圧電材料

ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)系材料

PIセラミックでは、改質ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)およびチタン酸バリウムをベースにした圧電セラミック素材を幅広く取り揃えています。ピエゾセラミックの「ソフト」および「ハード」という表記は双極子または分域の可動性、つまり分極および消極の挙動を表しています。アクチュエータ用途では、抗電界の弱い強誘電性のソフトピエゾセラミックが使用されます。強誘電性のハードPZT素材は、主に高電力の音響用途で使用されます。また、PIセラミックでは無鉛ピエゾセラミックも提供しており、現在では特に超音波トランスデューサーや結晶アクチュエータの素材として使用されています。

アクチュエータとトランスデューサーは、技術的な実現性を個別に確認する必要はあるものの、用途ごとの性質に合わせて特殊な素材で製造できます。

材料特性は、欧州規格EN 50324に従い分類されています。

ソフト圧電材料

ピエゾアクチュエータおよびセンサーに最適

強誘電性のソフトピエゾセラミック素材は、比較的弱い電界強度でも非常に容易に分極させることができます。これは、これらの素材が、分域の可動性が非常に大きいという特徴を持っているためです。ソフトPZT材料のメリットとしては、圧電電荷係数が大きく、誘電率は中程度であり、結合係数が高いことが挙げられます。

 

用途

ソフトピエゾセラミックの主な応用分野には、マイクロポジショニングおよびナノポジショニング用のアクチュエータ、センサー(従来の振動検出器など)、超音波送信機および受信機(流量や液位の測定用など)、物体識別または監視などがあり、また音響変換器やマイク、楽器のピックアップとして電気音響用途にも使用されています。

材料特性と分類



PIC151PICA Stack/Thruおよびピエゾチューブシリーズのアクチュエータの標準材料
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性                                                                                                                                                                                                                                                                 高い誘電率、大きな結合係数、高い圧電電荷係数、比較的高いキュリー温度      
適した用途                                                                                                                                                アクチュエータ、低電力超音波トランスデューサー、低周波音響変換器
EN 50324-1準拠の分類600
MIL規格DOD-STD-1376AII

PIC255PICA Power、DuraAct、PICA Shear、ピエゾチューブシリーズの標準材料
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性                                                                                                                                                                                                                                                                 非常に高いキュリー温度、中程度の誘電率、高い結合係数、高い電荷係数、低い機械的品質係数、低い温度係数、比較的高い抗電界(>1 kV/mm)       
適した用途                                                                                                                                                動的動作条件および高環境温度下でのアクチュエータ用途、低電力超音波トランスデューサー、非共振広帯域システム、力ピックセンサーおよび音響ピックアップセンサー
EN 50324-1準拠の分類200
MIL規格DOD-STD-1376AII

PIC252PICMA Stack/Chip、PICMA Bender、DuraAct Powerシリーズの標準材料
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性                                                                                                                                                                                                                                                                非常に高いキュリー温度、中程度の誘電率、高い結合係数、高い変形/電荷係数、低い機械的品質係数、低い温度係数、比較的高い抗電界(> 1 kV/mm)、多層テープ加工に適した低い焼結温度         
適した用途                                                                                                                                                動的動作条件および高環境温度下でのアクチュエータ用途、低電力超音波トランスデューサー、非共振広帯域システム、力ピックアップセンサーおよび音響ピックアップセンサー
EN 50324-1準拠の分類200
MIL規格DOD-STD-1376AII
PIC155
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性                                                                                                                                                         非常に高いキュリー温度、中程度の誘電率、低い機械的品質係数、低い温度係数、高感度(g係数)                                                                                         
適した用途プリアンプ内蔵のマイクや振動ピックアップ、低周波数での振動測定などの高いg係数(圧電電圧係数)が求められる用途
EN 50324-1準拠の分類200
MIL規格DOD-STD-1376AII

PIC153PICA Stack/Thruシリーズの特殊アクチュエータおよび接着ベンディングアクチュエータの材料
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性                                                                           非常に高い誘電率および結合係数、高い電荷係数、185 °C程度のキュリー温度       
適した用途水中聴音器、医療診断器のトランスデューサー、PZT並進器
EN 50324-1準拠の分類600
MIL規格DOD-STD-1376AVI

PIC152                                     
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性温度係数が極めて低い誘電率
EN 50324-1準拠の分類200
MIL規格DOD-STD-1376AII

ハード圧電材料

超音波トランスデューサーに適した高パフォーマンス材料

強誘電性のハードPZT材料には、大きな電気的応力および力学的応力をかけることができます。こうした状況下でも、これらの材料の特性はほとんど変化しません。 

これらの材料のメリットは、誘電率が中程度であり、圧電結合係数が大きく、機械的品質が高く、大きな力学的負荷および動作電界をかけても優れた安定性を示すことです。誘電損率が低いため、コンポーネントの内部発熱を抑えたまま共振モードで継続的に使用できます。

 

用途

ハードピエゾ材料の特性は、非常に高電力の音響用途に有用です。応用分野の例としては、超音波洗浄(通常はkHz台の周波数)、材料加工(超音波溶接、超音波接合、超音波ドリルなど)、超音波処理機(液状媒質の分散など)、医療用センサー(超音波歯石除去、手術器械など)、ソナー技術などがあります。

材料特性と分類

 

PIC181                                     
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性                                                                                       非常に高い機械的品質係数、誘電率および弾性率の優れた温度安定性と時間安定性          
適した用途高電力音響用途、共振モードの超音波用途
EN 50324-1準拠の分類100
MIL規格DOD-STD-1376AI

PIC184                                     
材料改良チタン酸ジルコン酸鉛
特性                                                                                       大きな電気力学結合係数、少し高い品質係数、優れた力学的・電気的安定性             
適合用途高出力超音波応用、水中音響、ソナー技術
EN 50324-1での分類100
MIL規格 DOD-STD-1376AI

PIC144                                     
材料改良チタン酸ジルコン酸鉛
特性                                                                                    大きな電気力学的結合係数、高い品質係数、優れた力学的・電気的安定性、高い耐圧縮性
適合用途                                                                                                       高出力超音波応用、水中音響、ソナー技術
EN 50324-1での分類100
MIL規格 DOD-STD-1376AI

PIC241                                     
材料改良チタン酸ジルコン酸鉛
特性                                                                                        高い機械的品質係数、PIC181より高い誘電率                                                                                                        
適合用途高出力音響応用、ピエゾモータードライブ                                                                            
EN 50324-1での分類100
MIL規格 DOD-STD-1376AI

PIC300                                     
材料改質ジルコン酸チタン酸鉛
特性                                                                                       非常に高いキュリー温度                                                                                                                                                               
適合用途250 °Cまで(一時的には300 °Cまで)まで対応                                                           
EN 50324-1での分類100
MIL規格 DOD-STD-1376AI

無鉛圧電材料

無鉛ピエゾ材料の産業利用への第一歩

研究室で製造したPIC700素材により、PIセラミックは史上初となる無鉛圧電材料を市場に提供します。PIC700のベースはチタン酸ビスマスナトリウム(BNT)であり、チタン酸バリウム材料と非常に近い性質を有しています。PIC700は、MHz台の超音波トランスデューサーや、ソナーおよび水中聴音器用途に適しています。

PIC700
材料改質チタン酸ビスマスナトリウム
特性                                                                                                                                                               最大動作温度200 °C、従来のPZT材料に比べ密度が低く、厚さ方向の振動の結合係数が高く、誘電率および圧電結合係数が小さい
適した用途>1 MHz超の超音波トランスデューサー

材料データ

Material Data

ドキュメントの言語

各係数の温度依存性

静電容量Cの温度曲線

縦方向振動の共振周波数fsの温度曲線

横振動の結合係数k31の温度曲線

圧電電荷係数d31の温度曲線

固有の特性

PZTセラミックPIC255を例にした熱特性

熱ひずみは、分極方向とこの方向に垂直な向きでは異なる挙動を示します。

分極していないピエゾセラミック素子は等方的です。伸長係数はほぼ線形的であり、温度係数は約2 × 10-6/ Kとなります。

分極したPZT体の分域の優先配向により、熱膨張の挙動が異なる原因である異方性が生じます。

用途では、連続した温度変化の影響を考慮に入れる必要があります。曲線上の大きな変化は、特に最初の温度サイクルで生じる可能性があります。

材料によっては、実際の曲線が右記の曲線から大きくずれることがあります。

材料PIセラミックA社B社C社D社E社F社G社
ソフトPZTPIC151Sonox P515600PZT5JシリーズNCE56K500
ソフトPZTPIC152Sonox P502NCE53PZ23
ソフトPZTPIC153855Sonox P535700PZT5H1, PZT5H2NCE55PZ29K550
ソフトPZTPIC155
ソフトPZTPIC254Sonox P504
ソフトPZTPIC255850Sonox P55500PZT5AシリーズNCE51, NCE51fPZ27, P188K350
のハードPZTPIC144840Sonox P45400PZT400NCE40, NCE41PZ26, P762K270
のハードPZTPIC181880Sonox P8、P885800PZT800シリーズNCE80, NCE81PZ28, P189K278
のハードPZTPIC184840Sonox P45400PZT400シリーズNCE40PZ26, P762K270
のハードPZTPIC300Sonox P6



 

 

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Catalog: Piezoelectric Actuators

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CAT128 R2
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Catalog: PI Piezoelectric Ceramic Products

Fundamentals, Characteristics and Applications
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CAT125
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CAT125
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