JPH0779023A - 圧電素子 - Google Patents
圧電素子Info
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- JPH0779023A JPH0779023A JP5247535A JP24753593A JPH0779023A JP H0779023 A JPH0779023 A JP H0779023A JP 5247535 A JP5247535 A JP 5247535A JP 24753593 A JP24753593 A JP 24753593A JP H0779023 A JPH0779023 A JP H0779023A
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- powder
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- dielectric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧力が作用して内部ひずみが生じると、電圧
信号を発生する圧電素子で、周囲温度が変化しても温度
依存性の少ない電圧信号を出力する圧電素子を提供す
る。 【構成】 温度上昇と共に正の温度特性をもって静電容
量が増加する圧電体粉と、温度上昇と共に負の温度特性
をもって静電容量が減少する誘電体粉とを混合して素子
本体12を成型し、素子本体12の両端面に一対の電極
13,13を設けて圧電素子11を構成する。温度変化
によって圧電体粉の静電容量が変化しても、圧電体粉に
混合した誘電体粉の静電容量が圧電体粉の静電容量とは
逆の特性をもって変化するため、圧電体粉の静電容量の
変化分を誘電体粉の静電容量の変化分で相殺でき、素子
本体から各電極13を介して温度依存性の低い電圧信号
を出力でき、温度変化の激しい環境下でも正確に圧力を
検出することができる。
信号を発生する圧電素子で、周囲温度が変化しても温度
依存性の少ない電圧信号を出力する圧電素子を提供す
る。 【構成】 温度上昇と共に正の温度特性をもって静電容
量が増加する圧電体粉と、温度上昇と共に負の温度特性
をもって静電容量が減少する誘電体粉とを混合して素子
本体12を成型し、素子本体12の両端面に一対の電極
13,13を設けて圧電素子11を構成する。温度変化
によって圧電体粉の静電容量が変化しても、圧電体粉に
混合した誘電体粉の静電容量が圧電体粉の静電容量とは
逆の特性をもって変化するため、圧電体粉の静電容量の
変化分を誘電体粉の静電容量の変化分で相殺でき、素子
本体から各電極13を介して温度依存性の低い電圧信号
を出力でき、温度変化の激しい環境下でも正確に圧力を
検出することができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば圧力センサ、ト
ルクセンサ、ひずみセンサ等として用いて好適な圧電素
子に関する。
ルクセンサ、ひずみセンサ等として用いて好適な圧電素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ダイヤフラム式の圧力センサは
ダイヤフラムに外力が作用してひずむとき、該ダイヤフ
ラムに設けられた圧電素子から電荷が発生するようにな
っている。
ダイヤフラムに外力が作用してひずむとき、該ダイヤフ
ラムに設けられた圧電素子から電荷が発生するようにな
っている。
【0003】そこで、従来技術による圧電素子を、図1
4ないし図17により説明する。
4ないし図17により説明する。
【0004】図中、1はチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電
材料からなる素子本体を示し、該素子本体1の上下面に
は導電性ペースト等からなる一対の電極2,2が形成さ
れている。ここで、該素子本体1は製造時に各電極2を
介して高電界が加えられることにより、自発分極の向き
がある程度揃えられて分極軸Pが上下方向(軸方向)に
形成されている。そして、該分極軸Pに対して平行な応
力軸Fから圧力(応力)が作用すると、素子本体1の内
部にひずみが生じ、この圧力に応じた電荷(電圧信号)
を各電極2を介して信号軸Vの方向に出力するように構
成されている。
材料からなる素子本体を示し、該素子本体1の上下面に
は導電性ペースト等からなる一対の電極2,2が形成さ
れている。ここで、該素子本体1は製造時に各電極2を
介して高電界が加えられることにより、自発分極の向き
がある程度揃えられて分極軸Pが上下方向(軸方向)に
形成されている。そして、該分極軸Pに対して平行な応
力軸Fから圧力(応力)が作用すると、素子本体1の内
部にひずみが生じ、この圧力に応じた電荷(電圧信号)
を各電極2を介して信号軸Vの方向に出力するように構
成されている。
【0005】このような構成をもった従来技術による圧
電素子は、ダイヤフラムと接した状態で取付けられて圧
力センサとして広く用いられ、ダイヤフラムで外力を受
承するとき、ダイヤフラムの変位に応じた検出信号(電
圧)をコントロールユニット等に出力する。
電素子は、ダイヤフラムと接した状態で取付けられて圧
力センサとして広く用いられ、ダイヤフラムで外力を受
承するとき、ダイヤフラムの変位に応じた検出信号(電
圧)をコントロールユニット等に出力する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による圧電素子は図15に示すような等価回路で
表すことができる。即ち、素子本体1を構成する圧電体
の微細な粒子(図示せず)のひとつひとつが、三次元的
に配列されるため、内部容量C0 ,C1および内部抵抗
R1、自己インダクタンスL1の成分を有している。
来技術による圧電素子は図15に示すような等価回路で
表すことができる。即ち、素子本体1を構成する圧電体
の微細な粒子(図示せず)のひとつひとつが、三次元的
に配列されるため、内部容量C0 ,C1および内部抵抗
R1、自己インダクタンスL1の成分を有している。
【0007】ここで、圧電素子に作用する圧力と検出信
号との関係を示す圧電d33定数および圧電g33定数を考
えると、前記圧電素子の内部容量C0 ,C1、内部抵抗
R1、自己インダクタンスL1との間に、次のような関
係が成り立つ。
号との関係を示す圧電d33定数および圧電g33定数を考
えると、前記圧電素子の内部容量C0 ,C1、内部抵抗
R1、自己インダクタンスL1との間に、次のような関
係が成り立つ。
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】
【0010】然るに、内部容量C0 ,C1、自己インダ
クタンスL1の値は圧電素子の温度変化に伴って大きく
変化するため、圧電素子の温度が上昇したときには、圧
電d33定数,圧電g33定数が図16,図17に示す特性
線3,4の如く大きく変動してしまい、圧力センサの出
力から温度変化分を補正しない限り、作用した外力を正
確に検出することができないという問題がある。
クタンスL1の値は圧電素子の温度変化に伴って大きく
変化するため、圧電素子の温度が上昇したときには、圧
電d33定数,圧電g33定数が図16,図17に示す特性
線3,4の如く大きく変動してしまい、圧力センサの出
力から温度変化分を補正しない限り、作用した外力を正
確に検出することができないという問題がある。
【0011】本発明は上述した従来技術による問題に鑑
みなされたもので、本発明は温度が変化した場合でも、
温度依存性の小さい安定した検出信号を出力できるよう
にした圧電素子を提供することを目的としている。
みなされたもので、本発明は温度が変化した場合でも、
温度依存性の小さい安定した検出信号を出力できるよう
にした圧電素子を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する構成の特徴は、素子本体を一
方の温度特性をもって静電容量が変化する圧電体材料
と、該圧電体材料とは逆の温度特性をもって静電容量が
変化する誘電体材料とを混合して成型したことにある。
ために、本発明が採用する構成の特徴は、素子本体を一
方の温度特性をもって静電容量が変化する圧電体材料
と、該圧電体材料とは逆の温度特性をもって静電容量が
変化する誘電体材料とを混合して成型したことにある。
【0013】この場合、前記圧電体材料と誘電体材料
は、共に粒径が0.5〜50μmの粒子とすることが好
ましい。
は、共に粒径が0.5〜50μmの粒子とすることが好
ましい。
【0014】また、前記素子本体は、圧電体材料と誘電
体材料の混合割合を20〜80wt%とすることが好まし
い。
体材料の混合割合を20〜80wt%とすることが好まし
い。
【0015】
【作用】上記構成により、素子本体を構成する圧電体材
料の静電容量が温度変化によって、正または負の温度特
性のうち一方の特性をもって変化しても、圧電体材料に
混合した誘電体材料の静電容量が圧電体材料の静電容量
とは逆の特性をもって変化するため、圧電体材料の静電
容量の変化分を誘電体材料の静電容量の変化分で相殺で
き、圧電素子の出力が温度変化に影響されて変動するの
を防止することができる。
料の静電容量が温度変化によって、正または負の温度特
性のうち一方の特性をもって変化しても、圧電体材料に
混合した誘電体材料の静電容量が圧電体材料の静電容量
とは逆の特性をもって変化するため、圧電体材料の静電
容量の変化分を誘電体材料の静電容量の変化分で相殺で
き、圧電素子の出力が温度変化に影響されて変動するの
を防止することができる。
【0016】また、前記圧電体材料と誘電体材料を共に
粒径が0.5〜50μmの粒子とすることにより、圧電
体材料および誘電体材料を焼結して素子本体を形成する
場合に、素子本体に十分な強度を持たせることができる
と共に、焼結によって圧電体材料の粒子と誘電体材料の
粒子が反応(溶融)して電気特性を悪化させるのを防止
することができる。
粒径が0.5〜50μmの粒子とすることにより、圧電
体材料および誘電体材料を焼結して素子本体を形成する
場合に、素子本体に十分な強度を持たせることができる
と共に、焼結によって圧電体材料の粒子と誘電体材料の
粒子が反応(溶融)して電気特性を悪化させるのを防止
することができる。
【0017】さらに、素子本体は圧電体材料を20〜8
0wt% とし、残りの80〜20wt%を誘電体材料とする
ように混合する構成とすれば、圧電体材料の温度特性の
影響を誘電体材料によって好適に相殺し、圧力に対する
電圧信号のバランスをとることができる。
0wt% とし、残りの80〜20wt%を誘電体材料とする
ように混合する構成とすれば、圧電体材料の温度特性の
影響を誘電体材料によって好適に相殺し、圧力に対する
電圧信号のバランスをとることができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし図13に
基づき詳述する。
基づき詳述する。
【0019】図において、11は本実施例による圧電素
子を示し、該圧電素子11は従来技術で述べた圧電素子
とほぼ同様に、素子本体12と、該素子本体12の上,
下面に設けられた一対の電極13,13とから構成され
ている。しかし、本実施例による素子本体12は、圧電
体材料としての圧電体粉と、誘電体材料としての誘電体
粉とを混合して形成されるもので、圧電体粉製造工程、
誘電体粉製造工程、混合工程、成型工程、焼結工程、電
極形成工程および分極工程からなる製造方法によって製
造されるものである。
子を示し、該圧電素子11は従来技術で述べた圧電素子
とほぼ同様に、素子本体12と、該素子本体12の上,
下面に設けられた一対の電極13,13とから構成され
ている。しかし、本実施例による素子本体12は、圧電
体材料としての圧電体粉と、誘電体材料としての誘電体
粉とを混合して形成されるもので、圧電体粉製造工程、
誘電体粉製造工程、混合工程、成型工程、焼結工程、電
極形成工程および分極工程からなる製造方法によって製
造されるものである。
【0020】そこで、本実施例によって構成される圧電
素子11の製造方法について図3に基づいて説明する。
素子11の製造方法について図3に基づいて説明する。
【0021】まず、圧電体粉製造工程では、仮焼成す
ることによって、41.5mol%のPbZrO 3 、48.5mol
%のPbTiO3 、10mol%のPb(Mn1/3 ,Sb2/3)O3 をもった
成分となるように、PbO , ZrO2 , TiO2 ,MnCO3 ,Sb
2O3 の基本原料101を秤量し、この基本原料101全
体に対して0.1wt% の NiOを添加し、アセトンを加え
てボールミルにて20時間の湿式混合を行い、加熱炉1
02によって大気雰囲気中で850℃,2〜5時間の仮
焼成を行って圧電体粉を得る。
ることによって、41.5mol%のPbZrO 3 、48.5mol
%のPbTiO3 、10mol%のPb(Mn1/3 ,Sb2/3)O3 をもった
成分となるように、PbO , ZrO2 , TiO2 ,MnCO3 ,Sb
2O3 の基本原料101を秤量し、この基本原料101全
体に対して0.1wt% の NiOを添加し、アセトンを加え
てボールミルにて20時間の湿式混合を行い、加熱炉1
02によって大気雰囲気中で850℃,2〜5時間の仮
焼成を行って圧電体粉を得る。
【0022】そして、この圧電体粉を自動乳鉢103お
よびボールミルで粉砕し、平均粒径5μmの粒子からな
る粉体を得る。ここで、上記成分からなる圧電体粉は、
温度の上昇に伴ってその静電容量が増加する正の温度特
性を有するものである。
よびボールミルで粉砕し、平均粒径5μmの粒子からな
る粉体を得る。ここで、上記成分からなる圧電体粉は、
温度の上昇に伴ってその静電容量が増加する正の温度特
性を有するものである。
【0023】次に、誘電体粉製造工程では、仮焼成す
ることによって、81〜87mol%のPb(Mg1/3 ,Nb2/3)O3
,9〜14mol%のBaTiO3 ,4〜6mol%のPb(Co1/3 ,Nb
2/3)O3 をもった成分となるように、PbO , TiO2 ,MgO
,Nb2O5 ,BaCO3 , CoO ,SrCO3 の基本原料104を秤
量し、この基本原料104全体に対して2wt% の SrTiO
3 を添加し、アセトンを加えてボールミルにて20時間
の湿式混合を行い、加熱炉105によって大気雰囲気中
で850〜950℃,2〜5時間の焼成を行って誘電体
粉を得る。
ることによって、81〜87mol%のPb(Mg1/3 ,Nb2/3)O3
,9〜14mol%のBaTiO3 ,4〜6mol%のPb(Co1/3 ,Nb
2/3)O3 をもった成分となるように、PbO , TiO2 ,MgO
,Nb2O5 ,BaCO3 , CoO ,SrCO3 の基本原料104を秤
量し、この基本原料104全体に対して2wt% の SrTiO
3 を添加し、アセトンを加えてボールミルにて20時間
の湿式混合を行い、加熱炉105によって大気雰囲気中
で850〜950℃,2〜5時間の焼成を行って誘電体
粉を得る。
【0024】そして、この誘電体粉を自動乳鉢106お
よびボールミルで粉砕し、平均粒径5μmの粒子からな
る粉体を得る。ここで、上記成分からなる誘電体粉は、
温度の上昇に伴ってその静電容量が減少する負の温度特
性を有するものである。
よびボールミルで粉砕し、平均粒径5μmの粒子からな
る粉体を得る。ここで、上記成分からなる誘電体粉は、
温度の上昇に伴ってその静電容量が減少する負の温度特
性を有するものである。
【0025】次に、混合工程では、前記圧電体粉が2
0〜80wt% 、残りの20〜80wt% が誘電体粉となる
ように、自動乳鉢107にて圧電体粉と誘電体粉とを均
一に混合し、この混合物にさらにバインダーとしてポリ
ビニルアルコール(PVA)を加える。
0〜80wt% 、残りの20〜80wt% が誘電体粉となる
ように、自動乳鉢107にて圧電体粉と誘電体粉とを均
一に混合し、この混合物にさらにバインダーとしてポリ
ビニルアルコール(PVA)を加える。
【0026】次に、成型工程では、均一に混合された
混合物をプレス成型機108によって厚さ1〜5mmの
ペレット状体109に加圧成型する。
混合物をプレス成型機108によって厚さ1〜5mmの
ペレット状体109に加圧成型する。
【0027】次に、焼結工程では、ペレット状体10
9に成型された圧電体粉と誘電体粉との混合物をMgO 製
の坩堝に密閉し、加熱炉110により1200〜125
0℃で4時間焼成して焼結体111を形成する。
9に成型された圧電体粉と誘電体粉との混合物をMgO 製
の坩堝に密閉し、加熱炉110により1200〜125
0℃で4時間焼成して焼結体111を形成する。
【0028】次に、電極形成工程(図示せず)では、焼
結工程で得られた焼結体111の両端面を800番の
SiC 研磨剤で研磨し、円周側面を1200番の紙やすり
を用いて研磨した後、該焼結体111の両端面に例えば
金薄膜等からなる電極を形成する。
結工程で得られた焼結体111の両端面を800番の
SiC 研磨剤で研磨し、円周側面を1200番の紙やすり
を用いて研磨した後、該焼結体111の両端面に例えば
金薄膜等からなる電極を形成する。
【0029】さらに、分極工程(図示せず)では、前記
焼結体111をシリコンオイル中で110℃に保ちなが
ら、各電極13に20KV/cm の直流電界を加えて分極処
理を行うことにより、図2に示す如く上下方向に分極軸
Pを形成する。
焼結体111をシリコンオイル中で110℃に保ちなが
ら、各電極13に20KV/cm の直流電界を加えて分極処
理を行うことにより、図2に示す如く上下方向に分極軸
Pを形成する。
【0030】本実施例による圧電素子11は以上に述べ
た如き構成を有するもので、圧電素子11の素子本体1
2に図2に示す応力軸F方向の圧力が作用すると、該素
子本体12の内部にひずみが生じて圧力に対応した電荷
が発生し、この電荷は信号軸V方向両端の各電極13か
ら出力されるようになっている。
た如き構成を有するもので、圧電素子11の素子本体1
2に図2に示す応力軸F方向の圧力が作用すると、該素
子本体12の内部にひずみが生じて圧力に対応した電荷
が発生し、この電荷は信号軸V方向両端の各電極13か
ら出力されるようになっている。
【0031】而して、本実施例による素子本体12は、
温度の上昇に伴ってその静電容量が増加する圧電体粉
と、温度の上昇に伴ってその静電容量が減少する誘電体
粉とを混合して成型している。この結果、圧電体粉の各
粒子に対し、直列かつ並列に該各圧電体粉の粒子とは逆
の温度特性をもったコンデンサを接続したのと同じ作用
を与えることができる。
温度の上昇に伴ってその静電容量が増加する圧電体粉
と、温度の上昇に伴ってその静電容量が減少する誘電体
粉とを混合して成型している。この結果、圧電体粉の各
粒子に対し、直列かつ並列に該各圧電体粉の粒子とは逆
の温度特性をもったコンデンサを接続したのと同じ作用
を与えることができる。
【0032】即ち、周囲の温度が上昇し、素子本体12
を構成する圧電体粉の静電容量が上昇した場合には、該
素子本体12に混合された誘電体粉の静電容量が減少
し、素子本体12全体として圧電d33定数を一定に保持
することができる。一方、圧電素子11の温度が低下
し、素子本体12を構成する圧電体粉の静電容量が低下
した場合には、該素子本体12に混合された誘電体粉の
静電容量が増加し、素子本体12全体として圧電d33定
数を一定に保持することができる。
を構成する圧電体粉の静電容量が上昇した場合には、該
素子本体12に混合された誘電体粉の静電容量が減少
し、素子本体12全体として圧電d33定数を一定に保持
することができる。一方、圧電素子11の温度が低下
し、素子本体12を構成する圧電体粉の静電容量が低下
した場合には、該素子本体12に混合された誘電体粉の
静電容量が増加し、素子本体12全体として圧電d33定
数を一定に保持することができる。
【0033】従って、圧電素子11は図4中の特性線1
4,図5中の特性線15としてそれぞれ示す如く、従来
技術による圧電素子の特性線3,4に比し、温度依存性
