JP2001253772A - 圧電磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents
圧電磁器組成物及びその製造方法Info
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- JP2001253772A JP2001253772A JP2000066696A JP2000066696A JP2001253772A JP 2001253772 A JP2001253772 A JP 2001253772A JP 2000066696 A JP2000066696 A JP 2000066696A JP 2000066696 A JP2000066696 A JP 2000066696A JP 2001253772 A JP2001253772 A JP 2001253772A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高電気機械結合係数、低誘電率であるととも
に、低温での焼成が可能なＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組
成系の圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とし、ＬｉとＢｉならびにＣ
ｕの元素をそれぞれＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換
算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．０重量％、０重量
％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜ＣｕＯ＜２．
０重量％の範囲でそれぞれ含有させて圧電磁器組成物を
構成する。
に、低温での焼成が可能なＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組
成系の圧電磁器組成物を提供する。 【解決手段】ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とし、ＬｉとＢｉならびにＣ
ｕの元素をそれぞれＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換
算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．０重量％、０重量
％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜ＣｕＯ＜２．
０重量％の範囲でそれぞれ含有させて圧電磁器組成物を
構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高電気機械結合係
数、低誘電率の電気的特性を有するとともに、低温焼成
が可能なＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組成系の圧電磁器組
成物及びその製造方法に関するものであり、例えば、超
音波応用振動子、超音波モータ、圧電アクチュエータ等
を構成する素子として好適なものである。
数、低誘電率の電気的特性を有するとともに、低温焼成
が可能なＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組成系の圧電磁器組
成物及びその製造方法に関するものであり、例えば、超
音波応用振動子、超音波モータ、圧電アクチュエータ等
を構成する素子として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電効果によって発生する変位を
機械的駆動源として利用したものに、超音波応用振動
子、超音波モータ、圧電アクチュエータ等があり、メカ
トロニクスの分野においても注目されているものの１つ
である。
機械的駆動源として利用したものに、超音波応用振動
子、超音波モータ、圧電アクチュエータ等があり、メカ
トロニクスの分野においても注目されているものの１つ
である。
【０００３】例えば、積層型圧電アクチュエータは、電
極としての導体ペーストを印刷した圧電材料からなるグ
リーンシートを積み重ねた複数枚の積層体を焼結一体化
して構成したものであり、磁性体にコイルを巻いた従来
の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力や発熱量
が少なく、応答速度に優れるとともに、変位量が大き
く、寸法及び重量が小さい等の優れた特徴を有し、近年
注目されているインクジェットプリンタヘッド等に利用
されている。そして、これら圧電アクチュエータ等を構
成する圧電材料としては、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組
成系の圧電磁器組成物が用いられていた。
極としての導体ペーストを印刷した圧電材料からなるグ
リーンシートを積み重ねた複数枚の積層体を焼結一体化
して構成したものであり、磁性体にコイルを巻いた従来
の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力や発熱量
が少なく、応答速度に優れるとともに、変位量が大き
く、寸法及び重量が小さい等の優れた特徴を有し、近年
注目されているインクジェットプリンタヘッド等に利用
されている。そして、これら圧電アクチュエータ等を構
成する圧電材料としては、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組
成系の圧電磁器組成物が用いられていた。
【０００４】ところで、上述した圧電アクチュエータ等
の用途が拡大するに伴い、より高速で繰り返し機械的変
位が得られるとともに、消費電力が少なく、発熱の少な
いものが要求されており、そのためには上記圧電磁器組
成物の圧電特性の中でも電気機械結合係数が高く、誘電
率が低く、さらに繰り返し変位させても劣化のない耐久
性に優れたものが望まれている。即ち、電気機械結合係
数が高く、誘電率が低い圧電磁器組成物を用いることで
電気エネルギーを機械エネルギーへ効率よく変換するこ
とができ、圧電素子の消費電力が少なく発熱が小さいこ
とから省エネルギー化に適した圧電アクチュエータを得
ることができる。
の用途が拡大するに伴い、より高速で繰り返し機械的変
位が得られるとともに、消費電力が少なく、発熱の少な
いものが要求されており、そのためには上記圧電磁器組
成物の圧電特性の中でも電気機械結合係数が高く、誘電
率が低く、さらに繰り返し変位させても劣化のない耐久
性に優れたものが望まれている。即ち、電気機械結合係
数が高く、誘電率が低い圧電磁器組成物を用いることで
電気エネルギーを機械エネルギーへ効率よく変換するこ
とができ、圧電素子の消費電力が少なく発熱が小さいこ
とから省エネルギー化に適した圧電アクチュエータを得
ることができる。
【０００５】このような目的に合致する圧電磁器組成物
として、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組成系に、Ｐｂ（Ｚ
ｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を第３成分として固溶させたもの
を本件出願人は既に提案している（特開平7−４５１２
４号公報参照）。
として、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3組成系に、Ｐｂ（Ｚ
ｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を第３成分として固溶させたもの
を本件出願人は既に提案している（特開平7−４５１２
４号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＰｂＺｒＯ
3−ＰｂＴｉＯ3組成系にＰｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3
を固溶させた従来の圧電磁器組成物は、焼成温度が１２
００〜１３００℃と高温であるため、積層型圧電アクチ
ュエータのように圧電磁器組成物と電極とを共に焼結さ
せて一体化しようとすると、上記焼成温度範囲で耐え得
る電極材料が少なく、例えばＰｔやＰｄなど非常に高価
な金属を用いなければならないといった課題があった。
3−ＰｂＴｉＯ3組成系にＰｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3
を固溶させた従来の圧電磁器組成物は、焼成温度が１２
００〜１３００℃と高温であるため、積層型圧電アクチ
ュエータのように圧電磁器組成物と電極とを共に焼結さ
せて一体化しようとすると、上記焼成温度範囲で耐え得
る電極材料が少なく、例えばＰｔやＰｄなど非常に高価
な金属を用いなければならないといった課題があった。
【０００７】しかも、焼成温度が高いとそのための設備
も必要となり、結果として安価な製品を提供することが
できなかった。
も必要となり、結果として安価な製品を提供することが
できなかった。
【０００８】
【発明の目的】本発明の目的は、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴ
ｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3が持つ高い電気機
械結合係数を大きく低下させることなく、誘電率を更に
下げることができ、かつ低温での焼成が可能な圧電磁器
組成物とその製造方法を提供することにある。
ｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3が持つ高い電気機
械結合係数を大きく低下させることなく、誘電率を更に
下げることができ、かつ低温での焼成が可能な圧電磁器
組成物とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者等
は、前記目的を達成するため、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉ
Ｏ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とする圧電磁
器組成物について鋭意研究を繰り返したところ、他の成
分として、Ｌｉ、Ｂｉ、及びＣｕの３成分を含有させる
ことによって上記課題を一掃できることを見出し、本発
明に至った。
は、前記目的を達成するため、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉ
Ｏ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とする圧電磁
器組成物について鋭意研究を繰り返したところ、他の成
分として、Ｌｉ、Ｂｉ、及びＣｕの３成分を含有させる
ことによって上記課題を一掃できることを見出し、本発
明に至った。
【００１０】即ち、本発明は、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉ
Ｏ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とし、Ｌｉ、
Ｂｉ、及びＣｕの元素をそれぞれＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ
2Ｏ3、ＣｕＯに換算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．
０重量％、０重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量
％＜ＣｕＯ＜２．０重量％の範囲で含有して圧電磁器組
成物を構成したものである。
Ｏ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とし、Ｌｉ、
Ｂｉ、及びＣｕの元素をそれぞれＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ
2Ｏ3、ＣｕＯに換算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．
０重量％、０重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量
％＜ＣｕＯ＜２．０重量％の範囲で含有して圧電磁器組
成物を構成したものである。
【００１１】また、本発明は、上記圧電磁器組成物を製
造するために、予めＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とする仮焼粉を用意
し、この仮焼粉にＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、及びＣｕＯの
粉末を、焼結後のＬｉ、Ｂｉ、Ｃｕの含有量がＬｉ2Ｃ
Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換算して、０重量％＜Ｌｉ2Ｃ
Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量
％、０重量％＜ＣｕＯ＜２．０重量％となるように添加
したものを所定形状に成形し、しかる後、９００〜１０
００℃の温度で焼成するようにしたものである。
造するために、予めＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とする仮焼粉を用意
し、この仮焼粉にＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、及びＣｕＯの
粉末を、焼結後のＬｉ、Ｂｉ、Ｃｕの含有量がＬｉ2Ｃ
Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換算して、０重量％＜Ｌｉ2Ｃ
Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量
％、０重量％＜ＣｕＯ＜２．０重量％となるように添加
したものを所定形状に成形し、しかる後、９００〜１０
００℃の温度で焼成するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器組成物は、主体
がＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ，Ｓｂ）Ｏ3
からなることを特徴とし、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ
3（以下、ＰＺＴという。）に、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ
2/3）Ｏ3となる組成を第３成分として固溶させること
で、圧電特性の中でも電気機械結合係数を高くすること
ができ、さらに一定荷重を繰り返し作用させても圧電特
性の劣化を抑制して耐久性を向上させることができる。
がＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ，Ｓｂ）Ｏ3
からなることを特徴とし、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ
3（以下、ＰＺＴという。）に、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ
2/3）Ｏ3となる組成を第３成分として固溶させること
で、圧電特性の中でも電気機械結合係数を高くすること
ができ、さらに一定荷重を繰り返し作用させても圧電特
性の劣化を抑制して耐久性を向上させることができる。
【００１３】ここで、主体がＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3
−Ｐｂ（Ｚｎ，Ｓｂ）Ｏ3からなるとは、Ｐｂの一部が
ＳｒやＢａで置換されたものや、第４成分としてＰｂ
（Ｎｉ 1/2 Ｔｅ1/2）Ｏ3が固溶したものなどを含むこ
とを言う。
−Ｐｂ（Ｚｎ，Ｓｂ）Ｏ3からなるとは、Ｐｂの一部が
ＳｒやＢａで置換されたものや、第４成分としてＰｂ
（Ｎｉ 1/2 Ｔｅ1/2）Ｏ3が固溶したものなどを含むこ
とを言う。
【００１４】具体的には、組成式をＰｂ1-x-yＳｒxＢａ
y（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）aＺｒbＴｉ1 -a-bＯ3と表した
時、ｘ，ｙ，ａ，ｂが０≦ｘ≦０．１４、０≦ｙ≦０．
１４、０＜ｘ＋ｙ、０．０１≦ａ≦０．１２、０．４３
≦ｂ≦０．５８を満足するものや、組成式をＰｂ1-x-y
ＳｒxＢａy（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）a（Ｎｉ1/2 Ｔ
ｅ1/2） cＺｒbＴｉ1-a-b-cＯ3と表した時、ｘ，ｙ，
ａ，ｂ，ｃが０≦ｘ≦０．１４、０≦ｙ≦０．１４、０
＜ｘ＋ｙ、０．０１≦ａ≦０．１２、０．４３≦ｂ≦
０．５８、０．００２≦ｃ≦０．０２を満足するものを
用いることができる。
y（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）aＺｒbＴｉ1 -a-bＯ3と表した
時、ｘ，ｙ，ａ，ｂが０≦ｘ≦０．１４、０≦ｙ≦０．
１４、０＜ｘ＋ｙ、０．０１≦ａ≦０．１２、０．４３
≦ｂ≦０．５８を満足するものや、組成式をＰｂ1-x-y
ＳｒxＢａy（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）a（Ｎｉ1/2 Ｔ
ｅ1/2） cＺｒbＴｉ1-a-b-cＯ3と表した時、ｘ，ｙ，
ａ，ｂ，ｃが０≦ｘ≦０．１４、０≦ｙ≦０．１４、０
＜ｘ＋ｙ、０．０１≦ａ≦０．１２、０．４３≦ｂ≦
０．５８、０．００２≦ｃ≦０．０２を満足するものを
用いることができる。
【００１５】ここで、Ｔｉの（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）によ
る置換量ａを０．１２以下とするのは、置換量ａを多く
すると、電気機械結合係数を大きくすることができるの
であるが、置換量ａが０．１２を越えると誘電損失が大
きくなり過ぎるために好ましくないからである。なお、
置換量ａが０．０１未満となると電気機械結合係数を大
きくする効果が得られず、また圧電変形に伴って繰り返
し加わる応力や熱による特性劣化が大きくなるため好ま
しくない。その為、置換量ａは０．０１≦ａ≦０．１２
の範囲にあることが良い。
る置換量ａを０．１２以下とするのは、置換量ａを多く
すると、電気機械結合係数を大きくすることができるの
であるが、置換量ａが０．１２を越えると誘電損失が大
きくなり過ぎるために好ましくないからである。なお、
置換量ａが０．０１未満となると電気機械結合係数を大
きくする効果が得られず、また圧電変形に伴って繰り返
し加わる応力や熱による特性劣化が大きくなるため好ま
しくない。その為、置換量ａは０．０１≦ａ≦０．１２
の範囲にあることが良い。
【００１６】また、ＰＺＴを主成分とした圧電磁器組成
物は、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶比率を変化させ
ると電気機械結合係数の極大値を示すＭＰＢ（組成相境
界）が存在し、超音波応用振動子、超音波モータ、圧電
アクチュエータ等の素子としては、このＭＰＢ及びその
近傍の組成値を用いることが良い。そして、このＭＰＢ
は置換量ｘや置換量ａの量により変化するため、置換量
ｂの値を置換量ｘや置換量ａの組成範囲内でＭＰＢを捉
える組成、即ち、０．４３≦ｂ≦０．５８とすることで
ＭＰＢを捉えることができる。
物は、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶比率を変化させ
ると電気機械結合係数の極大値を示すＭＰＢ（組成相境
界）が存在し、超音波応用振動子、超音波モータ、圧電
アクチュエータ等の素子としては、このＭＰＢ及びその
近傍の組成値を用いることが良い。そして、このＭＰＢ
は置換量ｘや置換量ａの量により変化するため、置換量
ｂの値を置換量ｘや置換量ａの組成範囲内でＭＰＢを捉
える組成、即ち、０．４３≦ｂ≦０．５８とすることで
ＭＰＢを捉えることができる。
【００１７】さらに、本発明は、ＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3に対し、他の成分としてＬｉ、Ｂ
ｉ、及びＣｕの３成分を含有することを特徴とする。
1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3に対し、他の成分としてＬｉ、Ｂ
ｉ、及びＣｕの３成分を含有することを特徴とする。
【００１８】即ち、他の成分として含有させるＬｉ、Ｂ
ｉ、及びＣｕの３成分は、ＺｒやＴｉと置換し易いイオ
ン半径を有するとともに、融点が低く、いずれも焼結の
初期から中期にかけて低温で液相を形成して焼結を促進
させ、焼結の終期では主体をなすＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3の元素と置換して結晶格子中へ入り
込んで焼結されるため、圧電磁器組成物の焼成温度を１
０００℃以下にまで下げることができる。
ｉ、及びＣｕの３成分は、ＺｒやＴｉと置換し易いイオ
ン半径を有するとともに、融点が低く、いずれも焼結の
初期から中期にかけて低温で液相を形成して焼結を促進
させ、焼結の終期では主体をなすＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3の元素と置換して結晶格子中へ入り
込んで焼結されるため、圧電磁器組成物の焼成温度を１
０００℃以下にまで下げることができる。
【００１９】ただし、強誘電性を持たない液相成分がそ
のまま粒界に残ると焼結後における圧電磁器組成物の電
気機械結合係数を著しく劣化させることになる。しかし
ながら、本件発明者等の研究によれば、ＰＺＴ−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3に、Ｌｉ、Ｂｉ、及びＣｕの
３成分を含有させることにより、焼成温度を下げるだけ
でなく、ＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3が有す
る高い電気機械結合係数を維持しながら、誘電率を下げ
ることができることを知見した。
のまま粒界に残ると焼結後における圧電磁器組成物の電
気機械結合係数を著しく劣化させることになる。しかし
ながら、本件発明者等の研究によれば、ＰＺＴ−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3に、Ｌｉ、Ｂｉ、及びＣｕの
３成分を含有させることにより、焼成温度を下げるだけ
でなく、ＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3が有す
る高い電気機械結合係数を維持しながら、誘電率を下げ
ることができることを知見した。
【００２０】そして、これらの効果は、ＬｉやＢｉある
いはＣｕの元素を単独又は２成分だけ含有させただけで
は得ることができず、また、３成分を含有させても各成
分をＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換算した時に、Ｌ
ｉ2ＣＯ3が１．０重量％以上、Ｂｉ2Ｏ3が１．０重量％
以上、あるいはＣｕＯが２．０重量％以上となると、圧
電磁器組成物の電気機械結合係数が大きく低下すること
を突き止めたのである。
いはＣｕの元素を単独又は２成分だけ含有させただけで
は得ることができず、また、３成分を含有させても各成
分をＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換算した時に、Ｌ
ｉ2ＣＯ3が１．０重量％以上、Ｂｉ2Ｏ3が１．０重量％
以上、あるいはＣｕＯが２．０重量％以上となると、圧
電磁器組成物の電気機械結合係数が大きく低下すること
を突き止めたのである。
【００２１】その為、他の成分として含有させるＬｉ、
Ｂｉ、及びＣｕの元素は、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｕ
Ｏに換算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．０重量％、
０重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜ＣｕＯ
＜２．０重量％の範囲で含有することが重要であり、こ
れらの範囲で３成分を含有させることにより、高い電気
機械結合係数を維持しながら、比誘電率を２９００以下
にまで下げることができ、しかも１０００℃以下の温度
で焼成することができる。その結果、圧電アクチュエー
タ等の製造において、ＰｔやＰｄと比較して安価なＡｇ
を主体とする電極材料、特にＡｇを９０％以上含む電極
材料を使用することができるとともに、圧電アクチュエ
ータとして用いた場合、低消費、小発熱でありながら高
速で変位させることができる。
Ｂｉ、及びＣｕの元素は、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｕ
Ｏに換算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．０重量％、
０重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜ＣｕＯ
＜２．０重量％の範囲で含有することが重要であり、こ
れらの範囲で３成分を含有させることにより、高い電気
機械結合係数を維持しながら、比誘電率を２９００以下
にまで下げることができ、しかも１０００℃以下の温度
で焼成することができる。その結果、圧電アクチュエー
タ等の製造において、ＰｔやＰｄと比較して安価なＡｇ
を主体とする電極材料、特にＡｇを９０％以上含む電極
材料を使用することができるとともに、圧電アクチュエ
ータとして用いた場合、低消費、小発熱でありながら高
速で変位させることができる。
【００２２】ところで、このような本発明の圧電磁器組
成物を製造する方法としては、例えば、出発原料として
Ｐｂ3Ｏ4、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｓｂ2Ｏ3と、必
要に応じてＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＮｉＯ、ＴｅＯ2の
各粉末を秤量混合し、次いでこの混合物を脱水、乾燥し
たあと、８５０〜９００℃で１〜３時間仮焼し、粉砕し
てＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とする
仮焼粉を製作する。そして、この仮焼粉に対してＬｉ2
ＣＯ3とＢｉ2Ｏ3及びＣｕＯの粉末を所定量加えて混合
する。そして、これらの混合物から泥しょうを作製して
テープ成形法、押出成形法、鋳込成形法にて成形体を得
るか、あるいは上記混合物を造粒乾燥して顆粒を製作
し、型内に充填して一軸加圧成形法や等加圧成形法にて
所定形状に成形体を形成する。しかる後、得られた成形
体を大気雰囲気中や酸素雰囲気中にて９００〜１０００
℃、好ましくは９２０〜９８０℃の温度で、数時間程度
焼成することにより得ることができる。
成物を製造する方法としては、例えば、出発原料として
Ｐｂ3Ｏ4、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｓｂ2Ｏ3と、必
要に応じてＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＮｉＯ、ＴｅＯ2の
各粉末を秤量混合し、次いでこの混合物を脱水、乾燥し
たあと、８５０〜９００℃で１〜３時間仮焼し、粉砕し
てＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とする
仮焼粉を製作する。そして、この仮焼粉に対してＬｉ2
ＣＯ3とＢｉ2Ｏ3及びＣｕＯの粉末を所定量加えて混合
する。そして、これらの混合物から泥しょうを作製して
テープ成形法、押出成形法、鋳込成形法にて成形体を得
るか、あるいは上記混合物を造粒乾燥して顆粒を製作
し、型内に充填して一軸加圧成形法や等加圧成形法にて
所定形状に成形体を形成する。しかる後、得られた成形
体を大気雰囲気中や酸素雰囲気中にて９００〜１０００
℃、好ましくは９２０〜９８０℃の温度で、数時間程度
焼成することにより得ることができる。
【００２３】
【実施例】原料粉末としてＰｂ3Ｏ4、ＺｒＯ2、Ｔｉ
Ｏ2、ＺｎＯ、Ｓｂ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3の各粉
末を、Ｐｂが０．９０モル、Ｚｒが０．４９モル、Ｔｉ
が０．４４モル、Ｚｎが０．０２モル、Ｓｂが０．０５
モル、Ｂａが０．０２モル、Ｓｒが０．０８モルの比率
になるよう秤量し、ボールミルにて２４時間湿式混合し
た。次いでこの混合物を脱水、乾燥した後、９００℃で
３時間仮焼して仮焼粉を得た。
Ｏ2、ＺｎＯ、Ｓｂ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3の各粉
末を、Ｐｂが０．９０モル、Ｚｒが０．４９モル、Ｔｉ
が０．４４モル、Ｚｎが０．０２モル、Ｓｂが０．０５
モル、Ｂａが０．０２モル、Ｓｒが０．０８モルの比率
になるよう秤量し、ボールミルにて２４時間湿式混合し
た。次いでこの混合物を脱水、乾燥した後、９００℃で
３時間仮焼して仮焼粉を得た。
【００２４】この仮焼粉をＩＣＰ発光分光分析によって
組成分析を行ったところ、組成式がＰｂ1-x-yＳｒxＢａ
y（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）aＺｒbＴｉ1-a-bＯ3（ｘ：０．
０８，ｙ：０．０２，ａ：０．０７，ｂ：０．４９）で
表されるものであった。
組成分析を行ったところ、組成式がＰｂ1-x-yＳｒxＢａ
y（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）aＺｒbＴｉ1-a-bＯ3（ｘ：０．
０８，ｙ：０．０２，ａ：０．０７，ｂ：０．４９）で
表されるものであった。
【００２５】次に、この仮焼粉にＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3
及びＣｕＯ粉末を表１に示す割合で添加し、ボールミル
で２４時間湿式粉砕し、さらに有機バインダーを添加混
練したあと乾燥、造粒して顆粒を得た。そして、得られ
た顆粒を１．５ｔ／ｃｍ2の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ
２ｍｍの寸法からなる円板状に一軸加圧成形したあと、
焼成温度を９４０℃に保って大気雰囲気中にて焼成し
た。
及びＣｕＯ粉末を表１に示す割合で添加し、ボールミル
で２４時間湿式粉砕し、さらに有機バインダーを添加混
練したあと乾燥、造粒して顆粒を得た。そして、得られ
た顆粒を１．５ｔ／ｃｍ2の圧力で直径２０ｍｍ、厚さ
２ｍｍの寸法からなる円板状に一軸加圧成形したあと、
焼成温度を９４０℃に保って大気雰囲気中にて焼成し
た。
【００２６】しかる後、得られた圧電磁器組成物を厚さ
１ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ１２ｍｍの短冊状に加工し、両
面に銀電極を焼き付け、８０℃のシリコンオイル中で３
ｋＶ／ｍｍの直流電圧を３０分間印加して分極処理を行
い試料を得た。
１ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ１２ｍｍの短冊状に加工し、両
面に銀電極を焼き付け、８０℃のシリコンオイル中で３
ｋＶ／ｍｍの直流電圧を３０分間印加して分極処理を行
い試料を得た。
【００２７】そして、各試料について、ＩＣＰ発光分光
分析にてＬｉ、Ｂｉ，Ｃｕの含有量をＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ
2Ｏ3、ＣｕＯ換算にて測定するとともに、電子工業会規
格ＥＭＡＳ−６００４に基づき圧電特性（電気機械結合
係数ｋ31、比誘電率ε33 T／ε0）を測定した。
分析にてＬｉ、Ｂｉ，Ｃｕの含有量をＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ
2Ｏ3、ＣｕＯ換算にて測定するとともに、電子工業会規
格ＥＭＡＳ−６００４に基づき圧電特性（電気機械結合
係数ｋ31、比誘電率ε33 T／ε0）を測定した。
【００２８】なお、判定基準については、表１の試料Ｎ
ｏ．１に示す従来の圧電磁器組成物を基準試料とした
時、圧電特性のうち比誘電率が２９００以下であり、か
つ電気機械結合係数が基準試料の１００％以上であるも
のを□、電気機械結合係数が９５％以上、１００％未満
であるものを○、電気機械結合係数が９０％以上、９５
％未満であるものを△、電気機械結合係数が９０％未満
であるものを×とし、比誘電率が２９００以下でかつ電
気機械結合係数が９０％以上のものを良好とした。
ｏ．１に示す従来の圧電磁器組成物を基準試料とした
時、圧電特性のうち比誘電率が２９００以下であり、か
つ電気機械結合係数が基準試料の１００％以上であるも
のを□、電気機械結合係数が９５％以上、１００％未満
であるものを○、電気機械結合係数が９０％以上、９５
％未満であるものを△、電気機械結合係数が９０％未満
であるものを×とし、比誘電率が２９００以下でかつ電
気機械結合係数が９０％以上のものを良好とした。
【００２９】それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００３０】
【表１】
【００３１】この結果、試料Ｎｏ．３のようにＢｉを単
独で含有したもの、試料Ｎｏ．５のようにＬｉとＢｉの
２種類を含有したものでは９４０℃で焼結させることが
できず、１０００℃でも焼結させることができなかっ
た。
独で含有したもの、試料Ｎｏ．５のようにＬｉとＢｉの
２種類を含有したものでは９４０℃で焼結させることが
できず、１０００℃でも焼結させることができなかっ
た。
【００３２】また、試料Ｎｏ．２，４のようにＬｉ又は
Ｃｕを単独で含有したもの、試料Ｎｏ．６，７のように
Ｌｉ，Ｂｉ，Ｃｕのうち２成分を含有したものは、９４
０℃にて焼結させることができたものの、電気機械結合
係数は基準試料の８２％以下と低いものであった。
Ｃｕを単独で含有したもの、試料Ｎｏ．６，７のように
Ｌｉ，Ｂｉ，Ｃｕのうち２成分を含有したものは、９４
０℃にて焼結させることができたものの、電気機械結合
係数は基準試料の８２％以下と低いものであった。
【００３３】さらに、Ｌｉ，Ｂｉ，Ｃｄの３成分を含有
したものでも、試料Ｎｏ．１０，１４，１８のように、
Ｌｉの含有量がＬｉ2ＣＯ3換算で１．０重量％以上のも
の、Ｂｉの含有量がＢｉ2Ｏ3換算で１．０重量％以上の
もの、ＣｕがＣｕＯ換算で２．０重量％以上のものはい
ずれも電気機械結合係数が基準試料の９０％未満と小さ
かった。
したものでも、試料Ｎｏ．１０，１４，１８のように、
Ｌｉの含有量がＬｉ2ＣＯ3換算で１．０重量％以上のも
の、Ｂｉの含有量がＢｉ2Ｏ3換算で１．０重量％以上の
もの、ＣｕがＣｕＯ換算で２．０重量％以上のものはい
ずれも電気機械結合係数が基準試料の９０％未満と小さ
かった。
【００３４】これに対し、試料Ｎｏ．８，９，１１〜１
３，１５〜１７は、いずれもＬｉ，Ｂｉ，Ｃｕの３成分
を含有し、その含有量がそれぞれ０＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．
０重量％、０＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０＜ＣｕＯ＜
２．０重量％の範囲にあるため、９４０℃の低温でも十
分に焼結させることができ、また、比誘電率が２９００
以下であり、かつ電気機械結合係数も基準試料の９０％
以上とすることができた。
３，１５〜１７は、いずれもＬｉ，Ｂｉ，Ｃｕの３成分
を含有し、その含有量がそれぞれ０＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．
０重量％、０＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０＜ＣｕＯ＜
２．０重量％の範囲にあるため、９４０℃の低温でも十
分に焼結させることができ、また、比誘電率が２９００
以下であり、かつ電気機械結合係数も基準試料の９０％
以上とすることができた。
【００３５】この結果より、Ｌｉ，Ｂｉ，Ｃｄの３成分
を含有させるとともに、それぞれの含有量を０＜Ｌｉ2
ＣＯ3＜１．０重量％、０＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、
０＜ＣｕＯ＜２．０重量％とすれば、ＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚ
ｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3が有する高い電気機械結合係数を
維持しながら、誘電率を下げることができ、かつ１００
０℃以下の温度で焼成することができることが判る。
を含有させるとともに、それぞれの含有量を０＜Ｌｉ2
ＣＯ3＜１．０重量％、０＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、
０＜ＣｕＯ＜２．０重量％とすれば、ＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚ
ｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3が有する高い電気機械結合係数を
維持しながら、誘電率を下げることができ、かつ１００
０℃以下の温度で焼成することができることが判る。
【００３６】そして、これらの圧電磁器組成物を圧電ア
クチュエータ等に用いれば、省エネルギーの素子が得ら
れるとともに、電極材料としてＡｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔ
（ただし、Ａｇは５０重量％以上）、あるいはＡｇ（１
００重量％）だけを用いることができ、高価なＰｄやＰ
ｔの量を大幅に減らすことができるため、安価に製造す
ることが可能となる。
クチュエータ等に用いれば、省エネルギーの素子が得ら
れるとともに、電極材料としてＡｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔ
（ただし、Ａｇは５０重量％以上）、あるいはＡｇ（１
００重量％）だけを用いることができ、高価なＰｄやＰ
ｔの量を大幅に減らすことができるため、安価に製造す
ることが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、予め用
意したＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓ
ｂ2/3）Ｏ3を主体とする仮焼粉に対してＬｉ2ＣＯ3とＢ
ｉ2Ｏ3ならびにＣｕＯの粉末を添加したものを所定形状
に成形し、しかる後、その成形体を９００〜１０００℃
の温度で焼成して、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とし、Ｌｉ、Ｂｉ、及
びＣｕの元素をそれぞれＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯ
に換算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．０重量％、０
重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜ＣｕＯ＜
２．０重量％の範囲でそれぞれ含有させて圧電磁器組成
物を得たことから、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3の持つ優れた電気機械結合係
数を維持したまま、誘電率を下げることができ、更に１
０００℃以下の低温での焼成が可能となる。その為、本
発明の圧電磁器組成物を用いれば、消費電力が少なく発
熱が小さいながら高速で変位させることができる超音波
応用振動子、超音波モータ、圧電アクチュエータ等の製
作が可能となり、さらに銀（Ａｇ）を電極材料に用いる
ことができるため、安価に製造することが可能となる。
意したＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓ
ｂ2/3）Ｏ3を主体とする仮焼粉に対してＬｉ2ＣＯ3とＢ
ｉ2Ｏ3ならびにＣｕＯの粉末を添加したものを所定形状
に成形し、しかる後、その成形体を９００〜１０００℃
の温度で焼成して、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とし、Ｌｉ、Ｂｉ、及
びＣｕの元素をそれぞれＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯ
に換算して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．０重量％、０
重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜ＣｕＯ＜
２．０重量％の範囲でそれぞれ含有させて圧電磁器組成
物を得たことから、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3の持つ優れた電気機械結合係
数を維持したまま、誘電率を下げることができ、更に１
０００℃以下の低温での焼成が可能となる。その為、本
発明の圧電磁器組成物を用いれば、消費電力が少なく発
熱が小さいながら高速で変位させることができる超音波
応用振動子、超音波モータ、圧電アクチュエータ等の製
作が可能となり、さらに銀（Ａｇ）を電極材料に用いる
ことができるため、安価に製造することが可能となる。
Claims (2)
- 【請求項１】ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ（Ｚｎ
1/3 Ｓｂ2/3）Ｏ3を主体とし、Ｌｉ、Ｂｉ、及びＣｕ
の元素をそれぞれＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換算
して、０重量％＜Ｌｉ2ＣＯ3＜１．０重量％、０重量％
＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜ＣｕＯ＜２．０
重量％の範囲で含有してなる圧電磁器組成物。 - 【請求項２】予め用意したＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3−
Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｓｂ2 /3）Ｏ3を主体とする仮焼粉に対
してＬｉ2ＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、及びＣｕＯの粉体を、焼結
後のＬｉ、Ｂｉ、及びＣｕの元素の含有量がＬｉ2Ｃ
Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯに換算して、０重量％＜Ｌｉ2Ｃ
Ｏ3＜１．０重量％、０重量％＜Ｂｉ2Ｏ3＜１．０重量
％、０重量％＜ＣｕＯ＜２．０重量％となるように添加
したものを所定形状に成形し、しかる後、９００〜１０
００℃の温度で焼成することを特徴とする圧電磁器組成
物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000066696A JP2001253772A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 圧電磁器組成物及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000066696A JP2001253772A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 圧電磁器組成物及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001253772A true JP2001253772A (ja) | 2001-09-18 |
Family
ID=18586015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000066696A Withdrawn JP2001253772A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 圧電磁器組成物及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001253772A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006269982A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Tdk Corp | 圧電素子の製造方法及び圧電素子 |
| CN1304323C (zh) * | 2003-05-21 | 2007-03-14 | 株式会社村田制作所 | 压电陶瓷组合物以及包含它的压电陶瓷装置 |
| JP2007524559A (ja) * | 2003-06-10 | 2007-08-30 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 低い焼結温度を有するｐｚｔ型のセラミックの製造方法 |
| JP2010511586A (ja) * | 2006-12-07 | 2010-04-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ジルコン酸チタン酸鉛混晶ベースの低温で焼結する圧電材料、この製造法ならびにこの材料を包含する圧電素子 |
| CN102189797A (zh) * | 2010-03-10 | 2011-09-21 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射头、液体喷射装置、压电元件以及压电材料 |
| JP2012191733A (ja) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Canon Inc | 圧電素子、圧電素子を有する圧電アクチュエータおよび振動波モータ |
| JP2014209642A (ja) * | 2014-06-12 | 2014-11-06 | 京セラ株式会社 | 積層型電子部品およびその製法 |
-
2000
- 2000-03-10 JP JP2000066696A patent/JP2001253772A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1304323C (zh) * | 2003-05-21 | 2007-03-14 | 株式会社村田制作所 | 压电陶瓷组合物以及包含它的压电陶瓷装置 |
| JP2007524559A (ja) * | 2003-06-10 | 2007-08-30 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 低い焼結温度を有するｐｚｔ型のセラミックの製造方法 |
| JP2006269982A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Tdk Corp | 圧電素子の製造方法及び圧電素子 |
| JP2010511586A (ja) * | 2006-12-07 | 2010-04-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ジルコン酸チタン酸鉛混晶ベースの低温で焼結する圧電材料、この製造法ならびにこの材料を包含する圧電素子 |
| CN102189797A (zh) * | 2010-03-10 | 2011-09-21 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射头、液体喷射装置、压电元件以及压电材料 |
| CN102189797B (zh) * | 2010-03-10 | 2015-06-10 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射头、液体喷射装置、压电元件以及压电材料 |
| JP2012191733A (ja) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Canon Inc | 圧電素子、圧電素子を有する圧電アクチュエータおよび振動波モータ |
| JP2014209642A (ja) * | 2014-06-12 | 2014-11-06 | 京セラ株式会社 | 積層型電子部品およびその製法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070711 |