JPH04349164A - 圧電セラミックス - Google Patents
圧電セラミックスInfo
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- JPH04349164A JPH04349164A JP3118577A JP11857791A JPH04349164A JP H04349164 A JPH04349164 A JP H04349164A JP 3118577 A JP3118577 A JP 3118577A JP 11857791 A JP11857791 A JP 11857791A JP H04349164 A JPH04349164 A JP H04349164A
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- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
- C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8548—Lead-based oxides
- H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミックスに関
するものであり、特に圧電特性の温度変化率、経時変化
率の小さい高安定の圧電セラミックスに関するものであ
る。
するものであり、特に圧電特性の温度変化率、経時変化
率の小さい高安定の圧電セラミックスに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】圧電セラミックスとしては、従来よりＰ
ｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３ 二成分系、Ｐｂ（Ｍｇ１／３
Ｎｂ２／３ ）ｘ Ｔｉｙ Ｚｒｚ Ｏ３ 三成分系、
またはＰｂ（Ｚｎ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ａ （Ｓｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）Ｂ ＴｉＣ ＺｒＤ Ｏ３ 四成
分系組成などより成る圧電セラミックスがある。これら
の従来の圧電セラミックスは、ほぼ均一な組成で構成さ
れており、そのセラミックスの内部はどの部分もばらつ
きの範囲内で同じ組成であるとともに、同じ圧電特性を
示す。これらの組成物では成分の組成比を選ぶことによ
り用途に応じて種々の特性の圧電セラミックスが作製さ
れ、セラミックフイルタ、圧電ブザー、圧電点火栓、超
音波振動子などの用途に用いられている。
ｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３ 二成分系、Ｐｂ（Ｍｇ１／３
Ｎｂ２／３ ）ｘ Ｔｉｙ Ｚｒｚ Ｏ３ 三成分系、
またはＰｂ（Ｚｎ１／３ Ｎｂ２／３ ）Ａ （Ｓｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）Ｂ ＴｉＣ ＺｒＤ Ｏ３ 四成
分系組成などより成る圧電セラミックスがある。これら
の従来の圧電セラミックスは、ほぼ均一な組成で構成さ
れており、そのセラミックスの内部はどの部分もばらつ
きの範囲内で同じ組成であるとともに、同じ圧電特性を
示す。これらの組成物では成分の組成比を選ぶことによ
り用途に応じて種々の特性の圧電セラミックスが作製さ
れ、セラミックフイルタ、圧電ブザー、圧電点火栓、超
音波振動子などの用途に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の圧
電セラミックスは、主として組成の選択により優れた特
性の材料を得ようとするものであり、圧電特性の制御に
限界があり、任意の必要な特性にすることは困難である
。特に、共振周波数の温度特性や経時変化率を組成の選
択のみで自由に変えることは困難である。
電セラミックスは、主として組成の選択により優れた特
性の材料を得ようとするものであり、圧電特性の制御に
限界があり、任意の必要な特性にすることは困難である
。特に、共振周波数の温度特性や経時変化率を組成の選
択のみで自由に変えることは困難である。
【０００４】本発明は、前記従来の課題を解決するため
、圧電特性の温度変化率、経時変化率の小さい高安定の
圧電セラミックス及びその製造方法を提供することを目
的とする。
、圧電特性の温度変化率、経時変化率の小さい高安定の
圧電セラミックス及びその製造方法を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の第１番目の圧電セラミックスは、組成の異な
る少なくとも二種の領域よりなり、それぞれの領域はほ
かの領域と互いに三次元的に結合しているという構成を
備えたものである。
、本発明の第１番目の圧電セラミックスは、組成の異な
る少なくとも二種の領域よりなり、それぞれの領域はほ
かの領域と互いに三次元的に結合しているという構成を
備えたものである。
【０００６】次に本発明の第２番目の圧電セラミックス
は、圧電特性の異なる少なくとも二種の領域よりなり、
それぞれの領域はほかの領域と互いに三次元的に結合し
ているという構成を備えたものである。
は、圧電特性の異なる少なくとも二種の領域よりなり、
それぞれの領域はほかの領域と互いに三次元的に結合し
ているという構成を備えたものである。
【０００７】前記第１または２番目の発明においては、
周波数の温度特性の異なる少なくとも二種の領域より構
成されることが好ましい。また前記発明においては、周
波数の経時特性の異なる少なくとも二種の領域より構成
されることが好ましい。
周波数の温度特性の異なる少なくとも二種の領域より構
成されることが好ましい。また前記発明においては、周
波数の経時特性の異なる少なくとも二種の領域より構成
されることが好ましい。
【０００８】次に本発明の第３番目の圧電セラミックス
は、少なくとも一種の圧電性を示す領域と、少なくとも
一種の圧電性を示さない誘電体セラミックスよりなる領
域よりなり、かつ少なくとも圧電セラミックスの領域は
ほかの領域と互いに三次元的に結合しているという構成
を備えたものである。
は、少なくとも一種の圧電性を示す領域と、少なくとも
一種の圧電性を示さない誘電体セラミックスよりなる領
域よりなり、かつ少なくとも圧電セラミックスの領域は
ほかの領域と互いに三次元的に結合しているという構成
を備えたものである。
【０００９】前記構成においては、圧電セラミックスの
平均結晶粒径が５μｍ以下であることが好ましい。また
前記構成においては、圧電セラミックスの平均結晶粒径
が５μｍ以下で、かつ圧電セラミックスの領域の平均直
径が５μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好
ましい。
平均結晶粒径が５μｍ以下であることが好ましい。また
前記構成においては、圧電セラミックスの平均結晶粒径
が５μｍ以下で、かつ圧電セラミックスの領域の平均直
径が５μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好
ましい。
【００１０】次に本発明の圧電セラミックスの製造方法
は、組成の異なる少なくとも二種の領域よりなり、それ
ぞれの領域はほかの領域と互いに三次元的に結合してな
る圧電セラミックスを製造するに際して、組成の異なる
粉体原料を媒体撹拌ミルによる粉砕方法によって粉砕し
、その粉体の平均粒子径を０．６μｍ以下の範囲になる
ように調整することを特徴とする。
は、組成の異なる少なくとも二種の領域よりなり、それ
ぞれの領域はほかの領域と互いに三次元的に結合してな
る圧電セラミックスを製造するに際して、組成の異なる
粉体原料を媒体撹拌ミルによる粉砕方法によって粉砕し
、その粉体の平均粒子径を０．６μｍ以下の範囲になる
ように調整することを特徴とする。
【００１１】前記構成においては、組成の異なる少なく
とも二種の領域よりなる圧電セラミックスを製造するに
際して、組成の異なる粉体を別々に造粒した後混合し、
成形し焼成することが好ましい。
とも二種の領域よりなる圧電セラミックスを製造するに
際して、組成の異なる粉体を別々に造粒した後混合し、
成形し焼成することが好ましい。
【００１２】また前記構成においては、組成の異なる各
々の粉体の仮焼温度より低い温度で焼成することが好ま
しい。
々の粉体の仮焼温度より低い温度で焼成することが好ま
しい。
【００１３】
【作用】前記本発明の第１番目の圧電セラミックスの構
成によれば、圧電特性、その温度係数、及び経時変化率
などを所望の特性に応じて広い範囲で変えることができ
る。
成によれば、圧電特性、その温度係数、及び経時変化率
などを所望の特性に応じて広い範囲で変えることができ
る。
【００１４】次に本発明の第２番目の圧電セラミックス
の構成によれば、圧電特性の異なる少なくとも二種の領
域で形成されているので、少なくとも周波数の温度係数
を制御できるという特性を発揮できる。
の構成によれば、圧電特性の異なる少なくとも二種の領
域で形成されているので、少なくとも周波数の温度係数
を制御できるという特性を発揮できる。
【００１５】次に本発明の第３番目の圧電セラミックス
の構成によれば、少なくとも静電容量の温度係数を制御
できるという特性を発揮できる。また前記圧電セラミッ
クスの平均結晶粒径が５μｍ以下であるという本発明の
好ましい構成によれば、高周波で使用する圧電セラミッ
クスに好適なものとすることができる。
の構成によれば、少なくとも静電容量の温度係数を制御
できるという特性を発揮できる。また前記圧電セラミッ
クスの平均結晶粒径が５μｍ以下であるという本発明の
好ましい構成によれば、高周波で使用する圧電セラミッ
クスに好適なものとすることができる。
【００１６】また前記圧電セラミックスの平均結晶粒径
が５μｍ以下で、かつ圧電セラミックスの領域の平均直
径が５μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であるという本
発明の好ましい構成によれば、均質でかつ二種以上の領
域からなる圧電セラミックスを得ることができる。
が５μｍ以下で、かつ圧電セラミックスの領域の平均直
径が５μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であるという本
発明の好ましい構成によれば、均質でかつ二種以上の領
域からなる圧電セラミックスを得ることができる。
【００１７】次に本発明の圧電セラミックスの製造方法
によれば、前記第１〜３番目の発明の圧電セラミックス
を効率良く合理的に製造することができる。
によれば、前記第１〜３番目の発明の圧電セラミックス
を効率良く合理的に製造することができる。
【００１８】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をより具体的に説
明する。 実施例１ 原料としてＰｂＯ、ＭｇＯ、Ｎｂ２ Ｏ５ 、ＴｉＯ２
、ＺｒＯ２ を用い、これらを次の式１と２［式１−
−Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．１２５ Ｔｉ
０．４３５ Ｚｒ０．４４０ Ｏ３ 、式２−−Ｐｂ（
Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．３７５ Ｔｉ０．３７
５ Ｚｒ０．２５０ Ｏ３ ］の組成比に秤量したのち
、ボールミルで混合したものを８５０℃で２時間仮焼し
た。その後媒体撹拌ミルを用いて平均粒子径約０．５８
μｍに粉砕した。 この粉体を有機バインダーを用いて、別々に造粒したの
ち、５００μｍの篩を通過させて整粒した。この二種の
造粒粉体を等量ずつ、粒子を潰さないように混合したも
のより、金型を用いて加圧成形で直径１３ｍｍ、厚さ約
１ｍｍの円板状の成形体を作製し、これを１１５０℃で
２時間焼成した。なお、比較のため、二種を混合しない
単独の試料も作製した。焼成後この磁器を厚さ０．３ｍ
ｍ程度に研磨したのち、その両面にＣｒ−Ａｕの蒸着電
極を付与した。その後、この素子に１６０℃のシリコン
オイル中で両電極間に３ｋＶ／ｍｍ の直流電界を３０
分間印加して分極処理した。この試料について、靜電容
量の温度変化率、誘電率、結合係数、共振周波数の温度
変化率（２０〜８０℃の範囲で測定）などを測定した。 平均の結晶粒径と領域の平均直径はＳＥＭとＥＰＭＡで
測定しインターセプト法で算出した。測定結果を（図２
）と（表１）に示す。
明する。 実施例１ 原料としてＰｂＯ、ＭｇＯ、Ｎｂ２ Ｏ５ 、ＴｉＯ２
、ＺｒＯ２ を用い、これらを次の式１と２［式１−
−Ｐｂ（Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．１２５ Ｔｉ
０．４３５ Ｚｒ０．４４０ Ｏ３ 、式２−−Ｐｂ（
Ｍｇ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．３７５ Ｔｉ０．３７
５ Ｚｒ０．２５０ Ｏ３ ］の組成比に秤量したのち
、ボールミルで混合したものを８５０℃で２時間仮焼し
た。その後媒体撹拌ミルを用いて平均粒子径約０．５８
μｍに粉砕した。 この粉体を有機バインダーを用いて、別々に造粒したの
ち、５００μｍの篩を通過させて整粒した。この二種の
造粒粉体を等量ずつ、粒子を潰さないように混合したも
のより、金型を用いて加圧成形で直径１３ｍｍ、厚さ約
１ｍｍの円板状の成形体を作製し、これを１１５０℃で
２時間焼成した。なお、比較のため、二種を混合しない
単独の試料も作製した。焼成後この磁器を厚さ０．３ｍ
ｍ程度に研磨したのち、その両面にＣｒ−Ａｕの蒸着電
極を付与した。その後、この素子に１６０℃のシリコン
オイル中で両電極間に３ｋＶ／ｍｍ の直流電界を３０
分間印加して分極処理した。この試料について、靜電容
量の温度変化率、誘電率、結合係数、共振周波数の温度
変化率（２０〜８０℃の範囲で測定）などを測定した。 平均の結晶粒径と領域の平均直径はＳＥＭとＥＰＭＡで
測定しインターセプト法で算出した。測定結果を（図２
）と（表１）に示す。
【００１９】（図１）は本発明の組成の異なる少なくと
も２種の領域よりなる圧電セラミックスの内部構造の１
例を示す概念図であり、多くの結晶粒よりなる組成１の
領域と同じく組成２の領域が入り乱れた構成になってお
り、三次元的には、各々の領域はそれ自身三次元的に結
合した構造である。なお、（図１）のような平面図では
、同じ組成の領域で結合していない部分が見られても、
三次元的には結合しているものである。また、本発明で
同じ組成の領域で互いに全く結合していない部分が若干
存在しても本発明の効果を妨げるものではない。
も２種の領域よりなる圧電セラミックスの内部構造の１
例を示す概念図であり、多くの結晶粒よりなる組成１の
領域と同じく組成２の領域が入り乱れた構成になってお
り、三次元的には、各々の領域はそれ自身三次元的に結
合した構造である。なお、（図１）のような平面図では
、同じ組成の領域で結合していない部分が見られても、
三次元的には結合しているものである。また、本発明で
同じ組成の領域で互いに全く結合していない部分が若干
存在しても本発明の効果を妨げるものではない。
【００２０】（図２）は、圧電セラミックスの靜電容量
の温度による変化を示す。本発明の比較例であるＮｏ．
１とＮｏ．２は単一組成よりなる圧電セラミックス、Ｎ
ｏ．３は式１と２の混合物より作製した本発明の圧電セ
ラミックスである。（図１）のＮｏ．３の曲線はＮｏ．
１とＮｏ．２の曲線を合成したものになっており、２種
の組成領域からなる圧電セラミックスになっていること
を示しているとともに、圧電特性の異なる二種の領域か
らなる圧電セラミックスになっていることを示している
。
の温度による変化を示す。本発明の比較例であるＮｏ．
１とＮｏ．２は単一組成よりなる圧電セラミックス、Ｎ
ｏ．３は式１と２の混合物より作製した本発明の圧電セ
ラミックスである。（図１）のＮｏ．３の曲線はＮｏ．
１とＮｏ．２の曲線を合成したものになっており、２種
の組成領域からなる圧電セラミックスになっていること
を示しているとともに、圧電特性の異なる二種の領域か
らなる圧電セラミックスになっていることを示している
。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から明らかなように、互いに周波数の
温度特性の異なる式１と式２の二種の組成領域よりなる
本発明のＮｏ．３の圧電セラミックスは、単一の組成の
Ｎｏ．１とＮｏ．２のいずれの温度変化率よりも小さい
温度変化率になっている。即ち、ＮＯ．１とＮｏ．２単
体の温度係数をほぼ打ち消しあった値になっている。こ
れは、少なくとも二種の圧電特性の異なる領域を持つ圧
電セラミックスを作製することにより、周波数の温度係
数を制御できることを示している。このことは、二つの
領域がそれ自身三次元的に結合しており、かつ両者が結
合していることを示している。また、本発明では、平均
粒子径が０．６μｍ以下の微粉体を用いることにより、
１１５０℃の低温で焼成できる。なお、粉体の平均粒子
径が１．２μｍと大きい場合には、焼成温度が１２８０
℃と高くなり、靜電容量の温度特性はピークが一個にな
り、単一の領域になっていると考えられる。また、平均
結晶粒径は１２μｍと大きくなり、高周波用の圧電セラ
ミックスには適さない。なお、二種の領域の界面にはい
ずれの領域とも組成や電気特性の異なる反応層が形成さ
れていてもよい。
温度特性の異なる式１と式２の二種の組成領域よりなる
本発明のＮｏ．３の圧電セラミックスは、単一の組成の
Ｎｏ．１とＮｏ．２のいずれの温度変化率よりも小さい
温度変化率になっている。即ち、ＮＯ．１とＮｏ．２単
体の温度係数をほぼ打ち消しあった値になっている。こ
れは、少なくとも二種の圧電特性の異なる領域を持つ圧
電セラミックスを作製することにより、周波数の温度係
数を制御できることを示している。このことは、二つの
領域がそれ自身三次元的に結合しており、かつ両者が結
合していることを示している。また、本発明では、平均
粒子径が０．６μｍ以下の微粉体を用いることにより、
１１５０℃の低温で焼成できる。なお、粉体の平均粒子
径が１．２μｍと大きい場合には、焼成温度が１２８０
℃と高くなり、靜電容量の温度特性はピークが一個にな
り、単一の領域になっていると考えられる。また、平均
結晶粒径は１２μｍと大きくなり、高周波用の圧電セラ
ミックスには適さない。なお、二種の領域の界面にはい
ずれの領域とも組成や電気特性の異なる反応層が形成さ
れていてもよい。
【００２３】実施例２
原料としてＰｂ３ Ｏ４ 、ＺｎＯ、ＳｎＯ２ 、Ｎｂ
２ Ｏ５ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 、ＭｎＯ２ を用
い、これらを次の式３と４ ［式３−−Ｐｂ（Ｚｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）０．１２５ Ｔｉ０．４９Ｚｒ０
．３８５ Ｏ３ ＋１ｗｔ％ ＭｎＯ２ 、 式４−
−Ｐｂ（Ｚｎ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．０６（Ｓｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）０．０６Ｔｉ０．５１Ｚｒ０．３
７Ｏ３ ＋１ｗｔ％ ＭｎＯ２ ］の組成比に秤量した
のち、ボールミルで混合したものを１１５０℃で２時間
仮焼した。その後媒体撹拌ミルを用いて平均粒子径約０
．１９μｍに粉砕した。この粉体を有機バインダーを用
いて、別々に造粒したのち、１０６μｍの篩を通過させ
て整粒した。この二種の造粒粉体を等量ずつ、粒子を潰
さないように混合したものより、金型を用いて加圧成形
で直径１３ｍｍ、厚さ約１ｍｍの円板状の成形体を作製
し、これを１１００℃で２時間焼成した。なお、比較の
ため、二種を混合しない単独の試料も作製した。焼成後
この磁器を厚さ０．３ｍｍ程度に研磨したのち、その両
面にＣｒ−Ａｕの蒸着電極を付与した。その後、この素
子に１６０℃のシリコンオイル中で両電極間に３ｋＶ／
ｍｍ の直流電界を３０分間印加して分極処理した。こ
の試料について、誘電率、結合係数、共振周波数の温度
変化率（２０〜８０℃の範囲で測定）、共振周波数の経
時変化率（ｐｐｍ／ｔｉｍｅ ｄｅｃａｄｅ ）などを
測定した。 測定結果を（表２）に示す。
２ Ｏ５ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 、ＭｎＯ２ を用
い、これらを次の式３と４ ［式３−−Ｐｂ（Ｚｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）０．１２５ Ｔｉ０．４９Ｚｒ０
．３８５ Ｏ３ ＋１ｗｔ％ ＭｎＯ２ 、 式４−
−Ｐｂ（Ｚｎ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．０６（Ｓｎ１
／３ Ｎｂ２／３ ）０．０６Ｔｉ０．５１Ｚｒ０．３
７Ｏ３ ＋１ｗｔ％ ＭｎＯ２ ］の組成比に秤量した
のち、ボールミルで混合したものを１１５０℃で２時間
仮焼した。その後媒体撹拌ミルを用いて平均粒子径約０
．１９μｍに粉砕した。この粉体を有機バインダーを用
いて、別々に造粒したのち、１０６μｍの篩を通過させ
て整粒した。この二種の造粒粉体を等量ずつ、粒子を潰
さないように混合したものより、金型を用いて加圧成形
で直径１３ｍｍ、厚さ約１ｍｍの円板状の成形体を作製
し、これを１１００℃で２時間焼成した。なお、比較の
ため、二種を混合しない単独の試料も作製した。焼成後
この磁器を厚さ０．３ｍｍ程度に研磨したのち、その両
面にＣｒ−Ａｕの蒸着電極を付与した。その後、この素
子に１６０℃のシリコンオイル中で両電極間に３ｋＶ／
ｍｍ の直流電界を３０分間印加して分極処理した。こ
の試料について、誘電率、結合係数、共振周波数の温度
変化率（２０〜８０℃の範囲で測定）、共振周波数の経
時変化率（ｐｐｍ／ｔｉｍｅ ｄｅｃａｄｅ ）などを
測定した。 測定結果を（表２）に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】表２から明らかなように、互いに周波数の
温度特性と経時変化率の異なる式３と式４の二種の組成
領域より成る本発明のＮｏ．６の圧電セラミックスは、
単一組成のＮｏ．４とＮｏ．５のいずれの温度変化率及
び経時変化率よりも小さいくなっている。即ち、ＮＯ．
４とＮｏ．５単体の温度係数及び経時変化率をほぼ打ち
消しあった値になっている。これは、少なくとも二種の
圧電特性の異なる領域を持つ圧電セラミックスを作製す
ることにより、周波数の温度係数や経時変化率を制御で
きることを示している。このことは、二つの領域がそれ
自身三次元的に結合しており、かつ両者が結合している
ことを示している。 また、本発明では、平均粒子径が０．２μｍ以下の微粉
体を用いることにより、１１００℃の低温で焼成できる
とともに、平均結晶粒径が２μｍ程度と小さいため高周
波用圧電セラミックスに適している。。なお、粉体の平
均粒子径が１．０μｍと大きい場合には、焼成温度が１
２８０℃と高くなり、単一の領域になっていると考えら
れる。また、平均結晶粒径は６μｍと大きくなり、高周
波での機械的Ｑが低下するため、高周波用の圧電セラミ
ックスには好ましくない。
温度特性と経時変化率の異なる式３と式４の二種の組成
領域より成る本発明のＮｏ．６の圧電セラミックスは、
単一組成のＮｏ．４とＮｏ．５のいずれの温度変化率及
び経時変化率よりも小さいくなっている。即ち、ＮＯ．
４とＮｏ．５単体の温度係数及び経時変化率をほぼ打ち
消しあった値になっている。これは、少なくとも二種の
圧電特性の異なる領域を持つ圧電セラミックスを作製す
ることにより、周波数の温度係数や経時変化率を制御で
きることを示している。このことは、二つの領域がそれ
自身三次元的に結合しており、かつ両者が結合している
ことを示している。 また、本発明では、平均粒子径が０．２μｍ以下の微粉
体を用いることにより、１１００℃の低温で焼成できる
とともに、平均結晶粒径が２μｍ程度と小さいため高周
波用圧電セラミックスに適している。。なお、粉体の平
均粒子径が１．０μｍと大きい場合には、焼成温度が１
２８０℃と高くなり、単一の領域になっていると考えら
れる。また、平均結晶粒径は６μｍと大きくなり、高周
波での機械的Ｑが低下するため、高周波用の圧電セラミ
ックスには好ましくない。
【００２６】実施例３
原料としてＰｂ３ Ｏ４ 、ＭｇＯ、ＮｉＯ、Ｎｂ２
Ｏ５ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ を用い、次の圧電性を
示す組成である式５と室温付近の使用温度範囲で圧電性
を示さない組成である式６［式５−−Ｐｂ（Ｍｇ１／３
Ｎｂ２／３ ）０．２５Ｔｉ０．４０Ｚｒ０．３５Ｏ
３ 、式６−−Ｐｂ（Ｎｉ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．
９ Ｔｉ０．１ Ｏ３ ］の組成比に秤量したのち、ボ
ールミルで混合したものを別々に１１５０℃で２時間仮
焼した。その後媒体撹拌ミルを用いて平均粒子径約０．
２０μｍに粉砕した。この粉体を有機バインダーを用い
て、別々に造粒したのち、２１２μｍの篩を通過させて
整粒した。式５より成る造粒粉体を９５％と式６より成
る造粒粉体を５％を粒子を潰さないように混合したもの
より、金型を用いて加圧成形で直径１３ｍｍ、厚さ約１
ｍｍの円板状の成形体を作製し、これを１０５０℃で２
時間焼成した。なお、比較のため、二種を混合しない単
独の試料も作製した。焼成後この磁器を厚さ０．３ｍｍ
程度に研磨したのち、その両面にＣｒ−Ａｕの蒸着電極
を付与した。 その後、この素子に１６０℃のシリコンオイル中で両電
極間に３ｋＶ／ｍｍ の直流電界を３０分間印加して分
極処理した。この試料について、誘電率、結合係数、靜
電容量の温度変化率（２０〜８０℃の範囲で測定）など
を測定した。測定結果を表３に示す。
Ｏ５ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ を用い、次の圧電性を
示す組成である式５と室温付近の使用温度範囲で圧電性
を示さない組成である式６［式５−−Ｐｂ（Ｍｇ１／３
Ｎｂ２／３ ）０．２５Ｔｉ０．４０Ｚｒ０．３５Ｏ
３ 、式６−−Ｐｂ（Ｎｉ１／３ Ｎｂ２／３ ）０．
９ Ｔｉ０．１ Ｏ３ ］の組成比に秤量したのち、ボ
ールミルで混合したものを別々に１１５０℃で２時間仮
焼した。その後媒体撹拌ミルを用いて平均粒子径約０．
２０μｍに粉砕した。この粉体を有機バインダーを用い
て、別々に造粒したのち、２１２μｍの篩を通過させて
整粒した。式５より成る造粒粉体を９５％と式６より成
る造粒粉体を５％を粒子を潰さないように混合したもの
より、金型を用いて加圧成形で直径１３ｍｍ、厚さ約１
ｍｍの円板状の成形体を作製し、これを１０５０℃で２
時間焼成した。なお、比較のため、二種を混合しない単
独の試料も作製した。焼成後この磁器を厚さ０．３ｍｍ
程度に研磨したのち、その両面にＣｒ−Ａｕの蒸着電極
を付与した。 その後、この素子に１６０℃のシリコンオイル中で両電
極間に３ｋＶ／ｍｍ の直流電界を３０分間印加して分
極処理した。この試料について、誘電率、結合係数、靜
電容量の温度変化率（２０〜８０℃の範囲で測定）など
を測定した。測定結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】表３から明らかなように、互いに周波数の
温度特性と経時変化率の異なる式３と式４の二種の組成
領域より成る本発明のＮｏ．６の圧電セラミックスは、
単一組成のＮｏ．４とＮｏ．５のいずれの温度変化率及
び経時変化率よりも小さいくなっている。即ち、ＮＯ．
４とＮｏ．５単体の温度係数をほぼ打ち消しあった値に
なっている。これは、少なくとも一種の圧電性を示す領
域と、少なくとも一種の使用温度範囲で圧電性を示さな
い誘電体セラミックスよりなる領域を持つ圧電セラミッ
クスを作製することにより、靜電容量の温度係数を制御
できることを示している。また、本発明では、粉体の平
均粒子径が０．２μｍの微粉体を用いることにより、１
０５０℃の低温で焼成できるとともに、平均結晶粒径が
３μｍ程度と小さいため高周波用圧電セラミックスに適
している。なお、粉体の平均粒子径が１．０μｍと大き
い場合には、焼成温度が１２５０℃と高くなり、単一の
領域になっていると考えられる。また、平均結晶粒径は
１６μｍと大きくなり、高周波用の圧電セラミックスに
は適さない。
温度特性と経時変化率の異なる式３と式４の二種の組成
領域より成る本発明のＮｏ．６の圧電セラミックスは、
単一組成のＮｏ．４とＮｏ．５のいずれの温度変化率及
び経時変化率よりも小さいくなっている。即ち、ＮＯ．
４とＮｏ．５単体の温度係数をほぼ打ち消しあった値に
なっている。これは、少なくとも一種の圧電性を示す領
域と、少なくとも一種の使用温度範囲で圧電性を示さな
い誘電体セラミックスよりなる領域を持つ圧電セラミッ
クスを作製することにより、靜電容量の温度係数を制御
できることを示している。また、本発明では、粉体の平
均粒子径が０．２μｍの微粉体を用いることにより、１
０５０℃の低温で焼成できるとともに、平均結晶粒径が
３μｍ程度と小さいため高周波用圧電セラミックスに適
している。なお、粉体の平均粒子径が１．０μｍと大き
い場合には、焼成温度が１２５０℃と高くなり、単一の
領域になっていると考えられる。また、平均結晶粒径は
１６μｍと大きくなり、高周波用の圧電セラミックスに
は適さない。
【００２９】上記の実施例から明らかなように、本発明
の圧電セラミックスはその圧電特性を従来より一層広い
範囲で制御できる。粉体の粒子径は小さいほど低温で焼
成でき、その結果として結晶粒径が小さくなるため、更
には、領域間の反応層が少なくなるため望ましい。平均
の粒子径としては、０．６μｍ以下が望ましい。なお、
粉体の粒子径は二種の組成で必ずしも同じにする必要は
ない。また、高周波で使用する圧電セラミックスは、そ
の平均結晶粒径は５μｍ程度以下であることが望ましく
、その下限は圧電性を十分示す結晶粒径であればよい。
の圧電セラミックスはその圧電特性を従来より一層広い
範囲で制御できる。粉体の粒子径は小さいほど低温で焼
成でき、その結果として結晶粒径が小さくなるため、更
には、領域間の反応層が少なくなるため望ましい。平均
の粒子径としては、０．６μｍ以下が望ましい。なお、
粉体の粒子径は二種の組成で必ずしも同じにする必要は
ない。また、高周波で使用する圧電セラミックスは、そ
の平均結晶粒径は５μｍ程度以下であることが望ましく
、その下限は圧電性を十分示す結晶粒径であればよい。
【００３０】なお、本発明は、実施例の範囲に限定され
るものではなく、本発明の各種の基本組成や、種々の添
加物を用いてもよい。また、構成する組成領域は、三種
以上にすると圧電特性の制御範囲が一層広がることは自
明である。また、二種以上の領域間の界面には各々の領
域とは組成や電気特性の異なる反応層が生成するもので
ある。その幅は焼成条件や試料の作製方法で異なる。 叉、各領域の大きさは、造粒粉体の粒子径や粒度分布を
かえることにより変化するが、より均質なセラミックス
を作製するためには造粒粉体の粒子径は小さいほど望ま
しい。領域の大きさは、平均で１０〜３００μｍの範囲
内の場合に均質でかつ二種以上の領域よりなる圧電セラ
ミックスが容易に得られる。領域の平均直径が３００μ
ｍを超えるものでは、圧電セラミックスとして不均質に
なり易く好ましくない。また、領域の平均直径が５μｍ
未満では、異なる領域間の界面の反応層の割合が大きく
なり、二種の領域としての特徴が生じ難い。一方、造粒
粉体の粒子径を小さくすると領域間の反応が生じて、二
つの領域がなくなり一つの領域になりやすい。仮焼温度
を焼成温度より高くするとこの反応を少なくすることが
できる。
るものではなく、本発明の各種の基本組成や、種々の添
加物を用いてもよい。また、構成する組成領域は、三種
以上にすると圧電特性の制御範囲が一層広がることは自
明である。また、二種以上の領域間の界面には各々の領
域とは組成や電気特性の異なる反応層が生成するもので
ある。その幅は焼成条件や試料の作製方法で異なる。 叉、各領域の大きさは、造粒粉体の粒子径や粒度分布を
かえることにより変化するが、より均質なセラミックス
を作製するためには造粒粉体の粒子径は小さいほど望ま
しい。領域の大きさは、平均で１０〜３００μｍの範囲
内の場合に均質でかつ二種以上の領域よりなる圧電セラ
ミックスが容易に得られる。領域の平均直径が３００μ
ｍを超えるものでは、圧電セラミックスとして不均質に
なり易く好ましくない。また、領域の平均直径が５μｍ
未満では、異なる領域間の界面の反応層の割合が大きく
なり、二種の領域としての特徴が生じ難い。一方、造粒
粉体の粒子径を小さくすると領域間の反応が生じて、二
つの領域がなくなり一つの領域になりやすい。仮焼温度
を焼成温度より高くするとこの反応を少なくすることが
できる。
【００３１】また、本発明で同じ組成の領域で互いに全
く結合していない部分が若干存在しても本発明の効果を
妨げるものではなく、本発明の範囲に含まれる。
く結合していない部分が若干存在しても本発明の効果を
妨げるものではなく、本発明の範囲に含まれる。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、本発明の構成の圧電セラ
ミックスでは、構成要素の組成の異なる、従って圧電特
性の異なる材料を二種以上で複合化することにより、圧
電特性を容易に制御できるものである。このため、圧電
セラミックスの共振周波数の温度変化率や経時変化率、
また靜電容量を任意に制御でき、例えば、容易に広い温
度範囲にわたって温度変化率を限りなく零に近づけるこ
と、及び経時変化率を零に近づけることができる。
ミックスでは、構成要素の組成の異なる、従って圧電特
性の異なる材料を二種以上で複合化することにより、圧
電特性を容易に制御できるものである。このため、圧電
セラミックスの共振周波数の温度変化率や経時変化率、
また靜電容量を任意に制御でき、例えば、容易に広い温
度範囲にわたって温度変化率を限りなく零に近づけるこ
と、及び経時変化率を零に近づけることができる。
【図１】本発明の圧電セラミックスの構造の一例を示す
概念図である。
概念図である。
【図２】本発明の圧電セラミックスの靜電容量の温度特
性の一例を示す図である。
性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧電セラミックス
２ 組成１の領域（斜線の部分）
３ 組成２の領域（斜線のない部分）４ 結晶粒
Claims (10)
- 【請求項１】 組成の異なる少なくとも二種の領域よ
りなり、それぞれの領域は他の領域と互いに三次元的に
結合している圧電セラミックス。 - 【請求項２】 圧電特性の異なる少なくとも二種の領
域よりなり、それぞれの領域は他の領域と互いに三次元
的に結合している圧電セラミックス。 - 【請求項３】 周波数の温度特性の異なる少なくとも
二種の領域よりなる請求項１または２に記載の圧電セラ
ミックス。 - 【請求項４】 周波数の経時特性の異なる少なくとも
二種の領域よりなる請求項１、２または３に記載の圧電
セラミックス。 - 【請求項５】 少なくとも一種の圧電性を示す領域と
、少なくとも一種の圧電性を示さない誘電体セラミック
スよりなる領域よりなり、かつ少なくとも圧電セラミッ
クスの領域は他の領域と互いに三次元的に結合している
圧電セラミックス。 - 【請求項６】 圧電セラミックスの平均結晶粒径が５
μｍ以下である請求項１，２，３，４または５に記載の
圧電セラミックス。 - 【請求項７】 圧電セラミックスの平均結晶粒径が５
μｍ以下で、かつ圧電セラミックスの領域の平均直径が
５μｍ以上３００μｍ以下の範囲内である請求項１，２
，３，４，５または６に記載の圧電セラミックス。 - 【請求項８】 組成の異なる少なくとも二種の領域よ
りなり、かつ各領域の少なくとも一方の領域が他の領域
と互いに三次元的に結合してなる圧電セラミックスを製
造するに際して、組成の異なる粉体原料を媒体撹拌ミル
による粉砕方法によって粉砕し、その粉体の平均粒子径
を０．６μｍ以下の範囲になるように調整することを特
徴とする圧電セラミックスの製造方法。 - 【請求項９】 組成の異なる少なくとも二種の領域よ
りなる圧電セラミックスを製造するに際して、組成の異
なる粉体を別々に造粒した後混合し、成形し焼成する請
求項８記載の圧電セラミックスの製造方法。 - 【請求項１０】 組成の異なる各々の粉体の仮焼温度
より低い温度で焼成する請求項８または９に記載の圧電
セラミックスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11857791A JP2825366B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 圧電セラミックス |
| US07/889,064 US5221872A (en) | 1991-05-23 | 1992-05-26 | Piezoelectric ceramics and their production methods |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11857791A JP2825366B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 圧電セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04349164A true JPH04349164A (ja) | 1992-12-03 |
| JP2825366B2 JP2825366B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=14740036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11857791A Expired - Fee Related JP2825366B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 圧電セラミックス |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5221872A (ja) |
| JP (1) | JP2825366B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05284600A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-10-29 | Kunihiro Nagata | 圧電セラミックス素子 |
| JPH0779023A (ja) * | 1993-09-08 | 1995-03-20 | Unisia Jecs Corp | 圧電素子 |
| JP2000196404A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Kyocera Corp | 圧電共振子 |
| JP2001203558A (ja) * | 1999-11-11 | 2001-07-27 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、フィルタ及び電子機器 |
| JP2001211053A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-08-03 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、電子部品及び電子機器 |
| JP2002356367A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-12-13 | Taiheiyo Cement Corp | 低熱膨張セラミックス及びその製造方法 |
| JP2006052107A (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-23 | Sony Corp | 圧電セラミックス、その製造方法、圧電アクチュエータ |
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|---|---|---|---|---|
| JP3358851B2 (ja) * | 1993-03-11 | 2002-12-24 | 本田技研工業株式会社 | 感湿性アクチュエータ |
| US5825121A (en) * | 1994-07-08 | 1998-10-20 | Seiko Epson Corporation | Thin film piezoelectric device and ink jet recording head comprising the same |
| EP0827218A4 (en) * | 1995-06-06 | 1999-09-08 | Kasei Optonix | Piezoelectric device and method of its driving |
| US5818149A (en) * | 1996-03-25 | 1998-10-06 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Ceramic composites and methods for producing same |
| JP3399785B2 (ja) * | 1997-05-27 | 2003-04-21 | 富士通株式会社 | 圧電体装置及びその製造方法 |
| JP3508682B2 (ja) * | 1999-03-02 | 2004-03-22 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、これらの製造方法及びインクジェットプリンタ |
| JP3908458B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2007-04-25 | Ｔｄｋ株式会社 | 誘電体磁器組成物の製造方法 |
| JP4179029B2 (ja) * | 2003-04-15 | 2008-11-12 | 株式会社村田製作所 | 圧電セラミックの製造方法 |
| JP4849432B2 (ja) * | 2004-03-30 | 2012-01-11 | ブラザー工業株式会社 | 圧電膜の製造方法、基板と圧電膜との積層構造、圧電アクチュエータおよびその製造方法 |
| CN102132433B (zh) * | 2008-08-28 | 2013-11-06 | 京瓷株式会社 | 层叠型压电元件、喷射装置以及燃料喷射系统 |
Citations (3)
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| JPH02137283A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | セラミック圧電素子及び圧電セラミックスの分極処理方法 |
| JPH02184574A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | セラミックスの製法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2449698A1 (de) * | 1973-10-19 | 1975-04-30 | Hitachi Ltd | Verfahren zur herstellung einer optisch transparenten abo tief 3 -keramik |
| JPS6047753B2 (ja) * | 1978-06-01 | 1985-10-23 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧電性高分子複合材料 |
| US4675123A (en) * | 1979-01-17 | 1987-06-23 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Piezoelectric composite material |
| US4977547A (en) * | 1985-06-07 | 1990-12-11 | Hoechst Celanese Corp. | Method of detecting sound in water using piezoelectric-polymer composites with 0-3 connectivity |
-
1991
- 1991-05-23 JP JP11857791A patent/JP2825366B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-05-26 US US07/889,064 patent/US5221872A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5221872A (en) | 1993-06-22 |
| JP2825366B2 (ja) | 1998-11-18 |
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