JP2001097769A - 圧電磁器 - Google Patents
圧電磁器Info
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- JP2001097769A JP2001097769A JP27505499A JP27505499A JP2001097769A JP 2001097769 A JP2001097769 A JP 2001097769A JP 27505499 A JP27505499 A JP 27505499A JP 27505499 A JP27505499 A JP 27505499A JP 2001097769 A JP2001097769 A JP 2001097769A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高い圧電特性を維持した状態で、焼成温度幅を
広くできるとともに、曲げ強度を向上できる圧電磁器を
提供する。 【解決手段】ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子
１と、該板状結晶粒子１の粒界に存在するペロブスカイ
ト型複合酸化物からなる結晶粒子２とを具備するもの
で、ペロブスカイト型複合酸化物からなる結晶粒子２が
繊維状であることが望ましく、板状結晶粒子１がＡＢｉ
4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金属のうち少なくとも
一種）で表されるビスマス層状化合物であることが望ま
しい。
広くできるとともに、曲げ強度を向上できる圧電磁器を
提供する。 【解決手段】ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子
１と、該板状結晶粒子１の粒界に存在するペロブスカイ
ト型複合酸化物からなる結晶粒子２とを具備するもの
で、ペロブスカイト型複合酸化物からなる結晶粒子２が
繊維状であることが望ましく、板状結晶粒子１がＡＢｉ
4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金属のうち少なくとも
一種）で表されるビスマス層状化合物であることが望ま
しい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低鉛あるいは無鉛
のビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子と、該板状
結晶粒子の粒界に存在するペロブスカイト型複合酸化物
からなる結晶粒子とを有する圧電磁器に関し、例えば、
フィルタ、圧電共振子、圧電センサ等に用いられる圧電
磁器、特に、圧電共振子に好適に用いられる圧電磁器に
関する。
のビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子と、該板状
結晶粒子の粒界に存在するペロブスカイト型複合酸化物
からなる結晶粒子とを有する圧電磁器に関し、例えば、
フィルタ、圧電共振子、圧電センサ等に用いられる圧電
磁器、特に、圧電共振子に好適に用いられる圧電磁器に
関する。
【０００２】
【従来技術】従来から、圧電磁器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。
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】近年、環境保護の点から、電子部品を用い
られる半田の非鉛化が進んでいる。特に、電子部品を基
板に実装する際に使用する半田においては、鉛を含有し
ない半田が商品化されている。
られる半田の非鉛化が進んでいる。特に、電子部品を基
板に実装する際に使用する半田においては、鉛を含有し
ない半田が商品化されている。
【０００４】鉛を含まない半田は、鉛ガラス系の半田に
比べ高融点であるため、リフロー温度は従来、鉛ガラス
系の半田が２３０〜２６０℃であったものが２８０〜３
３０℃と高温になっている。このため、電子部品に要求
される耐熱温度は高くなってきており、電子部品の中で
特にキュリー温度で圧電性が消失してしまう圧電部品に
おいては、キュリー温度の高い圧電材料で構成されるよ
うになっている。
比べ高融点であるため、リフロー温度は従来、鉛ガラス
系の半田が２３０〜２６０℃であったものが２８０〜３
３０℃と高温になっている。このため、電子部品に要求
される耐熱温度は高くなってきており、電子部品の中で
特にキュリー温度で圧電性が消失してしまう圧電部品に
おいては、キュリー温度の高い圧電材料で構成されるよ
うになっている。
【０００５】従来から、低鉛あるいは無鉛の圧電材料と
しては、ＢａＴｉＯ3 や（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5 ）ＴｉＯ3
等からなるペロブスカイト型複合酸化物、ＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2Ｏ9 、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15、ＰｂＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ
15等からなるビスマス層状化合物、またはこれらにＭｎ
Ｏ2 やＣｒ2 Ｏ3 を添加したビスマス層状化合物が知ら
れている。例えば、特開昭５０−３４３１３号公報に
は、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15に、ＭｎＯ2 を添加したビス
マス層状化合物からなる圧電磁器が開示されている。
しては、ＢａＴｉＯ3 や（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5 ）ＴｉＯ3
等からなるペロブスカイト型複合酸化物、ＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2Ｏ9 、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15、ＰｂＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ
15等からなるビスマス層状化合物、またはこれらにＭｎ
Ｏ2 やＣｒ2 Ｏ3 を添加したビスマス層状化合物が知ら
れている。例えば、特開昭５０−３４３１３号公報に
は、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15に、ＭｎＯ2 を添加したビス
マス層状化合物からなる圧電磁器が開示されている。
【０００６】このようなビスマス層状化合物は通常のセ
ラミックス作製プロセスで作製可能であり、ＳｒＢｉ4
Ｔｉ4 Ｏ15系圧電磁器はキュリー温度が４５０℃以上、
電気機械結合係数Ｋ33が約１５％、機械的品質係数Ｑｍ
が約４０００、比誘電率が約１２０であり、高温耐熱性
に優れたセンサーや圧電共振子として有望な圧電磁器で
ある。
ラミックス作製プロセスで作製可能であり、ＳｒＢｉ4
Ｔｉ4 Ｏ15系圧電磁器はキュリー温度が４５０℃以上、
電気機械結合係数Ｋ33が約１５％、機械的品質係数Ｑｍ
が約４０００、比誘電率が約１２０であり、高温耐熱性
に優れたセンサーや圧電共振子として有望な圧電磁器で
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５０−３４３１３号公報に開示されたＳｒＢｉ4 Ｔｉ4
Ｏ15系の圧電磁器では、材料自身が層状化合物で異方性
が高く、加えて結晶粒形状が板状であるため、焼成して
も緻密化し難くボイドや欠陥が多いという問題があっ
た。
５０−３４３１３号公報に開示されたＳｒＢｉ4 Ｔｉ4
Ｏ15系の圧電磁器では、材料自身が層状化合物で異方性
が高く、加えて結晶粒形状が板状であるため、焼成して
も緻密化し難くボイドや欠陥が多いという問題があっ
た。
【０００８】例えば、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15粉末を２．
０〜２．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の高圧力で成形し、通常のセ
ラミック作製プロセスにて焼成を行った場合において
も、圧電磁器の相対密度は９３〜９４％と低く、圧電磁
器の曲げ強度は１４０ＭＰａ、硬度は４５０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 であり、従来から圧電磁器として広く用いられてい
るＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 系に比べて低いものであり、
薄板状に加工する際に破損したり、素子にする際に割れ
てしまうという問題があった。
０〜２．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の高圧力で成形し、通常のセ
ラミック作製プロセスにて焼成を行った場合において
も、圧電磁器の相対密度は９３〜９４％と低く、圧電磁
器の曲げ強度は１４０ＭＰａ、硬度は４５０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 であり、従来から圧電磁器として広く用いられてい
るＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 系に比べて低いものであり、
薄板状に加工する際に破損したり、素子にする際に割れ
てしまうという問題があった。
【０００９】また、通常のセラミック作製プロセスにて
焼成を行う場合、相対密度９２〜９３％の焼結体の得ら
れる焼成温度は１１９０〜１２１０℃で、この温度以上
では焼成用治具と反応して溶融してしまうため、高い相
対密度を有する磁器を得ることができず、焼成温度の管
理の点から量産化において問題があった。
焼成を行う場合、相対密度９２〜９３％の焼結体の得ら
れる焼成温度は１１９０〜１２１０℃で、この温度以上
では焼成用治具と反応して溶融してしまうため、高い相
対密度を有する磁器を得ることができず、焼成温度の管
理の点から量産化において問題があった。
【００１０】また、通常セラミックスの焼結挙動は、
液相が生成され、固相粒子を濡らして再配列し、粒子
形状の緩和や粒成長等の溶解、析出により拡散し、固
相反応により骨格を形成することにより生じる。
液相が生成され、固相粒子を濡らして再配列し、粒子
形状の緩和や粒成長等の溶解、析出により拡散し、固
相反応により骨格を形成することにより生じる。
【００１１】そして、磁器の緻密化において重要な点
は、粒子形状の緩和や粒成長等によって粒子間の３重点
に存在する気孔を消滅させることである。気孔の消滅が
不十分であると、固相反応時に気孔が成長し磁器中の欠
陥は増えてしまう。そのため、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15系
にＭｎＯ2 を添加して液相を生成し、粒子形状の緩和を
促進させた組成系が提案されているが、通常焼成で９４
％程度の相対密度を有する圧電磁器であり、やはり、磁
器強度の面で問題があった。
は、粒子形状の緩和や粒成長等によって粒子間の３重点
に存在する気孔を消滅させることである。気孔の消滅が
不十分であると、固相反応時に気孔が成長し磁器中の欠
陥は増えてしまう。そのため、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15系
にＭｎＯ2 を添加して液相を生成し、粒子形状の緩和を
促進させた組成系が提案されているが、通常焼成で９４
％程度の相対密度を有する圧電磁器であり、やはり、磁
器強度の面で問題があった。
【００１２】さらに、ビスマス層状化合物の特徴の一つ
には機械的品質係数Ｑｍ値が高いことが挙げられる。高
Ｑｍ材料の用途の一つにレゾネータがあるが、このレゾ
ネータの発信性能を表すものとして共振抵抗と反共振抵
抗の山谷比であるＰ／Ｖ値が用いられる。このＰ／Ｖ値
はは材料組成だけでなく、磁器に存在する欠陥によって
も大きく変化するため、レゾネータ等の素子形状にした
場合、Ｐ／Ｖ値のバラツキが多く量産化し難いものであ
った。
には機械的品質係数Ｑｍ値が高いことが挙げられる。高
Ｑｍ材料の用途の一つにレゾネータがあるが、このレゾ
ネータの発信性能を表すものとして共振抵抗と反共振抵
抗の山谷比であるＰ／Ｖ値が用いられる。このＰ／Ｖ値
はは材料組成だけでなく、磁器に存在する欠陥によって
も大きく変化するため、レゾネータ等の素子形状にした
場合、Ｐ／Ｖ値のバラツキが多く量産化し難いものであ
った。
【００１３】本発明は、高い圧電特性を維持した状態
で、焼成温度幅を広くできるとともに、曲げ強度を向上
できる圧電磁器を提供することを目的とする。
で、焼成温度幅を広くできるとともに、曲げ強度を向上
できる圧電磁器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器は、ビ
スマス層状化合物からなる板状結晶粒子と、該板状結晶
粒子の粒界に存在するペロブスカイト型複合酸化物から
なる結晶粒子とを有するものである。
スマス層状化合物からなる板状結晶粒子と、該板状結晶
粒子の粒界に存在するペロブスカイト型複合酸化物から
なる結晶粒子とを有するものである。
【００１５】このような構成を採用することにより、圧
電特性を高く維持した状態で、焼成温度幅を広くできる
とともに、曲げ強度を向上できる。即ち、添加するペロ
ブスカイト型複合酸化物は、ビスマス層状化合物に比べ
粒子形状緩和温度が高いことから、ビスマス層状化合物
からなる結晶粒子の粒成長やネックの成長速度が抑制さ
れ、９６％以上の相対密度が得られる焼成温度幅を４０
℃程度に広くできる。また、Ｐ／Ｖ値は材料組成の他、
磁器の緻密さも影響するが、本発明の圧電磁器において
は、相対密度を高くできるためＰ／Ｖ値を高く維持でき
る。
電特性を高く維持した状態で、焼成温度幅を広くできる
とともに、曲げ強度を向上できる。即ち、添加するペロ
ブスカイト型複合酸化物は、ビスマス層状化合物に比べ
粒子形状緩和温度が高いことから、ビスマス層状化合物
からなる結晶粒子の粒成長やネックの成長速度が抑制さ
れ、９６％以上の相対密度が得られる焼成温度幅を４０
℃程度に広くできる。また、Ｐ／Ｖ値は材料組成の他、
磁器の緻密さも影響するが、本発明の圧電磁器において
は、相対密度を高くできるためＰ／Ｖ値を高く維持でき
る。
【００１６】また、本発明の圧電磁器は、ペロブスカイ
ト型複合酸化物からなる結晶粒子が繊維状であることが
望ましい。
ト型複合酸化物からなる結晶粒子が繊維状であることが
望ましい。
【００１７】このような構成を採用することにより、圧
電特性を高く維持した状態で、焼成温度幅をさらに広く
することができるとともに、抗折強度をさらに向上する
ことができる。即ち、ビスマス層状化合物からなる板状
結晶粒子だけでなく、ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイ
ト型複合酸化物からなる繊維状の結晶粒子が、板状結晶
粒子の粒界に存在することになり、板状結晶粒子同士の
結合をより強固なものとするため、曲げ強度が向上し、
薄板への加工における破損や素子の割れを抑制できる。
電特性を高く維持した状態で、焼成温度幅をさらに広く
することができるとともに、抗折強度をさらに向上する
ことができる。即ち、ビスマス層状化合物からなる板状
結晶粒子だけでなく、ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイ
ト型複合酸化物からなる繊維状の結晶粒子が、板状結晶
粒子の粒界に存在することになり、板状結晶粒子同士の
結合をより強固なものとするため、曲げ強度が向上し、
薄板への加工における破損や素子の割れを抑制できる。
【００１８】さらに、本発明の圧電磁器は、板状結晶粒
子がＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金属のうち
少なくとも一種）で表されるビスマス層状化合物である
ことが望ましい。
子がＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金属のうち
少なくとも一種）で表されるビスマス層状化合物である
ことが望ましい。
【００１９】このような構成を採用することにより、例
えば、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15の焼成温度が１１９０〜１
２１０℃程度であり、焼成温度幅が２０℃程度であった
ものが、焼成温度が１１８０〜１２４０℃程度となり、
磁器の相対密度が９６％以上となる焼成温度幅が４０℃
程度と広がり、厳密な焼成条件の制御が不要となるとと
もに、Ｐ／Ｖ値が６０ｄＢ以上であり、圧電特性を高く
維持した状態で、曲げ強度を向上することができる。
えば、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15の焼成温度が１１９０〜１
２１０℃程度であり、焼成温度幅が２０℃程度であった
ものが、焼成温度が１１８０〜１２４０℃程度となり、
磁器の相対密度が９６％以上となる焼成温度幅が４０℃
程度と広がり、厳密な焼成条件の制御が不要となるとと
もに、Ｐ／Ｖ値が６０ｄＢ以上であり、圧電特性を高く
維持した状態で、曲げ強度を向上することができる。
【００２０】さらに、本発明の圧電磁器では、ペロブス
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子が全量中２〜１０
体積％存在することが望ましい。このような構成を採用
することにより、焼成温度幅が広くでき、抗折強度を向
上することができるとともに、圧電特性を最も高く維持
できる。
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子が全量中２〜１０
体積％存在することが望ましい。このような構成を採用
することにより、焼成温度幅が広くでき、抗折強度を向
上することができるとともに、圧電特性を最も高く維持
できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器は、図１示すよ
うに、ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子１と、
該板状結晶粒子１の粒界に存在するペロブスカイト型複
合酸化物からなる繊維状の結晶粒子２とを有するもので
ある。尚、図１では、便宜上、結晶粒子２に斜線を引い
て表した。
うに、ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子１と、
該板状結晶粒子１の粒界に存在するペロブスカイト型複
合酸化物からなる繊維状の結晶粒子２とを有するもので
ある。尚、図１では、便宜上、結晶粒子２に斜線を引い
て表した。
【００２２】ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子
１は、一般式（Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ｍ１m-1 Ｍ２
m Ｏ3m+1）2-（Ｍ１は１、２、３価のイオン及びこれら
のイオンの組合せ、Ｍ２は４、５、６価のイオン及びこ
れらのイオンの組合せ、ｍは１〜５）で表されるもの
で、例えば、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4
Ｏ15、Ｎａ0.5 Ｂｉ4.5 Ｔｉ4 Ｏ15のようなもの、ま
た、これらにＭｎやＣｒ等が固溶したものが挙げられ
る。特に、ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子１
としては、ＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金属
のうち少なくとも一種）で表されるものが望ましく、さ
らにはＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15が望ましい。
１は、一般式（Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ｍ１m-1 Ｍ２
m Ｏ3m+1）2-（Ｍ１は１、２、３価のイオン及びこれら
のイオンの組合せ、Ｍ２は４、５、６価のイオン及びこ
れらのイオンの組合せ、ｍは１〜５）で表されるもの
で、例えば、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4
Ｏ15、Ｎａ0.5 Ｂｉ4.5 Ｔｉ4 Ｏ15のようなもの、ま
た、これらにＭｎやＣｒ等が固溶したものが挙げられ
る。特に、ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子１
としては、ＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金属
のうち少なくとも一種）で表されるものが望ましく、さ
らにはＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15が望ましい。
【００２３】また、該板状結晶粒子の粒界に存在するペ
ロブスカイト型複合酸化物からなる結晶粒子２は、一般
式ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイト型化合物であれば
特に限定しないが、繊維状の結晶粒子を用いることによ
り、曲げ強度をさらに向上することができる。ペロブス
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子としては、例え
ば、ＢａＴｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、（ＢａX Ｓｒ1-X ）
ＴｉＯ3 、また、これらにＭｎやＭｇ等を固溶したもの
が挙げられる。特に、ＡＴｉＯ3 （Ａはアルカリ土類金
属のうち少なくとも一種）で表されるものが望ましい。
繊維状の結晶粒子２としては、アスペクト比が１〜３の
ものが望ましく、球形状の結晶粒子２としては、平均結
晶粒径が１〜３μｍのものが望ましい。
ロブスカイト型複合酸化物からなる結晶粒子２は、一般
式ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイト型化合物であれば
特に限定しないが、繊維状の結晶粒子を用いることによ
り、曲げ強度をさらに向上することができる。ペロブス
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子としては、例え
ば、ＢａＴｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、（ＢａX Ｓｒ1-X ）
ＴｉＯ3 、また、これらにＭｎやＭｇ等を固溶したもの
が挙げられる。特に、ＡＴｉＯ3 （Ａはアルカリ土類金
属のうち少なくとも一種）で表されるものが望ましい。
繊維状の結晶粒子２としては、アスペクト比が１〜３の
ものが望ましく、球形状の結晶粒子２としては、平均結
晶粒径が１〜３μｍのものが望ましい。
【００２４】さらに、ビスマス層状化合物からなる板状
結晶粒子１をＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金
属のうち少なくとも一種）、ペロブスカイト型複合酸化
物からなる結晶粒子２をＡＴｉＯ3 （Ａはアルカリ土類
金属のうち少なくとも一種）と表した時、板状結晶粒子
１のＡと結晶粒子２のアルカリ土類金属Ａが同一である
ことが、焼結性を向上させるという点から望ましい。
結晶粒子１をＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａはアルカリ土類金
属のうち少なくとも一種）、ペロブスカイト型複合酸化
物からなる結晶粒子２をＡＴｉＯ3 （Ａはアルカリ土類
金属のうち少なくとも一種）と表した時、板状結晶粒子
１のＡと結晶粒子２のアルカリ土類金属Ａが同一である
ことが、焼結性を向上させるという点から望ましい。
【００２５】本発明の圧電磁器におけるビスマス層状化
合物からなる板状結晶粒子の平均結晶粒径はＱｍと曲げ
強度を向上させるという点から、１〜４μｍであること
が望ましい。
合物からなる板状結晶粒子の平均結晶粒径はＱｍと曲げ
強度を向上させるという点から、１〜４μｍであること
が望ましい。
【００２６】さらに、本発明の圧電磁器では、ペロブス
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子２が全量中２〜１
０体積％存在することが望ましい。このようにペロブス
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子２の量比を限定す
ることにより、焼成温度幅を広くでき、抗折強度を向上
できるとともに、圧電特性を最も高く維持できる。
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子２が全量中２〜１
０体積％存在することが望ましい。このようにペロブス
カイト型複合酸化物からなる結晶粒子２の量比を限定す
ることにより、焼成温度幅を広くでき、抗折強度を向上
できるとともに、圧電特性を最も高く維持できる。
【００２７】一方、ペロブスカイト型複合酸化物からな
る結晶粒子２が全量中２体積％よりも少ない場合、焼成
温度幅の拡大効果が小さく、抗折強度向上効果が小さい
からである。逆に、１０体積％よりも大きくなると圧電
特性が低下する傾向にあるからである。
る結晶粒子２が全量中２体積％よりも少ない場合、焼成
温度幅の拡大効果が小さく、抗折強度向上効果が小さい
からである。逆に、１０体積％よりも大きくなると圧電
特性が低下する傾向にあるからである。
【００２８】本発明の圧電磁器は、例えば、出発原料と
してＳｒＣＯ3 粉末、ＴｉＯ2 粉末、Ｂｉ2 Ｏ3 粉末、
もしくはこれにＭｎＯ2 粉末を所定量秤量し、ボールミ
ル等で１０〜２４時間湿式混合し、次に、この混合物を
脱水、乾燥した後、９００〜１０５０℃で１〜３時間仮
焼し、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15、もしくはこれにＭｎが固
溶したＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15系粉末を合成する。
してＳｒＣＯ3 粉末、ＴｉＯ2 粉末、Ｂｉ2 Ｏ3 粉末、
もしくはこれにＭｎＯ2 粉末を所定量秤量し、ボールミ
ル等で１０〜２４時間湿式混合し、次に、この混合物を
脱水、乾燥した後、９００〜１０５０℃で１〜３時間仮
焼し、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15、もしくはこれにＭｎが固
溶したＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15系粉末を合成する。
【００２９】一方、例えば、ＢａＣＯ3 粉末、ＳｒＣＯ
3 粉末、ＴｉＯ2 粉末を所定量秤量し、ボールミル等で
１０〜２４時間湿式混合し、次に、この混合物を脱水、
乾燥した後、９００〜１０００℃で２〜４時間仮焼し、
（ＢａX Ｓｒ1-X ）ＴｉＯ3粉末を合成する。
3 粉末、ＴｉＯ2 粉末を所定量秤量し、ボールミル等で
１０〜２４時間湿式混合し、次に、この混合物を脱水、
乾燥した後、９００〜１０００℃で２〜４時間仮焼し、
（ＢａX Ｓｒ1-X ）ＴｉＯ3粉末を合成する。
【００３０】次に、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15系粉末と、
（ＢａX Ｓｒ1-X ）ＴｉＯ3 粉末を所定量秤量し、ボー
ルミル等で１０〜２４時間湿式混合し、この混合物を脱
水、乾燥する。その後、この混合物に有機バインダーを
混合し、造粒後、所定圧力で成形して成形体を作製し、
これらを大気中等の酸素含有雰囲気において１１５０〜
１２６０℃で０．５〜４．０時間焼成することにより得
られる。
（ＢａX Ｓｒ1-X ）ＴｉＯ3 粉末を所定量秤量し、ボー
ルミル等で１０〜２４時間湿式混合し、この混合物を脱
水、乾燥する。その後、この混合物に有機バインダーを
混合し、造粒後、所定圧力で成形して成形体を作製し、
これらを大気中等の酸素含有雰囲気において１１５０〜
１２６０℃で０．５〜４．０時間焼成することにより得
られる。
【００３１】以上のように構成された圧電磁器では、ペ
ロブスカイト型複合酸化物は、ビスマス層状化合物に比
べ粒子形状緩和温度が高いことから、ビスマス層状化合
物からなる結晶粒子の粒成長やネックの成長速度が抑制
され、９６％以上の相対密度が得られる焼成温度幅を広
くできるとともに、インピーダンスの山谷比であるＰ／
Ｖ値は磁器の緻密さにも依存するため、Ｐ／Ｖ値を高く
維持できる。
ロブスカイト型複合酸化物は、ビスマス層状化合物に比
べ粒子形状緩和温度が高いことから、ビスマス層状化合
物からなる結晶粒子の粒成長やネックの成長速度が抑制
され、９６％以上の相対密度が得られる焼成温度幅を広
くできるとともに、インピーダンスの山谷比であるＰ／
Ｖ値は磁器の緻密さにも依存するため、Ｐ／Ｖ値を高く
維持できる。
【００３２】特に、ペロブスカイト型複合酸化物からな
る結晶粒子を繊維状とすることにより、板状結晶粒子同
士の結合をより強固なものとでき、曲げ強度が向上し、
薄板への加工における破損や素子の割れを抑制できる。
る結晶粒子を繊維状とすることにより、板状結晶粒子同
士の結合をより強固なものとでき、曲げ強度が向上し、
薄板への加工における破損や素子の割れを抑制できる。
【００３３】そして、板状結晶粒子がＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ
15（Ａはアルカリ土類金属のうち少なくとも一種）で表
されるビスマス層状化合物であり、ペロブスカイト型複
合酸化物からなる結晶粒子が、例えば、（ＢａX Ｓｒ
1-X ）ＴｉＯ3 である場合には、磁器の相対密度が９６
％以上となる焼成温度が１１８０〜１２４０℃程度とな
り、焼成温度幅が４０℃程度と広がり、厳密な焼成条件
の制御が不要となり、設計通りの特性を有する圧電磁器
を容易に量産できる。この場合には、Ｐ／Ｖ値が６０ｄ
Ｂ以上であり、圧電特性を高く維持した状態で、抗折強
度を向上することができる。
15（Ａはアルカリ土類金属のうち少なくとも一種）で表
されるビスマス層状化合物であり、ペロブスカイト型複
合酸化物からなる結晶粒子が、例えば、（ＢａX Ｓｒ
1-X ）ＴｉＯ3 である場合には、磁器の相対密度が９６
％以上となる焼成温度が１１８０〜１２４０℃程度とな
り、焼成温度幅が４０℃程度と広がり、厳密な焼成条件
の制御が不要となり、設計通りの特性を有する圧電磁器
を容易に量産できる。この場合には、Ｐ／Ｖ値が６０ｄ
Ｂ以上であり、圧電特性を高く維持した状態で、抗折強
度を向上することができる。
【００３４】尚、本発明の圧電磁器では、高い圧電特性
を維持できるとともに、焼成温度幅を広くでき、抗折強
度を向上できるという点から、実質的にビスマス層状化
合物からなる板状結晶粒子と、ペロブスカイト型複合酸
化物からなる結晶粒子とから構成されることが望ましい
が、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ等がビスマス層状化合物に固溶し
きれずに、ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子の
粒界に、ＭｎＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＭｇＯ等が少量存在し
ていても良い。
を維持できるとともに、焼成温度幅を広くでき、抗折強
度を向上できるという点から、実質的にビスマス層状化
合物からなる板状結晶粒子と、ペロブスカイト型複合酸
化物からなる結晶粒子とから構成されることが望ましい
が、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ等がビスマス層状化合物に固溶し
きれずに、ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子の
粒界に、ＭｎＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＭｇＯ等が少量存在し
ていても良い。
【００３５】また、本発明の圧電磁器では、Ｆｅ
2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 等の不可避不純物が存在
する場合もある。
2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 等の不可避不純物が存在
する場合もある。
【００３６】
【実施例】原料粉末としてＳｒＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｂｉ
2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 の各原料粉末を、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ
15＋０．２ｗｔ％ＭｎＯ2 の組成となるように所定量秤
量し、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで１６時間湿
式混合し、次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、９
５０℃で３時間仮焼し、ビスマス層状化合物を合成し
た。
2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 の各原料粉末を、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ
15＋０．２ｗｔ％ＭｎＯ2 の組成となるように所定量秤
量し、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで１６時間湿
式混合し、次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、９
５０℃で３時間仮焼し、ビスマス層状化合物を合成し
た。
【００３７】一方、直径０．５μｍ、アスペクト比６．
５の繊維状の（Ｓｒ0.9 Ｂａ0.1 ）ＴｉＯ3 粉末または
平均粒径１．４μｍの球形状の（Ｓｒ0.9 Ｂａ0.1 ）Ｔ
ｉＯ 3 粉末を準備し、ビスマス層状化合物粉末に、（Ｓ
ｒ0.9 Ｂａ0.1 ）ＴｉＯ3 粉末を、全量中表１に示す量
だけ添加し、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで１０
時間湿式混合し、この混合物を乾燥した。
５の繊維状の（Ｓｒ0.9 Ｂａ0.1 ）ＴｉＯ3 粉末または
平均粒径１．４μｍの球形状の（Ｓｒ0.9 Ｂａ0.1 ）Ｔ
ｉＯ 3 粉末を準備し、ビスマス層状化合物粉末に、（Ｓ
ｒ0.9 Ｂａ0.1 ）ＴｉＯ3 粉末を、全量中表１に示す量
だけ添加し、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで１０
時間湿式混合し、この混合物を乾燥した。
【００３８】その後、この混合物に有機バインダーを混
合し、バインダー混合顆粒を得た。得られた粉末を１．
５ｔ／ｃｍ2 の圧力で長辺３７ｍｍ、短辺２５ｍｍ、厚
さ１. ５ｍｍの寸法からなる角板にプレス成形した。さ
らにこの成形体をＭｇＯ等からなる容器内に密閉し、大
気中１１８０〜１２４０℃で２時間焼成した。
合し、バインダー混合顆粒を得た。得られた粉末を１．
５ｔ／ｃｍ2 の圧力で長辺３７ｍｍ、短辺２５ｍｍ、厚
さ１. ５ｍｍの寸法からなる角板にプレス成形した。さ
らにこの成形体をＭｇＯ等からなる容器内に密閉し、大
気中１１８０〜１２４０℃で２時間焼成した。
【００３９】得られた焼結体の相対密度を算出した。ま
た、焼結体を平面研磨機により０．８ｍｍの厚みに研磨
し、ダイシングソーにより６ｍｍ×１０ｍｍの形状に切
り出した。短辺方向に分極するため、磁器端面にＡｇ電
極を形成し、２００℃のシリコンオイル中で４〜５ｋｖ
／ｍｍの直流電圧を１０分間印加して測定サンプルを得
た。電気特性は、インピーダンスアナライザーにより、
インピーダンス波形を測定し、共振、反共振法を用いて
評価した。
た、焼結体を平面研磨機により０．８ｍｍの厚みに研磨
し、ダイシングソーにより６ｍｍ×１０ｍｍの形状に切
り出した。短辺方向に分極するため、磁器端面にＡｇ電
極を形成し、２００℃のシリコンオイル中で４〜５ｋｖ
／ｍｍの直流電圧を１０分間印加して測定サンプルを得
た。電気特性は、インピーダンスアナライザーにより、
インピーダンス波形を測定し、共振、反共振法を用いて
評価した。
【００４０】機械品質係数Ｑｍを、Ｑｍ＝［２π×Ｆｒ
×Ｒｏ×Ｃ×（Ｆａ2 −Ｆｒ2 ）／Ｆａ2 ］-1により算
出し、基本波振動の厚み縦振動モードのＰ／Ｖ値を、Ｐ
／Ｖ＝２０ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｏ）の式により算出した。
但し、Ｆｒは共振周波数、Ｆａは反共振周波数、Ｃａｐ
は静電容量、Ｒｏは共振抵抗、Ｒａは反共振抵抗を示
す。
×Ｒｏ×Ｃ×（Ｆａ2 −Ｆｒ2 ）／Ｆａ2 ］-1により算
出し、基本波振動の厚み縦振動モードのＰ／Ｖ値を、Ｐ
／Ｖ＝２０ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｏ）の式により算出した。
但し、Ｆｒは共振周波数、Ｆａは反共振周波数、Ｃａｐ
は静電容量、Ｒｏは共振抵抗、Ｒａは反共振抵抗を示
す。
【００４１】また、抗折強度をＪＩＳＲ１６０１に従い
評価した。さらに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により
ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子を任意に３０
個選択し、これらの最大径の平均値を算出して、ビスマ
ス層状化合物からなる板状結晶粒子の平均結晶粒径とし
た。また、磁器の相対密度が９６％以上となる焼成温度
幅を測定し、これらの結果を表１に記載した。
評価した。さらに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により
ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子を任意に３０
個選択し、これらの最大径の平均値を算出して、ビスマ
ス層状化合物からなる板状結晶粒子の平均結晶粒径とし
た。また、磁器の相対密度が９６％以上となる焼成温度
幅を測定し、これらの結果を表１に記載した。
【００４２】
【表１】
【００４３】この表１から、球形状の（Ｓｒ0.9 Ｂａ
0.1 ）ＴｉＯ3 が増加するにつれて、焼成温度幅が大き
くなるが、機械品質係数Ｑｍは低下し、Ｐ／Ｖ値はそれ
ほど変化しないことが判る。特に、繊維状の（Ｓｒ0.9
Ｂａ0.1 ）ＴｉＯ3 を添加した場合には、その量が増加
するにつれて、曲げ抗折強度が向上するとともに、焼成
温度幅が大きくなることが判る。
0.1 ）ＴｉＯ3 が増加するにつれて、焼成温度幅が大き
くなるが、機械品質係数Ｑｍは低下し、Ｐ／Ｖ値はそれ
ほど変化しないことが判る。特に、繊維状の（Ｓｒ0.9
Ｂａ0.1 ）ＴｉＯ3 を添加した場合には、その量が増加
するにつれて、曲げ抗折強度が向上するとともに、焼成
温度幅が大きくなることが判る。
【００４４】即ち、本発明の圧電磁器では、曲げ強度が
１６０ＭＰａ以上であり、従来から知られているビスマ
ス層状化合物磁器の曲げ強度よりも高強度を達成できる
ことが判る。これにより、研磨により圧電磁器の薄板化
が可能で、素子としたときの割れ発生を抑制できること
が判る。
１６０ＭＰａ以上であり、従来から知られているビスマ
ス層状化合物磁器の曲げ強度よりも高強度を達成できる
ことが判る。これにより、研磨により圧電磁器の薄板化
が可能で、素子としたときの割れ発生を抑制できること
が判る。
【００４５】また、レゾネータ等に用いる場合、機械品
質係数Ｑｍは２０００以上、Ｐ／Ｖ値は６０ｄＢ以上で
あれば良く、さらに、９６％以上の相対密度となる焼成
温度幅は従来２０℃程度であったが、本発明の圧電磁器
では３０℃以上となり、量産化においても安定した圧電
特性を得ることができる。
質係数Ｑｍは２０００以上、Ｐ／Ｖ値は６０ｄＢ以上で
あれば良く、さらに、９６％以上の相対密度となる焼成
温度幅は従来２０℃程度であったが、本発明の圧電磁器
では３０℃以上となり、量産化においても安定した圧電
特性を得ることができる。
【００４６】尚、繊維状（Ｓｒ0.9 Ｂａ0.1 ）ＴｉＯ3
の添加量と、曲げ抗折強度との関係を図２に示した。ま
た、試料Ｎo.１と試料Ｎo.４における相対密度と焼成温
度との関係、つまり、相対密度の焼成温度依存性を図３
に示した。
の添加量と、曲げ抗折強度との関係を図２に示した。ま
た、試料Ｎo.１と試料Ｎo.４における相対密度と焼成温
度との関係、つまり、相対密度の焼成温度依存性を図３
に示した。
【００４７】
【発明の効果】本発明の圧電磁器では、添加するペロブ
スカイト型複合酸化物は、ビスマス層状化合物に比べ粒
子形状緩和温度が高いことから、ビスマス層状化合物か
らなる結晶粒子の粒成長やネックの成長速度が抑制さ
れ、９６％以上の相対密度が得られる焼成温度幅を広く
でき、圧電特性を高く維持した状態で、焼成温度幅を広
くすることができる。また、ペロブスカイト型複合酸化
物からなる結晶粒子を含有せしめることにより、板状結
晶粒子同士の結合をより強固なものとするため、曲げ強
度を向上でき、薄板への加工における破損や素子の割れ
を抑制できる。
スカイト型複合酸化物は、ビスマス層状化合物に比べ粒
子形状緩和温度が高いことから、ビスマス層状化合物か
らなる結晶粒子の粒成長やネックの成長速度が抑制さ
れ、９６％以上の相対密度が得られる焼成温度幅を広く
でき、圧電特性を高く維持した状態で、焼成温度幅を広
くすることができる。また、ペロブスカイト型複合酸化
物からなる結晶粒子を含有せしめることにより、板状結
晶粒子同士の結合をより強固なものとするため、曲げ強
度を向上でき、薄板への加工における破損や素子の割れ
を抑制できる。
【図１】本発明の圧電磁器の組織を示す図である。
【図２】繊維状の結晶粒子の添加量と曲げ強度との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】焼成温度と相対密度との関係を示すグラフであ
る。
る。
１・・・板状結晶粒子 ２・・・ペロブスカイト型複合酸化物からなる結晶粒子
Claims (4)
- 【請求項１】ビスマス層状化合物からなる板状結晶粒子
と、該板状結晶粒子の粒界に存在するペロブスカイト型
複合酸化物からなる結晶粒子とを有することを特徴とす
る圧電磁器。 - 【請求項２】ペロブスカイト型複合酸化物からなる結晶
粒子が繊維状であることを特徴とする請求項１記載の圧
電磁器。 - 【請求項３】板状結晶粒子がＡＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15（Ａは
アルカリ土類金属のうち少なくとも一種）で表されるビ
スマス層状化合物であ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】ペロブスカイト型複合酸化物からなる結晶
粒子が全量中２〜１０体積％存在することを特徴とする
請求項１乃至３のうちいずれかに記載の圧電磁器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27505499A JP3981221B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 圧電磁器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27505499A JP3981221B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 圧電磁器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001097769A true JP2001097769A (ja) | 2001-04-10 |
| JP3981221B2 JP3981221B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=17550212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27505499A Expired - Fee Related JP3981221B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 圧電磁器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3981221B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7383621B2 (en) | 2003-04-15 | 2008-06-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing a piezoelectric ceramic |
| WO2008081842A1 (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kyocera Corporation | 圧電磁器および圧電素子 |
| JP2008184336A (ja) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Kyocera Corp | 圧電磁器および圧電素子 |
-
1999
- 1999-09-28 JP JP27505499A patent/JP3981221B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7383621B2 (en) | 2003-04-15 | 2008-06-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing a piezoelectric ceramic |
| WO2008081842A1 (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kyocera Corporation | 圧電磁器および圧電素子 |
| JP2008184336A (ja) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Kyocera Corp | 圧電磁器および圧電素子 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3981221B2 (ja) | 2007-09-26 |
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