JPH04171990A - 圧電セラミック焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアクチュエータ或いはセンサ等として使用する
圧電セラミック焼結体に関する。

（従来の技術） 最近では強誘電性のセラミック（圧電セラミック）を用
いたアクチュエータ等が実際に応用されている。

このアクチュエータは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ
）等の強誘電性セラミックのグリーンシートに内部電極
となるｐｔやＰｄ−Ａｇペーストを印刷し、このグリー
ンシートを積層して１１００〜１２００℃の大気中で焼
成して作製している。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように従来にあっては、電極材料として高温の
大気中でセラミックを焼成する際に酸化しないｐｔやＰ
ｄ−Ａｇを用いているが、Ｐｔ電極は極めて高価であり
量産に向かず、またＰｄ−Ａｇ電極はＡｇがイオン化し
て電極周囲のセラミック表面に析出し最終的には２つの
電極か導通してしまうマイグレーションを引き起こす不
利がある。

そこで、電極材料として安価で且つマイグレーションを
起こさないＣｕやＮｉを用いることが考えられるか、Ｃ
ｕやＮｉは酸化しやすいので還元性雰囲気で焼成しなけ
ればならず、還元性雰囲気で焼成すると今度はセラミッ
クの圧電特性が劣化する。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決すべく本発明は、圧電セラミック素材中
に熱膨張係数が圧電セラミックと略等しく且つ圧電セラ
ミックと反応しにくい成分からなるガラスを添加した状
態で焼成するようにした。

（作用） 圧電セラミック中に所定の特性を有するガラスを所定量
添加すれば、還元性雰囲気で焼成しても抵抗率は高く分
極可能で、しかもクラック等の発生もなく強度的にも向
上する。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は本発明の圧電セラミック焼結体からなるアクチ
ュエータの断面図であり、このアクチュエータは多数の
圧電セラミック層１・・・の間に。

端子につなかる電極層２・・・と一端子につなかる電極
層３・・・を形成して成る。

ここで、上記のアクチュエータを作製するには、ＰＺＴ
等の強誘電性セラミック材料にガラス及びヒラようにお
うじて、５ｒＣ０３、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３等の２価
の金属化合物や炭酸マンガン又は酸化マンガンを添加し
、これを混練してシート状としたセラミックグリーンシ
ート表面にＣｕまたはＮｉの電極材料ペーストを印刷し
、窒素或いは水素混合窒素等の還元性雰囲気において焼
成することで作成する。

第２図は強誘電性セラミック材料に対し２価の金属イオ
ンを過剰に置換した場合、及びＭｎＣ０ａとガラスを添
加添加した場合の抵抗率を示すグラフであり、強誘電性
セラミック材料としては次式％式％ また、実験は上記の材料を十分に混合粉砕して直径が１
５〜３０ｎ＋＋ｎで厚さが２〜５　ｍｍの成形体とし、
この成形体を大気中、窒素及び水素混合窒素雰囲気で１
１００〜１１５０℃で焼成し、電気的性質を測定する場
合には厚さを１　ｍに研磨した後、両面に金をスパッタ
して電極とし、分極は８０°Ｃのシリコン油中で、３ｋ
ｖ／ｍｍの電界を３０分間印加して行なった。

また機械的強度を測定する場合には、試料を断面２Ｘ１
．５ｍｍで長さが２５ｍｍの角柱状に加工して支持間隔
が１０ｍｍの小型３点曲試験機で測定した。

第２図から明らかなように、セラミック材料のＡサイト
にＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等の２価イオンを３ａｔ％過剰に置
換しても抵抗率はそれ程高くならないが、ガラスを添加
すると、還元性雰囲気で焼成しても抵抗率が１０１２Ω
・印以上になった。

そこで、どのような特性のガラスを用いるべきかを実験
した結果を以下の［表コに示す。

［表］ 上記の［表］から、添加するガラスの成分としてはＰｂ
Ｏ，ＳｉＯ２，ＺｎＯ，Ｂ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３からなる
ものとすることで、熱膨張係数をセラミックと路間−の
ものとすることができ、クラックの発生を防げ且つセラ
ミックと反応して固溶体を形成することもない。

また第３図は上記成分のガラスの添加量と電気機械結合
係数及び圧電歪定数との関係を示すグラフであり、この
グラフからガラスを添加しないで還元性雰囲気で焼成す
ると、電気機械結合係数及び圧電歪定数は大巾に低下し
てアクチュエータとしての性能を発揮できないが、ガラ
スを添加することで両者とも大気中で焼成した場合の値
に近くなる。つまり、ガラスの添加割合を０．２〜２　
、１ｗｔ％にすれば十分にアクチュエータとして使用し
得る特性の圧電セラミック焼成体が得られる。

第４図は上記成分のガラスの添加量と抗折強度のワイブ
ル特性との関係を示すグラフであり、このグラフからガ
ラスの添加量が増加するにしたがって抗折強度が向上す
ることが分る。

第５図は上記成分のガラスの添加量と誘電損失との関係
を示すグラフであり、このグラフからガラスの添加量が
増加するにしたがって誘電損失か大巾に減少することが
分る。

尚、実施例にあってはセラミックグリーンシートを積層
して焼成したアクチュエータを示したが、積層タイプ以
外に片面に２つ以上の電極を形成したＳＷＡフィルタ（
表面弾性波フィルタ）等としても本願の圧電セラミック
焼成体を用いることかできる。

（効果） 以上に説明したように本発明によれば、ＰＺＴ等の強誘
電性セラミックを還元性雰囲気で焼成するにあたり、５
ｒＣＯｓ、Ｃａ　ＣＯｓ、Ｂ　ａＣＯｓ等の２価の金属
化合物や炭酸マンガン又は酸化マンガンを添加するよう
にしたので、抵抗率が高くなり分極を容易に行え、更に
誘電損失を減少させることができる。

そして、添加するガラスとして熱膨張係数がセラミック
の熱膨張係数とほぼ等しく且つセラミックと反応しない
ものを選定したので、クラックの発生や固溶体の生成が
なく、機械的な強度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧電セラミック焼結体からなるアクチ
ュエータの断面図、第２図は２価の金属化合物及びガラ
スの添加と抵抗率との関係を示すグラフ、第３図はガラ
スの添加量と電気機械結合係数及び圧電歪定数との関係
を示すグラフ、第４図はガラスの添加量と抗折強度のワ
イブル特性との関係を示すグラフ、第５図はガラスの添
加量と誘電損失との関係を示すグラフである。 尚、図面中１は圧電セラミック層、２．３は電極層であ
る。 特　許　出　願　人　　東隣機器　株式会社永１）邦裕

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＣｕまたはＮｉ電極層を形成することでアクチュ
   エータ或いはセンサ等として使用する圧電セラミック焼
   結体において、この圧電セラミック焼結体中には熱膨張
   係数が圧電セラミックと略等しく且つ圧電セラミックと
   反応しにくい成分からなるガラスを添加していることを
   特徴とする圧電セラミック焼結体。
2. （２）前記圧電セラミック焼結体中にはガラスの他に２
   価の金属化合物が添加されていることを特徴とする請求
   項１に記載の圧電セラミック焼結体。
3. （３）前記圧電セラミック焼結体中には、ガラスの他に
   ２価の金属化合物及び酸化マンガン又は炭酸マンガンが
   添加されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電
   セラミック焼結体。
4. （４）前記ガラスの添加割合は０．２〜２．１ｗｔ％以
   下としたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧
   電セラミック焼結体。