JP2002137966A - 圧電磁器および圧電素子 - Google Patents
圧電磁器および圧電素子Info
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- JP2002137966A JP2002137966A JP2000332653A JP2000332653A JP2002137966A JP 2002137966 A JP2002137966 A JP 2002137966A JP 2000332653 A JP2000332653 A JP 2000332653A JP 2000332653 A JP2000332653 A JP 2000332653A JP 2002137966 A JP2002137966 A JP 2002137966A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】比誘電率が高く、良好な電気機械結合係数を有
し、さらには共振周波数の温度係数が小さいニオブ酸ア
ルカリ系の圧電磁器を提供する。 【解決手段】ＮａＮｂＯ3型結晶粒子からなり、Ａサイ
トを占めるＮａの一部がＭｎで置換され、Ｂサイトを占
めるＮｂの一部がＴｉで置換されているもので、金属元
素として少なくとＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有
し、これらの金属元素のモル比による組成式を（１−
ｘ）ＮａＮｂＯ3＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが１．
４≦ｘ≦８を満足することが望ましい。
し、さらには共振周波数の温度係数が小さいニオブ酸ア
ルカリ系の圧電磁器を提供する。 【解決手段】ＮａＮｂＯ3型結晶粒子からなり、Ａサイ
トを占めるＮａの一部がＭｎで置換され、Ｂサイトを占
めるＮｂの一部がＴｉで置換されているもので、金属元
素として少なくとＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有
し、これらの金属元素のモル比による組成式を（１−
ｘ）ＮａＮｂＯ3＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが１．
４≦ｘ≦８を満足することが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電磁器および圧
電素子に関し、特に、圧電共振子および発振子に好適に
用いられる圧電磁器および圧電素子に関するものであ
る。
電素子に関し、特に、圧電共振子および発振子に好適に
用いられる圧電磁器および圧電素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】近年、鉛を含有せず、高い圧電性を示すセ
ラミック材料として、ニオブ酸アルカリ系の圧電磁器が
注目されている。
ラミック材料として、ニオブ酸アルカリ系の圧電磁器が
注目されている。
【０００３】このニオブ酸アルカリ系の酸化物の中にお
いて、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ3）は、ぺロブ
スカイト（ＡＢＯ3）型に分類される酸化物であるが、
例えば、Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｐ．３２２１， ｖｏｌ．
３１， １９９２に記載されているように、それ自身で
は、−１３３℃付近よりも低い温度下でのみ強誘電性を
示し、圧電共振子および発振子用材料の一般的な使用温
度である−２０〜８０℃の範囲においては圧電性を示さ
ず、圧電材料としての利用ができない。
いて、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ3）は、ぺロブ
スカイト（ＡＢＯ3）型に分類される酸化物であるが、
例えば、Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｐ．３２２１， ｖｏｌ．
３１， １９９２に記載されているように、それ自身で
は、−１３３℃付近よりも低い温度下でのみ強誘電性を
示し、圧電共振子および発振子用材料の一般的な使用温
度である−２０〜８０℃の範囲においては圧電性を示さ
ず、圧電材料としての利用ができない。
【０００４】また、j．Ｐｈｙｓ：Ｃｏｎｄｅｎｓ．Ｍ
ａｔｔｅｒ，ｐ６８３３，ｖｏｌ．６、１９９４．に
は、Ｎａの一部をＭｎで置換したニオブ酸ナトリウム
（ＮａＮｂＯ3）が開示されており、その組成では圧電
特性を示さないことが開示されている。
ａｔｔｅｒ，ｐ６８３３，ｖｏｌ．６、１９９４．に
は、Ｎａの一部をＭｎで置換したニオブ酸ナトリウム
（ＮａＮｂＯ3）が開示されており、その組成では圧電
特性を示さないことが開示されている。
【０００５】ところが、ＮａＮｂＯ3に対し、Ｂａ0.5Ｎ
ｂＯ3やＳｒ0.5ＮｂＯ3などの副成分を含有させると、
圧電性を示すようになることが、例えば、特開平９−１
６５２６２号公報の中に記載されている。このようなＮ
ａＮｂＯ3系の圧電セラミックスは、比誘電率が低く、
電気機械結合係数が高く、かつ、機械的品質係数が比較
的高いという特徴を有している。
ｂＯ3やＳｒ0.5ＮｂＯ3などの副成分を含有させると、
圧電性を示すようになることが、例えば、特開平９−１
６５２６２号公報の中に記載されている。このようなＮ
ａＮｂＯ3系の圧電セラミックスは、比誘電率が低く、
電気機械結合係数が高く、かつ、機械的品質係数が比較
的高いという特徴を有している。
【０００６】また、例えば、特開昭５７−２９３９６号
公報に開示されるように、ＫxＮａyＬｉzＮｂＯ3系セラ
ミックスは、比誘電率が低く、高い電気機械結合係数を
有すると同時に、低い機械的品質係数を有する圧電磁器
であり、圧電共振子や発振子用材料としての利用が考え
られている。
公報に開示されるように、ＫxＮａyＬｉzＮｂＯ3系セラ
ミックスは、比誘電率が低く、高い電気機械結合係数を
有すると同時に、低い機械的品質係数を有する圧電磁器
であり、圧電共振子や発振子用材料としての利用が考え
られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＮａＮｂＯ3を主成分とする圧電磁器は、電気機械結合
係数が高く、比誘電率が１００から２００程度と低く、
高い比誘電率と高い電気機械結合係数が同時に要求され
るフィルタ用材料などの用途には不向きであるという問
題があった。
ＮａＮｂＯ3を主成分とする圧電磁器は、電気機械結合
係数が高く、比誘電率が１００から２００程度と低く、
高い比誘電率と高い電気機械結合係数が同時に要求され
るフィルタ用材料などの用途には不向きであるという問
題があった。
【０００８】また、従来のＫxＮａyＬｉzＮｂＯ3系セラ
ミックスは、高い比誘電率と良好な電気機械結合係数が
得られるものの、共振周波数の温度係数が大きいという
問題があった。
ミックスは、高い比誘電率と良好な電気機械結合係数が
得られるものの、共振周波数の温度係数が大きいという
問題があった。
【０００９】本発明は、比誘電率が高く、良好な電気機
械結合係数を有する圧電磁器および圧電素子を提供する
ことを目的とし、さらには、共振周波数の温度係数の絶
対値が小さいニオブ酸アルカリ系の圧電磁器および圧電
素子を提供することを目的とする。
械結合係数を有する圧電磁器および圧電素子を提供する
ことを目的とし、さらには、共振周波数の温度係数の絶
対値が小さいニオブ酸アルカリ系の圧電磁器および圧電
素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器は、Ｎ
ａＮｂＯ3型結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａ
の一部がＭｎで置換され、Ｂサイトを占めるＮｂの一部
がＴｉで置換されていることを特徴とする。
ａＮｂＯ3型結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａ
の一部がＭｎで置換され、Ｂサイトを占めるＮｂの一部
がＴｉで置換されていることを特徴とする。
【００１１】従来、ＮａＮｂＯ3のＡサイトを占めるＮ
ａの一部をＭｎで置換しても圧電性を示さないことが知
られているが、本発明では、ＮａＮｂＯ3型結晶粒子か
らなり、Ａサイトを占めるＮａの一部がＭｎで置換さ
れ、Ｂサイトを占めるＮｂの一部がＴｉで置換されてい
るので、比誘電率が高く、良好な電気機械結合係数を有
する等、優れた圧電特性を示すことができる。
ａの一部をＭｎで置換しても圧電性を示さないことが知
られているが、本発明では、ＮａＮｂＯ3型結晶粒子か
らなり、Ａサイトを占めるＮａの一部がＭｎで置換さ
れ、Ｂサイトを占めるＮｂの一部がＴｉで置換されてい
るので、比誘電率が高く、良好な電気機械結合係数を有
する等、優れた圧電特性を示すことができる。
【００１２】Ａサイトを占めるＮａがＭｎで、Ｂサイト
を占めるＮｂがＴｉで、それぞれ１．４原子％以上置換
されていることが望ましい。ＮａのＭｎによる置換量、
ＮｂのＴｉにより置換量を１．４原子％以上とすること
により、室温における結晶相を変化させることができ、
圧電特性を飛躍的に向上できる。
を占めるＮｂがＴｉで、それぞれ１．４原子％以上置換
されていることが望ましい。ＮａのＭｎによる置換量、
ＮｂのＴｉにより置換量を１．４原子％以上とすること
により、室温における結晶相を変化させることができ、
圧電特性を飛躍的に向上できる。
【００１３】本発明の圧電磁器は、金属元素として少な
くともＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これらの
金属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ
3＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦
０．０８の条件を満足するものである。
くともＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これらの
金属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ
3＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦
０．０８の条件を満足するものである。
【００１４】このような圧電磁器では、比誘電率が８０
０以上と高く、良好な電気機械結合係数を示し、キュリ
ー温度が２５０℃以上と高い圧電磁器を得ることが可能
となる。
０以上と高く、良好な電気機械結合係数を示し、キュリ
ー温度が２５０℃以上と高い圧電磁器を得ることが可能
となる。
【００１５】また、本発明では、金属元素として少なく
ともＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これらの金
属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3
＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦
０．０８の条件を満足する主成分と、組成式がＫＮｂＯ
3で表される副成分を含有し、前記副成分を全量中０．
５〜１５モル％含有することが望ましい。これにより、
電気機械結合係数をより高くできるととともに、共振周
波数の温度係数の絶対値を小さくすることが可能とな
る。
ともＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これらの金
属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3
＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦
０．０８の条件を満足する主成分と、組成式がＫＮｂＯ
3で表される副成分を含有し、前記副成分を全量中０．
５〜１５モル％含有することが望ましい。これにより、
電気機械結合係数をより高くできるととともに、共振周
波数の温度係数の絶対値を小さくすることが可能とな
る。
【００１６】さらに、上記主成分と、ＬｉＮｂＯ3で表
される副成分を含有し、前記副成分を全量中０．５〜１
０モル％含有しても良い。これにより、キュリー温度を
向上することが可能となり、半田付けリフローなどで高
温に晒された場合においても、特性の安定性を高めるこ
とが可能となる。
される副成分を含有し、前記副成分を全量中０．５〜１
０モル％含有しても良い。これにより、キュリー温度を
向上することが可能となり、半田付けリフローなどで高
温に晒された場合においても、特性の安定性を高めるこ
とが可能となる。
【００１７】また、本発明の圧電素子は、上記した圧電
磁器の両面に電極を形成してなるものである。
磁器の両面に電極を形成してなるものである。
【００１８】圧電磁器は、上記したように、比誘電率が
高く、良好な電気機械結合係数を示し、さらにキュリー
温度が高く、共振周波数の温度係数を小さくできるとい
う特徴を有するため、圧電共振子や発振子用材料として
の優れた特性を発揮できる。
高く、良好な電気機械結合係数を示し、さらにキュリー
温度が高く、共振周波数の温度係数を小さくできるとい
う特徴を有するため、圧電共振子や発振子用材料として
の優れた特性を発揮できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器は、ＮａＮｂＯ
3型結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部が
Ｍｎで置換され、Ｂサイトを占めるＮｂの一部がＴｉで
置換されているものであり、Ａサイトを占めるＮａが、
Ｍｎで１．４原子％以上置換されていることが望まし
い。
3型結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部が
Ｍｎで置換され、Ｂサイトを占めるＮｂの一部がＴｉで
置換されているものであり、Ａサイトを占めるＮａが、
Ｍｎで１．４原子％以上置換されていることが望まし
い。
【００２０】本発明の圧電磁器は、ＮａＮｂＯ3型結晶
粒子からなるもので、添加量が増加した場合にはＭｎの
一部が粒界に存在する場合もあるが、Ｍｎは殆どＮａＮ
ｂＯ 3内に固溶し、Ｎａの一部と置換される。本発明の
圧電磁器は粒界は殆ど存在しない。また、後述するＫは
Ａサイトを占めるＮａの一部を置換している。Ｌｉは、
殆どＮａの一部と置換されているが、Ｔｉの一部と置換
される場合もある。
粒子からなるもので、添加量が増加した場合にはＭｎの
一部が粒界に存在する場合もあるが、Ｍｎは殆どＮａＮ
ｂＯ 3内に固溶し、Ｎａの一部と置換される。本発明の
圧電磁器は粒界は殆ど存在しない。また、後述するＫは
Ａサイトを占めるＮａの一部を置換している。Ｌｉは、
殆どＮａの一部と置換されているが、Ｔｉの一部と置換
される場合もある。
【００２１】また、本発明の圧電磁器は、金属元素とし
て少なくとＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これ
らの金属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮ
ｂＯ 3＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ
≦０．０８の条件を満足するものである。言い換えれ
ば、ＮａＮｂＯ3に対し、副成分としてＭｎＴｉＯ3をモ
ル比で全量中１．４〜８モル％の範囲で含有することを
特徴とする。
て少なくとＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これ
らの金属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮ
ｂＯ 3＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ
≦０．０８の条件を満足するものである。言い換えれ
ば、ＮａＮｂＯ3に対し、副成分としてＭｎＴｉＯ3をモ
ル比で全量中１．４〜８モル％の範囲で含有することを
特徴とする。
【００２２】ＭｎＴｉＯ3の含有量ｘを０．０１４〜
０．０８としたのは、ｘが０．０１４未満では、比誘電
率が低く、良好な電気機械的結合係数が得られないから
である。一方、ｘが０．０８を越える場合には、キュリ
ー温度が２５０℃以下まで低下するからである。
０．０８としたのは、ｘが０．０１４未満では、比誘電
率が低く、良好な電気機械的結合係数が得られないから
である。一方、ｘが０．０８を越える場合には、キュリ
ー温度が２５０℃以下まで低下するからである。
【００２３】ＭｎＴｉＯ3の含有量ｘは、比誘電率およ
び電気機械的結合係数を高くし、キュリー温度を高くす
るという点から、０．０２〜０．０５であることが望ま
しい。
び電気機械的結合係数を高くし、キュリー温度を高くす
るという点から、０．０２〜０．０５であることが望ま
しい。
【００２４】このような圧電磁器では、比誘電率が８０
０以上と高く、良好な電気機械結合係数を示し、キュリ
ー温度を３００℃以上とすることができる。
０以上と高く、良好な電気機械結合係数を示し、キュリ
ー温度を３００℃以上とすることができる。
【００２５】また、本発明では、金属元素として少なく
ともＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これらの金
属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3
＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦
０．０８の条件を満足する主成分と、ＫＮｂＯ3で表さ
れる副成分を含有するとともに、該副成分を全量中０．
５〜１５モル％の範囲で含有することが望ましい。これ
により、ＫＮｂＯ3を含有することにより電気機械結合
係数を高くできると同時に、共振周波数の温度係数の絶
対値を小さくすることが可能となる。
ともＮａ、Ｎｂ、ＭｎおよびＴｉを含有し、これらの金
属元素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3
＋ｘＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦
０．０８の条件を満足する主成分と、ＫＮｂＯ3で表さ
れる副成分を含有するとともに、該副成分を全量中０．
５〜１５モル％の範囲で含有することが望ましい。これ
により、ＫＮｂＯ3を含有することにより電気機械結合
係数を高くできると同時に、共振周波数の温度係数の絶
対値を小さくすることが可能となる。
【００２６】ＫＮｂＯ3の含有量を全量０．５〜１５モ
ル％の範囲としたのは、含有量が０．５モル％未満で
は、電気機械結合係数と共振周波数の温度特性の向上効
果が小さく、一方、含有量が１５モル％を越えると、キ
ュリー温度が低下する傾向にあるからである。
ル％の範囲としたのは、含有量が０．５モル％未満で
は、電気機械結合係数と共振周波数の温度特性の向上効
果が小さく、一方、含有量が１５モル％を越えると、キ
ュリー温度が低下する傾向にあるからである。
【００２７】ＫＮｂＯ3は、特に電気機械結合係数およ
びキュリー温度を高くし、共振周波数の温度係数の絶対
値を小さくするという点から、全量２〜１０モル％含有
することが望ましい。
びキュリー温度を高くし、共振周波数の温度係数の絶対
値を小さくするという点から、全量２〜１０モル％含有
することが望ましい。
【００２８】また、本発明の圧電磁器では、上記主成分
と、副成分としてＬｉＮｂＯ3を含有し、ＬｉＮｂＯ3を
全量中０．５〜１０モル％の範囲で含有することが望ま
しい。
と、副成分としてＬｉＮｂＯ3を含有し、ＬｉＮｂＯ3を
全量中０．５〜１０モル％の範囲で含有することが望ま
しい。
【００２９】これにより、上記構成で得られる圧電磁器
のキュリー温度を向上することが可能となり、半田付け
リフローなどで高温に晒された場合においても、特性の
安定性を高めることが可能となる。
のキュリー温度を向上することが可能となり、半田付け
リフローなどで高温に晒された場合においても、特性の
安定性を高めることが可能となる。
【００３０】ＬｉＮｂＯ3の含有量を全量中０．５〜１
０モル％の範囲としたのは、含有量が０．５モル％未満
では、キュリー温度向上効果が小さく、一方、含有量が
１０モル％を越えると、絶縁性が低下し、分極処理が困
難となる傾向にあるからである。
０モル％の範囲としたのは、含有量が０．５モル％未満
では、キュリー温度向上効果が小さく、一方、含有量が
１０モル％を越えると、絶縁性が低下し、分極処理が困
難となる傾向にあるからである。
【００３１】ＬｉＮｂＯ3の含有量は、キュリー温度向
上効果が大きく、絶縁性を大きくし、分極処理が容易と
いう点から、全量中２〜４モル％含有することが望まし
い。
上効果が大きく、絶縁性を大きくし、分極処理が容易と
いう点から、全量中２〜４モル％含有することが望まし
い。
【００３２】特に、上記主成分と、副成分としてＫＮｂ
Ｏ3とＬｉＮｂＯ3とを含有し、ＫＮｂＯ3を全量０．５
〜１５ｍｏｌ％、ＬｉＮｂＯ3を全量中０．５〜１０ｍ
ｏｌ％の範囲で含有することが望ましい。
Ｏ3とＬｉＮｂＯ3とを含有し、ＫＮｂＯ3を全量０．５
〜１５ｍｏｌ％、ＬｉＮｂＯ3を全量中０．５〜１０ｍ
ｏｌ％の範囲で含有することが望ましい。
【００３３】本発明の圧電磁器は、例えば、次のように
して製造することができる。まず、Ｎｂ2Ｏ5、Ｋ2Ｃ
Ｏ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＴｉＯ2の
原料を用いて、予め所望の組成になるよう秤量し、これ
をＺｒＯ2ボールを用いて湿式混合する。この混合粉体
を９００〜１０５０℃の温度で仮焼成し、所望の組成の
合成粉体を得る。
して製造することができる。まず、Ｎｂ2Ｏ5、Ｋ2Ｃ
Ｏ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＴｉＯ2の
原料を用いて、予め所望の組成になるよう秤量し、これ
をＺｒＯ2ボールを用いて湿式混合する。この混合粉体
を９００〜１０５０℃の温度で仮焼成し、所望の組成の
合成粉体を得る。
【００３４】これを上記ボールを用いて湿式粉砕し、乾
燥させ、この混合粉末に有機バインダーを加え、金型プ
レス、静水圧プレス等により所望の形状に成形した後、
これを大気中、１０８０〜１２５０℃の温度で２〜３時
間焼成して磁器を得ることができる。
燥させ、この混合粉末に有機バインダーを加え、金型プ
レス、静水圧プレス等により所望の形状に成形した後、
これを大気中、１０８０〜１２５０℃の温度で２〜３時
間焼成して磁器を得ることができる。
【００３５】仮焼粉体の粉砕後における粉末の平均粒径
は、磁器の焼結性を向上させ、緻密な磁器を得るという
観点から、０．３〜０．８μｍの範囲であることが望ま
しい。さらに、使用する各原料粉末は酸化物だけでな
く、炭酸塩、酢酸塩または有機金属などの化合物のいず
れであっても、焼成などの熱処理プロセスによって酸化
物になるものであれば何ら差し支えない。
は、磁器の焼結性を向上させ、緻密な磁器を得るという
観点から、０．３〜０．８μｍの範囲であることが望ま
しい。さらに、使用する各原料粉末は酸化物だけでな
く、炭酸塩、酢酸塩または有機金属などの化合物のいず
れであっても、焼成などの熱処理プロセスによって酸化
物になるものであれば何ら差し支えない。
【００３６】尚、本発明の圧電磁器では、ＺｒＯ2ボー
ルの成分が混入する場合がある。また、不純物として
は、Ｚｒ、Ｒｂ等が混入する場合がある。さらに、Ｎａ
ＮｂＯ 3の一部を、第１遷移金属、Ｔａ、希土類元素等
で置換しても良い。特にＴａで置換することにより、共
振周波数の温度特性を向上することができる。
ルの成分が混入する場合がある。また、不純物として
は、Ｚｒ、Ｒｂ等が混入する場合がある。さらに、Ｎａ
ＮｂＯ 3の一部を、第１遷移金属、Ｔａ、希土類元素等
で置換しても良い。特にＴａで置換することにより、共
振周波数の温度特性を向上することができる。
【００３７】
【実施例】出発原料として、Ｎｂ2Ｏ5、Ｋ2ＣＯ3、Ｎａ
2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＴｉＯ2の原料粉末を
混合した後、この混合粉体を１０００℃で３時間仮焼
し、金属元素のモル比による組成式（１−ｘ）ＮａＮｂ
Ｏ3＋ｘＭｎＴｉＯ3のｘが、表１、２に示す値となるよ
うな仮焼粉体、およびｘが表２で示す値でＫＮｂＯ 3、
ＬｉＮｂＯ3で表される副成分を表２に示す量となるよ
うな仮焼粉体を作製した。この混合仮焼粉体をＺｒＯ2
ボールを用いたボールミルで０．５μｍとなるまで粉砕
した。
2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＭｎＣＯ3、ＴｉＯ2の原料粉末を
混合した後、この混合粉体を１０００℃で３時間仮焼
し、金属元素のモル比による組成式（１−ｘ）ＮａＮｂ
Ｏ3＋ｘＭｎＴｉＯ3のｘが、表１、２に示す値となるよ
うな仮焼粉体、およびｘが表２で示す値でＫＮｂＯ 3、
ＬｉＮｂＯ3で表される副成分を表２に示す量となるよ
うな仮焼粉体を作製した。この混合仮焼粉体をＺｒＯ2
ボールを用いたボールミルで０．５μｍとなるまで粉砕
した。
【００３８】次いで、この仮焼粉体の粉砕物に有機バイ
ンダーを混合して造粒し、得られた粉末を１５０ＭＰａ
の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板に成形し
た後、この成形体を大気中において９５０〜１１５０℃
で２時間焼成して円板状の磁器を得た。得られた磁器板
の粉末Ｘ線回折パターンを測定した結果、本発明に係る
試料は、いずれもニオブ酸アルカリ系に特有なペロブス
カイト型の結晶構造を有しており、発光分光分析（ＥＰ
ＮＡ）により結晶粒子の元素分析を行ったところ、Ｎ
ａ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉが検出されており、これらが固溶
していることを確認した。得られた磁器を０．５ｍｍの
厚みになるまで研磨して磁器板を得た。
ンダーを混合して造粒し、得られた粉末を１５０ＭＰａ
の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板に成形し
た後、この成形体を大気中において９５０〜１１５０℃
で２時間焼成して円板状の磁器を得た。得られた磁器板
の粉末Ｘ線回折パターンを測定した結果、本発明に係る
試料は、いずれもニオブ酸アルカリ系に特有なペロブス
カイト型の結晶構造を有しており、発光分光分析（ＥＰ
ＮＡ）により結晶粒子の元素分析を行ったところ、Ｎ
ａ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉが検出されており、これらが固溶
していることを確認した。得られた磁器を０．５ｍｍの
厚みになるまで研磨して磁器板を得た。
【００３９】そして、この磁器板の上下面に銀電極を形
成して圧電磁器板を得た。そして、この圧電磁器板に対
し、１５０〜２００℃のシリコンオイル中で３〜４ｋＶ
／ｍｍの直流電界を３０分間印加して分極処理を行っ
た。
成して圧電磁器板を得た。そして、この圧電磁器板に対
し、１５０〜２００℃のシリコンオイル中で３〜４ｋＶ
／ｍｍの直流電界を３０分間印加して分極処理を行っ
た。
【００４０】そして、これらの圧電素子の静電容量、共
振・反共振周波数、共振抵抗をインピーダンスアナライ
ザを用いて測定し、比誘電率、電気機械結合係数を求め
た。静電容量の温度変化を測定し、キュリー温度を求め
た。
振・反共振周波数、共振抵抗をインピーダンスアナライ
ザを用いて測定し、比誘電率、電気機械結合係数を求め
た。静電容量の温度変化を測定し、キュリー温度を求め
た。
【００４１】また、共振周波数をｆｒとして、−２０〜
８０℃の温度範囲で共振周波数を測定し、−２０〜８０
℃におけるｆｒの変化量（Δｆｒ）、２０℃での共振周
波数をｆｒ（２０）を用いて、式：ｆｒＴＣ＝Δｆｒ／
｛ｆｒ（２０）×１００｝×１０6（ｐｐｍ／℃）か
ら、共振周波数の温度係数ｆｒＴＣを求め、これらの結
果を表２に記載した。
８０℃の温度範囲で共振周波数を測定し、−２０〜８０
℃におけるｆｒの変化量（Δｆｒ）、２０℃での共振周
波数をｆｒ（２０）を用いて、式：ｆｒＴＣ＝Δｆｒ／
｛ｆｒ（２０）×１００｝×１０6（ｐｐｍ／℃）か
ら、共振周波数の温度係数ｆｒＴＣを求め、これらの結
果を表２に記載した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】本発明の試料Ｎｏ．２〜７は、磁器の比誘
電率が８００以上と高く、また、電気機械結合係数は１
５％以上であり、キュリー温度が２５０℃以上であるこ
とがわかる。特に、試料Ｎｏ．３〜５は、電気機械結合
係数が２０％以上であると同時に、３００℃以上のキュ
リー温度を示すことがわかる。一方、試料Ｎｏ．１では
比誘電率が小さいことが判る。
電率が８００以上と高く、また、電気機械結合係数は１
５％以上であり、キュリー温度が２５０℃以上であるこ
とがわかる。特に、試料Ｎｏ．３〜５は、電気機械結合
係数が２０％以上であると同時に、３００℃以上のキュ
リー温度を示すことがわかる。一方、試料Ｎｏ．１では
比誘電率が小さいことが判る。
【００４５】さらに、表２から、ＫＮｂＯ3を添加した
本発明の試料Ｎｏ．１０〜１６では、電気機械結合係数
が向上することがわかる。特に、本発明の試料Ｎｏ．１
１〜１５は、電気機械結合係数が３０以上で、共振周波
数の温度係数の絶対値が６８ｐｐｍ／℃以下と小さく温
度特性に優れることがわかる。さらに、磁器の比誘電率
が１０００以上と高く、キュリー温度が２７５℃以上で
あることがわかる。
本発明の試料Ｎｏ．１０〜１６では、電気機械結合係数
が向上することがわかる。特に、本発明の試料Ｎｏ．１
１〜１５は、電気機械結合係数が３０以上で、共振周波
数の温度係数の絶対値が６８ｐｐｍ／℃以下と小さく温
度特性に優れることがわかる。さらに、磁器の比誘電率
が１０００以上と高く、キュリー温度が２７５℃以上で
あることがわかる。
【００４６】さらに、ＬｉＮｂＯ3を添加した本発明の
試料Ｎｏ．１９〜２３は、添加効果によってキュリー温
度が向上することがわかる。特に、本発明の試料Ｎｏ．
２０〜２３は、キュリー温度が３２０℃以上と高く、電
気機械結合係数が３０％以上と優れると同時に、共振周
波数の温度係数の絶対値も、５０ｐｐｍ／℃以下と小さ
く優れた圧電磁器であることがわかる。
試料Ｎｏ．１９〜２３は、添加効果によってキュリー温
度が向上することがわかる。特に、本発明の試料Ｎｏ．
２０〜２３は、キュリー温度が３２０℃以上と高く、電
気機械結合係数が３０％以上と優れると同時に、共振周
波数の温度係数の絶対値も、５０ｐｐｍ／℃以下と小さ
く優れた圧電磁器であることがわかる。
【００４７】
【発明の効果】本発明の圧電磁器では、ＮａＮｂＯ3型
結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部がＭｎ
で置換され、Ｂサイトを占めるＮｂの一部がＴｉで置換
されているので、比誘電率が高く、良好な電気機械結合
係数を示し、キュリー温度を高くできる。特に、金属元
素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3＋ｘ
ＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦０．０
８の条件を満足すると、比誘電率が８００以上と高く、
良好な電気機械結合係数を示し、キュリー温度を２５０
℃以上とすることができる。
結晶粒子からなり、Ａサイトを占めるＮａの一部がＭｎ
で置換され、Ｂサイトを占めるＮｂの一部がＴｉで置換
されているので、比誘電率が高く、良好な電気機械結合
係数を示し、キュリー温度を高くできる。特に、金属元
素のモル比による組成式を（１−ｘ）ＮａＮｂＯ3＋ｘ
ＭｎＴｉＯ3と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦０．０
８の条件を満足すると、比誘電率が８００以上と高く、
良好な電気機械結合係数を示し、キュリー温度を２５０
℃以上とすることができる。
Claims (6)
- 【請求項１】ＮａＮｂＯ3型結晶粒子からなり、Ａサイ
トを占めるＮａの一部がＭｎで置換され、Ｂサイトを占
めるＮｂの一部がＴｉで置換されていることを特徴とす
る圧電磁器。 - 【請求項２】Ａサイトを占めるＮａがＭｎで、Ｂサイト
を占めるＮｂがＴｉで、それぞれ１．４原子％以上置換
されていることを特徴とする請求項１記載の圧電磁器。 - 【請求項３】金属元素として少なくともＮａ、Ｎｂ、Ｍ
ｎおよびＴｉを含有し、これらの金属元素のモル比によ
る組成式を （１−ｘ）ＮａＮｂＯ3＋ｘＭｎＴｉＯ3 と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦０．０８の条件を満
足す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】金属元素として少なくともＮａ、Ｎｂ、Ｍ
ｎおよびＴｉを含有し、これらの金属元素のモル比によ
る組成式を （１−ｘ）ＮａＮｂＯ3＋ｘＭｎＴｉＯ3 と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦０．０８の条件を満
足する主成分と、ＫＮｂＯ3で表される副成分とを含有
するとともに、該副成分を全量中０．５〜１５モル％含
有す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５】金属元素として少なくともＮａ、Ｎｂ、Ｍ
ｎおよびＴｉを含有し、これらの金属元素のモル比によ
る組成式を （１−ｘ）ＮａＮｂＯ3＋ｘＭｎＴｉＯ3 と表した時、ｘが０．０１４≦ｘ≦０．０８の条件を満
足する主成分と、ＬｉＮｂＯ3で表される副成分とを含
有するとともに、該副成分を全量中０．５〜１０モル％
含有す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６】請求項１乃至５のうちいずれかに記載の圧
電磁器の両面に電極を形成してなることを特徴とする圧
電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000332653A JP4467168B2 (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 圧電磁器および圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000332653A JP4467168B2 (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 圧電磁器および圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002137966A true JP2002137966A (ja) | 2002-05-14 |
| JP4467168B2 JP4467168B2 (ja) | 2010-05-26 |
Family
ID=18808831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000332653A Expired - Fee Related JP4467168B2 (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 圧電磁器および圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4467168B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005021461A1 (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-10 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ペロブスカイト固溶体組成物およびこのものから得られる圧電セラミックス |
| WO2024070625A1 (ja) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 日本特殊陶業株式会社 | 無鉛圧電組成物、及び圧電素子 |
-
2000
- 2000-10-31 JP JP2000332653A patent/JP4467168B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| WO2005021461A1 (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-10 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ペロブスカイト固溶体組成物およびこのものから得られる圧電セラミックス |
| WO2024070625A1 (ja) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 日本特殊陶業株式会社 | 無鉛圧電組成物、及び圧電素子 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4467168B2 (ja) | 2010-05-26 |
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