JP3867320B2 - 圧電体磁器組成物 - Google Patents
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電体磁器組成物、特に圧電／電歪特性を利用したアクチュエータ用材料として有用な圧電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電体磁器組成物としては、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系に、ＰｂＭ1-x Ｎx Ｏ3 （但し、ＭはＮｂ又はＷであり、ＮはＺｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｎ又はＮｉである。）で表わされる第３成分を添加したり、Ｐｂの一部をＢａ、Ｓｒ、Ｃａなどで置換したものなどが用いられている。
【０００３】
又、特開昭４９−１２２５１２号公報及び特開昭６２−１７０６５号公報には、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系において、各主成分の割合を限定した特定組成について開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電アクチュエータ用材料として使用する圧電体磁器組成物は、誘電率、径方向電気機械結合係数及び圧電定数に優れたものが好ましく、なかでも圧電定数が大きいことが特に必要とされている。
【０００５】
しかしながら、上述のような従来の圧電体磁器組成物では、十分大きな圧電定数が得られないという問題点を有していた。
【０００６】
例えば、上述の特開昭４９−１２２５１２号公報及び特開昭６２−１７０６５号公報に開示の、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3−Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系における特定組成においても、市場の要求に比べて、得られる圧電体磁器の圧電定数は未だ不十分なものであった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、圧電アクチュエータ用材料として特に有用な、圧電定数の大きな圧電体磁器組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の圧電体磁器組成物は、一般式、ａＰｂＴｉＯ3 −ｂＰｂＺｒＯ3 −ｃＰｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ｄＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 で表わされる磁器組成物において、３４≦ａ≦４０、１７≦ｂ≦２３、１５≦ｃ≦２８、１５≦ｄ≦２８（但し、ａ、ｂ、ｃ及びｄはモル％、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）であることを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記した組成範囲に限定したのは次のような理由による。
即ち、ＰｂＴｉＯ3 量ａが３４モル％未満の場合には、キュリ−温度が低下するとともに圧電定数が小さくなり好ましくない。一方、ＰｂＴｉＯ3 量ａが４０モル％を超えると、圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１０】
又、ＰｂＺｒＯ3 量ｂが１７モル％未満の場合には、圧電定数が小さくなり好ましくない。一方、ＰｂＺｒＯ3 量ｂが２３モル％を超えると、キュリ−温度が低下するとともに圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１１】
又、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 量ｃが１５モル％未満又は２８モル％を超えると、共に圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１２】
さらに、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 量ｄが１５モル％未満の場合には、圧電定数が小さくなり好ましくない。一方、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 量ｄが２８モル％を超えると、キュリ−温度が低下するとともに圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電体磁器組成物の実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【００１４】
まず、出発原料として、ＰｂＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＮｉＯ、Ｍｇ（ＯＨ）2 の粉末を用意した。その後、これら粉末を、表１に示す組成の磁器が得られるように秤量し、水を加えてボールミルで湿式混合した後、９００℃で２時間仮焼した。
【００１５】
【表１】
【００１６】
その後、得られた仮焼物をボールミルで湿式粉砕した後、バインダを添加して造粒した。この造粒粉を１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で３４ｍｍ×２４ｍｍ×１．１ｍｍ（厚さ）に成形した後、１２４０℃で２時間焼成して角板状磁器を得た。その後、角板状磁器の両面を厚さ０．６ｍｍにラッピングし、その両面に銀電極を焼き付けした後、接着剤で２枚貼り合わせた。次いで、これを３０ｍｍ×３ｍｍ×１．２ｍｍ（厚さ）に切断して素子を得た。その後、得られた素子に、８０℃のシリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの電界を印加して分極処理を行なった。
【００１７】
次に、以上のようにして得られた素子について、誘電率（ε33）、電気機械結合係数（Ｋｐ）、圧電定数（ｄ31）を求めた。なお、誘電率（ε33）は、静電容量を測定して計算により求めた。電気機械結合係数（Ｋｐ）は、インピーダンス測定器により共振、反共振周波数を測定して計算により求めた。圧電定数（ｄ31）は、２ｋＶ／ｍｍの大電界を印加してユニモルフ駆動させたときの変位量を測定して計算により求めた。
【００１８】
以上の結果を表２に示す。なお表２において＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、その他はすべて本発明の範囲内のものである。
【００１９】
【表２】
【００２０】
表２に示す通り、本発明の範囲内のものは、試料番号１３、１４、１５に示す本発明の範囲外のものと比較して、特に圧電定数（ｄ31）が大きく、優れている。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系における各成分の比率を特定範囲に限定したことにより、アクチュエータ用材料として有用な、圧電定数の大きい圧電体磁器組成物が得られる。
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電体磁器組成物、特に圧電／電歪特性を利用したアクチュエータ用材料として有用な圧電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電体磁器組成物としては、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系に、ＰｂＭ1-x Ｎx Ｏ3 （但し、ＭはＮｂ又はＷであり、ＮはＺｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｎ又はＮｉである。）で表わされる第３成分を添加したり、Ｐｂの一部をＢａ、Ｓｒ、Ｃａなどで置換したものなどが用いられている。
【０００３】
又、特開昭４９−１２２５１２号公報及び特開昭６２−１７０６５号公報には、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系において、各主成分の割合を限定した特定組成について開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電アクチュエータ用材料として使用する圧電体磁器組成物は、誘電率、径方向電気機械結合係数及び圧電定数に優れたものが好ましく、なかでも圧電定数が大きいことが特に必要とされている。
【０００５】
しかしながら、上述のような従来の圧電体磁器組成物では、十分大きな圧電定数が得られないという問題点を有していた。
【０００６】
例えば、上述の特開昭４９−１２２５１２号公報及び特開昭６２−１７０６５号公報に開示の、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3−Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系における特定組成においても、市場の要求に比べて、得られる圧電体磁器の圧電定数は未だ不十分なものであった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、圧電アクチュエータ用材料として特に有用な、圧電定数の大きな圧電体磁器組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の圧電体磁器組成物は、一般式、ａＰｂＴｉＯ3 −ｂＰｂＺｒＯ3 −ｃＰｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ｄＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 で表わされる磁器組成物において、３４≦ａ≦４０、１７≦ｂ≦２３、１５≦ｃ≦２８、１５≦ｄ≦２８（但し、ａ、ｂ、ｃ及びｄはモル％、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）であることを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記した組成範囲に限定したのは次のような理由による。
即ち、ＰｂＴｉＯ3 量ａが３４モル％未満の場合には、キュリ−温度が低下するとともに圧電定数が小さくなり好ましくない。一方、ＰｂＴｉＯ3 量ａが４０モル％を超えると、圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１０】
又、ＰｂＺｒＯ3 量ｂが１７モル％未満の場合には、圧電定数が小さくなり好ましくない。一方、ＰｂＺｒＯ3 量ｂが２３モル％を超えると、キュリ−温度が低下するとともに圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１１】
又、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 量ｃが１５モル％未満又は２８モル％を超えると、共に圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１２】
さらに、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 量ｄが１５モル％未満の場合には、圧電定数が小さくなり好ましくない。一方、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 量ｄが２８モル％を超えると、キュリ−温度が低下するとともに圧電定数が小さくなり好ましくない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電体磁器組成物の実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【００１４】
まず、出発原料として、ＰｂＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＮｉＯ、Ｍｇ（ＯＨ）2 の粉末を用意した。その後、これら粉末を、表１に示す組成の磁器が得られるように秤量し、水を加えてボールミルで湿式混合した後、９００℃で２時間仮焼した。
【００１５】
【表１】
その後、得られた仮焼物をボールミルで湿式粉砕した後、バインダを添加して造粒した。この造粒粉を１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で３４ｍｍ×２４ｍｍ×１．１ｍｍ（厚さ）に成形した後、１２４０℃で２時間焼成して角板状磁器を得た。その後、角板状磁器の両面を厚さ０．６ｍｍにラッピングし、その両面に銀電極を焼き付けした後、接着剤で２枚貼り合わせた。次いで、これを３０ｍｍ×３ｍｍ×１．２ｍｍ（厚さ）に切断して素子を得た。その後、得られた素子に、８０℃のシリコンオイル中で３ｋＶ／ｍｍの電界を印加して分極処理を行なった。
【００１７】
次に、以上のようにして得られた素子について、誘電率（ε33）、電気機械結合係数（Ｋｐ）、圧電定数（ｄ31）を求めた。なお、誘電率（ε33）は、静電容量を測定して計算により求めた。電気機械結合係数（Ｋｐ）は、インピーダンス測定器により共振、反共振周波数を測定して計算により求めた。圧電定数（ｄ31）は、２ｋＶ／ｍｍの大電界を印加してユニモルフ駆動させたときの変位量を測定して計算により求めた。
【００１８】
以上の結果を表２に示す。なお表２において＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、その他はすべて本発明の範囲内のものである。
【００１９】
【表２】
表２に示す通り、本発明の範囲内のものは、試料番号１３、１４、１５に示す本発明の範囲外のものと比較して、特に圧電定数（ｄ31）が大きく、優れている。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系における各成分の比率を特定範囲に限定したことにより、アクチュエータ用材料として有用な、圧電定数の大きい圧電体磁器組成物が得られる。
Claims (1)
- 一般式、ａＰｂＴｉＯ3 −ｂＰｂＺｒＯ3 −ｃＰｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ｄＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 で表わされる磁器組成物において、
３４≦ａ≦４０
１７≦ｂ≦２３
１５≦ｃ≦２８
１５≦ｄ≦２８
（但し、ａ、ｂ、ｃ及びｄはモル％、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）であることを特徴とする、圧電体磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16159296A JP3867320B2 (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 圧電体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16159296A JP3867320B2 (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 圧電体磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH107461A JPH107461A (ja) | 1998-01-13 |
| JP3867320B2 true JP3867320B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=15738075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16159296A Expired - Fee Related JP3867320B2 (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 圧電体磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3867320B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067965B2 (en) | 2002-09-18 | 2006-06-27 | Tdk Corporation | Piezoelectric porcelain composition, piezoelectric device, and methods of making thereof |
| US8470211B2 (en) * | 2006-04-13 | 2013-06-25 | Agency For Science, Technology And Research | Ferroelectric ceramic material with a low sintering temperature |
-
1996
- 1996-06-21 JP JP16159296A patent/JP3867320B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH107461A (ja) | 1998-01-13 |
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