JPH0672717A - Piezoelectric electrostrictive material - Google Patents

Piezoelectric electrostrictive material

Info

Publication number
JPH0672717A
JPH0672717A JP4247321A JP24732192A JPH0672717A JP H0672717 A JPH0672717 A JP H0672717A JP 4247321 A JP4247321 A JP 4247321A JP 24732192 A JP24732192 A JP 24732192A JP H0672717 A JPH0672717 A JP H0672717A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric electrostrictive
amount
electrostrictive material
strain
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4247321A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Ota
正弘 大田
Yuji Isotani
祐二 磯谷
Naoya Watabe
直也 渡部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP4247321A priority Critical patent/JPH0672717A/en
Publication of JPH0672717A publication Critical patent/JPH0672717A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the distortion amt. by substituting a part of the atoms in the B site of an oxide having a composition shown by a specified formula and having a perovskite crystal structure for other atoms. CONSTITUTION:The oxides of Pb, Ba, Zr, Sn and Ti are mixed in a specified ratio and calcined to obtain the calcined body having a composition shown by formula I (0.01<=a<=0.03, 0.2<=b<=0.6, 0.01<=x and 0.04<=(2/3)x+y<=0.075) or formula III (0.01<=c<=0.05, and Q is B, Mg, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Mo, etc.). The metallic Q to be substituted is added by 1-5 atomic % based on the total of Zr, Sn and Ti, mixed and sintered to obtain a piezoelectric electrostrictive material in which the ratio of the lattice constants c/a is controlled to 0.993 and having a large distortion amt. Besides, Pb(M1/2, R1/2)O3 (M is Mg, Mn and Co, and R is Te and W) is added to the oxide of formula I in the ratio of (1-K)/K to obtain a piezoelectric electrostrictive material of the formula II (0.01<=K<=0.05).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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材料に関し、
特に、室温より高い温度領域でも十分に大きな歪量を与
え、また、高温での相転移電界のシフト量が小さな圧電
電歪材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric electrostrictive material suitable for an actuator used for positioning in precision machine tools, flow control valves, braking devices for automobiles, etc.
In particular, the present invention relates to a piezoelectric electrostrictive material which gives a sufficiently large amount of strain even in a temperature region higher than room temperature and has a small amount of phase transition electric field shift at high temperatures.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art A substance having a property of causing mechanical strain when an electric field is applied is generally called a piezoelectric material or a piezoelectric electrostrictive material, and a bimorph or a piezoelectric material is used as an electromechanical conversion element. Widely used in ignition devices, ultrasonic transducers, piezoelectric buzzers, ceramic filters, etc.

【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。
Generally, when an electric field is applied to a piezoelectric material, its crystal structure changes, and it exhibits a maximum strain amount (electromechanical coupling constant) at its crystal transformation point. Since the crystal transformation point varies depending on each piezoelectric material, an appropriate piezoelectric material is selected and used according to the target operating temperature.

【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)、LiNbO
3 、LiTaO3 等が知られている。
As such a piezoelectric material, BaTiO 3 ,
Pb (Zr, Ti) O 3 (generally called PZT), LiNbO
3 , LiTaO 3 and the like are known.

【0005】ところで圧電材料として広く使用されてい
るPZT は、約1.5 ×10-3の歪量(ΔL/L)を有する
が、より大きな歪量、例えば約3.0 ×10-3以上の歪量を
得ようとすると、電界を印加したときに生ずる歪が異方
性を持つようになるために、PZT 内の粒界に応力が集中
して破壊に到るという問題がある。
By the way, PZT widely used as a piezoelectric material has a strain amount (ΔL / L) of about 1.5 × 10 −3 , but a larger strain amount, for example, a strain amount of about 3.0 × 10 −3 or more. If it is attempted to be obtained, there is a problem in that the strain generated when an electric field is applied becomes anisotropic and stress concentrates on the grain boundaries in the PZT, leading to fracture.

【0006】一方、PZT において、Zrの一部をNb及びSn
で置換した PNZST材(たとえばPb0. 99Nb0.02〔(Zr0.6
Sn0.4 ) 0.94Ti0.060.983 )は、破壊を起こすこと
なく大きな歪みを生ずることが報告されている(「応用
物理」、第54巻第6号(1985年) 、591-595 頁) 。これ
は、図1に模式的に示すように、PNZST 材が電界強度30
KV/cm程度の電界の印加を受けると、まず反強誘電相
(a) から強誘電相(b) への相転移により大きく等方的に
膨張し、さらに相転移後に圧電現象が起こり、電界印加
方向に伸びる (歪む) ためである。この相転移による膨
張 ((a) →(b))と、電圧印加による歪みとの両方によっ
て得られる電界印加方向の歪みは、通常のPZT 圧電電歪
材料の歪みの約2倍の大きさである。この点で、上記し
た組成のPNZST 材はアクチュエータ用圧電電歪材料とし
てたいへん有望である。しかしながら、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。
On the other hand, in PZT, part of Zr is replaced with Nb and Sn.
In substituted PNZST material (e.g. Pb 0. 99 Nb 0.02 [(Zr 0.6
Sn 0.4 ) 0.94 Ti 0.06 ] 0.98 O 3 ) has been reported to produce large strains without causing damage ("Applied Physics", Vol. 54, No. 6 (1985), pages 591-595). . This is because the PNZST material has an electric field strength of 30 as shown schematically in FIG.
When an electric field of about KV / cm is applied, first the antiferroelectric phase
This is because the phase transition from (a) to the ferroelectric phase (b) causes a large isotropic expansion, and a piezoelectric phenomenon occurs after the phase transition, which causes extension (distortion) in the electric field application direction. The strain in the direction of electric field application, which is obtained by both the expansion due to this phase transition ((a) → (b)) and the strain due to voltage application, is about twice as large as the strain of ordinary PZT piezoelectric electrostrictive materials. is there. In this respect, the PNZST material having the above-mentioned composition is very promising as a piezoelectric electrostrictive material for actuators. However, since it has a large electric field hysteresis, it has not been put to practical use as an actuator material.

【0007】上記の欠点をなくし、大きな歪量を与える
とともに、ヒステリシス/歪みの小さな圧電電歪材料と
して、特開平3-174787号は、Pb1-x-0.5aBax Nba {(Zr
1-bSnb ) 1-y Tiy 1-a 3 (ただし、0.01a≦0.0
3、 0.2≦b≦0.6 、0.01≦x、かつ0.04≦ (2/3)x+
y≦0.075 )により表わされる組成を有する圧電電歪材
料を開示している。
As a piezoelectric electrostrictive material which eliminates the above drawbacks and gives a large amount of strain and has a small hysteresis / strain, Japanese Patent Laid-Open No. 3-174787 discloses Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a {(Zr
1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-a O 3 (however, 0.01a ≦ 0.0
3, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, 0.01 ≦ x, and 0.04 ≦ (2/3) x +
A piezoelectric electrostrictive material having a composition represented by y ≦ 0.075) is disclosed.

【0008】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、室温より高い温度領域(室温〜15
0℃程度の領域)での歪量が小さい。また、温度が高く
なると相転移電界が高電界側にシフトしてしまう。
However, according to the research by the present inventor,
The above-mentioned piezoelectric electrostrictive material can give a large amount of strain at room temperature, but is in a temperature range higher than room temperature (room temperature to 15
The amount of strain in the region of 0 ° C.) is small. Further, when the temperature rises, the phase transition electric field shifts to the high electric field side.

【0009】したがって、本発明の目的は、室温より高
い温度領域でも室温におけるのと同等の特性を発揮する
圧電電歪材料を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric electrostrictive material which exhibits the same characteristics as those at room temperature even in a temperature range higher than room temperature.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべくPb
−Ba−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物からなる圧電電歪材料に
ついて鋭意研究の結果、本発明者は、圧電電歪材料を形
成する酸化物の格子歪みが大きいほど(格子定数の比c
/aが小さいほど)、高温での歪量の低下が小さいこと
を発見した。そこで、Pb1-x-0.5aBax Nba {(Zr 1-b Sn
b ) 1-y Tiy 1-a 3 で表される組成を有するペロブ
スカイト型の酸化物において、その中の特定の金属元素
の一部を他の金属元素で置換すれば、格子定数の比c/
aを特定の値以下とすることができ、もって、150 ℃程
度の高温でも室温におけるのとほぼ同等の歪量を与える
ことができるとともに、相転移電界のシフト量も小さく
することができることを発見した。本発明は以上の知見
に基づくものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, Pb
As a result of earnest research on the piezoelectric electrostrictive material composed of a -Ba-Nb-Zr-Sn-Ti-based oxide, the present inventor has found that the larger the lattice strain of the oxide forming the piezoelectric electrostrictive material is, c
It was discovered that the smaller the / a), the smaller the reduction in strain amount at high temperature. Therefore, Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a {(Zr 1-b Sn
b ) 1-y Ti y } 1-a In the perovskite type oxide having a composition represented by O 3 , if a part of a specific metal element in the oxide is replaced with another metal element, the lattice constant of Ratio c /
It has been discovered that a can be set to a specific value or less, so that a strain amount equivalent to that at room temperature can be given even at a high temperature of about 150 ° C, and the shift amount of the phase transition electric field can be reduced. did. The present invention is based on the above findings.

【0011】すなわち本発明の第1の圧電電歪材料は、
下記一般式: Pb1-x-0.5aBax Nba {(Zr 1-b Snb ) 1-y Tiy 1-a
3 (ただし、0.01≦a≦0.03、 0.2≦b≦0.6 、0.01≦
x、かつ0.04≦ (2/3)x+y≦0.075 )により表わされ
る組成を有するペロブスカイト型の酸化物において、そ
の結晶中のBサイトの原子の一部を他の金属原子で置換
してなり、格子定数の比c/aが0.993 以下であること
を特徴とする。
That is, the first piezoelectric electrostrictive material of the present invention is
The following general formula: Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a {(Zr 1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-a O
3 (However, 0.01 ≦ a ≦ 0.03, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, 0.01 ≦
x, and 0.04 ≦ (2/3) x + y ≦ 0.075), in a perovskite type oxide having a composition in which some of the B site atoms in the crystal are replaced with other metal atoms, The ratio c / a of the constants is 0.993 or less.

【0012】また、本発明の第2の圧電電歪材料は、下
記一般式: Pb1-x-0.5aBax Nba 〔{(Zr 1-b Snb ) 1-y T
iy 1-a 1-K (M1/2 1/2K 3 (ただし、MはMg、Mn、又はCoであり、RはTe、又はW
であり、0.01≦a≦0.03、 0.2≦b≦0.6 、0.01≦x、
0.04≦ (2/3)x+y≦0.075 、かつ0.01≦k≦0.05)に
より表わされる組成を有することを特徴とする。
The second piezoelectric electrostrictive material of the present invention has the following general formula: Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a [{(Zr 1-b Sn b ) 1-y T
i y } 1-a ] 1-K (M 1/2 R 1/2 ) K O 3 (where M is Mg, Mn or Co, R is Te, or W
And 0.01 ≦ a ≦ 0.03, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, 0.01 ≦ x,
0.04 ≦ (2/3) x + y ≦ 0.075, and 0.01 ≦ k ≦ 0.05).

【0013】本発明を以下詳細に説明する。本発明の第
一の圧電電歪材料は、一般式: Pb1-x-0.5aBax Nba {(Zr 1-b Snb ) 1-y Tiy 1-a 3 ・・・(1) (式(1) において、0.01≦a≦0.03、 0.2≦b≦0.6 、
0.01≦x、かつ0.04≦ (2/3)x+y≦0.075 )により表
される組成を有する酸化物中の金属原子の一部を、他の
金属原子により置換してなる。式(1) により表される酸
化物はペロブスカイト型結晶構造を有するが、このペロ
ブスカイト型結晶構造中の特定のサイトを占める原子の
一部が他の金属原子により置換される。置換する金属原
子、置換される金属原子、及びその量等については、後
に詳述する。
The present invention is described in detail below. The first piezoelectric electrostrictive material of the present invention has the general formula: Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a {(Zr 1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-a O 3 ... ( 1) (In the formula (1), 0.01 ≦ a ≦ 0.03, 0.2 ≦ b ≦ 0.6,
0.01≤x and 0.04≤ (2/3) x + y≤0.075) A part of the metal atom in the oxide having the composition represented by the formula is replaced with another metal atom. The oxide represented by the formula (1) has a perovskite type crystal structure, but some of the atoms occupying a specific site in the perovskite type crystal structure are replaced with other metal atoms. The metal atom to be substituted, the metal atom to be substituted, and the amount thereof will be described in detail later.

【0014】このように、本発明の第一の圧電電歪材料
は、上記式(1) の組成をいわば基本組成とし、この基本
組成の中の金属原子の一部を他の金属原子で置換して得
られたものである。
As described above, the first piezoelectric electrostrictive material of the present invention has the composition of the above formula (1) as a basic composition, and a part of the metal atoms in this basic composition is replaced with another metal atom. It was obtained by doing.

【0015】また、本発明の第二の圧電電歪材料は、一
般式: Pb1-x-0.5aBax Nba 〔{(Zr 1-b Snb ) 1-y Tiy 1-a 1-K (M1/2 1/2 K 3 ・・・(2) (式(2) において、MはMg、Mn、又はCoであり、RはT
e、又はWであり、0.01≦a≦0.03、 0.2≦b≦0.6 、
0.01≦x、0.04≦ (2/3)x+y≦0.075 、かつ0.01≦k
≦0.05)により表わされる組成を有する。
The second piezoelectric electrostrictive material of the present invention has the general formula: Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a [{(Zr 1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-a ] 1-K (M 1/2 R 1/2 ) K O 3 (2) (In the formula (2), M is Mg, Mn, or Co, and R is T
e or W, 0.01 ≦ a ≦ 0.03, 0.2 ≦ b ≦ 0.6,
0.01 ≦ x, 0.04 ≦ (2/3) x + y ≦ 0.075, and 0.01 ≦ k
≤0.05).

【0016】上記式(2) は、 〔Pb1-x-0.5aBax Nba {(Zr 1-b Snb ) 1-y Tiy 1-a 3 1-K 〔Pb(M1/2 1/2 )O3 K ・・・(2) ′ と書き換えることができる。式(1) 及び式(2) ′からわ
かるように、本発明の第二の圧電電歪材料は、式(1) を
いわば基本組成とし、この基本組成に、Pb(M1/ 2
1/2 )O3 (MはMg、Mn、又はCoであり、RはTe、又は
Wである。)を特定量添加したものということができ
る。
The above formula (2) is represented by [Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a {(Zr 1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-a O 3 ] 1-K [Pb (M It can be rewritten as 1/2 R 1/2 ) O 3 ] K ... (2) ′. As can be seen from equation (1) and (2) ', the second piezoelectric electrostrictive material of the present invention is directed to speak basic composition of the formula (1), to the basic composition, Pb (M 1/2 R
It can be said that 1/2 ) O 3 (M is Mg, Mn, or Co and R is Te or W) is added in a specific amount.

【0017】このように、本発明では、(イ)基本組成を
有する酸化物中の特定の金属原子を他の金属原子で置換
するか、又は(ロ)基本組成に特定の酸化物を添加するこ
とにより、基本組成(式(1) で表される組成)を有する
酸化物からなる圧電電歪材料の高温特性を改善してい
る。
As described above, in the present invention, (a) a specific metal atom in an oxide having a basic composition is replaced with another metal atom, or (b) a specific oxide is added to the basic composition. As a result, the high temperature characteristics of the piezoelectric electrostrictive material made of an oxide having a basic composition (composition represented by the formula (1)) are improved.

【0018】本発明の第一及び第二の圧電電歪材料を説
明する前に、まず、基本組成について説明する。基本組成 Pb1-x-0.5aBax Nba {(Zr 1-b Snb ) 1-y Tiy 1-a
3 Nbの含有量aは0.01〜0.03の範囲とする。Nbが0.01未満
であると、圧電電歪材料に高電界を印加しなければ相転
移を起こさなくなる。また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。好ましいNb含有量aは0.015 〜0.02
5 である。
Before describing the first and second piezoelectric electrostrictive materials of the present invention, the basic composition will be described first. Basic composition Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a {(Zr 1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-a O
The content a of 3 Nb is in the range of 0.01 to 0.03. When Nb is less than 0.01, the phase transition does not occur unless a high electric field is applied to the piezoelectric electrostrictive material. If the amount exceeds 0.03, the phase transition from the ferroelectric phase to the antiferroelectric phase does not occur even if the electric field is removed, which is a defect. Preferred Nb content a is 0.015 to 0.02
It is 5.

【0019】次に、Snの含有量bは0.2 〜0.6 の範囲と
する。これに伴ってZrの含有量(1−b)は0.4 〜0.8
の範囲となる。Snが 0.2未満(Zrが 0.8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相転移
を起こさない。好ましいSn含有量bは0.25〜0.45であ
り、好ましいZr含有量(1−b)は0.55〜0.75である。
Next, the Sn content b is in the range of 0.2 to 0.6. Accordingly, the Zr content (1-b) is 0.4 to 0.8.
It becomes the range of. When Sn is less than 0.2 (Zr exceeds 0.8), the phase transition from the ferroelectric phase to the antiferroelectric phase does not occur even if the electric field is removed, which is a defect. In addition, the amount of Sn exceeding 0.6 (Zr
Is less than 0.4), no phase transition occurs unless a high electric field is applied. The preferable Sn content b is 0.25 to 0.45, and the preferable Zr content (1-b) is 0.55 to 0.75.

【0020】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。
When a part of Pb is replaced by Ba, the amount of strain increases and the hysteresis decreases (the value of hysteresis / strain decreases). This is considered to be due to the following three reasons. That is, (a) substitution of part of Pb with Ba expands the lattice constant of the crystal, and the strain amount increases accordingly. Especially when the lattice constant of the a-axis is 4.120 angstroms or more, the strain amount is 3 ×
10 -3 or more. (b) By introducing Ba, BaZrO 3 having a non-ferroelectric composition is partially formed. At this time, Ba randomly enters the piezoelectric electrostrictive material, so that BaZrO 3 is locally nonuniformly formed in the piezoelectric electrostrictive material. (c) The formation of BaZrO 3 having a non-ferroelectric composition locally hinders the phase transition between the antiferroelectric phase and the ferroelectric phase.

【0021】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
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)。
Since the formation sites of BaZrO 3 are randomly arranged in this manner, the strength of the electric field causing the phase transition is not constant. That is, the strength of the electric field that causes the phase transition varies depending on the proportion of the BaZrO 3 formed, and the phase transition occurs even in a weak electric field in a portion where BaZrO 3 is small, but a relatively large electric field must be applied in a portion where BaZrO 3 is large. No phase transition occurs. Therefore, the phase transition is diffused in the piezoelectric electrostrictive material as a whole, and the phase transition occurs continuously within a certain electric field strength. As a result, the amount of strain of the piezoelectric electrostrictive material tends to change gently with respect to the strength of the electric field, and becomes smaller than the hysteresis of the conventional PNZST material (the hysteresis curve becomes slim).

