JPH0240016B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0240016B2 JPH0240016B2 JP59164201A JP16420184A JPH0240016B2 JP H0240016 B2 JPH0240016 B2 JP H0240016B2 JP 59164201 A JP59164201 A JP 59164201A JP 16420184 A JP16420184 A JP 16420184A JP H0240016 B2 JPH0240016 B2 JP H0240016B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- electric field
- actuator
- electrostriction
- piezoelectric element
- 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 - Lifetime
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明はアクチユエータ、特に大きな電気歪を
有するPbO、La2O3、ZrO2およびTiO2の成分か
ら構成される電気歪材料を用いたアクチユエータ
に係る。 近年、機械工作においてサブミクロンの加工精
度が要求されている。また、光学機械においても
光の波長以下の位置制御が必要となり、微小変位
制御素子の必要性が増大している。微小変位制御
素子としては、温度、磁界、あるいは電界によつ
て誘起される歪を応用することが考えられるが、
応答の時定数、変位量、駆動エネルギーを考慮す
ると、これらのうちで電界によつて誘起される歪
を利用するのが好ましいと言われている。 従来の技術 Pb（Zr、Ti）O3系などの圧電材料に電界Ｅを
印加すると Ｓ＝dE（ｄは圧電定数） で表わされる歪Ｓが生ずる。しかし、この式が厳
密に成立するのは0.1kV／cm程度以下の小さい電
界を印加した場合である。周知のように、Pb
（Zr、Ti）O3で代表される圧電材料は、発振子、
フイルタ、ピツクアツプ、圧電トランス、超音波
振動子など広い分野で応用されているが、これら
はＳ＝dEが成立するような、小さな電界の範囲
で駆動させており、電気機械的な共振現象を利用
したものである。 大きな電界を強誘電体に印加した場合には、純
粋な圧電効果に基づく歪に、分域構造の変化に伴
なう歪が加わり、第５図に示す如く、共振反共振
法で計算した値（同図の破線）よりも大きな電気
歪（同図の実線）が得られる。また、キユリー点
直上の常誘電相の場合には、第６図に示す如く、
電界が小さい範囲では電気歪は非常に小さいが、
大きな電界を印加すると印加電界の２乗に比例す
るような大きな電気歪が誘起される（これを電歪
と称する）。 ところで、圧電材料をアクチユエータに用いる
ためには、電気機械的な共振現象ではなく、非共
振状態を利用する必要があり、しかもできるだけ
大きな歪でなければならない。しかしながら、今
日までのところ、圧電材料の非共振状態の利用は
あまりなされていないようである。圧電材料をア
クチユエータあるいは変位発生テバイスとして用
いた例として山下のピエゾパイル
（“Piezoelectric Pile”、「第３回強誘電体応用会
議（FMA−３、京都、1981年）プロシーデイン
グズ」、日本応用物理学会誌Vol.20（1981）追補20
−４、93〜95頁）、高橋、矢野の積層型アクチユ
エータ（「積層型圧電セラミツクアクチユエー
タ」、チタバリ研究会資料−178−1101、
1984.6）などがある。これらはいずれも多数の圧
電素子を積層して大きな変位を取り出すための積
層構造に関するものである。しかしながら、一般
的にいつて、アクチユエータ用材料の開発および
その応用はまだ始まつたばかりであるといえる。 発明が解決しようとする問題点 このように圧電材料をアクチユエータに用いる
ための研究、開発はまだ始まつたばかりである
が、上記の高橋、矢野の積層型アクチユエータに
用いられているPb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3系
材料では、10kV／cmの印加電界で歪8.7×10-4、
比誘電率3640である。従つて、さらに大きな電気
歪を示し、比誘電率が小さい材料が望まれる（比
誘電率は応答速度を大きくするために小さいこと
が望ましい）。 問題点を解決するための手段 本発明は、アクチユエータ用材料として、一般
式： （Pb1-xLax）（ZryTiz）1-x/4O3 （式中、ｘ、ｙは添付第１図の点ａ，ｂ，ｃ，ｄ
を結ぶ領域内の値であり、ｙ＋ｚ＝１である。）
を有するジルコニウムチタン酸鉛ランタンを提供
する。本発明者らはこのジルコニウムチタン酸鉛
ランタンが大きな電気歪を有し、比誘電率も小さ
く、アクチユエータ用材料として好適であること
を見い出した。上記式の組成範囲を第１図に図示
するが、横軸はPbZrO3とPbTiO3のモルパーセン
ト（100y）を表わし、縦軸はPbを置換したLaの
原子数パーセント（100x）を表わす。同図にお
いて、点ａ，ｂ，ｃ，ｄの４点を結ぶ台形の領域
が本発明の組成範囲である。点ａ，ｂ，ｃ，ｄは
下記組成を有する。 点 ｘ ｙ ｚ ａ 0.075 0.75 0.25 ｂ 0.13 0.45 0.55 ｃ 0.21 0.20 0.80 ｄ 0.15 0.50 0.50 実施例 PbO、La2O3、ZrO2およびTiO2の出発原料を
各組成に応じて秤量し、ナイロンボールを用いて
エタノールとともに湿式混合した。混合後、蒸発
乾固によつてエタノールを除去し、空気中で850
℃、５時間仮焼した。仮焼粉をハンドミルした
後、950℃10時間仮焼し、ボールミルで湿式粉砕
した。粉砕後、乾燥し、圧力500Kg／cm2で直径16
mmの円板に成形し、それを1250℃２時間空気中に
おいて焼成した。こうして下記表に示す組成の磁
器を得た。 次に、各磁器から直径６mm、厚さ0.3〜0.5mmの
寸法の円板形磁器の試料を切り出し、上下面に銀
電極を焼きつけた。 これらの試料の厚み方向に20kV／cmの電界を
かけ、厚み方向の変位を測定した。その結果も下
記表に示す。
有するPbO、La2O3、ZrO2およびTiO2の成分か
ら構成される電気歪材料を用いたアクチユエータ
に係る。 近年、機械工作においてサブミクロンの加工精
度が要求されている。また、光学機械においても
光の波長以下の位置制御が必要となり、微小変位
制御素子の必要性が増大している。微小変位制御
素子としては、温度、磁界、あるいは電界によつ
て誘起される歪を応用することが考えられるが、
応答の時定数、変位量、駆動エネルギーを考慮す
ると、これらのうちで電界によつて誘起される歪
を利用するのが好ましいと言われている。 従来の技術 Pb（Zr、Ti）O3系などの圧電材料に電界Ｅを
印加すると Ｓ＝dE（ｄは圧電定数） で表わされる歪Ｓが生ずる。しかし、この式が厳
密に成立するのは0.1kV／cm程度以下の小さい電
界を印加した場合である。周知のように、Pb
（Zr、Ti）O3で代表される圧電材料は、発振子、
フイルタ、ピツクアツプ、圧電トランス、超音波
振動子など広い分野で応用されているが、これら
はＳ＝dEが成立するような、小さな電界の範囲
で駆動させており、電気機械的な共振現象を利用
したものである。 大きな電界を強誘電体に印加した場合には、純
粋な圧電効果に基づく歪に、分域構造の変化に伴
なう歪が加わり、第５図に示す如く、共振反共振
法で計算した値（同図の破線）よりも大きな電気
歪（同図の実線）が得られる。また、キユリー点
直上の常誘電相の場合には、第６図に示す如く、
電界が小さい範囲では電気歪は非常に小さいが、
大きな電界を印加すると印加電界の２乗に比例す
るような大きな電気歪が誘起される（これを電歪
と称する）。 ところで、圧電材料をアクチユエータに用いる
ためには、電気機械的な共振現象ではなく、非共
振状態を利用する必要があり、しかもできるだけ
大きな歪でなければならない。しかしながら、今
日までのところ、圧電材料の非共振状態の利用は
あまりなされていないようである。圧電材料をア
クチユエータあるいは変位発生テバイスとして用
いた例として山下のピエゾパイル
（“Piezoelectric Pile”、「第３回強誘電体応用会
議（FMA−３、京都、1981年）プロシーデイン
グズ」、日本応用物理学会誌Vol.20（1981）追補20
−４、93〜95頁）、高橋、矢野の積層型アクチユ
エータ（「積層型圧電セラミツクアクチユエー
タ」、チタバリ研究会資料−178−1101、
1984.6）などがある。これらはいずれも多数の圧
電素子を積層して大きな変位を取り出すための積
層構造に関するものである。しかしながら、一般
的にいつて、アクチユエータ用材料の開発および
その応用はまだ始まつたばかりであるといえる。 発明が解決しようとする問題点 このように圧電材料をアクチユエータに用いる
ための研究、開発はまだ始まつたばかりである
が、上記の高橋、矢野の積層型アクチユエータに
用いられているPb（Mg1/3Nb2/3）O3−PbTiO3系
材料では、10kV／cmの印加電界で歪8.7×10-4、
比誘電率3640である。従つて、さらに大きな電気
歪を示し、比誘電率が小さい材料が望まれる（比
誘電率は応答速度を大きくするために小さいこと
が望ましい）。 問題点を解決するための手段 本発明は、アクチユエータ用材料として、一般
式： （Pb1-xLax）（ZryTiz）1-x/4O3 （式中、ｘ、ｙは添付第１図の点ａ，ｂ，ｃ，ｄ
を結ぶ領域内の値であり、ｙ＋ｚ＝１である。）
を有するジルコニウムチタン酸鉛ランタンを提供
する。本発明者らはこのジルコニウムチタン酸鉛
ランタンが大きな電気歪を有し、比誘電率も小さ
く、アクチユエータ用材料として好適であること
を見い出した。上記式の組成範囲を第１図に図示
するが、横軸はPbZrO3とPbTiO3のモルパーセン
ト（100y）を表わし、縦軸はPbを置換したLaの
原子数パーセント（100x）を表わす。同図にお
いて、点ａ，ｂ，ｃ，ｄの４点を結ぶ台形の領域
が本発明の組成範囲である。点ａ，ｂ，ｃ，ｄは
下記組成を有する。 点 ｘ ｙ ｚ ａ 0.075 0.75 0.25 ｂ 0.13 0.45 0.55 ｃ 0.21 0.20 0.80 ｄ 0.15 0.50 0.50 実施例 PbO、La2O3、ZrO2およびTiO2の出発原料を
各組成に応じて秤量し、ナイロンボールを用いて
エタノールとともに湿式混合した。混合後、蒸発
乾固によつてエタノールを除去し、空気中で850
℃、５時間仮焼した。仮焼粉をハンドミルした
後、950℃10時間仮焼し、ボールミルで湿式粉砕
した。粉砕後、乾燥し、圧力500Kg／cm2で直径16
mmの円板に成形し、それを1250℃２時間空気中に
おいて焼成した。こうして下記表に示す組成の磁
器を得た。 次に、各磁器から直径６mm、厚さ0.3〜0.5mmの
寸法の円板形磁器の試料を切り出し、上下面に銀
電極を焼きつけた。 これらの試料の厚み方向に20kV／cmの電界を
かけ、厚み方向の変位を測定した。その結果も下
記表に示す。
【表】
＊ 印は比較例
転移領域（第１図のＤ領域すなわち点ａ，ｂ，
ｃ，ｄで囲まれる領域）では、第２図に示した試
料No.10の電界−歪曲線に代表されるように、
10kV／cm以下の電界範囲では電界の２乗にほぼ
比例した電気歪が得られる。また、これらの領域
は分域を持たない相であるために、分域の反転に
伴なう履歴がない。履歴がないことは正確な位置
制御素子材料として適している。 第３図は圧電素子を用いたアクチユエータの構
造を原理的に示す図である。アクチユエータ１は
例えば円筒形で内部に圧電素子２が挿入されてい
る。圧電素子２は図示されていないが電極を有
し、リード線で電界を印加できるようになつてい
る。発生する圧電素子２の変位をピストン３を介
して弁４に伝え、ノズルを開閉することによつ
て、流入口５からの例えばオイルを流出口６から
噴射したり、停止させたりする。 第４図は、積層型圧電素子の配線を原理的に示
す図で、多数の通常円板状の圧電素子単体１０は
積層されて円柱状をなし、各圧電素子単体１０は
両主要面に例えば銀ペーストを焼き付けて電極１
１が形成されている。そして、積層された圧電素
子単体１０の電極を１個おきにリード線１２で接
続して圧電素子全体は並列に接続されている。こ
うして、圧電素子単体を並列接続するのは、低い
印加電圧で大きな電気歪を得るためである。 発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によ
り、電気歪が大きくかつ履歴が小さい、工業的に
利用価値のあるアクチユエータが提供される。
転移領域（第１図のＤ領域すなわち点ａ，ｂ，
ｃ，ｄで囲まれる領域）では、第２図に示した試
料No.10の電界−歪曲線に代表されるように、
10kV／cm以下の電界範囲では電界の２乗にほぼ
比例した電気歪が得られる。また、これらの領域
は分域を持たない相であるために、分域の反転に
伴なう履歴がない。履歴がないことは正確な位置
制御素子材料として適している。 第３図は圧電素子を用いたアクチユエータの構
造を原理的に示す図である。アクチユエータ１は
例えば円筒形で内部に圧電素子２が挿入されてい
る。圧電素子２は図示されていないが電極を有
し、リード線で電界を印加できるようになつてい
る。発生する圧電素子２の変位をピストン３を介
して弁４に伝え、ノズルを開閉することによつ
て、流入口５からの例えばオイルを流出口６から
噴射したり、停止させたりする。 第４図は、積層型圧電素子の配線を原理的に示
す図で、多数の通常円板状の圧電素子単体１０は
積層されて円柱状をなし、各圧電素子単体１０は
両主要面に例えば銀ペーストを焼き付けて電極１
１が形成されている。そして、積層された圧電素
子単体１０の電極を１個おきにリード線１２で接
続して圧電素子全体は並列に接続されている。こ
うして、圧電素子単体を並列接続するのは、低い
印加電圧で大きな電気歪を得るためである。 発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によ
り、電気歪が大きくかつ履歴が小さい、工業的に
利用価値のあるアクチユエータが提供される。
第１図は本発明の組成範囲を示すジルコニウム
チタン酸鉛ランタンの組成図、第２図は本発明の
実施例の電気歪材料の電界−歪曲線グラフ図、第
３図は電気歪素子を用いたアクチユエータの要部
断面図、第４図は積層型圧電素子の側面図、第５
図および第６図は圧電材料と電歪材料の電界−歪
曲線模式図である。 １……アクチユエータ、２……圧電素子、３…
…ピストン、４……弁、６……流入口、７……流
出口、１０……圧電素子単体、１１……電極、１
２……リード線。
チタン酸鉛ランタンの組成図、第２図は本発明の
実施例の電気歪材料の電界−歪曲線グラフ図、第
３図は電気歪素子を用いたアクチユエータの要部
断面図、第４図は積層型圧電素子の側面図、第５
図および第６図は圧電材料と電歪材料の電界−歪
曲線模式図である。 １……アクチユエータ、２……圧電素子、３…
…ピストン、４……弁、６……流入口、７……流
出口、１０……圧電素子単体、１１……電極、１
２……リード線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 下記一般式で表わされるジルコニウムチタン
酸鉛ランタンを電気歪材料として用いたことを特
徴とするアクチユエータ。 （Pb1-xLax）（ZryTiz）1-x/4Ox （但し、式中、ｘ、ｙはxy座標においてｙ＝−
5x＋1.25、ｙ＝−5.45x＋1.16、ｙ＝−3.125x＋
0.56、およびｙ＝−3.33x＋1.00の４直線で囲まれ
る領域内の値であり、ｙ＋ｚ＝１である。）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59164201A JPS6144764A (ja) | 1984-08-07 | 1984-08-07 | アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59164201A JPS6144764A (ja) | 1984-08-07 | 1984-08-07 | アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6144764A JPS6144764A (ja) | 1986-03-04 |
| JPH0240016B2 true JPH0240016B2 (ja) | 1990-09-10 |
Family
ID=15788590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59164201A Granted JPS6144764A (ja) | 1984-08-07 | 1984-08-07 | アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6144764A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61222186A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-10-02 | Hitachi Metals Ltd | 電気・機械変換素子用圧電磁器 |
| JPH01148749A (ja) * | 1987-12-04 | 1989-06-12 | Mitsubishi Kasei Corp | アクチュエータ用圧電セラミック組成物 |
| JP5013653B2 (ja) * | 2003-06-30 | 2012-08-29 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
| JP4827451B2 (ja) * | 2004-08-25 | 2011-11-30 | 日本碍子株式会社 | 電子放出素子 |
| JP5188544B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2013-04-24 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ、液体吐出装置及び電子機器 |
| WO2016076047A1 (ja) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 日本碍子株式会社 | 亜鉛二次電池に用いられるセパレータ構造体 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56131979A (en) * | 1980-03-19 | 1981-10-15 | Hitachi Ltd | Piezoelectric material for transparent vibrator and transparent vibrator |
-
1984
- 1984-08-07 JP JP59164201A patent/JPS6144764A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6144764A (ja) | 1986-03-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |