JPH03104179A - 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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- JPH03104179A JPH03104179A JP1241149A JP24114989A JPH03104179A JP H03104179 A JPH03104179 A JP H03104179A JP 1241149 A JP1241149 A JP 1241149A JP 24114989 A JP24114989 A JP 24114989A JP H03104179 A JPH03104179 A JP H03104179A
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- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
- C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
- C04B35/491—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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戒物に関す
るものである。
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、電圧の印加によりミクロンあるいはミク
ロンアンダーの微少変位を正確に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、ＶＴＲヘッドのオートトラッキングや
オートフォーカス、さらにはミクロンアンダーの機械切
削バイトの正確な位置決め、半導体製造用の微少位置決
め装置等への応用開発が近年急速に進められている。
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、電圧の印加によりミクロンあるいはミク
ロンアンダーの微少変位を正確に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、ＶＴＲヘッドのオートトラッキングや
オートフォーカス、さらにはミクロンアンダーの機械切
削バイトの正確な位置決め、半導体製造用の微少位置決
め装置等への応用開発が近年急速に進められている。
［従来の技術］
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Ｂａ２＋、３ｒ２＋、Ｃａ２＋など
の二価イオンや、Ｂｉ３＋やＬａ３十などの三価イオン
で置換する方法、Ｎｉｐ，Ｎｂ２０５、Ｍｎ ０２、Ｃ
ｒ０３などの酸化物を添加する方法、Ｐｂ （ ｚｎｌ
／３ Ｎｂｌ７３ ） ０３、Ｐｂ （ ｃｏｔ／３
Ｎｂ２７３ ） ０３、ｐｂ（Ｎｉｘｔ３Ｎｂ２／３
） ０３などの複合ペロブスカイト化合物との固溶体を
合戒する方法などによりアクチュエータ用圧電材料の特
性の改良がなされている。微少？位をミクロンあるいは
ミクロンアンダーの精度でコントロールする圧電アクチ
ュエータ素子にはユニモルフ型、バイモルフ型、積層型
のタイプがあり、特性として高い圧電歪定数（例えば、
横モードの圧電歪定数ｄ３１ ＞ ３００Ｘ１０” ｍ
／Ｖ）及び高いキューり温度（Ｔｃ ＞ １５０’Ｃ
）を持つことが要求される。
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Ｂａ２＋、３ｒ２＋、Ｃａ２＋など
の二価イオンや、Ｂｉ３＋やＬａ３十などの三価イオン
で置換する方法、Ｎｉｐ，Ｎｂ２０５、Ｍｎ ０２、Ｃ
ｒ０３などの酸化物を添加する方法、Ｐｂ （ ｚｎｌ
／３ Ｎｂｌ７３ ） ０３、Ｐｂ （ ｃｏｔ／３
Ｎｂ２７３ ） ０３、ｐｂ（Ｎｉｘｔ３Ｎｂ２／３
） ０３などの複合ペロブスカイト化合物との固溶体を
合戒する方法などによりアクチュエータ用圧電材料の特
性の改良がなされている。微少？位をミクロンあるいは
ミクロンアンダーの精度でコントロールする圧電アクチ
ュエータ素子にはユニモルフ型、バイモルフ型、積層型
のタイプがあり、特性として高い圧電歪定数（例えば、
横モードの圧電歪定数ｄ３１ ＞ ３００Ｘ１０” ｍ
／Ｖ）及び高いキューり温度（Ｔｃ ＞ １５０’Ｃ
）を持つことが要求される。
［発明が解決しようとする課題］
一般に高い圧電歪定数を持つ材料は、キューリ温度が低
下する。例えば、従来、横モードの圧電歪定数（ｄ３１
）が３００ Ｘ １０−１２ｍ ／ Ｖを越えるような
高い圧電歪定数を持つ材料は、キューり温度Ｔｃが１０
０°Ｃ近傍に低下してしまい、素子の使用温度の上限が
５０’Ｃ〜６０°Ｃと限定され、実用素子としての応用
に制約があった。また、キューり温度の高い材料は圧電
歪定数が低くなってしまい、素子の駆動に高い電圧を必
要とする問題点があった。このような理由から横モード
の圧電歪定数（ｄａ■）が３００×１０・１２ｍ／Ｖを
越えるような高い圧電歪定数及び高いキューり温度（例
えばＴｃ ＞ １５０°Ｃ）を合せ持つ材料の開発が望
まれている。
下する。例えば、従来、横モードの圧電歪定数（ｄ３１
）が３００ Ｘ １０−１２ｍ ／ Ｖを越えるような
高い圧電歪定数を持つ材料は、キューり温度Ｔｃが１０
０°Ｃ近傍に低下してしまい、素子の使用温度の上限が
５０’Ｃ〜６０°Ｃと限定され、実用素子としての応用
に制約があった。また、キューり温度の高い材料は圧電
歪定数が低くなってしまい、素子の駆動に高い電圧を必
要とする問題点があった。このような理由から横モード
の圧電歪定数（ｄａ■）が３００×１０・１２ｍ／Ｖを
越えるような高い圧電歪定数及び高いキューり温度（例
えばＴｃ ＞ １５０°Ｃ）を合せ持つ材料の開発が望
まれている。
［課題を解決するための手段］
本発明者らは、前記問題点を解決する為、詳細に検討し
た結果、特定の組戒を有するセラミック組戒物が高い電
気機械結合定数、高い圧電歪定数及び高いキューり温度
を合せもつことを見い出し本発明に到達した。
た結果、特定の組戒を有するセラミック組戒物が高い電
気機械結合定数、高い圧電歪定数及び高いキューり温度
を合せもつことを見い出し本発明に到達した。
即ち、本発明の要旨は、鉛、ランタン、ジルコニウム、
チタン、アンチモン及び酸素原子がらなるセラミック組
成物であって、一般式（Ｉ）Ｐｂ（１−Ｘ） Ｌａｘ［
Ｚｒｙ’ｒｌ（１−ｙ） ］ （１−Ｘ／４） ０３
゜−（Ｉ）（但し、０＜ｘ＜０．０８、０．５０＜
ｙ＜０．６５ ）で示される主成分組或に、副成分とし
てアンチモンを五酸化アンチモン（ ＳＢ ２０， ）
に換算して主或分に対し３．０重量％未満含有してなる
ことを特徴とするアクチュエータ用圧電セラミック組戒
物に存する。
チタン、アンチモン及び酸素原子がらなるセラミック組
成物であって、一般式（Ｉ）Ｐｂ（１−Ｘ） Ｌａｘ［
Ｚｒｙ’ｒｌ（１−ｙ） ］ （１−Ｘ／４） ０３
゜−（Ｉ）（但し、０＜ｘ＜０．０８、０．５０＜
ｙ＜０．６５ ）で示される主成分組或に、副成分とし
てアンチモンを五酸化アンチモン（ ＳＢ ２０， ）
に換算して主或分に対し３．０重量％未満含有してなる
ことを特徴とするアクチュエータ用圧電セラミック組戒
物に存する。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の圧電セラミック組戒物は非常に高い圧電歪定数
及び高いキューり温度を持ち、特に上記一般式（ Ｉ
）において０．０５≦Ｘ≦０．０７の範囲のべロブス力
イト結晶の相境界（ＭＰＢ＝モロフォト口ビック、フェ
イズ、バウンダリー）付近のものは、横モードの圧電歪
定数（ｄ３１）が３００ Ｘ １０−１２ｍ ／ Ｖを
越え、且つキューり温度（Ｔｃ）が１５０°Ｃ以上あり
、前述した問題点を克服するものであって、圧電アクチ
ュエータ用材料として非常に好適なものである。
及び高いキューり温度を持ち、特に上記一般式（ Ｉ
）において０．０５≦Ｘ≦０．０７の範囲のべロブス力
イト結晶の相境界（ＭＰＢ＝モロフォト口ビック、フェ
イズ、バウンダリー）付近のものは、横モードの圧電歪
定数（ｄ３１）が３００ Ｘ １０−１２ｍ ／ Ｖを
越え、且つキューり温度（Ｔｃ）が１５０°Ｃ以上あり
、前述した問題点を克服するものであって、圧電アクチ
ュエータ用材料として非常に好適なものである。
中でも上記一般式（Ｉ）においてｘ ＝ ０．０５、ｙ
＝０．５７、Ｓｂ２０５量１．０重量％；ｘ ＝ ０．
０５、ｙ＝ ０．５６、Ｓｂ２０５量１．０重量％；ｘ
＝ ０．０６、ｙ＝ ０．５８、Ｓｂ２０５量０．５
重量％（実施例５、６、７）の組戒のものは、横モード
の圧電歪定数（ｄ３１）が３００ Ｘ １０−” ｍ
／ Ｖを越え、かつキューり温度（Ｔｃ）が２００°Ｃ
以上あり、圧電アクチュエータ用材料として、広範囲な
温度環境下で使用できる利点を有している。また、さら
には、ｘ ＝ ０．０６、ｙ：０．５８、Ｓｂ２０３量
１．０重量％；Ｘ＝ ０．０７、ｙ＝ ０．６０、Ｓｂ
２０３量０．５重量％（実施例８、９）の組或のものは
、横モードの圧電歪定数（ｄ３１）が３７０ Ｘ １０
” ｍ ／ Ｖを越え、かつキューり温度（Ｔｃ）？１
５０’Ｃを越えるものであって、圧電アクチュエータ用
材料として非常に優れたものである。
＝０．５７、Ｓｂ２０５量１．０重量％；ｘ ＝ ０．
０５、ｙ＝ ０．５６、Ｓｂ２０５量１．０重量％；ｘ
＝ ０．０６、ｙ＝ ０．５８、Ｓｂ２０５量０．５
重量％（実施例５、６、７）の組戒のものは、横モード
の圧電歪定数（ｄ３１）が３００ Ｘ １０−” ｍ
／ Ｖを越え、かつキューり温度（Ｔｃ）が２００°Ｃ
以上あり、圧電アクチュエータ用材料として、広範囲な
温度環境下で使用できる利点を有している。また、さら
には、ｘ ＝ ０．０６、ｙ：０．５８、Ｓｂ２０３量
１．０重量％；Ｘ＝ ０．０７、ｙ＝ ０．６０、Ｓｂ
２０３量０．５重量％（実施例８、９）の組或のものは
、横モードの圧電歪定数（ｄ３１）が３７０ Ｘ １０
” ｍ ／ Ｖを越え、かつキューり温度（Ｔｃ）？１
５０’Ｃを越えるものであって、圧電アクチュエータ用
材料として非常に優れたものである。
なお、ここで一般式（Ｉ）中、Ｘが０．０８を越えるも
のは、キューり温度（Ｔｃ）が１５０°Ｃ以下になって
しまい、横モードの圧電歪定数（ｄ３■）も共振一反共
振法では検出されない程度に小さく、圧電アクチュエー
タ用材料としては適さない。また、ｙが０．５０未満の
もの及び０．６５を越えるものは、ペロブスカイト結晶
の相境界より太き＜Ｚｒ／Ｔｉ組戒比がずれる為横モー
ドの圧電歪定数（ｄ３１）が低下してしまう。また、ｓ
ｂ量がＳｂ２０５に換算して３．０重景％以上のもの（
比較例５）はベロブスカイト相の他にパイロクロア相が
焼結体中に混在するようになり、横モードの圧電歪定数
（ｄａ■）が低下してしまい好ましくない。
のは、キューり温度（Ｔｃ）が１５０°Ｃ以下になって
しまい、横モードの圧電歪定数（ｄ３■）も共振一反共
振法では検出されない程度に小さく、圧電アクチュエー
タ用材料としては適さない。また、ｙが０．５０未満の
もの及び０．６５を越えるものは、ペロブスカイト結晶
の相境界より太き＜Ｚｒ／Ｔｉ組戒比がずれる為横モー
ドの圧電歪定数（ｄ３１）が低下してしまう。また、ｓ
ｂ量がＳｂ２０５に換算して３．０重景％以上のもの（
比較例５）はベロブスカイト相の他にパイロクロア相が
焼結体中に混在するようになり、横モードの圧電歪定数
（ｄａ■）が低下してしまい好ましくない。
本発明の圧電セラミック組成物は、例えば、粉末の酸化
物原料を所定の配合組成になるように秤量し、ボールミ
ル等で湿式混合仮焼した後、粉砕、１１００’Ｃ〜１３
００°Ｃで焼結することによって得られる。
物原料を所定の配合組成になるように秤量し、ボールミ
ル等で湿式混合仮焼した後、粉砕、１１００’Ｃ〜１３
００°Ｃで焼結することによって得られる。
なお、ｓｂの添加量はＳｂ２０５換算量で示したが、ｓ
ｂの添加はＳｂ２０５だけではなく、該当量の他のアン
チモン化合物、例えば三酸化アンチモン（Ｓｂ２０３）
等を用いてもよい。
ｂの添加はＳｂ２０５だけではなく、該当量の他のアン
チモン化合物、例えば三酸化アンチモン（Ｓｂ２０３）
等を用いてもよい。
［実施例１
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１〜９及び比較例１〜６
純度９９．９％以上の高純度酸化物原料であるＰｂＯ、
Ｌａ２０３、Ｚｒ０２、Ｔｉ０２を第１表に示した量比
に秤量し、さらに該主或分に対してＳｂ２０５を第１表
に示した量秤量した。ここで、一般式（Ｉ）における、
Ｘ、ｙの値を第１表に示す。これらの原料をボールミル
を用いて２４時間湿式混合を行った。乾燥、成型処理後
、９００°Ｃで２時間仮焼し、その後乳鉢粉砕した後、
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戒型したあと、鉛雰囲気
中で１２００°Ｃ焼威した。その後得られた焼結体をス
ライシングマシンを用いて、円板状及び棒状に加工した
後、銀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 〜３．０ｋＶ
／ ｍｍ、時間５〜２０分で行い、１日経過後、ベクト
ルインピーダンスアナライザーを用いて、共振一反共振
法により、１ｋＨｚでの誘電率（ε３Σｌε０）、１
ｋＨｚでの誘電損失（ ｔａｎδ）、横モードの電気機
械結合係数（Ｋ３１）、弾性コンブライアンス（計 ）
及び横モードの圧電歪定数（ｄ３ｔ）の圧電諸物性を測
定した。また、キューり温度（ Ｔｃ ）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。
Ｌａ２０３、Ｚｒ０２、Ｔｉ０２を第１表に示した量比
に秤量し、さらに該主或分に対してＳｂ２０５を第１表
に示した量秤量した。ここで、一般式（Ｉ）における、
Ｘ、ｙの値を第１表に示す。これらの原料をボールミル
を用いて２４時間湿式混合を行った。乾燥、成型処理後
、９００°Ｃで２時間仮焼し、その後乳鉢粉砕した後、
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戒型したあと、鉛雰囲気
中で１２００°Ｃ焼威した。その後得られた焼結体をス
ライシングマシンを用いて、円板状及び棒状に加工した
後、銀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 〜３．０ｋＶ
／ ｍｍ、時間５〜２０分で行い、１日経過後、ベクト
ルインピーダンスアナライザーを用いて、共振一反共振
法により、１ｋＨｚでの誘電率（ε３Σｌε０）、１
ｋＨｚでの誘電損失（ ｔａｎδ）、横モードの電気機
械結合係数（Ｋ３１）、弾性コンブライアンス（計 ）
及び横モードの圧電歪定数（ｄ３ｔ）の圧電諸物性を測
定した。また、キューり温度（ Ｔｃ ）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。
［発明の効果］
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及び高いキューり温度を併せ持って
おり、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及び高いキューり温度を併せ持って
おり、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)
- （１） 鉛、ランタン、ジルコニウム、チタン、アンチ
モン及び酸素原子よりなるセラミック組成物であつて、
一般式Ｐｂ＿（＿１＿−＿ｘ＿）Ｌａ＿ｘ［Ｚｒ＿ｙＴ
ｉ＿（＿１＿−＿ｙ＿）］＿（＿１＿−＿ｘ＿／＿４＿
）Ｏ＿３（但し、０＜ｘ＜０．０８、０．５０＜ｙ＜０
．６５）で示される主成分組成に、副成分としてアンチ
モンを五酸化アンチモンに換算して主成分に対し３．０
重量％未満含有してなる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 (6)
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