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JPH08175867A - Piezoelectric composition - Google Patents

Piezoelectric composition

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Publication number
JPH08175867A
JPH08175867A JP6320153A JP32015394A JPH08175867A JP H08175867 A JPH08175867 A JP H08175867A JP 6320153 A JP6320153 A JP 6320153A JP 32015394 A JP32015394 A JP 32015394A JP H08175867 A JPH08175867 A JP H08175867A
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JP
Japan
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piezoelectric
heat resistance
output constant
sensor
ceramic composition
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Application number
JP6320153A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3250928B2 (en
Inventor
Shuichi Fukuoka
修一 福岡
Kazutaka Uchi
一隆 内
Tomonobu Eguchi
知宣 江口
Katsuhiko Onizuka
克彦 鬼塚
Kenichi Yoshimura
健一 吉村
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Publication of JPH08175867A publication Critical patent/JPH08175867A/en
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電出力定数g31が大きく、かつ、耐熱性に優
れた圧電磁器組成物を提供することを目的とし、特に、
例えば、加速度センサ、ノッキングセンサ、AEセンサ
等の圧電センサに最適な圧電磁器組成物を提供する。 【構成】金属元素の原子比による組成式が、Pb1-x-y
Srx Lay (Y1/2 Nb1/2 a (Cr1/3
2/3 b Zrc Ti1-a-b-c 3 で表わされる主成分
100重量部に対して、Cr含有化合物をCr2 3
算でz重量部添加含有してなり、前記x、y、z、a、
bおよびcが、0.01≦x≦0.04、0.005≦
y≦0.02、0≦z≦0.5、0.003≦a≦0.
04、0≦b≦0.03、0.53≦c≦0.62、
0.003≦a+b≦0.05(但し、z=0の場合
0.01≦b、z>0の場合0≦b)を満足するもので
ある。
(57) [Abstract] [Purpose] An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic composition having a large piezoelectric output constant g 31 and excellent heat resistance.
For example, a piezoelectric ceramic composition suitable for a piezoelectric sensor such as an acceleration sensor, a knocking sensor, and an AE sensor is provided. [Composition] The composition formula based on the atomic ratio of metallic elements is Pb 1-xy
Sr x La y (Y 1/2 Nb 1/2 ) a (Cr 1/3 S
b 2/3 ) b Zr c Ti 1 -abc O 3 to 100 parts by weight of the main component, a Cr-containing compound is added in an amount of z parts by weight in terms of Cr 2 O 3 , and the x, y, z, a,
b and c are 0.01 ≦ x ≦ 0.04, 0.005 ≦
y ≦ 0.02, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0.003 ≦ a ≦ 0.
04, 0 ≦ b ≦ 0.03, 0.53 ≦ c ≦ 0.62,
It satisfies 0.003 ≦ a + b ≦ 0.05 (where 0.01 ≦ b when z = 0 and 0 ≦ b when z> 0).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧電磁器組成物に係わ
り、例えば、加速度センサ,ノッキングセンサ,AEセ
ンサ等の圧電センサ及びセラミックスフイルタ,超音波
応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニット,超音波モ
ータ,圧電ファン,圧電アクチュエータなどに適する圧
電磁器組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ceramic composition, for example, a piezoelectric sensor such as an acceleration sensor, a knocking sensor, an AE sensor or the like, a ceramics filter, an ultrasonic wave applied vibrator, a piezoelectric buzzer, a piezoelectric ignition unit, an ultra-high-speed unit. The present invention relates to a piezoelectric ceramic composition suitable for a sound wave motor, a piezoelectric fan, a piezoelectric actuator, and the like.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、圧電磁器組成物を利用した製品
としては、例えば、加速度センサ,ノッキングセンサ,
AEセンサ等の圧電センサ及びセラミックスフイルタ,
超音波応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニット,超
音波モータ,圧電ファン,圧電アクチュエータ等があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, products using a piezoelectric ceramic composition include, for example, acceleration sensors, knocking sensors,
Piezoelectric sensors such as AE sensors and ceramic filters,
There are ultrasonic transducers, piezoelectric buzzers, piezoelectric ignition units, ultrasonic motors, piezoelectric fans, and piezoelectric actuators.

【0003】ここで、加速度センサ,ノッキングセン
サ,AEセンサなどの圧電センサは、圧電素子に力を加
えると電荷が発生する、いわゆる機械的エネルギーを電
気的エネルギーに変換する機能を利用したセンサであ
る。圧電センサは、圧電効果を利用した固体素子である
ので、従来のストレインゲージや磁歪センサ等に比べ、
小型でかつ高感度であり、さらに温度特性に優れた特徴
を有しており、またシリコン単結晶などを用いた半導体
センサに比べると大幅にコストを安くできるなどの特徴
を有している。このため、エレクトロニクスとメカトロ
ニクスの高度化に伴い、例えば自動車のサスペンション
等における電子制御や電子機器等の振動制御など多方面
にわたる研究開発が進められている。
Piezoelectric sensors such as acceleration sensors, knocking sensors, and AE sensors are sensors that utilize the function of converting so-called mechanical energy, which generates electric charges when a force is applied to a piezoelectric element, into electrical energy. . Piezoelectric sensors are solid-state devices that utilize the piezoelectric effect, so compared to conventional strain gauges and magnetostrictive sensors,
It is compact and highly sensitive, and has the characteristics of excellent temperature characteristics, and also has the characteristics that the cost can be significantly reduced compared to a semiconductor sensor using a silicon single crystal or the like. Therefore, along with the sophistication of electronics and mechatronics, research and development in various fields such as electronic control of suspensions of automobiles and vibration control of electronic devices are being advanced.

【0004】ところで、上述したセンサの用途が拡大す
るに従い、制御性能を向上させるため高感度な特性が要
求されることから、より大きな圧電出力定数g31が必要
とされるようになり、さらに車載用途などにおいては、
120℃を超える厳しい環境下で使用される場合もある
ことから、120〜200℃の温度に放置されても特性
劣化が無い、優れた耐熱性を有する圧電磁器組成物が求
められている。
By the way, as the use of the above-mentioned sensor expands, a highly sensitive characteristic is required to improve control performance, so that a larger piezoelectric output constant g 31 is required, and further, it is mounted on a vehicle. In use, etc.
Since it may be used in a severe environment exceeding 120 ° C, there is a demand for a piezoelectric ceramic composition having excellent heat resistance that does not deteriorate in characteristics even when left at a temperature of 120 to 200 ° C.

【0005】従来、圧電センサの目的に合致する大きな
圧電出力定数g31を有する圧電磁器組成物としては、例
えば、特開平6−183834号公報に開示されるもの
が知られている。この公報に開示される圧電磁器組成物
は、Pb(ZrTi)O3 のPbの一部をLaで置換し
たいわゆるPLZTであり、圧電出力定数g31が約1×
10-2Vm/Nを示す良好な特性を有している。また、
耐熱性を向上させるために、例えばPLZTにMnOを
添加することも提案されている。
Conventionally, as a piezoelectric ceramic composition having a large piezoelectric output constant g 31 which meets the purpose of a piezoelectric sensor, for example, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-183834 is known. The piezoelectric ceramic composition disclosed in this publication is so-called PLZT in which a part of Pb of Pb (ZrTi) O 3 is replaced with La, and the piezoelectric output constant g 31 is about 1 ×.
It has good characteristics showing 10 -2 Vm / N. Also,
In order to improve heat resistance, it has been proposed to add MnO to PLZT, for example.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上述
したMnOを添加しない圧電磁器組成物にあっては、大
きな圧電出力定数g31が得られるものの耐熱性が悪く、
またMnOを添加した場合においても120〜200℃
の恒温中に曝された場合には耐熱性が未だ低いという問
題があった。さらにMnOを添加した場合には圧電出力
定数g31が極めて小さくなり、このため用途が限定され
てしまうなどの問題があった。
However, in the above-mentioned piezoelectric ceramic composition to which MnO is not added, although a large piezoelectric output constant g 31 can be obtained, the heat resistance is poor,
Even when MnO is added, the temperature is 120 to 200 ° C.
There was a problem that the heat resistance was still low when exposed to the constant temperature. Further, when MnO is added, the piezoelectric output constant g 31 becomes extremely small, which causes a problem that the application is limited.

【0007】[0007]

【本発明の目的】本発明は、圧電出力定数g31が大き
く、かつ、耐熱性に優れた圧電磁器組成物を提供するこ
とを目的とし、特に、例えば、加速度センサ、ノッキン
グセンサ、AEセンサ等の圧電センサに最適な圧電磁器
組成物を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic composition having a large piezoelectric output constant g 31 and excellent heat resistance, and in particular, for example, an acceleration sensor, a knocking sensor, an AE sensor, etc. An object of the present invention is to provide an optimal piezoelectric ceramic composition for the piezoelectric sensor of.

【0008】[0008]

【問題を解決するための手段】本発明者等は、第1成
分,第2成分であるPbZrO3 −PbTiO3 に固溶
する最適な成分の探索を行なった結果、Pb(Y1/2
1/2 )O3 、及びPb(Cr1/3 Sb2/3 )O3 とな
る組成を第3、第4成分として固溶させ、Pbの一部を
SrおよびLaにより置換し、Cr2 3 を適量添加含
有せしめることにより、圧電出力定数g31及び耐熱性の
面で優れた圧電磁器組成物を得ることができることを知
見し、本発明に至った。
The inventors of the present invention conducted a search for an optimum component which forms a solid solution with PbZrO 3 --PbTiO 3 which is the first and second components, and as a result, Pb (Y 1/2 N
b 1/2 ) O 3 and Pb (Cr 1/3 Sb 2/3 ) O 3 are dissolved as third and fourth components, and a part of Pb is replaced with Sr and La to form Cr. It has been found that a piezoelectric ceramic composition excellent in piezoelectric output constant g 31 and heat resistance can be obtained by adding an appropriate amount of 2 O 3 and the present invention has been completed.

【0009】即ち、本発明の圧電磁器組成物は、金属成
分として少なくともPb,Zr,Ti,Y,Nb,C
r,Sb,SrおよびLaを含む複合ペロブスカイト型
化合物であって、これらの金属元素の原子比による組成
式が、 Pb1-x-y Srx Lay (Y1/2 Nb1/2 a (Cr
1/3 Sb2/3 b Zrc Ti1-a-b-c 3 で表わされる主成分100重量部に対して、Cr含有化
合物をCr2 3 換算でz重量部添加含有してなり、前
記x、y、z、a、bおよびcが、0.01≦x≦0.
04、0.005≦y≦0.02、0≦z≦0.5、
0.003≦a≦0.04、0≦b≦0.03、0.5
3≦c≦0.62、0.003≦a+b≦0.05(但
し、z=0の場合0.01≦b、z>0の場合0≦b)
を満足するものである。
That is, the piezoelectric ceramic composition of the present invention contains at least Pb, Zr, Ti, Y, Nb and C as metal components.
A compound perovskite type compound containing r, Sb, Sr and La, wherein the composition formula based on the atomic ratio of these metal elements is: Pb 1-xy Sr x La y (Y 1/2 Nb 1/2 ) a (Cr
1/3 Sb 2/3 ) b Zr c Ti 1 -abc O 3 to 100 parts by weight of the main component, a Cr-containing compound is added in an amount of z parts by weight in terms of Cr 2 O 3. , Y, z, a, b and c are 0.01 ≦ x ≦ 0.
04, 0.005 ≦ y ≦ 0.02, 0 ≦ z ≦ 0.5,
0.003 ≦ a ≦ 0.04, 0 ≦ b ≦ 0.03, 0.5
3 ≦ c ≦ 0.62, 0.003 ≦ a + b ≦ 0.05 (however, 0.01 ≦ b when z = 0, 0 ≦ b when z> 0)
Is satisfied.

【0010】ここで、x、y、a、b、c及びCr含有
化合物のCr2 3 置換量zを上記の範囲に設定した理
由について説明する。
Now, the reason why the Cr 2 O 3 substitution amount z of the x, y, a, b, c and Cr-containing compounds is set within the above range will be described.

【0011】PbのSrによる置換は、大きな圧電出力
定数g31を得るのに有効であるが、その置換量xを0.
01≦x≦0.04としたのは、xが0.04より大き
いと耐熱性が低下するとともに圧電出力定数g31が1×
10-2Vm/Nより小さくなるからである。また、xが
0.01より小さいと圧電出力定数g31向上の効果が得
られないからである。Srの置換量xは0.02〜0.
03であることが望ましい。
The replacement of Pb with Sr is effective for obtaining a large piezoelectric output constant g 31 , but the replacement amount x is set to 0.
01 ≦ x ≦ 0.04 means that when x is larger than 0.04, the heat resistance is lowered and the piezoelectric output constant g 31 is 1 ×.
This is because it becomes smaller than 10 -2 Vm / N. Also, if x is smaller than 0.01, the effect of improving the piezoelectric output constant g 31 cannot be obtained. The substitution amount x of Sr is 0.02 to 0.
It is desirable that it is 03.

【0012】また、PbのLaによる置換は、より大き
な圧電出力定数g31を得るのに有効であるが、その置換
量yを0.005≦y≦0.02としたのは、yが0.
02より大きいと耐熱性が著しく低下するからである。
また、0.005より少ないと所望の圧電出力定数g31
が得られないからである。Laの置換量yは0.005
〜0.01であることが望ましい。
Further, the replacement of Pb with La is effective for obtaining a larger piezoelectric output constant g 31 , but the replacement amount y is set to 0.005 ≦ y ≦ 0.02 because y is 0. .
This is because if it is greater than 02, the heat resistance is significantly reduced.
If it is less than 0.005, the desired piezoelectric output constant g 31
Because I can't get it. The substitution amount y of La is 0.005
It is desirable to be 0.01.

【0013】また、Tiの(Y1/2 Nb1/2 )による置
換はキュリー温度を高い温度に保ちながら圧電出力定数
31を大きくする効果がある。その置換量aを0.00
3≦a≦0.04としたのは、aが0.04より多いと
耐熱性が低下し圧電出力定数g31が劣化するからであ
る。また、置換量aが0.003より少ないと圧電出力
定数g31向上の効果が得られないためである。Tiの
(Y1/2 Nb1/2 )による置換量aは0.01≦a≦
0.02であることが望ましい。
The replacement of Ti with (Y 1/2 Nb 1/2 ) has the effect of increasing the piezoelectric output constant g 31 while maintaining the Curie temperature at a high temperature. The substitution amount a is 0.00
The reason for 3 ≦ a ≦ 0.04 is that when a is larger than 0.04, the heat resistance is lowered and the piezoelectric output constant g 31 is deteriorated. Also, if the substitution amount a is less than 0.003, the effect of improving the piezoelectric output constant g 31 cannot be obtained. The substitution amount a of Ti by (Y 1/2 Nb 1/2 ) is 0.01 ≦ a ≦
It is preferably 0.02.

【0014】また、Tiの(Cr1/3 Sb2/3 )による
置換は、機械的品質係数Qmをあまり高めず耐熱性を向
上させるため広帯域のセンサに有用な特性が得られる
が、その置換量bを0≦b≦0.03としたのは、置換
量bが0.03よりも大きい場合にはキュリー温度の低
下とともに所望の耐熱性が得られなくなるためである。
Further, replacement of Ti with (Cr 1/3 Sb 2/3 ) improves the heat resistance without raising the mechanical quality factor Qm so much that useful properties for a wide band sensor can be obtained. The reason that the amount b is 0 ≦ b ≦ 0.03 is that when the substitution amount b is larger than 0.03, the desired heat resistance cannot be obtained together with the decrease of the Curie temperature.

【0015】また、置換量bが0.01よりも小さい場
合には機械的品質係数Qmが低下する傾向にあるため、
(Cr1/3 Sb2/3 )の置換量bは0.01≦b≦0.
03とすることが望ましい。
If the substitution amount b is smaller than 0.01, the mechanical quality factor Qm tends to decrease,
The substitution amount b of (Cr 1/3 Sb 2/3 ) is 0.01 ≦ b ≦ 0.
It is desirable to set it to 03.

【0016】一方、磁器自体の耐熱性はCr含有化合物
を添加することによってもある程度向上させられるた
め、Tiの(Cr1/3 Sb2/3 )による置換量bが0の
場合にはCr含有化合物を添加することにより耐熱性を
向上しても良い。Tiを(Cr1/3 Sb2/3 )により置
換し、さらにCr含有化合物を添加する組成が、耐熱性
を向上する点で最適な組成である。
On the other hand, since the heat resistance of the porcelain itself can be improved to some extent by adding a Cr-containing compound, when the substitution amount b of Ti by (Cr 1/3 Sb 2/3 ) is 0, the Cr content is increased. The heat resistance may be improved by adding a compound. A composition in which Ti is replaced by (Cr 1/3 Sb 2/3 ) and a Cr-containing compound is further added is an optimal composition in terms of improving heat resistance.

【0017】尚、Cr含有化合物の添加は機械的品質係
数Qmを著しく大きくするため共振タイプのセンサに有
用な特性となる。そのため、検出信号や検出方式に応じ
て(Cr1/3 Sb2/3 )の置換かCr含有化合物の添加
かを選択すれば良い。
Incidentally, the addition of the Cr-containing compound makes the mechanical quality factor Qm remarkably large, which is a useful property for a resonance type sensor. Therefore, the substitution of (Cr 1/3 Sb 2/3 ) or the addition of the Cr-containing compound may be selected according to the detection signal and the detection method.

【0018】さらに、Cr含有化合物の添加を、前述し
た主成分100重量部に対して、Cr2 3 換算量zを
0≦z≦0.5重量部としたのは耐熱性を向上させるた
めである。そして、Cr含有化合物のCr2 3 換算量
zが0.5重量部よりも多い場合には、圧電出力定数g
31が1×10-2Vm/Nより小さくなるためである。
Further, the Cr-containing compound is added so that the amount z of Cr 2 O 3 conversion is 0 ≦ z ≦ 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the above-mentioned main component in order to improve heat resistance. Is. When the Cr 2 O 3 conversion amount z of the Cr-containing compound is more than 0.5 parts by weight, the piezoelectric output constant g
This is because 31 is smaller than 1 × 10 -2 Vm / N.

【0019】ただし、Cr含有化合物のCr2 3 換算
量zが0である時、(Cr1/3 Sb2/ 3 )の置換量bが
0.01以上である必要がある。これは、zが0である
時に、(Cr1/3 Sb2/3 )の置換量bが0.01より
小さい場合には、耐熱性が不十分となるからである。
[0019] However, when terms of Cr 2 O 3 amount z of Cr-containing compound is a 0, it is necessary that the substitution amount b is 0.01 or more (Cr 1/3 Sb 2/3) . This is because when z is 0 and the substitution amount b of (Cr 1/3 Sb 2/3 ) is smaller than 0.01, the heat resistance becomes insufficient.

【0020】Cr含有化合物のCr2 3 換算量zは
0.1≦z≦0.25重量部であるでことが望ましい。
Cr含有化合物としては、金属Cr、Cr2 3 、Cr
2 、Cr3 8 がある。
The Cr 2 O 3 conversion amount z of the Cr-containing compound is preferably 0.1 ≦ z ≦ 0.25 parts by weight.
As the Cr-containing compound, metal Cr, Cr 2 O 3 , Cr
There are O 2 and Cr 3 O 8 .

【0021】また、0.003≦a+b≦0.05とし
たのは、Tiの(Y1/2 Nb1/2 )と(Cr1/3 Sb
2/3 )の置換量の合量a+bが0.05より多くなると
耐熱性が低下するからである。
Further, 0.003≤a + b≤0.05 is set because (Y 1/2 Nb 1/2 ) and (Cr 1/3 Sb) of Ti.
This is because when the total amount a + b of the substitution amount of 2/3 ) exceeds 0.05, the heat resistance decreases.

【0022】PZTを主成分とした圧電磁器組成物は、
PbZrO3 とPbTiO3 の固溶比率を変化させると
比誘電率、電気機械結合係数が極大値を示すMPB(組
成相境界)が存在する。圧電センサ材料としては、この
MPBよりPbZrO3 が多い組成領域において、高い
電気機械結合係数を有しながら比誘電率が急峻に小さく
なる組成値を用いることになる。cの値を0.53≦c
≦0.62としたのは、0.53より小さいとMPB領
域を捉えることになり大きな圧電出力定数g31が得られ
ないばかりでなく耐熱性が不十分となるためである。ま
た、0.62より大きいと所望の圧電出力定数g31が得
られないためである。
A piezoelectric ceramic composition containing PZT as a main component,
When the solid solution ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 is changed, there exists MPB (composition phase boundary) in which the relative permittivity and electromechanical coupling coefficient show maximum values. As the piezoelectric sensor material, a composition value having a high electromechanical coupling coefficient and a steeply decreasing relative dielectric constant in a composition region containing more PbZrO 3 than MPB is used. The value of c is 0.53 ≦ c
The reason for setting ≦ 0.62 is that if it is smaller than 0.53, the MPB region is captured, and not only a large piezoelectric output constant g 31 cannot be obtained, but also the heat resistance becomes insufficient. On the other hand, if it is larger than 0.62, the desired piezoelectric output constant g 31 cannot be obtained.

【0023】本発明の圧電磁器組成物は、金属元素の原
子比による組成式を、Pb1-x-y Srx Lay (Y1/2
Nb1/2 a (Cr1/3 Sb2/3 b Zrc Ti
1-a-b-c 3 と表したとき、x、y、a、b、cが、
0.02≦x≦0.03、0.005≦y≦0.01、
0.01≦a≦0.02、0.01≦b≦0.02、
0.003≦a+b≦0.05、0.53≦c≦0.6
2を満足する主成分100重量部に対して、Cr含有化
合物のCr2 3 換算で0.1〜0.25重量部添加含
有してなることが望ましい。
The piezoelectric ceramic composition of the present invention has a composition formula based on the atomic ratio of metal elements as Pb 1-xy Sr x La y (Y 1/2
Nb 1/2 ) a (Cr 1/3 Sb 2/3 ) b Zr c Ti
When expressed as 1-abc O 3 , x, y, a, b and c are
0.02 ≦ x ≦ 0.03, 0.005 ≦ y ≦ 0.01,
0.01 ≦ a ≦ 0.02, 0.01 ≦ b ≦ 0.02,
0.003 ≦ a + b ≦ 0.05, 0.53 ≦ c ≦ 0.6
It is desirable to add 0.1 to 0.25 parts by weight of Cr-containing compound in terms of Cr 2 O 3 to 100 parts by weight of the main component satisfying 2.

【0024】本発明に基づく圧電磁器は、例えば、原料
粉末として、PbO、ZrO2 、TiO2 、SrC
3 、La2 3 、Y2 3 、Nb2 5 、Cr2 3
及びSb2 5 の各粉末を秤量し、混合する。この混合
物を900〜1000℃の温度で仮焼し、当該仮焼物を
粉砕する。その後、粉砕物に場合によりCr含有化合物
を添加するとともに有機バインダー等を添加して混合
し、例えば、プレス成形により所定形状に成形し、鉛雰
囲気において1200〜1300℃で1〜5時間焼成
し、分極処理を行うことにより圧電磁器が得られる。
The piezoelectric ceramic according to the present invention may be prepared, for example, by using PbO, ZrO 2 , TiO 2 , SrC as raw material powder.
O 3 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Cr 2 O 3
And Sb 2 O 5 powders are weighed and mixed. This mixture is calcined at a temperature of 900 to 1000 ° C., and the calcined product is crushed. Then, a Cr-containing compound is optionally added to the pulverized product and an organic binder or the like is added and mixed, and the mixture is molded into a predetermined shape by, for example, press molding, and fired at 1200 to 1300 ° C. for 1 to 5 hours in a lead atmosphere, A piezoelectric ceramic is obtained by performing polarization processing.

【0025】[0025]

【作用】本発明の圧電磁器組成物では、Pbの一部をS
r及びLaで置換し、PbZrO3 −PbTiO3 に、
Pb(Y1/2 Nb1/2 )O3 及びPb(Cr1/3 Sb2/
3 )O3 となる組成を第3、第4成分として固溶し、こ
の基本成分にCr2 3を適量添加含有することによ
り、1×10-2Vm/Nを超える大きな圧電出力定数g
31が得られるとともに、一定温度の恒温中に長時間放置
しても圧電出力定数g31の特性劣化が無く、優れた耐熱
性が得られる。
In the piezoelectric ceramic composition of the present invention, a part of Pb is S
Substitution with r and La to give PbZrO 3 —PbTiO 3 ,
Pb (Y 1/2 Nb 1/2 ) O 3 and Pb (Cr 1/3 Sb 2 /
3 ) A solid solution having a composition of O 3 as the third and fourth components, and by adding an appropriate amount of Cr 2 O 3 to this basic component, a large piezoelectric output constant g exceeding 1 × 10 -2 Vm / N is obtained.
31 is obtained, and even if it is left for a long time in a constant temperature, the piezoelectric output constant g 31 is not deteriorated, and excellent heat resistance is obtained.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明を次の実施例で説明する。原料
粉末として、PbO、ZrO2 、TiO2 、SrC
3 、La2 3 、Y2 3 、Nb2 5 、Cr2 3
及びSb2 5 の各粉末を用いて、これらを表1に示す
組成となるように秤量し、ボールミルにて24時間湿式
混合した。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、9
50℃の温度で仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで
24時間湿式粉砕した。その後、粉砕物にCr2 3
表1に示す量だけ添加するとともに、有機バインダー
(PVA)を混合し、造粒した。得られた粉末を1.5
ton/cm2 の圧力で直径23mm、厚さ3mmの寸
法からなる円板を作製し、これらを鉛雰囲気において1
250℃で3時間の条件で焼成した。得られた焼結体か
ら長さ12mm、幅3mm、厚さ1mmの矩形状に切り
出し加工を行い、12mm×3mmの両面にそれぞれ銀
電極の焼付けを行い、80℃のシリコンオイル中で1.
5kV/mm以上の直流電圧を印加して分極処理を行な
った。分極処理された試料を220℃の恒温槽の中で1
時間エージングした後、24時間放置した。このように
して得られた磁器から、電子材料工業会(EMAS)の
規格化された測定法に基づき圧電出力定数g31を調べ
た。
The present invention will be described in the following examples. As raw material powder, PbO, ZrO 2 , TiO 2 , SrC
O 3 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Cr 2 O 3
And Sb 2 O 5 powders were weighed so as to have the compositions shown in Table 1, and wet mixed in a ball mill for 24 hours. Then, after dehydrating and drying this mixture,
It was calcined at a temperature of 50 ° C., and the calcined product was wet pulverized again with a ball mill for 24 hours. Then, Cr 2 O 3 was added to the pulverized product in an amount shown in Table 1, an organic binder (PVA) was mixed, and granulated. 1.5 of the powder obtained
A disk having a diameter of 23 mm and a thickness of 3 mm was produced at a pressure of ton / cm 2 and these were subjected to 1 atmosphere in a lead atmosphere.
It was baked at 250 ° C. for 3 hours. The obtained sintered body was cut into a rectangular shape having a length of 12 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 1 mm, and silver electrodes were baked on both sides of 12 mm × 3 mm, respectively, and then in silicon oil at 80 ° C.
Polarization was performed by applying a DC voltage of 5 kV / mm or more. Place the polarized sample in a constant temperature bath at 220 ° C.
After aging for an hour, it was left for 24 hours. From the thus obtained porcelain, the piezoelectric output constant g 31 was examined based on the standardized measuring method of the Electronic Material Industries Association (EMAS).

【0027】また耐熱性は、200℃の恒温中で100
時間放置後の圧電出力定数g31の保持率を測定すること
で求めた。ここで、保持率が95%以上を○、95%未
満を×とした。これらの結果を表1に示す。
The heat resistance is 100 at a constant temperature of 200.degree.
It was determined by measuring the retention rate of the piezoelectric output constant g 31 after standing for a time. Here, a retention rate of 95% or more was rated as O, and a retention rate of less than 95% was rated as X. Table 1 shows the results.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】この表1より、本発明の圧電磁器組成物で
は、圧電出力定数g31が1×10−2Vm/N以上、耐
熱性を示す圧電出力定数g31の保持率も95%以上と
優れた特性を示すことが判る。
From Table 1, in the piezoelectric ceramic composition of the present invention, the piezoelectric output constant g 31 is 1 × 10 −2 Vm / N or more, and the retention rate of the piezoelectric output constant g 31 showing heat resistance is 95% or more. It can be seen that it exhibits excellent characteristics.

【0030】図1に、表1における試料No.5及び27
の耐熱性の評価を示す。この図より、比較例であるNo.
27の試料は、時間とともに圧電出力定数g31が低下す
るのに対して、本発明品のNo.5の試料は、200℃の
恒温中で100時間放置しても殆ど圧電出力定数g31
保持率は変化しないことが判る。
FIG. 1 shows samples Nos. 5 and 27 in Table 1.
Evaluation of heat resistance of is shown. From this figure, the comparative example No.
The sample No. 27 has a piezoelectric output constant g 31 that decreases with time, whereas the sample No. 5 of the present invention has a piezoelectric output constant g 31 of almost the same even when left for 100 hours in a constant temperature of 200 ° C. It can be seen that the retention rate does not change.

【0031】即ち、例えば、圧電センサを自動車のエン
ジンの近く、もしくは、接触した状態で使用する場合1
20〜200℃の高温下においても特性劣化が生じな
い、いわゆる耐熱性に優れていることが必要とされる
が、試料No.5の圧電磁器組成物は圧電出力定数g31
16×10-3Vm/Nと他に類の無い極めて大きな値を
有しながら、200℃恒温中で100時間放置しても特
性劣化が無い優れた耐熱性を示すことから、圧電センサ
材料として非常に優れている。
That is, for example, when the piezoelectric sensor is used near or in contact with an automobile engine, 1
Although it is required that the piezoelectric ceramic composition of Sample No. 5 has a piezoelectric output constant g 31 of 16 × 10 −, it is required that the characteristics are not deteriorated even at a high temperature of 20 to 200 ° C. and that it is excellent in heat resistance. It has an extremely large value of 3 Vm / N, which is unparalleled, and shows excellent heat resistance with no deterioration of properties even when left at 100 ° C for 100 hours. There is.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の圧電磁器組
成物では、1×10-2Vm/Nを超える大きな圧電出力
定数g31が得られるとともに、高温中に長時間放置して
も圧電出力定数g31の特性劣化が無く、優れた耐熱性を
示すため、特に圧電センサ用素子の圧電材料として好適
に用いることができる。
As described above in detail, the piezoelectric ceramic composition of the present invention can obtain a large piezoelectric output constant g 31 exceeding 1 × 10 -2 Vm / N and can be left at high temperature for a long time. Since the piezoelectric output constant g 31 does not deteriorate in characteristics and exhibits excellent heat resistance, it can be suitably used as a piezoelectric material for a piezoelectric sensor element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】200℃恒温中での圧電出力定数g31の保持率
と時間の関係を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the retention rate of piezoelectric output constant g 31 and time at a constant temperature of 200 ° C.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼塚 克彦 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 吉村 健一 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsuhiko Onizuka 1-4 Yamashita-cho, Kokubun-shi, Kagoshima Kyocera Stock Company Research Institute (72) Inventor Kenichi Yoshimura 1-4-4 Yamashita-cho, Kokubun-shi, Kagoshima Kyocera Corporation Shikisha Research Institute

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】金属成分として少なくともPb,Zr,T
i,Y,Nb,Cr,Sb,SrおよびLaを含む複合
ペロブスカイト型化合物であって、これらの金属元素の
原子比による組成式が、 Pb1-x-y Srx Lay (Y1/2 Nb1/2 a (Cr
1/3 Sb2/3 b Zrc Ti1-a-b-c 3 で表わされる主成分100重量部に対して、Cr含有化
合物をCr2 3 換算でz重量部添加含有してなり、前
記x、y、z、a、bおよびcが、下記の条件を満足す
ることを特徴とする圧電磁器組成物。 0.01 ≦x≦0.04 0.005≦y≦0.02 0 ≦z≦0.5 0.003≦a≦0.04 0 ≦b≦0.03 0.53 ≦c≦0.62 0.003≦a+b≦0.05 (但し、z=0の場合0.01≦b、z>0の場合0≦
b)
1. At least Pb, Zr, T as a metal component.
A compound perovskite type compound containing i, Y, Nb, Cr, Sb, Sr and La, wherein the composition formula based on the atomic ratio of these metal elements is: Pb 1-xy Sr x La y (Y 1/2 Nb 1 / 2 ) a (Cr
1/3 Sb 2/3 ) b Zr c Ti 1 -abc O 3 to 100 parts by weight of the main component, a Cr-containing compound is added in an amount of z parts by weight in terms of Cr 2 O 3. , Y, z, a, b and c satisfy the following conditions: a piezoelectric ceramic composition. 0.01 ≤ x ≤ 0.04 0.005 ≤ y ≤ 0.02 0 ≤ z ≤ 0.5 0.003 ≤ a ≤ 0.04 0 ≤ b ≤ 0.03 0.53 ≤ c ≤ 0.62 0.003 ≦ a + b ≦ 0.05 (however, if z = 0, 0.01 ≦ b; if z> 0, 0 ≦
b)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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