JP5386848B2 - Piezoelectric ceramic - Google Patents

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本発明は、圧電磁器に関する。 The present invention relates to a pressure electromagnetic device.

電界を加えると機械的な歪み及び応力を発生する、いわゆる圧電現象を示す圧電磁器が知られている。このような圧電磁器は、アクチュエータや圧電ブザー、発音体、センサなどの各種圧電素子に用いられている。   Piezoelectric ceramics exhibiting a so-called piezoelectric phenomenon that generates mechanical strain and stress when an electric field is applied are known. Such piezoelectric ceramics are used in various piezoelectric elements such as actuators, piezoelectric buzzers, sounding bodies, sensors, and the like.

圧電磁器を利用したアクチュエータは、微量な変位を高精度に得ることができると共に、発生応力が大きい等の特徴を有しており、例えば、精密工作機械や光学装置の位置決めに用いられている。アクチュエータに用いられる圧電磁器としては、優れた圧電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が最も多く利用されている。しかし、チタン酸ジルコン酸鉛は鉛を多く含んでいるので、最近では、酸性雨による鉛の溶出など地球環境に及ぼす影響が懸念されている。そこで、チタン酸ジルコン酸鉛に代わる、鉛の量が十分に低減された圧電磁器の材料が求められている。かかる要求に応じて、鉛を含有しない様々な圧電磁器の材料が提案されている。   An actuator using a piezoelectric ceramic can obtain a small amount of displacement with high accuracy and has characteristics such as a large generated stress. For example, it is used for positioning a precision machine tool or an optical device. As a piezoelectric ceramic used for an actuator, lead zirconate titanate (PZT) having excellent piezoelectricity is most frequently used. However, since lead zirconate titanate contains a large amount of lead, recently, there is a concern about the influence on the global environment such as elution of lead by acid rain. Accordingly, there is a need for a piezoelectric ceramic material in which the amount of lead is sufficiently reduced instead of lead zirconate titanate. In response to such demands, various piezoelectric ceramic materials not containing lead have been proposed.

鉛を含有しない圧電磁器の材料としては、チタン酸バリウム(BaTiO)が知られている。また、このチタン酸バリウムの圧電特性を改善するために、複数のペロブスカイト型化合物を含有させた2成分系や3成分系の材料が提案されている。 As a piezoelectric ceramic material not containing lead, barium titanate (BaTiO 3 ) is known. In order to improve the piezoelectric characteristics of this barium titanate, two-component or three-component materials containing a plurality of perovskite compounds have been proposed.

例えば、特許文献1及び2では、NaおよびKを含む第1の元素と、NbおよびTaからなる群のうちの少なくともNbを含む第2の元素と、酸素(O)とからなるペロブスカイト型酸化物と、アルカリ土類金属元素を含む第3の元素と、チタン(Ti)を含む第4の元素と、酸素とからなるペロブスカイト型酸化物と、タングステンブロンズ型酸化物とを含有する圧電材料が提案されている。この圧電材料は、比較的大きな変位量を示すものである。
特開2005−179143号公報 特開2005−179144号公報
For example, in Patent Documents 1 and 2, a perovskite-type oxide composed of a first element containing Na and K, a second element containing at least Nb in the group consisting of Nb and Ta, and oxygen (O). , A third material containing an alkaline earth metal element, a fourth element containing titanium (Ti), a perovskite oxide composed of oxygen, and a tungsten bronze oxide are proposed. Has been. This piezoelectric material exhibits a relatively large amount of displacement.
JP 2005-179143 A JP 2005-179144 A

しかしながら、特許文献1及び2記載の圧電磁器は、従来のチタン酸バリウムやニオブ酸ナトリウムカリウムリチウムの比べて大きな変位量を示すものの、この圧電磁器を構成する焼結体は抵抗がそれ程高くなく、分極電圧を十分に大きくすることができない。このため、チタン酸ジルコン酸鉛に比較して圧電特性が未だ低く、更なる改善が求められている。   However, although the piezoelectric ceramics described in Patent Documents 1 and 2 show a large amount of displacement compared to conventional barium titanate and sodium potassium lithium niobate, the sintered body constituting this piezoelectric ceramic is not so high in resistance. The polarization voltage cannot be increased sufficiently. For this reason, the piezoelectric characteristics are still low compared with lead zirconate titanate, and further improvement is required.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、鉛の含有量が十分に低減されるとともに、圧電特性に十分優れた圧電磁器及び当該圧電磁器を備える圧電素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric ceramic having a sufficiently reduced piezoelectric content and sufficiently excellent piezoelectric characteristics and a piezoelectric element including the piezoelectric ceramic. .

上記目的を達成するため、本発明者らは、大きな発生変位量を得ることが可能な組成や微細構造について種々検討を行った。通常、焼結体を十分に分極させるためには、焼結体の結晶粒を大きくすることが必要である。しかしながら、従来は、結晶粒を大きくするために焼成温度を上げると、誘電損失(tanδ)が増大してしまうという問題があった。ところが、本発明者らは、焼結体の焼成雰囲気を特定の条件とすることによって、焼結温度を高くしても、誘電損失(tanδ)の増大を抑制できることを見出した。   In order to achieve the above object, the present inventors have conducted various studies on compositions and microstructures capable of obtaining a large amount of generated displacement. Usually, in order to sufficiently polarize the sintered body, it is necessary to enlarge the crystal grains of the sintered body. However, conventionally, there has been a problem that the dielectric loss (tan δ) increases when the firing temperature is increased in order to enlarge the crystal grains. However, the present inventors have found that an increase in dielectric loss (tan δ) can be suppressed even when the sintering temperature is increased by setting the firing atmosphere of the sintered body to a specific condition.

すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表される主成分と、Cr,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含む副成分とを含有し、副成分をそれぞれCr,Fe,CoO,CuO及びNiOに換算したときに、主成分に対する副成分の含有量が0.05〜1.0質量%である焼結体を備えており、焼結体は、酸素分圧が0.1atm以下の雰囲気中で焼成されたものであり、焼結体の結晶粒の平均粒径が0.9μm以上である圧電磁器を提供する。 That is, the present invention contains a main component represented by the following general formula (1) and a subcomponent containing at least one compound containing Cr, Fe, Co, Cu or Ni as a constituent element, When converted into Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CoO, CuO and NiO, respectively, the content of subcomponents relative to the main component is 0.05 to 1.0% by mass, and includes a sintered body. The sintered body is fired in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.1 atm or less , and provides a piezoelectric ceramic in which the average grain size of the sintered body is 0.9 μm or more.

a(NaLi)[Nb(1−α)Taα]O−bBa[Nb(1−α)Taα−cABO・・・・(1)
式(1)中、a,b,c,x,y,z,αは、それぞれ、
a+b+c=1、
0≦b≦0.01、
0≦c≦0.1、
0.35≦x≦0.65、
0.35≦y≦0.55、
0≦z≦0.1、及び
0≦α≦0.2を満足する数値であり、
ABOは、CaTiO,CaZrO,SrTiO,SrZrO,BaTiO,及びBaZrOからなる群より選ばれる少なくとも一つの化合物である。
a (Na x K y Li z ) [Nb (1-α) Ta α] O 3 -bBa [Nb (1-α) Ta α] 2 O 6 -cABO 3 ···· (1)
In the formula (1), a, b, c, x, y, z, and α are respectively
a + b + c = 1,
0 ≦ b ≦ 0.01,
0 ≦ c ≦ 0.1,
0.35 ≦ x ≦ 0.65,
0.35 ≦ y ≦ 0.55,
A numerical value satisfying 0 ≦ z ≦ 0.1 and 0 ≦ α ≦ 0.2,
ABO 3 is at least one compound selected from the group consisting of CaTiO 3 , CaZrO 3 , SrTiO 3 , SrZrO 3 , BaTiO 3 , and BaZrO 3 .

本発明の圧電磁器は、構成元素として鉛を有しない複合酸化物からなる組成物を主成分として含有するため、鉛の含有量が十分に低減されており、環境性に十分に優れている。また、本発明の圧電磁器は、結晶粒の平均粒径が十分に大きいため、優れた圧電特性を有している。本発明者らは、このような効果が得られる理由を以下の通り推察している。すなわち、本発明の圧電磁器に備えられる焼結体は、酸素分圧が低減された雰囲気中で焼成して得られたものであるため、tanδの増大を十分に抑制することができる。このようにtanδの増大を抑制できるようになった理由の一つとして、酸素分圧が低減された雰囲気中で焼成することによって、圧電磁器に含まれる副成分の構成元素である遷移金属の価数のばらつきを抑制することが可能になったためであると推察している。したがって、焼成温度を従来よりも高くして、焼結体の粒径を大きくすることが可能となり、電気抵抗を十分に大きくして十分に分極させることが可能となった。   Since the piezoelectric ceramic according to the present invention contains as a main component a composition composed of a complex oxide not containing lead as a constituent element, the lead content is sufficiently reduced and the environment is sufficiently excellent. The piezoelectric ceramic of the present invention has excellent piezoelectric characteristics because the average grain size of crystal grains is sufficiently large. The present inventors infer the reason why such an effect is obtained as follows. That is, since the sintered body provided in the piezoelectric ceramic according to the present invention is obtained by firing in an atmosphere with a reduced oxygen partial pressure, an increase in tan δ can be sufficiently suppressed. As one of the reasons why the increase in tan δ can be suppressed in this way, the value of the transition metal that is a constituent element of the subcomponent included in the piezoelectric ceramic is obtained by firing in an atmosphere with a reduced oxygen partial pressure. This is presumed to be because the variation in the number can be suppressed. Therefore, it is possible to increase the particle size of the sintered body by increasing the firing temperature as compared with the conventional case, and it is possible to sufficiently polarize by sufficiently increasing the electric resistance.

通常、複合酸化物を主成分とする圧電磁器用の材料は、複合酸化物を構成する酸素イオンや金属イオンの飛散を防止するために、酸素分圧を空気よりも下げて焼成することは行われていなかった。このため、むしろ酸素分圧が高い雰囲気で焼成することが好ましいと考えられていた。ところが、本発明では、上記一般式(1)で表わされる主成分と特定の副成分とを所定の比率で含有する特定の組成とすることにより、酸素分圧を空気より低くして焼成しても、複合酸化物の結晶構造は損なわれずに、圧電特性を大幅に向上させることが可能となった。   In general, a material for a piezoelectric ceramic mainly composed of a composite oxide is fired at a lower oxygen partial pressure than air in order to prevent scattering of oxygen ions and metal ions constituting the composite oxide. It wasn't. For this reason, it was thought that it was preferable to bake in an atmosphere with a high oxygen partial pressure. However, in the present invention, the specific composition containing the main component represented by the general formula (1) and the specific subcomponent in a predetermined ratio is used, and the oxygen partial pressure is made lower than that of air and fired. However, the piezoelectric characteristics can be greatly improved without damaging the crystal structure of the composite oxide.

本発明では、焼結体が、1150〜1300℃で焼成されたものである。これによって、焼結が十分に進行し、圧電特性を一層向上することができる。
In the present invention, the sintered body, Ru der those fired at 1150 to 1300 ° C.. As a result, the sintering proceeds sufficiently and the piezoelectric characteristics can be further improved.

本発明は、CaTiO,CaZrO,SrTiO,SrZrO,BaTiO,及びBaZrOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有するペロブスカイト型酸化物と、ナトリウム化合物、カリウム化合物、ニオブ化合物及びバリウム化合物からなる必須成分、並びにリチウム化合物及び/又はタンタル化合物からなる任意成分を含む原料組成物と、構成元素としてCr,Fe,Co,CuまたはNiを有する少なくとも一種の化合物を含有する添加物と、を混合して混合物を調製する混合工程と、混合物を750〜1100℃で仮焼した後、成形し、酸素分圧が0.1atm以下の雰囲気中で焼成して、下記一般式(1)で表される主成分とCr,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含む副成分とを含有し、副成分をそれぞれCr,Fe,CoO,CuO及びNiOに換算したときに、主成分に対する副成分の含有量が0.05〜1.0質量%である焼結体を得る焼成工程と、焼結体に分極処理を施して圧電磁器を得る分極処理工程と、を有する、圧電磁器の製造方法を提供する。 The present invention relates to a perovskite oxide containing at least one compound selected from the group consisting of CaTiO 3 , CaZrO 3 , SrTiO 3 , SrZrO 3 , BaTiO 3 , and BaZrO 3 , a sodium compound, a potassium compound, a niobium compound, and A raw material composition comprising an essential component comprising a barium compound and an optional component comprising a lithium compound and / or a tantalum compound, and an additive comprising at least one compound having Cr, Fe, Co, Cu or Ni as a constituent element; , And the mixture is calcined at 750 to 1100 ° C., then molded and fired in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.1 atm or less , and the following general formula (1) And at least a constituent element composed of Cr, Fe, Co, Cu or Ni It contains a subcomponent including one compound, subcomponent, respectively Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, CoO, when converted to CuO and NiO, 0.05 to the content of subcomponents with respect to the main component There is provided a method for manufacturing a piezoelectric ceramic, comprising: a firing step for obtaining a sintered body of 1.0% by mass; and a polarization treatment step for obtaining a piezoelectric ceramic by subjecting the sintered body to polarization treatment.

本発明の圧電磁器の製造方法では、CaTiO,CaZrO,SrTiO,SrZrO,BaTiO,及びBaZrOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有するペロブスカイト型酸化物と、他の原料、すなわち、(NaLi)[Nb(1−α)Taα]OとBa[Nb(1−α)Taαと副成分の原料、すなわち上記添加物とを混合して焼結させている。これによって、主成分として上記一般式(1)で表される組成物と、副成分として特定の金属化合物とを含有する焼結体を得ることができる。このような組成を有する焼結体は、圧電磁器として好適に用いられるものであるが、本発明の製造方法では、当該焼結体を酸素分圧が低減された雰囲気中で焼成して調製している。このため、空気中で焼成する場合に比べて、tanδの増大を十分に抑制することができる。 In the method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to the present invention, a perovskite oxide containing at least one compound selected from the group consisting of CaTiO 3 , CaZrO 3 , SrTiO 3 , SrZrO 3 , BaTiO 3 , and BaZrO 3 , and other raw materials , i.e., (Na x K y Li z ) [Nb (1-α) Ta α] O 3 and Ba [Nb (1-α) Ta α] and 2 O 6 subcomponent material, i.e. the above additives It is mixed and sintered. Thereby, a sintered body containing the composition represented by the general formula (1) as a main component and a specific metal compound as a subcomponent can be obtained. A sintered body having such a composition is suitably used as a piezoelectric ceramic. In the manufacturing method of the present invention, the sintered body is prepared by firing in an atmosphere with a reduced oxygen partial pressure. ing. For this reason, compared with the case where it bakes in air, increase of tan-delta can fully be suppressed.

このようにtanδの増大を抑制できるようになった理由の一つとして、酸素分圧が低減された雰囲気中で焼成することによって、添加物の構成元素である遷移金属の価数の変動を抑制することが可能になったためであると推察している。したがって、本発明の圧電磁器の製造方法では、焼結体を得るための焼成温度範囲を十分に広くすることができる。また、焼成温度を従来よりも高くして、焼結体の粒成長を促進し、粒径を大きくすることによって、電気抵抗を大きくして十分に分極させることができる。このため、本発明の圧電磁器の製造方法によれば、圧電特性に十分優れる圧電磁器を製造することができる。   As one of the reasons why the increase in tan δ can be suppressed in this way, the fluctuation of the valence of the transition metal, which is a constituent element of the additive, is suppressed by firing in an atmosphere with a reduced oxygen partial pressure. I guess it is because it became possible to do. Therefore, in the method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to the present invention, the firing temperature range for obtaining a sintered body can be sufficiently widened. In addition, by increasing the firing temperature to promote grain growth of the sintered body and increasing the grain size, the electrical resistance can be increased and polarization can be sufficiently achieved. For this reason, according to the piezoelectric ceramic manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric ceramic that is sufficiently excellent in piezoelectric characteristics.

本発明の圧電磁器の製造方法では、添加物が、Cr 、F,CoO,CuO及びNiOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有することが好ましい。これによって、得られる圧電磁器の圧電特性を一層向上することができる。 In the manufacturing method of the piezoelectric ceramic of the present invention, additive, Cr 2 O 3, F e 2 O 3, CoO, preferably contains at least one compound selected from the group consisting of CuO and NiO. Thereby, the piezoelectric characteristics of the obtained piezoelectric ceramic can be further improved.

本発明の圧電磁器の製造方法では、原料組成物に必須成分または任意成分として含まれるナトリウム化合物、カリウム化合物、ニオブ化合物、バリウム化合物、リチウム化合物、及びタンタル化合物が、酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、または水酸化物であることが好ましい。このような化合物を用いることによって、得られる焼結体に、不純物である未反応成分が残存することを十分に抑制することができる。また、焼成時に円滑に反応が進行するため、焼成時間を短縮することができる。   In the method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to the present invention, a sodium compound, a potassium compound, a niobium compound, a barium compound, a lithium compound, and a tantalum compound included as essential or optional components in the raw material composition are oxides, carbonates, and oxalic acid. It is preferably a salt or a hydroxide. By using such a compound, it can fully suppress that the unreacted component which is an impurity remains in the obtained sintered compact. In addition, since the reaction proceeds smoothly during firing, the firing time can be shortened.

本発明ではまた、上述の圧電磁器を備える圧電素子を提供する。この圧電素子は、例えば、複数の電極と、複数の電極の間に設けられた上述の圧電磁器と、を備える圧電素子であってもよい。また、電極と上述の圧電磁器とが交互に積層された素体と、該素体を挟むように該素体の両端面にそれぞれ設けられ、電極と電気的に接続されている一対の端子電極と、を備える圧電素子を提供する。このような圧電素子は、上記特徴を有する圧電磁器を備えるため、環境性に優れ且つ圧電特性にも十分に優れている。   The present invention also provides a piezoelectric element including the above-described piezoelectric ceramic. This piezoelectric element may be, for example, a piezoelectric element including a plurality of electrodes and the above-described piezoelectric ceramic provided between the plurality of electrodes. Also, an element body in which electrodes and the above-described piezoelectric ceramics are alternately stacked, and a pair of terminal electrodes provided on both end faces of the element body so as to sandwich the element body and electrically connected to the electrodes A piezoelectric element comprising: Since such a piezoelectric element includes the piezoelectric ceramic having the above-described characteristics, it has excellent environmental characteristics and sufficiently excellent piezoelectric characteristics.

本発明によれば、鉛の含有量が十分に低減されるとともに、十分優れた圧電特性を有する圧電磁器、及び当該圧電磁器を備える圧電素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while content of lead is fully reduced, a piezoelectric ceramic which has the piezoelectric characteristic which was fully excellent, and a piezoelectric element provided with the said piezoelectric ceramic can be provided.

以下、場合により図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。   In the following, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as the case may be. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.

図1は本発明の圧電素子の一実施形態を示す斜視図である。圧電素子20は、圧電磁器1と、この圧電磁器1の対向する一対の面上にそれぞれ設けられた一対の電極2,3とを備えている。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the piezoelectric element of the present invention. The piezoelectric element 20 includes a piezoelectric ceramic 1 and a pair of electrodes 2 and 3 provided respectively on a pair of opposing surfaces of the piezoelectric ceramic 1.

圧電磁器1は、例えば、厚さ方向、すなわち一対の電極2,3が対向する方向に分極されており、電極2,3を介して電圧が印加されることにより、厚み方向に縦振動および径方向に広がり振動することができる。電極2,3は、例えば、金(Au)などの金属によりそれぞれ構成されている。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することができる(図示しない)。   For example, the piezoelectric ceramic 1 is polarized in the thickness direction, that is, the direction in which the pair of electrodes 2 and 3 are opposed to each other. Can spread and vibrate in the direction. The electrodes 2 and 3 are made of metal such as gold (Au), for example. The electrodes 2 and 3 can be electrically connected to an external power source via wires or the like (not shown).

圧電磁器1は、焼結体から構成されるものである。当該焼結体は、上記一般式(1)で表される主成分を含有する。当該主成分は、Nb及びアルカリ金属元素を構成元素とする第1のペロブスカイト型酸化物、Nb及びTaを構成元素とするタングステンブロンズ型酸化物、並びにアルカリ土類金属を構成元素とする、第1のペロブスカイト型酸化物とは異なる第2のペロブスカイト型酸化物を含有する。   The piezoelectric ceramic 1 is composed of a sintered body. The said sintered compact contains the main component represented by the said General formula (1). The main component includes a first perovskite oxide having Nb and alkali metal elements as constituent elements, a tungsten bronze oxide having Nb and Ta as constituent elements, and an alkaline earth metal as constituent elements. And a second perovskite oxide different from the perovskite oxide.

焼結体の主成分は、3種類の複合酸化物の固溶体で構成されており、具体的には、下記一般式(2)で表される第1のペロブスカイト型酸化物と、下記一般式(3)で表されるタングステンブロンズ型酸化物と、下記一般式(4)で表される第2のペロブスカイト型酸化物とから構成される。   The main component of the sintered body is composed of a solid solution of three kinds of complex oxides. Specifically, the first perovskite oxide represented by the following general formula (2) and the following general formula ( 3) a tungsten bronze type oxide, and a second perovskite type oxide represented by the following general formula (4).

(NaLi)[Nb(1−α)Taα]O・・・(2)
Ba[Nb(1−α)Taα・・・(3)
ABO・・・(4)
(Na x K y Li z ) [Nb (1-α) Ta α ] O 3 (2)
Ba [Nb (1-α) Ta α ] 2 O 6 (3)
ABO 3 (4)

一般式(2)及び(3)中、x,y,z,αは、それぞれ、0.35≦x≦0.65、0.35≦y≦0.55、0≦z≦0.1、0≦α≦0.2、をそれぞれ満足する数値を示す。第2のペロブスカイト酸化物は、CaTiO,CaZrO,SrTiO,SrZrO,BaTiO,及びBaZrOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する。 In the general formulas (2) and (3), x, y, z, and α are 0.35 ≦ x ≦ 0.65, 0.35 ≦ y ≦ 0.55, and 0 ≦ z ≦ 0.1, respectively. Numerical values satisfying 0 ≦ α ≦ 0.2 are shown. The second perovskite oxide contains at least one compound selected from the group consisting of CaTiO 3 , CaZrO 3 , SrTiO 3 , SrZrO 3 , BaTiO 3 , and BaZrO 3 .

焼結体の主成分における、一般式(2)、(3)、(4)の各化合物のモル比は、一般式(2)、(3)、(4)の各化合物の総量に対して、式(2)の第1のペロブスカイト型酸化物が0.89〜0.97、式(3)のタングステンブロンズ型酸化物が0〜0.01、式(4)の第2のペロブスカイト型酸化物が0〜0.1であることが好ましい。また、当該モル比は、一般式(2)、(3)、(4)の各化合物の総量に対して、式(2)の第1のペロブスカイト型酸化物が0.92〜0.97、式(3)のタングステンブロンズ型酸化物が0.002〜0.003、式(4)の第2のペロブスカイト型酸化物が0.03〜0.07であることがより好ましい。   The molar ratio of each compound of general formula (2), (3), (4) in the main component of the sintered body is relative to the total amount of each compound of general formula (2), (3), (4). The first perovskite oxide of the formula (2) is 0.89 to 0.97, the tungsten bronze oxide of the formula (3) is 0 to 0.01, and the second perovskite oxide of the formula (4) It is preferable that a thing is 0-0.1. The molar ratio is 0.92 to 0.97 for the first perovskite oxide of the formula (2) with respect to the total amount of the compounds of the general formulas (2), (3) and (4). More preferably, the tungsten bronze type oxide of the formula (3) is 0.002 to 0.003, and the second perovskite type oxide of the formula (4) is 0.03 to 0.07.

焼結体は、副成分として、クロム酸化物、マンガン酸化物、鉄酸化物、コバルト酸化物、銅酸化物及びニッケル酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の酸化物を含有することが好ましい。焼結体は、これらの酸化物以外、または酸化物の代わりに、酸化物とは異なるCr,Mn,Fe,Co,CuまたはNi元素を有する化合物を含有してもよい。副成分として上記の酸化物を含有することによって、一層十分に優れた圧電特性を有する圧電磁器とすることができる。   The sintered body preferably contains at least one oxide selected from the group consisting of chromium oxide, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, copper oxide and nickel oxide as a subcomponent. The sintered body may contain a compound having a Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni element different from the oxide other than these oxides or instead of the oxide. By containing the above oxide as a subcomponent, a piezoelectric ceramic having sufficiently more excellent piezoelectric characteristics can be obtained.

焼結体の主成分の含有量は、一層優れた圧電特性を得る観点から、焼結体全体に対して95質量%以上であることが好ましく、98質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがさらに好ましい。焼結体は、主成分全体に対して、副成分を酸化物に換算して合計で0.05〜1.0質量%含有する。副成分の含有量が、0.05質量%未満の場合、優れた圧電特性が得られない。一方、当該含有量が1.0質量%を超える場合も、優れた圧電特性が得られない。なお、副成分は、焼結体中に粒状で存在していても、主成分の粒子に固溶していてもよい。   The content of the main component of the sintered body is preferably 95% by mass or more, more preferably 98% by mass or more, based on the whole sintered body from the viewpoint of obtaining more excellent piezoelectric characteristics. More preferably, it is at least mass%. A sintered compact contains 0.05-1.0 mass% in total of a subcomponent in conversion to an oxide with respect to the whole main component. When the content of the subcomponent is less than 0.05% by mass, excellent piezoelectric characteristics cannot be obtained. On the other hand, when the content exceeds 1.0% by mass, excellent piezoelectric characteristics cannot be obtained. The subcomponent may be present in a granular form in the sintered body or may be dissolved in the main component particles.

上記一般式(2)、(3)、(4)で表されるそれぞれの化合物は、焼結体中において、互いに固溶していることが好ましい。これによって、圧電特性のばらつきを十分に抑制することができる。   The compounds represented by the general formulas (2), (3), and (4) are preferably in solid solution with each other in the sintered body. As a result, variations in piezoelectric characteristics can be sufficiently suppressed.

圧電磁器1の組成は、蛍光X線分析、X線回折、ICP発光分光分析によって特定することができる。これらの分析は、市販の分析装置を用いて、通常の方法によって行うことができる。   The composition of the piezoelectric ceramic 1 can be specified by fluorescent X-ray analysis, X-ray diffraction, and ICP emission spectroscopic analysis. These analyzes can be performed by a usual method using a commercially available analyzer.

焼結体を構成する結晶粒の平均粒径は、0.9μm以上であり、2μm以上であることが好ましく、4μm以上であることがより好ましい。一般的には、平均粒径が大きいほど、圧電特性は向上する傾向がある。しかし、平均粒径が過剰に大きくなると、空孔が生じ易くなって相対密度が低下する傾向がある。かかる観点から、平均粒径の上限は50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。   The average grain size of the crystal grains constituting the sintered body is 0.9 μm or more, preferably 2 μm or more, and more preferably 4 μm or more. In general, the larger the average particle size, the better the piezoelectric characteristics. However, when the average particle size becomes excessively large, voids are likely to occur and the relative density tends to decrease. From this viewpoint, the upper limit of the average particle diameter is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and further preferably 10 μm or less.

焼結体の平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)で焼結体の表面または断面を観察することによって測定することができる。本実施形態の平均粒径は、5000倍に拡大された表面または断面画像において、ランダムに150個の粒子を抽出し、それらの平均値を算出することによって求めることができる。   The average particle diameter of the sintered body can be measured by observing the surface or cross section of the sintered body with a scanning electron microscope (SEM). The average particle diameter of the present embodiment can be obtained by extracting 150 particles randomly from the surface or cross-sectional image magnified 5000 times and calculating the average value thereof.

次に、図1に示す圧電磁器1及び圧電素子20の製造方法について以下に説明する。本実施形態の圧電磁器1の製造方法は、第2のペロブスカイト型酸化物を調製する準備工程と、該第2のペロブスカイト型酸化物と、ナトリウム化合物、カリウム化合物、ニオブ化合物及びバリウム化合物を含有する必須成分、並びにリチウム化合物及び/又はタンタル化合物を含有する任意成分を含む原料組成物と、Cr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含有する添加物と、を混合して混合物を調製する混合工程と、該混合物を仮焼して造粒し、造粒粉を得る仮焼工程と、造粒粉を成形して酸素分圧が2.1×10−1atm未満の雰囲気中で焼成して、上記一般式(1)で表される組成物とCr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の金属化合物とを含有し、組成物全体に対する該金属化合物全体の含有量が0.05〜1.0質量%である焼結体を得る焼成工程と、焼結体に分極処理を施して圧電磁器を得る分極処理工程と、を有する。以下、各工程について詳細に説明する。 Next, a method for manufacturing the piezoelectric ceramic 1 and the piezoelectric element 20 shown in FIG. 1 will be described below. The manufacturing method of the piezoelectric ceramic 1 of the present embodiment includes a preparation step for preparing a second perovskite oxide, the second perovskite oxide, a sodium compound, a potassium compound, a niobium compound, and a barium compound. A raw material composition containing an essential component and an optional component containing a lithium compound and / or a tantalum compound, and an additive containing at least one compound containing Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni as a constituent element; Mixing step for preparing a mixture by mixing the mixture, calcining step for granulating the mixture to obtain granulated powder, and forming the granulated powder into an oxygen partial pressure of 2.1 × 10 Firing in an atmosphere of less than 1 atm, containing the composition represented by the general formula (1) and at least one metal compound containing Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni as a constituent element A firing step for obtaining a sintered body having a content of the entire metal compound of 0.05 to 1.0% by mass relative to the whole composition, and a polarization treatment step for obtaining a piezoelectric ceramic by subjecting the sintered body to polarization treatment And having. Hereinafter, each step will be described in detail.

準備工程では、上記一般式(4)で表される第2のペロブスカイト型酸化物を調製する。一般式(4)におけるA及びBの元素を含む原料をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に混合したのち、乾燥させ、1000〜1300℃で2〜4時間焼成することにより、ABOで表される複合酸化物(第2のペロブスカイト型酸化物)を調製する。第2のペロブスカイト型酸化物は、CaTiO,CaZrO,SrTiO,SrZrO,BaTiO,及びBaZrOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する。 In the preparation step, a second perovskite oxide represented by the general formula (4) is prepared. After the raw material containing an element A and B in the general formula (4) were mixed well in an organic solvent or water by a ball mill etc. and dried and baked for 2 to 4 hours at 1000 to 1300 ° C., in ABO 3 A composite oxide represented (second perovskite oxide) is prepared. The second perovskite oxide contains at least one compound selected from the group consisting of CaTiO 3 , CaZrO 3 , SrTiO 3 , SrZrO 3 , BaTiO 3 , and BaZrO 3 .

混合工程では、まず、圧電磁器1の主成分の原料となる原料組成物を準備する。原料組成物は、構成元素としてNaを含有するナトリウム化合物、構成元素としてKを含有するカリウム化合物、構成元素としてNbを含有するニオブ化合物、及び構成元素としてBaを含有するバリウム化合物を必須成分として含有する。また、該原料組成物は、構成元素としてLiを含有するリチウム化合物、及び/又は構成元素としてTaを含有するタンタル化合物を、任意成分として含有していてもよい。原料組成物に含まれる上述の各化合物としては、入手が容易な粉末状の酸化物を用いることができる。酸化物以外に、例えば炭酸塩またはシュウ酸塩のように、焼成により酸化物となるものを用いてもよい。   In the mixing step, first, a raw material composition that is a raw material of the main component of the piezoelectric ceramic 1 is prepared. The raw material composition contains, as essential components, a sodium compound containing Na as a constituent element, a potassium compound containing K as a constituent element, a niobium compound containing Nb as a constituent element, and a barium compound containing Ba as a constituent element. To do. Moreover, this raw material composition may contain a lithium compound containing Li as a constituent element and / or a tantalum compound containing Ta as a constituent element as an optional component. As each of the above-mentioned compounds contained in the raw material composition, an easily available powdered oxide can be used. In addition to oxides, those that become oxides upon firing, such as carbonates or oxalates, may be used.

上記原料組成物とは別に、構成元素としてCrを有するCr化合物、構成元素としてMnを有するMn化合物、構成元素としてFeを有するFe化合物、構成元素としてCoを有するCo化合物、構成元素としてCuを有するCu化合物、及び構成元素としてNiを有するNi化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する添加物を準備する。添加物は、圧電磁器の副成分となり得るものであり、Cr、MnCO、Fe,CoO,CuO及びNiOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有することが好ましい。このような化合物を用いることによって、得られる圧電磁器の圧電特性を一層向上させることができる。 Separately from the above raw material composition, Cr compound having Cr as a constituent element, Mn compound having Mn as a constituent element, Fe compound having Fe as a constituent element, Co compound having Co as a constituent element, Cu as a constituent element An additive containing at least one compound selected from the group consisting of a Cu compound and a Ni compound having Ni as a constituent element is prepared. The additive can be a subcomponent of the piezoelectric ceramic, and preferably contains at least one compound selected from the group consisting of Cr 2 O 3 , MnCO 3 , Fe 2 O 3 , CoO, CuO and NiO. By using such a compound, the piezoelectric characteristics of the obtained piezoelectric ceramic can be further improved.

上述の通り調製した、原料組成物及び第2のペロブスカイト型酸化物を、十分に乾燥させたのち、上記一般式(1)の組成となるような比率で、主成分の各原料を秤量する。また、この主成分の各原料に応じて生成する上記一般式(1)の組成物の総量に対し、副成分の含有量が上述の酸化物にそれぞれ換算して合計で0.05〜1.0質量%となるように副成分の原料である添加物を秤量する。   The raw material composition and the second perovskite oxide prepared as described above are sufficiently dried, and then each raw material of the main component is weighed in such a ratio that the composition of the general formula (1) is obtained. In addition, the total content of the composition of the above general formula (1) generated according to each raw material of this main component is 0.05 to 1. The additive which is a raw material of the auxiliary component is weighed so that it becomes 0% by mass.

秤量した後、主成分の各原料と副成分の原料(添加物)とを、ボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に混合して混合物を調製する。   After weighing, the raw materials of the main component and the raw materials (additives) of the subcomponent are sufficiently mixed in an organic solvent or water by a ball mill or the like to prepare a mixture.

準備工程で、上記一般式(4)で表される第2のペロブスカイト型酸化物を作製した後に、当該第2のペロブスカイト型酸化物と他の主成分の原料及び添加物とを混合する理由は以下の通りである。第2のペロブスカイト型化合物の原料と、他の主成分の原料及び添加物とを混合して後述の仮焼を行うと、第2のペロブスカイト型化合物が生成せず、目的とする上記一般式(1)で表される主成分が得られないからである。   The reason for mixing the second perovskite oxide and other main component materials and additives after preparing the second perovskite oxide represented by the general formula (4) in the preparation step is as follows. It is as follows. When the raw material of the second perovskite compound and the raw materials and additives of other main components are mixed and calcined as described later, the second perovskite compound is not produced, and the target general formula ( This is because the main component represented by 1) cannot be obtained.

仮焼工程では、混合工程で得られた混合物を乾燥し、プレス成形して、空気雰囲気下、750〜1100℃で1〜4時間仮焼する。これによって、上記一般式(1)で表されるような組成物と、Cr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の金属化合物を含有する仮焼物が得られる。この仮焼物を、例えば、ボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に粉砕し、再び乾燥して、バインダを加えて造粒する。   In the calcining step, the mixture obtained in the mixing step is dried, press-molded, and calcined at 750 to 1100 ° C. for 1 to 4 hours in an air atmosphere. Thereby, a calcined product containing the composition represented by the general formula (1) and at least one metal compound containing Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni as constituent elements is obtained. The calcined product is sufficiently pulverized in an organic solvent or water using a ball mill or the like, dried again, and granulated with a binder.

焼結工程では、造粒粉を一軸プレス成形機や静水圧成形機(CIP)などを用いてプレス成形して成形体を得る。その後、例えば、この成形体を加熱して脱バインダを行い、1150〜1300℃で2〜10時間焼成することによって、焼結体を得ることができる。焼成の際の雰囲気は、空気よりも酸素分圧を低くする必要があり(0.21atm未満)、酸素分圧を0.1atm以下とすることが好ましく、3×10−6atm以下とすることがより好ましい。焼成の際の雰囲気は、例えばNやArなどの不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。 In the sintering step, the granulated powder is press-molded using a uniaxial press molding machine, a hydrostatic pressure molding machine (CIP), or the like to obtain a compact. Thereafter, for example, the molded body is heated to remove the binder, and sintered at 1150 to 1300 ° C. for 2 to 10 hours to obtain a sintered body. The atmosphere during firing needs to have a lower oxygen partial pressure than air (less than 0.21 atm), and the oxygen partial pressure is preferably 0.1 atm or less, preferably 3 × 10 −6 atm or less. Is more preferable. The atmosphere during firing is preferably an inert gas atmosphere such as N 2 or Ar.

焼成温度が1350℃を超える場合、酸素分圧が低い雰囲気下で焼成して、十分に粒径を大きくしても、電気抵抗が小さくなる傾向がある。焼成温度は、一層十分優れた圧電特性を備える圧電磁器を得る観点から、1200〜1300℃とすることが好ましく、1250〜1300℃とすることがより好ましい。   When the firing temperature exceeds 1350 ° C., the electrical resistance tends to decrease even if the particle size is sufficiently increased by firing in an atmosphere having a low oxygen partial pressure. The firing temperature is preferably 1200 to 1300 ° C., more preferably 1250 to 1300 ° C., from the viewpoint of obtaining a piezoelectric ceramic having more sufficiently excellent piezoelectric characteristics.

分極処理工程では、得られた焼結体を、必要に応じて加工して所望の形状を形成した後、焼結体を挟むようにして焼結体の一対の面上に電極2,3をそれぞれ設け、加熱したシリコーンオイル中で電界を印加して分極処理を行う。これにより、図1に示す圧電磁器1、及び圧電磁器1と、該圧電磁器1を挟むように設けられた一対の電極2,3とを備える圧電素子20を得ることができる。電極2,3は、銀などのペーストを塗布した後、乾燥し、焼成することによって形成することができる。   In the polarization treatment step, the obtained sintered body is processed as necessary to form a desired shape, and then electrodes 2 and 3 are provided on a pair of surfaces of the sintered body so as to sandwich the sintered body. Then, polarization treatment is performed by applying an electric field in heated silicone oil. Thereby, the piezoelectric ceramic 20 provided with the piezoelectric ceramic 1 and the piezoelectric ceramic 1 shown in FIG. 1 and a pair of electrodes 2 and 3 provided so as to sandwich the piezoelectric ceramic 1 can be obtained. The electrodes 2 and 3 can be formed by applying a paste such as silver, then drying and baking.

次に、本発明の圧電素子の別の実施形態について説明する。   Next, another embodiment of the piezoelectric element of the present invention will be described.

図2は本発明の圧電素子の別の実施形態を示す一側面図である。図2に示す積層型の圧電素子である積層型圧電素子10は、直方体状の積層体11と、この積層体11の対向する端面にそれぞれ形成された一対の端子電極17A,17Bとを備えている。   FIG. 2 is a side view showing another embodiment of the piezoelectric element of the present invention. A multilayer piezoelectric element 10 which is a multilayer piezoelectric element shown in FIG. 2 includes a rectangular parallelepiped multilayer body 11 and a pair of terminal electrodes 17A and 17B formed on opposite end surfaces of the multilayer body 11, respectively. Yes.

積層体11は、圧電体層12を介して内部電極層(電極層)13A,13Bを交互に積層してなる素体14と、この素体14をその積層方向の両端面側(図中上下方向)から挟み込むように設けられた一対の保護層15及び16とから構成される。素体14においては、圧電体層12と内部電極層13A,13Bとが交互に積層されている。   The laminated body 11 includes an element body 14 formed by alternately laminating internal electrode layers (electrode layers) 13A and 13B via piezoelectric layers 12, and the element body 14 is disposed on both end surfaces in the laminating direction (upper and lower sides in the figure). It is comprised from a pair of protective layers 15 and 16 provided so that it may pinch | interpose from direction. In the element body 14, the piezoelectric layers 12 and the internal electrode layers 13A and 13B are alternately stacked.

圧電体層12は、圧電磁器で構成される層である。圧電磁器としては、上述の圧電素子20に備えられる圧電磁器1と同様のものを用いることができる。   The piezoelectric layer 12 is a layer composed of a piezoelectric ceramic. As a piezoelectric ceramic, the thing similar to the piezoelectric ceramic 1 with which the above-mentioned piezoelectric element 20 is equipped can be used.

圧電体層12の1層当たりの厚さは、任意に設定することができるが、例えば1〜100μmにすることができる。   Although the thickness per layer of the piezoelectric layer 12 can be set arbitrarily, it can be set to 1 to 100 μm, for example.

内部電極層13A,13Bはそれぞれ平行となるように設けられている。内部電極層13Aは、一方の端部が積層体11における端子電極17Aが形成された端面に露出するように形成されている。また、内部電極層13Bは、一方の端部が積層体11における端子電極17Bが形成された端面に露出するように形成されている。さらに、内部電極層13Aと内部電極13Bとは、これらの大部分が積層方向に重なり合うように配置されている。そして、内部電極13A,13B間に挟まれた圧電体層12の活性領域18は、内部電極13A,13Bに電圧を印加したときに積層方向に伸縮(変位)する活性部分となる。一方、内部電極13A,13B間に挟まれていない領域19は不活性部分である。   The internal electrode layers 13A and 13B are provided so as to be parallel to each other. The internal electrode layer 13 </ b> A is formed so that one end is exposed to the end surface of the multilayer body 11 where the terminal electrode 17 </ b> A is formed. Further, the internal electrode layer 13B is formed such that one end portion is exposed on the end surface of the multilayer body 11 where the terminal electrode 17B is formed. Furthermore, the internal electrode layer 13A and the internal electrode 13B are arranged so that most of them overlap in the stacking direction. The active region 18 of the piezoelectric layer 12 sandwiched between the internal electrodes 13A and 13B becomes an active portion that expands and contracts (displaces) in the stacking direction when a voltage is applied to the internal electrodes 13A and 13B. On the other hand, the region 19 not sandwiched between the internal electrodes 13A and 13B is an inactive portion.

内部電極層13A,13Bの材質としては、例えば、Au,Pt,Pd,Ni,CuまたはAgなどの金属、あるいはこれらの金属を2種以上含有する合金(Ag−Pd合金など)が用いられる。   As the material of the internal electrode layers 13A and 13B, for example, a metal such as Au, Pt, Pd, Ni, Cu, or Ag, or an alloy containing two or more of these metals (Ag—Pd alloy or the like) is used.

保護層15,16は、セラミックスから構成され、圧電磁器で構成される層であることが好ましい。この保護層15,16を形成する圧電磁器としては、圧電体層12と同様のものが挙げられる。保護層15,16及び圧電体層12を構成する圧電磁器は、同じであっても異なっていてもよい。   The protective layers 15 and 16 are preferably made of ceramics and made of piezoelectric ceramics. Examples of the piezoelectric ceramic for forming the protective layers 15 and 16 include those similar to the piezoelectric layer 12. The piezoelectric ceramics constituting the protective layers 15 and 16 and the piezoelectric layer 12 may be the same or different.

端子電極17A,17Bは、これらが設けられている端面において、当該端面に露出している内部電極13A,13Bの端部とそれぞれ接している。これにより、端子電極17A,17Bは、内部電極13A,13Bとそれぞれ電気的に接続される。この端子電極17A,17Bは、Ag、Au、Cu等を主成分とする導電材料から構成することができる。端子電極17A,17Bの厚さは、用途や積層型圧電素子のサイズ等によって適宜設定されるが、例えば10〜50μmにすることができる。   The terminal electrodes 17A and 17B are in contact with the end portions of the internal electrodes 13A and 13B exposed at the end surfaces at the end surfaces where the terminal electrodes 17A and 17B are provided. Thereby, the terminal electrodes 17A and 17B are electrically connected to the internal electrodes 13A and 13B, respectively. The terminal electrodes 17A and 17B can be made of a conductive material whose main component is Ag, Au, Cu or the like. The thicknesses of the terminal electrodes 17A and 17B are appropriately set depending on the application, the size of the multilayer piezoelectric element, and the like, and can be set to 10 to 50 μm, for example.

次に積層型圧電素子10の製造方法について説明する。圧電体層12は圧電磁器により構成される。この圧電磁器は、上記一般式(1)で表される主成分と、Cr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含む副成分とを含有し、副成分をそれぞれCr,MnO,Fe,CoO,CuO及びNiOに換算したときに、主成分に対する副成分の合計含有量が0.05〜1.0質量%である焼結体からなる。 Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 10 will be described. The piezoelectric layer 12 is composed of a piezoelectric ceramic. The piezoelectric ceramic includes a main component represented by the general formula (1) and a subcomponent including at least one compound containing Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni as a constituent element. Is converted into Cr 2 O 3 , MnO, Fe 2 O 3 , CoO, CuO and NiO, respectively, from a sintered body in which the total content of subcomponents relative to the main component is 0.05 to 1.0 mass%. Become.

積層型圧電素子10の製造方法においては、まず、出発原料として、圧電体層12を形成するための圧電磁器の原料化合物や、その他の添加成分等の出発原料を用意する。具体的には、圧電体層22を構成する圧電磁器の主成分となる複合酸化物の原料として、例えば、構成元素としてナトリウム,カリウム,リチウム,ニオブ,タンタル及びバリウムを有するそれぞれの酸化物粉末を準備する。これら主成分の原料としては、酸化物ではなく、炭酸塩またはシュウ酸塩のように、焼成により酸化物となるものを用いてもよい。   In the method of manufacturing the multilayer piezoelectric element 10, first, a starting material such as a piezoelectric ceramic material compound for forming the piezoelectric layer 12 and other additive components is prepared as a starting material. Specifically, for example, each oxide powder having sodium, potassium, lithium, niobium, tantalum, and barium as constituent elements is used as a raw material of the composite oxide that is a main component of the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric layer 22. prepare. As a raw material for these main components, not an oxide but a material that becomes an oxide by firing, such as carbonate or oxalate, may be used.

上記の原料とは別に、上記一般式(4)に示す第2のペロブスカイト型酸化物を調整する。第2のペロブスカイト型酸化物は、例えば、A及びB元素をそれぞれ含む原料をボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に混合したのち、乾燥させ、1000℃〜1300℃で2時間〜4時間焼成することにより、調製することができる。   Apart from the above raw materials, the second perovskite oxide shown in the general formula (4) is prepared. The second perovskite oxide is prepared by, for example, thoroughly mixing raw materials each containing A and B elements in an organic solvent or water using a ball mill or the like, then drying and baking at 1000 ° C. to 1300 ° C. for 2 to 4 hours. By doing so, it can be prepared.

また、上記の原料とは別に、Cr、Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含有する添加物を準備する。添加物は、圧電磁器の副成分となり得るものであり、Cr、MnCO、Fe,CoO,CuO及びNiOからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有することが好ましい。これによって、得られる圧電磁器の圧電特性を一層向上させることができる。 In addition to the above raw materials, an additive containing at least one compound containing Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni as a constituent element is prepared. The additive can be a subcomponent of the piezoelectric ceramic, and preferably contains at least one compound selected from the group consisting of Cr 2 O 3 , MnCO 3 , Fe 2 O 3 , CoO, CuO and NiO. Thereby, the piezoelectric characteristics of the obtained piezoelectric ceramic can be further improved.

次いで、主成分の各原料及び副成分の原料を十分に乾燥させたのち、上記一般式(1)の組成となるような比率で主成分の原料を秤量する。また、副成分の原料を、上記一般式(1)で表される主成分に対して、酸化物に換算した副成分の合計の含有量が0.05〜1.0質量%となるように秤量する。そして、秤量した主成分の各原料及び副成分の原料を、ボールミルなどにより有機溶媒中または水中で十分に混合する。   Next, after sufficiently drying the raw materials of the main components and the raw materials of the subcomponents, the raw materials of the main components are weighed at a ratio such that the composition of the general formula (1) is obtained. Moreover, the total content of the subcomponents converted to oxides is 0.05 to 1.0% by mass with respect to the main component represented by the general formula (1). Weigh. Then, the weighed main component materials and subcomponent materials are thoroughly mixed in an organic solvent or water by a ball mill or the like.

その後、この混合物を乾燥し、例えば750〜1100℃の温度で1〜4時間の加熱処理を施す仮焼を行う。これにより、上記一般式(1)で表される組成物と、Cr,Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含む仮焼物が得られる。   Thereafter, the mixture is dried, and calcined, for example, at a temperature of 750 to 1100 ° C. for 1 to 4 hours. Thereby, a calcined product containing the composition represented by the general formula (1) and at least one compound having Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni as constituent elements is obtained.

