JPH0340964A - 圧電材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、径方向電気機械結合係数、比誘電率、およ
び圧電定数が大きく、圧電歪を利用した圧電アクチュエ
ータ、圧電ブザー等の材料として好適な圧電材料に関す
るものである。

（従来の技術） 圧電材料としては、従来ジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚ
ｒ、Ｔｉ）０３磁器組戒物がよく知られている。この化
合物は、圧電性が大きいこと、高温まで使用可能である
こと、更には第３威分を置換あるいは添加することによ
り変性に冨んだ磁器が得られること等の利点を有する。

特にＺｒ、ＴＩの一部をＭｇとＮｂに置換したＰｂＴｉ
０ＰｂＴｉ０３−ＰｂＺｒ０ｚ−ＰｂＣｈ／ｚ）Ｏｓの
三成分系圧を磁器は、ｐｂｏの蒸発が少なく焼威しやす
いこと、主成分に各種の添加物を加えることにより種々
の圧電特性を持たせることが可能であることなどから、
圧電ブザー、周波数フィルター、圧電着火素子などの材
料として利用されてきた。また、Ｐｂ（Ｎｌ＋ｚｓ↑ａ
ｓｚｓ）Ｏｓ−ＰｂＴｉＯｓ−ＰｂＺｒ０３の三成分系
材料は、圧電性、安定性が高く、超音波振動子、フィル
ター等の材料として好適である。

近年、精密機械、光学機器等の分野で精密な変位素子の
必要性が高まり、これに圧電歪を利用した変位駆動用素
子を用いることが試みられている。

このような分野に使用される圧電材料としては径方向電
気機械結合係数、比誘電率および圧電定数が大きいこと
が要求される。

従来知られている材料の中、例えば、特公昭４２−９７
１６号公報に開示されているＰｂ（Ｍｇ＋７Ｊｂｔｚｉ
）Ｏｘ−ＰｂＴｌＯｓ　　ＰｂＺｒ０＞は径方向電気機
械結合係数が５０〜７０％と大きな値をもつにもかかわ
らず、比誘電率は高々２５００程度である。また、特公
昭４６−２８４６７号公報に示されているＰｂ（ＮＩ＋
ｚｓＴａｚｚｓ）Ｏｘ　　ＰｂＴｉ０３ＰｂＺｒＯｓは
、比誘電率は最高で約３６００に達するが、逆に径方向
電気機械結合係数は４０〜６５％位であり、圧電定数は
たかだか２５０　（Ｘ　１０−　’〜／Ｖ）程度である
。

（発明が解決しようとするｔｌｉｌｌ）近年の圧電材料
の高性能化の要求に対して、前記のような、これまでに
知られている圧電材料は十分な特性を有していない、即
ち、従来の圧電材料は比誘電率、径方向電気機械結合係
数のいずれかが小さく、圧電定数は十分大きいとは言え
ない。

そのため、これらの材料を圧電アクチュエータとして使
用したとき変位量が小さく、また駆動電圧が大きくなる
という欠点がある。

本発明の目的は、比誘電率、径方向電気機械結合係数お
よび圧電定数がともに大きく、大きな圧電歪を得ること
のできる圧電材料を提供することにある。

（！ＩＩ題を解決するための手段） 本発明者は、従来から良好な特性が認められているｐｂ
（バｇａ／ズＮｂｚｚ３）Ｏｓ　　ＰｂＴｉＯ２ＰｂＺ
ｒ０ｚとＰｂ（Ｎｉ。

ｙｘＴａｘ／３）Ｏｓ　　ＰｂＴｉＯｓ　　ＰｂＺｒＯ
３の複合材、すなわちＰｂ（Ｍｇ＋７Ｊｂｔｚｉ）Ｏｓ
　　Ｐｂ（Ｎｉ＋ｚ＋Ｔａｘｚｓ）Ｏｘ　　ＰｂＴｉ０
３ｐｂＺｒｏｓの四成分系に着眼してその性質を検討し
た。

その結果、上記四成分の比率を適正に選ぶことによって
、前記の目的が遠戚できることを６ｉＬＷした。

上記の知見に基づく本発明の要旨は、次の圧電材料にあ
る。

ａ　Ｐｂ（Ｍｇ＋７Ｊｂｔｚｉ）Ｏｘ　　ｂ　Ｐｂ（Ｎ
ｌ＋ｚｓＴａｘ／ｚ）Ｏｓ−ｃ　ＰｂＴｉ０３ｄ　Ｐｂ
ＺｒＯ３で表され、上記のａ、ｂＳ　ｃおよびｄが下記
（１）〜（４）の式を満足する圧電材ギ４゜１０≦ａ＋
ｂ≦５５・・・・・■３０≦ｃ≦５０　　　・・・・・
■ ２．５≦ｄ≦６０　　　・・・・・■ ０．０１≦ｂ　／　ａ≦２．０　　・・・−■ただし、
ａＳ　ｂ、ｃ％ｄはモノ１％で、ａ＋ｂ＋ｃ　十ｄ−１
００である。

本発明の圧電材料を構成する４戒分系の比率、即ち、前
記のモル％、ａ、ｂ、ｃ、およびｄを■から■までの式
を満足するように選定したのは、この範囲外では径方向
電気機械結合係数、比誘電率のいずれかが低下し、圧電
定数が小さくなるからである。

本発明の圧電材料は、上記の組成を有するものであるが
、その製造方法は、従来のこの種の磁器組成物と同様で
ある。即ち、各元素の酸化物、炭酸化物または水酸化物
等を前記の組成となるように配合し底形した後、焼結す
ることによって製造することができる。

（実施例） 四成分系組成物を ａ　Ｐｂ（Ｍｇ＋７Ｊｂｔｚｉ）Ｏｓ−ｂ　Ｐｂ（Ｎｉ
＋ｚｓＴａｔｚｓ）Ｏｓ−ｃ　ＰｂＴｌ０ｉ　−ｄ　Ｐ
ｂＺｒ０ｓ（但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄはモノ１％で、ａ＋
ｂ＋ｃ＋　ｄ　−１００） とし、ＰｂＯ，Ｚｒ０ｘ４ｉ０ｔ＋ＭｇＯ，ＮｂｔＯｓ
、ＮＩＯ，Ｔａ＊０＊、の各原料を第１表および第２表
に示す組成と成るように配合し、ボールミルを用いて十
分に混合した。

得られた混合粉を９００〜１１００°Ｃで約２時間仮焼
し、この仮焼物を再びボールミルで十分に粉砕した後、
有機バインダーを混合して造粒した。この造粒粉を約１
トッ／Ｃ−の圧力で直径２０Ｍ、　ｙ！、さ２閣に底形
し、これを１２００〜１３００’Ｃの温度で約２時間仮
焼した。

得られた円板状の焼結体両面に銀電極を焼付け、４０〜
１００　’Ｃのシリコンオイル中で２〜３ｋｖ／鵬の直
流電圧を印加して分極処理を行った。

第１表および第２表は、上記によって得られた組成とそ
の電気特性を示すものである。なお表中のε六ハ。は比
誘電率、Ｋｒは径方向電気機械結合係数、ｄ、は横方向
圧電定数である。

第１表の試料Ｎ（Ｌｌ〜１４は、ａ　Ｐｂ（Ｍｇ＋／ｘ
Ｎｂｚｚｚ）Ｏｘｂ　Ｐｂ（Ｎｉ＋ｚｘＴａｚ／１）Ｏ
ｚ　　ＣＰｂＴｌＯ２ｄ　ＰｂＺｒＯｓの各成分のモル
％、ｂとａの比（ｂ／ａ）を前記■式を満足する０、５
０に一定として、ａ、ｂ、ｃ、ｄの（直を種々変化させ
たものである。ａ十すの（直、或いはＣの値が前記の式
を満足しないもの（１考欄に比較例と記したもの）は、
ｄ、が小さくなるか、εＬ／ε。およびＫｒの値が低い
。

第２表は、ｃ、ｄおよびａ十すを本発明の条件を満たす
一定値にして、ｂとａの比（ｂ／ａ）を変化させた例で
ある。ｂ／ａが小さすぎるもの（Ｎａ１５）はεへ／ε
。とｄ３１が低く、ｂ　／　ａが大きすぎるもの（Ｎα
２６）はｄ、とＫｒが極端に落ちる。

第１表および第２表の結果から、前記の■から■の式を
全て満足する場合に、高い電気機械結合係数、誘電率を
示し、圧電定数の大きな材料が得られことがわかる。

（以下、余白） （発明の効果） 本発明の圧電材料は、実施例にも示したとおり、径方向
電気機械結合係数、比誘電率、圧電定数のすべてにおい
て優れた特性を有し、先に述べた各種の用途向は材料と
して極めて有用なものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａＰｂ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿３−
   ｂＰｂ（Ｎｉ＿１＿／＿３Ｔａ＿２＿／＿３）Ｏ＿３−
   ｃＰｂＴｉＯ＿３−ｄＰｂＺｒＯ＿３で表され、上記の
   ａ、ｂ、ｃおよびｄが下記（１）〜（４）の式を満足す
   る圧電材料。 １０≦ａ＋ｂ≦５５・・・・・（１） ３０≦ｃ≦５０・・・・・（２） ２．５≦ｄ≦６０・・・・・（３） ０．０１≦ｂ／ａ≦２．０・・・・（４） ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄはモル％で、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝
   １００である。