JP2016522582A - 高温用圧電素子の電極の製造方法および高温用圧電素子の構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の電極用スラリーのコーティングが除去され、高温の環境下でも抵抗値が比較的安定している高温用圧電素子の電極の製造方法および高温用圧電素子の構造を提供すること。【解決手段】高温用圧電素子の電極の製造方法は、形成された圧電材料（１）の表面に従来の導電性スラリーをコーティングする工程と、圧電材料（１）を分極する工程と、その表面上の導電性スラリー（２）のコーティングを除去し、その圧電効果により生成される信号を出力するために圧電材料に電極リード線（３）を接続する工程とを含む。高温用圧電素子の構造は、分極された圧電材料（１）を含み、金属製の導電性スラリー（２）のコーティングは、分極された圧電材料の表面から除去され、分極された圧電材料（１）の表面は、圧電効果により発生した信号を電極リード線（３）に接続されている。電極用スラリーの従来のコーティングを除去することにより、高温下の電極材料の高温拡散による圧電素子の出力抵抗が低下することを回避し、圧電素子の熱的性能が改善される。電極としてダイヤモンドまたはグラファイトコーティングを加えることによって、圧電素子の電荷の出力感度が向上する。【選択図】図１
Description
本発明は、圧電センサの分野に関し、特に、高温用圧電素子の電極の製造方法および高温用圧電素子の構造に関する。
圧電セラミックスは、センサおよびマイクロアクチュエータの様々な分野で広く使用されている。ほとんどの場合、センサが、室温で適用されるか、エンジン（通常、摂氏４００℃未満）で適用されるならば、銀スラリーまたは金パラジウムスラリー（通常、摂氏３００℃を超える温度ではなく、５００度以下で使用される）を使用することができる。しかし、科学技術の発展に伴い、人々は、航空機エンジン、ガスタービンエンジン、ロケット排気ノズルなどのように、様々な物理量を高温領域で測定する必要があり、これらの領域内の温度は、上記の従来のスラリー電極が耐えることができるよりもはるかに高い。この場合でも、我々は、従来のスラリーやスパッタリングや蒸着の処理を使用すれば、電極材料が高温拡散になるため、（たとえば、圧電セラミックスのような）機能性セラミックス材料の出力抵抗が低減される。しかし、この種の製品の出力抵抗は、大きければ大きいほど望ましい。
上記問題点に鑑み本発明は、従来の電極用スラリーのコーティングが除去され、高温の環境下でも抵抗値が比較的安定している高温用圧電素子の電極の製造方法および圧電素子の構造を提供することである。
上記の目的を達成するために、以下の技術的解決策を示す。高温用圧電素子の電極の製造方法は、ａ）仕様に応じて圧電材料を形成する工程と、ｂ）形成された圧電材料の上下両面に従来の導電性スラリーをコーティング、スパッタリングまたは蒸着する工程と、ｃ）導電性スラリーでコーティングされた圧電材料を分極する工程と、ｄ）圧電材料の表面の導電性スラリーのコーティングを除去する工程と、ｅ）その圧電効果により発生した信号を出力するために圧電材料の表面に電極リード線を接続する工程とを含む。
さらに、ｆ）積層または直並列接続によって除去されたコーティングを有する圧電材料を接続する工程をさらに含む。
さらに、コーティングが除去された圧電材料の表面に、ダイヤモンドまたはグラファイトを電極として噴霧すること、および噴霧された表面の粗さを調整することを含む。
さらに、噴霧された表面の粗さの調節は、研削によるものである。
さらに、積層または直並列接続によって噴霧されたダイヤモンドまたはグラファイト電極を有する圧電材料を接続することをさらに含む。
さらに、導電性スラリーは、金属スラリーであり、導電性スラリーのコーティングの除去は、化学エッチングまたは物理的な方法によるものである。
本発明の圧電素子の構造は、分極された圧電材料を備え、その圧電材料は、表面の金属導電性スラリーのコーティングが除去され、分極された圧電材料の表面に、その圧電効果により発生した信号を出力する電極リード線が接続されている。
さらに、ダイヤモンドまたはグラファイトは、電極を形成するために分極された圧電材料の表面上に噴霧されている。
さらに、圧電素子の構造は、複数層の圧電材料を含み、各圧電材料は、積層または直並列接続によって接続されている。
本発明の有益な効果は、電極用スラリーの従来のコーティングを除去することによって、高温下の電極材料の高温拡散による圧電素子の出力抵抗が低下することを回避し、圧電素子の熱的性能が改善される。さらに、電極としてダイヤモンドまたはグラファイトコーティングを加えることによって、圧電素子の電荷の出力感度が向上する。
図面および具体的な実施形態に関し、本発明は、以下にさらに記載される。
図１を参照して、高温用圧電素子の電極の製造方法の実施の形態１は、ａ）仕様に応じて圧電材料１を形成する工程と、ｂ）形成された圧電材料１の上下両面に従来の導電性スラリーをコーティング、スパッタリングまたは蒸着する工程と、ｃ）導電性スラリーでコーティングされた圧電材料を分極する工程と、ｄ）圧電材料の表面の導電性スラリーのコーティングを除去する工程と、ｅ）その圧電効果により発生した信号を出力するために圧電材料の表面に電極リード線を接続する工程とを含む。たとえば、一例として、圧電セラミックスをあげると、その方法は、必要な実際のデザインについての圧電セラミックスを形成する工程を含み、圧電セラミックスのコーティングの上下面に、銀スラリーまたは金パラジウムスラリーなどの従来の伝導性スラリーをスパッタリングまたは蒸着させ、圧電セラミックを分極する。次に、化学エッチングまたは分極後に、物理的な方法によって圧電セラミックスの表面から導電性スラリーのコーティング２を除去する。さらに、たとえば、その圧電効果により生成される信号を出力するために、電極リード線３を有する圧電材料の表面に直接接続することにより、圧電効果により発生した信号を導電性電極を使用して外部に直接出力する。さらに、コーティングが除去された複数の圧電材料１は、積層または直並列接続を介して接続することができ、圧電効果によって生成された信号は、その電極リード線３を介して出力される。電極スラリーの従来のコーティングを除去することにより、高温下における電極材料の高温拡散による圧電素子の出力抵抗が低下することを回避することができ、圧電素子の熱的性能が向上する。
図２を参照して、本発明の高温用圧電素子の電極の製造方法の実施の形態２は、実施の形態１とは異なり、ダイヤモンドまたはグラファイトは、導電性スラリーのコーティング２が除去されたときに電極を形成する圧電材料１の表面に噴霧され、噴霧された表面の粗さを調整する。たとえば、噴霧されたダイヤモンドコーティングまたはグラファイトコーティング４の表面の粗さは、研削により調整することができる。ダイヤモンドまたはグラファイトコーティング４が噴霧された複数の圧電材料１は、積層または直並列接続を介して接続することができ、圧電効果によって生成された信号は、その電極リード線３を介して出力される。電極としてダイヤモンドまたはグラファイトコーティング４を追加すると、圧電素子の電荷の出力の感度を向上させることができる。
図３および図４は、実施の形態１，２であり、本発明の高温用圧電素子の構造である。
図３を参照して、高温用圧電素子の構造は、分極された圧電セラミックのような圧電材料１を備え、分極された圧電材料１は、その表面から除去され、金属導電性スラリーのコーティング２を有する。分極された圧電材料１の表面は、圧電効果により生成される信号を出力するために、電極リード線３に接続される。従来技術とは異なり、高温用圧電素子の構造は、電極用スラリーが除去された従来のコーティング２を除いて、その結果、高温下の電極材料の高温拡散による圧電素子の出力抵抗が低下する問題が解決され、圧電素子の熱的性能が向上する。
圧電素子の構造は、複数層の圧電材料１を含むことができ、それぞれの圧電材料が積層または直並列接続し、電極リード線３によって、その圧電効果により発生した信号を出力する。
図４に示す圧電素子の構造は、圧電素子の電荷出力の感度を向上させるために、ダイヤモンドまたはグラファイトコーティング４が電極を形成する分極された圧電材料１の表面に噴霧される上記構成とは異なる。
圧電素子の構造は、噴霧されたダイヤモンドまたはグラファイトコーティング４を有する複数層の圧電材料１を含むことができ、各圧電材料１は、積層または直並列接続を介して接続され、圧電効果により発生した信号を出力するために電極リード線３に接続される。
上記実施形態は、本発明の技術概念及び特徴を明らかにするために例示されるのみであり、その目的は、当業者が本発明の内容を理解するとともに、それらを実行することが可能となることであるが、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の精神に従う任意の同等の変更又は改変は、本発明の範囲に属する。
１ 圧電材料、２ コーティング、３ 電極リード線、４ グラファイトコーティング。
Claims (9)
- ａ）仕様に応じて圧電材料を形成する工程と、ｂ）形成された前記圧電材料の上下両面に従来の導電性スラリーをコーティング、スパッタリングまたは蒸着する工程と、ｃ）前記導電性スラリーでコーティングされた前記圧電材料を分極する工程と、ｄ）前記圧電材料の表面の前記導電性スラリーのコーティングを除去する工程と、ｅ）その圧電効果により発生した信号を出力するために前記圧電材料の表面に電極リード線を接続する工程とを含む、高温用圧電素子の電極の製造方法。
- ｆ）積層または直並列接続によって除去された前記コーティングを有する前記圧電材料を接続する工程をさらに含む、請求項１に記載の高温用圧電素子の電極の製造方法。
- 前記コーティングが除去された前記圧電材料の表面に、ダイヤモンドまたはグラファイトを電極として噴霧すること、および噴霧された表面の粗さを調整することをさらに含む、請求項１に記載の高温用圧電素子の電極の製造方法。
- 前記噴霧された表面の粗さの調節は、研削によるものである、請求項３に記載の高温用圧電素子の電極の製造方法。
- 積層または直並列接続によって噴霧されたダイヤモンドまたはグラファイト電極を有する前記圧電材料を接続することをさらに含む、請求項３に記載の高温用圧電素子の電極の製造方法。
- 前記導電性スラリーは、金属スラリーであり、前記導電性スラリーのコーティングの除去は、化学エッチングまたは物理的な方法によるものである、請求項１〜５のいずれかに記載の高温用圧電素子の電極の製造方法。
- 分極された圧電材料を備え、その圧電材料は、表面の金属導電性スラリーのコーティングが除去され、分極された前記圧電材料の表面に、その圧電効果により発生した信号を出力する電極リード線が接続されている、高温用圧電素子の構造。
- ダイヤモンドまたはグラファイトは、電極を形成するために分極された前記圧電材料の表面上に噴霧されている、請求項７に記載の高温用圧電素子の構造。
- 前記圧電素子の構造は、複数層の圧電材料を含み、前記各圧電材料は、積層または直並列接続によって接続されている、請求項７または８に記載の高温用圧電素子の構造。
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