JP3588215B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電磁器組成物に関わり、例えばセラミックフィルタ、セラミックレゾネータ、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電点火ユニット、超音波モータ、圧電ファン、圧電アクチュエータおよび加速度センサ、ノッキングセンサ、AEセンサ等の圧電センサ等に適する圧電磁器組成物に関する。
【0002】
【従来技術】
従来から、圧電磁器組成物を利用した製品としては、例えばセラミックフィルタ、セラミックレゾネータ、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電スピーカー、超音波モータ、圧電ファン、圧電アクチュエータ等がある。
【0003】
ここでブザーやスピーカー等の圧電発音体素子の材料としては、PbZrO3 −PbTiO3 を主成分とした磁器組成物が利用されており、これにNb2 O5 やMnO2 等の金属酸化物、Pb(Nb1/2 Sb1/2 )O3 等の複合ペロブスカイト酸化物を添加したり、置換することにより圧電特性の向上が図られている。
【0004】
例えば、特公昭48−21876号公報には、Pb(Nb1/2 Sb1/2 )O3 −PbZrO3 − PbTiO3 系の組成物が開示されている。
【0005】
これらの酸化物圧電材料では、まず電気機械結合係数Krが大きいことが望ましい。例えばメカニカルフィルタ用の電気機械振動変換素子や超音波振動の電気音響振動変換素子とに用いる場合には電気機械結合係数Krが大きい程、変換効率もよくなり、回路上有利になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記したPb(Nb1/2 Sb1/2 )O3 −PbZrO3 −PbTiO3 系の圧電磁器組成物では、電気機械結合係数Krは40%〜60%程度であり、未だ小さいという問題があった。
【0007】
本発明は、電気機械結合係数Krの大きな圧電磁器組成物を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Pb、Zr、Ti、Nb、Yb、CoおよびSbを含む複合ペロブスカイト型化合物であって一定の組成を有するものは、電気機械結合係数Krの大きな圧電磁器組成物を得ることができることを知見し、本発明に至った。
【0009】
即ち、本発明の圧電磁器組成物は、金属成分として少なくともPb、Zr、Ti、Nb、Yb、CoおよびSbを含有する複合ペロブスカイト型化合物であって、これらの金属元素のモル比による組成式を、Pba 〔(Nb1/2 Yb1/2 )d (Nb2/3 Co1/3 )e (Nb1/2 Sb1/2 )1−d−e 〕b (Zr1−c Tic )1−b O3 と表した時、前記a、b、c、dおよびeが、0.98≦a≦1.04、0.08≦b≦0.12、0.49≦c≦0.52、0.40≦d≦0.60、0.35≦e≦0.55を満足するものである。
【0010】
【作用】
本発明の圧電磁器組成物では、PbZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物のZrおよびTiの一部をNb、Yb、Co、Sbで所定量置換することにより、電気機械結合係数Krが70以上の圧電磁器組成物を得ることが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電磁器組成物は、モル比による組成式を、Pba 〔(Nb1/2 Yb1/2 )d (Nb2/3 Co1/3 )e (Nb1/2 Sb1/2 )1−d−e 〕b (Zr1−c Tic )1−b O3 と表した時、a、b、c、dおよびeが、0.98≦a≦1.04、0.08≦b≦0.12、0.49≦c≦0.52、0.40≦d≦0.60、0.35≦e≦0.55を満足するものである。
【0012】
ここで、a、b、c、dおよびeを上記のように設定した理由について説明する。Pb量aを0.98≦a≦1.04としたのは、aが0.98未満の場合や1.04よりも大きい場合には電気機械結合係数Krが低下するからである。Pb量aは、電気機械結合係数Krを向上するという観点から、1.00≦a≦1.02であることが特に望ましい。
【0013】
〔(Nb1/2 Yb1/2 )d (Nb2/3 Co1/3 )e (Nb1/2 Sb1/2 )1−d−e 〕量を表すbを0.08≦b≦0.12としたのは、bが0.08未満の場合や0.12より大きい場合には、電気機械結合係数Krが低下するからである。
【0014】
〔(Nb1/2 Yb1/2 )d (Nb2/3 Co1/3 )e (Nb1/2 Sb1/2 )1−d−e 〕量bは、0.09〜0.10、特に0.10であることが望ましい。
Ti量を表すcを0.49≦c≦0.52としたのは、cが0.49未満の場合や0.52よりも大きい場合には電気機械結合係数Krが低下するからである。Ti量を表すcは、電気機械結合係数Krを向上するという点から0.50〜0.51、特には0.51であることが望ましい。
【0015】
(Nb1/2 Yb1/2 )量を表すdを0.40≦d≦0.60としたのは、dが0.40未満の場合や0.60よりも大きい場合には、電気機械結合係数Krが低下するからである。(Nb1/2 Yb1/2 )量を表すdは、電気機械結合係数Krを向上するという点から0.45〜0.60であることが望ましい。
【0016】
(Nb2/3 Co1/3 )量を表すeを0.35≦e≦0.55としたのは、e が0.35未満の場合や、0.55より大きいと電気機械結合係数Krが低下するからである。(Nb2/3 Co1/3 )量を表すeは、電気機械結合係数Krの向上という点から0.45〜0.50、特には0.50であることが望ましい。
【0017】
本発明の圧電磁器組成物は、モル比による組成式を、Pba 〔(Nb1/2 Yb1/2 )d (Nb2/3 Co1/3 )e (Nb1/2 Sb1/2 )1−d−e 〕b (Zr1−c Tic )1−b O3 と表した時、a、b、c、dおよびeが、1.00≦a≦1.02、0.09≦b≦0.10、0.50≦c≦0.51、0.45≦d≦0.60、0.45≦e≦0.50を満足することが望ましい。
【0018】
そして、本発明の圧電磁器磁器組成物は、例えば、原料としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 O5 、Yb2 O3 、Co3 O4 、Sb2 O3 の各原料粉末を所定量秤量し、ボールミル等で10〜24時間湿式混合し、次いで、この混合物を乾燥した後、800〜1100℃で1〜3時間仮焼し当該仮焼物を再びボールミル等で粉砕する。その後、この粉砕物に有機バインダーを混合し、プレス成形、ドクターブレード法等の公知の成形法で成形体を作成し、これらを大気中において1150〜1300℃で1〜3時間焼成することにより得られる。
【0019】
本発明においては、粉砕時の粉砕ボールからボール成分が混入する場合や、Al、Fe、S、Si、Cl、Eu、Y、Tb、K、P、Cu、Mg等が不可避不純物として混入する場合もあるが特性上問題ない。
【0020】
また本発明においては、共振周波数、反共振周波数の温度特性の改善という観点から、Pbサイトの一部をCa、Sr、Baなどのアルカリ土類金属やNd、Gd、La、Pr、Smなどの希土類元素で単独または複合置換しても良い。
【0021】
さらに本発明においては共振周波数、反共振周波数の経時変化の向上という観点から、Cr、Mnの酸化物もしくは炭酸塩を添加しても良い。
【0022】
さらに本発明においてはぺロブスカイト型結晶を主結晶相をするもので、他の結晶相としてパイロクロア相が少々存在していてもよい。構成元素Pb、Zr、Ti、Nb、Yb、Co、Sbは主に主結晶相中に存在するが、粒界に存在していてもよい。
【0023】
【実施例】
原料粉末としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 O5 、Yb2 O3 、Co3 O4 、Sb2 O3 の各原料粉末を表1に示すように所定量秤量し、ZrO2 ボールを用いたボールミルで湿式混合し、乾燥した後、1000℃で3時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで粉砕する。その後、この粉砕物に有機バインダーを混合し、得られた粉末を1.5t/cm2 の圧力で直径23mm、厚さ2mmの寸法からなる円板にプレス成形した。更に、これらの成形体をMgOからなる容器内に密閉し、大気中1250℃で2時間焼成した。
【0024】
得られた焼結体を研磨して厚み0.5mmの円板を形成した。この円板の両主面にAgペーストを焼き付けることにより電極を形成し、80℃のシリコンオイル中で3kV/mmの直流電圧を30分間印加して分極処理した後、電気機械結合係数Krを評価した。
【0025】
電気機械結合係数Krは、インピーダンスアナライザーにて測定した共振周波数Fr、反共振周波数Faの値から次の計算式により求めた。
【0026】
Kp=〔2.53×(Fa−Fr)/Fr〕1/2
これらの結果を表1に記載する。
【0027】
【表1】
【0028】
この表1から、本発明の圧電磁器組成物は、電気機械結合係数Krが70%以上と大きいことが判る。
【0029】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、PbZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物のZrおよびTiの一部をNb、Yb、Co、Sbで所定量置換することにより、電気機械結合係数Krの大きな圧電磁器組成物を得ることができ、例えばメカニカルフィルタ用の電気機械振動変換素子や超音波振動の電気音響振動変換素子に用いた場合、変換効率を向上することができる。
Claims (1)
- 金属成分として少なくともPb、Zr、Ti、Nb、Yb、CoおよびSbを含有する複合ペロブスカイト型化合物であって、これらの金属元素のモル比による組成式を
Pba 〔(Nb1/2 Yb1/2 )d (Nb2/3 Co1/3 )e (Nb1/2 Sb1/2 )1−d−e 〕b (Zr1−c Tic )1−b O3
と表した時、前記a、b、c、dおよびeが、
0.98≦a≦1.04
0.08≦b≦0.12
0.49≦c≦0.52
0.40≦d≦0.60
0.35≦e≦0.55
を満足す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 |
---|---|---|---|
JP35119996A JP3588215B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35119996A JP3588215B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10194835A JPH10194835A (ja) | 1998-07-28 |
JP3588215B2 true JP3588215B2 (ja) | 2004-11-10 |
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ID=18415724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35119996A Expired - Fee Related JP3588215B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3588215B2 (ja) |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35119996A patent/JP3588215B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH10194835A (ja) | 1998-07-28 |
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