JPH057029A - 圧電電歪セラミツク積層体 - Google Patents
圧電電歪セラミツク積層体Info
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- JPH057029A JPH057029A JP3283749A JP28374991A JPH057029A JP H057029 A JPH057029 A JP H057029A JP 3283749 A JP3283749 A JP 3283749A JP 28374991 A JP28374991 A JP 28374991A JP H057029 A JPH057029 A JP H057029A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電圧の変化に応じて歪み量が比較的緩やかに
変化し、アナログ的な歪み量制御をすることができる圧
電電歪材となるセラミック積層体を提供する。 【構成】 電極３ａ及び３ｂの間に、構成成分の濃度の
異なる圧電セラミック材２ａ及び２ｂが挟まれて圧着さ
れた構造の繰り返し単位を積層することにより、積層方
向に圧電セラミック材の構成成分の濃度変化を持たせた
圧電セラミック積層体とする。 【効果】 ヒステリシスカーブの立ち上がり部の傾斜が
なだらかとなり、アナログ的な歪み量制御を可能にす
る。また、ヒステリシスをスリム化することができ、さ
らに、歪み量の温度特性を向上することもできる。
変化し、アナログ的な歪み量制御をすることができる圧
電電歪材となるセラミック積層体を提供する。 【構成】 電極３ａ及び３ｂの間に、構成成分の濃度の
異なる圧電セラミック材２ａ及び２ｂが挟まれて圧着さ
れた構造の繰り返し単位を積層することにより、積層方
向に圧電セラミック材の構成成分の濃度変化を持たせた
圧電セラミック積層体とする。 【効果】 ヒステリシスカーブの立ち上がり部の傾斜が
なだらかとなり、アナログ的な歪み量制御を可能にす
る。また、ヒステリシスをスリム化することができ、さ
らに、歪み量の温度特性を向上することもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電電歪セラミック積層
体に関し、特に精密工作機器における位置決め、流量制
御バルブ、自動車のブレーキ装置等に使用するアクチュ
エータに好適な圧電電歪セラミック積層体に関する。
体に関し、特に精密工作機器における位置決め、流量制
御バルブ、自動車のブレーキ装置等に使用するアクチュ
エータに好適な圧電電歪セラミック積層体に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界を加えると機械的な歪みを生じる性
質を有する物質は、一般に圧電材料または圧電電歪材料
と呼ばれ、電気機械変換素子として、バイモルフ、圧電
着火素子、超音波振動子、圧電ブザー、セラミックフィ
ルター等に広く利用されている。
質を有する物質は、一般に圧電材料または圧電電歪材料
と呼ばれ、電気機械変換素子として、バイモルフ、圧電
着火素子、超音波振動子、圧電ブザー、セラミックフィ
ルター等に広く利用されている。
【０００３】一般に圧電材料に電界をかけるとその結晶
構造が変化し、その結晶変態点において極大の歪量（電
気機械結合定数）を示す。結晶変態点は各圧電材料によ
り異なるので、目的の作動温度に応じ、適当な圧電材料
を選択して用いている。
構造が変化し、その結晶変態点において極大の歪量（電
気機械結合定数）を示す。結晶変態点は各圧電材料によ
り異なるので、目的の作動温度に応じ、適当な圧電材料
を選択して用いている。
【０００４】このような圧電材料としては、BaTiＯ3 、
Pb(Zr,Ti)O3 （一般にＰＺＴと呼ばれる）、LiNbＯ3 、
LiTaＯ3 等が知られている。また上記材料に他の酸化物
等を添加して、圧電材料の各種特性を向上させたものも
用いられている。さらに、上記のＰＺＴ材において、Zr
の一部をNb及びSnで置換したＰＮＺＳＴ材は、破壊を起
こすことなく大きな歪みを生じるので、このＰＮＺＳＴ
材をアクチュエータ材として用いることが検討されてい
る。
Pb(Zr,Ti)O3 （一般にＰＺＴと呼ばれる）、LiNbＯ3 、
LiTaＯ3 等が知られている。また上記材料に他の酸化物
等を添加して、圧電材料の各種特性を向上させたものも
用いられている。さらに、上記のＰＺＴ材において、Zr
の一部をNb及びSnで置換したＰＮＺＳＴ材は、破壊を起
こすことなく大きな歪みを生じるので、このＰＮＺＳＴ
材をアクチュエータ材として用いることが検討されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＮＺ
ＳＴ材の場合、図１５に模式的に実線で示すように、あ
る特定の電圧（電圧Ｅq ) が印加されたときに歪み量が
急激に増大するので、実際上、歪量０と歪量の最大値
（ΔＬ0 ) との間で、いわゆるオン−オフのデジタル的
な制御しかできない。その上、電圧−歪量カーブのヒス
テリシスが比較的大きいという欠点も有する。
ＳＴ材の場合、図１５に模式的に実線で示すように、あ
る特定の電圧（電圧Ｅq ) が印加されたときに歪み量が
急激に増大するので、実際上、歪量０と歪量の最大値
（ΔＬ0 ) との間で、いわゆるオン−オフのデジタル的
な制御しかできない。その上、電圧−歪量カーブのヒス
テリシスが比較的大きいという欠点も有する。
【０００６】オン−オフのデジタル制御でも有効な場合
は多いが、アナログ的な歪量制御をすることができれ
ば、アクチュエータ材としての圧電材料の有用性は飛躍
的に増大する。アナログ制御を可能とするためには、電
圧の変化に比例して歪み量が比較的ゆるやかに変化し、
しかもヒステリシスがなるべく小さい圧電電歪材料を開
発する必要がある。すなわち、ＰＺＴ系の圧電電歪材の
場合には、特にヒステリシスを小さくした（図１６のグ
ラフにおいてΔｘ／Ｘmax を小さくした）ものが求めら
れている。また、ＰＮＺＳＴ系の圧電電歪材の場合に
は、特に図１７に示すように、電圧の変化ΔＥに対して
比較的小さなΔＬだけ変化する特性を有する圧電電歪材
料が求められる。
は多いが、アナログ的な歪量制御をすることができれ
ば、アクチュエータ材としての圧電材料の有用性は飛躍
的に増大する。アナログ制御を可能とするためには、電
圧の変化に比例して歪み量が比較的ゆるやかに変化し、
しかもヒステリシスがなるべく小さい圧電電歪材料を開
発する必要がある。すなわち、ＰＺＴ系の圧電電歪材の
場合には、特にヒステリシスを小さくした（図１６のグ
ラフにおいてΔｘ／Ｘmax を小さくした）ものが求めら
れている。また、ＰＮＺＳＴ系の圧電電歪材の場合に
は、特に図１７に示すように、電圧の変化ΔＥに対して
比較的小さなΔＬだけ変化する特性を有する圧電電歪材
料が求められる。
【０００７】したがって、本発明の目的は、電圧の変化
に応じて歪み量が比較的ゆるやかに変化し、もってアナ
ログ的な歪み制御に適し、しかもヒステリシスの比較的
小さな圧電電歪材を提供することである。
に応じて歪み量が比較的ゆるやかに変化し、もってアナ
ログ的な歪み制御に適し、しかもヒステリシスの比較的
小さな圧電電歪材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく鋭
意研究の結果、本発明者は、金属成分濃度が異なる複数
の圧電セラミック材を積層することにより、その積層方
向に金属成分の濃度を変化させた構成とすれば、電圧の
変化に伴って、積層された圧電電歪材の与える歪み量が
ゆるやかに変化することを発見し、本発明を完成した。
意研究の結果、本発明者は、金属成分濃度が異なる複数
の圧電セラミック材を積層することにより、その積層方
向に金属成分の濃度を変化させた構成とすれば、電圧の
変化に伴って、積層された圧電電歪材の与える歪み量が
ゆるやかに変化することを発見し、本発明を完成した。
【０００９】すなわち、複数の圧電セラミック材を積層
してなる本発明の圧電電歪セラミック積層体は、積層方
向に、前記圧電セラミック材を形成する金属成分の濃度
変化があることを特徴とする。
してなる本発明の圧電電歪セラミック積層体は、積層方
向に、前記圧電セラミック材を形成する金属成分の濃度
変化があることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】本発明を添付図面を参照して以下詳細に説明
する。本発明の圧電電歪セラミック積層体を構成する圧
電セラミック材（セラミックシート）は、圧電電歪効果
を示すものであれば特に限定されないが、好ましい圧電
セラミック材としては、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti（ＰＮＺＳ
Ｔ）系酸化物、Pb(Zr,Ti)O3 （ＰＺＴ）系酸化物、Pb−
La−Zr−Ti（ＰＬＺＴ）系酸化物、Pb−Mg−Nb−PbTiＯ
3 （ＰＭＮＰＴ）系酸化物等があげられる。
する。本発明の圧電電歪セラミック積層体を構成する圧
電セラミック材（セラミックシート）は、圧電電歪効果
を示すものであれば特に限定されないが、好ましい圧電
セラミック材としては、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti（ＰＮＺＳ
Ｔ）系酸化物、Pb(Zr,Ti)O3 （ＰＺＴ）系酸化物、Pb−
La−Zr−Ti（ＰＬＺＴ）系酸化物、Pb−Mg−Nb−PbTiＯ
3 （ＰＭＮＰＴ）系酸化物等があげられる。
【００１１】以下、積層する圧電セラミック材としてPb
−Nb−Zr−Sn−Ti（ＰＮＺＳＴ）系酸化物を用いたもの
を例にとり、本発明を説明する。
−Nb−Zr−Sn−Ti（ＰＮＺＳＴ）系酸化物を用いたもの
を例にとり、本発明を説明する。
【００１２】本発明において、圧電セラミック材として
用いることのできるPb−Nb−Zr−Sn−Ti（ＰＮＺＳＴ）
系酸化物は、下記一般式 Pba Bab Nbc [(Zrd Sne ）1-f Tif ] g Ｏ3 （ただし、０．９４＜ａ＜１、０＜ｂ＜０．０６、０＜
ｃ＜０．０４、０．５５＜ｄ＜０．７５、０．２５＜ｅ
＜０．４５、０＜ｆ＜０．０８、及び０．９６＜ｇ＜１
である。）により表される組成を有する。
用いることのできるPb−Nb−Zr−Sn−Ti（ＰＮＺＳＴ）
系酸化物は、下記一般式 Pba Bab Nbc [(Zrd Sne ）1-f Tif ] g Ｏ3 （ただし、０．９４＜ａ＜１、０＜ｂ＜０．０６、０＜
ｃ＜０．０４、０．５５＜ｄ＜０．７５、０．２５＜ｅ
＜０．４５、０＜ｆ＜０．０８、及び０．９６＜ｇ＜１
である。）により表される組成を有する。
【００１３】上記組成範囲内で特定の金属成分に濃度変
化をもたせる場合、種々の態様のものがある。例えば、
図１(a) に示す圧電電歪セラミック積層体１は、一対の
電極３ａ、３ｂの間に二枚の圧電セラミック材２ａ、２
ｂが挟まれ、圧着された構造の繰り返し単位により構成
されている。
化をもたせる場合、種々の態様のものがある。例えば、
図１(a) に示す圧電電歪セラミック積層体１は、一対の
電極３ａ、３ｂの間に二枚の圧電セラミック材２ａ、２
ｂが挟まれ、圧着された構造の繰り返し単位により構成
されている。
【００１４】本実施例においては、圧電セラミック材２
ａと圧電セラミック材２ｂとはTiの濃度（それに伴って
Zr及びSnの濃度）が異なる。図１(b) に示す例では、圧
電セラミック材２ａの方がTiの濃度が高い。
ａと圧電セラミック材２ｂとはTiの濃度（それに伴って
Zr及びSnの濃度）が異なる。図１(b) に示す例では、圧
電セラミック材２ａの方がTiの濃度が高い。
【００１５】このような圧電セラミック材２ａ、２ｂの
好ましい組成は、一般式：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65
Sn0.35）1-A TiA ] 0.98Ｏ3（ただし０＜Ａ≦０．０
８）により表されるものである。そしてＡを上記範囲内
で適宜変化させた圧電セラミック材を用い、積層体とす
る。圧電セラミック材２ａ及び２ｂの組成の好ましい具
体例は、それぞれPb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）
0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 及び、Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr
0.65Sn0.35）0.96Ti0.04] 0.98Ｏ3 である。
好ましい組成は、一般式：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65
Sn0.35）1-A TiA ] 0.98Ｏ3（ただし０＜Ａ≦０．０
８）により表されるものである。そしてＡを上記範囲内
で適宜変化させた圧電セラミック材を用い、積層体とす
る。圧電セラミック材２ａ及び２ｂの組成の好ましい具
体例は、それぞれPb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）
0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 及び、Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr
0.65Sn0.35）0.96Ti0.04] 0.98Ｏ3 である。
【００１６】なお、Tiの代わりにPb及びBaの濃度を変化
させることもできる。この場合には、その圧電セラミッ
ク材の組成を、たとえばPb0.99-BBaB Nb0.02[(Zr0.65Sn
0.35）0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 （ただし０≦Ｂ≦０．０
６）とするのが好ましい。
させることもできる。この場合には、その圧電セラミッ
ク材の組成を、たとえばPb0.99-BBaB Nb0.02[(Zr0.65Sn
0.35）0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 （ただし０≦Ｂ≦０．０
６）とするのが好ましい。
【００１７】また、Pb及びNbの濃度を変化させることも
できる。この場合には、たとえばPb0.96-C/2Ba0.03NbC
[(Zr0.65Sn0.35）0.95Ti0.05] 1-C Ｏ3 （ただし０＜Ｃ
≦０．０３）とするのが好ましい。
できる。この場合には、たとえばPb0.96-C/2Ba0.03NbC
[(Zr0.65Sn0.35）0.95Ti0.05] 1-C Ｏ3 （ただし０＜Ｃ
≦０．０３）とするのが好ましい。
【００１８】さらに、Tiの濃度を変化させずにZr及びSn
の濃度を変化させることもできる。この場合には、たと
えばPb0.96Ba0.03Nb0.02[(ZrD Sn1-D ）0.95Ti0.05]
0.98Ｏ3 （ただし０．５５≦Ｄ≦０．７５）とするのが
好ましい。
の濃度を変化させることもできる。この場合には、たと
えばPb0.96Ba0.03Nb0.02[(ZrD Sn1-D ）0.95Ti0.05]
0.98Ｏ3 （ただし０．５５≦Ｄ≦０．７５）とするのが
好ましい。
【００１９】上述の通り、本発明では圧電セラミック材
の構成成分（金属元素）のいずれか１種又は２種以上の
濃度を変化させたものを積層するが、Pb−Nb−Zr−Sn−
Ti系酸化物からなる圧電セラミック材を用いて積層体を
形成する場合には、本実施例のようにTiの濃度（及びそ
れに伴ってZr及びSnの濃度）を変化させるのが好まし
い。Tiの濃度を変化させた圧電セラミック材を積層する
と、より効果的に印加電圧／歪み曲線の立ち上がり部
（図１７に示すグラフのＳ部分）の傾斜がゆるやかにな
るとともに、ヒステリシスカーブがスリム化する。
の構成成分（金属元素）のいずれか１種又は２種以上の
濃度を変化させたものを積層するが、Pb−Nb−Zr−Sn−
Ti系酸化物からなる圧電セラミック材を用いて積層体を
形成する場合には、本実施例のようにTiの濃度（及びそ
れに伴ってZr及びSnの濃度）を変化させるのが好まし
い。Tiの濃度を変化させた圧電セラミック材を積層する
と、より効果的に印加電圧／歪み曲線の立ち上がり部
（図１７に示すグラフのＳ部分）の傾斜がゆるやかにな
るとともに、ヒステリシスカーブがスリム化する。
【００２０】なお、積層する圧電セラミック材２ａ、２
ｂの厚みは１０〜２５０μｍ、好ましくは１００μｍ程
度とする。
ｂの厚みは１０〜２５０μｍ、好ましくは１００μｍ程
度とする。
【００２１】また、電極部３ａ、３ｂは、白金、銀、パ
ラジウム、銀−パラジウム合金等の貴金属類により形成
するが、好ましくは白金を用いる。詳しくは後述する
が、この電極部３ａ、３ｂは、圧電セラミック材２ａ、
２ｂの表面にスクリーン印刷法等により形成する。電極
部３ａ、３ｂの厚さは１〜１０μｍ、好ましくは５μｍ
程度とする。
ラジウム、銀−パラジウム合金等の貴金属類により形成
するが、好ましくは白金を用いる。詳しくは後述する
が、この電極部３ａ、３ｂは、圧電セラミック材２ａ、
２ｂの表面にスクリーン印刷法等により形成する。電極
部３ａ、３ｂの厚さは１〜１０μｍ、好ましくは５μｍ
程度とする。
【００２２】金属成分の濃度が異なる二種類の圧電セラ
ミック材を交互に積層し、焼結すると、金属成分は拡散
し、その濃度変化は、図１(b) に示す階段状から図１
(c) に曲線６で示すようななだらかなものとなる。な
お、図１(c) は、図１(a) の圧電電歪セラミック積層体
１における積層方向のTiの濃度の変化を模式的に示すも
のである（電極部３は省略してある）。
ミック材を交互に積層し、焼結すると、金属成分は拡散
し、その濃度変化は、図１(b) に示す階段状から図１
(c) に曲線６で示すようななだらかなものとなる。な
お、図１(c) は、図１(a) の圧電電歪セラミック積層体
１における積層方向のTiの濃度の変化を模式的に示すも
のである（電極部３は省略してある）。
【００２３】以上に示した構成の圧電電歪セラミック積
層体１に電圧を印加した場合、電圧−歪みのヒステリシ
スカーブは、図１５に破線で模式的に示すように、従来
のＰＮＺＳＴ系圧電電歪積層体（実線で示す）に比し
て、なだらかに傾斜しているとともに、スリム化してい
る。
層体１に電圧を印加した場合、電圧−歪みのヒステリシ
スカーブは、図１５に破線で模式的に示すように、従来
のＰＮＺＳＴ系圧電電歪積層体（実線で示す）に比し
て、なだらかに傾斜しているとともに、スリム化してい
る。
【００２４】本発明の圧電電歪セラミック積層体が上述
のようなヒステリシスカーブを与えるのは、以下の理由
によるものと考えられる。すなわち、一般に圧電電歪材
料の構成成分の濃度が異なると、その相転移電界（ヒス
テリシスカーブの立ち上がり部分に対応する電界）がシ
フトするが、本発明の圧電電歪セラミック積層体では、
構成成分の濃度が異なる複数種の圧電セラミック材を積
層しているために、複数の歪量／電圧のグラフの立ち上
がり部が合成されることになり、そのためになだらかな
傾斜を有するようになる。
のようなヒステリシスカーブを与えるのは、以下の理由
によるものと考えられる。すなわち、一般に圧電電歪材
料の構成成分の濃度が異なると、その相転移電界（ヒス
テリシスカーブの立ち上がり部分に対応する電界）がシ
フトするが、本発明の圧電電歪セラミック積層体では、
構成成分の濃度が異なる複数種の圧電セラミック材を積
層しているために、複数の歪量／電圧のグラフの立ち上
がり部が合成されることになり、そのためになだらかな
傾斜を有するようになる。
【００２５】積層方向における金属成分の濃度変化の態
様としては、上述のように構成成分の濃度の異なる二種
類の圧電セラミック材を積層するだけではなく、濃度が
異なる三種類以上の圧電セラミック材を重ね合わせた構
成としてもよい。例えば、濃度が異なる三種類の圧電セ
ラミック材を重ね合わせた構成を図２及び図３に示す。
様としては、上述のように構成成分の濃度の異なる二種
類の圧電セラミック材を積層するだけではなく、濃度が
異なる三種類以上の圧電セラミック材を重ね合わせた構
成としてもよい。例えば、濃度が異なる三種類の圧電セ
ラミック材を重ね合わせた構成を図２及び図３に示す。
【００２６】まず、図２は、Ti濃度の異なる三種類の圧
電セラミック材４ａ、４ｂ及び４ｃを、４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｂ、４ａ・・・の順に繰り返して積層してなる例
を模式的に示す。なお、図２において、曲線40は焼結後
のTiの濃度変化を示しており、各圧電セラミック材４
ａ、４ｂ及び４ｃに示した破線は、焼結前の（すなわち
拡散前の）Tiの濃度を示している。
電セラミック材４ａ、４ｂ及び４ｃを、４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｂ、４ａ・・・の順に繰り返して積層してなる例
を模式的に示す。なお、図２において、曲線40は焼結後
のTiの濃度変化を示しており、各圧電セラミック材４
ａ、４ｂ及び４ｃに示した破線は、焼結前の（すなわち
拡散前の）Tiの濃度を示している。
【００２７】また、図３は、先の図２の例において、同
一種類の圧電セラミック材（例えば圧電セラミック材４
ａ、４ａ）を２枚ずつ重ねて、同一濃度の圧電セラミッ
ク材部分の厚みを大きくした例を示しており、Tiの濃度
変化がより緩やかになっていることがわかる。さらに、
同一種類の圧電セラミック材を３枚以上隣り合せれば、
Tiの濃度変化は一層緩やかなものとなる。
一種類の圧電セラミック材（例えば圧電セラミック材４
ａ、４ａ）を２枚ずつ重ねて、同一濃度の圧電セラミッ
ク材部分の厚みを大きくした例を示しており、Tiの濃度
変化がより緩やかになっていることがわかる。さらに、
同一種類の圧電セラミック材を３枚以上隣り合せれば、
Tiの濃度変化は一層緩やかなものとなる。
【００２８】積層方向における金属成分の濃度変化の他
の態様として、図４(a) に示す圧電電歪セラミック積層
体７がある。この圧電電歪セラミック積層体７は、五種
類の圧電セラミック材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅ
をそれぞれ２枚ずつ、５ａ、５ａ、５ｂ、５ｂ、５ｃ、
５ｃ、５ｄ、５ｄ、５ｅ、５ｅ、５ｄ、５ｄ、５ｃ、５
ｃ、５ｂ、５ｂ、５ａ、５ａ・・・の順に積層し、１枚
おきの圧電電歪セラミック材の間に電極８、８・・・を
挟んで圧着した構造を有する。
の態様として、図４(a) に示す圧電電歪セラミック積層
体７がある。この圧電電歪セラミック積層体７は、五種
類の圧電セラミック材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅ
をそれぞれ２枚ずつ、５ａ、５ａ、５ｂ、５ｂ、５ｃ、
５ｃ、５ｄ、５ｄ、５ｅ、５ｅ、５ｄ、５ｄ、５ｃ、５
ｃ、５ｂ、５ｂ、５ａ、５ａ・・・の順に積層し、１枚
おきの圧電電歪セラミック材の間に電極８、８・・・を
挟んで圧着した構造を有する。
【００２９】本実施例では、圧電セラミック材５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、それぞれTiの濃度が異なり、
図４(b) に示すように、Tiの濃度変化が緩やかな正弦曲
線となるような順番で配置されている。
ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、それぞれTiの濃度が異なり、
図４(b) に示すように、Tiの濃度変化が緩やかな正弦曲
線となるような順番で配置されている。
【００３０】なお、本実施例において、圧電セラミック
材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅの組成を、それぞれ
Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.9725Ti0.0275]
0.98Ｏ3 、Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）
0.96875 Ti0.03125 ] 0.98Ｏ3 、Pb0.96Ba0.03Nb
0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.965 Ti0.035 ] 0.98Ｏ3 、Pb
0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96125 T
i0.03875 ] 0.98Ｏ3 及びPb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65S
n0.35）0.9575Ti0.0425] 0.98Ｏ3 とすることが好まし
い。
材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅの組成を、それぞれ
Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.9725Ti0.0275]
0.98Ｏ3 、Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）
0.96875 Ti0.03125 ] 0.98Ｏ3 、Pb0.96Ba0.03Nb
0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.965 Ti0.035 ] 0.98Ｏ3 、Pb
0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96125 T
i0.03875 ] 0.98Ｏ3 及びPb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65S
n0.35）0.9575Ti0.0425] 0.98Ｏ3 とすることが好まし
い。
【００３１】本実施例による圧電電歪セラミック積層体
７の焼結後のTiの濃度変化は、図４(c) の曲線50に示す
ようによりゆるやかな正弦曲線状となる。なお図中の破
線は、焼結前の（すなわち拡散前の）Tiの濃度の大きさ
を示す。
７の焼結後のTiの濃度変化は、図４(c) の曲線50に示す
ようによりゆるやかな正弦曲線状となる。なお図中の破
線は、焼結前の（すなわち拡散前の）Tiの濃度の大きさ
を示す。
【００３２】また、本実施例による圧電電歪セラミック
積層体７のように、そのTiの濃度変化をより緩やかにし
た構成とすると、圧電セラミック材内部での等電位面の
偏り（構成成分の濃度の高い方の圧電セラミック材部分
に等電位面がいわば引き込まれるように偏ること）が少
なくなり、得られるヒステリシスカーブがよりスムーズ
になる。
積層体７のように、そのTiの濃度変化をより緩やかにし
た構成とすると、圧電セラミック材内部での等電位面の
偏り（構成成分の濃度の高い方の圧電セラミック材部分
に等電位面がいわば引き込まれるように偏ること）が少
なくなり、得られるヒステリシスカーブがよりスムーズ
になる。
【００３３】さらに、上述した態様以外の金属成分の濃
度変化の態様としては、図５に示すように、多数種の圧
電セラミック材をそのTi濃度の順に配列して、Tiの濃度
変化を一方向に単調増加させたような構成も挙げられ
る。
度変化の態様としては、図５に示すように、多数種の圧
電セラミック材をそのTi濃度の順に配列して、Tiの濃度
変化を一方向に単調増加させたような構成も挙げられ
る。
【００３４】なお、図２乃至図５に示す各例はTi濃度を
変化させたものであるが、図１に関する実施例のよう
に、Ti以外の金属元素成分を変化させてもよい。
変化させたものであるが、図１に関する実施例のよう
に、Ti以外の金属元素成分を変化させてもよい。
【００３５】次に、複数種の圧電セラミックス材を積層
して圧電電歪セラミック積層体を製造する方法について
説明する。説明の簡単化のために、２種類の圧電電歪セ
ラミック板を用いた例について以下に説明するが、３種
以上の場合でも本質的に同じである。
して圧電電歪セラミック積層体を製造する方法について
説明する。説明の簡単化のために、２種類の圧電電歪セ
ラミック板を用いた例について以下に説明するが、３種
以上の場合でも本質的に同じである。
【００３６】まず、所望の組成の圧電セラミック材を製
造する。圧電セラミック材の製造においては、目的の組
成になるように、PbＯ、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、Sn
Ｏ2 及びTiＯ2 を秤量し、エタノール等の溶媒を用いて
これをボールミルにより混合する。混合時間は１０〜５
０時間程度とする。
造する。圧電セラミック材の製造においては、目的の組
成になるように、PbＯ、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、Sn
Ｏ2 及びTiＯ2 を秤量し、エタノール等の溶媒を用いて
これをボールミルにより混合する。混合時間は１０〜５
０時間程度とする。
【００３７】次にこれを乾燥し、さらに８００〜９００
℃で２〜１０時間仮焼する。仮焼して得られたものを、
再びエタノール等の溶媒を用いてボールミルにより１０
〜５０時間混合し、乾燥の後、二度目の仮焼を行う。こ
の二度目の仮焼は９００〜１０００℃で、２〜１０時間
とするのがよい。さらにもう一度、二度目の仮焼で得ら
れたものをエタノール等の溶媒を用いてボールミルによ
り混合するのが好ましい。この混合時間は１０〜１００
時間とするのがよい。これで得られた粉末を乾燥し、圧
電セラミック材を形成する原料（以下仮焼粉末と呼ぶ）
とする。
℃で２〜１０時間仮焼する。仮焼して得られたものを、
再びエタノール等の溶媒を用いてボールミルにより１０
〜５０時間混合し、乾燥の後、二度目の仮焼を行う。こ
の二度目の仮焼は９００〜１０００℃で、２〜１０時間
とするのがよい。さらにもう一度、二度目の仮焼で得ら
れたものをエタノール等の溶媒を用いてボールミルによ
り混合するのが好ましい。この混合時間は１０〜１００
時間とするのがよい。これで得られた粉末を乾燥し、圧
電セラミック材を形成する原料（以下仮焼粉末と呼ぶ）
とする。
【００３８】なお、用いるセラミック粉末の粒径及びボ
ールミル混合により得られた仮焼粉末の粒径は小さいほ
ど好ましい。具体的には平均粒径で１μｍ程度以下とす
るのがよい。粒径が小さいほど、圧電セラミック材内の
金属成分（たとえばTi）の拡散が良好となり、圧電電歪
セラミック積層体の特性が向上する。
ールミル混合により得られた仮焼粉末の粒径は小さいほ
ど好ましい。具体的には平均粒径で１μｍ程度以下とす
るのがよい。粒径が小さいほど、圧電セラミック材内の
金属成分（たとえばTi）の拡散が良好となり、圧電電歪
セラミック積層体の特性が向上する。
【００３９】次に、上述の仮焼粉末を用いて圧電セラミ
ック材のグリーンシートを製造する。
ック材のグリーンシートを製造する。
【００４０】まず、エチレングリコールモノエチルエー
テル、ジエチレングリコールn-ブチルエーテル等の溶媒
と、ブチルフタリルブチルグリコレート等の可塑剤を混
合し、これに、乾燥した仮焼粉体を加え撹拌混合する。
この撹拌混合は５〜６０分程度がよい。次に、この混合
物にポリビニルブチラール等のバインダー成分を加え、
８０℃程度に加熱しながら２０〜１２０分間程度撹拌混
合する。
テル、ジエチレングリコールn-ブチルエーテル等の溶媒
と、ブチルフタリルブチルグリコレート等の可塑剤を混
合し、これに、乾燥した仮焼粉体を加え撹拌混合する。
この撹拌混合は５〜６０分程度がよい。次に、この混合
物にポリビニルブチラール等のバインダー成分を加え、
８０℃程度に加熱しながら２０〜１２０分間程度撹拌混
合する。
【００４１】得られた溶液をフィルタリングした後、脱
泡してスラリーとする。なお、フィルタリングでは ２
００程度のフィルタを用いるのがよい。
泡してスラリーとする。なお、フィルタリングでは ２
００程度のフィルタを用いるのがよい。
【００４２】上記で得たスラリーを用い、ドクターブレ
ード法等によりシート状の成形体を作成する。これを乾
燥したのち、所望の大きさに打ち抜いてグリーンシート
とする。なお、このグリーンシート１枚の厚さは１００
μｍ程度とするのがよい。
ード法等によりシート状の成形体を作成する。これを乾
燥したのち、所望の大きさに打ち抜いてグリーンシート
とする。なお、このグリーンシート１枚の厚さは１００
μｍ程度とするのがよい。
【００４３】このようにしてTi濃度の異なる二種のセラ
ミックグリーンシートを製造した後、図６に概略的に示
す方法により積層体を製造する。
ミックグリーンシートを製造した後、図６に概略的に示
す方法により積層体を製造する。
【００４４】まず、Ti濃度の異なる二種のセラミックグ
リーンシートｔ1 及びｔ2 を一枚ずつとり、両者を圧着
する（工程(a)）。
リーンシートｔ1 及びｔ2 を一枚ずつとり、両者を圧着
する（工程(a)）。
【００４５】圧着して得たグリーンシート９の一方の面
（例えばTi濃度の大きい方のグリーンシートｔ1 面）
に、スクリーン印刷法等により電極部100 を形成する
（工程(b) ）。この電極部100 としては上述の通り白金
を用いるのがよい。スクリーン印刷法によりそれを形成
する場合には、白金粉末６０重量％と、エチレングリコ
ールなどの有機バインダー４０重量％とからなる混合物
（白金ペースト）を用いるのがよい。
（例えばTi濃度の大きい方のグリーンシートｔ1 面）
に、スクリーン印刷法等により電極部100 を形成する
（工程(b) ）。この電極部100 としては上述の通り白金
を用いるのがよい。スクリーン印刷法によりそれを形成
する場合には、白金粉末６０重量％と、エチレングリコ
ールなどの有機バインダー４０重量％とからなる混合物
（白金ペースト）を用いるのがよい。
【００４６】上述した方法により得た電極付きグリーン
シート積層体１０を複数枚積層し、圧着する（工程(c)
）。
シート積層体１０を複数枚積層し、圧着する（工程(c)
）。
【００４７】次に、工程(c) で得られた積層体１１を積
層方向に切断し、脱脂及び焼成を行う。脱脂は最高温度
を１０００℃以下、好ましくは５００℃以下とし、その
最高温度まで徐々に温度を上げていくのがよく、例えば
図８に示す昇温冷却パターンにより行うのがよい。
層方向に切断し、脱脂及び焼成を行う。脱脂は最高温度
を１０００℃以下、好ましくは５００℃以下とし、その
最高温度まで徐々に温度を上げていくのがよく、例えば
図８に示す昇温冷却パターンにより行うのがよい。
【００４８】脱脂工程後、積層体を１０００〜１２７０
℃で２〜６時間焼成する。この焼成工程において圧電セ
ラミック材間でTiの拡散が起こり、Ti濃度の変化が階段
状から滑らかなものになる。より好ましい焼成温度は１
１００〜１２００℃である。得られた圧電セラミック板
積層体の電極部３ｂ、３ｂにリード線３０、３０、・・
・を接続して目的の圧電電歪セラミック積層体１２とす
る。
℃で２〜６時間焼成する。この焼成工程において圧電セ
ラミック材間でTiの拡散が起こり、Ti濃度の変化が階段
状から滑らかなものになる。より好ましい焼成温度は１
１００〜１２００℃である。得られた圧電セラミック板
積層体の電極部３ｂ、３ｂにリード線３０、３０、・・
・を接続して目的の圧電電歪セラミック積層体１２とす
る。
【００４９】なお、積層体の圧電セラミック材の密度が
理論密度の９５〜９７％と低い場合には、上述の焼成の
後に、８５０〜１１００℃で１０００〜２０００気圧程
度の低温ＨＩＰを３〜１０時間行うのがよい。このＨＩ
Ｐはアルゴンガス／酸素ガスが４／１となる雰囲気下で
行うのがよい。このような低温ＨＩＰを行うと、圧電セ
ラミック材の密度を理論密度の９９％以上とすることが
でき、良好な特性を示す圧電電歪セラミック積層体とす
ることができる。なお、上述の温度範囲より高温でＨＩ
Ｐを行うと、積層した圧電セラミック材内のTiが拡散し
すぎるので、好ましくない。
理論密度の９５〜９７％と低い場合には、上述の焼成の
後に、８５０〜１１００℃で１０００〜２０００気圧程
度の低温ＨＩＰを３〜１０時間行うのがよい。このＨＩ
Ｐはアルゴンガス／酸素ガスが４／１となる雰囲気下で
行うのがよい。このような低温ＨＩＰを行うと、圧電セ
ラミック材の密度を理論密度の９９％以上とすることが
でき、良好な特性を示す圧電電歪セラミック積層体とす
ることができる。なお、上述の温度範囲より高温でＨＩ
Ｐを行うと、積層した圧電セラミック材内のTiが拡散し
すぎるので、好ましくない。
【００５０】以上、Pb−Nb−Zr−Sn−Ti系酸化物からな
る圧電セラミック材を例にとり本発明を説明したが、Ｐ
ＺＴ系セラミックス、ＰＬＺＴ系セラミックス、ＰＭＮ
ＰＴ系セラミックスを用いることもできる。
る圧電セラミック材を例にとり本発明を説明したが、Ｐ
ＺＴ系セラミックス、ＰＬＺＴ系セラミックス、ＰＭＮ
ＰＴ系セラミックスを用いることもできる。
【００５１】ＰＺＴ系セラミックスとしては、
Pb1-A ＭA [(Zr1-B TiB ）1-C (Mg 1/3 Nb2/3 ）C ] Ｏ3
（ただし、Ｍは、Ba、Sr又はCaを表し、０≦Ａ≦０．
２、０．３≦Ｂ≦０．５、及び０．０１≦Ｃ≦０．５で
ある。）を用いるのがよい。
２、０．３≦Ｂ≦０．５、及び０．０１≦Ｃ≦０．５で
ある。）を用いるのがよい。
【００５２】なお、ＰＺＴ系セラミックスのバリエーシ
ョンとして、上記組成式中の(Mg 1/ 3 Nb2/3 ）の部分
を、（Cd1/3 Nb2/3 ）、（Fe1/2 Nb1/2 ）、（Yb1/2 Nb
1/2 ）、（Yb1/2 Ta1/2 ）、（In1/2 Nb1/2 ）、（Mn
1/2 Ｗ1/2 ）、（Zn1/2 Ｗ1/2 ）、（Mg1/2 Ｗ1/2 ）、
（Co1/2 Ｗ1/2 ）、（Ni1/2 Ｗ1/2 ）、（Ni1/3 N
b2/3 ）、（Mg1/3 Ta2/3 ）、（Zn1/3 Nb2/3 ）、（Co
1/3 Nb2/3 ）、（Co1/3 Ta2/3 ）、（Ni1/3 Ta2/3 ）等
で置換したものを用いることもできる。
ョンとして、上記組成式中の(Mg 1/ 3 Nb2/3 ）の部分
を、（Cd1/3 Nb2/3 ）、（Fe1/2 Nb1/2 ）、（Yb1/2 Nb
1/2 ）、（Yb1/2 Ta1/2 ）、（In1/2 Nb1/2 ）、（Mn
1/2 Ｗ1/2 ）、（Zn1/2 Ｗ1/2 ）、（Mg1/2 Ｗ1/2 ）、
（Co1/2 Ｗ1/2 ）、（Ni1/2 Ｗ1/2 ）、（Ni1/3 N
b2/3 ）、（Mg1/3 Ta2/3 ）、（Zn1/3 Nb2/3 ）、（Co
1/3 Nb2/3 ）、（Co1/3 Ta2/3 ）、（Ni1/3 Ta2/3 ）等
で置換したものを用いることもできる。
【００５３】ＰＬＺＴ系セラミックスとして、Pb1-A La
A （Zr1-B TiB ）Ｏ3 （ただし、０．０１≦Ａ≦０．１
４、及び０．３≦Ｂ≦０．５である）を用いることがで
きる。従来のＰＬＺＴ系セラミックスを用いた圧電電歪
材は比較的小さな印加電界で大きな歪みを与えるが、歪
み量が大きいと圧電電歪材が破壊することがあった。し
かしながら、上述した組成範囲内の複数種の圧電セラミ
ック材を積層すればヒステリシスはスリム化され、圧電
電歪セラミック積層体は容易に破壊しなくなる。
A （Zr1-B TiB ）Ｏ3 （ただし、０．０１≦Ａ≦０．１
４、及び０．３≦Ｂ≦０．５である）を用いることがで
きる。従来のＰＬＺＴ系セラミックスを用いた圧電電歪
材は比較的小さな印加電界で大きな歪みを与えるが、歪
み量が大きいと圧電電歪材が破壊することがあった。し
かしながら、上述した組成範囲内の複数種の圧電セラミ
ック材を積層すればヒステリシスはスリム化され、圧電
電歪セラミック積層体は容易に破壊しなくなる。
【００５４】また、ＰＭＮＰＴ系セラミックスとして、
Pb1-A ＭA [(Mg1/3 Nb2/3 ）1-B TiB ] Ｏ3 （ただし、
０≦Ａ≦０．２、及び０．０５≦Ｂ≦０．１５）を用い
ることができる。従来のＰＭＮＰＴ系セラミックスを用
いた圧電電歪材は小さなヒステリシスを与えるが、図９
(a) に示すように、環境温度が変化すると歪み量が大き
く変化し、温度特性が悪い。しかしながら、上述した組
成範囲内にある複数種のＰＭＮＰＴ系セラミックスを適
切に積層すれば、圧電セラミック積層体は図９(b) に示
すような温度特性（歪み量／温度）を有するようにな
り、多少の温度変化をうけても、かなり広い温度範囲で
ほぼ一定の歪み量を与える。
Pb1-A ＭA [(Mg1/3 Nb2/3 ）1-B TiB ] Ｏ3 （ただし、
０≦Ａ≦０．２、及び０．０５≦Ｂ≦０．１５）を用い
ることができる。従来のＰＭＮＰＴ系セラミックスを用
いた圧電電歪材は小さなヒステリシスを与えるが、図９
(a) に示すように、環境温度が変化すると歪み量が大き
く変化し、温度特性が悪い。しかしながら、上述した組
成範囲内にある複数種のＰＭＮＰＴ系セラミックスを適
切に積層すれば、圧電セラミック積層体は図９(b) に示
すような温度特性（歪み量／温度）を有するようにな
り、多少の温度変化をうけても、かなり広い温度範囲で
ほぼ一定の歪み量を与える。
【００５５】これらの圧電セラミックスの場合でも同様
に、所望の組成となるように出発物質（酸化物）を混合
し、上述した製造方法と実質的に同様にして、各種圧電
電歪セラミック積層体を製造することができる。
に、所望の組成となるように出発物質（酸化物）を混合
し、上述した製造方法と実質的に同様にして、各種圧電
電歪セラミック積層体を製造することができる。
【００５６】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に
説明する。実施例１ 出発原料としてPbＯ、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2を用い、これらの原料粉末を下記の二種類の
組成: Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96Ti0.04] 0.98Ｏ3 となるようにそれぞれ秤量し、ボールミルで24時間混合
した。なお、このとき溶媒としてエタノールを加えた。
説明する。実施例１ 出発原料としてPbＯ、BaCO3 、Nb2 Ｏ5 、ZrＯ2 、SnＯ
2 、TiＯ2を用い、これらの原料粉末を下記の二種類の
組成: Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96Ti0.04] 0.98Ｏ3 となるようにそれぞれ秤量し、ボールミルで24時間混合
した。なお、このとき溶媒としてエタノールを加えた。
【００５７】得られた二種類の混合物をそれぞれ８０℃
で減圧乾燥した後、８５０〜９５０℃で１０時間仮焼
し、再びボールミルで24時間混合した。このときの粉砕
混合にもエタノールを加えた。
で減圧乾燥した後、８５０〜９５０℃で１０時間仮焼
し、再びボールミルで24時間混合した。このときの粉砕
混合にもエタノールを加えた。
【００５８】上記で得た粉砕混合物を再び乾燥し、さら
に９００〜１０００℃で10時間仮焼し、再びエタノール
を加えてボールミルで４８時間混合した。得られた粉砕
混合物を乾燥して、二種類の仮焼粉体（圧電セラミック
材の出発原料）とした。
に９００〜１０００℃で10時間仮焼し、再びエタノール
を加えてボールミルで４８時間混合した。得られた粉砕
混合物を乾燥して、二種類の仮焼粉体（圧電セラミック
材の出発原料）とした。
【００５９】それぞれの仮焼粉体に対し、以下の操作を
行った。まず、溶媒としてエチレングリコールモノエチ
ルエーテル４８ml及びジエチレングリコールｎ−ブチル
エーテル８mlと、可塑剤としてブチルフタリルブチルグ
リコレート１mlを混合し、これに、乾燥した仮焼粉体１
００ｇを加え、５分間撹拌混合した。
行った。まず、溶媒としてエチレングリコールモノエチ
ルエーテル４８ml及びジエチレングリコールｎ−ブチル
エーテル８mlと、可塑剤としてブチルフタリルブチルグ
リコレート１mlを混合し、これに、乾燥した仮焼粉体１
００ｇを加え、５分間撹拌混合した。
【００６０】この混合物にバインダーとしてポリビニル
ブチラール５ｇを加え、８０℃程度に加熱しながら２０
分間撹拌混合した。ついでこの溶液を ２００メッシュ
で濾過し、脱泡してスラリーとした。
ブチラール５ｇを加え、８０℃程度に加熱しながら２０
分間撹拌混合した。ついでこの溶液を ２００メッシュ
で濾過し、脱泡してスラリーとした。
【００６１】上記のスラリーを用い、ドクターブレード
法によりシート状の成形体を作成し、これを室温で５０
時間乾燥したのち、所望の大きさに打ち抜いてグリーン
シートとした。なお、このグリーンシート１枚の厚さは
約１２０μｍであった。
法によりシート状の成形体を作成し、これを室温で５０
時間乾燥したのち、所望の大きさに打ち抜いてグリーン
シートとした。なお、このグリーンシート１枚の厚さは
約１２０μｍであった。
【００６２】このようにして得た二種類のグリーンシー
トをそれぞれ一枚ずつとり、これらを１００℃で、４０
kg／cm2 の圧力をかけて圧着した。次に、圧着したグリ
ーンシートの一方（Ti濃度の高い方のグリーンシート）
の面上に、白金粉末60重量％と、有機バインダーを４０
重量％を含む白金ペーストを用いて、スクリーン印刷法
により乾燥厚さが１２μｍとなるように白金電極部を形
成した。
トをそれぞれ一枚ずつとり、これらを１００℃で、４０
kg／cm2 の圧力をかけて圧着した。次に、圧着したグリ
ーンシートの一方（Ti濃度の高い方のグリーンシート）
の面上に、白金粉末60重量％と、有機バインダーを４０
重量％を含む白金ペーストを用いて、スクリーン印刷法
により乾燥厚さが１２μｍとなるように白金電極部を形
成した。
【００６３】上述した方法により得た白金電極部を有す
るセラミック成形体を図６に示すように積層し、１１０
℃で、５０kg／cm2 の圧力をかけて圧着した。次に、こ
れを積層方向に切断して縦５mm×横１０mm×厚さ（積層
方向）８mmの積層体を得た。
るセラミック成形体を図６に示すように積層し、１１０
℃で、５０kg／cm2 の圧力をかけて圧着した。次に、こ
れを積層方向に切断して縦５mm×横１０mm×厚さ（積層
方向）８mmの積層体を得た。
【００６４】上記積層体を図８に示す条件で脱脂し、つ
ぎに、大気下、１０６０℃で３時間焼成した。得られた
焼成体の電極部にリード線を接続し、求める圧電電歪セ
ラミック積層体とした。
ぎに、大気下、１０６０℃で３時間焼成した。得られた
焼成体の電極部にリード線を接続し、求める圧電電歪セ
ラミック積層体とした。
【００６５】この圧電電歪セラミック積層体について、
その積層方向のTiの濃度変化をＥＰＭＡにより測定し
た。その結果を図１０に示す。また、この圧電電歪セラ
ミック積層体に電圧を印加し、その歪み量を測定した。
その結果、図１１に示すヒステリシスカーブが得られ
た。
その積層方向のTiの濃度変化をＥＰＭＡにより測定し
た。その結果を図１０に示す。また、この圧電電歪セラ
ミック積層体に電圧を印加し、その歪み量を測定した。
その結果、図１１に示すヒステリシスカーブが得られ
た。
【００６６】実施例２
実施例１と同様の方法により、以下に示す三種類の組成
を有するグリーンシートを作成した。 Ｔ1 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 Ｔ2 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.955 Ti0.045 ] 0.98Ｏ3 Ｔ3 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96Ti0.04] 0.98Ｏ3
を有するグリーンシートを作成した。 Ｔ1 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.95Ti0.05] 0.98Ｏ3 Ｔ2 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.955 Ti0.045 ] 0.98Ｏ3 Ｔ3 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96Ti0.04] 0.98Ｏ3
【００６７】三種類のグリーンシートをＴ1 、Ｔ2 、Ｔ
3 、Ｔ2 、Ｔ1 ・・・の順に繰り返して積層した以外
は、実施例１と同様にして、圧電電歪セラミック積層体
を作成した。得られた圧電電歪セラミック積層体につい
て、印加電圧／歪み量を測定した。結果を図１２に示
す。
3 、Ｔ2 、Ｔ1 ・・・の順に繰り返して積層した以外
は、実施例１と同様にして、圧電電歪セラミック積層体
を作成した。得られた圧電電歪セラミック積層体につい
て、印加電圧／歪み量を測定した。結果を図１２に示
す。
【００６８】実施例３
実施例１と同様の方法により、以下に示す五種類の組成
を有する約１００μｍの厚さのグリーンシートを作成し
た (工程(a))。 Ｔ1 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.9725Ti0.0275] 0.98Ｏ3 Ｔ2 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96875 Ti0.03125 ] 0.98Ｏ3 Ｔ3 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.965 Ti0.035 ] 0.98Ｏ3 Ｔ4 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96125 Ti0.03875 ] 0.98Ｏ3 Ｔ5 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.9575Ti0.0425] 0.98Ｏ3
を有する約１００μｍの厚さのグリーンシートを作成し
た (工程(a))。 Ｔ1 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.9725Ti0.0275] 0.98Ｏ3 Ｔ2 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96875 Ti0.03125 ] 0.98Ｏ3 Ｔ3 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.965 Ti0.035 ] 0.98Ｏ3 Ｔ4 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.96125 Ti0.03875 ] 0.98Ｏ3 Ｔ5 ：Pb0.96Ba0.03Nb0.02[(Zr0.65Sn0.35）0.9575Ti0.0425] 0.98Ｏ3
【００６９】得られた五種類のグリーンシートをそれ
ぞれとり、一方の面上に、図７に示すように、実施例１
と同様にして厚さ（乾燥時）が約６μｍの白金電極部
８、８、・・・を形成した (工程(b))。同一種類のグリ
ーンシートの各々について、電極部を形成したものと形
成していないものを用い、両者を電極部が挟まれるよう
に圧着した。
ぞれとり、一方の面上に、図７に示すように、実施例１
と同様にして厚さ（乾燥時）が約６μｍの白金電極部
８、８、・・・を形成した (工程(b))。同一種類のグリ
ーンシートの各々について、電極部を形成したものと形
成していないものを用い、両者を電極部が挟まれるよう
に圧着した。
【００７０】このようにして得られた五種類のグリーン
シート対（Ｔ1 ＋Ｔ1 ）、・・・を（Ｔ1 ＋Ｔ1 ）、
（Ｔ2 ＋Ｔ2 ）、（Ｔ3 ＋Ｔ3 ）、（Ｔ4 ＋Ｔ4 ）、
（Ｔ5 ＋Ｔ5 ）、（Ｔ4 ＋Ｔ4 ）、（Ｔ3 ＋Ｔ3 ）、
（Ｔ2 ＋Ｔ2 ）、（Ｔ1 ＋Ｔ1 ）、・・・の順に積層
し、１２０℃で１６０kg/cm 2 の圧力をかけて圧着した
(工程(c))。次に、これを積層方向に切断して縦５mm×
横１０mm×厚さ（積層方向）８mmの積層体を得た。
シート対（Ｔ1 ＋Ｔ1 ）、・・・を（Ｔ1 ＋Ｔ1 ）、
（Ｔ2 ＋Ｔ2 ）、（Ｔ3 ＋Ｔ3 ）、（Ｔ4 ＋Ｔ4 ）、
（Ｔ5 ＋Ｔ5 ）、（Ｔ4 ＋Ｔ4 ）、（Ｔ3 ＋Ｔ3 ）、
（Ｔ2 ＋Ｔ2 ）、（Ｔ1 ＋Ｔ1 ）、・・・の順に積層
し、１２０℃で１６０kg/cm 2 の圧力をかけて圧着した
(工程(c))。次に、これを積層方向に切断して縦５mm×
横１０mm×厚さ（積層方向）８mmの積層体を得た。
【００７１】得られた積層体を、実施例１と同様に、図
８に示す条件で脱脂した。次に、脱脂した積層体をそれ
ぞれ１０２０℃、１１００℃及び１２００℃の温度で、
大気下、３時間焼成した。得られた焼成体の電極部８、
８、・・・にリード線４０、４０、・・・を接続し、求
める圧電電歪セラミック積層体とした。
８に示す条件で脱脂した。次に、脱脂した積層体をそれ
ぞれ１０２０℃、１１００℃及び１２００℃の温度で、
大気下、３時間焼成した。得られた焼成体の電極部８、
８、・・・にリード線４０、４０、・・・を接続し、求
める圧電電歪セラミック積層体とした。
【００７２】これらの圧電電歪セラミック積層体につい
て、その積層方向のTiの濃度変化をＥＰＭＡにより測定
した。その結果を図１３に示す。図１３の(a) は焼成温
度が１０２０℃の場合、(b) は１１００℃の場合、及び
(c) は１２００℃の場合をそれぞれ示す。図１３から明
らかなように、１２００℃で焼成した場合(c) 、Tiの濃
度変化が正弦波状により近く、スムーズになっているこ
とがわかる。
て、その積層方向のTiの濃度変化をＥＰＭＡにより測定
した。その結果を図１３に示す。図１３の(a) は焼成温
度が１０２０℃の場合、(b) は１１００℃の場合、及び
(c) は１２００℃の場合をそれぞれ示す。図１３から明
らかなように、１２００℃で焼成した場合(c) 、Tiの濃
度変化が正弦波状により近く、スムーズになっているこ
とがわかる。
【００７３】また、上記で得た圧電電歪セラミック積層
体のうち、１２００℃で焼成したものに電圧を印加し、
その歪み量を測定した。その結果、図１４に示すヒステ
リシスカーブが得られた。
体のうち、１２００℃で焼成したものに電圧を印加し、
その歪み量を測定した。その結果、図１４に示すヒステ
リシスカーブが得られた。
【００７４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の圧電電歪
セラミック積層体は印加する電圧に応じてその歪み量を
ゆるやかに変化させており、そのヒステリシスカーブ
は、スリム化されている。そのため、本発明の圧電電歪
セラミック積層体を用いて、アナログ的な歪み量の制御
をすることができる。このような圧電電歪セラミック積
層体は、各種制御に用いるアクチュエータに好適であ
る。
セラミック積層体は印加する電圧に応じてその歪み量を
ゆるやかに変化させており、そのヒステリシスカーブ
は、スリム化されている。そのため、本発明の圧電電歪
セラミック積層体を用いて、アナログ的な歪み量の制御
をすることができる。このような圧電電歪セラミック積
層体は、各種制御に用いるアクチュエータに好適であ
る。
【図１】本発明の一実施例による圧電電歪セラミック積
層体を示し、(a) はその部分概略断面図であり、(b) は
焼成前のTi濃度の変化を示す概略図であり、(c) は焼成
後のTi濃度の変化を示す概略図である。
層体を示し、(a) はその部分概略断面図であり、(b) は
焼成前のTi濃度の変化を示す概略図であり、(c) は焼成
後のTi濃度の変化を示す概略図である。
【図２】本発明の別の実施例による圧電電歪セラミック
積層体のTi濃度の変化（焼成前及び焼成後）を示す概略
図である。
積層体のTi濃度の変化（焼成前及び焼成後）を示す概略
図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例による圧電電歪セラ
ミック積層体のTi濃度の変化（焼成前及び焼成後）を示
す概略図である。
ミック積層体のTi濃度の変化（焼成前及び焼成後）を示
す概略図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例による圧電電歪セラ
ミック積層体を示し、(a) はその部分概略断面図であ
り、(b) は焼成前のTi濃度の変化を示す概略図であり、
(c) は焼成後のTi濃度の変化を示す概略図である。
ミック積層体を示し、(a) はその部分概略断面図であ
り、(b) は焼成前のTi濃度の変化を示す概略図であり、
(c) は焼成後のTi濃度の変化を示す概略図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例による圧電電歪セラ
ミック積層体の焼成後のTi濃度の変化を示す概略図であ
る。
ミック積層体の焼成後のTi濃度の変化を示す概略図であ
る。
【図６】本発明の一実施例による圧電電歪セラミック積
層体を製造する工程の一例を示す概略図である。
層体を製造する工程の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の別の実施例による圧電電歪セラミック
積層体を製造する工程の一例を示す概略図である。
積層体を製造する工程の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の圧電電歪セラミック積層体の製造する
際の脱脂工程における熱処理パターンの一例を示すグラ
フである。
際の脱脂工程における熱処理パターンの一例を示すグラ
フである。
【図９】ＰＭＮＰＴ系セラミックスを用いた圧電電歪セ
ラミックスの温度特性を示すグラフであり、(a) は従来
のＰＭＮＰＴ系セラミックスを用いた場合であり、(b)
は本発明のＰＭＮＰＴ系セラミック積層体を用いた場合
を示す。
ラミックスの温度特性を示すグラフであり、(a) は従来
のＰＭＮＰＴ系セラミックスを用いた場合であり、(b)
は本発明のＰＭＮＰＴ系セラミック積層体を用いた場合
を示す。
【図１０】実施例１における圧電電歪セラミック積層体
の焼成後の積層方向のTi濃度の変化を示すグラフであ
る。
の焼成後の積層方向のTi濃度の変化を示すグラフであ
る。
【図１１】実施例１の圧電電歪セラミック積層体の電圧
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
【図１２】実施例２の圧電電歪セラミック積層体の電圧
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
【図１３】実施例３の圧電電歪セラミック積層体の焼成
後の積層方向のTi濃度を示すグラフであり、(a) は焼成
温度が１０２０℃の場合、(b) は１１００℃の場合、及
び(c) は１２００℃の場合を示す。
後の積層方向のTi濃度を示すグラフであり、(a) は焼成
温度が１０２０℃の場合、(b) は１１００℃の場合、及
び(c) は１２００℃の場合を示す。
【図１４】実施例３の圧電電歪セラミック積層体の電圧
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
−歪み量のヒステリシスカーブを示すグラフである。
【図１５】ＰＮＺＳＴ系圧電電歪材の電圧−歪み量のヒ
ステリシスカーブを概略的に示すグラフであり、実線は
単一の圧電電歪材からなる場合を示し、破線は金属成分
濃度が異なる複数種の圧電電歪材を積層した場合（本発
明）を示す。
ステリシスカーブを概略的に示すグラフであり、実線は
単一の圧電電歪材からなる場合を示し、破線は金属成分
濃度が異なる複数種の圧電電歪材を積層した場合（本発
明）を示す。
【図１６】電界−歪み量のヒステリシスを示す模式的な
グラフである。
グラフである。
【図１７】電界−歪み量のヒステリシスを示す模式的な
グラフである。
グラフである。
１、７ 圧電電歪セラミック積層体
２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂ、４ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃ、５
ｄ、５ｅ 圧電セラミック材 ３ａ、３ｂ、８ 電極部 ９、１０、１１ セラミック積層体 ３０、４０ リード線
ｄ、５ｅ 圧電セラミック材 ３ａ、３ｂ、８ 電極部 ９、１０、１１ セラミック積層体 ３０、４０ リード線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０１Ｌ 41/24
9274−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 41/22 Ａ
Claims (4)
- 【請求項１】 複数の圧電電歪セラミック材を積層して
なる圧電電歪セラミック積層体において、積層方向に、
前記圧電電歪セラミック材を形成する金属成分の濃度変
化があることを特徴とする圧電電歪セラミック積層体。 - 【請求項２】 請求項１に記載の圧電電歪セラミック積
層体において、前記圧電電歪セラミック材がPb−Nb−Zr
−Sn−Ti系酸化物であることを特徴とする圧電電歪セラ
ミック積層体。 - 【請求項３】 請求項２に記載の圧電電歪セラミック積
層体において、Tiの濃度が積層方向に変化していること
を特徴とする圧電電歪セラミック積層体。 - 【請求項４】 請求項１乃至３に記載の圧電電歪セラミ
ック積層体において、金属成分の濃度変化が正弦線状で
あることを特徴とする圧電電歪セラミック積層体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3283749A JPH057029A (ja) | 1991-02-06 | 1991-10-04 | 圧電電歪セラミツク積層体 |
| US07/956,095 US5300852A (en) | 1991-10-04 | 1992-10-02 | Piezoelectric ceramic laminate device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3675691 | 1991-02-06 | ||
| JP3-36756 | 1991-02-06 | ||
| JP3283749A JPH057029A (ja) | 1991-02-06 | 1991-10-04 | 圧電電歪セラミツク積層体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH057029A true JPH057029A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=26375849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3283749A Pending JPH057029A (ja) | 1991-02-06 | 1991-10-04 | 圧電電歪セラミツク積層体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH057029A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0663700A1 (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-19 | TDK Corporation | Piezoelectric ceramic composition |
| JP2004127594A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Nippon Ceramic Co Ltd | 見かけ温度係数の安定なる誘電材料の製造方法 |
| WO2005083809A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head |
| US7468112B2 (en) | 2001-04-18 | 2008-12-23 | Denso Corporation | Method of producing a ceramic laminate |
| JP2012528475A (ja) * | 2009-05-29 | 2012-11-12 | エプコス アーゲー | 圧電素子 |
| JP2013518422A (ja) * | 2010-01-27 | 2013-05-20 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 圧電素子 |
-
1991
- 1991-10-04 JP JP3283749A patent/JPH057029A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0663700A1 (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-19 | TDK Corporation | Piezoelectric ceramic composition |
| US5527481A (en) * | 1993-12-27 | 1996-06-18 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic composition |
| US7468112B2 (en) | 2001-04-18 | 2008-12-23 | Denso Corporation | Method of producing a ceramic laminate |
| JP2004127594A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Nippon Ceramic Co Ltd | 見かけ温度係数の安定なる誘電材料の製造方法 |
| WO2005083809A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head |
| US7399067B2 (en) | 2004-02-27 | 2008-07-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head |
| US8227021B2 (en) | 2004-02-27 | 2012-07-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing piezoelectric thin film |
| US8715823B2 (en) | 2004-02-27 | 2014-05-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head |
| JP2012528475A (ja) * | 2009-05-29 | 2012-11-12 | エプコス アーゲー | 圧電素子 |
| JP2013518422A (ja) * | 2010-01-27 | 2013-05-20 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 圧電素子 |
| US9209382B2 (en) | 2010-01-27 | 2015-12-08 | Epcos Ag | Piezoelectric component |
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