JPS63185080A - チタン酸ジルコン酸鉛系圧電体用組成物 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明はチタン酸ジルコン酸鉛系圧電体の製造に用いら
れる組成物に関する。チタン酸ジルコン酸鉛系圧電体は
優れた圧電特性を有するため点火栓、ブザー、フィルタ
ーなどに広く用いられている。

〈従来の技術とその問題点〉 最近、圧電体の大出力化にともないその高強度化が要望
されている。従来のチタン醒ジルコン酸鉛系の圧電体は
大出力化に耐えず、使用中に破損することがあった。従
来、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電体の高強度化のために
、これに酸化アルミニウムを添加したものが知られてい
る（特公昭４９−２４７５６号分報）。この圧゛１体は
反復加圧による電圧出力係数の安定性の面では確かに優
れているが、大出力時あるいは機械的な応力が加わった
ときの強度は充分ではなかった。本発明はとくに機械的
な応力に耐えるチタン酸ジルコン酸鉛系圧電体用の組成
物を提供することを目的とする。

く問題点會解決するための手段〉 本発明者らは上記目的を達成するために植々の組成物に
ついて検討を行なった結果、ｒＲ素６配位の金属元素ｔ
−２橿以上配合して平均原子＋ｄｌｉ　ｔ−４価にした
もの、およびスぎネル型構造を有する酸化物をそれぞれ
特定の割合で配合させたチタン酸ジルコン酸鉛系組成物
から製造した圧電体はその機械的強度がとくに高くなる
ことを見出し、本発明を完成させるに到った。

すなわち、本発明はＭ、Ａ％　Ｍ、チタンおよびジルコ
ニウムをそれぞれ原子比でｖ　：　２ｗ／ｌ　：ｘ＠　
ｙ　：　Ｚの比率で配合させた配合物に、スピネル型構
造を有する酸化物を全重量に対して０．０５〜３．５重
量部加えたことを特徴とするチタン故ジルコン酸鉛系圧
電体用組成物である（ただし、Ａは酸素１２配位の金属
元素であシ、ｔはその原子価、Ｍは酸素６配位の金属元
素を２種以上配合して平均原子価を４価にしたもの、０
．９５≦Ｖ＋Ｗ≦１．０５、Ｗ≦０．１、Ｘ≧０．０５
、ｘ＋ｙ＋ｚ−１，０）。

以下、本発明について詳しく説明する。本発明で用いら
れる鉛、Ａ１Ｍ１チタンおよびゾルコニウムは単体、合
金または化合物であるが、化合物としては酸化物、炭酸
化物、水酸化物などが用いられる。

鉛とＡ′との配合比率については０．９５≦Ｖ＋Ｖ≦１
．０５で奔り、かつＷ≦０．１でなければならない。Ｖ
ＯＷの値が０．９５より小さくても、またｉ、ｏｓｔ−
越えても焼結性が低下し、また電気特性が悪化する。Ｗ
の値は０．１ｔ−越えると焼結性が低下し、キエリ一温
度が低くなるので実用上問題である。

人で示される酸素１２配位の金属元素は原則としてはＳ
ｒ、　Ｂａ、　Ｃａ、など２価の金属元素であるが、Ｌ
ａなど２価以外の金属元素を用いることもできる。前記
原子比２ｗ／ｌにおいて２／ｌは原子価によシ配合量金
補正する係数である。

Ｍで示される酸素６配位の金属元素を２種以上配合して
平均原子価を４価にしたものとは（Ｂ”　１／？＞　Ｂ
”　Ｚ／３　）、（Ｂ”　１／２　Ｂ”　１／２　）、
（Ｂ２”　１／２　Ｂ”　１／２　）、（Ｂ３”　２／
３　Ｂ”　１／３　）、（Ｂ”　１／４　Ｂ”　３／４
　）などである。ただし、Ｂ１＋はＬｌまたはＣｕであ
ｆ）、Ｂ２＋はＭｇ、Ｎｉ、Ｚｎ。

Ｍｎ、Ｃｏ１ａｎ、Ｐｅ、ＣｄまたはＣａであり、Ｂ”
はＭｎ、　８ｂ、　ＡＩ、　Ｙｂ、　Ｉｎ、　Ｆｅ、　
Ｃｏ、　ＳｅまたはＹであり、Ｂ５＋はＮｂ、　８ｂ％
ＴａまたはＢ１であり　Ｂ６＋はＷ、ＴｅまたはＲｅで
ある。Ｍの原子比Ｘは０．０５以上でなければならず、
かつ、−十ｙ＋ｚ＝１−００式を満足する量でなければ
ならない。Ｉが０．０５未満の組成物では強度の高い圧
電体はできない。

チタンおよびジルコニウムの原子比ｙおよび２はｚ　＋
ｙ　＋　ｚ　−１−０の成金満足する限り、製造する圧
電体の希望時性に応じ、任意の値とすることができる。

スピネルを構造を有する酸化物とはＥ）１２０．　ｆＪ
ｌの化合物（ただし、Ｒは金属元素）であるが、とくに
Ｍｇ　Ａ７ｇ０４、ＺｎＡｊ２０４　ｊたはＣＯム１２
０４が好適である。これらの化合物はＡｊ、Ｏｓに対し
てＭｇＯ。

ＺｎＯまたはＣｏＯを化学量論量混合して１１００〜１
３００℃で仮焼することによって得られる。その添ｍ１
１−は全重量に対して０．０５〜６．５重量％であ夛、
好ましくは０．１〜２．０重量％である。このように限
定した理由は、上記範囲外では得られる圧電体の抗折強
度が劣るからである。

このような組成物から圧電体を製造するには一般には焼
結による方法と仮焼粉末を有機物と複合させる方法があ
る。また特殊な場合として溶融物から製造する方法もあ
る。焼結による方法は本発明の組成物を混合し、７００
〜１０００℃の温度で仮焼して粒径６μｍ以下に粉砕し
て粉末とし、得られた粉末を加圧成形、シート成形など
により成形し、温度９００〜１３００”Ｏで焼結する。

配合された組成物は焼結することによシ一般式（ｐｂｖ
（ム”／ｌ）ｖ　）　Ｍｘ　Ｔｉｙ　Ｚｒ、　ｏ３で表
わされるペロプスカイトａ構造ｆ！：有する複合酸化物
を基本組成として、これにスピネル型構ａｔ″有する酸
化物が均一に配合された圧電体組成物となる。ただし、
スピネル型構造を有する酸化物は上記基本組成との単な
る混合物ではなく、上記基本組成と一体になることがｘ
ＭＡ回折法による分析の結果判明した。

焼結体を希望する形状に切断または研磨したのち、銀電
極を焼付ける。ついで１００〜１５０°Ｃの温度で２〜
４　ＫＶ　／　Ｈの直流電圧を数１０秒〜数分間印加す
ると圧電体が得られる。以下、実施例により本発明を具
体的に説明する。

〈実施例〉 実施例１〜１１、比較例１〜１３ スピネル型構造を有する酸化物の調製・・・Ａｊ２０３
に対し、ＭｇＯまたはＺｎＯを混合して温度１１００〜
１３００℃で仮焼してＭｇＡｊ２０４およびＺｎＡｊ２
０４の粉末を得た。

この粉末はエックス線回折により大部分がスピネル型構
造を有することｔ−確認した。

ＭｇＡｊ２０４　　、　　ＺｎＡｊ２０４　　、　Ｍｇ
Ｏ、Ａｊ２０ｓ　　、　　ｐｂｏ　、ＺｒＯ２、’ｒｉ
ｏ２、ＭｇＯ、１ｊｂ２０５　ＺｎＯ１ＳｒＣＯ３、ｓ
ｂ、ｏ３、Ｔａ２０５および８ｎＯの各糧鳳料粉末を表
１および表２に示した組成となるように秤量混合するこ
とによってチタン酸ジルコン酸鉛系圧電体用組成物を得
た。

なお、ここで用いた各謹原料粉末はすべて試薬特級品で
ある。比較例１．５．７．１０および酸化物ｔ−５，）
！ビ勢を沼え１配甘しにちりでのゐＯ比較例３．４．　
６．　８．９．　１１および１３はスピネル型構造を有
する酸化物を加える代りにＭｇＯ１ＺｎＯまたはＡｌ　
ｐ、０３の粉末ｔ’　Ｍｇ’１２０４またはＺｎＡＪ１
０４換算で同量を配合したものである。

上記組成物をマツフル炉中で温度８００〜９００℃で１
時間仮焼したのち、ボールミルで５時間粉砕して粒怪１
〜２μ屑の仮焼粉末を得た。得られた仮焼粉末ｔ　１０
００　ｋＱ／ｃｍ”の圧力１圧成形し、温度１１００〜
１２８０°０で焼結した。

わされるペロプスカイト型構造を有する複合酸化物にな
っていた。また、スピネル型構造全方する酸化物を配合
したものはこれらの元素が上記複合販化物と一体になっ
て単一の複合酸化物になっていることが認められた。

上記焼結体から幅５１１１、厚み０．３ｍ、長さ２５朋
の試験片を切り出し研磨したのち、試験機（株式会社今
田製作所製ｓｖ　３型）を用いてスパン１０朋で６点曲
げ試験を行なって抗折強度を測定した。

これらの測定結果は表１および表２に示すとおりである
。すなわち、スピネル型構造を有する酸化物ｔ−ｏ、ｏ
ｓ〜３．５重量係配合したものは抗折強度がとくに高い
値を示している。

〈発明の効果〉 本発明のチタン酸ジルコン酸鉛系圧電体用組成物から製
造した圧電体はその機械的強度がとくに高いという効果
がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　鉛、Ａ、Ｍ、チタンおよびジルコニウムをそれぞれ原
   子比でｖ：２ｗ／ｔ：ｘ：ｙ：ｚの比率で配合させた配
   合物に、スピネル型構造を有する酸化物を全重量に対し
   て０．０５〜３．５重量％加えたことを特徴とするチタ
   ン酸ジルコン酸鉛系圧電体用組成物（ただし、Ａは酸素
   １２配位の金属元素であり、ｔはその原子価、Ｍは酸素
   ６配位の金属元素を２種以上配合して平均原子価を４価
   にしたもの、０．９５≦ｖ＋ｗ≦１．０５、ｗ≦０．１
   、ｘ≧０．０５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）。