JPH04337681A - 積層型固体変位素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サブミクロンオ−ダ
−の超精密位置決め、高速位置決めに使用される積層型
固体変位素子に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
サブミクロンオ−ダ−の超精密位置決め、高速位置決め
に使用される積層型固体変位素子として図８に示すよう
なセラミック部材１と内部電極２とを交互に積層した積
層型圧電アクチュエ−タ素子が注目されている。

【０００３】この積層型圧電アクチュエ−タ素子には、
その変位を誘起させるセラミックスとしてＰＺＴに代表
される圧電セラミックス（強誘電体セラミックス）やＰ
ｂ（Ｍｇ１／２　Ｎｂ３／２　）Ｏ３　−ＰｂＴｉＯ３
　で代表される電歪セラミックスが使用されている。こ
れらの材料の変位は、印加される電界に対して縦方向に
生じる変位の場合、例えば圧電セラミックスでは図６に
示すように、例えば電歪セラミックスでは図７に示すよ
うに、いずれも印加される電界に対してアナログ的に変
位する。このため、これらの材料でセラミック部材が構
成された積層型圧電アクチュエ−タ素子も、その入力（
一般的には電圧）がアナログであるとその出力（変位）
もアナログである。

【０００４】このため、位置決めなどで比較的頻繁に使
用されるステップ的な変位を行わせようとすると、入力
をデジタル入力又はステップ入力にするか、ステッピン
グモ−タなどステップ的に動く機構と組合わせる必要が
あり、機構が複雑となり、コストもかかる。

【０００５】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、何等特別な機構を付加することなく、アナ
ログ入力でデジタル的なステップ状変位を生じる積層型
固体変位素子を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するために、電界を印加することにより強誘電反強
誘電相転移が生じる少なくとも３個以上のセラミック部
材と、これらの間に介装された電極とが積層されて構成
され、前記セラミック部材は互いに厚みが異なることを
特徴とする積層型固体変位素子を提供する。

【０００７】この場合に、前記セラミック部材は、一般
式 （Ｐｂ１−ａ　，Ｎｂａ　）｛（Ｚｒ１−ｂ　，Ｓｎｂ
　）１−ｃ　，Ｔｉｃ　｝０．９８Ｏ３　ただし、０．
０１≦ａ≦０．０３ ０．３９≦ｂ≦０．４１ ０．０５≦ｃ≦０．０７ で表されるセラミックスで構成することができる。この
セラミックスはこの組成範囲において、電界により強誘
電反強誘電相転移を生じさせることができる。

【０００８】

【作用】この発明においては、積層型固体変位素子を構
成するセラミック部材として強誘電反強誘電相転移を生
じるセラミックスを用いる。このような相転移を生じる
材料は、ある一定の電界までは反強誘電体相として存在
するが、その電界に達すると相転移を生じて強誘電体相
となり急激に変位するようになる。すなわちアナログ入
力によりデジタル的な変位が誘起される。そして、この
発明ではこのようなセラミック部材の厚みを互いに異な
るように設定しているので、各部材で強誘電反強誘電相
転移が生じる電界の大きさが異なる。従って、アナログ
的な入力に対し、ステップ状の変位を得ることができる
。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。

【００１０】先ず、出発原料として、所定量のＰｂ３　
Ｏ４　、Ｎｂ２　Ｏ５　、ＺｒＯ２　、ＳｎＯ２　、Ｔ
ｉＯ２　をボ−ルミル中で湿式混合し、乾燥して混合粉
末を得た。次いで、この混合粉末を８５０℃で２時間仮
焼して粉砕し、バインダ−を加えて混合した。その後、
造粒を行い流動性の良好な粉末にして、１ｔｏｎ　／ｃ
ｍ２　の圧力でペレット状にプレス成形した。この成形
体を大気中で１４００℃で２時間焼成してセラミックス
焼結体を作成した。この焼結体の組成は、 （Ｐｂ１−ａ　，Ｎｂａ　）｛（Ｚｒ１−ｂ　，Ｓｎｂ
　）１−ｃ　，Ｔｉｃ　｝０．９８Ｏ３　ただし、０．
０１≦ａ≦０．０３ ０．３９≦ｂ≦０．４１ ０．０５≦ｃ≦０．０７ とし、ａ，ｂ，ｃの値を変化させて、表１に示す５種類
の組成の焼結体を作成した。焼結体としては、各組成に
ついて直径２０ｍｍφで厚みが１．５ｍｍ及び０．５ｍ
ｍのものを作成した。厚みが１．５ｍｍの焼結体につい
て、密度、電気特性（室温における１ＫＨｚでの誘電率
εｒ　及び誘電損失ｔａｎ　δ）を測定し、その結果を
表１に併記した。

【００１１】

【表１】

【００１２】厚み０．５ｍｍの焼結体については、両面
に銀電極を焼付け、電極に電界を印加した。その際の電
界と変位の関係を図３に示す。図３から明らかなように
、一定電界までは変位が生じないが、ある電位に達する
と急激に変位が生じることが確認された。これは、急激
に変位が生じる電界において、強誘電反強誘電相転移が
生じることに起因している。この傾向は、いずれの組成
のものでも同様であった。

【００１３】次に、組成番号２の厚み１．５ｍｍの焼結
体から、０．１ｍｍから順に０．１ｍｍずつ厚くしたペ
レットを１ｍｍまで１０枚、及び０．１ｍｍから０．０
１ｍｍずつ厚くしたペレットを０．１９ｍｍまで１０枚
切り出した。各ペレットの両面に内部電極となる銀をス
クリ−ン印刷法で印刷し、焼き付けた。そして、上記各
１０枚を１組とし、図２に示すように、外部電極となる
銅電極を各ペレットの間に介装させて積層した。そして
、外部電極をリ−ド線で固定し、積層体の両端面、すな
わち積層型圧電アクチュエ−タ素子の変位方向に対応す
る端面を研磨し、次いで全体を外装樹脂で外装し、図１
に示すような積層型固体変位素子を得た。なお、図１及
び図２中、参照符号１１はセラミック部材、１２は外部
電極、１３はリ−ド線、１４は電源である。

【００１４】このようにして作成した２つの積層型固体
変位素子の変位量を０．０１μｍの分解能を有する光学
式非接触変位計で測定した。その結果を図４及び図５に
示す（図４は０．１ｍｍ間隔でセラミック部材の厚みを
変化させたもの、図５は０．０１ｍｍ間隔で厚みを変化
させたものを示す）。これらの図から明らかなように、
アナログ的な電圧入力に対して、ステップ的な変位出力
が得られることが確認された。

【００１５】なお、積層型固体変位素子のセラミック部
材を構成するセラミックスとしては、この実施例のもの
に限らず、電界により強誘電反強誘電相転移を生じるセ
ラミックスであれば適用することができる。

【００１６】

【発明の効果】この発明によれば、何等特別の機構を付
加することなく、アナログ入力でデジタル的なステップ
状変位を生じる積層型固体変位素子を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る積層型固体変位素子を示す模式
図。

【図２】図１に示す素子の製造過程を説明するための図
。

【図３】この発明の素子に用いられるセラミック部材の
電界−歪特性を示す図。

【図４】この発明の一実施例に係る積層型固体変位素子
の電圧−変位特性を示す図。

【図５】この発明の他の実施例に係る積層型固体変位素
子の電圧−変位特性を示す図。

【図６】従来の圧電セラミックスの代表的な電界−歪特
性を示す図。

【図７】従来の電歪セラミックスの代表的な電界−歪特
性を示す図。

【図８】従来の積層型圧電アクチュエ−タ素子を示す模
式図。

【符号の説明】

１１；セラミック部材、１２；電極、１３；リ−ド線、
１４；電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電界を印加することにより強誘電反強
   誘電相転移が生じる少なくとも３個以上のセラミック部
   材と、これらの間に介装された電極とが積層されて構成
   され、前記セラミック部材は互いに厚みが異なることを
   特徴とする積層型固体変位素子。
2. 【請求項２】　　前記セラミック部材は、一般式（Ｐｂ
   １−ａ　，Ｎｂａ　）｛（Ｚｒ１−ｂ　，Ｓｎｂ　）１
   −ｃ　，Ｔｉｃ　｝０．９８Ｏ３　ただし、０．０１≦
   ａ≦０．０３ ０．３９≦ｂ≦０．４１ ０．０５≦ｃ≦０．０７ で表されるセラミックスで構成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の積層型固体変位素子。