JPH0519505B2 - - Google Patents
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- JPH0519505B2 JPH0519505B2 JP1120330A JP12033089A JPH0519505B2 JP H0519505 B2 JPH0519505 B2 JP H0519505B2 JP 1120330 A JP1120330 A JP 1120330A JP 12033089 A JP12033089 A JP 12033089A JP H0519505 B2 JPH0519505 B2 JP H0519505B2
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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圧変位素子に好適な
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、電気エネルギー
を機械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
電気歪効果（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］ 従来よりこの種の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 （Mn1/3Sb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）CZrDTiE］O3で示さ
れ （但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝１） 0.300≦Ａ≦0.550、 0.001≦Ｂ≦0.020、 0.002≦Ｃ≦0.050、 0.090≦Ｄ≦0.290、 0.290≦Ｅ≦0.407、 を満足する基本組成に対し副成分としてNiO，
Bi2O3から選ばれた少くとも１種を0.02〜0.5重量
％添加含有せしめてなることを特徴とする。 尚、本発明において、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，
Ｂ＞0.020，Ｃ＞0.050，0.090＞Ｄ，Ｄ＞0.290，
0.290＞Ｅ，Ｅ＞0.407から成る基本組成物及び副
成分NiO，Bi2O3から選ばれた少なくとも１種が
0.5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
子用としては好ましくなく、又、 0.002＞Ｃ及び副成分NiO，Bi2O3から選ばれた
少なくとも１種が0.02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、更には基本組成に於いて0.001＞Ｂ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
ために、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に高純度のPbO，NiO，
Nb2O5，MnCO3，Sb2O3，ZrO2，TiO2及び所定
の副成分を選び、第１表〜第３表に示す組成にな
る様に精秤した。次に、これら原料ボールミルで
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、即ち長さ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
ルフ型変位素子を作製し、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３表に結果の一例を示す。尚、第１
表〜第３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〜第３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、変位素子として好適な特性を有してい
る事は明白である。 尚、本発明に於いて、副成分であるNiO，
Bi2O3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。
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圧変位素子に好適な
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、電気エネルギー
を機械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
電気歪効果（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］ 従来よりこの種の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 （Mn1/3Sb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）CZrDTiE］O3で示さ
れ （但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝１） 0.300≦Ａ≦0.550、 0.001≦Ｂ≦0.020、 0.002≦Ｃ≦0.050、 0.090≦Ｄ≦0.290、 0.290≦Ｅ≦0.407、 を満足する基本組成に対し副成分としてNiO，
Bi2O3から選ばれた少くとも１種を0.02〜0.5重量
％添加含有せしめてなることを特徴とする。 尚、本発明において、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，
Ｂ＞0.020，Ｃ＞0.050，0.090＞Ｄ，Ｄ＞0.290，
0.290＞Ｅ，Ｅ＞0.407から成る基本組成物及び副
成分NiO，Bi2O3から選ばれた少なくとも１種が
0.5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
子用としては好ましくなく、又、 0.002＞Ｃ及び副成分NiO，Bi2O3から選ばれた
少なくとも１種が0.02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、更には基本組成に於いて0.001＞Ｂ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
ために、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に高純度のPbO，NiO，
Nb2O5，MnCO3，Sb2O3，ZrO2，TiO2及び所定
の副成分を選び、第１表〜第３表に示す組成にな
る様に精秤した。次に、これら原料ボールミルで
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、即ち長さ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
ルフ型変位素子を作製し、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３表に結果の一例を示す。尚、第１
表〜第３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〜第３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、変位素子として好適な特性を有してい
る事は明白である。 尚、本発明に於いて、副成分であるNiO，
Bi2O3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。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
［発明の効果］
この様に、本発明は、Pb［（Ni1/3Nb2/3）A
（Mn1/3Sb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）CZrDTiE］O3を基本組
成とし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々適度な範囲に
設定し、且つ副成分としてNiO，Bi2O3の１種を
適度な範囲で添加含有したものであり、特に基本
組成に於けるPb（Mn1/3Sb2/3）O3，Pb（Sb1/2
Nb1/2）O3成分及び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。また、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。 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。 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。
（Mn1/3Sb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）CZrDTiE］O3を基本組
成とし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々適度な範囲に
設定し、且つ副成分としてNiO，Bi2O3の１種を
適度な範囲で添加含有したものであり、特に基本
組成に於けるPb（Mn1/3Sb2/3）O3，Pb（Sb1/2
Nb1/2）O3成分及び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。また、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。 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。 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……金属製弾性板、２，２′……圧電
磁器板。
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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式 Pb［（Ni1/3Nb2/3）A（Mn1/3Sb2/3）B
（Sb1/2Nb1/2）CZrDTiE］O3で示され（但しＡ＋Ｂ
＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝１） 0.300≦Ａ≦0.550、 0.001≦Ｂ≦0.020、 0.002≦Ｃ≦0.050、 0.090≦Ｄ≦0.290、 0.290≦Ｅ≦0.407、 を満足する基本組成に対し副成分としてNiO，
Bi2O3から選ばれた少くとも１種を0.02〜0.5重量
％添加含有してな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 |
|---|---|---|---|
| JP1120330A JPH02301173A (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120330A JPH02301173A (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02301173A JPH02301173A (ja) | 1990-12-13 |
| JPH0519505B2 true JPH0519505B2 (ja) | 1993-03-16 |
Family
ID=14783591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1120330A Granted JPH02301173A (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02301173A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7037797B1 (en) | 2000-03-17 | 2006-05-02 | Mattson Technology, Inc. | Localized heating and cooling of substrates |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP1120330A patent/JPH02301173A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02301173A (ja) | 1990-12-13 |
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