JP2000001369A - 高性能電歪セラミックス - Google Patents
高性能電歪セラミックスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 新規の高性能な電歪セラミック材料を提供す
る。 【解決手段】 複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎ
ｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 に単純ぺロブスカイト型化合物Ｐ
ｂＴｉＯ3 を３０ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミ
ックスからなる電歪材料セラミックス、及び当該固溶体
セラミックスの製造方法。 【効果】 本発明で開発された材料をセラミックアクチ
ュエータに代表される固体変位素子に応用すると、現
在、電歪セラミックアクチュエータとして応用が検討さ
れているＰｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3
固溶体の数倍の変位を示す電歪セラミックアクチュエー
タが低コストで実現する。また、電歪セラミックスは原
理的に歪のヒステリシスと経時変化が少ないことから、
発生歪量の問題が解消されると既存の圧電セラミックア
クチュエータの応用分野への進出が予想され、その工業
的価値は極めて大きい。
る。 【解決手段】 複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎ
ｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 に単純ぺロブスカイト型化合物Ｐ
ｂＴｉＯ3 を３０ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミ
ックスからなる電歪材料セラミックス、及び当該固溶体
セラミックスの製造方法。 【効果】 本発明で開発された材料をセラミックアクチ
ュエータに代表される固体変位素子に応用すると、現
在、電歪セラミックアクチュエータとして応用が検討さ
れているＰｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3
固溶体の数倍の変位を示す電歪セラミックアクチュエー
タが低コストで実現する。また、電歪セラミックスは原
理的に歪のヒステリシスと経時変化が少ないことから、
発生歪量の問題が解消されると既存の圧電セラミックア
クチュエータの応用分野への進出が予想され、その工業
的価値は極めて大きい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックアクチ
ュエータ材料として、近年、注目されている電歪セラミ
ックスに関するものであり、更に詳しくは、従来の電歪
セラミック材料よりも格段に優れた電歪特性を有するＰ
ｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 固溶体から
なる電歪セラミック材料、及び当該固溶体セラミックス
を製造する方法に関する。本発明の電歪セラミックス
は、固体変位素子の材料として有用であり、この材料を
アクチュエータに代表される固体変位素子に応用するこ
とによって、電歪セラミックアクチュエータの実用化が
促進されるとともに応用分野の拡大が期待できる。
ュエータ材料として、近年、注目されている電歪セラミ
ックスに関するものであり、更に詳しくは、従来の電歪
セラミック材料よりも格段に優れた電歪特性を有するＰ
ｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 固溶体から
なる電歪セラミック材料、及び当該固溶体セラミックス
を製造する方法に関する。本発明の電歪セラミックス
は、固体変位素子の材料として有用であり、この材料を
アクチュエータに代表される固体変位素子に応用するこ
とによって、電歪セラミックアクチュエータの実用化が
促進されるとともに応用分野の拡大が期待できる。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化やインテリジェ
ント化にともなって固体変位素子としてのセラミックア
クチュエータの重要性が増加している。現在、セラミッ
クアクチュエータ材料としては、圧電セラミックスと電
歪セラミックスが知られており、圧電セラミックスにつ
いては既に広い分野で使用されている。一方、電歪セラ
ミックスについては、圧電セラミックスよりも良好なア
クチュエータ特性を有しているものの、従来のセラミッ
クス合成方法では、純粋な化合物の合成が困難であり、
得られる変位量も圧電セラミックスの半分程度であるた
めに実用化が遅れている。電歪セラミックアクチュエー
タは、圧電セラミックアクチュエータよりも歪のヒステ
リシスと経時変化が少ないという長所を有していること
から、高い信頼性と変位量の精密な制御が必要とされる
分野での活躍が期待されている（参考文献：“圧電／電
歪アクチュエータ基礎から応用まで”内野研二著，森北
出版，１９９４）。
ント化にともなって固体変位素子としてのセラミックア
クチュエータの重要性が増加している。現在、セラミッ
クアクチュエータ材料としては、圧電セラミックスと電
歪セラミックスが知られており、圧電セラミックスにつ
いては既に広い分野で使用されている。一方、電歪セラ
ミックスについては、圧電セラミックスよりも良好なア
クチュエータ特性を有しているものの、従来のセラミッ
クス合成方法では、純粋な化合物の合成が困難であり、
得られる変位量も圧電セラミックスの半分程度であるた
めに実用化が遅れている。電歪セラミックアクチュエー
タは、圧電セラミックアクチュエータよりも歪のヒステ
リシスと経時変化が少ないという長所を有していること
から、高い信頼性と変位量の精密な制御が必要とされる
分野での活躍が期待されている（参考文献：“圧電／電
歪アクチュエータ基礎から応用まで”内野研二著，森北
出版，１９９４）。
【０００３】現在、実用的な電歪セラミックスとして
は、複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 （以下、ＰＭＮと記載することがある。）と
単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3 （以下、ＰＴ
と記載することがある。）の固溶体、いわゆるＰＭＮ−
ＰＴ固溶体が開発されている。この化合物は０．９ＰＭ
Ｎ・０．１ＰＴ組成付近において室温で非常に高い比誘
電率を示すとともに、比較的大きな電界誘起歪（〜１μ
ｍ／ｍｍ）を発生する。しかし、この歪量は圧電セラミ
ックスの中で特に大きな電界誘起歪を発生することで知
られている（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 固溶体
（ＰＬＺＴ）の半分程度であり、アクチュエータ材料と
しては不十分である。更に、ＰＭＮ−ＰＴ固溶体で大き
な歪が得られる組成は高価なＮｂ2 Ｏ5 の割合が高く、
通常のセラミック合成方法ではぺロブスカイトの単一相
が得られないという難点がある。このように、現在の電
歪セラミック材料では、得られる変位量が小さい上に、
材料設計の自由度が極端に少ないという問題点がある。
は、複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 （以下、ＰＭＮと記載することがある。）と
単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3 （以下、ＰＴ
と記載することがある。）の固溶体、いわゆるＰＭＮ−
ＰＴ固溶体が開発されている。この化合物は０．９ＰＭ
Ｎ・０．１ＰＴ組成付近において室温で非常に高い比誘
電率を示すとともに、比較的大きな電界誘起歪（〜１μ
ｍ／ｍｍ）を発生する。しかし、この歪量は圧電セラミ
ックスの中で特に大きな電界誘起歪を発生することで知
られている（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 固溶体
（ＰＬＺＴ）の半分程度であり、アクチュエータ材料と
しては不十分である。更に、ＰＭＮ−ＰＴ固溶体で大き
な歪が得られる組成は高価なＮｂ2 Ｏ5 の割合が高く、
通常のセラミック合成方法ではぺロブスカイトの単一相
が得られないという難点がある。このように、現在の電
歪セラミック材料では、得られる変位量が小さい上に、
材料設計の自由度が極端に少ないという問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、上記従来技術に鑑みて、大きな変位を示す電歪材料
について鋭意検討した結果、ＰＭＮ−ＰＴ固溶体と同様
に非常に高い比誘電率を示すことで知られているＰｂ
（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 固溶体が電歪
材料として有望であることを見出し、本発明を完成する
に至った。この固溶体は、複合ペロブスカイト型化合物
のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 （以下、ＰＮＮと記載
することがある。）に単純ペロブスカイト型化合物Ｐｂ
ＴｉＯ3 を３０ｍｏｌ％程度固溶させると室温付近で非
常に高い比誘電率を示すことが知られているが、従来の
セラミック合成方法ではＰＭＮ−ＰＴ固溶体以上にぺロ
ブスカイトの単一相の粒子を得ることが困難であること
から、その特性に関する研究は極めて少なかった。しか
し、本発明者らによって、最近、開発された合成方法に
よって容易に高純度の粒子が得られるようになった結
果、本材料が有する魅力的な電歪特性が発見された。本
発明は、従来の電歪セラミックスよりも格段に優れた電
歪特性を有する新規の電歪材料を提供することを目的と
するものである。また、本発明は、上記電歪材料として
有用なＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 固
溶体を比較的簡便な合成手順で製造する方法を提供する
ことを目的とするものである。
は、上記従来技術に鑑みて、大きな変位を示す電歪材料
について鋭意検討した結果、ＰＭＮ−ＰＴ固溶体と同様
に非常に高い比誘電率を示すことで知られているＰｂ
（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 固溶体が電歪
材料として有望であることを見出し、本発明を完成する
に至った。この固溶体は、複合ペロブスカイト型化合物
のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 （以下、ＰＮＮと記載
することがある。）に単純ペロブスカイト型化合物Ｐｂ
ＴｉＯ3 を３０ｍｏｌ％程度固溶させると室温付近で非
常に高い比誘電率を示すことが知られているが、従来の
セラミック合成方法ではＰＭＮ−ＰＴ固溶体以上にぺロ
ブスカイトの単一相の粒子を得ることが困難であること
から、その特性に関する研究は極めて少なかった。しか
し、本発明者らによって、最近、開発された合成方法に
よって容易に高純度の粒子が得られるようになった結
果、本材料が有する魅力的な電歪特性が発見された。本
発明は、従来の電歪セラミックスよりも格段に優れた電
歪特性を有する新規の電歪材料を提供することを目的と
するものである。また、本発明は、上記電歪材料として
有用なＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 固
溶体を比較的簡便な合成手順で製造する方法を提供する
ことを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、以下の技術的手段からなる。 （１）複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎ
ｂ2/3 ）Ｏ3 に単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ
3 を２６〜３４ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミッ
クスからなる電歪セラミックス。 （２）出発原料として、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ニッケ
ル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及び酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）を使用し、これらを湿式混合等により混
合した後、成形して、大気中で加熱処理を行い、次い
で、未反応物を溶解し、粒子を分離し、得られた粒子を
成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で焼成して焼結体を作製す
ることからなるＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴ
ｉＯ3 固溶体セラミックスの製造方法。 （３）成形して、大気中で８５０〜１０００℃で加熱処
理する前記（２）記載の固溶体セラミックスの製造方
法。 （４）得られた粒子を成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で１
１００〜１３００℃で焼成して焼結体を作製する前記
（２）記載の固溶体セラミックスの製造方法。
明は、以下の技術的手段からなる。 （１）複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎ
ｂ2/3 ）Ｏ3 に単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ
3 を２６〜３４ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミッ
クスからなる電歪セラミックス。 （２）出発原料として、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ニッケ
ル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及び酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）を使用し、これらを湿式混合等により混
合した後、成形して、大気中で加熱処理を行い、次い
で、未反応物を溶解し、粒子を分離し、得られた粒子を
成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で焼成して焼結体を作製す
ることからなるＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴ
ｉＯ3 固溶体セラミックスの製造方法。 （３）成形して、大気中で８５０〜１０００℃で加熱処
理する前記（２）記載の固溶体セラミックスの製造方
法。 （４）得られた粒子を成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で１
１００〜１３００℃で焼成して焼結体を作製する前記
（２）記載の固溶体セラミックスの製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。上記課題を解決する本発明は、従来の電歪セ
ラミックスよりも格段に優れた電歪特性を有する新規の
電歪材料Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3
固溶体に関するものである。この化合物をアクチュエー
タ材料として用いることによって、従来の電歪セラミッ
クアクチュエータの問題が解決され、電歪セラミックア
クチュエータの実用化が促進される。本発明において
は、複合ペロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 に単純ペロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3
を２６〜３４ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミック
スが使用される。この固溶体は、従来のセラミックス合
成方法ではペロブスカイトの単一相とすることが非常に
困難であることが知られているが、本発明者らが開発し
た方法によれば、比較的簡単な合成手順でペロブスカイ
トの単一相の粒子を得ることができる。
説明する。上記課題を解決する本発明は、従来の電歪セ
ラミックスよりも格段に優れた電歪特性を有する新規の
電歪材料Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3
固溶体に関するものである。この化合物をアクチュエー
タ材料として用いることによって、従来の電歪セラミッ
クアクチュエータの問題が解決され、電歪セラミックア
クチュエータの実用化が促進される。本発明において
は、複合ペロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 に単純ペロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3
を２６〜３４ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミック
スが使用される。この固溶体は、従来のセラミックス合
成方法ではペロブスカイトの単一相とすることが非常に
困難であることが知られているが、本発明者らが開発し
た方法によれば、比較的簡単な合成手順でペロブスカイ
トの単一相の粒子を得ることができる。
【０００７】本発明の方法では、出発材料として、酸化
鉛（ＰｂＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ
（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及び酸化チタン（ＴｉＯ2 ）が使用され
る。これらの材料は、所定の割合、例えば、５ＰｂＯ＋
０．７ＮｉＯ＋０．７Ｎｂ2 Ｏ5 ＋０．９ＴｉＯ2 の割
合に混合した後、錠剤、角柱等の適宜の形態に成型して
大気中、好適には８５０〜１０００℃で０．５〜２時間
加熱処理する。材料の混合方法としては、湿式混合、湿
式混合、また、成型方法としては、金型プレス法や湿式
プレス法、加熱処理方法としては、大気中での加熱処理
が好適なものとして例示されるが、これらに限定される
ものではない。熱処理した材料は、酸性の水溶液、例え
ば、１Ｎの酢酸水溶液を用いて未反応物を溶解し、濾過
操作により、粒子を分離する。次に、得られた粒子を金
型プレス機によって成型した後、ＰｂＯ雰囲気中、１１
００〜１３００℃で０．５〜２時間焼成して焼結体を作
製する。焼成手段としては、例えば、普通焼結法、加圧
焼結法等が例示されるが、これらに限定されるものでは
ない。
鉛（ＰｂＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ
（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及び酸化チタン（ＴｉＯ2 ）が使用され
る。これらの材料は、所定の割合、例えば、５ＰｂＯ＋
０．７ＮｉＯ＋０．７Ｎｂ2 Ｏ5 ＋０．９ＴｉＯ2 の割
合に混合した後、錠剤、角柱等の適宜の形態に成型して
大気中、好適には８５０〜１０００℃で０．５〜２時間
加熱処理する。材料の混合方法としては、湿式混合、湿
式混合、また、成型方法としては、金型プレス法や湿式
プレス法、加熱処理方法としては、大気中での加熱処理
が好適なものとして例示されるが、これらに限定される
ものではない。熱処理した材料は、酸性の水溶液、例え
ば、１Ｎの酢酸水溶液を用いて未反応物を溶解し、濾過
操作により、粒子を分離する。次に、得られた粒子を金
型プレス機によって成型した後、ＰｂＯ雰囲気中、１１
００〜１３００℃で０．５〜２時間焼成して焼結体を作
製する。焼成手段としては、例えば、普通焼結法、加圧
焼結法等が例示されるが、これらに限定されるものでは
ない。
【０００８】本発明の方法においては、ペロブスカイト
組成にＰｂＯを過剰に添加すること、また、大気中、８
５０℃以上で熱処理することが重要である。後記するよ
うに、ペロブスカイト組成にＰｂＯを過剰に添加した試
料では、ペロブスカイト相の収率が明らかに増加する。
また、８５０℃以上で熱処理することによってペロブス
カイトの単一相が得られる。本発明の固溶体セラミック
スは、上記方法により合成されるが、当該固溶体セラミ
ックスとしては、複合ペロブスカイトのＰＮＮに単純ペ
ロブスカイトのＰＴを２６〜３４ｍｏｌ％、好ましくは
２８〜３１ｍｏｌ％、更に好適には２９ｍｏｌ％程度固
溶させた固溶体が好適なものとして使用される。本発明
のＰＮＮ−ＰＴ系固溶体は、上記組成域（ＰｂＴｉＯ3
を約３０ｍｏｌ％含む組成域）で、既存の電歪材料（Ｐ
ＭＮ−ＰＴ）以上の歪（〜１ミクロン／ｍｍ）が得られ
る。本発明の方法で合成した固溶体は、分散性に優れた
１〜３μｍの立方体の粒子であり、これを焼結すること
によって相対密度９０％以上の緻密な焼結体が得られ
る。
組成にＰｂＯを過剰に添加すること、また、大気中、８
５０℃以上で熱処理することが重要である。後記するよ
うに、ペロブスカイト組成にＰｂＯを過剰に添加した試
料では、ペロブスカイト相の収率が明らかに増加する。
また、８５０℃以上で熱処理することによってペロブス
カイトの単一相が得られる。本発明の固溶体セラミック
スは、上記方法により合成されるが、当該固溶体セラミ
ックスとしては、複合ペロブスカイトのＰＮＮに単純ペ
ロブスカイトのＰＴを２６〜３４ｍｏｌ％、好ましくは
２８〜３１ｍｏｌ％、更に好適には２９ｍｏｌ％程度固
溶させた固溶体が好適なものとして使用される。本発明
のＰＮＮ−ＰＴ系固溶体は、上記組成域（ＰｂＴｉＯ3
を約３０ｍｏｌ％含む組成域）で、既存の電歪材料（Ｐ
ＭＮ−ＰＴ）以上の歪（〜１ミクロン／ｍｍ）が得られ
る。本発明の方法で合成した固溶体は、分散性に優れた
１〜３μｍの立方体の粒子であり、これを焼結すること
によって相対密度９０％以上の緻密な焼結体が得られ
る。
【０００９】
【作用】Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3
固溶体は、通常のセラミック合成プロセスではぺロブス
カイトの単一相とすることが非常に困難であるが、本発
明者らが開発した合成方法を用いるとぺロブスカイト単
一相として得られるようになった。その結果、セラミッ
クスでも固溶体が有している良好な電歪特性を利用する
ことが可能になった。
固溶体は、通常のセラミック合成プロセスではぺロブス
カイトの単一相とすることが非常に困難であるが、本発
明者らが開発した合成方法を用いるとぺロブスカイト単
一相として得られるようになった。その結果、セラミッ
クスでも固溶体が有している良好な電歪特性を利用する
ことが可能になった。
【００１０】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に
説明する。しかし、本発明は当該実施例によって何ら限
定されるものではない。 実施例 本実施例で合成したセラミックスは、複合ぺロブスカイ
ト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 と単純ぺロ
ブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3 （ＰＴ）の固溶体、い
わゆるＰＮＮ−ＰＴ固溶体である。この化合物は、通常
のセラミック合成方法ではぺロブスカイトの単一相とす
ることが非常に困難であることが知られており、以下に
記述する画期的な合成方法を用いることによって、比較
的簡便な合成手順でぺロブスカイトの単一相の粒子が得
られるようになった。
説明する。しかし、本発明は当該実施例によって何ら限
定されるものではない。 実施例 本実施例で合成したセラミックスは、複合ぺロブスカイ
ト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 と単純ぺロ
ブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3 （ＰＴ）の固溶体、い
わゆるＰＮＮ−ＰＴ固溶体である。この化合物は、通常
のセラミック合成方法ではぺロブスカイトの単一相とす
ることが非常に困難であることが知られており、以下に
記述する画期的な合成方法を用いることによって、比較
的簡便な合成手順でぺロブスカイトの単一相の粒子が得
られるようになった。
【００１１】本実施例では、（１−ｘ）ＰＮＮ・ｘＰＴ
固溶体においてｘ＝０．２６−０．３４粒子を合成し
た。出発原料としては、試薬特級の酸化鉛（ＰｂＯ）、
酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及
び酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を用いた。これらを所定の割
合に湿式混合した後、錠剤に成型して大気中、８００〜
１０００℃で一時間加熱処理を行った。熱処理した試料
については、１Ｎの酢酸水溶液を用いて未反応物を溶解
し粒子を分離した。得られた粒子を成形した後、ＰｂＯ
雰囲気中、１２７０℃で２時間焼成して焼結体を作製
し、誘電特性と電歪特性をそれぞれインピーダンスアナ
ライザと歪ゲージを用いて調べた。
固溶体においてｘ＝０．２６−０．３４粒子を合成し
た。出発原料としては、試薬特級の酸化鉛（ＰｂＯ）、
酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及
び酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を用いた。これらを所定の割
合に湿式混合した後、錠剤に成型して大気中、８００〜
１０００℃で一時間加熱処理を行った。熱処理した試料
については、１Ｎの酢酸水溶液を用いて未反応物を溶解
し粒子を分離した。得られた粒子を成形した後、ＰｂＯ
雰囲気中、１２７０℃で２時間焼成して焼結体を作製
し、誘電特性と電歪特性をそれぞれインピーダンスアナ
ライザと歪ゲージを用いて調べた。
【００１２】その結果、ぺロブスカイト組成にＰｂＯを
過剰に添加した試料では、ぺロブスカイト相の収率が明
らかに増加するとともに、８５０℃以上で熱処理するこ
とによってぺロブスカイトの単一相となることが分かっ
た。代表的な例として、表１に０．７ＰＮＮ・０．３Ｐ
Ｔ粒子を合成した際の出発組成と各熱処理温度で一時間
処理して合成した粒子のぺロブスカイト相の収率を示
す。
過剰に添加した試料では、ぺロブスカイト相の収率が明
らかに増加するとともに、８５０℃以上で熱処理するこ
とによってぺロブスカイトの単一相となることが分かっ
た。代表的な例として、表１に０．７ＰＮＮ・０．３Ｐ
Ｔ粒子を合成した際の出発組成と各熱処理温度で一時間
処理して合成した粒子のぺロブスカイト相の収率を示
す。
【００１３】
【表１】
【００１４】本合成法で合成した固溶体は、分散性に優
れた１〜３μｍの立方体の粒子であり、焼結によって相
対密度９０％以上の緻密な焼結体が得られた。これらの
焼結体の誘電特性を調べたところ、すべての試料で非常
に高い比誘電率と比誘電率の散漫な温度変化が認められ
た。また、電歪特性を調べたところ、すべての試料で大
きな電界誘起歪の発生が観察され、特に０．７１ＰＮＮ
・０．２９ＰＴと０．７ＰＮＮ・０．３ＰＴ焼結体は、
室温付近で大きな歪を示すとともに、歪の温度依存性も
比較的小さいことが分かった。
れた１〜３μｍの立方体の粒子であり、焼結によって相
対密度９０％以上の緻密な焼結体が得られた。これらの
焼結体の誘電特性を調べたところ、すべての試料で非常
に高い比誘電率と比誘電率の散漫な温度変化が認められ
た。また、電歪特性を調べたところ、すべての試料で大
きな電界誘起歪の発生が観察され、特に０．７１ＰＮＮ
・０．２９ＰＴと０．７ＰＮＮ・０．３ＰＴ焼結体は、
室温付近で大きな歪を示すとともに、歪の温度依存性も
比較的小さいことが分かった。
【００１５】この実施例で注目すべき点は、作製した焼
結体が室温付近で大きな電界誘起歪を示すということで
ある。特に０．７１ＰＮＮ・０．２９ＰＴと０．７ＰＮ
Ｎ・０．３ＰＴ焼結体で観察される歪量は、ＰＭＮ−Ｐ
Ｔ電歪材料で得られる歪の２〜３倍という驚異的なもの
であり、これは、圧電セラミックスで大きな変位が得ら
れることが知られているＰＬＺＴ固溶体の歪と同程度に
大きい。
結体が室温付近で大きな電界誘起歪を示すということで
ある。特に０．７１ＰＮＮ・０．２９ＰＴと０．７ＰＮ
Ｎ・０．３ＰＴ焼結体で観察される歪量は、ＰＭＮ−Ｐ
Ｔ電歪材料で得られる歪の２〜３倍という驚異的なもの
であり、これは、圧電セラミックスで大きな変位が得ら
れることが知られているＰＬＺＴ固溶体の歪と同程度に
大きい。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、複合ぺ
ロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3
に単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3 を２６〜３
４ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミックスからなる
電歪セラミックスに係るものであり、本発明によれば、
従来の電歪セラミックス材料よりも格段に優れた電歪特
性を有する新規な高性能電歪セラミックス材料を提供す
ることができる。
ロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3
に単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ3 を２６〜３
４ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体セラミックスからなる
電歪セラミックスに係るものであり、本発明によれば、
従来の電歪セラミックス材料よりも格段に優れた電歪特
性を有する新規な高性能電歪セラミックス材料を提供す
ることができる。
【００１７】しかも、ＰＭＮ−ＰＴ固溶体で大きな変位
を示す組成（０．９ＰＭＮ・０．１ＰＴ）は高価な酸化
ニオブの割合が高いのに対して、本発明で開発された材
料はその割合が比較的低いことから、電歪材料として実
用化されると電歪セラミックアクチュエータの低コスト
化が期待される。また、電歪セラミックスは原理的に歪
のヒステリシスと経時変化が少ないことから、変位特性
の問題が解消されることによって既存の圧電セラミック
アクチュエータの応用分野への進出が予想され、その工
業的価値は極めて大きい。
を示す組成（０．９ＰＭＮ・０．１ＰＴ）は高価な酸化
ニオブの割合が高いのに対して、本発明で開発された材
料はその割合が比較的低いことから、電歪材料として実
用化されると電歪セラミックアクチュエータの低コスト
化が期待される。また、電歪セラミックスは原理的に歪
のヒステリシスと経時変化が少ないことから、変位特性
の問題が解消されることによって既存の圧電セラミック
