JPH0519506B2 - - Google Patents
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- JPH0519506B2 JPH0519506B2 JP1120331A JP12033189A JPH0519506B2 JP H0519506 B2 JPH0519506 B2 JP H0519506B2 JP 1120331 A JP1120331 A JP 1120331A JP 12033189 A JP12033189 A JP 12033189A JP H0519506 B2 JPH0519506 B2 JP H0519506B2
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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、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、
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Pb（Ni1/3Nb2/3）−
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、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、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
％、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＞0.550，Ｂ＞
0.050，0.120＞Ｃ，Ｃ＞0.290，0.280＞Ｄ，Ｄ＞
0.408からなる基本組成物及び副成分NiO，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、
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NiO，
Bi2O3が選ばれた少くとも１種が0.02重量％未満
の組成物では、電気歪量、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
インダー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
る電気歪量（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と電圧を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〜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、本発明に於いては副成分である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。
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、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、
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Pb（Ni1/3Nb2/3）−
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、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、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
％、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＞0.550，Ｂ＞
0.050，0.120＞Ｃ，Ｃ＞0.290，0.280＞Ｄ，Ｄ＞
0.408からなる基本組成物及び副成分NiO，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、
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NiO，
Bi2O3が選ばれた少くとも１種が0.02重量％未満
の組成物では、電気歪量、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
インダー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
る電気歪量（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と電圧を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〜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、本発明に於いては副成分である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】
【表】
【表】
【表】
［発明の効果］
この様に、本発明は、Pb［（Ni1/3Nb3/2）A（Sb1/2
Nb1/2）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NiO，Bi2O3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（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
ステリシスが実現することができる。 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型、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歪量、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。
Nb1/2）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NiO，Bi2O3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（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
ステリシスが実現することができる。 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型、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歪量、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（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、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
％、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120331A JPH02301174A (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 |
|---|---|---|---|
| JP1120331A JPH02301174A (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02301174A JPH02301174A (ja) | 1990-12-13 |
| JPH0519506B2 true JPH0519506B2 (ja) | 1993-03-16 |
Family
ID=14783615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1120331A Granted JPH02301174A (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02301174A (ja) |
Families Citing this family (4)
| 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 |
| WO2006038389A1 (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd | 圧電体磁器組成物及び圧電セラミック電子部品 |
| CN101189743B (zh) * | 2005-06-03 | 2011-04-13 | 株式会社村田制作所 | 压电元件 |
| WO2008096761A1 (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電磁器および圧電素子 |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP1120331A patent/JPH02301174A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02301174A (ja) | 1990-12-13 |
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