專利名稱：共振執(zhí)行器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種共振執(zhí)行器，更具體涉及使用壓電陶瓷材料的共振執(zhí) 行器。
背景技術：
壓電執(zhí)行器的變位量通常由壓電常數(shù)d決定，所以目前，以具有較大
壓電常數(shù)的Pb (Zr， Ti) 03 (鈦鋯酸鉛，下稱"PZT"。)為基礎的壓電 陶瓷材料的研究'幵發(fā)十分盛行。
例如，由于壓電執(zhí)行器等電力器件利用了壓電陶瓷的大振幅彈性振 動，所以非專利文獻1記述了壓電陶瓷的大振幅特性。
上述非專利文獻1報告振動速度(-振動振幅X頻率)邏輯上是與 施加電場E成比例變化，在以共振頻率驅(qū)動PZT類壓電陶瓷的情況下， 當電場強度超過某個一定水平時，振動速度會漸漸降低至邏輯值以下，最 終飽和。此外，上述非專利文獻1還表示了 PZT振動速度的界限與驅(qū)動電 場之間的關系，報告顯示，上述振動速度雖然因材料組成的不同而變化， 但PZT類壓電陶瓷材料的振動速度最大不超過lm/s。
此外，對于非專利文獻2，由于壓電執(zhí)行器等領域要求高振動水平的 高電力(high power)材料，所以它報告了壓電性評價法，和PZT類壓電 陶瓷的組成與振動水平特性等高電力特性之間的關系。
上述非專利文獻2的報告顯示，在以驅(qū)動頻率驅(qū)動PZT類壓電陶瓷的 情況下，當振動水平超過某個一定水平時，共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù) Qm降低。
非專利文獻h高橋貞行著"壓電材料的新展開"、株式會社TIC、 新陶瓷VOL.ll， No.8(1988)， p29-34
非專利文獻2:高橋貞行著"高電力材料的評價"、株式會社TIC、
新陶瓷(1995)， No.6， pl7-21
如非專利文獻1所述，即使將現(xiàn)有PZT類壓電陶瓷用于共振執(zhí)行器， 當負載某個一定以上的高電場時，振動速度也會下降至邏輯值以下，穩(wěn)定 性減弱，最終飽和。
也就是說，使用PZT類壓電陶瓷的共振執(zhí)行器存在以下問題點由于 振動速度變大時振動速度飽和，所以，結(jié)果得不到超過lm/s的振動速度， 因此，得不到具有較大變位量的共振執(zhí)行器。而且，還存在以下問題點 對于某個一定以上的高電場，由于振動速度不與施加電場E成比例而低于 邏輯值，所以，需要用于將振動速度控制在邏輯值的反饋電路，導致設備 復雜。
此外，如非專利文獻2所述，已知在將現(xiàn)有PZT類壓電陶瓷用于共 振執(zhí)行器的情況下，隨著振動速度的上升，共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù) Qm降低。因此，存在的問題是需要設置跟蹤共振頻率fr變化的反饋電 路，導致設備復雜。同時，由于機械品質(zhì)系數(shù)Qm的降低導致機械損失增 大，壓電陶瓷的發(fā)熱量增大，所以，在實際應用上，以較大振動速度使用 是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，目的是提供一種共振執(zhí)行器，即 便飽和振動速度大、振動速度上升，也不會導致該振動速度不穩(wěn)定，可以 最大限度地抑制共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù)Qm的下降，而且，即便施加
高電場，也可以得到較大變位量。
在共振執(zhí)行器這種要求大變位量的電力器件的情況下，以往認為壓電 常數(shù)d高很重要，因此，從材料方面出發(fā)，只探討了以壓電常數(shù)d較高的 PZT為基礎的壓電陶瓷材料。
但是，如背景技術所述，PZT類壓電陶瓷在振動速度v上升時，機械 品質(zhì)系數(shù)Qm和共振頻率fr降低。此外，當施加某個一定以上的高電場時， 振動速度v不與施加速度E成比例，下降至邏輯值以下并飽和。由此，結(jié) 果是無法得到具有較大振動速度的共振執(zhí)行器。
因此，本案發(fā)明者們對各種材料進行了深入研究，通過將鉍層狀化合
物組成的壓電陶瓷元件用作變位元件，可以加大飽和振動速度，由此，即 使振動速度V上升，也不會導致該振動速度V不穩(wěn)定，可以最大限度地抑
制機械品質(zhì)系數(shù)Qm和共振頻率fr的降低，此外還發(fā)現(xiàn)，即便施加某個一 定以上的高電場時，振動速度v也不會飽和，而隨施加電場E大致成比例 地變化。
本發(fā)明是基于這種見解而提出的，本發(fā)明中的共振執(zhí)行器，包括至
少一個具備以共振頻率或共振頻率附近的頻率區(qū)域進行振動的變位元件
的驅(qū)動部；和被上述變位元件驅(qū)動的被驅(qū)動部件，其特征是上述變位元 件具有由鉍層狀化合物組成的壓電陶瓷基體。
此外，對于鉍層狀化合物，各向異性較大、變位方向與極化方向為同 一方向的情況，與變位方向與極化方向為垂直方向的情況相比，振動速度 V大幅提升，可以得到具有更大變位量的共振執(zhí)行器。
也就是說，本發(fā)明的共振執(zhí)行器的特征是上述變位元件的變位方向 與上述壓電陶瓷基體的極化方向為同一方向。
此外，由本案發(fā)明者們的進一步深入研究的結(jié)果可知使鉍層狀化合 物的結(jié)晶軸中的C軸在垂直于壓電陶瓷基體的極化方向的方向上取向，可
以在振動速度v上升時加大機械品質(zhì)系數(shù)Qm。
.而且，對于共振執(zhí)行器，由于振動速度v與機械品質(zhì)系數(shù)Qm和壓電 常數(shù)d之積成比例，所以即使壓fe常數(shù)d小，只要機械品質(zhì)系數(shù)Qm不降 低，就可以加大振動速度v，結(jié)果得到大于PZT類壓電陶瓷材料的變位量。
也就是說，本發(fā)明的共振執(zhí)行器的特征是，上述鉍層狀化合物的結(jié)晶 軸的c軸在垂直于上述壓電陶瓷基體的極化方向的方向上取向。
特別是，c軸的取向度F在Lotgering法下為75%以上的情況更為優(yōu)選， 即使提升振動速度v也可以抑制共振頻率fr的變動，而且對功耗W的節(jié) 約有益，可以以較低的施加電場E得到較大的振動速度v。
也就是說，本發(fā)明的共振執(zhí)行器的特征是，上述c軸的取向度在 Lotgering法下為75%以上。
根據(jù)本發(fā)明的共振執(zhí)行器，包括至少一個具備以共振頻率或共振頻率 附近的頻率區(qū)域進行振動的變位元件的驅(qū)動部、和被上述變位元件驅(qū)動的 被驅(qū)動部件的共振執(zhí)行器，由于上述變位元件具有由鉍層狀化合物組成的
壓電陶瓷基體，所以與使用PZT類化合物作為壓電陶瓷基體的情況相比， 飽和振動速度變大，即使振動速度v上升，該振動速度v也不會不穩(wěn)定， 可以最大限度地抑制共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù)Qm的下降，并且可以在 更大的電場強度范圍內(nèi)，使振動速度v與施加電場E大致成比例地變化。 因此，即便施加高電場，振動速度v也不會飽和，可以得到較大振動速度 v，得到具有較大變位量的共振執(zhí)行器。而且，由于即便振動速度v如此 上升也可以抑制共振頻率fr的降低，并使振動速度v與施加電場E大致成 比例地變化，所以不需要用于控制共振頻率fr和振動速度v的反饋電路， 可以實現(xiàn)設備簡化、成本削減、小型化。
此外，由于上述變位元件的變位方向與上述壓電陶瓷基體的極化方向 為同一方向，所以在施加同一電場的情況下，它比變位方向和極化方向為 垂直方向時，吏能加大振動速度v，進一步實現(xiàn)共振執(zhí)行器的特性提升。
此外，上述鉍層狀化合物中，由于結(jié)晶軸的c軸在垂直于上述壓電陶 瓷基體的極化方向的方向上取向，所以可以加大機械品質(zhì)系數(shù)Qm。由此 可以加大能夠穩(wěn)定使用的振動速度v，實現(xiàn)具有更大變位量的共振執(zhí)行器。
特別是，通過將上述c軸的取向度F設為Lotgering法下的75%以上， 即使振動速度v提升，也可以抑制共振頻率的變動，并對功耗W的節(jié)約 有益，進而還可以以較低的施加電場E得到較大的振動速度v。


圖1是表示本發(fā)明的共振執(zhí)行器的一個實施方式的示意圖。
圖2是表示變位元件的一個實施方式的截面圖。
圖3是說明共振執(zhí)行器的工作原理的示意圖。
圖4是表示[實施例l]中的試料編號1 3的試料的概略立體圖。
圖5是表示[實施例1]中的試料編號4的試料的概略立體圖。
圖6是[實施例l]使用的測定裝置的概略框圖。
圖7是表示功耗的振動速度依賴性的圖。
圖8是表示機械方面質(zhì)量系數(shù)的振動速度依賴性的圖。
圖9是表示共振頻率的振動速度依賴性的圖。
圖IO是表示變位率的振動速度依賴性的圖。
圖11是表示[實施例2]中的共振頻率的振動速度依賴性的圖。
圖12是表示[實施例2]中的功耗的振動速度依賴性的圖。 圖13是表示[實施例2]中的振動速度的電場依賴性的圖。 圖中l(wèi)a、 lb —驅(qū)動部，2 —被驅(qū)動部件，3a、 3b—變位元件，5_壓
電陶瓷基體。
具體實施例方式
下面，對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。
圖1是表示本發(fā)明的共振執(zhí)行器的一個實施方式的截面圖，在本實施 方式中，共振執(zhí)行器具有2個驅(qū)動部。
也就是說，本共振執(zhí)行器包括驅(qū)動部1 (第1和第2驅(qū)動部la、 lb) 和被該驅(qū)動部1在箭頭A方向或箭頭B方向驅(qū)動的被驅(qū)動部件2。
驅(qū)動部I (第和第2驅(qū)動部]a、 Ib)具有以共振頻率振動，在箭 頭Ca方向、箭頭Cb方向上變位的變位元件3 (第1和第2變位元件3a、 3b);和從該變位元件3突出設置的振動片4 (第1和第2振動片4a、 4b)。
變位元件3如圖2所示，具有在箭頭D方向上極化、同時具有由鉍 層狀化合物形成的單片構造的壓電陶瓷基體(body) 5;和在該壓電陶瓷 基體5的兩主面上形成的由Ag等組成的電極6、 7。而且，當該電極6、 7 被施加電場時，變位元件3以共振頻率fr振動，在箭頭C方向上變位。
用鉍層狀化合物，如上所述形成壓電陶瓷基體5是基于以下理由。
艮口，鉍層狀化合物與PZT類壓電陶瓷材料不同，在用于共振執(zhí)行器的 情況下，即使振動速度v上升，該振動速度v也不會不穩(wěn)定，可以最大限 度地抑制共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù)Qm的下降。此外，即便施加某個規(guī) 定以上的高電場，振動速度v也不會不穩(wěn)定，而與施加電場E大致成比例 地上升，可以得到具有較大變位量的共振執(zhí)行器。
鉍層狀化合物與PZT類化合物不同，具有上述作用效果，可以認為是
基于以下理由。
艮卩，由于PZT類化合物具有鈣鈦礦型晶格結(jié)構(一般式AB03)，所 以結(jié)晶的各向異性比鉍層狀化合物小，因此，當振動速度v上升時，非180 °電疇(domain)比較容易翻轉(zhuǎn)，其結(jié)果，可以認為振動速度v的上升致
使共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù)Qm下降。
與此相對，對于鉍層狀化合物而言，由于鉍層是在垂直于結(jié)晶軸c軸 的方向上周期形成，所以可以認為非180°電疇的翻轉(zhuǎn)幾乎不會發(fā)生。因 此，即便振動速度v上升，也可以認為能夠抑制共振頻率fr和機械品質(zhì)系 數(shù)Qm的下降。
另外，這種鉍層狀化合物并不被特別限定，例如也可以使用 Bi2SrNb209、 BiW06、 CaBiNb209、 BaBiNb209、 PbBi2Nb209、 Bi3TiNb09、 Bi3TiTa〔)9、 Bi',Ti3Ol2、 SrBi3Ti2Nb012 、 BaBi3Ti2Nb012、 PbBi3Ti2Nb012、 CaBi4Ti4015、 SrBi4Ti40i5、 BaBi4Ti4015、 PbBi4Ti4015 、 Na0.5Bi4.5Ti4O15 、 K05Bi4Ti4O15 、 Ca2Bi4Ti5018 、 Sr2Bi4Ti5018 、 Ba2Bi4Ti5018 、 Bi6Ti3Wo18 、 Bi7Ti4Nb021、 Bi10Ti3W3O3(^。
此外，優(yōu)選，像本實施方式那樣，變位方向C與極化反向D是同一 方向。也就是說，通過像上述那樣用鉍層狀化合物形成壓電陶瓷基體5， 即便振動速度v L:升，該振動速度v也不會不穩(wěn)定，可以最大限度地抑制 共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù)Qm的下降。但是，由于鉍層狀化合物的各向 異性較大，所以在施加同--電場的情況下，變位方向與極化方向為同一方 向的情況，與變位方向與極化方向為垂直方向的情況相比，更能增大振動 速度v，得到具有更大變位量的共振執(zhí)行器。
另夕f，對于鉍層狀化合物，優(yōu)選使結(jié)晶軸的c軸在垂直于陶瓷基體5 的極化方向D的方向上取向。
也就是說，鉍層狀化合物如上所述，各向異性較大，通過使結(jié)晶軸的 c軸在垂直于陶瓷基體5的極化方向D的方向上取向，可以增大機械品質(zhì) 系數(shù)Qm。
另一方面，報動速度v與施加電場E的關系用式(1)表示。 v《e"2 . d . Qm . E…(1)
這里，C、是彈性剛度常數(shù)。
由該式(1)可知，振動速度v，與壓電常數(shù)d和機械品質(zhì)系數(shù)Qm之 積成比例。因此，在鉍層狀化合物的情況下，雖然如上所述，壓電常數(shù)d 比PZT類壓電陶瓷材料小，但仍可以增大機械品質(zhì)系數(shù)Qm，所以，作為 結(jié)果，可以得到較大的振動速度v，因此，可以得到具有較大變位量的共
振執(zhí)行器。
而且，即便像上述那樣，施加電場E變高，振動速度V也與施加電場 E大致成比例地h升，所以，即便是高電場也可以實現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動。
此外，通過這樣使c軸在垂直于陶瓷基體5的極化方向D的方向上取 向，町以增大機械品質(zhì)系數(shù)Qm。其取向度F，優(yōu)選Lotgering法下的75。/。 以上。
也就是說，根據(jù)Lotgering法，c軸的取向度F可以由下式(2)算出。
這里，EI(001)，是表示測定試料的c軸取向的結(jié)晶面(001)的X線 峰值強度的總和，EI(hkl)是測定試料的全結(jié)晶面(hkl)的X線峰值強度 的總和。此外，EIo(001)是比較用試料(例如無取向試料)的結(jié)晶面(001) 的X線峰值強度的總和，EIo(hkl)是比較用試料的全結(jié)晶面(hkl)的X 線峰值強度的總和。
而且，在用式(2)算出的取向度F為75%以上的情況下，即便使振 動速度vJt:升lm/s以上，共振頻率fr也幾乎不變，此外，功耗W增加遲 緩，所以，有益于節(jié)約功耗W。而且，在這種情況下，存在以下優(yōu)點以 較低的施加電場E就可以得到較大的振動速度v，容易得到變位量較大的 共振執(zhí)行器等。
因此，更優(yōu)選，使結(jié)晶軸的c軸在垂直于陶瓷基體5的極化方向D的 方向上取向，且c軸的取向度F是Lotgering法下的75%以上。
另外，已進行取向的鉍層狀化合物如后記[實施例]詳述的那樣，可以 很容易地用TGG (Templated Grain Growth)法等制作。也就是說，例如， 通過在制造含有已進行c軸取向的片狀陶瓷粉末和無取向的煅燒粉末的陶 瓷成形休之后，對該陶瓷成形體實施熱處理，就可以容易地制造。此外， 取向度F可以通過調(diào)整片狀陶瓷粉末和無取向的煅燒粉末的含有比率來控
…(2)制。
另外，在具有這種變位元件3的共振執(zhí)行器中，如圖3 (a)所示，在 驅(qū)動部1 a的振動片4a抵接至被驅(qū)動部2的狀態(tài)下對變位元件3a施加電場 時，由于箭頭Ca方向上的振動，被驅(qū)動部2在箭頭A方向上驅(qū)動。
此外，如圖3 (b)所示，在驅(qū)動部lb的振動片4b抵接至驅(qū)動部2 的狀態(tài)卜對變位兀件3b施加電場時，由于箭頭Cb方向上的振動，被驅(qū)動 部2在箭頭B方向上驅(qū)動。
這樣，在本實施方式中，由于變位元件3 (第l和第2變位元件3a、 3b)具有由鉍層狀化合物組成的壓電陶瓷基體5，所以即便振動速度v上 升，也可以抑制共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù)Qm的下降。此外，由于振動 速度v與施加電場E大致成比例地在大范圍的電場強度范圍內(nèi)變化，所以， 不需要用來控制共振頻率fr和振動速度v的反饋電路，因此，可以實現(xiàn)設
備簡化、成本削減、小型化。
此外，對于現(xiàn)有的PZT類壓電陶瓷，在振動速度v超過lm/s的狀態(tài) 下使用是很困難的，而對于鉍層狀化合物，即便是振動速度v超過lm/s， 也可以穩(wěn)定使用，可以提高共振執(zhí)行器的特性。
另外，本發(fā)明不限于上述實施方式。上述實施方式中，雖是以共振頻 率驅(qū)動共振執(zhí)行器，但用偏離共振頻率約幾％的共振頻率附近的頻率區(qū)域 對其進行驅(qū)動，也可以得到同樣的作用效果。
此外，在i:述實施方式中，雖然是對具有2個驅(qū)動部的情況進行了說 明，但毋庸贅言，同樣適用于具有1個或3個以上的驅(qū)動部的情況。
此外，在匕述實施方式中，雖然變位元件3是單片形狀，但對于貼合 陶瓷電路基板(ceramic green sheet)的、和與內(nèi)部電極共燒結(jié)疊層的疊層 型共振執(zhí)行器，也可以得到相同的作用效果。
下面，對本發(fā)明的實施例進行具體說明。
實施例1
使用作為鉍層狀化合物的無取向的Bi2SrNb209(下稱"SBN")類材料 和在c軸匕取向的SBN類材料，制作變位方向與極化方向為同一方向的 試料編號為1、 2的變位元件。
此外，作為比較例，使用PZT類材料，制作與變位方向和極化方向為 同一方向的試料編號3的變位元件，以及變位方向與極化方向垂直的試料
編號4的變位元件。
以下，詳述各試料的制作步驟。 [試料編號1]
作為陶瓷原料，準備SrC03、 Bi203、 Nb205、 Nd2O^BMnC03，以滿 足最終組成為組成式{100 (Sro.9Nd().,Bi2Nb209) +]^110}的方式，稱量上述 陶瓷原料。將該稱量物與PSZ (Partially Stabilized Zirconia;部分穩(wěn)定氧化 鋯)球和水-起投入球磨機，在該球磨機內(nèi)進行約16小時的濕式混合， 得到混合物。
接下來，在將得到的上述混合物干燥之后，在80(TC溫度下進行2小 時煅燒，得到煅燒粉末。
其后，添加煅燒粉末、適量的有機粘結(jié)劑、分散劑、消泡劑和表面活 性劑，與PSZ球和水一起投入球磨機，在該球磨機內(nèi)進行大約16小時的 濕式混合，制作陶瓷漿(ceramics slurry)。其后，使用刮刀法對該陶瓷漿 實施成形加工，制作厚約為60!im的陶瓷電路基板。
接下來，在將規(guī)定層數(shù)的上述陶瓷電路基板疊層之后，在溫度為60 。C、壓力為30MPa的加壓條件下，進行30秒的壓接處理，制作疊層成形 體。
接下來，將上述疊層成形體在35(TC溫度下進行5小時加熱，再在 500。C溫度下進行2小時加熱，進行脫粘結(jié)劑處理，其后，在115(TC溫度 下進行2小時燒結(jié)處理，制作燒結(jié)體塊，切出縱7mm、橫7mm、厚5mm，
得到陶瓷燒結(jié)體。
下面，以Ag為對象進行濺射處理，在兩主面上形成電極之后，在浴 溫為20(TC的油屮，施加30分鐘的10.0kV/mm的電場，進行厚度方向的 極化處理。然后，將極化處理過的試料，如圖4所示，用切割機切割，切 出橫(x)為2mm、縱(y)為2mm、厚(t)為5mm的尺寸，將銀線13、 14與電極面11、 12焊接，制作變位方向E與極化方向F相同的無取向的 試料編號1的SBN類試料15。 與試料編號1同樣，以最終組成滿足組成式{100 (SrdB^N^O" +]^110}的方式，稱量各陶瓷原料，在球磨機內(nèi)進行約16小時的濕式混合， 得到混合物。其后，將上述混合物干燥，然后在80(TC溫度下進行2小時 煅燒，得到煅燒粉末。
接下來，取出該煅燒粉末的一部分，對該煅燒粉末和KC1進行重量 比為l: 1的混合，在90(TC溫度下進行IO小時熱處理，然后進行水洗， 除去KC1，得到陶瓷顆粒。
這里，使用掃描型電子顯微鏡觀察陶瓷顆粒，可以確認，形狀具有各 向異性，形成最大直徑0與高度H之比(D/H (長寬比)為5左右的片狀。
接下來，對片狀陶瓷顆粒和上述煅燒粉末進行重量比為1: 1的混合， 然后再添加迠量的有機粘結(jié)劑、分散劑、消泡劑和表面活性劑，同PSZ球 和水一起投入球磨機，在該球磨機內(nèi)進行約16小時的濕式混合，制作陶 瓷漿。其后使用刮刀法對陶瓷漿實施成形加工，制作厚約60pm的取向陶 瓷片。
接下來，將該取向陶瓷片疊層規(guī)定層數(shù)，然后在溫度為6(TC、壓力為 30MPa的加壓條件下，進行30秒壓接處理，制作疊層成形體。
接下來，對該疊層成形體進行溫度為35(TC的5小時加熱，然后進行 溫度為50(TC的2小時加熱，進行脫粘結(jié)劑處理，然后進行溫度為U50。C 的2小時的燒結(jié)處理，制作燒結(jié)體塊。也就是說，通過燒結(jié)處理，將片狀 陶瓷顆粒作為晶種(template)， 一邊放入煅燒粉末一邊進行分子束磊晶 成長，由此得到取向的燒結(jié)體塊(TGG法)。然后，從燒結(jié)體塊中切出縱 7mm、橫7mm厚5mm的陶瓷燒結(jié)體，使結(jié)晶軸的c軸朝向縱7mm、橫 7mm的主面的面內(nèi)方向，即a-b面朝向厚度方向，得到取向性陶瓷燒結(jié)體。
這里，對上述取向性陶瓷燒結(jié)體，用Lotgering法測定c軸的取向度F。
艮P，首先，使用X線衍射裝置(線源CuKa線)，對上述取向性陶 瓷燒結(jié)體，進行衍射角29為20。 80°的X線峰值強度的測定。此外， 作為比較試料，使用試料編號1的無取向陶瓷燒結(jié)體，同樣進行衍射角29 為20° 80°的X線峰值強度的測定。
接下來，計算取向性燒結(jié)體和無取向陶瓷燒結(jié)體的結(jié)晶面(001)和 全結(jié)晶面(hkl)的X線峰值強度的總和，根據(jù)[具體實施方式
]項所述的式
(2)，求出c軸的取向度F。另外，其結(jié)果，取向度F為90。/。。
下面，以Ag為對象，進行濺射處理，在取向性陶瓷燒結(jié)體的兩主面 上形成電極，之后在浴溫為20(TC的油中，施加30分鐘的10.0kV/mm的 電場，進行厚度方向的極化處理。然后，與試料編號l同樣，將極化處理 過的試料，用切割機切割，切出橫(x)為2mm、縱(y)為2mm、厚(t) 為5mm的尺于，將銀線與電極面焊接，制作變位方向與極化方向相同的、 c軸在垂直于極化方向的方向上取向的試料編號2的SBN類試料。 [試料編號3]
作為陶瓷原料，準備Pb304、 Ti02、 MnCOjHNb205，以最終組成滿 足組成式[PbKMn^Nb2/3)o.ioTi。.46Zr。.44)03]，稱量上述陶瓷原料。將該稱量 物與PSZ球和水一起投入球磨機，在該球磨機內(nèi)進行約16小時的濕式混 合，得到混合物。
接下來，將得到的上述混合物進行干燥，然后在90(TC溫度下進行2 小時煅燒，得到煅燒粉末。
然后，其后，添加煅燒粉末、適量的有機粘結(jié)劑、分散劑、消泡劑和 表面活性劑，間PSZ球和水一起投入球磨機，在該球磨機內(nèi)進行約16小 時的濕式混合，制作陶瓷漿。其后使用刮刀法對陶瓷漿實施成形加工，制 作厚約60pm的陶瓷電路基板。
接下來，將該陶瓷電路基板疊層規(guī)定層數(shù)，然后在溫度為60'C、壓力 為30MPa的加壓條件下，進行30秒壓接處理，制作疊層成形體。
接下來，對該疊層成形體進行溫度為35(TC的5小時加熱，然后進行 溫度為50(TC的2小時加熱，進行脫粘結(jié)劑處理，其后進行溫度為1200°C 的2小時的燒結(jié)處理，制作燒結(jié)體塊。切成縱7mm、橫7mm、厚5mm， 得到陶瓷燒結(jié)體。
下面，以Ag為對象，迸行濺射處理，在兩主面上形成電極之后，在 浴溫為200。C的油中，施加30分鐘的10.0kV/mm的電場，進行厚度方向 的極化處理。然后，與試料編號1同樣，將極化處理過的試料，用切割機 切割，切出橫(x)為2mm、縱(y)為2mm、厚(t)為5mm的尺寸， 將銀線與電極斷焊接，制作變位方向與極化方向相同的試料編號3的PZT 類試料。
以與試料編號3同樣的方法 步驟，得到縱7mm、橫7mm、厚5mm 的陶瓷燒結(jié)休。將該陶瓷燒結(jié)體切成橫(x)為5mm、縱(y)為2mm、 厚(t)為2mm的尺寸，以Ag為對象，對橫(x)為5mm、縱(y)為2mm 的彼此相對的2面進行濺射處理，形成電極。在該電極形成之后，在浴溫 為20(TC的油中，施加30分鐘的10.0kV/mm的電場，進行厚度方向的極 化處理，接卜—來，如圖5所示，將銀線13， 、 14，與電極面11， 、 12' 焊接，制作變位方向E與極化方向F'垂直的試料編號4的PZT類試料 15'。
圖6是對各試料特性評價使用的測定裝置的概略框圖。
也就是說，上述測定裝置具有支撐試料15 (15')的試料支撐部件
16;檢測振動時的變位量和振動速度的激光多普勒振動計17;在對試料
15(15')施加電場的同時，驅(qū)動電壓被調(diào)節(jié)成電流值總為恒定的電源
額定的電源*恒流電路18;和具備輸入輸出部等，并控制上述電源'恒流
電路18的控制部19?？刂撇?9與電源 恒流電路18電連接。
然后，川試料支撐部件16支撐試料15 (15')的變位方向的中心部， 根據(jù)來自電源 恒流電路18的信號，對試料15 (15')施加電場，測定 共振特性，求出共振頻率fr。另外，本實施例將最低頻率側(cè)的共振頻率設 為共振頻率fr。
此外，根據(jù)共振頻率fr附近的阻抗曲線，求出機械品質(zhì)系數(shù)Qm。 另外，根據(jù)來自電源 恒流電路18的信號，對試料15 (15')施加 各種強度的電場，同時使用激光多普勒振動計17，對試料15 (15')端 面的振動速度進行測定。另外，對于試料編號3、 4，在提升施加電場E 的情況卜_，振動速度雖然不穩(wěn)定，但可以將其即將發(fā)生不穩(wěn)定前的振動速 度作為飽和振動速度求出。
此外，使用激光多普勒振動計17，測定各種施加電場E下的變位量s， 算出未施加電場的無電場時所對應的各試料的變位率As。
此外，由于試料小難以測定發(fā)熱量，所以測定成為發(fā)熱量指標的功耗。 表1表示各試料的取向性的有無、極化方向、功耗為lmW/mm3 、3 mW/mm3和5 mW/mm3時的振動速;g,以及飽和振動速度。的試料編號2同樣的方法 步驟，制作 煅燒粉末和片狀陶瓷顆粒。
另外，其后，改變重量比，將片狀陶瓷顆粒和煅燒粉末進行混合，使 陶瓷燒結(jié)體中的c軸的取向度F為54%、 75%、 95%，除此之外，使用與[試 料編號2]同樣的方法 步驟，制作試料編號22 (取向度F:54M)、試料編 號23 (取向度F:75。/。)和試料編號24 (取向度F:95。/。)的SBN類試料。
另夕卜，試料編號22 24的各取向度F，與[實施例l]的試料編號2同樣， 使用Lotgering法計算、確認。
此外，作為試料編號21，與試料編號1同樣，制作無取向SBN類試料。
另外，對于試料編號21 24，使用與[實施例l]同樣的方法'步驟，測 定各種施加電場E下的振動速度v、共振頻率fr、功耗W。
圖11是表小共振頻率的振動速度依賴性的圖，橫軸是振動速度v，縱 軸是共振頻率變化率Afr。此外，圖12是表示功耗的振動速度依賴性的圖， 橫軸是振動速度v，縱軸是功耗W。此外，圖13是表示振動速度的電場 依賴性的圖，橫軸是施加電場E，縱軸是振動速度v。另外，各圖中，標 號一表示試料編號21 ，標號A表示試料編號22，標號口表示試料編號23， 標號Q表示試料編號24。
根據(jù)圖11可知，試料編號21為無取向，此外，試料編號22由于c 軸的取向度F為很低的54%，所以當振動速度v變?yōu)閘m/s以上時，共振 頻率變化率Afr變位至負側(cè)，導致共振頻率fr下降。
與此相對，可以確認，對于取向度F為75%、 90%的試料編號23、 24， 即便振動速度v變成lm/s以上，共振頻率變化率Afr也幾乎為零，可以抑 制共振頻率fr的變動。
此外，根據(jù)圖12可知，c軸的取向度F為75。/。、 90%的試料編號23、 24，與無取向的試料編號21和取向度F為54%的試料編號22相比，相對 于振動速度v的上升，功耗W的上升程度遲緩，可以節(jié)約功耗W。此外， 對于c軸的取向度F為75%和卯％而言，功耗大致相等，所以，當c軸的 取向度F變?yōu)?5%以上時，功耗W變?yōu)榇笾嘛柡蜖顟B(tài)。
此外，根據(jù)圖13可以確認，對于試料編號21~24中的任意一個，雖 然振動速度v與施加電場E大致成比例地上升，但隨著c軸的取向度F變 大，可以以較低的施加電場E得到較大的振動速度v。
通過以上可知，鉍層狀化合物，優(yōu)選在使c軸垂直于極化方向的方向 上取向，在這種情況卜'，優(yōu)選c軸的取向度F為75。/。以上。
權利要求
1.一種共振執(zhí)行器，包括至少一個驅(qū)動部，具備以共振頻率或共振頻率附近的頻率區(qū)域進行振動的變位元件；和被驅(qū)動部件，被所述變位元件驅(qū)動，其特征在于，所述變位元件，具有由鉍層狀化合物組成的壓電陶瓷基體。
2. 根據(jù)權利要求1所述的共振執(zhí)行器，其特征在于， 所述變位元件的變位方向與所述壓電陶瓷基體的極化方向為同一方向。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的共振執(zhí)行器，其特征在于， 所述鉍層狀化合物中，結(jié)晶軸的c軸在垂直于所述壓電陶瓷基體的極化方向的方向上取向。
4. 根據(jù)權利要求3所述的共振執(zhí)行器，其特征在于， 所述c軸的取向度，在Lotgering法下為75%以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種共振執(zhí)行器，包括具備以共振頻率或共振頻率附近的頻率區(qū)域進行振動的變位元件的驅(qū)動部；和被上述變位元件驅(qū)動的被驅(qū)動部件。上述變位元件，具有由鉍層狀化合物組成的壓電陶瓷基體。此外，優(yōu)選變位元件的變位方向與壓電陶瓷基體的極化方向為同一方向。此外，優(yōu)選鉍層狀化合物的結(jié)晶軸的c軸在垂直于壓電陶瓷基體的極化方向的方向上取向。優(yōu)選c軸的取向度是Lotgering法下的75％以上。由此，飽和振動速度加大，即使提升振動速度，也不會導致該振動速度的不穩(wěn)定，可以最大限度地抑制共振頻率fr和機械品質(zhì)系數(shù)Qm的下降，而且，即便施加高電場，也可以得到較大變位量。
文檔編號H01L41/09GK101361204SQ20068005127
公開日2009年2月4日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權日2006年1月17日
發(fā)明者堀川勝弘, 小川弘純, 川田慎一郎, 木村雅彥 申請人:株式會社村田制作所