JP2003012371A - 圧電磁器および圧電素子 - Google Patents
圧電磁器および圧電素子Info
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- JP2003012371A JP2003012371A JP2001197120A JP2001197120A JP2003012371A JP 2003012371 A JP2003012371 A JP 2003012371A JP 2001197120 A JP2001197120 A JP 2001197120A JP 2001197120 A JP2001197120 A JP 2001197120A JP 2003012371 A JP2003012371 A JP 2003012371A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】特に、厚み滑りモードを用いた場合において、
電気機械結合係数が高く、共振周波数の温度依存性が小
さいという特徴を有する圧電磁器および圧電素子を提供
する。 【解決手段】ＮａＮｂＯ3を主成分とするペロブスカイ
ト型の結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部
が、（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ
1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１種とＭｎで置換され、
Ｂサイトを占めるＮｂの一部が少なくともＳｉで置換さ
れている。
電気機械結合係数が高く、共振周波数の温度依存性が小
さいという特徴を有する圧電磁器および圧電素子を提供
する。 【解決手段】ＮａＮｂＯ3を主成分とするペロブスカイ
ト型の結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部
が、（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ
1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１種とＭｎで置換され、
Ｂサイトを占めるＮｂの一部が少なくともＳｉで置換さ
れている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電磁器および圧
電素子に関し、特に、圧電共振子および発振子に好適に
用いられる圧電磁器および圧電素子に関するものであ
る。
電素子に関し、特に、圧電共振子および発振子に好適に
用いられる圧電磁器および圧電素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】近年、鉛を含有せず、高い圧電性を示すセ
ラミック材料として、ニオブ酸アルカリ系の圧電磁器が
注目されている。
ラミック材料として、ニオブ酸アルカリ系の圧電磁器が
注目されている。
【０００３】このニオブ酸アルカリ系の酸化物の中にお
いて、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ3）は、ぺロブ
スカイト（ＡＢＯ3）型に分類される酸化物であるが、
例えば、Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｐ．３２２１， ｖｏｌ．
３１， １９９２に記載されているように、それ自身で
は、−１３３℃付近よりも低い温度下でのみ強誘電性を
示し、圧電共振子および発振子用材料の一般的な使用温
度である−２０〜８０℃の範囲においては圧電性を示さ
ず、圧電材料としての利用ができない。
いて、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ3）は、ぺロブ
スカイト（ＡＢＯ3）型に分類される酸化物であるが、
例えば、Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｐ．３２２１， ｖｏｌ．
３１， １９９２に記載されているように、それ自身で
は、−１３３℃付近よりも低い温度下でのみ強誘電性を
示し、圧電共振子および発振子用材料の一般的な使用温
度である−２０〜８０℃の範囲においては圧電性を示さ
ず、圧電材料としての利用ができない。
【０００４】また、Ｊ．Ｐｈｙｓ：Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍ
ａｔｔｅｒ，ｐ６８３３，ｖｏｌ．６、１９９４．に
は、Ｎａの一部をＭｎで置換したニオブ酸ナトリウム
（ＮａＮｂＯ3）が開示されているが、その組成では圧
電特性を示さないことが開示されている。
ａｔｔｅｒ，ｐ６８３３，ｖｏｌ．６、１９９４．に
は、Ｎａの一部をＭｎで置換したニオブ酸ナトリウム
（ＮａＮｂＯ3）が開示されているが、その組成では圧
電特性を示さないことが開示されている。
【０００５】しかし、ＮａＮｂＯ3に対し、Ｂａ0.5Ｎｂ
Ｏ3やＳｒ0.5ＮｂＯ3などの副成分を含有させると、圧
電性を示すようになることが、例えば、特開平９−１６
５２６２号公報の中に記載されている。このようなＮａ
ＮｂＯ3系の圧電セラミックスは、比誘電率が低く、電
気機械結合係数が高く、かつ、機械的品質係数が比較的
高いという特徴を有している。
Ｏ3やＳｒ0.5ＮｂＯ3などの副成分を含有させると、圧
電性を示すようになることが、例えば、特開平９−１６
５２６２号公報の中に記載されている。このようなＮａ
ＮｂＯ3系の圧電セラミックスは、比誘電率が低く、電
気機械結合係数が高く、かつ、機械的品質係数が比較的
高いという特徴を有している。
【０００６】一方、例えば、特開昭５７−２９３９６号
公報に開示されるように、ＫxＮａyＬｉzＮｂＯ3系セラ
ミックスは、キュリー温度が高く、比誘電率が低く、高
い電気機械結合係数を有すると同時に、機械的品質係数
が低いという特徴を示す圧電磁器であり、圧電共振子や
発振子用材料としての利用が考えられている。
公報に開示されるように、ＫxＮａyＬｉzＮｂＯ3系セラ
ミックスは、キュリー温度が高く、比誘電率が低く、高
い電気機械結合係数を有すると同時に、機械的品質係数
が低いという特徴を示す圧電磁器であり、圧電共振子や
発振子用材料としての利用が考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＮａＮ
ｂＯ3を主成分とする圧電セラミックスやＫxＮａyＬｉz
ＮｂＯ3系セラミックスは、キュリー温度が高く、比誘
電率が低く、高い電気機械結合係数を示すものの、共振
周波数の温度依存性が大きいため、高い精度が要求され
るフィルタ・発振子用材料などの用途には不向きである
という問題があった。
ｂＯ3を主成分とする圧電セラミックスやＫxＮａyＬｉz
ＮｂＯ3系セラミックスは、キュリー温度が高く、比誘
電率が低く、高い電気機械結合係数を示すものの、共振
周波数の温度依存性が大きいため、高い精度が要求され
るフィルタ・発振子用材料などの用途には不向きである
という問題があった。
【０００８】本発明は、特に、厚み滑りモードを用いた
場合において、電気機械結合係数が高く、共振周波数の
温度依存性が小さい圧電磁器および圧電素子を提供する
ことを目的とする。
場合において、電気機械結合係数が高く、共振周波数の
温度依存性が小さい圧電磁器および圧電素子を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器は、Ｎ
ａＮｂＯ3を主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子
からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部が、（Ｂｉ1/2
Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）の
うち少なくとも１種とＭｎで置換され、Ｂサイトを占め
るＮｂの一部が少なくともＳｉで置換されていることを
特徴とする。さらには、Ｎｂの一部がＬｉで置換されて
いることが望ましい。
ａＮｂＯ3を主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子
からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部が、（Ｂｉ1/2
Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）の
うち少なくとも１種とＭｎで置換され、Ｂサイトを占め
るＮｂの一部が少なくともＳｉで置換されていることを
特徴とする。さらには、Ｎｂの一部がＬｉで置換されて
いることが望ましい。
【００１０】また、本発明は、金属元素のモル比による
組成を（１−ｘ）Ｎａy（Ｎｂ1-aＳｉa）Ｏ3＋ｘＭ
y（Ｎｂ1-bＬｉb）Ｏf（ただし、Ｍは（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうち少なくとも１種とＭｎ、ｆは任意）とした時、前
記ａ、ｂ、ｘ，ｙが、 ０．００２≦ａ≦０．０５ ０≦ｂ≦１ ０．００５≦ｘ≦０．０５ ０．９５≦ｙ≦１ を満足することが望ましい。
組成を（１−ｘ）Ｎａy（Ｎｂ1-aＳｉa）Ｏ3＋ｘＭ
y（Ｎｂ1-bＬｉb）Ｏf（ただし、Ｍは（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうち少なくとも１種とＭｎ、ｆは任意）とした時、前
記ａ、ｂ、ｘ，ｙが、 ０．００２≦ａ≦０．０５ ０≦ｂ≦１ ０．００５≦ｘ≦０．０５ ０．９５≦ｙ≦１ を満足することが望ましい。
【００１１】このような構成にすることにより、特に、
厚み滑りモードを用いた場合の電気機械結合係数が高
く、共振周波数の温度依存性が小さい圧電磁器を得るこ
とができる。
厚み滑りモードを用いた場合の電気機械結合係数が高
く、共振周波数の温度依存性が小さい圧電磁器を得るこ
とができる。
【００１２】また、本発明の圧電素子は、上記した圧電
磁器の両面に電極を形成してなるものである。そして、
この圧電素子では、厚み滑りモードを用いた場合の電気
機械結合係数が高く、共振周波数の温度依存性が小さい
ことから、圧電共振子や発振子として優れた特性を発揮
できる。
磁器の両面に電極を形成してなるものである。そして、
この圧電素子では、厚み滑りモードを用いた場合の電気
機械結合係数が高く、共振周波数の温度依存性が小さい
ことから、圧電共振子や発振子として優れた特性を発揮
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器は、ＮａＮｂＯ
3を主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子からな
り、Ａサイトを占めるＮａの一部が、（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうち少なくとも１種とＭｎ、Ｂサイトを占めるＮｂの
一部が、少なくともＳｉで置換されていることを特徴と
する。
3を主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子からな
り、Ａサイトを占めるＮａの一部が、（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうち少なくとも１種とＭｎ、Ｂサイトを占めるＮｂの
一部が、少なくともＳｉで置換されていることを特徴と
する。
【００１４】従来から、ＮａＮｂＯ3に対し、Ｂａ0.5Ｎ
ｂＯ3やＳｒ0.5ＮｂＯ3などの副成分を含有させると、
比較的高い電気機械結合係数を示すようになるが、共振
周波数の温度依存性が劣っており、高い精度が要求され
るフィルタ・発振子用材料などの用途には不向きである
ことが知られている。
ｂＯ3やＳｒ0.5ＮｂＯ3などの副成分を含有させると、
比較的高い電気機械結合係数を示すようになるが、共振
周波数の温度依存性が劣っており、高い精度が要求され
るフィルタ・発振子用材料などの用途には不向きである
ことが知られている。
【００１５】本発明では、ＮａＮｂＯ3の結晶粒子にお
いて、Ａサイトを占めるＮａの一部を（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうちの少なくとも１種とＭｎで置換し、Ｂサイトを占
めるＮｂの一部を少なくともＳｉで置換することによっ
て、特に、厚み滑りモードを用いた場合の電気機械結合
係数を向上し、かつ、共振周波数の温度依存性が小さい
圧電磁器を得ることができる。また、Ｎｂの一部をＬｉ
で置換することにより、電気機械結合係数を向上させ、
磁器の焼結性を高めることができる。
いて、Ａサイトを占めるＮａの一部を（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうちの少なくとも１種とＭｎで置換し、Ｂサイトを占
めるＮｂの一部を少なくともＳｉで置換することによっ
て、特に、厚み滑りモードを用いた場合の電気機械結合
係数を向上し、かつ、共振周波数の温度依存性が小さい
圧電磁器を得ることができる。また、Ｎｂの一部をＬｉ
で置換することにより、電気機械結合係数を向上させ、
磁器の焼結性を高めることができる。
【００１６】また、磁器の結晶粒子は通常は球形状であ
るが、略立方体状の結晶粒子から構成されている。結晶
粒子としては１〜１５μｍの粒子径のものが分散した磁
器の構造を有している。
るが、略立方体状の結晶粒子から構成されている。結晶
粒子としては１〜１５μｍの粒子径のものが分散した磁
器の構造を有している。
【００１７】また、本発明の圧電磁器では、金属元素と
して少なくとも、Ｎａ、ＳｉおよびＮｂを含有し、これ
らの金属元素のモル比による組成を（１−ｘ）Ｎａ
y（Ｎｂ1-aＳｉa）Ｏ3＋ｘＭy（Ｎｂ1-bＬｉb）Ｏf（た
だし、Ｍは（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、
（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうちの少なくとも１種とＭｎ、ｆ
は任意）とした時、前記ａ、ｂ、ｘ，ｙが、 ０．００２≦ａ≦０．０５ ０≦ｂ≦１ ０．００５≦ｘ≦０．０５ ０．９５≦ｙ≦１ を満足するものである。
して少なくとも、Ｎａ、ＳｉおよびＮｂを含有し、これ
らの金属元素のモル比による組成を（１−ｘ）Ｎａ
y（Ｎｂ1-aＳｉa）Ｏ3＋ｘＭy（Ｎｂ1-bＬｉb）Ｏf（た
だし、Ｍは（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、
（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうちの少なくとも１種とＭｎ、ｆ
は任意）とした時、前記ａ、ｂ、ｘ，ｙが、 ０．００２≦ａ≦０．０５ ０≦ｂ≦１ ０．００５≦ｘ≦０．０５ ０．９５≦ｙ≦１ を満足するものである。
【００１８】前記構成において、ＮｂのＳｉによる置換
量ａを０．００２〜０．０５の範囲としたのは、電気機
械結合係数を向上できるからであり、ａが０．００２よ
りも小さい場合には電気機械結合係数を高くする効果が
ほとんどなく、また、０．０５よりも大きいと磁器の粒
界部において第２相が顕著に発生し、電気機械結合係数
を低下させるからである。電気機械結合係数を高くする
という観点から、ａは０．００５〜０．０３の範囲とす
ることが望ましく、特に、第２相の発生が少なく、電気
機械結合係数が高いという理由から、ａは０．０１〜
０．０２の範囲とすることがより望ましい。
量ａを０．００２〜０．０５の範囲としたのは、電気機
械結合係数を向上できるからであり、ａが０．００２よ
りも小さい場合には電気機械結合係数を高くする効果が
ほとんどなく、また、０．０５よりも大きいと磁器の粒
界部において第２相が顕著に発生し、電気機械結合係数
を低下させるからである。電気機械結合係数を高くする
という観点から、ａは０．００５〜０．０３の範囲とす
ることが望ましく、特に、第２相の発生が少なく、電気
機械結合係数が高いという理由から、ａは０．０１〜
０．０２の範囲とすることがより望ましい。
【００１９】そして、ＳｉはＢサイトを占めるＮｂの一
部を置換しているが、Ｓｉの含有量が１．５原子％を越
えると、磁器の粒界部に第２相が多く発生し始めるが、
５原子％までの範囲であれば圧電特性に優れた圧電磁器
を得ることができる。
部を置換しているが、Ｓｉの含有量が１．５原子％を越
えると、磁器の粒界部に第２相が多く発生し始めるが、
５原子％までの範囲であれば圧電特性に優れた圧電磁器
を得ることができる。
【００２０】また、前記構成のＭy（Ｎｂ1-bＬｉb）Ｏf
（ただし、Ｍは、（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎ
ａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１種に
おいて、ＬｉとＮｂの比率を表わすｂの範囲は０〜１の
範囲にあれば良く、構成中の（Ｎｂ 1-bＬｉb）は、例え
ば、（Ｌｉ1/4Ｎｂ3/4）、（Ｌｉ1/2Ｎｂ1/2）などで表
わすことが出来る。電気機械結合係数の向上効果が高
く、磁器の焼結性に優れるという観点から、ｂは０〜
０．５の範囲であることが望ましい。
（ただし、Ｍは、（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎ
ａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１種に
おいて、ＬｉとＮｂの比率を表わすｂの範囲は０〜１の
範囲にあれば良く、構成中の（Ｎｂ 1-bＬｉb）は、例え
ば、（Ｌｉ1/4Ｎｂ3/4）、（Ｌｉ1/2Ｎｂ1/2）などで表
わすことが出来る。電気機械結合係数の向上効果が高
く、磁器の焼結性に優れるという観点から、ｂは０〜
０．５の範囲であることが望ましい。
【００２１】さらに、前記構成について、Ｍy（Ｎｂ1-b
Ｌｉb）Ｏf（ただし、Ｍは、（Ｂｉ 1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ
1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１
種とＭｎ）の含有量ｘを、０．００５〜０．０５の範囲
としたのは、電気機械結合係数を向上できるからであ
り、ｘが０．００５よりも小さいと電気機械結合係数の
向上効果がほとんど認められず、また、ｘが０．０５よ
りも大きくなると、電気機械結合係数が顕著に低下し実
用に供さなくなるからである。
Ｌｉb）Ｏf（ただし、Ｍは、（Ｂｉ 1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ
1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１
種とＭｎ）の含有量ｘを、０．００５〜０．０５の範囲
としたのは、電気機械結合係数を向上できるからであ
り、ｘが０．００５よりも小さいと電気機械結合係数の
向上効果がほとんど認められず、また、ｘが０．０５よ
りも大きくなると、電気機械結合係数が顕著に低下し実
用に供さなくなるからである。
【００２２】また、前記構成のＭy（Ｎｂ1-bＬｉb）Ｏf
において、Ｍとして、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくと
も１種含有してもよい。これらのＢａ、Ｓｒ、ＣａはＡ
サイトに固溶する。
において、Ｍとして、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくと
も１種含有してもよい。これらのＢａ、Ｓｒ、ＣａはＡ
サイトに固溶する。
【００２３】さらにまた、前記構成において、Ａサイト
とＢサイトの原子比（Ａ／Ｂ比）を表わすｙの範囲を
０．９５≦ｙ≦１の範囲としたのは、ｙを１以下とする
ことにより、電気機械結合係数をさらに向上し、共振周
波数の温度依存性を小さく抑えることが可能となるから
である。ｙが０．９５よりも小さい場合は、磁器の焼結
性が悪化し、磁器を安定に供給することが困難となり、
また、ｙが１よりも大きい場合にも、焼結性が悪化し、
電気機械結合係数が低下するので望ましくない。電気機
械結合係数が高く、かつ、共振周波数の温度依存性が小
さいという点から、ｙは０．９８〜０．９９の範囲にあ
ることが望ましい。
とＢサイトの原子比（Ａ／Ｂ比）を表わすｙの範囲を
０．９５≦ｙ≦１の範囲としたのは、ｙを１以下とする
ことにより、電気機械結合係数をさらに向上し、共振周
波数の温度依存性を小さく抑えることが可能となるから
である。ｙが０．９５よりも小さい場合は、磁器の焼結
性が悪化し、磁器を安定に供給することが困難となり、
また、ｙが１よりも大きい場合にも、焼結性が悪化し、
電気機械結合係数が低下するので望ましくない。電気機
械結合係数が高く、かつ、共振周波数の温度依存性が小
さいという点から、ｙは０．９８〜０．９９の範囲にあ
ることが望ましい。
【００２４】また、Ｍy（Ｎｂ1-bＬｉb）Ｏfとして含有
するＬｉは、ＡサイトのＮａの一部と置換されるが、Ｂ
サイトのＮｂにも一部置換される。
するＬｉは、ＡサイトのＮａの一部と置換されるが、Ｂ
サイトのＮｂにも一部置換される。
【００２５】本発明の圧電磁器は、例えば、次のように
して製造することができる。まず、Ｎｂ2Ｏ5、Ｋ2Ｃ
Ｏ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｍ
ｎＣＯ3の原料を用いて、予め所望の組成になるよう秤
量し、これを湿式方式でボールミル混合する。この混合
粉体を９５０〜１１００℃の温度で仮焼成し、所望の組
成の合成粉体を得る。
して製造することができる。まず、Ｎｂ2Ｏ5、Ｋ2Ｃ
Ｏ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｍ
ｎＣＯ3の原料を用いて、予め所望の組成になるよう秤
量し、これを湿式方式でボールミル混合する。この混合
粉体を９５０〜１１００℃の温度で仮焼成し、所望の組
成の合成粉体を得る。
【００２６】これを上記ボールミルを用いて湿式粉砕
し、乾燥させ、この混合粉末に有機バインダーを加え、
金型プレス、静水圧プレス等により所望の形状に成形し
た後、これを大気中、１２００〜１３５０℃の温度で２
〜３時間焼成して磁器を得ることができる。
し、乾燥させ、この混合粉末に有機バインダーを加え、
金型プレス、静水圧プレス等により所望の形状に成形し
た後、これを大気中、１２００〜１３５０℃の温度で２
〜３時間焼成して磁器を得ることができる。
【００２７】仮焼粉体の粉砕後における粉末の平均粒径
は、磁器の焼結性を向上させ、緻密な磁器を得るという
観点から、０．３〜０．７μｍの範囲であることが望ま
しい。さらに、使用する各原料粉末は酸化物だけでな
く、炭酸塩、酢酸塩または有機金属などの化合物のいず
れであっても、焼成などの熱処理プロセスによって酸化
物になるものであれば何ら差し支えない。
は、磁器の焼結性を向上させ、緻密な磁器を得るという
観点から、０．３〜０．７μｍの範囲であることが望ま
しい。さらに、使用する各原料粉末は酸化物だけでな
く、炭酸塩、酢酸塩または有機金属などの化合物のいず
れであっても、焼成などの熱処理プロセスによって酸化
物になるものであれば何ら差し支えない。
【００２８】尚、本発明の圧電磁器では、プレス金型の
成分などが混入する場合がある。また、不純物として、
Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｂ等が混入する場合があ
る。
成分などが混入する場合がある。また、不純物として、
Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｂ等が混入する場合があ
る。
【００２９】さらに、本発明の圧電磁器に対し、第１遷
移金属、Ｔａ、希土類元素等を含有させても良い。特
に、機械的品質係数を向上する目的で、第１遷移金属と
して、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを酸化物として添加
しても優れた磁器とすることができる。さらに、耐熱性
を付与し、電気機械結合係数を向上する目的で、副成分
として、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3を適量含有させても、
優れた圧電磁器とすることができる。
移金属、Ｔａ、希土類元素等を含有させても良い。特
に、機械的品質係数を向上する目的で、第１遷移金属と
して、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを酸化物として添加
しても優れた磁器とすることができる。さらに、耐熱性
を付与し、電気機械結合係数を向上する目的で、副成分
として、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3を適量含有させても、
優れた圧電磁器とすることができる。
【００３０】本発明の圧電素子は、上記した圧電磁器の
対向する両面またはその内部に電極を形成してなるもの
である。
対向する両面またはその内部に電極を形成してなるもの
である。
【００３１】
【実施例】出発原料として、Ｎｂ2Ｏ5、Ｋ2ＣＯ3、Ｎａ
2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＳｉＯ2、ＭｎＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3の
原料粉末を混合した後、この混合粉体を９５０〜１１０
０℃で３時間仮焼し、金属元素のモル比による組成を、
（１−ｘ）Ｎａy（Ｎｂ1 -aＳｉa）Ｏ3＋ｘＭy（Ｎｂ1-b
Ｌｉb）Ｏf（ただし、Ｍは（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ
1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１
種とＭｎ、ｆは任意）とした時、前記ａ、ｂ、ｘ、ｙが
表１に示す値となる仮焼粉体を作製した。
2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＳｉＯ2、ＭｎＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3の
原料粉末を混合した後、この混合粉体を９５０〜１１０
０℃で３時間仮焼し、金属元素のモル比による組成を、
（１−ｘ）Ｎａy（Ｎｂ1 -aＳｉa）Ｏ3＋ｘＭy（Ｎｂ1-b
Ｌｉb）Ｏf（ただし、Ｍは（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ
1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１
種とＭｎ、ｆは任意）とした時、前記ａ、ｂ、ｘ、ｙが
表１に示す値となる仮焼粉体を作製した。
【００３２】これらの混合仮焼粉体をボールミルによる
湿式粉砕で平均粒径が０．５μｍとなるまで粉砕した。
湿式粉砕で平均粒径が０．５μｍとなるまで粉砕した。
【００３３】次いで、この仮焼粉体の粉砕物に有機バイ
ンダーを混合して造粒し、得られた粉末を１５０ＭＰａ
の圧力で長さ３５ｍｍ×幅２２ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの
寸法からなる角板状にプレス成形した。
ンダーを混合して造粒し、得られた粉末を１５０ＭＰａ
の圧力で長さ３５ｍｍ×幅２２ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの
寸法からなる角板状にプレス成形した。
【００３４】次に、この成形体を大気中１２００〜１３
５０℃の温度下で３時間焼成して角板状の磁器を作製
し、得られた磁器を０．５ｍｍの厚さまで研磨した。こ
の角板状の磁器の粉末Ｘ線回折パターンを測定した結
果、本発明に係る試料は、いずれもペロブスカイト型の
結晶構造を有していることがわかった。また、Ｘ線マイ
クロアナリシス（ＥＰＭＡ）を用いて結晶粒子の元素分
析を行った。結果、結晶粒子から、金属元素：Ｂｉ、
Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｎｂ、ＭｎおよびＳｉが検出され、こ
れらの元素が固溶していることがわかった。
５０℃の温度下で３時間焼成して角板状の磁器を作製
し、得られた磁器を０．５ｍｍの厚さまで研磨した。こ
の角板状の磁器の粉末Ｘ線回折パターンを測定した結
果、本発明に係る試料は、いずれもペロブスカイト型の
結晶構造を有していることがわかった。また、Ｘ線マイ
クロアナリシス（ＥＰＭＡ）を用いて結晶粒子の元素分
析を行った。結果、結晶粒子から、金属元素：Ｂｉ、
Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｎｂ、ＭｎおよびＳｉが検出され、こ
れらの元素が固溶していることがわかった。
【００３５】研磨した磁器を長さ３０ｍｍ×幅５ｍｍ×
厚さ０．５ｍｍの短冊形状に加工し、これらの端面に銀
電極を形成した後、２００℃のシリコンオイル中で３〜
４ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加して分極処理を行った。
この後、これらの短冊状の磁器を０．２５ｍｍの厚さに
なるまで研磨し、それらの上下面に銀電極を蒸着し、幅
１．５ｍｍ×長さ４ｍｍの厚み滑りモードの圧電素子を
作製した。
厚さ０．５ｍｍの短冊形状に加工し、これらの端面に銀
電極を形成した後、２００℃のシリコンオイル中で３〜
４ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加して分極処理を行った。
この後、これらの短冊状の磁器を０．２５ｍｍの厚さに
なるまで研磨し、それらの上下面に銀電極を蒸着し、幅
１．５ｍｍ×長さ４ｍｍの厚み滑りモードの圧電素子を
作製した。
【００３６】そして、これらの圧電素子の共振・反共振
周波数をインピーダンス・アナライザーで測定し、電気
機械結合係数を求めた。さらに、共振周波数をｆｒとし
て、−２０〜８０℃の温度範囲で測定し、−２０〜８０
℃におけるｆｒの変化量（Δｆｒ）、２０℃での共振周
波数ｆｒ（２０）を用いて、式：ｆｒＴＣ＝Δｆｒ／
｛ｆｒ（２０）×１００｝×１０6（ｐｐｍ／℃）か
ら、共振周波数の温度係数ｆｒＴＣを求め、これらの結
果を表１に記載した。
周波数をインピーダンス・アナライザーで測定し、電気
機械結合係数を求めた。さらに、共振周波数をｆｒとし
て、−２０〜８０℃の温度範囲で測定し、−２０〜８０
℃におけるｆｒの変化量（Δｆｒ）、２０℃での共振周
波数ｆｒ（２０）を用いて、式：ｆｒＴＣ＝Δｆｒ／
｛ｆｒ（２０）×１００｝×１０6（ｐｐｍ／℃）か
ら、共振周波数の温度係数ｆｒＴＣを求め、これらの結
果を表１に記載した。
【００３７】
【表１】
【００３８】表１の結果から明らかなように、ＮａＮｂ
Ｏ3を主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子を主成
分とし、Ａサイトを占めるＮａの一部を、（Ｂｉ1/2Ｋ
1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のう
ち少なくとも１種とＭｎで置換し、また、Ｂサイトを占
めるＮｂの一部をＳｉで置換した本発明の試料Ｎｏ．２
〜２３では、電気機械結合係数は４０％以上と高く、特
に、５０％以上のものも得られ、共振周波数の温度係数
が１５０ｐｐｍ／℃以下となり圧電特性を改善できた。
また、Ｎｂの一部をＬｉで置換した試料では、電気機械
結合係数を向上する効果があった。
Ｏ3を主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子を主成
分とし、Ａサイトを占めるＮａの一部を、（Ｂｉ1/2Ｋ
1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のう
ち少なくとも１種とＭｎで置換し、また、Ｂサイトを占
めるＮｂの一部をＳｉで置換した本発明の試料Ｎｏ．２
〜２３では、電気機械結合係数は４０％以上と高く、特
に、５０％以上のものも得られ、共振周波数の温度係数
が１５０ｐｐｍ／℃以下となり圧電特性を改善できた。
また、Ｎｂの一部をＬｉで置換した試料では、電気機械
結合係数を向上する効果があった。
【００３９】また、Ａ／Ｂ比（表１ではｙ）を１より小
さくした試料では、共振周波数ｆｒの温度係数ｆｒＴＣ
が１０５ｐｐｍ／℃以下となり大きく改善できた。
さくした試料では、共振周波数ｆｒの温度係数ｆｒＴＣ
が１０５ｐｐｍ／℃以下となり大きく改善できた。
【００４０】特に、Ａ／Ｂ比を１より小さくするととも
に、副成分であるＭy（Ｎｂ1-bＬｉ b）Ｏf化合物におけ
るＭを等モル比の（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）と（Ｂｉ1/2Ｌ
ｉ1/2）と、Ｍｎを加え、この副成分を主成分に対して
２モル％添加した試料Ｎｏ．１５では、電気機械結合係
数が５８％、温度係数が４５ｐｐｍ／℃以下と最も良好
な特性となった。
に、副成分であるＭy（Ｎｂ1-bＬｉ b）Ｏf化合物におけ
るＭを等モル比の（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）と（Ｂｉ1/2Ｌ
ｉ1/2）と、Ｍｎを加え、この副成分を主成分に対して
２モル％添加した試料Ｎｏ．１５では、電気機械結合係
数が５８％、温度係数が４５ｐｐｍ／℃以下と最も良好
な特性となった。
【００４１】一方、ＮａＮｂＯ3を主成分とするペロブ
スカイト型の結晶粒子のＢサイトを占めるＮｂをＳｉで
置換しなかった試料Ｎｏ．１は、電気機械結合係数が小
さく、共振周波数の温度係数が２１０ｐｐｍ／℃と高か
った。
スカイト型の結晶粒子のＢサイトを占めるＮｂをＳｉで
置換しなかった試料Ｎｏ．１は、電気機械結合係数が小
さく、共振周波数の温度係数が２１０ｐｐｍ／℃と高か
った。
【００４２】
【発明の効果】本発明の圧電磁器では、ＮａＮｂＯ3を
主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子を主成分と
し、Ａサイトを占めるＮａの一部を、（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ 1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうち少なくとも１種とＭｎで置換するとともに、Ｂサ
イトを占めるＮｂの一部をＳｉで置換することにより、
厚み滑りモードを利用した場合の電気機械結合係数が高
く、共振周波数の温度係数が小さいという優れた特徴を
有する圧電磁器および圧電素子を提供することが出来
る。
主成分とするペロブスカイト型の結晶粒子を主成分と
し、Ａサイトを占めるＮａの一部を、（Ｂｉ
1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ 1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）
のうち少なくとも１種とＭｎで置換するとともに、Ｂサ
イトを占めるＮｂの一部をＳｉで置換することにより、
厚み滑りモードを利用した場合の電気機械結合係数が高
く、共振周波数の温度係数が小さいという優れた特徴を
有する圧電磁器および圧電素子を提供することが出来
る。
Claims (4)
- 【請求項１】ＮａＮｂＯ3を主成分とするペロブスカイ
ト型の結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部
が、（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）、（Ｂｉ
1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１種とＭｎで置換され、
Ｂサイトを占めるＮｂの一部が少なくともＳｉで置換さ
れていることを特徴とする圧電磁器。 - 【請求項２】Ｎｂの一部がＬｉで置換されていることを
特徴とする請求項１記載の圧電磁器。 - 【請求項３】金属元素のモル比による組成を、 （１−ｘ）Ｎａy（Ｎｂ1-aＳｉa）Ｏ3＋ｘＭy（Ｎｂ1-b
