JPH01232777A - 電歪効果素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、屈曲振動を生じる電歪効果素子に関し、特に
単板の電歪材料体を用いて構成した変位素子に関する。

〔従来の技術〕

従来より、第２図に略図的に示すバイモルフ型の電歪効
果素子が周知である。バイモルフ型の電歪効果素子ｌは
、二枚の電歪材料板２，３を貼り合わせた構造を有し、
ヘンディング変形させるために、電歪材料板２．３は、
厚み方向において相互に逆方向に分極されている。

駆動に際しては、両主面に形成された電極（図示せず）
から、図示のように電圧を印加する。その結果、全体が
弓なりとなるように変形する。

上記の電歪効果素子は、電歪材料粉を成形し、焼成した
後、それぞれの一方主面に電極ペーストを焼き付けた後
に、分権処理を行って各’Ｑｊ歪材料板２，３を得、こ
のようにして用意された電歪材料板２，３を、接着剤等
を用いて貼り合わせる、各工程を経て得られる。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕上記のように、
従来のバイモルフ型電歪効果素子を得るにあたっては、
二枚の電歪材料板２．３をそれぞれ用意し、しかも接着
剤を用いて貼り合わせたり、図示の矢印の方向で示すよ
うに相互に逆方向となるように分極したりするという煩
雑な作業が強いられていた。よって、比較的構造が簡単
であるにもかかわらず、製造コストがかなり高くついて
いた。

また、貼り合わせ構造であるため、接着剤の塗布量や接
着作業によって特性がばらつき易く、所望通りの特性の
電歪効果素子を安定に得ることが難しいという問題もあ
った。

よって、本発明の目的は、安価に製造することができ、
かつ特性の安定なものを量産し得る構造を備えたバイモ
ルフ型の電歪効果素子を提供することにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明の電歪効果素子は、電歪材料体と、この電歪材料
体の両生面に形成された駆動電極とを備え、電歪材料体
として、厚み方向に電歪性の大きさを変化させた組成の
ものを用いることを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、単一の電歪材料体を用いて屈曲変動を生じる
電歪効果素子を構成したことに特徴を有するものである
。すなわち、−枚の電歪材料体において、その厚み方向
に電歪性の強度を変化させた組成のものを用いることに
より、屈曲変形し得るように構成したことを特徴とする
ものである。

電歪性の大きさを厚み方向に変化させる組成としては、
電歪性を大きくまたは小さくする添加物を焼成前の電歪
材料体において厚み方向に濃度勾配を有するように付加
し、焼成したものを用いることができる。

また、上記のような焼成前の成形体を得るには、添加物
の含有量の異なる電歪材料グリーンシートを積層しても
よく、あるいは添加物の含有量の異なる粉末をプレス成
形により順次成形していってもよい。

［実施例の説明〕 第１図は、本発明の一実施例の電歪効果素子を示す、電
歪材料体１１の両生面に駆動用の電極１２．１３が形成
されている。電歪材料体１１は単一の電歪材料板で構成
されており、図面では明らかではないがその厚み方向に
電歪性の大きさが変化するような組成のものが用いられ
ている。すなわち、本実施例では、下方に位置する電歪
材料部分１１ｂ（便宜上破線で上方部分と境界付けてい
る）は、０．２８ＰｂＴＩＯｓ　　Ｏ，０２ＰｂＺｒｏ
ｓ　　　０．　７０　Ｐ　ｂ　　（Ｎ　ｉ＋ｚｓ　　Ｎ
ｂｘｚｓ　　）　　Ｏｓの圧電性をほとんど示さない材
料により構成されており、他方、上方の部分１１ａは、
０．３５ＰｂＴｌｏｚ　　０．２５ＰｂＺｒＯｉ　　０
．４０Ｐｂ　（Ｎ　＋　１．Ｉ　Ｎ　ｂ＊ｚ３）　Ｏｓ
の比較的大きい電歪性を示す組成となるように構成され
ている。

従って、図示の電極１２．１３間に電圧を印加すれば、
図示の矢印で示すように、相対的に上方に位置する部分
１１ａのみが分権処理される。よって、上方部分１１ａ
と下方部分１１ｂとで電歪性が大きく異なるため、駆動
用電極１２．１３間に電圧を印加すればベンディング変
形を生じる。

次に、上記実施例の製造工程の一例を説明する。

０．３５ＰｂＴｉＯｓ　　０．２５ＰｂＺｒＯｓＯ，４
０Ｐ　ｂ　（Ｎ　ｌ＋ｚｓ　Ｎｂｔｚｓ　）　Ｏｓ　Ｏ
）Ｍｉ成の圧電材料よりなるグリーンシートと、０．２
８ＰｂＴｉＯ−０，０２ＰｂＺｒＯｓ　　　０．７０Ｐ
　ｂ　（Ｎ　ｌ１ｉｓ　Ｎ　ｂｚｚｓ　）　０３の組成
の圧電材料グリーンシートとを用意し、積み重ね、圧着
する。

圧着された＃ｉ層上体１１５０°Ｃ〜１２５０“Ｃ程度
の温度で焼成し、それによって０．５ｍｍ厚、２０Ｘ５
ｍの板状の焼結体を得、両生面に恨ペーストを塗布し、
焼き付けることにより駆動電極を形成した。

しかる後、第３図に示すように、得られた電歪材料体１
１の両生面に形成された駆動用電極１２゜１３に、図示
のように電圧を印加し、分極処理を施した。この分極処
理は、８０゛Ｃの温度で、３ＫＶＺ閤、１０分の条件で
行った。

電歪材料体１１の上方部分１１ａは、上記の組成を有す
るため、誘電率ε、＝３５００であり、ａ！＋方向の電
気機械結合係数Ｋｓ、＝３５％であるのに対し、下方部
分１１ａはε、＝１５０００であり、Ｋ！＋はほぼ０で
ある。よって、第１図に示したように上方部分１．１　
ａのみが図示のように分極処理される。

得られた電歪材料体１１を、駆動電極１２．１３間に電
圧を印加して駆動したところ、第４図に示すような変位
特性が得られた。第４図から明らかなように、本実施例
によれば、単板の電歪材料体１１を用いながらバイモル
フ型の圧電効果素子として変位させ得ることがわかる。

上記実施例では、厚み方向に圧電性の強度の異なる組成
を達成するのに、圧電性の異なる材料からなるグリーン
シートを積層し構成したが、粉末成形法によって同様の
成形体を得ることができる。

第５図および第６図は、粉末成形法を用いた実施例を説
明するための各略図的断面図である。

まず、第５図に示すように、金型２１内に０゜２８Ｐｂ
Ｔｉｏ３　　ｏ、０２ＰｂＺｒｏｚ　　Ｏ９７０Ｐ　ｂ
　（Ｎ　ｉ＋ｚｚ　Ｎ　ｂｚｚｉ　）　Ｏｓの組成の粉
末２２を充填し、上バンチ２３で、例えば０．３ｔ／ｃ
ｄの圧力を加えて成形する。

次に、上パンチ２３を引き抜き、第６図に示すように、
粉末２２の成形体の上に、０，３５ＰｂＴｔＯｓ　　Ｏ
，２５ＰｂＺｒｏｓ　　ｏ、４０Ｐｂ（Ｎ　ｉ　Ｘ／３
　Ｎ　ｂ　Ｘ／３　）　Ｏｓの組成の粉末２４を充填し
、１．Ｑｔ／ｃ４の圧力を土バンチ２３により与えて成
形し、それによって肉粉末からなる層が上下に配置され
た成形体を得る。

上記のようにして得られた成形体を、先の実施例と同様
にして焼成し、分極処理をすれば、第１図に示した電歪
効果素子を・得ることができる。

なお、圧電性を示すものではなく、狭義の電歪性のみを
示す材料を用いて電歪効果素子を構成する場合にも本発
明を適用することができる。たとえば、０．　８７　Ｐ
　ｂ　（Ｍｇ＋ｚｓ　Ｎｂｘｚｚ　）　０ｓ−０，１３
ＰｂＴｉＯ，の組成（以下、ａｔＪ１成）の電歪材料グ
リーンシートと、Ｐ　ｂ　（Ｍｇ＋ｚ＊　Ｎ　ｂ、、、
）０．の組成（以下、ｂ組成）の電歪材料グリーンシー
トを積層し、圧着した後焼成し、上記と同様に駆動電極
を両主面に形成すれば、厚み方向に電歪性の大きさの異
なる電歪効果素子を得ることができる。

たとえば、第７図に示すように、電歪材料体３１の上方
部分が電歪性の大きい組成（上記ａ組成）で構成されて
おり、下方部分が電歪性の小さな組成（上記ｂＭＬ成）
で構成されている場合には、図示のように電圧を印加す
れば電歪性の強い上方部分側にヘンディングする。この
場合、印加する電界の捲性を逆にしても、やはり電歪性
の強い上方部分３１ａ側にベンディングする。

上述してきた各実施例では、圧電性あるいは電歪性を変
化させるために組成の異なる層を有する単一の電歪材料
体を用いたが、組成を変化させる方法としては、圧電性
を大きくする添加物としてチタン酸ジルコン酸鉛系磁器
組成物にＰｂ（Ｎｉ＋ｚ３Ｎｂｚ。）０．を添加したり
、圧電性を低下させる添加物としてＡｆｆｉ工Ｏ３等を
添加する方法の他に、Ｔ　ｉ　／　Ｚ　ｒ比等を変化さ
せてもよい。

〔発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、厚み方向に電歪性の大
きさが変化した組成の単一の電歪材料体を用いて屈曲変
形を生じる電歪効果素子が構成される。よって、従来例
のように二枚の電歪材料体を用意し貼り合わせ、さらに
複雑な分極処理を脩すといった煩雑な製造工程を大幅に
簡略化することができる。従って、バイモルフ型の電歪
効果素子の製造コストを大幅に低減することができる。

さらに、貼り合わせるものでないため、接着剤層や接着
作業により特性が変化することもないため、高性能なバ
イモルフ型電歪効果素子を安定に得ることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための模式的側面
図、第２図は従来例を説明するための略図的側面図、第
３図は第１図実施例の分極過程を説明するための略図的
斜視図、第４図は第１図実施例の変位特性を示す図、第
５図および第６図は、それぞれ、粉末成形法により成形
体を得る方法を説明するための略図的断面図、第７図は
本発明の第２の実施例を説明するための略図的側面図で
ある。 図において、１１は電歪材料体、ｌｌａは電歪性の強い
上方部分、ｚｂは電歪性の相対的に弱い下方部分、１２
．１３は駆動用電極を示す。 第２図 第３図 第４図 ｆｏｏ　　　　　　　２００ ９斥（ｖ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電歪材料体と、 前記電歪材料体の両主面に形成された駆動用電極とを備
   え、 前記電歪材料体として、厚み方向に電歪性の大きさを変
   化させた組成のものを用いることを特徴とする、電歪効
   果素子。