(57)【要約】【課題】限界振動速度が０．４ｍ／ｓ以上で、かつ１１００℃以下で焼結することが可能な圧電磁器組成物を提供すること。【解決手段】組成式が、ｘＰｂａ（Ｍｎ１／３Ｓｂ１／３Ｎｂ１／３）Ｏ３−ｙＰｂａＺｒＯ３−ｚＰｂａＴｉＯ３（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、その組成範囲が、Ｄ（ｘ＝３ｍｏｌ％、ｙ＝４０ｍｏｌ％、ｚ＝５７ｍｏｌ％）、Ｅ（ｘ＝３ｍｏｌ％、ｙ＝６０ｍｏｌ％、ｚ＝３７ｍｏｌ％）、Ｆ（ｘ＝１２ｍｏｌ％、ｙ＝５３ｍｏｌ％、ｚ＝３５ｍｏｌ％）、Ｇ（ｘ＝１２ｍｏｌ％、ｙ＝３３ｍｏｌ％、ｚ＝５５ｍｏｌ％）、の組成点を結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領域とする範囲を主成分とし、１．００≦ａ≦１．０２である圧電磁器組成物。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式が、ｘＰｂａ（Ｍｎ１／３Ｓｂ１／３Ｎｂ１／３）Ｏ３−ｙＰｂａＺｒＯ３−ｚＰｂａＴｉＯ３（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、その組成範囲が、
Ｄ（ｘ＝３ｍｏｌ％、ｙ＝４０ｍｏｌ％、ｚ＝５７ｍｏｌ％）、
Ｅ（ｘ＝３ｍｏｌ％、ｙ＝６０ｍｏｌ％、ｚ＝３７ｍｏｌ％）、
Ｆ（ｘ＝１２ｍｏｌ％、ｙ＝５３ｍｏｌ％、ｚ＝３５ｍｏｌ％）、
Ｇ（ｘ＝１２ｍｏｌ％、ｙ＝３３ｍｏｌ％、ｚ＝５５ｍｏｌ％）、
の組成点を結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領域とする範囲を主成分とし、１．００≦ａ≦１．０２であ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、洗浄機用振動子や、圧電アクチュエーター、超音波モーター、圧電トランスなど、高出力の振動速度で使用される圧電デバイス用の圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気エネルギーを機械エネルギーに変換することのできる圧電材料は、超音波洗浄機用振動子や、圧電アクチュエーター、超音波モーター、圧電トランスなど、高出力の圧電デバイスに実用化されている。これらの応用に際して、圧電材料には電気エネルギーを機械エネルギーへ変換する際のエネルギー損失が小さいことが要求される。
【０００３】
また、最近、前記圧電デバイスを搭載する電気電子機器の小型化に伴い、圧電デバイスには小型化と機械的出力の増大が求められている。この要求に対し、従来の圧電材料では圧電デバイスの振動速度が高くなるのにともない、内部エネルギー損失による発熱がおこるため、やがて振動速度限界値に達し、さらには圧電材料が絶縁破壊に至るという問題点がある。従って、前記圧電デバイスの機械的出力を増大するためには、高い振動速度限界値を有する圧電材料の開発が求められている。
【０００４】
ここで説明に用いる振動速度限界値とは、文献電子情報通信学会技報ＵＳ９２−３（広瀬清二著、圧電振動子のハイパワー特性の自動測定）に報告されているように、光学式変位測定器から得られる振動子先端の最大振動振幅ξｍと振動子の共振周波数ｆｒの測定から算出できる実効的振動速度とし、振動速度の増加に伴い振動子の内部エネルギー損失による発熱が増加し、圧電振動子表面温度が室温プラス２０ｄｅｇとなる振動速度を振動速度限界値と定義している。
【０００５】
従来、係る高出力用圧電磁器組成物としては、ジルコン酸鉛（ＰＺ）−チタン酸鉛（ＰＴ）系の二成分系圧電磁器組成物や複合ペロブスカイト型化合物とＰＺ−ＰＴ系の三成分圧電磁器組成物にアクセプタ材などを添加したものが使用されてきた。その中でも、三成分系のマンガンアンチモン酸鉛（ＰＭＳ）−ＰＺ−ＰＴ系の圧電磁器組成物は、高振動速度駆動に適した材料として魚群探知機や超音波洗浄機などに実用化されているが、限界振動速度が０．３ｍ／秒程度であり、それ以上の振動速度では発熱が急激に大きくなり、実用できないという問題点があった。
【０００６】
さらに、圧電デバイスの小型化の要求に対しては、複数層の銀−パラジウム系内部電極を有する積層型圧電デバイスが開発され、一部の電気電子機器に搭載されている。
【０００７】
銀−パラジウム系内部電極は、その銀とパラジウムの組成比率によって焼結可能な温度が限定され、銀とパラジウムの比が７：３では１１００℃以下、８：２では１０００℃以下、９：１では９５０℃以下での焼結が可能になるが、前述の圧電磁器組成物の焼結温度は、ほとんどが１２００℃以上で、１１００℃以下の温度で焼結出来る圧電磁器組成物は限定されている。また、パラジウムは高価な貴金属であるため、その含有率によって電極のコストが大きく変わり、焼結温度を下げることは、内部電極のパラジウム含有率を下げることになり、製造コストの低減で大きな効果が期待される。
【０００８】
また、本発明と類似組成系の圧電磁器組成物に関する公知文献として、特開平８−２８３０６９がある。しかしながら、それらの圧電磁器組成物を焼結するには、１２００℃の温度が必要であり、銀とパラジウムの比が６：４の内部電極を使用する必要があり、圧電デバイスのコストの中でパラジウムの占める割合が大きくなり、安価な製品を製造することは困難になるという問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたもので、その技術的課題は、限界振動速度が０．４ｍ／ｓ以上で、かつ１１００℃以下で焼結することが可能な圧電磁器組成物を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、組成式がｘＰｂａ（Ｍｎ１／３Ｓｂ１／３Ｎｂ１／３）Ｏ３−ｙＰｂａＺｒＯ３−ｚＰｂａＴｉＯ３（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、その組成範囲が、
Ｄ（ｘ＝３ｍｏｌ％、ｙ＝４０ｍｏｌ％、ｚ＝５７ｍｏｌ％）、
Ｅ（ｘ＝３ｍｏｌ％、ｙ＝６０ｍｏｌ％、ｚ＝３７ｍｏｌ％）、
Ｆ（ｘ＝１２ｍｏｌ％、ｙ＝５３ｍｏｌ％、ｚ＝３５ｍｏｌ％）、
Ｇ（ｘ＝１２ｍｏｌ％、ｙ＝３３ｍｏｌ％、ｚ＝５５ｍｏｌ％）、
の組成点を結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領域とする範囲を主成分とし、１．００≦ａ≦１．０２であることを特徴とする圧電磁器組成物が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
本発明の圧電磁器組成物を得るための出発原料として、一般市販の酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ３）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の各粉末を用いた。
【００１３】
試作した組成点を表１に示した。図１は、本発明の圧電磁器組成物の主成分の組成を示す図である。図１中で、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの組成点を結ぶ線上およびこの４点に囲まれた領域とする範囲を主成分とする組成物は、本発明によるものである。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１に記載の組成範囲になるように前記各原料粉末を秤量し、ジルコニアボールを用いたボールミルで湿式混合し、この混合粉末を大気中温度８５０℃で、２時間仮焼した。この仮焼粉末を再度ジルコニアボールを用いたボールミルで湿式粉砕し、この粉砕粉末にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加造粒し、寸法２０ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍの矩形板にプレス成形した後、大気中、温度９５０℃〜１０５０℃の範囲で２〜６時間保持し焼成した。
【００１６】
しかる後に、焼結体を寸法１２ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの形状に切断研磨加工し、１２ｍｍ×３ｍｍの両面に銀電極を焼き付け、温度１００℃のシリコーンオイル中で４ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加して分極処理を行い、測定用試料を作製した。
【００１７】
前記測定用試料に正弦波電圧を印加し、周波数カウンターを用いて共振周波数になるように正弦波周波数を調整して励振し、前記正弦波電圧を徐々に大きくしながら、同時に振動速度と発熱の測定を行った。試料端面の振動速度は、レーザードップラ変位計、試料の表面温度はレーザー式非接触温度計を用いて測定した。
【００１８】
表１に、各試料の組成と、焼成温度、及び限界振動速度の測定結果を示した。
【００１９】
表１から、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ１／３Ｎｂ１／３）Ｏ３の比率が０．０３よりも小さな範囲及び０．１２を越える範囲では、限界振動速度が０．４ｍ／秒未満であり、高出力が得られない事が分かる。また、ａ＞１．０２の場合には、緻密化はするが限界振動速度が低減する事が分かる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、０．４ｍ／秒以上の高い限界振動速度を有し、７：３以上の銀の比率が多い安価な銀−パラジウム電極を内部電極とすることが可能な圧電磁器組成物を提供することが出来、工業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電磁器組成物の主成分の組成を示す図。
【図１】
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