JPH0519504B2 - - Google Patents
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- JPH0519504B2 JPH0519504B2 JP1118650A JP11865089A JPH0519504B2 JP H0519504 B2 JPH0519504 B2 JP H0519504B2 JP 1118650 A JP1118650 A JP 1118650A JP 11865089 A JP11865089 A JP 11865089A JP H0519504 B2 JPH0519504 B2 JP H0519504B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は、圧電磁器組成物に関し、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電圧変位素子に好適な圧
電磁器組成物に関するものである。 ［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、
微小位置制御機器等、多方面にわたつて進められ
てきている。この種の変位素子としては例えば第
２図に示す如く、金属製弾性板１に両面から挟む
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
と電気効果（この場合は圧電横効果）に伴なう機
械的変位dS1或はdS2が生じる。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の機能上、できるだけ大きい
事が望ましく、更な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出来
るだけ小さい事が望しい。例えば、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機
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、この種圧電磁器組成物としては、例
えば比較的圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3Nb2/3）
O3−PbZrO3−PbTiO3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。従つて変位素子と
しての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、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 Pb［（Ni1/3Nb2/3）A （Sb1/2Nb1/2）BZrCTiD］O3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 を満足する基体組成に対し、La2O3を1.01〜0.3重
量％、Co2O3を0.01〜0.3重量％、MnOを0.005〜
0.15重量％添加含有して成ることを特徴とする。 尚、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，Ｂ＞0.550，0.120
＞Ｃ，A3＞0.290，0.280＞Ｄ，Ｄ＞0.408から成る
基本組成物及び副成分La2O3，Co2O3が各々0.03
重量％より多ふ、MnOが0.15重量％より多い組
成物のものでは電気歪量、機械的変位が低下し、
従つて、目的とする変位素子用組成物としては好
ましくなく、又、0.002＞Ｂ及び副成分La2O3，
Ca2O3の各々が0.01重量％未満の組成物では電気
歪量、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MnO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、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，
NiO，Nb2O5，Sb2O3，ZrO2，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
合し後、乾燥し、850℃で仮焼成した。次いでボ
ールミルによつて粉砕して得られた粉末に、有機
バインダを適量加えて造粒した後、1ton／cm2の圧
力で加圧成形し、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
印加し分極処理を施して圧電的に活性化せしめ
た。次に、所定の測定方法により圧電的諸定数を
求めた後、実質的な効果を確認するために更に研
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10mm、幅２mm、厚さ１mm、長さ
35mm、幅10mm、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
電気歪電（収縮歪）を測定し、△ｌ／ｌで評価し
た（△ｌ…縮み量、ｌ…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
からサンドイツチして第２図に示す様なバイモル
フ型変位機械的変位及びヒステリシスを調べた。 尚、機械的変位は第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dS30で求め、一方ヒステリシ
スは電圧30Vでの変位dS30と、電圧０に戻した際
に生じている残留変位dS0から次式より算出して
求めた。 ヒステリシス＝（dS0／dS30）×100［％］ 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＊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、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、機械的変位及び電圧−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、従つて、例えば積層型圧電変位素子への適用
も十分可能である。
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電圧変位素子に好適な圧
電磁器組成物に関するものである。 ［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、
微小位置制御機器等、多方面にわたつて進められ
てきている。この種の変位素子としては例えば第
２図に示す如く、金属製弾性板１に両面から挟む
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
と電気効果（この場合は圧電横効果）に伴なう機
械的変位dS1或はdS2が生じる。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の機能上、できるだけ大きい
事が望ましく、更な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出来
るだけ小さい事が望しい。例えば、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機
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、この種圧電磁器組成物としては、例
えば比較的圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3Nb2/3）
O3−PbZrO3−PbTiO3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。従つて変位素子と
しての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、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 Pb［（Ni1/3Nb2/3）A （Sb1/2Nb1/2）BZrCTiD］O3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 を満足する基体組成に対し、La2O3を1.01〜0.3重
量％、Co2O3を0.01〜0.3重量％、MnOを0.005〜
0.15重量％添加含有して成ることを特徴とする。 尚、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，Ｂ＞0.550，0.120
＞Ｃ，A3＞0.290，0.280＞Ｄ，Ｄ＞0.408から成る
基本組成物及び副成分La2O3，Co2O3が各々0.03
重量％より多ふ、MnOが0.15重量％より多い組
成物のものでは電気歪量、機械的変位が低下し、
従つて、目的とする変位素子用組成物としては好
ましくなく、又、0.002＞Ｂ及び副成分La2O3，
Ca2O3の各々が0.01重量％未満の組成物では電気
歪量、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MnO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、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，
NiO，Nb2O5，Sb2O3，ZrO2，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
合し後、乾燥し、850℃で仮焼成した。次いでボ
ールミルによつて粉砕して得られた粉末に、有機
バインダを適量加えて造粒した後、1ton／cm2の圧
力で加圧成形し、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
印加し分極処理を施して圧電的に活性化せしめ
た。次に、所定の測定方法により圧電的諸定数を
求めた後、実質的な効果を確認するために更に研
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10mm、幅２mm、厚さ１mm、長さ
35mm、幅10mm、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
電気歪電（収縮歪）を測定し、△ｌ／ｌで評価し
た（△ｌ…縮み量、ｌ…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
からサンドイツチして第２図に示す様なバイモル
フ型変位機械的変位及びヒステリシスを調べた。 尚、機械的変位は第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dS30で求め、一方ヒステリシ
スは電圧30Vでの変位dS30と、電圧０に戻した際
に生じている残留変位dS0から次式より算出して
求めた。 ヒステリシス＝（dS0／dS30）×100［％］ 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＊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、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、機械的変位及び電圧−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、従つて、例えば積層型圧電変位素子への適用
も十分可能である。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
［発明の効果］
この様に、本発明は、
Pb［（Ni1/3Nb3/2）A−
（Sb1/2Nb1/2）BZrCTiD］O3
を基本組成とし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを各々適度な範
囲に設定し、且つ副成物としてLa2O3，Co2O3及
び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（Sb1/2Nb1/2）O3
成分と副成分との相互作用により、従来組成物で
は成し得なかつた、より大きな電気歪量、機械的
変位と共に低ヒステリシスが実現できる。 更に、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形、軽量
化及び低電圧駆動が可能であり省エネルギー時
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出来る。 尚、この場合、印加電圧の大きさは用途に応
じて自由に選択出来る。 (5) 比較的高い圧電定数（例えば圧電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。 以上詳述した様に、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。
囲に設定し、且つ副成物としてLa2O3，Co2O3及
び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（Sb1/2Nb1/2）O3
成分と副成分との相互作用により、従来組成物で
は成し得なかつた、より大きな電気歪量、機械的
変位と共に低ヒステリシスが実現できる。 更に、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形、軽量
化及び低電圧駆動が可能であり省エネルギー時
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出来る。 尚、この場合、印加電圧の大きさは用途に応
じて自由に選択出来る。 (5) 比較的高い圧電定数（例えば圧電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。 以上詳述した様に、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。
第１図は本発明の実施例に於いて測定基準を示
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は金属製弾性板、２，２′は圧電磁器板
である。
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は金属製弾性板、２，２′は圧電磁器板
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式Pb［（Ni1/3Nb2/3）A（Sb1/2Nb1/2）BZrC
TiD］O3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 を満足する基体組成に対し、La2O3を0.01〜0.3重
量％、Co2O3を0.01〜0.3重量％、MnOを0.005〜
0.15重量％添加含有して成ることを特徴とする圧
電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118650A JPH02299276A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118650A JPH02299276A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02299276A JPH02299276A (ja) | 1990-12-11 |
| JPH0519504B2 true JPH0519504B2 (ja) | 1993-03-16 |
Family
ID=14741813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1118650A Granted JPH02299276A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02299276A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002053375A (ja) * | 2000-08-09 | 2002-02-19 | Tokin Corp | 圧電磁器組成物 |
| CN101189743B (zh) * | 2005-06-03 | 2011-04-13 | 株式会社村田制作所 | 压电元件 |
| WO2007138675A1 (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Hayashi Chemical Industry Co., Ltd. | 圧電材料 |
| JP5489931B2 (ja) * | 2010-09-16 | 2014-05-14 | Ｎｅｃトーキン株式会社 | 圧電磁器材料および圧電アクチュエータ |
| CN105423885B (zh) * | 2015-11-10 | 2018-01-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置及检测方法 |
-
1989
- 1989-05-15 JP JP1118650A patent/JPH02299276A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02299276A (ja) | 1990-12-11 |
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