JPH02299276A - 圧電磁器組成物 - Google Patents

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、圧電磁器組成物に関し、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
圧駆動型電圧変位素子に好適な圧電磁器組成物に関する
ものである。

［従来の技術］ 近年、ｍ磁力式に代わる。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に両面から挟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（この場合は圧電横効果）に伴なう機械的変位ｄＳ、
或はｄｓ２が生じる。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、−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、更な高精度な位
置制御或は機器としての品質面から電圧−変位ヒステリ
シスが出来るだけ小さい事が望しい。例えば２機械豹変
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、この種圧電磁器組成物としては２例えば比較
的圧電定数ｄ３１の大きいＰ　ｂ　（Ｎ　ｉ　、、、。

Ｎｂ２３）０３　　ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３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、？Ｊ圧圧変変位ヒステリシス大
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の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１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。

［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　Ｐ　ｂ　［（Ｎ　ｉ　１．、Ｎ　ｂ２・］）Ａ
（Ｓｂ１２Ｎｂ１、２）Ｂ　Ｚ　ｒ。Ｔｉ、］Ｏ，で示
され（但しＡ＋Ｂ十Ｃ＋Ｄ−１）０． ３００≦Ａ≦０．５５０ ０．００２　　≦Ｂ　≦０．０５０ ０、１２０≦Ｃ≦０．２９０ ０．２８０≦Ｄ　ｆｆｉ　０．４０８ を満足する基本組成に対し、Ｌａ２Ｏ３を０．０１〜０
．３重】％，Ｃｏ２Ｏ３を０．を０．０１〜０．３重量
％。

ＭｎＯを０．００５〜０．１５重量％添加含有して成る
ことを特徴とする。

尚、　０．３００　＞Ａ、　　Ａ　＞０．５５０　、　
　Ｂ　＞０．０５０　。

０．１２０　＞Ｃ，Ａ、　＞０．２９０　、０．２８０
　＞Ｄ、　　Ｄ＞０．４０８から成る基本組成物及び副
成分Ｌ　ａ　２０　Ｎ　。

ＣＯ□０．が各々０．０３重量％より多く、ＭｎＯが０
．１５重量９６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用組
成物としては好ましくなく、又、　０．００２　＞Ｂ　
及ヒＭｌ成分Ｌａ２０ｇ　、ＣＯ２０ｘの各々が０゜０
１重量％未満の組成物では電気歪量１機械豹変位の大幅
な改善効果が認められず、更には、副成分Ｍ　ｎ　Ｏ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１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。

出発原料として、化学的純度９９％以上のｐｂＯ，Ｎｉ
ｐ、Ｎｂ２０５．Ｓｂ２０．’、ＺｒＯ２゜ＴｉＯ２及
び所定の副成分を選び、第１表〜第６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’Ｃ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、　　１　ｔｏｎ／ｃ−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８　シリコーン油中で温度６０〜１００℃の条件
下で、直流電場３５〜５０ｋｖ／ｃＩ１１を３０分間印
加し分極処理を施して圧電的に活性化せしめた。次に、
所定の測定方法により圧電的諸室数を求めた後、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
形状の短形状圧電素子、すなわち■長さ１０＋＋＋（幅
２龍、厚さ１ｍｍ、■長さ３５關１幅１０龍、厚さ０．
１５＋＋ｎを得た。この２種類の圧電素子のうち形状■
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ｆｌ（収縮歪）を測定し。

６１７Ｍで評価した（６ｇ・・・縮み量１ｇ・・・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
イモルフ型変位機械的変位及びヒステリシスを調べた。

尚１機械豹変位は第１図に・示す様に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ｄｓ３ｏで求め、一方ヒステリシスは電圧３０
Ｖでの変位ｄＳ、、と、電圧０に戻した際に生じている
残留変位ｄＳｏから次式より算出して求めた。

ヒステリシス−ａ（ｄ　Ｓｏ　／　ｄ　Ｓ　ｓｏ）　Ｘ
１００　　Ｃ％］第１表〜第６表に結果の一例を示す。

尚、第１表〜第６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。第１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気歪量、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、
変位素子として好都合な特性をＨしている事は明白であ
る。

尚２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１機械豹変位及び電圧−変位ヒステリシスについ
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１例えば積層型圧電変位
素子への適用も十分可能である。

〔発明の効果〕

この様に１本発明は。

Ｐ　ｂ　［（Ｎ　ｉ　ｌ、Ｎｂ２．）Ａ−（Ｓｂ＋□Ｎ
ｂ＋　２）ａ　Ｚ　ｒ（ＴｉＤ］　０３を基本組成とし
、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを各々適度な範囲に設定し、且つ副成
物としてＬ　ａ　２０３１Ｃｏ２０．及びＭ　ｎ　Ｏを
適度な範囲で同時添加歯Ｈしたものであり、特に基本組
成に於けるｐｂ（Ｓｂ、□Ｎ　ｂ　ｒ、２）　０３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１　より大きな電気歪量２機械豹変位と共に低ヒ
ステリシスが実現できる。

更に１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。

（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形、軽量化及
び低電圧駆動が可能であり省エネルギ一時代にマツチし
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。

（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出来る。

尚、この場合、印加電圧の大きさは用途に応じて自由に
選択出来る。

（５）比較的高い圧電定数（例えば圧電ｄ定数）を有し
ているので、高圧電定数を必要とする各種圧電製品への
適用が可能である。

以上詳述した様に１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。

【図面の簡単な説明】

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は金属製弾性板、２．２’は圧電磁器板である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．一般式Ｐｂ［（Ｎｉ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３
   ）＿Ａ（Ｓｂ＿１＿／＿２Ｎｂ＿１＿／＿２）＿ＢＺｒ
   ＿ＣＴｉ＿Ｄ］Ｏ＿３で示され （但しＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝１） ０．３００≦Ａ≦０．５５０ ０．００２≦Ｂ≦０．０５０ ０．１２０≦Ｃ≦０．２９０ ０．２８０≦Ｄ≦０．４０８ を満足する基本組成に対し，Ｌａ＿２Ｏ＿３を０．０１
   〜０．３重量％，Ｃｏ＿２Ｏ＿３を０．０１〜０．３重
   量％，ＭｎＯを０．００５〜０．１５重量％添加含有し
   て成ることを特徴とする圧電磁器組成物。