JPS61230507A - 電気・機械変換素子用圧電磁器の駆動方法 - Google Patents
電気・機械変換素子用圧電磁器の駆動方法Info
- Publication number
- JPS61230507A JPS61230507A JP60072397A JP7239785A JPS61230507A JP S61230507 A JPS61230507 A JP S61230507A JP 60072397 A JP60072397 A JP 60072397A JP 7239785 A JP7239785 A JP 7239785A JP S61230507 A JPS61230507 A JP S61230507A
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- Japan
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- voltage
- ferroelectric
- piezoelectric ceramic
- ferroelectric phase
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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。
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、電気・機械変換素子用圧電磁器の駆動方法に
係り、特に変位量が極めて大である駆動方法に関するも
のである。
係り、特に変位量が極めて大である駆動方法に関するも
のである。
［従来の技術］
電気・機械変換素子は高周波フィルタ、超音波遅延線、
光変調素子などの情報処理装置用各種素子に広く用いら
れている他、ガス点火装置、超音波発振子、圧電トラン
ス、圧電モータ等の動力的装置としても広く使用されて
いる。
光変調素子などの情報処理装置用各種素子に広く用いら
れている他、ガス点火装置、超音波発振子、圧電トラン
ス、圧電モータ等の動力的装置としても広く使用されて
いる。
従来の電気・機械変換素子は強誘電体磁器を用いて、そ
れにおける圧電効果を利用したものであるが、動力的装
置として用いる場合、一層大きな変位を有するものが期
待されている。
れにおける圧電効果を利用したものであるが、動力的装
置として用いる場合、一層大きな変位を有するものが期
待されている。
而して、従来の電気・機械変換素子用圧電磁器に印加す
る電圧としては正弦波、パルス波などが用いられている
。
る電圧としては正弦波、パルス波などが用いられている
。
［発明が解決しようとする問題点］
従来、電気・機械変換素子用圧電磁器において変位量を
大きくするために、磁器の圧電定数が大きくなるようそ
の組成等に改良を加えているが、電圧の印加力式それ自
体についての検討は加えられておらず、圧電磁器の変位
量を増大させる場合の盲点となっている。
大きくするために、磁器の圧電定数が大きくなるようそ
の組成等に改良を加えているが、電圧の印加力式それ自
体についての検討は加えられておらず、圧電磁器の変位
量を増大させる場合の盲点となっている。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、電気・機械変換素子用圧電磁器に電圧を印加
するに際し、正電圧と負電圧とを交番して印加し、電圧
磁器の変位量を増大させるようにしたものである。
するに際し、正電圧と負電圧とを交番して印加し、電圧
磁器の変位量を増大させるようにしたものである。
以下本発明について更に詳細に説明する。
本発明において用いられる圧電磁器としては、強誘電体
、非強誘電体（反強誘電体あるいは常誘電体）、あるい
は使用温度範囲で電圧を印加することによって相変態を
起こし結晶軸の長さ及び／又は結晶の単位胞体積が変化
すると共に、印加電圧が０のときに強誘電体相、非強誘
電体相及び強誘電体相と非強誘電体相との共存相のいず
れの相をもとり得る性質を有する誘電体（以下新誘電体
ということがある。）が挙げられる。
、非強誘電体（反強誘電体あるいは常誘電体）、あるい
は使用温度範囲で電圧を印加することによって相変態を
起こし結晶軸の長さ及び／又は結晶の単位胞体積が変化
すると共に、印加電圧が０のときに強誘電体相、非強誘
電体相及び強誘電体相と非強誘電体相との共存相のいず
れの相をもとり得る性質を有する誘電体（以下新誘電体
ということがある。）が挙げられる。
強誘電体とは１周知の如く自発分極の方向が外部電界の
極性の反転により反転するものでおりる。
極性の反転により反転するものでおりる。
また、反強誘電体とは、結晶の格子が互いに反平行で絶
対値が等しい自発分極をもつような二つの副格子から成
っていて、かつ外部電界によってこの二つの自発分極を
平行にし得る誘電体である。
対値が等しい自発分極をもつような二つの副格子から成
っていて、かつ外部電界によってこの二つの自発分極を
平行にし得る誘電体である。
更に、常誘電体とは、結晶格子が立方体からなるもので
、ｉｐ加電界の変化によって相変態が生ぜず、また、も
ともと自発分極がないため、その配向もあり得ない物質
である。従って、電界を印加しても分極は極めて小さい
ものである。ここで云う非強誘電体とは、上述の反強誘
電体と常誘電体の総称である。
、ｉｐ加電界の変化によって相変態が生ぜず、また、も
ともと自発分極がないため、その配向もあり得ない物質
である。従って、電界を印加しても分極は極めて小さい
ものである。ここで云う非強誘電体とは、上述の反強誘
電体と常誘電体の総称である。
第２図は新語電体のＰ（分極）−Ｅあ（電界）特性を示
すヒステリシスループである。
すヒステリシスループである。
この新語電体は、印加電圧が０のときに強誘電体相、非
強誘電体相及び強誘電体相と非強誘電体相との共存相の
いずれの相をもとり得る。即ち、絶対値が８５以上の電
界を印加することにより、状態１１又は１４の強誘電体
相をとり分極を示す、この状態でＥ＝０とすると状態１
２又は１５をとり、自発分極が残留し強誘電体相を維持
する。状態１２においいて−Ｅ４〜−Ｅ５の電界を印加
するか又は状態１５においてＥ４〜Ｅ５の電界を印加す
ると、ｐ＝ｏとなり分極を示さない状態１３．１６．即
ち、反強誘電相となる。しかも状ｓ１３又は１５のとき
にＥ＝ＯとするとＰ＝０の状態を保存したまま原点０に
到り、非強誘電体相を維持する。
強誘電体相及び強誘電体相と非強誘電体相との共存相の
いずれの相をもとり得る。即ち、絶対値が８５以上の電
界を印加することにより、状態１１又は１４の強誘電体
相をとり分極を示す、この状態でＥ＝０とすると状態１
２又は１５をとり、自発分極が残留し強誘電体相を維持
する。状態１２においいて−Ｅ４〜−Ｅ５の電界を印加
するか又は状態１５においてＥ４〜Ｅ５の電界を印加す
ると、ｐ＝ｏとなり分極を示さない状態１３．１６．即
ち、反強誘電相となる。しかも状ｓ１３又は１５のとき
にＥ＝ＯとするとＰ＝０の状態を保存したまま原点０に
到り、非強誘電体相を維持する。
さらに、状態１４又は１５のときに
Ｅ４よりも僅かに小さい電界（Ｅ４−ΔＥ）もしくはＥ
５よりも僅′かに大きい電界（Ｅｓ＋ΔＥ）を印加し、
次いでＥ＝Ｏとした場合、あるいは 状態１１又は１２のときに−Ｅ４よりも僅かに大きい電
界（−Ｅ４＋ΔＥ）もしくは−Ｅ５よりも僅かに小さな
電界（−Ｅ ｓ−ΔＥ）を印加し、次いでＥ＝０とした
場合、には、第２図中、破線矢印で示される如き経路を
経てＥ＝０となり、強誘電相と非強誘電相とが共存した
相をとるのである。
５よりも僅′かに大きい電界（Ｅｓ＋ΔＥ）を印加し、
次いでＥ＝Ｏとした場合、あるいは 状態１１又は１２のときに−Ｅ４よりも僅かに大きい電
界（−Ｅ４＋ΔＥ）もしくは−Ｅ５よりも僅かに小さな
電界（−Ｅ ｓ−ΔＥ）を印加し、次いでＥ＝０とした
場合、には、第２図中、破線矢印で示される如き経路を
経てＥ＝０となり、強誘電相と非強誘電相とが共存した
相をとるのである。
一般に、誘電体に電界を印加した場合の誘電体の変位は
、電歪による変形、相変態による変形、自発分極の配向
による変形、ｄ＠Ｅ（ｄ：圧電定数）項による変形の四
つの要素に分類することができ、このうちの１又は２以
上の要素によって変位が生ずるのであるが（なお電歪は
すべのの誘電体において生ずる。）、新語電体は相変態
による変形及び自発分極の配向による変形が相乗されて
大きな変形が生ずる。即ち、第２図の説明において詳述
した通り、新語電体においては、強誘電体相、非強誘電
体相、強誘電体相と非強誘電体相との共存相の間で相互
に変態し、これによって変位が生ずる。そして、相変態
により、ａ軸、ｂ軸、ａ軸の１又は２以上の長さが変化
したり、軸長に変化はないものの軸交叉角度α、β、γ
が変化して結晶の単位胞体積が変化し、これによって変
位が生ずる。
、電歪による変形、相変態による変形、自発分極の配向
による変形、ｄ＠Ｅ（ｄ：圧電定数）項による変形の四
つの要素に分類することができ、このうちの１又は２以
上の要素によって変位が生ずるのであるが（なお電歪は
すべのの誘電体において生ずる。）、新語電体は相変態
による変形及び自発分極の配向による変形が相乗されて
大きな変形が生ずる。即ち、第２図の説明において詳述
した通り、新語電体においては、強誘電体相、非強誘電
体相、強誘電体相と非強誘電体相との共存相の間で相互
に変態し、これによって変位が生ずる。そして、相変態
により、ａ軸、ｂ軸、ａ軸の１又は２以上の長さが変化
したり、軸長に変化はないものの軸交叉角度α、β、γ
が変化して結晶の単位胞体積が変化し、これによって変
位が生ずる。
また、本発明者の研究によれば、新語電体においては、
例えば正方晶糸の場合、結晶格子のａ軸とａ軸との比Ｃ
／ ａの１からの重離度がしばしば１通常の強誘電体相
や反強誘電体相を構成する結晶の１からの垂離度よりも
大きいことが認められた。このようにＣ／ ａの１から
の垂離の大きい結晶は、Ｃ／ ａが１に近いものよりも
配向による変位が大きい。
例えば正方晶糸の場合、結晶格子のａ軸とａ軸との比Ｃ
／ ａの１からの重離度がしばしば１通常の強誘電体相
や反強誘電体相を構成する結晶の１からの垂離度よりも
大きいことが認められた。このようにＣ／ ａの１から
の垂離の大きい結晶は、Ｃ／ ａが１に近いものよりも
配向による変位が大きい。
これに対し１強誘電体においては印加電界の変化により
、自発分極の反転又は配向は生じ得るが、相変態は生じ
ないので、それだけ変位が小さいものとなる。
、自発分極の反転又は配向は生じ得るが、相変態は生じ
ないので、それだけ変位が小さいものとなる。
また、反強誘電体においては印加電界の変化により、自
発分極の反転又は配向、並びに反強誘電体相と強誘電体
相との間の相変態が生ずる。しかしながら、反強誘電体
相及びこの相変態により生ずる強誘電体相は１通常、Ｃ
／ａが１に近く、それだけ変位が小さいのである。
発分極の反転又は配向、並びに反強誘電体相と強誘電体
相との間の相変態が生ずる。しかしながら、反強誘電体
相及びこの相変態により生ずる強誘電体相は１通常、Ｃ
／ａが１に近く、それだけ変位が小さいのである。
また、常誘電体においては、印加電界の変化によって相
変態が生じなく、またそもそも自発分極もないからその
配向もあり得なく、従って変位は極めて小さい。
変態が生じなく、またそもそも自発分極もないからその
配向もあり得なく、従って変位は極めて小さい。
このような、使用温度範囲で電圧を印加することによっ
て相変態を起こし結晶軸の長さ及び／又は結晶の単位胞
体積が変化すると共に、印加電圧がＯのときに強誘電相
、非強誘電相及び強誘電相と非強誘電相との共存相のい
ずれの相をもとり得る性質を有する物質としては、次の
ようなものが挙げられる。
て相変態を起こし結晶軸の長さ及び／又は結晶の単位胞
体積が変化すると共に、印加電圧がＯのときに強誘電相
、非強誘電相及び強誘電相と非強誘電相との共存相のい
ずれの相をもとり得る性質を有する物質としては、次の
ようなものが挙げられる。
（Ｐｂ Ｌａ
Ｏ，９２４０，０７８）（Ｚｒ０．７０”０．３０）０
．９８１０３０．９１８ ０．０８４）（ＺｒＯ，８５
”０．３５）０．９７９０３（Ｐｂ Ｌａ ”ｂＯ，８５ＳｒＯ，１５）（Ｚｒ０．５１ＴｉＯ，３
４”０．０１２５旧０．０３７５”０．１０）０３ （ｐｂＯ，８５ＳｒＯ，１５）（Ｚｒ０．５０”０．３
５旧０．０５”０．１０）０３”ｂＯ，８５ＳｒＯ，１
５） （２ｒＯ，５５”０．３０”０．０５ＮｂＯ，１
Ｇ）０３本発明において圧電磁器に印加する電圧の波形
としては、第１図（ａ）に示す様な正パルスと負パルス
とが交番するパルス波、第１図（ｂ）に示す様な交流正
弦波及び第１図（Ｃ）に示すような交流正弦波に直流成
分を重畳した正弦波、第１図（ｄ）に示すような三角波
形など、要するに、正電圧と負電圧とが交番するものが
用いられる。
．９８１０３０．９１８ ０．０８４）（ＺｒＯ，８５
”０．３５）０．９７９０３（Ｐｂ Ｌａ ”ｂＯ，８５ＳｒＯ，１５）（Ｚｒ０．５１ＴｉＯ，３
４”０．０１２５旧０．０３７５”０．１０）０３ （ｐｂＯ，８５ＳｒＯ，１５）（Ｚｒ０．５０”０．３
５旧０．０５”０．１０）０３”ｂＯ，８５ＳｒＯ，１
５） （２ｒＯ，５５”０．３０”０．０５ＮｂＯ，１
Ｇ）０３本発明において圧電磁器に印加する電圧の波形
としては、第１図（ａ）に示す様な正パルスと負パルス
とが交番するパルス波、第１図（ｂ）に示す様な交流正
弦波及び第１図（Ｃ）に示すような交流正弦波に直流成
分を重畳した正弦波、第１図（ｄ）に示すような三角波
形など、要するに、正電圧と負電圧とが交番するものが
用いられる。
［作用］
電気・機械変換素子用圧電磁器に、正電圧と負電圧とを
交番して印加することにより極めて大きな変位が生ずる
。
交番して印加することにより極めて大きな変位が生ずる
。
［実施例］
実施例１
（ＰｂＯ，８５Ｓｒ０．１５）（ＺｒＯ，５１ＴｉＯ，
３４”０．０１２５旧０．０３７５Ｎｂ０．１０）０３
よりなる磁器を長さ１０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍに
加工し、その上下両面にクロムと金を蒸着し電極を形成
した。この磁器に第１図（ａ）に示す波形の電圧を印加
したときの変位へえ （□）の測定結果を第３図（ａ）に示す、なお見 本実施例においては、ｖ ＝ ２００ （Ｖ）とし、パ
ルス幅はｔ Ｉ＝ ２（ｓｅａ） 、 ｔ ２ ＝
０ 、５（ｓｅｅ）、パルス間隔はｔ ３ ＝ ｌ （
ｓｅｃ） 、 ｔ ４ ＝ ０ （ｓｅａ）とした。
３４”０．０１２５旧０．０３７５Ｎｂ０．１０）０３
よりなる磁器を長さ１０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍに
加工し、その上下両面にクロムと金を蒸着し電極を形成
した。この磁器に第１図（ａ）に示す波形の電圧を印加
したときの変位へえ （□）の測定結果を第３図（ａ）に示す、なお見 本実施例においては、ｖ ＝ ２００ （Ｖ）とし、パ
ルス幅はｔ Ｉ＝ ２（ｓｅａ） 、 ｔ ２ ＝
０ 、５（ｓｅｅ）、パルス間隔はｔ ３ ＝ ｌ （
ｓｅｃ） 、 ｔ ４ ＝ ０ （ｓｅａ）とした。
実施例２
磁器の材質を”ｂＯ，８５ＳｒＯ，１５）（Ｚ’０．４
８ＴｉＯ，３７０，０１２０，０３８ＮｂＯ，１Ｇ）０
３としたこと以外は実施Ｚｎ旧 例１と同様の測定を行った。
８ＴｉＯ，３７０，０１２０，０３８ＮｂＯ，１Ｇ）０
３としたこと以外は実施Ｚｎ旧 例１と同様の測定を行った。
結果を第３図（ｂ）に示す、なお、本実施例における圧
電磁器は通常の強誘電相を示す材質である。
電磁器は通常の強誘電相を示す材質である。
比較例１
実施例１．２において、負電圧の印加を行なわず、正電
圧のみを印加した。その結果を第３図に示す、（この測
定値は、第３図で−ｖ＝０にプロットされている。） 第３図より、本発明方法によれば極めて大きな変位が生
ずることが明らかである。
圧のみを印加した。その結果を第３図に示す、（この測
定値は、第３図で−ｖ＝０にプロットされている。） 第３図より、本発明方法によれば極めて大きな変位が生
ずることが明らかである。
また、実施例の強誘電体においてはｖ ／ Ｖが３０〜
６０％のとき、新語電体においてはｖ ／ Ｖが１０〜
４０％のときに極めて大きな変位が生ずることも認めら
れる。
６０％のとき、新語電体においてはｖ ／ Ｖが１０〜
４０％のときに極めて大きな変位が生ずることも認めら
れる。
［効果］
以上詳述した通り、本発明は、電気・機械変換素子用圧
電磁器に正電圧と負電圧とを交番して印加するものであ
り、極めて大きな変位を生じさせることができる。
電磁器に正電圧と負電圧とを交番して印加するものであ
り、極めて大きな変位を生じさせることができる。
第１図は印加電圧波形図、第２図は新語電体のＰ−Ｅ
（分極−電界）特性図である。また、第３図は実施例に
おける変位量の測定結果を表わすグラフである。゛ 代 理 人 弁理士 重 野 割筒１図 第２図
（分極−電界）特性図である。また、第３図は実施例に
おける変位量の測定結果を表わすグラフである。゛ 代 理 人 弁理士 重 野 割筒１図 第２図
Claims (5)
- （１）電気・機械変換素子用圧電磁器に、正電圧と負電
圧とを交番して印加することを特徴とする電気・機械変
換素子用圧電磁器の駆動方法。 - （２）前記正電圧と負電圧の波形はそれぞれパルス波形
三角波形あるいは正弦波又はそれらの組合せであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の駆動方法。 - （３）前記圧電磁器は強誘電体又は非強誘電体からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記
載の駆動方法。 - （４）前記圧電磁器は、使用温度範囲で電圧を印加する
ことによって相変態を起こし結晶軸の長さ及び／又は結
晶の単位胞体積が変化すると共に、印加電圧が０のとき
に強誘電体相、非強誘電体相及び強誘電体相と非強誘電
体相との共存相のいずれの相をもとり得る性質を有する
物質からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
は第２項に記載の駆動方法。 - （５）前記正電圧の絶対値と負電圧の絶対値は、その一
方が他方よりも小であり、その電圧比の百分率が１０〜
７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第４項のいずれか１項に記載の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072397A JPS61230507A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 電気・機械変換素子用圧電磁器の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072397A JPS61230507A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 電気・機械変換素子用圧電磁器の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61230507A true JPS61230507A (ja) | 1986-10-14 |
Family
ID=13488093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60072397A Pending JPS61230507A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 電気・機械変換素子用圧電磁器の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61230507A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5013955A (en) * | 1989-06-07 | 1991-05-07 | Nippondenso Co., Ltd. | Drive system of actuator having piezoelectric device for use in motor vehicle |
| JPH1197755A (ja) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Seiko Epson Corp | 圧電素子の駆動方法 |
-
1985
- 1985-04-05 JP JP60072397A patent/JPS61230507A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5013955A (en) * | 1989-06-07 | 1991-05-07 | Nippondenso Co., Ltd. | Drive system of actuator having piezoelectric device for use in motor vehicle |
| JPH1197755A (ja) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Seiko Epson Corp | 圧電素子の駆動方法 |
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