JP2002293622A - Piezoelectric ceramic, layer-built piezoelectric element and jetting apparatus - Google Patents
Piezoelectric ceramic, layer-built piezoelectric element and jetting apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電磁器及び積層
型圧電素子並びに噴射装置に係わり、例えば、セラミッ
クフィルタ、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電点火
ユニット、超音波モータ、圧電ファン、圧電アクチュエ
ータ、および加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセ
ンサ等に適する圧電磁器及び積層型圧電素子並びに噴射
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ceramic, a laminated piezoelectric element, and an injection device, for example, a ceramic filter, an ultrasonic application oscillator, a piezoelectric buzzer, a piezoelectric ignition unit, an ultrasonic motor, a piezoelectric fan, a piezoelectric fan. The present invention relates to an actuator, a piezoelectric ceramic suitable for an acceleration sensor, a knocking sensor, an AE sensor, and the like, a laminated piezoelectric element, and an injection device.
【０００２】[0002]
【従来技術】従来から、圧電磁器を利用した製品として
は、例えばセラミックフィルタ、超音波応用振動子、圧
電ブザー、圧電点火ユニット、超音波モータ、圧電ファ
ン、圧電アクチュエータ、および加速度センサ、ノッキ
ングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサが知られてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, products using piezoelectric ceramics include, for example, ceramic filters, ultrasonic transducers, piezoelectric buzzers, piezoelectric ignition units, ultrasonic motors, piezoelectric fans, piezoelectric actuators, acceleration sensors, knocking sensors, Piezoelectric sensors such as AE sensors are known.
【０００３】ここで、圧電アクチュエータは、圧電体が
有する逆圧電効果を利用するものであり、従来より、圧
電磁器と内部電極とを交互積層し圧電縦効果を利用した
積層型圧電アクチュエータが知られている。圧電アクチ
ュエータでは、大きな変位が必要な場合、使用する圧電
磁器としては、圧電歪定数の大きなものが適しており、
また、高い温度雰囲気での動作が求められる場合は、キ
ュリー温度の高い圧電磁器が必要となる。一般的に、圧
電歪定数とキュリー温度は負の相関関係があり、更に、
圧電磁器の機械的品質係数Ｑｍと圧電歪定数の間にも負
の相関関係がある。Here, the piezoelectric actuator utilizes the inverse piezoelectric effect of a piezoelectric body. Conventionally, a laminated piezoelectric actuator using a piezoelectric longitudinal effect by alternately laminating piezoelectric ceramics and internal electrodes has been known. ing. When a large displacement is required for a piezoelectric actuator, a piezoelectric ceramic having a large piezoelectric strain constant is suitable as a piezoelectric ceramic to be used.
When operation in a high-temperature atmosphere is required, a piezoelectric ceramic having a high Curie temperature is required. In general, there is a negative correlation between the piezoelectric strain constant and the Curie temperature.
There is also a negative correlation between the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric ceramic and the piezoelectric strain constant.
【０００４】その為、従来から、機械的品質係数Ｑｍを
低く抑えた組成系にて、大きな圧電歪定数を有し、しか
もキュリー温度が高くなる磁器組成物が探索されてき
た。そのような圧電磁器として、例えば、ジルコン酸チ
タン酸鉛に第三成分としてＰｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）Ｏ3やＰ
ｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）Ｏ3等を固溶させた系などが知られて
おり、圧電アクチュエータ用の圧電磁器として利用され
てきた。[0004] Therefore, a porcelain composition having a large piezoelectric strain constant and a high Curie temperature has been searched for in a composition system in which the mechanical quality factor Qm is kept low. As such a piezoelectric ceramic, for example, Pb (Ni, Nb) O 3 or P
A system in which b (Mg, Nb) O 3 or the like is dissolved is known, and has been used as a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、積層型
圧電アクチュエータに繰り返し電圧を加え、連続駆動さ
せた場合、上記の機械的品質係数Ｑｍを低く抑えた圧電
磁器では自己発熱が大きくなる。そのため、アクチュエ
ータに用いる圧電磁器には、雰囲気温度に圧電磁器の自
己発熱分の温度が加わることを考慮するとキュリー温度
の高いものが必要となってくる。従来の低いキュリー温
度を有する圧電磁器では、キュリー温度付近で誘電率が
急激に変化し、アクチュエータを十分変位させる為に必
要な供給電荷量が増加し、アクチュエータを十分変位さ
せることが困難になるという問題があった。However, when a voltage is repeatedly applied to the laminated piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator is continuously driven, self-heating is increased in the piezoelectric ceramic in which the mechanical quality factor Qm is kept low. Therefore, a piezoelectric ceramic having a high Curie temperature is required for the piezoelectric ceramic used for the actuator, considering that the temperature of the self-heating of the piezoelectric ceramic is added to the ambient temperature. In conventional piezoelectric ceramics having a low Curie temperature, the permittivity changes rapidly around the Curie temperature, the amount of supplied charge required to sufficiently displace the actuator increases, and it becomes difficult to sufficiently displace the actuator. There was a problem.
【０００６】また、一般に圧電磁器では、圧電歪定数が
大きくなるとキュリー温度が低くなる傾向があるため、
高温用途においては、積層型圧電アクチュエータを構成
する圧電セラミックスにキュリー温度の高いものを用
い、積層数を増加させることによって必要変位量を確保
してきた。しかしながら、安易に積層数によって変位量
を大きくすることは、信頼性の低下、及び製品コストの
増加につながるといった問題があった。[0006] In general, in piezoelectric ceramics, the Curie temperature tends to decrease as the piezoelectric strain constant increases.
In high-temperature applications, the required amount of displacement has been ensured by increasing the number of layers by using a piezoelectric ceramic having a high Curie temperature as the piezoelectric ceramic constituting the laminated piezoelectric actuator. However, increasing the displacement amount easily according to the number of layers has a problem that reliability is reduced and product cost is increased.
【０００７】今日においては、高信頼性、低コスト及び
高温での駆動が可能な積層型圧電アクチュエータを実現
するために、キュリー温度が高く圧電歪定数の大きな圧
電磁器が切望されていた。At present, piezoelectric ceramics having a high Curie temperature and a large piezoelectric strain constant have been desired in order to realize a laminated piezoelectric actuator which can be driven at high temperature with high reliability and low cost.
【０００８】本発明は、キュリー温度が高く、機械的品
質係数を大きくして自己発熱量が小さく、しかも圧電歪
定数が大きい圧電磁器及び積層型圧電素子並びに噴射装
置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic, a laminated piezoelectric element, and an injection device having a high Curie temperature, a large mechanical quality factor, a small amount of self-heating, and a large piezoelectric distortion constant. .
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器は、Ｐ
ｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とするペロブスカイト型複合
酸化物であって、該ペロブスカイト型複合酸化物のＡサ
イトをＣａ、Ｓｒ及びＢａのうち少なくとも１種で１０
モル％以下置換するとともに、Ｂサイトを、Ｗと、Ｎｂ
と、Ｃｏと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ及びＹ
ｂのうち少なくとも１種とで合計１０モル％以下置換し
てなるものである。The piezoelectric ceramic according to the present invention has a P
a perovskite-type composite oxide containing b, Zr and Ti as main components, wherein the A site of the perovskite-type composite oxide is at least one of Ca, Sr and Ba.
Mole% or less, and replace B site with W and Nb.
, Co, Y, Dy, Ho, Er, Tm, Lu and Y
b is substituted with at least one kind of b in a total of 10 mol% or less.
【００１０】Ｂサイトの一部を、Ｗと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ及びＹｂのうち少なくとも１種と
で置換することにより、比較的少量の固溶量で、ジルコ
ン酸チタン酸鉛が本来有している高いキュリー温度をほ
とんど低下させることなく圧電性を高めることができ
る。[0010] A part of the B site is represented by W, Y, Dy, H
By substituting at least one of o, Er, Tm, Lu and Yb, with a relatively small amount of solid solution, almost no lowering of the high Curie temperature inherent in lead zirconate titanate. Piezoelectricity can be improved.
【００１１】また、Ｂサイトの一部を、さらにＮｂおよ
びＣｏで置換することにより、金属元素Ｗ、Ｙｂなどの
固溶効果による大きな圧電歪定数と高いキュリー温度を
ほとんど低下させることなく、機械品質係数Ｑｍを向上
させることができ、自己発熱温度を低下できる。Further, by substituting a part of the B site with Nb and Co, a large piezoelectric strain constant and a high Curie temperature due to the solid solution effect of the metal elements W and Yb can be obtained without substantially lowering the mechanical quality. The coefficient Qm can be improved, and the self-heating temperature can be reduced.
【００１２】さらに、Ａサイトの一部をＣａ、Ｓｒ、Ｂ
ａで総量１０モル％以下置換することにより、キュリー
温度を非常に高くすることができるとともに、高いキュ
リー温度を保持したまま、圧電歪定数を向上させること
ができる。Further, a part of the A site is converted to Ca, Sr, B
By substituting a total amount of 10 mol% or less with a, the Curie temperature can be extremely increased, and the piezoelectric strain constant can be improved while maintaining the high Curie temperature.
【００１３】本発明の圧電磁器は、一般式を、Ｐｂ1-a
Ｍa（Ｙｂ2/3Ｗ1/3）x（Ｃｏ1/3Ｎｂ 2/3）y（Ｚｒ1-zＴ
ｉz）1-x-yＯ3と表したとき、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａが、
０．０１≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０３、
０．４８≦ｚ≦０．５０、０．０３≦ａ≦０．１０、Ｍ
は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうち少なくとも１種の関係を
満足するものである。The piezoelectric ceramic of the present invention has a general formula: Pb1-a
Ma(Yb2/3W1/3)x(Co1/3Nb 2/3)y(Zr1-zT
iz)1-xyOThreeWhere x, y, z, and a are:
0.01 ≦ x ≦ 0.05, 0.005 ≦ y ≦ 0.03,
0.48 ≦ z ≦ 0.50, 0.03 ≦ a ≦ 0.10, M
Represents at least one kind of relationship among Ca, Sr and Ba.
I am satisfied.
【００１４】このような組成を有する圧電磁器では、キ
ュリー温度を２７０℃以上、圧電歪定数ｄ33を４８５ｐ
Ｃ／Ｎ以上とでき、しかも、その圧電磁器の機械的品質
係数Ｑｍを１００以上と大きくでき、連続駆動による自
己発熱温度を約４０℃以上低下できる。さらに、共振・
***振法から求めた圧電歪定数を共振圧電歪定数、実際
の変位量から計算される実効的な圧電歪定数を実効圧電
歪定数として定義した場合、圧電歪定数比（実効圧電歪
定数／共振圧電歪定数）は、一般的なＰＺＴは１．５倍
程度となるが、本発明の圧電磁器では、圧電歪定数比が
大きい為に実効圧電歪定数を大きくすることができ、高
信頼性、低コスト及び高温での駆動が可能な積層型圧電
アクチュエータを実現できる。The piezoelectric ceramic having such a composition has a Curie temperature of 270 ° C. or higher and a piezoelectric strain constant d 33 of 485 p.
C / N or more, and the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric ceramic can be increased to 100 or more, and the self-heating temperature by continuous driving can be reduced by about 40 ° C. or more. In addition, resonance
When the piezoelectric strain constant determined by the anti-resonance method is defined as the resonance piezoelectric strain constant, and the effective piezoelectric strain constant calculated from the actual displacement is defined as the effective piezoelectric strain constant, the piezoelectric strain constant ratio (effective piezoelectric strain constant / resonance) (Piezoelectric strain constant) is about 1.5 times that of general PZT. However, in the piezoelectric ceramic of the present invention, since the piezoelectric strain constant ratio is large, the effective piezoelectric strain constant can be increased, and high reliability and high reliability can be obtained. A laminated piezoelectric actuator that can be driven at low cost and at high temperature can be realized.
【００１５】本発明の積層型圧電素子は、圧電体と電極
とを交互に積層してなるとともに、前記圧電体が、上記
圧電磁器からなるものである。このような積層型圧電素
子では、圧電磁器の圧電歪定数ｄ33が大きいため良好な
変位特性を有するとともに、圧電磁器の機械的品質係数
Ｑｍが大きいため自己発熱温度を低下でき、さらにキュ
リー温度が高いため、雰囲気温度が高くなったとしても
駆動することができる。A laminated piezoelectric element according to the present invention comprises piezoelectric bodies and electrodes alternately laminated, and the piezoelectric body comprises the piezoelectric ceramic. In such a multilayer piezoelectric element, which has a good displacement characteristics for the piezoelectric strain constant d 33 of the piezoelectric ceramic is large, mechanical quality factor Qm of the piezoelectric ceramic is large can reduce the self-heating temperature, further the Curie temperature Since the temperature is high, driving can be performed even when the ambient temperature increases.
【００１６】また、本発明の噴射装置は、噴射孔を有す
る収納容器と、該収納容器内に収容された上記積層型圧
電素子と、該積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔か
ら液体を噴出させるバルブとを具備してなるものであ
る。Further, the injection device of the present invention provides a storage container having an injection hole, the laminated piezoelectric element accommodated in the storage container, and ejects a liquid from the injection hole by driving the laminated piezoelectric element. And a valve for causing the pressure to flow.
【００１７】上記したように、積層型圧電素子は、圧電
歪定数が高いので変位量を大きくでき、圧電磁器の機械
的品質係数Ｑｍが大きいため自己発熱温度を低下でき、
更にキュリー温度が高いため、噴射特性の優れた高温雰
囲気使用可能な噴射装置を提供できる。As described above, the laminated piezoelectric element has a large piezoelectric strain constant, so that the displacement can be increased, and the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric ceramic is large, so that the self-heating temperature can be reduced.
Further, since the Curie temperature is high, it is possible to provide an injection device which has excellent injection characteristics and can be used in a high-temperature atmosphere.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】図１は本発明の積層圧電素子であ
る積層型圧電アクチュエータを示すもので、この積層型
圧電アクチュエータは、複数の圧電体１と複数の内部電
極２とを交互に積層してなる活性体３ａと、この活性体
３ａの両端面に形成された不活性体３ｂからなる柱状積
層体３の対向する側面において、内部電極２の端部に１
層おきに絶縁体４を形成し、絶縁体４を形成していない
内部電極２の端部を同一の外部電極５に接続して構成さ
れている。FIG. 1 shows a laminated piezoelectric actuator which is a laminated piezoelectric element according to the present invention. In this laminated piezoelectric actuator, a plurality of piezoelectric bodies 1 and a plurality of internal electrodes 2 are alternately laminated. In the opposing side surfaces of the columnar laminated body 3 composed of the activated body 3a and the inactive bodies 3b formed on both end surfaces of the activated body 3a, one end of the internal electrode 2 is provided.
An insulator 4 is formed every other layer, and an end of the internal electrode 2 where the insulator 4 is not formed is connected to the same external electrode 5.
【００１９】活性体３ａと不活性体３ｂは同時焼成され
て柱状積層体３が形成されており、活性体３ａの圧電体
１と不活性体３ｂは、同一圧電セラミック材料から構成
されることが、焼成時における収縮差を小さくするとい
う点から望ましい。活性体３ａは変位を発生させる部分
であり、不活性体３ｂは、柱状積層体３を機械的に保持
し、発生する力を外部へ伝達する機能を有する。The active body 3a and the inactive body 3b are simultaneously fired to form a columnar laminate 3, and the piezoelectric body 1 and the inactive body 3b of the active body 3a may be made of the same piezoelectric ceramic material. This is desirable in that the difference in shrinkage during firing is reduced. The active body 3a is a portion that generates displacement, and the inactive body 3b has a function of mechanically holding the columnar laminate 3 and transmitting the generated force to the outside.
【００２０】内部電極２は、同時焼成時には柱状積層体
３の全ての側面に露出しているが、そのうち対向する側
面において、内部電極２端部を含む圧電体１の端部１層
おきに溝が形成され、該溝にガラス、エポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム
等の絶縁体４が充填され、これにより、内部電極２の一
方の端部が絶縁されている。The internal electrodes 2 are exposed on all side surfaces of the columnar laminate 3 at the time of simultaneous firing. On the opposing side surfaces, grooves are formed every other end of the piezoelectric body 1 including the end of the internal electrode 2. Is formed, and the groove is filled with an insulator 4 such as glass, epoxy resin, polyimide resin, polyamide-imide resin, or silicone rubber, so that one end of the internal electrode 2 is insulated.
【００２１】なお、絶縁体４は低ヤング率の材質、例え
ばシリコーンゴム等が好ましい。このように、内部電極
２は互い違いに１層おきに絶縁され、絶縁されていない
内部電極２の他方の端面は、例えば、予め塗布しておい
た導電性耐熱接着剤５ａに導電性部材５ｂを密着させた
状態で、導電性耐熱接着剤５ａを加熱硬化させることに
より、外部電極５が形成されている。外部電極５の下側
端部にはリード線６が取り付けられている。The insulator 4 is preferably made of a material having a low Young's modulus, such as silicone rubber. In this manner, the internal electrodes 2 are alternately insulated every other layer, and the other end face of the non-insulated internal electrodes 2 is, for example, a conductive member 5b applied to a conductive heat-resistant adhesive 5a applied in advance. The external electrode 5 is formed by heating and curing the conductive heat-resistant adhesive 5a in the state of being in close contact. A lead wire 6 is attached to the lower end of the external electrode 5.
【００２２】活性体３ａの圧電体１の厚みは０．０５〜
０．２５ｍｍ、内部電極２の厚みは０．００３〜０．０
１ｍｍ、不活性体３ｂの厚みは、それぞれ０．５〜３．
０ｍｍとされ、圧電体１、内部電極２の積層数は、所望
の特性を得るためにそれぞれ１００〜４００層とされて
いる。The thickness of the piezoelectric body 1 of the active body 3a is 0.05 to
0.25 mm, thickness of the internal electrode 2 is 0.003 to 0.0
1 mm, the thickness of the inert body 3b is 0.5-3.
The number of layers of the piezoelectric body 1 and the internal electrode 2 is 100 to 400 layers in order to obtain desired characteristics.
【００２３】さらに、内部電極２間の沿面放電を防止
し、大きな電圧を印加するために、柱状積層体３の側面
がシリコーンゴムなどの伸縮性をもつ絶縁物からなる被
覆層（図示せず）で被覆されている。Further, in order to prevent creeping discharge between the internal electrodes 2 and apply a large voltage, the side surfaces of the columnar laminate 3 are made of a stretchable insulating material such as silicone rubber (not shown). It is covered with.
【００２４】内部電極２は、Ａｇと、貴金属（Ｐｄ、Ｐ
ｔなど）とから形成されている。貴金属量を低減できる
ように低温焼成することが望ましい。尚、内部電極中に
はガラスを含有していても良い。The internal electrodes 2 are made of Ag and a noble metal (Pd, P
t etc.). It is desirable to fire at low temperature so that the amount of noble metal can be reduced. Note that the internal electrode may contain glass.
【００２５】そして、本発明の圧電磁器からなる圧電体
１は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを主成分とするペロブスカイ
ト型複合酸化物であって、該ペロブスカイト型複合酸化
物のＡサイトをＣａ、Ｓｒ及びＢａのうち少なくとも１
種で１０モル％以下置換するとともに、Ｂサイトを、Ｗ
と、Ｎｂと、Ｃｏと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌ
ｕ及びＹｂのうち少なくとも１種とで合計１０モル％以
下置換してなるものである。The piezoelectric body 1 comprising the piezoelectric ceramic of the present invention is a perovskite-type composite oxide containing Pb, Zr and Ti as main components, and the A site of the perovskite-type composite oxide is Ca, Sr and At least one of Ba
Not more than 10 mol% with the seed, and the B site is replaced with W
, Nb, Co, Y, Dy, Ho, Er, Tm, L
It is substituted by at least one of u and Yb in a total amount of 10 mol% or less.
