JP2570629B2 - 圧電セラミックス及びその製造方法 - Google Patents
圧電セラミックス及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミックス及び
その製造方法に関し、特に、ニッケルニオブ酸鉛（Ｐｂ
（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ
3 ）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3 ）とから成る３成分
固溶体組成物を基礎として得られる４成分系の圧電セラ
ミックスであって、例えば積層構造の圧電アクチュエー
タ素子に用いて好適な圧電セラミックス及びその製造方
法に関する。
その製造方法に関し、特に、ニッケルニオブ酸鉛（Ｐｂ
（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ
3 ）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3 ）とから成る３成分
固溶体組成物を基礎として得られる４成分系の圧電セラ
ミックスであって、例えば積層構造の圧電アクチュエー
タ素子に用いて好適な圧電セラミックス及びその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電性を示すセラミックスの電気・機械
エネルギー変換作用を利用した装置には、例えばフィル
ターや圧電磁器トランス或いは超音波モータなどのよう
な、圧電アクチュエータ素子（以下、圧電アクチュエー
タと記す）に交番電界を与えたときの機械的共振に伴な
う変位を利用するものや、圧電式インクジェットプリン
タヘッドや圧電リレーなどのような、印加電界に対して
リジッドに生じる変位をオン・オフ制御して利用する装
置あるいは、ＬＳＩ製造用露光装置のＸーＹステージや
マスフローコントローラの弁の開閉装置などのような、
リジッド変位をサーボ駆動して用いる装置など様々な装
置があり、その利用形態も多様である。
エネルギー変換作用を利用した装置には、例えばフィル
ターや圧電磁器トランス或いは超音波モータなどのよう
な、圧電アクチュエータ素子（以下、圧電アクチュエー
タと記す）に交番電界を与えたときの機械的共振に伴な
う変位を利用するものや、圧電式インクジェットプリン
タヘッドや圧電リレーなどのような、印加電界に対して
リジッドに生じる変位をオン・オフ制御して利用する装
置あるいは、ＬＳＩ製造用露光装置のＸーＹステージや
マスフローコントローラの弁の開閉装置などのような、
リジッド変位をサーボ駆動して用いる装置など様々な装
置があり、その利用形態も多様である。
【０００３】上記の各種装置に用いられる圧電アクチュ
エータは構造の上から、単純型素子と複合型素子とに大
別される。単純型素子は強誘電体の電界誘起歪みをその
まま利用するものであって、単板の圧電セラミックスか
ら成る単板構造素子あるいはそれらを積層した積層構造
素子のように、強誘電体における圧電縦効果を利用する
ものと、単管、分離管あるいはハニカム管のように横効
果を利用するものとに分類される。一方、複合型素子と
は、強誘電体自身の誘起歪みをそのまま利用するのでは
なく、例えばユニモルフ、バイモルフ、切り欠き、尺取
り虫構造などのように他の弾性材料などと組み合せ、変
位量を空間的、時間的に拡大するものである。これら各
種の圧電アクチュエータの中でも積層構造の圧電アクチ
ュエータ（以下、積層圧電アクチュエータと記す）は他
のアクチュエータと比較して、変位発生量は小さいもの
の、発生力が大きい、応答速度が速い、耐久性に
富む、電気・機械エネルギー変換効率が高い、ヒス
テリシスが小さいなどの多くの特長を持つことから用途
が広く、その性能改善のための研究・開発が活発に行わ
れている。本発明は、このような積層圧電アクチュエー
タの材料として好適な圧電セラミックスに拘わるもので
ある。
エータは構造の上から、単純型素子と複合型素子とに大
別される。単純型素子は強誘電体の電界誘起歪みをその
まま利用するものであって、単板の圧電セラミックスか
ら成る単板構造素子あるいはそれらを積層した積層構造
素子のように、強誘電体における圧電縦効果を利用する
ものと、単管、分離管あるいはハニカム管のように横効
果を利用するものとに分類される。一方、複合型素子と
は、強誘電体自身の誘起歪みをそのまま利用するのでは
なく、例えばユニモルフ、バイモルフ、切り欠き、尺取
り虫構造などのように他の弾性材料などと組み合せ、変
位量を空間的、時間的に拡大するものである。これら各
種の圧電アクチュエータの中でも積層構造の圧電アクチ
ュエータ（以下、積層圧電アクチュエータと記す）は他
のアクチュエータと比較して、変位発生量は小さいもの
の、発生力が大きい、応答速度が速い、耐久性に
富む、電気・機械エネルギー変換効率が高い、ヒス
テリシスが小さいなどの多くの特長を持つことから用途
が広く、その性能改善のための研究・開発が活発に行わ
れている。本発明は、このような積層圧電アクチュエー
タの材料として好適な圧電セラミックスに拘わるもので
ある。
【０００４】上述したように、積層圧電アクチュエータ
は他のアクチュエータに比べて発生変位量が比較的小さ
いことから、従来、その発生変位量を大きくすることが
大きな技術課題であって、そのための研究・開発が、構
造面および材料面から進められている。この構造のアク
チュエータが、セラミックコンデンサの実用化過程で培
われた薄膜多層技術を利用しているのは、各層の圧電セ
ラミックスを可能な限り薄膜化して一層当りの印加電界
を増大させることにより、同一駆動電圧に対する発生変
位量を大きくすると共に、電界誘起歪みが比較的大きく
ヒステリシスの小さい圧電縦効果を利用するためであ
る。一方、材料面からも当然、電気・機械エネルギー変
換効率が高く発生歪みの大きなセラミックスが選ばれる
がそれと共に、主成分が同一のセラミックスでも、組成
比を変化させたり微量の添加物を加えるなどして、用途
に適した特性を示すようにすることが試みられる。
は他のアクチュエータに比べて発生変位量が比較的小さ
いことから、従来、その発生変位量を大きくすることが
大きな技術課題であって、そのための研究・開発が、構
造面および材料面から進められている。この構造のアク
チュエータが、セラミックコンデンサの実用化過程で培
われた薄膜多層技術を利用しているのは、各層の圧電セ
ラミックスを可能な限り薄膜化して一層当りの印加電界
を増大させることにより、同一駆動電圧に対する発生変
位量を大きくすると共に、電界誘起歪みが比較的大きく
ヒステリシスの小さい圧電縦効果を利用するためであ
る。一方、材料面からも当然、電気・機械エネルギー変
換効率が高く発生歪みの大きなセラミックスが選ばれる
がそれと共に、主成分が同一のセラミックスでも、組成
比を変化させたり微量の添加物を加えるなどして、用途
に適した特性を示すようにすることが試みられる。
【０００５】そのような圧電セラミックスとして、従
来、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ーＰｂＴｉＯ3 ーＰ
ｂＺｒＯ3 系（以下、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を
ＰＮＮで、ＰｂＴｉＯ3 をＰＴで、ＰｂＺｒＯ3 をＰＺ
で表し、ＰＮＮーＰＴーＰＺ系と称する）セラミックス
が知られている。この圧電セラミックスは、例えば特開
平２ー７１５６９号公報に記載されているように、電気
・機械エネルギー変換効率が高く積層圧電アクチュエー
タ用のセラミックスとして適しているが、特に、内野研
二編著、ＪＭＥ材料科学シリーズ「セラミストのための
電気物性入門」、第１２８〜１３０頁、内田光鶴圃に記
載されているように、菱面体晶強誘電相と正方晶強誘電
相との間のモルフォトロピック相境界近辺の組成比であ
るときに良好な圧電特性を示し、縦効果の圧電定数ｄ33
が大きいことが知られている。
来、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ーＰｂＴｉＯ3 ーＰ
ｂＺｒＯ3 系（以下、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を
ＰＮＮで、ＰｂＴｉＯ3 をＰＴで、ＰｂＺｒＯ3 をＰＺ
で表し、ＰＮＮーＰＴーＰＺ系と称する）セラミックス
が知られている。この圧電セラミックスは、例えば特開
平２ー７１５６９号公報に記載されているように、電気
・機械エネルギー変換効率が高く積層圧電アクチュエー
タ用のセラミックスとして適しているが、特に、内野研
二編著、ＪＭＥ材料科学シリーズ「セラミストのための
電気物性入門」、第１２８〜１３０頁、内田光鶴圃に記
載されているように、菱面体晶強誘電相と正方晶強誘電
相との間のモルフォトロピック相境界近辺の組成比であ
るときに良好な圧電特性を示し、縦効果の圧電定数ｄ33
が大きいことが知られている。
【０００６】上記のＰＮＮーＰＴーＰＺ系セラミックス
はＮｉＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＰｂＯ、ＴｉＯ3 およびＺｒＯ
2 の５種類の金属酸化物を主原料とし、これら主原料を
配合した後、湿式ボールミルなどで粉砕、混合し、乾燥
後これを仮焼し、更に湿式ボールミルなどで再粉砕する
ことで得られるものであるが、上述したように、上記主
原料に更に微量の元素またはその酸化物などを添加した
り或いは、それら元素やその酸化物で特定主原料の一部
を置換したりすることにより、セラミックスとしての圧
電特性や機械的強度あるいは電気的特性を改良できるこ
とが良く知られている。例えば、特開昭６３ー２９９２
８４号公報には、上記５つの主原料に更にＦｅ2 Ｏ3 を
添加して得られた、機械的強度の高いＰＮＮーＰＴーＰ
Ｚ系セラミックスが開示されている。又、特開平３ー１
９０１７６号公報には、Ｍｎ及び周期律表第Ｖａ族元素
を添加することにより、圧電フィルタ用に機械的強度を
改善したセラミックスが開示されている。
はＮｉＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＰｂＯ、ＴｉＯ3 およびＺｒＯ
2 の５種類の金属酸化物を主原料とし、これら主原料を
配合した後、湿式ボールミルなどで粉砕、混合し、乾燥
後これを仮焼し、更に湿式ボールミルなどで再粉砕する
ことで得られるものであるが、上述したように、上記主
原料に更に微量の元素またはその酸化物などを添加した
り或いは、それら元素やその酸化物で特定主原料の一部
を置換したりすることにより、セラミックスとしての圧
電特性や機械的強度あるいは電気的特性を改良できるこ
とが良く知られている。例えば、特開昭６３ー２９９２
８４号公報には、上記５つの主原料に更にＦｅ2 Ｏ3 を
添加して得られた、機械的強度の高いＰＮＮーＰＴーＰ
Ｚ系セラミックスが開示されている。又、特開平３ー１
９０１７６号公報には、Ｍｎ及び周期律表第Ｖａ族元素
を添加することにより、圧電フィルタ用に機械的強度を
改善したセラミックスが開示されている。
【０００７】ところで、上述した積層圧電アクチュエー
タは近年、益々その用途が広がり、それに伴って、従来
のような常温、常圧の良好な使用環境のみならず、高
温、高圧あるいは刺激性ガス、腐食性ガス中などのよう
な悪環境下でも用いられるようになってきている。例え
ば、ロボットハンド先端に圧電クランパーを取り付けて
マニピュレータとしたとき、その圧電クランパーの変位
発生源として利用されたアクチュエータは、１２０〜１
５０℃というような高温の作業環境中に置かれることが
ある。ところがこのような高温のもとでは、アクチュー
エータの圧電材料であるＰＮＮーＰＴーＰＺ系のセラミ
ックスの絶縁抵抗が著しく劣化する。
タは近年、益々その用途が広がり、それに伴って、従来
のような常温、常圧の良好な使用環境のみならず、高
温、高圧あるいは刺激性ガス、腐食性ガス中などのよう
な悪環境下でも用いられるようになってきている。例え
ば、ロボットハンド先端に圧電クランパーを取り付けて
マニピュレータとしたとき、その圧電クランパーの変位
発生源として利用されたアクチュエータは、１２０〜１
５０℃というような高温の作業環境中に置かれることが
ある。ところがこのような高温のもとでは、アクチュー
エータの圧電材料であるＰＮＮーＰＴーＰＺ系のセラミ
ックスの絶縁抵抗が著しく劣化する。
【０００８】上述のように、積層圧電アクチュエータに
用いられるＰＮＮーＰＴーＰＺ系セラミックスには、圧
電定数ｄ33が大きいことのみならず、加えて、高温での
絶縁抵抗劣化が小さいことが要求されるようになってき
ている。このような要求に対する一般的な解答として、
従来、上記の３成分系固溶体にＭｎを添加すると絶縁特
性が改善されることが知られている。
用いられるＰＮＮーＰＴーＰＺ系セラミックスには、圧
電定数ｄ33が大きいことのみならず、加えて、高温での
絶縁抵抗劣化が小さいことが要求されるようになってき
ている。このような要求に対する一般的な解答として、
従来、上記の３成分系固溶体にＭｎを添加すると絶縁特
性が改善されることが知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＰＮ
ＮーＰＴーＰＺ系３成分固溶体組成物、特にその相図上
でモルフォトロピック相境界近辺の組成比のセラミック
スは、縦効果の圧電定数ｄ33が大きく、積層圧電アクチ
ュエータ用の圧電材料として好適である。更に、Ｍｎを
添加すると、１２０〜１５０℃というような高温の環境
下での絶縁抵抗の劣化が小さくなるので、Ｍｎの添加
は、積層圧電アクチュエータの使用温度範囲の高温領域
への拡張という観点から、その用途拡大に貢献するもの
であるといえる。
ＮーＰＴーＰＺ系３成分固溶体組成物、特にその相図上
でモルフォトロピック相境界近辺の組成比のセラミック
スは、縦効果の圧電定数ｄ33が大きく、積層圧電アクチ
ュエータ用の圧電材料として好適である。更に、Ｍｎを
添加すると、１２０〜１５０℃というような高温の環境
下での絶縁抵抗の劣化が小さくなるので、Ｍｎの添加
は、積層圧電アクチュエータの使用温度範囲の高温領域
への拡張という観点から、その用途拡大に貢献するもの
であるといえる。
【００１０】ところが、ＰＮＮーＰＴーＰＺ系の３成分
固溶体組成物に単純にＭｎを添加した圧電セラミックス
では、圧電定数ｄ33が低下するという副作用が起る。す
なわち、この観点からは、ＰＮＮーＰＴーＰＺ系圧電セ
ラミックスへのＭｎの単純添加は、積層圧電アクチュエ
ータの特性を損いその用途を狭める可能性がある。
固溶体組成物に単純にＭｎを添加した圧電セラミックス
では、圧電定数ｄ33が低下するという副作用が起る。す
なわち、この観点からは、ＰＮＮーＰＴーＰＺ系圧電セ
ラミックスへのＭｎの単純添加は、積層圧電アクチュエ
ータの特性を損いその用途を狭める可能性がある。
【００１１】従って、本発明は、ＰＮＮーＰＴーＰＺ系
３成分固溶体組成物の良好な縦効果圧電歪み特性を損う
ことなくその高温環境下での絶抵抗劣化を改善し、高温
でも使用可能な、積層圧電アクチュエータに用いて好適
な圧電セラミックスを提供することを目的とするもので
ある。
３成分固溶体組成物の良好な縦効果圧電歪み特性を損う
ことなくその高温環境下での絶抵抗劣化を改善し、高温
でも使用可能な、積層圧電アクチュエータに用いて好適
な圧電セラミックスを提供することを目的とするもので
ある。
【００１２】本発明の他の目的は、上記のような高温用
圧電セラミックスの製造方法を提供することである。
圧電セラミックスの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電セラミック
スは、モル分率ｘのニッケルニオブ酸鉛とモル分率ｙの
チタン酸鉛とモル分率ｚのジルコン酸鉛とを主成分とす
る３成分固溶体組成物を｛Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 ｝x （ＰｂＴｉＯ3 ）y （ＰｂＺｒＯ3 ）z（但し、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表現するとき、前記３成分固溶体組
成物におけるＰｂＴｉＯ3 の一部がモル分率γのＭｎＺ
ｒＯ3 で置換された、｛Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3 ）
Ｏ3 ｝x （ＰｂＴｉＯ3 ）(y- r)（ＰｂＺｒＯ3 ）
z （ＭｎＺｒＯ3）r で表される４成分固溶体組成物か
らなる圧電セラミックスである。
スは、モル分率ｘのニッケルニオブ酸鉛とモル分率ｙの
チタン酸鉛とモル分率ｚのジルコン酸鉛とを主成分とす
る３成分固溶体組成物を｛Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 ｝x （ＰｂＴｉＯ3 ）y （ＰｂＺｒＯ3 ）z（但し、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表現するとき、前記３成分固溶体組
成物におけるＰｂＴｉＯ3 の一部がモル分率γのＭｎＺ
ｒＯ3 で置換された、｛Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3 ）
Ｏ3 ｝x （ＰｂＴｉＯ3 ）(y- r)（ＰｂＺｒＯ3 ）
z （ＭｎＺｒＯ3）r で表される４成分固溶体組成物か
らなる圧電セラミックスである。
【００１４】上記の圧電セラミックスは、前記４成分固
溶体組成物製造の出発原料としてＭｎＺｒＯ3 を用いる
ことを特徴とする製造方法によって製造される。
溶体組成物製造の出発原料としてＭｎＺｒＯ3 を用いる
ことを特徴とする製造方法によって製造される。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について説明す
る。本発明の一実施例として、３成分のモル比が相図上
で菱面体晶強誘電相と正方晶強誘電相との間のモルフォ
トロピック相境界線上にあるＰＮＮーＰＴーＰＺ系固溶
体組成物のＰＴの一部を、ＭｎＺｒＯ3 で置換した４成
分系セラミックスを用いて、積層セラミックコンデンサ
型のチップを作成し、そのチップの絶縁抵抗と歪み量の
温度特性から、セラミックスの比抵抗と縦効果圧電定数
ｄ33の温度特性を求めた。
る。本発明の一実施例として、３成分のモル比が相図上
で菱面体晶強誘電相と正方晶強誘電相との間のモルフォ
トロピック相境界線上にあるＰＮＮーＰＴーＰＺ系固溶
体組成物のＰＴの一部を、ＭｎＺｒＯ3 で置換した４成
分系セラミックスを用いて、積層セラミックコンデンサ
型のチップを作成し、そのチップの絶縁抵抗と歪み量の
温度特性から、セラミックスの比抵抗と縦効果圧電定数
ｄ33の温度特性を求めた。
【００１６】本実施例では出発原料として、ＰｂＯ，Ｎ
ｉＯ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ3 ，ＺｒＯ2 ，ＭｎＺｒＯ3
を用い、これらの原料を表１に示した組成比になるよう
に精密秤量した。各原料の純度は全て９８％以上であ
る。
ｉＯ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ3 ，ＺｒＯ2 ，ＭｎＺｒＯ3
を用い、これらの原料を表１に示した組成比になるよう
に精密秤量した。各原料の純度は全て９８％以上であ
る。
【００１７】次に、秤量した各原料をボールミルで湿式
粉砕混合し、粉末スラリーを濾過、乾燥した後、予焼
し、更に予焼粉を湿式ポールミルで再粉砕した。予焼条
件は、温度８５０℃、時間２時間である。
粉砕混合し、粉末スラリーを濾過、乾燥した後、予焼
し、更に予焼粉を湿式ポールミルで再粉砕した。予焼条
件は、温度８５０℃、時間２時間である。
【００１８】上記の再粉砕粉をグリーンシートに加工
し、そのグリーンシート上に内部電極となるべき所定パ
ターンの導電性ペーストをスクリーン印刷した。グリー
ンシートの厚さは、７５μｍである。
し、そのグリーンシート上に内部電極となるべき所定パ
ターンの導電性ペーストをスクリーン印刷した。グリー
ンシートの厚さは、７５μｍである。
【００１９】上記の導電性ペースト印刷済みのグリーン
シートを積層し、未焼成の積層セラミック型のチップを
作成した。積層数は２２層である。
シートを積層し、未焼成の積層セラミック型のチップを
作成した。積層数は２２層である。
【００２０】次いで、未焼成チップを加熱してチップ中
に含まれる成形用バインダを焼き飛ばした（脱バイン
ダ）後、脱バインダ後のチップを焼成した。脱バインダ
の温度は３００〜４００℃である。焼成条件は、昇温速
度１００℃／ｈ、保持温度１１００℃、保持時間２時間
である。
に含まれる成形用バインダを焼き飛ばした（脱バイン
ダ）後、脱バインダ後のチップを焼成した。脱バインダ
の温度は３００〜４００℃である。焼成条件は、昇温速
度１００℃／ｈ、保持温度１１００℃、保持時間２時間
である。
【００２１】上述の工程により得た焼成チップの比抵抗
および縦効果圧電定数ｄ33を、表にして図１に示す。
又、グラフ化して、図２及び図３に示す。図１〜図３に
おいて、試料番号Ｎｏ．１（ＰＮＮ38.5ＰＴ25.9ＰＺ
35.6）は、モルフォトロピック相境界線上に位置する組
成比のセラミックス（社団法人日本セラミック協会編、
「セラミック工学ハンドブック」、技報堂出版、第１９
１０頁、図６（ａ）に示される相図参照）であり、Ｍｎ
ＺｒＯ3 によるＰＴの置換を行わない試料である。試料
番号Ｎｏ．２は、試料番号Ｎｏ．１におけるＰＴを全体
に対するモル分率が０．０５％のＭｎＺｒＯ3 で置換し
て、ＰＴのモル分率を２５．８５％とした試料である。
更に試料番号Ｎｏ．３は、ＭｎＺｒＯ3 による置換量を
増加させ、全体の０．１０％のＭｎＺｒＯ3 でＰＴを置
換し、ＰＴのモル分率を２５．８％とした試料である。
いずれの試料も、ＰＮＮおよびＰＺの全体に対するモル
分率は一定である。
および縦効果圧電定数ｄ33を、表にして図１に示す。
又、グラフ化して、図２及び図３に示す。図１〜図３に
おいて、試料番号Ｎｏ．１（ＰＮＮ38.5ＰＴ25.9ＰＺ
35.6）は、モルフォトロピック相境界線上に位置する組
成比のセラミックス（社団法人日本セラミック協会編、
「セラミック工学ハンドブック」、技報堂出版、第１９
１０頁、図６（ａ）に示される相図参照）であり、Ｍｎ
ＺｒＯ3 によるＰＴの置換を行わない試料である。試料
番号Ｎｏ．２は、試料番号Ｎｏ．１におけるＰＴを全体
に対するモル分率が０．０５％のＭｎＺｒＯ3 で置換し
て、ＰＴのモル分率を２５．８５％とした試料である。
更に試料番号Ｎｏ．３は、ＭｎＺｒＯ3 による置換量を
増加させ、全体の０．１０％のＭｎＺｒＯ3 でＰＴを置
換し、ＰＴのモル分率を２５．８％とした試料である。
いずれの試料も、ＰＮＮおよびＰＺの全体に対するモル
分率は一定である。
【００２２】図１及び図２を参照すると、ＭｎＺｒＯ3
による置換量を０．０５％（Ｎｏ．２）、０．１％（Ｎ
ｏ．３）と増加するに従って、測定した全温度領域（２
５〜１５０℃）で比抵抗の絶対値が増大し、又、温度上
昇に伴う比抵抗の低下が小さくなる。特に、高温領域
（１２０〜１５０℃）におけるＭｎＺｒＯ3 置換の効果
は著しく、上記高温領域で１２０℃での比抵抗と１５０
℃での比抵抗とを比較した場合、Ｎｏ．１では約１／
６．５に低下するのに対して、Ｎｏ．２及びＮｏ．３で
は、約１／２．５にしかならず、その絶対値も１０10Ω
・ｃｍ以上と、十分実用的なレベルにある。
による置換量を０．０５％（Ｎｏ．２）、０．１％（Ｎ
ｏ．３）と増加するに従って、測定した全温度領域（２
５〜１５０℃）で比抵抗の絶対値が増大し、又、温度上
昇に伴う比抵抗の低下が小さくなる。特に、高温領域
（１２０〜１５０℃）におけるＭｎＺｒＯ3 置換の効果
は著しく、上記高温領域で１２０℃での比抵抗と１５０
℃での比抵抗とを比較した場合、Ｎｏ．１では約１／
６．５に低下するのに対して、Ｎｏ．２及びＮｏ．３で
は、約１／２．５にしかならず、その絶対値も１０10Ω
・ｃｍ以上と、十分実用的なレベルにある。
【００２３】一方、図１及び図３を参照すると、Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．３の圧電定数ｄ33の温度特性曲線は全温度領
域でよく一致している。すなわち、ＰＮＮーＰＴーＰＺ
系セラミックスにＭｎを単純に添加したときに起る圧電
定数ｄ33の低下は殆ど見られず、ＭｎＺｒＯ3 による置
換操作を施したセラミックスでも良好な圧電特性を維持
していることが分る。
１〜Ｎｏ．３の圧電定数ｄ33の温度特性曲線は全温度領
域でよく一致している。すなわち、ＰＮＮーＰＴーＰＺ
系セラミックスにＭｎを単純に添加したときに起る圧電
定数ｄ33の低下は殆ど見られず、ＭｎＺｒＯ3 による置
換操作を施したセラミックスでも良好な圧電特性を維持
していることが分る。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＰＮＮーＰＴーＰＺ系３成分固溶体組成物のＰＴの一部
をＭｎＺｒＯ3 で置換することにより、上記３成分組成
物の良好な圧電特性を維持したまま、１２０〜１５０℃
というような高温領域における絶縁抵抗の低下を改善で
きる。本発明の圧電セラミックスを積層圧電アクチュエ
ータ素子に適用すればその用途を更に拡大することがで
きるので、本発明の工業的価値は大きい。
ＰＮＮーＰＴーＰＺ系３成分固溶体組成物のＰＴの一部
をＭｎＺｒＯ3 で置換することにより、上記３成分組成
物の良好な圧電特性を維持したまま、１２０〜１５０℃
というような高温領域における絶縁抵抗の低下を改善で
きる。本発明の圧電セラミックスを積層圧電アクチュエ
ータ素子に適用すればその用途を更に拡大することがで
きるので、本発明の工業的価値は大きい。
【図１】本発明の一実施例おける圧電セラミックスの組
成比と比抵抗および絶縁抵抗の温度特性との関係を表に
して示す図である。
成比と比抵抗および絶縁抵抗の温度特性との関係を表に
して示す図である。
【図２】本発明の一実施例による圧電セラミックス及び
従来のＰＮＮーＰＴーＰＺ系３成分圧電セラミックスの
比抵抗の温度特性を表す図である。
従来のＰＮＮーＰＴーＰＺ系３成分圧電セラミックスの
比抵抗の温度特性を表す図である。
【図３】本発明の一実施例による圧電セラミックス及び
従来のＰＮＮーＰＴーＰＺ系３成分圧電セラミックスの
圧電定数の温度特性を表す図である。
従来のＰＮＮーＰＴーＰＺ系３成分圧電セラミックスの
圧電定数の温度特性を表す図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 モル分率ｘのニッケルニオブ酸鉛とモル
分率ｙのチタン酸鉛とモル分率ｚのジルコン酸鉛とを主
成分とする３成分固溶体組成物を｛Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 ｝x （ＰｂＴｉＯ3 ）y （ＰｂＺｒＯ3 ）z
（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表すとき、前記３成分固溶
体組成物中のＰｂＴｉＯ3 の一部をモル分率γのＭｎＺ
ｒＯ3 で置換した、｛Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ｝
x （ＰｂＴｉＯ3 ）(y-r) （ＰｂＺｒＯ3 ）z （ＭｎＺ
ｒＯ3 ）r で表される４成分固溶体組成物からなる圧電
セラミックス。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電セラミックスにおい
て、 前記３成分固溶体組成物の組成比が、菱面体晶強誘電相
と正方晶強誘電相との間のモルフォトロピック相境界近
辺の組成比であることを特徴とする圧電セラミックス。 - 【請求項３】 請求項２記載の圧電セラミックスにおい
て、 前記４成分固溶体組成物におけるＭｎＺｒＯ3 のモル分
率γが、組成物全体の０．０５％以上で０．１０％以下
の範囲内にあることを特徴とする圧電セラミックス。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２又は請求項３記載の
圧電セラミックスを製造する方法であって、前記４成分
固溶体組成物製造の出発原料としてＭｎＺｒＯ3 を用い
ることを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6235145A JP2570629B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 圧電セラミックス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6235145A JP2570629B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 圧電セラミックス及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0891928A JPH0891928A (ja) | 1996-04-09 |
| JP2570629B2 true JP2570629B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=16981726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6235145A Expired - Lifetime JP2570629B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 圧電セラミックス及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2570629B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3791361B2 (ja) * | 2000-08-31 | 2006-06-28 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波素子及び弾性表面波フィルタ |
| KR100420929B1 (ko) * | 2001-05-26 | 2004-03-02 | 한국과학기술연구원 | 고밀도 압전 후막 및 그 제조방법 |
| JP5288436B2 (ja) * | 2006-12-04 | 2013-09-11 | 日本碍子株式会社 | ハニカム型圧電／電歪素子 |
| JP4863297B2 (ja) * | 2007-06-25 | 2012-01-25 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | カーボンナノチューブを用いた高強度、高導電性薄膜およびアクチュエータ素子製造方法 |
| JP5207793B2 (ja) * | 2008-03-26 | 2013-06-12 | 京セラ株式会社 | 圧電センサ |
-
1994
- 1994-09-29 JP JP6235145A patent/JP2570629B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0891928A (ja) | 1996-04-09 |
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