【0022】Pbの一部をBaで置換することにより圧電電
歪材料のヒステリシス/歪みは小さくなる。この効果を
得るためには、0.01以上の量のBaをPbに代わって圧電電
歪材料内に導入する必要がある。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、ある量
を超える量のBaを添加すると、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。Baの量は後述す
るようにTiの量yと相関しているので、その上限もyと
の関係により定まる。
By replacing a part of Pb with Ba, the hysteresis / strain of the piezoelectric electrostrictive material is reduced. In order to obtain this effect, it is necessary to introduce 0.01 or more of Ba into the piezoelectric electrostrictive material instead of Pb. However, the addition of Ba has the effect of destabilizing the antiferroelectric phase, so if Ba is added in an amount exceeding a certain amount, the phase transition from the ferroelectric phase to the antiferroelectric phase does not occur even if the electric field is removed. . Since the amount of Ba correlates with the amount y of Ti as described later, its upper limit is also determined by the relationship with y.

【0023】基本組成からなる圧電電歪材料において、
Tiを減少させるとヒステリシスが小さくなる。しかしな
がらTiの量が減少するのに応じて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ので、それと反対の作用を有
するBaの量xを増加させる必要が生じる。一方、Tiの量
を多くするのに応じて逆に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、今度
は、Baの量xを減少させる必要がある。このように、Ti
量yはBa量xと相関している。
In a piezoelectric electrostrictive material having a basic composition,
Hysteresis decreases as Ti is reduced. However, as the amount of Ti decreases, the ferroelectric phase becomes unstable, and the phase transition from the antiferroelectric phase to the ferroelectric phase may stop unless a high electric field is applied. It becomes necessary to increase the amount x of x. On the other hand, the antiferroelectric phase becomes unstable as the amount of Ti increases,
Even if the electric field is removed, it will not return to the antiferroelectric phase, so it is necessary to decrease the amount x of Ba. Thus, Ti
The quantity y is correlated with the Ba quantity x.

【0024】Ba量xとTi量yとの関係は、以下の式によ
り表される。 0.04≦(2/3) x+y≦0.075
The relationship between the amount of Ba x and the amount of Ti y is expressed by the following equation. 0.04 ≦ (2/3) x + y ≦ 0.075

【0025】図2は、基本組成におけるBa量xとTi量y
の取りうる範囲を示すグラフである。基本組成のBa量x
とTi量yはそれぞれこのグラフの直線l1 、l2 、l3
及びx軸で囲まれた領域(ただしx軸は含まない)内に
ある。以下に、この領域の限定理由について述べる。 直線l1 (x=0.01):ヒステリシス/歪みを小さく
するためには、Ba量xが0.01以上必要である。 x軸より上(y>0):基本組成はTiを含む。 直線l2 :これはy=−(2/3) x+0.075 を示す直線
である。これより上の領域では、Ba量及びTi量の過多に
より反強誘電相が不安定となり、電界を除去しても強誘
電相から反強誘電相へ戻らなくなる。したがって領域は
直線l2 以下とする。 直線l3 :これはy=−(2/3) x+0.04を示す直線で
ある。これより下の領域では、Ba量及びTi量の過少によ
り強誘電相が不安定となり、高電界を印加しないと相転
移を起こさない。したがって領域は直線l3 以上とす
る。
FIG. 2 shows the amount of Ba x and the amount of Ti y in the basic composition.
It is a graph which shows the range which can be taken. Ba composition x
And Ti amount y are straight lines l 1 , l 2 , l 3 of this graph, respectively.
And within the area surrounded by the x-axis (but not including the x-axis). The reasons for limiting this area will be described below. Straight line l 1 (x = 0.01): In order to reduce hysteresis / distortion, the Ba amount x needs to be 0.01 or more. Above the x-axis (y> 0): The basic composition contains Ti. Linear l 2: This is y = - (2/3) is a straight line showing the x + 0.075. In the region above this, the antiferroelectric phase becomes unstable due to excessive amounts of Ba and Ti, and even if the electric field is removed, the antiferroelectric phase does not return to the antiferroelectric phase. Therefore, the area should be a straight line l 2 or less. Linear l 3: This is y = - (2/3) is a straight line showing the x + 0.04. In the region below this, the ferroelectric phase becomes unstable due to an excessive amount of Ba and Ti, and no phase transition occurs unless a high electric field is applied. Therefore, the area should be a straight line l 3 or more.

【0026】以上の理由により、基本組成におけるBa量
及びTi量は、図2に示す領域すなわちx=0.01、(2/3)x
+y=0.04、(2/3)x+y=0.075 及びx軸(ただしx軸
は含まない)によって囲まれる領域内にある。好ましい
範囲は、0.03≦x≦0.05、y>0、0.045 ≦(2/3)x+y
≦0.07である。
For the above reason, the amounts of Ba and Ti in the basic composition are in the region shown in FIG. 2, that is, x = 0.01, (2/3) x
+ Y = 0.04, (2/3) x + y = 0.075 and in the region bounded by the x-axis (but not including the x-axis). The preferred range is 0.03 ≦ x ≦ 0.05, y> 0, 0.045 ≦ (2/3) x + y
≦ 0.07.

【0027】第一の圧電電歪材料 上述の基本組成(式(1) で表される組成)の酸化物はペ
ロブスカイト型の結晶構造を有するが、本発明の第一の
圧電電歪材料は、このペロブスカイト型結晶構造中のB
サイトの金属原子の一部を他の金属原子により置換して
なる。
First Piezoelectric Electrostrictive Material The oxide having the above-mentioned basic composition (composition represented by the formula (1)) has a perovskite type crystal structure, but the first piezoelectric electrostrictive material of the present invention is B in this perovskite type crystal structure
A part of the metal atom of the site is replaced with another metal atom.

【0028】式(1) で示す組成を有するペロブスカイト
型結晶構造の酸化物において、Bサイトに入る金属元素
はZr、Sn及びTiであるが、これらBサイトに入る金属原
子のうちの一部を以下に示す他の金属原子により置換す
る。したがって、第一の圧電電歪材料は、以下の式: Pb1-x-0.5aBax 〔Nba {(Zr 1-b Snb ) 1-y Tiy 1-a-c c 〕O3 ・・・(3) で表すことができる。Zr、Sn、Tiを置換する金属(式
(3) におけるQ)としては、B、Mg、V、Cr、Mn、Fe、
Co、Ni、Cu、Ge、Mo、Sb、Te、Hf、Ta、W等が挙げられ
る。
In the oxide of the perovskite type crystal structure having the composition represented by the formula (1), the metal elements entering the B site are Zr, Sn and Ti, but some of the metal atoms entering the B site are Substitution with other metal atoms shown below. Therefore, the first piezoelectric electrostrictive material has the following formula: Pb 1-x-0.5a Ba x [Nb a {(Zr 1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-ac Q c ] O 3 It can be expressed by (3). Metals substituting Zr, Sn, and Ti (formula
As Q) in (3), B, Mg, V, Cr, Mn, Fe,
Co, Ni, Cu, Ge, Mo, Sb, Te, Hf, Ta, W and the like can be mentioned.

