JP2010030832A - Piezoelectric ceramic and piezoelectric element using it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric ceramic being excellent in heat resistance and having high traverse rupture strength and to provide a piezoelectric element. <P>SOLUTION: The piezoelectric ceramic is characterized by containing at least one kind selected from among Mn, Co and Cu by 0.1-1 pt.mass in terms of total oxides to a main component of 100 pt.mass in a bismuth layered compound having a compositional formula denoted as Bi<SB>4</SB>(Ti<SB>1-γ</SB>Zr<SB>γ</SB>)<SB>3</SB>O<SB>12</SB>-α[(1-β)M1(Ti<SB>1-γ</SB>Zr<SB>γ</SB>)O<SB>3</SB>-βM2M3O<SB>3</SB>] (wherein, α, β and γ are satisfied with 0.3≤α≤0.95, 0≤β≤0.5 and 0.01≤γ≤0.3; M1 is at least one kind selected from among Sr, Ba, Ca, (Bi<SB>0.5</SB>Na<SB>0.5</SB>), (Bi<SB>0.5</SB>Li<SB>0.5</SB>) and (Bi<SB>0.5</SB>K<SB>0.5</SB>); M2 is at least one kind selected from among Bi, Na, K and Li; and M3 is at least one kind selected from among Fe and Nb). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電磁器およびそれを用いた圧電素子に関し、共振子、超音波振動子、超音波モータ、加速度センサ、ノッキングセンサ、およびAEセンサ等に適し、特に、厚み縦振動の正圧電効果を利用した圧電センサとして好適に用いられる圧電磁器およびそれを用いた圧電素子に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic and a piezoelectric element using the piezoelectric ceramic, and is suitable for a resonator, an ultrasonic vibrator, an ultrasonic motor, an acceleration sensor, a knocking sensor, an AE sensor, and the like. The present invention relates to a piezoelectric ceramic suitably used as a used piezoelectric sensor and a piezoelectric element using the piezoelectric ceramic.

圧電磁器を利用した製品としては、例えば、圧電センサ、フィルタ、圧電共振子、超音波振動子、超音波モータ等がある。   Examples of products using a piezoelectric ceramic include a piezoelectric sensor, a filter, a piezoelectric resonator, an ultrasonic vibrator, and an ultrasonic motor.

圧電センサは、ショックセンサ、加速度センサ、あるいは、車載用のノッキングセンサとして用いられる。特に近年では、自動車のエンジンの燃費向上および排気ガス(HC、NOx)の低減のために、シリンダ内の圧力を直接検出して、インジェクタからの燃料噴射タイミングの最適化を図るための、圧力センサとしての研究が進められている。   The piezoelectric sensor is used as a shock sensor, an acceleration sensor, or an in-vehicle knocking sensor. Particularly in recent years, a pressure sensor for directly detecting the pressure in the cylinder and optimizing the fuel injection timing from the injector in order to improve the fuel efficiency of the automobile engine and reduce the exhaust gas (HC, NOx). As a research.

ここでシリンダ内の圧力変化を検出するメカニズムについて説明する。圧力は、例えば、エンジンのシリンダ内に突出した圧力伝達ピンと圧力伝達ピンを介して伝わるシリンダ内の圧力変化を検出する圧電センサにより構成される。この圧力伝達ピンのシリンダ内の圧力を伝えるために、その先端の一部はシリンダ内に突出しており、その部分はシリンダ内の燃焼時の高温にさらされるので、圧力伝達ピンに連結した圧電センサには、高い圧力変化と共に熱が伝わり、その温度は150℃に達する。   Here, a mechanism for detecting a pressure change in the cylinder will be described. The pressure is constituted by, for example, a pressure transmission pin protruding into a cylinder of the engine and a piezoelectric sensor that detects a pressure change in the cylinder transmitted through the pressure transmission pin. In order to transmit the pressure in the cylinder of this pressure transmission pin, a part of its tip protrudes into the cylinder, and that part is exposed to the high temperature during combustion in the cylinder, so the piezoelectric sensor connected to the pressure transmission pin The heat is transferred with a high pressure change, and the temperature reaches 150 ° C.

従来、圧電磁器としては、圧電性が高く、圧電定数dの大きなPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)系材料やPT(チタン酸鉛)系材料が使用されていた。   Conventionally, PZT (lead zirconate titanate) -based materials and PT (lead titanate) -based materials having high piezoelectricity and a large piezoelectric constant d have been used as piezoelectric ceramics.

しかし、PZTやPT系材料は、鉛が約60質量%含まれているため、酸性雨により鉛の溶出が起こり、環境汚染を招く危険性があることが指摘されている。   However, it has been pointed out that PZT and PT-based materials contain about 60% by mass of lead, so that lead elution occurs due to acid rain and there is a risk of causing environmental pollution.

また、PZT系材料やPT系材料は、キュリー温度Tが約200〜300℃であることから、150℃程度の高温下で使用すると圧電定数dが劣化する点、室温の圧電定数dに対して150℃の圧電定数dが大きく変化する点などから、用途に大きな制約があった。そのため、PZT系材料やPT系材料からなる圧電材料を、例えば、エンジンシリンダ内の圧力を直接検出する圧力センサとして用いた場合、150℃の高温にさらされると、経時変化を起こして圧電定数dが劣化するため、同じ圧力が加わっても出力電圧が変わることになるとともに、室温の圧電定数dに対する150℃の圧電定数dの変化が大きいために、圧力と出力電圧との関係において線形性が得られず、出力電圧から正確な圧力を算出することが困難であった。 In addition, since PZT materials and PT materials have a Curie temperature Tc of about 200 to 300 ° C., the piezoelectric constant d deteriorates when used at a high temperature of about 150 ° C., compared to the piezoelectric constant d at room temperature. In view of the large change in the piezoelectric constant d at 150 ° C. Therefore, when a piezoelectric material made of PZT material or PT material is used as a pressure sensor for directly detecting the pressure in the engine cylinder, for example, when it is exposed to a high temperature of 150 ° C., the piezoelectric constant d Since the output voltage changes even when the same pressure is applied, the change in the piezoelectric constant d at 150 ° C. with respect to the piezoelectric constant d at room temperature is large. Thus, it was difficult to calculate an accurate pressure from the output voltage.

これに対して、150℃の高温下においても安定した圧力センサとしての特性を得るために、ランガサイトや水晶などの単結晶を用いる検討もなされている。しかし、単結晶の場合、圧電定数dが小さいという課題がある。また、加工時にチッピングが生じやすく、割れやすく、実際の使用時にも圧力が加わった際に割れやすい。さらに、単結晶の製造コストが極めて高いという課題があった。   In contrast, in order to obtain stable characteristics as a pressure sensor even at a high temperature of 150 ° C., studies using single crystals such as langasite and quartz have been made. However, in the case of a single crystal, there is a problem that the piezoelectric constant d is small. Further, chipping is likely to occur during processing, it is easy to crack, and it is easy to crack when pressure is applied during actual use. Furthermore, there is a problem that the manufacturing cost of the single crystal is extremely high.

そこで、鉛を含有しない圧電材料に対して高い期待が寄せられている。   Therefore, high expectations are placed on piezoelectric materials that do not contain lead.

鉛を含有しない圧電磁器として、ビスマス層状化合物を主成分とする材料が提案されている(例えば特許文献1。)。ビスマス層状化合物を主成分とする圧電磁器では、キュリー温度が約400℃以上のものが多く、そのようなものは、高い耐熱性を有しており、エンジンルーム内といった高い温度にさらされる環境下で使用する圧電素子として応用できる可能性がある。
特開2002−167276号公報
As a piezoelectric ceramic not containing lead, a material mainly composed of a bismuth layered compound has been proposed (for example, Patent Document 1). Piezoelectric ceramics mainly composed of bismuth layered compounds often have a Curie temperature of about 400 ° C or higher. Such a ceramic has high heat resistance and is exposed to high temperatures such as in an engine room. It may be applicable as a piezoelectric element used in
JP 2002-167276 A

しかしながら、特許文献1に記載のビスマス層状化合物を主体とする圧電磁器では、圧電磁器の製造工程、圧電磁器を機器に組み込む工程などで磁器に割れやカケが生じてしまうことがあった。   However, in the piezoelectric ceramic mainly composed of the bismuth layered compound described in Patent Document 1, there are cases where the ceramic is cracked or chipped in the manufacturing process of the piezoelectric ceramic, the process of incorporating the piezoelectric ceramic into the device, or the like.

したがって、本発明は、耐熱性に優れるとともに、抗折強度の高い圧電磁器および圧電素子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic and a piezoelectric element that are excellent in heat resistance and have high bending strength.

本発明の圧電磁器は、組成式をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.3≦α≦0.95、0≦β≦0.5、0.01≦γ≦0.3を満足するとともに、M1が、Sr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種であり、M2が、Bi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種であり、M3が、FeおよびNbから選ばれる少なくとも1種であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対して、Mn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部含有することを特徴とする。 The piezoelectric ceramic of the present invention has a composition formula expressed as Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ]. 0.3 ≦ α ≦ 0.95, 0 ≦ β ≦ 0.5, 0.01 ≦ γ ≦ 0.3, and M1 is Sr, Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0. 5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), and M2 is at least one selected from Bi, Na, K and Li. There, M3 is, with respect to the main component of 100 parts by weight of the bismuth layered compound is at least one selected from Fe and Nb, Mn, oxide of at least one selected from Co and Cu (MnO 2, CoO, CuO 2 ) 0.1 to 1 parts by mass in terms of total conversion And

また、圧電磁器が、前記組成式において、0.4≦α≦0.7、0≦β≦0.3、0.1≦γ≦0.2であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対してMn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜0.5質量部含有することが好ましい。 In addition, the piezoelectric ceramic is provided in 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound that satisfies 0.4 ≦ α ≦ 0.7, 0 ≦ β ≦ 0.3, and 0.1 ≦ γ ≦ 0.2 in the composition formula. On the other hand, it is preferable to contain at least one selected from Mn, Co and Cu in an amount of 0.1 to 0.5 parts by mass in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ).

また、0.1≦βであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that 0.1 ≦ β.

本発明の圧電素子は、前記圧電磁器からなる基体の対向する一対の表面に電極を備えることを特徴とする。   The piezoelectric element of the present invention is characterized in that electrodes are provided on a pair of opposing surfaces of a base body made of the piezoelectric ceramic.

本発明の圧電磁器によれば、組成式をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.3≦α≦0.95、0≦β≦0.5、0.01≦γ≦0.3を満足するとともに、M1が、Sr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種であり、M2が、Bi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種であり、M3が、FeおよびNbから選ばれる少なくとも1種であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対して、Mn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部含有することにより、耐熱性が優れるとともに、圧電磁器の抗折強度が高くなり、応力に対して壊れにくくなる。 According to the piezoelectric ceramic of the present invention, the composition formula is expressed as Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ] When satisfying 0.3 ≦ α ≦ 0.95, 0 ≦ β ≦ 0.5, 0.01 ≦ γ ≦ 0.3, M1 is Sr, Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), and M2 is at least 1 selected from Bi, Na, K and Li a species, M3 is, with respect to the main component of 100 parts by weight of the bismuth layered compound is at least one selected from Fe and Nb, Mn, oxide of at least one selected from Co and Cu (MnO 2, CoO And 0.1 to 1 parts by mass in total in terms of CuO 2 ) Thus, the heat resistance is excellent, the bending strength of the piezoelectric ceramic is increased, and it is difficult to break against stress.

また、圧電磁器が、前記組成式において、0.4≦α≦0.7、0≦β≦0.3、0.1≦γ≦0.2であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対してMn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜0.5質量部含有する場合、後述のヒステリシスを低くすることができる。 In addition, the piezoelectric ceramic is provided in 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound that satisfies 0.4 ≦ α ≦ 0.7, 0 ≦ β ≦ 0.3, and 0.1 ≦ γ ≦ 0.2 in the composition formula. On the other hand, when at least one selected from Mn, Co, and Cu is contained in an amount of 0.1 to 0.5 parts by mass in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ), the hysteresis described later may be lowered. it can.

また、0.1≦βである場合、焼成温度が変動しても後述の動的圧電定数d33のばらつきが少ない、安定した圧電特性の圧電磁器が得られる。 Further, when 0.1 ≦ β, a piezoelectric ceramic having stable piezoelectric characteristics can be obtained in which the variation in the dynamic piezoelectric constant d 33 described later is small even when the firing temperature varies.

また、本発明の圧電素子によれば、前記圧電磁器からなる基体の対向する一対の表面に電極を備える。本発明の圧電素子は多結晶体であることから、単結晶のように特定の面で割れやすい性質を持たず、また、チッピング等の欠けも生じにくく、それらに起因する不良が少なくなり、歩留りの良い圧電素子が得られる。   In addition, according to the piezoelectric element of the present invention, the electrodes are provided on a pair of opposed surfaces of the substrate made of the piezoelectric ceramic. Since the piezoelectric element of the present invention is a polycrystal, it does not have the property of being easily cracked on a specific surface like a single crystal, and chipping and other chipping are less likely to occur, resulting in fewer defects due to them and yield. Can be obtained.

本発明の圧電磁器は、組成式をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.3≦α≦0.95、0≦β≦0.5、0.01≦γ≦0.3を満足するとともに、M1が、Sr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種であり、M2が、Bi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種であり、M3が、FeおよびNbから選ばれる少なくとも1種であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対して、Mn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部含有するものである。 The piezoelectric ceramic of the present invention has a composition formula expressed as Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ]. 0.3 ≦ α ≦ 0.95, 0 ≦ β ≦ 0.5, 0.01 ≦ γ ≦ 0.3, and M1 is Sr, Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0. 5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), and M2 is at least one selected from Bi, Na, K and Li. There, M3 is, with respect to the main component of 100 parts by weight of the bismuth layered compound is at least one selected from Fe and Nb, Mn, oxide of at least one selected from Co and Cu (MnO 2, CoO, CuO 2 ) Containing 0.1 to 1 part by mass in terms of conversion .

Zrの置換量γを、0.01≦γ≦0.3とすることにより、圧電磁器の抗折強度を高くすることができる。γが0.01より小さいと抗折強度が低くなる。また、γが0.3より大きいと抗折強度は高くなるものの、体積固有抵抗が低くなってしまう。後述のヒステリシスを小さくできる点、および、後述の動的圧電定数d33を高くできる点で、γは0.1≦γ≦0.2であることが好ましい。 The bending strength of the piezoelectric ceramic can be increased by setting the substitution amount γ of Zr to 0.01 ≦ γ ≦ 0.3. If γ is smaller than 0.01, the bending strength is lowered. On the other hand, if γ is larger than 0.3, the bending strength increases, but the volume resistivity decreases. It is preferable that γ satisfies 0.1 ≦ γ ≦ 0.2 in that the hysteresis described later can be reduced and the dynamic piezoelectric constant d 33 described later can be increased.

ここで、圧電効果により生じる出力電荷とそのヒステリシスについて説明する。正圧電効果により生じる出力電荷は、例えば、図1に示す装置を用いて測定できる。この装置は、板状の圧電磁器1の上下面に電極2a、2bを形成した圧電素子5に対して荷重Flowを印加し、その後、圧電素子5に加わる荷重をFhighまで増加させた後、Flowまで戻すことを繰り返し、その間に圧電素子5に生じる出力電荷Qをチャージアンプで測定するもので、この際の荷重は、例えば、Flow=250N、Fhigh=300Nの10Hzの三角波で与える。 Here, the output charge generated by the piezoelectric effect and its hysteresis will be described. The output charge generated by the positive piezoelectric effect can be measured using, for example, the apparatus shown in FIG. This apparatus applies a load F low to the piezoelectric element 5 having electrodes 2a and 2b formed on the upper and lower surfaces of the plate-like piezoelectric ceramic 1, and then increases the load applied to the piezoelectric element 5 to F high. , Repeatedly returning to F low , and measuring the output charge Q generated in the piezoelectric element 5 during that time with a charge amplifier. The load at this time is, for example, a 10 Hz triangular wave with F low = 250 N and F high = 300 N give.

そのように測定した荷重と出力電荷の関係をグラフに表すと、例えば、図2のようになる。グラフ中の矢印は、その測定値が、荷重を大きくしていく際に測定されたものであるか、小さくしていく際に測定されたものであるかを示している。図2では、加わる荷重が大きくなっていく際に測定される出力電荷の方が低くなっている。荷重Flowでの出力電荷をQ、荷重が上昇していく際の荷重Fmid(=(Flow+Fhigh)/2)での出力電荷をQ、荷重Fhighでの出力電荷をQ、荷重が低くなっていく際の荷重Fmidでの出力電荷をQとする。QとQは一致せず、この差がヒステリシスである。この後、(Q−Q)/(Q−Q)の値をヒステリシスの指標とし、単にヒステリシスと呼ぶこととする。ヒステリシスの値は、1%以下が好ましく、0.5%以下が特に好ましい。なお、ヒステリシスは基本的に0以上の値となる。 The relationship between the load measured in this way and the output charge is shown in a graph, for example, as shown in FIG. The arrow in the graph indicates whether the measured value is measured when increasing the load or measured when decreasing the load. In FIG. 2, the output charge measured as the applied load increases is lower. The output charge at the load F low is Q 0 , the output charge at the load F mid (= (F low + F high ) / 2) when the load is increasing is Q 1 , and the output charge at the load F high is Q 2, the output charge of a load F mid when the load is getting low as Q 3. Q 1 and Q 3 do not match, and this difference is hysteresis. Thereafter, the value of (Q 3 −Q 1 ) / (Q 2 −Q 0 ) is used as an index of hysteresis and is simply referred to as hysteresis. The hysteresis value is preferably 1% or less, particularly preferably 0.5% or less. The hysteresis basically has a value of 0 or more.

続いて、動的圧電定数d33について説明する。動的圧電定数d33とは圧電素子5に直接荷重を印加したときの出力電圧の実測値を用いて、後述の式により測定された圧電定数d33である。従来、圧電定数d33は共振インピーダンス法を用いて測定されてきたが、その方法では圧電素子5に加わっている負荷が小さいため、実荷重を印加したときの動特性の評価はできない。そこで、実荷重を印加したときの荷重と出力電荷の関係から圧電定数d33(=出力電荷/荷重変化)を測定し、これを動的圧電定数d33とした。 Next, the dynamic piezoelectric constant d 33 will be described. The dynamic piezoelectric constant d 33 is a piezoelectric constant d 33 measured by an expression described later using an actual measurement value of an output voltage when a load is directly applied to the piezoelectric element 5. Conventionally, the piezoelectric constant d 33 has been measured using the resonance impedance method. However, since the load applied to the piezoelectric element 5 is small in this method, the dynamic characteristics cannot be evaluated when an actual load is applied. Therefore, the piezoelectric constant d 33 (= output charge / load change) was measured from the relationship between the load when the actual load was applied and the output charge, and this was defined as the dynamic piezoelectric constant d 33 .

具体的な測定装置および測定は、上述のヒステリシス測定の場合と同様である。例えば、まず、圧電素子5に250Nのオフセット荷重を印加し、そのオフセット荷重に加えて三角波形で50Nの荷重を印加する。圧電素子5に印加された三角波のピーク荷重50Nに対する出力電荷Qをチャージアンプで測定する。荷重50N印加に対する、出力電荷Qの関係から、動的圧電定数d33は、d33=Q/50N(荷重の変化量)となる。つまり、動的圧電定数d33は、単位C(クーロン)/Nであり、圧電素子に荷重を印加したときの動的な状態での圧電定数d33を意味する。 The specific measuring apparatus and measurement are the same as in the case of the hysteresis measurement described above. For example, first, an offset load of 250N is applied to the piezoelectric element 5, and a load of 50N is applied in a triangular waveform in addition to the offset load. An output charge Q with respect to a peak load 50N of the triangular wave applied to the piezoelectric element 5 is measured by a charge amplifier. From the relationship of the output charge Q with respect to the application of 50 N load, the dynamic piezoelectric constant d 33 is d 33 = Q / 50 N (amount of change in load). That is, the dynamic piezoelectric constant d 33 is a unit C (Coulomb) / N, and means the piezoelectric constant d 33 in a dynamic state when a load is applied to the piezoelectric element.

なお、250Nのオフセット荷重を印加したのは、圧電素子5へ引っ張り力が働かないようにして、安定な出力特性を得るためである。また、荷重の変化量を50Nとしたのは、例えば応用例としてエンジンのシリンダ内の圧力変化を検出するのに必要な範囲を例示したものである。   The reason why the offset load of 250 N is applied is to obtain a stable output characteristic by preventing the tensile force from acting on the piezoelectric element 5. The load change amount is set to 50 N, for example, as an application example, a range necessary for detecting a pressure change in the engine cylinder.

本発明の圧電磁器において、組成式でBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.3≦α≦0.95の範囲に設定した理由は、αが0.3より小さいと動的圧電定数d33が15pC/Nより低くなるからであり、αが0.95より大きいと25℃における動的圧電定数d33に対する−40℃および150℃における動的圧電定数d33の温度変化率が±5%より大きくなるためである。また、動的圧電定数d33を大きくできる点で0.4≦α≦0.95であることが好ましく、特に0.4≦α≦0.7であることが好ましい。 In the piezoelectric ceramic of the present invention, when expressed by the composition formula as Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ] The reason why the range of 0.3 ≦ α ≦ 0.95 is set is that when α is smaller than 0.3, the dynamic piezoelectric constant d 33 is lower than 15 pC / N, and α is larger than 0.95. If it is because the dynamic piezoelectric constant d 33 temperature rate of change at -40 ℃ and 0.99 ° C. for dynamic piezoelectric constant d 33 at 25 ° C. is greater than 5% ±. Further, it is preferable that 0.4 ≦ α ≦ 0.95 in view of increasing the dynamic piezoelectric constant d 33, and it is particularly preferable that 0.4 ≦ α ≦ 0.7.

M1が、Sr、BaおよびCaのうち少なくとも1種である場合、M1に占めるSrのモル比が高いと、動的圧電定数d33を大きくできるので好ましい。M1に占めるBaのモル比が高いと、ヒステリシスを小さくできるので好ましく、M1に占めるBaは20モル%以上、特に40モル%以上が好ましい。M1に占めるCaのモル比が高いと、温度に対する動的圧電定数d33の変化のリニアリティが良くなるので好ましい。また、M1に占めるBaおよびCaの合量のモル比が高いと動的圧電定数d33の温度依存性が低くなるため好ましい。 M1 is, Sr, when at least one of Ba and Ca, the higher the molar ratio of Sr occupying the M1, preferred because it increased dynamic piezoelectric constant d 33. A high molar ratio of Ba in M1 is preferable because hysteresis can be reduced, and Ba in M1 is preferably 20 mol% or more, particularly preferably 40 mol% or more. A high molar ratio of Ca to M1 is preferable because the linearity of change in the dynamic piezoelectric constant d 33 with respect to temperature is improved. Also preferred for the molar ratio of the total amount of Ba and Ca occupies the M1 is the temperature dependence of the high dynamic piezoelectric constant d 33 becomes lower.

また、M1が(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)のうち少なくとも1種を含む場合、圧電磁器の焼結性が良くなる。焼結性は、M1に占める(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)の合量のモル比が高いほど。良くなる。(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)はそれぞれ平均して2価であるため、Sr、Ba、Caと任意の比率で混合して用いることができる。 Further, when M1 contains at least one of (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), the piezoelectric ceramic is sintered. Sexuality is improved. The sinterability is higher as the molar ratio of the total amount of (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ) in M1 is higher. Get better. Since (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ), and (Bi 0.5 K 0.5 ) are bivalent on average, they can be arbitrarily selected from Sr, Ba, and Ca. It can be used by mixing at a ratio of

動的圧電定数d33を大きくし、動的圧電定数d33の温度依存性を低くするためには、M1がSrδBa(1−δ)、0.2≦δ≦0.8であることが好ましい。 Increasing the dynamic piezoelectric constant d 33, that in order to lower the temperature dependency of the dynamic piezoelectric constant d 33 is, M1 is Sr δ Ba (1-δ) , which is 0.2 ≦ δ ≦ 0.8 Is preferred.

M2M3OのM2はBi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種、M3はFeおよびNbから選ばれる少なくとも1種である。このようなM2M3Oの置換量βを0≦β≦0.5としたのは、βが0.5より大きいと動的圧電定数d33が低くなるからである。M2M3Oは安定した特性の得られる焼成温度の範囲(安定焼成温度範囲)を広げる効果がある。安定焼成温度範囲はβ<0.1では10℃程度であるが、0.1≦β≦0.5とすることにより、動的圧電定数d33をあまり低下させることなく、安定焼成温度範囲を20〜40℃へと広げることができる。安定焼成温度範囲を広げる点で、M2M3OはBiFeOであるのが特に好ましい。また、ヒステリシスをより小さくするためには、β≦0.3であることが好ましい。 M2 of M2M3O 3 is at least one kind of element selected Bi, Na, K and Li, M3 is at least one selected from Fe and Nb. The reason why the substitution amount β of M2M3O 3 is set to 0 ≦ β ≦ 0.5 is that when β is larger than 0.5, the dynamic piezoelectric constant d 33 decreases. M2M3O 3 has the effect of extending the stable range of firing temperature obtained characteristics (stable firing temperature range). The stable firing temperature range is about 10 ° C. when β <0.1, but by setting 0.1 ≦ β ≦ 0.5, the stable firing temperature range can be reduced without significantly reducing the dynamic piezoelectric constant d 33. It can be extended to 20-40 ° C. In that widen the stable firing temperature range, M2M3O 3 is particularly preferably from BiFeO 3. In order to further reduce the hysteresis, it is preferable that β ≦ 0.3.

次に、上述のBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]成分100質量部に対して含有するMn、CoおよびCuの量について説明する。上述の成分に対してMnのMnO換算した含有量が0.1質量部未満の場合は、本材料系は板状結晶であることから焼結がしにくくなり、緻密な磁器が得にくく弾性損失が増えることから、動的圧電定数d33が15pC/Nより小さくなる。また、1質量部より多いと、焼結はしやすくなるものの、異相ができやすくなり、体積固有抵抗が低くなる。MnのMnO換算の含有量は、ヒステリシスを小さくできる点で0.5質量部以下が好ましい。 Next, it is contained with respect to 100 parts by mass of the aforementioned Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ] component. The amount of Mn, Co and Cu will be described. When the content of Mn in terms of MnO 2 is less than 0.1 parts by mass with respect to the above components, since this material system is a plate-like crystal, it is difficult to sinter, and it is difficult to obtain a dense porcelain and elastic. Since the loss increases, the dynamic piezoelectric constant d 33 becomes smaller than 15 pC / N. On the other hand, when the amount is more than 1 part by mass, although it is easy to sinter, a heterogeneous phase is easily formed and the volume resistivity is lowered. The content of Mn in terms of MnO 2 is preferably 0.5 parts by mass or less in that hysteresis can be reduced.

また、上述のBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]成分100質量部に対して含有させるCoの量も同様に、Coの含有量がCoO換算で0.1質量部未満の場合は、本材料系は板状結晶であることから焼結がしにくくなり、緻密な磁器が得にくく弾性損失が増えることから、動的圧電定数d33が15pC/Nより小さくなる。また、1質量部より多いと、焼結性しやすくなるものの、異相ができやすくなり、体積固有抵抗が低くなる。CoのCoO換算の含有量は、ヒステリシスを小さくできる点で0.5質量部以下が好ましい。 Further, Co contained in 100 parts by mass of the aforementioned Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ] component. Similarly, when the Co content is less than 0.1 parts by mass in terms of CoO, the material system is a plate-like crystal, making it difficult to sinter, making it difficult to obtain dense porcelain and elastic loss. Therefore, the dynamic piezoelectric constant d 33 becomes smaller than 15 pC / N. On the other hand, when the amount is more than 1 part by mass, it becomes easy to sinter, but a heterogeneous phase is easily formed, and the volume resistivity is lowered. The content of Co in terms of CoO is preferably 0.5 parts by mass or less in that hysteresis can be reduced.

さらに、上述のBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]成分100質量部に対して含有させるCuの量も同様に、Cuの含有量がCuO換算で0.1質量部未満の場合は、本材料系は板状結晶であることから焼結がしにくくなり、緻密な磁器が得にくく弾性損失が増えることから、動的圧電定数d33が15pC/Nより小さくなる。また、1質量部より多いと、焼結性はしやすくなるものの、25℃の動的圧電定数d33に対する150℃の動的圧電定数d33の温度変化率が±5%を超えてしまう、CuのCuO換算の含有量は、ヒステリシスを小さくできる点で0.5質量部以下が好ましい。 Furthermore, Cu contained with respect to 100 parts by mass of the aforementioned Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ] component. Similarly, when the Cu content is less than 0.1 parts by mass in terms of CuO 2 , the material system is a plate-like crystal, which makes it difficult to sinter, making it difficult to obtain dense porcelain and elastic. Since the loss increases, the dynamic piezoelectric constant d 33 becomes smaller than 15 pC / N. On the other hand, when the amount is more than 1 part by mass, the temperature change rate of the dynamic piezoelectric constant d 33 at 150 ° C. exceeds ± 5% with respect to the dynamic piezoelectric constant d 33 at 25 ° C. The content of Cu in terms of CuO 2 is preferably 0.5 parts by mass or less from the viewpoint that hysteresis can be reduced.

またさらに、Mn、CoおよびCuから選ばれた複数の元素が含まれる場合も同様であり、酸化物(Mn、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部で含有するのが良く、ヒステリシスを小さくできる点で、合計で特に0.5質量部以下であることが好ましい。また、Mn、CoおよびCuの中では、動的圧電定数d33を高くできる点でCoおよびMnが好ましく、特にCoが好ましい。 Furthermore, the same applies when a plurality of elements selected from Mn, Co, and Cu are contained, and the content is 0.1 to 1 part by mass in terms of oxide (Mn 2 O 3 , CoO, CuO 2 ). The total is particularly preferably 0.5 parts by mass or less in that the hysteresis can be reduced. Of Mn, Co, and Cu, Co and Mn are preferable in that the dynamic piezoelectric constant d 33 can be increased, and Co is particularly preferable.

以上のように、組成式をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.4≦α≦0.7、0≦β≦0.3、0.1≦γ≦0.2であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対してMn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜0.5質量部含有する圧電磁器では、ヒステリシスを0.5%以下にすることができる。 As described above, when the composition formula is expressed as Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM 2 M 3 O 3 ], .4 ≦ α ≦ 0.7, 0 ≦ β ≦ 0.3, 0.1 ≦ γ ≦ 0.2, and at least 1 selected from Mn, Co and Cu with respect to 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound In a piezoelectric ceramic containing 0.1 to 0.5 parts by mass of seeds in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ) in total, the hysteresis can be reduced to 0.5% or less.

本発明の圧電磁器は、主成分の組成式がBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]で表され、主結晶相としてはビスマス層状化合物からなるものである。これは、基本的には、BiTi12・αM1TiOで表されるビスマス層状化合物の疑ペロブスカイト層を構成するM1の一部がM2に、Tiの一部がZrまたはM3に置換されたものと考えられる。すなわち、本発明の圧電磁器は、(Bi2+(αm−1β3m+12−で書き表されるビスマス層状構造物の一般式において、αサイトとβサイトおよび酸素サイトに配位する構成元素の種類と量を調整することで、m=4の場合に生じる正方晶とm=3の場合に生じる斜方晶とが混在する組成相境界MPB(Morphotoropic Phase Boundary)を持ったビスマス層状構造物を得ることができる。その結果、PZTでも知られているようなMPB組成近傍における特徴的な圧電特性をビスマス層状化合物においても実現することができる。 In the piezoelectric ceramic of the present invention, the composition formula of the main component is Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M 1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 .βM2M 3 O 3 ]. The main crystal phase is composed of a bismuth layered compound. Basically, a part of M1 constituting a suspected perovskite layer of a bismuth layered compound represented by Bi 4 Ti 3 O 12 · αM1TiO 3 is replaced with M2, and a part of Ti is replaced with Zr or M3. It is thought that. That is, the piezoelectric ceramic according to the present invention includes an α site, a β site, and an oxygen site in a general formula of a bismuth layered structure represented by (Bi 2 O 2 ) 2+m−1 β m O 3m + 1 ) 2−. The composition phase boundary MPB (Morphotoropic Phase Boundary) where the tetragonal crystal generated when m = 4 and the orthorhombic crystal generated when m = 3 are mixed by adjusting the type and amount of the constituent elements coordinated to A possessed bismuth layered structure can be obtained. As a result, a characteristic piezoelectric characteristic in the vicinity of the MPB composition, which is also known in PZT, can be realized in the bismuth layered compound.

また、含有しているMn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種は、主結晶相中に固溶し、また、一部はMn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を含む化合物の結晶として粒界に析出する場合があり、さらに、その他の結晶相として、パイロクロア相、ペロブスカイト相、構造の異なるビスマス層状化合物が存在することもあるが、微量であれば特性上問題ない。   In addition, at least one selected from Mn, Co and Cu contained therein is solid-solved in the main crystal phase, and a part thereof is a crystal of a compound containing at least one selected from Mn, Co and Cu. In some cases, it may precipitate at the grain boundaries, and as other crystal phases, there may be a pyrochlore phase, a perovskite phase, or a bismuth layered compound having a different structure.

なお、調合時にZrを加えない場合に、粉砕時のZrOボールからZrが混入することもあるが、その量は10−6質量%のオーダーであり、このような微量では、実質的な抗折強度の向上はない。 In addition, when Zr is not added at the time of blending, Zr may be mixed from the ZrO 2 balls at the time of pulverization, but the amount is on the order of 10 −6 mass%. There is no improvement in folding strength.

本発明の圧電磁器は、例えば、原料として、SrCO、BaCO、CaCO、Nb、Bi、TiO、NaCO、KCO、LiCO、Fe、ZrO、MnO、CoOおよびCuOからなる各種酸化物あるいはその塩を用いることができる。原料はこれに限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。 The piezoelectric ceramic of the present invention includes, for example, SrCO 3 , BaCO 3 , CaCO 3 , Nb 2 O 5 , Bi 2 O 3 , TiO 2 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , Fe as raw materials. Various oxides or salts thereof composed of 2 O 3 , ZrO 2 , MnO 3 , CoO and CuO 2 can be used. A raw material is not limited to this, You may use metal salts, such as carbonate and nitrate which produce | generate an oxide by baking.

これらの原料をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.3≦α≦0.95、0≦β≦0.5、0.01≦γ≦0.3を満足するとともに、M1が、Sr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種であり、M2が、Bi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種であり、M3が、FeおよびNbから選ばれる少なくとも1種であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対して、Mn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部含有するように秤量する。秤量して混合した粉末を、平均粒度分布(D50)が0.5〜1μmの範囲になるように粉砕し、この混合物を800〜1050℃で仮焼し、所定の有機バインダを加え湿式混合し造粒する。このようにして得られた粉体を、公知のプレス成形等により所定形状に成形し、大気中等の酸化性雰囲気において1050〜1250℃の温度範囲で2〜5時間焼成し、本発明の圧電磁器が得られる。 When these raw materials are expressed as Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM2M3O 3 ], 0.3 ≦ α ≦ 0.95, 0 ≦ β ≦ 0.5, 0.01 ≦ γ ≦ 0.3, and M1 is Sr, Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0 .5 Li 0.5) and (at least one selected from Bi 0.5 K 0.5), M2 is at least one selected Bi, Na, K and Li, M3 is, Fe And 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound which is at least one selected from Nb, at least one selected from Mn, Co and Cu in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ) Weigh so as to contain 0.1 to 1 part by mass. The powder weighed and mixed is pulverized so that the average particle size distribution (D 50 ) is in the range of 0.5 to 1 μm, this mixture is calcined at 800 to 1050 ° C., and a predetermined organic binder is added and wet mixed. Then granulate. The powder thus obtained is molded into a predetermined shape by known press molding or the like, and baked in an oxidizing atmosphere such as the air at a temperature range of 1050 to 1250 ° C. for 2 to 5 hours. Is obtained.

本発明の圧電磁器は、図3に示すような圧力センサ用の圧電磁器や、図4に示すようなショックセンサ用の圧電磁器として好適であるが、それ以外の圧電共振子、超音波振動子、超音波モータ、ノッキングセンサ、AEセンサ等の圧電センサなどに使用できる。   The piezoelectric ceramic of the present invention is suitable as a piezoelectric ceramic for a pressure sensor as shown in FIG. 3 or a piezoelectric ceramic for a shock sensor as shown in FIG. 4, but other piezoelectric resonators and ultrasonic transducers are used. It can be used for piezoelectric sensors such as ultrasonic motors, knocking sensors, and AE sensors.

図3に本発明の一実施形態である圧電素子5を示す。圧電素子5は、上述の圧電磁器のからなる円柱状の基体1の対向する一対の表面に電極2a、2bを形成して構成されている。図3では、電極2a、2bは、基体1の上下面である円形の面全体に形成されている。また、分極は矢印4で示した基体1の厚み方向に施してある。このような圧電素子5は、自動車のエンジンシリンダ内の圧力を直接検出する用途に用いた場合、例えば、150℃の高温下で500Nの高荷重が印加されても、破壊されることなく安定して動作する。シミュレーションによる応力解析によれば、500Nの荷重が印加された場合でも、圧電素子5に発生する最大主応力は、基体1を構成する圧電磁器の機械的強度の約1/10以下であった。   FIG. 3 shows a piezoelectric element 5 according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric element 5 is configured by forming electrodes 2a and 2b on a pair of opposed surfaces of a cylindrical substrate 1 made of the above-described piezoelectric ceramic. In FIG. 3, the electrodes 2 a and 2 b are formed on the entire circular surface that is the upper and lower surfaces of the substrate 1. The polarization is applied in the thickness direction of the substrate 1 indicated by the arrow 4. Such a piezoelectric element 5 is stable without being destroyed even when a high load of 500 N is applied at a high temperature of 150 ° C., for example, when it is used for an application for directly detecting the pressure in the engine cylinder of an automobile. Works. According to the stress analysis by simulation, even when a load of 500 N was applied, the maximum principal stress generated in the piezoelectric element 5 was about 1/10 or less of the mechanical strength of the piezoelectric ceramic constituting the substrate 1.

図4に本発明の一実施形態である圧電素子15を用いたショックセンサ17を示す。圧電素子15は、上述の圧電磁器からなる平板状の基体11a、11bが積層され、基体11aの対向する一対の表面に電極12a、12bが形成され、基体11bの対向する一対の表面に電極12b、12cが形成されたバイモルフ構造をとっている。また、分極は矢印14で示した基体11a、11bの厚み方向の同一方向に施してある。圧電素子15の一端は固定部16で固定されており、全体でショックセンサ17となっている。このようなショックセンサ17に外部からショック(加速度)が加わると、固定部16に対して圧電素子15の他端が変位し、積層方向にたわんだ圧電素子15に発生した電荷を、電極12bと電極12a、12cとの間の電位差により測定し、ショックセンサ17に加わった加速度を測定することができる。   FIG. 4 shows a shock sensor 17 using a piezoelectric element 15 according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric element 15 is formed by laminating flat bases 11a and 11b made of the above-described piezoelectric ceramic, electrodes 12a and 12b are formed on a pair of opposing surfaces of the base 11a, and electrodes 12b on a pair of opposing surfaces of the base 11b. , 12c are formed. Further, the polarization is applied in the same direction as the thickness direction of the bases 11a and 11b indicated by an arrow 14. One end of the piezoelectric element 15 is fixed by a fixing portion 16, and becomes a shock sensor 17 as a whole. When a shock (acceleration) is applied to the shock sensor 17 from the outside, the other end of the piezoelectric element 15 is displaced with respect to the fixed portion 16, and the charge generated in the piezoelectric element 15 bent in the stacking direction is transferred to the electrode 12b. The acceleration applied to the shock sensor 17 can be measured by measuring the potential difference between the electrodes 12a and 12c.

このようなショックセンサ17はPZT系の圧電磁器を用いても作製することができるが、PZT系の圧電磁器では抗折強度が高くても80MPa程度であるため、落下などで大きい加速度が加わった際に割れないように、電極12bなどに金属板が使用される。電極12bを金属板にすると圧電素子の感度が低下したり、素子が大型化したりするなどの問題がある。   Such a shock sensor 17 can also be manufactured by using a PZT-based piezoelectric ceramic. However, since the bending strength of the PZT-based piezoelectric ceramic is about 80 MPa even when the bending strength is high, a large acceleration is applied due to dropping or the like. A metal plate is used for the electrode 12b or the like so as not to break. If the electrode 12b is a metal plate, there is a problem that the sensitivity of the piezoelectric element is lowered or the element is enlarged.

これに対して、本発明の圧電磁器のように抗折強度が200MPa以上の圧電磁器では、電極12a、12b、12cとしてAg/Pdなどの焼結導体を用いることができ、小型高感度で壊れくいショックセンサ17を作製することができる。例えば、基体11a、11bとしてセンシングする部位の寸法、すなわち固定部16から先のたわむ部位の寸法を、それぞれ長さ1.0mm×幅0.21mm×厚み30μmとしたものを用いて2層からなるバイモルフ構造のショックセンサ17が作製できる。このようなショックセンサ17は、例えばハードデイスクに搭載され、落下衝撃対策用のセンサとして利用できる。   On the other hand, in a piezoelectric ceramic having a bending strength of 200 MPa or more like the piezoelectric ceramic of the present invention, a sintered conductor such as Ag / Pd can be used as the electrodes 12a, 12b, 12c, and it is small and sensitive and breaks. A pile shock sensor 17 can be produced. For example, the substrate 11a, 11b is composed of two layers using a portion to be sensed, that is, a portion of the portion bent from the fixed portion 16 having a length of 1.0 mm × width of 0.21 mm × thickness of 30 μm. A bimorph shock sensor 17 can be manufactured. Such a shock sensor 17 is mounted on, for example, a hard disk and can be used as a sensor for measures against dropping impact.

このようなショックセンサ17の落下衝撃に対する信頼性の試験は、例えば2.5インチハードデイスクの回路基板にショックセンサ17を実装し、高さ1.5mからコンクリート上に自然落下させて行なう。抗折強度が200MPaより低い圧電磁器の場合、落下試験を10回行なうと、圧電磁器の一部の破壊やクラックが生じ、落下試験後のセンサ特性の検査で、特性にスプリアス等の不具合が発生するものが多数発生した。これに対して、圧電磁器の抗折強度が200MPa以上の場合は、クラックの発生や特性の変化はほとんど見られず、ワイブル評価による不良発生確率を1ppm以下にできる。   The reliability test of the shock sensor 17 with respect to the drop impact is performed by mounting the shock sensor 17 on a circuit board of, for example, a 2.5 inch hard disk and dropping it naturally on the concrete from a height of 1.5 m. In the case of a piezoelectric ceramic whose bending strength is lower than 200 MPa, if the drop test is performed 10 times, a part of the piezoelectric ceramic is broken or cracked, and inspecting the sensor characteristics after the drop test causes problems such as spurious characteristics. Many things happened. On the other hand, when the bending strength of the piezoelectric ceramic is 200 MPa or more, the occurrence of cracks and changes in characteristics are hardly observed, and the defect occurrence probability by Weibull evaluation can be reduced to 1 ppm or less.

まず、出発原料として純度99.9%のSrCO粉末、BaCO粉末、CaCO粉末、Bi粉末、TiO粉末、Nb粉末、NaCO粉末、KCO粉末、LiCO粉末、Fe粉末およびZrO粉末をモル比による組成式をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、M1、M2、M3、α、β、γが表1および表2に示す元素、割合となるように秤量した。 First, SrCO 3 powder having a purity of 99.9%, BaCO 3 powder, CaCO 3 powder, Bi 2 O 3 powder, TiO 2 powder, Nb 2 O 5 powder, Na 2 CO 3 powder, K 2 CO 3 powder as starting materials , Li 2 CO 3 powder, Fe 2 O 3 powder, and ZrO 2 powder are expressed by a molar ratio of Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M1 (Ti 1-γ when expressed as Zr γ) O 3 · βM2M3O 3 ], M1, M2, M3, α, β, γ were weighed so that the elements shown in Table 1 and Table 2, the ratio.

この主成分100重量部に対して、MnO粉末、CoO粉末およびCuO粉末を表1および表2に示す重量部となるように秤量し混合し、純度99.9%のジルコニアボールと、水あるいはイソプロピルアルコール(IPA)と共に500mlの樹脂製ポットに投入し、その樹脂製ポットを回転台に置き16時間混合した。 With respect to 100 parts by weight of the main component, MnO 2 powder, CoO powder and CuO 2 powder are weighed and mixed so as to have the weight parts shown in Tables 1 and 2, and zirconia balls having a purity of 99.9% and water Alternatively, it was put into a 500 ml resin pot together with isopropyl alcohol (IPA), and the resin pot was placed on a turntable and mixed for 16 hours.

混合後のスラリーを大気中で乾燥し、#40メッシュを通し、その後、大気中950℃、3時間保持して仮焼し、この合成粉末を純度99.9%のZrOボールと水あるいはイソプロピルアルコール(IPA)と共に500mlの樹脂製ポットに投入し、その樹脂製ポットを回転台に置き20時間粉砕した。 The mixed slurry is dried in the air, passed through a # 40 mesh, and then calcined by holding at 950 ° C. for 3 hours in the air, and this synthetic powder is mixed with ZrO 2 balls having a purity of 99.9% and water or isopropyl. The mixture was poured into a 500 ml resin pot together with alcohol (IPA), and the resin pot was placed on a rotating table and ground for 20 hours.

この粉砕した粉末に適量の有機バインダを添加して造粒し、金型プレスで150MPaの荷重で円柱形状の成型体を作製した後、脱バインダ処理を行ない、次いで大気雰囲気中にて、1050〜1250℃の間で各試料の動的圧電定数d33がもっとも高くなるピーク温度で、3時間の条件で焼成を行ない、直径4mm、厚み2mmの円板状の圧電磁器を得た。また、前述の動的圧電定数d33がもっとも高くなる焼成ピーク温度に対して−30〜+30℃の範囲で5℃の間隔で焼成ピーク温度を変えて焼成を行なった圧電磁器も作製した。 An appropriate amount of an organic binder is added to the pulverized powder and granulated, and a cylindrical shaped body is produced with a mold press at a load of 150 MPa, and then the binder is removed. Firing was performed under conditions of 3 hours at a peak temperature at which the dynamic piezoelectric constant d 33 of each sample was highest between 1250 ° C. to obtain a disk-shaped piezoelectric ceramic having a diameter of 4 mm and a thickness of 2 mm. In addition, a piezoelectric ceramic that was fired by changing the firing peak temperature at intervals of 5 ° C. in the range of −30 to + 30 ° C. with respect to the firing peak temperature at which the dynamic piezoelectric constant d 33 was the highest was also produced.

その後、円柱状の圧電磁器の両主面に、Agの電極を焼付けし、200℃の条件下で、厚み方向に5kV/mm以上のDC電圧を印加して分極処理を施した後、300℃で24時間の熱エージング処理を行なった。   Thereafter, Ag electrodes were baked on both main surfaces of the cylindrical piezoelectric ceramic, and a polarization treatment was performed by applying a DC voltage of 5 kV / mm or more in the thickness direction at 200 ° C., and then 300 ° C. The heat aging treatment was performed for 24 hours.

また、上述と同様にして抗折強度の測定用の試験片を作製し、JIS R1606に準拠して、4点曲げ法により抗折強度を評価した。   In addition, test pieces for measuring the bending strength were produced in the same manner as described above, and the bending strength was evaluated by a four-point bending method in accordance with JIS R1606.

そして、図1に示す装置を用いて、室温(25℃)での動的圧電定数d33およびヒステリシスを評価した。具体的には、まず、圧電素子5に250Nのオフセット荷重を印加した。その後、圧電素子5に加える荷重を300Nまで増加させた後、再度250Nまで戻すことを繰り返し、圧電素子5から出力される電荷量の変化をチャージアンプで測定した。この際の荷重は10Hzの三角波で与えた。そして、動的圧電定数d33=出力電荷/荷重の変化量(単位pC/N)の式により動的圧電定数d33を求めた。同様にして、−40℃および150℃における動的圧電定数d33を測定し、動的圧電定数d33の温度変化率を求めた。室温からT℃までの動的圧電定数d33の温度変化率は、室温(25℃)における動的圧電定数d33およびT℃における動的圧電定数d33から、(T℃における動的圧電定数d33−室温(25℃)における動的圧電定数d33)/(室温(25℃)における動的圧電定数d33)の式より求めた。 The dynamic piezoelectric constant d 33 and hysteresis at room temperature (25 ° C.) were evaluated using the apparatus shown in FIG. Specifically, first, an offset load of 250 N was applied to the piezoelectric element 5. Thereafter, the load applied to the piezoelectric element 5 was increased to 300N and then returned again to 250N, and the change in the amount of charge output from the piezoelectric element 5 was measured with a charge amplifier. The load at this time was given as a 10 Hz triangular wave. Then, the dynamic piezoelectric constant d 33 was obtained from the equation: dynamic piezoelectric constant d 33 = output charge / load variation (unit pC / N). Similarly, the dynamic piezoelectric constant d 33 at −40 ° C. and 150 ° C. was measured, and the temperature change rate of the dynamic piezoelectric constant d 33 was obtained. Temperature change rate of the dynamic piezoelectric constant d 33 of from room temperature to T ° C. from a dynamic piezoelectric constant d 33 in the dynamic piezoelectric constant d 33 and T ° C. at room temperature (25 ° C.), the dynamic piezoelectric constant at (T ° C. d 33 - was determined from the equation of room temperature (25 ° C.) dynamic piezoelectric constant d 33 in) / (room temperature (25 ° C.) dynamic piezoelectric constant d 33 in).

また、体積固有抵抗をJIS−C2141に準拠して評価した。体積固有抵抗は1×10Ω・m以上を良好とし、表1および表2では○、1×10Ω・m未満を不良とし、表1および表2では×として示した。150℃の高温での検出感度を保つためには、圧電素子5の体積固有抵抗が1×10Ω・m以上であることが望まれるからである。体積固有抵抗がこれより高いことにより、出力された電荷が圧電素子5で消費されることが抑制され、信号処理回路に供給されることから、感度ばらつきが少なく、感度低下やノイズ源となってセンサ特性の性能劣化をもたらすことがなくなる。 Moreover, volume specific resistance was evaluated based on JIS-C2141. The volume resistivity was 1 × 10 9 Ω · m or more as good, and in Tables 1 and 2, ○ was less than 1 × 10 9 Ω · m, and in Tables 1 and 2, it was shown as x. This is because the volume specific resistance of the piezoelectric element 5 is desired to be 1 × 10 9 Ω · m or more in order to maintain the detection sensitivity at a high temperature of 150 ° C. Since the volume resistivity is higher than this, the output charge is suppressed from being consumed by the piezoelectric element 5 and is supplied to the signal processing circuit. The performance deterioration of the sensor characteristics is not caused.

各組成について、焼成のピーク温度を変えた中でもっとも動的圧電定数d33が高くなった試料の結果を表1および表2に示した。さらに、焼成のピーク温度を変更した試料の動的圧電定数d33を、もっとも動的圧電定数d33の高かった試料と比較して、動的圧電定数d33の低下が5%以内である焼成温度の範囲を調べ、その範囲を各組成の安定焼成温度範囲とした。この温度範囲が広いと、製造時に焼成温度がばらついた際に、動的圧電定数d33の変動が少なく、安定した圧電特性の圧電磁器を作製できる。 Tables 1 and 2 show the results of the samples having the highest dynamic piezoelectric constant d 33 while changing the firing peak temperature for each composition. Furthermore, a dynamic piezoelectric constant d 33 of the sample changing the peak temperature of firing, the most dynamic piezoelectric constant as compared to the higher was the sample of d 33, decrease in dynamic piezoelectric constant d 33 is within 5% baking The temperature range was examined, and the range was defined as the stable firing temperature range of each composition. When this temperature range is wide, a piezoelectric ceramic having stable piezoelectric characteristics can be produced with little fluctuation in the dynamic piezoelectric constant d 33 when the firing temperature varies during the production.

Figure 2010030832
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Figure 2010030832
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表1および表2から明らかなように、本発明の範囲内の圧電磁器である、組成式をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.3≦α≦0.95、0≦β≦0.5、0.01≦γ≦0.3を満足するとともに、M1が、Sr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種であり、M2が、Bi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種であり、M3が、FeおよびNbから選ばれる少なくとも1種であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対して、Mn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部含有する試料No.3〜10、12〜18、20〜22、25〜27、29〜32、34〜37、39、42〜49、51〜54、56〜58、60〜62、64〜66、68および69は、抗折強度が207MPa以上と大きく、動的圧電定数d33が15.1pC/N以上を有し、25℃の動的圧電定数d33に対する−40および150℃の動的圧電定数d33の変化が±4.98%以内、体積固有抵抗は1×10Ω・m以上であり、さらにヒステリシスが0.99%以下であった。 As is apparent from Tables 1 and 2, the compositional formula, which is a piezoelectric ceramic within the scope of the present invention, is Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M1 (Ti 1 when represented as -γ Zr γ) O 3 · βM2M3O 3], along with satisfying 0.3 ≦ α ≦ 0.95,0 ≦ β ≦ 0.5,0.01 ≦ γ ≦ 0.3, M1 is , Sr, Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), and M2 is From Mn, Co and Cu with respect to 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound, wherein M3 is at least one selected from Bi, Na, K and Li, and M3 is at least one selected from Fe and Nb At least one selected from oxides (MnO 2 , CoO, CuO 2 ) Sample No. containing 0.1 to 1 part by mass in terms of conversion. 3 to 10, 12 to 18, 20 to 22, 25 to 27, 29 to 32, 34 to 37, 39, 42 to 49, 51 to 54, 56 to 58, 60 to 62, 64 to 66, 68 and 69 are bending strength is as large as more than 207 MPa, the dynamic piezoelectric constant d 33 has a higher 15.1pC / N, 25 -40 and 0.99 ° C. for dynamic piezoelectric constant d 33 of ° C. dynamic piezoelectric constant d 33 The change was within ± 4.98%, the volume resistivity was 1 × 10 9 Ω · m or more, and the hysteresis was 0.99% or less.

また、特に前記組成式において、0.4≦α≦0.7、0≦β≦0.3、0.1≦γ≦0.2であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対してMn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜0.5質量部含有する試料No.4〜9、12〜18、21、25、26、29〜31、34〜36、39、43〜47、51〜54、57、60、61、64、65、68および69では、ヒステリシスが0.5%以下であった。 In particular, in the composition formula, Mn with respect to 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound satisfying 0.4 ≦ α ≦ 0.7, 0 ≦ β ≦ 0.3, and 0.1 ≦ γ ≦ 0.2. Sample No. containing at least one selected from Co, Cu and 0.1 to 0.5 parts by mass in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ). 4-9, 12-18, 21, 25, 26, 29-31, 34-36, 39, 43-47, 51-54, 57, 60, 61, 64, 65, 68 and 69 have zero hysteresis .5% or less.

また、0.1≦β≦0.5である、試料No.42〜49、51〜54、56〜58、60〜62、64〜66、68および69は、安定焼成温度範囲が25℃以上と広くなった。   In addition, the sample No. Nos. 42 to 49, 51 to 54, 56 to 58, 60 to 62, 64 to 66, 68 and 69 had a stable firing temperature range of 25 ° C. or more.

これに対して、前記組成式で表したとき、0.3≦α≦0.95、0≦β≦0.5、0.01≦γ≦0.3を満足するとともに、M1が、Sr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種であり、M2が、Bi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種であり、M3が、FeおよびNbから選ばれる少なくとも1種であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対して、Mn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部含有するとの条件のいずれかを満足しない、本発明の範囲外の試料No.1、2、11、19、23、24、28、33、38、40、41、50、55、59、63、67および70では、抗折強度が183MPa以下であるか、動的圧電定数d33が14.8pC/N以下であるか、25℃の動的圧電定数d33に対する−40および150℃の動的圧電定数d33の変化が±5.5%より大きいものであった。 On the other hand, when expressed by the composition formula, 0.3 ≦ α ≦ 0.95, 0 ≦ β ≦ 0.5, 0.01 ≦ γ ≦ 0.3 is satisfied, and M1 is Sr, At least one selected from Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), and M2 is Bi, At least one selected from Na, K and Li, and M3 is at least one selected from Mn, Co and Cu with respect to 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound selected from Fe and Nb. Sample No. 1 outside the scope of the present invention does not satisfy any of the conditions that one type is contained in an amount of 0.1 to 1 part by mass in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ). 1, 2, 11, 19, 23, 24, 28, 33, 38, 40, 41, 50, 55, 59, 63, 67 and 70, the bending strength is 183 MPa or less, or the dynamic piezoelectric constant d 33 was 14.8 pC / N or less, or the change in the dynamic piezoelectric constant d 33 at −40 and 150 ° C. with respect to the dynamic piezoelectric constant d 33 at 25 ° C. was greater than ± 5.5%.

図5は試料No.1(α=0)、No.6(α=0.45)およびNo.11(α=01)のX線回折の結果であり、図6は図5の2θ=32〜34°の部分を拡大したものである。各試料がビスマス層状化合物を主結晶相としていることが分かり、α=0の時の結晶は斜方結晶(a軸の長さ≠b軸の長さ)、α=1の時の結晶は正方晶(a軸の長さ=b軸の長さ)となっていた。0.3≦α≦0.95の範囲においては、正方晶と斜方晶とが混在しており、特に、0.4≦α≦0.5の範囲では、組成相境界MPBとなっている。このMPBは、PZT圧電材料でよく知られており、PZの菱面体晶とPTの正方晶とがほぼ1:1の比率で構成される組成領域でMPBが形成される。このPZTのMPB近傍では圧電定数dが最大値を示し、圧電定数dの温度係数が大きく変化する。この現象と同様に、0.4≦α≦0.5の組成範囲は、2種類の結晶相の境界であるので、圧電体の特異的な現象を示す組成相境界MPBであり、動的圧電定数d33の温度変化率が約0近傍まで小さくなるとともに、大きな動的圧電定数d33が得られる。 FIG. 1 (α = 0), No. 1 6 (α = 0.45) and no. 11 (α = 01) is a result of X-ray diffraction, and FIG. 6 is an enlarged view of 2θ = 32 to 34 ° in FIG. 5. It can be seen that each sample has a bismuth layered compound as the main crystal phase. The crystal when α = 0 is an orthorhombic crystal (a-axis length ≠ b-axis length), and the crystal when α = 1 is square. It was a crystal (a-axis length = b-axis length). In the range of 0.3 ≦ α ≦ 0.95, tetragonal crystals and orthorhombic crystals are mixed, and in particular, in the range of 0.4 ≦ α ≦ 0.5, the composition phase boundary MPB is obtained. . This MPB is well known as a PZT piezoelectric material, and the MPB is formed in a composition region in which the rhombohedral crystal of PZ and the tetragonal crystal of PT are in a ratio of approximately 1: 1. In the vicinity of the MPB of this PZT, the piezoelectric constant d shows the maximum value, and the temperature coefficient of the piezoelectric constant d changes greatly. Similarly to this phenomenon, the composition range of 0.4 ≦ α ≦ 0.5 is a boundary between two types of crystal phases, and thus is a composition phase boundary MPB showing a specific phenomenon of the piezoelectric body, While the rate of temperature change of the constant d 33 decreases to about 0, a large dynamic piezoelectric constant d 33 is obtained.

また、作製した試料を蛍光X線分析装置で組成分析した。その結果、各試料の圧電磁器の組成は、調合した原料組成と同じ割合であった。これは、検出された元素のうち、Bi、Ti、Zr、Sr、Ba、Ca、Na、K、Li、Fe、Mn、CoおよびCuの割合を、組成式Bi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O](ただし、M1はSr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種、M2はBi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種、M3はFeおよびNbから選ばれる少なくとも1種)に当てはめてα、βおよびγを算出するとともに、前記組成式の成分の量とMnO、CoOおよびCuOの量の比からMnO、CoOおよびCuOが前記組成式の成分100重量に対して何重量部に当たるかを算出して確認した。 The prepared sample was subjected to composition analysis with a fluorescent X-ray analyzer. As a result, the composition of the piezoelectric ceramic of each sample was the same ratio as the prepared raw material composition. This is because the ratio of Bi, Ti, Zr, Sr, Ba, Ca, Na, K, Li, Fe, Mn, Co and Cu among the detected elements is expressed by the composition formula Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [( 1-β) M1 (Ti 1-γ Zr γ) O 3 · βM2M3O 3] ( provided that, M1 is Sr, Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0.5), ( Bi 0.5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), at least one selected from Bi, Na, K and Li, and M3 selected from Fe and Nb is α by applying to at least one), to calculate the β and gamma, the components of the composition formula amounts and MnO 2, from CoO and the ratio of the amount of CuO 2 MnO 2, CoO and CuO 2 is of the formula How many parts by weight with respect to 100 weight of ingredients It was confirmed by calculating whether the hit.

圧電磁器の動的圧電定数d33の評価装置を示す概略図である。Is a schematic diagram showing an apparatus for evaluating the dynamic piezoelectric constant d 33 of the piezoelectric ceramic. 発生電荷のヒステリシスを説明する図である。It is a figure explaining the hysteresis of the generated charge. 本発明の圧電素子の一実施形態である圧力センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the pressure sensor which is one Embodiment of the piezoelectric element of this invention. 本発明の圧電素子の一実施形態であるショックセンサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shock sensor which is one Embodiment of the piezoelectric element of this invention. 試料No.1(α=0)、No.6(α=0.45)およびNo.11(α=01)の圧電磁器のX線回折図である。Sample No. 1 (α = 0), No. 1 6 (α = 0.45) and no. 11 is an X-ray diffraction diagram of a piezoelectric ceramic having 11 (α = 01). FIG. 図5のX線回折図のA部を拡大した図である。It is the figure which expanded the A section of the X-ray-diffraction figure of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

l・・・基体
2a、2b・・・電極
4・・・分極方向
5・・・圧電素子
l ... Base 2a, 2b ... Electrode 4 ... Polarization direction 5 ... Piezoelectric element

Claims (4)

組成式をBi(Ti1−γZrγ12・α[(1−β)M1(Ti1−γZrγ)O・βM2M3O]と表したとき、0.3≦α≦0.95、0≦β≦0.5、0.01≦γ≦0.3を満足するとともに、M1が、Sr、Ba、Ca、(Bi0.5Na0.5)、(Bi0.5Li0.5)および(Bi0.50.5)から選ばれる少なくとも1種であり、M2が、Bi、Na、KおよびLiから選ばれる少なくとも1種であり、M3が、FeおよびNbから選ばれる少なくとも1種であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対して、Mn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜1質量部含有することを特徴とする圧電磁器。 When the composition formula is expressed as Bi 4 (Ti 1-γ Zr γ ) 3 O 12 · α [(1-β) M1 (Ti 1-γ Zr γ ) O 3 · βM2M3O 3 ], 0.3 ≦ α ≦ 0.95, 0 ≦ β ≦ 0.5, 0.01 ≦ γ ≦ 0.3, and M1 is Sr, Ba, Ca, (Bi 0.5 Na 0.5 ), (Bi 0. 5 Li 0.5 ) and (Bi 0.5 K 0.5 ), M2 is at least one selected from Bi, Na, K and Li, and M3 is Fe and At least one selected from Mn, Co and Cu is 0 in total in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ) with respect to 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound which is at least one selected from Nb. A piezoelectric ceramic characterized by containing 1-1.1 parts by mass. 前記組成式において、0.4≦α≦0.7、0≦β≦0.3、0.1≦γ≦0.2であるビスマス層状化合物の主成分100質量部に対してMn、CoおよびCuから選ばれる少なくとも1種を酸化物(MnO、CoO、CuO)換算の合計で0.1〜0.5質量部含有することを特徴とする請求項1記載の圧電磁器。 In the composition formula, Mn, Co and 100 parts by mass of the main component of the bismuth layered compound satisfying 0.4 ≦ α ≦ 0.7, 0 ≦ β ≦ 0.3, and 0.1 ≦ γ ≦ 0.2. 2. The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein at least one selected from Cu is contained in an amount of 0.1 to 0.5 parts by mass in terms of oxide (MnO 2 , CoO, CuO 2 ). 0.1≦β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。   The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein 0.1 ≦ β. 請求項1〜3のいずれかに記載の圧電磁器からなる基体の対向する一対の表面に電極を備えることを特徴とする圧電素子。   A piezoelectric element comprising electrodes on a pair of opposing surfaces of a base body comprising the piezoelectric ceramic according to claim 1.
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