JP2005187223A - Raw material powder for piezoelectric ceramic, piezoelectric ceramic and production method therefor, and piezoelectric device - Google Patents

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岳夫 塚田
Tomohisa Azuma
智久 東
Hitoshi Oka
均 岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric ceramic having a large Q<SB>max</SB>in a fundamental wave mode of thickness-shear vibration, e.g., a fundamental wave mode of thickness-shear vibration at 8 MHz, and to provide a piezoelectric device, such as a resonator, having the piezoelectric ceramic as a piezoelectric body. <P>SOLUTION: The raw material powder for the piezoelectric ceramic contains, as a main component, a bismuth layered compound including an M<SP>II</SP>Bi<SB>4</SB>Ti<SB>4</SB>O<SB>15</SB>type crystal (wherein, M<SP>II</SP>is elements constituted of Ba, Sr and Ln (where Ln is a lanthanoid element)), containing at least Ba, Sr, Ln, Bi, Ti and O, and as a sub-component, oxides of each element of Mn and Ge and/or compounds being converted into these oxides after being fired. In the raw material powder, 50% diameter (D50 diameter) in cumulative number-size distribution is 0.5-1.4 μm. The piezoelectric ceramic is produced by using the raw material powder for the piezoelectric ceramic. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ビスマス層状化合物を含む圧電セラミックス原料粉末、該圧電セラミックス原料粉末を使用した圧電セラミックスおよびその製造方法に関し、さらに該圧電セラミックスを圧電体とするレゾネータなどの圧電素子に関する。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic raw material powder containing a bismuth layered compound, a piezoelectric ceramic using the piezoelectric ceramic raw material powder and a manufacturing method thereof, and further to a piezoelectric element such as a resonator using the piezoelectric ceramic as a piezoelectric body.

圧電セラミックスは、外部から応力を受けることによって電気分極が変化する圧電効果と、電界を印加することにより歪みを発生する逆圧電効果とを有する材料である。圧電セラミックスは、レゾネータやフィルター等の電子機器分野だけではなく、センサやアクチュエータといった電荷や変位を利用する製品等で幅広く使用されている。   Piezoelectric ceramics are materials that have a piezoelectric effect in which electrical polarization changes when stress is applied from the outside, and an inverse piezoelectric effect in which distortion occurs when an electric field is applied. Piezoelectric ceramics are widely used not only in the field of electronic devices such as resonators and filters, but also in products that use electric charges and displacement, such as sensors and actuators.

現在実用化されている圧電セラミックスの大部分は、正方晶系または菱面体晶系のPZT(PbZrO−PbTiO固溶体)系や、正方晶系のPT(PbTiO)系などのペロブスカイト構造を有する強誘電体が一般的である。そして、これらに様々な副成分を添加し、様々な要求特性への対応が図られている。 Most of the piezoelectric ceramics currently in practical use have a perovskite structure such as a tetragonal or rhombohedral PZT (PbZrO 3 —PbTiO 3 solid solution) system or a tetragonal PT (PbTiO 3 ) system. Ferroelectric materials are common. And various subcomponents are added to these, and the response | compatibility to various required characteristics is aimed at.

しかし、PZT系やPT系の圧電セラミックスは、実用的な組成ではキュリー点が200〜400℃程度のものが多く、それ以上の温度では常誘電体となり圧電性が消失してしまう。そのため、高温で使用される用途、例えば原子炉制御用センサなどには、適用不可能である。   However, PZT-based and PT-based piezoelectric ceramics often have a Curie point of about 200 to 400 ° C. in a practical composition, and become a paraelectric material at a temperature higher than that to lose piezoelectricity. Therefore, it cannot be applied to applications that are used at high temperatures, such as reactor control sensors.

また、上記PZT系やPT系の圧電セラミックスは、酸化鉛(PbO)を60〜70質量%程度と比較的多く含んでおり、この酸化鉛は、低温でも揮発性が高く、環境的な面からも好ましいものではない。   The PZT-based and PT-based piezoelectric ceramics contain a relatively large amount of lead oxide (PbO) of about 60 to 70% by mass. This lead oxide is highly volatile even at low temperatures and is environmentally friendly. Is also not preferable.

上記問題の解決を目的とし、キュリー点が高く、酸化鉛を含有しない圧電セラミックスとして、ビスマス層状化合物を含有する圧電セラミックスが提案されている(たとえば特許文献1〜3)。特許文献1には、BaBiTi15を主結晶相とし、BaとTiとの複合酸化物で構成される副結晶相を全重量中4〜30モル%含有する圧電磁器(圧電セラミックス)が開示されている。特許文献2には、Sr、Bi、TiおよびLn(ランタノイド)を含有し、SrBiTi15型結晶を含むビスマス層状化合物と、Mn酸化物とを含有する圧電セラミックスが開示されている。特許文献3には、MII(MIIはSr、BaおよびCaから選択される元素)、Bi、TiならびにOを含有し、MIIBiTi15型結晶を含むビスマス層状化合物を含有する圧電セラミックスが開示されている。 In order to solve the above problems, piezoelectric ceramics containing a bismuth layered compound have been proposed as piezoelectric ceramics having a high Curie point and not containing lead oxide (for example, Patent Documents 1 to 3). Patent Document 1 discloses a piezoelectric ceramic (piezoelectric ceramics) containing BaBi 4 Ti 4 O 15 as a main crystal phase and containing a sub-crystal phase composed of a complex oxide of Ba and Ti in an amount of 4 to 30 mol% in the total weight. Is disclosed. Patent Document 2 discloses a piezoelectric ceramic containing a bismuth layered compound containing SrBi 4 Ti 4 O 15 type crystal containing Sr, Bi, Ti and Ln (lanthanoid) and a Mn oxide. Patent Document 3 contains M II (M II is an element selected from Sr, Ba and Ca), Bi, Ti and O, and a bismuth layered compound containing M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal. A piezoelectric ceramic is disclosed.

一方、圧電素子のひとつであるレゾネータは、インダクターとして使用されるため、レゾネータの圧電体として使用される圧電セラミックスには、Qmaxが大きいことが求められている。Qmaxとは、位相角の最大値をθmaxとしたときのtanθmaxである。すなわち、Xをリアクタンス、Rをレジスタンスとしたとき、共振周波数と反共振周波数との間におけるQ(=|X|/R)の最大値である。 On the other hand, since a resonator, which is one of piezoelectric elements, is used as an inductor, a piezoelectric ceramic used as a piezoelectric body of the resonator is required to have a large Qmax . Q max is tan θ max when the maximum value of the phase angle is θ max . That is, it is the maximum value of Q (= | X | / R) between the resonance frequency and the antiresonance frequency, where X is reactance and R is resistance.

しかし、特許文献1に開示されている圧電セラミックスは、電気機械結合係数krの向上は達成されているものの、Qmaxについては不十分であり、レゾネータの圧電体として使用可能な圧電特性を備えているとは言い難い。特許文献2に開示されている圧電セラミックスは、Qmaxは大きいものの、このQmaxは、厚み縦振動の基本波モードでのQmaxであり、厚みすべり振動を用いる圧電セラミックスとしては、十分な圧電特性は得られていない。 However, although the piezoelectric ceramic disclosed in Patent Document 1 has improved the electromechanical coupling coefficient kr, it has insufficient Q max and has piezoelectric characteristics that can be used as a piezoelectric body of a resonator. It ’s hard to say. Piezoelectric ceramics disclosed in Patent Document 2, although Q max is large, the Q max is Q max of the fundamental mode of the thickness longitudinal vibration, as the piezoelectric ceramics using thickness shear vibration, sufficient piezoelectric Characteristics have not been obtained.

また、特許文献3では、厚みすべり振動の基本波モードで比較的高いQmaxを有する圧電セラミックスが得られているが、レゾネータの性能向上という観点より、厚みすべり振動の基本波モードでのQmaxのさらなる向上が求められている。 In Patent Document 3, a piezoelectric ceramic having a relatively high Q max in the fundamental mode of thickness shear vibration is obtained. From the viewpoint of improving the performance of the resonator, Q max in the fundamental wave mode of thickness shear vibration is obtained. Further improvement is demanded.

特開2000−159574号公報JP 2000-159574 A 特開2000−143340号公報JP 2000-143340 A 特開2001−192267号公報JP 2001-192267 A

本発明の目的は、厚みすべり振動の基本波モード、たとえば、4〜12MHz、特に8MHzにおける厚みすべり振動の基本波モードにおいて、大きなQmaxを有する圧電セラミックスを得るための圧電セラミックス原料粉末、その圧電セラミックス原料粉末を使用して製造される圧電セラミックスおよびその製造方法を提供することである。また、本発明は、このような圧電セラミックスを圧電体として有する圧電セラミックスレゾネータなどの圧電素子を提供することも目的としている。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic raw material powder for obtaining a piezoelectric ceramic having a large Q max in a fundamental wave mode of thickness shear vibration, for example, a fundamental wave mode of thickness shear vibration at 4 to 12 MHz, particularly 8 MHz, and the piezoelectric A piezoelectric ceramic manufactured using a ceramic raw material powder and a method for manufacturing the piezoelectric ceramic are provided. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric element such as a piezoelectric ceramic resonator having such a piezoelectric ceramic as a piezoelectric body.

本発明の発明者等は、所定組成の圧電セラミックス原料粉末において、個数積算分布における50%径(D50径)を、0.5〜1.4μmとすることにより、本発明の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present invention can achieve the object of the present invention by setting the 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution to 0.5 to 1.4 μm in the piezoelectric ceramic raw material powder having a predetermined composition. The headline and the present invention have been completed.

すなわち、本発明に係る圧電セラミックス原料粉末は、
少なくともBa、Sr、Ln(ただし、Lnはランタノイド元素)、Bi、TiおよびOを含有し、MIIBiTi15型結晶(MIIはBa、SrおよびLnで構成される元素)を含むビスマス層状化合物を主成分とし、
副成分として、Mnの酸化物および/または焼成後にMnの酸化物になる化合物とGeの酸化物および/または焼成後にGeの酸化物になる化合物とを含有し、
個数積算分布における50%径(D50径)が、0.5〜1.4μmであることを特徴とする。
That is, the piezoelectric ceramic raw material powder according to the present invention is
At least Ba, Sr, Ln (where Ln is a lanthanoid element), Bi, Ti, and O, and M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal (M II is an element composed of Ba, Sr, and Ln) The main component is a bismuth layered compound containing
As an accessory component, an oxide of Mn and / or a compound that becomes an oxide of Mn after firing and a compound that becomes an oxide of Ge and / or an oxide of Ge after firing are contained,
The 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution is 0.5 to 1.4 μm.

本発明において、MIIBiTi15型結晶(MIIはBa、SrおよびLnで構成される元素)は、MIIBiTi15付近の組成であれば良く、これらから偏倚していても良い。たとえば、Tiに対するBiの比率が、化学量論組成から若干ずれても良いし、MIIサイトを主に置換していると考えられるBa、SrおよびLnは、一部が他のサイトを置換していても良い。 In the present invention, the M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal (M II is an element composed of Ba, Sr and Ln) may have any composition in the vicinity of M II Bi 4 Ti 4 O 15 , and it is You may do it. For example, the ratio of Bi to Ti is may be slightly deviated from the stoichiometric composition, Ba considered to be mainly replaced the M II site, Sr and Ln is partially replace other sites May be.

また、本発明の圧電セラミックス原料粉末は、MIIBiTi15型結晶を含むビスマス層状化合物を主成分としており、実質的にこの結晶から構成されていることが好ましいが、完全に均質でなくても、たとえば異相を含んでいてもよい。 The piezoelectric ceramic raw material powder of the present invention is mainly composed of a bismuth layered compound containing M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal, and is preferably substantially composed of this crystal, but is completely homogeneous. For example, a different phase may be included.

本発明に係る圧電セラミックス原料粉末においては、好ましくは、前記MIIBiTi15型結晶が、組成式(Ba1−xーySrLn)BiTi15で表され、前記組成式中のxが0.1≦x≦0.6、yが0.05≦y≦0.5、zが3.90≦z≦4.30である。 In the piezoelectric ceramic material powder according to the present invention, preferably, the M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal is represented by a composition formula (Ba 1-x over y Sr x Ln y) Bi z Ti 4 O 15 In the composition formula, x is 0.1 ≦ x ≦ 0.6, y is 0.05 ≦ y ≦ 0.5, and z is 3.90 ≦ z ≦ 4.30.

本発明に係る圧電セラミックス原料粉末においては、好ましくは、前記Mnの酸化物および/または焼成後にMnの酸化物になる化合物の含有量が、MnO換算で0.1〜1.0重量%であり、前記Geの酸化物および/または焼成後にGeの酸化物になる化合物の含有量が、GeO換算で0.05〜0.5重量%である。 In the piezoelectric ceramic raw material powder according to the present invention, preferably, the content of the Mn oxide and / or the compound that becomes an Mn oxide after firing is 0.1 to 1.0% by weight in terms of MnO. The content of the Ge oxide and / or the compound that becomes Ge oxide after firing is 0.05 to 0.5% by weight in terms of GeO 2 .

本発明に係る圧電セラミックスの製造方法は、
主成分原料として、少なくともBa、Sr、Ln(ただし、Lnはランタノイド元素)、BiおよびTiの各元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物と、
副成分原料として、MnおよびGeの各元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物とを混合・仮焼し、
IIBiTi15型結晶(MIIはBa、SrおよびLnで構成される元素)を含むビスマス層状化合物と、MnおよびGeの各元素の酸化物および/または焼成後に酸化物になる化合物とを含有する仮焼物を得る工程と、
前記仮焼物を、個数積算分布における50%径(D50径)が、0.5〜1.4μmとなるように微粉砕し、圧電セラミックス原料粉末を得る工程と、
前記圧電セラミックス原料粉末を焼成する工程とを有する。
The method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to the present invention includes:
As the main component material, at least Ba, Sr, Ln (where Ln is a lanthanoid element), Bi and Ti oxides of each element and / or compounds that become these oxides after firing,
Mixing and calcination of oxides of each element of Mn and Ge and / or compounds that become these oxides after firing as subcomponent raw materials,
Bismuth layered compound containing M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal (M II is an element composed of Ba, Sr and Ln) and oxide of each element of Mn and Ge and / or oxide after firing Obtaining a calcined product containing the compound;
Pulverizing the calcined product so that the 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution is 0.5 to 1.4 μm to obtain a piezoelectric ceramic raw material powder;
Firing the piezoelectric ceramic raw material powder.

本発明に係る圧電セラミックスの製造方法においては、好ましくは、前記MIIBiTi15型結晶が、組成式(Ba1−xーySrLn)BiTi15で表され、前記組成式中のxが0.1≦x≦0.6、yが0.05≦y≦0.5、zが3.90≦z≦4.30である。 In the manufacturing method of the piezoelectric ceramic according to the present invention, the table preferably, the M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystals, composition formula (Ba 1-x over y Sr x Ln y) Bi z Ti 4 O 15 X in the composition formula is 0.1 ≦ x ≦ 0.6, y is 0.05 ≦ y ≦ 0.5, and z is 3.90 ≦ z ≦ 4.30.

本発明に係る圧電セラミックスの製造方法においては、好ましくは、前記Mnの酸化物および/または焼成後にMnの酸化物になる化合物の含有量が、MnO換算で0.1〜1.0重量%であり、前記Geの酸化物および/または焼成後にGeの酸化物になる化合物の含有量が、GeO換算で0.05〜0.5重量%である。 In the method for producing a piezoelectric ceramic according to the present invention, preferably, the content of the Mn oxide and / or the compound that becomes an Mn oxide after firing is 0.1 to 1.0% by weight in terms of MnO. In addition, the content of the Ge oxide and / or the compound that becomes a Ge oxide after firing is 0.05 to 0.5% by weight in terms of GeO 2 .

本発明に係る圧電セラミックスの製造方法においては、好ましくは、前記焼成する工程の焼成温度が、1000〜1200℃である。   In the method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to the present invention, the firing temperature in the firing step is preferably 1000 to 1200 ° C.

本発明に係る圧電セラミックスは、上記いずれかの方法で製造される。   The piezoelectric ceramic according to the present invention is manufactured by any one of the methods described above.

本発明に係る圧電素子は、上記記載の圧電セラミックスで構成してある圧電体を有する。圧電素子としては、特に限定されないが、圧電セラミックレゾネータ、フィルター、センサ、アクチュエータなどが例示される。   The piezoelectric element according to the present invention has a piezoelectric body made of the above-described piezoelectric ceramic. Although it does not specifically limit as a piezoelectric element, A piezoelectric ceramic resonator, a filter, a sensor, an actuator, etc. are illustrated.

本発明に係る圧電素子においては、好ましくは、8MHzにおける厚みすべり振動の基本波に対する共振周波数と反共振周波数との間におけるQ(Q=|X|/R;Xはリアクタンス、Rはレジスタンス)の最大値Qmaxが、23以上であり、さらに好ましくは25以上である。 In the piezoelectric element according to the present invention, preferably, Q (Q = | X | / R; X is reactance, R is resistance) between the resonance frequency and the antiresonance frequency with respect to the fundamental wave of thickness shear vibration at 8 MHz. The maximum value Q max is 23 or more, more preferably 25 or more.

maxとは、位相角の最大値をθmaxとしたときのtanθmaxである。すなわち、Xをリアクタンス、Rをレジスタンスとしたとき、共振周波数と反共振周波数との間におけるQ(=|X|/R)の最大値である。Qmaxが大きいほど発振が安定し、また、低電圧での発振が可能となる。 Q max is tan θ max when the maximum value of the phase angle is θ max . That is, it is the maximum value of Q (= | X | / R) between the resonance frequency and the antiresonance frequency, where X is reactance and R is resistance. As Q max is larger, the oscillation becomes more stable, and oscillation at a low voltage is possible.

本発明によれば、圧電セラミックス原料粉末を、ビスマス層状化合物を含有し、個数積算分布における50%径(D50径)が0.5〜1.4μmである圧電セラミックス原料粉末とすることにより、厚みすべり振動の基本波モードにおいて、大きなQmaxを有する圧電セラミックスを提供することができる。また、本発明によれば、このような圧電セラミックスの製造方法、およびこのような圧電セラミックスを圧電体として有するレゾネータなどの圧電素子を提供することができる。 According to the present invention, the piezoelectric ceramic raw material powder is a piezoelectric ceramic raw material powder containing a bismuth layered compound and having a 50% diameter (D50 diameter) of 0.5 to 1.4 μm in the number cumulative distribution. Piezoelectric ceramics having a large Qmax in the fundamental mode of sliding vibration can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing such a piezoelectric ceramic and a piezoelectric element such as a resonator having such a piezoelectric ceramic as a piezoelectric body.

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る圧電セラミックスレゾネータの斜視図、
図2は本発明の一実施形態に係る圧電セラミックスレゾネータの断面図、
図3は本発明の実施例における実施例1の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフ、
図4は本発明の実施例における実施例2の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフ、
図5は本発明の実施例における実施例3の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフ、
図6は本発明の実施例における実施例4の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフである。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric ceramic resonator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a piezoelectric ceramic resonator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 1 in the Example of the present invention;
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 2 in the Example of the present invention;
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 3 in the Example of the present invention;
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 4 in the example of the present invention.

圧電セラミックスレゾネータ
図1および図2に示すように、本発明の一実施形態に係る圧電セラミックスレゾネータ1は、圧電体層2が、2つの振動電極3に挟まれた構成のレゾネータ素子本体10を有する。図1に示すように振動電極3は、圧電体層2の上面の中央に形成され、同様に、下面にも形成される。レゾネータ素子本体10の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、縦1.5〜7.5mm×横0.5〜3.5mm×高さ0.08〜0.35mm程度である。
Piezoelectric Ceramic Resonator As shown in FIGS. 1 and 2, a piezoelectric ceramic resonator 1 according to an embodiment of the present invention includes a resonator element body 10 having a configuration in which a piezoelectric layer 2 is sandwiched between two vibration electrodes 3. . As shown in FIG. 1, the vibration electrode 3 is formed at the center of the upper surface of the piezoelectric layer 2 and is also formed on the lower surface. Although there is no restriction | limiting in particular in the shape of the resonator element main body 10, Usually, it is set as a rectangular parallelepiped shape. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the dimension, What is necessary is just to set it as a suitable dimension according to a use, Usually, length 1.5-7.5 mm x width 0.5-3.5 mm x height 0.08- It is about 0.35 mm.

圧電体層2は、ビスマス層状化合物を含有する主成分と、副成分として、少なくともMnの酸化物およびGeの酸化物を含有する。ビスマス層状化合物は、擬ペロブスカイト構造層が一対のBiおよびOの層の間にサンドイッチされているような層状構造を有する。   The piezoelectric layer 2 contains a main component containing a bismuth layered compound and at least a Mn oxide and a Ge oxide as subcomponents. The bismuth layered compound has a layered structure in which a pseudo-perovskite structure layer is sandwiched between a pair of Bi and O layers.

上記ビスマス層状化合物は、少なくともBa、Sr、Ln(ただし、Lnはランタノイド元素)、Bi、TiおよびOを含有し、MIIBiTi15型結晶(MIIはBa、SrおよびLnで構成される元素)を含む。MIIBiTi15型結晶は、組成式(Ba1−xーySrLn)BiTi15で表されることが好ましい。なお、本発明において、酸素(O)量は、上記式の化学量論組成から若干偏倚してもよい。 The bismuth layered compound contains at least Ba, Sr, Ln (where Ln is a lanthanoid element), Bi, Ti and O, and M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal (M II is Ba, Sr and Ln). Element). M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal is preferably represented by the composition formula (Ba 1-x over y Sr x Ln y) Bi z Ti 4 O 15. In the present invention, the amount of oxygen (O) may be slightly deviated from the stoichiometric composition of the above formula.

上記組成式中のxは、0.1≦x≦0.6であることが好ましく、さらに好ましくは0.2≦x≦0.5である。xはSrの原子数を表す。xの値が小さ過ぎると、焼結性が不安定になり、大きな空孔が生じ、Qmaxが低下する傾向にあり、大き過ぎると、Qmaxが低下し、さらに温度特性が悪化する傾向にある。 X in the composition formula is preferably 0.1 ≦ x ≦ 0.6, and more preferably 0.2 ≦ x ≦ 0.5. x represents the number of atoms of Sr. If the value of x is too small, the sinterability becomes unstable and large voids are formed, and Q max tends to decrease. If it is too large, Q max tends to decrease and temperature characteristics tend to deteriorate. is there.

上記組成式中のyは、0.05≦y≦0.5であることが好ましく、さらに好ましくは0.1≦y≦0.3である。yはLnの原子数を表す。Lnは、Qmaxを向上させる効果がある。ここで、Lnはランタノイド元素を表しており、ランタノイド元素は、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuであり、これらの中で特に、La、Gd、Sm、NdおよびYbから選ばれる少なくとも1種の元素が好ましい。yの値が小さ過ぎるとQmaxが低くなる傾向にあり、同様に、大き過ぎてもQmaxが低くなる傾向にある。 Y in the composition formula is preferably 0.05 ≦ y ≦ 0.5, and more preferably 0.1 ≦ y ≦ 0.3. y represents the number of atoms of Ln. Ln is an effect of improving the Q max. Here, Ln represents a lanthanoid element, and the lanthanoid elements are La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Among these, at least one element selected from La, Gd, Sm, Nd and Yb is particularly preferable. If the value of y is too small, Q max tends to be low. Similarly, if it is too large, Q max tends to be low.

前記組成式中のzは、3.90≦z≦4.30であることが好ましく、さらに好ましくは4.00≦z≦4.15である。zはBiの原子数を表す。zを上記範囲とすることにより、機械的品質係数(Q)を向上させることができる。zの値が小さ過ぎると、焼結性が悪化し、Qmaxが低下する傾向にあり、大き過ぎると、電気抵抗が低下するため、分極が困難になり、Qmaxが低下する傾向にある。 Z in the composition formula is preferably 3.90 ≦ z ≦ 4.30, and more preferably 4.00 ≦ z ≦ 4.15. z represents the number of atoms of Bi. By setting z within the above range, the mechanical quality factor (Q m ) can be improved. If the value of z is too small, the sinterability tends to deteriorate and Q max tends to decrease. If it is too large, the electrical resistance decreases, so that polarization becomes difficult and Q max tends to decrease.

Mnの酸化物の含有量は、MnO換算で0.1〜1.0重量%であることが好ましく、さらに好ましくは0.2〜0.7重量%である。Mnの酸化物の含有量が少な過ぎると、Qmaxが低くなる傾向にあり、多過ぎると、絶縁抵抗が低下し、分極が困難になる傾向にある。 The content of the Mn oxide is preferably 0.1 to 1.0% by weight, more preferably 0.2 to 0.7% by weight in terms of MnO. When the content of the Mn oxide is too small, Q max tends to be low, and when it is too large, the insulation resistance is lowered and polarization tends to be difficult.

Geの酸化物の含有量は、GeO換算で0.05〜0.5重量%であることが好ましく、さらに好ましくは0.1〜0.3重量%である。Geの酸化物の含有量が少な過ぎると、焼結性が低下する傾向にあり、多過ぎるとQmaxが低くなる傾向にある。 The content of Ge oxide is preferably 0.05 to 0.5% by weight, more preferably 0.1 to 0.3% by weight in terms of GeO 2 . When the content of the Ge oxide is too small, the sinterability tends to be lowered, and when it is too much, Q max tends to be lowered.

また、圧電体層2には、不純物または微量添加物として、上記以外の化合物、たとえば、Ca、Sn、Mo、W、Y、Zn、Sb、Si、Nb、Taの各元素の酸化物等が含有されていても良い。なお、この場合の含有量は、各元素の酸化物換算で圧電セラミックス全体の0.01重量%以下であることが好ましい。   In addition, the piezoelectric layer 2 contains compounds other than those described above, such as oxides of Ca, Sn, Mo, W, Y, Zn, Sb, Si, Nb, and Ta, as impurities or trace additives. It may be contained. In addition, it is preferable that content in this case is 0.01 weight% or less of the whole piezoelectric ceramic in conversion of the oxide of each element.

圧電体層2の厚さは、特に限定されないが、通常80〜350μm程度である。   The thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but is usually about 80 to 350 μm.

振動電極3に含有される導電材は特に限定されないが、たとえば、Agなどを使用できる。また、振動電極3の形状は、特に限定されないが、本実施形態においては、φ0.5〜3.0mm程度の円形であることが好ましく、厚みは、通常1〜8μm程度である。   The conductive material contained in the vibrating electrode 3 is not particularly limited, but, for example, Ag can be used. Further, the shape of the vibrating electrode 3 is not particularly limited, but in the present embodiment, it is preferably a circular shape with a diameter of about 0.5 to 3.0 mm, and the thickness is usually about 1 to 8 μm.

圧電セラミックスレゾネータの製造方法
本実施形態の圧電セラミックスレゾネータ1は、本発明の圧電セラミックス原料粉末を造粒し、その後、プレス成形し、焼成を行い圧電体層を作製し、圧電体層を分極処理し、真空蒸着法やスパッタリング法により振動電極を形成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。
Manufacturing Method of Piezoelectric Ceramic Resonator The piezoelectric ceramic resonator 1 of the present embodiment is made by granulating the piezoelectric ceramic raw material powder of the present invention, then press-molding and firing to produce a piezoelectric layer, and polarizing the piezoelectric layer. Then, it is manufactured by forming a vibrating electrode by a vacuum deposition method or a sputtering method. Hereinafter, the manufacturing method will be specifically described.

まず、圧電セラミックス原料粉末を準備する。
本実施形態の圧電セラミックス原料粉末は、主成分原料と副成分原料とを混合・仮焼し、その後、微粉砕により個数積算分布における50%径(D50径)を0.5〜1.4μmとすることにより製造される。圧電セラミックス原料粉末の製造方法は、次の通りである。
First, a piezoelectric ceramic raw material powder is prepared.
The piezoelectric ceramic raw material powder of this embodiment is obtained by mixing and calcining the main component raw material and the subcomponent raw material, and then finely pulverizing the 50% diameter (D50 diameter) to 0.5 to 1.4 μm in the number cumulative distribution. It is manufactured by doing. The manufacturing method of the piezoelectric ceramic raw material powder is as follows.

まず、出発原料である主成分原料と副成分原料とを準備する。主成分原料は、上記したビスマス層状化合物を構成する元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物が使用できる。副成分原料は、上記した各副成分の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物が使用できる。また、焼成後に酸化物となる化合物としては、たとえば炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩等が挙げられる。各主成分原料および副成分原料の平均粒径は、1.0〜5.0μmであることが好ましい。   First, a main component material and a subcomponent material that are starting materials are prepared. As the main component material, oxides of elements constituting the bismuth layered compound and / or compounds that become these oxides after firing can be used. As the subcomponent raw materials, the oxides of the subcomponents described above and / or compounds that become these oxides after firing can be used. Examples of the compound that becomes an oxide after firing include carbonates, hydroxides, oxalates, nitrates, and the like. The average particle size of each main component material and subcomponent material is preferably 1.0 to 5.0 μm.

次いで、主成分原料と副成分原料とをボールミル等により湿式混合する。   Next, the main component material and the subcomponent material are wet-mixed by a ball mill or the like.

次いで、湿式混合を行った原料粉末を、必要に応じて仮成形し、仮焼することにより仮焼物を得る。本実施形態においては、上記仮焼物は、MIIBiTi15型結晶(MIIはBa、SrおよびLnで構成される元素)を含むビスマス層状化合物と、MnおよびGeの各元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物とを含有する。 Next, the raw material powder that has been wet-mixed is temporarily molded as necessary and calcined to obtain a calcined product. In the present embodiment, the calcined product includes a bismuth layered compound containing M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal (M II is an element composed of Ba, Sr, and Ln), and each element of Mn and Ge. It contains oxides and / or compounds that become these oxides after firing.

仮焼の条件としては、仮焼温度は、好ましくは700〜1000℃、さらに好ましくは750〜850℃、仮焼時間は、好ましくは1〜3時間程度である。仮焼温度が低過ぎると、化学反応が不十分となる傾向にあり、仮焼温度が高過ぎると、仮成形体が焼結し始めるため、その後の粉砕が困難となる傾向にある。仮焼は、大気中で行っても良く、また大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気または純酸素雰囲気で行っても良い。   As the calcination conditions, the calcination temperature is preferably 700 to 1000 ° C., more preferably 750 to 850 ° C., and the calcination time is preferably about 1 to 3 hours. If the calcining temperature is too low, the chemical reaction tends to be insufficient, and if the calcining temperature is too high, the calcined body starts to sinter, so that subsequent pulverization tends to be difficult. The calcination may be performed in the air, or may be performed in an atmosphere having a higher oxygen partial pressure or in a pure oxygen atmosphere than in the air.

次いで、仮焼により得られた仮焼物をスラリー化し、微粉砕を行った後、スラリーを乾燥することにより圧電セラミックス原料粉末を得る。微粉砕は、たとえばボールミル等により湿式粉砕により行うことができる。このとき、スラリーの溶媒として、水もしくはエタノールなどのアルコール、または水とエタノールとの混合溶媒を用いることが好ましい。   Next, the calcined product obtained by calcining is made into a slurry, finely pulverized, and then dried to obtain a piezoelectric ceramic raw material powder. The fine pulverization can be performed by wet pulverization using, for example, a ball mill. At this time, it is preferable to use water or an alcohol such as ethanol or a mixed solvent of water and ethanol as a solvent for the slurry.

本実施形態においては、微粉砕により得られる圧電セラミックス原料粉末の個数積算分布における50%径(D50径)を、0.5〜1.4μm、好ましくは0.6〜1.2μm、さらに好ましくは0.8〜1.0μmとする。なお、圧電セラミックス原料粉末の個数積算分布における50%径(D50径)は、たとえばレーザー光回折法などによって測定可能である。圧電セラミックス原料粉末のD50径が、小さ過ぎるとQmaxが低下する傾向にあり、また、大き過ぎてもQmaxが低下する傾向にある。 In this embodiment, the 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution of the piezoelectric ceramic raw material powder obtained by fine pulverization is 0.5 to 1.4 μm, preferably 0.6 to 1.2 μm, and more preferably. 0.8 to 1.0 μm. In addition, the 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution of the piezoelectric ceramic raw material powder can be measured by, for example, a laser diffraction method. If the D50 diameter of the piezoelectric ceramic raw material powder is too small, Q max tends to decrease, and if it is too large, Q max tends to decrease.

本発明の特徴点は、圧電セラミックス原料粉末の個数積算分布における50%径(D50径)を上記範囲とする点にあり、このようにすることにより、焼成後の圧電セラミックスの厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxを大きくすることができる。 The feature of the present invention is that the 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution of the piezoelectric ceramic raw material powder is within the above range, and in this way, the basis of the thickness-shear vibration of the sintered piezoelectric ceramic. Q max in the wave mode can be increased.

なお、D50径を上記範囲とすることにより、厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxを大きくすることができる理由については、必ずしも明らかではないが、焼成後の焼結体の粒子径と、焼結体内の空孔とのバランスが良くなるためであると考えられる。 The reason why the Qmax in the fundamental mode of thickness shear vibration can be increased by setting the D50 diameter in the above range is not necessarily clear, but the particle diameter of the sintered body after firing, This is probably because the balance with the pores in the body is improved.

次に、上記にて得られた圧電セラミックス原料粉末に必要に応じてバインダーを添加して、造粒し、その後、プレス成形することにより成形体を得る。バインダーとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールに分散剤を添加したもの、エチルセルロースなど、一般的に用いられる有機バインダーを挙げることができる。また、プレス成形する際の加重は、たとえば100〜400MPaとすることができる。   Next, a binder is added to the piezoelectric ceramic raw material powder obtained above as necessary, granulated, and then press-molded to obtain a compact. Examples of the binder include commonly used organic binders such as polyvinyl alcohol, polyvinyl alcohol added with a dispersant, and ethyl cellulose. Moreover, the load at the time of press molding can be 100-400 MPa, for example.

次いで、成形体について、脱バインダー処理を行う。この脱バインダー処理は、300〜700℃の温度で0.5〜5時間程度行うことが好ましい。脱バインダー処理は、大気中で行っても良く、また大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気または純酸素雰囲気で行っても良い。   Subsequently, a binder removal process is performed about a molded object. This binder removal treatment is preferably performed at a temperature of 300 to 700 ° C. for about 0.5 to 5 hours. The binder removal treatment may be performed in the air, or may be performed in an atmosphere having a higher oxygen partial pressure than in the air or a pure oxygen atmosphere.

脱バインダー処理を行ったのち、焼成を行い圧電セラミックスの焼結体を得る。焼成の条件としては、焼成温度は、好ましくは1000〜1200℃、さらに好ましくは1050〜1150℃、焼成時間は、好ましくは1〜3時間程度である。焼成温度が低すぎると焼結が不十分となる傾向にあり、焼成温度が高すぎるとBiが蒸発し、組成のずれや空孔の肥大化が起こり、Qmaxが低下する傾向にある。焼成は、大気中で行っても良く、また大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気または純酸素雰囲気で行っても良い。 After the binder removal treatment, firing is performed to obtain a sintered body of piezoelectric ceramic. As firing conditions, the firing temperature is preferably 1000 to 1200 ° C., more preferably 1050 to 1150 ° C., and the firing time is preferably about 1 to 3 hours. If the firing temperature is too low, the sintering tends to be insufficient, and if the firing temperature is too high, Bi evaporates, resulting in a composition shift and pore enlargement, and Q max tends to decrease. Firing may be performed in the air, or may be performed in an atmosphere having a higher oxygen partial pressure than in the air or a pure oxygen atmosphere.

なお、脱バインダー工程と焼成工程とは連続して行っても良く、別々に行っても良い。   The binder removal step and the firing step may be performed continuously or separately.

次いで、焼成により得られた圧電セラミックスの焼結体を薄板状に切断し、焼結体薄板とし、ラップ研磨により表面加工を行う。焼結体の切断に際しては、カッター、スライサーまたはダイシングソー等の切断機を用いて行うことができる。   Next, the sintered body of the piezoelectric ceramic obtained by firing is cut into a thin plate shape to form a sintered body thin plate, and surface processing is performed by lapping. When the sintered body is cut, a cutting machine such as a cutter, a slicer, or a dicing saw can be used.

次いで、薄板状の焼結体の両面に、分極処理用の仮電極を形成する。仮電極を構成する導電材は特に限定されないが、塩化第二鉄溶液によるエッチング処理によって容易に除去できることから、Cuが好ましい。仮電極の形成には、真空蒸着法やスパッタリングを用いることが好ましい。   Next, a temporary electrode for polarization treatment is formed on both surfaces of the thin plate-like sintered body. Although the electrically conductive material which comprises a temporary electrode is not specifically limited, Since it can remove easily by the etching process by a ferric chloride solution, Cu is preferable. For forming the temporary electrode, it is preferable to use a vacuum deposition method or sputtering.

次いで、分極処理用の仮電極を形成した薄板状の焼結体について分極処理を行う。分極処理の条件は、圧電セラミックスの組成に応じて適宜決定すればよいが、通常、分極温度は150〜300℃、分極時間は1〜30分間、分極電界は焼結体の抗電界の1.1倍以上とすればよい。   Next, polarization treatment is performed on the thin plate-like sintered body on which the temporary electrode for polarization treatment is formed. The conditions for the polarization treatment may be appropriately determined according to the composition of the piezoelectric ceramics. Usually, the polarization temperature is 150 to 300 ° C., the polarization time is 1 to 30 minutes, and the polarization electric field is 1. What is necessary is just to make it 1 time or more.

次いで、分極処理を行った焼結体から、エッチング処理などにより、仮電極を除去し、所望の素子形状となるように切断し、振動電極3を形成する。振動電極3を構成する導電材としては、特に限定されないが、Agなどが使用できる。振動電極の形成には、真空蒸着法やスパッタリングを用いることが好ましい。
このようにして本実施形態の圧電セラミックスレゾネータは製造される。
Next, the temporary electrode is removed from the sintered body subjected to the polarization treatment by an etching treatment or the like, and cut into a desired element shape to form the vibrating electrode 3. Although it does not specifically limit as a electrically conductive material which comprises the vibration electrode 3, Ag etc. can be used. For the formation of the vibrating electrode, it is preferable to use vacuum deposition or sputtering.
In this way, the piezoelectric ceramic resonator of the present embodiment is manufactured.

本実施形態においては、圧電セラミックスレゾネータを構成する圧電体の原料として、D50径が0.5〜1.4μm、好ましくは0.6〜1.2μmである圧電セラミックス原料粉末を使用するため、大きなQmaxを有する圧電セラミックスレゾネータを得ることができる。本実施形態では、このような圧電体原料を使用するため、8MHzにおける厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxを、好ましくは23以上、さらに好ましくは25以上とすることができる。測定周波数を8MHzとしたのは、車載用のIC制御用や、AV機器コントローラーのIC用等に対応させるためである。 In this embodiment, a piezoelectric ceramic raw material powder having a D50 diameter of 0.5 to 1.4 μm, preferably 0.6 to 1.2 μm is used as a piezoelectric raw material constituting the piezoelectric ceramic resonator. A piezoelectric ceramic resonator having Q max can be obtained. In this embodiment, since such a piezoelectric material is used, the Q max in the fundamental wave mode of the thickness shear vibration at 8 MHz can be preferably 23 or more, and more preferably 25 or more. The reason why the measurement frequency is set to 8 MHz is to deal with in-vehicle IC control, AV device controller IC, and the like.

なお、本実施形態においては、8MHzにおける厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxについて説明したが、本発明の圧電素子は、4〜12MHz程度の周波数帯域においても大きなQmaxを有し、4〜12MHz程度の周波数帯域でも好適に使用することができる。本発明によると、たとえば、4〜6MHz程度におけるQmaxを、好ましくは17以上、10〜12MHz程度におけるQmaxを、好ましくは23以上とすることができる。 In the present embodiment, the Q max in the fundamental wave mode of the thickness shear vibration at 8 MHz has been described. However, the piezoelectric element of the present invention has a large Q max even in a frequency band of about 4 to 12 MHz. It can be suitably used even in a frequency band of about 12 MHz. According to the present invention, for example, the Q max at about 4 to 6 MHz can be preferably 17 or more, and the Q max at about 10 to 12 MHz can be preferably 23 or more.

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the embodiment mentioned above at all, and can be variously modified within the range which does not deviate from the summary of this invention.

たとえば、上述した実施形態では、本発明に係る圧電素子として圧電セラミックスレゾネータを例示したが、本発明に係る圧電素子としては、圧電セラミックスレゾネータに限定されず、上記圧電セラミックス原料粉末を用い、製造された圧電セラミックスで構成してある圧電体層を有するものであれば何でも良い。   For example, in the above-described embodiment, the piezoelectric ceramic resonator is exemplified as the piezoelectric element according to the present invention. However, the piezoelectric element according to the present invention is not limited to the piezoelectric ceramic resonator, and is manufactured using the piezoelectric ceramic raw material powder. Any material may be used as long as it has a piezoelectric layer made of piezoelectric ceramic.

また、上述した実施形態では、副成分原料の添加時期を主成分原料と同時としたが、主成分原料をあらかじめ反応させ、反応物とした後に、副成分原料を添加することも可能である。   In the above-described embodiment, the addition time of the subcomponent raw material is the same as that of the main component raw material, but it is also possible to add the subcomponent raw material after reacting the main component raw material in advance to obtain a reaction product.

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。   Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.

実施例1
主成分原料であるBaCO、SrCO、La、Bi、TiO、および副成分原料であるMnO、GeOを準備し、主成分原料については、主成分の最終組成が(Ba0.6Sr0.3La0.1)Bi4.033Ti15となるように、副成分原料であるMnOは含有量が0.3重量%、GeOは含有量が0.15重量%となるようにそれぞれ秤量した。次に、純水を添加し、純水中でジルコニア製メディアを入れたボールミルにて16時間混合し、十分に乾燥を行い、混合粉体を得た。
Example 1
Main component raw materials BaCO 3 , SrCO 3 , La 2 O 3 , Bi 2 O 3 , TiO 2 , and subcomponent raw materials MnO and GeO 2 are prepared. (Ba 0.6 Sr 0.3 La 0.1 ) Bi 4.033 Ti 4 O 15 The subcomponent raw material MnO has a content of 0.3% by weight and GeO 2 has a content of 0. Each was weighed to 15% by weight. Next, pure water was added and mixed for 16 hours in a ball mill containing zirconia media in pure water, followed by sufficient drying to obtain a mixed powder.

得られた混合粉体を、仮成形し、空気中、850℃で2時間仮焼を行い仮焼物を作製した。次に、得られた仮焼物に純水を添加し、純水中でジルコニア製メディアを入れたボールミルにて微粉砕を行い、乾燥することにより圧電セラミックス原料粉末を作製した。なお、微粉砕においては、微粉砕を行う時間および粉砕条件を変えることにより、それぞれ粒子径(D50径)の異なる圧電セラミックス原料粉末を得た。なお、各圧電セラミックス原料粉末の粒子径(D50径)は、個数積算分布における50%径をレーザー光回折法により行うことにより求めた。   The obtained mixed powder was temporarily molded and calcined in air at 850 ° C. for 2 hours to prepare a calcined product. Next, pure water was added to the obtained calcined material, finely pulverized in a ball mill containing zirconia media in pure water, and dried to prepare a piezoelectric ceramic raw material powder. In the fine pulverization, piezoelectric ceramic raw material powders having different particle diameters (D50 diameters) were obtained by changing the pulverization time and pulverization conditions. In addition, the particle diameter (D50 diameter) of each piezoelectric ceramic raw material powder was calculated | required by performing 50% diameter in a number integration distribution by the laser beam diffraction method.

それぞれ粒子径の異なる各圧電セラミックス原料粉末にバインダーとして純水を6重量%添加し、プレス成形して、縦40mm×横40mm×厚み13mmの仮成形体とし、この仮成形体を真空パックした後、245MPaの圧力で静水圧プレスにより成形した。   After adding 6% by weight of pure water as a binder to each piezoelectric ceramic raw material powder having a different particle size, press molding to form a temporary molded body of 40 mm length × 40 mm width × 13 mm thickness, and after vacuum packing this temporary molded body Molding was performed by a hydrostatic press at a pressure of 245 MPa.

次に、上記の成形体に1100℃で焼成を行い焼結体を得た。次いで、この焼結体を切断した後、ラップ研磨により表面加工を行い、縦30mm×横30mm×厚み0.25mmとした。   Next, the molded body was fired at 1100 ° C. to obtain a sintered body. Next, after cutting this sintered body, surface processing was performed by lapping to obtain a length of 30 mm × width of 30 mm × thickness of 0.25 mm.

上記にて切断を行った焼結体の両面に真空蒸着法により分極処理用のCu電極を形成し、250℃のシリコンオイルバス中で1.5×Ec(MV/m)以上の電界を1分間印加して、分極処理を施した。なお、Ecは250℃における各焼結体の抗電界である。   A Cu electrode for polarization treatment is formed on both surfaces of the sintered body cut as described above by vacuum deposition, and an electric field of 1.5 × Ec (MV / m) or more is applied in a 250 ° C. silicon oil bath. Applying for minutes, polarization treatment was performed. Ec is a coercive electric field of each sintered body at 250 ° C.

次に、分極処理を行った焼結体から、塩化第二鉄溶液を用いてCu電極をエッチング除去し、その後、焼結体を再度ラップ切断し、縦4.5mm×横2.0m×厚み0.25mmの圧電セラミックス試料を得た。   Next, the Cu electrode is removed by etching using a ferric chloride solution from the sintered body subjected to the polarization treatment, and then the sintered body is lapped again, length 4.5 mm × width 2.0 m × thickness A 0.25 mm piezoelectric ceramic sample was obtained.

この圧電セラミックス試料の両面の中央に直径1.4mm、厚さ1μmのAg電極を真空蒸着法により形成し、それぞれ粒子径の異なる圧電セラミックス原料粉末を用いて作製された圧電セラミックスレゾネータ試料を得た。   An Ag electrode having a diameter of 1.4 mm and a thickness of 1 μm was formed in the center of both surfaces of this piezoelectric ceramic sample by vacuum deposition, and a piezoelectric ceramic resonator sample produced using piezoelectric ceramic raw material powders having different particle diameters was obtained. .

max の測定
上記にて作製した圧電セラミックス試料について、インピーダンスアナライザー(ヒューレットパッカード(株)製、HP4194A)を使用し、厚みすべり振動の基本波モード(8MHz)でインピーダンス特性を測定することにより、Qmaxを求めた。
Measurement of Q max Using the impedance analyzer (HP4194A manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd.) and measuring the impedance characteristics in the fundamental wave mode of thickness shear vibration (8 MHz) for the piezoelectric ceramic sample prepared above, Q max was determined.

図3は、本実施例において作製した圧電セラミックスレゾネータ試料において、使用したセラミックス原料粉末のD50径と、圧電セラミックスレゾネータ試料の厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxとの関係を示したグラフである。図3より、D50径が0.9μm程度までは、D50径の増加に伴いQmaxの値は大きくなっていくが、D50径が0.9μm程度より大きくなると、逆に、D50径の増加に伴い、Qmaxの値が小さくなっていく傾向が確認できた。セラミックス原料粉末のD50径を0.5〜1.4μmとした試料においては、Qmaxが23を超え、良好な結果となった。なかでも、セラミックス原料粉末のD50径を0.8〜1.1μmとした試料においては、Qmaxが30を超え、特に良好な結果となった。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the D50 diameter of the used ceramic raw material powder and Q max in the fundamental wave mode of the thickness shear vibration of the piezoelectric ceramic resonator sample in the piezoelectric ceramic resonator sample manufactured in this example. . From FIG. 3, the value of Qmax increases as the D50 diameter increases until the D50 diameter is about 0.9 μm. However, when the D50 diameter is larger than about 0.9 μm, the D50 diameter increases. Along with this, it was confirmed that the Q max value tends to decrease. In a sample in which the D50 diameter of the ceramic raw material powder was 0.5 to 1.4 μm, Q max exceeded 23, and a good result was obtained. Among them, in the sample in which the D50 diameter of the ceramic raw material powder and 0.8~1.1μm, Q max exceeds 30, it was a particularly good result.

この結果より、圧電セラミックスレゾネータの圧電体層の原料として使用するセラミックス原料粉末の個数積算分布における50%径(D50径)が、小さ過ぎても大き過ぎてもQmaxは、小さくなる傾向にあることが確認できた。したがって、D50径は、0.5〜1.4μmであることが望ましく、好ましくは、0.6〜1.2μmである。 From this result, even if the 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution of the ceramic raw material powder used as the raw material of the piezoelectric layer of the piezoelectric ceramic resonator is too small or too large, Q max tends to be small. I was able to confirm. Therefore, the D50 diameter is desirably 0.5 to 1.4 μm, and preferably 0.6 to 1.2 μm.

実施例2
圧電セラミックス原料粉末の主成分の最終組成のBaとSrの比を変更し、最終組成を(Ba0.4Sr0.5La0.1)Bi4.033Ti15とした以外は、実施例1と同様にそれぞれ粒子径の異なる圧電セラミックス原料粉末を作製し、各圧電セラミックス原料粉末を使用し圧電セラミックスレゾネータ試料を作製した。
Example 2
Except that by changing the ratio of Ba and Sr in the final composition of the main component of the piezoelectric ceramic material powder to a final composition as (Ba 0.4 Sr 0.5 La 0.1) Bi 4.033 Ti 4 O 15 is In the same manner as in Example 1, piezoelectric ceramic raw material powders having different particle diameters were produced, and piezoelectric ceramic resonator samples were produced using the respective piezoelectric ceramic raw material powders.

図4は、本実施例において作製した圧電セラミックスレゾネータ試料において、使用したセラミックス原料粉末のD50径と、圧電セラミックスレゾネータ試料の厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxとの関係を示したグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the D50 diameter of the ceramic raw material powder used and the Q max in the fundamental wave mode of the thickness shear vibration of the piezoelectric ceramic resonator sample in the piezoelectric ceramic resonator sample manufactured in this example. .

図4より、BaとSrの比を変更し、主成分の組成を(Ba0.6Sr0.3La0.1)Bi4.033Ti15としたセラミックス原料粉末を使用した場合においても、実施例1と同様に、D50径が、小さ過ぎても大き過ぎてもQmaxの値は、小さくなる傾向にあることが確認できた。 From FIG. 4, when the ratio of Ba and Sr is changed, and the ceramic raw material powder whose main component composition is (Ba 0.6 Sr 0.3 La 0.1 ) Bi 4.033 Ti 4 O 15 is used. also, in the same manner as in example 1, D50 diameter is the value of the even Q max too large or too small, it was confirmed that tends to decrease.

実施例3
主成分原料として、Laの代わりにGdを使用し、圧電セラミックス原料粉末の主成分の最終組成を(Ba0.6Sr0.3Gd0.1)Bi4.033Ti15とした以外は、実施例1と同様にそれぞれ粒子径の異なる圧電セラミックス原料粉末を作製し、各圧電セラミックス原料粉末を使用し圧電セラミックスレゾネータ試料を作製した。
Example 3
Gd 2 O 3 is used instead of La 2 O 3 as the main component material, and the final composition of the main component of the piezoelectric ceramic material powder is (Ba 0.6 Sr 0.3 Gd 0.1 ) Bi 4.033 Ti. A piezoelectric ceramic raw material powder having a different particle diameter was prepared in the same manner as in Example 1 except that 4 O 15 was used, and a piezoelectric ceramic resonator sample was prepared using each piezoelectric ceramic raw material powder.

図5は、本実施例において作製した圧電セラミックスレゾネータ試料において、使用したセラミックス原料粉末のD50径と、圧電セラミックスレゾネータ試料の厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxとの関係を示したグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the D50 diameter of the ceramic raw material powder used and the Q max in the fundamental wave mode of the thickness shear vibration of the piezoelectric ceramic resonator sample in the piezoelectric ceramic resonator sample manufactured in this example. .

図5より、主成分の組成を(Ba0.6Sr0.3Gd0.1)Bi4.033Ti15としたセラミックス原料粉末を使用した実施例3の各圧電セラミックスレゾネータ試料は、実施例1,2と同様に、D50径が、小さ過ぎても大き過ぎてもQmaxの値は、小さくなる傾向にあることが確認できた。 From FIG. 5, each piezoelectric ceramic resonator sample of Example 3 using a ceramic raw material powder whose main component composition is (Ba 0.6 Sr 0.3 Gd 0.1 ) Bi 4.033 Ti 4 O 15 is as in example 1, 2, D50 diameter is the value of the even Q max too large or too small, it was confirmed that tends to decrease.

実施例4
副成分原料であるMnOの含有量を0.5重量%とした以外は、実施例2と同様に粒子径の異なる圧電セラミックス原料粉末を作製し、各圧電セラミックス原料粉末を使用し圧電セラミックスレゾネータ試料を作製した。
Example 4
Piezoelectric ceramic raw material powders having different particle diameters were prepared in the same manner as in Example 2 except that the content of MnO as an auxiliary component raw material was 0.5% by weight, and each piezoelectric ceramic raw material powder was used to produce a piezoelectric ceramic resonator sample. Was made.

図6は、本実施例において作製した圧電セラミックスレゾネータ試料において、使用したセラミックス原料粉末のD50径と、圧電セラミックスレゾネータ試料の厚みすべり振動の基本波モードにおけるQmaxとの関係を示したグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the D50 diameter of the used ceramic raw material powder and Q max in the fundamental wave mode of the thickness shear vibration of the piezoelectric ceramic resonator sample in the piezoelectric ceramic resonator sample manufactured in this example. .

図6より、主成分の組成をMnOの含有量を0.5重量%としたセラミックス原料粉末を使用した実施例4の各圧電セラミックスレゾネータ試料は、実施例1〜3と同様に、D50径が、小さ過ぎても大き過ぎてもQmaxの値は、小さくなる傾向にあることが確認できた。 From FIG. 6, each piezoelectric ceramic resonator sample of Example 4 using a ceramic raw material powder whose main component composition is 0.5% by weight of MnO has a D50 diameter as in Examples 1-3. , the value of the even Q max too large or too small, it was confirmed that tends to decrease.

図1は本発明の一実施形態に係る圧電セラミックスレゾネータの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric ceramic resonator according to an embodiment of the present invention. 図2は本発明の一実施形態に係る圧電セラミックスレゾネータの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a piezoelectric ceramic resonator according to an embodiment of the present invention. 図3は本発明の実施例における実施例1の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 1 in the example of the present invention. 図4は本発明の実施例における実施例2の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 2 in the example of the present invention. 図5は本発明の実施例における実施例3の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 3 in the example of the present invention. 図6は本発明の実施例における実施例4の圧電セラミックス原料粉末のD50径とQmaxとの関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the D50 diameter and Q max of the piezoelectric ceramic raw material powder of Example 4 in the example of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1… 圧電セラミックスレゾネータ
10… レゾネータ素子本体
2… 圧電体層
3… 振動電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric ceramic resonator 10 ... Resonator element body 2 ... Piezoelectric layer 3 ... Vibrating electrode

Claims (9)

少なくともBa、Sr、Ln(ただし、Lnはランタノイド元素)、Bi、TiおよびOを含有し、MIIBiTi15型結晶(MIIはBa、SrおよびLnで構成される元素)を含むビスマス層状化合物を主成分とし、
副成分として、Mnの酸化物および/または焼成後にMnの酸化物になる化合物とGeの酸化物および/または焼成後にGeの酸化物になる化合物とを含有し、
個数積算分布における50%径(D50径)が、0.5〜1.4μmであることを特徴とする圧電セラミックス原料粉末。
At least Ba, Sr, Ln (where Ln is a lanthanoid element), Bi, Ti, and O, and M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal (M II is an element composed of Ba, Sr, and Ln) The main component is a bismuth layered compound containing
As an accessory component, an oxide of Mn and / or a compound that becomes an oxide of Mn after firing and a compound that becomes an oxide of Ge and / or an oxide of Ge after firing are contained,
A piezoelectric ceramic raw material powder having a 50% diameter (D50 diameter) in a number cumulative distribution of 0.5 to 1.4 μm.
前記MIIBiTi15型結晶が、組成式(Ba1−xーySrLn)BiTi15で表され、前記組成式中のxが0.1≦x≦0.6、yが0.05≦y≦0.5、zが3.90≦z≦4.30である請求項1に記載の圧電セラミックス原料粉末。 Wherein M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal is represented by a composition formula (Ba 1-x over y Sr x Ln y) Bi z Ti 4 O 15, x is 0.1 ≦ x ≦ in the composition formula The piezoelectric ceramic raw material powder according to claim 1, wherein 0.6, y is 0.05 ≦ y ≦ 0.5, and z is 3.90 ≦ z ≦ 4.30. 前記Mnの酸化物および/または焼成後にMnの酸化物になる化合物の含有量が、MnO換算で0.1〜1.0重量%であり、
前記Geの酸化物および/または焼成後にGeの酸化物になる化合物の含有量が、GeO換算で0.05〜0.5重量%である請求項1または2に記載の圧電セラミックス原料粉末。
The content of the Mn oxide and / or the compound that becomes the Mn oxide after firing is 0.1 to 1.0% by weight in terms of MnO,
3. The piezoelectric ceramic raw material powder according to claim 1, wherein a content of the Ge oxide and / or a compound that becomes a Ge oxide after firing is 0.05 to 0.5 wt% in terms of GeO 2 .
主成分原料として、少なくともBa、Sr、Ln(ただし、Lnはランタノイド元素)、BiおよびTiの各元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物と、
副成分原料として、MnおよびGeの各元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物とを混合・仮焼し、
IIBiTi15型結晶(MIIはBa、SrおよびLnで構成される元素)を含むビスマス層状化合物と、MnおよびGeの各元素の酸化物および/または焼成後にこれらの酸化物になる化合物とを含有する仮焼物を得る工程と、
前記仮焼物を、個数積算分布における50%径(D50径)が、0.5〜1.4μmとなるように微粉砕し、圧電セラミックス原料粉末を得る工程と、
前記圧電セラミックス原料粉末を焼成する工程とを有する圧電セラミックスの製造方法。
As the main component material, at least Ba, Sr, Ln (where Ln is a lanthanoid element), Bi and Ti oxides of each element and / or compounds that become these oxides after firing,
Mixing and calcination of oxides of each element of Mn and Ge and / or compounds that become these oxides after firing as subcomponent raw materials,
Bismuth layered compound containing M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal (M II is an element composed of Ba, Sr and Ln), oxides of each element of Mn and Ge and / or these oxides after firing Obtaining a calcined product containing a compound to be
Pulverizing the calcined product so that the 50% diameter (D50 diameter) in the number cumulative distribution is 0.5 to 1.4 μm to obtain a piezoelectric ceramic raw material powder;
A method for producing a piezoelectric ceramic, comprising a step of firing the piezoelectric ceramic raw material powder.
前記MIIBiTi15型結晶が、組成式(Ba1−xーySrLn)BiTi15で表され、前記組成式中のxが0.1≦x≦0.6、yが0.05≦y≦0.5、zが3.90≦z≦4.30である請求項4に記載の圧電セラミックスの製造方法。 Wherein M II Bi 4 Ti 4 O 15 type crystal is represented by a composition formula (Ba 1-x over y Sr x Ln y) Bi z Ti 4 O 15, x is 0.1 ≦ x ≦ in the composition formula The method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to claim 4, wherein 0.6, y is 0.05 ≦ y ≦ 0.5, and z is 3.90 ≦ z ≦ 4.30. 前記焼成する工程の焼成温度が、1000〜1200℃である請求項4または5に記載の圧電セラミックスの製造方法。   The method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 4 or 5, wherein a firing temperature in the firing step is 1000 to 1200 ° C. 請求項4〜6のいずれかに記載の方法で製造される圧電セラミックス。   A piezoelectric ceramic manufactured by the method according to claim 4. 請求項7に記載の圧電セラミックスで構成してある圧電体を有する圧電素子。   The piezoelectric element which has a piezoelectric material comprised with the piezoelectric ceramic of Claim 7. 8MHzにおける厚みすべり振動の基本波に対する共振周波数と反共振周波数との間におけるQ(Q=|X|/R;Xはリアクタンス、Rはレジスタンス)の最大値Qmaxが、23以上である請求項8に記載の圧電素子。 A maximum value Q max of Q (Q = | X | / R; X is reactance, R is resistance) between a resonance frequency and an antiresonance frequency with respect to a fundamental wave of thickness shear vibration at 8 MHz is 23 or more. 9. The piezoelectric element according to 8.
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