JP2921724B2 - 強誘電性圧電磁器組成物 - Google Patents
強誘電性圧電磁器組成物Info
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- JP2921724B2 JP2921724B2 JP5102402A JP10240293A JP2921724B2 JP 2921724 B2 JP2921724 B2 JP 2921724B2 JP 5102402 A JP5102402 A JP 5102402A JP 10240293 A JP10240293 A JP 10240293A JP 2921724 B2 JP2921724 B2 JP 2921724B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセンサー用強誘電性圧電
磁器組成物特に、高キュリー点を有する強誘電性圧電磁
器組成物に係るものである。
磁器組成物特に、高キュリー点を有する強誘電性圧電磁
器組成物に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】あらゆる分野でエレクトロニクス化が著
しい今日、自動車にも種々のエレクトロニクス装置が用
いられている。中でも自動車の心臓部であるエンジンは
燃料供給系を初めとしてエレクトロニクス化による制御
が進んでいる。このエンジンの制御を行うためにはエン
ジンの状態を検出する必要があり、そのために各種のセ
ンサが採用されており、エンジンのシリンダ内の圧力を
検出するために圧電体を利用した気筒内圧センサが使用
されている。
しい今日、自動車にも種々のエレクトロニクス装置が用
いられている。中でも自動車の心臓部であるエンジンは
燃料供給系を初めとしてエレクトロニクス化による制御
が進んでいる。このエンジンの制御を行うためにはエン
ジンの状態を検出する必要があり、そのために各種のセ
ンサが採用されており、エンジンのシリンダ内の圧力を
検出するために圧電体を利用した気筒内圧センサが使用
されている。
【０００３】この気筒内圧センサは、設置場所がエンジ
ンのシリンダ内であることから高温環境下で使用され
る。そのため、高温において使用可能なことすなわちキ
ュリー点が高いこと及び高温においても電気的特性の変
化が少ないことさらに静電容量温度特性（ＣＴＣ）が小
さいことが要求される。
ンのシリンダ内であることから高温環境下で使用され
る。そのため、高温において使用可能なことすなわちキ
ュリー点が高いこと及び高温においても電気的特性の変
化が少ないことさらに静電容量温度特性（ＣＴＣ）が小
さいことが要求される。
【０００４】従来、気筒内圧センサに使用する圧電材料
として、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3＝ＰＺＴ）あるいはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3＝ＰＴ）
が使用されている。しかしこれらの圧電材料は静電容量
の温度係数が大きいため、センサーとして使用する場合
には補正回路を用いて補正する必要がある。
として、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3＝ＰＺＴ）あるいはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3＝ＰＴ）
が使用されている。しかしこれらの圧電材料は静電容量
の温度係数が大きいため、センサーとして使用する場合
には補正回路を用いて補正する必要がある。
【０００５】一方、特公昭５４−１８３９５号公報ある
いは特公昭５４−１８３９４号公報に記載されているよ
うにビスマス層状強誘電体は、高キュリー点を有する圧
電材料として知られている。ビスマス層状強誘電体の中
で、主成分（Ｐｂ0.99Ｓｒ0.01）Ｂｉ2Ｎｂ2Ｏ9に０.１
５ｗｔ％のＭｎＣＯ3を加えたものがあり、そのキュリ
ー点は５９０℃と高い。しかし、−４０℃〜＋１８０℃
における静電容量温度係数（ＣＴＣ）が約１４２０ppm
／℃と大きいため、補正回路なしでセンサーとして使用
することは困難である。
いは特公昭５４−１８３９４号公報に記載されているよ
うにビスマス層状強誘電体は、高キュリー点を有する圧
電材料として知られている。ビスマス層状強誘電体の中
で、主成分（Ｐｂ0.99Ｓｒ0.01）Ｂｉ2Ｎｂ2Ｏ9に０.１
５ｗｔ％のＭｎＣＯ3を加えたものがあり、そのキュリ
ー点は５９０℃と高い。しかし、−４０℃〜＋１８０℃
における静電容量温度係数（ＣＴＣ）が約１４２０ppm
／℃と大きいため、補正回路なしでセンサーとして使用
することは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本願においては、上記
従来の圧電セラミック材料によっては解決することがで
きない高温時に使用することができかつ補正回路を必要
としない強誘電性圧電磁器組成物を提供することを発明
の課題とする。
従来の圧電セラミック材料によっては解決することがで
きない高温時に使用することができかつ補正回路を必要
としない強誘電性圧電磁器組成物を提供することを発明
の課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記発明の課題を解決す
るために本願においては、「一般式ＰｂxＢｉ3-xＴｉ
1-xＮｂ1+xＯ9で表現される強誘電性圧電磁器組成物で
あって、ｘが０.３≦ｘ≦０.７５の範囲にあることを特
徴とする強誘電性圧電磁器組成物」であることを構成と
する発明を提供する。
るために本願においては、「一般式ＰｂxＢｉ3-xＴｉ
1-xＮｂ1+xＯ9で表現される強誘電性圧電磁器組成物で
あって、ｘが０.３≦ｘ≦０.７５の範囲にあることを特
徴とする強誘電性圧電磁器組成物」であることを構成と
する発明を提供する。
【０００８】
【作用】上記構成を有する本願発明に係る圧電セラミッ
ク材料は、従来の圧電セラミック材料のキュリー点が５
９０程度であるのに対し、６００〜９００℃程度であ
る。また、従来の圧電セラミック材料の静電容量温度係
数が１４２０ppm／℃であるのに対し、本願発明に係る
圧電セラミック材料の静電容量温度係数は４９６〜１２
６８ppm／℃と小さい。そして、誘電損失ｔａｎδも従
来の圧電セラミック材料が１.３％であるのに対し、本
願発明に係る圧電セラミック材料の１.０％以下であ
る。
ク材料は、従来の圧電セラミック材料のキュリー点が５
９０程度であるのに対し、６００〜９００℃程度であ
る。また、従来の圧電セラミック材料の静電容量温度係
数が１４２０ppm／℃であるのに対し、本願発明に係る
圧電セラミック材料の静電容量温度係数は４９６〜１２
６８ppm／℃と小さい。そして、誘電損失ｔａｎδも従
来の圧電セラミック材料が１.３％であるのに対し、本
願発明に係る圧電セラミック材料の１.０％以下であ
る。
【０００９】なお、ＣＴＣは１８０℃における靜電容量
と−４０℃における靜電容量との差を２５℃でにおける
靜電容量及び１８０℃と−４０℃との温度差２２０で割
ることによって求めた。 ＣＴＣ(-40℃〜+180℃)＝｛〔Ｃ180℃−Ｃ-40℃〕／
〔Ｃ25℃・（１８０−（−４０）〕｝ ここで、 Ｃ180℃：１８０℃における靜電容量 Ｃ-40℃：−４０℃における靜電容量 Ｃ25℃ ：２５℃における靜電容量 である。
と−４０℃における靜電容量との差を２５℃でにおける
靜電容量及び１８０℃と−４０℃との温度差２２０で割
ることによって求めた。 ＣＴＣ(-40℃〜+180℃)＝｛〔Ｃ180℃−Ｃ-40℃〕／
〔Ｃ25℃・（１８０−（−４０）〕｝ ここで、 Ｃ180℃：１８０℃における靜電容量 Ｃ-40℃：−４０℃における靜電容量 Ｃ25℃ ：２５℃における靜電容量 である。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例を説明する。図１に本発明に
係る圧電セラミック材料の製造工程図を示す。本発明に
係る圧電セラミック材料は全てＰｂ，Ｂｉ，Ｔｉ，Ｎ
ｂ，Ｃｒの酸化物すなわちＰｂＯ，Ｂｉ2Ｏ3，Ｔｉ
Ｏ2，Ｎｂ2Ｏ5，Ｃｒ2Ｏ3を出発原料としており、次に
示す各工程を経て製造される。
係る圧電セラミック材料の製造工程図を示す。本発明に
係る圧電セラミック材料は全てＰｂ，Ｂｉ，Ｔｉ，Ｎ
ｂ，Ｃｒの酸化物すなわちＰｂＯ，Ｂｉ2Ｏ3，Ｔｉ
Ｏ2，Ｎｂ2Ｏ5，Ｃｒ2Ｏ3を出発原料としており、次に
示す各工程を経て製造される。
【００１１】（１）秤量・混合・乾燥 原料はすべて酸化物（ＰｂＯ，Ｂｉ2Ｏ3，ＴｉＯ2，Ｎ
ｂ2 Ｏ5，Ｃｒ2Ｏ3）を使用し、各原料を所定の組成に
なるように秤量し、ボールミルで所定時間湿式混合し、
乾燥する。
ｂ2 Ｏ5，Ｃｒ2Ｏ3）を使用し、各原料を所定の組成に
なるように秤量し、ボールミルで所定時間湿式混合し、
乾燥する。
【００１２】（２）仮焼成 乾燥後、７８０℃から８５０℃の温度で２時間仮焼成す
る。
る。
【００１３】（３）粗粉砕・粉砕・乾燥 仮焼成物を粗粉砕し、ボールミルで所定時間湿式粉砕
し、乾燥する。
し、乾燥する。
【００１４】（４）造粒・成形 乾燥後、有機バインダを加えて造粒し，１９６〜３９２
ＭPaの圧力で直径１６.５mm、厚さ１mmの円板に加圧成
形する。
ＭPaの圧力で直径１６.５mm、厚さ１mmの円板に加圧成
形する。
【００１５】（５）焼成 成形された円板を１０３０℃〜１１００℃で２時間焼成
する。
する。
【００１６】（６）平面研磨・電極形成・分極 得られた焼結体を厚さ０.６mmまで平面研磨した後、Ａ
ｇ電極を両面に設け、２５０℃のオイル中で直流電界５
ＭＶ／ｍを１５分間印加して分極する。
ｇ電極を両面に設け、２５０℃のオイル中で直流電界５
ＭＶ／ｍを１５分間印加して分極する。
【００１７】上記した工程で製造した圧電素子を横河ヒ
ューレットパッカード株式会社製インピーダンスアナラ
イザ型番ＨＰ４１９４Ａにより共振周波数ｆr、反共振
周波数ｆa、静電容量Ｃd、誘電体損失ｔａｎδを測定
し、厚み縦方向電気機械結合係数ｋt、比誘電率εdを算
出した。
ューレットパッカード株式会社製インピーダンスアナラ
イザ型番ＨＰ４１９４Ａにより共振周波数ｆr、反共振
周波数ｆa、静電容量Ｃd、誘電体損失ｔａｎδを測定
し、厚み縦方向電気機械結合係数ｋt、比誘電率εdを算
出した。
【００１８】ＰｂxＢｉ3-xＴｉ1-xＮｂ1+xＯ9で表され
るビスマス層状強誘電体のｘの値を変化させたときの諸
特性を表１に示す。なお、表１には比較のために従来の
圧電体組成物の諸特性の例も示した。
るビスマス層状強誘電体のｘの値を変化させたときの諸
特性を表１に示す。なお、表１には比較のために従来の
圧電体組成物の諸特性の例も示した。
【表１】
【００１９】この表に記載されたデータに基づいて、キ
ュリー点Ｔcは従来例と同等以上の６００℃以上、静電
容量温度係数ＣＴＣは１３００ppm／℃以下、誘電体損
失ｔａｎδは１.３％以下の試料を良好と判定し、その
他の試料は不良と判定した。その結果、試料２，３，
４，５，６，７，８，９，１０，１１は良好と判定さ
れ、試料１２，１３，１４は不良と判定された。ただ
し、厚みたて方向電気機械結合係数ｋtが３％と小さい
試料１は気筒内圧センサーとして使用することができな
いため、不良と判定した。この表から、０.３≦ｘ≦０.
７５の範囲のものが本発明の目的を達成するといえる。
ュリー点Ｔcは従来例と同等以上の６００℃以上、静電
容量温度係数ＣＴＣは１３００ppm／℃以下、誘電体損
失ｔａｎδは１.３％以下の試料を良好と判定し、その
他の試料は不良と判定した。その結果、試料２，３，
４，５，６，７，８，９，１０，１１は良好と判定さ
れ、試料１２，１３，１４は不良と判定された。ただ
し、厚みたて方向電気機械結合係数ｋtが３％と小さい
試料１は気筒内圧センサーとして使用することができな
いため、不良と判定した。この表から、０.３≦ｘ≦０.
７５の範囲のものが本発明の目的を達成するといえる。
【００２０】次に、ｘ＝０.３，０.５，０.７５とした
それぞれの試料にＣｒ2Ｏ3を０.０５〜１.０ｗｔ％添加
したときの特性を表３，表４，表５に示す。Ｃｒ2Ｏ3を
添加することの目的は、キュリーＴc点を低下させるこ
となく厚み縦方向電気機械結合係数Ｋtを大きくするこ
とである。
それぞれの試料にＣｒ2Ｏ3を０.０５〜１.０ｗｔ％添加
したときの特性を表３，表４，表５に示す。Ｃｒ2Ｏ3を
添加することの目的は、キュリーＴc点を低下させるこ
となく厚み縦方向電気機械結合係数Ｋtを大きくするこ
とである。
【００２１】表２に掲げるのはｘ＝０.３としたＰｂ0.3
Ｂｉ2.7Ｔｉ0.7Ｎｂ1.3Ｏ9に＋Ｃｒ2Ｏ3を添加した場合
の、表３に掲げるのはｘ＝０.５としたＰｂ0.5Ｂｉ2.5
Ｔｉ0.5Ｎｂ1.5Ｏ9にＣｒ2Ｏ3を添加した場合の、表４
に掲げるのはｘ＝０.７５としたＰｂ0.75Ｂｉ2.25Ｔｉ
0.25Ｎｂ1.75Ｏ9にＣｒ2Ｏ3を添加した場合の特性であ
る。
Ｂｉ2.7Ｔｉ0.7Ｎｂ1.3Ｏ9に＋Ｃｒ2Ｏ3を添加した場合
の、表３に掲げるのはｘ＝０.５としたＰｂ0.5Ｂｉ2.5
Ｔｉ0.5Ｎｂ1.5Ｏ9にＣｒ2Ｏ3を添加した場合の、表４
に掲げるのはｘ＝０.７５としたＰｂ0.75Ｂｉ2.25Ｔｉ
0.25Ｎｂ1.75Ｏ9にＣｒ2Ｏ3を添加した場合の特性であ
る。
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】これらの表に示されたように、Ｃｒ2Ｏ3が
０.５ｗｔ％を越えた試料２１，２２，２８，２９，３
５，３６は焼成密度ρsが低下し、絶縁抵抗値が低くな
り分極処理を施すことができなかった。したがって、圧
電材料として使用するためには、Ｃｒ2Ｏ3の添加量は
０.５ｗｔ％以下でなければならない。
０.５ｗｔ％を越えた試料２１，２２，２８，２９，３
５，３６は焼成密度ρsが低下し、絶縁抵抗値が低くな
り分極処理を施すことができなかった。したがって、圧
電材料として使用するためには、Ｃｒ2Ｏ3の添加量は
０.５ｗｔ％以下でなければならない。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
特許請求の範囲の請求項１に記載された強誘電性圧電磁
器組成物は、高いキュリー点を有しているため気筒内圧
センサのような高温環境下で使用した場合に有用であ
る。また、静電容量温度係数が小さいため使用する際に
補正回路を必要としないだけでなく、誘電損失ｔａｎδ
も小さい。また、請求項２に記載された強誘電性圧電磁
器組成物は大きな厚み縦方向電気機械結合係数Ｋtを有
しているため、さらに有用である。
特許請求の範囲の請求項１に記載された強誘電性圧電磁
器組成物は、高いキュリー点を有しているため気筒内圧
センサのような高温環境下で使用した場合に有用であ
る。また、静電容量温度係数が小さいため使用する際に
補正回路を必要としないだけでなく、誘電損失ｔａｎδ
も小さい。また、請求項２に記載された強誘電性圧電磁
器組成物は大きな厚み縦方向電気機械結合係数Ｋtを有
しているため、さらに有用である。
【図１】本発明に係る圧電セラミック材料の製造工程
図。
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−77397（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−77399（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87557（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/00 - 35/51 C04B 35/622 - 35/636
Claims (2)
- 【請求項１】 一般式がＰｂxＢｉ3-xＴｉ1-xＮｂ1+xＯ
9で表現され、ｘが０.３≦ｘ≦０.７５の範囲にあるこ
とを特徴とする強誘電性圧電磁器組成物。 - 【請求項２】 さらに０.５wt％以下のＣｒ2Ｏ3が添加
されたことを特徴とする請求項１記載の強誘電性圧電磁
器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102402A JP2921724B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 強誘電性圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102402A JP2921724B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 強誘電性圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305817A JPH06305817A (ja) | 1994-11-01 |
| JP2921724B2 true JP2921724B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=14326458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5102402A Expired - Fee Related JP2921724B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 強誘電性圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2921724B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69923635T2 (de) | 1998-08-21 | 2005-07-07 | Tdk Corp. | Piezoelektrische Keramiken |
| EP1598871A1 (en) * | 2003-02-27 | 2005-11-23 | TDK Corporation | Thin-film capacitative element and electronic circuit or electronic equipment including the same |
| EP1675162A3 (en) * | 2004-12-27 | 2007-05-30 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric film, method of manufacturing ferroelectric film, ferroelectric capacitor, and ferroelectric memory |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5102402A patent/JP2921724B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06305817A (ja) | 1994-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990105 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
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