JPH02303173A - 圧電性磁器組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電性磁器組成物、特に、電力を供給すること
によって生じる変位を積極的に利用する圧電セラミック
素子、例えば、圧電ブサー、圧電スピーカー、圧電アク
チュエータなとの材料として有用な圧電性磁器組成物に
関する。

（従来の技術） 一般に、圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛磁器
が知られているが、用途に適した圧電特性を得るため、
チタン酸ジルコン酸鉛に第三成分としてＰｂ（Ｎｉ＋ｚ
、Ｎｂｔ／３）Ｏｉ、Ｐ　ｂ（ＣＯ＋ｚａＮｂｚｚｓ）
Ｏｌ、あルイｌ；ｉ　Ｐ　ｂ（Ｍｇｌ　／３Ｎ　ｂｔ／
３）０３を固溶させたり、ＮｉＯ，ＭｎＯあるいはＳｉ
ｎ、などを添加したものが、例えば、特公昭４５−３７
９０７号公報、特公昭４６−４３０６２号公報、特公昭
４６−３３２６７号公報などにて提案されている。その
なかでも、Ｐｂ（ＮＬｚ３Ｎｂｓｚ＋）０３を固溶させ
た３成分系磁器は、他の三成分系磁器組成物に比べて、
圧電特性の良否を示す電気機械結合係数が大きく、また
比誘電率が大きくて機械的品質係数が小さいという特徴
を有することから、圧電ブザー、圧電スピーカー、圧電
アクチュエータなどの材料として利用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この３成分系磁器では、十分に大きな値
の電気機械結合係数（Ｋｐ）を持つものを得ようとする
と、焼成温度を１２００〜１２８０℃と非常に高い温度
にすることが必要であった。

このため、内部電極を一体焼成した積層型の圧電セラミ
ック素子を製造するためには、高温まで熔融および酸化
しないＰｄ５Ｐｔ等の高価な貴金属類を使用しなければ
ならず、圧電セラミック素子における内部電極のコスト
が非常に高くつくという問題があった。しかも、焼成時
にｐｂが蒸発し易いため得られたセラミック素子の特性
にバラツキを生じ易（、また、焼成温度が高いことに起
因して、電力消費量力大多くなる他、内部電極を持たな
い圧電セラミック素子の場合でも焼成用のサヤが短期間
で損傷するという問題があった。

従って、本発明は、良好な圧電特性を有し、低温で焼結
が可能な圧電性磁器組成物を得ることを主目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するための手段として、Ｐｂ
（Ｎ＋１ｚ３Ｎｂ２／１）Ｏｚ　　ＰｂＴ＋０３−Ｐｂ
ＺｒＯａを基本組成とし、これに一般式：％式％ またはＮｉを表す。）で示される複合酸化物を所定量固
溶させるようにしたものである。

即ち、本発明の要旨は、一般式：　　ＫＰｂ（Ｎｉ＋ｚ
３Ｎｂ、、）Ｏ，−ｙＰｂＺｒｏ３−ｚＰｂＴｉｏ＊（
但し、Ｘｓ　ＹおよびＺは各成分のモル分率で、Ｘ＋ｙ
＋２＝１．ＯＯを満足し、第１図において下記の組成の
点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆを頂点とする多角形ＡＢＣＤ
ＥＦで囲まれた範囲内の組成比を有する。）で表される
主成分に、一般式：　　Ｐ　ｂ（Ｍｅ＋７ｔ’＃＋ｚｔ
）０３　（但し、ＭｅはＦ　ｅ、　Ｍｇ、　Ｚ　ｎまた
はＮｉを表す。）で示される複合酸化物を０．２〜１０
．０重量％添加させてなることを特徴とする圧電性磁器
組成物にある。

ｘ　　　　　　　　　ｙ　　　　　　　　　ｚＡ　　　
Ｏ，６００，０５０，３５ Ｂ　　　Ｏ，１５０，０５０，８０ ＣＯ，０５０，１５０，８０ Ｄ　　　Ｏ，０５０，８００，１５ Ｅ　　　Ｏ，１５０，８００，０５ Ｆ　　　Ｏ，６００，３５０，０５ （作用） Ｐ　ｂ（Ｍｅ１ｚ＊Ｗ＋／りＯ！は、主成分である一般
式・ｘＰｂ（Ｎｉｔｚ＋Ｎｂｔｚ３）Ｏａ　　ｙＰｂＺ
ｒＣ）＋−ｚＰｂＴｉｏ＊で示される特定の組成を有す
る３成分系磁器組成物に、所定量固溶させると、その圧
電特性を向上させると共に、焼成温度を低下させる役割
を果たす。

本発明に係る圧電性磁器組成物の組成範囲を前記範囲に
限定した理由は次の通りである。

主成分に於けるＰ　ｂ（Ｎ　Ｌｚ＋Ｎｂｙｚ３）０３の
モル分率Ｘが、第１図に示す領域の外側、即ち、０．０
５未満または０．６０を越えると、電気機械績き係数お
よび比誘電率が低下するので前記範囲とした。

ＰｂＺｒ（）＋のモル分率ｙが第１図の領域外、特に、
０．８０を越える領域では、圧電性が著しく劣化するの
で０．０５〜０．８０とした。

また、ｐｂＴｉｏ３のモル分率Ｚが第１図の領域外、特
に、０８０を越える領域では、完全な焼成をすることが
困難になり、分極処理を完全に遂行することができず実
用的な圧電性磁器を得ることができないので０．０５〜
０．８０の範囲とした。

さらに、Ｐ　ｂ（Ｍｅ＋７ｔＷ＋ｚｔ）０３の含有量、
即ち、添加量を０２〜１０．０重量％としたのは、その
範囲外では完全な焼結体を得ることが非常に困難であり
、しかも、主成分の圧電性を改善する効果が殆ど得られ
ないか、得られても実用に耐えうる程度にならないから
である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例） 原料として、ｐｂｏ（またはＰｂ３０＝）、ＺｒＯ，、
Ｔｉｅ、、Ｎ　＋　ＯＸＮ　ｂ　＝　Ｏｓ、Ｆｅ２Ｏ，
、ＭｇＯ，ＺｎＯおよびＷ、０．を用い、これらを第１
表に示す各組成になるように秤量、調合し、ボールミル
にて湿式混合した。この混合原料を脱水、乾燥させた後
、約８００〜９００’Ｃで２時間仮焼し、粉砕した。得
られた仮焼粉末に適量のバインダーを加えて粉砕、混合
し、造粒した後、直径１２ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの円板
に成形し、１０８０〜１２４０°Ｃで焼成した。

得られた磁器円板の両面に銀電極を焼付け、絶縁オイル
中で２〜３ＫＶ／ｍｎの直流電圧で３０分間分極処理し
て試料とした。

得られた試料について、比誘電率（εｒ）および径方向
の電気機械結合係数（Ｋｐ）を測定した。なお、圧電特
性はＩＲＥ標準回路を用いて周波数ＩＫＨｚ、印加電圧
ＩＶｒｍｓ、１ｆｆ１度２５°Ｃの条件下で測定した。

それらの結果を第１表に示す。表中、＊を付した試料は
本発明の範囲外の組成のものである。また、第１表中の
それぞれ同一組成を有する本発明の範囲内の試料と本発
明の範囲外の試料についての電気機械結合係数と焼成温
度との関係、および比誘電率と焼成温度との関係をそれ
ぞれ第２図および第３図に示す。

（以　下　余　白） 第１表 ２　　７１Ｏ，５３９，５２３２０ ３、−ノ　　　　　　　　ｌｌ　　　　　〃　　　　　
〃　　　　　　　　　　　１．０　　　　　　　　　４
０．０　　　２５５０４　　　／／　　　／／　　／／
　　　Ｉｌｌ、５　　　４１．５２６３０５　　　　　
　〃　　　　　　　”　　　　　ノＩ　　　　　〃　　
　　　　　　　５．０　　　　　　　　４２．０　　　
２７５０６　　　　　　”　　　　　　　　”　　　　
　　ツノ　　　　　ｌｌ　　　　　　　　　　８．０　
　　　　　　　３９．２　　　２５２O ７蔓／／／’　　”　　〃１１．０　　　３５．８　２
１６０９　　　〃”　　　”　　ｌ／１，０　　　４１
．３　２Ｂ２０１０　　　　　　　／／　　　　　　　
　／／　　　　　　／／　　　　　　ｔｔ　　　　　　
　　　　　１，５　　　　　　　　　４０．O　　　２
６１０ １１　　　　　　”　　　　　　　　〃　　　　　”　
　　　　　”　　　　　　　　　　５，０　　　　　　
　　３９．１　　　２８００１２／／〃〃／１８．ｏ４
１，５２６３゜１３＊　　〃／／〃〃１１．０　　　３
５．８　２１００第１表（続き） １５　　　＃　　　　ｌｌ　　　／／　　　〃１．０　
　　　４１．０　３０２０１６　　　〃”　　　〃ｌ／
１，５　　　　４０．５　３０２０１７　　　　　　”
　　　　　　　”　　　　　　ノｌ　　　　　〃　　　
　　　　　　６．０　　　　　　　　３９．２　　　３
０５０１９　　　　　ｌｌ　　　　　　　ｌｌ　　　　
　ツノ　　　　　ｌｌ　　　　　　　　　　１．０　　
　　　　　３８　ｌ　　　２９１゜２０　　　　　　”
　　　　　　　　〃　　　　　ｌｌ　　　　　〃　　　
　　　　　　１．５　　　　　　　　３９．２　　　３
１６０２１　　　〃”　　　”　　　〃５．０　　　　
３６．２　３０８０２３　　　”　　　　”　　　”　
　　〃０．５　　　　４３．０　３０５０２４　　　”
　　　　”　　　〃”　　　　　１．０　　　　４７．
０　３３５０２５　　　〃〃”　　　”　　　　　１．
５　　　　５０．５　３８３０２６　　　〃”　　　”
　　　〃５．０　　　　５２．５　３７５０２７〃〃／
／／／８ｏ４６．８３３２゜２８＊　　　／／Ｎ　　　
”　　　／／　　　　　１２．０　　　　３９．３　２
９２０第１表（続き） ２９　　１１２０　　０．４０　０．２４　０．３８　
　　　０．５　　　　４２．２　３３６０３０〃ｌノ／
／＃１，０４８．２３７６０３１／／／ｌノ’〃１．５
４８．２３８９０３２　　　／／　　　　／／　　　／
／　　　／／　　　　　５，０　　　　４６．）　　３
７８０３３　　　〃〃〃〃８．０　　　　４７．８　３
７５０３４＊　　　”　　　　〃〃〃１１．０　　　　
３９．８　３３４０Ｐｂ（Ｚｎ＋／Ｊ、／ｚ）０３ ３５　　１０８０　　０．４０　０，２４　０，３６　
　　　０，５　　　　５４．２　４０６０３６　　　ｌ
ｌｌ／”　　　”　　　　　１．０　　　　５５．７　
４３００３７　　　／／〃”　　　”　　　　　１．５
　　　　５５．４　４３９０３８〃〃ノ’〃２．０５４
．６４４６０Ｐｂ（Ｎｉ　、／Ｊ、／１）Ｏｓ ３９　　　／／　　　０．４０　０，２４　０．３６　
　　　０，５　　　　５４．５　４２６０４０　　　ｔ
ｔ　　　　ｔｔ　　　／／　　　／／　　　　　１４　
　　　５４゜７　４１１０４１　　　”　　　　〃”　
　　”　　　　　１，５　　　　５４．５　４４５０第
１表（続き） ４４〃〃〃〃０５５８．２３８８０ ４５　　　ノ／〃”　　　”　　　　　１．０　　　　
５９．７　４１５０４６　　　／／／／　　　”　　　
〃１．５　　　　６０．８　４３６０４７１／ｌｌ〃〃
２０６２０４４８０ ４８　　　〃／／ｌ／”　　　　　３，０　　　　６０
．０　４２２０４９＊　　　　　／／　　　　　　　　
／ｌ　　　　　　ｌ／　　　　　　／ノ　　　　　　　
　　１３．０　　　　　　　　５３．４　　@３７２０ ５１　　　／／　　　　／／　　　／／　　　／／　　
　　　、１．Ｑ　　　　　５９５４２００５２　　　”
　　　　”　　　〃／／１．５　　　　５９．３　４５
２０５３　　　”　　　　”　　　”　　　〃５．０　
　　　５８．０　４３９０５４　　　”　　　　”　　
　／／”　　　　　８．０　　　　５８．０　４３２０
５５＊　　　”　　　　〃／／〃１１．０　　　　５３
．８　３５２０５７　　　”　　　　”　　　〃、　　
”　　　　　１，０　　　　６３．５　４６７０５８　
　　〃”　　　”　　　”　　　　　１．５　　　　６
３．０　４７００第１表（続き） ５９　　１１６０　　　〃”　　　／１４．０　　　　
６３．０　４７３０６０　　　／／／／／／”　　　　
　　９．０　　　　６２．５　４６９０６１ｊ　　　／
／〃〃”　　　　　１３．０　　　　５４．０　４１０
０ｐｂ（Ｎｉ　ｌ／！ｗｌ／、）ｏ３ ８２　　　”　　　　”　　　”　　　”　　　　　　
Ｑ、５　　　　６３．２　４６５０６３ノ／ツノ／／”
１，０６３．２４４４０６４ノ’”〃”１．５６２．６
４７７０６５　　　〃〃／／ｌ／６，０　　　　６０．
５　４７４０６６　　　〆’　　　　”　　　”　　　
〃８．０　　　　６０．０　４６９０６７★ノ’””〃
Ｌ１．０５３．８３７００Ｐｂ（Ｆｅ＋／ｌＷ＋／１）
Ｏｓ ６８＊　　１０８０　　０．１０　０，４５　０．４５
　　　　０　　　　　２９．５　１６００６９　　　〃
”　　　”　　　／ＩＯ，５３２，３２０００７０”　
　　　”　　　ｌ／”　　　　　　１．０　　　　３４
．０　２１８０７１　　　〃”　　　〃〃１．５　　　
　３４．２　２２５０７２　　　〃／’　　　”Ｎ　　
　　　　４．０　　　　３４．１１１２３１０７３　　
　／／　　　　”　　　〃”　　　　　　７，０　　　
　３３．８　２２１０第１表（続き） ７６　　　〃”　　　”　　　　”　　　　　１，０　
　　　３３．５　２２５０７７　　　　　　ｔｔ　　　
　　　　　／／　　　　　　ｌ／　　　　　　ノ／　　
　　　　　　　１，５　　　　　　　　３３．４　　　
Q３２０ ７８〃／／〃〃３．ｏ３３ｏ２４３゜ ７９　　　〃６．０　　　　３３．０　２３５０８０＊
　　　　　〃　　　　　　　ｔｔ　　　　　ｌノ　　　
　　　／／　　　　　　　　１３．０　　　　　　　　
２９．０　　　１５８O ８２　　　”　　　　”　　　〃ｌｌＯ，５３１，８１
７４０８３／／　　　　　　　　／／　　　　　　＃　
　　　　　／／　　　　　　　　　　　１．０　　　　
　　　　３１．５　　　１８１０８４　　　　　　〃　
　　　　　　〃　　　　　”　　　　　！／　　　　　
　　　　１．５　　　　　　　　３１．０　　　１９２
０８５　　　Ｎ　　　　〃／／！／２，０　　　　２９
．６　１９３０８７　　　〃”　　　”　　　　”　　
　　　１，０　　　　２９．９　１９５０ｇ１ｉ　　　
／／　　　　／／　　　／／　　　／／　　　　　　１
．５　　　　３２．０　２０２０８９　　１１　　　　
ノ／／／　　　／ｌ　　　　　　２．０　　　、　　３
１．８　２０００第１表に示される結果から、本発明に
係る圧電性磁器組成物は、本発明の範囲外のものに比べ
て低温側でのＫｐ、εｒの値が著しく大きいことが判る
。また、第２図および第３図に示されるように、低温で
焼結か進んでいることか判る。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電気
機械結合係数および比誘電率が大きく、圧電ｄ定数か大
きな圧電性磁器組成物を得ることができ、この圧電性磁
器組成物は、圧電ブザー、圧電スピーカー、圧電アクチ
ュエータなど電力を供給してその変位を積極的に利用す
る圧電セラミック素子の材料として極めて有用である。

しかも、本発明によれば、従来のものより約ｔｏｏ’ｃ
低い温度で焼結させることができるため、高価な貴金属
に代えてＡｇ−Ｐｄ合金など比較的安価な電極材料を用
いて積層圧電セラミック素子を製造できるようになり、
大幅なコストダウンを図ることかできる。また、低い焼
成温度を採用することにより、焼成時間の短縮、電力使
用量の低減、焼成用サヤの延命化を図ることができる他
、焼成時の鉛の蒸発による組成の変化を防止でき、セラ
ミック素子の特性のバラツキを少なくすることができる
という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電性磁器組成物の基本組成の範
囲を示す図、第２図は本発明の範囲内の試料と本発明の
範囲外の試料についての電気機械結合係数と焼成温度と
の関係を示すグラフ、第３図はそれらの比誘電率と焼成
温度との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式：ｘＰｂ（Ｎｉ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／
   ＿３）Ｏ＿３−ｙＰｂＺｒＯ＿３−ｚＰｂＴｉＯ＿３（
   但し、ｘ、ｙおよびｚは各成分のモル分率で、ｘ＋ｙ＋
   ｚ＝１．００を満足し、第１図において下記の組成の点
   Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを頂点とする多角形ＡＢＣＤＥ
   Ｆで囲まれた範囲内の組成比を有する。）で表される主
   成分に、一般式：Ｐｂ（Ｍｅ＿１＿／＿２Ｗ＿１＿／＿
   ２）Ｏ＿３（但し、ＭｅはＦｅ，Ｍｇ，ＺｎまたはＮｉ
   を表す。）で示される複合酸化物を０．２〜１０．０重
   量％添加させてなることを特徴とする圧電性磁器組成物
   。 ▲数式、化学式、表等があります▼