JPH0525831B2 - - Google Patents
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- JPH0525831B2 JPH0525831B2 JP1108925A JP10892589A JPH0525831B2 JP H0525831 B2 JPH0525831 B2 JP H0525831B2 JP 1108925 A JP1108925 A JP 1108925A JP 10892589 A JP10892589 A JP 10892589A JP H0525831 B2 JPH0525831 B2 JP H0525831B2
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
この発明は、圧電定数、機械的品質係数が大き
く、温度特性に優れた圧電材料であつて、共振変
位を利用した圧電アクチユエータ、超音波モー
タ、超音波振動子など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（Zr，Ti）O3磁器組成物がよく知られて
いる。この化合物は、Pbを含むため焼成の際に
それが蒸発するなどの製造上の困難があるが、圧
電性が大きいこと、使用可能温度が高いこと、更
には第３成分を置換あるいは添加することにより
変性に富んだ磁器が得られること等の利点を有す
るところから、圧電ブザー、周波数フイルター、
圧電着火素子、超音波振動子などの材料に使用さ
れてきた。 近年、メカトロニクスの発展とともに、応答性
がよく、精密な制御が可能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。例えば、超音波
モータがその一例としてあげられる。超音波モー
タは、ロボツトのアームの駆動用、オートフオー
カスカメラのレンズ駆動用等に、従来の電磁モー
タに代わるものとして注目されている。この超音
波モータは、圧電磁器の振動を回転の駆動力とす
るものであるが、より優れたモータ特性を得るに
は、圧電磁器の振動の振幅が大きいことが必要で
ある。また、このように大きい振動を得るために
は機械的品質係数および圧電定数が大きいことが
要求される。更に、超音波モータにおいては、使
用環境の温度変化による圧電材料の温度変化があ
ると、モータの回転数や発生トルクに影響を与え
る。従つて、安定した回転数やトルクを得るため
には圧電材料の温度特性が安定していることも要
求される。 以上、主に超音波モータ用の圧電磁器を例にし
て説明したが、同じような特性が要求される圧電
磁器の用途は数多い。しかしながら、従来の材料
の中、例えば、特公昭46−12342号公報によつて
知られているPb（Sb1/2Nb1/2）O3−PbTiO3−
PbZrO3にMnO2を添加したもの、および特公昭
45−16870号公報に開示されているPb（Zn1/3
Nb2/3）O3は、機械的品質係数と圧電定数をとも
に大きくするには不十分で温度特性も悪い。ま
た、、特公昭60−57162号公報のPb（NbαSb2-3〓
Zn2〓-1）O3−PbTiO3−PbZrO3は、圧電定数は大
きいが機械的品質係数が極めて小さい。 （発明が解決すべき課題） 前述のとおり、これまでに知られている圧電材
料は、機械的品質係数、圧電定数、温度特性の中
いずれかが不十分で、例えば、超音波モータ用と
して使用したとき大きな振動が得られず、モータ
特性の向上と温度に対する安定性が期待できない
といつた問題点を残している。 本発明の目的は、超音波モータなどに使用し
て、大きな振動が得られ、しかも温度特性の安定
な圧電材料、即ち、機械的品質係数、圧電定数、
および温度特性のすべてが一定の水準以上である
圧電材料を提供することにある。 （課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、下記のおよびの圧電材料
にある。 aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb（Zn1/2W1/2）O3−
cPbTiO3−dPbZrO3で表され、上記のａ，ｂ，
ｃおよびｄが下記〜の式を満足する磁器組
成物100モル％に対して、MnO2が0.5〜５モル
％添加されている圧電材料。 １≦ａ＋ｂ≦20 … 0.5≦ａ≦10 … 35≦ｃ≦52.5 … 35≦ｄ≦55 … ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄはモル％で、ｂは零
ではなく、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝100である。 aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb（Zn1/2W1/2）O3−
cPbTiO3−dPbZrO3で表され、上記のａ，ｂ，
ｃおよびｄが下記〜の式を満足し、且つ
Pbの10原子％以下がSr、CaおよびBaのうちの
１種以上で置換されている磁器組成物100モル
％に対してMnO2が0.5〜５モル％添加されてい
る圧電材料。 （作用） 本発明の圧電材料は、aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−
bPb（Zn1/2W1/2）O3−cPbTiO3−dPbZrO3の四元
系の基本組成を構成する酸化物の比率、即ち、前
記のａ，ｂ，ｃ，ｄの数値を適正に選んだ上で
MnO2を添加したもの、および上記の基本組成中
のPb原子の一部をSr，Ca，Baのうち１種以上で
置換し、更にMnO2を添加したもの、である。 基本組成の酸化物の比率、即ち、ａ，ｂ，ｃ，
およびｄの値を前記のように定めたのは、この範
囲外では圧電定数が小さくなつたり、温度特性が
悪くなるためである。 この基本組成の磁器組成物に後述するMnO2を
添加するが、基本組成のPbの10原子％以下をSr，
Ca，Baのうちの１種以上で置換したものを基本
組成としてMnO2を添加してもよい。 Sr，CaおよびBaの１種以上でPbの10原子％以
下を置換することによつて、圧電定数を大きくす
ることができる。しかし、この置換量がPbの10
原子％を超えると圧電定数はかえつて小さくな
る。 上記の磁器組成物100モル％に対して、更に、
MnO2を0.5〜５モル％添加する。MnO2を0.5〜５
モル％添加するのは、圧電材料の機械的品質係数
を向上させるためである。この効果は、0.5モル
％から現れ、５モル％を超えると機械的品質係数
と圧電定数がともに低下する。 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
に配合し成形した後、焼結することによつて製造
することができる。 （実施例） 基本の組成物をaPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb
（Zn1/2W1/2）O3−cPbTiO3−dPbZrO3（但し、ａ
＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝100）と表し、PbO，ZrO2，
TiO2，Sb2O3，ZnO，Nb2O5，WO3，CaCO3，
SrCO3，BaCO3，MnO2の各原料を、第１表に示
す組成となるように秤量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800〜1000℃で
約２時間仮焼し、この仮焼物を再びボールミルで
十分に粉砕混合した後、有機バインダーを混合し
て造粒した。この造粒粉を約１トン／cm2の圧力で
直径20mm、厚さ２mmに成形し、これを1200〜1300
℃の温度で約２時間焼成した。 さらに、得られた円板状の焼結体両面に銀電極
を焼付け、100℃のシリコンオイル中で3kv／mm
の直流電圧を印加して分極処理を行つた。 このようにして得られた磁器の圧電特性を第１
表中に示した。なお表中のd31は圧電定数、Qmは
機械的品質係数、Ｔ(c)は静電容量の−20℃〜60℃
における温度係数である。 第１表の試料No.１〜14の特性をみれば、ａ＋
ｂ、ｃおよびｄの値が本発明で定める範囲外のも
の（比較例として示したもの）は、d31が極めて
小さいか、Ｔ(c)ｃ）が大きくて温度特性の悪いこ
とがわかる。 試料No.15〜21は、ａの値が10モル％を越えるか
あるいは0.5モル％より小さいとd31が小さく、Ｔ
(c)が大きくなることを示している。 ｂの値が０モル％だとd31が小さく（No.22）、ａ
＋ｂが20モルを越えるとＴ(c)が大きくなる（No.
26）。 試料No.27〜32は、MnO2の添加量を変えた例で
ある。添加量が0.5モル％以上で、Qmの向上効果
が認められ、一方、添加量が５モル％を超える
と、d31、QmおよびＴ(c)の全てが悪化する。 試料No.33〜48は、Sr，Ca，BaによるPbの置換
量を変えた例である。置換量が本発明で定める範
囲内であれば、d31が大きくなるが、10原子％を
超えるとＴ(c)が悪化する（No.36）。 Pbを置換した系においても、MnO2の添加効果
が認められ、その添加量が前記の範囲内であれば
Qmを向上させることができる（No.37〜42）。
く、温度特性に優れた圧電材料であつて、共振変
位を利用した圧電アクチユエータ、超音波モー
タ、超音波振動子など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（Zr，Ti）O3磁器組成物がよく知られて
いる。この化合物は、Pbを含むため焼成の際に
それが蒸発するなどの製造上の困難があるが、圧
電性が大きいこと、使用可能温度が高いこと、更
には第３成分を置換あるいは添加することにより
変性に富んだ磁器が得られること等の利点を有す
るところから、圧電ブザー、周波数フイルター、
圧電着火素子、超音波振動子などの材料に使用さ
れてきた。 近年、メカトロニクスの発展とともに、応答性
がよく、精密な制御が可能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。例えば、超音波
モータがその一例としてあげられる。超音波モー
タは、ロボツトのアームの駆動用、オートフオー
カスカメラのレンズ駆動用等に、従来の電磁モー
タに代わるものとして注目されている。この超音
波モータは、圧電磁器の振動を回転の駆動力とす
るものであるが、より優れたモータ特性を得るに
は、圧電磁器の振動の振幅が大きいことが必要で
ある。また、このように大きい振動を得るために
は機械的品質係数および圧電定数が大きいことが
要求される。更に、超音波モータにおいては、使
用環境の温度変化による圧電材料の温度変化があ
ると、モータの回転数や発生トルクに影響を与え
る。従つて、安定した回転数やトルクを得るため
には圧電材料の温度特性が安定していることも要
求される。 以上、主に超音波モータ用の圧電磁器を例にし
て説明したが、同じような特性が要求される圧電
磁器の用途は数多い。しかしながら、従来の材料
の中、例えば、特公昭46−12342号公報によつて
知られているPb（Sb1/2Nb1/2）O3−PbTiO3−
PbZrO3にMnO2を添加したもの、および特公昭
45−16870号公報に開示されているPb（Zn1/3
Nb2/3）O3は、機械的品質係数と圧電定数をとも
に大きくするには不十分で温度特性も悪い。ま
た、、特公昭60−57162号公報のPb（NbαSb2-3〓
Zn2〓-1）O3−PbTiO3−PbZrO3は、圧電定数は大
きいが機械的品質係数が極めて小さい。 （発明が解決すべき課題） 前述のとおり、これまでに知られている圧電材
料は、機械的品質係数、圧電定数、温度特性の中
いずれかが不十分で、例えば、超音波モータ用と
して使用したとき大きな振動が得られず、モータ
特性の向上と温度に対する安定性が期待できない
といつた問題点を残している。 本発明の目的は、超音波モータなどに使用し
て、大きな振動が得られ、しかも温度特性の安定
な圧電材料、即ち、機械的品質係数、圧電定数、
および温度特性のすべてが一定の水準以上である
圧電材料を提供することにある。 （課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、下記のおよびの圧電材料
にある。 aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb（Zn1/2W1/2）O3−
cPbTiO3−dPbZrO3で表され、上記のａ，ｂ，
ｃおよびｄが下記〜の式を満足する磁器組
成物100モル％に対して、MnO2が0.5〜５モル
％添加されている圧電材料。 １≦ａ＋ｂ≦20 … 0.5≦ａ≦10 … 35≦ｃ≦52.5 … 35≦ｄ≦55 … ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄはモル％で、ｂは零
ではなく、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝100である。 aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb（Zn1/2W1/2）O3−
cPbTiO3−dPbZrO3で表され、上記のａ，ｂ，
ｃおよびｄが下記〜の式を満足し、且つ
Pbの10原子％以下がSr、CaおよびBaのうちの
１種以上で置換されている磁器組成物100モル
％に対してMnO2が0.5〜５モル％添加されてい
る圧電材料。 （作用） 本発明の圧電材料は、aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−
bPb（Zn1/2W1/2）O3−cPbTiO3−dPbZrO3の四元
系の基本組成を構成する酸化物の比率、即ち、前
記のａ，ｂ，ｃ，ｄの数値を適正に選んだ上で
MnO2を添加したもの、および上記の基本組成中
のPb原子の一部をSr，Ca，Baのうち１種以上で
置換し、更にMnO2を添加したもの、である。 基本組成の酸化物の比率、即ち、ａ，ｂ，ｃ，
およびｄの値を前記のように定めたのは、この範
囲外では圧電定数が小さくなつたり、温度特性が
悪くなるためである。 この基本組成の磁器組成物に後述するMnO2を
添加するが、基本組成のPbの10原子％以下をSr，
Ca，Baのうちの１種以上で置換したものを基本
組成としてMnO2を添加してもよい。 Sr，CaおよびBaの１種以上でPbの10原子％以
下を置換することによつて、圧電定数を大きくす
ることができる。しかし、この置換量がPbの10
原子％を超えると圧電定数はかえつて小さくな
る。 上記の磁器組成物100モル％に対して、更に、
MnO2を0.5〜５モル％添加する。MnO2を0.5〜５
モル％添加するのは、圧電材料の機械的品質係数
を向上させるためである。この効果は、0.5モル
％から現れ、５モル％を超えると機械的品質係数
と圧電定数がともに低下する。 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
に配合し成形した後、焼結することによつて製造
することができる。 （実施例） 基本の組成物をaPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb
（Zn1/2W1/2）O3−cPbTiO3−dPbZrO3（但し、ａ
＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝100）と表し、PbO，ZrO2，
TiO2，Sb2O3，ZnO，Nb2O5，WO3，CaCO3，
SrCO3，BaCO3，MnO2の各原料を、第１表に示
す組成となるように秤量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800〜1000℃で
約２時間仮焼し、この仮焼物を再びボールミルで
十分に粉砕混合した後、有機バインダーを混合し
て造粒した。この造粒粉を約１トン／cm2の圧力で
直径20mm、厚さ２mmに成形し、これを1200〜1300
℃の温度で約２時間焼成した。 さらに、得られた円板状の焼結体両面に銀電極
を焼付け、100℃のシリコンオイル中で3kv／mm
の直流電圧を印加して分極処理を行つた。 このようにして得られた磁器の圧電特性を第１
表中に示した。なお表中のd31は圧電定数、Qmは
機械的品質係数、Ｔ(c)は静電容量の−20℃〜60℃
における温度係数である。 第１表の試料No.１〜14の特性をみれば、ａ＋
ｂ、ｃおよびｄの値が本発明で定める範囲外のも
の（比較例として示したもの）は、d31が極めて
小さいか、Ｔ(c)ｃ）が大きくて温度特性の悪いこ
とがわかる。 試料No.15〜21は、ａの値が10モル％を越えるか
あるいは0.5モル％より小さいとd31が小さく、Ｔ
(c)が大きくなることを示している。 ｂの値が０モル％だとd31が小さく（No.22）、ａ
＋ｂが20モルを越えるとＴ(c)が大きくなる（No.
26）。 試料No.27〜32は、MnO2の添加量を変えた例で
ある。添加量が0.5モル％以上で、Qmの向上効果
が認められ、一方、添加量が５モル％を超える
と、d31、QmおよびＴ(c)の全てが悪化する。 試料No.33〜48は、Sr，Ca，BaによるPbの置換
量を変えた例である。置換量が本発明で定める範
囲内であれば、d31が大きくなるが、10原子％を
超えるとＴ(c)が悪化する（No.36）。 Pbを置換した系においても、MnO2の添加効果
が認められ、その添加量が前記の範囲内であれば
Qmを向上させることができる（No.37〜42）。
【表】
【表】
（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、圧電定数および機械的品質係数がともに大き
く、温度特性が安定しているため、大きな振動を
温度変化に対しても安定に得ることができる。こ
のような本発明の圧電材料は、超音波モータ、超
音波振動子等の材料に幅広く利用できるものであ
る。
り、圧電定数および機械的品質係数がともに大き
く、温度特性が安定しているため、大きな振動を
温度変化に対しても安定に得ることができる。こ
のような本発明の圧電材料は、超音波モータ、超
音波振動子等の材料に幅広く利用できるものであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb（Zn1/2W1/2）O3−
cPbTiO3−dPbZrO3で表され、上記のａ，ｂ，
ｃおよびｄが下記〜の式を満足する磁器組成
物100モル％に対して、MnO2が0.5〜５モル％添
加されている圧電材料。 １≦ａ＋ｂ≦20 … 0.5≦ａ≦10 … 35≦ｃ≦52.5 … 35≦ｄ≦55 … ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄはモル％で、ｂは零で
はなく、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝100である。 ２ aPb（Sb1/2Nb1/2）O3−bPb（Zn1/2W1/2）O3−
cPbTiO3−dPbZrO3で表され、上記のａ，ｂ，
ｃおよびｄが下記〜の式を満足し、且つPb
の10原子％以下がSr、CaおよびBaのうちの１種
以上で置換されている磁器組成物100モル％に対
してMnO2が0.5〜５モル％添加されている圧電材
料。 １≦ａ＋ｂ≦20 … 0.5≦ａ≦10 … 35≦ｃ≦52.5 … 35≦ｄ≦55 … ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄはモル％で、ｂは零で
はなく、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝100である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108925A JPH02288279A (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 圧電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108925A JPH02288279A (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 圧電材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288279A JPH02288279A (ja) | 1990-11-28 |
| JPH0525831B2 true JPH0525831B2 (ja) | 1993-04-14 |
Family
ID=14497131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1108925A Granted JPH02288279A (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 圧電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02288279A (ja) |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP1108925A patent/JPH02288279A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02288279A (ja) | 1990-11-28 |
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