JP3075033B2 - 圧電セラミックスの分極方法 - Google Patents
圧電セラミックスの分極方法Info
- Publication number
- JP3075033B2 JP3075033B2 JP21752593A JP21752593A JP3075033B2 JP 3075033 B2 JP3075033 B2 JP 3075033B2 JP 21752593 A JP21752593 A JP 21752593A JP 21752593 A JP21752593 A JP 21752593A JP 3075033 B2 JP3075033 B2 JP 3075033B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- polarization
- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミックスの分
極方法に関する。さらに詳しく述べるならば、本発明
は、圧電セラミックスを一旦分極させた後、急激に冷却
し、再び分極させる工程を含む圧電セラミックスの分極
方法に関するものであり、この方法により駆動耐久性の
高い圧電素子が得られる。
極方法に関する。さらに詳しく述べるならば、本発明
は、圧電セラミックスを一旦分極させた後、急激に冷却
し、再び分極させる工程を含む圧電セラミックスの分極
方法に関するものであり、この方法により駆動耐久性の
高い圧電素子が得られる。
【０００２】
【従来の技術】圧電体は強誘電体であり、その圧電性を
利用するためには分極しなければならない。分極処理を
行った圧電体は、時間と共にあるいは駆動後に分極量が
減少し、特性の低下を引起し、これはセンサー等に使用
する場合には大きな問題となる。
利用するためには分極しなければならない。分極処理を
行った圧電体は、時間と共にあるいは駆動後に分極量が
減少し、特性の低下を引起し、これはセンサー等に使用
する場合には大きな問題となる。
【０００３】従来の一般的な分極処理方法は、80〜120
℃のシリコンオイル中で２〜５kV/mm の電界を加えて行
われる。ここで、温度が高い方が低い電界で分極するこ
とができる。しかし、温度が高すぎると抵抗率が低下し
て電流が流れ、絶縁破壊に至ってしまう。従って、分極
電解の大きさは温度との兼ね合いによってきまる。
℃のシリコンオイル中で２〜５kV/mm の電界を加えて行
われる。ここで、温度が高い方が低い電界で分極するこ
とができる。しかし、温度が高すぎると抵抗率が低下し
て電流が流れ、絶縁破壊に至ってしまう。従って、分極
電解の大きさは温度との兼ね合いによってきまる。
【０００４】従来効果的であるとされた分極方法は、一
旦キューリー温度以上に加熱した後、電圧を印加した状
態で室温まで徐々に冷却させる方法である。しかし、こ
の方法では得られる圧電体の初期特性は高いものの、圧
電体を駆動させると、図１に示すように、分極処理によ
って一定方向にそろえられた分極が一部他の方向に向い
てしまい、その経時劣化を十分防止することができな
い。
旦キューリー温度以上に加熱した後、電圧を印加した状
態で室温まで徐々に冷却させる方法である。しかし、こ
の方法では得られる圧電体の初期特性は高いものの、圧
電体を駆動させると、図１に示すように、分極処理によ
って一定方向にそろえられた分極が一部他の方向に向い
てしまい、その経時劣化を十分防止することができな
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、圧電セラミ
ックスの従来の分極方法の有する前記の如き欠点を解消
し、得られる圧電体において分極量の低下を防ぎ、駆動
時の耐久性を向上させる分極方法を提供しようとするも
のである。
ックスの従来の分極方法の有する前記の如き欠点を解消
し、得られる圧電体において分極量の低下を防ぎ、駆動
時の耐久性を向上させる分極方法を提供しようとするも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、圧電セラミ
ックスの従来の分極方法の有する上記の問題点を解消す
べく鋭意研究を重ねた結果、圧電セラミックスを分極処
理した後、これを急激に冷却し、その後再び分極処理を
行うことにより、得られる圧電体の分極量の低下が抑制
されることを見出し、本発明を完成した。
ックスの従来の分極方法の有する上記の問題点を解消す
べく鋭意研究を重ねた結果、圧電セラミックスを分極処
理した後、これを急激に冷却し、その後再び分極処理を
行うことにより、得られる圧電体の分極量の低下が抑制
されることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】すなわち、本発明の圧電セラミックスの分
極方法は、高電圧を印加した状態において(1) 圧電セラ
ミックスを、そのキューリー点の１／２の温度〜キュー
リー点以下の温度の範囲まで加熱し、この温度において
前記圧電セラミックスが分極飽和するに十分な時間保持
すること、(2) これを０℃以下の温度まで油冷により急
激に冷却し、この冷却状態において前記圧電セラミック
ス内に内部電荷が発生するに十分な時間保持すること、
そして(3) 前記圧電セラミックスをそのキューリー点の
１／２の温度〜キューリー点以下の温度の範囲まで加熱
し、この温度において前記圧電セラミックスが分極飽和
するに十分な時間保持すること、の工程からなることを
特徴とするものである。
極方法は、高電圧を印加した状態において(1) 圧電セラ
ミックスを、そのキューリー点の１／２の温度〜キュー
リー点以下の温度の範囲まで加熱し、この温度において
前記圧電セラミックスが分極飽和するに十分な時間保持
すること、(2) これを０℃以下の温度まで油冷により急
激に冷却し、この冷却状態において前記圧電セラミック
ス内に内部電荷が発生するに十分な時間保持すること、
そして(3) 前記圧電セラミックスをそのキューリー点の
１／２の温度〜キューリー点以下の温度の範囲まで加熱
し、この温度において前記圧電セラミックスが分極飽和
するに十分な時間保持すること、の工程からなることを
特徴とするものである。
【０００８】
【作用】図１に本発明の原理を示す。圧電体は分極処理
を行う前は、その自発分極の向きはランダムな方向を向
いており、この状態では圧電性を示さない。そこで本発
明の具体的な方法において、まず圧電セラミックスを、
高電圧を印加した状態においてそのキューリー点の１／
２の温度〜キューリー点以下の温度の範囲まで加熱し、
この圧電セラミックスを一定方向に分極させる。上記温
度範囲以外では自発分極が存在しなくなる。この温度に
圧電セラミックスを所定時間保持し、分極の向きをすべ
て一定方向にする。この時間は通常１〜５分で十分であ
る。
を行う前は、その自発分極の向きはランダムな方向を向
いており、この状態では圧電性を示さない。そこで本発
明の具体的な方法において、まず圧電セラミックスを、
高電圧を印加した状態においてそのキューリー点の１／
２の温度〜キューリー点以下の温度の範囲まで加熱し、
この圧電セラミックスを一定方向に分極させる。上記温
度範囲以外では自発分極が存在しなくなる。この温度に
圧電セラミックスを所定時間保持し、分極の向きをすべ
て一定方向にする。この時間は通常１〜５分で十分であ
る。
【０００９】次いでこの分極させた圧電セラミックスを
０℃以下に急激に冷却し、この状態に所定時間保つ。す
ると、分極処理によって一定方向に向いた自発分極が再
びもとのランダムな方向に向く。このように内部電界が
急激に反転すると、それを抑えようとするように、圧電
セラミックス内に静電誘導により、自発分極とは逆の向
きに内部電荷が発生する。この冷却は通常シリコンオイ
ル中での油冷により行われる。冷却を保つ時間は、内部
電荷が発生するに十分な時間であり、通常１〜５分であ
る。
０℃以下に急激に冷却し、この状態に所定時間保つ。す
ると、分極処理によって一定方向に向いた自発分極が再
びもとのランダムな方向に向く。このように内部電界が
急激に反転すると、それを抑えようとするように、圧電
セラミックス内に静電誘導により、自発分極とは逆の向
きに内部電荷が発生する。この冷却は通常シリコンオイ
ル中での油冷により行われる。冷却を保つ時間は、内部
電荷が発生するに十分な時間であり、通常１〜５分であ
る。
【００１０】その後、再び上記の加熱操作を行い、自発
分極の方向をそろえる。この際、上記冷却操作により生
じた内部電荷はすぐには消失せず内部に残っている。従
って、この加熱分極処理により方向がそろえられた自発
分極は内部電荷によりピンニングされ、劣化が防がれ
る。
分極の方向をそろえる。この際、上記冷却操作により生
じた内部電荷はすぐには消失せず内部に残っている。従
って、この加熱分極処理により方向がそろえられた自発
分極は内部電荷によりピンニングされ、劣化が防がれ
る。
【００１１】また、上記の加熱、冷却の工程を繰り返す
ことにより、より多くの内部電荷が圧電セラミックス内
に発生する。従って、この工程を繰り返すことにより、
108のレベルで駆動させるアクチュエータ等に適した、
より耐久性の高い圧電体が得られる。
ことにより、より多くの内部電荷が圧電セラミックス内
に発生する。従って、この工程を繰り返すことにより、
108のレベルで駆動させるアクチュエータ等に適した、
より耐久性の高い圧電体が得られる。
【００１２】
【実施例】本発明を以下の実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００１３】圧電体の製造 まず、従来の方法によりＰＺＴ圧電体を製造した。すな
わち、ＰｂＯ、ＴｉＯ 2 及びＺｒＯ2 と微量元素を所定
量秤量し、湿式混合、仮焼、造粒、成形、焼成、加工、
及び電極形成の工程を行い、直径15mm、厚さ１mmのＰＺ
Ｔ圧電体を製造した。
わち、ＰｂＯ、ＴｉＯ 2 及びＺｒＯ2 と微量元素を所定
量秤量し、湿式混合、仮焼、造粒、成形、焼成、加工、
及び電極形成の工程を行い、直径15mm、厚さ１mmのＰＺ
Ｔ圧電体を製造した。
【００１４】分極処理 サンプル１ こうして得たＰＺＴ圧電体を、まず従来の方法により分
極処理した。すなわちＰＺＴ圧電体に１kv/mm の電圧を
加え、100 ℃のシリコンオイル中に入れ５分間保持し
た。これをサンプル１と呼ぶ。
極処理した。すなわちＰＺＴ圧電体に１kv/mm の電圧を
加え、100 ℃のシリコンオイル中に入れ５分間保持し
た。これをサンプル１と呼ぶ。
【００１５】サンプル２〜６ また上記のＰＺＴ圧電体を同様にして 200℃まで加熱
し、５分間保持し、次いでそれぞれを90℃、60℃、30
℃、０℃及び−20℃の温度のシリコンオイル中に入れ、
急激に冷却し、この温度に５分間保持し、次いで再び 2
00℃まで高め30秒間保持した。こうして得たサンプルを
それぞれサンプル２〜６と呼ぶ。
し、５分間保持し、次いでそれぞれを90℃、60℃、30
℃、０℃及び−20℃の温度のシリコンオイル中に入れ、
急激に冷却し、この温度に５分間保持し、次いで再び 2
00℃まで高め30秒間保持した。こうして得たサンプルを
それぞれサンプル２〜６と呼ぶ。
【００１６】こうして製造したサンプルについて、その
変位を経時的にレーザ変位計により測定し、その変位特
性を求めた。変位特性は、初期変位（分極処理直後の変
位）に対する経時変化後の変位の割合である。この結果
を図２に示す。
変位を経時的にレーザ変位計により測定し、その変位特
性を求めた。変位特性は、初期変位（分極処理直後の変
位）に対する経時変化後の変位の割合である。この結果
を図２に示す。
【００１７】図２より明らかなように、従来の方法で分
極処理を行った圧電体（サンプル１）は時間と共にその
変位特性が著しく低下した。また、加熱後、90℃、60℃
及び30℃まで冷却した圧電体（それぞれサンプル２、３
及び４）は、この冷却により変位特性の低下が抑えられ
ているが、十分ではない。一方、０℃及び−20℃まで冷
却した圧電体（サンプル５及び６）は、ほとんどその変
位特性は低下しなかった。
極処理を行った圧電体（サンプル１）は時間と共にその
変位特性が著しく低下した。また、加熱後、90℃、60℃
及び30℃まで冷却した圧電体（それぞれサンプル２、３
及び４）は、この冷却により変位特性の低下が抑えられ
ているが、十分ではない。一方、０℃及び−20℃まで冷
却した圧電体（サンプル５及び６）は、ほとんどその変
位特性は低下しなかった。
【００１８】繰り返し分極処理 次に、ＰＺＴ圧電体を加熱し、次いで冷却する工程を複
数回繰り返すことにより、その効果を調べた。ＰＺＴ圧
電体を上記のようにして製造し、上記と同様にして加熱
し、次いで０℃まで冷却し、この加熱−冷却工程を１〜
５回繰り返し、最後に加熱し分極処理を行った。次いで
得られたサンプルを50枚積層し、0.5mmの積層体を形成
し、これに０〜800Vの電圧を加え、35MPa の初期圧力を
かけ駆動させ、変位量を測定しその耐久性を求めた。こ
の結果を図３に示す。
数回繰り返すことにより、その効果を調べた。ＰＺＴ圧
電体を上記のようにして製造し、上記と同様にして加熱
し、次いで０℃まで冷却し、この加熱−冷却工程を１〜
５回繰り返し、最後に加熱し分極処理を行った。次いで
得られたサンプルを50枚積層し、0.5mmの積層体を形成
し、これに０〜800Vの電圧を加え、35MPa の初期圧力を
かけ駆動させ、変位量を測定しその耐久性を求めた。こ
の結果を図３に示す。
【００１９】図３より明らかなように、繰り返し回数０
のサンプル、すなわち従来の圧電体は駆動後の変位特性
の低下が大きく、耐久性が十分ではない。一方、加熱−
冷却工程を行うことにより耐久性は向上し、これは繰り
返し回数が多いほど顕著である。
のサンプル、すなわち従来の圧電体は駆動後の変位特性
の低下が大きく、耐久性が十分ではない。一方、加熱−
冷却工程を行うことにより耐久性は向上し、これは繰り
返し回数が多いほど顕著である。
【００２０】
【発明の効果】圧電体の分極処理時に、温度を０℃以下
の低温まで急激に低下させる本発明の方法により、圧電
体内に内部電荷を生じさせ、この内部電荷によって自発
分極をピンニングし、これによって分極量の低下を抑
え、圧電体の特性低下を抑制することができる。また、
圧電体の加熱−冷却工程を繰り返すことにより内部電荷
量を増加させ、それによりアクチュエータに適した駆動
耐久性の高い圧電体が得られる。
の低温まで急激に低下させる本発明の方法により、圧電
体内に内部電荷を生じさせ、この内部電荷によって自発
分極をピンニングし、これによって分極量の低下を抑
え、圧電体の特性低下を抑制することができる。また、
圧電体の加熱−冷却工程を繰り返すことにより内部電荷
量を増加させ、それによりアクチュエータに適した駆動
耐久性の高い圧電体が得られる。
【図１】従来の分極方法及び本発明の分極方法の原理を
示す図である。
示す図である。
【図２】各方法により分極処理した圧電体の変位特性の
経時変化を示すグラフである。
経時変化を示すグラフである。
【図３】圧電体の耐久性に対する加熱−冷却工程の繰り
返しの効果を示すグラフである。
返しの効果を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電セラミックスの分極方法であって、
高電圧を印加した状態において以下の工程： (1) 圧電セラミックスを、そのキューリー点の１／２の
温度〜キューリー点以下の温度の範囲まで加熱し、この
温度において前記圧電セラミックスが分極飽和するに十
分な時間保持すること、 (2) これを０℃以下の温度まで急激に冷却し、この冷却
状態において前記圧電セラミックス内に内部電荷が発生
するに十分な時間保持すること、そして (3) 前記圧電セラミックスをそのキューリー点の１／２
の温度〜キューリー点以下の温度の範囲まで加熱し、こ
の温度において前記圧電セラミックスが分極飽和するに
十分な時間保持すること からなることを特徴とする、圧電セラミックスの分極方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、工程(1)
及び(2) を複数回繰り返すことを特徴とする、圧電セラ
ミックスの分極方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21752593A JP3075033B2 (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 圧電セラミックスの分極方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21752593A JP3075033B2 (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 圧電セラミックスの分極方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774408A JPH0774408A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3075033B2 true JP3075033B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=16705615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21752593A Expired - Fee Related JP3075033B2 (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 圧電セラミックスの分極方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3075033B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020130360A1 (ko) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | 주식회사 메타바이오메드 | 압전소자 분극 방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3724370B2 (ja) * | 2000-12-26 | 2005-12-07 | 株式会社村田製作所 | 圧電体の分極方法 |
| RU2626304C1 (ru) * | 2016-02-09 | 2017-07-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Способ поляризации пьезокерамических элементов и устройство для его осуществления |
-
1993
- 1993-09-01 JP JP21752593A patent/JP3075033B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020130360A1 (ko) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | 주식회사 메타바이오메드 | 압전소자 분극 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0774408A (ja) | 1995-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Electrical power generation characteristics of PZT piezoelectric ceramics | |
| Pan et al. | Field‐forced antiferroelectric‐to‐ferroelectric switching in modified lead zirconate titanate stannate ceramics | |
| JP2007123683A (ja) | 強誘電体薄膜の製造方法、強誘電体薄膜 | |
| JP3075033B2 (ja) | 圧電セラミックスの分極方法 | |
| US6579468B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition, piezoelectric ceramic element, and method for manufacturing the piezoelectric ceramic composition | |
| JP2671871B2 (ja) | 圧電トランスとその製造方法 | |
| Hall et al. | Ageing of high field dielectric properties in-based piezoceramics | |
| Zhao et al. | Effect of mechanical stress on the electromechanical performance of PZT and PMN-PT ceramics | |
| JP3395679B2 (ja) | 圧電体の分極処理方法 | |
| Uchino et al. | Destruction mechanism of multilayer ceramic actuators | |
| JPH06342946A (ja) | 圧電素子の再生方法 | |
| JPH06224486A (ja) | 圧電セラミックスの分極方法 | |
| JP3008831B2 (ja) | 圧電トランスの製造方法 | |
| JPH0482309A (ja) | 圧電体の分極方法 | |
| JPS61268085A (ja) | 圧電体の分極方法 | |
| JP2890863B2 (ja) | ブロック状圧電体の分極方法 | |
| JPH07172914A (ja) | 圧電体の製造方法 | |
| JPH0685345A (ja) | Ｐｚｔ系圧電素子の分極方法 | |
| JPS5948560B2 (ja) | 圧電磁器素子の製造方法 | |
| JP3079811B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP2007258597A (ja) | 圧電体の分極方法 | |
| JPH02201977A (ja) | 圧電アクチュエータの駆動方法 | |
| Vusevker et al. | Some semiconductive and thermoelectret properties of a bi-modified pzt ferroelectric ceramic | |
| Gallo et al. | Alternating‐Current‐Assisted Poling of Lead Zirconate Titanate (PZT) | |
| Ye et al. | Enhanced Unipolar Fatigue Resistance in Ferroelectric Pb (Ni1/3Nb2/3O3)–PbTiO3 Ceramics Prepared via Glycerol‐Assisted Solid‐State Reaction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080609 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090609 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |