JP5968112B2 - 圧電材料 - Google Patents
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一般式(1) 一般式(Ba1−xCax)a(Ti1−yZry)O3(1.00≦a≦1.01、0.155≦x≦0.300、0.041≦y≦0.069)で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とした圧電材料であって、
前記圧電材料にMn成分が含有されており、前記Mnの含有量が前記金属酸化物100重量部に対して金属換算で0.12重量部以上0.40重量部以下であり、
前記圧電材料を構成する結晶粒の平均円相当径が1.0μm以上10.4μm以下であり、
前記圧電材料の相対密度が92.1%以上100%以下であり、
前記金属酸化物およびMn以外の副成分は、前記金属酸化物100重量部に対してその合計が1.2重量部以下であることを特徴とする。
一般式(1) (Ba1−xCax)a(Ti1−yZry)O3(1.00≦a≦1.01、0.155≦x≦0.300、0.041≦y≦0.069)で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とした圧電材料であって、前記金属酸化物にMnが含有されており、前記Mnの含有量が前記金属酸化物100重量部に対して金属換算で0.12重量部以上0.40重量部以下あることを特徴とする。
前記金属酸化物がペロブスカイト型構造であることは、例えば、X線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。
平均粒径100nmのチタン酸バリウム(堺化学工業製:BT−01)、平均粒径300nmのチタン酸カルシウム(堺化学工業製:CT−03)、平均粒径300nmのジルコン酸カルシウム(堺化学工業製:CZ−03)をモル比で84.5対11.4対4.1になるように秤量した。また、AサイトにおけるBaとCaのモル量とBサイトにおけるTiとZrのモル量との比を示すaを調整するために蓚酸バリウムを0.014mol添加した。これらの秤量粉は、ボールミルを用いて24時間の乾式混合によって混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してMn重量が金属換算で0.18重量部となる酢酸マンガン(II)と混合粉に対して3重量部となるPVAバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させた。
平均粒径100nmのチタン酸バリウム(堺化学工業製:BT−01)、平均粒径300nmのチタン酸カルシウム(堺化学工業製:CT−03)、平均粒径300nmのジルコン酸カルシウム(堺化学工業製:CZ−03)を表1に示すモル比になるように秤量した。また、AサイトにおけるBaとCaのモル量とBサイトにおけるTiとZrのモル量との比を示すaを調整するために蓚酸バリウムを表1の値になるように添加した。これらの秤量粉は、ボールミルを用いて24時間の乾式混合によって混合した。なお、実施例16には、SiとCuを酸化物換算で合計1.0重量部になるように混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してMn重量が金属換算で表1の重量部になるように酢酸マンガン(II)と、混合粉に対して3重量部となるPVAバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて混合粉表面に付着させた。
実施例1から21と同様の原料粉に加え、平均粒径300nmであるジルコン酸バリウム(日本化学工業製)を用いて、表1に示すモル比になるように秤量し、ボールミルを用いて乾式混合を24時間行った。なお、比較例6には副成分としてYとVを酸化物換算で合計2.1重量部になるように混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してMn重量が金属換算で表1の重量部となる酢酸マンガン(II)と、混合粉に対して3重量部となるPVAバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて混合粉表面に付着させた。
(実施例1から21)
続いて、実施例1から21のセラミックスを用いて圧電素子を作製した。
次に、比較例1から14のセラミックスを用いて圧電素子を作製した。
以下では本発明の圧電材料及び比較例に対応する圧電材料を有する圧電素子の動特性として、電圧印加を下記条件で行った際の圧電定数の変化率、および消費電力の計測を行った。
続いて、短冊状の素子に共振周波数近傍(190kHz〜230kHz)の周波数の交流電圧を印加し、振動速度と素子の消費電力の関係を評価した。振動速度はレーザ―ドップラー振動計で、消費電力は電力計でそれぞれ測定をおこなった。そして、印加電圧と周波数を変化させ、振動速度が0.40m/sになるようしたときの消費電力の値を表5にまとめた。
次に圧電素子の耐久性を確認するため、実施例1から21、比較例1および13を恒温槽に入れ、25℃→−20℃→50℃→25℃を1サイクルとした温度サイクルを100サイクル繰り返す、サイクル試験を行った。サイクル試験前後の圧電定数d31を評価し、圧電定数の変化率を表6にまとめた。
Claims (5)
- 下記一般式(1):
一般式(1) 一般式(Ba1−xCax)a(Ti1−yZry)O3(1.00≦a≦1.01、0.155≦x≦0.300、0.041≦y≦0.069)で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とした圧電材料であって、
前記圧電材料にMn成分が含有されており、前記Mnの含有量が前記金属酸化物100重量部に対して金属換算で0.12重量部以上0.40重量部以下であり、
前記圧電材料を構成する結晶粒の平均円相当径が1.0μm以上10.4μm以下であり、
前記圧電材料の相対密度が92.1%以上100%以下であり、
前記金属酸化物およびMn以外の副成分は、前記金属酸化物100重量部に対してその合計が1.2重量部以下であることを特徴とする圧電材料。 - 前記圧電材料のCaとZrのモル比Ca/Zr=bが2.65≦b≦5.00であることを特徴とする請求項1に記載の圧電材料。
- 前記圧電材料が−25℃から100℃において結晶構造相転移点を有さないことを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の圧電材料。
- 前記圧電材料を構成する結晶粒の平均円相当径が1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の圧電材料。
- 前記圧電材料の相対密度が93%以上100%以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電材料。
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