Ｌｉb）Ｏf （ただし、Ｍは（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｎ
ａ1/2）、（Ｂｉ1/2Ｌｉ1/2）のうち少なくとも１種と
Ｍｎ、ｆは任意）と表した時、前記ａ、ｂ、ｘ、ｙが、 ０．００２≦ａ≦０．０５ ０≦ｂ≦１ ０．００５≦ｘ≦０．０５ ０．９５≦ｙ≦１ を満足することを特徴とする請求項１または２記載の圧
電磁器。 - 【請求項４】請求項１乃至３のうちいずれか記載の圧電
磁器の両面に電極を形成してなることを特徴とする圧電
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197120A JP4355115B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 圧電磁器および圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197120A JP4355115B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 圧電磁器および圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003012371A true JP2003012371A (ja) | 2003-01-15 |
| JP4355115B2 JP4355115B2 (ja) | 2009-10-28 |
Family
ID=19034785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001197120A Expired - Fee Related JP4355115B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 圧電磁器および圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4355115B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007049764A1 (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Kyocera Corporation | 圧電磁器組成物および圧電磁器 |
| US7267783B2 (en) | 2002-03-20 | 2007-09-11 | Denso Corporation | Piezoelectric ceramic composition, its production method, and piezoelectric device and dielectric device |
| JP2010052977A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
| JP2011093791A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-05-12 | Canon Inc | 圧電材料、圧電素子、液体吐出ヘッドおよび超音波モータ |
-
2001
- 2001-06-28 JP JP2001197120A patent/JP4355115B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7267783B2 (en) | 2002-03-20 | 2007-09-11 | Denso Corporation | Piezoelectric ceramic composition, its production method, and piezoelectric device and dielectric device |
| WO2007049764A1 (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Kyocera Corporation | 圧電磁器組成物および圧電磁器 |
| US7959823B2 (en) | 2005-10-27 | 2011-06-14 | Kyocera Corporation | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric ceramic |
| JP2010052977A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
| JP2011093791A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-05-12 | Canon Inc | 圧電材料、圧電素子、液体吐出ヘッドおよび超音波モータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4355115B2 (ja) | 2009-10-28 |
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