JPH0748172A - アクチュエータ用圧電材料組成物 - Google Patents
アクチュエータ用圧電材料組成物Info
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- JPH0748172A JPH0748172A JP5194703A JP19470393A JPH0748172A JP H0748172 A JPH0748172 A JP H0748172A JP 5194703 A JP5194703 A JP 5194703A JP 19470393 A JP19470393 A JP 19470393A JP H0748172 A JPH0748172 A JP H0748172A
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- Japan
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- displacement
- actuator
- piezoelectric material
- piezoelectric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 自動車用アクチュエータとして適する圧電材
料組成物を提供する。 【構成】 相境界であるＭＰＢ組成よりも菱面晶側の組
成、例えば下式により表わされる組成： Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy Ｌａz （Ｚｒa Ｔｉ
1-a-b Ｍb ）Ｏ3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、0 ≦ｙ≦0.04、0 ＜
ｚ≦0.01、0.555 ＜ａ≦0.565 、0.005 ≦ｂ≦0.03であ
り、ＭはＳｂ又はＮｂである）を有することを特徴と
し、正方晶のものに比べ、荷重下での変位置が大きくか
つ耐久性に優れているＰＺＴ系アクチュエータ用圧電材
料組成物。
料組成物を提供する。 【構成】 相境界であるＭＰＢ組成よりも菱面晶側の組
成、例えば下式により表わされる組成： Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy Ｌａz （Ｚｒa Ｔｉ
1-a-b Ｍb ）Ｏ3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、0 ≦ｙ≦0.04、0 ＜
ｚ≦0.01、0.555 ＜ａ≦0.565 、0.005 ≦ｂ≦0.03であ
り、ＭはＳｂ又はＮｂである）を有することを特徴と
し、正方晶のものに比べ、荷重下での変位置が大きくか
つ耐久性に優れているＰＺＴ系アクチュエータ用圧電材
料組成物。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料組成物に関
し、さらに詳しく述べるならば、アクチュエータのよう
な圧電素子において有利に用いることのできる圧電材料
組成物に関する。本発明による圧電材料組成物は、従来
の圧電材料組成物と比較して高荷重における繰り返し使
用後の変位特性の劣化が極めて少ない。
し、さらに詳しく述べるならば、アクチュエータのよう
な圧電素子において有利に用いることのできる圧電材料
組成物に関する。本発明による圧電材料組成物は、従来
の圧電材料組成物と比較して高荷重における繰り返し使
用後の変位特性の劣化が極めて少ない。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料組成物についての研究はかなり
以前から行われており、またかかる圧電材料組成物を利
用した製品は多岐にわたりかつさまざまな分野において
広く用いられている。このような圧電材料組成物を利用
した製品としては、例えば、セラミックフィルタ、ガラ
ス遅延線、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電点火ユ
ニット、超音波モータ、圧電ファン、圧電センサ、及び
圧電アクチュエータ等を挙げることができる。ここで、
圧電アクチュエータは、圧電現象を介して発生する変位
及び力を機械的駆動源として利用するものであり、特に
最近、メカトロニクスの分野において注目されてきてい
るものの１つである。この圧電アクチュエータは、圧電
効果を利用した固体素子であるため、磁性体にコイルを
巻いた構成を有する従来の電磁式アクチュエータと比較
して、消費電力が少ない、応答速度が速い、変位量が大
きい、発熱が少ない、寸法及び重量が小さい、等の優れ
た特徴を有している。
以前から行われており、またかかる圧電材料組成物を利
用した製品は多岐にわたりかつさまざまな分野において
広く用いられている。このような圧電材料組成物を利用
した製品としては、例えば、セラミックフィルタ、ガラ
ス遅延線、超音波応用振動子、圧電ブザー、圧電点火ユ
ニット、超音波モータ、圧電ファン、圧電センサ、及び
圧電アクチュエータ等を挙げることができる。ここで、
圧電アクチュエータは、圧電現象を介して発生する変位
及び力を機械的駆動源として利用するものであり、特に
最近、メカトロニクスの分野において注目されてきてい
るものの１つである。この圧電アクチュエータは、圧電
効果を利用した固体素子であるため、磁性体にコイルを
巻いた構成を有する従来の電磁式アクチュエータと比較
して、消費電力が少ない、応答速度が速い、変位量が大
きい、発熱が少ない、寸法及び重量が小さい、等の優れ
た特徴を有している。
【０００３】上記のような圧電素子に用い得るものとし
て、種々のタイプの圧電材料組成物が公知である。例え
ば、昭和３５年に発行された特許第275421号に記載され
たＰＺＴ系セラミックスに単純酸化物を添加する技術か
ら始まって、数多くの圧電材料組成物が公知となってい
る。米国特許第 2,911,370号は、ＰＺＴ系セラミックス
にニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、希土類金属等の
元素を添加したり、Ｐｂの一部をストロンチウム（Ｓ
ｒ）、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属の元素
で置換したりして、得られる組成物の圧電定数及び誘電
率を高めることを教示している。特開昭62−298192号公
報は、アクチュエータ素子に用いられる圧電材料組成物
として、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉy ）Ｏ3 の基本組成を有する
ものを教示しており、この組成物がアクチュエータ用材
料として使用可能な圧電歪定数を有し、かつ誘電損失が
極めて低いものであることを報告している。
て、種々のタイプの圧電材料組成物が公知である。例え
ば、昭和３５年に発行された特許第275421号に記載され
たＰＺＴ系セラミックスに単純酸化物を添加する技術か
ら始まって、数多くの圧電材料組成物が公知となってい
る。米国特許第 2,911,370号は、ＰＺＴ系セラミックス
にニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、希土類金属等の
元素を添加したり、Ｐｂの一部をストロンチウム（Ｓ
ｒ）、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属の元素
で置換したりして、得られる組成物の圧電定数及び誘電
率を高めることを教示している。特開昭62−298192号公
報は、アクチュエータ素子に用いられる圧電材料組成物
として、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉy ）Ｏ3 の基本組成を有する
ものを教示しており、この組成物がアクチュエータ用材
料として使用可能な圧電歪定数を有し、かつ誘電損失が
極めて低いものであることを報告している。
【０００４】さらに、特開平４−260662号公報は、Pb
0.89-xSr0.11Bax (Zr a Tib Scc )O3（式中、0.01≦ｘ
≦0.04、0.545 ≦ａ≦0.555 、0.435 ≦ｂ≦0.445 、0.
005 ≦ｃ≦0.015 、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である）の組成式に
より表される、圧電特性が高く、特にキュリー温度の高
い、自動車の圧電アクチュエータ用として適した圧電材
料組成物を教示している。
0.89-xSr0.11Bax (Zr a Tib Scc )O3（式中、0.01≦ｘ
≦0.04、0.545 ≦ａ≦0.555 、0.435 ≦ｂ≦0.445 、0.
005 ≦ｃ≦0.015 、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である）の組成式に
より表される、圧電特性が高く、特にキュリー温度の高
い、自動車の圧電アクチュエータ用として適した圧電材
料組成物を教示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】（ＰｂＺｒＯ3 ) x (
ＰｂＴｉＯ3 ) 1-x で表されるＰＺＴは、その組成比に
より２つの結晶系に分類される。すなわち、相境界（Ｍ
ＰＢ）において、このＭＰＢ組成よりＰｂＺｒＯ3 の過
剰な組成の菱面晶系及びＰｂＺｒＯ3 の少ない組成の正
方晶系である。従来、圧電材料を積層型等のアクチュエ
ータに用いる場合、その圧電特性を測定することにより
評価判断していた。この圧電特性の測定は、荷重を加え
ない状態において行われており、このような場合、例え
ば圧電材料の変位は菱面晶系よりも正方晶系の方が優れ
ており、従って従来は正方晶系のものが選択されてい
た。
ＰｂＴｉＯ3 ) 1-x で表されるＰＺＴは、その組成比に
より２つの結晶系に分類される。すなわち、相境界（Ｍ
ＰＢ）において、このＭＰＢ組成よりＰｂＺｒＯ3 の過
剰な組成の菱面晶系及びＰｂＺｒＯ3 の少ない組成の正
方晶系である。従来、圧電材料を積層型等のアクチュエ
ータに用いる場合、その圧電特性を測定することにより
評価判断していた。この圧電特性の測定は、荷重を加え
ない状態において行われており、このような場合、例え
ば圧電材料の変位は菱面晶系よりも正方晶系の方が優れ
ており、従って従来は正方晶系のものが選択されてい
た。
【０００６】しかしながら、実際のアクチュエータの使
用にあたっては、荷重を負荷した際の変位量が必要であ
り、この場合の変位量は必ずしも圧電特性とは対応して
いない。例えば、上記の特開平４−260662号公報に開示
された圧電材料組成物は、荷重を負荷した場合、変位量
が無荷重時の１／２〜１／４になり、大幅に低下してし
まう。また、繰り返し耐久使用した場合の変位特性の劣
化が大きいことも問題である。
用にあたっては、荷重を負荷した際の変位量が必要であ
り、この場合の変位量は必ずしも圧電特性とは対応して
いない。例えば、上記の特開平４−260662号公報に開示
された圧電材料組成物は、荷重を負荷した場合、変位量
が無荷重時の１／２〜１／４になり、大幅に低下してし
まう。また、繰り返し耐久使用した場合の変位特性の劣
化が大きいことも問題である。
【０００７】本発明の目的は、荷重を負荷した状態での
電気特性が優れ、かつ耐久使用した際の変位特性の劣化
が少ない圧電材料組成物を提供することにある。
電気特性が優れ、かつ耐久使用した際の変位特性の劣化
が少ない圧電材料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】本発明者は、上記の目的
を達成すべく鋭意研究の結果、ＰＺＴ系組成物におい
て、その組成を相境界より若干菱面晶側の組成にするこ
とにより、荷重を負荷した状態において優れた特性を有
し、かつ耐久使用した際の変位特性の劣化が少ないこと
を見出した。
を達成すべく鋭意研究の結果、ＰＺＴ系組成物におい
て、その組成を相境界より若干菱面晶側の組成にするこ
とにより、荷重を負荷した状態において優れた特性を有
し、かつ耐久使用した際の変位特性の劣化が少ないこと
を見出した。
【０００９】すなわち、本発明のアクチュエータ用圧電
材料組成物は、相境界であるＭＰＢ組成よりも菱面晶側
の組成を有することを特徴とし、具体的には本発明のア
クチュエータ用圧電材料組成物は、下式 Ｐｂ（Ｚｒa Ｔｉ1-a ）Ｏ3 （上式において、0.52＜ａ≦0.54である） Ｐｂ1-x Ｓｒx ( Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｎｂb ) Ｏ3 （上式において、0.08≦ｘ≦0.14、0.555＜ａ≦0.565
、0.005≦ｂ≦0.06である） Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｓｂb ）Ｏ
3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、0.01≦ｙ≦0.04 0.555＜ａ≦0.565 、0.005≦ｂ≦0.15である） Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｌａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｍb ）Ｏ3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、０＜ｙ≦0.01 0.555＜ａ≦0.565 、0.005≦ｂ≦0.03でありＭはＳｂ又
はＮｂである） Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy Ｌａz （Ｚｒa Ｔｉ
1-a-b Ｍb ）Ｏ3 、及び （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、０≦ｙ≦0.04 ０＜ｚ≦0.01 0.555＜ａ≦0.565 、0.005≦ｂ≦0.03でありＭはＳｂ又
はＮｂである）で表される組成を有することを特徴とす
る。
材料組成物は、相境界であるＭＰＢ組成よりも菱面晶側
の組成を有することを特徴とし、具体的には本発明のア
クチュエータ用圧電材料組成物は、下式 Ｐｂ（Ｚｒa Ｔｉ1-a ）Ｏ3 （上式において、0.52＜ａ≦0.54である） Ｐｂ1-x Ｓｒx ( Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｎｂb ) Ｏ3 （上式において、0.08≦ｘ≦0.14、0.555＜ａ≦0.565
、0.005≦ｂ≦0.06である） Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｓｂb ）Ｏ
3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、0.01≦ｙ≦0.04 0.555＜ａ≦0.565 、0.005≦ｂ≦0.15である） Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｌａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｍb ）Ｏ3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、０＜ｙ≦0.01 0.555＜ａ≦0.565 、0.005≦ｂ≦0.03でありＭはＳｂ又
はＮｂである） Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy Ｌａz （Ｚｒa Ｔｉ
1-a-b Ｍb ）Ｏ3 、及び （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、０≦ｙ≦0.04 ０＜ｚ≦0.01 0.555＜ａ≦0.565 、0.005≦ｂ≦0.03でありＭはＳｂ又
はＮｂである）で表される組成を有することを特徴とす
る。
【００１０】本発明の圧電材料組成物は、特に自動車の
圧電アクチュエータ用として、及びその他の圧電素子用
としても利用することができる。例えば、圧電アクチュ
エータは、公知の方法を用いて、例えば圧電材料の薄板
を２枚張り合わせてバイモルフ型構造とすることによ
り、又は圧電材料の薄板を数十〜数百枚積層し、かつそ
の１枚１枚を厚み方向の分極が逆になるように交互に積
層固着させて積層型構造とすることにより製造すること
ができる。
圧電アクチュエータ用として、及びその他の圧電素子用
としても利用することができる。例えば、圧電アクチュ
エータは、公知の方法を用いて、例えば圧電材料の薄板
を２枚張り合わせてバイモルフ型構造とすることによ
り、又は圧電材料の薄板を数十〜数百枚積層し、かつそ
の１枚１枚を厚み方向の分極が逆になるように交互に積
層固着させて積層型構造とすることにより製造すること
ができる。
【００１１】
【作用】上記のように、従来は、圧電材料を積層型等の
アクチュエータに用いる場合、荷重を加えない状態にお
いてその圧電特性を測定し、評価判断しており、例えば
圧電材料の変位は菱面晶系よりも正方晶系の方が優れて
おり、従って正方晶系のものが選択されていた。しかし
ながら、実際のアクチュエータの使用にあたっては、数
百kgf の荷重が加わった状態での変位が問題となる。本
発明者は、荷重を加えた場合に、菱面体晶系が正方晶系
とほぼ等しい変位量を示すことを見出した。
アクチュエータに用いる場合、荷重を加えない状態にお
いてその圧電特性を測定し、評価判断しており、例えば
圧電材料の変位は菱面晶系よりも正方晶系の方が優れて
おり、従って正方晶系のものが選択されていた。しかし
ながら、実際のアクチュエータの使用にあたっては、数
百kgf の荷重が加わった状態での変位が問題となる。本
発明者は、荷重を加えた場合に、菱面体晶系が正方晶系
とほぼ等しい変位量を示すことを見出した。
【００１２】一方、自動車用のアクチュエータとしては
耐久性が重要であり、従って圧電材料組成物としては耐
久試験により変位変化の少ないものが望まれる。本発明
者は、菱面晶系が正方晶系と比べ変位変化が少なく耐久
性が高いことを見出した。この理由は、電圧印加による
結晶の歪が、菱面晶系よりも正方晶系において大きいた
めであると考えられる。結晶の歪が大きいと、結晶間の
方向性の不一致点での応力集中が大きくなり破損する。
破損することにより、素子割れとなることはもちろん、
変位量低下へも影響があるからである。
耐久性が重要であり、従って圧電材料組成物としては耐
久試験により変位変化の少ないものが望まれる。本発明
者は、菱面晶系が正方晶系と比べ変位変化が少なく耐久
性が高いことを見出した。この理由は、電圧印加による
結晶の歪が、菱面晶系よりも正方晶系において大きいた
めであると考えられる。結晶の歪が大きいと、結晶間の
方向性の不一致点での応力集中が大きくなり破損する。
破損することにより、素子割れとなることはもちろん、
変位量低下へも影響があるからである。
【００１３】このように、菱面晶系は正方晶系と比べ、
荷重を負荷した状態での変位特性はほぼ匹敵し、耐久性
は明らかに優れており、従って自動車用等の高負荷アク
チュエータ用圧電材料としては菱面晶系が適している。
荷重を負荷した状態での変位特性はほぼ匹敵し、耐久性
は明らかに優れており、従って自動車用等の高負荷アク
チュエータ用圧電材料としては菱面晶系が適している。
【００１４】
【実施例】以下、本発明をその実施例及び比較例により
説明する。実施例１及び比較例１ Ｐｂ（Ｚｒa Ｔｉ1-a ）Ｏ3 で表される組成式におい
て、ａ＝0.53となるように原料ＰｂＯ、ＺｒＯ2 及びＴ
ｉＯ2 を所定量計量し、ボールミルにおいて48時間湿式
混合した。次いで800 ℃において２時間仮焼後、再度ボ
ールミルにおいて48時間粉砕し、乾燥した。比較例とし
て、上記式で表され、ａ＝0.51及び0.52である組成物を
同様にして製造した。
説明する。実施例１及び比較例１ Ｐｂ（Ｚｒa Ｔｉ1-a ）Ｏ3 で表される組成式におい
て、ａ＝0.53となるように原料ＰｂＯ、ＺｒＯ2 及びＴ
ｉＯ2 を所定量計量し、ボールミルにおいて48時間湿式
混合した。次いで800 ℃において２時間仮焼後、再度ボ
ールミルにおいて48時間粉砕し、乾燥した。比較例とし
て、上記式で表され、ａ＝0.51及び0.52である組成物を
同様にして製造した。
【００１５】こうして製造した粉末に、ＰＶＡ（ポリビ
ニルアルコール）を１重量％加え、98MPa において直径
18mm、厚さ２mmの円板に成形し、1250℃において２時
間、鉛雰囲気調整下で焼結した。得られた焼結体を直径
15mm、厚さ0.5mm に加工し、両平面に銀電極を焼付け、
40kVの印加電圧において 100℃のシリコンオイル中で30
分間分極処理を行い、圧電ペレットを得た。次にこの圧
電ペレットを50枚積層し、外周囲より交互に外部電極を
取り出し、積層アクチュエータとした。
ニルアルコール）を１重量％加え、98MPa において直径
18mm、厚さ２mmの円板に成形し、1250℃において２時
間、鉛雰囲気調整下で焼結した。得られた焼結体を直径
15mm、厚さ0.5mm に加工し、両平面に銀電極を焼付け、
40kVの印加電圧において 100℃のシリコンオイル中で30
分間分極処理を行い、圧電ペレットを得た。次にこの圧
電ペレットを50枚積層し、外周囲より交互に外部電極を
取り出し、積層アクチュエータとした。
【００１６】この積層アクチュエータに機械的荷重を０
〜35MPa 加えた後、それぞれ電圧を、０〜800V、10Hzで
正弦波を加え、レーザ式変位計により変位を測定した。
これらの結果を、ペレット１枚あたりの変位として図１
に示す。
〜35MPa 加えた後、それぞれ電圧を、０〜800V、10Hzで
正弦波を加え、レーザ式変位計により変位を測定した。
これらの結果を、ペレット１枚あたりの変位として図１
に示す。
【００１７】一方、厚さ１mmに加工し、両平面に銀電極
を焼付け、同様にして分極した圧電ペレットの電気特性
をインピーダンスアナライザで測定した。この結果を図
２に示す。また、上記の積層アクチュエータの両端面に
30MPa の加圧を行い、大気中で印加電圧を±400Vとして
変位を繰り返し、その変位量をレーザ式変位計により測
定し、変位量の繰り返し回数依存性、すなわち耐久性を
測定した。この結果を図３に示す。
を焼付け、同様にして分極した圧電ペレットの電気特性
をインピーダンスアナライザで測定した。この結果を図
２に示す。また、上記の積層アクチュエータの両端面に
30MPa の加圧を行い、大気中で印加電圧を±400Vとして
変位を繰り返し、その変位量をレーザ式変位計により測
定し、変位量の繰り返し回数依存性、すなわち耐久性を
測定した。この結果を図３に示す。
【００１８】この組成物において、組成比、Ｚｒ／（Ｚ
ｒ＋Ｔｉ）が52.0までは正方晶であり、52.0より大きく
なると菱面晶であることがＸ線回折により判明してい
る。従って、相境界は52.0から53.0の間に存在している
と考えられる。
ｒ＋Ｔｉ）が52.0までは正方晶であり、52.0より大きく
なると菱面晶であることがＸ線回折により判明してい
る。従って、相境界は52.0から53.0の間に存在している
と考えられる。
【００１９】図１に示すように、荷重０MPa において
は、変位は、正方晶である上記比が51.0及び52.0の組成
のものが、菱面晶である比が53.0であるものよりも有利
である。しかし、荷重を加えると、その有意差はなくな
り、荷重５MPa 以上では組成の影響はほとんどなく、30
MPa 以上ではむしろ菱面晶の方が大きくなった。
は、変位は、正方晶である上記比が51.0及び52.0の組成
のものが、菱面晶である比が53.0であるものよりも有利
である。しかし、荷重を加えると、その有意差はなくな
り、荷重５MPa 以上では組成の影響はほとんどなく、30
MPa 以上ではむしろ菱面晶の方が大きくなった。
【００２０】図２に示すように、電気機械結合定数Kp
は、組成比52.0〜53.0において最大となっており、一方
比誘電率εr は組成52.0において最大となった。このよ
うに、電気的特性はやや正方晶側において優れており、
この傾向は無荷重時の変位量によっても示されている。
は、組成比52.0〜53.0において最大となっており、一方
比誘電率εr は組成52.0において最大となった。このよ
うに、電気的特性はやや正方晶側において優れており、
この傾向は無荷重時の変位量によっても示されている。
【００２１】図３に示すように、本発明の組成物（菱面
晶）の耐久性は、従来の組成物（正方晶）よりも明らか
に優れている。すなわち、108 回耐久試験後の変位量
は、本発明の組成物においては，耐久前に比べ25％の低
下に留まっているが、一方従来の組成物においては約85
％低下している。
晶）の耐久性は、従来の組成物（正方晶）よりも明らか
に優れている。すなわち、108 回耐久試験後の変位量
は、本発明の組成物においては，耐久前に比べ25％の低
下に留まっているが、一方従来の組成物においては約85
％低下している。
【００２２】実施例２及び比較例２ Ｐｂ1-x Ｓｒx ( Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｎｂb ) Ｏ3 で表さ
れる組成式において、ｘ＝0.11、ｂ＝0.01、及びａ＝0.
56となるように原料粉末ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、Ｚｒ
Ｏ2 、ＴｉＯ2 及びＮｂ2 Ｏ5 を所定量計量し、実施例
１と同様にして積層アクチュエータを製造した。また、
比較例として、ａ＝0.55及び0.555 であるものも同様に
して製造した。この系におけるＭＰＢは、Ｘ線回折測定
の結果、組成比、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）が55.0と
56.0の間にあることが判明している。実施例１と同様に
して特性を測定し、変位量の測定結果を図４に、電気的
特性を図５に、そして耐久特性を図６及び図７に示す。
れる組成式において、ｘ＝0.11、ｂ＝0.01、及びａ＝0.
56となるように原料粉末ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、Ｚｒ
Ｏ2 、ＴｉＯ2 及びＮｂ2 Ｏ5 を所定量計量し、実施例
１と同様にして積層アクチュエータを製造した。また、
比較例として、ａ＝0.55及び0.555 であるものも同様に
して製造した。この系におけるＭＰＢは、Ｘ線回折測定
の結果、組成比、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）が55.0と
56.0の間にあることが判明している。実施例１と同様に
して特性を測定し、変位量の測定結果を図４に、電気的
特性を図５に、そして耐久特性を図６及び図７に示す。
【００２３】実施例１と同様に、電気的特性は組成比5
5.0で最大となり、この傾向は図４に示す無荷重時での
変位特性の傾向を反映している。しかし、荷重が大きく
なるとその変位量の差は小さくなり、荷重20MPa では10
％程度しか差がなく、34MPa ではほぼ等しくなった。耐
久性については、図６に示すように、荷重30MPa におい
ては、組成比55.0（正方晶）のアクチュエータは変位量
の低下が著しく、108 回では初期変位量の30％も低下し
ていたが、一方組成比56.0（菱面晶）のアクチュエータ
では同じ回数において５％の低下に留まっており、耐久
性の高いことが示されている。また、図７に示すよう
に、組成比55.0のアクチュエータは組成比56.0のアクチ
ュエータに比べ、初期の変位量は大きいが、変位回数に
伴い、変位量が大きく低下し、108 回では組成比56.0の
アクチュエータの方が変位量は大きく、従って、自動車
等用の高負荷で繰り返し用いられるアクチュエータ用に
は、本発明の組成物が適していることがわかる。
5.0で最大となり、この傾向は図４に示す無荷重時での
変位特性の傾向を反映している。しかし、荷重が大きく
なるとその変位量の差は小さくなり、荷重20MPa では10
％程度しか差がなく、34MPa ではほぼ等しくなった。耐
久性については、図６に示すように、荷重30MPa におい
ては、組成比55.0（正方晶）のアクチュエータは変位量
の低下が著しく、108 回では初期変位量の30％も低下し
ていたが、一方組成比56.0（菱面晶）のアクチュエータ
では同じ回数において５％の低下に留まっており、耐久
性の高いことが示されている。また、図７に示すよう
に、組成比55.0のアクチュエータは組成比56.0のアクチ
ュエータに比べ、初期の変位量は大きいが、変位回数に
伴い、変位量が大きく低下し、108 回では組成比56.0の
アクチュエータの方が変位量は大きく、従って、自動車
等用の高負荷で繰り返し用いられるアクチュエータ用に
は、本発明の組成物が適していることがわかる。
【００２４】実施例３及び比較例３ Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｓｂb ）Ｏ
3 で表される組成式において、ｘ＝0.11、ｙ＝0.03、ｂ
＝0.01及びａ＝0.56となるように原料粉末ＰｂＯ、Ｓｒ
ＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＢａＣＯ3 及びＳｂ2 Ｏ
5 を所定量計量し、実施例１と同様にして積層アクチュ
エータを製造した。また、比較例として、ａ＝0.55及び
0.555 であるものも同様にして製造した。この系におけ
るＭＰＢは、Ｘ線回折測定の結果、組成比、Ｚｒ／（Ｚ
ｒ＋Ｔｉ＋Ｓｂ）が55.5と56.0の間にあることが判明し
ている。実施例１と同様にして特性を測定し、変位量の
測定結果を図８に、電気的特性を図９に、そして耐久特
性を図10に示す。
3 で表される組成式において、ｘ＝0.11、ｙ＝0.03、ｂ
＝0.01及びａ＝0.56となるように原料粉末ＰｂＯ、Ｓｒ
ＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、ＢａＣＯ3 及びＳｂ2 Ｏ
5 を所定量計量し、実施例１と同様にして積層アクチュ
エータを製造した。また、比較例として、ａ＝0.55及び
0.555 であるものも同様にして製造した。この系におけ
るＭＰＢは、Ｘ線回折測定の結果、組成比、Ｚｒ／（Ｚ
ｒ＋Ｔｉ＋Ｓｂ）が55.5と56.0の間にあることが判明し
ている。実施例１と同様にして特性を測定し、変位量の
測定結果を図８に、電気的特性を図９に、そして耐久特
性を図10に示す。
【００２５】実施例１と同様に、電気的特性はＭＰＢよ
りやや正方晶側で大きかった。この傾向は無荷重時の変
位量に示されている。しかし、荷重が大きくなり、15〜
35MPa の荷重下では変位は同等であった。次に、実施例
１と同様の耐久試験を行った場合、組成比が55.0である
サンプルを108 回耐久後の変位量は、初期値に対し25％
低下しており、一方組成比56.0であるサンプルの108 回
耐久後の変位量は４％に留まっており、耐久性の高いこ
とがわかった。
りやや正方晶側で大きかった。この傾向は無荷重時の変
位量に示されている。しかし、荷重が大きくなり、15〜
35MPa の荷重下では変位は同等であった。次に、実施例
１と同様の耐久試験を行った場合、組成比が55.0である
サンプルを108 回耐久後の変位量は、初期値に対し25％
低下しており、一方組成比56.0であるサンプルの108 回
耐久後の変位量は４％に留まっており、耐久性の高いこ
とがわかった。
【００２６】実施例４及び比較例４ Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｌａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｍb ）Ｏ3
で表される組成式において、ＭがＮｂであり、ｘ＝0.1
1、ｙ＝0.05、ｂ＝0.01及びａ＝0.56となるように原料
粉末ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｌａ2
Ｏ3 及びＮｂ2 Ｏ 5 を所定量計量し、実施例１と同様に
して積層アクチュエータを製造した。また、比較例とし
て、ａ＝0.55及び0.555 であるものも同様にして製造し
た。実施例１と同様にして特性を測定し、変位量の測定
結果を図11に、そして耐久特性を図12に示す。
で表される組成式において、ＭがＮｂであり、ｘ＝0.1
1、ｙ＝0.05、ｂ＝0.01及びａ＝0.56となるように原料
粉末ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｌａ2
Ｏ3 及びＮｂ2 Ｏ 5 を所定量計量し、実施例１と同様に
して積層アクチュエータを製造した。また、比較例とし
て、ａ＝0.55及び0.555 であるものも同様にして製造し
た。実施例１と同様にして特性を測定し、変位量の測定
結果を図11に、そして耐久特性を図12に示す。
【００２７】荷重15〜38MPa の荷重下では、組成比、Ｚ
ｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）が56.0であるサンプル（菱面
晶）は、組成比が55.0及び55.5であるサンプル（正方
晶）より変位量が大きかった。実施例１と同様の耐久試
験を行った場合、組成比が55.0であるサンプルの108 回
耐久後の変位量は22％低下しており、一方組成比が56.0
であるサンプルを108 回耐久後の変位量は、５％の低下
に留まっており、耐久性の高いことがわかった。
ｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）が56.0であるサンプル（菱面
晶）は、組成比が55.0及び55.5であるサンプル（正方
晶）より変位量が大きかった。実施例１と同様の耐久試
験を行った場合、組成比が55.0であるサンプルの108 回
耐久後の変位量は22％低下しており、一方組成比が56.0
であるサンプルを108 回耐久後の変位量は、５％の低下
に留まっており、耐久性の高いことがわかった。
【００２８】実施例５及び比較例５ Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy Ｌａz （Ｚｒa Ｔｉ
1-a-b Ｍb ）Ｏ3 で表される組成式において、ＭがＳｂ
であり、ｘ＝0.11、ｙ＝0.16、ｚ＝0.005 、ｂ＝0.02及
びａ＝0.56となるように原料粉末ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、
ＢａＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 及びＳｂ
2 Ｏ5 を所定量計量し、実施例１と同様にして積層アク
チュエータを製造した。また、比較例として、ａ＝0.54
5 、0.55、及び0.555 であるものも同様にして製造し
た。実施例１と同様にして特性を測定し、変位量の測定
結果を図13に、そして耐久特性を図14に示す。
1-a-b Ｍb ）Ｏ3 で表される組成式において、ＭがＳｂ
であり、ｘ＝0.11、ｙ＝0.16、ｚ＝0.005 、ｂ＝0.02及
びａ＝0.56となるように原料粉末ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、
ＢａＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｌａ2 Ｏ3 及びＳｂ
2 Ｏ5 を所定量計量し、実施例１と同様にして積層アク
チュエータを製造した。また、比較例として、ａ＝0.54
5 、0.55、及び0.555 であるものも同様にして製造し
た。実施例１と同様にして特性を測定し、変位量の測定
結果を図13に、そして耐久特性を図14に示す。
【００２９】荷重15〜35MPa の荷重下では、組成比、Ｚ
ｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｓｂ）が56.0であるサンプル（菱面
晶）は、組成比が54.5、55.0及び55.5であるサンプル
（正方晶）より変位量が大きかった。実施例１と同様の
耐久試験を行った場合、組成比が55.0であるサンプルの
108 回耐久後の変位量は23％低下しており、一方組成比
が56.0であるサンプルを108 回耐久後の変位量は、３％
の低下に留まっており、耐久性の高いことがわかった。
ｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｓｂ）が56.0であるサンプル（菱面
晶）は、組成比が54.5、55.0及び55.5であるサンプル
（正方晶）より変位量が大きかった。実施例１と同様の
耐久試験を行った場合、組成比が55.0であるサンプルの
108 回耐久後の変位量は23％低下しており、一方組成比
が56.0であるサンプルを108 回耐久後の変位量は、３％
の低下に留まっており、耐久性の高いことがわかった。
【００３０】
【発明の効果】自動車用アクチュエータとして圧電体の
用いられる環境は、高温、高荷重である。このような高
荷重の条件においては、従来用いられてきた正方晶の結
晶系の組成を有する組成物よりも、従来用いられること
のなかった菱面晶系の組成を有する組成物が、圧電材料
として優れている。また、このような菱面晶系の組成を
有する組成物は、従来用いられてきた正方晶の結晶系の
組成を有する組成物よりも耐久性が高い。さらに、菱面
晶系の組成を有する組成物は、従来のものに比べ消費電
力が約40％低下し、駆動用電源の容量を小さくすること
ができる。このことより、電源系の小型化、低コスト化
が可能になる。
用いられる環境は、高温、高荷重である。このような高
荷重の条件においては、従来用いられてきた正方晶の結
晶系の組成を有する組成物よりも、従来用いられること
のなかった菱面晶系の組成を有する組成物が、圧電材料
として優れている。また、このような菱面晶系の組成を
有する組成物は、従来用いられてきた正方晶の結晶系の
組成を有する組成物よりも耐久性が高い。さらに、菱面
晶系の組成を有する組成物は、従来のものに比べ消費電
力が約40％低下し、駆動用電源の容量を小さくすること
ができる。このことより、電源系の小型化、低コスト化
が可能になる。
【図１】実施例１及び比較例１の組成物の荷重に対する
変位量の測定結果を示すグラフである。
変位量の測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例１及び比較例１の組成物の電気特性の測
定結果を示すグラフである。
定結果を示すグラフである。
【図３】実施例２及び比較例２の組成物の耐久性の測定
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図４】実施例２及び比較例２の組成物の荷重に対する
変位量の測定結果を示すグラフである。
変位量の測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例２及び比較例２の組成物の電気特性の測
定結果を示すグラフである。
定結果を示すグラフである。
【図６】実施例２及び比較例２の組成物の30MPa 荷重下
での耐久性の測定結果を示すグラフである。
での耐久性の測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例２及び比較例２の組成物の10MPa 荷重下
での耐久性の測定結果を示すグラフである。
での耐久性の測定結果を示すグラフである。
【図８】実施例３及び比較例３の組成物の荷重に対する
変位量の測定結果を示すグラフである。
変位量の測定結果を示すグラフである。
【図９】実施例３及び比較例３の組成物の電気特性の測
定結果を示すグラフである。
定結果を示すグラフである。
【図１０】実施例３及び比較例３の組成物の耐久性の測
定結果を示すグラフである。
定結果を示すグラフである。
【図１１】実施例４及び比較例４の組成物の荷重に対す
る変位量の測定結果を示すグラフである。
る変位量の測定結果を示すグラフである。
【図１２】実施例４及び比較例４の組成物の耐久性の測
定結果を示すグラフである。
定結果を示すグラフである。
【図１３】実施例５及び比較例５の組成物の荷重に対す
る変位量の測定結果を示すグラフである。
る変位量の測定結果を示すグラフである。
【図１４】実施例５及び比較例５の組成物の耐久性の測
定結果を示すグラフである。
定結果を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項１】 相境界であるＭＰＢ組成よりも菱面晶側
の組成を有することを特徴とするＰＺＴ系アクチュエー
タ用圧電材料組成物。 - 【請求項２】 下式により表される組成： Ｐｂ（Ｚｒa Ｔｉ1-a ）Ｏ3 （上式において、0.52＜ａ≦0.54である）を有すること
を特徴とするアクチュエータ用圧電材料組成物。 - 【請求項３】 下式により表される組成： Ｐｂ1-x Ｓｒx ( Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｎｂb ) Ｏ3 （上式において、0.08≦ｘ≦0.14、 0.555＜ａ≦0.565 、 0.005≦ｂ≦0.06である）を有することを特徴とするア
クチュエータ用圧電材料組成物。 - 【請求項４】 下式により表される組成： Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｓｂb ）Ｏ
3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、 0.01≦ｙ≦0.04 0.555＜ａ≦0.565 、 0.005≦ｂ≦0.15である）を有することを特徴とするア
クチュエータ用圧電材料組成物。 - 【請求項５】 下式により表される組成： Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｌａy （Ｚｒa Ｔｉ1-a-b Ｍb ）Ｏ3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、 ０＜ｙ≦0.01 0.555＜ａ≦0.565 、 0.005≦ｂ≦0.03でありＭはＳｂ又はＮｂである）を有
することを特徴とするアクチュエータ用圧電材料組成
物。 - 【請求項６】 下式により表される組成： Ｐｂ1-x-y Ｓｒx Ｂａy Ｌａz （Ｚｒa Ｔｉ
1-a-b Ｍb ）Ｏ3 （上式において、0.09≦ｘ≦0.13、 ０≦ｙ≦0.04 ０＜ｚ≦0.01 0.555＜ａ≦0.565 、 0.005≦ｂ≦0.03でありＭはＳｂ又はＮｂである）を有
することを特徴とするアクチュエータ用圧電材料組成
物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5194703A JP2820000B2 (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | アクチュエータ用圧電材料組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5194703A JP2820000B2 (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | アクチュエータ用圧電材料組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0748172A true JPH0748172A (ja) | 1995-02-21 |
| JP2820000B2 JP2820000B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=16328863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5194703A Expired - Fee Related JP2820000B2 (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | アクチュエータ用圧電材料組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820000B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996039722A1 (fr) * | 1995-06-06 | 1996-12-12 | Kasei Optonix, Ltd. | Dispositif piezoelectrique et procede d'excitation dudit dispositif |
| JP2003023187A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Murata Mfg Co Ltd | 高耐熱圧電素子およびそれを用いた圧電装置 |
| JPWO2005068394A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2007-09-06 | 株式会社アイエイアイ | 圧電磁器組成物 |
| KR101438053B1 (ko) * | 1997-09-05 | 2014-10-24 | 세람테크 게엠베하 | 고성능 압전 세라믹 |
| US10011111B2 (en) | 2014-08-29 | 2018-07-03 | Fujifilm Corporation | Piezoelectric film, production method thereof, piezoelectric element, and liquid discharge apparatus |
| CN117843364A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-04-09 | 湖南省美程陶瓷科技有限公司 | 压电陶瓷组合物及压电陶瓷元件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04260662A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-16 | Toyota Motor Corp | 圧電セラミックス組成物 |
| JPH04262581A (ja) * | 1991-02-18 | 1992-09-17 | Toyota Motor Corp | 積層型圧電素子 |
| JPH0524846A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-02 | Hitachi Metals Ltd | 圧電磁器組成物 |
| JPH05163063A (ja) * | 1991-06-26 | 1993-06-29 | Mitsubishi Kasei Corp | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 |
-
1993
- 1993-08-05 JP JP5194703A patent/JP2820000B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04260662A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-16 | Toyota Motor Corp | 圧電セラミックス組成物 |
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| WO1996039722A1 (fr) * | 1995-06-06 | 1996-12-12 | Kasei Optonix, Ltd. | Dispositif piezoelectrique et procede d'excitation dudit dispositif |
| KR101438053B1 (ko) * | 1997-09-05 | 2014-10-24 | 세람테크 게엠베하 | 고성능 압전 세라믹 |
| JP2003023187A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Murata Mfg Co Ltd | 高耐熱圧電素子およびそれを用いた圧電装置 |
| JPWO2005068394A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2007-09-06 | 株式会社アイエイアイ | 圧電磁器組成物 |
| US10011111B2 (en) | 2014-08-29 | 2018-07-03 | Fujifilm Corporation | Piezoelectric film, production method thereof, piezoelectric element, and liquid discharge apparatus |
| CN117843364A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-04-09 | 湖南省美程陶瓷科技有限公司 | 压电陶瓷组合物及压电陶瓷元件 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2820000B2 (ja) | 1998-11-05 |
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