JPH0282587A - アクチュエータ用圧電セラミック組成物 - Google Patents
アクチュエータ用圧電セラミック組成物Info
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- JPH0282587A JPH0282587A JP63233889A JP23388988A JPH0282587A JP H0282587 A JPH0282587 A JP H0282587A JP 63233889 A JP63233889 A JP 63233889A JP 23388988 A JP23388988 A JP 23388988A JP H0282587 A JPH0282587 A JP H0282587A
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はアクチュエータ用圧電セラミック組成物に関す
るものである。ここでアクチュエータとは、圧電逆効果
、すなわち電気的エネルギーから機械的エネルギーへの
変換作用を用いたものであり、電圧の印加によってミク
ロンあるいはミクロンアンダーの微少変位を発生させる
ものであって、ブザーやポンプ、バルブ等の音響、ある
いは流量の精密コントロール、半導体製造装置ステッパ
ーなどの精密位置決め、さらには数に〜数十ｋｌｌｚの
高周波振動変位を利用した、例えばドットタイププリン
ターヘンドアクチュエータ、次世代の小型モータとして
注目を浴びている超音波モータなどの応用開発が近年急
速に進められている。
るものである。ここでアクチュエータとは、圧電逆効果
、すなわち電気的エネルギーから機械的エネルギーへの
変換作用を用いたものであり、電圧の印加によってミク
ロンあるいはミクロンアンダーの微少変位を発生させる
ものであって、ブザーやポンプ、バルブ等の音響、ある
いは流量の精密コントロール、半導体製造装置ステッパ
ーなどの精密位置決め、さらには数に〜数十ｋｌｌｚの
高周波振動変位を利用した、例えばドットタイププリン
ターヘンドアクチュエータ、次世代の小型モータとして
注目を浴びている超音波モータなどの応用開発が近年急
速に進められている。
本発明は、上述した様な圧電アクチュエータの幅広い応
用の中で、特に数に〜百ｋｌｌｚの高周波駆動に適した
圧電アクチュエータ用材料を提供するものである。
用の中で、特に数に〜百ｋｌｌｚの高周波駆動に適した
圧電アクチュエータ用材料を提供するものである。
従来よりアクチュエータ用圧電材料としては、ジルコン
酸チタン酸鉛セラミック組成物（ＰＺＴ）が優れた圧電
特性を有していることが知られており、使用される用途
に応じて種々の改良がなされている。例えばジルコン酸
チタン酸鉛の一部をＢａ”、 Ｓｒ”、 Ｃａ２＋など
で置換する方法、Ｐｂ（Ｎｊ＋ｚｚＮｂｚｚｉ）Ｏｓ、
Ｐｂ（Ｃｏ＋７ｓＴａｚｚ：＋）Ｏｚなどの複合ペロ
ブスカイト化合物と、固溶体を形成する方法、ＷＯ，。
酸チタン酸鉛セラミック組成物（ＰＺＴ）が優れた圧電
特性を有していることが知られており、使用される用途
に応じて種々の改良がなされている。例えばジルコン酸
チタン酸鉛の一部をＢａ”、 Ｓｒ”、 Ｃａ２＋など
で置換する方法、Ｐｂ（Ｎｊ＋ｚｚＮｂｚｚｉ）Ｏｓ、
Ｐｂ（Ｃｏ＋７ｓＴａｚｚ：＋）Ｏｚなどの複合ペロ
ブスカイト化合物と、固溶体を形成する方法、ＷＯ，。
’ｅｚ０３＊ Ｃｒ１０３などの酸化物を添加する方法
などにより、アクチュエータ用圧電材料の特性の改善が
なされている。
などにより、アクチュエータ用圧電材料の特性の改善が
なされている。
近年、開発が行われた超音波モータなどの様に、圧電ア
クチュエータ素子を数に〜１００ｋＨｚ程度の共振周波
数で駆動する場合には、共振状態での振幅を大きくし、
発熱を抑制する為に高い機械的品質係数（Ｑｍ≧１００
０）を持つことが要求される。従来のアクチュエータ用
品ｄ定数材料（いわゆる５ｏｆｔ系材料）を用いた場合
、Ｑｍが低く （数十〜百）、共振点において損失が大
きい為、入力エネルギーが有効に機械的エネルギーに変
換されず、変位が小さくなってしまったり、発熱が激し
くなる。５ｏｆｔ系高ｄ定数材料は、一般にキューリ温
度（Ｔｃ ）が１００°Ｃ〜１５０’Ｃと低いので、発
熱がキューリ点近傍までに達し、ついには脱分極し、変
位を生じな（なる。
クチュエータ素子を数に〜１００ｋＨｚ程度の共振周波
数で駆動する場合には、共振状態での振幅を大きくし、
発熱を抑制する為に高い機械的品質係数（Ｑｍ≧１００
０）を持つことが要求される。従来のアクチュエータ用
品ｄ定数材料（いわゆる５ｏｆｔ系材料）を用いた場合
、Ｑｍが低く （数十〜百）、共振点において損失が大
きい為、入力エネルギーが有効に機械的エネルギーに変
換されず、変位が小さくなってしまったり、発熱が激し
くなる。５ｏｆｔ系高ｄ定数材料は、一般にキューリ温
度（Ｔｃ ）が１００°Ｃ〜１５０’Ｃと低いので、発
熱がキューリ点近傍までに達し、ついには脱分極し、変
位を生じな（なる。
又、圧電アクチュエータ素子を非共振状態で数に〜数十
ｋＨｚの高い周波数で駆動する場合にも、上述の５ｏｆ
ｔ系材料は、誘電率（６３３Ｔ／ε。）、誘電損失（ｔ
ａｎδ）がともに大きい（ε、３Ｔ／ε。
ｋＨｚの高い周波数で駆動する場合にも、上述の５ｏｆ
ｔ系材料は、誘電率（６３３Ｔ／ε。）、誘電損失（ｔ
ａｎδ）がともに大きい（ε、３Ｔ／ε。
〜５０００．ｔａＩ１１δ〜２〜４％）ので発熱が激し
く、上述の理由により脱分極、所望の変位が得られない
欠点がある。
く、上述の理由により脱分極、所望の変位が得られない
欠点がある。
一方、キューリ温度が高い（Ｔｃ＞３００℃）いわゆる
ｈａｒｄ系材料を用いた場合、誘電率（ε、３Ｔ／ε。
ｈａｒｄ系材料を用いた場合、誘電率（ε、３Ｔ／ε。
）、誘電損失（ｔａｎ δ）は小さくなるが（ε５．Ｔ
／ε。〜５００〜ＬＯＱＯ，ｔａｎδ０、１〜１％）、
圧電歪定数が大きく低下し、例えば横方向の圧電歪定数
ｄｆｆＩが５０Ｘ１０−”Ｃ／Ｎ程度に低下してしまい
、所望の変位を得るには、高い駆動電圧を必要とし、高
価な高電圧、高周波駆動用アンプが必要となると云った
欠点がある。
／ε。〜５００〜ＬＯＱＯ，ｔａｎδ０、１〜１％）、
圧電歪定数が大きく低下し、例えば横方向の圧電歪定数
ｄｆｆＩが５０Ｘ１０−”Ｃ／Ｎ程度に低下してしまい
、所望の変位を得るには、高い駆動電圧を必要とし、高
価な高電圧、高周波駆動用アンプが必要となると云った
欠点がある。
以上の様に、圧電アクチュエータを数に〜画数Ｈｚの高
い周波数で駆動する場合、圧電歪定数が大きく、例えば
横モードの圧電歪定数ｄ３１が１００ｘｌ、Ｑ−” Ｃ
／Ｎ以上、低誘電率（ε１．Ｔ／ε。）、低誘電損失（
ｔａｎδ）が小さい、例えば（ε２３Ｔ／ ｇｏ ’ｍ
ｌ Ｏ００〜２０００． ｔａｎδｘｏ、ｔ 〜１％
程度であり、高い機械的品質係数（ＱＩｌｌ）、例えば
Ｑｍが１０００以上、の特性を有した材料の開発が望ま
れている。
い周波数で駆動する場合、圧電歪定数が大きく、例えば
横モードの圧電歪定数ｄ３１が１００ｘｌ、Ｑ−” Ｃ
／Ｎ以上、低誘電率（ε１．Ｔ／ε。）、低誘電損失（
ｔａｎδ）が小さい、例えば（ε２３Ｔ／ ｇｏ ’ｍ
ｌ Ｏ００〜２０００． ｔａｎδｘｏ、ｔ 〜１％
程度であり、高い機械的品質係数（ＱＩｌｌ）、例えば
Ｑｍが１０００以上、の特性を有した材料の開発が望ま
れている。
本発明者らは上記目的を達成する為に詳細に組成を検討
した結果、一般式Ｐｂ１−．ＬａＸ（ＺｒｙＴｉ＋−ｙ
）Ｘ／４０３で示されるペロブスカイト化合物にＭｎ０
ｔを添加した組成圧が、上述の如く、高い圧電歪定数、
低誘電率、低誘電損失、高い機械的品質係数を併せ持っ
た組成物であることを見い出し、本発明を完成した。
した結果、一般式Ｐｂ１−．ＬａＸ（ＺｒｙＴｉ＋−ｙ
）Ｘ／４０３で示されるペロブスカイト化合物にＭｎ０
ｔを添加した組成圧が、上述の如く、高い圧電歪定数、
低誘電率、低誘電損失、高い機械的品質係数を併せ持っ
た組成物であることを見い出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は、実質的に、一般式Ｐｂｔ−
ｘＬａｘ （ＺｒｙＴｉ＋−ｙ） ＋−ｘｙａＯｚで示
されるペロブスカイト化合物（但し、０，０３≦ｘ≦０
．０７，０．５０≦ｙ≦０．６５）にＭｎＯ□を１．０
重量％以下添加した組成を主体とするアクチュエータ用
圧電セラミック組成物に存する。
ｘＬａｘ （ＺｒｙＴｉ＋−ｙ） ＋−ｘｙａＯｚで示
されるペロブスカイト化合物（但し、０，０３≦ｘ≦０
．０７，０．５０≦ｙ≦０．６５）にＭｎＯ□を１．０
重量％以下添加した組成を主体とするアクチュエータ用
圧電セラミック組成物に存する。
本発明の中で、Ｌａ１ｉｘが４１１ＩＯＩｌ／％、Ｈｎ
Ｏｚ添加量が０．５重量％の組成物（実施例２）のもの
では、横モードの圧電歪定数ｄｏｌｌが１００ＸＩＯ−
”Ｃ／Ｎを超え、且つ機械的品質係数ＱＩｌが２１００
と非常に大きく、超音波モータなどの共振を利用した高
周波駆動用材料として非常に好適である。
Ｏｚ添加量が０．５重量％の組成物（実施例２）のもの
では、横モードの圧電歪定数ｄｏｌｌが１００ＸＩＯ−
”Ｃ／Ｎを超え、且つ機械的品質係数ＱＩｌが２１００
と非常に大きく、超音波モータなどの共振を利用した高
周波駆動用材料として非常に好適である。
又、実施例４および５のものは、横モードの圧電歪定数
ｄ３１が１３０Ｘ１０−” Ｃ／Ｎ、機械的品質係数Ｑ
ｍ〜１２５０、誘電率ε、３Ｔ／ε。〜１３５０、誘電
損失ｔａｙｓδ＃０．４〜０．５％であり、Ｍｎ末添加
の比較例１および２と比べてＱＩｌｌが約２０倍、誘電
損失が１７４〜１／６と向上が達成されており、高周波
駆動アクチュエータ材料として好適である。
ｄ３１が１３０Ｘ１０−” Ｃ／Ｎ、機械的品質係数Ｑ
ｍ〜１２５０、誘電率ε、３Ｔ／ε。〜１３５０、誘電
損失ｔａｙｓδ＃０．４〜０．５％であり、Ｍｎ末添加
の比較例１および２と比べてＱＩｌｌが約２０倍、誘電
損失が１７４〜１／６と向上が達成されており、高周波
駆動アクチュエータ材料として好適である。
尚、ここでＬａ１ｌｘが７ ｔｒｒｏ １％を超えるも
のは、キューり温度が１５０℃以下になってしまい、素
子の使用温度の上限が７０℃以下となり、実用材料とし
て適さない。また、逆にＬａ量Ｘが３１ｎｏ １％に満
たない場合には、横モードの圧電歪定数ｄ３１が約５０
Ｘ ｌ ０−１２Ｃ／Ｎと非常に小さくなり、アクチ
ュエータ用材料としては適さない。
のは、キューり温度が１５０℃以下になってしまい、素
子の使用温度の上限が７０℃以下となり、実用材料とし
て適さない。また、逆にＬａ量Ｘが３１ｎｏ １％に満
たない場合には、横モードの圧電歪定数ｄ３１が約５０
Ｘ ｌ ０−１２Ｃ／Ｎと非常に小さくなり、アクチ
ュエータ用材料としては適さない。
Ｚｒ量ｙが５０１１Ｉ０１％未満のもの、および６５ｍ
ｏｆ％を超えるものは、ペロブスカイト結晶の相境界、
モロ、フォトロピンクバウンダリーより太きくＺｒ／
Ｔ ｉ ＆Ｉｌ成比がずれる為、ｄｏｌｌが低下してし
まう。
ｏｆ％を超えるものは、ペロブスカイト結晶の相境界、
モロ、フォトロピンクバウンダリーより太きくＺｒ／
Ｔ ｉ ＆Ｉｌ成比がずれる為、ｄｏｌｌが低下してし
まう。
又、ＭｎＯ，の添加量が１を超える場合には、焼結時に
異常粒成長が発生し、焼結密度が低下し、分極時絶縁破
壊が生じる為、除外した。
異常粒成長が発生し、焼結密度が低下し、分極時絶縁破
壊が生じる為、除外した。
尚、本発明の組成物において各成分の量的関係、特にＬ
ａとＰｂ、 Ｚｒ、 Ｔｉの量的関係は、前記一般式通
りであることが勿論望ましいが、結果として得られた化
合物がペロブスカイト構造を主体とし、全体として該ペ
ロブスカイト構造の性質が全組成物を実質的に支配する
限り、多少、組成が前記一般式からはずれる場合も、本
発明の範囲に包含される。
ａとＰｂ、 Ｚｒ、 Ｔｉの量的関係は、前記一般式通
りであることが勿論望ましいが、結果として得られた化
合物がペロブスカイト構造を主体とし、全体として該ペ
ロブスカイト構造の性質が全組成物を実質的に支配する
限り、多少、組成が前記一般式からはずれる場合も、本
発明の範囲に包含される。
本発明のセラミック組成物は、例えば、酸化物原料を所
定の配合組成になるように秤量し、ボールミルなどで湿
式混合した後、粉砕、１１００°Ｃ〜１３００°Ｃで焼
結することによって得られる。
定の配合組成になるように秤量し、ボールミルなどで湿
式混合した後、粉砕、１１００°Ｃ〜１３００°Ｃで焼
結することによって得られる。
て実施例〕
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本
発明はその要旨を越えない限り、実施例により限定され
るものではない。
発明はその要旨を越えない限り、実施例により限定され
るものではない。
実施例１〜１０および比較例１〜２
純度９９．９％以上の高純度酸化物原料、ｐｂｏ 。
ＬａｚＯ：＋＋ Ｔｉ０ｚ、 Ｚｒ０ｚ、 Ｍｎ０ｚを
第１表に示した所定の量比に秤量後、ボールミルを用い
て２４時間湿式混合を行った。乾燥、成型処理後、９０
０°Ｃで２時間仮焼し、その後乳鉢粉砕の後、ボールミ
ルで再度２４時間湿式粉砕した。得られた粉体をラバー
プレス法により静水圧成型した後、鉛雰囲気中で１２５
０°Ｃで４時間焼成した。その後得られた焼結体をスラ
イシングマシン用いて、円板状及び棒状に加工した後、
Ａｇペーストをスクリーン印刷し、５５０°Ｃで電極焼
付けを行った。分極処理は、温度８０〜１１０°Ｃのシ
リコンオイル中で、電界強度２．０〜４．０ ｋＶ／
ｍｍ、時間５〜２０分で行い、ベクトルインピーダンス
アナライザーを用いて、共振−反共振法により、ε３３
Ｔ／ε。、 ｔａｎδ。
第１表に示した所定の量比に秤量後、ボールミルを用い
て２４時間湿式混合を行った。乾燥、成型処理後、９０
０°Ｃで２時間仮焼し、その後乳鉢粉砕の後、ボールミ
ルで再度２４時間湿式粉砕した。得られた粉体をラバー
プレス法により静水圧成型した後、鉛雰囲気中で１２５
０°Ｃで４時間焼成した。その後得られた焼結体をスラ
イシングマシン用いて、円板状及び棒状に加工した後、
Ａｇペーストをスクリーン印刷し、５５０°Ｃで電極焼
付けを行った。分極処理は、温度８０〜１１０°Ｃのシ
リコンオイル中で、電界強度２．０〜４．０ ｋＶ／
ｍｍ、時間５〜２０分で行い、ベクトルインピーダンス
アナライザーを用いて、共振−反共振法により、ε３３
Ｔ／ε。、 ｔａｎδ。
Ｋｐ 、 Ｑｍ 、 Ｋ３１１ ｄｓ＋の圧電諸物性
を測定した。
を測定した。
尚、ここでε３３Ｔ ／ ｅ ｏ 、 ｔａｎ δは１
ｋｌｌｚでの値を用いた。また、キューり温度は、比誘
電率の温度特性を測定し、比誘電率の極大より求めた。
ｋｌｌｚでの値を用いた。また、キューり温度は、比誘
電率の温度特性を測定し、比誘電率の極大より求めた。
測定結果を第１表に示す。尚、第１表の中で、ε３３Ｔ
／ε。はｌ ｋＨｚでの誘電率、ｔａｎδはｌ ｋＨ
ｚでの誘電損失、Ｋｐは円板モードの電気機械結合係数
、Ｑｍは機械的品質係数、Ｋ３１は横モードの電気機械
結合係数、ｄｆｆｌは横モードの圧電歪定数（単位Ｘ
１０”” Ｃ／Ｎ） 、Ｔｃはキューり温度を示してい
る。
／ε。はｌ ｋＨｚでの誘電率、ｔａｎδはｌ ｋＨ
ｚでの誘電損失、Ｋｐは円板モードの電気機械結合係数
、Ｑｍは機械的品質係数、Ｋ３１は横モードの電気機械
結合係数、ｄｆｆｌは横モードの圧電歪定数（単位Ｘ
１０”” Ｃ／Ｎ） 、Ｔｃはキューり温度を示してい
る。
本発明で得られる圧電セラミック組成物は、高い電気機
械結合係数、高い圧電歪定数、低誘電率、低誘電損失、
高い機械的品質係数を併せ持っており、数に〜１００ｋ
Ｈｚの高周波用圧電アクチュエータ用材料として特に優
れており、本発明の産業利用上への寄与は極めて大きい
。
械結合係数、高い圧電歪定数、低誘電率、低誘電損失、
高い機械的品質係数を併せ持っており、数に〜１００ｋ
Ｈｚの高周波用圧電アクチュエータ用材料として特に優
れており、本発明の産業利用上への寄与は極めて大きい
。
Claims (1)
- 一般式Ｐｂ＿１＿−＿ｘＬａ＿ｘ｛Ｚｒ＿ｙＴｉ＿１＿
−＿ｙ｝＿１＿−＿ｘ＿／＿４Ｏ＿３（但し、０．０３
≦ｘ≦０．０７，０．５０≦ｙ≦０．６５）で示される
ペロブスカイト化合物にＭｎＯ＿２を１．０重量％以下
添加したことを特徴とするアクチュエータ用圧電セラミ
ック組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63233889A JPH08728B2 (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63233889A JPH08728B2 (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0282587A true JPH0282587A (ja) | 1990-03-23 |
| JPH08728B2 JPH08728B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=16962153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63233889A Expired - Lifetime JPH08728B2 (ja) | 1988-09-19 | 1988-09-19 | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08728B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5378382A (en) * | 1993-12-09 | 1995-01-03 | Mitsubishi Kasei Corporation | Piezoelectric ceramic composition for actuator |
| JP2007106092A (ja) * | 2005-10-10 | 2007-04-26 | Kanji Inoue | 筆記具の保持具 |
-
1988
- 1988-09-19 JP JP63233889A patent/JPH08728B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5378382A (en) * | 1993-12-09 | 1995-01-03 | Mitsubishi Kasei Corporation | Piezoelectric ceramic composition for actuator |
| JP2007106092A (ja) * | 2005-10-10 | 2007-04-26 | Kanji Inoue | 筆記具の保持具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08728B2 (ja) | 1996-01-10 |
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