アクチュエータの応用分野への進出が予想され、その工
業的価値は極めて大きい。
【図１】実施例の方法によって作製した焼結体の室温に
おける印加電界１５００Ｖ／ｍｍでの電界誘起歪と組成
の関係を示した説明図である。
おける印加電界１５００Ｖ／ｍｍでの電界誘起歪と組成
の関係を示した説明図である。
【図２】実施例の方法によって作製した焼結体の印加電
界１５００Ｖ／ｍｍでの電界誘起歪と温度の関係を示し
た説明図である。
界１５００Ｖ／ｍｍでの電界誘起歪と温度の関係を示し
た説明図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１１年７月１９日（１９９９．７．１
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、以下の技術的手段からなる。 （１）複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎ
ｂ2/3 ）Ｏ3 に単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ
3 を２６から３４ｍｏｌ％程度固溶させた組成の固溶体
セラミックスであって、ペロブスカイトの単一相とした
固溶体セラミックスからなる電歪セラミックス。 （２）出発原料として、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ニッケ
ル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及び酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）を使用し、これらを湿式混合等により混
合した後、成形して、大気中で加熱処理を行い、次い
で、未反応物を溶解し、粒子を分離し、得られた粒子を
成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で焼成して焼結体を作製す
ることからなるＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴ
ｉＯ3 固溶体セラミックスの製造方法。 （３）成形して、大気中で８５０〜１０００℃で加熱処
理する前記（２）記載の固溶体セラミックスの製造方
法。 （４）得られた粒子を成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で１
１００〜１３００℃で焼成して焼結体を作製する前記
（２）記載の固溶体セラミックスの製造方法。
明は、以下の技術的手段からなる。 （１）複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎ
ｂ2/3 ）Ｏ3 に単純ぺロブスカイト型化合物ＰｂＴｉＯ
3 を２６から３４ｍｏｌ％程度固溶させた組成の固溶体
セラミックスであって、ペロブスカイトの単一相とした
固溶体セラミックスからなる電歪セラミックス。 （２）出発原料として、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ニッケ
ル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及び酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）を使用し、これらを湿式混合等により混
合した後、成形して、大気中で加熱処理を行い、次い
で、未反応物を溶解し、粒子を分離し、得られた粒子を
成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で焼成して焼結体を作製す
ることからなるＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴ
ｉＯ3 固溶体セラミックスの製造方法。 （３）成形して、大気中で８５０〜１０００℃で加熱処
理する前記（２）記載の固溶体セラミックスの製造方
法。 （４）得られた粒子を成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で１
１００〜１３００℃で焼成して焼結体を作製する前記
（２）記載の固溶体セラミックスの製造方法。
Claims (4)
- 【請求項１】 複合ぺロブスカイト型化合物のＰｂ（Ｎ
ｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 に単純ぺロブスカイト型化合物Ｐ
ｂＴｉＯ3 を２６〜３４ｍｏｌ％程度固溶させた固溶体
セラミックスからなる電歪セラミックス。 - 【請求項２】 出発原料として、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸
化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）及び
酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を使用し、これらを湿式混合等
により混合した後、成形して、大気中で加熱処理を行
い、次いで、未反応物を溶解し、粒子を分離し、得られ
た粒子を成形した後、ＰｂＯ雰囲気中で焼成して焼結体
