JPWO2007039971A1 - 圧電磁器組成物及び圧電部品 - Google Patents
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Abstract
圧電磁器組成物が、少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したビスマス層状化合物、例えば、（Ｓｒ0.9Ｎｄ0.1）Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を主成分とし、前記主成分１００重量部に対し、ＣｕをＣｕＯに換算して２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）、好ましくは０．０４重量部以上０．５重量部以下含有している。また、焼結性を向上させる観点からは前記主成分１００重量部に対しＭｎをＭｎＣＯ３換算で０．１重量部以上２重量部以下含有させるのが好ましい。そしてこれにより、急激な温度変化が生じても圧電性の劣化を招くことのない圧電磁器組成物、及びこれを使用した製造された圧電アクチュエータや圧電共振子等の圧電部品を得ることができる。
Description
本発明は圧電磁器組成物及び圧電部品に関し、より詳しくはビスマス層状化合物を主成分とする非鉛系の圧電磁器組成物、及び該圧電磁器組成物を使用した圧電共振子や圧電アクチュエータ等の圧電部品に関する。
近年、環境面への配慮等から鉛を含まない非鉛系圧電材料の開発が要請されている。そしてこのような状況下、ビスマス層状化合物を主成分とした圧電磁器組成物が注目されており、Ｓｒ、Ｂｉ、及びＮｂを主成分として含有したＳｒＢｉＮｂＯ系圧電磁器組成物（以下、「ＳＢＮ系圧電磁器組成物」という。）の研究・開発が盛んに行なわれている。
例えば、ＳＢＮ系圧電磁器組成物としては、一般式：Ｂｉ２（Ｓｒ1-xＭｘ）Ｎｂ２Ｏ９（ただし、Ｍは２価の金属元素、０≦ｘ≦０．３）で表され、ＭｎをＭｎＣＯ３に換算して１．０重量部以下（０を含まず）含有した圧電磁器組成物が提案されている（特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に開示されているＳＢＮ系圧電磁器組成物は、ビスマス層状化合物の中でも焦電作用の指標となる焦電係数が比較的高い。このため急激な温度変化が生じた場合に残留分極値の変化の影響を受けて脱分極（デポール）し易くなり、圧電特性の劣化を招くおそれがあるという問題点があった。
すなわち、圧電アクチュエータや圧電共振子等の圧電部品は、図４に示すように、圧電セラミック素体１０１の両主面に電極１０２ａ、１０２ｂが形成されている。
そして、圧電セラミック素体１０１が、ＳＢＮ系圧電磁器組成物で形成されている場合は、矢印ａ方向に分極処理が行なわれており、矢印ａ方向に残留分極を有する。したがって通常時は、空気中を浮遊しているイオンが圧電セラミック素体１０１の表面を中和するように吸着されており、圧電セラミック素体１０１の表面は電気的に中性の状態にある。
しかしながら、高温から低温への急激な温度変化が生じると、焦電作用により自発分極が増加するため、図５に示すように、両主面に形成される電荷（正電荷又は負電荷）の数量も増加する。そしてこのように増加した電荷は空気中のイオンによって中和されずに表面電荷（焦電電荷）を形成する。
この電荷は、矢印ｂで示す分極を減少させる方向（分極方向（矢印ａ）とは逆方向）に電界を発生させることから脱分極（デポール）が生じ、その結果、分極が十分に行われていない状態で圧電部品は駆動することとなり、十分な圧電特性を得ることができなくなる。
すなわち、特許文献１のようなＳＢＮ系圧電磁器組成物では、急激な温度変化が生じると圧電特性が劣化するという問題点があった。
一方、上述したようにＳＢＮ系圧電磁器組成物は焦電体であり、焦電係数が比較的大きく、急激な温度変化によって生じる残留分極の影響を受け易いが、共振周波数の温度変化率等が小さく、温度特性が安定していることから、圧電共振子や圧電アクチュエータ等の圧電部品の高精度化に適した圧電材料である。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、急激な温度変化が生じても圧電性の劣化を招くことのない圧電磁器組成物、及びこれを使用した製造された圧電アクチュエータや圧電共振子等の圧電部品を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべくＳＢＮ系圧電磁器組成物に着目して鋭意研究を行ったところ、少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したビスマス層状化合物を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＣｕ含有量がＣｕＯ換算で２重量部以下となるようにＳＢＮ系のビスマス層状化合物にＣｕ化合物を添加することにより、実用に供しうる程度の圧電特性を維持しながら、焦電作用を抑制することができ、これにより急激な温度変化が生じても残留分極の影響を極力回避することができ、脱分極が生じるのを防止することができるという知見を得た。
本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係る圧電磁器組成物は、少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したビスマス層状化合物を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯに換算して２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）含有することを特徴としている。
特に、Ｃｕの含有量をＣｕＯ換算で０．０４重量部以上０．５重量部以下の範囲で焦電作用を効果的に抑制することができる。
また、本発明の圧電磁器組成物は、前記主成分が、組成式ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９で表されることを特徴としている。
さらに、本発明の圧電磁器組成物は、前記Ｓｒの一部が、１価、２価、及び３価の金属元素の中から選択された１種以上の金属元素で置換されていることを特徴としている。
また、本発明の圧電磁器組成物は、前記Ｎｂの一部がＴａで置換されていることを特徴としている。
さらに、本発明の圧電磁器組成物は、前記主成分１００重量部に対してＭｎをＭｎＣＯ３に換算して０．１重量部以上２重量部以下含有することを特徴としている。
また、本発明に係る圧電部品は、セラミック素体の両主面に電極が形成された圧電部品において、前記セラミック素体が、上述した圧電磁器組成物で形成されていることを特徴としている。
本発明の圧電磁器組成物によれば、少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したビスマス層状化合物を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯに換算して２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）含有するので、焦電作用が抑制されて、残留分極の変化に起因した脱分極が生じるのを防止することができる。これにより急激な温度変化が生じても圧電性劣化を招くことのない圧電磁器組成物を得ることが可能となる。
また、前記主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯに換算して０．０４重量部以上０．５重量部以下の範囲で含有させることにより、圧電定数をほとんど劣化させないで焦電作用を確実に低減させた圧電磁器組成物を実現することができる。
また、本発明の圧電磁器組成物は、ＳＢＮ系のビスマス層状化合物を主成分とするものに適用でき、組成式ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９で表されるものの他、Ｓｒの一部が、１価、２価、及び３価の金属元素の中から選択された１種以上の金属元素で置換されたものや、Ｎｂの一部がＴａで置換されたものについても同様の作用効果を得ることができる。
また、前記主成分１００重量部に対してＭｎをＭｎＣＯ３に換算して０．１重量部以上２重量部以下含有させることにより、焼結性を向上させることができる。
さらに、本発明の圧電部品によれば、セラミック素体の両主面に電極が形成された圧電部品において、前記セラミック素体が、上述した圧電磁器組成物で形成されているので、急激な温度変化が生じても圧電性が劣化することのない高精度の圧電部品を得ることができる。
１ 圧電セラミック素体
２ａ、２ｂ 電極
２ａ、２ｂ 電極
次に、本発明の実施の形態を詳説する。
本発明に係る圧電磁器組成物は、少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したビスマス層状化合物、例えばＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯに換算して２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）含有している。
本発明に係る圧電磁器組成物は、少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したビスマス層状化合物、例えばＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯに換算して２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）含有している。
すなわち、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９に代表されるＳＢＮ系圧電磁器組成物は、自発分極を有する焦電体の中でも焦電係数が大きく、急激な温度変化が生じると残留分極の影響を受けて脱分極が生じ、圧電性の低下を招く。
そこで、上記のような課題に対して、本発明者らが鋭意研究を行ったところ、少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したＳＢＮ系のビスマス層状化合物を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＣｕ含有量がＣｕＯ換算で２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）となるように、上記ＳＢＮ系のビスマス層状化合物にＣｕ化合物を添加することにより、焦電係数Ｔｐを低下させることができ、これにより急激な温度変化が生じても圧電性劣化を回避できることを見出した。
ここで、Ｃｕ含有量をＣｕＯ換算で２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）としたのは以下の理由による。
すなわち、ＳＢＮ系ビスマス層状化合物にＣｕ化合物を添加させることにより、焦電係数Ｔｐは急激に減少するが、Ｃｕの含有量がＣｕＯ換算で２重量部を超えると圧電定数の急激な低下を招き、圧電機能を奏さなくなって圧電部品としての実用性を損なうおそれがある。
そこで、本実施の形態では、Ｃｕの含有量をＣｕＯ換算で２重量部以下に調整している。
尚、焦電係数Ｔｐの低減作用を十分に発揮し、かつ優れた圧電定数を得るためには、Ｃｕの含有量をＣｕＯ換算で０．０４重量部以上０．５重量部以下とするのが好ましい。
また、Ｃｕを含有させることにより焦電係数Ｔｐが低下する理由としては、ＳＢＮ系圧電磁器組成物とＣｕとの間で何らかの作用が働いているものと推察される。
例えば、ビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物であっても、Ｓｒ、Ｂｉ、及びＴｉを主成分としたＳｒＢｉＴｉＯ系圧電磁器組成物（以下、「ＳＢＴｉ系圧電磁器組成物」という。）が知られている（例えば、特開２００２−４７０６２号公報、特開２００２−１５４８７２号公報、特開２００４−１８９５０７号公報等）。このＳＢＴｉ系圧電磁器組成物の場合はＣｕを含有させると、却って焦電係数Ｔｐが上昇することが、本発明者らの実験結果により明らかとなった。このためＳＢＮ系圧電磁器組成物の場合には、Ｓｒ、Ｂｉ、及びＮｂを主成分としたＳＢＮ系圧電磁器組成物とＣｕとの間で何らかの作用が働き、焦電係数Ｔｐの低下に寄与するものと考えられる。
このようにＳＢＮ系のビスマス層状化合物にＣｕをＣｕＯ換算で２重量部以下（ただし、０重量部は含まず。）、好ましくは０．０４重量部以上０．５重量部以下含有させることにより、高い圧電定数を維持しながら、焦電係数Ｔｐを低下させることができる。したがって温度変化に伴う残留分極の変化が減少するため、温度変化や熱衝撃によって生じる自発分極を弱める方向の電界が小さくなり、これにより、脱分極しにくくなって温度変化に伴う圧電性の低下を抑制することができる。
尚、圧電磁器組成物中のＣｕの存在形態としては特に限定されるものではなく、例えばビスマス層状化合物に完全固溶している場合やビスマス層状化合物に一部固溶している場合、或いは結晶粒界に存在する場合等、いずれの存在形態であってもよい。
また、ＳＢＮ系ビスマス層状化合物としては、上述したＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９が代表的なものとして挙げられるが、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９中のＳｒの一部を１価の金属元素（Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ等）、２価の金属元素（Ｃａ、Ｂａ等）、及び３価の金属元素（Ｎｄ、Ｄｙ，Ｂｉ、Ｌａ）の中から選択された少なくとも１種以上で置換させたものであっても同様の作用効果を得ることができる。また、Ｎｂの一部をＴａで置換したものであっても同様の作用効果を得ることができる。ただし、Ｎｂの一部をＴａで置換する場合は、その置換モル量はモル分率で０．１モル以下が好ましい。これは置換モル量が０．１モルを超えるとキュリー点が低下して所望の圧電性能を確保できなくなるおそれがあるからである。
また、上記圧電磁器組成物中に焼結助剤としてＭｎを含有させるのも好ましい。すなわち、Ｍｎを含有させることにより焼結性が促進されて焼結温度を低下させることができ、その結果、焼成処理に使用される匣（さや）の消耗を抑制することができ、また最高焼成温度を得るためのエネルギーの低減を図ることができる。
ただし、Ｍｎの含有量は、前記主成分１００重量部に対してＭｎＣＯ３換算で０．１重量部以上２重量部以下が好ましい。これはＭｎの含有量がＭｎＣＯ３換算で０．１重量部未満の場合は、含有量が少なすぎるため焼結助剤としての作用を十分に発揮することができず、一方、Ｍｎの含有量が、前記主成分１００重量部に対してＭｎＣＯ３換算で２重量部を超えると絶縁抵抗が低下して所望の分極処理を行うことができなくなるおそれがあるからである。
図１は上記圧電磁器組成物を使用して得られた圧電部品の一実施の形態を示す断面図であって、該圧電部品は、上述した本発明の圧電磁器組成物からなる圧電セラミック素体１と、該圧電セラミック素体１の両主面に形成されたＡｇ等の導電性材料を主成分とした電極２ａ、２ｂとを有し、矢印Ａ方向に分極処理が施されている。
上記圧電部品は、例えば以下のようにして容易に製造することができる。
すなわち、主成分組成を構成する素原料としてのＳｒＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、及び必要に応じてＮｄ２Ｏ３やＴａ２Ｏ５等を所定量秤量する。さらに必要に応じ、焼結助剤としてのＭｎの含有量が主成分１００重量部に対してＭｎＣＯ３換算で０．１重量部以上２重量部以下となるようにＭｎ化合物を秤量する。これら秤量物を粉砕媒体及び水と共にボールミルに投入して混合し、湿式粉砕を行い、その後、脱水・乾燥処理を行い、次いで所定温度（例えば、８００〜１０００℃程度）で仮焼処理を行って仮焼物を得る。
次に、Ｃｕの含有量が主成分１００重量部に対してＣｕＯ換算で２重量部以下、好ましくは０．０４重量部以上０．５重量部以下となるように前記仮焼物にＣｕ化合物を添加し、さらに有機バインダ、分散剤、及び水を粉砕媒体の内有されたボールミル内で混合して再度湿式粉砕し、脱水、乾燥処理を行い、その後プレス加工を行って所定形状に成形されたセラミック成形体を得る。
次いで、例えば、４００〜６００℃程度の温度で、このセラミック成形体に脱バインダ処理を施した後、密閉された匣（さや）に収容し、１０００℃〜１２００℃程度の温度で焼成処理を行ってセラミック焼結体を作製する。その後、該セラミック焼結体の両主面に研磨処理を施して圧電セラミック素体１を作製し、その後スパッタリング法や真空蒸着法等の薄膜形成法やめっき法、電極ペーストの焼付け処理等の任意の方法で圧電セラミック素体１の両主面に電極２ａ、２ｂを形成する。
そしてこの後、所定温度に加熱されたシリコーンオイル中で所定電界を印加して分極処理を行い、これにより圧電部品を製造することができる。
このように上記圧電部品は本発明の圧電磁器組成物を使用して製造されているので、実用に供しうる程度の圧電定数を維持しつつも焦電係数Ｔｐを低下させることができる。したがって、急激な温度変化があっても焦電による脱分極が生じ難くなり、急激な温度変化が生じても所望の圧電性を維持することができ、圧電共振子や圧電アクチュエータ等の用途に好適な圧電部品を提供することができる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
また、圧電部品の構造としては、図１に示すような単板型が適している。すなわち、内部電極を有する積層型圧電部品の場合は、温度変化により自発分極が増加しても、例えば、内部電極の上面側に負電荷が増加し、下面側に正電荷が増加することとなる。よって、結果的に内部電極の上下面に生じた正電荷と負電荷によって中和され、残留分極は形成され難くなる。これに対し、単板型圧電部品の場合は、内部電極を有していないため、Ｃｕを含有していないＳＢＮ系圧電磁器組成物では、残留分極が形成され、該残留分極の影響を受けて脱分極し易くなる。
このように本発明の圧電磁器組成物は、用途的には単板型圧電部品に好適する。
次に、本発明の実施例を比較例と共に具体的に説明する。
〔実施例１〕
焼結後の主成分組成が組成式：（Ｓｒ0.9Ｎｄ0.1）Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を満たすようにＳｒＣＯ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、及びＮｂ２Ｏ５を秤量した。続いて前記主成分１００重量部に対して焼結助剤としてのＭｎＣＯ３を含有量が０．５重量部となるように秤量した。これら秤量物を粉砕媒体としてのジルコニアボールが内有されたボールミルに水と共に投入して混合し、十分に湿式粉砕を行った。そしてその後、脱水・乾燥処理を行い、温度８００℃〜１０００℃で仮焼処理を行って仮焼物を得た。
焼結後の主成分組成が組成式：（Ｓｒ0.9Ｎｄ0.1）Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を満たすようにＳｒＣＯ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、及びＮｂ２Ｏ５を秤量した。続いて前記主成分１００重量部に対して焼結助剤としてのＭｎＣＯ３を含有量が０．５重量部となるように秤量した。これら秤量物を粉砕媒体としてのジルコニアボールが内有されたボールミルに水と共に投入して混合し、十分に湿式粉砕を行った。そしてその後、脱水・乾燥処理を行い、温度８００℃〜１０００℃で仮焼処理を行って仮焼物を得た。
次に、前記主成分１００重量部に対しＣｕＯの含有量が０〜２．２重量部となるようなセラミック焼結体（圧電磁器組成物）が得られるように、前記仮焼物にＣｕＯを適宜添加し、さらに酢酸ビニル系の有機バインダ、アクリル酸系の分散剤、及び水をジルコニアボールと共にボールミル内で混合して再度湿式粉砕し、脱水、乾燥処理を行い粉末を得た。得られた粉末をその後円板状にプレス加工を施し、直径１２ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのセラミック成形体を得た。
次いで、このセラミック成形体に温度５００℃で脱バインダ処理を施し、その後、密閉された匣（さや）に収容し、温度１０００℃〜１２００℃で焼成処理を行ってセラミック焼結体を作製した。その後、厚さが約０．５ｍｍ程度になるまで前記セラミック焼結体の両主面に研磨処理を施し、これによりセラミック素体を作製した。次いでＡｇをターゲットにしてスパッタリング処理を行い、セラミック素体の両主面にＡｇからなる電極を形成した。
そしてこの後、温度２００℃のシリコーンオイル中で４〜８ｋV／ｍｍの電界を１５分印加して分極処理を行い、これによりＣｕＯの含有量が主成分１００重量部に対し０〜２．２重量部の範囲で異なる試料を作製した（試料番号１〜１０）。
次に、これら各試料を１０個づつ用意し、一定の割合で温度変化させることが可能な容器に投入し、０．５℃／ｓの温度変化率でもって温度１０℃〜７０℃の範囲で温度を変化させ、焦電電流Ｉ（Ａ（＝Ｃ／ｓ））を測定し、数式（１）に基づいて焦電係数Ｔｐ（Ｃ／ｍ２・℃）を算出した。
Ｔｐ＝Ｉ／（Ｓ・Δｔ）…（１）
ここで、Ｓは主面の面積（ｍ２）であり、マイクロメータを使用して試料の直径を測定し、該直径から算出した。Δｔは単位時間当たり温度変化を示す。
ここで、Ｓは主面の面積（ｍ２）であり、マイクロメータを使用して試料の直径を測定し、該直径から算出した。Δｔは単位時間当たり温度変化を示す。
また、ｄ３３メータを使用し、両主面の電極間に１００Ｈｚの振動を負荷し、圧電体表面に誘起された電荷を測定し、圧電定数ｄ３３を求めた。
表１は試料番号１〜１０における各試料のＣｕＯ含有量、焦電係数Ｔｐ、及び圧電定数ｄ３３を示している。また、図２はＣｕＯ含有量と焦電係数Ｔｐとの関係をプロットしている。
この表１及び図２から明らかなように、（Ｓｒ0.9Ｎｄ0.1）Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を主成分とする圧電磁器組成物中にＣｕＯを含有させると、実用に供しうる程度の圧電定数を維持しながら焦電係数Ｔｐが急激に減少することが分かる。
すなわち、ＣｕＯを含有していない試料番号１は、焦電係数Ｔｐが１．５７×１０-4（Ｃ／ｍ２・℃）と大きいが、試料番号２〜１０のようにＣｕＯを含有させると焦電係数Ｔｐは減少した。特に試料番号３〜１０のようにＣｕＯ含有量を０．０４重量部以上２．０重量部以下とすることにより、１．０×１０-4（Ｃ／ｍ２・℃）以下に抑制することができ、試料番号１に比べて約２／３程度まで低下させることが可能であることが分かった。
ただし、試料番号１０のようにＣｕＯ含有量が２．０重量部を超えてしまうと、圧電定数ｄ３３が５ｐＣ／Ｎ以下となって実用に供しない程度に圧電性低下を招くことも分かった。
また、特にＣｕＯ含有量が０．０４重量部以上０．５重量部以下の場合は、圧電定数ｄ３３が１２ｐＣ／Ｎ以上となり、試料番号１と比較してもほとんど低下しないことが分かった。
これらのことから、主成分１００重量部に対してＣｕ含有量はＣｕＯ換算で２．０重量部以下とする必要があり、０．０４重量部以上０．５重量部以下が好ましいことが分かった。
〔実施例２〕
焼結後の主成分組成が組成式：ＳｒＢｉ２（Ｎｂ１.9Ｔａ0.1）Ｏ９を満たすようにＳｒＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、及びＴａ２Ｏ５を秤量した。続いて前記主成分１００重量部に対して、焼結助剤としてのＭｎＣＯ３を含有量が０．５重量部となるように秤量し、これら秤量物を粉砕媒体としてのジルコニアボール及び水と共に、ボールミルに投入して混合し、湿式粉砕を行った。そしてその後、脱水・乾燥処理を行った後、温度８００℃〜１０００℃で仮焼処理を行って仮焼物を得た。
焼結後の主成分組成が組成式：ＳｒＢｉ２（Ｎｂ１.9Ｔａ0.1）Ｏ９を満たすようにＳｒＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、及びＴａ２Ｏ５を秤量した。続いて前記主成分１００重量部に対して、焼結助剤としてのＭｎＣＯ３を含有量が０．５重量部となるように秤量し、これら秤量物を粉砕媒体としてのジルコニアボール及び水と共に、ボールミルに投入して混合し、湿式粉砕を行った。そしてその後、脱水・乾燥処理を行った後、温度８００℃〜１０００℃で仮焼処理を行って仮焼物を得た。
次に、前記主成分１００重量部に対してＣｕＯの含有量が０〜０．５重量部となるようなセラミック焼結体（圧電磁器組成物）が得られるように、前記仮焼物にＣｕＯを適宜添加し、その後は〔実施例１〕と同様の方法・手順でＣｕＯ含有量の異なる３種類の試料を作製した（試料番号２１〜２３）。
そして、〔実施例１〕と同様の方法・手順で焦電係数Ｔｐ（Ｃ／ｍ２・℃）、及び圧電定数ｄ３３を求めた。
表２は試料番号２１〜２３における各試料のＣｕＯ含有量、焦電係数Ｔｐの平均値、及び圧電定数ｄ３３の平均値を示している。
この表２から明らかなようにＳｒＢｉ２（Ｎｂ１.9Ｔａ0.1）Ｏ９を主成分とする圧電磁器組成物中にＣｕＯを含有させると、実用に供しうる程度の圧電定数を維持しながら焦電係数Ｔｐが急激に減少することが分かる。
すなわち、ＣｕＯを含有していない試料番号２１は焦電係数Ｔｐが１．４２×１０-4（Ｃ／ｍ２・℃）と大きいが、試料番号２２、２３に示すようにＣｕＯを含有させることにより、１．１×１０-4（Ｃ／ｍ２・℃）以下に抑制できることが分かった。また、試料番号２２、２３であれば圧電定数ｄ３３もさほど低下しないことが分かった。
〔比較例〕
主成分は異なるが類似の組成系であるＳＢＴｉ系圧電磁器組成物について、ＣｕＯ含有量と焦電係数Ｔｐとの関係を調べた。
主成分は異なるが類似の組成系であるＳＢＴｉ系圧電磁器組成物について、ＣｕＯ含有量と焦電係数Ｔｐとの関係を調べた。
すなわち、焼結後の主成分組成が組成式：ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15を満たすようにＳｒＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、及びＴｉＯを秤量した。続いて前記主成分１００重量部に対して、焼結助剤としてのＭｎＣＯ３を含有量が０．５重量部となるように秤量し、これら秤量物を粉砕媒体としてのジルコニアボール及び水と共に、ボールミルに投入して混合し、湿式粉砕を行った。そしてその後、脱水・乾燥処理を行った後、温度８００℃〜１０００℃で仮焼処理を行い、仮焼物を得た。
次に、前記主成分１００重量部に対してＣｕＯの含有量が０〜０．５重量部となるようなセラミック焼結体（圧電磁器組成物）が得られるように、前記仮焼物にＣｕＯを適宜添加し、その後は〔実施例１〕と同様の方法・手順でＣｕＯ含有量の異なる３種類の試料を作製した（試料番号３１〜３３）。
そして、〔実施例１〕と同様の方法・手順で焦電係数Ｔｐ（Ｃ／ｍ２・℃）を算出した。
表３は試料番号３１〜３３における各試料のＣｕＯ含有量及び焦電係数Ｔｐを示している。また、図３はＣｕＯ含有量と焦電係数Ｔｐとの関係をプロットしている。
この表３及び図３から明らかなように、ＳＢＴｉ系圧電磁器組成物は、ＳＢＮ系圧電磁器組成物と異なり、ＣｕＯを添加してゆくと焦電係数Ｔｐが増加することが分かった。すなわち、ＣｕＯの添加による焦電係数Ｔｐの抑制作用はＳＢＮ系圧電磁器組成物に特有のものであることが確認された。
Claims (7)
- 少なくともＳｒ、Ｂｉ、及びＮｂを含有したビスマス層状化合物を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯに換算して２重量部以下（ただし、０重量部を除く。）含有することを特徴とする圧電磁器組成物。
- 前記主成分１００重量部に対して前記ＣｕをＣｕＯに換算して０．０４重量部以上０．５重量部以下含有することを特徴とする請求項１記載の圧電磁器組成物。
- 前記主成分は、組成式ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９で表されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電磁器組成物。
- 前記Ｓｒの一部が、１価、２価、及び３価の金属元素の中から選択された１種以上の金属元素で置換されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電磁器組成物。
- 前記Ｎｂの一部がＴａで置換されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電磁器組成物。
- 前記主成分１００重量部に対してＭｎをＭｎＣＯ３に換算して０．１重量部以上２重量部以下含有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電磁器組成物。
- セラミック素体の両主面に電極が形成された圧電部品において、
前記セラミック素体が、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧電磁器組成物で形成されていることを特徴とする圧電部品。
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