JPH04282879A - 圧電アクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
圧電アクチュエータおよびその製造方法Info
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- JPH04282879A JPH04282879A JP3044599A JP4459991A JPH04282879A JP H04282879 A JPH04282879 A JP H04282879A JP 3044599 A JP3044599 A JP 3044599A JP 4459991 A JP4459991 A JP 4459991A JP H04282879 A JPH04282879 A JP H04282879A
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- piezoelectric actuator
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、計測機に好適に用いら
れる圧電アクチュエータ製造方法に関するものである。
れる圧電アクチュエータ製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電アクチュエータとしては圧電
材料と誘電材料を接着剤で接合して作成されたものがあ
った。また、接着剤を使用しない圧電アクチュエータと
して、上側が圧電特性に優れ、下側に移るにつれて徐々
に誘電率が向上する傾斜機能材料を使用したものがあっ
た。この傾斜機能材料を使用した圧電アクチュエータに
ついては、例えば、日経ニューマテリアル，１９８９年
４月３日号，Ｐ１１に示されている。その製造方法は、
先ず１層目に誘電性の高い組成の粉末を、次に圧電性の
高い組成の粉末を充填し、プレス成形の後、１２００℃
で３〜６時間焼成する。このように製造することにより
、焼成中に原子が拡散し、組成が圧電層から誘電層に傾
斜した圧電アクチュエータが形成される。
材料と誘電材料を接着剤で接合して作成されたものがあ
った。また、接着剤を使用しない圧電アクチュエータと
して、上側が圧電特性に優れ、下側に移るにつれて徐々
に誘電率が向上する傾斜機能材料を使用したものがあっ
た。この傾斜機能材料を使用した圧電アクチュエータに
ついては、例えば、日経ニューマテリアル，１９８９年
４月３日号，Ｐ１１に示されている。その製造方法は、
先ず１層目に誘電性の高い組成の粉末を、次に圧電性の
高い組成の粉末を充填し、プレス成形の後、１２００℃
で３〜６時間焼成する。このように製造することにより
、焼成中に原子が拡散し、組成が圧電層から誘電層に傾
斜した圧電アクチュエータが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
圧電材料と誘電材料を接着剤で接合して製造する方法で
は、接着剤の耐熱性に限界があるために高温下で使用で
きないばかりか、大振幅で長時間にわたり使用すると、
圧電アクチュエータの接合部に剥がれや、ずれが生じ、
計測機としての十分な精度が得られなかった。
圧電材料と誘電材料を接着剤で接合して製造する方法で
は、接着剤の耐熱性に限界があるために高温下で使用で
きないばかりか、大振幅で長時間にわたり使用すると、
圧電アクチュエータの接合部に剥がれや、ずれが生じ、
計測機としての十分な精度が得られなかった。
【０００４】また、前記の傾斜機能材料を使用する方法
では、圧電層と誘電体層を重ねて焼成し、原子を拡散さ
せて組成を傾斜させるため、焼成条件によって圧電特性
が大幅に変化する。それにより、ある一定の圧電特性を
得るための最適焼成温度、最適焼成時間、最適昇温速度
、等の範囲が狭く、焼成条件の設定が非常に難しい。 そのため、圧電特性のバラツキが生じやすいという問題
があった。
では、圧電層と誘電体層を重ねて焼成し、原子を拡散さ
せて組成を傾斜させるため、焼成条件によって圧電特性
が大幅に変化する。それにより、ある一定の圧電特性を
得るための最適焼成温度、最適焼成時間、最適昇温速度
、等の範囲が狭く、焼成条件の設定が非常に難しい。 そのため、圧電特性のバラツキが生じやすいという問題
があった。
【０００５】そこで本発明は、以上述べた剥がれや、ず
れが生じやすいという欠点、および焼成条件の設定が難
しいという欠点を除去するため、製造された圧電アクチ
ュエータを使用しても剥がれや、ずれが生じ難く、圧電
アクチュエータの製造時の焼成が容易な、圧電アクチュ
エータの製造方法を提供することを目的とする。
れが生じやすいという欠点、および焼成条件の設定が難
しいという欠点を除去するため、製造された圧電アクチ
ュエータを使用しても剥がれや、ずれが生じ難く、圧電
アクチュエータの製造時の焼成が容易な、圧電アクチュ
エータの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、本発明の圧電アクチュエータは、圧電層
と誘電層を有する圧電アクチュエータにおいて、誘電層
を多孔質層セラミックスとしたものである。すなわち、
図１に示すように、本発明の圧電アクチュエータは、圧
電セラミックス体のバルクの両主面に電極が形成されて
おり、片側の主面近傍の圧電セラミックス体中に空孔が
形成されたものである。
決するために、本発明の圧電アクチュエータは、圧電層
と誘電層を有する圧電アクチュエータにおいて、誘電層
を多孔質層セラミックスとしたものである。すなわち、
図１に示すように、本発明の圧電アクチュエータは、圧
電セラミックス体のバルクの両主面に電極が形成されて
おり、片側の主面近傍の圧電セラミックス体中に空孔が
形成されたものである。
【０００７】また、本発明は、圧電層と誘電層を有する
圧電アクチュエータの製造方法において、圧電セラミッ
クスのみからなるグリーンシート上に、圧電セラミック
スおよび該圧電セラミックスの焼成過程で焼失する有機
物粒子とを混合して製造されたグリーンシートを積層し
、この積層体を焼成することにより、有機物を焼失させ
多孔質層を形成して圧電アクチュエータを製造したもの
である。
圧電アクチュエータの製造方法において、圧電セラミッ
クスのみからなるグリーンシート上に、圧電セラミック
スおよび該圧電セラミックスの焼成過程で焼失する有機
物粒子とを混合して製造されたグリーンシートを積層し
、この積層体を焼成することにより、有機物を焼失させ
多孔質層を形成して圧電アクチュエータを製造したもの
である。
【０００８】さらに、本発明は、圧電層と誘電層を有す
る圧電アクチュエータの製造方法において、圧電セラミ
ックス粉末、比重が１より小さい空孔形成材、バインダ
ーおよび水を混合してスラリーを形成し、このスラリー
を成形型に流し込み、前記空孔形成材が上部に集まった
後に、脱水し、乾燥して成形体を得、この成形体を焼成
することにより、空孔形成材を焼失させ多孔質層を形成
して圧電アクチュエータを製造したものである。
る圧電アクチュエータの製造方法において、圧電セラミ
ックス粉末、比重が１より小さい空孔形成材、バインダ
ーおよび水を混合してスラリーを形成し、このスラリー
を成形型に流し込み、前記空孔形成材が上部に集まった
後に、脱水し、乾燥して成形体を得、この成形体を焼成
することにより、空孔形成材を焼失させ多孔質層を形成
して圧電アクチュエータを製造したものである。
【０００９】
【実施例１】高純度の一酸化鉛（ＰｂＯ，純度９９．９
％）、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ，純度９９．９％）、
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２ ，純度９９．９％）およ
びその他の添加剤をそれぞれ所定量秤量し、ポットミル
を用いて純水とともに約２０時間混合した。その混合物
を脱水、乾燥し、８００℃〜９００℃で２〜１０時間仮
焼し、ＰＺＴの仮焼物を得た。この仮焼物に純水を加え
て粉砕、脱水、乾燥してＰＺＴの仮焼粉を得た。
％）、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ，純度９９．９％）、
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２ ，純度９９．９％）およ
びその他の添加剤をそれぞれ所定量秤量し、ポットミル
を用いて純水とともに約２０時間混合した。その混合物
を脱水、乾燥し、８００℃〜９００℃で２〜１０時間仮
焼し、ＰＺＴの仮焼物を得た。この仮焼物に純水を加え
て粉砕、脱水、乾燥してＰＺＴの仮焼粉を得た。
【００１０】次に上記ＰＺＴ仮焼粉１００ｇ、水５０ｇ
、解こう剤（商品名：セラモＤ−１３４、第一工業製薬
（株）製）８ｇ、および粒径２０μｍ〜４０μｍのカー
ボン粒子４０ｇをボールミル中にて４〜５時間混合する
。その後、バインダー（商品名：セラモＴＢ−１３、第
一工業製薬（株）製）１００ｇ、可塑剤（商品名：セラ
モＰ−１７、第一工業製薬（株）製）１２ｇ、消泡剤（
商品名：アンチフロスＦ−１０２、第一工業製薬（株）
製）１ｇを加え、ボールミル中にて２０時間混合し、ス
ラリー１を作製した。このスラリー１を用いてドクター
ブレード法によりグリーンシート１を得る。このグリー
ンシート１の厚さは、約０．４ｍｍであった。
、解こう剤（商品名：セラモＤ−１３４、第一工業製薬
（株）製）８ｇ、および粒径２０μｍ〜４０μｍのカー
ボン粒子４０ｇをボールミル中にて４〜５時間混合する
。その後、バインダー（商品名：セラモＴＢ−１３、第
一工業製薬（株）製）１００ｇ、可塑剤（商品名：セラ
モＰ−１７、第一工業製薬（株）製）１２ｇ、消泡剤（
商品名：アンチフロスＦ−１０２、第一工業製薬（株）
製）１ｇを加え、ボールミル中にて２０時間混合し、ス
ラリー１を作製した。このスラリー１を用いてドクター
ブレード法によりグリーンシート１を得る。このグリー
ンシート１の厚さは、約０．４ｍｍであった。
【００１１】また、ＰＺＴ仮焼粉１００ｇ、水３４ｇ、
解こう剤６ｇをボールミル中にて４〜５時間混合する。 その後、バインダー６０ｇ、可塑剤８ｇ、消泡剤１ｇを
加え、ボールミル中にて２０時間混合し、スラリー２を
作製した。このスラリー２を用いてドクターブレード法
によりグリーンシート２を得る。このグリーンシート２
の厚さは、約０．３ｍｍであった。
解こう剤６ｇをボールミル中にて４〜５時間混合する。 その後、バインダー６０ｇ、可塑剤８ｇ、消泡剤１ｇを
加え、ボールミル中にて２０時間混合し、スラリー２を
作製した。このスラリー２を用いてドクターブレード法
によりグリーンシート２を得る。このグリーンシート２
の厚さは、約０．３ｍｍであった。
【００１２】以上２種類のグリーンシートを用いて、先
ずグリーンシート１を１枚用意し、このシートの上にグ
リーンシート２を２枚積層し、加熱加圧して図２（ａ）
に示す積層体を得た。この積層体を空気中において昇温
速度１００℃／時間で、１２００℃〜１３００℃の温度
で２時間焼成し、多孔質層を持つ図２（ｂ）に示す圧電
セラミックスを作製した。
ずグリーンシート１を１枚用意し、このシートの上にグ
リーンシート２を２枚積層し、加熱加圧して図２（ａ）
に示す積層体を得た。この積層体を空気中において昇温
速度１００℃／時間で、１２００℃〜１３００℃の温度
で２時間焼成し、多孔質層を持つ図２（ｂ）に示す圧電
セラミックスを作製した。
【００１３】得られた圧電セラミックスの両面に銀を焼
き付けて電極を作製し、次に１００℃〜１３０℃のシリ
コンオイル中で２〜３ｋＶ／ｍｍの電圧を印加して分極
を行ない、圧電アクチュエータを作製した。本発明によ
る圧電アクチュエータは、長さ４０ｍｍ×幅２０ｍｍ×
厚さ０．７〜０．８ｍｍで、印加電圧１５０Ｖの場合、
変位は８０〜１００μｍであった。また、８０℃におい
て変位を繰り返しても剥離は発生しなかった。
き付けて電極を作製し、次に１００℃〜１３０℃のシリ
コンオイル中で２〜３ｋＶ／ｍｍの電圧を印加して分極
を行ない、圧電アクチュエータを作製した。本発明によ
る圧電アクチュエータは、長さ４０ｍｍ×幅２０ｍｍ×
厚さ０．７〜０．８ｍｍで、印加電圧１５０Ｖの場合、
変位は８０〜１００μｍであった。また、８０℃におい
て変位を繰り返しても剥離は発生しなかった。
【００１４】
【実施例２】高純度の一酸化鉛（ＰｂＯ，純度９９．９
％）、二酸化チタン（ＴｉＯ２，純度９９．９％）、酸
化ジルコニウム（ＺｒＯ２，純度９９．９％）およびそ
の他の添加剤をそれぞれ所定量秤量し、ポットミルを用
いて純水とともに約２０時間混合した。その混合物を脱
水、乾燥し、８００℃〜９００℃で２〜１０時間仮焼し
、ＰＺＴの仮焼物を得た。この仮焼物に純水を加えて粉
砕、脱水、乾燥してＰＺＴの仮焼粉を得た。
％）、二酸化チタン（ＴｉＯ２，純度９９．９％）、酸
化ジルコニウム（ＺｒＯ２，純度９９．９％）およびそ
の他の添加剤をそれぞれ所定量秤量し、ポットミルを用
いて純水とともに約２０時間混合した。その混合物を脱
水、乾燥し、８００℃〜９００℃で２〜１０時間仮焼し
、ＰＺＴの仮焼物を得た。この仮焼物に純水を加えて粉
砕、脱水、乾燥してＰＺＴの仮焼粉を得た。
【００１５】次に上記ＰＺＴ仮焼粉１００ｇ、水５０ｇ
、解こう剤（商品名：セラモＤ−１３４、第一工業製薬
（株）製）８ｇ、および粒径２０μｍ〜４０μｍのカー
ボン粒子４０ｇをボールミル中にて４〜５時間混合する
。その後、バインダー（商品名：セラモＴＢ−１３、第
一工業製薬（株）製）１００ｇ、可塑剤（商品名：セラ
モＰ−１７、第一工業製薬（株）製）１２ｇ、消泡剤（
商品名：アンチフロスＦ−１０２、第一工業製薬（株）
製）１ｇを加え、ボールミル中にて２０時間混合し、ス
ラリーを作製した。
、解こう剤（商品名：セラモＤ−１３４、第一工業製薬
（株）製）８ｇ、および粒径２０μｍ〜４０μｍのカー
ボン粒子４０ｇをボールミル中にて４〜５時間混合する
。その後、バインダー（商品名：セラモＴＢ−１３、第
一工業製薬（株）製）１００ｇ、可塑剤（商品名：セラ
モＰ−１７、第一工業製薬（株）製）１２ｇ、消泡剤（
商品名：アンチフロスＦ−１０２、第一工業製薬（株）
製）１ｇを加え、ボールミル中にて２０時間混合し、ス
ラリーを作製した。
【００１６】このスラリーを、低部に脱水孔を有し、内
長５５ｍｍ、内幅３０ｍｍ、深さ２ｍｍの図３に示す成
形型に入れ、２時間放置し、カーボンが上部に集まった
後、脱水し、乾燥して図４（ａ）に示す成形体を得た。 この成形体を空気中において、１２００℃〜１３００℃
の温度で２時間焼成して、図４（ｂ）に示す多孔質層を
持つ圧電セラミックスを得た。
長５５ｍｍ、内幅３０ｍｍ、深さ２ｍｍの図３に示す成
形型に入れ、２時間放置し、カーボンが上部に集まった
後、脱水し、乾燥して図４（ａ）に示す成形体を得た。 この成形体を空気中において、１２００℃〜１３００℃
の温度で２時間焼成して、図４（ｂ）に示す多孔質層を
持つ圧電セラミックスを得た。
【００１７】得られた圧電セラミックスの両面に銀を焼
き付けて電極を作製し、１００℃〜１３０℃のシリコン
オイル中で２〜３ｋＶ／ｍｍの電圧を印加して分極を行
ない、圧電アクチュエータを作製した。本発明による圧
電アクチュエータは、長さ４０ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ
０．７〜０．８ｍｍで、印加電圧１５０Ｖの場合、変位
は８０〜１００μｍであった。また、８０℃において変
位を繰り返しても剥離は発生しなかった。
き付けて電極を作製し、１００℃〜１３０℃のシリコン
オイル中で２〜３ｋＶ／ｍｍの電圧を印加して分極を行
ない、圧電アクチュエータを作製した。本発明による圧
電アクチュエータは、長さ４０ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ
０．７〜０．８ｍｍで、印加電圧１５０Ｖの場合、変位
は８０〜１００μｍであった。また、８０℃において変
位を繰り返しても剥離は発生しなかった。
【００１８】以上、詳細に説明したように、本発明は上
記実施例に限定されず、本発明の趣旨に基づいて種々の
変形が可能である。例えば、本実施例では、空孔形成材
としてカーボン粒子を用いたが、焼成時に消失して空孔
を形成するものなら何でもよく、有機物等、他の空孔形
成材を用いても良い。
記実施例に限定されず、本発明の趣旨に基づいて種々の
変形が可能である。例えば、本実施例では、空孔形成材
としてカーボン粒子を用いたが、焼成時に消失して空孔
を形成するものなら何でもよく、有機物等、他の空孔形
成材を用いても良い。
【００１９】
【発明の効果】本発明の圧電アクチュエータによれば、
製造された圧電アクチュエータは多孔質層を持つ圧電セ
ラミックスとなるので、高温雰囲気下で使用しても、ま
た、長時間使用しても、剥離はほとんど発生しない。さ
らに、圧電セラミックスのみから成るグリーンシート上
に、圧電セラミックスおよび該圧電セラミックスの焼成
過程で焼失する有機物粒子とを混合して製造されたグリ
ーンシートを積層して製造することにより、同じ組成の
圧電セラミックスが積層されているために、焼成が容易
な圧電アクチュエータが製造できる。
製造された圧電アクチュエータは多孔質層を持つ圧電セ
ラミックスとなるので、高温雰囲気下で使用しても、ま
た、長時間使用しても、剥離はほとんど発生しない。さ
らに、圧電セラミックスのみから成るグリーンシート上
に、圧電セラミックスおよび該圧電セラミックスの焼成
過程で焼失する有機物粒子とを混合して製造されたグリ
ーンシートを積層して製造することにより、同じ組成の
圧電セラミックスが積層されているために、焼成が容易
な圧電アクチュエータが製造できる。
【００２０】さらにまた、従来の傾斜機能材料を使用す
る方法では、焼成によって原子を拡散させるために焼成
条件によって圧電アクチュエータの圧電特性が変化して
いたが、本発明においては、圧電セラミックス粉末、比
重が１より小さい空孔形成材、バインダーおよび水を混
合してスラリーを形成し、このスラリーを成形型に流し
込み、成形、焼成して圧電アクチュエータを製造するの
で、焼成条件によって組成が変化しないため、圧電特性
が変わることがない。したがって、焼成が容易なしかも
性能の安定した圧電アクチュエータを製造することがで
きる。
る方法では、焼成によって原子を拡散させるために焼成
条件によって圧電アクチュエータの圧電特性が変化して
いたが、本発明においては、圧電セラミックス粉末、比
重が１より小さい空孔形成材、バインダーおよび水を混
合してスラリーを形成し、このスラリーを成形型に流し
込み、成形、焼成して圧電アクチュエータを製造するの
で、焼成条件によって組成が変化しないため、圧電特性
が変わることがない。したがって、焼成が容易なしかも
性能の安定した圧電アクチュエータを製造することがで
きる。
【図１】本発明の圧電アクチュエータの構成を示す図。
【図２】本発明の圧電アクチュエータの製造工程図を示
す。
す。
【図３】本発明の圧電アクチュエータの別の製造方法で
用いる成形型を示す。
用いる成形型を示す。
【図４】本発明の圧電アクチュエータの別の製造工程図
を示す。
を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電層と誘電層を有する圧電アクチュ
エータにおいて、誘電層が多孔質層セラミックスである
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 圧電層と誘電層を有する圧電アクチュ
エータの製造方法において、（ａ）圧電セラミックスの
みからなるグリーンシート上に、（ｂ）圧電セラミック
スおよび該圧電セラミックスの焼成過程で焼失する有機
物粒子とを混合して製造されたグリーンシートを積層し
、（ｃ）この積層体を焼成することにより有機物を焼失
させて多孔質層を形成する、各工程からなることを特徴
とする圧電セラミックスの製造方法。 - 【請求項３】 圧電層と誘電層を有する圧電アクチュ
エータの製造方法において、（ａ）圧電セラミックス粉
末、比重が１より小さい空孔形成材、バインダーおよび
水を混合してスラリーを形成し、（ｂ）このスラリーを
成形型に流し込み、（ｃ）前記空孔形成材が上部に集ま
った後に、脱水し、乾燥して成形体を得、（ｄ）この成
形体を焼成することにより、空孔形成材を焼失させて多
孔質層を形成する、各工程からなることを特徴とする圧
電セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3044599A JPH04282879A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 圧電アクチュエータおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3044599A JPH04282879A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 圧電アクチュエータおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04282879A true JPH04282879A (ja) | 1992-10-07 |
Family
ID=12695922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3044599A Pending JPH04282879A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 圧電アクチュエータおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04282879A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012209554A (ja) * | 2006-02-27 | 2012-10-25 | Kyocera Corp | セラミック部材の製造方法、並びにセラミック部材、ガスセンサ素子、燃料電池素子、フィルタ素子、積層型圧電素子、噴射装置、及び燃料噴射システム |
-
1991
- 1991-03-11 JP JP3044599A patent/JPH04282879A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012209554A (ja) * | 2006-02-27 | 2012-10-25 | Kyocera Corp | セラミック部材の製造方法、並びにセラミック部材、ガスセンサ素子、燃料電池素子、フィルタ素子、積層型圧電素子、噴射装置、及び燃料噴射システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000801 |