JPS6372006A - 焦電センサ−用磁器組成物 - Google Patents

焦電センサ−用磁器組成物

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JPS6372006A
JPS6372006A JP61216745A JP21674586A JPS6372006A JP S6372006 A JPS6372006 A JP S6372006A JP 61216745 A JP61216745 A JP 61216745A JP 21674586 A JP21674586 A JP 21674586A JP S6372006 A JPS6372006 A JP S6372006A
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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】 利用産業分野 この発明は、通常の窯業的方法で磁器体に焼成したのち
、分極電界を印加することによって、電気的に活性化し
、その残留焦電特性を利用する磁器組成物に係り、特に
、焦電係数、性能指数等の焦電特性を大幅に向上させ得
る組成となし、かつ安価に製造できる焦電センサー用磁
器組成物に関する。
背景技術 焦電センサーは、ある種の誘電体のもつ自発分極が温度
により変化する、所謂、焦電効果を利用したもので、非
接触式温度測定器、サーモグラフ、侵入警報器等に用い
られている。
焦電センサー用の材料として、従来から三硫化グリシン
(TGS)系結晶、5BN(SrxBal−x Nb2
06)系結晶、チタン酸鉛系磁器PVDF(ポリフッ化
ビニリデン)系高分子、LiTaO3系結晶等が知られ
ている。しかし、これら焦電センサー用材料は必ずしも
良好なる焦電特性を有しているとは言い難く、該特性の
ほか、作業性等を含めて次のような問題があった。
すなわち、三硫化グリジン系結晶及びSBN系結高結晶
キュリ一温度が低く分極が困難であり、しかも使用温度
範囲が狭いため、用途が限定されてしまう問題があった
一方、チタン酸鉛系磁器は、キュリ一温度が高いため、
分極温度が高くなり、作業性が悪く、また、磁器化が容
易でないため、緻密なものが得られ難く、機械的強度の
点においても要求を十分満足させるものが得られなかっ
た。
PVDF系高分子及び三硫化グリシンは、誘電率が小さ
すぎてノイズレベルが大きくなるという欠点を有してい
た。
LiTa0a系結晶は、所望の特性が得られる単結晶を
作製するには製作費が高くつきすぎ、焦電センサーの価
格を高騰させる要因となっていた。
また、上述の焦電センサー用材料の問題点を解決する材
料としてPZT系圧主圧電材料いられているが、該PZ
T系圧主圧電材料電特性(性能指数)が低く、一層の改
善が強く求められている。
発明の目的 この発明は、前述した如く、従来から知られている焦電
センサー用材料が、焦電特性だけでなく作業性2機械的
強度等においても種々の問題点を有するため、実用性の
点から、特性等の改善が強く望まれていた現状に鑑み、
焦電係数、性能指数等の焦電特性に優れ、しかも分極温
度が比較的低く緻密であり、さらに、ノイズレベルが小
さく、製作費も安価な焦電センサー用磁器組成物を目的
としている。
発明の開示 この発明は、 Pb(Zn4・Nb1)03−PbTi03  PbZ
rO3系磁器、およびPb(Zn4−NJ)Oa  −
Pb(Ni4−Nbl)Os  −PbTiOs  −
PbZrO3系磁器 の各磁器の特定組成範囲にあるもの、 また、その特定組成範囲の条件下において、より一層の
緻密化を目的として、Li、 Na、 K等の酸化物を
添加含有させた磁器、 また、センサーの出力電圧の向上を目的としてMn、 
Zr等の酸化物を添加含有させた磁器、さらに、これら
Li、 Na、 K、 Mn、 Zr等の酸化物を添加
含有させた磁器からなることを特徴とする焦電センサー
用磁器組成物である。
さらに、詳述すれば、 基本組成式を PbA((Zn4・Nb1)yTiy−ZrZ)Oaと
表わし、W+Y+Z=1  としたとき、 組成範囲を限定するA、 W、 Y、 Zが下記式を満
足する組成よりなることを特徴とする焦電センサー用磁
器組成物。
0.97≦A≦1.03 0.05≦W≦0.18 0.25≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.65 また、上記焦電センサー用磁器組成物と同等以上の焦電
特性を有する磁器組成物として、基本組成式を PbA((Znl−Nbl)t(Nil−Nbl)X−
TiTZrZ)03 と表わし、 W 十X+Y+Z=1  としたとき、組成範囲を限定
するA、 W、 X、 Y、 Zが下記式を満足する組
成よりなることを特徴とする焦電センサー用磁器組成物
を提案する。
0.97≦A≦1.03 0.05≦W≦0.18 0くX≦0.09 但し 0.05≦W≦十X≦0.0180.24≦Y≦
0.38 0.54≦Z≦0.68 また、この発明は、上記各特定組成範囲の条件下におい
て Li2O,Na2O,K2Oのうち少なくとも1種を、
2モル%以下含有することを特徴とする焦電センサー用
磁器組成物、 Mn3O4、Cr2O3のうち少なくとも1種を、3モ
ル%以下含有することを特徴とする焦電センサー用磁器
組成物、 Li2O、Na2O、K2Oのうち少なくとも1種を2
モル%以下と、さらに Mn3O4、Cr2O3のうち少なくとも1種を3モル
%以下含有することを特徴とする焦電センサー用磁器組
成物である。
この発明組成とすることにより、焦電係数、性能指数等
の焦電特性に優れ、しかも分極温度が比較的低く緻密で
あり、さらに、ノイズレベルが小さく、製作費も安価な
焦電センサー用磁器組成物が得られる。
磁器組成の限定理由 この発明における焦電センサー用磁器組成物の組成範囲
を限定した理由は次の通りである。
PbA((Znl−Nbl)w−Tiy−Zrz)03
系磁器組成物の場合、 Aは、0.97モル未満または1.03モルを超えると
、緻密な磁器が得られないため0.97≦A≦1.03
とした。
Wが0.18モルを超え、Yが0.38モルを超え、2
が0.54モル未満の範囲では、比誘電率が大きくなり
、いわゆる圧電効果が大きくなって焦?よ効果が小さく
なってしまう。
また、Wが0.05モル未満、Yが0.25モル未満、
または2が0.65モルを超える範囲では緻密な磁器が
得られないとともに、焦電効果が小さくなってしまうた
め、それぞれ、 0.05≦W≦0.18. 0.25≦Y≦0.38. 0.54≦Z≦0,65とした。
さらに、 PbA((Zn4−Nbi)w−(Ni4・Nb1)X
−Tiy−Zrz)03系磁器組成物は、 上記の磁器組成物と同等以上の焦電特性を得ることがで
きるが、 その含有量Xが、0.09モルを超えると比誘電率が大
きくなり焦電効果が小さくなることがら0<X≦0.0
9とする必要があり、またWとの合計が0.05モル未
満または0.18モルを超えると、目的とする焦電効果
が得られないため、 0.05≦W+X≦0.18とする必要がある。
A、 W、 YSZについては、上記のPbA((Zn
4−Nbl)t、y−Tiy−Zrz)03系磁器組成
物と基本組成式が異なることがら、それぞれ磁器の緻密
化、比誘電率等の観点から 0.97≦A≦1.03 0.015≦W≦0.18 0.24≦Y≦0,38 0.54≦Z≦0.68 とした。
上記の基本組成式を満足する各磁器組成物の条f’l=
下において、 Li2O、Na2O,K2Oの添加は、いずれも磁器を
緻密化し、焦電特性を改善させるとともに、機械的強度
を向」ニさせるが、2モル%を超えると、磁器Fオ料の
固有抵抗が減少し、センサーとしての出力1″に圧が低
下するので2モル%以下とする。
また、Mn3O4、Cr2O3の添加は、いずれも磁器
材料の自発分極を増大させてセンサーとしての出力電圧
を向上させるが、3モル%を超えると緻密な磁器が得ら
れないことから3モル%以下とする。
さらに、Li2O、Na2O,K2Oの群と、Mn3O
4、Cr2O3の群とを同時に添加する場合は、それぞ
れの群の限定範囲内で添加する必要がある。
この発明の磁器組成物を製造する際は、原料としてpb
o、Ni01ZnO1Nb203、TiO2、ZrO2
、Li2O,Na2O,K2O、Mn3O4’、Cr2
O3を所要の組成が得られるように配合する。
なお、必要に応じては、加熱により上記原料酸化物に分
解する化合物、例えば、PbOはpb2o4、NiOは
NiCO3、Cr2O3はCrO3、Li2OはLi2
CO3等の形で配合するか、またそれら酸化物相互の化
合物を原料として使用できる。
また、原料の一つでゐるZrO2には、しばしば9肢の
Hfを含有するため、混合結晶中の4価金属原子の位置
の一部をHf原子が占めることが考えられるが、I−I
fはZrに比べ高価であり、工業的製造における使用は
原価の高騰を来たすので、この発明ではZrの一部を)
(fで置換することは考えず、またZr’旧こ存在する
微量のHf1l!無視して考える。
実施例 原料を、第1表に示した組成になるように秤量し、ボー
ルミルにて湿式混合し、850℃で2時間仮焼きした後
、再度ボールミルにて粒径1pm程度に粉砕した。
この粉砕粉を寸法10mmX1010mmX10の角棒
状に加圧成形し、1050℃〜1150℃で2時間焼結
を行った。
さらに、1050℃〜1150℃、500気圧〜100
0気圧で熱間静水圧プレス(HIP)処理し、800℃
〜900℃にて熱処理した。
得られた焼結晶の両面にAg電極を取付け、100℃〜
150°Cの絶縁油中で3kV/m、m−5kV/mm
の直流電界を印加して分極処理を行った。
さらに、焦電センサーを得るために、上記の磁器を厚み
1100pに切断研摩し、赤外線照射面には金蒸着膜を
黒化して設け、他の面には金蒸着膜を設けた。これを5
mrn X 5mmに切断して焦電センサーとした。得
られた焦電センサーの特性を測定し、その結果を第1表
に示した。
第1表の欄外には、比較のためにPZT−4の特性を併
せて示した。
第1表中、No、1〜11は PbA((Zn4−Nb 3)W’Tiy−Zrz)0
3系磁器徂成物、また、No、12−No、46は PbAKZn)−Nb))t(Ni4・Nb1)X−T
iY−Zrz)Oa系磁器組成物からなる試料を示し、
特に、10を付けたN6.16,17,44,45.4
6は、この発明の特許請求の範囲外の磁器組成物であり
、参考例として記載した。
以下余白 第俵 第1表(続き) 第1表(続き) (+IL、Pr焦電係数(X10’C/cm2・’C)
、 PT/u−C’性7iiJM数(X 10”Ccm
/J)発明の効果 第1表から明らかなように、この発明による焦電センサ
ー用磁器は、従来から知られるPZT−4よりなる焦電
センサーを始め各比較例と比べ、いずれも優れた焦電特
性を示している。
すなわち、この発明による磁器の焦電係数は、3 X 
10’C/cm2−’Cより大きく、かつ、性能指数は
、0.35 X 10”C−cm/Jより大きな値を示
している。
したがって、この発明の組成範囲とすることにより、従
来骨ることができなかった優れた焦電特性を有する磁器
組成物の提供を可能とする。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・Ti_Y・Zr_Z}O_3と表わし、W+Y+Z
    =1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、Y、Zが下記式を満足する
    組成よりなることを特徴とする焦電センサー用磁器組成
    物。 0.97≦A≦1.03 0.05≦W≦0.18 0.25≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.65 2 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・Ti_Y・Zr_Z}O_3と表わし、W+Y+Z
    =1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、Y、Zが下記式を満足する
    組成物に、 Li_2O、Na_2O、K_2Oのうち少なくとも1
    種を、2モル%以下含有することを特徴とする焦電セン
    サー用磁器組成物。 0.97≦A≦1.03 0.05≦W≦0.18 0.25≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.65 3 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・Ti_Y・Zr_Z}O_3と表わし、W+Y+Z
    =1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、Y、Zが下記式を満足する
    組成物に、 Mn_3O_4、Cr_2O_3のうち少なくとも1種
    を、3モル%以下含有することを特徴とする焦電センサ
    ー用磁器組成物。 0.97≦A≦1.03 0.05≦W≦0.18 0.25≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.65 4 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・Ti_Y・Zr_Z}O_3と表わし、W+Y+Z
    =1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、Y、Zが下記式を満足する
    組成物に、 Li_2O、Na_2O、K_2Oのうち少なくとも1
    種を、2モル%以下と、 さらに、Mn_3O_4、Cr_2O_3のうち少なく
    とも1種を、3モル%以下含有することを特徴とする焦
    電センサー用磁器組成物。 0.97≦A≦1.03 0.05≦W≦0.18 0.25≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.65 5 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・(Ni_1_/_3・Nb_2_/_3)_X・T
    i_Y・Zr_Z}O_3と表わし、 W+X+Y+Z=1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、X、Y、Zが下記式を満足
    する組成よりなることを特徴とする焦電センサー用磁器
    組成物。 0.97≦A≦1.03 0.015≦W≦0.18 0<X≦0.09 但し 0.05≦W+X≦0.18 0.24≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.68 6 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・(Ni_1_/_3・Nb_2_/_3)_X・T
    i_Y・Zr_Z}O_3と表わし、 W+X+Y+Z=1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、X、Y、Zが下記式を満足
    する組成物に、 Li_2O、Na_2O、K_2Oのうち少なくとも1
    種を、2モル以下含有することを特徴とする焦電センサ
    ー用磁器組成物。 0.97≦A≦1.03 0.015≦W≦0.18 0<X≦0.09 但し 0.05≦W≦+X≦0.18 0.24≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.68 7 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・(Ni_1_/_3・Nb_2_/_3)_X・T
    i_Y・Zr_Z}O_3と表わし、 W+X+Y+Z=1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、X、Y、Zが下記式を満足
    する組成物に、 Mn_3O_4、Cr_2O_3のうち少なくとも1種
    を、3モル%以下含有することを特徴とする焦電センサ
    ー用磁器組成物。 0.97≦A≦1.03 0.015≦W≦0.18 0<X≦0.09 但し 0.05≦W+X≦0.18 0.24≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.68 8 基本組成式を Pb_A{(Zn_1_/_3・Nb_2_/_3)_
    W・(Ni_1_/_3・Nb_2_/_3)_X・T
    i_Y・Zr_Z}O_3と表わし、 W+X+Y+Z=1としたとき、 組成範囲を限定するA、W、X、Y、Zが下記式を満足
    する組成物に、 Li_2_O、Na_2O、K_2Oのうち少なくとも
    1種または2種以上を2モル%以下と、 さらに、Mn_3O_4、Cr_2O_3のうち少なく
    とも1種を、3モル%以下含有することを特徴とする焦
    電センサー用磁器組成物。 0.97≦A≦1.03 0.015≦W≦0.18 0<X≦0.09 但し 0.05≦W+X≦0.18 0.24≦Y≦0.38 0.54≦Z≦0.68
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6022514A (ja) * 1983-07-15 1985-02-05 Nippon Denso Co Ltd エアコン制御装置

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