JP3384048B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JP3384048B2 JP3384048B2 JP20901593A JP20901593A JP3384048B2 JP 3384048 B2 JP3384048 B2 JP 3384048B2 JP 20901593 A JP20901593 A JP 20901593A JP 20901593 A JP20901593 A JP 20901593A JP 3384048 B2 JP3384048 B2 JP 3384048B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- composition
- temperature
- firing
- ceramic 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
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 33
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 25
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 7
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical compound [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Inorganic materials O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000011802 pulverized particle Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電体セラミックス
に関し、詳しくは、圧電アクチュエータやブザーなどの
材料として用いるのに適した圧電ｄ定数の大きな圧電磁
器組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧電ｄ定数の大きな圧電体セラミックス
として知られる、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2／3）Ｏ3−ＰｂＺ
ｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3を基本組成とする圧電体材料は、通
常、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）、五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）などの酸化物原料を所
定の化学量論組成となるように調合し、ボールミルなど
を用いて混合分散させた後、所定の温度で仮焼し、さら
に、粉砕及びバインダー混合を行った後、所定の形状に
成形し、これを１２００℃以上の高温で焼成して焼結反
応を行わせることにより製造されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の製
造方法では、仮焼後の圧電磁器組成物（セラミックス）
の焼成温度が１２００℃以上と高温であるため、セラミ
ックスからのＰｂの蒸発が激しく、セラミックス内部に
圧電性のばらつきを生じさせるという問題点がある。 【０００４】また、Ｐｂの蒸発を抑制しようとすると、
焼成時に密閉度の高いさや鉢を用いたり、さや鉢の内部
にＰｂＯなどを入れて過剰のＰｂ雰囲気を作るというよ
うな雰囲気制御技術を用いたりすることが必要になる。
そして、その結果として、製造工程が複雑になったり、
品質にばらつきが生じたりするという問題点がある。ま
た、さや鉢は、高温で繰り返して使用されることからそ
の寿命が短く、製造コストが増大するという問題点があ
る。 【０００５】さらに、圧電アクチュエータなどの一体焼
成型のセラミックスを製造するにあたっては、焼成温度
が高いため、内部電極材料として、Ｐｔなどの高融点の
貴金属を用いることが必要になり、これがセラミックス
素子のコストを上昇させる原因になるという問題点があ
る。 【０００６】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、低い温度で焼成することが可能で、Ｐｂの蒸発が
少なく、焼成時に特殊なさや鉢を用いたり、Ｐｂの雰囲
気制御を行ったりする必要がなく、また、圧電アクチュ
エータのような一体焼成型のセラミックス素子を製造す
る場合に、内部電極として高価なＰｔなどの材料を使用
する必要のない圧電磁器組成物を提供することを目的と
する。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の圧電磁器組成物は、焼成前における比表
面積（ＳＳ）が１０ｍ 2 ／ｇ以上（ＳＳ≧１０ｍ 2 ／ｇ）
である圧電磁器材料粉末を焼成することにより形成さ
れ、ＸＰｂ（Ｎｉα/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＹＰｂＺｒＯ3−
ＺＰｂＴｉＯ3を基本組成とし、一般記号ＡＢＯ3で表さ
れるペロブスカイト型の圧電磁器組成物であって、Ｘ，
Ｙ，Ｚがそれぞれ、 ０．２０≦Ｘ≦０．６０ ０．１５≦Ｙ≦０．６０ ０．３０≦Ｚ≦０．６０ の範囲にあり、かつ、ＢサイトのＮｉ比率（α）が、 １＜α＜２ の範囲にあって、化学量論組成よりも過剰であることを
特徴とする。 【０００８】 【作用】化学量論組成を越えて過剰に存在するＢサイト
のＮｉが低温焼結を可能にする詳細なメカニズムは必ず
しも明らかではないが、現時点ではおよそ次のように考
えられる。 【０００９】Ｎｂを多く含むチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）系材料では、焼成途中に中間生成物としてパイロ
クロア相（ＰｂとＮｂの酸化物）が生成しやすいことは
よく知られている。したがって、上記組成を有するこの
発明の圧電磁器組成物においては、焼成段階でパイロク
ロア相からＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ3が生成する過程を経
ることになる。 【００１０】ところで、原料中のＮｉ（ＮｉＯ）はその
分散性が悪いため、焼成前のセラミックス中には、Ｎｉ
が過剰の部分とＮｉが不足している部分が生じる。 【００１１】そして、Ｎｉが不足している系（部分）で
は、焼成中にパイロクロア相からＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ
3への反応が完全には進まず、一部がＰｂとのＮｂで構
成されるパイロクロア構造の中間生成物（Ｐｂ2Ｎｂ2Ｏ
7）として残存しやすくなる。このパイロクロア相の焼
結性はチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3）の焼結性と同等であり、この相が残っていると低
温での焼結は望めない。 【００１２】一方、Ｎｉが過剰に存在する系（部分）で
は、パイロクロア相からＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ3への反
応が完全に進行し、Ｐｂ2Ｎｂ2Ｏ7（パイロクロア構造
の中間生成物）として残存しにくくなり、また、パイロ
クロア相のうち、Ｐｂ3Ｎｂ2Ｏ8はＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）
Ｏ3と反応する化合物であって、融点が９２５℃と低い
ために、液相となってＰＺＴセラミックスの低温焼結に
寄与するものと考えられる。 【００１３】したがって、この発明の圧電磁器組成物の
ようにＮｉを化学量論組成以上に含有させて、組成物の
多くの部分でＮｉが過剰に存在する状態を生じさせるこ
とにより、低温で焼結することが可能になる。 【００１４】なお、この発明の圧電磁器組成物におい
て、Ｘ（すなわちＰｂのモル比）を０．２０〜０．６０
としたのは、Ｘが０．２０未満では、中間生成物の生成
量が少なくなるため、焼結性への寄与が少なくなり、ま
た、Ｘの量が０．６０を越えるとキュリー点（Ｔｃ）が
１００℃以下となり、室温付近での共振周波数や変位特
性の温度安定性が悪くなることによる。 【００１５】また、Ｙ（すなわちＰｂＺｒＯ3のモル
比）を０．１５〜０．６０としたのは、ＹがＭＰＢから
離れる０．１５未満や、０．６０を越える範囲では圧電
性が小さく、高い電気機械結合係数（Ｋｐ）や比誘電率
（ε33／ε0）を必要とする圧電アクチュエータやブザ
ーなどの用途には適用できなくなることによる。 【００１６】なお、Ｚは、１＝Ｘ＋Ｙ＋Ｚを満たすため
に、０．３０〜０．６０の範囲に限定される。 【００１７】また、αの値を１＜α＜２の範囲に限定し
たのは、αの値が１以下ではパイロクロア相の生成を促
進することになり、低温焼結性を得ることができず、ま
た、αの値が２以上になると焼成中にＮｉが粒内に固溶
して電気特性を大きく変化させてしまい、必要な特性を
得ることができなくなることによる。 【００１８】また、焼成前の圧電磁器材料粉末の比表面
積（ＳＳ）を、１０ｍ2／ｇ以上（ＳＳ≧１０ｍ2／ｇ）
としているので、さらに低温焼結性を向上させ、１００
０℃を下回るような温度で焼結させることが可能にな
る。これは、圧電磁器材料粉末の粒子が微細化すること
により、Ｎｉの分散性が向上するためであると考えられ
る。 【００１９】 【実施例】以下に、この発明の実施例を示して、その特
徴とするところをさらに具体的に説明する。 【００２０】まず、出発原料として、Ｐｂ3Ｏ4，ＴｉＯ
2，ＺｒＯ2，ＮｉＯ，Ｎｂ2Ｏ5を用意し、これらの出発
原料を表１，表２に示すような組成となるように秤取
し、ボールミルを用いて湿式混合した後、７００〜９０
０℃で２時間仮焼し、粉砕（微粉砕）して仮焼粉末を得
た。それから、この仮焼粉末に酢酸ビニル系のバインダ
ーを加えてさらに湿式混合を行い、乾燥、造粒後に１０
００〜２０００kg／cm2の圧力で円板状に成形し、これ
を９００〜１２００℃で焼成し、直径１０mm、厚さ１mm
の磁器円板を得た。 【００２１】そして、この磁器円板の表面（両主面）
に、銀ペーストを塗布し、８００℃で２時間焼き付けて
銀電極を形成した後、８０℃のシリコンオイル中で３ｋ
Ｖ／mmの直流電圧を印加して分極処理を施し、圧電磁器
円板（試料）を得た。 【００２２】そして、これらの試料について、比誘電率
（ε33／ε0）、電気機械結合係数（Ｋｐ）、及び機械
的品質係数（Ｑｍ）を測定した。その結果を表１，表２
に示す。なお、表１，表２において、試料No.に*印を付
したものは、この発明の範囲外の組成を有する試料であ
る。 【００２３】 【表１】 【００２４】 【表２】【００２５】表１，表２に示すように、この発明の実施
例にかかる各試料については、比誘電率（ε33／
ε0）、電気機械結合係数（Ｋｐ）、及び機械的品質係
数（Ｑｍ）に関し、ほぼ良好な結果が得られていること
がわかる。 【００２６】なお、αについては、表２の試料No.１７
（α＝１．０）と試料No.１９（α＝１．５）の比較に
みられるように、αの値が１以下の場合には、パイロク
ロア相の生成を促進する結果となり、十分な低温焼結性
を得ることができないことがわかる。また、試料No.２
０（α＝１．５）と試料No.２２（α＝２．５）の比較
にみられるように、αの値が２以上になると焼成中にＮ
ｉが粒内に固溶して電気特性が大きく変化する（すなわ
ち、Ｋｐが小さくなり、Ｑｍが大きくなる）ため好まし
くないことがわかる。 【００２７】また、図１に、Ｎｉを過剰とした原料（圧
電磁器材料）（α＝１．５）を用いた場合と、特にＮｉ
を過剰としていない原料（α＝１．０）を用いた場合の
焼結性、すなわち、焼成温度と焼結密度（焼結体の密
度）との関係を示す。図１より、Ｎｉを過剰とした原料
を用いると、低い温度で焼成した場合にも、焼結密度
が、Ｎｉを過剰としていない原料を用いた場合の焼結密
度よりも大きくなっており、低温焼結性が向上している
ことがわかる。 【００２８】さらに、仮焼後に原料粉末を微粉砕するこ
とにより、さらに、低温焼結性を高めることが可能であ
り、試料No.１９（特に微粉砕しない原料粉末を使用）
と試料No.２０（微粉砕した原料粉末を使用）との比較
にみられるように、Ｎｉ過剰で、かつ、仮焼後に微粉砕
した原料粉末を用いることにより、１０００℃を下回る
ような温度（試料No.２０では９００℃）で焼成して
も、十分な圧電性が得られることがわかる。なお、この
発明では、粉砕粒度の指標として比表面積（ＳＳ）の値
を用いたが、このＳＳ値が１０ｍ2／ｇより小さくなる
と１０００℃を下回るような低温で焼成することが可能
な低温焼結性を得ることは困難になる。したがって、１
０００℃を下回るような温度で焼成することが可能な低
温焼結性と圧電性とを両立させるためには、比表面積を
１０ｍ2／ｇ以上にすることが必要になる。 【００２９】なお、この発明の圧電磁器組成物は、上記
実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内
において、その組成や製造方法を変化させるなどの応
用、変形を加えることが可能である。 【００３０】 【発明の効果】上述のように、この発明の圧電磁器組成
物は、ＸＰｂ（Ｎｉα/3Ｎｂ2／3）Ｏ3−ＹＰｂＺｒＯ3
−ＺＰｂＴｉＯ3を基本組成とし、一般記号ＡＢＯ3で表
されるペロブスカイト型の圧電磁器組成物の、Ｘ，Ｙ，
Ｚを上記所定の範囲とし、かつ、ＢサイトのＮｉ比率
（α）を１＜α＜２と、化学量論組成よりも過剰にして
いるので、特に、共沈法や、ゾル−ゲル法などの化学的
合成方法を用いることなく、従来の酸化物を混合して合
成する方法をとりながら、必要な圧電性を確保しつつ焼
成温度を従来よりも相当に低下させることが可能にな
る。 【００３１】また、焼成前の原料粉末を微粉砕してその
比表面積（ＳＳ）を１０ｍ2／ｇ以上（ＳＳ≧１０ｍ2／
ｇ）とした圧電磁器材料粉末を用いるようにしているの
で、さらに低温で焼結させることが可能になる。 【００３２】したがって、この発明の圧電磁器組成物に
よれば、従来の圧電磁器組成物を製造する場合のよう
に、焼成時に密閉度の高い特殊なさや鉢を用いたり、Ｐ
ｂの雰囲気制御を行ったりする必要がなくなるととも
に、焼成温度が低くなることから、さや鉢の寿命を大幅
に向上させることが可能になる。さらに、一体焼成の圧
電アクチュエータを製造する場合においても、内部電極
として、Ｐｔなどの高融点の貴金属を用いる必要がな
く、比較的安価なＡｇ−Ｐｄ合金などを使用することが
可能になるため、製造コストを大幅に削減することがで
きる。
に関し、詳しくは、圧電アクチュエータやブザーなどの
材料として用いるのに適した圧電ｄ定数の大きな圧電磁
器組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧電ｄ定数の大きな圧電体セラミックス
として知られる、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2／3）Ｏ3−ＰｂＺ
ｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3を基本組成とする圧電体材料は、通
常、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）、五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）などの酸化物原料を所
定の化学量論組成となるように調合し、ボールミルなど
を用いて混合分散させた後、所定の温度で仮焼し、さら
に、粉砕及びバインダー混合を行った後、所定の形状に
成形し、これを１２００℃以上の高温で焼成して焼結反
応を行わせることにより製造されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の製
造方法では、仮焼後の圧電磁器組成物（セラミックス）
の焼成温度が１２００℃以上と高温であるため、セラミ
ックスからのＰｂの蒸発が激しく、セラミックス内部に
圧電性のばらつきを生じさせるという問題点がある。 【０００４】また、Ｐｂの蒸発を抑制しようとすると、
焼成時に密閉度の高いさや鉢を用いたり、さや鉢の内部
にＰｂＯなどを入れて過剰のＰｂ雰囲気を作るというよ
うな雰囲気制御技術を用いたりすることが必要になる。
そして、その結果として、製造工程が複雑になったり、
品質にばらつきが生じたりするという問題点がある。ま
た、さや鉢は、高温で繰り返して使用されることからそ
の寿命が短く、製造コストが増大するという問題点があ
る。 【０００５】さらに、圧電アクチュエータなどの一体焼
成型のセラミックスを製造するにあたっては、焼成温度
が高いため、内部電極材料として、Ｐｔなどの高融点の
貴金属を用いることが必要になり、これがセラミックス
素子のコストを上昇させる原因になるという問題点があ
る。 【０００６】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、低い温度で焼成することが可能で、Ｐｂの蒸発が
少なく、焼成時に特殊なさや鉢を用いたり、Ｐｂの雰囲
気制御を行ったりする必要がなく、また、圧電アクチュ
エータのような一体焼成型のセラミックス素子を製造す
る場合に、内部電極として高価なＰｔなどの材料を使用
する必要のない圧電磁器組成物を提供することを目的と
する。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の圧電磁器組成物は、焼成前における比表
面積（ＳＳ）が１０ｍ 2 ／ｇ以上（ＳＳ≧１０ｍ 2 ／ｇ）
である圧電磁器材料粉末を焼成することにより形成さ
れ、ＸＰｂ（Ｎｉα/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＹＰｂＺｒＯ3−
ＺＰｂＴｉＯ3を基本組成とし、一般記号ＡＢＯ3で表さ
れるペロブスカイト型の圧電磁器組成物であって、Ｘ，
Ｙ，Ｚがそれぞれ、 ０．２０≦Ｘ≦０．６０ ０．１５≦Ｙ≦０．６０ ０．３０≦Ｚ≦０．６０ の範囲にあり、かつ、ＢサイトのＮｉ比率（α）が、 １＜α＜２ の範囲にあって、化学量論組成よりも過剰であることを
特徴とする。 【０００８】 【作用】化学量論組成を越えて過剰に存在するＢサイト
のＮｉが低温焼結を可能にする詳細なメカニズムは必ず
しも明らかではないが、現時点ではおよそ次のように考
えられる。 【０００９】Ｎｂを多く含むチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）系材料では、焼成途中に中間生成物としてパイロ
クロア相（ＰｂとＮｂの酸化物）が生成しやすいことは
よく知られている。したがって、上記組成を有するこの
発明の圧電磁器組成物においては、焼成段階でパイロク
ロア相からＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ3が生成する過程を経
ることになる。 【００１０】ところで、原料中のＮｉ（ＮｉＯ）はその
分散性が悪いため、焼成前のセラミックス中には、Ｎｉ
が過剰の部分とＮｉが不足している部分が生じる。 【００１１】そして、Ｎｉが不足している系（部分）で
は、焼成中にパイロクロア相からＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ
3への反応が完全には進まず、一部がＰｂとのＮｂで構
成されるパイロクロア構造の中間生成物（Ｐｂ2Ｎｂ2Ｏ
7）として残存しやすくなる。このパイロクロア相の焼
結性はチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3）の焼結性と同等であり、この相が残っていると低
温での焼結は望めない。 【００１２】一方、Ｎｉが過剰に存在する系（部分）で
は、パイロクロア相からＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ3への反
応が完全に進行し、Ｐｂ2Ｎｂ2Ｏ7（パイロクロア構造
の中間生成物）として残存しにくくなり、また、パイロ
クロア相のうち、Ｐｂ3Ｎｂ2Ｏ8はＰｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）
Ｏ3と反応する化合物であって、融点が９２５℃と低い
ために、液相となってＰＺＴセラミックスの低温焼結に
寄与するものと考えられる。 【００１３】したがって、この発明の圧電磁器組成物の
ようにＮｉを化学量論組成以上に含有させて、組成物の
多くの部分でＮｉが過剰に存在する状態を生じさせるこ
とにより、低温で焼結することが可能になる。 【００１４】なお、この発明の圧電磁器組成物におい
て、Ｘ（すなわちＰｂのモル比）を０．２０〜０．６０
としたのは、Ｘが０．２０未満では、中間生成物の生成
量が少なくなるため、焼結性への寄与が少なくなり、ま
た、Ｘの量が０．６０を越えるとキュリー点（Ｔｃ）が
１００℃以下となり、室温付近での共振周波数や変位特
性の温度安定性が悪くなることによる。 【００１５】また、Ｙ（すなわちＰｂＺｒＯ3のモル
比）を０．１５〜０．６０としたのは、ＹがＭＰＢから
離れる０．１５未満や、０．６０を越える範囲では圧電
性が小さく、高い電気機械結合係数（Ｋｐ）や比誘電率
（ε33／ε0）を必要とする圧電アクチュエータやブザ
ーなどの用途には適用できなくなることによる。 【００１６】なお、Ｚは、１＝Ｘ＋Ｙ＋Ｚを満たすため
に、０．３０〜０．６０の範囲に限定される。 【００１７】また、αの値を１＜α＜２の範囲に限定し
たのは、αの値が１以下ではパイロクロア相の生成を促
進することになり、低温焼結性を得ることができず、ま
た、αの値が２以上になると焼成中にＮｉが粒内に固溶
して電気特性を大きく変化させてしまい、必要な特性を
得ることができなくなることによる。 【００１８】また、焼成前の圧電磁器材料粉末の比表面
積（ＳＳ）を、１０ｍ2／ｇ以上（ＳＳ≧１０ｍ2／ｇ）
としているので、さらに低温焼結性を向上させ、１００
０℃を下回るような温度で焼結させることが可能にな
る。これは、圧電磁器材料粉末の粒子が微細化すること
により、Ｎｉの分散性が向上するためであると考えられ
る。 【００１９】 【実施例】以下に、この発明の実施例を示して、その特
徴とするところをさらに具体的に説明する。 【００２０】まず、出発原料として、Ｐｂ3Ｏ4，ＴｉＯ
2，ＺｒＯ2，ＮｉＯ，Ｎｂ2Ｏ5を用意し、これらの出発
原料を表１，表２に示すような組成となるように秤取
し、ボールミルを用いて湿式混合した後、７００〜９０
０℃で２時間仮焼し、粉砕（微粉砕）して仮焼粉末を得
た。それから、この仮焼粉末に酢酸ビニル系のバインダ
ーを加えてさらに湿式混合を行い、乾燥、造粒後に１０
００〜２０００kg／cm2の圧力で円板状に成形し、これ
を９００〜１２００℃で焼成し、直径１０mm、厚さ１mm
の磁器円板を得た。 【００２１】そして、この磁器円板の表面（両主面）
に、銀ペーストを塗布し、８００℃で２時間焼き付けて
銀電極を形成した後、８０℃のシリコンオイル中で３ｋ
Ｖ／mmの直流電圧を印加して分極処理を施し、圧電磁器
円板（試料）を得た。 【００２２】そして、これらの試料について、比誘電率
（ε33／ε0）、電気機械結合係数（Ｋｐ）、及び機械
的品質係数（Ｑｍ）を測定した。その結果を表１，表２
に示す。なお、表１，表２において、試料No.に*印を付
したものは、この発明の範囲外の組成を有する試料であ
る。 【００２３】 【表１】 【００２４】 【表２】【００２５】表１，表２に示すように、この発明の実施
例にかかる各試料については、比誘電率（ε33／
ε0）、電気機械結合係数（Ｋｐ）、及び機械的品質係
数（Ｑｍ）に関し、ほぼ良好な結果が得られていること
がわかる。 【００２６】なお、αについては、表２の試料No.１７
（α＝１．０）と試料No.１９（α＝１．５）の比較に
みられるように、αの値が１以下の場合には、パイロク
ロア相の生成を促進する結果となり、十分な低温焼結性
を得ることができないことがわかる。また、試料No.２
０（α＝１．５）と試料No.２２（α＝２．５）の比較
にみられるように、αの値が２以上になると焼成中にＮ
ｉが粒内に固溶して電気特性が大きく変化する（すなわ
ち、Ｋｐが小さくなり、Ｑｍが大きくなる）ため好まし
くないことがわかる。 【００２７】また、図１に、Ｎｉを過剰とした原料（圧
電磁器材料）（α＝１．５）を用いた場合と、特にＮｉ
を過剰としていない原料（α＝１．０）を用いた場合の
焼結性、すなわち、焼成温度と焼結密度（焼結体の密
度）との関係を示す。図１より、Ｎｉを過剰とした原料
を用いると、低い温度で焼成した場合にも、焼結密度
が、Ｎｉを過剰としていない原料を用いた場合の焼結密
度よりも大きくなっており、低温焼結性が向上している
ことがわかる。 【００２８】さらに、仮焼後に原料粉末を微粉砕するこ
とにより、さらに、低温焼結性を高めることが可能であ
り、試料No.１９（特に微粉砕しない原料粉末を使用）
と試料No.２０（微粉砕した原料粉末を使用）との比較
にみられるように、Ｎｉ過剰で、かつ、仮焼後に微粉砕
した原料粉末を用いることにより、１０００℃を下回る
ような温度（試料No.２０では９００℃）で焼成して
も、十分な圧電性が得られることがわかる。なお、この
発明では、粉砕粒度の指標として比表面積（ＳＳ）の値
を用いたが、このＳＳ値が１０ｍ2／ｇより小さくなる
と１０００℃を下回るような低温で焼成することが可能
な低温焼結性を得ることは困難になる。したがって、１
０００℃を下回るような温度で焼成することが可能な低
温焼結性と圧電性とを両立させるためには、比表面積を
１０ｍ2／ｇ以上にすることが必要になる。 【００２９】なお、この発明の圧電磁器組成物は、上記
実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内
において、その組成や製造方法を変化させるなどの応
用、変形を加えることが可能である。 【００３０】 【発明の効果】上述のように、この発明の圧電磁器組成
物は、ＸＰｂ（Ｎｉα/3Ｎｂ2／3）Ｏ3−ＹＰｂＺｒＯ3
−ＺＰｂＴｉＯ3を基本組成とし、一般記号ＡＢＯ3で表
されるペロブスカイト型の圧電磁器組成物の、Ｘ，Ｙ，
Ｚを上記所定の範囲とし、かつ、ＢサイトのＮｉ比率
（α）を１＜α＜２と、化学量論組成よりも過剰にして
いるので、特に、共沈法や、ゾル−ゲル法などの化学的
合成方法を用いることなく、従来の酸化物を混合して合
成する方法をとりながら、必要な圧電性を確保しつつ焼
成温度を従来よりも相当に低下させることが可能にな
る。 【００３１】また、焼成前の原料粉末を微粉砕してその
比表面積（ＳＳ）を１０ｍ2／ｇ以上（ＳＳ≧１０ｍ2／
ｇ）とした圧電磁器材料粉末を用いるようにしているの
で、さらに低温で焼結させることが可能になる。 【００３２】したがって、この発明の圧電磁器組成物に
よれば、従来の圧電磁器組成物を製造する場合のよう
に、焼成時に密閉度の高い特殊なさや鉢を用いたり、Ｐ
ｂの雰囲気制御を行ったりする必要がなくなるととも
に、焼成温度が低くなることから、さや鉢の寿命を大幅
に向上させることが可能になる。さらに、一体焼成の圧
電アクチュエータを製造する場合においても、内部電極
として、Ｐｔなどの高融点の貴金属を用いる必要がな
く、比較的安価なＡｇ−Ｐｄ合金などを使用することが
可能になるため、製造コストを大幅に削減することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｉを過剰とした原料（α＝１．５）を用いた
場合と、Ｎｉを過剰としていない原料（α＝１．０）を
用いた場合の焼成温度と焼結密度との関係を示す線図で
ある。
場合と、Ｎｉを過剰としていない原料（α＝１．０）を
用いた場合の焼成温度と焼結密度との関係を示す線図で
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 35/42 - 35/50
ＣＡ（ＳＴＮ)
ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】焼成前における比表面積（ＳＳ）が１０ｍ
2 ／ｇ以上（ＳＳ≧１０ｍ 2 ／ｇ）である圧電磁器材料粉
末を焼成することにより形成され、 ＸＰｂ（Ｎｉα/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＹＰｂＺｒＯ3−ＺＰ
ｂＴｉＯ3を基本組成とし、一般記号ＡＢＯ3で表される
ペロブスカイト型の圧電磁器組成物であって、Ｘ，Ｙ，
Ｚがそれぞれ、 ０．２０≦Ｘ≦０．６０ ０．１５≦Ｙ≦０．６０ ０．３０≦Ｚ≦０．６０ の範囲にあり、かつ、ＢサイトのＮｉ比率（α）が、 １＜α＜２ の範囲にあって、化学量論組成よりも過剰であることを
特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20901593A JP3384048B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20901593A JP3384048B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0741363A JPH0741363A (ja) | 1995-02-10 |
| JP3384048B2 true JP3384048B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=16565862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20901593A Expired - Fee Related JP3384048B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3384048B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3405618B2 (ja) * | 1995-04-11 | 2003-05-12 | 松下電器産業株式会社 | バイモルフ圧電アクチュエータ |
| EP1354861A4 (en) | 2000-12-28 | 2007-02-28 | Bosch Automotive Systems Corp | MAT RIC C RAMIQUE AND PI ZO- LECTRIQUE PI SO CONSTITU |
| JP2003063866A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-05 | Nec Tokin Corp | 圧電磁器組成物の製造方法 |
| DE112005002386B4 (de) | 2004-10-01 | 2010-06-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo | Piezoelektrische Keramikzusammensetzung und piezoelektrisches keramisches Elektronikbauteil |
| JP4390018B2 (ja) | 2007-02-07 | 2009-12-24 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器および圧電素子 |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP20901593A patent/JP3384048B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0741363A (ja) | 1995-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4849338B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP2002173369A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JP2002308672A (ja) | 圧電セラミックの製造方法、圧電セラミック、および圧電セラミック素子 | |
| JP2003221276A (ja) | 圧電磁器およびその製造方法 | |
| JP3345974B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP2613671B2 (ja) | 強誘電性セラミックス | |
| JP3384048B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP4569062B2 (ja) | 圧電磁器 | |
| JP2002265262A (ja) | 圧電磁器 | |
| JP2811800B2 (ja) | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 | |
| JP3125624B2 (ja) | 圧電磁器 | |
| JP4877672B2 (ja) | 圧電組成物 | |
| JP2002321975A (ja) | 圧電磁器 | |
| JPH10324569A (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
| JP2002348173A (ja) | 圧電セラミック材料とその製造方法 | |
| JPH0516380B2 (ja) | ||
| JP2000178068A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPWO2006093002A1 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP2841911B2 (ja) | Ｐｚｔ系セラミックス組成物 | |
| JPH05163063A (ja) | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 | |
| JP2002293624A (ja) | 圧電磁器およびその製造方法並びに圧電素子 | |
| JP2004210616A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JP2580258B2 (ja) | 強誘電性セラミックス | |
| JP2002338349A (ja) | 圧電セラミックス | |
| JP3188921B2 (ja) | 誘電体磁器組成物および素子 |
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: 20021126 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071227 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081227 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081227 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091227 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101227 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101227 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111227 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |