JPS6358787B2 - - Google Patents
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- JPS6358787B2 JPS6358787B2 JP59130157A JP13015784A JPS6358787B2 JP S6358787 B2 JPS6358787 B2 JP S6358787B2 JP 59130157 A JP59130157 A JP 59130157A JP 13015784 A JP13015784 A JP 13015784A JP S6358787 B2 JPS6358787 B2 JP S6358787B2
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- Japan
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- piezoelectric
- displacement
- piezoelectric ceramic
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- effect
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- Expired
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
〔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、いわゆる電圧
駆動型圧電変位素子（以下変位素子と称す）の実
用化がリレー、スイツチ、微小位置制御機器等、
多方面にわたつ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１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。そしてこの変位素子
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dS2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、
従つてより大きな電気歪効果を有する圧電磁器組
成物が有利とされている。従来より、この目的に
合致する圧電磁器組成物としては、例えば比較的
圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3Nb2/3）O3―
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
必ずしも十分とは言えず、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。従つて変位
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圧電磁器材料が望まれて
いた。 〔発明の目的〕 本発明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く、そ
の結果大きな機械的変位が発生し、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
供する事を目的とする。 〔発明の構成〕 すなわち、本発明の圧電磁器組成物は一般式
Pb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Zn1/3Nb2/3）B（Y1/2Nb1/2）CZr
D
TiE〕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≦0.040 0.050≦Ｄ≦0.287 0.260≦Ｅ≦0.406 を満足する基本組成に対し、副成分として希土類
元素の酸化物から選ばれた１種を0.01〜0.5重量
％及びCo2O3を0.01〜0.5重量％添加含有して成る
事を特徴とし、更に前記希土類元素の酸化物が
La2O3，CeO2，Nd2O3，Sm2O3，Dy2O3である事
を特徴とする。 以下本発明の実施例について参考例を比較しな
がら詳細に説明する。 〔実施例〕 出発原料として化学的純度99％以上のPbO，
NiO，Nb2O5，ZnO，Y2O3，ZrO2，TiO2及び所
定の副成分を選び、第１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つ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35mm、幅10mm、厚さ0.15mmを得た。
により、大きい機械的変位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、いわゆる電圧
駆動型圧電変位素子（以下変位素子と称す）の実
用化がリレー、スイツチ、微小位置制御機器等、
多方面にわたつ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１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。そしてこの変位素子
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dS2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、
従つてより大きな電気歪効果を有する圧電磁器組
成物が有利とされている。従来より、この目的に
合致する圧電磁器組成物としては、例えば比較的
圧電定数d31の大きいPb（Ni1/3Nb2/3）O3―
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
必ずしも十分とは言えず、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。従つて変位
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圧電磁器材料が望まれて
いた。 〔発明の目的〕 本発明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く、そ
の結果大きな機械的変位が発生し、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
供する事を目的とする。 〔発明の構成〕 すなわち、本発明の圧電磁器組成物は一般式
Pb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Zn1/3Nb2/3）B（Y1/2Nb1/2）CZr
D
TiE〕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≦0.040 0.050≦Ｄ≦0.287 0.260≦Ｅ≦0.406 を満足する基本組成に対し、副成分として希土類
元素の酸化物から選ばれた１種を0.01〜0.5重量
％及びCo2O3を0.01〜0.5重量％添加含有して成る
事を特徴とし、更に前記希土類元素の酸化物が
La2O3，CeO2，Nd2O3，Sm2O3，Dy2O3である事
を特徴とする。 以下本発明の実施例について参考例を比較しな
がら詳細に説明する。 〔実施例〕 出発原料として化学的純度99％以上のPbO，
NiO，Nb2O5，ZnO，Y2O3，ZrO2，TiO2及び所
定の副成分を選び、第１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つ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35mm、幅10mm、厚さ0.15mmを得た。
【表】
【表】
この様に本発明はPb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Zn1/3
Nb2/3）B（Y1/2Nb1/2）CZrDTiE〕O3を基本組成とし、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々適度な範囲に設定し、
且つ副成分として希土類元素の酸化物から選ばれ
た１種及びCo2O3を適度な範囲で同時に添加含有
したものであり、特に基本組成におけるPb
〔（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb（Y1/2Nb1/2）O3，成分及び
副成分の相乗効果により従来組成物では成し得な
かつた、より大きな電気歪量、機械的変位が実現
したものである。尚、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，Ｂ
＞0.100，Ｃ＞0.040，0.050＞Ｄ，Ｄ＞0.287，
0.260＞Ｅ，Ｅ＞0.406から成る基本組成物及び希
土類元素の酸化物から選ばれた１種とCo2O3の添
加量が各各0.5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てしまい、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及び希土類元素の酸化物から選ば
れた１種とCo2O3の添加量が各々0.01重量％より
少ない組成物では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。 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
ー時代にマツチした新しい変位素子分野に適用
できる。 (2) 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。 (3) 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。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。 (4) 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。 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、従つ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。
Nb2/3）B（Y1/2Nb1/2）CZrDTiE〕O3を基本組成とし、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々適度な範囲に設定し、
且つ副成分として希土類元素の酸化物から選ばれ
た１種及びCo2O3を適度な範囲で同時に添加含有
したものであり、特に基本組成におけるPb
〔（Zn1/3Nb2/3）O3，Pb（Y1/2Nb1/2）O3，成分及び
副成分の相乗効果により従来組成物では成し得な
かつた、より大きな電気歪量、機械的変位が実現
したものである。尚、0.300＞Ａ，Ａ＞0.550，Ｂ
＞0.100，Ｃ＞0.040，0.050＞Ｄ，Ｄ＞0.287，
0.260＞Ｅ，Ｅ＞0.406から成る基本組成物及び希
土類元素の酸化物から選ばれた１種とCo2O3の添
加量が各各0.5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てしまい、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及び希土類元素の酸化物から選ば
れた１種とCo2O3の添加量が各々0.01重量％より
少ない組成物では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。 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
ー時代にマツチした新しい変位素子分野に適用
できる。 (2) 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。 (3) 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。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。 (4) 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。 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、従つ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。
第１図はバイモルフ型圧電変位素子の一例を示
す図、第２図ａ〜第２図ｄは本発明圧電磁器組成
物の変位素子特性における効果の一例を示すグラ
フである。 １……金属製弾性板、２，２′……圧電磁器板。
す図、第２図ａ〜第２図ｄは本発明圧電磁器組成
物の変位素子特性における効果の一例を示すグラ
フである。 １……金属製弾性板、２，２′……圧電磁器板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式 Pb〔（Ni1/3Nb2/3）A（Zn1/3Nb2/3）B（Y1/2Nb1/2）C
ZrDTiE〕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≦0.040 0.050≦Ｄ≦0.287 0.260≦Ｅ≦0.406 を満足する基本組成に対し、副成分として希土類
元素の酸化物から選ばれた１種を0.01〜0.5重量
％、及びCo2O3を0.01〜0.5重量％添加含有して成
る事を特徴とする圧電磁器組成物。 ２ 前記希土類元素の酸化物がLa2O3，CeO2，
Nd2O3，Sm2O3，Dy2O3である事を特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130157A JPS6110063A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130157A JPS6110063A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6110063A JPS6110063A (ja) | 1986-01-17 |
| JPS6358787B2 true JPS6358787B2 (ja) | 1988-11-16 |
Family
ID=15027351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59130157A Granted JPS6110063A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6110063A (ja) |
-
1984
- 1984-06-26 JP JP59130157A patent/JPS6110063A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6110063A (ja) | 1986-01-17 |
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