JPH0624842A - 圧電電歪セラミック材料 - Google Patents
圧電電歪セラミック材料Info
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- JPH0624842A JPH0624842A JP4200641A JP20064192A JPH0624842A JP H0624842 A JPH0624842 A JP H0624842A JP 4200641 A JP4200641 A JP 4200641A JP 20064192 A JP20064192 A JP 20064192A JP H0624842 A JPH0624842 A JP H0624842A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 室温のみならず１３０℃程度の高温でも大き
な歪を与えることができる圧電電歪セラミック材料を提
供する。 【構成】 Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物に、周期表のVI
II族元素、又はNd、La、Ybを除くIIIa族元素を不純物と
してドープしてなる圧電電歪セラミック材料とする。
な歪を与えることができる圧電電歪セラミック材料を提
供する。 【構成】 Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物に、周期表のVI
II族元素、又はNd、La、Ybを除くIIIa族元素を不純物と
してドープしてなる圧電電歪セラミック材料とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精密工作機器における
位置決め、流量制御バルブ、自動車のブレーキ装置等に
使用するアクチュエータに好適な圧電電歪セラミック材
料に関し、特に、室温でのみならず１００℃を超す高温
でも十分に大きな歪量を与える圧電電歪セラミック材料
に関する。
位置決め、流量制御バルブ、自動車のブレーキ装置等に
使用するアクチュエータに好適な圧電電歪セラミック材
料に関し、特に、室温でのみならず１００℃を超す高温
でも十分に大きな歪量を与える圧電電歪セラミック材料
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電界を
加えると機械的な歪みを生じる性質を有する物質は、一
般に圧電材料または圧電電歪材料と呼ばれ、電気機械変
換素子として、バイモルフ、圧電着火素子、超音波振動
子、圧電ブザー、セラミックフィルター等に広く利用さ
れている。
加えると機械的な歪みを生じる性質を有する物質は、一
般に圧電材料または圧電電歪材料と呼ばれ、電気機械変
換素子として、バイモルフ、圧電着火素子、超音波振動
子、圧電ブザー、セラミックフィルター等に広く利用さ
れている。
【０００３】一般に圧電材料に電界をかけるとその結晶
構造が変化し、その結晶変態点において極大の歪量（電
気機械結合定数）を示す。結晶変態点は各圧電材料によ
り異なるので、目的の作動温度に応じ、適当な圧電材料
を選択して用いている。
構造が変化し、その結晶変態点において極大の歪量（電
気機械結合定数）を示す。結晶変態点は各圧電材料によ
り異なるので、目的の作動温度に応じ、適当な圧電材料
を選択して用いている。
【０００４】このような圧電材料としては、BaTiＯ3 、
Pb(Zr,Ti)O3 （一般にＰＺＴと呼ばれる）、LiNbＯ3 、
LiTaＯ3 等が知られている。また上記材料に他の酸化物
等を添加して、圧電材料の各種特性を向上させたものも
用いられている。たとえば、上記のＰＺＴ材において、
Zrの一部をNb及びSnで置換したいわゆるＰＮＺＳＴ材
（Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系セラミック材であって、たとえ
ば、Pb0.99Nb0.02〔 (Zr0.6 Sn0.4 ) 0.94Ti0.06〕0.98
Ｏ3 等）が知られている。このようなＰＮＺＳＴ材は、
破壊を起こすことなく大きな歪みを生じるので、アクチ
ュエータ材としてたいへん有望である。しかしながら、
ＰＮＺＳＴ材は大きな電界ヒステリシスを有するために
アクチュエータ材としては実用化されていない。
Pb(Zr,Ti)O3 （一般にＰＺＴと呼ばれる）、LiNbＯ3 、
LiTaＯ3 等が知られている。また上記材料に他の酸化物
等を添加して、圧電材料の各種特性を向上させたものも
用いられている。たとえば、上記のＰＺＴ材において、
Zrの一部をNb及びSnで置換したいわゆるＰＮＺＳＴ材
（Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系セラミック材であって、たとえ
ば、Pb0.99Nb0.02〔 (Zr0.6 Sn0.4 ) 0.94Ti0.06〕0.98
Ｏ3 等）が知られている。このようなＰＮＺＳＴ材は、
破壊を起こすことなく大きな歪みを生じるので、アクチ
ュエータ材としてたいへん有望である。しかしながら、
ＰＮＺＳＴ材は大きな電界ヒステリシスを有するために
アクチュエータ材としては実用化されていない。
【０００５】ＰＮＺＳＴ系の圧電電歪セラミック材料に
おいて、大きな歪量を有するとともにヒステリシスを小
さくしたものとして、特開平３−１７４７８４号には、
一般式：Pb1-0.5a-cBac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y T
iy ｝1-a Ｏ3 （ただし、0.01≦ａ≦0.03、0.2 ≦ｂ≦0.6 、0.01≦
ｃ、かつ0.04≦(2/3) ｘ＋ｙ≦0.075 ）により表わされ
る組成を有するものが開示されている。
おいて、大きな歪量を有するとともにヒステリシスを小
さくしたものとして、特開平３−１７４７８４号には、
一般式：Pb1-0.5a-cBac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y T
iy ｝1-a Ｏ3 （ただし、0.01≦ａ≦0.03、0.2 ≦ｂ≦0.6 、0.01≦
ｃ、かつ0.04≦(2/3) ｘ＋ｙ≦0.075 ）により表わされ
る組成を有するものが開示されている。
【０００６】上記の圧電電歪材料は大きな歪量を与える
とともに、ヒステリシス／歪が小さく、アクチュエータ
材としての使用が見込まれる。しかしながら、本発明者
の研究によれば、上記の圧電電歪材料は室温においては
大きな歪量を与えることができるが、１００℃を超す高
温になると歪量が小さくなり、そのためこのような高温
ではアクチュエータ材として使用することが難しい。１
００℃を超す環境で大きな歪量を与えることができれ
ば、圧電電歪材料の利用範囲が大幅に広がる。
とともに、ヒステリシス／歪が小さく、アクチュエータ
材としての使用が見込まれる。しかしながら、本発明者
の研究によれば、上記の圧電電歪材料は室温においては
大きな歪量を与えることができるが、１００℃を超す高
温になると歪量が小さくなり、そのためこのような高温
ではアクチュエータ材として使用することが難しい。１
００℃を超す環境で大きな歪量を与えることができれ
ば、圧電電歪材料の利用範囲が大幅に広がる。
【０００７】したがって、本発明の目的は、室温のみな
らず１３０℃程度の高温でも大きな歪を与えることがで
きる圧電電歪セラミック材料を提供することである。
らず１３０℃程度の高温でも大きな歪を与えることがで
きる圧電電歪セラミック材料を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべくＰ
ＮＺＳＴ系の圧電電歪材料について鋭意研究の結果、本
発明者は、ＰＮＺＳＴ材に特定の元素を不純物としてド
ープするか、または、ＰＮＺＳＴ材におけるペロブスカ
イト型結晶構造中のＡサイト又はＢサイトに存在する元
素の一部を特定の元素により置換してやれば、１３０℃
程度でも大きな歪量を保持することができることを発見
し、本発明に想到した。
ＮＺＳＴ系の圧電電歪材料について鋭意研究の結果、本
発明者は、ＰＮＺＳＴ材に特定の元素を不純物としてド
ープするか、または、ＰＮＺＳＴ材におけるペロブスカ
イト型結晶構造中のＡサイト又はＢサイトに存在する元
素の一部を特定の元素により置換してやれば、１３０℃
程度でも大きな歪量を保持することができることを発見
し、本発明に想到した。
【０００９】すなわち、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物か
らなる本発明の第１の圧電電歪セラミック材料は、周期
表のVIII族元素、又はNd、La、Ybを除くIIIa族元素を不
純物としてドープしてなることを特徴とする。
らなる本発明の第１の圧電電歪セラミック材料は、周期
表のVIII族元素、又はNd、La、Ybを除くIIIa族元素を不
純物としてドープしてなることを特徴とする。
【００１０】また、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物からな
る本発明の第２の圧電電歪セラミック材料は、そのペロ
ブスカイト型結晶構造中のＡサイトの元素の一部を、N
d、La、Ybを除くIIIa族元素により置換してなることを
特徴とする。
る本発明の第２の圧電電歪セラミック材料は、そのペロ
ブスカイト型結晶構造中のＡサイトの元素の一部を、N
d、La、Ybを除くIIIa族元素により置換してなることを
特徴とする。
【００１１】さらに、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物から
なる本発明の第３の圧電電歪セラミック材料は、そのペ
ロブスカイト型結晶構造中のＢサイトの元素の一部をVI
II族元素により置換してなることを特徴とする。
なる本発明の第３の圧電電歪セラミック材料は、そのペ
ロブスカイト型結晶構造中のＢサイトの元素の一部をVI
II族元素により置換してなることを特徴とする。
【００１２】本発明を以下詳細に説明する。本発明の圧
電電歪セラミック材料は、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系の酸化
物に対して特定の元素を不純物としてドープしてなる
か、または、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系の酸化物（これはペ
ロブスカイト型結晶構造を有する）のＡサイト又はＢサ
イトの元素の一部を特定の元素により置換してなる。そ
こで、まず、本発明の圧電電歪セラミック材料のベース
として使用することができるPb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化
物について説明する。
電電歪セラミック材料は、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系の酸化
物に対して特定の元素を不純物としてドープしてなる
か、または、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系の酸化物（これはペ
ロブスカイト型結晶構造を有する）のＡサイト又はＢサ
イトの元素の一部を特定の元素により置換してなる。そ
こで、まず、本発明の圧電電歪セラミック材料のベース
として使用することができるPb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化
物について説明する。
【００１３】Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物としては、一
般式： Pb1-0.5a-cBac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a Ｏ3 ・・・(1) （ただし、ａ≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6 、ｃ≦0.12、かつ
ｙ≦0.1 ）で表わされるものを用いるのが好ましい。
般式： Pb1-0.5a-cBac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a Ｏ3 ・・・(1) （ただし、ａ≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6 、ｃ≦0.12、かつ
ｙ≦0.1 ）で表わされるものを用いるのが好ましい。
【００１４】Nbの含有量ａは0.03以下とするのがよい。
Nbが0.03を超す量であると、電界を除去しても強誘電相
から反強誘電相への相転移が起こらず、不良となる。よ
り好ましいNb含有量ａは0.015 〜0.025 である。
Nbが0.03を超す量であると、電界を除去しても強誘電相
から反強誘電相への相転移が起こらず、不良となる。よ
り好ましいNb含有量ａは0.015 〜0.025 である。
【００１５】次にSnの含有量ｂは0.15〜0.6 の範囲とす
るのがよい。これに伴ってZrの含有量（１−ｂ）は0.4
〜0.85の範囲となる。Snの含有量ｂが0.15未満（Zrが0.
85を超す量）であれば、電界を除去しても強誘電相から
反強誘電相への相転移が起こらず不良となる。またSnの
含有量ｂが 0.6を超す量（Zrが 0.4未満）であると、高
電界を印加しなければ（反強誘電相から強誘電相への）
相転移を起こさないので好ましくない。より好ましいSn
の含有量ｂは0.25〜0.45であり、これに伴って好ましい
Zr含有量（１−ｂ）は0.55〜0.75となる。
るのがよい。これに伴ってZrの含有量（１−ｂ）は0.4
〜0.85の範囲となる。Snの含有量ｂが0.15未満（Zrが0.
85を超す量）であれば、電界を除去しても強誘電相から
反強誘電相への相転移が起こらず不良となる。またSnの
含有量ｂが 0.6を超す量（Zrが 0.4未満）であると、高
電界を印加しなければ（反強誘電相から強誘電相への）
相転移を起こさないので好ましくない。より好ましいSn
の含有量ｂは0.25〜0.45であり、これに伴って好ましい
Zr含有量（１−ｂ）は0.55〜0.75となる。
【００１６】Pbの一部をBaによって置換すると、歪量が
大きくなるとともにヒステリシスが小さくなる（ヒステ
リシス／歪みの値が小さくなる）。これは以下の３つの
理由によるものと考えられる。すなわち、 (a) Baによる一部のPbの置換により結晶の格子定数が拡
大し、それに応じて歪量も増大する。特にａ軸の格子定
数が4.120 オングストローム以上になると、歪量は３×
10-3以上となる。 (b) Baの導入により非強誘電組成のBaZrＯ3 が部分的に
形成される。このときBaは圧電電歪材料内にランダムに
入るので、BaZrＯ3 は圧電電歪材料中に局所的に不均一
に形成される。 (c) 非強誘電組成のBaZrＯ3 の生成により、反強誘電相
と強誘電相間の相転移が局所的に妨げられる。
大きくなるとともにヒステリシスが小さくなる（ヒステ
リシス／歪みの値が小さくなる）。これは以下の３つの
理由によるものと考えられる。すなわち、 (a) Baによる一部のPbの置換により結晶の格子定数が拡
大し、それに応じて歪量も増大する。特にａ軸の格子定
数が4.120 オングストローム以上になると、歪量は３×
10-3以上となる。 (b) Baの導入により非強誘電組成のBaZrＯ3 が部分的に
形成される。このときBaは圧電電歪材料内にランダムに
入るので、BaZrＯ3 は圧電電歪材料中に局所的に不均一
に形成される。 (c) 非強誘電組成のBaZrＯ3 の生成により、反強誘電相
と強誘電相間の相転移が局所的に妨げられる。
【００１７】このようにBaZrＯ3 の形成部位がランダム
に配置されるので、相転移を起こす電界の強さは一定と
はならない。すなわち形成されたBaZrＯ3 の割合によっ
て相転移を起こす電界の強さが異なり、BaZrＯ3 の少な
い部分では弱い電界でも相転移を起こすが、BaZrＯ3 の
多い部分では、比較的大きな電界を印加しないと相転移
が起きない。したがって圧電電歪セラミック材料全体と
してみると相転移はいわば散漫化され、ある範囲の電界
の強さの中で相転移が連続して起こる。その結果、圧電
電歪セラミック材料の歪量は電界の強さに対してなだら
かに変化する傾向を示し、従来のＰＮＺＳＴ材における
ヒステリシスより小さくなる（ヒステリシス曲線がスリ
ム化する）。
に配置されるので、相転移を起こす電界の強さは一定と
はならない。すなわち形成されたBaZrＯ3 の割合によっ
て相転移を起こす電界の強さが異なり、BaZrＯ3 の少な
い部分では弱い電界でも相転移を起こすが、BaZrＯ3 の
多い部分では、比較的大きな電界を印加しないと相転移
が起きない。したがって圧電電歪セラミック材料全体と
してみると相転移はいわば散漫化され、ある範囲の電界
の強さの中で相転移が連続して起こる。その結果、圧電
電歪セラミック材料の歪量は電界の強さに対してなだら
かに変化する傾向を示し、従来のＰＮＺＳＴ材における
ヒステリシスより小さくなる（ヒステリシス曲線がスリ
ム化する）。
【００１８】上述したように、Pbの一部をBaで置換する
ことにより圧電電歪セラミック材料のヒステリシス／歪
みは小さくなる。しかしながら、Baの添加は反強誘電相
を不安定にする効果があるので、Baを多く添加すると、
電界を除去しても強誘電相から反強誘電相へ相転移しな
くなる。この理由でBaの添加量ｃの上限を0.12とするの
が好ましい。
ことにより圧電電歪セラミック材料のヒステリシス／歪
みは小さくなる。しかしながら、Baの添加は反強誘電相
を不安定にする効果があるので、Baを多く添加すると、
電界を除去しても強誘電相から反強誘電相へ相転移しな
くなる。この理由でBaの添加量ｃの上限を0.12とするの
が好ましい。
【００１９】このPb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物におい
て、Tiの量ｙを減少させると一般にヒステリシスが小さ
くなる傾向があるが、Tiが存在しないと強誘電相が不安
定となり、高電界をかけないと反強誘電相から強誘電相
へ相転移しなくなる場合が生じる。一方、Tiの量ｙを多
くすると、それに応じて反強誘電相が不安定となり、電
界を除去しても反強誘電相へ戻らなくなるので、Tiの量
ｙの上限値を0.1 とするのが好ましい。なお、上述した
組成式からわかるように、Tiの量ｙの変化に応じて、
(Zr1-b Snb ) の量も変化する。
て、Tiの量ｙを減少させると一般にヒステリシスが小さ
くなる傾向があるが、Tiが存在しないと強誘電相が不安
定となり、高電界をかけないと反強誘電相から強誘電相
へ相転移しなくなる場合が生じる。一方、Tiの量ｙを多
くすると、それに応じて反強誘電相が不安定となり、電
界を除去しても反強誘電相へ戻らなくなるので、Tiの量
ｙの上限値を0.1 とするのが好ましい。なお、上述した
組成式からわかるように、Tiの量ｙの変化に応じて、
(Zr1-b Snb ) の量も変化する。
【００２０】なお、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物として
は、上記式(1) で表される酸化物のみならず、実質的に
Nbを含まない酸化物（上記式(1) においてａ＝０とした
もの）や、実質的にBaを含まない酸化物（上記式(1) に
おいてｃ＝０としたもの）や、実質的にTiを含まない酸
化物（上記(1) 式においてｙ＝０としたもの）を用いる
ことができる。
は、上記式(1) で表される酸化物のみならず、実質的に
Nbを含まない酸化物（上記式(1) においてａ＝０とした
もの）や、実質的にBaを含まない酸化物（上記式(1) に
おいてｃ＝０としたもの）や、実質的にTiを含まない酸
化物（上記(1) 式においてｙ＝０としたもの）を用いる
ことができる。
【００２１】本発明の第１の圧電電歪セラミック材料
は、上述したようなPb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物に、周
期表のVIII族元素又はNd、La、Ybを除くIIIa族元素を不
純物としてドープしてなる。好ましい圧電電歪セラミッ
ク材料としては、上記した式(1) の酸化物をベースとし
て、一般式： Pb1-0.5a-cBac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a Ｍx Ｏ3 ・・・(2) （ただし、Ｍは周期表のVIII族元素、又はNd、La、Ybを
除くIIIa族元素であり、ａ≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6 、ｃ
≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、かつｙ≦0.1 ）により表わす
ことができる。なお、Ｍが２価（２＋）の場合（CoＯ、
NiＯ等）には、理論的には上記式(2) の酸素（の組成
比）はＯ3+x で表され、またＭが３価（３＋）の場合
（Fe2 Ｏ3 等）にはＯ3+(3/2)xで表されるが、Fe等の金
属元素はいろんな価数を取ることができ、セラミックス
の焼成雰囲気、酸素分圧、その他の条件によって（セラ
ミックス中に）酸素イオン欠陥が生じるので、ドープし
た場合の圧電電歪セラミック材料を式(2) で表すことが
できる。
は、上述したようなPb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物に、周
期表のVIII族元素又はNd、La、Ybを除くIIIa族元素を不
純物としてドープしてなる。好ましい圧電電歪セラミッ
ク材料としては、上記した式(1) の酸化物をベースとし
て、一般式： Pb1-0.5a-cBac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a Ｍx Ｏ3 ・・・(2) （ただし、Ｍは周期表のVIII族元素、又はNd、La、Ybを
除くIIIa族元素であり、ａ≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6 、ｃ
≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、かつｙ≦0.1 ）により表わす
ことができる。なお、Ｍが２価（２＋）の場合（CoＯ、
NiＯ等）には、理論的には上記式(2) の酸素（の組成
比）はＯ3+x で表され、またＭが３価（３＋）の場合
（Fe2 Ｏ3 等）にはＯ3+(3/2)xで表されるが、Fe等の金
属元素はいろんな価数を取ることができ、セラミックス
の焼成雰囲気、酸素分圧、その他の条件によって（セラ
ミックス中に）酸素イオン欠陥が生じるので、ドープし
た場合の圧電電歪セラミック材料を式(2) で表すことが
できる。
【００２２】ドープする元素Ｍとしては、周期表のVIII
族元素（Fe、Co、Ni等）や、Nd、La、Ybを除くIIIa族元
素（Ｙ、及びNd以外のLa系列元素、例えばプラセオジ
ム、サマリウム等）が挙げられる。VIII族元素の中で
は、特にFeを用いるのが好ましい。Feをドープした場合
には、１３０℃程度の高温でも十分に大きな歪量を得る
ことができる。また、IIIa族元素としては、特にＹを用
いるのが好ましい。
族元素（Fe、Co、Ni等）や、Nd、La、Ybを除くIIIa族元
素（Ｙ、及びNd以外のLa系列元素、例えばプラセオジ
ム、サマリウム等）が挙げられる。VIII族元素の中で
は、特にFeを用いるのが好ましい。Feをドープした場合
には、１３０℃程度の高温でも十分に大きな歪量を得る
ことができる。また、IIIa族元素としては、特にＹを用
いるのが好ましい。
【００２３】Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物にドープする
元素Ｍの量ｘは、0.01〜0.1 とするのがよい。ドープす
る元素Ｍの量ｘが0.01未満であると元素Ｍをドープした
効果が顕著とならず、１００℃を超す高温での歪量が小
さくなる。一方、ドープ量ｘが0.1 を超すと、絶縁性が
不良となる。
元素Ｍの量ｘは、0.01〜0.1 とするのがよい。ドープす
る元素Ｍの量ｘが0.01未満であると元素Ｍをドープした
効果が顕著とならず、１００℃を超す高温での歪量が小
さくなる。一方、ドープ量ｘが0.1 を超すと、絶縁性が
不良となる。
【００２４】このように、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物
に上述したような元素をドープすると、ドープした元素
を含む酸化物が圧電電歪セラミック材料の結晶構造中に
ランダムに偏析する。この偏析の生成により、１３０℃
程度まで温度が上昇しても圧電電歪セラミック材料は大
きな歪量を与えることができるようになると思われる。
に上述したような元素をドープすると、ドープした元素
を含む酸化物が圧電電歪セラミック材料の結晶構造中に
ランダムに偏析する。この偏析の生成により、１３０℃
程度まで温度が上昇しても圧電電歪セラミック材料は大
きな歪量を与えることができるようになると思われる。
【００２５】上述した本発明の第１の圧電電歪セラミッ
ク材料の作製は、以下のようにして行うことができる。
たとえば、上記した式(1) の組成のPb−Nb−Zr−Sn−Ti
系酸化物をベースとし、これにFeをドープする場合、ま
ず、式(1) の組成に合うように各種酸化物を混合し、こ
れを所定の温度で仮焼成する。次に、仮焼成して得られ
たものに、ドープする金属、又はその酸化物を式(2) に
おける組成比に合うように加え、均一に混合し、再び
（加圧）焼成して目的の圧電電歪セラミック材料を得
る。
ク材料の作製は、以下のようにして行うことができる。
たとえば、上記した式(1) の組成のPb−Nb−Zr−Sn−Ti
系酸化物をベースとし、これにFeをドープする場合、ま
ず、式(1) の組成に合うように各種酸化物を混合し、こ
れを所定の温度で仮焼成する。次に、仮焼成して得られ
たものに、ドープする金属、又はその酸化物を式(2) に
おける組成比に合うように加え、均一に混合し、再び
（加圧）焼成して目的の圧電電歪セラミック材料を得
る。
【００２６】次に本発明の第２の圧電電歪セラミック材
料について説明する。Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物はペ
ロブスカイト型結晶構造をとるが、このペロブスカイト
型結晶は一般にＡＢＯ3 の組成式で表すことができる。
ここで、Ａ及びＢは結晶中の金属元素を表し、Ｏは酸素
原子を表す。すなわち、ペロブスカイト型結晶構造にお
いてはＡサイトとＢサイトの二つのサイトに金属元素が
入る。たとえば、圧電電歪セラミック材料用の酸化物と
して、上記した式(1) のものを例にとると、Pb及びBaが
ペロブスカイト型結晶構造のＡサイトを占め、Ｂサイト
にはNb、Zr、Sn、及びTiが入る。
料について説明する。Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物はペ
ロブスカイト型結晶構造をとるが、このペロブスカイト
型結晶は一般にＡＢＯ3 の組成式で表すことができる。
ここで、Ａ及びＢは結晶中の金属元素を表し、Ｏは酸素
原子を表す。すなわち、ペロブスカイト型結晶構造にお
いてはＡサイトとＢサイトの二つのサイトに金属元素が
入る。たとえば、圧電電歪セラミック材料用の酸化物と
して、上記した式(1) のものを例にとると、Pb及びBaが
ペロブスカイト型結晶構造のＡサイトを占め、Ｂサイト
にはNb、Zr、Sn、及びTiが入る。
【００２７】本発明の第２の圧電電歪セラミック材料
は、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物のペロブスカイト型結
晶構造中のＡサイトの元素の一部を、Nd、La、Ybを除く
IIIa族元素により置換してなる。したがって、上記した
式(1) により表される酸化物をベースとする場合には、
Ａサイトを占めるPb及び／又はBaの一部を、Nd、La、Yb
を除くIIIa族元素により置換したものとなる。
は、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物のペロブスカイト型結
晶構造中のＡサイトの元素の一部を、Nd、La、Ybを除く
IIIa族元素により置換してなる。したがって、上記した
式(1) により表される酸化物をベースとする場合には、
Ａサイトを占めるPb及び／又はBaの一部を、Nd、La、Yb
を除くIIIa族元素により置換したものとなる。
【００２８】第２の圧電電歪セラミック材料の好ましい
例としては、一般式： Pb1-0.5a-1.5x-c Ｍx Bac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a Ｏ3 ・・(3) （ただし、ＭはNd、La、Ybを除くIIIa族元素であり、ａ
≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6、ｃ≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、
かつｙ≦0.1 である）により表わされるものが挙げられ
る。上記式(3) で表される圧電電歪セラミック材料は上
記式(1) の酸化物をベースにしている。すなわち、式
(1) に示す酸化物のＡサイトに存在するPbの一部をＭに
より置換してなる。したがって、先に示した第１の圧電
電歪セラミック材料と異なる点は、その製造において、
添加する元素Ｍ（実際には元素Ｍの酸化物）の量ｘに応
じて、式(1) で表される組成（ベースとなる酸化物の組
成）からPbの量（実際にはPbの酸化物の量）を減じてい
る。
例としては、一般式： Pb1-0.5a-1.5x-c Ｍx Bac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a Ｏ3 ・・(3) （ただし、ＭはNd、La、Ybを除くIIIa族元素であり、ａ
≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6、ｃ≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、
かつｙ≦0.1 である）により表わされるものが挙げられ
る。上記式(3) で表される圧電電歪セラミック材料は上
記式(1) の酸化物をベースにしている。すなわち、式
(1) に示す酸化物のＡサイトに存在するPbの一部をＭに
より置換してなる。したがって、先に示した第１の圧電
電歪セラミック材料と異なる点は、その製造において、
添加する元素Ｍ（実際には元素Ｍの酸化物）の量ｘに応
じて、式(1) で表される組成（ベースとなる酸化物の組
成）からPbの量（実際にはPbの酸化物の量）を減じてい
る。
【００２９】Ndを除くIIIa族元素Ｍとしては、Ｙ、Nd以
外のランタニド元素が挙げられるが、特にＹ、プラセオ
ジム、サマリウムを用いるのが好ましい。
外のランタニド元素が挙げられるが、特にＹ、プラセオ
ジム、サマリウムを用いるのが好ましい。
【００３０】Ndを除くIIIa族元素ＭによるＡサイトの元
素の置換量ｘは、0.01〜0.1 とするのがよい。置換量ｘ
が0.01を下回ると、室温及び１３０℃程度の高温におけ
る歪量が小さくなる。一方、置換量ｘが0.1 を超すと、
絶縁不良となる。
素の置換量ｘは、0.01〜0.1 とするのがよい。置換量ｘ
が0.01を下回ると、室温及び１３０℃程度の高温におけ
る歪量が小さくなる。一方、置換量ｘが0.1 を超すと、
絶縁不良となる。
【００３１】ペロブスカイト型結晶構造の酸化物中にお
いて、金属元素がＡサイトを占めるかまたはＢサイトを
占めるかは、その金属のイオン半径の大小によって決ま
る。イオン半径が比較的大きい（具体的には、０．９オ
ングストローム程度以上）場合には、その元素はＡサイ
トを占める。一方、イオン半径が０．９オングストロー
ムより小さい場合にはＢサイトを占めるようになる。た
とえばＹについて考えると、Ｙのイオン半径は０．９オ
ングストローム以上となるので（Ｙ3+のイオン半径は約
０．９２オングストローム）、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸
化物にＹを導入すると、ＹはＡサイトを占める。
いて、金属元素がＡサイトを占めるかまたはＢサイトを
占めるかは、その金属のイオン半径の大小によって決ま
る。イオン半径が比較的大きい（具体的には、０．９オ
ングストローム程度以上）場合には、その元素はＡサイ
トを占める。一方、イオン半径が０．９オングストロー
ムより小さい場合にはＢサイトを占めるようになる。た
とえばＹについて考えると、Ｙのイオン半径は０．９オ
ングストローム以上となるので（Ｙ3+のイオン半径は約
０．９２オングストローム）、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸
化物にＹを導入すると、ＹはＡサイトを占める。
【００３２】結晶中のＡサイトの元素の一部をＹが置換
し、結晶構造中にランダムにＹが配置されると、そもそ
も２価の元素が入るべきＡサイトに３価のＹ（Ｙ3+）が
入るために、結晶中にはランダムに陽イオン欠陥が生じ
ることになる。このような欠陥の存在が圧電電歪セラミ
ック材料の特性向上（常温及び高温における歪量の増
大）に寄与するものと考えられる。
し、結晶構造中にランダムにＹが配置されると、そもそ
も２価の元素が入るべきＡサイトに３価のＹ（Ｙ3+）が
入るために、結晶中にはランダムに陽イオン欠陥が生じ
ることになる。このような欠陥の存在が圧電電歪セラミ
ック材料の特性向上（常温及び高温における歪量の増
大）に寄与するものと考えられる。
【００３３】第２の圧電電歪セラミック材料は、たとえ
ば式(3) に示すような組成範囲になるように出発原料と
なる各種酸化物を混合し、加圧焼成することにより行う
ことができる。
ば式(3) に示すような組成範囲になるように出発原料と
なる各種酸化物を混合し、加圧焼成することにより行う
ことができる。
【００３４】最後に本発明の第３の圧電電歪セラミック
材料について説明する。本発明の第３の圧電電歪セラミ
ック材料は、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物のペロブスカ
イト型結晶構造中のＢサイトの元素の一部を、VIII族元
素により置換してなる。ここで、VIII族元素としては、
特に、Fe、Co、Niを用いるのがよい。
材料について説明する。本発明の第３の圧電電歪セラミ
ック材料は、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物のペロブスカ
イト型結晶構造中のＢサイトの元素の一部を、VIII族元
素により置換してなる。ここで、VIII族元素としては、
特に、Fe、Co、Niを用いるのがよい。
【００３５】上記のVIII族元素のうち、Co、Ni等の２価
が安定な元素については、一般式： Pb1-0.5a+x-c Ba c Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a-X Ｍx Ｏ3 ・・(4) （ただし、ＭはCo、Ni等の２価が安定な元素であり、ａ
≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6、ｃ≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、
かつｙ≦0.1 である）で表される組成とするのがよい。
が安定な元素については、一般式： Pb1-0.5a+x-c Ba c Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a-X Ｍx Ｏ3 ・・(4) （ただし、ＭはCo、Ni等の２価が安定な元素であり、ａ
≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6、ｃ≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、
かつｙ≦0.1 である）で表される組成とするのがよい。
【００３６】また、Ｂサイトの元素の一部を置換する元
素として、３価が安定なFe等の元素を用いる場合には、
一般式： Pb1-0.5a+0.5x-c Ba c Nb a ｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a-X Ｍx Ｏ3 ・(5) （ただし、ＭはFe等の３価が安定な元素であり、ａ≦0.
03、0.15≦ｂ≦0.6 、ｃ≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、かつ
ｙ≦0.1 である）で表される組成とするのがよい。
素として、３価が安定なFe等の元素を用いる場合には、
一般式： Pb1-0.5a+0.5x-c Ba c Nb a ｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a-X Ｍx Ｏ3 ・(5) （ただし、ＭはFe等の３価が安定な元素であり、ａ≦0.
03、0.15≦ｂ≦0.6 、ｃ≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、かつ
ｙ≦0.1 である）で表される組成とするのがよい。
【００３７】Co2+、Ni2+のイオン半径はそれぞれ約0.72
オングストローム及び0.69オングストロームであり、ま
た、３価のFeイオン（Fe3+）のイオン半径は約0.64オン
グストロームであるので、これらの元素はペロブスカイ
ト型結晶構造のＢサイトを占める。すなわち、Fe、Co、
NiはPb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物のＢサイトの元素を置
換することになる。このように、そもそも４価の元素が
入るべきＢサイトに、２価のイオン（Co2+、Ni2+等）ま
たは３価のイオン（Fe3+）が入るために、結晶中にはラ
ンダムに酸素イオン欠陥が生じる。このような欠陥の存
在が圧電電歪セラミック材料の特性向上（常温及び高温
における歪量の増大）に寄与するものと考えられる。
オングストローム及び0.69オングストロームであり、ま
た、３価のFeイオン（Fe3+）のイオン半径は約0.64オン
グストロームであるので、これらの元素はペロブスカイ
ト型結晶構造のＢサイトを占める。すなわち、Fe、Co、
NiはPb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物のＢサイトの元素を置
換することになる。このように、そもそも４価の元素が
入るべきＢサイトに、２価のイオン（Co2+、Ni2+等）ま
たは３価のイオン（Fe3+）が入るために、結晶中にはラ
ンダムに酸素イオン欠陥が生じる。このような欠陥の存
在が圧電電歪セラミック材料の特性向上（常温及び高温
における歪量の増大）に寄与するものと考えられる。
【００３８】上述した第３の圧電電歪セラミック材料に
おいては、ベースとなる酸化物のＢサイトの元素（たと
えばZr、Sn、Tiであり、これらは４価のイオンとなる）
を、価数の小さな元素（Fe、Co、Ni）で置換している
が、これは半導体の分野で言うところのアクセプタを結
晶構造中に導入したことになる。本発明者の研究によれ
ば、Ｂサイトの元素をアクセプタにより置換した場合に
は良好な歪量が得られるが、一方、Ｂサイトの元素をド
ナー（置き換えられる４価の元素より大きな価数を有す
る元素であって、たとえばＶ（Ｖ5+）、Ta（Ta5+）、Ｗ
（Ｗ6+）等）によって置換すると、得られる圧電電歪セ
ラミック材料の歪量は小さくなる。
おいては、ベースとなる酸化物のＢサイトの元素（たと
えばZr、Sn、Tiであり、これらは４価のイオンとなる）
を、価数の小さな元素（Fe、Co、Ni）で置換している
が、これは半導体の分野で言うところのアクセプタを結
晶構造中に導入したことになる。本発明者の研究によれ
ば、Ｂサイトの元素をアクセプタにより置換した場合に
は良好な歪量が得られるが、一方、Ｂサイトの元素をド
ナー（置き換えられる４価の元素より大きな価数を有す
る元素であって、たとえばＶ（Ｖ5+）、Ta（Ta5+）、Ｗ
（Ｗ6+）等）によって置換すると、得られる圧電電歪セ
ラミック材料の歪量は小さくなる。
【００３９】VIII族元素ＭによるＢサイトの元素の置換
量ｘは、上記式(4) 及び(5) のいずれにおいても0.01〜
0.1 とするのがよい。置換量ｘが0.01を下回ると、室温
及び１３０℃程度の高温における歪量が小さくなる。一
方、置換量ｘが0.1 を超すと、絶縁不良となる。
量ｘは、上記式(4) 及び(5) のいずれにおいても0.01〜
0.1 とするのがよい。置換量ｘが0.01を下回ると、室温
及び１３０℃程度の高温における歪量が小さくなる。一
方、置換量ｘが0.1 を超すと、絶縁不良となる。
【００４０】本発明の第３の圧電電歪セラミック材料の
製造方法は、上述した第２の圧電電歪セラミック材料の
場合と同様に行うことができる。
製造方法は、上述した第２の圧電電歪セラミック材料の
場合と同様に行うことができる。
【００４１】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明する。実施例１ 出発原料としてPbＯ、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2 を用い、これらの原料粉末を下記組成: Pb0.96Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.98Ｏ3 となるように秤量し、ボールミルで24時間混合した。
明する。実施例１ 出発原料としてPbＯ、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2 を用い、これらの原料粉末を下記組成: Pb0.96Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.98Ｏ3 となるように秤量し、ボールミルで24時間混合した。
【００４２】得られた混合物を850 〜950 ℃で10時間予
備焼成し、仮焼結体を得た。この仮焼結体に、組成式が
下記の式： Pb0.96Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.98Fe0.02Ｏ3 となるようにFe2 Ｏ3 を加えて、再びボールミルで24時
間混合した。
備焼成し、仮焼結体を得た。この仮焼結体に、組成式が
下記の式： Pb0.96Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.98Fe0.02Ｏ3 となるようにFe2 Ｏ3 を加えて、再びボールミルで24時
間混合した。
【００４３】得られた混合物を1000kg／cm2 の圧力で金
型成形し、1300℃で２時間焼結し、厚さ0.3 mmの焼結体
を得た。この焼結体の両面に金からなる電極板を形成し
た。電極間に電圧を印加し、−４０℃から１４０℃での
歪量を測定した。結果を図１に示す。また、図２には、
２３℃、８０℃及び１２０℃における電界−歪曲線を示
す。
型成形し、1300℃で２時間焼結し、厚さ0.3 mmの焼結体
を得た。この焼結体の両面に金からなる電極板を形成し
た。電極間に電圧を印加し、−４０℃から１４０℃での
歪量を測定した。結果を図１に示す。また、図２には、
２３℃、８０℃及び１２０℃における電界−歪曲線を示
す。
【００４４】比較例１ Fe2 Ｏ3 を加えない以外は、実施例１と同様にして圧電
電歪セラミック材料を作成した。
電歪セラミック材料を作成した。
【００４５】得られた圧電電歪セラミック材料につい
て、実施例１と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。結果を図１に示す。
て、実施例１と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。結果を図１に示す。
【００４６】図１からわかるように、実施例１の圧電電
歪セラミック材料は、比較例１の圧電電歪セラミック材
料に比べて、室温〜１４０℃の間でより大きな歪量を与
える。
歪セラミック材料は、比較例１の圧電電歪セラミック材
料に比べて、室温〜１４０℃の間でより大きな歪量を与
える。
【００４７】また、図２からわかるように、Feをドープ
した実施例１の圧電電歪セラミック材料では、８０℃及
び１２０℃における歪量のほうが、室温（２３℃）にお
ける歪量よりも大きく、かつヒステリシスが小さく（ヒ
ステリシス曲線がスリム化）なっている。
した実施例１の圧電電歪セラミック材料では、８０℃及
び１２０℃における歪量のほうが、室温（２３℃）にお
ける歪量よりも大きく、かつヒステリシスが小さく（ヒ
ステリシス曲線がスリム化）なっている。
【００４８】実施例２ 出発原料としてPbO 、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2 、及びＹ2Ｏ3 を用い、これらの原料粉末を
下記組成: Pb0.945 Ba0.03Ｙ0.01Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.96Ti0.04｝0.98Ｏ3 となるように秤量し、ボールミルで24時間混合した。
2 、TiＯ2 、及びＹ2Ｏ3 を用い、これらの原料粉末を
下記組成: Pb0.945 Ba0.03Ｙ0.01Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.96Ti0.04｝0.98Ｏ3 となるように秤量し、ボールミルで24時間混合した。
【００４９】得られた混合物を850 〜950 ℃で10時間予
備焼成し、再びボールミルで24時間混合した。得られた
混合物を1000kg／cm2 の圧力で金型成形し、1300℃で２
時間焼結し、厚さ0.3 mmの焼結体を得た。この焼結体の
両面に金からなる電極板を形成した。
備焼成し、再びボールミルで24時間混合した。得られた
混合物を1000kg／cm2 の圧力で金型成形し、1300℃で２
時間焼結し、厚さ0.3 mmの焼結体を得た。この焼結体の
両面に金からなる電極板を形成した。
【００５０】電極間に電圧を印加し、室温から１００℃
の温度範囲での歪量を測定した。結果を図３に示す。
の温度範囲での歪量を測定した。結果を図３に示す。
【００５１】比較例２、３ Ｙを含まない圧電電歪セラミック材料を、実施例２と同
様にして作成した。なお、圧電電歪セラミック材料の組
成は、下記式： Pb0.96Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.98Ｏ3 （比較例２） となるようにした。
様にして作成した。なお、圧電電歪セラミック材料の組
成は、下記式： Pb0.96Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.98Ｏ3 （比較例２） となるようにした。
【００５２】また、Ｙ2 Ｏ3 の代わりに、Ndの酸化物を
用い、下記式： Pb0.945 Ba0.03Nd0.01Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.96Ti0.04｝0.98Ｏ3 の圧電電歪セラミック材料（比較例３）を作成した。
用い、下記式： Pb0.945 Ba0.03Nd0.01Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.96Ti0.04｝0.98Ｏ3 の圧電電歪セラミック材料（比較例３）を作成した。
【００５３】得られた圧電電歪セラミック材料につい
て、実施例２と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。結果を図３に合わせて示す。
て、実施例２と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。結果を図３に合わせて示す。
【００５４】実施例３、４ 出発原料としてPbＯ、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2 と、CoＯ、又はNiＯを用い、これらの原料粉
末を下記組成: 実施例３： Pb0.97Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Co0.01Ｏ3 実施例４： Pb0.97Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Ni0.01Ｏ3 となるように秤量し、ボールミルで24時間混合した。
2 、TiＯ2 と、CoＯ、又はNiＯを用い、これらの原料粉
末を下記組成: 実施例３： Pb0.97Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Co0.01Ｏ3 実施例４： Pb0.97Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Ni0.01Ｏ3 となるように秤量し、ボールミルで24時間混合した。
【００５５】得られた混合物を850 〜950 ℃で10時間予
備焼成し、再びボールミルで24時間混合した。得られた
混合物を1000kg／cm2 の圧力で金型成形し、1300℃で２
時間焼結し、厚さ0.3 mmの焼結体を得た。この焼結体の
両面に金からなる電極板を形成した。
備焼成し、再びボールミルで24時間混合した。得られた
混合物を1000kg／cm2 の圧力で金型成形し、1300℃で２
時間焼結し、厚さ0.3 mmの焼結体を得た。この焼結体の
両面に金からなる電極板を形成した。
【００５６】電極間に電圧を印加し、室温から１００℃
の温度範囲での歪量を測定した。結果を図４に示す。な
お、図４には、参考のために、上述した比較例２の歪量
の測定結果を合わせて示す。
の温度範囲での歪量を測定した。結果を図４に示す。な
お、図４には、参考のために、上述した比較例２の歪量
の測定結果を合わせて示す。
【００５７】実施例５及び比較例４、５ 出発原料としてPbO 、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2 と、Fe2 Ｏ3 、Cr2 Ｏ3 又はMnの酸化物を用
い、実施例３と同様にして、下記組成: 実施例５： Pb0.965 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Fe0.01Ｏ3 比較例４： Pb0.965 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Cr0.01Ｏ3 比較例５： Pb0.965 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Mn0.01Ｏ3 を有するセラミック材料を作成した。
2 、TiＯ2 と、Fe2 Ｏ3 、Cr2 Ｏ3 又はMnの酸化物を用
い、実施例３と同様にして、下記組成: 実施例５： Pb0.965 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Fe0.01Ｏ3 比較例４： Pb0.965 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Cr0.01Ｏ3 比較例５： Pb0.965 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Mn0.01Ｏ3 を有するセラミック材料を作成した。
【００５８】得られた圧電電歪セラミック材料につい
て、実施例３と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。比較例５については電圧を印加しても歪が生じ
なかった。実施例５及び比較例４の圧電電歪セラミック
材料における試験結果を図５に示す。
て、実施例３と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。比較例５については電圧を印加しても歪が生じ
なかった。実施例５及び比較例４の圧電電歪セラミック
材料における試験結果を図５に示す。
【００５９】比較例６〜８ 出発原料としてPbO 、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2 と、Ｖ2 Ｏ5 、Ta2 Ｏ5 、又はＷＯ3 を用
い、実施例３と同様にして、下記組成: 比較例６： Pb0.955 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Ｖ0.01Ｏ3 比較例７： Pb0.955 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Ta0.01Ｏ3 比較例８： Pb0.95Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Ｗ0.01Ｏ3 を有するセラミック材料を作成した。
2 、TiＯ2 と、Ｖ2 Ｏ5 、Ta2 Ｏ5 、又はＷＯ3 を用
い、実施例３と同様にして、下記組成: 比較例６： Pb0.955 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03｝0.97Ｖ0.01Ｏ3 比較例７： Pb0.955 Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Ta0.01Ｏ3 比較例８： Pb0.95Ba0.03Nb0.02｛ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.975 Ti0.025 ｝0.97Ｗ0.01Ｏ3 を有するセラミック材料を作成した。
【００６０】得られた圧電電歪セラミック材料につい
て、実施例３と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。結果を図６に示す。なお、図６には、参考のた
めに、上述した比較例２の結果を合わせて示す。
て、実施例３と同様にして電圧を印加し、その歪量を測
定した。結果を図６に示す。なお、図６には、参考のた
めに、上述した比較例２の結果を合わせて示す。
【００６１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の圧電電歪
セラミック材料は室温から１３０℃程度までの温度範囲
において大きな歪量を与える。また、特に、上述した実
施例１の圧電電歪セラミック材料では、高温になるとそ
のステリシス曲線の幅が小さくなる。
セラミック材料は室温から１３０℃程度までの温度範囲
において大きな歪量を与える。また、特に、上述した実
施例１の圧電電歪セラミック材料では、高温になるとそ
のステリシス曲線の幅が小さくなる。
【００６２】本発明による圧電電歪材料は、大きな変位
量を必要とする各種のアクチュエータ用材料として好適
であり、高温の環境でも良好に使用できる。
量を必要とする各種のアクチュエータ用材料として好適
であり、高温の環境でも良好に使用できる。
【図１】実施例１及び比較例１の圧電電歪セラミック材
料の歪量と温度との関係を示すグラフである。
料の歪量と温度との関係を示すグラフである。
【図２】実施例１の圧電電歪セラミック材料に電界を印
加した時の電界−歪曲線を示すグラフである。
加した時の電界−歪曲線を示すグラフである。
【図３】実施例２及び比較例２、３の圧電電歪セラミッ
ク材料の歪量と温度との関係を示すグラフである。
ク材料の歪量と温度との関係を示すグラフである。
【図４】実施例３及び４の圧電電歪セラミック材料に電
界を印加した時の歪量と温度との関係を示すグラフであ
る。
界を印加した時の歪量と温度との関係を示すグラフであ
る。
【図５】実施例５及び比較例４の圧電電歪セラミック材
料に電界を印加した時の歪量と温度との関係を示すグラ
フである。
料に電界を印加した時の歪量と温度との関係を示すグラ
フである。
【図６】比較例６〜８の圧電電歪セラミック材料に電界
を印加した時の歪量と温度との関係を示すグラフであ
る。
を印加した時の歪量と温度との関係を示すグラフであ
る。
Claims (4)
- 【請求項１】 Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物からなる圧
電電歪セラミック材料において、周期表のVIII族元素、
又はNd、La、Ybを除くIIIa族元素を不純物としてドープ
してなることを特徴とする圧電電歪セラミック材料。 - 【請求項２】 請求項１に記載の圧電電歪セラミック材
料において、前記圧電電歪セラミック材料が、下記一般
式： Pb1-0.5a-cBac Nb a｛ (Zr1-b Snb ) 1-y Tiy ｝1-a Ｍ
x Ｏ3 （ただし、Ｍは周期表のVIII族元素、又はNd、La、Ybを
除くIIIa族元素であり、ａ≦0.03、0.15≦ｂ≦0.6 、ｃ
≦0.12、0.01≦ｘ≦0.1 、かつｙ≦0.1 ）により表わさ
れる組成を有することを特徴とする圧電電歪セラミック
材料。 - 【請求項３】 Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物からなり、
ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電電歪セラミック
材料において、前記ペロブスカイト型結晶構造における
Ａサイトの元素の一部を、Nd、La、Ybを除くIIIa族元素
により置換してなることを特徴とする圧電電歪セラミッ
ク材料。 - 【請求項４】 Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物からなり、
ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電電歪セラミック
材料において、前記ペロブスカイト型結晶構造における
Ｂサイトの元素の一部をVIII族元素により置換してなる
ことを特徴とする圧電電歪セラミック材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4200641A JPH0624842A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 圧電電歪セラミック材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4200641A JPH0624842A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 圧電電歪セラミック材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0624842A true JPH0624842A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=16427775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4200641A Pending JPH0624842A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 圧電電歪セラミック材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0624842A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998763B2 (en) | 2001-08-31 | 2006-02-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic device |
| JP3904240B2 (ja) * | 1996-11-29 | 2007-04-11 | 日本碍子株式会社 | セラミック素子 |
| JP2010023524A (ja) * | 1999-02-01 | 2010-02-04 | Xaar Technology Ltd | 小滴堆積装置 |
-
1992
- 1992-07-03 JP JP4200641A patent/JPH0624842A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3904240B2 (ja) * | 1996-11-29 | 2007-04-11 | 日本碍子株式会社 | セラミック素子 |
| JP2010023524A (ja) * | 1999-02-01 | 2010-02-04 | Xaar Technology Ltd | 小滴堆積装置 |
| US6998763B2 (en) | 2001-08-31 | 2006-02-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic device |
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