JP3096920B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JP3096920B2 JP3096920B2 JP03128233A JP12823391A JP3096920B2 JP 3096920 B2 JP3096920 B2 JP 3096920B2 JP 03128233 A JP03128233 A JP 03128233A JP 12823391 A JP12823391 A JP 12823391A JP 3096920 B2 JP3096920 B2 JP 3096920B2
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- Japan
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- piezoelectric ceramic
- ceramic composition
- electromechanical coupling
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電磁器組成物に係り、
特に結晶粒径が小さく且つ均一で高い電気機械供給係数
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。
特に結晶粒径が小さく且つ均一で高い電気機械供給係数
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】
【従来の技術】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
去装置等その需要が増々高まっている。この種超音波振
動子としての圧電機器に対する要求としては、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。
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
去装置等その需要が増々高まっている。この種超音波振
動子としての圧電機器に対する要求としては、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】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（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −Ｐ
ｂＺｒＯ3 −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。
磁器としては例えばＰｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −Ｐ
ｂＺｒＯ3 −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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
組成物の場合、電気機械結合係数（例えばＫp ）が必ず
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界がある。この対策手段とし
て振動子に対する入力電圧を大きくする方法があるが、
消費電力が大きくなると共に、振動子の信頼性が低下す
る等の不都合が在る。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ある。
組成物の場合、電気機械結合係数（例えばＫp ）が必ず
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界がある。この対策手段とし
て振動子に対する入力電圧を大きくする方法があるが、
消費電力が大きくなると共に、振動子の信頼性が低下す
る等の不都合が在る。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ある。
【０００５】一方、高い電気機械結合係数を得る目的で
組成物の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
本来の機能が失われるという事態を招くという問題点が
ある。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
を及ぼすという問題点がある。
組成物の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
本来の機能が失われるという事態を招くという問題点が
ある。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
を及ぼすという問題点がある。
【０００６】本発明は、かかる従来磁器組成物の欠点
を、種々検討を加えた結果、解消するものであって、Ｐ
ｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 を主成分とし、Ｐｂ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
供する事を目的とする。
を、種々検討を加えた結果、解消するものであって、Ｐ
ｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 を主成分とし、Ｐｂ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
供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器組成物
は、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＝１．０１〜１．０７を満足する基本組成に対し、
副成分としてＭｎＯを０．０５〜０．２０重量％、Ｎｉ
Ｏを０．０３〜０．１５重量％、及びＮｂ2 Ｏ5を０．
０２〜０．０８重量％添加含有して成ることを特徴とす
る。
は、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＝１．０１〜１．０７を満足する基本組成に対し、
副成分としてＭｎＯを０．０５〜０．２０重量％、Ｎｉ
Ｏを０．０３〜０．１５重量％、及びＮｂ2 Ｏ5を０．
０２〜０．０８重量％添加含有して成ることを特徴とす
る。
【０００８】
【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
９９％以上のＰｂＯ，ＢａＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｔｉ
Ｏ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＭｎＯ及び所定の副成分を選び、表
１、表２、及び表３に示す組成になる様に撹拌した。次
にこれら原料をボールミルで混合した後、乾燥し、８５
０〜９００℃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、１ton/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
電極を形成し、シリコーン油中にて温度１４０〜１８０
℃の条件下で直流電場４０〜６０kV／cmを３０分間印加
し、分極処理を施して圧電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 は数
式１により算出して求めた。
較しながら詳細に説明する。出発原料として化学的純度
９９％以上のＰｂＯ，ＢａＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｔｉ
Ｏ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＭｎＯ及び所定の副成分を選び、表
１、表２、及び表３に示す組成になる様に撹拌した。次
にこれら原料をボールミルで混合した後、乾燥し、８５
０〜９００℃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、１ton/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
電極を形成し、シリコーン油中にて温度１４０〜１８０
℃の条件下で直流電場４０〜６０kV／cmを３０分間印加
し、分極処理を施して圧電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 は数
式１により算出して求めた。
【０００９】
【数１】
【００１０】ここで、ｆｒ：共振周波数、ｆａ：反共振
周波数である。
周波数である。
【００１１】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、数
式２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、数
式２により温度変化率として算出し比較した。
【００１２】
【数２】
【００１３】結晶粒径は焼結体を鏡面研磨しエッチング
した後、ＳＥＭを用い３０個の結晶粒を無作為に抽出し
てその結晶粒径を測定し、最大粒径、平均粒径を評価し
た。表１、表２、及び表３に結果の一例を示す。尚、表
１、表２、及び表３に於いて、試料No．に＊印が付され
たものは本発明の圧電磁器組成物に該当する試料であ
る。
した後、ＳＥＭを用い３０個の結晶粒を無作為に抽出し
てその結晶粒径を測定し、最大粒径、平均粒径を評価し
た。表１、表２、及び表３に結果の一例を示す。尚、表
１、表２、及び表３に於いて、試料No．に＊印が付され
たものは本発明の圧電磁器組成物に該当する試料であ
る。
【００１４】表１からも明らかな様に、本発明の圧電磁
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。
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。
【００１５】尚、０．０５＞Ａの組成物，１．０１＞Ｂ
／Ｃの組成物、副成分であるＭｎＯが０．０５重量％よ
り少ない組成物、ＮｉＯが０．０３重量％より少ない組
成物、及びＮｂ2 Ｏ5 が０．０２重量％より少ない組成
物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い。Ａ＞０．
１５の組成物では磁器として緻密性が失われ、電気機械
結合係数の低下を招く。Ｂ／Ｃ＞１．０７の組成物では
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％より多い組成物、ＮｉＯが０．１５重量
％より多い組成物、Ｎｂ2 Ｏ5 が０．０８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してしまう
ため、いずれも本発明の範囲から除外した。
／Ｃの組成物、副成分であるＭｎＯが０．０５重量％よ
り少ない組成物、ＮｉＯが０．０３重量％より少ない組
成物、及びＮｂ2 Ｏ5 が０．０２重量％より少ない組成
物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い。Ａ＞０．
１５の組成物では磁器として緻密性が失われ、電気機械
結合係数の低下を招く。Ｂ／Ｃ＞１．０７の組成物では
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％より多い組成物、ＮｉＯが０．１５重量
％より多い組成物、Ｎｂ2 Ｏ5 が０．０８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してしまう
ため、いずれも本発明の範囲から除外した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【発明の効果】この様に本発明はＰｂ1-A ＢａA （Ｚｒ
B 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，Ｎｉ
Ｏ，Ｎｂ2 Ｏ5 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
物が実現したものである。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。
B 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，Ｎｉ
Ｏ，Ｎｂ2 Ｏ5 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
物が実現したものである。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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−96973（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−112104（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−200681（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−331769（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−331770（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＝１．０１〜１．０７を満足する基本組
成に対し、副成分としてＭｎＯを０．０５〜０．２０重
量％、ＮｉＯを０．０３〜０．１５重量％、及びＮｂ2
Ｏ5 を０．０２〜０．０８重量％添加含有して成ること
を特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03128233A JP3096920B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03128233A JP3096920B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04331772A JPH04331772A (ja) | 1992-11-19 |
| JP3096920B2 true JP3096920B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=14979790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03128233A Expired - Fee Related JP3096920B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3096920B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3791361B2 (ja) * | 2000-08-31 | 2006-06-28 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波素子及び弾性表面波フィルタ |
| EP4368428A1 (en) | 2022-11-10 | 2024-05-15 | Cooper Standard GmbH | Sealing lip and sealing strand |
-
1991
- 1991-05-02 JP JP03128233A patent/JP3096920B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04331772A (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) |
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