JP3482954B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- composition
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種電圧デバイスに
用いられる圧電磁器組成物に関するものである。
用いられる圧電磁器組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の圧電磁器組成物はセラミックフィ
ルタ、発振子、発音体、アクチュエータ等に広く用いら
れており、大きな圧電性を有するチタン酸鉛[PbTi
O3]やチタン酸ジルコン酸鉛[Pb(TiZr)O3]
を主成分としたものが用いられている。
ルタ、発振子、発音体、アクチュエータ等に広く用いら
れており、大きな圧電性を有するチタン酸鉛[PbTi
O3]やチタン酸ジルコン酸鉛[Pb(TiZr)O3]
を主成分としたものが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年地球
環境に関する配慮から鉛を排除した非鉛圧電磁器組成物
の開発が要望されており、ビスマス層状型ペロブスカイ
ト、非鉛I−V族ペロブスカイト、非鉛II−IV族ペロブ
スカイト等多くの研究が進められているが、実用的な圧
電特性が得られずほとんど量産されていない。
環境に関する配慮から鉛を排除した非鉛圧電磁器組成物
の開発が要望されており、ビスマス層状型ペロブスカイ
ト、非鉛I−V族ペロブスカイト、非鉛II−IV族ペロブ
スカイト等多くの研究が進められているが、実用的な圧
電特性が得られずほとんど量産されていない。
【0004】非鉛圧電磁器組成物として有望なものの一
つにBi4SrTi4O15なるビスマス層状ペロブスカイ
ト化合物があり、キュリー点が高いため400℃程度の
高温に耐え、周波数の温度特性も−40ppmと実用的
な値を持つ。しかし圧電性は結合係数(Kt)が14%
前後で鉛系磁器組成物の1/4程度で、Qmも1000
程度であり実用に値しない。
つにBi4SrTi4O15なるビスマス層状ペロブスカイ
ト化合物があり、キュリー点が高いため400℃程度の
高温に耐え、周波数の温度特性も−40ppmと実用的
な値を持つ。しかし圧電性は結合係数(Kt)が14%
前後で鉛系磁器組成物の1/4程度で、Qmも1000
程度であり実用に値しない。
【0005】一方、セラミックフィルタや発振子として
利用する場合は電気機械結合係数Ktとともに機械的品
質係数Qmも重要な要素となる。機械的品質係数Qmは
共振周波数、***振周波数におけるインピーダンスの比
に関係のある定数であり、使用回路での信号処理能力を
大きく左右(利得、減衰量)するものである。機械的品
質係数Qmが大きいことは電気機械結合係数Ktの小さ
いことを十分に補うことができる。このために電気機械
結合係数Ktはより大きいもの、又機械的品質係数Qm
は2000以上を持つものが望まれていた。
利用する場合は電気機械結合係数Ktとともに機械的品
質係数Qmも重要な要素となる。機械的品質係数Qmは
共振周波数、***振周波数におけるインピーダンスの比
に関係のある定数であり、使用回路での信号処理能力を
大きく左右(利得、減衰量)するものである。機械的品
質係数Qmが大きいことは電気機械結合係数Ktの小さ
いことを十分に補うことができる。このために電気機械
結合係数Ktはより大きいもの、又機械的品質係数Qm
は2000以上を持つものが望まれていた。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、電気機械結合係数Ktとともに機械的品質係数Qm
を大きく改善し実用的な値を有する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。
で、電気機械結合係数Ktとともに機械的品質係数Qm
を大きく改善し実用的な値を有する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。
【0007】
【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。
【0008】請求項1に記載の発明は、一般式がBi4
(Sr1-xMx)Ti4O15なるビスマス層状化合物(但
しMはCr)で表され、Xは0<X≦0.3なる値をと
り、且つMnをMnO2に換算して1.5wt%以下
(0を除く)を含有する圧電磁器組成物であり、Srを
Crで置換するだけでは電気機械結合係数Ktはほとん
ど変化は見られないがこれにMnを添加することにより
電気機械結合係数Kt、機械的品質係数Qmともに大き
くなるという作用効果が得られる。このときXの範囲を
0〜0.3(0を除く)、又Mnを1.5wt%以下
(0を除く)としたのはこれ以外の範囲では顕著な作用
効果が得られないためである。
(Sr1-xMx)Ti4O15なるビスマス層状化合物(但
しMはCr)で表され、Xは0<X≦0.3なる値をと
り、且つMnをMnO2に換算して1.5wt%以下
(0を除く)を含有する圧電磁器組成物であり、Srを
Crで置換するだけでは電気機械結合係数Ktはほとん
ど変化は見られないがこれにMnを添加することにより
電気機械結合係数Kt、機械的品質係数Qmともに大き
くなるという作用効果が得られる。このときXの範囲を
0〜0.3(0を除く)、又Mnを1.5wt%以下
(0を除く)としたのはこれ以外の範囲では顕著な作用
効果が得られないためである。
【0009】請求項2に記載の発明は、TiもしくはC
uのうち少なくとも一方を請求項1に記載の組成に添加
した圧電磁器組成物であり、ビスマス層状化合物はその
特性を十分に引き出すには180〜200℃で分極処理
する必要があり、このため分極治工具の耐熱材質の選
定、絶縁オイルの熱分解、作業能率等量産性においても
課題があったが、Ti(この元素は一般式構成元素でも
あり、化学量論組成よりも過剰に加える結果になるが)
もしくはCuの少なくとも一方を添加することによって
分極処理温度を100〜140℃と大幅に下げることが
できて量産性の良い磁器を提供することができる。この
とき添加量は全重量に対し1wt%以下が好ましく、T
iがこれ以上の値では焼結が困難であったり、あるいは
Cuがこれ以上の値では磁器の抵抗が低下して分極処理
ができなくなるからである。
uのうち少なくとも一方を請求項1に記載の組成に添加
した圧電磁器組成物であり、ビスマス層状化合物はその
特性を十分に引き出すには180〜200℃で分極処理
する必要があり、このため分極治工具の耐熱材質の選
定、絶縁オイルの熱分解、作業能率等量産性においても
課題があったが、Ti(この元素は一般式構成元素でも
あり、化学量論組成よりも過剰に加える結果になるが)
もしくはCuの少なくとも一方を添加することによって
分極処理温度を100〜140℃と大幅に下げることが
できて量産性の良い磁器を提供することができる。この
とき添加量は全重量に対し1wt%以下が好ましく、T
iがこれ以上の値では焼結が困難であったり、あるいは
Cuがこれ以上の値では磁器の抵抗が低下して分極処理
ができなくなるからである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて、本発
明の特に請求項1,2に記載の発明について説明する。
明の特に請求項1,2に記載の発明について説明する。
【0011】まず、出発原料としてBi2O3,SrCO
3,TiO2,Y2O3,Cr2O3,CuOを、一般式Bi
4 (Sr 1-x M x )Ti 4 O 15 で表わした時、(表1)、
(表2)に示す組成となるように秤量し、ボールミルを
用いて16時間湿式混合処理し乾燥を行った。
3,TiO2,Y2O3,Cr2O3,CuOを、一般式Bi
4 (Sr 1-x M x )Ti 4 O 15 で表わした時、(表1)、
(表2)に示す組成となるように秤量し、ボールミルを
用いて16時間湿式混合処理し乾燥を行った。
【0012】次に、乾燥した混合原料を800〜100
0℃の温度で2時間仮焼後、再びボールミルを用いて1
6時間湿式粉砕し乾燥を行って圧電材料を作製した。
0℃の温度で2時間仮焼後、再びボールミルを用いて1
6時間湿式粉砕し乾燥を行って圧電材料を作製した。
【0013】次いで、圧電材料に対しバインダーとして
5%ポリビニルアルコール溶液を8〜12wt%加えて
造粒した後、150MPaの圧力で直径20mm、厚さ
1.5mmの円板状に成形した後、これを1050〜1
250℃の温度で焼成を行い圧電素子の焼結体を作製し
た。
5%ポリビニルアルコール溶液を8〜12wt%加えて
造粒した後、150MPaの圧力で直径20mm、厚さ
1.5mmの円板状に成形した後、これを1050〜1
250℃の温度で焼成を行い圧電素子の焼結体を作製し
た。
【0014】得られた焼結体を厚さ0.5mmに平面研
磨した後、両面に銀電極ペーストを塗布、乾燥を行い、
700℃の温度で焼付を行った。
磨した後、両面に銀電極ペーストを塗布、乾燥を行い、
700℃の温度で焼付を行った。
【0015】次に、100℃から200℃まで20℃刻
みで上げた各温度のシリコンオイル中で3.5KVの直
流電圧(7KV/mm)を印加し分極を行った後、各試
料の電気機械結合係数Ktおよび機械的品質係数Qmを
測定した。その後に飽和分極処理温度と考えられる試料
を選定しその結果を(表1)、(表2)に示した。
みで上げた各温度のシリコンオイル中で3.5KVの直
流電圧(7KV/mm)を印加し分極を行った後、各試
料の電気機械結合係数Ktおよび機械的品質係数Qmを
測定した。その後に飽和分極処理温度と考えられる試料
を選定しその結果を(表1)、(表2)に示した。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】尚、電気機械結合係数Ktおよび機械的品
質係数Qmは電子材料工業会標準規格であるEMAS−
6100(圧電セラミック振動子の電気的試験方法)に
基づき測定、算出した。又、各試料の値を選定するにあ
たっては、100℃から200℃の間の6点で測定した
試料のうち電気機械結合係数Ktが最大となる点を基準
として5%以上電気機械結合係数Ktが低下しない範囲
での一番低い分極処理温度の値をもって飽和分極処理温
度とし、この点における値を表に記載してある。
質係数Qmは電子材料工業会標準規格であるEMAS−
6100(圧電セラミック振動子の電気的試験方法)に
基づき測定、算出した。又、各試料の値を選定するにあ
たっては、100℃から200℃の間の6点で測定した
試料のうち電気機械結合係数Ktが最大となる点を基準
として5%以上電気機械結合係数Ktが低下しない範囲
での一番低い分極処理温度の値をもって飽和分極処理温
度とし、この点における値を表に記載してある。
【0019】(表1)はビスマス層状化合物をYもしく
はCrで置換した本実施の形態の基本組成とその特性値
である。
はCrで置換した本実施の形態の基本組成とその特性値
である。
【0020】(表2)は上記(表1)の組成に、過剰な
TiもしくはCuを添加した組成とその特性値である。
TiもしくはCuを添加した組成とその特性値である。
【0021】(表1)に示すように従来の圧電磁器(試
料番号1)は電気機械結合係数Ktが14%、機械的品
質係数Qmが1000程度でありセラミックフィルタや
発振子として利用するには使用する回路が複雑なものと
なるため実質的に困難であった。これに対してSrをY
もしくはCrで置換したもの(試料番号3,4,5,
8,9,10,15,16,17,20,21,22)
は電気機械結合係数Ktが15〜20%に向上すると同
時に、機械的品質係数Qmは3000〜7000と大幅
に上昇することがわかる。これによって実用的な圧電磁
器組成物となり、ここでYもしくはCrが0.3を越え
ると(試料番号12,13,24,25)、あるいはM
nが2wt%を越えると(試料番号6,11,18,2
3)、機械的品質係数Qmは1000〜1500と従来
組成よりも大きい値をとる組成もあるが、電気機械結合
係数Ktが小さくなり両方を加味すると実用的な効果は
なくなる。又、Mnを添加しない場合(試料番号2,1
4)も従来組成とほぼ同レベルであり効果は見られな
い。
料番号1)は電気機械結合係数Ktが14%、機械的品
質係数Qmが1000程度でありセラミックフィルタや
発振子として利用するには使用する回路が複雑なものと
なるため実質的に困難であった。これに対してSrをY
もしくはCrで置換したもの(試料番号3,4,5,
8,9,10,15,16,17,20,21,22)
は電気機械結合係数Ktが15〜20%に向上すると同
時に、機械的品質係数Qmは3000〜7000と大幅
に上昇することがわかる。これによって実用的な圧電磁
器組成物となり、ここでYもしくはCrが0.3を越え
ると(試料番号12,13,24,25)、あるいはM
nが2wt%を越えると(試料番号6,11,18,2
3)、機械的品質係数Qmは1000〜1500と従来
組成よりも大きい値をとる組成もあるが、電気機械結合
係数Ktが小さくなり両方を加味すると実用的な効果は
なくなる。又、Mnを添加しない場合(試料番号2,1
4)も従来組成とほぼ同レベルであり効果は見られな
い。
【0022】(表2)に示すように、(表1)の組成に
更に過剰なTi(試料番号26,27,28,35,3
6,37)もしくはCu(試料番号30,31,32,
39,40,41)を添加したものは電気機械結合係数
Kt及び機械的品質係数Qmを高いレベルに維持したま
ま分極処理温度を100〜140℃と大幅に下げること
ができ、これらを添加することによって量産処理容易な
圧電磁器となる。このことはTi,Cuを同時に添加し
ても(試料番号34,43)有効であり、このときTi
量が1wt%を越えると(試料番号29,38)磁器の
焼結が困難となり、またCuが1wt%を越えると(試
料番号33,42)絶縁抵抗が限界を越えて低下するた
めに分極処理ができなくなる。
更に過剰なTi(試料番号26,27,28,35,3
6,37)もしくはCu(試料番号30,31,32,
39,40,41)を添加したものは電気機械結合係数
Kt及び機械的品質係数Qmを高いレベルに維持したま
ま分極処理温度を100〜140℃と大幅に下げること
ができ、これらを添加することによって量産処理容易な
圧電磁器となる。このことはTi,Cuを同時に添加し
ても(試料番号34,43)有効であり、このときTi
量が1wt%を越えると(試料番号29,38)磁器の
焼結が困難となり、またCuが1wt%を越えると(試
料番号33,42)絶縁抵抗が限界を越えて低下するた
めに分極処理ができなくなる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明の圧電磁器組成物
は、一般式がBi4(Sr1-xMx)Ti4O15で表される
ビスマス層状化合物を主成分とし(但しMはCrで、0
<X≦0.3)、且つMnをMnO2に換算して1.5
wt%以下(0を除く)の量を含有したものであり、こ
れにより、電気機械結合係数Ktとともに機械的品質係
数Qmを大きく改善し実用的な値を有する圧電磁器組成
物を得ることができ、さらに、この圧電磁器組成物に過
剰なTiもしくはCuを添加(ともに1wt%以下)す
ることにより分極処理温度を低くすることができて、量
産性が一層良好となる。
は、一般式がBi4(Sr1-xMx)Ti4O15で表される
ビスマス層状化合物を主成分とし(但しMはCrで、0
<X≦0.3)、且つMnをMnO2に換算して1.5
wt%以下(0を除く)の量を含有したものであり、こ
れにより、電気機械結合係数Ktとともに機械的品質係
数Qmを大きく改善し実用的な値を有する圧電磁器組成
物を得ることができ、さらに、この圧電磁器組成物に過
剰なTiもしくはCuを添加(ともに1wt%以下)す
ることにより分極処理温度を低くすることができて、量
産性が一層良好となる。
Claims (2)
- 【請求項1】 一般式がBi4(Sr1-xMx)Ti4O15
で表されるビスマス層状化合物を主成分とし(但しMは
Crで、0<X≦0.3)、且つMnをMnO2に換算
して1.5wt%以下(0を除く)の量を含有する圧電
磁器組成物。 - 【請求項2】 TiもしくはCuのうち少なくとも一方
をTiO2あるいはCuOに換算して1wt%以下添加
した請求項1に記載の圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000343296A JP3482954B2 (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000343296A JP3482954B2 (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002154871A JP2002154871A (ja) | 2002-05-28 |
JP3482954B2 true JP3482954B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=18817690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000343296A Expired - Fee Related JP3482954B2 (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3482954B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100936008B1 (ko) | 2005-09-30 | 2010-01-08 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 자기 조성물 및 압전부품 |
JP5072760B2 (ja) * | 2008-07-28 | 2012-11-14 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
CN111646797A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-09-11 | 巢湖学院 | 一种多层无铅压电陶瓷驱动器及其制备方法 |
-
2000
- 2000-11-10 JP JP2000343296A patent/JP3482954B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JP2002154871A (ja) | 2002-05-28 |
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