JPH11310457A - 圧電磁器材料 - Google Patents
圧電磁器材料Info
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- JPH11310457A JPH11310457A JP11046077A JP4607799A JPH11310457A JP H11310457 A JPH11310457 A JP H11310457A JP 11046077 A JP11046077 A JP 11046077A JP 4607799 A JP4607799 A JP 4607799A JP H11310457 A JPH11310457 A JP H11310457A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来材料の２倍以上の高振動速度あるいは大
振幅でも駆動可能な圧電磁器材料を提供すること。 【解決手段】 本発明の圧電磁器材料は、組成式ａＰｂ
ＺｒＯ３−ｂＰｂＴｉＯ ３−ｃＰｂ（Ｍｎ１／３Ｎｂ
２／３）Ｏ３（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝１）で表され、その
組成範囲が、Ｗ（ａ＝０.４、ｂ＝０.５８、ｃ＝０.０
２）、Ｘ（ａ＝０.７、ｂ＝０.２８、ｃ＝０.０２）、
Ｙ（ａ＝０.１７、ｂ＝０.５８、ｃ＝０.２５）、Ｚ
（ａ＝０.６５、ｂ＝０.１、ｃ＝０.２５）の組成点を
結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領域であり、かつ焼
結体の平均粒径が５μｍである。
振幅でも駆動可能な圧電磁器材料を提供すること。 【解決手段】 本発明の圧電磁器材料は、組成式ａＰｂ
ＺｒＯ３−ｂＰｂＴｉＯ ３−ｃＰｂ（Ｍｎ１／３Ｎｂ
２／３）Ｏ３（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝１）で表され、その
組成範囲が、Ｗ（ａ＝０.４、ｂ＝０.５８、ｃ＝０.０
２）、Ｘ（ａ＝０.７、ｂ＝０.２８、ｃ＝０.０２）、
Ｙ（ａ＝０.１７、ｂ＝０.５８、ｃ＝０.２５）、Ｚ
（ａ＝０.６５、ｂ＝０.１、ｃ＝０.２５）の組成点を
結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領域であり、かつ焼
結体の平均粒径が５μｍである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランス、圧
電アクチュエータ、超音波振動子等に適した圧電材料に
関し、特に、広範囲な振動レベルで高効率な電気機械変
換特性を有する圧電磁器材料に関する。
電アクチュエータ、超音波振動子等に適した圧電材料に
関し、特に、広範囲な振動レベルで高効率な電気機械変
換特性を有する圧電磁器材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気エネルギーを機械的振動エネルギー
に変換することのできる圧電材料は、圧電トランス、圧
電アクチュエータ、超音波振動子等への応用がなされて
いる。圧電材料には、これらの応用に対して、その用途
に応じて小さい機械的出力から極めて大きな機械的出力
まで広範囲にわたり、高効率で電気−機械エネルギー変
換が行われることが求められる。近年、圧電材料を応用
したデバイスが実用化されるなか、その機械的出力のさ
らなる増大が求められている。
に変換することのできる圧電材料は、圧電トランス、圧
電アクチュエータ、超音波振動子等への応用がなされて
いる。圧電材料には、これらの応用に対して、その用途
に応じて小さい機械的出力から極めて大きな機械的出力
まで広範囲にわたり、高効率で電気−機械エネルギー変
換が行われることが求められる。近年、圧電材料を応用
したデバイスが実用化されるなか、その機械的出力のさ
らなる増大が求められている。
【０００３】従って、これらの応用に対し、圧電材料に
は、電気エネルギーの機械的な振動エネルギーへの変換
に際して、エネルギー損失を抑制することが必要とな
る。動作振動振幅もしくは振動レベルが高くなるのに伴
い、内部エネルギー損失による発熱が生じるため、やが
て励起できる振動振幅は、限界値すなわち振動速度限界
値に達し、さらには材料の絶縁破壊を引き起こすことに
なる。いま、振動速度を振動子の最大先端振動振幅ξｍ
と、振動子の共振周波数ｆｒの測定から算出できる実効
的振動速度Ｖとすると、Ｖは次式で表される。
は、電気エネルギーの機械的な振動エネルギーへの変換
に際して、エネルギー損失を抑制することが必要とな
る。動作振動振幅もしくは振動レベルが高くなるのに伴
い、内部エネルギー損失による発熱が生じるため、やが
て励起できる振動振幅は、限界値すなわち振動速度限界
値に達し、さらには材料の絶縁破壊を引き起こすことに
なる。いま、振動速度を振動子の最大先端振動振幅ξｍ
と、振動子の共振周波数ｆｒの測定から算出できる実効
的振動速度Ｖとすると、Ｖは次式で表される。
【０００４】 Ｖ＝２１／２・π・ｆｒ・ξｍ・・・（１）
【０００５】このように振動レベルを振動速度で表現し
た場合、従来技術では、安心して使用できる振動速度限
界が、０.２ｍ／ｓ程度に留まっていた。
た場合、従来技術では、安心して使用できる振動速度限
界が、０.２ｍ／ｓ程度に留まっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の材料は、０.２ｍ／ｓ程度を上限とした低振動速度で
の駆動となるため、大きな機械的出力が要求されるデバ
イスへの応用は困難であった。
の材料は、０.２ｍ／ｓ程度を上限とした低振動速度で
の駆動となるため、大きな機械的出力が要求されるデバ
イスへの応用は困難であった。
【０００７】本発明は、従来材料の２倍以上の高振動速
度あるいは大振幅でも駆動可能な圧電磁器材料を提供す
ることを目的とする。
度あるいは大振幅でも駆動可能な圧電磁器材料を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高振動速
度でも駆動可能な圧電磁器材料の組成範囲を見出した。
また、その焼結体の平均粒径を５μｍ以下とすること
で、機械的な破壊のない安定して駆動できる圧電材料が
得られることを見出した。
度でも駆動可能な圧電磁器材料の組成範囲を見出した。
また、その焼結体の平均粒径を５μｍ以下とすること
で、機械的な破壊のない安定して駆動できる圧電材料が
得られることを見出した。
【０００９】即ち、本発明は、常温下で圧電振動子を共
振周波数で駆動させている状態で、前記圧電振動子の駆
動節点における上昇温度が２０℃に達するときの振動速
度限界が０.４５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする圧
電磁器材料である。
振周波数で駆動させている状態で、前記圧電振動子の駆
動節点における上昇温度が２０℃に達するときの振動速
度限界が０.４５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする圧
電磁器材料である。
【００１０】また、本発明は、上記の圧電磁器材料にお
いて、組成式ａＰｂＺｒＯ３−ｂＰｂＴｉＯ３−ｃＰｂ
（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝
１）で表され、その組成範囲が、Ｗ（ａ＝０. ４、ｂ＝
０.５８、ｃ＝０.０２）、Ｘ（ａ＝０.７、ｂ＝０.２
８、ｃ＝０.０２）、Ｙ（ａ＝０.１７、ｂ＝０.５８、
ｃ＝０.２５）、Ｚ（ａ＝０.６５、ｂ＝０.１、ｃ＝０.
２５）の組成点を結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領
域であることを特徴とする圧電磁器材料である。
いて、組成式ａＰｂＺｒＯ３−ｂＰｂＴｉＯ３−ｃＰｂ
（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝
１）で表され、その組成範囲が、Ｗ（ａ＝０. ４、ｂ＝
０.５８、ｃ＝０.０２）、Ｘ（ａ＝０.７、ｂ＝０.２
８、ｃ＝０.０２）、Ｙ（ａ＝０.１７、ｂ＝０.５８、
ｃ＝０.２５）、Ｚ（ａ＝０.６５、ｂ＝０.１、ｃ＝０.
２５）の組成点を結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領
域であることを特徴とする圧電磁器材料である。
【００１１】また、本発明は、焼結体の平均粒径が５μ
ｍ以下であることを特徴とする圧電磁器材料である。
ｍ以下であることを特徴とする圧電磁器材料である。
【００１２】上記の本発明の組成範囲と平均粒径範囲と
することで、従来困難であった振動速度限界が、従来の
２倍以上となる０.４５ｍ／ｓ以上の特性を有する圧電
磁器材料が得られる。
することで、従来困難であった振動速度限界が、従来の
２倍以上となる０.４５ｍ／ｓ以上の特性を有する圧電
磁器材料が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を以下に説明する。
形態を以下に説明する。
【００１４】図１は、本発明の実施の形態にかかわる圧
電磁器組成物の三成分組成図である。図１において、
Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚは各組成点を表し、本発明の組成範囲
は、斜線で示す範囲およびその境界線上の組成領域の組
成物である。
電磁器組成物の三成分組成図である。図１において、
Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚは各組成点を表し、本発明の組成範囲
は、斜線で示す範囲およびその境界線上の組成領域の組
成物である。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を実施例に従い説明する。
【００１６】本発明の組成物を得る出発原料として、酸
化鉛（ＰｂＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化
チタン（ＴｉＯ２）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ３）、酸
化ニオ ブ（Ｎｂ２Ｏ３）の各粉末を用いた。
化鉛（ＰｂＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化
チタン（ＴｉＯ２）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ３）、酸
化ニオ ブ（Ｎｂ２Ｏ３）の各粉末を用いた。
【００１７】各原料粉末を所定量秤量し、ボールミルに
よる湿式混合後、混合粉末を２時間大気中にて仮焼し
た。仮焼粉を粉砕後、バインダー混合、成形し、さらに
脱バインダーして、２時間大気中にて焼成を行った。次
に、得られた焼結体を切断し、４３×７×１ｍｍの矩形
板に加工した後、相対向する両主面に銀電極を焼き付
け、１００℃でシリコーンオイル中４ｋＶ／ｍｍの直流
電界を１５分印加して分極処理を施した。
よる湿式混合後、混合粉末を２時間大気中にて仮焼し
た。仮焼粉を粉砕後、バインダー混合、成形し、さらに
脱バインダーして、２時間大気中にて焼成を行った。次
に、得られた焼結体を切断し、４３×７×１ｍｍの矩形
板に加工した後、相対向する両主面に銀電極を焼き付
け、１００℃でシリコーンオイル中４ｋＶ／ｍｍの直流
電界を１５分印加して分極処理を施した。
【００１８】分極処理後、２４時間室温放置し、圧電横
効果長さ方向振動の基本モードを励振させ、振動速度限
界の測定を行った。
効果長さ方向振動の基本モードを励振させ、振動速度限
界の測定を行った。
【００１９】振動速度限界は、圧電振動子の振動の節点
における温度測定により、その振動子の内部エネルギー
損失により励起される温度上昇（室温と振動子の温度と
の差）ΔＴが２０℃になる振動速度とし、Ｖｍａｘと表
した。
における温度測定により、その振動子の内部エネルギー
損失により励起される温度上昇（室温と振動子の温度と
の差）ΔＴが２０℃になる振動速度とし、Ｖｍａｘと表
した。
【００２０】また、電気的なエネルギーを機械的なエネ
ルギーに変換する能力を、低振動速度における横振動モ
ードのｋ３１で評価した。
ルギーに変換する能力を、低振動速度における横振動モ
ードのｋ３１で評価した。
【００２１】表１に測定結果を示す。表１において、ａ
は、ＰｂＺｒＯ３、ｂは、ＰｂＴｉＯ３、ｃは、Ｐｂ
（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３である。また、ａ、ｂ、
ｃは、ｍｏｌ比である。また、＊で記された試料は、本
発明の請求範囲外の試料であることを示す。
は、ＰｂＺｒＯ３、ｂは、ＰｂＴｉＯ３、ｃは、Ｐｂ
（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３である。また、ａ、ｂ、
ｃは、ｍｏｌ比である。また、＊で記された試料は、本
発明の請求範囲外の試料であることを示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】次に、表１に基づいて、各化合物の配合比
率（組成比）を限定した理由について以下に説明する。
率（組成比）を限定した理由について以下に説明する。
【００２４】Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３量ｃが
２ｍｏｌ％未満の場合、強誘電体分域壁の 運動に伴う
内部摩擦による損失が大きいため、振動速度限界は低
い。また、２５ｍｏｌ％を越えると、パイロクロア等の
異相が生成し、好ましくない。また、ＰｂＺｒＯ３量ａ
の配合比率を請求範囲外の比率にすると、ｋ３１が極端
に下がるため適さない。（ここでは、１５％未満となっ
た場合除外した。）ＰｂＴｉＯ３量ｂは、ａ、ｃが決ま
れば必然的に決まる。 従って、一定以上の電気機械結
合係数を有し、かつ、振動速度限界が０.４５ｍ／ｓ以
上となるのは、請求した組成範囲内に限定される。ま
た、焼結体の平均粒径が５μｍを越えると駆動時に機械
的破壊を起こすので、本発明の請求範囲から除外され
る。
２ｍｏｌ％未満の場合、強誘電体分域壁の 運動に伴う
内部摩擦による損失が大きいため、振動速度限界は低
い。また、２５ｍｏｌ％を越えると、パイロクロア等の
異相が生成し、好ましくない。また、ＰｂＺｒＯ３量ａ
の配合比率を請求範囲外の比率にすると、ｋ３１が極端
に下がるため適さない。（ここでは、１５％未満となっ
た場合除外した。）ＰｂＴｉＯ３量ｂは、ａ、ｃが決ま
れば必然的に決まる。 従って、一定以上の電気機械結
合係数を有し、かつ、振動速度限界が０.４５ｍ／ｓ以
上となるのは、請求した組成範囲内に限定される。ま
た、焼結体の平均粒径が５μｍを越えると駆動時に機械
的破壊を起こすので、本発明の請求範囲から除外され
る。
【００２５】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、従来材料の２倍以上の高振動速度あるいは大振幅で
も駆動可能な圧電磁器材料を提供することができた。
ば、従来材料の２倍以上の高振動速度あるいは大振幅で
も駆動可能な圧電磁器材料を提供することができた。
【００２６】従って、高振動レベルまたは大振幅で駆動
させる圧電デバイスへの応用が可能となり、工業的価値
は大である。
させる圧電デバイスへの応用が可能となり、工業的価値
は大である。
【図１】本発明の圧電磁器組成物に係わる組成範囲を表
した三成分組成図。
した三成分組成図。
Claims (3)
- 【請求項１】 常温下で圧電振動子を共振周波数で駆動
させている状態で、前記圧電振動子の駆動節点における
上昇温度が２０℃に達するときの振動速度限界が０.４
５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする圧電磁器材料。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電磁器材料において、
組成式ａＰｂＺｒＯ ３−ｂＰｂＴｉＯ３−ｃＰｂ（Ｍｎ
１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝１）で表
され、その組成範囲が、Ｗ（ａ＝０.４、ｂ＝０.５８、
ｃ＝０.０２）、Ｘ（ａ＝０.７、ｂ＝０.２８、ｃ＝０.
０２）、Ｙ（ａ＝０.１７、ｂ＝０.５８、ｃ＝０.２
５）、Ｚ（ａ＝０.６５、ｂ＝０.１、ｃ＝０.２５）の
組成点を結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領域である
ことを特徴とする圧電磁器材料。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の圧電磁器材料に
おいて、焼結体の平均粒径が５μｍ以下であることを特
徴とする圧電磁器材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11046077A JPH11310457A (ja) | 1998-02-25 | 1999-02-24 | 圧電磁器材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-62313 | 1998-02-25 | ||
| JP6231398 | 1998-02-25 | ||
| JP11046077A JPH11310457A (ja) | 1998-02-25 | 1999-02-24 | 圧電磁器材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11310457A true JPH11310457A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=26386197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11046077A Pending JPH11310457A (ja) | 1998-02-25 | 1999-02-24 | 圧電磁器材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11310457A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030053250A (ko) * | 2001-12-22 | 2003-06-28 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 압전 트랜스포머용 압전 세라믹스 조성물 |
| WO2005068394A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2005-07-28 | Iai Corporation | 圧電磁器組成物 |
| JP2010006632A (ja) * | 2008-06-26 | 2010-01-14 | Nec Tokin Corp | 圧電磁器組成物 |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP11046077A patent/JPH11310457A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030053250A (ko) * | 2001-12-22 | 2003-06-28 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 압전 트랜스포머용 압전 세라믹스 조성물 |
| WO2005068394A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2005-07-28 | Iai Corporation | 圧電磁器組成物 |
| JPWO2005068394A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2007-09-06 | 株式会社アイエイアイ | 圧電磁器組成物 |
| JP2010006632A (ja) * | 2008-06-26 | 2010-01-14 | Nec Tokin Corp | 圧電磁器組成物 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050712 |
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