JP2003055046A - 圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイスとその製造方法 - Google Patents
圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイスとその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高電界駆動時の機械的品質係数の大きな圧電
磁器組成物を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 主成分（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ
2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ2 /3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、
Ａはランタン系列から選ばれる少なくとも一種以上の金
属元素、０．８５≦ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦１．
０３、０．０１≦ｗ≦０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１
５、０．３５≦ｙ≦０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５
０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、副成分として前記主成分
１００重量％に対しＭｎをＭｎＯ2に換算して０．０５
〜２．５重量％、ＳｉをＳｉＯ2に換算して０．０１〜
０．５重量％含有させたものである。
磁器組成物を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 主成分（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ
2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ2 /3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、
Ａはランタン系列から選ばれる少なくとも一種以上の金
属元素、０．８５≦ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦１．
０３、０．０１≦ｗ≦０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１
５、０．３５≦ｙ≦０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５
０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、副成分として前記主成分
１００重量％に対しＭｎをＭｎＯ2に換算して０．０５
〜２．５重量％、ＳｉをＳｉＯ2に換算して０．０１〜
０．５重量％含有させたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば圧電トランス
に用いる圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイ
スとその製造方法に関するものである。
に用いる圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイ
スとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電トランスなどの圧電デバイス
に用いる圧電磁器組成物としては、特開昭５６−３０７
１４号公報に示されるようにＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ
3−ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系組成物にＭｎＯ2を添加
したものが知られている。
に用いる圧電磁器組成物としては、特開昭５６−３０７
１４号公報に示されるようにＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ
3−ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系組成物にＭｎＯ2を添加
したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、圧電デバイスの
高出力化が求められている。これに対し上記圧電材料
は、高電界駆動に伴い機械的品質係数が非線形的に低下
し、内部エネルギー損失により急激に発熱する。そのた
め、大きな出力が得られないという問題点を有してい
た。
高出力化が求められている。これに対し上記圧電材料
は、高電界駆動に伴い機械的品質係数が非線形的に低下
し、内部エネルギー損失により急激に発熱する。そのた
め、大きな出力が得られないという問題点を有してい
た。
【０００４】そこで本発明は高電界駆動時の機械的品質
係数の大きな圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デ
バイスとその製造方法を提供することを目的とするもの
である。
係数の大きな圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デ
バイスとその製造方法を提供することを目的とするもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、以下の構成を有するものである。
に、以下の構成を有するものである。
【０００６】本発明の請求項１に記載の発明は、主成分
（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/ 3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ
2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン系列か
ら選ばれる少なくとも一種以上の金属元素、０．８５≦
ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０１≦ｗ
≦０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５≦ｙ≦
０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）に、副成分として前記主成分１００重量％に対しＭ
ｎをＭｎＯ2に換算して０．０５〜２．５重量％、Ｓｉ
をＳｉＯ2に換算して０．０１〜０．５重量％含有させ
たものであり、大きな機械的品質係数を有し、かつ高電
界駆動時の機械的品質係数の低下が小さいものである。
（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/ 3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ
2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン系列か
ら選ばれる少なくとも一種以上の金属元素、０．８５≦
ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０１≦ｗ
≦０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５≦ｙ≦
０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）に、副成分として前記主成分１００重量％に対しＭ
ｎをＭｎＯ2に換算して０．０５〜２．５重量％、Ｓｉ
をＳｉＯ2に換算して０．０１〜０．５重量％含有させ
たものであり、大きな機械的品質係数を有し、かつ高電
界駆動時の機械的品質係数の低下が小さいものである。
【０００７】本発明の請求項２に記載の発明は、特に、
主成分（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ
1/3Ｎｂ2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン
系列から選ばれる少なくとも一種以上の金属元素、０．
８５≦ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０
１≦ｗ≦０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５
≦ｙ≦０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１）に、副成分として前記主成分１００重量％に
対しＭｎをＭｎＯ2に換算して０．０５〜２．５重量
％、ＳｉをＳｉＯ2に換算して０．０１〜０．５重量％
含有させたもので圧電層を形成し、内部電極をＡｇを含
有する金属で形成した圧電デバイスであり、圧電層は大
きな機械的品質係数を有するので高出力を得ることがで
きる。
主成分（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ
1/3Ｎｂ2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン
系列から選ばれる少なくとも一種以上の金属元素、０．
８５≦ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０
１≦ｗ≦０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５
≦ｙ≦０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１）に、副成分として前記主成分１００重量％に
対しＭｎをＭｎＯ2に換算して０．０５〜２．５重量
％、ＳｉをＳｉＯ2に換算して０．０１〜０．５重量％
含有させたもので圧電層を形成し、内部電極をＡｇを含
有する金属で形成した圧電デバイスであり、圧電層は大
きな機械的品質係数を有するので高出力を得ることがで
きる。
【０００８】本発明の請求項３に記載の発明は、特に、
圧電層となる原料を９５０〜１０５０℃で仮焼した後シ
ート成形し、Ａｇを含有する内部電極と交互に積層し、
一体焼成することにより、Ａｇと圧電層を構成する原料
との反応を抑制し、所望の特性を有する圧電デバイスを
得ることができる。
圧電層となる原料を９５０〜１０５０℃で仮焼した後シ
ート成形し、Ａｇを含有する内部電極と交互に積層し、
一体焼成することにより、Ａｇと圧電層を構成する原料
との反応を抑制し、所望の特性を有する圧電デバイスを
得ることができる。
【０００９】本発明の請求項４に記載の発明は、特に、
圧電層となる原料を仮焼し、平均粒径０．４〜１．１μ
ｍに調整後、シート成形するものであり、低温で焼結す
るためＡｇを含有する内部電極との一体焼成がさらに容
易になる。
圧電層となる原料を仮焼し、平均粒径０．４〜１．１μ
ｍに調整後、シート成形するものであり、低温で焼結す
るためＡｇを含有する内部電極との一体焼成がさらに容
易になる。
【００１０】本発明の請求項５に記載の発明は、特に、
Ｓｉ化合物以外の原料を仮焼し、仮焼後Ｓｉ化合物を添
加するものである。Ｓｉ化合物は高温で仮焼すると硬化
するため、後工程の作業が困難となるのでＳｉ化合物が
硬化しすぎないような温度で仮焼する必要が有る。しか
しながらＳｉ化合物を仮焼後に添加することにより、Ｓ
ｉ化合物を添加した時よりも高温で仮焼できるため、積
層体焼成時のＡｇと圧電層を構成する原料との反応を更
に抑制することができる。
Ｓｉ化合物以外の原料を仮焼し、仮焼後Ｓｉ化合物を添
加するものである。Ｓｉ化合物は高温で仮焼すると硬化
するため、後工程の作業が困難となるのでＳｉ化合物が
硬化しすぎないような温度で仮焼する必要が有る。しか
しながらＳｉ化合物を仮焼後に添加することにより、Ｓ
ｉ化合物を添加した時よりも高温で仮焼できるため、積
層体焼成時のＡｇと圧電層を構成する原料との反応を更
に抑制することができる。
【００１１】本発明の請求項６に記載の発明は、特に、
平均粒径０．０５〜０．２μｍのＳｉ化合物を用いるも
のであり、仮焼体にＳｉ化合物を分散させやすくなる。
平均粒径０．０５〜０．２μｍのＳｉ化合物を用いるも
のであり、仮焼体にＳｉ化合物を分散させやすくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、実施の形
態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明につ
いて説明する。
態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明につ
いて説明する。
【００１３】まず、出発原料として化学的に高純度のＰ
ｂＯ、Ｌａ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｚｎ
Ｏ、ＳｎＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2を組成式
（Ｐｂ 1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ
2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3において（表１）に示す組成と
なるように秤量する。また前記組成式で示した主成分１
００重量％に対し、副成分としてＳｉＯ2とＭｎＯ2を
（表１）に示す割合となるように秤量する。
ｂＯ、Ｌａ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｚｎ
Ｏ、ＳｎＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2を組成式
（Ｐｂ 1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ
2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3において（表１）に示す組成と
なるように秤量する。また前記組成式で示した主成分１
００重量％に対し、副成分としてＳｉＯ2とＭｎＯ2を
（表１）に示す割合となるように秤量する。
【００１４】
【表１】
【００１５】次にこれらの原料をジルコニアボールを媒
介としてボールミルにより湿式混合した。尚、出発原料
として前述した各成分元素の酸化物以外に水酸化物、炭
酸塩、アルコキシド等焼結後の組成が（表１）に示すよ
うになるのであればいずれを用いてもよい。
介としてボールミルにより湿式混合した。尚、出発原料
として前述した各成分元素の酸化物以外に水酸化物、炭
酸塩、アルコキシド等焼結後の組成が（表１）に示すよ
うになるのであればいずれを用いてもよい。
【００１６】また試料番号の右に記された（＊）は本発
明の特許請求の範囲外の比較例の試料であることを示
す。
明の特許請求の範囲外の比較例の試料であることを示
す。
【００１７】次に得られた混合物をボールミルから取り
出して乾燥した後、空気中において９５０〜１０５０℃
で２時間仮焼した。
出して乾燥した後、空気中において９５０〜１０５０℃
で２時間仮焼した。
【００１８】次に得られた仮焼粉体を湿式粉砕し、粉砕
泥しょうを乾燥した後、ポリビニールアルコール溶液を
添加して造粒した。
泥しょうを乾燥した後、ポリビニールアルコール溶液を
添加して造粒した。
【００１９】次に得られた造粒粉体を、金型とプレスを
用いて直径２０ｍｍ、厚さ約２ｍｍの円板に成形した。
用いて直径２０ｍｍ、厚さ約２ｍｍの円板に成形した。
【００２０】次に得られた成形体を、空気中において７
００℃で１時間保持してバインダーアウトを行った後、
空気中において１０００〜１２００℃で２時間保持して
焼成した。
００℃で１時間保持してバインダーアウトを行った後、
空気中において１０００〜１２００℃で２時間保持して
焼成した。
【００２１】次に得られた焼成体を直径約１６ｍｍ、厚
さ１ｍｍの円板に加工した後、その両主面に銀電極を焼
き付け、１００℃の絶縁油中で３ｋＶ／ｍｍの直流電界
を印加して分極処理を施した。
さ１ｍｍの円板に加工した後、その両主面に銀電極を焼
き付け、１００℃の絶縁油中で３ｋＶ／ｍｍの直流電界
を印加して分極処理を施した。
【００２２】次いで得られた円板試料の直径方向の振動
の機械的品質係数Ｑｍをインピーダンスアナライザーを
用いた共振***振法による測定から求め、（表１）に印
加電圧が５ＶのときのＱｍ値を示した。
の機械的品質係数Ｑｍをインピーダンスアナライザーを
用いた共振***振法による測定から求め、（表１）に印
加電圧が５ＶのときのＱｍ値を示した。
【００２３】（表１）に示す結果から明らかなように、
本発明の実施の形態１における圧電磁器組成物に対応す
る試料は、高電界駆動時（５Ｖ）に１１００以上の高い
Ｑｍ値を示している。これに対し、（＊）を付した本発
明範囲外の比較例試料は高電界駆動時のＱｍ値が１００
０以下と小さい。
本発明の実施の形態１における圧電磁器組成物に対応す
る試料は、高電界駆動時（５Ｖ）に１１００以上の高い
Ｑｍ値を示している。これに対し、（＊）を付した本発
明範囲外の比較例試料は高電界駆動時のＱｍ値が１００
０以下と小さい。
【００２４】また本発明の圧電磁器組成物は、（表１）
に示すように１１５０℃でも十分な焼結性を有するもの
であり、例えばＡｇ−Ｐｄ電極との同時焼成も可能なも
のである。
に示すように１１５０℃でも十分な焼結性を有するもの
であり、例えばＡｇ−Ｐｄ電極との同時焼成も可能なも
のである。
【００２５】以上のように本実施の形態１における圧電
磁器組成物は、主成分（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ
2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、
Ａはランタン系列から選ばれる少なくとも一種以上の金
属元素で、０．８５≦ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦
１．０３、０．０１≦ｗ≦０．２０、０．０１≦ｘ≦
０．１５、０．３５≦ｙ≦０．４８、０．３０≦ｚ≦
０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、副成分として前記
主成分１００重量％に対しＭｎをＭｎＯ2に換算して
０．０５〜２．５重量％、ＳｉをＳｉＯ2に換算して
０．０１〜０．５重量％含有させたものであり、大きな
機械的品質係数を有し、かつ高電界駆動時の機械的品質
係数の低下が小さいという効果を奏するものである。
磁器組成物は、主成分（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ
2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、
Ａはランタン系列から選ばれる少なくとも一種以上の金
属元素で、０．８５≦ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦
１．０３、０．０１≦ｗ≦０．２０、０．０１≦ｘ≦
０．１５、０．３５≦ｙ≦０．４８、０．３０≦ｚ≦
０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、副成分として前記
主成分１００重量％に対しＭｎをＭｎＯ2に換算して
０．０５〜２．５重量％、ＳｉをＳｉＯ2に換算して
０．０１〜０．５重量％含有させたものであり、大きな
機械的品質係数を有し、かつ高電界駆動時の機械的品質
係数の低下が小さいという効果を奏するものである。
【００２６】尚、上記実施の形態１で示した（表１）の
組成は一例であり、上記組成を満たす圧電磁器組成物で
あれば本発明の目的を達成するものである。
組成は一例であり、上記組成を満たす圧電磁器組成物で
あれば本発明の目的を達成するものである。
【００２７】（実施の形態２）以下、実施の形態２を用
いて、本発明の特に請求項２、３、４に記載の発明につ
いて説明する。
いて、本発明の特に請求項２、３、４に記載の発明につ
いて説明する。
【００２８】図１は本発明の実施の形態２における圧電
デバイスである圧電トランスの斜視図、図２は図１のＡ
−Ｂ間の断面図、図３は図１のＣ−Ｄ間の断面図であ
り、１は積層体、２ａ，２ｂは内部電極、３ａ，３ｂは
入力電極となる外部電極、４ａ，４ｂは出力電極となる
外部電極を示す。以上のように構成された圧電トランス
について以下に説明する。
デバイスである圧電トランスの斜視図、図２は図１のＡ
−Ｂ間の断面図、図３は図１のＣ−Ｄ間の断面図であ
り、１は積層体、２ａ，２ｂは内部電極、３ａ，３ｂは
入力電極となる外部電極、４ａ，４ｂは出力電極となる
外部電極を示す。以上のように構成された圧電トランス
について以下に説明する。
【００２９】まず、出発原料として化学的に高純度のＰ
ｂＯ、Ｌａ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｚｎ
Ｏ、ＳｎＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2を組成式
（Ｐｂ 1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ
2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3において（表２）に示す組成と
なるように秤量する。
ｂＯ、Ｌａ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｚｎ
Ｏ、ＳｎＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2を組成式
（Ｐｂ 1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ
2/3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3において（表２）に示す組成と
なるように秤量する。
【００３０】
【表２】
【００３１】また前記組成式で示した主成分１００重量
％に対し、副成分としてＳｉＯ2とＭｎＯ2を（表２）に
示す割合となるように秤量する。
％に対し、副成分としてＳｉＯ2とＭｎＯ2を（表２）に
示す割合となるように秤量する。
【００３２】尚、実施の形態１と同様に出発原料として
前述した各成分元素の酸化物以外に水酸化物、炭酸塩、
アルコキシド等焼結後の組成が（表２）に示すようにな
るのであればいずれを用いてもよい。
前述した各成分元素の酸化物以外に水酸化物、炭酸塩、
アルコキシド等焼結後の組成が（表２）に示すようにな
るのであればいずれを用いてもよい。
【００３３】また試料番号の右に記された（＊）は本発
明の特許請求の範囲外の比較例の試料であることを示
す。
明の特許請求の範囲外の比較例の試料であることを示
す。
【００３４】次に、実施の形態１と同様に上記原料を湿
式混合し、得られた混合物をボールミルから取り出して
乾燥した後、空気中において９５０〜１０５０℃で２時
間仮焼した。次に得られた仮焼体をボールミルにより湿
式混合および湿式粉砕をし、得られた粉砕泥しょうをボ
ールミルから取り出して乾燥した後、これにバインダー
と可塑剤および溶剤を添加してスラリーにし、ドクター
ブレード法によりシート成形してグリーンシートを作製
した。このグリーンシートを矩形形状に切断した後、上
面に内部電極２ａ，２ｂとしてＡｇ：Ｐｄ＝７０：３０
のＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷した。
式混合し、得られた混合物をボールミルから取り出して
乾燥した後、空気中において９５０〜１０５０℃で２時
間仮焼した。次に得られた仮焼体をボールミルにより湿
式混合および湿式粉砕をし、得られた粉砕泥しょうをボ
ールミルから取り出して乾燥した後、これにバインダー
と可塑剤および溶剤を添加してスラリーにし、ドクター
ブレード法によりシート成形してグリーンシートを作製
した。このグリーンシートを矩形形状に切断した後、上
面に内部電極２ａ，２ｂとしてＡｇ：Ｐｄ＝７０：３０
のＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷した。
【００３５】上記のようにして得た内部電極２ａ，２ｂ
を印刷したグリーンシートと内部電極なしのグリーンシ
ートとを適宜、複数枚重ねてプレス後切断し、グリーン
積層体を作製した。ここで内部電極２ａ，２ｂは、前記
グリーン積層体の短手方向の両端面に一層毎に交互に露
出するようにした。このグリーン積層体を空気中におい
て５００℃でバインダーアウトを行った後、空気中にお
いて１０２５〜１１００℃で２時間保持して一体焼成
し、ほぼ直方体状の圧電トランスの形状を持った積層体
１を作製した。
を印刷したグリーンシートと内部電極なしのグリーンシ
ートとを適宜、複数枚重ねてプレス後切断し、グリーン
積層体を作製した。ここで内部電極２ａ，２ｂは、前記
グリーン積層体の短手方向の両端面に一層毎に交互に露
出するようにした。このグリーン積層体を空気中におい
て５００℃でバインダーアウトを行った後、空気中にお
いて１０２５〜１１００℃で２時間保持して一体焼成
し、ほぼ直方体状の圧電トランスの形状を持った積層体
１を作製した。
【００３６】次に得られた積層体１の内部電極２ａ，２
ｂの露出した面に外部電極３ａ，３ｂを、積層体１の長
手方向の端面に外部電極４ａ，４ｂを銀焼付により形成
した。次に１００℃の絶縁油中で３ｋＶ／ｍｍの直流電
界を印加して、内部電極２ａ，２ｂに挟まれた圧電層を
積層体１の厚み方向に分極処理を施し、さらに外部電極
３ａと４ａ、３ｂと４ｂ間で積層体１の長手方向に分極
処理を施した。
ｂの露出した面に外部電極３ａ，３ｂを、積層体１の長
手方向の端面に外部電極４ａ，４ｂを銀焼付により形成
した。次に１００℃の絶縁油中で３ｋＶ／ｍｍの直流電
界を印加して、内部電極２ａ，２ｂに挟まれた圧電層を
積層体１の厚み方向に分極処理を施し、さらに外部電極
３ａと４ａ、３ｂと４ｂ間で積層体１の長手方向に分極
処理を施した。
【００３７】こうして得られた圧電トランスの入力電力
と出力電力の損失の度合いを示す効率（％）を（表２）
に示す。
と出力電力の損失の度合いを示す効率（％）を（表２）
に示す。
【００３８】（表２）に示す結果から明らかなように、
本発明の実施の形態２における圧電トランスは９０％以
上の高い効率を示す。またこのように１１５０℃未満の
焼成温度で高い効率を示すため、融点の低いＡｇ−Ｐｄ
を内部電極２ａ，２ｂとして用いることができる。
本発明の実施の形態２における圧電トランスは９０％以
上の高い効率を示す。またこのように１１５０℃未満の
焼成温度で高い効率を示すため、融点の低いＡｇ−Ｐｄ
を内部電極２ａ，２ｂとして用いることができる。
【００３９】以上のように本実施の形態２における圧電
デバイス及びその製造方法は、圧電層が大きな機械的品
質係数を有するので、高出力の圧電デバイスを得るとい
う効果を奏するものである。
デバイス及びその製造方法は、圧電層が大きな機械的品
質係数を有するので、高出力の圧電デバイスを得るとい
う効果を奏するものである。
【００４０】また特に圧電層となる原料を９５０〜１０
５０℃で仮焼し、ある程度反応させておくことにより、
グリーン積層体を焼成する際、内部電極２ａ，２ｂと圧
電層との反応が抑制され、所望の特性を有する圧電デバ
イスを得ることができる。
５０℃で仮焼し、ある程度反応させておくことにより、
グリーン積層体を焼成する際、内部電極２ａ，２ｂと圧
電層との反応が抑制され、所望の特性を有する圧電デバ
イスを得ることができる。
【００４１】尚、外部電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの形
成前の積層体１について、厚さの最大値をｔmax、最小
値をｔminとしたとき、１００×（ｔmax−ｔmin）／ｔ
min（％）を求め、これを寸法精度として評価したもの
を図４に示した。この結果から明らかなように本発明の
実施の形態２における圧電トランスは、特に、圧電層と
なる原料を９５０℃以上で仮焼し、ある程度反応させて
からグリーンシートを作製することにより、グリーン積
層体を焼成する際の収縮が抑制されるため、寸法精度の
良い積層構造の圧電トランスが得られる。一方、仮焼温
度が１０５０℃を超えるとＰｂ成分の蒸発の影響で圧電
特性が低下するため好ましくない。従って、仮焼温度は
９５０〜１０５０℃とすることが好ましい。
成前の積層体１について、厚さの最大値をｔmax、最小
値をｔminとしたとき、１００×（ｔmax−ｔmin）／ｔ
min（％）を求め、これを寸法精度として評価したもの
を図４に示した。この結果から明らかなように本発明の
実施の形態２における圧電トランスは、特に、圧電層と
なる原料を９５０℃以上で仮焼し、ある程度反応させて
からグリーンシートを作製することにより、グリーン積
層体を焼成する際の収縮が抑制されるため、寸法精度の
良い積層構造の圧電トランスが得られる。一方、仮焼温
度が１０５０℃を超えるとＰｂ成分の蒸発の影響で圧電
特性が低下するため好ましくない。従って、仮焼温度は
９５０〜１０５０℃とすることが好ましい。
【００４２】また（表２）に示した試料番号３２の組成
について、仮焼体を粉砕した時の平均粒径を検討した結
果を図５に示す。試料番号３２の圧電体は、焼結体密度
が７８００ｋｇ／ｍ3以上であると焼結性に優れたもの
となる。また本実施の形態２において、内部電極２ａ，
２ｂとして用いたＡｇ−Ｐｄは１１００℃以下で焼成す
ることが望ましい。従って図５によると平均粒径を１．
１μｍの場合は、優れた特性の圧電トランスを得るため
に焼成温度を１１００℃とすることが望ましい。平均粒
径が０．４μｍの場合は１０５０℃に下げることができ
る。このように仮焼体の平均粒径を小さくすることによ
り、焼成温度を下げることができる。焼成温度を下げる
ことができると、内部電極２ａ，２ｂとして融点の低
い、銀を含有する金属の使用範囲を広げることができる
のである。
について、仮焼体を粉砕した時の平均粒径を検討した結
果を図５に示す。試料番号３２の圧電体は、焼結体密度
が７８００ｋｇ／ｍ3以上であると焼結性に優れたもの
となる。また本実施の形態２において、内部電極２ａ，
２ｂとして用いたＡｇ−Ｐｄは１１００℃以下で焼成す
ることが望ましい。従って図５によると平均粒径を１．
１μｍの場合は、優れた特性の圧電トランスを得るため
に焼成温度を１１００℃とすることが望ましい。平均粒
径が０．４μｍの場合は１０５０℃に下げることができ
る。このように仮焼体の平均粒径を小さくすることによ
り、焼成温度を下げることができる。焼成温度を下げる