【００２６】本発明では、金属元素Ｗと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ及びＹｂからなる群より選ばれる
少なくとも一種の金属元素を合わせて選択することによ
り、比較的少量の固溶量で、ジルコン酸チタン酸鉛が本
来有している高いキュリー温度をほとんど低下させるこ
となく圧電性を高めることができる。In the present invention, the metal element W, Y, Dy, H
By selecting at least one kind of metal element selected from the group consisting of o, Er, Tm, Lu and Yb together, a relatively small amount of solid solution allows a high curie which lead zirconate titanate originally has. The piezoelectricity can be increased without substantially lowering the temperature.
【００２７】さらに、Ｂサイトの一部をＮｂおよびＣｏ
で少量置換することにより、金属元素Ｗ、Ｙｂなどの固
溶効果による大きな圧電歪定数と高いキュリー温度をほ
とんど低下させることなく、機械品質係数Ｑｍを１００
以上に向上でき、金属成分ＮｂおよびＣｏの固溶効果に
より、自己発熱温度を約４０℃以上低減できる。Further, a part of the B site is changed to Nb and Co.
, A large piezoelectric strain constant due to the solid solution effect of the metal elements W and Yb and a high Curie temperature without substantially lowering the mechanical quality factor Qm by 100%.
The self-heating temperature can be reduced by about 40 ° C. or more due to the solid solution effect of the metal components Nb and Co.
【００２８】このとき、Ｂサイトに含まれる副成分の総
量、即ち、Ｗと、Ｎｂと、Ｃｏと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｌｕ及びＹｂのうち少なくとも１種とによる
Ｂサイトの置換量を１０モル％以下とすることが重要で
ある。これにより、キュリー温度を２７０℃以上と非常
に高く維持することができる。一方、上記副成分による
置換量が１０モル％よりも多いと、キュリー温度及び圧
電歪定数の低下が大きくなるからである。特にＢサイト
に含まれる副成分の総量として、２〜５モル％であるこ
とが望ましい。At this time, the total amount of subcomponents contained in the B site, ie, W, Nb, Co, Y, Dy, Ho, E
It is important that the substitution amount of the B site by at least one of r, Tm, Lu and Yb be 10 mol% or less. Thereby, the Curie temperature can be maintained at a very high value of 270 ° C. or higher. On the other hand, when the amount of substitution by the subcomponent is more than 10 mol%, the Curie temperature and the piezoelectric strain constant are greatly reduced. In particular, the total amount of the subcomponents contained in the B site is desirably 2 to 5 mol%.
【００２９】また、Ａサイトの一部をＣａ、Ｓｒ、Ｂａ
からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素で１
０モル％以下（ａ≦０．１）置換することが重要であ
る。これにより、高いキュリー温度を保持したまま、更
に、圧電歪定数を向上させることができる。Ａサイトに
含まれる副成分の量が１０モル％より多くなるとキュリ
ー温度の低下が大きくなるため、Ａサイトに含まれる副
成分の量としては、１０モル％以下が好ましい。特にＡ
サイトに含まれる副成分量として、高い圧電歪定数及び
キュリー温度を維持するという点から、４〜７モル％で
あることが望ましい。Further, a part of the A site is converted to Ca, Sr, Ba.
At least one metal element selected from the group consisting of
It is important to substitute 0 mol% or less (a ≦ 0.1). Thus, the piezoelectric strain constant can be further improved while maintaining a high Curie temperature. When the amount of the subcomponent contained in the A site is more than 10 mol%, the Curie temperature is greatly reduced. Therefore, the amount of the subcomponent contained in the A site is preferably 10 mol% or less. Especially A
The amount of the subcomponent contained in the site is desirably 4 to 7 mol% from the viewpoint of maintaining a high piezoelectric strain constant and a Curie temperature.
【００３０】本発明の圧電磁器は、一般式を、Ｐｂ1-a
Ｍa（Ｙｂ2/3Ｗ1/3）x（Ｃｏ1/3Ｎｂ 2/3）y（Ｚｒ1-zＴ
ｉz）1-x-yＯ3と表したとき、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａが、
０．０１≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０３、
０．４８≦ｚ≦０．５、０．０３≦ａ≦０．１０、Ｍ
は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうち少なくとも１種の関係を
満足するものである。The piezoelectric ceramic of the present invention has a general formula: Pb1-a
Ma(Yb2/3W1/3)x(Co1/3Nb 2/3)y(Zr1-zT
iz)1-xyOThreeWhere x, y, z, and a are:
0.01 ≦ x ≦ 0.05, 0.005 ≦ y ≦ 0.03,
0.48 ≦ z ≦ 0.5, 0.03 ≦ a ≦ 0.10, M
Represents at least one kind of relationship among Ca, Sr and Ba.
I am satisfied.
【００３１】このような組成を有する圧電磁器では、キ
ュリー温度を２７０℃以上、圧電歪定数ｄ33を４８５ｐ
Ｃ／Ｎ以上とでき、しかも、その圧電磁器の機械的品質
係数Ｑｍを１００以上と大きくでき、連続駆動による自
己発熱温度を約４０℃以上低下できる。The piezoelectric ceramic having such a composition has a Curie temperature of 270 ° C. or higher and a piezoelectric strain constant d 33 of 485 p.
C / N or more, and the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric ceramic can be increased to 100 or more, and the self-heating temperature by continuous driving can be reduced by about 40 ° C. or more.
【００３２】一般式において、ＡサイトのＣａ、Ｓｒ及
びＢａのうち少なくとも１種による置換量を示すａを
０．０３〜０．１としたのは、この範囲ならば、キュリ
ー温度を２７５℃以上と高くできるからである。一方、
ａが０．０３よりも小さい場合には、圧電歪定数が小さ
くなる傾向があり、０．１０よりも大きい場合にはキュ
リー温度が大きく低下する傾向がある。ａは、高いキュ
リー温度を維持し、圧電歪定数を向上させるという点か
ら０．０４〜０．０７であることが望ましい。In the general formula, a, which represents the substitution amount of at least one of Ca, Sr and Ba at the A site, is set to 0.03 to 0.1, if the Curie temperature is 275 ° C. or higher within this range. Because it can be higher. on the other hand,
When a is smaller than 0.03, the piezoelectric strain constant tends to decrease, and when a is greater than 0.10, the Curie temperature tends to decrease significantly. a is preferably 0.04 to 0.07 from the viewpoint of maintaining a high Curie temperature and improving the piezoelectric strain constant.
【００３３】また、Ａサイトの置換は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ
ａのうちＳｒとＢａの組合せが望ましい。この場合、Ａ
サイトのＳｒによる置換量ａが０．０３、Ｂａによる置
換量ａが０．０４であることが望ましい。The substitution of the A site is performed by Ca, Sr, B
Among a, a combination of Sr and Ba is desirable. In this case, A
It is desirable that the substitution amount a by Sr of the site is 0.03 and the substitution amount a by Ba is 0.04.
【００３４】さらに、Ｂサイトの、Ｗと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ及びＹｂのうち少なくとも１種に
よる置換量を示すｘは、０．０１〜０．０５であること
が望ましい。これにより、高いキュリー温度を維持した
状態で圧電性を高めることができるが、置換量ｘが、
０．０１よりも小さい場合には焼成温度が高くなる傾向
があり、また、０．０５より置換量が多いときにはキュ
リー温度が低下する傾向がある。Ｂサイトの、Ｗと、Ｙ
等による置換量ｘは、焼成温度を低下し、キュリー温度
を高くするという点から、０．０１５〜０．０３である
ことが望ましい。Further, W, Y, Dy, and H at the B site
It is preferable that x indicating the amount of substitution by at least one of o, Er, Tm, Lu and Yb is 0.01 to 0.05. As a result, the piezoelectricity can be increased while maintaining a high Curie temperature.
If it is smaller than 0.01, the firing temperature tends to increase, and if the substitution amount is larger than 0.05, the Curie temperature tends to decrease. W and Y of B site
It is desirable that the replacement amount x is 0.015 to 0.03 from the viewpoint of lowering the firing temperature and increasing the Curie temperature.
【００３５】ＢサイトのＹ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、
Ｌｕ及びＹｂのうち少なくとも１種による置換は、高い
キュリー温度という点から、Ｙｂ、Ｙが望ましい。The B site Y, Dy, Ho, Er, Tm,
The substitution with at least one of Lu and Yb is preferably Yb or Y from the viewpoint of a high Curie temperature.
【００３６】また、Ｂサイトの（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）によ
る置換量を示すｙが０．００５〜０．０３を満足するこ
とにより、大きな圧電歪定数と高いキュリー温度をほと
んど低下させることなく、機械品質係数Ｑｍを向上でき
るが、ｙが０．００５よりも小さい場合には、機械的品
質係数Ｑｍの向上効果が小さく、一方、ｙが０．０３よ
りも大きい場合には、圧電歪定数とキュリー温度の低下
する傾向がある。ｙは０．０１〜０．０２であることが
望ましい。When y indicating the substitution amount of the B site by (Co 1/3 Nb 2/3 ) satisfies 0.005 to 0.03, a large piezoelectric strain constant and a high Curie temperature are almost reduced. Without increasing the mechanical quality factor Qm, when y is smaller than 0.005, the effect of improving the mechanical quality factor Qm is small. On the other hand, when y is larger than 0.03, the piezoelectric quality is improved. The strain constant and Curie temperature tend to decrease. It is desirable that y is 0.01 to 0.02.
【００３７】ＴｉによるＺｒの置換量を示すｚは、０．
４８≦ｚ≦０．５の範囲に圧電歪定数の大きくなる最適
値があり、ｚが０．４８よりも小さい場合、０．５３よ
りも大きい場合には圧電歪定数が小さくなる傾向があ
る。Z representing the amount of Zr replaced by Ti is 0.
There is an optimum value for increasing the piezoelectric strain constant in the range of 48 ≦ z ≦ 0.5. When z is smaller than 0.48, and when z is larger than 0.53, the piezoelectric strain constant tends to decrease.
【００３８】以上のように構成された同時焼成型の積層
圧電アクチュエータは、以下のプロセスにより製造され
る。先ず、原料粉末として高純度のＰｂＯ、ＺｒＯ2、
ＴｉＯ2、Ｃｏ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3、ＢａＣＯ3、Ｓ
ｒＣＯ3、ＣａＣＯ3およびＹｂ2Ｏ3などの各原料粉末を
所定量秤量し、ボールミル等で１０〜２４時間湿式混合
し、次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、８００〜
９００℃で１〜３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボール
ミル等で粒度分布がＤ50で０．５±０．２μｍ、Ｄ90で
０．８μｍ未満となるように湿式粉砕する。The co-fired laminated piezoelectric actuator configured as described above is manufactured by the following process. First, high-purity PbO, ZrO 2 ,
TiO 2 , Co 2 O 3 , Nb 2 O 5 , WO 3 , BaCO 3 , S
A predetermined amount of each raw material powder such as rCO 3 , CaCO 3, and Yb 2 O 3 is weighed and wet-mixed with a ball mill or the like for 10 to 24 hours, and then the mixture is dehydrated and dried.
And 1 to 3 hours and calcined at 900 ° C., the calcined product particle size distribution again ball mill or the like is 0.5 ± 0.2 [mu] m at D 50, wet milling so that 0.8μm less than at D 90.
【００３９】得られた粉砕原料と有機高分子からなるバ
インダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、ス
リップキャステイング法によりセラミックグリーンシー
トを作製する。A slurry is prepared by mixing the obtained pulverized raw material, a binder composed of an organic polymer, and a plasticizer, and a ceramic green sheet is prepared by a slip casting method.
【００４０】このグリーンシートの片面にＡｇ／Ｐｔの
比率が所定比率である導電性ペーストをスクリーン印刷
法により印刷する。この導電性ペーストを乾燥させた
後、導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシート
を所定の枚数だけ積層し、この積層体の積層方向の両端
部に、導電性ペーストが塗布されていないグリーンシー
トを積層する。On one surface of the green sheet, a conductive paste having a predetermined ratio of Ag / Pt is printed by a screen printing method. After drying the conductive paste, a predetermined number of green sheets to which the conductive paste is applied are laminated by a predetermined number, and green sheets to which the conductive paste is not applied are provided at both ends of the laminate in the laminating direction. Are laminated.
【００４１】次に、この積層体を５０〜２００℃で加熱
を行いながら加圧を行い、積層体を一体化する。一体化
された積層体は所定の大きさに切断された後、４００〜
８００℃で５〜４０時間、脱バインダが行われ、９５０
〜１１５０℃で２〜５時間で本焼成が行われ、アクチュ
エータ本体となる積層焼結体を得る。このアクチュエー
タ本体の側面には、内部電極２の端部が露出している。Next, the laminate is pressurized while being heated at 50 to 200 ° C. to integrate the laminate. After the integrated laminate is cut to a predetermined size, 400 to
Debinding is performed at 800 ° C. for 5 to 40 hours, and 950
Main firing is performed at 1150 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a laminated sintered body to be the actuator body. The end of the internal electrode 2 is exposed on the side surface of the actuator body.
【００４２】その後、該アクチュエータ本体の２つの側
面において、内部電極２端部を含む圧電磁器１の端部に
該２側面において互い違いになるように、１層おきに深
さ５０〜５００μｍ、積層方向の幅５０〜３００μｍの
溝を形成し、該溝にシリコーンゴム等の絶縁体４を充填
する。以上のように、内部電極２は互い違いに１層おき
に絶縁され、交互に同一の外部電極５に接続される。Thereafter, on the two side surfaces of the actuator body, the end portions of the piezoelectric ceramic 1 including the end portions of the internal electrodes 2 are alternately formed on the two side surfaces so that the alternate layers have a depth of 50 to 500 μm and a stacking direction. Is formed with a width of 50 to 300 μm, and the groove is filled with an insulator 4 such as silicone rubber. As described above, the internal electrodes 2 are alternately insulated every other layer, and are alternately connected to the same external electrode 5.
【００４３】この後、正極用外部電極、負極用外部電極
にリード線６を接続し、アクチュエータの外周面にデイ
ッピング等の方法により、シリコーンゴムを被覆した
後、０．１〜３ｋＶの分極電圧を印加し、アクチュエー
タ全体を分極処理することで、最終的な積層型圧電アク
チュエータを得る。Thereafter, the lead wire 6 is connected to the positive electrode external electrode and the negative electrode external electrode, and the outer peripheral surface of the actuator is coated with silicone rubber by a method such as dipping, and then a polarization voltage of 0.1 to 3 kV is applied. By applying the voltage and polarizing the entire actuator, a final laminated piezoelectric actuator is obtained.
【００４４】なお、本発明の積層型圧電アクチュエータ
は、四角柱、六角柱、円柱等、どのような柱体であって
も構わないが、切断の容易性から四角柱状が望ましい。The laminated piezoelectric actuator of the present invention may be in any shape such as a quadrangular prism, a hexagonal prism, a circular cylinder, etc., but a quadrangular prism shape is desirable from the viewpoint of easy cutting.
【００４５】本発明の圧電磁器からなる圧電体は、ペロ
ブスカイト型結晶を主結晶相とするもので、異相は殆ど
存在しないことが望ましい。また、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、
Ｓ、Ｃｌ、Ｅｕ、Ｋ、Ｐ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ等が不可避
不純物として混入する場合もあるが、特性上問題ない。The piezoelectric body made of the piezoelectric ceramic of the present invention has a perovskite crystal as a main crystal phase, and it is desirable that almost no foreign phase exists. Also, Ag, Al, Fe,
S, Cl, Eu, K, P, Cu, Mg, Si and the like may be mixed as unavoidable impurities, but there is no problem in characteristics.
【００４６】また、Ｂサイトに固溶させるＷ、Ｎｂ、Ｃ
ｏ以外の副成分は、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ
およびＹｂからなる群より選ばれた金属元素であれば、
特に１種類に限定されるものでなく、複合して選択して
も効果は同じであり特性上問題ない。In addition, W, Nb, C
Sub-components other than o are Y, Dy, Ho, Er, Tm, Lu
And a metal element selected from the group consisting of Yb,
It is not particularly limited to one kind, and the effect is the same even if it is selected in combination, and there is no problem in characteristics.
【００４７】図２は、本発明の噴射装置を示すもので、
図において符号３１は収納容器を示している。この収納
容器３１の一端には噴射孔３３が設けられ、また収納容
器３１内には、噴射孔３３を開閉することができるニー
ドルバルブ３５が収容されている。FIG. 2 shows an injection device of the present invention.
In the figure, reference numeral 31 indicates a storage container. An injection hole 33 is provided at one end of the storage container 31, and a needle valve 35 that can open and close the injection hole 33 is stored in the storage container 31.
【００４８】噴射孔３３には燃料通路３７が連通可能に
設けられ、この燃料通路３７は外部の燃料供給源に連結
され、燃料通路３７に常時一定の高圧で燃料が供給され
ている。従って、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を開
放すると、燃料通路３７に供給されていた燃料が一定の
高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるよう
に形成されている。A fuel passage 37 is provided in the injection hole 33 so as to be able to communicate therewith. The fuel passage 37 is connected to an external fuel supply source, and the fuel is constantly supplied to the fuel passage 37 at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 35 opens the injection hole 33, the fuel supplied to the fuel passage 37 is jetted at a constant high pressure into a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine.
【００４９】また、ニードルバルブ３５の上端部は直径
が大きくなっており、収納容器３１に形成されたシリン
ダ３９と摺動可能なピストン４１を有している。そし
て、収納容器３１内には、上記した積層型圧電素子４３
が収納されている。The upper end of the needle valve 35 has a large diameter, and has a piston 41 slidable with a cylinder 39 formed in the storage container 31. Then, in the storage container 31, the above-described laminated piezoelectric element 43 is provided.
Is stored.
【００５０】このような噴射装置では、積層型圧電素子
４３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン４１が押
圧され、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を閉塞し、燃
料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止される
と積層型圧電素子４３が収縮し、皿バネ４５がピストン
４１を押し返し、噴射孔３３が燃料通路３７と連通して
燃料の噴射が行われるようになっている。In such an injection device, when the laminated piezoelectric element 43 is extended by application of a voltage, the piston 41 is pressed, the needle valve 35 closes the injection hole 33, and the supply of fuel is stopped. When the application of the voltage is stopped, the laminated piezoelectric element 43 contracts, the disc spring 45 pushes back the piston 41, and the injection hole 33 communicates with the fuel passage 37 to perform the fuel injection. .
【００５１】[0051]
【実施例】原料粉末として高純度のＰｂＯ、ＺｒＯ2、
ＴｉＯ2、ＢａＣＯ3、ＳｒＣｏ3、ＣａＣＯ3、ＷＯ3、
Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔ
ｍ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5およびＣｏ3Ｏ4の各原料粉
末を所定量秤量し、ボールミルで２０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時間仮焼し当該仮焼物を再びボールミルで湿式粉砕
し脱水、乾燥して粉砕原料を得た。EXAMPLE High-purity PbO, ZrO 2 ,
TiO 2 , BaCO 3 , SrCo 3 , CaCO 3 , WO 3 ,
Yb 2 O 3 , Y 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , T
A predetermined amount of each raw material powder of m 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Nb 2 O 5 and Co 3 O 4 was weighed and wet-mixed in a ball mill for 20 hours. Next, after dehydrating and drying this mixture, 900 ° C.
For 3 hours, and the calcined product was wet-pulverized again with a ball mill, dewatered, and dried to obtain a pulverized raw material.
【００５２】次いで、その粉砕原料に有機バインダー
（ＰＶＡ）を混合し、造粒した。得られた粉末を１５０
０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力でプレス成形し円柱形状の成形
体を得た。更に、これらの成形体をＭｇＯ等からなる容
器内に密閉し、大気中１１００〜１２００℃で２時間の
条件で焼成した。得られた円柱形状の焼結体の両主面に
Ａｇペーストを焼付けることにより電極を形成し、８０
℃のシリコンオイル中で２ｋＶ／ｍｍの直流電圧を３０
分間印加して分極処理した後、インピーダンスアナライ
ザーを用いた共振・***振法による測定によって得られ
た測定値を用い、日本電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ
−６１００に基づいて圧電歪定数ｄ33を評価した。Next, an organic binder (PVA) was mixed with the pulverized raw material and granulated. 150 powder obtained
Press molding was performed under a pressure of 0 kgf / cm 2 to obtain a cylindrical molded body. Further, these compacts were sealed in a container made of MgO or the like and fired at 1100 to 1200 ° C. in the atmosphere for 2 hours. Electrodes were formed by baking Ag paste on both main surfaces of the obtained cylindrical sintered body.
DC voltage of 2 kV / mm in silicone oil
After applying the polarization for a period of one minute, the measured values obtained by the resonance / anti-resonance method using an impedance analyzer are used, and the standard of the Electronic Materials Industries Association of Japan
Evaluation of the piezoelectric strain constant d 33 based on -6100.
【００５３】また、機械的品質係数Ｑｍについては、１
／Ｑｍ＝２πＣFＲ0Ｆr［１−（Ｆr／Ｆa）2］にて算出
した。ここで、ＣFは静電容量、Ｒ0は共振抵抗、Ｆrは
共振周波数、Ｆaは***振周波数である。また、比誘電
率の温度特性から比誘電率が極大値をとなる温度をキュ
リー温度とした。さらに、自己発熱の評価は最大振幅電
圧が６００Ｖとなる周波数１ｋＨｚの交流電圧を直径１
３ｍｍ、厚み０．３ｍｍの円板形状の圧電磁器に加え、
１５分後の圧電磁器表面上の中心付近での室温からの温
度上昇分を発熱温度とした。The mechanical quality factor Qm is 1
/ Qm = 2πC F R 0 calculated in F r [1- (F r / F a) 2]. Here, CF is the capacitance, R 0 is the resonance resistance, Fr is the resonance frequency, and Fa is the anti-resonance frequency. Further, the temperature at which the relative dielectric constant has a maximum value from the temperature characteristics of the relative dielectric constant was defined as the Curie temperature. Further, self-heating was evaluated by applying an AC voltage having a frequency of 1 kHz and a maximum amplitude voltage of 600 V to a diameter of 1 V.
In addition to a 3 mm, 0.3 mm thick disk-shaped piezoelectric ceramic,
The temperature rise from room temperature near the center on the piezoelectric ceramic surface after 15 minutes was defined as the heat generation temperature.
【００５４】尚、表１では、組成式を、Ｐｂ0.93Ｂａ
0.04Ｓｒ0.03（Ｒ2/3Ｗ1/3）0.015（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）y
（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）1- yＯ3と固定し、希土類元素Ｒの
元素及びｙを変化させたときの圧電歪定数ｄ33、キュリ
ー温度、機械的品質係数Ｑｍ、発熱温度を求め、記載し
た。In Table 1, the composition formula is represented by Pb 0.93 Ba
0.04 Sr 0.03 (R 2/3 W 1/3 ) 0.015 (Co 1/3 Nb 2/3 ) y
(Zr 0.52 Ti 0.48 ) 1- y O 3 was fixed, and the piezoelectric strain constant d 33 , Curie temperature, mechanical quality factor Qm, and exothermic temperature when the element and y of the rare earth element R were changed were obtained and described. .
【００５５】また、表２では、組成式を、Ｐｂ0.96Ｂａ
0.04（Ｙｂ2/3Ｗ1/3）x（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）y（Ｚｒ1- z
Ｔｉz）1- x - yＯ3と固定し、ｘ、ｙ、ｚを変化させたと
きの圧電歪定数ｄ33、キュリー温度、機械的品質係数Ｑ
ｍ、発熱温度を求め、記載した。In Table 2, the composition formula is expressed as Pb 0.96 Ba
0.04 (Yb 2/3 W 1/3 ) x (Co 1/3 Nb 2/3 ) y (Zr 1- z
Ti z ) 1- x - y O 3, and the piezoelectric strain constant d 33 , Curie temperature, and mechanical quality factor Q when x, y, and z are changed.
m and the exothermic temperature were determined and described.
【００５６】表３では、組成式を、Ｐｂ1-e-f-gＢａeＳ
ｒfＣａg（Ｙｂ2/3Ｗ1/3）0.015（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）
0.02（Ｚｒ1- zＴｉz）0.965Ｏ3と固定し、ｅ、ｆ、ｇ、
ｚを変化させたときの圧電歪定数ｄ33、キュリー温度、
機械的品質係数Ｑｍ、発熱温度を求め、記載した。In Table 3, the composition formula is represented by Pb 1-efg Ba e S
r f Ca g (Yb 2/3 W 1/3) 0.015 (Co 1/3 Nb 2/3)
0.02 was fixed (Zr 1- z Ti z) 0.965 O 3, e, f, g,
The piezoelectric strain constant d 33 when the z is changed, the Curie temperature,
The mechanical quality factor Qm and the exothermic temperature were determined and described.
【００５７】表４では、組成式を、Ｐｂ0.93Ｂａ0.04Ｓ
ｒ0.03（Ｙｂ2/3Ｗ1/3）x（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）y（Ｚｒ
1-zＴｉz）1-x-yＯ3と固定し、ｘ、ｙ、ｚを変化させた
ときの圧電歪定数ｄ33、キュリー温度、機械的品質係数
Ｑｍ、発熱温度を求め、記載した。In Table 4, the composition formula is expressed as Pb 0.93 Ba 0.04 S
r 0.03 (Yb 2/3 W 1/3 ) x (Co 1/3 Nb 2/3 ) y (Zr
1-z Ti z) was fixed to 1-xy O 3, calculated x, y, piezoelectric strain constant d 33 in the case of changing the z, Curie temperature, the mechanical quality factor Qm, the exothermic temperature has been described.
【００５８】[0058]
【表１】 [Table 1]
【００５９】[0059]
【表２】 [Table 2]
【００６０】[0060]
【表３】 [Table 3]
【００６１】[0061]
【表４】 [Table 4]
【００６２】表１から、（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）を含まない
比較例Ｎｏ．１の場合には、機械的品質係数Ｑｍが６０
と低く、発熱温度が１２０℃と高いことが判る。これに
対して、本発明の実施例では、圧電歪定数ｄ33が５０５
ｐＣ／Ｎ以上、キュリー温度が２９５℃以上、機械的品
質係数Ｑｍが１００以上で発熱温度が８０℃以下である
ことが判る。また、希土類元素の中でもＹｂが最も特性
が良好であること判る。From Table 1, it can be seen that Comparative Example No. containing no (Co 1/3 Nb 2/3 ). In the case of 1, the mechanical quality factor Qm is 60
It can be seen that the exothermic temperature is as high as 120 ° C. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the piezoelectric strain constant d 33 is 505.
It can be seen that the pC / N or more, the Curie temperature is 295 ° C. or more, the mechanical quality factor Qm is 100 or more, and the exothermic temperature is 80 ° C. or less. Further, it can be seen that Yb has the best characteristics among the rare earth elements.
【００６３】また、表２から、Ｂサイトの（Ｙｂ2/3Ｗ
1/3）、（Ｃｒ1/2Ｎｂ1/2）による置換量の合計が１０
モル％以下である場合にはキュリー温度が２９０℃以
上、圧電歪定数が４７０ｐＣ／Ｎ以上であるが、１０モ
ル％よりも多い場合には、圧電歪定数、キュリー温度が
低下することが判る。From Table 2, it can be seen that (Yb 2/3 W
1/3 ) and (Cr 1/2 Nb 1/2 ) are 10
When it is less than 10 mol%, the Curie temperature is 290 ° C. or more, and the piezoelectric strain constant is 470 pC / N or more. When it is more than 10 mol%, the piezoelectric strain constant and the Curie temperature decrease.
【００６４】さらに、表３から、ＡサイトのＢａ、Ｃ
ａ、Ｓｒによる置換量が０の場合には、圧電歪定数が小
さく、１０モル％を越えるとキュリー温度が低下するこ
とが判る。Further, from Table 3, it is found that Ba, C
It can be seen that when the substitution amount by a and Sr is 0, the piezoelectric strain constant is small, and when it exceeds 10 mol%, the Curie temperature is lowered.
【００６５】[0065]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、Ｂ
サイトの一部を、Ｗと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、
Ｌｕ及びＹｂのうち少なくとも１種とで置換することに
より、ジルコン酸チタン酸鉛が本来有している高いキュ
リー温度をほとんど低下させることなく圧電性を高める
ことができ、また、Ｂサイトの一部を、さらにＮｂおよ
びＣｏで置換することにより、金属元素Ｗ、Ｙｂなどの
固溶効果による大きな圧電歪定数と高いキュリー温度を
ほとんど低下させることなく、機械品質係数Ｑｍを向上
させることができ、自己発熱温度を低下でき、さらに、
Ａサイトの一部をＣａ、Ｓｒ、Ｂａで総量１０モル％以
下置換することにより、キュリー温度を非常に高くする
ことができるとともに、高いキュリー温度を保持したま
ま、圧電歪定数を向上させることができる。As described in detail above, according to the present invention, B
Part of the site is W, Y, Dy, Ho, Er, Tm,
By substituting at least one of Lu and Yb, the piezoelectricity can be increased without substantially lowering the high Curie temperature originally possessed by lead zirconate titanate. Is further substituted with Nb and Co to improve the mechanical quality factor Qm without substantially lowering the large piezoelectric strain constant and the high Curie temperature due to the solid solution effect of the metal elements W and Yb. Can lower the heat generation temperature,
By substituting a part of the A site with Ca, Sr, and Ba in a total amount of 10 mol% or less, the Curie temperature can be extremely increased, and the piezoelectric strain constant can be improved while maintaining the high Curie temperature. it can.
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータを示す斜視
図である。FIG. 1 is a perspective view showing a laminated piezoelectric actuator of the present invention.
【図２】本発明の噴射装置の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of an injection device of the present invention.
１・・・圧電体 ２・・・内部電極 ３１・・・収納容器 ３３・・・噴射孔 ３５・・・バルブ ４３・・・積層型圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric body 2 ... Internal electrode 31 ... Storage container 33 ... Injection hole 35 ... Valve 43 ... Laminated piezoelectric element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 61/20 Ｆ０２Ｍ 61/20 Ｎ Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｓ 41/09 Ｕ 41/187 41/18 １０１Ｆ １０１Ｊ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02M 61/20 F02M 61/20 N H01L 41/083 H01L 41/08 S 41/09 U 41/187 41 / 18 101F 101J
Claims (4)
スカイト型複合酸化物であって、該ペロブスカイト型複
合酸化物のＡサイトをＣａ、Ｓｒ及びＢａのうち少なく
とも１種で１０モル％以下置換するとともに、Ｂサイト
を、Ｗと、Ｎｂと、Ｃｏと、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｌｕ及びＹｂのうち少なくとも１種とで合計１０モ
ル％以下置換してなることを特徴とする圧電磁器。1. A perovskite-type composite oxide containing Pb, Zr and Ti as main components, wherein the A site of the perovskite-type composite oxide is substituted with at least one of Ca, Sr and Ba in an amount of 10 mol% or less. And B site as W, Nb, Co, Y, Dy, Ho, Er, T
A piezoelectric ceramic characterized by being substituted with at least one of m, Lu and Yb in a total amount of 10 mol% or less.
ｒ1-zＴｉz）1-x-yＯ3 と表したとき、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａが、 ０．０１ ≦ｘ≦０．０５ ０．００５≦ｙ≦０．０３ ０．４８ ≦ｚ≦０．５０ ０．０３ ≦ａ≦０．１０ Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうち少なくとも１種の関係
を満足することを特徴とする請求項１記載の圧電磁器。2. A method formulas, Pb 1-a M a ( Yb 2/3 W 1/3) x (Co 1/3 Nb 2/3) y (Z
When expressed as r 1-z T z ) 1-xy O 3 , x, y, z, and a are 0.01 ≦ x ≦ 0.05 0.005 ≦ y ≦ 0.03 0.48 ≦ z The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein ≤ 0.50 0.03 ≤ a ≤ 0.10 M satisfies at least one of Ca, Sr, and Ba.
もに、前記圧電体が、請求項１又は２記載の圧電磁器か
らなることを特徴とする積層型圧電素子。3. A laminated piezoelectric element comprising a piezoelectric body and electrodes alternately laminated, and wherein said piezoelectric body comprises the piezoelectric ceramic according to claim 1.
に収容された請求項３記載の積層型圧電素子と、該積層
型圧電素子の駆動により前記噴射孔から液体を噴出させ
るバルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。4. A storage container having an injection hole, the multilayer piezoelectric element according to claim 3 housed in the storage container, and a valve for ejecting a liquid from the injection hole by driving the multilayer piezoelectric element. An injection device characterized by comprising:
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| JP2001019542A (en) * | 1999-07-02 | 2001-01-23 | Tdk Corp | Piezoelectric ceramic and piezoelectric device by using the same |
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