JP3616967B2 - 圧電性磁器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、セラミックフィルタ、スピーカー、マイクロホン、ブザー、センサなどの圧電素子に使用される圧電性磁器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックフィルタなどに用いられる圧電性磁器として、従来より、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＴｉｘＺｒ１−ｘ）Ｏ３）を主成分とする圧電性磁器が広く用いられており、その圧電特性を改善するために種々の微量添加物を添加した圧電性磁器がある。
【０００３】
チタン酸ジルコン酸鉛系の一つとして知られているＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３を基本組成とする圧電体材料は、通常、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、五酸化ニオブなどの酸化物原料を所定の化学量論組成となるように調合し、ボールミルなどを用いて混合分散させた後、所定の温度で仮焼し、さらに、粉砕およびバインダ混合を行った後、所定の形状に成形し、これを１２００℃以上の高温で焼成して焼結反応を行わせ、分極処理を行うことにより製造されている。
【０００４】
この圧電性磁器を電気機械変換素子として応用する場合、スピーカー、マイクロホンのように、大きい出力電圧とその周波数特性の平坦性を望む応用においては、電気機械結合係数を大きく、素子の静電容量を大きくするために材料自体の誘電率が高いものがよい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の目的を達成する圧電性磁器として、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３系磁器が、特公昭４４−１７１０３号公報に記載されているが、電気機械結合係数が小さく問題を解決するに至っていない。
【０００６】
また、圧電性磁器を電気機械変換素子として応用するフィルタのように、減衰極間の巾が電気機械結合係数に依存する場合、フィルタの広帯域化を計るためには、電気機械結合係数を大きく、機械的品質係数の小さいものがよいが、特公昭４４−１７１０３号公報記載の圧電性磁器では、不充分である。
【０００７】
この発明の目的は、フィルタの広帯域化が計れ、スピーカー、マイクロホン、ブザー、センサ等に応用できる、電気機械結合係数が大きく、機械的品質係数が小さく、比誘電率の高い圧電性磁器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、一般式ａＰｂｘ（ＣｒｙＮｂ１−ｙ）Ｏ３−ｂＰｂｘＴｉＯ３−ｃＰｂｘＺｒＯ３で示される鉛含有複合酸化物において、ａ、ｂ、ｃがそれぞれ
１．０≦ａ≦１２．０
４０．５≦ｂ≦４９．０
３９．０≦ｃ≦５８．５
（ただしａ、ｂ、ｃはモル％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）、の範囲にあり、かつ、ｘ、ｙがそれぞれ
０．９８≦ｘ≦１．００
２／２４≦ｙ≦１１／２４
の範囲にある圧電磁器である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、圧電性磁器において、Ｐｂ成分の１１モル％以下をＳｒ、Ｂａ、Ｃａの少なくとも１種類で置換した圧電性磁器である。
【００１０】
請求項の組成範囲に限定したのは次の理由による。
つまり、ａＰｂｘ（ＣｒｙＮｂ１−ｙ）Ｏ３成分のａの値が、１モル％未満、あるいは１２モル％を越えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなり、機械的品質係数が大きくなる。
また、ｂＰｂｘＴｉＯ３成分のｂの値が、４０．５モル％未満、あるいは４９モル％を越えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなる。
さらに、ｃＰｂｘＺｒＯ３成分のｃの値が、３９モル％未満、あるいは５８．５モル％を越えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなり、機械的品質係数が大きくなる。
【００１１】
次に、Ｐｂ成分が、０．９８未満、あるいは１．００を超えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなる。また、ＣｒとＮｂの比率において、Ｃｒの比率が２／２４未満、あるいは１２／２４以上であると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなり、機械的品質係数が大きくなる。さらに、置換されるＰｂ成分が、１１モル％を超えると、電気機械結合係数が低くなる。
【００１２】
【作用】
この発明の圧電性磁器によれば、鉛含有複合酸化物の３成分が請求項の範囲内で、ＣｒとＮｂの比をＮｂリッチにすることにより、電気機械結合係数が高くなる。さらに、Ｐｂ成分の一部をＳｒ、Ｂａ、Ｃａで置換することにより、電気機械結合係数が大きく、機械的品質係数が小さく、比誘電率が大きくなる。
【００１３】
【実施例】
以下、この発明を実施例により説明する。原料として、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化クロム、および酸化ニオブを準備し、これを表１に示す組成比率で調合し、この調合原料をボールミルを用いて湿式混合した後、脱水、乾燥し、８００〜１０００℃で２時間仮焼し、この仮焼粉をボールミルを用いて再度湿式混合することにより調整粉末を得た。
【００１４】
【表１】
【００１５】
そして、この調整粉末に水またはポリビニルアルコールなどの粘結剤を添加し、プレス成形を行った後、１１１０〜１３２０℃で２時間焼成し、焼結体を得た。
次に、得られた焼結体を直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に研磨し、両端面に銀電極を焼き付けた後、６０〜８０℃の絶縁オイル中で１０〜６０分間、２．５〜４ｋＶ／ｍｍの電界で分極処理を行って圧電性磁器を得た。
【００１６】
この圧電性磁器を用いて、比誘電率（ε３３ Ｔ／ε０）、拡がり方向振動の電気機械結合係数（Ｋｐ）、機械的品質係数（Ｑｍ）について調べた。測定は、インピーダンス測定器を用い、比誘電率の測定周波数は１ｋＨｚであり、拡がり方向振動の電気機械結合係数の測定には、共振、反共振法を用いた。測定結果を表２に示した。
【００１７】
【表２】
【００１８】
表１、表２において、試料番号に＊印を付したものは、この発明の範囲外のものであり、その他のものはこの発明の範囲内のものである。
この発明のうち、請求項１に含まれる組成は、試料番号２２を基準にして、これよりも機械的品質係数が小さいものを良品とした。さらに、請求項２のようにＰｂ成分の一部をＳｒ、Ｂａ、Ｃａに置換する場合には、試料番号５６を基準にして、これよりも電気機械結合係数が大きいものを良品とした。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の圧電性磁器において、各成分を請求範囲内にすることにより、電気機械結合係数が大きく、機械的品質係数が小さく、比誘電率が大きな圧電特性をもつ圧電性磁器が得られ、広帯域化が計れる。また、スピーカー、マイクロホン、ブザー、センサ等への応用にも充分可能な圧電性磁器が得られる。
【産業上の利用分野】
この発明は、セラミックフィルタ、スピーカー、マイクロホン、ブザー、センサなどの圧電素子に使用される圧電性磁器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックフィルタなどに用いられる圧電性磁器として、従来より、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＴｉｘＺｒ１−ｘ）Ｏ３）を主成分とする圧電性磁器が広く用いられており、その圧電特性を改善するために種々の微量添加物を添加した圧電性磁器がある。
【０００３】
チタン酸ジルコン酸鉛系の一つとして知られているＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３を基本組成とする圧電体材料は、通常、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、五酸化ニオブなどの酸化物原料を所定の化学量論組成となるように調合し、ボールミルなどを用いて混合分散させた後、所定の温度で仮焼し、さらに、粉砕およびバインダ混合を行った後、所定の形状に成形し、これを１２００℃以上の高温で焼成して焼結反応を行わせ、分極処理を行うことにより製造されている。
【０００４】
この圧電性磁器を電気機械変換素子として応用する場合、スピーカー、マイクロホンのように、大きい出力電圧とその周波数特性の平坦性を望む応用においては、電気機械結合係数を大きく、素子の静電容量を大きくするために材料自体の誘電率が高いものがよい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の目的を達成する圧電性磁器として、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３系磁器が、特公昭４４−１７１０３号公報に記載されているが、電気機械結合係数が小さく問題を解決するに至っていない。
【０００６】
また、圧電性磁器を電気機械変換素子として応用するフィルタのように、減衰極間の巾が電気機械結合係数に依存する場合、フィルタの広帯域化を計るためには、電気機械結合係数を大きく、機械的品質係数の小さいものがよいが、特公昭４４−１７１０３号公報記載の圧電性磁器では、不充分である。
【０００７】
この発明の目的は、フィルタの広帯域化が計れ、スピーカー、マイクロホン、ブザー、センサ等に応用できる、電気機械結合係数が大きく、機械的品質係数が小さく、比誘電率の高い圧電性磁器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、一般式ａＰｂｘ（ＣｒｙＮｂ１−ｙ）Ｏ３−ｂＰｂｘＴｉＯ３−ｃＰｂｘＺｒＯ３で示される鉛含有複合酸化物において、ａ、ｂ、ｃがそれぞれ
１．０≦ａ≦１２．０
４０．５≦ｂ≦４９．０
３９．０≦ｃ≦５８．５
（ただしａ、ｂ、ｃはモル％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）、の範囲にあり、かつ、ｘ、ｙがそれぞれ
０．９８≦ｘ≦１．００
２／２４≦ｙ≦１１／２４
の範囲にある圧電磁器である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、圧電性磁器において、Ｐｂ成分の１１モル％以下をＳｒ、Ｂａ、Ｃａの少なくとも１種類で置換した圧電性磁器である。
【００１０】
請求項の組成範囲に限定したのは次の理由による。
つまり、ａＰｂｘ（ＣｒｙＮｂ１−ｙ）Ｏ３成分のａの値が、１モル％未満、あるいは１２モル％を越えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなり、機械的品質係数が大きくなる。
また、ｂＰｂｘＴｉＯ３成分のｂの値が、４０．５モル％未満、あるいは４９モル％を越えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなる。
さらに、ｃＰｂｘＺｒＯ３成分のｃの値が、３９モル％未満、あるいは５８．５モル％を越えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなり、機械的品質係数が大きくなる。
【００１１】
次に、Ｐｂ成分が、０．９８未満、あるいは１．００を超えると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなる。また、ＣｒとＮｂの比率において、Ｃｒの比率が２／２４未満、あるいは１２／２４以上であると、電気機械結合係数、比誘電率が低くなり、機械的品質係数が大きくなる。さらに、置換されるＰｂ成分が、１１モル％を超えると、電気機械結合係数が低くなる。
【００１２】
【作用】
この発明の圧電性磁器によれば、鉛含有複合酸化物の３成分が請求項の範囲内で、ＣｒとＮｂの比をＮｂリッチにすることにより、電気機械結合係数が高くなる。さらに、Ｐｂ成分の一部をＳｒ、Ｂａ、Ｃａで置換することにより、電気機械結合係数が大きく、機械的品質係数が小さく、比誘電率が大きくなる。
【００１３】
【実施例】
以下、この発明を実施例により説明する。原料として、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化クロム、および酸化ニオブを準備し、これを表１に示す組成比率で調合し、この調合原料をボールミルを用いて湿式混合した後、脱水、乾燥し、８００〜１０００℃で２時間仮焼し、この仮焼粉をボールミルを用いて再度湿式混合することにより調整粉末を得た。
【００１４】
【表１】
そして、この調整粉末に水またはポリビニルアルコールなどの粘結剤を添加し、プレス成形を行った後、１１１０〜１３２０℃で２時間焼成し、焼結体を得た。
次に、得られた焼結体を直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状に研磨し、両端面に銀電極を焼き付けた後、６０〜８０℃の絶縁オイル中で１０〜６０分間、２．５〜４ｋＶ／ｍｍの電界で分極処理を行って圧電性磁器を得た。
【００１６】
この圧電性磁器を用いて、比誘電率（ε３３ Ｔ／ε０）、拡がり方向振動の電気機械結合係数（Ｋｐ）、機械的品質係数（Ｑｍ）について調べた。測定は、インピーダンス測定器を用い、比誘電率の測定周波数は１ｋＨｚであり、拡がり方向振動の電気機械結合係数の測定には、共振、反共振法を用いた。測定結果を表２に示した。
【００１７】
【表２】
表１、表２において、試料番号に＊印を付したものは、この発明の範囲外のものであり、その他のものはこの発明の範囲内のものである。
この発明のうち、請求項１に含まれる組成は、試料番号２２を基準にして、これよりも機械的品質係数が小さいものを良品とした。さらに、請求項２のようにＰｂ成分の一部をＳｒ、Ｂａ、Ｃａに置換する場合には、試料番号５６を基準にして、これよりも電気機械結合係数が大きいものを良品とした。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の圧電性磁器において、各成分を請求範囲内にすることにより、電気機械結合係数が大きく、機械的品質係数が小さく、比誘電率が大きな圧電特性をもつ圧電性磁器が得られ、広帯域化が計れる。また、スピーカー、マイクロホン、ブザー、センサ等への応用にも充分可能な圧電性磁器が得られる。
Claims (2)
- 一般式ａＰｂｘ（ＣｒｙＮｂ１−ｙ）Ｏ３−ｂＰｂｘＴｉＯ３−ｃＰｂｘＺｒＯ３で示される鉛含有複合酸化物において、ａ、ｂ、ｃがそれぞれ
１．０≦ａ≦１２．０
４０．５≦ｂ≦４９．０
３９．０≦ｃ≦５８．５
（ただしａ、ｂ、ｃはモル％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）、の範囲にあり、かつ、ｘ、ｙがそれぞれ
０．９８≦ｘ≦１．００
２／２４≦ｙ≦１１／２４
の範囲にあることを特徴とする圧電性磁器。 - 前記圧電性磁器において、Ｐｂ成分の１１モル％以下をＳｒ、Ｂａ、Ｃａの少なくとも１種類で置換したことを特徴とする請求項１記載の圧電性磁器。
Priority Applications (5)
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| EP95111696A EP0698587B1 (en) | 1994-07-27 | 1995-07-25 | Piezoelectric porcelain |
| SG1995000951A SG33433A1 (en) | 1994-07-27 | 1995-07-26 | Piezoelectric porcelain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17554194A JP3616967B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | 圧電性磁器 |
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|---|---|
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ID=15997886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3616967B2 (ja) |
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| DE (1) | DE69501026T2 (ja) |
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| JP4492022B2 (ja) * | 2001-11-02 | 2010-06-30 | 株式会社村田製作所 | 積層型圧電体セラミック素子 |
| DE102004002204A1 (de) | 2004-01-15 | 2005-08-11 | Epcos Ag | Keramikmaterial |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5264700A (en) * | 1975-11-25 | 1977-05-28 | Murata Manufacturing Co | Piezooelectric ceramic for elastic surface wave element |
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1994
- 1994-07-27 JP JP17554194A patent/JP3616967B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-07-25 DE DE69501026T patent/DE69501026T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-07-25 EP EP95111696A patent/EP0698587B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-07-25 KR KR1019950022125A patent/KR0145231B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0834667A (ja) | 1996-02-06 |
| KR960004288A (ko) | 1996-02-23 |
| EP0698587A1 (en) | 1996-02-28 |
| KR0145231B1 (ko) | 1998-07-15 |
| DE69501026D1 (de) | 1997-12-18 |
| EP0698587B1 (en) | 1997-11-12 |
| DE69501026T2 (de) | 1998-06-10 |
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