JPS61129888A - 酸化物圧電材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明ハ、Ｐｂ　（ＺｎＶ３Ｎｂ２／３）０３−ＰｂＴ
　ｔ０３−ＰｂＺｒ０３系Ｑ酸化物圧電材料に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

圧電磁器には超音波発生源、音響機器等のトランスジュ
ーサ、セラミックフィルター、超音波遅延線等の用途が
ある。近年特に注目をあびているものとして、微小変位
をミクロンオーダでコントロールする圧電アクチェエー
タ素子がある。この素子にはバイモルフ型、積層型等の
タイプがあシ、このよ゛うな素子Ｅｌ！求される特性と
して、圧電ひずみ定数ｄの大きいことがあげられるっＰ
ｂ　（ＺｎＶ３Ｎｂ２Ａ）Ｏｓ　−Ｐｂ’ｒ　ｉ　Ｏｓ
　−ｐｂｚ　ｒＯｓ　系ＯＥＥ　電ａ　器材料が特公昭
４４−１７３４４号公報に記載されている。

直接圧電歪定数ｄについての記載もなく、アクチ為二−
タ素子への応用についても記載されていない。しかしな
がら圧電歪定数は、はぼｄ３□　ＫｐｆＴ（Ｃ；誘電率
、　Ｋ９　；広がりモードの結合係数）なる関係を満た
し、また’３３は通常のＰＺＴ系では２．２〜２．４　
Ｘ　ｄ３、であるから、Ｋｐｖ’ｒの値を比較するとと
くよシｄの大きさを比較できる。特公昭４４−１７３４
４号公報に記載されたものは、Ｋｐ＝＝６．１〜４８．
６（チ）、ｔ　＝２７２〜１３４ｇであり　Ｋｐｖ’Ｔ
≦１７．３０であムヤング率、ボアリン比が３成分圧電
磁器の相境界近傍ではあｔｂ変化しないことを考慮する
と、ｄ３３≦２５０　（Ｘ　１Ｏ−１２Ｃ，／Ｎ　）程
度と小サイ。

又、特公昭４５−３９９７７号公報には、Ｐｂ　（Ｚｎ
１７．Ｎｂ２／３）０３−Ｐｂ’ｒ　ｔ０３−ＰｂＺｒ
Ｏｓ系材料Ｏ鉛原子の１０ｑｂｔでをＣａ、８ｒ、Ｂａ
で置換した圧電材料が記載されている。

圧電歪定数ｄについては記載がないものの、Ｋｒ１ｒ≦
３５．９７であυ、ｄ３３≦５００　（ＸＩＯ−１２／
Ｎ　）８度である。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、Ｐｂ（Ｚ
鴇Ｎｂ２／３）０３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒ０３　系
Ｏ酸化物圧電材料の圧電歪定数を向上させることを目的
とするＯ 〔発明の概要〕 本発明は、一般式　ｘＰｂ（Ｚｎ、ＮｂＶ３）Ｏｇ−ｙ
ＰｔｙＴｉ０３−ｚＰｂＺｒＯ３で表わし九とき、Ｐｂ
ＣＺｎ、Ｎｒ、７．）Ｏｓ　ｅＰｂＴｉ０３及ヒＰｂＺ
ｒ０３ｆ　頂点、！：すル三角図表（第１図）で。

Ａ（Ｘ、Ｙ、り＝（０，０５，０，３５，０，６０）Ｂ
（ｘ　、　Ｙ、　！、）＝（０，０５、０，４５、０，
５０）Ｃ（）Ｃ，Ｙ、ｚ）＝（０，４０，０，２５，０
，３５）Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０，４０，０，３５，０
，２５）の各点を結ぶ線内の領域で、かつ、Ｐｂの５〜
２０ｍｏｌチをＢａ、−ａＳｒａ（ａ　＝０．６〜ｏｇ
　）で置換したことを特徴とする酸化物圧電材料である
０ 本発明者等の研究によれば、Ｐｂ　（ＺｎＨＮｂ２Ａ）
０３−ＰｂＴｉ０３−ＰｂＺｒ０３系の材料で、そのＰ
ｂを特定の比率のＢａ及びＳ「で置換した時、大きい圧
電歪定数が得られることがわかった。すなわち、（Ｂａ
１−ａ８ｒａ）で表記したとき、ａ　＝　０．６〜０，
８０時、誘電率及び結合係数ともに向上し、圧電歪定数
が増加するのである。この効果はＰｂの（Ｂａ中Ｓｒ）
による置換量が、５ｍｏｌチ以上で顕著となり、１１ｍ
ｏｌ−以上で特に良好である０また。２０ｍ０１％を越
えると圧電磁器の使用限界を示すキエリ一温度Ｔｃが１
５０℃以下穆度と低くなるため実用的ではなくなる。従
って、Ｃｐｂ、−６（Ｂｉｔ−ａ”ａ）ｂ］　　（：（
ＺｎＨＮｂＨ）　　、Ｔｊ　　、Ｚｒ　コ０３　と表記
したとき、０．６≦ａ≦（１，８かつ０．０５≦ｂ≦０
．２０、好ましくは０．６≦ａ≦０．８かつ０．１１≦
ｂ≦０．２０のときに優れた圧電歪特性を有するように
なる。

このような本発明の効果は、ＰｂとＢａ、８ｒとのイオ
ン半径の大きさが生える原因であると考えられる〇 圧電歪定数の大きイｐｂ（Ｚｎ１ＡＮｂＶ３）０．Ｐｂ
ＴｉＯ３−ＰｂＺ　ｒＯａの相境界近傍の組成には理想
的な格子定数があり、これをあまυ変化させるようなｐ
ｂサイトの置換は圧電歪定数を低下させるのである。

Ｂａ１−ＩＳｒｌ　（ａ　＝Ｑ、５〜０．８　）とする
ことＫより、　Ｐｂのイオン半径１．２　ｔｙ　Ｘに対
しＢａ　１−ａｓ　ｒ　Ｂの平均イオン半径が１．２４
〜１．２７Ｘ　とはぼＰｂと同等となシ、このような比
率での置換は、誘電率、結合係数を向上させ、その結果
として圧電歪定数を増加させるのでちる。

第２図に［：Ｐｂ０Ｊ７５（Ｂａ１−ａ”ａ）Ｑ、１２
５コＣ（ＺｎＶ３ＮｂＶ３）ｏ、ｘｓＴｉＯＡＯ６Ｚｒ
。、４７］０３の組成系でａを変化させたときのｄ３３
の変化を曲線ａとして示す。又、［Ｐｂ０ｊ２　（”１
−ａＳｒａ　）　０．６６　’Ｉ　Ｃ（ＺｎＶ３Ｎｂ　
２／３）　６，２５　Ｔ　！ｏ３６　’Ｚ　ｒｏ、３ｇ
　］　０３の場合を曲線すとして示す。何れも、ａ　＝
　０．６〜０．８で最大を示していることがわかる。す
なわち、Ｐｂ　（ムＺＮｂ、、　）０３、ＰｂＴｉＯ３
，ＰｂＺｒＯ３の比率には特に関係なく、Ｂａ及び８ｒ
の比率で特性が決まるのである。

なお、前記Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ点で囲まれた領域（第２図）
としたのは、この範囲をはずれると、ｌ　ｄ３３　ｌ　
＜　３５０　（Ｘｌ０−１２ｃ／Ｎ）　、　ｌ　ｄ３１
１　＜　１６０　（Ｘｌ０−”’／ｉ）となり、大きな
変位が要求されるアクチーエータ用素子として適さなく
なってしまうからである０〔発明の効果〕 以上発明したように本発明によれば、圧電歪特性の良好
な酸化物圧電材料を得ることができる。

従って大きな変位量の要求されるアクチェエータ用とし
て有効である。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の詳細な説明する。

ＰｂＯ（１タハＰｂ、０４）、’ｒｔｏ□、ＺｒＯ２，
ＺｎＯ，Ｎｂ２Ｏ，。

ＢａＣＯ５、ＳｒＣＯ３を所定の量比となるように秤量
し混合の後、８００〜９００’Ｏで１〜８時間譜焼し、
再度粉砕した。この粉末をＯ，Ｂ　ｔｏｎ　／ａｌｌの
圧力で５φ×１．５Ｂ及び８．５φＸ２０１Ｅｌに成形
し、１０８０〜１２８０°Ｃ１〜３時間で焼成した。こ
の焼結体を加工し題φＸ１．０１ｍ１の円板状試料と、
７φ×１５ｍｍの棒状試料とし両面にＡｇペーストを７
００℃で焼付けた０その後、１００°Ｃのシリコーンオ
イル中で１０〜ａｃ）　ｋル＆の電界を印加しながら常
温で冷却した。

これらの試料を用いてＩＲＥ標準回路により共振周波数
ｆｒ、反共振周波数ｆ、を測定し、結合係数に、　、に
３３を求めたつな訃誘電率は分極後回時間後のＩＫＨｚ
での値である、これらの値から圧電歪定数ｄを算出した
。

この結果を第１表に示す。

以下余白 第１表から明らかなように本発明の材料はｄ３３が極め
て大きいことがわかる。

参考例−３はＢａ＋８ｒ量は実施例−１と同じであるが
ＢａとＳ「の比率が本発明範囲外のものであるが、ｄ３
３の値が大きく違うことがわかる。

又、実施例６に示された試料を用いて１７　ｍ　Ｘ　５
ｍ　Ｘ　Ｏ，１ｒｉｇの両端支持型パイモルファクチ轟
エータを作成し、その変位量を時間とともに測定した。

その結果を参考例２の試料とともに第３図に示すっ参考
例２の試料ではその変位量が１０００時間動作後では１
０％以上も低下するのに比べて本発明の試料ではその変
位量がほとんど見られない。

この様に本発明の磁器は従来の圧電材料と比べてその圧
電歪定数が極めて大きいのみならず、その動作時の経時
変化も少ない０又焼焼成度も組成によっては１１００℃
以下と低く、積層型のアクチュエーター素子を作成する
場合には内部電極に安価な銀を主体とした合金が使用出
来る等工業的に価値のある有用な磁器組成物であるっ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の組成範囲で示す三元図、第２代理人　
弁理士　　則　近　憲　佑 （ほか１名） 第１図 ６（−〜嶋）０〕 第２図 乙ρ　ａ９　　ａｇｏ：５　　　　０ Ｃ５Ｆ−）　　　　　　　　　（８α）ユ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　一般式ｘＰｂ（Ｚｎ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）
   Ｏ＿３−ｙＰｂＴｉＯ＿３−ｚＰｂＺｒＯ＿３で表わさ
   れ、Ｐｂ（Ｚｎ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿３
   、ＰｂＴｉＯ＿３及びＰｂＺｒＯ＿３を頂点とする三角
   図表で、 Ａ（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０．０５、０．３５、０．６０）
   Ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０．０５、０．４５、０．５０）
   Ｃ（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０．４０、０．２５、０．３５）
   Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０．４０、０．３５、０．２５）
   の各点を結ぶ線内の領域で、かつＰｂの５〜２０ｍｏｌ
   ％をＢａ＿１＿−＿ａＳｒ＿ａ（ａ＝０．６〜０．８）
   で置換したことを特徴とする酸化物圧電材料。