JP2006335576A - Piezoelectric material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電材料に係り、更に詳細には、例えば精密機械・器具における位置決め機構としてのアクチュエータや流体の制御バルブなどの駆動源としてのアクチュエータや圧力センサなどに利用される圧電性を有する材料であって、チタン酸バリウムを主成分とし、キューリー温度を制御した圧電材料に関する。 The present invention relates to a piezoelectric material, and more specifically, a piezoelectric material used for an actuator as a positioning mechanism in a precision machine or instrument, an actuator as a drive source of a fluid control valve, a pressure sensor, or the like. In particular, the present invention relates to a piezoelectric material whose main component is barium titanate and whose Curie temperature is controlled.
圧電性を有するセラミックスとしては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＴ））などペロブスカイト型化合物が報告されており、これらの中においてＰＺＴは変位量が最も大きいことからアクチュエータや圧力センサなどに多く利用されている。 As the ceramic having piezoelectricity, perovskite type compounds such as barium titanate (BaTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (PbZrO 3 -PbTiO 3 (PZT)) have been reported. Among them, PZT is widely used for actuators and pressure sensors because of its largest displacement.
チタン酸バリウムは１９４２年に強誘電体であることが発見されて以来、多結晶体の磁器として利用できることが分かり、コンデンサやアクチュエータなどの用途として数多くの研究がなされている。
しかしながら、１９５５年にＰＺＴがチタン酸バリウムの２倍以上の電気機械結合係数を有することが発見されて以来、このＰＺＴがアクチュエータやブザー等に独占的に利用されるようになっていた。
Since barium titanate was discovered to be a ferroelectric material in 1942, it has been found that it can be used as a polycrystal porcelain, and many studies have been made for applications such as capacitors and actuators.
However, since it was discovered in 1955 that PZT has an electromechanical coupling coefficient more than twice that of barium titanate, this PZT has been used exclusively for actuators and buzzers.
一方、近年では、有害物質に対する環境問題が重視されてきていることから、鉛を含まない圧電材料に関する開発のニーズが高まってきている。
具体的には、従来のペロブスカイト型化合物の代表例であるＰＺＴ系圧電性セラミックスでは、焼成や焼結工程で鉛化合物が分解して排気ガスにより大気中に放出されたり、粉末製造成形工程で水中に放出されるためである。また、製品に利用された後に廃棄された場合にもシュレッダーダスト中に鉛、水銀、カドミウム、六価クロム成分のような有害化合物が含まれるためである。
更には、これらの有害物質を排出しないように対策を講じる必要があり、製品のコスト高にもつながる。
On the other hand, in recent years, since environmental issues with respect to harmful substances have been emphasized, there is an increasing need for development of piezoelectric materials that do not contain lead.
Specifically, in PZT-based piezoelectric ceramics, which are typical examples of conventional perovskite type compounds, lead compounds are decomposed in the firing and sintering processes and released into the atmosphere by exhaust gas, and in the powder manufacturing and molding process, This is because Further, even when discarded after being used in a product, the shredder dust contains harmful compounds such as lead, mercury, cadmium, and hexavalent chromium components.
Furthermore, it is necessary to take measures so as not to discharge these harmful substances, which leads to high product costs.
他方、チタン酸バリウムの材料開発については、１９９９年にドメインを制御した単結晶チタン酸バリウムについての報告がされ、ＰＺＴの特性に匹敵する変位を有する非鉛系材料の活用技術が見直されるきっかけとなった（非特許文献１参照。）。
また、２００４年に単結晶チタン酸バリウムの電界誘起歪に関する報告がされ、広く知られている（非特許文献２参照。）。
なお、２００１年に、多結晶チタン酸バリウムの電界誘起歪材料、具体的には多結晶チタン酸バリウムへマンガンやコバルト、銅を添加して歪特性を改善したものが提案されている（特許文献１参照。）。
また、多結晶体では、チタン酸バリウムの圧電定数ｄ３３や電界誘起歪などの特性向上のために、チタンを錫やジルコニウムで置換した材料が提案されている（特許文献２及び３参照。）。
更に、これらの報告では、キューリー温度が９１〜１１４℃と記述されている。
On the other hand, with regard to the development of barium titanate material, a report on the domain-controlled single crystal barium titanate was reported in 1999, and the utilization technology of lead-free materials having a displacement comparable to the characteristics of PZT was reviewed. (See Non-Patent Document 1).
In 2004, a report on electric field induced strain of single crystal barium titanate was made and widely known (see Non-Patent Document 2).
In 2001, an electric-field-induced strain material of polycrystalline barium titanate, specifically, a material in which strain characteristics are improved by adding manganese, cobalt, or copper to polycrystalline barium titanate (Patent Literature). 1).
In addition, for polycrystalline materials, materials in which titanium is replaced with tin or zirconium have been proposed in order to improve characteristics such as the piezoelectric constant d 33 of barium titanate and electric field induced strain (see Patent Documents 2 and 3). .
Furthermore, in these reports, the Curie temperature is described as 91 to 114 ° C.
通常、圧電体を利用するためには、キューリー温度の６０％以上〜８０％未満で使用することが必要とされている。
その理由は、キューリー温度に近づくとドメイン構造に変化がおき、誘電率が変化するためである。チタン酸バリウムの場合では、キューリー温度は１２０℃と報告されている。例えばキューリー温度が１２０℃であれば、実際の利用温度は、７０℃から８０℃であり、例えば自動車エンジンの周辺部品の温度は、冷却水の温度（８５℃から１００℃未満）まで上昇するため、チタン酸バリウムをエンジン用の部品として利用することはできない。そのような理由もあり、キューリー温度が高い鉛を含有した材料系が利用される。
つまり、最も歴史があるチタン酸バリウムではキューリー温度が１２０℃以下であり、冷却水を使う機械類には活用できないという問題点があり、鉛を含まない物質でキューリー温度が高い圧電材料が望まれている。
The reason is that when the temperature approaches the Curie temperature, the domain structure changes and the dielectric constant changes. In the case of barium titanate, the Curie temperature is reported to be 120 ° C. For example, if the Curie temperature is 120 ° C., the actual use temperature is 70 ° C. to 80 ° C. For example, the temperature of the peripheral parts of the automobile engine rises to the temperature of the cooling water (85 ° C. to less than 100 ° C.). Barium titanate cannot be used as an engine part. For this reason, a lead-containing material system having a high Curie temperature is used.
In other words, the oldest barium titanate has a Curie temperature of 120 ° C or lower and cannot be used for machinery that uses cooling water. A piezoelectric material that does not contain lead and has a high Curie temperature is desired. ing.
このように、機械部品用の圧電体の特性値として、キューリー温度は圧電特性を発揮できる温度域を決定するものであり、電気機械結合定数などの圧電定数とともに極めて重要な値であるにもかかわらず、チタン酸バリウムを主成分とし、キューリー温度を１３０℃以上まで向上させた圧電材料については開発されていなかった。 As described above, as a characteristic value of a piezoelectric material for mechanical parts, the Curie temperature determines a temperature range in which the piezoelectric characteristic can be exerted, and although it is an extremely important value together with a piezoelectric constant such as an electromechanical coupling constant. However, a piezoelectric material having barium titanate as a main component and having a Curie temperature increased to 130 ° C. or higher has not been developed.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＰＺＴの如く有害な鉛成分を含有せず、チタン酸バリウムを主成分とし、キューリー温度を所定値以上に向上させた圧電材料を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. The object of the present invention is to contain no harmful lead component as in PZT, mainly contain barium titanate, and have a Curie temperature. An object of the present invention is to provide a piezoelectric material in which is improved to a predetermined value or more.
本発明者らは、上記目的を達成すべく、圧電特性の温度変化を正確に捉えることで誘電率の温度依存性に関する研究を行い、チタン酸バリウム中の不純物量を制御することなどにより、従来のチタン酸バリウム磁器で観測されていた１２０℃以下であったキューリー温度を１３０℃以上に向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above object, the present inventors have conducted research on the temperature dependence of the dielectric constant by accurately grasping the temperature change of the piezoelectric characteristics, and by controlling the amount of impurities in barium titanate, etc. The present inventors have found that the Curie temperature, which was 120 ° C. or lower, observed in the above barium titanate porcelain can be improved to 130 ° C. or higher, and has completed the present invention.
即ち、本発明の圧電材料は、チタン酸バリウムを主成分とし、該チタン酸バリウムに対して鉄、セリウム及びカルシウムから成る群より選ばれる１種以上を０．００７Ａｔ％以上〜０．０４Ａｔ％以下添加して成り、キューリー温度が１３０℃以上であることを特徴とする。
また、本発明のアクチュエータ及び圧力センサは、上記本発明の圧電材料を用いたものである。
That is, the piezoelectric material of the present invention is mainly composed of barium titanate, and at least one selected from the group consisting of iron, cerium, and calcium is 0.007 At% to 0.04 At% based on the barium titanate. The Curie temperature is 130 ° C. or higher.
The actuator and pressure sensor of the present invention use the piezoelectric material of the present invention.
本発明によれば、有害な鉛成分を含有せず、チタン酸バリウム化合物を主成分とし、キューリー温度を向上させた圧電材料を提供することができる。また、本発明の圧電材料は、鉛等の環境規制を受けている材料の代替として活用できるもので、特に、チタン酸バリウムを主成分とする圧電材料を常用１００℃で機能させられるため、自動車用のエンジン周辺のセンサやアクチュエータなどの駆動部材に利用することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric material that does not contain a harmful lead component, has a barium titanate compound as a main component, and has an improved Curie temperature. In addition, the piezoelectric material of the present invention can be used as an alternative to materials that are subject to environmental regulations such as lead. In particular, since a piezoelectric material mainly composed of barium titanate can function at 100 ° C., an automobile. It can be used for driving members such as sensors and actuators around the engine.
以下、本発明の圧電材料について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の圧電材料は、チタン酸バリウムを主成分とし、該チタン酸バリウムに対して鉄、セリウム及びカルシウムから成る群より選ばれる１種以上を０．００７Ａｔ％以上〜０．０４Ａｔ％以下添加して成り、キューリー温度が１３０℃以上であることを特徴とする。
ここで、本発明において「チタン酸バリウムを主成分とする」とは、鉄、セリウム及びカルシウムの含有量が０．０４Ａｔ％以下であり、バリウム、チタン、鉄、セリウム、カルシウム及び酸素元素以外の含有量が０．０１Ａｔ％未満であり、その他がチタン酸バリウムであることをいう。
このように鉄やセリウム、カルシウムは、上記所定の範囲で添加されると、ドメインを構築し易いため、性能が向上する。また、これらの元素はキューリー温度やペロブスカイト型結晶構造には影響しない。更に、このような圧電材料では結晶相はペロブスカイト型ＢａＴｉＯ３単相であり、圧電性能が発揮される。
なお、本発明において、添加する鉄、セリウム及びカルシウムは、上述の如く微量を添加することができれば、添加する際の物質の状態、具体的には単体であるか化合物であるか、更にはイオンであるかなどの状態やその添加方法は問わない。詳しくは後述する。
Hereinafter, the piezoelectric material of the present invention will be described in detail.
As described above, the piezoelectric material of the present invention contains barium titanate as a main component, and at least one selected from the group consisting of iron, cerium, and calcium is 0.007 At% or more and 0.04 At% with respect to the barium titanate. %, And the Curie temperature is 130 ° C. or higher.
Here, in the present invention, “mainly composed of barium titanate” means that the content of iron, cerium and calcium is 0.04 At% or less, and other than barium, titanium, iron, cerium, calcium and oxygen elements. It means that the content is less than 0.01 At% and the other is barium titanate.
As described above, when iron, cerium, or calcium is added in the predetermined range, the domain is easily constructed, so that the performance is improved. Moreover, these elements do not affect the Curie temperature or the perovskite crystal structure. Further, in such a piezoelectric material, the crystal phase is a perovskite-type BaTiO 3 single phase, and piezoelectric performance is exhibited.
In the present invention, the iron, cerium, and calcium to be added can be added in a minute amount as described above, and the state of the substance at the time of addition, specifically, whether it is a simple substance or a compound, or an ion The state of whether or not and the addition method thereof are not limited. Details will be described later.
また、本発明においては、バリウム、チタン、鉄、セリウム、カルシウム及び酸素元素以外の元素含有量が圧電材料全体に対して０．０１Ａｔ％未満であることが好ましい。
ケイ素やアルミニウムの酸化物は、焼結性を高めるためには有用である一方、ケイ素やアルミニウムなどの原料から混入する不純物元素はキューリー温度を低下させる原因となるため、キューリー温度を向上させるためには圧電材料全体に対して０．０１Ａｔ％未満とすることが好ましい。
Moreover, in this invention, it is preferable that element content other than barium, titanium, iron, cerium, calcium, and an oxygen element is less than 0.01 At% with respect to the whole piezoelectric material.
While oxides of silicon and aluminum are useful for improving the sinterability, impurity elements mixed from raw materials such as silicon and aluminum cause the Curie temperature to be lowered. Is preferably less than 0.01 At% with respect to the entire piezoelectric material.
このように精密に制御するための方法としては、例えば溶液法で各元素を所定の比に混合・仮焼成して材料粉末を作成する方法がより有効であり、特にクエン酸の塩を用いる方法が均一に元素を混合する方法として優れているが、これに限定されるものではない。そして、仮焼成した材料は、各種の焼結方法で多結晶体として利用する形態を付与して圧電材料が完成する。
また、上記元素による化学気相法による成膜や物理蒸着による成膜方法も活用できる。
As a method for precisely controlling in this way, for example, a method of preparing a material powder by mixing and pre-firing each element in a predetermined ratio by a solution method is more effective, and in particular, a method using a salt of citric acid Is excellent as a method for uniformly mixing elements, but is not limited thereto. Then, the temporarily fired material is given a form to be used as a polycrystalline body by various sintering methods to complete a piezoelectric material.
In addition, film formation by chemical vapor deposition using the above elements or film formation by physical vapor deposition can be used.
次に、本発明の駆動用圧電素材及び圧力センサについて詳細に説明する。
本発明の駆動用圧電素材や圧力センサは、上記本発明の圧電材料を用いたものである。そのため、本発明の駆動用圧電素材や圧力センサは、常用１００℃で機能させられ、例えば自動車用のエンジン部分に適用される圧力センサやアクチュエータなどの駆動部材などに好適に利用することができる。
Next, the driving piezoelectric material and pressure sensor of the present invention will be described in detail.
The piezoelectric material and pressure sensor for driving according to the present invention use the piezoelectric material according to the present invention. Therefore, the driving piezoelectric material and the pressure sensor of the present invention are allowed to function at a normal temperature of 100 ° C., and can be suitably used for a driving member such as a pressure sensor or an actuator applied to an engine part for an automobile, for example.
以下、本発明を若干の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to some examples, but the present invention is not limited to these examples.
（実施例１）
バリウム、チタン、セリウム（０．０２Ａｔ％）のクエン酸塩を溶解し、所定の比率に混合後中和しクエン酸塩を得た。このクエン酸塩を仮焼きしてセリウムを含有するＢａＴｉＯ３粉末を得た。
この粉末をアルコール中でナイロン製ボールミル（ボールは硬質ジルコニア磁器）を用いて２４時間程度の粉砕を行った後、ロータリーエバポレータを用いて乾燥した。次に、粉砕された微細粉末を、静水圧プレスにて１９６ＭＰａで加圧成形してペレットを得た。
このペレットを１３００℃にて焼結し、得られた焼結体を直径６ｍｍ、厚み１ｍｍの円板状に加工して、本例の圧電材料（試料）を得た。
Example 1
Citrate of barium, titanium and cerium (0.02 At%) was dissolved, mixed at a predetermined ratio and neutralized to obtain citrate. This citrate was calcined to obtain BaTiO 3 powder containing cerium.
This powder was pulverized in alcohol using a nylon ball mill (ball is hard zirconia porcelain) for about 24 hours, and then dried using a rotary evaporator. Next, the pulverized fine powder was pressure-molded at 196 MPa with an isostatic press to obtain pellets.
The pellet was sintered at 1300 ° C., and the obtained sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 6 mm and a thickness of 1 mm to obtain a piezoelectric material (sample) of this example.
この円板に電極を取り付け、温度を上昇させながら（昇温速度１℃／分）、静電容量をインピーダンスアナライザー（ヒューレットパッカード社製、ＹＨＰ４１９２Ａ）にて１Ｖ−１ｋＨｚ時に測定した。得られた結果を図１に示す。
図１は、実施例１における温度と比誘電率の関係を示すグラフである。なお、静電容量と比誘電率には、次式（１）の関係がある。
（比誘電率）＝（静電容量）×（試料厚み）／（電極面積）／（真空の誘電率）…（１）
Electrodes were attached to the disk, and the capacitance was measured at 1 V-1 kHz with an impedance analyzer (Hewlett Packard, YHP4192A) while raising the temperature (temperature increase rate: 1 ° C./min). The obtained results are shown in FIG.
FIG. 1 is a graph showing the relationship between temperature and relative permittivity in Example 1. In addition, there exists a relationship of following Formula (1) between an electrostatic capacitance and a dielectric constant.
(Relative permittivity) = (capacitance) × (sample thickness) / (electrode area) / (vacuum permittivity) (1)
その際、静電容量が最大、即ち比誘電率が最大となるときのピーク値をキューリー温度とした。本例の圧電材料においては、１４２℃であり、通常のデータ１２０℃を２２℃上回る結果が得られた。
また、本例の圧電材料において、機械電気結合係数（Ｋｔ）を求めたところ３９であって、圧電性能を発揮できている。
なお、上記機械電気結合係数については、周波数を変えながら、アドミッタンスを測定し、共振周波数と反共振周波数から以下の式（２）
Ｋｔ＝√（π／２×ｆｒ／ｆａ）×ｃｏｔ（π／２×ｆｒ／ｆａ）…（２）
（式（２）中、Ｋｔは厚み方向の機械電気結合係数、ｆａは共振周波数、ｆｒは反共振周波数を示す。）を用いて算出した。
At that time, the peak value when the capacitance was maximum, that is, when the relative dielectric constant was maximum, was defined as the Curie temperature. In the piezoelectric material of this example, it was 142 ° C., and the result was 22 ° C. higher than the normal data of 120 ° C.
Further, in the piezoelectric material of this example, the mechanical electrical coupling coefficient (Kt) was found to be 39, and the piezoelectric performance was exhibited.
In addition, about the said mechanical electrical coupling coefficient, admittance is measured changing a frequency, and the following formula | equation (2) from resonance frequency and antiresonance frequency
Kt = √ (π / 2 × fr / fa) × cot (π / 2 × fr / fa) (2)
(In formula (2), Kt is a mechanical electrical coupling coefficient in the thickness direction, fa is a resonance frequency, and fr is an anti-resonance frequency).
（実施例２）
バリウム、チタニウム、鉄（０．０２Ａｔ％）のクエン酸塩を溶解し所定の比率に混合後中和しクエン酸塩を得た。このクエン酸塩を仮焼きして鉄を含有するＢａＴｉＯ３粉末を得た。
この粉末をアルコール中でナイロン製ボールミル（ボールは硬質ジルコニア磁器）を用いて２４時間程度の粉砕を行った後、ロータリーエバポレータを用いて乾燥した。次に、粉砕された微細粉末を、静水圧プレスにて１９６ＭＰａで加圧成形してペレットを得た。
このペレットを１３００℃にて焼結し、得られた焼結体を直径６ｍｍ、厚み１ｍｍの円板状に加工して、本例の圧電材料（試料）を得た。
(Example 2)
Citrate of barium, titanium and iron (0.02 At%) was dissolved, mixed at a predetermined ratio and neutralized to obtain citrate. This citrate was calcined to obtain BaTiO 3 powder containing iron.
This powder was pulverized in alcohol using a nylon ball mill (ball is hard zirconia porcelain) for about 24 hours, and then dried using a rotary evaporator. Next, the pulverized fine powder was pressure-molded at 196 MPa with an isostatic press to obtain pellets.
The pellet was sintered at 1300 ° C., and the obtained sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 6 mm and a thickness of 1 mm to obtain a piezoelectric material (sample) of this example.
この円板に電極を取り付け、温度を上昇させながら（昇温速度１℃／分）、静電容量をインピーダンスアナライザー（ヒューレットパッカード社製、ＹＨＰ４１９２Ａ）にて１Ｖ−１０ｋＨｚ時に測定した。得られた結果を図２に示す。
図２は、実施例２における温度と比誘電率の関係を示すグラフである。なお、静電容量と比誘電率には、次式（１）の関係がある。
（比誘電率）＝（静電容量）×（試料厚み）／（電極面積）／（真空の誘電率）…（１）
Electrodes were attached to the disk, and the capacitance was measured with an impedance analyzer (Hewlett Packard, YHP4192A) at 1V-10 kHz while raising the temperature (temperature increase rate: 1 ° C./min). The obtained results are shown in FIG.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between temperature and relative dielectric constant in Example 2. In addition, there exists a relationship of following Formula (1) between an electrostatic capacitance and a dielectric constant.
(Relative permittivity) = (capacitance) × (sample thickness) / (electrode area) / (vacuum permittivity) (1)
その際、静電容量が最大、即ち比誘電率が最大となるときのピーク値をキューリー温度とした。本例の圧電材料においては、１３９℃であり、通常のデータ１２０℃を１９℃上回る結果が得られた。
また、本例の圧電材料においても同様に、機械電気結合係数（Ｋｔ）を求めたところ４２であって、圧電性能を発揮できている。
At that time, the peak value when the capacitance was maximum, that is, when the relative dielectric constant was maximum, was defined as the Curie temperature. In the piezoelectric material of this example, the temperature was 139 ° C., and the result was 19 ° C. higher than the normal data of 120 ° C.
Similarly, in the piezoelectric material of this example, the mechanical electrical coupling coefficient (Kt) was found to be 42, and the piezoelectric performance was exhibited.
（実施例３）
製造方法はＢａＣＯ３とＴｉＯ２及びＣａＯ（最終的にＢａＴｉＯ３におけるＢａに対し０．００７Ａｔ％）を混合し、１１００℃、６時間で仮焼きし、ＢａＴｉＯ３粉末を作製した。粉末をアルコール中でナイロン製ボールミル（ボールは硬質ジルコニア磁器）を用いて２４時間程度の粉砕を行った後、ロータリーエバポレータを用いて乾燥した。次に、その粉砕された微細粉末を、静水圧プレスにて１９６ＭＰａで加圧成形してペレットを得た。
このペレットを１３１０℃にて１２時間で焼結し、得られた焼結体を直径６ｍｍ、厚み１ｍｍの円板状に加工して、本例の圧電材料（試料）を得た。
(Example 3)
In the production method, BaCO 3 , TiO 2, and CaO (finally 0.007 At% with respect to Ba in BaTiO 3 ) were mixed and calcined at 1100 ° C. for 6 hours to prepare BaTiO 3 powder. The powder was pulverized in alcohol for about 24 hours using a nylon ball mill (ball is hard zirconia porcelain) and then dried using a rotary evaporator. Next, the pulverized fine powder was pressure-molded at 196 MPa with an isostatic press to obtain pellets.
This pellet was sintered at 1310 ° C. for 12 hours, and the obtained sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 6 mm and a thickness of 1 mm to obtain a piezoelectric material (sample) of this example.
この円板に電極を取り付け、温度を上昇させながら（昇温速度１℃／分）、静電容量をインピーダンスアナライザー（ヒューレットパッカード社製、ＹＨＰ４１９２Ａ）にて測定した。得られた結果を図３に示す。
図３は、実施例３における温度と比誘電率の関係を示すグラフである。なお、静電容量と比誘電率には、次式（１）の関係がある。
（比誘電率）＝（静電容量）×（試料厚み）／（電極面積）／（真空の誘電率）…（１）
Electrodes were attached to the disk, and the capacitance was measured with an impedance analyzer (YHP4192A, manufactured by Hewlett-Packard Company) while increasing the temperature (temperature increase rate: 1 ° C./min). The obtained results are shown in FIG.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between temperature and relative dielectric constant in Example 3. In addition, there exists a relationship of following Formula (1) between an electrostatic capacitance and a dielectric constant.
(Relative permittivity) = (capacitance) × (sample thickness) / (electrode area) / (vacuum permittivity) (1)
その際、静電容量が最大、即ち比誘電率が最大となるときのピーク値をキューリー温度とした。本例の圧電材料においては、１３５℃であり、通常のデータ１２０℃を１５℃上回る結果が得られた。
また、本例の圧電材料においても同様に、機械電気結合係数（Ｋｔ）を求めたところ３７であって、圧電性能を発揮できている。
At that time, the peak value when the capacitance was maximum, that is, when the relative dielectric constant was maximum, was taken as Curie temperature. In the piezoelectric material of this example, the temperature was 135 ° C., and the result was 15 ° C. higher than the normal data of 120 ° C.
Similarly, in the piezoelectric material of this example, the mechanical electrical coupling coefficient (Kt) was determined to be 37, and the piezoelectric performance was exhibited.
（比較例１）
製造方法はＢａＣＯ３とＴｉＯ２及びＳｒＣＯ３（最終的にＢａＴｉＯ３におけるＢａに対しＳｒとして０．５Ａｔ％）を混合し、１１００℃、６時間で仮焼きし、ＢａＴｉＯ３粉末を作製した。粉末をアルコール中でナイロン製ボールミル（ボールは硬質ジルコニア磁器）を用いて２４時間程度の粉砕を行った後、ロータリーエバポレータを用いて乾燥した。次に、その粉砕された微細粉末を、静水圧プレスにて１９６ＭＰａで加圧成形してペレットを得た。
このペレットを１３１０℃にて１２時間で焼結し、得られた焼結体を直径６ｍｍ、厚み１ｍｍの円板状に加工して、本例の圧電材料（試料）を得た。
(Comparative Example 1)
In the production method, BaCO 3 , TiO 2 and SrCO 3 (finally 0.5 At% as Sr with respect to Ba in BaTiO 3 ) were mixed and calcined at 1100 ° C. for 6 hours to prepare BaTiO 3 powder. The powder was pulverized in alcohol for about 24 hours using a nylon ball mill (ball is hard zirconia porcelain) and then dried using a rotary evaporator. Next, the pulverized fine powder was pressure-molded at 196 MPa with an isostatic press to obtain pellets.
This pellet was sintered at 1310 ° C. for 12 hours, and the obtained sintered body was processed into a disk shape having a diameter of 6 mm and a thickness of 1 mm to obtain a piezoelectric material (sample) of this example.
この円板に電極を取り付け、温度を上昇させながら（昇温速度１℃／分）、静電容量をインピーダンスアナライザー（ヒューレットパッカード社製、ＹＨＰ４１９２Ａ）にて測定した。得られた結果を図４に示す。
図４は、比較例１における温度と比誘電率の関係を示すグラフである。なお、静電容量と比誘電率には、次式（１）の関係がある。
（比誘電率）＝（静電容量）×（試料厚み）／（電極面積）／（真空の誘電率）…（１）
Electrodes were attached to the disk, and the capacitance was measured with an impedance analyzer (YHP4192A, manufactured by Hewlett-Packard Company) while increasing the temperature (temperature increase rate: 1 ° C./min). The obtained results are shown in FIG.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between temperature and relative dielectric constant in Comparative Example 1. In addition, there exists a relationship of following Formula (1) between an electrostatic capacitance and a dielectric constant.
(Relative permittivity) = (capacitance) × (sample thickness) / (electrode area) / (vacuum permittivity) (1)
その際、静電容量が最大、即ち比誘電率が最大となるときのピーク値をキューリー温度とした。本例の圧電材料においては、１２２℃であり、通常のデータ１２０℃と同等であった。
また、本例の圧電材料においても同様に、機械電気結合係数（Ｋｔ）を求めたところ４５であって、圧電性能を発揮できている。
At that time, the peak value when the capacitance was maximum, that is, when the relative dielectric constant was maximum, was defined as the Curie temperature. In the piezoelectric material of this example, it was 122 ° C., which was equivalent to normal data of 120 ° C.
Similarly, in the piezoelectric material of this example, the mechanical electrical coupling coefficient (Kt) was found to be 45, and the piezoelectric performance was exhibited.
Claims (4)
A pressure sensor using the piezoelectric material according to claim 1.
Priority Applications (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2124269A1 (en) * | 2007-02-20 | 2009-11-25 | NGK Insulators, Ltd. | Piezoelectric device |
| JP2010120835A (en) * | 2008-10-20 | 2010-06-03 | Tdk Corp | Piezoelectric ceramic, vibrator and ultrasonic motor |
| JP2011013124A (en) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Method of measuring hydrogen pressure, and sensor for the same |
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