JPH10163543A - 圧電セラミックの分極方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電セラミックを均一に分極し得る分極方法
及び装置を提供する。 【解決手段】 初期分極処理工程１では、大気中におい
て、所望の分極状態に至らない分極状態まで、圧電セラ
ミック基板３を分極する。追い込み分極処理工程２で
は、初期分極処理工程１の後、大気中において、所望の
分極状態に至るまで分極処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電部品を構成す
るのに用いられる圧電セラミックの分極方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、圧電セラミック基板は焼成処理
したままでは、各結晶粒子内の自発分極が分域構造を取
り、圧電セラミック基板全体では圧電変形が打ち消され
てしまうため、圧電特性を示さない。圧電特性を付与す
るには、圧電セラミック基板に対し、高温下で直流電界
を印加し、自発分極を電極方向に配向する分極処理を施
さなければならない。

【０００３】従来、圧電セラミック基板の分極処理は、
ＰＺＴ系材料のもので説明すると、圧電セラミック基板
を焼成した後、圧電セラミック基板の相対面に、銀等の
導電性ペーストでなる仮の両面電極を設け、この圧電セ
ラミック基板の複数枚を、６０〜１００℃の絶縁シリコ
ンオイル中に同時に浸漬し、２〜３Kv/mmの電圧を３０
分間程度印加することにより分極処理していた。分極に
関する先行技術文献としては、特開昭64ー12587号公報、
特公昭57ー41109号公報、実公昭49ー32865号公報等があ
る。

【０００４】しかしながら、圧電セラミック基板のそれ
ぞれは、同じ組成の圧電セラミック基板材料を用いてい
ても、分極のされ易さが同一であるとは限らない。ある
圧電セラミック基板は所望の状態に分極されたのに、他
の圧電セラミック基板は分極不足または分極過剰になる
ことがあり、均一に分極することが困難である。

【０００５】この問題点を緩和する手段として、従来
は、分極不足を生じさせないことを念頭におき、２〜３
kV/mmという比較的高い電圧を、３０分間という比較的
長い時間の間印加していた。このため、絶縁シリコンオ
イル槽内で放電が発生し、圧電セラミック基板に悪影響
を及ぼす恐れがあった。

【０００６】また、仮の両面電極として圧電セラミック
基板に印刷された銀が、分極処理時間の経過と共にシリ
コンオイル中に析出することも避けられない。析出累積
した銀はシリコンオイルから分離除去しなければならな
い。この作業は非常に面倒な作業である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、圧電
セラミックを均一に分極し得る分極方法及び装置を提供
することである。

【０００８】本発明のもう一つの課題は、セラミック基
板をシリコンオイル中に浸漬せず、大気中下で正確に分
極処理可能な分極方法及び装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る分極方法は、圧電セラミックを分極
するに当たり、初期分極処理工程（以下初期分極処理工
程と称する）と、第２の分極処理工程（以下追い込み分
極処理工程と称する）とを含む。初期分極処理工程で
は、大気中において、所望の分極状態に至らない分極状
態まで分極する。追い込み分極処理工程では、前記初期
分極処理工程の後、大気中において、所望の分極状態に
至るまで分極処理を行なう。

【００１０】上述したように、初期分極処理工程で、所
望の分極状態に至らない分極状態まで分極する。従っ
て、初期分極処理工程において、分極のために必要な印
加電圧を、従来よりも著しく低下させることができる。

【００１１】初期分極処理工程を経た圧電セラミック
は、追い込み分極処理工程に付される。追い込み分極処
理工程では、所望の分極状態に至るまで分極処理を行な
う。追い込み分極処理工程に付される圧電セラミック
は、既に、初期分極処理工程を経ているので、追い込み
分極処理工程では、初期分極状態から所望の分極状態ま
でに必要な分極だけを行なえばよい。従って、追い込み
分極処理工程においても、分極のために必要な印加電圧
を、従来よりも著しく低下させることができる。

【００１２】上述の初期分極処理工程及び追い込み分極
処理工程の何れも、絶縁シリコンオイル槽内ではなく、
大気中で、圧電セラミックを分極する。前述したよう
に、分極の際の印加電圧が低くてよいので、このような
大気中における分極が可能になる。このため、絶縁シリ
コンオイル槽内での分極に付随する従来の問題点、例え
ば、放電に伴うセラミック基板への悪影響、仮電極から
の銀の析出、その分離除去作業等、従来は回避できなか
った問題点を生じる余地がなくなる。

【００１３】また、上記の２段階分極処理によれば、分
極のされ易さが異なるセラミック基板であっても、過不
足ない分極処理を施し、分極不足または分極過剰を生じ
させることなく、均一に分極することができる。

【００１４】好ましくは、追い込み分極処理工程は、複
数の分極処理工程に分けて実行される。また、初期分極
処理工程を終了した後、追い込み分極処理工程を実行す
る前に、分極処理された圧電セラミックの分極状態を測
定する工程を含む。同様に、追い込み分極処理工程を終
了した後、分極処理された圧電セラミックの分極状態を
測定する工程を含んでいてもよい。初期分極処理工程及
び追い込み分極処理工程の何れにおいても、分極処理プ
ロセス自体は、従来と同様の方法によって実行される。

【００１５】本発明の他の目的、構成及び利点について
は、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。図面は単
に実施例を示すに過ぎない。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る分極方法を実
施する分極処理装置の構成を示す図である。本発明に係
る分極処理は、焼成された圧電セラミック基板３の板面
に、銀等の導電性ペーストを塗布して、両面電極を形成
する電極形成工程に引き続きいて行なわれる。分極処理
は必要な設備を工場内に備え付けて行い、また、圧電セ
ラミック基板３を一枚毎に各装置に搬送することによる
枚葉処理に従うのが望ましい。分極処理に付される圧電
セラミック基板３は、圧電部品を多数有する集合体であ
ることが望ましい。

【００１７】本発明に係る分極処理装置は、第１の分極
処理装置（以下初期分極処理装置と称する）１と、第２
の分極処理装置（以下追い込み分極装置と称する）２と
を含んでいる。初期分極処理装置１は、大気中におい
て、圧電セラミック基板３を所望の分極状態に至らない
分極状態まで分極する。初期分極処理装置１による分極
処理は初期分極処理工程である。

【００１８】追い込み分極処理装置２は、初期分極処理
装置１によって処理された圧電セラミック基板３に対
し、大気中において、所望の分極状態に至るまで分極処
理を行なう。追い込み分極処理装置２による分極処理は
追い込み分極処理工程である。

【００１９】初期分極処理装置１による初期分極処理工
程では、圧電セラミック基板３に対し、所望の分極状態
に至らない分極状態まで分極する。従って、初期分極処
理工程において、分極のために必要な印加電圧を、従来
よりも著しく低下させることができる。例えば、従来の
２〜３kV/mmという比較的高い電圧を、その1/2〜1/3程
度の１kV/mm程度まで低下させることができる。

【００２０】初期分極処理工程を経た圧電セラミック基
板３は、追い込み分極処理装置２に持ち込まれ、追い込
み分極処理工程に付される。追い込み分極処理工程で
は、圧電セラミック基板３に対し、所望の分極状態に至
るまで分極処理を行なう。追い込み分極処理工程に付さ
れる圧電セラミック基板３は、既に、初期分極処理工程
を経ているので、追い込み分極処理工程では、初期分極
状態から所望の分極状態まで、不足の分極だけを行なえ
ばよい。従って、追い込み分極処理工程においても、分
極のために必要な印加電圧を、従来よりも著しく低下さ
せることができる。例えば、従来の２〜３kV/mmという
比較的高い電圧を、その1/2〜1/3程度の１kV/mm程度ま
で低下させることができる。

【００２１】しかも、初期分極処理工程及び追い込み分
極処理工程の何れにおいても、絶縁シリコンオイル槽内
ではなく、大気中で、圧電セラミック基板３を分極す
る。このため、絶縁シリコンオイル槽内での分極に付随
する従来の問題点、例えば、放電に伴う圧電セラミック
基板３への悪影響、仮電極からの銀の析出、その分離除
去作業等、従来は回避できなかった問題点を生じる余地
がなくなる。

【００２２】また、上記の２段階分極処理によれば、分
極のされ易さが異なる圧電セラミック基板３であって
も、それに対応して過不足ない分極処理を施し、分極不
足または分極過剰を生じさせることなく、均一に分極す
ることができる。

【００２３】分極処理プロセス自体は、従来と同様の方
法によって実行される。初期分極処理工程及び追い込み
分極処理工程は、圧電セラミック基板３を加熱しなが
ら、両面電極に直流電圧を印加することにより行なわれ
る。その手段として、初期分極処理装置１は、作業テー
ブル１１を備え、この作業テーブル１１の基板載置面を
熱板等による加熱手段１２で形成し、加熱手段１２の上
方に電極棒等の電圧印加手段１３を備える。

【００２４】実施例において、追い込み分極処理装置２
は、複数の分極処理ステージ２１、２２、２３を含んで
いる。従って、追い込み分極処理工程は、分極処理ステ
ージ２１〜２３により、複数の分極処理工程に分けて実
行される。追い込み分極処理装置２は、一台の作業テー
ブル２４を備え、この作業テーブル２４の基板載置面を
一枚の加熱手段２５で形成し、電圧印加手段２６１〜２
６３を加熱手段２５の上方に備える。

【００２５】圧電セラミック基板３は加熱手段２５の板
面上で間欠的に移動する。これにより、分極処理を複数
回に分けて行う。このように、複数回に分けて分極処理
を行うことの利点は、直流印加電圧を低くできること、
印加時間を短縮できることである。

【００２６】例えば、初期分極処理装置１においては、
両電極が設けられた圧電セラミック基板３を加熱手段１
１で１５０℃程度に印加すると共に、１kV程度の電圧を
１０分程度印加することにより、所望の分極状態の約３
５％程度から数１０％までの分極処理を行う。

【００２７】次に、追い込み分極装置２の分極処理ステ
ージ２１〜２３のそれぞれにおいて、圧電セラミック基
板３を、初期分極処理装置１と同様の温度条件で、加熱
手段１２で加熱すると共に、同程度の直流電圧を６０〜
３０秒程度印加する。これにより、所望の分極状態に至
るまで分極する。分極処理ステージ２１〜２３のそれぞ
れにおいては、１０数％〜数％づつ、段階的に追い込み
分極処理を行なう。但し、これは一例であって圧電セラ
ミック基板３の材質に応じて分極条件を設定する。

【００２８】図２は本発明に係る分極処理装置の別の実
施例を示す図である。この実施例では、各分極処理後に
圧電セラミック基板３の分極変化を測定する分極変化測
定装置３１〜３３をワンステージ内に備えている。分極
変化測定装置３１は、一対のプローブ３１１、３１２を
備え、初期分極処理装置１の後段に配置されている。分
極変化測定装置３２は一対のプローブ３２１、３２２を
備え第１の追い込み分極処理装置２１の後段に配置され
ている。分極変化測定装置３３は一対のプローブ３３
１、３３２を備え、第２の追い込み分極処理装置２２の
後段に配置されている。初期分極処理装置１は、図１に
示された実施例と同様に、作業テーブル１１、加熱手段
１２及び電圧印加手段１３を備える。

【００２９】第１の追い込み分極処理装置２１は作業テ
ーブル２１１、加熱手段２１２及び電圧印加手段２１３
を備える。第２の追い込み分極処理装置２２は作業テー
ブル２２１、加熱手段２２２及び電圧印加手段２２３を
備える。従って、この実施例の場合も、追い込み分極処
理工程では複数回に分けて分極処理を行うことができる
から、直流電圧は比較的低い電圧でよく、印加時間も短
くてよい。この点については、図１を参照して既に述べ
た。

【００３０】分極変化測定装置３１〜３３としては、分
極処理された圧電セラミック基板３から直流電圧を発生
させ、その電圧値を検流計により測定する構成を採用で
きる。また、分極変化測定装置３１〜３３で得られるデ
ータを、コンピュータで処理し、次の追い込み分極処理
の条件設定を行うデータとして用いることもできる。

【００３１】上記の構成によれば、圧電セラミック基板
３の分極処理後に、圧電セラミック基板３の分極変化を
分極変化測定装置３１〜３３で測定し、この測定データ
に基づいて、各追い込み分極処理の時間設定を必要に応
じて調整制御することができる。このため、圧電セラミ
ック基板３の分極処理をより正確に行うことができる。

【００３２】ただし、本発明においては、圧電セラミッ
ク基板３の分極処理を、初期分極処理と追い込み分極処
理とに分けて行うことから、各工程における分極の設定
条件に応じた分極割合を、分極データとして得ることが
できる。この分極データは、同一の圧電セラミック基板
３の場合は勿論、同一のロットで製造された圧電セラミ
ック基板３であれば、略近似した数値を示す。従って、
その分極データに基づいて各工程の分極条件を設定する
ことにより、特に分極変化測定装置３１〜３３を備えな
くても所望の分極状態まで均一に分極処理することがで
きる。

【００３３】図３は分極処理された圧電セラミック基板
３から両面電極を除去する洗浄工程を示す。分極処理の
終了した圧電セラミック基板３は、図３で示すような洗
浄処理工程に送り込んで、圧電セラミック基板３から仮
の両面電極を除去する洗浄処理を施す。洗浄処理工程
は、浸漬洗浄槽４１、泡洗浄槽４２、シャワー洗浄槽４
３及び超音波洗浄槽４４を順次に配置し、これらの槽４
１〜４４により圧電セラミック基板３を順次に処理す
る。これにより、圧電セラミック基板３に付着された仮
の両面電極を確実に除去することができる。洗浄処理が
終了した圧電セラミック基板３はストッカ４５に収容
し、次工程に搬送するようにできる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。 （ａ）圧電セラミックを均一に分極し得る分極方法及び
装置を提供することができる。 （ｂ）セラミック基板をシリコンオイル中に浸漬せず、
大気中下で正確に分極処理可能な分極方法及び装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分極方法を実施する分極処理装置
の構成を示す図である。

【図２】本発明に係る分極方法を実施する分極処理装置
の別の構成を示す図である。

【図３】洗浄工程を示す図である。

【符号の説明】

１ 第１の分極処理装置（初期分
極処理装置） ２ 第２の分極処理装置（追い込
み分極処理装置）

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミックを分極する方法であっ
   て、 第１の分極処理工程では、大気中において、所望の分極
   状態に至らない分極状態まで分極し、 第２の分極処理工程では、前記第１の分極処理工程の
   後、大気中において、所望の分極状態に至るまで分極処
   理を行なう分極方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された分極方法であっ
   て、 前記第２の分極処理工程は、複数の分極処理工程に分け
   て実行される分極方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載された分極方法であっ
   て、 前記第１の分極処理工程を終了した後、前記第２の分極
   処理工程を実行する前に、分極処理された圧電セラミッ
   クの分極状態を測定する工程を含む分極方法。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３に記載された分極
   方法であって、 前記第２の分極処理工程を終了した後、分極処理された
   圧電セラミックの分極変化を測定する工程を含む分極方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載された分極方法であっ
   て、 前記第１の分極処理工程に供される前記圧電セラミック
   は、焼成処理され、かつ、相対する両面に仮の両面電極
   を設けた基板である分極方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載された分極方法であっ
   て、 前記第１の分極処理工程及び前記第２の分極処理工程
   は、前記圧電セラミックを加熱しながら、前記両面電極
   に直流電圧を印加することにより行なわれる分極方法。
7. 【請求項７】 圧電セラミックを分極するための装置で
   あって、第１の分極処理装置と、第２の分極処理装置と
   を含み、 第１の分極処理装置は、大気中において、所望の分極状
   態に至らない分極状態まで分極し、 第２の分極処理装置は、前記第１の分極処理装置によっ
   て処理された圧電セラミックに対し、大気中において、
   所望の分極状態に至るまで分極処理を行なう分極処理装
   置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載された装置であって、 前記第２の分極処理装置は、複数の分極処理ステージを
   含む分極処理装置。
9. 【請求項９】 請求項７に記載された装置であって、 分極変化測定装置を含み、前記分極変化測定装置は、前
   記第１の分極処理装置によって分極処理された圧電セラ
   ミックの分極変化を測定する分極処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項７、８または９に記載された装
    置であって、 第２の分極変化測定装置を含み、前記第２の分極変化測
    定装置は、前記第２の分極処理装置によって分極処理さ
    れた圧電セラミックの分極変化を測定する分極処理装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項７に記載された装置であって、 前記第１の分極処理装置及び前記第２の分極処理装置
    は、加熱手段と、電圧印加手段とを含み、 前記加熱手段は、その上面に載置された前記圧電セラミ
    ックを加熱し、 前記電圧印加手段は、前記加熱手段上に載置された前記
    圧電セラミックに直流電圧を印加する分極処理装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載された分極処理装置
    であって、 前記第２の分極処理装置は、前記加熱手段及び前記電極
    板の組み合わせを複数組備える分極処理装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載された分極処理装置
    であって、 前記加熱手段及び前記電極板の組み合わせ毎に、分極変
    化測定装置を備え、前記分極変化測定装置のそれぞれ
    は、前記圧電セラミックの分極変化を測定する分極処理
    装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２に記載された分極処理装置
    であって、 前記加熱手段及び前記電圧印加手段は、同一の作業テー
    ブルに備えられている分極処理装置。