JPH02301174A - 圧電磁器組成物 - 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、圧電磁器組成物に係り、特に、電圧印加によ
り、大きい機械的変位と共に、高精度位置制御を必要と
する電圧駆動型圧電変位素子に好適な圧電磁器組成物に
関する。

［従来の技術］ 近年、電磁方式に代わる新方式の駆動源として。

圧電磁器の電気歪効果を利用し、電気的エネルギーを機
械的エネルギーに変換する電圧駆動型圧電変位素子（以
下変位素子と称す）の実用化が、Ｗｉ小位置制御機器等
、多方面にわたって進められてきている。この種の変位
素子としては１例えば第２図に示す如く、金属製弾性板
１に両面から挾む様に電極を付与した圧電磁器板２，２
′を貼り合わせたバイモルフ構造を成すものが知られて
いる。

この変位素子に直流或は交流電、圧を印加すると電気歪
効果（この場合、圧電横効果）に伴なう機械的変位ｄＳ
、、或はｄＳ２が生ずる。この機械的変位は、用途或は
搭載された際の機構にもよるが。

一般的に変位素子として機能上、できるだけ大きい事が
望ましく、更に高精度な位置制御或は機器としての品質
面から、電圧−変位ヒステリシスができるだけ小さい事
が望しい。例えば１機械的変位に関しては、より大きな
電気歪効果を有する圧電磁器組成物が有利とされている
。

［発明が解決しようとする課題］ 従来より、この種の圧電磁器組成物としては。

比較的圧電定数ｄ３１の大きいＰ　ｂ　（Ｎ　ｌ　ｒ、
。

Ｎｂ２．、、）−ＰｂＺｒＯ，−ＰｂＴｉＯ，等の３成
分系のものがある。しかしながら、従来の組成物のもの
では１機械的変位がある程度得られるものの、電圧−変
位ヒステリシスが大きく、変位素子としての利用が極め
て狭い範囲に限定されていた。従って、変位素子として
広範囲の用途に適応する上でより大きな機械的変位をも
たらすと共に電圧−変位ヒステリシスの小さい圧電磁器
材料が望まれていた。

そこで２本発明の技術的課題は、かかる要求に対し、十
分応え得るものであり、電圧印加による電気歪効果が大
きいと共に、ヒステリシスが小さく、その結果、変位素
子として広範囲な用途に応用できる圧電磁器組成物を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の圧電磁器組成物は。

一般式 ％式％（１ を満足する基本組成に対し、副成分としてＮｉｐ。

Ｂｉ２Ｏ，から選ばれた少くとも１種を０．０２〜０．
５重量％、ＭｎＯを０．００５〜０．１５重量％添加含
有せしめてなることを特徴とする。

本発明において、　０．３００　＞Ａ、　Ａ＞０．５５
０　、　　Ｂ＞０．０５０　、　０．１２０’　　＞　
Ｃ，Ｃ＞０．２９０　　、　０．ＨＯ＞　Ｄ。

Ｄ　＞　０．４０８から成る基本組成物及び副成分Ｎｉ
ｐ。

Ｂｉ２Ｏ３の選ばれた１種が０．５重量％より多く。

ＭｎＯが０．１５重量％より多い組成物のものでは電気
歪量５機械的変位が低下し、目的とする変位素子として
は好ましくなく、又、　０．００２　＞　Ｂ及び副成分
Ｎｉｐ、Ｂｉ２０ｓの選ばれた少くとも１種が０．０２
重量％未満の組成物では、電気歪量１機械的変位の大幅
な改善効果が認められず、更には副成分Ｍ　ｎ　Ｏが０
．００５重量％未満ではヒステリシスに対する大幅な改
善効果が認められないため５本発明の範囲から除外した
。

［実施例］ 以下本発明の実施例について参考例と比較しながら詳細
に説明する。

出発原料として化学的純度９９％以上のｐｂｏ。

Ｎｉｐ、Ｎｂ２０．、Ｓｂ２０３．ＺｒＯ□。

ＴｉＯ２及び所定の副成分を選び、第１表〜第６表に示
す組成になる様に精秤した。次に、これら原料をボール
ミルで混合した後、乾燥し、８５０℃で仮焼成した。次
いでボールミルによって粉砕して得られた粉末に有機バ
インダーを適量加えて造粒した後、　’　１　　ｔｏｎ
／　ｃｊの圧力で加圧形成し。

１２００〜１２５０℃の温度で数時間焼成した。

得られた焼結体を所定の形状に切断、研磨した後、電極
を付与し、シリコーン油中で、温度６０〜１００℃の条
件下で直流電場３５〜５０ｋＶ／ｃｍを３０分間印加し
１分極処理を施して、圧電的に活性化せしめた。次に所
定のｔｐ１定方法により圧電的諸定数を求めた後、実質
的は効果を確認するために、研磨加工を施して２種類の
形状の短形状圧電素子、すなわち、■長さ１０關１幅２
１ｍ、厚さ１ｍ鴎、■長さ３５龍１幅１０關、厚さ０．
１５ｍｍを得た。この２種類の圧電素子のうち形状■の
ものに分極方向と同方向に５００Ｖの直流電圧を印加し
。

その時に生ずる電気歪量（収縮歪）をＭｊ定しΔｇＺｇ
値で評価した（６ｇ・・・縮み量１ｇ・・・素子長さ）
、一方形状■の圧電素子については、更に、金属製弾性
板に両面からサンドイッチして、第２図に示す様なバイ
モルフ型変位素子を作製し１機械的変位及びヒステリシ
スを調べた。

尚１機械豹変位は第１図に示す様に、３０ｖの直流電圧
を印加した時の一端固定、他端自由状態での先端に発生
する変位ｄｓｉ。で求め、一方ヒステリシスは電圧３０
Ｖでの変位ｄｓｉｏと電圧を０に戻した際に生じている
残留変位ｄＳｏから１次式より算出して求めた。

ヒステリシス−（ｄ　Ｓｏ　／　ｄ　５ｉｏ）　Ｘ１０
０　［％］第１表〜第６表に結果の一例を示す。尚第１
表〜第６表に於いて、牢印の試料Ｎｏ、は本発明の圧電
磁器組成物に該当する。

第１表〜第６表からも明らかな様に本発明の圧電磁器組
成物から成る試料は各々の組成群の参考例と比較して電
気歪量、及び機械的変位のいずれも大きく且つ電圧−変
位ヒステリシスが極めて小さく、変位素子として好都合
な特性を有している事は明白である。

尚３本発明に於いては副成分であるＮｉｐ。

Ｂｉ２Ｏ，を同時添加しても総添加含有量が０．０２〜
０．５重量％の範囲であれば同様な効果が得られる。

［発明の効果］ この様に、゛本発明は、　　Ｐｂ　［（Ｎ　ｉ　、、、
。

Ｎｂ２．３　）Ａ　　（Ｓｂ＋、ｚ　Ｎｂ＋２）ａ　Ｚ
　ｒｃＴ　ｉ　Ｏ］　０３を基本組成とし、Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄを各々適度な範囲に設定し、且つ、副成分としてＮ
ｉＯ，Ｂｉ２Ｏ，の少なくとも１種とＭｎＯを適度な範
囲で同時添加含有したものであり、特に基本組成に於け
るＰｂ（ＳｂＩ２Ｎｂ１２）０゜成分と副成分との相互
作用により、従来組成物では成し得なかった。より大き
な電気歪量１機械的食位と共に低ヒステリシスを実現す
ることができる。

また６本発明の圧電磁器組成物によれば以下に挙げる用
途への適用が期待できる。

（１）大きな機械的変位の発生と共に電圧−変位ヒステ
リシスが小さいので高精度な位置制御等が要求される新
しい変位素子分野に広範囲に適用できる。

（２）大きな機械的変位を発生するので、小型、軽量化
及び低電圧駆動が可能であり、省エネルギ一時代にマツ
チした変位素子分野に適用できる。

（３）比較的低電圧で大きな機械的変位を必要とする変
位素子への応用が可能である。

（４）片側駆動方式（圧電素子の分極方向と同方向の直
流電圧のみ印加）の採用による大きな機械的変位を必要
とする変位素子に適用できる。尚この場合、印加電圧の
大きな用途に応じて自由に選択できる。

（５）比較的高い圧電定数（例えば電圧ｄ定数）を有し
ているので高圧電定数を必要とする各種圧電製品への適
用が可能である。

尚本発明の実施例においては、圧電横効果に伴なう電気
歪量１機械豹変位及び電圧−変位ヒステリシスについて
特にバイモルフ型圧電歪量１機械的変位について特にバ
イモルフ型圧電変位素子に関連して説明したが同組成物
を用い、圧電縦効果についても調べ、その改善効果が確
認されており。

従って例えば、積層型圧電変位素子への適用も十分可能
である。

以上詳述した様に９本発明の圧電磁器組成物は広範囲な
用途に利用できる変位素子に好適なものであり、産業上
極めて価値大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に於いてａ１定基準を示すグラ
フ、第２図は従来のバイモルフ型圧電変位素子の一例を
示す図である。 図中、１・・・金属製弾性板、２．２’・・・圧電磁器
板。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．一般式 Ｐｂ［（Ｎｉ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）＿Ａ（Ｓ
   ｂ＿１＿／＿２Ｎｂ＿１＿／＿２）＿ＢＺｒ＿ＣＴｉ＿
   Ｄ］Ｏ＿３で示され（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝１） ０．３００≦Ａ≦０．５５０， ０．００２≦Ｂ≦０．０５０， ０．１２０≦Ｃ≦０．２９０， ０．２８０≦Ｄ≦０．４０８， を満足する基本組成に対し，副成分としてＮｉＯ，Ｂｉ
   ＿２Ｏ＿３から選ばれた少くとも１種を０．０２〜０．
   ５重量％，ＭｎＯを０．００５〜０．１５重量％添加含
   有せしめてなることを特徴とする圧電磁器組成物。