JPH08217541A - 圧電セラミック組成物 - Google Patents
圧電セラミック組成物Info
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- JPH08217541A JPH08217541A JP7020485A JP2048595A JPH08217541A JP H08217541 A JPH08217541 A JP H08217541A JP 7020485 A JP7020485 A JP 7020485A JP 2048595 A JP2048595 A JP 2048595A JP H08217541 A JPH08217541 A JP H08217541A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い機械的強度、高い圧電歪定数、低い誘電
率及び高いキューリ温度を有する圧電セラミック組成物
を提供しようとするものである。 【構成】 一般式Pb1-x-m Lax A m (Zr y Ti1-y )
1-(x/4) O3（但し、 0.0005≦ｘ≦0.07、0.45≦ｙ≦0.6
5、 0.0005 ≦ｍ≦0.15、なる条件を満たす数である）
で表され、Sb, Nb,Ta の１種以上の元素を酸化物に換算
してその総量が0.005〜３重量％の範囲で含有する酸化
物固溶体組成物に、In2O3,TeO2及び／又はCeO2を0.005
〜0.5 重量％で含有させるか、又は、前記の範囲のIn2O
3,TeO2及び/ 又はCeO2と、Al2O3,SiO2,Fe2O3及び/ 又は
V2O5を0.005 〜0.2 重量％の範囲で併存させた圧電セラ
ミック組成物である。
率及び高いキューリ温度を有する圧電セラミック組成物
を提供しようとするものである。 【構成】 一般式Pb1-x-m Lax A m (Zr y Ti1-y )
1-(x/4) O3（但し、 0.0005≦ｘ≦0.07、0.45≦ｙ≦0.6
5、 0.0005 ≦ｍ≦0.15、なる条件を満たす数である）
で表され、Sb, Nb,Ta の１種以上の元素を酸化物に換算
してその総量が0.005〜３重量％の範囲で含有する酸化
物固溶体組成物に、In2O3,TeO2及び／又はCeO2を0.005
〜0.5 重量％で含有させるか、又は、前記の範囲のIn2O
3,TeO2及び/ 又はCeO2と、Al2O3,SiO2,Fe2O3及び/ 又は
V2O5を0.005 〜0.2 重量％の範囲で併存させた圧電セラ
ミック組成物である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，圧電セラミック組成物
に関し、詳しくは、圧電歪定数及び電気機械結合係数が
大きく、キュ−リ温度が高く、誘電率が低く、かつ、機
械的強度に優れたアクチュエ−タ−用として極めて有用
な圧電セラミック組成物に関する。
に関し、詳しくは、圧電歪定数及び電気機械結合係数が
大きく、キュ−リ温度が高く、誘電率が低く、かつ、機
械的強度に優れたアクチュエ−タ−用として極めて有用
な圧電セラミック組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクチュエータとは、圧電逆効果、即ち
電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換作用を
用い、電圧の印加によりミクロン又はミクロンアンダー
の微少変位を正確に発生させるものであって、ブザー等
の音響やポンプ、バルブ等の流量の精密なコントール、
ＶＴＲヘッドのオートトラッキングやオートフォーカ
ス、さらには、ミクロンアンダーの機械的切削バイトの
正確な位置決めや、半導体製造用の微少位置決め装置等
への応用開発が、近年急速に進められている。
電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換作用を
用い、電圧の印加によりミクロン又はミクロンアンダー
の微少変位を正確に発生させるものであって、ブザー等
の音響やポンプ、バルブ等の流量の精密なコントール、
ＶＴＲヘッドのオートトラッキングやオートフォーカ
ス、さらには、ミクロンアンダーの機械的切削バイトの
正確な位置決めや、半導体製造用の微少位置決め装置等
への応用開発が、近年急速に進められている。
【０００３】従来より、アクチュエータ用圧電材料とし
ては、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック組成物（ＰＺ
Ｔ）が優れた圧電特性を有するものとして知られてお
り、使用用途に応じて種々の改良がなされている。例え
ば、ジルコン酸チタン酸鉛の一部をＢｉ3+などの三価イ
オンで置換する方法、Ｐｂ( Ｎｉ1/2 Ｗ1/2)Ｏ3 、Ｐｂ
( Ｃｏ1/3 Ｎｂ2/3)Ｏ3 、Ｐｂ( Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3)Ｏ3
などの複合ペロブスカイト化合物との固溶体を合成する
方法などにより、ＰＺＴ系アクチュエータ用圧電材料の
特性の改善がなされている。
ては、ジルコン酸チタン酸鉛セラミック組成物（ＰＺ
Ｔ）が優れた圧電特性を有するものとして知られてお
り、使用用途に応じて種々の改良がなされている。例え
ば、ジルコン酸チタン酸鉛の一部をＢｉ3+などの三価イ
オンで置換する方法、Ｐｂ( Ｎｉ1/2 Ｗ1/2)Ｏ3 、Ｐｂ
( Ｃｏ1/3 Ｎｂ2/3)Ｏ3 、Ｐｂ( Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3)Ｏ3
などの複合ペロブスカイト化合物との固溶体を合成する
方法などにより、ＰＺＴ系アクチュエータ用圧電材料の
特性の改善がなされている。
【０００４】ところで、微少変位をミクロン又はミクロ
ンアンダーの精度でコントロールする圧電アクチュエー
タ素子には、ユニモルフ型、バイモルフ型、積層型のタ
イプがあり、その要求特性としては、特に高い圧電歪定
数と高いキューリ温度を併せ持つこと、例えば、横モー
ドの圧電歪定数（ｄ31）及びキューリ温度（Ｔｃ）が ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞１５
０℃であるか、又は ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞２５
０℃であることが指摘されてきた。
ンアンダーの精度でコントロールする圧電アクチュエー
タ素子には、ユニモルフ型、バイモルフ型、積層型のタ
イプがあり、その要求特性としては、特に高い圧電歪定
数と高いキューリ温度を併せ持つこと、例えば、横モー
ドの圧電歪定数（ｄ31）及びキューリ温度（Ｔｃ）が ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞１５
０℃であるか、又は ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖで、かつ、Ｔｃ＞２５
０℃であることが指摘されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
圧電歪定数（ｄ31）が３００×１０-12 ｍ／ｖを超える
ような高い圧電歪定数を持つ材料は、キューリ温度（Ｔ
ｃ）が１００℃近傍に低下するため、素子の使用温度の
上限が５０〜６０℃に限定され、実用素子としての応用
に制約があった。また、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）が５
０００を超える範囲で高周波で駆動する際には、インピ
ーダンスが低下して発熱し易く、また、大容量の駆動電
源を必要とするといった問題点があった。
圧電歪定数（ｄ31）が３００×１０-12 ｍ／ｖを超える
ような高い圧電歪定数を持つ材料は、キューリ温度（Ｔ
ｃ）が１００℃近傍に低下するため、素子の使用温度の
上限が５０〜６０℃に限定され、実用素子としての応用
に制約があった。また、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）が５
０００を超える範囲で高周波で駆動する際には、インピ
ーダンスが低下して発熱し易く、また、大容量の駆動電
源を必要とするといった問題点があった。
【０００６】逆に、キューリ温度（Ｔｃ）が高い材料
は、圧電歪定数（ｄ31）が低くなり、素子の駆動に高い
電圧を必要とするという問題点があった。また、アクチ
ュエータ素子は、電圧を印加して機械的変位を生じさ
せ、質量物を移動したり、質量物の位置決めを行うもの
であるため、機械的な強度が大きいことが望まれる。機
械的強度が低いと素子の長期使用により、機械的応力で
素子に割れが生じたり、駆動中に絶縁破壊が生じたりす
るという問題点があった。
は、圧電歪定数（ｄ31）が低くなり、素子の駆動に高い
電圧を必要とするという問題点があった。また、アクチ
ュエータ素子は、電圧を印加して機械的変位を生じさ
せ、質量物を移動したり、質量物の位置決めを行うもの
であるため、機械的な強度が大きいことが望まれる。機
械的強度が低いと素子の長期使用により、機械的応力で
素子に割れが生じたり、駆動中に絶縁破壊が生じたりす
るという問題点があった。
【０００７】このような理由から、前記又はの条件
を満たすような、高い横モードの圧電歪定数（ｄ31）と
高いキューリ温度（Ｔｃ）とを有し、かつ、低い誘電率
（例えばε33Ｔ／ε0 ＜５０００）と、高い機械的強度
を併せ備えた材料の開発が望まれている。
を満たすような、高い横モードの圧電歪定数（ｄ31）と
高いキューリ温度（Ｔｃ）とを有し、かつ、低い誘電率
（例えばε33Ｔ／ε0 ＜５０００）と、高い機械的強度
を併せ備えた材料の開発が望まれている。
【０００８】そこで、本発明は、上記実情に鑑み、高い
圧電歪定数、高いキューリ温度、低い誘電率及び高い機
械的強度を併せ備えた圧電セラミック組成物を提供しよ
うとするものである。
圧電歪定数、高いキューリ温度、低い誘電率及び高い機
械的強度を併せ備えた圧電セラミック組成物を提供しよ
うとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の圧電セラ
ミック組成物は、 一般式 Ｐｂ1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-(x/4) Ｏ3 （但し、ＡはＳｒ、Ｂａ及びＣａの中の少なくとも１種
の元素であり、ｘ、ｙ及びｍはそれぞれ０．０００５≦
ｘ≦０．０７、０．４５≦ｙ≦０．６５及び０．０００
５≦ｍ≦０．１５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が０．００５〜
３重量％の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それ
ぞれＩｎ2 Ｏ 3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその
総量が０．００５〜０．５重量％の量であるＩｎ、Ｔｅ
及びＣｅの中の少なくとも１種の元素を含有させること
を特徴とする。
ミック組成物は、 一般式 Ｐｂ1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-(x/4) Ｏ3 （但し、ＡはＳｒ、Ｂａ及びＣａの中の少なくとも１種
の元素であり、ｘ、ｙ及びｍはそれぞれ０．０００５≦
ｘ≦０．０７、０．４５≦ｙ≦０．６５及び０．０００
５≦ｍ≦０．１５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が０．００５〜
３重量％の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それ
ぞれＩｎ2 Ｏ 3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその
総量が０．００５〜０．５重量％の量であるＩｎ、Ｔｅ
及びＣｅの中の少なくとも１種の元素を含有させること
を特徴とする。
【００１０】本発明の第２の圧電セラミック組成物は、 一般式 Ｐｂ1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-(x/4) Ｏ3 （但し、ＡはＳｒ、Ｂａ及びＣａの中の少なくとも１種
の元素であり、ｘ、ｙ及びｍはそれぞれ０．０００５≦
ｘ≦０．０７、０．４５≦ｙ≦０．６５及び０．０００
５≦ｍ≦０．１５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が０．００５〜
３重量％の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それ
ぞれＩｎ2 Ｏ 3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその
総量が０．００５〜０．５重量％の量であるＩｎ、Ｔｅ
及びＣｅの中の少なくとも１種の元素と、それぞれＡｌ
2 Ｏ3、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 に換算して
その総量が０．００５〜０．２重量％の量であるＡｌ、
Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の元素とを含有
させることを特徴とする。
1-(x/4) Ｏ3 （但し、ＡはＳｒ、Ｂａ及びＣａの中の少なくとも１種
の元素であり、ｘ、ｙ及びｍはそれぞれ０．０００５≦
ｘ≦０．０７、０．４５≦ｙ≦０．６５及び０．０００
５≦ｍ≦０．１５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が０．００５〜
３重量％の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それ
ぞれＩｎ2 Ｏ 3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその
総量が０．００５〜０．５重量％の量であるＩｎ、Ｔｅ
及びＣｅの中の少なくとも１種の元素と、それぞれＡｌ
2 Ｏ3、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 に換算して
その総量が０．００５〜０．２重量％の量であるＡｌ、
Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の元素とを含有
させることを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明者等は、前記問題点を解決すべく、従来
からアクチュエ−タ用圧電材料として知られている、Ｐ
ＺＴ系セラミック組成物の一部を他の種々の元素で置換
したセラミック組成物を作製し、その特性との関係につ
いて鋭意検討した結果、上記のセラミック組成物が、高
い機械的強度をもち、さらに、高い圧電歪定数、高いキ
ューリ温度を共に有し、並びに、低い誘電率を併せ持つ
セラミック組成物となることを見出し、本発明を完成さ
せるに至った。
からアクチュエ−タ用圧電材料として知られている、Ｐ
ＺＴ系セラミック組成物の一部を他の種々の元素で置換
したセラミック組成物を作製し、その特性との関係につ
いて鋭意検討した結果、上記のセラミック組成物が、高
い機械的強度をもち、さらに、高い圧電歪定数、高いキ
ューリ温度を共に有し、並びに、低い誘電率を併せ持つ
セラミック組成物となることを見出し、本発明を完成さ
せるに至った。
【００１２】本発明の圧電セラミック組成物はＰｂ
1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1- (x/4) Ｏ3 で表
すことができ、Ｌａの配合量ｘは０．０００５≦ｘ≦
０．０７、好ましくは、０．００５≦ｘ≦ ０．０７の
範囲が適しており、また、Ｚｒの配合量ｙは０．４５≦
ｙ≦０．６５、好ましくは、０．４７≦ｙ≦０．６３の
範囲が適しており、さらに、Ａ元素の配合量ｍは０．０
００５≦ｍ≦０．１５、好ましくは、０．００５≦ｍ≦
０．１０の範囲が適している。
1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1- (x/4) Ｏ3 で表
すことができ、Ｌａの配合量ｘは０．０００５≦ｘ≦
０．０７、好ましくは、０．００５≦ｘ≦ ０．０７の
範囲が適しており、また、Ｚｒの配合量ｙは０．４５≦
ｙ≦０．６５、好ましくは、０．４７≦ｙ≦０．６３の
範囲が適しており、さらに、Ａ元素の配合量ｍは０．０
００５≦ｍ≦０．１５、好ましくは、０．００５≦ｍ≦
０．１０の範囲が適している。
【００１３】また、Ｐｂ1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy Ｔｉ
1-y ）1-(x/4) Ｏ3 に固溶させるＳｂ、Ｎｂ及びＴａの
中の少なくとも１種の酸化物は、総量で０．００５〜３
重量％、好ましくは０．０５〜３重量％の範囲で固溶す
ることが適している。
1-y ）1-(x/4) Ｏ3 に固溶させるＳｂ、Ｎｂ及びＴａの
中の少なくとも１種の酸化物は、総量で０．００５〜３
重量％、好ましくは０．０５〜３重量％の範囲で固溶す
ることが適している。
【００１４】本発明の第１の圧電セラミック組成物にお
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．００５〜０．５重量％、好ましくは０．０２５〜
０．５重量％の範囲が適している。
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．００５〜０．５重量％、好ましくは０．０２５〜
０．５重量％の範囲が適している。
【００１５】本発明の第２の圧電セラミック組成物にお
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．００５〜０．５重量％、好ましくは０．０２５〜
０．５重量％の範囲であり、かつ、同時に配合するＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の酸化物の
総量は、０．００５〜０．２重量％、好ましくは０．０
２５〜０．２重量％の範囲が適している。
いて、前記酸化物固溶体組成物に対して配合するＩｎ、
Ｔｅ及びＣｅの中の少なくとも１種の酸化物の総量は、
０．００５〜０．５重量％、好ましくは０．０２５〜
０．５重量％の範囲であり、かつ、同時に配合するＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の酸化物の
総量は、０．００５〜０．２重量％、好ましくは０．０
２５〜０．２重量％の範囲が適している。
【００１６】本発明の圧電セラミック組成物は、化学量
論的に上記の一般式で表される配合組成になるように該
組成物原料を秤量し、ボールミル等で湿式混合し、仮焼
した後に粉砕し、得られた粉末を１１００〜１３００℃
で焼成して焼結することによって得られる。なお、本発
明の圧電セラミック組成物の原料としては必ずしも酸化
物である必要はなく、それぞれの元素の水酸化物、塩化
物、硫酸塩、硝酸塩等の、高温で容易に酸化物に変わり
うる化合物であれば同様に用いることができる。
論的に上記の一般式で表される配合組成になるように該
組成物原料を秤量し、ボールミル等で湿式混合し、仮焼
した後に粉砕し、得られた粉末を１１００〜１３００℃
で焼成して焼結することによって得られる。なお、本発
明の圧電セラミック組成物の原料としては必ずしも酸化
物である必要はなく、それぞれの元素の水酸化物、塩化
物、硫酸塩、硝酸塩等の、高温で容易に酸化物に変わり
うる化合物であれば同様に用いることができる。
【００１７】
【実施例】以下に実施例、参考例及び比較例を挙げて、
本発明をより具体的に説明するが、本発明は、その要旨
を越えない限り、以下の実施例により限定されるもので
はない。 （実施例１〜３３、参考例及び比較例１〜２３）添加原
料は、全ての原料が純度９９．９％以上の高純度酸化物
原料であるＰｂＯ、Ｌａ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、
ＣａＣＯ3 、ＳｒＣＯ3 、ＢａＣＯ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｔ
ａ2 Ｏ5 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＴｅＯ2 、ＣｅＯ
2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 ＳｉＯ2 、Ｆｅ3 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 を
第１〜３表の量比に秤量した後、ボールミルを用いて２
４時間湿式混合を行った。
本発明をより具体的に説明するが、本発明は、その要旨
を越えない限り、以下の実施例により限定されるもので
はない。 （実施例１〜３３、参考例及び比較例１〜２３）添加原
料は、全ての原料が純度９９．９％以上の高純度酸化物
原料であるＰｂＯ、Ｌａ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、
ＣａＣＯ3 、ＳｒＣＯ3 、ＢａＣＯ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｔ
ａ2 Ｏ5 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＴｅＯ2 、ＣｅＯ
2 、Ａｌ 2 Ｏ 3 ＳｉＯ2 、Ｆｅ3 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 を
第１〜３表の量比に秤量した後、ボールミルを用いて２
４時間湿式混合を行った。
【００１８】次に、混合物を乾燥、成形処理後、９００
℃で２時間仮焼し、その後、乳鉢で粉砕した後、ボール
ミルで再度２４時間湿式粉砕した。得られた粉体をラバ
ープレス法により静水圧成形した後、鉛蒸気雰囲気中で
１２００℃で焼成した。このようにして実施例１〜３
３、比較例１〜２３及び参考例１の、５７種類のセラミ
ック組成物の焼結体を製造した。
℃で２時間仮焼し、その後、乳鉢で粉砕した後、ボール
ミルで再度２４時間湿式粉砕した。得られた粉体をラバ
ープレス法により静水圧成形した後、鉛蒸気雰囲気中で
１２００℃で焼成した。このようにして実施例１〜３
３、比較例１〜２３及び参考例１の、５７種類のセラミ
ック組成物の焼結体を製造した。
【００１９】次いで、得られた焼結体の焼結密度を測定
すると共に、この焼結体を円盤状及び棒状に加工した
後、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷し、５５０℃
で電極焼きつけを行った。分極処理は、温度８０〜１１
０℃のシリコンオイル中で電界強度２〜３ｋｖ／ｍｍ
で、５〜２０分間処理を行い、共振−反共振法により常
温の横モードの圧電歪定数（ｄ31）を測定し、また、周
波数１ｋＨｚで誘電率（ε 33Ｔ／ε0 ）を測定した。さ
らに、誘電率の温度特性を測定し、その極大値より、キ
ューリ温度（Ｔｃ）を求めた。
すると共に、この焼結体を円盤状及び棒状に加工した
後、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷し、５５０℃
で電極焼きつけを行った。分極処理は、温度８０〜１１
０℃のシリコンオイル中で電界強度２〜３ｋｖ／ｍｍ
で、５〜２０分間処理を行い、共振−反共振法により常
温の横モードの圧電歪定数（ｄ31）を測定し、また、周
波数１ｋＨｚで誘電率（ε 33Ｔ／ε0 ）を測定した。さ
らに、誘電率の温度特性を測定し、その極大値より、キ
ューリ温度（Ｔｃ）を求めた。
【００２０】実施例１〜２４、参考例及び比較例１〜１
９のセラミック組成物（４４種類）について、これらの
焼結密度（ｇ／ｃｍ3 ）、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）、
横モードの圧電歪定数（ｄ31）、キューリ温度（Ｔｃ）
を測定した結果を第１表及び第２表に示した。
９のセラミック組成物（４４種類）について、これらの
焼結密度（ｇ／ｃｍ3 ）、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）、
横モードの圧電歪定数（ｄ31）、キューリ温度（Ｔｃ）
を測定した結果を第１表及び第２表に示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】第１表からわかるように、実施例１〜２４
の本発明のセラミック組成物は、いずれも前記の ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞１５０
℃ であるか、又は、 ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞２５０
℃ であるかのいづれかの条件を満たし、高い圧電歪定数及
び高いキューリ温度を併せ持ち、かつ、比誘電率（ε33
Ｔ／ε0 ）が５０００未満と低く、前述した問題点を克
服するものであって、アクチュエータ用材料として好適
なものであった。特に、実施例３〜５、７及び１２のセ
ラミック組成物は、横モードの圧電歪定数（ｄ31）が３
５０×１０-12 ｍ／Ｖを越え、かつ、キューリ温度（Ｔ
ｃ）が２００℃以上であり、しかも比誘電率（ε33Ｔ／
ε0 ）が５０００未満と低く、圧電アクチュエータ用材
料として非常に優れていた。
の本発明のセラミック組成物は、いずれも前記の ｄ31＞３００×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞１５０
℃ であるか、又は、 ｄ31＞２５０×１０-12 ｍ／ｖ、かつ、Ｔｃ＞２５０
℃ であるかのいづれかの条件を満たし、高い圧電歪定数及
び高いキューリ温度を併せ持ち、かつ、比誘電率（ε33
Ｔ／ε0 ）が５０００未満と低く、前述した問題点を克
服するものであって、アクチュエータ用材料として好適
なものであった。特に、実施例３〜５、７及び１２のセ
ラミック組成物は、横モードの圧電歪定数（ｄ31）が３
５０×１０-12 ｍ／Ｖを越え、かつ、キューリ温度（Ｔ
ｃ）が２００℃以上であり、しかも比誘電率（ε33Ｔ／
ε0 ）が５０００未満と低く、圧電アクチュエータ用材
料として非常に優れていた。
【００２７】これに対し、第２表に示したように、Ｌａ
の量が７モル％（ｘ値が０．０７）を越える比較例１３
〜１６のセラミック組成物は、キューリ温度（Ｔｃ）が
１５０℃を下回り、圧電アクチエータ材料として適する
ものではなかった。また、アルカリ土類金属（Ａ）の酸
化物が１５モル％（ｍ＝０．１５）を越える比較例１７
〜１９のセラミック組成物も、同じくキューリ温度（Ｔ
ｃ）が１５０℃を下回り、圧電アクチエータ材料として
適するものではなかった。
の量が７モル％（ｘ値が０．０７）を越える比較例１３
〜１６のセラミック組成物は、キューリ温度（Ｔｃ）が
１５０℃を下回り、圧電アクチエータ材料として適する
ものではなかった。また、アルカリ土類金属（Ａ）の酸
化物が１５モル％（ｍ＝０．１５）を越える比較例１７
〜１９のセラミック組成物も、同じくキューリ温度（Ｔ
ｃ）が１５０℃を下回り、圧電アクチエータ材料として
適するものではなかった。
【００２８】さらに、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 又はＴａ
2 Ｏ5 の量が３重量％を越える比較例８〜１２のセラミ
ック組成物は、ペロブスカイト相の他に圧電性のないパ
イロクロア相を生じ、圧電アクチエータ材料としては好
ましいものではなかった。さらにまた、Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｔ
ｅＯ2 又はＣｅＯ2 の量が０．５重量％を越える比較例
５〜７のセラミック組成物は、参考例として示したＩ
ｎ、Ｔｅ又はＣｅを含まない、従来のセラミック組成物
よりも横モードの圧電歪定数（ｄ31）が小さく、Ｉｎ、
Ｔｅ又はＣｅの添加効果が認められなかった。
2 Ｏ5 の量が３重量％を越える比較例８〜１２のセラミ
ック組成物は、ペロブスカイト相の他に圧電性のないパ
イロクロア相を生じ、圧電アクチエータ材料としては好
ましいものではなかった。さらにまた、Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｔ
ｅＯ2 又はＣｅＯ2 の量が０．５重量％を越える比較例
５〜７のセラミック組成物は、参考例として示したＩ
ｎ、Ｔｅ又はＣｅを含まない、従来のセラミック組成物
よりも横モードの圧電歪定数（ｄ31）が小さく、Ｉｎ、
Ｔｅ又はＣｅの添加効果が認められなかった。
【００２９】また、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3
又はＶ2 Ｏ5 の添加量が０．２重量％を越える比較例１
〜４のセラミック組成物は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ又はＶを
含有していない実施例１〜３のセラミック組成物よりも
横モードの圧電歪定数（ｄ31）が小さく、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｆｅ又はＶの添加効果が認められなかった。なお、例示
していないが、Ｚｒの含有量が４５モル％より少ない
（ｙ値が０．４５より小）か、６５モル％より多い（ｙ
値が０．６５より大）セラミック組成物では、Ｚｒ／Ｔ
ｉの量比がずれるため、横モードの圧電歪定数（ｄ31）
が低下し、圧電アクチエータ材料として適するものでは
なかった。
又はＶ2 Ｏ5 の添加量が０．２重量％を越える比較例１
〜４のセラミック組成物は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ又はＶを
含有していない実施例１〜３のセラミック組成物よりも
横モードの圧電歪定数（ｄ31）が小さく、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｆｅ又はＶの添加効果が認められなかった。なお、例示
していないが、Ｚｒの含有量が４５モル％より少ない
（ｙ値が０．４５より小）か、６５モル％より多い（ｙ
値が０．６５より大）セラミック組成物では、Ｚｒ／Ｔ
ｉの量比がずれるため、横モードの圧電歪定数（ｄ31）
が低下し、圧電アクチエータ材料として適するものでは
なかった。
【００３０】第３表には、実施例２５〜３３及び比較例
２０〜２３のセラミック組成物（１３種類）について、
３点曲げ強度（ｋｇ／ｍｍ2 ）の測定結果を、焼結密度
（ｇ／ｃｍ3 ）、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）、圧電歪定
数（ｄ31）及びキューリ温度（Ｔｃ）と共に示した。得
られた焼結体の３点曲げ強度は、径が１６ｍｍψ、厚み
０．５ｍｍに成形した素子を１０ｍｍのスパンで常温測
定し、２０ケの素子の測定の平均を取ったものである。
２０〜２３のセラミック組成物（１３種類）について、
３点曲げ強度（ｋｇ／ｍｍ2 ）の測定結果を、焼結密度
（ｇ／ｃｍ3 ）、比誘電率（ε33Ｔ／ε0 ）、圧電歪定
数（ｄ31）及びキューリ温度（Ｔｃ）と共に示した。得
られた焼結体の３点曲げ強度は、径が１６ｍｍψ、厚み
０．５ｍｍに成形した素子を１０ｍｍのスパンで常温測
定し、２０ケの素子の測定の平均を取ったものである。
【００３１】
【表６】
【００３２】第３表から分かるように、比較例２０〜２
３に示した従来の圧電セラミック組成物の３点曲げ強度
が１０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下であるのに対し、本発明の実
施例２５〜３３の圧電セラミック組成物は、いずれも曲
げ強度が１０ｋｇｆ／ｍｍ2より大きく、機械的強度が
大きく改善されると共に、高い圧電歪定数、及び、高い
キューリ温度を併せもっており、優れた圧電特性と機械
的強度を有するアクチエータなどの圧電材料として極め
て有用な材料である。特に、機械的強度の改善に加え、
他の特性も圧電材料として満足できるものであった。
３に示した従来の圧電セラミック組成物の３点曲げ強度
が１０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下であるのに対し、本発明の実
施例２５〜３３の圧電セラミック組成物は、いずれも曲
げ強度が１０ｋｇｆ／ｍｍ2より大きく、機械的強度が
大きく改善されると共に、高い圧電歪定数、及び、高い
キューリ温度を併せもっており、優れた圧電特性と機械
的強度を有するアクチエータなどの圧電材料として極め
て有用な材料である。特に、機械的強度の改善に加え、
他の特性も圧電材料として満足できるものであった。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、高い機械的強度、高い圧電歪定数、低い誘電率及
び高いキューリ温度を併せ持った圧電セラミック組成物
を提供することができ、その結果、前記圧電セラミック
組成物は、種々の圧電材料に適用することが可能とな
り、特に、機械的強度に優れ、さらに、圧電歪定数が大
きく、かつ、キューリ温度が高いところから、圧電アク
チュエータ等の用途に極めて有用であり、その産業上の
利用価値は大きい。
より、高い機械的強度、高い圧電歪定数、低い誘電率及
び高いキューリ温度を併せ持った圧電セラミック組成物
を提供することができ、その結果、前記圧電セラミック
組成物は、種々の圧電材料に適用することが可能とな
り、特に、機械的強度に優れ、さらに、圧電歪定数が大
きく、かつ、キューリ温度が高いところから、圧電アク
チュエータ等の用途に極めて有用であり、その産業上の
利用価値は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市原 高史 神奈川県小田原市成田1060番地 化成オプ トニクス株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 一般式 Ｐｂ1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy
Ｔｉ1-y ）1-(x/4)Ｏ3 （但し、ＡはＳｒ、Ｂａ及びＣａの中の少なくとも１種
の元素であり、ｘ、ｙ及びｍはそれぞれ０．０００５≦
ｘ≦０．０７、０．４５≦ｙ≦０．６５及び０．０００
５≦ｍ≦０．１５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が０．００５〜
３重量％の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それ
ぞれＩｎ2Ｏ3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその
総量が０．００５〜０．５重量％の量であるＩｎ、Ｔｅ
及びＣｅの中の少なくとも１種の元素を含有させてなる
圧電セラミック組成物。 - 【請求項２】 一般式 Ｐｂ1-x-m Ｌａx Ａm （Ｚｒy
Ｔｉ1-y ）1-(x/4)Ｏ3 （但し、ＡはＳｒ、Ｂａ及びＣａの中の少なくとも１種
の元素であり、ｘ、ｙ及びｍはそれぞれ０．０００５≦
ｘ≦０．０７、０．４５≦ｙ≦０．６５及び０．０００
５≦ｍ≦０．１５なる条件を満たす数である）で表さ
れ、Ｓｂ、Ｎｂ及びＴａの中の少なくとも１種の元素
を、それぞれの元素の酸化物であるＳｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2
Ｏ5 及びＴａ2 Ｏ5 に換算してその総量が０．００５〜
３重量％の範囲で含有する酸化物固溶体組成物に、それ
ぞれＩｎ2 Ｏ 3 、ＴｅＯ2 及びＣｅＯ2 に換算してその
総量が０．００５〜０．５重量％の量であるＩｎ、Ｔｅ
及びＣｅの中の少なくとも１種の元素と、それぞれＡｌ
2 Ｏ3、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 に換算して
その総量が０．００５〜０．２重量％の量であるＡｌ、
Ｓｉ、Ｆｅ及びＶの中の少なくとも１種の元素とを含有
させてなる圧電セラミック組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7020485A JPH08217541A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 圧電セラミック組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7020485A JPH08217541A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 圧電セラミック組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08217541A true JPH08217541A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=12028447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7020485A Pending JPH08217541A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 圧電セラミック組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08217541A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002220281A (ja) * | 2001-01-23 | 2002-08-09 | Kyocera Corp | 圧電磁器組成物及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド |
| JP2005101274A (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Kyocera Corp | 圧電セラミックスおよびこれを用いた積層型圧電素子並びに噴射装置 |
| JP2005219992A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電磁器組成物および圧電素子 |
| JP2011082534A (ja) * | 2010-11-09 | 2011-04-21 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| CN111908913A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-10 | 汤柯 | 一种耐高腐蚀的复合压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN120736895A (zh) * | 2025-07-23 | 2025-10-03 | 安徽盈锐优材科技有限公司 | 一种b位掺杂的高熵钛酸锶陶瓷粉体及其制备方法 |
-
1995
- 1995-02-08 JP JP7020485A patent/JPH08217541A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002220281A (ja) * | 2001-01-23 | 2002-08-09 | Kyocera Corp | 圧電磁器組成物及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド |
| JP2005101274A (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Kyocera Corp | 圧電セラミックスおよびこれを用いた積層型圧電素子並びに噴射装置 |
| JP2005219992A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電磁器組成物および圧電素子 |
| JP2011082534A (ja) * | 2010-11-09 | 2011-04-21 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置 |
| CN111908913A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-10 | 汤柯 | 一种耐高腐蚀的复合压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN111908913B (zh) * | 2020-08-12 | 2021-04-23 | 苏州鱼得水电气科技有限公司 | 一种耐高腐蚀的复合压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN120736895A (zh) * | 2025-07-23 | 2025-10-03 | 安徽盈锐优材科技有限公司 | 一种b位掺杂的高熵钛酸锶陶瓷粉体及其制备方法 |
| CN120736895B (zh) * | 2025-07-23 | 2025-12-05 | 安徽盈锐优材科技有限公司 | 一种b位掺杂的高熵钛酸锶陶瓷粉体及其制备方法 |
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