JPH08151264A - 磁器組成物 - Google Patents

磁器組成物

Info

Publication number
JPH08151264A
JPH08151264A JP7264648A JP26464895A JPH08151264A JP H08151264 A JPH08151264 A JP H08151264A JP 7264648 A JP7264648 A JP 7264648A JP 26464895 A JP26464895 A JP 26464895A JP H08151264 A JPH08151264 A JP H08151264A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composition
piezoelectric
transformer
porcelain
output voltage
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.)
Pending
Application number
JP7264648A
Other languages
English (en)
Inventor
Masakatsu Kiyohara
正勝 清原
Makoto Imuta
誠 藺牟田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
Priority to JP7264648A priority Critical patent/JPH08151264A/ja
Publication of JPH08151264A publication Critical patent/JPH08151264A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電トランス等の素子として好適な、高昇圧
特性を有する磁器組成物を提供する。 【構成】 本発明の磁器組成物は、一般式 (Pb1-aAa)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)O3 、ここでA はBa又はSr、で表され、(Ba及びSrを含んで
いてもよい) a=0〜0.14(0をのぞく)、b+c+d+e=1 の範囲内にある組成物を主成分として含有し;該主成分
に対して0〜1.0(0をのぞく)wt%のMnO2
副成分として含有する。本発明の磁器組成物は、Pbを
Ba及び/又はSrで置換していない従来の磁器組成物
に比較して、Kp等の圧電特性及びトランス特性におい
て、有意に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電特性等の優れ
た諸特性を発揮するいわゆるPZT系の磁器(セラミッ
ク)組成物の改良に関する。特には、圧電トランス等の
素子として好適な、高出力電圧を有する磁器組成物に関
する。
【0002】
【従来の技術】圧電磁器を例にとって従来の技術を説明
する。圧電磁器は、力を加えると電荷を発生したり、逆
に電圧を印加すると歪や応力を発生する磁器である。現
在、圧電磁器は,点火栓・加速度センサ・ピックアップ
素子・マイクロホン・スピーカ・圧電ブザー・セラミッ
クフィルター・発振子・超音波洗浄器・加湿器・ソナー
・超音波加工機などにおいて広く応用されている。この
様な応用のほかに、圧電素子の共振現象を利用して高電
圧を発生させる圧電トランスは、巻線トランスに比べ昇
圧比が大きく小型軽量化ができ不燃性であるなどの理由
から、昭和50年代に盛んに研究が行われてきた。その
結果一部TV用高圧電源として実用化された。
【0003】圧電トランスは、原理式より圧電定数であ
る機械的Q(=Qm)、電気と機械の変換効率を示すk
31とk33が大きいことが望まれ、これまでの材料開
発はQmやk定数の大きい素材の開発になっている。
【0004】
【発明が解決すべき課題】しかし、これまで組成特許に
おいては、実際のトランスを作製してその入出力特性の
評価を行った例は少なく、実際のトランス特性と圧電特
性の関係については明らかではない。
【0005】本発明は、圧電トランス等の素子として好
適な、高出力電圧特性を有する磁器組成物を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】圧電トランスにおいて
は、小型軽量化の点から出力電圧/入力電圧=昇圧比
(γ)が大きいことが望まれる。なお、この昇圧比は、
圧電トランスの原理式より圧電定数である機械的Q(=
Qm)、電気と機械の変換効率を示すk31とk33が
大きいことが望ましいことが、以下のC.A.Rose
nの誘導式よりわかる。 γ=Vout/Vin=4/π2 ・Qm・k31・k3
3・L/T (L:トランス長 、T:トランス厚み) よって、これまでの材料開発の結果よりQmやk定数が
大きい材料は圧電トランス材料として、第一義的には適
していると考えられる。
【0007】そこで、本発明者らは、Qmやk定数が大
きく、高周波駆動用に適していると考えられるPZT系
磁器組成物(特開平3-104180号)のAサイトのLaをB
a,Srで置き換えた磁器組成物試料を作製し、それら
の試料の圧電特性や実際のトランス特性を調べた。
