JP2000086341A - 圧電磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents

圧電磁器組成物及びその製造方法

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JP2000086341A
JP2000086341A JP10258481A JP25848198A JP2000086341A JP 2000086341 A JP2000086341 A JP 2000086341A JP 10258481 A JP10258481 A JP 10258481A JP 25848198 A JP25848198 A JP 25848198A JP 2000086341 A JP2000086341 A JP 2000086341A
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piezoelectric
zno
piezoelectric ceramic
pbzro
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Kenji Murakami
健司 村上
Keisuke Ito
恵介 伊藤
Shoko O
小興 王
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高圧電歪特性を有するとともに、低温での焼成
が可能なPbZrO3 −PbTiO3 組成系の圧電磁器
組成物を提供する。 【解決手段】PbZrO3 −PbTiO3 −Pb(Zn
1/3 Sb2/3 )O3 を主体とし、Bi及びFeの元素
をBiFeO3 に換算して5重量%≦BiFeO3 ≦1
5重量%の範囲で含有させるか、あるいはLiとBiな
らびにCd、B、Pb、Si、Znのうち少なくとも1
種以上の元素をそれぞれLi2 CO3 、Bi2 3 、C
dCO3 、B2 3 、Pb3 4 、SiO2 、ZnOに
換算して、0重量%<Li2 CO3 ≦1.0重量%、0
重量%<Bi2 3 ≦1.0重量%、0重量%<CdC
3 +B2 3 +Pb3 4 +SiO2 +ZnO≦2.
0重量%の範囲でそれぞれ含有させて圧電磁器組成物を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧電歪み定数を
有するとともに、低温焼成が可能なPbZrO3−Pb
TiO3 組成系の圧電磁器組成物に関するものであり、
例えば、超音波応用振動子、超音波モータ、圧電アクチ
ュエータ等を構成する素子として好適なものである。
【0002】
【従来技術】従来、圧電効果によって発生する変位を機
械的駆動源として利用したものに、超音波応用振動子、
超音波モータ、圧電アクチュエータ等があり、メカトロ
ニクスの分野においても注目されているものの1つであ
る。
【0003】例えば、積層型圧電アクチュエータは、電
極としての導体ペーストを印刷した圧電材料からなるグ
リーンシートを積み重ねた複数枚の積層体を焼結一体化
して構成したものであり、磁性体にコイルを巻いた従来
の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力や発熱量
が少なく、応答速度に優れるとともに、変位量が大き
く、寸法及び重量が小さい等の優れた特徴を有し、近年
注目されているインクジェットプリンタヘッド等に利用
されている。そして、これら圧電アクチュエータ等を構
成する圧電材料としては、PbZrO3 −PbTiO3
組成系の圧電磁器組成物が用いられていた。
【0004】ところで、上述した圧電アクチュエータ等
の用途が拡大するに伴い、より大きな機械的変位が要求
されており、そのためには上記圧電磁器組成物の圧電特
性(電気機械結合係数、誘電率、圧電歪み定数等)、そ
の中でも特に圧電歪み定数ができるだけ大きく、さらに
繰り返し変位させても劣化のない耐久性に優れたものが
望まれている。
【0005】このような目的に合致する圧電磁器組成物
として、PbZrO3 −PbTiO 3 組成系にPb(Z
1/3 Sb2/3 )O3 を第3成分として固溶させたも
のを本件出願人は既に提案している(特開平7 −451
24号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
にPbZrO3 −PbTiO3 組成系にPb(Zn1/3
Sb2/3 )O3 を固溶させた圧電磁器組成物は、焼成温
度が1200〜1300℃と高温であるため、積層型圧
電アクチュエータのように圧電磁器組成物と電極とを共
に焼結させて一体化しようとすると、上記焼成温度範囲
で耐えうる電極材料が少なく、例えばPtやPdなど非
常に高価な金属を用いなければならないといった課題が
あった。
【0007】しかも、焼成温度が高いとそのための設備
も必要となり、結果として安価な製品を提供することが
できなかった。
【0008】
【発明の目的】本発明の目的は、高圧電歪み特性を有す
るPbZrO3 −PbTiO3 −Pb(Zn1/3 Sb
2/3 )O3 を主体とし、上記圧電歪み特性を大きく劣化
させることなく低温での焼成が可能な圧電磁器組成物と
その製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
PbZrO3 −PbTiO3 −Pb(Zn1/3 Sb
2/3 )O3 をベースとし、優れた圧電歪特性を低下させ
ることなく、低温での焼成が可能な圧電磁器組成物につ
いて鋭意研究を繰り返したところ、他の成分として、B
i及びFeの2成分を含有させるか、あるいはLiとB
iならびにCd、B、Pb、Si、Znのうち少なくと
も1種以上の元素の3成分以上を含有させることによっ
て上記課題を一掃できることを見出した。
【0010】即ち、請求項1に係る発明は、PbZrO
3 −PbTiO3 −Pb(Zn1/3Sb2/3 )O3 を主
体とし、Bi及びFeの元素をBiFeO3 に換算して
5重量%≦BiFeO3 ≦15重量%の範囲で含有して
圧電磁器組成物を構成したものである。
【0011】請求項2に係る発明は、請求項1に係る圧
電磁器組成物を製造するために、予めPbZrO3 −P
bTiO3 −Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体と
する仮焼粉を用意し、この仮焼粉に対してBi2 3
びFe2 3 の粉末を、焼結後のBiとFeの含有量が
BiFeO3 に換算して5重量%≦BiFeO3 ≦15
重量%となるように添加したものを所定形状に成形し、
しかるのち、1000〜1100℃の温度で焼成するよ
うにしたものである。
【0012】請求項3に係る発明は、PbZrO3 −P
bTiO3 −Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体と
し、LiとBiならびにCd、B、Pb、Si、Znの
うち少なくとも1種以上の元素をそれぞれLi2
3 、Bi2 3 、CdCO3 、B2 3 、Pb
3 4 、SiO2 、ZnOに換算して、0重量%<Li
2 CO3≦1.0重量%、0重量%<Bi2 3 ≦1.
0重量%、0重量%<CdCO3+B2 3 +Pb3
4 +SiO2 +ZnO≦2.0重量%の範囲でそれぞれ
含有して圧電磁器組成物を構成したものである。
【0013】請求項4に係る発明は、請求項3に係る圧
電磁器組成物を製造するために、予めPbZrO3 −P
bTiO3 −Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体と
する仮焼粉を用意し、この仮焼粉に対してLi2 CO3
とBi2 3 の粉末、ならびにCdCO3 、B2 3
Pb3 4 、SiO2 、ZnOのいずれか一種以上の粉
末を、焼結後のLiとBiならびにCd、B、Pb、S
i、Znのいずれか一種以上の元素の含有量がLi2
3 、Bi2 3 、CdCO3 、B2 3 、Pb
3 4 、SiO2 、ZnOに換算して、0重量%<Li
2 CO3 ≦1.0重量%、0重量%<Bi2 3 ≦1.
0重量%、0重量%<CdCO3 +B2 3 +Pb3
4 +SiO2 +ZnO≦2.0重量%となるように添加
したものを所定形状に成形し、しかるのち、900〜1
000℃の温度で焼成するようにしたものである。
【0014】まず、本発明によれば、圧電磁器組成物の
主体がPbZrO3 −PbTiO3−Pb(Zn1/3
Sb2/3 )O3 からなることを特徴とする。このように
PbZrO3 −PbTiO3 (以下、PZTという。)
に、Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 となる組成を第3
成分として固溶させることで、圧電特性の中でも変位量
を大きくする上で重要な圧電歪み定数を高めることがで
き、さらに一定荷重を繰り返し作用させても圧電歪み定
数の劣化を抑制して耐久性を向上させることができる。
【0015】なお、主体がPbZrO3 −PbTiO3
−Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3からなるとは、Pb
の一部がSrやBaで置換されたものや、第4成分とし
てPb(Ni1/2 Te1/2 )O3 が固溶したものを含
むことをいう。
【0016】具体的には、組成式をPb1-x-y Srx
y (Zn1/3 Sb2/3 a Zrb Ti1-a-b 3
表した時、x,y,a,bが0≦x≦0.14、0≦y
≦0.14、0<x+y、0.01≦a≦0.12、
0.43≦b≦0.58を満足するものや、組成式をP
1-x-y Srx Bay (Zn1/3 Sb2/3 a (Ni
1/2 Te1/2 c Zrb Ti1-a-b-c 3 と表した
時、x,y,a,b,cが0≦x≦0.14、0≦y≦
0.14、0<x+y、0.01≦a≦0.12、0.
43≦b≦0.58、0.002≦c≦0.02を満足
するものを用いることができる。
【0017】ここで、Tiの(Zn1/3 Sb2/3 )に
よる置換量aを多くすると、超音波応用振動子、超音波
モータ、圧電アクチュエータ等の素子として有用な圧電
歪み定数を大きくすることができるのであるが、置換量
aが0.12を越えると誘電損失が大きくなり過ぎるた
めに好ましくない。
【0018】また、PZTを主成分とした圧電磁器組成
物は、PbZrO3 とPbTiOの固溶比率を変化さ
せると圧電歪み定数の極大値を示すMPB(組成相境
界)が存在し、超音波応用振動子、超音波モータ、圧電
アクチュエータ等の素子としては、このMPB及びその
近傍の組成値を用いることが良い。そして、このMPB
はx,aの量により変化するため、bの値をx,aの組
成範囲内でMPBを捉える組成、即ち、0.43≦b≦
0.58とすることでMPBを捉えることができる。
【0019】さらに、本発明は、PZT−Pb(Zn
1/3 Sb2/3 )O3 に対し、他の成分としてBi及び
Feの2成分を含有するか、あるいはLiとBiならび
にCd、B、Pb、Si、Znのうちの少なくとも1種
類以上の元素の3成分以上を含有することを特徴とす
る。
【0020】即ち、他の成分としてBi及びFeの2成
分を含有させると、イオン半径に合わせて主体をなすP
ZT−Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 の元素と置換を
起こし、ABO3 で表される結晶のAサイト(前記組成
式ではPb1-x-y Srx Bay )にBiが、Bサイト
(前記組成式では(Zn1/3 Sb2/3 a Zrb Ti
1-a-b )にFeが入ることになる。このとき、Aサイト
及びBサイトにあった元のイオンの価数と置換されたイ
オンの価数が異なると電気的バランスをとるために結晶
格子内に空孔が生じるのであるが、この空孔が多いほど
圧電磁器組成物の焼成時に物質の移動が起こり易くな
り、低温での焼結が進むことになる。
【0021】そして、BiはPb2+イオンよりも価数が
大きくドナーイオンとして働き、また、Pbと置換し易
いイオン半径を有するとともに、FeはZr4+、Ti4+
よりも価数が小さくアクセプターイオンとして働き、ま
た、Zr、Tiと置換し易いイオン半径を有する。その
為、これらドナーイオンとして働くBiとアクセプター
イオンとして働くFeの両者を共に含有させることで、
圧電磁器組成物の圧電特性を殆ど低下させることなく、
焼成温度を1100℃以下にまで下げることが可能とな
る。その結果、圧電アクチュエータ等の製造において、
PtやPdと比較して安価なAgを主体とする電極材料
(Agが50%以上)の使用が可能となる。
【0022】ただし、BiとFeの含有量がBiFeO
3 換算で5重量%未満では、空孔の量が少なく焼成温度
を下げる効果が不十分であり、逆に15重量%を越える
と低温焼結の効果はあるものの、圧電磁器組成物の圧電
歪み定数等の圧電特性が低下する。
【0023】従って、他の成分としてBiとFeを用い
る時には、これらの含有量をBiFeO3 に換算して、
5重量%≦BiFeO3 ≦15重量%の範囲とすること
が良い。
【0024】一方、他の成分としてLiとBiならびに
Cd、B、Pb、Si、Znのうちの少なくとも1種類
以上の元素の3成分以上を含有させると、これらの成分
はZrやTiと置換し易いイオン半径を有するととも
に、融点(例えば、Li2 CO3 は745℃、Bi2
3 は825℃、CdCO3 は980℃)が低く低温にて
液相を形成するため、圧電磁器組成物の圧電特性を低下
させることなく焼成温度を1000℃以下にまで下げる
ことができる。その結果、圧電アクチュエータ等の製造
において、PtやPdと比較して安価なAgを主体とす
る電極材料、特にAgが90%以上含む電極材料の使用
が可能となる。
【0025】一般に固相焼結に比べ液相焼結では物質の
移動が容易なため低温での焼結が可能となり、低温で液
相を形成する成分を加えることで焼成温度を下げ得るこ
とが知られている。ただし、強誘電性を持たない液相成
分がそのまま粒界に残ると焼結後における圧電磁器組成
物の圧電特性を著しく劣化させることになる。しかしな
がら、上記成分はいずれも焼結の初期から中期にかけて
液相を形成して焼結を促進させ、焼結の終期では主体を
なすPZT−Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3の元素と
置換して結晶格子中へ入り込むため、圧電磁器組成物の
圧電特性を大きく劣化させることなく、焼成温度を下げ
ることができる。
【0026】そして、本件発明者らの実験によれば、L
iやBiあるいはCd、B、Pb、Si、Znのいずれ
か1種以上の元素を単独又は2成分だけ含有させても焼
成温度を下げる効果が得られず、また、3成分以上を含
有させても各成分をLi2 CO3 、Bi2 3 、CdC
3 、B2 3 、Pb3 4 、SiO2 、ZnOに換算
した時に、Li2 CO3 が1.0重量%を越えるか、B
2 3 が1.0重量%を越えるか、あるいはCdCO
3 ,B2 3 ,Pb3 4 ,SiO2 ,ZnOのいずれ
か一種又はこれらの和が2.0重量%を越えると、圧電
磁器組成物の圧電特性が低下することを知見した。
【0027】従って、他の成分としてLiとBiならび
にCd、B、Pb、Si、Znのうち少なくとも1種以
上の元素を用いる時には、これらの含有量をそれぞれL
2CO3 、Bi2 3 、CdCO3 、B2 3 、Pb
3 4 、SiO2 、ZnOに換算して、0重量%<Li
2 CO3 ≦1.0重量%、0重量%<Bi2 3 ≦1.
0重量%、0重量%<CdCO3 +B2 3 +Pb3
4 +SiO2 +ZnO≦2.0重量%の範囲とすること
が良い。
【0028】このような本発明の圧電磁器組成物を製造
する方法としては、例えば、出発原料としてPb
3 4 、ZrO2 、TiO2 、ZnO、Sb2 3 と、
必要に応じてBaCO3 、SrCO3 、NiO、TeO
2 の各粉末を秤量混合し、次いでこの混合物を脱水、乾
燥したあと、850〜900℃で1〜3時間仮焼し、粉
砕してPZT−Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体
とする仮焼粉を製作する。そして、この仮焼粉に対して
他の成分としてBiとFeの元素を含有させる場合に
は、上記仮焼粉にBi2 3 及びFe2 3 の粉末を所
定量加えて混合し、上記仮焼粉に対して他の成分として
LiとBi及びCd、B、Pb、Si、Znのいずれか
一種以上の元素を含有させる場合には、上記仮焼粉にL
2 CO3 とBi2 3 の粉末、及びCdCO3 、B2
3 、Pb3 4 、SiO2 、ZnOのいずれか一種以
上の粉末を所定量加えて混合する。そして、これらの混
合物から泥しょうを作製してテープ成型法、押出成型
法、鋳込成型法にて所定形状に成形体を得るか、あるい
は上記混合物を造粒乾燥して顆粒を製作し、型内に充填
して一軸加圧成型法や等加圧成型法にて所定形状に成形
体を形成する。しかるのち、得られた成形体を焼成する
のであるが、他の成分としてBiとFeの元素を含有さ
せたものにあっては、大気雰囲気中や酸素雰囲気中にて
1000〜1100℃の温度で、他の成分としてLiと
BiならびにCd、B、Pb、Si、Znのいずれか一
種以上の元素を含有させたものにあっては大気雰囲気中
や酸素雰囲気中にて900〜1000℃、好ましくは9
20〜980℃の温度で、それぞれ数時間程度焼成する
ことにより得ることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
【0030】(実施例1)原料粉末としてPb3 4
ZrO2 、TiO2 、ZnO、Sb2 3 、BaC
3 、SrCO3 の各粉末を、Pbが0.90モル、Z
rが0.49モル、Tiが0.44モル、Znが0.0
2モル、Sbが0.05モル、Baが0.02モル、S
rが0.08モルの比率になるよう秤量し、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、900℃で3時間仮焼して仮焼粉を得た。
【0031】この仮焼粉をICP発光分光分析によって
組成分析を行ったところ、組成式がPb1-x-y Srx
y (Zn1/3 Sb2/3 a Zrb Ti1-a-b
3 (x:0.08,y:0.02,a:0.07,b:
0.49)で表されるものであった。
【0032】次に、上記仮焼粉にBi2 3 及びFe2
3 の粉末を表1に示す割合で添加してボールミルで2
4時間湿式粉砕し、さらに有機バインダーを添加混練し
たあと乾燥、造粒して顆粒を得た。そして、得られた顆
粒を1.5t/cm2 の圧力で直径20mm、厚さ2m
mの寸法からなる円板状に一軸加圧成型したあと、焼成
温度を1050℃に保って大気雰囲気中にて焼成した。
【0033】しかるのち、得られた圧電磁器組成物を厚
さ1mm、幅3mm、長さ12mmの短冊状に加工し、
両面に銀電極を焼き付け、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を
行い試料を得た。
【0034】そして、各試料について、ICP発光分光
分析にてBiとFeの含有量をBiFeO3 換算にて測
定するとともに、電子工業会規格EMAS−6004に
