JPH05315669A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH05315669A JPH05315669A JP4115750A JP11575092A JPH05315669A JP H05315669 A JPH05315669 A JP H05315669A JP 4115750 A JP4115750 A JP 4115750A JP 11575092 A JP11575092 A JP 11575092A JP H05315669 A JPH05315669 A JP H05315669A
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- piezoelectric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アクチュエータ、特に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など
信頼性が低い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、
特に積層型圧電素子用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Ｓｂ2
Ｏ3に換算して０．３〜３．０重量％含有し、かつＶ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗの少なくとも一種をそれぞれ酸化
物に換算して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
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など
信頼性が低い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、
特に積層型圧電素子用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Ｓｂ2
Ｏ3に換算して０．３〜３．０重量％含有し、かつＶ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗの少なくとも一種をそれぞれ酸化
物に換算して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
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。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られるようになっている。
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。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られるようになっている。
【０００３】
【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。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。
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。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。
【０００４】
【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、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ
の少なくとも一種をそれぞれ酸化物に換算して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、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ
の少なくとも一種をそれぞれ酸化物に換算して０．０１
〜０．０５重量％含有する、という技術的手段を採用し
た。
【０００５】
【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、
Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ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Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ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、
Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ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Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ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。
【０００６】
【実施例】以下、実施例により、本発明の効果を具体的
に説明する。
に説明する。
【０００７】（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）及び酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）を化学式（Ｐｂ1-xＳ
ｒx）（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3＋zwt％Ｓｂ2Ｏ3＋Wwt％Ｖ2
Ｏ5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０．８ｍ
ｍ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。図１には、（Ｐｂ0.9Ｓ
ｒ0.1）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.46）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）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.4
6）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-ｄ31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２００×１
０-12ｍ／Ｖ以下と比較的小さい。したがって、（Ｐｂ1
-xＳｒx）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.46）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。
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）及び酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）を化学式（Ｐｂ1-xＳ
ｒx）（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3＋zwt％Ｓｂ2Ｏ3＋Wwt％Ｖ2
Ｏ5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０．８ｍ
ｍ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。図１には、（Ｐｂ0.9Ｓ
ｒ0.1）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.46）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）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.4
6）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-ｄ31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２００×１
０-12ｍ／Ｖ以下と比較的小さい。したがって、（Ｐｂ1
-xＳｒx）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.46）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。
【表１】 上述の如く検討した組成（Ｐｂ0.87Ｓｒ0.13）（Ｚｒ0.
54Ｔｉ0.46）Ｏ3＋１．５wt％Ｓｂ2Ｏ3にバナジウムを
添加することにより表２に示すような特性が得られる。
54Ｔｉ0.46）Ｏ3＋１．５wt％Ｓｂ2Ｏ3にバナジウムを
添加することにより表２に示すような特性が得られる。
【表２】 ※は本発明外 表２から明らかなように微量のバナジウムを添加するこ
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。特に本発明のバナジウム添加量がＶ2Ｏ5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も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、
バナジウムの添加量がＶ2Ｏ5に換算して０．０１重量％
未満ではバナジウム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、バナジウムの添加量がＶ2Ｏ5に
換算して０．０５重量％を越えるとεT 33、ＫPの低下が
著しく-ｄ31が小さくなりすぎる。
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。特に本発明のバナジウム添加量がＶ2Ｏ5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も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、
バナジウムの添加量がＶ2Ｏ5に換算して０．０１重量％
未満ではバナジウム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、バナジウムの添加量がＶ2Ｏ5に
換算して０．０５重量％を越えるとεT 33、ＫPの低下が
著しく-ｄ31が小さくなりすぎる。
【０００８】（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にニオ
ブ、モリブデン、タンタル、タングステンのそれぞれの
酸化物を添加することにより、表３から表６の特性が得
られる。
により、試料を作成し評価した。（Ｐｂ0.87Ｓｒ0.13）
（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.46）Ｏ3＋１．５wt％Ｓｂ2Ｏ3にニオ
ブ、モリブデン、タンタル、タングステンのそれぞれの
酸化物を添加することにより、表３から表６の特性が得
られる。
【表３】 ※は本発明外
【表４】 ※は本発明外
【表５】 ※は本発明外
【表６】 ※は本発明外
【０００９】（実施例３）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）を化学式（Ｐｂ0.87Ｓｒ0.13）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.4
6）Ｏ3＋１．５wt％Ｓｂ2Ｏ3となるように秤量し、これ
にバナジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タング
ステンをそれぞれＶＯ（ＯＣ2Ｈ5）3、Ｎｂ（ＯＣ
2Ｈ5）5、Ｍｏ（ＯＣ2Ｈ5）6、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、Ｗ
（ＯＣ2Ｈ5）6で０．０１wt％加え、混合溶媒であるエ
チルアルコール中に溶解した。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、表７の特性が得た。
表７より添加量が微量であるバナジウム、ニオブ、モリ
ブデン、タンタル、タングステンの出発原料を溶液状で
添加すると効果的に混合でき良好な特性が得られること
がわかる。
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）を化学式（Ｐｂ0.87Ｓｒ0.13）（Ｚｒ0.54Ｔｉ0.4
6）Ｏ3＋１．５wt％Ｓｂ2Ｏ3となるように秤量し、これ
にバナジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タング
ステンをそれぞれＶＯ（ＯＣ2Ｈ5）3、Ｎｂ（ＯＣ
2Ｈ5）5、Ｍｏ（ＯＣ2Ｈ5）6、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、Ｗ
（ＯＣ2Ｈ5）6で０．０１wt％加え、混合溶媒であるエ
チルアルコール中に溶解した。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、表７の特性が得た。
表７より添加量が微量であるバナジウム、ニオブ、モリ
ブデン、タンタル、タングステンの出発原料を溶液状で
添加すると効果的に混合でき良好な特性が得られること
がわかる。
【表７】
【００１０】
【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、バナジウム、ニオブ、モリブデン、
タンタル、タングステンの出発原料を酸化物で添加する
かわりに、出発原料を溶液状で添加すると一層効果的に
混合でき特性の向上が期待できる。
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、バナジウム、ニオブ、モリブデン、
タンタル、タングステンの出発原料を酸化物で添加する
かわりに、出発原料を溶液状で添加すると一層効果的に
混合でき特性の向上が期待できる。
【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。
依存性を示す。
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
〜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Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗの少な
くとも一種をそれぞれ酸化物に換算して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の圧電磁器組成物に於いて溶液
状のバナジウム化合物、ニオブ化合物、モリブデン化合
物、タンタル化合物、タングステン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 |
|---|---|---|---|
| JP4115750A JPH05315669A (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4115750A JPH05315669A (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315669A true JPH05315669A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=14670131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4115750A Pending JPH05315669A (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05315669A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100417987B1 (ko) * | 1997-02-19 | 2004-05-31 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 세라믹 조성물 및 압전세라믹의 제조방법 |
| JP2009298606A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Tdk Corp | 圧電磁器、圧電素子及び積層型圧電素子 |
| JP2014034507A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Nihon Ceratec Co Ltd | 圧電セラミックスおよびこれを用いた圧電アクチュエータ |
-
1992
- 1992-05-08 JP JP4115750A patent/JPH05315669A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100417987B1 (ko) * | 1997-02-19 | 2004-05-31 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 세라믹 조성물 및 압전세라믹의 제조방법 |
| JP2009298606A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Tdk Corp | 圧電磁器、圧電素子及び積層型圧電素子 |
| JP2014034507A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Nihon Ceratec Co Ltd | 圧電セラミックスおよびこれを用いた圧電アクチュエータ |
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