JPH04260663A - 圧電ペレットの焼成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電ペレットの焼成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電ペレットで、ＰＺＴ粉末から
なる成形体（以下ＰＺＴ成形体と称す）を形成する成形
工程と、成形工程により形成されたＰＺＴ成形体を焼成
工程により焼成する場合、ＰＺＴ成形体を形成するＰＺ
Ｔ粉末のうち、その一部のＰｂ（鉛）が蒸発するため焼
成後の圧電ペレット内におけるＰｂ成分が不足する。こ
こにおいて前記焼成工程においてＰＺＴ成形体中のＰｂ
成分が不足しないように種々の防止策が講じられている
。例えば、特開昭６１−１１１９７２号公報に開示され
ているように、Ｐｂや、ＺｒＯ２　等の成分を含むパッ
ト材中に成形体を埋め込んだ状態で焼成したり、図４に
示されるようにＰＴＺ成形体をＰｂＯ、ＰｂＯＺｒＯ２
　を用いた雰囲気調整粉体（パット材）とともに二重に
密閉したアルミナ製の容器（るつぼ）内に収容した状態
で焼成したり、図５に示されるようにアルミナ製の容器
（さや）内にＰＺＴ成形体を多数枚重ねた状態で収容し
、かつ焼成することにより、それぞれのＰＺＴ成形体に
含まれるＰｂの雰囲気調整を行うことが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし焼成工程におい
てＰＺＴ成形体をパット材中に埋め込んで焼成する方法
では、パット材は焼成中に劣化するため多量のパット材
を必要としたり、パット材中にＰＺＴ成形体を埋め込む
ための工数が多くなる。また前記図４に示されるように
密閉した容器内で焼成する場合には、パット材中の例え
ばＰｂＯ粉末を一旦使用すると、使用したあとのＰｂＯ
粉末は劣化するので消費した分のＰｂに対応する量を補
う必要がある。しかし追加するＰＢＯ粉末の量をコント
ロ−ルするのが難しい。さらに密閉するための容器とし
て緻密な材質よりなる容器が必要であり、昇温速度の関
係上大きな容器を使用することができない。例えば小さ
な容器の場合の昇温限界は４００℃／ｈであるが大きな
容器を使用する場合、その昇温限界は３００℃／ｈ、と
なり実用的でない。また前記容器を何重かに積み重ねた
状態では設置するのに広い場所を必要とすることや、温
度分布が生じ易くＰＺＴ成形体の焼成時の焼結状態のコ
ントロ−ルが難しくなる。

【０００４】また図５に示されるようにアルミナ製の容
器内において多数枚重ねた同士で互いのＰＺＴ成形体の
Ｐｂ成分によりその雰囲気調整を行う焼成方法では、前
記ＰＺＴ成形体の焼結枚数により製造された各圧電ペレ
ットの特性に影響が生じ易く、積層して素子として使用
した場合、その外側と内側とでは熱分布が発生し、素子
全体が反るという不具合を発生させる。

【０００５】本発明は、前記従来の不具合を解決した圧
電ペレットの焼成方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電ペレットの
焼成方法は、ＰＺＴ粉末から成形体を形成する成形工程
と、該成形体表面にＰＺＴ粉末とＺｒＯ２　粉末とから
なる混合粉末を被覆して被覆成形体とする被覆工程と、
該被覆成形体を焼成する焼成工程と、を順次行うことを
特徴とする。

【０００７】前記成形工程は、ＰＺＴ粉末を用いて成形
体を形成する場合、例えば鋳込み成形法、加圧鋳込み成
形法、プレス成形法、射出成形法等を用いることができ
る。被覆工程は、成形工程で得られた成形体の表面に被
覆する混合粉末としてＰＺＴ粉末とＺｒＯ２　粉末とか
らなるものが使用される。両粉末の配合割合はＰＺＴ粉
末２０〜８０ｗｔ％に対し、ＺｒＯ２　粉末８０〜２０
ｗｔ％とすることが好ましい。前記混合粉末は、例えば
ＰＶＢ（ポリビニールブチラール）や、トリオレイン等
を若干量追加するとともに、有機溶媒を加えてスラリ−
状に調整されたものを用いることが好ましい。この被覆
工程により前記成形体の表面に被覆される混合粉末層の
厚さは、約１００〜５００μｍである。

【０００８】焼成工程は、焼成に先立ち、予め実施され
た成形工程により得られたＰＺＴ成形体に、同被覆工程
により前記混合粉末が被覆されて得られた被覆体に対し
焼成するものであり、従来のパット材を必要としない長
所をもつ。前記被覆成形体を焼成する場合には、例えば
一定の間隔を保ってアルミナ製の容器内に収容した状態
で焼成される。アルミナの容器は従来と同様のものを用
いることができる。

【０００９】

【作用および効果】本発明の圧電ペレットの焼成方法に
よると、成形工程では、ＰＺＴ粉末から成形体が形成さ
れる。引き続く被覆工程では、前記成形工程で得られた
成形体の表面に、予め配合割合が設定されたＰＺＴ粉末
とＺｒＯ２　粉末とからなる混合粉末を被覆して被覆成
形体とする。焼成工程では、前記被覆成形体が焼成され
圧電ペレットが製造される。

【００１０】本発明の圧電ペレットの焼成方法によると
、その焼成工程においては、その前工程である被覆成形
工程で各成形体毎に焼成時に必要とする成分が被覆され
た被覆成形体を焼成するものである。このため、複数個
の被覆成形体が例えばアルミ製の容器内に一定の間隔を
保持された状態で焼成されつつあるとき、その雰囲気調
整が容易である。すなわち焼成時に必要なＰｂ量は、予
め計算設定されたもので被覆層中に存在しているので、
従来の粉末を加える場合に比較して雰囲気調整が容易と
なるとともに、被覆層として供給されるのでパット材と
して粉末状態で用いる場合に比べて使用量が少なくてす
み、かつ工数を大幅に削減できる。

【００１１】また被覆成形体は、その表面に一定の厚み
の被覆層が形成されているので、焼成工程時に、その内
部全体が均等な熱により焼結されるため、焼結に際して
アルミ製の容器内の各成形体の位置にこだわらずそのバ
ラツキが小さくなる。また従来の埋め込み方式にくらべ
て必要空間が少なくてすみ、多数枚の成形体を焼成する
ことが可能である。

【００１２】

【実施例】本実施例の圧電ペレットの焼成方法を図１に
基づいて説明する。本実施例の圧電ペレットの焼成方法
は、成形工程と、被覆工程と、焼成工程とよりなる。成
形工程では、成形に先立つ準備として粒径３μｍのＰｂ
Ｏと、粒径０．３μｍのＺｒＯ２　と、粒径０．３μｍ
のＴｉＯ２　を主成分としてこれらをモル比で２０：１
１：９の割合で秤量し、ボールミル３０により２４時間
混合した後、加熱炉３１内に入れ空気の存在状態で８０
０℃の条件で８時間仮焼し、再びボールミル３２により
粉砕した後、脱水、乾燥して混合原料粉末を得た。そし
てこの混合原料粉末を一軸プレス３３の金型３３０に入
れて成形することによってＰＺＴ粉末からなる円板状成
形体１ａを得た。（図２参照）なお、前記金型３３０は
、円板状成形体１ａ形状のキャビティをもつ。

【００１３】引き続く被覆工程では、予め前記円板状成
形体１ａ表面を被覆する準備としてＰＺＴの仮焼混合粉
とＺｒＯ２　とを原料に用い被覆用材料が製造される。 すなわちＰＺＴの仮焼混合粉体を２０〜８０ｗｔ％、Ｐ
ＶＢ（ポリビニ−ルブチラ−ル）０．３ｗｔ％、ＺｒＯ
２　を残りのｗｔ％となるようにそれぞれを秤量したも
のに有機溶剤（エタノ−ルあるいはメタノ−ル）を入れ
てボ−ルミル３４により２４時間混合、攪拌してスラリ
−を形成した。このスラリ−の粘度は１０００〜２００
００ｃｐｓにまで調整されたものである。ついで槽３５
に収容したスラリ−中に前記ＰＺＴ成形体１ａが浸漬さ
れるとともに、スラリ−中より引き出されるとその表面
に前記被覆成分が１ｍｍ以上の厚さに付着した被覆成形
体１ｂとなる。（図３参照） なお、上記ＰＺＴ含有量を２０〜８０ｗｔ％に設定した
理由としては、ＰＺＴ含有量が２０ｗｔ％以下では、焼
成工程における被覆成形体１ｂの燃成時に雰囲気調整不
足となり、８０ｗｔ％以上では被覆用材料と円板状成形
体１ａとが焼結するために同範囲に限定した。

【００１４】焼成工程では、前記被覆工程で得られた被
覆成形体１ｂが複数個、図１に示すようにアルミナ容器
３６内の保持治具３６０に一定間隔をおいて配列される
。その後、次の条件下で被覆成形体１ｂを焼成した。 すなわち、被覆成形体１ｂは、昇温速度４００℃／ｈで
図略の焼成炉において加熱され、１２５０℃の焼成保持
温度に達し、かつこの温度に保持された状態で２時間焼
成され焼成体となる。そして常温にまで冷却された焼成
体は、焼成炉およびアルミナ容器３６より外部に取り出
され、所定の寸法に研削加工された後、その両面に銀電
極１０が印刷、焼き付けされるとともに、３０Ｋｖ／ｃ
ｍで分極処理されて圧電ペレット１となる。この圧電ペ
レット１は、図略の板状電極とともに、複数枚が交互に
積層されて積層型圧電アクチュエータ用の圧電体として
用いられる。

【００１５】また上記実施例ではＺｒＯ２　を用いたが
このＺｒＯ２　にＣａＯを４％混入したものを用いるこ
ともできる。本実施例での圧電ペレットの焼成方法で得
られた圧電ペレットの特性値〔Ｋｐ（機械電気結合係数
）及びＥｒ（比誘電率）〕を、前記図５に示される従来
の方法で焼成された圧電ペレットの同特性値と比較して
示す。なお、表に示す特性値は、前記両圧電ペレットの
テストサンプル、各５個をそれぞれ計測し、平均値およ
び最大値と最小値の差を示す。そして本実施例の圧電ペ
レットは、表の示すように電気特性が従来の焼成方法で
得られた圧電ペレットの電気特性より優れていることが
判明した。

【００１６】

【表１】圧電素子の焼成方法の差による特性値

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の圧電ペレットの焼成方法の工程図の
概略を示す説明図である。

【図２】本実施例における圧電ペレットの焼成方法で用
いる成形工程を終え得られた成形体を断面して示す斜視
図である。

【図３】本実施例における圧電ペレットの焼成方法で用
いる被覆工程を終え得られた被覆成形体を断面して示す
斜視図である。

【図４】従来の圧電ペレットの焼成方法を示す断面図で
ある。

【図５】従来の圧電ペレットの焼成方法を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…圧電ペレット　　　　　　１ａ…成形体　　　　　
　１ｂ…被覆成形体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＰＺＴ粉末から成形体を形成する成形
   工程と、該成形体表面にＰＺＴ粉末とＺｒＯ２　粉末と
   からなる混合粉末を被覆して被覆成形体とする被覆工程
   と、該被覆成形体を焼成する焼成工程と、を順次行うこ
   とを特徴とする圧電ペレットの焼成方法。