【0008】本発明の1態様の磁器組成物は、一般式 (Pb1-aAa)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)O3 、ここでA はBa又はSr、で表され、 a=0〜0.14(0をのぞく)、b+c+d+e=1 の範囲内にある組成物を主成分として含有し;該主成分
に対して0〜1.0(0をのぞく)wt%のMnO2
副成分として含有することを特徴とする。本発明の他の
1態様の磁器組成物は、一般式 (Pb1-aBaxSra-x)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)
O3 で表され、 a=0〜0.14(0をのぞく)、b+c+d+e=1 の範囲内にある組成物を主成分として含有し;該主成分
に対して0〜1.0(0をのぞく)wt%のMnO2
副成分として含有することを特徴とする。
【0009】上述の磁器組成物は、PbをLaで置換し
たり、又は置換していない従来の磁器組成物と比較し
て、後に記述するように、Kp等の圧電特性及びトラン
ス特性において、有意に優れることを確認した。
【0010】本発明の磁器組成物においては、Pbの置
換量が0.05〜0.10の範囲にあり、さらに、副成
分としてのMnO2 の含有量が主成分に対して0.25
〜1.0wt%であることが、より好ましい。このよう
な磁器組成物においては、上述の特開平3-104180号に提
案されているLa置換タイプの磁器組成物よりも、さら
にトランス特性が優れることを確認した。
【0011】
【発明の実施の形態及び実施例】以下、本発明の実施の
形態を実施例を交えつつ説明する。本発明の実施例及び
比較例である表1記載の磁器組成物について、下記の特
性評価用ペレット及びトランス特性評価用試料を作製し
た。そして、作製したペレットについて各種特性を測定
した。トランス特性評価用試料(以下圧電トランス素体
と言う)については、出力側に入力インピーダンス10
0MΩの電圧計17を接続して各入力電圧に対する出力
電圧を測定した。
【0012】図1は、評価試料である圧電トランス素体
及び圧電トランスの出力電圧測定用の回路構成を示す図
である。圧電トランス素体(試料)9は、厚み 2mm、
幅 7.5mm、長さ28mmの圧電磁器焼結体である。圧電トラ
ンス素体9の左半分上下面には、Agペースト焼き付け
により、入力電極 7、7' が形成されている。それら入力
電極7、7'には、入力端子5、5'が取付けられている。圧電
トランス素体9の右端面には、出力電極11が、同様に
形成されている。出力電極には出力端子13が取付けら
れている。
【0013】入力端子5、5'間には、入力用の発振器3が
設置されている。出力端子13の先には、入力インピー
ダンス100MΩの電圧計17が接続されている。この回路
構成にて、発振器3から、圧電トランス素体9の機械的
振動モードの共振周波数と同期する周波数(118KHZ)の
低圧(〜30V )高周波電圧を入力する。すると、圧電ト
ランス素体9の共振・圧電効果に伴って、出力電極に高
圧の出力電圧が生じる。この出力電圧を電圧計17で測
定した。又、昇圧比γは出力電圧を入力電圧で割って求
めることができる。
【0014】次に、試料の製造方法について説明する。 (1)原料:Pb3O4 又はPbO、La2O3 、BaCO3 、SrCO3 、T
iO2、 ZrO2、 MgO又は MgCO3、Nb2O3、ZnO 、SnO又は SnO
2 、MnO2(純度98%以上)の酸化物及び炭酸化物原料
粉末を用いた。 (2)秤量 目標とする組成となるように各原料粉末を秤量した。
【0015】(3)混合:樹脂性ボールミル、水を用
い、原料粉末を12時間湿式混合した。 (4)乾燥:混合粉末を乾燥した。
【0016】(5)仮焼:乾燥物をルツボ中で、900
℃、3時間仮焼した。 (6)粉砕:仮焼粉を、ボールミル(ZrO2ボール)を用
いて12時間湿式粉砕した。 (7)乾燥:粉砕した粉末を乾燥した。
【0017】(8)造粒:乾燥粉末に10%PVA(ポ
リビニールアルコール)水溶液を5wt%を添加し、造粒
した。 (9)成形:油圧プレス(圧力1000Kgf/cm2 )を用い
て、直径22mmのペレット及び長さ40mm、幅15
mmの長方形の圧電トランス用グリーンボディーを成形
した。
【0018】(10)本焼成:ルツボ中に入れ1100
〜1350℃の温度範囲で45分の焼成を行い、最も高
い嵩密度が得られた焼成条件で本焼成した。
【0019】(11)研削:ペレットの場合厚さ1mm、
圧電トランス素体の場合、長さ28mm、幅7.5mm、厚
さ2mmの寸法に研削した。 (12)Agペースト焼付け:試料の電極となるべき部
分にAgペーストを塗布した後、700 ℃で電極焼付けを
行った。
【0020】(13)分極処理:100 ℃のシリコンオイ
ル中に試料を置き、2KV/mmの直流電圧を30分間
かけて、試料の分極処理(圧電トランス素体については
入出力部分)を行った。その後、24時間、室温でエー
ジング処理を施した。 (14)評価:圧電特性については、汎用のインピーダ
ンス・アナライザーを用いて、共振・反共振法にて圧電
定数を測定した。トランス特性については、上述の装置
及び方法に基づいて評価試験を行った。
【0021】得られた試験結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】表中において、比較例1はPb置換の無い
