JPH02303079A - 圧電性磁器組成物 - Google Patents
圧電性磁器組成物Info
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- JPH02303079A JPH02303079A JP1124051A JP12405189A JPH02303079A JP H02303079 A JPH02303079 A JP H02303079A JP 1124051 A JP1124051 A JP 1124051A JP 12405189 A JP12405189 A JP 12405189A JP H02303079 A JPH02303079 A JP H02303079A
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- porcelain
- piezoelectric
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- piezoelectricity
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Links
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は圧電性磁器組成物、特に、超音波振動子、フィ
ルタ、発振子、超音波探触子など圧電セラミ、り素子の
材料として有用な圧電性磁器組成物に関する。
ルタ、発振子、超音波探触子など圧電セラミ、り素子の
材料として有用な圧電性磁器組成物に関する。
（従来の技術）
一般に、この種の圧電セラミック素子の材料としては、
チタン酸ンルコン酸鉛磁器を改良した種々のものが提案
されている。例えば、Ｐ ｂ（Ｚ ｒ。
チタン酸ンルコン酸鉛磁器を改良した種々のものが提案
されている。例えば、Ｐ ｂ（Ｚ ｒ。
Ｔｉ）Ｏ，のＰｂの一部をＢａ、５ｒＳＣａなどの二価
の元素で置換したもの、あるいはＰｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）０
３に第三成分としてＰ ｂ（Ｍｎ＋ｚ＋Ｓ ｂｔｚ、）
０３やＰｂ（Ｎ ｂ、ｓ ｂｔ−３＊Ｍｎ２．＋−υＯ
８を固溶させたもの（特公昭４６−１５９７９号公報、
特公昭５１１１７９８号公報）、さらにはＰ ｂ（Ｚ
ｒ、 Ｔ ｉ）０３に第三及び第四成分としてＰｂ（Ｚ
ｎｔ７ｉＮｂｔ１．）０３およびＰｂ（Ｓｎｔｚ３Ｎｂ
−ｙｚｓ）０＋を固溶させたちのく特公昭５２１７２３
９号公報）などが提案されている。
の元素で置換したもの、あるいはＰｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）０
３に第三成分としてＰ ｂ（Ｍｎ＋ｚ＋Ｓ ｂｔｚ、）
０３やＰｂ（Ｎ ｂ、ｓ ｂｔ−３＊Ｍｎ２．＋−υＯ
８を固溶させたもの（特公昭４６−１５９７９号公報、
特公昭５１１１７９８号公報）、さらにはＰ ｂ（Ｚ
ｒ、 Ｔ ｉ）０３に第三及び第四成分としてＰｂ（Ｚ
ｎｔ７ｉＮｂｔ１．）０３およびＰｂ（Ｓｎｔｚ３Ｎｂ
−ｙｚｓ）０＋を固溶させたちのく特公昭５２１７２３
９号公報）などが提案されている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、従来の圧電性磁器組成物では、その圧電
特性の良否を示す電気機械結合係数（Ｋｐ）および機械
的品質係数（Ｑ＋＋＋）いずれか一方については浸れた
特性が得られるが、両特性を同時に満足させる実用可能
なセラミック素子を得ることはほとんど不可能であった
。例えば、Ｋｐ＝５０％、Ｑｍ＝２０００程度の特性を
得ようとすると、焼成時にソリやうねりを生じて磁器の
変形か大きくなり生産が困難になったり、温度特性が極
端に悪くなったりするという問題がある。また、強力な
超音波を発生させるため高電圧で駆動すると、セラミ、
り素子自体の発熱により減極するという問題もあった。
特性の良否を示す電気機械結合係数（Ｋｐ）および機械
的品質係数（Ｑ＋＋＋）いずれか一方については浸れた
特性が得られるが、両特性を同時に満足させる実用可能
なセラミック素子を得ることはほとんど不可能であった
。例えば、Ｋｐ＝５０％、Ｑｍ＝２０００程度の特性を
得ようとすると、焼成時にソリやうねりを生じて磁器の
変形か大きくなり生産が困難になったり、温度特性が極
端に悪くなったりするという問題がある。また、強力な
超音波を発生させるため高電圧で駆動すると、セラミ、
り素子自体の発熱により減極するという問題もあった。
従って、本発明は、電気機械結合係数および機械的品質
係数が共に大きく、かつ、焼成時の変形が小さく実用可
能な圧電性磁器組成物を得ることを主目的とする。
係数が共に大きく、かつ、焼成時の変形が小さく実用可
能な圧電性磁器組成物を得ることを主目的とする。
また、本発明の他の目的は高電圧、高電力で駆動しても
発熱が少ない耐久性に優れた圧電性磁器組成物を得るこ
とにある。
発熱が少ない耐久性に優れた圧電性磁器組成物を得るこ
とにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は、前記課題を解決するための手段として、Ｐ
ｂＴ ｉｏ ３ Ｐ ｂｚ ｒｏ ３の２成分系磁器
に第三および第四成分としてＰｂ（Ｍｎ、Ｓｂ、−、）
Ｏ，およびＰ ｂ（Ｍｅ＋ｚｓＳ ｂ２ｚｚ）Ｏｓ（Ｍ
ｅ＝ Ｓ ｎ、 Ｚ ｎ、 Ｎ ｉ、 Ｃｏ、 Ｍｇま
たはＦｅ）を所定型固溶させると共に、Ｓｉｎ、。
ｂＴ ｉｏ ３ Ｐ ｂｚ ｒｏ ３の２成分系磁器
に第三および第四成分としてＰｂ（Ｍｎ、Ｓｂ、−、）
Ｏ，およびＰ ｂ（Ｍｅ＋ｚｓＳ ｂ２ｚｚ）Ｏｓ（Ｍ
ｅ＝ Ｓ ｎ、 Ｚ ｎ、 Ｎ ｉ、 Ｃｏ、 Ｍｇま
たはＦｅ）を所定型固溶させると共に、Ｓｉｎ、。
ｃｒｔｏ３．ｗ！ｏｓ、Ｎｉｏ、ＳｎＯ，Ｃｏｏ、Ｍｇ
Ｏ，Ｆｅｅ０３からなる群から選ばれた少な（とも一種
を所定量含有させるようにしたものである。
Ｏ，Ｆｅｅ０３からなる群から選ばれた少な（とも一種
を所定量含有させるようにしたものである。
すなわち、本発明は、一般式；
％式％
で示される組成を有する四成分系固溶体からなる磁器組
成物を主成分とし、添加物としてＳｉｎ、、Ｃｒ、０３
、Ｗ、０６、ＮｉＯ，ＳｎＯ，Ｃｏｏ、ＭｇＯおよびＦ
ｅ、Ｏ，からなる群から選ばれた少な（とも一種を０．
０１〜２．０重量％含有することを特徴とする圧電性磁
器組成物を提供するものである。
成物を主成分とし、添加物としてＳｉｎ、、Ｃｒ、０３
、Ｗ、０６、ＮｉＯ，ＳｎＯ，Ｃｏｏ、ＭｇＯおよびＦ
ｅ、Ｏ，からなる群から選ばれた少な（とも一種を０．
０１〜２．０重量％含有することを特徴とする圧電性磁
器組成物を提供するものである。
（作用）
ＰｂＺｒＯ３ＰｂＴｉ０＊にＰ ｂ（Ｍ ｎ、 Ｓ ｂ
ｌ−）０３およびＰｂ（Ｍｅ＋ｚｓＳｂｔｚｉ）０３（
但し、ＭｅはＳ ｎ、 Ｚ ｎ。
ｌ−）０３およびＰｂ（Ｍｅ＋ｚｓＳｂｔｚｉ）０３（
但し、ＭｅはＳ ｎ、 Ｚ ｎ。
Ｎ ｉ、 Ｃｏ、 ＭｇまたはＦｅ）を前記配合比で含
有させると共に、Ｓｉｏ、、Ｃｒ、Ｏ，、Ｗ、Ｏｓ、Ｎ
ｉｏ、Ｓｎｏ。
有させると共に、Ｓｉｏ、、Ｃｒ、Ｏ，、Ｗ、Ｏｓ、Ｎ
ｉｏ、Ｓｎｏ。
Ｃｏ Ｏｒ Ｍ ｇ Ｏ＋ Ｆ ｅ １０３からなる群
から選ばれた少なくとも一種を所定量含有させると、そ
れらの相互作用によって圧電特性、特に、電気機械結合
係数および機械的品質係数を同時に向上させると共に、
焼成時の変形が著しく抑制される。
から選ばれた少なくとも一種を所定量含有させると、そ
れらの相互作用によって圧電特性、特に、電気機械結合
係数および機械的品質係数を同時に向上させると共に、
焼成時の変形が著しく抑制される。
本発明に係る圧電性磁器組成物の組成範囲を前記範囲に
限定した理由は次の通りである。
限定した理由は次の通りである。
第３成分および第４成分、即ち、Ｐｂ（Ｍｎ−３ｂ＋−
）０、およびＰｂ（Ｍｅ＋／＋５ｂｔｚｉ）Ｏｘは、圧
電性を向上させるために添加されるが、それらのモル分
率Ｃ，Ｄが小さすぎると完全な焼成が困難で、しかも２
成分系あるいは３成分系ＰＺＴｍ器の圧電性がほとんど
改善されないか、改善されても実用に供しうる程度には
ならず、また、されらのモル分率が０．２０を越えると
、完全に焼成することか著しく困難となり、得られる磁
器の圧電性も実用に耐える程度にはならないので、それ
らのモル分率はそれぞれ０．Ｏ１〜０２０とした。
）０、およびＰｂ（Ｍｅ＋／＋５ｂｔｚｉ）Ｏｘは、圧
電性を向上させるために添加されるが、それらのモル分
率Ｃ，Ｄが小さすぎると完全な焼成が困難で、しかも２
成分系あるいは３成分系ＰＺＴｍ器の圧電性がほとんど
改善されないか、改善されても実用に供しうる程度には
ならず、また、されらのモル分率が０．２０を越えると
、完全に焼成することか著しく困難となり、得られる磁
器の圧電性も実用に耐える程度にはならないので、それ
らのモル分率はそれぞれ０．Ｏ１〜０２０とした。
ＰｂＺｒＯ３のモル分率へが０．２０未満または０．９
７を越えると、圧電性か著しく劣化するので前記範囲と
した。また、ＰｂＴｉ０＊のモル分率Ｂか０．６０を越
えると、完全な焼結体を得ることが困難になり、分極処
理を完全に遂行することができず実用的な圧電性磁器を
得ることができないので０．６０以下とした。
７を越えると、圧電性か著しく劣化するので前記範囲と
した。また、ＰｂＴｉ０＊のモル分率Ｂか０．６０を越
えると、完全な焼結体を得ることが困難になり、分極処
理を完全に遂行することができず実用的な圧電性磁器を
得ることができないので０．６０以下とした。
αが上記範囲外では、圧電性が極端に劣化し実用には適
さないので、αの値は０．８／３〜１．２／３とした。
さないので、αの値は０．８／３〜１．２／３とした。
Ｘが上記範囲値より小さい場合は焼結性が極端に悪（な
り、上記範囲値より大きい場合は分極が非常に困難とな
り実用性に欠けるので、０．８５〜１．１５とした。
り、上記範囲値より大きい場合は分極が非常に困難とな
り実用性に欠けるので、０．８５〜１．１５とした。
添加物は第３成分および第４成分と共に圧電性を向上さ
せるために添加されるが、その添加量が０．０１重量％
未満ではその効果が殆ど無く、２゜０重量％を越えると
、完全な焼結体を得ることが困難となり、また得られた
磁器の圧電性も実用に耐えうる程度にならないので前記
範囲とした。
せるために添加されるが、その添加量が０．０１重量％
未満ではその効果が殆ど無く、２゜０重量％を越えると
、完全な焼結体を得ることが困難となり、また得られた
磁器の圧電性も実用に耐えうる程度にならないので前記
範囲とした。
（実施例１）
素原料としてｐｂｏ（またはＰｂ、Ｏ，）、ＺｒＯ，、
Ｔｉｅ、、Ｍ ｎ ＣＯｓ、ｓｂ、ｏ、、ＺｎＯ，Ｓｉ
ｎ、。
Ｔｉｅ、、Ｍ ｎ ＣＯｓ、ｓｂ、ｏ、、ＺｎＯ，Ｓｉ
ｎ、。
Ｃｒｙ’ｓ、 ＷｔＯ＠、 Ｎｉｐ、 ＳｎＯ，Ｃｏ
ｏ、 ＭｇＯ。
ｏ、 ＭｇＯ。
Ｆ ｅ、ｏ 、を用い、これらを第１表〜第３表に示す
組成の圧電性磁器が得られるように秤量、調合し、ボー
ルミルで約２０時問屋式粉砕した後、乾燥させ、８００
〜９００℃で２時間仮焼し、粉砕した。
組成の圧電性磁器が得られるように秤量、調合し、ボー
ルミルで約２０時問屋式粉砕した後、乾燥させ、８００
〜９００℃で２時間仮焼し、粉砕した。
得られた仮焼粉末に適量の有機バインダーを加えて５〜
１０時間粉砕、混合した後造粒し、７５０〜１０００
ｋｇ／ ｃｍ”の圧力で直径１２ｇ＋ａ、厚さ１゜００
＋ｕの円板状に成形し、１２６０℃で焼成して圧電性磁
器円板を得た。
１０時間粉砕、混合した後造粒し、７５０〜１０００
ｋｇ／ ｃｍ”の圧力で直径１２ｇ＋ａ、厚さ１゜００
＋ｕの円板状に成形し、１２６０℃で焼成して圧電性磁
器円板を得た。
各圧電性磁器円板の両面に焼き付は銀電極を形成し、絶
縁オイル中３ＫＶ／ａｓの直流電圧を印加して分極処理
して試料を得た。
縁オイル中３ＫＶ／ａｓの直流電圧を印加して分極処理
して試料を得た。
各試料について、誘電率（Ｃｒ）、径方向の電気機械結
合係数（Ｋｐ）、機械的品質係数（Ｑｍ）、および共振
周波数の温度係数（ＴＣ）を測定した。それらの結果を
第１表〜第３表に示す。表中、※印は本発明の範囲外の
組成を示す。
合係数（Ｋｐ）、機械的品質係数（Ｑｍ）、および共振
周波数の温度係数（ＴＣ）を測定した。それらの結果を
第１表〜第３表に示す。表中、※印は本発明の範囲外の
組成を示す。
なお、圧電特性はＩＲＥ標準回路を用いて周波数ＩＫＨ
ｚ、印加電圧１ ■ｒｓ８ｓ ’ＩＡ度２５°Ｃの条件
下で測定し、比誘電率はキャパシタンスブリッジを用い
て測定した。また、試料番号８．１５および！６につい
ては、１２０Ｖｒｍｓ、１．６ＭＨｚの交流電圧を印加
し、圧電振動子をフリーな状態で駆動したときの電圧印
加時間に対する表面温度の変化を測定した。それらの結
果を第１図に示す。
ｚ、印加電圧１ ■ｒｓ８ｓ ’ＩＡ度２５°Ｃの条件
下で測定し、比誘電率はキャパシタンスブリッジを用い
て測定した。また、試料番号８．１５および！６につい
ては、１２０Ｖｒｍｓ、１．６ＭＨｚの交流電圧を印加
し、圧電振動子をフリーな状態で駆動したときの電圧印
加時間に対する表面温度の変化を測定した。それらの結
果を第１図に示す。
さらに、試料番号１７，１８．１９については第２図に
示すように、焼成の前後で成形体または磁器円板である
試料２を定盤ｌ上に載せ、接触片３を降下させて試料に
接触させ、両者間の距離を測定することにより焼成によ
る試料の変形量を定量化した。
示すように、焼成の前後で成形体または磁器円板である
試料２を定盤ｌ上に載せ、接触片３を降下させて試料に
接触させ、両者間の距離を測定することにより焼成によ
る試料の変形量を定量化した。
（以 下 余 白）
第１表〜第３表の結果から明らかなように、発明の圧電
性磁器組成物は、ＫｐおよびＱｍｐの値が佐しく大きく
、かつ共振周波数の温度特性も非常に良好な値を示し、
極めて優れた圧電性を示すのみならず１．焼成による変
形が極めて少ない。
性磁器組成物は、ＫｐおよびＱｍｐの値が佐しく大きく
、かつ共振周波数の温度特性も非常に良好な値を示し、
極めて優れた圧電性を示すのみならず１．焼成による変
形が極めて少ない。
このような本発明による改善効果は、試料番号１２．１
３に示した２成分系ＰＺＴの圧電特性と、配合比がこれ
らに近い値を持つ本発明に係る試料の圧電特性を比較す
ることにより明らかである。
３に示した２成分系ＰＺＴの圧電特性と、配合比がこれ
らに近い値を持つ本発明に係る試料の圧電特性を比較す
ることにより明らかである。
また、試料番号１５．１６に示す３成分系磁器であるｐ
ｂ”ｒｉｏ３ ＰｂＺｒ０． Ｐｂ（Ｍｎ＋ｚ３Ｓ
ｂｔｚ３）０、からなる試料は、電気特性については改
善されているが、第１図に示されるように、ｌ ２０Ｖ
１．６ＭＨｚのような高周波高電圧で駆動すると、非常
に発熱が激しく強力超音波振動子としては致命的な問題
があるのに対し、本発明のもの（試料番号８）は、電気
特性のみならず大電力で駆動しても表面温度はある温度
以上には上昇せず、耐久性の点でも著しく改善されてい
る。
ｂ”ｒｉｏ３ ＰｂＺｒ０． Ｐｂ（Ｍｎ＋ｚ３Ｓ
ｂｔｚ３）０、からなる試料は、電気特性については改
善されているが、第１図に示されるように、ｌ ２０Ｖ
１．６ＭＨｚのような高周波高電圧で駆動すると、非常
に発熱が激しく強力超音波振動子としては致命的な問題
があるのに対し、本発明のもの（試料番号８）は、電気
特性のみならず大電力で駆動しても表面温度はある温度
以上には上昇せず、耐久性の点でも著しく改善されてい
る。
（発明の効果）
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、良好
な電気特性および温度特性を示し、焼成時の変形が少な
く、かつ大電力を入力しても圧電性が劣化しにくい圧電
性磁器を得ることができる。
な電気特性および温度特性を示し、焼成時の変形が少な
く、かつ大電力を入力しても圧電性が劣化しにくい圧電
性磁器を得ることができる。
即ち、電気機械結合係数Ｋｐおよび機械的品質係数Ｑｍ
が共に大きく、しかも共振周波数の温度特性が２００ｐ
ｐ−以下のものが得られる。さらに、ＫＬ／Ｋｐが大き
い、すなわち、圧電異方性の大きい材料が得られ、また
、高電圧、高電力を人力して圧電体を大振幅下で駆動し
ても、セラミック素子自身の発熱が小さく、著しく耐久
性に優れたものが得られる。
が共に大きく、しかも共振周波数の温度特性が２００ｐ
ｐ−以下のものが得られる。さらに、ＫＬ／Ｋｐが大き
い、すなわち、圧電異方性の大きい材料が得られ、また
、高電圧、高電力を人力して圧電体を大振幅下で駆動し
ても、セラミック素子自身の発熱が小さく、著しく耐久
性に優れたものが得られる。
従って、本発明によれば、その組成を適宜選定すること
により、超音波洗浄器、超音波加湿器、超音波モータ等
の強力超音波振動子用として適した高Ｑｍ、高電気機械
結合係数を有し、大振幅下での発熱が非常に小さいセラ
ミック素子、フィルタや発振子に適した高Ｑｓで周波数
安定性に優れたセラミｙり素子、並びに超音波探触子、
水中ソナーなどに適した圧電異方性の大きなセラミック
素子を得ることができる。
により、超音波洗浄器、超音波加湿器、超音波モータ等
の強力超音波振動子用として適した高Ｑｍ、高電気機械
結合係数を有し、大振幅下での発熱が非常に小さいセラ
ミック素子、フィルタや発振子に適した高Ｑｓで周波数
安定性に優れたセラミｙり素子、並びに超音波探触子、
水中ソナーなどに適した圧電異方性の大きなセラミック
素子を得ることができる。
第１図は４成分系磁器組成物の印加電圧による表面温度
変化を示す図、第２図は磁器の変形量の測定方法を示す
図である。 ｌ・・・定盤、２・・試料、３・・・接触片。
変化を示す図、第２図は磁器の変形量の測定方法を示す
図である。 ｌ・・・定盤、２・・試料、３・・・接触片。
Claims (1)
- （１） 一般式： Ｐｂ＿Ｘ｛Ｚｒ＿ＡＴｉ＿Ｂ（Ｍｎ＿αＳｂ＿１＿−＿
α）＿Ｃ（Ｍｅ＿１＿／＿３Ｓｂ＿２＿／＿３）＿Ｄ｝
Ｏ＿３（但し、ＭｅはＳｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇま
たはＦｅ、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝１ ０．８／３≦α≦１．２／３ ０．８５≦Ｘ≦１．１５ ０．２０≦Ａ≦０．９７ ０．０≦Ｂ≦０．６０ ０．０１≦Ｃ≦０．２０ ０．０１≦Ｄ≦０．２０） で示される組成を有する四成分系固溶体からなる磁器組
成物を主成分とし、添加物としてＳｉＯ＿２、Ｃｒ＿２
Ｏ＿３、Ｗ＿２Ｏ＿５、ＮｉＯ、ＳｎＯ、ＣｏＯ、Ｍｇ
ＯおよびＦｅ＿２Ｏ＿３からなる群から選ばれた少なく
とも一種を０．０１〜２．０重量％含有することを特徴
とする圧電性磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1124051A JPH02303079A (ja) | 1989-05-17 | 1989-05-17 | 圧電性磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1124051A JPH02303079A (ja) | 1989-05-17 | 1989-05-17 | 圧電性磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02303079A true JPH02303079A (ja) | 1990-12-17 |
Family
ID=14875764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1124051A Pending JPH02303079A (ja) | 1989-05-17 | 1989-05-17 | 圧電性磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02303079A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007022841A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Tdk Corp | 圧電磁器組成物 |
| CN113716958A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-11-30 | 无锡邦能超声科技有限公司 | 一种压电陶瓷材料及高机电转换效率的换能器 |
-
1989
- 1989-05-17 JP JP1124051A patent/JPH02303079A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007022841A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Tdk Corp | 圧電磁器組成物 |
| CN113716958A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-11-30 | 无锡邦能超声科技有限公司 | 一种压电陶瓷材料及高机电转换效率的换能器 |
| CN113716958B (zh) * | 2021-09-06 | 2022-03-01 | 无锡邦能超声科技有限公司 | 一种压电陶瓷材料及高机电转换效率的换能器 |
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