JPH05284600A - 圧電セラミックス素子 - Google Patents

圧電セラミックス素子

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JPH05284600A
JPH05284600A JP4082329A JP8232992A JPH05284600A JP H05284600 A JPH05284600 A JP H05284600A JP 4082329 A JP4082329 A JP 4082329A JP 8232992 A JP8232992 A JP 8232992A JP H05284600 A JPH05284600 A JP H05284600A
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JP
Japan
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piezoelectric
temperature
ceramics
capacitor
piezoelectric ceramic
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JP4082329A
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Kunihiro Nagata
邦裕 永田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度依存性を改善した圧電セラミックス素子
を提供する。 【構成】 チタン酸鉛を焼成した圧電セラミックス(C
0 ,C1 ,L1 ,R1 )に温度補償用コンデンサ
(Cs )を直列にあるいは温度補償用コンデンサ
(Cp)を並列に接続する。圧電セラミックスの温度依
存性について、圧電セラミックス単体およびコンデンサ
を接続した場合の合成回路定数の温度変化より、圧電g
定数の温度依存性を求めると、0℃〜150℃の温度範
囲において、圧電セラミックス単体の場合、圧電g定数
は約29%の変化を示したが、コンデンサを並列に接続
した場合は約7%の変化に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力センサ、超音波振
動子、超音波センサ素子、高温用センサ素子、アクチュ
エータ素子等の各種素子に使用される圧電セラミックス
素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、圧力センサや超音波振動子に用い
られる圧電セラミックスは、チタン酸鉛等の圧電セラミ
ックス成分を単独で焼成して得られたものを使用してい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この圧電セラミックス
の誘電率および圧電性は、変態点やキュリー点近傍で極
大を示す。そのため、圧力センサや超音波振動子に圧電
セラミックスを使用した場合、その材料特性の影響を受
け、これら素子の特性の温度依存性が大きくなる。そこ
で、圧電定数の温度依存性をいかに小さくするかが課題
となる。
【0004】その対策として、従来は上記チタン酸鉛の
ようなキュリー点の高い圧電セラミックスを使用するこ
とで対処してきたが、温度依存性は十分に改善されたと
は言えない。また更なるキュリー点が高く圧電性の良好
な圧電セラミックスの開発は現在のところ難しい。
【0005】本発明は、温度依存性を改善した圧電セラ
ミックス素子を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、圧電
セラミックスに温度補償用コンデンサを並列あるいは直
列に接続することで、温度依存性を改善した圧力セン
サ、超音波振動子、超音波センサ素子、アクチュエータ
素子等の圧電セラミックス素子である。
【0007】請求項2の発明は、圧電セラミックスと温
度補償用コンデンサとを積層構造にした圧電セラミック
ス素子である。
【0008】請求項3の発明は、圧電セラミックス成分
と温度補償用コンデンサ成分とを所望の成分比に混合し
て焼結した一体型複合圧電セラミックス素子である。
【0009】
【作用】前記課題を解決するにあたり、理論的考察を加
え更に実験によりそれを実証した。圧電振動子は電気等
価回路で置き換えられるので、その回路定数と圧電定数
との関係を明らかにし、各回路定数が温度により如何に
変化するかを調べた結果、温度補償用に回路素子を付加
する方法で温度依存性を改善できることを明らかにし
た。付加する方法として、請求項1の発明は、圧電セラ
ミックスと補償用素子とを電気的に接続し、請求項2の
発明は、圧電セラミックスと補償用素子とを積層構造に
し、そして請求項3の発明は、圧電セラミックスと補償
用素子を複合型構造にするものである。
【0010】
【実施例】(1) 理論的考察 圧電振動子の等価回路は図1(B)で示される。圧電素
子を振動子やセンサ素子に利用した場合、加えられた圧
力を電圧で測定するには圧電g定数が、またセンサの後
にチャージアンプ等の回路をつないで測定するには圧電
d定数が各々のセンサ感度に対応する。ここで、圧電定
数と回路定数との関係を導くと以下の関係が得られる。
【0011】 ここで結合係数K33<0.4であれば、C0 》C1 で扱
え、かつ一般の圧電セラミックスの熱膨張係数は小さい
ので、上式は以下のように近似できる。
【0012】 すなわち、C0 とC1 の温度変化が圧電d定数、圧電g
定数の温度依存性の要因となる。C0 およびC1 の温度
依存性は圧電セラミックスを使用している限り避けられ
ない問題点である。
【0013】一方、図1(A)に示すように圧電セラミ
ックス(C0 ,C1 ,L1 ,R1 )に温度補償用コンデ
ンサ(Cs )を直列にあるいは温度補償用コンデンサ
(Cp)を並列に接続した場合の合成等価回路の回路定
数は以下の関係が得られる。
【0014】 並列;C0 ’=(C0 +Cp ) C1 ’=C11 ’=L11 ’=R1 直列;C0 ’=C0 ・Cs /(C0 +Cs ) C1 ’=C1 ・Cs 2 /(C0 +C1 +Cs )(C0
s ) L1 ’=L1 ・(1+C0 /Cs 21 ’=R1 ・(1+C0 /Cs 2 (2) 圧電定数の温度依存性 キュリー点が高く、C0 等の温度依存性が小さいチタン
酸鉛を用いた圧電素子の温度依存性について、圧電素子
単体およびコンデンサを接続した場合の合成回路定数の
温度変化より、圧電g定数の温度依存性を計算より求め
た。この結果では0℃〜150℃の温度範囲において、
圧電素子単体の場合、圧電g定数は約29%の変化を示
したが、コンデンサを並列に接続した場合は約7%に変
化を抑えることができる。
【0015】ここで、コンデンサの温度係数は圧電素子
のそれと逆の特性を持つものである。
【0016】(3) 圧力センサの動作特性 上述した圧電素子で圧力センサを作製し、圧力センサに
一定の加圧を加えた場合の出力電圧の温度依存性を実際
に測定したところ、20℃〜150℃の温度範囲におい
て圧力センサ単体の場合の出力電圧の変化は約16%で
あったのに対して、コンデンサを並列に接続することに
より出力電圧の変化は約7%に抑えることができた。
【0017】(4) 積層型および複合型圧電素子 温度補償用のコンデンサとして酸化鉛系のセラミックス
コンデンサを用いると、種々の誘電率および温度係数を
持つコンデンサが作製できる。また、チタン酸ジルコン
酸鉛系やチタン酸鉛系圧電セラミックスとの積層化が可
能である。
【0018】図2は積層型素子の構造を示す概略図であ
り、圧電セラミックス31と温度補償用セラミックスコン
デンサ32とが内部電極33を介して直列に張り合わさり、
外部電極34が設けられた積層構造の圧電セラミックス素
子であり、電気的には直列接続である。そのため、圧電
d定数の温度特性の改善ができる。この素子を圧力セン
サに利用する場合は電荷を測定するチャージアンプを介
して測定する必要がある。
【0019】図3はボルト締め圧電素子の概略図であ
り、圧電セラミックス41および温度補償用コンデンサ42
をボルト43およびナット44により締めて積層したもので
ある。45,46は圧電セラミックス41およびコンデンサ42
にそれぞれ付けられた電極である。このボルト締め素子
の場合も基本的には図2に示された素子と同一構造であ
り、温度特性の改善効果も同様のものである。
【0020】図4は複合型素子の概略図であり、圧電セ
ラミックス成分としての圧電セラミックス粒51と温度補
償用コンデンサ成分としての温度補償用セラミックスコ
ンデンサ粒52とを混合成形した後に焼成して得られたセ
ラミックス素子に電極53を設けたものである。この複合
型では、先ず圧電セラミックスとコンデンサとの固溶体
を別々に作製し、これらを所望の特性を示す組成で混合
して成形した後、焼成して図4に示すような複合圧電セ
ラミックス素子を作製する。ここで、圧電セラミックス
は大きな圧電性を示し、温度依存性が小さい組成を選
ぶ。コンデンサは圧電セラミックスの容量の温度変化と
は逆の変化をする組成を選ぶようにする。
【0021】圧電セラミックスとコンデンサ材料との混
合割合は、コンデンサの温度補償が圧電セラミックスの
温度依存性を打ち消すに必要な割合とし、この素子はラ
ンダムな混合をした固溶体であるので、対数混合法則で
計算した割合にする。
【0022】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、圧電セラミッ
クスに温度補償用コンデンサを電気的に接続することに
より、圧電セラミックスを用いた圧力センサや超音波振
動子等のような圧電セラミックス素子の温度依存性を大
幅に改善でき、素子の信頼性を大きく向上できる。
【0023】請求項2の発明によれば、圧電セラミック
スと温度補償用コンデンサとの積層構造により、温度依
存性の改善されたコンパクトな圧電セラミックス素子を
提供できる。
【0024】請求項3の発明によれば、圧電セラミック
ス成分と温度補償用コンデンサ成分とを混合して焼結す
ることにより、温度依存性の改善された一体型複合構造
の圧電セラミックス素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは本発明に係るコンデンサを直列あるいは並
列に接続した圧電セラミックス素子の等価回路図であ
り、Bは圧電振動子の等価回路図である。
【図2】本発明に係る積層型圧電素子の概略図である。
【図3】本発明に係るボルト締め構造の積層型圧電素子
の概略図である。
【図4】本発明に係る複合型圧電素子の概略図である。
【符号の説明】
31 圧電セラミックス 32 温度補償用コンデンサ 41 圧電セラミックス 42 温度補償用コンデンサ 51 圧電セラミックス成分 52 温度補償用コンデンサ成分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01L 41/08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電セラミックスに温度補償用コンデン
    サを電気的に接続したことを特徴とする圧電セラミック
    ス素子。
  2. 【請求項2】 圧電セラミックスと温度補償用コンデン
    サとを積層構造にしたことを特徴とする請求項1記載の
    圧電セラミックス素子。
  3. 【請求項3】 圧電セラミックス成分と温度補償用コン
    デンサ成分とを混合して焼結することにより一体型複合
    構造としたことを特徴とする圧電セラミックス素子。
JP4082329A 1992-04-03 1992-04-03 圧電セラミックス素子 Pending JPH05284600A (ja)

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0779023A (ja) * 1993-09-08 1995-03-20 Unisia Jecs Corp 圧電素子
JPH0862081A (ja) * 1994-08-26 1996-03-08 Ricoh Co Ltd 圧電型圧力センサ及びその製造方法
DE10113802A1 (de) * 2001-03-21 2002-10-10 Siemens Ag Vorrichtung zum Ansteuern eines piezoelektrischen Stellgliedes
WO2003038917A3 (de) * 2001-10-20 2003-10-30 Bosch Gmbh Robert Verfahren und vorrichtung zum laden und entladen eines piezoelektrischen elementes
WO2006030943A1 (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Denso Corporation 圧電アクチュエータ
US7358644B2 (en) 2002-05-27 2008-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling an actuator and control device belonging thereto
EP3432372A1 (en) * 2017-07-20 2019-01-23 Koninklijke Philips N.V. Actuator structure and actuation method thereof
CN110617914A (zh) * 2019-08-30 2019-12-27 华为技术有限公司 一种压电传感器的信号校正方法及电子设备
CN111044579A (zh) * 2020-01-01 2020-04-21 中国海洋大学 一种自传感压电片电路及压电片激励与回波信号计算方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6048120A (ja) * 1983-07-14 1985-03-15 デ−イ−シ−・インタ−ナシヨナル・インコ−ポレ−テツド 高温ガスから酸化物粒状汚染物の乾式スクラビング方法
JPS61209334A (ja) * 1985-03-13 1986-09-17 Nippon Denso Co Ltd 圧力検出器
JPS63283215A (ja) * 1987-05-14 1988-11-21 Murata Mfg Co Ltd 圧電部品
JPH04349164A (ja) * 1991-05-23 1992-12-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電セラミックス

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6048120A (ja) * 1983-07-14 1985-03-15 デ−イ−シ−・インタ−ナシヨナル・インコ−ポレ−テツド 高温ガスから酸化物粒状汚染物の乾式スクラビング方法
JPS61209334A (ja) * 1985-03-13 1986-09-17 Nippon Denso Co Ltd 圧力検出器
JPS63283215A (ja) * 1987-05-14 1988-11-21 Murata Mfg Co Ltd 圧電部品
JPH04349164A (ja) * 1991-05-23 1992-12-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電セラミックス

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0779023A (ja) * 1993-09-08 1995-03-20 Unisia Jecs Corp 圧電素子
JPH0862081A (ja) * 1994-08-26 1996-03-08 Ricoh Co Ltd 圧電型圧力センサ及びその製造方法
DE10113802B4 (de) * 2001-03-21 2007-10-18 Siemens Ag Vorrichtung zum Ansteuern eines piezoelektrischen Stellgliedes
DE10113802A1 (de) * 2001-03-21 2002-10-10 Siemens Ag Vorrichtung zum Ansteuern eines piezoelektrischen Stellgliedes
WO2002078098A3 (de) * 2001-03-21 2003-05-30 Siemens Ag Vorrichtung zum ansteuern eines piezoelektrischen stellgliedes
US7034436B2 (en) 2001-03-21 2006-04-25 Siemens Aktiengesellschaft Device to control a piezoelectric actuator
WO2003038917A3 (de) * 2001-10-20 2003-10-30 Bosch Gmbh Robert Verfahren und vorrichtung zum laden und entladen eines piezoelektrischen elementes
US7358644B2 (en) 2002-05-27 2008-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling an actuator and control device belonging thereto
WO2006030943A1 (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Denso Corporation 圧電アクチュエータ
US7443085B2 (en) 2004-09-13 2008-10-28 Denso Corporation Piezoelectric actuator
EP3432372A1 (en) * 2017-07-20 2019-01-23 Koninklijke Philips N.V. Actuator structure and actuation method thereof
WO2019016362A1 (en) * 2017-07-20 2019-01-24 Koninklijke Philips N.V. ACTUATOR STRUCTURE AND METHOD OF ACTUATING THE SAME
JP2020527861A (ja) * 2017-07-20 2020-09-10 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. アクチュエータ構造体及びその作動方法
RU2764122C2 (ru) * 2017-07-20 2022-01-13 Конинклейке Филипс Н.В. Исполнительная структура и ее способ срабатывания
CN110617914A (zh) * 2019-08-30 2019-12-27 华为技术有限公司 一种压电传感器的信号校正方法及电子设备
CN111044579A (zh) * 2020-01-01 2020-04-21 中国海洋大学 一种自传感压电片电路及压电片激励与回波信号计算方法

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