JP3128659B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- Compositions Of Oxide Ceramics (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。
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。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 ）Ｏ
3 −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。
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。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 ）Ｏ
3 −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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】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度がある。この対策として振
動子に対し入力電力を大きくする方法もあるが、消費電
力が大きくなるにつれて、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。
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度がある。この対策として振
動子に対し入力電力を大きくする方法もあるが、消費電
力が大きくなるにつれて、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。
【０００４】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。
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。
【０００５】本発明はかかる従来磁器組成物の欠点を解
消しようとするものであって、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉ
Ｏ3 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。
消しようとするものであって、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉ
Ｏ3 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。
【０００６】
【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比が１．０１〜１．０７を満足する基本組成に対し、
副成分として、ＭｎＯ０．０５〜０．２０重量％、Ｎｉ
Ｏ０．０３〜０．１５重量％、及びＳｂ2 Ｏ3 を０．０
２〜０．１０重量％添加含有して成る事を特徴とする。
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比が１．０１〜１．０７を満足する基本組成に対し、
副成分として、ＭｎＯ０．０５〜０．２０重量％、Ｎｉ
Ｏ０．０３〜０．１５重量％、及びＳｂ2 Ｏ3 を０．０
２〜０．１０重量％添加含有して成る事を特徴とする。
【０００７】
【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、表３に示す組成になる様に精秤した。
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、表３に示す組成になる様に精秤した。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【表２】
【００１０】
【表３】
【００１１】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、１ton ／cm2 の圧力で加
圧成形し、１２００℃〜１２８０℃の温度で数時間焼成
した。このようにして得られた焼結体を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 は下記の数式１により算
出して求めた。
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、１ton ／cm2 の圧力で加
圧成形し、１２００℃〜１２８０℃の温度で数時間焼成
した。このようにして得られた焼結体を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 は下記の数式１により算
出して求めた。
【００１２】
【数１】
【００１３】但し、ｆr ：共振周波数、ｆa ：反共振周
波数 比誘電率の温度依存性は恒温槽中に試料をセットし、２
０℃及び１００℃での比誘電率を求め、下記の数式２に
より温度変化率として算出し比較した。
波数 比誘電率の温度依存性は恒温槽中に試料をセットし、２
０℃及び１００℃での比誘電率を求め、下記の数式２に
より温度変化率として算出し比較した。
【００１４】
【数２】
【００１５】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〜表３に結果の一例を示す。
尚、表１、表２、表３に於いて、＊印の試料番号は本発
明の圧電磁器組成物に該当する。
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〜表３に結果の一例を示す。
尚、表１、表２、表３に於いて、＊印の試料番号は本発
明の圧電磁器組成物に該当する。
【００１６】表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。
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。
【００１７】尚、０．０５＞Ａ、１．０１＞Ｂ／Ｃ及び
副成分であるＭｎＯが０．０５重量％、ＮｉＯが０．０
３重量％、Ｓｂ2 Ｏ3 が０．０２重量％より少ない組成
物のものでは特に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＞１．０
７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Ｍ
ｎＯが０．２０重量％、ＮｉＯが０．１５重量％、Ｓｂ
2 Ｏ3 が０．１０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。
副成分であるＭｎＯが０．０５重量％、ＮｉＯが０．０
３重量％、Ｓｂ2 Ｏ3 が０．０２重量％より少ない組成
物のものでは特に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＞１．０
７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Ｍ
ｎＯが０．２０重量％、ＮｉＯが０．１５重量％、Ｓｂ
2 Ｏ3 が０．１０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。
【００１８】
【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，ＮｉＯ，
Ｓｂ2 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
できる。それ故、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，ＮｉＯ，
Ｓｂ2 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
できる。それ故、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 (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比が１．０１〜１．０７を満足する基本組
成に対し、副成分としてＭｎＯ０．０５〜０．２０重量
％、ＮｉＯ０．０３〜０．１５重量％及びＳｂ2 Ｏ3 を
０．０２〜０．１０重量％添加含有して成る事を特徴と
する圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03152204A JP3128659B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03152204A JP3128659B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04357166A JPH04357166A (ja) | 1992-12-10 |
| JP3128659B2 true JP3128659B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=15535341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03152204A Expired - Fee Related JP3128659B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3128659B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-29 JP JP03152204A patent/JP3128659B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04357166A (ja) | 1992-12-10 |
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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: 20001018 |
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