JPS62216282A - 電歪素子の使用方法 - Google Patents
電歪素子の使用方法Info
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- JPS62216282A JPS62216282A JP61058634A JP5863486A JPS62216282A JP S62216282 A JPS62216282 A JP S62216282A JP 61058634 A JP61058634 A JP 61058634A JP 5863486 A JP5863486 A JP 5863486A JP S62216282 A JPS62216282 A JP S62216282A
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- electrostrictive
- electric field
- electrostrictive element
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- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は電歪素子の使用方法に関する。
(従来の技術)
常誘電相と強誘電相との相転移温度が使用温度近傍か使
用温度以下にある電歪材ネ4は、電界と電歪との関係が
ヒステリシスを示さないか、示しても小ネいので、精密
な微小位置決めの用途に適しているといわれている。
用温度以下にある電歪材ネ4は、電界と電歪との関係が
ヒステリシスを示さないか、示しても小ネいので、精密
な微小位置決めの用途に適しているといわれている。
このような精密位置決めを必要とする装置などは、通常
、温度変化が±0.5℃以下に制御された環境で使用さ
れている。そして、精密位置決めに使用される電歪素子
の精度はフルストロークの1.5%以下でなければなら
ないといわれている。
、温度変化が±0.5℃以下に制御された環境で使用さ
れている。そして、精密位置決めに使用される電歪素子
の精度はフルストロークの1.5%以下でなければなら
ないといわれている。
すなわち、温度が1℃変動した時に、電歪の温度ドリフ
トがフルストロークの1.5%以下である電歪素子なら
ば、精密位置決め装置に使用することができる。
トがフルストロークの1.5%以下である電歪素子なら
ば、精密位置決め装置に使用することができる。
しかしながら、電歪材料は誘電率の温度依存性が大きい
ため、結果的に電歪も温度安定性に欠けるという問題が
あった。そして、従来、電歪素子は電界に換算して3X
10’V’m−1までの電圧を印加して使用されている
が、このような条件では」二連した精度を満たせなかっ
た。
ため、結果的に電歪も温度安定性に欠けるという問題が
あった。そして、従来、電歪素子は電界に換算して3X
10’V’m−1までの電圧を印加して使用されている
が、このような条件では」二連した精度を満たせなかっ
た。
(発明が解決しようとする問題点)
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであ
り、電歪素子の温度安定性を改善して精度を向、にする
ことができる電歪素子の使用方法を提供しようとするも
のである。
り、電歪素子の温度安定性を改善して精度を向、にする
ことができる電歪素子の使用方法を提供しようとするも
のである。
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段と作用)本発明の電歪素
子の使用方法は、常誘電相と強誘電相との相転移温度が
使用温度近傍か使用温度以下にある電歪材料で電歪素子
を構成し、該電歪素子に電界に換算して、 E、TI=χPm+ξPTl、3 (ただし、 ETll:電歪素子に印加する電界[V−m−1]、P
lTI :電歪素子に誘起される電気分極EC−m″2
]、 χ、ξ:E=χP+ξP3で近似したときの係数で、温
度により変化する電歪材料固有の定数、 aχ/aT:電歪素子の使用温度付近におけるχの温度
係数、) を超える電圧を印加することを特徴とするものである。
子の使用方法は、常誘電相と強誘電相との相転移温度が
使用温度近傍か使用温度以下にある電歪材料で電歪素子
を構成し、該電歪素子に電界に換算して、 E、TI=χPm+ξPTl、3 (ただし、 ETll:電歪素子に印加する電界[V−m−1]、P
lTI :電歪素子に誘起される電気分極EC−m″2
]、 χ、ξ:E=χP+ξP3で近似したときの係数で、温
度により変化する電歪材料固有の定数、 aχ/aT:電歪素子の使用温度付近におけるχの温度
係数、) を超える電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明において用いられる電歪材料は、常誘電相と強誘
電相との相転移温度が使用温度近傍か使用温度以下にあ