を作製することからなるＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3
−ＰｂＴｉＯ3 固溶体セラミックスの製造方法。 - 【請求項３】 成形して、大気中で８５０〜１０００℃
で加熱処理する請求項２記載の固溶体セラミックスの製
造方法。 - 【請求項４】 得られた粒子を成形した後、ＰｂＯ雰囲
気中で１１００〜１３００℃で焼成して焼結体を作製す
る請求項２記載の固溶体セラミックスの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17659098A JP3451309B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 高性能電歪セラミックス |
| US09/248,317 US6093667A (en) | 1998-06-09 | 1999-02-11 | Ceramics with excellent electrostrictive property |
| US09/506,585 US6288002B1 (en) | 1998-06-09 | 2000-02-18 | Ceramics with excellent electrostrictive property |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17659098A JP3451309B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 高性能電歪セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000001369A true JP2000001369A (ja) | 2000-01-07 |
| JP3451309B2 JP3451309B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=16016235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17659098A Expired - Lifetime JP3451309B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 高性能電歪セラミックス |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6093667A (ja) |
| JP (1) | JP3451309B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100426849C (zh) * | 2005-12-02 | 2008-10-15 | 佳能株式会社 | 固态摄像设备和处理来自固态摄像设备的信号的方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3044304B1 (ja) * | 1998-12-28 | 2000-05-22 | 工業技術院長 | 高性能圧電セラミックスおよびその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19521187C2 (de) * | 1995-06-10 | 1997-08-07 | Fraunhofer Ges Forschung | Verwendung eines ferroelektrischen keramischen Werkstoffs für die Informationsspeicherung bei elektrostatischen Druckverfahren |
-
1998
- 1998-06-09 JP JP17659098A patent/JP3451309B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-02-11 US US09/248,317 patent/US6093667A/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-02-18 US US09/506,585 patent/US6288002B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100426849C (zh) * | 2005-12-02 | 2008-10-15 | 佳能株式会社 | 固态摄像设备和处理来自固态摄像设备的信号的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6288002B1 (en) | 2001-09-11 |
| US6093667A (en) | 2000-07-25 |
| JP3451309B2 (ja) | 2003-09-29 |
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Legal Events
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