JPS63314706A - 強誘電性圧電磁器組成物 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば電気的エネルギーを機械的エネルギーに
、また機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する
素子の材料として用いる強誘電性圧電磁器組成物に関す
る。

（従来の技術） ＰｂＺ−０，−ＰｂＴｉＯ３の固溶体（ＰＺＴ）にはモ
ルフオドピック相転移（ＭＰＢ）が存在し、このＭＰＢ
付近で圧電性が極大を示すことが明らかにされてから、
セラミクスの圧電材料としての利用範囲は大幅に広がっ
た。

この後、上記ＰＺＴに代わるものとして３成分系のＰｂ
（Ｍｇ’／３Ｎｂ２／５）０３−　ＰｂＴｉＯ３−　Ｐ
ｂＺｒＯｓ　（Ｐ　ＣＭ：商品名）が開発され、このＰ
ＣＭはＭＰＢが点から線に拡張されるため更に用途が広
くなった。

そして、上記３成分系のセラミクス組成物に対し各種の
特性改善が試みられた。例えば特公昭４４−１７１０．
３号に開示される強誘電性圧電磁器組成物はＰｂ（Ｍｇ
’／３Ｎｂ２／５）Ｏａ−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯｓ
におけるＰｂ原子の一部をＳｒで置換したものであり、
斯る組成とすることで、電気機械結合係数及び話電率が
大で、共振抵抗が小さい電気機械変換素子を得ることが
できるというものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した強誘電性圧電磁器組成物によれば使用目的に応
じて選択できる諸定数の幅が広くなり、圧電セラミクス
の用途は更に広がるのであるが、用途によっては上記組
成物では十分な圧電特性が得られない。

例えば、アクチュエータとして圧電セラミクスを使用す
る場合、上述した組成物を焼成することよって得られる
圧電セラミクスよりも更に高いＲＤ（相対密度）、ε（
誘電率）、にｐ（径方向結合係数）及びｄ３．（電圧印
加に伴なうひずみ）が要求され、また将来的には圧電セ
ラミクスを積層することが予想され、この場合には現在
よりも低温で焼成することが必要となる。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決すべく本発明は、Ｐｂ（Ｍｇ’／３Ｎ
ｂ２／３）０３−ＰｂＴｔ０３−Ｐｂ５０３ＺｎＯ−Ｂ
ｉ２Ｏ３系の磁器組成物、或いはＰｂ（Ｍｇ’／３Ｎｂ
”／３）Ｏｓ　　ＰｂＴｉＯｓ−ＰｂＺｒＯ３−ＺｎＯ
Ｂｉ２Ｏ３−５−０系の磁器組成物に対し、所定量のＳ
、、□０３（酸化サマリウム）を添加した。

（作用） Ｓ、２Ｏ３を８１２０３　とともに或いはＢｉ２Ｏ３及
びＳｎＯとともに添加することで、各種特性に優れた磁
器組成物が得られる。

（実施例） 本発明は第１及び第２の発明に分けられ、実施例にあっ
てはＳ、、Ｏ３以外の組成については固定して実験を行
った。

即ち第１発明については、 ３７．５Ｐｂ（Ｍｇ’／３Ｎｂ２／５）Ｏｓ＋　３２．
５ＰｂＴ１０３＋　２５．０ＰｂＺｒＯ．＋　５．０５
ｒＴ、０３＋　２．０ＺｏＯ＋　１．ＯＢ、２０．＋Ｘ
Ｓ、、Ｏ，・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・■ただし、Ｘ　＝０．０．０１．０．０
２．０．０５．０．１０゜０．１５．０．２０．０．３
０．０．５０゜第２発明については、 ３７．５Ｐｂ（Ｍｇ’／３Ｎｂ２／、）Ｏａ＋　３２．
５ＰｂＴム０３＋　２５．０ＰｂＺ、Ｏ，＋　５　ｓ、
Ｔｔｏ、＋　２．０ＺｎＯ＋１．０Ｊ２０３＋２．０３
ｎＯ＋ＸＳ、２０３・””””・・■ただし、Ｘ　−０
，０，０１，０，０２，０，０５，０，１０，０，１５
゜０．２０．０．３０．０．５０゜ また、第１発明についてのみであるが以下の式■に示す
ようにＢｉ２Ｏ３の添加割合についての実験も行った。

３７−５Ｐ　ｂ　（Ｍｇ’／３Ｎｂ２／ｓ）　ｏ、　＋
　３２．５ＰｂＴｉＯ３＋　２５．０ＰｂＺ−０３＋　
５．ＯＳｒＴ＋０３　＋　２．０ＺｎＯ＋０．ｌ５ＩＩ
２０！＋ＸＢｉ２Ｏ３＝””・・””■ただし、Ｘ　−
０，０，２，０，５，１，０，２，０，３，０，５，０
以上の組成からなる組成物から磁器（素子）を作成する
には以下の手順で行う。

先ず化学的純度９８％以上の酸化物又は炭酸塩を用意し
、これを原料として上記各式の配合組成となるように秤
量しゴム内張りをしたボールミルにて１２時時間式混合
を行って均一な混合物とする。そしてこの混合物を乾燥
せしめた後１０２０℃で２時間予備焼成を行い、次いで
ボールミルにて１２時時間式粉砕する。この後粉砕物を
乾燥せしめ、少量の有機バインダーを加えて整粒したも
のを圧力１０００　ｋｇ／　ｃ　ｍ’で直径２２ｍｍ厚
さ２ｍｍの円板に成形し、この円板をアルミナルツボの
密閉容器内で所定の温度で２時間保持し焼成する。ここ
で所定の温度とは第１発明にあっては、１２４０℃、１
２５０℃、１２６０℃及び１２７０℃の４水準とし、第
２発明にあっては１２２０℃、　１２３０℃、　１２４
０℃及び１２５０℃の４水準とした。

次いで焼成した円板を研磨した後、円板の両面に銀電極
を塗布して焼付け、更にシリコンオイル中に浸漬し常温
で１．６〜１．８　ｋｖ／＋ｎｍの直流電界を２０分間
印加し分極を行うことで目的とする磁器を得る。

以下の［表］は以上の如くして得られた本発明に係る磁
器と、他の組成からなる磁器のＳ、２Ｏ３ｔａｏＪ１９
６と諸特性の関係を示すものであり、［表１］乃至［表
４］は第１発明に含まれる実験例の結果を、［表５］乃
至［表８］は第２発明に含まれる結果を、［表９］乃至
［表１１１はＢｉ２Ｏ３の添加割合を変化させた結果を
、［表１２１乃至［表１６］は比較例■の結果を、［表
１７］乃至［表２０］は比較例■の結果を、更に［表２
１］乃至［表２４コは比較例■の結果をそれぞれ示し、
比較例■にライてはＰｂ　（Ｍｇ’／３Ｎｂ２７３）　
ｏ。

Ｐｂ５０３ＺｎＯ，０３−５，Ｔ＋Ｏｓ系の磁器組成物
に対してＳｍ２Ｏ３を添加し、比較例■についてはＰｂ
ＣＭｇ’／３Ｎｂ２／３）０３−ＰｂＴｔ０３−ＰｂＺ
ｒＯｓ　　５ｒｒｌｏ３　　ｚｒ、ｏ系の磁器組成物に
対してＳ＋ａ２０３を添加し、更に比較例■については
Ｐｂ（Ｍｇ’／ｓＮｂ”／５）Ｏｓ−ＰｂＴｉＯ３Ｓ、
Ｔ１０３−Ｚ、０−５ｎＯ系の磁器組成物に対して５Ｉ
Ｉｌ□０．を添加した。また、測定値は同一条件で作成
した試料（４個以上）のうち平均値に近いものの値を採
用し、また表中の記号の意味は以下の通りである。

密度（ｋｇ／ｍ３）　　：この値が大きくなる程抗折強
度が向上する。

ε：話電電率この値が大きい方が圧電素子としての特性
に優れる。

Ｋｐ（９６）　　：径方向結合係数。誘電率と同様に値
は大きい方が優れる。

ｄ８．　（Ｘ　１Ｏ−１２Ｖ・ｍ／Ｎ）　　：素子に電
圧を印加した場合に印加方向に対して直交する方向のひ
ずみ。この値が大きければアクチュエータとして用いる
場合の特性が優れる。

Ｑｍ：電気機械品質係数。この値は大きい方が好ましい
。

ｔａｎδ：誘電損失。この値は小さい方が好ましい。

Ｙｌｌ　（Ｘ　１０１ＯＮ／ｍ２）　　：ヤング率。圧
電素子として用いる場合には所定範囲にあることが好ま
しい。

響　　　ｅ　宸 蕾　　　ｅ　襲 響　　　萎　襲 翔　　　ｅ　襄 響　　　壜　襄 ｉ　　　予　襲 響　　　壜　襲 響　　　ｅ　集 電　　　ｅ　襲 響　　　顕　宸 響　　　ｅ　襲 （発明の効果） ［表２５コはＳ、２０ｓの添加ｍｏＪ１９ｇを０．０５
〜０．３０ｍａｌ１９ｇの範囲とした場合の本発明品■
、■と比較例■、■、■の誘電率、Ｋｐ　、　ｄｓ　ｌ
及びＱｍの良否をまとめたものである。

［表２５］ Ｏ・・・向上、△・・・変化なし、×・・・減衰このよ
うに本発明によれば、得られる磁器の誘電率（ε）、ひ
ずみ特性（ｄ３、）、結合係数（にｐ）、電気機械品質
係数等を大幅に向上することができ、圧電素子としての
利用価値を高めることができる。ただし上記の結果を得
るには、［表９１乃至［表１１］にも示したようにＢｉ
２０３７）添加量が１．０〜３．０　ｍｏＩ１９ｇの範
囲とするのが好ましい。このように本発明は従来の強誘
電体組成肉より焼成温度を低下することが出来、工業的
には極めて有利となり、更には強度の向上と合せて漬層
アクチュエータ等として用いる場合優れた効果を特徴す
る

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｐｂ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿
   ３−ＰｂＴｉＯ＿３−ＰｂＺｒＯ＿３−ＺｎＯ−Ｂｉ＿
   ２Ｏ＿３系の磁器組成物のＰｂ原子の一部をＳｒ原子に
   置換したものに対し、Ｓｍ＿２Ｏ＿３を０．０２〜０．
   ４ｍｏｌ％添加したことを特徴とする強誘電性圧電磁器
   組成物。
2. （２）Ｐｂ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿
   ３−ＰｂＴｉＯ＿３−ＰｂＺｒＯ＿３−ＺｎＯ−Ｂｉ＿
   ２Ｏ＿３−ＳｎＯ系の磁器組成物のＰｂ原子の一部をＳ
   ｒ原子に置換したものに対し、Ｓｍ＿２Ｏ＿３を０．０
   ２〜０．４ｍｏｌ％添加したことを特徴とする強誘電性
   圧電磁器組成物。