JPH0779022A - 圧電素子 - Google Patents
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- JPH0779022A JPH0779022A JP5247534A JP24753493A JPH0779022A JP H0779022 A JPH0779022 A JP H0779022A JP 5247534 A JP5247534 A JP 5247534A JP 24753493 A JP24753493 A JP 24753493A JP H0779022 A JPH0779022 A JP H0779022A
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- Pressure Sensors (AREA)
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】 温度上昇に伴って静電容量が増加する圧電層
１４と、圧電層１４の上，下面に積層された温度上昇に
伴って静電容量が減少する誘電層１５，１５とから素子
本体１２を成型する。そして、素子本体１２の上，下面
に一対の電極１３，１３を設けて圧電素子１１を一体に
形成する。これにより、温度変化によって圧電層１４の
静電容量が変化しても、各誘電層１５の静電容量が逆の
特性をもって変化するため、圧電層１４の静電容量の変
化分を各誘電層１５の静電容量の変化分で相殺できる。
そして、温度依存性の少ない電圧信号を出力でき、激し
い温度変化でも正確な圧力検出を可能とする。
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】 温度上昇に伴って静電容量が増加する圧電層
１４と、圧電層１４の上，下面に積層された温度上昇に
伴って静電容量が減少する誘電層１５，１５とから素子
本体１２を成型する。そして、素子本体１２の上，下面
に一対の電極１３，１３を設けて圧電素子１１を一体に
形成する。これにより、温度変化によって圧電層１４の
静電容量が変化しても、各誘電層１５の静電容量が逆の
特性をもって変化するため、圧電層１４の静電容量の変
化分を各誘電層１５の静電容量の変化分で相殺できる。
そして、温度依存性の少ない電圧信号を出力でき、激し
い温度変化でも正確な圧力検出を可能とする。
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、ダイヤフラム式のセンサは、ダ
イヤフラムが外力によってひずむときに、該ダイヤフラ
ムに設けられた圧電素子に外力が加わり、該圧電素子か
ら電荷が発生するようになっている。
イヤフラムが外力によってひずむときに、該ダイヤフラ
ムに設けられた圧電素子に外力が加わり、該圧電素子か
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１５
ないし図１８により説明する。
ないし図１８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
を介して高電界を加えることにより、自発分極の向きが
ある程度揃えられ、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に圧力（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）を各電極
２を介して信号軸Ｖの方向に出力するようになってい
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
を介して高電界を加えることにより、自発分極の向きが
ある程度揃えられ、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に圧力（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）を各電極
２を介して信号軸Ｖの方向に出力するようになってい
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１６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１６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１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
関係が成り立っている。
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
関係が成り立っている。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】そして、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定数は、図１７，図１８のそれぞ
れに示す特性線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定数は、図１７，図１８のそれぞ
れに示す特性線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、
圧電層と誘電層とを少なくとも２層以上交互に積層させ
て一体に形成し、該誘電層の静電容量が圧電層の静電容
量よりも大で、かつ誘電層の温度係数が圧電層の温度係
数と逆の特性をもった材料から構成したことにある。
ために、本発明が採用する構成の特徴は、素子本体を、
圧電層と誘電層とを少なくとも２層以上交互に積層させ
て一体に形成し、該誘電層の静電容量が圧電層の静電容
量よりも大で、かつ誘電層の温度係数が圧電層の温度係
数と逆の特性をもった材料から構成したことにある。
【００１３】また、前記圧電層と誘電層の焼成収縮率の
差が２０％以下とすることが好ましい。
差が２０％以下とすることが好ましい。
【００１４】さらに、圧電層の静電容量をＣp ，その温
度係数をαp とし、誘電層の静電容量をＣi ，その温度
係数をαi とした場合に、 とすることが好ましい。
度係数をαp とし、誘電層の静電容量をＣi ，その温度
係数をαi とした場合に、 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変化しても、圧電層に
積層した誘電層の静電容量が圧電体の静電容量とは逆の
特性をもって変化するため、圧電層の静電容量の変化分
を誘電層の静電容量の変化分で相殺でき、圧電層の出力
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変化しても、圧電層に
積層した誘電層の静電容量が圧電体の静電容量とは逆の
特性をもって変化するため、圧電層の静電容量の変化分
を誘電層の静電容量の変化分で相殺でき、圧電層の出力
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、焼成収縮率の差を２０％以下にする
ことにより、製造時において圧電層と誘電層との間が剥
離し、損傷するのを防止する。
ことにより、製造時において圧電層と誘電層との間が剥
離し、損傷するのを防止する。
【００１７】さらに、各係数比率の範囲を設定すれば、
より正確な温度補正を行い得る。
より正確な温度補正を行い得る。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１４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
いるものの、本実施例による素子本体１２は、圧電層１
４と該圧電層１４の上，下面に一体的に形成された誘電
層１５，１５とからなる積層構造となっている。そし
て、該圧電素子１１は圧電体粉製造工程、誘電体粉製造
工程、成型工程、焼結工程、電極形成工程および分極工
程から構成され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
いるものの、本実施例による素子本体１２は、圧電層１
４と該圧電層１４の上，下面に一体的に形成された誘電
層１５，１５とからなる積層構造となっている。そし
て、該圧電素子１１は圧電体粉製造工程、誘電体粉製造
工程、成型工程、焼結工程、電極形成工程および分極工
程から構成される製造方法によって製造されるものであ
る。
【００２０】次に、図３に基づいて圧電素子１１の製造
方法について説明する。
方法について説明する。
【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PbZrO3 、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 ，Sb2O
3 の基本原料１０１を秤量し、この基本原料全体に対し
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、過熱炉１０２によ
って大気雰囲気中で８５０℃，２〜５時間の焼成を行っ
て圧電体原料を得る。
ることによって、４１．５mol%のPbZrO3 、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 ，Sb2O
3 の基本原料１０１を秤量し、この基本原料全体に対し
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、過熱炉１０２によ
って大気雰囲気中で８５０℃，２〜５時間の焼成を行っ
て圧電体原料を得る。
【００２２】そして、この仮焼成済みの圧電体原料をア
ルミナ製の自動乳鉢１０３およびボールミルで粉砕して
圧電体粉末を得る。ここで、上記成分からなる圧電体粉
末は温度の上昇に伴ってその静電容量が増加する特性を
有するものである。
ルミナ製の自動乳鉢１０３およびボールミルで粉砕して
圧電体粉末を得る。ここで、上記成分からなる圧電体粉
末は温度の上昇に伴ってその静電容量が増加する特性を
有するものである。
【００２３】次の誘電体粉製造工程においては、仮焼
成することにより８２〜８７mol%のPb(Mg1/3 ,Nb2/3)O3
，９〜１２mol%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 ， Mg
O，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 SrT
iO3 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、過熱炉１０５によって大気雰囲気
中で８５０℃，２〜５時間の焼成を行って誘電体原料を
得る。
成することにより８２〜８７mol%のPb(Mg1/3 ,Nb2/3)O3
，９〜１２mol%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 ， Mg
O，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 SrT
iO3 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、過熱炉１０５によって大気雰囲気
中で８５０℃，２〜５時間の焼成を行って誘電体原料を
得る。
【００２４】そして、この誘電体原料を自動乳鉢１０６
およびボールミルで粉砕して誘電体粉末を得る。ここ
で、上記成分からなる誘電体粉末は温度の上昇に伴って
その静電容量が減少する特性を有するものである。
およびボールミルで粉砕して誘電体粉末を得る。ここ
で、上記成分からなる誘電体粉末は温度の上昇に伴って
その静電容量が減少する特性を有するものである。
【００２５】次に、成型工程では、ペレット成型用の
金型１０７にまず誘電体粉末を加え、プレス成型機１０
８で軽くプレスして下側の誘電層１５を形成し、次に圧
電体粉末を加え軽くプレスして圧電層１４を形成し、最
後に誘電体粉末を再び加え最終圧力でプレスして３層構
造となるペレット状体１０９を形成する。このとき、バ
インダーとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を加
え、全体の厚さは１〜５ｍｍのペレット状に一体的に加
圧成型される。なお、実施例においては、誘電層１５は
厚さ０．２〜１．０ｍｍをもって、圧電層１４の上，下
面に形成されている。
金型１０７にまず誘電体粉末を加え、プレス成型機１０
８で軽くプレスして下側の誘電層１５を形成し、次に圧
電体粉末を加え軽くプレスして圧電層１４を形成し、最
後に誘電体粉末を再び加え最終圧力でプレスして３層構
造となるペレット状体１０９を形成する。このとき、バ
インダーとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を加
え、全体の厚さは１〜５ｍｍのペレット状に一体的に加
圧成型される。なお、実施例においては、誘電層１５は
厚さ０．２〜１．０ｍｍをもって、圧電層１４の上，下
面に形成されている。
【００２６】次に、焼結工程では、成型された積層状
態のペレット状体１０９をMgO 製の坩堝に密閉し、過熱
炉１１０により１２００〜１２５０℃で４時間焼成して
焼結体１１１を形成する。
態のペレット状体１０９をMgO 製の坩堝に密閉し、過熱
炉１１０により１２００〜１２５０℃で４時間焼成して
焼結体１１１を形成する。
【００２７】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、焼結体１１１の両端面に金薄膜等
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、焼結体１１１の両端面に金薄膜等
からなる電極を形成する。
【００２８】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、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、上下方向に分極軸Ｐを形成する。
【００２９】本実施例による圧電素子１１は、上述した
如き構成を有するもので、圧電素子１１の素子本体１２
に応力軸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１３，１３から出力
されるようになっている。
如き構成を有するもので、圧電素子１１の素子本体１２
に応力軸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１３，１３から出力
されるようになっている。
【００３０】而して、本実施例の素子本体１２は、温度
の上昇に伴ってその静電容量が増加する圧電層１４と、
温度の上昇に伴ってその静電容量が減少する各誘電層１
５とを積層構造に一体形成したから、圧電層１４とは逆
の温度特性をもったコンデンサを、該圧電層１４に直列
接続したのと同じ作用をもたせることができる。
の上昇に伴ってその静電容量が増加する圧電層１４と、
温度の上昇に伴ってその静電容量が減少する各誘電層１
５とを積層構造に一体形成したから、圧電層１４とは逆
の温度特性をもったコンデンサを、該圧電層１４に直列
接続したのと同じ作用をもたせることができる。
【００３１】即ち、圧電素子１１の温度が上昇し、素子
本体１２を構成する圧電層１４の静電容量が上昇した場
合には、該素子本体１２を構成する誘電層１５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を構成する圧電層１４の静電容
量が低下した場合には、該素子本体１２を構成する誘電
層１５の静電容量が増加し、素子本体１２全体として圧
電ｄ33定数を一定に保持できる。
本体１２を構成する圧電層１４の静電容量が上昇した場
合には、該素子本体１２を構成する誘電層１５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を構成する圧電層１４の静電容
量が低下した場合には、該素子本体１２を構成する誘電
層１５の静電容量が増加し、素子本体１２全体として圧
電ｄ33定数を一定に保持できる。
【００３２】従って、圧電素子１１は図４中の特性線１
６，図５中の特性線１７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に比して温度依存性
の小さな安定した圧電ｄ33定数，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少な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。
６，図５中の特性線１７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に比して温度依存性
の小さな安定した圧電ｄ33定数，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少な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。
【００３３】さて、図６により、圧電体粉末の焼結工程
における温度条件と、誘電層１５を形成するための誘電
体粉末の成分の割合を（イ），（ロ），（ハ）として変
え、加圧成型して焼成した素子本体の焼結状態を調べた
実験結果を示す。
における温度条件と、誘電層１５を形成するための誘電
体粉末の成分の割合を（イ），（ロ），（ハ）として変
え、加圧成型して焼成した素子本体の焼結状態を調べた
実験結果を示す。
【００３４】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○，△，×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○，△，×を付けた。
【００３５】この結果、焼結状態と電気特性が共に最も
優れたもの、即ち仮焼温度が９００℃のときの圧電体粉
末によって形成された圧電層１４と、組成（ロ）の誘電
体粉末によって形成された誘電層１５の組合せによって
製造された素子本体を用い、圧電ｄ33特性を求めたもの
が図４中の特性線１６であり、圧電ｇ33特性を求めたも
のが図５中の特性線１７である。
優れたもの、即ち仮焼温度が９００℃のときの圧電体粉
末によって形成された圧電層１４と、組成（ロ）の誘電
体粉末によって形成された誘電層１５の組合せによって
製造された素子本体を用い、圧電ｄ33特性を求めたもの
が図４中の特性線１６であり、圧電ｇ33特性を求めたも
のが図５中の特性線１７である。
【００３６】従って、本発明による圧電層１４と誘電層
１５を焼結させる条件として、圧電層１４および誘電層
１５の焼成収縮率（熱収縮率）の差が２０％以下の材料
を選択することにより、層間に焼結時の剥離または損傷
が発生することなく、圧電素子１１を成型できる。
１５を焼結させる条件として、圧電層１４および誘電層
１５の焼成収縮率（熱収縮率）の差が２０％以下の材料
を選択することにより、層間に焼結時の剥離または損傷
が発生することなく、圧電素子１１を成型できる。
【００３７】次に、本発明による圧電ｄ33定数に対する
補正条件を図７ないし図１２に基づいて説明する。
補正条件を図７ないし図１２に基づいて説明する。
【００３８】図７中の特性線図は、横軸αi ／αp （温
度係数比），縦軸Ｃi ／Ｃp （静電容量比）をとり、斜
線の範囲Ａが条件を満足させる範囲となっている。
度係数比），縦軸Ｃi ／Ｃp （静電容量比）をとり、斜
線の範囲Ａが条件を満足させる範囲となっている。
【００３９】
【数３】
【００４０】そして、斜線の範囲Ａ内にある点ａにおけ
る特性を図８に示す。図８から明らかなように、圧電ｄ
33定数は温度変化に依存しない安定した状態を維持する
ようになっている。なお、縦軸は静電容量Ｃと圧電ｄ33
定数を示している。
る特性を図８に示す。図８から明らかなように、圧電ｄ
33定数は温度変化に依存しない安定した状態を維持する
ようになっている。なお、縦軸は静電容量Ｃと圧電ｄ33
定数を示している。
【００４１】また、斜線の範囲Ａ外にある点ｂ，ｃ，
ｄ，ｅにおける特性を図９，１０，１１，１２に示す。
図９〜図１２によって明らかなように、ｂ〜ｅの条件下
では、圧電ｄ33定数が温度に対して依存して不安定な状
態となる。
ｄ，ｅにおける特性を図９，１０，１１，１２に示す。
図９〜図１２によって明らかなように、ｂ〜ｅの条件下
では、圧電ｄ33定数が温度に対して依存して不安定な状
態となる。
【００４２】即ち、斜線の範囲Ａ外の場合には、下記の
ような不具合を生じる。
ような不具合を生じる。
【００４３】このように、本実施例の圧電素子１１にお
いては、素子本体１２を圧電層１４と該圧電層１４の
上，下面に形成した誘電層１５，１５とから構成したか
ら、温度に対する静電容量の依存性を低下させ、圧電ｄ
33定数および圧電ｇ33定数を安定させることにより、安
定した検出信号を出力することができる。
いては、素子本体１２を圧電層１４と該圧電層１４の
上，下面に形成した誘電層１５，１５とから構成したか
ら、温度に対する静電容量の依存性を低下させ、圧電ｄ
33定数および圧電ｇ33定数を安定させることにより、安
定した検出信号を出力することができる。
【００４４】さらに、素子本体１２の圧電層１４と誘電
層１５の条件として、以下に挙げる（１）〜（３）の条
件を満足させる材料を選択することにより、積層状態と
なる素子本体１２の成型を可能にすると共に、温度依存
性の少ない圧電素子を形成することができる。
層１５の条件として、以下に挙げる（１）〜（３）の条
件を満足させる材料を選択することにより、積層状態と
なる素子本体１２の成型を可能にすると共に、温度依存
性の少ない圧電素子を形成することができる。
【００４５】（１）．圧電層１４および誘電層１５の焼
成収縮率の差が２０％以下となるようにする。
成収縮率の差が２０％以下となるようにする。
【００４６】なお、前記実施例では、素子本体１２を１
層の圧電層１４と２層の誘電層１５，１５とから構成し
たが、本発明はこれに限らず、図１３に示すように、１
層からなる圧電層１４′と誘電層１５′として一体形成
するようにしてもよく、また、図１４に示すように、２
層からなる圧電層１４′，１４′と誘電層１５′，１
５′として積層させて一体形成してもよい。さらに、そ
れぞれ３層以上の圧電層、誘電層によって積層させて一
体形成するようにしてもよい。
層の圧電層１４と２層の誘電層１５，１５とから構成し
たが、本発明はこれに限らず、図１３に示すように、１
層からなる圧電層１４′と誘電層１５′として一体形成
するようにしてもよく、また、図１４に示すように、２
層からなる圧電層１４′，１４′と誘電層１５′，１
５′として積層させて一体形成してもよい。さらに、そ
れぞれ３層以上の圧電層、誘電層によって積層させて一
体形成するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、素
子本体を圧電層と誘電層とを少なくとも２層以上交互に
積層させて一体に形成し、該誘電層の静電容量が圧電層
の静電容量よりも大で、かつ誘電層の温度係数が圧電層
の温度係数と逆の特性をもった材料によって形成したか
ら、素子本体を構成する圧電層の静電容量が温度変化に
よって変化しても、誘電層の静電容量が圧電層の静電容
量とは逆の特性をもって変化するため、圧電層の静電容
量の変化分を誘電層の静電容量の変化分で相殺でき、素
子本体から各電極を介して温度依存性のない検出信号を
出力できる。そして、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を形成できる。
子本体を圧電層と誘電層とを少なくとも２層以上交互に
積層させて一体に形成し、該誘電層の静電容量が圧電層
の静電容量よりも大で、かつ誘電層の温度係数が圧電層
の温度係数と逆の特性をもった材料によって形成したか
ら、素子本体を構成する圧電層の静電容量が温度変化に
よって変化しても、誘電層の静電容量が圧電層の静電容
量とは逆の特性をもって変化するため、圧電層の静電容
量の変化分を誘電層の静電容量の変化分で相殺でき、素
子本体から各電極を介して温度依存性のない検出信号を
出力できる。そして、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を形成できる。
【００４８】また、圧電層と誘電層の焼成収縮率の差が
２０％以下となる材料を選択することにより、積層状態
の素子本体を形成することができる。
２０％以下となる材料を選択することにより、積層状態
の素子本体を形成することができる。
【００４９】さらに、圧電層の静電容量をＣp ，その温
度係数をαp とし、誘電層の静電容量をＣi ，その温度
係数をαi とした場合に、 の範囲にある材料を選択することにより、確実に検出信
号の温度補正を行うことができる。
度係数をαp とし、誘電層の静電容量をＣi ，その温度
係数をαi とした場合に、 の範囲にある材料を選択することにより、確実に検出信
号の温度補正を行うことができる。
【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】本実施例による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。
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。
【図５】本実施例による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示す特性
線図である。
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。
【図６】圧電層を形成する圧電体粉末の焼成温度と誘電
層を形成する誘電体粉末の組成を変え、焼結状態を調べ
た結果を示す説明図である。
層を形成する誘電体粉末の組成を変え、焼結状態を調べ
た結果を示す説明図である。
【図７】圧電素子が良好な特性をもつ範囲を圧電層と静
電層の静電容量および温度係数の比率から示した説明図
である。
電層の静電容量および温度係数の比率から示した説明図
である。
【図８】図７中のａ点における圧電ｄ33定数の温度特性
を示す特性線図である。
を示す特性線図である。
【図９】図７中のｂ点における圧電ｄ33定数の温度特性
を示す特性線図である。
を示す特性線図である。
【図１０】図７中のｃ点における圧電ｄ33定数の温度特
性を示す特性線図である。
性を示す特性線図である。
【図１１】図７中のｄ点における圧電ｄ33定数の温度特
性を示す特性線図である。
性を示す特性線図である。
【図１２】図７中のｅ点における圧電ｄ33定数の温度特
性を示す特性線図である。
性を示す特性線図である。
【図１３】圧電素子の変形例を示す縦断面図である。
【図１４】圧電素子の他の変形例を示す縦断面図であ
る。
る。
【図１５】従来技術による圧電素子を示す縦断面図であ
る。
る。
【図１６】圧電素子の電気的な等価回路図である。
【図１７】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１８】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 １４ 圧電層 １５ 誘電層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (3)
- 【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
は圧電層と誘電層とを少なくとも２層以上交互に積層さ
せて一体に形成し、該誘電層の静電容量が圧電層の静電
容量よりも大で、かつ誘電層の温度係数が圧電層の温度
係数と逆の特性をもった材料から構成したことを特徴と
する圧電素子。 - 【請求項２】 前記圧電層と誘電層の焼成収縮率の差が
２０％以下とする請求項１記載の圧電素子。 - 【請求項３】 圧電層の静電容量をＣp ，その温度係数
をαp とし、誘電層の静電容量をＣi ，その温度係数を
αi とした場合に、 となる請求項１または２記載の圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24753493A JP3365832B2 (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24753493A JP3365832B2 (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0779022A true JPH0779022A (ja) | 1995-03-20 |
| JP3365832B2 JP3365832B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=17164932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24753493A Expired - Fee Related JP3365832B2 (ja) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | 圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3365832B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122215A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 圧電センサ及びその製造方法 |
| US7443085B2 (en) | 2004-09-13 | 2008-10-28 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator |
| JP2009302233A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電素子 |
| 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 |
| JP2019082332A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-05-30 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置、圧電素子 |
| CN111024296A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-17 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 压力传感器及其制备方法 |
-
1993
- 1993-09-08 JP JP24753493A patent/JP3365832B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7443085B2 (en) | 2004-09-13 | 2008-10-28 | Denso Corporation | Piezoelectric actuator |
| JP2008122215A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 圧電センサ及びその製造方法 |
| US8314536B2 (en) | 2006-11-13 | 2012-11-20 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Piezoelectric sensor and method for manufacturing the same |
| JP2009302233A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電素子 |
| CN105789430A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-07-20 | 欧明 | 一种温度稳定压电陶瓷振子 |
| 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 |
| JP2019082332A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-05-30 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力検出装置、圧電素子 |
| CN111024296A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-17 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 压力传感器及其制备方法 |
| CN111024296B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-11-28 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 压力传感器及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3365832B2 (ja) | 2003-01-14 |
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