(57)【要約】【課題】本発明は本発明は中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーに関し、特に、量産化に好適な中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバー、その製造方法、それら用途としての圧電、誘電体素子、変調ＰＺＴセラミックファイバー等を提供するものである。【解決手段】中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーであって、前記ファイバー原料とセラミックス粉末から構成され同質のゾルとの混合比（モル比）を１：４〜１：３０の範囲で混合させた押出原料を押出成形させ、これを焼結させたことを特徴とする圧電、誘電セラミックファイバー。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーであって、前記ファイバー原料とセラミックス粉末から構成され同質のゾルとの混合比（モル比）を１：４〜１：３０の範囲で混合させた押出原料を押出成形させ、これを焼結させたことを特徴とする圧電、誘電セラミックファイバー。
【請求項２】
前記同質のゾルが酢酸で調整されたゾルからなることを特徴とする請求項１記載の圧電、誘電セラミックファイバー。
【請求項３】
前記押出原料を押出装置の上方から下方へ移動可能な押出しシリンダー部及び金型口金部からなる前記装置でファイバーに形成させたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電、誘電セラミックファイバー。
【請求項４】
前記金属コア素材として白金又はニッケル系材料のコアを用いた請求項１ないし３のいずれか記載の圧電、誘電セラミックファイバー。
【請求項５】
前記ファイバー原料にリラクサー系強誘電体材料を追加成分として付加した請求項１ないし４のいずれか記載の圧電、誘電セラミックファイバー。
【請求項６】
前記圧電、誘電セラミックファイバー部分にチタン酸バリウム系強誘電体材料を追加成分として付加した非鉛系材料のファイバーである請求項１ないし４のいずれか記載の圧電、誘電セラミックファイバー。
【請求項７】
前記請求項１ないし６のいずれか記載の圧電、誘電ファイバーを用いた圧電、誘電体素子。
【請求項８】
前記請求項１ないし６のいずれか記載の圧電、誘電ファイバーを束ね、並べて形成させた圧電、誘電体素子。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか記載の圧電、誘電セラミックファイバーを用いた変調ＰＺＴセラミックファイバー。
【請求項１０】
中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーであって、前記ファイバー原料とセラミックス粉末から構成され同質のゾルとの混合比（モル比）を１：４〜１：３０の範囲で押出原料として混合し、該材料を押出装置に投入し、前記原料を前記装置の外側及び内側中空シリンダー部間で加圧させつつ、一方前記外側中空シリンダー部と同心軸で配置した内側中空シリンダー部内に金属コアを前記装置上端から装入し、前記原料を前記装置の金型口金部の小孔から吐出させ前記金属コアの周面に被覆させ、かつ、前記原料の吐出力を付加させ前記金属コアを下方へ引き出させ、前記圧電、誘電セラミックファイバーとして形成させ、さらに、前記金属コアの先端部は前記口金部小孔端から連続的に下方へ引っ張りながら形成させ、得られた前記ファイバーを焼結・分極させたことを特徴とする圧電、誘電セラミックファイバーの製造方法。
【請求項１１】
前記同質のゾルが酢酸で調整されたゾルを用いた請求項１０記載の圧電、誘電セラミックファイバーの製造方法。
【請求項１２】
前記金属コア素材として白金又はニッケル系材料を用いた請求項１０又は１１記載の圧電、誘電セラミックファイバーの製造方法。
【請求項１３】
前記押出原料に追加成分としてリラクサー系強誘電体材料を付加した請求項１０ないし１２のいずれか記載の圧電、誘電セラミックファイバーの製造方法。
【請求項１４】
前記引っ張り速度が毎分１ｃｍないし１０ｃｍで作製した請求項１０ないし１３のいずれか記載の圧電、誘電セラミックファイバーの製造方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１３のいずれか記載の圧電、誘電セラミックファイバーから製造された変調ＰＺＴセラミックファイバー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーに関し、特に、量産化に好適な中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバー、その製造方法、それら用途としての圧電、誘電体素子、変調ＰＺＴセラミックファイバー等を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、いわゆる銅線の表面に絶縁体を被覆した被覆電線が知られている。また、同様な方法で圧電体からなるセラミックファイバーを押出方法で成形して焼結した圧電セラミックファイバーが非特許文献１〜３等に記載されている。さらに、米国では既に市販されているが、圧電体を金属コアに被覆した形態とした程度で、圧電、誘電セラミックファイバーとしての特性上充分なものが得られていなかった。
【０００３】
これは、圧電、誘電セラミックファイバーとしてより細く、円形断面で、更に長尺物の特性が要求されているためである。しかし、成形困難、電極形成の難しさ、特に、電極塗布の問題があり、分極実施に困難さがあり、素子単体では使用できないといった課題があった。
【０００４】
これの一解決方法として圧電セラミックファイバーを数十から数百本束ね、また横に並べて絶縁フィルムまたはエポキシ樹脂等で硬化させ、くし型電極等を利用したものが考えられていた。この場合フィルムやエポキシなどセラミックス以外の材料を利用するため使用する圧電素子が耐熱性に優れている割に、樹脂に起因する耐熱性のなさ、使用可能な環境温度に制限があった。
さらに、振動モードに自由度が無く、棒の縦振動モードの電気機械結合係数ｋ３３方向にしか使用できず、振動制御以外のデバイスにはほとんど適用できない課題があった。
【０００５】
また、最近では本件発明者らを中心として、圧電セラミックファイバーの中心に金属コアを入れた側面電極間の電位差で変形させるファイバーが試作されてきた。
このような、圧電セラミックファイバーの中心に金属コア、特に、白金芯材を挿入した圧電セラミックファイバーでは、前記エポキシ樹脂等、くし型電極等を利用しないといった課題解決が図られている。
しかしながら、なお、成形性の点で未だ課題が残されていた。すなわち、セラミックスが円形断面を有するファイバーに対し、前記白金が中心から偏心した位置になってしまう欠点があった。
【０００６】
また、ファイバーが長手方向で切断するような欠点もあった。
さらに、金属コアを引っ張るとコアの位置が中心軸から大きくずれるといった欠点もあった。他方、コアにテンションを掛けないとファイバー外径が３００μｍを超えるといった小型化にするには不都合もあった。
【０００７】
これに対して、本件発明者の谷（非特許文献１）にあつては、これらを回避した試作品を提供した。それにより金属コア自体はファイバー中心からの偏心を回避した圧電セラミックファイバーを提供できたが、これらは、圧電セラミックファイバー自体の試作段階での開示であり、品質面、量産面で不十分であった。
【０００８】
【非特許文献１】
谷順二他４名  ”アクチュエータ材料・素子の高性能化”、第４回知的材料・構造システムシンポジウム講演集、Ｐ１２３−１２９、平成１５年１月２１日、２２日
【非特許文献２】
Ｓｈｏｋｏ  Ｙｏｓｈｉｋａｗａ  ”ＰＺＴ  Ｆｉｂｅｒｓ−Ｆａｂｒｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｅａｕｒｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ”、Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｖｏｌ．６、Ｍａｒｃｈ  （１９９５）  ｐｐ１５２−１５８
【非特許文献３】
関谷忠他２名  ”押出し成形法による金属コア入りＰＺＴ線材の作製とスマートボードへの応用”、第４回知的材料・構造システムシンポジウム講演集、Ｐ１４１−１４５、平成１４年１月２２日、２３日
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決し、圧電、誘電セラミックファイバーの量産化として好適な製造方法、圧電、誘電素材としての適当な材料の提供、これら圧電、誘電セラミックファイバーの用途としての課題解決を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーであって、前記ファイバー原料とセラミックス粉末から構成され同質のゾルとの混合比（モル比）を１：４〜１：３０の範囲で混合させた押出原料を押出成形させ、これを焼結させたことを特徴とする圧電、誘電セラミックファイバーにより提供される。
【００１１】
また、前記同質のゾルが酢酸で調整されたゾルからなることを特徴とする場合に、さらに、前記押出原料を押出装置の上方から下方へ移動可能な押出しシリンダー部及び金型口金部からなる場合には、より効果的に提供される。
【００１２】
前記ファイバー原料にリラクサー系強誘電体材料を追加成分とした場合や、圧電、誘電セラミックファイバー部分にチタバリを追加成分とした場合には、ファイバー自体に形態性能と相まって素材からの特徴も期待される。
一方、前記金属コア素材として白金又はニッケル系材料のコアを用いた場合に、前記ファイバー原料にリラクサー系強誘電体材料を、また、チタン酸バリウム系強誘電体材料を追加成分とした場合により効果的に提供される。
【００１３】
これらの製造方法としては、中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーであって、前記ファイバー原料とセラミックス粉末から構成され同質のゾルとの混合比（モル比）を１：４〜１：３０の範囲で押出原料として混合し、該材料を押出装置に投入し、前記原料を前記装置の外側及び内側中空シリンダー部間で加圧させつつ、一方前記外側中空シリンダー部と同心軸で配置した内側中空シリンダー部内に金属コアを前記装置上端から装入し、前記原料を前記装置の金型口金部の小孔から吐出させ前記金属コアの周面に被覆させ、かつ、前記原料の吐出力を付加させ前記金属コアを下方へ引き出させ、前記圧電、誘電セラミックファイバーとして形成させ、さらに、前記金属コアの先端部は前記口金部小孔端から連続的に下方へ引っ張りながら形成させ、得られた前記ファイバーを焼結・分極させたことを特徴とする圧電、誘電セラミックファイバーの製造方法により提供される。
【００１４】
また、前記同質のゾルが酢酸で調整されたゾルを用いた場合、前記金属コア素材として白金又はニッケル系材料を用いた場合、前記押出原料に追加成分としてリラクサー系強誘電体材料を付加した場合における前記の圧電、誘電セラミックファイバーの製造方法により効果的に提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
圧電、誘電セラミックファイバー（以下、主として、圧電ファイバーを使用する。）は図１の一部切欠断面図、図２の断面図の形態を有していることが知られている。圧電ファイバー１は圧電体層２の中心部に金属コア３を入れることで円周表面との間で分極された圧電セラミックファイバー１を形成させたものである。図３はファイバー切断面の倍率３５００倍の電子顕微鏡写真である。得られた圧電セラミックファイバーは圧電素子として単体で使用することができる。
【００１６】
圧電セラミックファイバーの製造には、押出成形法として、従来から熱可塑性プラスチック材料の成形に利用されている押出成形機が参考となる。これは水平に成形品を押し出すのが一般的である。電線被覆等ではこれにより実施されている。しかしながら、本件発明のファイバーの成形にあっては不十分であった。理由は、加熱押出を通常とする押出成形機と異なり加熱成形をしない圧電セラミックファイバー素材に起因する。これは熱可塑性プラスチックの押出成形法は一般にホッパーからかさの大きなペレット材料を供給する。材料がスクリューにより前進し、加熱溶融され見掛け容量としてのかさが減少しながら、いわゆる圧縮を受けて、スクリューのピッチの変化により押出原料が前進して金型から押出成形されるものである。
【００１７】
これに対して本件発明の押出原料は少なくとも加熱溶融ではない、また、かさも減少せず押し出す必要がある。このため、成形容易な流動性は逆に押出後のセラミックス内からのバインダー残留、脱気不足、脆弱性、とりわけ金属コアの偏心等特性上の課題があった。また、流動しにくいものはセラミックス内から脱気不足、成形しにくい課題があった。この結果は、従来の被覆電線におけるような押出成形の成形容易さとは異なり困難な製造上の設計、製造条件が要求されていた。
【００１８】
さらに、一定断面形状、偏心が無いこと、ファイバー層の均一性、長さも相当程度達成できること等の面から従来方法では量産化できなかった。かかる必要性から成形時の条件を種種検討した結果、下方押出方式を取り入れた。図４は図示しない押出成形手段の押出装置１の一実施例を示したものである。この装置１はファイバー及び金属コアを下方から排出させる円筒型シリンダー部が内筒、外筒を基本構成とした断面図を模式的に示したものである。なお、本件発明に使用される押出成形手段は一般的な押出成形機を意味しないが、部分的には原料を装置内で圧縮押出行程での加圧手段は参考となる。
【００１９】
押出成形手段で成形品を得るためには外筒シリンダー部６及び金型口金までを一体型とした押出装置の構成とした。また、これらを別個として製作してもよい。以下それぞれについて説明する。
一体型とした押出装置１のシリンダー部６は基本的には円筒型となる。シリンダー部は内筒７、外筒６からなり、内筒には金属コア３が装入できる内径とする。外筒と内筒との隙間は押出原料の通路となる。
【００２０】
内筒及び外筒シリンダー部は嵌合部１２で固定され、両者が同心円として位置づけられるよう固定する役割を担う。内筒及び外筒シリンダー部の下方部分はいわゆる金型口金部９である。内筒シリンダー部７の先端テーパ部分のニップル８と外筒シリンダー部内壁面との間のギャップは押出原料の排出量、すなわち成型品の厚みを決定する。内筒シリンダー部に対する外筒シリンダー部の図の上下位置調整により押出成形時の加圧程度を左右し、成型品の品質面にも影響するので予め実験的に最適値を調整することが望ましい。
【００２１】
押出原料の投入及びそれへの加圧は外筒シリンダー部６の側面に設けた加圧口５によった。原料の流動速度の不均一は成型品の亀裂に影響することが確認されている。金属コアの送り速度を速めることで原料の流速も均一に保つことも確認された。これらとともに加圧制御により均質な成型品を取得できる。
【００２２】
一方、押出装置１の内筒シリンダー部７のニップル８部分及び外筒シリンダー部６の下端付近に別途金型口金部９を形成しても良い。この場合には図示しない金型押さえ金具で金型口金を装着する。同様前記ニップル部分を金型口金の一部としてシリンダー部に嵌着することができる。金型口金部の交換自在とすることで成型品の外径の制御がし易い効果が期待できる。この口金も前記と同様基本的には円筒型となり、先端がテーパ状となる。金型口金９には図示しない金属コアの偏心制御のためニップル位置制御用センタリングボルト設けると良い。これによりいわゆる偏肉のない成型品が金型口金から押出成形される。
【００２３】
さらに、成型品の製造には、金型口金部分の図４の上下長さとしてのいわゆるランド１０の厚み、金型口金９の内面に接するニップル８との隙間の設定も成形性を上げる上で考慮すべきである。
【００２４】
本件発明から得られる成型品の製造にはその形状、材質及び成形条件が重要な要素となる。成形手段のシリンダー部６にあるホッパーから後述するゾル及び圧電材料からなる押出原料２を投入する。金型先端部の口金９では、別途金属コア３の表面に押出原料２の摩擦力を利用して金属コアを引き出しつつ被覆させながら成形品４を得る。成型品は圧電セラミックファイバーとして押出成形されることになる。
【００２５】
原料と金属コアとの密着性も重要な要素である。金属コア３と原料２の間の摩擦抵抗の設定は原料の設定、ニップル８の先端位置と金型出口間の図の上下位置関係の距離等からも成形性に影響する。
本件発明では、金属コア外径５０μｍのとき、口金の内径は１００μｍ、ランドの厚み７ｍｍ、金型口金９の内面に接するニップル８との隙間１００μｍに設定した。押出原料の吐出にはニップル及び金型出口内のテーパ角度３０度とした。
【００２６】
これらから容易に理解されるように、従来の押出成型機は一般にホッパーから原料を投入し、加熱溶融したもので、本件発明では、溶融、流動性の増加、成形後の冷却手段を用いていない。押出成形手段としては従来にない新規な製造手段を提供したものである。
【００２７】
さらに、金型口金９の直下にはＸＹＺステージを設置し、成型品の収受とともに偏心回避、亀裂のない成型品を取り出すことができた。
金型口金９まで金属コア３はシリンダー部上端３よりガイドされニップル８を経由して金型口金９より押出原料を被覆させつつ吐出させる。
【００２８】
成形された成型品４はいわば内面にある金属コア３があり、これが圧電素子の一方電極となる。他方成型品の外面には別途電極面の塗布が行われる。成型品の金属コア部分の接合強度は前記したように成形条件、すなわち、金型口金部分とニップルの位置・構造設定及び加圧、原料の粘度、成形速度等の製造条件に影響される。成型品質は剥離のないこと、すなわち、接合部の密着性の制御により確保される。
【００２９】
金属コア３は中心軸及び長手方向での偏心がない、いわゆるズレがないことも必要である。押出原料は製造のし易さから、粘度、流動性を制御すべきである。また、品質面からはセラミックス粉末（原料）の粒度、不純物濃度等均一性の確保、結果としてセラミックス層の緻密性の確保も重要であり、押出成形条件と押出原料の双方からの生産性及び品質確保が必要である。
【００３０】
図３は成型品として得られたファイバー素材断面のセラミックス層の電子顕微鏡写真（走査型電子顕微鏡ＳＥＭ）である。加速電圧１５ｋＶ、倍率３５００倍によった。二次電子像であるため、深さの情報が得られることを示している。この時、ＳＥＭでの観察から緻密さとして粒径が平均して５μｍ以下であることが認められた。
【００３１】
柔軟性等も重要な成形品性能を決定する。この成形装置１の金型口金９の先端の小孔の内径及びニップル部分の位置及びテーパ制御により所望の圧電セラミックファイバーの外径、金属コアとの密着性、偏心程度等が決定される。また、必要により圧電セラミックファイバーの断面形状（四角、楕円形、各種の断面形状）は押出装置１の先端の金型口金の形状、寸法、製造条件で決定される。具体的には押出装置１から排出される金属コアとセラミック原料は成形後乾燥され、焼結後圧電セラミックファイバーとして得ることができた。このように押出装置から同一の断面形状を有する成型品を量産できた。
【００３２】
一般の熱可塑性プラスチック原料の混練は前記ホッパー内で行い、シリンダ及びヒーター部で溶融させることから行うが、本件発明では後述するゾル及びセラミック原料を前処理の上押出装置に投入し押出成形した。
【００３３】
【実施例】
実施例１
圧電、誘電素子としてはセラミックス粉末（原料）の均一性、緻密性保持のため、以下の処方により押出原料を作製し成形した。
処方
１．ファイバー原料としてのセラミック原料粉末
ＰＺＴ粉末の合成には酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタンが用いられ、一般的にはＰｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３となるように秤量する。更に添加剤として酸化ニオブを重量比で０．５％添加する。
その後、水を溶媒としてボールミルで２４時間混合した。混合後乾燥させ１０５０℃で仮焼きし再度ボールミルで４８時間粉砕した粉末を出発原料とした。
【００３４】
２．ゾルの合成
Ｐｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３組成に原料を秤量する。原料として、酢酸鉛三水和物、酢酸ニッケル四水和物、ニオブ‐エトキサイト、ジルコニウム‐ｎ‐プロキシド、チタニウムイソプロポキシドを用いた。
合成中に水が入らないように２‐メトキシエタノールを溶媒として用いた。
出来たゾルの濃度はゾルに酢酸をモル数で２〜６倍添加し８０℃で保持して調節した。
粘度調整には多価カルボン酸を添加が望ましい。また、アクリル樹脂，エチルセルロース，ＰＶＡ等の有機バインダーを添加してもよい。この反応によれば、反応系中に水が入らない。
【００３５】
３．押出原料の作製
前記で調製されたファイバー原料と合成ゾルとの混合比（モル比）を１：４〜１：３０の範囲でそれぞれ混合させて押出原料を作製した。
【００３６】
４．製造方法
図４の押出装置を押出成形手段に装着し、前記押出原料及び白金（外径５０μｍ）を前記したように下方口金から白金コアに被覆させながら成型品を得た。最小５ｇの原料で約１０ｍのファイバーを成形できた。金属コアをファイバーの中心に位置させるためにはＸ−Ｙ−Ｚステージを使い白金コアをモーターで一定のテンションを維持しながら巻き取りを行いつつ成形した。前記混合比の押出原料では、混合比で合成ゾルが低いレベルではゾル的な流動性を示し、高いレベルでは混合できずファイバーを押し出すことができないといった特性となり、また、白金コアの太さ、細さ、断面形状による差異もありこれらを考慮した設定をすべきである。ファイバー内のコアのズレは中心からプラスマイナス３ミクロン以内に制御でき、均一で緻密な焼結体を得ることができた。
【００３７】
本件発明のゾルとしてはＰＺＴ系材料が利用できる。
実施例１では前記処方の［Ｐｂ（Ｎｂ２／３Ｎｉ１／３）Ｏ３］  ０．５５  −［（Ｐｂ（Ｚｒ０．３Ｔｉ０．７）Ｏ３］Ｏ．４５系材料（ＰＮＮ−ＰＺＴ）を使用した。
また、セラミックス粉末は前記処方の他、チタン酸バリウム系をはじめとする非鉛系材料を用いても良い。
【００３８】
最近着目されているものとして、前記ファイバー原料にリラクサ‐系強誘電体材料を追加成分として添加しても良い。
例えばＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３ −ＰｂＴｉＯ３  （ＰＭＮ−ＰＴ）を使用することが可能である。
ＰＮＮ−ＰＺＴ粉末の合成には酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ニッケルが用いられる。
この場合［Ｐｂ（Ｎｂ２／３Ｎｉ１／３）Ｏ３］  ０．５５  −［（Ｐｂ（Ｚｒ０．３Ｔｉ０．７）Ｏ３］Ｏ．４５系材料（ＰＮＮ−ＰＺＴ）となるように秤量するが組成は求める特性により自由に選べる。原料として酢酸鉛三水和物、酢酸ニッケル四水和物、ニオブ‐エトキサイト、ジルコニウム‐ｎ‐プロキシド、チタニウムイソプロポキシドを用いた。
【００３９】
先に酢酸鉛三水和物、酢酸ニッケル四水和物を２‐メトキシエタノールに溶かし脱水、その後ジルコニウム‐ｎ−プロポキシド、チタニウムイソプロポキシド、ニオブ‐エトキサイトを添加して合成した。
これにより形態の特徴から生ずる作用効果と共にアクチュエータ特性の向上が考えられる。具体的に作製したアクチュエータの電界に対する変位量の増大が想定されよう。
【００４０】
合成ゾルを入れる目的は、セラミック粉末のバインダーの役割を目的として、成形時シリンダー部内の移動のし易さを考慮している。また、セラミックファイバー仕上がり外径により粘度調整に配慮した量の制御が必要となる。
ゾルとセラミックス粉末の比率を１：２〜１：２０の割合にすることにより断面形状の変化を観察した。結果は、円形で長いファイバーを成形には表１に示すとおり「セラミックス粉末とゾルとの比率を変化させた時のファイバー形態」となった。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
本件発明ではゾルの急激な加水分解、縮重合反応を抑制する。また、線状高分子の発達を促す目的で酢酸を添加する。ゾルに酢酸をモル数で２〜６倍添加し、８０℃で保持することで適切な濃度のゾルを得ることができる。巻き取り速度は１〜６ｃｍ／ｍｉｎの間で円形の長いファイバーを成形することができた。
得られた成形品は８０℃で２４時間乾燥後、焼結温度は８００℃〜１２５０℃で２時間焼結させ良質のファイバーを得ることができた。
【００４３】
ファイバーの表面電極はメッキ、スパッタで塗布することができ、電極パターンを選ぶことでファイバー内の金属コアとの間で分極でき圧電性を得ることができる。分極は金属コアと表面電極の間で行い５００〜２０００Ｖ／ｍｍの分極電圧が望ましい。また、分極を行わなくても圧電効果を得ることができる。図５は発明の製造方法で作製した圧電セラミックファイバーの長さ方向に電圧を加えた強誘電性の測定結果である。分極値は飽和し、高い残留分極を有する強誘電体ヒステリシスを示しており、作製したファイバが強誘電性を有することが確認された。
【００４４】
また、金属コア素材として白金のほかニッケル系材料、例えばコバルトニッケルのコアを用いたものも適用でき、ファイバーの焼結温度に対する耐久性を主として選定条件として他に変更可能である。
【００４５】
実施例２
本件発明の圧電セラミックファイバーを利用した片持ち梁について説明する。金属板の片面に圧電セラミックファイバーを貼り付けこれを振動させ、その変位からセンサーとしての利用が確認された。図６は変位と出力電圧の時間的変化を図示したものである。縦軸が電圧及び変位である。変位に対する電圧出力の相関性が認められる。なお、変位と電圧間の位相差は圧電セラミックファイバーの静電容量に起因したものであることも確認された。
【００４６】
実施例３
実施例２と同様に圧電セラミックファイバーを利用した他の応用例について説明する。
圧電セラミックファイバーに片持ち梁を貼り付け、その梁の先端変位を計測することでアクチュエータへの利用可能性を検討した。
印加電圧と変位の関係は図７に示したようになった。変位はレーザー変位計で読み圧電ファイバーの共振周波数３８Ｈｚで１００Ｖを加えて測定した。図７の横軸は＋５０〜−５０Ｖの交流電圧、縦軸は２〜−２μｍの変位である。この結果ファイバーが規則的に振動していることが分かった。最大変位は電圧により変位しまたファイバーの振動周期は交流周波数を変えることで変化するためファイバーがアクチュエータとして利用可能であることが分かった。グラフのヒステリシスは一周期の振動で減衰によって消費されるエネルギーが表わされる。
【００４７】
実施例４
さらに、本件発明では、各種の圧電、誘電ファイバーを用いた圧電、誘電素子として期待される。長手方向に細長い素子としての形態の特徴から各種の用途が期待されよう。具体的にはファイバー単体をコイル状に加工すればスプリングの用途が考えられよう。
他方、前記圧電、誘電ファイバーを束ね、並べて形成させた圧電、誘電素子としての利用も考えられる。長手方向に細長い素子を束ね、くし形電極等を用いることで長さ方向モード（ｄ３３モード）を持つものや上下面電極を利用した横方向（ｄ３１モード）を持つ矩形型素子としての形態の特徴から生じる素子としての利用が考えられる。具体的には振動制御、音響制御等への応用が想定されよう。
【００４８】
実施例５
本件発明の用途としては、前記したセンサー、アクチュエータのほか、圧電、誘電セラミックファイバーから製造された変調ＰＺＴセラミックファイバーの用途が考えられる。具体的には、変調ＰＺＴセラミックスファイバーの用途が考えられる。具体的には精密部分で使用する触手やモーターに応用できる。
このように、主に単体で利用できるが、従来のようにくし型電極面をファイバー表面にスパッタリング等で形成させたくし型電極ないしくし型電極を並べて振動制御にも利用できる。圧電、誘電セラミックファイバーを単体として利用する場合主にＭＥＭＳ（マイクロマシン）に利用可能である。
【００４９】
このほか、電極塗布方法により分極を行わなくても本質的に圧電効果を有する素材から得られているため圧電、誘電素子ないしセラミックファイバーとしての利用を否定するものではない。このことは、軽く、長い形状を有する従来にない圧電、誘電セラミックファイバーないし素子として、単体ないし他の振動板等との組み合わせての多方面での用途開発も可能とした。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術に比較した格別の効果が見いだされることが確認された。圧電、誘電セラミックファイバーとしての提供、量産化として好適な製造方法、それにより得られた応用面である圧電、誘電体素子、変調ＰＺＴセラミックファイバーを提供できた。請求項１の発明によれば、中心に金属コアを入れた圧電、誘電セラミックファイバーは断面がほぼ丸く形成でき、容易に分極が可能、素子としての偏心を回避できた。
【００５１】
請求項２以下の発明によれば、容易に製造でき、より精度の高い、品質レベルを高めた圧電、誘電セラミックファイバーが提供される。
他方原材料の変更は、前記形態性に付加した素材の特性をより用途的にも最適な圧電、誘電セラミックファイバーの提供が可能となった。
これらは、特徴のある素子としても効果的な作用効果を有する。
一方、これらの製造方法としては、より高品質で、量産可能な圧電、誘電セラミックファイバーの提供が可能となった。
【００５２】
具体的には、前記請求項から、最小５ｇの原料で圧電セラミックファイバーを数ｍ成形することができるので原料の無駄がない。ゾルをバインダーの代わりに利用しているためポアのない緻密な圧電セラミックファイバーを得ることができる。さらにゾルを利用することで金属コアとの接合強度も大きく、円形で長い圧電セラミックファイバーが容易に作製できた。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】圧電セラミックファイバーの一部切欠断面図。
【図２】圧電セラミックファイバーの断面図。
【図３】ファイバー内部の電子顕微鏡写真。
【図４】下方押出装置の断面図。
【図５】ファイバーの強誘電特性図。
【図６】センサ特性図
【図７】アクチュエータ特性図。
【符号の説明】
１  押出装置金型
２  原料
３  金属コア
４  成形品
５  加圧圧力口
６  外筒シリンダー部
７  内筒シリンダー部
８  ニップル
９  金型口金部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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