JPS6358789B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6358789B2 JPS6358789B2 JP59130159A JP13015984A JPS6358789B2 JP S6358789 B2 JPS6358789 B2 JP S6358789B2 JP 59130159 A JP59130159 A JP 59130159A JP 13015984 A JP13015984 A JP 13015984A JP S6358789 B2 JPS6358789 B2 JP S6358789B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement
- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
- present
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 16
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 38
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (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。 〔従来技例〕 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（Ni1/3Nb2/3）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所望さ
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（Zn1/3Nb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）
C
ZrDTiE〕O3で示され、（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ
＝１） 0.300≦Ａ≦0.550 0.005≦Ｂ≦0.100 0.002≦Ｃ≦0.050 0.070≦Ｄ≦0.288 0.230≦Ｅ≦0.405 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
を特徴とするものである。 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，ZnO，Sb2O3，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。
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。 〔従来技例〕 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（Ni1/3Nb2/3）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所望さ
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（Zn1/3Nb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）
C
ZrDTiE〕O3で示され、（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ
＝１） 0.300≦Ａ≦0.550 0.005≦Ｂ≦0.100 0.002≦Ｃ≦0.050 0.070≦Ｄ≦0.288 0.230≦Ｅ≦0.405 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
を特徴とするものである。 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，ZnO，Sb2O3，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。
【表】
【表】
【表】
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２ａ〜第２ｄ図に示した。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。 〔発明の効果〕 この様に本発明は Pb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Zn1/3Nb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）
C
ZrDTiE〕O3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〔（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb
（Sb1/2Nb1/2）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＞0.100，Ｃ＞
0.050，0.070＞Ｄ，Ｄ＞0.288，0.230＞Ｅ，Ｅ＞
0.405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種及びCo2O3の添加量が各々
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、目的とする変位素子として
は好ましくなく、又0.005＞Ｂ，0.002＞Ｃ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、本発明
に係る組成物を用い、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。
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２ａ〜第２ｄ図に示した。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。 〔発明の効果〕 この様に本発明は Pb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Zn1/3Nb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）
C
ZrDTiE〕O3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〔（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb
（Sb1/2Nb1/2）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＞0.100，Ｃ＞
0.050，0.070＞Ｄ，Ｄ＞0.288，0.230＞Ｅ，Ｅ＞
0.405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種及びCo2O3の添加量が各々
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、目的とする変位素子として
は好ましくなく、又0.005＞Ｂ，0.002＞Ｃ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、本発明
に係る組成物を用い、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（Zn1/3Nb2/3）B（Sb1/2Nb1/2）
C
ZrDTiE〕O3 で示され、（但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝１） 0.300≦Ａ≦0.550 0.005≦Ｂ≦0.100 0.002≦Ｃ≦0.050 0.070≦Ｄ≦0.288 0.230≦Ｅ≦0.405 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 |
|---|---|---|---|
| JP59130159A JPS6110065A (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 |
|---|---|---|---|
| JP59130159A JPS6110065A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6110065A JPS6110065A (ja) | 1986-01-17 |
| JPS6358789B2 true JPS6358789B2 (ja) | 1988-11-16 |
Family
ID=15027407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59130159A Granted JPS6110065A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6110065A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4755919B2 (ja) * | 2006-02-23 | 2011-08-24 | 富士フイルム株式会社 | ジルコンチタン酸鉛系組成物とその製造方法、圧電体、及び圧電素子 |
-
1984
- 1984-06-26 JP JP59130159A patent/JPS6110065A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6110065A (ja) | 1986-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4513948B2 (ja) | 圧電磁器およびその製造方法 | |
| JP3296640B2 (ja) | 圧電セラミックス | |
| KR100481226B1 (ko) | 세라믹 액츄에이터용 압전 세라믹 조성물 및 압전 세라믹 제조방법 | |
| JPH0519504B2 (ja) | ||
| JPS6358789B2 (ja) | ||
| JPH0519506B2 (ja) | ||
| KR100197150B1 (ko) | 작동기용 압전 세라믹 조성물 | |
| JPH0442352B2 (ja) | ||
| JPH0558729A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPS6358784B2 (ja) | ||
| JPS6358788B2 (ja) | ||
| JP2839253B2 (ja) | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 | |
| JPS6358785B2 (ja) | ||
| JPS6358783B2 (ja) | ||
| JPH052623B2 (ja) | ||
| JPH0519505B2 (ja) | ||
| JPS6358786B2 (ja) | ||
| JPS6358787B2 (ja) | ||
| JPH052624B2 (ja) | ||
| JPH05163063A (ja) | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 | |
| JPH0751460B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| KR100250207B1 (ko) | 바이모프 액츄에이터용 압전 세라믹스 조성물 | |
| JP3117625B2 (ja) | 電界誘起歪み材料 | |
| JPH0624841A (ja) | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 | |
| JP2001106569A (ja) | 電界誘起歪み材料 |