この仮焼物をボールミル等により湿式粉砕した後、これを乾燥させて造粒粉を得る。続いて、この造粒粉に、有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えてボールミル等により20時間程度の混合を行い、圧電体ペーストを得る。   The calcined product is wet pulverized by a ball mill or the like and then dried to obtain granulated powder. Subsequently, an organic binder, an organic solvent, an organic plasticizer, and the like are added to the granulated powder and mixed for about 20 hours by a ball mill or the like to obtain a piezoelectric paste.

この圧電体ペーストを、例えばドクターブレード法によって、ポリエチレンテレフタレート(PET)製のベースフィルム上等に塗布して、圧電体層12を形成するための圧電体グリーンシートを得る。この圧電体グリーンシートは、上記一般式(1)で表される組成物と、Cr、Mn,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物と、バインダとを主に含有する。   This piezoelectric paste is applied onto, for example, a polyethylene terephthalate (PET) base film by a doctor blade method to obtain a piezoelectric green sheet for forming the piezoelectric layer 12. This piezoelectric green sheet mainly contains the composition represented by the general formula (1), at least one compound containing Cr, Mn, Fe, Co, Cu, or Ni as constituent elements, and a binder. .

その後、圧電体グリーンシート上に、スクリーン印刷法等により内部電極13A,13B形成用の電極ペーストを塗布し、この電極ペーストからなる電極ペースト層を形成する。こうして、圧電体グリーンシート上に電極ペースト層を備える積層用シートを得る。この際、電極ペースト層は、上述した内部電極13A及び13Bの形状が得られるようなパターンでそれぞれ形成する。   Thereafter, an electrode paste for forming the internal electrodes 13A and 13B is applied on the piezoelectric green sheet by a screen printing method or the like, and an electrode paste layer made of this electrode paste is formed. In this way, a lamination sheet having an electrode paste layer on the piezoelectric green sheet is obtained. At this time, the electrode paste layers are respectively formed in patterns that can obtain the shapes of the internal electrodes 13A and 13B described above.

ここで、電極ペースト層を形成するための電極ペーストは、例えば、Au,Pt,Pd,Ni,CuまたはAgなどの金属、あるいはこれらの金属を2種以上含有する合金(Ag−Pd合金など)、バインダ及び有機溶剤を含むものである。バインダ及び有機溶剤としては、公知のものが適用できる。電極ペースト中の金属の合計含有量は、40質量%以上とすることが好ましく、50〜60質量%とすることがより好ましい。   Here, the electrode paste for forming the electrode paste layer is, for example, a metal such as Au, Pt, Pd, Ni, Cu, or Ag, or an alloy containing two or more of these metals (Ag—Pd alloy or the like). And a binder and an organic solvent. Known binders and organic solvents can be used. The total content of metals in the electrode paste is preferably 40% by mass or more, and more preferably 50 to 60% by mass.

次に、積層用シートを、電極ペースト層と圧電体グリーンシートとが交互に配置されるように複数重ねるとともに、この積層構造の積層方向の両端面の表面上に、更に圧電体グリーンシートを複数層ずつ積層する。こうして得られた積層体を、適宜加熱しながら積層方向に加圧し、更に必要に応じて所望のサイズに切断することで、積層体グリーン(積層体)を得ることができる。   Next, a plurality of lamination sheets are stacked so that the electrode paste layers and the piezoelectric green sheets are alternately arranged, and a plurality of piezoelectric green sheets are further provided on the surfaces of both end surfaces in the stacking direction of this stacked structure. Laminate layer by layer. The laminated body thus obtained is pressurized in the laminating direction while being appropriately heated, and further cut into a desired size as necessary, whereby a laminated green (laminate) can be obtained.

その後、この積層体グリーンを、安定化ジルコニアセッター等に載置した後、大気雰囲気中で加熱することにより、圧電体グリーンシート及び電極ペースト層中に含まれるバインダや有機溶剤を除去する脱脂処理を行う。   Then, after placing this laminate green on a stabilized zirconia setter or the like, a degreasing treatment is performed to remove the binder and organic solvent contained in the piezoelectric green sheet and the electrode paste layer by heating in an air atmosphere. Do.

それから、脱バインダ後の積層体グリーンに対し、酸素分圧が0.21atm未満の雰囲気下で、例えば1150〜1300℃で2〜10時間の加熱を行う焼成処理(本焼成)を行い、積層体11を得る。この本焼成処理において、圧電体グリーンシート及び電極ペースト層が一体焼成され、電極ペースト層から内部電極13A,13Bが形成され、内部電極13A,13B間に挟まれた圧電体グリーンシートから圧電体層12が形成される。また、積層体グリーンの積層方向の両端面上に積層された圧電体グリーンシートから、保護層15,16がそれぞれ形成される。   Then, the laminate green after the binder removal is subjected to a firing treatment (main firing) in which, for example, heating is performed at 1150 to 1300 ° C. for 2 to 10 hours in an atmosphere having an oxygen partial pressure of less than 0.21 atm. 11 is obtained. In the main firing process, the piezoelectric green sheet and the electrode paste layer are integrally fired to form the internal electrodes 13A and 13B from the electrode paste layer, and the piezoelectric green sheet is sandwiched between the internal electrodes 13A and 13B. 12 is formed. In addition, protective layers 15 and 16 are formed from piezoelectric green sheets stacked on both end faces in the stacking direction of the stacked green.

本実施形態では、空気よりも酸素分圧が低い雰囲気下で本焼成を行っているので、焼成温度を上げても、誘電損失の上昇を十分に抑制することができる。このため、焼成温度を高めにして焼成することによって焼結体の粒成長を促進し、粒径の大きい粒子を有する焼結体を得ることができる。このような焼結体は、電気抵抗が十分に大きいため、後述する分極処理において、十分大きな分極電圧をかけることができ、圧電特性に十分に優れる圧電磁器とすることができる。   In this embodiment, since the main firing is performed in an atmosphere having a lower oxygen partial pressure than air, an increase in dielectric loss can be sufficiently suppressed even if the firing temperature is increased. Therefore, by firing at a higher firing temperature, grain growth of the sintered body can be promoted, and a sintered body having particles having a large particle diameter can be obtained. Since such a sintered body has a sufficiently large electric resistance, a sufficiently large polarization voltage can be applied in the polarization treatment described later, and a piezoelectric ceramic having sufficiently excellent piezoelectric characteristics can be obtained.

次に、得られた積層体11の積層方向に平行であり互いに対向している端面(内部電極13A,13Bの端部が露出している端面)に、端子電極17A,17Bをそれぞれ焼き付ける。具体的には、端子電極17A,17Bを構成する金属、有機バインダ等を含む端子電極形成用のペーストを積層体11の上記端面に塗布した後、これを焼成することで、端子電極17A,17Bが形成される。このようにして、図1に示す構造を有する積層型圧電素子10が得られる。なお、端子電極17A,17Bは、上記の焼付けのほか、スパッタリング、蒸着、無電解めっき等の方法によっても形成することができる。   Next, the terminal electrodes 17A and 17B are baked on end faces (end faces where the end portions of the internal electrodes 13A and 13B are exposed) parallel to the stacking direction of the obtained laminate 11 and facing each other. Specifically, after applying a terminal electrode forming paste containing the metal constituting the terminal electrodes 17A and 17B, an organic binder, and the like to the end face of the laminate 11, the terminal electrodes 17A and 17B are fired. Is formed. In this way, the multilayer piezoelectric element 10 having the structure shown in FIG. 1 is obtained. The terminal electrodes 17A and 17B can be formed by a method such as sputtering, vapor deposition, or electroless plating in addition to the above-described baking.

そして、例えば、この積層型圧電素子10に対し、室温〜120℃の環境下、端子電極17A,17B間に電界強度が2〜5kV/mm程度となるように10〜30分間程度電圧を印加する分極処理を行うことで、圧電アクチュエータとして機能する積層型圧電素子10を得ることができる。   For example, a voltage is applied to the laminated piezoelectric element 10 for about 10 to 30 minutes in an environment of room temperature to 120 ° C. so that the electric field strength is about 2 to 5 kV / mm between the terminal electrodes 17A and 17B. By performing the polarization treatment, it is possible to obtain the multilayer piezoelectric element 10 that functions as a piezoelectric actuator.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example at all.

参考例1−1〜1−12、比較例1−1〜1−3)
<圧電素子の作製>
( Reference Examples 1-1 to 1-12, Comparative Examples 1-1 to 1-3)
<Production of piezoelectric element>

以下の手順で図1に示すような圧電素子20を作製した。まず、炭酸ナトリウム(NaCO)粉末、炭酸カリウム(KCO)粉末、炭酸リチウム(LiCO)粉末、酸化ニオブ(Nb)粉末、酸化タンタル(Ta)粉末、炭酸ストロンチウム(SrCO)粉末、酸化ジルコニウム(ZrO)粉末および炭酸バリウム(BaCO3 )粉末を準備した。また、副成分の原料(添加物)として、炭酸マンガン(MnCO)粉末を用意した。これらの原料を十分に乾燥させたのち、圧電磁器の主成分となる複合酸化物の組成が下記式(5)となるように各原料を秤量した。 A piezoelectric element 20 as shown in FIG. 1 was produced by the following procedure. First, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) powder, potassium carbonate (K 2 CO 3 ) powder, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) powder, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) Powder, strontium carbonate (SrCO 3 ) powder, zirconium oxide (ZrO 2 ) powder and barium carbonate (BaCO 3 ) powder were prepared. In addition, manganese carbonate (MnCO 3 ) powder was prepared as a raw material (additive) for the accessory component. After sufficiently drying these raw materials, each raw material was weighed so that the composition of the composite oxide as the main component of the piezoelectric ceramic would be the following formula (5).

0.9475(Na0.570.38Li0.05)(Nb0.9Ta0.1)O−0.0025Ba(Nb0.9Ta0.1−0.05SrZrO・・・(5) 0.9475 (Na 0.57 K 0.38 Li 0.05 ) (Nb 0.9 Ta 0.1 ) O 3 -0.0025Ba (Nb 0.9 Ta 0.1 ) 2 O 6 -0.05 SrZrO 3 ... (5)

そして、MnCO粉末を、上記式(5)の組成物全体に対し、MnOに換算して0.5質量%となるように秤量した。 Then, the MnCO 3 powder, the total composition of the above formula (5) with respect to, were weighed to be 0.5 mass% in terms of MnO.

上述の通り秤量した炭酸ストロンチウム(SrCO)粉末と酸化ジルコニウム(ZrO)粉末とをボールミルを用いて水中で十分に混合した後、乾燥させ、1000〜1300℃で2〜4時間焼成することにより、SrZrO(第2のペロブスカイト型酸化物)を調製した。 By thoroughly mixing strontium carbonate (SrCO 3 ) powder and zirconium oxide (ZrO 2 ) powder weighed as described above in water using a ball mill, drying, and firing at 1000 to 1300 ° C. for 2 to 4 hours , SrZrO 3 (second perovskite oxide) was prepared.

この第2のペロブスカイト型酸化物と、上述の通り秤量した炭酸ナトリウム(NaCO)粉末、炭酸カリウム(KCO)粉末、炭酸リチウム(LiCO)粉末、酸化ニオブ(Nb)粉末、酸化タンタル(Ta)粉末、及び炭酸マンガン(MnCO)粉末とを、ボールミルを用いて、エタノール中で十分に混合した後、乾燥させ、プレス成形して、750〜1100℃で1〜4時間仮焼した。 This second perovskite oxide, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) powder, potassium carbonate (K 2 CO 3 ) powder, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder, niobium oxide (Nb 2 ) weighed as described above. O 5 ) powder, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) powder, and manganese carbonate (MnCO 3 ) powder were thoroughly mixed in ethanol using a ball mill, dried, press-molded, and 750-500 Calcination was performed at 1100 ° C. for 1 to 4 hours.

混合物を仮焼したのち、この仮焼物をボールミルを用いてエタノール中で十分に粉砕し、再び乾燥して、バインダ(PVA)溶液を加えて造粒した。得られた造粒粉を、一軸プレス成形機を用いてプレス成形し、成形体を得た。その後、この成形体を600℃に加熱して脱バインダを行い、表1に示す焼成温度で1〜4時間焼成して、焼結体を得た。なお、焼成雰囲気は、市販の窒素ガスと酸素ガスと空気との混合比率を調整することにより、表1に示す酸素分圧とした(全圧=大気圧)。   After calcining the mixture, the calcined product was sufficiently pulverized in ethanol using a ball mill, dried again, and granulated by adding a binder (PVA) solution. The obtained granulated powder was press-molded using a uniaxial press molding machine to obtain a molded body. Thereafter, the molded body was heated to 600 ° C. to remove the binder, and fired at the firing temperature shown in Table 1 for 1 to 4 hours to obtain a sintered body. The firing atmosphere was adjusted to the oxygen partial pressure shown in Table 1 by adjusting the mixing ratio of commercially available nitrogen gas, oxygen gas and air (total pressure = atmospheric pressure).

得られた焼結体に、導電性ペーストを塗布し、乾燥後焼成して、電極2,3を設けた。その後、加熱したシリコーンオイル中で電界を印加して分極処理を行い、圧電磁器1を備える圧電素子20を得た(図1)。   A conductive paste was applied to the obtained sintered body, dried and fired to provide electrodes 2 and 3. Thereafter, an electric field was applied in heated silicone oil to perform polarization treatment, and a piezoelectric element 20 provided with the piezoelectric ceramic 1 was obtained (FIG. 1).

<圧電特性の評価>
得られた圧電素子20を24時間放置したのち、電気抵抗と、圧電特性として誘電損失(tanδ)、比誘電率(εr)及び圧電d定数(d33)とを測定した。電気抵抗はデジタル超高抵抗計(ADVANTEST社製、商品名:R8340A)を用いて測定した。比誘電率(εr)及び誘電損失(tanδ)は、インピーダンスアナライザー(アジレント・テクノロジー社製、商品名:HP4294A)を用いて、周波数1kHzで測定した。圧電d定数(d33)はd33メータ(Institute of Acoustics Academia Sinica社製、商品名:ZJ−4B)を用いて測定した。測定結果を表1に示す。
<Evaluation of piezoelectric characteristics>
After the obtained piezoelectric element 20 was allowed to stand for 24 hours, the electrical resistance and the dielectric loss (tan δ), the relative dielectric constant (εr), and the piezoelectric d constant (d 33 ) were measured as piezoelectric characteristics. The electrical resistance was measured using a digital ultrahigh resistance meter (manufactured by ADVANTEST, trade name: R8340A). The relative dielectric constant (εr) and dielectric loss (tan δ) were measured at a frequency of 1 kHz using an impedance analyzer (trade name: HP4294A, manufactured by Agilent Technologies). The piezoelectric d constant (d 33 ) was measured by using a d 33 meter (product name: ZJ-4B, manufactured by Institute of Acoustics Academia Sinica). The measurement results are shown in Table 1.

<微細構造と組成の評価>
得られた圧電磁器1の微細構造を走査型電子顕微鏡(SEM)の観察を行った(倍率5000倍)。そして、画面上に映し出された粒子をランダムに150個抽出して、粒径を測定し、その平均値を平均粒径として求めた。測定結果を表1に示す。
<Evaluation of microstructure and composition>
The microstructure of the obtained piezoelectric ceramic 1 was observed with a scanning electron microscope (SEM) (magnification 5000 times). And 150 particles projected on the screen were extracted at random, the particle size was measured, and the average value was obtained as the average particle size. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0005386848
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参考例2−1〜2−5、比較例2−1〜2−5)
圧電磁器の主成分の組成が下記式(6)となるように各原料を秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表2記載の条件としたこと以外は、参考例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表2に示す。
( Reference Examples 2-1 to 2-5, Comparative Examples 2-1 to 2-5)
Each raw material was weighed and used so that the composition of the main component of the piezoelectric ceramic was represented by the following formula (6), and the firing temperature and the oxygen partial pressure of the firing atmosphere at the time of producing the sintered body were as shown in Table 2. A piezoelectric element was fabricated and evaluated in the same manner as Reference Example 1-5 except that the above was performed. The results are shown in Table 2.

(1−b−c)(Na0.570.38Li0.05)(Nb0.9Ta0.1)O−bBa(Nb0.9Ta0.1)−cSrZrO・・・(6)
なお、上記式(6)中、b及びcは、表2に記載の数値を示す。
(1-b-c) (Na 0.57 K 0.38 Li 0.05 ) (Nb 0.9 Ta 0.1 ) O 3 -bBa (Nb 0.9 Ta 0.1 ) 2 O 6 -cSrZrO 3 ... (6)
In addition, in said formula (6), b and c show the numerical value of Table 2.

Figure 0005386848
Figure 0005386848

参考例3−1〜3−6、比較例3−1〜3−6)
圧電磁器の主成分の組成が下記式(7)となるように各原料を秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表3記載の条件としたこと以外は、参考例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表3に示す。
( Reference Examples 3-1 to 3-6, Comparative Examples 3-1 to 3-6)
Each raw material was weighed and used so that the composition of the main component of the piezoelectric ceramic was represented by the following formula (7), and the firing temperature and the oxygen partial pressure of the firing atmosphere at the time of producing the sintered body were as shown in Table 3 A piezoelectric element was fabricated and evaluated in the same manner as Reference Example 1-5 except that the above was performed. The results are shown in Table 3.

0.9475(NaLi)(Nb0.9Ta0.1)O−0.0025Ba(Nb0.9Ta0.1)−0.05SrZrO・・・(7)
なお、上記式(7)中、x、y及びzは、表3に記載の数値を示す。
0.9475 (Na x K y Li z ) (Nb 0.9 Ta 0.1) O 3 -0.0025Ba (Nb 0.9 Ta 0.1) 2 O 6 -0.05SrZrO 3 ··· (7 )
In addition, in said formula (7), x, y, and z show the numerical value of Table 3.

Figure 0005386848
Figure 0005386848

参考例4−1〜4−2、比較例4−1〜4−3)
圧電磁器の主成分の組成が下記式(8)となるように各原料を秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表4記載の条件としたこと以外は、参考例1−9と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表4に示す。
( Reference Examples 4-1 to 4-2, Comparative Examples 4-1 to 4-3)
Each raw material was weighed and used so that the composition of the main component of the piezoelectric ceramic was represented by the following formula (8), and the firing temperature and the oxygen partial pressure of the firing atmosphere at the time of producing the sintered body were as shown in Table 4 A piezoelectric element was fabricated and evaluated in the same manner as Reference Example 1-9 except that the above was performed. The results are shown in Table 4.

0.9475(Na0.570.38Li0.05)(Nb1−αTaα)O−0.0025Ba(Nb0.9Ta0.1)−0.05SrZrO・・・(8)
なお、上記式(8)中、αは、表4に記載の数値を示す。
0.9475 (Na 0.57 K 0.38 Li 0.05 ) (Nb 1-α Ta α ) O 3 -0.0025Ba (Nb 0.9 Ta 0.1 ) 2 O 6 -0.05 SrZrO 3. (8)
In the above formula (8), α represents a numerical value described in Table 4.

Figure 0005386848
Figure 0005386848

参考例5−1〜5−3、比較例5−1〜5−4)
MnCO粉末を、上記式(5)で表される主成分全体に対し、MnOに換算して表5に記載の含有量となるように秤量して用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表5記載の条件としたこと以外は、参考例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表5に示す。
( Reference Examples 5-1 to 5-3, Comparative Examples 5-1 to 5-4)
The MnCO 3 powder was weighed and used so as to have the content described in Table 5 in terms of MnO with respect to the entire main component represented by the above formula (5), and when the sintered body was produced. A piezoelectric element was fabricated and evaluated in the same manner as in Reference Example 1-5 except that the firing temperature and the oxygen partial pressure of the firing atmosphere were set as shown in Table 5. The results are shown in Table 5.

Figure 0005386848
Figure 0005386848

参考例6−1〜6−5、比較例6−1〜6−2)
上記式(5)で表される主成分のうち、第2のペロブスカイト型酸化物としてSrZrOに代えて、表6に記載の化合物を用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表6記載の条件としたこと以外は、参考例1−5と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表6に示す。なお、CaTiOは、CaCO粉末とTiO粉末を、CaZrOはCaCO粉末とZrO粉末を、SrTiOはSrCO粉末とTiO粉末を、BaTiOはBaCO粉末とTiO粉末を、BaZrOはBaCO粉末とZrO粉末を、CaZrOはCaCO粉末とZrO粉末を、それぞれ用いて、第2のペロブスカイト型酸化物を調製した。調製方法は、参考例1−1におけるSrZrOの調製と同様とした。
( Reference Examples 6-1 to 6-5, Comparative Examples 6-1 to 6-2)
Of the main components represented by the above formula (5), the compound shown in Table 6 was used as the second perovskite oxide instead of SrZrO 3 , and the firing temperature and firing during the production of the sintered body A piezoelectric element was produced and evaluated in the same manner as in Reference Example 1-5 except that the oxygen partial pressure in the atmosphere was changed to the conditions described in Table 6. The results are shown in Table 6. CaTiO 3 is CaCO 3 powder and TiO 2 powder, CaZrO 3 is CaCO 3 powder and ZrO 2 powder, SrTiO 3 is SrCO 3 powder and TiO 2 powder, and BaTiO 3 is BaCO 3 powder and TiO 2 powder. BaZrO 3 was prepared using BaCO 3 powder and ZrO 2 powder, and CaZrO 3 was used using CaCO 3 powder and ZrO 2 powder to prepare a second perovskite oxide. Preparation method were the same as the preparation of SrZrO 3 in Reference Example 1 -1.

Figure 0005386848
Figure 0005386848

(実施例7−1〜7−、比較例7−1〜7−2)
副成分の原料である添加物として、MnCOの代わりに表7に示す化合物の粉末を用いたこと、及び焼結体作製時の焼成温度及び焼成雰囲気の酸素分圧を表7記載の条件としたこと以外は参考例1−9と同様にして圧電素子を作製し、評価を行った。結果を表7に示す。添加物として、MnCOを用いた場合に、誘電損失を低く維持しつつ圧電定数を一層向上させることができた。
(Example 7-1~7- 5, Comparative Example 7-1~7-2)
As an additive which is a raw material of the auxiliary component, the powder of the compound shown in Table 7 was used instead of MnCO 3 , and the firing temperature and the oxygen partial pressure of the firing atmosphere at the time of producing the sintered body were as shown in Table 7. A piezoelectric element was fabricated and evaluated in the same manner as in Reference Example 1-9 except that. The results are shown in Table 7. When MnCO 3 was used as an additive, the piezoelectric constant could be further improved while maintaining a low dielectric loss.

Figure 0005386848
Figure 0005386848

表1〜7に示す結果から、各実施例の圧電磁器は、電気抵抗が高く、誘電損失が十分に低く抑制されていた。また、電気機械結合係数、比誘電率及び圧電定数の全ての特性を高水準な値にできることが分かった。   From the results shown in Tables 1 to 7, the piezoelectric ceramic of each example had a high electric resistance and a sufficiently low dielectric loss. It was also found that all the characteristics of the electromechanical coupling coefficient, the relative dielectric constant, and the piezoelectric constant can be made to high level values.

<組成の評価>
上述の通り調製した各圧電磁器うち、いくつかを選んで、圧電磁器の組成を蛍光X線分析(EDX)で確認した。結果を表8に示す。EDXによる組成分析の結果、焼結後の圧電磁器の組成は、原料の配合組成とほぼ一致していることが確認された。この結果から、空気よりも酸素分圧が低い条件下で焼成しても、酸素イオンや金属イオンの消失は発生していないことが確認された。
<Evaluation of composition>
Some of the piezoelectric ceramics prepared as described above were selected, and the composition of the piezoelectric ceramics was confirmed by fluorescent X-ray analysis (EDX). The results are shown in Table 8. As a result of composition analysis by EDX, it was confirmed that the composition of the piezoelectric ceramic after sintering substantially coincided with the composition of the raw materials. From this result, it was confirmed that even when firing under conditions where the oxygen partial pressure was lower than that of air, no disappearance of oxygen ions or metal ions occurred.

Figure 0005386848
Figure 0005386848

本発明の圧電素子の一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the piezoelectric element of this invention. 本発明の圧電素子の別の実施形態を示す一側面図である。It is one side view which shows another embodiment of the piezoelectric element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧電磁器、2,3…電極、10…積層型圧電素子、11…積層体、12…圧電体層、13A,13B…内部電極、14…素体、15,16…保護層、17A,17B…端子電極、18…活性領域、19…不活性領域、20…圧電素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric ceramic, 2, 3 ... Electrode, 10 ... Laminated piezoelectric element, 11 ... Laminated body, 12 ... Piezoelectric layer, 13A, 13B ... Internal electrode, 14 ... Element body, 15, 16 ... Protective layer, 17A, 17B ... terminal electrode, 18 ... active region, 19 ... inactive region, 20 ... piezoelectric element.

Claims (1)

下記一般式(1)で表される主成分と、Cr,Fe,Co,CuまたはNiを構成元素とする少なくとも一種の化合物を含む副成分とを含有し、前記副成分をそれぞれCr,Fe,CoO,CuO及びNiOに換算したときに、前記主成分に対する前記副成分の含有量が0.05〜1.0質量%である焼結体を備えており、
a(NaLi)[Nb(1−α)Taα]O−bBa[Nb(1−α)Taα−cABO・・・・(1)
[式中、a,b,c,x,y,z,αは、それぞれ、
a+b+c=1、
0≦b≦0.01、
0≦c≦0.1、
0.35≦x≦0.65、
0.35≦y≦0.55、
0≦z≦0.1、及び
0≦α≦0.2を満足する数値であり、
ABOは、CaTiO,CaZrO,SrTiO,SrZrO,BaTiO,及びBaZrOからなる群より選ばれる少なくとも一つの化合物である。]
前記焼結体は、酸素分圧が0.1atm以下の雰囲気中で、1150〜1300℃で焼成されたものであり、
前記焼結体の結晶粒の平均粒径が0.9μm以上である圧電磁器。
It contains a main component represented by the following general formula (1) and a subcomponent containing at least one compound containing Cr, Fe, Co, Cu, or Ni as a constituent element, and each of the subcomponents is Cr 2 O 3. , Fe 2 O 3 , CoO, CuO, and NiO, when the content of the subcomponent with respect to the main component is 0.05 to 1.0 mass%, comprising a sintered body,
a (Na x K y Li z ) [Nb (1-α) Ta α] O 3 -bBa [Nb (1-α) Ta α] 2 O 6 -cABO 3 ···· (1)
[Wherein a, b, c, x, y, z, α are respectively
a + b + c = 1,
0 ≦ b ≦ 0.01,
0 ≦ c ≦ 0.1,
0.35 ≦ x ≦ 0.65,
0.35 ≦ y ≦ 0.55,
A numerical value satisfying 0 ≦ z ≦ 0.1 and 0 ≦ α ≦ 0.2,
ABO 3 is at least one compound selected from the group consisting of CaTiO 3 , CaZrO 3 , SrTiO 3 , SrZrO 3 , BaTiO 3 , and BaZrO 3 . ]
The sintered body is fired at 1150 to 1300 ° C. in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.1 atm or less ,
A piezoelectric ceramic in which an average grain size of crystal grains of the sintered body is 0.9 μm or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5513838B2 (en) 2009-10-21 2014-06-04 カヤバ工業株式会社 Power steering device
WO2012114938A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-30 Fdk株式会社 Alkaline niobate piezoelectric material and production method for alkaline niobate piezoelectric material
JP5830252B2 (en) * 2011-02-22 2015-12-09 Fdk株式会社 Piezoelectric material
JP2013110362A (en) * 2011-11-24 2013-06-06 Fdk Corp Method for manufacturing alkaline niobate-based piezoelectric material
JP5418725B2 (en) 2011-04-15 2014-02-19 株式会社村田製作所 Piezoelectric thin film element
JP5933335B2 (en) * 2012-05-17 2016-06-08 Fdk株式会社 Piezoelectric material and method for manufacturing piezoelectric material
JP6249669B2 (en) 2012-08-27 2017-12-20 キヤノン株式会社 Piezoelectric material, piezoelectric element, and electronic device
EP2941787B1 (en) * 2013-01-29 2017-08-16 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material, piezoelectric element, and electronic equipment
WO2014119705A1 (en) * 2013-01-29 2014-08-07 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material, piezoelectric element, and electronic equipment
JP6327087B2 (en) * 2014-09-25 2018-05-23 Tdk株式会社 Piezoelectric composition, piezoelectric element and sputtering target
WO2017006984A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 株式会社村田製作所 Piezoelectric ceramic electronic component, and method for manufacturing piezoelectric ceramic electronic component
CN110759732A (en) * 2019-11-15 2020-02-07 济南大学 Method for selecting proper sintering atmosphere of potassium-sodium niobate-based piezoelectric ceramic and ceramic preparation process
JP2021158247A (en) * 2020-03-27 2021-10-07 Tdk株式会社 Piezo electric element, piezo actuator, and piezo transformer
CN114409401A (en) * 2022-01-21 2022-04-29 广东奥迪威传感科技股份有限公司 Potassium-sodium niobate piezoelectric ceramic, preparation method thereof and electronic equipment

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4001362B2 (en) * 2002-01-31 2007-10-31 Tdk株式会社 Piezoelectric ceramic and manufacturing method thereof
JP2007258280A (en) * 2006-03-20 2007-10-04 Tdk Corp Laminated piezoelectric element

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