JP2006058180A - 高感度圧電素子 - Google Patents
高感度圧電素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006058180A JP2006058180A JP2004241495A JP2004241495A JP2006058180A JP 2006058180 A JP2006058180 A JP 2006058180A JP 2004241495 A JP2004241495 A JP 2004241495A JP 2004241495 A JP2004241495 A JP 2004241495A JP 2006058180 A JP2006058180 A JP 2006058180A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- piezoelectric
- substrate
- element according
- electrode layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 58
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 13
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims description 11
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 6
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 claims description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 5
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 4
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 4
- JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 2-azaniumyl-2-(4-fluorophenyl)acetate Chemical compound OC(=O)C(N)C1=CC=C(F)C=C1 JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 3
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021612 Silver iodide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LGLOITKZTDVGOE-UHFFFAOYSA-N boranylidynemolybdenum Chemical compound [Mo]#B LGLOITKZTDVGOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 3
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910021344 molybdenum silicide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229940045105 silver iodide Drugs 0.000 claims description 3
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012369 In process control Methods 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010965 in-process control Methods 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
【解決手段】 基板1、圧電体層2、及び電極層3等からなる圧電素子を湾曲状に形成した。
湾曲した形状としては、任意の曲率を有する凸形状、又は任意の曲率を有する凹形状とすることができる。
また、基板1の両面に圧電体層2や電極3を形成すれば、実質的に圧電素子が2個設けられることになるため、圧電素子の感度を更に向上することができる。
【選択図】 図1
Description
この他、産業用、自動車用、医療用、家電など多種の分野で応用が実施されている。
このうち、圧電式のセンサは圧電体と電極を一体化したもので、比較的、簡単な構造形態を有していることから種々の分野の応用が可能である。
特にPZT系の圧電体は圧電定数が大きいために、圧力等の物理量の入力に対する、電荷又は電位差等の出力が大きくなるからである。
また、強誘電体材料は歪−電界特性にヒステリシスを示すために精密な測定には不向きである。
その結果として電気的に増幅するとS/N比の低下となる。
例えば可撓性基板に圧電体を形成した圧電素子において、スペーサーを裏面に設けて持ち上げ保持する技術(例えば、特許文献1参照)、圧電素子を片持ち梁、或いは両端固定梁構造にすることにより圧電横効果を利用する技術(例えば、特許文献2参照)がされている。
また、構造が複雑になることにより繰り返し使用した場合に故障の原因にもなり易い。
すなわち、本発明は、圧力、歪などの計測に用いられる圧電素子において、単純な構造でありながら機械的信号を電気的信号に変換する際の感度を大きく向上させるものである。
記載の圧電素子に存する。
本発明の圧電素子は、湾曲下した基板、湾曲した圧電体層及び歪曲した電極層を有するものであり、この湾曲度は任意の曲率を有する。
図1(A)は、本発明の第1実施形態に係る圧電素子を示している。
この第1実施形態の圧電素子には、湾曲した基板1の凸面に、順に圧電体層2、電極層3が形成されている。
基板1上に圧電体層2を形成するに当たっては、通常、基板1と同じ大きさで、圧電体層2、電極層3を設けるが、図では、便宜的にそれぞれが異なった大きさに表示した。
もっとも、図のように圧電素子を形成しても当然良いことはいうまでもない。
なお、圧電素子は、図1(B)に示すように、逆に湾曲するように凹面に圧電体層2及び電極層3を形成しても良い。
厚さについては基板1の上に形成される圧電体層2の形成し易さに応じて適宜選択し、その上で高感度な出力が得られるように決定すると良い。
圧電素子に対して荷重を加え変形させることで、この電極層3と基板1との間で電位差を発生させてセンサとしての機能を得る。
また逆に、電極層3と基板1との間で電位差を発生させることで、圧電素子を変形させることができる。
ペロブスカイト系複合酸化物の上記Aサイトとしては通常、Pb,Ba,Ca,Sr,La,Li,Biの中から選択される少なくとも1種の元素が採用される。
上記BサイトとしてはTi,Zr,Zn,Ni,Mg,Co,W,Nb,Sb,Ta,Feの中から選択される少なくとも1種の元素が採用される。
具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸タンタル、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウムのうち少なくとも1種を主成分として含むようにすると良い。
