JPH07257924A - 圧電材料 - Google Patents
圧電材料Info
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- JPH07257924A JPH07257924A JP6050561A JP5056194A JPH07257924A JP H07257924 A JPH07257924 A JP H07257924A JP 6050561 A JP6050561 A JP 6050561A JP 5056194 A JP5056194 A JP 5056194A JP H07257924 A JPH07257924 A JP H07257924A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 十分な変位性能と少なくとも２００℃以上の
キュリー温度を有し、抗電界を超えるような高電界下で
長時間駆動しても変位劣化の少ない圧電材料とするこ
と。 【構成】（Ｐｂ1-x Ｍx ）1-(z-u)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ） 1-(z+u) Ａz Ｂu ｝Ｏ3 で表される組成物であっ
て、 ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａのうちの少なくとも１種よ
りなり、０＜ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．７であり、Ａ
は５価イオンとなる金属元素、Ｂは３価イオンとなる金
属元素であり、ＡおよびＢは（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）中の一
部に置換したものであり、上記Ａの置換量を１００×ｚ
モル％とし、上記Ｂの置換量を１００×ｕモル％とする
と、１００×ｚおよび１００×ｕは０．２≦１００×
（ｚ−ｕ）≦２．０の範囲にあり、結晶格子中に含まれ
ない過剰な金属元素が存在しないことを特徴とする圧電
材料。この組成物で形成した圧電素子は高電界下で長時
間駆動しても変位劣化が少ない。
キュリー温度を有し、抗電界を超えるような高電界下で
長時間駆動しても変位劣化の少ない圧電材料とするこ
と。 【構成】（Ｐｂ1-x Ｍx ）1-(z-u)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ） 1-(z+u) Ａz Ｂu ｝Ｏ3 で表される組成物であっ
て、 ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａのうちの少なくとも１種よ
りなり、０＜ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．７であり、Ａ
は５価イオンとなる金属元素、Ｂは３価イオンとなる金
属元素であり、ＡおよびＢは（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）中の一
部に置換したものであり、上記Ａの置換量を１００×ｚ
モル％とし、上記Ｂの置換量を１００×ｕモル％とする
と、１００×ｚおよび１００×ｕは０．２≦１００×
（ｚ−ｕ）≦２．０の範囲にあり、結晶格子中に含まれ
ない過剰な金属元素が存在しないことを特徴とする圧電
材料。この組成物で形成した圧電素子は高電界下で長時
間駆動しても変位劣化が少ない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ、特に
分域反転を利用する高負荷アクチュエータなどに利用可
能な圧電材料に関する。
分域反転を利用する高負荷アクチュエータなどに利用可
能な圧電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）を主成分とする圧電材料が知られている。このＰＺ
Ｔセラミックスは他の圧電材料と比較すると圧電定数が
大きく、変位性能に優れている。そのためＰＺＴ系圧電
材料は、その特性を利用して、微小変位素子や超音波振
動発生素子などに幅広く応用されてきた。
Ｔ）を主成分とする圧電材料が知られている。このＰＺ
Ｔセラミックスは他の圧電材料と比較すると圧電定数が
大きく、変位性能に優れている。そのためＰＺＴ系圧電
材料は、その特性を利用して、微小変位素子や超音波振
動発生素子などに幅広く応用されてきた。
【０００３】このＰＺＴの特性の向上を目的とする改善
は、Ａサイト（Ｐｂ）をＳｒ、Ｃａなどで置換したり、
Ｂサイト（Ｚｒ、Ｔｉ）にＮｂ、Ｔａなどを添加する方
法が知られ、それらを組み合わせた組成の開示がある
（たとえば、特開昭６２−２９８１９２号公報、特開平
４−２６００６２号公報、特開平５−１４８０１６号公
報）。
は、Ａサイト（Ｐｂ）をＳｒ、Ｃａなどで置換したり、
Ｂサイト（Ｚｒ、Ｔｉ）にＮｂ、Ｔａなどを添加する方
法が知られ、それらを組み合わせた組成の開示がある
（たとえば、特開昭６２−２９８１９２号公報、特開平
４−２６００６２号公報、特開平５−１４８０１６号公
報）。
【０００４】近年、これらＰＺＴ圧電素子はより大きな
変位量を求めて、高負荷条件下で駆動し分域の９０°反
転を利用する高負荷アクチュエータへの展開が検討され
ている。しかしながら、上記の用途では圧電素子に厳し
い駆動条件が付与されるため、長時間の駆動により圧電
材料に変位劣化が発生して大きな問題となっている。こ
の変位劣化の原因は、空間電荷などによって分域壁がピ
ン止めされ、分域反転が抑制されるためと考えられる。
したがって、圧電材料に空間電荷の発生要因となる酸素
欠陥を減少させるドナー元素を添加することが、劣化抑
制に有効であると考えられる。ところが、上記のドナー
元素を化学量論組成に対して添加（外添加）した場合、
過剰となったＢサイトイオンの一部が酸化物として粒界
に析出する。そして、この粒界に析出した酸化物が、分
域壁のピン止めの原因となり圧電材料の変位劣化を十分
に抑制できなかった。また上記のドナーの単独置換で
は、原因は明らかでないが劣化抑制効果はあまり大きく
なかった。
変位量を求めて、高負荷条件下で駆動し分域の９０°反
転を利用する高負荷アクチュエータへの展開が検討され
ている。しかしながら、上記の用途では圧電素子に厳し
い駆動条件が付与されるため、長時間の駆動により圧電
材料に変位劣化が発生して大きな問題となっている。こ
の変位劣化の原因は、空間電荷などによって分域壁がピ
ン止めされ、分域反転が抑制されるためと考えられる。
したがって、圧電材料に空間電荷の発生要因となる酸素
欠陥を減少させるドナー元素を添加することが、劣化抑
制に有効であると考えられる。ところが、上記のドナー
元素を化学量論組成に対して添加（外添加）した場合、
過剰となったＢサイトイオンの一部が酸化物として粒界
に析出する。そして、この粒界に析出した酸化物が、分
域壁のピン止めの原因となり圧電材料の変位劣化を十分
に抑制できなかった。また上記のドナーの単独置換で
は、原因は明らかでないが劣化抑制効果はあまり大きく
なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたもので、十分な変位性能を有し、かつ
抗電界を超えるような高電界下で長時間駆動しても変位
劣化の少ない圧電材料を得ることを目的とする。
に鑑みてなされたもので、十分な変位性能を有し、かつ
抗電界を超えるような高電界下で長時間駆動しても変位
劣化の少ない圧電材料を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電材料は、
（Ｐｂ1-x Ｍx ）1-(Z-U)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z
+u) Ａz Ｂu ｝Ｏ3 で表される組成物であって、ＭはＳ
ｒ、Ｃａ、Ｂａのうちの少なくとも１種よりなり、０＜
ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．７であり、Ａは５価イオン
となる金属元素、Ｂは３価イオンとなる金属元素であ
り、ＡおよびＢは（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）中の一部に置換し
たものであり、上記Ａの置換量を１００×ｚモル％と
し、上記Ｂの置換量を１００×ｕモル％とすると、１０
０×ｚおよび１００×ｕは０．２≦１００×（ｚ−ｕ）
≦２．０の範囲にある組成物よりなり、結晶格子中に含
まれない過剰な金属元素が存在しないことを特徴とす
る。
（Ｐｂ1-x Ｍx ）1-(Z-U)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z
+u) Ａz Ｂu ｝Ｏ3 で表される組成物であって、ＭはＳ
ｒ、Ｃａ、Ｂａのうちの少なくとも１種よりなり、０＜
ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．７であり、Ａは５価イオン
となる金属元素、Ｂは３価イオンとなる金属元素であ
り、ＡおよびＢは（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）中の一部に置換し
たものであり、上記Ａの置換量を１００×ｚモル％と
し、上記Ｂの置換量を１００×ｕモル％とすると、１０
０×ｚおよび１００×ｕは０．２≦１００×（ｚ−ｕ）
≦２．０の範囲にある組成物よりなり、結晶格子中に含
まれない過剰な金属元素が存在しないことを特徴とす
る。
【０００７】本発明の圧電材料は、Ｐｂ1-x Ｍx （Ｚｒ
y Ｔｉ1-y ）Ｏ3 を基本組成とする。上記の式中のＭ
は、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａから選ばれる少なくとも１種より
なり、ｘは０＜ｘ≦０．２５、の範囲の量でＰｂをＭで
置換している。置換量の指数ｘが０．２５を超えて大き
くなると、すなわち、式中のＰｂの量が減少するとＴｃ
（キュリー温度）が低下し場合によっては（たとえばＳ
ｒでは）１００℃以下となり実用に耐えなくなるので好
ましくない。
y Ｔｉ1-y ）Ｏ3 を基本組成とする。上記の式中のＭ
は、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａから選ばれる少なくとも１種より
なり、ｘは０＜ｘ≦０．２５、の範囲の量でＰｂをＭで
置換している。置換量の指数ｘが０．２５を超えて大き
くなると、すなわち、式中のＰｂの量が減少するとＴｃ
（キュリー温度）が低下し場合によっては（たとえばＳ
ｒでは）１００℃以下となり実用に耐えなくなるので好
ましくない。
【０００８】また、上記式中の置換量の指数ｙは、Ｂサ
イトのＺｒとＴｉとの割合を示す値で、０＜ｙ≦０．７
の範囲である。ｙが０．７を超えて大きくなると強誘電
相が形成できない場合があり好ましくない。ＰＺＴはＭ
ＰＢ（morphotropic phase boundary ）付近で変位特性
が最大となるので、ｙはその近傍となる組成の０．５２
≦ｙ≦０．６０とするのが望ましい。
イトのＺｒとＴｉとの割合を示す値で、０＜ｙ≦０．７
の範囲である。ｙが０．７を超えて大きくなると強誘電
相が形成できない場合があり好ましくない。ＰＺＴはＭ
ＰＢ（morphotropic phase boundary ）付近で変位特性
が最大となるので、ｙはその近傍となる組成の０．５２
≦ｙ≦０．６０とするのが望ましい。
【０００９】本発明の特徴は、上記の式のＢサイト（Ｚ
ｒy Ｔｉ1-y ）の一部が５価イオンとなる金属元素Ａお
よび３価イオンとなる金属元素Ｂにより置換されている
ことにある。そしてその置換量を特定の範囲としたこと
にある。すなわち、５価イオンとなる金属元素Ａの置換
量を１００×ｕモル％と表す。３価イオンとなる金属元
素の置換量Ｂを１００×ｕモル％と表す。そして両者の
添加量は、０．２≦１００×（ｚ−ｕ）≦２．０の範囲
とする。ドナーイオンは酸素欠陥を低減、アクセプタイ
オンは酸素欠陥を増加させる働きをもつ。そのため両イ
オンのモル％差が０．２≦１００×（ｚ−ｕ）の範囲で
は酸素欠陥低減の効果が小さく、変位劣化を十分には抑
制できない。逆に両イオンのモル％差が２．０を超える
とドナーが過剰になりすぎ、チャージのアンバランスが
大きくなりすぎて劣化抑制効果が逆に低下するので好ま
しくない。
ｒy Ｔｉ1-y ）の一部が５価イオンとなる金属元素Ａお
よび３価イオンとなる金属元素Ｂにより置換されている
ことにある。そしてその置換量を特定の範囲としたこと
にある。すなわち、５価イオンとなる金属元素Ａの置換
量を１００×ｕモル％と表す。３価イオンとなる金属元
素の置換量Ｂを１００×ｕモル％と表す。そして両者の
添加量は、０．２≦１００×（ｚ−ｕ）≦２．０の範囲
とする。ドナーイオンは酸素欠陥を低減、アクセプタイ
オンは酸素欠陥を増加させる働きをもつ。そのため両イ
オンのモル％差が０．２≦１００×（ｚ−ｕ）の範囲で
は酸素欠陥低減の効果が小さく、変位劣化を十分には抑
制できない。逆に両イオンのモル％差が２．０を超える
とドナーが過剰になりすぎ、チャージのアンバランスが
大きくなりすぎて劣化抑制効果が逆に低下するので好ま
しくない。
【００１０】上記の１００×ｚの量は、モル％としてた
とえば０．２〜２．５の範囲とするのが好ましい。１０
０×ｚの量が０．２モル％以下ではドナー置換量が少な
すぎて劣化抑制効果が発現しないので好ましくない。ま
た、１００×ｚの量が２．５モル％を超えると変位特性
の温度変化が大きくなり、たとえば自動車用アクチュエ
ータを想定（使用温度範囲；−５０〜１５０℃）した場
合、必要な温度範囲で安定して駆動しなくなるので好ま
しくない。
とえば０．２〜２．５の範囲とするのが好ましい。１０
０×ｚの量が０．２モル％以下ではドナー置換量が少な
すぎて劣化抑制効果が発現しないので好ましくない。ま
た、１００×ｚの量が２．５モル％を超えると変位特性
の温度変化が大きくなり、たとえば自動車用アクチュエ
ータを想定（使用温度範囲；−５０〜１５０℃）した場
合、必要な温度範囲で安定して駆動しなくなるので好ま
しくない。
【００１１】上記の１００×ｕの量は、たとえば２．３
モル％以下（０を含まない）の範囲とするのが好まし
い。１００×ｕの量は、０．２≦１００×（ｚ−ｕ）≦
２．０と上記の１００×ｚ≦２．５を同時に満たすため
には、０＜１００×ｕ≦２．３とすることが必要であ
る。上記のＡとしては、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｓｂなどの金
属元素が利用できる。また、サイト本来の価数（４価）
よりも大きい（ドナー）という点では６価のＷ、Ｕも利
用可能である。
モル％以下（０を含まない）の範囲とするのが好まし
い。１００×ｕの量は、０．２≦１００×（ｚ−ｕ）≦
２．０と上記の１００×ｚ≦２．５を同時に満たすため
には、０＜１００×ｕ≦２．３とすることが必要であ
る。上記のＡとしては、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｓｂなどの金
属元素が利用できる。また、サイト本来の価数（４価）
よりも大きい（ドナー）という点では６価のＷ、Ｕも利
用可能である。
【００１２】上記のＢとしては、Ｆｅ，Ｃｒなどの金属
元素が利用できる。また、サイト本来の価数（４価）よ
りも小さい（アクセプター）という点では２価のＮｉ、
Ｚｎ、Ｍｎも利用することができる。上記の５価イオン
および３価イオンの原料としては、酸化物以外に炭酸塩
を使用することができる。また本発明の圧電材料を製造
する際には、焼成中での組成変動を抑制するため、圧電
材料と同一組成のパッド材を使用するのが好ましい。す
なわち、パッド材と焼成する試料の組成が異なると焼成
中に両者間の物質移動が起こりやすくなり、仕込み組成
通りの焼成体が得られにくい。逆に組成が同じであれば
物質移動が起こりにくいため、仕込み組成通りの焼成体
を得ることができる。
元素が利用できる。また、サイト本来の価数（４価）よ
りも小さい（アクセプター）という点では２価のＮｉ、
Ｚｎ、Ｍｎも利用することができる。上記の５価イオン
および３価イオンの原料としては、酸化物以外に炭酸塩
を使用することができる。また本発明の圧電材料を製造
する際には、焼成中での組成変動を抑制するため、圧電
材料と同一組成のパッド材を使用するのが好ましい。す
なわち、パッド材と焼成する試料の組成が異なると焼成
中に両者間の物質移動が起こりやすくなり、仕込み組成
通りの焼成体が得られにくい。逆に組成が同じであれば
物質移動が起こりにくいため、仕込み組成通りの焼成体
を得ることができる。
【００１３】この圧電材料製造時の焼成温度は、１００
０〜１３００℃望ましくは１１５０〜１２５０℃であ
る。焼成温度が、１０００℃以下では緻密な焼成体が得
られず、１３００℃以上となると組成物中の鉛成分の蒸
発が大きくなるので好ましくない。
０〜１３００℃望ましくは１１５０〜１２５０℃であ
る。焼成温度が、１０００℃以下では緻密な焼成体が得
られず、１３００℃以上となると組成物中の鉛成分の蒸
発が大きくなるので好ましくない。
【００１４】
【作用】本発明の圧電材料は、（Ｐｂ1-x Ｍx ）
1-(Z-U)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z +u) Ａz Ｂu ｝Ｏ
3 の組成を有する。式中の（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）は一部が
５価イオンとなる金属元素Ａおよび３価イオンとなる金
属元素Ｂにより置換されている。そして、上記５価イオ
ンおよび３価イオンの各金属元素の置換量は特定の範囲
とし、結晶格子中には過剰となって存在しない状態の組
成としている。
1-(Z-U)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z +u) Ａz Ｂu ｝Ｏ
3 の組成を有する。式中の（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）は一部が
５価イオンとなる金属元素Ａおよび３価イオンとなる金
属元素Ｂにより置換されている。そして、上記５価イオ
ンおよび３価イオンの各金属元素の置換量は特定の範囲
とし、結晶格子中には過剰となって存在しない状態の組
成としている。
【００１５】この組成の圧電材料は、Ａのドナーイオン
が酸素欠陥を低減し、Ｂのアクセプタイオンが酸素欠陥
を増加させる働きをもつが、両者をバランスよく置換す
ることでドナーイオン単独添加の場合と同じ変位性能を
もち、かつ単独添加系よりも粒径が小さくなる。そして
原因は明らかでないが変位劣化を抑制できる。たとえ
ば、５価イオンのＮｂと３価イオンのＦｅの両者を置換
した系では、Ｎｂ単独添加系よりも粒径が小さくなり、
かつＮｂ単独添加系と同等以上の変位性能を有する。そ
してさらに、両者を置換した系は、単独添加系の圧電素
子よりも変位劣化しにくい。
が酸素欠陥を低減し、Ｂのアクセプタイオンが酸素欠陥
を増加させる働きをもつが、両者をバランスよく置換す
ることでドナーイオン単独添加の場合と同じ変位性能を
もち、かつ単独添加系よりも粒径が小さくなる。そして
原因は明らかでないが変位劣化を抑制できる。たとえ
ば、５価イオンのＮｂと３価イオンのＦｅの両者を置換
した系では、Ｎｂ単独添加系よりも粒径が小さくなり、
かつＮｂ単独添加系と同等以上の変位性能を有する。そ
してさらに、両者を置換した系は、単独添加系の圧電素
子よりも変位劣化しにくい。
【００１６】化学量論組成のＰＺＴに対してドナーまた
アクセプタを外添加すると、それが微量であっても過剰
のＢサイトイオンが粒界に析出して分域壁の動き抑制す
るため、大電界下での変位性能が低下し、かつ変位劣化
しやすくなる。また結晶粒径が大きいと原因はあきらか
でないが変位劣化しやすくなる。それに対して、両者置
換は粒界への析出がないため分域壁の動きを抑制するこ
とがなく、かつ単独添加と比較すると小粒径となるため
変位劣化の問題が解消できる。
アクセプタを外添加すると、それが微量であっても過剰
のＢサイトイオンが粒界に析出して分域壁の動き抑制す
るため、大電界下での変位性能が低下し、かつ変位劣化
しやすくなる。また結晶粒径が大きいと原因はあきらか
でないが変位劣化しやすくなる。それに対して、両者置
換は粒界への析出がないため分域壁の動きを抑制するこ
とがなく、かつ単独添加と比較すると小粒径となるため
変位劣化の問題が解消できる。
【００１７】本発明の圧電材料は、上記の組成とするこ
とで変位性能に優れかつ変位劣化の少ない高負荷アクチ
エータ材料として最適のものとなる。
とで変位性能に優れかつ変位劣化の少ない高負荷アクチ
エータ材料として最適のものとなる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。（粉
末の合成） まず、原料粉末のＰｂＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｆｅ2Ｏ3 を表１に示す所定量ずつ
秤量し、乾式法で十分混合した（なお、実施例ではＭ、
Ａ、Ｂの元素として、それぞれＳｒ、Ｎｂ、Ｆｅを用い
た）。次に７００〜９００℃で１〜１０時間の仮焼をお
こない、その後ボールミル（ＺｒＯ2 ボール）を用いて
２４時間湿式粉砕した。そして得られた粉末をスプレー
ドライ造粒し、表１に示す各試料粉末を得た。 （試料の作製）上記の方法で得た各試料粉末に粘結剤な
どと混合して、一軸加圧で予備成形した後ＣＩＰ成形
し、ペレット形状の圧粉体を得た。この圧粉体を６００
℃で３０分加熱して脱脂したのち、１１５０〜１２５０
℃で２時間焼成した。なお、各試料は、各試料と同一組
成で作製されたパッド材中に完全に埋め込んだ状態で焼
成した。次に得られた各焼成体の両面を研磨し、その研
磨面に銀ペースト焼付けで電極を設けた。そして１００
℃の絶縁油中で分極処理（１〜５ｋＶ／ｍｍの電界を１
０分印加）し、測定試料とした。実施例Ｎｏ．１〜１
１、比較例Ｎｏ．２０〜２７。表１には、作製したＰＺ
Ｔの組成を示すｘ、ｙ、ｚ、ｕおよびｚ−ｕ値および試
料のＴｃ（キュリー温度）を示した。 （耐久試験）まず耐久試験に先立ち、圧縮応力２０ＭＰ
ａで−４００〜１６００Ｖ／ｍｍの電界を試料に印加
し、その際の歪み量および分極量の変化を測定した。そ
して、耐久試験前の単位分極量変化あたりの歪み量、す
なわち、大振幅電界下での見掛けのｇ定数を得た。次
に、抗電界を超える特殊な交流電界下（１〜２ｋＶ／ｍ
ｍ）で１０7 回駆動するという耐久試験をおこない、そ
の後前記と同じ条件で歪み量および分極量変化を測定し
た。そして、耐久試験前後のｇ定数を比較し、ｇ定数保
持率を計算した。結果を表１に示す。
末の合成） まず、原料粉末のＰｂＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｆｅ2Ｏ3 を表１に示す所定量ずつ
秤量し、乾式法で十分混合した（なお、実施例ではＭ、
Ａ、Ｂの元素として、それぞれＳｒ、Ｎｂ、Ｆｅを用い
た）。次に７００〜９００℃で１〜１０時間の仮焼をお
こない、その後ボールミル（ＺｒＯ2 ボール）を用いて
２４時間湿式粉砕した。そして得られた粉末をスプレー
ドライ造粒し、表１に示す各試料粉末を得た。 （試料の作製）上記の方法で得た各試料粉末に粘結剤な
どと混合して、一軸加圧で予備成形した後ＣＩＰ成形
し、ペレット形状の圧粉体を得た。この圧粉体を６００
℃で３０分加熱して脱脂したのち、１１５０〜１２５０
℃で２時間焼成した。なお、各試料は、各試料と同一組
成で作製されたパッド材中に完全に埋め込んだ状態で焼
成した。次に得られた各焼成体の両面を研磨し、その研
磨面に銀ペースト焼付けで電極を設けた。そして１００
℃の絶縁油中で分極処理（１〜５ｋＶ／ｍｍの電界を１
０分印加）し、測定試料とした。実施例Ｎｏ．１〜１
１、比較例Ｎｏ．２０〜２７。表１には、作製したＰＺ
Ｔの組成を示すｘ、ｙ、ｚ、ｕおよびｚ−ｕ値および試
料のＴｃ（キュリー温度）を示した。 （耐久試験）まず耐久試験に先立ち、圧縮応力２０ＭＰ
ａで−４００〜１６００Ｖ／ｍｍの電界を試料に印加
し、その際の歪み量および分極量の変化を測定した。そ
して、耐久試験前の単位分極量変化あたりの歪み量、す
なわち、大振幅電界下での見掛けのｇ定数を得た。次
に、抗電界を超える特殊な交流電界下（１〜２ｋＶ／ｍ
ｍ）で１０7 回駆動するという耐久試験をおこない、そ
の後前記と同じ条件で歪み量および分極量変化を測定し
た。そして、耐久試験前後のｇ定数を比較し、ｇ定数保
持率を計算した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１に示すように、本実施例Ｎｏ．１〜１
１では１００×（ｚ−ｕ）値が本発明の範囲にあるので
ｇ定数保持率が９０％以上と大きく変位劣化が少ないこ
とを示している。一方比較例Ｎｏ．２０〜２７の１００
×（ｚ−ｕ）値が本発明の範囲外であると、ｇ定数保持
率が９０％以下となり変位劣化が大きくなっている。す
なわち、比較例Ｎｏ．２４、２７はＢ成分を含まない例
である。比較例Ｎｏ．２２はＢ成分が多すぎる例、比較
例Ｎｏ．２０、２２はＡ、Ｂ両成分の量が同じである
例、比較例Ｎｏ．２５、２６は添加物を外添加した例で
ある。
１では１００×（ｚ−ｕ）値が本発明の範囲にあるので
ｇ定数保持率が９０％以上と大きく変位劣化が少ないこ
とを示している。一方比較例Ｎｏ．２０〜２７の１００
×（ｚ−ｕ）値が本発明の範囲外であると、ｇ定数保持
率が９０％以下となり変位劣化が大きくなっている。す
なわち、比較例Ｎｏ．２４、２７はＢ成分を含まない例
である。比較例Ｎｏ．２２はＢ成分が多すぎる例、比較
例Ｎｏ．２０、２２はＡ、Ｂ両成分の量が同じである
例、比較例Ｎｏ．２５、２６は添加物を外添加した例で
ある。
【００２１】アクチュエータの駆動方式としてはヒステ
リシスのない電荷制御が注目されている。その際は一定
電荷量に対する歪み量が重要となる。したがって、ｇ定
数が変位劣化の目安となりｇ定数が低下しないことが劣
化しないことを意味する。本実施例ではｇ定数保持率が
９０％以上で上記の駆動方式の使用に耐えることができ
る。
リシスのない電荷制御が注目されている。その際は一定
電荷量に対する歪み量が重要となる。したがって、ｇ定
数が変位劣化の目安となりｇ定数が低下しないことが劣
化しないことを意味する。本実施例ではｇ定数保持率が
９０％以上で上記の駆動方式の使用に耐えることができ
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明の圧電材料は、上記の組成範囲と
することにより変位量が大きく変位劣化を少なくするこ
とができる。その結果、広い温度範囲（〜１５０℃）で
使用し、かつ大きな変位量が必要なアクチュエータ、た
とえば自動車用アクチュエータに使用することができ
る。
することにより変位量が大きく変位劣化を少なくするこ
とができる。その結果、広い温度範囲（〜１５０℃）で
使用し、かつ大きな変位量が必要なアクチュエータ、た
とえば自動車用アクチュエータに使用することができ
る。
【手続補正書】
【提出日】平成６年４月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電材料は、
（Ｐｂ1-x Ｍx ）1-(z-u)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z
+u) Ａz Ｂu ｝Ｏ3 で表される組成物であって、ＭはＳ
ｒ、Ｃａ、Ｂａのうちの少なくとも１種よりなり、０＜
ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．７であり、Ａは５価イオン
となる金属元素、Ｂは３価イオンとなる金属元素であ
り、ＡおよびＢは（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）中の一部に置換し
たものであり、上記Ａの置換量を１００×ｚモル％と
し、上記Ｂの置換量を１００×ｕモル％とすると、１０
０×ｚおよび１００×ｕは０．２≦１００×（ｚ−ｕ）
≦２．０の範囲にある組成物よりなり、結晶格子中に含
まれない過剰な金属元素が存在しないことを特徴とす
る。
（Ｐｂ1-x Ｍx ）1-(z-u)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z
+u) Ａz Ｂu ｝Ｏ3 で表される組成物であって、ＭはＳ
ｒ、Ｃａ、Ｂａのうちの少なくとも１種よりなり、０＜
ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．７であり、Ａは５価イオン
となる金属元素、Ｂは３価イオンとなる金属元素であ
り、ＡおよびＢは（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）中の一部に置換し
たものであり、上記Ａの置換量を１００×ｚモル％と
し、上記Ｂの置換量を１００×ｕモル％とすると、１０
０×ｚおよび１００×ｕは０．２≦１００×（ｚ−ｕ）
≦２．０の範囲にある組成物よりなり、結晶格子中に含
まれない過剰な金属元素が存在しないことを特徴とす
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】
【作用】本発明の圧電材料は、（Ｐｂ1-x Ｍx ）
1-(z-u)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z +u) Ａz Ｂu ｝Ｏ
3 の組成を有する。式中の（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）は一部が
５価イオンとなる金属元素Ａおよび３価イオンとなる金
属元素Ｂにより置換されている。そして、上記５価イオ
ンおよび３価イオンの各金属元素の置換量は特定の範囲
とし、結晶格子中には過剰となって存在しない状態の組
成としている。
1-(z-u)/2 ｛（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-(z +u) Ａz Ｂu ｝Ｏ
3 の組成を有する。式中の（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）は一部が
５価イオンとなる金属元素Ａおよび３価イオンとなる金
属元素Ｂにより置換されている。そして、上記５価イオ
ンおよび３価イオンの各金属元素の置換量は特定の範囲
とし、結晶格子中には過剰となって存在しない状態の組
成としている。
Claims (1)
- 【請求項１】 （Ｐｂ1-x Ｍx ）1-(Z-U)/2 ｛（Ｚｒy
Ｔｉ1-y ）1-(z+u)Ａz Ｂu ｝Ｏ3 で表される組成物で
あって、 ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａのうちの少なくとも１種よりな
り、０＜ｘ≦０．２５、０＜ｙ≦０．７であり、Ａは５
価イオンとなる金属元素、Ｂは３価イオンとなる金属元
素であり、ＡおよびＢは（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）中の一部に
置換したものであり、上記Ａの置換量を１００×ｚモル
％とし、上記Ｂの置換量を１００×ｕモル％とすると、
１００×ｚおよび１００×ｕは０．２≦１００×（ｚ−
ｕ）≦２．０の範囲にある組成物よりなり、結晶格子中
に含まれない過剰な金属元素が存在しないことを特徴と
する圧電材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050561A JPH07257924A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 圧電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050561A JPH07257924A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 圧電材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07257924A true JPH07257924A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=12862425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6050561A Pending JPH07257924A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 圧電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07257924A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10229086A1 (de) * | 2001-09-29 | 2003-04-17 | Ceramtec Ag | Piezoelektrische keramische Werkstoffe auf der Basis von Bleizirkonattitanat (PZT) mit der Kristallstruktur des Perowskits |
| WO2005071769A1 (ja) * | 2004-01-23 | 2005-08-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電素子及び積層型圧電素子 |
| US7667377B2 (en) | 2005-12-08 | 2010-02-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Laminated piezoelectric element and process for producing the same |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP6050561A patent/JPH07257924A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10229086A1 (de) * | 2001-09-29 | 2003-04-17 | Ceramtec Ag | Piezoelektrische keramische Werkstoffe auf der Basis von Bleizirkonattitanat (PZT) mit der Kristallstruktur des Perowskits |
| WO2003029162A3 (de) * | 2001-09-29 | 2003-10-30 | Ceramtec Ag | Piezoelektrische keramische werkstoffe auf der basis von bleizirkonattitanat (pzt) mit kristallstruktur des perowskits |
| JP2005503990A (ja) * | 2001-09-29 | 2005-02-10 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト イノヴェイティヴ セラミック エンジニアリング | ペロフスカイト結晶構造を有するジルコンチタン酸鉛（ｐｚｔ）を基礎とする圧電セラミック材料 |
| US7387745B2 (en) | 2001-09-29 | 2008-06-17 | Ceramtec Ag | Piezoelectric ceramic materials based on lead zirconate titanate (PZT) having the crystal structure perovskite |
| JP2011057550A (ja) * | 2001-09-29 | 2011-03-24 | Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering | ペロフスカイト結晶構造を有するジルコンチタン酸鉛（ｐｚｔ）を基礎とする圧電セラミック材料 |
| WO2005071769A1 (ja) * | 2004-01-23 | 2005-08-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電素子及び積層型圧電素子 |
| US7667377B2 (en) | 2005-12-08 | 2010-02-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Laminated piezoelectric element and process for producing the same |
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