JP3096918B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JP3096918B2 JP3096918B2 JP03126460A JP12646091A JP3096918B2 JP 3096918 B2 JP3096918 B2 JP 3096918B2 JP 03126460 A JP03126460 A JP 03126460A JP 12646091 A JP12646091 A JP 12646091A JP 3096918 B2 JP3096918 B2 JP 3096918B2
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- ceramic composition
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，圧電磁器組成物に関
し，特に結晶粒径が小さく且つ均一で高い電気機械結合
係数を有し，更に比誘電率の温度依存性も小さく，超音
波振動子として好適な圧電磁器組成物に関する。
し，特に結晶粒径が小さく且つ均一で高い電気機械結合
係数を有し，更に比誘電率の温度依存性も小さく，超音
波振動子として好適な圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】従来，圧電セラミックスは超音波振動子，
アクチュエータ，超音波モータ，セラミックフィルター
等広範囲の用途に利用されている。超音波振動子につい
て更に言えば，近年，家庭用小型洗浄機，車載用の雨滴
除去装置等その需用が増々高まっている。この種超音波
振動子としての圧電磁器に望まれる特性としては，エ
ネルギー変換効率が高い事（径方向振動での電気機械結
合係数Ｋp が高い事），振動子駆動回路との整合上，
比誘電率の温度依存性が小さい事，入力電力に対し，
高信頼性を維持する上で圧電磁器の微細構造が均一な事
（結晶粒径が小さく且つ均一な事）等が挙げられる。
アクチュエータ，超音波モータ，セラミックフィルター
等広範囲の用途に利用されている。超音波振動子につい
て更に言えば，近年，家庭用小型洗浄機，車載用の雨滴
除去装置等その需用が増々高まっている。この種超音波
振動子としての圧電磁器に望まれる特性としては，エ
ネルギー変換効率が高い事（径方向振動での電気機械結
合係数Ｋp が高い事），振動子駆動回路との整合上，
比誘電率の温度依存性が小さい事，入力電力に対し，
高信頼性を維持する上で圧電磁器の微細構造が均一な事
（結晶粒径が小さく且つ均一な事）等が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来，この種超音波振
動子として用いる圧電磁器としては，例えば，Ｐｂ（Ｍ
ｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 系
等の比較的機械的品質係数Ｑｍの高い３成分系のものが
知られている。しかしながら，上記従来の組成物の場
合，電気機械結合係数例えばＫp が必しも高いとは言え
ず，超音波振動子として搭載した機器或は装置に於いて
機能上限度があり，この対策手段として振動子に対し入
力電力を大きくする方法もあるが，消費電力が大きくな
ると共に，振動子の信頼性が低下する等不都合が生じ
る。更に雰囲気温度が高くなるに従って，或はサイクル
駆動等による振動子自体の発熱によって，電気機械結合
係数が更に低下し，それに伴なって機器或は装置の機能
低下を招く恐れも生じる。一方高い電気機械結合係数を
得る目的で組成物に於いてＺｒ／Ｔｉ比をＭＰＢ（モル
フォトロピック相境界）に持ってくると，組成上電気機
械結合係数が高くなる反面，比誘電率の温度依存性が大
きくなり，雰囲気温度の上昇，振動子自体の発熱等によ
って比誘電率が著しく増加し，駆動回路との整合がとれ
ず，機器或は装置本来の機能が失なわれるという事態に
もなりかねない。更に比誘電率の増加に伴なう共振イン
ピーダンスの低下もさけられず，回路を流れる電流値も
増大し，振動子の発熱と共に駆動回路を構成する部材に
も悪影響を及ぼす結果となる。そこで，本発明の技術的
課題は，ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 を主成分とし，Ｐ
ｂ原子の一部をＢａで置換すると共にＺｒ／Ｔｉ比を調
整し，更に種々添加物を加える事によって，高い電気機
械結合係数を有し，比誘電率の温度依存性も小さく，更
に結晶粒径が小さく均一で高信頼性が維持できる等，径
方向振動を利用する超音波振動子として好適な圧電磁器
組成物を提供することにある。
動子として用いる圧電磁器としては，例えば，Ｐｂ（Ｍ
ｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 系
等の比較的機械的品質係数Ｑｍの高い３成分系のものが
知られている。しかしながら，上記従来の組成物の場
合，電気機械結合係数例えばＫp が必しも高いとは言え
ず，超音波振動子として搭載した機器或は装置に於いて
機能上限度があり，この対策手段として振動子に対し入
力電力を大きくする方法もあるが，消費電力が大きくな
ると共に，振動子の信頼性が低下する等不都合が生じ
る。更に雰囲気温度が高くなるに従って，或はサイクル
駆動等による振動子自体の発熱によって，電気機械結合
係数が更に低下し，それに伴なって機器或は装置の機能
低下を招く恐れも生じる。一方高い電気機械結合係数を
得る目的で組成物に於いてＺｒ／Ｔｉ比をＭＰＢ（モル
フォトロピック相境界）に持ってくると，組成上電気機
械結合係数が高くなる反面，比誘電率の温度依存性が大
きくなり，雰囲気温度の上昇，振動子自体の発熱等によ
って比誘電率が著しく増加し，駆動回路との整合がとれ
ず，機器或は装置本来の機能が失なわれるという事態に
もなりかねない。更に比誘電率の増加に伴なう共振イン
ピーダンスの低下もさけられず，回路を流れる電流値も
増大し，振動子の発熱と共に駆動回路を構成する部材に
も悪影響を及ぼす結果となる。そこで，本発明の技術的
課題は，ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 を主成分とし，Ｐ
ｂ原子の一部をＢａで置換すると共にＺｒ／Ｔｉ比を調
整し，更に種々添加物を加える事によって，高い電気機
械結合係数を有し，比誘電率の温度依存性も小さく，更
に結晶粒径が小さく均一で高信頼性が維持できる等，径
方向振動を利用する超音波振動子として好適な圧電磁器
組成物を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】即ち，本発明の圧電磁器
組成物においては，一般式Ｐｂ1-A ＢａＡ（ＺｒB Ｔｉ
C ）Ｏ3 で示され（但しＢ＋Ｃ＝１），０．０５≦Ａ≦
０．１５，Ｂ／Ｃ比＝１．０１〜１．０７を満足する基
本組成に対し，副成分しとてＭｎＯ０．０５〜０．２０
重量％，Ｃｏ2 Ｏ3 ０．０３〜０．２０重量％，及びＢ
ｉ2 Ｏ3 ０．０５〜０．１５重量％添加含有してなるこ
とを特徴とする。尚，本発明において０．０５＞Ａ，
１．０１＞Ｂ／Ｃ及び副成分であるＭｎＯが０．０５重
量％，Ｃｏ2 Ｏ3 が０．０３重量％，及びＢｉ2 Ｏ3 が
０．０５重量％より少ない組成物のものでは電気機械結
合係数の改善効果が認められず，又所望する比誘電率が
得られない等，好ましくなく，Ａ＞０．１５の組成物で
は磁器として緻密性が失なわれ，電気機械結合係数の低
下を招き，Ｂ／Ｃ＞１．０７では比誘電率の温度依存性
が大きく，目的とする超音波振動子としては好ましくな
い。更に副成分であるＭｎＯが０．２０重量％，Ｃｏ2
Ｏ3 が０．２０重量％，Ｂｉ2 Ｏ3 が０．１５重量％よ
り多い組成物のものでは電気機械結合係数が低下すると
共に結晶粒径も大きくなる傾向のため，いずれも本発明
の範囲から除外した。
組成物においては，一般式Ｐｂ1-A ＢａＡ（ＺｒB Ｔｉ
C ）Ｏ3 で示され（但しＢ＋Ｃ＝１），０．０５≦Ａ≦
０．１５，Ｂ／Ｃ比＝１．０１〜１．０７を満足する基
本組成に対し，副成分しとてＭｎＯ０．０５〜０．２０
重量％，Ｃｏ2 Ｏ3 ０．０３〜０．２０重量％，及びＢ
ｉ2 Ｏ3 ０．０５〜０．１５重量％添加含有してなるこ
とを特徴とする。尚，本発明において０．０５＞Ａ，
１．０１＞Ｂ／Ｃ及び副成分であるＭｎＯが０．０５重
量％，Ｃｏ2 Ｏ3 が０．０３重量％，及びＢｉ2 Ｏ3 が
０．０５重量％より少ない組成物のものでは電気機械結
合係数の改善効果が認められず，又所望する比誘電率が
得られない等，好ましくなく，Ａ＞０．１５の組成物で
は磁器として緻密性が失なわれ，電気機械結合係数の低
下を招き，Ｂ／Ｃ＞１．０７では比誘電率の温度依存性
が大きく，目的とする超音波振動子としては好ましくな
い。更に副成分であるＭｎＯが０．２０重量％，Ｃｏ2
Ｏ3 が０．２０重量％，Ｂｉ2 Ｏ3 が０．１５重量％よ
り多い組成物のものでは電気機械結合係数が低下すると
共に結晶粒径も大きくなる傾向のため，いずれも本発明
の範囲から除外した。
【０００５】
【実施例】以下，本発明の実施例について参考例と比較
しながら詳細に説明する。出発原料として化学的純度９
９％以上のＰｂＯ，ＢａＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 ，
Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＭｎＯ及び所定の副成分を選び，表１及び
表２に示す組成になる様に精秤した。次に，これら原料
をボールミルで混合した後，乾燥し，８５０〜９００℃
で仮焼成した。次いでボールミルによって粉砕して得ら
れた粉末に，有機バインダを適量加えて造粒した後，１
ton ／cm2 の圧力で加圧成形し，１２００℃〜１２８０
℃の温度で数時間焼成した。得られた焼結体をφ１７．
５厚さ１mmに切断，研磨した後，Ａｇ蒸着電極を付与
し，シリコーン油中で温度１４０〜１８０℃の条件下で
直流電場４０〜６０kV／cmを３０分間印加し，分極処理
を施して電圧的に活性化せしめた。次に所定の測定方法
により電気機械結合係数Ｋp 及び比誘電率の温度依存性
を調べた。尚，電気機械結合係数Ｋp は次数１式により
算出して求めた。ただし，ｆr は共振周波数，ｆa は反
共振周波数である。
しながら詳細に説明する。出発原料として化学的純度９
９％以上のＰｂＯ，ＢａＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 ，
Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＭｎＯ及び所定の副成分を選び，表１及び
表２に示す組成になる様に精秤した。次に，これら原料
をボールミルで混合した後，乾燥し，８５０〜９００℃
で仮焼成した。次いでボールミルによって粉砕して得ら
れた粉末に，有機バインダを適量加えて造粒した後，１
ton ／cm2 の圧力で加圧成形し，１２００℃〜１２８０
℃の温度で数時間焼成した。得られた焼結体をφ１７．
５厚さ１mmに切断，研磨した後，Ａｇ蒸着電極を付与
し，シリコーン油中で温度１４０〜１８０℃の条件下で
直流電場４０〜６０kV／cmを３０分間印加し，分極処理
を施して電圧的に活性化せしめた。次に所定の測定方法
により電気機械結合係数Ｋp 及び比誘電率の温度依存性
を調べた。尚，電気機械結合係数Ｋp は次数１式により
算出して求めた。ただし，ｆr は共振周波数，ｆa は反
共振周波数である。
【０００６】
【数１】
【０００７】比誘電率の温度依存性は恒温槽中に試料を
セットし，２０℃及び１００℃での比誘電率を求め，次
数２式により温度変化率として算出し比較した。
セットし，２０℃及び１００℃での比誘電率を求め，次
数２式により温度変化率として算出し比較した。
【０００８】
【数２】
【０００９】結晶粒径は焼結体を鏡面研磨し，エッチン
グ後，ＳＥＭを用いｎ＝３０の結晶粒径から最大粒径，
平均粒径で評価した。表１に結果の一例を示す。尚第１
表に於いて，＊印の試料No．は，本発明の実施例に係る
圧電磁器組成物に該当する。表１からも明らかな様に，
本発明の実施例に係る圧電磁器組成物から成る試料は参
考例と比較して，電気機械結合係数Ｋｐが大きく，比誘
電率の温度変化率も少なく，更に結晶粒径も小さく均一
であり，径方向振動を利用する超音波振動子として好都
合な特性を有している事は明白である。この様に本発明
に実施例はＰｂ1-A ＢａA （ＺｒB ＴｉC ）Ｏ3 を基本
組成とし，Ａ及びＢ／Ｃ比を各々適度な範囲に設定し，
且つ副成分としてＭｎＯ，Ｃｏ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 を各
々適度な範囲で同時に添加含有したものであり，特に基
本組成物と副成分との相乗効果により，従来組成では成
し得なかった電気機械結合係数が高いと同時に比誘電率
の温度依存性が小さく，更に磁器の結晶粒径が小さく，
且つ均一で良好な微細構造を有するという高出力超音波
振動子として，好適な圧電磁器組成物が実現できたもの
である。
グ後，ＳＥＭを用いｎ＝３０の結晶粒径から最大粒径，
平均粒径で評価した。表１に結果の一例を示す。尚第１
表に於いて，＊印の試料No．は，本発明の実施例に係る
圧電磁器組成物に該当する。表１からも明らかな様に，
本発明の実施例に係る圧電磁器組成物から成る試料は参
考例と比較して，電気機械結合係数Ｋｐが大きく，比誘
電率の温度変化率も少なく，更に結晶粒径も小さく均一
であり，径方向振動を利用する超音波振動子として好都
合な特性を有している事は明白である。この様に本発明
に実施例はＰｂ1-A ＢａA （ＺｒB ＴｉC ）Ｏ3 を基本
組成とし，Ａ及びＢ／Ｃ比を各々適度な範囲に設定し，
且つ副成分としてＭｎＯ，Ｃｏ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 を各
々適度な範囲で同時に添加含有したものであり，特に基
本組成物と副成分との相乗効果により，従来組成では成
し得なかった電気機械結合係数が高いと同時に比誘電率
の温度依存性が小さく，更に磁器の結晶粒径が小さく，
且つ均一で良好な微細構造を有するという高出力超音波
振動子として，好適な圧電磁器組成物が実現できたもの
である。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
【００１３】
【発明の効果】以上詳述した様に，本発明の圧電磁器組
成物は広範囲に利用できる高出力超音波振動子に好適な
ものであり，産業上極めて価値大なるものである。
成物は広範囲に利用できる高出力超音波振動子に好適な
ものであり，産業上極めて価値大なるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−200681（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−331769（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−331772（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−357166（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/42 - 35/49 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (1)
- 【請求項１】 一般式Ｐｂ1-A ＢａA （ＺｒB ＴｉC ）
Ｏ3 で示され（但しＢ＋Ｃ＝１） ０．０５≦Ａ≦０．１５，Ｂ／Ｃ比＝１．０１〜１．０
７を満足する基本組成に対し，副成分として，ＭｎＯ
０．０５〜０．２０重量％，Ｃｏ2 Ｏ3 ０．０３〜０．
２０重量％及びＢｉ2 Ｏ3 ０．０５〜０．１５重量％を
添加含有してなる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 |
|---|---|---|---|
| JP03126460A JP3096918B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03126460A JP3096918B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04331770A JPH04331770A (ja) | 1992-11-19 |
| JP3096918B2 true JP3096918B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=14935771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03126460A Expired - Fee Related JP3096918B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3096918B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6320568B1 (en) | 1990-12-31 | 2001-11-20 | Kopin Corporation | Control system for display panels |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100482724B1 (ko) * | 2002-07-10 | 2005-04-13 | (주)동일기연 | 저온에서 소결이 가능한 ｐｚｔ 조성물과 이를 이용한 압전 세라믹 장치 |
| AT515462B1 (de) * | 2014-02-17 | 2018-07-15 | Guenter Dipl Ing Dr Engel | Keramisches Material und Kondensator mit demselben |
| CN116283281A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-06-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种有双向应变的压电驱动器材料及其制备方法 |
-
1991
- 1991-05-01 JP JP03126460A patent/JP3096918B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6320568B1 (en) | 1990-12-31 | 2001-11-20 | Kopin Corporation | Control system for display panels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04331770A (ja) | 1992-11-19 |
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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: 20000712 |
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