(57)【要約】【課題】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実現する。【解決手段】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、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。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、内部電極４、５と表面電極７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂとは電気的に接続されて検出電極９ａ、９ｂを形成している。そして、共振周波数の交流電界が励振電極３ａ、３ｂに印加されると磁器センサ１は縦方向振動モードで駆動し、検出電極９ａ、９ｂは磁界の強さを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、図１８に示すように、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−１４２４９２号公報
【特許文献２】特開平９−１４５８０７号公報
【非特許文献１】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  −218
【非特許文献２】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）,ｐ29-34
【非特許文献３】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,  ｐ17-21
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【発明の効果】
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
ＰＺＴ系材料はペロブスカイト型結晶構造（一般式ＡＢＯ３）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、Ｂｉ２ＳｒＮｂ２Ｏ９、ＢｉＷＯ６、ＣａＢｉＮｂ２Ｏ９、ＢａＢｉＮｂ２Ｏ９、ＰｂＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、Ｂｉ３ＴｉＮｂＯ９、Ｂｉ３ＴｉＴａＯ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ12、ＳｒＢｉ３Ｔｉ２ＮｂＯ12、ＢａＢｉ３Ｔｉ２ＮｂＯ12、ＰｂＢｉ３Ｔｉ２ＮｂＯ12、ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15、ＢａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15、ＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15、Ｎａ0.5Ｂｉ4.5Ｔｉ４Ｏ15、Ｋ0.5Ｂｉ４Ｔｉ４Ｏ15、Ｃａ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ18、Ｓｒ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ18、Ｂａ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ18、Ｂｉ６Ｔｉ３Ｗｏ18、Ｂｉ７Ｔｉ４ＮｂＯ21、Ｂｉ10Ｔｉ３Ｗ３Ｏ30等を使用することができる。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１．０×１０５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。
【００７４】
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。
【００７５】
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００７６】
〔試料番号１〕
ビスマス層状化合物として無配向のＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９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。
【００７７】
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。
【００７８】
まず、セラミック素原料としてＳｒＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、及びＭｎＣＯ３を用意した。そして最終組成が組成式{Ｓｒ0.9Ｎｄ0.1Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９＋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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
〔試料番号２〕
圧電セラミック材料としてＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３−Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ３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。
【００８６】
すなわち、まず、セラミック素原料としてＰｂ３Ｏ４、ＭｎＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２を用意した。そして最終組成が組成式{０．９Ｐｂ（Ｚｒ0.49Ｔｉ0.51）Ｏ３−０．１Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ３}となるように秤量し、前記セラミック素原料を秤量した。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
〔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。
【００９３】
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。
【００９４】
すなわち、まず、セラミック素原料としてＰｂ３Ｏ４、ＭｎＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
〔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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【実施例２】
【０１１３】
〔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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
まず、セラミック素原料としてＳｒＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、及びＭｎＣＯ３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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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１.０×１０５）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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
〔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。
【０１２０】
すなわち、まず、セラミック素原料としてＰｂ３Ｏ４、ＭｎＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
〔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。
【０１２５】
〔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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【実施例３】
【０１３０】
〔試料番号７〕
ビスマス層状化合物としてｃ軸に配向したＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９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。
【０１３１】
まず、試料番号１と同様、最終組成が組成式｛１００（Ｓｒ0.9Ｎｄ0.1Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９）＋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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
〔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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【実施例４】
【０１４８】
〔試料番号８〕
ビスマス層状化合物として無配向のＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15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。
【０１４９】
まず、セラミック素原料としてＣａＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、及びＭｎＣＯ３を用意した。そして最終組成が組成式{Ｃａ0.8Ｂｉ4.2Ｔｉ４Ｏ15＋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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
〔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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【実施例５】
【０１５５】
〔試料番号９〕
ビスマス層状化合物としてｃ軸に配向したＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15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。
【０１５６】
まず、〔試料番号８〕と同様、セラミック素原料としてＣａＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、及びＭｎＣＯ３を用意した。そして最終組成が組成式{Ｃａ0.8Ｂｉ4.2Ｔｉ４Ｏ15＋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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
〔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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【実施例６】
【０１６５】
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。
【０１６６】
〔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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
〔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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
〔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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】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。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】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。
【図４】図３の縦断面図である。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】〔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。
【図９】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。
【図１０】〔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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。。
【図２０】非特許文献１の磁気センサの収縮状態を示す図である。
【図２１】非特許文献１の磁気センサの伸長状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１８０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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