り、使用温度よりも十分低5%温度では強誘電相になる
ものに限定される。このような材料は、大きな誘電率を
有するため一般に電歪も大きい。なお、相転移温度が使
用温度よりかなり高い材料は電界と電歪との関係が大き
なヒステリシスを示すので、相転移温度が使用温度より
もたかだか20℃高いものまでを限度とする。また、相
転移温度は使用温度よりも低いことが望ましい。
電相との相転移温度が使用温度近傍か使用温度以下にあ
り、使用温度よりも十分低5%温度では強誘電相になる
ものに限定される。このような材料は、大きな誘電率を
有するため一般に電歪も大きい。なお、相転移温度が使
用温度よりかなり高い材料は電界と電歪との関係が大き
なヒステリシスを示すので、相転移温度が使用温度より
もたかだか20℃高いものまでを限度とする。また、相
転移温度は使用温度よりも低いことが望ましい。
−1−記のような電歪材料としては、例えばP b (
M g I/3 N b 2/3 ) 03、Pb[(
Mg+/3”2/3 )l−x ” ’!〕” 。
M g I/3 N b 2/3 ) 03、Pb[(
Mg+/3”2/3 )l−x ” ’!〕” 。
P b 1−x L a、(Z r、 T I 、−y
)、1/403Pb1−8Bax(ZryTll−y)
03、が挙げられる。
)、1/403Pb1−8Bax(ZryTll−y)
03、が挙げられる。
」−記のような電歪材料を例えば多数積層することによ
り構成される電歪素子に、電界に換算して上記の式で表
わされるElを超える電圧を印加するのは、こうした条
件の場合に、温度が1”0変動した時の電歪の温度ドリ
フトがフルストロークの1.5%以下であるという、精
密位置決めに使用される電歪素子に要求される特性を満
たすことができるためである。
り構成される電歪素子に、電界に換算して上記の式で表
わされるElを超える電圧を印加するのは、こうした条
件の場合に、温度が1”0変動した時の電歪の温度ドリ
フトがフルストロークの1.5%以下であるという、精
密位置決めに使用される電歪素子に要求される特性を満
たすことができるためである。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
電歪をS、温度をT、温度変化をΔT、電歪の温度ドリ
フトをΔSとすると、ΔSは次式で与えられる。
フトをΔSとすると、ΔSは次式で与えられる。
ところで、電歪Sと分極Pとの関係は、5=QP2
(ただし、QJτ沼δd0 ・・・(2)なる式で近似
できるので、as/F)Tはとなる。
(ただし、QJτ沼δd0 ・・・(2)なる式で近似
できるので、as/F)Tはとなる。
また、電界Eと分極Pとの関係は高い電界まで印加した
場合には顕著な非線形性を示し、E=χP+ξP3 ・
・・(4) なる式で近似できる。この式を(3)式に代入すると、 となる。
場合には顕著な非線形性を示し、E=χP+ξP3 ・
・・(4) なる式で近似できる。この式を(3)式に代入すると、 となる。
(5)式を(1)式に代入し、両辺を5=QP2で割る
と、次式が得られる。
と、次式が得られる。
トコローt’、(1/ Q)・(a Q/ a T)と
(1/ξ)−<a ξ/ a T)とは、(1/ x)
・(a x / B T)ト比較して十分小さいことが
知られているため、(6)式中第2項だけを考慮すれば
よい。この第2項では1分極Pが大きければ大きいほど
分母が大きくなり、全体の大きさが小さくなることがわ
かる。換言すれば、分極Pが大きくなればなるほど、電
歪の温度依存性が小さくなる。これは、従来知られてい
なかった知見である。
(1/ξ)−<a ξ/ a T)とは、(1/ x)
・(a x / B T)ト比較して十分小さいことが
知られているため、(6)式中第2項だけを考慮すれば
よい。この第2項では1分極Pが大きければ大きいほど
分母が大きくなり、全体の大きさが小さくなることがわ
かる。換言すれば、分極Pが大きくなればなるほど、電
歪の温度依存性が小さくなる。これは、従来知られてい
なかった知見である。
そして、上述したように温度が1”O変動した時の電歪
の温度ドリフトがフルストロークの1.5%以下である
という特性を得るためには、(6)式の第2項について
ΔT=1を代入して、 という条件を満たせばよい、この不等式を解くことによ
り次式が得られる。
の温度ドリフトがフルストロークの1.5%以下である
という特性を得るためには、(6)式の第2項について
ΔT=1を代入して、 という条件を満たせばよい、この不等式を解くことによ
り次式が得られる。
更に、電界Eと分極Pとの関係は(3)式で近似できる
ので、電界に換算して E、=χF、+ξPm 3=(8) (ただし、 を超える電圧を電歪素子に印加して使用すれば。
ので、電界に換算して E、=χF、+ξPm 3=(8) (ただし、 を超える電圧を電歪素子に印加して使用すれば。
1ΔS / Slを1.5%以下に抑えることができる
。
。
なお、上記の式中のχ、ξ及びaχ/aTはそれぞれ電
歪材料に固有の定数であり、以下のような方法により簡
単に実測することができる。
歪材料に固有の定数であり、以下のような方法により簡
単に実測することができる。
χとξについては、まず電界Eと分極Pとの関係を測定
する。測定方法としては、ソーヤ・タウアの方法が代表
的であるが、他の方法でもさしつかえない。この際、電
界はできるだけ高いところまで印加することが望ましく
、最低でも±3×10 ’ V−m ”′1の電界を印
加すれば、電界と分極とが顕著に非線形性を示す。この
ようにして得られた曲線と(0式との関係からχ及びξ
を求める。
する。測定方法としては、ソーヤ・タウアの方法が代表
的であるが、他の方法でもさしつかえない。この際、電
界はできるだけ高いところまで印加することが望ましく
、最低でも±3×10 ’ V−m ”′1の電界を印
加すれば、電界と分極とが顕著に非線形性を示す。この
ようにして得られた曲線と(0式との関係からχ及びξ
を求める。
この場合、最小2乗法により求めれば誤差が小さい。
また、aχ/fllTについては、まず使用温度で上述
したようにχを求め、次に使用温度よりも10℃高い温
度で再びχを求める。このときのχの変化分をΔχとす
れば、aχ/aTは、で与えられる。
したようにχを求め、次に使用温度よりも10℃高い温
度で再びχを求める。このときのχの変化分をΔχとす
れば、aχ/aTは、で与えられる。
このようにして得られたχ、ξ及びaχ/f9Tを(l
O)式に代入することによりPWlを求め、更にこれを
(9)式に代入することによりEmを求めることができ
る。
O)式に代入することによりPWlを求め、更にこれを
(9)式に代入することによりEmを求めることができ
る。
また、」二連したように分極Pが大きければ大きいほど
1ΔS / Slが小さくなるので、例えばPmをとす
れば、1ΔS / Slを1%以下に抑えることができ
、より一層精度を向上することができる。
1ΔS / Slが小さくなるので、例えばPmをとす
れば、1ΔS / Slを1%以下に抑えることができ
、より一層精度を向上することができる。
(実施例)
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例1
組成式
%式%
にて表される磁器を使用し、以下のようにして積層型電
歪素子を製造した。
歪素子を製造した。
まず、上記組成の電歪材料の焙焼粉に、バインダー、有
機溶剤を加えてスラリー化した後、ドクターブレード型
キャスターを用いて厚さ451Lmのクリーンシートを
作製した0次に、このグリーンシート上に銀−パラジウ
ムを主成分とする電極ペーストを所定のパターンで印刷
した。つづいて、電極パターンが形成されたシートを3
9層積層圧着した。つづいて、所定の形状に切断して脱
脂を行なった後、1100℃、2時間の条件で焼成した
。更に、焼結後、外部電極としてAgペーストを焼付け
、積層型電歪素子を製造した。
機溶剤を加えてスラリー化した後、ドクターブレード型
キャスターを用いて厚さ451Lmのクリーンシートを
作製した0次に、このグリーンシート上に銀−パラジウ
ムを主成分とする電極ペーストを所定のパターンで印刷
した。つづいて、電極パターンが形成されたシートを3
9層積層圧着した。つづいて、所定の形状に切断して脱
脂を行なった後、1100℃、2時間の条件で焼成した
。更に、焼結後、外部電極としてAgペーストを焼付け
、積層型電歪素子を製造した。
この素子は1層307tmで39層の電歪層からなり、
有効長は1.19mmであった。また、この素子の誘電
率の温度特性を調べたところ、相転移温度は15℃付近
にあることが確認された。
有効長は1.19mmであった。また、この素子の誘電
率の温度特性を調べたところ、相転移温度は15℃付近
にあることが確認された。
この素子の電界と分極との関係を23℃で測定したとこ
ろ、第2図のようになった。第2図中実線は実測値、破
線は(4)式による曲線である。第2図から最小2乗法
によりχ及びξを求めたところ、それぞれX=8.OX
106[N’C−”m]、ξ=2.5 X 108[
V−C−’m5]が得られた。
ろ、第2図のようになった。第2図中実線は実測値、破
線は(4)式による曲線である。第2図から最小2乗法
によりχ及びξを求めたところ、それぞれX=8.OX
106[N’C−”m]、ξ=2.5 X 108[
V−C−’m5]が得られた。
次に、33℃で同様な測定を行ない、 (11)式によ
り(l/χ)・(aχ/aT)を求めたところ、0.0
30に−1であった。
り(l/χ)・(aχ/aT)を求めたところ、0.0
30に−1であった。
また、この素子の分極と歪との関係を第3図に示す。第
3図中実線は実測値、破線は(2)式による曲線である
。
3図中実線は実測値、破線は(2)式による曲線である
。
更に、この素子における電界と歪との関係を第1図に示
す。第1図において、第2図及び第3図で同一のPの値
に対応する破線上のE及びSの値をプロットしたところ
、実測値とほぼ重なることが確認された。このことから
、(2)式及び(4)式の近似式を用いて計算を行なう
ことが妥当であることがわかる。
す。第1図において、第2図及び第3図で同一のPの値
に対応する破線上のE及びSの値をプロットしたところ
、実測値とほぼ重なることが確認された。このことから
、(2)式及び(4)式の近似式を用いて計算を行なう
ことが妥当であることがわかる。
そして、上記のようにして求められたχ、ξ及び(l/
χ)・(aχ/aT)の値を(12)式に代入してrt
nを求め、更にこのPTl、を(9)式に代入してET
+1を求めたところ、ETIl=2.8X10’[V・
m−1]が得られた。したがって、この素子に電界に換
算して2.8 X l O’ [V−m−1]を超える
電圧を印加して使用すれば、温度が1℃変動した時の温
度ドリフトをフルストロークの1%以下とすることがで
きる。
χ)・(aχ/aT)の値を(12)式に代入してrt
nを求め、更にこのPTl、を(9)式に代入してET
+1を求めたところ、ETIl=2.8X10’[V・
m−1]が得られた。したがって、この素子に電界に換
算して2.8 X l O’ [V−m−1]を超える
電圧を印加して使用すれば、温度が1℃変動した時の温
度ドリフトをフルストロークの1%以下とすることがで
きる。
実施例2
チタン酸バリウムを主成分とする誘電体材料を使用して
上記実施例1と同様な方法により積層型電歪素子を製造
した。ただし、内部電極としてはパラジウムを使用し、
焼成温度は1280℃とした。
上記実施例1と同様な方法により積層型電歪素子を製造
した。ただし、内部電極としてはパラジウムを使用し、
焼成温度は1280℃とした。
この素子は1層36gmの厚さで33層の電歪層からな
り、有効長は1.17mmであった。また、この素子の
相転移温度は約10℃にあることが確認された。
り、有効長は1.17mmであった。また、この素子の
相転移温度は約10℃にあることが確認された。
この素子の電界と分極との関係を23°Cで測定したと
ころ第5図のようになった。第5図中実線は実測値、プ
ロットは(4)式によるものである。
ころ第5図のようになった。第5図中実線は実測値、プ
ロットは(4)式によるものである。
第5図から最小2乗法によりχ及びξを求めたところ、
それぞれX = 7.OX 10 ’ [V−C−”m
]、ξ=8.5 X 108[v’C−’mS]が得ら
れた。
それぞれX = 7.OX 10 ’ [V−C−”m
]、ξ=8.5 X 108[v’C−’mS]が得ら
れた。
次に、33℃で同様な測定を行ない、(11)式により
(1/ χ) −(Fj X / a T)を求めたと
ころ、0.077に−1であった。
(1/ χ) −(Fj X / a T)を求めたと
ころ、0.077に−1であった。
また、この素子の分極と歪との関係を第6図に示す。第
6図中実線は実測値、プロット及び破線は(2)式によ
るものである。
6図中実線は実測値、プロット及び破線は(2)式によ
るものである。
更に、この素子における電界と歪との関係を第4図に示
す。第4図において、第5図及び第6図で同一のPの値
に対応するE及びSの近似値をプロットしたところ、実
測値とほぼ重なることが確認された。このことから、こ
の場合も実施例1と同様に(2)式及び(4)式の近似
式を用いて計算を行なうことが妥当であることがわかる
。
す。第4図において、第5図及び第6図で同一のPの値
に対応するE及びSの近似値をプロットしたところ、実
測値とほぼ重なることが確認された。このことから、こ
の場合も実施例1と同様に(2)式及び(4)式の近似
式を用いて計算を行なうことが妥当であることがわかる
。
そして、」1記のようにして求められたχ、ξ及び(1
/χ戸(aχ/ a T、>の値を(12)式に代入し
てP、を求め、更にこのPTllを(8)式に代入して
Emを求めたところ、Em =4.52X 106[V
’m−1]が得られた。したがって、この素子に電界に
換算して4.52X 10 ’ [V−m−1]を超え
る電圧を印加して使用すれば、温度が1”0変動した時
の温度ドリフトをフルストロークの1%以下とすること
ができる。
/χ戸(aχ/ a T、>の値を(12)式に代入し
てP、を求め、更にこのPTllを(8)式に代入して
Emを求めたところ、Em =4.52X 106[V
’m−1]が得られた。したがって、この素子に電界に
換算して4.52X 10 ’ [V−m−1]を超え
る電圧を印加して使用すれば、温度が1”0変動した時
の温度ドリフトをフルストロークの1%以下とすること
ができる。
[発明の効果]
以上詳述した如く本発明の電歪素子の使用方法によれば
、電歪素子の温度安定性を改善して精度を向上すること
ができ、ひいては電歪素子を例えば精密位置決め装置に
使用できるなど工業上極めて顕著な効果を奏するもので
ある。
、電歪素子の温度安定性を改善して精度を向上すること
ができ、ひいては電歪素子を例えば精密位置決め装置に
使用できるなど工業上極めて顕著な効果を奏するもので
ある。
第1図は本発明の実施例1における電歪素子の電界−歪
曲線、第2図は同電歪素子の電界−分極曲線、第3図は
同電歪素子の分極−歪曲線、第4図は本発明の実施例2
における電歪素子の電界−歪曲線、第5図は同電歪素子
の電界−分極曲線、第6図は同電歪素子の分極−歪曲線
である。 出願人代理人 弁理士 鈴江 武彦 PrC−m−21 第3図 第4図
曲線、第2図は同電歪素子の電界−分極曲線、第3図は
同電歪素子の分極−歪曲線、第4図は本発明の実施例2
における電歪素子の電界−歪曲線、第5図は同電歪素子
の電界−分極曲線、第6図は同電歪素子の分極−歪曲線
である。 出願人代理人 弁理士 鈴江 武彦 PrC−m−21 第3図 第4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 常誘電相と強誘電相との相転移温度が使用温度近傍か
使用温度以下にある電歪材料で電歪素子を構成し、該電
歪素子に電界に換算して、 E_m=χP_m+ξP_m^3 (ただし、 P_m=■(2χ/3ξ)√{(1/0.015)・(
1/χ)・[(∂χ/∂T)−(1/2)]}E_m:
電歪素子に印加する電界[V・m^−^1]、P_m:
電歪素子に誘起される電気分極、 [C・m^−^2]、 χ、ξ:E=χP+ξP^3で近似したときの係数で、
温度により変化する電歪材料固有 の定数、 ∂χ/∂T:電歪素子の使用温度付近におけるχの温度
係数、) を超える電圧を印加することを特徴とする電歪素子の使
用方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61058634A JPS62216282A (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 電歪素子の使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61058634A JPS62216282A (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 電歪素子の使用方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62216282A true JPS62216282A (ja) | 1987-09-22 |
Family
ID=13090013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61058634A Pending JPS62216282A (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 電歪素子の使用方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62216282A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5555219A (en) * | 1992-12-16 | 1996-09-10 | Ricoh Company, Ltd. | Ferroelectric material, and semiconductor memory, optical recording medium and micro-displacement control device using the ferroelectric material |
-
1986
- 1986-03-17 JP JP61058634A patent/JPS62216282A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5555219A (en) * | 1992-12-16 | 1996-09-10 | Ricoh Company, Ltd. | Ferroelectric material, and semiconductor memory, optical recording medium and micro-displacement control device using the ferroelectric material |
US5610853A (en) * | 1992-12-16 | 1997-03-11 | Ricoh Company, Ltd. | Ferroelectric material, and semiconductor memory, optical recording medium and micro-displacement control device using the ferroelectric material |
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