JP2001172078A - 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Info
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Abstract
器組成物の電気機械結合係数ktおよび−20℃から8
0℃の共振周波数の温度変化率frTCを改善し、実用
に供しうる程度の電気機械結合係数kt(20%以上)
および共振周波数の温度変化率frTC(45以下)を
示す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を提供する。 【解決手段】 圧電磁器組成物は、一般式SrBi4 T
i4 O15で表される主成分からなる圧電磁器組成物にお
いて、ScおよびYのうちの少なくとも1種をその一般
式で表される主成分中のBi、1molに対して0.1
mol以下(0を含まない)含有することを特徴とす
る。
Description
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。
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ため、
製造過程において鉛酸化物の蒸発のため製品の均一性が
低下するという問題があった。製造過程における鉛酸化
物の蒸発による製品の均一性の低下を防止するために
は、組成中に鉛をまったく含まないまたは少量のみ含む
圧電磁器組成物が好ましい。これ対して、SrBi4 T
i4 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。
i4 Ti4 O15などを主成分とする圧電磁器組成物で
は、従来から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
ク素子に用いられている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に比べて、電気
機械結合係数ktが小さくかつ以下に示す−20℃から
80℃の共振周波数の温度変化率frTCが大きいた
め、広く実用に供されるに至っていない。 frTC=(fr(max )−fr(min ))/(fr
(20℃)・100) fr(max ):−20℃から80℃の温度範囲において
最高の共振周波数 fr(min ):−20℃から80℃の温度範囲において
最低の共振周波数 fr(20℃):20℃での共振周波数
rBi4 Ti4 O15を主成分とする圧電磁器組成物の電
気機械結合係数ktおよび−20℃から80℃の共振周
波数の温度変化率frTCを改善し、実用に供しうる程
度の電気機械結合係数kt(20%以上)および共振周
波数の温度変化率frTC(45以下)を示す圧電セラ
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
ック素子を提供することである。
器組成物は、少なくともSr、Bi、Ti、O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、ScおよびYのうちの少なくとも1種を前記主成
分中のBi、1molに対して0.1mol以下(0を
含まない)含有することを特徴とする、圧電磁器組成物
である。また、この発明にかかる圧電磁器組成物は、一
般式SrBi4 Ti4 O15で表される主成分からなる圧
電磁器組成物において、ScおよびYのうちの少なくと
も1種をその一般式で表される主成分中のBi、1mo
lに対して0.1mol以下(0を含まない)含有する
ことを特徴とする、圧電磁器組成物である。この発明に
かかる圧電磁器組成物では、MnがMnCO3 に換算し
て1.5重量%以下(0を含まない)含有されてもよ
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。なお、この発明にかかる圧電磁器組成物における主
成分は一般式SrBi4 Ti4 O15で表されるが、それ
ぞれの元素のモル比は多少のずれがあってもかまわな
い。
て、ScおよびYの含有量をBi、1molに対して
0.1mol以下(0を含まない)としたのは、これよ
り多い場合には、電気機械結合係数ktの低下がみら
れ、実用的な電気機械結合係数ktが得られない、また
は、分極可能な磁器が得られないためである。また、高
橋らは、特願昭48−85292号において、SrBi
4 Ti4 O15を主成分とする圧電磁器組成物にMnをM
nOに換算して0.005〜0.7重量%含有すること
により、電気機械結合係数ktが向上することを明らか
にしているが、このような圧電磁器組成物すなわち主成
分となる圧電磁器組成物にMnを適量含有した圧電磁器
組成物においても、本願発明の効果は有効であり、電気
機械結合係数ktがさらに大きくかつ共振周波数の温度
変化率frTCが小さい有用な圧電磁器組成物が得られ
る。請求項3にかかる発明において、Mnの含有量をM
nCO3 に換算して1.5重量%以下(0を含まない)
としたのは、これより多い場合には分極可能な磁器が得
られないためである。また、ScおよびYの含有元素の
うちYを選択した場合には、電気機械結合係数ktの向
上に加え、共振周波数の温度変化率frTCが特に小さ
くなるため、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さらに有用な圧
電磁器組成物が得られる。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
て、SrCO3 、Bi2 O3 、TiO2 、Sc2 O3 、
Y 2 O3 およびMnCO3 を用意し、これらを組成(S
r1-x Mx )Bi4 Ti4O15+y重量%MnCO
3 (Mは、ScおよびYのいずれか。0≦x≦0.4
5、0≦y≦1.6。)となるように秤取して、ボール
ミルを用いて約4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4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1000kg/cm2 の圧力で
直径12.5mm、厚さ2mmの円板に成型し、これを
大気中で1150〜1250℃で焼成することによっ
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、150〜200℃の絶縁オイル中で5
〜10kV/mmの直流電圧を10〜30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、電気機械結合係数ktおよび共振
周波数の温度変化率frTCを測定した。その結果を表
1に示す。なお、表1には、各試料の組成におけるMの
元素記号と、xおよびyの数値とも示す。表1におい
て、上記の組成式中のxの1/4すなわちx/4がB
i、1molに対してのMの含有量(mol)に相当す
ることに注意されたい。
ことを示す。
かる各試料については、いずれも、電気機械結合係数k
tが20%以上と実用レベルにありかつ共振周波数の温
度変化率frTCが45以下と実用レベルにあることか
ら、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で
あることが明らかである。また、表1に示すように、Y
を含む場合、すなわち、この発明の実施例の試料No.
2、3および5においては、共振周波数の温度変化率f
rTCが特に小さい有用な圧電磁器が得られることが明
らかである。
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。
ktおよび共振周波数の温度変化率frTCは円板状の
圧電セラミック振動子の厚み縦振動についての例を示し
たが、本願発明の効果は、円板状の圧電セラミック振動
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、他の圧電セラミック素子として特に
たとえば圧電セラミックフィルタや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。
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1
0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12
a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。
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12
bの表面には、その中央にたとえば円形の振動電極14
c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。
a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。
振動子10以外の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。
15を主成分とする圧電磁器組成物であって、電気機械結
合係数ktが20%以上に改善されかつ共振周波数の温
度変化率が45以下に改善され、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
ック素子が得られる。
を示す斜視図である。
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくともSr、Bi、Ti、O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、ScおよびYのうちの少なくとも1種を前記主
成分中のBi、1molに対して0.1mol以下(0
を含まない)含有することを特徴とする、圧電磁器組成
物。 - 【請求項2】 一般式SrBi4 Ti4 O15で表される
主成分からなる圧電磁器組成物において、ScおよびY
のうちの少なくとも1種を前記一般式で表される主成分
中のBi、1molに対して0.1mol以下(0を含
まない)含有することを特徴とする、圧電磁器組成物。 - 【請求項3】 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または請求項2に記載の圧電磁器組成物。 - 【請求項4】 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 (1)
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---|---|---|---|
JP2000326638A JP4479089B2 (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 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 |
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JP11308786 Division | 1999-10-29 | 1999-10-29 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7390426B2 (en) | 2003-03-28 | 2008-06-24 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic |
-
2000
- 2000-10-26 JP JP2000326638A patent/JP4479089B2/ja not_active Expired - Lifetime
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