の小さな安定した圧電d33定数と圧電g33定数を示すよ
うになる。この結果、素子本体12からは各電極13を
介して温度依存性の低い検出信号を出力でき、温度変化
の激しい環境下でも正確に圧力を検出することができ
る。
4,図5中の特性線15としてそれぞれ示す如く、従来
技術による圧電素子の特性線3,4に比し、温度依存性
の小さな安定した圧電d33定数と圧電g33定数を示すよ
うになる。この結果、素子本体12からは各電極13を
介して温度依存性の低い検出信号を出力でき、温度変化
の激しい環境下でも正確に圧力を検出することができ
る。
【0034】さて、本発明では、圧電体粉と誘電体粉の
双方の粒径を0.5〜50μmとし、最良な形態として
平均粒径が5μmとなるような粒径をもった粉体を使用
することにより、温度依存性の少ない優れた電気特性を
もった圧電素子を製造しうる。
双方の粒径を0.5〜50μmとし、最良な形態として
平均粒径が5μmとなるような粒径をもった粉体を使用
することにより、温度依存性の少ない優れた電気特性を
もった圧電素子を製造しうる。
【0035】即ち、図6中の斜線の範囲Aよりも右側の
矢示Bで示す範囲では、圧電体粉および誘電体粉が共に
50μm以上の粒径を有するため、これらの粒子間に大
きな隙間が介在し、焼結工程で各圧電体粉および誘電体
粉が十分に焼結されず、素子本体12に十分な強度を持
たせることが困難となる。
矢示Bで示す範囲では、圧電体粉および誘電体粉が共に
50μm以上の粒径を有するため、これらの粒子間に大
きな隙間が介在し、焼結工程で各圧電体粉および誘電体
粉が十分に焼結されず、素子本体12に十分な強度を持
たせることが困難となる。
【0036】また、図6中で、斜線の範囲Aよりも左側
の矢示Cで示す範囲、即ち圧電体粉粒子と誘電体粉粒子
が共に0.5μm以下となるような範囲では、図7に示
す如く、圧電体粉粒子16,誘電体粉粒子17の接触面
積が大きくなる。このため、焼結工程で圧電体粉粒子1
6と誘電体粉粒子17が反応(溶融)し、図8に示す如
く新たなガラス状物質18を生成してしまい、圧電d33
定数、圧電g33定数等の電気特性が悪化するようにな
る。
の矢示Cで示す範囲、即ち圧電体粉粒子と誘電体粉粒子
が共に0.5μm以下となるような範囲では、図7に示
す如く、圧電体粉粒子16,誘電体粉粒子17の接触面
積が大きくなる。このため、焼結工程で圧電体粉粒子1
6と誘電体粉粒子17が反応(溶融)し、図8に示す如
く新たなガラス状物質18を生成してしまい、圧電d33
定数、圧電g33定数等の電気特性が悪化するようにな
る。
【0037】但し、圧電体粉および誘電体粉の双方の粒
径を揃える必要はなく、誘電体粉粒子と圧電体粉粒子の
粒径が、それぞれ0.5〜50μmの範囲にあれば、例
えば図9に示す如く、誘電体粉粒子19の粒径が圧電体
粉粒子20よりも小さくてもよい。
径を揃える必要はなく、誘電体粉粒子と圧電体粉粒子の
粒径が、それぞれ0.5〜50μmの範囲にあれば、例
えば図9に示す如く、誘電体粉粒子19の粒径が圧電体
粉粒子20よりも小さくてもよい。
【0038】即ち、誘電体粉粒子19の粒径が小さくて
も、焼結工程で焼成した状態は図10に示す如くであっ
て、誘電体粉粒子19が焼結して圧電体粉粒子20を包
み込み、圧電体粉粒子20同士を結合させることによ
り、素子本体12に十分な強度を与えることができ、圧
電d33定数、圧電g33定数の電気特性から温度依存性を
除くことができる。
も、焼結工程で焼成した状態は図10に示す如くであっ
て、誘電体粉粒子19が焼結して圧電体粉粒子20を包
み込み、圧電体粉粒子20同士を結合させることによ
り、素子本体12に十分な強度を与えることができ、圧
電d33定数、圧電g33定数の電気特性から温度依存性を
除くことができる。
【0039】一方、本発明では圧電体粉と誘電体粉の混
合割合を20〜80wt% とし、最良な形態として圧電体
粉と誘電体粉をそれぞれ50wt% ずつの割合で混合する
ことにより、温度依存性の少ない優れた電気特性をもっ
た圧電素子を製造することができる。
合割合を20〜80wt% とし、最良な形態として圧電体
粉と誘電体粉をそれぞれ50wt% ずつの割合で混合する
ことにより、温度依存性の少ない優れた電気特性をもっ
た圧電素子を製造することができる。
【0040】即ち、図6中の斜線の範囲Aよりも上側の
矢示Dで示す範囲では圧電体粉と誘電体粉との混合割合
が80wt% 以上となり、この圧電体粉に誘電体粉を混入
して素子本体12を形成しても、該素子本体12は圧電
体粉の温度特性に影響されて温度と共に圧電d33定数が
上昇し、温度依存性を解消することができなくなる。
矢示Dで示す範囲では圧電体粉と誘電体粉との混合割合
が80wt% 以上となり、この圧電体粉に誘電体粉を混入
して素子本体12を形成しても、該素子本体12は圧電
体粉の温度特性に影響されて温度と共に圧電d33定数が
上昇し、温度依存性を解消することができなくなる。
【0041】また、斜線の範囲Aよりも下側の矢示Eで
示す範囲では圧電体粉と誘電体粉の混合割合が20wt%
以下となり、圧電d33定数が従来技術による圧電素子の
1/10以下となって圧電素子11からの電圧信号出力
が小さく、使用が困難になる。
示す範囲では圧電体粉と誘電体粉の混合割合が20wt%
以下となり、圧電d33定数が従来技術による圧電素子の
1/10以下となって圧電素子11からの電圧信号出力
が小さく、使用が困難になる。
【0042】なお、最良な形態として、図11に示す如
く、圧電体粉粒子21と誘電体粉粒子22を共に平均粒
径が5μmの粒子を用い、両者を50wt% ずつの割合で
混合した場合、焼結工程後には図12に示す状態で結合
し、これらの粒子21,22が緻密に焼結し、素子本体
12に十分な強度をもたせると共に、良好な電気特性を
もたせることができる。
く、圧電体粉粒子21と誘電体粉粒子22を共に平均粒
径が5μmの粒子を用い、両者を50wt% ずつの割合で
混合した場合、焼結工程後には図12に示す状態で結合
し、これらの粒子21,22が緻密に焼結し、素子本体
12に十分な強度をもたせると共に、良好な電気特性を
もたせることができる。
【0043】以上のことから、圧電体粉および誘電体粉
の粒径と両者の混合割合は圧電素子の使用目的によって
様々な条件が考えられるが、一般的には図6中の斜線の
範囲A内の条件に従う必要がある。
の粒径と両者の混合割合は圧電素子の使用目的によって
様々な条件が考えられるが、一般的には図6中の斜線の
範囲A内の条件に従う必要がある。
【0044】図13により、圧電体粉製造工程における
仮焼成の温度条件と、誘電体粉の組成を(イ),
(ロ),(ハ)として変え、粒径が5μmである圧電体
粉と誘電体粉をそれぞれ50wt% ずつの割合で混合し、
この混合物を焼結することにより製造した素子本体の焼
結状態を調べた結果を示す。
仮焼成の温度条件と、誘電体粉の組成を(イ),
(ロ),(ハ)として変え、粒径が5μmである圧電体
粉と誘電体粉をそれぞれ50wt% ずつの割合で混合し、
この混合物を焼結することにより製造した素子本体の焼
結状態を調べた結果を示す。
【0045】ここで、焼結状態を示す枠の中で、○は焼
結体が緻密に焼結して十分な強度を有する状態、△は多
孔質で強度不足な状態、×は粒子が溶融してガラス化し
た状態または焼結しなかった場合を示している。また、
焼結状態の良かったものについては、圧電d33定数,圧
電g33定数等の電気特性を調べ、電気特性を示す枠の中
で特性の良いものから順に○,△,×の評価を付けた。
結体が緻密に焼結して十分な強度を有する状態、△は多
孔質で強度不足な状態、×は粒子が溶融してガラス化し
た状態または焼結しなかった場合を示している。また、
焼結状態の良かったものについては、圧電d33定数,圧
電g33定数等の電気特性を調べ、電気特性を示す枠の中
で特性の良いものから順に○,△,×の評価を付けた。
【0046】この結果、焼結状態と電気特性が共に最も
優れたもの、即ち圧電体の仮焼成温度が900℃で、誘
電体粉成分の組成が(ハ)の組合わせによって製造され
た素子本体を用い、圧電圧電d33特性を求めたものが図
4中の特性線14であり、圧電g33特性を求めたものが
図5中の特性線15である。
優れたもの、即ち圧電体の仮焼成温度が900℃で、誘
電体粉成分の組成が(ハ)の組合わせによって製造され
た素子本体を用い、圧電圧電d33特性を求めたものが図
4中の特性線14であり、圧電g33特性を求めたものが
図5中の特性線15である。
【0047】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明による圧電素
子では、その素子本体を、一方の温度特性をもって静電
容量が変化する圧電体材料と、該圧電体材料とは逆の負
の温度特性をもって静電容量が変化する誘電体材料とを
混合することによって構成したから、圧電体材料の静電
容量が温度変化によって例えば正の温度特性で変化して
も、圧電体材料に混合した誘電体材料の静電容量が圧電
体の静電容量とは逆の温度特性をもって変化することに
より、圧電体材料の静電容量の変化分を誘電体の静電容
量の変化分で相殺できる。
子では、その素子本体を、一方の温度特性をもって静電
容量が変化する圧電体材料と、該圧電体材料とは逆の負
の温度特性をもって静電容量が変化する誘電体材料とを
混合することによって構成したから、圧電体材料の静電
容量が温度変化によって例えば正の温度特性で変化して
も、圧電体材料に混合した誘電体材料の静電容量が圧電
体の静電容量とは逆の温度特性をもって変化することに
より、圧電体材料の静電容量の変化分を誘電体の静電容
量の変化分で相殺できる。
【0048】従って、素子本体から各電極を介して温度
依存性の低い検出信号を出力でき、温度変化の激しい環
境下でも正確に圧力を検出することができる圧電素子と
することができる。
依存性の低い検出信号を出力でき、温度変化の激しい環
境下でも正確に圧力を検出することができる圧電素子と
することができる。
【0049】また、前記圧電体材料と誘電体材料を、共
に粒径が0.5〜50μmの粒子とすれば、圧電体材料
と誘電体材料を焼結して素子本体を形成する場合に、各
圧電体材料と誘電体材料の粒子間に焼結によって十分な
強度をもたせることができると共に、圧電体材料と誘電
体材料の粒子が一体的に焼結しガラス化するように反応
するのを防止でき、圧電素子の電気特性を良好に保つこ
とができる。
に粒径が0.5〜50μmの粒子とすれば、圧電体材料
と誘電体材料を焼結して素子本体を形成する場合に、各
圧電体材料と誘電体材料の粒子間に焼結によって十分な
強度をもたせることができると共に、圧電体材料と誘電
体材料の粒子が一体的に焼結しガラス化するように反応
するのを防止でき、圧電素子の電気特性を良好に保つこ
とができる。
【0050】さらに、素子本体中の圧電体材料と誘電体
材料の混合割合を20〜80wt% とすれば、素子本体が
圧電体材料の温度特性に影響されて大きな温度依存性を
示したり、圧電素子の圧力検出感度が極端に小さくなる
のを防止でき、温度依存性と検出信号出力とのバランス
がとれた使い易い圧電素子とすることができる。
材料の混合割合を20〜80wt% とすれば、素子本体が
圧電体材料の温度特性に影響されて大きな温度依存性を
示したり、圧電素子の圧力検出感度が極端に小さくなる
のを防止でき、温度依存性と検出信号出力とのバランス
がとれた使い易い圧電素子とすることができる。
【図1】本発明の実施例による圧電素子を示す斜視図で
ある。
ある。
【図2】実施例による圧電素子を示す縦断面図である。
【図3】圧電素子の製造方法を示す説明図である。
【図4】実施例の圧電素子の温度と圧電d33定数との関
係を従来技術による圧電素子との対比で示す特性線図で
ある。
係を従来技術による圧電素子との対比で示す特性線図で
ある。
【図5】実施例の圧電素子の温度と圧電g33定数との関
係を従来技術による圧電素子との対比でを示す特性線図
である。
係を従来技術による圧電素子との対比でを示す特性線図
である。
【図6】圧電素子が良好な特性をもつ範囲を圧電体粉と
誘電体粉の粒径および両者の混合割合の関係で示した説
明図である。
誘電体粉の粒径および両者の混合割合の関係で示した説
明図である。
【図7】圧電体粉と誘電体粉の粒径が共に小さ過ぎる場
合の混合状態を示す説明図である。
合の混合状態を示す説明図である。
【図8】図7に示す圧電体粉と誘電体粉を焼結した後の
状態を示す説明図である。
状態を示す説明図である。
【図9】圧電体粉と誘電体粉の粒径が共に適正範囲内
で、両者の粒径が不揃いの場合の混合状態を示す説明図
である。
で、両者の粒径が不揃いの場合の混合状態を示す説明図
である。
【図10】図9に示す圧電体粉と誘電体粉を焼結した後
の状態を示す説明図である。
の状態を示す説明図である。
【図11】圧電体粉と誘電体粉の粒径および混合割合が
図6中の斜線の範囲A内にある場合の混合状態を示す説
明図である。
図6中の斜線の範囲A内にある場合の混合状態を示す説
明図である。
【図12】図11に示す圧電体粉と誘電体粉を焼結した
後の状態を示す説明図である。
後の状態を示す説明図である。
【図13】圧電体粉の仮焼成温度と誘電体粉成分の組成
を変え、焼結状態を調べた結果を示す説明図である。
を変え、焼結状態を調べた結果を示す説明図である。
【図14】従来技術による圧電素子を示す縦断面図であ
る。
る。
【図15】圧電素子の電気的な等価回路図である。
【図16】従来技術による圧電素子の温度と圧電d33定
数との関係を示す特性線図である。
数との関係を示す特性線図である。
【図17】従来技術による圧電素子の温度と圧電g33定
数との関係を示す特性線図である。
数との関係を示す特性線図である。
11 圧電素子 12 素子本体 13 電極 16,20,21 圧電体粉粒子(圧電体材料) 17,19,22 誘電体粉粒子(誘電体材料)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 41/187 (72)発明者 石谷 誠男 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 (72)発明者 原島 栄喜 東京都大田区大森北2丁目7番12号 フル ウチ化学株式会社内 (72)発明者 永田 邦裕 神奈川県横須賀市鴨居3−65−4
Claims (4)
- 【請求項1】 圧力に応じた電荷を発生する素子本体
と、該素子本体の両端に設けられ、前記電荷を導出する
一対の電極とからなる圧電素子において、前記素子本体
は、一方の温度特性をもって静電容量が変化する圧電体
材料と、該圧電体材料と逆の温度特性をもって静電容量
が変化する誘電体材料とを混合して成型したことを特徴
とする圧電素子。 - 【請求項2】 前記圧電体材料と誘電体材料は、共に粒
径が0.5〜50μmの粒子からなる請求項1に記載の
圧電素子。 - 【請求項3】 前記素子本体は、圧電体材料と誘電体材
料の混合割合が20〜80wt% としてなる請求項1また
は請求項2に記載の圧電素子。 - 【請求項4】 前記圧電体材料は正の温度特性を有し、
前記誘電体材料は負の温度特性を有するものである請求
項1に記載の圧電素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5247535A JPH0779023A (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5247535A JPH0779023A (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0779023A true JPH0779023A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=17164947
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5247535A Pending JPH0779023A (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0779023A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7443085B2 (en) | 2004-09-13 | 2008-10-28 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator |
JP2009236577A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Kyocera Corp | 圧電センサ |
CN105789430A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-07-20 | 欧明 | 一种温度稳定压电陶瓷振子 |
CN105826461A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-08-03 | 欧明 | 一种温度稳定压电复合陶瓷振子 |
CN107129284A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-09-05 | 汕头高新区松田实业有限公司 | 一种高性能多温区ntc热敏电阻器介质材料及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04349164A (ja) * | 1991-05-23 | 1992-12-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電セラミックス |
JPH05284600A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-10-29 | Kunihiro Nagata | 圧電セラミックス素子 |
-
1993
- 1993-09-08 JP JP5247535A patent/JPH0779023A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04349164A (ja) * | 1991-05-23 | 1992-12-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電セラミックス |
JPH05284600A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-10-29 | Kunihiro Nagata | 圧電セラミックス素子 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009236577A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Kyocera Corp | 圧電センサ |
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CN105789430B (zh) * | 2016-02-02 | 2018-04-24 | 欧明 | 一种温度稳定压电陶瓷振子 |
CN105826461A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-08-03 | 欧明 | 一种温度稳定压电复合陶瓷振子 |
CN105826461B (zh) * | 2016-03-08 | 2018-08-07 | 欧明 | 一种温度稳定压电复合陶瓷振子 |
CN107129284A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-09-05 | 汕头高新区松田实业有限公司 | 一种高性能多温区ntc热敏电阻器介质材料及其制备方法 |
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