JPH06183855A - セラミックス焦電体 - Google Patents
セラミックス焦電体Info
- Publication number
- JPH06183855A JPH06183855A JP4131944A JP13194492A JPH06183855A JP H06183855 A JPH06183855 A JP H06183855A JP 4131944 A JP4131944 A JP 4131944A JP 13194492 A JP13194492 A JP 13194492A JP H06183855 A JPH06183855 A JP H06183855A
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- JP
- Japan
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- pyroelectric
- density
- ceramic
- sensitivity
- pyroelectric material
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 セラミックス焦電体の焼結後の密度をその真
密度の６０％〜９３％とする。 【効果】 誘電率を下げることにより、セラミックス焦
電体の赤外線に対する感度を大幅に向上させている。
密度の６０％〜９３％とする。 【効果】 誘電率を下げることにより、セラミックス焦
電体の赤外線に対する感度を大幅に向上させている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は人体の移動、物体の有無
などの検知をする焦電形赤外線検出素子のセンサ材料で
ある焦電体に関するものである。
などの検知をする焦電形赤外線検出素子のセンサ材料で
ある焦電体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】焦電形赤外線検出素子のセンサ材料とし
てはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リ
チウム（ＬｉＴａＯ3）などの単結晶材料も用いられて
いるが、これらは一般に高価であり、主にはチタン酸鉛
（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴ
ｉＯ3）などに単独または複数の金属酸化物を加えた成
分をもつセラミックス焦電体が使用されている。
てはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リ
チウム（ＬｉＴａＯ3）などの単結晶材料も用いられて
いるが、これらは一般に高価であり、主にはチタン酸鉛
（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴ
ｉＯ3）などに単独または複数の金属酸化物を加えた成
分をもつセラミックス焦電体が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらのセラミックス
焦電体は加工性が良く価格も安価で、かつ、かなり優れ
た赤外線に対する感度を示すが、実用上の見地からはさ
らに優れた感度を有する材料が求められている。焦電材
料の感度の指標となるいわゆる性能指数ＦＭ１は数式１
で表される。
焦電体は加工性が良く価格も安価で、かつ、かなり優れ
た赤外線に対する感度を示すが、実用上の見地からはさ
らに優れた感度を有する材料が求められている。焦電材
料の感度の指標となるいわゆる性能指数ＦＭ１は数式１
で表される。
【数１】 例えば、単結晶のＬｉＴａＯ3は市販の焦電材料の中で
は最も高感度とされており、そのＦＭ１の値は１．４×
１０-10（ｃ・cm／Ｊ）である。これに対してセラミッ
クス焦電体の場合には、比較的高感度なＰｂＴｉＯ3系
の場合でＦＭ１の値は０．８×１０-10（ｃ・cm／Ｊ）
であり、感度はＬｉＴａＯ3のそれに及ばない。このた
め、加工性が良く安価なセラミックス焦電体の感度をさ
らに高くすることが強く求められてきた。
は最も高感度とされており、そのＦＭ１の値は１．４×
１０-10（ｃ・cm／Ｊ）である。これに対してセラミッ
クス焦電体の場合には、比較的高感度なＰｂＴｉＯ3系
の場合でＦＭ１の値は０．８×１０-10（ｃ・cm／Ｊ）
であり、感度はＬｉＴａＯ3のそれに及ばない。このた
め、加工性が良く安価なセラミックス焦電体の感度をさ
らに高くすることが強く求められてきた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１は、セラミ
ックス焦電体の密度が真密度の６０％〜９３％である空
孔率の大きい（空孔率７％〜４０％）ことを特徴とする
セラミックス焦電体に関するものである。本発明の第２
は上記の空孔率の大きいセラミックス焦電体の空孔の一
部または全部に、有機または無機の絶縁物を注入・含浸
させたセラミックス焦電体に関するものでる。
ックス焦電体の密度が真密度の６０％〜９３％である空
孔率の大きい（空孔率７％〜４０％）ことを特徴とする
セラミックス焦電体に関するものである。本発明の第２
は上記の空孔率の大きいセラミックス焦電体の空孔の一
部または全部に、有機または無機の絶縁物を注入・含浸
させたセラミックス焦電体に関するものでる。
【０００５】
【作用】一般に物質のみかけの誘電率は、その物質の空
孔率が増大するほどその物質固有の誘電率から徐々に低
下することが知られている。数式１を見ると密度ρ、誘
電率εは空孔率が増大するとともに減少し、比熱ｃは空
孔率にはよらず一定である。したがって焦電係数ｄＰ／
ｄＴの空孔率の増大にともなう減少の程度が小さけれ
ば、ＦＭ１は空孔率が増加するにつれて、空孔率が０の
場合よりもむしろ増大すると推測される。通常、セラミ
ックス焦電体は強度等の点から見て緻密に焼結したほう
が良いとされており、一般に使用されているセラミック
ス焦電体の密度の真密度に対する比は９５％以上の例が
多い。しかし上に述べたような推測から、発明者らはセ
ラミックス焦電体の焼結後密度をあえて引き下げること
によって、感度を向上させることができるかどうか、確
認の実験を試みた。その結果、予想通りに空孔率の増大
にともなってＦＭ１は増大し、組み立てた焦電素子の感
度も増大した。しかし、密度の減少によって感度は増大
するものの、当然ながら焦電体の強度は弱くなる。また
多孔質化することによって焦電素子表面及び内部には空
気中の水分等が吸着しやすくなり、絶縁抵抗の低下によ
り素子特性は劣化する。これを防ぐために特許請求項２
にあるように、焦電体の一部または全部に有機または無
機の絶縁物を注入・含浸させ、強度を増大させかつ水分
等の付着を防止する方法が考えられる。例えば空孔の多
いセラミックス焦電体を未硬化の熱硬化性樹脂の中につ
け、真空吸引によりセラミックス内部まで樹脂を含浸さ
せ、しかるのち適当な温度に保って樹脂を硬化させ強度
・信頼性の十分なセラミックスと樹脂の複合体による焦
電体を作ることができる。密度が真密度の９３％以上で
あるセラミックス焦電体については、感度の向上が顕著
でなく、密度コントロールの効果があらわれない。密度
が真密度の６０％未満である場合には、分極に高電界を
必要とし分極時に焦電体が破壊しやすく十分に分極する
ことができないため焦電体としての利用が困難である。
なおこの密度低下にともなう感度増大の効果はセラミッ
クス焦電体の材質によらず発現するものであり、ＰｂＴ
ｉＯ3系、ＰｂＺｒＴｉＯ3系等について実験した結果、
いずれも真密度の７０〜８０％付近の密度において感度
は最大となった。
孔率が増大するほどその物質固有の誘電率から徐々に低
下することが知られている。数式１を見ると密度ρ、誘
電率εは空孔率が増大するとともに減少し、比熱ｃは空
孔率にはよらず一定である。したがって焦電係数ｄＰ／
ｄＴの空孔率の増大にともなう減少の程度が小さけれ
ば、ＦＭ１は空孔率が増加するにつれて、空孔率が０の
場合よりもむしろ増大すると推測される。通常、セラミ
ックス焦電体は強度等の点から見て緻密に焼結したほう
が良いとされており、一般に使用されているセラミック
ス焦電体の密度の真密度に対する比は９５％以上の例が
多い。しかし上に述べたような推測から、発明者らはセ
ラミックス焦電体の焼結後密度をあえて引き下げること
によって、感度を向上させることができるかどうか、確
認の実験を試みた。その結果、予想通りに空孔率の増大
にともなってＦＭ１は増大し、組み立てた焦電素子の感
度も増大した。しかし、密度の減少によって感度は増大
するものの、当然ながら焦電体の強度は弱くなる。また
多孔質化することによって焦電素子表面及び内部には空
気中の水分等が吸着しやすくなり、絶縁抵抗の低下によ
り素子特性は劣化する。これを防ぐために特許請求項２
にあるように、焦電体の一部または全部に有機または無
機の絶縁物を注入・含浸させ、強度を増大させかつ水分
等の付着を防止する方法が考えられる。例えば空孔の多
いセラミックス焦電体を未硬化の熱硬化性樹脂の中につ
け、真空吸引によりセラミックス内部まで樹脂を含浸さ
せ、しかるのち適当な温度に保って樹脂を硬化させ強度
・信頼性の十分なセラミックスと樹脂の複合体による焦
電体を作ることができる。密度が真密度の９３％以上で
あるセラミックス焦電体については、感度の向上が顕著
でなく、密度コントロールの効果があらわれない。密度
が真密度の６０％未満である場合には、分極に高電界を
必要とし分極時に焦電体が破壊しやすく十分に分極する
ことができないため焦電体としての利用が困難である。
なおこの密度低下にともなう感度増大の効果はセラミッ
クス焦電体の材質によらず発現するものであり、ＰｂＴ
ｉＯ3系、ＰｂＺｒＴｉＯ3系等について実験した結果、
いずれも真密度の７０〜８０％付近の密度において感度
は最大となった。
【０００６】
【実施例】ＰｂＴｉＯ3系セラミックス焦電体について
焼結後密度を減じていったときの誘電率ε、焦電係数ｄ
Ｐ／ｄＴを図１に、性能指数ＦＭ１、焦電素子感度を図
２に示す。焦電体試料は通常の固相法によって作成し、
焼成密度を１０００℃〜１２５０℃の範囲で段階的に変
えて密度の異なる試料を得た。試料を加工後、厚みを
０．３mmの平板とし銀蒸着により電極を作成し、６ＫＶ
／mmの直流電界により分極した。図１では密度の減少に
ともないε、ｄＰ／ｄＴは減少するが、εの減少の度合
いがｄＰ／ｄＴの減少の度合いよりも大きい。このこと
と密度の減少の結果としてＦＭ１が増大している。図２
に示すようにＦＭ１と組み立てた焦電素子感度の値はよ
い相関を示し、密度を真密度の約８０％まで減少させる
と感度は空孔率がほとんど０の試料の約１．５倍まで増
大する。密度８０％以下ではｄＰ／ｄＴの減少は急激と
なる。これは空孔量が多くなるため、外部から印加した
分極電界が空孔表面に発生した電荷により減らされた結
果、分極が不十分になるためと推測される。さらに分極
電圧を上げればより低密度で、より感度の高い焦電体を
作成することができる。
焼結後密度を減じていったときの誘電率ε、焦電係数ｄ
Ｐ／ｄＴを図１に、性能指数ＦＭ１、焦電素子感度を図
２に示す。焦電体試料は通常の固相法によって作成し、
焼成密度を１０００℃〜１２５０℃の範囲で段階的に変
えて密度の異なる試料を得た。試料を加工後、厚みを
０．３mmの平板とし銀蒸着により電極を作成し、６ＫＶ
／mmの直流電界により分極した。図１では密度の減少に
ともないε、ｄＰ／ｄＴは減少するが、εの減少の度合
いがｄＰ／ｄＴの減少の度合いよりも大きい。このこと
と密度の減少の結果としてＦＭ１が増大している。図２
に示すようにＦＭ１と組み立てた焦電素子感度の値はよ
い相関を示し、密度を真密度の約８０％まで減少させる
と感度は空孔率がほとんど０の試料の約１．５倍まで増
大する。密度８０％以下ではｄＰ／ｄＴの減少は急激と
なる。これは空孔量が多くなるため、外部から印加した
分極電界が空孔表面に発生した電荷により減らされた結
果、分極が不十分になるためと推測される。さらに分極
電圧を上げればより低密度で、より感度の高い焦電体を
作成することができる。
【０００７】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明によって
セラミックス焦電体の感度を大幅に引き上げることがで
きる。また本発明の内容は、セラミックス焦電体の作製
工程の中で焼成温度をコントロールする等の手法で容易
に実現できるものであり、その工業的価値は大きい。
セラミックス焦電体の感度を大幅に引き上げることがで
きる。また本発明の内容は、セラミックス焦電体の作製
工程の中で焼成温度をコントロールする等の手法で容易
に実現できるものであり、その工業的価値は大きい。
【０００８】
図１及び図２は本発明実施例の実験結果を示す図であ
る。
る。
Claims (2)
- 【請求項１】 チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ3）、ゲルマン酸鉛（Ｐ
ｂ5Ｇｅ3Ｏ11）など金属酸化物を焼結して得られるセラ
ミックスで焦電効果を有するものについて、その焼結後
の密度が真密度の６０％〜９３％と空孔率が大きいセラ
ミックスであることを特徴とする焦電体。 - 【請求項２】 その空孔の一部または全部に、有機また
は無機の絶縁物を注入・含浸させた請求項１記載のセラ
ミックス焦電体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4131944A JPH06183855A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | セラミックス焦電体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4131944A JPH06183855A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | セラミックス焦電体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06183855A true JPH06183855A (ja) | 1994-07-05 |
Family
ID=15069864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4131944A Pending JPH06183855A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | セラミックス焦電体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06183855A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5945222A (en) * | 1996-02-09 | 1999-08-31 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Thermosetting resin composition, cured product, prepreg, metal-clad laminate and wiring board |
| US20190204167A1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-07-04 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Thermal pattern sensor with pyroelectric capacitor comprising a sol-gel matrix and metallic oxide particles |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP4131944A patent/JPH06183855A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5945222A (en) * | 1996-02-09 | 1999-08-31 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Thermosetting resin composition, cured product, prepreg, metal-clad laminate and wiring board |
| US20190204167A1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-07-04 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Thermal pattern sensor with pyroelectric capacitor comprising a sol-gel matrix and metallic oxide particles |
| US10900847B2 (en) * | 2017-12-04 | 2021-01-26 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Thermal pattern sensor with pyroelectric capacitor comprising a sol-gel matrix and metallic oxide particles |
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