JPS63288077A - 電歪セラミック材料体およびその分極操作方法 - Google Patents
電歪セラミック材料体およびその分極操作方法Info
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- JPS63288077A JPS63288077A JP62123228A JP12322887A JPS63288077A JP S63288077 A JPS63288077 A JP S63288077A JP 62123228 A JP62123228 A JP 62123228A JP 12322887 A JP12322887 A JP 12322887A JP S63288077 A JPS63288077 A JP S63288077A
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- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野1
この発明は、電歪セラミック材料体およびその分極操作
方法に関するもので、特に、1個の一体的な電歪セラミ
ック材料体自身によって、横効果による撮動によって屈
曲モードの変形を行なわせるための改良、およびそのよ
うな電歪セラミック材料体を得るための分極操作方法に
関するものである。
方法に関するもので、特に、1個の一体的な電歪セラミ
ック材料体自身によって、横効果による撮動によって屈
曲モードの変形を行なわせるための改良、およびそのよ
うな電歪セラミック材料体を得るための分極操作方法に
関するものである。
[従来の技術]
従来、リレー、ファン、ポンプ、V ’T’ Rのトラ
ッキング、等の分野において、電歪効果を利用したアク
チュエータが用いられている。弗型的には、このような
アクチュエータとしては、横効果電歪材料板を金属板と
貼り合わせたユニモルフ構造をもって構成されたものや
、2枚の電歪材料板を、金属板を介して貼り合わせたバ
イモルフ構造をもって構成されたものが知られている。
ッキング、等の分野において、電歪効果を利用したアク
チュエータが用いられている。弗型的には、このような
アクチュエータとしては、横効果電歪材料板を金属板と
貼り合わせたユニモルフ構造をもって構成されたものや
、2枚の電歪材料板を、金属板を介して貼り合わせたバ
イモルフ構造をもって構成されたものが知られている。
ところで、特定のセラミック材料が電歪効果を示すこと
が発見されてから久しいが、このような電歪セラミック
材料は、単に焼成されただけの段階では、全体、とじて
電歪効果を示さない。なぜなら、第11図に矢印で示す
ように、単に焼成されただけの段階にあるセラミック材
料中の自発分極は、グレイン・スケールでみたとき、グ
レインやドメインの構造によって、あらゆる方向を向い
ており、これら自発分極の方向が互いに相殺されるため
である。
が発見されてから久しいが、このような電歪セラミック
材料は、単に焼成されただけの段階では、全体、とじて
電歪効果を示さない。なぜなら、第11図に矢印で示す
ように、単に焼成されただけの段階にあるセラミック材
料中の自発分極は、グレイン・スケールでみたとき、グ
レインやドメインの構造によって、あらゆる方向を向い
ており、これら自発分極の方向が互いに相殺されるため
である。
そこで、電歪セラミック材料体を、前述したようなアク
チュエータとして用いる場合には、たとえば第12図に
示すように、その上下面に電極1゜2を取付け、これら
、1神1,2を介して高電界を印加し、分極方向を一方
向に揃えるための分極処理を施さな番プればならない。
チュエータとして用いる場合には、たとえば第12図に
示すように、その上下面に電極1゜2を取付け、これら
、1神1,2を介して高電界を印加し、分極方向を一方
向に揃えるための分極処理を施さな番プればならない。
[発明が解決しようとする問題点1
しかしながら、第12図かられかるように、電歪セラミ
ック材料体に与えられる全体としての分極の態様は、対
をなす電極1.2の間では実質的に一様である。したが
って、このような電歪セラミック材料体に、たとえば電
極1.2を介して開動電圧を印加しても、電界の印加方
向に対し【、縦効果の振動しか与えられない。また、こ
のような電界の印加方向に対して直角方向にみれば、横
効果の振動しか与えられない。要は単板のみでは屈曲し
ない。そのため、前述したような屈曲モードの変形を行
なうアクチュエータを構成する場合には、必ず、電歪セ
ラミック材料体に対して、金属板または別の電歪セラミ
ック材料体および金属板を組合わせたユニモルフ構造ま
たはバイモルフ構造としなければならない。
ック材料体に与えられる全体としての分極の態様は、対
をなす電極1.2の間では実質的に一様である。したが
って、このような電歪セラミック材料体に、たとえば電
極1.2を介して開動電圧を印加しても、電界の印加方
向に対し【、縦効果の振動しか与えられない。また、こ
のような電界の印加方向に対して直角方向にみれば、横
効果の振動しか与えられない。要は単板のみでは屈曲し
ない。そのため、前述したような屈曲モードの変形を行
なうアクチュエータを構成する場合には、必ず、電歪セ
ラミック材料体に対して、金属板または別の電歪セラミ
ック材料体および金属板を組合わせたユニモルフ構造ま
たはバイモルフ構造としなければならない。
このように、従来のユニモルフ構造またはバイモルフ構
造のアクチュエータは、必ず、セラミッり材料と金属と
の接着を伴なう。そして、この接着が起因して、次のよ
うな問題点を引き起こしている。
造のアクチュエータは、必ず、セラミッり材料と金属と
の接着を伴なう。そして、この接着が起因して、次のよ
うな問題点を引き起こしている。
まず、金属とセラミック材料との熱膨張率の差のため、
温瓜変化のみによって、変形を生じさせることがある。
温瓜変化のみによって、変形を生じさせることがある。
このような変形は、駆動用の電界の印加とは無関係に生
じるものであるので、変形mに対する精度の低下を招く
ことになる。
じるものであるので、変形mに対する精度の低下を招く
ことになる。
また、屈曲モードの変形を生じさせている間、接!!層
付近に応力が集中し、これによって、電歪セラミック材
料体に割れを発生させたり、金属板と電歪ヒラミック材
料体との間で剥離を生じさせたりすることがある。
付近に応力が集中し、これによって、電歪セラミック材
料体に割れを発生させたり、金属板と電歪ヒラミック材
料体との間で剥離を生じさせたりすることがある。
また、1個の7クチユエータについての接@部分におけ
る接!112a度ばかりでなく、複数個のアクヂュエー
タ相ri閘における全体としての接着強度も均一にする
ことは比較的困難である。そのため、機械的強度が極端
に小さい7クチユエータが得られたり、変位置が極端に
小さいアクチュエータが得られたりすることがあり、こ
のように、特性のばらつきが大きく現われると、実際に
7クチユエータを使用する場面において、予め特性を個
々に把握しなければならず、その使用にあたっての予備
的操作に対して煩雑さを招いている。
る接!112a度ばかりでなく、複数個のアクヂュエー
タ相ri閘における全体としての接着強度も均一にする
ことは比較的困難である。そのため、機械的強度が極端
に小さい7クチユエータが得られたり、変位置が極端に
小さいアクチュエータが得られたりすることがあり、こ
のように、特性のばらつきが大きく現われると、実際に
7クチユエータを使用する場面において、予め特性を個
々に把握しなければならず、その使用にあたっての予備
的操作に対して煩雑さを招いている。
また、接着に用いる接着剤の有する温度特性により、ア
クチュエータの特性も変化する。特に、アクチュエータ
の使用上限温度が接着剤の特性によって決まってしまい
、アクチュエータの使用範囲を限定する結果も招いてい
る。
クチュエータの特性も変化する。特に、アクチュエータ
の使用上限温度が接着剤の特性によって決まってしまい
、アクチュエータの使用範囲を限定する結果も招いてい
る。
なお、前述したバイモルフ構碧のアクチュエータと大質
的に同様の原理で作動するアクチュエータとして、内部
電極を形成した上で一体焼結されたセラミック材料から
なるものも提案されている。
的に同様の原理で作動するアクチュエータとして、内部
電極を形成した上で一体焼結されたセラミック材料から
なるものも提案されている。
しかしながら、この場合には、内部?ft極として、ヒ
ラミックの焼成温度に耐え得る負金属を用いなければな
らず、このことが、コスト上昇を招くことになる。
ラミックの焼成温度に耐え得る負金属を用いなければな
らず、このことが、コスト上昇を招くことになる。
(こで、この発明は、コスト上昇を10 <ことがない
ばかりでなく、機械的にも熱的にも信頼性が高い、横効
果アクチュエータどしての使用に適した、電歪セラミッ
ク材料体を提供しようとするものである。
ばかりでなく、機械的にも熱的にも信頼性が高い、横効
果アクチュエータどしての使用に適した、電歪セラミッ
ク材料体を提供しようとするものである。
また、この発明は、上述したような要望を満たし得る電
歪セラミック材料体を有利に得るための分極操作方法を
提供しようとするものである。
歪セラミック材料体を有利に得るための分極操作方法を
提供しようとするものである。
E問題点を解決するための手段1
この発明に係る電歪セラミック材料体は、厚み方向寸法
を有し、かつ電歪効果を示す一体焼結されたセラミック
材料からなるものであり、そこには内部電極を形成する
必要はない。そして、上述した技術的課題を解決するた
め、当該電歪セラミック材料体は、その少なくとも一部
において前記厚み方向に見たとき、全体としての分極配
向の度合および全体としての分極の方向の少なくとも一
方が、前記厚み方向を分割する第1および第2の領域に
おいて互いに異ならされていることを特徴とするもので
ある。
を有し、かつ電歪効果を示す一体焼結されたセラミック
材料からなるものであり、そこには内部電極を形成する
必要はない。そして、上述した技術的課題を解決するた
め、当該電歪セラミック材料体は、その少なくとも一部
において前記厚み方向に見たとき、全体としての分極配
向の度合および全体としての分極の方向の少なくとも一
方が、前記厚み方向を分割する第1および第2の領域に
おいて互いに異ならされていることを特徴とするもので
ある。
上述したような一体焼結されたセラミック材料からなる
電歪セラミック材料体において、その厚み方向に見たと
きの分極の態様を、厚み方向を分割する第1および第2
のfA域において互いに異ならせるための分極操作方法
としては、電歪セラミック材料体に対して与えられる温
度条件によって分極容易性が異なる性質を利用する第1
の方法と、一旦分極処理された電歪セラミック材料体に
対して、キュリ一点以上の高温を与えれば脱分極される
性質を利用する第2の方法とがある。
電歪セラミック材料体において、その厚み方向に見たと
きの分極の態様を、厚み方向を分割する第1および第2
のfA域において互いに異ならせるための分極操作方法
としては、電歪セラミック材料体に対して与えられる温
度条件によって分極容易性が異なる性質を利用する第1
の方法と、一旦分極処理された電歪セラミック材料体に
対して、キュリ一点以上の高温を与えれば脱分極される
性質を利用する第2の方法とがある。
第1および第2の方法のいずれにおいても、まず、厚み
方向寸法を有し、かつ分極操作により電歪効果を示す一
体焼結された廿ラミック材料からなる電歪セラミック材
料体が用意される。
方向寸法を有し、かつ分極操作により電歪効果を示す一
体焼結された廿ラミック材料からなる電歪セラミック材
料体が用意される。
次に、第1の方法では、前記電歪セラミック材料体の少
なくとも一部において、前記厚み方向を分割する第18
3よび第2の領域に対して、前古が後者より高温となる
′a度差を与えながら、第1の電界を前記厚み方向に印
加し、それによって、前記第1の領域の全体としての分
極配向の度合および全体としての分極の方向の少なくと
も一方を前記第2の領域より大きく変化させることが行
なわれる。
なくとも一部において、前記厚み方向を分割する第18
3よび第2の領域に対して、前古が後者より高温となる
′a度差を与えながら、第1の電界を前記厚み方向に印
加し、それによって、前記第1の領域の全体としての分
極配向の度合および全体としての分極の方向の少なくと
も一方を前記第2の領域より大きく変化させることが行
なわれる。
第1の方法において、前記第1の電界を印加するステッ
プにおいて用いられる電歪セラミック材料体としては、
次の2種類を含む可能性がある。
プにおいて用いられる電歪セラミック材料体としては、
次の2種類を含む可能性がある。
その第1は、前記少なくとも一部において、前記第1の
電界と逆の方向に向く第2の電界が前もって印加されて
おり、それによって、前記第2の電界が印加された部分
全体としての分極の方向が前記厚み方向における一方向
に既に向けられているものである。他方、その第2i、
一体焼結された段階後において、何らの分極処理も施さ
れておらないものであり、この場合には、前記第1の電
界の印加により、前記第1の領域の全体としての分極の
方向が前記厚み方向における一方向に向けられる。
電界と逆の方向に向く第2の電界が前もって印加されて
おり、それによって、前記第2の電界が印加された部分
全体としての分極の方向が前記厚み方向における一方向
に既に向けられているものである。他方、その第2i、
一体焼結された段階後において、何らの分極処理も施さ
れておらないものであり、この場合には、前記第1の電
界の印加により、前記第1の領域の全体としての分極の
方向が前記厚み方向における一方向に向けられる。
他方、第2の方法では、前述した電歪セラミック材料体
を用意した侵において、 (1) 前記電歪セラミック材料体の少なくとも一部に
、前記厚み方向に向く電界を印加し、それによって、前
記電界が印加された部分全体としての分極の方向を前記
厚み方向における一方向に向けるステップと、 (2) 前記全体としての分極の方向が前記−厚み方向
に向けられた部分を有する前記電界セラミック材料体の
、前記厚み方向を分割する第1および第2の領域のうち
、前記第1の領域にのみキュリ一点以上の高温を与え、
それによって、前記第1の領域の全体としての分極配向
の度合を変化させるステップと、 を備えることが特徴である。
を用意した侵において、 (1) 前記電歪セラミック材料体の少なくとも一部に
、前記厚み方向に向く電界を印加し、それによって、前
記電界が印加された部分全体としての分極の方向を前記
厚み方向における一方向に向けるステップと、 (2) 前記全体としての分極の方向が前記−厚み方向
に向けられた部分を有する前記電界セラミック材料体の
、前記厚み方向を分割する第1および第2の領域のうち
、前記第1の領域にのみキュリ一点以上の高温を与え、
それによって、前記第1の領域の全体としての分極配向
の度合を変化させるステップと、 を備えることが特徴である。
[発明の作用および効!i!]
この発明に係る電歪セラミック材料体によれば、その厚
み方向に見たとき、当該厚み方向を分割する第1および
第2の領域において、全体としての分極配向の度合およ
び全体としての分極の方向、といった全体としての分極
の8様が互いに異ならされているので、このような電歪
セラミック材料体の厚み方向に所定の駆動用の電界を加
えたとき、横効果により伸縮の度合または方向が第1の
領域と第2の領域とにおいて互いに異ならせることがで
きる。そのため、当該電歪セラミック材料体をm独で用
いるだけで屈曲モードの変形を行なうアクチュエータを
#4成することができる。
み方向に見たとき、当該厚み方向を分割する第1および
第2の領域において、全体としての分極配向の度合およ
び全体としての分極の方向、といった全体としての分極
の8様が互いに異ならされているので、このような電歪
セラミック材料体の厚み方向に所定の駆動用の電界を加
えたとき、横効果により伸縮の度合または方向が第1の
領域と第2の領域とにおいて互いに異ならせることがで
きる。そのため、当該電歪セラミック材料体をm独で用
いるだけで屈曲モードの変形を行なうアクチュエータを
#4成することができる。
このように7クヂユエータを単独で構成できる電歪セラ
ミック材料体は、Pa着部分を有しないため、接着剤の
使用または接t*の存在に起因する従来の問題点をすべ
て解消することができる。すなわち、電界を印加しない
ときにも温度変化により変形を起こすという不都合が解
消される。また、変形を生じさせるときに接all付近
に応力が集中し、それによって、電歪セラミック材料体
に割れを発生させたり、金属板と電歪セラミック材料体
との間で剥離を生じたりする、といった問題点も解消さ
れる。さらに、電歪セラミック材料体は、一体焼結され
るため、機械的強度が高められ、また、そのような機械
的強度のばらつきも低減させることができる。また、変
形または変位特性においても、製品間におけるばらつき
を抑えることができるとともに、変形または変位特性の
経時的変化あるいは変形または変位の繰返しによるこの
ような特性の劣化も小さくすることができる。また、使
用温度範囲が、接着剤等によって限定されることがなく
なるので、より広い範囲、すなわちより高温にまで使用
温度範囲を拡げることができる。
ミック材料体は、Pa着部分を有しないため、接着剤の
使用または接t*の存在に起因する従来の問題点をすべ
て解消することができる。すなわち、電界を印加しない
ときにも温度変化により変形を起こすという不都合が解
消される。また、変形を生じさせるときに接all付近
に応力が集中し、それによって、電歪セラミック材料体
に割れを発生させたり、金属板と電歪セラミック材料体
との間で剥離を生じたりする、といった問題点も解消さ
れる。さらに、電歪セラミック材料体は、一体焼結され
るため、機械的強度が高められ、また、そのような機械
的強度のばらつきも低減させることができる。また、変
形または変位特性においても、製品間におけるばらつき
を抑えることができるとともに、変形または変位特性の
経時的変化あるいは変形または変位の繰返しによるこの
ような特性の劣化も小さくすることができる。また、使
用温度範囲が、接着剤等によって限定されることがなく
なるので、より広い範囲、すなわちより高温にまで使用
温度範囲を拡げることができる。
したがって、この発明に係る電歪セラミック材料体を、
アクチュエータとして用いた場合、高い信頼性を得るこ
とができる。
アクチュエータとして用いた場合、高い信頼性を得るこ
とができる。
また、この発明に係る電歪セラミック材料体の分極操作
方法によれば、内部電極を用いることなく、一体焼結さ
れたセラミック材料からなる電歪セラミック材料体にお
いて、その厚み方向を分割する第1および第2の領域に
おいて、各々の全体としての分極態様を互いに異ならせ
ることができる。したがって、内部電極の形成に起因す
るコス日」がなく、また、このように特殊な分極態様を
持つ電歪セラミック材料体を能率的に得ることができる
。
方法によれば、内部電極を用いることなく、一体焼結さ
れたセラミック材料からなる電歪セラミック材料体にお
いて、その厚み方向を分割する第1および第2の領域に
おいて、各々の全体としての分極態様を互いに異ならせ
ることができる。したがって、内部電極の形成に起因す
るコス日」がなく、また、このように特殊な分極態様を
持つ電歪セラミック材料体を能率的に得ることができる
。
特に、この発明に係る分極操作方法において、2段階の
分極操作、すなわち、電歪セラミック材料体に、厚み方
向に向く電界を印加し、それによって、全体としての分
極の方向をこの厚み方向における一方向に向けた後、厚
み方向を分割する第1および第2の領域に対して、前者
が後者より高温となる温度差を与えながら、上述の電界
と逆の方向に向く電界を厚み方向に印加し、それによっ
て、第1の領域の全体としての分極の方向を前の分極の
方向と逆向きにさせ、第1および第2の領域のそれぞれ
の全体としての分極の方向がともに厚み方向に向くが互
いに逆向きとされた電歪セラミック材料体を、アクチュ
エータとして用いた場合、その駆動用電界の大きざに対
する変形または変位量を大きく得ることができる。
分極操作、すなわち、電歪セラミック材料体に、厚み方
向に向く電界を印加し、それによって、全体としての分
極の方向をこの厚み方向における一方向に向けた後、厚
み方向を分割する第1および第2の領域に対して、前者
が後者より高温となる温度差を与えながら、上述の電界
と逆の方向に向く電界を厚み方向に印加し、それによっ
て、第1の領域の全体としての分極の方向を前の分極の
方向と逆向きにさせ、第1および第2の領域のそれぞれ
の全体としての分極の方向がともに厚み方向に向くが互
いに逆向きとされた電歪セラミック材料体を、アクチュ
エータとして用いた場合、その駆動用電界の大きざに対
する変形または変位量を大きく得ることができる。
[実施例1
第1図ないし第3図を参照して、この発明の一実施例と
しての電歪セラミック材料体およびその分極操作方法に
ついて説明する。
しての電歪セラミック材料体およびその分極操作方法に
ついて説明する。
まず、第2図に示すように、厚み方向寸法を有し、かつ
分極操作により電歪効果を示す一体焼結されたセラミッ
ク材料からなる電歪セラミック材料体10が用意される
。この電歪セラミック材料体10が用意された段階では
、前述した第11図に示すように、自発分極の方向は全
くランダムである。
分極操作により電歪効果を示す一体焼結されたセラミッ
ク材料からなる電歪セラミック材料体10が用意される
。この電歪セラミック材料体10が用意された段階では
、前述した第11図に示すように、自発分極の方向は全
くランダムである。
次に、電歪セラミック材料体10の厚み方向に電界を印
加するため、電歪セラミツク44料体1゜の上下面には
、電極11.12が形成される。これら電極11.12
を介して電圧が印加されたどき、第12図に示すように
、分極方向が一方向に揃えられる。このようイ1第12
図におけるような分極態様を、第2図に示されたような
矢印13をもって簡略化して表わすことにする。すなわ
ら、第2図においては、電歪セラミック材料体10は、
全体としての分極の方向が厚み方向における一方向に向
けられている。
加するため、電歪セラミツク44料体1゜の上下面には
、電極11.12が形成される。これら電極11.12
を介して電圧が印加されたどき、第12図に示すように
、分極方向が一方向に揃えられる。このようイ1第12
図におけるような分極態様を、第2図に示されたような
矢印13をもって簡略化して表わすことにする。すなわ
ら、第2図においては、電歪セラミック材料体10は、
全体としての分極の方向が厚み方向における一方向に向
けられている。
次に、第3図に示すように、電歪セラミック材料体10
は、加熱ヘッド14と冷却ヘッド15とによって挾まれ
た状態とされる。図示しないが、加熱ヘッド14には、
ヒータまたは加熱媒体を通すパイプ、等が内蔵され、冷
却ヘッド15には、液体窒素のような冷却媒体を通すバ
・イブが内蔵され、さらに放熱板が付加されてもよい。
は、加熱ヘッド14と冷却ヘッド15とによって挾まれ
た状態とされる。図示しないが、加熱ヘッド14には、
ヒータまたは加熱媒体を通すパイプ、等が内蔵され、冷
却ヘッド15には、液体窒素のような冷却媒体を通すバ
・イブが内蔵され、さらに放熱板が付加されてもよい。
第3図の状態において、電歪ヒラミック材料体1oを厚
み方向に見たとき、当該厚み方向を分割する第1および
第2の領域16および17に対して、前者が後者より高
温となる温度差が与えられる。そして、この状態を保持
しながら、分極用電源18から電111.12を介して
電歪セラミック材料体10の厚み方向に電界が印加され
る。この電界は、第2図に矢印13で示した分極方向と
は反対方向に分極を生じさせる方向に与えられる。この
ように電界が印加されたとき、それにより分極態様に影
響が及ぼされやすいのは、よりa湯側にある第1の領1
116である。したがって、第1の領域16においては
、点線で表わした矢印1つで示すように1分極の方向が
逆転する。低温側である第2の領域17においては、第
2図の矢印13と同様の方向に向く矢印20で示された
分極方向を維持している。
み方向に見たとき、当該厚み方向を分割する第1および
第2の領域16および17に対して、前者が後者より高
温となる温度差が与えられる。そして、この状態を保持
しながら、分極用電源18から電111.12を介して
電歪セラミック材料体10の厚み方向に電界が印加され
る。この電界は、第2図に矢印13で示した分極方向と
は反対方向に分極を生じさせる方向に与えられる。この
ように電界が印加されたとき、それにより分極態様に影
響が及ぼされやすいのは、よりa湯側にある第1の領1
116である。したがって、第1の領域16においては
、点線で表わした矢印1つで示すように1分極の方向が
逆転する。低温側である第2の領域17においては、第
2図の矢印13と同様の方向に向く矢印20で示された
分極方向を維持している。
なお、第3図に示すように、第1の領域16においての
み分極の方向を反転させるための条件としては、電極1
1.12間に印加される電界側り第1の領域16と第2
の領域17との間の温If差、分極操作時間、等がパラ
メータとなり、また、電歪セラミック材料体10を構成
するセラミック材料によっても左右される。
み分極の方向を反転させるための条件としては、電極1
1.12間に印加される電界側り第1の領域16と第2
の領域17との間の温If差、分極操作時間、等がパラ
メータとなり、また、電歪セラミック材料体10を構成
するセラミック材料によっても左右される。
第3図に示したステップを経て得られた電歪セラミック
材料体10が、第1図に示されている。
材料体10が、第1図に示されている。
第1図に示した矢印19および20かられかるように、
当該電歪セラミック材料体10の第1および第2の領域
16および17は、それぞれの全体としての分極の方向
がともに厚み方向に向くが互いに逆向きとされている。
当該電歪セラミック材料体10の第1および第2の領域
16および17は、それぞれの全体としての分極の方向
がともに厚み方向に向くが互いに逆向きとされている。
したがって、たとえば電極11.12を介して駆動用電
圧を印加したとき、第1および第2のflA域16J5
よび17のそれぞれの横効宋により、湾曲モードの変形
が生じる。
圧を印加したとき、第1および第2のflA域16J5
よび17のそれぞれの横効宋により、湾曲モードの変形
が生じる。
なお、第3図のステップにおいて、分極用電源18を電
歪セラミック材料体10に与えるとき、加熱ヘッド14
および冷却ヘッド15が導電性材料から構成されている
とき、これらヘッド14および15を介して分極用の電
界を印加するようにしてもよい。この場合には、たとえ
ば電極11および12は形成されていなくてもよい。
歪セラミック材料体10に与えるとき、加熱ヘッド14
および冷却ヘッド15が導電性材料から構成されている
とき、これらヘッド14および15を介して分極用の電
界を印加するようにしてもよい。この場合には、たとえ
ば電極11および12は形成されていなくてもよい。
以上のようにして得られた電歪セラミック材料体を用い
て構成されたアクチュエータの変位特性を、従来の貼り
合わせバイモルフ構造の7クチユエータと比較してみる
。
て構成されたアクチュエータの変位特性を、従来の貼り
合わせバイモルフ構造の7クチユエータと比較してみる
。
まず、厚さ0.5ms、有効長25+uの片持ち構造の
7タブユエータに関して、印加電圧に対する変位量を測
定したところ、第4図に示すような結果を得た。第4図
において、実線はこの発明の実施例を示し、点線は従来
例を示している。第4図かられかるように、この発明に
係るアクチュエータは、従来のアクチュエータとほぼ同
等かやや大きな変位量を示し、また、ばらつきの点にお
いては、1/2〜1/3と改善されている。
7タブユエータに関して、印加電圧に対する変位量を測
定したところ、第4図に示すような結果を得た。第4図
において、実線はこの発明の実施例を示し、点線は従来
例を示している。第4図かられかるように、この発明に
係るアクチュエータは、従来のアクチュエータとほぼ同
等かやや大きな変位量を示し、また、ばらつきの点にお
いては、1/2〜1/3と改善されている。
また、交81電圧駆動による変位特性の変化を比較し、
その結果を第5図に示した。第5図において、実線はこ
の発明の実施例によるアクチュエータの特性を示し、点
線は従来例の特性を示している。第5図かられかるよう
に、この発明に係るアクチュエータは、従来例に比べて
、変位特性の劣化が小さく、また、ばらつきの点におい
ても、小さくなっている。
その結果を第5図に示した。第5図において、実線はこ
の発明の実施例によるアクチュエータの特性を示し、点
線は従来例の特性を示している。第5図かられかるよう
に、この発明に係るアクチュエータは、従来例に比べて
、変位特性の劣化が小さく、また、ばらつきの点におい
ても、小さくなっている。
第6図および第7図は、それぞれ、この発明の他の実施
例を示した第1図に相当の図である。
例を示した第1図に相当の図である。
これらの実施例は、電歪セラミック材料体10の第1お
よび第2の領域16および17における全体としての分
極配向の度合が互いに異ならされでいる。第6図に示し
た実施例では、第1の領域16は全体として圧電性を示
さず、他方、第2の領1417は矢印21で示すように
分極されており、したがって全体として圧電性を示して
いる。また、第7図に示す実施例では、第1のW4域1
6には小さな矢印22が示され、第2の領域17には太
い矢印23が示されている。これら矢印226よび23
によって模式的に示1ように、この実施例では、第1お
よび第2の領域16および17における分極の方向は同
じであるものの、全体としての分極配向の度合は、太い
矢印23で示した第2の領域17における方がより大き
くされている。
よび第2の領域16および17における全体としての分
極配向の度合が互いに異ならされでいる。第6図に示し
た実施例では、第1の領域16は全体として圧電性を示
さず、他方、第2の領1417は矢印21で示すように
分極されており、したがって全体として圧電性を示して
いる。また、第7図に示す実施例では、第1のW4域1
6には小さな矢印22が示され、第2の領域17には太
い矢印23が示されている。これら矢印226よび23
によって模式的に示1ように、この実施例では、第1お
よび第2の領域16および17における分極の方向は同
じであるものの、全体としての分極配向の度合は、太い
矢印23で示した第2の領域17における方がより大き
くされている。
第6図および第7図に示した各実施例の電歪セラミック
材料体10を得るには、第8図に示すような分極操作方
法が実施される。すなわち、電歪セラミック材料体10
は、加熱ヘッド24と冷却ヘッド25との間に挟まれた
状態とされる。なお、このようなヘッド24および25
の間にもたらす前の段階では、電歪セラミック材料体1
0は、第2図に示すような分極態様を有している。そし
て、第8図において、第1の領域16にのみキュリ一点
以上の高温を与えるべく加熱ヘッド24を適用し、他方
、第2の領域17においては、昇温を避けるべく、冷却
ヘッド25が作用している。このような条件に電歪セラ
ミック材料体10をさらしたとき、第1の領1416に
おいて、脱分極が生じ、たとえば第6図に示したような
電歪セラミック材料体10が得られる。
材料体10を得るには、第8図に示すような分極操作方
法が実施される。すなわち、電歪セラミック材料体10
は、加熱ヘッド24と冷却ヘッド25との間に挟まれた
状態とされる。なお、このようなヘッド24および25
の間にもたらす前の段階では、電歪セラミック材料体1
0は、第2図に示すような分極態様を有している。そし
て、第8図において、第1の領域16にのみキュリ一点
以上の高温を与えるべく加熱ヘッド24を適用し、他方
、第2の領域17においては、昇温を避けるべく、冷却
ヘッド25が作用している。このような条件に電歪セラ
ミック材料体10をさらしたとき、第1の領1416に
おいて、脱分極が生じ、たとえば第6図に示したような
電歪セラミック材料体10が得られる。
なお、第8図に示した脱分極操作における、加熱温度ま
たは時間等を@御することにより、第1のffi域16
における脱分極を部分的に生じさせることができ、この
場合には、第7図に示したような分極態様を持つ電歪セ
ラミック材料体10を得ることができる。
たは時間等を@御することにより、第1のffi域16
における脱分極を部分的に生じさせることができ、この
場合には、第7図に示したような分極態様を持つ電歪セ
ラミック材料体10を得ることができる。
また、最初に述べた実施例において、第3図に示した分
極操作を実施する前に、第8図に示したような部分的な
脱分極操作ステップを実施しておいてもよい。
極操作を実施する前に、第8図に示したような部分的な
脱分極操作ステップを実施しておいてもよい。
また、第6図に示した分極態様を持つ電歪セラミック材
料体10は、第3図に示した加熱ヘッド14、冷却ヘッ
ド15および分極用電源18を用いて作り出すことも可
能である。すなわら、第3図において、加熱ヘッド14
および冷却ヘッド15によって挾む電歪セラミック材料
体10どして、たとえば第11図に示したような自発分
極があらゆる方向を向いている、単なる焼成侵のもので
何ら分極処理が施されていないものを用いればよい。
料体10は、第3図に示した加熱ヘッド14、冷却ヘッ
ド15および分極用電源18を用いて作り出すことも可
能である。すなわら、第3図において、加熱ヘッド14
および冷却ヘッド15によって挾む電歪セラミック材料
体10どして、たとえば第11図に示したような自発分
極があらゆる方向を向いている、単なる焼成侵のもので
何ら分極処理が施されていないものを用いればよい。
これによって、第3図に示した分極操作を実施したとき
、この図面では第1の領域16においてのみ矢印19で
示すような分極方向が与えられ、第2の領域17におい
ては、低温のため、分極されないままの状態を保つ。し
たがって、結果として、第6図に示した電歪セラミック
材料体10と実質的に同量の分極態様を実現することが
できる。
、この図面では第1の領域16においてのみ矢印19で
示すような分極方向が与えられ、第2の領域17におい
ては、低温のため、分極されないままの状態を保つ。し
たがって、結果として、第6図に示した電歪セラミック
材料体10と実質的に同量の分極態様を実現することが
できる。
また、加熱および冷却条件、分極用電界の強度、等を適
当に選ぶことにより、第7図に示したような分極態様を
持つ電歪セラミック材料体10も、また、第3図に示し
た方法によって得ることができる。
当に選ぶことにより、第7図に示したような分極態様を
持つ電歪セラミック材料体10も、また、第3図に示し
た方法によって得ることができる。
この発明に係る電歪セラミック材料体は、その少なくと
も一部において厚み方向に見たとき、全体としての分極
配向の度合および全体としての分極の方向の少なくとも
一方が、厚み方向を分割する第1および第2の領域にお
いて互いに異ならされていることが条件であり、厚み方
向と直交する方向に関しては、分極態様が同一であって
もどのように変化していても、この発明の範囲を定める
上では無関係である。この意味で、第9図および第10
図に示した各実施例も、この発明の範囲内に入るもので
ある。
も一部において厚み方向に見たとき、全体としての分極
配向の度合および全体としての分極の方向の少なくとも
一方が、厚み方向を分割する第1および第2の領域にお
いて互いに異ならされていることが条件であり、厚み方
向と直交する方向に関しては、分極態様が同一であって
もどのように変化していても、この発明の範囲を定める
上では無関係である。この意味で、第9図および第10
図に示した各実施例も、この発明の範囲内に入るもので
ある。
第9図においては、第1および第2の領域16および1
7のそれぞれにJ3いて、厚み方向と直交する方向に見
たとき、分極配向の度合が、太さの異なる矢印26.・
・・、27および28.・・・、29で模式的に示すよ
うに、変化している。
7のそれぞれにJ3いて、厚み方向と直交する方向に見
たとき、分極配向の度合が、太さの異なる矢印26.・
・・、27および28.・・・、29で模式的に示すよ
うに、変化している。
また、第10図に示した実施例では、厚み方向に直交す
る方向に見たとき、全体として圧電性を示さない領域3
0.31.32が存在し、一部においてのみ、その厚み
方向に見たとぎ、分極配向の度合および分極の方向の少
なくとも一方が、厚み方向を分割する第18よび第2の
領域16および17において互いに異ならされている。
る方向に見たとき、全体として圧電性を示さない領域3
0.31.32が存在し、一部においてのみ、その厚み
方向に見たとぎ、分極配向の度合および分極の方向の少
なくとも一方が、厚み方向を分割する第18よび第2の
領域16および17において互いに異ならされている。
なお、厚み方向に直交する方向における分極態様の分布
状態は、この発明の要旨とは直接関連が<7.いが、第
9図および第10図に示した実施例以外に、さらに変更
を加えることができるであろう。
状態は、この発明の要旨とは直接関連が<7.いが、第
9図および第10図に示した実施例以外に、さらに変更
を加えることができるであろう。
また、この発明で用いられる電歪効果を示す電歪セラミ
ック材料として、特に具体例を挙げなかったが、従来か
ら周知の電歪セラミック材料をこの発明に適用できるこ
とはもちろんである。
ック材料として、特に具体例を挙げなかったが、従来か
ら周知の電歪セラミック材料をこの発明に適用できるこ
とはもちろんである。
第1図は、この発明の一実施例となる電歪セラミック材
料体10を模式的に示す図である。第2図は、全体とし
ての分極の方向を厚み方向における一方向に向けた状態
にある電歪セラミック材料体10を模式的に示す図であ
る。第3図は、第2図に示した電歪セラミック材料体1
0から第1図に示した電歪セラミック材料体10を得る
ための方法の一スデップを説明するための図である。 第4図は、従来例との比較で、この発明の実施例の電や
セラミック材料体を用いたアクチュエータにおける印加
電圧に対する変位置の特性を示すグラフである。第5図
は、従来例との比較の上で、この発明の実施例に係る電
歪セラミック材料体を用いたアクチュエータの変位特性
の変化を示すグラフである。 第6図は、この発明の他の実施例としての電歪セラミッ
ク材料体10を模式的に示す図である。 第7図は、この発明のさらに他の実施例としての1!歪
セラミック材料体10を模式的に示す図である。 第8図は、この発明の分極操作方法の他の実施例を説明
するための図である。 第9図および第10図は、それぞれ、この発明のさらに
他の実施例を模式的に示す図である。 第11図は、焼成後の電歪セラミック材料における自発
分極の状態をグレイン・スケールで示す模式図である。 第12図は、第11図に示した電歪セラミック材料に対
して分極処理を施した状態の模式図である。 図において、10は電歪セラミック材料体、11.12
は電極、13.19〜23.26〜29は、分極配向の
度合および/または分極の方向を示す矢印、14.24
は加熱ヘッド、15.25は冷却ヘッド、16は第1の
領域、17は第2の領域、18は分極用電源である。 特許出願人 株式会社村田製作所 代 理 人 弁理士 深 免 久 部(
ほか2名) −・′ 印加電圧[Vコ 第5図 時間
料体10を模式的に示す図である。第2図は、全体とし
ての分極の方向を厚み方向における一方向に向けた状態
にある電歪セラミック材料体10を模式的に示す図であ
る。第3図は、第2図に示した電歪セラミック材料体1
0から第1図に示した電歪セラミック材料体10を得る
ための方法の一スデップを説明するための図である。 第4図は、従来例との比較で、この発明の実施例の電や
セラミック材料体を用いたアクチュエータにおける印加
電圧に対する変位置の特性を示すグラフである。第5図
は、従来例との比較の上で、この発明の実施例に係る電
歪セラミック材料体を用いたアクチュエータの変位特性
の変化を示すグラフである。 第6図は、この発明の他の実施例としての電歪セラミッ
ク材料体10を模式的に示す図である。 第7図は、この発明のさらに他の実施例としての1!歪
セラミック材料体10を模式的に示す図である。 第8図は、この発明の分極操作方法の他の実施例を説明
するための図である。 第9図および第10図は、それぞれ、この発明のさらに
他の実施例を模式的に示す図である。 第11図は、焼成後の電歪セラミック材料における自発
分極の状態をグレイン・スケールで示す模式図である。 第12図は、第11図に示した電歪セラミック材料に対
して分極処理を施した状態の模式図である。 図において、10は電歪セラミック材料体、11.12
は電極、13.19〜23.26〜29は、分極配向の
度合および/または分極の方向を示す矢印、14.24
は加熱ヘッド、15.25は冷却ヘッド、16は第1の
領域、17は第2の領域、18は分極用電源である。 特許出願人 株式会社村田製作所 代 理 人 弁理士 深 免 久 部(
ほか2名) −・′ 印加電圧[Vコ 第5図 時間
Claims (8)
- (1)厚み方向寸法を有し、かつ電歪効果を示す一体焼
結されたセラミック材料からなる電歪セラミックス材料
体であって、 その少なくとも一部において前記厚み方向に見たとき、
全体としての分極配向の度合および全体としての分極の
方向の少なくとも一方が、前記厚み方向を分割する第1
および第2の領域において互いに異ならされていること
を特徴とする、電歪セラミック材料体。 - (2)前記第1および第2の領域は、それぞれの全体と
しての分極の方向がともに前記厚み方向に向くが互いに
逆向きとされている、特許請求の範囲第1項記載の電歪
セラミック材料体。 - (3)前記第1および第2の領域は、それぞれの全体と
しての分極配向の度合が互いに異ならされている、特許
請求の範囲第1項記載の電歪セラミック材料体。 - (4)前記第1の領域は全体として圧電性を示さず、他
方、前記第2の領域は全体として圧電性を示す、特許請
求の範囲第3項記載の電歪セラミック材料体。 - (5)厚み方向寸法を有し、かつ分極操作により電歪効
果を示す一体焼結されたセラミック材料からなる電歪セ
ラミック材料体を用意し、前記電歪セラミック材料体の
少なくとも一部において、前記厚み方向を分割する第1
および第2の領域に対して、前者が後者より高温となる
温度差を与えながら、第1の電界を前記厚み方向に印加
し、それによつて、前記第1の領域の全体としての分極
配向の度合および全体としての分極の方向の少なくとも
一方を前記第2の領域より大きく変化させる、 各ステップを備える、電歪セラミック材料体の分極操作
方法。 - (6)前記第1の電界を印加すべき前記電歪セラミック
材料体には、前記少なくとも一部において、前記第1の
電界と逆の方向に向く第2の電界が前もつて印加されて
おり、それによって、前記第2の電界が印加された部分
全体としての分極の方向が前記厚み方向における一方向
に既に向けられている、特許請求の範囲第5項記載の電
歪セラミック材料体の分極操作方法。 - (7)前記第1の電界を印加すべき前記電歪セラミック
材料体には、前記一体焼結された段階後において、何ら
の分極処理も施されておらず、前記第1の電界の印加に
より、前記第1の領域の全体としての分極の方向が前記
厚み方向における一方向に向けられる、特許請求の範囲
第5項記載の電歪セラミック材料体の分極操作方法。 - (8)厚み方向寸法を有し、かつ分極操作により電歪効
果を示す一体焼結されたセラミック材料からなる電歪セ
ラミック材料体を用意し、前記電歪セラミック材料体の
少なくとも一部に、前記厚み方向に向く電界を印加し、
それによって、前記電界が印加された部分全体としての
分極の方向を前記厚み方向における一方向に向け、 前記全体としての分極の方向が前記一厚み方向に向けら
れた部分を有する前記電歪セラミック材料体の、前記厚
み方向を分割する第1および第2の領域のうち、前記第
1の領域にのみキュリー点以上の高温を与え、それによ
って、前記第1の領域の全体としての分極配向の度合を
変化させる、各ステップを備える、電歪セラミック材料
体の分極操作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12322887A JPH0828540B2 (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 電歪セラミック材料体およびその分極操作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12322887A JPH0828540B2 (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 電歪セラミック材料体およびその分極操作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63288077A true JPS63288077A (ja) | 1988-11-25 |
| JPH0828540B2 JPH0828540B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=14855372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12322887A Expired - Fee Related JPH0828540B2 (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 電歪セラミック材料体およびその分極操作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828540B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0309147A3 (en) * | 1987-09-19 | 1989-11-15 | Am International Incorporated | Monolithic piezoelectric bimorph |
| EP0751374A3 (en) * | 1995-06-27 | 1998-04-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibrating gyroscope |
| JP2007067125A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Toko Inc | 単板型圧電バイモルフ素子 |
-
1987
- 1987-05-20 JP JP12322887A patent/JPH0828540B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0309147A3 (en) * | 1987-09-19 | 1989-11-15 | Am International Incorporated | Monolithic piezoelectric bimorph |
| EP0751374A3 (en) * | 1995-06-27 | 1998-04-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibrating gyroscope |
| JP2007067125A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Toko Inc | 単板型圧電バイモルフ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0828540B2 (ja) | 1996-03-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |