JPH07315923A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH07315923A JPH07315923A JP6105334A JP10533494A JPH07315923A JP H07315923 A JPH07315923 A JP H07315923A JP 6105334 A JP6105334 A JP 6105334A JP 10533494 A JP10533494 A JP 10533494A JP H07315923 A JPH07315923 A JP H07315923A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】圧電歪特性、キュリー温度、耐熱性、耐久性、
変位ヒステリシスおよび発生変位の温度変化率の面で優
れ、特に圧電アクチュエータに適した圧電磁器組成物を
提供する。 【構成】金属元素のモル比による組成式をＰｂ1-x-y Ｓ
ｒx Ｂａy （Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 Ｔ
ｅ1/2 ）b Ｚｒc Ｔｉ1-a-b-c Ｏ3 と表わした時、ｘ，
ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル比が、０≦ｘ≦０．１２、０≦ｙ
≦０．１２、０＜ｘ＋ｙ、０．０５≦ａ≦０．１２、０
≦ｂ≦０．０１５、０．４３≦ｃ≦０．５２を満足する
基本成分１００重量部に対して、等モル比からなるＰｂ
ＯおよびＮｂ2 Ｏ5 を合量で０．２〜１．２重量部添加
含有してなるものである。
変位ヒステリシスおよび発生変位の温度変化率の面で優
れ、特に圧電アクチュエータに適した圧電磁器組成物を
提供する。 【構成】金属元素のモル比による組成式をＰｂ1-x-y Ｓ
ｒx Ｂａy （Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 Ｔ
ｅ1/2 ）b Ｚｒc Ｔｉ1-a-b-c Ｏ3 と表わした時、ｘ，
ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル比が、０≦ｘ≦０．１２、０≦ｙ
≦０．１２、０＜ｘ＋ｙ、０．０５≦ａ≦０．１２、０
≦ｂ≦０．０１５、０．４３≦ｃ≦０．５２を満足する
基本成分１００重量部に対して、等モル比からなるＰｂ
ＯおよびＮｂ2 Ｏ5 を合量で０．２〜１．２重量部添加
含有してなるものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電磁器組成物に係わ
り、例えばセラミックフィルタ，超音波応用振動子，圧
電ブザー，圧電点火ユニット，超音波モータ，圧電ファ
ン，圧電アクチュエータおよび加速度センサ，ノッキン
グセンサ，ＡＥセンサ等の圧電センサなどに適する圧電
磁器組成物に関する。
り、例えばセラミックフィルタ，超音波応用振動子，圧
電ブザー，圧電点火ユニット，超音波モータ，圧電ファ
ン，圧電アクチュエータおよび加速度センサ，ノッキン
グセンサ，ＡＥセンサ等の圧電センサなどに適する圧電
磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】従来から、圧電磁器組成物を利用した製品
としては、例えばセラミックフィルタ，超音波応用振動
子，圧電ブザー，圧電点火ユニット，超音波モータ，圧
電ファン，圧電センサ，圧電アクチュエータ等がある。
としては、例えばセラミックフィルタ，超音波応用振動
子，圧電ブザー，圧電点火ユニット，超音波モータ，圧
電ファン，圧電センサ，圧電アクチュエータ等がある。
【０００３】ここで、圧電アクチュエータは、圧電現象
を介して発生する変位や力を機械的駆動源として利用す
るものであり、特に最近、メカトロニクスの分野におい
て注目されているものの一つである。圧電アクチュエー
タは、圧電効果を利用した固体素子であるので、磁性体
にコイルを巻いた構成の従来の電磁式アクチュエータと
比較して、消費電力が少ない、応答速度が速い、変位量
が大きい、発熱が少ない、寸法及び重量が小さい等の優
れた特徴を有している。このため、メカトロニクスの高
度化に伴い多方面にわたる研究開発が進められている。
を介して発生する変位や力を機械的駆動源として利用す
るものであり、特に最近、メカトロニクスの分野におい
て注目されているものの一つである。圧電アクチュエー
タは、圧電効果を利用した固体素子であるので、磁性体
にコイルを巻いた構成の従来の電磁式アクチュエータと
比較して、消費電力が少ない、応答速度が速い、変位量
が大きい、発熱が少ない、寸法及び重量が小さい等の優
れた特徴を有している。このため、メカトロニクスの高
度化に伴い多方面にわたる研究開発が進められている。
【０００４】ところで、上述したアクチュエータの用途
が拡大するに従い、より大きな機械的変位が必要とされ
るとともに、広い温度範囲（−３０〜１５０℃）での使
用に耐えうることが必要とされてきている。即ち、キュ
リー温度が高く耐熱性に優れていることが望まれる。ま
た、一般的にアクチュエータ用素子としての機能上、圧
電歪定数、特にｄ33定数ができるだけ大きいことが望ま
れる。このように、圧電アクチュエータの用途に適する
圧電材料の特性は、この種の材料において通常用いられ
る諸定数（電気機械結合係数、誘電率、圧電歪定数等）
及びキュリー温度によりその良否が判定できる。
が拡大するに従い、より大きな機械的変位が必要とされ
るとともに、広い温度範囲（−３０〜１５０℃）での使
用に耐えうることが必要とされてきている。即ち、キュ
リー温度が高く耐熱性に優れていることが望まれる。ま
た、一般的にアクチュエータ用素子としての機能上、圧
電歪定数、特にｄ33定数ができるだけ大きいことが望ま
れる。このように、圧電アクチュエータの用途に適する
圧電材料の特性は、この種の材料において通常用いられ
る諸定数（電気機械結合係数、誘電率、圧電歪定数等）
及びキュリー温度によりその良否が判定できる。
【０００５】このような目的に合致する圧電磁器組成物
としてＰｂＺｒＴｉＯ3 （以下、単にＰＺＴという場合
もある。）にＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を第３成分
として置換させたものがある。例えば、Ｐｂ（Ｎｉ1/3
Ｎｂ2/3 ）0.50Ｚｒ0.15Ｔｉ0.35Ｏ3 （表２の試料Ｎo.
３１）では、圧電歪定数（ｄ33定数）が６００×１０
-12 ｍ／ｖを越える良好な特性を有する。
としてＰｂＺｒＴｉＯ3 （以下、単にＰＺＴという場合
もある。）にＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を第３成分
として置換させたものがある。例えば、Ｐｂ（Ｎｉ1/3
Ｎｂ2/3 ）0.50Ｚｒ0.15Ｔｉ0.35Ｏ3 （表２の試料Ｎo.
３１）では、圧電歪定数（ｄ33定数）が６００×１０
-12 ｍ／ｖを越える良好な特性を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
のようなＰＺＴにＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を第３
成分として置換させたものを圧電アクチュエータ用とし
て利用する場合、キュリー温度（Ｔｃ）が低く、１００
〜１５０℃と高温にさらされるような環境下では使用で
きないという問題があった。このように、ＰＺＴ系で
は、圧電歪定数が大きいものはキュリー温度が低く、さ
らに耐熱性が悪いため変位素子としての利用が極めて狭
い範囲に限定されるという欠点があった。
のようなＰＺＴにＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を第３
成分として置換させたものを圧電アクチュエータ用とし
て利用する場合、キュリー温度（Ｔｃ）が低く、１００
〜１５０℃と高温にさらされるような環境下では使用で
きないという問題があった。このように、ＰＺＴ系で
は、圧電歪定数が大きいものはキュリー温度が低く、さ
らに耐熱性が悪いため変位素子としての利用が極めて狭
い範囲に限定されるという欠点があった。
【０００７】また、アクチュエータには常に圧縮応力が
加わっていることから、アクチュエータ用途の場合、通
常圧電歪定数の減衰、即ち、耐久性が問題となるが、上
記組成では圧電歪定数の減衰が大きく、耐久性が劣ると
いう問題があった。例えば、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の荷重を
１０回繰り返し加えるとｄ33定数が４０％以上減衰する
場合もあり（図１の試料Ｎo.３１）、大きな応力が加わ
る用途には適さないものであった。また、圧縮応力下に
おける圧電歪定数の減衰が大きいということは、強誘電
的分域構造の状態変化が起こり易いことを意味してお
り、このことは、変位ヒステリシスの増加をもたらす原
因ともなる。例えば、１００Ｖ／ｍｍ印加した時に生じ
る変位ヒステリシスが１０％を越えることから分解能が
悪化し、位置決め用としての用途にも適さないものであ
った（図３の試料Ｎo.３１）。
加わっていることから、アクチュエータ用途の場合、通
常圧電歪定数の減衰、即ち、耐久性が問題となるが、上
記組成では圧電歪定数の減衰が大きく、耐久性が劣ると
いう問題があった。例えば、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の荷重を
１０回繰り返し加えるとｄ33定数が４０％以上減衰する
場合もあり（図１の試料Ｎo.３１）、大きな応力が加わ
る用途には適さないものであった。また、圧縮応力下に
おける圧電歪定数の減衰が大きいということは、強誘電
的分域構造の状態変化が起こり易いことを意味してお
り、このことは、変位ヒステリシスの増加をもたらす原
因ともなる。例えば、１００Ｖ／ｍｍ印加した時に生じ
る変位ヒステリシスが１０％を越えることから分解能が
悪化し、位置決め用としての用途にも適さないものであ
った（図３の試料Ｎo.３１）。
【０００８】さらに、電圧印加に伴う発生変位の温度変
化率（試料に１００Ｖ／ｍｍの電圧を印加した時の２０
℃での分極方向への発生変位に対する１２０℃での発生
変位の割合）が１５％よりも大きく、温度変化に伴い位
置決め精度が低下するという問題があった。
化率（試料に１００Ｖ／ｍｍの電圧を印加した時の２０
℃での分極方向への発生変位に対する１２０℃での発生
変位の割合）が１５％よりも大きく、温度変化に伴い位
置決め精度が低下するという問題があった。
【０００９】従って、本発明は、圧電歪特性、キュリー
温度、耐久性、耐熱性、変位ヒステリシスおよび電圧印
加に伴う発生変位の温度変化率の面で優れており、特に
圧電アクチュエータや圧電センサ等に適した圧電磁器組
成物を提供することを目的とする。
温度、耐久性、耐熱性、変位ヒステリシスおよび電圧印
加に伴う発生変位の温度変化率の面で優れており、特に
圧電アクチュエータや圧電センサ等に適した圧電磁器組
成物を提供することを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、ＰｂＺ
ｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 に固溶する最適な成分の探索を行
った結果、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）Ｏ3 およびＰｂ
（Ｎｉ1/2 Ｔｅ1/2 ）Ｏ3となる組成を第３、第４成分
として固溶させ、さらに、これらの固溶体からなる基本
成分に対して、ＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ3 を適量添加する
ことにより、圧電歪特性、キュリー温度、耐久性、耐熱
性、変位ヒステリシス、温度変化率の面で優れた圧電磁
器組成物を得ることができることを知見し、本発明に至
った。
ｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 に固溶する最適な成分の探索を行
った結果、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）Ｏ3 およびＰｂ
（Ｎｉ1/2 Ｔｅ1/2 ）Ｏ3となる組成を第３、第４成分
として固溶させ、さらに、これらの固溶体からなる基本
成分に対して、ＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ3 を適量添加する
ことにより、圧電歪特性、キュリー温度、耐久性、耐熱
性、変位ヒステリシス、温度変化率の面で優れた圧電磁
器組成物を得ることができることを知見し、本発明に至
った。
【００１１】即ち、本発明の圧電磁器組成物は、金属成
分としてＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｔｅ
と、ＳｒおよびＢａのうち少なくとも一種を含む複合ペ
ロブスカイト型化合物であって、これらの金属元素のモ
ル比による組成式をＰｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｎ1/3
Ｓｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 Ｔｅ1/2 ）b ＺｒcＴｉ
1-a-b-c Ｏ3 と表わした時、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル
比が、０≦ｘ≦０．１２、０≦ｙ≦０．１２、０＜ｘ＋
ｙ、０．０５≦ａ≦０．１２、０≦ｂ≦０．０１５、
０．４３≦ｃ≦０．５２を満足する基本成分１００重量
部に対して、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5
を合量で０．２〜１．２重量部添加含有してなるもので
ある。
分としてＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｔｅ
と、ＳｒおよびＢａのうち少なくとも一種を含む複合ペ
ロブスカイト型化合物であって、これらの金属元素のモ
ル比による組成式をＰｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｎ1/3
Ｓｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 Ｔｅ1/2 ）b ＺｒcＴｉ
1-a-b-c Ｏ3 と表わした時、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル
比が、０≦ｘ≦０．１２、０≦ｙ≦０．１２、０＜ｘ＋
ｙ、０．０５≦ａ≦０．１２、０≦ｂ≦０．０１５、
０．４３≦ｃ≦０．５２を満足する基本成分１００重量
部に対して、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5
を合量で０．２〜１．２重量部添加含有してなるもので
ある。
【００１２】ここで、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃを上記の範囲
に設定した理由について説明する。
に設定した理由について説明する。
【００１３】ＰｂのＳｒによる置換は極めて大きな圧電
歪定数ｄ33を得るのに有効であるが、その置換量ｘを０
≦ｘ≦０．１２としたのは、ｘが０．１２より多いとキ
ュリー温度が急峻に低下し、１７０℃を大きく下回り耐
熱性の劣化を招くからである。
歪定数ｄ33を得るのに有効であるが、その置換量ｘを０
≦ｘ≦０．１２としたのは、ｘが０．１２より多いとキ
ュリー温度が急峻に低下し、１７０℃を大きく下回り耐
熱性の劣化を招くからである。
【００１４】Ｓｒの置換量ｘは０．０４≦ｘ≦０．１０
であることが望ましい。
であることが望ましい。
【００１５】また、ＰｂのＢａによる置換によりキュリ
ー温度が２００℃以上で圧電歪定数ｄ33を６００×１０
-12 ｍ／ｖ以上とするのに効果的であり、極めて高いキ
ュリー温度および大きな圧電歪定数ｄ33を得るのに有効
であるが、その置換量ｙを０≦ｙ≦０．１２としたの
は、ｙが０．１２よりも多いと、キュリー温度が大きく
低下し、１７０℃以下となり、耐熱性が劣化するからで
ある。Ｂａの置換量ｙは０．０２≦ｙ≦０．１２である
ことが望ましい。
ー温度が２００℃以上で圧電歪定数ｄ33を６００×１０
-12 ｍ／ｖ以上とするのに効果的であり、極めて高いキ
ュリー温度および大きな圧電歪定数ｄ33を得るのに有効
であるが、その置換量ｙを０≦ｙ≦０．１２としたの
は、ｙが０．１２よりも多いと、キュリー温度が大きく
低下し、１７０℃以下となり、耐熱性が劣化するからで
ある。Ｂａの置換量ｙは０．０２≦ｙ≦０．１２である
ことが望ましい。
【００１６】また、Ｔｉの（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）による
置換量ａを０．０５≦ａ≦０．１２としたのは、ａが多
いと大きな圧電歪定数が得られ、圧電アクチュエータに
有用な特性となる。逆にａが少ないと、加速度センサー
等の圧電センサに有用な大きな圧電出力定数ｇ33が得ら
れる。しかし、ａが０．０５よりも少ないとキュリー温
度が１７０℃以下であり、圧電歪定数ｄ33を５００×１
０-12 ｍ／ｖ以上とすることができず、ａが０．１２よ
りも多いと、誘電損失および弾性損失も非常に大きくな
り、耐久性が著しく低下するからである。Ｔｉの（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3 ）による置換量ａは０．０７≦ａ≦０．１
０であることが望ましい。
置換量ａを０．０５≦ａ≦０．１２としたのは、ａが多
いと大きな圧電歪定数が得られ、圧電アクチュエータに
有用な特性となる。逆にａが少ないと、加速度センサー
等の圧電センサに有用な大きな圧電出力定数ｇ33が得ら
れる。しかし、ａが０．０５よりも少ないとキュリー温
度が１７０℃以下であり、圧電歪定数ｄ33を５００×１
０-12 ｍ／ｖ以上とすることができず、ａが０．１２よ
りも多いと、誘電損失および弾性損失も非常に大きくな
り、耐久性が著しく低下するからである。Ｔｉの（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3 ）による置換量ａは０．０７≦ａ≦０．１
０であることが望ましい。
【００１７】さらに、Ｔｉの（Ｎｉ1/2 Ｔｅ1/2 ）によ
る置換量ｂを０≦ｂ≦０．０１５としたのは、ｂが多い
と耐久性、変位ヒステリシスにおいて極めて優れた特性
を有するようになるが、ｂが０．０１５よりも大きい場
合には、エージング（例えば、１００℃）による圧電特
性の劣化が著しく大きくなり、耐熱性が低下するからで
あり、また、圧電歪定数ｄ33を５００×１０-12 ｍ／Ｖ
以上とすることができないからである。Ｔｉの（Ｎｉ
1/2 Ｔｅ1/2 ）による置換量ｂは０．００２≦ｂ≦０．
００７であることが望ましい。
る置換量ｂを０≦ｂ≦０．０１５としたのは、ｂが多い
と耐久性、変位ヒステリシスにおいて極めて優れた特性
を有するようになるが、ｂが０．０１５よりも大きい場
合には、エージング（例えば、１００℃）による圧電特
性の劣化が著しく大きくなり、耐熱性が低下するからで
あり、また、圧電歪定数ｄ33を５００×１０-12 ｍ／Ｖ
以上とすることができないからである。Ｔｉの（Ｎｉ
1/2 Ｔｅ1/2 ）による置換量ｂは０．００２≦ｂ≦０．
００７であることが望ましい。
【００１８】ＰＺＴを主成分とした圧電磁器組成物は、
ＰｂＺｒＯ3 とＰｂＴｉＯ3 の固溶比率を変化させると
圧電歪定数の極大値を示すＭＰＢ（組成相境界）が存在
する。圧電アクチュエータ材料としては、このＭＰＢ及
びその近傍の組成値を用いることになる。このＭＰＢは
ｘ，ａ，ｂの量により変化するため、ｃの値はｘ，ａ，
ｂの組成範囲内でＭＰＢを捉えうる組成範囲とした。即
ち、０．４３≦ｃ≦０．５２としたのは、ｃがこの範囲
外となるとＭＰＢを捉えることができないからである。
ＰｂＺｒＯ3 とＰｂＴｉＯ3 の固溶比率を変化させると
圧電歪定数の極大値を示すＭＰＢ（組成相境界）が存在
する。圧電アクチュエータ材料としては、このＭＰＢ及
びその近傍の組成値を用いることになる。このＭＰＢは
ｘ，ａ，ｂの量により変化するため、ｃの値はｘ，ａ，
ｂの組成範囲内でＭＰＢを捉えうる組成範囲とした。即
ち、０．４３≦ｃ≦０．５２としたのは、ｃがこの範囲
外となるとＭＰＢを捉えることができないからである。
【００１９】さらに、Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 Ｔｅ1/2）b Ｚｒc Ｔｉ
1-a-b-c Ｏ3 で表わされる基本成分１００重量部に対し
て、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 を合量で
０．２〜１．２重量部添加含有することにより、キュリ
ー温度をさほど低下させることなく、圧電歪定数ｄ33を
大きくするのに有効であり、また、耐熱性および電圧印
加に伴う発生変位の温度変化率を向上するのに有効であ
るが、ＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ3 の添加量を等モル比で添
加した合量で０．２〜１．２重量部としたのは、合量の
添加量が０．２重量部よりも少ない場合には、添加効果
が殆ど得られないからである。また、合量の添加量が
１．２重量部よりも多い場合には１３０℃のエージング
による圧電特性の劣化が著しく大きくなり、実用的でな
いためである。等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ
5 の添加量は０．３〜０．７であることが望ましい。
尚、ＰｂＯとＮｂ2 Ｏ3 を等モル比で添加したのは、ペ
ロブスカイト構造となる各構成元素（Ｐｂ，Ｓｒ，Ｂ
ａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｎｉ，Ｔｅ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｏ）
を完全固溶させるためである。
1/3 Ｓｂ2/3 ）a （Ｎｉ1/2 Ｔｅ1/2）b Ｚｒc Ｔｉ
1-a-b-c Ｏ3 で表わされる基本成分１００重量部に対し
て、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 を合量で
０．２〜１．２重量部添加含有することにより、キュリ
ー温度をさほど低下させることなく、圧電歪定数ｄ33を
大きくするのに有効であり、また、耐熱性および電圧印
加に伴う発生変位の温度変化率を向上するのに有効であ
るが、ＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ3 の添加量を等モル比で添
加した合量で０．２〜１．２重量部としたのは、合量の
添加量が０．２重量部よりも少ない場合には、添加効果
が殆ど得られないからである。また、合量の添加量が
１．２重量部よりも多い場合には１３０℃のエージング
による圧電特性の劣化が著しく大きくなり、実用的でな
いためである。等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ
5 の添加量は０．３〜０．７であることが望ましい。
尚、ＰｂＯとＮｂ2 Ｏ3 を等モル比で添加したのは、ペ
ロブスカイト構造となる各構成元素（Ｐｂ，Ｓｒ，Ｂ
ａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｎｉ，Ｔｅ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｏ）
を完全固溶させるためである。
【００２０】本発明においては、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃお
よびＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 の添加量は、０．０４≦ｘ
≦０．１０、かつ、０．０２≦ｙ≦０．１２、かつ、
０．０７≦ａ≦０．１０、かつ、０．００２≦ｂ≦０．
００７、かつ、０．４３≦ｃ≦０．５２であり、等モル
比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 が合量で０．３〜
０．７重量部であることが望ましい。
よびＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 の添加量は、０．０４≦ｘ
≦０．１０、かつ、０．０２≦ｙ≦０．１２、かつ、
０．０７≦ａ≦０．１０、かつ、０．００２≦ｂ≦０．
００７、かつ、０．４３≦ｃ≦０．５２であり、等モル
比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 が合量で０．３〜
０．７重量部であることが望ましい。
【００２１】そして、本発明の圧電磁器は、例えば、原
料としてＰｂＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＣＯ3 、Ｂ
ａＣＯ3 、ＺｎＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、ＴｅＯ2 及び
Ｎｂ2 Ｏ5 の各粉末を秤量混合し、次いで、この混合物
を脱水、乾燥した後、８５０〜９００℃で１〜３時間仮
焼し、当該仮焼物を再びボールミル等で粉砕する。
料としてＰｂＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＣＯ3 、Ｂ
ａＣＯ3 、ＺｎＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、ＴｅＯ2 及び
Ｎｂ2 Ｏ5 の各粉末を秤量混合し、次いで、この混合物
を脱水、乾燥した後、８５０〜９００℃で１〜３時間仮
焼し、当該仮焼物を再びボールミル等で粉砕する。
【００２２】その後、この粉砕物に有機バインダー（Ｐ
ＶＡ）を混合し、造粒する。得られた粉末を所定圧力で
成形して成形体を作製し、これらを鉛雰囲気下において
１２４０〜１３００℃で１〜３時間焼成することにより
得られる。
ＶＡ）を混合し、造粒する。得られた粉末を所定圧力で
成形して成形体を作製し、これらを鉛雰囲気下において
１２４０〜１３００℃で１〜３時間焼成することにより
得られる。
【００２３】尚、本発明の圧電磁器組成物では、添加含
有させられるＰｂＯとＮｂ2 Ｏ5 は、Ｐｂは基本成分ペ
ロブスカイト構造のＡサイトのＰｂとなり、Ｎｂは基本
成分のＢサイトのＴｉの一部と置換することになる。よ
って、本発明では、圧電磁器組成物を、基本成分にＰｂ
ＯとＮｂ2 Ｏ5 を等モル比で添加する形態で表現した
が、本発明はこれに限定されることなく、最終的に基本
成分のＢサイトにＮｂが固溶するような製法であれば、
どのような製法でも良い。
有させられるＰｂＯとＮｂ2 Ｏ5 は、Ｐｂは基本成分ペ
ロブスカイト構造のＡサイトのＰｂとなり、Ｎｂは基本
成分のＢサイトのＴｉの一部と置換することになる。よ
って、本発明では、圧電磁器組成物を、基本成分にＰｂ
ＯとＮｂ2 Ｏ5 を等モル比で添加する形態で表現した
が、本発明はこれに限定されることなく、最終的に基本
成分のＢサイトにＮｂが固溶するような製法であれば、
どのような製法でも良い。
【００２４】また、本発明の圧電磁器組成物では、粉砕
用ボールや不純物として混入する元素を含有しても良い
し、また、他の微量の元素を添加しても良い。
用ボールや不純物として混入する元素を含有しても良い
し、また、他の微量の元素を添加しても良い。
【００２５】
【作用】本発明の圧電磁器組成物では、Ｐｂの一部をＳ
ｒまたは／及びＢａで置換し、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉ
Ｏ3 に、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）Ｏ3 およびＰｂ（Ｎ
ｉ1/2 Ｔｅ1/2 ）Ｏ3 となる組成を第３、第４成分とし
て固溶させ、さらに等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ
2 Ｏ5 を合量で０．２〜１．２重量部添加含有すること
により、高い圧電歪特性、小さな変位ヒステリシス、高
いキュリー温度を得ることができるとともに、耐熱性お
よび電圧印加に伴う発生変位の温度変化率が向上し、さ
らに従来のように、第３成分としてＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3を用いないため、一定荷重を繰り返し作用さ
せた場合でも圧電歪定数の減衰が抑制され、耐久性が向
上し、変位ヒステリシスが低減する。
ｒまたは／及びＢａで置換し、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉ
Ｏ3 に、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）Ｏ3 およびＰｂ（Ｎ
ｉ1/2 Ｔｅ1/2 ）Ｏ3 となる組成を第３、第４成分とし
て固溶させ、さらに等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ
2 Ｏ5 を合量で０．２〜１．２重量部添加含有すること
により、高い圧電歪特性、小さな変位ヒステリシス、高
いキュリー温度を得ることができるとともに、耐熱性お
よび電圧印加に伴う発生変位の温度変化率が向上し、さ
らに従来のように、第３成分としてＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3を用いないため、一定荷重を繰り返し作用さ
せた場合でも圧電歪定数の減衰が抑制され、耐久性が向
上し、変位ヒステリシスが低減する。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を次の実施例で説明する。原料
粉末としてＰｂＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＣＯ3 、
ＢａＣＯ3 、ＺｎＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、ＴｅＯ2 及
びＮｂ2 Ｏ5 の各粉末を用いて、これらを表１，２に示
す割合に秤量し、ボールミルにて２４時間湿式混合し
た。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、８７０℃
で３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで２４時
間湿式粉砕した。
粉末としてＰｂＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＣＯ3 、
ＢａＣＯ3 、ＺｎＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＮｉＯ、ＴｅＯ2 及
びＮｂ2 Ｏ5 の各粉末を用いて、これらを表１，２に示
す割合に秤量し、ボールミルにて２４時間湿式混合し
た。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、８７０℃
で３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで２４時
間湿式粉砕した。
【００２７】その後、この粉砕物に有機バインダー（Ｐ
ＶＡ）を混合し、造粒した。得られた粉末を１．５ｔｏ
ｎ／ｃｍ2 の圧力で直径２３ｍｍ、厚さ３ｍｍの寸法か
らなる円板と直径８ｍｍ、厚さ１８ｍｍの円柱の２種の
成形体を作製した。更に、これらを１２７０℃で３時間
の条件で焼成した。
ＶＡ）を混合し、造粒した。得られた粉末を１．５ｔｏ
ｎ／ｃｍ2 の圧力で直径２３ｍｍ、厚さ３ｍｍの寸法か
らなる円板と直径８ｍｍ、厚さ１８ｍｍの円柱の２種の
成形体を作製した。更に、これらを１２７０℃で３時間
の条件で焼成した。
【００２８】得られた焼結体を直径２０ｍｍ、厚さ１ｍ
ｍの円板と直径６ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円柱状に研磨加
工し、両面にそれぞれ銀電極を焼き付け、８０℃のシリ
コンオイル中で１．５ｋｖ／ｍｍ以上の直流電圧を印加
して分極処理を行った。
ｍの円板と直径６ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円柱状に研磨加
工し、両面にそれぞれ銀電極を焼き付け、８０℃のシリ
コンオイル中で１．５ｋｖ／ｍｍ以上の直流電圧を印加
して分極処理を行った。
【００２９】分極処理された円板及び円柱を１００℃恒
温の中で１時間エージングした後、２４時間放置した。
このようにして得られたそれぞれの磁器から、電子材料
工業会（ＥＭＡＳ）の規格化された測定法に基づき、圧
電諸定数（電気機械結合係数Ｋ33、比誘電率ε33 T ／ε
0 、コンプライアンス定数ｓ33 E 、圧電歪定数ｄ33、誘
電損失ｔａｎδ E）を調べた。
温の中で１時間エージングした後、２４時間放置した。
このようにして得られたそれぞれの磁器から、電子材料
工業会（ＥＭＡＳ）の規格化された測定法に基づき、圧
電諸定数（電気機械結合係数Ｋ33、比誘電率ε33 T ／ε
0 、コンプライアンス定数ｓ33 E 、圧電歪定数ｄ33、誘
電損失ｔａｎδ E）を調べた。
【００３０】またキュリー温度Ｔｃは高温側の常誘電相
から低温側の強誘電相へ相転移する時の比誘電率の極大
値を示す温度とした。さらに耐熱性は円柱状磁器を用い
て、１３０℃及び１５０℃の恒温の中で７０時間放置後
の圧電歪定数ｄ33の保持率を測定することで求めた。こ
こで保持率が９７％以上を●、９６〜９４％を○、９３
％以下を×とした。また、耐久性を、一軸油圧プレス機
を用いて円柱状磁器に１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力を１サイ
クル４秒の間隔で繰り返し印加し、圧電歪定数ｄ33の保
持率を測定することで求めた。ここで、繰り返し加圧を
１０回加えた場合における圧電歪定数ｄ33の保持率が８
０％以上のものを○とし、８０％未満の場合を×とし
た。
から低温側の強誘電相へ相転移する時の比誘電率の極大
値を示す温度とした。さらに耐熱性は円柱状磁器を用い
て、１３０℃及び１５０℃の恒温の中で７０時間放置後
の圧電歪定数ｄ33の保持率を測定することで求めた。こ
こで保持率が９７％以上を●、９６〜９４％を○、９３
％以下を×とした。また、耐久性を、一軸油圧プレス機
を用いて円柱状磁器に１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力を１サイ
クル４秒の間隔で繰り返し印加し、圧電歪定数ｄ33の保
持率を測定することで求めた。ここで、繰り返し加圧を
１０回加えた場合における圧電歪定数ｄ33の保持率が８
０％以上のものを○とし、８０％未満の場合を×とし
た。
【００３１】また、円板状試料に１００Ｖの電圧を印加
した時の分極方向への発生変位を非接触式光学式センサ
を用いて測定することにより、変位ヒステリシスを測定
した。ここで、変位ヒステリシスは、最大印加電圧（１
００Ｖ）時の発生変位に対する、１／２印加電圧（５０
Ｖ）時の昇電圧時と降電圧時の発生変位の差を割合とし
て表した。そして、変位ヒステリシスが１０％を越える
場合を×、１０〜７％を△、７％未満を○として表し
た。
した時の分極方向への発生変位を非接触式光学式センサ
を用いて測定することにより、変位ヒステリシスを測定
した。ここで、変位ヒステリシスは、最大印加電圧（１
００Ｖ）時の発生変位に対する、１／２印加電圧（５０
Ｖ）時の昇電圧時と降電圧時の発生変位の差を割合とし
て表した。そして、変位ヒステリシスが１０％を越える
場合を×、１０〜７％を△、７％未満を○として表し
た。
【００３２】さらに、電界印加に伴う発生変位の温度変
化率は、円柱状試料に１００Ｖ／ｍｍの電圧を印加した
ときの分極方向への発生変位をＴＭＡ装置を用いて測定
することにより求めた。ここで、温度変化率は２０℃で
の発生変位に対する１２０℃での発生変位を割合とし、
その変化率が１５％を越える場合を×、１５以下を○と
して表した。これらの結果を表１，２に示す。
化率は、円柱状試料に１００Ｖ／ｍｍの電圧を印加した
ときの分極方向への発生変位をＴＭＡ装置を用いて測定
することにより求めた。ここで、温度変化率は２０℃で
の発生変位に対する１２０℃での発生変位を割合とし、
その変化率が１５％を越える場合を×、１５以下を○と
して表した。これらの結果を表１，２に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】これらの表１及び表２において、コンプラ
イアンス定数ｓ33 E の単位は×１０-12 ｍ2 ／Ｎ，圧電
歪定数ｄ33の単位は×１０-12 ｍ／Ｖであり、圧電歪定
数ｄ33は、ｄ33＝Ｋ33（ε33 T ・ｓ33 E ）1/2 で得た。
また、表中におけるαは、基本成分１００重量部に対す
る、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 の合量を
意味する。
イアンス定数ｓ33 E の単位は×１０-12 ｍ2 ／Ｎ，圧電
歪定数ｄ33の単位は×１０-12 ｍ／Ｖであり、圧電歪定
数ｄ33は、ｄ33＝Ｋ33（ε33 T ・ｓ33 E ）1/2 で得た。
また、表中におけるαは、基本成分１００重量部に対す
る、等モル比からなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 の合量を
意味する。
【００３６】また表１及び表２における試料番号１０，
１４，２８，３１について、耐久性の評価を図１に示
す。
１４，２８，３１について、耐久性の評価を図１に示
す。
【００３７】圧電アクチュエータを使用する温度環境が
１００℃あるいはそれ以下である場合、キュリー温度は
１７０℃あることが必要とされる。多くの場合、このよ
うな環境下で使用され、キュリー温度の下限は１７０℃
以上となることが必要とされるが、表１によれば、試料
番号１４はキュリー温度が２００℃と高い温度に保ちな
がら、圧電歪定数ｄ33が７３３×１０-12 ｍ／ｖと他に
類のない極めて大きなｄ定数を有している。また０．５
ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力を５０回繰り返し加える耐久性の
試験を行った結果、ｄ33定数の減衰は２％であったこと
から耐久性においても優れた特性を示した。
１００℃あるいはそれ以下である場合、キュリー温度は
１７０℃あることが必要とされる。多くの場合、このよ
うな環境下で使用され、キュリー温度の下限は１７０℃
以上となることが必要とされるが、表１によれば、試料
番号１４はキュリー温度が２００℃と高い温度に保ちな
がら、圧電歪定数ｄ33が７３３×１０-12 ｍ／ｖと他に
類のない極めて大きなｄ定数を有している。また０．５
ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力を５０回繰り返し加える耐久性の
試験を行った結果、ｄ33定数の減衰は２％であったこと
から耐久性においても優れた特性を示した。
【００３８】さらに、電圧印加による発生変位の特性か
ら、変位ヒステリシスが５．８％であったこと、および
線形性に優れていること等から変位特性においても優れ
ている。さらに圧電アクチュエータが１００乃至１５０
℃と高温下にさらされる用途に使用される場合、キュリ
ー温度が２００℃を越えることが必要される。アクチュ
エータ材料の場合、その機能上からｄ33定数ができるか
ぎり大きいことが望まれ、試料番号３はキュリー温度が
２３２℃であり、かつ圧電歪定数ｄ33が６１８×１０
-12 ｍ／ｖと非常に大きな圧電歪定数を得ている。ま
た、１５０℃の恒温の中で７０時間放置する耐熱性試験
でもｄ33の保持率が９９％以上であることと、更に０．
５ｔｏｎ／ｃｍ2 の荷重を５０回繰り返し加える耐久性
試験でもｄ33定数の保持率は約９８％と優れた特性を示
したことから、圧電アクチュエータ材料として非常に優
れている。さらに、変位ヒステリシスが、７％以下であ
ることから、位置決め用素子としても、非常に優れてい
る。
ら、変位ヒステリシスが５．８％であったこと、および
線形性に優れていること等から変位特性においても優れ
ている。さらに圧電アクチュエータが１００乃至１５０
℃と高温下にさらされる用途に使用される場合、キュリ
ー温度が２００℃を越えることが必要される。アクチュ
エータ材料の場合、その機能上からｄ33定数ができるか
ぎり大きいことが望まれ、試料番号３はキュリー温度が
２３２℃であり、かつ圧電歪定数ｄ33が６１８×１０
-12 ｍ／ｖと非常に大きな圧電歪定数を得ている。ま
た、１５０℃の恒温の中で７０時間放置する耐熱性試験
でもｄ33の保持率が９９％以上であることと、更に０．
５ｔｏｎ／ｃｍ2 の荷重を５０回繰り返し加える耐久性
試験でもｄ33定数の保持率は約９８％と優れた特性を示
したことから、圧電アクチュエータ材料として非常に優
れている。さらに、変位ヒステリシスが、７％以下であ
ることから、位置決め用素子としても、非常に優れてい
る。
【００３９】このように本発明品は大きな圧電歪定数ｄ
33および高いキュリー温度を得ることができるととも
に、繰り返し荷重を印加した場合でも圧電歪定数ｄ33の
減衰率が極めて小さい優れた特性を有することが判る。
また、耐熱性にすぐれ、変位ヒステリシスが極めて小さ
く、電圧印加に伴う発生変位の温度変化率が小さい優れ
た特性を有することが判る。
33および高いキュリー温度を得ることができるととも
に、繰り返し荷重を印加した場合でも圧電歪定数ｄ33の
減衰率が極めて小さい優れた特性を有することが判る。
また、耐熱性にすぐれ、変位ヒステリシスが極めて小さ
く、電圧印加に伴う発生変位の温度変化率が小さい優れ
た特性を有することが判る。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、圧
電歪定数及びキュリー温度いずれの面でも大きく、かつ
繰り返し荷重を印加した場合でも圧電歪定数の減衰率が
小さく耐久性においても優れた特性を得ることができ、
さらに変位ヒステリシスが小さく、耐熱性に優れ、発生
変位の温度変化率が小さいことから圧電アクチュエータ
用素子や位置決め用素子として好適な特性を有している
ことがわかる。
電歪定数及びキュリー温度いずれの面でも大きく、かつ
繰り返し荷重を印加した場合でも圧電歪定数の減衰率が
小さく耐久性においても優れた特性を得ることができ、
さらに変位ヒステリシスが小さく、耐熱性に優れ、発生
変位の温度変化率が小さいことから圧電アクチュエータ
用素子や位置決め用素子として好適な特性を有している
ことがわかる。
【図１】繰り返し加圧回数と圧電歪定数の保持率との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図２】試料Ｎo.１４における印加電圧と発生変位との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図３】試料Ｎo.３１における印加電圧と発生変位との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図４】１５０℃恒温中での圧電歪定数の保持率と時間
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図５】１３０℃恒温中での圧電歪定数の保持率と時間
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年５月２５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (1)
- 【請求項１】金属成分としてＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、
Ｓｂ、Ｎｉ、Ｔｅと、ＳｒおよびＢａのうち少なくとも
一種を含む複合ペロブスカイト型化合物であって、これ
らの金属元素のモル比による組成式を、 Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3 ）a （Ｎｉ
1/2 Ｔｅ1/2 ）b Ｚｒc Ｔｉ1-a-b-c Ｏ3 と表わした時、ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃのモル比が、 ０ ≦ｘ≦０．１２ ０ ≦ｙ≦０．１２ ０ ＜ｘ＋ｙ ０．０５≦ａ≦０．１２ ０．４３≦ｃ≦０．５２ を満足する基本成分１００重量部に対して、等モル比か
らなるＰｂＯおよびＮｂ2 Ｏ5 を合量で０．２〜１．２
重量部添加含有してなることを特徴とする圧電磁器組成
物。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10533494A JP3181003B2 (ja) | 1994-05-19 | 1994-05-19 | 圧電磁器組成物 |
| US08/445,151 US5645753A (en) | 1994-05-19 | 1995-05-19 | Piezo-electric ceramic composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10533494A JP3181003B2 (ja) | 1994-05-19 | 1994-05-19 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07315923A true JPH07315923A (ja) | 1995-12-05 |
| JP3181003B2 JP3181003B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=14404832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10533494A Expired - Fee Related JP3181003B2 (ja) | 1994-05-19 | 1994-05-19 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3181003B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001342064A (ja) * | 2000-05-30 | 2001-12-11 | Kyocera Corp | 圧電磁器及び圧電アクチュエータ |
| JP2004165650A (ja) * | 2002-10-21 | 2004-06-10 | Kyocera Corp | アクチュエータ及び印刷ヘッド |
| US7044587B2 (en) | 2002-10-17 | 2006-05-16 | Kyocera Corporation | Actuator, its manufacturing method and printing head |
-
1994
- 1994-05-19 JP JP10533494A patent/JP3181003B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001342064A (ja) * | 2000-05-30 | 2001-12-11 | Kyocera Corp | 圧電磁器及び圧電アクチュエータ |
| US7044587B2 (en) | 2002-10-17 | 2006-05-16 | Kyocera Corporation | Actuator, its manufacturing method and printing head |
| JP2004165650A (ja) * | 2002-10-21 | 2004-06-10 | Kyocera Corp | アクチュエータ及び印刷ヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3181003B2 (ja) | 2001-07-03 |
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