JP2013151404A - 圧電磁器および圧電素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一般式(K1−x−y―w−vNaxLiyBawSrv)m(Nb1−z−uTaz−Zru)O3・・・(1)
(ただし、式中の、x、y、z、w、v,uおよびmは、それぞれ0.4<x≦0.7、0.02≦y≦0.1、0<z≦0.3、0<w≦0.01、0.04≦v≦0.07、0.04≦u≦0.07、0.95≦m<1.0である)で表される組成物を主成分とする圧電磁器とする。
【選択図】図1
Description
(ただし、式中の、x、y、z、w、v,uおよびmは、それぞれ0.4<x≦0.7、0.02≦y≦0.1、0<z≦0.3、0<w≦0.01、0.04≦v≦0.07、0.04≦u≦0.07、0.95≦m<1.0である)で表される組成物を主成分とする圧電磁器である。ペロブスカイト構造酸化物のAサイトとBサイトとの比を表す上記(1)式中のmを1未満にすることで、焼結時の異常粒成長が抑制され、高い圧電特性を得ることができる。
この圧電素子は、上記のように鉛(Pb)を含まず、かつ大きな変位量が得られる圧電磁器を備えているため、環境性に優れ且つ圧電特性にも優れている。
このようにして得られた圧電磁器は、優れた比誘電率、電気機械結合係数、圧電定数等の圧電特性を備えているため、低公害化、対環境性および生態学的見地から極めて優れている。
(ただし、式中の、x、y、z、w、v,uおよびmは、それぞれ0.4<x≦0.7、0.02≦y≦0.1、0<z≦0.3、0<w≦0.01、0.04≦v≦0.07、0.04≦u≦0.07、0.95≦m<1.0である)で表される組成物を主成分とする圧電磁器である。
mを1以上とした場合は、焼結時に異常粒成長が起こりやすくなる。より好ましくはm≦0.975とすることで更に効果的に異常粒成長を抑制することができる。更に0.95≦m≦0.975であることがより好ましい。mが0.95未満であると、に大きな比誘電率εr、電気機械結合係数krおよび発生変位量を得ることが困難になる傾向があるからである。
これらの原料を十分乾燥させた後、最終組成が上述した範囲内となるような比率で秤量する。
本発明の一実施形態に係る圧電磁器は、前記圧電磁器材料粉末を焼結することで得られる。
この圧電磁器は、例えば、圧電素子であるアクチュエータなどの振動素子、発音体あるいはセンサなどの材料として好ましく用いられる。
電極2、3は、例えば、銀(Ag)などの金属によりそれぞれ構成されている。これら電極2、3には、ワイヤなどを介して外部電源と電気的に接続される(図示しない)。
このような圧電素子は、例えば、本実施の形態の圧電磁器を必要に応じて加工して圧電基板1を形成し、電極2、3を設け、加熱したシリコーンオイル中で電界を印加することで分極処理を行うことによって製造することができる。
まず、主成分および副成分の原料として、炭酸ナトリウム(Na2CO3)粉末、炭酸カリウム(K2CO3)粉末、炭酸リチウム(Li2CO3)粉末、酸化ニオブ(Nb2O5)粉末、酸化タンタル(Ta2O5)粉末、炭酸バリウム(BaCO3)粉末、酸化ジルコニウム(ZrO2)粉末、炭酸ストロンチウム(SrCO3)粉末、および炭酸マンガン(MnCO3)粉末または酸化銅(CuO)粉末を用意した。これらの原料を十分に乾燥させた後、圧電磁器の組成が実施例1〜3および比較例1〜2の組成、つまりmの値が変化するように各原料を秤量した。
(評価結果)
各実施例および比較例の圧電磁器の組成を表1に示す
一般式(K1−x−y―w−vNaxLiyBawSrv)m(Nb1−z−uTaz−Zru)O3・・・(1)におけるx、y、z、w、v、uの値が変化するよう、各原料を秤量した以外は実施例1〜3と同様の方法により、実施例4〜15、比較例3〜14の試料を作製し、評価を行い、その結果も表1に示した。
また、添加物である酸化マンガン(MnO)の量が変化するように秤量した以外は実施例1〜3と同様の方法により、実施例16〜18の試料を作製し、評価を行い、その結果も表1に示した。また、実施例19では、酸化マンガン(MnO)の代わりに酸化銅(CuO)を秤量、添加し、実施例1〜3と同様の方法で試料を作製し、評価を行い、その結果も表1に示した。
加えて、上記実施の形態では、単板構造の圧電素子を例に挙げて説明したが、積層構造など他の構造を有する圧電素子についても、本発明を同様に適用することができる。また、圧電素子としてアクチュエータなどの振動素子、発音体およびセンサを例に挙げたが、他の圧電素子についても本発明を適用することができる。
1a、1b 対向面
2、3 電極
Claims (4)
- 一般式(K1−x−y―w−vNaxLiyBawSrv)m(Nb1−z−uTaz−Zru)O3・・・(1)
(但し、式中の、x、y、z、w、v,uおよびmは、それぞれ0.4<x≦0.7、0.02≦y≦0.1、0<z≦0.3、0<w≦0.01、0.04≦v≦0.07、0.04≦u≦0.07、0.95≦m<1.0である)で表される組成物を主成分とする圧電磁器。 - 前記圧電磁器の副成分として、マンガン(Mn)及び銅(Cu)の少なくとも一種である成分を含み、前記主成分の組成物に対し、酸化マンガン(MnO)、酸化銅(CuO)にそれぞれ換算し、1質量%以下を含有することを特徴とする請求項1記載の圧電磁器。
- 圧電セラミック素体の表面に外部電極が形成された圧電素子において、該圧電セラミック素体が、請求項1または2のいずれかに記載の圧電磁器で形成されている事を特徴する圧電素子。
- 内部電極と圧電セラミック層とが交互に積層されてなる圧電セラミック素体を備え、該圧電セラミック素体を挟むように両端面にそれぞれ設け、前記内部電極と電気的に接続されている一対の端子電極とを備える圧電素子において、前記圧電セラミック層が、請求項1または2のいずれかに記載の圧電磁器で形成されていることを特徴とする圧電素子。
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