sintered (Bi,Na)TiO3 piezoelectric body |
| KR100661234B1 (ko) * | 1999-08-26 | 2006-12-22 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 세라믹 조성물 및 이를 사용한 압전 세라믹 소자 |
| JP2011518757A (ja) * | 2008-04-30 | 2011-06-30 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | セラミック材料、セラミック材料の製造方法およびセラミック材料からなる部品 |
| JP2015038953A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-02-26 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電材料、圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、超音波センサー、圧電モーター及び発電装置 |
| US9276193B2 (en) | 2013-06-28 | 2016-03-01 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric material, piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, ultrasonic sensor, piezoelectric motor, and power generator |
| US9324933B2 (en) | 2013-06-28 | 2016-04-26 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric material, piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, ultrasonic sensor, piezoelectric motor, and power generator |
| US10427981B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-10-01 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric material, method of manufacturing the same, piezoelectric element, and piezoelectric element application device |
-
1998
- 1998-03-04 JP JP10069326A patent/JPH10324569A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100661234B1 (ko) * | 1999-08-26 | 2006-12-22 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 세라믹 조성물 및 이를 사용한 압전 세라믹 소자 |
| EP1081773A2 (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Sintered (Bi,Na)TiO3 piezoelectric body |
| US6531070B1 (en) | 1999-08-31 | 2003-03-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric body |
| EP1081773A3 (en) * | 1999-08-31 | 2004-03-31 | Ngk Insulators, Ltd. | Sintered (Bi,Na)TiO3 piezoelectric body |
| JP2011518757A (ja) * | 2008-04-30 | 2011-06-30 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | セラミック材料、セラミック材料の製造方法およびセラミック材料からなる部品 |
| US8786167B2 (en) | 2008-04-30 | 2014-07-22 | Epcos Ag | Ceramic material, method for the production of the ceramic material and component comprising the ceramic material |
| JP2015038953A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-02-26 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電材料、圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、超音波センサー、圧電モーター及び発電装置 |
| US9190601B2 (en) | 2013-06-28 | 2015-11-17 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric material, piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, ultrasonic sensor, piezoelectric motor, and power generator |
| US9276193B2 (en) | 2013-06-28 | 2016-03-01 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric material, piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, ultrasonic sensor, piezoelectric motor, and power generator |
| US9324933B2 (en) | 2013-06-28 | 2016-04-26 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric material, piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, ultrasonic sensor, piezoelectric motor, and power generator |
| US10427981B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-10-01 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric material, method of manufacturing the same, piezoelectric element, and piezoelectric element application device |
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