JP3320184B2 - Manufacturing method of piezoelectric ceramics - Google Patents
Manufacturing method of piezoelectric ceramicsInfo
- Publication number
- JP3320184B2 JP3320184B2 JP35367893A JP35367893A JP3320184B2 JP 3320184 B2 JP3320184 B2 JP 3320184B2 JP 35367893 A JP35367893 A JP 35367893A JP 35367893 A JP35367893 A JP 35367893A JP 3320184 B2 JP3320184 B2 JP 3320184B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- temperature
- polarization
- electric field
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミックスの製
造方法、特に、熱による圧電性の劣化を抑えることが可
能な分極処理を含む製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing piezoelectric ceramics, and more particularly to a method for producing a piezoelectric ceramic which includes a polarization treatment capable of suppressing deterioration of piezoelectricity due to heat.
【0002】[0002]
【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸鉛系
等の圧電セラミックスは、例えば、各種フィルタやレゾ
ネータ等の通信分野、超音波センサや角速度センサ等の
センサ応用分野、超音波モータや各種アクチュエータ用
素子等の動的応用分野、あるいは、この他、ブザーや圧
電トランス等など、非常に広い分野に利用されている。2. Description of the Related Art Piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate and lead titanate are used in communication fields such as various filters and resonators, sensor application fields such as ultrasonic sensors and angular velocity sensors, ultrasonic motors and various types. It is used in dynamic application fields such as actuator elements, and in very wide fields such as buzzers and piezoelectric transformers.
【0003】圧電セラミックスの圧電特性は、焼結後に
分極処理を施すことにより発現する。固相反応により焼
成された圧電セラミックスは、一般に多数の分域(ドメ
イン)にわかれている。個々の分域内では自発分極が一
定の方向に揃っているが、全体としては自発分極を殆ど
示さない。このため、圧電性を利用するためには、セラ
ミックスに外部から電界を印加して、全分域の自発分極
を一方向に揃える処理を施す必要がある。この処理が分
極処理であり、すべての分域の自発分極が一方向に完全
に揃った状態で、圧電セラミックスは最も大きな圧電性
を示す。圧電セラミックスの分極処理は、通常、圧電セ
ラミックスをシリコン油中に浸漬し、圧電セラミックス
のキュリー温度未満の温度で電界を印加する方法(以
下、通常分極処理という)により行なわれる。シリコン
油中に浸漬するのは、分極処理の際に高電圧を印加する
必要があるためである。分極処理の際の電界印加時間、
電界強度、処理温度は、圧電セラミックスの材質に応じ
て最適な組み合わせが選択される。[0003] The piezoelectric properties of piezoelectric ceramics are developed by performing a polarization treatment after sintering. Piezoelectric ceramics fired by a solid-phase reaction are generally divided into a number of domains. Although the spontaneous polarization is aligned in a certain direction in each domain, the spontaneous polarization is hardly exhibited as a whole. For this reason, in order to utilize the piezoelectricity, it is necessary to apply a process of applying an electric field to the ceramics from the outside to make the spontaneous polarization of all domains uniform in one direction. This process is a polarization process, and the piezoelectric ceramic exhibits the largest piezoelectricity in a state where spontaneous polarization of all domains is completely aligned in one direction. The polarization treatment of the piezoelectric ceramic is usually performed by immersing the piezoelectric ceramic in silicon oil and applying an electric field at a temperature lower than the Curie temperature of the piezoelectric ceramic (hereinafter, usually referred to as polarization treatment). The reason for immersion in silicon oil is that it is necessary to apply a high voltage during the polarization treatment. Electric field application time during polarization processing,
An optimum combination of the electric field strength and the processing temperature is selected according to the material of the piezoelectric ceramic.
【0004】圧電性を向上させる分極方法としては、例
えば、破壊電圧以下で直流パルス電圧を印加する方法
(特開昭61−268085号公報)や、交流電界印加
時の誘電損による発熱を利用して分域配列を不安定に
し、その後に直流電界を印加する方法(特公昭46−4
710号公報)などが提案されている。これらの公報の
実施例では、室温または常温で3 kV/mm以上の高電界を
印加している。As a polarization method for improving piezoelectricity, for example, a method of applying a DC pulse voltage at a breakdown voltage or less (Japanese Patent Laid-Open No. 61-268085) or a method of utilizing heat generated by dielectric loss when an AC electric field is applied is used. To make the domain arrangement unstable and then apply a DC electric field (JP-B-46-4)
No. 710) has been proposed. In the examples of these publications, a high electric field of 3 kV / mm or more is applied at room temperature or room temperature.
【0005】特公昭43−1349号公報には、「チタ
ン酸ジルコン酸鉛系磁器組成中、常温において反強誘電
相、高温において強誘電相を呈する反強誘電性磁器に対
しその磁器が反強誘電相から強誘電相に転移する転移点
以上の温度に保持して直流電圧を印加する」方法が開示
されている。この方法では、20 kV/cm、すなわち2kV
/mmの直流電界を印加している。Japanese Patent Publication No. 43-1349 discloses that, in a lead zirconate titanate-based porcelain composition, an antiferroelectric porcelain exhibiting an antiferroelectric phase at room temperature and a ferroelectric phase at a high temperature has an antiferroelectric property. A method of applying a DC voltage while maintaining the temperature at or above the transition point at which a transition from a dielectric phase to a ferroelectric phase occurs ”is disclosed. In this method, 20 kV / cm, that is, 2 kV
/ mm DC electric field is applied.
【0006】特開平3−150880号公報には、「圧
電素子の分極工程において、該圧電素子をキュリー温度
以上に加熱し、電界を印加しながら冷却する」分極方法
が開示されている。この分極方法は、圧電セラミックス
の圧電変位ヒステリシスを抑えるためのものである。同
公報には、印加電界の好ましい範囲として1〜5 kV/mm
が開示されており、印加電界が低すぎると分極が不完全
になる旨が記載されている。同公報の実施例では、キュ
リー温度260℃の素子に対して、270℃で2.0 k
V/mmまたは3.0 kV/mmの高電界を印加している。Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-150880 discloses a polarization method in which, in a polarization step of a piezoelectric element, the piezoelectric element is heated to a temperature higher than the Curie temperature and cooled while applying an electric field. This polarization method is for suppressing the piezoelectric displacement hysteresis of the piezoelectric ceramic. According to the publication, a preferable range of the applied electric field is 1 to 5 kV / mm.
And that the polarization is incomplete if the applied electric field is too low. In the example of the publication, a device having a Curie temperature of 260 ° C. and a
A high electric field of V / mm or 3.0 kV / mm is applied.
【0007】以上に挙げた従来の分極方法は、いずれも
圧電性の向上など、圧電性セラミックス単体での性能向
上を目的としている。しかし、以下に説明するように、
近年、圧電性セラミックスには耐熱性の向上、すなわ
ち、加熱によって圧電性が劣化しないことが求められて
いる。[0007] All of the above-mentioned conventional polarization methods aim at improving the performance of a single piezoelectric ceramic, such as improving the piezoelectricity. However, as explained below,
In recent years, piezoelectric ceramics have been required to have improved heat resistance, that is, not to degrade piezoelectricity due to heating.
【0008】近年、電子機器の小型化、薄型化に伴な
い、電子部品においても従来のディスクリート部品から
SMD(表面実装型部品)への移行が急がれている。S
MDでは、プリント基板に実装される際にハンダリフロ
ー炉を通すため、耐熱性が高いこと、すなわち、ハンダ
リフロー炉を通ることによる電気的特性の劣化が少ない
ことが要求される。ディスクリート部品では、加工段階
の接着、膜形成工程や製品化段階での熱処理、接着など
の際に、高くても200℃を超えない程度の熱が加わる
だけであるが、SMDでは、ハンダリフロー炉を通す際
に200〜260℃程度の範囲で熱が5〜30秒間程度
加わるため、ディスクリート部品用に開発された通常の
圧電セラミックスをSMD部品に適用した場合、圧電性
の著しい劣化が生じてしまう。このため、SMD部品用
に、耐熱性の良好な組成をもつ圧電セラミックスの開発
が行なわれている(特開平5−17218号公報、特開
平5−139829号公報等)。しかし、新規組成の開
発はコスト高を招く。In recent years, as electronic devices have become smaller and thinner, the transition from conventional discrete components to SMDs (Surface Mount Components) has been urgently required for electronic components. S
MD requires high heat resistance because it passes through a solder reflow furnace when it is mounted on a printed circuit board, that is, it is required that the electrical characteristics of the MD be less deteriorated by passing through the solder reflow furnace. In the case of discrete parts, only heat of not more than 200 ° C is applied at the time of bonding at the processing stage, heat treatment at the film forming step or product production stage, bonding, etc. Heat is applied for about 5 to 30 seconds in the range of about 200 to 260 ° C. when passing through, so when ordinary piezoelectric ceramics developed for discrete parts is applied to SMD parts, significant degradation of piezoelectricity occurs. . For this reason, piezoelectric ceramics having a composition having good heat resistance have been developed for SMD parts (JP-A-5-17218, JP-A-5-139829, etc.). However, the development of a new composition results in high costs.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情からなされたものである。本発明の目的は、ハンダリ
フロー処理等により高温にさらされた場合でも、圧電性
の劣化が格段に小さい圧電セラミックスを提供すること
であり、このような高い耐熱性を、新規組成を開発する
ことなしに従来のリード付き部品用組成において実現す
ることである。The present invention has been made under such circumstances. An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic in which the degradation of piezoelectricity is remarkably small even when exposed to high temperatures due to solder reflow treatment or the like, and to develop a new composition having such high heat resistance. Without the conventional composition for leaded components.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(8)の本発明により達成される。 (1)圧電セラミックスの分極処理工程において、Tc
(キュリー温度)における抵抗率が1.0×107 Ω・
cm以下の圧電セラミックスを、Tc 以上の温度まで昇温
した後、室温まで冷却する際に、少なくとも圧電セラミ
ックスの温度がTc であるときに、圧電セラミックスに
印加される電界の強度が0.8 kV/mm以下となるように
電流を流すことを特徴とする圧電セラミックスの製造方
法。 (2)圧電セラミックスの到達温度がTc +100℃以
上である上記(1)の圧電セラミックスの製造方法。 (3)圧電セラミックスの温度がTc +50℃以上であ
るときから圧電セラミックスに電界を印加して冷却する
上記(1)または(2)の圧電セラミックスの製造方
法。 (4)圧電セラミックスの温度がTc −50℃以下とな
るまで圧電セラミックスに電界を印加し続ける上記
(1)〜(3)のいずれかの圧電セラミックスの製造方
法。 (5)圧電セラミックスの温度がTc となったとき以
降、定電流を流しながら冷却する上記(1)〜(4)の
いずれかの圧電セラミックスの製造方法。 (6)圧電セラミックスの温度がTc となったとき以降
の少なくとも一部において、圧電セラミックスに印加す
る電界強度を、Tc における電界強度以上の一定値に保
ちながら冷却する上記(1)〜(5)のいずれかの圧電
セラミックスの製造方法。 (7)圧電セラミックスが、チタン酸ジルコン酸鉛系ま
たはチタン酸鉛系である上記(1)〜(6)のいずれか
の圧電セラミックスの製造方法。 (8)圧電セラミックスのTc が280℃以上である上
記(1)〜(7)のいずれかの圧電セラミックスの製造
方法。This and other objects are achieved by the present invention which is defined below as (1) to (8). (1) In the polarization process of piezoelectric ceramics, Tc
(Curie temperature) is 1.0 × 10 7 Ω ·
cm, the temperature of the piezoelectric ceramic is raised to a temperature equal to or higher than Tc and then cooled to room temperature. When the temperature of the piezoelectric ceramic is at least Tc, the intensity of the electric field applied to the piezoelectric ceramic is 0.8 kV. A method for producing a piezoelectric ceramic, characterized in that an electric current is applied so as to be not more than / mm. (2) The method for producing a piezoelectric ceramic according to the above (1), wherein the ultimate temperature of the piezoelectric ceramic is Tc + 100 ° C. or more. (3) The method for producing a piezoelectric ceramic according to the above (1) or (2), wherein the piezoelectric ceramic is cooled by applying an electric field when the temperature of the piezoelectric ceramic is Tc + 50 ° C. or higher. (4) The method for producing a piezoelectric ceramic according to any one of the above (1) to (3), wherein an electric field is continuously applied to the piezoelectric ceramic until the temperature of the piezoelectric ceramic becomes Tc-50 ° C. or lower. (5) The method for producing a piezoelectric ceramic according to any one of the above (1) to (4), wherein cooling is performed while a constant current is applied after the temperature of the piezoelectric ceramic reaches Tc. (6) The cooling is performed while maintaining the electric field intensity applied to the piezoelectric ceramic at a constant value equal to or higher than the electric field intensity at Tc at least in part after the temperature of the piezoelectric ceramic reaches Tc. The method for producing a piezoelectric ceramic according to any one of the above. (7) The method for producing a piezoelectric ceramic according to any one of the above (1) to (6), wherein the piezoelectric ceramic is a lead zirconate titanate or a lead titanate. (8) The method for producing a piezoelectric ceramic according to any one of the above (1) to (7), wherein Tc of the piezoelectric ceramic is 280 ° C. or more.
【0011】[0011]
【作用および効果】従来、圧電セラミックスの分極処理
は、上述したように、圧電セラミックスのキュリー温度
(Tc )未満のシリコン油中で3 kV/mm以上の高電界を
印加する方法により行なわれているが、本発明では、圧
電セラミックスを空気中でTc 以上まで加熱し、室温ま
で降温する際に少なくともTc において圧電セラミック
スに電流を流す。本発明におけるこのような分極処理方
法を、以下、高温分極処理という。本発明が対象とする
圧電セラミックスは、抵抗率が低く定電流制御が可能な
ものであり、具体的には、Tc における抵抗率が1.0
×107 Ω・cm以下のものである。Conventionally, the polarization treatment of piezoelectric ceramics is performed by applying a high electric field of 3 kV / mm or more in silicon oil having a temperature lower than the Curie temperature (Tc) of the piezoelectric ceramics, as described above. According to the present invention, however, the piezoelectric ceramic is heated to at least Tc in air, and when the temperature is lowered to room temperature, an electric current is applied to the piezoelectric ceramic at least at Tc. Such a polarization processing method in the present invention is hereinafter referred to as a high-temperature polarization processing. The piezoelectric ceramics targeted by the present invention have low resistivity and can be controlled at a constant current. Specifically, the resistivity at Tc is 1.0%.
× 10 7 Ω · cm or less.
【0012】本発明ではこのような分極処理を行なうこ
とにより、圧電セラミックスの耐熱性を飛躍的に改善す
ることができる。すなわち、従来、ハンダリフロー炉を
通した後に圧電性の著しい劣化が認められた組成のもの
であっても、本発明にしたがって高温分極処理された場
合には、圧電性の劣化は格段に小さくなる。したがっ
て、本発明により分極処理された圧電セラミックスは、
SMD用に好適である。また、熱による劣化が小さいた
め、後工程での共振周波数の調整幅が少なくて済み、工
程の簡略化が可能である。また、高温分極処理は、発熱
量の多い高パワーのアクチュエータ用圧電セラミックス
にも好適である。この場合、使用時の発熱による特性劣
化を防ぐことができる。In the present invention, by performing such a polarization treatment, the heat resistance of the piezoelectric ceramic can be remarkably improved. That is, conventionally, even if the composition has a remarkable deterioration in piezoelectricity after passing through a solder reflow furnace, the deterioration in piezoelectricity is remarkably small when subjected to a high-temperature polarization treatment according to the present invention. . Therefore, the piezoelectric ceramics polarized according to the present invention,
Suitable for SMD. In addition, since the deterioration due to heat is small, the width of adjustment of the resonance frequency in the subsequent process can be reduced, and the process can be simplified. The high-temperature polarization is also suitable for a high-power piezoelectric ceramic for an actuator that generates a large amount of heat. In this case, characteristic deterioration due to heat generation during use can be prevented.
【0013】通常分極処理では、通常、3 kV/mm以上の
高電界を印加しなければ十分な分極が不可能であった
が、本発明では、Tc において圧電セラミックスに印加
される電界の強度が0.8 kV/mm以下と低いので、電源
装置のコストを低くすることができる。また、厚みすべ
り振動モードを利用する製品の場合には、分極時に圧電
セラミックスの長手方向に電圧を印加することになるた
め、電界強度を低くできることは大きなメリットとな
る。In the ordinary polarization treatment, sufficient polarization is normally impossible unless a high electric field of 3 kV / mm or more is applied. However, in the present invention, the intensity of the electric field applied to the piezoelectric ceramic at Tc is reduced. Since it is as low as 0.8 kV / mm or less, the cost of the power supply device can be reduced. Further, in the case of a product using the thickness shear vibration mode, a voltage is applied in the longitudinal direction of the piezoelectric ceramics during polarization, so that it is a great advantage that the electric field strength can be reduced.
【0014】また、本発明をチタン酸鉛系等の自発分極
が大きい圧電セラミックスに適用した場合、通常分極よ
りも圧電性を向上させることができる。When the present invention is applied to a piezoelectric ceramic such as a lead titanate having a large spontaneous polarization, the piezoelectricity can be improved as compared with the ordinary polarization.
【0015】Tc での抵抗率が比較的低い圧電セラミッ
クスに従来の通常分極処理を適用する場合、局所的な発
熱や絶縁破壊を避けるために、抵抗率が高くなる低い温
度で分極処理を行なっているが、十分な分極が困難とな
ることがある。本発明における高温分極処理では、電流
を流すので十分な分極が可能となり、しかも絶縁破壊が
起こらない。When a conventional ordinary polarization process is applied to a piezoelectric ceramic having a relatively low resistivity at Tc, the polarization process is performed at a low temperature at which the resistivity becomes high in order to avoid local heat generation and dielectric breakdown. However, sufficient polarization may be difficult. In the high-temperature polarization treatment according to the present invention, a sufficient polarization is possible because a current flows, and furthermore, dielectric breakdown does not occur.
【0016】本発明では、圧電セラミックスをシリコン
油中に浸漬しないため、分極処理後に有機溶剤による洗
浄が不要であり、環境汚染のおそれがない。In the present invention, since the piezoelectric ceramic is not immersed in silicon oil, cleaning with an organic solvent is not required after the polarization treatment, and there is no risk of environmental pollution.
【0017】上記した特開平3−150880号公報で
は、圧電セラミックスをTc 以上に加熱して電界を印加
しながら冷却する方法が記載されている。同公報記載の
圧電セラミックスのTc は260℃であるが、Tc がこ
のように低い場合、Tc における抵抗率は一般に1×1
08 Ω・cm以上となるので、本発明による効果は実現し
ない。また、この方法では印加する電界が強すぎるた
め、上述したように作業上危険である。なお、抵抗率が
1.0×107 Ω・cm以下の圧電セラミックスに、同公
報のように1 kV/mm以上の高電圧を印加した場合、均一
に電流が流れなくなって局所的に発熱する。そして、圧
電セラミックス全体に均等に電圧が加わらなくなるた
め、分極が不十分となり、良好な圧電性が得られない。In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-150880, a method is described in which a piezoelectric ceramic is heated above Tc and cooled while applying an electric field. The Tc of the piezoelectric ceramic described in this publication is 260 ° C., but when Tc is such a low value, the resistivity at Tc is generally 1 × 1.
0 8 Ω · cm or more, the effect of the present invention is not realized. Further, in this method, since the applied electric field is too strong, there is a danger in operation as described above. When a high voltage of 1 kV / mm or more is applied to a piezoelectric ceramic having a resistivity of 1.0 × 10 7 Ω · cm or less as in the publication, current does not flow uniformly and heat is locally generated. . Further, since a voltage is not uniformly applied to the entire piezoelectric ceramic, polarization is insufficient, and good piezoelectricity cannot be obtained.
【0018】なお、Tc 以上の温度に加熱して分極処理
を施す方法は、LiTaO3 やLiNbO3 等の単結晶
圧電材料においては一般的である。これらの単結晶圧電
材料は低温での絶縁抵抗が大きいので、LiTaO3 の
場合は600℃程度、LiNbO3 の場合は1200℃
程度の温度まで加熱して電圧を印加する。これらの温度
はいずれもTc より数十度程度高い。このように高温が
必要なので、単結晶圧電材料の分極処理をシリコン油中
で行なうことは不可能である。Tc を超える温度で電圧
を印加する点において、単結晶圧電材料の分極処理と本
発明における高温分極処理とは類似する。しかし、単結
晶圧電材料は単分域であり、圧電セラミックスの組織構
造とは全く異なる。本発明では、圧電セラミックスの耐
熱性改善のために、抵抗率の低い圧電セラミックスを選
択してこれにTc 付近で電流を流すのであり、本発明
は、単結晶圧電材料の分極処理を圧電セラミックスの分
極処理に単に転用したものではない。The method of performing the polarization treatment by heating to a temperature equal to or higher than Tc is generally used for a single crystal piezoelectric material such as LiTaO 3 or LiNbO 3 . Since these single-crystal piezoelectric materials have high insulation resistance at low temperatures, about 600 ° C. for LiTaO 3 and about 1200 ° C. for LiNbO 3.
Heat to about the temperature and apply voltage. Each of these temperatures is several tens degrees higher than Tc. Because of the need for such high temperatures, it is impossible to perform the polarization treatment of the single crystal piezoelectric material in silicon oil. The polarization treatment of the single crystal piezoelectric material is similar to the high temperature polarization treatment in the present invention in that a voltage is applied at a temperature exceeding Tc. However, a single crystal piezoelectric material is a single domain, which is completely different from the structure of piezoelectric ceramics. According to the present invention, in order to improve the heat resistance of the piezoelectric ceramics, a piezoelectric ceramic having a low resistivity is selected and an electric current is supplied to the piezoelectric ceramics near Tc. It is not simply diverted to polarization processing.
【0019】[0019]
【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。[Specific Configuration] Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described in detail.
【0020】本発明が対象とする圧電セラミックスは、
キュリー温度Tc における抵抗率が1.0×107 Ω・
cm以下、好ましくは8×106 Ω・cm以下のものであ
る。Tc における抵抗率が1.0×107 Ω・cm以下の
圧電セラミックスでは、Tc において、流した電流にほ
ぼ対応する電圧を発生させて良好な分極処理をすること
ができる。しかし、Tc における抵抗率が1.0×10
7 Ω・cmを超えると、Tc において殆ど電流を流すこと
ができず、圧電セラミックスに電圧が直接印加されるこ
とになり、本発明の効果が実現しない。すなわち、本発
明では、電気抵抗率の比較的小さい圧電セラミックスに
電流を流し、これにより生起される電圧によって分極を
行なう。なお、Tc における抵抗率は、好ましくは1.
0×10-3Ω・cm以上、より好ましくは1.0×10-4
Ω・cm以上である。Tc における抵抗率が低すぎると、
十分な電界強度を得ることが難しくなり、良好な圧電性
が得にくくなる。The piezoelectric ceramics targeted by the present invention are:
The resistivity at the Curie temperature Tc is 1.0 × 10 7 Ω ·
cm or less, preferably 8 × 10 6 Ω · cm or less. In a piezoelectric ceramic having a resistivity of 1.0 × 10 7 Ω · cm or less at Tc, a voltage substantially corresponding to the applied current can be generated at Tc to perform favorable polarization processing. However, the resistivity at Tc is 1.0 × 10
If it exceeds 7 Ω · cm, almost no current can flow at Tc, and a voltage is directly applied to the piezoelectric ceramics, and the effect of the present invention is not realized. That is, in the present invention, a current is passed through a piezoelectric ceramic having a relatively small electric resistivity, and polarization is performed by a voltage generated by the current. The resistivity at Tc is preferably 1.
0 × 10 −3 Ω · cm or more, more preferably 1.0 × 10 −4
Ω · cm or more. If the resistivity at Tc is too low,
It is difficult to obtain a sufficient electric field strength, and it is difficult to obtain good piezoelectricity.
【0021】本発明では、Tc における抵抗率が上記範
囲であれば圧電セラミックスの組成は特に限定されず、
例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系やチタン酸鉛系等の各
種圧電セラミックスの分極処理に本発明を適用すること
ができる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛系では、
基本組成系としてPbTiO3 −PbZrO3 やPbT
iO3 −PbZrO3 −Pb(B1 ・B2 )O3 系(た
だし、B1 ・B2 は、Zn1/3 Nb2/3 、Co1/3 Nb
2/3 、Mg1/3 Nb2/3 、Mn1/3 Nb2/3 、Ni1/3
Nb2/3 、Sn1/3 Nb2/3 、Sn1/3 Sb2/3 、Mn
1/3 Sb2/3 )を中心とし、AサイトのPbの一部をア
ルカリ土類元素または希土類元素で少量置換したもの
や、上記基本組成系に、Cr2 O3 やWO3 、MnO2
等、基本組成系に含まれない元素を少量添加した組成が
挙げられる。チタン酸鉛系では、基本組成としてPbT
iO3 −CaTiO3 を中心とし、Caをその他のアル
カリ土類元素または希土類元素で置換したもの、上記基
本組成系に、Cr2 O3 やNb2 O5 、MnO2 、Bi
2 O3 等、基本組成系に含まれない元素を少量添加した
組成が挙げられる。In the present invention, the composition of the piezoelectric ceramic is not particularly limited as long as the resistivity at Tc is within the above range.
For example, the present invention can be applied to the polarization treatment of various piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate and lead titanate. Specifically, in the lead zirconate titanate,
PbTiO 3 -PbZrO 3 or PbT as a basic composition system
iO 3 —PbZrO 3 —Pb (B 1 · B 2 ) O 3 (where B 1 · B 2 is Zn 1/3 Nb 2/3 , Co 1/3 Nb
2/3 , Mg 1/3 Nb 2/3 , Mn 1/3 Nb 2/3 , Ni 1/3
Nb 2/3 , Sn 1/3 Nb 2/3 , Sn 1/3 Sb 2/3 , Mn
1/3 Sb 2/3 ), with a small amount of Pb at the A site replaced with an alkaline earth element or a rare earth element, or Cr 2 O 3 , WO 3 , MnO 2
For example, a composition in which a small amount of an element not included in the basic composition system is added. In lead titanate, PbT
A material obtained by substituting Ca with another alkaline earth element or a rare earth element centering on iO 3 —CaTiO 3 , and adding Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , MnO 2 , Bi
A composition in which a small amount of an element not included in the basic composition system, such as 2 O 3 , is added.
【0022】本発明が適用対象とする圧電セラミックス
のTc は特に限定されないが、Tcにおける抵抗率が上
記範囲の圧電セラミックスのTc は、通常、280℃以
上である。そして、Tc がこの程度であれば、ハンダリ
フロー炉での高温処理に十分に耐えることができる。The Tc of the piezoelectric ceramic to which the present invention is applied is not particularly limited, but the Tc of the piezoelectric ceramic having a resistivity in the above-mentioned range is usually 280 ° C. or higher. When Tc is at this level, it is possible to sufficiently withstand high-temperature treatment in a solder reflow furnace.
【0023】本発明では、このような圧電セラミックス
の分極処理工程において、圧電セラミックスをそのTc
以上の温度まで昇温した後、室温まで冷却する。そし
て、この冷却の際、少なくとも圧電セラミックスの温度
がTc であるときに圧電セラミックスに電流を流す。According to the present invention, in such a polarization treatment step of the piezoelectric ceramic, the piezoelectric ceramic is
After heating to the above temperature, it is cooled to room temperature. During this cooling, an electric current is applied to the piezoelectric ceramic at least when the temperature of the piezoelectric ceramic is Tc.
【0024】Tc において圧電セラミックスに印加する
電界の強度は、0.8 kV/mm以下、好ましくは0.5 k
V/mm以下とし、また、好ましくは0.02 kV/mm以上、
より好ましくは0.05 kV/mm以上とする。本発明で用
いる低抵抗率の圧電セラミックスに、0.8 kV/mmを超
える電界を印加した場合、圧電セラミックス内に電流が
均一に流れなくなって局所的に発熱したり、絶縁破壊が
生じたりする。一方、電界の強度が弱すぎると分極が不
十分となる。At Tc, the intensity of the electric field applied to the piezoelectric ceramic is 0.8 kV / mm or less, preferably 0.5 kV / mm.
V / mm or less, and preferably 0.02 kV / mm or more,
More preferably, it is 0.05 kV / mm or more. When an electric field exceeding 0.8 kV / mm is applied to the low-resistivity piezoelectric ceramics used in the present invention, current does not flow uniformly in the piezoelectric ceramics, causing local heat generation or dielectric breakdown. . On the other hand, if the intensity of the electric field is too weak, the polarization becomes insufficient.
【0025】分極処理の際には、まず、圧電セラミック
スをTc 以上の温度まで昇温する。このときの圧電セラ
ミックスの到達温度は、好ましくはTc +100℃以
上、より好ましくはTc +200℃以上である。圧電セ
ラミックスはTc 付近では圧電性が残っているため、到
達温度がTc に近すぎると、分極処理の際に自発分極を
揃えることが十分にできなくなって圧電性が不十分とな
り、特に、圧電性の熱劣化が生じやすくなる。In the polarization process, first, the temperature of the piezoelectric ceramic is raised to a temperature equal to or higher than Tc. The ultimate temperature of the piezoelectric ceramics at this time is preferably Tc + 100 ° C. or more, more preferably Tc + 200 ° C. or more. Piezoelectric ceramics remain piezoelectric near Tc, so if the temperature reached is too close to Tc, the spontaneous polarization cannot be sufficiently aligned during the polarization process, resulting in insufficient piezoelectricity. Is likely to be thermally degraded.
【0026】Tc 以上の温度まで昇温された圧電セラミ
ックスの自発分極を揃えるためには、冷却の際、Tc と
なったときに、所定の電界が印加されるように電流を流
していればよい。この場合、Tc のときだけに電流を流
す構成としてもよいが、好ましくはTc +50℃以上、
より好ましくはTc +100℃以上であるときから電流
を流す。そして、Tc から室温まで冷却する際の熱的擾
乱による分域のランダム化を防ぐために、圧電セラミッ
クスの温度がTc 未満となってからも電界を印加し続け
ることが好ましく、特に、圧電セラミックスの温度がT
c −50℃以下となるまで電界を印加し続けることが好
ましい。In order to make the spontaneous polarization of the piezoelectric ceramic heated to a temperature equal to or higher than Tc uniform, it is sufficient to supply a current so that a predetermined electric field is applied when the temperature reaches Tc during cooling. . In this case, a configuration may be adopted in which a current flows only at the time of Tc.
More preferably, a current is supplied when the temperature is Tc + 100 ° C. or higher. In order to prevent randomization of domains due to thermal disturbance when cooling from Tc to room temperature, it is preferable to continue applying an electric field even after the temperature of the piezoelectric ceramic becomes lower than Tc. Is T
It is preferable that the electric field is continuously applied until the temperature becomes lower than or equal to −50 ° C.
【0027】圧電セラミックスの冷却速度は特に限定さ
れないが、通常、60〜600℃/時間程度とすること
が好ましい。Although the cooling rate of the piezoelectric ceramic is not particularly limited, it is usually preferable to be about 60 to 600 ° C./hour.
【0028】圧電セラミックスの温度がTc となったと
き以降も電界印加を続ける場合、電流密度が一定値とな
るように定電流制御を行なってもよく、Tc となったと
き以降の少なくとも一部において電界強度を一定値に保
つ定電圧制御を行なってもよい。少なくとも一部におい
て定電圧制御を行なうとは、圧電セラミックスの温度が
Tc 未満であるときに定電流制御から定電圧制御に切り
換えるか、あるいは、Tc となったとき以降、定電圧制
御を行なうことを意味する。定電圧制御を行なう際に圧
電セラミックスに印加する電界強度は、Tc において印
加する電界強度以上であることが好ましい。このような
電界強度で定電圧制御を行なえば、熱的擾乱の影響を十
分に防ぐことができる。When the electric field application is continued even after the temperature of the piezoelectric ceramics reaches Tc, constant current control may be performed so that the current density becomes a constant value, and at least a part after the temperature reaches Tc. Constant voltage control for maintaining the electric field strength at a constant value may be performed. Performing constant voltage control at least in part means switching from constant current control to constant voltage control when the temperature of the piezoelectric ceramics is lower than Tc, or performing constant voltage control after reaching Tc. means. The electric field intensity applied to the piezoelectric ceramics when performing the constant voltage control is preferably higher than the electric field intensity applied at Tc. If the constant voltage control is performed with such an electric field strength, the influence of thermal disturbance can be sufficiently prevented.
【0029】定電圧制御を行なうのは、圧電セラミック
スの過度の発熱を避けるためである。圧電セラミックス
は降温に伴なって抵抗率が上昇するため、Tc 未満にお
いても定電流制御を続けると、発熱が増大する。良好な
圧電性および耐熱性を得るために、圧電セラミックスに
は組成に応じた最適な強度の分極電流を流すが、この電
流強度が比較的大きい場合に定電流制御を行なうと、圧
電セラミックスの発熱量が大きくなりすぎ、かえって圧
電性を損なうことがある。したがって、このような場
合、定電圧制御を利用することが好ましい。The reason why the constant voltage control is performed is to avoid excessive heat generation of the piezoelectric ceramics. Since the resistivity of the piezoelectric ceramic increases with a decrease in temperature, heat generation increases when constant current control is continued even below Tc. In order to obtain good piezoelectricity and heat resistance, a polarization current with the optimum strength is applied to the piezoelectric ceramics according to the composition. The amount may be too large, which may impair the piezoelectricity. Therefore, in such a case, it is preferable to use constant voltage control.
【0030】Tc における電流密度の好ましい範囲は圧
電セラミックスの組成などによって異なるので、良好な
圧電性が得られるように実験によって決定すればよい
が、通常、0.3〜36mA/cm2である。分極処理直後に
良好な圧電性が得られるような電流密度でないと、耐熱
性も低くなってしまう。The preferred range of the current density in Tc varies depending on the composition of the piezoelectric ceramics and the like, and may be determined by experiments so as to obtain good piezoelectricity, but is usually 0.3 to 36 mA / cm 2 . If the current density is not such that good piezoelectricity can be obtained immediately after the polarization treatment, the heat resistance will also be low.
【0031】分極処理される圧電セラミックスの製造方
法は特に限定されず、一般のセラミックスを製造する際
に慣用されている方法を用いればよい。すなわち、P
b、Ti、Zr等の圧電セラミックス構成元素の化合物
を、所定の割合で配合し、ボールミルなどを用いて十分
に粉砕混合する。前記化合物としては、酸化物または焼
成により酸化物に変わりうる化合物、例えば炭酸塩、水
酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩等を用いることができる。
得られた混合物を、700〜900℃程度で仮焼する。
次いで、仮焼物を粉砕し、水およびバインダーを加えて
混練した後、0.2〜5ton/cm2 程度の圧力を加えて所
定形状に加圧成形する。得られた成形体を、1150〜
1250℃程度の温度において2〜4時間程度焼結す
る。焼結は大気中で行うこともできるが、酸素雰囲気中
でホットプレスまたは熱間静水圧プレスにより焼結すれ
ば、より緻密な焼結体を得ることができる。焼結後、上
述した分極処理を施す。The method for producing the piezoelectric ceramic to be polarized is not particularly limited, and a method commonly used for producing general ceramics may be used. That is, P
Compounds of constituent elements of piezoelectric ceramics such as b, Ti, and Zr are blended at a predetermined ratio, and sufficiently pulverized and mixed using a ball mill or the like. As the compound, an oxide or a compound which can be converted to an oxide by firing, for example, a carbonate, a hydroxide, an oxalate, a nitrate, or the like can be used.
The obtained mixture is calcined at about 700 to 900 ° C.
Next, the calcined product is pulverized, kneaded by adding water and a binder, and then pressure-molded into a predetermined shape by applying a pressure of about 0.2 to 5 ton / cm 2 . The obtained molded body was 1150-
Sinter at a temperature of about 1250 ° C. for about 2 to 4 hours. Although sintering can be performed in the air, a more dense sintered body can be obtained by sintering in an oxygen atmosphere by hot pressing or hot isostatic pressing. After sintering, the above-described polarization treatment is performed.
【0032】[0032]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing specific examples of the present invention.
【0033】<実施例1>出発原料として、PbO、Z
rO2 、TiO2 、MgCO3 、Nb2 O5 、Cr2 O
3 を、以下の組成となるように秤量し、ボールミルによ
り24時間混合・粉砕した。Example 1 PbO, Z as starting materials
rO 2 , TiO 2 , MgCO 3 , Nb 2 O 5 , Cr 2 O
3 was weighed so as to have the following composition, and mixed and pulverized for 24 hours by a ball mill.
【0034】Pb{(Mg1/3 −Nb2/3 )0.05Ti
0.45Zr0.50}O3 +0.2重量%Cr2 O3 Pb {(Mg 1/3 −Nb 2/3 ) 0.05 Ti
0.45 Zr 0.50 @O 3 + 0.2% by weight Cr 2 O 3
【0035】混合物を、脱水、乾燥した後、空気中にお
いて850℃で2時間仮焼し、仮焼粉を再度ボールミル
により24時間粉砕し、脱水乾燥した。得られた粉体に
バインダーとしてPVAを2重量%加え、造粒後、4t/
cm2 の圧力で成形して、直径20mm、厚さ0.5mmの成
形体とした。この成形体を、焼成こうばちに入れ、大気
中で焼成した。焼成時の昇温速度は200℃/時間と
し、1200℃に2時間保持した。焼成体を、長さ6.
4mm、幅3.9mm、厚さ0.23mmの板状に加工し、十
分洗浄したのち、成膜装置で金電極(5mm×3mm)を形
成し、電気特性評価用のサンプルとした。After the mixture was dehydrated and dried, it was calcined at 850 ° C. for 2 hours in the air, and the calcined powder was again ground by a ball mill for 24 hours and dehydrated and dried. To the obtained powder, 2% by weight of PVA was added as a binder, and after granulation, 4 t /
It was molded under a pressure of cm 2 to obtain a molded body having a diameter of 20 mm and a thickness of 0.5 mm. This compact was placed in a firing sliver and fired in air. The heating rate during firing was 200 ° C./hour, and the temperature was maintained at 1200 ° C. for 2 hours. The fired body has a length of 6.
After processing into a plate having a size of 4 mm, a width of 3.9 mm, and a thickness of 0.23 mm, the plate was sufficiently washed, and a gold electrode (5 mm × 3 mm) was formed by a film forming apparatus to obtain a sample for evaluating electrical characteristics.
【0036】このサンプルにAu端子を接続し、図1に
示す構成の高温分極装置の中に入れ、プレシジョンLC
Rメータにより容量の温度特性を600℃まで測定し
て、このサンプルのTc を求めた。また、マルチメータ
を用い、4端子法によりTc における抵抗値を求めた。
この結果、Tc は365℃であり、Tc における抵抗値
は61 kΩ(0.4×106 Ω・cm)であった。An Au terminal was connected to this sample, and the sample was placed in a high-temperature polarizer having the structure shown in FIG.
The temperature characteristics of the capacitance were measured up to 600 ° C. with an R meter, and the Tc of this sample was determined. Further, a resistance value at Tc was determined by a four-terminal method using a multimeter.
As a result, Tc was 365 ° C., and the resistance value at Tc was 61 kΩ (0.4 × 10 6 Ω · cm).
【0037】次に、高温分極装置により、このサンプル
を600℃から室温まで電流を流しながら冷却して、分
極を行なった。サンプルに流す電流は0.45mA(3.
0mA/cm2)に設定し、室温までこの電流を保持した。冷
却速度は5℃/min とした。Tc における電界強度は
0.12 kV/mmであった。なお、サンプルに流した電流
値は、この組成において最も高い電気機械結合係数(K
t)が得られる値であり、予め実験を行なって決定し
た。以下の実施例についても同様である。Next, the sample was cooled by flowing a current from 600 ° C. to room temperature by a high-temperature polarizing device to perform polarization. The current passed through the sample was 0.45 mA (3.
0 mA / cm 2 ) and maintained this current until room temperature. The cooling rate was 5 ° C./min. The electric field strength at Tc was 0.12 kV / mm. Note that the value of the current flowing through the sample is the highest electromechanical coupling coefficient (K
t) is a value obtained and was determined by conducting experiments in advance. The same applies to the following embodiments.
【0038】分極処理したサンプルを1昼夜放置した
後、ハンダ耐熱試験を行なった。まず、インピーダンス
アナライザにより厚み縦振動モードの共振子特性(K
t)を評価した。これを初期特性とした。次に、サンプ
ルをアルミホイルにくるんで250℃に設定したハンダ
糟に30秒間浸すハンダ耐熱試験を行ない、1昼夜放置
した後、再度厚み縦振動モードの共振子特性をインピー
ダンスアナライザによって評価した。このハンダ耐熱試
験を合計5回繰り返し、各試験後のKtから、初期のK
tに対する変化率を求めた。結果を図2に示す。After leaving the sample subjected to the polarization treatment for one day and night, a solder heat resistance test was performed. First, the resonator characteristics (K
t) was evaluated. This was taken as the initial characteristic. Next, the sample was wrapped in aluminum foil and immersed in a solder bath set at 250 ° C. for 30 seconds to perform a solder heat resistance test. After allowing the sample to stand for one day and night, the resonator characteristics in the thickness longitudinal vibration mode were evaluated again by an impedance analyzer. This solder heat test is repeated a total of five times, and the initial Kt is determined from the Kt after each test.
The rate of change with respect to t was determined. The results are shown in FIG.
【0039】<比較例1>実施例1で作製した電気特性
評価用のサンプルをシリコン油中に浸漬し、120℃に
保って3.0 kV/mmの電界を20分間印加することによ
り、分極処理を行なった。<Comparative Example 1> The sample for evaluating electrical characteristics prepared in Example 1 was immersed in silicon oil, and maintained at 120 ° C., and an electric field of 3.0 kV / mm was applied for 20 minutes. Processing was performed.
【0040】分極処理後のサンプル表面のシリコン油を
十分に洗浄し、1昼夜放置した後、実施例1と同様にし
てハンダ耐熱試験を行ない、Kt変化率を求めた。結果
を図2に示す。The silicon oil on the surface of the sample after the polarization treatment was sufficiently washed, and allowed to stand for one day and night. Then, a solder heat resistance test was performed in the same manner as in Example 1 to determine the Kt change rate. The results are shown in FIG.
【0041】図2に示されるように、Tc を超える温度
から冷却する際に定電流を流して分極した実施例1で
は、シリコン油中においてTc 未満で分極した比較例1
に比べ、ハンダ耐熱試験後のKt劣化が格段に小さい。As shown in FIG. 2, in Example 1 in which a constant current was applied when cooling from a temperature exceeding Tc, polarization was performed in Comparative Example 1 in which silicon was polarized below Tc in silicon oil.
The Kt deterioration after the soldering heat test is remarkably small.
【0042】<実施例2>出発原料として、PbO、Z
rO2 、TiO2 、MgCO3 、Nb2 O5 、MnCO
3 、CoO、Cr2 O3 を、以下の組成となるように秤
量し、ボールミルにより24時間混合・粉砕した。Example 2 PbO, Z as starting materials
rO 2 , TiO 2 , MgCO 3 , Nb 2 O 5 , MnCO
3 , CoO, and Cr 2 O 3 were weighed to have the following composition, and were mixed and pulverized for 24 hours by a ball mill.
【0043】Pb{(Mg1/3 −Nb2/3 )0.05Ti
0.47Zr0.48}O3 +0.2重量%Cr2 O3 +0.2
重量%MnCO3 +0.2重量%CoOPb {(Mg 1/3 −Nb 2/3 ) 0.05 Ti
0.47 Zr 0.48 } O 3 + 0.2% by weight Cr 2 O 3 +0.2
Wt% MnCO 3 +0.2 wt% CoO
【0044】混合物を、脱水、乾燥した後、空気中にお
いて850℃で2時間仮焼し、仮焼粉を再度ボールミル
により24時間粉砕し、脱水乾燥した。得られた粉体に
バインダーとしてPVAを2重量%加え、造粒後、4t/
cm2 の圧力で成形して、直径20mm、厚さ1.0mmの成
形体とした。この成形体を、焼成こうばちに入れ、大気
中で焼成した。焼成時の昇温速度は200℃/時間と
し、1200℃に2時間保持した。焼成体を、直径15
mm、厚さ0.5mmの円盤状に加工し、十分洗浄したの
ち、成膜装置で金電極(直径13mm)を形成し、電気特
性評価用のサンプルとした。After the mixture was dehydrated and dried, it was calcined at 850 ° C. for 2 hours in the air, and the calcined powder was again ground by a ball mill for 24 hours and dehydrated and dried. To the obtained powder, 2% by weight of PVA was added as a binder, and after granulation, 4 t /
It was molded under a pressure of cm 2 to obtain a molded body having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.0 mm. This compact was placed in a firing sliver and fired in air. The heating rate during firing was 200 ° C./hour, and the temperature was maintained at 1200 ° C. for 2 hours. The fired body has a diameter of 15
After processing into a disk having a thickness of 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm, and washing sufficiently, a gold electrode (diameter: 13 mm) was formed by a film forming apparatus to obtain a sample for evaluating electrical characteristics.
【0045】このサンプルにAu端子を接続し、実施例
1と同様にして、Tc およびTc における抵抗値を求め
た。この結果、Tc は365℃であり、Tc における抵
抗値は82.9 kΩ(2.2×106 Ω・cm)であっ
た。An Au terminal was connected to this sample, and Tc and the resistance value at Tc were determined in the same manner as in Example 1. As a result, Tc was 365 ° C., and the resistance value at Tc was 82.9 kΩ (2.2 × 10 6 Ω · cm).
【0046】次に、実施例1と同様に高温分極装置を用
いて、このサンプルを600℃から室温まで電流を流し
ながら冷却することにより、分極を行なった。サンプル
に流す電流は1.51mA(1.14mA/cm2)に設定し、
室温までこの電流を保持した。冷却速度は5℃/min と
した。Tc における電界強度は0.25 kV/mmであっ
た。Next, the sample was cooled by flowing a current from 600 ° C. to room temperature using a high-temperature polarizing device in the same manner as in Example 1 to perform polarization. The current flowing through the sample was set to 1.51 mA (1.14 mA / cm 2 )
This current was maintained until room temperature. The cooling rate was 5 ° C./min. The electric field strength at Tc was 0.25 kV / mm.
【0047】分極処理したサンプルを1昼夜放置した
後、実施例1と同様にしてハンダ耐熱試験を行なった。
ただし、この実施例では、ハンダ槽に浸す回数は1回と
し、ハンダ槽の温度を図3に示すように変えて、それぞ
れの試験後にKtを求めた。結果を図3に示す。After the polarized sample was allowed to stand for one day and night, a solder heat resistance test was performed in the same manner as in Example 1.
However, in this example, the number of times of immersion in the solder bath was set to one, and the temperature of the solder bath was changed as shown in FIG. 3, and Kt was determined after each test. The results are shown in FIG.
【0048】<比較例2>実施例2で作製した電気特性
評価用のサンプルをシリコン油中に浸漬し、120℃に
保って3.0 kV/mmの電界を20分間印加することによ
り、分極処理を行なった。<Comparative Example 2> The sample for evaluating electrical characteristics prepared in Example 2 was immersed in silicon oil, and maintained at 120 ° C., and an electric field of 3.0 kV / mm was applied for 20 minutes. Processing was performed.
【0049】このようにして分極したサンプルに対し、
実施例2と同様にしてハンダ耐熱試験を行ない、Ktを
求めた。結果を図3に示す。For the sample thus polarized,
A solder heat resistance test was performed in the same manner as in Example 2, and Kt was determined. The results are shown in FIG.
【0050】図3に示されるように、本発明により分極
した実施例2は、従来の方法で分極した比較例2に比
べ、高温によるKtの劣化が著しく小さい。なお、実施
例2において、サンプルの温度が250℃まで下がった
ときに600 V(1.2 kV/mm)の定電圧制御に切り換
え、この定電圧制御の状態で電流を流しながら室温まで
冷却したところ、実施例2と同等のハンダ耐熱性を示し
た。As shown in FIG. 3, in Example 2 polarized according to the present invention, the degradation of Kt due to high temperature is significantly smaller than that in Comparative Example 2 polarized by the conventional method. In Example 2, when the temperature of the sample was lowered to 250 ° C., the control was switched to the constant voltage control of 600 V (1.2 kV / mm), and the sample was cooled to room temperature while supplying a current in the state of the constant voltage control. However, solder heat resistance equivalent to that of Example 2 was shown.
【0051】<実施例3>実施例2と同様にして焼成体
を作製した。ただし、寸法は、長さ15mm、幅0.5m
m、厚さ5mmとした。まず、この焼成体の0.5mm×5m
mの端面を鏡面加工た。次に、15mm×0.5mmの端面
にAuペーストを塗布し、850℃で焼き付けて電極と
し、実施例2と同様に高温分極処理を施した。ただし、
サンプルに流す電流は0.09mA(1.14mA/cm2)に
設定し、室温までこの電流を保持した。冷却速度は5℃
/min とした。Tc における電界強度は0.25 kV/mm
であった。分極方向(電界印加方向)は、厚さ方向であ
る。分極処理後、Ktを測定したところ、43%であっ
た。Example 3 A fired body was produced in the same manner as in Example 2. However, the dimensions are 15mm long and 0.5m wide
m and a thickness of 5 mm. First, 0.5mm x 5m
The end face of m was mirror-finished. Next, an Au paste was applied to an end surface of 15 mm × 0.5 mm, and baked at 850 ° C. to form an electrode, and subjected to high-temperature polarization treatment as in Example 2. However,
The current flowing through the sample was set at 0.09 mA (1.14 mA / cm 2 ), and this current was maintained until room temperature. Cooling rate is 5 ℃
/ Min. The electric field strength at Tc is 0.25 kV / mm
Met. The polarization direction (electric field application direction) is the thickness direction. After polarization treatment, Kt was measured to be 43%.
【0052】次いで、焼成体の鏡面加工面(分極方向と
平行な面)をエッチング液(HCl:HF:H2 O=
1:1:100)で5秒間処理した後、処理面のSEM
(走査型電子顕微鏡)写真を撮影した。このSEM写真
を図4に示す。Next, the mirror-finished surface (the surface parallel to the polarization direction) of the fired body was etched with an etching solution (HCl: HF: H 2 O =
1: 1: 100) for 5 seconds, and then SEM of the treated surface
(Scanning electron microscope) A photograph was taken. This SEM photograph is shown in FIG.
【0053】また、高温分極処理後、250℃でハンダ
耐熱試験を行なった焼成体についても、同様にしてSE
M写真を撮影した。このSEM写真を図5に示す。The same applies to the fired body subjected to a solder heat test at 250 ° C. after the high-temperature polarization treatment.
M photos were taken. This SEM photograph is shown in FIG.
【0054】<比較例3>実施例3と同様にして焼成体
を作製し、比較例2と同様に通常分極処理を施した。分
極処理後のKtは43%であり、実施例3と同じであっ
た。分極処理後、実施例3と同様にしてSEM写真を撮
影した。このSEM写真を図6に示す。また、通常分極
処理後に、実施例3と同様にしてハンダ耐熱試験を行な
った焼成体についても、同様にしてSEM写真を撮影し
た。このSEM写真を図7に示す。<Comparative Example 3> A fired body was prepared in the same manner as in Example 3, and was subjected to ordinary polarization treatment in the same manner as in Comparative Example 2. Kt after the polarization treatment was 43%, which was the same as in Example 3. After the polarization treatment, an SEM photograph was taken in the same manner as in Example 3. FIG. 6 shows the SEM photograph. In addition, an SEM photograph was also taken of the fired body which was subjected to the solder heat test in the same manner as in Example 3 after the normal polarization treatment. This SEM photograph is shown in FIG.
【0055】図4に示されるように、実施例3において
本発明にしたがって高温分極処理した焼成体の結晶粒内
には、分極時の電界印加方向(図中左右方向)に対し垂
直な面を中心として配向している筋状の構造が明瞭に観
察される。この筋状の構造は、分域を示すものと推定さ
れる。そして、ハンダ耐熱試験後の図5では、結晶粒内
の筋状の構造が殆ど明瞭度を減じることなく観察され
る。As shown in FIG. 4, in the crystal grains of the fired body subjected to the high-temperature polarization treatment according to the present invention in Example 3, a plane perpendicular to the electric field application direction (horizontal direction in the figure) during polarization is formed. A streak-like structure oriented as the center is clearly observed. This streak-like structure is presumed to indicate a domain. In FIG. 5 after the solder heat resistance test, a streak-like structure in the crystal grain is observed with almost no decrease in clarity.
【0056】これに対し、図6に示される比較例3の焼
成体の結晶粒内には、明瞭な筋状の構造は殆ど認められ
ず、ハンダ耐熱試験後の図7では、筋状の構造はほぼ完
全に消失している。On the other hand, a clear streak-like structure was hardly observed in the crystal grains of the fired body of Comparative Example 3 shown in FIG. 6, and in FIG. 7 after the solder heat test, the streak-like structure was observed. Has almost completely disappeared.
【0057】結晶粒内の筋状の構造の詳細を調べるため
に、実施例3の分極後(ハンダ耐熱試験前)の焼成体と
比較例3の分極後(ハンダ耐熱試験前)の焼成体とにつ
いて、まず、鏡面加工面を残して数百ミクロンまで削り
落とし、さらに、イオンエッチングを行なった後、TE
M(透過型電子顕微鏡)写真を撮影した。実施例3の焼
成体のTEM写真を図8に、比較例3のTEM写真を図
9に示す。図8では筋状構造が明瞭に認められるが、図
9では、筋状構造が殆ど認められないことがわかる。In order to examine the details of the streak structure in the crystal grains, the fired body after polarization (before the solder heat resistance test) of Example 3 and the fired body after polarization (before the solder heat resistance test) of Comparative Example 3 were used. First, after polishing down to several hundred microns leaving a mirror-finished surface, and then performing ion etching, TE
An M (transmission electron microscope) photograph was taken. FIG. 8 shows a TEM photograph of the fired body of Example 3, and FIG. 9 shows a TEM photograph of Comparative Example 3. In FIG. 8, the streak structure is clearly recognized, but in FIG. 9, the streak structure is hardly recognized.
【0058】<実施例4>出発原料として、PbO、T
iO2 、Bi2 O3 、CaCO3 、MnO2 、Nb2 O
5 を用い、これらを以下の組成(モル比)となるように
秤量し、ボールミルにより24時間混合・粉砕した。Example 4 As starting materials, PbO, T
iO 2 , Bi 2 O 3 , CaCO 3 , MnO 2 , Nb 2 O
With 5, it was weighed so become following composition (molar ratio), were mixed and pulverized for 24 hours by a ball mill.
【0059】0.76PbTiO3 +0.22CaTi
O3 +0.01Bi2 O3 +0.02MnO2 +0.0
15Nb2 O5 0.76 PbTiO 3 +0.22 CaTi
O 3 +0.01 Bi 2 O 3 +0.02 MnO 2 +0.0
15Nb 2 O 5
【0060】混合物を、脱水、乾燥した後、空気中にお
いて900℃で2時間仮焼し、仮焼粉を再度ボールミル
により24時間粉砕し、脱水乾燥した。得られた粉体に
バインダーとしてPVAを2重量%加え、造粒後、2t/
cm2 の圧力で成形して、35mm×10mm×10mmの成形
体とした。この成形体を、焼成こうばちに入れ、大気中
で焼成した。焼成時の昇温速度は200℃/時間とし、
1200℃に2時間保持した。焼成体を、30mm×0.
41mm×7.3mmに加工し、十分洗浄したのち、30mm
×0.41mmの両端面にAuペーストを塗布し、850
℃で焼き付けて電極とした。この電極にAu端子を接続
し、実施例1と同様にして、焼成体のTc およびTc に
おける抵抗値を求めた。この結果、Tc は310℃であ
り、Tcにおける抵抗値は23.7 MΩ(4×106 Ω
・cm)であった。After the mixture was dehydrated and dried, it was calcined at 900 ° C. for 2 hours in the air, and the calcined powder was again pulverized by a ball mill for 24 hours and dehydrated and dried. To the obtained powder, 2% by weight of PVA was added as a binder, and after granulation, 2 t /
It was molded at a pressure of cm 2 to obtain a molded body of 35 mm × 10 mm × 10 mm. This compact was placed in a firing sliver and fired in air. The heating rate during firing was 200 ° C / hour,
It was kept at 1200 ° C. for 2 hours. The fired body is 30 mm × 0.
After processing to 41mm x 7.3mm and washing thoroughly, 30mm
Apply Au paste to both ends of × 0.41 mm, and apply 850
The electrode was baked at ℃. An Au terminal was connected to this electrode, and Tc and the resistance value at Tc of the fired body were determined in the same manner as in Example 1. As a result, Tc was 310 ° C., and the resistance value at Tc was 23.7 MΩ (4 × 10 6 Ω).
Cm).
【0061】次に、実施例1と同様に高温分極装置を用
いて、電源の電圧の制限値を1.97 kV に設定して、
0.07mA(0.6mA/cm2)の定電流を流しながら60
0℃から焼成体の降温を開始した。Tc (310℃)に
おける電圧は1.83 kV (0.25 kV/mm)であり、
300℃で制限電圧の1.97 kV となり、定電圧制御
に切り替わった。その後、室温まで定電圧で分極処理を
行なった。冷却速度は5℃/min とした。Next, as in the first embodiment, the limit value of the voltage of the power supply was set to 1.97 kV using a high-temperature polarization device.
While supplying a constant current of 0.07 mA (0.6 mA / cm 2 ),
The temperature of the fired body was started to fall from 0 ° C. The voltage at Tc (310 ° C.) is 1.83 kV (0.25 kV / mm),
At 300 ° C., the voltage limit reached 1.97 kV, and the control was switched to constant voltage control. Thereafter, a polarization treatment was performed at a constant voltage until room temperature. The cooling rate was 5 ° C./min.
【0062】このようにして分極処理された焼成体を1
昼夜放置した後、図10に示すように形状加工して電極
を形成し、電気特性測定用のサンプルとした。このサン
プルについて、インピーダンスアナライザによって厚み
すべり振動モードの共振子特性を測定した。結果を表1
に示す。なお、表1において、Frは共振周波数、tは
サンプルの厚さ、ROは共振インピーダンス、Zaは反
共振インピーダンス、qは共振インピーダンスの山谷比
{q=20・log(Za/RO)}、K15は厚みすべ
り振動モードの電気機械結合係数、Cdは容量である。
その後、サンプルをアルミホイルにくるみ、250℃に
設定したはんだ糟に30秒間浸し、1昼夜放置した後、
再び厚みすべり振動モードの共振子特性をインピーダン
スアナライザによって測定した。ハンダ耐熱試験後のK
15の変化率(ΔK15)および容量変化率(ΔCd)を表
1に示す。The fired body polarized in this way is
After being left day and night, as shown in FIG. 10, an electrode was formed by shape processing to obtain a sample for measuring electrical characteristics. For this sample, the resonator characteristics in the thickness shear vibration mode were measured by an impedance analyzer. Table 1 shows the results
Shown in In Table 1, Fr is the resonance frequency, t is the thickness of the sample, RO is the resonance impedance, Za is the anti-resonance impedance, q is the peak-to-valley ratio of the resonance impedance {q = 20 · log (Za / RO)}, K Reference numeral 15 denotes an electromechanical coupling coefficient in the thickness shear vibration mode, and Cd denotes a capacity.
After that, the sample was wrapped in aluminum foil, immersed in a solder bath set at 250 ° C. for 30 seconds, and left for one day and night.
The resonator characteristics in the thickness shear vibration mode were measured again by the impedance analyzer. K after solder heat test
15 the rate of change of the ([Delta] K 15) and capacitance change rate (? Cd) shown in Table 1.
【0063】<比較例4>実施例4で作製した焼成体を
シリコン油中に浸漬し、150℃に保って4.5kV/mm
の電界を20分間印加することにより、分極処理を行な
った。分極方向は実施例4と同じにした。分極処理後の
サンプルを実施例4と同様にして加工し電極を形成し
て、図10に示す構造の電気特性測定用のサンプルとし
た。このサンプルについても、実施例4と同様な測定を
行なった。結果を表1に示す。<Comparative Example 4> The fired body produced in Example 4 was immersed in silicon oil and kept at 150 ° C to 4.5 kV / mm.
The polarization process was performed by applying an electric field of 20 minutes. The polarization direction was the same as in Example 4. The sample after the polarization treatment was processed in the same manner as in Example 4 to form an electrode, and was used as a sample for measuring electric characteristics having the structure shown in FIG. The same measurement as in Example 4 was performed on this sample. Table 1 shows the results.
【0064】[0064]
【表1】 [Table 1]
【0065】表1に示されるように、実施例4のサンプ
ルは比較例4のサンプルよりもqが大きく、K15も向上
している。そして、比較例3ではハンダ耐熱試験による
特性変動がみられるが、実施例3では特性変動は全く認
められない。この結果から、チタン酸鉛系圧電セラミッ
クスでは、高温分極処理により圧電性の熱劣化が防げる
と共に、圧電性自体も向上することがわかる。As shown in Table 1, q of the sample of Example 4 was larger than that of the sample of Comparative Example 4, and K 15 was also improved. In Comparative Example 3, characteristic fluctuations due to the solder heat resistance test are observed, but in Example 3, no characteristic fluctuations are observed. From these results, it can be seen that in the lead titanate-based piezoelectric ceramics, the high-temperature polarization treatment can prevent the piezoelectric thermal deterioration and also improve the piezoelectricity itself.
【0066】<比較例5>出発原料として、PbO、Z
rO2 、TiO2 、SrCO3 、Nb2 O5 を、以下の
組成となるように秤量し、ボールミルにより24時間混
合・粉砕した。Comparative Example 5 PbO, Z
rO 2 , TiO 2 , SrCO 3 , and Nb 2 O 5 were weighed to have the following composition, and were mixed and pulverized for 24 hours by a ball mill.
【0067】Pb0.9 Sr0.10(Ti0.45Zr0.55)O
3 +0.5重量%Nb2 O5 Pb 0.9 Sr 0.10 (Ti 0.45 Zr 0.55 ) O
3 + 0.5% by weight Nb 2 O 5
【0068】混合物を、脱水、乾燥した後、空気中にお
いて850℃で2時間仮焼し、仮焼粉を再度ボールミル
により24時間粉砕し、脱水乾燥した。得られた粉体に
バインダーとしてPVAを2重量%加え、造粒後、4t/
cm2 の圧力で成形して、直径20mm、厚さ1.0mmの成
形体とした。この成形体を、焼成こうばちに入れ、大気
中で焼成した。焼成時の昇温速度は200℃/時間と
し、1200℃に2時間保持した。焼成体を、直径12
mm、厚さ0.5mmの円盤状に加工し、十分洗浄したの
ち、成膜装置により金電極(直径10.1mm)を700
℃で焼き付け、電気特性評価用のサンプルとした。After the mixture was dehydrated and dried, it was calcined at 850 ° C. for 2 hours in the air, and the calcined powder was again pulverized by a ball mill for 24 hours and dehydrated and dried. To the obtained powder, 2% by weight of PVA was added as a binder, and after granulation, 4 t /
It was molded under a pressure of cm 2 to obtain a molded body having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.0 mm. This compact was placed in a firing sliver and fired in air. The heating rate during firing was 200 ° C./hour, and the temperature was maintained at 1200 ° C. for 2 hours. The fired body has a diameter of 12
After processing into a disk having a thickness of 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm and sufficiently washing, a gold electrode (diameter of 10.1 mm) was 700
It was baked at ℃ to make a sample for evaluating electrical characteristics.
【0069】このサンプルにAu端子を接続し、実施例
1と同様にしてTc を求めたところ、230℃であっ
た。なお、Tc 決定のための容量の温度特性測定は、4
00℃までとした。絶縁抵抗計によりTc における抵抗
値を求めたところ、100 MΩ(5×108 Ω・cm)で
あった。An Au terminal was connected to this sample, and Tc was determined in the same manner as in Example 1. The result was 230 ° C. The temperature characteristic measurement of the capacitance for determining Tc is 4
Up to 00 ° C. When the resistance value at Tc was determined by an insulation resistance meter, it was 100 MΩ (5 × 10 8 Ω · cm).
【0070】次に、高温分極装置を用い、電源の電圧の
制限値を711 Vに設定して、0.77mAの定電流を流
しながら400℃からサンプルの降温を開始したが、抵
抗値の上昇によってTc より高い温度で711 Vに達
し、そのままTc を通過して室温まで定電圧状態で分極
処理することになった。Tc における電界強度は1.4
22 kV/mmであった。Next, the temperature of the sample was started to decrease from 400 ° C. while the constant current of 0.77 mA was applied while setting the limit value of the voltage of the power supply to 711 V using a high-temperature polarizing device. As a result, the voltage reached 711 V at a temperature higher than Tc, passed through Tc as it was, and was subjected to a polarization treatment at room temperature to room temperature. The electric field strength at Tc is 1.4
It was 22 kV / mm.
【0071】このようにして分極処理されたサンプルを
1昼夜放置した後、インピーダンスアナライザによって
径広がり振動モードの共振子特性を測定した。その後、
サンプルをアルミホイルにくるみ、200℃に設定した
はんだ糟に30秒間浸し、1昼夜放置した後、再び径広
がり振動モードの共振子特性をインピーダンスアナライ
ザによって測定した。結果を表2に示す。なお、表2に
おいて、Frは共振周波数、Faは反共振周波数、Kr
は径広がり振動モードの電気機械結合係数、Qmは機械
的品質係数、Cdは容量である。After the sample thus polarized was allowed to stand for one day and night, the resonator characteristics in the radial vibration mode were measured by an impedance analyzer. afterwards,
The sample was wrapped in aluminum foil, immersed in a solder bath set at 200 ° C. for 30 seconds, allowed to stand for a day and a night, and then the resonator characteristics in the radial vibration mode were measured again by an impedance analyzer. Table 2 shows the results. In Table 2, Fr is the resonance frequency, Fa is the anti-resonance frequency, and Kr
Is the electromechanical coupling coefficient in the radial vibration mode, Qm is the mechanical quality coefficient, and Cd is the capacity.
【0072】<比較例6>比較例5で作製した電気特性
評価用のサンプルをシリコン油中に浸漬し、120℃に
保って3.0 kV/mmの電界を20分間印加することによ
り、分極処理を行なった。次いで、分極処理後のサンプ
ル表面のシリコン油を十分に洗浄した後、1昼夜放置
し、比較例5と同様にして径広がり振動モードの共振子
特性を測定を行ない、さらに200℃でのハンダ耐熱試
験後にも同様な測定を行なった。結果を表2に示す。<Comparative Example 6> The sample for electrical property evaluation prepared in Comparative Example 5 was immersed in silicon oil, and maintained at 120 ° C., and an electric field of 3.0 kV / mm was applied for 20 minutes to cause polarization. Processing was performed. Next, after sufficiently washing the silicon oil on the sample surface after the polarization treatment, the sample was allowed to stand for one day and night, and the resonator characteristics in the radially widened vibration mode were measured in the same manner as in Comparative Example 5, and the solder heat resistance at 200 ° C. Similar measurements were made after the test. Table 2 shows the results.
【0073】[0073]
【表2】 [Table 2]
【0074】表2に示すように、Tc における抵抗率が
1.0×107 Ω・cm を超える圧電セラミックスについ
ては、比較例5の高温分極処理と比較例6の通常分極処
理とで、ハンダ耐熱試験後のKr(径広がり振動モード
の電気機械結合係数)変化率やΔFr(共振周波数のシ
フト)に大きな差は認められない。As shown in Table 2, with respect to piezoelectric ceramics having a resistivity at Tc of more than 1.0 × 10 7 Ω · cm, the soldering was performed by the high-temperature polarization treatment of Comparative Example 5 and the normal polarization treatment of Comparative Example 6. No significant difference is observed in the rate of change of Kr (electromechanical coupling coefficient in the radial vibration mode) and ΔFr (shift of resonance frequency) after the heat resistance test.
【0075】以上の結果から、Tc における電気抵抗率
が1.0×107 Ω・cm以下の圧電セラミックスをTc
以上の温度まで昇温し、所定の電界強度となるように電
流を流しながら冷却することにより分極処理を施す本発
明の効果が明らかである。From the above results, piezoelectric ceramics having an electrical resistivity of 1.0 × 10 7 Ω · cm or less at Tc were obtained.
The effect of the present invention in which the temperature is raised to the above-mentioned temperature and cooling is performed while applying a current so as to obtain a predetermined electric field strength to perform the polarization treatment is apparent.
【図1】高温分極装置により圧電セラミックスに分極処
理を施すときの説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram when a polarization process is performed on a piezoelectric ceramic by a high-temperature polarization device.
【図2】ハンダ耐熱試験の繰り返し回数と、Kt(電気
機械結合係数)変化率との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of repetitions of a solder heat test and the rate of change of Kt (electromechanical coupling coefficient).
【図3】ハンダ耐熱試験におけるハンダ槽の温度と、ハ
ンダ耐熱試験後のKt(電気機械結合係数)との関係を
示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a temperature of a solder bath in a solder heat resistance test and Kt (electromechanical coupling coefficient) after the solder heat resistance test.
【図4】結晶構造を示す図面代用写真であって、実施例
3における分極処理後のサンプル断面のSEM写真であ
る。4 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure, and is a SEM photograph of a cross section of a sample after a polarization treatment in Example 3. FIG.
【図5】結晶構造を示す図面代用写真であって、実施例
3におけるハンダ耐熱試験後のサンプル断面のSEM写
真である。5 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure, and is an SEM photograph of a cross section of a sample after a solder heat test in Example 3. FIG.
【図6】結晶構造を示す図面代用写真であって、比較例
3における分極処理後のサンプル断面のSEM写真であ
る。6 is a drawing-substitute photograph showing a crystal structure, and is an SEM photograph of a cross section of a sample after a polarization treatment in Comparative Example 3. FIG.
【図7】結晶構造を示す図面代用写真であって、比較例
3におけるハンダ耐熱試験後のサンプル断面のSEM写
真である。FIG. 7 is a drawing substitute photograph showing a crystal structure, and is an SEM photograph of a cross section of a sample after a solder heat resistance test in Comparative Example 3.
【図8】結晶構造を示す図面代用写真であって、実施例
3における分極処理後のサンプル断面のTEM写真であ
る。8 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure, and is a TEM photograph of a cross section of a sample after a polarization treatment in Example 3. FIG.
【図9】結晶構造を示す図面代用写真であって、比較例
3における分極処理後のサンプル断面のTEM写真であ
る。9 is a drawing-substitute photograph showing a crystal structure, and is a TEM photograph of a cross section of a sample after a polarization treatment in Comparative Example 3. FIG.
【図10】厚みすべり振動モードにおける電気特性評価
用サンプルを説明するための斜視図である。FIG. 10 is a perspective view illustrating a sample for evaluating electrical characteristics in a thickness shear vibration mode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 智久 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (72)発明者 立本 一志 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−150880(JP,A) 特開 平4−179287(JP,A) 特開 平2−5583(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 41/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomohisa Higashi 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (72) Inventor Kazushi Tatemoto 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo (56) References JP-A-3-150880 (JP, A) JP-A-4-179287 (JP, A) JP-A-2-5583 (JP, A) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) H01L 41/22
Claims (8)
て、Tc (キュリー温度)における抵抗率が1.0×1
07 Ω・cm以下の圧電セラミックスを、Tc以上の温度
まで昇温した後、室温まで冷却する際に、少なくとも圧
電セラミックスの温度がTc であるときに、圧電セラミ
ックスに印加される電界の強度が0.8 kV/mm以下とな
るように電流を流すことを特徴とする圧電セラミックス
の製造方法。In a polarization step of a piezoelectric ceramic, the resistivity at Tc (Curie temperature) is 1.0 × 1.
The 0 7 Ω · cm or less in piezoelectric ceramics, after heating to a temperature above Tc, when cooled to room temperature, when the temperature of at least the piezoelectric ceramic is Tc, the strength of the electric field applied to the piezoelectric ceramic A method for producing a piezoelectric ceramic, characterized in that an electric current is applied so as to be 0.8 kV / mm or less.
00℃以上である請求項1の圧電セラミックスの製造方
法。2. The temperature reached by the piezoelectric ceramic is Tc + 1.
The method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the temperature is not lower than 00 ° C.
以上であるときから圧電セラミックスに電界を印加して
冷却する請求項1または2の圧電セラミックスの製造方
法。3. The temperature of the piezoelectric ceramic is Tc + 50 ° C.
3. The method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein an electric field is applied to the piezoelectric ceramic to cool the piezoelectric ceramic.
以下となるまで圧電セラミックスに電界を印加し続ける
請求項1〜3のいずれかの圧電セラミックスの製造方
法。4. The temperature of the piezoelectric ceramic is Tc-50 ° C.
The method for producing a piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 3, wherein an electric field is continuously applied to the piezoelectric ceramic until:
とき以降、定電流を流しながら冷却する請求項1〜4の
いずれかの圧電セラミックスの製造方法。5. The method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the cooling is performed while a constant current is applied after the temperature of the piezoelectric ceramic reaches Tc.
とき以降の少なくとも一部において、圧電セラミックス
に印加する電界強度を、Tc における電界強度以上の一
定値に保ちながら冷却する請求項1〜5のいずれかの圧
電セラミックスの製造方法。6. The method according to claim 1, wherein at least part of the time after the temperature of the piezoelectric ceramic reaches Tc, cooling is performed while maintaining the electric field strength applied to the piezoelectric ceramic at a constant value equal to or higher than the electric field strength at Tc. A method of manufacturing any of the piezoelectric ceramics.
酸鉛系またはチタン酸鉛系である請求項1〜6のいずれ
かの圧電セラミックスの製造方法。7. The method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic is a lead zirconate titanate or a lead titanate.
である請求項1〜7のいずれかの圧電セラミックスの製
造方法。8. The method according to claim 1, wherein Tc of the piezoelectric ceramic is 280 ° C. or higher.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35367893A JP3320184B2 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Manufacturing method of piezoelectric ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35367893A JP3320184B2 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Manufacturing method of piezoelectric ceramics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202291A JPH07202291A (en) | 1995-08-04 |
| JP3320184B2 true JP3320184B2 (en) | 2002-09-03 |
Family
ID=18432481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35367893A Expired - Fee Related JP3320184B2 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Manufacturing method of piezoelectric ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3320184B2 (en) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340631A (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Sony Corp | Piezoelectric element parts and electronic device |
| JP5219388B2 (en) * | 2006-03-17 | 2013-06-26 | 日本碍子株式会社 | Piezoelectric ceramics and manufacturing method thereof |
| JP2011211059A (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Taiheiyo Cement Corp | Ultrasonic generator, method of driving ultrasonic generator, and ultrasonic sensor |
| EP2902377B1 (en) | 2014-01-29 | 2018-11-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric ceramic, method for manufacturing the same, piezoelectric element, and electronic apparatus |
| US10069061B2 (en) * | 2016-06-02 | 2018-09-04 | eLux Inc. | Fabrication and harvest of piezoelectric plates |
| CN116444268B (en) * | 2022-01-07 | 2024-09-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | High-voltage performance niobium-antimony-lead zirconate titanate piezoelectric ceramic obtained by high-temperature polarization |
| CN114835489B (en) * | 2022-05-11 | 2023-04-28 | 国网智能电网研究院有限公司 | Potassium sodium niobate-based leadless piezoelectric ceramic and preparation method thereof |
| CN115498099B (en) * | 2022-11-15 | 2023-03-24 | 北京东方金荣超声电器有限公司 | Piezoelectric ceramic high-temperature polarization system and polarization method |
| CN116253581B (en) * | 2023-02-10 | 2023-12-22 | 中南大学 | Polarization method for improving piezoelectric performance of bismuth ferrite-barium titanate ferroelectric ceramic |
| CN116322266B (en) * | 2023-04-13 | 2026-04-07 | 西安交通大学 | An AC polarization device and method for a type 2-2 piezoelectric composite material |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP35367893A patent/JP3320184B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07202291A (en) | 1995-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2178131A2 (en) | Piezoelectric ceramic, vibrator and ultrasonic motor | |
| JP3320184B2 (en) | Manufacturing method of piezoelectric ceramics | |
| Lin et al. | Lead-free piezoelectric ceramic (K0. 5Na0. 5) NbO3 with MnO2 and K5. 4Cu1. 3Ta10O29 doping for piezoelectric transformer application | |
| WO2013175740A1 (en) | Piezoelectric composition and method for producing same, piezoelectric element/non-lead piezoelectric element and method for producing same, ultrasonic probe and diagnostic imaging device | |
| JP3686382B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric device using the same | |
| JP4427723B2 (en) | Piezoelectric composition | |
| JP4169203B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition | |
| JP4404217B2 (en) | Piezoelectric element | |
| JP4169202B2 (en) | Method for producing piezoelectric ceramic composition | |
| US7608215B2 (en) | Method of manufacturing a piezoelectric ceramic composition | |
| Tsai et al. | Doping effects of CuO additives on the properties of low-temperature-sintered PMnN-PZT-based piezoelectric ceramics and their applications on surface acoustic wave devices | |
| JP3554786B2 (en) | Semiconductor ceramic, degaussing positive temperature coefficient thermistor, degaussing circuit, and method of manufacturing semiconductor ceramic | |
| JP2004323325A (en) | Piezoelectric ceramic and piezoelectric ceramic element using the same | |
| JP2873656B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition | |
| Wathore et al. | Effect of Silver Electrode Annealing Temperature on Electrical Properties of Sodium Potassium Niobate Based Ceramics: Wathore, Rawal, Dixit, Mandave, Praveenkumar, and Rajan | |
| JP3003087B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition | |
| JP3342556B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition | |
| JP3342555B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition | |
| JP2004238263A (en) | Piezoelectric ceramics | |
| JP3257047B2 (en) | Piezoelectric ceramic | |
| JPH1045470A (en) | Piezoelectric ceramics | |
| JP3232667B2 (en) | Piezoelectric ceramic | |
| JP3257046B2 (en) | Piezoelectric ceramic | |
| JP2004262693A (en) | Piezoelectric ceramics | |
| JP3481441B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020604 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080621 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090621 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090621 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100621 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110621 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120621 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120621 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130621 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |