JPH0788253B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JPH0788253B2 JPH0788253B2 JP61140336A JP14033686A JPH0788253B2 JP H0788253 B2 JPH0788253 B2 JP H0788253B2 JP 61140336 A JP61140336 A JP 61140336A JP 14033686 A JP14033686 A JP 14033686A JP H0788253 B2 JPH0788253 B2 JP H0788253B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- sb2o3
- oxide
- composition
- added
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アクチュエータ素子に用いられる圧電磁器組
成物に関するものである。
成物に関するものである。
従来の技術 圧電体磁器は鉛、チタン、ジルコニウムの酸化物で構成
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。たとえば、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、
酸化アンチモンなどを添加すると圧電性が向上し、電気
的品質係数QE（1/tanδ）並びに機械的品質係数QMの値
は小さくなる。
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。たとえば、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、
酸化アンチモンなどを添加すると圧電性が向上し、電気
的品質係数QE（1/tanδ）並びに機械的品質係数QMの値
は小さくなる。
一方、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガンなどを添加す
るとQE並びにEMの値は大きくなる。
るとQE並びにEMの値は大きくなる。
近年、圧電アクチュエータの需要が高まり、これに適し
た材料の要求が高まっているが、特に数十〜数百KHZの
高周波で使用されるアクチュエータ、たとえば圧電モー
ター用積層型圧電体では発熱のため素子が劣化するとい
う問題が生じている。この発熱を押えるために、圧電材
料には誘電損失（tanδ）が小さい（QEが大きい）こと
が要求される。
た材料の要求が高まっているが、特に数十〜数百KHZの
高周波で使用されるアクチュエータ、たとえば圧電モー
ター用積層型圧電体では発熱のため素子が劣化するとい
う問題が生じている。この発熱を押えるために、圧電材
料には誘電損失（tanδ）が小さい（QEが大きい）こと
が要求される。
このような圧磁器組成物に例えば（Pb,Sr）（Zr,Ti）O3
＋Sb2O3、MnO2系（特公昭39−6277号公報）がある。
＋Sb2O3、MnO2系（特公昭39−6277号公報）がある。
発明が解決しようとする問題点 圧電アクチュエータは、電圧印加時の変位を利用するも
のであり、たとえば、電圧の印加方向と垂直な方向の変
位量Δｌは次式で示される。
のであり、たとえば、電圧の印加方向と垂直な方向の変
位量Δｌは次式で示される。
Δｌ＝−d31・v/t・ｌ ……（１） （d31:圧電歪定数、V:印加電圧、t:素子厚み、l:素子長
さ） したがって、圧電歪定数の大きい圧電材料を用いた方が
大きな変位量が得られるため、−d31＝200×10-12m/v以
上が要求されている。
さ） したがって、圧電歪定数の大きい圧電材料を用いた方が
大きな変位量が得られるため、−d31＝200×10-12m/v以
上が要求されている。
この圧電歪定定数d31は次式により定義される。
（σＥ：ポアソン比、ＳＥ：弾性コンプライアンス、K
p:径方向の電気機械結合係数、▲εT 33▼／ε0:比較電
率、ε0:真空の誘電率） σＥ、ＳＥは圧電磁器材料では、たかだか0.25≦σＥ≦
0.35、12×10-12≦ＳＥ≦16×10-12×10-12m2/Nでほぼ
一定であり、 d31はKpと の積で決まる。したがって、d31を大きくするには、Kp
とε33/ε０が大きいことが要求される。
p:径方向の電気機械結合係数、▲εT 33▼／ε0:比較電
率、ε0:真空の誘電率） σＥ、ＳＥは圧電磁器材料では、たかだか0.25≦σＥ≦
0.35、12×10-12≦ＳＥ≦16×10-12×10-12m2/Nでほぼ
一定であり、 d31はKpと の積で決まる。したがって、d31を大きくするには、Kp
とε33/ε０が大きいことが要求される。
しかしながら、MnO2等を特性改良のために添加すると、
tanδと同時に▲εT 33▼／ε０及びKpも低下するため例
えば、Pb0.95 Sr0.05（Zr0.51 Ti0.49）O3＋2.5wt％ Sb
2O3＋0.2wt％MnO2（特公昭39−6277号公報）ではたかだ
か−d31≒130×10-12m/vであり、要求特性を満たすこと
は困難であった。
tanδと同時に▲εT 33▼／ε０及びKpも低下するため例
えば、Pb0.95 Sr0.05（Zr0.51 Ti0.49）O3＋2.5wt％ Sb
2O3＋0.2wt％MnO2（特公昭39−6277号公報）ではたかだ
か−d31≒130×10-12m/vであり、要求特性を満たすこと
は困難であった。
本発明は、上記諸特性を満たすために、圧電磁器材料の
改良を図ることを目的とするものである。すなわち、本
発明はアクチュエータ用材料として使用可能な圧電歪定
数を有し、かつ誘電損失がこの種の材料として極めて小
さいことを特徴とする圧電磁器組成物を提供するもので
ある。
改良を図ることを目的とするものである。すなわち、本
発明はアクチュエータ用材料として使用可能な圧電歪定
数を有し、かつ誘電損失がこの種の材料として極めて小
さいことを特徴とする圧電磁器組成物を提供するもので
ある。
問題点を解決するための手段 上記、従来の問題点解決のために本発明は、Pb（ZrxTi
y）O3（但しｘ＋ｙ＝１）で現わ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の少なくとも一種
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Mn
O2、Cr2O3、Fe2O3に換算して、0.05〜1.0重量％含有す
る圧電磁器組成物である。
y）O3（但しｘ＋ｙ＝１）で現わ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の少なくとも一種
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Mn
O2、Cr2O3、Fe2O3に換算して、0.05〜1.0重量％含有す
る圧電磁器組成物である。
チタン酸鉛とジルコン酸鉛系磁器の固溶体Pb（ZrxTiy）
O3（但しｘ＋ｙ＝１）の磁器物質がそのＰ相境界付近
（0.52≦ｙ≦0.55）で、非常に高い誘電率ε、すなわち
大きな圧電効果を示すことは第４図に示すように、「圧
電セラミック材料」田中哲郎外２名編、1978年１月15日
株式会社学献社発行第53頁において、公知である。
O3（但しｘ＋ｙ＝１）の磁器物質がそのＰ相境界付近
（0.52≦ｙ≦0.55）で、非常に高い誘電率ε、すなわち
大きな圧電効果を示すことは第４図に示すように、「圧
電セラミック材料」田中哲郎外２名編、1978年１月15日
株式会社学献社発行第53頁において、公知である。
本発明は、このチタン酸ジルコン酸鉛のPbの一部をSr,C
a,Ba等のアルカリ土類金属で置換することにより、相境
界が若干Zrリッチ側に移動することを考慮して、Pb（Zr
xTiy）O3（但しｘ＋ｙ＝１）のｘの範囲を0.54≦0.57と
し、さらに酸化アンチモンを添加することにより、圧電
歪定数を飛躍的に増大せしめ、かつ酸化マンガン、酸化
クロム，酸化鉄の少なくとも一種を微量加えることによ
り、誘電損失の低下を計り、高周波アクチュエータ用材
料として最適な圧電磁器組成物を提供するものである。
a,Ba等のアルカリ土類金属で置換することにより、相境
界が若干Zrリッチ側に移動することを考慮して、Pb（Zr
xTiy）O3（但しｘ＋ｙ＝１）のｘの範囲を0.54≦0.57と
し、さらに酸化アンチモンを添加することにより、圧電
歪定数を飛躍的に増大せしめ、かつ酸化マンガン、酸化
クロム，酸化鉄の少なくとも一種を微量加えることによ
り、誘電損失の低下を計り、高周波アクチュエータ用材
料として最適な圧電磁器組成物を提供するものである。
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。
る。
実施例１ 一酸化鉛（PbO）、酸化チタン（TiO2）、酸化ジルコニ
ウム（ZrO2）、炭酸ストロンチウム（SrCO3）酸化アン
チモン（Sb2O3）、酸化マンガン（MnO2）を化学式（Pbx
Sr1−ｘ）（Zr0.54,Ti0.46）O3において、0.88≦ｘ≦0.
93でSb2O3が０〜4.5wt％、MnO2が０〜1.5wt％の範囲内
の組成となるように秤量し、これをボールミルで２時間
混合した。得られたスラリーを150℃で乾燥し、仮プレ
ス後850℃で２時間仮焼し、さらにボールミルで24時間
粉砕した。これを造粒後20φ×2mmtでプレス成形し、酸
素中1250℃で２時間焼結した。得られた焼結体の両面
に、銀ペーストを印刷し、乾燥後550℃20分間で電極の
焼付けを行なった。次に分極装置にセットして、シリコ
ンオイル中で3KV/mmの直流電圧を５分間印加して分極処
理した。
ウム（ZrO2）、炭酸ストロンチウム（SrCO3）酸化アン
チモン（Sb2O3）、酸化マンガン（MnO2）を化学式（Pbx
Sr1−ｘ）（Zr0.54,Ti0.46）O3において、0.88≦ｘ≦0.
93でSb2O3が０〜4.5wt％、MnO2が０〜1.5wt％の範囲内
の組成となるように秤量し、これをボールミルで２時間
混合した。得られたスラリーを150℃で乾燥し、仮プレ
ス後850℃で２時間仮焼し、さらにボールミルで24時間
粉砕した。これを造粒後20φ×2mmtでプレス成形し、酸
素中1250℃で２時間焼結した。得られた焼結体の両面
に、銀ペーストを印刷し、乾燥後550℃20分間で電極の
焼付けを行なった。次に分極装置にセットして、シリコ
ンオイル中で3KV/mmの直流電圧を５分間印加して分極処
理した。
第１図には、（Pb0.9 Sr0.1）（Zr0.54 Ti0.46）O3にSb
2O3を添加した時の、Sb2O3添加量と圧電歪定数d31の関
係を示す。第１図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％未満および３％を越える範囲では添加の効果が
ない。第２図には、（Pb1−xSrx）（Zr0.54 Ti0.46）O3
＋1.5wt％Sb2O3系のSr置換量と圧電歪定数d31の関係を
示す。第２図に示すように、Sr＝13モル％添加時にd31
は最大となり、Srが９モル％未満および16モル％を越え
る範囲ではd31は200×10-12m/v程度未満と比較的小さ
い。
2O3を添加した時の、Sb2O3添加量と圧電歪定数d31の関
係を示す。第１図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％未満および３％を越える範囲では添加の効果が
ない。第２図には、（Pb1−xSrx）（Zr0.54 Ti0.46）O3
＋1.5wt％Sb2O3系のSr置換量と圧電歪定数d31の関係を
示す。第２図に示すように、Sr＝13モル％添加時にd31
は最大となり、Srが９モル％未満および16モル％を越え
る範囲ではd31は200×10-12m/v程度未満と比較的小さ
い。
したがって、チタン酸ジルコン酸鉛Pb（Zr0.54 Ti0.4
6）O3にて、0.1≦Sr≦0.15モル％の範囲でPbをSrにて置
換し、0.3≦Sb2O3≦3.0wt％の範囲でSb2O3を添加した組
成で良好な特性を得ることができる。また、第１表に示
すように、Srの代わりに他のアルカリ土類金属であるBa
又はCaを用いても同様の効果が得られる。
6）O3にて、0.1≦Sr≦0.15モル％の範囲でPbをSrにて置
換し、0.3≦Sb2O3≦3.0wt％の範囲でSb2O3を添加した組
成で良好な特性を得ることができる。また、第１表に示
すように、Srの代わりに他のアルカリ土類金属であるBa
又はCaを用いても同様の効果が得られる。
上述の如く検討した組成（Pb0.87 Sr0.13）（Zr0.54 Ti
0.46）O3＋1.5wt％Sb2O3にMnO2を添加することにより第
２表および第３図に示すように特性が得られる。特に、
MnO2 0.05〜0.15wt％では誘電損失が半分以下となり、
かつ、−d31は300×10-12m/vとほとんど変らないため、
高周波領域で極めて有効なアクチュエータ材料である。
また、MnO2の添加量が1wt％を越える場合には、Kp、▲
εT 33▼／ε０の低下が著しくd31が小さくなりすぎる。
0.46）O3＋1.5wt％Sb2O3にMnO2を添加することにより第
２表および第３図に示すように特性が得られる。特に、
MnO2 0.05〜0.15wt％では誘電損失が半分以下となり、
かつ、−d31は300×10-12m/vとほとんど変らないため、
高周波領域で極めて有効なアクチュエータ材料である。
また、MnO2の添加量が1wt％を越える場合には、Kp、▲
εT 33▼／ε０の低下が著しくd31が小さくなりすぎる。
実施例２ 実施例１と同様の方法により、試料を作成し評価した。
（Pb0.87 Sr0.13）（Zr0.54 Ti0.46）O3＋1.5wt％Sb2O3
にCr203、Fe2O3を添加することにより、第３表、第４表
の様な特性が得られる。Cr、Feを添加した場合にもMnと
同様の効果が得られることがわかる。
（Pb0.87 Sr0.13）（Zr0.54 Ti0.46）O3＋1.5wt％Sb2O3
にCr203、Fe2O3を添加することにより、第３表、第４表
の様な特性が得られる。Cr、Feを添加した場合にもMnと
同様の効果が得られることがわかる。
発明の効果 以上説明したように、本発明は、圧電歪定数−d31が300
×10-2m/v程度と非常に大きく、かつ誘電損失も1.0％以
下と極めて小さいため、圧電アクチュエタ、特に高周波
アクチュエータ用材料として極めて有用である。
×10-2m/v程度と非常に大きく、かつ誘電損失も1.0％以
下と極めて小さいため、圧電アクチュエタ、特に高周波
アクチュエータ用材料として極めて有用である。
第１図は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、第２図は同様に圧電歪定数d31のSr置換
量依存性を示す図、第３図は本発明における圧電歪定数
d31および誘電損失のMnO2添加量依存性を示す図，第４
図はチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体の誘電率の図で
ある。
存性を示す図、第２図は同様に圧電歪定数d31のSr置換
量依存性を示す図、第３図は本発明における圧電歪定数
d31および誘電損失のMnO2添加量依存性を示す図，第４
図はチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体の誘電率の図で
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】Pb（ZrxTiy）O3（但しｘ＋ｙ＝１）で現わ
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の少なくとも一種で置換し、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.
05〜1.0重量％含有す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 |
|---|---|---|---|
| JP61140336A JPH0788253B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61140336A JPH0788253B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62298192A JPS62298192A (ja) | 1987-12-25 |
| JPH0788253B2 true JPH0788253B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=15266456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61140336A Expired - Fee Related JPH0788253B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0788253B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0514614A1 (en) * | 1991-05-24 | 1992-11-25 | Fuji Denki Kagaku Kabushiki Kaisha | Complex perovskite compounds and a process for producing the same |
| JP4927419B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2012-05-09 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧電磁器組成物及びこれを用いた圧電素子 |
| CN114436652B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-05-16 | 厦门乃尔电子有限公司 | 一种锆钛酸铅-铌钽镁酸铅压电陶瓷材料及其制备方法 |
-
1986
- 1986-06-18 JP JP61140336A patent/JPH0788253B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62298192A (ja) | 1987-12-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0476703B1 (en) | Piezoelectric ceramic composition for actuators | |
| JP3296640B2 (ja) | 圧電セラミックス | |
| JPS647032B2 (ja) | ||
| JP2613671B2 (ja) | 強誘電性セラミックス | |
| JP3198906B2 (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
| JP3385999B2 (ja) | 圧電磁器組成物、それを利用した圧電ブザーおよび圧電アクチュエータ | |
| JPH0788253B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0788252B2 (ja) | 酸化物圧電材料 | |
| JP3670473B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0558729A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0558645A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH06157137A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| WO1991004586A1 (en) | Piezoelectric ceramic composition for actuator | |
| JPH05315669A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0551222A (ja) | 圧電磁器材料 | |
| JP3214626B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0570225A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP3867320B2 (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
| JPH0524917A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH05163063A (ja) | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 | |
| JPH08217541A (ja) | 圧電セラミック組成物 | |
| JPH0687652A (ja) | 圧電材料 | |
| JP2567914B2 (ja) | 強誘電性セラミックス | |
| JP2621823B2 (ja) | 誘電体磁器組成物 | |
| JP2823072B2 (ja) | 圧電磁器組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |