JP3214626B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はチタン酸ジルコン酸鉛を
主成分とする圧電磁器組成物に関するものであり、特に
圧電特性が大であると共に、絶縁性能に優れた圧電磁器
組成物に関するものである。
主成分とする圧電磁器組成物に関するものであり、特に
圧電特性が大であると共に、絶縁性能に優れた圧電磁器
組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】圧電体磁器は、鉛、ジルコニウム、チタ
ンの酸化物で構成されたチタン酸ジルコン酸鉛を主成分
としているが、これに様々な微量酸化物を添加すると圧
電特性が著しく向上することは広く知られている。例え
ば、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ランタン、酸化タ
ングステン、酸化アンチモン等を添加すると圧電性が向
上し、機械的品質係数QM並びに電気的品質係数QE(1
/tanδ)の値は小さくなる。
ンの酸化物で構成されたチタン酸ジルコン酸鉛を主成分
としているが、これに様々な微量酸化物を添加すると圧
電特性が著しく向上することは広く知られている。例え
ば、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ランタン、酸化タ
ングステン、酸化アンチモン等を添加すると圧電性が向
上し、機械的品質係数QM並びに電気的品質係数QE(1
/tanδ)の値は小さくなる。
【0003】一方、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン
等を添加するとQM並びにQEの値は大きくなる。近年、
この圧電磁器が積層圧電素子等のアクチュエータに用い
るようになっている。
等を添加するとQM並びにQEの値は大きくなる。近年、
この圧電磁器が積層圧電素子等のアクチュエータに用い
るようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記アクチュエータ用
圧電磁器組成物の例として例えばPb(ZrxTiy)O
3(但しx+y=1)で表される組成をもって基本組成と
し、0.54≦x≦0.57、の範囲内の組成から成り
Pb原子の10〜15モル%をCa、Sr及びBaの少
なくとも1種で置換し、これにSbをSb2O3に換算し
て0.3〜1.5重量%含有した圧電磁器組成物があ
り、優れた圧電特性を示す。しかしながら、前記圧電磁
器組成物は電気抵抗率が比較的小さく、このため例え
ば、積層型圧電素子のように一層の厚みが100μm前
後の素子に前記圧電磁器組成物が使用された場合、印加
できる電圧が小さく充分な性能が引き出せない、あるい
は使用中に絶縁破壊してしまう等、信頼性が低いという
問題があった。
圧電磁器組成物の例として例えばPb(ZrxTiy)O
3(但しx+y=1)で表される組成をもって基本組成と
し、0.54≦x≦0.57、の範囲内の組成から成り
Pb原子の10〜15モル%をCa、Sr及びBaの少
なくとも1種で置換し、これにSbをSb2O3に換算し
て0.3〜1.5重量%含有した圧電磁器組成物があ
り、優れた圧電特性を示す。しかしながら、前記圧電磁
器組成物は電気抵抗率が比較的小さく、このため例え
ば、積層型圧電素子のように一層の厚みが100μm前
後の素子に前記圧電磁器組成物が使用された場合、印加
できる電圧が小さく充分な性能が引き出せない、あるい
は使用中に絶縁破壊してしまう等、信頼性が低いという
問題があった。
【0005】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、圧電特性が大であると共に、電気抵抗率が大で
アクチュエータ用材料、特に積層型圧電素子用材料に適
した圧電磁器組成物を提供することを目的とする。
解決し、圧電特性が大であると共に、電気抵抗率が大で
アクチュエータ用材料、特に積層型圧電素子用材料に適
した圧電磁器組成物を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明においては、Pb(ZrxTiy)O3(但し
x+y=1.0)で表される組成をもって基本組成と
し、0.54≦x≦0.57、の範囲内の組成から成り
Pb原子の10〜15モル%をCa、Sr及びBaの少
なくとも1種で置換し、これにSbをSb2O3に換算し
て0.3〜3.0重量%含有し、かつ、Mn、Cr、F
eの少なくとも一種をそれぞれMnO2、Cr2O3、F
e2O3に換算して0.01重量%以上0.05重量%未
満含有する、という技術的手段を採用した。
に、本発明においては、Pb(ZrxTiy)O3(但し
x+y=1.0)で表される組成をもって基本組成と
し、0.54≦x≦0.57、の範囲内の組成から成り
Pb原子の10〜15モル%をCa、Sr及びBaの少
なくとも1種で置換し、これにSbをSb2O3に換算し
て0.3〜3.0重量%含有し、かつ、Mn、Cr、F
eの少なくとも一種をそれぞれMnO2、Cr2O3、F
e2O3に換算して0.01重量%以上0.05重量%未
満含有する、という技術的手段を採用した。
【0007】
【作用】本発明においては、チタン酸鉛とジルコン酸鉛
の相境界近傍の組成においてPbをCa、Sr及びBa
の少なくとも一種で置換し、かつSbをSb2O3の形で
適量添加することで大なる圧電定数を確保し、かつ、M
n、Cr、Feの少なくとも一種を極微量加えることに
より、電気抵抗率の向上を計ることでアクチュエータ用
材料に適した圧電磁器組成物を提供するものである。な
お、添加するMn、Cr、Feはいずれも極微量である
ことから溶液状で他の固体粉末状原料に加えると効果的
に混合できる。
の相境界近傍の組成においてPbをCa、Sr及びBa
の少なくとも一種で置換し、かつSbをSb2O3の形で
適量添加することで大なる圧電定数を確保し、かつ、M
n、Cr、Feの少なくとも一種を極微量加えることに
より、電気抵抗率の向上を計ることでアクチュエータ用
材料に適した圧電磁器組成物を提供するものである。な
お、添加するMn、Cr、Feはいずれも極微量である
ことから溶液状で他の固体粉末状原料に加えると効果的
に混合できる。
【0008】
【実施例】以下、実施例により、本発明を具体的に説明
する。
する。
【0009】(実施例1)酸化鉛(PbO)、炭酸スト
ロンチウム(SrCO3)、酸化チタン(TiO2)、酸
化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アンチモン(Sb2O
3)及びマンガン( II)アセチルアセトナトを化学式
(Pb1-xSrx)(ZryTi1-y)O3+zwt%Sb2O3
+Wwt%MnO2となるように秤量し、これを溶媒にエチ
ルアルコールを用いてボールミルで2時間混合した。得
られた混合物を100℃で5時間乾燥し、仮成形後、空
気中において850℃で2時間仮焼し、更にボールミル
で2時間粉砕した。これを造粒後プレス成形により直径
20mm長さ15mmの成形体を作成した。この成形体
をアルミナ若しくはマグネシアからなる容器内に密閉し
た状態で酸素中1260℃5時間の焼結を行った。得ら
れた焼結体を切断、研磨加工により、直径16mm、厚
さ0.8mmの素子にし、両端面にCr−Auからなる
電極を形成し、シリコンオイル中において3kV/mm
の直流電圧を印加して分極処理を行った。
ロンチウム(SrCO3)、酸化チタン(TiO2)、酸
化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アンチモン(Sb2O
3)及びマンガン( II)アセチルアセトナトを化学式
(Pb1-xSrx)(ZryTi1-y)O3+zwt%Sb2O3
+Wwt%MnO2となるように秤量し、これを溶媒にエチ
ルアルコールを用いてボールミルで2時間混合した。得
られた混合物を100℃で5時間乾燥し、仮成形後、空
気中において850℃で2時間仮焼し、更にボールミル
で2時間粉砕した。これを造粒後プレス成形により直径
20mm長さ15mmの成形体を作成した。この成形体
をアルミナ若しくはマグネシアからなる容器内に密閉し
た状態で酸素中1260℃5時間の焼結を行った。得ら
れた焼結体を切断、研磨加工により、直径16mm、厚
さ0.8mmの素子にし、両端面にCr−Auからなる
電極を形成し、シリコンオイル中において3kV/mm
の直流電圧を印加して分極処理を行った。
【0010】図1には、(Pb0.9Sr0.1)(Zr0.54
Ti0.46)O3にSb2O3を添加した時のSb2O3添加
量と圧電歪定数-d31の関係を示す。図1より明らかな
ように、Sb2O3添加量が1.5wt%で-d31は最大値
を示す。また、Sb2O3の添加量が0.3wt%未満及び
3%を越える範囲では添加の効果がない。図2には、
(Pb1-xSrx)(Zr0.54Ti0.46)O3+1.5wt
%Sb2O3系のSr置換量と圧電歪定数-d31の関係を
示す。図2に示すようにSr=13モル%添加時に-d
31は最大となり、Srが10モル%未満及び15モル%
を越える範囲では-d31は200×10-12m/V以下と
比較的小さい。
Ti0.46)O3にSb2O3を添加した時のSb2O3添加
量と圧電歪定数-d31の関係を示す。図1より明らかな
ように、Sb2O3添加量が1.5wt%で-d31は最大値
を示す。また、Sb2O3の添加量が0.3wt%未満及び
3%を越える範囲では添加の効果がない。図2には、
(Pb1-xSrx)(Zr0.54Ti0.46)O3+1.5wt
%Sb2O3系のSr置換量と圧電歪定数-d31の関係を
示す。図2に示すようにSr=13モル%添加時に-d
31は最大となり、Srが10モル%未満及び15モル%
を越える範囲では-d31は200×10-12m/V以下と
比較的小さい。
【0011】したがって、(Pb1-xSrx)(Zr0.54
Ti0.46)O3+zwt%Sb2O3にて、0.1≦x≦0.
15、0.3≦z≦3.0wt%の範囲で良好な特性を得
ることが出来る。また表1に示すように、Srの代わり
に他のアルカリ土類金属であるBaまたはCaを用いて
も同様の効果が得られる。
Ti0.46)O3+zwt%Sb2O3にて、0.1≦x≦0.
15、0.3≦z≦3.0wt%の範囲で良好な特性を得
ることが出来る。また表1に示すように、Srの代わり
に他のアルカリ土類金属であるBaまたはCaを用いて
も同様の効果が得られる。
【0012】
【表1】
【0013】上述の如く検討した組成(Pb0.87Sr
0.13)(Zr0.54Ti0.46)O3+1.5wt%Sb2O3
にマンガンを添加することにより表2に示すような特性
が得られる。
0.13)(Zr0.54Ti0.46)O3+1.5wt%Sb2O3
にマンガンを添加することにより表2に示すような特性
が得られる。
【0014】
【表2】
【0015】表2から明らかなように微量のマンガンを
添加することにより電気抵抗率が2桁程度大きくなるこ
とがわかる。特に本発明のマンガン添加量がMnO2に
換算して0.01から0.05重量%では電気抵抗率が
大きく、かつ、-d31が大きくアクチュエータ、特に積
層圧電素子に最適の圧電磁器組成物であることがわか
る。また、マンガンの添加量がMnO2に換算して0.
01重量%未満ではマンガンの添加効果が不十分で電気
抵抗率が大きくならない。一方、マンガンの添加量がM
nO2に換算して0.05重量%を越えるとεT33、KP
の低下が著しく-d31が小さくなりすぎる。
添加することにより電気抵抗率が2桁程度大きくなるこ
とがわかる。特に本発明のマンガン添加量がMnO2に
換算して0.01から0.05重量%では電気抵抗率が
大きく、かつ、-d31が大きくアクチュエータ、特に積
層圧電素子に最適の圧電磁器組成物であることがわか
る。また、マンガンの添加量がMnO2に換算して0.
01重量%未満ではマンガンの添加効果が不十分で電気
抵抗率が大きくならない。一方、マンガンの添加量がM
nO2に換算して0.05重量%を越えるとεT33、KP
の低下が著しく-d31が小さくなりすぎる。
【0016】(実施例2)実施例1の方法と同様の方法
により、試料を作成し評価した。(Pb0.87Sr0.13)
(Zr0.54Ti0.46)O3+1.5wt%Sb2O3にクロ
ム、鉄を添加することにより、表3、表4の特性が得ら
れる。なお、クロム、鉄はそれぞれ、クロム(III)ア
セチルアセトナト、鉄(III)アセチルアセトナトの形
で添加した。クロム、鉄を添加した場合もマンガンと同
様の効果が得られることがわかる。
により、試料を作成し評価した。(Pb0.87Sr0.13)
(Zr0.54Ti0.46)O3+1.5wt%Sb2O3にクロ
ム、鉄を添加することにより、表3、表4の特性が得ら
れる。なお、クロム、鉄はそれぞれ、クロム(III)ア
セチルアセトナト、鉄(III)アセチルアセトナトの形
で添加した。クロム、鉄を添加した場合もマンガンと同
様の効果が得られることがわかる。
【0017】
【表3】
【0018】
【表4】
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、圧電歪
定数が大きく、かつ、電気抵抗率も大きいことから、ア
クチュエータ、特に積層型圧電素子用材料として極めて
有用である。また、本実施例ではマンガン、クロムおよ
び鉄の出発原料を溶液状で添加することにより極微量を
効果的に混合することができたが、出発原料として酸化
物を用いてもほぼ同様の効果が得られることは明らかで
ある。
定数が大きく、かつ、電気抵抗率も大きいことから、ア
クチュエータ、特に積層型圧電素子用材料として極めて
有用である。また、本実施例ではマンガン、クロムおよ
び鉄の出発原料を溶液状で添加することにより極微量を
効果的に混合することができたが、出発原料として酸化
物を用いてもほぼ同様の効果が得られることは明らかで
ある。
【図1】本発明における圧電歪定数−d31のSb2O3添
加量依存性を示す図。
加量依存性を示す図。
【図2】本発明における圧電歪定数-d31のSr添加量
依存性を示す図。
依存性を示す図。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/491 - 35/493 H01L 41/187
Claims (2)
- 【請求項1】 Pb(ZrxTiy)O3(但しx+y
=1)で表される組成をもって基本組成とし、0.54
≦x≦0.57、の範囲内の組成から成りPb原子の1
0〜15モル%をCa、Sr及びBaの少なくとも1種
で置換し、これにSbをSb2O3に換算して0.3〜
3.0重量%含有し、かつMn、Cr、Feの少なくと
も一種をそれぞれMnO2、Cr2O3、Fe2O3に
換算して0.01重量%以上0.05重量%以下含有す
ることを特徴とする電気抵抗率に優れた圧電磁器組成
物。 - 【請求項2】 請求項1記載の圧電磁器組成物におい
て、溶液状のマンガン化合物、クロム化合物、鉄化合物
の少なくとも一種を用いることを特徴とする電気抵抗率
に優れた圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18623791A JP3214626B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18623791A JP3214626B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0524846A JPH0524846A (ja) | 1993-02-02 |
JP3214626B2 true JP3214626B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=16184758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18623791A Expired - Fee Related JP3214626B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3214626B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2820000B2 (ja) * | 1993-08-05 | 1998-11-05 | トヨタ自動車株式会社 | アクチュエータ用圧電材料組成物 |
JPH0769723A (ja) * | 1993-09-01 | 1995-03-14 | Toyota Motor Corp | 圧電材料組成物 |
-
1991
- 1991-07-25 JP JP18623791A patent/JP3214626B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0524846A (ja) | 1993-02-02 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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