JPH02159079A - アクチュエータ用圧電材料及びその積層型変位素子 - Google Patents

アクチュエータ用圧電材料及びその積層型変位素子

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JPH02159079A
JPH02159079A JP63313621A JP31362188A JPH02159079A JP H02159079 A JPH02159079 A JP H02159079A JP 63313621 A JP63313621 A JP 63313621A JP 31362188 A JP31362188 A JP 31362188A JP H02159079 A JPH02159079 A JP H02159079A
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JP
Japan
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piezoelectric material
strain
amount
laminated
piezoelectric
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Pending
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JP63313621A
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English (en)
Inventor
Yuji Isotani
祐二 磯谷
Katsunori Kanbe
神戸 克典
Yasunobu Kawakami
川上 泰伸
Masami Ogura
小椋 正己
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車のブレーキ装置等に使用するアクチュエ
ータ用の圧電材料、及びそれを用いた積層型変位素子に
関する。
〔従来の技術〕
電界を加えると機械的な歪みを生じる性質を有する物質
は一般に圧電材料と呼ばれ、電気機械変換素子としてバ
イモルフ、圧電火花素子、超音波振動子、圧電ブザー、
セラミックフィルター等に広く利用されている。またこ
のような用途に使用し得る圧電材料として、3aT+0
3、Pb(Zr、 T+)Otし+NbO3,1iTa
oi等が知られている。
一般に圧電材料に電界をかけるとその結晶構造が変化し
、その結晶変態点において極大の歪量(電気機械結合定
数)を示す。結晶変態点は各圧電材料により異なるので
、目的の作動温度に応じ、適当な圧電材料を選択して用
いている。
最近、精密工作機械における位置決め、流体量制御バル
ブ、あるいは光学装置の光路長制御などの駆動源として
使用されるアクチュエータ用圧電材料にBaTiO3系
磁器を使用することが提案されたく特開昭62−154
680 号)。
このBaTi0.系磁器は5in2及びi、O,、さら
に必要に応じ、Y、La、Ce等の希土類元素を添加し
たもので、磁器中に空間電荷を有し、この空間電荷とB
aTi0.の強誘電性とがあいまって、電界の印加に伴
う歪量が分極方向に依存せず、高い負電圧を印加しても
分極反転が起こらない等の特徴を有する。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このBaT+Oz系磁器からなる圧電材
料は、Pb(Zr、 Ti)Os のように例えば菱面
体晶系強誘電相と正方晶系強誘電相の結晶変態点が実際
の作動温度において得られず、実際の作動温度(約−3
0℃〜約+70℃)の範囲においては十分に大きな歪量
が得られないという問題がある。
従って、本発明の目的は実際の作動温度において大きな
歪量を示すアクチュエータ用圧電材料を提供することで
ある。
本発明のもう1つの目的は、かかる圧電材料からなる薄
膜を電極技と交互に積層してなる積層型変位素子を提供
することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等はBaTi
O3中の8aを所定の割合のSrで置換することにより
キュリー点を低下することができ、もって実際の作動温
度における歪量を大きくすることができることを発見し
、本発明に想到した。
すなわち、本発明のアクチュエータ用圧電材料は下記一
般式: %式%) (ただしX=0.1〜0.5) により表される組成を有することを特徴とする。
また本発明のアクチュエータ用積層型変位素子は、下記
一般式: %式%) (ただしX=0.1〜0.5) により表される組成を有する圧電材料からなる複数の薄
板と、電極板とを交互に積層したことを特徴とする。
本発明を以下詳細に説明する。
本発明の圧電材料は下記一般式により表される組成を有
する。
(Ba+−x Sr、t )Tin3 (ただしx=0.1〜0.5) BaT+Oz自身は120 ℃のキュリー点(Tc)を
有するが、Srの量が増大するにつれてキュリー点が低
下する。一般に作動温度において常誘電相(立方晶)と
強誘電相(正方晶)との共存状態にある場合、外部電場
の印加により常誘電相から強誘電相への相変化が起こり
、結晶の格子定数が大きく変化することにより大きな歪
みが発生する。この相転移歪が通常のBaTlOsの圧
電歪に加わることにより、全体として大きな歪量が得ら
れる。
大きな歪量を得るためにはキ、 IJ−点は作動温度に
近いことが必要である。例えば作動温度が室温(24℃
)の場合、圧電材料のキュリー点は24℃に対して一1
O℃〜+15℃の範囲(14〜39℃の範囲)である必
要がある。この場合Srの量Xは0.24〜0.34の
範囲であり、このときの歪量はBaTi0.と比べて平
均で20%、最大では40%以上向上している。
次に、作動温度が70℃と比較的高い場合、キュリー点
は70℃に対して一20℃〜+23℃の範囲であり、こ
のときのSrの量Xは0.1〜0.25の範囲である。
逆に作動温度が一30℃と低い場合、キュリー点は一3
0℃に対して一5℃〜+7℃の範囲であり、このときの
Srの量は0.45〜0.5 の範囲である。
一般に自動車等のアクチユエータとしては、作動温度は
一30℃〜+70℃の範囲であるので、Srの量Xは0
.1〜0.5 の範囲にあればよい。
本発明の(Ba、−、Srx )Ti口、系圧電材料は
次のようにして製造することができる。まず炭酸バリウ
ム粉末と炭酸ストロンチウム粉末と酸化チタン粉末とを
所定の割合で混合し、900〜1200℃で1〜5時間
仮焼した後粉砕することにより所望の組成の圧電材料粉
末を得る。この粉末を金型プレス、冷間静水圧プレス等
により所望の形状に成形した後、1350〜1500℃
で1〜5時間焼結することにより圧電セラミックスとす
る。これを必要に応じ所望の厚さにスライスして使用す
る。
本発明において上記圧電材料を単結晶とするのが好まし
い。圧電材料の単結晶化は、例えば所望の組成の圧電材
料の焼結体又は粉末を白金るつぼに入れ、高周波で加熱
溶融した後、チョクラルスキー法で単結晶を育成する方
法や、焼結体の円柱の一部の帯域(ゾーン)に高周波レ
ーザ光又はノ10ゲン光を集中させることにより溶融さ
せ、単結晶する方法(ゾーンメルティング法)等により
行うことができる。単結晶化した(Ba 5r)Tin
、は特定の方向(C軸方向)において、より大きな歪量
を示すので、単結晶の圧電材料をC軸に垂直にスライス
し、それを積層することにより大きな歪量を示す変位素
子を作ることができる。
本発明の圧電材料を用いた変位素子は以下のような構成
である。すなわち、圧電材料の薄板を電極板を介して複
数枚(n枚)積層して、積層体とし、1枚おきの電極板
と接触する導電体を積層体の両側に設けた構造とする。
その−例を第1図及び第2図に示す。圧電材料1の間に
は正の電極板2と負の電極板3とが交互に配置されてお
り、正の電極板2は導電体4に、また負の電極板3は導
電体5にそれぞれ接続している。従って、導電体4.5
間に電圧を印加すれば、圧電効果により各薄板が歪み、
素子全体としてはそのn倍の歪量が得られる。各圧電材
料の薄板は0.2〜1mmの厚さを有し、100〜20
0枚程度積層するのが好ましい。
また電極板は、スクリーン印刷法、蒸着法、メツキ法、
ドクターブレード法等により、圧電材料の薄板上に形成
することができる。
圧電材料が単結晶の場合、各薄板をC軸に垂直に形成し
、それを積層する。このような構造とすることにより、
多結晶の圧電材料を使用する場合と比較して約3倍以上
の歪特性が得られる。
なお本明細書において用悟「圧電材料」は一般に電気既
械変換特性を有する材料を意味し、圧電セラミックスの
みならずいわゆる電歪材料をも包含するものである。
〔実施例〕
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例1 出発原料として炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム及び
酸化チタンを用い、一般式: (Ba、 X 5rx)
Tie、においてx=Q〜0.4の範囲内の各種の割合
で出発原料を配合した。得られた各混合物を500kg
/cI11の圧力で金型成形し、1450℃で2時間焼
結した。焼結体を厚さQ、5mmにスライスし、薄板と
した。これに金からなる電極板をスパッタ法により形成
し、全体として10cmの高さとなるように積層した。
このようにして得られた積層型の変位素子に、24℃に
おいて3.2にV/mmの電界強度となるように電圧を
かけ、変位素子の歪量を測定した。これにより、圧電材
料中のSrの量Xと歪量(△1/l)との関係を求めた
。結果を第3図に示す。
第3図から明らかな通り、24℃の作動温度の場合x=
0.24〜0.34の範囲において大きな歪量が得られ
ることがわかる。特に好ましいSrの割合は、x=0.
27〜0.33である。
実施例2 実施例1と同様にして、x=Q〜0.5 となるように
(Bal−x Sr、)Tins 圧電セラミックスを
製造し、各Sr量におけるキュリー点(Tc)を測定し
た。結果を第4図に示す。
第4図から明らかな通り、Sr量Xが増大するにつれて
キュリー点が低下する。
実施例3 実施例1と同様にして、(Ba、−x Sr、)TiO
a においてx=Q〜0.5 となるように圧電材料を
製造し、それから第1図に示す構造の変位素子を形成し
た。
得られた変位素子に一30℃、+24℃及び+70℃の
作動温度において、3.2にv/ff1m2 の電界強
度となるように電圧をかけ、歪量(ΔI!/l>を測定
した。
各作動温度における歪量が0.6X10−3以上となる
Sr量を求めた。結果を第5図に示す。
第5図から明らかなように、良好な歪特性を示す組成範
囲は作動温度により異なり、一般に作動温度が高くなる
に従ってXが小さくなる。本実施例においては作動温度
とXとは以下の関係がある。
30℃:  x=0.45〜0.50 +24℃:  x=0.24〜0.34+70℃:  
x=0.10〜0.25〔発明の効果〕 以上に詳述した通り、本発明の圧電材料は(Ba。
X Sr、)Ti03 系圧電セラミックスにおいてX
=0.1〜0.5 の範囲にあるので、実際の作動温度
(−30℃〜+70℃)において大きな歪量を示す。
このような圧電材料からなる積層型変位素子は、自動車
のプレーキー装置におけるアクチュエータや、精密機械
のアクチュエータ等に使用するのに適する。特に自動車
のブレーキ装置に用いる場合、車輪のブレーキによるロ
ックを防止する装置(アンチロックブレーキ装置)用の
アクチュエータとして使用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の圧電材料からなる積層型変位素子の一
例を示す斜視図であり、 第2図は第1図の積層型変位素子の拡大部分断面図であ
り、 第3図は本発明の(Ba+−11Sr、)T+0.系圧
電材料における5rlxと歪量との関係を示すグラフで
あり、 第4図は本発明の(Ba+−11SrM)TsO3系圧
電材料におけるSr量Xとキs ’)−点(Tc)との
関係を示すグラフであり、 第5図は本発明の(Ba+−n SrM)TtOt系圧
電材料が大きな歪量を示すときの5rllと作動温度と
の関係を示すグラフである。 1 ・・・・圧電材料薄板 2.3  ・・・電極板 4.5  ・・・外部導電体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記一般式: (Ba_1_−_xSr_x)TiO_3 (ただしx=0.1〜0.5) により表される組成を有することを特徴とするアクチュ
    エータ用圧電材料。
  2. (2)下記一般式: (Ba_1_−_xSr_x)TiO_3 (ただしx=0.1−0.5) により表される組成を有する圧電材料からなる複数の薄
    板と、電極板とを交互に積層したことを特徴とするアク
    チュエータ用積層型変位素子。
  3. (3)請求項2に記載の積層型変位素子において、前記
    圧電材料が単結晶であり、かつ前記薄板の結晶軸が一致
    していることを特徴とする積層型変位素子。
JP63313621A 1988-12-12 1988-12-12 アクチュエータ用圧電材料及びその積層型変位素子 Pending JPH02159079A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002208743A (ja) * 2001-01-10 2002-07-26 Tdk Corp 積層体変位素子
US7309450B2 (en) 2001-06-15 2007-12-18 Tdk Corporation Piezoelectric porcelain and method for preparation thereof
EP2113952A2 (en) 2008-03-31 2009-11-04 TDK Corporation Piezoelectric ceramic and piezoelectric element employing it
US8231803B2 (en) 2008-03-26 2012-07-31 Tdk Corporation Piezoelectric ceramic and piezoelectric ceramic composition

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