JP3213849B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JP3213849B2 JP3213849B2 JP17481191A JP17481191A JP3213849B2 JP 3213849 B2 JP3213849 B2 JP 3213849B2 JP 17481191 A JP17481191 A JP 17481191A JP 17481191 A JP17481191 A JP 17481191A JP 3213849 B2 JP3213849 B2 JP 3213849B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- ceramic composition
- coupling coefficient
- electromechanical coupling
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- 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Ｋp を有し、更に比誘電率εr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。
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Ｋp を有し、更に比誘電率εr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。この種の超音波振
動子としての円形の圧電磁器に対する要求としては、
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。この種の超音波振
動子としての円形の圧電磁器に対する要求としては、
【０００３】エネルギー変換効率が高いこと（径方向
振動での電気機械結合係数Ｋp が高いこと） 振動子駆動回路との整合上、比誘電率εr の温度依存
性が小さいこと、 入力電力に対し高信頼性を維持する上で圧電磁器の微
細構造が均一なこと（結晶粒径が小さく且つ均一なこ
と） 等が挙げられる。
振動での電気機械結合係数Ｋp が高いこと） 振動子駆動回路との整合上、比誘電率εr の温度依存
性が小さいこと、 入力電力に対し高信頼性を維持する上で圧電磁器の微
細構造が均一なこと（結晶粒径が小さく且つ均一なこ
と） 等が挙げられる。
【０００４】
【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（Ｍｎ
1/3 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Ｋp が必ずしも高くはない。従って、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
を大きくする手段もあるが、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Ｋp
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。
動子として用いる圧電磁器としては、例えばＰｂ（Ｍｎ
1/3 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Ｋp が必ずしも高くはない。従って、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
を大きくする手段もあるが、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Ｋp
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。
【０００５】一方、高い電気機械結合係数Ｋp 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Ｋp が高くなる反面、比誘電率εr 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εr 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εrの増加に伴な
う共張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。
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Ｋp が高くなる反面、比誘電率εr 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εr 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εrの増加に伴な
う共張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。
【０００６】本発明の技術的課題は、かかる従来の磁器
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、電気機械結合係数Ｋp が大きく、比誘電率ε
r の温度変化率も小さく、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圧電磁器組成物を得ることにある。
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、電気機械結合係数Ｋp が大きく、比誘電率ε
r の温度変化率も小さく、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圧電磁器組成物を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明の圧電磁
器組成物は、主成分として一般式Ｐｂ1-A ＢａA （Ｚｒ
B 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ＭｎＯ０．０５〜
０．２５重量％、ＮｉＯ０．０５〜０．２５重量％、及
びＬａ2 Ｏ3 を０．０５〜０．１５重量％添加含有して
成る事を特徴とする。
器組成物は、主成分として一般式Ｐｂ1-A ＢａA （Ｚｒ
B 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ＭｎＯ０．０５〜
０．２５重量％、ＮｉＯ０．０５〜０．２５重量％、及
びＬａ2 Ｏ3 を０．０５〜０．１５重量％添加含有して
成る事を特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明では、ＰｂＺｒＯ3 −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、高い電気機械結合系数Ｋp を有し、比誘電率εr 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が提供される。
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、高い電気機械結合系数Ｋp を有し、比誘電率εr 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が提供される。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例の圧電磁器組成物につい
て、参考例と比較しながら詳細に説明する。
て、参考例と比較しながら詳細に説明する。
【００１０】出発原料として化学的純度９９％以上の主
成分としてのＰｂＯ，ＢａＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｔｉ
Ｏ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＭｎＯ、及び所定の副成分を選び、
図１〜４に示す組成になる様に精秤した。
成分としてのＰｂＯ，ＢａＣＯ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｔｉ
Ｏ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＭｎＯ、及び所定の副成分を選び、
図１〜４に示す組成になる様に精秤した。
【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
て焼結体を得た。
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
て焼結体を得た。
【００１２】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４０〜６
０kV／cmを３０分間印加し、分極処理を施して圧電的に
活性化させて、圧電磁器組成物を得る。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εr の温
度依存性を調べた。
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４０〜６
０kV／cmを３０分間印加し、分極処理を施して圧電的に
活性化させて、圧電磁器組成物を得る。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εr の温
度依存性を調べた。
【００１３】尚、電気機械結合係数Ｋp は数１により算
出して求めた。 ｆr ：共振周波数、ｆa ：反共振周波数
出して求めた。 ｆr ：共振周波数、ｆa ：反共振周波数
【００１４】
【数１】
【００１５】比誘電率の温度依存性は、恒温槽中に試料
をセットし、分極方向と振動方向が同一で単一振動させ
た場合、２０℃及び１００℃での比誘電率（εr ＝ε33
T ／ε0 ）を求め、数２により温度変化率として、算出
し比較した。
をセットし、分極方向と振動方向が同一で単一振動させ
た場合、２０℃及び１００℃での比誘電率（εr ＝ε33
T ／ε0 ）を求め、数２により温度変化率として、算出
し比較した。
【００１６】
【数２】
【００１７】結晶粒径は焼結体を鏡面研磨しエッチング
後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いｎ＝３０から最
大粒径、平均粒径で評価した。結果を図１〜４に示す。
尚、図１〜４に於いて、＊印の試料No．は本発明の圧電
磁器組成物に該当する。
後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いｎ＝３０から最
大粒径、平均粒径で評価した。結果を図１〜４に示す。
尚、図１〜４に於いて、＊印の試料No．は本発明の圧電
磁器組成物に該当する。
【００１８】図１〜４からも明らかな様に、図１〜３の
本発明の圧電磁器組成物から成る試料は、図４の参考例
と比較して電気機械結合係数Ｋp が大きく、比誘電率ε
r の温度変化率も小さく、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。
本発明の圧電磁器組成物から成る試料は、図４の参考例
と比較して電気機械結合係数Ｋp が大きく、比誘電率ε
r の温度変化率も小さく、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。
【００１９】この様に本発明によれば、主成分としてＰ
ｂ1-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，ＮｉＯ，Ｃｏ2 Ｏ3 を各々適度な範囲で
同時に添加含有させることにより、特に基本成分と副成
分との相乗効果のため、電気機械結合係数Ｋp が高くな
り、比誘電率εr 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。
ｂ1-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，ＮｉＯ，Ｃｏ2 Ｏ3 を各々適度な範囲で
同時に添加含有させることにより、特に基本成分と副成
分との相乗効果のため、電気機械結合係数Ｋp が高くな
り、比誘電率εr 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。
【００２０】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
５重量％、及びＬａ2 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Ｋp の改善効果が
認めらない。また、所望する比誘電率が得られない。
Ａ＞０．１５の組成物では磁器としての緻密性が失なわ
れ、電気機械結合係数Ｋp の低下を招き、Ｂ／Ｃ＞１．
０７では比誘電率εr 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０．２５重量％、ＮｉＯが０．２５重量％、
Ｌａ2 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Ｋp が低下すると共に結晶粒径も
大きくなる傾向のため、いずれも本発明の特許請求の範
囲から除外した。
副成分であるＭｎＯが０．０５重量％、ＮｉＯが０．０
５重量％、及びＬａ2 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Ｋp の改善効果が
認めらない。また、所望する比誘電率が得られない。
Ａ＞０．１５の組成物では磁器としての緻密性が失なわ
れ、電気機械結合係数Ｋp の低下を招き、Ｂ／Ｃ＞１．
０７では比誘電率εr 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０．２５重量％、ＮｉＯが０．２５重量％、
Ｌａ2 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Ｋp が低下すると共に結晶粒径も
大きくなる傾向のため、いずれも本発明の特許請求の範
囲から除外した。
【００２１】
【発明の効果】以上詳述した様に、本発明によれば、広
範囲に利用できる高出力超音波振動子に好適な電気機械
結合係数Ｋp が大きく、比誘電率εr の温度変化率も小
さく、更に結晶粒径も小さく均一の一電圧磁器組成が得
られ、産業上極めて価値大である。
範囲に利用できる高出力超音波振動子に好適な電気機械
結合係数Ｋp が大きく、比誘電率εr の温度変化率も小
さく、更に結晶粒径も小さく均一の一電圧磁器組成が得
られ、産業上極めて価値大である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】本発明の一実施例の圧電磁器組成物の組成を示
す図である。
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/49 C01G 25/00 - 25/02 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (1)
- 【請求項１】 主成分として一般式Ｐｂ1-A ＢａA （Ｚ
ｒB Ｔｉc ）Ｏ3 で示され（但しＢ＋Ｃ＝１）、０．０
５≦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ＭｎＯ０．０５〜
０．２５重量％、ＮｉＯ０．０５〜０．２５重量％及び
Ｌａ2 Ｏ3 を０．０５〜０．１５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 |
|---|---|---|---|
| JP17481191A JP3213849B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17481191A JP3213849B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05116947A JPH05116947A (ja) | 1993-05-14 |
| JP3213849B2 true JP3213849B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=15985083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17481191A Expired - Fee Related JP3213849B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3213849B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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
- 1991-06-20 JP JP17481191A patent/JP3213849B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05116947A (ja) | 1993-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Matsubara et al. | Sinterability and piezoelectric properties of (K, Na) NbO3 ceramics with novel sintering aid | |
| Ishii et al. | Morphotropic phase boundary and electrical properties of bisumuth sodium Titanate–Potassium niobate solid-solution ceramics | |
| US7944126B2 (en) | Piezoelectric ceramic, vibrator and ultrasonic motor | |
| JPH09100156A (ja) | 誘電体磁器組成物 | |
| JP2008258183A (ja) | 製法及び応用を含む圧電セラミック材料 | |
| US5788876A (en) | Complex substituted lanthanum-lead-zirconium-titanium perovskite, ceramic composition and actuator | |
| KR930002641B1 (ko) | 강유전성 세라믹스 | |
| Yoon et al. | Electric-field-induced strain and piezoelectric properties near the morphotropic phase boundary of Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3–PbZrO 3–PbTiO 3 ceramics | |
| JP3213849B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| KR100685327B1 (ko) | 압전자기 조성물, 압전소자 | |
| JP2002068836A (ja) | 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子 | |
| KR100667256B1 (ko) | 압전 트랜스포머용 고효율 ｐｓｎ-ｐｍｎ-ｐｚｔ압전세라믹 | |
| JP3096918B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP4569062B2 (ja) | 圧電磁器 | |
| JP3096920B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| WO2002049122A1 (en) | High-power piezoelectric ceramics | |
| Tawfik | Elastic properties and sound wave velocity of PZT transducers doped with Ta and La | |
| JP3125624B2 (ja) | 圧電磁器 | |
| JP3128659B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| Li et al. | A new Pb (Lu1/2Nb1/2) O3–PbZrO3–PbTiO3 ternary solid solution with morphotropic region and high Curie temperature | |
| JP3214055B2 (ja) | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 | |
| JP2627480B2 (ja) | 酸化物圧電材料 | |
| Wu et al. | Piezoelectric properties of (Pb, Sr)(Zr, Ti, Mn, Zn, Nb) O 3 piezoelectric ceramic | |
| JP3096917B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH11322423A (ja) | 圧電磁器組成物 |
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: 20010627 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |