JP6158583B2 - Ceramic device and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、センサや音響源等として動作するセラミック素子を備えたセラミックデバイス及びその動作方法に関する。
The present invention relates to a ceramic device including a ceramic element that operates as a sensor, an acoustic source, and the like, and an operation method thereof.
従来、セラミック素子は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等を含む薄板の誘電体セラミックを2枚の電極で挟んだ構造であり、電極間に電圧を印加することにより変形する圧電性を利用してブザー等に応用されている。例えばセラミック素子に音の周波数に応じ変調した電圧を印加することにより、任意の振動をセラミック素子に与えて音を発することができる。 Conventionally, a ceramic element has a structure in which a thin dielectric ceramic containing lead zirconate titanate (PZT) or the like is sandwiched between two electrodes, and utilizes piezoelectricity that is deformed by applying a voltage between the electrodes. It is applied to buzzers. For example, by applying a voltage modulated in accordance with the frequency of sound to the ceramic element, it is possible to give an arbitrary vibration to the ceramic element to emit sound.
またセラミック素子は、温度により誘電体セラミックの誘電率が変化することが知られており、これを利用した温度センサとしてセラミック素子を用いる場合もある。この場合、温度により定まる誘電率に応じたセラミック素子の容量を、セラミック素子に矩形波電圧を印加する時の充電時間により測定して温度を求める。 Moreover, it is known that the dielectric constant of a dielectric ceramic changes with temperature, and a ceramic element may be used as a temperature sensor using this. In this case, the temperature is obtained by measuring the capacitance of the ceramic element according to the dielectric constant determined by the temperature by the charging time when a rectangular wave voltage is applied to the ceramic element.
しかしながら、薄板の誘電体セラミックの両側に電極を配置した構造のセラミック素子は、強度が小さくなることから、場合によっては誘電体セラミックに小さなクラックを生じる事がある。このクラックが内在した状態でセラミック素子を使用すると、印加電圧と大気中の湿度の相乗作用によって銀等の電極金属からマイグレーション(イオンマイグレーション)が発生し、電流リーク(電流が漏洩する現象)による動作不良に至る場合がある。 However, since a ceramic element having a structure in which electrodes are arranged on both sides of a thin dielectric ceramic has low strength, a small crack may occur in the dielectric ceramic in some cases. When ceramic elements are used in the presence of this crack, migration (ion migration) occurs from electrode metal such as silver due to the synergistic effect of applied voltage and atmospheric humidity, and operation due to current leakage (current leakage phenomenon) It may lead to failure.
マイグレーションは、湿度雰囲気下での直流電圧の印加による電界の作用により、プラス側の電極金属となる例えば銀がイオン化し、マイナス電極側に移動していくことにより、マイナス電極で金属分子として堆積していき、次第に樹状にマイナス電極からプラス電極に向かって架橋が進む現象である。この樹状の架橋をデンドライトと呼ぶ。最終的にはプラス電極とマイナス電極はデンドライトにより接続され、絶縁抵抗が減少し、セラミック素子は機能不全に至る。 Migration is deposited as metal molecules on the negative electrode by, for example, silver ionizing and moving to the negative electrode side due to the action of the electric field due to the application of a DC voltage in a humidity atmosphere. This is a phenomenon in which cross-linking gradually proceeds from the negative electrode to the positive electrode in a dendritic manner. This dendritic bridge is called dendrite. Eventually, the plus electrode and the minus electrode are connected by a dendrite, the insulation resistance is reduced, and the ceramic element fails.
本発明は、セラミック素子にマイグレーションによる電流リークが発生するまでの期間を延ばすことを可能とするセラミックデバイス及びその動作方法を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a ceramic device and an operation method thereof that can extend a period until a current leakage due to migration occurs in a ceramic element.
(センサ周期毎に転極するセンサ装置)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、制御手段の制御により、
センサ動作手段は、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
転極手段は、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とする。ここで、転極とは、極性を反転することを意味する。
( Sensor device that changes polarity every sensor cycle )
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing ;
Control means for controlling the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and for outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
With the control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies a sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor cycle,
The inversion means is characterized in that the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element is repeatedly inverted every sensor period . Here, the inversion means to reverse the polarity.
(異なる周期数毎に転極するセンサ装置)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、制御手段の制御により、
センサ動作手段は、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
転極手段は、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転してセンサ周期の他の所定回数に亘り維持し、これを繰り返すことを特徴とする。
( Sensor device that changes its polarity every different number of cycles)
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and for outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
With the control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies a sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor cycle,
Polarity reversal means includes a feature that the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element, and maintained for a further predetermined number of sensor period inverted after maintained for a predetermined number of sensor period, repeating this To do .
(複数周期毎に転極して一定時間継続するセンサ装置)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、制御手段の制御により、
センサ動作手段は、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期で所定回数に亘り間欠的に印加した後に所定時間に亘り継続的に印加して、これを繰り返し、
転極手段は、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転して所定時間に亘り継続的に維持し、これを繰り返すことを特徴とする。
( Sensor device that reverses polarity every multiple cycles and continues for a certain period of time)
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and for outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
With the control of the control means,
The sensor operating means applies the sensor operating voltage to the ceramic element intermittently at a predetermined sensor cycle for a predetermined number of times and then continuously applies it for a predetermined time, and repeats this.
Polarity reversal means, the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element inverts After holding for a predetermined number of sensor period is maintained continuously for a predetermined time, and repeating this.
(正極性と負極性の電圧印加時間を一致)
転極手段は、センサ動作電圧をセンサ周期の所定回数に亘り一方の極性で間欠的に印加した場合の合計時間と、センサ動作電圧を他の極性に反転して継続して印加した所定時間とが略等しくなるように、センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御する。
(Positive and negative voltage application times are the same)
The reversing means includes a total time when the sensor operating voltage is intermittently applied with one polarity for a predetermined number of sensor cycles, and a predetermined time when the sensor operating voltage is continuously reversed and applied to the other polarity. so they substantially equal, to control the timing, and the timing to reverse the polarity of the sensor operation voltage applied to the sensor operating voltage.
(時間積分値を一致させる音響源)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加する音響駆動手段と、
セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
音響駆動電圧の印加後にセラミック素子に印加される電圧の極性を反転して直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び音響駆動電圧の時間積分値と、直流電圧の時間積分値が略等しくなるように直流電圧を印加する時間を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
(Acoustic source for matching time integration values )
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
An acoustic drive means for applying to switch to a predetermined DC voltage after applying a predetermined acoustic driving voltage to the ceramic element,
A reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
DC voltage is applied so that the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage is reversed to switch to DC voltage application, and the time integral value of the acoustic drive voltage is substantially equal to the time integral value of the DC voltage. Control means for controlling the voltage application time;
It is provided with.
(音響駆動電圧と同じ電圧を転極印加する音響源)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に、当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧を印加する音響駆動手段と、
セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
音響駆動電圧の印加後にセラミック素子に印加される電圧の極性を反転して当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧の印加に切り替えるタイミングを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
(Acoustic source that applies the same voltage as the acoustic drive voltage)
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
After applying a predetermined acoustic drive voltage to the ceramic element, an acoustic drive means for applying the same drive voltage as the acoustic drive voltage;
A reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
Control means for controlling the timing of switching to application of the same drive voltage as the acoustic drive voltage by reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage;
It is provided with.
(センサとして動作させる方法)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスの動作方法に於いて、
センサ動作手段により、セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知し、
転極手段により、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転し、
制御手段により、センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力し、
制御手段の制御により、
センサ動作手段が、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
転極手段が、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とする。
(Method of operating as a sensor )
The present invention provides a ceramic device operating method comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
By applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing by the sensor operating means, a change in dielectric constant of the ceramic element according to the predetermined sensor information is detected.
The polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element is reversed at a predetermined timing by the reversing means ,
The control means controls the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and outputs a sensor information detection signal based on the dielectric constant change of the ceramic element.
By controlling the control means,
The sensor operating means intermittently applies a sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor cycle,
The inversion means repeatedly inverts the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element for each sensor period .
(音響源として動作させる方法)(Method of operating as an acoustic source)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスの動作方法に於いて、The present invention relates to a method of operating a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
音響駆動手段により、セラミック素子に音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加し、After applying the acoustic drive voltage to the ceramic element by the acoustic drive means, switch to a predetermined DC voltage and apply,
転極手段により、セラミック素子に印加される電圧の極性を反転し、By reversing means, the polarity of the voltage applied to the ceramic element is reversed,
制御手段により、音響駆動電圧の印加後にセラミック素子に印加される電圧の極性を反転して直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び音響駆動電圧の時間積分値と、直流電圧の時間積分値が略等しくなるように直流電圧を印加する時間を制御することを特徴とする。The control means reverses the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage and switches to DC voltage application, and the time integral value of the acoustic drive voltage is substantially equal to the time integral value of the DC voltage. Thus, the time for applying the DC voltage is controlled.
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することによりセンサ又は音響源等として動作するセラミックデバイスに於いて、セラミック素子に印加する動作電圧の極性を、所定のタイミング、例えば定期的に極性を反転する転極手段を設けるようにしたため、セラミック素子に駆動電圧が印加されると、誘電体セラミックにクラック等が入っていた場合、プラス電極から遊離した金属イオンがマイナス電極へ移動して堆積することでデンドライト(樹状架橋)ができ始めるが、次のタイミングでは、セラミック素子に印加される駆動電圧の極性の反転により電極に加わる電圧方向が逆転し、それまでのプラス電極から遊離した金属イオンは、極性の反転によりマイナスに切り替わった電極に戻り、これが繰り返されることにより、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが大幅に抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を、実質的にセラミックデバイスの寿命に影響しない程に長くすることが可能となる。 The present invention is a ceramic device that includes a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic and operates as a sensor or an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element. Since the polarity of the operating voltage is provided at a predetermined timing, for example, a polarity reversing means for periodically reversing the polarity, when a drive voltage is applied to the ceramic element, if the dielectric ceramic has cracks, Dendrites (dendritic bridges) begin to form as metal ions released from the positive electrode move to the negative electrode and accumulate, but at the next timing, they are applied to the electrode by reversing the polarity of the drive voltage applied to the ceramic element. The voltage direction is reversed, and the metal ions released from the previous positive electrode are minor due to the polarity reversal. By returning to the electrode switched to, and repeating this, the degree to which the dendrite extends toward the counter electrode is greatly suppressed, and the time from when the dendrite grows due to migration causes a short-circuit between the electrodes and malfunction due to current leakage Can be made so long that it does not substantially affect the lifetime of the ceramic device.
また、セラミック素子に正方向の極性の動作電圧を印加する電圧と時間の積分値と、極性の反転により逆方向の極性の動作電圧を印加する電圧と時間の積分値を略等しくなるようにすることで、両極に堆積するデンドライトの成長度合を同等に抑制可能とし、マイグレーションより電流リークにより機能不全となるまでの時間を更に長くすることを可能とする。
Also, the integrated value of the voltage and time for applying the operating voltage of the positive polarity to the ceramic element and the integrated value of the time and the voltage for applying the operating voltage of the reverse polarity by reversing the polarity are made substantially equal. As a result, the degree of growth of dendrites deposited on both poles can be equally suppressed, and the time until malfunction due to current leakage can be further increased than migration.
[センサ装置]
(センサ装置の概要)
図1はセンサ装置として動作するセラミックデバイスの機能構成の概略を示したブロック図である。
[Sensor device]
(Outline of sensor device)
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a functional configuration of a ceramic device that operates as a sensor device.
図1に示すように、センサ装置10は、セラミック素子12、センサ動作手段として機能するセンサ動作部16、転極手段として機能する転極部14及び制御部18を備える。
As shown in FIG. 1, the
セラミック素子12は、誘電体セラミックの両側に電極を配置した構造であり、本実施形態にあっては、温度センサとして動作する。
The
センサ動作部16は、セラミック素子12の誘電率が周囲温度に応じて変化する特性を利用し、所定のセンサ周期毎に、セラミック素子12にセンサ動作電圧を印加し、誘電体セラミック20の温度変化に応じた誘電率変化を電気信号として制御部18へ出力する。
The
転極部14は、セラミック素子12に印加するセンサ動作電圧の極性を、センサ周期に対応して転極する。
The reversing
例えば転極部14は、セラミック素子12に印加するセンサ動作電圧を、センサ周期毎に繰り返し転極する。この転極部14によりデンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが大幅に抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長で電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を大幅に延ばすことを可能とする。
For example, the
制御部18は、センサ動作部16から出力された誘電体セラミック20の温度変化に応じた誘電率変化を示す電気信号に基づき、例えば温度を検知して温度検知信号を外部に出力する。また、制御部18は、転極部14に制御信号を出力して転極動作を行わせる。
The
(セラミック素子の構造)
図2はセラミック素子の実施形態を示した説明図であり、図2(A)は側面を示し、図2(B)は平面を示す。
(Ceramic element structure)
FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment of a ceramic element, FIG. 2 (A) shows a side surface, and FIG. 2 (B) shows a plane.
図2に示すように、セラミック素子12は、誘電体セラミック20、第1の電極22、第2の電極24、保護板26、リード線28,30を備えている。
As shown in FIG. 2, the
誘電体セラミック20は、外部から電圧が加わると、電気分極する物体であり、略円板状体として形成されており、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、又は亜鉛ニオブ酸鉛(PZN)とチタンジルコン酸鉛とを組み合わせたものを含むセラミック等の比較的高い誘電率、例えば比誘電率が2000程度を有する材料にて形成されている。また、誘電体セラミック20は、例えば、熱応答性を高めるために、薄板状に形成されている。例えば、誘電体セラミック20の直径=30mmとした場合に、厚さ=50μm程度に設定される。 The dielectric ceramic 20 is an object that is electrically polarized when a voltage is applied from the outside, and is formed as a substantially disk-shaped body, for example, lead zirconate titanate (PZT) or lead zinc niobate (PZN). And a material having a relatively high dielectric constant, for example, a relative dielectric constant of about 2000, such as a ceramic including a combination of titanium zirconate and titanium zirconate. Moreover, the dielectric ceramic 20 is formed in a thin plate shape, for example, in order to improve thermal responsiveness. For example, when the diameter of the dielectric ceramic 20 is 30 mm, the thickness is set to about 50 μm.
第1の電極22及び第2の電極24は、図1に示したセンサ動作部16の回路とをリード線28,30で電気的に接続することにより、誘電体セラミック20の温度変化に応じた誘電率変化を電気信号として外部へ取り出す。
The
また、第1の電極22及び第2の電極24は、例えば銀、白金、銅等の導電性材料にて形成された略円板状体であり、誘電体セラミック20における図示で上下となる面の一方と他方に設けられている。ここで、第1の電極22及び第2の電極24の形成方法は任意であるが、例えば誘電体セラミック20の上下となる面に対してスクリーン印刷することによって形成される方法が該当する。また、第1の電極22の平面形状は、誘電体セラミック20の平面形状よりも小さくし、また第2の電極24の平面形状は、誘電体セラミック20の平面形状と略同一としている。
The
第2の電極24の外側の面には誘電体セラミック20を補強する保護板26を接着固定している。保護板26は、例えば、ニッケルと鉄とを組み合わせた合金や真鍮等の金属材料にて形成された略円板状体であり、第2の電極24の全体を覆うように接着され、この場合、第2の電極24の外側の面には、製造時の誤差等によって、多数の突起部分が存在するため、保護板26は間に接着層があっても、第2の電極24の外側の面の突起部分が保護板26に多点接触することで、電気的に接続されている。
A
第2の電極24と保護板26とを固着する接着材としては、例えば、ウレタン系接着剤等の比較的低い誘電率、例えば、誘電体セラミック20の比誘電率が2000程度の場合に、比誘電率が5程度の非導電性接着剤を使用している。
As an adhesive for fixing the
また、保護板26の厚さについては、その熱膨張係数がセラミックに近いものから材料選択し、強度確保の観点と熱応答の観点からバランスを考慮して決定する。
Further, the thickness of the
第1の電極22にはリード線28がハンダ28aにより接続され、また、保護板26にはリード線30がハンダ30aにより接続され、リード線30は保護板26を介して第2の電極24と電気的に接続されている。
A
(検査部の機能)
図3は、転極によりデンドライトの成長を抑制する様子を模式的に示した説明図である。
(Function of the inspection department)
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing how dendrite growth is suppressed by inversion.
図3(A)に示すように、誘電体セラミック20に微小なクラック32が存在すると、図1のセンサ動作部16から転極部14を介して第1の電極22側をプラスとするセンサ動作電圧+Vsが第1の電極22と第2の電極24間に印加された場合、マイグレーションによりプラス側となる第1の電極22の電極金属となる例えば銀がイオン化して金属イオン34となり、遊離した金属イオン34がクラック32を通って第2の電極24側に移動を始める。
As shown in FIG. 3A, when a
次のタイミングでは、転極部14の転極により第2の電極24側をプラスとするセンサ動作電圧−Vsが第1の電極22と第2の電極24間に印加され、この場合はマイグレーションによりプラス側となる第2の電極24の電極金属となる銀がイオン化して金属イオン34となり、金属イオン34がクラック32を通って第1の電極22側に移動を始める。この場合、転極前のタイミングで第1の電極22から遊離して第2の電極24に向っていた金属イオン34は、転極により遊離した第1の電極22がマイナス側となるため、マイナスとなった第1の電極22に引き戻される。
At the next timing, a sensor operating voltage −Vs that makes the
このようにセラミック素子12に印加するセンサ動作電圧の極性の転極が繰り返されると、図3(B)に示すように、プラス側となった第1の電極22と第2の電極24から交互に遊離した金属イオン34は、引き戻されてマイナス方向に動くことができず、図3(C)に示すように、引き戻された第1の電極22及び第2の電極24付近で横に広がって堆積し、デンドライトの対極方向への成長が大幅に抑制される。
When the polarity inversion of the sensor operating voltage applied to the
そのため図3(D)に示すように、マイグレーションにより、デンドライト36が電極間ショートとなるまでの期間は、セラミック素子12に印加する電圧の極性を変えずに一定極性としていた場合に比べ、大幅に延ばす事ができる。
Therefore, as shown in FIG. 3D, the period until the
(センサ装置の実施形態)
図4は、センサ装置として動作するセラミックデバイスの実施形態を示した回路図である。
(Embodiment of sensor device)
FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of a ceramic device that operates as a sensor device.
図4に示すように、センサ装置10は、図1の概略構成に示したように、セラミック素子12、転極部14、センサ動作部16及び制御部18を備える。
As shown in FIG. 4, the
センサ動作部16は、トランジスタ等のスイッチ手段38と抵抗40をセラミック素子12に直列接続して充電回路を構成し、またセラミック素子12と並列に抵抗42とスイッチ手段44の直列回路を接続して放電回路を構成する。
The
また、セラミック素子12の両端電圧(充電電圧)Vsは転極部14を介してコンパレータ50のマイナス入力端子に入力され、コンパレータ50のプラス端子には抵抗46,48の分圧電圧が閾値電圧Vthとして入力され、コンパレータ50はセラミック素子12の両端電圧Vsが閾値電圧Vth未満の場合はLレベル出力を生じ、セラミック両端電圧Vsが基準電圧Vthに達するとHレベル出力を生ずる。
The voltage (charge voltage) Vs across the
転極部14は、トランジスタ回路などで実現される転極スイッチ手段52,54,56を備える。転極スイッチ手段52は、抵抗40を介して印加されるセンサ動作電圧となる充電電圧を、セラミック素子12の第1の電極22側又は第2の電極24に印加する。転極スイッチ手段54は、セラミック素子12の第1の電極22側を、放電用の抵抗42とスイッチ手段44の直列回路の抵抗42側又はスイッチ手段44側(アース側)に、選択的に接続する。転極スイッチ手段56は、セラミック素子12の第2電極24側を、放電用の抵抗42とスイッチ手段44の直列回路の抵抗42側又はスイッチ手段44側(アース側)に、選択的に接続する。
The reversing
転極スイッチ手段52,54,56は制御部18からの転極制御信号により連動して動作し、1のセンサ周期で図示のようにa側に閉じ、スイッチ手段38のオンでセラミック素子12に第1の電極22側をプラスとする充電電圧の印加を可能とし、また、セラミック素子12の充電により変化する両端電圧(充電電圧)Vsをコンパレータ50に入力可能とし、更にスイッチ手段44のオンによるセラミック素子12の放電を可能とする。
The reversing switch means 52, 54, and 56 operate in conjunction with a reversal control signal from the
また、転極スイッチ手段52,54,56は、次のセンサ周期では、制御部18からの転極制御信号により連動して動作しa側から点線で示すb側に閉じ、セラミック素子12に第2の電極24側をプラスとする逆極性に転極した充電電圧の印加を可能とし、また、逆極性の充電電圧の印加で変化するセラミック素子12の両端電圧Vsをコンパレータ50に入力可能とし、更にスイッチ手段44のオンによるセラミック素子12の放電を可能とする。
Further, in the next sensor cycle, the reversing switch means 52, 54, and 56 operate in conjunction with a reversing control signal from the
制御部18は、CPU、メモリ、各種入出力ポートを備えたコンピュータ回路等であり、所定のセンサ周期毎に、スイッチ手段38のオンとスイッチ手段44のオフによるセラミック素子12の充電と、スイッチ手段44のオンとスイッチ手段38のオフによるセラミック素子12の放電を繰り返す制御を行う。
The
また、制御部18は、センサ周期毎に、転極スイッチ手段52,54,56に転極制御信号を出力し、センサ周期毎に切り替える転極制御を行わせる。
In addition, the
(センサ周期毎に転極する動作)
図5は図4における転極制御の実施形態を示したタイムチャートであり、セラミック素子12に印加する充電電圧の極性を、センサ周期毎に転極するようにしたことを特徴とする。ここで、図5(A)は周囲温度を示し、図5(B)はセラミック素子に充電電圧を印加するための充電トリガ信号を示し、図5(C)は転極制御信号を示し、図5(D)はコンパレータに入力する充電波形を示し、図5(E)はコンパレータ出力を示す。
(Operation to reverse the polarity every sensor cycle)
FIG. 5 is a time chart showing an embodiment of the polarization control in FIG. 4 and is characterized in that the polarity of the charging voltage applied to the
図5に示すように、図4の制御部18は、転極スイッチ手段52,54,56にHレベルとなる転極制御信号を出力してa側に切り替えた状態で、センサ周期のオン期間(Hレベル期間)に、センサ動作部16のスイッチ手段38に矩形パルスによる充電トリガ信号を与えてオンし、抵抗40を介してセラミック素子12の第1の電極22側をプラスとする充電電圧を印加することで電流を流し、セラミック素子12を充電する。このときスイッチ手段44はオフしている。
As shown in FIG. 5, the
続いて、制御部18は、矩形パルスのオン期間(Hレベル期間)に続くオフ期間(Lレベル期間)に、センサ動作部16のスイッチ手段38をオフすると共にスイッチ手段44のベース端子に矩形パルスの放電トリガ信号(図示せず)を与えてオンし、セラミック素子12の電荷を抵抗42及びスイッチ手段44を介して放電する。
Subsequently, the
スイッチ手段38のオンによるセラミック素子12の充電により、コンパレータ50に入力するセラミック両端電圧(充電電圧)Vsが上昇し、閾値電圧Vthに達した場合に、コンパレータ50の出力がHレベルになる。
When the
制御部18は、セラミック素子12の充電開始からコンパレータ50の出力がHレベルになった時点までの経過時間を、セラミック素子12の充電時間Tとして測定する。このセラミック素子12の充電時間Tは、セラミック素子12の誘電率にほぼ一意に対応しており、さらにこの誘電率はセラミック素子12の温度にほぼ一意に対応しているため、セラミック素子12の充電時間Tに基づいて温度を測定できる。
The
続いて制御部18は、次のセンサ周期の開始タイミングで、Lレベルとなる転極制御信号を転極スイッチ手段52,54,56に出力してa側からb側に切り替える転極制御を行う。
Subsequently, at the start timing of the next sensor cycle, the
また制御部18は、転極制御を行うと共に、矩形パルスの1周期となるオン期間(Hレベル期間)に、センサ動作部16のスイッチ手段38に矩形パルスによる充電トリガ信号を与えてオンし、抵抗40を介してセラミック素子12の第2の電極24側をプラスとする逆極性の充電電圧を印加することで電流を流し、セラミック素子12を逆極性に充電する。このときスイッチ手段44はオフしている。
Further, the
続いて、制御部18は、矩形パルスのオン期間(Hレベル期間)に続くオフ期間(Lレベル期間)に、センサ動作部16のスイッチ手段38をオフすると共にスイッチ手段44に矩形パルスの放電トリガ信号(図示せず)を与えてオンし、セラミック素子12の電荷を抵抗42及びスイッチ手段44を介して放電する。
Subsequently, the
スイッチ手段38のオンによるセラミック素子12の充電により、コンパレータ50に入力するセラミック両端電圧(充電電圧)Vsが上昇し、閾値電圧Vthに達した場合に、コンパレータ50の出力がHレベルになる。以下、これを繰り返す。
When the
このようなセンサ周期毎にセラミック素子12に印加する電圧の極性を転極することで、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが大幅に抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を長くすることを可能とする。
By reversing the polarity of the voltage applied to the
(異なる周期数毎に転極する動作)
図6は図4における転極制御の他の実施形態を示したタイムチャートであり、セラミック素子12に印加する充電電圧の極性を、センサ周期の5回に1回の割合で転極するようにしたことを特徴とする。ここで、図6(A)は周囲温度を示し、図6(B)はセラミック素子に充電電圧を印加するための充電トリガ信号を示し、図6(C)は転極制御信号を示し、図6(D)はコンパレータに入力する充電波形を示し、図6(E)はコンパレータ出力を示す。
(Operation to rotate at different frequency )
FIG. 6 is a time chart showing another embodiment of the polarization control in FIG. 4 so that the polarity of the charging voltage applied to the
図6に示すように、図4の制御部18は、センサ周期の4周期の間、転極スイッチ手段52,54,56にHレベルとなる転極制御信号を出力してa側に切り替え、セラミック素子12に第1の電極22をプラス側とする充電電圧を印加し、続いて、センサ周期の1周期の間、転極スイッチ手段52,54,56にLレベルとなる転極制御信号を出力してb側に切り替え、セラミック素子12に第2の電極24をプラス側とする充電電圧を逆極性で印加し、これを繰り返している。
As shown in FIG. 6, the
なお、各センサ周期におけるスイッチ手段38によるセラミック素子12の充電、スイッチ手段44によるセラミック素子12の放電、及びセラミック素子12の充電と放電に伴うコンパレータ50の入出力動作は、図5の動作と基本的に同じになる。
Note that the charging of the
この転極制御により、センサ周期の4回に1回、セラミック素子12に印加する電圧の極性を転極することで、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を長くすることを可能とする。
By this polarity change control, the degree of the dendrite extending toward the counter electrode is suppressed by switching the polarity of the voltage applied to the
また、セラミック素子12に印加する充電電圧を転極する周期の回数は任意であり、センサ周期の任意のm回に1回転極してもよいし、任意のm回に任意のn回、転極するようにしても良く、更に、m=nであっても良い。
In addition, the number of cycles for reversing the charging voltage applied to the
(複数周期毎に転極して一定時間継続する動作)
図7は図4における転極制御の他の実施形態を示したタイムチャートであり、セラミック素子に、充電電圧をセンサ周期の所定回数に亘り間欠的に印加した後に、転極して所定時間に亘り充電電圧を継続的に印加し、更に、センサ周期の所定回数で間欠的に印加する充電電圧の合計時間と、転極して充電電圧を継続的に印加する定時間とを等しくしたことを特徴とする。
(Operation that reverses polarity every several cycles and continues for a certain period of time)
FIG. 7 is a time chart showing another embodiment of the reversal control in FIG. 4. After the charging voltage is intermittently applied to the ceramic element for a predetermined number of sensor cycles, the reversal is performed at a predetermined time. In addition, the charging voltage is continuously applied, and the total time of the charging voltage that is intermittently applied at a predetermined number of sensor cycles is equal to the constant time that is reversed and the charging voltage is continuously applied. Features.
ここで、図7(A)は周囲温度を示し、図7(B)はセラミック素子に充電電圧を印加するための充電トリガ信号を示し、図7(C)は転極制御信号を示し、図7(D)はコンパレータに入力する充電波形を示し、図7(E)はコンパレータ出力を示す。 7A shows the ambient temperature, FIG. 7B shows a charging trigger signal for applying a charging voltage to the ceramic element, FIG. 7C shows a reversal control signal, and FIG. 7 (D) shows a charging waveform inputted to the comparator, and FIG. 7 (E) shows a comparator output.
図7に示すように、図4の制御部18は、センサ周期の4周期の間、転極スイッチ手段52,54,56にHレベルとなる転極制御信号を出力してa側に切り替え、この4周期の間、制御部18はセンサ周期に同期してスイッチ手段38に充電トリガ信号を出力してセラミック素子12を充電し、続いてスイッチ手段44に放電トリガ信号(図示せず)を出力してセラミック素子12を放電し、これに伴うコンパレータ50の出力からセラミック素子12の充電時間Tを測定する動作を繰り返している。
As shown in FIG. 7, the
続いて制御部18は、所定時間T2の間、転極スイッチ手段52,54,56にLレベルとなる転極制御信号を出力してb側に切り替え、セラミック素子12に第2の電極24をプラス側とする充電電圧を逆極性で継続的に印加する。ここで所定時間T2は、センサ周期における充電電圧の印加時間をT1とすると、概ね
T2=4×T1
となるように設定し、セラミック素子12に対する転極前と転極後の電圧印加時間を等しくなるようにしている。
Subsequently, the
The voltage application time before and after the reversal of the
この転極制御により、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を長くすることを可能とする。 The degree of extension of the dendrite toward the counter electrode is suppressed by this inversion control, and it is possible to lengthen the time until the electrode is short-circuited due to the dendrite growth due to migration and malfunctioned due to current leakage.
また、セラミック素子12に印加する充電電圧を転極するまでのセンサ周期の回数mは任意であり、センサ周期のm回毎に、T2=(m×T1)時間に亘り転極する制御を繰り返すようにすれば良い。
Further, the number m of sensor cycles until the charging voltage applied to the
なお、充電電圧を継続的に印加する所定時間T2の間は、セラミック素子12の充電時間Tの測定が停止することから、所定時間T2は充電時間Tに基づく温度測定に影響を及ぼすことのない短めの時間とすることが望ましい。
During the predetermined time T2 during which the charging voltage is continuously applied, the measurement of the charging time T of the
[音響装置]
(音響装置の概要)
図8は音響装置として動作するセラミックデバイスの機能構成の概略を示したブロック図である。
[Sound device]
(Outline of sound device)
FIG. 8 is a block diagram showing an outline of a functional configuration of a ceramic device that operates as an acoustic device.
図8に示すように、音響装置100は、セラミック素子102、転極手段として機能する転極部104、音響駆動作手段として機能する音響駆動部106及び制御部108を備える。
As shown in FIG. 8, the
セラミック素子102は、誘電体セラミックの両側に電極を配置した構造であり、図2に示したと同じ構造となるが、保護板26については、その熱膨張係数がセラミックに近いものから材料選択し、強度確保の観点と音響特性の観点からバランスを考慮して決定する。
The ceramic element 102 has a structure in which electrodes are arranged on both sides of a dielectric ceramic, and has the same structure as shown in FIG. 2, but the
音響駆動部106は、セラミック素子102を例えばブザーとして使用する場合は、外部から入力した所定時間に亘るブザー信号を増幅してブザー駆動電圧を印加する。このセラミック素子102をブザーとして使用する場合のブザー信号は発振回路を設けて発振信号を入力すれば良い。 When the ceramic element 102 is used as a buzzer, for example, the acoustic driving unit 106 amplifies a buzzer signal input from the outside for a predetermined time and applies a buzzer driving voltage. When the ceramic element 102 is used as a buzzer, an oscillating circuit may be provided to input a buzzer signal.
転極部104は、音響駆動部106からセラミック素子102にブザー駆動電圧を印加した後に、極性を転極した所定の直流電圧に切り替えて所定時間に亘り印加する。この場合、転極部104は、ブザー駆動電圧の時間積分値と、直流電圧の時間積分値を略等しくする。
The
(音響装置の実施形態)
図9は、音響装置として動作するセラミックデバイスの実施形態を示した回路図である。
(Embodiment of acoustic device)
FIG. 9 is a circuit diagram showing an embodiment of a ceramic device that operates as an acoustic device.
図9に示すように、音響装置100は、図8の概略構成に示したように、セラミック素子102、転極部104、音響駆動部106及び制御部108を備える。
As shown in FIG. 9, the
音響駆動部106は、入力スイッチ手段110と音響増幅器112を備え、入力スイッチ手段110は制御部108からの制御信号により通常は図示のa側に切り替わっており、外部の発振回路等から入力したブザー信号を音響増幅器112に入力する。また入力スイッチ手段110はブザー信号を入力した後に制御部108からの制御信号によりb側に切り替えられ、定電圧源114から所定の直流電圧を音響増幅器112に入力する。音響増幅器112は入力スイッチ手段110からに入力したブザー駆動信号又は直流電圧を増幅して駆動電圧を出力する。
The acoustic drive unit 106 includes an
転極部104は、トランジスタ回路などで実現される転極スイッチ116,118を備える。転極スイッチ手段116は、セラミック素子102の第1の電極22を音響増幅器112の出力又はアース側に選択的に接続し、転極スイッチ手段118は、セラミック素子102の第2の電極24をアース側又は音響増幅器112の出力に選択的に接続し、セラミック素子102に印加する駆動電圧の極性を転極可能とする。
The reversing
制御部108は、CPU、メモリ、各種入出力ポートを備えたコンピュータ回路等であり、入力スイッチ手段110及び転極スイッチ手段116,118を制御信号により連動して切り替える。即ち、制御部108は、通常は入力スイッチ手段110及び転極スイッチ手段116,118を図示のa側に切り替えており、外部から入力したブザー信号の入力が終了すると、これを検出して入力スイッチ手段110及び転極スイッチ手段116,118をb側に所定時間に亘り切り替える。
The control unit 108 is a computer circuit having a CPU, a memory, various input / output ports, and the like, and switches the input switch means 110 and the diversion switch means 116 and 118 in conjunction with a control signal. That is, the control unit 108 normally switches the input switch means 110 and the polarization switch means 116 and 118 to the a side in the figure, and when the input of the buzzer signal input from the outside is completed, this is detected and the input switch The
(音響装置の動作)
図10は図9の音響装置の動作によりセラミック素子に印加される駆動電圧を示したタイムチャートである。
(Operation of sound device)
FIG. 10 is a time chart showing the driving voltage applied to the ceramic element by the operation of the acoustic device of FIG.
図9の入力スイッチ手段110及び転極スイッチ手段116,118がa側に切り替わっている状態で、外部からブザー音響信号が入力すると、音響増幅器112から図10に示すブザー駆動電圧が出力され、転極スイッチ手段116,118を介して、セラミック素子102に第1の電極22をプラス側とし、第2の電極24をマイナス側とする極性でT0時間に亘り印加され、ブザー音が出力される。
When a buzzer sound signal is input from the outside in a state where the input switch means 110 and the polarization switch means 116 and 118 in FIG. 9 are switched to the a side, the buzzer driving voltage shown in FIG. Via the pole switch means 116 and 118, the ceramic element 102 is applied with a polarity in which the
このブザー信号の入力が終了すると、これを制御部108で検出し、入力スイッチ手段110及び転極スイッチ手段116,118をb側に切り替える。このため定電圧源114からの直流定電圧が音響増幅器112で増幅され、転極スイッチ手段116,118を介して、セラミック素子102に第2の電極24をプラス側とし、第1の電極22をマイナス側とする逆極性でT1時間に亘りの直流電圧V1が印加される。
When the input of this buzzer signal is completed, this is detected by the control unit 108, and the input switch means 110 and the diversion switch means 116, 118 are switched to the b side. For this reason, the DC constant voltage from the
ここで制御部108はT0時間に亘りセラミック素子102に印加される駆動電圧に対応するブザー音響信号の時間積分値を検出しており、この時間積分値を定電圧源114の直流電圧V1で割って転極時間T1を決定し、転極時間T1に亘り入力スイッチ手段110及び転極スイッチ手段116,118をb側に切り替え、直流電圧V1を逆極性でセラミック素子102に印加する。
Here, the control unit 108 detects the time integral value of the buzzer sound signal corresponding to the drive voltage applied to the ceramic element 102 for the time T0, and divides this time integral value by the DC voltage V1 of the
その結果、制御部108は、ブザー駆動電圧の時間積分値と直流電圧の時間積分値を等しくするように転極部104の転極スイッチ手段116,118を制御することになる。
As a result, the control unit 108 controls the reversing switch means 116 and 118 of the reversing
このような転極制御により、図10のT0時間に亘るブザー駆動電圧の印加により、プラス側となった第1の電極22から遊離して第2の電極24へ向う銀イオンは、次のT1時間に亘る逆極性となる直流電圧V1の印加により引き戻され、引き戻された第1の電極22付近で横に広がって堆積し、デンドライトの対極方向への成長が大幅に抑制される。
By such a reversal control, by applying the buzzer driving voltage for the time T0 in FIG. 10, the silver ions that are released from the
そのためマイグレーションにより、デンドライトが電極間ショートとなるまでの期間は、セラミック素子102に印加する電圧の極性を替えずに一定極性としていた場合に比べ、大幅に延ばす事を可能とする。 Therefore, due to migration, the period until the dendrite is short-circuited between electrodes can be greatly extended as compared with the case where the polarity of the voltage applied to the ceramic element 102 is kept constant without changing the polarity.
なお、転極によりセラミック素子102に直流電圧V1を逆極性で印加した場合、直流電圧V1の立ち上がりと立下りでセラミック素子102から音が出る場合があることから、音響増幅器112の出力側にローパスフィルタを設けて立ち上がりと立下りを緩やかな変化とし、これにより音が出ることを防止しても良い。
Note that, when the DC voltage V1 is applied to the ceramic element 102 with a reverse polarity by reversal, sound may be emitted from the ceramic element 102 at the rise and fall of the DC voltage V1, so that a low pass is provided on the output side of the
図11は図9の音響装置の動作によりセラミック素子に印加される駆動電圧の他の例を示したタイムチャートであり、転極した場合の直流電圧の印加は、ブザー駆動電圧の時間積分値と直流電圧の時間積分値を等しくすれば良いことから、例えば図10のV1の直流電圧に対し、それより大きい直流電圧V2を印加する場合、
V1・T1=V2・T2
の関係が維持できればよいことから、転極後に直流電圧V2の印加するT2時間を短い時間としている。
FIG. 11 is a time chart showing another example of the drive voltage applied to the ceramic element by the operation of the acoustic device of FIG. 9, and the application of the DC voltage when the polarity is reversed is the time integral value of the buzzer drive voltage. For example, when applying a larger DC voltage V2 to the DC voltage of V1 in FIG.
V1 ・ T1 = V2 ・ T2
Therefore, the T2 time during which the DC voltage V2 is applied after the reversal is set to a short time.
図12は図9の音響装置の動作によりセラミック素子に印加される駆動電圧の他の例を示したタイムチャートであり、この場合は、ブザー駆動電圧と同じ駆動電圧を転極して印加するようにしたことを特徴とする。 FIG. 12 is a time chart showing another example of the drive voltage applied to the ceramic element by the operation of the acoustic device of FIG. 9. In this case, the same drive voltage as the buzzer drive voltage is reversed and applied. It is characterized by that.
図12に示すように、T0時間に亘りブザー駆動電圧をセラミック素子102に印加して駆動し、これを制御部108に読み込んで記憶し、ブザー駆動電圧の印加終了を検出した場合、制御部108から記憶したブザー駆動電圧を再生出力し、転極部104の転極によりセラミック素子102に逆極性で、ブザー駆動電圧と同じ波形の駆動電圧をT0時間に亘り印加する。
As shown in FIG. 12, when the buzzer driving voltage is applied to the ceramic element 102 and driven for the time T0, this is read and stored in the control unit 108, and the end of the application of the buzzer driving voltage is detected. The buzzer drive voltage stored in the above is reproduced and output, and the drive voltage having the same waveform as the buzzer drive voltage is applied to the ceramic element 102 by the reversal of the reversing
このための音響装置100の構成は、図9に示した定電圧源114は取り除き、入力スイッチ手段110のb側を制御部108に接続して記憶したブザー駆動電圧を出力する構成とすれば良い。
The configuration of the
この場合にも、図10のT0時間に亘るブザー駆動電圧の印加により、プラス側となった第1の電極22から遊離して第2の電極24へ向う銀イオンは、次の同じT0時間に亘る逆極性となるブザー駆動電圧の印加により引き戻され、引き戻された第1の電極22付近で横に広がって堆積し、デンドライトの対極方向への成長が大幅に抑制され、マイグレーションによりデンドライトが電極間ショートとなるまでの期間は、セラミック素子102に印加する電圧の極性を替えずに一定極性としていた場合に比べ、大幅に延ばす事ができる。
Also in this case, by applying the buzzer driving voltage for the time T0 in FIG. 10, the silver ions that are released from the
なお、図12における2回の同じ波形のブザー駆動電圧の発生は、外部の発振回路から2回続けて同じブザー信号を出力し、1回目のブザー信号の出力終了を検出して転極するようにしても良い。このときには、逆極性で駆動した間も、同一の音が発生することになり、繰り返しの警報音を発する場合等に応用できる。
〔本発明の変形例〕
上記の実施形態は、センサ装置及び音響装置として動作するセラミックデバイスを例にとるものであったが、セラミック素子に構造が似ている電子デバイスにあっては、同様にマイグレーションによる絶縁不良が起きることがあり、本発明はそれらへの適用も可能である。
Note that the generation of the buzzer drive voltage having the same waveform in FIG. 12 twice is performed by outputting the same buzzer signal twice from the external oscillation circuit, detecting the end of the output of the first buzzer signal, and switching the polarity. Anyway. In this case, the same sound is generated even when the drive is performed with the reverse polarity, and the present invention can be applied to the case where a repeated alarm sound is generated.
[Modification of the present invention]
In the above embodiment, the ceramic device operating as the sensor device and the acoustic device is taken as an example. However, in the case of an electronic device having a structure similar to a ceramic element, insulation failure due to migration similarly occurs. The present invention can also be applied to them.
例えば積層の誘電体セラミックを用いたセラミックコンデンサや圧電アクチュエータの駆動回路、セラミック素子を応用した焦電素子、セラミック素子の圧電性を応用した振動センサ、加速度センサ、圧力センサ等のセンサ素子及びMEMSセンサについて、同様に、転極部を設けてセラミック素子に印加する駆動電圧の極性を転極することで、マイグレーションにより電極ショートに至るまでの期間を長くすることができる。 For example, ceramic capacitors using multilayer dielectric ceramics, drive circuits for piezoelectric actuators, pyroelectric elements using ceramic elements, vibration sensors applying acceleration of ceramic elements, acceleration sensors, sensor elements such as pressure sensors, and MEMS sensors In the same manner, by providing a polarity reversal part and reversing the polarity of the drive voltage applied to the ceramic element, it is possible to lengthen the period until the electrode is short-circuited by migration.
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, includes appropriate modifications without impairing the object and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above-described embodiment.
10:センサ装置
12,102:セラミック素子
14,104:転極部
16:センサ動作部
18,108:制御部
20:誘電体セラミック
22:第1の電極
24:第2の電極
26:保護板
28,30:リード線
32:クラック
34: 金属イオン
36:デンドライト
38,44:スイッチ手段
50:コンパレータ
52,54,56,116,118:転極スイッチ手段
106:音響駆動部
100:音響装置
110:入力スイッチ手段
112:音響増幅器
114:定電圧源
10:
100: acoustic device 110: input switch means 112: acoustic amplifier 114: constant voltage source
Claims (8)
前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段は、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
前記転極手段は、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とするセラミックデバイス。
In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element,
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing ;
Control means for controlling the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
And by control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies the sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor period,
The ceramic device, wherein the reversing means repeatedly inverts the polarity of a sensor operating voltage applied to the ceramic element for each sensor period .
前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段は、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
前記転極手段は、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転して前記センサ周期の他の所定回数に亘り維持し、これを繰り返すことを特徴とするセラミックデバイス。
In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
And by control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies the sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor period,
The polarity reversal means, the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element, inverted and after maintained for a predetermined number of said sensor periodically maintained over to another predetermined number of the sensor cycle, repeating this A ceramic device characterized by that.
前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段は、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期で所定回数に亘り間欠的に印加した後に所定時間に亘り継続的に印加して、これを繰り返し、
前記転極手段は、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転して前記所定時間に亘り維持し、これを繰り返すことを特徴とするセラミックデバイス。
In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
And by control of the control means,
The sensor operating means applies the sensor operating voltage to the ceramic element intermittently for a predetermined number of times at a predetermined sensor cycle, and then continuously applies it for a predetermined time, and repeats this,
The polarity reversal means, the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element, inverted and after maintained for a predetermined number of said sensor periodically maintained over the predetermined time, and repeating this Ceramic device.
4. The ceramic device according to claim 3 , wherein the control means calculates a total time when the sensor operating voltage is intermittently applied with one polarity over a predetermined number of sensor cycles, and the sensor operating voltage. The timing at which the sensor operating voltage is applied and the timing at which the polarity of the sensor operating voltage is inverted are controlled so that the predetermined time continuously applied after being reversed to the polarity of the sensor is substantially equal. Ceramic device.
前記セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加する音響駆動手段と、
前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
前記音響駆動電圧の印加後に前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転して前記直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び前記音響駆動電圧の時間積分値と、前記直流電圧の時間積分値が略等しくなるように前記直流電圧を印加する時間を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするセラミックデバイス。
In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
An acoustic drive means for applying to switch to a predetermined DC voltage after applying a predetermined acoustic driving voltage to the ceramic element,
Reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
The timing of switching the application of the DC voltage by inverting the polarity of the voltage applied to the ceramic element after the application of the acoustic drive voltage, the time integral value of the acoustic drive voltage, and the time integral value of the DC voltage are approximately Control means for controlling the time for applying the DC voltage to be equal;
Ceramic device comprising the.
前記セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に、当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧を印加する音響駆動手段と、
前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
前記音響駆動電圧の印加後に前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転して当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧の印加に切り替えるタイミングを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするセラミックデバイス。
In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
After applying a predetermined acoustic drive voltage to the ceramic element, an acoustic drive means for applying the same drive voltage as the acoustic drive voltage;
Reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
Control means for controlling the timing of reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage and switching to application of the same drive voltage as the acoustic drive voltage;
Ceramic device comprising the.
センサ動作手段により、前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知し、
転極手段により、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転し、
制御手段により、前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力し、
前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段が、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
前記転極手段が、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とするセラミックデバイスの動作方法。
In an operation method of a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
By applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing by the sensor operating means, a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information is detected,
The polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element is inverted at a predetermined timing by the polarization means ,
The control means controls the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputs a sensor information detection signal based on the change in dielectric constant of the ceramic element,
By the control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies the sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor period,
The method of operating a ceramic device , wherein the reversing means repeatedly inverts the polarity of a sensor operating voltage applied to the ceramic element for each sensor period .
音響駆動手段により、前記セラミック素子に音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加し、
転極手段により、前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転し、
制御手段により、前記音響駆動電圧の印加後に前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転して前記直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び前記音響駆動電圧の時間積分値と、前記直流電圧の時間積分値が略等しくなるように前記直流電圧を印加する時間を制御することを特徴とするセラミックデバイスの動作方法。 In a method of operating a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element .
By applying an acoustic drive voltage to the ceramic element by an acoustic drive means , switching to a predetermined DC voltage and applying ,
By reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element,
The control means reverses the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage and switches to the application of the DC voltage, the time integral value of the acoustic drive voltage, and the time of the DC voltage A method of operating a ceramic device , wherein the time for applying the DC voltage is controlled so that the integrated values are substantially equal .
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