【0029】Zr、Sn、Tiを置換する金属Qの量は、Zr、
Sn及びTiの総数の1〜5原子%とするのが好ましい。す
なわち、式(3) において0.01≦c≦0.05となる。上記の
範囲に納まるようにBサイトの原子を置換することによ
り、格子定数の比c/aの値を0.993 以下にすることが
でき、高温でも良好な歪量を得ることができる。なお、
格子定数の比c/aが0.993 を超すと、高温における歪
量が小さくなる。
The amount of metal Q substituting for Zr, Sn and Ti is Zr,
It is preferably 1 to 5 atomic% of the total number of Sn and Ti. That is, in the formula (3), 0.01 ≦ c ≦ 0.05. By substituting the B-site atoms so as to fall within the above range, the value of the lattice constant ratio c / a can be 0.993 or less, and a good strain amount can be obtained even at high temperature. In addition,
If the lattice constant ratio c / a exceeds 0.993, the amount of strain at high temperatures becomes small.

【0030】第一の圧電電歪材料は、上述した式(3) に
適合するように各金属酸化物を秤量して混合し、得られ
た混合物を焼結して得ることができる。また、あらかじ
め基本組成となるように各金属酸化物を秤量して仮焼結
体を製造しておき、この仮焼結体に、基本組成中の元素
を置換する金属又はその酸化物を加えて(粉砕)混合
し、再び焼結して製造することもできる。
The first piezoelectric electrostrictive material can be obtained by weighing and mixing each metal oxide so as to satisfy the above-mentioned formula (3), and sintering the obtained mixture. In addition, each metal oxide is weighed in advance so as to have a basic composition to produce a temporary sintered body, and a metal or an oxide thereof which replaces an element in the basic composition is added to the temporary sintered body. It can also be manufactured by (crushing) and mixing and re-sintering.

【0031】第二の圧電電歪材料 第二の圧電電歪材料は、上述の基本組成で表される酸化
物に、さらにPb(M1/ 2 1/2 )O3 (ここで、MはM
g、Mn、又はCoであり、RはTe、又はWである)を加え
たものであり、先に示した式(2) 又は式(2) ′で表され
る。
The second piezoelectric electrostrictive material second piezoelectric electrostrictive material, the oxide represented by the basic composition described above, further Pb (M 1/2 R 1/2 ) O 3 ( where, M Is M
g, Mn, or Co, and R is Te or W) and is represented by the formula (2) or formula (2) ′ shown above.

【0032】第二の圧電電歪材料において、基本組成と
Pb(M1/2 1/2 )O3 との比は(1−k):kとなる
が、0.01≦k≦0.05であるので、基本組成で表される酸
化物とPb(M1/3 2/3 )O3 との配合比は0.99:0.01
〜0.95:0.05となる。kの値が0.01未満(Pb(M1/2
1/2 )O3 が少ない)と、Pb(M1/2 1/2 )O3 を添
加した効果が現れず、高温領域における歪量の低下をく
い止めることができない。一方、kの値が0.05を超える
(Pb(M1/2 1/2 )O3 を多く配合する)と、電場の
印加による相転移が生じなくなって(図1における(a)
から(b) への変化が生じなくなって)圧電歪のみとな
り、得られる歪量が小さくなる。好ましいkの値は0.01
〜0.03である。
In the second piezoelectric electrostrictive material, the basic composition and
The ratio with Pb (M 1/2 R 1/2 ) O 3 is (1-k): k, but since 0.01 ≦ k ≦ 0.05, the oxide represented by the basic composition and Pb (M 1 Mixing ratio with / 3 N 2/3 ) O 3 is 0.99: 0.01
It becomes ~ 0.95: 0.05. The value of k is less than 0.01 (Pb (M 1/2 R
(1/2 ) O 3 is small), the effect of adding Pb (M 1/2 R 1/2 ) O 3 does not appear, and the decrease in strain amount in the high temperature region cannot be suppressed. On the other hand, when the value of k exceeds 0.05 (a large amount of Pb (M 1/2 R 1/2 ) O 3 is mixed), the phase transition due to the application of an electric field does not occur ((a) in FIG. 1).
(Because the change from (b) to (b) does not occur), only the piezoelectric strain is obtained, and the obtained strain amount becomes small. The preferred value of k is 0.01
~ 0.03.

【0033】kの値を上述の範囲に限定すると、第二の
圧電電歪材料を形成する酸化物における格子定数の比c
/aが0.993 以下となる。
When the value of k is limited to the above range, the ratio c of lattice constants in the oxide forming the second piezoelectric electrostrictive material is c.
/ A becomes 0.993 or less.

【0034】第二の圧電電歪材料は、上述した式(2) に
適合するように各金属酸化物を秤量して混合し、得られ
た混合物を焼結して得ることができる。また、あらかじ
め基本組成となるように各金属酸化物を秤量して仮焼結
体を製造しておき、この仮焼結体に、Pb(M
1/2 1/2 )O3 で表される酸化物を加えて(粉砕)混
合し、再び焼結して製造することもできる。
The second piezoelectric electrostrictive material can be obtained by weighing and mixing each metal oxide so as to satisfy the above-mentioned formula (2), and sintering the obtained mixture. In addition, each metal oxide is weighed in advance so as to have a basic composition to produce a temporary sintered body, and Pb (M
It is also possible to manufacture by adding (milling) and mixing the oxide represented by 1/2 R 1/2 ) O 3 and sintering again.

【0035】[0035]

【作用】本発明者等の研究によれば、式(1) で表される
酸化物からなる圧電電歪材料は、室温付近で良好な歪み
特性を与えるとともに小さな(ヒステリシス/歪み)を
示すが、室温より高い温度において歪量が小さくなり、
また、相転移電界が高電界側にシフトする。
According to the research conducted by the present inventors, the piezoelectric electrostrictive material made of the oxide represented by the formula (1) gives good strain characteristics at room temperature and exhibits small (hysteresis / strain). , The amount of strain becomes smaller at a temperature higher than room temperature,
Further, the phase transition electric field shifts to the high electric field side.

【0036】そこで、式(1) で表される基本組成を有す
る圧電電歪材料において、(イ)基本組成中のZr、Sn、Ti
の一部を他の金属元素で置換するか、又は、(ロ)この基
本組成からなる酸化物に、さらに特定の酸化物を特定量
配合することにより、得られる複合酸化物(圧電電歪材
料)の格子定数の比c/aを特定の値(0.993 )以下と
する。
Therefore, in the piezoelectric electrostrictive material having the basic composition represented by the formula (1), (a) Zr, Sn, and Ti in the basic composition
Of the complex oxide (piezoelectric strain material) obtained by substituting a part of the compound with another metal element, or (b) adding a specific amount of a specific oxide to the oxide having this basic composition. The ratio c / a of the lattice constants in) is set to a specific value (0.993) or less.

【0037】格子定数の比c/aが小さいとき、圧電電
歪材料を形成する酸化物の結晶における格子歪みは大き
い。この格子歪みが大きいほど共有結合性が強くなり、
温度上昇による結晶等方化(c/aが1に近づく)が抑
えられ、その結果、高温での歪量の低下を阻止すること
ができる。
When the lattice constant ratio c / a is small, the lattice strain in the crystal of the oxide forming the piezoelectric electrostrictive material is large. The larger the lattice strain, the stronger the covalent bond,
Crystallization isotropic (c / a approaches 1) due to temperature rise is suppressed, and as a result, reduction in strain amount at high temperatures can be prevented.

【0038】また、このとき高温における相転移電界の
シフトが小さくなるのは、高温における反強誘電相が安
定化し、強誘電相との相境界が温度に対して垂直化する
ためと思われる。
Further, at this time, the shift of the phase transition electric field at high temperature becomes small because the antiferroelectric phase is stabilized at high temperature and the phase boundary with the ferroelectric phase becomes vertical to the temperature.

【0039】[0039]

【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1〜5及び比較例1〜6 出発原料の必須成分としてPbO、BaCO3 、Nb2 5 、Zr
2 、SnO2 及びTiO2 と、選択する原料としてMnO、
CoO、TeO2 、MgO、NiO、WO3 、Ta2 5、Al2
3 、Ga2 3 、又はCdOを用い、以下に示す組成となる
ように各酸化物を秤量し、ボールミルで24時間混合し
た。
The present invention will be described in more detail by the following examples. PbO as an essential component of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-6 The starting material, BaCO 3, Nb 2 O 5 , Zr
O 2 , SnO 2 and TiO 2, and MnO as a raw material of choice,
CoO, TeO 2 , MgO, NiO, WO 3 , Ta 2 O 5 , Al 2 O
Using 3 , Ga 2 O 3 or CdO, each oxide was weighed so as to have the composition shown below, and mixed in a ball mill for 24 hours.

【0040】実施例1: Pb0.96Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.98Ti0.02
0.980.99(Mn1/2 Te1/ 2 0.013 実施例2: Pb0.96Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03
0.980.98(Co1/2 Te1/ 2 0.023 実施例3: Pb0.97Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03
0.97Mg0.01〕O3 実施例4: Pb0.96Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03
0.980.99(Co1/2 Te1/ 2 0.013 実施例5: Pb0.965 Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97T
i0.030.97Cd0.013 比較例1: Pb0.97Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.03
0.98〕O3 比較例2: Pb0.97Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.98Ti0.02
0.980.98(Ni1/2 1/ 2 0.023 比較例3: Pb0.97Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.976 Ti
0.024 0.980.98Mg0.01(Ni1/2 1/2 0.013 比較例4: Pb0.96Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.984 Ti
0.016 0.980.97(Co1/3Ta2/3 0.033 比較例5: Pb0.965 Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97T
i0.030.97Al0.013 比較例6: Pb0.965 Ba0.03〔Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97T
i0.030.97Ga0.01〕O3
Example 1: Pb 0.96 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.98 Ti 0.02 }
0.98] 0.99 (Mn 1/2 Te 1/2 ) 0.01 O 3 Example 2: Pb 0.96 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 Ti 0.03}
0.98] 0.98 (Co 1/2 Te 1/2 ) 0.02 O 3 Example 3: Pb 0.97 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 Ti 0.03}
0.97 Mg 0.01 ] O 3 Example 4: Pb 0.96 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 Ti 0.03 }
0.98] 0.99 (Co 1/2 Te 1/2 ) 0.01 O 3 Example 5: Pb 0.965 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 T
i 0.03 } 0.97 Cd 0.01 O 3 Comparative Example 1: Pb 0.97 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 Ti 0.03 }
0.98 ] O 3 Comparative Example 2: Pb 0.97 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.98 Ti 0.02 }
0.98] 0.98 (Ni 1/2 W 1/2 ) 0.02 O 3 Comparative Example 3: Pb 0.97 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.976 Ti
0.024 } 0.98 ] 0.98 Mg 0.01 (Ni 1/2 W 1/2 ) 0.01 O 3 Comparative Example 4: Pb 0.96 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.984 Ti
0.016 } 0.98 ] 0.97 (Co 1/3 Ta 2/3 ) 0.03 O 3 Comparative Example 5: Pb 0.965 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 T
i 0.03 } 0.97 Al 0.01 O 3 Comparative Example 6: Pb 0.965 Ba 0.03 [Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 T
i 0.03 } 0.97 Ga 0.01 ] O 3

【0041】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
(圧電電歪材料)を得た。
The obtained mixture was molded with a pressure of 1000 kg / cm 2 and sintered at 1300 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body (piezoelectric electrostrictive material) having a thickness of 0.3 mm.

【0042】上記の焼結体(圧電電歪材料)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、1
30℃での歪量を測定した。結果を図3に示すが、図3
において、横軸には各例の焼結体(圧電電歪材料)のc
/aの値をとってある。
Electrode plates made of gold were formed on both sides of the above sintered body (piezoelectric electrostrictive material). Apply a voltage between the electrodes and
The amount of strain at 30 ° C. was measured. The results are shown in FIG.
In the figure, the horizontal axis is c of the sintered body (piezoelectric electrostrictive material)
The value of / a is taken.

【0043】さらに、実施例1、2及び比較例1の圧電
電歪材料(焼結体)については、室温から150℃まで
温度を変化させて歪量を測定した。この結果を図4に示
す。なお、各例の酸化物におけるc/aの値を以下の表
1に示す。
Further, with respect to the piezoelectric electrostrictive materials (sintered bodies) of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the strain amount was measured by changing the temperature from room temperature to 150 ° C. The result is shown in FIG. The values of c / a in the oxides of each example are shown in Table 1 below.

【0044】 [0044]

【0045】実施例6 実施例1と同様の方法により、組成が下記式: 〔Pb0.97Ba0.03Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97Ti0.030.983 1-K 〔Pb(Co 1/2 Te1/2 )O3 K ・・・(4) で表され、kの値が0.10未満の複数の圧電電歪材料を作
製した。
[0045]Example 6 By the same method as in Example 1, the composition has the following formula: [Pb0.97Ba0.03Nb0.02{(Zr0.7Sn0.3)0.97Ti0.03}0.98O3]1-K(Pb (Co 1/2 Te1/2) O3]K・ ・ ・ Represented by (4), multiple piezoelectric electrostrictive materials with k value less than 0.10.
Made

【0046】この圧電電歪材料について、実施例1と同
様にして130℃における歪量を測定した。結果を図5
に示す。
The strain amount at 130 ° C. of this piezoelectric electrostrictive material was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Figure 5.
Shown in.

【0047】なお、図5に、比較例1の圧電電歪材料
(上記式(4) においてk=0としたものに対応する)の
130℃における歪量を合わせて示す。
FIG. 5 also shows the amount of strain at 130 ° C. of the piezoelectric electrostrictive material of Comparative Example 1 (corresponding to k = 0 in the above formula (4)).

【0048】図5からわかるように、kの値が0.01〜0.
05の範囲において、圧電電歪材料は大きな歪量を示す。
As can be seen from FIG. 5, the value of k is 0.01 to 0.
In the range of 05, the piezoelectric electrostrictive material shows a large strain amount.

【0049】実施例7〜9、比較例7 以下の組成式: 〔Pb0.97Ba0.03Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97T
i0.030.983 0.99〔Pb(Mn1/2 Te1/2 )O3
0.01 (実施例7)、 〔Pb0.97Ba0.03Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97T
i0.030.983 0.98〔Pb(Co1/2 Te1/2 )O3
0.02(実施例8)、 〔Pb0.97Ba0.03Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97T
i0.030.983 0.95〔Pb(Co1/2 1/2 )O3
0.05(実施例9)、及び 〔Pb0.97Ba0.03Nb0.02{ (Zr0.7 Sn0.3 ) 0.97T
i0.030.983 0.98〔Pb(Fe1/2 Ta1/2 )O3
0.02(比較例7) で表される4種類の圧電電歪材料を実施例1と同様の方
法で製造した。
Examples 7-9 and Comparative Example 7 The following composition formula: [Pb 0.97 Ba 0.03 Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 T
i 0.03 } 0.98 O 3 ] 0.99 [Pb (Mn 1/2 Te 1/2 ) O 3 ]
0.01 (Example 7), [Pb 0.97 Ba 0.03 Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 T
i 0.03 } 0.98 O 3 ] 0.98 [Pb (Co 1/2 Te 1/2 ) O 3 ]
0.02 (Example 8), [Pb 0.97 Ba 0.03 Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 T
i 0.03 } 0.98 O 3 ] 0.95 [Pb (Co 1/2 W 1/2 ) O 3 ]
0.05 (Example 9), and [Pb 0.97 Ba 0.03 Nb 0.02 {(Zr 0.7 Sn 0.3 ) 0.97 T
i 0.03 } 0.98 O 3 ] 0.98 [Pb (Fe 1/2 Ta 1/2 ) O 3 ]
Four types of piezoelectric electrostrictive materials represented by 0.02 (Comparative Example 7) were manufactured in the same manner as in Example 1.

【0050】上記4種類の圧電電歪材料について、実施
例1と同様の方法で130℃における歪量を測定した。
測定結果(130℃における歪量)を、各圧電電歪材料
におけるc/aの値とともに表2に示す。なお、参考の
ために、比較例1の各値を表2に併記する。
With respect to the above four types of piezoelectric electrostrictive materials, the amount of strain at 130 ° C. was measured by the same method as in Example 1.
The measurement results (strain amount at 130 ° C.) are shown in Table 2 together with the value of c / a in each piezoelectric electrostrictive material. For reference, each value of Comparative Example 1 is also shown in Table 2.

【0051】 [0051]

【0052】また、実施例7〜9の圧電電歪材料、及び
比較例1の圧電電歪材料について、室温(25℃)にお
ける相転移電界(ERT)と、130℃における相転移電
界(E130 )とを測定し、ERT/E130 を求めた。結果
を図6に示す。
With respect to the piezoelectric electrostrictive materials of Examples 7 to 9 and the piezoelectric electrostrictive material of Comparative Example 1, the phase transition electric field (E RT ) at room temperature (25 ° C.) and the phase transition electric field (E RT ) at 130 ° C. 130 ) was measured to determine E RT / E 130 . Results are shown in FIG.

【0053】図6からわかるように、本発明による圧電
電歪材料のERT/E130 値は、比較例1の圧電電歪材料
のERT/E130 値よりも1に近い。すなわち、比較例1
の圧電電歪材料に比べて、高温(130℃)での相転移
電界のシフト量が小さい。
As can be seen from FIG. 6, the E RT / E 130 value of the piezoelectric electrostrictive material according to the present invention is closer to 1 than the E RT / E 130 value of the piezoelectric electrostrictive material of Comparative Example 1. That is, Comparative Example 1
The amount of shift of the phase transition electric field at a high temperature (130 ° C.) is smaller than that of the piezoelectric electrostrictive material of (1).

【0054】[0054]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の圧電電歪
材料は、室温から150℃程度までの温度領域において
大きな歪量を与える。また、そのときの相転移電界のシ
フト量も大きくない。
As described above in detail, the piezoelectric electrostrictive material of the present invention gives a large strain amount in a temperature range from room temperature to about 150 ° C. Further, the shift amount of the phase transition electric field at that time is not large.

【0055】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。
The piezoelectric electrostrictive material according to the present invention is suitable as a material for various actuators requiring a large amount of displacement, and can be favorably used even in a high temperature environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】電界をPNZST 材に印加した場合の二段階の歪み
の発生を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the occurrence of two-stage strain when an electric field is applied to a PNZST material.

【図2】圧電電歪材料の基本組成におけるBa量(x)
と、Ti量(y)の取りうる領域を示すグラフである。
FIG. 2 Ba amount (x) in the basic composition of the piezoelectric electrostrictive material
3 is a graph showing a region in which the Ti amount (y) can be taken.

【図3】実施例1〜5及び比較例1〜6の圧電電歪材料
の格子定数c/aと130 ℃における歪量との関係を示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the lattice constant c / a of the piezoelectric electrostrictive materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 and the strain amount at 130 ° C.

【図4】室温から150℃までの温度範囲における実施
例1、2及び比較例1の圧電電歪材料の歪量を示すグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing strain amounts of the piezoelectric electrostrictive materials of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in a temperature range from room temperature to 150 ° C.

【図5】実施例6において、基本組成に添加する酸化物
の量(式(4) 中のkの値)を変化させた場合の歪量の変
化の度合いを示すグラフであり、比較例1の圧電電歪材
料の130℃における歪量も合わせて示している。
FIG. 5 is a graph showing the degree of change in strain amount when the amount of oxide added to the basic composition (value of k in formula (4)) is changed in Example 6, and Comparative Example 1 The strain amount at 130 ° C. of the piezoelectric electrostrictive material is also shown together.

【図6】実施例7〜9及び比較例1の圧電電歪材料の室
温における相転移電界(ERT)と、130℃における相
転移電界(E130 )との比(ERT/E130 )を示すグラ
フである。
6 is a ratio (E RT / E 130 ) of a phase transition electric field (E RT ) at room temperature of the piezoelectric electrostrictive materials of Examples 7 to 9 and Comparative Example 1 to a phase transition electric field (E 130 ) at 130 ° C. It is a graph which shows.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式: Pb1-x-0.5aBax Nba {(Zr 1-b Snb ) 1-y Tiy 1-a
3 (ただし、0.01≦a≦0.03、 0.2≦b≦0.6 、0.01≦
x、かつ0.04≦ (2/3)x+y≦0.075 )により表わされ
る組成を有し、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化
物のBサイトの原子の一部を他の金属原子で置換してな
り、格子定数の比c/aが0.993 以下であることを特徴
とする圧電電歪材料。
1. The following general formula: Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a {(Zr 1-b Sn b ) 1-y Ti y } 1-a O
3 (However, 0.01 ≦ a ≦ 0.03, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, 0.01 ≦
x, and 0.04 ≤ (2/3) x + y ≤ 0.075), wherein a part of the B site atoms of the oxide having a perovskite type crystal structure is replaced by another metal atom, A piezoelectric electrostrictive material having a constant ratio c / a of 0.993 or less.
【請求項2】 下記一般式: Pb1-x-0.5aBax Nba 〔{(Zr 1-b Snb ) 1-y T
iy 1-a 1-K (M1/2 1/2K 3 (ただし、MはMg、Mn、又はCoであり、RはTe、又はW
であり、0.01≦a≦0.03、 0.2≦b≦0.6 、0.01≦x、
0.04≦ (2/3)x+y≦0.075 、かつ0.01≦k≦0.05)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
材料。
2. The following general formula: Pb 1-x-0.5a Ba x Nb a [{(Zr 1-b Sn b ) 1-y T
i y } 1-a ] 1-K (M 1/2 R 1/2 ) K O 3 (where M is Mg, Mn or Co, R is Te, or W
And 0.01 ≦ a ≦ 0.03, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, 0.01 ≦ x,
A piezoelectric electrostrictive material having a composition represented by 0.04 ≦ (2/3) x + y ≦ 0.075 and 0.01 ≦ k ≦ 0.05.
JP4247321A 1992-08-24 1992-08-24 Piezoelectric electrostrictive material Pending JPH0672717A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4247321A JPH0672717A (en) 1992-08-24 1992-08-24 Piezoelectric electrostrictive material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4247321A JPH0672717A (en) 1992-08-24 1992-08-24 Piezoelectric electrostrictive material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0672717A true JPH0672717A (en) 1994-03-15

Family

ID=17161663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4247321A Pending JPH0672717A (en) 1992-08-24 1992-08-24 Piezoelectric electrostrictive material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0672717A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5571495A (en) * 1994-08-11 1996-11-05 Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology Dielectric thin film of substituted lead titanate
KR100490833B1 (en) * 2002-09-18 2005-05-19 재단법인 포항산업과학연구원 Piezoelectric ceramic composition for accelerometer and preparation method of the same
JP2007259700A (en) * 2006-07-26 2007-10-04 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive element, piezoelectric/electrostrictive ceramic composite, and piezoelectric motor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5571495A (en) * 1994-08-11 1996-11-05 Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology Dielectric thin film of substituted lead titanate
KR100490833B1 (en) * 2002-09-18 2005-05-19 재단법인 포항산업과학연구원 Piezoelectric ceramic composition for accelerometer and preparation method of the same
JP2007259700A (en) * 2006-07-26 2007-10-04 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostrictive element, piezoelectric/electrostrictive ceramic composite, and piezoelectric motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4929522B2 (en) Piezoelectric ceramic composition
KR101158444B1 (en) Piezoelectric ceramic, process for producing the piezoelectric ceramic, and piezoelectric device
EP1702906B1 (en) Piezoelectric porcelain and method for production thereof
JP4177615B2 (en) Piezoelectric ceramic composition, piezoelectric ceramic composition manufacturing method, and piezoelectric ceramic component
US20030031622A1 (en) Perovskite materials for high temperature and high performance actuators and transducers
JP2006501119A (en) Piezoelectric ceramic composition, piezoelectric ceramic body containing the composition, and method for producing the composition and the object
US5595677A (en) Nb-doped PLZT piezoelectric ceramics
JP3827915B2 (en) Piezoelectric material and manufacturing method thereof
JPH0672717A (en) Piezoelectric electrostrictive material
JP3295871B2 (en) Piezoelectric ceramic composition
JPH1160334A (en) Piezoelectric porcelain composition for actuator
JPH11278932A (en) Piezoelectric porcelain
JP3670473B2 (en) Piezoelectric ceramic composition
JPH0672716A (en) Piezoelectric electrostrictive material
JPH11240759A (en) Piezoelectric porcelain for actuator
Yoon et al. Electromechanical Properties of Pb (Yb1/2Nb1/2) O3‐PbZrO3‐PbTiO3 Ceramics
JPH0672757A (en) Piezoelectric electrostrictive material
EP0328290B1 (en) Electrostriction element and ceramic material therefor
JP3062210B2 (en) Piezoelectric strain material
JPH07315926A (en) Piezoelectric porcelain composition for ceramic filter device excellent in moisture resistance
JP3087924B2 (en) Method of manufacturing piezoelectric ceramic
US5668071A (en) Piezoelectric porcelain
JPH05163063A (en) Piezoelectric ceramics composition for actuator
JPH0624842A (en) Piezoelectric electrostrictive ceramic material
JPH0570225A (en) Piezoelectric ceramic composition