JPS6358784B2 - - Google Patents
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- JPS6358784B2 JPS6358784B2 JP59130153A JP13015384A JPS6358784B2 JP S6358784 B2 JPS6358784 B2 JP S6358784B2 JP 59130153 A JP59130153 A JP 59130153A JP 13015384 A JP13015384 A JP 13015384A JP S6358784 B2 JPS6358784 B2 JP S6358784B2
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- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
〔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、スイツチ、微小位置制御機器等、
多方面にわたつ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
dS1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、従つ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、例えば比較的圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3
Nb2/3）O3―PbZrO3―PbTiO3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に限定されてい
た。従つ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Pb
〔（Ni1/3Nb2/3）A（Y1/2Nb1/2）BZrCTiD〕O3で示され
（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝１） 0.300≦Ａ≦0.550 0.002≦Ｂ≦0.040 0.100≦Ｃ≦0.290 0.310≦Ｄ≦0.408 を満足する基本組成物に対し、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Co2O3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
La2O3，CeO2，Nd2O3，Sm2O3，Dy2O3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，
NiO，Nb2O5，Y2O3，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つ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、
1ton／cm2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35〜50kV／cmを30分間
印加し、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10mm、幅２mm、厚さ１mm、
長さ35mm、幅10mm、厚さ0.15mmを得た。 この２種類の圧電素子のうち形状のものに、
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
Δl／ｌ値で評価した（Δl…縮み量、ｌ…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ツチして第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dS1に相当する変位）を測定した。第１表に
測定結果の一例を示す。尚第１表において、＊印
の試料No.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の代表試料と参
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に示した。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ａ〜第２図ｄからも
明らかな様に、本発明の圧電磁器組成物から成る
試料は各々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。
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、スイツチ、微小位置制御機器等、
多方面にわたつ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
dS1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、従つ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、例えば比較的圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3
Nb2/3）O3―PbZrO3―PbTiO3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に限定されてい
た。従つ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Pb
〔（Ni1/3Nb2/3）A（Y1/2Nb1/2）BZrCTiD〕O3で示され
（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝１） 0.300≦Ａ≦0.550 0.002≦Ｂ≦0.040 0.100≦Ｃ≦0.290 0.310≦Ｄ≦0.408 を満足する基本組成物に対し、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Co2O3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
La2O3，CeO2，Nd2O3，Sm2O3，Dy2O3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，
NiO，Nb2O5，Y2O3，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つ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、
1ton／cm2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35〜50kV／cmを30分間
印加し、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10mm、幅２mm、厚さ１mm、
長さ35mm、幅10mm、厚さ0.15mmを得た。 この２種類の圧電素子のうち形状のものに、
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
Δl／ｌ値で評価した（Δl…縮み量、ｌ…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ツチして第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dS1に相当する変位）を測定した。第１表に
測定結果の一例を示す。尚第１表において、＊印
の試料No.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の代表試料と参
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に示した。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ａ〜第２図ｄからも
明らかな様に、本発明の圧電磁器組成物から成る
試料は各々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。
【表】
【表】
この様に本発明はPb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Y1/2
Nb1/2）BZrCTiD〕O3を基本組成とし、Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ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Co2O3
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るPb〔（Y1/2Nb1/2）O3成分及
び副成分との相乗効果により、従来組成物では成
し得なかつた、より大きな電気歪量、機械的変位
が実現したものである。 尚、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，Ｂ＞0.040，0.100
＞Ｃ，Ｃ＞0.290，0.310＞Ｄ，Ｄ＞0.408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の添加量の各各が0.5重量％より多
い組成物のものでは電気歪量、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、及び希土類元素の酸化物
から選ばれた１種とCo2O3の添加量が各々0.01重
量％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、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) 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、省エネルギー
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に応じて自
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ある。 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、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たが、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、従つ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、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。
Nb1/2）BZrCTiD〕O3を基本組成とし、Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ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Co2O3
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るPb〔（Y1/2Nb1/2）O3成分及
び副成分との相乗効果により、従来組成物では成
し得なかつた、より大きな電気歪量、機械的変位
が実現したものである。 尚、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，Ｂ＞0.040，0.100
＞Ｃ，Ｃ＞0.290，0.310＞Ｄ，Ｄ＞0.408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の添加量の各各が0.5重量％より多
い組成物のものでは電気歪量、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、及び希土類元素の酸化物
から選ばれた１種とCo2O3の添加量が各々0.01重
量％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、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) 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、省エネルギー
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に応じて自
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ある。 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、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たが、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、従つ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、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。
第１図はバイモルフ型圧電変位素子の一例を示
す図、第２図ａ〜第２図ｄは本発明圧電磁器組成
物の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。
す図、第２図ａ〜第２図ｄは本発明圧電磁器組成
物の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 (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式 Pb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Y1/2Nb1/2）BZrCTiD〕O3 で示され（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝１） 0.300≦Ａ≦0.550 0.002≦Ｂ≦0.040 0.100≦Ｃ≦0.290 0.310≦Ｄ≦0.408 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Co2O3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 前記希土類元素の酸化物がLa2O3，CeO2，
Nd2O3，Sm2O3，Dy2O3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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130153A JPS6110059A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130153A JPS6110059A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6110059A JPS6110059A (ja) | 1986-01-17 |
| JPS6358784B2 true JPS6358784B2 (ja) | 1988-11-16 |
Family
ID=15027250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59130153A Granted JPS6110059A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6110059A (ja) |
-
1984
- 1984-06-26 JP JP59130153A patent/JPS6110059A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6110059A (ja) | 1986-01-17 |
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