JP3094531B2 - 強誘電体磁器組成物 - Google Patents
強誘電体磁器組成物Info
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- JP3094531B2 JP3094531B2 JP03219222A JP21922291A JP3094531B2 JP 3094531 B2 JP3094531 B2 JP 3094531B2 JP 03219222 A JP03219222 A JP 03219222A JP 21922291 A JP21922291 A JP 21922291A JP 3094531 B2 JP3094531 B2 JP 3094531B2
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- ferroelectric
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- present
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- constant
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電セラミックスに代表
される強誘電体磁器組成物の改良技術に関する。
される強誘電体磁器組成物の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】強い電圧を印加した時に強誘電体が歪変
形する性質（逆電圧効果）を利用して微小位置決め装置
等の駆動部（アクチュエータ）に強誘電体磁器組成物
（以下、「強誘電体」と略す。）が採用されている。
形する性質（逆電圧効果）を利用して微小位置決め装置
等の駆動部（アクチュエータ）に強誘電体磁器組成物
（以下、「強誘電体」と略す。）が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記強誘電体は、一般
に１Ｖ（ボルト）程度の電圧が印加された際の、特性が
最も良いとされている相境界の値をとって応用化されて
いる。
に１Ｖ（ボルト）程度の電圧が印加された際の、特性が
最も良いとされている相境界の値をとって応用化されて
いる。
【０００４】しかし、相境界付近の特性を基準に選定さ
れた強誘電体は、周囲温度の影響を受けやすく、適当な
温度補正を施す必要がある。
れた強誘電体は、周囲温度の影響を受けやすく、適当な
温度補正を施す必要がある。
【０００５】又、アクチュエータとしては、歪変位が大
きい程良く、その為に印加電圧を例えば１ＫＶにアップ
したいが、従来のものはこのような高電圧を印加すると
へたってしまい実用に供さない。
きい程良く、その為に印加電圧を例えば１ＫＶにアップ
したいが、従来のものはこのような高電圧を印加すると
へたってしまい実用に供さない。
【０００６】そこで本発明の目的は、高電圧に堪える電
界特性と、耐久性と、良い温度特性とを兼ね備えた強誘
電体を提供することにある。
界特性と、耐久性と、良い温度特性とを兼ね備えた強誘
電体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、強誘電体磁器組成物をＰb（Ｚn1/3Ｎb2/3）Ｏ3
−ＰbＴiＯ3−ＰbＺrＯ3系にＴa2Ｏ5、ＳrＯ、ＭnＯ2等
の添加物を加えたもの若しくはＰb（Ｚn1/3Ｎb2/3）Ｏ3
−ＰbＴiＯ3−ＰbＺrＯ3系であって、その結晶系が正方
晶系とされ、それのＺr／（Ｚr＋Ｔi）で表されるＺr比
が相境界のＺr比より少なくとも１．５モルパーセント
小さく設定したことを特徴とする。
発明は、強誘電体磁器組成物をＰb（Ｚn1/3Ｎb2/3）Ｏ3
−ＰbＴiＯ3−ＰbＺrＯ3系にＴa2Ｏ5、ＳrＯ、ＭnＯ2等
の添加物を加えたもの若しくはＰb（Ｚn1/3Ｎb2/3）Ｏ3
−ＰbＴiＯ3−ＰbＺrＯ3系であって、その結晶系が正方
晶系とされ、それのＺr／（Ｚr＋Ｔi）で表されるＺr比
が相境界のＺr比より少なくとも１．５モルパーセント
小さく設定したことを特徴とする。
【０００８】
【実施例】本発明者は、従来のＰＺＴ系強誘電体の欠点
を改良すべく鋭意研究した結果、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/
3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系強誘電体に微量の
Ｔａ2Ｏ5、ＳｒＯ、ＭｎＯ2を添加したもの若しくはＰ
ｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3
系で且つ正方晶系の強誘電体は、良好な電界特性及び耐
久性を有し、且つ環境の温度変化に影響され難いという
従来に見られない極めて特徴のある強誘電体磁器組成物
が得られることを見い出し本発明に到達したものであ
り、その詳しい内容は以下に述べる通りである。
を改良すべく鋭意研究した結果、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/
3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系強誘電体に微量の
Ｔａ2Ｏ5、ＳｒＯ、ＭｎＯ2を添加したもの若しくはＰ
ｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3
系で且つ正方晶系の強誘電体は、良好な電界特性及び耐
久性を有し、且つ環境の温度変化に影響され難いという
従来に見られない極めて特徴のある強誘電体磁器組成物
が得られることを見い出し本発明に到達したものであ
り、その詳しい内容は以下に述べる通りである。
【０００９】図１は本発明に係る強誘電体を含む強誘電
体における各試料の焼成体のＸ線回折のチャート（２θ
＝２０〜７０°）を示す。手前から順にＺｒ比４６．４
→５７．６まで変化させたものである。図中、Ｘ線回折
強度Ｉの単位ｃｐｓは１秒当りのカウント数（カウント
パー セカンド）を表わす。
体における各試料の焼成体のＸ線回折のチャート（２θ
＝２０〜７０°）を示す。手前から順にＺｒ比４６．４
→５７．６まで変化させたものである。図中、Ｘ線回折
強度Ｉの単位ｃｐｓは１秒当りのカウント数（カウント
パー セカンド）を表わす。
【００１０】なお、上記Ｚｒ比はＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）
で表わされ、組成中に含まれるＺｒのモル分率を意味す
る。表記上、これを１００倍してモルパーセントで表わ
す。
で表わされ、組成中に含まれるＺｒのモル分率を意味す
る。表記上、これを１００倍してモルパーセントで表わ
す。
【００１１】図に示す通り、Ｚｒ比＝４６．４で、回折
角２θ＝２２°、４４°、５０°、５５°、６５°付近
のピーク波形は、２山若しくは段付き山形を呈してい
る。Ｚｒ比が増加するにしたがって、上記２山若しくは
段が崩れ、太線で示したＺｒ比＝５１．２とＺｒ比＝５
２．８の曲線の間でこれらが消滅して、１個のなだらか
な山形に変化する。これはＺｒ比の増加により結晶系が
正方晶から菱面体晶に変化していくためであり、Ｚｒ比
５１．２〜５２．８が相境界付近のピークを表わすもの
と考えられる。このことからＺｒ比が４９．６以下では
正方晶系であり、Ｚｒ比が５４．４以上では菱面体晶系
であることが分かった。
角２θ＝２２°、４４°、５０°、５５°、６５°付近
のピーク波形は、２山若しくは段付き山形を呈してい
る。Ｚｒ比が増加するにしたがって、上記２山若しくは
段が崩れ、太線で示したＺｒ比＝５１．２とＺｒ比＝５
２．８の曲線の間でこれらが消滅して、１個のなだらか
な山形に変化する。これはＺｒ比の増加により結晶系が
正方晶から菱面体晶に変化していくためであり、Ｚｒ比
５１．２〜５２．８が相境界付近のピークを表わすもの
と考えられる。このことからＺｒ比が４９．６以下では
正方晶系であり、Ｚｒ比が５４．４以上では菱面体晶系
であることが分かった。
【００１２】図２は本発明に係る強誘電体を含む強誘電
体のＺｒ比と歪の関係を示す図であり、前記試料を厚さ
１ｍｍに研削し、銀ペースト電極を焼き付けた後に７０
０Ｖの電圧を印加し、非接触式レーザ変位計及び歪ゲー
ジを用いて歪を測定したものを示す。
体のＺｒ比と歪の関係を示す図であり、前記試料を厚さ
１ｍｍに研削し、銀ペースト電極を焼き付けた後に７０
０Ｖの電圧を印加し、非接触式レーザ変位計及び歪ゲー
ジを用いて歪を測定したものを示す。
【００１３】図２によれば、Ｚｒ比が５１．２の付近で
歪は最大となる。これは相境界付近の組成物が軟かくて
歪易い組成であると考えられる。そして、従来、相境界
付近の組成物が採用されていたのは、歪が大きいことに
起因している。
歪は最大となる。これは相境界付近の組成物が軟かくて
歪易い組成であると考えられる。そして、従来、相境界
付近の組成物が採用されていたのは、歪が大きいことに
起因している。
【００１４】図３〜図５は本発明に係る強誘電体を含む
強誘電体に電圧を掛けた時のｄ定数の変化を示す図であ
り、前記厚さ１ｍｍに研削された試料に１５００Ｖ／ｍ
ｍまでの直流電圧を印加し、この際に発生した３方向の
歪に基づいて算出した圧電ｄ定数（以下、「ｄ定数」と
略す。）をプロットしたものである。
強誘電体に電圧を掛けた時のｄ定数の変化を示す図であ
り、前記厚さ１ｍｍに研削された試料に１５００Ｖ／ｍ
ｍまでの直流電圧を印加し、この際に発生した３方向の
歪に基づいて算出した圧電ｄ定数（以下、「ｄ定数」と
略す。）をプロットしたものである。
【００１５】図３はＺｒ比が４９．６、４８．０、即ち
正方晶系の試料におけるものであり、Ｚｒ比が大きい程
ｄ定数が大きくなり、Ｚｒ比が４８．０のものは電界の
大きさにｄ定数はほぼ正比例している。Ｚｒ比が４９．
６については１２００Ｖ／ｍｍまで増加傾向にある。
正方晶系の試料におけるものであり、Ｚｒ比が大きい程
ｄ定数が大きくなり、Ｚｒ比が４８．０のものは電界の
大きさにｄ定数はほぼ正比例している。Ｚｒ比が４９．
６については１２００Ｖ／ｍｍまで増加傾向にある。
【００１６】図４はＺｒ比が５１．２、即ち相境界付近
の試料に対するもので、ｄ定数は大きいものの、７００
Ｖ／ｍｍ付近から減少傾向にある。
の試料に対するもので、ｄ定数は大きいものの、７００
Ｖ／ｍｍ付近から減少傾向にある。
【００１７】図５はＺｒ比が５６．０、５７．６即ち菱
面体晶系の試料に対するもので、ｄ定数が小さいととも
に電界の増加と比例関係にあるとは言えない。
面体晶系の試料に対するもので、ｄ定数が小さいととも
に電界の増加と比例関係にあるとは言えない。
【００１８】図３〜図５から分かるように比較的大きな
ｄ定数が得られ、且つ電界の強さに比例したｄ定数を得
るためには、正方晶系で且つ、Ｚｒ比が４８．０〜４
９．６付近の試料が好ましいと言える。
ｄ定数が得られ、且つ電界の強さに比例したｄ定数を得
るためには、正方晶系で且つ、Ｚｒ比が４８．０〜４
９．６付近の試料が好ましいと言える。
【００１９】図６は本発明に係る強誘電体を含む強誘電
体の歪の変化率を示す図であり、１２００Ｖ／ｍｍ、１
ＨＺの直流バイアスを１，０００回、１０，０００回及
び１００，０００回印加した後の歪の変化率を示すもの
で、相境界では劣化が進み、菱面体晶系も劣化が認めら
れる。
体の歪の変化率を示す図であり、１２００Ｖ／ｍｍ、１
ＨＺの直流バイアスを１，０００回、１０，０００回及
び１００，０００回印加した後の歪の変化率を示すもの
で、相境界では劣化が進み、菱面体晶系も劣化が認めら
れる。
【００２０】一方、正方晶系では１００，０００回後で
も劣化の程度は微少であり、耐久性が大きい。
も劣化の程度は微少であり、耐久性が大きい。
【００２１】以上のことから、アクチュエータに好適な
強誘電体磁器組成物は正方晶系で且つ相境界のＺｒ比か
ら少なくとも１．５モルパーセント小さなＺｒに設定し
たものが好適である。
強誘電体磁器組成物は正方晶系で且つ相境界のＺｒ比か
ら少なくとも１．５モルパーセント小さなＺｒに設定し
たものが好適である。
【００２２】なお、Ｚｒ比の設定が相境界に近すぎると
各特性が不安定になりやすく、又、Ｚｒ比の設定が小さ
すぎると図２、図５に示した通り発生歪が小さくなり実
用に供さないので、図３〜図５に示した実施例において
はＺｒ比は４８．０〜４９．６の範囲に設定されること
が好ましい。
各特性が不安定になりやすく、又、Ｚｒ比の設定が小さ
すぎると図２、図５に示した通り発生歪が小さくなり実
用に供さないので、図３〜図５に示した実施例において
はＺｒ比は４８．０〜４９．６の範囲に設定されること
が好ましい。
【００２３】なお、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−Ｐｂ
ＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系の為の添加物はＴａ2Ｏ5、Ｓｒ
Ｏ、ＭｎＯ2に限らずＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｌａ2
Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ等の酸化物としてもよい。又、
本発明の強誘電体は圧電セラミックスに限らず広義の強
誘電体として使用され得ることは勿論である。
ＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3系の為の添加物はＴａ2Ｏ5、Ｓｒ
Ｏ、ＭｎＯ2に限らずＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｌａ2
Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ等の酸化物としてもよい。又、
本発明の強誘電体は圧電セラミックスに限らず広義の強
誘電体として使用され得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】以上に述べた通り本発明の強誘電体磁器
組成物は、正方晶系なので強電界に対し良好な比例関係
を保って大きな歪を生じ、且つ、耐久性良好である。よ
って、本発明によれば高出力で信頼性の高い強誘電体磁
器組成物が提供できる。
組成物は、正方晶系なので強電界に対し良好な比例関係
を保って大きな歪を生じ、且つ、耐久性良好である。よ
って、本発明によれば高出力で信頼性の高い強誘電体磁
器組成物が提供できる。
【図１】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体のＸ線回
折図
折図
【図２】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体のＺｒ比
と歪の関係を示す図
と歪の関係を示す図
【図３】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体に電圧を
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
【図４】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体に電圧を
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
【図５】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体に電圧を
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
掛けた時のｄ定数の変化を示す図
【図６】本発明に係る強誘電体を含む強誘電体の歪の変
化率を示す図
化率を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 憲一 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/187
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｐb（Ｚn1/3Ｎb2/3）Ｏ3−ＰbＴiＯ3−
ＰbＺrＯ3系にＴa2Ｏ5、ＳrＯ、ＭnＯ2等の添加物を加
えたもの若しくはＰb（Ｚn1/3Ｎb2/3）Ｏ3−ＰbＴiＯ3
−ＰbＺrＯ3系であって、その結晶系が正方晶系とさ
れ、それのＺr／（Ｚr＋Ｔi）で表されるＺr比が相境界
のＺr比より少なくとも１．５モルパーセント小さく設
定されたことを特徴とする強誘電体磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03219222A JP3094531B2 (ja) | 1991-08-05 | 1991-08-05 | 強誘電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03219222A JP3094531B2 (ja) | 1991-08-05 | 1991-08-05 | 強誘電体磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110159A JPH05110159A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3094531B2 true JP3094531B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=16732121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03219222A Expired - Lifetime JP3094531B2 (ja) | 1991-08-05 | 1991-08-05 | 強誘電体磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3094531B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-05 JP JP03219222A patent/JP3094531B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05110159A (ja) | 1993-04-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000704 |