JPH08198673A - 圧電セラミック組成物 - Google Patents
圧電セラミック組成物Info
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- JPH08198673A JPH08198673A JP7006891A JP689195A JPH08198673A JP H08198673 A JPH08198673 A JP H08198673A JP 7006891 A JP7006891 A JP 7006891A JP 689195 A JP689195 A JP 689195A JP H08198673 A JPH08198673 A JP H08198673A
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- piezoelectric ceramic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い圧電歪定数、高い電気機械結合係数、高
いキューリ温度、低い誘電率及び高い機械的強度を併せ
備えた圧電セラミック組成物を提供しようとするもので
ある。 【構成】 一般式Pb1-x Lax (Zr y Ti1-y ) 1-x/4O3(但
し、ｘ及びｙはそれぞれ0＜ｘ≦0.07及び0.45≦ｙ≦0.6
5なる条件を満たす数である）で表され、Sb, Nb,Ta の
１種以上の元素を酸化物に換算してその総量が３重量％
以下の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、In2O3,Te
O2及び／又はCeO2を0.5 重量％以下で含有させるか、Al
2O3,SiO2,Fe2O3及び／又はV2O5を0.2 重量％以下で含有
させるか、又は、In2O3,TeO2及び／又はCeO2とAl2O3,Si
O2,Fe2O3及び／又はV2O5を前記の範囲で併存させた圧電
セラミック組成物である。
いキューリ温度、低い誘電率及び高い機械的強度を併せ
備えた圧電セラミック組成物を提供しようとするもので
ある。 【構成】 一般式Pb1-x Lax (Zr y Ti1-y ) 1-x/4O3(但
し、ｘ及びｙはそれぞれ0＜ｘ≦0.07及び0.45≦ｙ≦0.6
5なる条件を満たす数である）で表され、Sb, Nb,Ta の
１種以上の元素を酸化物に換算してその総量が３重量％
以下の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、In2O3,Te
O2及び／又はCeO2を0.5 重量％以下で含有させるか、Al
2O3,SiO2,Fe2O3及び／又はV2O5を0.2 重量％以下で含有
させるか、又は、In2O3,TeO2及び／又はCeO2とAl2O3,Si
O2,Fe2O3及び／又はV2O5を前記の範囲で併存させた圧電
セラミック組成物である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，圧電セラミック組成物
に関し、詳しくは、圧電歪定数及び電気機械結合係数が
大きく、キュ−リ温度が高く、かつ、誘電率が低く、機
械的強度に優れたアクチュエ−タ−用として極めて有用
な圧電セラミック組成物に関する。
に関し、詳しくは、圧電歪定数及び電気機械結合係数が
大きく、キュ−リ温度が高く、かつ、誘電率が低く、機
械的強度に優れたアクチュエ−タ−用として極めて有用
な圧電セラミック組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクチュエータとは、圧電逆効果、即
ち、電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換作
用を用い、電圧の印加によりミクロン又はミクロンアン
ダーの微少変位を正確に発生させるものであって、ブザ
ー等の音響やポンプ、バルブ等の流量の精密コントー
ル、ＶＴＲヘッドのオートトラッキングやオートフォー
カス、さらには、ミクロンアンダーの機械的切削バイト
の正確な位置決めや、半導体製造用の微少位置決め装置
等への応用開発が、近年急速に進められている。
ち、電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換作
用を用い、電圧の印加によりミクロン又はミクロンアン
ダーの微少変位を正確に発生させるものであって、ブザ
ー等の音響やポンプ、バルブ等の流量の精密コントー
ル、ＶＴＲヘッドのオートトラッキングやオートフォー
カス、さらには、ミクロンアンダーの機械的切削バイト
の正確な位置決めや、半導体製造用の微少位置決め装置
等への応用開発が、近年急速に進められている。
【０００３】従来より、アクチュエータ用圧電材料とし
ては、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック組成物（ＰＺ
Ｔ）が優れた圧電特性を有するものとして知られてお
り、使用用途に応じて種々の改良がなされている。例え
ば、ジルコン酸チタン酸鉛の一部をＢｉ3+などの三価イ
オンで置換する方法、Ｐｂ( Ｎｉ1/2 Ｗ1/2)Ｏ3 、Ｐｂ
( Ｃｏ1/3 Ｎｂ2/3)Ｏ3 、Ｐｂ( Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3)Ｏ3
などの複合ペロブスカイト化合物との固溶体を合成する
方法などにより、ＰＺＴ系アクチュエータ用圧電材料の
特性の改善がなされている。
ては、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック組成物（ＰＺ
Ｔ）が優れた圧電特性を有するものとして知られてお
り、使用用途に応じて種々の改良がなされている。例え
ば、ジルコン酸チタン酸鉛の一部をＢｉ3+などの三価イ
オンで置換する方法、Ｐｂ( Ｎｉ1/2 Ｗ1/2)Ｏ3 、Ｐｂ
( Ｃｏ1/3 Ｎｂ2/3)Ｏ3 、Ｐｂ( Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3)Ｏ3
などの複合ペロブスカイト化合物との固溶体を合成する
方法などにより、ＰＺＴ系アクチュエータ用圧電材料の
特性の改善がなされている。
【０００４】ところで、微少変位をミクロン又はミクロ
ンアンダーの精度でコントロールする圧電アクチュエー
タ素子には、ユニモル型、バイモルフ型、積層型のタイ
プがあり、その要求特性としては、特に高い圧電歪定数
と高いキューリ温度を併せ持つこと、例えば、横モード
の圧電歪定数（ｄ31）及びキューリ温度（Ｔｃ）が ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞１５
０℃であるか、又は ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞２５
０℃であることが指摘されてきた。
ンアンダーの精度でコントロールする圧電アクチュエー
タ素子には、ユニモル型、バイモルフ型、積層型のタイ
プがあり、その要求特性としては、特に高い圧電歪定数
と高いキューリ温度を併せ持つこと、例えば、横モード
の圧電歪定数（ｄ31）及びキューリ温度（Ｔｃ）が ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞１５
０℃であるか、又は ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞２５
０℃であることが指摘されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
圧電歪定数（ｄ31）が３００×１０-12 ｍ／ｖを超える
ような高い圧電歪定数を持つ材料は、キューリ温度（Ｔ
ｃ）が１００℃近傍に低下するため、素子の使用温度の
上限が５０〜６０℃に限定され、実用素子としての応用
に制約があった。また、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）が５
０００を超える範囲で高周波で駆動する際には、インピ
ーダンスが低下して発熱し易く、また、大容量の駆動電
源を必要とするといった問題点があった。
圧電歪定数（ｄ31）が３００×１０-12 ｍ／ｖを超える
ような高い圧電歪定数を持つ材料は、キューリ温度（Ｔ
ｃ）が１００℃近傍に低下するため、素子の使用温度の
上限が５０〜６０℃に限定され、実用素子としての応用
に制約があった。また、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）が５
０００を超える範囲で高周波で駆動する際には、インピ
ーダンスが低下して発熱し易く、また、大容量の駆動電
源を必要とするといった問題点があった。
【０００６】逆に、キューリ温度（Ｔｃ）が高い材料
は、圧電歪定数（ｄ31）が低くなり、素子の駆動に高い
電圧を必要とするという問題点があった。また、アクチ
ュエータ素子は、電圧を印加して機械的変位を生じさ
せ、質量物を移動したり、質量物の位置決めを行うもの
であるため、機械的な強度が大きいことが望まれる。機
械的強度が低いと素子の長期使用により、機械的応力で
素子に割れが生じたり、駆動中に絶縁破壊が生じたりす
るという問題点があった。
は、圧電歪定数（ｄ31）が低くなり、素子の駆動に高い
電圧を必要とするという問題点があった。また、アクチ
ュエータ素子は、電圧を印加して機械的変位を生じさ
せ、質量物を移動したり、質量物の位置決めを行うもの
であるため、機械的な強度が大きいことが望まれる。機
械的強度が低いと素子の長期使用により、機械的応力で
素子に割れが生じたり、駆動中に絶縁破壊が生じたりす
るという問題点があった。
【０００７】このような理由から、前記又はの条件
を満たすような、高い横モードの圧電歪定数（ｄ31）と
高いキューリ温度（Ｔｃ）とを有し、かつ、低い誘電率
（例えばε33Ｔ／ε0 ＜５０００）と、高い機械的強度
を併せ備えた材料の開発が望まれている。
を満たすような、高い横モードの圧電歪定数（ｄ31）と
高いキューリ温度（Ｔｃ）とを有し、かつ、低い誘電率
（例えばε33Ｔ／ε0 ＜５０００）と、高い機械的強度
を併せ備えた材料の開発が望まれている。
【０００８】そこで、本発明は、上記実情に鑑み、高い
圧電歪定数、高い電気機械結合係数、高いキューリ温
度、低い誘電率及び高い機械的強度を併せ備えた圧電セ
ラミック組成物を提供しようとするものである。
圧電歪定数、高い電気機械結合係数、高いキューリ温
度、低い誘電率及び高い機械的強度を併せ備えた圧電セ
ラミック組成物を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の圧電セラ
ミック組成物は、 一般式Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （但し、ｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ≦０．０７及び０．
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が３重量％以下
の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＩｎ
2 Ｏ3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその総量が
０．５重量％以下の範囲でＩｎ、Ｔｅ及びＣｅの中の少
なくとも１種の元素を含有させることを特徴とする。
ミック組成物は、 一般式Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （但し、ｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ≦０．０７及び０．
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が３重量％以下
の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＩｎ
2 Ｏ3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその総量が
０．５重量％以下の範囲でＩｎ、Ｔｅ及びＣｅの中の少
なくとも１種の元素を含有させることを特徴とする。
【００１０】本発明の第２の圧電セラミック組成物は、 一般式Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （但し、ｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ≦０．０７及び０．
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量で３重量％以下
含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＡｌ2 Ｏ3 、
ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 に換算してその総量
が０．２重量％以下であるＡｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中
の少なくとも１種の元素を含有させることを特徴とす
る。
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量で３重量％以下
含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＡｌ2 Ｏ3 、
ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 に換算してその総量
が０．２重量％以下であるＡｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中
の少なくとも１種の元素を含有させることを特徴とす
る。
【００１１】本発明の第３の圧電セラミック組成物は、 一般式Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （但し、ｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ≦０．０７及び０．
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量で３重量％以下
含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＩｎ2 Ｏ3 、
ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその総量が０．５重量
％以下であるＩｎ、Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種
の元素と、それぞれＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3
及びＶ 2 Ｏ5 に換算してその総量が０．２重量％以下で
あるＡｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の元
素とを含有させることを特徴とする。
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量で３重量％以下
含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＩｎ2 Ｏ3 、
ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその総量が０．５重量
％以下であるＩｎ、Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種
の元素と、それぞれＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3
及びＶ 2 Ｏ5 に換算してその総量が０．２重量％以下で
あるＡｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の元
素とを含有させることを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明者等は、前記問題点を解決すべく、従来
からアクチュエ−タ用圧電材料として知られている、Ｐ
ＺＴ系セラミック組成物の一部を他の種々の元素で置換
したセラミック組成物を作製し、その特性との関係につ
いて鋭意検討した結果、上記のセラミック組成物が、高
い圧電歪定数、高い電気機械結合係数、高いキューリ温
度を共に有し、更に低い誘電率、及び高い機械的強度を
併せ持つセラミック組成物となることを見出し、本発明
を完成させるに至った。
からアクチュエ−タ用圧電材料として知られている、Ｐ
ＺＴ系セラミック組成物の一部を他の種々の元素で置換
したセラミック組成物を作製し、その特性との関係につ
いて鋭意検討した結果、上記のセラミック組成物が、高
い圧電歪定数、高い電気機械結合係数、高いキューリ温
度を共に有し、更に低い誘電率、及び高い機械的強度を
併せ持つセラミック組成物となることを見出し、本発明
を完成させるに至った。
【００１３】本発明の圧電セラミック組成物はＰｂ1-x
Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ 3 で表すことがで
き、Ｌａの配合量ｘは０＜ｘ≦０．０７、好ましくは、
０．０２≦ｘ≦ ０．０７の範囲が適しており、Ｚｒの
配合量ｙは０．４５≦ｙ≦０．６５、好ましくは、０．
４７≦ｙ≦０．６３の範囲が適している。
Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ 3 で表すことがで
き、Ｌａの配合量ｘは０＜ｘ≦０．０７、好ましくは、
０．０２≦ｘ≦ ０．０７の範囲が適しており、Ｚｒの
配合量ｙは０．４５≦ｙ≦０．６５、好ましくは、０．
４７≦ｙ≦０．６３の範囲が適している。
【００１４】また、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 に固溶させるＳｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少な
くとも１種の酸化物は、総量で３重量％以下、好ましく
は０．０５〜３重量％の範囲で固溶することが適してい
る。
1-x/4 Ｏ3 に固溶させるＳｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少な
くとも１種の酸化物は、総量で３重量％以下、好ましく
は０．０５〜３重量％の範囲で固溶することが適してい
る。
【００１５】本発明の第１の圧電セラミック組成物にお
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．５重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．５重量
％の範囲が適している。
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．５重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．５重量
％の範囲が適している。
【００１６】本発明の第２の圧電セラミック組成物にお
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＡｌ、
Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の酸化物の総量
は、０．２重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．２
重量％の範囲が適している。
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＡｌ、
Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の酸化物の総量
は、０．２重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．２
重量％の範囲が適している。
【００１７】本発明の第３の圧電セラミック組成物にお
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．５重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．５重量
％の範囲であり、かつ、同時に配合するＡｌ、Ｓｉ、Ｆ
ｅ及びＶの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、０．
２重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．２重量％の
範囲が適している。
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．５重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．５重量
％の範囲であり、かつ、同時に配合するＡｌ、Ｓｉ、Ｆ
ｅ及びＶの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、０．
２重量％以下、好ましくは０．０２５〜０．２重量％の
範囲が適している。
【００１８】本発明の圧電セラミック組成物は、上記各
一般式で表される組成式の各構成元素の酸化物原料を化
学両論的にそれぞれの一般式で表される配合組成になる
ように秤量し、ボールミル等で湿式混合し、仮焼した後
に粉砕し、得られた粉末を１１００〜１３００℃で焼結
することによって得られる。なお、本発明の圧電セラミ
ック組成物の原料としては必ずしも酸化物である必要は
なく、それぞれの元素の水酸化物、塩化物、硫酸塩、硝
酸塩等の、高温で容易に酸化物に変わりうる化合物であ
れば同様に用いることが出来る。
一般式で表される組成式の各構成元素の酸化物原料を化
学両論的にそれぞれの一般式で表される配合組成になる
ように秤量し、ボールミル等で湿式混合し、仮焼した後
に粉砕し、得られた粉末を１１００〜１３００℃で焼結
することによって得られる。なお、本発明の圧電セラミ
ック組成物の原料としては必ずしも酸化物である必要は
なく、それぞれの元素の水酸化物、塩化物、硫酸塩、硝
酸塩等の、高温で容易に酸化物に変わりうる化合物であ
れば同様に用いることが出来る。
【００１９】
【実施例】以下に実施例、参考例及び比較例を挙げて、
本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらに
より限定されるものではない。 （実施例１〜２９、参考例及び比較例１〜３６）第１〜
３表に記載の添加原料を含み、全ての原料が純度９９．
９％以上の高純度酸化物原料であるＰｂＯ、Ｌａ
2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｔａ
2 Ｏ5 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＴｅＯ2 、Ｃｅ
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ 3 ＳｉＯ 2 、Ｆｅ3 Ｏ3 、Ｖ2 Ｏ5 を
第１表の量比に秤量した後、ボールミルを用いて２４時
間湿式混合を行った。
本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらに
より限定されるものではない。 （実施例１〜２９、参考例及び比較例１〜３６）第１〜
３表に記載の添加原料を含み、全ての原料が純度９９．
９％以上の高純度酸化物原料であるＰｂＯ、Ｌａ
2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｔａ
2 Ｏ5 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＴｅＯ2 、Ｃｅ
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ 3 ＳｉＯ 2 、Ｆｅ3 Ｏ3 、Ｖ2 Ｏ5 を
第１表の量比に秤量した後、ボールミルを用いて２４時
間湿式混合を行った。
【００２０】次に、混合物を乾燥、成形処理後、９００
℃で２時間仮焼し、その後、乳鉢で粉砕した後、ボール
ミルで再度２４時間湿式粉砕した。得られた粉体をラバ
ープレス法により静水圧成形した後、鉛蒸気雰囲気中で
１２００℃で焼成した。このようにして実施例１〜２
９、比較例１〜３６及び参考例の、６６種類のセラミッ
ク組成物の焼結体を製造した。
℃で２時間仮焼し、その後、乳鉢で粉砕した後、ボール
ミルで再度２４時間湿式粉砕した。得られた粉体をラバ
ープレス法により静水圧成形した後、鉛蒸気雰囲気中で
１２００℃で焼成した。このようにして実施例１〜２
９、比較例１〜３６及び参考例の、６６種類のセラミッ
ク組成物の焼結体を製造した。
【００２１】次いで、得られた焼結体の焼結密度を測定
すると共に、この焼結体を円盤状及び棒状に加工した
後、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷し、５５０℃
で電極焼きつけを行った。分極処理は、温度８０〜１１
０℃のシリコンオイル中で電界強度２〜３ｋｖ／ｍｍ
で、５〜２０分間処理を行い、共振−反共振法により常
温の横モードの電気機械結合係数（ｋ31）及び圧電歪定
数（ｄ31）を測定し、また、周波数１ｋＨｚで誘電率
（ε33Ｔ／ε0 ）及び誘電損失（ｔａｎσ）を測定し
た。さらに、誘電率の温度特性を測定しその極大値よ
り、キューリ温度（Ｔｃ）を求めた。
すると共に、この焼結体を円盤状及び棒状に加工した
後、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷し、５５０℃
で電極焼きつけを行った。分極処理は、温度８０〜１１
０℃のシリコンオイル中で電界強度２〜３ｋｖ／ｍｍ
で、５〜２０分間処理を行い、共振−反共振法により常
温の横モードの電気機械結合係数（ｋ31）及び圧電歪定
数（ｄ31）を測定し、また、周波数１ｋＨｚで誘電率
（ε33Ｔ／ε0 ）及び誘電損失（ｔａｎσ）を測定し
た。さらに、誘電率の温度特性を測定しその極大値よ
り、キューリ温度（Ｔｃ）を求めた。
【００２２】また、得られた焼結体の一部について、３
点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は、径が１６ψ、
厚み０．５ｍｍに成形した素子を１０ｍｍのスパンで常
温測定し、２０ケの素子の測定の平均を取ったものであ
る。実施例１〜２３、参考例及び比較例１〜３２のセラ
ミック組成物（５６種類）について、これらの焼結密度
（ｇ／ｃｍ3 ）、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）、誘電損失
（ｔａｎσ）、電気機械結合係数（ｋ31）、横モードの
圧電歪定数（ｄ31）、キューリ温度（Ｔｃ）を測定した
結果を第１表及び第２表に示した。
点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は、径が１６ψ、
厚み０．５ｍｍに成形した素子を１０ｍｍのスパンで常
温測定し、２０ケの素子の測定の平均を取ったものであ
る。実施例１〜２３、参考例及び比較例１〜３２のセラ
ミック組成物（５６種類）について、これらの焼結密度
（ｇ／ｃｍ3 ）、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）、誘電損失
（ｔａｎσ）、電気機械結合係数（ｋ31）、横モードの
圧電歪定数（ｄ31）、キューリ温度（Ｔｃ）を測定した
結果を第１表及び第２表に示した。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】
【表４】
【００２７】
【表５】
【００２８】
【表６】
【００２９】
【表７】
【００３０】第１表からわかるように、本発明のセラミ
ック組成物は、前記の ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞１５０
℃ であるか、又は、 ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞２５０
℃ であるかのいづれかの条件を満たし、高い圧電歪定数及
び高いキューリ温度を併せ持ち、かつ、比誘電率（ε33
Ｔ／ε0 ）が５０００未満と低く、前述した問題点を克
服するものであって、アクチュエータ用材料として好適
なものであった。
ック組成物は、前記の ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞１５０
℃ であるか、又は、 ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞２５０
℃ であるかのいづれかの条件を満たし、高い圧電歪定数及
び高いキューリ温度を併せ持ち、かつ、比誘電率（ε33
Ｔ／ε0 ）が５０００未満と低く、前述した問題点を克
服するものであって、アクチュエータ用材料として好適
なものであった。
【００３１】なお、Ｌａ量（ｘ）が０．０７を超えるも
の（第２表の比較例９〜１３、２２、２３、２６〜３
０）は、キューリ温度（Ｔｃ）が１５０℃を下回るた
め、圧電アクチュエータ材料として適さない。また、例
示していないが、Ｚｒ量（ｙ）が０．４５より少ないも
の、及び、０．６５を超えるものは、Ｚｒ／Ｔｉ組成比
がペロブスカイト結晶の相境界より大きく外れるため、
横モードの圧電歪定数（ｄ31）が低下するので好ましく
ない。
の（第２表の比較例９〜１３、２２、２３、２６〜３
０）は、キューリ温度（Ｔｃ）が１５０℃を下回るた
め、圧電アクチュエータ材料として適さない。また、例
示していないが、Ｚｒ量（ｙ）が０．４５より少ないも
の、及び、０．６５を超えるものは、Ｚｒ／Ｔｉ組成比
がペロブスカイト結晶の相境界より大きく外れるため、
横モードの圧電歪定数（ｄ31）が低下するので好ましく
ない。
【００３２】また、Ｓｂ，Ｎｂ及びＴａの中の少なくと
も１種の元素の添加量が３重量％を超えるもの（第２表
の比較例４〜８、１８〜２１、２４〜２５）は、ペロブ
スカイト相の外に圧電性のないパイロクロア相を生ずる
ようになるので適さない。一方、第２表の比較例３２に
示したように、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１
種の元素が含まれない場合も本発明の圧電セラミック組
成物のように大きな圧電歪定数（ｄ31）が得られない。
も１種の元素の添加量が３重量％を超えるもの（第２表
の比較例４〜８、１８〜２１、２４〜２５）は、ペロブ
スカイト相の外に圧電性のないパイロクロア相を生ずる
ようになるので適さない。一方、第２表の比較例３２に
示したように、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１
種の元素が含まれない場合も本発明の圧電セラミック組
成物のように大きな圧電歪定数（ｄ31）が得られない。
【００３３】さらに、Ｉｎ、Ｔｅ及びＣｅの中の少なく
も１種の元素の添加量が０．５重量％を超えるもの（第
２表の比較例１〜３）は、これらの元素を含まないもの
（従来の圧電セラミック組成物である第１表の参考例）
よりも横モードの圧電歪定数が小さくなり、これらの元
素の添加の効果が認められない。したがって、Ｉｎ、Ｔ
ｅ及びＣｅの中の少なくも１種の元素の添加量は、０．
５重量％以下とすることが好ましい。
も１種の元素の添加量が０．５重量％を超えるもの（第
２表の比較例１〜３）は、これらの元素を含まないもの
（従来の圧電セラミック組成物である第１表の参考例）
よりも横モードの圧電歪定数が小さくなり、これらの元
素の添加の効果が認められない。したがって、Ｉｎ、Ｔ
ｅ及びＣｅの中の少なくも１種の元素の添加量は、０．
５重量％以下とすることが好ましい。
【００３４】さらにまた、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ及びＦｅの中
の少なくも１種の元素の添加量が、０．２重量％を超え
るもの（第２表の比較例１４〜１７）は、これらの元素
を含まないもの（第２表の比較例３１）より横モードの
圧電歪定数が小さく、これらの元素の添加効果が認めら
れない。したがって、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ及びＦｅの中の少
なくも１種の元素の添加量は、０．２重量％以下とする
のが好ましい。
の少なくも１種の元素の添加量が、０．２重量％を超え
るもの（第２表の比較例１４〜１７）は、これらの元素
を含まないもの（第２表の比較例３１）より横モードの
圧電歪定数が小さく、これらの元素の添加効果が認めら
れない。したがって、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ及びＦｅの中の少
なくも１種の元素の添加量は、０．２重量％以下とする
のが好ましい。
【００３５】なお、第１表の実施例１８〜２３と、その
他の実施例との比較から分かるように、Ｉｎ、Ｔｅ及び
Ｃｅの中の少なくも１種の元素とＡｌ、Ｓｉ、Ｖ及びＦ
ｅの中の少なくも１つの元素との両方を含む圧電セラミ
ック組成物は特に圧電歪定数が高く、その中でも実施例
１８〜２０及び２２の組成を有する圧電セラミック組成
物は、横モードの圧電歪定数（ｄ31）が３５０×１０
-12 ｍ／ｖを超え、かつ、キューリ温度（Ｔｃ）が２０
０℃以上あり、さらに、誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）も５０
００未満と低く、圧電アクチュエータ用材料として非常
に優れたものである。
他の実施例との比較から分かるように、Ｉｎ、Ｔｅ及び
Ｃｅの中の少なくも１種の元素とＡｌ、Ｓｉ、Ｖ及びＦ
ｅの中の少なくも１つの元素との両方を含む圧電セラミ
ック組成物は特に圧電歪定数が高く、その中でも実施例
１８〜２０及び２２の組成を有する圧電セラミック組成
物は、横モードの圧電歪定数（ｄ31）が３５０×１０
-12 ｍ／ｖを超え、かつ、キューリ温度（Ｔｃ）が２０
０℃以上あり、さらに、誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）も５０
００未満と低く、圧電アクチュエータ用材料として非常
に優れたものである。
【００３６】また、第３表には、実施例２４〜２９及び
比較例３３〜３６のセラミック組成物（１０種類）につ
いて、３点曲げ強度（ｋｇ／ｍｍ2 ）の測定結果を誘電
率（ε33Ｔ／ε0 ）、誘電損失（ｔａｎσ）、電気機械
結合係数（ｋ31）、圧電歪定数（ｄ31）及びキューリ温
度（Ｔｃ）と共に示した。なお、第３表には、実施例９
〜１２で得られた圧電セラミック組成物の上記各測定値
も併記した。
比較例３３〜３６のセラミック組成物（１０種類）につ
いて、３点曲げ強度（ｋｇ／ｍｍ2 ）の測定結果を誘電
率（ε33Ｔ／ε0 ）、誘電損失（ｔａｎσ）、電気機械
結合係数（ｋ31）、圧電歪定数（ｄ31）及びキューリ温
度（Ｔｃ）と共に示した。なお、第３表には、実施例９
〜１２で得られた圧電セラミック組成物の上記各測定値
も併記した。
【００３７】
【表８】
【００３８】
【表９】
【００３９】第３表から分かるように、比較例３３〜３
６（従来の圧電セラミック組成物）の３点曲げ強度が１
０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下であるのに対し、本発明の実施例
９〜１２及び実施例２４〜２９の圧電セラミック組成物
は、いずれも曲げ強度が１０ｋｇｆ／ｍｍ2 より大き
く、機械的強度が大きく改善されたことが分かる。
６（従来の圧電セラミック組成物）の３点曲げ強度が１
０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下であるのに対し、本発明の実施例
９〜１２及び実施例２４〜２９の圧電セラミック組成物
は、いずれも曲げ強度が１０ｋｇｆ／ｍｍ2 より大き
く、機械的強度が大きく改善されたことが分かる。
【００４０】さらに、第３表に示すように、本発明の実
施例９〜１２及び実施例２４〜２９の圧電セラミック組
成物は、高い電気機械結合係数、高い圧電歪定数、低い
誘電率並びに高いキューリ温度を併せて持っており、優
れた圧電特性と機械的強度を有するアクチュエータなど
の圧電材料として極めて有用な材料である。
施例９〜１２及び実施例２４〜２９の圧電セラミック組
成物は、高い電気機械結合係数、高い圧電歪定数、低い
誘電率並びに高いキューリ温度を併せて持っており、優
れた圧電特性と機械的強度を有するアクチュエータなど
の圧電材料として極めて有用な材料である。
【００４１】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、高い電気機械結合係数、高い圧電歪定数、低い誘
電率、高いキューリ温度並びに高い機械的強度を併せ持
った圧電セラミック組成物を提供することができ、その
結果、前記圧電セラミック組成物は、種々の圧電材料に
適用することが可能となり、特に圧電歪定数が大きく、
かつ、キューリ温度が高く、しかも機械的強度が大きい
ところから、圧電アクチュエータ等の用途に極めて有用
であり、その産業上の利用価値は大きい。
より、高い電気機械結合係数、高い圧電歪定数、低い誘
電率、高いキューリ温度並びに高い機械的強度を併せ持
った圧電セラミック組成物を提供することができ、その
結果、前記圧電セラミック組成物は、種々の圧電材料に
適用することが可能となり、特に圧電歪定数が大きく、
かつ、キューリ温度が高く、しかも機械的強度が大きい
ところから、圧電アクチュエータ等の用途に極めて有用
であり、その産業上の利用価値は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝倉 栄男 神奈川県小田原市成田1060番地 化成オプ トニクス株式会社内 (72)発明者 市原 高史 神奈川県小田原市成田1060番地 化成オプ トニクス株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 一般式Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔ
ｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （但し、ｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ≦０．０７及び０．
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が３重量％以下
の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＩｎ
2 Ｏ3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその総量が
０．５重量％以下の範囲でＩｎ、Ｔｅ及びＣｅの中の少
なくとも１種の元素を含有させてなる圧電セラミック組
成物。 - 【請求項２】 一般式Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔ
ｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （但し、ｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ≦０．０７及び０．
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量で３重量％以下
含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＡｌ2 Ｏ3 、
ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 に換算してその総量
が０．２重量％以下であるＡｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中
の少なくとも１種の元素を含有させてなる圧電セラミッ
ク組成物。 - 【請求項３】 一般式Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔ
ｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （但し、ｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ≦０．０７及び０．
４５≦ｙ≦０．６５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量で３重量％以下
含有する酸化物固溶体組成物に、それぞれＩｎ2 Ｏ3 、
ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその総量が０．５重量
％以下であるＩｎ、Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種
の元素と、それぞれＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3
及びＶ 2 Ｏ5 に換算してその総量が０．２重量％以下で
あるＡｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の元
素とを含有させてなる圧電セラミック組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7006891A JPH08198673A (ja) | 1994-11-18 | 1995-01-20 | 圧電セラミック組成物 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28519994 | 1994-11-18 | ||
| JP6-285199 | 1994-11-18 | ||
| JP7006891A JPH08198673A (ja) | 1994-11-18 | 1995-01-20 | 圧電セラミック組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08198673A true JPH08198673A (ja) | 1996-08-06 |
Family
ID=26341108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7006891A Pending JPH08198673A (ja) | 1994-11-18 | 1995-01-20 | 圧電セラミック組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08198673A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001083397A1 (en) * | 2000-04-28 | 2001-11-08 | Rockwell Technologies, Llc | High temperature, high strain piezoelectric plzt ceramics doped with tantalum and niobium |
| CN116768603A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-09-19 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 氧化铟钛钽铈靶材及其制备方法和镀膜玻璃片 |
-
1995
- 1995-01-20 JP JP7006891A patent/JPH08198673A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001083397A1 (en) * | 2000-04-28 | 2001-11-08 | Rockwell Technologies, Llc | High temperature, high strain piezoelectric plzt ceramics doped with tantalum and niobium |
| CN116768603A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-09-19 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 氧化铟钛钽铈靶材及其制备方法和镀膜玻璃片 |
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