ことができると、内部電極２ａ，２ｂとして融点の低
い、銀を含有する金属の使用範囲を広げることができる
のである。
【００４３】しかしながら、平均粒径が１．１μｍより
も大きいと焼成温度を１１００℃よりも高くしなければ
圧電層は焼結性が不十分となり、焼成温度を１１００℃
よりも高くすると、内部電極２ａ，２ｂが溶解してしま
う。これを防ぐには内部電極２ａ，２ｂのＰｄ比率を上
げれば良いのであるが、内部電極２ａ，２ｂのコストが
上がってしまう。
も大きいと焼成温度を１１００℃よりも高くしなければ
圧電層は焼結性が不十分となり、焼成温度を１１００℃
よりも高くすると、内部電極２ａ，２ｂが溶解してしま
う。これを防ぐには内部電極２ａ，２ｂのＰｄ比率を上
げれば良いのであるが、内部電極２ａ，２ｂのコストが
上がってしまう。
【００４４】また、平均粒径が０．４μｍ未満では、通
常の方法では成形が困難になり好ましくない。従ってＡ
ｇの含有率の高い金属を内部電極２ａ，２ｂとして用い
るため、仮焼体の平均粒径は０．４〜１．１μｍとする
ことが好ましい。
常の方法では成形が困難になり好ましくない。従ってＡ
ｇの含有率の高い金属を内部電極２ａ，２ｂとして用い
るため、仮焼体の平均粒径は０．４〜１．１μｍとする
ことが好ましい。
【００４５】このことは、試料番号３２の組成を有する
圧電体だけでなく、本発明の他の組成の圧電体において
も同様のことが言える。
圧電体だけでなく、本発明の他の組成の圧電体において
も同様のことが言える。
【００４６】（実施の形態３）以下、実施の形態３を用
いて、本発明の特に請求項５、６に記載の発明について
説明する。
いて、本発明の特に請求項５、６に記載の発明について
説明する。
【００４７】まず実施の形態２の（表２）に示した試料
番号３２の組成となるように秤量した出発原料におい
て、ＳｉＯ2以外の出発原料をジルコニアボールを用い
たボールミルにより湿式混合した。得られた混合物をボ
ールミルから取り出して乾燥した後、空気中において９
５０〜１０５０℃で２時間仮焼した。得られた仮焼体
と、特に平均粒径０．０５〜０．２μｍのＳｉＯ2を前
述したボールミルにより湿式混合および湿式粉砕をし、
以後、実施の形態２と同様にして積層構造の圧電トラン
スを作製した。
番号３２の組成となるように秤量した出発原料におい
て、ＳｉＯ2以外の出発原料をジルコニアボールを用い
たボールミルにより湿式混合した。得られた混合物をボ
ールミルから取り出して乾燥した後、空気中において９
５０〜１０５０℃で２時間仮焼した。得られた仮焼体
と、特に平均粒径０．０５〜０．２μｍのＳｉＯ2を前
述したボールミルにより湿式混合および湿式粉砕をし、
以後、実施の形態２と同様にして積層構造の圧電トラン
スを作製した。
【００４８】ＳｉＯ2を最初の原料混合の時点で入れた
場合、９５０℃以上の高温で仮焼した場合に仮焼体の硬
化が著しく、その後の粉砕が通常の方法では困難となる
ため、粉砕方法を変えない限り有効な仮焼成温度の範囲
（９５０〜１０５０℃）での仮焼が困難である。一方、
仮焼後にＳｉＯ2を添加することにより仮焼体の硬化が
あまり進まないため、通常の粉砕方法のままで粉砕が可
能となる。従って、ＳｉＯ2以外の原料を仮焼した後、
ＳｉＯ2を添加することが望ましい。
場合、９５０℃以上の高温で仮焼した場合に仮焼体の硬
化が著しく、その後の粉砕が通常の方法では困難となる
ため、粉砕方法を変えない限り有効な仮焼成温度の範囲
（９５０〜１０５０℃）での仮焼が困難である。一方、
仮焼後にＳｉＯ2を添加することにより仮焼体の硬化が
あまり進まないため、通常の粉砕方法のままで粉砕が可
能となる。従って、ＳｉＯ2以外の原料を仮焼した後、
ＳｉＯ2を添加することが望ましい。
【００４９】尚ＳｉＯ2を均一に拡散させ反応させるに
は、平均粒径０．２μｍ以下のＳｉＯ2を使用して混合
することが望ましい。しかしながら０．０５μｍ未満に
なると逆に凝集が起こり分散性が悪くなる。従ってＳｉ
Ｏ2は平均粒径０．０５〜０．２μｍのものを用いるこ
とが好ましい。
は、平均粒径０．２μｍ以下のＳｉＯ2を使用して混合
することが望ましい。しかしながら０．０５μｍ未満に
なると逆に凝集が起こり分散性が悪くなる。従ってＳｉ
Ｏ2は平均粒径０．０５〜０．２μｍのものを用いるこ
とが好ましい。
【００５０】以上のように本実施の形態３における圧電
デバイスの製造方法は、Ｓｉ化合物を仮焼後に添加する
ことにより、通常の粉砕方法のままでもＳｉ化合物を始
めから添加した時よりも高温で仮焼できるため、グリー
ン積層体の焼成時の内部電極２ａ，２ｂと圧電層を構成
する原料との反応を更に抑制することができるという効
果を奏するものである。
デバイスの製造方法は、Ｓｉ化合物を仮焼後に添加する
ことにより、通常の粉砕方法のままでもＳｉ化合物を始
めから添加した時よりも高温で仮焼できるため、グリー
ン積層体の焼成時の内部電極２ａ，２ｂと圧電層を構成
する原料との反応を更に抑制することができるという効
果を奏するものである。
【００５１】また特に、平均粒径０．０５〜０．２μｍ
のＳｉ化合物を用いることにより、仮焼体にＳｉ化合物
を分散させやすくなるという効果も奏する。
のＳｉ化合物を用いることにより、仮焼体にＳｉ化合物
を分散させやすくなるという効果も奏する。
【００５２】なお、実施の形態３においては、一つの圧
電トランスについてのみ説明したが、上記以外にも本発
明の範囲内の組成の圧電層を有する圧電トランスであれ
ば同様の効果が得られる。
電トランスについてのみ説明したが、上記以外にも本発
明の範囲内の組成の圧電層を有する圧電トランスであれ
ば同様の効果が得られる。
【００５３】また、実施の形態２，３においては、本発
明の圧電磁器組成物を用いた圧電トランスを説明した
が、本発明の圧電磁器組成物の適用は、圧電トランスに
限定されるものではなく、超音波振動子、アクチュエー
タをはじめとする多くの圧電デバイスに対して適用でき
るものである。
明の圧電磁器組成物を用いた圧電トランスを説明した
が、本発明の圧電磁器組成物の適用は、圧電トランスに
限定されるものではなく、超音波振動子、アクチュエー
タをはじめとする多くの圧電デバイスに対して適用でき
るものである。
【００５４】
【発明の効果】以上のように本発明は、主成分（Ｐｂ
1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ 1/3Ｎｂ2/3）x
ＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン系列から選ば
れる少なくとも一種以上の金属元素で、０．８５≦ｕ≦
０．９９、０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０１≦ｗ≦
０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５≦ｙ≦
０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）に、副成分として前記主成分１００重量％に対しＭ
ｎをＭｎＯ2に換算して０．０５〜２．５重量％、Ｓｉ
をＳｉＯ2に換算して０．０１〜０．５重量％含有させ
た圧電磁器組成物であり、大きな機械的品質係数を有
し、かつ高電界駆動時の機械的品質係数の低下が小さい
という効果を奏するものである。
1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ 1/3Ｎｂ2/3）x
ＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン系列から選ば
れる少なくとも一種以上の金属元素で、０．８５≦ｕ≦
０．９９、０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０１≦ｗ≦
０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５≦ｙ≦
０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）に、副成分として前記主成分１００重量％に対しＭ
ｎをＭｎＯ2に換算して０．０５〜２．５重量％、Ｓｉ
をＳｉＯ2に換算して０．０１〜０．５重量％含有させ
た圧電磁器組成物であり、大きな機械的品質係数を有
し、かつ高電界駆動時の機械的品質係数の低下が小さい
という効果を奏するものである。
【図１】本発明の実施の形態２における圧電トランスの
斜視図
斜視図
【図２】図１のＡ−Ｂ間の断面図
【図３】図１のＣ−Ｄ間の断面図
【図４】本発明の実施の形態２における積層体の仮焼温
度と寸法精度の関係を示した図
度と寸法精度の関係を示した図
【図５】本発明の実施の形態２における積層体の焼成温
度と焼結体密度の関係を示した図
度と焼結体密度の関係を示した図
１ 積層体
２ａ 内部電極
２ｂ 内部電極
３ａ 外部電極
３ｂ 外部電極
４ａ 外部電極
４ｂ 外部電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G031 AA07 AA11 AA12 AA14 AA19
AA26 AA30 AA31 AA32 AA39
BA10 CA03 GA01 GA03
Claims (6)
- 【請求項１】 主成分（Ｐｂ1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ
2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ2 /3）xＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、
Ａはランタン系列から選ばれる少なくとも一種以上の金
属元素で、０．８５≦ｕ≦０．９９、０．９７≦ｖ≦
１．０３、０．０１≦ｗ≦０．２０、０．０１≦ｘ≦
０．１５、０．３５≦ｙ≦０．４８、０．３０≦ｚ≦
０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、副成分として前記
主成分１００重量％に対しＭｎをＭｎＯ2に換算して
０．０５〜２．５重量％、ＳｉをＳｉＯ2に換算して
０．０１〜０．５重量％含有させた圧電磁器組成物。 - 【請求項２】 圧電層と、Ａｇを含有する内部電極とを
この内部電極が表面に露出するように交互に積層した積
層体と、この積層体の前記内部電極の露出した面に設け
た外部電極とを備え、前記圧電層は主成分（Ｐｂ
1-uＡu）v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ2/3）x
ＴｉyＺｒz｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン系列から選ば
れる少なくとも一種以上の金属元素で、０．８５≦ｕ≦
０．９９、０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０１≦ｗ≦
０．２０、０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５≦ｙ≦
０．４８、０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）に、副成分として前記主成分１００重量％に対しＭ
ｎをＭｎＯ2に換算して０．０５〜２．５重量％、Ｓｉ
をＳｉＯ2に換算して０．０１〜０．５重量％含有させ
た圧電磁器組成物からなる圧電デバイス。 - 【請求項３】 Ｐｂ化合物、Ａ化合物（Ａはランタン系
列の金属元素から選ばれる一種類以上の元素）、Ｚｎ化
合物、Ｎｂ化合物、Ｓｎ化合物、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合
物、Ｍｎ化合物、Ｓｉ化合物を混合、仮焼して仮焼体を
得る第１の工程と、次にこの仮焼体を用いてセラミック
シートを作製する第２の工程と、次に前記セラミックシ
ートとＡｇを含有する内部電極とを交互に前記内部電極
の端部が表面に露出するように積層して積層体を得る第
３の工程と、次いでこの積層体を焼成して前記内部電極
の露出した面に外部電極を形成する第４の工程とを備
え、前記セラミックシートは主成分（Ｐｂ1-uＡu）
v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ1/ 3Ｎｂ2/3）xＴｉyＺｒ
z｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン系列から選ばれる少なく
とも一種以上の金属元素で、０．８５≦ｕ≦０．９９、
０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０１≦ｗ≦０．２０、
０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５≦ｙ≦０．４８、
０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に副成
分として前記主成分１００重量％に対しＭｎをＭｎＯ2
に換算して０．０５〜２．５重量％、ＳｉをＳｉＯ2に
換算して０．０１〜０．５重量％含有させた圧電磁器組
成物であり、前記第１の工程における仮焼温度は９５０
〜１０５０℃である圧電デバイスの製造方法。 - 【請求項４】 第１の工程後第２の工程前に仮焼体を平
均粒径０．４〜１．１μｍに調整する工程を設ける請求
項３に記載の圧電デバイスの製造方法。 - 【請求項５】 Ｐｂ化合物、Ａ化合物（Ａはランタン系
列の金属元素から選ばれる一種類以上の元素）、Ｚｎ化
合物、Ｎｂ化合物、Ｓｎ化合物、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合
物、Ｍｎ化合物を混合、仮焼して仮焼体を得る第１の工
程と、次にこの仮焼体を用いてセラミックシートを作製
する第２の工程と、次に前記セラミックシートとＡｇを
含有する内部電極とを交互に前記内部電極の端部が表面
に露出するように積層して積層体を得る第３の工程と、
次いでこの積層体を焼成して前記内部電極の露出した面
に外部電極を形成する第４の工程とを備え、前記第１の
工程における仮焼温度は９５０〜１０５０℃で、第１の
工程後第２の工程前に前記仮焼体にＳｉ化合物を添加
し、前記セラミックシートは主成分（Ｐｂ1-uＡu）
v｛（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）w（Ｓｎ1/3Ｎｂ2/3）xＴｉyＺｒ
z｝Ｏ3（ただし、Ａはランタン系列から選ばれる少なく
とも一種以上の金属元素、０．８５≦ｕ≦０．９９、
０．９７≦ｖ≦１．０３、０．０１≦ｗ≦０．２０、
０．０１≦ｘ≦０．１５、０．３５≦ｙ≦０．４８、
０．３０≦ｚ≦０．５０、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、副
成分として前記主成分１００重量％に対しＭｎをＭｎＯ
2に換算して０．０５〜２．５重量％、ＳｉをＳｉＯ2に
換算して０．０１〜０．５重量％含有させた圧電磁器組
成物からなる圧電デバイスの製造方法。 - 【請求項６】 Ｓｉ化合物の平均粒径は０．０５〜０．
２μｍである請求項５に記載の圧電デバイスの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001238765A JP2003055046A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイスとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001238765A JP2003055046A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイスとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003055046A true JP2003055046A (ja) | 2003-02-26 |
Family
ID=19069630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001238765A Pending JP2003055046A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 圧電磁器組成物およびこれを用いた圧電デバイスとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003055046A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100481717B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2005-04-11 | 주식회사 에스세라 | 압전 세라믹 조성물과 그 압전 세라믹 조성물을 이용한 압전소자 |
| KR101248797B1 (ko) | 2010-09-30 | 2013-04-03 | 티디케이가부시기가이샤 | 압전 자기 및 이를 구비하는 압전 소자, 및 이러한 압전 소자를 구비하는 압전 디바이스 |
| CN112552047A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-26 | 海鹰企业集团有限责任公司 | 高居里温度“收发”两用型pzt三元系压电陶瓷材料及其制备方法 |
-
2001
- 2001-08-07 JP JP2001238765A patent/JP2003055046A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100481717B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2005-04-11 | 주식회사 에스세라 | 압전 세라믹 조성물과 그 압전 세라믹 조성물을 이용한 압전소자 |
| KR101248797B1 (ko) | 2010-09-30 | 2013-04-03 | 티디케이가부시기가이샤 | 압전 자기 및 이를 구비하는 압전 소자, 및 이러한 압전 소자를 구비하는 압전 디바이스 |
| CN112552047A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-26 | 海鹰企业集团有限责任公司 | 高居里温度“收发”两用型pzt三元系压电陶瓷材料及其制备方法 |
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