JP3106365B2 - 傾斜機能型圧電体 - Google Patents
傾斜機能型圧電体Info
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- JP3106365B2 JP3106365B2 JP03001946A JP194691A JP3106365B2 JP 3106365 B2 JP3106365 B2 JP 3106365B2 JP 03001946 A JP03001946 A JP 03001946A JP 194691 A JP194691 A JP 194691A JP 3106365 B2 JP3106365 B2 JP 3106365B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば圧電アクチュエ
ーター等に用いられる圧電体に関し、より特定的には、
圧電特性が圧電体の厚み方向において、連続的に変化し
ている傾斜機能型圧電体に関する。
ーター等に用いられる圧電体に関し、より特定的には、
圧電特性が圧電体の厚み方向において、連続的に変化し
ている傾斜機能型圧電体に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電体を用いて構成された代表的なデバ
イスとして、圧電アクチュエーターが存在する。図２
は、従来の圧電アクチュエーターを示す斜視図である。
圧電アクチュエーター１は、内部電極２を介して積層さ
れた圧電体層３，４からなる圧電体５の上面及び下面に
外部電極６ａ，６ｂを形成した構造を有する。圧電体５
は、圧電材料よりなるセラミックグリーンシートを内部
電極材料を介在させて積層し、厚み方向に圧着したのち
一体焼成することにより得られる。また、別法として、
あらかじめ焼成された２枚の圧電板を電極を介在させて
貼り合わせることによっても、圧電体５を構成すること
ができる。
イスとして、圧電アクチュエーターが存在する。図２
は、従来の圧電アクチュエーターを示す斜視図である。
圧電アクチュエーター１は、内部電極２を介して積層さ
れた圧電体層３，４からなる圧電体５の上面及び下面に
外部電極６ａ，６ｂを形成した構造を有する。圧電体５
は、圧電材料よりなるセラミックグリーンシートを内部
電極材料を介在させて積層し、厚み方向に圧着したのち
一体焼成することにより得られる。また、別法として、
あらかじめ焼成された２枚の圧電板を電極を介在させて
貼り合わせることによっても、圧電体５を構成すること
ができる。
【０００３】圧電体層３，４は、それぞれ、図２の矢印
Ｐａ，Ｐｂ方向に分極処理されている。これは、図３に
模式的に示すように、外部電極６ａと内部電極２との間
に直流電界を印加し、まず圧電体層３を矢印Ｐａ方向に
分極処理し、次に、図４に示すように、内部電極２と外
部電極６ｂとの間に直流電界を印加し、圧電体層４を矢
印Ｐｂ方向に分極処理することにより行われる。
Ｐａ，Ｐｂ方向に分極処理されている。これは、図３に
模式的に示すように、外部電極６ａと内部電極２との間
に直流電界を印加し、まず圧電体層３を矢印Ｐａ方向に
分極処理し、次に、図４に示すように、内部電極２と外
部電極６ｂとの間に直流電界を印加し、圧電体層４を矢
印Ｐｂ方向に分極処理することにより行われる。
【０００４】上記のように、圧電アクチュエーター１で
は、内部電極２を境にして、両圧電体層３，４の分極方
向が逆向きとされており、それによってバイモルフ型圧
電アクチュエーターとして駆動することが可能とされて
いる。他方、図５に示すように、外部電極６ａと内部電
極２との間に直流電界を印加し、圧電体層３を矢印Ｐａ
方向に分極処理し、圧電体層４については分極処理を行
わなければ、モノモルフ構造の圧電アクチュエーター８
を構成することも可能である。
は、内部電極２を境にして、両圧電体層３，４の分極方
向が逆向きとされており、それによってバイモルフ型圧
電アクチュエーターとして駆動することが可能とされて
いる。他方、図５に示すように、外部電極６ａと内部電
極２との間に直流電界を印加し、圧電体層３を矢印Ｐａ
方向に分極処理し、圧電体層４については分極処理を行
わなければ、モノモルフ構造の圧電アクチュエーター８
を構成することも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の圧電アクチュエ
ーター１，８では、内部電極２を間にして、圧電体層
３，４が積層された構造を有する。他方、圧電セラミッ
クスと内部電極とは、異種材料であるため、その間の接
着強度はさほど高くない。従って、圧電アクチュエータ
ー１，８を駆動した場合、圧電体層３，４と内部電極２
との間に大きなせん断応力が加わると、内部電極２と圧
電体層３，４との間で層はがれ等が生じることがあり、
その結果、十分な初期性能を有する圧電アクチュエータ
ー１，８であっても、使用しているうちに特性が低下す
るという問題があった。
ーター１，８では、内部電極２を間にして、圧電体層
３，４が積層された構造を有する。他方、圧電セラミッ
クスと内部電極とは、異種材料であるため、その間の接
着強度はさほど高くない。従って、圧電アクチュエータ
ー１，８を駆動した場合、圧電体層３，４と内部電極２
との間に大きなせん断応力が加わると、内部電極２と圧
電体層３，４との間で層はがれ等が生じることがあり、
その結果、十分な初期性能を有する圧電アクチュエータ
ー１，８であっても、使用しているうちに特性が低下す
るという問題があった。
【０００６】上記の様な問題は、圧電アクチュエーター
だけでなく、内部電極を介在させて圧電体層を積層して
なる積層型の圧電装置一般において見られていた。よっ
て、本発明の目的は、駆動中に内部破壊が生じ難く、従
って特性劣化の生じ難い圧電装置を得ることを可能とす
る圧電体を提供することにある。
だけでなく、内部電極を介在させて圧電体層を積層して
なる積層型の圧電装置一般において見られていた。よっ
て、本発明の目的は、駆動中に内部破壊が生じ難く、従
って特性劣化の生じ難い圧電装置を得ることを可能とす
る圧電体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電体は、傾斜
機能構造を有することに特徴を有する。即ち、本発明
は、誘電体磁器組成物から構成される圧電体であって、
誘電体磁器組成物を構成する元素の比率が、圧電体の厚
み方向において連続的に変化されており、前記元素比率
の変化に応じてキュリー温度及び抗電界の少なくとも一
種が連続的に変化されていることを特徴とする。
機能構造を有することに特徴を有する。即ち、本発明
は、誘電体磁器組成物から構成される圧電体であって、
誘電体磁器組成物を構成する元素の比率が、圧電体の厚
み方向において連続的に変化されており、前記元素比率
の変化に応じてキュリー温度及び抗電界の少なくとも一
種が連続的に変化されていることを特徴とする。
【０００８】
【作用】傾斜機能型材料とは、材料組成が材料内の位置
の関数として変化されており、それによって材料特性が
材料内の位置に応じて変化されているものをいう。本発
明は、誘電体磁器組成物で構成された圧電体において、
該誘電体磁器組成物を構成する元素は複数あり、該複数
の元素の比率によって圧電特性が変化することに着目
し、圧電体の厚み方向において複数の元素の含有比率を
連続的に変化させ、それによって圧電特性を圧電体の厚
み方向において連続的に変化させたことに特徴とする。
の関数として変化されており、それによって材料特性が
材料内の位置に応じて変化されているものをいう。本発
明は、誘電体磁器組成物で構成された圧電体において、
該誘電体磁器組成物を構成する元素は複数あり、該複数
の元素の比率によって圧電特性が変化することに着目
し、圧電体の厚み方向において複数の元素の含有比率を
連続的に変化させ、それによって圧電特性を圧電体の厚
み方向において連続的に変化させたことに特徴とする。
【０００９】以下、圧電アクチュエーターに応用した構
造例を説明することにより、本発明の作用を具体的に説
明する。図６は、本発明の圧電体を用いて構成された圧
電アクチュエーターを示す斜視図である。圧電体１２
は、矩形の平板状圧電セラミックスからなり、その両主
面には外部電極１３ａ，１３ｂが形成されている。本発
明の圧電体１２は、厚み方向において、即ち矢印ｘ方向
において、含有されている元素比率が連続的に変化され
た誘電体磁器組成物により構成されている。即ち、従来
の圧電アクチュエーターに用いられていた圧電体が、均
一な組成の誘電体磁器組成物により構成されていたのに
対し、本発明では、誘電体磁器組成物の組成が、圧電体
の厚み方向における位置の関数として変化されている。
造例を説明することにより、本発明の作用を具体的に説
明する。図６は、本発明の圧電体を用いて構成された圧
電アクチュエーターを示す斜視図である。圧電体１２
は、矩形の平板状圧電セラミックスからなり、その両主
面には外部電極１３ａ，１３ｂが形成されている。本発
明の圧電体１２は、厚み方向において、即ち矢印ｘ方向
において、含有されている元素比率が連続的に変化され
た誘電体磁器組成物により構成されている。即ち、従来
の圧電アクチュエーターに用いられていた圧電体が、均
一な組成の誘電体磁器組成物により構成されていたのに
対し、本発明では、誘電体磁器組成物の組成が、圧電体
の厚み方向における位置の関数として変化されている。
【００１０】圧電体１２では、上記組成の変化に応じ
て、図１に示すように厚み方向、即ちｘ方向において、
圧電定数ｄ31が、徐々に増加するように変化されてい
る。従って、外部電極１３ａ，１３ｂから電圧を印加し
て圧電アクチュエーター１１を駆動すれば、圧電定数が
相対的に大きい側、即ち外部電極１３ａ側が大きく変位
し、他方、圧電定数が相対的に小さい側の部分、即ち外
部電極１３ｂ付近の部分が小さく変化され、ベンディン
グが生じる。即ち、従来の圧電アクチュエーター１にお
ける内部電極２を形成せずとも、圧電アクチュエーター
を実現することができる。
て、図１に示すように厚み方向、即ちｘ方向において、
圧電定数ｄ31が、徐々に増加するように変化されてい
る。従って、外部電極１３ａ，１３ｂから電圧を印加し
て圧電アクチュエーター１１を駆動すれば、圧電定数が
相対的に大きい側、即ち外部電極１３ａ側が大きく変位
し、他方、圧電定数が相対的に小さい側の部分、即ち外
部電極１３ｂ付近の部分が小さく変化され、ベンディン
グが生じる。即ち、従来の圧電アクチュエーター１にお
ける内部電極２を形成せずとも、圧電アクチュエーター
を実現することができる。
【００１１】よって、内部電極を設けたことによる圧電
体層間の剥離等の内部破壊が生じ難い圧電アクチュエー
ターの得られることがわかる。上記説明では、圧電体１
２の厚み方向において、圧電定数が連続的に変化される
ように構成されていたが、キュリー温度或いは抗電界を
厚み方向において連続的に変化させてもよい。例えば、
図７及び図８に示すように、キュリー温度が厚み方向、
即ちｘ方向において連続的に変化されている圧電体１４
を用意する。この圧電体１４の両主面に、図６に示す圧
電アクチュエーター１１と同様に外部電極を形成して圧
電アクチュエーターを構成する。この圧電アクチュエー
ターでは、圧電体１４の両主面における圧電体部分のキ
ュリー温度Ｔ1,Ｔ2 間のある温度Ｔ（Ｔ2 ＞Ｔ＞Ｔ1 ）
に圧電体１４を保持すると、図９に示すように圧電体１
４の厚み方向において、キュリー温度Ｔの部分ｔを境に
して上方の圧電体層部分１４ａが強誘電体部分となり、
下方の圧電体層部分１４ｂが常誘電体部分となる。従っ
て、この状態で分極処理を施せば、強誘電体の圧電体層
部分１４ａのみが、分極されて圧電性を有するようにな
る。よって、上方の圧電体層部分１４ａのみが分極処理
されたモノモルフ構造の圧電体１４（図１０）を得るこ
とができる。さらに、図１１に示すように、ｘ方向、即
ち厚み方向において抗電界がＶ1 〜Ｖ2 まで連続的に変
化している圧電体を用いてもよい。先ず、圧電体に、Ｖ
2 ＜Ｖの関係にある電圧Ｖを印加して分極方向が下面か
ら上面に向くように圧電体全体を厚み方向に分極処理す
る。次に、電圧Ｖとは逆方向に電圧Ｖａ（但し、Ｖ2 ＞
Ｖａ＞Ｖ1 ）で再び分極すると、図１２に示すように、
抗電界がＶａの部分ｖよりも抗電界の小さな圧電体層部
分１５ａの分極が反転し、バイモルフ構造を有する圧電
体１５を得ることができる。
体層間の剥離等の内部破壊が生じ難い圧電アクチュエー
ターの得られることがわかる。上記説明では、圧電体１
２の厚み方向において、圧電定数が連続的に変化される
ように構成されていたが、キュリー温度或いは抗電界を
厚み方向において連続的に変化させてもよい。例えば、
図７及び図８に示すように、キュリー温度が厚み方向、
即ちｘ方向において連続的に変化されている圧電体１４
を用意する。この圧電体１４の両主面に、図６に示す圧
電アクチュエーター１１と同様に外部電極を形成して圧
電アクチュエーターを構成する。この圧電アクチュエー
ターでは、圧電体１４の両主面における圧電体部分のキ
ュリー温度Ｔ1,Ｔ2 間のある温度Ｔ（Ｔ2 ＞Ｔ＞Ｔ1 ）
に圧電体１４を保持すると、図９に示すように圧電体１
４の厚み方向において、キュリー温度Ｔの部分ｔを境に
して上方の圧電体層部分１４ａが強誘電体部分となり、
下方の圧電体層部分１４ｂが常誘電体部分となる。従っ
て、この状態で分極処理を施せば、強誘電体の圧電体層
部分１４ａのみが、分極されて圧電性を有するようにな
る。よって、上方の圧電体層部分１４ａのみが分極処理
されたモノモルフ構造の圧電体１４（図１０）を得るこ
とができる。さらに、図１１に示すように、ｘ方向、即
ち厚み方向において抗電界がＶ1 〜Ｖ2 まで連続的に変
化している圧電体を用いてもよい。先ず、圧電体に、Ｖ
2 ＜Ｖの関係にある電圧Ｖを印加して分極方向が下面か
ら上面に向くように圧電体全体を厚み方向に分極処理す
る。次に、電圧Ｖとは逆方向に電圧Ｖａ（但し、Ｖ2 ＞
Ｖａ＞Ｖ1 ）で再び分極すると、図１２に示すように、
抗電界がＶａの部分ｖよりも抗電界の小さな圧電体層部
分１５ａの分極が反転し、バイモルフ構造を有する圧電
体１５を得ることができる。
【００１２】上記のように、厚み方向に圧電定数ｄ31、
キュリー温度及び抗電界等を連続的に変化させた傾斜機
能型構造を有するように圧電体を構成すれば、内部電極
を設けずとも、バイモルフ型或いはモノモルフ型圧電ア
クチュエーターを得ることができる。従って、駆動中の
内部破壊の生じ難い圧電アクチュエーターを提供するこ
とができる。
キュリー温度及び抗電界等を連続的に変化させた傾斜機
能型構造を有するように圧電体を構成すれば、内部電極
を設けずとも、バイモルフ型或いはモノモルフ型圧電ア
クチュエーターを得ることができる。従って、駆動中の
内部破壊の生じ難い圧電アクチュエーターを提供するこ
とができる。
【００１３】なお、上述した各構造例は、圧電アクチュ
エーターに適用したものを例にとり説明したが、圧電ア
クチュエーター以外の他の積層型圧電素子にも本発明の
傾斜機能型圧電体を用いることができ、それによって内
部電極の存在に基づく内部破壊等を効果的に防止するこ
とができる。また、上記構造例の説明にあたっては、厚
み方向において圧電定数ｄ31、キュリー温度または抗電
界を連続的に変化させたが、これらの内の２種以上の圧
電特性を連続的に変化させてもよい。
エーターに適用したものを例にとり説明したが、圧電ア
クチュエーター以外の他の積層型圧電素子にも本発明の
傾斜機能型圧電体を用いることができ、それによって内
部電極の存在に基づく内部破壊等を効果的に防止するこ
とができる。また、上記構造例の説明にあたっては、厚
み方向において圧電定数ｄ31、キュリー温度または抗電
界を連続的に変化させたが、これらの内の２種以上の圧
電特性を連続的に変化させてもよい。
【００１４】さらに、上述した圧電定数ｄ31、キュリー
温度、及び抗電界を厚み方向において連続的に変化させ
るために、本発明では圧電体を構成している誘電体磁器
組成物中の元素比率を厚み方向において連続的に変化さ
せているが、このように誘電体磁器組成物を構成してい
る複数種の元素の比率を変化させて、上記のように圧電
特性を厚み方向において連続的に変化させることは、後
述の実施例からも明らかなように、従来より公知の圧電
体製造技術を用いて容易に実施することができる。
温度、及び抗電界を厚み方向において連続的に変化させ
るために、本発明では圧電体を構成している誘電体磁器
組成物中の元素比率を厚み方向において連続的に変化さ
せているが、このように誘電体磁器組成物を構成してい
る複数種の元素の比率を変化させて、上記のように圧電
特性を厚み方向において連続的に変化させることは、後
述の実施例からも明らかなように、従来より公知の圧電
体製造技術を用いて容易に実施することができる。
【００１５】
【実施例】原材料として、平均粒径が２μｍ以下、純度
が９９％以上のＰｂ3 Ｏ4 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｎｂ
2 Ｏ5 、及びＮｉＯの各粉末を用意した。次に、上記各
粉末を下記の組成式におけるｘ、ｙ及びｚが下記の第１
表に示す割合となるように秤量し、５種類の混合粉末を
得た。
が９９％以上のＰｂ3 Ｏ4 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｎｂ
2 Ｏ5 、及びＮｉＯの各粉末を用意した。次に、上記各
粉末を下記の組成式におけるｘ、ｙ及びｚが下記の第１
表に示す割合となるように秤量し、５種類の混合粉末を
得た。
【００１６】 ｘＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ＋ｙＰｂＺｒＯ3 ＋ｚＰｂＴｉＯ3
【００１７】
【表１】
【００１８】なお、上記組成は、ＰＮＮ−ＰＺＴ−ＰＴ
三元系のモルフォトロピック相境界上の組成を用いてい
るが、本発明に用い得る組成は、モルフォトロピック相
境界及びその近傍の組成に限定されるものではない。ま
た、キュリー温度、抗電界及び圧電定数について傾斜機
能構造を有する圧電体は、上述した材料系だけでなく、
他の誘電体磁器組成物を用いても構成することができ、
例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 系において、Ｂａ／Ｓｒ
比を変化させることによっても実現することができる。
三元系のモルフォトロピック相境界上の組成を用いてい
るが、本発明に用い得る組成は、モルフォトロピック相
境界及びその近傍の組成に限定されるものではない。ま
た、キュリー温度、抗電界及び圧電定数について傾斜機
能構造を有する圧電体は、上述した材料系だけでなく、
他の誘電体磁器組成物を用いても構成することができ、
例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 系において、Ｂａ／Ｓｒ
比を変化させることによっても実現することができる。
【００１９】上述した各混合粉末２００ｇを、エタノー
ル及びＰＳＺボールを用いて、湿式ボールミル法で２４
時間均一混合し、それぞれ、スラリー化した。得られた
各スラリーを、ロータリーエバポレーターを用いて乾燥
させ、それぞれの混合原料を得た。次に、各混合原料
を、空気中において７００〜１０００℃の温度で３時間
程度仮焼することで、それぞれの仮焼物を得た。
ル及びＰＳＺボールを用いて、湿式ボールミル法で２４
時間均一混合し、それぞれ、スラリー化した。得られた
各スラリーを、ロータリーエバポレーターを用いて乾燥
させ、それぞれの混合原料を得た。次に、各混合原料
を、空気中において７００〜１０００℃の温度で３時間
程度仮焼することで、それぞれの仮焼物を得た。
【００２０】次に、各仮焼物を、エタノール／トルエン
混合液（混合比が、重量比でエタノール対トルエンが
７：３）及びＰＳＺボールを用いて、湿式ボールミル法
で約２４時間粉砕した。次に、粉砕された各仮焼物原料
に対し、ポリビニルブチラール系バインダーを６〜１２
重量％、ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤を０．５〜
２．０重量％、ジオクチルブタレート系可塑剤を１〜５
重量％添加し、さらに約２４時間均一混合し、それぞ
れ、スラリー化した。
混合液（混合比が、重量比でエタノール対トルエンが
７：３）及びＰＳＺボールを用いて、湿式ボールミル法
で約２４時間粉砕した。次に、粉砕された各仮焼物原料
に対し、ポリビニルブチラール系バインダーを６〜１２
重量％、ソルビタン脂肪酸エステル系分散剤を０．５〜
２．０重量％、ジオクチルブタレート系可塑剤を１〜５
重量％添加し、さらに約２４時間均一混合し、それぞ
れ、スラリー化した。
【００２１】得られた各スラリーを、ドクターブレード
法により、厚み１００μｍのグリーンシートに成形し
た。次に、得られた５種類のセラミックグリーンシート
を、図１３に示すように、積層した。図１３において、
セラミックグリーンシート２１〜２５としては、セラミ
ックグリーンシート２１からセラミックグリーンシート
２５側に至るにつれて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉの比率
が連続的に変化するように、上記５種類のセラミックグ
リーンシートから選択して用いた。すなわち、表１の混
合粉末番号１〜５からなる各セラミックグリーンシート
２枚づつを、上から順に、セラミックグリーンシート２
１〜２５に割り当てて用いた。次に、積層体を厚み方向
に熱圧着し、しかる後所定の大きさに切断することによ
り、外形寸法が３０×５×０．９ｍｍの短冊状の積層体
を得た。
法により、厚み１００μｍのグリーンシートに成形し
た。次に、得られた５種類のセラミックグリーンシート
を、図１３に示すように、積層した。図１３において、
セラミックグリーンシート２１〜２５としては、セラミ
ックグリーンシート２１からセラミックグリーンシート
２５側に至るにつれて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｎｉの比率
が連続的に変化するように、上記５種類のセラミックグ
リーンシートから選択して用いた。すなわち、表１の混
合粉末番号１〜５からなる各セラミックグリーンシート
２枚づつを、上から順に、セラミックグリーンシート２
１〜２５に割り当てて用いた。次に、積層体を厚み方向
に熱圧着し、しかる後所定の大きさに切断することによ
り、外形寸法が３０×５×０．９ｍｍの短冊状の積層体
を得た。
【００２２】次に、得られた積層体を、空気中４００℃
で約１０時間焼成することにより、有機材料成分を燃焼
させ、空気中９００〜１２００℃の温度で３時間焼成す
ることにより、図１４に示す焼結体２７を得た。得られ
た焼結体２７の厚み方向における、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、
及びＺｒの濃度分析をＸ線マイクロアナライザーにより
分析した。その結果、複数枚のグリーンシートを用いた
ことによる組成の不連続性が、焼結の際の熱拡散により
解消されており、図１５〜図１８に示すように、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｎｂ、及びＮｉの各元素比率が厚み方向において
連続的に変化していることがわかった。
で約１０時間焼成することにより、有機材料成分を燃焼
させ、空気中９００〜１２００℃の温度で３時間焼成す
ることにより、図１４に示す焼結体２７を得た。得られ
た焼結体２７の厚み方向における、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、
及びＺｒの濃度分析をＸ線マイクロアナライザーにより
分析した。その結果、複数枚のグリーンシートを用いた
ことによる組成の不連続性が、焼結の際の熱拡散により
解消されており、図１５〜図１８に示すように、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｎｂ、及びＮｉの各元素比率が厚み方向において
連続的に変化していることがわかった。
【００２３】上記のようにして得られた傾斜機能構造を
有する焼結体２７を用い、下記の例１〜例３のアクチュ
エーターを作製した。例１ 上記実施例と同様の方法で、実施例で用意した各混合粉
末単独組成の焼結体を作製し、それぞれのキュリー温度
を測定したところ、下記の表２の結果が得られた。
有する焼結体２７を用い、下記の例１〜例３のアクチュ
エーターを作製した。例１ 上記実施例と同様の方法で、実施例で用意した各混合粉
末単独組成の焼結体を作製し、それぞれのキュリー温度
を測定したところ、下記の表２の結果が得られた。
【００２４】
【表２】
【００２５】従って、上記各混合粉末材料のみからなる
焼結体のキュリー温度から、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ及びＮｉ
の元素比率の変化によりキュリー温度が変化することが
わかる。よって、実施例で作製した焼結体では、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｎｂ及びＮｉが厚み方向において連続的に変化し
ているため、キュリー温度に対し、傾斜機能構造が与え
られていることがわかる。
焼結体のキュリー温度から、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ及びＮｉ
の元素比率の変化によりキュリー温度が変化することが
わかる。よって、実施例で作製した焼結体では、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｎｂ及びＮｉが厚み方向において連続的に変化し
ているため、キュリー温度に対し、傾斜機能構造が与え
られていることがわかる。
【００２６】図１９に示すように、得られた焼結体２７
の両主面にＡｇを焼き付けて外部電極２８ａ、２８ｂを
形成した。次に、温度２００℃のオイルバス中におき、
強誘電体部と常誘電体部との分離を計り、かつ強誘電体
部のみ印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極処理
を施し、モノモルフ型アクチュエーターを得た。例２ 実施例と同様の方法で各混合粉末番号の混合粉末材料単
独からなる焼結体を作製し、室温における抗電界の評価
を行ったところ、表３に示すような結果が得られた。
の両主面にＡｇを焼き付けて外部電極２８ａ、２８ｂを
形成した。次に、温度２００℃のオイルバス中におき、
強誘電体部と常誘電体部との分離を計り、かつ強誘電体
部のみ印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極処理
を施し、モノモルフ型アクチュエーターを得た。例２ 実施例と同様の方法で各混合粉末番号の混合粉末材料単
独からなる焼結体を作製し、室温における抗電界の評価
を行ったところ、表３に示すような結果が得られた。
【００２７】
【表３】
【００２８】従って、実施例で得られた焼結体２７で
は、抗電界に関し傾斜機能構造の与えられていることが
わかる。そこで、例１と同様に、焼結体の両主面にＡｇ
を焼き付けて外部電極２８ａ、２８ｂを形成し、室温で
印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極処理を施し
た。さらに、電圧印加方向を逆方向にし、電圧０．５Ｋ
Ｖ／ｍｍ×３０分の条件で再度分極処理を行うことで、
弱抗電界部分の分極を反転させ、バイモルフ型アクチュ
エーターを得た。例３ 実施例と同様の方法により作製した各混合試料単独の焼
結体の両主面にＡｇを焼付け外部電極を形成し、室温で
印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極処理を施し
た。室温における、各焼結体の圧電定数ｄ31を測定した
ところ、下記の表４に示すような結果が得られた。
は、抗電界に関し傾斜機能構造の与えられていることが
わかる。そこで、例１と同様に、焼結体の両主面にＡｇ
を焼き付けて外部電極２８ａ、２８ｂを形成し、室温で
印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極処理を施し
た。さらに、電圧印加方向を逆方向にし、電圧０．５Ｋ
Ｖ／ｍｍ×３０分の条件で再度分極処理を行うことで、
弱抗電界部分の分極を反転させ、バイモルフ型アクチュ
エーターを得た。例３ 実施例と同様の方法により作製した各混合試料単独の焼
結体の両主面にＡｇを焼付け外部電極を形成し、室温で
印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極処理を施し
た。室温における、各焼結体の圧電定数ｄ31を測定した
ところ、下記の表４に示すような結果が得られた。
【００２９】
【表４】 表４から明らかなように、各混合粉末試料を単独で焼成
して得られた焼結体においてｄ31が上記のように異なる
ことが分かる。従って、実施例で得られた焼結体では、
厚み方向において圧電定数ｄ31に関し傾斜機能構造が与
えられていることがわかる。そこで、実施例の焼結体の
両主面にＡｇを焼付け、外部電極２８ａ、２８ｂを形成
し、室温で印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極
処理を施した。その結果、圧電定数ｄ31の厚み方向にお
ける差に基づくベンディングモードを有するアクチュエ
ーターを得ることができた。
して得られた焼結体においてｄ31が上記のように異なる
ことが分かる。従って、実施例で得られた焼結体では、
厚み方向において圧電定数ｄ31に関し傾斜機能構造が与
えられていることがわかる。そこで、実施例の焼結体の
両主面にＡｇを焼付け、外部電極２８ａ、２８ｂを形成
し、室温で印加電圧３ＫＶ／ｍｍ×３０分の条件で分極
処理を施した。その結果、圧電定数ｄ31の厚み方向にお
ける差に基づくベンディングモードを有するアクチュエ
ーターを得ることができた。
【００３０】上記のようにして得られた例１〜例３の各
アクチュエーターを、６０℃の恒温層中で駆動電圧２０
０Ｖ／ｍｍで駆動し続け、先端変位量の変化をモニター
した。その結果、図２０に示す結果が得られた。また、
比較の為に、図２に示した従来の圧電アクチュエーター
についても同様の信頼性試験を行ったところ、図２０に
一点鎖線で示す結果が得られた。
アクチュエーターを、６０℃の恒温層中で駆動電圧２０
０Ｖ／ｍｍで駆動し続け、先端変位量の変化をモニター
した。その結果、図２０に示す結果が得られた。また、
比較の為に、図２に示した従来の圧電アクチュエーター
についても同様の信頼性試験を行ったところ、図２０に
一点鎖線で示す結果が得られた。
【００３１】図２０から明らかなように、本発明の圧電
体を用いて構成された例１〜例３の圧電アクチュエータ
ーでは、先端変位量が１０００時間経過しても殆ど変化
していないのに対し、従来例の圧電アクチュエーターで
は、数十時間経過したのちに、次第に先端変位量が小さ
くなることがわかる。なお、混合粉末材料番号１〜５か
ら各構成された各セラミックグリーンシートは、上記実
施例と異なる順序で積層しても良い。例えば、図２１に
示すように、それぞれ、混合粉末材料１〜５からなるセ
ラミックグリーンシート３１〜３５を、セラミックグリ
ーンシート３１−セラミックグリーンシート３２−セラ
ミックグリーンシート３３−セラミックグリーンシート
３４−セラミックグリーンシート３５−セラミックグリ
ーンシート３４−セラミックグリーンシート３３−セラ
ミックグリーンシート３２−セラミックグリーンシート
３１の順に積層しても良い。また、セラミックグリーン
シート３５−セラミックグリーンシート３４−セラミッ
クグリーンシート３３−セラミックグリーンシート３２
−セラミックグリーンシート３１−セラミックグリーン
シート３２−セラミックグリーンシート３３−セラミッ
クグリーンシート３４−セラミックグリーンシート３５
の順に積層しても良い。この様に、厚み方向における元
素比率の連続的変化については、様々なパターンに変化
させることができる。
体を用いて構成された例１〜例３の圧電アクチュエータ
ーでは、先端変位量が１０００時間経過しても殆ど変化
していないのに対し、従来例の圧電アクチュエーターで
は、数十時間経過したのちに、次第に先端変位量が小さ
くなることがわかる。なお、混合粉末材料番号１〜５か
ら各構成された各セラミックグリーンシートは、上記実
施例と異なる順序で積層しても良い。例えば、図２１に
示すように、それぞれ、混合粉末材料１〜５からなるセ
ラミックグリーンシート３１〜３５を、セラミックグリ
ーンシート３１−セラミックグリーンシート３２−セラ
ミックグリーンシート３３−セラミックグリーンシート
３４−セラミックグリーンシート３５−セラミックグリ
ーンシート３４−セラミックグリーンシート３３−セラ
ミックグリーンシート３２−セラミックグリーンシート
３１の順に積層しても良い。また、セラミックグリーン
シート３５−セラミックグリーンシート３４−セラミッ
クグリーンシート３３−セラミックグリーンシート３２
−セラミックグリーンシート３１−セラミックグリーン
シート３２−セラミックグリーンシート３３−セラミッ
クグリーンシート３４−セラミックグリーンシート３５
の順に積層しても良い。この様に、厚み方向における元
素比率の連続的変化については、様々なパターンに変化
させることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、誘電体
磁器組成物を構成する複数の元素の比率が、圧電体の厚
み方向において連続的に変化されており、それによって
圧電体の厚み方向においてキュリー温度及び／または抗
電界が変化されているため、これらの圧電特性に関して
傾斜機能構造を有する圧電体を実現することができる。
従って、これらの圧電特性についての傾斜機能構造を利
用することにより、内部電極を省略した構造の積層型圧
電部品を得ることができる。よって、内部電極と圧電体
層の界面における剥離等の問題が生じがたい、信頼性に
優れた圧電部品を提供することが可能となる。
磁器組成物を構成する複数の元素の比率が、圧電体の厚
み方向において連続的に変化されており、それによって
圧電体の厚み方向においてキュリー温度及び／または抗
電界が変化されているため、これらの圧電特性に関して
傾斜機能構造を有する圧電体を実現することができる。
従って、これらの圧電特性についての傾斜機能構造を利
用することにより、内部電極を省略した構造の積層型圧
電部品を得ることができる。よって、内部電極と圧電体
層の界面における剥離等の問題が生じがたい、信頼性に
優れた圧電部品を提供することが可能となる。
【図１】圧電体の厚み方向と圧電定数との関係を示す図
である。
である。
【図２】従来の圧電アクチュエーターを示す斜視図であ
る。
る。
【図３】従来のバイモルフ型圧電アクチュエーターを得
るための分極方法を説明するための模式図である。
るための分極方法を説明するための模式図である。
【図４】従来のバイモルフ型圧電アクチュエーターを得
るための分極方法を説明するための模式図である。
るための分極方法を説明するための模式図である。
【図５】従来のモノモルフ型圧電アクチュエーターを得
るための分極方法を説明するための模式図である。
るための分極方法を説明するための模式図である。
【図６】本発明の圧電体を用いて構成された圧電アクチ
ュエーターの一例を示す斜視図である。
ュエーターの一例を示す斜視図である。
【図７】本発明によって構成された圧電体の厚み方向位
置とキュリー温度との関係を示す図である。
置とキュリー温度との関係を示す図である。
【図８】本発明によって構成された圧電体を示す斜視図
である。
である。
【図９】厚み方向に強誘電体部と常誘電体部とが構成さ
れた圧電体を示す模式図である。
れた圧電体を示す模式図である。
【図１０】強誘電体部のみを分極処理して構成されたモ
ノモルフ型圧電アクチュエーターを説明するための模式
図である。
ノモルフ型圧電アクチュエーターを説明するための模式
図である。
【図１１】厚み方向位置と抗電界との関係を示す図であ
る。
る。
【図１２】抗電界の差に基づいて分極方向が異なる二つ
の圧電体層部分を有するバイモルフ型圧電アクチュエー
ターを説明するための模式図である。
の圧電体層部分を有するバイモルフ型圧電アクチュエー
ターを説明するための模式図である。
【図１３】実施例で用意された複数枚のセラミックグリ
ーンシートを説明するための分解斜視図である。
ーンシートを説明するための分解斜視図である。
【図１４】実施例で用意された積層体を示す斜視図であ
る。
る。
【図１５】実施例で得られた圧電体における厚み方向位
置と元素比率との関係を示す図である。
置と元素比率との関係を示す図である。
【図１６】実施例で得られた圧電体における厚み方向位
置と元素比率との関係を示す図である。
置と元素比率との関係を示す図である。
【図１７】実施例で得られた圧電体における厚み方向位
置と元素比率との関係を示す図である。
置と元素比率との関係を示す図である。
【図１８】実施例で得られた圧電体における厚み方向位
置と元素比率との関係を示す図である。
置と元素比率との関係を示す図である。
【図１９】実施例で用意された圧電アクチュエーターを
示す図である。
示す図である。
【図２０】例１〜例３で構成された圧電アクチュエータ
ー及び従来の圧電アクチュエーターの信頼性試験結果を
示す図である。
ー及び従来の圧電アクチュエーターの信頼性試験結果を
示す図である。
【図２１】元素比率の異なるセラミックグリーンシート
の積層方法の他の例を説明するための斜視図である。
の積層方法の他の例を説明するための斜視図である。
１１ … 圧電アクチュエーター １２ … 圧電体 １３ａ，１３ｂ … 外部電極 ｘ … 厚み方向。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹木 洋 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 平１−232777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−169777（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/09 C04B 35/495 H01L 41/187 H01L 41/22
Claims (1)
- 【請求項１】 誘電体磁器組成物から構成された圧電体
であって、 前記誘電体磁器組成物を構成する元素の比率が、圧電体
の厚み方向において連続的に変化されており、前記元素
比率の変化に応じて圧電体の厚み方向において、キュリ
ー温度及び抗電界の少なくとも一種が連続的に変化され
ていることを特徴とする、傾斜機能型圧電体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03001946A JP3106365B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 傾斜機能型圧電体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03001946A JP3106365B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 傾斜機能型圧電体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04239187A JPH04239187A (ja) | 1992-08-27 |
| JP3106365B2 true JP3106365B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=11515781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03001946A Expired - Fee Related JP3106365B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 傾斜機能型圧電体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3106365B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5900274A (en) * | 1998-05-01 | 1999-05-04 | Eastman Kodak Company | Controlled composition and crystallographic changes in forming functionally gradient piezoelectric transducers |
| US6013311A (en) * | 1998-06-08 | 2000-01-11 | Eastman Kodak Company | Using morphological changes to make piezoelectric transducers |
| US7804223B1 (en) * | 2006-04-27 | 2010-09-28 | Ensign-Bickford Aerospace & Defense Company | Efficient piezoeletric-triggered time delay module |
| JP2008109072A (ja) | 2006-09-26 | 2008-05-08 | Ngk Insulators Ltd | モノモルフ型圧電／電歪素子、及びその製造方法 |
| KR101514193B1 (ko) * | 2013-03-27 | 2015-04-21 | 엔지케이 인슐레이터 엘티디 | 복합 기판 및 탄성파 디바이스 |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP03001946A patent/JP3106365B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04239187A (ja) | 1992-08-27 |
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