JPS61268085A - 圧電体の分極方法 - Google Patents

圧電体の分極方法

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JPS61268085A
JPS61268085A JP60111124A JP11112485A JPS61268085A JP S61268085 A JPS61268085 A JP S61268085A JP 60111124 A JP60111124 A JP 60111124A JP 11112485 A JP11112485 A JP 11112485A JP S61268085 A JPS61268085 A JP S61268085A
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JP
Japan
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voltage
piezoelectric body
polarization
piezoelectric
pulse
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Application number
JP60111124A
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English (en)
Inventor
Keiji Takamatsu
高松 恵二
Nobuo Kobayashi
小林 伸夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/04Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
    • H10N30/045Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電体の分極方法に関する。
〔従来の技術〕
圧電デバイス、焦電デバイスなどに使用される誘電体材
料のうち、チタン酸バリウム(BaTiO,)、チタン
酸鉛(PbTiO□)、チタン酸ジルコニウム酸鉛(P
bZrTiO,)、ゲルマニウム酸鉛(PbsGe、0
zi)などのセラミック材料は、焼成した材料に一対の
電極を付与し、その間に直流電圧を印加して結晶粒内の
分域の分極方向を一定方向に揃える、所謂分極処理を施
こす。これによりランダムな方向に向いて存在していた
ために全体として打消し合っていた分極が一方向に揃い
、所要の機能を発揮できるようになる。
圧電体の分極処理の条件は材料の強誘電的性質に応じて
選択され、印加電界は材料の抗電界の3倍以上が一応の
目安とされているが、一方、印加電界が余り大きすぎる
と材料が絶縁破壊を起す恐れがあるため1通常、分極に
必要かつ最小限の電圧を印加することが望ましいとされ
ている。そのため、従来、圧電体の分極方法としては、
材料の抗電界の3倍程度の直流電界を印加する方法が一
般に行なわれている。勿論、分極処理の際には、他のフ
ァクター、例えば材料のキュリ一点等に応じて材料を加
温したり、シリコーンオイル中で分極処理を行なうなど
が行なわれることもある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、例えば、絶縁抵抗が比較的小さい圧電体材料
1例えばゲルマニウム酸鉛、5bSI、焼結度の低い不
完全な焼結体、例えば焼結度の低いPZTセラミックス
などは、上述の分極方法を適用することができない、す
なわち、このような圧電体は、抗電界の3倍程度に相当
する直流電界を印加すると、絶縁破壊を起すため、上記
従来法によっては分極することが困難である。
本発明者らは、上記の絶縁破壊の原因が局部的な電流集
中による発熱であることを見出し、送風などによる冷却
を同時に施すことを試みたが、破壊を多少遅延させるこ
とができるのみで上記の問題を解決することには至らな
かった。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで本発明は、上記従来の圧電体の分極方法の問題点
を解決するものとして、圧電体に、実効電圧が該圧電体
の最小破壊電圧の2/3以下である条件で直流パルス電
圧を印加することからなる圧電体の分極方法を提供する
ものである。直流パルス電圧の印加は、圧電体に焼付け
、蒸着などの方法で形成される一対の電極を介して行わ
れる。
本明細書において、直流パルス電圧の「実効電圧」とは
、次式: (式中、t:時間、v(t):直流パルス電圧、T:パ
ルスの周期〕により定義される直流パルス電圧の実効値
を意味する。
また、圧電体の「最小破壊電圧」とは、圧電体に通常の
直流電界を印加し、その印加電圧を低い方から次第に上
昇させていった場合に、絶縁破壊が起る最低の電圧値を
意味する。
本発明の方法においては、使用される直流パルス電圧の
実効電圧が処理される圧電体の最小破壊電圧の2/3以
下であることが必要であり、好ましくは1/2以下であ
る。直流パルス電圧の実効電圧が圧電体の最小破壊電圧
の2/3を超える値であると1分極処理中の絶縁破壊を
十分に防止することができない。
本発明に用いられる直流パルス電圧は、ピーク電圧が処
理される圧電体の抗電界の約3倍以上であることが望ま
しい。
本発明の方法に用いられる直流パルス電圧としては、パ
ルス幅が0.1ミリ秒〜10秒、特に1ミリ秒〜500
ミリ秒であって、パルス周期が前記実効電圧が圧電体の
最小破壊電圧の273以下であるような範囲にあるもの
が好ましい、直流パルス電圧のパルス幅が短か過ぎると
圧電体を効果的に分極することが困難である場合があり
、またパルス幅が長過ぎると絶縁抵抗の小さい圧電体の
場合には通常の直流電界を印加した場合のように圧電体
が絶縁破壊を起してしまうことがあるからである。
本発明の方法に用いられる直流パルス電圧のパルス波形
は特に制限されず、図1に例示する(a)〜(c)の矩
形波の他に1図2に例示する波形のものも利用すること
ができる。
本発明の方法は、いずれの圧電体にも適用することがで
きるが、従来法によっては分極することが困難であった
圧電体1例えば絶縁抵抗が比較的小さい圧電体、特に比
抵抗が約1×lO°ΩC−以下である圧電体を分極処理
するのにとりわけ有用である。また、例えば、PZTセ
ラミックスは1通常絶縁抵抗が大きく、従来の分極方法
でも分極することができるが、焼結度が低いものは従来
法では困難である0本発明の方法は、このような焼結度
の低い、不完全な焼結体からなる圧電体の分極にも特に
有用である。
本発明の方法によると、120〜900秒程度の処理程
度で圧電体を飽和に分極することができる。なお、実用
的には、圧電体の分極が完全に飽和に至らなくても、相
当程度飽和すれば問題なく使用することができることも
ある。
〔作 用〕
絶縁抵抗が比較的小さい圧電体などに分極処理のために
直流電圧を印加した場合に絶縁破壊が起る理由は次のよ
うに考えられる。普通、商業的に製造されているセラミ
ック材料は理想的に完′全均質というものではない0例
えば、残留気孔や欠陥、不純物が存在する部分では電気
抵抗が多少低下するのが普通である。これが原因で分極
のために高電圧を印加した場合、材料中の最も抵抗の低
い部分に電流が集中する。この電流集中により、局部的
に温度上昇が生じ、その部分の抵抗は更に低下し、電流
集中が促進され、更に温度上昇→抵抗低下→電流集中と
いう循環が生ずる0発熱が小さく放熱とのバランスが保
たれているうちは良いが。
終にはバランスがくずれ、圧電体の絶縁破壊に至るもの
と考えられる。この傾向は、絶縁抵抗が低い程助長され
る。
一方1本発明の方法のように、圧電体に直流パルス電圧
を印加する場合には、圧電体の分極の大きさはパルス電
圧のピーク電圧の大きさに依存し、発熱はピーク電圧で
はなく実効電圧に依存することになる。本発明の方法に
よると、圧電体の発熱を決定する実効電圧が抑制されて
いるので分極処理中に絶縁破壊が起らず、一方、ピーク
電圧を分極に必要な大きさとすることにより絶縁抵抗が
比較的小さい圧電体などでも効果的に分極処理を行なう
ことができる。すなわち1本発明の方法は。
圧電体への印加電圧をパルス電圧として断続することに
より実効電圧を下げて単位時間当りの発熱量を低下させ
、圧電体の局部的温度上昇を防止しながら、分極に必要
な大きさのピーク電圧を印加するものである。
〔実施例〕
次に本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1 厚さ70μ±3μのゲルマニウム酸鉛(PbsGeaO
tt)の板の両面に金電極を蒸着により形成した試料を
多数調製し、各試料に第1表に示す種々の条件で20〜
80kV/citの電界を印加して、大気中、室温にお
いて15分間分極処理を施した。この圧電材料は約60
kV/amの電界で分極が飽和することが知られている
ものである。試料&1〜4は従来法にしたがって普通の
直流電圧を印加したものであり、Na5〜19は、矩形
波状のパルス電圧を印加して本発明の方法を実施したも
のである。各試料について、分極処理中の絶縁破壊の有
無を調べ、また破壊されなかった試料については分極処
理後の焦電係数を直接法により測定することにより分極
の飽和度を調べた。これらの結果も第1表に示す、第1
表から明らかなように、従来法の場合、&3,4にみら
れるように、40kV/c−以上では絶縁破壊してしま
う、ところが直流パルス電圧を印加して行なった場合、
その実効電圧が最低破壊電圧(この実験では、Nci3
の280V)の2/3以下に保たれている場合は、 8
0kV/c+wの印加においても破壊に至らない。
パルスの幅およびデユーティ比を変化させてもそれには
直接の関係はなく、実効値のみで、破壊、非破壊が決ま
ることがわかる 実施例2 焼結度が60〜75%と低いPZTセラミックス(組成
: PbZr、、、、Ti、、、、O,+1wt%のM
n0z )からなる厚さ200μの板に実施例1と同様
に電極を形成して試料を調製した。各試料に、第2表に
示す条件で直流電圧または直流パルス電圧を印加し、4
0℃のシリコーンオイル中において30分間分極処理を
施した。試料&20〜22が従来法による分極処理を施
したものであり、試料瓶23〜29が本発明の方法によ
り分極処理を施したものである。実施例1と同様に、破
壊の有無および達成された分極の程度を調べた。結果も
第2表に示す。
第2表より、従来法による分極では22kV/cmの直
流電界までが限界であったが、本発明の方法では40k
V/cmの印加電界でも分極可能であった。
〔発明の効果〕
本発明の圧電体の分極方法によると、従来困難であった
。絶縁抵抗が低い圧電体や、焼結度が低いセラミックス
圧電体などの圧電体の分極処理が・  可能であり、こ
のような圧電体を一層有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図1および図2は、本発明の方法に用いられる直流パル
ス電圧の波形を例示する図である。 代理人 弁理士 岩見谷 周 志 図1 図2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  圧電体に、実効電圧が該圧電体の最小破壊電圧の2/
    3以下である条件で直流パルス電圧を印加することから
    なる圧電体の分極方法。
JP60111124A 1985-05-23 1985-05-23 圧電体の分極方法 Pending JPS61268085A (ja)

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