JPH06150716A - 強誘電体磁器組成物 - Google Patents
強誘電体磁器組成物Info
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- JPH06150716A JPH06150716A JP3133648A JP13364891A JPH06150716A JP H06150716 A JPH06150716 A JP H06150716A JP 3133648 A JP3133648 A JP 3133648A JP 13364891 A JP13364891 A JP 13364891A JP H06150716 A JPH06150716 A JP H06150716A
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- Japan
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- ferroelectric
- ratio
- pzt
- tetragonal
- ceramic composition
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 ＰＺＴまたはＰＺＴ系にＳｎＯ2，Ｎｂ
2Ｏ5，ＳｒＯ，ＢａＯ等の添加物を加えてなり、その結
晶系が正方晶系とされ、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）で表わさ
れるＺｒ比が相境界のＺｒ比より少なくとも０．５モル
パーセント小さく設定されたことを特徴とする強誘電体
磁器組成物。 【効果】 本発明の強誘電体磁器組成物は、正方晶系な
ので強電界に対し良好な比例関係を保って大きな歪を生
じ、雰囲気の温度変化にもあまり影響されず、且つ、耐
久性良好である。
2Ｏ5，ＳｒＯ，ＢａＯ等の添加物を加えてなり、その結
晶系が正方晶系とされ、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）で表わさ
れるＺｒ比が相境界のＺｒ比より少なくとも０．５モル
パーセント小さく設定されたことを特徴とする強誘電体
磁器組成物。 【効果】 本発明の強誘電体磁器組成物は、正方晶系な
ので強電界に対し良好な比例関係を保って大きな歪を生
じ、雰囲気の温度変化にもあまり影響されず、且つ、耐
久性良好である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電セラミックスに代表
される強誘電体磁器組成物の改良技術に関する。
される強誘電体磁器組成物の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】強い電圧を印加した時に強誘電体が歪変
形する性質（逆圧電効果）を利用して微小位置決め装置
等の駆動部（アクチュエータ）に強誘電体磁器組成物
（以下、「強誘電体」と略す。）が採用されている。
形する性質（逆圧電効果）を利用して微小位置決め装置
等の駆動部（アクチュエータ）に強誘電体磁器組成物
（以下、「強誘電体」と略す。）が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記強誘電体は、一般
に１Ｖ（ボルト）程度の電圧が印加された際の、特性が
最も良いとされている相境界の値をとって応用化されて
いる。
に１Ｖ（ボルト）程度の電圧が印加された際の、特性が
最も良いとされている相境界の値をとって応用化されて
いる。
【０００４】しかし、相境界付近の特性を基準に選定さ
れた強誘電体は、周囲温度の影響を受けやすく、適当な
温度補正を施す必要がある。
れた強誘電体は、周囲温度の影響を受けやすく、適当な
温度補正を施す必要がある。
【０００５】又、アクチュエータとしては、歪変位が大
きい程良く、その為に印加電圧を例えば１ＫＶにアップ
したいが、従来のものはこのような高電圧を印加すると
へたってしまい実用に供さない。
きい程良く、その為に印加電圧を例えば１ＫＶにアップ
したいが、従来のものはこのような高電圧を印加すると
へたってしまい実用に供さない。
【０００６】そこで本発明の目的は、高電圧に堪える電
界特性と、耐久性と、良い温度特性とを兼ね備えた強誘
電体を提供することにある。
界特性と、耐久性と、良い温度特性とを兼ね備えた強誘
電体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
すべく本発明は、強誘電体磁器組成物をＰＺＴまたはＰ
ＺＴ系にＳｎＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，ＳｒＯ，ＢａＯ等の添加
物を加えてなり、その結晶系が正方晶系とされ、Ｚｒ／
（Ｚｒ＋Ｔｉ）で表わされるＺｒ比が相境界のＺｒ比よ
り少なくとも０．５モルパーセント小さく設定されたこ
とを特徴とする。
すべく本発明は、強誘電体磁器組成物をＰＺＴまたはＰ
ＺＴ系にＳｎＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，ＳｒＯ，ＢａＯ等の添加
物を加えてなり、その結晶系が正方晶系とされ、Ｚｒ／
（Ｚｒ＋Ｔｉ）で表わされるＺｒ比が相境界のＺｒ比よ
り少なくとも０．５モルパーセント小さく設定されたこ
とを特徴とする。
【０００８】
【実施例】本発明者は、従来のＰＺＴ系強誘電体の欠点
を改良すべく鋭意研究した結果、ＰＺＴ系強誘電体に微
量のＮｂ2Ｏ5，ＳｎＯ2を添加したもので且つ正方晶系
の強誘電体は良好な電界特性及び耐久性を有し、且つ環
境の温度変化に影響され難いという従来に見られない極
めて特徴のある強誘電体磁器組成物が得られることを見
い出し本発明に到達したものであり、その詳しい内容は
以下に述べる通りである。なお、ＰＺＴはＰｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3結晶体の略称である。
を改良すべく鋭意研究した結果、ＰＺＴ系強誘電体に微
量のＮｂ2Ｏ5，ＳｎＯ2を添加したもので且つ正方晶系
の強誘電体は良好な電界特性及び耐久性を有し、且つ環
境の温度変化に影響され難いという従来に見られない極
めて特徴のある強誘電体磁器組成物が得られることを見
い出し本発明に到達したものであり、その詳しい内容は
以下に述べる通りである。なお、ＰＺＴはＰｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3結晶体の略称である。
【０００９】図１は本発明に係る強誘電体を含む強誘電
体におけるＺｒ比と格子定数の関係図であり、ＰＺＴに
僅かなＮｂ2Ｏ5，ＳｎＯ2を加えた組成物を中心に、そ
のＺｒ比を変化させたところの複数種類の試料を通常の
圧電セラミックスの製法で製造し、これらを粉末Ｘ線回
析により、格子定数を求めたものである。
体におけるＺｒ比と格子定数の関係図であり、ＰＺＴに
僅かなＮｂ2Ｏ5，ＳｎＯ2を加えた組成物を中心に、そ
のＺｒ比を変化させたところの複数種類の試料を通常の
圧電セラミックスの製法で製造し、これらを粉末Ｘ線回
析により、格子定数を求めたものである。
【００１０】なお、上記Ｚｒ比はＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）
で表わされ、組成物中に含まれるＺｒのモル分率を意味
する。表記上、これを１００倍してモルパーセントで表
わす。
で表わされ、組成物中に含まれるＺｒのモル分率を意味
する。表記上、これを１００倍してモルパーセントで表
わす。
【００１１】図１において、Ｚｒ比４９．０でｃ＝４．
１１３，ａ＝４．０４９オングストローム、軸比（ｃ／
ａ）＝１．０１５８であり、Ｚｒ比の増加と伴に、ｃ軸
は小さく、ａ軸は大きくなり、軸比（ｃ／ａ）が１．０
に近づき、Ｚｒ比が５２．０〜５２．２５付近で正方晶
から菱面体晶へ相転移が生じる相境界が存在しているこ
とが分かった。このことからＺｒ比が５２以下では正方
晶系であり、Ｚｒ比が５２．２５以上では菱面体晶系で
あることが分った。
１１３，ａ＝４．０４９オングストローム、軸比（ｃ／
ａ）＝１．０１５８であり、Ｚｒ比の増加と伴に、ｃ軸
は小さく、ａ軸は大きくなり、軸比（ｃ／ａ）が１．０
に近づき、Ｚｒ比が５２．０〜５２．２５付近で正方晶
から菱面体晶へ相転移が生じる相境界が存在しているこ
とが分かった。このことからＺｒ比が５２以下では正方
晶系であり、Ｚｒ比が５２．２５以上では菱面体晶系で
あることが分った。
【００１２】図２は本発明に係る強誘電体を含む強誘電
体のＺｒ比と歪の関係を示す図であり、前記試料を厚さ
１ｍｍに研削し、銀ペースト電極を焼き付けた後に７０
０Ｖの電圧を印加し、非接触式レーザ変位計及び歪ゲー
ジを用いて歪を測定したものを示す。
体のＺｒ比と歪の関係を示す図であり、前記試料を厚さ
１ｍｍに研削し、銀ペースト電極を焼き付けた後に７０
０Ｖの電圧を印加し、非接触式レーザ変位計及び歪ゲー
ジを用いて歪を測定したものを示す。
【００１３】図２によれば、Ｚｒ比が５２．０〜５２．
２５の付近で歪は最大となる。これは相境界付近の組成
物が軟かくて歪易い組成であると考えられる。そして、
従来、相境界付近の組成物が採用されていたのは、歪が
大きいことに起因している。
２５の付近で歪は最大となる。これは相境界付近の組成
物が軟かくて歪易い組成であると考えられる。そして、
従来、相境界付近の組成物が採用されていたのは、歪が
大きいことに起因している。
【００１４】図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る強誘電
体を含む強誘電体に電圧を掛けた時のｄ定数の変化を示
す図であり、前記厚さ１ｍｍに研削された試料に１．２
ＫＶ／ｍｍまでの直流電圧を印加し、この際に発生した
３１方向の歪に基づいて算出した圧電ｄ定数（以下、
「ｄ定数」と略す。）をプロットしたものである。
体を含む強誘電体に電圧を掛けた時のｄ定数の変化を示
す図であり、前記厚さ１ｍｍに研削された試料に１．２
ＫＶ／ｍｍまでの直流電圧を印加し、この際に発生した
３１方向の歪に基づいて算出した圧電ｄ定数（以下、
「ｄ定数」と略す。）をプロットしたものである。
【００１５】図３（ａ）はＺｒ比が４９．０〜５１．７
５、即ち正方晶系の試料におけるものであり、Ｚｒ比が
大きい程ｄ定数が大きくなり、Ｚｒ比が５１．０以下の
ものは電界の大きさにｄ定数はほぼ正比例している。し
かし、Ｚｒ比が５１．７５については１ＫＶ／ｍｍ付近
をピークに減少傾向にある。
５、即ち正方晶系の試料におけるものであり、Ｚｒ比が
大きい程ｄ定数が大きくなり、Ｚｒ比が５１．０以下の
ものは電界の大きさにｄ定数はほぼ正比例している。し
かし、Ｚｒ比が５１．７５については１ＫＶ／ｍｍ付近
をピークに減少傾向にある。
【００１６】図３（ｂ）はＺｒ比が５２．０，５２．２
５、即ち相境界付近の試料に対するもので、ｄ定数は大
きいものの、０．７ＫＶ／ｍｍ付近から減少傾向にあ
る。
５、即ち相境界付近の試料に対するもので、ｄ定数は大
きいものの、０．７ＫＶ／ｍｍ付近から減少傾向にあ
る。
【００１７】図３（ｃ）はＺｒ比が５３．０，５５．
０、即ち菱面体晶系の試料に対するもので、ｄ定数が小
さいとともに電界の増加と比例関係にあるとは言えな
い。
０、即ち菱面体晶系の試料に対するもので、ｄ定数が小
さいとともに電界の増加と比例関係にあるとは言えな
い。
【００１８】図３（ａ）〜（ｃ）から分かるように比較
的大きなｄ定数が得られ、且つ電界の強さに比例したｄ
定数を得るためには、正方晶系で且つ、Ｚｒ比が５１．
０付近の試料が好ましいと言える。
的大きなｄ定数が得られ、且つ電界の強さに比例したｄ
定数を得るためには、正方晶系で且つ、Ｚｒ比が５１．
０付近の試料が好ましいと言える。
【００１９】図４は本発明に係る強誘電体を含む強誘電
体の温度影響性を示す図であり、縦軸は０℃を１．０と
したときの６０℃における歪率であり、正方晶系では歪
率が約１．１３であるのに対し、相境界及び菱面体晶系
では１．２倍以上に急増する。雰囲気温度の変化に対
し、正方晶系の試料が最も影響され難いことを示す。
体の温度影響性を示す図であり、縦軸は０℃を１．０と
したときの６０℃における歪率であり、正方晶系では歪
率が約１．１３であるのに対し、相境界及び菱面体晶系
では１．２倍以上に急増する。雰囲気温度の変化に対
し、正方晶系の試料が最も影響され難いことを示す。
【００２０】図５は本発明に係る強誘電体を含む強誘電
体の電圧繰返し耐久試験による歪の変化率を示す図であ
り、１．２ＶＫ／ｍｍ，１ＨＺの直流バイアスを１００
０回，１００００回及び７５０００回印加した後の歪の
変化率を示すもので、相境界では劣化が進み、菱面体晶
系も劣化が認められる。
体の電圧繰返し耐久試験による歪の変化率を示す図であ
り、１．２ＶＫ／ｍｍ，１ＨＺの直流バイアスを１００
０回，１００００回及び７５０００回印加した後の歪の
変化率を示すもので、相境界では劣化が進み、菱面体晶
系も劣化が認められる。
【００２１】一方、正方晶系では７５０００回後でも劣
化の程度は微少であり、耐久性が大きい。
化の程度は微少であり、耐久性が大きい。
【００２２】以上のことから、アクチュエータに好適な
強誘電体磁器組成物は正方晶系で且つ相境界のＺｒ比か
ら少なくとも０．５モルパーセント小さなＺｒ比に設定
したものが好適である。
強誘電体磁器組成物は正方晶系で且つ相境界のＺｒ比か
ら少なくとも０．５モルパーセント小さなＺｒ比に設定
したものが好適である。
【００２３】なお、Ｚｒ比の設定が相境界に近すぎると
各特性が不安定になりやすく、又、Ｚｒ比の設定が小さ
すぎると図２、図３（ｃ）に示した通り発生歪が小さく
なり、実用に供さないので、図３（ａ）〜（ｃ）に示し
た実施例においてはＺｒ比は５０．０〜５１．５０の範
囲に設定されることが好ましい。
各特性が不安定になりやすく、又、Ｚｒ比の設定が小さ
すぎると図２、図３（ｃ）に示した通り発生歪が小さく
なり、実用に供さないので、図３（ａ）〜（ｃ）に示し
た実施例においてはＺｒ比は５０．０〜５１．５０の範
囲に設定されることが好ましい。
【００２４】なお、ＰＺＴ系の為の添加物はＮｂ2Ｏ5，
ＳｎＯ2に限らずＳｒＯ，ＢａＯ等の酸化物としてもよ
い。又、本発明の強誘電体は圧電セラミックスに限らず
広義の強誘電体として使用され得ることは勿論である。
ＳｎＯ2に限らずＳｒＯ，ＢａＯ等の酸化物としてもよ
い。又、本発明の強誘電体は圧電セラミックスに限らず
広義の強誘電体として使用され得ることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】以上に述べた通り本発明の強誘電体磁器
組成物は、正方晶系なので強電界に対し良好な比例関係
を保って大きな歪を生じ、雰囲気の温度変化にもあまり
影響されず、且つ、耐久性良好である。よって、本発明
によれば高出力で信頼性の高い強誘電体磁器組成物が提
供できる。
組成物は、正方晶系なので強電界に対し良好な比例関係
を保って大きな歪を生じ、雰囲気の温度変化にもあまり
影響されず、且つ、耐久性良好である。よって、本発明
によれば高出力で信頼性の高い強誘電体磁器組成物が提
供できる。
【図１】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体における
Ｚｒ比と格子定数の関係図
Ｚｒ比と格子定数の関係図
【図２】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体のＺｒ比
と歪の関係を示す図
と歪の関係を示す図
【図３】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体に電圧を
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
【図４】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体の温度影
響性を示す図
響性を示す図
【図５】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体の電圧繰
返し耐久試験による歪の変化率を示す図
返し耐久試験による歪の変化率を示す図
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年５月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
Claims (1)
- 【請求項１】 ＰＺＴまたはＰＺＴ系にＳｎＯ2，Ｎｂ2
Ｏ5，ＳｒＯ，ＢａＯ等の添加物を加えてなり、その結
晶系が正方晶系とされ、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）で表わさ
れるＺｒ比が相境界のＺｒ比より少なくとも０．５モル
パーセント小さく設定されたことを特徴とする強誘電体
磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13364891A JP3398962B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 強誘電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13364891A JP3398962B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 強誘電体磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06150716A true JPH06150716A (ja) | 1994-05-31 |
| JP3398962B2 JP3398962B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=15109714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13364891A Expired - Fee Related JP3398962B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 強誘電体磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3398962B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002299714A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びこれを用いた電気機器 |
| JP2003133604A (ja) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子およびその製造方法、ならびにこれを用いたインクジェット記録ヘッド及びインクジェットプリンタ |
| JP2006269916A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータ及び吐出装置 |
| JP2007096248A (ja) * | 2005-01-19 | 2007-04-12 | Canon Inc | 圧電体素子、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| JP2007150037A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Kyocera Corp | 鉛含有圧電体および圧電アクチュエータ、並びに液体吐出装置 |
| US7255941B2 (en) | 2002-10-24 | 2007-08-14 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric film, ferroelectric capacitor, ferroelectric memory, piezoelectric element, semiconductor element, method of manufacturing ferroelectric film, and method of manufacturing ferroelectric capacitor |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP13364891A patent/JP3398962B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002299714A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びこれを用いた電気機器 |
| JP4629896B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2011-02-09 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体素子及びこれを用いた電気機器 |
| JP2003133604A (ja) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子およびその製造方法、ならびにこれを用いたインクジェット記録ヘッド及びインクジェットプリンタ |
| US7255941B2 (en) | 2002-10-24 | 2007-08-14 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric film, ferroelectric capacitor, ferroelectric memory, piezoelectric element, semiconductor element, method of manufacturing ferroelectric film, and method of manufacturing ferroelectric capacitor |
| US7371473B2 (en) | 2002-10-24 | 2008-05-13 | Seiko Epson Corporation | Ferroelectric film, ferroelectric capacitor, ferroelectric memory, piezoelectric element, semiconductor element, method of manufacturing ferroelectric film, and method of manufacturing ferroelectric capacitor |
| JP2007096248A (ja) * | 2005-01-19 | 2007-04-12 | Canon Inc | 圧電体素子、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| JP2006269916A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータ及び吐出装置 |
| JP2007150037A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Kyocera Corp | 鉛含有圧電体および圧電アクチュエータ、並びに液体吐出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3398962B2 (ja) | 2003-04-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030121 |
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