JP2003069101A - Piezoelectric actuator and its driving method - Google Patents

Piezoelectric actuator and its driving method

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JP2003069101A
JP2003069101A JP2002156827A JP2002156827A JP2003069101A JP 2003069101 A JP2003069101 A JP 2003069101A JP 2002156827 A JP2002156827 A JP 2002156827A JP 2002156827 A JP2002156827 A JP 2002156827A JP 2003069101 A JP2003069101 A JP 2003069101A
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piezoelectric
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator that is small in displacement even when its service condition, such as the temperature, electric field, and compressive stress is wide. SOLUTION: This piezoelectric actuator 1 uses a piezoelectric material 11 which is displaced when a voltage is impressed upon the material 11 as a driving source. When the actuator 1 is used under the condition of the minimum temperature, minimum electric field, and maximum compressive stress, the crystal structure of the piezoelectric material 11 is substantially on the tetragonal system side than the crystal phase boundary (MPB) between the tetragonal system and the rhombohedral system.

Description

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

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,高い電界,高い圧縮応力及び広
い温度域において使用する圧電アクチュエータおよびそ
の駆動方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric actuator used in a high electric field, a high compressive stress and a wide temperature range, and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来技術】圧電体を駆動源とした圧電アクチュエータ
は,正確な変位量を有するので,例えばインジェクタ等
の液体噴射装置の弁体を駆動する駆動源などに利用する
ことが検討されている。従来の圧電体としては,例えば
特開平9−55549号公報に示されているように,A
BO3型ペロブスカイト構造をしたPZT(ジルコン酸
チタン酸鉛)系酸化物が知られている。
2. Description of the Related Art Since a piezoelectric actuator having a piezoelectric body as a drive source has an accurate displacement amount, its use as a drive source for driving a valve body of a liquid ejecting apparatus such as an injector has been studied. As a conventional piezoelectric body, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 9-55549, A
A PZT (lead zirconate titanate) -based oxide having a BO 3 type perovskite structure is known.

【0003】上記のような圧電体には,組成によって正
方晶と菱面体晶とがあり,また,これらの結晶相境界
(MPB(モロフォトロピック・フェイズ・バウンダリ
ー))も存在することがわかっている。MPB上におい
ては,誘電率,圧電歪定数等の圧電特性が最大となるこ
とも知られている。
It has been found that the above-mentioned piezoelectric material has tetragonal crystal and rhombohedral crystal depending on the composition, and also has a crystal phase boundary (MPB (Morophotropic Phase Boundary)) between them. There is. It is also known that piezoelectric characteristics such as dielectric constant and piezoelectric strain constant are maximized on the MPB.

【0004】そして,上記特開平9−55549号公報
には,低温では正方晶と菱面体晶の結晶相境界(MP
B)近傍で,これより高温では正方晶となるような材料
を選定することにより,温度に対する変位や誘電率の温
度依存性を小さくすることができるとの記載がある。こ
れによれば,低電界,低圧縮応力下においては,温度特
性を改善することができる。
In Japanese Patent Laid-Open No. 9-55549, the crystal phase boundary between the tetragonal crystal and the rhombohedral crystal (MP
It is described that the temperature dependence of displacement and dielectric constant with respect to temperature can be reduced by selecting a material that becomes tetragonal at a higher temperature in the vicinity of B). According to this, the temperature characteristics can be improved under a low electric field and a low compressive stress.

【0005】[0005]

【解決しようとする課題】しかし,近年のアクチュエー
タには,高い電界,高い圧縮応力及び広い温度域におい
て,変位の変化が小さいことが求められており,上記従
来技術のみでは,ニーズを満足することが出来ない。
[Problems to be Solved] However, recent actuators are required to have a small change in displacement in a high electric field, a high compressive stress, and a wide temperature range. I can't.

【0006】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので,温度,電界,圧縮応力という使用条件の範
囲が広い場合においても,変位の変化が小さい圧電アク
チュエータ及びその駆動方法を提供しようとするもので
ある。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and provides a piezoelectric actuator and a driving method thereof in which a change in displacement is small even under a wide range of use conditions such as temperature, electric field, and compressive stress. It is what

【0007】[0007]

【課題の解決手段】第1の発明は,電圧の印加により変
位を生ずる圧電体を駆動源として用いる圧電アクチュエ
ータにおいて,上記圧電体は,使用する際の最低温度,
最低電界,最大圧縮応力という条件下において,結晶構
造が,正方晶と菱面体晶との結晶相境界(MPB)より
も実質的に正方晶側にあることを特徴とする圧電アクチ
ュエータにある(請求項1)。
According to a first aspect of the present invention, in a piezoelectric actuator that uses a piezoelectric body that is displaced by the application of a voltage as a drive source, the piezoelectric body has a minimum temperature during use,
A piezoelectric actuator is characterized in that the crystal structure is substantially on the tetragonal side of a crystal phase boundary (MPB) between a tetragonal crystal and a rhombohedral crystal under the conditions of the minimum electric field and the maximum compressive stress. Item 1).

【0008】本発明の圧電アクチュエータにおいては,
上記特定の条件において特定の結晶構造を有する圧電体
を駆動源として用いる。すなわち,圧電アクチュエータ
を使用する温度範囲における最低温度,使用する電界範
囲における最低電界,使用する圧縮応力範囲における最
大圧縮応力という,3つの特定の条件を備えた状態にお
いて,上記圧電体の結晶構造を規定する。
In the piezoelectric actuator of the present invention,
A piezoelectric body having a specific crystal structure under the specific conditions is used as a driving source. That is, the crystal structure of the piezoelectric body is changed under the three specific conditions of the lowest temperature in the temperature range where the piezoelectric actuator is used, the lowest electric field in the electric field range used, and the maximum compression stress in the compression stress range used. Stipulate.

【0009】規定する圧電体の結晶構造としては,上記
のごとく,正方晶と菱面体晶との結晶相境界(MPB)
よりも実質的に正方晶側にある結晶構造とする。これに
より,上記圧電アクチュエータは,その使用温度,電
界,圧縮応力が変化しても,常に圧電体の結晶構造が菱
面体晶へ変化することがなく,常に正方晶の状態が維持
される。また,上記圧電体においては,正方晶の方が菱
面体晶よりも信頼性に優れている。
As described above, the crystal structure of the piezoelectric body is defined as a crystal phase boundary (MPB) between a tetragonal crystal and a rhombohedral crystal.
The crystal structure is substantially on the tetragonal side. As a result, the piezoelectric actuator does not always change the crystal structure of the piezoelectric body to a rhombohedral crystal even if the operating temperature, electric field, or compressive stress changes, and always maintains a tetragonal crystal state. Further, in the piezoelectric body, the tetragonal crystal is more reliable than the rhombohedral crystal.

【0010】そのため,上記圧電体は,圧電アクチュエ
ータの温度,電界,圧縮応力という使用条件が変化して
も,結晶構造が変化することがなく正方晶のままであ
り,比較的安定した特性を維持することができる。ま
た,本発明では,上記3つの特定の条件を備えた状態に
おいて,上記圧電体の結晶構造を正方晶と菱面体晶との
結晶相境界(MPB)に近く,しかもMPBよりも実質
的に正方晶側にあるように設定する。これにより,使用
条件が変化しても,比較的MPBに近い状態の正方晶が
維持され,圧電体の特性を良好な状態に維持することが
できる。
Therefore, the piezoelectric body remains tetragonal without changing its crystal structure even if the operating conditions such as temperature, electric field and compressive stress of the piezoelectric actuator change, and maintains relatively stable characteristics. can do. Further, in the present invention, the crystal structure of the piezoelectric body is close to the crystal phase boundary (MPB) between the tetragonal crystal and the rhombohedral crystal in the state where the above three specific conditions are satisfied, and substantially more tetragonal than MPB. Set so that it is on the crystal side. As a result, even if the usage conditions change, the tetragonal crystal in a state relatively close to MPB is maintained, and the characteristics of the piezoelectric body can be maintained in a good state.

【0011】したがって,本発明によれば,温度,電
界,圧縮応力という使用条件の範囲が広い場合において
も,変位の変化が小さい圧電アクチュエータを得ること
ができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a piezoelectric actuator having a small change in displacement even when the range of use conditions such as temperature, electric field and compressive stress is wide.

【0012】次に,第2の発明は,電圧の印加により変
位を生ずる圧電体を駆動源として利用する圧電アクチュ
エータを駆動する方法であって,上記圧電体は,使用す
る際の最低温度,最低電界,最大圧縮応力という条件下
において,結晶構造が,正方晶と菱面体晶との結晶相境
界(MPB)よりも実質的に正方晶側にあるよう構成し
ておき,上記圧電体を,上記最低温度以上,上記最低電
界以上,上記最大圧縮応力以下という条件下において駆
動させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方
法にある(請求項9)。
Next, a second invention is a method for driving a piezoelectric actuator using a piezoelectric body which is displaced by the application of a voltage as a drive source, wherein the piezoelectric body has a minimum temperature and a minimum temperature during use. Under the conditions of electric field and maximum compressive stress, the crystal structure is arranged to be substantially on the tetragonal side of the crystal phase boundary (MPB) between the tetragonal crystal and the rhombohedral crystal. A piezoelectric actuator driving method is characterized in that the piezoelectric actuator is driven under conditions of a minimum temperature or higher, the minimum electric field or higher, and the maximum compressive stress or lower (claim 9).

【0013】本発明の圧電アクチュエータの駆動方法に
おいては,上記のごとく,圧電アクチュエータを使用す
る際の3つの特定の条件を備えた状態において,上記特
定の結晶構造を有する圧電体を使用する。そして,上記
圧電体を,上記最低温度以上,上記最低電界以上,上記
最大圧縮応力以下という条件下において駆動させること
により,圧電体は常に正方晶の結晶構造を維持すること
ができる。
In the method for driving the piezoelectric actuator of the present invention, as described above, the piezoelectric body having the above-mentioned specific crystal structure is used under the condition that the three specific conditions for using the piezoelectric actuator are satisfied. The piezoelectric body can always maintain a tetragonal crystal structure by driving the piezoelectric body under the conditions of the minimum temperature or higher, the minimum electric field or higher, and the maximum compressive stress or lower.

【0014】また,使用条件が変化しても,比較的MP
Bに近い状態の正方晶が維持され,圧電体の特性を良好
な状態に維持することができる。そのため,この駆動方
法によれば,温度,電界,圧縮応力という使用条件の範
囲が広い場合においても,駆動する圧電体の変位の変化
を小さくすることができる。
Even if the use conditions change, the MP
The tetragonal crystal in a state close to B is maintained, and the characteristics of the piezoelectric body can be maintained in a good state. Therefore, according to this driving method, even when the range of use conditions such as temperature, electric field, and compressive stress is wide, it is possible to reduce the change in displacement of the driven piezoelectric body.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】上記第1の発明(請求項1)にお
いて,上記圧電体は,ABO3型ペロブスカイト構造を
有するPZT系酸化物であることが好ましい(請求項
2)。上記PZT(PbZrxTiy3,x+y=1,
x>0,y>0)系材料においては,MPBにて,誘電
率その他の特性が最大の値を示すことが知られている。
PZT材料の結晶構造はABO3型のペロブスカイト型
構造をしており,A,Bサイトの構成元素の種類及ぴ
量,比率によりMPB近傍の材料とすることができる
が,Bサイトを構成するZrとTiのモル比率(Zr/
Ti比)を調整することが最も一般的である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the first invention (claim 1), the piezoelectric body is preferably a PZT-based oxide having an ABO 3 type perovskite structure (claim 2). The above PZT (PbZr x Ti y O 3 , x + y = 1,
x> 0, y> 0) -based materials are known to have maximum values of dielectric constant and other characteristics in MPB.
The crystal structure of the PZT material is an ABO 3 type perovskite type structure, and although it can be a material near MPB depending on the type, amount, and ratio of the constituent elements of the A and B sites, Zr that constitutes the B site is composed. And Ti molar ratio (Zr /
It is most common to adjust the Ti ratio).

【0016】通常,MPB近傍組成という場合,室温,
低電界,無応力下で正方晶と菱面体晶とが共存する組成
のことをいい,変位等のZr/Ti比依存性をグラフ化
した場合に,極大値となるZr/Ti比のプラスマイナ
ス1割以内を意味する。すなわち,変位等が極大値とな
るZr/Ti比よりも,Zr/Ti比が小さい組成を実
質的に正方晶側という。室温,低電界,無応力下でMP
B近傍となるように材料組成を決定しても,電界や圧縮
応力によりMPB近傍となるZr/Ti比が変化するこ
とが実験により見出された。
Usually, when referring to a composition near MPB, room temperature,
A composition in which tetragonal crystals and rhombohedral crystals coexist under low electric field and no stress. When the Zr / Ti ratio dependence of displacement etc. is graphed, the Zr / Ti ratio, which is the maximum value, is minus or minus. It means less than 10%. That is, a composition having a smaller Zr / Ti ratio than the Zr / Ti ratio at which the displacement or the like has a maximum value is substantially referred to as a tetragonal crystal side. MP at room temperature, low electric field and no stress
It was found by experiments that the Zr / Ti ratio in the vicinity of MPB changes due to the electric field and the compressive stress even if the material composition is determined so that it is in the vicinity of B.

【0017】本発明では,上記のごとく,使用条件とし
ての温度,電界,圧縮応力を全て考慮に入れ,PZTの
材料組成を決定することで,使用環境条件内で,変位の
変化が極めて小さい圧電体が得られ,それを用いた優れ
た圧電アクチュエータを得ることができる。
In the present invention, as described above, the temperature, the electric field, and the compressive stress as the use conditions are all taken into consideration, and the material composition of PZT is determined, so that the change in displacement is extremely small under the use environment conditions. A body is obtained, and an excellent piezoelectric actuator using the body can be obtained.

【0018】また,上記圧電アクチュエータを使用する
温度範囲が−40〜200℃であることが好ましい(請
求項3)。この温度範囲をカバーできれば,圧電アクチ
ュエータの使用範囲を殆ど網羅することができる。−4
0℃以上が一般的な圧電アクチュエータの使用温度であ
る。一方,200℃を超える場合には,PZT系酸化物
のキュリー温度に近づいてしまい,変位が低下するとい
う問題がある。
The temperature range in which the piezoelectric actuator is used is preferably -40 to 200 ° C (claim 3). If this temperature range can be covered, the usage range of the piezoelectric actuator can be almost covered. -4
A temperature of 0 ° C. or higher is a general piezoelectric actuator operating temperature. On the other hand, when the temperature exceeds 200 ° C., the Curie temperature of the PZT-based oxide approaches and the displacement decreases.

【0019】また,上記圧電アクチュエータを使用する
圧縮応力範囲が0より大きく40MPa以下であること
が好ましい(請求項4)。圧縮応力範囲の最大値は,一
般的な使用においては40MPaで十分である。
Further, it is preferable that the range of compressive stress using the piezoelectric actuator is more than 0 and 40 MPa or less (claim 4). The maximum value of the compressive stress range is 40 MPa for general use.

【0020】また,上記圧電アクチュエータを使用する
電界範囲は,使用する温度における負の抗電界から4k
V/mmの範囲であることが好ましい(請求項5)。こ
こで,抗電界について簡単に説明すると,分極した圧電
体に,分極時とは逆の方向に電界Eを印加すると,減極
が生じる。そして,分極=0となるときの負の電界Eを
負の抗電界Ecと呼ぶ。
The electric field range in which the piezoelectric actuator is used is 4 k from the negative coercive electric field at the operating temperature.
It is preferably in the range of V / mm (Claim 5). Here, the coercive electric field will be briefly described. When an electric field E is applied to a polarized piezoelectric body in a direction opposite to that of polarization, depolarization occurs. The negative electric field E when polarization = 0 is called the negative coercive electric field Ec.

【0021】そして,このようにして求められる負の抗
電界を用いて圧電アクチュエータを使用する電界範囲を
示すと,上記のごとく,使用する温度における負の抗電
界から4kV/mmの範囲であることが好ましい。電界
範囲が使用する温度における負の抗電界よりも低い場合
には,減極により圧電アクチュエータの変位が低下する
という問題がある。一方,4kV/mmを超える場合に
は,材料の歪みにより発生する応力が大きくなり,例え
ば一体焼成型圧電アクチュエータの場合には破壊に至る
場合もある。
The range of the electric field in which the piezoelectric actuator is used by using the negative coercive electric field thus obtained is, as described above, that the range is 4 kV / mm from the negative coercive electric field at the operating temperature. Is preferred. When the electric field range is lower than the negative coercive electric field at the temperature used, there is a problem in that the displacement of the piezoelectric actuator decreases due to depolarization. On the other hand, when it exceeds 4 kV / mm, the stress generated by the strain of the material becomes large, and for example, in the case of the integrally fired piezoelectric actuator, it may be destroyed.

【0022】また,上記圧電アクチュエータを使用する
温度範囲は,−40℃〜PZT系酸化物のキュリー温度
であることが好ましい(請求項6)。上記のごとく,使
用する温度の下限値は−40℃が一般的である。一方,
キュリー温度を超える場合には結晶構造が立方晶とな
り,変位が激減するという問題がある。
The temperature range in which the piezoelectric actuator is used is preferably -40 ° C. to the Curie temperature of the PZT-based oxide (claim 6). As described above, the lower limit of the temperature used is generally -40 ° C. on the other hand,
When the temperature exceeds the Curie temperature, the crystal structure becomes cubic and the displacement decreases drastically.

【0023】また,上記圧電アクチュエータを使用する
圧縮応力範囲が0より大きく40MPa以下であること
が好ましい(請求項7)。圧縮応力範囲の最大値は,一
般的な使用においては40MPaで十分である。
Further, it is preferable that the range of compressive stress using the piezoelectric actuator is more than 0 and 40 MPa or less (claim 7). The maximum value of the compressive stress range is 40 MPa for general use.

【0024】また,上記圧電アクチュエータを使用する
電界範囲は,0〜4kV/mmの範囲とすることもでき
る(請求項8)。この場合,電界範囲が0kV/mm以
上の条件で使用することにより,減極されることがなく
なり,また,駆動中に絶えず分極されるため,PZT系
酸化物のキュリー温度付近まで使用することができる。
一方,4kV/mmを超える場合には,上記と同様に,
材料の歪みにより発生する応力が大きくなり,例えば一
体焼成型圧電アクチュエータの場合には破壊に至る場合
もある。
The electric field range in which the piezoelectric actuator is used may be in the range of 0 to 4 kV / mm (claim 8). In this case, by using under the condition that the electric field range is 0 kV / mm or more, depolarization will not occur, and since it will be constantly polarized during driving, it can be used up to near the Curie temperature of the PZT-based oxide. it can.
On the other hand, when the voltage exceeds 4 kV / mm, similar to the above,
The stress generated by the strain of the material becomes large, and for example, in the case of an integral firing type piezoelectric actuator, it may be destroyed.

【0025】また,上記第2の発明(請求項9)におい
ても,上記圧電体は,ABO3型ペロブスカイト構造を
有するPZT系酸化物であることが好ましい(請求項1
0)。そして上記と同様の理由により,上記圧電アクチ
ュエータを使用する温度範囲は,−40〜200℃であ
ることが好ましい(請求項11)。
Also in the second invention (claim 9), the piezoelectric body is preferably a PZT-based oxide having an ABO 3 type perovskite structure (claim 1).
0). For the same reason as above, the temperature range in which the piezoelectric actuator is used is preferably -40 to 200 ° C (claim 11).

【0026】また,上記圧電アクチュエータを使用する
圧縮応力範囲は,上記圧電アクチュエータを使用する圧
縮応力範囲が0より大きく40MPa以下であることが
好ましい(請求項12)。また,上記圧電アクチュエー
タを使用する電界範囲は,上記と同様の理由により,使
用する温度における負の抗電界から4kV/mmの範囲
であることが好ましい(請求項13)。
The compressive stress range using the piezoelectric actuator is preferably greater than 0 and not more than 40 MPa using the piezoelectric actuator (claim 12). For the same reason as above, the electric field range for using the piezoelectric actuator is preferably within the range of 4 kV / mm from the negative coercive electric field at the operating temperature (claim 13).

【0027】また,上記圧電アクチュエータを使用する
温度範囲は,上記と同様の理由により,−40℃〜PZ
T系酸化物のキュリー温度であることが好ましい(請求
項14)。上記のごとく,使用する温度の下限値は−4
0℃が一般的である。一方,キュリー温度を超える場合
には結晶構造が立方晶となり,変位が激減するという問
題がある。
For the same reason as above, the temperature range in which the piezoelectric actuator is used is -40 ° C to PZ.
It is preferably the Curie temperature of the T-based oxide (claim 14). As mentioned above, the lower limit of the operating temperature is -4
0 ° C is common. On the other hand, when the temperature exceeds the Curie temperature, the crystal structure becomes cubic and the displacement decreases drastically.

【0028】また,上記圧電アクチュエータを使用する
圧縮応力範囲が0より大きく40MPa以下であること
が好ましい(請求項15)。圧縮応力範囲の最大値は,
一般的な使用においては40MPaで十分である。
Further, it is preferable that the compressive stress range using the piezoelectric actuator is more than 0 and not more than 40 MPa (claim 15). The maximum value of the compressive stress range is
40 MPa is sufficient for general use.

【0029】また,上記圧電アクチュエータを使用する
電界範囲が,0〜4kV/mmの範囲とすることもでき
る(請求項16)。この場合,電界範囲が0kV/mm
以上の条件で使用することにより,減極されることがな
くなり,また,駆動中に絶えず分極されるため,PZT
系酸化物のキュリー温度付近まで使用することができ
る。一方,4kV/mmを超える場合には,上記と同様
に,材料の歪みにより発生する応力が大きくなり,例え
ば一体焼成型圧電アクチュエータの場合には破壊に至る
場合もある。
The electric field range in which the piezoelectric actuator is used may be in the range of 0 to 4 kV / mm (claim 16). In this case, the electric field range is 0 kV / mm
By using it under the above conditions, it is not depolarized, and it is constantly polarized during driving.
It can be used up to near the Curie temperature of the system oxide. On the other hand, when it exceeds 4 kV / mm, the stress generated by the strain of the material becomes large as in the above case, and for example, in the case of the integral firing type piezoelectric actuator, it may be destroyed.

【0030】[0030]

【実施例】(実施例1)本例では,上記圧電体としてP
ZT系のABO3型ペロブスカイト化合物を用いた場合
に,使用する際の最低温度,最低電界,最大圧縮応力と
いう条件下において,結晶構造が,正方晶と菱面体晶と
の結晶相境界(MPB)よりも実質的に正方晶側にある
状態となる組成を求めた。
Example 1 In this example, P was used as the piezoelectric body.
When a ZT-based ABO 3 type perovskite compound is used, the crystal structure is a tetragonal and rhombohedral crystal phase boundary (MPB) under the conditions of the minimum temperature, the minimum electric field, and the maximum compressive stress during use. The composition was determined so as to be substantially closer to the tetragonal side.

【0031】まず,ABO3型ペロブスカイト構造のP
ZT結晶において,AサイトのPb位置をSr=9mo
l%置換し,Bサイトの(Zr,Ti)位置を(Y:1
/2,Nb:1/2)=1モル%置換し,Zr/Ti
(モル比)を変更したPZTを作製する。
First, P of ABO 3 type perovskite structure
In the ZT crystal, the Pb position of the A site is Sr = 9mo
1% substitution, and the (Zr, Ti) position of the B site is (Y: 1
/ 2, Nb: 1/2) = 1 mol% substitution, Zr / Ti
PZT having different (molar ratio) is prepared.

【0032】Zr/Ti(モル比)は,48/52,4
9/51,50/50,51/49,52/48,53
/47,54/46,55/45,56/44,57/
43の10種類とする。そして,これらのペロブスカイ
ト組成物にMnをMn23換算で0.2wt%添加して
なる材料となるように,原料粉末であるPbO,SrC
3,ZrO2,TiO2,Y23,Nb25,Mn23
を秤量した。そしてこれらの原料を湿式ボールミル等に
より混合した後,この混合物を700〜900℃で1〜
5時間,仮焼成を行なった。
Zr / Ti (molar ratio) is 48 / 52,4
9/51, 50/50, 51/49, 52/48, 53
/ 47, 54/46, 55/45, 56/44, 57 /
There are 10 types of 43. Then, PbO and SrC, which are raw material powders, are added so that Mn is added to these perovskite compositions in an amount of 0.2 wt% in terms of Mn 2 O 3.
O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Mn 2 O 3
Was weighed. Then, after mixing these raw materials with a wet ball mill or the like, the mixture is heated at 700 to 900 ° C.
It was calcined for 5 hours.

【0033】得られた仮焼成物をボールミル等で粉砕
し,その後,水,ポリビニルアルコール等の粘着剤を加
えてさらに混合し,スプレードライヤ等の装置により造
粒した。得られた造粒粉を300〜1000kgf/c
2の圧力で加圧成形した後,1000〜1200℃で
0.5〜4時間,本焼成を行なって圧電体としての焼成
体を得た。
The obtained calcined product was pulverized by a ball mill or the like, then water, an adhesive such as polyvinyl alcohol was added and further mixed, and granulated by an apparatus such as a spray dryer. 300-1000 kgf / c of the obtained granulated powder
After pressure molding at a pressure of m 2 , main firing was performed at 1000 to 1200 ° C. for 0.5 to 4 hours to obtain a fired body as a piezoelectric body.

