JP4462438B2 - 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及び積層型圧電素子の製造方法 - Google Patents
圧電磁器組成物、積層型圧電素子及び積層型圧電素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4462438B2 JP4462438B2 JP2005367444A JP2005367444A JP4462438B2 JP 4462438 B2 JP4462438 B2 JP 4462438B2 JP 2005367444 A JP2005367444 A JP 2005367444A JP 2005367444 A JP2005367444 A JP 2005367444A JP 4462438 B2 JP4462438 B2 JP 4462438B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- mass
- cuo
- internal electrode
- firing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 86
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 62
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 61
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 24
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 14
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 29
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 23
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 21
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 18
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 14
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 8
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 7
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 4
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003232 water-soluble binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N lead zinc Chemical compound [Zn].[Pb] JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005464 sample preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
図1は、本発明により得られる積層型圧電素子1の構成例を示す断面図である。なお、図1はあくまで一例を示すものであって、本発明が図1の積層型圧電素子1に限定されないことはいうまでもない。この積層型圧電素子1は、複数の圧電体層11と複数の内部電極層12とを交互に積層した積層体10を備えている。圧電体層11の一層当たりの厚さは例えば1〜200μm、好ましくは20〜150μm、さらに好ましくは50〜100μmとする。なお、圧電体層11の積層数は目標とする変位量に応じて決定される。
(ただし、0.96≦a≦1.03、0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1である。)
(ただし、0.96≦a≦1.03、0<b≦0.1、0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1である。また、式中のMeは、Sr、Ca、Baから選ばれる少なくとも1種を表す。)
複数の内部電極層12は例えば交互に逆方向に延長されており、その延長方向には内部電極層12と電気的に接続された一対の端子電極21、22がそれぞれ設けられている。端子電極21、22は、例えば、図示しないリード線を介して図示しない外部電源に対して電気的に接続される。
また、端子電極21、22は、例えばCuをスパッタリングすることにより形成されていてもよく、また端子電極用ペーストを焼き付けることにより形成されていてもよい。端子電極21、22の厚さは用途等に応じて適宜決定されるが、通常、10〜50μmである。
圧電磁器組成物を次のようにして作製した。先ず、主成分の原料として、PbO粉末、SrCO3粉末、ZnO粉末、Nb2O5粉末、TiO2粉末、ZrO2粉末を用意し、下記主成分の組成となるように秤取した。次に、ボールミルを用いてこれら原料を16時間湿式混合し、大気中において700〜900℃で2時間仮焼した。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.43Zr0.47]O3
Cuペースト無:電気抵抗IR(相対値)=1、kr=66.5%
Cuペーストを印刷した圧電磁器組成物について、ICP分析を行った。ICP用サンプル作製方法としては、先ず、分析を行う試料0.1gにLi2B2O7を1g加え、1050℃で15分間溶融させた。得られた融解物に(COOH)2を0.2g、HClを10ml加え、加熱溶解させ、100mlに定容した。測定は、ICP−AES(島津社製、商品名ICPS−8000)を用いて行った。その結果、CuがCuO換算で0.1質量%程度含まれていた。このCuは、圧電磁器組成物の原料にCuが含まれていないことから、Cuペーストから焼成過程で拡散したものと認められる。
主成分の原料として、PbO粉末、SrCO3粉末、ZnO粉末、Nb2O5粉末、TiO2粉末、ZrO2粉末を用意し、下記主成分の組成となるように秤取した。次に、これら原料をボールミルを用いて16時間湿式混合し、大気中において700〜900℃で2時間仮焼した。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.43Zr0.47]O3
積層体:電気抵抗IR(相対値)=112、誘電率ε=1646
バルク:電気抵抗IR(相対値)=124、誘電率ε=1995
焼成温度が800℃未満では焼成が十分に進行せず、また1200℃を超えるとCuの溶融が懸念される。好ましい焼成温度は850〜1100℃、さらに好ましい焼成温度は900〜1050℃である。
酸素分圧が1×10−10気圧未満では圧電材料中の鉛が還元され金属鉛となり揮発するため特性の低下が生じる。また1×10−6気圧を超えると電極材料であるCuの酸化が懸念される。好ましい酸素分圧は1×10−10〜1×10−7気圧、さらに好ましい酸素分圧は1×10−9〜1×10−8気圧である。
なお、副成分の出発原料は、後述する仮焼成(ステップS103)の前に添加してもよいが、仮焼成後に添加するようにしてもよい。但し、仮焼成前に添加した方がより均質な圧電体層11を作製することができるので好ましい。仮焼成後に添加する場合には、副成分の出発原料には酸化物を用いることが好ましい。
次に、この仮焼成粉にバインダを加えて圧電体層用ペーストを作製する(ステップS105)。具体的には以下の通りである。はじめに、例えばボールミル等を用いて、湿式粉砕によりスラリを得る。このとき、スラリの溶媒として、水もしくはエタノールなどのアルコール、又は水とエタノールとの混合溶媒を用いることができる。湿式粉砕は、仮焼成粉の平均粒径が0.5〜2.0μm程度となるまで行うことが好ましい。
内部電極層用ペーストは、上述した各種導電材料あるいは焼成後に上述した導電材料となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上述した有機ビヒクルとを混練して調製される。
以上では圧電体層用ペースト、内部電極層用ペースト及び端子電極用ペーストを順番に作製しているが、並行して作製してもよいし、逆の順番でもよいことは言うまでもない。
印刷法を用いグリーンチップを作製する場合は、圧電体層用ペーストを、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の基板上に所定厚さで複数回印刷して、図1に示すように、グリーン状態の外側圧電体層11aを形成する。次に、このグリーン状態の外側圧電体層11aの上に、内部電極層用ペーストを所定パターンで印刷して、グリーン状態の内部電極層(内部電極層前駆体)12aを形成する。次に、このグリーン状態の内部電極層12aの上に、前記同様に圧電体層用ペーストを所定厚さで複数回印刷して、グリーン状態の圧電体層(圧電体層前駆体)11bを形成する。次に、このグリーン状態の圧電体層11bの上に、内部電極層用ペーストを所定パターンで印刷して、グリーン状態の内部電極層12bを形成する。グリーン状態の内部電極層12a、12b…は、対向して相異なる端部表面に露出するように形成する。以上の作業を所定回数繰り返し、最後に、グリーン状態の内部電極層12の上に、前記同様に圧電体層用ペーストを所定厚さで所定回数印刷して、グリーン状態の外側圧電体層11cを形成する。その後、加熱しながら加圧、圧着し、所定形状に切断してグリーンチップ(積層体)とする。
以上では、印刷法によりグリーンチップを作製する例を説明したが、シート成形法を用いてグリーンチップを作製することもできる。
脱バインダ処理において、内部電極層前駆体中の導電材料によってその雰囲気を決定する必要がある。貴金属を導電材料として用いる場合には、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又は純酸素雰囲気で行っても良い。Cuを導電材料として用いる場合には、酸化を考慮する必要があり、還元性雰囲気下での加熱を採用すべきである。一方で、脱バインダ処理において、圧電体層前駆体に含まれる酸化物、例えばPbOが還元されることを考慮する必要がある。例えば導電材料としてCuを用いた場合、CuとCu2Oの平衡酸素分圧(以下、単にCuの平衡酸素分圧)及びPbとPbOの平衡酸素分圧(以下、単にPbの平衡酸素分圧)に基づいて、いかなる還元性雰囲気を脱バインダ処理に適用するか設定することが好ましい。
焼成も脱バインダと同様に、内部電極層前駆体中の導電材料によってその雰囲気を決定する必要がある。貴金属を導電材料として用いる場合には、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又は純酸素雰囲気で行っても良い。卑金属を導電材料として用いる場合には、酸化を考慮する必要があり、還元性雰囲気下での加熱を採用すべきである。
焼成の温度は、圧電体層11を構成する圧電磁器組成物に応じて適宜定める必要がある。低温焼成が可能な圧電磁器組成物を用いる場合には800〜1200℃の範囲で行うことができる。なお、焼成温度は、緻密な焼結体を得ることができること、内部電極層12を構成する導電材料を溶融させないことを前提に定められる。
以上により、図1に示した積層型圧電素子1を得ることができる。
実施例1では、下記の主成分に対して、希土類金属元素の酸化物としてDy2O3を表1に示す量を添加し、更にCuOα(α≧0)としてCuOを表1に示す量を添加した圧電磁器組成物を作製してその効果を調べた。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.43Zr0.47]O3
得られた仮焼物を微粉砕した後、CuOα(α≧0)の原料(添加種:CuO)を添加し、ボールミルを用いて16時間湿式粉砕した。これを乾燥した後、バインダとしてアクリル系樹脂を加えて造粒し、1軸プレス成形機を用いて約445MPaの圧力で直径17mm、厚さ1mmの円板状に成形した。成形した後、熱処理を行ってバインダを揮発させ、低酸素還元性雰囲気中(酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧)において950℃で2〜8時間焼成した。得られた焼結体をラップ加工により厚さ0.6mmの円板状とし、両面に銀電極を蒸着法にて形成し、120℃のシリコーンオイル中で3kVの電界を15分間印加し、分極処理を行った。
高温負荷寿命試験は、5個の試料について、温度250℃において電界強度が8kV/mmになるように3.2kVの電圧を印加し、その電気抵抗の経時変化を求めるものである。ここでは、各試料の電気抵抗が試験開始直後の値を基準として0.5桁以上低下するまでの時間を寿命時間として計測し、その平均寿命時間を求めて高温負荷寿命とした。
また、圧電特性は、電気機械結合係数krと誘電率εの平方根(ε1/2)で評価した。電気機械結合係数krの測定は、インピーダンスアナライザー(ヒューレット・パッカード社製、HP4194A)を用いて行った。結果を表1に示す。なお、表1の高温負荷寿命の欄の「E+0n」は「×10n」を意味している。したがって、表1の例えば「1.76E+03」は「1.76×103」を、例えば「1.14E+04」は「1.14×104」を意味している。以下、「E+0n」の表示は同様である。
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成aを変動させて圧電磁器組成物を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は実施例1と同様であり、Dy2O3を0.1質量%添加して作製された仮焼物を微粉砕した後、CuOα(α≧0)の原料(添加種:CuO)を0.1wt%添加した。得られた圧電磁器組成物について実施例1と同様に高温負荷寿命及び圧電特性を評価した。その結果を表12に示すが、組成aが0.96〜1.03の範囲にある場合に、高温負荷寿命及び圧電特性に優れた圧電磁器組成物が得られることが確認された。
主成分:(Pba−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.43Zr0.47]O3
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成において組成bを変動させて圧電磁器組成物を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は実施例1と同様であり、Dy2O3を0.1質量%添加して作製された仮焼物を微粉砕した後、CuOα(α≧0)の原料(添加種:CuO)を0.1wt%添加した。得られた圧電磁器組成物について実施例1と同様に高温負荷寿命及び圧電特性を評価した。その結果を表13に示すが、組成aが0≦b≦0.1の範囲にある場合に、高温負荷寿命及び圧電特性に優れた圧電磁器組成物が得られることが確認された。
主成分:(Pb0.995−bSrb)[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.43Zr0.47]O3
主成分の組成を下記の通りとし、他は実施例1と同様にして圧電磁器組成物を作製した。つまり、Dy2O3を0.1質量%添加して作製された仮焼物を微粉砕した後、CuOα(α≧0)の原料(添加種:CuO)を0.1wt%添加した。得られた圧電磁器組成物について、実施例1と同様に高温負荷寿命及び圧電特性を評価した。その結果を表14に示すが、主成分のAサイトの置換元素MeをSrからCaやBaに変えた場合にも、高温負荷寿命及び圧電特性に優れた圧電磁器組成物が得られることが確認された。
主成分:(Pb0.995−0.03Me0.03)[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.43Zr0.47]O3
主成分の組成を下記の通りとし、当該組成においてBサイト元素のx,y,zを変動させて圧電磁器組成物を作製した。圧電磁器組成物の作製方法は実施例1と同様であり、Dy2O3を0.1質量%添加して作製された仮焼物を微粉砕した後、CuOα(α≧0)の原料(添加種:CuO)を0.1wt%添加した。得られた圧電磁器組成物について実施例1と同様に高温負荷寿命及び圧電特性を評価した。その結果を表15に示す。表15に示すように、Bサイト元素のx,y,zを本発明の範囲内で変動させた場合であっても、高温負荷寿命及び圧電特性に優れた圧電磁器組成物が得られることが確認された。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3
主成分の組成を下記の通りとし、かつ表16に示す物質を添加した以外は実施例1と同様にして圧電磁器組成物を作製した。つまり、Dy2O3を0.1質量%添加して作製された仮焼物を微粉砕した後、CuOα(α≧0)の原料(添加種:CuO)を0.1wt%添加した。得られた圧電磁器組成物について実施例1と同様に高温負荷寿命及び圧電特性を評価した。その結果を表16に示す。表16に示すように、いずれの添加物、添加量においても効果が見られ、高温負荷寿命及び圧電特性に優れた圧電磁器組成物が得られることが確認された。
主成分:(Pb0.995−0.03Sr0.03)[(Zn1/3Nb2/3)0.1Ti0.43Zr0.47]O3
積層型圧電素子の製造に際しては、先ず、実施例1で得られた仮焼物(Dy2O3を0.1質量%添加)を粉砕した圧電磁器組成物粉末にビヒクルを加え、混練して圧電体層用ペーストを作製した。それとともに、導電材料であるCu粉末をビヒクルと混練し、内部電極層用ペーストを作製した。続いて、圧電体層用ペースト及び内部電極層用ペーストを用いて、印刷法により積層体の前駆体であるグリーンチップを作製した。さらに、脱バインダ処理を行い、還元焼成条件で焼成し、積層体を得た。還元焼成条件としては、還元性雰囲気(例えば酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧)下、焼成温度800〜1200℃で焼成を行った。
Claims (8)
- (Pba−bMeb)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3
(ただし、
0.96≦a≦1.03、0≦b≦0.1、
0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1、
Meは、Sr、Ca、Baから選ばれる少なくとも1種)で表される複合酸化物を主成分とし、
前記主成分に対して、
第1副成分としてCuOα(α≧0)で表される成分の少なくとも1種を、CuO換算で3.0質量%以下(ただし、0は含まず)、
第2副成分として希土類金属元素を酸化物換算で0.8質量%以下(ただし、0は含まず)含有することを特徴とする圧電磁器組成物。 - 第3副成分として、Ta、Sb、Nb及びWから選ばれる少なくとも1種を酸化物換算で1.0質量%以下(ただし、0は含まず)含有することを特徴とする請求項1に記載の圧電磁器組成物。
- 複合酸化物を主成分とする複数の圧電体層と、
複数の前記圧電体層間に形成されCuを含有する内部電極層とを備える積層型圧電素子であって、
前記圧電体層が、
(Pba−bMeb)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3
(ただし、
0.96≦a≦1.03、0≦b≦0.1、
0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1、
Meは、Sr、Ca、Baから選ばれる少なくとも1種)で表される複合酸化物を主成分とし、
前記主成分に対して、
第1副成分としてCuOα(α≧0)で表される成分の少なくとも1種を、CuO換算で3.0質量%以下(ただし、0は含まず)、
第2副成分として希土類金属元素を酸化物換算で0.8質量%以下(ただし、0は含まず)含有することを特徴とする積層型圧電素子。 - 前記圧電体層が、第3副成分として、Ta、Sb、Nb及びWから選ばれる少なくとも1種を酸化物換算で1.0質量%以下(ただし、0は含まず)含有することを特徴とする請求項3に記載の積層型圧電素子。
- 複合酸化物を主成分とする複数の圧電体層と、
複数の前記圧電体層間に形成されCuを含有する内部電極層と、を備える積層型圧電素子の製造方法であって、
前記複合酸化物を含む圧電体層前駆体と、Cuを含む内部電極前駆体とが積層された積層体を還元性雰囲気下で焼成する焼成工程を含み、
前記圧電体層前駆体は、
(Pba−bMeb)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3
(ただし、
0.96≦a≦1.03、0≦b≦0.1、
0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1、
Meは、Sr、Ca、Baから選ばれる少なくとも1種)で表される複合酸化物を主成分とし、
前記主成分に対して、
副成分として希土類金属元素を酸化物換算で0.8質量%以下(ただし、0は含まず)含有し、
前記焼成工程において、前記内部電極前駆体に含まれるCuを前記圧電体層に拡散させることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。 - 複合酸化物を主成分とする複数の圧電体層と、
複数の前記圧電体層間に形成されCuを含有する内部電極層と、を備える積層型圧電素子の製造方法であって、
前記複合酸化物を含む圧電体層前駆体と、Cuを含む内部電極前駆体とが積層された積層体を還元性雰囲気下で焼成する焼成工程を含み、
前記圧電体層前駆体は、
(Pba−bMeb)[(Zn1/3Nb2/3)xTiyZrz]O3
(ただし、
0.96≦a≦1.03、0≦b≦0.1、
0.05≦x≦0.15、0.25≦y≦0.5、0.35≦z≦0.6、x+y+z=1、
Meは、Sr、Ca、Baから選ばれる少なくとも1種)で表される複合酸化物を主成分とし、
前記主成分に対して、
第1副成分としてCuOα(α≧0)で表される成分の少なくとも1種を、CuO換算で3.0質量%以下(ただし、0は含まず)、
第2副成分として希土類金属元素を酸化物換算で0.8質量%以下(ただし、0は含まず)含有することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。 - 前記焼成工程において、前記内部電極前駆体に含まれるCuを前記圧電体層に拡散させることを特徴とする請求項5又は6に記載の積層型圧電素子の製造方法。
- 前記還元性雰囲気下の焼成は、焼成温度800〜1200℃、酸素分圧1×10−10〜1×10−6気圧で行われることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の積層型圧電素子の製造方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005367444A JP4462438B2 (ja) | 2005-10-05 | 2005-12-21 | 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及び積層型圧電素子の製造方法 |
CA002561615A CA2561615A1 (en) | 2005-10-04 | 2006-09-29 | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element |
US11/538,089 US20070080317A1 (en) | 2005-10-04 | 2006-10-03 | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element |
EP06020835A EP1772442B1 (en) | 2005-10-04 | 2006-10-04 | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element |
DE602006014073T DE602006014073D1 (de) | 2005-10-04 | 2006-10-04 | Piezoelektrische keramische Zusammensetzung und ein laminiertes piezoelektrisches Element |
EP10150516A EP2181976B1 (en) | 2005-10-04 | 2006-10-04 | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005292637 | 2005-10-05 | ||
JP2005367444A JP4462438B2 (ja) | 2005-10-05 | 2005-12-21 | 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及び積層型圧電素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007126344A JP2007126344A (ja) | 2007-05-24 |
JP4462438B2 true JP4462438B2 (ja) | 2010-05-12 |
Family
ID=38149299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005367444A Active JP4462438B2 (ja) | 2005-10-04 | 2005-12-21 | 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及び積層型圧電素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4462438B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7498725B2 (en) * | 2006-11-30 | 2009-03-03 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element |
JP5115342B2 (ja) * | 2008-06-10 | 2013-01-09 | Tdk株式会社 | 圧電磁器、圧電素子及び積層型圧電素子 |
JP5115356B2 (ja) * | 2008-06-23 | 2013-01-09 | Tdk株式会社 | 圧電磁器、及び圧電素子 |
-
2005
- 2005-12-21 JP JP2005367444A patent/JP4462438B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007126344A (ja) | 2007-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4129931B2 (ja) | 圧電磁器組成物および積層型圧電素子 | |
JP4238271B2 (ja) | 圧電磁器組成物および積層型圧電素子 | |
EP2181976B1 (en) | Piezoelectric ceramic composition and laminated piezoelectric element | |
JPWO2006100807A1 (ja) | 圧電素子、及び圧電素子の製造方法 | |
JP4640092B2 (ja) | 積層型圧電素子及びその製造方法 | |
JP2007258301A (ja) | 積層型圧電素子及びその製造方法 | |
JP4462438B2 (ja) | 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及び積層型圧電素子の製造方法 | |
JP3923064B2 (ja) | 積層型圧電素子及びその製造方法 | |
JP2007230839A (ja) | 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及びその製造方法 | |
JP4390082B2 (ja) | 圧電磁器組成物及び積層型圧電素子 | |
JP3971779B1 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
JP4930676B2 (ja) | 圧電磁器組成物、積層型圧電素子及び積層型圧電素子の製造方法 | |
JP2006248829A (ja) | 圧電磁器組成物、その製造方法、及び圧電素子 | |
JP5196124B2 (ja) | 圧電磁器組成物および積層型圧電素子 | |
JP4735837B2 (ja) | 積層型圧電素子の製造方法及び積層型圧電素子 | |
JP4793579B2 (ja) | 圧電磁器組成物および積層型圧電素子 | |
JP4424177B2 (ja) | 圧電磁器および圧電素子 | |
JP4711083B2 (ja) | 積層型圧電素子 | |
JP4993056B2 (ja) | 積層型圧電素子の製造方法及び酸素供給方法 | |
JP4367949B2 (ja) | 圧電素子及びその製造方法 | |
JP3966882B2 (ja) | 圧電磁器組成物の製造方法 | |
JP2007238355A (ja) | 圧電磁器組成物の製造方法及び積層型圧電素子の製造方法 | |
JP5205702B2 (ja) | 積層型圧電素子及びその製造方法 | |
JP2003277142A (ja) | 圧電セラミックスおよび圧電アクチュエータ | |
JP5018602B2 (ja) | 圧電磁器組成物、並びにこれを用いた圧電磁器及び積層型圧電素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090916 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100127 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130226 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4462438 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100209 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140226 Year of fee payment: 4 |