JPS6057237B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 近時、磁気記録再生装置（ＶＴＲ）において、その記録
密度をできるだけ上げるために、記録トラックの幅をで
きるだけ幅狭とする努力がなされているが、このように
トラック幅を狭くするものにあつては、これに伴つて、
再生磁気ヘッドの記録トラックに対する位置関係には、
より高い正確さが要求される。

そして、この位置関係を単に装、置の機械的精度に依存
させることは、技術的に困難であるか、可成りのコスト
高を招来するので、電気・機械変換素子を用い、これに
よつて磁気ヘッドの記録トラックに対する位置関係を、
常時、所定の関係に制御する方法が採られる。即ち、磁
気ヘッドを電気・機械変換素子に、機械的に連結し、こ
の素子に磁気ヘッドと記録トラックとの位置関係の変化
から生ずる再生信号の変化による電気信号を与え、これ
による機械的変位を磁気ヘッドに与え、磁気ヘッドが、
常時、記録トラックに対し、正しい位置関係にあるよう
に設定する。通常、このようなＶＴＲに用いられる電気
・機械変換素子としては、主として圧電効果による機械
的変位を得る圧電磁器を用いた圧電バイモルフが用いら
れる。圧電バイモルフは、第１図に示すように、両主面
に夫々電極１が被着され分極された２枚の圧電磁器２が
、金属基板３を挾んで積層合体され、一端が固定されて
成り、これに印加れる電圧により、矢印のような変位を
得ようとするものてある。

これは圧電磁器２に電界を加えたとき、分極軸に垂直な
方向の伸び縮みを利用するもので、この場合、基板３と
貼り合わされた部分が固定されるために、たわみ、矢印
の変位が生ずるようになされているものである。したが
つて、この場合、ぞの変位置は、分極軸に垂直な方向の
伸び縮みの圧電定数Ｄ３ｌが大なるほど大となる。した
がつて、変位置の大きな圧電バイモルフを得るためには
圧電定数Ｄ３ｌの大きな圧電磁器の開発が要求される。
本発明は、この要求に応じて大きな圧電定数を得ること
がてきた圧電磁器組成物を提供するものである。

圧電定数Ｄ３ｌは、近似的にＫ３ｌＪＥＸ３Ｓ臂で表わ
され、コンプライアンスＳ臂は、材料組成によつてそれ
程大きく変らないが、電気機械結合係数Ｋ３ｌ，誘電率
εＳ３は材料組成、焼結性によつて大きく変る。

したがつて、適当な組成、適当な微量成分の添加によつ
てＫ３ｌ，ｔｌ３の改善ができる。従来、圧電磁器とし
て知られているＰｂ（Ｎｉ＋Ｎｂ＋）８ＴｉｙＺｒ２０
３系３成分系磁器は、その一成分であるＰｂ（Ｎｉ＋Ｎ
ｂ＋）０３が−１４０℃という低いキューリー温度Ｔｃ
をもつているため、組成の選定によつてＴｃを下げるこ
とができ、ＥＬの大きな磁器を得ることができる。これ
は、一般に、ＡＢＯ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３系
圧電材料（ＡＢＯ３は、例えばＰｂ（Ｎｉ＋Ｎｂ÷）０
３）においては、キューリー温度Ｔｃが低いと、誘電率
εが高くなる傾向を示すことに因る。しかし、この系は
、基本組成のままでは、焼成温度が１２５ＣｆＣ〜１３
５０Ｃという高い温度であるために、この焼成に際して
のＰｂＯの蒸発により均質な磁器が得られにくく、圧電
定数が３００×１０−１２ｍ／Ｖ以上のものが得られな
い。本発明においては、Ｐｂ（Ｎｉ＋Ｎｂ÷）ＪｉｙＺ
ｒ２Ｏ３系磁気組成物におけるＰｂの一部をＢｉで置換
することにより焼結性を改善し、圧電定数を大ならしめ
るものである。また、本発明においては、上述のＰｂの
一部をＢｉで置換すると共に、Ｎｉの一部をＺｎで置換
することによつて更に焼結性を改善し、圧電定数ｄの増
大化をはかると共に、キューリー温度の向上と、抗電１
ｆ）ｃの向上をはかり特性の安定化をはかる。

すなわち、本発明においては、 Ｐ厚＋ＡＢｉｌ（Ｎｉ＋−，ＺｎｂＮｂ＋）ＪｉｙＺｒ
２Ｏ３と表わした時、Ｘ，ｙ，ｚは、Ｐ還卜Ｂｉｌ（Ｎ
ｉ＋−ＢＺｒｌｂＮｂ＋）０３，Ｐｂ１−トＢｉＪｌＯ
３，およびＰｂｌ−＋ＡＢｉａＺｒＯ３の第２図に示す
３元図において、ｘが６５ｎ１０ｅ％，ｙが３０ｒｒ１
０′％、ｚが５ｎ１０ｅ％のＡ点と、ｘが６０ｒｒ１０
′％、ｙが２５ｎ１０ｅ％、ｚが１５ｒｒ１０ｅ％のＢ
点と、ｘが３０ｒｒ１０ｅ％、ｙが３７ｍ０ｅ％、ｚが
３３ｒＴ）０ｅ％のＣ点と、ｘが３０ｒｎ０ｅ％、ｙが
４０ｍ０ｅ％、ｚが３０ｍ０ｅ％のＤ点と、Ｘが６０ｒ
ｎ０ｅ％、ｙが３６ｎ１０ｅ％、ｚが４ｍ０′％のＥ点
とによつて結ばれる範囲内の組成を有し、ａは０．００
５）１）．上０．０臘下であり、上記ｂは六以下に選定
する。

本発明による圧電磁器組成物を得るための製造手順は、
従来の圧電磁器組成物を得る場合と何ら変るところがな
く、ＰｂＯ，Ｂｌ２Ｏ３，ＮｉＯ，Ｎｂ２Ｏ５，ＴｉＯ
２，ＺｒＯ２，ＺｎＯ等の原料粉末を所定量秤量し、ボ
ンド中で湿式、あるいは乾式で混合する。

その後、仮焼を組成に合せて８００℃〜８５０℃で２時
間行い、粉砕は同じく湿式、あるいは乾式で１０〜２叫
間行う。このようにして得られた仮焼粉末を１トン／ｄ
てブレス成型し、１１５０仮Ｃ〜１２００℃で１〜３時
間の焼成を行う。このようにして得た磁器は、各特性を
測定するために、先ず、その密度を測定した後、１Ｔｆ
ｒ！Ｆｔの厚さに切断して研磨し、その両面に銀電極を
焼き付けた。この磁器に圧電性をもたせるための分極は
、８０℃〜１００℃のシリコンオイルの中で２０〜３０
ＫＶ／Ｃｍの電界をかけて行つた。そして、２４Ｔｆ間
後に電気機械結合係数ＫＰｌ誘電率Ｔ３３等の測定を行
つた。次に、本発明の実施例を説明する。

実施例１ 上述した方法によつて、 Ｐｂ（Ｎｉ＋Ｎｂ＋）。

．５Ｔ１０．３３ｚｒ０．１７０３の基本組成のＰｂの
部をＢｉで置換したＰｂＯ．９７９Ｂｌｌ．。

，，（Ｎｉ＋Ｎｂ＋）。．５Ｔ１１．３３ｚｒ０．１，
０３の組成を有する磁器（試料１）を得る。一方、比較
のために、実施例１の基本組成を有するものにおいてＢ
ｉを添加したものＰｂ（Ｎｉ＋Ｎｂ＋）。

．５Ｔ１０．ぉＺｒＯ．ｌ７Ｏ３＋Ｂｉ２Ｏ３ｌ重量％
の組成の磁器（試料２）と、化学量論的に３価のＢｉが
過剰なＰｂＯ．，ぉＢｌＯ．。

，４（Ｎｉ＋Ｎｂ÷）。．５Ｔｉ０．３３ｚｒ０．，，
０３の組成を有する磁器（試料３）とを得る。試料１〜
３の各特性の測定結果を表１に示す。

因みに、上述の基本組成Ｐｂ（Ｎｉ＋Ｎｂ÷）。

．５Ｔ１０．３３ｚｒ０．１７０３の密度ρは７．７８
９ｇ／Ｃｃ，ｄ３ｌは２１７Ｘ１０−１２ｍ／■なので
、試料１，２および３，いずれの場合も、Ｄ３ｌは改善
されているが、試料２，３は充分ではなく、これに比し
、本発明による試料１は大幅に改善されている。また、
Ｔｃについてはいずれの試料も１３１℃前後で大差がな
かつたが、誘電率の温度による変化は試料１が最も小さ
いことが確められた。すなわち、Ｐｂは２価、Ｂｉは３
価としてＰｂｌ一青Ｂｉａという形での置換が良好な特
性を示す。実施例２ 基本組成Ｐｂｌ−ヤＢｉａ（Ｎｉ＋Ｎｂ÷）ＪｉｙＺｒ
２Ｏ３において、ａ＝０．０１４，ｘ＝０．５として、
ｙ＜！：．ｚとを夫々変えた磁器（試料４ａ，５１，６
ａ，７ａ，＆１，９ａ）を得た。

一方、比較のために、同様の基本組成において、ａ＝０
，ｘ＝０．５として、ｙとｚとを夫々変えた磁器（試料
４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ）を得た。

これら試料の各特性の測定結果を第３図に示す。

第３図から明らかなように、Ｂｉを置換することにより
、焼結性が改善されることによつて密度が上り、誘電率
ε１０，電気機械結合係数Ｋｐ，圧電定数Ｄ３ｌが改善
されることが分る。

実施例３ Ｐｂの一部をＢ１て置換した基本組成 Ｐｂｌ？￥Ｂｉａ（Ｎｉ＋Ｎｂ÷）ＸＴｉｙＺｒ２Ｏ３
において、Ｎｉの一部（１１１２）をＺｎで置換し、ｘ
＝０．５とし、ｙおよびｚを変えた磁器（試料１０１，
１１ａ，１２ａ）を得た。

比較のため、これら各試料の組成においてＺｎによる置
換をしない磁器（試料１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ）と、更
に、Ｂｉによる置換を行わない各組成の磁器（試料１■
，１１Ｃ，１２Ｃ）を得た。

各試料の特性の測定結果を第４図に示す。第４図から明
らかなように、Ｎｉの一部をＺｎで置換することによつ
て、焼結密度は更に良くなりキューリー点Ｔｃは１９〜
２０′Ｃ向上し、抗電場Ｅｃも１．７〜１．８ＫＶ／ｃ
！ｎ向上している。

実施例４基本組成Ｐｂｌ一青 （Ｎｉ＋Ｎｂ＋）Ｊｉｙ
Ｚｒ２Ｏ３のＮｉの位置にＺｎを置換し、その量を変え
た。

Ｐ玩．９７Ｂ１０．０２（ＺｒｌｂＮｉ＋−，Ｎｂ＋）
。

．３０Ｔｉ．，′ＲＯ．。Ｏ３においてｂの値を変えた
磁器（試料１３〜１８）を得た。ＰｂＯ．９８５ＢｌＯ
．Ｏｌ（Ｚｎ，Ｎｉ＋−ＢＮｂ＋）。．５３Ｔｉ０．３
！ＲＯ．ｌ５Ｏ３においてｂの値を変えた磁器（試料１
９〜２８）を得た。第５図に各試料１３〜２８の特性の
測定結果を示す。Ｚｎの置換量はＯ〜１Ｂ迄全て固溶し
、Ｄ３ｌは置換量がふえると共に増大し、１１６以上に
なると急激に低下している。実施例５ 組成Ｐｂｌ一普Ｂｌｌ（Ｚｎ占Ｎ１＾Ｎｂｈ）。

．５Ｔｉ０．３２ｒ０．１８０３において、Ｂｉの置換
量ａが０〜０．０２５の範囲で変えた磁器（試料２９〜
３４）を得た。これら試料２９〜３４の各特性の測定結
果を第６図に示す。これ゛により明らかなように、Ｂｊ
の置換量が０のときもＺｎの置換の効果によつて、焼結
性は多少改善されているが圧電定数充分ではない。Ｄ３
ｌは０．０１５の置換量でｄ嗣ま最大を示し、０．０２
を超えると急激に下降し、キューリー点Ｔｃと抗電場Ｅ
ｃの下降と併せて０．０２を超える量を入れることは逆
効果である。そこで、本発明においては、Ｂｉの置換量
の範囲を０．００５〜０．０２に規定する。実施例６ Ｐｂ１−＋ＡＢｉ．（Ｎｉ＋−，ＺｎｂＮｂ÷）Ｊｉｙ
Ｚｒ２Ｏ３の基）本組成において、ａ＝０．０１，ｂ＝
１１１２にしたときのＸ，ｙ，ｚを変えた磁器組成物を
得た。

一方、比較のために、本発明の範囲外の磁器組成物を得
た。

これらの組成物の各特性を第７図に示す。

各組成物（試料３５〜６３）は、第２図に符号３５〜６
３を付した黒点の組成を有し、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよび
Ｅ（試料３６，４１，５６，５４，３９の位置）の隣合
う点を結ぶ範囲外の、Ｐｂｌ−ヤＢｉａ（ＺｎｂＮｉ＋
−ＢＮｂ÷）０３側（ｘ力吠となる側）では、キューリ
ー点が下つてしまうと共に、圧電性も低くなり、Ｐｂｌ
一青ＢｊＪｉＯＪ側（ｙが大となる側）およびＰｂｌ−
ヤＢｉａＺｒＯ３側（ｚ力吠となる側）では夫々圧電性
が低くなつてしまう。

そこで、本発明においてはＡ上内の範囲の組成とする。
上述したところから明らかなように、本発明による磁器
組成物によれば、高い圧電性、キューリー点、抗電場を
有するので、例えばバイモルフに適用する場合は、変位
置が大て安定な特性を有するバイモルフを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に供するバイモルフの構成図、第
２図は本発明の説明に供する３元図、第３図ないし第７
図は夫々各試料の特性の測定結果を示す表図である。 ２は電極１を有する圧電磁器てある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｐｂ＿１＿−＿３＿／＿２＿ａＢｉ＿ａ（Ｎｉ＿１
   ＿／＿３＿−＿ｂＺｎ＿ｂＮｂ＿２＿／＿３）＿ｘＴｉ
   ＿ｙＺｒ＿ｚＯ＿３と表わした時、ｘ、ｙ、ｚは、Ｐｂ
   ＿１＿−＿３＿／＿２＿ａＢｉ＿ａ（Ｎｉ＿１＿／＿３
   ＿−＿ｂＺｎ＿ｂＮｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿３、Ｐｂ＿１
   ＿−＿３＿／＿２＿ａＢｉ＿ａＴｉＯ＿ａ、およびＰｂ
   ＿１＿−＿３＿／＿２＿ａＢｉ＿ａＺｒＯ＿３の３元図
   において、ｘが６５ｍｏｌ％、ｙが３０ｍｏｌ％、ｚが
   ５ｍｏｌ％のＡ点と、ｘが６０ｍｏｌ％、ｙが２５ｍｏ
   ｌ％、ｚが１５ｍｏｌ％のＢ点と、ｘが３０ｍｏｌ％、
   ｙが３７ｍｏｌ％、ｚが３３ｍｏｌ％のＣ点と、ｘが３
   ０ｍｏｌ％、ｙが４０ｍｏｌ％、ｚが３０ｍｏｌ％のＤ
   点と、ｘが６０ｍｏｌ％、ｙが３６ｍｏｌ％、ｚが４ｍ
   ｏｌ％のＥ点とによつて結ばれる範囲内の組成を有し、
   上記ａは０．００５以上０．０２以下であり、上記ｂは
   負及び０を含まない１／６以下であることを特徴とする
   圧電磁器組成物。 ２ Ｐｂ＿１＿−＿３＿／＿２＿ａＢｉ＿ａ（Ｎｉ＿１
   ＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）＿ｘＴｉ＿ｙＺｒ＿ｚＯ＿
   ３と表わした時、ｘ、ｙ、ｚは、Ｐｂ＿１＿−＿３＿／
   ＿２＿ａＢｉ＿ａ（Ｎｉ＿１＿／＿３＿−Ｎｂ＿２２＿
   ／＿３）Ｏ＿３、Ｐｂ＿１＿−＿３＿／＿２＿ａＢｉ＿
   ａＴｉＯ＿３、およびＰｂ＿１＿−＿３＿／＿２＿ａＢ
   ｉ＿ａＺｒＯ＿３の３元図において、ｘが６５ｍｏｌ％
   、ｙが３０ｍｏｌ％、ｚが５ｍｏｌ％のＡ点と、ｘが６
   ０ｍｏｌ％、ｙが２５ｍｏｌ％、ｚが１５ｍｏｌ％のＢ
   点と、ｘが３０ｍｏｌ％、ｙが３７ｍｏｌ％、ｚが３３
   ｍｏｌ％のＣ点と、ｘが３０ｍｏｌ％、ｙが４５ｍｏｌ
   ％、ｚが３０ｎ１ｏｌ％のＤ点と、ｘが６０ｍｏｌ％、
   ｙが３６ｍｏｌ％、ｚが４ｍｏｌ％のＥ点とによつて結
   ばれる範囲内の組成を有し、上記ａは０．００５以上０
   ．０２以下であることを特徴とする圧電磁器組成物。