JPH11180766A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH11180766A JPH11180766A JP9349115A JP34911597A JPH11180766A JP H11180766 A JPH11180766 A JP H11180766A JP 9349115 A JP9349115 A JP 9349115A JP 34911597 A JP34911597 A JP 34911597A JP H11180766 A JPH11180766 A JP H11180766A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】鉛を含有せず、常温において３００ｐＣ／Ｎ以
上の圧電歪み定数ｄ33を有するとともに、かつ、−３０
〜０℃において高い圧電歪み定数ｄ33を有し、さらに−
３０℃〜８５℃の温度環境下における歪み量の温度依存
性が小さい圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉ、Ｚ
ｒおよびＳｎを含有し、これらの金属元素の原子比によ
る組成式を、Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓｎa）y 〕
Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙおよびａが、０．９６≦ｘ
≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１０、０．０５≦ａ≦
０．７５を満足する主成分と、該主成分１００重量部に
対してＣｕをＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有
してなるものである。
上の圧電歪み定数ｄ33を有するとともに、かつ、−３０
〜０℃において高い圧電歪み定数ｄ33を有し、さらに−
３０℃〜８５℃の温度環境下における歪み量の温度依存
性が小さい圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉ、Ｚ
ｒおよびＳｎを含有し、これらの金属元素の原子比によ
る組成式を、Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓｎa）y 〕
Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙおよびａが、０．９６≦ｘ
≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１０、０．０５≦ａ≦
０．７５を満足する主成分と、該主成分１００重量部に
対してＣｕをＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有
してなるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電磁器組成物に関
し、特に精密工作機械における位置決め、光学装置の光
路長制御、流量制御用バルブ、超音波モータ、あるいは
自動車のブレーキ装置等のアクチュエータ用として最適
な圧電磁器組成物に関する。
し、特に精密工作機械における位置決め、光学装置の光
路長制御、流量制御用バルブ、超音波モータ、あるいは
自動車のブレーキ装置等のアクチュエータ用として最適
な圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】圧電材料を利用したアクチュエータは、圧
電現象を介して発生する歪みおよび力を機械的駆動源と
して用いるものであり、精密工作機械における位置決
め、光学装置の光路長制御、流量制御用バルブ、超音波
モータ、あるいは自動車のブレーキ装置等への応用が展
開されている。
電現象を介して発生する歪みおよび力を機械的駆動源と
して用いるものであり、精密工作機械における位置決
め、光学装置の光路長制御、流量制御用バルブ、超音波
モータ、あるいは自動車のブレーキ装置等への応用が展
開されている。
【０００３】従来、アクチュエータに用いる圧電材料と
しては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が最も幅広く
利用されているが、最近、鉛系廃棄物が酸性雨等に当た
ると鉛が溶出し、環境に悪影響を与えることが問題とな
っていることから、自重の約６０％の割合で鉛を含有す
るＰＺＴの代替として利用できる鉛を含まない圧電材料
が望まれている。
しては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が最も幅広く
利用されているが、最近、鉛系廃棄物が酸性雨等に当た
ると鉛が溶出し、環境に悪影響を与えることが問題とな
っていることから、自重の約６０％の割合で鉛を含有す
るＰＺＴの代替として利用できる鉛を含まない圧電材料
が望まれている。
【０００４】鉛を含有しないアクチュエータ用の圧電材
料として、ＢａＴｉＯ3 系磁器組成物の利用が考えられ
る。例えば、特開平２−１５９０７９号公報では、Ｂａ
ＴｉＯ3 のＢａをＳｒで一部置換し、強誘電相（正方
晶）と常誘電相（立方晶）との相転移点をＢａＴｉＯ3
自身の約１２０℃から使用温度（−３０℃〜＋７０℃）
付近にまで低下させ、実際の使用温度において大きな歪
み量を示すアクチュエータ用の圧電材料を得ている。
料として、ＢａＴｉＯ3 系磁器組成物の利用が考えられ
る。例えば、特開平２−１５９０７９号公報では、Ｂａ
ＴｉＯ3 のＢａをＳｒで一部置換し、強誘電相（正方
晶）と常誘電相（立方晶）との相転移点をＢａＴｉＯ3
自身の約１２０℃から使用温度（−３０℃〜＋７０℃）
付近にまで低下させ、実際の使用温度において大きな歪
み量を示すアクチュエータ用の圧電材料を得ている。
【０００５】圧電材料に電界を印加するとその結晶構造
が変化するが、その結晶相の相転移点において極大の歪
み変化を与える。上記公報はこれを利用したものであ
る。結晶相の相転移が起こる温度は材料組成により異な
ることから、組成を適切に選択することによって目的と
する使用温度の領域内に相転移点を移動することが可能
であり、これを利用することによって大きな歪み量を示
す圧電材料を得ることができる。
が変化するが、その結晶相の相転移点において極大の歪
み変化を与える。上記公報はこれを利用したものであ
る。結晶相の相転移が起こる温度は材料組成により異な
ることから、組成を適切に選択することによって目的と
する使用温度の領域内に相転移点を移動することが可能
であり、これを利用することによって大きな歪み量を示
す圧電材料を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平２−１５９０７９号公報に開示された圧電磁器組成
物では、大きな歪み量を付与するために、強誘電相（正
方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点（キュリー点）
を大きく低下させるので、圧電性を示す温度領域が狭く
なってしまうという問題があった。即ち、例えば、この
相転移点を５０℃程度まで低下させた場合にはそれ以上
の温度では圧電性を示さないことから、使用できないと
いう問題があった。
開平２−１５９０７９号公報に開示された圧電磁器組成
物では、大きな歪み量を付与するために、強誘電相（正
方晶）と常誘電相（立方晶）の相転移点（キュリー点）
を大きく低下させるので、圧電性を示す温度領域が狭く
なってしまうという問題があった。即ち、例えば、この
相転移点を５０℃程度まで低下させた場合にはそれ以上
の温度では圧電性を示さないことから、使用できないと
いう問題があった。
【０００７】このようなＢａＴｉＯ3 の相転移点を移動
させる手段として、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置
換することが考えられる。この方法によるとキュリー点
を大きく低下させることなく、ＢａＴｉＯ3 の−７０℃
付近の強誘電相（菱面体晶）と常誘電相（斜方晶）の相
転移点、および、５℃付近の強誘電相（斜方晶）と強誘
電相（正方晶）の相転移点を常温付近まで移動させるこ
とができる。これらの相転移点を使用温度の領域内に移
動させることによって、この温度領域において大きな歪
み量を与えるＢａＴｉＯ3 系磁器を得ることが可能とな
る。しかしながら、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置
換した組成物では、ＢａＴｉＯ3 と比較して大きな歪み
量が得られるが、特に０℃以下の温度領域における歪み
量の低下が顕著であるので、−３０℃〜８５℃の使用温
度の領域全般に渡って大きな歪み量を得ることができな
いという問題があった。
させる手段として、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置
換することが考えられる。この方法によるとキュリー点
を大きく低下させることなく、ＢａＴｉＯ3 の−７０℃
付近の強誘電相（菱面体晶）と常誘電相（斜方晶）の相
転移点、および、５℃付近の強誘電相（斜方晶）と強誘
電相（正方晶）の相転移点を常温付近まで移動させるこ
とができる。これらの相転移点を使用温度の領域内に移
動させることによって、この温度領域において大きな歪
み量を与えるＢａＴｉＯ3 系磁器を得ることが可能とな
る。しかしながら、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒで一部置
換した組成物では、ＢａＴｉＯ3 と比較して大きな歪み
量が得られるが、特に０℃以下の温度領域における歪み
量の低下が顕著であるので、−３０℃〜８５℃の使用温
度の領域全般に渡って大きな歪み量を得ることができな
いという問題があった。
【０００８】また、アクチュエータの実際の用途におい
ては、低電圧で駆動が可能であるという点から、圧電素
子自身の圧電歪み定数は大きい程良く、また、広範囲な
温度環境下で安定した歪み量が得られるという点から、
歪み量の温度依存性が小さいことが望まれている。例え
ば、積層タイプのアクチュエータに関しては、縦方向の
圧電歪み定数ｄ33は常温において３００ｐＣ／Ｎ以上で
あることが要求されている。また、実際の使用温度（−
３０℃〜８５℃）の領域全般において歪み量の温度依存
性が小さいことが同時に望まれている。本発明は、環境
に悪影響を与える鉛を含有せず、常温において３００ｐ
Ｃ／Ｎ以上の圧電歪み定数ｄ33を有するとともに、か
つ、−３０〜０℃において高い圧電歪み定数ｄ33を有
し、さらに−３０℃〜８５℃の温度下における歪み量の
温度依存性が小さい圧電磁器組成物を得ることを目的と
する。
ては、低電圧で駆動が可能であるという点から、圧電素
子自身の圧電歪み定数は大きい程良く、また、広範囲な
温度環境下で安定した歪み量が得られるという点から、
歪み量の温度依存性が小さいことが望まれている。例え
ば、積層タイプのアクチュエータに関しては、縦方向の
圧電歪み定数ｄ33は常温において３００ｐＣ／Ｎ以上で
あることが要求されている。また、実際の使用温度（−
３０℃〜８５℃）の領域全般において歪み量の温度依存
性が小さいことが同時に望まれている。本発明は、環境
に悪影響を与える鉛を含有せず、常温において３００ｐ
Ｃ／Ｎ以上の圧電歪み定数ｄ33を有するとともに、か
つ、−３０〜０℃において高い圧電歪み定数ｄ33を有
し、さらに−３０℃〜８５℃の温度下における歪み量の
温度依存性が小さい圧電磁器組成物を得ることを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
に鑑み鋭意研究の結果、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒおよ
びＳｎで一部置換した組成物に対し、ＣｕＯを０．０５
〜２．０重量部含有させることにより、−３０℃〜８５
℃における圧電歪み定数ｄ33を大きくすることができる
と同時に、歪み量の温度依存性を小さくできることを見
い出し、本発明に至った。
に鑑み鋭意研究の結果、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒおよ
びＳｎで一部置換した組成物に対し、ＣｕＯを０．０５
〜２．０重量部含有させることにより、−３０℃〜８５
℃における圧電歪み定数ｄ33を大きくすることができる
と同時に、歪み量の温度依存性を小さくできることを見
い出し、本発明に至った。
【００１０】即ち、本発明の圧電磁器組成物は、金属元
素として少なくともＢａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｎを含有
し、これらの金属元素の原子比による組成式を、Ｂａx
〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓｎa ）y 〕Ｏ3 と表した時、前
記ｘ、ｙおよびａが、０．９６≦ｘ≦１．０４、０．０
１≦ｙ≦０．１０、０．０５≦ａ≦０．７５を満足する
主成分と、該主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯ
換算で０．０５〜２．０重量部含有してなるものであ
る。
素として少なくともＢａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｎを含有
し、これらの金属元素の原子比による組成式を、Ｂａx
〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓｎa ）y 〕Ｏ3 と表した時、前
記ｘ、ｙおよびａが、０．９６≦ｘ≦１．０４、０．０
１≦ｙ≦０．１０、０．０５≦ａ≦０．７５を満足する
主成分と、該主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯ
換算で０．０５〜２．０重量部含有してなるものであ
る。
【００１１】
【作用】本発明の圧電磁器組成物では、ＢａＴｉＯ3 の
ＴｉをＺｒおよびＳｎで一部置換することにより、Ｂａ
ＴｉＯ3 の強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の
相転移点（キュリー点１２０℃）を大きく低下させるこ
となく、−７０℃付近の強誘電相（菱面体晶）と常誘電
相（斜方晶）の相転移点、および、５℃付近の強誘電相
（斜方晶）と強誘電相（正方晶）の相転移点を−３０℃
〜８５℃の使用温度の領域内に移動させることができ
る。これによって−３０℃〜８５℃の使用温度領域内に
おける圧電歪み定数（ｄ33）を向上させることができ
る。
ＴｉをＺｒおよびＳｎで一部置換することにより、Ｂａ
ＴｉＯ3 の強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の
相転移点（キュリー点１２０℃）を大きく低下させるこ
となく、−７０℃付近の強誘電相（菱面体晶）と常誘電
相（斜方晶）の相転移点、および、５℃付近の強誘電相
（斜方晶）と強誘電相（正方晶）の相転移点を−３０℃
〜８５℃の使用温度の領域内に移動させることができ
る。これによって−３０℃〜８５℃の使用温度領域内に
おける圧電歪み定数（ｄ33）を向上させることができ
る。
【００１２】また、ＺｒおよびＳｎを同時に固溶させる
ことにより、上記使用温度の領域、特に−３０℃〜０℃
の低温における圧電歪み定数（ｄ33）を向上させること
が可能となる。
ことにより、上記使用温度の領域、特に−３０℃〜０℃
の低温における圧電歪み定数（ｄ33）を向上させること
が可能となる。
【００１３】さらに、主成分１００重量部に対してＣｕ
をＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有することに
よって、磁器の圧電特性がさらに向上し、大きな歪み量
が要求されるアクチュエータ用圧電材料として好適なＢ
ａＴｉＯ3 系磁器組成物を得ることができる。
をＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有することに
よって、磁器の圧電特性がさらに向上し、大きな歪み量
が要求されるアクチュエータ用圧電材料として好適なＢ
ａＴｉＯ3 系磁器組成物を得ることができる。
【００１４】また、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒ、Ｓｎで
一部置換した組成物は、ＢａＴｉＯ3 と比較して高い焼
成温度を要するため、緻密化し難く、大気中で焼成する
場合には還元反応による圧電特性の劣化が生じ、大きな
歪み量を示す磁器を安定して製造することが困難であっ
たが、ＣｕをＣｕＯ換算で所定量含有せしめることによ
り、ＢａＴｉＯ3 とほぼ同等あるいはそれ以下の低温で
焼成でき、大気中で焼成した場合でも還元反応が起こり
にくく、圧電特性の劣化を抑制でき、磁器特性のバラツ
キを小さく抑え、磁器を安定して製造することが可能と
なる。
一部置換した組成物は、ＢａＴｉＯ3 と比較して高い焼
成温度を要するため、緻密化し難く、大気中で焼成する
場合には還元反応による圧電特性の劣化が生じ、大きな
歪み量を示す磁器を安定して製造することが困難であっ
たが、ＣｕをＣｕＯ換算で所定量含有せしめることによ
り、ＢａＴｉＯ3 とほぼ同等あるいはそれ以下の低温で
焼成でき、大気中で焼成した場合でも還元反応が起こり
にくく、圧電特性の劣化を抑制でき、磁器特性のバラツ
キを小さく抑え、磁器を安定して製造することが可能と
なる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器組成物は、原子
比による組成式を、Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓ
ｎa ）y 〕Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙおよびａが０．９６
≦ｘ≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１０、０．０５≦
ａ≦０．７５を満足する主成分と、該主成分１００重量
部に対してＣｕをＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部
含有してなるものである。
比による組成式を、Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓ
ｎa ）y 〕Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙおよびａが０．９６
≦ｘ≦１．０４、０．０１≦ｙ≦０．１０、０．０５≦
ａ≦０．７５を満足する主成分と、該主成分１００重量
部に対してＣｕをＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部
含有してなるものである。
【００１６】ＢａＴｉＯ3 のＴｉの一部をＺｒおよびＳ
ｎで置換したのは、−３０℃〜８５℃における圧電歪み
定数（ｄ33）を向上を図るためである。特に、−３０℃
〜０℃の低温側における圧電歪み定数（ｄ33）を大きく
向上できる。この場合において、Ｓｎ置換量ａが０．０
５よりも少ない場合にはその効果が小さく、０．７５よ
りも大きい場合においてもその効果が小さくなる。した
がって、Ｓｎ置換量ａは０．０５〜０．７５の範囲であ
る。特に、−３０℃〜０℃の低温側における圧電歪み定
数（ｄ33）を大きくできるという点から、Ｓｎ置換量ａ
は０．１〜０．４０の範囲が望ましい。
ｎで置換したのは、−３０℃〜８５℃における圧電歪み
定数（ｄ33）を向上を図るためである。特に、−３０℃
〜０℃の低温側における圧電歪み定数（ｄ33）を大きく
向上できる。この場合において、Ｓｎ置換量ａが０．０
５よりも少ない場合にはその効果が小さく、０．７５よ
りも大きい場合においてもその効果が小さくなる。した
がって、Ｓｎ置換量ａは０．０５〜０．７５の範囲であ
る。特に、−３０℃〜０℃の低温側における圧電歪み定
数（ｄ33）を大きくできるという点から、Ｓｎ置換量ａ
は０．１〜０．４０の範囲が望ましい。
【００１７】ＺｒおよびＳｎ置換量ｙを０．１０より多
くすると強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の相
転移点（キュリー温度）がＢａＴｉＯ3 の約１２０℃か
ら９０℃以下となり、使用温度の上限である８５℃にお
いて圧電性が顕著に低下する。一方ＺｒおよびＳｎ量ｙ
が０．０１よりも小さい場合、ＢａＴｉＯ3 自身と比較
し、その圧電特性において顕著な差異が認められない。
したがって、ＺｒおよびＳｎの置換量ｙは０．０１〜
０．１０であり、特に、キュリー温度が高く耐熱性に優
れるという点から０．０１〜０．０７であることが望ま
しい。
くすると強誘電相（正方晶）と常誘電相（立方晶）の相
転移点（キュリー温度）がＢａＴｉＯ3 の約１２０℃か
ら９０℃以下となり、使用温度の上限である８５℃にお
いて圧電性が顕著に低下する。一方ＺｒおよびＳｎ量ｙ
が０．０１よりも小さい場合、ＢａＴｉＯ3 自身と比較
し、その圧電特性において顕著な差異が認められない。
したがって、ＺｒおよびＳｎの置換量ｙは０．０１〜
０．１０であり、特に、キュリー温度が高く耐熱性に優
れるという点から０．０１〜０．０７であることが望ま
しい。
【００１８】また、組成式：Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ
1-a Ｓｎa ）y 〕Ｏ3 において、ペロブスカイト型組成
物のＡサイトとＢサイトの比（Ａ／Ｂ）を示すｘを０．
９６〜１．０４としたのは、ｘが１．０４よりも大きな
場合には焼結性が悪化し、磁器中に異相が顕著に出現
し、圧電特性が低下するからである。またｘが０．９６
よりも小さい場合には還元反応が起こりやすく、磁器の
圧電特性が低下するからである。ｘは、特に圧電特性に
優れるという点から０．９８〜１．０２が望ましい。
1-a Ｓｎa ）y 〕Ｏ3 において、ペロブスカイト型組成
物のＡサイトとＢサイトの比（Ａ／Ｂ）を示すｘを０．
９６〜１．０４としたのは、ｘが１．０４よりも大きな
場合には焼結性が悪化し、磁器中に異相が顕著に出現
し、圧電特性が低下するからである。またｘが０．９６
よりも小さい場合には還元反応が起こりやすく、磁器の
圧電特性が低下するからである。ｘは、特に圧電特性に
優れるという点から０．９８〜１．０２が望ましい。
【００１９】本発明では、Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a
Ｓｎa ）y 〕Ｏ3 （但し、ｘが０．９６〜１．０４、ｙ
が０．０１〜０．１０、ａが０．０５〜０．７５）なる
主成分１００重量部に対し、ＣｕをＣｕＯ換算で０．０
５〜２．０重量部含有するが、これはＣｕＯを所定量含
有することによって、圧電性が向上し、焼成温度が低下
するからである。ただし、ＣｕがＣｕＯ換算で０．０５
重量部よりも少ない場合添加効果が殆どなく、圧電歪み
定数（ｄ33）の向上が認められず、一方２．０重量部よ
りも多い場合には、圧電特性が劣化するからである。Ｃ
ｕは、圧電特性を向上させるという観点から、主成分１
００重量部に対してＣｕＯ換算で０．１〜１．０重量部
添加することが望ましい。
Ｓｎa ）y 〕Ｏ3 （但し、ｘが０．９６〜１．０４、ｙ
が０．０１〜０．１０、ａが０．０５〜０．７５）なる
主成分１００重量部に対し、ＣｕをＣｕＯ換算で０．０
５〜２．０重量部含有するが、これはＣｕＯを所定量含
有することによって、圧電性が向上し、焼成温度が低下
するからである。ただし、ＣｕがＣｕＯ換算で０．０５
重量部よりも少ない場合添加効果が殆どなく、圧電歪み
定数（ｄ33）の向上が認められず、一方２．０重量部よ
りも多い場合には、圧電特性が劣化するからである。Ｃ
ｕは、圧電特性を向上させるという観点から、主成分１
００重量部に対してＣｕＯ換算で０．１〜１．０重量部
添加することが望ましい。
【００２０】本発明の圧電磁器組成物では、特に、原子
比による組成式を、Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓ
ｎa ）y 〕Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙおよびａが、０．９
８≦ｘ≦１．０２、０．０１≦ｙ≦０．０７、０．１≦
ａ≦０．４を満足する主成分と、該主成分１００重量部
に対してＣｕをＣｕＯ換算で０．１〜１．０重量部含有
してなることが望ましい。
比による組成式を、Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓ
ｎa ）y 〕Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙおよびａが、０．９
８≦ｘ≦１．０２、０．０１≦ｙ≦０．０７、０．１≦
ａ≦０．４を満足する主成分と、該主成分１００重量部
に対してＣｕをＣｕＯ換算で０．１〜１．０重量部含有
してなることが望ましい。
【００２１】本発明の圧電磁器組成物では、Ｓｉ、Ｎ
ｂ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｃａ、Ａｌ、Ｎａ等の不可避不純物が
混入する場合があり、また、プレス成形の金型等から、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属元素が混入する
場合もある。さらに、温度特性や耐熱性を向上するため
に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ等を添加しても良い。
ｂ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｃａ、Ａｌ、Ｎａ等の不可避不純物が
混入する場合があり、また、プレス成形の金型等から、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属元素が混入する
場合もある。さらに、温度特性や耐熱性を向上するため
に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ等を添加しても良い。
【００２２】本発明の圧電磁器組成物では、Ｂａx 〔Ｔ
ｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓｎa ）y 〕Ｏ3で表されるペロブス
カイト型結晶相にＣｕの大部分が固溶してなる結晶相を
主結晶相とする。また、本発明の圧電磁器組成物の平均
結晶粒径は、圧電特性に優れるという理由から２．５μ
ｍ以上であることが望ましい。
ｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓｎa ）y 〕Ｏ3で表されるペロブス
カイト型結晶相にＣｕの大部分が固溶してなる結晶相を
主結晶相とする。また、本発明の圧電磁器組成物の平均
結晶粒径は、圧電特性に優れるという理由から２．５μ
ｍ以上であることが望ましい。
【００２３】本発明の圧電磁器組成物は、例えば、次の
ようにして製造することができる。先ず、ＢａＣＯ3 、
ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＳｎＯ2 およびＣｕＯの各粉末を
所定の割合で混合し、８００〜１１５０℃で１〜５時間
仮焼した後、粉砕することにより所望の組成の圧電材料
の粉末を得る。この粉末に有機バインダーを混合し、金
型プレス、静水圧プレス等により所望の形状に成形した
後、大気中等の酸化性雰囲気において１１５０〜１２８
０℃で１〜３時間焼成することにより磁器を得る。これ
を必要に応じて所望の厚さに加工して使用する。
ようにして製造することができる。先ず、ＢａＣＯ3 、
ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＳｎＯ2 およびＣｕＯの各粉末を
所定の割合で混合し、８００〜１１５０℃で１〜５時間
仮焼した後、粉砕することにより所望の組成の圧電材料
の粉末を得る。この粉末に有機バインダーを混合し、金
型プレス、静水圧プレス等により所望の形状に成形した
後、大気中等の酸化性雰囲気において１１５０〜１２８
０℃で１〜３時間焼成することにより磁器を得る。これ
を必要に応じて所望の厚さに加工して使用する。
【００２４】尚、ＣｕＯは調合時だけでなく、仮焼後・
粉砕前に添加しても同様な結果が得られるが、この場合
は１重量部以下のＣｕＯを添加することが望ましい。こ
れよりも多いと磁器中に顕著に異相が生じ易く、これに
より圧電特性が低下するからである。
粉砕前に添加しても同様な結果が得られるが、この場合
は１重量部以下のＣｕＯを添加することが望ましい。こ
れよりも多いと磁器中に顕著に異相が生じ易く、これに
より圧電特性が低下するからである。
【００２５】また、ＣｕはＣｕＯ換算で所定量含有する
ものであるが、ＣｕＯ粉末のみならず、Ｃｕ粉末、その
他のＣｕを含む化合物粉末であっても良い。
ものであるが、ＣｕＯ粉末のみならず、Ｃｕ粉末、その
他のＣｕを含む化合物粉末であっても良い。
【００２６】さらに、ＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ2 、ＳｎＯ2 およびＣｕＯ粉末は、それぞれの金属元
素を含有する酸化物、炭酸塩、酢酸塩等の無機化合物、
もしくは有機金属等の有機化合物のいずれであっても、
焼成により酸化物となるものであれば良い。
Ｏ2 、ＳｎＯ2 およびＣｕＯ粉末は、それぞれの金属元
素を含有する酸化物、炭酸塩、酢酸塩等の無機化合物、
もしくは有機金属等の有機化合物のいずれであっても、
焼成により酸化物となるものであれば良い。
【００２７】
【実施例】出発原料として、ＢａＣＯ3 、ＴｉＯ2 、Ｚ
ｒＯ2 、ＳｎＯ2 粉末を用いて、焼結体組成が、原子比
による組成式：Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓ
ｎa ）y 〕Ｏ3 におけるｘ、ｙおよびａが表１、２に示
す値となるように秤量し、この主成分１００重量部に対
して表１、２に示す値となるようにＣｕＯ粉末を添加し
た。この混合物をＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで
１２時間湿式混合した。
ｒＯ2 、ＳｎＯ2 粉末を用いて、焼結体組成が、原子比
による組成式：Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓ
ｎa ）y 〕Ｏ3 におけるｘ、ｙおよびａが表１、２に示
す値となるように秤量し、この主成分１００重量部に対
して表１、２に示す値となるようにＣｕＯ粉末を添加し
た。この混合物をＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルで
１２時間湿式混合した。
【００２８】次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、
大気中１１００℃で３時間仮焼し、該仮焼物を再び上記
ボールミルで粉砕した。その後、この粉砕物にバインダ
ー（ＰＶＡ）を混合して造粒した。得られた粉末を１．
５ｔ／ｃｍ2 の圧力で直径５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの寸法
からなる円柱にプレス成形した。これらの成形体をＭｇ
Ｏからなる板に並べ、大気中１１５０〜１４５０℃で２
時間焼成した。
大気中１１００℃で３時間仮焼し、該仮焼物を再び上記
ボールミルで粉砕した。その後、この粉砕物にバインダ
ー（ＰＶＡ）を混合して造粒した。得られた粉末を１．
５ｔ／ｃｍ2 の圧力で直径５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの寸法
からなる円柱にプレス成形した。これらの成形体をＭｇ
Ｏからなる板に並べ、大気中１１５０〜１４５０℃で２
時間焼成した。
【００２９】得られた圧電磁器に銀電極を焼き付け、８
０℃のシリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印
加して分極処理した。そして共振法により常温（２５
℃）での圧電歪み定数（ｄ33）を求めた。
０℃のシリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印
加して分極処理した。そして共振法により常温（２５
℃）での圧電歪み定数（ｄ33）を求めた。
【００３０】また、上記圧電磁器の比誘電率を温度の関
数としてプロットすることにより強誘電相（正方晶）と
常誘電相（立方晶）の相転移点の温度（キュリー温度）
を求めた。これらの結果を表１、２に記載した。
数としてプロットすることにより強誘電相（正方晶）と
常誘電相（立方晶）の相転移点の温度（キュリー温度）
を求めた。これらの結果を表１、２に記載した。
【００３１】また、表２の試料Ｎo.２５〜３２につい
て、共振法により−３０℃、８５℃での圧電歪み定数
（ｄ33）を求め、常温（２５℃）での圧電歪み定数（ｄ
33）と合わせて記載した。
て、共振法により−３０℃、８５℃での圧電歪み定数
（ｄ33）を求め、常温（２５℃）での圧電歪み定数（ｄ
33）と合わせて記載した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】これらの表１、２から、上記組成式中のｘ
が０．９５の場合や１．０５の場合には圧電歪み定数
（ｄ33）が３００ｐＣ／Ｎよりも低下することがわか
る。また、ｙが０の場合には圧電歪み定数（ｄ33）が３
００ｐＣ／Ｎよりも低下し、０．１２の場合にはキュリ
ー温度が８２℃に低下し、８５℃での使用温度では脱分
極を起こし、使用できないことがわかる。
が０．９５の場合や１．０５の場合には圧電歪み定数
（ｄ33）が３００ｐＣ／Ｎよりも低下することがわか
る。また、ｙが０の場合には圧電歪み定数（ｄ33）が３
００ｐＣ／Ｎよりも低下し、０．１２の場合にはキュリ
ー温度が８２℃に低下し、８５℃での使用温度では脱分
極を起こし、使用できないことがわかる。
【００３５】さらに、ａが０、０．０２や０．８０の場
合には、表２に示すように、−３０℃での圧電歪み定数
（ｄ33）が２００ｐＣ／Ｎよりも低下し、−３０〜０℃
において圧電歪み定数ｄ33が低く、−３０℃〜８５℃の
温度環境下における歪み量の温度依存性が大きいことが
わかる。
合には、表２に示すように、−３０℃での圧電歪み定数
（ｄ33）が２００ｐＣ／Ｎよりも低下し、−３０〜０℃
において圧電歪み定数ｄ33が低く、−３０℃〜８５℃の
温度環境下における歪み量の温度依存性が大きいことが
わかる。
【００３６】また、主成分１００重量部に対してＣｕＯ
が０．０５重量部よりも少ない場合は、圧電歪み定数
（ｄ33）の顕著な向上が認められず、３００ｐＣ／Ｎよ
りも低い値となっている。また、２．０重量部よりも多
い場合にも、圧電歪み定数ｄ33が３００ｐＣ／Ｎよりも
低下することがわかる。
が０．０５重量部よりも少ない場合は、圧電歪み定数
（ｄ33）の顕著な向上が認められず、３００ｐＣ／Ｎよ
りも低い値となっている。また、２．０重量部よりも多
い場合にも、圧電歪み定数ｄ33が３００ｐＣ／Ｎよりも
低下することがわかる。
【００３７】これに対して、本発明の試料では、常温に
おいて３００ｐＣ／Ｎ以上の圧電歪み定数ｄ33を有する
とともに、かつ、−３０℃において２００ｐＣ／Ｎより
高い圧電歪み定数ｄ33を有し、−３０℃〜８５℃の温度
環境下における歪み量の温度依存性が小さいことがわか
る。また、図１に示すように、ＣｕＯの添加量が増加す
る程、焼成温度（理論密度の９５％になる温度を焼成温
度とする）が低下し、低温焼成が可能となることがわか
る。
おいて３００ｐＣ／Ｎ以上の圧電歪み定数ｄ33を有する
とともに、かつ、−３０℃において２００ｐＣ／Ｎより
高い圧電歪み定数ｄ33を有し、−３０℃〜８５℃の温度
環境下における歪み量の温度依存性が小さいことがわか
る。また、図１に示すように、ＣｕＯの添加量が増加す
る程、焼成温度（理論密度の９５％になる温度を焼成温
度とする）が低下し、低温焼成が可能となることがわか
る。
【００３８】また、ＺｒおよびＳｎ量ｙが０．０１〜
０．１０の範囲にある試料９〜１２では、何れの試料も
９０℃を越えるキュリー温度を示し、３００ｐＣ／Ｎ以
上の圧電歪み定数（ｄ33）を有しているのがわかる。
０．１０の範囲にある試料９〜１２では、何れの試料も
９０℃を越えるキュリー温度を示し、３００ｐＣ／Ｎ以
上の圧電歪み定数（ｄ33）を有しているのがわかる。
【００３９】ＣｕＯ添加量と圧電歪み定数（ｄ33）との
関係を図２に示した。ＣｕＯ添加量が０．０５〜２．０
重量部の場合、常温（２５℃）の圧電歪み定数（ｄ33）
が３００ｐＣ／Ｎ以上であることがわかる。ＣｕＯ添加
量が０．０５重量部よりも少ない場合、圧電歪み定数
（ｄ33）が向上する効果が小さく、一方、２．０重量部
よりも多い場合には、圧電歪み定数（ｄ33）が低下する
のがわかる。
関係を図２に示した。ＣｕＯ添加量が０．０５〜２．０
重量部の場合、常温（２５℃）の圧電歪み定数（ｄ33）
が３００ｐＣ／Ｎ以上であることがわかる。ＣｕＯ添加
量が０．０５重量部よりも少ない場合、圧電歪み定数
（ｄ33）が向上する効果が小さく、一方、２．０重量部
よりも多い場合には、圧電歪み定数（ｄ33）が低下する
のがわかる。
【００４０】さらに、基本組成：Ｂａ〔Ｔｉ0.95（Ｚｒ
0.8 Ｓｎ0.2 ）0.05〕Ｏ3 １００重量部に対し０．２重
量部のＣｕＯを添加した本発明の試料Ｎo.２９、Ｂａ
（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ3 １００重量部に対して０．２
重量部のＣｕＯを添加した比較例の試料Ｎo.２５、およ
びＢａ（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ3 からなる比較例の試料
Ｎo.２４の圧電歪み定数（ｄ33）と温度との関係を図３
示す。
0.8 Ｓｎ0.2 ）0.05〕Ｏ3 １００重量部に対し０．２重
量部のＣｕＯを添加した本発明の試料Ｎo.２９、Ｂａ
（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ3 １００重量部に対して０．２
重量部のＣｕＯを添加した比較例の試料Ｎo.２５、およ
びＢａ（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ3 からなる比較例の試料
Ｎo.２４の圧電歪み定数（ｄ33）と温度との関係を図３
示す。
【００４１】この図３より、本発明の試料Ｎo.２９は、
ＣｕＯを添加しないＮo.２４と比較し、使用温度（−３
０〜８５℃）における圧電歪定数（ｄ33）が著しく向上
していることが判る。しかも、試料Ｎo.２９ではＺｒの
一部をＳｎで置換しているので、Ｓｎを含有しない試料
Ｎo.２５と比較し、低温側（−３０〜０℃）における圧
電歪定数（ｄ33）の低下が小さく、−３０〜８５℃の領
域全体における圧電歪定数（ｄ33）の温度依存性が小さ
くなっていることが判る。
ＣｕＯを添加しないＮo.２４と比較し、使用温度（−３
０〜８５℃）における圧電歪定数（ｄ33）が著しく向上
していることが判る。しかも、試料Ｎo.２９ではＺｒの
一部をＳｎで置換しているので、Ｓｎを含有しない試料
Ｎo.２５と比較し、低温側（−３０〜０℃）における圧
電歪定数（ｄ33）の低下が小さく、−３０〜８５℃の領
域全体における圧電歪定数（ｄ33）の温度依存性が小さ
くなっていることが判る。
【００４２】尚、試料Ｎo.２４および２５の圧電歪定数
（ｄ33）において、０℃および５０℃の付近に極大が認
められるが、これはＴｉの一部をＺｒおよびＳｎで置換
することにより、ＢａＴｉＯ3 の約−７０℃に観測され
る強誘電相（菱面体晶）と強誘電相（斜方晶）の相転移
点と、約５℃に観測される強誘電相（斜方晶）と強誘電
相（正方晶）の相転移点が、それぞれ使用温度内の０℃
と５０℃に移動し、これらの相転移点において歪み量が
極大を示すためである。
（ｄ33）において、０℃および５０℃の付近に極大が認
められるが、これはＴｉの一部をＺｒおよびＳｎで置換
することにより、ＢａＴｉＯ3 の約−７０℃に観測され
る強誘電相（菱面体晶）と強誘電相（斜方晶）の相転移
点と、約５℃に観測される強誘電相（斜方晶）と強誘電
相（正方晶）の相転移点が、それぞれ使用温度内の０℃
と５０℃に移動し、これらの相転移点において歪み量が
極大を示すためである。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明の圧電磁器組成物
では、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒおよびＳｎで一部置換
することによって、−７０℃付近の強誘電相（菱面体
晶）と常誘電相（斜方晶）の相転移点、および５℃付近
の強誘電相（斜方晶）と強誘電相（正方晶）の相転移点
を使用温度内に移動させ、使用温度（−３０℃〜８５
℃）の領域、特に−３０℃〜０℃の低温側における圧電
歪み定数（ｄ33）を大きくできる。これにより、使用温
度の領域全般における歪み量の温度依存性を小さくでき
る。また、主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯ換
算で０．０５〜２．０重量部含有することによって、低
温焼成できるとともに磁器の圧電歪み定数（ｄ33）がさ
らに向上し、アクチュエータの用途に好適な圧電磁器組
成物を得ることができる。また、鉛を含有していないの
で環境への悪影響が少なくできる。
では、ＢａＴｉＯ3 のＴｉをＺｒおよびＳｎで一部置換
することによって、−７０℃付近の強誘電相（菱面体
晶）と常誘電相（斜方晶）の相転移点、および５℃付近
の強誘電相（斜方晶）と強誘電相（正方晶）の相転移点
を使用温度内に移動させ、使用温度（−３０℃〜８５
℃）の領域、特に−３０℃〜０℃の低温側における圧電
歪み定数（ｄ33）を大きくできる。これにより、使用温
度の領域全般における歪み量の温度依存性を小さくでき
る。また、主成分１００重量部に対してＣｕをＣｕＯ換
算で０．０５〜２．０重量部含有することによって、低
温焼成できるとともに磁器の圧電歪み定数（ｄ33）がさ
らに向上し、アクチュエータの用途に好適な圧電磁器組
成物を得ることができる。また、鉛を含有していないの
で環境への悪影響が少なくできる。
【図１】焼成温度とＣｕＯ添加量との関係を示す図であ
る。
る。
【図２】圧電歪み定数（ｄ33）とＣｕＯ添加量との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図３】圧電歪み定数（ｄ33）と温度との関係を示す図
である。
である。
Claims (1)
- 【請求項１】金属元素として少なくともＢａ、Ｔｉ、Ｚ
ｒおよびＳｎを含有し、これらの金属元素の原子比によ
る組成式を、 Ｂａx 〔Ｔｉ1-y （Ｚｒ1-a Ｓｎa ）y 〕Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙおよびａが ０．９６≦ｘ≦１．０４ ０．０１≦ｙ≦０．１０ ０．０５≦ａ≦０．７５ を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対してＣ
ｕをＣｕＯ換算で０．０５〜２．０重量部含有してなる
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 |
|---|---|---|---|
| JP34911597A JP3670473B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34911597A JP3670473B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11180766A true JPH11180766A (ja) | 1999-07-06 |
| JP3670473B2 JP3670473B2 (ja) | 2005-07-13 |
Family
ID=18401596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34911597A Expired - Fee Related JP3670473B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3670473B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7352113B2 (en) | 2004-09-13 | 2008-04-01 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator |
| US7443085B2 (en) | 2004-09-13 | 2008-10-28 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator |
| JP2013241326A (ja) * | 2012-04-24 | 2013-12-05 | Canon Inc | 圧電セラミックス、圧電素子、超音波モータおよび塵埃除去装置 |
| JP2014129215A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-07-10 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
| JP2014140028A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Canon Inc | 振動波駆動装置、撮像装置、光学機器、液体吐出装置及び電子機器 |
| JP2014185061A (ja) * | 2013-03-23 | 2014-10-02 | Kyocera Corp | 圧電素子 |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP34911597A patent/JP3670473B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7352113B2 (en) | 2004-09-13 | 2008-04-01 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator |
| US7443085B2 (en) | 2004-09-13 | 2008-10-28 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator |
| DE112005002182T5 (de) | 2004-09-13 | 2009-03-12 | Denso Corp., Kariya-shi | Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung |
| JP2013241326A (ja) * | 2012-04-24 | 2013-12-05 | Canon Inc | 圧電セラミックス、圧電素子、超音波モータおよび塵埃除去装置 |
| JP2014129215A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-07-10 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
| JP2014140028A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Canon Inc | 振動波駆動装置、撮像装置、光学機器、液体吐出装置及び電子機器 |
| JP2014185061A (ja) * | 2013-03-23 | 2014-10-02 | Kyocera Corp | 圧電素子 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3670473B2 (ja) | 2005-07-13 |
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|---|---|---|---|
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