JPH0788252B2 - 酸化物圧電材料 - Google Patents
酸化物圧電材料Info
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- 229910020684 PbZr Inorganic materials 0.000 claims description 2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
- C04B35/491—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
- C04B35/493—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT containing also other lead compounds
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、Pb（Zn1/3Nb2/3）O3PbTiO3−PbZrO3系の酸化
物圧電材料に関する。
物圧電材料に関する。
圧電磁器には超音波発生源、音響機器等のトランスジュ
ーサ、セラミックフィルター、超音波遅延線等の用途が
ある。近年特に注目をあびているものとして、微小変位
をミクロンオーダでコントロールする圧電アクチュエー
タ素子がある。この素子にはバイモルフ型、積層型等の
タイプがあり、このような素子に要求される特性とし
て、圧電ひずみ定数ｄの大きいことがあげられる。
ーサ、セラミックフィルター、超音波遅延線等の用途が
ある。近年特に注目をあびているものとして、微小変位
をミクロンオーダでコントロールする圧電アクチュエー
タ素子がある。この素子にはバイモルフ型、積層型等の
タイプがあり、このような素子に要求される特性とし
て、圧電ひずみ定数ｄの大きいことがあげられる。
Pb（Zn1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系の圧電磁器材料
が特公昭44−17344号公報に記載されている。直接圧電
歪定数ｄについての記載もなく、アクチュエータ素子へ
の応用についても記載されていない。しかしながら圧電
歪定数は、ほぼ （ε；誘電率,Kp;広がりモードの結合係数）なる関係を
満たし、またd33は通常のPZT系では2.2〜2.4×d31であ
るから、 の値を比較することによりｄの大きさを比較できる。特
公昭44−17344号公報に記載されたものは、Kp＝6.1〜4
8.6（％）、ε＝272〜1348であり である。
が特公昭44−17344号公報に記載されている。直接圧電
歪定数ｄについての記載もなく、アクチュエータ素子へ
の応用についても記載されていない。しかしながら圧電
歪定数は、ほぼ （ε；誘電率,Kp;広がりモードの結合係数）なる関係を
満たし、またd33は通常のPZT系では2.2〜2.4×d31であ
るから、 の値を比較することによりｄの大きさを比較できる。特
公昭44−17344号公報に記載されたものは、Kp＝6.1〜4
8.6（％）、ε＝272〜1348であり である。
ヤング率、ポアリン比が３成分圧電磁器の相境界近傍で
はあまり変化しないことを考慮すると、d33≦250（×10
-12C/N）程度と小さい。
はあまり変化しないことを考慮すると、d33≦250（×10
-12C/N）程度と小さい。
又、特公昭45−39977号公報には、Pb（Zn1/3Nb2/3）O3
−PbTiO3−PbZrO3系材料の鉛原子の10％までをCa,Sr,Ba
で置換した圧電材料が記載されている。圧電歪定数ｄに
ついては記載がないものの、 であり、d33≦500（×10-12C/N）程度である。
−PbTiO3−PbZrO3系材料の鉛原子の10％までをCa,Sr,Ba
で置換した圧電材料が記載されている。圧電歪定数ｄに
ついては記載がないものの、 であり、d33≦500（×10-12C/N）程度である。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、Pb（Zn
1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系の酸化物圧電材料の圧
電歪定数を向上させることを目的とする。
1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZrO3系の酸化物圧電材料の圧
電歪定数を向上させることを目的とする。
本発明は、一般式xPb（Zn1/3Nb2/3）O3−yPbTiO3−zPbZ
rO3で表わしたとき、Pb（Zn1/3Nb2/3）O3,PbTiO3及びPb
ZrO3を頂点とする三角図表（第１図で、 Ａ（x,y,z）＝（0.05,0.35,0.60） Ｂ（z,y,z）＝（0.05,0.45,0.50） Ｃ（z,y,z）＝（0.40,0.35,0.25） Ｄ（z,y,z）＝（0.40,0.25,0.35） の各点を結ぶ線内の領域で、かつ、Pbの11〜20mol％をb
a1-aSra（ａ＝0.6〜0.8）で置換したことを特徴とする
酸化物圧電材料である。
rO3で表わしたとき、Pb（Zn1/3Nb2/3）O3,PbTiO3及びPb
ZrO3を頂点とする三角図表（第１図で、 Ａ（x,y,z）＝（0.05,0.35,0.60） Ｂ（z,y,z）＝（0.05,0.45,0.50） Ｃ（z,y,z）＝（0.40,0.35,0.25） Ｄ（z,y,z）＝（0.40,0.25,0.35） の各点を結ぶ線内の領域で、かつ、Pbの11〜20mol％をb
a1-aSra（ａ＝0.6〜0.8）で置換したことを特徴とする
酸化物圧電材料である。
本発明者等の研究によれば、Pb（Zn1/3Nb2/3）O3−PbTi
O3−PbZrO3系の材料で、そのPbを特定の比率のBa及びSr
で置換した時、大きい圧電歪定数が得られることがわか
った。すなわち、（Ba1-aSra）で表記したとき、ａ＝0.
6〜0.8の時、誘電率及び結合係数ともに向上し、圧電歪
定数が増加するのである。この効果はPbの（Ba＋Sr）に
よる置換量が5mol％以上で顕著となり、11mol％以上で
特に良好である。また、20mol％を越えると圧電磁器の
使用限界を示すキュリー温度Tcが150℃以下程度と低く
なるため実用的ではなくなる。従って、［Pb1-b（Ba1-a
Sra）ｂ］［（Zn1/3Nb2/3,Ti,Zr］O3と表記したとき、
0.6≦ａ≦0.8かつ0.05≦ｂ≦0.20、好ましくは0.6≦ａ
≦0.8かつ0.11≦ｂ≦0.20のときに優れた圧電歪特性を
有するようになる。
O3−PbZrO3系の材料で、そのPbを特定の比率のBa及びSr
で置換した時、大きい圧電歪定数が得られることがわか
った。すなわち、（Ba1-aSra）で表記したとき、ａ＝0.
6〜0.8の時、誘電率及び結合係数ともに向上し、圧電歪
定数が増加するのである。この効果はPbの（Ba＋Sr）に
よる置換量が5mol％以上で顕著となり、11mol％以上で
特に良好である。また、20mol％を越えると圧電磁器の
使用限界を示すキュリー温度Tcが150℃以下程度と低く
なるため実用的ではなくなる。従って、［Pb1-b（Ba1-a
Sra）ｂ］［（Zn1/3Nb2/3,Ti,Zr］O3と表記したとき、
0.6≦ａ≦0.8かつ0.05≦ｂ≦0.20、好ましくは0.6≦ａ
≦0.8かつ0.11≦ｂ≦0.20のときに優れた圧電歪特性を
有するようになる。
このような本発明の効果は、PbとBa,Srとのイオン半径
の大きさが主たる原因であると考えられる。
の大きさが主たる原因であると考えられる。
圧電歪定数の大きいPb（Zn1/3Nb2/3）O3−PbTiO3−PbZr
O3の相境界近傍の組成には理想的な格子定数があり、こ
れをあまり変化させるようなPbサイトの置換は圧電歪定
数を低下させるのである。
O3の相境界近傍の組成には理想的な格子定数があり、こ
れをあまり変化させるようなPbサイトの置換は圧電歪定
数を低下させるのである。
Ba1-aSra（ａ＝0.6〜0.8）とすることにより、Pbのイオ
ン半径1.26Åに対しBa1-aSraの平均イオン半径が1.24〜
1.27ÅとほぼPbと同等となり、このような比率での置換
は、誘電率、結合係数を向上させ、その結果として圧電
歪定数を増加させるのである。
ン半径1.26Åに対しBa1-aSraの平均イオン半径が1.24〜
1.27ÅとほぼPbと同等となり、このような比率での置換
は、誘電率、結合係数を向上させ、その結果として圧電
歪定数を増加させるのである。
第２図に［Pb0.875（Ba1-aSra）0.125］［（Zn1/3N
b2/3）0.125Ti0.405Zr0.47］O3の組成系でａを変化させ
たときのd33の変化を曲線ａとして示す。又、［Pb0.92
（Ba1-aSra）0.08］［（Zn1/3Nb2/3）0.25Ti0.36Z
r0.39］O3の場合を曲線ｂとして示す。何れも、ａ＝0.6
〜0.8で最大を示していることがわかる。すなわち、Pb
（Zn1/3Nb2/3）O3、PbTiO3、PbZrO3の比率には特に関係
なく、Ba及びSrの比率で特性が決まるのである。
b2/3）0.125Ti0.405Zr0.47］O3の組成系でａを変化させ
たときのd33の変化を曲線ａとして示す。又、［Pb0.92
（Ba1-aSra）0.08］［（Zn1/3Nb2/3）0.25Ti0.36Z
r0.39］O3の場合を曲線ｂとして示す。何れも、ａ＝0.6
〜0.8で最大を示していることがわかる。すなわち、Pb
（Zn1/3Nb2/3）O3、PbTiO3、PbZrO3の比率には特に関係
なく、Ba及びSrの比率で特性が決まるのである。
なお、前記A,B,C,D点で囲まれた領域（第１図）とした
のは、この範囲をはずれると、|d33|＜350（×10-12C/
N）、|d31|＜160（×10-12C/N）となり、大きな変位が
要求されるアクチュエータ用素子として適さなくなって
しまうからである。
のは、この範囲をはずれると、|d33|＜350（×10-12C/
N）、|d31|＜160（×10-12C/N）となり、大きな変位が
要求されるアクチュエータ用素子として適さなくなって
しまうからである。
以上説明したように本発明によれば、圧電歪特性の良好
な酸化物圧電材料を得ることができる。
な酸化物圧電材料を得ることができる。
従って大きな変位量の要求されるアクチュエータ用とし
て有効である。
て有効である。
以下に本発明の実施例を説明する。
PbO（またはPb3O4）,TiO2,ZrO2,ZnO,Nb2O5,BaCO3,SrCO3
を所定の量比となるように秤量し混合の後、800〜900℃
で１〜８時間焙焼し、再度粉砕した。この粉末を0.8ton
/cm3の圧力で25φ×1.5mm及び8.5φ×20mmに成形し、10
80〜1280℃１〜３時間で焼成した。この焼結体を加工し
20φ×1.0mmの円板状試料と、７φ×15mmの棒状試料と
し、両面にAgペーストを700℃で焼付けた。その後、100
℃のシリコーンオイル中で10〜30kV/cmの電界を印加し
ながら常温で冷却した。
を所定の量比となるように秤量し混合の後、800〜900℃
で１〜８時間焙焼し、再度粉砕した。この粉末を0.8ton
/cm3の圧力で25φ×1.5mm及び8.5φ×20mmに成形し、10
80〜1280℃１〜３時間で焼成した。この焼結体を加工し
20φ×1.0mmの円板状試料と、７φ×15mmの棒状試料と
し、両面にAgペーストを700℃で焼付けた。その後、100
℃のシリコーンオイル中で10〜30kV/cmの電界を印加し
ながら常温で冷却した。
これらの試料を用いてIRE標準回路により共振周波数
ｒ、***振周波数ａを測定し、結合係数Kp,K33を求め
た。なお誘電率は分極後24時間後の1KHzでの値である。
これらの値から圧電歪定数ｄを算出した。
ｒ、***振周波数ａを測定し、結合係数Kp,K33を求め
た。なお誘電率は分極後24時間後の1KHzでの値である。
これらの値から圧電歪定数ｄを算出した。
この結果を第１表に示す。
第１表から明らかなように本発明の材料はd33が極めて
大きいことがわかる。
大きいことがわかる。
参考例−３はba＋Sr量は実施例−１と同じであるがBaと
Srの比率が本発明範囲外のものであるが、d33の値が大
きく違うことがわかる。
Srの比率が本発明範囲外のものであるが、d33の値が大
きく違うことがわかる。
又、実施例６に示された試料を用いて17m×5m×0.1mmの
両端支持型バイモルフアクチュエータを作成し、その変
位量を時間とともに測定した。その結果を参考例２の試
料とともに第３図に示す。参考例２の試料ではその変位
量が1000時間動作後では10％以上も低下するのに比べて
本発明の試料ではその変位量がほとんど見られない。
両端支持型バイモルフアクチュエータを作成し、その変
位量を時間とともに測定した。その結果を参考例２の試
料とともに第３図に示す。参考例２の試料ではその変位
量が1000時間動作後では10％以上も低下するのに比べて
本発明の試料ではその変位量がほとんど見られない。
この様に本発明の磁器は従来の圧電材料と比べてその圧
電歪定数が極めて大きいのみならず、その動作時の経時
変化も少ない。又焼成温度も組成によっては1100℃以下
と低く、積層型のアクチュエーター素子を作成する場合
には内部電極に安価な銀を主体とした合金が使用出来る
等工業的に価値のある有用な磁器組成物である。
電歪定数が極めて大きいのみならず、その動作時の経時
変化も少ない。又焼成温度も組成によっては1100℃以下
と低く、積層型のアクチュエーター素子を作成する場合
には内部電極に安価な銀を主体とした合金が使用出来る
等工業的に価値のある有用な磁器組成物である。
第１図は本発明の組成範囲で示す三元図、第２図はd33
と組成の関係を示す特性曲線図、愛３図は変位量と時間
の関係を示す特性曲線図。
と組成の関係を示す特性曲線図、愛３図は変位量と時間
の関係を示す特性曲線図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特公 昭45−39977（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】一般式xPb（Zn1/3Nb2/3）O3−yPbTiO3−zP
bZrO3で表され、Pb（Zn1/3Nb2/3）O3,PbTiO3およびPbZr
O3を項点とする三角図表で、 Ａ（x,y,z）＝（0.05,0.35,0.60） Ｂ（x,y,z）＝（0.05,0.45,0.50） Ｃ（x,y,z）＝（0.40,0.35,0.25） Ｄ（x,y,z）＝（0.40,0.25,0.35） の各点を結ぶ線内の領域で、かつPbの11mol％以上、20m
ol％以下をBa1-aSra（0.6≦ａ≦0.8）で置換したことを
特徴とする酸化物圧電材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59250486A JPH0788252B2 (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 酸化物圧電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59250486A JPH0788252B2 (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 酸化物圧電材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61129888A JPS61129888A (ja) | 1986-06-17 |
| JPH0788252B2 true JPH0788252B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=17208573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59250486A Expired - Lifetime JPH0788252B2 (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 酸化物圧電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0788252B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5527480A (en) * | 1987-06-11 | 1996-06-18 | Martin Marietta Corporation | Piezoelectric ceramic material including processes for preparation thereof and applications therefor |
| JP4721507B2 (ja) * | 2000-11-29 | 2011-07-13 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器組成物及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド |
| JP4688301B2 (ja) * | 2001-01-23 | 2011-05-25 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器組成物及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド |
| DE60232867D1 (de) | 2001-03-30 | 2009-08-20 | Tdk Corp | Piezoelektrisches porzellan und verfahren zu seine |
| JP2004002069A (ja) | 2002-05-30 | 2004-01-08 | Tdk Corp | 圧電磁器の製造方法および圧電素子の製造方法 |
| US7264744B2 (en) | 2004-03-26 | 2007-09-04 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic and piezoelectric device |
| JP2006096626A (ja) | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Tdk Corp | 圧電磁器の製造方法、圧電素子の製造方法、圧電素子 |
-
1984
- 1984-11-29 JP JP59250486A patent/JPH0788252B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61129888A (ja) | 1986-06-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |