JP3780397B2

JP3780397B2 - 圧電素子の分極装置

Info

Publication number: JP3780397B2
Application number: JP25227298A
Authority: JP
Inventors: 貴志森山; 伸男大西
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2018-09-07
Also published as: JP2000082929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電素子の分極装置、特に圧電素子の分極度を所望の値に調整する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電素子の分極装置として、例えば特開平９−１０２７２２号公報に示されたものがある。この分極装置は、図１に示すように、絶縁性のホルダ１を備えており、ホルダ１には電圧印加およびΔｆ測定の両方に兼用される端子２，３が複数組配設されている。一組の端子２，３は、そのばね力によって圧電素子Ｐを挟持することができる。圧電素子Ｐの両面にはそれぞれ電極Ｐ１，Ｐ２が形成されている。各端子２，３には電圧印加用リード線４とΔｆ測定用リード線５とが接続されており、各リード線４，５は図示しないスイッチを介して直流電源とΔｆ測定回路とに接続されている。
【０００３】
上記のような分極装置を用いて圧電素子Ｐの分極度を調整する場合、まず端子２，３の間に圧電素子Ｐを挿入し、スイッチを直流電源側へ切り替えて直流電圧を印加する。その後、スイッチをΔｆ測定回路側へ切り替えてΔｆを測定する。この操作をΔｆが所望の公差範囲内に入るまで繰り返すことにより、圧電素子Ｐの分極度を調整することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電素子の分極度は、印加電圧および時間だけでなく、温度によっても変化する。特に、圧電素子の温度を所定温度（例えば１００℃）まで高くすると、同一電圧を印加した場合でも分極が促進されるという性質がある。そのため、従来では分極装置と圧電素子を搬送する搬送手段とを所定温度の雰囲気中に配置し、分極を行なっていた。しかし、これでは装置全体を加熱しなければならないので、大きな熱量を必要とし、加熱設備が大型化するとともに、新たに圧電素子を投入した時、圧電素子自体の温度が雰囲気温度まで上昇するのに時間がかかるので、分極調整時間が長くなるという欠点があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、短時間にかつ効率よく分極処理を行なうことができる、小型の圧電素子の分極装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、両端面に電極を有する圧電素子を分極する装置であって、圧電素子の主面に近接して対向し、圧電素子の主面より広い加熱面を有する加熱ブロックと、加熱ブロックの両側位置に開閉可能に設けられ、下端部に加熱ブロックより下方へ突出した接触部を有し、これら接触部で圧電素子の両端面電極を挟持する対をなす端子と、上記端子対と切換手段を介して接続された電圧印加回路、および圧電素子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの周波数差Δｆを測定する測定回路と、を備えたことを特徴とする圧電素子の分極装置を提供する。
【０００７】
圧電素子の両端面を端子で挟持すると、圧電素子の主面は加熱ブロックの加熱面に近接して対向することになる。この状態で、加熱ブロックを加熱すると、加熱ブロックの加熱面は圧電素子の主面より広いので、加熱面からの輻射熱によって圧電素子は均一に加熱される。この状態で、端子を電圧印加回路に接続して分極を行なう。所定の分極を終了した後、端子を測定回路側へ切り替え、Δｆを測定する。Δｆの測定の際、圧電素子と加熱ブロックとは接触していないので、共振周波数および反共振周波数に誤差が生じず、Δｆを正確に測定できる。Δｆが規定範囲に収まっていなければ、分極〜Δｆ測定を繰り返し、Δｆが規定範囲に収まれば、端子を開いて圧電素子を取り出す。
【０００８】
本発明の分極装置では、圧電素子を加熱ブロックによって強制的に加熱するので、従来のように圧電素子を雰囲気中に放置して温度上昇するのを待つ方式に比べて短時間で所望の温度まで上昇させることができ、分極調整を短時間で実施できる。
【０００９】
また、端子は加熱ブロックの近傍に位置しているので、端子の温度を加熱ブロックの温度とほぼ等しくでき、端子を圧電素子に接触させた時、その接触部の温度が低下し、分極度にバラツキが生じるという不具合がない。なお、端子が加熱ブロックに接触するように構成すれば、端子の温度を加熱ブロックの温度と等しくできるので、圧電素子Ｐの両端面の温度低下を確実に防止できる。
【００１０】
請求項２のように、加熱ブロックおよび端子を、上下に昇降可能な分極ヘッドに設けるのが望ましい。この場合には、分極ヘッドを昇降させることにより、搬送手段によって搬送された圧電素子を挟持し、搬送手段から持ち上げた状態で分極調整を行なうことができる。
【００１１】
請求項３のように、圧電素子をその主面を上に向けて水平に収納保持するキャビティを有するパレットを備え、キャビティに保持された圧電素子の上面がパレットの上面より低くなるようにキャビティの深さが圧電素子の厚みより深く形成され、かつ圧電素子の両端面に対応するキャビティの部位には端子の接触部を挿入自在な逃げ部が設けられ、パレットの上面に加熱ブロックの加熱面を押し当てて、端子を閉じることにより圧電素子の両端面電極を挟持し、圧電素子をパレットから持ち上げた状態で電圧印加と周波数差Δｆの測定とを行うようにするのが望ましい。この場合には、パレットの上面と加熱ブロックの加熱面とを当接させることで、加熱面と圧電素子との距離を常に一定に設定でき、圧電素子の温度を一定に調整できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図２〜図６は本発明にかかる分極装置の一例を示す。
この実施例で用いられる圧電素子Ｐは、図２，図３に示すように、短冊型の圧電セラミック基板の両端面に電極Ｐ１，Ｐ２が形成された圧電ユニットである。圧電素子Ｐは搬送テーブル１０の上に載って矢印方向に搬送されるパレット１１によって複数枚並列配置された状態で保持される。パレット１１は、絶縁性、耐熱性、断熱性を有する材料で形成するのが望ましい。パレット１１には、圧電素子Ｐをその主面Ｐ３を上に向けて水平に保持するキャビティ１２が複数個形成されており、キャビティ１２に収納された圧電素子Ｐの上面がパレット１１の上面より低くなるように、キャビティ１２の深さＤが圧電素子Ｐの厚みＴより深く形成されている。また、圧電素子Ｐの両端面電極Ｐ１，Ｐ２に対応するキャビティ１２の部位には、後述する端子３１，３２の接触部３１ａ，３２ａが挿入される逃げ部１３が設けられている。
【００１３】
分極装置は、板状の分極ヘッド２０を備えており、この分極ヘッド２０は図示しない昇降手段によって上下に昇降駆動される。分極ヘッド２０の下面中央部には、ヒータ支持部２１を介して加熱ブロック２２が固定されている。加熱ブロック２２の下面には平坦な加熱面２２ａが設けられ、分極に適した温度に均一に加熱されている。この加熱面２２ａは、パレット１１によって運ばれた複数の圧電素子Ｐ全体を覆う広さを有している。なお、図２では理解を容易にするため、分極ヘッド２０の下側に隠れた部品を細線で描いてある。
【００１４】
分極ヘッド２０の下面両側にはレール２３，２４が幅方向に延設されており、これらレール２３，２４にスライド自在に係合するスライドガイド２５，２６を介してスライド台２７，２８が取り付けられている。各スライド台２７，２８の下面には、絶縁性の端子台２９，３０を介して複数の端子３１，３２が取り付けられている。例えば一方の端子３１はプラス側端子であり、他方の端子３２はマイナス側端子であり、各同極の端子３１，３２は互いに隣接して並列に配列されている。隣接する端子３１，３２は互いに同極であるから、後述する電圧印加の際に放電が発生する恐れはない。各端子３１，３２の下端部には、内向きの接触部３１ａ，３２ａが一体に設けられており、これら接触部３１ａ，３２ａは、加熱ブロック２２の加熱面２２ａより下方へ突出している。
【００１５】
分極ヘッド２０の中央部上面には、ロータリアクチュエータ３３が設けられており、ロータリアクチュエータ３３の回転軸３４は分極ヘッド２０の下面側へ突出し、この突出部に楕円形のカム３５が取り付けられている。一方、スライド台２７，２８の上面には、上記カム３５に接触するカムフォロワ３６，３７が取り付けられている。そして、スライド台２７，２８の間には引張スプリング３８（図２参照）が介装され、このスプリング３８によってにスライド台２７，２８が対向方向に付勢され、カムフォロワ３６，３７はカム３５の周面に追随接触するようになっている。カム３５の長軸部にカムフォロワ３６，３７が接触した状態では、スライド台２７，２８は最も離間しており、端子３１，３２は開いた位置にある。ロータリアクチュエータ３３を９０度回転させると、カム３５の短軸部にカムフォロワ３６，３７が接触し、スライド台２７，２８はスプリング３８によって最も接近し、端子３１，３２は閉じることができる。
【００１６】
上記端子３１，３２は、図６に示すように、切換スイッチ４０，４１を介して電圧印加回路およびΔｆ測定回路に選択的に接続されている。電圧印加回路は、スイッチ４０と直流電源４２と保護抵抗４３とで構成され、Δｆ測定回路は、スイッチ４１と周波数掃引した信号を印加する交流電源４４と電流計４５とで構成されている。Δｆ測定回路は、共振周波数ｆｒで圧電素子Ｐに流れる電流が最大になり、反共振周波数ｆａで最小になるという性質を利用し、その周波数差Δｆを測定するものである。なお、図６では１つの電圧印加回路とΔｆ測定回路とを記載したが、実際には分極される圧電素子Ｐの個数に応じて複数の回路が直流電源４２に対して並列接続されている。
【００１７】
ここで、上記構成よりなる分極装置の作動を、図５に従って説明する。
まず、（ａ）のように搬送テーブル１０に載ったパレット１１が分極ヘッド２０の下方へ搬送される。なお、パレット１１に保持された圧電素子Ｐには予め仮分極を行っておいてもよい。
次に、（ｂ）のように、加熱ブロック２２の加熱面２２ａがパレット１１の上面に押し付けられるまで、分極ヘッド２０を降下させる。パレット１１のキャビティ１２の深さＤは、キャビティ１２に収納された圧電素子Ｐの上面がパレット１１の上面より低くなるように、圧電素子Ｐの厚みＴより深く形成されているので、加熱面２２ａと圧電素子Ｐの主面Ｐ３との距離が一定に設定される。なお、加熱面２２ａをパレット１１の上面に押し付けた時、端子３１，３２はパレット１１の逃げ部１３に挿入されるので、端子３１，３２とパレット１１とが干渉することがない。
【００１８】
上記のように、圧電素子Ｐはパレット１１のキャビティ１２と加熱ブロック２２とで囲まれた空間内で、分極に適した温度まで加熱される。特に、キャビティ１２と加熱ブロック２２とで囲まれた空間は狭く、かつ加熱面２２ａと圧電素子Ｐとは近接しているので、圧電素子Ｐを短時間で加熱することができる。
【００１９】
圧電素子Ｐが所定温度まで加熱されると、ロータリアクチュエータ３３が駆動されて端子３１，３２が閉じられ、圧電素子Ｐの電極Ｐ１，Ｐ２は端子３１，３２の接触部３１ａ，３２ａによって挟持される。そして、（ｃ）のように分極ヘッド２０は一定高さまで上昇し、この位置で保持される。そして、圧電素子ＰのΔｆが規定範囲内に収まるまで電圧印加とΔｆ測定とを繰り返す。なお、電圧印加およびΔｆ測定の間も、圧電素子Ｐは加熱ブロック２２によって一定温度に保持される。
【００２０】
分極処理の終了後、分極ヘッド２０はパレット１１に当接する位置まで降下し、圧電素子Ｐをキャビティ１２へ収納する。そして、端子３１，３２を開いて圧電素子Ｐを解放した後、分極ヘッド２０は上昇し、パレット１１は次工程へ搬送される。
【００２１】
上記実施例では、端子を開閉動作させるため、ロータリアクチュエータ，カムおよびスプリングなどを用いたが、これに限らないことは勿論であり、例えばエアーシリンダやボールネジ機構などの直動機構を用いてもよい。
【００２２】
上記実施例では、短冊型の圧電素子の分極について説明したが、圧電素子の形状はこれに限定されるものではない。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、圧電素子の主面より広い加熱面を有する加熱ブロックを圧電素子の主面に近接させた状態で、圧電素子の電極を端子で挟持し、電圧印加とΔｆ測定とを行なうようにしたので、従来のように雰囲気中に放置して温度上昇を待つ方式に比べて圧電素子を短時間に所定温度まで上昇させることができ、短時間にかつ効率よく分極処理を行なうことができる。また、分極装置および圧電素子を所定温度雰囲気に配置する必要がないので、小型の分極装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の圧電素子の分極調整装置の正面図である。
【図２】本発明にかかる分極装置の一例の斜視図である。
【図３】圧電素子とパレットの分解斜視図である。
【図４】図２に示す分極装置の正面図である。
【図５】図２に示す分極装置の動作を説明する側面図である。
【図６】電圧印加回路およびΔｆ測定回路の回路図である。
【符号の説明】
Ｐ圧電素子
１１パレット
１２キャビティ
１３逃げ部
２０分極ヘッド
２２加熱ブロック
２２ａ加熱面
３１，３２端子
３１ａ，３２ａ接触部

Claims

両端面に電極を有する圧電素子を分極する装置であって、
圧電素子の主面に近接して対向し、圧電素子の主面より広い加熱面を有する加熱ブロックと、
加熱ブロックの両側位置に開閉可能に設けられ、下端部に加熱ブロックより下方へ突出した接触部を有し、これら接触部で圧電素子の両端面電極を挟持する対をなす端子と、
上記端子対と切換手段を介して接続された電圧印加回路、および圧電素子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの周波数差Δｆを測定する測定回路と、を備えたことを特徴とする圧電素子の分極装置。
上記加熱ブロックおよび端子は、上下に昇降可能な分極ヘッドに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の分極装置。
上記圧電素子をその主面を上に向けて水平に収納保持するキャビティを有するパレットを備え、
キャビティに保持された圧電素子の上面がパレットの上面より低くなるようにキャビティの深さが圧電素子の厚みより深く形成され、かつ圧電素子の両端面に対応するキャビティの部位には端子の接触部を挿入自在な逃げ部が設けられ、
パレットの上面に加熱ブロックの加熱面を押し当てて、端子を閉じることにより圧電素子の両端面電極を挟持し、圧電素子をパレットから持ち上げた状態で電圧印加と周波数差Δｆの測定とを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電素子の分極装置。