JPH0873267A - 圧電材料 - Google Patents
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】圧電特性の低下が少なく、圧電特性の温度安定
性を向上させる。 【構成】Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ系酸化物よりなり、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１種、並び
にＶ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種を含
むことを特徴とする。好ましくは下記一般式： （Ｐｂ1-3X/2-Y/2Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ２Y ）Ｏ
3 （但し、Ａ１：Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうち
の少なくとも１種 Ａ２：Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種 ０．０１≦Ｘ≦０．０６、０．０１≦Ｙ≦０．０６、
０．４０≦Ｚ≦０．７０）により表される組成を有す
る。
性を向上させる。 【構成】Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ系酸化物よりなり、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１種、並び
にＶ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種を含
むことを特徴とする。好ましくは下記一般式： （Ｐｂ1-3X/2-Y/2Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ２Y ）Ｏ
3 （但し、Ａ１：Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうち
の少なくとも１種 Ａ２：Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種 ０．０１≦Ｘ≦０．０６、０．０１≦Ｙ≦０．０６、
０．４０≦Ｚ≦０．７０）により表される組成を有す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータ等
の圧電素子に利用することができる圧電材料に関する。
の圧電素子に利用することができる圧電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子に用いられる圧電材料として、
ＰＺＴ系酸化物よりなるセラミックス（ＰｂＴｉＯ3 −
ＰｂＺｒＯ3 系固溶体）が知られている。このＰＺＴ系
セラミックスは優れた圧電特性を示し、電気機械変換素
子として、圧電着火素子、圧電ブザー、フィルタ、圧電
アクチュエータなどとして広く用いられている。
ＰＺＴ系酸化物よりなるセラミックス（ＰｂＴｉＯ3 −
ＰｂＺｒＯ3 系固溶体）が知られている。このＰＺＴ系
セラミックスは優れた圧電特性を示し、電気機械変換素
子として、圧電着火素子、圧電ブザー、フィルタ、圧電
アクチュエータなどとして広く用いられている。
【０００３】このＰＺＴ系セラミックスを例えば圧電ア
クチュエータとして利用する場合、圧電特性が良好なこ
と、すなわち圧電定数（ｄ31等）が大きいことが望まし
い。この圧電定数は圧電セラミックスを構成する金属元
素の種類とその組成割合により大きく変動することがわ
かってきている。そして、ＰＺＴ系酸化物よりなる圧電
材料における圧電特性の改善には、Ｌａ、Ｎｂ、Ｓｂ等
の添加が有効であることが以前より知られている。
クチュエータとして利用する場合、圧電特性が良好なこ
と、すなわち圧電定数（ｄ31等）が大きいことが望まし
い。この圧電定数は圧電セラミックスを構成する金属元
素の種類とその組成割合により大きく変動することがわ
かってきている。そして、ＰＺＴ系酸化物よりなる圧電
材料における圧電特性の改善には、Ｌａ、Ｎｂ、Ｓｂ等
の添加が有効であることが以前より知られている。
【０００４】例えば、特開平５−８４５号公報にはＰｂ
の一部をＬａで置換するとともにＮｂを含むＰＺＴ系酸
化物よりなる圧電材料が、特開平５−８４６号公報には
Ｐｂの一部をＬａで置換するとともにＳｂを含むＰＺＴ
系酸化物よりなる圧電材料がそれぞれ開示されている。
そして、このような組成とすれば、得られる圧電素子の
圧電定数及び誘電率が向上することを教示している。
の一部をＬａで置換するとともにＮｂを含むＰＺＴ系酸
化物よりなる圧電材料が、特開平５−８４６号公報には
Ｐｂの一部をＬａで置換するとともにＳｂを含むＰＺＴ
系酸化物よりなる圧電材料がそれぞれ開示されている。
