JPH0834323B2 - 表面酸化型モノモルフアクチユエ−タ−及びその製造法 - Google Patents
表面酸化型モノモルフアクチユエ−タ−及びその製造法Info
- Publication number
- JPH0834323B2 JPH0834323B2 JP61212645A JP21264586A JPH0834323B2 JP H0834323 B2 JPH0834323 B2 JP H0834323B2 JP 61212645 A JP61212645 A JP 61212645A JP 21264586 A JP21264586 A JP 21264586A JP H0834323 B2 JPH0834323 B2 JP H0834323B2
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- porcelain
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- monomorph
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- oxidation
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、精密工作機械における位置決め、流体量制
御バルブ，そのファン，光学装置の光路長制御等の駆動
源や圧電ブザー，圧電スピーカー，超音波振動子等の振
動子として使用することができるアクチュエーターに関
するものである。即ち、本明細書において、「アクチュ
エーター」は、接触している他の物体を変位させるため
の素子だけでなく、自らが動くだけの素子をも意味する
総称として用いる。
御バルブ，そのファン，光学装置の光路長制御等の駆動
源や圧電ブザー，圧電スピーカー，超音波振動子等の振
動子として使用することができるアクチュエーターに関
するものである。即ち、本明細書において、「アクチュ
エーター」は、接触している他の物体を変位させるため
の素子だけでなく、自らが動くだけの素子をも意味する
総称として用いる。
従来、圧電磁器のたわみを利用する素子として、分極
処理を施した１枚の圧電薄板磁器を固定した電極板（シ
ム）に貼り合わせたユニモルフ型や圧電薄板磁器をシム
の両面に貼り合わせたバイモルフ型のものが知られてい
る。しかしながら、これらの圧電素子は高い負電圧或い
は長期にわたる負電圧の印加により、脱分極を起こした
り、磁器と電極材料との接着部が剥離して繰返し使用耐
久性が低い等の問題があった。
処理を施した１枚の圧電薄板磁器を固定した電極板（シ
ム）に貼り合わせたユニモルフ型や圧電薄板磁器をシム
の両面に貼り合わせたバイモルフ型のものが知られてい
る。しかしながら、これらの圧電素子は高い負電圧或い
は長期にわたる負電圧の印加により、脱分極を起こした
り、磁器と電極材料との接着部が剥離して繰返し使用耐
久性が低い等の問題があった。
そこで、近年、フェロエレクトリクス（Ferroelectri
cs），57,203−220（1984）等にみられるように、ポリ
フッ化ビニリデンを原料とした高分子圧電素子の研究が
盛んである。なぜなら、これらの素子は、バイモルフ型
の如く圧電素子を接着する必要がなく、単板のまま（モ
ノモルフ型）で圧電効果を示すので、圧電磁器素子の問
題点を克服する可能性を有するからである。しかしなが
ら、これらの高分子圧電素子は今だ変位量が圧電磁器素
子のそれと比べて小さく又、素子自身が軟かいために変
位を他へ伝達しにくい等の問題を抱えている。
cs），57,203−220（1984）等にみられるように、ポリ
フッ化ビニリデンを原料とした高分子圧電素子の研究が
盛んである。なぜなら、これらの素子は、バイモルフ型
の如く圧電素子を接着する必要がなく、単板のまま（モ
ノモルフ型）で圧電効果を示すので、圧電磁器素子の問
題点を克服する可能性を有するからである。しかしなが
ら、これらの高分子圧電素子は今だ変位量が圧電磁器素
子のそれと比べて小さく又、素子自身が軟かいために変
位を他へ伝達しにくい等の問題を抱えている。
本発明者らは、以上のような観点から鋭意検討を重ね
た結果、強誘電性半導体磁器の表面を酸化し、片面のみ
酸化相を残して研削し、一方の面を酸化相、もう一方の
面を半導体相とした表面酸化型磁器がモノモルフ型圧電
素子となることを見出し、本発明を完成するに至った。
以下、本発明を詳細に説明する。
た結果、強誘電性半導体磁器の表面を酸化し、片面のみ
酸化相を残して研削し、一方の面を酸化相、もう一方の
面を半導体相とした表面酸化型磁器がモノモルフ型圧電
素子となることを見出し、本発明を完成するに至った。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の磁器の原料となる強誘電性半導体磁器として
は、半導性を有するチタン酸バリウム系磁器が好まし
い。この磁器はチタン酸バリウムを調製後に、半導性を
もたせることによって製造することができる。チタン酸
バリウムは、例えば炭酸バリウム（BaCO3）粉末と酸化
チタン（TiC2）粉末とを混合して仮焼し、粉砕する、い
わゆる固相反応法やバリウム及びチタンの硝酸塩，塩酸
塩等の水溶性の混合水溶液にシュウ酸等を添加して沈殿
を生成させ、これを仮焼し、粉砕するいわゆる共沈法に
よって製造することができる。
は、半導性を有するチタン酸バリウム系磁器が好まし
い。この磁器はチタン酸バリウムを調製後に、半導性を
もたせることによって製造することができる。チタン酸
バリウムは、例えば炭酸バリウム（BaCO3）粉末と酸化
チタン（TiC2）粉末とを混合して仮焼し、粉砕する、い
わゆる固相反応法やバリウム及びチタンの硝酸塩，塩酸
塩等の水溶性の混合水溶液にシュウ酸等を添加して沈殿
を生成させ、これを仮焼し、粉砕するいわゆる共沈法に
よって製造することができる。
このチタン酸バリウムに半導性をもたせる方法には２
種類ある。その１つの方法は、チタン酸バリウムに5A族
元素，ガリウム，ビスマス，アンチモン，タングステ
ン，希土類元素等、チタン酸バリウムを半導体化させる
ことがわかっている元素を添加する原子価制御型半導体
であり、その製造方法は磁気一般の製造方法と同じく、
原料粉末を秤量，混合，乾燥，成形，焼結等のプロセス
を採用すればよい。ここで混合方法としては、ボールミ
ル，振動ミル等による方法を、成型方法としては、金型
プレス，ラバープレス，鋳込み成形，射出成形，テープ
成形等による方法を用いることができる。焼結は成形体
に含まれる成分や組成によって多少差があるが通常1200
〜1450℃で１時間程度保持すればよい。焼結の際の雰囲
気は空気中、或いはアルゴン，窒素等の不活性雰囲気
中、水素等の還元雰囲気中のいずれでもよい。
種類ある。その１つの方法は、チタン酸バリウムに5A族
元素，ガリウム，ビスマス，アンチモン，タングステ
ン，希土類元素等、チタン酸バリウムを半導体化させる
ことがわかっている元素を添加する原子価制御型半導体
であり、その製造方法は磁気一般の製造方法と同じく、
原料粉末を秤量，混合，乾燥，成形，焼結等のプロセス
を採用すればよい。ここで混合方法としては、ボールミ
ル，振動ミル等による方法を、成型方法としては、金型
プレス，ラバープレス，鋳込み成形，射出成形，テープ
成形等による方法を用いることができる。焼結は成形体
に含まれる成分や組成によって多少差があるが通常1200
〜1450℃で１時間程度保持すればよい。焼結の際の雰囲
気は空気中、或いはアルゴン，窒素等の不活性雰囲気
中、水素等の還元雰囲気中のいずれでもよい。
他の方法はチタン酸バリウムのみを成形後、上記非酸
化性雰囲気下において1200〜1450℃で１時間程度保持す
ることにより、強制的に還元を行うものである。
化性雰囲気下において1200〜1450℃で１時間程度保持す
ることにより、強制的に還元を行うものである。
このようにして得られた半導体を続いて表面酸化す
る。表面酸化は酸化雰囲気中において1000℃以上で熱処
理することによっても行えるが、この方法では酸化相の
厚さを制御することが難しい。この方法に対し、電解酸
化法を用いると酸化相の厚さを任意に調整することがで
きるので、本発明における磁器の酸化方法として好まし
い。使用する電解液は磁器の成分や組成によって異なる
が、チタン酸バリウム系半導体磁器の場合、亜硝酸ナト
リウム含有水−エチレングリコール混合溶液中が好まし
く、その際の電流密度，電解時間はそれぞれ1mA/cm3以
上で10分以上が好ましい。この時、陽極として酸化を受
ける磁器を、陰極として通常の金属板電極を用いる。
る。表面酸化は酸化雰囲気中において1000℃以上で熱処
理することによっても行えるが、この方法では酸化相の
厚さを制御することが難しい。この方法に対し、電解酸
化法を用いると酸化相の厚さを任意に調整することがで
きるので、本発明における磁器の酸化方法として好まし
い。使用する電解液は磁器の成分や組成によって異なる
が、チタン酸バリウム系半導体磁器の場合、亜硝酸ナト
リウム含有水−エチレングリコール混合溶液中が好まし
く、その際の電流密度，電解時間はそれぞれ1mA/cm3以
上で10分以上が好ましい。この時、陽極として酸化を受
ける磁器を、陰極として通常の金属板電極を用いる。
このようにして得られた酸化相は多孔質で非常にもろ
く、又、半導体相との接着も不十分である。よって、こ
の磁器を900℃以上で熱処理することが好ましい。この
後、片面の酸化相のみを残し、もう一方の面が半導体相
となるまで研削したものに電極を取付けたものをアクチ
ュエーターとした。又、ここで言う電極とは通像使用さ
れるものでかまわない。
く、又、半導体相との接着も不十分である。よって、こ
の磁器を900℃以上で熱処理することが好ましい。この
後、片面の酸化相のみを残し、もう一方の面が半導体相
となるまで研削したものに電極を取付けたものをアクチ
ュエーターとした。又、ここで言う電極とは通像使用さ
れるものでかまわない。
一方の面に表面酸化相を有する板状の強誘電性半導体
磁器の両面に電極を形成し、この電極に電圧を印加し
て、板面に垂直な方向の電界を形成すると、抵抗の高い
表面酸化相の部分では電界強度が大きくなり、抵抗の低
い強誘電性半導体磁器の部分では電界強度は小さくな
る。したがって、圧電体である表面酸化相の部分では、
大きな電界強度により大きな圧電効果を生じるのに対
し、電界強度の小さい強誘電性半導体磁器の部分では殆
ど圧電効果を生じず、結果として板面に垂直な方向に大
きなたわみを生じることになる。このように、本発明の
アクチュエーターでは一枚の磁器に性質の異なる２つの
部分を備えているため、一種のユニモルフ的な動きを生
じるものと考えることができる。即ち、ユニモルフにお
ける圧電体の部分が本発明の表面酸化相に相当し、ユニ
モルフにおける電極板が本発明の強誘電性半導体磁器に
相当するものと考えることができる。
磁器の両面に電極を形成し、この電極に電圧を印加し
て、板面に垂直な方向の電界を形成すると、抵抗の高い
表面酸化相の部分では電界強度が大きくなり、抵抗の低
い強誘電性半導体磁器の部分では電界強度は小さくな
る。したがって、圧電体である表面酸化相の部分では、
大きな電界強度により大きな圧電効果を生じるのに対
し、電界強度の小さい強誘電性半導体磁器の部分では殆
ど圧電効果を生じず、結果として板面に垂直な方向に大
きなたわみを生じることになる。このように、本発明の
アクチュエーターでは一枚の磁器に性質の異なる２つの
部分を備えているため、一種のユニモルフ的な動きを生
じるものと考えることができる。即ち、ユニモルフにお
ける圧電体の部分が本発明の表面酸化相に相当し、ユニ
モルフにおける電極板が本発明の強誘電性半導体磁器に
相当するものと考えることができる。
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１〜３ 市販のチタン酸バリウム粉末100gに五酸化ニオブ（Nb
2O5）を0.0571g（0.05モル％）添加し、エタノール中で
24時間ボールミルによって混合した。乾燥後、1.5t/cm3
の圧力で長さ約48mm,幅約18mm,厚さ10mmの板に成型し
た。
2O5）を0.0571g（0.05モル％）添加し、エタノール中で
24時間ボールミルによって混合した。乾燥後、1.5t/cm3
の圧力で長さ約48mm,幅約18mm,厚さ10mmの板に成型し
た。
次にこの板を200℃/hrの昇温速度で1300℃において１
時間焼成した。その後、1mmの厚さに切断し、この単板
を常温下で、5wt％亜硝酸ナトリウム含有水−エチレン
グリコール混合溶液（1:2）中において、1,2,3mA/cm3と
電流密度を変えてそれぞれ30分間電界酸化した。この
際、陰極には真ちゅう、陽極には調製した磁器を用い
た。その後、50℃/hrの昇温速度で1000℃において１時
間熱処理した。この単板を長さ40mm、幅10mm、厚さ0.5m
mに研削し、両面にガリウム−インジウム電極を塗り付
け測定用試料とした。
時間焼成した。その後、1mmの厚さに切断し、この単板
を常温下で、5wt％亜硝酸ナトリウム含有水−エチレン
グリコール混合溶液（1:2）中において、1,2,3mA/cm3と
電流密度を変えてそれぞれ30分間電界酸化した。この
際、陰極には真ちゅう、陽極には調製した磁器を用い
た。その後、50℃/hrの昇温速度で1000℃において１時
間熱処理した。この単板を長さ40mm、幅10mm、厚さ0.5m
mに研削し、両面にガリウム−インジウム電極を塗り付
け測定用試料とした。
電流密度と酸化層の厚さとの関係を図１に示す。さら
に上記の電極をとりつけたアクチュエーターの長さ方向
の一端10mmの部分を固定し、6KV/cm3の電界を印加し、
固定した箇所から20mmの位置の変位量を渦電流式非接触
センサーで測定した。3mA/cm3の電流密度で電界酸化し
た試料について測定した電界一変位特性を図２に示す。
変位は、電界方向と同一方向を正の変位とし、アクチュ
エーターの酸化相を電界の正側、半導体相を電界の負側
になるよう配置した。
に上記の電極をとりつけたアクチュエーターの長さ方向
の一端10mmの部分を固定し、6KV/cm3の電界を印加し、
固定した箇所から20mmの位置の変位量を渦電流式非接触
センサーで測定した。3mA/cm3の電流密度で電界酸化し
た試料について測定した電界一変位特性を図２に示す。
変位は、電界方向と同一方向を正の変位とし、アクチュ
エーターの酸化相を電界の正側、半導体相を電界の負側
になるよう配置した。
実施例４ 市販のチタン酸バリウム粉末100gに五酸化ニオブ（Nb
2O5）を0.1428g（0.125モル％）添加し、成型体を作成
した。
2O5）を0.1428g（0.125モル％）添加し、成型体を作成
した。
表面酸化方法として電解酸化法を用いずに高温における
雰囲気を制御することにより行った。空気中で200℃/hr
の昇温速度で1300℃に１時間保持した後、200℃/hrの降
温速度で1000℃まで酸素を線速20cm/minで流した。その
後、酸化面を一面残し、長さ45mm・幅10mm,厚さ0.5mmに
切断，研削し、測定試料とした。実施例１〜３と同様に
電解一変位特性を測定し、その結果を図３に示す。
雰囲気を制御することにより行った。空気中で200℃/hr
の昇温速度で1300℃に１時間保持した後、200℃/hrの降
温速度で1000℃まで酸素を線速20cm/minで流した。その
後、酸化面を一面残し、長さ45mm・幅10mm,厚さ0.5mmに
切断，研削し、測定試料とした。実施例１〜３と同様に
電解一変位特性を測定し、その結果を図３に示す。
図１は、電流密度を1,2,3mA/cm3と変えたときの、電流
密度と酸化膜の厚さとの関係を示す。図２は、3mA/cm3
の電流密度で電解酸化した部分を片面にもつ試料の両面
にカリウム−インジウム電極を塗り付け、長さ方向の一
端10mmの部分を固定し、6KV/cmの電界を印加し、固定し
た箇所から20mmの位置における変位量を渦電流式非接触
センターで測定した電解−変位特性を示す。図３は空気
中で表面酸化した試料の電界一変位特性を示す。図2,3
において、変位は電界方向と同一方向を正の変位とし、
アクチュエーターの酸化相を電界の正側，半導体相を電
界の負側になるよう配置した。
密度と酸化膜の厚さとの関係を示す。図２は、3mA/cm3
の電流密度で電解酸化した部分を片面にもつ試料の両面
にカリウム−インジウム電極を塗り付け、長さ方向の一
端10mmの部分を固定し、6KV/cmの電界を印加し、固定し
た箇所から20mmの位置における変位量を渦電流式非接触
センターで測定した電解−変位特性を示す。図３は空気
中で表面酸化した試料の電界一変位特性を示す。図2,3
において、変位は電界方向と同一方向を正の変位とし、
アクチュエーターの酸化相を電界の正側，半導体相を電
界の負側になるよう配置した。
Claims (3)
- 【請求項１】一方の面に表面酸化相を有する板状の強誘
電性半導体磁器の両面に電極を形成したモノモルフ型圧
電素子から成る表面酸化型モノモルフアクチュエータ
ー。 - 【請求項２】強誘電性半導体磁器が半導性を有するチタ
ン酸バリウム系磁器である特許請求の範囲第（１）項記
載の表面酸化型モノモルフアクチュエーター。 - 【請求項３】板状の強誘電性半導体磁器の一方の面に形
成する表面酸化相を電解酸化法により形成することを特
徴とする、一方の面に表面酸化相を有する板状の強誘電
性半導体磁器の両面に電極を形成したモノモルフ型圧電
素子から成る表面酸化型モノモルフアクチュエーターの
製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61212645A JPH0834323B2 (ja) | 1986-09-11 | 1986-09-11 | 表面酸化型モノモルフアクチユエ−タ−及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61212645A JPH0834323B2 (ja) | 1986-09-11 | 1986-09-11 | 表面酸化型モノモルフアクチユエ−タ−及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6369278A JPS6369278A (ja) | 1988-03-29 |
| JPH0834323B2 true JPH0834323B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=16626064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61212645A Expired - Lifetime JPH0834323B2 (ja) | 1986-09-11 | 1986-09-11 | 表面酸化型モノモルフアクチユエ−タ−及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834323B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5502345A (en) * | 1994-08-29 | 1996-03-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Unitary transducer with variable resistivity |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6177123A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-19 | Canon Inc | ヘツド駆動用アクチユエ−タ |
-
1986
- 1986-09-11 JP JP61212645A patent/JPH0834323B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6369278A (ja) | 1988-03-29 |
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