JPH10297969A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
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Abstract
x≦1)セラミックの圧電特性の向上を図り、鉛を含有
せず、かつ、圧電セラミックフィルタ等の圧電セラミッ
ク素子の材料としての実用が可能な圧電磁器組成物を提
供する。 【解決手段】 一般式:(1−y)(Ba1-x Srx )
Nb2 O6 −yNaNbO3 で表され、かつ、xが0≦
x≦1、yが0.15≦y<1/3の範囲にある、磁器
成分を圧電磁器組成物の主成分とする。好ましくは、副
成分として、Mn、Cr、W、Si、Mo、Ni、C
o、Sn、Mg、Sb、Ti、ZrおよびFeの各酸化
物からなる群から選ばれた少なくとも1種を、それぞ
れ、MnO2 、Cr2 O3 、WO3 、SiO2 、MoO
3 、NiO、Co2 O3 、SnO2 、MgO、Sb2 O
3 、TiO2 、ZrO2 およびFe2 O3 に換算して、
全量で5重量%以下含有する。
Description
に関するもので、特に、電子部品の分野において、圧電
セラミックフィルタ、圧電セラミック発振子等の圧電セ
ラミック素子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。
ック素子には、チタン酸ジルコン酸鉛、またはチタン酸
鉛を主成分とする圧電磁器組成物が広く用いられてい
る。他方、この発明にとって興味ある圧電材料として、
Ba、Sr、Na、Nb、O等を含有する化合物があ
り、たとえば、Ba2 NaNb5 O15、Sr2 NaNb
5 O15等が圧電特性および電気光学効果を有する材料と
して知られており、それらの単結晶を用いて広く研究さ
れている。しかしながら、セラミックでの研究は少な
い。わずかに、1989年にJ.R.Oliver等に
よって、(Ba1- x Srx )2 NaNb5 O15(0≦x
≦1)セラミックの強誘電性についての報告がなされて
いるが、圧電特性については詳しく言及されていない。
いる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、鉛を含有しており、環境保
護の観点からは、あまり好ましいとは言えない。また、
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、得られた製品間に
おいて品質の均一性を図ることが比較的困難である。
15(0≦x≦1)セラミックは、鉛を含有しないので、
上述した問題には遭遇しない。しかしながら、当該セラ
ミックは、その電気機械結合係数、圧電定数等の圧電特
性において、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛を主成
分とする圧電磁器組成物に比べて劣るため、圧電セラミ
ックフィルタ、圧電セラミック発振子等の圧電セラミッ
ク素子の材料として、実用化されるには至っていない。
rx )2 NaNb5 O15(0≦x≦1)セラミックの圧
電特性の向上を図り、鉛を含有せず、かつ、圧電セラミ
ックフィルタ、圧電セラミック発振子等の圧電セラミッ
ク素子の材料としての実用が可能な圧電磁器組成物を提
供しようとすることである。
組成物は、上述した技術的課題を解決するため、一般
式:(1−y)(Ba1-x Srx )Nb2 O6 −yNa
NbO3 で表され、かつ、xが0≦x≦1、yが0.1
5≦y<1/3の範囲にある、磁器成分を主成分とする
ことを特徴としている。
たのは、y<0.15では分極可能な圧電磁器が得られ
ないからであり、y<1/3としたのは、y≧1/3で
は十分な圧電特性が得られないからである。上述の圧電
磁器組成物において、副成分として、Mn、Cr、W、
Si、Mo、Ni、Co、Sn、Mg、Sb、Ti、Z
rおよびFeの各酸化物からなる群から選ばれた少なく
とも1種を、それぞれ、MnO2 、Cr2 O3 、W
O3 、SiO2 、MoO3 、NiO、Co2 O3 、Sn
O2 、MgO、Sb2 O3 、TiO2 、ZrO2 および
Fe2 O3 に換算して、全量で5重量%以下含有するこ
とが好ましい。
らなる向上に効果があり、副成分の添加量を5重量%以
下としたのは、5重量%を超えると分極可能な圧電磁器
が得られにくいからである。この発明の他の局面によれ
ば、一般式:(Ba1-x Srx )2 NaNb5 O15で表
され、かつ、xが0≦x≦1の範囲にある、磁器成分を
主成分とし、副成分として、Mnの酸化物をMnO2 に
換算して5重量%以下含有する、圧電磁器組成物が提供
される。
以下としたのは、前述した場合と同様、5重量%を超え
ると分極可能な圧電磁器が得られにくいからである。
CO3 、Na2 CO3 、Nb2 O5、およびMnCO3
を用意した。次いで、これらの原料を、(Ba1-x Sr
x )2 NaNb5 O15の一般式において、表1に示すよ
うなxとなるように、また、特定の試料については、M
nO 2 を表1に示すような添加量で含有する組成となる
ように秤取して、エタノールを溶媒として用いて、ボー
ルミルにより約4時間湿式混合し、得られた混合物を乾
燥した後、700〜900℃で仮焼した。
後、有機バインダを適量加えてボールミルを用いて約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。次いで、これら粒度調整された各試料
を、1000kg/cm2 の圧力で、直径12mm、厚さ
1.2mmの円板に成形した後、1150〜1350℃の
温度で、通常の焼成方法を用いて焼成を行ない、円板状
の磁器焼結体を得た。
法により、銀ペーストを塗布および焼付けして銀電極を
形成した後、100〜200℃の絶縁オイル中で5〜1
5kV/mmの直流電圧を30〜120分間印加して分極
処理を施し、最終試料としての圧電磁器円板を得た。こ
れら試料について、比誘電率ε、厚み方向の振動におけ
る電気機械結合係数Kt 、および圧電定数d33を測定し
た。その結果を表1に示す。
の範囲、すなわち請求項3に記載の範囲内のものであ
り、試料1〜5および14は、請求項3に記載の範囲外
のものである。表1に示すように、請求項3に記載の範
囲内にある試料6〜13については、いずれも、既存の
(Ba1-x Srx )2 NaNb5 O15(0≦x≦1)セ
ラミック、すなわち試料1〜5と比較して、厚み方向の
振動における電気機械結合係数Kt の向上が見られる。
%含有しており、5重量%以下の条件を満たしていな
い。この試料14では、分極可能な圧電磁器が得られて
いない。
CO3 、Na2 CO3 、Nb2 O5、MnCO3 、Cr
2 O3 、WO3 、SiO2 、MoO3 、NiO、Co2
O3、SnO2 、MgO、Sb2 O3 、TiO2 、Zr
O2 およびFe2 O3 を用意した。
a1-x Srx )Nb2 O6 −yNaNbO3 の一般式に
おいて、表2に示すようなxおよびyとなるように、ま
た、特定の試料については、表2に示すような副成分を
同じく表2に示すような添加量で含有する組成となるよ
うに秤取し、以後、実施例1と同様の操作を実施するこ
とによって、最終試料としての圧電磁器円板を得た。
向の振動における電気機械結合係数Kt 、および圧電定
数d33を測定した。その結果を表2に示す。
30〜49は、この発明の範囲、すなわち請求項1に記
載の範囲内のものである。また、試料番号18〜28お
よび30〜49は、請求項2に記載の範囲内のものであ
る。表2に示すように、試料18〜28および30〜4
9については、いずれも、既存の(Ba1-x Srx )2
NaNb5 O15(0≦x≦1)セラミック、すなわち前
掲の表1にある試料1〜5と比較して、厚み方向の振動
における電気機械結合係数Kt の向上が見られる。
26〜28および30〜46のように、副成分として、
MnO2 、Cr2 O3 、WO3 、SiO2 、MoO3 、
NiO、Co2 O3 、SnO2 、MgO、Sb2 O3 、
TiO2 、ZrO2 およびFe2 O3 のいずれかを、5
重量%以下含有するものにおいては、電気機械結合係数
Kt の一層の向上が見られる。
重量%以下にされるのであれば、2種以上の酸化物を併
せて添加してもよいことが確認されている。なお、試料
29は、この発明の範囲、すなわち請求項1に記載の範
囲内のものであるが、副成分としてのMnO2 を6.0
重量%含有しており、請求項2に規定する、5重量%以
下の条件を満たしていない。そのため、表2に示すよう
に、前述したような本実験例において採用された分極処
理条件では、分極が不可能であった。このことから、副
成分を含有する場合、分極を容易に行なえるようにする
ためには、当該副成分の含有量を5重量%以下にするこ
とが望ましいことがわかる。
および50〜52は、この発明の範囲外のものである。
試料15〜17は、y=1/3であり、y<1/3の条
件を満たしていない。これら試料15〜17では、十分
な電気機械結合係数Kt が得られていない。また、試料
50〜52は、y=0.1であり、y≧0.15の条件
を満たしていない。これら試料50〜52では、分極可
能な圧電磁器が得られていない。
実施例1または2において採用された組成に限定される
ものではなく、この発明の範囲内において、その組成を
変化させることができる。
した実施例1および2からわかるように、既存の(Ba
1-x Srx )2 NaNb5 O15(0≦x≦1)セラミッ
クの圧電特性の向上を図り、鉛を含有せず、かつ、圧電
セラミックフィルタ、圧電セラミック発振子等の圧電セ
ラミック素子の材料としての実用が可能な圧電磁器組成
物を得ることができる。
x )Nb2 O6 −yNaNbO3 で表され、かつ、xが
0≦x≦1、yが0.15≦y<1/3の範囲にある、
磁器成分を主成分とする圧電磁器組成物にあっては、副
成分として、Mn、Cr、W、Si、Mo、Ni、C
o、Sn、Mg、Sb、Ti、ZrおよびFeの各酸化
物からなる群から選ばれた少なくとも1種を、それぞ
れ、MnO2 、Cr2 O3、WO3 、SiO2 、MoO
3 、NiO、Co2 O3 、SnO2 、MgO、Sb 2 O
3 、TiO2 、ZrO2 およびFe2 O3 に換算して、
全量で5重量%以下含有していると、圧電特性の向上に
一層の効果をもたらすことができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 一般式:(1−y)(Ba1-x Srx )
Nb2 O6 −yNaNbO3 で表され、かつ、xが0≦
x≦1、yが0.15≦y<1/3の範囲にある、磁器
成分を主成分とする、圧電磁器組成物。 - 【請求項2】 副成分として、Mn、Cr、W、Si、
Mo、Ni、Co、Sn、Mg、Sb、Ti、Zrおよ
びFeの各酸化物からなる群から選ばれた少なくとも1
種を、それぞれ、MnO2 、Cr2 O3 、WO3 、Si
O2 、MoO 3 、NiO、Co2 O3 、SnO2 、Mg
O、Sb2 O3 、TiO2 、ZrO2およびFe2 O3
に換算して、全量で5重量%以下含有する、請求項1に
記載の圧電磁器組成物。 - 【請求項3】 一般式:(Ba1-x Srx )2 NaNb
5 O15で表され、かつ、xが0≦x≦1の範囲にある、
磁器成分を主成分とし、副成分として、Mnの酸化物を
MnO2 に換算して5重量%以下含有する、圧電磁器組
成物。
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