JPH084158B2 - アクチユエ−タ− - Google Patents
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- JPH084158B2 JPH084158B2 JP61212647A JP21264786A JPH084158B2 JP H084158 B2 JPH084158 B2 JP H084158B2 JP 61212647 A JP61212647 A JP 61212647A JP 21264786 A JP21264786 A JP 21264786A JP H084158 B2 JPH084158 B2 JP H084158B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
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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。すなわち、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対を変位させる
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。すなわち、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対を変位させる
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。
［従来の技術］ 従来、圧電磁器のたわみを利用する素子としては、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。
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。
［発明が解決しようとする問題点］ これらは、高い負電圧あるいは長期にわたる負電圧の
印加により、圧電磁器の脱分極が起こり、また、磁器と
電極材料との接着部が剥離するという問題があった。し
たがって、これらをアクチュエーターとして使用する場
合、当然その寿命が短い。
印加により、圧電磁器の脱分極が起こり、また、磁器と
電極材料との接着部が剥離するという問題があった。し
たがって、これらをアクチュエーターとして使用する場
合、当然その寿命が短い。
［問題点を解決するための手段およびその作用］ ところで、本発明者らは、単板であって、しかも分極
処理を施さないにもかかわらず、なぜかたわむ磁器、す
なわちモノモルフ型圧電磁器を見出した。このモノモル
フ型圧電磁器をアクチュエーターとして使用することに
より、上記の問題は大幅に解決されることとなる。
処理を施さないにもかかわらず、なぜかたわむ磁器、す
なわちモノモルフ型圧電磁器を見出した。このモノモル
フ型圧電磁器をアクチュエーターとして使用することに
より、上記の問題は大幅に解決されることとなる。
以下、本発明のアクチュエーターの材料であるモノモ
ルフ型圧電磁器の具体例について説明する。
ルフ型圧電磁器の具体例について説明する。
（誘電損失型BaTiO3系磁器） 従来、実用化されているBaTiO3系磁器は、大きい誘電
率、小さい誘電損失を有することからコンデンサーとし
て使用されている。この種の磁器は、電界−歪特性が良
好でなく、アクチェエーターとして使用することができ
ない。
率、小さい誘電損失を有することからコンデンサーとし
て使用されている。この種の磁器は、電界−歪特性が良
好でなく、アクチェエーターとして使用することができ
ない。
ところが、本発明者らは、1KHzにおける誘電損失が５
％以上であって、かつ、1KHzにおける誘電損失に対する
100HKzにおけるそれの減少率が30％以上であるBaTiO3系
磁器は、モノモルフ型のものであることを見出した。
％以上であって、かつ、1KHzにおける誘電損失に対する
100HKzにおけるそれの減少率が30％以上であるBaTiO3系
磁器は、モノモルフ型のものであることを見出した。
たとえば、BaTiO3に一定量のSiO2または／およびAl2O
3、あるいはさらに磁器の粒成長を抑制する目的で5A族
元素、Ga,Bi,Sb,W、希土類元素等の酸化物のうちの１種
以上を含ませることにより、上記の性質をもたせること
ができる。この種のものとして、SiO2を0.2〜20モル％;
Al2O3を0.2〜1.5モル％;SiO2およびAl2O3を合計0.2〜20
モル％,Al2O3/SiO2モル比0.8以下;SiO2または／およびA
l2O3を１〜２モル％と5A族元素,Ga,Bi,Sb,W、希土類元
素等の酸化物を0.33〜２モル％程度等含んだBaTiO3系磁
器を例示することができる。
3、あるいはさらに磁器の粒成長を抑制する目的で5A族
元素、Ga,Bi,Sb,W、希土類元素等の酸化物のうちの１種
以上を含ませることにより、上記の性質をもたせること
ができる。この種のものとして、SiO2を0.2〜20モル％;
Al2O3を0.2〜1.5モル％;SiO2およびAl2O3を合計0.2〜20
モル％,Al2O3/SiO2モル比0.8以下;SiO2または／およびA
l2O3を１〜２モル％と5A族元素,Ga,Bi,Sb,W、希土類元
素等の酸化物を0.33〜２モル％程度等含んだBaTiO3系磁
器を例示することができる。
（表面酸化型半導体BaTiO3系磁器） 本発明者らは、半導性を示すBaTiO3系磁器の表面が酸
化されたものであって内部に半導体を残したものもモノ
モルフ型であることを見出した。該半導体を示すBaTiO3
系磁器は、従来公知の比抵抗10〜106Ω・cmのものでよ
く、たとえば、BaTiO3単味または5A族元素,Ga,Bi,Sb,
W、希土類元素等の酸化物の１種以上を0.33〜２モル％
程度等含むものなどを挙げることができる。
化されたものであって内部に半導体を残したものもモノ
モルフ型であることを見出した。該半導体を示すBaTiO3
系磁器は、従来公知の比抵抗10〜106Ω・cmのものでよ
く、たとえば、BaTiO3単味または5A族元素,Ga,Bi,Sb,
W、希土類元素等の酸化物の１種以上を0.33〜２モル％
程度等含むものなどを挙げることができる。
（BaTiO3系磁器の製造法） 上記BaTiO3系磁器の製造に供するBaTiO3粉末は、たと
えば、BaCO3粉末とTiO2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およびチタンの称賛
塩、塩酸塩等の水溶性塩の混合水溶液のシュウ酸等を添
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。
えば、BaCO3粉末とTiO2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およびチタンの称賛
塩、塩酸塩等の水溶性塩の混合水溶液のシュウ酸等を添
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。
本発明のアクチュエーターの材料である磁器の製造
は、磁器一般の製造法と同じく、原料粉末の秤量、混
合、乾燥、成形、焼結等のプロセスをとればよい。ここ
で、混合方法としては、ボールミル、振動ミル等による
方法をとることができ、成形方法としては、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
等による方法をとることができる。
は、磁器一般の製造法と同じく、原料粉末の秤量、混
合、乾燥、成形、焼結等のプロセスをとればよい。ここ
で、混合方法としては、ボールミル、振動ミル等による
方法をとることができ、成形方法としては、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
等による方法をとることができる。
焼結は、成形体に含まれる成分や組成によって難易は
あるものの、前述のものにあっては、いずれも1200〜14
50℃に１〜15時間保持して行えばよい。焼結の際の雰囲
気は、前記の誘電損失に特性をもつ磁器の製造の際に
は、空気でよく、表面酸化型のものであってBaTiO3単味
のものではAr、N2等の不活性雰囲気またはH2等の還元性
雰囲気がよく、表面酸化型であって5A族元素、Ga,Bi,S
b,W,希土類元素等の酸化物を含むものでは空気中または
上記の非酸化性雰囲気のいずれでもよい。
あるものの、前述のものにあっては、いずれも1200〜14
50℃に１〜15時間保持して行えばよい。焼結の際の雰囲
気は、前記の誘電損失に特性をもつ磁器の製造の際に
は、空気でよく、表面酸化型のものであってBaTiO3単味
のものではAr、N2等の不活性雰囲気またはH2等の還元性
雰囲気がよく、表面酸化型であって5A族元素、Ga,Bi,S
b,W,希土類元素等の酸化物を含むものでは空気中または
上記の非酸化性雰囲気のいずれでもよい。
表面酸化型のものにあっては、上記のようにして好ま
しくは比抵抗10〜106Ω・cmの焼結体を得、それをさら
に空気中で、700〜1200℃に10分〜２時間加熱して表面
を酸化すればよい。
しくは比抵抗10〜106Ω・cmの焼結体を得、それをさら
に空気中で、700〜1200℃に10分〜２時間加熱して表面
を酸化すればよい。
［作用］ 本発明のアクチュエーターは、前述のとおり、分極処
理を施していない単板であるにもかかわらずたわむ、す
なわちモノモルフ型のものである。そのたわむ理由は、
以下の様に考えられる。一般的に半導体にオーミック接
触を示さない金属を接合させると電子のエネルギーバン
ド構造に、ショットキー型（あるいは、絶縁層がある場
合にはモット型）の障壁が形成される。両面に金属を接
合し、電圧を印加した場合、一方は順方向、他方は逆方
向の構造となる。半導体理論により、電界は磁器内で一
様とならず逆方向である金属−セラミック近傍へ集中す
る。
理を施していない単板であるにもかかわらずたわむ、す
なわちモノモルフ型のものである。そのたわむ理由は、
以下の様に考えられる。一般的に半導体にオーミック接
触を示さない金属を接合させると電子のエネルギーバン
ド構造に、ショットキー型（あるいは、絶縁層がある場
合にはモット型）の障壁が形成される。両面に金属を接
合し、電圧を印加した場合、一方は順方向、他方は逆方
向の構造となる。半導体理論により、電界は磁器内で一
様とならず逆方向である金属−セラミック近傍へ集中す
る。
また半導体磁器のみならず、絶縁体においても、電界
によって泳動する電荷（電子，イオン）が存在すれば、
印加時の電荷の泳動によって電極−セラミックス界面に
障壁が生成し、上記の半導体と同様に、電界が接合部付
近に集中する。
によって泳動する電荷（電子，イオン）が存在すれば、
印加時の電荷の泳動によって電極−セラミックス界面に
障壁が生成し、上記の半導体と同様に、電界が接合部付
近に集中する。
この様に、不均一に電界が集中した側だけに圧電圧を
通じて伸縮が起こり、板全体がたわむこととなる。
通じて伸縮が起こり、板全体がたわむこととなる。
［実施例］ 実施例１〜23、比較例１〜７ 添加物を使用しない場合は（実施例１および比較例
１）、BaTiO3粉末をそのまま、また添加物を使用する場
合はBaTiO3と各酸化物とを秤量し、エタノール中で24時
間ボールミールによって混合し、乾燥してから、1.5T/c
m2の圧力で長さ約48mm、幅約18mm、厚さ約10mmの板に成
形した。つぎに、これを、実施例１ではAr中で、他の例
では空気中で所定時間、所定温度で焼結し、上記長さ約
48mm、幅約18mmからなる面に相当する面に平行に切断し
て、長さ40mm、幅15mm、厚さ0.5mmの磁器からなるアク
チュエーターを得た。実施例１〜９においては、この磁
器の比抵抗を測定した。つぎに、上記磁器の両面に銀ペ
ーストを塗布して、空気中で800℃に１時間加熱して焼
付けることにより電極をとりつけた。実施例１〜９で
は、この焼付けによって、表面が完全に酸化され、絶縁
化されたことを、抵抗を測定して確認した。実施例10〜
23および比較例１〜７においては、所定の周波数におけ
る誘導損失を測定した。
１）、BaTiO3粉末をそのまま、また添加物を使用する場
合はBaTiO3と各酸化物とを秤量し、エタノール中で24時
間ボールミールによって混合し、乾燥してから、1.5T/c
m2の圧力で長さ約48mm、幅約18mm、厚さ約10mmの板に成
形した。つぎに、これを、実施例１ではAr中で、他の例
では空気中で所定時間、所定温度で焼結し、上記長さ約
48mm、幅約18mmからなる面に相当する面に平行に切断し
て、長さ40mm、幅15mm、厚さ0.5mmの磁器からなるアク
チュエーターを得た。実施例１〜９においては、この磁
器の比抵抗を測定した。つぎに、上記磁器の両面に銀ペ
ーストを塗布して、空気中で800℃に１時間加熱して焼
付けることにより電極をとりつけた。実施例１〜９で
は、この焼付けによって、表面が完全に酸化され、絶縁
化されたことを、抵抗を測定して確認した。実施例10〜
23および比較例１〜７においては、所定の周波数におけ
る誘導損失を測定した。
つぎに、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9mmの部分（図１におけるＤの部分）を
固定し、6kV/cmの電界を印加し、固定した箇所から28mm
（図１におけるＡの位置）、19mm（図１におけるＢの位
置）および9mm（図１におけるＣの位置）の位置の変位
量をうず電流式非接触センサーで測定した。
長さ方向の一端9mmの部分（図１におけるＤの部分）を
固定し、6kV/cmの電界を印加し、固定した箇所から28mm
（図１におけるＡの位置）、19mm（図１におけるＢの位
置）および9mm（図１におけるＣの位置）の位置の変位
量をうず電流式非接触センサーで測定した。
以上に記載したもの以外の条件および結果を表に示
す。
す。
また、上記のように固定したアクチュエーターに10V
の交流電圧を加えたところ、いずれの例でも、アクチュ
エーターが交流電圧と同じ周波数で振動し、その周波数
の音波を発した。
の交流電圧を加えたところ、いずれの例でも、アクチュ
エーターが交流電圧と同じ周波数で振動し、その周波数
の音波を発した。
実施例24 93mol％BaTiO3−5mol％SiO2−2mol％Al2O3の組成の磁
器を実施例と同様に作製し、図１に示した治具に固定
し、以下の測定をした。変位量はいずれもＡ点における
ものである。
器を実施例と同様に作製し、図１に示した治具に固定
し、以下の測定をした。変位量はいずれもＡ点における
ものである。
周波数0.1Hzの交流の印加し、そのとき発生した変位
量を測定した。その結果を図２に示す。（図２中、電界
方向と同じ方向の変位の符号を＋とする。） また図３はアクチュエーターをユニポーラ駆動させた
時の電界変位特性であり、電界−変位特性はヒステリシ
スも小さく、電界に対して（2.5,3.8,5,6.8kv/cm）直線
的である。
量を測定した。その結果を図２に示す。（図２中、電界
方向と同じ方向の変位の符号を＋とする。） また図３はアクチュエーターをユニポーラ駆動させた
時の電界変位特性であり、電界−変位特性はヒステリシ
スも小さく、電界に対して（2.5,3.8,5,6.8kv/cm）直線
的である。
図４は、ユニポーラ駆動をさせた場合の、周波数と変
位の関係を示したもので、220Hzで変位は最大となり、
機械的共振が引き起こされている。電荷移動の緩和時間
は共振を妨げるほど大きくないことがわかる。
位の関係を示したもので、220Hzで変位は最大となり、
機械的共振が引き起こされている。電荷移動の緩和時間
は共振を妨げるほど大きくないことがわかる。
図５は、種々の電極（両面にGa−Inを塗布したもの
（Ａ）、両面にAuを蒸着したもの（Ｂ）、および片面に
Agを焼き付け、他面にGa−Inを塗布したもの（Ｃ））の
効果を示したもので、焼き付け銀電極の使用が、変位を
発生させるのに重要である。
（Ａ）、両面にAuを蒸着したもの（Ｂ）、および片面に
Agを焼き付け、他面にGa−Inを塗布したもの（Ｃ））の
効果を示したもので、焼き付け銀電極の使用が、変位を
発生させるのに重要である。
図１は、実施例におけるアクチュエーターの素子の長さ
および幅の寸法、たわみの測定点および固定部分を示す
概念図である。 A,B,C:たわみの測定点 D:固定部分 図２〜５は、いずれも実施例24における測定データを示
すものであって、図２はバイポーラ駆動時の電界と変位
の関係を示すグラフである。図３はユニポーラ駆動時の
電界と変位の関係を示すグラフである。図４はユニポー
ラ駆動時の変位の周波数依存性を示すグラフである。図
５は、電極材料を変えた際の電解−歪特性を示すグラフ
である。
および幅の寸法、たわみの測定点および固定部分を示す
概念図である。 A,B,C:たわみの測定点 D:固定部分 図２〜５は、いずれも実施例24における測定データを示
すものであって、図２はバイポーラ駆動時の電界と変位
の関係を示すグラフである。図３はユニポーラ駆動時の
電界と変位の関係を示すグラフである。図４はユニポー
ラ駆動時の変位の周波数依存性を示すグラフである。図
５は、電極材料を変えた際の電解−歪特性を示すグラフ
である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１ Ｚ Ｃ０４Ｂ 35/46 Ｊ (72)発明者 月舘 隆明 東京都日野市程久保344番地の215 審査官 加藤 浩一 (56)参考文献 特開 昭61−77123（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−39048（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭53−47920（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (8)
- 【請求項１】モノモルフ型圧電磁器からなり、この圧電
磁器が1KHzにおける誘電損失５％以上、かつ、1KHzにお
ける誘電損失に対する100KHzにおける誘電損失の減少量
30％以上のBaTiO3系磁器（１）、又は、半導性を示すBa
TiO3系磁器の表面を酸化した磁器（２）であるアクチュ
エーター。 - 【請求項２】磁器（１）がSiO2または／およびAl2O3を
添加物として含むものである特許請求の範囲（１）項記
載のアクチュエーター。 - 【請求項３】磁器（１）がSiO2を0.2〜20モル％含むも
のである特許請求の範囲（２）項記載のアクチュエータ
ー。 - 【請求項４】磁器（１）がAl2O3を0.2〜1.5モル％含む
ものである特許請求の範囲（２）項記載のアクチュエー
ター。 - 【請求項５】磁器（１）がSiO2およびAl2O3を合計0.2〜
20モル％含み、そのAl2O3/SiO2モル比が0.8以下である
特許請求の範囲（２）項記載のアクチュエーター。 - 【請求項６】磁器（１）がSiO2または／およびAl2O3と
周期率表の5A族元素、Ga、Bi、Sb、Ｗおよび希土類元素
の酸化物のうちの１種以上とを含むものである特許請求
の範囲（１）項記載のアクチュエーター。 - 【請求項７】磁器（２）がBaTiO3のみからなる特許請求
の範囲（１）項記載のアクチュエーター。 - 【請求項８】磁器（２）が周期率表の5A族元素、Ga、B
i、Sb、Ｗおよび希土類元素の酸化物のうちの１種以上
を含むものである特許請求の範囲（１）項記載のアクチ
ュエーター。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR870004692A KR870011519A (ko) | 1986-05-13 | 1987-05-13 | 작동기 |
| EP87106940A EP0252248A3 (en) | 1986-05-13 | 1987-05-13 | Actuator |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61-107660 | 1986-05-13 | ||
| JP10766086 | 1986-05-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63114182A JPS63114182A (ja) | 1988-05-19 |
| JPH084158B2 true JPH084158B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=14464789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61212647A Expired - Lifetime JPH084158B2 (ja) | 1986-05-13 | 1986-09-11 | アクチユエ−タ− |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH084158B2 (ja) |
| KR (1) | KR870011519A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5239048A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-26 | Koyo Seiko Co Ltd | An automatic stop and safety apparatus on the side of driven portion in an unive rsal coupling shaft |
| 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 JP61212647A patent/JPH084158B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-05-13 KR KR870004692A patent/KR870011519A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63114182A (ja) | 1988-05-19 |
| KR870011519A (ko) | 1987-12-24 |
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