JPH04331770A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH04331770A JPH04331770A JP3126460A JP12646091A JPH04331770A JP H04331770 A JPH04331770 A JP H04331770A JP 3126460 A JP3126460 A JP 3126460A JP 12646091 A JP12646091 A JP 12646091A JP H04331770 A JPH04331770 A JP H04331770A
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Landscapes
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，圧電磁器組成物に関し
，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】
【従来技術】従来，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望まれる特性としては，■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。
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望まれる特性としては，■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。
【０００３】
【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（Ｍ
ｎ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐ
ｂＴｉＯ３ 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，電気機械結合係数例えばＫｐ が必し
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方法もあるが，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。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。そこで，本
発明の技術的課題は，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ことにある。
動子として用いる圧電磁器としては，例えば，Ｐｂ（Ｍ
ｎ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ｏ３ −ＰｂＺｒＯ３ −Ｐ
ｂＴｉＯ３ 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，電気機械結合係数例えばＫｐ が必し
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方法もあるが，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。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。そこで，本
発明の技術的課題は，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ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】即ち，本発明の圧電磁器
組成物においては，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＝１．０１〜１．０７を
満足する基本組成に対し，副成分しとてＭｎＯ０．０５
〜０．２０重量％，Ｃｏ２ Ｏ３ ０．０３〜０．２０
重量％，及びＢｉ２ Ｏ３ ０．０５〜０．１５重量％
添加含有してなることを特徴とする。尚，本発明におい
て０．０５＞Ａ，１．０１＞Ｂ／Ｃ及び副成分であるＭ
ｎＯが０．０５重量％，Ｃｏ２ Ｏ３ が０．０３重量
％，及びＢｉ２ 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＞１．０７
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ＭｎＯ
が０．２０重量％，Ｃｏ２ Ｏ３ が０．２０重量％，
Ｂｉ２ 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，いずれも本発明の範囲から除外した
。
組成物においては，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＝１．０１〜１．０７を
満足する基本組成に対し，副成分しとてＭｎＯ０．０５
〜０．２０重量％，Ｃｏ２ Ｏ３ ０．０３〜０．２０
重量％，及びＢｉ２ Ｏ３ ０．０５〜０．１５重量％
添加含有してなることを特徴とする。尚，本発明におい
て０．０５＞Ａ，１．０１＞Ｂ／Ｃ及び副成分であるＭ
ｎＯが０．０５重量％，Ｃｏ２ Ｏ３ が０．０３重量
％，及びＢｉ２ 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＞１．０７
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ＭｎＯ
が０．２０重量％，Ｃｏ２ Ｏ３ が０．２０重量％，
Ｂｉ２ 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，いずれも本発明の範囲から除外した
。
【０００５】
【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９
９％以上のＰｂＯ，ＢａＣＯ３ ，ＺｒＯ２ ，ＴｉＯ
２ ，Ｎｂ２ Ｏ５ ，ＭｎＯ及び所定の副成分を選び
，表１及び表２に示す組成になる様に精秤した。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，１
２００℃〜１２８０℃の温度で数時間焼成した。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３
０分間印加し，分極処理を施して電圧的に活性化せしめ
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 は次数１式により算出して求めた。ただし，
ｆｒ は共振周波数，ｆａ は反共振周波数である。
しながら詳細に説明する。出発原料として化学的純度９
９％以上のＰｂＯ，ＢａＣＯ３ ，ＺｒＯ２ ，ＴｉＯ
２ ，Ｎｂ２ Ｏ５ ，ＭｎＯ及び所定の副成分を選び
，表１及び表２に示す組成になる様に精秤した。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，１
２００℃〜１２８０℃の温度で数時間焼成した。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３
０分間印加し，分極処理を施して電圧的に活性化せしめ
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 は次数１式により算出して求めた。ただし，
ｆｒ は共振周波数，ｆａ は反共振周波数である。
【０００６】
【数１】
【０００７】比誘電率の温度依存性は恒温槽中に試料を
セットし，２０℃及び１００℃での比誘電率を求め，次
数２式により温度変化率として算出し比較した。
セットし，２０℃及び１００℃での比誘電率を求め，次
数２式により温度変化率として算出し比較した。
【０００８】
【数２】
【０００９】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に結果の一例を示す。尚第１
表に於いて，＊印の試料Ｎｏ．は，本発明の実施例に係
る圧電磁器組成物に該当する。表１からも明らかな様に
，本発明の実施例に係る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。この様に本発
明に実施例はＰｂ１−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，Ｃｏ２ Ｏ３
，Ｂｉ２ 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との相乗効果
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
組成物が実現できたものである。
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に結果の一例を示す。尚第１
表に於いて，＊印の試料Ｎｏ．は，本発明の実施例に係
る圧電磁器組成物に該当する。表１からも明らかな様に
，本発明の実施例に係る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。この様に本発
明に実施例はＰｂ１−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，Ｃｏ２ Ｏ３
，Ｂｉ２ 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との相乗効果
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
組成物が実現できたものである。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
【００１３】
【発明の効果】以上詳述した様に，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。
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。
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＝１．０１〜１．０
７を満足する基本組成に対し，副成分として，ＭｎＯ０
．０５〜０．２０重量％，Ｃｏ２ Ｏ３ ０．０３〜０
．２０重量％及びＢｉ２ Ｏ３ ０．０５〜０．１５重
量％を添加含有してな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 |
|---|---|---|---|
| JP03126460A JP3096918B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03126460A JP3096918B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04331770A true JPH04331770A (ja) | 1992-11-19 |
| JP3096918B2 JP3096918B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=14935771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03126460A Expired - Fee Related JP3096918B2 (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3096918B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004051476A (ja) * | 2002-07-10 | 2004-02-19 | Dongil Technology Co Ltd | 低温焼結可能なｐｚｔ組成物とそれを用いた圧電セラミック装置 |
| US20160340258A1 (en) * | 2014-02-17 | 2016-11-24 | Guenter Engel | Ceramic material and capacitor comprised thereof |
| 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 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6320568B1 (en) | 1990-12-31 | 2001-11-20 | Kopin Corporation | Control system for display panels |
-
1991
- 1991-05-01 JP JP03126460A patent/JP3096918B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004051476A (ja) * | 2002-07-10 | 2004-02-19 | Dongil Technology Co Ltd | 低温焼結可能なｐｚｔ組成物とそれを用いた圧電セラミック装置 |
| US20160340258A1 (en) * | 2014-02-17 | 2016-11-24 | Guenter Engel | Ceramic material and capacitor comprised thereof |
| US9878955B2 (en) * | 2014-02-17 | 2018-01-30 | Guenter Engel | Ceramic material and capacitor comprised thereof |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3096918B2 (ja) | 2000-10-10 |
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