そして、このような組成とすれば、得られる圧電素子の
圧電定数及び誘電率が向上することを教示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電素子を
自動車用の圧電アクチュエータに適用する場合、圧電素
子は−３０〜１５０℃程度の広い温度範囲で安定に変位
する必要がある。圧電特性の温度変化が大きいと、一定
変位量を得るために必要な駆動電圧が温度により大きく
変化し、駆動側の制御が困難となるからである。したが
って、圧電特性の温度安定性は、圧電素子を広温度域で
使用される自動車用アクチュエータに適用する場合に重
要となる。
自動車用の圧電アクチュエータに適用する場合、圧電素
子は−３０〜１５０℃程度の広い温度範囲で安定に変位
する必要がある。圧電特性の温度変化が大きいと、一定
変位量を得るために必要な駆動電圧が温度により大きく
変化し、駆動側の制御が困難となるからである。したが
って、圧電特性の温度安定性は、圧電素子を広温度域で
使用される自動車用アクチュエータに適用する場合に重
要となる。
【０００６】しかし、上記従来のＬａとＮｂあるいはＳ
ｂとを添加した圧電素子では、圧電特性は向上するもの
の、圧電特性の温度安定性が悪くなるため、自動車用ア
クチュエータに適用することが困難であった。本発明は
上記実情に鑑みてなされたものであり、圧電特性の低下
が少なく、圧電特性の温度安定性が大幅に改善された圧
電材料を提供することを解決すべき技術課題とするもの
である。
ｂとを添加した圧電素子では、圧電特性は向上するもの
の、圧電特性の温度安定性が悪くなるため、自動車用ア
クチュエータに適用することが困難であった。本発明は
上記実情に鑑みてなされたものであり、圧電特性の低下
が少なく、圧電特性の温度安定性が大幅に改善された圧
電材料を提供することを解決すべき技術課題とするもの
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の圧電材料は、Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ系酸化物よりなり、
Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１
種、並びにＶ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも
１種を含むことを特徴とするものである。本発明の圧電
材料は、好ましい態様において、下記一般式（ａ）： （ＰｂU Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ２Y ）Ｏ3 …（ａ） （但し、Ａ１：Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうち
の少なくとも１種 Ａ２：Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種
明の圧電材料は、Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ系酸化物よりなり、
Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１
種、並びにＶ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも
１種を含むことを特徴とするものである。本発明の圧電
材料は、好ましい態様において、下記一般式（ａ）： （ＰｂU Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ２Y ）Ｏ3 …（ａ） （但し、Ａ１：Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうち
の少なくとも１種 Ａ２：Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種
【０００８】
【数１】
【０００９】０．０１≦Ｘ≦０．０６、０．０１≦Ｙ≦
０．０６、０．４０≦Ｚ≦０．７０）により表される組
成を有する。ここで、Ｘの値が０．０１よりも小さい
と、圧電特性の温度安定性を向上させる効果が小さくな
る。一方、Ｘの値が０．０６より大きいと、ペロブスカ
イト相以外の第２相（ジルコニアあるいはパイロクロア
相）の析出量が多くなり、圧電特性が大きく低下する。
したがって、上記一般式（ａ）において、０．０１≦Ｘ
≦０．０６であることが好ましく、０．０２≦Ｘ≦０．
０３であることがより好ましい。
０．０６、０．４０≦Ｚ≦０．７０）により表される組
成を有する。ここで、Ｘの値が０．０１よりも小さい
と、圧電特性の温度安定性を向上させる効果が小さくな
る。一方、Ｘの値が０．０６より大きいと、ペロブスカ
イト相以外の第２相（ジルコニアあるいはパイロクロア
相）の析出量が多くなり、圧電特性が大きく低下する。
したがって、上記一般式（ａ）において、０．０１≦Ｘ
≦０．０６であることが好ましく、０．０２≦Ｘ≦０．
０３であることがより好ましい。
【００１０】また、Ｙの値が０．０１よりも小さいと、
圧電特性を向上させる効果が小さくなる。一方、Ｙの値
が０．０６より大きいと、電気的にソフトになりすぎ
て、圧電特性の温度安定性が大きく低下する。したがっ
て、上記一般式（ａ）において、０．０１≦Ｙ≦０．０
６であることが好ましく、０．０２≦Ｙ≦０．０３であ
ることがより好ましい。
圧電特性を向上させる効果が小さくなる。一方、Ｙの値
が０．０６より大きいと、電気的にソフトになりすぎ
て、圧電特性の温度安定性が大きく低下する。したがっ
て、上記一般式（ａ）において、０．０１≦Ｙ≦０．０
６であることが好ましく、０．０２≦Ｙ≦０．０３であ
ることがより好ましい。
【００１１】さらに、Ｚの値が０．４０より小さい、あ
るいは０．７０より大きいと、圧電特性が大幅に低下す
る。したがって、上記一般式（ａ）において、０．４０
≦Ｚ≦０．７０であることが好ましく、０．５０≦Ｚ≦
０．５５であることがより好ましい。なお、上記一般式
（ａ）においては、Ａ１元素は全てＡサイトに置換する
と仮定して組成式を示しているが、現実的にはＡ１元素
はＡサイトとＢサイトの両方のサイトに置換する。この
ため、若干Ｂサイトイオンが過剰となり、置換量によっ
ては第２相が析出する場合があるが、上記範囲内の置換
量では特性への影響は小さいと考えられる。
るいは０．７０より大きいと、圧電特性が大幅に低下す
る。したがって、上記一般式（ａ）において、０．４０
≦Ｚ≦０．７０であることが好ましく、０．５０≦Ｚ≦
０．５５であることがより好ましい。なお、上記一般式
（ａ）においては、Ａ１元素は全てＡサイトに置換する
と仮定して組成式を示しているが、現実的にはＡ１元素
はＡサイトとＢサイトの両方のサイトに置換する。この
ため、若干Ｂサイトイオンが過剰となり、置換量によっ
ては第２相が析出する場合があるが、上記範囲内の置換
量では特性への影響は小さいと考えられる。
【００１２】
【作用】一般に、ペロブスカイト構造のＰＺＴに金属元
素を置換すると、主に置換する金属元素のイオン半径に
よって、Ａサイト（Ｐｂのサイト）に置換したり、ある
いはＢサイト（Ｚｒ、Ｔｉのサイト）に置換したりす
る。すなわち、イオンの電子配置等の影響もあるので一
概にはいえないがおおよそ置換する金属元素のイオン半
径が比較的大きい場合はＡサイトに置換し、イオン半径
が比較的小さい場合はＢサイトに置換する。
素を置換すると、主に置換する金属元素のイオン半径に
よって、Ａサイト（Ｐｂのサイト）に置換したり、ある
いはＢサイト（Ｚｒ、Ｔｉのサイト）に置換したりす
る。すなわち、イオンの電子配置等の影響もあるので一
概にはいえないがおおよそ置換する金属元素のイオン半
径が比較的大きい場合はＡサイトに置換し、イオン半径
が比較的小さい場合はＢサイトに置換する。
【００１３】例えば、従来のＬａはイオン半径が０．１
０３ｎｍ程度と大きく、Ａサイトに置換する。ここで、
Ａサイトには本来２価の金属元素が入るべきであり、こ
のＡサイトに置換された３価のＬａはドナーとして作用
することになる。ドナーはＰｂ欠陥を生成し、分域壁を
動きやすくするために、圧電特性を向上させる。しか
し、Ｌａのイオン半径はＡサイトに入っているＰｂと比
較すると小さいので、結晶構造が不安定となり、圧電特
性は向上するものの圧電特性の温度安定性が低下すると
推定される。
０３ｎｍ程度と大きく、Ａサイトに置換する。ここで、
Ａサイトには本来２価の金属元素が入るべきであり、こ
のＡサイトに置換された３価のＬａはドナーとして作用
することになる。ドナーはＰｂ欠陥を生成し、分域壁を
動きやすくするために、圧電特性を向上させる。しか
し、Ｌａのイオン半径はＡサイトに入っているＰｂと比
較すると小さいので、結晶構造が不安定となり、圧電特
性は向上するものの圧電特性の温度安定性が低下すると
推定される。
【００１４】逆に、Ｙ（イットリウム）、ＴｂやＹｂ等
のイオン半径が比較的小さな金属元素は主にＢサイトに
置換する。ここでＢサイトには本体４価の金属元素が入
るべきであり、このＢサイトに置換された３価のＹ（イ
ットリウム）、ＴｂやＹｂ等はアクセプタとして作用す
ることになる。アクセプタは酸素欠陥を生成し、分域壁
の動きをピン止めするため、圧電特性が低下する。ま
た、Ｙ（イットリウム）、ＴｂやＹｂ等のイオン半径
は、Ｂサイトに入っているＺｒ及びＴｉと比較するとか
なり大きいので、結晶構造が不安定となり、圧電特性及
びその温度安定性が低下すると推定される。
のイオン半径が比較的小さな金属元素は主にＢサイトに
置換する。ここでＢサイトには本体４価の金属元素が入
るべきであり、このＢサイトに置換された３価のＹ（イ
ットリウム）、ＴｂやＹｂ等はアクセプタとして作用す
ることになる。アクセプタは酸素欠陥を生成し、分域壁
の動きをピン止めするため、圧電特性が低下する。ま
た、Ｙ（イットリウム）、ＴｂやＹｂ等のイオン半径
は、Ｂサイトに入っているＺｒ及びＴｉと比較するとか
なり大きいので、結晶構造が不安定となり、圧電特性及
びその温度安定性が低下すると推定される。
【００１５】これに対し、本発明の圧電材料は、Ｌａの
イオン半径とＹ（イットリウム）、ＴｂやＹｂ等のイオ
ン半径との間の中間的なイオン半径を有するＮｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１種を含ん
でいる。このため、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄの
うちの少なくとも１種の金属元素は、Ａサイト及びＢサ
イトの両方のサイトに置換しうる。したがって、結晶の
安定性に応じて安定化する方向のサイトへ置換するた
め、Ａサイト及びＢサイトのうちの片方のサイトにしか
置換しない場合と比較すると、比較的安定な結晶構造と
なると考えられる。よって、圧電特性の温度安定性が向
上する。また、圧電特性はドナー置換とアクセプタ置換
との中間的な値となる。
イオン半径とＹ（イットリウム）、ＴｂやＹｂ等のイオ
ン半径との間の中間的なイオン半径を有するＮｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１種を含ん
でいる。このため、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄの
うちの少なくとも１種の金属元素は、Ａサイト及びＢサ
イトの両方のサイトに置換しうる。したがって、結晶の
安定性に応じて安定化する方向のサイトへ置換するた
め、Ａサイト及びＢサイトのうちの片方のサイトにしか
置換しない場合と比較すると、比較的安定な結晶構造と
なると考えられる。よって、圧電特性の温度安定性が向
上する。また、圧電特性はドナー置換とアクセプタ置換
との中間的な値となる。
【００１６】また、本発明の圧電材料は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ及びＳｂのうちの少なくとも１種を含んでおり、これ
らの金属元素は圧電特性の向上に寄与する。したがっ
て、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくと
も１種、並びにＶ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なく
とも１種を含むＰＺＴ系酸化物よりなる本発明の圧電材
料は、圧電特性の低下が少なく、圧電特性の温度安定性
が向上する。
ａ及びＳｂのうちの少なくとも１種を含んでおり、これ
らの金属元素は圧電特性の向上に寄与する。したがっ
て、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくと
も１種、並びにＶ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なく
とも１種を含むＰＺＴ系酸化物よりなる本発明の圧電材
料は、圧電特性の低下が少なく、圧電特性の温度安定性
が向上する。
【００１７】
【実施例】以下、試験例により本発明を具体的に説明す
る。 （試験例１） 組成式：（Ｐｂ1-3X/2-Y/2Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ
２Y ）Ｏ3 において、Ｘ＝０．０３、Ｙ＝０．０３、Ｚ
＝０．５３となるように、原料粉末のＰｂＯ、Ｔｉ
Ｏ2 、ＺｒＯ2 、Ａ１2 Ｏ3 （Ａｌ：Ｌａ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙ，Ｙ
ｂ）、Ａ２2 Ｏ5 （Ａ２：Ｓｂ）を所定量ずつ秤量し、
十分に乾式混合した。
る。 （試験例１） 組成式：（Ｐｂ1-3X/2-Y/2Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ
２Y ）Ｏ3 において、Ｘ＝０．０３、Ｙ＝０．０３、Ｚ
＝０．５３となるように、原料粉末のＰｂＯ、Ｔｉ
Ｏ2 、ＺｒＯ2 、Ａ１2 Ｏ3 （Ａｌ：Ｌａ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙ，Ｙ
ｂ）、Ａ２2 Ｏ5 （Ａ２：Ｓｂ）を所定量ずつ秤量し、
十分に乾式混合した。
【００１８】得られたそれぞれの混合粉末を７００〜９
００℃で１〜１０時間の仮焼を行い、ボールミル（Ｚｒ
Ｏ2 ボール、溶媒エタノール）で８〜７２時間湿式粉砕
した。この粉末を乾燥、解砕して、１１種類の試料粉末
を得た。各々の試料粉末を一軸加圧で予備成形した後、
２９４ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形して直径：１５ｍｍ、
厚さ：１．５ｍｍの円板形状のペレットとした。このペ
レットを１０００〜１３００℃で２〜３時間焼成した。
焼成は同一組成のパッド材に完全に埋め込んだ状態で行
った。焼成ペレットの両面を研磨した後、イオンコータ
でＡｕ電極を施した後、５０〜１５０℃の絶縁油中で分
極処理（１〜５ｋＶ／ｍｍの電界を５〜６０分印加）
し、１１種類の測定用試料とした。
００℃で１〜１０時間の仮焼を行い、ボールミル（Ｚｒ
Ｏ2 ボール、溶媒エタノール）で８〜７２時間湿式粉砕
した。この粉末を乾燥、解砕して、１１種類の試料粉末
を得た。各々の試料粉末を一軸加圧で予備成形した後、
２９４ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形して直径：１５ｍｍ、
厚さ：１．５ｍｍの円板形状のペレットとした。このペ
レットを１０００〜１３００℃で２〜３時間焼成した。
焼成は同一組成のパッド材に完全に埋め込んだ状態で行
った。焼成ペレットの両面を研磨した後、イオンコータ
でＡｕ電極を施した後、５０〜１５０℃の絶縁油中で分
極処理（１〜５ｋＶ／ｍｍの電界を５〜６０分印加）
し、１１種類の測定用試料とした。
【００１９】得られたそれぞれの測定用試料について、
ベクトルインピーダンスアナライザ（ＨＰ ４１９４
Ａ）と、恒温恒湿槽（タバイエスペック ＰＬ−１Ｆ）
とを組み合わせたシステムを用い、−３０〜１５０℃に
おける試料の径方向の共振・反共振周波数及び静電容量
（１ｋＨｚ）を１℃ピッチで測定した。測定値から各温
度における各種定数を計算し、特性の温度変化を評価し
た。この結果を図１に示す。なお、図１において、横軸
はイオン半径（ｎｍ）であり、左側の縦軸は圧電定数
（ｄ31）であり、右側の縦軸は誘電率（ε）の温度変化
率である。また誘電率の温度変化率は、−３０〜１５０
℃の範囲での誘電率（ε）の最大値と最小値とから次式
により計算した。さらに、図１において、圧電定数（ｄ
31）の計算値の結果を点線で示し、温度変化率の計算値
の結果を実線で示す。
ベクトルインピーダンスアナライザ（ＨＰ ４１９４
Ａ）と、恒温恒湿槽（タバイエスペック ＰＬ−１Ｆ）
とを組み合わせたシステムを用い、−３０〜１５０℃に
おける試料の径方向の共振・反共振周波数及び静電容量
（１ｋＨｚ）を１℃ピッチで測定した。測定値から各温
度における各種定数を計算し、特性の温度変化を評価し
た。この結果を図１に示す。なお、図１において、横軸
はイオン半径（ｎｍ）であり、左側の縦軸は圧電定数
（ｄ31）であり、右側の縦軸は誘電率（ε）の温度変化
率である。また誘電率の温度変化率は、−３０〜１５０
℃の範囲での誘電率（ε）の最大値と最小値とから次式
により計算した。さらに、図１において、圧電定数（ｄ
31）の計算値の結果を点線で示し、温度変化率の計算値
の結果を実線で示す。
【００２０】温度変化率（％）＝｛（εの最大値−εの
最小値）／εの最小値｝×１００ なお、この試験で用いた試料のキュリー温度（Ｔｃ）は
全般的に２００℃以上と高く、１５０℃程度までの温度
範囲では電気機械結合係数（Ｋｐ）や弾性コンプライア
ンスはほとんど変化しないため、誘電率（ε）の温度変
化の大きさが圧電特性の温度安定性の目安となる。
最小値）／εの最小値｝×１００ なお、この試験で用いた試料のキュリー温度（Ｔｃ）は
全般的に２００℃以上と高く、１５０℃程度までの温度
範囲では電気機械結合係数（Ｋｐ）や弾性コンプライア
ンスはほとんど変化しないため、誘電率（ε）の温度変
化の大きさが圧電特性の温度安定性の目安となる。
【００２１】図１より、イオン半径の最も大きいＬａ置
換では、圧電定数は大きいが温度変化率も大きい。ま
た、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ及びＹ置換では、圧電定数
の低下が著しく、かつ温度変化率も大きい。一方、Ｎ
ｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄ置換では、圧電定数はＬ
ａ置換よりも少し小さくなるが、温度変化率が最大でも
１５０％以下と小さくなり、温度安定性に優れることが
わかる。
換では、圧電定数は大きいが温度変化率も大きい。ま
た、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ及びＹ置換では、圧電定数
の低下が著しく、かつ温度変化率も大きい。一方、Ｎ
ｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄ置換では、圧電定数はＬ
ａ置換よりも少し小さくなるが、温度変化率が最大でも
１５０％以下と小さくなり、温度安定性に優れることが
わかる。
【００２２】（試験例２） 組成式：（Ｐｂ1-3X/2-Y/2Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ
２Y ）Ｏ3 において、表１に示すように、Ｘ及びＹが
０．００〜０．０７の範囲となり、Ｚ＝０．５３となる
ように、原料粉末のＰｂＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ａ１
2 Ｏ3 （Ａｌ：Ｎｄ）、Ａ２2 Ｏ5 （Ａ２：Ｓｂ、Ｎ
ｂ）を所定量ずつ秤量し、十分に乾式混合した。
２Y ）Ｏ3 において、表１に示すように、Ｘ及びＹが
０．００〜０．０７の範囲となり、Ｚ＝０．５３となる
ように、原料粉末のＰｂＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ａ１
2 Ｏ3 （Ａｌ：Ｎｄ）、Ａ２2 Ｏ5 （Ａ２：Ｓｂ、Ｎ
ｂ）を所定量ずつ秤量し、十分に乾式混合した。
【００２３】得られたそれぞれの混合粉末から上記試験
例１と同様にして測定用試料を得て、上記試験例１と同
様の評価を行った。その結果を表１に示す。
例１と同様にして測定用試料を得て、上記試験例１と同
様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】 表１より、Ｘ及びＹの値が、０．０１≦Ｘ≦０．０６、
０．０１≦Ｙ≦０．０６の範囲内にある試料Ｎｏ．１〜
６では、最低でも１２５以上の圧電定数（ｄ31）を維持
し、かつ誘電率（ε）の温度変化率も最大１２１％と小
さい。これに対し、Ｘ又はＹの値が、０．０１≦Ｘ≦
０．０６、０．０１≦Ｙ≦０．０６の範囲外にある試料
Ｎｏ．７〜１０では、圧電定数（ｄ31）が９０以下と小
さいか、あるいは誘電率（ε）の温度変化率が２００％
以上と大きく、圧電性能と温度安定性を両立できていな
い。
０．０１≦Ｙ≦０．０６の範囲内にある試料Ｎｏ．１〜
６では、最低でも１２５以上の圧電定数（ｄ31）を維持
し、かつ誘電率（ε）の温度変化率も最大１２１％と小
さい。これに対し、Ｘ又はＹの値が、０．０１≦Ｘ≦
０．０６、０．０１≦Ｙ≦０．０６の範囲外にある試料
Ｎｏ．７〜１０では、圧電定数（ｄ31）が９０以下と小
さいか、あるいは誘電率（ε）の温度変化率が２００％
以上と大きく、圧電性能と温度安定性を両立できていな
い。
【００２５】なお、上記試験例では、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの１種のみを添加する例につい
て説明したが、これらの元素の複数を添加してもほぼ同
様の効果を得ることができる。また、上記試験例では、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちＳｂあるいはＮｂを添加
する例について説明したが、ＶあるいはＴａを添加した
り、又はこれらの元素の複数を添加したりしてもほぼ同
様の効果を得ることができる。ただし、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ
及びＳｂのうちでは、Ｓｂが最も圧電特性を向上させる
効果が大きく、Ｓｂを添加することが好ましい。
ｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの１種のみを添加する例につい
て説明したが、これらの元素の複数を添加してもほぼ同
様の効果を得ることができる。また、上記試験例では、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちＳｂあるいはＮｂを添加
する例について説明したが、ＶあるいはＴａを添加した
り、又はこれらの元素の複数を添加したりしてもほぼ同
様の効果を得ることができる。ただし、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ
及びＳｂのうちでは、Ｓｂが最も圧電特性を向上させる
効果が大きく、Ｓｂを添加することが好ましい。
【００２６】
【発明の効果】以上詳述したように、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１種、並びにＶ、
Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種を含むＰＺ
Ｔ系酸化物よりなる本発明の圧電材料は、圧電特性の低
下が少なく、圧電特性の温度安定性が向上するので、広
温度域で使用される自動車用アクチュエータ等に用いら
れる圧電素子として、好適に利用することが可能とな
る。
ｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１種、並びにＶ、
Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種を含むＰＺ
Ｔ系酸化物よりなる本発明の圧電材料は、圧電特性の低
下が少なく、圧電特性の温度安定性が向上するので、広
温度域で使用される自動車用アクチュエータ等に用いら
れる圧電素子として、好適に利用することが可能とな
る。
【図１】 イオン半径と、圧電定数（ｄ31）及び誘電率
（ε）の温度変化率との関係を示すグラフである。
（ε）の温度変化率との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ系酸化物よりなり、Ｎ
ｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうちの少なくとも１
種、並びにＶ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも
１種を含むことを特徴とする圧電材料。 - 【請求項２】下記一般式： （Ｐｂ1-3X/2-Y/2Ａ１X ）（ＺｒZ Ｔｉ1-Z Ａ２Y ）Ｏ3 （但し、Ａ１：Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＧｄのうち
の少なくとも１種 Ａ２：Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＳｂのうちの少なくとも１種 ０．０１≦Ｘ≦０．０６、０．０１≦Ｙ≦０．０６、 ０．４０≦Ｚ≦０．７０）により表される組成を有する
請求項１記載の圧電材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6214864A JPH0873267A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 圧電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6214864A JPH0873267A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 圧電材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0873267A true JPH0873267A (ja) | 1996-03-19 |
Family
ID=16662828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6214864A Pending JPH0873267A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 圧電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0873267A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6277254B1 (en) | 1999-12-16 | 2001-08-21 | Honeywell International Inc. | Ceramic compositions, physical vapor deposition targets and methods of forming ceramic compositions |
| JP2010199339A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びアクチュエーター装置 |
-
1994
- 1994-09-08 JP JP6214864A patent/JPH0873267A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6277254B1 (en) | 1999-12-16 | 2001-08-21 | Honeywell International Inc. | Ceramic compositions, physical vapor deposition targets and methods of forming ceramic compositions |
| US6358433B1 (en) | 1999-12-16 | 2002-03-19 | Honeywell International, Inc. | Ceramic compositions |
| US6440243B1 (en) | 1999-12-16 | 2002-08-27 | Honeywell International Inc. | Methods of forming ceramic compositions |
| JP2010199339A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びアクチュエーター装置 |
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