JP2006052107A - Piezoelectric ceramic, production method therefor, and piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric ceramic, production method therefor, and piezoelectric actuator Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide piezoelectric ceramics having both a high piezoelectric strain constant and a high Curie temperature and exhibiting a desired displacement amount even at a high temperature, a production method therefor and a piezoelectric actuator. <P>SOLUTION: The piezoelectric ceramics 11a, 11b, 12a, 12b, 13a and 13b are obtained by separately calcining powder of first material expressed by chemical compositional formula: Pb<SB>0.985</SB>Bi<SB>0.01</SB>(Zn<SB>1/12</SB>Ni<SB>3/12</SB>Nb<SB>2/3</SB>)<SB>0.5</SB>Ti<SB>0.32</SB>Zr<SB>0.18</SB>O<SB>3</SB>and powder of second material expressed by chemical compositional formula: Pb<SB>0.97</SB>Bi<SB>0.02</SB>(Zn<SB>1/3</SB>Nb<SB>2/3</SB>)<SB>0.15</SB>Ti<SB>0.42</SB>Zr<SB>0.43</SB>O<SB>3</SB>, then mixing the calcined powder, and firing the resulting mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、印加電圧の作用によって結晶がひずむ性質をもつ圧電セラミックス、その製造方法、及びその圧電セラミックスを用いた圧電アクチュエータに関し、詳しくは、高温条件下で使用しても所望の大きな変位を得ることができるようにした圧電セラミックス、その製造方法及び圧電アクチュエータに関する。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic having a property in which crystals are distorted by the action of an applied voltage, a manufacturing method thereof, and a piezoelectric actuator using the piezoelectric ceramic, and in particular, obtains a desired large displacement even when used under high temperature conditions. The present invention relates to a piezoelectric ceramic, a method of manufacturing the same, and a piezoelectric actuator.

従来より、圧電セラミックスを用いた製品として逆圧電効果を利用した圧電アクチュエータが知られている。圧電アクチュエータでは大きな変位が必要な場合、使用する圧電セラミックスとしては、特許文献1に示されるような圧電歪定数の大きなものが適しており、また、高い温度条件での動作が求められている場合には特許文献2に示されているようなキュリー温度の高いものが必要とされる。
特公昭60−57237号公報 特開平10−287469号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, piezoelectric actuators using the reverse piezoelectric effect are known as products using piezoelectric ceramics. When a large displacement is required in a piezoelectric actuator, a piezoelectric ceramic having a large piezoelectric strain constant as shown in Patent Document 1 is suitable as the piezoelectric ceramic to be used, and operation under a high temperature condition is required. For this, a material having a high Curie temperature as shown in Patent Document 2 is required.
Japanese Patent Publication No. 60-57237 Japanese Patent Laid-Open No. 10-287469

一般に、圧電歪定数が大きくなるとキュリー温度が低くなる傾向があるため、高温での使用を考えて圧電セラミックスにキュリー温度が高いものを用いるとアクチュエータとして構成した場合に大きな変位を得ることができなくなってしまう。   Generally, as the piezoelectric strain constant increases, the Curie temperature tends to decrease. Therefore, if piezoelectric ceramics with a high Curie temperature are used for high temperature use, a large displacement cannot be obtained when configured as an actuator. End up.

現在、圧電アクチュエータの利用範囲が広がり、例えば車載機器に組み込まれるなど高温条件下での使用も増えてきている。そのため、大きな圧電歪定数を有し、しかもキュリー温度が高い圧電セラミックスが切望されている。   Currently, the range of use of piezoelectric actuators has been expanded, and for example, use under high-temperature conditions such as being incorporated in in-vehicle devices is increasing. Therefore, a piezoelectric ceramic having a large piezoelectric strain constant and a high Curie temperature is desired.

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、高温条件下でも望む変位量が得られる圧電セラミックス、その製造方法、圧電アクチュエータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a piezoelectric ceramic that can obtain a desired amount of displacement even under high temperature conditions, a manufacturing method thereof, and a piezoelectric actuator.

本発明の圧電セラミックスは、化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される第1の材料と、化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される第2の材料とを混合して得られることを特徴としている。 The piezoelectric ceramic of the present invention includes a first material represented by a chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 and a chemical composition formula Pb 0.97. It is characterized by being obtained by mixing with a second material represented by Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 .

また、本発明の圧電アクチュエータは、化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される第1の材料と、化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される第2の材料とを混合して得られる圧電セラミックスと、この圧電セラミックスに形成された電極とを備えることを特徴としている。 In addition, the piezoelectric actuator of the present invention includes a first material represented by a chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 , and a chemical composition formula A piezoelectric ceramic obtained by mixing a second material represented by Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 and an electrode formed on the piezoelectric ceramic. It is characterized by providing.

上記第1の材料は圧電歪定数は大きいがキュリー温度が低く高温で使用すると変位量が小さくなってしまい、上記第2の材料はキュリー温度は大きいが圧電歪定数が小さく所望の用途に必要な変位量を得ることができないが、それら2つの材料を混合して得られる圧電セラミックスでは、圧電歪定数とキュリー温度はどちらか一方が極端に小さいということはなく、両者が共に実用上満足できる値を示す。これにより、温度上昇に伴う変位量の劣化(落ち込み)を抑えることができ、高温条件下でも所望の変位量が得られる。   The first material has a large piezoelectric strain constant but has a low Curie temperature and a small amount of displacement when used at a high temperature. The second material has a large Curie temperature but a small piezoelectric strain constant and is necessary for a desired application. Although the amount of displacement cannot be obtained, in piezoelectric ceramics obtained by mixing these two materials, either the piezoelectric strain constant or the Curie temperature is not extremely small, and both are values that are practically satisfactory. Indicates. Thereby, the deterioration (drop) of the displacement amount accompanying a temperature rise can be suppressed, and a desired displacement amount can be obtained even under high temperature conditions.

第1の材料と第2の材料との混合比によっては、非常に大きな変位量は得られるが高温での劣化率は比較的大きくなってしまう、あるいは高温での劣化率は非常に小さく抑えることができるが変位量はそれほど大きなものが得られないというように両者の特性バランスが悪くなってしまうので、変位量と高温での劣化率が共に満足できる値が得られる混合比としては、第1の材料の混合比を25重量%以上50重量%以下、逆に言えば第2の材料の混合比を50重量%以上75重量%以下にすることが好ましい。   Depending on the mixing ratio of the first material and the second material, a very large amount of displacement can be obtained, but the deterioration rate at a high temperature becomes relatively large, or the deterioration rate at a high temperature should be kept very small. However, since the characteristic balance between the two is deteriorated such that the displacement amount is not so large, the mixing ratio at which both the displacement amount and the deterioration rate at high temperature can be satisfied is the first. It is preferable that the mixing ratio of the material is 25 wt% or more and 50 wt% or less, and conversely the mixing ratio of the second material is 50 wt% or more and 75 wt% or less.

また、本発明の圧電セラミックスの製造方法は、化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される第1の材料の粉末と、化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される第2の材料の粉末とを混合する工程と、その混合した粉末を焼成する工程とを有することを特徴としている。 In addition, the method for producing a piezoelectric ceramic according to the present invention includes a powder of the first material represented by the chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3. And a powder of the second material represented by the chemical composition formula Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 , and firing the mixed powder And a process.

上記第1の材料は圧電歪定数は大きいがキュリー温度が低く高温で使用すると変位量が小さくなってしまい、上記第2の材料はキュリー温度は大きいが圧電歪定数が小さく所望の用途に必要な変位量を得ることができないが、それら2つの材料を混合して得られる圧電セラミックスでは、圧電歪定数とキュリー温度はどちらか一方が極端に小さいということはなく、両者が共に実用上満足できる値を示す。これにより、温度上昇に伴う変位量の劣化(落ち込み)を抑えることができ、高温条件下でも所望の変位量が得られる。   The first material has a large piezoelectric strain constant but has a low Curie temperature and a small amount of displacement when used at a high temperature. The second material has a large Curie temperature but a small piezoelectric strain constant and is necessary for a desired application. Although the amount of displacement cannot be obtained, in piezoelectric ceramics obtained by mixing these two materials, either the piezoelectric strain constant or the Curie temperature is not extremely small, and both are values that are practically satisfactory. Indicates. Thereby, the deterioration (drop) of the displacement amount accompanying a temperature rise can be suppressed, and a desired displacement amount can be obtained even under high temperature conditions.

特に、第1の材料の粉末と第2の材料の粉末とは別々に仮焼きをした後に互いに混合して焼成を行うようにすれば、空孔や不安定成分を少なくして焼結性を向上できる。   In particular, if the powder of the first material and the powder of the second material are calcined separately and then mixed and fired, the sinterability can be reduced by reducing voids and unstable components. It can be improved.

また、本発明の圧電セラミックスの製造方法は、化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される材料粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも2回繰り返してから焼成を行うことを特徴としている。 In addition, the method for producing the piezoelectric ceramic according to the present invention is a method of calcining a material powder represented by the chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 . After that, the step of mixing, drying and crushing in order is repeated at least twice before firing.

上記(混合〜乾燥〜粉砕)からなる工程を仮焼き後に少なくとも2回繰り返すことで、粒径がより小さくされて密度の大きな緻密化された焼結体とすることができる。密度と圧電歪定数とは互いに相関し、密度が大きくなると圧電歪定数も大きくなる。そして、圧電セラミックスでは、圧電歪定数が大きい方が、電圧を印加したときにより大きく変位する。   By repeating the process consisting of the above (mixing, drying, pulverization) at least twice after calcining, the sintered body can be made a denser sintered body having a smaller particle size and a higher density. The density and the piezoelectric strain constant correlate with each other, and the piezoelectric strain constant increases as the density increases. In piezoelectric ceramics, the larger the piezoelectric strain constant, the larger the displacement when a voltage is applied.

また、本発明の圧電セラミックスの製造方法は、化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される材料粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも2回繰り返してから焼成を行うことを特徴としている。 Also, the piezoelectric ceramic manufacturing method of the present invention is obtained by mixing and calcining the material powder represented by the chemical composition formula Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3. It is characterized in that baking is performed after repeating the steps of drying and pulverization in order at least twice.

上記(混合〜乾燥〜粉砕)からなる工程を仮焼き後に少なくとも2回繰り返すことで、粒径がより小さくされて密度の大きな緻密化された焼結体とすることができる。密度と圧電歪定数とは互いに相関し、密度が大きくなると圧電歪定数も大きくなる。そして、圧電セラミックスでは、圧電歪定数が大きい方が、電圧を印加したときにより大きく変位する。   By repeating the process consisting of the above (mixing, drying, pulverization) at least twice after calcining, the sintered body can be made a denser sintered body having a smaller particle size and a higher density. The density and the piezoelectric strain constant correlate with each other, and the piezoelectric strain constant increases as the density increases. In piezoelectric ceramics, the larger the piezoelectric strain constant, the larger the displacement when a voltage is applied.

本発明の圧電セラミックスは、圧電歪定数とキュリー温度の両方共がバランス良く高い値を示し、高温でも大きな変位が得られ、さらに、温度上昇に伴う変位量の劣化も抑えることができる。この結果、特に高温条件下での信頼性を向上できる。   The piezoelectric ceramic of the present invention shows a high value with a good balance in both the piezoelectric strain constant and the Curie temperature, a large displacement can be obtained even at a high temperature, and further, the deterioration of the displacement due to the temperature rise can be suppressed. As a result, reliability under high temperature conditions can be improved.

本発明の圧電セラミックスの製造方法によれば、圧電歪定数とキュリー温度の両方共がバランス良く高い値を示す圧電セラミックスを製造できる。この結果得られた圧電セラミックスは、高温でも大きな変位を得ることができ、さらに、温度上昇に伴う変位量の劣化も抑えられ、高温条件下での信頼性が高いものとなる。   According to the method for manufacturing a piezoelectric ceramic of the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric ceramic in which both the piezoelectric strain constant and the Curie temperature exhibit high values in a balanced manner. As a result, the obtained piezoelectric ceramic can obtain a large displacement even at a high temperature, and further, the deterioration of the displacement amount accompanying the temperature rise is suppressed, and the reliability under a high temperature condition is high.

本発明の圧電アクチュエータは、圧電歪定数とキュリー温度の両方共がバランス良く高い値を示す圧電セラミックスを用いるので、高温でも大きな変位が得られ、さらに、温度上昇に伴う変位量の劣化も抑えることができる。この結果、特に高温条件下での信頼性を向上できる。   The piezoelectric actuator of the present invention uses piezoelectric ceramics that show high values in a balanced manner both in terms of the piezoelectric strain constant and the Curie temperature. Can do. As a result, reliability under high temperature conditions can be improved.

[圧電セラミックス]
本発明の実施形態に係る圧電セラミックスは、化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される第1の材料と、化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される第2の材料とを任意の混合比で混合して得られる。すなわち、本実施形態で得られる圧電セラミックスの各成分元素の組成は、PbaBibZncNidNbeTifZrg3(0.970≦a≦0.985 0.01≦b≦0.02 0.040≦c≦0.049 0<d≦0.125 0.099≦e≦0.200 0.380≦f≦0.420 0.180≦g≦0.430)で表される。
[Piezoelectric ceramics]
The piezoelectric ceramic according to the embodiment of the present invention includes a first material represented by a chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 , It can be obtained by mixing a second material represented by the composition formula Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 at an arbitrary mixing ratio. That is, the composition of each component element of the piezoelectric ceramics obtained in the present embodiment, Pb a Bi b Zn c Ni d Nb e Ti f Zr g O 3 (0.970 ≦ a ≦ 0.985 0.01 ≦ b ≦ 0.02 0.040 ≦ c ≦ 0.049 0 <d ≦ 0.125 0.099 ≦ e ≦ 0.200 0.380 ≦ f ≦ 0.420 0.180 ≦ g ≦ 0.430).

その圧電セラミックスの製造方法について、図1のフローチャートを参照して説明する。第1の材料と第2の材料とは、ステップS9の前まではそれぞれ別々に(互いに混合されることなく)工程が進められる。   A method for manufacturing the piezoelectric ceramic will be described with reference to the flowchart of FIG. The first material and the second material are processed separately (without being mixed with each other) until step S9.

(ステップS1a)
原料粉末として高純度のPbO、ZrO2、TiO2、Bi23、Nb25、ZnO、NiOを使用し、これらを第1の材料の組成Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183となるように秤量する。
(Step S1a)
High-purity PbO, ZrO 2 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , Nb 2 O 5 , ZnO, and NiO are used as the raw material powder, and these are used as the first material composition Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3 / 12 Nb 2/3 ) Weigh so that 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 .

(ステップS2a)
上記粉末をボールミルに入れ純水を加えて20時間の湿式混合を行う。
(Step S2a)
The powder is put into a ball mill and pure water is added to perform wet mixing for 20 hours.

(ステップS3a〜S5a)
湿式混合を終えた粉末を乾燥させ粉砕後、850℃で3時間仮焼きする。
(Steps S3a to S5a)
The powder after wet mixing is dried and ground, and then calcined at 850 ° C. for 3 hours.

(ステップS6a〜S8a)
仮焼きされた粉末を再びボールミルに入れて湿式混合を行い、その後乾燥及び粉砕を行う。混合、乾燥、粉砕の各種条件は上記ステップS2a〜S4aにおける混合、乾燥、粉砕の条件と同じである。
(Steps S6a to S8a)
The calcined powder is again put in a ball mill and wet mixed, and then dried and pulverized. Various conditions of mixing, drying, and pulverization are the same as the conditions of mixing, drying, and pulverization in the above steps S2a to S4a.

第2の材料についても第1の材料と同様にステップS1b〜S8bが行われる。すなわち、先ず、原料粉末として高純度のPbO、ZrO2、TiO2、Bi23、Nb25、ZnOを使用し、これらを第2の材料の組成Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433となるように秤量する(ステップS1b)。 Steps S1b to S8b are performed for the second material as well as the first material. That is, first, high-purity PbO, ZrO 2 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and ZnO are used as raw material powders, and these are used as the second material composition Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 is weighed (step S1b).

(ステップS2b)
上記粉末をボールミルに入れ純水を加えて20時間の湿式混合を行う。
(Step S2b)
The powder is put into a ball mill and pure water is added to perform wet mixing for 20 hours.

(ステップS3b〜S5b)
湿式混合を終えた粉末を乾燥させ粉砕後、850℃で3時間仮焼きする。
(Steps S3b to S5b)
The powder after wet mixing is dried and ground, and then calcined at 850 ° C. for 3 hours.

(ステップS6b〜S8b)
仮焼きされた粉末を再びボールミルに入れて湿式混合を行い、その後乾燥及び粉砕を行う。混合、乾燥、粉砕の各種条件は上記ステップS2b〜S4bにおける混合、乾燥、粉砕の条件と同じである。
(Steps S6b to S8b)
The calcined powder is again put in a ball mill and wet mixed, and then dried and pulverized. Various conditions of mixing, drying, and pulverization are the same as the conditions of mixing, drying, and pulverization in the above steps S2b to S4b.

(ステップS9)
ステップS8aまでの工程を終えた第1の材料の粉末と、ステップS8bまでの工程を終えた第2の材料の粉末とを所望の混合比、例えば、第1の材料が25重量%に対して第2の材料が75重量%、第1の材料が50重量%に対して第2の材料が50重量%、第1の材料が75重量%に対して第2の材料が25重量%などの混合比になるように秤量し、それら粉末をボールミルに入れ純水を加えて10時間の湿式混合を行う。
(Step S9)
The powder of the first material that has finished the process up to step S8a and the powder of the second material that has finished the process up to step S8b are mixed at a desired mixing ratio, for example, the first material is 25% by weight. The second material is 75% by weight, the first material is 50% by weight, the second material is 50% by weight, the first material is 75% by weight, the second material is 25% by weight, etc. Weigh so that the mixing ratio is achieved, put these powders in a ball mill, add pure water, and perform wet mixing for 10 hours.

(ステップS10〜S12)
湿式混合を終えた粉末の乾燥、粉砕を行った後、有機バインダー(例えばポリビニルアルコール)を加えて造粒する。
(Steps S10 to S12)
After the wet-mixed powder is dried and pulverized, an organic binder (for example, polyvinyl alcohol) is added and granulated.

(ステップS13〜S14)
上記造粒工程を終えた粉末を8kg/cm2の圧力でプレス成型し、角型の成型体を得る。そして、この成型体をMgOなどからなる容器内に密閉し、酸素雰囲気、温度1250〜1300℃で5時間焼成した。
(Steps S13 to S14)
The powder after the granulation step is press-molded at a pressure of 8 kg / cm 2 to obtain a square shaped body. And this molded object was sealed in the container which consists of MgO etc., and it baked for 5 hours by oxygen atmosphere and the temperature of 1250-1300 degreeC.

この焼成により、バインダーなどの不安定成分が分解、除去され、各成分元素間の反応を進行させて安定な化合物が生成され、同時に焼結によって収縮、緻密化されて一定形状、強度の焼結体が得られる。   By this firing, unstable components such as binders are decomposed and removed, and the reaction between each component element proceeds to produce a stable compound. At the same time, it is shrunk and densified by sintering, and has a certain shape and strength. The body is obtained.

そして、この焼結体を内周刃(ドーナッツ型円板の内周側にダイヤモンド砥粒などを形成した切断手段)を用いて厚さ1.0mmの板状に切断し、その両面に電解めっき法にてNi層を形成した。この板から直径18mmの円板を超音波加工機を用いて打ち抜き、それに対して、80℃のシリコンオイル中で1.5kV/cmの直流電圧を30分間印加して分極処理を行った。そして、インピーダンスアナライザを用いた共振−反共振法によってその円板の圧電歪定数d31を測定し、また、比誘電率の温度特性から比誘電率が極大値となる温度をキュリー温度Tcとして求めた。さらに密度も測定した。それら結果を表1に示す。   Then, this sintered body is cut into a plate having a thickness of 1.0 mm using an inner peripheral blade (a cutting means in which diamond abrasive grains are formed on the inner peripheral side of the donut-shaped disk), and electrolytic plating is performed on both sides thereof. A Ni layer was formed. A circular plate having a diameter of 18 mm was punched out from this plate using an ultrasonic processing machine, and subjected to polarization treatment by applying a DC voltage of 1.5 kV / cm in silicon oil at 80 ° C. for 30 minutes. Then, the piezoelectric strain constant d31 of the disk was measured by a resonance-antiresonance method using an impedance analyzer, and the temperature at which the relative dielectric constant reached a maximum value was determined as the Curie temperature Tc from the temperature characteristics of the relative dielectric constant. . The density was also measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2006052107
Figure 2006052107

表1中、実施例2は、第1の材料:第2の材料=75重量%:25重量%の混合比にした場合を、実施例3は、第1の材料:第2の材料=50重量%:50重量%の混合比にした場合を、実施例4は、第1の材料:第2の材料=25重量%:75重量%の混合比にした場合をそれぞれ示す。   In Table 1, Example 2 shows the case where the mixing ratio of the first material: second material = 75% by weight: 25% by weight, and Example 3 shows the first material: second material = 50. Example 4 shows a case where the mixing ratio was 50% by weight, and Example 4 shows a case where the mixing ratio of first material: second material = 25% by weight: 75% by weight.

実施例1の圧電セラミックスの化学組成式はPb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183、すなわち第1の材料と同じである。これは、上記ステップS9にて第2の材料の粉末を混合せずに第1の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第1の材料の粉末のみを用いてステップS14の焼成までを行って得られた。したがって、実施例1の圧電セラミックスは、図1におけるステップS1a、S2a、S3a、S4a、S5a、S6a、S7a、S8a、S9、S10、S11、S12、S13、S14の工程により製造された。 The chemical composition formula of the piezoelectric ceramic of Example 1 is Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 , that is, the same as that of the first material. This is because wet mixing is performed only with the powder of the first material without mixing the powder of the second material in the above step S9, and thereafter, the firing of step S14 is performed using only the powder of the first material. Obtained. Therefore, the piezoelectric ceramic of Example 1 was manufactured by steps S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, S7a, S8a, S9, S10, S11, S12, S13, and S14 in FIG.

実施例5の圧電セラミックスの化学組成式はPb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433、すなわち第2の材料と同じである。これは、上記ステップS9にて第1の材料の粉末を混合せずに第2の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第2の材料の粉末のみを用いてステップS14の焼成までを行って得られた。したがって、実施例5の圧電セラミックスは、図1におけるステップS1b、S2b、S3b、S4b、S5b、S6b、S7b、S8b、S9、S10、S11、S12、S13、S14の工程により製造された。 The chemical composition formula of the piezoelectric ceramic of Example 5 is Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 , that is, the same as that of the second material. This is because wet mixing is performed only with the powder of the second material without mixing the powder of the first material in step S9, and thereafter, the firing of step S14 is performed using only the powder of the second material. Obtained. Therefore, the piezoelectric ceramic of Example 5 was manufactured through the steps S1b, S2b, S3b, S4b, S5b, S6b, S7b, S8b, S9, S10, S11, S12, S13, and S14 in FIG.

表1の結果を見ると、第1の材料だけを用いた実施例1は他の実施例に比べて圧電歪定数d31は大きいがキュリー温度Tcは低く、第2の材料だけを用いた実施例5は他の実施例に比べてキュリー温度Tcは高いが圧電歪定数d31は小さい。これに対して、第1の材料と第2の材料とを混合し焼成して得られた実施例2〜実施例4は、圧電歪定数d31もキュリー温度Tcも比較的高い値が得られており、両者のバランスがよい。したがって、高温条件下で使用される圧電アクチュエータの材料として用いても大きな変位(振幅)を得ることができる。   As can be seen from the results in Table 1, Example 1 using only the first material has a larger piezoelectric strain constant d31 but lower Curie temperature Tc than the other examples, and Example using only the second material. 5 has a higher Curie temperature Tc than the other examples, but a smaller piezoelectric strain constant d31. On the other hand, in Examples 2 to 4 obtained by mixing and firing the first material and the second material, the piezoelectric strain constant d31 and the Curie temperature Tc are relatively high. The balance between the two is good. Therefore, a large displacement (amplitude) can be obtained even when used as a material for a piezoelectric actuator used under high temperature conditions.

次に、表2は、図2に示す製造方法によって得られた圧電セラミックスについて表1と同様の測定を行った結果を示す。   Next, Table 2 shows the result of the same measurement as in Table 1 for the piezoelectric ceramic obtained by the manufacturing method shown in FIG.

Figure 2006052107
Figure 2006052107

実施例6〜実施例8の各圧電セラミックスは以下のようにして製造される。先ず、第1の材料の原料粉末と、第2の材料の原料粉末とを所望の混合比、例えば、第1の材料が75重量%に対して第2の材料が25重量%(実施例6)、第1の材料が50重量%に対して第2の材料が50重量%(実施例7)、第1の材料が25重量%に対して第2の材料が75重量%(実施例8)となるように秤量(ステップS101)し、それら粉末をボールミルに入れ純水を加えて20時間の湿式混合を行う(ステップS102)。   Each of the piezoelectric ceramics of Examples 6 to 8 is manufactured as follows. First, the raw material powder of the first material and the raw material powder of the second material are mixed in a desired mixing ratio, for example, the first material is 75% by weight and the second material is 25% by weight (Example 6). ), 50% by weight of the first material and 50% by weight of the second material (Example 7), and 25% of the first material and 75% by weight of the second material (Example 8). ) (Step S101), put these powders in a ball mill, add pure water, and perform wet mixing for 20 hours (step S102).

湿式混合を終えた粉末を乾燥(ステップS103)させ、粉砕(ステップS104)後、850℃で3時間仮焼き(ステップS105)する。   The powder after wet mixing is dried (step S103), pulverized (step S104), and calcined at 850 ° C. for 3 hours (step S105).

仮焼きされた粉末を再びボールミルに入れて湿式混合を行い(ステップS106)、その後乾燥(ステップS107)及び粉砕(ステップS108)を行う。混合、乾燥、粉砕の各種条件は上記ステップS102〜S104における混合、乾燥、粉砕の条件と同じである。   The calcined powder is again put into a ball mill and wet-mixed (step S106), and then dried (step S107) and pulverized (step S108). The various conditions of mixing, drying, and pulverization are the same as the mixing, drying, and pulverizing conditions in steps S102 to S104.

その後、有機バインダー(例えばポリビニルアルコール)を加えて造粒(ステップS109)し、8kg/cm2の圧力でプレス成型(ステップS110)し、角型の成型体を得る。そして、この成型体をMgOなどからなる容器内に密閉し、酸素雰囲気、温度1250〜1300℃で5時間焼成(ステップS111)した。 Then, an organic binder (for example, polyvinyl alcohol) is added and granulated (step S109), and press-molded (step S110) with a pressure of 8 kg / cm 2 to obtain a square molded body. Then, this molded body was sealed in a container made of MgO or the like, and fired for 5 hours in an oxygen atmosphere at a temperature of 1250 to 1300 ° C. (step S111).

比較例1の圧電セラミックスの化学組成式はPb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183、すなわち第1の材料と同じである。これは、上記ステップS102にて第2の材料の粉末を混合せずに第1の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第1の材料の粉末のみを用いてステップS111の焼成までを行って得られた。この比較例1は上記特許文献1の圧電セラミックスに相当するものである。 The chemical composition formula of the piezoelectric ceramic of Comparative Example 1 is Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 , that is, the same as that of the first material. This is because wet mixing is performed only with the powder of the first material without mixing the powder of the second material in step S102, and thereafter, the firing of step S111 is performed using only the powder of the first material. Obtained. Comparative Example 1 corresponds to the piezoelectric ceramic disclosed in Patent Document 1.

比較例2の圧電セラミックスの化学組成式はPb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433、すなわち第2の材料と同じである。これは、上記ステップS102にて第1の材料の粉末を混合せずに第2の材料の粉末だけで湿式混合を行い、以降第2の材料の粉末のみを用いてステップS111の焼成までを行って得られた。この比較例2は上記特許文献2の圧電セラミックスに相当するものである。 The chemical composition formula of the piezoelectric ceramic of Comparative Example 2 is Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 , that is, the same as that of the second material. This is because wet mixing is performed only with the powder of the second material without mixing the powder of the first material in step S102, and thereafter, the firing of step S111 is performed using only the powder of the second material. Obtained. Comparative Example 2 corresponds to the piezoelectric ceramic disclosed in Patent Document 2.

表1と表2とでは圧電セラミックスの製造方法のみが異なり、測定方法や測定条件は同じである。そして、表1と表2において混合比が同じものどうしを比較すると、図1に示す製造方法により得られたものは、図2に示す製造方法により得られたものよりも密度と圧電歪定数d31が大きくなっている。これは、図1の製造方法では、2種類の材料の粉末をそれぞれ別々に仮焼きまで行った後に混合して焼成させることで空孔や不安定成分を少なくして焼結性を向上でき、さらに、図2の製造方法に比べて、(混合〜乾燥〜粉砕)からなる工程を仮焼き後に1回多く行っているために粒径がより小さくされて密度の大きな緻密化された焼結体が得られたものと考えられる。なお、密度と圧電歪定数d31とは互いに相関し、密度が大きくなると圧電歪定数d31も大きくなる。そして、圧電セラミックスでは、圧電歪定数d31が大きい方が、電圧を印加したときにより大きく変位する。   Table 1 and Table 2 differ only in the manufacturing method of piezoelectric ceramics, and the measurement method and measurement conditions are the same. When the same mixing ratio is compared between Table 1 and Table 2, the density and piezoelectric strain constant d31 obtained by the manufacturing method shown in FIG. 1 are higher than those obtained by the manufacturing method shown in FIG. Is getting bigger. This is because, in the manufacturing method of FIG. 1, the powders of two kinds of materials are separately calcined and then mixed and fired to reduce vacancies and unstable components, thereby improving the sinterability. Furthermore, compared with the manufacturing method of FIG. 2, since the process consisting of (mixing-drying-pulverizing) is performed once after calcination, the sintered body has a smaller particle size and a higher density. Is considered to have been obtained. The density and the piezoelectric strain constant d31 are correlated with each other, and the piezoelectric strain constant d31 increases as the density increases. In piezoelectric ceramics, the larger the piezoelectric strain constant d31, the larger the displacement when a voltage is applied.

なお、図1の製造方法において、仮焼きと造粒との間に行われる(混合〜乾燥〜粉砕)からなる工程は2回繰り返すことに限ることなく3回以上行ってもよいよいが、ある程度以上粉砕が進行すると粉砕された粒子の数が多くなり、また粉体特有の付着、凝集現象のために、粉砕するための力が分散してしまい、結果として粉砕されたもの自体がクッションの役割を果たして、それ以上細かくならなくなる。したがって、製造時間を短くするために、仮焼きと造粒との間に行われる(混合〜乾燥〜粉砕)からなる工程は2回の繰り返しでとどめることが好ましい。   In the manufacturing method of FIG. 1, the process consisting of (mixing-drying-pulverizing) performed between calcining and granulation is not limited to being repeated twice, but may be performed three or more times. As the pulverization progresses, the number of pulverized particles increases, and the force for pulverization is dispersed due to the adhesion and agglomeration phenomenon peculiar to the powder. As a result, the pulverized product itself functions as a cushion. Will not become finer. Therefore, in order to shorten the production time, it is preferable that the process consisting of (mixing, drying, pulverization) performed between calcining and granulation is repeated twice.

以上をまとめると、図2に示す製造方法よりも図1に示す製造方法の方が、得られた圧電セラミックスの圧電歪定数d31を大きくすることができる。さらに第1の材料のみまたは第2の材料のみからなる圧電セラミックスよりも両者を混合して得られた圧電セラミックスの方が、圧電歪定数d31とキュリー温度Tcの両者のバランスがよい。特に、上記の組み合わせ、すなわち第1の材料と第2の材料とを混合したものを図1に示す方法で製造すれば上記性能はより向上し、高温条件下でも大きな変位が得られる圧電セラミックスを得ることができる。   In summary, the manufacturing method shown in FIG. 1 can increase the piezoelectric strain constant d31 of the obtained piezoelectric ceramic than the manufacturing method shown in FIG. Furthermore, the piezoelectric ceramic obtained by mixing both the piezoelectric ceramics made of only the first material or only the second material has a better balance between the piezoelectric strain constant d31 and the Curie temperature Tc. In particular, if the above-mentioned combination, that is, a mixture of the first material and the second material is manufactured by the method shown in FIG. 1, the above-mentioned performance is further improved and a piezoelectric ceramic capable of obtaining a large displacement even under high temperature conditions is obtained. Obtainable.

[圧電アクチュエータ]
上述したような本実施形態に係る圧電セラミックスを用いて圧電アクチュエータを作製すると、高温使用条件下でも大きな振幅が得られ、さらに振幅劣化も小さく耐熱性に優れた圧電アクチュエータとすることができる。
[Piezoelectric actuator]
When a piezoelectric actuator is manufactured using the piezoelectric ceramic according to the present embodiment as described above, a large amplitude can be obtained even under high temperature use conditions, and further, the piezoelectric actuator can be reduced in amplitude deterioration and excellent in heat resistance.

図3は圧電アクチュエータの一例として、マルチモルフ型圧電アクチュエータ1を示す。これは、板状の中間電極6の両面にそれぞれ3枚の圧電セラミックス11a、12a、13a、11b、12b、13bを積層した構造となっている。各圧電セラミックス11a、12a、13a、11b、12b、13bの両面にはそれぞれ電極が形成され、その電極及び中間電極6に電源8より交流電圧を印加すると、1対の治具7a、7bによって狭圧された部分を支点に矢印X方向に振れる。   FIG. 3 shows a multimorph piezoelectric actuator 1 as an example of the piezoelectric actuator. This has a structure in which three piezoelectric ceramics 11a, 12a, 13a, 11b, 12b, and 13b are laminated on both surfaces of the plate-like intermediate electrode 6, respectively. Electrodes are formed on both surfaces of each of the piezoelectric ceramics 11a, 12a, 13a, 11b, 12b, and 13b. When an AC voltage is applied to the electrodes and the intermediate electrode 6 from the power supply 8, the electrodes are narrowed by a pair of jigs 7a and 7b. It swings in the direction of arrow X with the pressed portion as a fulcrum.

各圧電セラミックス11a、12a、13a、11b、12b、13bは、上述した両面にNiめっき(これが電極として機能)を施した単板(厚さ0.1mm)から長さ35.0mm、幅3.0mm、厚さ0.1mmの短冊を切り出し、80℃のシリコンオイル中で1.55kV/cmの直流電圧を30分間印加して分極処理(分極向きは各圧電セラミックスに矢印で図示)を行ったものである。   Each of the piezoelectric ceramics 11a, 12a, 13a, 11b, 12b, and 13b has a length of 35.0 mm, a width of 3.0 mm, and a thickness from a single plate (thickness 0.1 mm) having Ni plating (this functions as an electrode) on both surfaces described above. A 0.1 mm long strip was cut out and applied with a direct current voltage of 1.55 kV / cm for 30 minutes in silicon oil at 80 ° C. for polarization treatment (the polarization direction is indicated by an arrow on each piezoelectric ceramic).

中間電極6は、長さ40.0mm、幅3.0mm、厚さ0.12mmの2枚のシム材(弾性補強板)を貼り合わせてなる。そのシム材は例えばCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)からなる。各圧電セラミックス11a、12a、13a、11b、12b、13bどうし、及び圧電セラミックス11a、11bと中間電極6とは、エポキシ系樹脂で貼り合わせられている。   The intermediate electrode 6 is formed by bonding two shim materials (elastic reinforcing plates) having a length of 40.0 mm, a width of 3.0 mm, and a thickness of 0.12 mm. The shim material is made of, for example, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic). The piezoelectric ceramics 11a, 12a, 13a, 11b, 12b, 13b, and the piezoelectric ceramics 11a, 11b and the intermediate electrode 6 are bonded together with an epoxy resin.

各圧電セラミックス11a、12a、13a、11b、12b、13b及び中間電極6の積層体全体の厚さは0.84mmである。治具7a、7bによって狭圧された部分から先端部までの長さは20mmである。治具7a、7bの太さは5mmである。   The total thickness of each of the piezoelectric ceramics 11a, 12a, 13a, 11b, 12b, 13b and the intermediate electrode 6 is 0.84 mm. The length from the portion narrowed by the jigs 7a and 7b to the tip is 20 mm. The thickness of the jigs 7a and 7b is 5 mm.

そして、この圧電アクチュエータ1の振幅とその劣化率の測定を行った結果を表3に示す。表3中、実施例1〜実施例5は表1における実施例1〜実施例5に対応し、実施例7は表2における実施例7に対応する。   Table 3 shows the results of measuring the amplitude of the piezoelectric actuator 1 and its deterioration rate. In Table 3, Examples 1 to 5 correspond to Examples 1 to 5 in Table 1, and Example 7 corresponds to Example 7 in Table 2.

Figure 2006052107
Figure 2006052107

振幅は、周波数10Hz、交流電圧40Vp−pの正弦波を電源8より印加したときの圧電アクチュエータ1の長手方向の伸縮量を振幅としてレーザ変位計で測定した。   The amplitude was measured with a laser displacement meter using the amount of expansion and contraction in the longitudinal direction of the piezoelectric actuator 1 when a sine wave having a frequency of 10 Hz and an AC voltage of 40 Vp-p was applied from the power supply 8 as the amplitude.

振幅劣化率は次の方法で測定した。先ず、圧電アクチュエータ1に周波数10Hz、交流電圧40Vp−pの正弦波を印加し初期振幅量を測定した。次いで、この初期振幅量を測定した圧電アクチュエータ1を85℃の恒温槽に投入し、周波数10Hz、交流電圧40Vp−pの正弦波を印加し100万回振動させた。次いで、この100万回振動後の圧電アクチュエータ1を常温まで冷却し、その後、周波数10Hz、交流電圧40Vp−pの正弦波を印加して、振幅を測定した。この振幅量が初期振幅量から何%落ちたのかを振幅劣化率として求めた。   The amplitude deterioration rate was measured by the following method. First, a sine wave having a frequency of 10 Hz and an AC voltage of 40 Vp-p was applied to the piezoelectric actuator 1 to measure the initial amplitude. Next, the piezoelectric actuator 1 whose initial amplitude was measured was placed in a constant temperature bath at 85 ° C., and a sine wave having a frequency of 10 Hz and an AC voltage of 40 Vp-p was applied and vibrated 1 million times. Next, the piezoelectric actuator 1 after 1 million vibrations was cooled to room temperature, and then a sine wave having a frequency of 10 Hz and an AC voltage of 40 Vp-p was applied to measure the amplitude. The percentage by which the amplitude amount dropped from the initial amplitude amount was determined as the amplitude deterioration rate.

表3の結果より、第1の材料:第2の材料=50重量%:50重量%とした実施例3と、第1の材料:第2の材料=25重量%:75重量%とした実施例4については、実用上得たい振幅量を満足すると共に振幅劣化率も7%前後と小さくなっている。よって、高温条件下で安定した大きな変位を得たい用途に実施例3あるいは実施例4の圧電セラミックスを用いることが好ましい。なお、実施例3と実施例4との間の混合比、例えば第1の材料:第2の材料=30重量%:70重量%、第1の材料:第2の材料=40重量%:60重量%などにした場合においても実施例3、4と同様な効果を得ることができる。すなわち、第2の材料に対する第1の材料の混合比が25重量%以上50重量%以下のもの、逆に言えば第1の材料に対する第2の材料の混合比が50重量%以上78重量%以下のものであれば、高温でも安定して良く振れる圧電アクチュエータを実現できる。   From the results of Table 3, Example 3 was set with the first material: second material = 50 wt%: 50 wt%, and the first material: second material = 25 wt%: 75 wt% In Example 4, the amplitude amount desired to be obtained in practice is satisfied, and the amplitude deterioration rate is as small as about 7%. Therefore, it is preferable to use the piezoelectric ceramics of Example 3 or Example 4 for applications where it is desired to obtain a large displacement that is stable under high temperature conditions. In addition, the mixing ratio between Example 3 and Example 4, for example, 1st material: 2nd material = 30 weight%: 70 weight%, 1st material: 2nd material = 40 weight%: 60 Even when the weight percentage is set, the same effects as those of the third and fourth embodiments can be obtained. That is, the mixing ratio of the first material to the second material is 25 wt% or more and 50 wt% or less. Conversely, the mixing ratio of the second material to the first material is 50 wt% or more and 78 wt%. A piezoelectric actuator that can swing stably and well even at high temperatures can be realized with the following.

[圧電アクチュエータの応用例]
図4及びその[A]−[A]線方向の拡大断面図である図5は、本実施形態に係る圧電アクチュエータの応用例を示す。
[Application example of piezoelectric actuator]
FIG. 4 and FIG. 5, which is an enlarged cross-sectional view in the [A]-[A] line direction, show an application example of the piezoelectric actuator according to the present embodiment.

図4に示すように、長板状の各圧電アクチュエータ21a〜21dは表示画面22周囲のフレーム23の4隅位置に取り付けられている。各圧電アクチュエータ21a〜21dは、例えばマルチモルフ型の圧電アクチュエータであるが、これに限ることなく、モノモルフ型、ユニモルフ型、バイモルフ型などの圧電アクチュエータであってもよい。   As shown in FIG. 4, the long plate-like piezoelectric actuators 21 a to 21 d are attached to the four corner positions of the frame 23 around the display screen 22. Each of the piezoelectric actuators 21a to 21d is, for example, a multimorph type piezoelectric actuator, but is not limited thereto, and may be a monomorph type, a unimorph type, a bimorph type, or the like.

フレーム23の上には図5に示すように支持材25を介して透明フィルムからなるタッチパネル24が取り付けられる。支持材25によってタッチパネル24とフレーム23との間には間隙が確保され、その間隙に圧電アクチュエータ21a〜21dが配置されている。   A touch panel 24 made of a transparent film is attached on the frame 23 via a support member 25 as shown in FIG. A gap is secured between the touch panel 24 and the frame 23 by the support member 25, and piezoelectric actuators 21a to 21d are arranged in the gap.

圧電アクチュエータ21aの一端部とフレーム23との間には第1支持部26aが設けられ、他端部とフレーム23との間には第2支持部26bが設けられている。また、圧電アクチュエータ21aの中間部分とタッチパネル24裏面との間には第3支持部26cが設けられている。圧電アクチュエータ21bについても同様に、その一端部とフレーム23との間には第1支持部27aが設けられ、他端部とフレーム23との間には第2支持部27bが設けられ、中間部分とタッチパネル24裏面との間には第3支持部27cが設けられている。他の圧電アクチュエータ21c、21dについても同様である。このように、各圧電アクチュエータ21a〜21dは、タッチパネル24とフレーム23との間において、第1、第2及び第3支持部によって3点支持されている。   A first support portion 26 a is provided between one end portion of the piezoelectric actuator 21 a and the frame 23, and a second support portion 26 b is provided between the other end portion and the frame 23. Further, a third support portion 26c is provided between the intermediate portion of the piezoelectric actuator 21a and the back surface of the touch panel 24. Similarly, the piezoelectric actuator 21b is provided with a first support portion 27a between one end thereof and the frame 23, and with a second support portion 27b provided between the other end portion and the frame 23. Between the touch panel 24 and the back surface of the touch panel 24, a third support portion 27c is provided. The same applies to the other piezoelectric actuators 21c and 21d. Thus, the piezoelectric actuators 21 a to 21 d are supported at three points by the first, second, and third support portions between the touch panel 24 and the frame 23.

使用者がタッチパネル24を指あるいはスタイラスペンで触れて操作すると、その操作信号が信号線28を介して圧電アクチュエータ21a〜21dに供給され、圧電アクチュエータ21a〜21dは振動する。この振動は第3支持部26c、27cを介してタッチパネル24に伝わりタッチパネル24が振動する。これにより、使用者はその指で直接あるいはスタイラスペンを介してタッチパネル24の振動を感じることができる。すなわち、タッチパネル24の入力操作感を触覚で得られる。   When the user touches and operates the touch panel 24 with a finger or a stylus pen, the operation signal is supplied to the piezoelectric actuators 21a to 21d via the signal line 28, and the piezoelectric actuators 21a to 21d vibrate. This vibration is transmitted to the touch panel 24 via the third support portions 26c and 27c, and the touch panel 24 vibrates. Thereby, the user can feel the vibration of the touch panel 24 directly with his / her finger or via the stylus pen. That is, the input operation feeling of the touch panel 24 can be obtained by touch.

圧電アクチュエータのその他の応用例としては、カメラのシャッタ、VTR(Video Tape Recorder)ヘッドのトラッキング調節機構、圧電ファンなどが挙げられる。   Other application examples of the piezoelectric actuator include a camera shutter, a VTR (Video Tape Recorder) head tracking adjustment mechanism, and a piezoelectric fan.

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible based on the technical idea of this invention.

上記で示した、圧電セラミックスを製造するための各工程における温度や時間などの各種条件は一例であってこれに限られるものではない。また、混合工程ではボールミル(容器駆動型ミル)を用いたがこれ以外にも、媒体撹拌型ミル、複合型ミル、遠心流動ミルなどを用いてもよい。   The various conditions such as temperature and time in each process for manufacturing the piezoelectric ceramics described above are examples, and are not limited thereto. In the mixing step, a ball mill (container-driven mill) is used, but other than this, a medium stirring mill, a composite mill, a centrifugal fluid mill, or the like may be used.

実施例1〜実施例5の圧電セラミックスの製造工程フローチャートである。It is a manufacturing process flowchart of the piezoelectric ceramic of Example 1- Example 5. FIG. 実施例6〜実施例8の圧電セラミックスの製造工程フローチャートである。It is a manufacturing process flowchart of the piezoelectric ceramics of Example 6-8. 本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの一例を示す構造図である。It is a structural diagram showing an example of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの応用例を示す平面図である。It is a top view which shows the application example of the piezoelectric actuator which concerns on embodiment of this invention. 図4における[A]−[A]線方向の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the [A]-[A] line direction in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧電アクチュエータ、6…中間電極、11a,11b,12a,12b,13a,13b…圧電セラミックス、21a〜21d…圧電アクチュエータ、24…タッチパネル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric actuator, 6 ... Intermediate electrode, 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b ... Piezoelectric ceramics, 21a-21d ... Piezoelectric actuator, 24 ... Touch panel.

Claims (8)

化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される第1の材料と、
化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される第2の材料と、
を混合して得られることを特徴とする圧電セラミックス。
A first material represented by a chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 ;
A second material represented by the chemical composition formula Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 ;
Piezoelectric ceramics obtained by mixing
前記第1の材料の混合比は、25重量%以上50重量%以下であり、
前記第2の材料の混合比は、50重量%以上75重量%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電セラミックス。
The mixing ratio of the first material is 25% by weight or more and 50% by weight or less,
2. The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein a mixing ratio of the second material is 50 wt% or more and 75 wt% or less.
化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される第1の材料の粉末と、化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される第2の材料の粉末とを混合する工程と、
前記混合した粉末を焼成する工程と、
を有することを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。
The powder of the first material represented by the chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 and the chemical composition formula Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1 / 3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 is mixed with the powder of the second material represented by;
Firing the mixed powder;
A method for producing a piezoelectric ceramic, comprising:
前記第1の材料の粉末と前記第2の材料の粉末とは別々に仮焼きをした後に互いに混合して焼成を行う
ことを特徴とする請求項3に記載の圧電セラミックスの製造方法。
The method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to claim 3, wherein the powder of the first material and the powder of the second material are calcined separately and then mixed and fired.
化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される材料からなる圧電セラミックスの製造方法であって、
前記材料の粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも2回繰り返してから焼成を行う
ことを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。
A method for producing a piezoelectric ceramic comprising a material represented by the chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 ,
After calcining the powder of the material, firing is performed after repeating the steps of mixing, drying, and pulverizing at least twice.
化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される材料からなる圧電セラミックスの製造方法であって、
前記材料の粉末の仮焼きの後に、混合と乾燥と粉砕とを順に行う工程を少なくとも2回繰り返してから焼成を行う
ことを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。
A method for producing a piezoelectric ceramic comprising a material represented by the chemical composition formula Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 ,
After calcining the powder of the material, firing is performed after repeating the steps of mixing, drying, and pulverizing at least twice.
化学組成式Pb0.985Bi0.01(Zn1/12Ni3/12Nb2/30.5Ti0.32Zr0.183で表される第1の材料と、化学組成式Pb0.97Bi0.02(Zn1/3Nb2/30.15Ti0.42Zr0.433で表される第2の材料とを混合して得られる圧電セラミックスと、
前記圧電セラミックスに形成された電極と、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
The first material represented by the chemical composition formula Pb 0.985 Bi 0.01 (Zn 1/12 Ni 3/12 Nb 2/3 ) 0.5 Ti 0.32 Zr 0.18 O 3 and the chemical composition formula Pb 0.97 Bi 0.02 (Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.15 Ti 0.42 Zr 0.43 O 3 and a piezoelectric ceramic obtained by mixing with a second material represented by:
An electrode formed on the piezoelectric ceramic;
A piezoelectric actuator comprising:
前記第1の材料の混合比は、25重量%以上50重量%以下であり、
前記第2の材料の混合比は、50重量%以上75重量%以下である
ことを特徴とする請求項7に記載の圧電アクチュエータ。
The mixing ratio of the first material is 25% by weight or more and 50% by weight or less,
The piezoelectric actuator according to claim 7, wherein a mixing ratio of the second material is 50 wt% or more and 75 wt% or less.
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