ウルツ鉱型構造の化合物としては具体的には窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛又はヨウ化銀等があり、これらの中から1種以上を主成分とすれば良い。
圧電体層2の膜厚は、基板や電極の厚みとの関係により異なるが、通常、0.1〜100μmが好ましく、特に0.5〜30μmが好ましい。
すなわち、厚みが0.1μm未満では圧電センサとして用いた場合に十分な出力が得られにくく、逆に100μmを超えると柔軟性が乏しくなりクラックや剥離を引き起こす恐れがある。
電極層3の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば塗布処理、メッキ法、スパッタリング法又は真空蒸着法等の物理蒸着法を用いることができる。
図2(A)は、本発明の第2実施形態に係る圧電素子を示している。
この第2実施形態の圧電素子には、湾曲した基板1の凸面に電極層3、圧電体層2が順に形成さされており、第1実施形態と較べると、電極層3、圧電体層2の順が異なって形成されているものである。
基板1、圧電体層2及び電極層3に使用される材料や作製方法は第1実施形態の場合と同様である。
なお、圧電素子は、この実施の形態でも図2(B)に示すように、逆に湾曲するように凹面に電極層3及び圧電体層2を形成しても良い。
図3は、本発明の第3実施形態に係る圧電素子を示している。
この第3実施形態の圧電素子は、湾曲した基板1の凸面に電極層3、圧電体層2、電極層3が順に形成されている。
なお、図3(B)に示すように、逆に湾曲するように凹面に電極層3、圧電体層2及び電極層3を順次形成しても良い。
基板1、圧電体層2及び電極層3に使用される材料や作製方法は第1実施形態の場合と同様である。
図4は、本発明の第4実施形態に係る圧電素子を示している。
この第4実施形態の圧電素子は、湾曲した基板1の凸面及び凹面の両面に、順次、圧電体層2、電極層3が順に形成されている。
そのため、電極層3間には2層の圧電体層2が形成されているため、電極層3と圧電体層2の接触面積が第1実施の形態及び第2実施の形態に較べて2倍となり、圧力センサとしての感度を更に向上(2倍)することができる。
基板1、圧電体層2及び電極層3に使用される材料や作製方法は第1実施形態の場合と同じである。
図5は、本発明の第5実施形態に係る圧電素子を示している。
この第5実施形態の圧電素子は、第4実施形態と電極層3及び圧電体層2の順序が異なっているもので、湾曲した基板1の凸面及び凹面の両面に電極層3、圧電体層2が順に形成されている。
そのため、電極層3と圧電体層2の接触面積が第1実施の形態及び第2実施の形態に較べて2倍となり、圧力センサとしての感度を更に向上(2倍)することができる。
図6は、本発明の第6実施形態に係る圧電素子を示している。
この第6実施形態の圧電素子は、湾曲した基板1の凸面及び凹面の両面に、順次、電極層3、圧電体層2、電極層3が形成されている。
基板1、圧電体層2及び電極層3に使用される材料や作製方法は第1実施形態の場合と同じである。
例えば、電極3Aと電極3Dとの間で電位差を取る場合、電極3Bと電極3Cとの間で電位差を取る場合があるが、前者では電極層3と圧電体層2との接触面積は、電極層3Aと圧電体層2A、電極層3Dと圧電体層2Bとの接触面積の合計である。
また後者では電極層3と圧電体層2との接触面積は、電極層3Bと圧電体層2A、電極層3Cと圧電体層2Bとの接触面積の合計である。
電位差を取る他の場合として、電極層3Aと電極層3Cとを同体の電極とし、且つ電極層3Bと電極層3Dを同体の電極として、それらを相互に別の電極とする場合がある。
この場合は、電極層3と圧電体層2との接触面積は、電極層3Aと圧電体層2A、電極層3Cと圧電体層2B、電極層3Bと圧電体層2A、電極層3Dと圧電体層2B、との接触面積の合計となる。
そのため電極層3と圧電体層2との接触面積が第1実施の形態及び第2実施の形態に較べて4倍となり、圧力センサとしての感度を更に向上(4倍)することができる。
例えば、基板と圧電体層、電極層をそれぞれ湾曲して積層するものであれば、その各層の数は原則とて問わない。
また例えば、上述した第1ないし第6実施形態では、基板1、圧電体層2及び電極層3をその長
手方向に沿って湾曲させた例について説明したが、その幅方向に沿って湾曲させることも当然可能である。
また、圧電素子の形態としては積層された湾曲した円盤状のものとすることも可能である。
図に示すように、この実験装置で用いる圧電素子は第1実施形態と同様のものである(ステンレス板4、窒化アルミニウム層5、銅電極層6は同じ大きさであるが、便宜的に異なる大きさで表示した)
基板としては、10mm×15mm、厚さが0.1mmのステンレス板4を用いた。
このステンレス板4の凸面には、圧電体層として1μmの窒化アルミニウム層5をRFマグネトロンスパッタリング法を用いて形成した。
この窒化アルミニウム5の凸面には、電極として銅電極層6を真空蒸着により形成した。
それによる電位差を銅電極6とステンレス板4との間で測定した。
すなわち加振機の先端にはロードセル8が取り付けてあり負荷した荷重をオシロスコープ10でモニターした。
圧電素子から出力された信号は、チャージアンプ9で増幅してオシロスコープ10でモニターした。
この図9に示されるように負荷された正弦荷重に対応し、正弦的な圧電出力信号が検出された。
ロードセル出力電圧の振幅とチャージアンプ出力電圧の振幅から荷重と電荷を求めると、0.0171Nの荷重に対し414pCの電荷が発生しており、一般的にいわれている値に比べ桁違いに大きな信号が得られた。
なお、他の実施の形態の様な構造の圧電素子においても、同様な実験結果を得ている。
2 2A,2B圧電体層
3,3A,3B,3C,3D 電極層
4 ステンレス板
5 窒化アルミニウム層
6 銅電極層
7 加振機
8 ロードセル
9 チャージアンプ
10 オシロスコープ
Claims (18)
- 湾曲した基板と、湾曲した圧電体層と、湾曲した電極層とを有することを特徴とする圧電素子。
- 前記圧電体層は前記基板の片面に形成され、
前記電極層は、該基板の片面に形成された圧電体層の上面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。 - 前記電極層は前記基板の片面上に形成され、
前記圧電体層は、該基板の片面に形成された電極層の上面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。 - 前記圧電体層の上面には、更に電極層が形成されたことを特徴とする請求項3に記載の圧電素子。
- 前記圧電体層は前記基板の両面に形成され、
前記電極層は、該基板の両面に形成された圧電体層のぞれぞれの上面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。 - 前記電極層は前記基板の両面に形成され、
前記圧電体層は、該基板の両面に形成された電極層のぞれぞれの上面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。 - 前記圧電体層のそれぞれの上面に更に電極層が形成されたことを特徴とする請求項6に記載の圧電素子。
- 前記湾曲した基板は、任意の曲率を有する凹形状であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の圧電素子。
- 前記湾曲した基板は、金属材料を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の圧電素子。
- 前記金属材料は、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銅、チタン、タングステン、シリコン、マグネシウム、亜鉛、スズ、モリブデン、ニオブ、ジルコニア、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、イットリウム、ステンレス、黄銅又は青銅のうち少なくともいずれか1種を含むことを特徴とする請求項9に記載の圧電素子。
- 前記湾曲した基板は、セラミックス材料を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の圧電素子。
- 前記セラミック材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ケイ化モリブデン、ホウ化モリブデン、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ化チタン又はサイアロンのうちの少なくともいずれか1種を含むことを特徴とする請求項11に記載の圧電素子。
- 前記湾曲した基板は、高分子材料を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の圧電素子。
- 前記高分子材料は、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニリデン(PVD)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニルサルファイド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッカビニリデン(PVDF)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルイミド(PEI)又はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項13に記載の圧電素子。
- 前記圧電体層は、複合酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の圧電素子。
- 前記複合酸化物は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸タンタル、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウムのうち少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項15に記載の圧電素子。
- 前記圧電体層は、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の圧電素子。
- 前記ウルツ鉱型構造の化合物は、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛又はヨウ化銀のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項17に記載の圧電素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004241495A JP4756309B2 (ja) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | 高感度圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004241495A JP4756309B2 (ja) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | 高感度圧電素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006058180A true JP2006058180A (ja) | 2006-03-02 |
JP4756309B2 JP4756309B2 (ja) | 2011-08-24 |
Family
ID=36105751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004241495A Expired - Fee Related JP4756309B2 (ja) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | 高感度圧電素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4756309B2 (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010133961A (ja) * | 2008-12-05 | 2010-06-17 | General Electric Co <Ge> | 巻線診断システム及び方法 |
JP2011097687A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Kyocera Corp | 発電部材およびこれを用いた発電装置 |
JP2011528546A (ja) * | 2008-07-18 | 2011-11-17 | エージェンシー フォー ディフェンス デベロップメント | 電気機械変換器及びその製造方法 |
JP2013077646A (ja) * | 2011-09-29 | 2013-04-25 | Tohoku Univ | 静電誘導式発電デバイスのための誘電体薄膜デバイス |
JP2017024379A (ja) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置 |
CN106441665A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-02-22 | 郑州航空工业管理学院 | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量方法及传感器 |
JP2018194483A (ja) * | 2017-05-19 | 2018-12-06 | 大日本印刷株式会社 | センサーユニット、およびセンサーモジュール |
WO2019039475A1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | 接合体および弾性波素子 |
JP2019110249A (ja) * | 2017-12-19 | 2019-07-04 | 大日本印刷株式会社 | 圧電素子積層体および圧電素子積層体の製造方法 |
JP2020097249A (ja) * | 2020-03-06 | 2020-06-25 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置 |
JP2022549571A (ja) * | 2020-06-09 | 2022-11-28 | テーデーカー エレクトロニクス アーゲー | 圧電アセンブリおよび圧電アセンブリを形成する方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI782624B (zh) * | 2021-07-14 | 2022-11-01 | 國立臺灣科技大學 | 曲面傳感器及其製造方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5257493U (ja) * | 1975-10-24 | 1977-04-26 | ||
JPS6310436U (ja) * | 1986-07-08 | 1988-01-23 | ||
JPS63289460A (ja) * | 1987-05-21 | 1988-11-25 | Nissan Motor Co Ltd | 圧電型力学量センサ |
JPH06204580A (ja) * | 1992-12-26 | 1994-07-22 | Ngk Insulators Ltd | 圧電/電歪膜型素子 |
JPH08509576A (ja) * | 1993-02-23 | 1996-10-08 | リサーチ・コーポレーション・テクノロジーズ・インク | 一体的になされ応力があらかじめ与えられたセラミック装置およびその製造方法 |
JPH10249768A (ja) * | 1997-03-12 | 1998-09-22 | Tokai Rubber Ind Ltd | 力センサー |
JPH1151957A (ja) * | 1997-08-08 | 1999-02-26 | Nikon Corp | 衝撃センサ及びこれを用いた衝撃検出装置、並びに衝撃センサの製造方法 |
JPH11503272A (ja) * | 1995-04-04 | 1999-03-23 | アメリカ合衆国 | 薄層複合一形態強誘電ドライバー及びセンサー |
JP2909532B2 (ja) * | 1996-10-21 | 1999-06-23 | 工業技術院長 | 高温薄膜型振動センサー |
JP2002009359A (ja) * | 2000-04-19 | 2002-01-11 | Ngk Insulators Ltd | 耐久性に優れた一体型圧電/電歪膜型素子およびその製造方法 |
-
2004
- 2004-08-20 JP JP2004241495A patent/JP4756309B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5257493U (ja) * | 1975-10-24 | 1977-04-26 | ||
JPS6310436U (ja) * | 1986-07-08 | 1988-01-23 | ||
JPS63289460A (ja) * | 1987-05-21 | 1988-11-25 | Nissan Motor Co Ltd | 圧電型力学量センサ |
JPH06204580A (ja) * | 1992-12-26 | 1994-07-22 | Ngk Insulators Ltd | 圧電/電歪膜型素子 |
JPH08509576A (ja) * | 1993-02-23 | 1996-10-08 | リサーチ・コーポレーション・テクノロジーズ・インク | 一体的になされ応力があらかじめ与えられたセラミック装置およびその製造方法 |
JPH11503272A (ja) * | 1995-04-04 | 1999-03-23 | アメリカ合衆国 | 薄層複合一形態強誘電ドライバー及びセンサー |
JP2909532B2 (ja) * | 1996-10-21 | 1999-06-23 | 工業技術院長 | 高温薄膜型振動センサー |
JPH10249768A (ja) * | 1997-03-12 | 1998-09-22 | Tokai Rubber Ind Ltd | 力センサー |
JPH1151957A (ja) * | 1997-08-08 | 1999-02-26 | Nikon Corp | 衝撃センサ及びこれを用いた衝撃検出装置、並びに衝撃センサの製造方法 |
JP2002009359A (ja) * | 2000-04-19 | 2002-01-11 | Ngk Insulators Ltd | 耐久性に優れた一体型圧電/電歪膜型素子およびその製造方法 |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011528546A (ja) * | 2008-07-18 | 2011-11-17 | エージェンシー フォー ディフェンス デベロップメント | 電気機械変換器及びその製造方法 |
JP2010133961A (ja) * | 2008-12-05 | 2010-06-17 | General Electric Co <Ge> | 巻線診断システム及び方法 |
JP2011097687A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-05-12 | Kyocera Corp | 発電部材およびこれを用いた発電装置 |
JP2013077646A (ja) * | 2011-09-29 | 2013-04-25 | Tohoku Univ | 静電誘導式発電デバイスのための誘電体薄膜デバイス |
JP2017024379A (ja) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置 |
CN106441665A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-02-22 | 郑州航空工业管理学院 | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量方法及传感器 |
JP2018194483A (ja) * | 2017-05-19 | 2018-12-06 | 大日本印刷株式会社 | センサーユニット、およびセンサーモジュール |
JP6507326B1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-04-24 | 日本碍子株式会社 | 接合体および弾性波素子 |
WO2019039475A1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | 日本碍子株式会社 | 接合体および弾性波素子 |
CN110945786A (zh) * | 2017-08-25 | 2020-03-31 | 日本碍子株式会社 | 接合体及弹性波元件 |
TWI699015B (zh) * | 2017-08-25 | 2020-07-11 | 日商日本碍子股份有限公司 | 接合體及彈性波元件 |
CN110945786B (zh) * | 2017-08-25 | 2021-02-19 | 日本碍子株式会社 | 接合体及弹性波元件 |
US10931256B2 (en) | 2017-08-25 | 2021-02-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Joined body and elastic wave element |
JP2019110249A (ja) * | 2017-12-19 | 2019-07-04 | 大日本印刷株式会社 | 圧電素子積層体および圧電素子積層体の製造方法 |
JP7067915B2 (ja) | 2017-12-19 | 2022-05-16 | 大日本印刷株式会社 | 圧電素子積層体および圧電素子積層体の製造方法 |
JP2020097249A (ja) * | 2020-03-06 | 2020-06-25 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置 |
JP7014246B2 (ja) | 2020-03-06 | 2022-02-01 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置 |
JP2022549571A (ja) * | 2020-06-09 | 2022-11-28 | テーデーカー エレクトロニクス アーゲー | 圧電アセンブリおよび圧電アセンブリを形成する方法 |
JP7340693B2 (ja) | 2020-06-09 | 2023-09-07 | テーデーカー エレクトロニクス アーゲー | 圧電アセンブリおよび圧電アセンブリを形成する方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4756309B2 (ja) | 2011-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6154729B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法 | |
Kanno | Piezoelectric MEMS: Ferroelectric thin films for MEMS applications | |
JP4756309B2 (ja) | 高感度圧電素子 | |
EP2290345B1 (en) | Thin-film transistor based piezoelectric strain sensor and manufacturing method | |
Krishna et al. | Tactile sensor based on piezoelectric resonance | |
JP4736599B2 (ja) | 圧電素子 | |
JP5309898B2 (ja) | 圧力センサ装置 | |
JP5019120B2 (ja) | 検出センサ | |
JP6346693B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法 | |
Joshi et al. | Evaluation of transverse piezoelectric coefficient of ZnO thin films deposited on different flexible substrates: a comparative study on the vibration sensing performance | |
JP2009133772A (ja) | 検出センサ、振動子 | |
JP2005347364A (ja) | 伸縮可能な圧電素子 | |
JP2022507902A (ja) | ベアリングのためのセンサ付き支持装置 | |
JP4803633B2 (ja) | 圧電検出装置 | |
JP2009139338A (ja) | 半導体圧力センサ及びその製造方法、半導体装置並びに電子機器 | |
KR101790614B1 (ko) | 촉각정보 제공 장치 | |
EP0650642A1 (en) | Ceramic deflection device | |
WO2007032259A1 (ja) | 圧電センサ | |
Yu et al. | Compatibility of material processing and fabrication of sol-gel derived PZT based devices | |
US20220293848A1 (en) | Piezoelectric sensor | |
WO2024116761A1 (ja) | 圧電素子及びアクチュエータ | |
Petrov et al. | Study of the properties of a PZT thin film formed on a highly doped silicon substrate | |
Paik et al. | Fabrication and electromechanical properties of Pb (Zr0. 52, Ti0. 48) O3 micro-diaphragm | |
Li et al. | Fabrication and performance of piezoelectric tubes for cylindrical ultrasonic micromotor | |
JP2024052272A (ja) | 圧電素子及びアクチュエータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061013 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090422 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090424 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090612 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090707 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091002 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091005 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20091005 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20100305 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20100402 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110419 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110519 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140610 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140610 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |