JP2000072545A - 圧電体 - Google Patents
圧電体Info
- Publication number
- JP2000072545A JP2000072545A JP10244240A JP24424098A JP2000072545A JP 2000072545 A JP2000072545 A JP 2000072545A JP 10244240 A JP10244240 A JP 10244240A JP 24424098 A JP24424098 A JP 24424098A JP 2000072545 A JP2000072545 A JP 2000072545A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stabilized zirconia
- particles
- grain size
- average crystal
- zirconia particles
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高い電気的特性を維持できるとともに、主結晶
粒子の組成を変更することなく、共振周波数の温度係数
Ｆｒ．ＴＣ．を容易に制御することができる圧電体を提
供する。 【解決手段】チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結
晶粒子からなる圧電磁器中に、平均結晶粒径０．３〜
１．０μｍの部分安定化ジルコニア粒子および／または
安定化ジルコニア粒子を全量中０．０５〜５重量％の割
合で分散してなるとともに、主結晶粒子の平均結晶粒径
ｄ1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／または安定
化ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／
ｄ2 ）が２〜８である。
粒子の組成を変更することなく、共振周波数の温度係数
Ｆｒ．ＴＣ．を容易に制御することができる圧電体を提
供する。 【解決手段】チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結
晶粒子からなる圧電磁器中に、平均結晶粒径０．３〜
１．０μｍの部分安定化ジルコニア粒子および／または
安定化ジルコニア粒子を全量中０．０５〜５重量％の割
合で分散してなるとともに、主結晶粒子の平均結晶粒径
ｄ1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／または安定
化ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／
ｄ2 ）が２〜８である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体に関するも
のであり、より詳しくは、チタン酸ジルコン酸鉛を主成
分とする主結晶粒子からなる圧電磁器中に、部分安定化
ジルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子が
分散した圧電体に関するものである。
のであり、より詳しくは、チタン酸ジルコン酸鉛を主成
分とする主結晶粒子からなる圧電磁器中に、部分安定化
ジルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子が
分散した圧電体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来から、圧電磁器組成物を利用した製品
としては、例えばセラミックフィルタ、セラミックレゾ
ネータ、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電点火ユニ
ット、超音波モータ、圧電ファン、圧電センサ、圧電ア
クチュエータ等がある。
としては、例えばセラミックフィルタ、セラミックレゾ
ネータ、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電点火ユニ
ット、超音波モータ、圧電ファン、圧電センサ、圧電ア
クチュエータ等がある。
【０００３】ここで、セラミックフィルタ、セラミック
レゾネータ等の電子部品としては、ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ
ＴｉＯ3 を主成分とした磁器組成物（ＰＺＴ）が利用さ
れており、これにＮｂ2 Ｏ5 やＭｎＯ2 等の金属酸化
物、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 やＰｂ（Ｎｂ2/3 Ｃ
ｏ1/3 ）Ｏ3 等の複合ペロブスカイト型酸化物を添加し
たり置換することにより圧電特性の向上が図られてい
る。
レゾネータ等の電子部品としては、ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ
ＴｉＯ3 を主成分とした磁器組成物（ＰＺＴ）が利用さ
れており、これにＮｂ2 Ｏ5 やＭｎＯ2 等の金属酸化
物、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 やＰｂ（Ｎｂ2/3 Ｃ
ｏ1/3 ）Ｏ3 等の複合ペロブスカイト型酸化物を添加し
たり置換することにより圧電特性の向上が図られてい
る。
【０００４】しかしながら、圧電素子の共振周波数の温
度係数Ｆｒ．ＴＣ．が大きい場合、環境変化の激しい車
両搭載用通信装置や、屋外での使用を前提としている携
帯電話機などのフィルタ用として用いると、素子の特性
変化によって安定した送受信ができなくなるという問題
があった。
度係数Ｆｒ．ＴＣ．が大きい場合、環境変化の激しい車
両搭載用通信装置や、屋外での使用を前提としている携
帯電話機などのフィルタ用として用いると、素子の特性
変化によって安定した送受信ができなくなるという問題
があった。
【０００５】また、セラミックレゾネータは、マイコン
の基準信号発振用として発振回路に組み込まれて使用さ
れるが、圧電素子の共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．
が大きい場合、基準信号が変化してしまうためマイコン
が正常に動作しなくなるという問題があった。
の基準信号発振用として発振回路に組み込まれて使用さ
れるが、圧電素子の共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．
が大きい場合、基準信号が変化してしまうためマイコン
が正常に動作しなくなるという問題があった。
【０００６】従来、ＰＺＴでは、Ａサイト（Ｐｂ）をＳ
ｒ、Ｃａなどで置換したり、ＢサイトのＺｒ／Ｔｉ比を
最適化することで圧電素子の温度係数を調整する方法が
知られ、それらを組み合わせた組成が開示されている。
ｒ、Ｃａなどで置換したり、ＢサイトのＺｒ／Ｔｉ比を
最適化することで圧電素子の温度係数を調整する方法が
知られ、それらを組み合わせた組成が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】圧電発振子を電気回路
に組み込んで利用する場合、電気回路の温度特性が加算
されるため、圧電素子の共振周波数の温度係数Ｆｒ．Ｔ
Ｃ．を回路に合わせて変更する必要がある。しかしなが
ら、圧電素子の温度特性を組成で制御する場合、磁器組
成から変更する必要があり、温度特性を満足するよう
に、例えばＰＺＴの置換材料や添加材料、その量比を変
更する必要があった。
に組み込んで利用する場合、電気回路の温度特性が加算
されるため、圧電素子の共振周波数の温度係数Ｆｒ．Ｔ
Ｃ．を回路に合わせて変更する必要がある。しかしなが
ら、圧電素子の温度特性を組成で制御する場合、磁器組
成から変更する必要があり、温度特性を満足するよう
に、例えばＰＺＴの置換材料や添加材料、その量比を変
更する必要があった。
【０００８】本発明は、高い電気的特性を維持できると
ともに、主結晶粒子の組成を変更することなく、共振周
波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．を容易に制御することがで
きる圧電体を提供することを目的とする。
ともに、主結晶粒子の組成を変更することなく、共振周
波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．を容易に制御することがで
きる圧電体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】本発明の圧電体は、チタ
ン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶粒子からなる圧
電磁器中に、平均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安
定化ジルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒
子を全量中０．０５〜５重量％の割合で分散してなると
ともに、前記主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、前記部
分安定化ジルコニア粒子および／または前記安定化ジル
コニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）が２
〜８である。ここで、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 が
３μｍ以下であることが望ましい。また、共振周波数の
温度係数Ｆｒ．ＴＣ．が−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃のも
のである。
ン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶粒子からなる圧
電磁器中に、平均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安
定化ジルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒
子を全量中０．０５〜５重量％の割合で分散してなると
ともに、前記主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、前記部
分安定化ジルコニア粒子および／または前記安定化ジル
コニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）が２
〜８である。ここで、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 が
３μｍ以下であることが望ましい。また、共振周波数の
温度係数Ｆｒ．ＴＣ．が−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃のも
のである。
【００１０】
【作用】本発明の圧電体は、部分安定化または安定化さ
れたジルコニアは、焼結過程において、チタン酸ジルコ
ン酸鉛と固溶反応を殆ど起こさず、主結晶粒子の粒界部
に局在し、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶
粒子の粒成長を抑制し、組織を微細化する。
れたジルコニアは、焼結過程において、チタン酸ジルコ
ン酸鉛と固溶反応を殆ど起こさず、主結晶粒子の粒界部
に局在し、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶
粒子の粒成長を抑制し、組織を微細化する。
【００１１】そして、平均結晶粒径０．３〜１．０μｍ
の部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化ジル
コニア粒子を全量中０．０５〜５重量％含有するととも
に、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、部分安定化ジル
コニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子の平均
結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）を２〜８とすることに
より、主結晶粒子の組成を変更せずに共振周波数の温度
係数Ｆｒ．ＴＣ．を−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃に容易に
制御することができる。
の部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化ジル
コニア粒子を全量中０．０５〜５重量％含有するととも
に、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、部分安定化ジル
コニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子の平均
結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）を２〜８とすることに
より、主結晶粒子の組成を変更せずに共振周波数の温度
係数Ｆｒ．ＴＣ．を−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃に容易に
制御することができる。
【００１２】また、部分安定化または安定化されたジル
コニアは安定化されていないジルコニアとは異なり、１
１００℃付近にマルテンサイト変態による異常膨張を示
さないことから、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする
焼結体内部において、電気的特性の劣化原因となるマイ
クロクラックを多数発生させないので、添加量を増やし
ても電気機械結合係数Ｋｒ等の電気的特性を大きく低下
させることがない。
コニアは安定化されていないジルコニアとは異なり、１
１００℃付近にマルテンサイト変態による異常膨張を示
さないことから、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする
焼結体内部において、電気的特性の劣化原因となるマイ
クロクラックを多数発生させないので、添加量を増やし
ても電気機械結合係数Ｋｒ等の電気的特性を大きく低下
させることがない。
【００１３】さらに、主結晶粒子の平均結晶粒径を３μ
ｍ以下とすることにより、機械的強度を向上することが
できる。
ｍ以下とすることにより、機械的強度を向上することが
できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の圧電体は、チタン酸ジル
コン酸鉛を主成分とする主結晶粒子からなる圧電磁器中
に、平均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安定化ジル
コニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子を全量
中０．０５〜５重量％の割合で分散してなるものであ
る。
コン酸鉛を主成分とする主結晶粒子からなる圧電磁器中
に、平均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安定化ジル
コニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子を全量
中０．０５〜５重量％の割合で分散してなるものであ
る。
【００１５】チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電
磁器とは、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3 のＰｂ、Ｚ
ｒ、Ｔｉの一部をＢａ等のアルカリ土類金属、Ｎｂ等の
周期律表第５ａ族元素、Ｙ等の希土類元素、Ｃｒ等の周
期律表第６ａ族元素、Ｃｏ等の周期律表第８族元素等で
置換したものがある。
磁器とは、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3 のＰｂ、Ｚ
ｒ、Ｔｉの一部をＢａ等のアルカリ土類金属、Ｎｂ等の
周期律表第５ａ族元素、Ｙ等の希土類元素、Ｃｒ等の周
期律表第６ａ族元素、Ｃｏ等の周期律表第８族元素等で
置換したものがある。
【００１６】チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結
晶粒子は、電気的特性を大きくするため、１μｍ以上の
平均結晶粒径を有することが望ましい。一方、主結晶粒
子の平均結晶粒径が３μｍよりも大きくなると機械的強
度が劣化するため、電気的特性および機械的強度の点か
らは、主結晶粒子の平均結晶粒径は１〜３μｍであるこ
とが望ましい。
晶粒子は、電気的特性を大きくするため、１μｍ以上の
平均結晶粒径を有することが望ましい。一方、主結晶粒
子の平均結晶粒径が３μｍよりも大きくなると機械的強
度が劣化するため、電気的特性および機械的強度の点か
らは、主結晶粒子の平均結晶粒径は１〜３μｍであるこ
とが望ましい。
【００１７】部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）および／
または安定化ジルコニア（ＦＳＺ）は、焼成温度の範囲
内において、マルテンサイト変態を起こさないものであ
れば良い。例えば、ＣａＯ、ＭｇＯからなる安定化剤を
１６モル％以上含有するジルコニア、Ｙ2 Ｏ3 からなる
安定化剤を８モル％以上含有するジルコニアが一般に安
定化ジルコニアであり、ＣａＯ、ＭｇＯや、Ｙ2 Ｏ3 の
含有量が上記量よりも少ない場合が部分安定化ジルコニ
アである。
または安定化ジルコニア（ＦＳＺ）は、焼成温度の範囲
内において、マルテンサイト変態を起こさないものであ
れば良い。例えば、ＣａＯ、ＭｇＯからなる安定化剤を
１６モル％以上含有するジルコニア、Ｙ2 Ｏ3 からなる
安定化剤を８モル％以上含有するジルコニアが一般に安
定化ジルコニアであり、ＣａＯ、ＭｇＯや、Ｙ2 Ｏ3 の
含有量が上記量よりも少ない場合が部分安定化ジルコニ
アである。
【００１８】部分安定化ジルコニアおよび／または安定
化ジルコニアの含有量は、全量中０．０５〜５重量％含
有することが望ましい。これは含有量が全量中０．０５
重量％未満ではジルコニアによる粒成長抑制効果が小さ
く、主結晶粒子の微細化による共振周波数の温度係数Ｆ
ｒ．ＴＣ．の改善効果が小さいからであり、５重量％よ
りも多い場合には電気機械結合係数Ｋｒ等の電気的特性
が大きく低下するからである。部分安定化ジルコニアお
よび／または安定化ジルコニアの含有量は、高い電気的
特性を維持するためには、全量中０．０５〜０．５重量
％含有することが望ましい。
化ジルコニアの含有量は、全量中０．０５〜５重量％含
有することが望ましい。これは含有量が全量中０．０５
重量％未満ではジルコニアによる粒成長抑制効果が小さ
く、主結晶粒子の微細化による共振周波数の温度係数Ｆ
ｒ．ＴＣ．の改善効果が小さいからであり、５重量％よ
りも多い場合には電気機械結合係数Ｋｒ等の電気的特性
が大きく低下するからである。部分安定化ジルコニアお
よび／または安定化ジルコニアの含有量は、高い電気的
特性を維持するためには、全量中０．０５〜０．５重量
％含有することが望ましい。
【００１９】部分安定化ジルコニアおよび／または安定
化ジルコニアの結晶粒子は、平均結晶粒径ｄ2 が０．３
μｍより小さい場合、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分と
する主結晶粒子内に取り込まれる割合が多くなり、粒成
長の抑制効果が小さくなり、一方、平均結晶粒径が１μ
ｍよりも大きくなると、電気的特性が大きく低下するこ
とから、０．３〜１．０μｍの平均結晶粒径ｄ2 を有す
る必要がある。
化ジルコニアの結晶粒子は、平均結晶粒径ｄ2 が０．３
μｍより小さい場合、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分と
する主結晶粒子内に取り込まれる割合が多くなり、粒成
長の抑制効果が小さくなり、一方、平均結晶粒径が１μ
ｍよりも大きくなると、電気的特性が大きく低下するこ
とから、０．３〜１．０μｍの平均結晶粒径ｄ2 を有す
る必要がある。
【００２０】そして、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ
1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化
ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）
が２〜８であることが重要である。ｄ1 ／ｄ2 が８より
も大きい場合は、主結晶粒子内に部分安定化ジルコニア
粒子および／または安定化ジルコニア粒子が取り込まれ
る割合が多くなり、粒成長の抑制効果が小さくなり、共
振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．が大きくなるからであ
る。一方、ｄ1 ／ｄ2 が２よりも小さくなると、電気機
械結合係数Ｋｒ等の電気的特性が大きく低下する。
1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化
ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）
が２〜８であることが重要である。ｄ1 ／ｄ2 が８より
も大きい場合は、主結晶粒子内に部分安定化ジルコニア
粒子および／または安定化ジルコニア粒子が取り込まれ
る割合が多くなり、粒成長の抑制効果が小さくなり、共
振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．が大きくなるからであ
る。一方、ｄ1 ／ｄ2 が２よりも小さくなると、電気機
械結合係数Ｋｒ等の電気的特性が大きく低下する。
【００２１】本発明の圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛
を主成分とする主結晶粒子の粒界や粒内に、部分安定化
ジルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子が
分散した組織であり、部分安定化ジルコニアおよび／ま
たは安定化ジルコニアは主結晶粒子中に固溶しないか、
もしくは固溶したとしてもごく僅かである。
を主成分とする主結晶粒子の粒界や粒内に、部分安定化
ジルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子が
分散した組織であり、部分安定化ジルコニアおよび／ま
たは安定化ジルコニアは主結晶粒子中に固溶しないか、
もしくは固溶したとしてもごく僅かである。
【００２２】このような圧電体は、例えば、ＰｂＯ、Ｚ
ｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＣＯ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 等の粉末を
所定の組成に混合し、これを仮焼した後、平均粒径０．
２〜１．５μｍになるように粉砕する。
ｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＣＯ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 等の粉末を
所定の組成に混合し、これを仮焼した後、平均粒径０．
２〜１．５μｍになるように粉砕する。
【００２３】これに、平均粒径０．３〜１μｍの部分安
定化ジルコニアおよび／または安定化ジルコニア粉末を
全量中０．０５〜５重量％添加し、所望によりバインダ
ーや溶媒等を添加混合し、これをプレス成形やドクター
ブレード法等により所定形状に成形し、大気中等の酸素
含有雰囲気にて焼成することにより得られる。焼成温度
は、主結晶粒子へのジルコニアの固溶反応を抑えるため
に、低く設定する方が良く、１１００〜１２５０℃程度
であり、焼成時間は１〜２時間あれば良い。
定化ジルコニアおよび／または安定化ジルコニア粉末を
全量中０．０５〜５重量％添加し、所望によりバインダ
ーや溶媒等を添加混合し、これをプレス成形やドクター
ブレード法等により所定形状に成形し、大気中等の酸素
含有雰囲気にて焼成することにより得られる。焼成温度
は、主結晶粒子へのジルコニアの固溶反応を抑えるため
に、低く設定する方が良く、１１００〜１２５０℃程度
であり、焼成時間は１〜２時間あれば良い。
【００２４】尚、ジルコニア粒子は焼成により殆ど粒成
長しないため、原料粒径を０．３〜１．０μｍとするこ
とにより、磁器中のジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2
を０．３〜１．０μｍに制御できる。
長しないため、原料粒径を０．３〜１．０μｍとするこ
とにより、磁器中のジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2
を０．３〜１．０μｍに制御できる。
【００２５】また、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、
部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化ジルコ
ニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）は、ジ
ルコニア粉末の平均粒径や添加量、主結晶粒子の平均結
晶粒径ｄ1 、焼成温度等により制御することが可能であ
る。
部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化ジルコ
ニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）は、ジ
ルコニア粉末の平均粒径や添加量、主結晶粒子の平均結
晶粒径ｄ1 、焼成温度等により制御することが可能であ
る。
【００２６】本発明の圧電体は、部分安定化ジルコニア
粒子および／または安定化ジルコニア粒子が、チタン酸
ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶粒子と固溶反応を起
こさず、粒界部または粒内に局所的に存在するので、主
結晶粒子の粒成長を抑制して組織を微細化する。そし
て、平均結晶粒径が０．３〜１．０μｍの部分安定化ジ
ルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子を含
有せしめるとともに、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ
1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化
ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）
を２〜８とすることにより、同一組成の主結晶粒子から
なる圧電磁器であっても共振周波数の温度係数Ｆｒ．Ｔ
Ｃ．を−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができ
る。
粒子および／または安定化ジルコニア粒子が、チタン酸
ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶粒子と固溶反応を起
こさず、粒界部または粒内に局所的に存在するので、主
結晶粒子の粒成長を抑制して組織を微細化する。そし
て、平均結晶粒径が０．３〜１．０μｍの部分安定化ジ
ルコニア粒子および／または安定化ジルコニア粒子を含
有せしめるとともに、主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ
1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／または安定化
ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1 ／ｄ2 ）
を２〜８とすることにより、同一組成の主結晶粒子から
なる圧電磁器であっても共振周波数の温度係数Ｆｒ．Ｔ
Ｃ．を−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができ
る。
【００２７】さらに、本発明の圧電体では、部分安定化
または安定化されたジルコニアを分散するので、焼成時
において１１００℃以上まで加熱する場合でも、マルテ
ンサイト変態による異常体積膨張が起こらず、このた
め、ジルコニア量を増やしても、マイクロクラックの発
生が起こり難く、電気的特性の低下が起こりにくい。
または安定化されたジルコニアを分散するので、焼成時
において１１００℃以上まで加熱する場合でも、マルテ
ンサイト変態による異常体積膨張が起こらず、このた
め、ジルコニア量を増やしても、マイクロクラックの発
生が起こり難く、電気的特性の低下が起こりにくい。
【００２８】
【実施例】チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする材料と
して、表１に示す平均粒径のＰｂ9.96Ｓｒ0.04［（Ｎｂ
2/3 Ｃｏ1/3 ）0.92Ｎｂ0.08］0.06（Ｔｉ0.50Ｚ
ｒ0.50）0.94Ｏ3 （Ａ組成）、Ｐｂ0.96Ｓｒ0.04［（Ｎ
ｂ2/3 Ｃｏ1/3 ）0.92Ｎｂ0.08］0.06（Ｔｉ0.52Ｚｒ
0.48）0.94Ｏ3 （Ｂ組成）、およびＰｂ0.96Ｓｒ
0.04［（Ｎｂ2/3 Ｃｏ1/3 ）0.92Ｎｂ0.08］0.06（Ｔｉ
0.48Ｚｒ0.52）0.94Ｏ3 （Ｃ組成）からなる仮焼粉末を
用い、これに、３モル％のＹ2 Ｏ3 で安定化された純度
９９％以上、平均粒径が表１に示す値のジルコニア粉末
（ＰＳＺ）を全量中０〜１０重量％になるように添加し
た。この混合物をＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで
１６時間混合した後、バインダーを添加し造粒した。こ
の混合粉体を１ｔ／ｃｍ2 の圧力でプレス成形し、大気
中１２００℃×２時間の条件で焼成した。
して、表１に示す平均粒径のＰｂ9.96Ｓｒ0.04［（Ｎｂ
2/3 Ｃｏ1/3 ）0.92Ｎｂ0.08］0.06（Ｔｉ0.50Ｚ
ｒ0.50）0.94Ｏ3 （Ａ組成）、Ｐｂ0.96Ｓｒ0.04［（Ｎ
ｂ2/3 Ｃｏ1/3 ）0.92Ｎｂ0.08］0.06（Ｔｉ0.52Ｚｒ
0.48）0.94Ｏ3 （Ｂ組成）、およびＰｂ0.96Ｓｒ
0.04［（Ｎｂ2/3 Ｃｏ1/3 ）0.92Ｎｂ0.08］0.06（Ｔｉ
0.48Ｚｒ0.52）0.94Ｏ3 （Ｃ組成）からなる仮焼粉末を
用い、これに、３モル％のＹ2 Ｏ3 で安定化された純度
９９％以上、平均粒径が表１に示す値のジルコニア粉末
（ＰＳＺ）を全量中０〜１０重量％になるように添加し
た。この混合物をＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで
１６時間混合した後、バインダーを添加し造粒した。こ
の混合粉体を１ｔ／ｃｍ2 の圧力でプレス成形し、大気
中１２００℃×２時間の条件で焼成した。
【００２９】得られた焼結体を幅２ｍｍ、、長さ３．５
ｍｍ、厚み１．５ｍｍの寸法に加工し、スパン２ｍｍの
３点曲げ試験で評価した。
ｍｍ、厚み１．５ｍｍの寸法に加工し、スパン２ｍｍの
３点曲げ試験で評価した。
【００３０】また、得られた焼結体を直径２０ｍｍ、厚
さ０．５ｍｍの円板に加工し、円板の上下に銀電極を焼
き付けた。銀電極を焼き付けた円板を８０℃に設定した
シリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの電場を３０分間印加
して分極処理した後、インピーダンスアナライザーを用
い、電気機械結合係数Ｋｒおよび共振周波数の温度係数
Ｆｒ．ＴＣ．を測定した。
さ０．５ｍｍの円板に加工し、円板の上下に銀電極を焼
き付けた。銀電極を焼き付けた円板を８０℃に設定した
シリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの電場を３０分間印加
して分極処理した後、インピーダンスアナライザーを用
い、電気機械結合係数Ｋｒおよび共振周波数の温度係数
Ｆｒ．ＴＣ．を測定した。
【００３１】共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．は、−
３０℃〜８０℃の温度範囲における共振周波数の最大値
ｆｒmax と最小値ｆｒmin 、２５℃における共振周波数
ｆｒ25の値から、Ｆｒ．ＴＣ．＝｛（ｆｒmax −ｆｒ
min ）／ｆｒ25｝／１１０×１０6 の式を用いて算出し
た。
３０℃〜８０℃の温度範囲における共振周波数の最大値
ｆｒmax と最小値ｆｒmin 、２５℃における共振周波数
ｆｒ25の値から、Ｆｒ．ＴＣ．＝｛（ｆｒmax −ｆｒ
min ）／ｆｒ25｝／１１０×１０6 の式を用いて算出し
た。
【００３２】圧電磁器中のチタン酸ジルコン酸鉛を主成
分とする主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、部分安定化
ジルコニア（ＰＳＺ）および／または安定化ジルコニア
（ＦＳＺ）の平均結晶粒径ｄ2 とを、焼結体断面のＳＥ
Ｍ写真を用いてインターセプト法で測定し、ｄ1 ／ｄ2
を求めた。以上の結果を表１に示す。尚、表１中試料Ｎ
o.８、１１については、８モル％のＹ2 Ｏ3 で安定化さ
れたジルコニア（ＦＳＺ）を用いた。試料Ｎo.１２につ
いては安定化されていないジルコニア（純度９９％以
上、平均粒径０．５μｍ、ｍＺｒＯ2 ）を用いた。
分とする主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、部分安定化
ジルコニア（ＰＳＺ）および／または安定化ジルコニア
（ＦＳＺ）の平均結晶粒径ｄ2 とを、焼結体断面のＳＥ
Ｍ写真を用いてインターセプト法で測定し、ｄ1 ／ｄ2
を求めた。以上の結果を表１に示す。尚、表１中試料Ｎ
o.８、１１については、８モル％のＹ2 Ｏ3 で安定化さ
れたジルコニア（ＦＳＺ）を用いた。試料Ｎo.１２につ
いては安定化されていないジルコニア（純度９９％以
上、平均粒径０．５μｍ、ｍＺｒＯ2 ）を用いた。
【００３３】
【表１】
【００３４】この表１から、部分安定化または安定化し
たジルコニアを含有させることによって、主結晶粒子の
平均結晶粒径を著しく小さくすることができ、特に、平
均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア
粒子および／または安定化ジルコニア粒子を全量中０．
０５〜５重量％含有せしめるとともに、主結晶粒子の平
均結晶粒径ｄ1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／
または安定化ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比
（ｄ1 ／ｄ2 ）を２〜８とすることにより、電気機械結
合係数Ｋｒを５０％以上、共振周波数の温度係数Ｆｒ．
ＴＣ．を±５０ｐｐｍ／℃以内に制御できることが判
る。
たジルコニアを含有させることによって、主結晶粒子の
平均結晶粒径を著しく小さくすることができ、特に、平
均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア
粒子および／または安定化ジルコニア粒子を全量中０．
０５〜５重量％含有せしめるとともに、主結晶粒子の平
均結晶粒径ｄ1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／
または安定化ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比
（ｄ1 ／ｄ2 ）を２〜８とすることにより、電気機械結
合係数Ｋｒを５０％以上、共振周波数の温度係数Ｆｒ．
ＴＣ．を±５０ｐｐｍ／℃以内に制御できることが判
る。
【００３５】一方、ジルコニアの含有量が０．０５重量
％より少ない場合（試料Ｎo.２）は、添加の効果が認め
られず、共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．の改善も見
られない。添加量が５重量％を越えると主結晶粒子の平
均結晶粒径は小さくなるが、電気機械結合係数Ｋｒが著
しく低下する（試料Ｎo.１３、１６、２６）。
％より少ない場合（試料Ｎo.２）は、添加の効果が認め
られず、共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．の改善も見
られない。添加量が５重量％を越えると主結晶粒子の平
均結晶粒径は小さくなるが、電気機械結合係数Ｋｒが著
しく低下する（試料Ｎo.１３、１６、２６）。
【００３６】また、ジルコニアの平均結晶粒径は、平均
粒径が０．３μｍより小さい場合（試料Ｎo.１４）に
は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶粒子内
に取り込まれる割合が多くなり、主結晶粒子の粒成長抑
制効果が小さくなり、平均粒径が１μｍよりも大きくな
ると（試料Ｎo.１７）電気的特性が大きく低下する。
粒径が０．３μｍより小さい場合（試料Ｎo.１４）に
は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結晶粒子内
に取り込まれる割合が多くなり、主結晶粒子の粒成長抑
制効果が小さくなり、平均粒径が１μｍよりも大きくな
ると（試料Ｎo.１７）電気的特性が大きく低下する。
【００３７】また、圧電磁器中のチタン酸ジルコン酸鉛
を主成分とする主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、部分
安定化ジルコニアおよび／または安定化ジルコニアの平
均結晶粒径ｄ2 との比率が８よりも大きい場合（試料Ｎ
o.２、３、１４）は、部分安定化ジルコニアおよび／ま
たは安定化ジルコニアがチタン酸ジルコン酸鉛を主成分
とする主結晶粒子内に取り込まれる割合が多くなり、主
結晶粒子の粒成長抑制効果が小さくなり、共振周波数の
温度係数Ｆｒ．ＴＣ．が正側に大きくなる。一方比率が
２よりも小さくなると（試料Ｎo.１０、１６、１７、２
６、３１）、電気的特性が大きく低下する。
を主成分とする主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と、部分
安定化ジルコニアおよび／または安定化ジルコニアの平
均結晶粒径ｄ2 との比率が８よりも大きい場合（試料Ｎ
o.２、３、１４）は、部分安定化ジルコニアおよび／ま
たは安定化ジルコニアがチタン酸ジルコン酸鉛を主成分
とする主結晶粒子内に取り込まれる割合が多くなり、主
結晶粒子の粒成長抑制効果が小さくなり、共振周波数の
温度係数Ｆｒ．ＴＣ．が正側に大きくなる。一方比率が
２よりも小さくなると（試料Ｎo.１０、１６、１７、２
６、３１）、電気的特性が大きく低下する。
【００３８】さらに、安定化されていないジルコニアの
場合（試料Ｎo.１２）には、部分安定化又は安定化した
ジルコニアを含有させた場合と比較して、電気機械結合
係数Ｋｒが著しく小さいことが判る。これは、マルテン
サイト変態に起因するマイクロクラックが多数発生し、
電気的特性を著しく低下させたからである。
場合（試料Ｎo.１２）には、部分安定化又は安定化した
ジルコニアを含有させた場合と比較して、電気機械結合
係数Ｋｒが著しく小さいことが判る。これは、マルテン
サイト変態に起因するマイクロクラックが多数発生し、
電気的特性を著しく低下させたからである。
【００３９】図１に、圧電磁器中のチタン酸ジルコン酸
鉛を主成分とする主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と抗折
強度の関係を示す。平均結晶粒径ｄ1 が３μｍよりも大
きくなると急激に抗折強度が低下することが判る。抗折
強度の点からは、平均結晶粒径ｄ1 が３μｍ以下である
ことが望ましいことが判る。
鉛を主成分とする主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 と抗折
強度の関係を示す。平均結晶粒径ｄ1 が３μｍよりも大
きくなると急激に抗折強度が低下することが判る。抗折
強度の点からは、平均結晶粒径ｄ1 が３μｍ以下である
ことが望ましいことが判る。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、本発明の圧電体では、平
均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア
粒子および／または安定化ジルコニア粒子を全量中０．
０５〜５重量％含有するとともに、主結晶粒子の平均結
晶粒径ｄ1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／また
は安定化ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1
／ｄ2 ）を２〜８とすることにより、高い電気的特性を
維持できるとともに、主結晶粒子の組成を変更すること
なく、共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．を−５０〜＋
５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。
均結晶粒径０．３〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア
粒子および／または安定化ジルコニア粒子を全量中０．
０５〜５重量％含有するとともに、主結晶粒子の平均結
晶粒径ｄ1 と、部分安定化ジルコニア粒子および／また
は安定化ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比（ｄ1
／ｄ2 ）を２〜８とすることにより、高い電気的特性を
維持できるとともに、主結晶粒子の組成を変更すること
なく、共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．を−５０〜＋
５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。
【図１】圧電磁器中のチタン酸ジルコン酸鉛を主成分と
する主結晶粒子の平均結晶粒径と抗折強度の関係を示す
グラフである。
する主結晶粒子の平均結晶粒径と抗折強度の関係を示す
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G031 AA11 AA12 AA32 BA10 CA04 GA03 5J108 AA04 BB05
Claims (3)
- 【請求項１】チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする主結
晶粒子からなる圧電磁器中に、平均結晶粒径０．３〜
１．０μｍの部分安定化ジルコニア粒子および／または
安定化ジルコニア粒子を全量中０．０５〜５重量％の割
合で分散してなるとともに、前記主結晶粒子の平均結晶
粒径ｄ1 と、前記部分安定化ジルコニア粒子および／ま
たは前記安定化ジルコニア粒子の平均結晶粒径ｄ2 の比
（ｄ1 ／ｄ2 ）が２〜８であることを特徴とする圧電
体。 - 【請求項２】主結晶粒子の平均結晶粒径ｄ1 が３μｍ以
下であることを特徴とする請求項１記載の圧電体。 - 【請求項３】共振周波数の温度係数Ｆｒ．ＴＣ．が−５
０〜＋５０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１
または２記載の圧電体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24424098A JP3696734B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 圧電体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24424098A JP3696734B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 圧電体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000072545A true JP2000072545A (ja) | 2000-03-07 |
| JP3696734B2 JP3696734B2 (ja) | 2005-09-21 |
Family
ID=17115830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24424098A Expired - Lifetime JP3696734B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 圧電体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3696734B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009007197A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Kyocera Corp | 圧電セラミックス、圧電アクチュエータおよび液体吐出ヘッド |
| WO2018138070A3 (de) * | 2017-01-30 | 2018-09-27 | Ceramtec Gmbh | Verfahren zur herstellung eines keramischen teils auf basis von blei-zirkonat-titanat |
-
1998
- 1998-08-31 JP JP24424098A patent/JP3696734B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009007197A (ja) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Kyocera Corp | 圧電セラミックス、圧電アクチュエータおよび液体吐出ヘッド |
| WO2018138070A3 (de) * | 2017-01-30 | 2018-09-27 | Ceramtec Gmbh | Verfahren zur herstellung eines keramischen teils auf basis von blei-zirkonat-titanat |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3696734B2 (ja) | 2005-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001240471A (ja) | 圧電磁器組成物および圧電共振子 | |
| JP2001316182A (ja) | 圧電磁器および圧電共振子 | |
| CN1246859C (zh) | 压电陶瓷成分以及采用此压电陶瓷成分的压电器件 | |
| JP3570294B2 (ja) | 圧電磁器材料およびそれを用いて得られた圧電磁器焼結体 | |
| JP2006315909A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JP3696734B2 (ja) | 圧電体 | |
| JP2000072539A (ja) | 圧電体 | |
| JP4544712B2 (ja) | 圧電磁器および圧電素子 | |
| JP2000313662A (ja) | 磁器組成物 | |
| JP4361990B2 (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
| JP4003920B2 (ja) | 圧電磁器組成物、圧電磁器焼結体および電子部品 | |
| JP2866986B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP3981221B2 (ja) | 圧電磁器 | |
| JPH0745882A (ja) | 圧電素子 | |
| JP2000159574A (ja) | 圧電磁器 | |
| JPH09124367A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| KR100462871B1 (ko) | 내열성 및 주파수 안정성이 우수한 압전 세라믹 조성물 및 이를 이용한 압전기기 | |
| JP3266483B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP3096919B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH10330164A (ja) | 圧電体 | |
| JP3318480B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH03115167A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JPH10167821A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| KR100674470B1 (ko) | 압전세라믹 조성물 | |
| JPH09142931A (ja) | 圧電磁器組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050104 |
|
| 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: 20050628 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050630 |
|
| 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: 20080708 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090708 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090708 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100708 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100708 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110708 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120708 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120708 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130708 Year of fee payment: 8 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |