JP2001302344A - 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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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 １１００℃以下の低温で焼成することがで
き、かつ実用に供し得る程度の電気機械結合係数を示す
圧電磁器を得ることができる圧電磁器組成物と、これを
用いた圧電セラミック素子を得る。 【解決手段】 この圧電磁器組成物は、一般式がＣａＢ
ｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ） 4 Ｏ15で表される。ここで、ｙ
は０＜ｙ≦０．５の範囲にある。この圧電磁器組成物を
用いて、圧電磁器１２の両主面に電極１４，１６を形成
し、中間部に内部電極１８を形成した圧電セラミック素
子１０を形成することができる。
き、かつ実用に供し得る程度の電気機械結合係数を示す
圧電磁器を得ることができる圧電磁器組成物と、これを
用いた圧電セラミック素子を得る。 【解決手段】 この圧電磁器組成物は、一般式がＣａＢ
ｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ） 4 Ｏ15で表される。ここで、ｙ
は０＜ｙ≦０．５の範囲にある。この圧電磁器組成物を
用いて、圧電磁器１２の両主面に電極１４，１６を形成
し、中間部に内部電極１８を形成した圧電セラミック素
子１０を形成することができる。
Description
【発明の詳細な説明】
【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，圧電セラミック振動子などの材料として用いられる
圧電磁器組成物と、それを用いた圧電セラミック素子に
関する。
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，圧電セラミック振動子などの材料として用いられる
圧電磁器組成物と、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】従来より、圧電セラミックフィルタ，圧
電セラミック発振子，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、た
とえばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉx Ｚｒ1-x ）
Ｏ3 ）、あるいはチタン酸鉛（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。
電セラミック発振子，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、た
とえばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉx Ｚｒ1-x ）
Ｏ3 ）、あるいはチタン酸鉛（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。
【０００３】しかしながら、チタン酸ジルコン酸鉛やチ
タン酸鉛を主成分とする圧電磁器組成物では、その製造
工程において一般的に鉛酸化物が用いられる。そのた
め、この鉛酸化物の蒸発による公害の発生を防止するた
めに、鉛粉塵除去用フィルタなどの設備を用いなければ
ならず、製造コストが高くなるという問題がある。ま
た、鉛酸化物の蒸発のため、製品の均一性が低下する。
タン酸鉛を主成分とする圧電磁器組成物では、その製造
工程において一般的に鉛酸化物が用いられる。そのた
め、この鉛酸化物の蒸発による公害の発生を防止するた
めに、鉛粉塵除去用フィルタなどの設備を用いなければ
ならず、製造コストが高くなるという問題がある。ま
た、鉛酸化物の蒸発のため、製品の均一性が低下する。
【０００４】このような問題を解決するために、（Ｃａ
1-x Ｍx ）Ｂｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などのビスマス層状化合
物、またはこれにＭｎを加えた化合物などを主成分とす
る圧電磁器組成物が用いられている。このような圧電磁
器組成物は、鉛酸化物を含有しないため、上述のような
問題は生じない。
1-x Ｍx ）Ｂｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などのビスマス層状化合
物、またはこれにＭｎを加えた化合物などを主成分とす
る圧電磁器組成物が用いられている。このような圧電磁
器組成物は、鉛酸化物を含有しないため、上述のような
問題は生じない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
（Ｃａ1-x Ｍx ）Ｂｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などを主成分とする
圧電磁器組成物では、実用に供し得る程度の電気機械結
合係数ｋｔ（１０％以上）を示す磁器を得るためには、
１１５０℃以上の高温で焼成することが必要である。そ
のため、内部電極を有する圧電セラミック素子などで
は、焼成温度より高い融点を有する電極材料を用いる必
要があり、白金やパラジウムなどの高価な材料が用いら
れている。このような高価な電極材料を用いると、圧電
セラミック素子の製造コストが増大するという問題があ
る。
（Ｃａ1-x Ｍx ）Ｂｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15などを主成分とする
圧電磁器組成物では、実用に供し得る程度の電気機械結
合係数ｋｔ（１０％以上）を示す磁器を得るためには、
１１５０℃以上の高温で焼成することが必要である。そ
のため、内部電極を有する圧電セラミック素子などで
は、焼成温度より高い融点を有する電極材料を用いる必
要があり、白金やパラジウムなどの高価な材料が用いら
れている。このような高価な電極材料を用いると、圧電
セラミック素子の製造コストが増大するという問題があ
る。
【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、１
１００℃以下の低温で焼成することができ、かつ実用に
供し得る程度の電気機械結合係数ｋｔを示す圧電磁器を
得ることができる圧電磁器組成物と、このような圧電磁
器組成物を用いた圧電セラミック素子を提供することで
ある。
１００℃以下の低温で焼成することができ、かつ実用に
供し得る程度の電気機械結合係数ｋｔを示す圧電磁器を
得ることができる圧電磁器組成物と、このような圧電磁
器組成物を用いた圧電セラミック素子を提供することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、一般式がＣ
ａＢｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｙが０＜
ｙ≦０．５の範囲にある主成分を含む、圧電磁器組成物
である。また、この発明は、Ｍ１をＣａ以外の２価の金
属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素としたとき、一
般式が（Ｃａ1-x Ｍ１x ）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4
Ｏ15で表され、ｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成分
を含む、圧電磁器組成物である。このような２価の金属
元素または３価の金属元素Ｍ１を含む圧電磁器組成物に
おいて、主成分中のＭ１が２価の金属元素の場合ｘが０
＜ｘ≦０．５、Ｍ１が３価の金属元素の場合ｘが０＜ｘ
≦０．３の範囲にあることが好ましい。さらに、２価の
金属元素または３価の金属元素Ｍ１を含む圧電磁器組成
物において、主成分中のＭ１はＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙ
ｂ，ＳｃおよびＹの中の少なくとも１種であることが好
ましい。また、この発明は、Ｍ２をＢｉ以外の３価の金
属元素としたとき、一般式が（Ｃａ1-x Ｍ２2x/3）Ｂｉ
4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｘが０＜ｘ≦
０．４５の範囲にあり、かつｙが０＜ｙ≦０．５の範囲
にある主成分を含む、圧電磁器組成物である。このよう
な３価の金属元素Ｍ２を含む圧電磁器組成物において、
主成分中のＭ２はＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹの中の少なくとも
１種であることが好ましい。また、この発明は、一般式
がＣａＢｉ4 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、Ｓｉを前記一般式で表される主成
分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して０．５ｍｏｌ以下（０を
含まない）含有し、かつＣａ以外の２価の金属元素を前
記一般式で表される主成分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して
０．１２５ｍｏｌ以下（０を含まない）、またはＢｉ以
外の３価の金属元素を前記一般式で表される主成分中の
Ｂｉ、１ｍｏｌに対して０．０７５ｍｏｌ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。このような２価の金属元素または３価の金属元素
を含む圧電磁器組成物において、これらの金属元素はＭ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹの中の少なくとも
１種であることが好ましい。また、これらの圧電磁器組
成物において、主成分１００重量％に対して、マンガン
をＭｎＣＯ3 に換算して５．０重量％以下含有させるこ
とができる。さらに、この発明は、上述のいずれかの圧
電磁器組成物を用いた圧電磁器に電極を形成したことを
特徴とする、圧電セラミック素子である。
ａＢｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｙが０＜
ｙ≦０．５の範囲にある主成分を含む、圧電磁器組成物
である。また、この発明は、Ｍ１をＣａ以外の２価の金
属元素またはＢｉ以外の３価の金属元素としたとき、一
般式が（Ｃａ1-x Ｍ１x ）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4
Ｏ15で表され、ｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成分
を含む、圧電磁器組成物である。このような２価の金属
元素または３価の金属元素Ｍ１を含む圧電磁器組成物に
おいて、主成分中のＭ１が２価の金属元素の場合ｘが０
＜ｘ≦０．５、Ｍ１が３価の金属元素の場合ｘが０＜ｘ
≦０．３の範囲にあることが好ましい。さらに、２価の
金属元素または３価の金属元素Ｍ１を含む圧電磁器組成
物において、主成分中のＭ１はＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙ
ｂ，ＳｃおよびＹの中の少なくとも１種であることが好
ましい。また、この発明は、Ｍ２をＢｉ以外の３価の金
属元素としたとき、一般式が（Ｃａ1-x Ｍ２2x/3）Ｂｉ
4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｘが０＜ｘ≦
０．４５の範囲にあり、かつｙが０＜ｙ≦０．５の範囲
にある主成分を含む、圧電磁器組成物である。このよう
な３価の金属元素Ｍ２を含む圧電磁器組成物において、
主成分中のＭ２はＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹの中の少なくとも
１種であることが好ましい。また、この発明は、一般式
がＣａＢｉ4 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、Ｓｉを前記一般式で表される主成
分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して０．５ｍｏｌ以下（０を
含まない）含有し、かつＣａ以外の２価の金属元素を前
記一般式で表される主成分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して
０．１２５ｍｏｌ以下（０を含まない）、またはＢｉ以
外の３価の金属元素を前記一般式で表される主成分中の
Ｂｉ、１ｍｏｌに対して０．０７５ｍｏｌ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。このような２価の金属元素または３価の金属元素
を含む圧電磁器組成物において、これらの金属元素はＭ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹの中の少なくとも
１種であることが好ましい。また、これらの圧電磁器組
成物において、主成分１００重量％に対して、マンガン
をＭｎＣＯ3 に換算して５．０重量％以下含有させるこ
とができる。さらに、この発明は、上述のいずれかの圧
電磁器組成物を用いた圧電磁器に電極を形成したことを
特徴とする、圧電セラミック素子である。
【０００８】上述のような圧電磁器組成物を用いること
により、１１００℃以下の温度で焼成して、電気機械結
合係数ｋｔが１０％以上の圧電磁器を得ることができ
る。したがって、このような圧電磁器組成物を用いた圧
電磁器に電極を形成した圧電セラミック素子は、良好な
電気特性を有し、しかも製造コストの低減を図ることが
できる。
により、１１００℃以下の温度で焼成して、電気機械結
合係数ｋｔが１０％以上の圧電磁器を得ることができ
る。したがって、このような圧電磁器組成物を用いた圧
電磁器に電極を形成した圧電セラミック素子は、良好な
電気特性を有し、しかも製造コストの低減を図ることが
できる。
【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
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。
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。
【００１０】
【発明の実施の形態】この発明の圧電磁器組成物は、一
般式がＣａＢｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、
ｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成分を含む圧電磁器
組成物である。また、この発明の圧電磁器組成物は、Ｍ
１をＣａ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の
金属元素としたとき、一般式が（Ｃａ1-x Ｍ１x ）Ｂｉ
4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｙが０＜ｙ≦
０．５の範囲にある主成分を含む圧電磁器組成物であ
り、Ｍ１が２価の金属元素の場合ｘが０＜ｘ≦０．５、
Ｍ１が３価の金属元素の場合ｘが０＜ｘ≦０．３の範囲
にあることが好ましい。このような主成分において、２
価の金属元素または３価の金属元素Ｍ１としては、たと
えばＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹなどが用い
られる。これらの元素は、単独で用いられてもよく、い
くつかを組み合わせて用いてもよい。また、この発明の
圧電磁器組成物は、Ｍ２をＢｉ以外の３価の金属元素と
したとき、一般式が（Ｃａ1-x Ｍ２2x/3）Ｂｉ4 （Ｔｉ
1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｘが０＜ｘ≦０．４５の
範囲にあり、かつｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成
分を含む圧電磁器組成物である。このような主成分にお
いて、３価の金属元素Ｍ２としては、たとえばＬａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｓｃ
およびＹなどが用いられる。これらの元素は、単独で用
いられてもよく、いくつかを組み合わせて用いてもよ
い。また、この発明の圧電磁器組成物は、一般式がＣａ
Ｂｉ4 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、Ｓｉを前記一般式で表される主成分中の
Ｂｉ、１ｍｏｌに対して０．５ｍｏｌ以下（０を含まな
い）含有し、かつＣａ以外の２価の金属元素を上述の一
般式で表される主成分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して０．
１２５ｍｏｌ以下（０を含まない）、またはＢｉ以外の
３価の金属元素を前記一般式で表される主成分中のＢ
ｉ、１ｍｏｌに対して０．０７５ｍｏｌ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。このような２価の金属元素または３価の金属元素を
含む圧電磁器組成物において、これらの金属元素として
は、たとえばＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹなど
が用いられる。これらの元素は、単独で用いられてもよ
く、いくつか組み合わせて用いてもよい。さらに、上述
のような主成分１００重量％に対して、マンガンをＭｎ
ＣＯ3 に換算して５．０重量％以下含有していてもよ
い。
般式がＣａＢｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、
ｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成分を含む圧電磁器
組成物である。また、この発明の圧電磁器組成物は、Ｍ
１をＣａ以外の２価の金属元素またはＢｉ以外の３価の
金属元素としたとき、一般式が（Ｃａ1-x Ｍ１x ）Ｂｉ
4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｙが０＜ｙ≦
０．５の範囲にある主成分を含む圧電磁器組成物であ
り、Ｍ１が２価の金属元素の場合ｘが０＜ｘ≦０．５、
Ｍ１が３価の金属元素の場合ｘが０＜ｘ≦０．３の範囲
にあることが好ましい。このような主成分において、２
価の金属元素または３価の金属元素Ｍ１としては、たと
えばＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹなどが用い
られる。これらの元素は、単独で用いられてもよく、い
くつかを組み合わせて用いてもよい。また、この発明の
圧電磁器組成物は、Ｍ２をＢｉ以外の３価の金属元素と
したとき、一般式が（Ｃａ1-x Ｍ２2x/3）Ｂｉ4 （Ｔｉ
1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｘが０＜ｘ≦０．４５の
範囲にあり、かつｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成
分を含む圧電磁器組成物である。このような主成分にお
いて、３価の金属元素Ｍ２としては、たとえばＬａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｓｃ
およびＹなどが用いられる。これらの元素は、単独で用
いられてもよく、いくつかを組み合わせて用いてもよ
い。また、この発明の圧電磁器組成物は、一般式がＣａ
Ｂｉ4 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、Ｓｉを前記一般式で表される主成分中の
Ｂｉ、１ｍｏｌに対して０．５ｍｏｌ以下（０を含まな
い）含有し、かつＣａ以外の２価の金属元素を上述の一
般式で表される主成分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して０．
１２５ｍｏｌ以下（０を含まない）、またはＢｉ以外の
３価の金属元素を前記一般式で表される主成分中のＢ
ｉ、１ｍｏｌに対して０．０７５ｍｏｌ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。このような２価の金属元素または３価の金属元素を
含む圧電磁器組成物において、これらの金属元素として
は、たとえばＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹなど
が用いられる。これらの元素は、単独で用いられてもよ
く、いくつか組み合わせて用いてもよい。さらに、上述
のような主成分１００重量％に対して、マンガンをＭｎ
ＣＯ3 に換算して５．０重量％以下含有していてもよ
い。
【００１１】このような圧電磁器組成物を用いて、図１
に示すような圧電セラミック素子を形成することができ
る。圧電セラミック素子１０は、たとえば直方体状の圧
電磁器１２を含む。圧電磁器１２の両主面の中央部に
は、それぞれ電極１４，１６が形成される。電極１４，
１６は、たとえば円形に形成され、圧電磁器１２の同じ
側の端部に引き出される。さらに、圧電磁器１２の内部
には、電極１４，１６と対向するようにして、円形の内
部電極１８が形成される。この内部電極１８は、圧電磁
器１２の端部に引き出される。このとき、内部電極１８
は、電極１４，１６が引き出された端部と反対側の端部
に引き出される。
に示すような圧電セラミック素子を形成することができ
る。圧電セラミック素子１０は、たとえば直方体状の圧
電磁器１２を含む。圧電磁器１２の両主面の中央部に
は、それぞれ電極１４，１６が形成される。電極１４，
１６は、たとえば円形に形成され、圧電磁器１２の同じ
側の端部に引き出される。さらに、圧電磁器１２の内部
には、電極１４，１６と対向するようにして、円形の内
部電極１８が形成される。この内部電極１８は、圧電磁
器１２の端部に引き出される。このとき、内部電極１８
は、電極１４，１６が引き出された端部と反対側の端部
に引き出される。
【００１２】このような圧電セラミック素子１０におい
て、図２に示すように、圧電磁器１２は、たとえば電極
１４側から電極１６側に向かって分極される。そして、
電極１４，１６が接続され、これらの接続部分と内部電
極１８との間に信号が入力される。このように信号を入
力することにより、圧電セラミック素子１０は圧電振動
子として働く。この圧電セラミック素子１０では、上述
のような圧電磁器組成物を用いていることにより、１１
００℃以下の温度で焼成を行うことにより圧電磁器１２
を得ることができる。そのため、内部電極１８を形成す
るために、融点の低い銀などを用いることができ、安価
に圧電セラミック素子１０を得ることができる。さら
に、この圧電セラミック素子１０の圧電磁器１２では、
１０％以上の電気機械結合係数を得ることができる。
て、図２に示すように、圧電磁器１２は、たとえば電極
１４側から電極１６側に向かって分極される。そして、
電極１４，１６が接続され、これらの接続部分と内部電
極１８との間に信号が入力される。このように信号を入
力することにより、圧電セラミック素子１０は圧電振動
子として働く。この圧電セラミック素子１０では、上述
のような圧電磁器組成物を用いていることにより、１１
００℃以下の温度で焼成を行うことにより圧電磁器１２
を得ることができる。そのため、内部電極１８を形成す
るために、融点の低い銀などを用いることができ、安価
に圧電セラミック素子１０を得ることができる。さら
に、この圧電セラミック素子１０の圧電磁器１２では、
１０％以上の電気機械結合係数を得ることができる。
【００１３】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（たとえば、厚みすべり振
動、厚み縦３次高調波）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。
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（たとえば、厚みすべり振
動、厚み縦３次高調波）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。
【００１４】
【実施例】まず、出発原料として、ＣａＣＯ3 ，Ｂｉ2
Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，ＭｇＣＯ3 ，ＳｒＣＯ3 ，ＢａＣ
Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｙ
2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 およびＭｎＣＯ3 を準備した。これら
の原料を（Ｃａ1-x Ｍ１（１）x ）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓ
ｉy ）4 Ｏ15＋ｚ重量％ＭｎＣＯ3 （Ｍ１（１）はＣａ
以外の２価の金属元素、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．
６、０≦ｚ≦６．０）、または（Ｃａ1-x Ｍ１
（２）x ）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15＋ｚ重量％
ＭｎＣＯ 3 （Ｍ１（２）はＢｉ以外の３価の金属元素、
０≦ｘ≦０．４、０≦ｙ≦０．６、０≦ｚ≦６．０）、
または（Ｃａ1-x Ｍ２2x/3）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）
4Ｏ15＋ｚ重量％ＭｎＣＯ3 （Ｍ２はＢｉ以外の３価の
金属元素、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．６、０≦ｚ≦
６．０）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、７００℃〜９００℃で仮焼して仮焼物を得た。こ
の仮焼物を粗粉砕し、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メッシュの篩を通
して粒度調整を行った。
Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，ＭｇＣＯ3 ，ＳｒＣＯ3 ，ＢａＣ
Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｙ
2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 およびＭｎＣＯ3 を準備した。これら
の原料を（Ｃａ1-x Ｍ１（１）x ）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓ
ｉy ）4 Ｏ15＋ｚ重量％ＭｎＣＯ3 （Ｍ１（１）はＣａ
以外の２価の金属元素、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．
６、０≦ｚ≦６．０）、または（Ｃａ1-x Ｍ１
（２）x ）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ15＋ｚ重量％
ＭｎＣＯ 3 （Ｍ１（２）はＢｉ以外の３価の金属元素、
０≦ｘ≦０．４、０≦ｙ≦０．６、０≦ｚ≦６．０）、
または（Ｃａ1-x Ｍ２2x/3）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）
4Ｏ15＋ｚ重量％ＭｎＣＯ3 （Ｍ２はＢｉ以外の３価の
金属元素、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．６、０≦ｚ≦
６．０）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、７００℃〜９００℃で仮焼して仮焼物を得た。こ
の仮焼物を粗粉砕し、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メッシュの篩を通
して粒度調整を行った。
【００１５】得られた材料を用いて１０００ｋｇ／ｃｍ
2 の圧力で直径１２．５ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板に成形
し、これを大気中で１０５０℃〜１１５０℃で焼成して
円板状の磁器を得た。この磁器の両主面に、通常の方法
により銀ペーストを塗布し、焼付けして銀電極を形成し
た。そして、１５０℃〜２００℃の絶縁オイル中におい
て、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。得ら
れた試料について、電気機械結合係数ｋｔを測定し、そ
の結果を表１、表２、表３および表４に示した。
2 の圧力で直径１２．５ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板に成形
し、これを大気中で１０５０℃〜１１５０℃で焼成して
円板状の磁器を得た。この磁器の両主面に、通常の方法
により銀ペーストを塗布し、焼付けして銀電極を形成し
た。そして、１５０℃〜２００℃の絶縁オイル中におい
て、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。得ら
れた試料について、電気機械結合係数ｋｔを測定し、そ
の結果を表１、表２、表３および表４に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】表１〜表４からわかるように、この発明の
範囲内の圧電磁器組成物を用いた場合、１１００℃以下
で焼成を行うことができた。また、得られた試料の電気
機械結合係数ｋｔとして、実用範囲である１０％以上の
値を得ることができた。ここで、２価の金属元素Ｍ１
（１）を含んでいないか、またはｘの範囲を０＜ｘ≦
０．５とすることが好ましいが、その理由は、ｘが０．
５を超えると、試料番号２６に示すように、ｘ＝０すな
わちＭ１（１）を含んでいない場合に比べ、むしろ電気
機械結合係数ｋｔが低下しており、Ｍ１（１）を用いる
効果がなくなるからである。また、３価の金属元素Ｍ１
（２）を含んでいないか、またはｘの範囲を０＜ｘ≦
０．３とすることが好ましいが、その理由は、ｘが０．
３を超えると、試料番号５７に示すように、ｘ＝０すな
わちＭ１（２）を含んでいない場合に比べ、むしろ電気
機械結合係数ｋｔが低下しており、Ｍ１（２）を用いる
効果がなくなるからである。また、３価の金属元素Ｍ２
を含んでいないか、またはｘの範囲を０＜ｘ≦０．４５
とすることが好ましいが、その理由は、ｘが０．４５を
超えると、試料番号７１に示すように、ｘ＝０すなわち
Ｍ２を含んでいない場合に比べ、むしろ電気機械結合係
数ｋｔが低下しており、Ｍ２を用いる効果がなくなるか
らである。また、ｙの範囲を０＜ｙ≦０．５としたの
は、ｙが０では、試料番号１に示すように、１１００℃
以下の焼成温度では十分な焼結が行われないか、または
試料番号１８，１９，２０，２１に示すように、実用に
供し得る程度の電気機械結合係数ｋｔを得ることができ
ないか、または試料番号２に示すように、磁器の分極が
不可能となるからである。さらに、ｙが０．５を超える
と、試料番号１０，１６，３５，３６，４５，４６，５
１，５８，５９，６２，８０，８７に示すように、実用
に供し得る程度の電気機械結合係数ｋｔを得ることがで
きないか、試料番号６，３７，３８，５２，６５，６
８，７４，７５，８１，８４に示すように、磁器の分極
が不可能となるからである。また、マンガン添加量を
５．０重量％以下とすることが好ましいが、その理由
は、これより多い場合には、試料番号１７に示すよう
に、ｚ＝０すなわちＭｎを含んでいない場合に比べ、む
しろ電気機械結合係数ｋｔが低下しており、Ｍｎを用い
る効果がなくなるからである。
範囲内の圧電磁器組成物を用いた場合、１１００℃以下
で焼成を行うことができた。また、得られた試料の電気
機械結合係数ｋｔとして、実用範囲である１０％以上の
値を得ることができた。ここで、２価の金属元素Ｍ１
（１）を含んでいないか、またはｘの範囲を０＜ｘ≦
０．５とすることが好ましいが、その理由は、ｘが０．
５を超えると、試料番号２６に示すように、ｘ＝０すな
わちＭ１（１）を含んでいない場合に比べ、むしろ電気
機械結合係数ｋｔが低下しており、Ｍ１（１）を用いる
効果がなくなるからである。また、３価の金属元素Ｍ１
（２）を含んでいないか、またはｘの範囲を０＜ｘ≦
０．３とすることが好ましいが、その理由は、ｘが０．
３を超えると、試料番号５７に示すように、ｘ＝０すな
わちＭ１（２）を含んでいない場合に比べ、むしろ電気
機械結合係数ｋｔが低下しており、Ｍ１（２）を用いる
効果がなくなるからである。また、３価の金属元素Ｍ２
を含んでいないか、またはｘの範囲を０＜ｘ≦０．４５
とすることが好ましいが、その理由は、ｘが０．４５を
超えると、試料番号７１に示すように、ｘ＝０すなわち
Ｍ２を含んでいない場合に比べ、むしろ電気機械結合係
数ｋｔが低下しており、Ｍ２を用いる効果がなくなるか
らである。また、ｙの範囲を０＜ｙ≦０．５としたの
は、ｙが０では、試料番号１に示すように、１１００℃
以下の焼成温度では十分な焼結が行われないか、または
試料番号１８，１９，２０，２１に示すように、実用に
供し得る程度の電気機械結合係数ｋｔを得ることができ
ないか、または試料番号２に示すように、磁器の分極が
不可能となるからである。さらに、ｙが０．５を超える
と、試料番号１０，１６，３５，３６，４５，４６，５
１，５８，５９，６２，８０，８７に示すように、実用
に供し得る程度の電気機械結合係数ｋｔを得ることがで
きないか、試料番号６，３７，３８，５２，６５，６
８，７４，７５，８１，８４に示すように、磁器の分極
が不可能となるからである。また、マンガン添加量を
５．０重量％以下とすることが好ましいが、その理由
は、これより多い場合には、試料番号１７に示すよう
に、ｚ＝０すなわちＭｎを含んでいない場合に比べ、む
しろ電気機械結合係数ｋｔが低下しており、Ｍｎを用い
る効果がなくなるからである。
【００２１】また、表１〜表４に示すように、この発明
の効果は、一般式中のＭ１（１）がＭｇ，Ｂａ，Ｓｒの
うちの少なくとも１種である場合、また、一般式中のＭ
１（２）あるいはＭ２がＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹのうち少な
くとも１種である場合に特に顕著である。なお、圧電磁
器組成物としては、この実施例に示すものに限らず、発
明の要旨の範囲内であれば有効なものである。
の効果は、一般式中のＭ１（１）がＭｇ，Ｂａ，Ｓｒの
うちの少なくとも１種である場合、また、一般式中のＭ
１（２）あるいはＭ２がＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹのうち少な
くとも１種である場合に特に顕著である。なお、圧電磁
器組成物としては、この実施例に示すものに限らず、発
明の要旨の範囲内であれば有効なものである。
【００２２】
【発明の効果】この発明によれば、１１００℃以下の焼
成温度で焼結可能な圧電磁器組成物を得ることができ
る。また、この発明の圧電磁器組成物を用いて得た圧電
磁器は、圧電セラミック素子として実用に供し得る１０
％以上の電気機械結合係数ｋｔを得ることができる。し
たがって、この発明の圧電磁器組成物を用いれば、銀な
どの融点の低い電極材料を用いて内部電極などを形成す
ることができ、安価に圧電セラミック素子を得ることが
できる。もちろん、この圧電磁器組成物には鉛が含まれ
ていないため、鉛粉塵による公害を防止することがで
き、鉛粉塵除去フィルタなどの特別な装置も必要ないた
め、製造コストの低減を図ることができる。
成温度で焼結可能な圧電磁器組成物を得ることができ
る。また、この発明の圧電磁器組成物を用いて得た圧電
磁器は、圧電セラミック素子として実用に供し得る１０
％以上の電気機械結合係数ｋｔを得ることができる。し
たがって、この発明の圧電磁器組成物を用いれば、銀な
どの融点の低い電極材料を用いて内部電極などを形成す
ることができ、安価に圧電セラミック素子を得ることが
できる。もちろん、この圧電磁器組成物には鉛が含まれ
ていないため、鉛粉塵による公害を防止することがで
き、鉛粉塵除去フィルタなどの特別な装置も必要ないた
め、製造コストの低減を図ることができる。
【図１】この発明の圧電磁器組成物を用いた圧電セラミ
ック素子を示す図解図である。
ック素子を示す図解図である。
【図２】図１に示す圧電セラミック素子の電気的な接続
を示す図解図である。
を示す図解図である。
１０ 圧電セラミック素子 １２ 圧電磁器 １４ 電極 １６ 電極 １８ 内部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 陽 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 林 宏一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 4G031 AA03 AA04 AA05 AA06 AA07 AA08 AA09 AA11 AA19 AA30 AA35 BA10 5J108 BB04 CC04 EE03 KK01
Claims (10)
- 【請求項１】 一般式がＣａＢｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）
4 Ｏ15で表され、ｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成
分を含む、圧電磁器組成物。 - 【請求項２】 Ｍ１をＣａ以外の２価の金属元素または
Ｂｉ以外の３価の金属元素としたとき、一般式が（Ｃａ
1-x Ｍ１x ）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y Ｓｉy ）4 Ｏ 15で表さ
れ、ｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成分を含む、圧
電磁器組成物。 - 【請求項３】 前記主成分中のＭ１が２価の金属元素の
場合ｘが０＜ｘ≦０．５、Ｍ１が３価の金属元素の場合
ｘが０＜ｘ≦０．３の範囲にあることを特徴とする、請
求項２に記載の圧電磁器組成物。 - 【請求項４】 前記主成分中のＭ１はＭｇ，Ｓｒ，Ｂ
ａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅ
ｒ，Ｙｂ，ＳｃおよびＹの中の少なくとも１種であるこ
とを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の圧電
磁器組成物。 - 【請求項５】 Ｍ２をＢｉ以外の３価の金属元素とした
とき、一般式が（Ｃａ1-x Ｍ２2x/3）Ｂｉ4 （Ｔｉ1-y
Ｓｉy ）4 Ｏ15で表され、ｘが０＜ｘ≦０．４５の範囲
にあり、かつｙが０＜ｙ≦０．５の範囲にある主成分を
含む、圧電磁器組成物。 - 【請求項６】 前記主成分中のＭ２はＬａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｓｃおよび
Ｙの中の少なくとも１種であることを特徴とする、請求
項５に記載の圧電磁器組成物。 - 【請求項７】 一般式がＣａＢｉ4 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、Ｓｉを前記
一般式で表される主成分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して
０．５ｍｏｌ以下（０を含まない）含有し、かつＣａ以
外の２価の金属元素を前記一般式で表される主成分中の
Ｂｉ、１ｍｏｌに対して０．１２５ｍｏｌ以下（０を含
まない）、またはＢｉ以外の３価の金属元素を前記一般
式で表される主成分中のＢｉ、１ｍｏｌに対して０．０
７５ｍｏｌ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８】 前記主成分中に含有される２価の金属元
素または３価の金属元素が、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，
Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｓ
ｃおよびＹの中の少なくとも１種であることを特徴とす
る、請求項７に記載の圧電磁器組成物。 - 【請求項９】 前記主成分１００重量％に対して、マン
ガンをＭｎＣＯ3 に換算して５．０重量％以下含有する
ことを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれか
に記載の圧電磁器組成物。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれかに
記載の圧電磁器組成物を用いた圧電磁器に電極を形成し
たことを特徴とする、圧電セラミック素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000151087A JP3791300B2 (ja) | 1999-05-24 | 2000-05-23 | 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 |
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14306999 | 1999-05-24 | ||
| JP11-143069 | 1999-05-24 | ||
| JP24135899 | 1999-08-27 | ||
| JP11-241358 | 1999-08-27 | ||
| JP2000036154 | 2000-02-15 | ||
| JP2000-36154 | 2000-02-15 | ||
| JP2000151087A JP3791300B2 (ja) | 1999-05-24 | 2000-05-23 | 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 |
|---|---|
| JP2001302344A true JP2001302344A (ja) | 2001-10-31 |
| JP3791300B2 JP3791300B2 (ja) | 2006-06-28 |
Family
ID=27472498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000151087A Expired - Fee Related JP3791300B2 (ja) | 1999-05-24 | 2000-05-23 | 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 (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3791300B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009107925A (ja) * | 2001-06-13 | 2009-05-21 | Seiko Epson Corp | セラミックス、ならびに誘電体キャパシタ、アクチュエータ、光変調器、及び超音波センサ |
-
2000
- 2000-05-23 JP JP2000151087A patent/JP3791300B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009107925A (ja) * | 2001-06-13 | 2009-05-21 | Seiko Epson Corp | セラミックス、ならびに誘電体キャパシタ、アクチュエータ、光変調器、及び超音波センサ |
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|---|---|
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