従来の組成物である。比較例2〜8は、PbをLaで置
換した特開平3-104180号同様の従来の組成物である。実
施例1〜5は、PbをBaで置換した本発明の実施例に
係る組成物である。比較例9は、Baの置換量が15m
ol%と、本発明の範囲を越えた組成物である。実施例
6〜10は、PbをSrで置換した本発明の実施例に係
る組成物である。比較例10は、Srの置換量が15m
ol%と、本発明の範囲を越えた組成物である。本実験
では、(Pb1-a Aa)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)
O3において、b=0.45、c=0.45、d=0.05、 e=0.05 、副成分
MnO2=0.5wt %で行ったが、好ましくは、 b=0.40 〜0.
50、C=0.40〜0.50、d=0 〜0.10、e=0 〜0.10である。
【0024】表1の組成物のトランス入出力特性につい
て説明する。図2は、表1に示されている実施例及び比
較例に係る組成物の、Pbの部分の置換元素及び置換量
と、トランスの出力電圧との関係を示すグラフである。
入力電圧は30Vで行った。La置換の組成物(丸印、
実線)においては、置換量の増加とともに出力電圧が上
昇し、置換量3mol%近辺にて、4731Vのピーク
となっており、置換量5mol%では出力電圧は相当低
下している。
【0025】Ba置換の組成物(三角印、破線)及びS
r置換の組成物(四角印、一点鎖線)においては、いず
れも、置換量約5mol%まで出力電圧が徐々に上昇し
て約5000Vに至り、10mol%においても同様の
値が持続される。なお、Ba,Sr置換量約 14mo
l%で、組成物中に異相が出て圧電特性が損なわれるた
め、置換量15mol%ではトランス特性の測定は不能
であった。
【0026】以上のトランス特性に関するまとめは以下
のとおりである。 PbをBa,Srで置換する量が0から5mol%
と増加するに従い出力電圧が上昇する。
【0027】 Ba,Srの置換量が5〜10mol
%では、フラットな高い出力電圧が得られる状態とな
る。一方La置換では、置換量3mol%に鋭いピ−ク
がある。したがって、La置換よりもBa,Sr置換の
方が、組成コントロール精度がラフで済む、あるいは、
他の特性コントロールを考える上での自由度が高いの
で、Ba,Sr置換の方が有利である。 La置換よりもSr,Ba置換の方が高い出力電圧
が得られる。
【0028】表1の各組成物の最適焼成温度について考
察する。比較例1〜8、及び実施例1、6についての最
適焼成温度は1250℃である。その他の実施例及び比
較例についての最適焼成温度は1200℃である。すな
わち、Ba,Sr置換の組成物は、低い焼成温度でも焼
成でき、なお、良好なトランス特性が得られる。
【0029】次にその他の実施例について説明する。表
2に、表1に示されている実施例と同様の方法で作製し
た試料について、圧電特性及びトランス特性を試験した
結果を示す。
【0030】
【表2】
【0031】比較例11及び実施例11、12は、Zn
1/3Nb2/3 を含有しない磁器組成物についてのものであ
る。この場合においても、PbをBa、Srで置換した
実施例11、12のKpあるいは出力電圧は、置換して
いない比較例11のそれよりも大きくなっている。
【0032】実施例13、14は、Ba及びSrの双方
を含有する磁器組成物についてのものである。いずれも
高いKp及び出力電圧を示している。実施例15〜18
は、MnO2の量を0.25〜1.00wt%の範囲で振った
試験に関するものである。この範囲では、Kpあるいは
出力電圧において、比較的良好な値を示している。より
高い出力電圧を要する場合には、MnO2の量を0.5〜
0.75wt%とすることが好ましい。
【0033】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の磁器組成物は以下の効果を発揮する。 従来の組成物(無置換、La置換)と比較してKp
等の圧電特性が良い。 従来の組成物(無置換、La置換)と比較して、ト
ランス出力特性が高い。したがって、本発明の組成物は
圧電トランス用として好適である。
【0034】 従来の組成物(無置換、La置換)と
比較して、トランスの出力電圧が高い組成幅が広い。し
たがって、組成コントロールが楽で自由度も高い。 従来の組成物(無置換、La置換)と比較して、低
い温度での焼成ができ、Pbの蒸発による組成変動を抑
えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】評価試料である圧電トランス素体及び圧電トラ
ンスの出力電圧比測定用の回路構成を示す図である。
【図2】表1に示されている実施例及び比較例に係る組
成物のPb置換元素種類及び置換量と出力電圧との関係
を示すグラフである。
【符号の説明】
1 出力電圧測定装置 3 発振器 5 入力端子 7 入力電極 9 圧電トランス素体(試料) 11 出力電極 13 出力端子 17 電圧計 21 電力測定装置 23 入力電圧計 25 冷陰極管 27 出力電流測
定用電圧計 29 出力電流測定用抵抗 31 調光用コン
デンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 41/18 101 J

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 (Pb1-aAa)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)O3 、ここでA はBa又はSr、で表され、 a=0〜0.14(0をのぞく)、b+c+d+e=1 の範囲内にある組成物を主成分として含有し;該主成分
    に対して0〜1.0(0をのぞく)wt%のMnO2
    副成分として含有することを特徴とする磁器組成物。
  2. 【請求項2】 一般式 (Pb1-aAa)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)O3 、ここでA はBa又はSr、で表され、 a=0.05〜0.10、b+c+d+e=1 の範囲内にある組成物を主成分として含有し;該主成分
    に対して0.25〜1.0wt%のMnO2 を副成分と
    して含有することを特徴とする磁器組成物。
  3. 【請求項3】 一般式 (Pb1-aBaxSra-x)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)
    O3 で表され、 a=0〜0.14(0をのぞく)、b+c+d+e=1 の範囲内にある組成物を主成分として含有し;該主成分
    に対して0〜1.0(0をのぞく)wt%のMnO2
    副成分として含有することを特徴とする磁器組成物。
  4. 【請求項4】 一般式 (Pb1-aBaxSra-x)(ZrbTic(Mg1/3Nb2/3)d(Zn1/3Nb2/3)e)
    O3 で表され、 x=0.02〜0.03、a=0.04〜0.06、b
    +c+d+e=1 の範囲内にある組成物を主成分として含有し;該主成分
    に対して0.25〜1.0wt%のMnO2 を副成分と
    して含有することを特徴とする磁器組成物。
JP7264648A 1994-09-29 1995-09-20 磁器組成物 Pending JPH08151264A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7264648A JPH08151264A (ja) 1994-09-29 1995-09-20 磁器組成物

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23471094 1994-09-29
JP6-234710 1994-09-29
JP7264648A JPH08151264A (ja) 1994-09-29 1995-09-20 磁器組成物

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08151264A true JPH08151264A (ja) 1996-06-11

Family

ID=26531717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7264648A Pending JPH08151264A (ja) 1994-09-29 1995-09-20 磁器組成物

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08151264A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6104128A (en) * 1998-06-18 2000-08-15 Denso Corporation Piezoelectric ceramics and piezoelectric transformer formed therefrom
US6979410B2 (en) 2001-03-30 2005-12-27 Tdk Corporation Piezoelectric ceramic, method of manufacturing the same and piezoelectric device
EP1367036A3 (en) * 2002-05-30 2006-09-27 TDK Corporation Piezoelectric ceramic production method and piezoelectric element production method
CN115321978A (zh) * 2022-08-01 2022-11-11 苏州思若梅克电子科技有限公司 一种多层铅基压电陶瓷及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6104128A (en) * 1998-06-18 2000-08-15 Denso Corporation Piezoelectric ceramics and piezoelectric transformer formed therefrom
US6979410B2 (en) 2001-03-30 2005-12-27 Tdk Corporation Piezoelectric ceramic, method of manufacturing the same and piezoelectric device
EP1367036A3 (en) * 2002-05-30 2006-09-27 TDK Corporation Piezoelectric ceramic production method and piezoelectric element production method
CN115321978A (zh) * 2022-08-01 2022-11-11 苏州思若梅克电子科技有限公司 一种多层铅基压电陶瓷及其制备方法
CN115321978B (zh) * 2022-08-01 2023-08-25 苏州思若梅克电子科技有限公司 一种多层铅基压电陶瓷及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4878133B2 (ja) 圧電アクチュエータ
JP4631246B2 (ja) 圧電磁器組成物及びその製造方法並びに圧電素子及び誘電素子
CN1117042C (zh) 压电陶瓷组合物和压电器件
JP4513948B2 (ja) 圧電磁器およびその製造方法
CN104291817A (zh) 高居里温度的pzt压电陶瓷材料及其制备方法
JP2000128632A (ja) 圧電セラミックス
JPH08151264A (ja) 磁器組成物
JP2674576B2 (ja) 圧電磁器組成物
JP2008179532A (ja) 圧電磁器および圧電素子
JP2003277145A (ja) 圧電磁器
JP4569062B2 (ja) 圧電磁器
KR970007140B1 (ko) 작동기용 압전 세라믹 조성물
JP3803207B2 (ja) 圧電磁器組成物及び圧電トランス
JPH11217262A (ja) 圧電磁器組成物
JPH10316467A (ja) 圧電磁器組成物とその製造方法
JPH0558729A (ja) 圧電磁器組成物
JPH0788252B2 (ja) 酸化物圧電材料
JP2836572B2 (ja) 高出力圧電磁器組成物及びその製造方法
JPH08151265A (ja) 磁器組成物及びそれよりなる圧電トランス
JP2009236577A (ja) 圧電センサ
JP3528362B2 (ja) 磁器組成物及びそれよりなる圧電トランス
WO2006093002A1 (ja) 圧電磁器組成物
JPH11322423A (ja) 圧電磁器組成物
JP2000239064A (ja) 圧電磁器組成物
JP3775623B2 (ja) 圧電磁器

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040511

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20041125