JPH0959060A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH0959060A JPH0959060A JP7237834A JP23783495A JPH0959060A JP H0959060 A JPH0959060 A JP H0959060A JP 7237834 A JP7237834 A JP 7237834A JP 23783495 A JP23783495 A JP 23783495A JP H0959060 A JPH0959060 A JP H0959060A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内部エネルギー損失が低く、高い振動レベル
で駆動することのできる圧電磁器材料を提供する。 【構成】 Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 、Pb(Mn
1/3 Sb2/3 )O3 及びPbTiO3 の3成分からな
り、図の斜線部分の組成比の磁器組成物。即ち、[Pb
(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]x [Pb(Mn1/3 Sb
2/3 )O3 ]y [PbTiO3 ]z (但し、x+y+z
=1)と表現したとき、3成分組成図において、次の
A、B、C、Dの4点を結ぶ四辺形内の点の組成比の磁
器組成物。 A:(x=0.01、 y=0.57、 z=0.4
2) B:(x=0.01、 y=0.71、 z=0.2
8) C:(x=0.15、 y=0.43、 z=0.4
2) D:(x=0.15、 y=0.57、 z=0.2
8)
で駆動することのできる圧電磁器材料を提供する。 【構成】 Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 、Pb(Mn
1/3 Sb2/3 )O3 及びPbTiO3 の3成分からな
り、図の斜線部分の組成比の磁器組成物。即ち、[Pb
(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]x [Pb(Mn1/3 Sb
2/3 )O3 ]y [PbTiO3 ]z (但し、x+y+z
=1)と表現したとき、3成分組成図において、次の
A、B、C、Dの4点を結ぶ四辺形内の点の組成比の磁
器組成物。 A:(x=0.01、 y=0.57、 z=0.4
2) B:(x=0.01、 y=0.71、 z=0.2
8) C:(x=0.15、 y=0.43、 z=0.4
2) D:(x=0.15、 y=0.57、 z=0.2
8)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電磁器組成物に
関し、特に、高振動レベルまたは大振幅駆動が可能な圧
電磁器組成物に関するものである。
関し、特に、高振動レベルまたは大振幅駆動が可能な圧
電磁器組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気エネルギーを機械的振動エネルギー
に変換することのできる圧電材料は圧電アクチュエータ
や超音波モータなど、動力分野への応用がなされてい
る。これらの応用に対しては極めて大きな機械的出力が
要求されるため、圧電材料は大振幅または高振動レベル
で駆動されることになる。したがって、これらの応用に
対しては、圧電材料には高振動レベルで駆動しても内部
エネルギー損失の増大が抑制されることが、すなわち、
高い振動レベルで限界を有することが求められる。
に変換することのできる圧電材料は圧電アクチュエータ
や超音波モータなど、動力分野への応用がなされてい
る。これらの応用に対しては極めて大きな機械的出力が
要求されるため、圧電材料は大振幅または高振動レベル
で駆動されることになる。したがって、これらの応用に
対しては、圧電材料には高振動レベルで駆動しても内部
エネルギー損失の増大が抑制されることが、すなわち、
高い振動レベルで限界を有することが求められる。
【0003】従来、圧電磁器組成物として鉛系複合ペロ
ブスカイト化合物が広く知られ、一部の組成で実用化が
なされている。その中でも誘電率が大きいため大振幅駆
動に適した代表的な組成材料に、マグネシウム・ニオブ
酸鉛[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]とチタン酸鉛
[PbTiO3 ]の2成分化合物(以下、PMN−PT
と記す)があるが、この材料は動作振動レベルが高くな
るのに伴い、内部エネルギー損失による発熱が増大し、
やがて材料の絶縁破壊が起こる。
ブスカイト化合物が広く知られ、一部の組成で実用化が
なされている。その中でも誘電率が大きいため大振幅駆
動に適した代表的な組成材料に、マグネシウム・ニオブ
酸鉛[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]とチタン酸鉛
[PbTiO3 ]の2成分化合物(以下、PMN−PT
と記す)があるが、この材料は動作振動レベルが高くな
るのに伴い、内部エネルギー損失による発熱が増大し、
やがて材料の絶縁破壊が起こる。
【0004】ここで、振動レベルを、光学式変位測定器
から得られる振動子の最大先端振幅ξm と振動子の共振
周波数f0 の測定から算出できる実効的振動速度v0 で
与えられるものとする。v0 は次式で表わすことができ
る。 v0 =(√2)πf0 ξm …(1) このように振動レベルを振動速度で表現した場合、従来
材料は安定して使用できる振動レベル(速度)の限界が
0.1m/sに留まっていた。
から得られる振動子の最大先端振幅ξm と振動子の共振
周波数f0 の測定から算出できる実効的振動速度v0 で
与えられるものとする。v0 は次式で表わすことができ
る。 v0 =(√2)πf0 ξm …(1) このように振動レベルを振動速度で表現した場合、従来
材料は安定して使用できる振動レベル(速度)の限界が
0.1m/sに留まっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のPMN−PT材
料では、0.1m/s程度を上限とした低振動レベル
(速度)での駆動に制限されるため、大きな機械的出力
が要求される動力デバイスへの応用は困難であった。ま
た、PMN−PTの高出力化のため数々の手段がとられ
たが、その材料性能は向上させる効果はみられなかっ
た。
料では、0.1m/s程度を上限とした低振動レベル
(速度)での駆動に制限されるため、大きな機械的出力
が要求される動力デバイスへの応用は困難であった。ま
た、PMN−PTの高出力化のため数々の手段がとられ
たが、その材料性能は向上させる効果はみられなかっ
た。
【0006】本発明は、従来困難であった振動レベル
(速度)限界v0maxが従来の3倍以上となるv0max≧
0.3m/sの特性を有する圧電磁器組成を提供するこ
とを目的としてなされたものである。
(速度)限界v0maxが従来の3倍以上となるv0max≧
0.3m/sの特性を有する圧電磁器組成を提供するこ
とを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による圧電磁器組成物は、マグネシウム・ニ
オブ酸鉛[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]、マンガン
・アンチモン酸鉛[Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]お
よびチタン酸鉛[PbTiO3 ]の3成分からなるもの
であり、特に、マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg
1/3 Nb2/3 )O3 ]、マンガン・アンチモン酸鉛[P
b(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]およびチタン酸鉛[Pb
TiO3 ]からなる3成分組成物を[Pb(Mg1/3 N
b2/3 )O3 ]x [Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]y
[PbTiO3 ]z (但し、x+y+z=1)と表現し
たとき、この3成分組成物の3成分組成図において、次
のA、B、C、Dの4点、 A:(x=0.01、 y=0.57、 z=0.42) B:(x=0.01、 y=0.71、 z=0.28) C:(x=0.15、 y=0.43、 z=0.42) D:(x=0.15、 y=0.57、 z=0.28) を結ぶ線上の点およびこれによって形成される四辺形内
に含まれる点によって定められる組成比のものである。
めの本発明による圧電磁器組成物は、マグネシウム・ニ
オブ酸鉛[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]、マンガン
・アンチモン酸鉛[Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]お
よびチタン酸鉛[PbTiO3 ]の3成分からなるもの
であり、特に、マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg
1/3 Nb2/3 )O3 ]、マンガン・アンチモン酸鉛[P
b(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]およびチタン酸鉛[Pb
TiO3 ]からなる3成分組成物を[Pb(Mg1/3 N
b2/3 )O3 ]x [Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]y
[PbTiO3 ]z (但し、x+y+z=1)と表現し
たとき、この3成分組成物の3成分組成図において、次
のA、B、C、Dの4点、 A:(x=0.01、 y=0.57、 z=0.42) B:(x=0.01、 y=0.71、 z=0.28) C:(x=0.15、 y=0.43、 z=0.42) D:(x=0.15、 y=0.57、 z=0.28) を結ぶ線上の点およびこれによって形成される四辺形内
に含まれる点によって定められる組成比のものである。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明による圧電磁器組成
物は、マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg1/3Nb
2/3 )O3 ]、マンガン・アンチモン酸鉛[Pb(Mn
1/3 Sb2/3 )O3]およびチタン酸鉛[PbTiO
3 ]の3成分からなり、ペロブスカイト構造の磁器組成
物である。
て図面を参照して説明する。本発明による圧電磁器組成
物は、マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg1/3Nb
2/3 )O3 ]、マンガン・アンチモン酸鉛[Pb(Mn
1/3 Sb2/3 )O3]およびチタン酸鉛[PbTiO
3 ]の3成分からなり、ペロブスカイト構造の磁器組成
物である。
【0009】好ましい組成比は、図1の3成分組成図に
おいて、斜線部分で示される。すなわち、マグネシウム
・ニオブ酸鉛[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]、マン
ガン・アンチモン酸鉛[Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O
3 ]およびチタン酸鉛[PbTiO3 ]からなる3成分
組成物を[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]x [Pb
(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]y [PbTiO3 ]z (但
し、x+y+z=1)と表現したとき、この3成分組成
物の3成分組成図において、次のA、B、C、Dの4
点、 A:(x=0.01、 y=0.57、 z=0.42) B:(x=0.01、 y=0.71、 z=0.28) C:(x=0.15、 y=0.43、 z=0.42) D:(x=0.15、 y=0.57、 z=0.28) を結ぶ線上の点およびこれによって形成される四辺形内
に含まれる点によって定められる組成比のものである。
おいて、斜線部分で示される。すなわち、マグネシウム
・ニオブ酸鉛[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]、マン
ガン・アンチモン酸鉛[Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O
3 ]およびチタン酸鉛[PbTiO3 ]からなる3成分
組成物を[Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 ]x [Pb
(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]y [PbTiO3 ]z (但
し、x+y+z=1)と表現したとき、この3成分組成
物の3成分組成図において、次のA、B、C、Dの4
点、 A:(x=0.01、 y=0.57、 z=0.42) B:(x=0.01、 y=0.71、 z=0.28) C:(x=0.15、 y=0.43、 z=0.42) D:(x=0.15、 y=0.57、 z=0.28) を結ぶ線上の点およびこれによって形成される四辺形内
に含まれる点によって定められる組成比のものである。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。本
発明の材料を得る出発原料として酸化鉛(PbO)、酸
化チタン(TiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、
酸化ニオブ(Nb2 O5 )および、炭酸マンガン(Mn
CO3 )、酸化アンチモン(Sb2 O3 )の各粉末を用
いた。ここでMnCO3 はMnOに換算して必要量得る
ようにした。
発明の材料を得る出発原料として酸化鉛(PbO)、酸
化チタン(TiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、
酸化ニオブ(Nb2 O5 )および、炭酸マンガン(Mn
CO3 )、酸化アンチモン(Sb2 O3 )の各粉末を用
いた。ここでMnCO3 はMnOに換算して必要量得る
ようにした。
【0011】各原料粉末を実施例毎に所定量秤量し、ボ
ールミルによる湿式混合後、混合粉末を850℃、2
h、大気中で仮焼した。仮焼粉を粉砕後、造粒、成形
し、1200℃、2時間、大気中で焼成を行い、長さ6
0mm、幅30mm、厚さ10mmの焼結ブロックを得
た。このブロックを切断、研磨により43×7×1mm
tの矩形板に加工した後、相対向する両主面に銀電極を
焼き付け、100℃の絶縁油中で4kV/mmの直流電
界を1時間印加して分極処理を施した。
ールミルによる湿式混合後、混合粉末を850℃、2
h、大気中で仮焼した。仮焼粉を粉砕後、造粒、成形
し、1200℃、2時間、大気中で焼成を行い、長さ6
0mm、幅30mm、厚さ10mmの焼結ブロックを得
た。このブロックを切断、研磨により43×7×1mm
tの矩形板に加工した後、相対向する両主面に銀電極を
焼き付け、100℃の絶縁油中で4kV/mmの直流電
界を1時間印加して分極処理を施した。
【0012】24時間室温放置した後、定電流駆動回路
により圧電横効果長さ縦振動の基本モードを励振させ、
振動レベル限界の測定を行った。振動レベルは光学式変
位測定器から得られる振動子の最大先端振動振幅ξm と
振動子の共振周波数f0 の測定から算出できる実効的振
動速度v0 で求めた。 v0 =(√2)πf0 ξm …(1) 振動レベル(速度)限界は圧電振動子の振動の節点に設
けられた熱電対の温度測定により、その温度上昇(振動
子の温度と室温の差)ΔTが20℃になる振動速度をv
0maxと表し、これを振動レベル限界とした。表1および
表2に各実施例の組成比と振動レベル限界を示す。
により圧電横効果長さ縦振動の基本モードを励振させ、
振動レベル限界の測定を行った。振動レベルは光学式変
位測定器から得られる振動子の最大先端振動振幅ξm と
振動子の共振周波数f0 の測定から算出できる実効的振
動速度v0 で求めた。 v0 =(√2)πf0 ξm …(1) 振動レベル(速度)限界は圧電振動子の振動の節点に設
けられた熱電対の温度測定により、その温度上昇(振動
子の温度と室温の差)ΔTが20℃になる振動速度をv
0maxと表し、これを振動レベル限界とした。表1および
表2に各実施例の組成比と振動レベル限界を示す。
【0013】
【表1】
【0014】また、図2に、本発明の実施例の振動レベ
ル(速度)と温度上昇ΔTの相関について示す。本発明
の実施例のものでは、振動レベルが0.3m/sに至っ
ても温度上昇は10℃程度に留まり、この範囲を越えて
も温度上昇は緩やかである。
ル(速度)と温度上昇ΔTの相関について示す。本発明
の実施例のものでは、振動レベルが0.3m/sに至っ
ても温度上昇は10℃程度に留まり、この範囲を越えて
も温度上昇は緩やかである。
【0015】
【表2】
【0016】[比較例]比較のために、出発原料として
酸化鉛(PbO)、酸化チタン(TiO2 )、酸化マグ
ネシウム(MgO)および酸化ニオブ(Nb2 O5 )の
粉末のみを用い、本発明の実施例と同様の方法により同
様の素子を形成した。得られた素子について、実施例と
同様の測定を行い表3の結果を得た。また、比較例の振
動レベル(速度)と温度上昇ΔTの相関を、図2に示
す。
酸化鉛(PbO)、酸化チタン(TiO2 )、酸化マグ
ネシウム(MgO)および酸化ニオブ(Nb2 O5 )の
粉末のみを用い、本発明の実施例と同様の方法により同
様の素子を形成した。得られた素子について、実施例と
同様の測定を行い表3の結果を得た。また、比較例の振
動レベル(速度)と温度上昇ΔTの相関を、図2に示
す。
【0017】
【表3】
【0018】表3と表1および表2との比較から、従来
例のPMN−PTに本発明に従ってPb(Mn1/3 Sb
2/3 )O3 を配合させることにより、振動レベル限界が
3倍以上向上すること分かる。また、図2に示されるよ
うに、従来材料では振動レベル(速度)が0.05m/
sを越えると急激な温度上昇が起こり0.1m/s以上
に振動レベルを高くすることができない。これは、大振
幅させるために振動子に電力を印加しても、振動子の内
部エネルギー損失のため熱消散が高まり、熱破壊を起こ
す恐れが高くなるためである。これに対し、本発明によ
る組成物は内部エネルギー損失が小さいため、印加電力
が高効率で振動エネルギーに変換され、高振動レベルで
駆動できる。
例のPMN−PTに本発明に従ってPb(Mn1/3 Sb
2/3 )O3 を配合させることにより、振動レベル限界が
3倍以上向上すること分かる。また、図2に示されるよ
うに、従来材料では振動レベル(速度)が0.05m/
sを越えると急激な温度上昇が起こり0.1m/s以上
に振動レベルを高くすることができない。これは、大振
幅させるために振動子に電力を印加しても、振動子の内
部エネルギー損失のため熱消散が高まり、熱破壊を起こ
す恐れが高くなるためである。これに対し、本発明によ
る組成物は内部エネルギー損失が小さいため、印加電力
が高効率で振動エネルギーに変換され、高振動レベルで
駆動できる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるマグ
ネシウム・ニオブ酸鉛、マンガン・アンチモン酸鉛およ
びチタン酸鉛の3成分から構成される磁器組成物は、内
部エネルギー損失が小さいため、高い振動レベルでの駆
動が可能となる。従って、本発明によれば、高振動レベ
ルまたは大振幅で駆動させる動力圧電デバイスを製作す
るための優れた材料を提供することができる。
ネシウム・ニオブ酸鉛、マンガン・アンチモン酸鉛およ
びチタン酸鉛の3成分から構成される磁器組成物は、内
部エネルギー損失が小さいため、高い振動レベルでの駆
動が可能となる。従って、本発明によれば、高振動レベ
ルまたは大振幅で駆動させる動力圧電デバイスを製作す
るための優れた材料を提供することができる。
【図1】本発明の実施の形態を説明するための3成分組
成図。
成図。
【図2】本発明の実施例の材料により製作した素子と従
来例材料を用いた素子との振動レベル−温度上昇の特性
を示すグラフ。
来例材料を用いた素子との振動レベル−温度上昇の特性
を示すグラフ。
Claims (2)
- 【請求項1】 マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg
1/3 Nb2/3 )O3]、マンガン・アンチモン酸鉛[P
b(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]およびチタン酸鉛[Pb
TiO3 ]の3成分からなる圧電磁器組成物。 - 【請求項2】 マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg
1/3 Nb2/3 )O3]、マンガン・アンチモン酸鉛[P
b(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]およびチタン酸鉛[Pb
TiO3 ]からなる3成分組成物を[Pb(Mg1/3 N
b2/3 )O3]x [Pb(Mn1/3 Sb2/3 )O3 ]y
[PbTiO3 ]z (但し、x+y+z=1)と表現し
たとき、この組成物の3成分組成図において、次のA、
B、C、Dの4点、 A:(x=0.01、 y=0.57、 z=0.42) B:(x=0.01、 y=0.71、 z=0.28) C:(x=0.15、 y=0.43、 z=0.42) D:(x=0.15、 y=0.57、 z=0.28) を結ぶ線上の点およびこれによって形成される四辺形内
に含まれる点によって定められる組成比の圧電磁器組成
物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7237834A JPH0959060A (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7237834A JPH0959060A (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0959060A true JPH0959060A (ja) | 1997-03-04 |
Family
ID=17021107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7237834A Pending JPH0959060A (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0959060A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0294579A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Hitachi Ltd | 超音波振動子用電歪磁器組成物 |
JPH04300246A (ja) * | 1991-01-30 | 1992-10-23 | Nippondenso Co Ltd | Pzt圧電セラミック材料及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-08-24 JP JP7237834A patent/JPH0959060A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0294579A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Hitachi Ltd | 超音波振動子用電歪磁器組成物 |
JPH04300246A (ja) * | 1991-01-30 | 1992-10-23 | Nippondenso Co Ltd | Pzt圧電セラミック材料及びその製造方法 |
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