(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属成分として少なくともＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｙｂ、ＣｏおよびＳｂを含有する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モル比による組成式を
Ｐｂａ  〔（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）ｄ  （Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）ｅ  （Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）１−ｄ−ｅ  〕ｂ  （Ｚｒ１−ｃ  Ｔｉｃ  ）１−ｂ  Ｏ３  
と表した時、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅが、
０．９８≦ａ≦１．０４
０．０８≦ｂ≦０．１２
０．４９≦ｃ≦０．５２
０．４０≦ｄ≦０．６０
０．３５≦ｅ≦０．５５
を満足することを特徴とする圧電磁器組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電磁器組成物に関わり、例えばセラミックフィルタ、セラミックレゾネータ、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および加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサ等に適する圧電磁器組成物に関する。
【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、例えばセラミックフィルタ、セラミックレゾネータ、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電スピーカー、超音波モータ、圧電ファン、圧電アクチュエータ等がある。
【０００３】
ここでブザーやスピーカー等の圧電発音体素子の材料としては、ＰｂＺｒＯ３  −ＰｂＴｉＯ３  を主成分とした磁器組成物が利用されており、これにＮｂ２  Ｏ５  やＭｎＯ２  等の金属酸化物、Ｐｂ（Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）Ｏ３  等の複合ペロブスカイト酸化物を添加したり、置換することにより圧電特性の向上が図られている。
【０００４】
例えば、特公昭４８−２１８７６号公報には、Ｐｂ（Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）Ｏ３  −ＰｂＺｒＯ３  −    ＰｂＴｉＯ３  系の組成物が開示されている。
【０００５】
これらの酸化物圧電材料では、まず電気機械結合係数Ｋｒが大きいことが望ましい。例えばメカニカルフィルタ用の電気機械振動変換素子や超音波振動の電気音響振動変換素子とに用いる場合には電気機械結合係数Ｋｒが大きい程、変換効率もよくなり、回路上有利になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記したＰｂ（Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）Ｏ３  −ＰｂＺｒＯ３  −ＰｂＴｉＯ３  系の圧電磁器組成物では、電気機械結合係数Ｋｒは４０％〜６０％程度であり、未だ小さいという問題があった。
【０００７】
本発明は、電気機械結合係数Ｋｒの大きな圧電磁器組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｙｂ、ＣｏおよびＳｂを含む複合ペロブスカイト型化合物であって一定の組成を有するものは、電気機械結合係数Ｋｒの大きな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。
【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、Ｎｂ、Ｙｂ、ＣｏおよびＳｂを含有する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モル比による組成式を、Ｐｂａ  〔（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）ｄ  （Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）ｅ  （Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）１−ｄ−ｅ  〕ｂ  （Ｚｒ１−ｃ  Ｔｉｃ  ）１−ｂ  Ｏ３  と表した時、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅが、０．９８≦ａ≦１．０４、０．０８≦ｂ≦０．１２、０．４９≦ｃ≦０．５２、０．４０≦ｄ≦０．６０、０．３５≦ｅ≦０．５５を満足するものである。
【００１０】
【作用】
本発明の圧電磁器組成物では、ＰｂＺｒＯ３  −ＰｂＴｉＯ３  系の磁器組成物のＺｒおよびＴｉの一部をＮｂ、Ｙｂ、Ｃｏ、Ｓｂで所定量置換することにより、電気機械結合係数Ｋｒが７０以上の圧電磁器組成物を得ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電磁器組成物は、モル比による組成式を、Ｐｂａ  〔（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）ｄ  （Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）ｅ  （Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）１−ｄ−ｅ  〕ｂ  （Ｚｒ１−ｃ  Ｔｉｃ  ）１−ｂ  Ｏ３  と表した時、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅが、０．９８≦ａ≦１．０４、０．０８≦ｂ≦０．１２、０．４９≦ｃ≦０．５２、０．４０≦ｄ≦０．６０、０．３５≦ｅ≦０．５５を満足するものである。
【００１２】
ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅを上記のように設定した理由について説明する。Ｐｂ量ａを０．９８≦ａ≦１．０４としたのは、ａが０．９８未満の場合や１．０４よりも大きい場合には電気機械結合係数Ｋｒが低下するからである。Ｐｂ量ａは、電気機械結合係数Ｋｒを向上するという観点から、１．００≦ａ≦１．０２であることが特に望ましい。
【００１３】
〔（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）ｄ  （Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）ｅ  （Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）１−ｄ−ｅ  〕量を表すｂを０．０８≦ｂ≦０．１２としたのは、ｂが０．０８未満の場合や０．１２より大きい場合には、電気機械結合係数Ｋｒが低下するからである。
【００１４】
〔（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）ｄ  （Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）ｅ  （Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）１−ｄ−ｅ  〕量ｂは、０．０９〜０．１０、特に０．１０であることが望ましい。
Ｔｉ量を表すｃを０．４９≦ｃ≦０．５２としたのは、ｃが０．４９未満の場合や０．５２よりも大きい場合には電気機械結合係数Ｋｒが低下するからである。Ｔｉ量を表すｃは、電気機械結合係数Ｋｒを向上するという点から０．５０〜０．５１、特には０．５１であることが望ましい。
【００１５】
（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）量を表すｄを０．４０≦ｄ≦０．６０としたのは、ｄが０．４０未満の場合や０．６０よりも大きい場合には、電気機械結合係数Ｋｒが低下するからである。（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）量を表すｄは、電気機械結合係数Ｋｒを向上するという点から０．４５〜０．６０であることが望ましい。
【００１６】
（Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）量を表すｅを０．３５≦ｅ≦０．５５としたのは、ｅ  が０．３５未満の場合や、０．５５より大きいと電気機械結合係数Ｋｒが低下するからである。（Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）量を表すｅは、電気機械結合係数Ｋｒの向上という点から０．４５〜０．５０、特には０．５０であることが望ましい。
【００１７】
本発明の圧電磁器組成物は、モル比による組成式を、Ｐｂａ  〔（Ｎｂ１／２  Ｙｂ１／２  ）ｄ  （Ｎｂ２／３  Ｃｏ１／３  ）ｅ  （Ｎｂ１／２  Ｓｂ１／２  ）１−ｄ−ｅ  〕ｂ  （Ｚｒ１−ｃ  Ｔｉｃ  ）１−ｂ  Ｏ３  と表した時、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅが、１．００≦ａ≦１．０２、０．０９≦ｂ≦０．１０、０．５０≦ｃ≦０．５１、０．４５≦ｄ≦０．６０、０．４５≦ｅ≦０．５０を満足することが望ましい。
【００１８】
そして、本発明の圧電磁器磁器組成物は、例えば、原料としてＰｂＯ、ＺｒＯ２  、ＴｉＯ２  、Ｎｂ２  Ｏ５  、Ｙｂ２  Ｏ３  、Ｃｏ３  Ｏ４  、Ｓｂ２  Ｏ３  の各原料粉末を所定量秤量し、ボールミル等で１０〜２４時間湿式混合し、次いで、この混合物を乾燥した後、８００〜１１００℃で１〜３時間仮焼し当該仮焼物を再びボールミル等で粉砕する。その後、この粉砕物に有機バインダーを混合し、プレス成形、ドクターブレード法等の公知の成形法で成形体を作成し、これらを大気中において１１５０〜１３００℃で１〜３時間焼成することにより得られる。
【００１９】
本発明においては、粉砕時の粉砕ボールからボール成分が混入する場合や、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃｌ、Ｅｕ、Ｙ、Ｔｂ、Ｋ、Ｐ、Ｃｕ、Ｍｇ等が不可避不純物として混入する場合もあるが特性上問題ない。
【００２０】
また本発明においては、共振周波数、反共振周波数の温度特性の改善という観点から、Ｐｂサイトの一部をＣａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金属やＮｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍなどの希土類元素で単独または複合置換しても良い。
【００２１】
さらに本発明においては共振周波数、反共振周波数の経時変化の向上という観点から、Ｃｒ、Ｍｎの酸化物もしくは炭酸塩を添加しても良い。
【００２２】
さらに本発明においてはぺロブスカイト型結晶を主結晶相をするもので、他の結晶相としてパイロクロア相が少々存在していてもよい。構成元素Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｙｂ、Ｃｏ、Ｓｂは主に主結晶相中に存在するが、粒界に存在していてもよい。
【００２３】
【実施例】
原料粉末としてＰｂＯ、ＺｒＯ２  、ＴｉＯ２  、Ｎｂ２  Ｏ５  、Ｙｂ２  Ｏ３  、Ｃｏ３  Ｏ４  、Ｓｂ２  Ｏ３  の各原料粉末を表１に示すように所定量秤量し、ＺｒＯ２  ボールを用いたボールミルで湿式混合し、乾燥した後、１０００℃で３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで粉砕する。その後、この粉砕物に有機バインダーを混合し、得られた粉末を１．５ｔ／ｃｍ２  の圧力で直径２３ｍｍ、厚さ２ｍｍの寸法からなる円板にプレス成形した。更に、これらの成形体をＭｇＯからなる容器内に密閉し、大気中１２５０℃で２時間焼成した。
【００２４】
得られた焼結体を研磨して厚み０．５ｍｍの円板を形成した。この円板の両主面にＡｇペーストを焼き付けることにより電極を形成し、８０℃のシリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を３０分間印加して分極処理した後、電気機械結合係数Ｋｒを評価した。
【００２５】
電気機械結合係数Ｋｒは、インピーダンスアナライザーにて測定した共振周波数Ｆｒ、反共振周波数Ｆａの値から次の計算式により求めた。
【００２６】
Ｋｐ＝〔２．５３×（Ｆａ−Ｆｒ）／Ｆｒ〕１／２  
これらの結果を表１に記載する。
【００２７】
【表１】
0003588215.tif 000002
【００２８】
この表１から、本発明の圧電磁器組成物は、電気機械結合係数Ｋｒが７０％以上と大きいことが判る。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、ＰｂＺｒＯ３  −ＰｂＴｉＯ３  系の磁器組成物のＺｒおよびＴｉの一部をＮｂ、Ｙｂ、Ｃｏ、Ｓｂで所定量置換することにより、電気機械結合係数Ｋｒの大きな圧電磁器組成物を得ることができ、例えばメカニカルフィルタ用の電気機械振動変換素子や超音波振動の電気音響振動変換素子に用いた場合、変換効率を向上することができる。