JP3206024B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 11
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大きな変位量が必要と
される圧電材料を成形するのに用いる圧電磁器組成物に
関し、例えばバイモルフのような圧電アクチュエータに
用いる圧電磁器組成物に関する。
される圧電材料を成形するのに用いる圧電磁器組成物に
関し、例えばバイモルフのような圧電アクチュエータに
用いる圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、圧電素子アクチュエータ等の
ような大きな歪みを必要とする用途には、主にＰｂ（Ｎ
ｉ，Ｎｂ）Ｏ3 やＰｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 等を第３成分
とするチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のモルフォト
ロピック相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ）近傍の組成が使用されて
いる。これらの系は抗電界強度（Ｅｃ）は大きくない
が、圧電定数（ｄ定数）は比較的大きく、小さな印加電
圧でも大きな変位量が得られるため、アクチュエータの
他にも、ブザーや振動子等の用途にも使用される。しか
しながら、上記系の圧電材料は、比較的大きなｄ定数を
もったソフト系の材料であり、また、第３成分の量やＴ
ｉ／Ｚｒ比を変化させることにより、ｄ定数を大きくし
たり、もしくは抗電界強度を大きくさせたりすることが
できるが、両者を同時に大きくすることができなかっ
た。バイモルフ等の圧電アクチュエータでは、現在最も
切望されているのは大変位、大出力であるが、バイモル
フアクチュエータで変位量や出力を決定するのは、簡易
的にはｄ定数と抗電界強度の積であるため、両者共に大
きな値を持たないと大変位、大出力が得られない。そこ
で、Ｐｂの一部をＬａで置換したチタン酸ジルコン酸鉛
であるＰＬＺＴが用いられている。
ような大きな歪みを必要とする用途には、主にＰｂ（Ｎ
ｉ，Ｎｂ）Ｏ3 やＰｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 等を第３成分
とするチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のモルフォト
ロピック相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ）近傍の組成が使用されて
いる。これらの系は抗電界強度（Ｅｃ）は大きくない
が、圧電定数（ｄ定数）は比較的大きく、小さな印加電
圧でも大きな変位量が得られるため、アクチュエータの
他にも、ブザーや振動子等の用途にも使用される。しか
しながら、上記系の圧電材料は、比較的大きなｄ定数を
もったソフト系の材料であり、また、第３成分の量やＴ
ｉ／Ｚｒ比を変化させることにより、ｄ定数を大きくし
たり、もしくは抗電界強度を大きくさせたりすることが
できるが、両者を同時に大きくすることができなかっ
た。バイモルフ等の圧電アクチュエータでは、現在最も
切望されているのは大変位、大出力であるが、バイモル
フアクチュエータで変位量や出力を決定するのは、簡易
的にはｄ定数と抗電界強度の積であるため、両者共に大
きな値を持たないと大変位、大出力が得られない。そこ
で、Ｐｂの一部をＬａで置換したチタン酸ジルコン酸鉛
であるＰＬＺＴが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記ＰＬＺＴは、比較
的大きな電気機械結合係数（Ｋｐ）及び抗電界強度を持
っているが、誘電率（εｒ）はあまり大きくないため、
ｄ定数としてはあまり大きくない。ｄ定数は、電気機械
結合係数に比例し、誘電率とコンプライアンスにはその
平方根に比例するので、これらがすべて適当に大きくな
ければｄ定数としては大きくならない。
的大きな電気機械結合係数（Ｋｐ）及び抗電界強度を持
っているが、誘電率（εｒ）はあまり大きくないため、
ｄ定数としてはあまり大きくない。ｄ定数は、電気機械
結合係数に比例し、誘電率とコンプライアンスにはその
平方根に比例するので、これらがすべて適当に大きくな
ければｄ定数としては大きくならない。
【０００４】本発明は、上記従来技術の有する実情に鑑
みてなされたもので、電気機械結合係数や抗電界強度を
あまり小さくさせることなく、誘電率を増加させ、高ｄ
定数かつ高抗電界強度を有する圧電磁器組成物を得るこ
とを目的とする。
みてなされたもので、電気機械結合係数や抗電界強度を
あまり小さくさせることなく、誘電率を増加させ、高ｄ
定数かつ高抗電界強度を有する圧電磁器組成物を得るこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による圧電磁器組
成物は、Ｐｂの一部をＬａで置換したチタン酸ジルコン
酸鉛の一般式が Ｐｂ1-XＬａX（Ｔｉ1-YＺｒY）1-X/4Ｏ3 （ただし、０＜Ｘ＜０．１，０．５５≦Ｙ＜０．７） なる組成物を主体とし、Ｎｂ2Ｏ5を酸化物組成重量比率
で、０〜３ｗｔ％（ただし、０は含まない）だけ添加
し、圧電アクチュエータに用いられることを特徴とす
る。
成物は、Ｐｂの一部をＬａで置換したチタン酸ジルコン
酸鉛の一般式が Ｐｂ1-XＬａX（Ｔｉ1-YＺｒY）1-X/4Ｏ3 （ただし、０＜Ｘ＜０．１，０．５５≦Ｙ＜０．７） なる組成物を主体とし、Ｎｂ2Ｏ5を酸化物組成重量比率
で、０〜３ｗｔ％（ただし、０は含まない）だけ添加
し、圧電アクチュエータに用いられることを特徴とす
る。
【０００６】本発明による圧電磁器組成物において、Ｐ
ｂをＬａで置換する割合を０．１モル分率（以下同じ）
未満としたのは、０．１以上であると、Ｐｂのサイトを
Ｌａで１０％以上置換することとなり圧電性が低下す
る。それゆえ０＜Ｘ＜０．１とした。ＺｒとＴｉとの割
合において、Ｚｒの割合Ｙを、０．５５≦＜Ｙ＜０．７
としたのは、ＰＬＺＴ系において、上記圧電性が低下し
ない範囲の組成のＭ．Ｐ．Ｂは、Ｔｉ／Ｚｒ比が上記組
成式におけるＹの値で０．５５〜０．６５である。即
ち、Ｙ≦０．５およびＹ≧０．７では高い圧電性が得ら
れない。Ｎｂ２ Ｏ５ を３ｗｔ％未満としたのは、３
ｗｔ％以上添加すると圧電性が大きく低下するから、そ
れをさけるためである。
ｂをＬａで置換する割合を０．１モル分率（以下同じ）
未満としたのは、０．１以上であると、Ｐｂのサイトを
Ｌａで１０％以上置換することとなり圧電性が低下す
る。それゆえ０＜Ｘ＜０．１とした。ＺｒとＴｉとの割
合において、Ｚｒの割合Ｙを、０．５５≦＜Ｙ＜０．７
としたのは、ＰＬＺＴ系において、上記圧電性が低下し
ない範囲の組成のＭ．Ｐ．Ｂは、Ｔｉ／Ｚｒ比が上記組
成式におけるＹの値で０．５５〜０．６５である。即
ち、Ｙ≦０．５およびＹ≧０．７では高い圧電性が得ら
れない。Ｎｂ２ Ｏ５ を３ｗｔ％未満としたのは、３
ｗｔ％以上添加すると圧電性が大きく低下するから、そ
れをさけるためである。
【０００７】
【作用】本発明の圧電磁器組成物によれば、電気機械結
合係数や抗電界強度の大きいＰＬＺＴを主体とし、この
ＰＬＺＴに対し、Ｎｂ2 Ｏ5 を適量添加することによ
り、ＰＬＺＴの長所をあまり阻害せず誘電率を増加させ
ることで、特に高ｄ定数かつ高抗電界強度を有する圧電
磁器組成物とすることができる。
合係数や抗電界強度の大きいＰＬＺＴを主体とし、この
ＰＬＺＴに対し、Ｎｂ2 Ｏ5 を適量添加することによ
り、ＰＬＺＴの長所をあまり阻害せず誘電率を増加させ
ることで、特に高ｄ定数かつ高抗電界強度を有する圧電
磁器組成物とすることができる。
【０００８】
【実施例】次に、本発明を実施例に沿って説明する。Ｐ
ｂＯ，ＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｎｂ2 Ｏ5 を
用いて Ｐｂ1-X ＬａX （Ｔｉ1-Y ＺｒY ）1-X/4 Ｏ3 ＋z ・Ｎｂ2 Ｏ5 （ただし、０＜Ｘ＜０．１，０．５＜Ｙ＜０．７, ０＜
ｚ＜３ｗｔ％）で表されるよう調合し、湿式で粉砕混合
した後、９００℃で仮焼した。この仮焼粉に２．５ｗｔ
％の酢酸ビニル系バインダーを加え、１ton/ｃｍ2の圧
力でプレス成形した。これらを１２００〜１２８０℃、
２ｈｒの条件で焼成し、直径１０ｍｍ，厚さ１．０ｍｍ
の円板を得た。これらのユニットに、油中８０℃で３Ｋ
Ｖ／ｍｍの電界を３０分印加して分極を行い、圧電特性
を測定した。
ｂＯ，ＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｎｂ2 Ｏ5 を
用いて Ｐｂ1-X ＬａX （Ｔｉ1-Y ＺｒY ）1-X/4 Ｏ3 ＋z ・Ｎｂ2 Ｏ5 （ただし、０＜Ｘ＜０．１，０．５＜Ｙ＜０．７, ０＜
ｚ＜３ｗｔ％）で表されるよう調合し、湿式で粉砕混合
した後、９００℃で仮焼した。この仮焼粉に２．５ｗｔ
％の酢酸ビニル系バインダーを加え、１ton/ｃｍ2の圧
力でプレス成形した。これらを１２００〜１２８０℃、
２ｈｒの条件で焼成し、直径１０ｍｍ，厚さ１．０ｍｍ
の円板を得た。これらのユニットに、油中８０℃で３Ｋ
Ｖ／ｍｍの電界を３０分印加して分極を行い、圧電特性
を測定した。
【０００９】表１に、本発明の実施例の組成を示し、表
２に、表１に示した組成から上記実施例により得た圧電
素子に対する圧電特性の測定結果を示した。ただし、表
中の試料Ｎｏ欄の＊は本発明の範囲外の参考例である。
又、Ｋｐは径方向の値で共振法により測定し、εｒは１
KHz で測定し、d33 は長さ方向の値で d33メータにより
測定し、ＥｃはD-E ヒステリシスにより測定した。
２に、表１に示した組成から上記実施例により得た圧電
素子に対する圧電特性の測定結果を示した。ただし、表
中の試料Ｎｏ欄の＊は本発明の範囲外の参考例である。
又、Ｋｐは径方向の値で共振法により測定し、εｒは１
KHz で測定し、d33 は長さ方向の値で d33メータにより
測定し、ＥｃはD-E ヒステリシスにより測定した。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高い圧
電定数を有し、かつ高い抗電界強度を持った、しかも誘
電率を増加させた圧電材料を得ることができた。本発明
の圧電磁器組成物を用いることにより、バイモルフ等の
圧電アクチュエータにおいて大きな変位量を得ることが
でき、圧電アクチュエータとしての性能を著しく向上す
ることができる。
電定数を有し、かつ高い抗電界強度を持った、しかも誘
電率を増加させた圧電材料を得ることができた。本発明
の圧電磁器組成物を用いることにより、バイモルフ等の
圧電アクチュエータにおいて大きな変位量を得ることが
でき、圧電アクチュエータとしての性能を著しく向上す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂部 行雄 京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式 会社 村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭51−8599（ＪＰ，Ａ) Ｋ．Ｖ．ＲＡＭＡＮＡ ＭＵＲＴＹ, ｅｔ ａｌ．「ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ Ｎ ｂ５＋ ＳＵＢＳＴＩＴＵＴＩＯＮ Ｏ Ｎ ＴＨＥ ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＰＬ ＺＴ ＣＥＲＡＭＩＣＳ」，Ｆｅｒｒｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃｓ（1991），第119巻, 第119−122頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/42 - 35/49 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｐｂの一部をＬａで置換したチタン酸ジ
ルコン酸鉛の一般式が Ｐｂ1-XＬａX（Ｔｉ1-YＺｒY）1-X/4Ｏ3 （ただし、０＜Ｘ＜０．１，０．５５≦Ｙ＜０．７） なる組成物を主体とし、Ｎｂ2Ｏ5を酸化物組成重量比率
で、０〜３ｗｔ％（ただし、０は含まない）だけ添加
し、圧電アクチュエータに用いられることを特徴とする
圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17614791A JP3206024B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17614791A JP3206024B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05845A JPH05845A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3206024B2 true JP3206024B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=16008485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17614791A Expired - Lifetime JP3206024B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3206024B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6407158B1 (en) | 1999-03-26 | 2002-06-18 | Basf Aktiengesellschaft | Water-soluble or water-dispersible polymeric salts |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3295871B2 (ja) * | 1996-05-28 | 2002-06-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 圧電磁器組成物 |
-
1991
- 1991-06-19 JP JP17614791A patent/JP3206024B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｋ．Ｖ．ＲＡＭＡＮＡ ＭＵＲＴＹ，ｅｔ ａｌ．「ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ Ｎｂ５＋ ＳＵＢＳＴＩＴＵＴＩＯＮ ＯＮ ＴＨＥ ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＰＬＺＴ ＣＥＲＡＭＩＣＳ」，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ（１９９１），第１１９巻，第１１９−１２２頁 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6407158B1 (en) | 1999-03-26 | 2002-06-18 | Basf Aktiengesellschaft | Water-soluble or water-dispersible polymeric salts |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05845A (ja) | 1993-01-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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