JPS6110061A - 圧電磁器組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔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。いわゆる電圧駆動型圧電変位素子（
以下変位素子と称す）の実用化がリレー、スイッチ、微
小位置制御機器等。

多方面にわたっ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１図に示す如く、金属製弾性板１に
両面から挾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
。そして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、圧電横効果）に伴なう機械的変
位ｄｓ、或はｄＳ２が生ずる。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、従って
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。従来より、この目的に合致する圧電磁器組
成物としては１例えば比較的圧電定数’３１の大きいＰ
ｂ　（Ｎｉ　１ＡＮｂ２／１５）　Ｏｓ　−ＰｂＺｒＯ
３−ＰｂＴＩＯ，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機械的変位が必ずしも十分
とは言えず、変位素子としての利用が極めて狭い範囲罠
限定されていた。従って変位素子として広範囲の用途に
適応する上でより大きな機械的変位をもたらす圧電磁器
材料が望まれていた。

〔発明の目的〕 本発明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く、その結果大きな機械
的変位が発生し、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事を目的とする。

〔発明の構成〕

すなわち本発明の圧電磁器組成物は一般式％式％ され（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝１） ０．３００≦Ａ≦０５５０ ０．００２≦Ｂ≦０．０５０ ０．００２≦Ｃ≦０．０４０ ０１００≦Ｄ≦０２９０ ０．２６０　≦Ｅ≦０４０６ を満足する基本組成物九対し、副成分として希土類元素
の酸化物から選ばれた１種を０．０１〜０．５重量％及
びＣＯ２０，を０．０１〜０．５重量％添加含有して成
る事を特徴とし、更に前記希土類元素の酸化物がＬａ２
Ｏ５，ＣｅＯ２，Ｎｄ２Ｏ３，５ｒｒＩ２０！、、Ｄｙ
２Ｏ３である事を特徴とする。

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。

〔実施例〕

出発原料として化学的純度９９％以上のｐｂｏ　。

Ｎｉ０９Ｎｂ２０５，５ｂ２０６．Ｙ２Ｏ５，ｚｒＯ２
，ＴｉＯ２及び所定の副成分を選び、第１表に示す組成
になる様に精秤した。次にこれら原料をボールミルで混
合した後、乾燥し。

８５０℃で仮焼成した。次いでボールミルによって粉砕
して得られた粉末に、有機バインダを適量加えて造粒し
た後、　　１　７ｃｍ２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３５〜５０にη−を３０分間印加し１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、実質的な効果を確認す
るために、更に研磨加工を施して２種類の形状の矩形状
圧電素子。

すなわち■長さ１０　ｍ　、幅２　ｍ　、厚さｌ　ｍ　
、■長さ３５■９幅１０　ｍ　、厚さ０．１５＋ａ＋を
得た。

以下余白 この２種類の圧電素子のうち形状■のものに２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、Δ１／１値で評価した
（Δｔ・・・縮み量、　１・・・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
サンドイッチして第１図に示す様なバイモルフ型変位素
子を作製し、これに３０Ｖの直流電圧を印加して、一端
固定、他端自由状態での先端に発生する機械的変位（第
１図においてｄＳ、に相当する変位）を測定した。第１
表に結果の一例を示す。尚第１表において、＊印の試料
煮は本発明の圧電磁器組成物に該当する。又本発明をよ
り明確に説明するために本発明の圧電磁器組成物に係る
組成群の各々代表試料と参考例との比較において、電圧
−機械的変位特性の一例を第２図（ａ）〜第２図（ｄ）
　Ｋ示した。尚第２図（ａ）〜第２図（ｄ）の試料番号
は第１表の試料番号と各々対応する。

第１表及び第２図（、）〜第２図（ｄ）からも明らかな
様に２本発明の圧電磁器組成物から成る試料は各各の組
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、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。

〔発明の効果〕

この様に本発明は ｐｂ（（Ｎｔ　１ＡＮｂ、ｙ、）Ａ（５ｂＶＩ２Ｎｂ、
％、）、（ＹＨＮｂＨ）ｃ　ｚ　ｒ　、Ｔ　ｉ　、　）
ｏ　、を基本組成とし、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅを各々適度
な範囲に設定し、且つ副成分として希土類元素の酸化物
から選ばれた１種及びｃｏ２ｏ、を適度な範囲で同時に
添加含有したものであり、特に基本組成におけルＰｂ（
ＳｂＶ２ＮｂＨ）０３．　””ｐ／ｌ”ｐ’２）ｏ５成
分及び副成分の相乗効果により、従来組成では成し得な
かった。

より大きな電気歪量９機械的変位が実現したものである
。

尚０．３００＞Ａ、Ａ＞０．５５０．Ｂ＞０．０５０．
Ｃ）０．０４０゜０．１００）Ｄ、Ｄ）０．２９０，０
．２６０）Ｅ、Ｅ）０．４０６．から成る基本組成物及
び希土類元素の酸化物から選ばれた１種とＣｏ２Ｏ３の
添加量の各々が０５重量％より多い組成物のものでは電
気歪量２機械的変位が低下してしまい、目的とする変位
素子としては好ましくなく、又０．００２）　Ｂ　、　
０．００２）Ｃ及び希土類元素の酸化物から選ばれた１
種と００２０５の添加量の各々が０．０１重ｔチより少
ない組成物では大幅な改善効果が認められないため１本
発明の範囲から除外した。

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ン　　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、省エネルギ一時代に
マツチした新しい変位素子分野に適用できる。

（２）　　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。

（３）　　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
圧の大きさは用途罠応じて自由に選択できる。

（４）　　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
への適用が可能でちる。

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９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だが、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、従って
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１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。

【図面の簡単な説明】

変位素子特性における効果の一例を示すグラフである。 １・・・金属製弾性板、２．２’・・・圧電磁器板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 Ｐｂ〔（Ｎｉ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）＿Ａ（Ｓ
   ｂ＿１＿／＿２Ｎｂ＿１＿／＿２）＿Ｂ（Ｙ＿１＿／＿
   ２Ｎｂ＿１＿／＿２）＿ＣＺｒ＿ＤＴｉ＿Ｅ〕Ｏ＿３で
   示され（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝１） ０．３００≦Ａ≦０．５５０ ０．００２≦Ｂ≦０．０５０ ０．００２≦Ｃ≦０．０４０ ０．１００≦Ｄ≦０．２９０ ０．２６０≦Ｅ≦０．４０６ を満足する基本組成に対し、副成分として希土類元素の
   酸化物から選ばれた１種を０．０１〜０．５重量％、及
   びＣｏ＿２Ｏ＿３を０．０１〜０．５重量％添加含有し
   て成る事を特徴とする圧電磁器組成物。
2. （２）前記希土類元素の酸化物がＬａ＿２Ｏ＿３、Ｃｅ
   Ｏ＿２、Ｎｄ＿２Ｏ＿３、Ｓｍ＿２Ｏ＿３、Ｄｙ＿２Ｏ
   ＿３である事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の圧電磁器組成物。