JPS61142781A - セラミツク圧電材料 - Google Patents

セラミツク圧電材料

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JPS61142781A
JPS61142781A JP59265603A JP26560384A JPS61142781A JP S61142781 A JPS61142781 A JP S61142781A JP 59265603 A JP59265603 A JP 59265603A JP 26560384 A JP26560384 A JP 26560384A JP S61142781 A JPS61142781 A JP S61142781A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明u Pb(Ni 7 Nl) 1% )01− 
pb’r1o1−PbZrOm!基本組成とする三成分
固溶体よシなる、各種アクチュエータに使用して好適な
セラミック圧電材料に関するものである。
〔従来の技術〕
アクチュエータに用いるセラミック圧電体くは、圧電定
数が高いこと、キュリ一温度が高いこと、機械的強度に
優れていること等の緒特性が要求される。近年、これに
適するセラミック材料として、Pb(Ni lA Nb
1A)01−PbTiOs−P b Z r Osの三
成分固溶体よりなるものが注目されており、これについ
て更に上記の緒特性を改良すべく多くの研究がなされて
いる。例えば、特公昭46−43062号にかいては、
上記三成分固溶体よシなる圧電材料にZr51.04を
微量添加するととKより、電気機械結合係数および−機
械的強度を向上せしめたものが提案されている。
セラミック圧電材料の強度の向上は、薄板状のセラミッ
ク圧電体を超音波振動子や回路素子等として用いる場合
に特に要求される。しかしながら、薄板状のセラミック
圧電体を多数積層してアクチュエータとして使用する場
合には、機械的強度の向上よシはむしろ電界印加時のセ
ラミック圧電体の変位量の増大、すなわち圧電材料の圧
電定数の可及的向上が望まれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明ハPb(Nj−”/ Nb ”/、 )Os −
PbTiOs−P t)Z r Osを基本組成とする
三成分固溶体よシなるセラミック圧電材料において、そ
の圧電定数を大幅に向上せしめ、もって上記圧電材料を
用いたアクチュエータの作動を向上せしめることを目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の圧電材料は、P 1) (N 1qN 1) 
”/’s ) 0x−P’t)TiOm  PbZrO
s  の三成分固溶体を基本組成とし、該基本組成が添
付三角組成図の、点A(Pl)(Nj−1ΔNllイ)
On  l OモIV 9g、PbTi0m4+3モA
/*、PbZrOs 42 モ/I’ * )、点B(
Pb(NilイNllイ)0喜 17モ〃%、p b 
T ’−Om30モA151、P bZr Os 53
 モA/ 96 )、点C(PI)(Ni、1ΔNb!
に)Oas1モル%、P bT 10 *24−1!:
A1511i、P bzr Ox 25−e A/%)
、点D(Pb(NilイNbs/ )01 50 モt
v*、P b T 10 s35モA/*、P ’bz
r om l 5 モIv 5M )、点E(Pb(N
ilイNb”/)Os  31モN56、PbTi、0
x48−Y:lv%、PI)ZrOs 21−t /I
/s ) テ囲’t、 hh範囲であり、かつ添加物と
して、5btOs、N1hoS1Bj−*Os、Tag
s 、Lag Os、Woe  ノ少なくとも一種を、
基本組成に対して合計でO,1〜2.0重量%添加して
なるものである。
〔効 果〕
上記組成になるセラミックス圧電材料は、そきな変位量
を得ることができるから、車両のインジェクタ作動用圧
電体等の各櫨アクチュエータ用圧電体に使用して有効で
ある。
〔実施例〕
本発明のセラミック圧電材料は例えば粉末冶金法により
製造する。すなわち、PbO,、’r1oz、Z r 
Oz、Ni01N ’bs Os、 S bx Os、
Bi、x On 1Tags、Lam Os 、 WO
s等の原料を所定の割合で秤量し、これを湿式ボールミ
ル等によって混合する。この混合物を乾燥後、’yoo
〜900°Cで3〜10時間仮焼し、これを再びボール
ミルで混合した後乾燥して調整粉末を得る。調整粉末に
水あるいはポリビニμアpコーμ等の粘着剤を添加して
300〜l OOOK4/ ciJの圧力で加圧成形後
、1200〜1300°Cで1〜3時間焼成を行ない、
外形を研磨して直径5■、長さ8II@の円柱体とする
しかる後、上記円柱体は、両端面に周知の方法で電極を
形成する。これを20〜l OO’Cのシリコンオイル
等の絶縁オイμ中に置いて、上記電極間に直流電場20
〜30KV/−を6〜60分間印加することにより分極
せしめる。その後120°Cで1時間エイジングし、常
温に戻して測定試料を得る。
上記試料の圧電定数d3.は次式(1)よシ求められ、
かつ式(1)中のK。、 13、SSSは次式(2)、
ε (3)、(4)よシ求める。
dI=  K、、訃W7瓦−=−−−−−−−−−−−
−−(1)εsm  =  C11−=−・−・−・−
・・・−・−・・・・・・・・・・・・・・−・・−・
・・−・・・・・・・・・(3)ことで、gは試料の長
さくl11)、Sは試料の端面面積(♂)、CはLCR
メータによシ測定した1KHz時の静電容量(F)、P
は密度(kg/*’)、fa%frはそれぞれ反共振お
よび共振周波数(Hz )であシ、これらはいずれも周
知の方法で測定される。なお、Kssは電気機械結合係
数である。
原料の配合割合を種々に変え、上記方法により得られた
測定試料につき、上記要素を測定して算出した圧電定数
を別紙の表に示す。
表において、実験例1〜6は、Pb、(N 11イNb
5()Onの添加量を主に変えたものである。
P b(N ’i−′AN 1) ”/s ) Onの
添加量が多いほど、圧電定数は上昇し、かつ焼結密度が
大きくなって機械的強度も向上するが、キュリ一温度は
低下する。ここにおいて、実験例5は圧電定数力t/ト
さいことにより、実験例6はキュリ一温度力!低いこと
により採用されない。
実験例’7〜16は、P b T 10 s トP 1
)Z r Os Om部員を主体的に変更し、Pb(N
i’/ Nb’A)Onの添加量を副次的に変更したも
のである。
Pb(Ni”/ Nb ”% )Os 0fijJl量
がほぼ等しイ%験例2.7.13.14によると、Pb
T:LOjとPbZr0.の添加量の差が大きい場合に
は、焼結密度および圧電定数はいずれも低下する(実験
例ユ3.14)。また実験例10.12と比較すると、
実験例15.16では、焼結密度、圧電定数、キュリ一
温度がいずれも低下する。
添付三角組成図には上記各実験例をその番号とともにプ
ロットしである。これによれば、焼結密度およびキュリ
一温度を使用に耐える値に維持し、かつ約400XIO
ss/V以上の大きな圧電定数を得ることができる実験
例1〜4.7〜12において、Pb(NilイN b 
”/s ) Os、P bTios 、 P bZr 
Onの組成はいずれも図の点A。
fi、C,D%Eで囲まれた範囲内に存在する。
なお、上記各点A−Eは表中の各実験例1′?、1日、
19.20.21に対応する。
実験例22〜26は、基本組成f:!il!験例2と同
一にして、添加物5bsOaの添加量を変化せしめであ
る。Sb!Os の添加量が少ないと、充分な焼結密度
が得られず(実験例25)、多い場合には圧電定数が低
下する(5i!験例26)。
したがって、813sOs  の添加量はO,1〜2.
0重量%とするのが良い。なお、圧電定数は添加量が0
.15重量%付近でピーク値を有する(5j!験例2)
5bsOs  の添加量を0.5重量%よりも大きくし
た場合に圧電定数が低下するのは、5bxOa が固溶
体中に完全に固溶することなく一部が析出するためと思
われる。
実験例27γ39は、添加物の種類を変えて、これを0
.5〜0.6重量%添加したものである。
これによれば、添加物として上記SbsOmK代えてN
”o*Os、Bigot、T a Os、Las Os
 、 Won等のソフト系材料用添加物を単独で、ある
いはS’o*Os  も含めてこれらの混合物を使用し
た場合には、いずれも好ましい焼結密度、キュリ一温度
および圧電定数を得ることができる(実験例2’F 〜
37)。これに対して、MnOx 、Few On等の
ハード系材料用添加物を使用した場合には、充分な圧電
定数が得られない。
以上の実験結果を総合スルト、Pb(Ni1% Nl)
”/) os−Pt)TiOm −PbZrOx  ノ
三成分固溶体の基本組成を、三角組成図の点A−Eで囲
まれる範囲とし、かツコれに添加物とシテ、s’b、 
o、、NbxOs、B 1sα1’raα1LF!L@
 01 、 Woe  O少なくとも一種を、基本組成
に対して0.1〜2.0重量%含有せしめた圧電材料は
、機械的強度もすぐれ、高いキュリ一温度を維持し、特
に圧電定数が極めてすぐれていることが知られる。
pb(N11にNb”l )Osl−一定にした場lP
bTi、O,、P bZr Ox ’2>1 上記範囲
外テアルと、焼結密度、比誘電率の減少によ・り所望の
圧電定数が得られない(5!験例13.14.15.1
6)。
P’b(Nil/ Nl)署)OSヲ多く含有セシメル
ト、焼結密度、圧電定数は大きくなるが、キュリ一温度
が著しく低下する(実験例6)。一方、P’b(Nil
/ 1111)署)01ノ含有量2>f小すイ、!=、
焼結密度が小さくなって機械的強度が低下する(’ji
!験例5)。
添加物の添加量は、O,1重量%以下では焼結密度が小
さくなシ(実験例25)、2.0重量秦以上では、これ
が一部析出することにより、電気機械結合係数k。が小
さくなって圧電定数が低下する(実験例26)。
本発明の圧xi料は、上記のすぐれた特性を有するとと
Kよシ、アクチュエータに好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
図は圧電材料の基本組成範囲を示す三角組成図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Pb(Ni_1_/_3Nb_2_/_3)O_2−
    PbTiO_3−PbZrO_3の三成分固溶体を基本
    組成とし、該基本組成が添付三角組成図の、点A(Pb
    (Ni_1_/_3Nb_2_/_3)O_310モル
    %、PbTiO_348モル%、PbZrO_342モ
    ル%)、点B(Pb(Ni_1_/_3Nb_2/_3
    )O_317モル%、PbTiO_330モル%、Pb
    ZrO_353モル%)、点C(Pb(Ni_1_/_
    3Nb_2_/_3)O_351モル%、PbTiO_
    324モル%、PbZrO_325モル%)、点D(P
    b(Ni_1_/_3Nb_2_/_3)O_350モ
    ル%、PbTiO_335モル%、PbZrO_315
    モル%)、点E(Pb(Ni_1_/_3Nb_2_/
    _3)O_331モル%、PbTiO_348モル%、
    PbZrO_321モル%)で囲まれる範囲であり、か
    つ添加物として、Sb_2O_3、Nb_2O_5、B
    i_2O_3、TaO_3、La_2O_3、WO_3
    の少なくとも一種を、基本組成に対して合計で0.1〜
    2.0重量%添加したことを特徴とするセラミック圧電
    材料。
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