【0034】得られた各焼成体を,直径10mm,厚さ
0.2mmの円板に加工し,両端面に,周知の方法で銀
等の導電性物質よりなる電極を形成した。さらにこの円
板に20〜150℃の温度で2〜4kV/mmの電圧を
10〜60分間印加して分極処理を行なった。
Each of the obtained fired bodies was processed into a disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.2 mm, and electrodes made of a conductive material such as silver were formed on both end faces by a known method. Further, a voltage of 2 to 4 kV / mm was applied to this disk at a temperature of 20 to 150 ° C. for 10 to 60 minutes to perform polarization treatment.

【0035】その後,24時間放置し,0〜40MPa
の圧縮応力,0〜200V(1kV/mm)のバイアス
電圧,0〜200℃の温度を印加した状態で静電容量を
測定した。ここで,静電容量はインピーダンスアナライ
ザにより周波数1kHz(sin波),振幅±1Vにて
測定した。測定結果を図1,図2に示す。
After that, it is left to stand for 24 hours and 0-40 MPa.
Capacitance was measured under the condition that the compressive stress, the bias voltage of 0 to 200 V (1 kV / mm), and the temperature of 0 to 200 ° C. were applied. Here, the capacitance was measured with an impedance analyzer at a frequency of 1 kHz (sin wave) and an amplitude of ± 1V. The measurement results are shown in FIGS.

【0036】図1は,横軸に温度(℃),縦軸にZr
(mol%)をとり,圧縮応力は0MPa一定にしてお
き,各温度にて,3種類のバイアス電圧を印加した場合
に静電容量が極大値となるZrのモル%をプロットした
ものである。図2は,横軸に温度(℃),縦軸にZr
(mol%)をとり,電圧は0V一定にしておき,各温
度にて,3種類の圧縮応力を負荷した場合に静電容量が
極大値となるZrのモル%をプロットしたものである。
In FIG. 1, the horizontal axis indicates temperature (° C.) and the vertical axis indicates Zr.
(Mol%), the compressive stress is kept constant at 0 MPa, and the mol% of Zr at which the electrostatic capacitance has a maximum value when three types of bias voltages are applied is plotted at each temperature. In Fig. 2, the horizontal axis is temperature (° C) and the vertical axis is Zr.
(Mol%), the voltage was kept constant at 0 V, and the mol% of Zr at which the electrostatic capacitance had a maximum value when three types of compressive stress were applied at each temperature was plotted.

【0037】図1より知られるごとく,バイアス電界を
高くすると,MPBとなるZr量は多い方にシフトす
る。また,図2より知られるごとく,圧縮応力が高くな
ると,MPBとなるZr量は少ない方にシフトすること
がわかった。
As is known from FIG. 1, when the bias electric field is increased, the Zr amount that becomes MPB shifts to the larger one. Further, as is known from FIG. 2, it was found that when the compressive stress becomes higher, the amount of Zr which becomes MPB shifts to the smaller one.

【0038】また,図1,図2より知られるごとく,圧
縮応力,バイアス電界の値に関わらず,温度が高くなる
と,正方晶と菱面体晶との結晶相境界(MPB)となる
Zr量は多い方にシフトすることがわかった。以上のこ
とから,使用条件下で常にMPBより正方晶側(MPB
よりもZrモル量が少ない領域)の結晶構造をとるため
には,使用する最低温度,最低電圧,最大圧縮応力とい
う条件下でMPB近傍となる組成にすれば良いことが分
かる。
Further, as is known from FIGS. 1 and 2, when the temperature rises, the Zr amount which becomes the crystal phase boundary (MPB) between the tetragonal crystal and the rhombohedral crystal is irrespective of the values of the compressive stress and the bias electric field. I found that I would shift to more people. From the above, the tetragonal side (MPB
It can be seen that in order to obtain a crystal structure in a region where the amount of Zr is smaller than that of the above), the composition should be close to MPB under the conditions of the minimum temperature, the minimum voltage and the maximum compressive stress used.

【0039】ここで,MPBよりも正方晶側が良い理由
を簡単に説明する。PZT系酸化物よりなる圧電アクチ
ュエータ(以下,適宜PZTアクチュエータという)を
駆動する場合,自己発熱が問題となる。PZTアクチュ
エータが変位するのは,逆圧電効果と分域回転効果のた
めであり,自己発熱の原因となるのは後者である。この
分域回転効果が出現し始める電界は上述した抗電界近傍
であり,自己発熱抑制のためには,この抗電界がゼロか
ら離れている程好ましい。PZTが圧電効果を発現する
のは,その結晶構造が正方晶か菱面体晶のいずれかであ
る場合であり,一般に正方晶は菱面体晶の約2倍のEc
を示す。そのため,PZTの結晶構造としては,常に菱
面体晶であるよりも常に正方晶である方が望ましいので
ある。
Here, the reason why the tetragonal side is better than MPB will be briefly described. When driving a piezoelectric actuator made of a PZT-based oxide (hereinafter appropriately referred to as a PZT actuator), self-heating becomes a problem. The displacement of the PZT actuator is due to the inverse piezoelectric effect and the domain rotation effect, and the latter causes self-heating. The electric field at which the domain rotation effect begins to appear is near the coercive electric field described above, and it is preferable that the coercive electric field be farther from zero in order to suppress self-heating. PZT exhibits a piezoelectric effect when its crystal structure is either tetragonal or rhombohedral, and generally tetragonal has an Ec of about twice that of rhombohedral.
Indicates. Therefore, it is desirable that the crystal structure of PZT is always tetragonal rather than rhombohedral.

【0040】(実施例2)本例では,使用温度が−40
〜200℃の範囲,圧縮応力範囲が0〜40MPaの範
囲,電界範囲が使用最低温度における0〜4kV/mm
の範囲であることを想定し,これに最適な圧電アクチュ
エータを作製した。すなわち,本例の圧電アクチュエー
タ1は,図3に示すごとく,電圧の印加により変位を生
ずる圧電体11を駆動源として用いる圧電アクチュエー
タである。上記圧電体11は,使用する際の最低温度,
最低電界,最大圧縮応力という条件下において,結晶構
造が,正方晶と菱面体晶との結晶相境界(MPB)より
も実質的に正方晶側にある。
(Embodiment 2) In this embodiment, the operating temperature is -40.
~ 200 ° C range, compressive stress range 0-40MPa, electric field range 0-4kV / mm at the lowest operating temperature
Assuming that it is within the range, we prepared a piezoelectric actuator optimal for this. That is, as shown in FIG. 3, the piezoelectric actuator 1 of this example is a piezoelectric actuator that uses the piezoelectric body 11 that is displaced by the application of a voltage as a drive source. The piezoelectric body 11 has a minimum temperature when used,
Under the conditions of the lowest electric field and the maximum compressive stress, the crystal structure is substantially on the tetragonal side of the crystal phase boundary (MPB) between the tetragonal crystal and the rhombohedral crystal.

【0041】上記圧電体11としては,使用最低温度−
40℃で,使用最低のパイアス電界0kV/mmを,最
大圧縮応力40MPa下で印加した状態でMPB近傍と
なる組成のPZTを作製して適用した。上記PZTは,
AサイトのPb位置をSr=9mol%置換し,Bサイ
トの(Zr,Ti)位置を(Y:1/2,Nb:1/
2)=1モル%置換し,Zr/Ti(モル比)=53/
47としたものである。そして,さらに,これらのペロ
ブスカイト組成物にMnをMn23換算で0.2wt%
添加した。
As the above-mentioned piezoelectric body 11, the minimum operating temperature-
At 40 ° C., the lowest Pias electric field of 0 kV / mm was applied under a maximum compressive stress of 40 MPa, and PZT having a composition in the vicinity of MPB was prepared and applied. The PZT is
The Pb position of the A site was replaced with Sr = 9 mol%, and the (Zr, Ti) position of the B site was replaced with (Y: 1/2, Nb: 1 /
2) = 1 mol% substitution, Zr / Ti (molar ratio) = 53 /
47. Further, Mn is added to these perovskite compositions in an amount of 0.2 wt% in terms of Mn 2 O 3.
Was added.

【0042】この組成のPZTを,実施例1と同様の工
程により,直径10mm,厚さ0.2mmの板状に加工
した。そして,図3に示すごとく,このPZTよりなる
圧電体11と,内部電極層21,22とを交互に積層し
てなるセラミック積層体10と,その側面に配設された
側面電極3および外部電極4とよりなる圧電アクチュエ
ータ1を作製した。具体的な作製方法は種々の方法を取
ることができる。そして,本例では,圧電体11の形状
が樽形形状となる構造を採用した。これを試料E2とす
る。
PZT having this composition was processed into a plate having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.2 mm by the same process as in Example 1. As shown in FIG. 3, a piezoelectric laminate 11 made of PZT and internal electrode layers 21 and 22 are alternately laminated, and a side electrode 3 and an external electrode arranged on the side surface of the ceramic laminate 10. A piezoelectric actuator 1 composed of 4 was manufactured. Various manufacturing methods can be adopted. In this example, a structure in which the piezoelectric body 11 has a barrel shape is adopted. This is designated as sample E2.

【0043】本例では,比較のために,温度20℃,低
電界,無応力下でMPB近傍となる組成のPZT及びこ
れを用いて上記と同様に組み上げた積層型の圧電アクチ
ュエータを準備した(試料C1とする)。試料C1にお
けるPZTの具体的組成は,Pbの位置をSr=9mo
1%置換し,Bサイトの(Zr,Ti)位置を(Y:1
/2,Nb1/2)=1モル%置換し,Zr/Ti(モ
ル比)=51.5/48.5とし,さらに,これらのペ
ロブスカイト組成物にMnをMn23換算で0.2wt
%添加下ものである。
In this example, for comparison, a PZT having a composition which is in the vicinity of MPB at a temperature of 20 ° C. under a low electric field and under no stress, and a laminated piezoelectric actuator assembled using the same as the above were prepared ( Sample C1). The specific composition of PZT in sample C1 is Sr = 9mo at the position of Pb.
1% substitution, the (Zr, Ti) position of the B site is (Y: 1
/ 2, Nb1 / 2) = 1 mol% substitution and Zr / Ti (molar ratio) = 51.5 / 48.5. Furthermore, Mn is added to these perovskite compositions in an amount of 0.2 wt% in terms of Mn 2 O 3.
% Addition.

【0044】次に,本例では,上記試料E2,試料C1
について,−40℃〜165℃の温度値囲,圧縮応力:
40MPa,電界:0〜2kV/mm,周波数:0.1
Hzにおける変位を測定した。その結果を図4に示す。
同図は,横軸に温度(℃),縦軸に変位(μm)を取っ
たものである。
Next, in this example, the sample E2 and the sample C1
About, the temperature range of -40 ℃ ~ 165 ℃, compressive stress:
40 MPa, electric field: 0 to 2 kV / mm, frequency: 0.1
The displacement in Hz was measured. The result is shown in FIG.
In this figure, the horizontal axis represents temperature (° C.) and the vertical axis represents displacement (μm).

【0045】同図より知られるごとく,本発明の実施例
である試料E2は,比較例である試料C1の場合に比べ
て,温度変化があっても変位の変化が少なく,温度特性
が平坦化して良好となることがわかった。
As can be seen from the figure, the sample E2, which is an embodiment of the present invention, has a smaller change in displacement and a flatter temperature characteristic than the case of the sample C1 which is a comparative example. It turned out to be good.

【0046】(実施例3)本例は,実施例2における圧
電アクチュエータ1を適用可能なインジェクタについて
説明する。本例で示すインジェクタ5は,図5に示すご
とく,ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システム
に適用したものである。このインジェクタ5は,同図に
示すごとく,駆動部としての上記圧電アクチュエータ1
が収容される上部ハウジング52と,その下端に固定さ
れ,内部に噴射ノズル部54が形成される下部ハウジン
グ53を有している。
(Third Embodiment) In this embodiment, an injector to which the piezoelectric actuator 1 of the second embodiment can be applied will be described. The injector 5 shown in this example is, as shown in FIG. 5, applied to a common rail injection system of a diesel engine. This injector 5 is, as shown in the figure, the above-mentioned piezoelectric actuator 1 as a drive unit.
Has an upper housing 52 and a lower housing 53 fixed to the lower end thereof and having an injection nozzle portion 54 formed therein.

【0047】上部ハウジング52は略円柱状で,中心軸
に対し偏心する縦穴521内に,圧電アクチュエータ1
が挿通固定されている。縦穴521の側方には,高圧燃
料通路522が平行に設けられ,その上端部は,上部ハ
ウジング52上側部に突出する燃料導入管523内を経
て外部のコモンレール(図略)に連通している。
The upper housing 52 has a substantially cylindrical shape, and the piezoelectric actuator 1 is housed in a vertical hole 521 eccentric to the central axis.
Is inserted and fixed. A high-pressure fuel passage 522 is provided in parallel to a side of the vertical hole 521, and an upper end portion of the high-pressure fuel passage 522 communicates with an external common rail (not shown) via a fuel introduction pipe 523 protruding to an upper portion of the upper housing 52. .

【0048】上部ハウジング52上側部には,また,ド
レーン通路524に連通する燃料導出管525が突設
し,燃料導出管525から流出する燃料は,燃料タンク
(図略)へ戻される。ドレーン通路524は,縦穴52
1と圧電アクチュエータ1との間の隙間50を経由し,
さらに,この隙間50から上下ハウジング52,53内
を下方に延びる図示しない通路によって後述する3方弁
551に連通してしる。
A fuel outlet pipe 525 communicating with the drain passage 524 projects from the upper portion of the upper housing 52, and the fuel flowing out from the fuel outlet pipe 525 is returned to a fuel tank (not shown). The drain passage 524 has a vertical hole 52.
1 through the gap 50 between the piezoelectric actuator 1 and
Further, a passage (not shown) extending downward from the gap 50 in the upper and lower housings 52, 53 communicates with a three-way valve 551 described later.

【0049】噴射ノズル部54は,ピストンボデー53
1内を上下方向に摺動するノズルニードル541と,ノ
ズルニードル541によって開閉されて燃料溜まり54
2から供給される高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射す
る噴孔543を備えている。燃料溜まり542は,ノズ
ルニードル541の中間部周りに設けられ,上記高圧燃
料通路522の下端部がここに開口している。ノズルニ
ードル541は,燃料溜まり542から開弁方向の燃料
圧を受けるとともに,上端面に面して設けた背圧室54
4から閉弁方向の燃料圧を受けており,背圧室544の
圧力が降下すると,ノズルニードル541がリフトし
て,噴孔543が開放され,燃料噴射がなされる。
The injection nozzle portion 54 has a piston body 53.
1, a nozzle needle 541 that slides in the vertical direction, and a fuel pool 54 that is opened and closed by the nozzle needle 541.
The injection hole 543 for injecting the high-pressure fuel supplied from 2 into each cylinder of the engine is provided. The fuel reservoir 542 is provided around the middle portion of the nozzle needle 541, and the lower end portion of the high-pressure fuel passage 522 opens here. The nozzle needle 541 receives the fuel pressure in the valve opening direction from the fuel reservoir 542, and the back pressure chamber 54 provided facing the upper end surface.
When the fuel pressure in the valve closing direction is received from No. 4 and the pressure in the back pressure chamber 544 drops, the nozzle needle 541 lifts, the injection hole 543 is opened, and fuel injection is performed.

【0050】背圧室544の圧力は3方弁551によっ
て増減される。3方弁551は,背圧室544と高圧燃
料通路522,またはドレーン通路524と選択的に連
通させる構成である。ここでは,高圧燃料通路522ま
たはドレーン通路524へ連通するポートを開閉するボ
ール状の弁体を有している。この弁体は,上記駆動部1
により,その下方に配設される大径ピストン552,油
圧室553,小径ピストン554を介して,駆動され
る。
The pressure in the back pressure chamber 544 is increased / decreased by the three-way valve 551. The three-way valve 551 is configured to selectively communicate with the back pressure chamber 544 and the high pressure fuel passage 522 or the drain passage 524. Here, it has a ball-shaped valve element that opens and closes a port communicating with the high-pressure fuel passage 522 or the drain passage 524. This valve body is based on the drive unit 1
Thus, it is driven via the large-diameter piston 552, the hydraulic chamber 553, and the small-diameter piston 554 arranged below it.

【0051】このような構造のインジェクタ5は,ディ
ーゼルエンジンを備えた自動車等に配設され,広い温度
域において使用される。また,このインジェクタ5にお
ける圧電アクチュエータ1の変位精度はディーゼルエン
ジンの性能に大きく影響するので,どの温度域において
も正確であることが望まれている。これに対し,上記実
施例2の圧電アクチュエータ1は,インジェクタ用とし
て最適であり,優れた特性を発揮し,インジェクタ5の
性能向上に大きく貢献することができる。
The injector 5 having such a structure is arranged in an automobile equipped with a diesel engine and used in a wide temperature range. Further, since the displacement accuracy of the piezoelectric actuator 1 in the injector 5 has a great influence on the performance of the diesel engine, it is desired to be accurate in any temperature range. On the other hand, the piezoelectric actuator 1 according to the second embodiment is optimal for an injector, exhibits excellent characteristics, and can greatly contribute to improving the performance of the injector 5.

【0052】なお,実施例2,3においては,断面が樽
形の圧電アクチュエータを示したが,図6に示すごと
く,断面形状を八角形とすることももちろん可能であ
る。
In the second and third embodiments, the piezoelectric actuator having a barrel-shaped cross section is shown. However, as shown in FIG. 6, the cross-sectional shape may be octagonal.

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

【図1】実施例1における,温度とバイアス電圧を変化
させた場合のMPBにおけるZr量を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the Zr amount in MPB when the temperature and the bias voltage are changed in the first embodiment.

【図2】実施例1における,温度と圧縮応力を変化させ
た場合のMPBにおけるZr量を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the Zr amount in MPB when the temperature and the compressive stress are changed in Example 1.

【図3】実施例2における,圧電アクチュエータの構造
を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a structure of a piezoelectric actuator according to a second embodiment.

【図4】実施例2における,温度に対する変位の変化を
示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing changes in displacement with respect to temperature in the second embodiment.

【図5】実施例3における,インジェクタの構造を示す
説明図。
FIG. 5 is an explanatory view showing the structure of the injector in the third embodiment.

【図6】実施例2,3における圧電アクチュエータの形
状を変更した例を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory view showing an example in which the shape of the piezoelectric actuator is changed in Examples 2 and 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...圧電アクチュエータ, 11...圧電体, 21,22...内部電極層, 3...側面電極, 1. . . Piezoelectric actuator, 11. . . Piezoelectric body, 21,22. . . Internal electrode layer, 3. . . Side electrode,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA00 CC06T CC08T CC08U CC14 CC64T CC64U CC66 CC67 CC68U CC69 CC70 CD18 CD28 CE27 CE31    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA00                       CC06T CC08T CC08U CC14                       CC64T CC64U CC66 CC67                       CC68U CC69 CC70 CD18                       CD28 CE27 CE31

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電圧の印加により変位を生ずる圧電体を
駆動源として用いる圧電アクチュエータにおいて,上記
圧電体は,使用する際の最低温度,最低電界,最大圧縮
応力という条件下において,結晶構造が,正方晶と菱面
体晶との結晶相境界(MPB)よりも実質的に正方晶側
にあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
1. In a piezoelectric actuator using a piezoelectric body as a drive source that is displaced by the application of a voltage, the piezoelectric body has a crystal structure under the conditions of a minimum temperature, a minimum electric field and a maximum compressive stress during use. A piezoelectric actuator, which is substantially on the tetragonal side of a crystal phase boundary (MPB) between a tetragonal crystal and a rhombohedral crystal.
【請求項2】 請求項1において,上記圧電体は,AB
3型ペロブスカイト構造を有するPZT系酸化物であ
ることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. The piezoelectric body according to claim 1, wherein the piezoelectric body is AB
A piezoelectric actuator comprising a PZT-based oxide having an O 3 type perovskite structure.
【請求項3】 請求項2において,上記圧電アクチュエ
ータを使用する温度範囲が−40〜200℃であること
を特徴とする圧電アクチュエータ。
3. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the temperature range in which the piezoelectric actuator is used is −40 to 200 ° C.
【請求項4】 請求項2又は3において,上記圧電アク
チュエータを使用する圧縮応力範囲が0より大きく40
MPa以下であることを特徴とする圧電アクチュエー
タ。
4. The compressive stress range according to claim 2 or 3, wherein the piezoelectric actuator is used, is greater than 0 and 40.
A piezoelectric actuator having a pressure of MPa or less.
【請求項5】 請求項2〜4のいずれか1項において,
上記圧電アクチュエータを使用する電界範囲が,使用す
る温度における負の抗電界から4kV/mmの範囲であ
ることを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. The method according to any one of claims 2 to 4,
A piezoelectric actuator, wherein the electric field range in which the piezoelectric actuator is used is within a range of 4 kV / mm from a negative coercive electric field at a temperature in which it is used.
【請求項6】 請求項2において,上記圧電アクチュエ
ータを使用する温度範囲が,−40℃〜PZT系酸化物
のキュリー温度であることを特徴とする圧電アクチュエ
ータ。
6. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein a temperature range in which the piezoelectric actuator is used is −40 ° C. to Curie temperature of PZT-based oxide.
【請求項7】 請求項2又は6において,上記圧電アク
チュエータを使用する圧縮応力範囲が0より大きく40
MPa以下であることを特徴とする圧電アクチュエー
タ。
7. The compressive stress range according to claim 2 or 6, wherein the piezoelectric actuator is used, is greater than 0 and 40.
A piezoelectric actuator having a pressure of MPa or less.
【請求項8】 請求項2,6,7のいずれか1項におい
て,上記圧電アクチュエータを使用する電界範囲が0〜
4kV/mmの範囲であることを特徴とする圧電アクチ
ュエータ。
8. The electric field range in which the piezoelectric actuator is used according to claim 2, 6 or 7,
A piezoelectric actuator having a range of 4 kV / mm.
【請求項9】 電圧の印加により変位を生ずる圧電体を
駆動源として利用する圧電アクチュエータを駆動する方
法であって,上記圧電体は,使用する際の最低温度,最
低電界,最大圧縮応力という条件下において,結晶構造
が,正方晶と菱面体晶との結晶相境界(MPB)よりも
実質的に正方晶側にあるよう構成しておき,上記圧電体
を,上記最低温度以上,上記最低電界以上,上記最大圧
縮応力以下という条件下において駆動させることを特徴
とする圧電アクチュエータの駆動方法。
9. A method for driving a piezoelectric actuator using a piezoelectric body that is displaced by the application of a voltage as a drive source, wherein the piezoelectric body has a minimum temperature, a minimum electric field, and a maximum compressive stress when used. Below, the crystal structure is configured to be substantially on the tetragonal side of the crystal phase boundary (MPB) between the tetragonal and rhombohedral crystals, and the piezoelectric body is set to have the above-mentioned minimum temperature or more and the above-mentioned minimum electric field. As described above, the piezoelectric actuator driving method is characterized in that the piezoelectric actuator is driven under the condition that the maximum compressive stress is not more than the above.
【請求項10】 請求項9において,上記圧電体は,A
BO3型ペロブスカイト構造を有するPZT系酸化物で
あることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
10. The piezoelectric body according to claim 9, wherein the piezoelectric body is A
A method for driving a piezoelectric actuator, which is a PZT-based oxide having a BO 3 type perovskite structure.
【請求項11】 請求項10において,上記圧電アクチ
ュエータを使用する温度範囲が−40〜200℃である
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
11. The method of driving a piezoelectric actuator according to claim 10, wherein a temperature range in which the piezoelectric actuator is used is −40 to 200 ° C.
【請求項12】 請求項10又は11において,上記圧
電アクチュエータを使用する圧縮応力範囲が0より大き
く40MPa以下であることを特徴とする圧電アクチュ
エータの駆動方法。
12. The method for driving a piezoelectric actuator according to claim 10, wherein the compressive stress range in which the piezoelectric actuator is used is greater than 0 and 40 MPa or less.
【請求項13】 請求項10〜12のいずれか1項にお
いて,上記圧電アクチュエータを使用する電界範囲が,
使用する温度における負の抗電界から4kV/mmの範
囲であることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方
法。
13. The electric field range in which the piezoelectric actuator is used according to any one of claims 10 to 12,
A method for driving a piezoelectric actuator, which is in a range of 4 kV / mm from a negative coercive electric field at a temperature used.
【請求項14】 請求項10において,上記圧電アクチ
ュエータを使用する温度範囲が,−40℃〜PZT系酸
化物のキュリー温度の範囲であることを特徴とする圧電
アクチュエータの駆動方法。
14. The method for driving a piezoelectric actuator according to claim 10, wherein a temperature range in which the piezoelectric actuator is used is in a range of −40 ° C. to Curie temperature of PZT-based oxide.
【請求項15】 請求項10又は14において,上記圧
電アクチュエータを使用する圧縮応力範囲が0より大き
く40MPa以下であることを特徴とする圧電アクチュ
エータの駆動方法。
15. The method of driving a piezoelectric actuator according to claim 10, wherein the compressive stress range in which the piezoelectric actuator is used is greater than 0 and 40 MPa or less.
【請求項16】 請求項10,14,15のいずれか1
項において,上記圧電アクチュエータを使用する電界範
囲が,0〜4kV/mmの範囲であることを特徴とする
圧電アクチュエータの駆動方法。
16. One of claims 10, 14 and 15
2. The method for driving a piezoelectric actuator according to the item 1, wherein the electric field range using the piezoelectric actuator is in the range of 0 to 4 kV / mm.
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