JPH0769722A - アクチュエータ用圧電体の製造方法 - Google Patents
アクチュエータ用圧電体の製造方法Info
- Publication number
- JPH0769722A JPH0769722A JP21752693A JP21752693A JPH0769722A JP H0769722 A JPH0769722 A JP H0769722A JP 21752693 A JP21752693 A JP 21752693A JP 21752693 A JP21752693 A JP 21752693A JP H0769722 A JPH0769722 A JP H0769722A
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- Japan
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- pzt
- piezoelectric
- coated
- grain growth
- piezoelectric body
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 選択的な粒度分布を有し、十分な強度及び耐
久性を有する圧電体の製造方法を提供する。 【構成】 粒成長剤を被覆したＰＺＴ材料20〜60重量
％、粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴ材料10〜50重量％及
びＰＺＴ材料30重量％以上を混合し、バインダを添加し
た後に造粒し、所定形状に成形し、そして焼成すること
を特徴とする、アクチュエータ用圧電体の製造方法。
久性を有する圧電体の製造方法を提供する。 【構成】 粒成長剤を被覆したＰＺＴ材料20〜60重量
％、粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴ材料10〜50重量％及
びＰＺＴ材料30重量％以上を混合し、バインダを添加し
た後に造粒し、所定形状に成形し、そして焼成すること
を特徴とする、アクチュエータ用圧電体の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ用圧電
体の製造方法に関する。更に詳しく述べるならば、本発
明は、ＰＺＴ材料に粒成長剤及び粒抑制剤を被覆し、こ
のＰＺＴ材料を焼成し、大きな粒子のまわりに小さな粒
子が配置された構造を有する圧電体を与える方法に関す
るものであり、この方法により圧電体の変位量を損なう
ことなく曲げ強度及び耐久性を高めることができる。
体の製造方法に関する。更に詳しく述べるならば、本発
明は、ＰＺＴ材料に粒成長剤及び粒抑制剤を被覆し、こ
のＰＺＴ材料を焼成し、大きな粒子のまわりに小さな粒
子が配置された構造を有する圧電体を与える方法に関す
るものであり、この方法により圧電体の変位量を損なう
ことなく曲げ強度及び耐久性を高めることができる。
【０００２】
【従来の技術】圧電体についての研究はかなり以前から
行われており、またかかる圧電体を利用した製品は多岐
にわたりかつさまざまな分野において広く用いられてい
る。このような圧電体を利用した製品としては、例え
ば、セラミックフィルタ、ガラス遅延線、超音波応用振
動子、圧電ブザー、圧電点火ユニット、超音波モータ、
圧電ファン、圧電センサ、及び圧電アクチュエータ等を
挙げることができる。ここで、圧電アクチュエータは、
圧電現象を介して発生する変位及び力を機械的駆動源と
して利用するものであり、特に最近、メカトロニクスの
分野において注目されてきているものの１つである。こ
の圧電アクチュエータは、圧電効果を利用した固体素子
であるため、磁性体にコイルを巻いた構成を有する従来
の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力が少な
い、応答速度が速い、変位量が大きい、発熱が少ない、
寸法及び重量が小さい、等の優れた特徴を有している。
行われており、またかかる圧電体を利用した製品は多岐
にわたりかつさまざまな分野において広く用いられてい
る。このような圧電体を利用した製品としては、例え
ば、セラミックフィルタ、ガラス遅延線、超音波応用振
動子、圧電ブザー、圧電点火ユニット、超音波モータ、
圧電ファン、圧電センサ、及び圧電アクチュエータ等を
挙げることができる。ここで、圧電アクチュエータは、
圧電現象を介して発生する変位及び力を機械的駆動源と
して利用するものであり、特に最近、メカトロニクスの
分野において注目されてきているものの１つである。こ
の圧電アクチュエータは、圧電効果を利用した固体素子
であるため、磁性体にコイルを巻いた構成を有する従来
の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力が少な
い、応答速度が速い、変位量が大きい、発熱が少ない、
寸法及び重量が小さい、等の優れた特徴を有している。
【０００３】このようなアクチュエータ用圧電体には、
108 回を越える駆動耐久性と十分な変位特性が要求され
ており、現在これが重要な課題となっている。この圧電
体において、圧電体を構成する結晶粒子の粒径が大きい
とその電気特性は大きくなるが、耐久性は低下する。一
方、粒径が小さくなると逆に、耐久性は向上するが電気
特性は低下する。従って、粒径の大きなものと小さなも
のを特定の比で混合することにより望ましい特性のバラ
ンスが得られると考えられる。従来の圧電体の製造方法
においては、焼結体の粒径はその焼成温度によってきま
り、焼結開始とともに小さい粒子が減少し大きな粒子が
増加し、従って選択的な粒度分布を有する焼結体を得る
ことはできなかった。
108 回を越える駆動耐久性と十分な変位特性が要求され
ており、現在これが重要な課題となっている。この圧電
体において、圧電体を構成する結晶粒子の粒径が大きい
とその電気特性は大きくなるが、耐久性は低下する。一
方、粒径が小さくなると逆に、耐久性は向上するが電気
特性は低下する。従って、粒径の大きなものと小さなも
のを特定の比で混合することにより望ましい特性のバラ
ンスが得られると考えられる。従来の圧電体の製造方法
においては、焼結体の粒径はその焼成温度によってきま
り、焼結開始とともに小さい粒子が減少し大きな粒子が
増加し、従って選択的な粒度分布を有する焼結体を得る
ことはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の如き
従来の圧電体の製造方法の有する欠点を解消し、選択的
な粒度分布を有し、十分な強度及び耐久性を有する圧電
体の製造方法を提供しようとするものである。
従来の圧電体の製造方法の有する欠点を解消し、選択的
な粒度分布を有し、十分な強度及び耐久性を有する圧電
体の製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の従来
の圧電体の製造方法の問題点を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、粒成長剤と粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴ材
料を用いて圧電体を製造することにより、比較的大きな
粒径を有する粒子のまわりに小さな粒径を有する粒子が
配置された構造を有し、曲げ強度及び駆動耐久性の向上
した圧電体が得られることを見出し、本発明を完成し
た。
の圧電体の製造方法の問題点を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、粒成長剤と粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴ材
料を用いて圧電体を製造することにより、比較的大きな
粒径を有する粒子のまわりに小さな粒径を有する粒子が
配置された構造を有し、曲げ強度及び駆動耐久性の向上
した圧電体が得られることを見出し、本発明を完成し
た。
【０００６】すなわち、本発明の圧電体の製造方法は、
粒成長剤を被覆したＰＺＴ材料20〜60重量％、粒成長抑
制剤を被覆したＰＺＴ材料10〜50重量％及びＰＺＴ材料
30重量％以上を混合し、バインダを添加した後に造粒
し、所定形状に成形し、そして焼成することを特徴とす
るものである。
粒成長剤を被覆したＰＺＴ材料20〜60重量％、粒成長抑
制剤を被覆したＰＺＴ材料10〜50重量％及びＰＺＴ材料
30重量％以上を混合し、バインダを添加した後に造粒
し、所定形状に成形し、そして焼成することを特徴とす
るものである。
【０００７】
【作用】図１に圧電体粒子の焼結体の粒径とその電気特
性及び強度の関係を示す。この図より明らかなように、
粒径が大きいほど電気特性が向上し、耐久性は低下す
る。粒径が小さくなるとこの逆の傾向になる。この様な
減少の原因としては、圧電体の自発分極の回転や歪みが
粒界により影響を受けるためであると考えられる。
性及び強度の関係を示す。この図より明らかなように、
粒径が大きいほど電気特性が向上し、耐久性は低下す
る。粒径が小さくなるとこの逆の傾向になる。この様な
減少の原因としては、圧電体の自発分極の回転や歪みが
粒界により影響を受けるためであると考えられる。
【０００８】上記の結果より、圧電体において、大きな
粒径の粒子と小さな粒径の粒子を特定の比で混合させる
ことにより、電気特性が高くかつ耐久性の高いものが得
られると考えられる。
粒径の粒子と小さな粒径の粒子を特定の比で混合させる
ことにより、電気特性が高くかつ耐久性の高いものが得
られると考えられる。
【０００９】本発明の具体的な方法において、まず圧電
体材料としてＰＺＴを用いる。このＰＺＴは従来の方法
により製造する。すなわち、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 、及びＺ
ｒＯ 2 を所定量秤量し、湿式混合、仮焼成、及び粉砕を
行い、ＰＺＴの仮焼粉を得る。このＰＺＴの仮焼粉に粒
成長剤を被覆する。この粒成長剤としてはＰｂＯ及びＺ
ｒＯ2 が使用でき、ＰｂＯが好ましい。粒成長剤の被覆
法は、蒸着、スパッタリング及び機械的方法が例示され
る。また、他のＰＺＴの仮焼粉に粒成長抑制剤を被覆す
る。この粒成長抑制剤としてはＬａＯ及びＢｉ2 Ｏ3 が
使用でき、ＬａＯが好ましい。粒成長抑制剤の被覆法は
粒成長剤の被覆法と同じである。
体材料としてＰＺＴを用いる。このＰＺＴは従来の方法
により製造する。すなわち、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 、及びＺ
ｒＯ 2 を所定量秤量し、湿式混合、仮焼成、及び粉砕を
行い、ＰＺＴの仮焼粉を得る。このＰＺＴの仮焼粉に粒
成長剤を被覆する。この粒成長剤としてはＰｂＯ及びＺ
ｒＯ2 が使用でき、ＰｂＯが好ましい。粒成長剤の被覆
法は、蒸着、スパッタリング及び機械的方法が例示され
る。また、他のＰＺＴの仮焼粉に粒成長抑制剤を被覆す
る。この粒成長抑制剤としてはＬａＯ及びＢｉ2 Ｏ3 が
使用でき、ＬａＯが好ましい。粒成長抑制剤の被覆法は
粒成長剤の被覆法と同じである。
【００１０】こうして調製した粒成長剤を被覆したＰＺ
Ｔ及び粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴを、なにも被覆し
ていないＰＺＴと混合し、焼成することにより図２に示
すような、大きな粒子のまわりに小さな粒子が配置され
た構造を有する圧電体が得られる。
Ｔ及び粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴを、なにも被覆し
ていないＰＺＴと混合し、焼成することにより図２に示
すような、大きな粒子のまわりに小さな粒子が配置され
た構造を有する圧電体が得られる。
【００１１】このような構造の圧電体が得られるのは次
の理由による。粒成長剤は、焼成の間に液相となり、そ
の結果表面張力が働き粒界の中に広がる。すると、なに
も被覆していないＰＺＴと結合し、移動し、ＰＺＴ粒子
が成長する。一方、粒成長抑制剤は焼成の間に粒界中で
析出し、粒界の移動を抑え、粒子の成長を抑制する。こ
の結果、大きな粒子ともとの大きさの粒子（わずかには
成長する）が得られる。例えば、ＰＺＴ原料として 0.4
〜0.7 μm の粒径のものを用いることにより、10μm 以
上の粒径を有する粒子と１μm 以下の粒径を有する粒子
が得られる。
の理由による。粒成長剤は、焼成の間に液相となり、そ
の結果表面張力が働き粒界の中に広がる。すると、なに
も被覆していないＰＺＴと結合し、移動し、ＰＺＴ粒子
が成長する。一方、粒成長抑制剤は焼成の間に粒界中で
析出し、粒界の移動を抑え、粒子の成長を抑制する。こ
の結果、大きな粒子ともとの大きさの粒子（わずかには
成長する）が得られる。例えば、ＰＺＴ原料として 0.4
〜0.7 μm の粒径のものを用いることにより、10μm 以
上の粒径を有する粒子と１μm 以下の粒径を有する粒子
が得られる。
【００１２】上記のような粒径を有する粒子を得るた
め、粒成長剤の被覆量は、ＰＺＴに対し１〜５ mol％が
好ましい。粒成長剤が多すぎると焼成中に粒界に析出
し、粒界層を形成したり、空気孔を増加させ、曲げ強度
を低下させることがあるからである。また粒成長抑制剤
の被覆量は、ＰＺＴに対し 0.3〜0.6mol％が好ましい。
め、粒成長剤の被覆量は、ＰＺＴに対し１〜５ mol％が
好ましい。粒成長剤が多すぎると焼成中に粒界に析出
し、粒界層を形成したり、空気孔を増加させ、曲げ強度
を低下させることがあるからである。また粒成長抑制剤
の被覆量は、ＰＺＴに対し 0.3〜0.6mol％が好ましい。
【００１３】上記のように、ＰＺＴの粒径が大きいほど
電気特性が向上し、耐久性は低下し、逆に粒径が小さく
なるとこの逆の傾向になる。従って、電気特性と耐久性
の両方に優れた圧電体を得るためには、大きな粒子と小
さな粒子が適切な比で存在していることが必要である。
このような適切な粒度分布を与えるため、各成分を以下
のような比で混合することが必要である。 粒成長剤を被覆したＰＺＴ：20〜60重量％ 粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴ：10〜50重量％ なにも被覆していないＰＺＴ：30重量％以上 このような比で混合、焼成することにより、図１に示す
ような構造を有する、原料ＰＺＴよりも曲げ強度及び駆
動耐久性の向上した圧電体が得られる。
電気特性が向上し、耐久性は低下し、逆に粒径が小さく
なるとこの逆の傾向になる。従って、電気特性と耐久性
の両方に優れた圧電体を得るためには、大きな粒子と小
さな粒子が適切な比で存在していることが必要である。
このような適切な粒度分布を与えるため、各成分を以下
のような比で混合することが必要である。 粒成長剤を被覆したＰＺＴ：20〜60重量％ 粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴ：10〜50重量％ なにも被覆していないＰＺＴ：30重量％以上 このような比で混合、焼成することにより、図１に示す
ような構造を有する、原料ＰＺＴよりも曲げ強度及び駆
動耐久性の向上した圧電体が得られる。
【００１４】
【実施例】本発明を下記実施例によりさらに詳細に説明
するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００１５】ＰｂＯ、ＴｉＯ及びＺｒＯ2 並びに微量元
素を所定量秤量し、湿式混合により混合した後、800 ℃
において５時間保持して仮焼を行った。次いで湿式粉砕
を行い、ＰＺＴの仮焼粉を得た。このＰＺＴ仮焼粉にＰ
ｂＯを３ mol％添加し、900℃に加熱することにより蒸
着法によってＰｂＯを被覆した。これを材料Ａと呼ぶ。
また同様にしてＬａＯを 0.3 mol％加え、蒸着法により
被覆した。これを材料Ｂと呼ぶ。
素を所定量秤量し、湿式混合により混合した後、800 ℃
において５時間保持して仮焼を行った。次いで湿式粉砕
を行い、ＰＺＴの仮焼粉を得た。このＰＺＴ仮焼粉にＰ
ｂＯを３ mol％添加し、900℃に加熱することにより蒸
着法によってＰｂＯを被覆した。これを材料Ａと呼ぶ。
また同様にしてＬａＯを 0.3 mol％加え、蒸着法により
被覆した。これを材料Ｂと呼ぶ。
【００１６】次に、材料Ａ、材料Ｂ及びＰＺＴ仮焼粉
（材料Ｃと呼ぶ）を各種割合で混合し、これにＰＶＡを
３重量％加え、造粒し、Φ18mmの金型内で厚さ２mmに面
圧98MPa において成形した。この成形体をＺｒＯ2 とＰ
ＺＴからなるパット材中にともうめし、1200℃において
焼結した。次いで、直径15mm、厚さ１mmの寸法に加工し
た後、両面にＡｇ電極をスクリーン印刷によって印刷
し、焼付けることによってアクチュエータ用のＰＺＴ圧
電体を得た。
（材料Ｃと呼ぶ）を各種割合で混合し、これにＰＶＡを
３重量％加え、造粒し、Φ18mmの金型内で厚さ２mmに面
圧98MPa において成形した。この成形体をＺｒＯ2 とＰ
ＺＴからなるパット材中にともうめし、1200℃において
焼結した。次いで、直径15mm、厚さ１mmの寸法に加工し
た後、両面にＡｇ電極をスクリーン印刷によって印刷
し、焼付けることによってアクチュエータ用のＰＺＴ圧
電体を得た。
【００１７】こうして製造した圧電体を、３点曲げ試験
により曲げ強度を、そして比誘電率により電気特性を測
定した。各組成の割合と曲げ強度及び電気特性の関係を
図３及び４に示す。
により曲げ強度を、そして比誘電率により電気特性を測
定した。各組成の割合と曲げ強度及び電気特性の関係を
図３及び４に示す。
【００１８】この図３及び４より、特性が原料ＰＺＴよ
りも向上するものは 0.2≦Ａ≦0.6 0.1≦Ｂ≦0.5 Ｃ≧0.3 （Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１） の割合で用いたものであることがわかる。
りも向上するものは 0.2≦Ａ≦0.6 0.1≦Ｂ≦0.5 Ｃ≧0.3 （Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１） の割合で用いたものであることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】本発明の方法により、選択的な粒度分布
を有する圧電体が得られ、変位量を損なうことなく曲げ
強度及び駆動耐久性の向上をはかることができる。ま
た、本発明の方法において各成分の割合を変えることに
より、圧電体の粒度分布を任意に設定することができ、
目的にあった微細組織にすることができる。例えば、外
部から衝撃を受けやすいような部品には、その外部組織
に微細のものを多く配合することが必要であり、このよ
うな構造のものは本発明の方法により製造可能である。
を有する圧電体が得られ、変位量を損なうことなく曲げ
強度及び駆動耐久性の向上をはかることができる。ま
た、本発明の方法において各成分の割合を変えることに
より、圧電体の粒度分布を任意に設定することができ、
目的にあった微細組織にすることができる。例えば、外
部から衝撃を受けやすいような部品には、その外部組織
に微細のものを多く配合することが必要であり、このよ
うな構造のものは本発明の方法により製造可能である。
【図１】圧電体の粒子の粒径とその電気特性及び強度の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図２】本発明の方法により得られる圧電体の微細構造
を示す略図である。
を示す略図である。
【図３】本発明の方法により得られる圧電体の各組成の
割合と曲げ強度の関係を示すグラフである。
割合と曲げ強度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の方法により得られる圧電体の各組成の
割合と電気特性の関係を示すグラフである。
割合と電気特性の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 粒成長剤を被覆したＰＺＴ材料20〜60重
量％、粒成長抑制剤を被覆したＰＺＴ材料10〜50重量％
及びＰＺＴ材料30重量％以上を混合し、バインダを添加
した後に造粒し、所定形状に成形し、そして焼成するこ
とを特徴とする、アクチュエータ用圧電体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21752693A JPH0769722A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | アクチュエータ用圧電体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21752693A JPH0769722A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | アクチュエータ用圧電体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0769722A true JPH0769722A (ja) | 1995-03-14 |
Family
ID=16705631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21752693A Pending JPH0769722A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | アクチュエータ用圧電体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769722A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007013096A (ja) * | 2005-05-31 | 2007-01-18 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータおよびその駆動方法、並びに印刷ヘッド |
| JP2007088022A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Kyocera Corp | 積層圧電体 |
| JP2008050206A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Seiko Epson Corp | 圧電材料およびその製造方法、並びに、圧電素子 |
-
1993
- 1993-09-01 JP JP21752693A patent/JPH0769722A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007013096A (ja) * | 2005-05-31 | 2007-01-18 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータおよびその駆動方法、並びに印刷ヘッド |
| JP2007088022A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Kyocera Corp | 積層圧電体 |
| JP2008050206A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Seiko Epson Corp | 圧電材料およびその製造方法、並びに、圧電素子 |
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