JPH057029A - Piezoelectric electrostriction ceramic laminate - Google Patents

Piezoelectric electrostriction ceramic laminate

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JPH057029A
JPH057029A JP3283749A JP28374991A JPH057029A JP H057029 A JPH057029 A JP H057029A JP 3283749 A JP3283749 A JP 3283749A JP 28374991 A JP28374991 A JP 28374991A JP H057029 A JPH057029 A JP H057029A
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JP
Japan
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piezoelectric
concentration
ceramic laminate
piezoelectric electrostrictive
piezoelectric ceramic
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JP3283749A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Isotani
祐二 磯谷
Hiroki Toda
広樹 戸田
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/956,095 priority patent/US5300852A/en
Publication of JPH057029A publication Critical patent/JPH057029A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a ceramic laminate available for piezoelectric electrostriction material wherein the distortion amount comparatively gently changes according to voltage variation, and analog control of distortion amount is possible. CONSTITUTION:By laminating repetition units of structure wherein piezoelectric ceramic materials 2a and 2b whose concentrations of constituent component are different are sandwiched between electrodes 3a and 3b and compression- bonded, a piezoelectric ceramic laminate having concentration variation of constituent component of piezoelectric ceramic material in the lamination direction is constituted. Thereby the inclination of rising part of a hysteresis curve is decreased, and analog control of distortion amount is enabled. Hysteresis can be slimmed and temperature characteristics of distortion amount can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は圧電電歪セラミック積層
体に関し、特に精密工作機器における位置決め、流量制
御バルブ、自動車のブレーキ装置等に使用するアクチュ
エータに好適な圧電電歪セラミック積層体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate, and more particularly to a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate suitable for actuators used for positioning in precision machine tools, flow control valves, automobile braking devices and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】電界を加えると機械的な歪みを生じる性
質を有する物質は、一般に圧電材料または圧電電歪材料
と呼ばれ、電気機械変換素子として、バイモルフ、圧電
着火素子、超音波振動子、圧電ブザー、セラミックフィ
ルター等に広く利用されている。
2. Description of the Related Art A substance having a property of causing mechanical strain when an electric field is applied is generally called a piezoelectric material or a piezoelectric electrostrictive material. As an electromechanical conversion element, a bimorph, a piezoelectric ignition element, an ultrasonic vibrator, Widely used in piezoelectric buzzers, ceramic filters, etc.

【0003】一般に圧電材料に電界をかけるとその結晶
構造が変化し、その結晶変態点において極大の歪量(電
気機械結合定数)を示す。結晶変態点は各圧電材料によ
り異なるので、目的の作動温度に応じ、適当な圧電材料
を選択して用いている。
Generally, when an electric field is applied to a piezoelectric material, its crystal structure changes, and it exhibits a maximum strain amount (electromechanical coupling constant) at its crystal transformation point. Since the crystal transformation point varies depending on each piezoelectric material, an appropriate piezoelectric material is selected and used according to the target operating temperature.

【0004】このような圧電材料としては、BaTiO3
Pb(Zr,Ti)O3 (一般にPZTと呼ばれる)、LiNbO3
LiTaO3 等が知られている。また上記材料に他の酸化物
等を添加して、圧電材料の各種特性を向上させたものも
用いられている。さらに、上記のPZT材において、Zr
の一部をNb及びSnで置換したPNZST材は、破壊を起
こすことなく大きな歪みを生じるので、このPNZST
材をアクチュエータ材として用いることが検討されてい
る。
As such a piezoelectric material, BaTiO 3 ,
Pb (Zr, Ti) O 3 (generally called PZT), LiNbO 3 ,
LiTaO 3 and the like are known. Further, a material in which various oxides or the like are added to the above material to improve various characteristics of the piezoelectric material is also used. Furthermore, in the above PZT material, Zr
The PNZST material in which a part of NZ is replaced by Nb and Sn causes a large strain without causing damage, so this PNZST material
The use of a material as an actuator material is under consideration.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、PNZ
ST材の場合、図15に模式的に実線で示すように、あ
る特定の電圧(電圧Eq ) が印加されたときに歪み量が
急激に増大するので、実際上、歪量0と歪量の最大値
(ΔL0 ) との間で、いわゆるオン−オフのデジタル的
な制御しかできない。その上、電圧−歪量カーブのヒス
テリシスが比較的大きいという欠点も有する。
[Problems to be Solved by the Invention] However, PNZ
In the case of the ST material, as shown by the solid line in FIG. 15, the strain amount rapidly increases when a certain specific voltage (voltage E q ) is applied. Only the so-called on-off digital control can be performed with respect to the maximum value (ΔL 0 ). In addition, there is a drawback that the hysteresis of the voltage-distortion amount curve is relatively large.

【0006】オン−オフのデジタル制御でも有効な場合
は多いが、アナログ的な歪量制御をすることができれ
ば、アクチュエータ材としての圧電材料の有用性は飛躍
的に増大する。アナログ制御を可能とするためには、電
圧の変化に比例して歪み量が比較的ゆるやかに変化し、
しかもヒステリシスがなるべく小さい圧電電歪材料を開
発する必要がある。すなわち、PZT系の圧電電歪材の
場合には、特にヒステリシスを小さくした(図16のグ
ラフにおいてΔx/Xmax を小さくした)ものが求めら
れている。また、PNZST系の圧電電歪材の場合に
は、特に図17に示すように、電圧の変化ΔEに対して
比較的小さなΔLだけ変化する特性を有する圧電電歪材
料が求められる。
In many cases, on-off digital control is also effective, but if analog strain amount control can be performed, the usefulness of the piezoelectric material as an actuator material is dramatically increased. In order to enable analog control, the amount of distortion changes relatively slowly in proportion to the change in voltage,
Moreover, it is necessary to develop a piezoelectric electrostrictive material having a hysteresis as small as possible. That is, in the case of a PZT-based piezoelectric electrostrictive material, a material having a particularly small hysteresis (a small Δx / X max in the graph of FIG. 16) is required. Further, in the case of the PNZST-based piezoelectric electrostrictive material, a piezoelectric electrostrictive material having a characteristic of changing by a relatively small ΔL with respect to a voltage change ΔE is required, as shown in FIG.

【0007】したがって、本発明の目的は、電圧の変化
に応じて歪み量が比較的ゆるやかに変化し、もってアナ
ログ的な歪み制御に適し、しかもヒステリシスの比較的
小さな圧電電歪材を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric electrostrictive material in which the amount of strain changes relatively gently in response to a change in voltage, which is suitable for analog strain control and which has a relatively small hysteresis. Is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく鋭
意研究の結果、本発明者は、金属成分濃度が異なる複数
の圧電セラミック材を積層することにより、その積層方
向に金属成分の濃度を変化させた構成とすれば、電圧の
変化に伴って、積層された圧電電歪材の与える歪み量が
ゆるやかに変化することを発見し、本発明を完成した。
As a result of earnest research to achieve the above object, the present inventor has found that by stacking a plurality of piezoelectric ceramic materials having different metal component concentrations, the metal component concentration in the stacking direction is increased. The inventors have found that if the configuration is changed, the amount of strain applied by the laminated piezoelectric electrostrictive materials changes gently with a change in voltage, and the present invention has been completed.

【0009】すなわち、複数の圧電セラミック材を積層
してなる本発明の圧電電歪セラミック積層体は、積層方
向に、前記圧電セラミック材を形成する金属成分の濃度
変化があることを特徴とする。
That is, the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of the present invention, which is formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramic materials, is characterized in that the concentration of the metal component forming the piezoelectric ceramic material changes in the laminating direction.

