JPH0751460B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JPH0751460B2 JPH0751460B2 JP1120329A JP12032989A JPH0751460B2 JP H0751460 B2 JPH0751460 B2 JP H0751460B2 JP 1120329 A JP1120329 A JP 1120329A JP 12032989 A JP12032989 A JP 12032989A JP H0751460 B2 JPH0751460 B2 JP H0751460B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement
- piezoelectric
- voltage
- composition
- hysteresis
- 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 - Fee Related
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［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，
大きい機械的変位と共に高精度位置制御を必要とする電
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。
大きい機械的変位と共に高精度位置制御を必要とする電
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，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，微小位置制御機器等，多方面
にわたっ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２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。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d
S2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，更に高精度な位置制御或
は機器としての品質面から電圧−変位ヒステリシスがで
きるだけ小さい事が望ましい。例えば，機械的変位に関
してはより大きな電気歪効果を有する圧電機器組成物が
有利とされている ［発明が解決しようとする課題］ 従来よりこの種の圧電機器組成物としては，例えば比較
的圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3Nb2/3）O3−PbrO3−Pb
TiO3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ある程度得られるもの
の，電圧−変位ヒステリシスが大きく変位素子としての
利用が極めて狭い範囲に限定されていた。従って変位素
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
変位をもたらすと共に電圧−変位ヒステリシスの小さい
圧電磁器材料が望まれていた。
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，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，微小位置制御機器等，多方面
にわたっ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２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。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d
S2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，更に高精度な位置制御或
は機器としての品質面から電圧−変位ヒステリシスがで
きるだけ小さい事が望ましい。例えば，機械的変位に関
してはより大きな電気歪効果を有する圧電機器組成物が
有利とされている ［発明が解決しようとする課題］ 従来よりこの種の圧電機器組成物としては，例えば比較
的圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3Nb2/3）O3−PbrO3−Pb
TiO3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ある程度得られるもの
の，電圧−変位ヒステリシスが大きく変位素子としての
利用が極めて狭い範囲に限定されていた。従って変位素
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
変位をもたらすと共に電圧−変位ヒステリシスの小さい
圧電磁器材料が望まれていた。
そこで，本発明の技術的課題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
いと共にヒステリシスが小さく，その結果変位素子とし
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
ことにある。
応え得るものであり，電圧印加による電気歪効果が大き
いと共にヒステリシスが小さく，その結果変位素子とし
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
ことにある。
［課題を解決するための手段］ 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）ＣZrＤTiＥ］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NiO,Bi2O3から
選ばれた少くとも１種を0.02〜0.5重量％,MnOを0.005〜
0.15重量％添加含有せしめてなることを特徴とする。
選ばれた少くとも１種を0.02〜0.5重量％,MnOを0.005〜
0.15重量％添加含有せしめてなることを特徴とする。
本発明において,0.300＞A,A＞0.550,B＞0.100,C＞0.05
0,0.700＞D,D＞0.288,0.230＞E,E＞0.405から成る基本
組成物及び副成分NiO,Bi2O3から選ばれた少なくとも１
種が0.5重量％より多く,MnOが0.15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，従って、
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及び副成分NiO,Bi2O3から選ばれた少なくと
も１種が0.02重量％未満の組成物では電気歪量機械的変
位の大幅な改善効果が認められず，更には副成分MnOが
0.005重量％未満ではヒステリシスに対する大幅な改善
効果が認められないため，本発明の範囲から除外した。
0,0.700＞D,D＞0.288,0.230＞E,E＞0.405から成る基本
組成物及び副成分NiO,Bi2O3から選ばれた少なくとも１
種が0.5重量％より多く,MnOが0.15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，従って、
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及び副成分NiO,Bi2O3から選ばれた少なくと
も１種が0.02重量％未満の組成物では電気歪量機械的変
位の大幅な改善効果が認められず，更には副成分MnOが
0.005重量％未満ではヒステリシスに対する大幅な改善
効果が認められないため，本発明の範囲から除外した。
［実施例］ 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。
に説明する。
出発原料として化学的純度99％以上のPbO,NiO,Nb2O5,Zn
O,Sb2O3,ZrO2,TiO2及び所定の副成分を選び，第１表〜
第５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っ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
施して電圧的に活性化せしめた。次に所定の測定方法に
より，電圧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35m
m,幅10mm,厚さ0.15mmを得た。この２種類の電圧素子の
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
両面からサンドイッチして第２図に示す様なバイモルフ
型変位素子を作製し，機械的変位及びヒステリシスを調
べた。
O,Sb2O3,ZrO2,TiO2及び所定の副成分を選び，第１表〜
第５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っ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
施して電圧的に活性化せしめた。次に所定の測定方法に
より，電圧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35m
m,幅10mm,厚さ0.15mmを得た。この２種類の電圧素子の
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
両面からサンドイッチして第２図に示す様なバイモルフ
型変位素子を作製し，機械的変位及びヒステリシスを調
べた。
尚，機械的変位は第１図にす様に30Vの直流電圧を印加
した時の一端固定，他端自由状態での先端に発生する変
位dS30で求め，一方ヒステリシスは電圧30Vでの変位dS
30と電圧を０に戻した際に生じている残留変位dS0から
次式より算出して求めた。
した時の一端固定，他端自由状態での先端に発生する変
位dS30で求め，一方ヒステリシスは電圧30Vでの変位dS
30と電圧を０に戻した際に生じている残留変位dS0から
次式より算出して求めた。
ヒステリシス＝（dS0/dS30）×100［％］第１表〜第５
表に結果の一例を示す。
表に結果の一例を示す。
尚，第１表〜第５表に於いて＊印の試料No.は本発明の
圧電磁器組成物に該当する。
圧電磁器組成物に該当する。
第１表〜第５表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
電圧歪量及び機械的変位のいずれも大きく且つ電圧−変
位ヒステリシスが極めて小さく，変位素子として好適な
特性を有している事は明白である。尚，本発明に於ては
副成分であるNiO,Bi2O3を同時添加しても総添加含有量
が0.02〜0.5重量％の範囲であれば同様な効果が得られ
る。
成物から成る試料は，各々の組成群の参考例と比較して
電圧歪量及び機械的変位のいずれも大きく且つ電圧−変
位ヒステリシスが極めて小さく，変位素子として好適な
特性を有している事は明白である。尚，本発明に於ては
副成分であるNiO,Bi2O3を同時添加しても総添加含有量
が0.02〜0.5重量％の範囲であれば同様な効果が得られ
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）ＣZrＤTiＥ］Ｏ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NiO,B
iO2O3の１種とMnOを適度な範囲で同時添加含有したもの
であり特に基本組成に於けるPb（Zn1/3Nb2/3）O3,Pb−
（Sb1/2Nb1/2）O3成分と副成分との相互作用により，従
来組成物では成し得なかったより大きな電気歪量，機械
的変位と共に低ヒステリシスが実現したものである。
（Sb1/2Nb1/2）ＣZrＤTiＥ］Ｏ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NiO,B
iO2O3の１種とMnOを適度な範囲で同時添加含有したもの
であり特に基本組成に於けるPb（Zn1/3Nb2/3）O3,Pb−
（Sb1/2Nb1/2）O3成分と副成分との相互作用により，従
来組成物では成し得なかったより大きな電気歪量，機械
的変位と共に低ヒステリシスが実現したものである。
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。
の適用が期待できる。
（１）大きな機械的変位の発生と共に，電圧−変位ヒス
テリシスが小さいので高精度な位置制御等が要求される
新しい変位素子分野に広範囲に適用できる。
テリシスが小さいので高精度な位置制御等が要求される
新しい変位素子分野に広範囲に適用できる。
（２）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ッ
チした変位素子分野に適用できる。
及び低電圧駆動が可能であり，省エネルギー時代にマッ
チした変位素子分野に適用できる。
（３）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。
位素子への応用が可能である。
（４）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。
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。
選択できる。
（５）比較的高い圧電定数（例えば圧電ｄ定数）を有し
ていてるので，高電圧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，機械的変位及び電圧−変
位ヒステリ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，従って，例えば
積層型圧電変位素子への適用も十分可能である。
ていてるので，高電圧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，機械的変位及び電圧−変
位ヒステリ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，従って，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。
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図は本発明の実施例に於いて測定基準を示すグラ
フ，第２図は従来のバイモルフ型圧電変位素子の一例を
示す図である。 図中,1……金属製弾性板,2,2′……圧電磁器板。
フ，第２図は従来のバイモルフ型圧電変位素子の一例を
示す図である。 図中,1……金属製弾性板,2,2′……圧電磁器板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｊ
Claims (1)
- 【請求項１】一般式 Pb［Ni1/3Nb2/3）Ａ（Zn1/3Nb2/3）Ｂ （Sb1/2Nb1/2）ＣZrＤTiＥ］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NiO,Bi2O3か
ら選ばれた少くとも１種を0.02〜0.5重量％,MnOを0.005
〜0.15重量％添加含有してなることを特徴とする圧電磁
器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120329A JPH0751460B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120329A JPH0751460B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02301172A JPH02301172A (ja) | 1990-12-13 |
| JPH0751460B2 true JPH0751460B2 (ja) | 1995-06-05 |
Family
ID=14783563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1120329A Expired - Fee Related JPH0751460B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0751460B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100272675B1 (ko) * | 1997-11-18 | 2000-11-15 | 강원석 | 압전자기 조성물 및 그의 제조방법 |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP1120329A patent/JPH0751460B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02301172A (ja) | 1990-12-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3296640B2 (ja) | 圧電セラミックス | |
| JPS647032B2 (ja) | ||
| JPH11171643A (ja) | 圧電性磁器組成物 | |
| JP2000272963A (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
| JPH02299276A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0751460B2 (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH11217262A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0519506B2 (ja) | ||
| JPH0558729A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH08217541A (ja) | 圧電セラミック組成物 | |
| JPS6358789B2 (ja) | ||
| JPS6110064A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0442352B2 (ja) | ||
| JPH0519505B2 (ja) | ||
| JPS6358785B2 (ja) | ||
| JPS6110059A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPS6110058A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JP2000143339A (ja) | 圧電体磁器組成物 | |
| JPH052624B2 (ja) | ||
| JPS62172775A (ja) | 電歪素子材料 | |
| JPS6358786B2 (ja) | ||
| KR100250207B1 (ko) | 바이모프 액츄에이터용 압전 세라믹스 조성물 | |
| JPS6110061A (ja) | 圧電磁器組成物 | |
| JPH0582340B2 (ja) | ||
| JP2823072B2 (ja) | 圧電磁器組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |