JPH06157137A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH06157137A JPH06157137A JP4313173A JP31317392A JPH06157137A JP H06157137 A JPH06157137 A JP H06157137A JP 4313173 A JP4313173 A JP 4313173A JP 31317392 A JP31317392 A JP 31317392A JP H06157137 A JPH06157137 A JP H06157137A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】アクチュエータ、特に積層型圧電アクチュエー
タに使用可能な圧電定数が大で、電気抵抗率が大きく、
かつ、機械的強度が大きい圧電磁器組成物の提供を目的
とする。 【構成】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、0.52≦x≦0.
59の範囲内の組成から成りPb原子の2〜12モル%
をCa、Sr及びBaの少なくとも一種で置換し、これ
にSbをSb2O3に換算して0.1〜2.0重量%含有
し、かつMn、Fe、Crの少なくとも一種をそれぞれ
酸化物に換算して0.01〜0.5重量%含有し、かつ
AlをAl2O3に換算し0.005〜1.0重量%含有
することを特徴とする圧電磁器組成物
タに使用可能な圧電定数が大で、電気抵抗率が大きく、
かつ、機械的強度が大きい圧電磁器組成物の提供を目的
とする。 【構成】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、0.52≦x≦0.
59の範囲内の組成から成りPb原子の2〜12モル%
をCa、Sr及びBaの少なくとも一種で置換し、これ
にSbをSb2O3に換算して0.1〜2.0重量%含有
し、かつMn、Fe、Crの少なくとも一種をそれぞれ
酸化物に換算して0.01〜0.5重量%含有し、かつ
AlをAl2O3に換算し0.005〜1.0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、絶縁性能および機械的強度
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、絶縁性能および機械的強度
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きた。
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きた。
【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圧電歪定数(d定数)
が大きいPb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbZrO3−P
bTiO3系、あるいはPb(Ni1/2W1/2)O3−Pb
ZrO3−PbTiO3系等の圧電磁器が知られている。
しかしながら、前記圧電磁器組成物は電気抵抗率が比較
的低い、機械的強度が低い等の問題点があり、圧電アク
チュエータ、特に積層型圧電アクチュエータとした時に
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、電気抵抗率が大きく、かつ機械的強度が大でアクチ
ュエータ用材料、特に積層型圧電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ことを目的とする。
圧電磁器組成物の例として例えば圧電歪定数(d定数)
が大きいPb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbZrO3−P
bTiO3系、あるいはPb(Ni1/2W1/2)O3−Pb
ZrO3−PbTiO3系等の圧電磁器が知られている。
しかしながら、前記圧電磁器組成物は電気抵抗率が比較
的低い、機械的強度が低い等の問題点があり、圧電アク
チュエータ、特に積層型圧電アクチュエータとした時に
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、電気抵抗率が大きく、かつ機械的強度が大でアクチ
ュエータ用材料、特に積層型圧電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ことを目的とする。
【0004】
【問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)で表される組成をもって基本組成とし、0.
52≦x≦0.59の範囲内の組成から成りPb原子の
2〜12モル%をCa、Sr及びBaの少なくとも一種
で置換し、これにSbをSb2O3に換算して0.1〜
2.0重量%含有し、かつMn、Fe、Crの少なくと
も一種をそれぞれ酸化物に換算して0.01〜0.5重
量%含有し、かつAlをAl2O3に換算し0.005〜
1.0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)で表される組成をもって基本組成とし、0.
52≦x≦0.59の範囲内の組成から成りPb原子の
2〜12モル%をCa、Sr及びBaの少なくとも一種
で置換し、これにSbをSb2O3に換算して0.1〜
2.0重量%含有し、かつMn、Fe、Crの少なくと
も一種をそれぞれ酸化物に換算して0.01〜0.5重
量%含有し、かつAlをAl2O3に換算し0.005〜
1.0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、Mn、F
e、Cr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り、さらに、Alを極微量添加す
ることで機械的強度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、Fe、Cr、Al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、Mn、F
e、Cr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り、さらに、Alを極微量添加す
ることで機械的強度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、Fe、Cr、Al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)、酸化マンガン (MnO2)および酸化アルミニウ
ム(Al2O3)を化学式(Pb1-xSrx)( ZryTi
1-y)O3+zwt%Sb2O3+Wwt%MnO2+vwt%Al2O
3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。表1に(Pb1-xSrx)
(ZryTi1-y)O3+zwt%Sb2O3+0.05wt%MnO
2+0.05wt%Al2O3系の特性を示す。アクチュエータの
変位量は材料の圧電歪定数(d定数)に比例する。N
o.1〜5のデータよりPbの一部をSrに置換するこ
とにより圧電歪定数が大きくなることがわかる。Srの
置換量がPbの2モル%未満ではその効果が小さく、圧
電歪定数−d31も150×10ー12m/V以下と小さ
く、アクチュエータ用圧電材料としては不適である。置
換量が12モル%を越えるとキュリー温度が低下し、素
子とした際に温度安定性が悪い、また、比誘電率が30
00以上と大きく、素子とした際に静電容量が大きくな
りすぎ、駆動回路に負担がかかる等の問題点が生じる。
No.6〜10よりSb2O3の添加もSrの置換と同様
の効果があることがわかる。また、No.11〜16よ
りyが0.52≦y≦0.59の範囲で−d31が150
×10ー12m/V以上の大 きな値を確保できることがわ
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)、酸化マンガン (MnO2)および酸化アルミニウ
ム(Al2O3)を化学式(Pb1-xSrx)( ZryTi
1-y)O3+zwt%Sb2O3+Wwt%MnO2+vwt%Al2O
3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。表1に(Pb1-xSrx)
(ZryTi1-y)O3+zwt%Sb2O3+0.05wt%MnO
2+0.05wt%Al2O3系の特性を示す。アクチュエータの
変位量は材料の圧電歪定数(d定数)に比例する。N
o.1〜5のデータよりPbの一部をSrに置換するこ
とにより圧電歪定数が大きくなることがわかる。Srの
置換量がPbの2モル%未満ではその効果が小さく、圧
電歪定数−d31も150×10ー12m/V以下と小さ
く、アクチュエータ用圧電材料としては不適である。置
換量が12モル%を越えるとキュリー温度が低下し、素
子とした際に温度安定性が悪い、また、比誘電率が30
00以上と大きく、素子とした際に静電容量が大きくな
りすぎ、駆動回路に負担がかかる等の問題点が生じる。
No.6〜10よりSb2O3の添加もSrの置換と同様
の効果があることがわかる。また、No.11〜16よ
りyが0.52≦y≦0.59の範囲で−d31が150
×10ー12m/V以上の大 きな値を確保できることがわ
かる。
【表1】 また表2に示すように(Pb0.95Sr0.05)(Zr0.55
Ti0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05wt%MnO2+0.05
wt%Al2O3でSrの代わりにアルカリ土類金属である
Ba、Caを用いても同様の効果が得られることがわか
る。
Ti0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05wt%MnO2+0.05
wt%Al2O3でSrの代わりにアルカリ土類金属である
Ba、Caを用いても同様の効果が得られることがわか
る。
【表2】 表3には(Pb0.95Sr0.05)(Zr0.55Ti0.45)O
3+0.3wt%Sb2O3+Wwt%MnO2+0.05wt%Al2O3系の
特性を示す。
3+0.3wt%Sb2O3+Wwt%MnO2+0.05wt%Al2O3系の
特性を示す。
【表3】 ※は本発明外 表3から明らかなように微量のMn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。な
お、Mnの添加量がMnO2に換算して0.01重量%
未満ではMnの混合が困難で添加効果が不十分となり電
気抵抗率が大きくならない。一方、Mnの添加量がMn
O2に換算して0.5重量%を越えると比誘電率εT 33、
および電気機械結合係数KPの低下が著しく、圧電歪定
数-d31が小さくなりすぎる。表4には(Pb0.95Sr
0.05)(Zr0.55Ti0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05
wt%MnO2+vwt%Al2O3系の特性を示す。
り電気抵抗率が2桁程度大きくなることがわかる。な
お、Mnの添加量がMnO2に換算して0.01重量%
未満ではMnの混合が困難で添加効果が不十分となり電
気抵抗率が大きくならない。一方、Mnの添加量がMn
O2に換算して0.5重量%を越えると比誘電率εT 33、
および電気機械結合係数KPの低下が著しく、圧電歪定
数-d31が小さくなりすぎる。表4には(Pb0.95Sr
0.05)(Zr0.55Ti0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05
wt%MnO2+vwt%Al2O3系の特性を示す。
【表4】 ※は本発明外 表4よりAlを添加することにより機械抗折強度は著し
く改善されることがわかる。特に本発明のAl添加量が
Al2O3に換算して0.005から1.0重量%では電
気抵抗率、機械抗折強度が共に大きく、かつ、-d31も
大きくアクチュエータ、特に積層型圧電アクチュエータ
に最適の圧電磁器組成物であることがわかる。なお、A
lの添加量がAl2O3に換算して0.005重量%未満
ではAlの混合が困難で添加効果が不十分となり機械抗
折強度が向上しない。一方、Alの添加量がAl2O3に
換算して1.0重量%を越えると圧電歪定数、電気抵抗
率が低下し、かつ機械抗折強度も低下する。
く改善されることがわかる。特に本発明のAl添加量が
Al2O3に換算して0.005から1.0重量%では電
気抵抗率、機械抗折強度が共に大きく、かつ、-d31も
大きくアクチュエータ、特に積層型圧電アクチュエータ
に最適の圧電磁器組成物であることがわかる。なお、A
lの添加量がAl2O3に換算して0.005重量%未満
ではAlの混合が困難で添加効果が不十分となり機械抗
折強度が向上しない。一方、Alの添加量がAl2O3に
換算して1.0重量%を越えると圧電歪定数、電気抵抗
率が低下し、かつ機械抗折強度も低下する。
【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。(Pb0.95Sr0.05)
(Zr0.55Ti0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05wt%A
l2O3にFe、Crを添加することにより、表5から表
6の特性が得られる。Fe、Crの添加によりMnの添
加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。(Pb0.95Sr0.05)
(Zr0.55Ti0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05wt%A
l2O3にFe、Crを添加することにより、表5から表
6の特性が得られる。Fe、Crの添加によりMnの添
加と同様の効果が得られることがわかる。
【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 .95Sr0.05)(Zr0.55T
i0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05wt%Al2O3となる
ように秤量し、これにMn、Fe、CrをそれぞれMn
(OC2H5)2、Fe (OC2H5)3、Cr(OC
2H5)3でそれぞれの酸化物に換算して0.01重量%
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、表
7の特性を得た。表7より添加量が微量であるMn、F
e、Crの出発原料を溶液状で添加することにより良好
な特性が得られることがわかる。なお、Alの出発原料
をAl2O3の代わりにAl(OC2H5)3とすると機械
抗折強度が約10%向上した。
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)を化学式(Pb0 .95Sr0.05)(Zr0.55T
i0.45)O3+0.3wt%Sb2O3+0.05wt%Al2O3となる
ように秤量し、これにMn、Fe、CrをそれぞれMn
(OC2H5)2、Fe (OC2H5)3、Cr(OC
2H5)3でそれぞれの酸化物に換算して0.01重量%
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、表
7の特性を得た。表7より添加量が微量であるMn、F
e、Crの出発原料を溶液状で添加することにより良好
な特性が得られることがわかる。なお、Alの出発原料
をAl2O3の代わりにAl(OC2H5)3とすると機械
抗折強度が約10%向上した。
【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、電気抵抗率が大で、かつ、機械的強度が大
きいことから、アクチュエータ、特に積層型圧電アクチ
ュエータ用材料として極めて有用である。
数が大きく、電気抵抗率が大で、かつ、機械的強度が大
きいことから、アクチュエータ、特に積層型圧電アクチ
ュエータ用材料として極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定村 茂 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式 会社磁性材料研究所内 (72)発明者 深田 典宏 東京都文京区西片一丁目17番8号日立フェ ライト株式会社内
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、0.52≦
x≦0.59の範囲内の組成から成りPb原子の2〜1
2モル%をCa、Sr及びBaの少なくとも一種で置換
し、これにSbをSb2O3に換算して0.1〜2.0重
量%含有し、かつMn、Fe、Crの少なくとも一種を
それぞれ酸化物に換算して0.01〜0.5重量%含有
し、かつAlをAl2O3に換算し0.005〜1.0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
状のマンガン化合物、鉄化合物、クロム化合物、アルミ
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 |
---|---|---|---|
JP4313173A JPH06157137A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4313173A JPH06157137A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06157137A true JPH06157137A (ja) | 1994-06-03 |
Family
ID=18037990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4313173A Pending JPH06157137A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06157137A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100390446B1 (ko) * | 2000-09-19 | 2003-07-04 | 한국과학기술연구원 | 마이크로파용 고유전율 유전체 세라믹 조성물 |
JP2007246371A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 圧電磁器組成物及びこれを用いた圧電素子 |
JP2015224174A (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-14 | Fdk株式会社 | 圧電磁器組成物および圧電磁器組成物の製造方法 |
CN116283281A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-06-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种有双向应变的压电驱动器材料及其制备方法 |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP4313173A patent/JPH06157137A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100390446B1 (ko) * | 2000-09-19 | 2003-07-04 | 한국과학기술연구원 | 마이크로파용 고유전율 유전체 세라믹 조성물 |
JP2007246371A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 圧電磁器組成物及びこれを用いた圧電素子 |
JP2015224174A (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-14 | Fdk株式会社 | 圧電磁器組成物および圧電磁器組成物の製造方法 |
CN116283281A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-06-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种有双向应变的压电驱动器材料及其制备方法 |
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