JPH0524846A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH0524846A JPH0524846A JP3186237A JP18623791A JPH0524846A JP H0524846 A JPH0524846 A JP H0524846A JP 3186237 A JP3186237 A JP 3186237A JP 18623791 A JP18623791 A JP 18623791A JP H0524846 A JPH0524846 A JP H0524846A
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Landscapes
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】積層型圧電素子は一層の厚みが約１００μｍと
薄いため使用される圧電材料の電気抵抗率が小さいと使
用中に絶縁破壊してしまうという問題点がある。本発明
は、電気抵抗率が大きく、かつ、圧電定数が大きいアク
チュエータ用の積層型圧電素子材料の提供を目的とす
る。 【構成】Ｐｂ（ＺｒxＴｉy）Ｏ3（但しx＋y＝１）を基
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、Ｃ
ｒ、Ｆｅの少なくとも一種をそれぞれＭｎＯ2、Ｃｒ2Ｏ
3、Ｆｅ2Ｏ3に換算して０．０１〜０．０５重量％含有
することを特徴とする。
薄いため使用される圧電材料の電気抵抗率が小さいと使
用中に絶縁破壊してしまうという問題点がある。本発明
は、電気抵抗率が大きく、かつ、圧電定数が大きいアク
チュエータ用の積層型圧電素子材料の提供を目的とす
る。 【構成】Ｐｂ（ＺｒxＴｉy）Ｏ3（但しx＋y＝１）を基
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、Ｃ
ｒ、Ｆｅの少なくとも一種をそれぞれＭｎＯ2、Ｃｒ2Ｏ
3、Ｆｅ2Ｏ3に換算して０．０１〜０．０５重量％含有
することを特徴とする。
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、０．５
４≦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、Ｆｅの少なく
とも一種をそれぞれＭｎＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3に換
算して０．０１〜０．０５重量％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、０．５
４≦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、Ｆｅの少なく
とも一種をそれぞれＭｎＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3に換
算して０．０１〜０．０５重量％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
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
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１０〜１
５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．
０１〜０．０５重量％含有することを特徴とする圧電磁
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 true JPH0524846A (ja) | 1993-02-02 |
| JP3214626B2 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) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0748172A (ja) * | 1993-08-05 | 1995-02-21 | Toyota Motor Corp | 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
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0748172A (ja) * | 1993-08-05 | 1995-02-21 | Toyota Motor Corp | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3214626B2 (ja) | 2001-10-02 |
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