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JP2009058378A - Magnetometric sensor - Google Patents

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JP2009058378A
JP2009058378A JP2007225995A JP2007225995A JP2009058378A JP 2009058378 A JP2009058378 A JP 2009058378A JP 2007225995 A JP2007225995 A JP 2007225995A JP 2007225995 A JP2007225995 A JP 2007225995A JP 2009058378 A JP2009058378 A JP 2009058378A
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JP
Japan
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sample
piezoelectric ceramic
electrodes
ceramic body
magnetic sensor
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Pending
Application number
JP2007225995A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirosumi Ogawa
弘純 小川
Shinichiro Kawada
慎一郎 川田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetometric sensor that can minimize the effect of the noise, is small, has high induced electromotive force E, and has detection accuracy of high sensitivity. <P>SOLUTION: This magnetometric sensor 1 has a piezoelectric ceramic element 2 of a square-bar shape that is made of bismuth layer compound and is polarized in the arrow A direction, and excitation electrodes 3a and 3b are formed near both end surfaces of the piezoelectric ceramic element 2. A plurality of internal electrodes 4 and 5 are embedded in parallel, in the direction orthogonal to the polarization direction A close to both the ends of the piezoelectric ceramic element 2; surface electrodes 7a, 7b, 8a and 8b are formed at the ends of side surfaces 6a and 6b of the piezoelectric ceramic element 2; and the internal electrodes 4 and 5 are electrically connected to the surface electrodes 7a, 7b, 8a and 8b and form detection electrodes 9a and 9b. When the alternating current electric field of resonance frequency is applied to the excitation electrodes 3a and 3b, the magnetometric sensor 1 is driven in the longitudinal direction vibration mode, and the detection electrodes 9a and 9b detect the strength of the magnetic field. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は磁気センサに関し、より詳しくは圧電セラミック素体に形成された電極に交流電界を印加して磁界中で振動させ、磁気を検出する磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor for detecting magnetism by applying an alternating electric field to an electrode formed on a piezoelectric ceramic body to vibrate in a magnetic field.

フレミングの右手の法則として知られるように、磁界中を導体が移動すると起電力が発生する。この現象を利用して圧電セラミック素体に励振電極を形成し、該励振電極に交流電界を印加して磁界中で振動させ、これにより磁気を検出する磁気センサが知られている。   As is known as Fleming's right-hand rule, an electromotive force is generated when a conductor moves in a magnetic field. A magnetic sensor is known that utilizes this phenomenon to form an excitation electrode on a piezoelectric ceramic body, apply an alternating electric field to the excitation electrode and vibrate it in a magnetic field, thereby detecting magnetism.

例えば、非特許文献1には、図18に示すように、Pb(Zr,Ti)O(チタン酸ジルコン酸鉛;以下、「PZT」という。)を主成分とする圧電セラミック素体101を備え、該圧電セラミック素体101の両主面の略中央部に一対の励振電極102a、102bを形成し、かつ前記両主面の端部に前記励振電極102a、102bと電気的に絶縁された検出電極103(103a、103b)、104(104a、104b)を有する磁気センサ100が記載されている。 For example, Non-Patent Document 1 includes a piezoelectric ceramic body 101 mainly composed of Pb (Zr, Ti) O 3 (lead zirconate titanate; hereinafter referred to as “PZT”) as shown in FIG. A pair of excitation electrodes 102a and 102b are formed at substantially central portions of both main surfaces of the piezoelectric ceramic body 101, and are electrically insulated from the excitation electrodes 102a and 102b at end portions of the both main surfaces. A magnetic sensor 100 having detection electrodes 103 (103a, 103b) and 104 (104a, 104b) is described.

この非特許文献1では、圧電セラミック素体101が矢印y方向に分極されており、励振電極102a、102bに交流電界を印加すると、磁気センサ100は、分極方向と直交する長さ方向(矢印xで示す。)に共振振動する。磁気センサ100の表面を高速振動させることにより、検出電極103と検出電極104との間に磁界の強さに比例した電圧を発生させている。   In Non-Patent Document 1, the piezoelectric ceramic body 101 is polarized in the direction of arrow y, and when an AC electric field is applied to the excitation electrodes 102a and 102b, the magnetic sensor 100 has a length direction (arrow x Resonant vibration occurs. A voltage proportional to the strength of the magnetic field is generated between the detection electrode 103 and the detection electrode 104 by vibrating the surface of the magnetic sensor 100 at high speed.

また、特許文献1には、図19に示すように、コイル106と、発振器107から所定周波数の信号が入力されて前記コイル106を振動させる圧電セラミック108と、振動中のコイル106に発生する電圧を測定する電圧計109とを備えた磁気センサが提案されている。   In Patent Document 1, as shown in FIG. 19, a coil 106, a piezoelectric ceramic 108 that receives a signal having a predetermined frequency from an oscillator 107 and vibrates the coil 106, and a voltage generated in the vibrating coil 106. A magnetic sensor provided with a voltmeter 109 for measuring is proposed.

この特許文献1では、コイル106と圧電セラミック108からなるセンサ部110を磁界の強さを測定したい場所に設置し、発振器107から所定の周波数の信号を圧電セラミック108に入力する。すると、入力された信号に応じて圧電セラミック108に歪み又は応力が生じ、これにより圧電セラミック108上のコイル106が振動し、振動したコイル106が磁束を横断して電圧が発生する。この電圧を電圧計109で測定し、この電圧値に基づいて磁界の強さを測定している。   In Patent Document 1, a sensor unit 110 composed of a coil 106 and a piezoelectric ceramic 108 is installed at a place where the strength of a magnetic field is to be measured, and a signal having a predetermined frequency is input from an oscillator 107 to the piezoelectric ceramic 108. Then, the piezoelectric ceramic 108 is distorted or stressed according to the input signal, and the coil 106 on the piezoelectric ceramic 108 vibrates, and the vibrated coil 106 crosses the magnetic flux to generate a voltage. This voltage is measured by a voltmeter 109, and the strength of the magnetic field is measured based on this voltage value.

また、特許文献2には、磁界中で圧電素子を面内振動させ、該圧電素子の振動によって電磁誘導を発生させ、これにより磁界中の磁気の強さを検出する磁気検出方法が提案されている。   Patent Document 2 proposes a magnetic detection method in which a piezoelectric element is vibrated in a plane in a magnetic field, and electromagnetic induction is generated by the vibration of the piezoelectric element, thereby detecting the strength of magnetism in the magnetic field. Yes.

この特許文献2では、圧電セラミック、水晶、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等で形成された圧電素子上に円形コイルを形成し、圧電素子の振動により円形コイルを振動させてコイルに電磁誘導を発生させ、その誘導起電力を検出してコイルを横切る磁束を測定している。   In Patent Document 2, a circular coil is formed on a piezoelectric element made of piezoelectric ceramic, quartz, barium titanate, lithium niobate, etc., and the circular coil is vibrated by the vibration of the piezoelectric element to generate electromagnetic induction in the coil. The induced electromotive force is detected, and the magnetic flux across the coil is measured.

一方、非特許文献2には、パワーデバイス用圧電セラミックの大振幅特性について記載されている。   On the other hand, Non-Patent Document 2 describes the large amplitude characteristics of piezoelectric ceramics for power devices.

この非特許文献2では、振動速度v(=振動振幅×周波数)は、理論的には印加電界Eに比例して変化するが、PZT系圧電セラミック材料を共振周波数で駆動させた場合、電界強度がある一定レベルを超えると振動速度vは徐々に印加電界に比例しなくなり、最終的に飽和すると報告されている。また、この非特許文献2には、PZT系圧電セラミック材料の振動速度限界と駆動電界との関係も示されており、振動速度限界は材料組成によって変化するものの、PZT系圧電セラミック材料では、振動速度は最大でも1m/sを超えないことが報告されている。   In Non-Patent Document 2, the vibration velocity v (= vibration amplitude × frequency) theoretically changes in proportion to the applied electric field E, but when the PZT piezoelectric ceramic material is driven at the resonance frequency, the electric field strength is increased. It is reported that when a certain level is exceeded, the vibration velocity v gradually becomes not proportional to the applied electric field and eventually becomes saturated. This Non-Patent Document 2 also shows the relationship between the vibration speed limit of the PZT piezoelectric ceramic material and the driving electric field. The vibration speed limit varies depending on the material composition, but in the PZT piezoelectric ceramic material, It is reported that the speed does not exceed 1 m / s at the maximum.

また、非特許文献3には、圧電性の評価法やPZT系圧電セラミックの組成と振動レベル特性等のハイパワー特性との関係が記載されている。   Non-Patent Document 3 describes the relationship between the piezoelectricity evaluation method and the composition of the PZT piezoelectric ceramic and high power characteristics such as vibration level characteristics.

この非特許文献3では、PZT系圧電セラミックを共振周波数で駆動した場合、振動速度vがある一定値を超えると、振動速度vの上昇に伴い共振周波数frや機械的品質係数Qmが低下することが報告されている。   In this Non-Patent Document 3, when a PZT piezoelectric ceramic is driven at a resonance frequency, if the vibration speed v exceeds a certain value, the resonance frequency fr and the mechanical quality factor Qm decrease as the vibration speed v increases. Has been reported.

特開平11−142492号公報JP-A-11-142492 特開平9−145807号公報JP-A-9-145807 Keita Dan, Kentaro Nakamura, Sadayuki Ueha, 「A Novel Magnetic Field Sensor using Piezoelectric Vibration」, Proc. Symp. Ultrason. Electron., 2006年11月15-17日,Vol. 27 (2006), p.217 −218Keita Dan, Kentaro Nakamura, Sadayuki Ueha, “A Novel Magnetic Field Sensor using Piezoelectric Vibration”, Proc. Symp. Ultrason. Electron., November 15-17, 2006, Vol. 27 (2006), p.217 −218 高橋貞行著「圧電材料の新展開」、株式会社TIC、ニューセラミックス VOL.11, No.8(1988),p29-34Sadayuki Takahashi “New Development of Piezoelectric Materials”, TIC Corporation, New Ceramics VOL.11, No.8 (1988), p29-34 高橋貞行著「ハイパワー材料の評価」、株式会社TIC、ニューセラミックス(1995), No.6, p17-21Takahashi Sadayuki “Evaluation of High Power Materials”, TIC Co., Ltd., New Ceramics (1995), No.6, p.17-21

圧電素子を駆動させて該圧電素子上に形成されたコイルを振動させると電磁誘導により起電力が発生する。この場合、誘導起電力Eは、ファラデーの電磁誘導の法則により数式(1)で表される。   When a piezoelectric element is driven to vibrate a coil formed on the piezoelectric element, an electromotive force is generated by electromagnetic induction. In this case, the induced electromotive force E is expressed by Formula (1) according to Faraday's law of electromagnetic induction.

E=N(ΔΦ/Δt) …(1)
ここで、Nはコイルの巻き数、Φはコイルを貫く磁束、tは時間である。ΔΦ/Δtは単位時間当たりのコイルを貫く磁束の変化を示す。
E = N (ΔΦ / Δt) (1)
Here, N is the number of turns of the coil, Φ is a magnetic flux penetrating the coil, and t is time. ΔΦ / Δt represents a change in magnetic flux passing through the coil per unit time.

コイルを振動させて電磁誘導を発生させる場合は、誘導起動力Eは数式(1)で表されるが、コイルではなく、非特許文献1のように閉回路中の検出電極103、104を振動させる場合は、誘導起電力Eは、数式(2)で表すことができる。   When electromagnetic induction is generated by vibrating a coil, the induction starting force E is expressed by Equation (1). However, instead of the coil, the detection electrodes 103 and 104 in a closed circuit are vibrated as in Non-Patent Document 1. When induced, the induced electromotive force E can be expressed by Equation (2).

E=vBW …(2)
ここで、vは検出電極103、104の振動速度、Bは検出電極103、104を貫く磁束密度、Wは検出電極103、104の長さである。
E = vBW (2)
Here, v is the vibration velocity of the detection electrodes 103 and 104, B is the magnetic flux density penetrating the detection electrodes 103 and 104, and W is the length of the detection electrodes 103 and 104.

したがって、非特許文献1において、磁気センサとしての感度、すなわち誘導起動力Eを上昇させるためには、数式(2)から明らかなように、振動速度vや磁束密度Bを大きくしたり、検出電極103、104の長さWを長くする必要がある。   Therefore, in Non-Patent Document 1, in order to increase the sensitivity as the magnetic sensor, that is, the induced activation force E, as is clear from the equation (2), the vibration speed v and the magnetic flux density B are increased, or the detection electrode It is necessary to increase the length W of 103 and 104.

しかしながら、圧電セラミック材料としてPZT系材料を使用した場合、振動速度vを大きくしようとしても、非特許文献2に示されているように、振動速度vは高々1m/sが限界である。したがって、PZT系の圧電セラミック材料では、大きな振動速度vを安定的に得て誘導起電力Eを大きくするのは困難である。   However, when a PZT material is used as the piezoelectric ceramic material, even if an attempt is made to increase the vibration speed v, the vibration speed v has a limit of 1 m / s at most, as shown in Non-Patent Document 2. Therefore, with a PZT-based piezoelectric ceramic material, it is difficult to stably obtain a large vibration speed v and increase the induced electromotive force E.

また、検出電極103、104の長さWを長くしようとすると、圧電セラミック101自体の幅方向の長さを長くする必要があり、磁気センサの大型化を招く。すなわち、電子デバイスの小型化の要請から磁気センサについても小型化が要求されており、圧電セラミック101の幅方向の長さを長くすることは磁気センサの小型化の要請に反する。   Further, if the length W of the detection electrodes 103 and 104 is to be increased, it is necessary to increase the length in the width direction of the piezoelectric ceramic 101 itself, resulting in an increase in size of the magnetic sensor. That is, downsizing of the magnetic sensor is also required due to the demand for downsizing of the electronic device, and increasing the length of the piezoelectric ceramic 101 in the width direction is contrary to the downsizing of the magnetic sensor.

さらに、非特許文献1では、以下に述べる理由からノイズが発生し易く、S/N比の低下を招くという問題点もあった。   Further, Non-Patent Document 1 has a problem that noise is likely to be generated for the reason described below, resulting in a decrease in the S / N ratio.

非特許文献1の磁気センサ100を、長さ方向振動モードで駆動させた場合、圧電セラミック素体101は、図20の仮想線に示すように、矢印x′方向に変位して収縮し、図21の仮想線に示すように、矢印x”方向に変位して伸長する。   When the magnetic sensor 100 of Non-Patent Document 1 is driven in the longitudinal vibration mode, the piezoelectric ceramic body 101 is displaced and contracted in the direction of the arrow x ′ as shown by the phantom line in FIG. As indicated by the imaginary line 21, it is displaced and extended in the direction of the arrow x ″.

しかしながら、非特許文献1で使用されているPZT系材料は、長さ方向振動の電気機械結合係数k31(以下、「k31値」という。)及び縦方向振動の電気機械結合係数k33(以下、「k33値」という。)がいずれも大きく、図20及び図21中、aで示すように、圧電効果による電荷が、検出電極103a、103b、104a、104b上に発生し、これがノイズとなって誘導起動力Eに影響を与え、その結果、S/N比の低下を招くおそれがある。 However, the PZT-based material used in Non-Patent Document 1 has an electromechanical coupling coefficient k 31 (hereinafter referred to as “k 31 value”) of longitudinal vibration and an electromechanical coupling coefficient k 33 (hereinafter referred to as “k 31 value”). Hereinafter, the “k 33 value”) is large, and as shown by a in FIGS. 20 and 21, charges due to the piezoelectric effect are generated on the detection electrodes 103a, 103b, 104a, and 104b. This may affect the induction starting force E, and as a result, the S / N ratio may be lowered.

すなわち、長さ方向振動モードで駆動させると、縦方向振動モードのノイズが発生し、縦方向振動モードで駆動させると、長さ方向振動モードのノイズが発生し、これらのノイズが誘導起動力Eに影響を与え、その結果、S/N比の低下を招くおそれがあった。   That is, when driven in the longitudinal vibration mode, noise in the longitudinal vibration mode is generated, and when driven in the longitudinal vibration mode, noise in the longitudinal vibration mode is generated, and these noises are induced by the inductive activation force E. As a result, the S / N ratio may be lowered.

このように非特許文献1では、誘導起動力Eが大きく高感度を有する小型の磁気センサを得るのは困難である。   As described above, in Non-Patent Document 1, it is difficult to obtain a small magnetic sensor having a large induced activation force E and high sensitivity.

一方、特許文献1では、誘導起動力Eを上昇させるには、数式(1)から明らかなように、コイル106の巻き数Nを増加させる必要がある。   On the other hand, in Patent Document 1, in order to increase the induction starting force E, it is necessary to increase the number N of turns of the coil 106, as is apparent from Equation (1).

しかしながら、コイル106の巻き数Nを増加させると、該コイル106を形成するための領域を大きくせざるを得ず、このため磁気センサの大型化を招き、電子デバイスの小型化の要請に応えるのが困難となる。   However, when the number of turns N of the coil 106 is increased, the area for forming the coil 106 must be increased, which leads to an increase in the size of the magnetic sensor and meet the demand for downsizing of the electronic device. It becomes difficult.

また、特許文献2では、圧電素子として、水晶、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等の単結晶を使用した場合、内部電極を形成することができないため、同一素子サイズではコイルの巻き数やコイルの長さを飛躍的に増加させるのは困難である。したがって、誘導起電力Eを増幅させるためには、素子サイズを大型化してコイルの巻き数を増やしたり、コイルの長さを長くしなければならず、非特許文献1や特許文献1と同様、電子デバイスの小型化の要請に反する。   In Patent Document 2, when a single crystal such as quartz, barium titanate, or lithium niobate is used as a piezoelectric element, an internal electrode cannot be formed. It is difficult to dramatically increase the length. Therefore, in order to amplify the induced electromotive force E, the element size must be increased to increase the number of turns of the coil, or the length of the coil must be increased. As in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, Contrary to the demand for smaller electronic devices.

一方、圧電素子として圧電セラミックを使用した場合は、積層構造とすることが可能であり、積層化した内部電極で検出電極を形成することにより、誘導起電力Eの増幅が可能である。   On the other hand, when a piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric element, a laminated structure can be formed, and the induced electromotive force E can be amplified by forming a detection electrode with laminated internal electrodes.

しかしながら、特許文献2では圧電セラミックとしてPZT系材料を使用しており、したがって、非特許文献1と同様、振動速度vは高々1m/sが限界があり、また圧電振動によるノイズに起因したS/N比の低下を招き、高感度の測定精度を得るのは困難である。   However, in Patent Document 2, a PZT-based material is used as the piezoelectric ceramic. Therefore, as in Non-Patent Document 1, the vibration speed v has a limit of 1 m / s at most, and S / The N ratio is lowered, and it is difficult to obtain highly sensitive measurement accuracy.

すなわち、非特許文献2の記載からも明らかなように、PZT系圧電セラミック材料を使用したのでは、振動速度vに限界があり、大きな誘導起電力Eを有する高感度の磁気センサを得るのは困難である。   That is, as is clear from the description of Non-Patent Document 2, when a PZT-based piezoelectric ceramic material is used, there is a limit to the vibration speed v, and a highly sensitive magnetic sensor having a large induced electromotive force E is obtained. Have difficulty.

また、圧電素子では共振周波数又は共振周波数近傍の駆動電界で励振させる必要がある。   In addition, the piezoelectric element needs to be excited by a driving electric field at or near the resonance frequency.

しかしながら、非特許文献3では、PZT系圧電セラミック材料は、振動速度vが上昇するに伴い、共振周波数frや機械的品質係数Qmが低下することが報告されており、振動速度vを安定的に一定に保つのが困難である。振動速度vを一定に保つためには、共振周波数frの変化に追随したり、機械的品質係数Qmの低下を補償する回路を別途設けることが考えられるが、このような補償回路を設けると電子デバイスの煩雑化を招き、またコスト高を引き起こすおそれがある。   However, Non-Patent Document 3 reports that the resonance frequency fr and the mechanical quality factor Qm of the PZT-based piezoelectric ceramic material decrease as the vibration speed v increases. It is difficult to keep it constant. In order to keep the vibration speed v constant, it is conceivable to separately provide a circuit that follows the change in the resonance frequency fr or compensates for the decrease in the mechanical quality factor Qm. There is a risk of complicating the device and increasing the cost.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、ノイズの影響を極力排除することができ、小型であっても誘導起動力Eが大きく高感度の検出精度を有する磁気センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a magnetic sensor that can eliminate the influence of noise as much as possible, has a large induced activation force E even with a small size, and has high detection accuracy. For the purpose.

上記目的を達成するために本発明に係る磁気センサは、ビスマス層状化合物からなる圧電セラミック素体と、該圧電セラミック素体の分極方向の両端面に形成された一対の励振電極と、少なくとも前記圧電セラミック素体の前記両端面以外の表面に形成された検出電極とを備え、前記一対の励振電極間に電圧が印加されて前記分極方向と同一方向に振動駆動されると共に、磁界の強さが前記検出電極によって検出されることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a magnetic sensor according to the present invention includes a piezoelectric ceramic body made of a bismuth layered compound, a pair of excitation electrodes formed on both end faces in the polarization direction of the piezoelectric ceramic body, and at least the piezoelectric sensor. A detection electrode formed on a surface other than the both end faces of the ceramic body, and a voltage is applied between the pair of excitation electrodes to drive the vibration in the same direction as the polarization direction. It is detected by the detection electrode.

また、本発明の磁気センサは、前記検出電極が、前記セラミック素体の内部に埋設された複数の内部電極と、前記圧電セラミック素体の前記表面に形成されて前記複数の内部電極を電気的に接続する表面電極とを備えていることを特徴としている。   In the magnetic sensor of the present invention, the detection electrode is formed on the surface of the piezoelectric ceramic body by electrically connecting the plurality of internal electrodes embedded in the ceramic body. And a surface electrode connected to the substrate.

また、本発明の磁気センサは、前記検出電極が、前記セラミック素体を挟んで対向状となるように該セラミック素体の前記表面に形成されていることを特徴とするのも好ましく、前記検出電極は、Ni−Fe合金で形成されていることを特徴とするのも好ましい。   The magnetic sensor according to the present invention is preferably characterized in that the detection electrode is formed on the surface of the ceramic body so as to be opposed to the ceramic body. It is also preferable that the electrode is made of a Ni—Fe alloy.

さらに、本発明の磁気センサは、前記ビスマス層状化合物は、結晶軸のc軸が前記圧電セラミック素体の分極方向と直交する方向に配向していることを特徴としている。   Furthermore, in the magnetic sensor of the present invention, the bismuth layered compound is characterized in that the c-axis of the crystal axis is oriented in a direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric ceramic body.

ビスマス層状化合物は、結晶異方性が大きいことから、同一電界を印加した場合、縦方向振動モード(振動方向が分極方向と同一方向)のときは、長さ方向振動モード(振動方向が分極方向と垂直方向)のときに比べ、振動速度vを大きくすることができ、大きな誘導起電力Eを得ることが可能となる。しかも、ビスマス層状化合物は、長さ方向振動の電気機械結合係数k31(k31値)が縦方向振動の電気機械結合係数k33(k33値)に比べて非常に小さく、長さ方向の圧電効果に起因したノイズの影響を極力排除することができる。 Since the bismuth layered compound has large crystal anisotropy, when the same electric field is applied, the longitudinal vibration mode (vibration direction is the polarization direction) in the longitudinal vibration mode (vibration direction is the same as the polarization direction). In comparison with the vertical direction), the vibration velocity v can be increased and a large induced electromotive force E can be obtained. In addition, the bismuth layered compound has an electromechanical coupling coefficient k 31 (k 31 value) of longitudinal vibration that is very small compared to an electromechanical coupling coefficient k 33 (k 33 value) of longitudinal vibration. The influence of noise caused by the piezoelectric effect can be eliminated as much as possible.

すなわち、上記磁気センサによれば、ビスマス層状化合物からなる圧電セラミック素体と、該圧電セラミック素体の分極方向の両端面に形成された一対の励振電極と、少なくとも前記圧電セラミック素体の前記両端面以外の表面に形成された検出電極とを備え、前記一対の励振電極間に電圧が印加されて前記分極方向と同一方向に振動駆動されると共に、磁界の強さが前記検出電極によって検出されるので、長さ方向の圧電効果に起因するノイズの影響が極力排除されて大きな誘導起電力Eを得ることができる。しかも、振動速度vが上昇しても共振周波数frの変動を抑制できることから、振動速度vを一定に保つ補償回路を別途設ける必要もない。したがって製品コストの高騰化を招くこともなく高感度の磁気センサを得ることができる。   That is, according to the magnetic sensor, a piezoelectric ceramic body made of a bismuth layered compound, a pair of excitation electrodes formed on both end faces in the polarization direction of the piezoelectric ceramic body, and at least the both ends of the piezoelectric ceramic body A detection electrode formed on a surface other than the surface, a voltage is applied between the pair of excitation electrodes to drive the vibration in the same direction as the polarization direction, and the strength of the magnetic field is detected by the detection electrode. Therefore, the influence of noise due to the piezoelectric effect in the length direction is eliminated as much as possible, and a large induced electromotive force E can be obtained. Moreover, since fluctuations in the resonance frequency fr can be suppressed even when the vibration speed v increases, it is not necessary to separately provide a compensation circuit that keeps the vibration speed v constant. Therefore, a highly sensitive magnetic sensor can be obtained without causing an increase in product cost.

また、前記検出電極が、前記セラミック素体の内部に埋設された複数の内部電極と、前記圧電セラミック素体の前記表面に形成されて前記複数の内部電極を電気的に接続する表面電極とを備えているので、検出電極が積層構造とされて検出信号の増幅が可能となり、小型であっても大きな検出信号の出力が可能な高精度の磁器センサを得ることができる。   A plurality of internal electrodes embedded in the ceramic body; and a surface electrode formed on the surface of the piezoelectric ceramic body to electrically connect the plurality of internal electrodes. Therefore, the detection electrodes can be laminated so that the detection signal can be amplified, and a high-accuracy porcelain sensor capable of outputting a large detection signal even if it is small can be obtained.

また、前記検出電極が、前記セラミック素体を挟んで対向状となるように該セラミック素体の前記表面にNi−Fe合金等の高透磁率材料で形成されることにより、検出電極を積層構造としなくとも磁束密度を飛躍的に上昇させることが可能となる。これにより大きな誘導起動力Eを有する高感度の磁気センサを得ることが可能となる。   Further, the detection electrode is formed of a high magnetic permeability material such as a Ni-Fe alloy on the surface of the ceramic body so as to be opposed to the ceramic body so that the detection electrode is laminated. Even if not, the magnetic flux density can be dramatically increased. This makes it possible to obtain a highly sensitive magnetic sensor having a large induced activation force E.

また、前記ビスマス層状化合物は、結晶軸のc軸が前記圧電セラミック素体の分極方向と直交する方向に配向しているので、振動速度をより一層大きくすることが可能になると共に、長さ方向振動に起因するノイズの影響をより効果的に抑制することができる。すなわち、ビスマス層状化合物は上述したように結晶異方性が大きく、c軸方向に自発分極成分を持たないか、持ったとしても微小であるので、圧電効果による電荷はc軸方向にはほとんど発生せず、長さ方向振動に起因するノイズの影響をより効果的に抑制することができる。   In the bismuth layered compound, the c-axis of the crystal axis is oriented in a direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric ceramic body, so that the vibration speed can be further increased and the length direction can be increased. The influence of noise caused by vibration can be more effectively suppressed. That is, since the bismuth layered compound has a large crystal anisotropy as described above and does not have a spontaneous polarization component in the c-axis direction or is small even if it has, the electric charge due to the piezoelectric effect is almost generated in the c-axis direction. Without affecting the noise, it is possible to more effectively suppress the influence of noise caused by longitudinal vibration.

次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳説する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明に係る磁気センサの一実施の形態(第1の実施の形態)を示す斜視図であり、図2はその縦断面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment (first embodiment) of a magnetic sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof.

図1及び図2において、磁気センサ1は、ビスマス層状化合物からなる矢印A方向に分極された角棒形状の圧電セラミック素体2を備え、分極方向Aと同一方向の矢印X方向に変位して縦方向振動モードで駆動するように構成されている。   1 and 2, the magnetic sensor 1 includes a square bar-shaped piezoelectric ceramic body 2 made of a bismuth layered compound and polarized in the direction of arrow A, and is displaced in the direction of arrow X in the same direction as the polarization direction A. It is configured to drive in the longitudinal vibration mode.

磁気センサ1は、具体的には、圧電セラミック素体2の両端面に励振電極3a、3bが形成されている。さらに、圧電セラミック素体2の両端近傍には複数の内部電極4、5が幅方向(分極方向Aと直交する方向)に並設状に埋設されると共に、圧電セラミック素体2の側面側表面6a、6bの端部には表面電極7a、7b、8a、8bが形成されている。すなわち、前記内部電極4、5と前記表面電極7a、7b、8a、8bとは電気的に接続され、これら内部電極4、5と前記表面電極7a、7b、8a、8bとで一対の検出電極9a、9bを形成している。   Specifically, in the magnetic sensor 1, excitation electrodes 3 a and 3 b are formed on both end faces of the piezoelectric ceramic body 2. Further, in the vicinity of both ends of the piezoelectric ceramic body 2, a plurality of internal electrodes 4, 5 are embedded side by side in the width direction (direction orthogonal to the polarization direction A), and the side surface of the piezoelectric ceramic body 2. Surface electrodes 7a, 7b, 8a and 8b are formed at the ends of 6a and 6b. That is, the internal electrodes 4, 5 and the surface electrodes 7a, 7b, 8a, 8b are electrically connected, and the internal electrodes 4, 5 and the surface electrodes 7a, 7b, 8a, 8b constitute a pair of detection electrodes. 9a and 9b are formed.

この磁気センサ1は、励振電極3a、3bに共振周波数又は共振周波数近傍の交流電界が印加されると共振振動して矢印X方向に変位する。そしてこれにより、検出電極9a、9bの振動速度vに応じた大きな誘導起電力Eを得ることが可能となり、磁界の強さを高感度で検出することができる。   The magnetic sensor 1 resonates and displaces in the direction of the arrow X when an AC electric field at or near the resonance frequency is applied to the excitation electrodes 3a and 3b. This makes it possible to obtain a large induced electromotive force E corresponding to the vibration velocity v of the detection electrodes 9a, 9b, and to detect the strength of the magnetic field with high sensitivity.

ここで、圧電セラミック素体2を、従来のようなPZT系材料ではなく、ビスマス層状化合物で形成したのは以下の理由による。   Here, the reason why the piezoelectric ceramic body 2 is formed of a bismuth layered compound instead of a conventional PZT material is as follows.

PZT系材料はペロブスカイト型結晶構造(一般式ABO)を有しているため、結晶異方性がビスマス層状化合物に比べて小さく、このため振動速度vが上昇すると比較的容易に非180°ドメインが回転し、その結果振動速度vの上昇に伴って共振周波数frや機械的品質係数Qmの低下を招くと考えられる。 Since the PZT-based material has a perovskite crystal structure (general formula ABO 3 ), the crystal anisotropy is smaller than that of the bismuth layered compound. As a result, it is considered that the resonance frequency fr and the mechanical quality factor Qm are lowered as the vibration speed v is increased.

これに対しビスマス層状化合物は、ビスマス層が結晶軸のc軸に対し垂直方向に周期的に形成されており、結晶異方性が大きく、このため非180°ドメインの回転がほとんど生じない。したがって振動速度vを上昇させることが可能となり、振動速度vが上昇しても共振周波数frや機械的品質係数Qmの低下を抑制することができると考えられる。   On the other hand, in the bismuth layered compound, the bismuth layer is periodically formed in the direction perpendicular to the c-axis of the crystal axis, and the crystal anisotropy is large, so that the non-180 ° domain rotation hardly occurs. Therefore, it is possible to increase the vibration speed v, and even if the vibration speed v increases, it is considered that the decrease in the resonance frequency fr and the mechanical quality factor Qm can be suppressed.

そして、振動速度vが大きくなると、誘導起電力Eも増大することから(上記数式(2)参照)、圧電セラミック素体2をビスマス層状化合物で形成した場合は、PZT系材料で圧電セラミック素体2を形成した場合に比べ、誘導起電力Eを著しく増大させることができる。しかも、振動速度vが上昇しても共振周波数frや機械的品質係数Qmの低下を抑制できることから、振動速度vを一定に保つための補償回路を別途設ける必要もない。   When the vibration velocity v increases, the induced electromotive force E also increases (see the above formula (2)). Therefore, when the piezoelectric ceramic body 2 is formed of a bismuth layered compound, the piezoelectric ceramic body is made of a PZT material. Compared with the case where 2 is formed, the induced electromotive force E can be remarkably increased. Moreover, even if the vibration speed v increases, the decrease in the resonance frequency fr and the mechanical quality factor Qm can be suppressed. Therefore, it is not necessary to separately provide a compensation circuit for keeping the vibration speed v constant.

また、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、PZT系材料は、k31値及びk33値がいずれも大きく(例えば、k31値が約29%、k33値が67%)、圧電効果による電荷が、検出電極上に発生し、これがノイズとなって誘導起動力Eに影響を与え、その結果、S/N比の低下を招くおそれがある。 In addition, as described in the section “Problems to be Solved by the Invention”, PZT-based materials have both large k 31 and k 33 values (for example, the k 31 value is about 29% and the k 33 value is 67%), electric charges due to the piezoelectric effect are generated on the detection electrode, which becomes noise and affects the induced activation force E, and as a result, the S / N ratio may be lowered.

すなわち、長さ方向振動モードで駆動させると、縦方向振動モードのノイズが発生し、一方、縦方向振動モードで駆動させると、長さ方向振動モードのノイズが発生し、これらのノイズが誘導起動力Eに影響を与え、その結果、S/N比の低下を招くおそれがある。   That is, when driven in the longitudinal vibration mode, noise in the longitudinal vibration mode is generated. On the other hand, when driven in the longitudinal vibration mode, noise in the longitudinal vibration mode is generated, and these noises are inductively activated. The force E is affected, and as a result, the S / N ratio may be lowered.

これに対しビスマス層状化合物は、上述したように異方性が大きく、k31値はk33値に比べて遥かに小さい。因みに、ビスマス層状化合物の場合、k31値が3〜6%、k33値が14〜32%程度である。したがって、変位方向(振動方向)Xと分極方向Aとを同一方向とし、縦振動モードで振動させることにより、長さ方向の圧電効果に起因するノイズの影響を低減できる。 On the other hand, the bismuth layered compound has a large anisotropy as described above, and the k 31 value is much smaller than the k 33 value. Incidentally, in the case of a bismuth layered compound, the k 31 value is 3 to 6% and the k 33 value is about 14 to 32%. Therefore, by making the displacement direction (vibration direction) X and the polarization direction A the same direction and vibrating in the longitudinal vibration mode, the influence of noise due to the piezoelectric effect in the length direction can be reduced.

しかも、縦方向振動モードで駆動させることにより、振動速度もより大きくすることが可能となる。   In addition, the vibration speed can be increased by driving in the longitudinal vibration mode.

すなわち、ビスマス層状化合物は、上述したように結晶異方性が大きいことから、同一電界を印加した場合、縦方向振動モードのときは、長さ方向振動モードのときに比べ、振動速度vを大きくすることが可能となり、より大きな誘導起電力Eを得ることができる。   That is, since the bismuth layered compound has a large crystal anisotropy as described above, when the same electric field is applied, the vibration velocity v is larger in the longitudinal vibration mode than in the longitudinal vibration mode. And a larger induced electromotive force E can be obtained.

このように圧電セラミック素体をビスマス層状化合物で形成し、かつ縦方向振動モードで振動させることにより、誘導起電力Eが大きく、長さ方向の圧電振動に起因するノイズの影響が極力排除された高感度の磁気センサを得ることが可能となる。   Thus, by forming the piezoelectric ceramic body with a bismuth layered compound and vibrating in the longitudinal vibration mode, the induced electromotive force E is large, and the influence of noise caused by the piezoelectric vibration in the length direction is eliminated as much as possible. A highly sensitive magnetic sensor can be obtained.

そして、このようなビスマス層状化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、BiSrNb、BiWO、CaBiNb、BaBiNb、PbBiNb、BiTiNbO、BiTiTaO、BiTi12、SrBiTiNbO12、BaBiTiNbO12、PbBiTiNbO12、CaBiTi15、SrBiTi15、BaBiTi15、PbBiTi15、Na0.5Bi4.5Ti15、K0.5BiTi15、CaBiTi18、SrBiTi18、BaBiTi18、BiTiWo18、BiTiNbO21、Bi10Ti30等を使用することができる。 Such a bismuth layered compound is not particularly limited. For example, Bi 2 SrNb 2 O 9 , BiWO 6 , CaBiNb 2 O 9 , BaBiNb 2 O 9 , PbBi 2 Nb 2 O 9 , Bi 3 TiNbO 9, Bi 3 TiTaO 9, Bi 4 Ti 3 O 12, SrBi 3 Ti 2 NbO 12, BaBi 3 Ti 2 NbO 12, PbBi 3 Ti 2 NbO 12, CaBi 4 Ti 4 O 15, SrBi 4 Ti 4 O 15, BaBi 4 Ti 4 O 15, PbBi 4 Ti 4 O 15, Na 0.5 Bi 4.5 Ti 4 O 15, K 0.5 Bi 4 Ti 4 O 15, Ca 2 Bi 4 Ti 5 O 18, Sr 2 Bi 4 Ti 5 O 18, the Ba 2 Bi 4 Ti 5 O 18 , Bi 6 Ti 3 Wo 18, Bi 7 Ti 4 NbO 21, Bi 10 Ti 3 W 3 O 30 and the like It is possible to use.

また、本第1の実施の形態の磁気センサ1は、検出電極9a、9bを構成する内部電極4、5が積層構造とされているので、検出電極9a、9bからの出力される電流の値を大きくすることができる。   Further, in the magnetic sensor 1 of the first embodiment, the internal electrodes 4 and 5 constituting the detection electrodes 9a and 9b have a laminated structure, and therefore the value of the current output from the detection electrodes 9a and 9b. Can be increased.

さらに、ビスマス層状化合物は、結晶軸のc軸をセラミック素体2の分極方向Aと直交する方向(図1中、矢印Cで示す方向)に配向させるのが好ましい。   Furthermore, the bismuth layered compound is preferably oriented with the c-axis of the crystal axis in a direction perpendicular to the polarization direction A of the ceramic body 2 (direction indicated by arrow C in FIG. 1).

すなわち、ビスマス層状化合物は、上述したように結晶異方性が大きく、斯かる結晶異方性からc軸方向に自発分極を持たないか、持っていても極めて微小である。したがって、圧電効果による電荷は、c軸方向には実質的に発生しないと考えられる。   That is, the bismuth layered compound has a large crystal anisotropy as described above, and has no or even no spontaneous polarization in the c-axis direction due to the crystal anisotropy. Therefore, it is considered that charges due to the piezoelectric effect are not substantially generated in the c-axis direction.

したがって、結晶軸のc軸をセラミック素体2の分極方向Aと直交する方向に配向させることにより、長さ方向振動に起因するノイズの影響をより一層効果的に排除することができる。   Therefore, by orienting the c-axis of the crystal axis in a direction orthogonal to the polarization direction A of the ceramic body 2, it is possible to more effectively eliminate the influence of noise caused by longitudinal vibration.

尚、c軸配向させたビスマス層状化合物は、後記〔実施例〕で詳述するように、TGG(Templated Grain Growth)法等で容易に作製することができる。すなわち、例えば、c軸配向した板状セラミック粉末と無配向の仮焼粉末とを含有したセラミック成形体を作製した後、該セラミック成形体に熱処理を施すことにより、容易に作製することができる。   The c-axis oriented bismuth layered compound can be easily produced by a TGG (Templated Grain Growth) method or the like, as will be described in detail later. That is, for example, after a ceramic molded body containing a c-axis oriented plate-like ceramic powder and a non-oriented calcined powder is manufactured, the ceramic molded body can be easily manufactured by heat treatment.

次に、本発明に係る磁気センサの第2の実施の形態を詳述する。   Next, a second embodiment of the magnetic sensor according to the present invention will be described in detail.

図3は磁気センサの第2の実施の形態を示す斜視図であり、図4はその縦断面図である。   FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the magnetic sensor, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view thereof.

図3及び図4において、磁気センサ11は、第1の実施の形態と略同様、ビスマス層状化合物からなる矢印A方向に分極された角棒形状の圧電セラミック素体12を備え、分極方向Aと同一方向の矢印X方向に変位して縦方向振動モードで駆動するように構成されている。   3 and 4, the magnetic sensor 11 includes a piezoceramic body 12 having a square bar shape that is polarized in the direction of arrow A and is made of a bismuth layered compound, as in the first embodiment. It is configured to be displaced in the direction of the arrow X in the same direction and to be driven in the longitudinal vibration mode.

磁気センサ11は、具体的には、圧電セラミック素体12の両端面には励振電極13a、13bが形成されると共に、両主面14a、14bの両端近傍には、Ni−Fe合金等の高透磁率材料で形成された検出電極15(15a、15b)、16(16a、16b)が幅方向(分極方向Aと直交する方向)に形成されている。   Specifically, in the magnetic sensor 11, excitation electrodes 13a and 13b are formed on both end faces of the piezoelectric ceramic element body 12, and a Ni-Fe alloy or the like is formed in the vicinity of both ends of both main faces 14a and 14b. Detection electrodes 15 (15a, 15b) and 16 (16a, 16b) made of a magnetic permeability material are formed in the width direction (direction perpendicular to the polarization direction A).

この磁気センサ11では、励振電極13a、13bに共振周波数又は共振周波数近傍の交流電界が印加されると磁気センサ11は共振振動して矢印X方向に変位する。そしてこれにより、検出電極15、16の振動速度vに応じた誘導起電力Eを得ることが可能となり、磁界の強さを高感度で検出することができる。   In this magnetic sensor 11, when an alternating electric field at or near the resonance frequency is applied to the excitation electrodes 13a and 13b, the magnetic sensor 11 resonates and is displaced in the arrow X direction. As a result, it is possible to obtain an induced electromotive force E corresponding to the vibration velocity v of the detection electrodes 15 and 16, and the strength of the magnetic field can be detected with high sensitivity.

すなわち、本第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様、圧電セラミック素体12をビスマス層状化合物で形成し、かつ縦方向振動モードで駆動させているので、振動速度vを上昇させることができ、かつ長さ方向振動に起因するノイズの影響を極力排除することができる。   That is, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the piezoelectric ceramic body 12 is formed of a bismuth layered compound and is driven in the longitudinal vibration mode. It is possible to increase the noise and to eliminate as much as possible the influence of noise caused by longitudinal vibration.

しかも、本第2の実施の形態では、検出電極15、16がNi−Fe合金等の高透磁率材料で形成されているので、大きな誘導起動力Eを得ることができる。   In addition, in the second embodiment, since the detection electrodes 15 and 16 are formed of a high magnetic permeability material such as a Ni—Fe alloy, a large induction starting force E can be obtained.

すなわち、磁束密度Bは、数式(3)で示すように、透磁率μと磁界の強さHの積で表される。   That is, the magnetic flux density B is represented by the product of the magnetic permeability μ and the magnetic field strength H, as shown by the formula (3).

B=μ×H…(3)
そして、例えば、Ni−Fe合金、特にパーマロイと呼称されるNi含有率が78%のNi−Fe合金は、比透磁率が約1.0×10と非常に高い。したがって、検出電極15、16をNi−Fe合金等の高透磁率材料で形成することにより、磁束密度Bを飛躍的に向上させることができ、所望の大きな誘導起動力Eを得ることができる。
B = μ × H (3)
For example, a Ni—Fe alloy, particularly a Ni—Fe alloy having a Ni content of 78%, which is called permalloy, has a very high relative permeability of about 1.0 × 10 5 . Therefore, by forming the detection electrodes 15 and 16 with a high permeability material such as a Ni—Fe alloy, the magnetic flux density B can be drastically improved, and a desired large induced activation force E can be obtained.

尚、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのはいうまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。   Next, examples of the present invention will be specifically described.

〔試料番号1〕
ビスマス層状化合物として無配向のSrBiNb系材料(以下、「無配向SBN系材料」という。)を使用し、図1で示すような縦方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 1]
Using a non-oriented SrBi 2 Nb 2 O 9- based material (hereinafter referred to as “non-oriented SBN-based material”) as a bismuth layered compound, a magnetic sensor operating in a longitudinal vibration mode as shown in FIG. 1 was produced. .

図5は、この磁気センサの作製手順を示す製造工程図である。   FIG. 5 is a manufacturing process diagram showing the manufacturing procedure of this magnetic sensor.

まず、セラミック素原料としてSrCO、Bi、Nd、Nb、及びMnCOを用意した。そして最終組成が組成式{Sr0.9Nd0.1BiNb+0.01MnO}となるように前記セラミック素原料を秤量し、この秤量物をPSZ(Partially Stabilized Zirconia;部分安定化ジルコニア)ボール及び純水と共にボールミルに投入し、該ボールミル内で約20時間湿式で粉砕混合し、混合物を得た。 First, SrCO 3 , Bi 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and MnCO 3 were prepared as ceramic raw materials. Then, the ceramic raw material is weighed so that the final composition is the composition formula {Sr 0.9 Nd 0.1 Bi 2 Nb 2 O 9 + 0.01MnO}, and this weighed product is used as PSZ (Partially Stabilized Zirconia) balls and The mixture was put into a ball mill together with pure water and pulverized and mixed in the ball mill for about 20 hours to obtain a mixture.

次いで、得られた前記混合物を乾燥した後、800℃の温度で2時間仮焼して合成させ、仮焼粉末を得た。   Subsequently, the obtained mixture was dried and then calcined at a temperature of 800 ° C. for 2 hours to synthesize it, thereby obtaining a calcined powder.

そしてこの後、仮焼粉末、適量の有機バインダ、分散剤、消泡剤及び表面活性剤を添加し、PSZボール及び純水と共に再びボールミルに投入し、該ボールミル内で約16時間湿式混合してセラミックスラリーを作製した。その後、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により、図5(a)に示すように厚みが約200μmのセラミックグリーンシート21を作製した。   After that, calcined powder, appropriate amount of organic binder, dispersing agent, antifoaming agent and surfactant are added, put into the ball mill again with PSZ balls and pure water, and wet mixed in the ball mill for about 16 hours. A ceramic slurry was prepared. Then, using this ceramic slurry, a ceramic green sheet 21 having a thickness of about 200 μm was produced by a doctor blade method as shown in FIG.

次いで、導電性材料としてPtを含有したPtペーストを用意した。そして、セラミックグリーンシート21の両端近傍の所定箇所に幅方向に、前記Ptペーストをスクリーン印刷して乾燥させ、図5(b)に示すように、内部電極22a、22bを形成した。   Next, a Pt paste containing Pt as a conductive material was prepared. Then, the Pt paste was screen-printed in a predetermined direction near both ends of the ceramic green sheet 21 in the width direction and dried to form internal electrodes 22a and 22b as shown in FIG. 5B.

次いで、内部電極22a、22bの形成されたセラミックグリーンシート21を積層し、さらに、これを内部電極の形成されていないセラミックグリーンシート21で挟持し、厚みが6mm程度となるように200MPaの圧力を1分間加圧して圧着し、セラミック成形体を作製した。そして、このセラミック成形体を500℃で脱バインダ処理を行った後、1200℃の温度で2時間焼成し、焼結体ブロックを作製し、厚みT:10mm、幅W:10mm、長さL:5mmに切り出し、図5(c)に示すように、内部電極22a、22bが並設状に埋設された圧電セラミック素体23を得た。   Next, the ceramic green sheets 21 on which the internal electrodes 22a and 22b are formed are stacked, and further sandwiched between the ceramic green sheets 21 on which the internal electrodes are not formed, and a pressure of 200 MPa is applied so that the thickness becomes about 6 mm. Pressure was applied for 1 minute and pressure bonded to produce a ceramic molded body. And after performing a binder removal process at 500 degreeC for this ceramic molded object, it baked at the temperature of 1200 degreeC for 2 hours, and produced a sintered compact block, thickness T: 10 mm, width W: 10 mm, length L: Cut out to 5 mm, as shown in FIG. 5C, a piezoelectric ceramic body 23 was obtained in which internal electrodes 22a and 22b were embedded side by side.

そしてこの後、Agをターゲットとしてスパッタリングにより、長さ方向(振動方向)の両端面に励振電極24a、24bを形成し、200℃のシリコーンオイル中で8kV/mmの電界を10分間印加し、分極処理を行った。次いで、圧電セラミック素体23を厚みT:2mm、幅W:2mm、長さL:5mmとなるようにダイシングソーで切断した。その後、圧電セラミック素体23の側面に露出している内部電極22a、22bを並列接続すべく、Agを含有したAgペーストを側面に塗布して表面電極25a、25bを形成し、図5(d)に示すような試料番号1の試料を作製した。図中、矢印Dは分極方向を示している。   Then, excitation electrodes 24a and 24b are formed on both end faces in the length direction (vibration direction) by sputtering using Ag as a target, and an electric field of 8 kV / mm is applied in 200 ° C. silicone oil for 10 minutes to polarize the electrodes. Processed. Next, the piezoelectric ceramic body 23 was cut with a dicing saw so that the thickness T was 2 mm, the width W was 2 mm, and the length L was 5 mm. Thereafter, in order to connect the internal electrodes 22a and 22b exposed on the side surfaces of the piezoelectric ceramic body 23 in parallel, Ag paste containing Ag is applied to the side surfaces to form the surface electrodes 25a and 25b. Sample No. 1 as shown in FIG. In the figure, an arrow D indicates the polarization direction.

尚、励振電極24a、24bには電界印加用に直径0.2mmの銀線を接続し、表面電極25a、25bには出力信号検出用に直径0.2mmの銀線を接続した。   A silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the excitation electrodes 24a and 24b for applying an electric field, and a silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the surface electrodes 25a and 25b for detecting an output signal.

〔試料番号2〕
圧電セラミック材料としてPbZrO−PbTiO−Pb(Mn,Nb)O系材料(以下、「PZT系材料」という。)を使用し、試料番号1と同様、縦方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 2]
A magnetic sensor that uses a PbZrO 3 —PbTiO 3 —Pb (Mn, Nb) O 3 -based material (hereinafter referred to as “PZT-based material”) as a piezoelectric ceramic material and operates in a longitudinal vibration mode as in the case of sample number 1. Was made.

すなわち、まず、セラミック素原料としてPb、MnCO、Nb、ZrO、TiOを用意した。そして最終組成が組成式{0.9Pb(Zr0.49Ti0.51)O−0.1Pb(Mn1/3Nb2/3)O}となるように秤量し、前記セラミック素原料を秤量した。 That is, first, Pb 3 O 4 , MnCO 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , and TiO 2 were prepared as ceramic raw materials. The final composition was weighed so that the composition formula {0.9Pb (Zr 0.49 Ti 0.51) O 3 -0.1Pb (Mn 1/3 Nb 2/3) O 3}, were weighed the ceramic raw materials.

その後は試料番号1と同様の方法・手順で厚みが約200μmのセラミックグリーンシートを作製した。   Thereafter, a ceramic green sheet having a thickness of about 200 μm was produced by the same method and procedure as Sample No. 1.

次いで、導電性材料としてのAg−Pdを含有したAg−Pdペーストを使用し、試料番号1と同様の方法・手順でセラミックグリーンシート上に内部電極を形成し、その後セラミック成形体を作製した。   Next, using an Ag—Pd paste containing Ag—Pd as a conductive material, an internal electrode was formed on the ceramic green sheet by the same method and procedure as Sample No. 1, and then a ceramic molded body was produced.

そして、このセラミック成形体を500℃で脱バインダ処理を行った後、1150℃の温度で2時間焼成処理し、焼結体ブロックを作製し、厚みT:10mm、幅W:10mm、長さL:5mmに切り出し、内部電極が並設状に埋設された圧電セラミック素体を得た。   And after performing a binder removal process at 500 degreeC for this ceramic molded object, it baked at the temperature of 1150 degreeC for 2 hours, and produced a sintered compact block, thickness T: 10 mm, width W: 10 mm, length L : Cut out to 5 mm to obtain a piezoelectric ceramic body in which internal electrodes were embedded side by side.

そしてこの後、Agをターゲットとしてスパッタリングにより、長さ方向(振動方向)の両端面に励振電極を形成し、100℃のシリコーンオイル中で5kV/mmの電界を30分間印加し、分極処理を行った。次いで、圧電セラミック素体を厚みT:2mm、幅W:2mm、長さL:5mmとなるようにダイシングソーで切断した。その後、圧電セラミック素体の側面に露出している内部電極を並列接続すべく、Agを含有したAgペーストを側面に塗布して表面電極を形成し、これにより縦方向振動モードで駆動する試料番号2の試料を作製した。   After that, excitation electrodes are formed on both end surfaces in the length direction (vibration direction) by sputtering using Ag as a target, and an electric field of 5 kV / mm is applied for 30 minutes in 100 ° C. silicone oil to perform polarization treatment. It was. Next, the piezoelectric ceramic body was cut with a dicing saw so that the thickness T was 2 mm, the width W was 2 mm, and the length L was 5 mm. Thereafter, in order to connect in parallel the internal electrodes exposed on the side surfaces of the piezoelectric ceramic body, Ag paste containing Ag is applied to the side surfaces to form surface electrodes, whereby the sample number is driven in the longitudinal vibration mode. Two samples were prepared.

尚、試料番号1と同様、励振電極には電界印加用に直径0.2mmの銀線を接続し、表面電極には出力信号検出用に直径0.2mmの銀線を接続した。   As in sample No. 1, a silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the excitation electrode for applying an electric field, and a silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the surface electrode for detecting an output signal.

〔試料番号3〕
圧電セラミック材料として、試料番号2と同様のPZT系材料を使用し、長さ方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 3]
As the piezoelectric ceramic material, a PZT-based material similar to Sample No. 2 was used, and a magnetic sensor operating in the longitudinal vibration mode was produced.

図6は試料番号3の磁気センサの作製手順を示す製造工程図である。   FIG. 6 is a manufacturing process diagram showing a manufacturing procedure of the magnetic sensor of sample number 3.

すなわち、まず、セラミック素原料としてPb、MnCO、Nb、ZrO、TiOを用意した。そして、これらセラミック素原料を出発原料とし、試料番号1と同様の方法・手順で図6(a)に示すようなセラミックグリーンシート26を作製した。 That is, first, Pb 3 O 4 , MnCO 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , and TiO 2 were prepared as ceramic raw materials. Then, using these ceramic raw materials as starting materials, a ceramic green sheet 26 as shown in FIG.

次いで、内部電極を形成することなく、セラミックグリーンシート26を積層し、圧着してセラミック成形体を作製した。次いで、このセラミック成形体を500℃で脱バインダ処理を行った後、1150℃の温度で2時間焼成し、焼結体ブロックを作製した。そしてその後、図6(b)に示すように、長さL:25mm、幅W:4mm、厚みT:1mmにダイシングソーで切断し、圧電セラミック素体27を得た。   Next, without forming the internal electrode, the ceramic green sheets 26 were laminated and pressure-bonded to produce a ceramic molded body. Next, the ceramic molded body was subjected to a binder removal treatment at 500 ° C. and then fired at a temperature of 1150 ° C. for 2 hours to produce a sintered body block. Then, as shown in FIG. 6 (b), a length L: 25 mm, a width W: 4 mm, and a thickness T: 1 mm were cut with a dicing saw to obtain a piezoelectric ceramic body 27.

次に、スパッタリングにより、両主面の全域に亙って銀電極を形成した。そして100℃のシリコーンオイル中で5kV/mmの電界を30分間印加し、厚み方向に分極処理を行った。   Next, silver electrodes were formed over the entire area of both main surfaces by sputtering. And the electric field of 5 kV / mm was applied for 30 minutes in 100 degreeC silicone oil, and the polarization process was performed in the thickness direction.

次いで、銀電極の一部をエッチング除去し、図6(c)に示すように、励振電極28a、28bと、該励振電極28a、28bと電気的に絶縁された検出電極29a、29b、30a、30bとを形成し、これにより長さ方向振動モードで駆動する試料番号3の試料を作製した。図中、矢印Eは分極方向を示している。   Next, a part of the silver electrode is removed by etching, and as shown in FIG. 6C, the excitation electrodes 28a and 28b and the detection electrodes 29a, 29b, 30a electrically insulated from the excitation electrodes 28a and 28b, 30b was formed, thereby preparing a sample of sample number 3 that was driven in the longitudinal vibration mode. In the figure, an arrow E indicates the polarization direction.

尚、励振電極28a、28bには電界印加用に直径0.2mmの銀線を接続し、各検出電極29、30が直列接続となるように、検出電極29、30には直径0.2mmの出力信号検出用銀線を接続した。   A silver wire having a diameter of 0.2 mm is connected to the excitation electrodes 28a and 28b for applying an electric field, and the detection electrodes 29 and 30 have a diameter of 0.2 mm so that the detection electrodes 29 and 30 are connected in series. An output signal detection silver wire was connected.

〔各試料の特性評価〕
試料番号1〜3の各試料について、インピーダンスアナライザ(アジレント・テクノロジー社製HP4294A)を使用し、共振−反共振法でk33値、及びk31値を求めた。
[Characteristic evaluation of each sample]
For each sample of the sample No. 1-3, using an impedance analyzer (manufactured by Agilent Technologies HP4294A), resonant - k 33 value at the anti-resonance method, and to determine the k 31 value.

その結果、試料番号1は、k33値は14%、k31値は5%であった。また、試料番号2、3はk33値は67%、k31値は29%であった。 As a result, Sample No. 1, k 33 value is 14%, k 31 value was 5%. Further, Sample No. 2 and 3 k 33 value is 67%, k 31 value was 29%.

圧電セラミック素体をPZT系材料で形成した試料番号2、3は、k31値、k33値がいずれも大きい。したがって、縦方向振動モードで駆動させた場合は、k31値に起因する圧電効果のために検出電極上にノイズが発生し、一方、長さ方向振動モードで駆動させた場合は、k33値に起因する圧電効果のために検出電極上にノイズが発生し、いずれにおいても測定精度の低下を招くと考えられる。 Sample numbers 2 and 3 in which the piezoelectric ceramic body is formed of a PZT material have a large k 31 value and k 33 value. Therefore, when driven in the longitudinal vibration mode, noise is generated on the detection electrode due to the piezoelectric effect due to the k 31 value, whereas when driven in the longitudinal vibration mode, the k 33 value is generated. It is considered that noise is generated on the detection electrode due to the piezoelectric effect caused by the phenomenon, and in any case, the measurement accuracy is lowered.

これに対し圧電セラミック素体を無配向SBN系材料で形成した試料番号1は、縦方向振動モードで駆動させた場合は、k31値は5%と小さく、k31値によるノイズの影響を極力排除できると考えられる。 In contrast, sample No. 1 in which the piezoelectric ceramic body is formed of a non-oriented SBN material has a k 31 value as small as 5% when driven in the longitudinal vibration mode, and the influence of noise due to the k 31 value is minimized. It can be excluded.

次に、図7の測定装置を使用し、試料番号1〜3の各試料の印加磁界と出力電流との関係を測定した。   Next, the relationship between the applied magnetic field and the output current of each sample Nos. 1 to 3 was measured using the measuring apparatus of FIG.

すなわち、この測定装置は、第1の電磁石31aと第2の電磁石31bとを有し、保持具32に支持された試料(磁気センサ)33が前記第1の電磁石31aと前記第2の電磁石31aとの間に配されている。また、試料33の励振電極にはアンプ34を介して周波数シンセサイザ35が接続され、かつ試料33の検出電極にはロックインアンプ36が接続されている。   That is, this measuring apparatus has a first electromagnet 31a and a second electromagnet 31b, and a sample (magnetic sensor) 33 supported by a holder 32 is used for the first electromagnet 31a and the second electromagnet 31a. It is arranged between. A frequency synthesizer 35 is connected to the excitation electrode of the sample 33 via an amplifier 34, and a lock-in amplifier 36 is connected to the detection electrode of the sample 33.

そして、該測定装置では、第1の電磁石31a及び第2の電磁石31bを介して矢印B方向への磁界が試料33に印加されている。周波数シンセサイザ35から共振周波数の電界が試料33に印加されると試料33が共振振動し、検出電極からの出力信号がロックインアンプ36に入力され、これにより磁界の強さに応じた出力電流又は出力電圧が検出される。   In the measurement apparatus, a magnetic field in the direction of arrow B is applied to the sample 33 via the first electromagnet 31a and the second electromagnet 31b. When an electric field having a resonance frequency is applied to the sample 33 from the frequency synthesizer 35, the sample 33 resonates and an output signal from the detection electrode is input to the lock-in amplifier 36, whereby an output current or an output current corresponding to the strength of the magnetic field or The output voltage is detected.

また、試料33の端面略中央部にはレーザ照射装置38からのレーザ光が照射され、レーザードップラー振動計37により印加電界に応じた振動速度vが計測される。   Further, the laser beam from the laser irradiation device 38 is irradiated on the substantially central portion of the end surface of the sample 33, and the vibration speed v corresponding to the applied electric field is measured by the laser Doppler vibrometer 37.

そして、本実施例では、試料番号1について、共振周波数と同一の周波数の励振用電界を印加し、このときの振動速度vをレーザードップラー振動計で測定し、振動速度が2m/sとなるように印加電界を調整した。そして、印加磁界を変化させたときの出力電流を測定した。   In this embodiment, an excitation electric field having the same frequency as the resonance frequency is applied to the sample number 1, and the vibration velocity v at this time is measured with a laser Doppler vibrometer so that the vibration velocity is 2 m / s. The applied electric field was adjusted. The output current when the applied magnetic field was changed was measured.

また、試料番号2、3については、安定した振動を得るために振動速度が0.5m/sとなるように印加電界を調整し、試料番号1と同様、印加磁界を変化させたときの出力電流を測定した。   For sample numbers 2 and 3, the applied electric field was adjusted so that the vibration speed was 0.5 m / s in order to obtain stable vibration, and the output when the applied magnetic field was changed as in sample number 1. The current was measured.

図8はその測定結果であり、◆印が試料番号1、×印が試料番号2、○印が試料番号3を示している。尚、横軸は印加磁界〔G〕、縦軸は出力電流〔nA〕である。   FIG. 8 shows the measurement results. The mark ◆ indicates the sample number 1, the mark × indicates the sample number 2, and the mark ○ indicates the sample number 3. The horizontal axis represents the applied magnetic field [G], and the vertical axis represents the output current [nA].

試料番号1は、圧電セラミック素体を無配向SBN系材料で形成し、かつ縦方向振動モードで駆動させているので、振動速度を2m/sに上昇させても安定した駆動が可能である。そして、印加磁界の上昇に伴い、該印加磁界に略比例して出力電流は上昇し、印加磁界が450Gの場合で45nA以上の高出力電流が得られることが分かった。   Sample No. 1 is made of a non-oriented SBN material made of a piezoelectric ceramic body and driven in the longitudinal vibration mode, so that stable driving is possible even when the vibration speed is increased to 2 m / s. As the applied magnetic field increased, the output current increased substantially in proportion to the applied magnetic field, and it was found that a high output current of 45 nA or more was obtained when the applied magnetic field was 450G.

一方、試料番号2は、圧電セラミック素体をPZT系材料で形成しているため、振動速度を0.5m/sに低下させて駆動させており、したがって振動速度vが低いことから、検出される出力電流も低く、450Gの磁界を印加した場合でも10nA程度しか得ることができなかった。   On the other hand, Sample No. 2 is detected because the piezoelectric ceramic body is made of a PZT material and is driven with a vibration speed reduced to 0.5 m / s, and therefore the vibration speed v is low. The output current is low, and only about 10 nA can be obtained even when a 450 G magnetic field is applied.

また、試料番号3は、圧電セラミック素体をPZT系材料で形成し、かつ長さ方向振動で駆動させているため、印加磁界が0〜450Gの範囲で出力電流を殆ど検出できないことが分かった。これは振動速度vが低い上に、PZT材料はk33値が67%と非常に大きく、k33値によるノイズの影響を受けたためと考えられる。 Sample No. 3 was found to be able to hardly detect the output current when the applied magnetic field is in the range of 0 to 450 G because the piezoelectric ceramic body is made of a PZT material and is driven by longitudinal vibration. . This is thought to be because the vibration speed v is low and the PZT material has a very large k 33 value of 67% and is affected by noise due to the k 33 value.

〔試料番号4〕
ビスマス層状化合物として無配向SBN系材料を使用し、図3に示すような縦方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 4]
Using a non-oriented SBN material as the bismuth layered compound, a magnetic sensor operating in a longitudinal vibration mode as shown in FIG. 3 was produced.

図9は、この磁気センサの作製手順を示す製造工程図である。   FIG. 9 is a manufacturing process diagram showing the manufacturing procedure of this magnetic sensor.

まず、セラミック素原料としてSrCO、Bi、Nd、Nb、及びMnCOを用意し、試料番号1と同様の方法・手順で図9(a)に示すように、厚みが約200μmのセラミックグリーンシート38を作製した。 First, SrCO 3 , Bi 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and MnCO 3 are prepared as ceramic raw materials, as shown in FIG. A ceramic green sheet 38 having a thickness of about 200 μm was produced.

次いで、内部電極を形成することなく、これらのセラミックグリーンシート38を積層し、厚みが6mm程度となるように200MPaの圧力を1分間加圧して圧着し、セラミック成形体を作製した。そして、このセラミック成形体を500℃で脱バインダ処理を行った後、1200℃の温度で2時間焼成し、焼結体ブロックを作製した。そしてこの焼結体ブロックを厚みT:10mm、幅W:10mm、長さL:5mmに切り出し、図9(b)に示すように、内部電極を有さない圧電セラミック素体39を得た。そしてこの後、Agをターゲットとしてスパッタリングにより、長さ方向(振動方向)の両端面に励振電極を形成し、200℃のシリコーンオイル中で8kV/mmの電界を10分間印加し、分極処理を行った。次いで、圧電セラミック素体39を厚みT:2mm、幅W:2mm、長さL:5mmとなるようにダイシングソーで切断した。   Next, without forming an internal electrode, these ceramic green sheets 38 were laminated, and a pressure of 200 MPa was applied for 1 minute so as to have a thickness of about 6 mm, thereby producing a ceramic molded body. And after performing the binder removal process at 500 degreeC for this ceramic molded object, it baked at the temperature of 1200 degreeC for 2 hours, and produced the sintered compact block. And this sintered compact block was cut out to thickness T: 10mm, width W: 10mm, and length L: 5mm, and as shown in FIG.9 (b), the piezoelectric ceramic element | base_body 39 which does not have an internal electrode was obtained. After this, excitation electrodes are formed on both end faces in the length direction (vibration direction) by sputtering using Ag as a target, and an electric field of 8 kV / mm is applied for 10 minutes in 200 ° C. silicone oil to perform polarization treatment. It was. Next, the piezoelectric ceramic body 39 was cut with a dicing saw so that the thickness T was 2 mm, the width W was 2 mm, and the length L was 5 mm.

次いで、NiとFeの含有比率が重量%でNi:Fe=78:22に調製されたNi−Fe合金ペースト(透磁率:約1.0×10)を用意した。そして、圧電セラミック素体39の両主面の端部近傍幅方向にNi−Fe合金ペーストを塗布して焼付けを行い、図9(c)に示すように、検出電極41a、41b、42a、42bを形成し、これにより試料番号4の試料を作製した。図中、矢印Fは分極方向を示している。 Next, a Ni—Fe alloy paste (permeability: about 1.0 × 10 5 ) prepared with a Ni: Fe content ratio of wt% and Ni: Fe = 78: 22 was prepared. Then, Ni—Fe alloy paste is applied and baked in the width direction near the ends of both main surfaces of the piezoelectric ceramic body 39, and as shown in FIG. 9C, the detection electrodes 41a, 41b, 42a, 42b Thus, a sample of sample number 4 was produced. In the figure, the arrow F indicates the polarization direction.

尚、励振電極40a、40bには電界印加用に直径0.2mmの銀線を接続し、検出電極41a、41b、42a、42bには出力信号検出用に直径0.2mmの銀線を接続した。   A silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the excitation electrodes 40a and 40b for applying an electric field, and a silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the detection electrodes 41a, 41b, 42a and 42b for detecting an output signal. .

〔試料番号5〕
圧電セラミック材料としてPZT系材料を使用し、試料番号4と同様、縦方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 5]
A PZT material was used as the piezoelectric ceramic material, and a magnetic sensor that operates in the longitudinal vibration mode was fabricated as in Sample No. 4.

すなわち、まず、セラミック素原料としてPb、MnCO、Nb、ZrO、TiOを用意した。試料番号2と同様の方法・手順で厚みが約200μmのセラミックグリーンシートを作製し、積層圧着してセラミック成形体を作製し、脱バインダ処理、焼結処理を経て焼結体ブロックを作製した。 That is, first, Pb 3 O 4 , MnCO 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , and TiO 2 were prepared as ceramic raw materials. A ceramic green sheet having a thickness of about 200 μm was prepared by the same method and procedure as Sample No. 2, and a ceramic molded body was manufactured by laminating and pressing, and a sintered body block was manufactured through binder removal processing and sintering processing.

そしてその後、分極処理を行った後、厚みT:2mm、幅W:2mm、長さL:5mmの圧電セラミック素体を得た。   Then, after performing polarization treatment, a piezoelectric ceramic body having a thickness T: 2 mm, a width W: 2 mm, and a length L: 5 mm was obtained.

次いで、〔試料番号4〕と同様のNi−Fe合金ペーストを使用して圧電セラミック素体の両主面の端部近傍幅方向に検出電極を形成し、試料番号5の試料を作製した。   Next, using the same Ni—Fe alloy paste as [Sample No. 4], detection electrodes were formed in the width direction in the vicinity of the ends of both main surfaces of the piezoelectric ceramic body, and a sample No. 5 was produced.

尚、励振電極には電界印加用に直径0.2mmの銀線を接続し、検出電極には出力信号検出用に直径0.2mmの銀線を接続した。   A silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the excitation electrode for applying an electric field, and a silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the detection electrode for detecting an output signal.

〔試料番号6〕
圧電セラミック材料として、試料番号5と同様、PZT系材料を使用し、かつ検出電極にNi−Fe合金ペーストを使用した以外は、試料番号3と同様にして、長さ方向振動モードで動作する磁気センサを得た。
[Sample No. 6]
As in the case of Sample No. 5, as in the case of Sample No. 5, except that a PZT-based material is used and a Ni—Fe alloy paste is used for the detection electrode, a magnet that operates in the longitudinal vibration mode is used. I got a sensor.

〔各試料の特性評価〕
試料番号4〜6の各試料について、〔実施例1〕と同様、k33値及びk31値を測定したところ、試料番号4は、試料番号1と同様、k33値は14%、k31値は5%であった。また、試料番号5,6は、試料番号2、3と同様、k33値は67%、k31値は29%であった。
[Characteristic evaluation of each sample]
For each sample of the sample No. 4-6, similarly to Example 1, was measured k 33 value and k 31 value, Sample No. 4 is similar to Sample No. 1, k 33 value is 14%, k 31 The value was 5%. Sample numbers 5 and 6 had a k 33 value of 67% and a k 31 value of 29%, similar to sample numbers 2 and 3.

次に、上述した図7の測定装置を使用し、共振周波数で駆動させて印加磁界を変化させたときの出力電圧を測定した。   Next, using the measurement apparatus of FIG. 7 described above, the output voltage was measured when the applied magnetic field was changed by driving at the resonance frequency.

図10はその測定結果であり、◆印が試料番号4、×印が試料番号5、○印が試料番号6を示している。尚、横軸は印加磁界〔G〕、縦軸は出力電圧〔mV〕である。   FIG. 10 shows the measurement results. The symbol ◆ indicates the sample number 4, the symbol X indicates the sample number 5, and the symbol O indicates the sample number 6. FIG. The horizontal axis represents the applied magnetic field [G], and the vertical axis represents the output voltage [mV].

試料番号4は、圧電セラミック素体を無配向SBN系材料で形成し、かつ縦振動モードで駆動させているので、振動速度を2m/sに上昇させても安定した駆動が可能である。そして、印加磁界の上昇に伴い、該印加磁界に略比例して出力電圧は上昇し、印加磁界が450Gの場合で2000mV以上の高出力電圧が得られることが分かった。すなわち、検出電極が透磁率の高いNi−Fe合金で形成されているので、高い出力電圧をることができた。   Sample No. 4 is formed of a non-oriented SBN material and is driven in the longitudinal vibration mode, so that stable driving is possible even when the vibration speed is increased to 2 m / s. As the applied magnetic field increased, the output voltage increased substantially in proportion to the applied magnetic field, and it was found that a high output voltage of 2000 mV or higher was obtained when the applied magnetic field was 450 G. That is, since the detection electrode is formed of a Ni—Fe alloy having a high magnetic permeability, a high output voltage can be obtained.

一方、試料番号5、6は、圧電セラミック素体をPZT系材料で形成しているため、振動速度を0.5m/sに低下させて駆動させており、振動速度vが低いことから検出される出力電圧も低く、450Gの高磁界を印加させても500mV程度であった。   On the other hand, Sample Nos. 5 and 6 are detected because the piezoelectric ceramic body is made of a PZT material and is driven at a vibration speed reduced to 0.5 m / s, and the vibration speed v is low. The output voltage was low, and it was about 500 mV even when a high magnetic field of 450 G was applied.

〔試料番号7〕
ビスマス層状化合物としてc軸に配向したSrBiNb系材料(以下、「配向SBN系材料」という。)を使用し、図1で示すような縦方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 7]
Using a SrBi 2 Nb 2 O 9- based material (hereinafter referred to as “oriented SBN-based material”) oriented in the c-axis as a bismuth layered compound, a magnetic sensor that operates in a longitudinal vibration mode as shown in FIG. 1 is manufactured. did.

まず、試料番号1と同様、最終組成が組成式{100(Sr0.9Nd0.1BiNb)+MnO}を満たすように各セラミック素原料を秤量し、ボールミル内で約20時間湿式混合して混合物を得、その後前記混合物を乾燥した後、800℃の温度で2時間仮焼し、無配向の仮焼粉末を得た。 First, as in sample number 1, each ceramic raw material is weighed so that the final composition satisfies the composition formula {100 (Sr 0.9 Nd 0.1 Bi 2 Nb 2 O 9 ) + MnO}, and wet-mixed in a ball mill for about 20 hours. After the mixture was dried, the mixture was calcined at a temperature of 800 ° C. for 2 hours to obtain a non-oriented calcined powder.

次いで、この仮焼粉末の一部を取り出し、該仮焼粉末とKClとが重量比で1:1となるように混合し、1200℃の温度で5時間熱処理を行い、その後水洗してKClを除去し、セラミック粉末を得た。   Next, a part of the calcined powder is taken out, mixed so that the calcined powder and KCl are in a weight ratio of 1: 1, heat treated at a temperature of 1200 ° C. for 5 hours, and then washed with water to remove KCl. Removal gave a ceramic powder.

ここで、走査型電子顕微鏡を使用してセラミック粉末を観察したところ、形状が異方性を有してc軸に配向しており、最大径φと高さHとの比φ/H(アスペクト比)が5程度の板状になっていることが確認された。   Here, when the ceramic powder was observed using a scanning electron microscope, the shape had anisotropy and was oriented in the c-axis, and the ratio of the maximum diameter φ to the height H φ / H (aspect It was confirmed that the ratio was about 5 plate-like.

次いで、この配向した板状セラミック粉末と無配向の上記仮焼粉末とが重量比で1:1となるように混合し、さらに適量の有機バインダ、分散剤、消泡剤及び表面活性剤とを添加し、PSZボール及び純水と共にボールミルに投入し、該ボールミル内で約16時間湿式混合してセラミックスラリーを作製した。その後、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により、厚みが約200μmの配向セラミックシートを作製した。   Next, the oriented plate-like ceramic powder and the non-oriented calcined powder are mixed at a weight ratio of 1: 1, and further, an appropriate amount of an organic binder, a dispersant, an antifoaming agent, and a surfactant are added. The mixture was added to a ball mill together with PSZ balls and pure water, and wet mixed in the ball mill for about 16 hours to prepare a ceramic slurry. Thereafter, an oriented ceramic sheet having a thickness of about 200 μm was produced by the doctor blade method using this ceramic slurry.

その後、配向セラミックシートの所定箇所に、Ptペーストをスクリーン印刷し、乾燥させて内部電極を形成した。   Thereafter, a Pt paste was screen-printed on a predetermined portion of the oriented ceramic sheet and dried to form internal electrodes.

次いで、内部電極の形成された配向セラミックシートを所定枚数積層し、さらに、これを内部電極の形成されていない配向セラミックシートで挟持し、厚みが6mmとなるように200MPaの圧力を1分間加圧して圧着し、セラミック成形体を作製した。そして、このセラミック成形体を500℃で脱バインダ処理を行った後、1200℃の温度で2時間焼成し、焼結体ブロックを作製した。このような焼成処理を行うことにより、板状セラミック粒子が種結晶(テンプレート)として無配向の仮焼粉末を取り込みながらホモエピタキシャル成長し、これにより配向化した焼結体ブロックが得られる(TGG法)。そして、この焼結体ブロックから厚みT:10mm、幅W:10mm、長さL:5mmのセラミック焼結体を、結晶軸のc軸が、厚み:10mm、幅:10mmの面に対し垂直方向を向くように、すなわちa−b面が長さ方向を向くように切り出した。   Next, a predetermined number of oriented ceramic sheets on which internal electrodes are formed are laminated, and are further sandwiched between oriented ceramic sheets on which no internal electrodes are formed, and a pressure of 200 MPa is applied for 1 minute so that the thickness becomes 6 mm. And pressed to produce a ceramic molded body. And after performing the binder removal process at 500 degreeC for this ceramic molded object, it baked at the temperature of 1200 degreeC for 2 hours, and produced the sintered compact block. By performing such a firing treatment, the plate-like ceramic particles are homoepitaxially grown while taking in non-oriented calcined powder as a seed crystal (template), thereby obtaining an oriented sintered body block (TGG method). . A ceramic sintered body having a thickness T: 10 mm, a width W: 10 mm, and a length L: 5 mm is obtained from the sintered body block, and the c-axis of the crystal axis is perpendicular to the surface having a thickness: 10 mm and a width: 10 mm. It cut out so that it might face, ie, an ab surface might face the length direction.

ここで、厚み:10mm、幅:10mmの面をX線回折法を使用して分析し、ロットゲーリング法によりc軸の配向度Fを求めたところ、配向度Fは90%であった。   Here, when a surface having a thickness of 10 mm and a width of 10 mm was analyzed using an X-ray diffraction method, and the c-axis orientation degree F was determined by the Lotgering method, the orientation degree F was 90%.

次に、Agをターゲットとしてスパッタリング処理を行い、セラミック焼結体の両端面に励振電極を形成した後、浴温200℃のオイル中で8kV/mmの電界を10分間印加し、長さ方向に分極処理を行った。そして分極処理された試料を、試料番号1と同様、厚みT:2mm、幅W:2mm、長さL:5mmの寸法にダイシングソーで切断し、励振電極の形成された圧電セラミック素体を得た。次いで、圧電セラミック素体の側面に露出している内部電極を並列接続すべく、Agを含有したAgペーストを側面に塗布して表面電極を形成し、試料番号7の試料を作製した。   Next, sputtering is performed using Ag as a target, and excitation electrodes are formed on both end faces of the ceramic sintered body. Then, an electric field of 8 kV / mm is applied for 10 minutes in oil at a bath temperature of 200 ° C. in the length direction. Polarization treatment was performed. Then, the sample subjected to the polarization treatment was cut with a dicing saw into the dimensions of thickness T: 2 mm, width W: 2 mm, and length L: 5 mm, as in sample number 1, to obtain a piezoelectric ceramic body on which excitation electrodes were formed. It was. Next, in order to connect the internal electrodes exposed on the side surface of the piezoelectric ceramic body in parallel, Ag paste containing Ag was applied to the side surface to form a surface electrode, and a sample No. 7 was prepared.

尚、励振電極には電界印加用に直径0.2mmの銀線を接続し、表面電極には出力信号検出用に直径0.2mmの銀線を接続した。   A silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the excitation electrode for applying an electric field, and a silver wire having a diameter of 0.2 mm was connected to the surface electrode for detecting an output signal.

〔試料の特性評価〕
試料番号7の試料について、〔実施例1〕と同様、k33値及びk31値を測定したところ、k33値は30%、k31値は3%であった。すなわち、配向SBN系材料では、k31値はk33値に比べて十分に小さく、縦方向振動モードで駆動させた場合、k31値に起因するノイズの影響を抑制できることが確認された。
[Characteristic evaluation of sample]
For the sample of Sample No. 7, the k 33 value and the k 31 value were measured in the same manner as in Example 1. The k 33 value was 30%, and the k 31 value was 3%. That is, in the oriented SBN material, the k 31 value was sufficiently smaller than the k 33 value, and it was confirmed that the influence of noise caused by the k 31 value can be suppressed when driven in the longitudinal vibration mode.

次に、上述した図7の測定装置を使用し、振動速度が2m/sとなるように印加電界を調整し、共振周波数で振動させて印加磁界を変化させたときの出力電流を測定した。   Next, using the measuring apparatus shown in FIG. 7, the applied electric field was adjusted so that the vibration speed was 2 m / s, and the output current when the applied magnetic field was changed by vibrating at the resonance frequency was measured.

図11はその測定結果である。比較例として試料番号2、3の測定結果を再掲している。図中、横軸は印加磁界〔G〕、縦軸は出力電流〔nA〕である。   FIG. 11 shows the measurement results. As a comparative example, the measurement results of sample numbers 2 and 3 are shown again. In the figure, the horizontal axis represents the applied magnetic field [G], and the vertical axis represents the output current [nA].

この図11から明らかなように、試料番号7は、圧電セラミック素体を配向SBN系材料で形成し、かつ縦振動モードで駆動させているので、振動速度を2m/sに上昇させても安定した駆動が可能である。そして、印加磁界の上昇に伴い、該印加磁界に略比例して出力電流は上昇し、試料番号1と同様、印加磁界が450Gの場合で45nA以上の高出力電流を得ることができ、PZT系材料を使用した試料番号2、3に比べ、格段に優れていることが分かった。   As is clear from FIG. 11, Sample No. 7 is stable even if the vibration speed is increased to 2 m / s because the piezoelectric ceramic body is formed of an oriented SBN material and is driven in the longitudinal vibration mode. Can be driven. As the applied magnetic field rises, the output current rises approximately in proportion to the applied magnetic field, and, similar to Sample No. 1, a high output current of 45 nA or more can be obtained when the applied magnetic field is 450 G. It was found that the sample numbers 2 and 3 using the material were remarkably superior.

次に、試料番号2、3、及び7について、上述した図7の測定装置を使用し、振動速度を変化させたときの共振周波数の変化率を求めた。   Next, for the sample numbers 2, 3, and 7, the change rate of the resonance frequency when the vibration speed was changed was obtained by using the measurement apparatus of FIG. 7 described above.

図12は、共振周波数の振動速度依存性を示した図であり、横軸が振動速度v〔m/s〕、縦軸が共振周波数変化率Δfr〔%〕を示し、◆印が試料番号7、×印が試料番号2、▲印が試料番号3である。   FIG. 12 is a diagram showing the vibration speed dependency of the resonance frequency, where the horizontal axis indicates the vibration speed v [m / s], the vertical axis indicates the resonance frequency change rate Δfr [%], and the ♦ mark indicates the sample number 7. , X is sample number 2, and ▲ is sample number 3.

この図12から明らかなように、PZT系圧電セラミック材料を使用した試料番号2、3は振動速度vを上昇させると共振周波数変化率Δfrが大きくなり、共振周波数frの低下が顕著になり、安定して駆動できないことが分かる。   As is apparent from FIG. 12, in Sample Nos. 2 and 3 using the PZT piezoelectric ceramic material, when the vibration speed v is increased, the resonance frequency change rate Δfr increases, and the decrease in the resonance frequency fr becomes remarkable. It turns out that it cannot drive.

これに対し、配向SBN系材料を使用した試料番号7は振動速度vが上昇しても、共振周波数frは殆ど変化せず、共振周波数で安定的に駆動できることが確認された。   On the other hand, it was confirmed that Sample No. 7 using the oriented SBN material did not change substantially even when the vibration speed v increased, and could be driven stably at the resonance frequency.

〔試料番号8〕
ビスマス層状化合物として無配向のCaBiTi15系材料(以下、「無配向CBT系材料」という。)を使用し、図1で示すような縦方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 8]
Using a non-oriented CaBi 4 Ti 4 O 15- based material (hereinafter referred to as “non-oriented CBT-based material”) as a bismuth layered compound, a magnetic sensor operating in a longitudinal vibration mode as shown in FIG. 1 was produced. .

まず、セラミック素原料としてCaCO、Bi、TiO、及びMnCOを用意した。そして最終組成が組成式{Ca0.8Bi4.2Ti15+0.01MnO}となるように前記セラミック素原料を秤量し、この秤量物をPSZボール及び純水と共にボールミルに投入し、該ボールミル内で約20時間湿式混合して混合物を得た。 First, CaCO 3 , Bi 2 O 3 , TiO 2 , and MnCO 3 were prepared as ceramic raw materials. Then, the ceramic raw material is weighed so that the final composition becomes the composition formula {Ca 0.8 Bi 4.2 Ti 4 O 15 + 0.01MnO}, and this weighed material is put into a ball mill together with PSZ balls and pure water. The mixture was obtained by wet mixing for about 20 hours.

そして、その後は〔試料番号1〕と同様の方法・手順で試料番号8の試料を作製した。   Then, a sample No. 8 was prepared by the same method and procedure as [Sample No. 1].

〔試料の特性評価〕
試料番号8の試料について、〔実施例1〕と同様、k33値及びk31値を測定したところ、k33値は18%、k31値は6%であった。すなわち、無配向CBT系材料では、k31値はk33値に比べて十分に小さく、縦方向振動モードで駆動させた場合、k31値に起因するノイズの影響を抑制できることが確認された。
[Characteristic evaluation of sample]
For the sample of Sample No. 8, the k 33 value and the k 31 value were measured in the same manner as in Example 1. The k 33 value was 18% and the k 31 value was 6%. That is, in the non-oriented CBT material, the k 31 value is sufficiently smaller than the k 33 value, and it was confirmed that the influence of noise caused by the k 31 value can be suppressed when driven in the longitudinal vibration mode.

次に、上述した図7の測定装置を使用し、振動速度が2m/sとなるように印加電界を調整し、共振周波数で振動させて印加磁界を変化させたときの出力電流を測定した。   Next, using the measuring apparatus shown in FIG. 7, the applied electric field was adjusted so that the vibration speed was 2 m / s, and the output current when the applied magnetic field was changed by vibrating at the resonance frequency was measured.

図13はその測定結果である。比較例として試料番号2、3の測定結果を再掲している。図中、横軸は印加磁界〔G〕、縦軸は出力電流〔nA〕である。   FIG. 13 shows the measurement results. As a comparative example, the measurement results of sample numbers 2 and 3 are shown again. In the figure, the horizontal axis represents the applied magnetic field [G], and the vertical axis represents the output current [nA].

この図13から明らかなように、試料番号8は、圧電セラミック素体を無配向CBT系材料で形成し、かつ縦振動モードで振動させているので、振動速度を2m/sに上昇させても安定した駆動が可能である。そして、印加磁界の上昇に伴い、該印加磁界に略比例して出力電流は上昇し、試料番号1と同様、印加磁界が450Gの場合で45nA以上の高出力電流を得ることができ、PZT系材料を使用した試料番号2、3に比べ、格段に優れていることが分かった。   As can be seen from FIG. 13, sample No. 8 is made of a non-oriented CBT material made of a piezoelectric ceramic body and vibrates in the longitudinal vibration mode. Therefore, even if the vibration speed is increased to 2 m / s. Stable driving is possible. As the applied magnetic field rises, the output current rises approximately in proportion to the applied magnetic field, and, similar to Sample No. 1, a high output current of 45 nA or more can be obtained when the applied magnetic field is 450 G. It was found that the sample numbers 2 and 3 using the material were remarkably superior.

〔試料番号9〕
ビスマス層状化合物としてc軸に配向したCaBiTi15系材料(以下、「配向CBT系材料」という。)を使用し、図1で示すような縦方向振動モードで動作する磁気センサを作製した。
[Sample No. 9]
A magnetic sensor that operates in a longitudinal vibration mode as shown in FIG. 1 using a CaBi 4 Ti 4 O 15- based material (hereinafter referred to as “oriented CBT-based material”) oriented in the c-axis as a bismuth layer compound. did.

まず、〔試料番号8〕と同様、セラミック素原料としてCaCO、Bi、TiO、及びMnCOを用意した。そして最終組成が組成式{Ca0.8Bi4.2Ti15+0.01MnO}となるように前記セラミック素原料を秤量し、この秤量物をPSZボール及び純水と共にボールミルに投入し、該ボールミル内で約20時間湿式混合して混合物を得た。 First, as in [Sample No. 8], CaCO 3 , Bi 2 O 3 , TiO 2 , and MnCO 3 were prepared as ceramic raw materials. Then, the ceramic raw material is weighed so that the final composition becomes the composition formula {Ca 0.8 Bi 4.2 Ti 4 O 15 + 0.01MnO}, and this weighed material is put into a ball mill together with PSZ balls and pure water. The mixture was obtained by wet mixing for about 20 hours.

そして、その後は〔試料番号7〕と同様の方法・手順で試料番号9の試料を作製した。尚、セラミック粉末のアスペクト比は約5、配向度Fは90%であった。   Then, a sample No. 9 was prepared by the same method and procedure as [Sample No. 7]. The ceramic powder had an aspect ratio of about 5 and an orientation degree F of 90%.

〔試料の特性評価〕
試料番号9の試料について、〔実施例1〕と同様、k33値及びk31値を測定したところ、k33値は32%、k31値は4%であった。すなわち、無配向CBT系材料では、k31値はk33値に比べて十分に小さく、縦方向振動モードで振動させた場合、k31値に起因するノイズの影響を抑制できることが確認された。
[Characteristic evaluation of sample]
With respect to the sample of sample number 9, when the k 33 value and the k 31 value were measured in the same manner as in [Example 1], the k 33 value was 32% and the k 31 value was 4%. That is, in the non-oriented CBT material, the k 31 value was sufficiently smaller than the k 33 value, and it was confirmed that the influence of noise caused by the k 31 value can be suppressed when it is vibrated in the longitudinal vibration mode.

次に、上述した図7の測定装置を使用し、振動速度が2m/sとなるように印加電界を調整し、共振周波数で駆動させて印加磁界を変化させたときの出力電流を測定した。   Next, using the measurement apparatus of FIG. 7 described above, the applied electric field was adjusted so that the vibration speed was 2 m / s, and the output current when the applied magnetic field was changed by driving at the resonance frequency was measured.

図14はその測定結果である。比較例として試料番号2、3の測定結果を再掲している。図中、横軸は印加磁界〔G〕、縦軸は出力電流〔nA〕である。   FIG. 14 shows the measurement results. As a comparative example, the measurement results of sample numbers 2 and 3 are shown again. In the figure, the horizontal axis represents the applied magnetic field [G], and the vertical axis represents the output current [nA].

この図14から明らかなように、試料番号9は、圧電セラミック素体を配向CBT系材料で形成し、かつ縦振動モードで振動させているので、振動速度を2m/sに上昇させても安定した駆動が可能である。そして、印加磁界の上昇に伴い、該印加磁界に略比例して出力電流は上昇し、試料番号1と同様、印加磁界が450Gの場合で45nA以上の高出力電流を得ることができ、PZT系材料を使用した試料番号2、3に比べ、格段に優れていることが分かった。   As can be seen from FIG. 14, sample No. 9 is stable even if the vibration speed is increased to 2 m / s because the piezoelectric ceramic body is formed of an oriented CBT material and is vibrated in the longitudinal vibration mode. Can be driven. As the applied magnetic field rises, the output current rises approximately in proportion to the applied magnetic field, and, similar to Sample No. 1, a high output current of 45 nA or more can be obtained when the applied magnetic field is 450 G. It was found that the sample numbers 2 and 3 using the material were remarkably superior.

次に、試料番号9について、上述した図7の測定装置を使用し、振動速度を変化させたときの共振周波数の変化率を求めた。   Next, with respect to the sample number 9, the change rate of the resonance frequency when the vibration speed was changed was obtained using the measurement apparatus of FIG. 7 described above.

図15は、共振周波数の振動速度依存性を示した図であり、比較例として試料番号2、3を再掲している。図中、横軸は振動速度v(m/s)、縦軸が共振周波数変化率Δfr(%)である。   FIG. 15 is a diagram showing the vibration speed dependence of the resonance frequency, and sample numbers 2 and 3 are shown again as a comparative example. In the figure, the horizontal axis represents the vibration velocity v (m / s), and the vertical axis represents the resonance frequency change rate Δfr (%).

この図15から明らかなように、PZT系圧電セラミック材料を使用した試料番号2、3は振動速度vが上昇するに伴い、共振周波数変化率Δfrが大きくなるのに対し、配向CBT系材料を使用した試料番号9は振動速度vが上昇しても、共振周波数frは殆ど変化しないことが確認された。   As apparent from FIG. 15, sample numbers 2 and 3 using the PZT piezoelectric ceramic material use the oriented CBT material while the resonance frequency change rate Δfr increases as the vibration speed v increases. In Sample No. 9, it was confirmed that the resonance frequency fr hardly changed even when the vibration velocity v increased.

配向SBT系材料と無配向SBT系材料について、共振周波数の振動速度依存性を比較した。また、配向SBT系材料について、印加電界と振動速度との関係を調べた。   The vibration frequency dependence of the resonance frequency was compared between the oriented SBT material and the non-oriented SBT material. In addition, the relationship between the applied electric field and the vibration speed was examined for the oriented SBT material.

〔試料番号10〕
試料番号1と同様の方法・手順でセラミックグリーンシートを作製し、次いでこれらセラミックグリーンシートを所定枚数積層し、圧着した後、焼成し、厚みT:10mm、幅W:10mm、長さL:5mmの圧電セラミック素体を得た。
[Sample No. 10]
A ceramic green sheet is prepared by the same method and procedure as sample No. 1, and then a predetermined number of these ceramic green sheets are laminated, pressure-bonded, and fired. Thickness T: 10 mm, width W: 10 mm, length L: 5 mm A piezoelectric ceramic body was obtained.

次に、Agをターゲットとしてスパッタリング処理を行い、両端面に励振電極を形成した後、浴温200℃のオイル中で10.0kV/mmの電界を30分間印加し、長さ方向に分極処理を行った。そして分極処理された試料を、厚みT:2mm、幅W:2mm、長さL:が5mmの寸法にダイサーシングソーを使用して切り出し、励振電極に直径2mmの銀線を接続し、無配向SBN系材料を使用した試料番号10の試料を作製した。   Next, sputtering is performed using Ag as a target to form excitation electrodes on both end faces, and then an electric field of 10.0 kV / mm is applied for 30 minutes in oil at a bath temperature of 200 ° C., and polarization treatment is performed in the length direction. went. The sample subjected to the polarization treatment was cut out using a dicing saw with a thickness T: 2 mm, a width W: 2 mm, and a length L: 5 mm, a silver wire having a diameter of 2 mm was connected to the excitation electrode, and non-oriented A sample No. 10 using an SBN material was produced.

尚、この試料番号10は、単に共振周波数の振動速度依存性を測定するため作製したものであることから、検出電極は形成しなかった。   Note that this sample number 10 was prepared simply for measuring the vibration velocity dependence of the resonance frequency, and therefore no detection electrode was formed.

〔試料番号11〕
試料番号7と同様の方法・手順で配向セラミックシートを作製した。そしてこの配向セラミックシートを所定枚数積層し、圧着した後、焼成し、両端面に励振電極を形成して、長さ方向に分極処理を施し、厚みT:2mm、幅W:2mm、長さL:5mmの圧電セラミック素体を得た。尚、結晶軸のa−b面が長さ方向を向くように形成した。
[Sample No. 11]
An oriented ceramic sheet was produced by the same method and procedure as Sample No. 7. Then, a predetermined number of these oriented ceramic sheets are laminated, pressure-bonded, fired, excitation electrodes are formed on both end faces, and a polarization treatment is applied in the length direction. Thickness T: 2 mm, width W: 2 mm, length L : A 5 mm piezoelectric ceramic body was obtained. In addition, it formed so that the ab surface of a crystal axis may face a length direction.

尚、この試料番号11は、試料番号10と同様、共振周波数の振動速度依存性を測定するための試料であることから、検出電極は形成しなかった。   In addition, since this sample number 11 is a sample for measuring the vibration speed dependency of the resonance frequency like the sample number 10, no detection electrode was formed.

〔各試料の特性評価〕
図7の測定装置を使用し、共振周波数の振動速度依存性を調べた。
[Characteristic evaluation of each sample]
Using the measuring device of FIG. 7, the dependence of the resonance frequency on the vibration velocity was examined.

図16は、共振周波数の振動速度依存性を示した図であり、横軸が振動速度v、縦軸が共振周波数変化率Δfrを示し、■印が試料番号10、□印が試料番号11である。   FIG. 16 is a diagram showing the vibration speed dependence of the resonance frequency. The horizontal axis indicates the vibration speed v, the vertical axis indicates the resonance frequency change rate Δfr, the ■ mark indicates the sample number 10, and the □ mark indicates the sample number 11. is there.

この図16から明らかなように、無配向SBN系材料を使用した試料番号11は、振動速度vが上昇すると共振周波数Δfrが低下傾向になるのに対し、配向SBN系材料を使用した試料番号10は、振動速度vが上昇しても、共振周波数frは殆ど変化しないことが分かった。すなわち、配向SBN系材料を使用することにより、共振周波数の変動が抑制された安定した振動速度を有する磁気センサを得ることのできることが分かった。これはビスマス層状化合物は結晶異方性が大きいので、縦方向振動モードで振動させた場合、長さ方向振動に起因するノイズをより一層効果的に抑制できるためと思われる。   As apparent from FIG. 16, sample number 11 using the non-oriented SBN material has a tendency that the resonance frequency Δfr tends to decrease as the vibration speed v increases, whereas sample number 10 using the oriented SBN material. It was found that the resonance frequency fr hardly changed even when the vibration speed v increased. That is, it was found that by using the oriented SBN material, a magnetic sensor having a stable vibration speed in which fluctuations in the resonance frequency are suppressed can be obtained. This is presumably because the bismuth layered compound has a large crystal anisotropy, so that when it is vibrated in the longitudinal vibration mode, the noise caused by the vibration in the longitudinal direction can be more effectively suppressed.

次に、配向SBN系材料を使用した試料番号10に対し、種々の交流電界を印加すると共に、端面略中心部にレーザー照射装置38からのレーザー光を照射し、各印加電界に対する振動速度vをレーザードップラー振動計37で測定した。   Next, various AC electric fields are applied to Sample No. 10 using the oriented SBN material, and laser light from the laser irradiation device 38 is applied to the substantially central portion of the end surface, and the vibration velocity v for each applied electric field is set. Measurement was performed with a laser Doppler vibrometer 37.

図17は、印加電界と振動速度vとの関係を示した図であり、横軸が印加電界(V/mm)、縦軸が振動速度v(m/s)である。   FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the applied electric field and the vibration velocity v, where the horizontal axis represents the applied electric field (V / mm) and the vertical axis represents the vibration velocity v (m / s).

この図17から明らかなように振動速度vは印加電界に略比例して変動し、印加電界が14V/mm程度になると振動速度は4m/s近くまで上昇することが分かった。   As is apparent from FIG. 17, the vibration speed v fluctuates substantially in proportion to the applied electric field, and it was found that the vibration speed increased to nearly 4 m / s when the applied electric field reached about 14 V / mm.

すなわち、従来のPZT系材料を使用した場合は、振動速度は1m/s程度で飽和するが(非特許文献2)、配向SBN系材料を使用した場合は、印加電界に略比例して変動し、これにより磁気センサにおける配向SBN系材料の有用性が確認された。   That is, when a conventional PZT material is used, the vibration speed is saturated at about 1 m / s (Non-Patent Document 2), but when an oriented SBN material is used, the vibration speed fluctuates substantially in proportion to the applied electric field. This confirmed the usefulness of the oriented SBN material in the magnetic sensor.

尚、図示は省略するが、無配向SBN系材料を使用した試料番号11についても、印加電界を上昇させると振動速度は3m/s程度まで印加電界に略比例して上昇することが確認された。   In addition, although illustration is omitted, it was confirmed that for Sample No. 11 using the non-oriented SBN material, when the applied electric field was increased, the vibration speed increased approximately in proportion to the applied electric field up to about 3 m / s. .

本発明に係る磁気センサの一実施の形態(第1の実施の形態)を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically one Embodiment (1st Embodiment) of the magnetic sensor which concerns on this invention. 図1の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 本発明に係る磁気センサの第2の実施の形態を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically 2nd Embodiment of the magnetic sensor which concerns on this invention. 図3の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 試料番号1の試料(本発明試料)の作製手順を示す製造工程図である。It is a manufacturing process figure which shows the preparation procedures of the sample (this invention sample) of the sample number 1. FIG. 試料番号3の試料(比較例試料)の作製手順を示す製造工程図である。It is a manufacturing process figure which shows the preparation procedures of the sample of a sample number 3 (comparative example sample). 本発明実施例で使用した測定装置の概略ブロック構成図である。It is a schematic block block diagram of the measuring apparatus used by the Example of this invention. 〔実施例1〕の各試料における印加磁界と出力電流との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the applied magnetic field and output current in each sample of [Example 1]. 試料番号4の試料(本発明試料)の作製手順を示す製造工程図である。It is a manufacturing process figure which shows the preparation procedures of the sample (this invention sample) of the sample number 4. FIG. 〔実施例2〕の各試料における印加磁界と出力電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the applied magnetic field and output voltage in each sample of [Example 2]. 試料番号7の印加磁界と出力電流との関係を試料番号2及び3(比較例試料)と共に示した図である。It is the figure which showed the relationship between the applied magnetic field of sample number 7, and output current with sample number 2 and 3 (comparative sample). 試料番号7の共振周波数の振動速度依存性を試料番号2及び3(比較例試料)と共に示した図である。It is the figure which showed the vibration speed dependence of the resonant frequency of the sample number 7 with the sample numbers 2 and 3 (comparative sample). 試料番号8の印加磁界と出力電流との関係を試料番号2及び3(比較例試料)と共に示した図である。It is the figure which showed the relationship between the applied magnetic field of sample number 8, and output current with sample number 2 and 3 (comparative sample). 試料番号9の印加磁界と出力電流との関係を試料番号2及び3(比較例試料)と共に示した図である。It is the figure which showed the relationship between the applied magnetic field of sample number 9, and an output current with sample numbers 2 and 3 (comparative sample). 試料番号9の共振周波数の振動速度依存性を試料番号2及び3(比較例試料)と共に示した図である。It is the figure which showed the vibration speed dependence of the resonant frequency of the sample number 9 with the sample numbers 2 and 3 (comparative sample). 試料番号10及び11の共振周波数の振動速度依存性を示した図である。It is the figure which showed the vibration speed dependence of the resonant frequency of sample numbers 10 and 11. 試料番号10の印加電界と振動速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the applied electric field of sample number 10, and a vibration speed. 非特許文献1に記載された長さ方向振動モードで駆動する磁気センサを模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the magnetic sensor driven in the length direction vibration mode described in the nonpatent literature 1. 特許文献1に記載された磁気センサの概略構成図である。。It is a schematic block diagram of the magnetic sensor described in patent document 1. . 非特許文献1の磁気センサの収縮状態を示す図である。It is a figure which shows the contraction state of the magnetic sensor of a nonpatent literature 1. 非特許文献1の磁気センサの伸長状態を示す図である。It is a figure which shows the expansion | extension state of the magnetic sensor of a nonpatent literature 1.

符号の説明Explanation of symbols

2 圧電セラミック素体
3a、3b 励振電極
9a、9b 検出電極
4 内部電極
5 内部電極
7a、7b 表面電極
8a、8b 表面電極
12 圧電セラミック素体
13a、13b 励振電極
15 検出電極
16 検出電極
2 Piezoelectric ceramic body 3a, 3b Excitation electrode 9a, 9b Detection electrode 4 Internal electrode 5 Internal electrode 7a, 7b Surface electrode 8a, 8b Surface electrode 12 Piezoelectric ceramic body 13a, 13b Excitation electrode 15 Detection electrode 16 Detection electrode

Claims (5)

ビスマス層状化合物からなる圧電セラミック素体と、該圧電セラミック素体の分極方向の両端面に形成された一対の励振電極と、少なくとも前記圧電セラミック素体の前記両端面以外の表面に形成された検出電極とを備え、
前記一対の励振電極間に電界が印加されて前記分極方向と同一方向に振動駆動されると共に、磁界の強さが前記検出電極によって検出されることを特徴とする磁気センサ。
A piezoelectric ceramic body made of a bismuth layered compound, a pair of excitation electrodes formed on both end faces in the polarization direction of the piezoelectric ceramic body, and a detection formed on at least a surface other than the both end faces of the piezoelectric ceramic body With electrodes,
A magnetic sensor, wherein an electric field is applied between the pair of excitation electrodes to be driven to vibrate in the same direction as the polarization direction, and the strength of the magnetic field is detected by the detection electrodes.
前記検出電極は、前記セラミック素体の内部に埋設された複数の内部電極と、前記圧電セラミック素体の前記表面に形成されて前記複数の内部電極を電気的に接続する表面電極とを備えていることを特徴とする請求項1記載の磁気センサ。   The detection electrode includes a plurality of internal electrodes embedded in the ceramic body, and a surface electrode formed on the surface of the piezoelectric ceramic body to electrically connect the plurality of internal electrodes. The magnetic sensor according to claim 1. 前記検出電極は、前記セラミック素体を挟んで対向状となるように該セラミック素体の前記表面に形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein the detection electrode is formed on the surface of the ceramic body so as to be opposed to the ceramic body. 前記検出電極は、Ni−Fe合金で形成されていることを特徴とする請求項3記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 3, wherein the detection electrode is made of a Ni—Fe alloy. 前記ビスマス層状化合物は、結晶軸のc軸が前記圧電セラミック素体の分極方向と直交する方向に配向していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の磁気センサ。   5. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the bismuth layered compound has a crystal axis c-axis oriented in a direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric ceramic body.
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