JP3395679B2 - 圧電体の分極処理方法 - Google Patents
圧電体の分極処理方法Info
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N30/045—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミックフィルタ
やセラミック発振子などに使用される圧電体の分極処理
方法に関するものである。
やセラミック発振子などに使用される圧電体の分極処理
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＰＺＴ系に代表される粒状組織の
圧電セラミックスの分極方法は、焼成体に銀電極をスパ
ッタし、室温〜１５０℃程度の温度で２〜５ｋＶ／ｍｍ
程度の直流電圧を数秒〜数十分印加することで、所望の
分極度を得ている。しかしながら、従来の分極方法で
は、分極処理後の後工程での熱衝撃（半田付けなど）に
よって、特性劣化が進んでしまうという欠点があった。
その理由は、以下のようなものであると考えられる。
圧電セラミックスの分極方法は、焼成体に銀電極をスパ
ッタし、室温〜１５０℃程度の温度で２〜５ｋＶ／ｍｍ
程度の直流電圧を数秒〜数十分印加することで、所望の
分極度を得ている。しかしながら、従来の分極方法で
は、分極処理後の後工程での熱衝撃（半田付けなど）に
よって、特性劣化が進んでしまうという欠点があった。
その理由は、以下のようなものであると考えられる。
【０００３】分極処理とは、自発分極を一定方向に揃え
ることであるが、この自発分極の動きは、大局的にみて
１８０度回転と９０度回転の２種類がある。９０度回転
による自発分極の残留分は、温度をかけることで元の状
態に戻るという性質があり、１８０度回転による自発分
極の残留分は、キュリー温度以下で分極状態を維持する
という性質がある。つまり、１８０度回転による自発分
極は９０度回転による自発分極に比べ、熱衝撃に対して
安定である。
ることであるが、この自発分極の動きは、大局的にみて
１８０度回転と９０度回転の２種類がある。９０度回転
による自発分極の残留分は、温度をかけることで元の状
態に戻るという性質があり、１８０度回転による自発分
極の残留分は、キュリー温度以下で分極状態を維持する
という性質がある。つまり、１８０度回転による自発分
極は９０度回転による自発分極に比べ、熱衝撃に対して
安定である。
【０００４】図１は自発分極の向きの変化を示す。図１
の（Ａ）は分極前の自発分極の向きを示し、それぞれが
個別の方向を向いている。これに分極処理を行なうこと
で、図１の（Ｂ）に示すように全てが同一方向を向くこ
とになる。その後の熱衝撃によって、図１の（Ｃ）に示
すように９０度回転による自発分極のみが元の状態に戻
ってしまう。
の（Ａ）は分極前の自発分極の向きを示し、それぞれが
個別の方向を向いている。これに分極処理を行なうこと
で、図１の（Ｂ）に示すように全てが同一方向を向くこ
とになる。その後の熱衝撃によって、図１の（Ｃ）に示
すように９０度回転による自発分極のみが元の状態に戻
ってしまう。
【０００５】このような性質を利用して、圧電体の自発
分極の９０度回転をエージング処理によって除去し、１
８０度回転のみとする分極処理方法が提案されている
（特開平７−１７２９１４号公報）。この場合のエージ
ング処理方法としては、例えば２００〜２５０℃での熱
エージングを行なう方法、−４０℃から１３０℃への変
化と１３０℃から−４０℃への変化をほぼ５０サイクル
繰り返す方法、５０ＭＰａの圧縮応力をほぼ１００回繰
り返す方法などがある。
分極の９０度回転をエージング処理によって除去し、１
８０度回転のみとする分極処理方法が提案されている
（特開平７−１７２９１４号公報）。この場合のエージ
ング処理方法としては、例えば２００〜２５０℃での熱
エージングを行なう方法、−４０℃から１３０℃への変
化と１３０℃から−４０℃への変化をほぼ５０サイクル
繰り返す方法、５０ＭＰａの圧縮応力をほぼ１００回繰
り返す方法などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
第２，第３の方法では、圧電体に過大な負荷がかかるた
め、クラックや割れなどの不具合が発生しやすく、歩留
りが悪化するという問題がある。一方、第１の方法の場
合には、歩留りは良好であるが、単純に２００〜２５０
℃での熱エージングを行なうだけでは、目標とする分極
度の圧電体を得ることが難しい。すなわち、従来では予
め適当な電圧，時間，温度によって分極を行なった後、
９０度回転を完全に除去するまでエージング処理を行な
うので、分極が終了した段階で１８０度回転による自発
分極がどの程度存在するかによって、最終的な分極度が
ばらついていた。
第２，第３の方法では、圧電体に過大な負荷がかかるた
め、クラックや割れなどの不具合が発生しやすく、歩留
りが悪化するという問題がある。一方、第１の方法の場
合には、歩留りは良好であるが、単純に２００〜２５０
℃での熱エージングを行なうだけでは、目標とする分極
度の圧電体を得ることが難しい。すなわち、従来では予
め適当な電圧，時間，温度によって分極を行なった後、
９０度回転を完全に除去するまでエージング処理を行な
うので、分極が終了した段階で１８０度回転による自発
分極がどの程度存在するかによって、最終的な分極度が
ばらついていた。
【０００７】そこで、本発明の目的は、目標とする分極
度へ高精度に到達でき、熱的および経時的に安定な圧電
体の分極処理方法を提供することにある。
度へ高精度に到達でき、熱的および経時的に安定な圧電
体の分極処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々の条
件で分極およびエージングを行なった結果、分極度Δｆ
に占める１８０度回転の分極度Δｆ180 と９０度回転の
分極度Δｆ90の比率は温度のみによって支配され、分極
電圧や分極時間に左右されないことを発見した。そのた
め、温度が決まれば、１８０度回転と９０度回転の分極
度の比率を一義的に知ることができる。
件で分極およびエージングを行なった結果、分極度Δｆ
に占める１８０度回転の分極度Δｆ180 と９０度回転の
分極度Δｆ90の比率は温度のみによって支配され、分極
電圧や分極時間に左右されないことを発見した。そのた
め、温度が決まれば、１８０度回転と９０度回転の分極
度の比率を一義的に知ることができる。
【０００９】この明細書で、分極度とは残留分極度のこ
とを指し、残留分極度とは、分極終了後の常温での分極
度である。なお、分極度は、周知のように圧電体の共振
周波数ｆｒと***振周波数ｆａとの周波数差Δｆによっ
て知ることができる。
とを指し、残留分極度とは、分極終了後の常温での分極
度である。なお、分極度は、周知のように圧電体の共振
周波数ｆｒと***振周波数ｆａとの周波数差Δｆによっ
て知ることができる。
【００１０】図２は本発明者らが実験的に求めた分極温
度と分極度Δｆに占める１８０度回転，９０度回転との
関係を示す。ただし、上記分極度は、各分極温度で最大
限の分極度が得られる分極（以下、全分極と呼ぶ）を行
なった後の分極度である。ここでは、圧電体としてＰｂ
（ＺｒＴｉ）Ｏ3 にＳｒ，Ｃｒを添加したＰＺＴセラミ
ックスを用いた。
度と分極度Δｆに占める１８０度回転，９０度回転との
関係を示す。ただし、上記分極度は、各分極温度で最大
限の分極度が得られる分極（以下、全分極と呼ぶ）を行
なった後の分極度である。ここでは、圧電体としてＰｂ
（ＺｒＴｉ）Ｏ3 にＳｒ，Ｃｒを添加したＰＺＴセラミ
ックスを用いた。
【００１１】図２において、分極温度Ｔ１〜Ｔ６を例え
ば２６℃，５０℃，１００℃，１５０℃，２００℃，２
５０℃とした場合、分極温度と同一温度でエージングを
行なった後では、１８０度回転による分極度Δｆ180 は
温度に関係なく一定しているが、９０度回転による分極
度Δｆ90は温度の上昇に伴って減少し、温度Ｔ６ですべ
てが１８０度回転のみで占められた。１８０度回転と９
０度回転との比率は、分極温度がＴ１〜Ｔ６へと変化す
るに伴い、例えば７７：２３，７８：２２，８１：１
９，８５：１５，９０：１０，１００：０のように変化
した。また、１８０度回転量と９０度回転量との比率
は、分極電圧や分極時間（全分極か半分極か）によって
全く影響されず、温度にのみ左右される。分極は大気中
でも絶縁油中で行なってもよい。よって、図３のような
関係が得られる。ここで、半分極とは全分極にまで至ら
ない分極を言い、時間，電圧をコントロールしながら行
なう分極である。
ば２６℃，５０℃，１００℃，１５０℃，２００℃，２
５０℃とした場合、分極温度と同一温度でエージングを
行なった後では、１８０度回転による分極度Δｆ180 は
温度に関係なく一定しているが、９０度回転による分極
度Δｆ90は温度の上昇に伴って減少し、温度Ｔ６ですべ
てが１８０度回転のみで占められた。１８０度回転と９
０度回転との比率は、分極温度がＴ１〜Ｔ６へと変化す
るに伴い、例えば７７：２３，７８：２２，８１：１
９，８５：１５，９０：１０，１００：０のように変化
した。また、１８０度回転量と９０度回転量との比率
は、分極電圧や分極時間（全分極か半分極か）によって
全く影響されず、温度にのみ左右される。分極は大気中
でも絶縁油中で行なってもよい。よって、図３のような
関係が得られる。ここで、半分極とは全分極にまで至ら
ない分極を言い、時間，電圧をコントロールしながら行
なう分極である。
【００１２】分極度に占める１８０度回転量と９０度回
転量の比率を求めるには、まず、圧電体の（００２）格
子面をＸＲＤ（Ｘ線回析法）で測定し、１８０度回転の
みの分極度が得られる分極温度を求める。図４は分極温
度と（００２）結晶格子面のＸ線強度の関係を示す。な
お、Ｘ線強度は、分極後、圧電体を常温に戻して測定し
た時の強度である。（００２）格子面とは、Ｃ軸が分極
方向に向いている面である。図４から明らかなように、
分極温度が上昇するにつれて（００２）格子面が減少し
ており、９０度回転の戻りが多く起きていることがわか
る。また、温度Ｔ６で（００２）格子面が未分極時と同
じ状態になっていることから、９０度回転が全て戻りき
ったことがわかる。つまり、この温度Ｔ６が、１８０度
回転のみの分極度が得られる分極温度である。次に、以
下のようにして、１８０度回転量と９０度回転量の比率
を求める。まず温度Ｔ６より低い複数の適当な温度で分
極し、ついで温度Ｔ６でエージングを行なう。このと
き、温度Ｔ６のエージングで減少したΔｆが９０度回転
分であり、残ったΔｆが１８０度回転分である。この結
果より、分極度Δｆに占める１８０度回転量と９０度回
転量の比率として、図３を得ることができる。
転量の比率を求めるには、まず、圧電体の（００２）格
子面をＸＲＤ（Ｘ線回析法）で測定し、１８０度回転の
みの分極度が得られる分極温度を求める。図４は分極温
度と（００２）結晶格子面のＸ線強度の関係を示す。な
お、Ｘ線強度は、分極後、圧電体を常温に戻して測定し
た時の強度である。（００２）格子面とは、Ｃ軸が分極
方向に向いている面である。図４から明らかなように、
分極温度が上昇するにつれて（００２）格子面が減少し
ており、９０度回転の戻りが多く起きていることがわか
る。また、温度Ｔ６で（００２）格子面が未分極時と同
じ状態になっていることから、９０度回転が全て戻りき
ったことがわかる。つまり、この温度Ｔ６が、１８０度
回転のみの分極度が得られる分極温度である。次に、以
下のようにして、１８０度回転量と９０度回転量の比率
を求める。まず温度Ｔ６より低い複数の適当な温度で分
極し、ついで温度Ｔ６でエージングを行なう。このと
き、温度Ｔ６のエージングで減少したΔｆが９０度回転
分であり、残ったΔｆが１８０度回転分である。この結
果より、分極度Δｆに占める１８０度回転量と９０度回
転量の比率として、図３を得ることができる。
【００１３】上記の知見を基にして、本発明者らは請求
項１〜４に示されるような分極処理方法を発明した。す
なわち、請求項１，２に記載の方法は、圧電材料などに
よって決まる１８０度回転の最大分極度Δｆ180maxを求
め、目標値である残留分極度Δｆと最大分極度Δｆ
180maxとを比較した結果、Δｆ≦Δｆ180maxである場合
の分極方法である。つまり、すべてが１８０度回転のみ
で占められる分極度Δｆを得ることが可能な場合の分極
方法である。ここで、「すべてが１８０度回転のみで占
められる分極度」とは、若干の９０度回転量を含む程度
の分極度ならば、それについても含むものとする。
項１〜４に示されるような分極処理方法を発明した。す
なわち、請求項１，２に記載の方法は、圧電材料などに
よって決まる１８０度回転の最大分極度Δｆ180maxを求
め、目標値である残留分極度Δｆと最大分極度Δｆ
180maxとを比較した結果、Δｆ≦Δｆ180maxである場合
の分極方法である。つまり、すべてが１８０度回転のみ
で占められる分極度Δｆを得ることが可能な場合の分極
方法である。ここで、「すべてが１８０度回転のみで占
められる分極度」とは、若干の９０度回転量を含む程度
の分極度ならば、それについても含むものとする。
【００１４】請求項１では、まず、すべてが１８０度回
転のみで占められる分極度Δｆを得るための温度ＴA を
求める。この温度ＴA は、予め実験的に求めることがで
きる。一般に、高温になるほど１８０度回転の分極度の
比率が高くなる。次に、温度Ｔ A で、時間，電圧をコン
トロールして、１８０度回転の分極度Δｆ180 が目標分
極度Δｆと同じになるように半分極する。半分極の終了
段階では、１８０度回転量のほかに９０度回転量も含ま
れるが、分極時と同一温度ＴA でエージングを行なうこ
とで、分極時の９０度回転がすべて戻り、すべてが１８
０度回転のみで占められる分極度が得られる。この方法
では、残留分極度の中に１８０度回転のみが存在し、９
０度回転が全て除去されるので、熱的および経時的に安
定な圧電体が得られる。しかも、１８０度回転による分
極度Δｆ180 が半分極の段階で決定されるので、分極度
Δｆ（＝Δｆ180 ）が目標値と正確に一致した圧電体を
得ることができる。
転のみで占められる分極度Δｆを得るための温度ＴA を
求める。この温度ＴA は、予め実験的に求めることがで
きる。一般に、高温になるほど１８０度回転の分極度の
比率が高くなる。次に、温度Ｔ A で、時間，電圧をコン
トロールして、１８０度回転の分極度Δｆ180 が目標分
極度Δｆと同じになるように半分極する。半分極の終了
段階では、１８０度回転量のほかに９０度回転量も含ま
れるが、分極時と同一温度ＴA でエージングを行なうこ
とで、分極時の９０度回転がすべて戻り、すべてが１８
０度回転のみで占められる分極度が得られる。この方法
では、残留分極度の中に１８０度回転のみが存在し、９
０度回転が全て除去されるので、熱的および経時的に安
定な圧電体が得られる。しかも、１８０度回転による分
極度Δｆ180 が半分極の段階で決定されるので、分極度
Δｆ（＝Δｆ180 ）が目標値と正確に一致した圧電体を
得ることができる。
【００１５】請求項２では、請求項１と同様に、すべて
が１８０度回転のみで占められる分極度Δｆを得るため
の温度ＴA を求めるが、この温度ＴA では目標値である
Δｆに到達することが困難である場合に、これより分極
コントロールのしやすい低い温度ＴP で、時間，電圧を
コントロールして、１８０度回転の分極度Δｆ180 が目
標分極度Δｆと同じになるように半分極する。半分極の
終了段階では分極度Δｆの中に９０度回転の分極度Δｆ
90が存在しているが、次に温度ＴA でエージングするこ
とによって、９０度回転をすべて元の状態に戻す。な
お、エージングによって、１８０度回転の分極度Δｆ
180 は全く変化しない。以上の操作によって、請求項１
と同様に残留分極度の中に１８０度回転のみが存在し、
熱的および経時的に安定な圧電体を得ることができる。
が１８０度回転のみで占められる分極度Δｆを得るため
の温度ＴA を求めるが、この温度ＴA では目標値である
Δｆに到達することが困難である場合に、これより分極
コントロールのしやすい低い温度ＴP で、時間，電圧を
コントロールして、１８０度回転の分極度Δｆ180 が目
標分極度Δｆと同じになるように半分極する。半分極の
終了段階では分極度Δｆの中に９０度回転の分極度Δｆ
90が存在しているが、次に温度ＴA でエージングするこ
とによって、９０度回転をすべて元の状態に戻す。な
お、エージングによって、１８０度回転の分極度Δｆ
180 は全く変化しない。以上の操作によって、請求項１
と同様に残留分極度の中に１８０度回転のみが存在し、
熱的および経時的に安定な圧電体を得ることができる。
【００１６】請求項３に記載の方法は、圧電材料などに
よって決まる１８０度回転のみの最大分極度Δｆ180max
を求め、目標値である残留分極度Δｆと最大分極度Δｆ
180maxとを比較した結果、Δｆ＞Δｆ180maxである場合
の分極方法である。つまり、どのように処理しても、す
べてが１８０度回転のみで占められる分極度Δｆを得る
ことが不可能な場合に、１８０度回転量の比率が最も高
くなるような分極度が得られる分極方法のことである。
ここで、「１８０度回転量の比率が最も高くなるような
分極度」とは、１８０度回転量の最も高い比率に比べ、
若干の１８０度回転量の比率が少なくなる程度の分極度
ならば、それについても含むものとする。
よって決まる１８０度回転のみの最大分極度Δｆ180max
を求め、目標値である残留分極度Δｆと最大分極度Δｆ
180maxとを比較した結果、Δｆ＞Δｆ180maxである場合
の分極方法である。つまり、どのように処理しても、す
べてが１８０度回転のみで占められる分極度Δｆを得る
ことが不可能な場合に、１８０度回転量の比率が最も高
くなるような分極度が得られる分極方法のことである。
ここで、「１８０度回転量の比率が最も高くなるような
分極度」とは、１８０度回転量の最も高い比率に比べ、
若干の１８０度回転量の比率が少なくなる程度の分極度
ならば、それについても含むものとする。
【００１７】請求項３では、まず、１８０度回転量の比
率が最も高くなる分極度Δｆを得るための温度ＴA を求
める。次に、温度ＴA で全分極を行い、分極時と同一温
度ＴAでエージングを行なうことで、１８０度回転量の
比率が最も高くなる分極度Δｆを得ることができる。こ
の方法では、残留分極度の中に９０度回転量も一部含ま
れるが、１８０度回転量の比率が最も高くなるので、熱
的および経時的に安定な圧電体が得られる。しかも、分
極度Δｆが目標値と一致した圧電体を得ることができ
る。
率が最も高くなる分極度Δｆを得るための温度ＴA を求
める。次に、温度ＴA で全分極を行い、分極時と同一温
度ＴAでエージングを行なうことで、１８０度回転量の
比率が最も高くなる分極度Δｆを得ることができる。こ
の方法では、残留分極度の中に９０度回転量も一部含ま
れるが、１８０度回転量の比率が最も高くなるので、熱
的および経時的に安定な圧電体が得られる。しかも、分
極度Δｆが目標値と一致した圧電体を得ることができ
る。
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる分極処理方
法の一例を、図５を参照して説明する。図５では４つの
処理方法が示されている。Ｓ１〜Ｓ７は第１の処理方
法、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ８〜Ｓ１０は第２の処理方法、Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１５は第３の処理方法、Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１６〜Ｓ１８は第４の処理方法
である。
法の一例を、図５を参照して説明する。図５では４つの
処理方法が示されている。Ｓ１〜Ｓ７は第１の処理方
法、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ８〜Ｓ１０は第２の処理方法、Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１５は第３の処理方法、Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１６〜Ｓ１８は第４の処理方法
である。
【００２０】第１，第２の処理方法は、残留分極度Δｆ
を目標値に一致させ、かつ分極度Δｆのすべてを１８０
度回転の分極度Δｆ180 のみで構成する方法である。こ
れに対し、第３，第４の処理方法は、どのように処理し
ても分極度Δｆのすべてが１８０度回転のみで構成でき
ない場合に、分極度Δｆを目標値に一致させ、かつ分極
度Δｆの中に占める１８０度回転量の比率を最も高くす
る方法である。
を目標値に一致させ、かつ分極度Δｆのすべてを１８０
度回転の分極度Δｆ180 のみで構成する方法である。こ
れに対し、第３，第４の処理方法は、どのように処理し
ても分極度Δｆのすべてが１８０度回転のみで構成でき
ない場合に、分極度Δｆを目標値に一致させ、かつ分極
度Δｆの中に占める１８０度回転量の比率を最も高くす
る方法である。
【００２１】まず第１，第２の処理方法について説明す
る。最初に、１８０度回転のみの最大分極度Δｆ180max
を求める（ステップＳ１）。この最大分極度Δｆ180max
は、分極の仕方（半分極か全分極か）や温度に関係なく
圧電体の材料によって決定される。次に、目標値である
Δｆと、上記の最大分極度Δｆ180maxとを比較する（ス
テップＳ２）。目標分極度Δｆは圧電体を用いた製品の
用途や種類によって自由に設定される。比較の結果、Δ
ｆ≦Δｆ180maxの場合にはステップＳ３〜Ｓ１０の処理
を実行し、Δｆ＞Δｆ180maxの場合にはステップＳ１１
〜Ｓ１８の処理を実行する。Δｆ≦Δｆ180maxであると
いうことは、目標分極度Δｆをすべて１８０度回転のみ
で構成することが可能であることを意味する。そこで、
すべて１８０度回転のみで構成できるΔｆを得るための
温度ＴA を求める（ステップＳ３）。例えば、図２，図
３を参照すれば、温度ＴA ＝Ｔ6 である。次に、温度Ｔ
A で半分極して目標分極度Δｆへコントロールできるか
否かを判定する（ステップＳ４）。もし、高い温度ＴA
でコントロール可能である場合には、温度ＴA で電圧，
時間をコントロールしながらΔｆへ半分極し（ステップ
Ｓ５）、その後、同じ温度Ｔ A でエージングを行い（ス
テップＳ６）、目標とするΔｆを得る（ステップＳ
７）。上記のようにして、目標値となる分極度Δｆを有
し、かつ１８０度回転の比率が１００％の圧電体を得る
ことができる。そのため、熱的および経時的に非常に安
定である。
る。最初に、１８０度回転のみの最大分極度Δｆ180max
を求める（ステップＳ１）。この最大分極度Δｆ180max
は、分極の仕方（半分極か全分極か）や温度に関係なく
圧電体の材料によって決定される。次に、目標値である
Δｆと、上記の最大分極度Δｆ180maxとを比較する（ス
テップＳ２）。目標分極度Δｆは圧電体を用いた製品の
用途や種類によって自由に設定される。比較の結果、Δ
ｆ≦Δｆ180maxの場合にはステップＳ３〜Ｓ１０の処理
を実行し、Δｆ＞Δｆ180maxの場合にはステップＳ１１
〜Ｓ１８の処理を実行する。Δｆ≦Δｆ180maxであると
いうことは、目標分極度Δｆをすべて１８０度回転のみ
で構成することが可能であることを意味する。そこで、
すべて１８０度回転のみで構成できるΔｆを得るための
温度ＴA を求める（ステップＳ３）。例えば、図２，図
３を参照すれば、温度ＴA ＝Ｔ6 である。次に、温度Ｔ
A で半分極して目標分極度Δｆへコントロールできるか
否かを判定する（ステップＳ４）。もし、高い温度ＴA
でコントロール可能である場合には、温度ＴA で電圧，
時間をコントロールしながらΔｆへ半分極し（ステップ
Ｓ５）、その後、同じ温度Ｔ A でエージングを行い（ス
テップＳ６）、目標とするΔｆを得る（ステップＳ
７）。上記のようにして、目標値となる分極度Δｆを有
し、かつ１８０度回転の比率が１００％の圧電体を得る
ことができる。そのため、熱的および経時的に非常に安
定である。
【００２２】ステップＳ４において、温度ＴA でΔｆへ
コントロール困難であると判定された場合には、温度Ｔ
A より低い温度ＴP で半分極し、計算によって求めたΔ
ｆp へコントロールする（ステップＳ８）。なぜなら、
低い温度の方が分極コントロールが容易であるからであ
る。Δｆp は、図２を参照すれば、Ｔ１〜Ｔ５における
分極度Δｆのことであり、この温度における１８０度回
転の分極度Δｆ180 が、最終目標である温度Ｔ６におけ
る１８０度回転の分極度Δｆ180 と等しい分極度のこと
である。上記のようにして半分極を行なった後の分極状
態を図６のＡで示す。この状態では、分極度Δｆの中に
幾分かの９０度回転の分極度Δｆ90が存在している。温
度ＴP で半分極した後、温度ＴA でエージングを行なう
（ステップＳ９）。これによって、分極度Δｆに占める
９０度回転がすべて元の状態に戻され、１８０度回転の
みとなる。この状態を図６のＢで示す。なお、エージン
グによって１８０度回転の分極度Δｆ180 は全く変化し
ない。以上のようにして、目標値となる分極度Δｆを有
し、かつすべてが１８０度回転のみで構成された分極度
Δｆを得る（ステップＳ１０）。
コントロール困難であると判定された場合には、温度Ｔ
A より低い温度ＴP で半分極し、計算によって求めたΔ
ｆp へコントロールする（ステップＳ８）。なぜなら、
低い温度の方が分極コントロールが容易であるからであ
る。Δｆp は、図２を参照すれば、Ｔ１〜Ｔ５における
分極度Δｆのことであり、この温度における１８０度回
転の分極度Δｆ180 が、最終目標である温度Ｔ６におけ
る１８０度回転の分極度Δｆ180 と等しい分極度のこと
である。上記のようにして半分極を行なった後の分極状
態を図６のＡで示す。この状態では、分極度Δｆの中に
幾分かの９０度回転の分極度Δｆ90が存在している。温
度ＴP で半分極した後、温度ＴA でエージングを行なう
（ステップＳ９）。これによって、分極度Δｆに占める
９０度回転がすべて元の状態に戻され、１８０度回転の
みとなる。この状態を図６のＢで示す。なお、エージン
グによって１８０度回転の分極度Δｆ180 は全く変化し
ない。以上のようにして、目標値となる分極度Δｆを有
し、かつすべてが１８０度回転のみで構成された分極度
Δｆを得る（ステップＳ１０）。
【００２３】次に、第３，第４の処理方法について説明
する。ステップＳ２における目標値Δｆと最大分極度Δ
ｆ180maxとの比較によって、Δｆ＞Δｆ180maxであると
判定された場合には、どのように処理しても、目標分極
度Δｆをすべて１８０度回転のみで構成できないことを
意味する。そこで、１８０度回転の比率が最も高いΔｆ
を得るための温度ＴA を求める（ステップＳ１１）。例
えば、図２を参照して、温度ＴA ＝Ｔ5 とする。次に、
温度ＴA で全分極できるか否かを判定する（ステップＳ
１２）。すなわち、全分極状態で温度コントロールがで
きるか否かや、圧電体の保持治具などの制約により温度
ＴA に維持できるか否かなどが判定される。もし、温度
ＴA で全分極できると判定された場合には、温度ＴA で
全分極する（ステップＳ１３）。全分極であるから、半
分極とは異なり、所定の電圧を所定時間だけ印加し、最
大限の分極度Δｆを得る。その後、温度ＴA でエージン
グし（ステップＳ１４）、目標とする分極度Δｆを得る
（ステップＳ１５）。このように処理すれば、１８０度
回転の比率が最も高く、かつ全体の分極度Δｆが目標値
と一致した圧電体を得ることができる。
する。ステップＳ２における目標値Δｆと最大分極度Δ
ｆ180maxとの比較によって、Δｆ＞Δｆ180maxであると
判定された場合には、どのように処理しても、目標分極
度Δｆをすべて１８０度回転のみで構成できないことを
意味する。そこで、１８０度回転の比率が最も高いΔｆ
を得るための温度ＴA を求める（ステップＳ１１）。例
えば、図２を参照して、温度ＴA ＝Ｔ5 とする。次に、
温度ＴA で全分極できるか否かを判定する（ステップＳ
１２）。すなわち、全分極状態で温度コントロールがで
きるか否かや、圧電体の保持治具などの制約により温度
ＴA に維持できるか否かなどが判定される。もし、温度
ＴA で全分極できると判定された場合には、温度ＴA で
全分極する（ステップＳ１３）。全分極であるから、半
分極とは異なり、所定の電圧を所定時間だけ印加し、最
大限の分極度Δｆを得る。その後、温度ＴA でエージン
グし（ステップＳ１４）、目標とする分極度Δｆを得る
（ステップＳ１５）。このように処理すれば、１８０度
回転の比率が最も高く、かつ全体の分極度Δｆが目標値
と一致した圧電体を得ることができる。
【００２４】もし、温度ＴA で全分極できないと判定さ
れた場合には、温度ＴA より低い温度ＴP で全分極する
（ステップＳ１６）。図２を参照すれば、ＴA ＝Ｔ5 で
あると仮定すれば、ＴP はＴ１〜Ｔ４のいずれかであ
る。この場合には、電圧や時間はコントロールする必要
がなく、最大限の分極度Δｆを得るように分極すればよ
い。その後、温度ＴA でエージングして、９０度回転の
一部を元の状態に戻す（ステップＳ１７）。つまり、温
度ＴA における１８０度回転の比率と同一の比率になる
ように分極度を調整し、目標とする分極度Δｆを得る
（ステップＳ１８）。以上の処理によって、１８０度回
転の比率ができるだけ高く、かつ残留分極度Δｆが目標
値と一致した圧電体を得ることができる。
れた場合には、温度ＴA より低い温度ＴP で全分極する
（ステップＳ１６）。図２を参照すれば、ＴA ＝Ｔ5 で
あると仮定すれば、ＴP はＴ１〜Ｔ４のいずれかであ
る。この場合には、電圧や時間はコントロールする必要
がなく、最大限の分極度Δｆを得るように分極すればよ
い。その後、温度ＴA でエージングして、９０度回転の
一部を元の状態に戻す（ステップＳ１７）。つまり、温
度ＴA における１８０度回転の比率と同一の比率になる
ように分極度を調整し、目標とする分極度Δｆを得る
（ステップＳ１８）。以上の処理によって、１８０度回
転の比率ができるだけ高く、かつ残留分極度Δｆが目標
値と一致した圧電体を得ることができる。
【００２５】図７は半分極と全分極における分極度の違
いを示す。図から明らかなように、分極温度ＴP が同じ
でも全分極では半分極に比べて分極度Δｆが高く、分極
度Δｆは最大値Δｆmax となる。但し、１８０度回転と
９０度回転との比率（ａ：ｂ）は、半分極および全分極
で変化がない。
いを示す。図から明らかなように、分極温度ＴP が同じ
でも全分極では半分極に比べて分極度Δｆが高く、分極
度Δｆは最大値Δｆmax となる。但し、１８０度回転と
９０度回転との比率（ａ：ｂ）は、半分極および全分極
で変化がない。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の発明によれば、すべて１８０度回転のみの分極
度を得るための温度ＴA で半分極した後、同じ温度でエ
ージングを行なったので、１８０度回転の比率が１００
％で、熱的および経時的に安定し、かつ分極度が目標値
と正確に一致した圧電体を得ることができる。
に記載の発明によれば、すべて１８０度回転のみの分極
度を得るための温度ＴA で半分極した後、同じ温度でエ
ージングを行なったので、１８０度回転の比率が１００
％で、熱的および経時的に安定し、かつ分極度が目標値
と正確に一致した圧電体を得ることができる。
【００２７】また、請求項２に記載の発明によれば、請
求項１と同様に、すべて１８０度回転のみの分極度を得
るための温度ＴA を求め、この温度より低い温度ＴP で
半分極した後、９０度回転がすべて戻る温度ＴA でエー
ジングを行なったので、１８０度回転の比率が１００％
で、熱的および経時的に安定し、かつ分極度が目標値と
正確に一致した圧電体を得ることができるとともに、請
求項１に比べて低温で半分極するので、処理方法の汎用
BR>性を高くすることができる。
求項１と同様に、すべて１８０度回転のみの分極度を得
るための温度ＴA を求め、この温度より低い温度ＴP で
半分極した後、９０度回転がすべて戻る温度ＴA でエー
ジングを行なったので、１８０度回転の比率が１００％
で、熱的および経時的に安定し、かつ分極度が目標値と
正確に一致した圧電体を得ることができるとともに、請
求項１に比べて低温で半分極するので、処理方法の汎用
BR>性を高くすることができる。
【００２８】また、請求項３に記載の発明によれば、ど
のように処理してもすべてが１８０度回転のみで占めら
れる分極度を得られない場合に、１８０度回転量の比率
が最も高くなる分極度を得るための温度ＴA を求め、こ
の温度ＴA で全分極した後、同じ温度ＴA でエージング
を行なうようにしたので、１８０度回転量の比率が最も
高く、熱的および経時的に安定し、かつ分極度が目標値
と正確に一致した圧電体を得ることができる。
のように処理してもすべてが１８０度回転のみで占めら
れる分極度を得られない場合に、１８０度回転量の比率
が最も高くなる分極度を得るための温度ＴA を求め、こ
の温度ＴA で全分極した後、同じ温度ＴA でエージング
を行なうようにしたので、１８０度回転量の比率が最も
高く、熱的および経時的に安定し、かつ分極度が目標値
と正確に一致した圧電体を得ることができる。
【００２９】
【図１】圧電体の自発分極の向きの分極処理による変化
を示す図である。
を示す図である。
【図２】分極温度と１８０度回転および９０度回転にお
ける分極度との関係を示す図である。
ける分極度との関係を示す図である。
【図３】分極温度と分極度に占める１８０度，９０度回
転の比率との関係を示す図である。
転の比率との関係を示す図である。
【図４】分極温度と（００２）結晶格子面のＸ線強度と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図５】本発明にかかる分極処理方法を示すフロー図で
ある。
ある。
【図６】分極後とエージング後との分極度の変化を示す
図である。
図である。
【図７】半分極と全分極における分極度の違いを示す図
である。
である。
Δｆ 残留分極度
Δｆ180 １８０度回転による分極度
Δｆ90 ９０度回転による分極度
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 41/22
Claims (3)
- 【請求項１】圧電体の分極処理方法であって、 １８０度回転の最大分極度Δｆ180maxを求める工程と、 目標値となる残留分極度Δｆと上記最大分極度Δｆ
180maxとを比較する工程と、Δｆ≦Δｆ180maxの場合
に、すべてが１８０度回転で占められる分極度Δｆを得
るための温度ＴA を求める工程と、 温度ＴA で半分極する工程と、 温度ＴA でエージングを行なう工程と、を含む圧電体の
分極処理方法。 - 【請求項２】圧電体の分極処理方法であって、 １８０度回転の最大分極度Δｆ180maxを求める工程と、 目標値となる残留分極度Δｆと上記最大分極度Δｆ
180maxとを比較する工程と、Δｆ≦Δｆ180maxの場合
に、すべてが１８０度回転で占められる分極度Δｆを得
るための温度ＴA を求める工程と、 温度ＴA より低い温度ＴP で半分極する工程と、 温度ＴA でエージングを行なう工程と、を含む圧電体の
分極処理方法。 - 【請求項３】圧電体の分極処理方法であって、 １８０度回転の最大分極度Δｆ180maxを求める工程と、 目標値となる残留分極度Δｆと上記最大分極度Δｆ
180maxとを比較する工程と、Δｆ＞Δｆ180maxの場合
に、１８０度回転量の比率が最も高い分極度Δｆを得る
ための温度ＴA を求める工程と、 温度ＴA で全分極する工程と、 温度ＴA でエージングを行なう工程と、を含む圧電体の
分極処理方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35702898A JP3395679B2 (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 圧電体の分極処理方法 |
| US09/455,514 US6403012B1 (en) | 1998-12-16 | 1999-12-07 | Method of polarization-treating piezoelectric material |
| MYPI9905394 MY122442A (en) | 1998-12-16 | 1999-12-10 | Method of polarization-treating piezoelectric material |
| CNB991247477A CN1180491C (zh) | 1998-12-16 | 1999-12-15 | 极化处理压电材料的方法 |
| DE1999160566 DE19960566A1 (de) | 1998-12-16 | 1999-12-15 | Verfahren zur Polarisationsbehandlung eines piezoelektrischen Materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35702898A JP3395679B2 (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 圧電体の分極処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000183422A JP2000183422A (ja) | 2000-06-30 |
| JP3395679B2 true JP3395679B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=18452016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35702898A Expired - Fee Related JP3395679B2 (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 圧電体の分極処理方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6403012B1 (ja) |
| JP (1) | JP3395679B2 (ja) |
| CN (1) | CN1180491C (ja) |
| DE (1) | DE19960566A1 (ja) |
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| 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 |
| DE602004024626D1 (de) * | 2003-09-24 | 2010-01-28 | Tdk Corp | Piezoelektrische keramische Zusammenstellung und Herstellung derselben, und piezoelektrisches Element |
| US7748930B2 (en) * | 2004-05-10 | 2010-07-06 | Developmental Technologies, Llc | Fluid and nutrient delivery system and associated methods |
| US7198431B2 (en) * | 2004-05-10 | 2007-04-03 | Gesser Hyman D | Irrigation system and associated methods |
| US7712253B2 (en) * | 2004-05-10 | 2010-05-11 | Developmental Technologies, Llc | Fluid and nutrient delivery system and associated methods |
| US8011853B2 (en) * | 2007-10-31 | 2011-09-06 | Developmental Technologies, Llc | Fluid and nutrient delivery irrigation system and associated methods |
| JP5824892B2 (ja) * | 2011-06-15 | 2015-12-02 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電センサー装置、超音波センサー、および圧電センサー装置における圧電体の分極方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07172914A (ja) | 1993-12-21 | 1995-07-11 | Toyota Motor Corp | 圧電体の製造方法 |
| JP3387601B2 (ja) * | 1993-12-29 | 2003-03-17 | 株式会社村田製作所 | 圧電部品の分極方法 |
| US5659346A (en) * | 1994-03-21 | 1997-08-19 | Spectra, Inc. | Simplified ink jet head |
| JP4020454B2 (ja) * | 1997-03-31 | 2007-12-12 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電セラミックスの製造方法 |
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1998
- 1998-12-16 JP JP35702898A patent/JP3395679B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-12-07 US US09/455,514 patent/US6403012B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-10 MY MYPI9905394 patent/MY122442A/en unknown
- 1999-12-15 CN CNB991247477A patent/CN1180491C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-15 DE DE1999160566 patent/DE19960566A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000183422A (ja) | 2000-06-30 |
| MY122442A (en) | 2006-04-29 |
| US6403012B1 (en) | 2002-06-11 |
| DE19960566A1 (de) | 2000-07-27 |
| CN1259771A (zh) | 2000-07-12 |
| CN1180491C (zh) | 2004-12-15 |
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