JP3362473B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 33
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、圧電セラミック素
子、特に、圧電セラミックフィルタ、圧電セラミック発
振子などの材料として有用な圧電磁器組成物に関する。
子、特に、圧電セラミックフィルタ、圧電セラミック発
振子などの材料として有用な圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電セラミックフィルタや圧電セラミッ
ク発振子などの圧電セラミック素子に用いられる材料
（圧電磁器組成物）として、従来より、チタン酸ジルコ
ン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）を主成分とする圧電
磁器組成物が広く用いられており、さらに、その圧電特
性を改善するために種々の微量添加物を添加した圧電磁
器組成物が提案されている。
ク発振子などの圧電セラミック素子に用いられる材料
（圧電磁器組成物）として、従来より、チタン酸ジルコ
ン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）を主成分とする圧電
磁器組成物が広く用いられており、さらに、その圧電特
性を改善するために種々の微量添加物を添加した圧電磁
器組成物が提案されている。
【０００３】そして、これらの圧電磁器組成物として、
例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3のＰｂの一部をＢａ，
Ｓｒ，Ｃａなどの二価の元素で置換したもの、あるいは
Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3に第三成分として、Ｐｂ（Ｍｎ
1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3やＰｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固溶さ
せたものなどが提案されている。
例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3のＰｂの一部をＢａ，
Ｓｒ，Ｃａなどの二価の元素で置換したもの、あるいは
Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3に第三成分として、Ｐｂ（Ｍｎ
1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3やＰｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を固溶さ
せたものなどが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3を主組成とする上記従来の圧電磁器組成物に
おいては、圧電性と誘電率との間に相関関係があり、一
般に圧電性を大きくすると誘電率も大きくなる傾向があ
る。したがって、誘電損失が大きくなるような高周波用
デバイスに用いるには適当でないという問題点がある。
Ｔｉ）Ｏ3を主組成とする上記従来の圧電磁器組成物に
おいては、圧電性と誘電率との間に相関関係があり、一
般に圧電性を大きくすると誘電率も大きくなる傾向があ
る。したがって、誘電損失が大きくなるような高周波用
デバイスに用いるには適当でないという問題点がある。
【０００５】また、チタン酸ジルコン酸鉛では、その周
波数定数は２０００Ｈｚ・ｍ程度であり、例えば、１０
ＭＨｚの共振周波数を持つ素子を得ようとすると、厚み
振動を利用する場合、その厚みを０．２mm程度にまで薄
くする必要があり、加工が困難になるという問題点があ
る。
波数定数は２０００Ｈｚ・ｍ程度であり、例えば、１０
ＭＨｚの共振周波数を持つ素子を得ようとすると、厚み
振動を利用する場合、その厚みを０．２mm程度にまで薄
くする必要があり、加工が困難になるという問題点があ
る。
【０００６】さらに、組成中に重金属であるＰｂを６０
％程度含有しているため、Ｐｂが外部に排出されて環境
問題が発生しないように管理する必要があり、製造工程
が複雑になるという問題点がある。
％程度含有しているため、Ｐｂが外部に排出されて環境
問題が発生しないように管理する必要があり、製造工程
が複雑になるという問題点がある。
【０００７】本願発明は、上記問題点を解決するもので
あり、低い誘電率と高い周波数定数を有するとともに良
好な電気機械結合係数を有しており、素子加工上の困難
性が少なく、しかもＰｂを含有せず、環境上の問題を生
じるおそれのない圧電磁器組成物を提供することを目的
とする。
あり、低い誘電率と高い周波数定数を有するとともに良
好な電気機械結合係数を有しており、素子加工上の困難
性が少なく、しかもＰｂを含有せず、環境上の問題を生
じるおそれのない圧電磁器組成物を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願第１の発明の圧電磁器組成物は、 一般式：（ＮａXＫ1-X）（Ｎｂ1-YＴａY）Ｏ3 で表され、かつ、前記一般式中のＸ及びＹが、 ０．２≦Ｘ≦０．８ ０．０≦Ｙ≦０．５ の範囲にあることを特徴とする。
に、本願第１の発明の圧電磁器組成物は、 一般式：（ＮａXＫ1-X）（Ｎｂ1-YＴａY）Ｏ3 で表され、かつ、前記一般式中のＸ及びＹが、 ０．２≦Ｘ≦０．８ ０．０≦Ｙ≦０．５ の範囲にあることを特徴とする。
【０００９】また、本願第２の発明の圧電磁器組成物
は、上記圧電磁器組成物に対して、第一遷移金属を含む
化合物の少なくとも１種を、その含有率が０．０１〜
２．０重量％になるような割合で添加したことを特徴と
する。
は、上記圧電磁器組成物に対して、第一遷移金属を含む
化合物の少なくとも１種を、その含有率が０．０１〜
２．０重量％になるような割合で添加したことを特徴と
する。
【００１０】本願第１の発明の圧電磁器組成物におい
て、Ｘ（すなわちＮａのモル分率）を０．２〜０．８と
したのは、Ｘがこの範囲を外れると完全な焼結体を得る
ことができないことによる。
て、Ｘ（すなわちＮａのモル分率）を０．２〜０．８と
したのは、Ｘがこの範囲を外れると完全な焼結体を得る
ことができないことによる。
【００１１】また、Ｙ（すなわちＴａのモル分率）を
０．０〜０．５としたのは、Ｙが０．５を越えると室温
における圧電性が失われ、圧電材料としての用途に供す
ることができなくなることによる。
０．０〜０．５としたのは、Ｙが０．５を越えると室温
における圧電性が失われ、圧電材料としての用途に供す
ることができなくなることによる。
【００１２】さらに、本願第２の発明の圧電磁器組成物
において、第一遷移金属を含む化合物の少なくとも１種
を添加するようにしたのは、ＴｉＯ2，Ｍｎ2Ｏ3などの
第一遷移金属を含む化合物を添加した場合に圧電性が向
上することによる。
において、第一遷移金属を含む化合物の少なくとも１種
を添加するようにしたのは、ＴｉＯ2，Ｍｎ2Ｏ3などの
第一遷移金属を含む化合物を添加した場合に圧電性が向
上することによる。
【００１３】そして、その添加割合を０．０１〜２．０
重量％の範囲としたのは、添加量が０．０１重量％未満
の場合には、圧電性がほとんど改善されず、また、２．
０重量％を越えて添加した場合には、圧電性向上の効果
が顕著でなくなること、及び完全に焼結することが困難
になることによる。
重量％の範囲としたのは、添加量が０．０１重量％未満
の場合には、圧電性がほとんど改善されず、また、２．
０重量％を越えて添加した場合には、圧電性向上の効果
が顕著でなくなること、及び完全に焼結することが困難
になることによる。
【００１４】
【実施例】以下、本願発明の実施例を示して、その特徴
とするところをさらに具体的に説明する。
とするところをさらに具体的に説明する。
【００１５】まず、出発原料として、Ｋ2ＣＯ3，Ｔａ原
料（例えばＴａ 2 Ｏ 5 ），Ｎａ2ＣＯ3，Ｎｂ2Ｏ5，ＴｉＯ
2，Ｍｎ2Ｏ3を用意し、これらの出発原料を表１に示す
ような組成となるように秤取して、ボールミルを用いて
約５時間湿式混合し、得られた混合物を乾燥した後、７
００〜９００℃で仮焼した。それから、この仮焼体を粗
粉砕した後、有機バインダを適量加え、ボールミルを用
いて５〜１０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った。次に、これを７５０〜１００
０kg／cm2の圧力で直径１２mm、厚さ１．２mmの円板に
成形した後、１０００〜１２５０℃の温度で焼成を行な
い、磁器円板を得た。
料（例えばＴａ 2 Ｏ 5 ），Ｎａ2ＣＯ3，Ｎｂ2Ｏ5，ＴｉＯ
2，Ｍｎ2Ｏ3を用意し、これらの出発原料を表１に示す
ような組成となるように秤取して、ボールミルを用いて
約５時間湿式混合し、得られた混合物を乾燥した後、７
００〜９００℃で仮焼した。それから、この仮焼体を粗
粉砕した後、有機バインダを適量加え、ボールミルを用
いて５〜１０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った。次に、これを７５０〜１００
０kg／cm2の圧力で直径１２mm、厚さ１．２mmの円板に
成形した後、１０００〜１２５０℃の温度で焼成を行な
い、磁器円板を得た。
【００１６】そして、この磁器円板の表面（両主面）
に、通常の方法により、銀ペーストを塗布焼付けして銀
電極を形成した後、１５０〜２００℃の絶縁オイル中で
３〜５ｋＶ／mmの直流電圧を３０分間印加して分極処理
を施し、圧電磁器円板（試料）を得た。
に、通常の方法により、銀ペーストを塗布焼付けして銀
電極を形成した後、１５０〜２００℃の絶縁オイル中で
３〜５ｋＶ／mmの直流電圧を３０分間印加して分極処理
を施し、圧電磁器円板（試料）を得た。
【００１７】そして、これらの各圧電磁器円板（試料）
について、比誘電率（εｒ），径方向及び厚み方向の振
動における電気機械結合係数（Ｋｐ及びＫｔ）、周波数
定数及び共振周波数の温度変化率ｆ−ＴＣを測定した。
その結果を表１に示す。なお、上記特性は、インピーダ
ンス測定器により共振周波数及び反共振周波数を測定
し、計算により求めた。
について、比誘電率（εｒ），径方向及び厚み方向の振
動における電気機械結合係数（Ｋｐ及びＫｔ）、周波数
定数及び共振周波数の温度変化率ｆ−ＴＣを測定した。
その結果を表１に示す。なお、上記特性は、インピーダ
ンス測定器により共振周波数及び反共振周波数を測定
し、計算により求めた。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１に示すように、この発明の実施例にか
かる各試料については、εｒが１５０〜４００、Ｋｐが
２７〜４８％、Ｋｔが３３〜５０％、周波数定数が３３
９０〜３５２０、ｆ−ＴＣが−２００〜＋１５０の範囲
にあり、従来のチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電磁器組成
物では限界があった、低誘電率及び高周波数定数が実現
されており、かつ、比較的良好な電気機械結合係数が得
られていることがわかる。
かる各試料については、εｒが１５０〜４００、Ｋｐが
２７〜４８％、Ｋｔが３３〜５０％、周波数定数が３３
９０〜３５２０、ｆ−ＴＣが−２００〜＋１５０の範囲
にあり、従来のチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電磁器組成
物では限界があった、低誘電率及び高周波数定数が実現
されており、かつ、比較的良好な電気機械結合係数が得
られていることがわかる。
【００２０】なお、本願発明の圧電磁器組成物は、上記
実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内
において、その組成を変化させることが可能である。
実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内
において、その組成を変化させることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】上述のように、本願第１の発明の圧電磁
器組成物は、一般式：（ＮａXＫ1-X）（Ｎｂ1-YＴａY）
Ｏ3で表され、かつ、前記一般式中のＸ及びＹが、０．
２≦Ｘ≦０．８，０．０≦Ｙ≦０．５の範囲にあるよう
な組成を有していることから、従来のチタン酸ジルコン
酸鉛系の圧電磁器組成物では限界があった低誘電率と高
周波数定数を同時に実現するとともに、比較的良好な電
気機械結合係数を得ることができる。
器組成物は、一般式：（ＮａXＫ1-X）（Ｎｂ1-YＴａY）
Ｏ3で表され、かつ、前記一般式中のＸ及びＹが、０．
２≦Ｘ≦０．８，０．０≦Ｙ≦０．５の範囲にあるよう
な組成を有していることから、従来のチタン酸ジルコン
酸鉛系の圧電磁器組成物では限界があった低誘電率と高
周波数定数を同時に実現するとともに、比較的良好な電
気機械結合係数を得ることができる。
【００２２】また、本願第２の発明の圧電磁器組成物
は、本願第１の発明の圧電磁器組成物に、さらに、第一
遷移金属を含む化合物の少なくとも１種を、その含有率
が０．０１〜２．０重量％になるような割合で添加して
いるので、上記第１の発明の圧電磁器組成物よりもさら
に圧電性に優れた圧電磁器組成物を得ることが可能にな
る。
は、本願第１の発明の圧電磁器組成物に、さらに、第一
遷移金属を含む化合物の少なくとも１種を、その含有率
が０．０１〜２．０重量％になるような割合で添加して
いるので、上記第１の発明の圧電磁器組成物よりもさら
に圧電性に優れた圧電磁器組成物を得ることが可能にな
る。
【００２３】したがって、本願発明の圧電磁器組成物に
よれば、低誘電損失の高周波フィルタに応用するのに適
したセラミック素子を得ることができる。
よれば、低誘電損失の高周波フィルタに応用するのに適
したセラミック素子を得ることができる。
【００２４】また、周波数定数が従来のチタン酸ジルコ
ン酸鉛系の圧電磁器組成物より大きい（約１．５倍）こ
とから、同じ共振周波数を有する素子を得ようとした場
合に、その寸法（厚み）が約１．５倍になり、それだ
け、素子加工上の問題を軽減することが可能になる。
ン酸鉛系の圧電磁器組成物より大きい（約１．５倍）こ
とから、同じ共振周波数を有する素子を得ようとした場
合に、その寸法（厚み）が約１．５倍になり、それだ
け、素子加工上の問題を軽減することが可能になる。
【００２５】さらに、組成中にＰｂを含有しないので、
Ｐｂが排出されることによる環境問題の発生を防止する
ことができる。
Ｐｂが排出されることによる環境問題の発生を防止する
ことができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭49−33907（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−106454（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−167467（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−178694（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−301798（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 35/495
ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (2)
- 【請求項１】 一般式：（ＮａXＫ1-X）（Ｎｂ1-YＴ
ａY）Ｏ3 で表され、かつ、前記一般式中のＸ及びＹが、 ０．２≦Ｘ≦０．８ ０．０≦Ｙ≦０．５ の範囲にあることを特徴とする圧電磁器組成物。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電磁器組成物に対し
て、第一遷移金属を含む化合物の少なくとも１種を、そ
の含有率が０．０１〜２．０重量％になるような割合で
添加したことを特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24872893A JP3362473B2 (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24872893A JP3362473B2 (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0782024A JPH0782024A (ja) | 1995-03-28 |
| JP3362473B2 true JP3362473B2 (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=17182474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24872893A Expired - Lifetime JP3362473B2 (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3362473B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3531803B2 (ja) | 1999-02-24 | 2004-05-31 | 株式会社豊田中央研究所 | アルカリ金属含有ニオブ酸化物系圧電材料組成物 |
| US6514427B2 (en) | 1999-10-18 | 2003-02-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element containing the same |
| JP2001342065A (ja) | 2000-05-30 | 2001-12-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電磁器組成物 |
| JP4929522B2 (ja) * | 2000-08-25 | 2012-05-09 | 株式会社豊田中央研究所 | 圧電磁器組成物 |
| JP3750507B2 (ja) * | 2000-08-28 | 2006-03-01 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 |
| US6764609B2 (en) | 2001-10-11 | 2004-07-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element using the same |
| JP4616544B2 (ja) * | 2002-03-20 | 2011-01-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 圧電磁器組成物及びその製造方法並びに圧電素子 |
| DE60323704D1 (de) | 2002-03-20 | 2008-11-06 | Denso Corp | Piezoelektrische Keramikzusammensetzung, Verfahren zu ihrer Herstellung und piezoelektrische Vorrichtung |
| JP4212289B2 (ja) * | 2002-04-04 | 2009-01-21 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電磁器の製造方法 |
| EP1382588B9 (en) * | 2002-07-16 | 2012-06-27 | Denso Corporation | Piezoelectric ceramic composition and method of production of same |
| JP2004155601A (ja) * | 2002-11-05 | 2004-06-03 | Nippon Ceramic Co Ltd | 圧電磁器組成物 |
| EP1457471B1 (en) | 2003-03-14 | 2014-02-26 | Denso Corporation | Crystal oriented ceramics and production method of same |
| JP4491537B2 (ja) * | 2003-08-28 | 2010-06-30 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ペロブスカイト固溶体組成物およびこのものから得られる圧電セラミックス |
| CN100386291C (zh) * | 2004-07-15 | 2008-05-07 | 清华大学 | 铌酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法 |
| JP4878133B2 (ja) * | 2004-09-13 | 2012-02-15 | 株式会社デンソー | 圧電アクチュエータ |
| JP4795748B2 (ja) * | 2004-09-13 | 2011-10-19 | 株式会社デンソー | 圧電アクチュエータ |
| CN101421202A (zh) | 2006-04-13 | 2009-04-29 | 株式会社村田制作所 | 陶瓷粉末及陶瓷粉末的制造方法 |
| CN100465312C (zh) * | 2007-08-24 | 2009-03-04 | 北京科技大学 | 铌酸钾钠/铜压电复合材料的制备方法 |
-
1993
- 1993-09-08 JP JP24872893A patent/JP3362473B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0782024A (ja) | 1995-03-28 |
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