JP5219388B2 - 圧電セラミックス及びその製造方法 - Google Patents
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{Liy(Na1−xKx)1−y}a(Nb1−zTaz)O3 (1)
(但し、前記一般式(1)中、a=0.90〜1.2、x=0.2〜0.8、y=0.02〜0.2、及びz=0.05〜0.5である)
{Liy(Na1−xKx)1−y}a(Nb1−zTaz)O3 (1)
(但し、前記一般式(1)中、a=0.90〜1.2(好ましくはa=1.00〜1.2)、x=0.2〜0.8、y=0.02〜0.2、及びz=0.05〜0.5である)
所定量のLi2CO3、C4H5O6Na・H2O、C4H5O6K、Nb2O5、及びTa2O5を、アルコール中で16時間混合して混合物を調製した。得られた混合物を、750℃、5時間仮焼した後、ボールミルで粉砕することにより、その組成が「(Li0.052Na0.502K0.446)1.01(Nb0.918Ta0.082)O3」で表される圧電セラミックス(相転移点=68℃)を調製した。得られた圧電セラミックスを使用し、2t/cm2の圧力で直径20mm×厚み6mmの大きさに圧粉成形して圧粉成形体を得た。得られた圧粉成形体をアルミナ容器内に収納し、1000℃で3時間焼成して焼成体を得た。得られた焼成体を、12mm×3mm×1mmの大きさに加工し、その両面に銀ペーストを塗布して電極を焼き付け、これを75℃のシリコンオイル中に浸漬するとともに、電極間に4kV/mmの直流電圧を15分間印加することにより分極処理して圧電/電歪素子(実施例1)を得た。
25℃のシリコンオイル中に浸漬して分極処理したこと以外は、前述の実施例1の場合と同様の操作により圧電/電歪素子(比較例1)を得た。得られた圧電/電歪素子の歪率比(=歪率最小値/歪率最大値)を表1に示す。また、得られた圧電/電歪素子の、25〜70℃における歪率(ppm)、及び歪率比(=各温度における歪率最小値/歪率最大値)を表2に示す。
表1,2に示す結果から、実施例1の圧電/電歪素子は、比較例1の圧電/電歪素子に比して、歪率比が1により近いものであることが明らかである。これは、実施例1の圧電/電歪素子の方が、温度依存性が小さいものであることを示している。また、図1,2に示す結果から、実施例1の圧電/電歪素子は、比較例1の圧電/電歪素子に比して、歪率の温度によるバラツキが少ないことが明らかである。
所定量のLi2CO3、C4H5O6Na・H2O、C4H5O6K、Nb2O5、及びTa2O5を、アルコール中で16時間混合して混合物を調製した。得られた混合物を、750℃、5時間仮焼した後、ボールミルで粉砕することにより、その組成が「(Li0.057Na0.519K0.424)1.01(Nb0.918Ta0.082)O3」で表される圧電セラミックス(相転移点=58℃)を調製した。得られた圧電セラミックスを使用し、2t/cm2の圧力で直径20mm×厚み6mmの大きさに圧粉成形して圧粉成形体を得た。得られた圧粉成形体をアルミナ容器内に収納し、1000℃で3時間焼成して焼成体を得た。得られた焼成体を、12mm×3mm×1mmの大きさに加工し、その両面に銀ペーストを塗布して電極を焼き付け、これを75℃のシリコンオイル中に浸漬するとともに、電極間に4kV/mmの直流電圧を15分間印加することにより分極処理して圧電/電歪素子(実施例2)を得た。
25℃のシリコンオイル中に浸漬して分極処理したこと以外は、前述の実施例2の場合と同様の操作により圧電/電歪素子(比較例2)を得た。得られた圧電/電歪素子の、25℃から100℃へと温度上昇させた場合の各温度で測定された誘電率ε1、及び100℃から25℃へと温度下降させた場合の各温度で測定された誘電率ε2を表3に示す。また、比較例2の圧電/電歪素子の、温度(℃)に対して誘電率をプロットしたグラフを図3に示す。
表3、及び図3,4に示す結果から、実施例2の圧電/電歪素子は、比較例2の圧電/電歪素子に比して、温度上昇時に測定される誘電率(ε1)と、温度下降時に測定される誘電率(ε2)の値との差が小さいことが明らかである。即ち、図3,4を比較しても明らかなように、実施例2の圧電/電歪素子は、温度上昇時と温度下降時において測定される誘電率がほぼ同等である。また、実施例2の圧電/電歪素子は、温度上昇時に測定される誘電率のうちの最大値が測定される温度と、温度下降時に測定される誘電率のうちの最大値が測定される温度がほぼ同じである。これらの事実より、実施例2の圧電/電歪素子は、温度履歴を生じ難いものであることが明らかである。
25℃、65℃、及び85℃のシリコンオイル中にそれぞれ浸漬して分極処理したこと以外は、前述の実施例2の場合と同様の操作により圧電/電歪素子(実施例3,4、比較例3)を得た。得られた圧電/電歪素子のd31定数、及び歪率(ppm)を表4に示す。また、実施例3の圧電/電歪素子の圧電/電歪部のXRDチャートを図5に示す。
表4に示す結果から、実施例3,4の圧電/電歪素子は、比較例3の圧電/電歪素子に比して歪率の値が大きく、良好な圧電特性を示すものであることが明らかである。また、相転移点よりも7℃高い温度で分極処理した実施例3の圧電/電歪素子は、相転移点よりも27℃高い温度で分極処理した実施例4の圧電/電歪素子に比して、更に歪率の値とd31定数の値が大きく、より圧電特性に優れたものであることが明らかである。
その駆動電界が負荷される方向を、分極電界が負荷された方向と逆の方向になるように電極の向きを設定したこと以外は、実施例1の圧電/電歪素子と同一の圧電/電歪素子(実施例5)を得た。
表5,6に示す結果から、実施例1,5の圧電/電歪素子は、比較例1の圧電/電歪素子に比して、歪率比が1により近いものであることが明らかである。これは、実施例1,5の圧電/電歪素子の方が、温度依存性が小さいものであることを示している。また、また、図10,11に示す結果から、実施例1,5の圧電/電歪素子は、比較例1の圧電/電歪素子に比して、歪率の温度によるバラツキが少ないことが明らかである。
Claims (8)
- 圧電セラミックスからなる圧電/電歪部と、前記圧電/電歪部に電気的に接続される電極とを備えた圧電/電歪素子であって、
前記圧電セラミックスが、相転移点を境に正方晶と斜方晶に可逆的に相転移し得るものであり、
前記圧電/電歪部が、前記圧電セラミックスの前記相転移点を超える温度〜50℃高い温度条件下で分極処理されて形成されたものであるとともに、
前記圧電セラミックスの組成が、下記一般式(1)で表され、
{Liy(Na1−xKx)1−y}a(Nb1−zTaz)O3 (1)
(但し、前記一般式(1)中、a=1.01〜1.2、x=0.2〜0.8、y=0.02〜0.2、及びz=0.05〜0.5である)
歪率の最大値に対する歪率の最小値の比で表される歪率比の、25〜70℃の範囲内における最大値と最小値の差が、0.2以下であり、
前記圧電/電歪部の、X線回折法によって25℃で測定されるチャート上の、2θ=45°±1に現れるピークの強度(S1)と、2θ=46°±1に現れるピークの強度(S2)の比が、S1:S2=1:3〜3:1である圧電/電歪素子。 - 前記圧電/電歪部に対して所定の方向に駆動電界が負荷されることにより駆動可能な圧電/電歪素子であり、
前記圧電/電歪部が、前記圧電セラミックスに対して、前記駆動電界が負荷される前記所定の方向とは逆方向の分極電界が負荷される条件下で分極処理されて形成された請求項1に記載の圧電/電歪素子。 - 前記圧電/電歪部の、
温度上昇させる途中で測定される誘電率のうちの最大値(ε1)が測定される温度と、
温度下降させる途中で測定される誘電率のうちの最大値(ε2)が測定される温度の差の絶対値が、15℃以下である請求項1又は2に記載の圧電/電歪素子。 - 前記圧電/電歪部の、25℃における正方晶の含有量(T)と斜方晶の含有量(R)の質量比が、T:R=3:7〜7:3である請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧電/電歪素子。
- 前記圧電/電歪部と前記電極の形状がそれぞれ膜状であるとともに、セラミックスからなる基体を更に備え、
前記圧電/電歪部が前記基体上に直接又は前記電極を介して固着された請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電/電歪素子。 - アクチュエータ又はセンサとして使用される請求項1〜5のいずれか一項に記載の圧電/電歪素子。
- 圧電/電歪部と、前記圧電/電歪部に電気的に接続される電極とを備えた圧電/電歪素子の製造方法であって、
相転移点を境に正方晶と斜方晶に可逆的に相転移し得る圧電セラミックスを、前記相転移点を超える温度〜50℃高い温度条件下で分極処理して前記圧電/電歪部を形成することを含むとともに、
前記圧電セラミックスとして、その組成が、下記一般式(1)で表されるものを用い、
{Liy(Na1−xKx)1−y}a(Nb1−zTaz)O3 (1)
(但し、前記一般式(1)中、a=1.01〜1.2、x=0.2〜0.8、y=0.02〜0.2、及びz=0.05〜0.5である)
歪率の最大値に対する歪率の最小値の比で表される歪率比の、25〜70℃の範囲内における最大値と最小値の差が、0.2以下であり、
前記圧電/電歪部の、X線回折法によって25℃で測定されるチャート上の、2θ=45°±1に現れるピークの強度(S1)と、2θ=46°±1に現れるピークの強度(S2)の比が、S1:S2=1:3〜3:1である圧電/電歪素子を得る、圧電/電歪素子の製造方法。 - 前記得られる圧電/電歪素子が、前記圧電/電歪部に対して所定の方向に駆動電界が負荷されることにより駆動可能なものであり、
相転移点を境に正方晶と斜方晶に可逆的に相転移し得る圧電セラミックスに対して、前記駆動電界が負荷される前記所定の方向とは逆方向の分極電界を負荷する条件下で分極処理して前記圧電/電歪部を形成することを含む請求項7に記載の圧電/電歪素子の製造方法。
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