JP2002226266A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特に高電界下での圧電変位量が大きく、かつ
比誘電率の温度変化が小さいとともに、絶縁性に優れ、
低温での焼結が可能な圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】 ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3で表記される３成分系ジルコンチタン
酸鉛（ＰＺＴ）において、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3
を４０ｍｏｌ％以下、ＰｂＴｉＯ3を３５ｍｏｌ％以上
から５５ｍｏｌ％以下、ＰｂＺｒＯ3を１５ｍｏｌ％以
上から５５ｍｏｌ％以下の範囲とし、前記Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3の一部をＰｂ（Ｂ１1/2Ｂ２1/2）Ｏ3で
表され、その組成が、Ｂ１＝Ｎｉ，Ｚｎ，Ｂ２＝Ｗ，Ｍ
ｏの各々少なくとも１種類以上からなる組成物によって
置換された組成で、分極軸と同一方向に、５００ｋＶ／
ｍの直流電界を印加したときの圧電変位が、５００ｐｍ
／Ｖ以上を示し、かつ、−４０℃から２００℃の範囲
で、比誘電率の温度変化が３００％以下とする圧電磁器
組成物である。
比誘電率の温度変化が小さいとともに、絶縁性に優れ、
低温での焼結が可能な圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】 ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3で表記される３成分系ジルコンチタン
酸鉛（ＰＺＴ）において、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3
を４０ｍｏｌ％以下、ＰｂＴｉＯ3を３５ｍｏｌ％以上
から５５ｍｏｌ％以下、ＰｂＺｒＯ3を１５ｍｏｌ％以
上から５５ｍｏｌ％以下の範囲とし、前記Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3の一部をＰｂ（Ｂ１1/2Ｂ２1/2）Ｏ3で
表され、その組成が、Ｂ１＝Ｎｉ，Ｚｎ，Ｂ２＝Ｗ，Ｍ
ｏの各々少なくとも１種類以上からなる組成物によって
置換された組成で、分極軸と同一方向に、５００ｋＶ／
ｍの直流電界を印加したときの圧電変位が、５００ｐｍ
／Ｖ以上を示し、かつ、−４０℃から２００℃の範囲
で、比誘電率の温度変化が３００％以下とする圧電磁器
組成物である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジルコンチタン酸
鉛を主成分とする圧電磁器組成物に関するものであり、
特に高電界下での圧電変位量が大きく、かつ、比誘電率
の温度変化が小さいとともに、絶縁性に優れた圧電磁器
組成物およびその製造方法に関するものである。
鉛を主成分とする圧電磁器組成物に関するものであり、
特に高電界下での圧電変位量が大きく、かつ、比誘電率
の温度変化が小さいとともに、絶縁性に優れた圧電磁器
組成物およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電磁器材料としては、ＰｂＴｉ
Ｏ3やＰｂＺｒＯ3を主成分として含む圧電セラミックス
（以下、ＰＺＴ系圧電セラミックスと略す）や、複合ペ
ロブスカイト類を第三、第四成分として固溶させた多成
分系ＰＺＴ系圧電セラミックスが、圧電定数が大である
ために、圧電振動子を初めとしてアクチュエータ用の材
料として広く利用されている。
Ｏ3やＰｂＺｒＯ3を主成分として含む圧電セラミックス
（以下、ＰＺＴ系圧電セラミックスと略す）や、複合ペ
ロブスカイト類を第三、第四成分として固溶させた多成
分系ＰＺＴ系圧電セラミックスが、圧電定数が大である
ために、圧電振動子を初めとしてアクチュエータ用の材
料として広く利用されている。
【０００３】これらの系の材料は、一般にモルフォトピ
ック相境界（略称、ＭＰＢ）近傍組成において、圧電定
数（ｄ定数）等の圧電変位に寄与する特性が向上するた
め、アクチュエータ用材料としては、前記のＭＰＢ近傍
組成の圧電磁器材料が広く実用化されている。
ック相境界（略称、ＭＰＢ）近傍組成において、圧電定
数（ｄ定数）等の圧電変位に寄与する特性が向上するた
め、アクチュエータ用材料としては、前記のＭＰＢ近傍
組成の圧電磁器材料が広く実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記圧
電定数は、一般に規格ＥＭＡＳ−６１００等で示された
共振−反共振法で求められた値であり、基本的には低電
界（約数百Ｖ／ｍ程度）印加時の圧電変位の割合を示し
ている。これに対し、実際の圧電アクチュエータにおけ
る駆動電界は、数百ｋＶ／ｍから数千ｋＶ／ｍにもな
り、前記方法で求めた圧電定数が実用的な意味を持たな
い場合がある。
電定数は、一般に規格ＥＭＡＳ−６１００等で示された
共振−反共振法で求められた値であり、基本的には低電
界（約数百Ｖ／ｍ程度）印加時の圧電変位の割合を示し
ている。これに対し、実際の圧電アクチュエータにおけ
る駆動電界は、数百ｋＶ／ｍから数千ｋＶ／ｍにもな
り、前記方法で求めた圧電定数が実用的な意味を持たな
い場合がある。
【０００５】さらに、近年、圧電アクチュエータ利用範
囲の広がりにともない、広い温度範囲での特性安定性、
特に静電容量の温度安定性が求められている。例えば、
自動車用部品として圧電アクチュエータが使用される場
合には、その使用環境に応じて、−４０℃から２００℃
にもなる広い温度範囲での特性安定性が要求される場合
がある。
囲の広がりにともない、広い温度範囲での特性安定性、
特に静電容量の温度安定性が求められている。例えば、
自動車用部品として圧電アクチュエータが使用される場
合には、その使用環境に応じて、−４０℃から２００℃
にもなる広い温度範囲での特性安定性が要求される場合
がある。
【０００６】これに対し、一般に、前記ＭＰＢ近傍組成
での圧電磁器材料は、比誘電率の温度変動が大きくな
り、広い温度範囲におけるアクチュエータ特性の安定
性、特に静電容量の安定性に問題が生じている。
での圧電磁器材料は、比誘電率の温度変動が大きくな
り、広い温度範囲におけるアクチュエータ特性の安定
性、特に静電容量の安定性に問題が生じている。
【０００７】さらに、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ
（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系（以下、ＰＮＮ−ＰＺＴ系）
の圧電磁器組成物は、ｄ定数が大きいため、アクュエー
タ素子用の圧電磁器材料として利用されている。しか
し、圧電アクチュエータの応用範囲が広がるにつれ、さ
らに大きなｄ定数を持つ材料が求められている。
（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系（以下、ＰＮＮ−ＰＺＴ系）
の圧電磁器組成物は、ｄ定数が大きいため、アクュエー
タ素子用の圧電磁器材料として利用されている。しか
し、圧電アクチュエータの応用範囲が広がるにつれ、さ
らに大きなｄ定数を持つ材料が求められている。
【０００８】また、この系の圧電磁器材料は、電気抵抗
率が比較的小さく、積層型圧電素子のように、一層の厚
みが１００μｍ前後の素子に使用した場合、印加できる
電圧を大きくできず、充分な特性を引き出せなかった
り、使用中に絶縁破壊してしまう等の問題点が生じてい
る。また、前記ＰＮＮ−ＰＺＴ系圧電磁器材料は、電気
抵抗率の温度変動も大きいため、特に前述のような広い
温度範囲で使用する場合には、さらに信頼性が低下する
などの問題があった。
率が比較的小さく、積層型圧電素子のように、一層の厚
みが１００μｍ前後の素子に使用した場合、印加できる
電圧を大きくできず、充分な特性を引き出せなかった
り、使用中に絶縁破壊してしまう等の問題点が生じてい
る。また、前記ＰＮＮ−ＰＺＴ系圧電磁器材料は、電気
抵抗率の温度変動も大きいため、特に前述のような広い
温度範囲で使用する場合には、さらに信頼性が低下する
などの問題があった。
【０００９】また、ＰＮＮ−ＰＺＴ系材料は、密度がピ
ークを示す焼結温度が、同用途に用いられるＰｂＴｉＯ
3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系などの
材料に比べ、１００℃以上高く、積層型圧電素子に使用
した場合、内部電極に高価なパラジウムを含むＡｇ／Ｐ
ｄ電極を用いる必要があり、コストの面で他材料より不
利である。
ークを示す焼結温度が、同用途に用いられるＰｂＴｉＯ
3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系などの
材料に比べ、１００℃以上高く、積層型圧電素子に使用
した場合、内部電極に高価なパラジウムを含むＡｇ／Ｐ
ｄ電極を用いる必要があり、コストの面で他材料より不
利である。
【００１０】従って、本発明の目的は、比誘電率の温度
変動が小さく、アクチュエータ特性の温度依存性が安定
している、コストが安い圧電磁器組成物を提供すること
である。
変動が小さく、アクチュエータ特性の温度依存性が安定
している、コストが安い圧電磁器組成物を提供すること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】ＮｉやＺｎ，Ｗ，Ｍｏの
酸化物の添加によって、圧電磁器組成物の低温での焼結
性が向上することは知られている。これらは、低融点の
物質を添加することで、液相焼結の状態を作り、低温で
緻密化を可能にするとされている。しかし、ＰＮＮ−Ｐ
ＺＴ系材料にＷ，Ｍｏ等の酸化物を単独添加した場合、
試料の焼結性は大きく低下し、密度が低下したり、実用
的な温度範囲では緻密化した試料は得られなかった。こ
れは、イオンの電荷バランスを無視し、Ｂ２サイト原子
が過剰となったためと考えられる。
酸化物の添加によって、圧電磁器組成物の低温での焼結
性が向上することは知られている。これらは、低融点の
物質を添加することで、液相焼結の状態を作り、低温で
緻密化を可能にするとされている。しかし、ＰＮＮ−Ｐ
ＺＴ系材料にＷ，Ｍｏ等の酸化物を単独添加した場合、
試料の焼結性は大きく低下し、密度が低下したり、実用
的な温度範囲では緻密化した試料は得られなかった。こ
れは、イオンの電荷バランスを無視し、Ｂ２サイト原子
が過剰となったためと考えられる。
【００１２】本発明では、低温焼結化に有効な＋６価の
元素を単独ではなく＋２価の元素と組み合わせることに
よって、ペロブスカイトＡＢＯ3のＢサイトのイオンバ
ランスを保持しつつ、焼結性改善を行えることを見出し
た。また、母成分のイオンバランスが保持されているた
め、添加物同士の相互干渉を気にすることなく添加物を
追加して、さらに特性改善を進めることが可能であるこ
とを見出した。また、上記の圧電磁器材料に対して、Ｍ
ｎを含有することにより、表記の圧電磁器材料の絶縁性
が向上することを見出した。
元素を単独ではなく＋２価の元素と組み合わせることに
よって、ペロブスカイトＡＢＯ3のＢサイトのイオンバ
ランスを保持しつつ、焼結性改善を行えることを見出し
た。また、母成分のイオンバランスが保持されているた
め、添加物同士の相互干渉を気にすることなく添加物を
追加して、さらに特性改善を進めることが可能であるこ
とを見出した。また、上記の圧電磁器材料に対して、Ｍ
ｎを含有することにより、表記の圧電磁器材料の絶縁性
が向上することを見出した。
【００１３】即ち、本発明は、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒ
Ｏ3−Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と表記される３成分系
ジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）において、Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を４０ｍｏｌ％以下、ＰｂＴｉＯ3を３
５ｍｏｌ％以上から５５ｍｏｌ％以下の範囲、ＰｂＺｒ
Ｏ3を１５ｍｏｌ％以上から５５ｍｏｌ％以下の範囲と
し、前記Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3の一部をＰｂ（Ｂ
１1/2Ｂ２1/2）Ｏ３で表され、その組成が、Ｂ＝Ｎｉ，
Ｚｎ，Ｂ２＝Ｗ，Ｍｏの各々少なくとも１種類以上から
なる組成物によって置換された組成で、分極軸と同一方
向に、５００ｋＶ／ｍの直流電界を印加したときの圧電
変位が、５００ｐｍ／Ｖ以上を示し、かつ、−４０℃か
ら２００℃の範囲で、比誘電率の温度変化が３００％以
下とする圧電磁器組成物である。
Ｏ3−Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3と表記される３成分系
ジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）において、Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を４０ｍｏｌ％以下、ＰｂＴｉＯ3を３
５ｍｏｌ％以上から５５ｍｏｌ％以下の範囲、ＰｂＺｒ
Ｏ3を１５ｍｏｌ％以上から５５ｍｏｌ％以下の範囲と
し、前記Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3の一部をＰｂ（Ｂ
１1/2Ｂ２1/2）Ｏ３で表され、その組成が、Ｂ＝Ｎｉ，
Ｚｎ，Ｂ２＝Ｗ，Ｍｏの各々少なくとも１種類以上から
なる組成物によって置換された組成で、分極軸と同一方
向に、５００ｋＶ／ｍの直流電界を印加したときの圧電
変位が、５００ｐｍ／Ｖ以上を示し、かつ、−４０℃か
ら２００℃の範囲で、比誘電率の温度変化が３００％以
下とする圧電磁器組成物である。
【００１４】また、本発明は、前記圧電磁器組成物が、
その組成に関して、Ｎｂを０ｍｏｌ％超え２ｍｏｌ％以
下の範囲で減量した組成とする。
その組成に関して、Ｎｂを０ｍｏｌ％超え２ｍｏｌ％以
下の範囲で減量した組成とする。
【００１５】また、本発明は、前記圧電磁器組成物が、
その組成に関して密度がピークを示す条件の焼成温度が
ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ
3の３成分系ジルコンチタン酸鉛の母組成の焼結温度よ
りも低下した圧電磁器組成物である。
その組成に関して密度がピークを示す条件の焼成温度が
ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ
3の３成分系ジルコンチタン酸鉛の母組成の焼結温度よ
りも低下した圧電磁器組成物である。
【００１６】また、本発明は、前記圧電磁器組成物の組
成において、ＭｎをＭｎＯで表される酸化物に換算し
て、０ｗｔ％を超え０.１０ｗｔ％以下の範囲で含有
し、−４０℃から２００℃における圧電磁器組成物の比
抵抗が１.０×１０11Ω・ｃｍ以上である圧電磁器組成
物である。
成において、ＭｎをＭｎＯで表される酸化物に換算し
て、０ｗｔ％を超え０.１０ｗｔ％以下の範囲で含有
し、−４０℃から２００℃における圧電磁器組成物の比
抵抗が１.０×１０11Ω・ｃｍ以上である圧電磁器組成
物である。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による圧電磁
器組成物について、以下に説明する。
器組成物について、以下に説明する。
【００１８】本発明の圧電磁器組成物を以下の製造方法
で作製した。即ち、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2），酸化ニッケル
（ＮｉＯ），酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5），酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ），酸化タングステン（ＷO3），酸化モリブデン（Ｍ
ｏＯ3），炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3）を原料として用
い、目標組成となるように秤量し、これらの原料粉をジ
ルコニアボールとともにアクリルポット中に入れ、２０
時間、湿式混合した。次に、これらの混合粉を脱水乾燥
後、アルミナこう鉢中で予焼を行ってから、各予焼粉を
アクリルポット中ジルコニアボールにて１５時間、湿式
粉砕した。
で作製した。即ち、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2），酸化ニッケル
（ＮｉＯ），酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5），酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ），酸化タングステン（ＷO3），酸化モリブデン（Ｍ
ｏＯ3），炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3）を原料として用
い、目標組成となるように秤量し、これらの原料粉をジ
ルコニアボールとともにアクリルポット中に入れ、２０
時間、湿式混合した。次に、これらの混合粉を脱水乾燥
後、アルミナこう鉢中で予焼を行ってから、各予焼粉を
アクリルポット中ジルコニアボールにて１５時間、湿式
粉砕した。
【００１９】引き続き、脱水乾燥して得られた予焼粉砕
粉にバインダを混合して加圧し、φ２０×Ｔ３ｍｍに成
形した。この成形体を９００〜１２６０℃で２時間焼成
し、各焼結体を１ｍｍの厚さに加工した後、両面に銀ペ
ーストを塗布して４５０℃で焼き付けて電極を形成する
ことにより、それぞれ組成の異なる評価用の試料とし
た。
粉にバインダを混合して加圧し、φ２０×Ｔ３ｍｍに成
形した。この成形体を９００〜１２６０℃で２時間焼成
し、各焼結体を１ｍｍの厚さに加工した後、両面に銀ペ
ーストを塗布して４５０℃で焼き付けて電極を形成する
ことにより、それぞれ組成の異なる評価用の試料とし
た。
【００２０】このようにして得られた各試料を２ｋＶ／
ｍｍで分極処理し、インピダンスアナライザ（ＨＰ４１
９４Ａ）と恒温槽を使用して、１ｋＨzの比誘電率εrの
温度特性を測定した。温度特性は、−４０℃から４００
℃の範囲で５℃から１０℃毎に３０分保持したのち、各
温度での１ｋＨzの比誘電率εrを測定した。
ｍｍで分極処理し、インピダンスアナライザ（ＨＰ４１
９４Ａ）と恒温槽を使用して、１ｋＨzの比誘電率εrの
温度特性を測定した。温度特性は、−４０℃から４００
℃の範囲で５℃から１０℃毎に３０分保持したのち、各
温度での１ｋＨzの比誘電率εrを測定した。
【００２１】また、ｄ33（５００ｋＶ）は、２ｍｍφの
円柱で、上下方向から試料の中心領域にて支持した状態
で、前記試料に、２秒間で等速にて、０Ｖ→５００Ｖ→
０Ｖの電圧を印加し、試料厚さ方向の変位をフリンジカ
ウンタ式レーザ変位計を使用して測定して算出した。
円柱で、上下方向から試料の中心領域にて支持した状態
で、前記試料に、２秒間で等速にて、０Ｖ→５００Ｖ→
０Ｖの電圧を印加し、試料厚さ方向の変位をフリンジカ
ウンタ式レーザ変位計を使用して測定して算出した。
【００２２】図１に、ｄ33（５００ｋＶ)の測定例を示
す。図１に示すように、厚さ１ｍｍの測定試料に、５０
０Ｖの直流電圧印加時（電界強度５００ｋＶ／ｍ）の変
位量からｄ33（５００ｋＶ）を算出した。
す。図１に示すように、厚さ１ｍｍの測定試料に、５０
０Ｖの直流電圧印加時（電界強度５００ｋＶ／ｍ）の変
位量からｄ33（５００ｋＶ）を算出した。
【００２３】
【実施例】本発明の実施例による圧電磁器組成物につい
て、以下に説明する。
て、以下に説明する。
【００２４】（実施例１）本発明の実施例１による圧電
磁器組成物およびその製造方法について説明する。表１
に、組成物の焼成密度がピークを示す温度と、ｄ33（５
００ｋＶ）と、−４０℃から２００℃の範囲でのεｒの
温度変化率を示す。表１中、＊のついた試料Ｎｏ.は、
本発明の比較例の圧電磁器組成物を示しており、＊のな
い試料Ｎｏ.が、本発明の実施例による圧電磁器組成物
を示している。また、置換する成分は、Ｂ１元素とＢ２
元素、置換量を並べて表記している。
磁器組成物およびその製造方法について説明する。表１
に、組成物の焼成密度がピークを示す温度と、ｄ33（５
００ｋＶ）と、−４０℃から２００℃の範囲でのεｒの
温度変化率を示す。表１中、＊のついた試料Ｎｏ.は、
本発明の比較例の圧電磁器組成物を示しており、＊のな
い試料Ｎｏ.が、本発明の実施例による圧電磁器組成物
を示している。また、置換する成分は、Ｂ１元素とＢ２
元素、置換量を並べて表記している。
【００２５】
【表１】
【００２６】母成分である試料９に対し、Ｗを添加した
試料１０，試料１１、また母成分試料１２を基本とした
試料１３にＭｏを置換した試料２０〜試料２２らは、共
に焼結性が下がり、緻密化ピーク温度が上昇している。
これは、＋６価のイオンが入ったことで、Ｂ２サイトが
過剰になり、Ｎｂを増量した試料１７〜試料１９と同様
の効果が現れていると考えられる。
試料１０，試料１１、また母成分試料１２を基本とした
試料１３にＭｏを置換した試料２０〜試料２２らは、共
に焼結性が下がり、緻密化ピーク温度が上昇している。
これは、＋６価のイオンが入ったことで、Ｂ２サイトが
過剰になり、Ｎｂを増量した試料１７〜試料１９と同様
の効果が現れていると考えられる。
【００２７】それに対し、試料１２を基本とした試料１
３に＋２価のＮｉイオンが置換された試料１４〜試料１
６では、焼結性は改善されるが、添加量と共にｄ33（５
００ｋＶ）が低下してゆく。このように、電荷バランス
を考慮しない添加方法では、添加量が増加すると母成分
の材料特性が劣化し、意図する特性が得られなくなって
しまう。
３に＋２価のＮｉイオンが置換された試料１４〜試料１
６では、焼結性は改善されるが、添加量と共にｄ33（５
００ｋＶ）が低下してゆく。このように、電荷バランス
を考慮しない添加方法では、添加量が増加すると母成分
の材料特性が劣化し、意図する特性が得られなくなって
しまう。
【００２８】本発明による試料について説明する。試料
１３に対し、ＮｉとＷの組み合わせで置換した試料２
３，試料２４では、焼結性の向上を原因とするｄ33（５
００ｋＶ）の増加、焼結温度の低下が認められる。同様
に、ＺｎとＷの組み合わせで置換した試料２６，試料２
７では、焼結温度の低下が著しく、ＮｉＷよりも高い効
果が得られている。また、試料３１を母成分とした試料
３３，試料３６，試料３８，試料４１，試料４３でも同
様の効果が得られている。
１３に対し、ＮｉとＷの組み合わせで置換した試料２
３，試料２４では、焼結性の向上を原因とするｄ33（５
００ｋＶ）の増加、焼結温度の低下が認められる。同様
に、ＺｎとＷの組み合わせで置換した試料２６，試料２
７では、焼結温度の低下が著しく、ＮｉＷよりも高い効
果が得られている。また、試料３１を母成分とした試料
３３，試料３６，試料３８，試料４１，試料４３でも同
様の効果が得られている。
【００２９】ここで、本請求項での範囲の限定の根拠に
ついて言及する。第三成分が４０ｍｏｌ％を超えた場
合、その化合物のキュリー温度Ｔｃは低下し、目的の温
度範囲での使用が困難になるため、請求範囲から除外す
る。また、εrの温度変化率は、ＭＰＢ近辺およびＺｒ
成分が少ない範囲では目標に合致するものが得られる
が，ＭＰＢ近傍よりＺｒ成分が多い範囲では、変化率が
大きく、目的とする性能が得られなかった。本発明で
は、Ｔｉ成分が３５ｍｏｌ％未満の範囲では目的に合わ
ないため、請求項の範囲から除外した。
ついて言及する。第三成分が４０ｍｏｌ％を超えた場
合、その化合物のキュリー温度Ｔｃは低下し、目的の温
度範囲での使用が困難になるため、請求範囲から除外す
る。また、εrの温度変化率は、ＭＰＢ近辺およびＺｒ
成分が少ない範囲では目標に合致するものが得られる
が，ＭＰＢ近傍よりＺｒ成分が多い範囲では、変化率が
大きく、目的とする性能が得られなかった。本発明で
は、Ｔｉ成分が３５ｍｏｌ％未満の範囲では目的に合わ
ないため、請求項の範囲から除外した。
【００３０】また、試料１にＺｎとＷの組み合わせで置
換した試料６において、ｄ33（５００ｋＶ）がほぼ目的
の最小値を示したため、Ｚｒ成分の最小範囲を１５ｍｏ
ｌ％まで、同じく試料４にＺｎとＷの組み合わせで置換
した試料７において、ｄ33（５００ｋＶ）がほぼ目的の
最小値を示したため、Ｔｉ成分の最大範囲を５５ｍｏｌ
％まで、同じく試料５にＺｎとＷの組み合わせで置換し
た試料８において、ｄ 33（５００ｋＶ）が目的の最小値
を示したため、Ｚｒ成分の最大範囲を５５ｍｏｌ％まで
とした。
換した試料６において、ｄ33（５００ｋＶ）がほぼ目的
の最小値を示したため、Ｚｒ成分の最小範囲を１５ｍｏ
ｌ％まで、同じく試料４にＺｎとＷの組み合わせで置換
した試料７において、ｄ33（５００ｋＶ）がほぼ目的の
最小値を示したため、Ｔｉ成分の最大範囲を５５ｍｏｌ
％まで、同じく試料５にＺｎとＷの組み合わせで置換し
た試料８において、ｄ 33（５００ｋＶ）が目的の最小値
を示したため、Ｚｒ成分の最大範囲を５５ｍｏｌ％まで
とした。
【００３１】（実施例２）本発明の実施例２による圧電
磁器組成物について説明する。実施例１により作製され
た試料２３に対し、Ｎｂ量を減少させた試料２５，試料
２６に対する試料２８，試料２７に対する試料３０およ
び３１，試料３６に対する試料３７，試料３８に対する
試料３９および試料４０，試料４１に対する試料４２，
試料４３に対する試料４４および試料４５では、焼結密
度ピーク温度が低下している。
磁器組成物について説明する。実施例１により作製され
た試料２３に対し、Ｎｂ量を減少させた試料２５，試料
２６に対する試料２８，試料２７に対する試料３０およ
び３１，試料３６に対する試料３７，試料３８に対する
試料３９および試料４０，試料４１に対する試料４２，
試料４３に対する試料４４および試料４５では、焼結密
度ピーク温度が低下している。
【００３２】Ｎｂ量が少ない試料２７に対する試料２９
の場合も、焼結密度ピーク温度は変わらないように見え
るが、焼結性の向上によりｄ33（５００ｋＶ）の向上が
認められる。ここで、Ｎｂの減量が２ｍｏｌ％を超える
場合、電荷バランスが多く崩れすぎて、絶縁抵抗値が大
きく劣化するため、これ以上のＮｂの減量は範囲外とし
た。
の場合も、焼結密度ピーク温度は変わらないように見え
るが、焼結性の向上によりｄ33（５００ｋＶ）の向上が
認められる。ここで、Ｎｂの減量が２ｍｏｌ％を超える
場合、電荷バランスが多く崩れすぎて、絶縁抵抗値が大
きく劣化するため、これ以上のＮｂの減量は範囲外とし
た。
【００３３】（実施例３）本発明の実施例３による圧電
磁器組成物について説明する。酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化
チタン（ＴｉＯ2），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2），酸
化ニッケル（ＮｉＯ），酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5），酸化
亜鉛（ＺｎＯ），酸化タングステン（ＷＯ 3），酸化モ
リブデン（ＭｏＯ3），炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3）を原
料として用い、目的組成となるように秤量し、実施例１
と同様に、試料を作製、−４０℃および２００℃におい
て、それぞれでの比抵抗を測定した。
磁器組成物について説明する。酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化
チタン（ＴｉＯ2），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2），酸
化ニッケル（ＮｉＯ），酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5），酸化
亜鉛（ＺｎＯ），酸化タングステン（ＷＯ 3），酸化モ
リブデン（ＭｏＯ3），炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3）を原
料として用い、目的組成となるように秤量し、実施例１
と同様に、試料を作製、−４０℃および２００℃におい
て、それぞれでの比抵抗を測定した。
【００３４】その結果の一例を図２に示す。図２より、
高温領域では比抵抗が低下するものの、ＭｎＯ3を極微
量添加するだけで、比抵抗が顕著に向上し、本発明の目
標値を満足することがわかる。また、ＭｎＯの添加量
は、０.０５ｗｔ％を超えると、それ以上の比抵抗向上
効果は望め無いことがわかった。また、ＭｎＯの過剰な
添加は、圧電定数などの圧電特性を劣化させる傾向もあ
るが、母成分の比抵抗が低い材料の場合、ＭｎＯの添加
量が０.０５ｗｔ％の場合、特性的には十分であるが、
特性の安定する０.１０ｗｔ％まで添加することが望ま
しい。よって、０.１０ｗｔ％以下が、本発明の目標に
対して適当な値であると判断できる。
高温領域では比抵抗が低下するものの、ＭｎＯ3を極微
量添加するだけで、比抵抗が顕著に向上し、本発明の目
標値を満足することがわかる。また、ＭｎＯの添加量
は、０.０５ｗｔ％を超えると、それ以上の比抵抗向上
効果は望め無いことがわかった。また、ＭｎＯの過剰な
添加は、圧電定数などの圧電特性を劣化させる傾向もあ
るが、母成分の比抵抗が低い材料の場合、ＭｎＯの添加
量が０.０５ｗｔ％の場合、特性的には十分であるが、
特性の安定する０.１０ｗｔ％まで添加することが望ま
しい。よって、０.１０ｗｔ％以下が、本発明の目標に
対して適当な値であると判断できる。
【００３５】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、高電圧印加時の圧電歪定数が大きく、かつ、比誘電
率の温度変化が小さく、高温度範囲での電気抵抗率も大
きく、広い温度範囲で安定な特性を有する、低温焼結が
可能な、低コストなアクチュエータ用材料として極めて
有用な圧電磁器組成物を提供できるものである。
ば、高電圧印加時の圧電歪定数が大きく、かつ、比誘電
率の温度変化が小さく、高温度範囲での電気抵抗率も大
きく、広い温度範囲で安定な特性を有する、低温焼結が
可能な、低コストなアクチュエータ用材料として極めて
有用な圧電磁器組成物を提供できるものである。
【図１】本発明による実施例１の圧電磁器組成物につい
て、圧電定数ｄ33（５００ｋＶ）測定方法によって得ら
れる印加電圧と圧電変位の関係を示す図。
て、圧電定数ｄ33（５００ｋＶ）測定方法によって得ら
れる印加電圧と圧電変位の関係を示す図。
【図２】本発明による実施例３の圧電磁器組成物で示し
たＭｎＯ添加量と比抵抗の関係を示す図。
たＭｎＯ添加量と比抵抗の関係を示す図。
Claims (4)
- 【請求項１】 ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3で表記される３成分系ジルコンチタン
酸鉛（ＰＺＴ）において、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3
を４０ｍｏｌ％以下、ＰｂＴｉＯ3を３５ｍｏｌ％以上
から５５ｍｏｌ％以下の範囲、ＰｂＺｒＯ3を１５ｍｏ
ｌ％以上から５５ｍｏｌ％以下の範囲とし、前記Ｐｂ
（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3の一部をＰｂ（Ｂ１1/2Ｂ
２1/2）Ｏ3で表され、その組成が、Ｂ＝１Ｎｉ，Ｚｎ，
Ｂ２＝Ｗ，Ｍｏの各々少なくとも１種類以上からなる組
成物によって置換された組成で、分極軸と同一方向に、
５００ｋＶ／ｍの直流電界を印加したときの圧電変位
が、５００ｐｍ／Ｖ以上を示し、かつ、−４０℃から２
００℃の範囲で、比誘電率の温度変化が３００％以下で
あることを特徴とする圧電磁器組成物。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電磁器組成物が、その
組成に関して、Ｎｂを０ｍｏｌ％を超え２ｍｏｌ％以下
の範囲で減量した組成であることを特徴とする圧電磁器
組成物。 - 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載の圧
電磁器組成物の組成において、密度がピークを示す条件
の焼成温度を、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3の３成分系ジルコンチタン酸鉛の母組
成の焼結温度よりも低下させたことを特徴とする圧電磁
器組成物。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の圧
電磁器組成物の組成において、ＭｎをＭｎＯで表される
酸化物に換算して、０ｗｔ％を超え０.１０ｗｔ％以下
の範囲で含有し、温度範囲−４０℃から２００℃におけ
る圧電磁器組成物の比抵抗が１.０×１０11Ω・ｃｍ以
上であることを特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001021971A JP2002226266A (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001021971A JP2002226266A (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002226266A true JP2002226266A (ja) | 2002-08-14 |
Family
ID=18887446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001021971A Pending JP2002226266A (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002226266A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6844661B2 (en) | 2002-07-29 | 2005-01-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric actuator for ink-jet head based on use of the same |
| WO2006038389A1 (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd | 圧電体磁器組成物及び圧電セラミック電子部品 |
| JP2007223840A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Fujifilm Corp | ジルコンチタン酸鉛系組成物とその製造方法、圧電体、及び圧電素子 |
| US7344654B2 (en) | 2004-12-22 | 2008-03-18 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric actuator |
| US7362039B2 (en) | 2005-03-22 | 2008-04-22 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, method of manufacturing the same, liquid-jet head, method of manufacturing the same, and liquid-jet apparatus |
| US7498724B2 (en) | 2005-03-22 | 2009-03-03 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, liquid-jet head and liquid-jet apparatus |
| JP2016034889A (ja) * | 2014-07-31 | 2016-03-17 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． | 圧電セラミック組成物及びこれを含む圧電素子並びに圧電振動モジュール |
-
2001
- 2001-01-30 JP JP2001021971A patent/JP2002226266A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6844661B2 (en) | 2002-07-29 | 2005-01-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric actuator for ink-jet head based on use of the same |
| WO2006038389A1 (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd | 圧電体磁器組成物及び圧電セラミック電子部品 |
| US7504042B2 (en) | 2004-10-01 | 2009-03-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric ceramic electronic component |
| US7344654B2 (en) | 2004-12-22 | 2008-03-18 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric actuator |
| US7362039B2 (en) | 2005-03-22 | 2008-04-22 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, method of manufacturing the same, liquid-jet head, method of manufacturing the same, and liquid-jet apparatus |
| US7498724B2 (en) | 2005-03-22 | 2009-03-03 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, liquid-jet head and liquid-jet apparatus |
| US7520038B2 (en) | 2005-03-22 | 2009-04-21 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, method of manufacturing the same, liquid-jet head, method of manufacturing the same, and liquid-jet apparatus |
| JP2007223840A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Fujifilm Corp | ジルコンチタン酸鉛系組成物とその製造方法、圧電体、及び圧電素子 |
| JP2016034889A (ja) * | 2014-07-31 | 2016-03-17 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． | 圧電セラミック組成物及びこれを含む圧電素子並びに圧電振動モジュール |
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