【0010】[0010]

【実施例】本発明を添付図面を参照して以下詳細に説明
する。本発明の圧電電歪セラミック積層体を構成する圧
電セラミック材(セラミックシート)は、圧電電歪効果
を示すものであれば特に限定されないが、好ましい圧電
セラミック材としては、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti(PNZS
T)系酸化物、Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)系酸化物、Pb−
La−Zr−Ti(PLZT)系酸化物、Pb−Mg−Nb−PbTiO
3 (PMNPT)系酸化物等があげられる。
The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The piezoelectric ceramic material (ceramic sheet) constituting the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of the present invention is not particularly limited as long as it exhibits a piezoelectric electrostrictive effect, but a preferable piezoelectric ceramic material is Pb-Nb-Zr-Sn. -Ti (PNZS
T) -based oxide, Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT) -based oxide, Pb-
La-Zr-Ti (PLZT) -based oxide, Pb-Mg-Nb-PbTiO
3 (PMNPT) -based oxides and the like.

【0011】以下、積層する圧電セラミック材としてPb
−Nb−Zr−Sn−Ti(PNZST)系酸化物を用いたもの
を例にとり、本発明を説明する。
Hereinafter, Pb will be used as a laminated piezoelectric ceramic material.
The present invention will be described with reference to an example using a -Nb-Zr-Sn-Ti (PNZST) -based oxide.

【0012】本発明において、圧電セラミック材として
用いることのできるPb−Nb−Zr−Sn−Ti(PNZST)
系酸化物は、下記一般式 Pba Bab Nbc [(Zrd Sne 1-f Tif ] g 3 (ただし、0.94<a<1、0<b<0.06、0<
c<0.04、0.55<d<0.75、0.25<e
<0.45、0<f<0.08、及び0.96<g<1
である。)により表される組成を有する。
In the present invention, Pb-Nb-Zr-Sn-Ti (PNZST) which can be used as a piezoelectric ceramic material
System oxide is represented by the following general formula Pb a Ba b Nb c [( Zr d Sn e) 1-f Ti f] g O 3 ( however, 0.94 <a <1,0 <b <0.06,0 <
c <0.04, 0.55 <d <0.75, 0.25 <e
<0.45, 0 <f <0.08, and 0.96 <g <1
Is. ).

【0013】上記組成範囲内で特定の金属成分に濃度変
化をもたせる場合、種々の態様のものがある。例えば、
図1(a) に示す圧電電歪セラミック積層体1は、一対の
電極3a、3bの間に二枚の圧電セラミック材2a、2
bが挟まれ、圧着された構造の繰り返し単位により構成
されている。
There are various modes for changing the concentration of a specific metal component within the above composition range. For example,
The piezoelectric electrostrictive ceramic laminate 1 shown in FIG. 1 (a) includes two piezoelectric ceramic materials 2a, 2b between a pair of electrodes 3a, 3b.
It is composed of repeating units having a structure in which b is sandwiched and crimped.

【0014】本実施例においては、圧電セラミック材2
aと圧電セラミック材2bとはTiの濃度(それに伴って
Zr及びSnの濃度)が異なる。図1(b) に示す例では、圧
電セラミック材2aの方がTiの濃度が高い。
In this embodiment, the piezoelectric ceramic material 2
a and the piezoelectric ceramic material 2b have a Ti concentration (with it)
Concentrations of Zr and Sn) are different. In the example shown in FIG. 1 (b), the piezoelectric ceramic material 2a has a higher Ti concentration.

【0015】このような圧電セラミック材2a、2bの
好ましい組成は、一般式:Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65
Sn0.351-A TiA ] 0.983(ただし0<A≦0.0
8)により表されるものである。そしてAを上記範囲内
で適宜変化させた圧電セラミック材を用い、積層体とす
る。圧電セラミック材2a及び2bの組成の好ましい具
体例は、それぞれPb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35
0.95Ti0.05] 0.983 及び、Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr
0.65Sn0.350.96Ti0.04] 0.983 である。
A preferable composition of the piezoelectric ceramic materials 2a and 2b is represented by the general formula: Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65
Sn 0.35 ) 1-A Ti A ] 0.98 O 3 (where 0 <A ≦ 0.0
8). Then, a piezoelectric ceramic material in which A is appropriately changed within the above range is used to form a laminated body. Preferable specific examples of the composition of the piezoelectric ceramic materials 2a and 2b are Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ), respectively.
0.95 Ti 0.05 ] 0.98 O 3 and Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr
0.65 Sn 0.35 ) 0.96 Ti 0.04 ] 0.98 O 3 .

【0016】なお、Tiの代わりにPb及びBaの濃度を変化
させることもできる。この場合には、その圧電セラミッ
ク材の組成を、たとえばPb0.99-BBaB Nb0.02[(Zr0.65Sn
0.350.95Ti0.05] 0.983 (ただし0≦B≦0.0
6)とするのが好ましい。
The concentrations of Pb and Ba may be changed instead of Ti. In this case, the composition of the piezoelectric ceramic material is, for example, Pb 0.99-B Ba B Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn
0.35 ) 0.95 Ti 0.05 ] 0.98 O 3 (provided 0 ≦ B ≦ 0.0
6) is preferred.

【0017】また、Pb及びNbの濃度を変化させることも
できる。この場合には、たとえばPb0.96-C/2Ba0.03NbC
[(Zr0.65Sn0.350.95Ti0.05] 1-C 3 (ただし0<C
≦0.03)とするのが好ましい。
Further, the concentrations of Pb and Nb can be changed. In this case, for example, Pb 0.96-C / 2 Ba 0.03 Nb C
[(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.95 Ti 0.05 ] 1-C O 3 (where 0 <C
≦ 0.03) is preferable.

【0018】さらに、Tiの濃度を変化させずにZr及びSn
の濃度を変化させることもできる。この場合には、たと
えばPb0.96Ba0.03Nb0.02[(ZrD Sn1-D 0.95Ti0.05]
0.983 (ただし0.55≦D≦0.75)とするのが
好ましい。
Furthermore, Zr and Sn can be used without changing the Ti concentration.
The concentration of can be changed. In this case, for example, Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr D Sn 1-D ) 0.95 Ti 0.05 ]
It is preferably 0.98 O 3 (however, 0.55 ≦ D ≦ 0.75).

【0019】上述の通り、本発明では圧電セラミック材
の構成成分(金属元素)のいずれか1種又は2種以上の
濃度を変化させたものを積層するが、Pb−Nb−Zr−Sn−
Ti系酸化物からなる圧電セラミック材を用いて積層体を
形成する場合には、本実施例のようにTiの濃度(及びそ
れに伴ってZr及びSnの濃度)を変化させるのが好まし
い。Tiの濃度を変化させた圧電セラミック材を積層する
と、より効果的に印加電圧/歪み曲線の立ち上がり部
(図17に示すグラフのS部分)の傾斜がゆるやかにな
るとともに、ヒステリシスカーブがスリム化する。
As described above, in the present invention, the piezoelectric ceramic material is laminated by changing the concentration of any one or more of the constituent components (metal elements), but Pb-Nb-Zr-Sn-
When a laminated body is formed using a piezoelectric ceramic material made of a Ti-based oxide, it is preferable to change the Ti concentration (and the Zr and Sn concentrations accordingly) as in the present embodiment. When the piezoelectric ceramic materials with different Ti concentrations are laminated, the slope of the rising portion (S portion of the graph shown in FIG. 17) of the applied voltage / distortion curve becomes more gradual and the hysteresis curve becomes slimmer. .

【0020】なお、積層する圧電セラミック材2a、2
bの厚みは10〜250μm、好ましくは100μm程
度とする。
The piezoelectric ceramic materials 2a, 2 to be laminated
The thickness of b is 10 to 250 μm, preferably about 100 μm.

【0021】また、電極部3a、3bは、白金、銀、パ
ラジウム、銀−パラジウム合金等の貴金属類により形成
するが、好ましくは白金を用いる。詳しくは後述する
が、この電極部3a、3bは、圧電セラミック材2a、
2bの表面にスクリーン印刷法等により形成する。電極
部3a、3bの厚さは1〜10μm、好ましくは5μm
程度とする。
The electrode portions 3a and 3b are formed of noble metals such as platinum, silver, palladium and silver-palladium alloy, but platinum is preferably used. As will be described later in detail, the electrode portions 3a and 3b are composed of the piezoelectric ceramic material 2a
It is formed on the surface of 2b by a screen printing method or the like. The thickness of the electrode portions 3a and 3b is 1 to 10 μm, preferably 5 μm
The degree.

【0022】金属成分の濃度が異なる二種類の圧電セラ
ミック材を交互に積層し、焼結すると、金属成分は拡散
し、その濃度変化は、図1(b) に示す階段状から図1
(c) に曲線6で示すようななだらかなものとなる。な
お、図1(c) は、図1(a) の圧電電歪セラミック積層体
1における積層方向のTiの濃度の変化を模式的に示すも
のである(電極部3は省略してある)。
When two types of piezoelectric ceramic materials having different metal component concentrations are alternately laminated and sintered, the metal component diffuses, and the concentration changes from the stepwise shape shown in FIG.
It becomes smooth as shown by curve 6 in (c). Note that FIG. 1C schematically shows the change in the Ti concentration in the stacking direction of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate 1 of FIG. 1A (the electrode portion 3 is omitted).

【0023】以上に示した構成の圧電電歪セラミック積
層体1に電圧を印加した場合、電圧−歪みのヒステリシ
スカーブは、図15に破線で模式的に示すように、従来
のPNZST系圧電電歪積層体(実線で示す)に比し
て、なだらかに傾斜しているとともに、スリム化してい
る。
When a voltage is applied to the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate 1 having the above-described structure, the voltage-distortion hysteresis curve has a conventional PNZST piezoelectric electrostrictive curve as schematically shown by the broken line in FIG. Compared to the laminated body (shown by the solid line), it has a gentle slope and is slim.

【0024】本発明の圧電電歪セラミック積層体が上述
のようなヒステリシスカーブを与えるのは、以下の理由
によるものと考えられる。すなわち、一般に圧電電歪材
料の構成成分の濃度が異なると、その相転移電界(ヒス
テリシスカーブの立ち上がり部分に対応する電界)がシ
フトするが、本発明の圧電電歪セラミック積層体では、
構成成分の濃度が異なる複数種の圧電セラミック材を積
層しているために、複数の歪量/電圧のグラフの立ち上
がり部が合成されることになり、そのためになだらかな
傾斜を有するようになる。
It is considered that the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of the present invention gives the above-mentioned hysteresis curve for the following reason. That is, generally, when the concentrations of the constituent components of the piezoelectric electrostrictive material are different, the phase transition electric field (the electric field corresponding to the rising portion of the hysteresis curve) shifts, but in the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of the present invention,
Since a plurality of types of piezoelectric ceramic materials having different concentrations of constituent components are laminated, the rising portions of a plurality of strain amount / voltage graphs are combined, which results in a gentle slope.

【0025】積層方向における金属成分の濃度変化の態
様としては、上述のように構成成分の濃度の異なる二種
類の圧電セラミック材を積層するだけではなく、濃度が
異なる三種類以上の圧電セラミック材を重ね合わせた構
成としてもよい。例えば、濃度が異なる三種類の圧電セ
ラミック材を重ね合わせた構成を図2及び図3に示す。
As a mode of changing the concentration of metal components in the stacking direction, not only two types of piezoelectric ceramic materials having different concentrations of constituent components are stacked as described above, but also three or more types of piezoelectric ceramic materials having different concentrations are stacked. It may be configured to be overlapped. For example, a configuration in which three types of piezoelectric ceramic materials having different concentrations are superposed is shown in FIGS. 2 and 3.

【0026】まず、図2は、Ti濃度の異なる三種類の圧
電セラミック材4a、4b及び4cを、4a、4b、4
c、4b、4a・・・の順に繰り返して積層してなる例
を模式的に示す。なお、図2において、曲線40は焼結後
のTiの濃度変化を示しており、各圧電セラミック材4
a、4b及び4cに示した破線は、焼結前の(すなわち
拡散前の)Tiの濃度を示している。
First, FIG. 2 shows three types of piezoelectric ceramic materials 4a, 4b and 4c having different Ti concentrations, 4a, 4b and 4c.
An example in which the layers are repeatedly laminated in the order of c, 4b, 4a ... In addition, in FIG. 2, a curve 40 shows the change in the Ti concentration after sintering.
The broken lines shown in a, 4b, and 4c show the concentration of Ti before sintering (that is, before diffusion).

【0027】また、図3は、先の図2の例において、同
一種類の圧電セラミック材(例えば圧電セラミック材4
a、4a)を2枚ずつ重ねて、同一濃度の圧電セラミッ
ク材部分の厚みを大きくした例を示しており、Tiの濃度
変化がより緩やかになっていることがわかる。さらに、
同一種類の圧電セラミック材を3枚以上隣り合せれば、
Tiの濃度変化は一層緩やかなものとなる。
Further, FIG. 3 shows the same type of piezoelectric ceramic material (for example, the piezoelectric ceramic material 4 in the example of FIG. 2).
It shows an example in which the thickness of the piezoelectric ceramic material portion having the same concentration is increased by stacking two sheets a, 4a) two by two, and it can be seen that the change in the concentration of Ti becomes more gradual. further,
If three or more piezoelectric ceramic materials of the same type are placed next to each other,
The change in the Ti concentration becomes more gradual.

【0028】積層方向における金属成分の濃度変化の他
の態様として、図4(a) に示す圧電電歪セラミック積層
体7がある。この圧電電歪セラミック積層体7は、五種
類の圧電セラミック材5a、5b、5c、5d及び5e
をそれぞれ2枚ずつ、5a、5a、5b、5b、5c、
5c、5d、5d、5e、5e、5d、5d、5c、5
c、5b、5b、5a、5a・・・の順に積層し、1枚
おきの圧電電歪セラミック材の間に電極8、8・・・を
挟んで圧着した構造を有する。
As another mode of changing the metal component concentration in the stacking direction, there is a piezoelectric electrostrictive ceramic stack 7 shown in FIG. 4 (a). This piezoelectric electrostrictive ceramic laminated body 7 includes five types of piezoelectric ceramic materials 5a, 5b, 5c, 5d and 5e.
2 sheets each, 5a, 5a, 5b, 5b, 5c,
5c, 5d, 5d, 5e, 5e, 5d, 5d, 5c, 5
has a structure in which the electrodes 8, 8 ... Are sandwiched between every other piezoelectric electrostrictive ceramic material and pressure-bonded.

【0029】本実施例では、圧電セラミック材5a、5
b、5c、5d、5eは、それぞれTiの濃度が異なり、
図4(b) に示すように、Tiの濃度変化が緩やかな正弦曲
線となるような順番で配置されている。
In the present embodiment, the piezoelectric ceramic materials 5a, 5
b, 5c, 5d, and 5e have different Ti concentrations,
As shown in FIG. 4 (b), they are arranged in such an order that the change in the Ti concentration becomes a gentle sine curve.

【0030】なお、本実施例において、圧電セラミック
材5a、5b、5c、5d及び5eの組成を、それぞれ
Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.9725Ti0.0275]
0.983 、Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35
0.96875 Ti0.03125 ] 0.983 、Pb0.96Ba0.03Nb
0.02[(Zr0.65Sn0.350.965 Ti0.035 ] 0.983 、Pb
0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.96125 T
i0.03875 ] 0.983 及びPb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65S
n0.350.9575Ti0.0425] 0.983 とすることが好まし
い。
In this embodiment, the composition of the piezoelectric ceramic materials 5a, 5b, 5c, 5d and 5e is changed to
Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.9725 Ti 0.0275 ]
0.98 O 3 , Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 )
0.96875 Ti 0.03125 ] 0.98 O 3 , Pb 0.96 Ba 0.03 Nb
0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.965 Ti 0.035 ] 0.98 O 3 , Pb
0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.96125 T
i 0.03875 ] 0.98 O 3 and Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 S
n 0.35 ) 0.9575 Ti 0.0425 ] 0.98 O 3 is preferable.

【0031】本実施例による圧電電歪セラミック積層体
7の焼結後のTiの濃度変化は、図4(c) の曲線50に示す
ようによりゆるやかな正弦曲線状となる。なお図中の破
線は、焼結前の(すなわち拡散前の)Tiの濃度の大きさ
を示す。
The change in the Ti concentration after sintering of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate 7 according to this embodiment has a gentler sinusoidal shape as shown by the curve 50 in FIG. 4 (c). The broken line in the figure shows the magnitude of the Ti concentration before sintering (that is, before diffusion).

【0032】また、本実施例による圧電電歪セラミック
積層体7のように、そのTiの濃度変化をより緩やかにし
た構成とすると、圧電セラミック材内部での等電位面の
偏り(構成成分の濃度の高い方の圧電セラミック材部分
に等電位面がいわば引き込まれるように偏ること)が少
なくなり、得られるヒステリシスカーブがよりスムーズ
になる。
Further, when the structure in which the change in the concentration of Ti is made more gradual like the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate 7 according to this embodiment, the equipotential surface within the piezoelectric ceramic material is biased (concentration of constituent components). The equipotential surface is biased so that it is pulled in to the higher piezoelectric ceramic part), and the obtained hysteresis curve becomes smoother.

【0033】さらに、上述した態様以外の金属成分の濃
度変化の態様としては、図5に示すように、多数種の圧
電セラミック材をそのTi濃度の順に配列して、Tiの濃度
変化を一方向に単調増加させたような構成も挙げられ
る。
Furthermore, as a mode of changing the concentration of the metal component other than the mode described above, as shown in FIG. 5, a plurality of types of piezoelectric ceramic materials are arranged in the order of their Ti concentrations, and the change in the concentration of Ti is unidirectional. There is also a monotonically increasing configuration.

【0034】なお、図2乃至図5に示す各例はTi濃度を
変化させたものであるが、図1に関する実施例のよう
に、Ti以外の金属元素成分を変化させてもよい。
Although the Ti concentration is changed in each of the examples shown in FIGS. 2 to 5, the metal element components other than Ti may be changed as in the embodiment relating to FIG.

【0035】次に、複数種の圧電セラミックス材を積層
して圧電電歪セラミック積層体を製造する方法について
説明する。説明の簡単化のために、2種類の圧電電歪セ
ラミック板を用いた例について以下に説明するが、3種
以上の場合でも本質的に同じである。
Next, a method for producing a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate by laminating a plurality of types of piezoelectric ceramic materials will be described. For simplification of description, an example using two types of piezoelectric electrostrictive ceramic plates will be described below, but the case of three or more types is essentially the same.

【0036】まず、所望の組成の圧電セラミック材を製
造する。圧電セラミック材の製造においては、目的の組
成になるように、PbO、BaCO3 、Nb2 5 、ZrO2 、Sn
2 及びTiO2 を秤量し、エタノール等の溶媒を用いて
これをボールミルにより混合する。混合時間は10〜5
0時間程度とする。
First, a piezoelectric ceramic material having a desired composition is manufactured. In the production of piezoelectric ceramic materials, PbO, BaCO 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , Sn are used to obtain the desired composition.
O 2 and TiO 2 are weighed and mixed with a ball mill using a solvent such as ethanol. Mixing time is 10-5
It is about 0 hours.

【0037】次にこれを乾燥し、さらに800〜900
℃で2〜10時間仮焼する。仮焼して得られたものを、
再びエタノール等の溶媒を用いてボールミルにより10
〜50時間混合し、乾燥の後、二度目の仮焼を行う。こ
の二度目の仮焼は900〜1000℃で、2〜10時間
とするのがよい。さらにもう一度、二度目の仮焼で得ら
れたものをエタノール等の溶媒を用いてボールミルによ
り混合するのが好ましい。この混合時間は10〜100
時間とするのがよい。これで得られた粉末を乾燥し、圧
電セラミック材を形成する原料(以下仮焼粉末と呼ぶ)
とする。
Next, this is dried and further 800-900.
Calcination at 2 ° C for 2-10 hours. What was obtained by calcination,
Again using a solvent such as ethanol, use a ball mill to perform 10
Mix for ~ 50 hours, dry, then calcine a second time. This second calcination is preferably performed at 900 to 1000 ° C. for 2 to 10 hours. Furthermore, it is preferable to mix the product obtained by the second calcination again with a ball mill using a solvent such as ethanol. This mixing time is 10-100
Good time. The raw material for forming the piezoelectric ceramic material by drying the powder thus obtained (hereinafter referred to as calcined powder)
And

【0038】なお、用いるセラミック粉末の粒径及びボ
ールミル混合により得られた仮焼粉末の粒径は小さいほ
ど好ましい。具体的には平均粒径で1μm程度以下とす
るのがよい。粒径が小さいほど、圧電セラミック材内の
金属成分(たとえばTi)の拡散が良好となり、圧電電歪
セラミック積層体の特性が向上する。
It is preferable that the particle size of the ceramic powder used and the particle size of the calcined powder obtained by ball mill mixing are smaller. Specifically, the average particle size is preferably about 1 μm or less. The smaller the particle size, the better the diffusion of the metal component (for example, Ti) in the piezoelectric ceramic material, and the better the characteristics of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate.

【0039】次に、上述の仮焼粉末を用いて圧電セラミ
ック材のグリーンシートを製造する。
Next, a green sheet of a piezoelectric ceramic material is manufactured by using the above calcined powder.

【0040】まず、エチレングリコールモノエチルエー
テル、ジエチレングリコールn-ブチルエーテル等の溶媒
と、ブチルフタリルブチルグリコレート等の可塑剤を混
合し、これに、乾燥した仮焼粉体を加え撹拌混合する。
この撹拌混合は5〜60分程度がよい。次に、この混合
物にポリビニルブチラール等のバインダー成分を加え、
80℃程度に加熱しながら20〜120分間程度撹拌混
合する。
First, a solvent such as ethylene glycol monoethyl ether or diethylene glycol n-butyl ether is mixed with a plasticizer such as butylphthalyl butyl glycolate, to which a dried calcined powder is added and mixed with stirring.
This stirring and mixing is preferably performed for about 5 to 60 minutes. Next, a binder component such as polyvinyl butyral is added to this mixture,
The mixture is stirred and mixed for about 20 to 120 minutes while being heated to about 80 ° C.

【0041】得られた溶液をフィルタリングした後、脱
泡してスラリーとする。なお、フィルタリングでは 2
00程度のフィルタを用いるのがよい。
The obtained solution is filtered and then defoamed to obtain a slurry. Note that in filtering, 2
It is preferable to use a filter of about 00.

