JP2543021B2 - アクチュエ−タ用セラミツク圧電材料 - Google Patents

アクチュエ−タ用セラミツク圧電材料

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JP2543021B2 JP59265603A JP26560384A JP2543021B2 JP 2543021 B2 JP2543021 B2 JP 2543021B2 JP 59265603 A JP59265603 A JP 59265603A JP 26560384 A JP26560384 A JP 26560384A JP 2543021 B2 JP2543021 B2 JP 2543021B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はPb（Ni1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3を基本
組成とする三成分固溶体よりなるアクチユエータ用圧電
材料に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、圧電材料として、Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3−PbTiO
3−PbZrO3の三成分固溶体からなるものが注目されてい
る。
かかる圧電体材料からなる圧電体を多数枚積層してア
クチュエータとして使用する場合、電界印加時の圧電体
の変位量の増大、即ち圧電材料の圧電定数、誘電率の向
上が望まれている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の圧電材料としての、上記基本組成のものでは上
記圧電定数、誘電率が低く、アクチュエータとして適さ
ない。
本発明は、圧電定数、誘電率を大幅に向上させようと
するものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3の
三成分固溶体を基本組成とし、該基本組成が添付三角組
成図の、点Ａ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 15モル％、PbTiO3
45モル％、PbZrO3 40モル％）、点Ｂ（Pb（Ni1/3 Nb
2/3）O3 24モル％、PbTiO3 32モル％、PbZrO3 44モル
％）点Ｃ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 51モル％、PbTiO3 24
モル％、PbZrO3 25モル％）、Ｄ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3
50モル％、PbTiO3 35モル％、PbZrO3 15モル％）、点
Ｅ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 30モル％、PbTiO3 45モル
％、PbZrO3 25モル％）で囲まれる範囲であり（但し、
点Ａ、点Ｂ、点Ｄは含まない）、かつ添加物として、Sb
2O3を、前記基本組成に対して0.1〜1.0重量％含んでな
るという技術的手段を採用するものである。
〔効果〕
本発明によれば、後述する実施例から明白なように、
上記基本組成における組成範囲の設定及びSb2O3の所定
範囲の添加の組合せにより、圧電定数及び誘電率を大幅
に向上できるものである。
〔実施例〕
本発明のセラミツク圧電材料は例えば粉末冶金法によ
り製造する。すなわち、Sb2O3の原料を所定の割合で秤
量し、これを湿式ボールミル等によつて混合する。この
混合物を乾燥後、700〜900℃で３〜10時間仮焼し、これ
を再びボールミルで混合した後乾燥して調整粉末を得
る。調整粉末に水あるいはポリビニルアルコール等の粘
着剤を添加して300〜1000Kg/cm2の圧力で加圧成形後、1
200〜1300℃で１〜３時間焼成を行ない、外形を研磨し
て直径5mm、長さ8mmの円柱体とする。
しかる後、上記円柱体は、両端面に周知の方法で電極
を形成する。これを20〜100℃のシリコンオイル等の絶
縁オイル中に置いて、上記電極間に直流電場20〜30KV/c
mを６〜60分間印加することにより分極せしめる。その
後120℃で１時間エイジングし、常温に戻して測定試料
を得る。
上記試料の圧電定数d33は次式（１）より求められ、
かつ式（１）中のK33、ε33、S33は次式（２）、
（３）、（４）より求める。
ここで、ｌは試料の長さ（ｍ）、Ｓは試料の端面面積
（m2）、ＣはLCRメータにより測定した1KHz時の静電容
量（Ｆ）、ρは密度（kg/m3）、fa、frはそれぞれ反共
振および共振周波数（Hz）であり、これらはいずれも周
知の方法で測定される。なお、K33は電気機械結合係数
である。
原料の配合割合を種々に変え、上記方法により得られ
た測定試料につき、上記要素を測定して算出した圧電定
数を別紙の表に示す。
第１表において、実験例１〜21は添加物としてのSb2O
3の添加量を0.5重量％に固定し、基本組成としてのPb
（Ni1/3 Nb2/3）O3、PbTiO3、PbZrO3の組成を変更した
ものである。この実験例１〜21の圧電材料の特性値によ
れば、Sb2O3を添加していない実験例25に比較して比誘
電率（誘電率）、圧電定数の何れも向上している例は実
験例２〜４、６、８〜12、19である。
これらの結果を踏まえて添付三角組成図に各実験例の
No.をプロットすると、図の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲
まれた範囲内に上記実施例２〜４、６、８〜12、19は存
在する。なお、点Ａは実験例１、点Ｂは実験例７、点Ｃ
は実験例19、点Ｄは実験例20、点Ｅは実験例９であり、
但し点Ａ、点Ｂ、点Ｄは含まない。
第１表において、実験例22〜26は基本組成としてのPb
（Ni1/3 Nb2/3）O3、PbTiO3、PbZrO3の組成を固定し、
添加物としてのSb2O3の添加量を変化させた場合を示し
ている。この実験例22〜26によれば、比誘電率（誘電
率）、圧電定数の何れもがSb2O3を添加していない実験
例25に比較して向上している例は実験例22、23である。
第２表は添加物としてSb2O3と他の酸化物との組合せ
を使用した例、MnO2、Fe2O3を使用した例を示すもので
ある。第２表において、MnO2、Fe2O3を使用した比較例
１、２によれば、比誘電率及び圧電定数が満足するもの
ではない 以上、本発明の圧電材料によれば、比誘電率及び圧電
定数において従来の基本組成に比較して大幅な向上が達
成でき、アクチュエータとして必要な電界印加時の変位
量の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】 図は圧電材料の基本組成範囲を示す三角組成図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 弘芝 西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会社日 本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−208183（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−41160（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−49477（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−35124（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3の
    三成分固溶体を基本組成とし、該基本組成が下記点Ａ、
    Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅによって囲まれた範囲内にあり（但し、
    点Ａ、Ｂ、Ｄは含まない）、 点Ａ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 15モル％、PbTiO3 45モル
    ％、PbZrO3 40モル％） 点Ｂ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 24モル％、PbTiO3 32モル
    ％、PbZrO3 44モル％） 点Ｃ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 51モル％、PbTiO3 24モル
    ％、PbZrO3 25モル％） 点Ｄ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 50モル％、PbTiO3 35モル
    ％、PbZrO3 15モル％） 点Ｅ（Pb（Ni1/3 Nb2/3）O3 30モル％、PbTiO3 45モル
    ％、PbZrO3 25モル％） かつ添加物として、Sb2O3を、前記基本組成に対して0.1
    〜1.0重量％含んでなることを特徴とするアクチュエー
    タ用セラミック圧電体。
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