基づき圧電特性(電気機械結合係数K31、比誘電率ε33
T /ε0 、圧電歪み定数d31)を測定した。
【0035】なお、判定基準については、圧電特性の中
でも圧電歪み定数が、表2の試料No.1に示す従来の
圧電磁器組成物を基準試料とした時、その圧電歪み定数
31に対し、100%以上のものを○、95%以上、1
00%未満のものを□、90%以上、95%未満のもの
を△、90%未満のものを×とし、90%以上のものを
良好とした。
【0036】それぞれの結果は表2に示す通りである。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】この結果、BiとFeの含有量がBiFe
3 換算にて5重量%未満では、焼結が不十分であるた
めに圧電歪み定数が基準試料の90%未満と小さく、B
iとFeの含有量がBiFeO3 換算にて15重量%よ
り多くなると、1050℃でも十分に焼結しているもの
の、BiとFeの含有量が多すぎるために圧電歪み定数
が基準試料の90%未満であった。
【0040】これに対し、BiとFeの含有量がBiF
eO3 換算にて5重量%≦BiFeO3 ≦15重量%の
範囲にあるものは、1050℃の低温でも十分に焼結さ
せることができ、また、圧電歪み定数も基準試料の90
%以上とすることができた。この結果より、BiとFe
の含有量は、BiFeO3 換算にて5重量%≦BiFe
3 ≦15重量%の範囲で含有すれば良いことが判る。
【0041】そして、これらの圧電磁器組成物を圧電ア
クチュエータ等に用いれば、変位量を大きくできるとと
もに、電極材料としてAg−PdやAg−Pt(ただ
し、Agは50重量%以上)を用いることができ、高価
なPdやPtの量を減らすことができるため、安価に製
造することができる。
【0042】(実施例2)原料粉末としてPb3 4
ZrO2 、TiO2 、ZnO、Sb2 3 、BaC
3 、SrCO3 の各粉末を、Pbが0.90モル、Z
rが0.49モル、Tiが0.44モル、Znが0.0
2モル、Sbが0.05モル、Baが0.02モル、S
rが0.08モルの比率になるよう秤量し、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、900℃で3時間仮焼して仮焼粉を得た。
【0043】この仮焼粉をICP発光分光分析によって
組成分析を行ったところ、組成式がPb1-x-y Srx
y (Zn1/3 Sb2/3 a Zrb Ti1-a-b
3 (x:0.08,y:0.02,a:0.07,b:
0.49)で表されるものであった。
【0044】次に、この仮焼粉にLi2 CO3 、Bi2
3 及びCdCO3 粉末を表3に示す割合で添加し、ボ
ールミルで24時間湿式粉砕し、さらに有機バインダー
を添加混練したあと乾燥、造粒して顆粒を得た。そし
て、得られた顆粒を1.5t/cm2 の圧力で直径20
mm、厚さ2mmの寸法からなる円板状に一軸加圧成型
したあと、焼成温度を960℃に保って大気雰囲気中に
て焼成した。
【0045】しかるのち、得られた圧電磁器組成物を厚
さ1mm、幅3mm、長さ12mmの短冊状に加工し、
両面に銀電極を焼き付け、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を
行い試料を得た。
【0046】そして、各試料について、ICP発光分光
分析にてLi、Bi、Cdの含有量をLi2 CO3 、B
2 3 、CdCO3 換算にて測定するとともに、電子
工業会規格EMAS−6004に基づき圧電特性(電気
機械結合係数K31、比誘電率ε33 T /ε0 、圧電歪み定
数d31)を測定した。
【0047】なお、判定基準については、圧電特性のう
ち圧電歪み定数が、表3の試料No.11に示す従来の
圧電磁器組成物を基準試料とした時、その圧電歪み定数
d33に対し、100%以上のものを○、95%以上、
100%未満のものを□、90%以上、95%未満のも
のを△、90%未満のものを×とし、90%以上のもの
を良好とした。
【0048】それぞれの結果は表3に示す通りである。
【0049】
【表3】
【0050】この結果、試料No.13のようにBiを
単独で含有したもの、試料No.15のようにLiとB
iの2種類を含有したものでは960℃で焼結させるこ
とができなかった。
【0051】また、試料No.12,14のようにLi
又はCdを単独で含有したもの、試料No.16,17
のようにLi,Bi,Cdのうち2成分を含有したもの
は、960℃にて十分に焼結させることができず、圧電
歪み定数も基準試料の75%以下と小さいものであっ
た。
【0052】さらに、Li,Bi,Cdの3成分を含有
したものでも、試料No.20,24,28のように、
Liの含有量がLi2 CO3 換算で1.0重量%を越え
ているもの、Biの含有量がBi2 3 換算で1.0重
量%を越えているもの、CdがCdCO3 換算で2.0
重量%を越えているものはいずれも圧電歪み定数が基準
試料の90%未満と小さかった。
【0053】これに対し、試料No.18,19,21
〜23,25〜27は、いずれもLi,Bi,Cdの3
成分を含有し、その含有量がそれぞれ0<Li2 CO3
≦1.0重量%、0<Bi2 3 ≦1.0重量%、0<
CdCO3 ≦2.0重量%の範囲にあるため、960℃
の低温でも十分に焼結させることができ、また、圧電歪
み定数も基準試料の90%以上とすることができた。
【0054】この結果より、Li,Bi,Cdの3成分
を含有させるとともに、それぞれの含有量を0<Li2
CO3 ≦1.0重量%、0<Bi2 3 ≦1.0重量
%、0<CdCO3 ≦2.0重量%とすれば良いことが
判る。そして、これらの圧電磁器組成物を圧電アクチュ
エータ等に用いれば、変位量を大きくできるとともに、
電極材料としてAg−PdやAg−Pt(ただし、Ag
は50重量%以上)、さらにはAgが100%の電極材
料を用いることができ、高価なPdやPtの量を大幅に
減らすことができるため、安価に製造することができ
る。
【0055】(実施例3)次に、実施例2と同様の工程
を経てPZT−Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3を主体
とする仮焼粉を得た。この仮焼粉にLi2 CO3 を0.
2重量%、Bi23 を0.2重量%添加するととも
に、CdCO3 に代えてB2 3 、Pb3 4 、SiO
2 、ZnOのうち1種類を0.5重量%加え、ボールミ
ルで粉砕、造粒して顆粒を製作し、一軸加圧成型法にて
成形したあと、960℃、6時間の条件で焼成した。そ
の後、実施例2と同様に加工、電極付け、分極処理を行
い圧電特性を測定した。
【0056】これらの結果は表4に示す通りである。
【0057】
【表4】
【0058】これらの結果、Cdに代えてB、Pb、S
i、ZnをLiとBiと共に含有させても、960℃の
低温で十分に焼結させることができ、また、圧電歪み定
数も基準試料の90%以上とすることができた。
【0059】なお、本実施例では、組成式がPb1-x-y
Srx Bay (Zn1/3 Sb2/3 a Zrb Ti1-a-b
3 (x:0.08,y:0.02,a:0.07,
b:0.49)で表されるものを例にとって説明した
が、PbZrO3 −PbTiO3−Pb(Zn1/3
2/3 )O3 の組成系からなるものであれば、同様の傾
向が見られた。
【0060】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、予め用
意したPbZrO3 −PbTiO3 −Pb(Zn1/3
Sb2/3 )O3 を主体とする仮焼粉に対してBi2 3
及びFe2 3 の粉末を添加したものを所定形状に成形
し、しかるのち、その成形体を1000〜1100℃の
温度で焼成して、PbZrO3 −PbTiO3 −Pb
(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体とし、Bi及びFe
の元素をBiFeO3 に換算して5重量%≦BiFeO
3 ≦15重量%の範囲で含有して圧電磁器組成物を得た
ことから、PbZrO3 −PbTiO3 −Pb(Zn
1/3 Sb2/3 )O3の持つ優れた圧電歪特性を維持し
たまま、1100℃以下の低温での焼成が可能となる。
その為、本発明の圧電磁器組成物を用いれば、大きな屈
曲変位が得られる超音波応用振動子、超音波モータ、圧
電アクチュエータ等の製作が可能となり、さらに銀(A
g)を主体とした電極材料を用いることができるため、
安価に製造することが可能となる。
【0061】また、本発明は、予め用意したPbZrO
3 −PbTiO3 −Pb(Zn1/3Sb2/3 )O3 を主
体とする仮焼粉に対してLi2 CO3 とBi2 3 の粉
末、ならびにCdCO3 、B2 3 、Pb3 4 、Si
2 、ZnOのいずれか一種以上の粉末を添加したもの
を所定形状に成形し、しかるのち、その成形体を900
〜1000℃の温度で焼成して、PbZrO3 −PbT
iO3 −Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体とし、
LiとBiならびにCd、B、Pb、Si、Znのうち
少なくとも1種以上の元素をそれぞれLi2 CO3 、B
2 3 、CdCO3 、B2 3 、Pb3 4 、SiO
2 、ZnOに換算して、0重量%<Li2 CO3 ≦1.
0重量%、0重量%<Bi2 3 ≦1.0重量%、0重
量%<CdCO3 +B2 3 +Pb3 4 +SiO2
ZnO≦2.0重量%の範囲でそれぞれ含有させて圧電
磁器組成物を得たことから、PbZrO3 −PbTiO
3 −Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 の持つ優れた圧電
歪特性を維持したまま、1000℃以下の低温での焼成
が可能となる。その為、本発明の圧電磁器組成物を用い
れば、大きな屈曲変位が得られる超音波応用振動子、超
音波モータ、圧電アクチュエータ等の製作が可能とな
り、さらに銀(Ag)を電極材料を用いることができる
ため、安価に製造することが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G031 AA01 AA11 AA12 AA21 AA24 AA26 AA28 AA30 AA32 AA34 AA35 BA10 GA01 GA02 GA11 5G303 AA10 AB15 AB20 BA12 CA01 CB02 CB05 CB07 CB13 CB16 CB25 CB28 CB30 CB35 CB38 CB39 DA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】PbZrO3 −PbTiO3 −Pb(Zn
    1/3 Sb2/3 )O3を主体とし、Bi及びFeの元素
    をBiFeO3 に換算して5重量%≦BiFeO3 ≦1
    5重量%の範囲で含有してなる圧電磁器組成物。
  2. 【請求項2】予め用意したPbZrO3 −PbTiO3
    −Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体とする仮焼粉
    に対してBi2 3 及びFe2 3 の粉末を、焼結後の
    BiとFeの含有量がBiFeO3 に換算して5重量%
    ≦BiFeO3≦15重量%となるように添加したもの
    を所定形状に成形し、しかるのち、1000〜1100
    ℃の温度で焼成することを特徴とする圧電磁器組成物の
    製造方法。
  3. 【請求項3】PbZrO3 −PbTiO3 −Pb(Zn
    1/3 Sb2/3 )O3を主体とし、LiとBiならびに
    Cd、B、Pb、Si、Znのうち少なくとも1種以上
    の元素をそれぞれLi2 CO3 、Bi2 3 、CdCO
    3 、B2 3 、Pb3 4 、SiO2 、ZnOに換算し
    て、0重量%<Li2 CO3 ≦1.0重量%、0重量%
    <Bi2 3 ≦1.0重量%、0重量%<CdCO3
    2 3+Pb3 4 +SiO2 +ZnO≦2.0重量
    %の範囲で含有してなる圧電磁器組成物。
  4. 【請求項4】予め用意したPbZrO3 −PbTiO3
    −Pb(Zn1/3 Sb2/3 )O3 を主体とする仮焼粉
    に対してLi2 CO3 とBi2 3 の粉末、ならびにC
    dCO3 、B2 3 、Pb3 4 、SiO2 、ZnOの
    いずれか一種以上の粉末を、焼結後のLiとBiならび
    にCd、B、Pb、Si、Znのいずれか一種以上の元
    素の含有量がLi2 CO3 、Bi2 3 、CdCO3
    2 3、Pb3 4 、SiO2 、ZnOに換算して、
    0重量%<Li2 CO3 ≦1.0重量%、0重量%<B
    2 3 ≦1.0重量%、0重量%<CdCO3 +B2
    3 +Pb3 4 +SiO2 +ZnO≦2.0重量%と
    なるように添加したものを所定形状に成形し、しかるの
    ち、900〜1000℃の温度で焼成することを特徴と
    する圧電磁器組成物の製造方法。
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