【0042】上記で得たスラリーを用い、ドクターブレ
ード法等によりシート状の成形体を作成する。これを乾
燥したのち、所望の大きさに打ち抜いてグリーンシート
とする。なお、このグリーンシート1枚の厚さは100
μm程度とするのがよい。
Using the slurry obtained above, a sheet-shaped molded body is prepared by a doctor blade method or the like. After this is dried, it is punched into a desired size to obtain a green sheet. The thickness of one green sheet is 100.
It is preferable that the thickness is about μm.

【0043】このようにしてTi濃度の異なる二種のセラ
ミックグリーンシートを製造した後、図6に概略的に示
す方法により積層体を製造する。
After the two types of ceramic green sheets having different Ti concentrations are manufactured in this manner, a laminated body is manufactured by the method schematically shown in FIG.

【0044】まず、Ti濃度の異なる二種のセラミックグ
リーンシートt1 及びt2 を一枚ずつとり、両者を圧着
する(工程(a))。
First, two kinds of ceramic green sheets t 1 and t 2 having different Ti concentrations are taken one by one, and both are pressure-bonded (step (a)).

【0045】圧着して得たグリーンシート9の一方の面
(例えばTi濃度の大きい方のグリーンシートt1 面)
に、スクリーン印刷法等により電極部100 を形成する
(工程(b) )。この電極部100 としては上述の通り白金
を用いるのがよい。スクリーン印刷法によりそれを形成
する場合には、白金粉末60重量%と、エチレングリコ
ールなどの有機バインダー40重量%とからなる混合物
(白金ペースト)を用いるのがよい。
One surface of the green sheet 9 obtained by pressure bonding (for example, the green sheet t 1 surface having the higher Ti concentration)
Then, the electrode part 100 is formed by a screen printing method or the like (step (b)). Platinum is preferably used as the electrode portion 100 as described above. When it is formed by the screen printing method, it is preferable to use a mixture (platinum paste) of 60% by weight of platinum powder and 40% by weight of an organic binder such as ethylene glycol.

【0046】上述した方法により得た電極付きグリーン
シート積層体10を複数枚積層し、圧着する(工程(c)
)。
A plurality of green sheet laminated bodies 10 with electrodes obtained by the above-mentioned method are laminated and pressure-bonded (step (c)
).

【0047】次に、工程(c) で得られた積層体11を積
層方向に切断し、脱脂及び焼成を行う。脱脂は最高温度
を1000℃以下、好ましくは500℃以下とし、その
最高温度まで徐々に温度を上げていくのがよく、例えば
図8に示す昇温冷却パターンにより行うのがよい。
Next, the laminated body 11 obtained in the step (c) is cut in the laminating direction, degreased and fired. Degreasing is preferably performed by setting the maximum temperature to 1000 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, and gradually increasing the temperature to the maximum temperature. For example, it is preferable to perform the heating / cooling pattern shown in FIG.

【0048】脱脂工程後、積層体を1000〜1270
℃で2〜6時間焼成する。この焼成工程において圧電セ
ラミック材間でTiの拡散が起こり、Ti濃度の変化が階段
状から滑らかなものになる。より好ましい焼成温度は1
100〜1200℃である。得られた圧電セラミック板
積層体の電極部3b、3bにリード線30、30、・・
・を接続して目的の圧電電歪セラミック積層体12とす
る。
After the degreasing step, the laminated body is made 1000 to 1270.
Bake at 2 to 6 hours. In this firing step, diffusion of Ti occurs between the piezoelectric ceramic materials, and the change in Ti concentration becomes smooth from stepwise. More preferable firing temperature is 1
It is 100-1200 degreeC. The lead wires 30, 30, ... Are attached to the electrode portions 3b, 3b of the obtained piezoelectric ceramic plate laminate.
Are connected to form the target piezoelectric electrostrictive ceramic laminate 12.

【0049】なお、積層体の圧電セラミック材の密度が
理論密度の95〜97%と低い場合には、上述の焼成の
後に、850〜1100℃で1000〜2000気圧程
度の低温HIPを3〜10時間行うのがよい。このHI
Pはアルゴンガス/酸素ガスが4/1となる雰囲気下で
行うのがよい。このような低温HIPを行うと、圧電セ
ラミック材の密度を理論密度の99%以上とすることが
でき、良好な特性を示す圧電電歪セラミック積層体とす
ることができる。なお、上述の温度範囲より高温でHI
Pを行うと、積層した圧電セラミック材内のTiが拡散し
すぎるので、好ましくない。
When the density of the piezoelectric ceramic material of the laminated body is as low as 95 to 97% of the theoretical density, the low temperature HIP of about 1000 to 2000 atm at 850 to 1100 ° C. is 3 to 10 after the above firing. Good time to do it. This HI
P is preferably performed in an atmosphere in which the argon gas / oxygen gas is 4/1. When such low temperature HIP is performed, the density of the piezoelectric ceramic material can be set to 99% or more of the theoretical density, and the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate having good characteristics can be obtained. In addition, HI is higher than the above temperature range.
Performing P is not preferable because Ti in the laminated piezoelectric ceramic material diffuses too much.

【0050】以上、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物からな
る圧電セラミック材を例にとり本発明を説明したが、P
ZT系セラミックス、PLZT系セラミックス、PMN
PT系セラミックスを用いることもできる。
The present invention has been described above by taking the piezoelectric ceramic material made of Pb-Nb-Zr-Sn-Ti oxide as an example.
ZT ceramics, PLZT ceramics, PMN
PT-based ceramics can also be used.

【0051】PZT系セラミックスとしては、 Pb1-A A [(Zr1-B TiB 1-C (Mg 1/3 Nb2/3 C ] O3 (ただし、Mは、Ba、Sr又はCaを表し、0≦A≦0.
2、0.3≦B≦0.5、及び0.01≦C≦0.5で
ある。)を用いるのがよい。
Examples of PZT ceramics include Pb 1-A M A [(Zr 1-B Ti B ) 1-C (Mg 1/3 Nb 2/3 ) C ] O 3 (where M is Ba, Sr Or Ca, and 0 ≦ A ≦ 0.
2, 0.3 ≦ B ≦ 0.5, and 0.01 ≦ C ≦ 0.5. ) Should be used.

【0052】なお、PZT系セラミックスのバリエーシ
ョンとして、上記組成式中の(Mg 1/ 3 Nb2/3 )の部分
を、(Cd1/3 Nb2/3 )、(Fe1/2 Nb1/2 )、(Yb1/2 Nb
1/2 )、(Yb1/2 Ta1/2 )、(In1/2 Nb1/2 )、(Mn
1/2 1/2 )、(Zn1/2 1/2 )、(Mg1/2 1/2 )、
(Co1/2 1/2 )、(Ni1/2 1/2 )、(Ni1/3 N
b2/3 )、(Mg1/3 Ta2/3 )、(Zn1/3 Nb2/3 )、(Co
1/3 Nb2/3 )、(Co1/3 Ta2/3 )、(Ni1/3 Ta2/3 )等
で置換したものを用いることもできる。
[0052] Incidentally, as a variation of the PZT-based ceramics, in the composition formula of the portion of the (Mg 1/3 Nb 2/3) , (Cd 1/3 Nb 2/3), (Fe 1/2 Nb 1 / 2 ), (Yb 1/2 Nb
1/2 ), (Yb 1/2 Ta 1/2 ), (In 1/2 Nb 1/2 ), (Mn
1/2 W 1/2 ), (Zn 1/2 W 1/2 ), (Mg 1/2 W 1/2 ),
(Co 1/2 W 1/2 ), (Ni 1/2 W 1/2 ), (Ni 1/3 N
b 2/3 ), (Mg 1/3 Ta 2/3 ), (Zn 1/3 Nb 2/3 ), (Co
It is also possible to use those substituted with 1/3 Nb 2/3 ), (Co 1/3 Ta 2/3 ), (Ni 1/3 Ta 2/3 ), etc.

【0053】PLZT系セラミックスとして、Pb1-A La
A (Zr1-B TiB )O3 (ただし、0.01≦A≦0.1
4、及び0.3≦B≦0.5である)を用いることがで
きる。従来のPLZT系セラミックスを用いた圧電電歪
材は比較的小さな印加電界で大きな歪みを与えるが、歪
み量が大きいと圧電電歪材が破壊することがあった。し
かしながら、上述した組成範囲内の複数種の圧電セラミ
ック材を積層すればヒステリシスはスリム化され、圧電
電歪セラミック積層体は容易に破壊しなくなる。
As PLZT ceramics, Pb 1-A La
A (Zr 1-B Ti B ) O 3 (where 0.01 ≦ A ≦ 0.1
4 and 0.3 ≦ B ≦ 0.5) can be used. A conventional piezoelectric electrostrictive material using PLZT ceramics gives a large strain with a relatively small applied electric field, but if the amount of strain is large, the piezoelectric electrostrictive material may break. However, by stacking a plurality of types of piezoelectric ceramic materials within the composition range described above, the hysteresis is slimmed down, and the piezoelectric electrostrictive ceramic multilayer body does not easily break.

【0054】また、PMNPT系セラミックスとして、
Pb1-A A [(Mg1/3 Nb2/3 1-B TiB ] O3 (ただし、
0≦A≦0.2、及び0.05≦B≦0.15)を用い
ることができる。従来のPMNPT系セラミックスを用
いた圧電電歪材は小さなヒステリシスを与えるが、図9
(a) に示すように、環境温度が変化すると歪み量が大き
く変化し、温度特性が悪い。しかしながら、上述した組
成範囲内にある複数種のPMNPT系セラミックスを適
切に積層すれば、圧電セラミック積層体は図9(b) に示
すような温度特性(歪み量/温度)を有するようにな
り、多少の温度変化をうけても、かなり広い温度範囲で
ほぼ一定の歪み量を与える。
As PMNPT ceramics,
Pb 1-A M A [(Mg 1/3 Nb 2/3 ) 1-B Ti B ] O 3 (However,
0 ≦ A ≦ 0.2, and 0.05 ≦ B ≦ 0.15) can be used. A conventional piezoelectric electrostrictive material using PMNPT ceramics gives a small hysteresis.
As shown in (a), when the environmental temperature changes, the amount of strain changes greatly, and the temperature characteristics are poor. However, if a plurality of types of PMNPT-based ceramics within the composition range described above are appropriately laminated, the piezoelectric ceramic laminate will have the temperature characteristics (strain amount / temperature) as shown in FIG. 9 (b). Even if the temperature changes a little, it gives a substantially constant amount of strain in a fairly wide temperature range.

【0055】これらの圧電セラミックスの場合でも同様
に、所望の組成となるように出発物質(酸化物)を混合
し、上述した製造方法と実質的に同様にして、各種圧電
電歪セラミック積層体を製造することができる。
Also in the case of these piezoelectric ceramics, similarly, various starting materials (oxides) are mixed so as to have a desired composition, and various piezoelectric electrostrictive ceramic laminates are obtained in substantially the same manner as the above-described manufacturing method. It can be manufactured.

【0056】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に
説明する。実施例1 出発原料としてPbO、BaCO3 、Nb2 5 、ZrO2 、SnO
2 、TiO2を用い、これらの原料粉末を下記の二種類の
組成: Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.95Ti0.05] 0.983 Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.96Ti0.04] 0.983 となるようにそれぞれ秤量し、ボールミルで24時間混合
した。なお、このとき溶媒としてエタノールを加えた。
The present invention will be described in more detail by the following examples. Example 1 PbO, BaCO 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 and SnO as starting materials
2 and TiO 2 , these raw material powders were composed of the following two compositions: Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.95 Ti 0.05 ] 0.98 O 3 Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.96 Ti 0.04 ] 0.98 O 3 was weighed and mixed in a ball mill for 24 hours. At this time, ethanol was added as a solvent.

【0057】得られた二種類の混合物をそれぞれ80℃
で減圧乾燥した後、850〜950℃で10時間仮焼
し、再びボールミルで24時間混合した。このときの粉砕
混合にもエタノールを加えた。
The obtained two kinds of mixtures were each heated to 80 ° C.
After being dried under reduced pressure at 850 ° C., it was calcined at 850 to 950 ° C. for 10 hours and mixed again in a ball mill for 24 hours. Ethanol was also added to the crushed mixture at this time.

【0058】上記で得た粉砕混合物を再び乾燥し、さら
に900〜1000℃で10時間仮焼し、再びエタノール
を加えてボールミルで48時間混合した。得られた粉砕
混合物を乾燥して、二種類の仮焼粉体(圧電セラミック
材の出発原料)とした。
The crushed mixture obtained above was dried again, calcined at 900 to 1000 ° C. for 10 hours, ethanol was added again, and the mixture was mixed in a ball mill for 48 hours. The crushed mixture thus obtained was dried to obtain two types of calcined powder (starting material for the piezoelectric ceramic material).

【0059】それぞれの仮焼粉体に対し、以下の操作を
行った。まず、溶媒としてエチレングリコールモノエチ
ルエーテル48ml及びジエチレングリコールn−ブチル
エーテル8mlと、可塑剤としてブチルフタリルブチルグ
リコレート1mlを混合し、これに、乾燥した仮焼粉体1
00gを加え、5分間撹拌混合した。
The following operations were performed on each of the calcined powders. First, 48 ml of ethylene glycol monoethyl ether and 8 ml of diethylene glycol n-butyl ether as a solvent were mixed with 1 ml of butylphthalyl butyl glycolate as a plasticizer, and dried calcinated powder 1
00g was added and mixed with stirring for 5 minutes.

【0060】この混合物にバインダーとしてポリビニル
ブチラール5gを加え、80℃程度に加熱しながら20
分間撹拌混合した。ついでこの溶液を 200メッシュ
で濾過し、脱泡してスラリーとした。
To this mixture, 5 g of polyvinyl butyral was added as a binder, and the mixture was heated to about 80 ° C. to give 20
Stir and mix for minutes. The solution was then filtered through 200 mesh and defoamed to give a slurry.

【0061】上記のスラリーを用い、ドクターブレード
法によりシート状の成形体を作成し、これを室温で50
時間乾燥したのち、所望の大きさに打ち抜いてグリーン
シートとした。なお、このグリーンシート1枚の厚さは
約120μmであった。
Using the above-mentioned slurry, a sheet-shaped molded body was prepared by the doctor blade method, and this was molded at room temperature for 50 minutes.
After drying for a time, it was punched into a desired size to obtain a green sheet. The thickness of one green sheet was about 120 μm.

【0062】このようにして得た二種類のグリーンシー
トをそれぞれ一枚ずつとり、これらを100℃で、40
kg/cm2 の圧力をかけて圧着した。次に、圧着したグリ
ーンシートの一方(Ti濃度の高い方のグリーンシート)
の面上に、白金粉末60重量%と、有機バインダーを40
重量%を含む白金ペーストを用いて、スクリーン印刷法
により乾燥厚さが12μmとなるように白金電極部を形
成した。
One of each of the two types of green sheets thus obtained was taken, and these were placed at 100 ° C. for 40
A pressure of kg / cm 2 was applied for pressure bonding. Next, one of the pressed green sheets (the green sheet with the higher Ti concentration)
60% by weight of platinum powder and 40% of organic binder on the surface of
A platinum electrode portion was formed by a screen printing method so as to have a dry thickness of 12 μm by using a platinum paste containing wt%.

【0063】上述した方法により得た白金電極部を有す
るセラミック成形体を図6に示すように積層し、110
℃で、50kg/cm2 の圧力をかけて圧着した。次に、こ
れを積層方向に切断して縦5mm×横10mm×厚さ(積層
方向)8mmの積層体を得た。
Ceramic molded bodies having platinum electrode portions obtained by the above-mentioned method were laminated as shown in FIG.
At 50 ° C., pressure of 50 kg / cm 2 was applied for pressure bonding. Next, this was cut in the stacking direction to obtain a stack of 5 mm length × 10 mm width × 8 mm thickness (stacking direction).

【0064】上記積層体を図8に示す条件で脱脂し、つ
ぎに、大気下、1060℃で3時間焼成した。得られた
焼成体の電極部にリード線を接続し、求める圧電電歪セ
ラミック積層体とした。
The above laminate was degreased under the conditions shown in FIG. 8 and then baked in the atmosphere at 1060 ° C. for 3 hours. A lead wire was connected to the electrode portion of the obtained fired body to obtain a desired piezoelectric electrostrictive ceramic laminate.

【0065】この圧電電歪セラミック積層体について、
その積層方向のTiの濃度変化をEPMAにより測定し
た。その結果を図10に示す。また、この圧電電歪セラ
ミック積層体に電圧を印加し、その歪み量を測定した。
その結果、図11に示すヒステリシスカーブが得られ
た。
Regarding this piezoelectric electrostrictive ceramic laminate,
The change in Ti concentration in the stacking direction was measured by EPMA. The result is shown in FIG. A voltage was applied to the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate to measure the amount of strain.
As a result, the hysteresis curve shown in FIG. 11 was obtained.

【0066】実施例2 実施例1と同様の方法により、以下に示す三種類の組成
を有するグリーンシートを作成した。 T1 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.95Ti0.05] 0.983 2 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.955 Ti0.045 ] 0.983 3 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.96Ti0.04] 0.983
Example 2 By the same method as in Example 1, green sheets having the following three types of compositions were prepared. T 1 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.95 Ti 0.05 ] 0.98 O 3 T 2 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.955 Ti 0.045 ] 0.98 O 3 T 3 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.96 Ti 0.04 ] 0.98 O 3

【0067】三種類のグリーンシートをT1 、T2 、T
3 、T2 、T1 ・・・の順に繰り返して積層した以外
は、実施例1と同様にして、圧電電歪セラミック積層体
を作成した。得られた圧電電歪セラミック積層体につい
て、印加電圧/歪み量を測定した。結果を図12に示
す。
The three types of green sheets are T 1 , T 2 , and T
A piezoelectric electrostrictive ceramic laminate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the laminate was repeated in the order of 3 , T 2 , T 1, ... The applied voltage / strain amount was measured for the obtained piezoelectric electrostrictive ceramic laminate. Results are shown in FIG.

【0068】実施例3 実施例1と同様の方法により、以下に示す五種類の組成
を有する約100μmの厚さのグリーンシートを作成し
た (工程(a))。 T1 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.9725Ti0.0275] 0.983 2 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.96875 Ti0.03125 ] 0.983 3 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.965 Ti0.035 ] 0.983 4 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.96125 Ti0.03875 ] 0.983 5 :Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.350.9575Ti0.0425] 0.983
Example 3 By the same method as in Example 1, a green sheet having the following five compositions and a thickness of about 100 μm was prepared (step (a)). T 1 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.9725 Ti 0.0275 ] 0.98 O 3 T 2 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.96875 Ti 0.03125 ] 0.98 O 3 T 3 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.965 Ti 0.035 ] 0.98 O 3 T 4 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.96125 Ti 0.03875 ] 0.98 O 3 T 5 : Pb 0.96 Ba 0.03 Nb 0.02 [(Zr 0.65 Sn 0.35 ) 0.9575 Ti 0.0425 ] 0.98 O 3

【0069】得られた五種類のグリーンシートをそれ
ぞれとり、一方の面上に、図7に示すように、実施例1
と同様にして厚さ(乾燥時)が約6μmの白金電極部
8、8、・・・を形成した (工程(b))。同一種類のグリ
ーンシートの各々について、電極部を形成したものと形
成していないものを用い、両者を電極部が挟まれるよう
に圧着した。
Each of the five types of green sheets obtained was taken and placed on one surface thereof as shown in FIG.
In the same manner as above, platinum electrode parts 8, 8, ... With a thickness (when dried) of about 6 μm were formed (step (b)). With respect to each of the same type of green sheets, a green sheet with and without an electrode portion was used, and both were pressure-bonded so that the electrode portion was sandwiched.

【0070】このようにして得られた五種類のグリーン
シート対(T1 +T1 )、・・・を(T1 +T1 )、
(T2 +T2 )、(T3 +T3 )、(T4 +T4 )、
(T5 +T5 )、(T4 +T4 )、(T3 +T3 )、
(T2 +T2 )、(T1 +T1 )、・・・の順に積層
し、120℃で160kg/cm 2 の圧力をかけて圧着した
(工程(c))。次に、これを積層方向に切断して縦5mm×
横10mm×厚さ(積層方向)8mmの積層体を得た。
The five types of green sheet pairs (T 1 + T 1 ) obtained in this way are ... (T 1 + T 1 ),
(T 2 + T 2 ), (T 3 + T 3 ), (T 4 + T 4 ),
(T 5 + T 5 ), (T 4 + T 4 ), (T 3 + T 3 ),
(T 2 + T 2 ), (T 1 + T 1 ), ... are laminated in this order and pressure-bonded at 120 ° C. by applying a pressure of 160 kg / cm 2 .
(Step (c)). Next, this is cut in the stacking direction and the length is 5 mm ×
A laminated body having a width of 10 mm and a thickness (laminating direction) of 8 mm was obtained.

【0071】得られた積層体を、実施例1と同様に、図
8に示す条件で脱脂した。次に、脱脂した積層体をそれ
ぞれ1020℃、1100℃及び1200℃の温度で、
大気下、3時間焼成した。得られた焼成体の電極部8、
8、・・・にリード線40、40、・・・を接続し、求
める圧電電歪セラミック積層体とした。
The obtained laminate was degreased under the conditions shown in FIG. 8 in the same manner as in Example 1. Next, the degreased laminate was respectively subjected to temperatures of 1020 ° C., 1100 ° C. and 1200 ° C.
Firing was performed in the atmosphere for 3 hours. The electrode portion 8 of the obtained fired body,
The lead wires 40, 40, ... Are connected to 8, ...

【0072】これらの圧電電歪セラミック積層体につい
て、その積層方向のTiの濃度変化をEPMAにより測定
した。その結果を図13に示す。図13の(a) は焼成温
度が1020℃の場合、(b) は1100℃の場合、及び
(c) は1200℃の場合をそれぞれ示す。図13から明
らかなように、1200℃で焼成した場合(c) 、Tiの濃
度変化が正弦波状により近く、スムーズになっているこ
とがわかる。
With respect to these piezoelectric electrostrictive ceramic laminates, changes in Ti concentration in the laminating direction were measured by EPMA. The result is shown in FIG. 13 (a) shows the case where the firing temperature is 1020 ° C., (b) shows the case where the firing temperature is 1100 ° C., and
(c) shows the case of 1200 ° C., respectively. As is clear from FIG. 13, in the case of firing at 1200 ° C. (c), the change in the Ti concentration is closer to a sine wave shape and is smooth.

【0073】また、上記で得た圧電電歪セラミック積層
体のうち、1200℃で焼成したものに電圧を印加し、
その歪み量を測定した。その結果、図14に示すヒステ
リシスカーブが得られた。
A voltage is applied to the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate obtained above, which is fired at 1200 ° C.,
The amount of strain was measured. As a result, the hysteresis curve shown in FIG. 14 was obtained.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の圧電電歪
セラミック積層体は印加する電圧に応じてその歪み量を
ゆるやかに変化させており、そのヒステリシスカーブ
は、スリム化されている。そのため、本発明の圧電電歪
セラミック積層体を用いて、アナログ的な歪み量の制御
をすることができる。このような圧電電歪セラミック積
層体は、各種制御に用いるアクチュエータに好適であ
る。
As described in detail above, the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of the present invention gently changes the amount of strain according to the applied voltage, and its hysteresis curve is made slim. Therefore, the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of the present invention can be used to control the amount of distortion in an analog manner. Such a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate is suitable for an actuator used for various controls.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による圧電電歪セラミック積
層体を示し、(a) はその部分概略断面図であり、(b) は
焼成前のTi濃度の変化を示す概略図であり、(c) は焼成
後のTi濃度の変化を示す概略図である。
FIG. 1 shows a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to an embodiment of the present invention, (a) is a partial schematic cross-sectional view thereof, and (b) is a schematic view showing a change in Ti concentration before firing, (c) is a schematic diagram showing a change in Ti concentration after firing.

【図2】本発明の別の実施例による圧電電歪セラミック
積層体のTi濃度の変化(焼成前及び焼成後)を示す概略
図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing changes in Ti concentration (before and after firing) of a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to another example of the present invention.

【図3】本発明のさらに別の実施例による圧電電歪セラ
ミック積層体のTi濃度の変化(焼成前及び焼成後)を示
す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing changes in Ti concentration (before and after firing) of a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to still another example of the present invention.

【図4】本発明のさらに別の実施例による圧電電歪セラ
ミック積層体を示し、(a) はその部分概略断面図であ
り、(b) は焼成前のTi濃度の変化を示す概略図であり、
(c) は焼成後のTi濃度の変化を示す概略図である。
FIG. 4 shows a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to still another embodiment of the present invention, (a) is a partial schematic sectional view thereof, and (b) is a schematic diagram showing a change in Ti concentration before firing. Yes,
(c) is a schematic diagram showing a change in Ti concentration after firing.

【図5】本発明のさらに別の実施例による圧電電歪セラ
ミック積層体の焼成後のTi濃度の変化を示す概略図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing changes in Ti concentration after firing of a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to still another example of the present invention.

【図6】本発明の一実施例による圧電電歪セラミック積
層体を製造する工程の一例を示す概略図である。
FIG. 6 is a schematic view showing an example of a process of manufacturing a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の別の実施例による圧電電歪セラミック
積層体を製造する工程の一例を示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of a process of manufacturing a piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の圧電電歪セラミック積層体の製造する
際の脱脂工程における熱処理パターンの一例を示すグラ
フである。
FIG. 8 is a graph showing an example of a heat treatment pattern in a degreasing step when manufacturing the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of the present invention.

【図9】PMNPT系セラミックスを用いた圧電電歪セ
ラミックスの温度特性を示すグラフであり、(a) は従来
のPMNPT系セラミックスを用いた場合であり、(b)
は本発明のPMNPT系セラミック積層体を用いた場合
を示す。
FIG. 9 is a graph showing the temperature characteristics of a piezoelectric electrostrictive ceramics using PMNPT ceramics, (a) is the case of using the conventional PMNPT ceramics, (b)
Shows the case where the PMNPT-based ceramic laminate of the present invention is used.

【図10】実施例1における圧電電歪セラミック積層体
の焼成後の積層方向のTi濃度の変化を示すグラフであ
る。
10 is a graph showing changes in Ti concentration in the stacking direction after firing of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate in Example 1. FIG.

【図11】実施例1の圧電電歪セラミック積層体の電圧
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
11 is a graph showing a voltage-strain amount hysteresis curve of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to Example 1. FIG.

【図12】実施例2の圧電電歪セラミック積層体の電圧
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a voltage-strain amount hysteresis curve of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of Example 2.

【図13】実施例3の圧電電歪セラミック積層体の焼成
後の積層方向のTi濃度を示すグラフであり、(a) は焼成
温度が1020℃の場合、(b) は1100℃の場合、及
び(c) は1200℃の場合を示す。
13 is a graph showing the Ti concentration in the stacking direction after firing of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate of Example 3, where (a) is a firing temperature of 1020 ° C., (b) is 1100 ° C., And (c) show the case of 1200 ° C.

【図14】実施例3の圧電電歪セラミック積層体の電圧
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
14 is a graph showing a voltage-strain amount hysteresis curve of the piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to Example 3. FIG.

【図15】PNZST系圧電電歪材の電圧−歪み量のヒ
ステリシスカーブを概略的に示すグラフであり、実線は
単一の圧電電歪材からなる場合を示し、破線は金属成分
濃度が異なる複数種の圧電電歪材を積層した場合(本発
明)を示す。
FIG. 15 is a graph schematically showing a voltage-strain amount hysteresis curve of a PNZST-based piezoelectric electrostrictive material, where a solid line indicates a case of a single piezoelectric electrostrictive material, and broken lines indicate a plurality of metal component concentrations different from each other. The case where the piezoelectric electrostrictive material of a kind is laminated (this invention) is shown.

【図16】電界−歪み量のヒステリシスを示す模式的な
グラフである。
FIG. 16 is a schematic graph showing the hysteresis of electric field-distortion amount.

【図17】電界−歪み量のヒステリシスを示す模式的な
グラフである。
FIG. 17 is a schematic graph showing the hysteresis of electric field-distortion amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、7 圧電電歪セラミック積層体 2a、2b、4a、4b、4c、5a、5b、5c、5
d、5e 圧電セラミック材 3a、3b、8 電極部 9、10、11 セラミック積層体 30、40 リード線
1, 7 Piezoelectric electrostrictive ceramic laminates 2a, 2b, 4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c, 5
d, 5e Piezoelectric ceramic materials 3a, 3b, 8 Electrode parts 9, 10, 11 Ceramic laminated body 30, 40 Lead wire

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 41/24 9274−4M H01L 41/22 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 41/24 9274-4M H01L 41/22 A

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の圧電電歪セラミック材を積層して
なる圧電電歪セラミック積層体において、積層方向に、
前記圧電電歪セラミック材を形成する金属成分の濃度変
化があることを特徴とする圧電電歪セラミック積層体。
1. A piezoelectric electrostrictive ceramic laminate obtained by laminating a plurality of piezoelectric electrostrictive ceramic materials, wherein:
A piezoelectric electrostrictive ceramic laminate, wherein the concentration of a metal component forming the piezoelectric electrostrictive ceramic material is changed.
【請求項2】 請求項1に記載の圧電電歪セラミック積
層体において、前記圧電電歪セラミック材がPb−Nb−Zr
−Sn−Ti系酸化物であることを特徴とする圧電電歪セラ
ミック積層体。
2. The piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to claim 1, wherein the piezoelectric electrostrictive ceramic material is Pb-Nb-Zr.
A piezoelectric electrostrictive ceramic laminate characterized by being a -Sn-Ti-based oxide.
【請求項3】 請求項2に記載の圧電電歪セラミック積
層体において、Tiの濃度が積層方向に変化していること
を特徴とする圧電電歪セラミック積層体。
3. The piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to claim 2, wherein the concentration of Ti changes in the laminating direction.
【請求項4】 請求項1乃至3に記載の圧電電歪セラミ
ック積層体において、金属成分の濃度変化が正弦線状で
あることを特徴とする圧電電歪セラミック積層体。
4. The piezoelectric electrostrictive ceramic laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration change of the metal component is sinusoidal.
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