JPH0685345A - Ｐｚｔ系圧電素子の分極方法 - Google Patents
Ｐｚｔ系圧電素子の分極方法Info
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- JPH0685345A JPH0685345A JP23740492A JP23740492A JPH0685345A JP H0685345 A JPH0685345 A JP H0685345A JP 23740492 A JP23740492 A JP 23740492A JP 23740492 A JP23740492 A JP 23740492A JP H0685345 A JPH0685345 A JP H0685345A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】シリコンオイルの使用を廃止しつつ、圧電体の
スパーク割れを回避し、環境汚染、作業性の問題を改善
できるＰＺＴ系圧電素子の分極方法を提供する。 【構成】圧電体と圧電体の表裏両面に形成された一対の
電極層とを備えたＰＺＴ系圧電素子を用いる。そして、
７０〜１２０°Ｃの大気中で、圧電体（厚み０．３３ｍ
ｍ）に４００Ｖ〜８７０Ｖの電圧、即ち、１．２ｋＶ／
ｍｍ〜２．６ｋＶ／ｍｍの電界を印加し、圧電体を分極
する。雰囲気はファンで攪拌し、均熱化を図る。
スパーク割れを回避し、環境汚染、作業性の問題を改善
できるＰＺＴ系圧電素子の分極方法を提供する。 【構成】圧電体と圧電体の表裏両面に形成された一対の
電極層とを備えたＰＺＴ系圧電素子を用いる。そして、
７０〜１２０°Ｃの大気中で、圧電体（厚み０．３３ｍ
ｍ）に４００Ｖ〜８７０Ｖの電圧、即ち、１．２ｋＶ／
ｍｍ〜２．６ｋＶ／ｍｍの電界を印加し、圧電体を分極
する。雰囲気はファンで攪拌し、均熱化を図る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＰＺＴ系圧電素子の分極
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＺＴ系圧電素子がアクチュエータ等に
使用されている。ＰＺＴ系圧電素子は、原料粉末の成形
工程、焼成工程、電極層形成工程、分極工程を経て製造
される。このＰＺＴ系圧電体は強誘電体であり、その圧
電性を利用するには電界を印加して分極しなければなら
ず、そのため分極工程が行われている。
使用されている。ＰＺＴ系圧電素子は、原料粉末の成形
工程、焼成工程、電極層形成工程、分極工程を経て製造
される。このＰＺＴ系圧電体は強誘電体であり、その圧
電性を利用するには電界を印加して分極しなければなら
ず、そのため分極工程が行われている。
【０００３】ところで、従来より、ＰＺＴ系圧電素子の
分極は、特開昭６０−１２３０７９号公報に開示されて
いる様に、電気絶縁体であるシリコンオイルを用い、２
０〜１００°Ｃのシリコンオイルに圧電体を浸漬し、シ
リコンオイル中で２ｋＶ／ｍｍ〜３ｋＶ／ｍｍの電界を
圧電体に印加することにより行われている。電気絶縁体
であるシリコンオイル中で分極する理由は、スパークに
よる圧電体の割れを防止するためである。
分極は、特開昭６０−１２３０７９号公報に開示されて
いる様に、電気絶縁体であるシリコンオイルを用い、２
０〜１００°Ｃのシリコンオイルに圧電体を浸漬し、シ
リコンオイル中で２ｋＶ／ｍｍ〜３ｋＶ／ｍｍの電界を
圧電体に印加することにより行われている。電気絶縁体
であるシリコンオイル中で分極する理由は、スパークに
よる圧電体の割れを防止するためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしシリコンオイル
を使用する関係で、環境汚染に対する対策を必要とし、
更に、作業性が充分でないという不具合がある。本発明
は上記した実情に鑑みなされたものであり、その目的
は、シリコンオイルの使用を廃止しつつ圧電体のスパー
ク割れを極力回避し、環境汚染、作業性の問題を改善で
きるＰＺＴ系圧電素子の分極方法を提供することにあ
る。
を使用する関係で、環境汚染に対する対策を必要とし、
更に、作業性が充分でないという不具合がある。本発明
は上記した実情に鑑みなされたものであり、その目的
は、シリコンオイルの使用を廃止しつつ圧電体のスパー
ク割れを極力回避し、環境汚染、作業性の問題を改善で
きるＰＺＴ系圧電素子の分極方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した目的のもとに、
本発明者は、大気中で分極する方法の開発を進めた。そ
して、使用頻度が高い厚み０．３３ｍｍの圧電体を用
い、その圧電体を７０〜１２０°Ｃの大気中において分
極処理し、その静電容量と分極電圧との関係を調べたと
ころ、図１の特性線Ａ１に示す様に、分極電圧２００〜
３００Ｖの域で静電容量が急激に上昇し、その後、やや
上昇気味で飽和することを知見した。また圧電体のスパ
ーク割れを調べたところ、大気における分極では、分極
電圧が８７０Ｖを越えると、図２に示す様に、スパーク
による割れが圧電体に発生する頻度が高くなる。そのた
め、使用した厚み０．３３ｍｍの圧電体では、スパーク
割れを防止しつつ必要な圧電特性を得るには、４００〜
８７０Ｖの分極電圧が好適し、この領域で大気分極すれ
ば圧電体を良好に分極処理でき、しかも、圧電素子の圧
電特性がシリコンオイル中で分極したものと大差ないこ
とを試験で確認し、本発明方法を完成した。
本発明者は、大気中で分極する方法の開発を進めた。そ
して、使用頻度が高い厚み０．３３ｍｍの圧電体を用
い、その圧電体を７０〜１２０°Ｃの大気中において分
極処理し、その静電容量と分極電圧との関係を調べたと
ころ、図１の特性線Ａ１に示す様に、分極電圧２００〜
３００Ｖの域で静電容量が急激に上昇し、その後、やや
上昇気味で飽和することを知見した。また圧電体のスパ
ーク割れを調べたところ、大気における分極では、分極
電圧が８７０Ｖを越えると、図２に示す様に、スパーク
による割れが圧電体に発生する頻度が高くなる。そのた
め、使用した厚み０．３３ｍｍの圧電体では、スパーク
割れを防止しつつ必要な圧電特性を得るには、４００〜
８７０Ｖの分極電圧が好適し、この領域で大気分極すれ
ば圧電体を良好に分極処理でき、しかも、圧電素子の圧
電特性がシリコンオイル中で分極したものと大差ないこ
とを試験で確認し、本発明方法を完成した。
【０００６】なお、４００〜８７０Ｖの分極電圧は、１
２１２Ｖ／ｍｍ〜２６３６Ｖ／ｍｍの電界、つまり、
１．２ｋＶ／ｍｍ〜２．６ｋＶ／ｍｍの電界に相当す
る。即ち、本発明のＰＺＴ系圧電素子の分極方法は、圧
電体と圧電体の表裏両面に形成された一対の電極層とを
備えたＰＺＴ系圧電素子を用い、７０〜１２０°Ｃの大
気中で、圧電体に１．２ｋＶ／ｍｍ〜２．６ｋＶ／ｍｍ
の電界を印加して圧電体を分極することを特徴とするも
のである。
２１２Ｖ／ｍｍ〜２６３６Ｖ／ｍｍの電界、つまり、
１．２ｋＶ／ｍｍ〜２．６ｋＶ／ｍｍの電界に相当す
る。即ち、本発明のＰＺＴ系圧電素子の分極方法は、圧
電体と圧電体の表裏両面に形成された一対の電極層とを
備えたＰＺＴ系圧電素子を用い、７０〜１２０°Ｃの大
気中で、圧電体に１．２ｋＶ／ｍｍ〜２．６ｋＶ／ｍｍ
の電界を印加して圧電体を分極することを特徴とするも
のである。
【０００７】本発明方法はＰＺＴ系の圧電素子を対象と
する。ＰＺＴ系とは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3 ）と
チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）の固溶体の総称を意味し、
必要に応じてＮｂ、Ｃｏ等の第３成分を含んでいても良
い。本発明方法では、７０〜１２０°Ｃの大気中で圧電
体に電界を印加し、圧電体を分極する。大気の温度は分
極の程度に影響を与える。一般的には、温度が低いと、
電界を大きくする必要がある。分極に要する時間は、圧
電素子に要求される特性等に応じて選択されるが、一般
的には１０〜１００分程度が好ましい。
する。ＰＺＴ系とは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3 ）と
チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）の固溶体の総称を意味し、
必要に応じてＮｂ、Ｃｏ等の第３成分を含んでいても良
い。本発明方法では、７０〜１２０°Ｃの大気中で圧電
体に電界を印加し、圧電体を分極する。大気の温度は分
極の程度に影響を与える。一般的には、温度が低いと、
電界を大きくする必要がある。分極に要する時間は、圧
電素子に要求される特性等に応じて選択されるが、一般
的には１０〜１００分程度が好ましい。
【０００８】本発明方法では、炉室等の様な密閉室内で
多数個の圧電素子を１度に分極処理する場合、雰囲気が
均熱になることが好ましい。分極する際の温度は前述し
た様に分極の程度に影響を与えるからである。この意味
で、ファン等の攪拌手段で、加熱空気を攪拌しつつ分極
処理することができる。
多数個の圧電素子を１度に分極処理する場合、雰囲気が
均熱になることが好ましい。分極する際の温度は前述し
た様に分極の程度に影響を与えるからである。この意味
で、ファン等の攪拌手段で、加熱空気を攪拌しつつ分極
処理することができる。
【０００９】
【作用】本発明方法で大気分極した圧電素子では、必要
な圧電特性が得られる。
な圧電特性が得られる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明方法の実施例を図面を参照して
説明する。本例で用いる装置の模式図を図３に示す。図
３に示す様に、この装置１は、炉体１０と、炉体１０内
に配置されたフレーム１１と、フレーム１１に装備され
並列配置の多数個の電圧印加部１２をもつ取付部１３
と、電圧印加部１２にリード線１４、１５を介して直流
の高電圧を印加する高電圧発生器１６とを備えている。
電圧印加部１２は、電極１２０をもつ固定部１２１と、
電極１２３をもつ昇降部１２４とをもつ。更に、炉体１
０内に配置されたヒータ２０と、ヒータ２０を駆動する
ヒータ駆動部２１とが装備され、更に、炉体１０内の空
気を攪拌するファン２２と、ファン２２を駆動するファ
ン駆動部２３とが装備されている。炉内の温度は温度セ
ンサ２５により検知され、炉内の温度に応じて、制御部
２７はヒータ駆動部２１及びファン駆動部２３を制御
し、炉内温度の一定化を図る。これにより分極処理の際
の温度が１００°Ｃ程度に設定される。
説明する。本例で用いる装置の模式図を図３に示す。図
３に示す様に、この装置１は、炉体１０と、炉体１０内
に配置されたフレーム１１と、フレーム１１に装備され
並列配置の多数個の電圧印加部１２をもつ取付部１３
と、電圧印加部１２にリード線１４、１５を介して直流
の高電圧を印加する高電圧発生器１６とを備えている。
電圧印加部１２は、電極１２０をもつ固定部１２１と、
電極１２３をもつ昇降部１２４とをもつ。更に、炉体１
０内に配置されたヒータ２０と、ヒータ２０を駆動する
ヒータ駆動部２１とが装備され、更に、炉体１０内の空
気を攪拌するファン２２と、ファン２２を駆動するファ
ン駆動部２３とが装備されている。炉内の温度は温度セ
ンサ２５により検知され、炉内の温度に応じて、制御部
２７はヒータ駆動部２１及びファン駆動部２３を制御
し、炉内温度の一定化を図る。これにより分極処理の際
の温度が１００°Ｃ程度に設定される。
【００１１】本例で用いる圧電素子３の概略断面を図５
に示す。図５に示す様に、圧電素子３は、ＰＺＴ系セラ
ミックスからなるチップ状の圧電体３０を用い、圧電体
３０の表裏両面に、銀ペーストをスクリーン印刷し、乾
燥させて一対の電極層３１を積層することにより、形成
されている。なお、圧電体３０は、厚みが０．３３ｍ
ｍ、外径が１４．７ｍｍ、内径が４．６ｍｍである。圧
電体３０はＰＺＴ系セラミックスで構成され、ＰｂＺｒ
Ｏ3 が６２．４％、ＰｂＴｉＯ3 が３４．５％、Ｎｂ2
Ｏ5 、ＳｒＯが３．１％含まれている。
に示す。図５に示す様に、圧電素子３は、ＰＺＴ系セラ
ミックスからなるチップ状の圧電体３０を用い、圧電体
３０の表裏両面に、銀ペーストをスクリーン印刷し、乾
燥させて一対の電極層３１を積層することにより、形成
されている。なお、圧電体３０は、厚みが０．３３ｍ
ｍ、外径が１４．７ｍｍ、内径が４．６ｍｍである。圧
電体３０はＰＺＴ系セラミックスで構成され、ＰｂＺｒ
Ｏ3 が６２．４％、ＰｂＴｉＯ3 が３４．５％、Ｎｂ2
Ｏ5 、ＳｒＯが３．１％含まれている。
【００１２】そして図４から理解できる様に、電圧印加
部１２の昇降部１２４を持上げて、昇降部１２４の電極
１２３と固定部１２１の電極１２０とで圧電素子３を挟
持する。その状態で、高電圧発生器１６から各電圧印加
部１２に給電する。これにより１００°Ｃの大気の中
で、各圧電体３０に６５０Ｖの電圧を印加し、各圧電体
３０をまとめて分極処理する。なお、分極時間は１０〜
１００分である。
部１２の昇降部１２４を持上げて、昇降部１２４の電極
１２３と固定部１２１の電極１２０とで圧電素子３を挟
持する。その状態で、高電圧発生器１６から各電圧印加
部１２に給電する。これにより１００°Ｃの大気の中
で、各圧電体３０に６５０Ｖの電圧を印加し、各圧電体
３０をまとめて分極処理する。なお、分極時間は１０〜
１００分である。
【００１３】また他の試験例として、７５０Ｖの電圧で
も分極処理する。ここで、本例で用いる圧電体３０の厚
みは０．３３ｍｍのため、６５０Ｖの電圧は約２．０Ｖ
／ｍｍの電界に相当し、７５０Ｖの電圧は約２．３Ｖ／
ｍｍの電界に相当する。この条件で大気分極すれば、ス
パークによる圧電体３０の割れは回避または大幅に削減
される。
も分極処理する。ここで、本例で用いる圧電体３０の厚
みは０．３３ｍｍのため、６５０Ｖの電圧は約２．０Ｖ
／ｍｍの電界に相当し、７５０Ｖの電圧は約２．３Ｖ／
ｍｍの電界に相当する。この条件で大気分極すれば、ス
パークによる圧電体３０の割れは回避または大幅に削減
される。
【００１４】なお、その後、１００℃×６０分の条件
で、圧電素子３をエージング処理する。この様にして形
成した圧電素子３の分極量を調べたところ、図６に●の
様な結果が得られ、シリコンオイルの使用を廃止した大
気分極においても必要な静電容量が確保されることが、
把握された。なお、シリコンオイル中で従来の条件（圧
電体３０の厚み０．３３ｍｍの場合で電圧９９０Ｖ、電
界約３ｋＶ／ｍｍ）で分極処理した圧電素子の分極量
は、図６において○で示されている。この結果から明ら
かな様に、大気分極したものと、シリコンオイル中で分
極したものとでは、分極量は大差ない。
で、圧電素子３をエージング処理する。この様にして形
成した圧電素子３の分極量を調べたところ、図６に●の
様な結果が得られ、シリコンオイルの使用を廃止した大
気分極においても必要な静電容量が確保されることが、
把握された。なお、シリコンオイル中で従来の条件（圧
電体３０の厚み０．３３ｍｍの場合で電圧９９０Ｖ、電
界約３ｋＶ／ｍｍ）で分極処理した圧電素子の分極量
は、図６において○で示されている。この結果から明ら
かな様に、大気分極したものと、シリコンオイル中で分
極したものとでは、分極量は大差ない。
【００１５】更に、圧電特性として、共振抵抗Ｒ1 、静
電容量Ｃｆ、径方向電気機械結合係数Ｋｐ、機械的品質
係数Ｑｍを調べ、その結果を図７に●として示した。な
お、シリコンオイル中で従来の条件で分極処理した圧電
素子の分極量は、図７において○で示されている。この
結果から明らかな様に、本例によれば、シリコンオイル
中で従来の条件で分極したものと大差のない圧電特性を
もつ圧電素子３が得られることが把握される。
電容量Ｃｆ、径方向電気機械結合係数Ｋｐ、機械的品質
係数Ｑｍを調べ、その結果を図７に●として示した。な
お、シリコンオイル中で従来の条件で分極処理した圧電
素子の分極量は、図７において○で示されている。この
結果から明らかな様に、本例によれば、シリコンオイル
中で従来の条件で分極したものと大差のない圧電特性を
もつ圧電素子３が得られることが把握される。
【００１６】従って本例によれば、分極処理の際のシリ
コンオイルを廃止できるため、環境汚染防止の面、コス
トの面で有利であり、しかも圧電素子３に付着したシリ
コンオイルを洗浄する工程、洗浄後に圧電素子３を乾燥
する工程を廃止し得るので、工程削減も可能である。更
に本実施例では、ファン２２で空気を攪拌して炉体１０
内の均熱化を図ることができるので、多数個の圧電素子
３をまとめて分極処理する場合であっても、各圧電素子
３の分極の程度のばらつき回避に有利である。
コンオイルを廃止できるため、環境汚染防止の面、コス
トの面で有利であり、しかも圧電素子３に付着したシリ
コンオイルを洗浄する工程、洗浄後に圧電素子３を乾燥
する工程を廃止し得るので、工程削減も可能である。更
に本実施例では、ファン２２で空気を攪拌して炉体１０
内の均熱化を図ることができるので、多数個の圧電素子
３をまとめて分極処理する場合であっても、各圧電素子
３の分極の程度のばらつき回避に有利である。
【００１７】（他の例）上記した実施例では、ファン２
２で空気を攪拌して均熱化を図るが、場合によっては、
ファン２２による攪拌処理をせずとも良い。
２で空気を攪拌して均熱化を図るが、場合によっては、
ファン２２による攪拌処理をせずとも良い。
【００１８】
【発明の効果】本発明方法によれば、分極処理の際のシ
リコンオイルの使用を廃止しても、必要な圧電特性をも
つ圧電素子が得られる。更に、シリコンオイルを廃止で
きるため、環境汚染防止の面、コストの面で有利であ
り、しかも圧電素子に付着したシリコンオイルを洗浄す
る工程、洗浄後に圧電素子を乾燥する工程を廃止し得る
ので、工程削減も可能である。
リコンオイルの使用を廃止しても、必要な圧電特性をも
つ圧電素子が得られる。更に、シリコンオイルを廃止で
きるため、環境汚染防止の面、コストの面で有利であ
り、しかも圧電素子に付着したシリコンオイルを洗浄す
る工程、洗浄後に圧電素子を乾燥する工程を廃止し得る
ので、工程削減も可能である。
【図１】大気分極における分極電圧と静電容量との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図２】大気分極における分極電圧とスパーク割れの発
生率との関係を示すグラフである。
生率との関係を示すグラフである。
【図３】実施例で用いる装置の概念図である。
【図４】電圧印加部に圧電素子をセットする状態を示す
正面図である。
正面図である。
【図５】圧電素子の断面図である。
【図６】分極電圧と分極量との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図７】圧電特性を示すグラフである。
図中、１６は高電圧発生器、３は圧電素子、３０は圧電
体、３１は電極層を示す。
体、３１は電極層を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】圧電体と該圧電体の表裏両面に形成された
一対の電極層とを備えたＰＺＴ系圧電素子を用い、７０
〜１２０°Ｃの大気中で、該圧電体に１．２ｋＶ／ｍｍ
〜２．６ｋＶ／ｍｍの電界を印加して圧電体を分極する
ことを特徴とするＰＺＴ系圧電素子の分極方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23740492A JPH0685345A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | Ｐｚｔ系圧電素子の分極方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23740492A JPH0685345A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | Ｐｚｔ系圧電素子の分極方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0685345A true JPH0685345A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=17014892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23740492A Pending JPH0685345A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | Ｐｚｔ系圧電素子の分極方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685345A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7772747B2 (en) | 2008-03-21 | 2010-08-10 | Fujifilm Corporation | Process for producing a piezoelectric film, film forming apparatus, and piezoelectric film |
-
1992
- 1992-09-04 JP JP23740492A patent/JPH0685345A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7772747B2 (en) | 2008-03-21 | 2010-08-10 | Fujifilm Corporation | Process for producing a piezoelectric film, film forming apparatus, and piezoelectric film |
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