JP3932785B2 - 圧電体の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛酸化物系の圧電体磁器組成物に関し、例えば圧電共振子、圧電フィルタ、圧電トランスあるいは圧電アクチュエータなどにおいて圧電体として用いられる圧電体磁器組成物、該圧電体磁器組成物を用いた圧電共振子、圧電トランス、圧電アクチュエータ及び圧電体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、Pb(Ti,Zr)O3 系の圧電体磁器が、通信機用フィルタ、CPUクロック、アクチュエータあるいは圧電効果を利用したセンサなどに用いられている。また、電気的特性を改善するために、Pb(Ti,Zr)O3 −Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O3 のような複数成分系の圧電体磁器も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のPb(Ti,Zr)O3 系の圧電体磁器では、焼結温度が高いため、焼結に際し、PbがPbOなどの形態で蒸発しがちであった。そのため、得られた圧電体磁器の電気的特性が劣化したり、圧電体磁器ごとの特性ばらつきが大きかったりした。すなわち、目的とする電気的特性を発揮し得る圧電体磁器を安定に製造することができず、圧電体磁器を用いた各種デバイスの設計が困難であるという問題があった。
【0004】
本発明の目的は、焼成に際してのPbの揮発が少なく、電気的特性のばらつきが少ない圧電体を得ることを可能とする圧電体磁器組成物を提供することにある。
【0005】
本発明の他の目的は、上記圧電体磁器組成物を用いた圧電共振子、圧電トランス及び圧電アクチュエータを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電体の製造方法は、Pb、Ti、Zr、Ma(但し、MaはCr、Mn、Fe、Coのうち少なくとも1種)及びMd(但し、MdはNb、Sb、Ta、Wのうち少なくとも1種)を含み(Lnを含むものを除く)、SiがSiO2 に換算して、Pb、Ti、Zr、Ma及びMdの合計重量100重量%に対して0.005〜0.1重量%の割合で添加されている、ペロブスカイト構造を有する酸化物圧電体磁器組成物であって、前記Maの総量をaモル、前記MdのうちSb、Nb、Ta、W量をそれぞれb、c、d、eモルとし、z=a/(b+c+d+2e)としたときに、0.50<z<1.00である圧電体磁器組成物を1000℃以下の温度で焼結することを特徴とする。
【0007】
なお、本発明においては、本発明の目的を阻害しない範囲でPbの一部が、Ba、Ca、Sr、La、Nd、Ceなどで置き換えられてもよい。また、本発明においては、Ma元素及びMd元素は、複合酸化物としてチタン酸ジルコン酸鉛に置換固溶させてもよいし、単独の酸化物として存在させてもよい。
【0008】
また、本発明の特定の局面では、前記ペロブスカイト構造をAuBO3と表したとき(但し、AはPbまたはPbの一部がBa等で置換されている場合には、Pbと置換元素の合計により構成され、Bは、Ti、Zr、Ma、Mdにより構成される。0.98≦u≦1.02であることが好ましく、より良好な圧電特性を得ることができる。
【0009】
本発明の特定の局面では、Tiと、Zrとの比をx:(1−x)としたとき、0.45≦x≦0.65であることが好ましく、より良好な圧電特性を得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、Sb2 O3 及びSiO2 の各粉末を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Mny Sb1-y )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、y及びvを種々変化させて、下記の表1,2に示す試料番号1〜27の各原料粉末を用意した。なお、MnとSbのモル比z、すなわち本発明におけるa/(b+c+d+2e)は、y/(1−y)で表される。
【0014】
上記のようにして用意した各原料粉末に水を加え、粉砕メディアとして安定化ジルコニアの玉石を用い、ボールミルにより湿式で粉砕し、混合した。
上記のようにして混合された各原料粉末を蒸発により脱水し、次に700〜900℃の温度で仮焼した。
【0015】
仮焼された原料に、PVA(ポリビニルアセテート)系のバインダーを仮焼原料に対して1〜5重量%の割合で加え、混合した。
上記のようにして得られたバインダー混合原料を、面圧500〜2000kg/cm2 でプレスし、円板状の成形体を得た。次に、該成形体を850℃〜1250℃の温度で焼成し、直径10mm×厚さ1mmの円板状の圧電磁器を得た。
【0016】
得られた圧電磁器の両面に蒸着により銀電極を形成した後、60〜150℃の絶縁オイル中で2.0kV/mm〜5.0kV/mmの直流電界を印加し、厚み方向に分極した。このようにして、円板状の圧電共振子を得た。
【0017】
得られた圧電共振子の径方向の拡がり振動の圧電特性をインピーダンスアナライザーにより評価した。結果を表1,2に示す。
試料番号1〜27の各原料を用いた圧電共振子のうちの代表例として、x=0.5及びv=0.02重量%である試料番号2、試料番号10、試料番号11及び試料番号25の各原料から得られた圧電体磁器における、焼成温度と圧電磁器の焼結密度との関係を図1に示す。
【0018】
モル比zが0.50である試料番号2の原料を用いた場合、1100℃を超える温度で焼成しなければ、十分な焼結密度を得られないことがわかる。また、モル比zの値が1.00である試料番号25の原料を用いた場合においても、同様に1100℃以上の高温で焼成しなければ、十分な焼結密度の得られないことがわかる。
【0019】
これに対して、本発明の実施例に相当する試料番号10及び試料番号11の原料を用いた場合には、940℃程度の低温で焼成した場合においても、焼結密度が十分に高められることがわかる。
【0020】
上記のような結果が生じているのは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、その境界付近の組成では少しの組成ずれにより大きく焼結性が異なることによる。
【0021】
従って、Mn/Sbのモル比zを0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0025】
表1,2から明らかなように、Mn/Sbのモル比zが0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成物(試料番号3〜24)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。Mn/Sbのモル比zが0.50以下、あるいは1.00以上の場合には(試料番号1,2,25〜27)、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0026】
(実施例2)
PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、Sb2 O3 及びSiO2 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%〔βMnO2 +{(1−β)/2}Sb2 O5 〕+v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、β及びvを種々異ならせ、下記の表3に示す試料番号28〜38の各原料粉末を用意した。なお、MnとSbとのモル比zは、z=β/(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様にして円板状の圧電磁器を作製した。
【0027】
図2に、代表例として、x=0.5及びv=0.05重量%である試料番号29,35,38の各原料から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
【0028】
モル比zが0.50である試料番号29の圧電体磁器組成物では、焼成温度が1100℃以上でなければ、十分な焼結密度が得られていない。また、モル比zの値が1.00以上である試料番号38の組成では、さらに焼結性が低下し、1200℃以上の焼成温度でなければ、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが0.85である試料番号35の組成では、950℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。
【0029】
従って、Mn及びSbを副成分として添加する場合、モル比zの値を0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0030】
実施例2においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表3に示す。
【0031】
【表3】
【0032】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0033】
表3から明らかなように、モル比zの値が0.50より大きく、1.00未満である組成(試料番号30〜36)の組成では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0034】
これに対して、モル比zが0.50以下である組成(試料番号28,29)やモル比zが1.00以上である組成(試料番号37,38)を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0035】
よって、モル比zを0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成であれば、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、良好な圧電特性の得られることがわかる。
【0036】
(実施例3)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、Sb2 O5 及びSiO2 を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Cry Sb1-y )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。ここで、x、y及びvを種々変化させ、下記の表4,5に示す試料番号39〜64の各原料粉末を用意した。なお、表4,5のzは、CrとSbとのモル比を示し、z=y/(1−y)である。以下、実施例1と同様にして円板状の圧電体磁器を得、かつ圧電特性を評価した。
【0037】
図3及び図4は、x=0.50及びv=0.02重量%の場合の試料番号39,40,48,49,63における焼成温度と得られた圧電体磁器の焼結密度との関係を示す。
【0038】
図3から明らかなように、Cr/Sbのモル比zが0.50以下の組成である試料番号39,40では、少なくとも1100℃を超える温度で焼成しなければ十分な焼結密度が得られていない。また、図4から明らかなように、Cr/Sbのモル比zの値が1.00以上の組成である試料番号63では、十分な焼結密度が得られない。
【0039】
これに対して、モル比zが0.75または0.85の組成である試料番号48,49の場合には、940℃程度の低温で焼成した場合においても十分な焼結密度が得られている。これは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、該境界付近の組成では、少しの組成ずれにより大きく焼結性が変化することによる。
【0040】
よって、Cr/Sbのモル比zを、0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器組成物の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0041】
【表4】
【0042】
【表5】
【0043】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0044】
表4,5から明らかなように、Cr/Sbのモル比zが0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成物(試料番号41〜62)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
Cr/Sbのモル比zが0.50以下あるいは1.00以上の組成(試料番号39,40,63,64)では、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0045】
(実施例4)
PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、Sb2 O5 及びSiO2 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%{β/2Cr2 O3 +{(1−β)/2}Sb2 O5 +v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、β及びvを種々異ならせ、下記の表6に示す試料番号65〜75の各原料粉末を用意した。なお、CrとSbとのモル比zは、z=β/(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様の方法で円板状の圧電磁器を作製した。
【0046】
図5に、代表例として、x=0.5及びv=0.02重量%である試料番号65,72,75の各原料組成から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
【0047】
モル比zが0.50以下である試料番号65の組成では、焼成温度が1100℃以上でなければ、十分な焼結密度が得られていない。また、モル比zの値が1.00以上の試料番号75の組成では、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが0.85である試料番号72の組成では、950℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。
【0048】
従って、Pb(Zr1-x Tix )O3 を主成分とする圧電体磁器組成物にCr及びSbを副成分として添加する場合において、モル比zの値を0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0049】
実施例4においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表6に示す。
【0050】
【表6】
【0051】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0052】
表6から明らかなように、モル比zの値が0.50より大きく、1.00未満である組成(試料番号67〜73)の組成では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0053】
これに対して、モル比zが0.50以下である試料番号65,66の組成やモル比zが1.00以上である試料番号74,75の組成を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0054】
よって、モル比zを0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成であれば、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、十分な圧電特性の得られることがわかる。
【0055】
(本発明が適用される圧電素子)
本発明に係る圧電体磁器組成物は、圧電共振子、圧電トランス、圧電アクチュエータなどの各種圧電素子に用いることができる。図6及び図7は、本発明の圧電体磁器組成物を用いて構成される圧電共振子の一例を示す分解斜視図及び外観斜視図である。この圧電共振子1では、本発明に係る圧電体磁器組成物からなる圧電体2が用いられている。圧電体2は矩形板状の形状を有する。圧電体2の上面2aには、共振電極3が形成されている。また、図6に分解斜視図で示すように、圧電体2の内部には、共振電極3と厚み方向に重なり合うように、共振電極4,5が内部電極の形態で形成されている。共振電極3〜5は、圧電体層を介して厚み方向に重なり合っており、エネルギー閉じ込め型の圧電振動部を構成している。
【0056】
また、共振電極3,5は、圧電体2の一方の端面2bに引き出されており、外部電極6に電気的に接続されている。共振電極4は、圧電体2の他方の端面2cに引き出されており、外部電極7に電気的に接続されている。
【0057】
なお、圧電体2は厚み方向に分極処理されている。従って、圧電共振子1では、外部電極6,7間に交流電圧を印加することにより、厚み縦振動の2倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子として動作する。
【0058】
図8及び図9は、本発明に係る圧電体磁器組成物を用いた圧電共振子の他の例を説明するための断面図及び分解斜視図である。
図8に示すように、積層型の圧電共振子11では、圧電体12内に、複数の内部電極13a〜13pが形成されている。図9に略図的に示すように、内部電極13a,13bは圧電体12のある高さ位置において全面に形成されている。他の内部電極13c〜13pも同様に全面電極の形で形成されている。
【0059】
圧電体12の一方の側面12aには、絶縁層14a〜14hが形成されており、反対側の側面12bには絶縁層15a〜15hが形成されている。内部電極13aは、絶縁層15aにより側面12bに露出している部分が被覆されている。次の内部電極13bは、側面12a上に露出している部分が絶縁層14aにより被覆されている。このようにして、内部電極13a〜13pは、交互に、側面12bまたは側面12a側において、絶縁材料により被覆されている。側面12a,12bには、外部電極16,17がそれぞれ形成されている。また、圧電体12は、厚み方向に一様に分極処理されている。
【0060】
従って、外部電極16,17間に直流電圧を印加することにより、圧電共振子として動作させることができる。
図10は、本発明に係る圧電体磁器組成物を用いた圧電トランスの一例を示す斜視図である。圧電トランス21では、圧電体22内に、複数の内部電極23,24が厚み方向において交互に積層されている。複数の内部電極23は、圧電体22の一方の側面22aに引き出されており、複数の内部電極24は他方の側面22bに引き出されている。また、内部電極23,24は、圧電体22の長さ方向中央から一方端面22c側に位置されている。側面22a,22bには、それぞれ、外部電極25,26が形成されており、端面26cとは反対側の端面26dに外部電極27が形成されている。また、圧電体22は、図示の矢印P方向すなわち長さ方向に分極処理されている。従って、外部電極25,26を入力電極とし、外部電極27を出力電極として用いることにより、ローゼン型の圧電トランスとして動作させることができる。
【0061】
図11は、本発明に係る圧電体磁器組成物を用いた圧電アクチュエータの一例として、インクジェットプリンタのヘッド駆動部を構成しているアクチュエータ装置を示す斜視図である。圧電アクチュエータ装置31では、基板32上に、複数の積層型圧電アクチュエータ33が固定されている。圧電アクチュエータ33は、圧電体34を用いて構成されている。この圧電体34が本発明に係る圧電体磁器組成物により構成されている。圧電体34内には、複数の内部電極35,36が厚み方向に重なり合うように配置されている。複数の内部電極35,36は厚み方向に交互に配置されており、内部電極35,36間に交流電圧を印加することにより、各圧電アクチュエータ33が変位する。
【0062】
なお、上記圧電共振子1,11、圧電トランス21及び圧電アクチュエータ33は、いずれも、本発明に係る圧電体磁器組成物を用いた圧電素子の構造例にすぎず、様々な構造の圧電フィルタを含む圧電共振子;圧電トランスあるいは圧電アクチュエータに、本発明に係る圧電体磁器組成物を用いることができる。
【0063】
(実施例5)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 及びTa2 O5 の各粉末を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Mny Ta1-y )O3 となるように調合した。この場合、x及びyを種々変化させて、下記の表7に示す試料番号76〜94の各原料粉末を用意した。なお、MnとTaのモル比z、すなわち本発明におけるZ=a/(b+c+d+2e)は、y/(1−y)で表される。
【0064】
上記のようにして用意した各原料粉末を用い、以下、実施例1と同様にして円板状の圧電共振子を得た。
得られた圧電共振子の径方向の拡がり振動の圧電特性をインピーダンスアナライザーにより評価した。
【0065】
試料番号76〜94の各原料を用いた圧電共振子のうちの代表例として、x=0.50である試料番号77、試料番号81、試料番号82及び試料番号92の各原料から得られた圧電体磁器における、焼成温度と圧電磁器の焼結密度との関係を図12に示す。
【0066】
モル比zが0.50である試料番号77の原料を用いた場合、1200℃を超える温度で焼成しなければ、十分な焼結密度を得られないことがわかる。また、モル比zの値が1.00以上である試料番号92の原料を用いた場合においても、同様に1200℃以上の高温で焼成しなければ、十分な焼結密度の得られないことがわかる。
【0067】
これに対して、本発明の実施例に相当する試料番号81及び試料番号82の原料を用いた場合には、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、焼結密度が十分に高められることがわかる。
【0068】
上記のような結果が生じているのは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、その境界付近の組成では少しの組成ずれにより大きく焼結性が異なることによる。
【0069】
従って、Mn/Taのモル比zを0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0070】
【表7】
【0071】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0072】
表7から明らかなように、Mn/Taのモル比zが0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成物(試料番号78〜91)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
【0073】
逆に、Mn/Taのモル比zが0.50以下、あるいは1.00以上の場合には(試料番号76,77,92〜94)、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0074】
(実施例6)
PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 及びTa2 O5 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%〔βMnO2 +{(1−β)/2}(Ta2 O5 )〕となるように調合した。この場合、x及びβを種々異ならせ、下記の表に示す試料番号95〜103の各原料粉末を用意した。なお、MnとTaとのモル比zは、z=β/(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様にして円板状の圧電磁器を作製した。
【0075】
図13に、代表例として、x=0.5である試料番号96,100,103の各原料から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
モル比zが0.50である試料番号96の圧電体磁器組成物では、焼成温度が1100℃以上でなければ、十分な焼結密度が得られていない。また、モル比zの値が1.00以上である試料番号103の組成では、さらに焼結性が低下し、1200℃以上の焼成温度でなければ、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが0.85である試料番号100の組成では、1000℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。
【0076】
従って、Mn及びTaを副成分として添加する場合、モル比zの値を0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0077】
実施例6においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表8に示す。
【0078】
【表8】
【0079】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0080】
表8から明らかなように、モル比zの値が0.50より大きく、1.00未満である組成(試料番号97〜101)の組成では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0081】
これに対して、モル比zが0.50以下である組成(試料番号95,96)やモル比zが1.00以上である組成(試料番号102,103)を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0082】
よって、モル比zを0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成であれば、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、良好な圧電特性の得られることがわかる。
【0083】
(実施例7)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 及びTa2 O5 を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Cry Ta1-y )O3 となるように調合した。ここで、x及びyを種々変化させ、下記の表9に示す試料番号104〜122の各原料粉末を用意した。なお、表9のzは、CrとTaとのモル比を示し、本発明におけるz=a/(b+c+d+2e)は、z=y/(1−y)で表される。以下、実施例1と同様にして円板状の圧電体磁器を得、かつ圧電特性を評価した。
【0084】
図14及び図15は、x=0.50の場合の試料番号104,105,109,110,120,122における焼成温度と得られた圧電体磁器の焼結密度との関係を示す。
【0085】
図14から明らかなように、Cr/Taのモル比zが0.50以下の組成である試料番号104,105では、少なくとも1100℃を超える温度で焼成しなければ十分な焼結密度が得られていない。また、図15から明らかなように、Cr/Taのモル比zの値が1.00以上の組成である試料番号120,122では、zが0.50以下の場合と同様に高い温度で焼成しなければ十分な焼結密度が得られない。
【0086】
これに対して、モル比zが0.75または0.85の組成である試料番号109,110の場合には、1000℃程度の低温で焼成した場合においても十分な焼結密度が得られている。これは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、該境界付近の組成では、少しの組成ずれにより大きく焼結性が変化することによる。
【0087】
よって、Cr/Taのモル比zを、0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器組成物の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0088】
【表9】
【0089】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0090】
表9から明らかなように、Cr/Taのモル比zが0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成物(試料番号106〜119)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
また、Cr/Taのモル比zが0.50以下あるいは1.00以上の組成(試料番号104,105,120〜122)では、圧電特性が低下した。
【0091】
(実施例8)
PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 及びTa2 O5 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%〔β/2Cr2 O3 +{(1−β)/2}(Ta2 O5 )〕となるように調合した。この場合、x及びβを種々異ならせ、下記の表10に示す試料番号123〜131の各原料粉末を用意した。なお、CrとTaとのモル比zは、z=β/(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様の方法で円板状の圧電磁器を作製した。
【0092】
図16に、代表例として、x=0.5である試料番号123,128,131の各原料組成から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
【0093】
モル比zが0.50以下である試料番号123の組成では、焼成温度が1200℃以上でなければ、十分な焼結密度が得られていない。また、モル比zの値が1.00以上の試料番号131の組成においても、1200℃以上の焼成温度でなければ、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが0.85である試料番号128の組成では、1000℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。
【0094】
従って、Pb(Zr1-x Tix )O3 を主成分とする圧電体磁器組成物にCr及びTaを副成分として添加する場合において、モル比zの値を0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0095】
実施例8においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表10に示す。
【0096】
【表10】
【0097】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0098】
表10から明らかなように、モル比zの値が0.50より大きく、1.00未満である組成(試料番号125〜129)では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0099】
これに対して、モル比zが0.50以下である試料番号124の組成やモル比zが1.00以上である試料番号130の組成を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0100】
よって、モル比zを0.50より大きく、1.00未満とすることにより、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、十分な圧電特性の得られることがわかる。
【0101】
(実施例9)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、Nb2 O5 及びSiO2 の各粉末を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Mny Nb1-y )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、y及びvを種々変化させて、下記の表11,12に示す試料番号132〜156の各原料粉末を用意した。なお、MnとNbのモル比z、すなわち本発明におけるz=a/(b+c+d+2e)は、y/(1−y)で表される。
【0102】
以下、実施例1と同様にして円板状の圧電体磁器を得、かつ圧電特性を評価した。
試料番号132〜156の各原料を用いた圧電共振子のうちの代表例として、x=0.5及びv=0.02重量%である試料番号133、試料番号141、試料番号142及び試料番号156の各原料から得られた圧電体磁器における、焼成温度と圧電磁器の焼結密度との関係を図17に示す。
【0103】
モル比zが0.50である試料番号133の原料を用いた場合、1200℃を超える温度で焼成しなければ、十分な焼結密度を得られないことがわかる。また、モル比zの値が1.00である試料番号156の原料を用いた場合には1100℃以上の高温で焼成しなければ、十分な焼結密度の得られないことがわかる。
【0104】
これに対して、本発明の実施例に相当する試料番号141及び試料番号142の原料を用いた場合には、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、焼結密度が十分に高められることがわかる。
【0105】
上記のような結果が生じているのは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、その境界付近の組成では少しの組成ずれにより大きく焼結性が異なることによる。
【0106】
従って、Mn/Nbのモル比zを0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0107】
【表11】
【0108】
【表12】
【0109】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0110】
表11,12から明らかなように、Mn/Nbのモル比zが0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成物(試料番号134〜155)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
Mn/Nbのモル比zが0.50以下、あるいは1.00以上の場合には(試料番号132,133,156)、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0111】
(実施例10)
PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、Nb2 O5 及びSiO2 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%〔(βMnO2 +{(1−β)/2}(Nb2 O5 )〕+v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、β及びvを種々異ならせ、下記の表13に示す試料番号157〜167の各原料粉末を用意した。なお、MnとNbとのモル比zは、z=β/(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様にして円板状の圧電磁器を作製した。
【0112】
図18に、代表例として、x=0.5及びv=0.05重量%である試料番号157,164,167の各原料から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
【0113】
モル比zが0.50である試料番号157の圧電体磁器組成物では、焼成温度が1200℃以上でなければ、十分な焼結密度が得られていない。また、モル比zの値が1以上である試料番号167の組成では、1100℃以上の焼成温度でなければ、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが0.85である試料番号164の組成では、1000℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。
【0114】
従って、Mn及びNbを副成分として添加する場合、モル比zの値を0.50より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0115】
実施例10においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表13に示す。
【0116】
【表13】
【0117】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0118】
表13から明らかなように、モル比zの値が0.50より大きく、1.00未満である組成(試料番号159〜165)の組成では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0119】
これに対して、モル比zが0.50以下である組成(試料番号158)やモル比zが1.00以上である組成(試料番号166)を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0120】
よって、モル比zを0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成であれば、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、良好な圧電特性の得られることがわかる。
【0121】
(実施例11)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、Nb2 O5 及びSiO2 を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Cry Nb1-y )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。ここで、x、y及びvを種々変化させ、下記の表14,15に示す試料番号168〜192の各原料粉末を用意した。なお、表14,15のz、すなわち本発明におけるz=a/(b+c+d+2e)は、CrとNbとのモル比を示し、z=y/(1−y)である。以下、実施例1と同様にして円板状の圧電体磁器を得、かつ圧電特性を評価した。
【0122】
図19及び図20は、x=0.50及びv=0.02重量%の場合の試料番号168,176,190,192における焼成温度と得られた圧電体磁器の焼結密度との関係を示す。
【0123】
図19から明らかなように、Cr/Nbのモル比zが0.5以下の組成である試料番号168では、少なくとも1100℃を超える温度で焼成しなければ十分な焼結密度が得られていない。また、図20から明らかなように、Cr/Nbのモル比zの値が1.00以上の組成である試料番号190,192では、1200℃以上の高い温度で焼成しなければ十分な焼結密度が得られない。
【0124】
これに対して、モル比zが12/13の組成である試料番号176の場合には、1000℃程度の低温で焼成した場合においても十分な焼結密度が得られている。これは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、該境界付近の組成では、少しの組成ずれにより大きく焼結性が変化することによる。
【0125】
よって、Cr/Nbのモル比zを、0.5より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器組成物の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0126】
【表14】
【0127】
【表15】
【0128】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0129】
表14,15から明らかなように、Cr/Nbのモル比zが0.5より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成物(試料番号169〜189)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
Cr/Nbのモル比zが0.5以下あるいは1.00以上の組成(試料番号168,190,191)では、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0130】
(実施例12)
PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、Nb2 O5 及びSiO2 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%〔(β/2)Cr2 O3 +{(1−β)/2}(Nb2 O5 )〕+v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、β及びvを種々異ならせ、下記の表16に示す試料番号193〜203の各原料粉末を用意した。なお、CrとNbとのモル比zは、z=β/(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様の方法で円板状の圧電磁器を作製した。
【0131】
図21に、代表例として、x=0.5及びv=0.02重量%である試料番号194,199,203の各原料組成から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
【0132】
モル比zの値が1.00以上の試料番号203の組成では、1200℃以上の焼成温度でなければ、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが12/13である試料番号199の組成では、950℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。また、モル比zが11/13である試料番号194の組成では、試料番号199の組成ほど低温での焼結密度の向上はないが、1000℃程度で十分な焼結密度が得られており、試料番号203の組成に比べて、大幅な低温での焼結密度の向上が見られる。
【0133】
従って、Pb(Zr1-x Tix )O3 を主成分とする圧電体磁器組成物にCr及びNbを副成分として添加する場合において、モル比zの値を0.5より大きく、1.00未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0134】
実施例12においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表16に示す。
【0135】
【表16】
【0136】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0137】
表16から明らかなように、モル比zの値が0.5より大きく、1.00未満である組成(試料番号194〜201)の組成では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0138】
これに対して、モル比zが0.5以下である試料番号193の組成やモル比zが1.00以上である試料番号202の組成を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0139】
よって、モル比zを0.5より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成であれば、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、十分な圧電特性の得られることがわかる。
【0140】
(実施例13)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、WO3 及びSiO2 の各粉末を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Mny W1-y )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、y及びvを種々変化させて、下記の表17に示す試料番号204〜229の各原料粉末を用意した。なお、本発明におけるz=a/(b+c+d+2e)は、z=y/{2(1−y)}で表される。
【0141】
以下、実施例1と同様にして円板状の圧電体磁器を得、かつ圧電特性を評価した。
試料番号401〜435の各原料を用いた圧電共振子のうちの代表例として、x=0.5及びv=0.02重量%である試料番号205、試料番号213、試料番号220及び試料番号228の各原料から得られた圧電体磁器における、焼成温度と圧電磁器の焼結密度との関係を図22に示す。
【0142】
モル比zが0.5である試料番号205の原料を用いた場合、1200℃を超える温度で焼成しなければ、十分な焼結密度を得られないことがわかる。また、モル比zの値が1.0以上である試料番号228の原料を用いた場合においても、同様に1200℃以上の高温で焼成しなければ、十分な焼結密度の得られないことがわかる。
【0143】
これに対して、本発明の実施例に相当する試料番号213及び試料番号220の原料を用いた場合には、940℃程度の低温で焼成した場合においても、焼結密度が十分に高められることがわかる。
【0144】
上記のような結果が生じているのは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、その境界付近の組成では少しの組成ずれにより大きく焼結性が異なることによる。
【0145】
従って、モル比zを0.5より大きく、1.0未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0146】
【表17】
【0147】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0148】
表17から明らかなように、モル比zが0.5より大きく、1.0未満である圧電体磁器組成物(試料番号206〜227)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
モル比zが0.5以下、あるいは1.0以上の場合には(試料番号205,228)、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0149】
(実施例14)
PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、WO3 及びSiO2 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%{βMnO2 +(1−β)(WO3 )}+v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、β及びvを種々異ならせ、下記の表18に示す試料番号230〜240の各原料粉末を用意した。なお、本発明におけるz=a/(b+c+d+2e)は、z=β/2(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様にして円板状の圧電磁器を作製した。
【0150】
図23に、代表例として、x=0.5及びv=0.05重量%である試料番号230,236,240の各原料から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
【0151】
モル比zが0.48であり、0.5以下である試料番号230の圧電体磁器組成物では、焼成温度が1100℃以上でなければ、十分な焼結密度が得られていない。また、モル比zの値が1.0以上である試料番号240の組成では、さらに焼結性が低下し、1200℃以上の焼成温度でなければ、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが0.75である試料番号236の組成では、950℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。
【0152】
従って、Mn及びWを副成分として添加する場合、モル比zの値を0.5より大きく、1.0未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0153】
実施例14においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表18に示す。
【0154】
【表18】
【0155】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0156】
表18から明らかなように、モル比zの値が0.5より大きく、1.0未満である組成(試料番号232〜238)の組成では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0157】
これに対して、モル比zが0.5以下である組成(試料番号231)やモル比zが1.0以上である組成(試料番号239)を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0158】
よって、モル比zを0.5より大きく、1.0未満である圧電体磁器組成であれば、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、良好な圧電特性の得られることがわかる。
【0159】
(実施例15)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、WO3 及びSiO2 を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Cry W1-y )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。ここで、x、y及びvを種々変化させ、下記の表19に示す試料番号241〜263の各原料粉末を用意した。なお、表19のz、すなわち本発明におけるz=a/(b+c+d+2e)は、z=y/{2(1−y)}である。以下、実施例1と同様にして円板状の圧電体磁器を得、かつ圧電特性を評価した。
【0160】
図24及び図25は、x=0.50及びv=0.02重量%の場合の試料番号241,242,248,256,262,263における焼成温度と得られた圧電体磁器の焼結密度との関係を示す。
【0161】
図24から明らかなように、モル比zが0.5以下の組成である試料番号241,242では、少なくとも1200℃を超える温度で焼成しなければ十分な焼結密度が得られていない。また、図25から明らかなように、モル比zの値が1.0以上の組成である試料番号262,263では、zが1.0以下の場合と同様に高い温度で焼成しなければ十分な焼結密度が得られない。
【0162】
これに対して、モル比zが0.63または0.88の組成である試料番号248,256の場合には、940℃程度の低温で焼成した場合においても十分な焼結密度が得られている。これは、焼結性が改善される組成範囲と、焼結性がほとんど改善されない組成範囲との境界が極めて明確であるため、該境界付近の組成では、少しの組成ずれにより大きく焼結性が変化することによる。
【0163】
よって、モル比zを、0.5より大きく、1.0未満とすることにより、圧電体磁器組成物の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0164】
【表19】
【0165】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0166】
表19から明らかなように、モル比zが0.5より大きく、1.0未満である圧電体磁器組成物(試料番号243〜261)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
モル比zが0.5以下あるいは1.0以上の組成(試料番号243,262,263)では、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0167】
(実施例16)
PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、WO3 及びSiO2 を、Pb(Zr1-x Tix )O3 +2.0モル%{β/2Cr2 O3 +(1−β)(WO3 )}+v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、x、β及びvを種々異ならせ、下記の表20に示す試料番号264〜276の各原料粉末を用意した。なお、モル比z、すなわち本発明におけるz=a/(b+c+d+2e)は、z=β/2(1−β)である。これらの原料粉末を用い、実施例1と同様の方法で円板状の圧電磁器を作製した。
【0168】
図26に、代表例として、x=0.5及びv=0.02重量%である試料番号270,276の各原料組成から得られた圧電体磁器における焼成温度と焼結密度の関係を示す。
【0169】
モル比zの値が1.0以上の試料番号276の組成では、1050℃以上の焼成温度でなければ、十分な焼結密度が得られていない。これに対して、モル比zが0.63である試料番号270の組成では、950℃程度の低温で焼成した場合でも十分な焼結密度が得られている。
【0170】
従って、Pb(Zr1-x Tix )O3 を主成分とする圧電体磁器組成物にCr及びWを副成分として添加する場合において、モル比zの値を0.5より大きく、1.0未満とすることにより、圧電体磁器の焼結性を大きく改善し得ることがわかる。
【0171】
実施例16においても、得られた各圧電体磁器に、実施例1と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表20に示す。
【0172】
【表20】
【0173】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0174】
表20から明らかなように、モル比zの値が0.5より大きく、1.0未満である組成(試料番号266〜274)の組成では、良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0175】
これに対して、モル比zが0.5以下である試料番号264,265の組成やモル比zが1.0以上である試料番号275の組成を用いた場合には、十分な圧電特性が得られていないことがわかる。
【0176】
よって、モル比zを0.5より大きく、1.0未満である圧電体磁器組成であれば、1000℃程度の低温で焼成した場合においても、十分な圧電特性の得られることがわかる。
【0177】
(実施例17)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、Ma酸化物として、Cr2O3、MnO2 、Fe2O3、CoCO3、Md酸化物として、Sb2O3、Nb2O3、Ta2O5、WO3及びSiO2の各粉末を、0.95Pb(Zr0.50Ti0.50)O3−0.05Pb(MaaSbbNbcTadWe)O3+v重量%SiO2となるように調合した。この場合、v及びa、b、c、d、eを種々変化させて、下記の表21,22に示す試料番号601〜649の各原料粉末を用意した。なお、a/(b+c+d+2e)の値を表21,22に併せて示す。
【0178】
上記のようにして用意した各原料粉末に水を加え、粉砕メディアとして安定化ジルコニアの玉石を用い、ボールミルにより湿式で粉砕し、混合した。
上記のようにして混合された各原料粉末を蒸発により脱水し、次に700〜900℃の温度で仮焼した。
【0179】
仮焼された原料に、PVA(ポリビニルアセテート)系のバインダーを仮焼原料に対して1〜5重量%の割合で加え、混合した。
上記のようにして得られたバインダー混合原料を、面圧500〜2000kg/cm2でプレスし、円板状の成形体を得た。次に、該成形体を1000℃の温度で焼成し、直径10mm×厚さ1mmの円板状の圧電磁器を得た。
【0180】
得られた圧電磁器の両面に蒸着により銀電極を形成した後、60〜150℃の絶縁オイル中で2.0kV/mm〜5.0kV/mmの直流電界を印加し、厚み方向に分極した。このようにして、円板状の圧電共振子を得た。
【0181】
得られた圧電共振子の径方向の拡がり振動の圧電特性をインピーダンスアナライザーにより評価した。結果を表21,22に示す。
【0182】
【表21】
【0183】
【表22】
【0184】
試料番号に*を付したものは本発明の範囲外の試料であることを示す。
試料番号に+を付した試料は焼結性が十分ではなく、分極処理ができなかった試料であることを示す。
【0185】
表21,22から明らかなように、Ma/Mdのモル比a/(b+c+d+2e)が0.50より大きく、1.00未満である圧電体磁器組成物(試料番号613〜640)では、1000℃の低温で焼成した場合であっても、良好な圧電特性が得られていることがわかる。
【0186】
Ma/Mdのモル比a/(b+c+d+2e)が0.50以下、あるいは1.00以上の場合には(試料番号601〜612,641〜649)、焼結密度が低く、圧電特性も低下した。
【0187】
(実施例18)
PbO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、Sb2 O3 及びSiO2 を、0.95Pbu(Zr0.5 Ti0.5 )O3 −0.05Pbu(Cr0.473 Sb0.527 )O3 +0.02重量%SiO2 となるように調合した。この場合、uを種々異ならせ、下記の表23に示す試料番号650〜657の各原料粉末を用意した。これらの原料粉末を用い、実施例17と同様にして円板状の圧電磁器を作製した。
【0188】
実施例18においても、得られた各圧電体磁器に、実施例17と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表23に示す。
【0189】
【表23】
【0190】
表23から明らかなように、uが0.98〜1.02の範囲にある試料番号652〜655では、圧電性がより一層良好であった。
【0191】
(実施例19)
出発原料として、PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、Nb2 O3 及びSiO2 を、0.95Pb(Zr1-x Tix )O3 −0.05Pb(Mn0.473 Nb0.527 )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。ここで、xを種々変化させ、下記の表24に示す試料番号661〜674の各原料粉末を用意した。以下、実施例17と同様にして円板状の圧電体磁器を得、かつ圧電特性を評価した。
【0192】
【表24】
【0193】
表24から明らかなように、TiとZrとの比をx:1−xとしたときに、xが0.45〜0.65の範囲にある圧電体磁器組成物(試料番号662〜672)では、より一層良好な圧電特性が得られていることがわかる。
【0194】
(実施例20)
PbO、TiO2 、ZrO2 、MnO2 、Nb2 O3 、及びSiO2 を、0.95Pb(Zr0.5 Ti0.5 )O3 0.05Pb(Mn0.338 Nb0.662 )O3 +v重量%SiO2 となるように調合した。この場合、vを種々異ならせ、下記の表25示す試料番号680〜688の各原料粉末を用意した。これらの原料粉末を用い、実施例17と同様の方法で円板状の圧電磁器を作製した。
【0195】
実施例20においても、得られた各圧電体磁器に、実施例17と同様にして電極を形成し、分極処理し、圧電特性を評価した。結果を下記の表25に示す。
【0196】
【表25】
【0197】
表25から明らかなように、SiO2 が0.005〜0.1重量%の割合で含まれている組成(試料番号682〜686)の組成では、より一層良好な圧電特性の得られていることがわかる。
【0198】
【発明の効果】
本発明に係る圧電体の製造方法では、Pb、Ti、Zr、Ma(但し、MaはCr、Mn、Fe、Coのうち少なくとも1種)及びMd(但し、MdはNb、Sb、Ta、Wのうち少なくとも1種)を含み(Lnを含むものを除く)、SiがSiO2に換算して、Pb、Ti、Zr、Ma及びMdの合計重量100重量%に対し、0.005〜0.1重量%の割合で添加されている、ペロブスカイト構造を有する酸化物圧電体磁器組成物において、Maの総量をaモル、MdのうちSb、Nb、Ta、W量をそれぞれb、c、d、eモルとしたとき、0.50<a/(b+c+d+2e)<1.00である圧電体磁器組成物を1000℃以下の温度で焼成することにより、十分な焼結密度を有し、良好な圧電特性を発現する圧電体を得ることができる。
【0199】
従って、低温で焼成可能であるため、焼成に際してのPbの揮発が少なく、よって、特性のばらつきの少ない圧電体を得ることが可能となる。
よって、本発明に係る圧電体磁器組成物を用いることにより、電気的特性の安定な圧電共振子、圧電トランス及び圧電アクチュエータなどを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1におけるMn/Sbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図2】実施例2におけるMn/Sbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図3】実施例3におけるMn/Sbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図4】実施例3におけるCr/Sbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図5】実施例4におけるCr/Sbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図6】本発明の一実施例の圧電共振子の分解斜視図。
【図7】本発明の一実施例の圧電共振子の外観を示す斜視図。
【図8】本発明の他の実施例の圧電共振子を示す断面図。
【図9】図8に示した圧電共振子の内部電極の形状を説明するための分解斜視図。
【図10】本発明のさらに他の実施例としての圧電トランスを示す斜視図。
【図11】本発明のさらに他の実施例としての圧電アクチュエータを説明するための斜視図。
【図12】実施例5におけるMn/Taのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図13】実施例6におけるMn/Taのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図14】実施例7におけるMn/Taのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図15】実施例7におけるCr/Taのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図16】実施例8におけるCr/Taのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図17】実施例9におけるMn/Nbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図18】実施例10におけるMn/Nbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図19】実施例11におけるMn/Nbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図20】実施例11におけるCr/Nbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図21】実施例12におけるCr/Nbのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図22】実施例13におけるMn/Wのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図23】実施例14におけるMn/Wのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図24】実施例15におけるMn/Wのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図25】実施例15におけるCr/Wのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【図26】実施例16におけるCr/Wのモル比zを変化させた場合の圧電体磁器組成物の焼成温度と得られた圧電体の焼結密度との関係を示す図。
【符号の説明】
1…圧電共振子
2…圧電体
11…圧電共振子
12…圧電体
21…圧電トランス
22…圧電体
31…圧電アクチュエータ装置
33…圧電アクチュエータ
34…圧電体
Claims (3)
- Pb、Ti、Zr、Ma(但し、MaはCr、Mn、Fe、Coのうち少なくとも1種)及びMd(但し、MdはNb、Sb、Ta、Wのうち少なくとも1種)を含み(Lnを含むものを除く)、SiがSiO2 に換算して、Pb、Ti、Zr、Ma及びMdの合計重量100重量%に対して0.005〜0.1重量%の割合で添加されている(Lnを含むものを除く)、ペロブスカイト構造を有する酸化物圧電体磁器組成物であって、
前記Maの総量をaモル、前記MdのうちSb、Nb、Ta、W量をそれぞれb、c、d、eモルとし、a/(b+c+d+2e)=zとしたとき、
0.50<z<1.00
である圧電体磁器組成物を1000℃以下の温度で焼結することを特徴とする、圧電体の製造方法。 - 前記圧電体磁器組成物において、前記ペロブスカイト構造をAuBO3と表したとき、
0.98≦u≦1.02
であることを特徴とする、請求項1に記載の圧電体の製造方法。 - 前記圧電体磁器組成物において、Tiと、Zrとの比をx:(1−x)としたとき、
0.45≦x≦0.65
であることを特徴とする、請求項1または2に記載の圧電体の製造方法。
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