JP3259678B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
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Description
に関するもので、特に、圧電セラミックフィルタ、圧電
セラミック発振子などの圧電セラミック素子のための材
料として有用な圧電磁器組成物に関するものである。
ミック素子に用いられる圧電磁器組成物として、チタン
酸ジルコン酸鉛(Pb(Tix Zr1-x )O3 )あるい
はチタン酸鉛(PbTiO3 )を主成分とする圧電磁器
組成物が広く用いられている。このようなチタン酸ジル
コン酸鉛あるいはチタン酸鉛を主成分とする圧電磁器組
成物は、その製造過程において、一般的に鉛酸化物が用
いられるのであるが、この鉛酸化物の蒸発のため、製品
の均一性が低下する。
Liy )NbO3 等で表されるニオブ酸カリウムナトリ
ウムリチウムを主成分とする圧電磁器組成物は、鉛酸化
物を含有しないため、上述のような問題に遭遇しない。
また、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウムを主成分と
する圧電磁器組成物の中には、電気機械結合係数Kpが
大きく、圧電セラミックフィルタおよび圧電セラミック
発振子等の材料として有望であると考えられるものが存
在する。
ムナトリウムリチウムを主成分とする圧電磁器組成物
は、チタン酸ジルコン酸鉛あるいはチタン酸鉛に比べ
て、比誘電率が小さいため、圧電セラミックフィルタあ
るいは圧電セラミック発振子等の材料として用いる場
合、これら圧電セラミックフィルタあるいは圧電セラミ
ック発振子等を備える回路とのインピーダンスマッチン
グが良好でなく、回路設計の困難を伴う場合がある。
カリウムナトリウムリチウムを主成分とする圧電磁器組
成物が遭遇する上記課題を解決するためになされたもの
で、比誘電率を1000以上に増大させ、鉛を含有せ
ず、かつ、実用上十分な電気機械結合係数KP (25%
以上)を示す、圧電磁器組成物を提供しようとすること
を目的としている。
術的課題を解決するため、一般式:(1−n)(K1-
x-y Nax Liy )m (Nb1-z Taz )O3 −nM1
M2M3O3 で表される組成物を主成分とする、圧電磁
器組成物であって、上記一般式において,M1は3価の
金属元素からなり、M2は1価の金属元素からなり、M
3は4価の金属元素からなり、また、x、y、z、m、
およびnは、それぞれ、 0.1≦x、 y≦0.3、 x+y<0.75、 0≦z≦0.3、 0.98≦m≦1.0、および 0<n<0.1 の条件を満たすことを特徴としている。
囲の限定理由は、次のとおりである。xおよびyに関し
て、それぞれ、0.1≦xおよびy≦0.3と限定する
のは、これらの範囲を外れると、良好な焼結体を得るこ
とができないためである。また、x+y<0.75とす
るのは、0.75≦x+yでは、電気機械結合係数K P
が25%より小さくなり、圧電セラミックフィルタ、圧
電セラミック発振子などの材料としての利用が困難とな
るためである。
のは、この範囲を外れると、キュリー点が200℃以下
に低下し、当該圧電磁器組成物をもって構成された素子
の温度安定性の点で問題が生じるためである。また、m
に関して、0.98≦m≦1.0とするのは、この範囲
を外れると、分極処理が困難になるためである。
のは、nが0.1以上の場合には、電気機械結合係数K
P が25%より小さくなり、圧電セラミックフィルタ、
圧電セラミック発振子などの材料としての利用が困難と
なるためである。この発明において、好ましくは、上記
一般式中のM1は、Biからなり、M2は、K、Na、
およびLiからなる群から選ばれた少なくとも1種から
なり、また、M3は、Ti、Zr、Sn、およびHfか
らなる群から選ばれた少なくとも1種からなる。
CO3 、Li2 CO3 、Nb2 O 5 、Ta2 O5 、Bi
2 O3 、TiO2 、およびZrO2 を用意し、これらの
原料を、一般式:(1−n)(K1-x-y Nax Liy )
m (Nb1-z Taz )O3−nM1M2M3O3 におい
て表1に示すような組成となるように秤取して、ボール
ミルを用いて約4時間アルコール中で湿式混合し、得ら
れた混合物を乾燥した後、700℃〜900℃の温度で
仮焼した。次いで、これら乾燥混合物を粗粉砕した後、
有機バインダを適量加えてボールミルを用いて4時間湿
式粉砕し、40メッシュのふるいを通して粒度調整を行
なった。
/cm2 の圧力で直径12mm、厚さ1.2mmの円板
に成形した後、1050℃〜1300℃の温度で、通常
の焼成方法を用いて焼成を行ない、円板状の磁器を得
た。次いで、これら磁器円板の両主面に、通常の方法に
より、銀ペーストを塗布焼付けして銀電極を形成した
後、50℃〜150℃の絶縁オイル中で2〜10kV/
mmの直流電圧を10〜30分間印加して分極処理を施
し、試料となる圧電磁器円板を得た。
機械結合係数KP 、およびキュリー点を測定した。その
結果も表1に示されている。
は、この発明の範囲外のものである。表1において、
0.1≦x、y≦0.3、x+y<0.75、0≦z≦
0.3、0.98≦m≦1.0、0<n<0.1の各条
件をすべて満たす試料、すなわち試料番号に*が付され
ていないこの発明の実施例にかかる試料については、す
べて、比誘電率が1000以上であり、また、電気機械
結合係数KP が25%以上であり、さらに、キュリー点
が200℃を超える、というように良好な特性を示して
いる。
3の条件を満足しない試料14および15では、焼結不
良が生じている。また、上述の0.1≦xまたはy≦
0.3の条件を満足するが、x+y<0.75を満足し
ない試料1では、電気機械結合係数KP が21.0%と
なり、25%以上の電気機械結合係数KP を達成し得な
い。また、この試料1では、比誘電率が930となり、
1000以上の比誘電率を達成していない。
2では、キュリー点が180℃となり、200℃を超え
るキュリー点を実現し得ない。また、0.98≦m≦
1.0の条件を満足しない試料37では、所望の分極を
達成し得ない。また、0<n<0.1の条件を満足しな
い試料のうち、nが0.1以上の試料5、9、13、1
9、23、27、31、36、40および43では、電
気機械結合係数KP が25%より小さくなっている。ま
た、nが0となる試料2、6、10、16、20、2
4、28および33では、1000以上の比誘電率を達
成していない。
たが、この発明の範囲内にある圧電磁器組成物は、この
ような実施例に限定されるものではなく、この発明の趣
旨を逸脱しない範囲で、種々に組成を変えることができ
る。たとえば、上述した実施例では、M1として、Bi
が用いられ、M2として、NaまたはLiが用いられ、
M3として、TiまたはZrが用いられたが、M2につ
いては、その他、Kが用いられても、また、M3につい
ては、Snおよび/またはHfが用いられても、同等の
効果が得られることが確認されている。また、M1につ
いては、その他の3価の金属元素が用いられ、M2につ
いては、その他の1価の金属元素が用いられ、M3につ
いては、その他の4価の金属元素が用いられてもよい。
電率が1000以上で、電気機械結合係数KP が25%
以上で、また、キュリー点が200℃を超えるといった
良好な特性を示す、圧電磁器組成物を得ることができ、
この圧電磁器組成物を用いて、圧電セラミックフィル
タ、圧電セラミック発振子などの圧電セラミック素子を
有利に作製することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 一般式:(1−n)(K1-x-y Nax L
iy )m (Nb1-zTaz )O3 −nM1M2M3O3
で表される組成物を主成分とする、圧電磁器組成物。た
だし、M1は3価の金属元素、M2は1価の金属元素、
M3は4価の金属元素、 0.1≦x y≦0.3 x+y<0.75 0≦z≦0.3 0.98≦m≦1.0 0<n<0.1。 - 【請求項2】 前記M1は、Bi、前記M2は、K、N
a、およびLiからなる群から選ばれた少なくとも1
種、前記M3は、Ti、Zr、Sn、およびHfからな
る群から選ばれた少なくとも1種である、請求項1に記
載の圧電磁器組成物。
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