JP3791299B2 - 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 - Google Patents
圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3791299B2 JP3791299B2 JP2000146653A JP2000146653A JP3791299B2 JP 3791299 B2 JP3791299 B2 JP 3791299B2 JP 2000146653 A JP2000146653 A JP 2000146653A JP 2000146653 A JP2000146653 A JP 2000146653A JP 3791299 B2 JP3791299 B2 JP 3791299B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- ceramic composition
- main component
- present
- mol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 88
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 46
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 101100513612 Microdochium nivale MnCO gene Proteins 0.000 claims description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J titanic acid Chemical compound O[Ti](O)(O)O LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
- C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
- C04B35/475—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on bismuth titanates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子に関し、特にたとえば、圧電セラミックフィルタ、圧電セラミック発振子および圧電セラミック振動子などの圧電セラミック素子などの材料として有用な圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電セラミックフィルタ、圧電セラミック発振子および圧電セラミック振動子などの圧電セラミック素子に用いられる圧電磁器組成物として、従来、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉx Ｚｒ1-x ）Ｏ3 ）またはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）を主成分とする圧電磁器組成物が広く用いられている。しかしながら、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸鉛を主成分とする圧電磁器組成物では、その組成中に鉛を多量に含有するので、製造過程において鉛酸化物の蒸発のために製品の均一性が低下するという問題があった。この問題を防止するためには、組成中に鉛をまったく含まない圧電磁器組成物または組成中に鉛を少量のみ含む圧電磁器組成物を用いることが好ましい。
ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などのビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物では、その組成中に鉛酸化物を含有しないため、上記のような問題は生じない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般に圧電セラミック素子、特に、圧電セラミック発振子などに用いられる材料としては、帯域内、すなわち、共振周波数と反共振周波数の間の周波数における電気的品質係数Ｑ（１／ｔａｎδ）の最大値Ｑmax が大きいことが望ましいが、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などのビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物では、実用に供しうるに十分な程度のＱmax が得られないという問題があった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15を主成分とする圧電磁器組成物のＱmax を向上させ、鉛または鉛化合物をまったく含まないまたは少量のみ含み、かつ、実用に供しうる程度のＱmax を示す圧電セラミック素子などの材料として有用な圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる圧電磁器組成物は、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｔｉおよび酸素からなるビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物において、主成分となるビスマス層状化合物中のＳｒ、ＢｉおよびＴｉのｍｏｌ比をａ：ｂ：ｃとしたとき、０．１３７５≦ａ／ｃ≦０．２、かつ、３．５≦（２ａ＋３ｂ）／ｃ≦３．７５の関係を満たし、Ｓｒ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素の含有量が、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）であり、Ｚｒの含有量が、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）であることを特徴とする、圧電磁器組成物である。この場合、主成分中に含有されるＳｒ以外の２価の金属元素は、たとえばＭｇ、Ｃａ、ＢａおよびＰｂから選ばれる少なくとも１種である。また、この場合、主成分中に含有されるＢｉ以外の３価の金属元素は、たとえばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＥｒおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種である。
さらに、この発明にかかる圧電磁器組成物では、主成分１００重量％に対してＭｎをＭｎＣＯ3に換算して１．５重量％以下（０を含まない）含有してもよい。
この発明にかかる圧電セラミック素子は、この発明にかかる圧電磁器組成物からなる圧電磁器と、圧電磁器に形成される電極とを含む、圧電セラミック素子である。
【０００６】
この発明にかかる圧電磁器組成物では、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｔｉおよび酸素からなるビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物において、主成分となるビスマス層状化合物中のＳｒ、ＢｉおよびＴｉのｍｏｌ比をａ：ｂ：ｃとしたとき、０．１３７５≦ａ／ｃ≦０．２、かつ、３．５≦（２ａ＋３ｂ）／ｃ≦３．７５の関係を満たすように範囲を限定するのは、この範囲外では実用に供しうる程度のＱmaxが得られないためである。
また、この発明にかかる圧電磁器組成物では、Ｓｒ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素を、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含まない）含有すれば、この発明の効果がさらに顕著となる。この発明において、含有するＳｒ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素を主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）としたのは、これを超えて含有した場合に、Ｑmaxがこれらの金属元素を加えない場合に比べてかえって低下するため、これらの金属元素を加える意味が見出せないからである。
さらに、この発明にかかる圧電磁器組成物では、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対してＺｒを０．０５ｍｏｌ以下（０を含まない）含有すれば、この発明の効果がさらに顕著となる。この発明において、含有するＺｒを主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）としたのは、これを超えて含有した場合に、ＱmaxがＺｒを加えない場合に比べてかえって低下するため、Ｚｒを加える意味が見出せないからである。
また、この発明にかかる圧電磁器組成物では、主成分１００重量％に対してＭｎをＭｎＣＯ3に換算して１．５重量％以下（０を含まない）含有すれば、この発明の効果がさらに顕著となる。主成分１００重量％に対して含有するＭｎをＭｎＣＯ3に換算して１．５重量％以下（０を含まない）としたのは、これを超えて含有した場合に、ＱmaxがＭｎを加えない場合に比べてかえって低下するため、Ｍｎを加える意味が見出せないからである。
【０００７】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例）
まず、出発原料として、ＳｒＣＯ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＣａＣＯ3 、ＢａＣＯ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 およびＭｎＣＯ3 を用意し、これらを組成式（Ｓｒa Ｂｉb Ｔｉc Ｏ9 ＋ｘｍｏｌＭｅ＋ｙｍｏｌＺｒ＋ｚ重量％ＭｎＣＯ3 （ただし、ＭｅはＣａ、Ｂａ、ＮｄまたはＬａで、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙおよびｚは表１および表２参照））となるように秤取して、ボールミルを用いて約１６時間湿式混合して、混合物を得た。得られた混合物を乾燥した後、７００〜９００℃で仮焼して、仮焼物を得た。それから、この仮焼物を粗粉砕した後、有機バインダを適量加えてボールミルを用いて１６時間湿式粉砕し、４０メッシュのふるいを通して粒度調整を行った。次に、これを１５００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円板に成型し、これを大気中で１０００〜１３００℃で焼成して、円板状の磁器を得た。この磁器の表面（両主面）に、通常の方法により銀ペーストを塗布し焼付けて銀電極を形成した後、２００〜２５０℃の絶縁オイル中で１０〜１５ｋＶ／ｍｍの直流電圧を３０〜６０分間印加して分極処理を施し、圧電磁器（試料）を得た。
そして、得られた試料について、厚み縦振動基本波、すなわち、円板状振動子の厚み縦振動基本波のＱmax を測定した。その結果を表１および表２に示す。
【０００９】
【表１】
【表２】
試料 No.欄の＊印はその試料がこの発明の範囲外であることを示す。
【００１０】
表１および表２において、Ｑmax は同じ組成の試料のうち、最も大きなＱmax を得られた条件（仮焼温度、焼成温度、分極時の絶縁オイルの温度および直流電圧）の場合の値である。また、Ｑmax は、試料の形状や振動モード、電極の種類などにより値が異なるが、ここで用いた条件であれば１５以上であれば実用レベルであると考えることができる。
【００１１】
表１および表２に示すように、この発明の実施例にかかる各試料については、いずれもＱmax が１５以上であり、圧電セラミック素子、特に、圧電セラミック発振子などの材料として有用な圧電磁器組成物であることが明らかである。
さらに、この発明の実施例にかかる各試料については、いずれもＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15に比べて低い焼成温度で最も大きなＱmax が得られていることから、この発明の副次的な効果として焼成温度の低温化が確認できる。このように焼成温度を低下させることによって、焼成時に必要な電力などのエネルギーの低減、また、焼成時に圧電磁器組成物を収納するさや鉢などの寿命をのばすことにより、製造コストの低減が可能となる。
【００１２】
なお、この発明にかかる圧電磁器組成物は上記の実施例の組成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば有効である。
【００１３】
また、上記の実施例では、Ｑmax は円板状振動子の厚み縦振動についての例を示したが、この発明の効果は円板状振動子の厚み縦振動に限定されず、厚みすべり振動や厚み縦振動の高調波など、圧電セラミック素子、特に圧電セラミック発振子などに利用される他の振動モードにおいても厚み縦振動の場合と同様に有効である。
【００１４】
さらに、たとえばJpn. J. Appl. Pys., Vol. 34, Part 1, 9B, pp5096-5099において、T. ATSUKI らが強誘電体メモリ用の薄膜材料としてビスマス層状化合物ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を取り上げ、Ｓｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 などと変性した場合に残留分極値が向上するという報告を行っているが、この発明はこれらの研究とは異なる組成系を対象としている。また、この発明は圧電セラミック素子の材料として有用な圧電磁器組成物を得ることを目的としており、利用分野が異なる上、強誘電体メモリ用の材料と圧電セラミック素子用の材料では要求される性能も異なるので、この発明はT. ATSUKI らの研究から容易に着想できるものではありえない。
【００１５】
図１はこの発明にかかる圧電セラミック振動子の一例を示す斜視図であり、図２はその断面図解図である。図１および図２に示す圧電セラミック振動子１０は、たとえば直方体状の圧電磁器１２を含む。圧電磁器１２は、２枚の圧電磁器層１２ａおよび１２ｂを含む。これらの圧電磁器層１２ａおよび１２ｂは、上述のこの発明にかかる圧電磁器組成物からなり、積層されかつ一体的に形成される。また、これらの圧電磁器層１２ａおよび１２ｂは、図２の矢印で示すように、同じ厚み方向に分極されている。
【００１６】
圧電磁器層１２ａおよび１２ｂの間には、その中央にたとえば円形の振動電極１４ａが形成され、その振動電極１４ａから圧電磁器１２の一端面にわたってたとえばＴ字形の引出電極１６ａが形成される。また、圧電磁器層１２ａの表面には、その中央にたとえば円形の振動電極１４ｂが形成され、その振動電極１４ｂから圧電磁器１２の他端面にわたってたとえばＴ字形の引出電極１６ｂが形成される。さらに、圧電磁器層１２ｂの表面には、その中央にたとえば円形の振動電極１４ｃが形成され、その振動電極１４ｃから圧電磁器１２の他端面にわたってたとえばＴ字形の引出電極１６ｃが形成される。
【００１７】
そして、引出電極１６ａにはリード線１８ａを介して一方の外部端子２０ａが接続され、引出電極１６ｂおよび１６ｃには別のリード線１８ｂを介して他方の外部端子２０ｂが接続される。
【００１８】
なお、この発明は、上述の圧電セラミック振動子１０に示されるような素子構造およびこれによって励振される振動モードに限らず、他の素子構造、振動モード（たとえば、厚みすべり振動、厚み縦３次高周波）を利用した圧電セラミック振動子、圧電セラミックフィルタおよび圧電セラミック発振子などの他の圧電セラミック素子にも適用される。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15を主成分とする圧電磁器組成物のＱmax を向上させ、鉛または鉛化合物をまったく含まないまたは少量のみ含み、かつ、実用に供しうる程度のＱmax を示す圧電セラミック素子などの材料として有用な圧電磁器組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる圧電セラミック振動子の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電セラミック振動子の断面図解図である。
【符号の説明】
１０ 圧電セラミック振動子
１２ 圧電磁器
１２ａ、１２ｂ 圧電磁器層
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 振動電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 引出電極
１８ａ、１８ｂ リード線
２０ａ、２０ｂ 外部端子
【発明の属する技術分野】
この発明は圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子に関し、特にたとえば、圧電セラミックフィルタ、圧電セラミック発振子および圧電セラミック振動子などの圧電セラミック素子などの材料として有用な圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電セラミックフィルタ、圧電セラミック発振子および圧電セラミック振動子などの圧電セラミック素子に用いられる圧電磁器組成物として、従来、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉx Ｚｒ1-x ）Ｏ3 ）またはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）を主成分とする圧電磁器組成物が広く用いられている。しかしながら、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸鉛を主成分とする圧電磁器組成物では、その組成中に鉛を多量に含有するので、製造過程において鉛酸化物の蒸発のために製品の均一性が低下するという問題があった。この問題を防止するためには、組成中に鉛をまったく含まない圧電磁器組成物または組成中に鉛を少量のみ含む圧電磁器組成物を用いることが好ましい。
ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などのビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物では、その組成中に鉛酸化物を含有しないため、上記のような問題は生じない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般に圧電セラミック素子、特に、圧電セラミック発振子などに用いられる材料としては、帯域内、すなわち、共振周波数と反共振周波数の間の周波数における電気的品質係数Ｑ（１／ｔａｎδ）の最大値Ｑmax が大きいことが望ましいが、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などのビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物では、実用に供しうるに十分な程度のＱmax が得られないという問題があった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15を主成分とする圧電磁器組成物のＱmax を向上させ、鉛または鉛化合物をまったく含まないまたは少量のみ含み、かつ、実用に供しうる程度のＱmax を示す圧電セラミック素子などの材料として有用な圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる圧電磁器組成物は、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｔｉおよび酸素からなるビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物において、主成分となるビスマス層状化合物中のＳｒ、ＢｉおよびＴｉのｍｏｌ比をａ：ｂ：ｃとしたとき、０．１３７５≦ａ／ｃ≦０．２、かつ、３．５≦（２ａ＋３ｂ）／ｃ≦３．７５の関係を満たし、Ｓｒ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素の含有量が、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）であり、Ｚｒの含有量が、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）であることを特徴とする、圧電磁器組成物である。この場合、主成分中に含有されるＳｒ以外の２価の金属元素は、たとえばＭｇ、Ｃａ、ＢａおよびＰｂから選ばれる少なくとも１種である。また、この場合、主成分中に含有されるＢｉ以外の３価の金属元素は、たとえばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＥｒおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種である。
さらに、この発明にかかる圧電磁器組成物では、主成分１００重量％に対してＭｎをＭｎＣＯ3に換算して１．５重量％以下（０を含まない）含有してもよい。
この発明にかかる圧電セラミック素子は、この発明にかかる圧電磁器組成物からなる圧電磁器と、圧電磁器に形成される電極とを含む、圧電セラミック素子である。
【０００６】
この発明にかかる圧電磁器組成物では、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｔｉおよび酸素からなるビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物において、主成分となるビスマス層状化合物中のＳｒ、ＢｉおよびＴｉのｍｏｌ比をａ：ｂ：ｃとしたとき、０．１３７５≦ａ／ｃ≦０．２、かつ、３．５≦（２ａ＋３ｂ）／ｃ≦３．７５の関係を満たすように範囲を限定するのは、この範囲外では実用に供しうる程度のＱmaxが得られないためである。
また、この発明にかかる圧電磁器組成物では、Ｓｒ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素を、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含まない）含有すれば、この発明の効果がさらに顕著となる。この発明において、含有するＳｒ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素を主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）としたのは、これを超えて含有した場合に、Ｑmaxがこれらの金属元素を加えない場合に比べてかえって低下するため、これらの金属元素を加える意味が見出せないからである。
さらに、この発明にかかる圧電磁器組成物では、主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対してＺｒを０．０５ｍｏｌ以下（０を含まない）含有すれば、この発明の効果がさらに顕著となる。この発明において、含有するＺｒを主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）としたのは、これを超えて含有した場合に、ＱmaxがＺｒを加えない場合に比べてかえって低下するため、Ｚｒを加える意味が見出せないからである。
また、この発明にかかる圧電磁器組成物では、主成分１００重量％に対してＭｎをＭｎＣＯ3に換算して１．５重量％以下（０を含まない）含有すれば、この発明の効果がさらに顕著となる。主成分１００重量％に対して含有するＭｎをＭｎＣＯ3に換算して１．５重量％以下（０を含まない）としたのは、これを超えて含有した場合に、ＱmaxがＭｎを加えない場合に比べてかえって低下するため、Ｍｎを加える意味が見出せないからである。
【０００７】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例）
まず、出発原料として、ＳｒＣＯ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＣａＣＯ3 、ＢａＣＯ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 およびＭｎＣＯ3 を用意し、これらを組成式（Ｓｒa Ｂｉb Ｔｉc Ｏ9 ＋ｘｍｏｌＭｅ＋ｙｍｏｌＺｒ＋ｚ重量％ＭｎＣＯ3 （ただし、ＭｅはＣａ、Ｂａ、ＮｄまたはＬａで、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙおよびｚは表１および表２参照））となるように秤取して、ボールミルを用いて約１６時間湿式混合して、混合物を得た。得られた混合物を乾燥した後、７００〜９００℃で仮焼して、仮焼物を得た。それから、この仮焼物を粗粉砕した後、有機バインダを適量加えてボールミルを用いて１６時間湿式粉砕し、４０メッシュのふるいを通して粒度調整を行った。次に、これを１５００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円板に成型し、これを大気中で１０００〜１３００℃で焼成して、円板状の磁器を得た。この磁器の表面（両主面）に、通常の方法により銀ペーストを塗布し焼付けて銀電極を形成した後、２００〜２５０℃の絶縁オイル中で１０〜１５ｋＶ／ｍｍの直流電圧を３０〜６０分間印加して分極処理を施し、圧電磁器（試料）を得た。
そして、得られた試料について、厚み縦振動基本波、すなわち、円板状振動子の厚み縦振動基本波のＱmax を測定した。その結果を表１および表２に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】
表１および表２において、Ｑmax は同じ組成の試料のうち、最も大きなＱmax を得られた条件（仮焼温度、焼成温度、分極時の絶縁オイルの温度および直流電圧）の場合の値である。また、Ｑmax は、試料の形状や振動モード、電極の種類などにより値が異なるが、ここで用いた条件であれば１５以上であれば実用レベルであると考えることができる。
【００１１】
表１および表２に示すように、この発明の実施例にかかる各試料については、いずれもＱmax が１５以上であり、圧電セラミック素子、特に、圧電セラミック発振子などの材料として有用な圧電磁器組成物であることが明らかである。
さらに、この発明の実施例にかかる各試料については、いずれもＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15に比べて低い焼成温度で最も大きなＱmax が得られていることから、この発明の副次的な効果として焼成温度の低温化が確認できる。このように焼成温度を低下させることによって、焼成時に必要な電力などのエネルギーの低減、また、焼成時に圧電磁器組成物を収納するさや鉢などの寿命をのばすことにより、製造コストの低減が可能となる。
【００１２】
なお、この発明にかかる圧電磁器組成物は上記の実施例の組成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば有効である。
【００１３】
また、上記の実施例では、Ｑmax は円板状振動子の厚み縦振動についての例を示したが、この発明の効果は円板状振動子の厚み縦振動に限定されず、厚みすべり振動や厚み縦振動の高調波など、圧電セラミック素子、特に圧電セラミック発振子などに利用される他の振動モードにおいても厚み縦振動の場合と同様に有効である。
【００１４】
さらに、たとえばJpn. J. Appl. Pys., Vol. 34, Part 1, 9B, pp5096-5099において、T. ATSUKI らが強誘電体メモリ用の薄膜材料としてビスマス層状化合物ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を取り上げ、Ｓｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 などと変性した場合に残留分極値が向上するという報告を行っているが、この発明はこれらの研究とは異なる組成系を対象としている。また、この発明は圧電セラミック素子の材料として有用な圧電磁器組成物を得ることを目的としており、利用分野が異なる上、強誘電体メモリ用の材料と圧電セラミック素子用の材料では要求される性能も異なるので、この発明はT. ATSUKI らの研究から容易に着想できるものではありえない。
【００１５】
図１はこの発明にかかる圧電セラミック振動子の一例を示す斜視図であり、図２はその断面図解図である。図１および図２に示す圧電セラミック振動子１０は、たとえば直方体状の圧電磁器１２を含む。圧電磁器１２は、２枚の圧電磁器層１２ａおよび１２ｂを含む。これらの圧電磁器層１２ａおよび１２ｂは、上述のこの発明にかかる圧電磁器組成物からなり、積層されかつ一体的に形成される。また、これらの圧電磁器層１２ａおよび１２ｂは、図２の矢印で示すように、同じ厚み方向に分極されている。
【００１６】
圧電磁器層１２ａおよび１２ｂの間には、その中央にたとえば円形の振動電極１４ａが形成され、その振動電極１４ａから圧電磁器１２の一端面にわたってたとえばＴ字形の引出電極１６ａが形成される。また、圧電磁器層１２ａの表面には、その中央にたとえば円形の振動電極１４ｂが形成され、その振動電極１４ｂから圧電磁器１２の他端面にわたってたとえばＴ字形の引出電極１６ｂが形成される。さらに、圧電磁器層１２ｂの表面には、その中央にたとえば円形の振動電極１４ｃが形成され、その振動電極１４ｃから圧電磁器１２の他端面にわたってたとえばＴ字形の引出電極１６ｃが形成される。
【００１７】
そして、引出電極１６ａにはリード線１８ａを介して一方の外部端子２０ａが接続され、引出電極１６ｂおよび１６ｃには別のリード線１８ｂを介して他方の外部端子２０ｂが接続される。
【００１８】
なお、この発明は、上述の圧電セラミック振動子１０に示されるような素子構造およびこれによって励振される振動モードに限らず、他の素子構造、振動モード（たとえば、厚みすべり振動、厚み縦３次高周波）を利用した圧電セラミック振動子、圧電セラミックフィルタおよび圧電セラミック発振子などの他の圧電セラミック素子にも適用される。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15を主成分とする圧電磁器組成物のＱmax を向上させ、鉛または鉛化合物をまったく含まないまたは少量のみ含み、かつ、実用に供しうる程度のＱmax を示す圧電セラミック素子などの材料として有用な圧電磁器組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる圧電セラミック振動子の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電セラミック振動子の断面図解図である。
【符号の説明】
１０ 圧電セラミック振動子
１２ 圧電磁器
１２ａ、１２ｂ 圧電磁器層
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 振動電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 引出電極
１８ａ、１８ｂ リード線
２０ａ、２０ｂ 外部端子
Claims (5)
- Ｓｒ、Ｂｉ、Ｔｉおよび酸素からなるビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器組成物において、
前記主成分となるビスマス層状化合物中のＳｒ、ＢｉおよびＴｉのｍｏｌ比をａ：ｂ：ｃとしたとき、０．１３７５≦ａ／ｃ≦０．２、かつ、３．５≦（２ａ＋３ｂ）／ｃ≦３．７５の関係を満たし、
Ｓｒ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素の含有量が、前記主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）であり、
Ｚｒの含有量が、前記主成分中のＴｉ、１ｍｏｌに対して０．０５ｍｏｌ以下（０を含む）であることを特徴とする、圧電磁器組成物。 - 前記主成分中に含有されるＳｒ以外の２価の金属元素はＭｇ、Ｃａ、ＢａおよびＰｂから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電磁器組成物。
- 前記主成分中に含有されるＢｉ以外の３価の金属元素はＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、ＥｒおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電磁器組成物。
- 前記主成分１００重量％に対してＭｎをＭｎＣＯ3に換算して１．５重量％以下（０を含まない）含有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電磁器組成物。
- 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電磁器組成物からなる圧電磁器、および
前記圧電磁器に形成される電極を含む、圧電セラミック素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000146653A JP3791299B2 (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 |
| CN01117271A CN1132799C (zh) | 2000-05-18 | 2001-04-29 | 压电陶瓷块和使用它的压电陶瓷器件 |
| DE10123608A DE10123608C2 (de) | 2000-05-18 | 2001-05-15 | Piezoelektrischer keramischer Pulverpressling und Verwendung desselben |
| KR10-2001-0027234A KR100414332B1 (ko) | 2000-05-18 | 2001-05-18 | 압전 세라믹 콤팩트 및 그를 이용한 압전 세라믹 장치 |
| US09/860,983 US6558567B2 (en) | 2000-05-18 | 2001-05-18 | Piezoelectric ceramic compact and piezoelectric ceramic device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000146653A JP3791299B2 (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001328865A JP2001328865A (ja) | 2001-11-27 |
| JP3791299B2 true JP3791299B2 (ja) | 2006-06-28 |
Family
ID=18652974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000146653A Expired - Fee Related JP3791299B2 (ja) | 2000-05-18 | 2000-05-18 | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6558567B2 (ja) |
| JP (1) | JP3791299B2 (ja) |
| KR (1) | KR100414332B1 (ja) |
| CN (1) | CN1132799C (ja) |
| DE (1) | DE10123608C2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4147954B2 (ja) * | 2002-03-25 | 2008-09-10 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子の製造方法 |
| JP4396136B2 (ja) * | 2003-05-21 | 2010-01-13 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 |
| WO2005054153A1 (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-16 | Tdk Corporation | 圧電セラミックスおよび圧電素子 |
| JP2007217233A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Toko Inc | 圧電セラミックス |
| EP2261191B1 (en) * | 2008-03-18 | 2018-06-13 | Kyocera Corporation | Piezoelectric ceramic, and piezoelectric elementing using the same |
| JP5072760B2 (ja) * | 2008-07-28 | 2012-11-14 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
| JP5526945B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-06-18 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電組成物、圧電磁器、振動子、及び超音波モータ |
| CN105060881A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-11-18 | 罗美柏 | 一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4900702A (en) * | 1987-10-27 | 1990-02-13 | Nippon Ferrite, Ltd. | Dielectric ceramic composition |
| US6004474A (en) * | 1997-03-28 | 1999-12-21 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic composition |
| JP2942535B1 (ja) * | 1998-03-06 | 1999-08-30 | ティーディーケイ株式会社 | 圧電体磁器組成物 |
| DE69923635T2 (de) * | 1998-08-21 | 2005-07-07 | Tdk Corp. | Piezoelektrische Keramiken |
| JP4369558B2 (ja) * | 1999-06-21 | 2009-11-25 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電セラミックス |
-
2000
- 2000-05-18 JP JP2000146653A patent/JP3791299B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-04-29 CN CN01117271A patent/CN1132799C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-05-15 DE DE10123608A patent/DE10123608C2/de not_active Expired - Fee Related
- 2001-05-18 US US09/860,983 patent/US6558567B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-05-18 KR KR10-2001-0027234A patent/KR100414332B1/ko not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10123608A1 (de) | 2001-11-29 |
| KR20010106272A (ko) | 2001-11-29 |
| US6558567B2 (en) | 2003-05-06 |
| CN1330054A (zh) | 2002-01-09 |
| KR100414332B1 (ko) | 2004-01-07 |
| DE10123608C2 (de) | 2003-04-17 |
| US20020005683A1 (en) | 2002-01-17 |
| CN1132799C (zh) | 2003-12-31 |
| JP2001328865A (ja) | 2001-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3788198B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP3931513B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP3671791B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP3750507B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| US6558567B2 (en) | Piezoelectric ceramic compact and piezoelectric ceramic device using the same | |
| JP3613140B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP3864840B2 (ja) | 圧電磁器組成物、圧電セラミック素子および圧電磁器組成物の製造方法 | |
| JP3617411B2 (ja) | 圧電セラミック振動子 | |
| JP3815197B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP3646619B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP3912098B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP2004323325A (ja) | 圧電磁器およびそれを用いた圧電磁器素子 | |
| JP2004345886A (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP4479089B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| KR100380109B1 (ko) | 압전 세라믹 조성물 및 이를 사용하는 압전 세라믹 소자 | |
| JP2003002741A (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP3791300B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| JP4134636B2 (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電デバイス | |
| JP2001192268A (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電共振子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050906 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051021 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060124 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060217 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060314 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060327 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100414 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110414 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110414 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |