鉛フリー圧電センサ技術

電子光技術研究部門
鉛フリー圧電センサ技術
研究のポイント
●鉛フリー：環境に優しい、安心・安全。
●鉛系ソフトＰＺＴに匹敵する圧電特性。
●鉛系と同様な結晶構造：鉛系で蓄積された知見を適用可。
研究のねらい
現在実用されている圧電セラミックスのほとんどがPb(Zr,Ti)O3をはじめとする鉛系ペロブスカイト酸化物
から成っており、廃棄処理問題に関して環境問題が懸念されます。安心・安全のためには、圧電セラミック
ス材料の鉛フリー化と、さらなる高性能化が強く求められています。本研究は、組成設計及び試料プロセシ
ングの最適化により、環境や生体に有害な鉛を含まず、従来品に並ぶ高性能の酸化物圧電材料を開発す
ることを目指しています。また、開発して鉛フリー圧電体の圧電センサ（超音波距離センサ、AEセンサ、振
動センサ等）への実用可能性を検証することを目的としています。
研究内容
■ニオブ酸ナトリウム・カリウム（(Na,K)NbO3）を母材と
する鉛フリー圧電セラミックスにおいて、室温で鉛系と
同様な菱面晶―正方晶の相境界（MPB）を形成するこ
とにより、圧電特性を向上させました。
■相境界を利用した鉛フリー圧電セラミックスは、ソフト
系Pb(Zr,Ti)O3に匹敵する圧電特性d33＞400 pC/Nを
達成しました。
■開発した鉛フリー圧電材料を使ったAEセンサ・振動
センサ・超音波センサを開発、実証に成功しました。
圧電定数　d33 (pC/N)
800
600
400
産総研 MPB組成
200
○
0
通常焼結
無配向
鉛系；●
鉛フリー系
100
200
300
400
500
o
キュリー温度　tc ( C)
産総研が開発した鉛フリー圧電セラミックスの位置付け
AEセンサ
振動センサ
縦波(Longitudinal Wave)
に対する応答を測定
0 dB = 1 Vs/m
鉛フリー振動センサ
120
筐体
鉛フリーAEセンサ
100
重り
感度（dB)
プリアンプ
圧電体
V
80
鉛系振動センサ
鉛系AEセンサ
圧電体
60
0
200
400
600
周波数（kHz）
800
1000
振動センサの基本構造
AEセンサの基本構造
鉛フリーと鉛系AEセンサの感度特性比較
鉛フリーと鉛系振動センサの特性比較
電子光技術研究部門 酸化物デバイスグループ http://unit.aist.go.jp/esprit/
(問い合わせ先)
担当者：王
瑞平
技術を社会へ - Integration for Innovation
国立研究開発法人
産業技術総合研究所