JP6158583B2 - Ceramic device and operation method thereof - Google Patents

Ceramic device and operation method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6158583B2
JP6158583B2 JP2013097207A JP2013097207A JP6158583B2 JP 6158583 B2 JP6158583 B2 JP 6158583B2 JP 2013097207 A JP2013097207 A JP 2013097207A JP 2013097207 A JP2013097207 A JP 2013097207A JP 6158583 B2 JP6158583 B2 JP 6158583B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
ceramic element
voltage
ceramic
predetermined
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.)
Active
Application number
JP2013097207A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014219488A (en
Inventor
哲也 長島
哲也 長島
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.)
Hochiki Corp
Original Assignee
Hochiki Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hochiki Corp filed Critical Hochiki Corp
Priority to JP2013097207A priority Critical patent/JP6158583B2/en
Publication of JP2014219488A publication Critical patent/JP2014219488A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6158583B2 publication Critical patent/JP6158583B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、センサや音響源等として動作するセラミック素子を備えたセラミックデバイス及びその動作方法に関する。
The present invention relates to a ceramic device including a ceramic element that operates as a sensor, an acoustic source, and the like, and an operation method thereof.

従来、セラミック素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を含む薄板の誘電体セラミックを２枚の電極で挟んだ構造であり、電極間に電圧を印加することにより変形する圧電性を利用してブザー等に応用されている。例えばセラミック素子に音の周波数に応じ変調した電圧を印加することにより、任意の振動をセラミック素子に与えて音を発することができる。   Conventionally, a ceramic element has a structure in which a thin dielectric ceramic containing lead zirconate titanate (PZT) or the like is sandwiched between two electrodes, and utilizes piezoelectricity that is deformed by applying a voltage between the electrodes. It is applied to buzzers. For example, by applying a voltage modulated in accordance with the frequency of sound to the ceramic element, it is possible to give an arbitrary vibration to the ceramic element to emit sound.

またセラミック素子は、温度により誘電体セラミックの誘電率が変化することが知られており、これを利用した温度センサとしてセラミック素子を用いる場合もある。この場合、温度により定まる誘電率に応じたセラミック素子の容量を、セラミック素子に矩形波電圧を印加する時の充電時間により測定して温度を求める。   Moreover, it is known that the dielectric constant of a dielectric ceramic changes with temperature, and a ceramic element may be used as a temperature sensor using this. In this case, the temperature is obtained by measuring the capacitance of the ceramic element according to the dielectric constant determined by the temperature by the charging time when a rectangular wave voltage is applied to the ceramic element.

特開２００８-２７９６１号公報JP 2008-27961 A 特開２００８−１５７７７号公報JP 2008-15777 A

しかしながら、薄板の誘電体セラミックの両側に電極を配置した構造のセラミック素子は、強度が小さくなることから、場合によっては誘電体セラミックに小さなクラックを生じる事がある。このクラックが内在した状態でセラミック素子を使用すると、印加電圧と大気中の湿度の相乗作用によって銀等の電極金属からマイグレーション（イオンマイグレーション）が発生し、電流リーク(電流が漏洩する現象)による動作不良に至る場合がある。   However, since a ceramic element having a structure in which electrodes are arranged on both sides of a thin dielectric ceramic has low strength, a small crack may occur in the dielectric ceramic in some cases. When ceramic elements are used in the presence of this crack, migration (ion migration) occurs from electrode metal such as silver due to the synergistic effect of applied voltage and atmospheric humidity, and operation due to current leakage (current leakage phenomenon) It may lead to failure.

マイグレーションは、湿度雰囲気下での直流電圧の印加による電界の作用により、プラス側の電極金属となる例えば銀がイオン化し、マイナス電極側に移動していくことにより、マイナス電極で金属分子として堆積していき、次第に樹状にマイナス電極からプラス電極に向かって架橋が進む現象である。この樹状の架橋をデンドライトと呼ぶ。最終的にはプラス電極とマイナス電極はデンドライトにより接続され、絶縁抵抗が減少し、セラミック素子は機能不全に至る。   Migration is deposited as metal molecules on the negative electrode by, for example, silver ionizing and moving to the negative electrode side due to the action of the electric field due to the application of a DC voltage in a humidity atmosphere. This is a phenomenon in which cross-linking gradually proceeds from the negative electrode to the positive electrode in a dendritic manner. This dendritic bridge is called dendrite. Eventually, the plus electrode and the minus electrode are connected by a dendrite, the insulation resistance is reduced, and the ceramic element fails.

本発明は、セラミック素子にマイグレーションによる電流リークが発生するまでの期間を延ばすことを可能とするセラミックデバイス及びその動作方法を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a ceramic device and an operation method thereof that can extend a period until a current leakage due to migration occurs in a ceramic element.

（センサ周期毎に転極するセンサ装置）
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、制御手段の制御により、
センサ動作手段は、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
転極手段は、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とする。ここで、転極とは、極性を反転することを意味する。
( Sensor device that changes polarity every sensor cycle )
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing ;
Control means for controlling the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and for outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
With the control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies a sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor cycle,
The inversion means is characterized in that the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element is repeatedly inverted every sensor period . Here, the inversion means to reverse the polarity.

（異なる周期数毎に転極するセンサ装置）
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、制御手段の制御により、
センサ動作手段は、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
転極手段は、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転してセンサ周期の他の所定回数に亘り維持し、これを繰り返すことを特徴とする。
( Sensor device that changes its polarity every different number of cycles)
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and for outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
With the control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies a sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor cycle,
Polarity reversal means includes a feature that the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element, and maintained for a further predetermined number of sensor period inverted after maintained for a predetermined number of sensor period, repeating this To do .

（複数周期毎に転極して一定時間継続するセンサ装置）
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、制御手段の制御により、
センサ動作手段は、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期で所定回数に亘り間欠的に印加した後に所定時間に亘り継続的に印加して、これを繰り返し、
転極手段は、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転して所定時間に亘り継続的に維持し、これを繰り返すことを特徴とする。
( Sensor device that reverses polarity every multiple cycles and continues for a certain period of time)
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and for outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
With the control of the control means,
The sensor operating means applies the sensor operating voltage to the ceramic element intermittently at a predetermined sensor cycle for a predetermined number of times and then continuously applies it for a predetermined time, and repeats this.
Polarity reversal means, the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element inverts After holding for a predetermined number of sensor period is maintained continuously for a predetermined time, and repeating this.

（正極性と負極性の電圧印加時間を一致）
転極手段は、センサ動作電圧をセンサ周期の所定回数に亘り一方の極性で間欠的に印加した場合の合計時間と、センサ動作電圧を他の極性に反転して継続して印加した所定時間とが略等しくなるように、センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御する。
(Positive and negative voltage application times are the same)
The reversing means includes a total time when the sensor operating voltage is intermittently applied with one polarity for a predetermined number of sensor cycles, and a predetermined time when the sensor operating voltage is continuously reversed and applied to the other polarity. so they substantially equal, to control the timing, and the timing to reverse the polarity of the sensor operation voltage applied to the sensor operating voltage.

（時間積分値を一致させる音響源）
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加する音響駆動手段と、
セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
音響駆動電圧の印加後にセラミック素子に印加される電圧の極性を反転して直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び音響駆動電圧の時間積分値と、直流電圧の時間積分値が略等しくなるように直流電圧を印加する時間を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
(Acoustic source for matching time integration values )
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
An acoustic drive means for applying to switch to a predetermined DC voltage after applying a predetermined acoustic driving voltage to the ceramic element,
A reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
DC voltage is applied so that the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage is reversed to switch to DC voltage application, and the time integral value of the acoustic drive voltage is substantially equal to the time integral value of the DC voltage. Control means for controlling the voltage application time;
It is provided with.

（音響駆動電圧と同じ電圧を転極印加する音響源）
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスに於いて、
セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に、当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧を印加する音響駆動手段と、
セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
音響駆動電圧の印加後にセラミック素子に印加される電圧の極性を反転して当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧の印加に切り替えるタイミングを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
(Acoustic source that applies the same voltage as the acoustic drive voltage)
The present invention provides a ceramic device including a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
After applying a predetermined acoustic drive voltage to the ceramic element, an acoustic drive means for applying the same drive voltage as the acoustic drive voltage;
A reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
Control means for controlling the timing of switching to application of the same drive voltage as the acoustic drive voltage by reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage;
It is provided with.

（センサとして動作させる方法）
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスの動作方法に於いて、
センサ動作手段により、セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知し、
転極手段により、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転し、
制御手段により、センサ動作電圧を印加するタイミング、及びセンサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力し、
制御手段の制御により、
センサ動作手段が、セラミック素子にセンサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
転極手段が、セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とする。
(Method of operating as a sensor )
The present invention provides a ceramic device operating method comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
By applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing by the sensor operating means, a change in dielectric constant of the ceramic element according to the predetermined sensor information is detected.
The polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element is reversed at a predetermined timing by the reversing means ,
The control means controls the timing for applying the sensor operating voltage and the timing for reversing the polarity of the sensor operating voltage, and outputs a sensor information detection signal based on the dielectric constant change of the ceramic element.
By controlling the control means,
The sensor operating means intermittently applies a sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor cycle,
The inversion means repeatedly inverts the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element for each sensor period .

（音響源として動作させる方法）(Method of operating as an acoustic source)
本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスの動作方法に於いて、The present invention relates to a method of operating a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
音響駆動手段により、セラミック素子に音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加し、After applying the acoustic drive voltage to the ceramic element by the acoustic drive means, switch to a predetermined DC voltage and apply,
転極手段により、セラミック素子に印加される電圧の極性を反転し、By reversing means, the polarity of the voltage applied to the ceramic element is reversed,
制御手段により、音響駆動電圧の印加後にセラミック素子に印加される電圧の極性を反転して直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び音響駆動電圧の時間積分値と、直流電圧の時間積分値が略等しくなるように直流電圧を印加する時間を制御することを特徴とする。The control means reverses the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage and switches to DC voltage application, and the time integral value of the acoustic drive voltage is substantially equal to the time integral value of the DC voltage. Thus, the time for applying the DC voltage is controlled.

本発明は、誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、セラミック素子に所定の動作電圧を印加することによりセンサ又は音響源等として動作するセラミックデバイスに於いて、セラミック素子に印加する動作電圧の極性を、所定のタイミング、例えば定期的に極性を反転する転極手段を設けるようにしたため、セラミック素子に駆動電圧が印加されると、誘電体セラミックにクラック等が入っていた場合、プラス電極から遊離した金属イオンがマイナス電極へ移動して堆積することでデンドライト（樹状架橋）ができ始めるが、次のタイミングでは、セラミック素子に印加される駆動電圧の極性の反転により電極に加わる電圧方向が逆転し、それまでのプラス電極から遊離した金属イオンは、極性の反転によりマイナスに切り替わった電極に戻り、これが繰り返されることにより、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが大幅に抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を、実質的にセラミックデバイスの寿命に影響しない程に長くすることが可能となる。   The present invention is a ceramic device that includes a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic and operates as a sensor or an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element. Since the polarity of the operating voltage is provided at a predetermined timing, for example, a polarity reversing means for periodically reversing the polarity, when a drive voltage is applied to the ceramic element, if the dielectric ceramic has cracks, Dendrites (dendritic bridges) begin to form as metal ions released from the positive electrode move to the negative electrode and accumulate, but at the next timing, they are applied to the electrode by reversing the polarity of the drive voltage applied to the ceramic element. The voltage direction is reversed, and the metal ions released from the previous positive electrode are minor due to the polarity reversal. By returning to the electrode switched to, and repeating this, the degree to which the dendrite extends toward the counter electrode is greatly suppressed, and the time from when the dendrite grows due to migration causes a short-circuit between the electrodes and malfunction due to current leakage Can be made so long that it does not substantially affect the lifetime of the ceramic device.

また、セラミック素子に正方向の極性の動作電圧を印加する電圧と時間の積分値と、極性の反転により逆方向の極性の動作電圧を印加する電圧と時間の積分値を略等しくなるようにすることで、両極に堆積するデンドライトの成長度合を同等に抑制可能とし、マイグレーションより電流リークにより機能不全となるまでの時間を更に長くすることを可能とする。
Also, the integrated value of the voltage and time for applying the operating voltage of the positive polarity to the ceramic element and the integrated value of the time and the voltage for applying the operating voltage of the reverse polarity by reversing the polarity are made substantially equal. As a result, the degree of growth of dendrites deposited on both poles can be equally suppressed, and the time until malfunction due to current leakage can be further increased than migration.

センサ装置として動作するセラミックデバイスの機能構成の概略を示したブロック図。The block diagram which showed the outline of the functional structure of the ceramic device which operate | moves as a sensor apparatus. セラミック素子の実施形態を示した説明図Explanatory drawing showing an embodiment of a ceramic element 転極によりデンドライトの成長を抑制する様子を模式的に示した説明図Explanatory diagram showing how dendrite growth is suppressed by inversion センサ装置として動作するセラミックデバイスの実施形態を示した回路図Circuit diagram showing an embodiment of a ceramic device operating as a sensor device センサ周期毎に転極を繰り返す場合の温度測定動作を示したタイムチャートTime chart showing temperature measurement operation when reversing the polarity every sensor cycle センサ周期の５回に１回転極する場合の温度測定動作を示したタイムチャートTime chart showing temperature measurement operation when one rotation pole is made every five sensor cycles 複数のセンサ周期毎に、センサ周期を超える時間に亘り転極する場合の温度測定動作を示したタイムチャートTime chart showing the temperature measurement operation in the case of reversing the time exceeding the sensor period for each sensor period 音響装置として動作するセラミックデバイスの機能構成の概略を示したブロック図Block diagram showing an outline of the functional configuration of a ceramic device that operates as an acoustic device 音響装置として動作するセラミックデバイスの実施形態を示した回路図Circuit diagram showing an embodiment of a ceramic device operating as an acoustic device 音響装置で転極前と後で電圧・時間積分値を同一する転極動作を示したタイムチャートTime chart showing the repolarization operation with the same voltage and time integration value before and after the reversal in the acoustic device 音響装置で転極前と後で電圧・時間積分値を同一とする他の転極動作を示したタイムチャートTime chart showing other reversal operations with the same voltage and time integration values before and after reversal in the acoustic device 転極前の音響駆動電圧を転極後に逆極性で印加する転極動作を示したタイムチャートTime chart showing the reversal operation in which the acoustic drive voltage before reversal is applied with reverse polarity after reversal

［センサ装置］
（センサ装置の概要）
図１はセンサ装置として動作するセラミックデバイスの機能構成の概略を示したブロック図である。 [Sensor device]
(Outline of sensor device)
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a functional configuration of a ceramic device that operates as a sensor device.

図１に示すように、センサ装置１０は、セラミック素子１２、センサ動作手段として機能するセンサ動作部１６、転極手段として機能する転極部１４及び制御部１８を備える。   As shown in FIG. 1, the sensor device 10 includes a ceramic element 12, a sensor operation unit 16 that functions as a sensor operation unit, a polarization unit 14 that functions as a polarization unit, and a control unit 18.

セラミック素子１２は、誘電体セラミックの両側に電極を配置した構造であり、本実施形態にあっては、温度センサとして動作する。   The ceramic element 12 has a structure in which electrodes are arranged on both sides of a dielectric ceramic. In this embodiment, the ceramic element 12 operates as a temperature sensor.

センサ動作部１６は、セラミック素子１２の誘電率が周囲温度に応じて変化する特性を利用し、所定のセンサ周期毎に、セラミック素子１２にセンサ動作電圧を印加し、誘電体セラミック２０の温度変化に応じた誘電率変化を電気信号として制御部１８へ出力する。   The sensor operating unit 16 utilizes the characteristic that the dielectric constant of the ceramic element 12 changes according to the ambient temperature, applies a sensor operating voltage to the ceramic element 12 at every predetermined sensor period, and changes the temperature of the dielectric ceramic 20. The change in the dielectric constant corresponding to is output to the control unit 18 as an electrical signal.

転極部１４は、セラミック素子１２に印加するセンサ動作電圧の極性を、センサ周期に対応して転極する。   The reversing part 14 reverses the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element 12 in accordance with the sensor period.

例えば転極部１４は、セラミック素子１２に印加するセンサ動作電圧を、センサ周期毎に繰り返し転極する。この転極部１４によりデンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが大幅に抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長で電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を大幅に延ばすことを可能とする。   For example, the pole reversing unit 14 repeatedly polarizes the sensor operating voltage applied to the ceramic element 12 every sensor period. The degree of extension of the dendrite toward the counter electrode is greatly suppressed by the reversing portion 14, and it is possible to greatly increase the time until the malfunction due to current leakage due to short circuit between electrodes due to dendrite growth due to migration. And

制御部１８は、センサ動作部１６から出力された誘電体セラミック２０の温度変化に応じた誘電率変化を示す電気信号に基づき、例えば温度を検知して温度検知信号を外部に出力する。また、制御部１８は、転極部１４に制御信号を出力して転極動作を行わせる。   The control unit 18 detects, for example, the temperature and outputs a temperature detection signal to the outside based on the electrical signal indicating the change in the dielectric constant according to the temperature change of the dielectric ceramic 20 output from the sensor operation unit 16. In addition, the control unit 18 outputs a control signal to the polarity changing unit 14 to perform the polarity changing operation.

（セラミック素子の構造）
図２はセラミック素子の実施形態を示した説明図であり、図２（Ａ）は側面を示し、図２（Ｂ）は平面を示す。 (Ceramic element structure)
FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment of a ceramic element, FIG. 2 (A) shows a side surface, and FIG. 2 (B) shows a plane.

図２に示すように、セラミック素子１２は、誘電体セラミック２０、第１の電極２２、第２の電極２４、保護板２６、リード線２８，３０を備えている。   As shown in FIG. 2, the ceramic element 12 includes a dielectric ceramic 20, a first electrode 22, a second electrode 24, a protective plate 26, and lead wires 28 and 30.

誘電体セラミック２０は、外部から電圧が加わると、電気分極する物体であり、略円板状体として形成されており、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(ＰＺＴ)、又は亜鉛ニオブ酸鉛(ＰＺＮ)とチタンジルコン酸鉛とを組み合わせたものを含むセラミック等の比較的高い誘電率、例えば比誘電率が２０００程度を有する材料にて形成されている。また、誘電体セラミック２０は、例えば、熱応答性を高めるために、薄板状に形成されている。例えば、誘電体セラミック２０の直径＝３０ｍｍとした場合に、厚さ＝５０μm程度に設定される。   The dielectric ceramic 20 is an object that is electrically polarized when a voltage is applied from the outside, and is formed as a substantially disk-shaped body, for example, lead zirconate titanate (PZT) or lead zinc niobate (PZN). And a material having a relatively high dielectric constant, for example, a relative dielectric constant of about 2000, such as a ceramic including a combination of titanium zirconate and titanium zirconate. Moreover, the dielectric ceramic 20 is formed in a thin plate shape, for example, in order to improve thermal responsiveness. For example, when the diameter of the dielectric ceramic 20 is 30 mm, the thickness is set to about 50 μm.

第１の電極２２及び第２の電極２４は、図１に示したセンサ動作部１６の回路とをリード線２８，３０で電気的に接続することにより、誘電体セラミック２０の温度変化に応じた誘電率変化を電気信号として外部へ取り出す。   The first electrode 22 and the second electrode 24 are electrically connected to the circuit of the sensor operation unit 16 shown in FIG. 1 through lead wires 28 and 30 to respond to the temperature change of the dielectric ceramic 20. The change in dielectric constant is taken out as an electrical signal.

また、第１の電極２２及び第２の電極２４は、例えば銀、白金、銅等の導電性材料にて形成された略円板状体であり、誘電体セラミック２０における図示で上下となる面の一方と他方に設けられている。ここで、第１の電極２２及び第２の電極２４の形成方法は任意であるが、例えば誘電体セラミック２０の上下となる面に対してスクリーン印刷することによって形成される方法が該当する。また、第１の電極２２の平面形状は、誘電体セラミック２０の平面形状よりも小さくし、また第２の電極２４の平面形状は、誘電体セラミック２０の平面形状と略同一としている。   The first electrode 22 and the second electrode 24 are substantially disk-shaped bodies formed of a conductive material such as silver, platinum, or copper, for example, and are upper and lower surfaces in the dielectric ceramic 20 as shown in the figure. Are provided on one side and the other side. Here, the formation method of the first electrode 22 and the second electrode 24 is arbitrary, but for example, a method of forming by screen printing on the upper and lower surfaces of the dielectric ceramic 20 is applicable. Further, the planar shape of the first electrode 22 is smaller than the planar shape of the dielectric ceramic 20, and the planar shape of the second electrode 24 is substantially the same as the planar shape of the dielectric ceramic 20.

第２の電極２４の外側の面には誘電体セラミック２０を補強する保護板２６を接着固定している。保護板２６は、例えば、ニッケルと鉄とを組み合わせた合金や真鍮等の金属材料にて形成された略円板状体であり、第２の電極２４の全体を覆うように接着され、この場合、第２の電極２４の外側の面には、製造時の誤差等によって、多数の突起部分が存在するため、保護板２６は間に接着層があっても、第２の電極２４の外側の面の突起部分が保護板２６に多点接触することで、電気的に接続されている。   A protective plate 26 that reinforces the dielectric ceramic 20 is bonded and fixed to the outer surface of the second electrode 24. The protective plate 26 is, for example, a substantially disk-like body formed of a metal material such as an alloy that combines nickel and iron or brass, and is bonded so as to cover the entire second electrode 24. Since the outer surface of the second electrode 24 has a large number of protrusions due to manufacturing errors or the like, even if there is an adhesive layer between the protective plate 26 and the outer surface of the second electrode 24, The protrusions on the surface are electrically connected by contacting the protective plate 26 at multiple points.

第２の電極２４と保護板２６とを固着する接着材としては、例えば、ウレタン系接着剤等の比較的低い誘電率、例えば、誘電体セラミック２０の比誘電率が２０００程度の場合に、比誘電率が５程度の非導電性接着剤を使用している。   As an adhesive for fixing the second electrode 24 and the protective plate 26, for example, a relatively low dielectric constant such as a urethane-based adhesive, for example, when the relative dielectric constant of the dielectric ceramic 20 is about 2000, the ratio is A non-conductive adhesive having a dielectric constant of about 5 is used.

また、保護板２６の厚さについては、その熱膨張係数がセラミックに近いものから材料選択し、強度確保の観点と熱応答の観点からバランスを考慮して決定する。   Further, the thickness of the protective plate 26 is determined by selecting a material whose thermal expansion coefficient is close to that of ceramic, and considering the balance from the viewpoint of ensuring strength and the viewpoint of thermal response.

第１の電極２２にはリード線２８がハンダ２８ａにより接続され、また、保護板２６にはリード線３０がハンダ３０ａにより接続され、リード線３０は保護板２６を介して第２の電極２４と電気的に接続されている。   A lead wire 28 is connected to the first electrode 22 by solder 28 a, and a lead wire 30 is connected to the protection plate 26 by solder 30 a, and the lead wire 30 is connected to the second electrode 24 via the protection plate 26. Electrically connected.

（検査部の機能）
図３は、転極によりデンドライトの成長を抑制する様子を模式的に示した説明図である。 (Function of the inspection department)
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing how dendrite growth is suppressed by inversion.

図３（Ａ）に示すように、誘電体セラミック２０に微小なクラック３２が存在すると、図１のセンサ動作部１６から転極部１４を介して第１の電極２２側をプラスとするセンサ動作電圧＋Ｖｓが第１の電極２２と第２の電極２４間に印加された場合、マイグレーションによりプラス側となる第１の電極２２の電極金属となる例えば銀がイオン化して金属イオン３４となり、遊離した金属イオン３４がクラック３２を通って第２の電極２４側に移動を始める。   As shown in FIG. 3A, when a minute crack 32 is present in the dielectric ceramic 20, the sensor operation in which the first electrode 22 side is positive from the sensor operation unit 16 of FIG. When the voltage + Vs is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, for example, silver which becomes the electrode metal of the first electrode 22 on the plus side due to migration is ionized into metal ions 34, which are released. The metal ions 34 start to move to the second electrode 24 side through the cracks 32.

次のタイミングでは、転極部１４の転極により第２の電極２４側をプラスとするセンサ動作電圧−Ｖｓが第１の電極２２と第２の電極２４間に印加され、この場合はマイグレーションによりプラス側となる第２の電極２４の電極金属となる銀がイオン化して金属イオン３４となり、金属イオン３４がクラック３２を通って第１の電極２２側に移動を始める。この場合、転極前のタイミングで第１の電極２２から遊離して第２の電極２４に向っていた金属イオン３４は、転極により遊離した第１の電極２２がマイナス側となるため、マイナスとなった第１の電極２２に引き戻される。
At the next timing, a sensor operating voltage −Vs that makes the second electrode 24 side positive is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24 by the reversal of the reversal unit 14. Silver which is the electrode metal of the second electrode 24 on the plus side is ionized to become metal ions 34, and the metal ions 34 start to move to the first electrode 22 side through the cracks 32. In this case, the metal ions 34 that have been released from the first electrode 22 toward the second electrode 24 at the timing before the reversal are negative because the first electrode 22 liberated by the reversal is on the negative side. The first electrode 22 is pulled back.

このようにセラミック素子１２に印加するセンサ動作電圧の極性の転極が繰り返されると、図３（Ｂ）に示すように、プラス側となった第１の電極２２と第２の電極２４から交互に遊離した金属イオン３４は、引き戻されてマイナス方向に動くことができず、図３（Ｃ）に示すように、引き戻された第１の電極２２及び第２の電極２４付近で横に広がって堆積し、デンドライトの対極方向への成長が大幅に抑制される。
When the polarity inversion of the sensor operating voltage applied to the ceramic element 12 is repeated in this manner, as shown in FIG. 3B, the first electrode 22 and the second electrode 24 that are on the plus side alternately The metal ions 34 released in this manner are pulled back and cannot move in the negative direction, and spread laterally in the vicinity of the pulled back first electrode 22 and second electrode 24 as shown in FIG. It accumulates and dendrite growth in the counter electrode direction is greatly suppressed.

そのため図３（Ｄ）に示すように、マイグレーションにより、デンドライト３６が電極間ショートとなるまでの期間は、セラミック素子１２に印加する電圧の極性を変えずに一定極性としていた場合に比べ、大幅に延ばす事ができる。   Therefore, as shown in FIG. 3D, the period until the dendrite 36 is short-circuited due to migration is significantly larger than the case where the polarity of the voltage applied to the ceramic element 12 is kept constant without changing the polarity. Can be extended.

（センサ装置の実施形態）
図４は、センサ装置として動作するセラミックデバイスの実施形態を示した回路図である。 (Embodiment of sensor device)
FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of a ceramic device that operates as a sensor device.

図４に示すように、センサ装置１０は、図１の概略構成に示したように、セラミック素子１２、転極部１４、センサ動作部１６及び制御部１８を備える。   As shown in FIG. 4, the sensor device 10 includes a ceramic element 12, a polarity changing unit 14, a sensor operating unit 16, and a control unit 18 as shown in the schematic configuration of FIG. 1.

センサ動作部１６は、トランジスタ等のスイッチ手段３８と抵抗４０をセラミック素子１２に直列接続して充電回路を構成し、またセラミック素子１２と並列に抵抗４２とスイッチ手段４４の直列回路を接続して放電回路を構成する。   The sensor operation unit 16 includes a switch circuit 38 such as a transistor and a resistor 40 connected in series to the ceramic element 12 to form a charging circuit, and a resistor 42 and a switch circuit 44 connected in series with the ceramic element 12. A discharge circuit is configured.

また、セラミック素子１２の両端電圧（充電電圧）Ｖｓは転極部１４を介してコンパレータ５０のマイナス入力端子に入力され、コンパレータ５０のプラス端子には抵抗４６，４８の分圧電圧が閾値電圧Ｖｔｈとして入力され、コンパレータ５０はセラミック素子１２の両端電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合はＬレベル出力を生じ、セラミック両端電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｔｈに達するとＨレベル出力を生ずる。   The voltage (charge voltage) Vs across the ceramic element 12 is input to the negative input terminal of the comparator 50 via the reversing unit 14, and the divided voltage of the resistors 46 and 48 is applied to the threshold voltage Vth at the positive terminal of the comparator 50. The comparator 50 produces an L level output when the voltage Vs across the ceramic element 12 is less than the threshold voltage Vth, and produces an H level output when the ceramic voltage Vs reaches the reference voltage Vth.

転極部１４は、トランジスタ回路などで実現される転極スイッチ手段５２，５４，５６を備える。転極スイッチ手段５２は、抵抗４０を介して印加されるセンサ動作電圧となる充電電圧を、セラミック素子１２の第１の電極２２側又は第２の電極２４に印加する。転極スイッチ手段５４は、セラミック素子１２の第１の電極２２側を、放電用の抵抗４２とスイッチ手段４４の直列回路の抵抗４２側又はスイッチ手段４４側（アース側）に、選択的に接続する。転極スイッチ手段５６は、セラミック素子１２の第２電極２４側を、放電用の抵抗４２とスイッチ手段４４の直列回路の抵抗４２側又はスイッチ手段４４側（アース側）に、選択的に接続する。   The reversing unit 14 includes reversing switch means 52, 54, 56 realized by a transistor circuit or the like. The inversion switch means 52 applies a charging voltage, which is a sensor operating voltage applied via the resistor 40, to the first electrode 22 side or the second electrode 24 of the ceramic element 12. The reversing switch means 54 selectively connects the first electrode 22 side of the ceramic element 12 to the resistance 42 side or the switch means 44 side (ground side) of the series circuit of the discharge resistor 42 and the switch means 44. To do. The reversing switch means 56 selectively connects the second electrode 24 side of the ceramic element 12 to the resistance 42 side or the switch means 44 side (ground side) of the series circuit of the discharging resistor 42 and the switch means 44. .

転極スイッチ手段５２，５４，５６は制御部１８からの転極制御信号により連動して動作し、１のセンサ周期で図示のようにａ側に閉じ、スイッチ手段３８のオンでセラミック素子１２に第１の電極２２側をプラスとする充電電圧の印加を可能とし、また、セラミック素子１２の充電により変化する両端電圧（充電電圧）Ｖｓをコンパレータ５０に入力可能とし、更にスイッチ手段４４のオンによるセラミック素子１２の放電を可能とする。   The reversing switch means 52, 54, and 56 operate in conjunction with a reversal control signal from the control unit 18, and close to the a side as shown in the figure in one sensor cycle. It is possible to apply a charging voltage with the first electrode 22 side being positive, and it is possible to input a both-end voltage (charging voltage) Vs that changes due to the charging of the ceramic element 12 to the comparator 50, and further, by turning on the switch means 44 The ceramic element 12 can be discharged.

また、転極スイッチ手段５２，５４，５６は、次のセンサ周期では、制御部１８からの転極制御信号により連動して動作しａ側から点線で示すｂ側に閉じ、セラミック素子１２に第２の電極２４側をプラスとする逆極性に転極した充電電圧の印加を可能とし、また、逆極性の充電電圧の印加で変化するセラミック素子１２の両端電圧Ｖｓをコンパレータ５０に入力可能とし、更にスイッチ手段４４のオンによるセラミック素子１２の放電を可能とする。   Further, in the next sensor cycle, the reversing switch means 52, 54, and 56 operate in conjunction with a reversing control signal from the control unit 18 and close from the a side to the b side indicated by the dotted line, and the ceramic element 12 has the second. 2, the charging voltage reversed to the opposite polarity with the electrode 24 side being positive can be applied, and the both-ends voltage Vs of the ceramic element 12 that is changed by the application of the charging voltage having the opposite polarity can be input to the comparator 50. Further, the ceramic element 12 can be discharged when the switch means 44 is turned on.

制御部１８は、ＣＰＵ、メモリ、各種入出力ポートを備えたコンピュータ回路等であり、所定のセンサ周期毎に、スイッチ手段３８のオンとスイッチ手段４４のオフによるセラミック素子１２の充電と、スイッチ手段４４のオンとスイッチ手段３８のオフによるセラミック素子１２の放電を繰り返す制御を行う。   The control unit 18 is a computer circuit having a CPU, a memory, various input / output ports, etc., and charging the ceramic element 12 by turning on the switch means 38 and turning off the switch means 44 and switching means at every predetermined sensor cycle. Control is performed to repeatedly discharge the ceramic element 12 by turning on 44 and turning off the switch means 38.

また、制御部１８は、センサ周期毎に、転極スイッチ手段５２，５４，５６に転極制御信号を出力し、センサ周期毎に切り替える転極制御を行わせる。   In addition, the control unit 18 outputs a polarity control signal to the polarity switching means 52, 54, 56 for each sensor cycle, and performs polarity switching control for switching for each sensor cycle.

（センサ周期毎に転極する動作）
図５は図４における転極制御の実施形態を示したタイムチャートであり、セラミック素子１２に印加する充電電圧の極性を、センサ周期毎に転極するようにしたことを特徴とする。ここで、図５（Ａ）は周囲温度を示し、図５（Ｂ）はセラミック素子に充電電圧を印加するための充電トリガ信号を示し、図５（Ｃ）は転極制御信号を示し、図５（Ｄ）はコンパレータに入力する充電波形を示し、図５（Ｅ）はコンパレータ出力を示す。 (Operation to reverse the polarity every sensor cycle)
FIG. 5 is a time chart showing an embodiment of the polarization control in FIG. 4 and is characterized in that the polarity of the charging voltage applied to the ceramic element 12 is changed every sensor cycle. 5A shows the ambient temperature, FIG. 5B shows a charging trigger signal for applying a charging voltage to the ceramic element, FIG. 5C shows a reversal control signal, and FIG. 5 (D) shows a charging waveform inputted to the comparator, and FIG. 5 (E) shows a comparator output.

図５に示すように、図４の制御部１８は、転極スイッチ手段５２，５４，５６にＨレベルとなる転極制御信号を出力してａ側に切り替えた状態で、センサ周期のオン期間（Ｈレベル期間）に、センサ動作部１６のスイッチ手段３８に矩形パルスによる充電トリガ信号を与えてオンし、抵抗４０を介してセラミック素子１２の第１の電極２２側をプラスとする充電電圧を印加することで電流を流し、セラミック素子１２を充電する。このときスイッチ手段４４はオフしている。   As shown in FIG. 5, the control unit 18 of FIG. 4 outputs a polarity control signal that becomes H level to the polarity switching means 52, 54, 56 and switches to the a side, and the on period of the sensor cycle In the (H level period), a charging trigger signal by a rectangular pulse is applied to the switch means 38 of the sensor operation unit 16 to turn it on, and a charging voltage with the first electrode 22 side of the ceramic element 12 as a plus is set via the resistor 40. By applying the current, a current is passed to charge the ceramic element 12. At this time, the switch means 44 is off.

続いて、制御部１８は、矩形パルスのオン期間（Ｈレベル期間）に続くオフ期間（Ｌレベル期間）に、センサ動作部１６のスイッチ手段３８をオフすると共にスイッチ手段４４のベース端子に矩形パルスの放電トリガ信号（図示せず）を与えてオンし、セラミック素子１２の電荷を抵抗４２及びスイッチ手段４４を介して放電する。   Subsequently, the control unit 18 turns off the switch unit 38 of the sensor operation unit 16 and applies the rectangular pulse to the base terminal of the switch unit 44 during the off period (L level period) following the on period (H level period) of the rectangular pulse. Is turned on by supplying a discharge trigger signal (not shown), and the electric charge of the ceramic element 12 is discharged through the resistor 42 and the switch means 44.

スイッチ手段３８のオンによるセラミック素子１２の充電により、コンパレータ５０に入力するセラミック両端電圧（充電電圧）Ｖｓが上昇し、閾値電圧Ｖｔｈに達した場合に、コンパレータ５０の出力がＨレベルになる。   When the ceramic element 12 is charged when the switch means 38 is turned on, the voltage across the ceramic (charge voltage) Vs input to the comparator 50 increases, and when the threshold voltage Vth is reached, the output of the comparator 50 becomes H level.

制御部１８は、セラミック素子１２の充電開始からコンパレータ５０の出力がＨレベルになった時点までの経過時間を、セラミック素子１２の充電時間Ｔとして測定する。このセラミック素子１２の充電時間Ｔは、セラミック素子１２の誘電率にほぼ一意に対応しており、さらにこの誘電率はセラミック素子１２の温度にほぼ一意に対応しているため、セラミック素子１２の充電時間Ｔに基づいて温度を測定できる。   The controller 18 measures the elapsed time from the start of charging of the ceramic element 12 to the time when the output of the comparator 50 becomes H level as the charging time T of the ceramic element 12. The charging time T of the ceramic element 12 substantially uniquely corresponds to the dielectric constant of the ceramic element 12, and furthermore, this dielectric constant substantially corresponds to the temperature of the ceramic element 12. The temperature can be measured based on the time T.

続いて制御部１８は、次のセンサ周期の開始タイミングで、Ｌレベルとなる転極制御信号を転極スイッチ手段５２，５４，５６に出力してａ側からｂ側に切り替える転極制御を行う。   Subsequently, at the start timing of the next sensor cycle, the control unit 18 outputs a polarity control signal that becomes L level to the polarity switching means 52, 54, and 56 and performs polarity switching control for switching from the a side to the b side. .

また制御部１８は、転極制御を行うと共に、矩形パルスの１周期となるオン期間（Ｈレベル期間）に、センサ動作部１６のスイッチ手段３８に矩形パルスによる充電トリガ信号を与えてオンし、抵抗４０を介してセラミック素子１２の第２の電極２４側をプラスとする逆極性の充電電圧を印加することで電流を流し、セラミック素子１２を逆極性に充電する。このときスイッチ手段４４はオフしている。   Further, the control unit 18 performs the polarity switching control, and applies a charging trigger signal by the rectangular pulse to the switch means 38 of the sensor operation unit 16 during the ON period (H level period) that is one cycle of the rectangular pulse, and turns on. By applying a charging voltage having a reverse polarity with the second electrode 24 side of the ceramic element 12 being positive through the resistor 40, a current is passed to charge the ceramic element 12 to a reverse polarity. At this time, the switch means 44 is off.

続いて、制御部１８は、矩形パルスのオン期間（Ｈレベル期間）に続くオフ期間（Ｌレベル期間）に、センサ動作部１６のスイッチ手段３８をオフすると共にスイッチ手段４４に矩形パルスの放電トリガ信号（図示せず）を与えてオンし、セラミック素子１２の電荷を抵抗４２及びスイッチ手段４４を介して放電する。   Subsequently, the control unit 18 turns off the switch unit 38 of the sensor operation unit 16 and turns off the rectangular pulse discharge trigger in the switch unit 44 during the off period (L level period) following the on period (H level period) of the rectangular pulse. A signal (not shown) is applied to turn on, and the ceramic element 12 is discharged through the resistor 42 and the switch means 44.

スイッチ手段３８のオンによるセラミック素子１２の充電により、コンパレータ５０に入力するセラミック両端電圧（充電電圧）Ｖｓが上昇し、閾値電圧Ｖｔｈに達した場合に、コンパレータ５０の出力がＨレベルになる。以下、これを繰り返す。   When the ceramic element 12 is charged when the switch means 38 is turned on, the voltage across the ceramic (charge voltage) Vs input to the comparator 50 increases, and when the threshold voltage Vth is reached, the output of the comparator 50 becomes H level. This is repeated below.

このようなセンサ周期毎にセラミック素子１２に印加する電圧の極性を転極することで、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが大幅に抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を長くすることを可能とする。   By reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element 12 at each sensor period, the degree of dendrites extending toward the counter electrode is greatly suppressed, and the electrode is short-circuited by the growth of dendrites due to migration, It is possible to lengthen the time until malfunction due to current leakage.

（異なる周期数毎に転極する動作）
図６は図４における転極制御の他の実施形態を示したタイムチャートであり、セラミック素子１２に印加する充電電圧の極性を、センサ周期の５回に１回の割合で転極するようにしたことを特徴とする。ここで、図６（Ａ）は周囲温度を示し、図６（Ｂ）はセラミック素子に充電電圧を印加するための充電トリガ信号を示し、図６（Ｃ）は転極制御信号を示し、図６（Ｄ）はコンパレータに入力する充電波形を示し、図６（Ｅ）はコンパレータ出力を示す。
(Operation to rotate at different frequency )
FIG. 6 is a time chart showing another embodiment of the polarization control in FIG. 4 so that the polarity of the charging voltage applied to the ceramic element 12 is changed at a rate of once every five sensor cycles. It is characterized by that. 6A shows the ambient temperature, FIG. 6B shows a charging trigger signal for applying a charging voltage to the ceramic element, FIG. 6C shows a reversal control signal, and FIG. 6 (D) shows a charging waveform inputted to the comparator, and FIG. 6 (E) shows a comparator output.

図６に示すように、図４の制御部１８は、センサ周期の４周期の間、転極スイッチ手段５２，５４，５６にＨレベルとなる転極制御信号を出力してａ側に切り替え、セラミック素子１２に第１の電極２２をプラス側とする充電電圧を印加し、続いて、センサ周期の１周期の間、転極スイッチ手段５２，５４，５６にＬレベルとなる転極制御信号を出力してｂ側に切り替え、セラミック素子１２に第２の電極２４をプラス側とする充電電圧を逆極性で印加し、これを繰り返している。   As shown in FIG. 6, the control unit 18 in FIG. 4 outputs a polarization control signal that becomes H level to the polarization switching means 52, 54, 56 and switches to the a side during the four sensor periods. A charging voltage with the first electrode 22 as the positive side is applied to the ceramic element 12, and subsequently, a polarity control signal that becomes L level is applied to the polarity switching means 52, 54, 56 for one cycle of the sensor cycle. The output is switched to the b side, and a charging voltage with the second electrode 24 as the positive side is applied to the ceramic element 12 with the reverse polarity, and this is repeated.

なお、各センサ周期におけるスイッチ手段３８によるセラミック素子１２の充電、スイッチ手段４４によるセラミック素子１２の放電、及びセラミック素子１２の充電と放電に伴うコンパレータ５０の入出力動作は、図５の動作と基本的に同じになる。   Note that the charging of the ceramic element 12 by the switch means 38, the discharging of the ceramic element 12 by the switching means 44, and the input / output operation of the comparator 50 accompanying the charging and discharging of the ceramic element 12 in each sensor period are the same as the operation of FIG. Will be the same.

この転極制御により、センサ周期の４回に１回、セラミック素子１２に印加する電圧の極性を転極することで、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を長くすることを可能とする。   By this polarity change control, the degree of the dendrite extending toward the counter electrode is suppressed by switching the polarity of the voltage applied to the ceramic element 12 once every four sensor cycles, and the dendrite growth due to migration is suppressed. This makes it possible to shorten the time between the electrodes and lengthen the time until malfunction occurs due to current leakage.

また、セラミック素子１２に印加する充電電圧を転極する周期の回数は任意であり、センサ周期の任意のｍ回に１回転極してもよいし、任意のｍ回に任意のｎ回、転極するようにしても良く、更に、ｍ＝ｎであっても良い。   In addition, the number of cycles for reversing the charging voltage applied to the ceramic element 12 is arbitrary, and it may be one revolution pole for any m times of the sensor cycle, or any n times for any m times. It may be possible to make a pole or m = n.

（複数周期毎に転極して一定時間継続する動作）
図７は図４における転極制御の他の実施形態を示したタイムチャートであり、セラミック素子に、充電電圧をセンサ周期の所定回数に亘り間欠的に印加した後に、転極して所定時間に亘り充電電圧を継続的に印加し、更に、センサ周期の所定回数で間欠的に印加する充電電圧の合計時間と、転極して充電電圧を継続的に印加する定時間とを等しくしたことを特徴とする。 (Operation that reverses polarity every several cycles and continues for a certain period of time)
FIG. 7 is a time chart showing another embodiment of the reversal control in FIG. 4. After the charging voltage is intermittently applied to the ceramic element for a predetermined number of sensor cycles, the reversal is performed at a predetermined time. In addition, the charging voltage is continuously applied, and the total time of the charging voltage that is intermittently applied at a predetermined number of sensor cycles is equal to the constant time that is reversed and the charging voltage is continuously applied. Features.

ここで、図７（Ａ）は周囲温度を示し、図７（Ｂ）はセラミック素子に充電電圧を印加するための充電トリガ信号を示し、図７（Ｃ）は転極制御信号を示し、図７（Ｄ）はコンパレータに入力する充電波形を示し、図７（Ｅ）はコンパレータ出力を示す。   7A shows the ambient temperature, FIG. 7B shows a charging trigger signal for applying a charging voltage to the ceramic element, FIG. 7C shows a reversal control signal, and FIG. 7 (D) shows a charging waveform inputted to the comparator, and FIG. 7 (E) shows a comparator output.

図７に示すように、図４の制御部１８は、センサ周期の４周期の間、転極スイッチ手段５２，５４，５６にＨレベルとなる転極制御信号を出力してａ側に切り替え、この４周期の間、制御部１８はセンサ周期に同期してスイッチ手段３８に充電トリガ信号を出力してセラミック素子１２を充電し、続いてスイッチ手段４４に放電トリガ信号（図示せず）を出力してセラミック素子１２を放電し、これに伴うコンパレータ５０の出力からセラミック素子１２の充電時間Ｔを測定する動作を繰り返している。   As shown in FIG. 7, the control unit 18 in FIG. 4 outputs a polarity switching control signal that becomes an H level to the polarity switching means 52, 54, 56 and switches to the a side during the four sensor cycles. During these four periods, the control unit 18 outputs a charge trigger signal to the switch means 38 in synchronization with the sensor period to charge the ceramic element 12, and subsequently outputs a discharge trigger signal (not shown) to the switch means 44. Then, the ceramic element 12 is discharged, and the operation of measuring the charging time T of the ceramic element 12 from the output of the comparator 50 is repeated.

続いて制御部１８は、所定時間Ｔ２の間、転極スイッチ手段５２，５４，５６にＬレベルとなる転極制御信号を出力してｂ側に切り替え、セラミック素子１２に第２の電極２４をプラス側とする充電電圧を逆極性で継続的に印加する。ここで所定時間Ｔ２は、センサ周期における充電電圧の印加時間をＴ１とすると、概ね
Ｔ２＝４×Ｔ１
となるように設定し、セラミック素子１２に対する転極前と転極後の電圧印加時間を等しくなるようにしている。 Subsequently, the control unit 18 outputs a polarity control signal that is L level to the polarity switching means 52, 54, and 56 for a predetermined time T <b> 2 to switch to the b side, and attach the second electrode 24 to the ceramic element 12. The charging voltage for the positive side is continuously applied with the reverse polarity. Here, the predetermined time T2 is approximately T2 = 4 × T1, where T1 is the charging voltage application time in the sensor cycle.
The voltage application time before and after the reversal of the ceramic element 12 is set to be equal to each other.

この転極制御により、デンドライトが対極に向かって伸びていく度合いが抑制され、マイグレーションによるデンドライトの成長により電極間ショートし、電流リークにより機能不全となるまでの時間を長くすることを可能とする。   The degree of extension of the dendrite toward the counter electrode is suppressed by this inversion control, and it is possible to lengthen the time until the electrode is short-circuited due to the dendrite growth due to migration and malfunctioned due to current leakage.

また、セラミック素子１２に印加する充電電圧を転極するまでのセンサ周期の回数ｍは任意であり、センサ周期のｍ回毎に、Ｔ２＝（ｍ×Ｔ１）時間に亘り転極する制御を繰り返すようにすれば良い。   Further, the number m of sensor cycles until the charging voltage applied to the ceramic element 12 is inverted is arbitrary, and the control for reversing the polarity for T2 = (m × T1) time is repeated every m times of the sensor cycle. You can do that.

なお、充電電圧を継続的に印加する所定時間Ｔ２の間は、セラミック素子１２の充電時間Ｔの測定が停止することから、所定時間Ｔ２は充電時間Ｔに基づく温度測定に影響を及ぼすことのない短めの時間とすることが望ましい。   During the predetermined time T2 during which the charging voltage is continuously applied, the measurement of the charging time T of the ceramic element 12 is stopped, so that the predetermined time T2 does not affect the temperature measurement based on the charging time T. A shorter time is desirable.

［音響装置］
（音響装置の概要）
図８は音響装置として動作するセラミックデバイスの機能構成の概略を示したブロック図である。 [Sound device]
(Outline of sound device)
FIG. 8 is a block diagram showing an outline of a functional configuration of a ceramic device that operates as an acoustic device.

図８に示すように、音響装置１００は、セラミック素子１０２、転極手段として機能する転極部１０４、音響駆動作手段として機能する音響駆動部１０６及び制御部１０８を備える。   As shown in FIG. 8, the acoustic device 100 includes a ceramic element 102, a polarity switching unit 104 that functions as a polarity switching unit, an acoustic drive unit 106 that functions as an acoustic drive creation unit, and a control unit 108.

セラミック素子１０２は、誘電体セラミックの両側に電極を配置した構造であり、図２に示したと同じ構造となるが、保護板２６については、その熱膨張係数がセラミックに近いものから材料選択し、強度確保の観点と音響特性の観点からバランスを考慮して決定する。   The ceramic element 102 has a structure in which electrodes are arranged on both sides of a dielectric ceramic, and has the same structure as shown in FIG. 2, but the protective plate 26 is selected from materials whose thermal expansion coefficient is close to that of ceramic, Determined considering balance from the viewpoint of securing strength and acoustic characteristics.

音響駆動部１０６は、セラミック素子１０２を例えばブザーとして使用する場合は、外部から入力した所定時間に亘るブザー信号を増幅してブザー駆動電圧を印加する。このセラミック素子１０２をブザーとして使用する場合のブザー信号は発振回路を設けて発振信号を入力すれば良い。   When the ceramic element 102 is used as a buzzer, for example, the acoustic driving unit 106 amplifies a buzzer signal input from the outside for a predetermined time and applies a buzzer driving voltage. When the ceramic element 102 is used as a buzzer, an oscillating circuit may be provided to input a buzzer signal.

転極部１０４は、音響駆動部１０６からセラミック素子１０２にブザー駆動電圧を印加した後に、極性を転極した所定の直流電圧に切り替えて所定時間に亘り印加する。この場合、転極部１０４は、ブザー駆動電圧の時間積分値と、直流電圧の時間積分値を略等しくする。   The polarity switching unit 104 applies a buzzer driving voltage from the acoustic driving unit 106 to the ceramic element 102, and then switches the polarity to a predetermined DC voltage with a polarity reversed and applies it for a predetermined time. In this case, the reversing unit 104 makes the time integral value of the buzzer drive voltage substantially equal to the time integral value of the DC voltage.

（音響装置の実施形態）
図９は、音響装置として動作するセラミックデバイスの実施形態を示した回路図である。 (Embodiment of acoustic device)
FIG. 9 is a circuit diagram showing an embodiment of a ceramic device that operates as an acoustic device.

図９に示すように、音響装置１００は、図８の概略構成に示したように、セラミック素子１０２、転極部１０４、音響駆動部１０６及び制御部１０８を備える。   As shown in FIG. 9, the acoustic device 100 includes a ceramic element 102, a polarity changing unit 104, an acoustic driving unit 106, and a control unit 108 as shown in the schematic configuration of FIG. 8.

音響駆動部１０６は、入力スイッチ手段１１０と音響増幅器１１２を備え、入力スイッチ手段１１０は制御部１０８からの制御信号により通常は図示のａ側に切り替わっており、外部の発振回路等から入力したブザー信号を音響増幅器１１２に入力する。また入力スイッチ手段１１０はブザー信号を入力した後に制御部１０８からの制御信号によりｂ側に切り替えられ、定電圧源１１４から所定の直流電圧を音響増幅器１１２に入力する。音響増幅器１１２は入力スイッチ手段１１０からに入力したブザー駆動信号又は直流電圧を増幅して駆動電圧を出力する。
The acoustic drive unit 106 includes an input switch unit 110 and an acoustic amplifier 112. The input switch unit 110 is normally switched to the a side in the figure by a control signal from the control unit 108, and a buzzer input from an external oscillation circuit or the like. The signal is input to the acoustic amplifier 112. The input switch means 110 is switched to the b side by a control signal from the control unit 108 after inputting the buzzer signal, and inputs a predetermined DC voltage from the constant voltage source 114 to the acoustic amplifier 112. The acoustic amplifier 112 amplifies the buzzer driving signal or DC voltage input from the input switch means 110 and outputs a driving voltage.

転極部１０４は、トランジスタ回路などで実現される転極スイッチ１１６，１１８を備える。転極スイッチ手段１１６は、セラミック素子１０２の第１の電極２２を音響増幅器１１２の出力又はアース側に選択的に接続し、転極スイッチ手段１１８は、セラミック素子１０２の第２の電極２４をアース側又は音響増幅器１１２の出力に選択的に接続し、セラミック素子１０２に印加する駆動電圧の極性を転極可能とする。   The reversing unit 104 includes reversing switches 116 and 118 realized by a transistor circuit or the like. The reversing switch means 116 selectively connects the first electrode 22 of the ceramic element 102 to the output or ground side of the acoustic amplifier 112, and the reversing switch means 118 connects the second electrode 24 of the ceramic element 102 to ground. Is selectively connected to the side or the output of the acoustic amplifier 112 so that the polarity of the drive voltage applied to the ceramic element 102 can be inverted.

制御部１０８は、ＣＰＵ、メモリ、各種入出力ポートを備えたコンピュータ回路等であり、入力スイッチ手段１１０及び転極スイッチ手段１１６，１１８を制御信号により連動して切り替える。即ち、制御部１０８は、通常は入力スイッチ手段１１０及び転極スイッチ手段１１６，１１８を図示のａ側に切り替えており、外部から入力したブザー信号の入力が終了すると、これを検出して入力スイッチ手段１１０及び転極スイッチ手段１１６，１１８をｂ側に所定時間に亘り切り替える。   The control unit 108 is a computer circuit having a CPU, a memory, various input / output ports, and the like, and switches the input switch means 110 and the diversion switch means 116 and 118 in conjunction with a control signal. That is, the control unit 108 normally switches the input switch means 110 and the polarization switch means 116 and 118 to the a side in the figure, and when the input of the buzzer signal input from the outside is completed, this is detected and the input switch The means 110 and the reversing switch means 116, 118 are switched to the b side for a predetermined time.

（音響装置の動作）
図１０は図９の音響装置の動作によりセラミック素子に印加される駆動電圧を示したタイムチャートである。 (Operation of sound device)
FIG. 10 is a time chart showing the driving voltage applied to the ceramic element by the operation of the acoustic device of FIG.

図９の入力スイッチ手段１１０及び転極スイッチ手段１１６，１１８がａ側に切り替わっている状態で、外部からブザー音響信号が入力すると、音響増幅器１１２から図１０に示すブザー駆動電圧が出力され、転極スイッチ手段１１６，１１８を介して、セラミック素子１０２に第１の電極２２をプラス側とし、第２の電極２４をマイナス側とする極性でＴ０時間に亘り印加され、ブザー音が出力される。   When a buzzer sound signal is input from the outside in a state where the input switch means 110 and the polarization switch means 116 and 118 in FIG. 9 are switched to the a side, the buzzer driving voltage shown in FIG. Via the pole switch means 116 and 118, the ceramic element 102 is applied with a polarity in which the first electrode 22 is set to the plus side and the second electrode 24 is set to the minus side, and a buzzer sound is output.

このブザー信号の入力が終了すると、これを制御部１０８で検出し、入力スイッチ手段１１０及び転極スイッチ手段１１６，１１８をｂ側に切り替える。このため定電圧源１１４からの直流定電圧が音響増幅器１１２で増幅され、転極スイッチ手段１１６，１１８を介して、セラミック素子１０２に第２の電極２４をプラス側とし、第１の電極２２をマイナス側とする逆極性でＴ１時間に亘りの直流電圧Ｖ１が印加される。   When the input of this buzzer signal is completed, this is detected by the control unit 108, and the input switch means 110 and the diversion switch means 116, 118 are switched to the b side. For this reason, the DC constant voltage from the constant voltage source 114 is amplified by the acoustic amplifier 112, and the second electrode 24 is set to the plus side of the ceramic element 102 via the diversion switch means 116 and 118, and the first electrode 22 is set to the positive side. A DC voltage V1 is applied over a period of T1 with a negative polarity opposite to the negative side.

ここで制御部１０８はＴ０時間に亘りセラミック素子１０２に印加される駆動電圧に対応するブザー音響信号の時間積分値を検出しており、この時間積分値を定電圧源１１４の直流電圧Ｖ１で割って転極時間Ｔ１を決定し、転極時間Ｔ１に亘り入力スイッチ手段１１０及び転極スイッチ手段１１６，１１８をｂ側に切り替え、直流電圧Ｖ１を逆極性でセラミック素子１０２に印加する。   Here, the control unit 108 detects the time integral value of the buzzer sound signal corresponding to the drive voltage applied to the ceramic element 102 for the time T0, and divides this time integral value by the DC voltage V1 of the constant voltage source 114. Then, the reversal time T1 is determined, the input switch means 110 and the reversal switch means 116 and 118 are switched to the b side over the reversal time T1, and the DC voltage V1 is applied to the ceramic element 102 with the reverse polarity.

その結果、制御部１０８は、ブザー駆動電圧の時間積分値と直流電圧の時間積分値を等しくするように転極部１０４の転極スイッチ手段１１６，１１８を制御することになる。   As a result, the control unit 108 controls the reversing switch means 116 and 118 of the reversing unit 104 so that the time integral value of the buzzer driving voltage and the time integral value of the DC voltage are made equal.

このような転極制御により、図１０のＴ０時間に亘るブザー駆動電圧の印加により、プラス側となった第１の電極２２から遊離して第２の電極２４へ向う銀イオンは、次のＴ１時間に亘る逆極性となる直流電圧Ｖ１の印加により引き戻され、引き戻された第１の電極２２付近で横に広がって堆積し、デンドライトの対極方向への成長が大幅に抑制される。   By such a reversal control, by applying the buzzer driving voltage for the time T0 in FIG. 10, the silver ions that are released from the first electrode 22 on the positive side and directed to the second electrode 24 are transferred to the next T1. It is pulled back by application of the DC voltage V1 having a reverse polarity over time, spreads laterally in the vicinity of the pulled back first electrode 22, and dendrite growth in the counter electrode direction is greatly suppressed.

そのためマイグレーションにより、デンドライトが電極間ショートとなるまでの期間は、セラミック素子１０２に印加する電圧の極性を替えずに一定極性としていた場合に比べ、大幅に延ばす事を可能とする。   Therefore, due to migration, the period until the dendrite is short-circuited between electrodes can be greatly extended as compared with the case where the polarity of the voltage applied to the ceramic element 102 is kept constant without changing the polarity.

なお、転極によりセラミック素子１０２に直流電圧Ｖ１を逆極性で印加した場合、直流電圧Ｖ１の立ち上がりと立下りでセラミック素子１０２から音が出る場合があることから、音響増幅器１１２の出力側にローパスフィルタを設けて立ち上がりと立下りを緩やかな変化とし、これにより音が出ることを防止しても良い。
Note that, when the DC voltage V1 is applied to the ceramic element 102 with a reverse polarity by reversal, sound may be emitted from the ceramic element 102 at the rise and fall of the DC voltage V1, so that a low pass is provided on the output side of the acoustic amplifier 112. A filter may be provided to gradually change the rise and fall, thereby preventing sound from being emitted.

図１１は図９の音響装置の動作によりセラミック素子に印加される駆動電圧の他の例を示したタイムチャートであり、転極した場合の直流電圧の印加は、ブザー駆動電圧の時間積分値と直流電圧の時間積分値を等しくすれば良いことから、例えば図１０のＶ１の直流電圧に対し、それより大きい直流電圧Ｖ２を印加する場合、
Ｖ１・Ｔ１＝Ｖ２・Ｔ２
の関係が維持できればよいことから、転極後に直流電圧Ｖ２の印加するＴ２時間を短い時間としている。 FIG. 11 is a time chart showing another example of the drive voltage applied to the ceramic element by the operation of the acoustic device of FIG. 9, and the application of the DC voltage when the polarity is reversed is the time integral value of the buzzer drive voltage. For example, when applying a larger DC voltage V2 to the DC voltage of V1 in FIG.
V1 ・ T1 = V2 ・ T2
Therefore, the T2 time during which the DC voltage V2 is applied after the reversal is set to a short time.

図１２は図９の音響装置の動作によりセラミック素子に印加される駆動電圧の他の例を示したタイムチャートであり、この場合は、ブザー駆動電圧と同じ駆動電圧を転極して印加するようにしたことを特徴とする。   FIG. 12 is a time chart showing another example of the drive voltage applied to the ceramic element by the operation of the acoustic device of FIG. 9. In this case, the same drive voltage as the buzzer drive voltage is reversed and applied. It is characterized by that.

図１２に示すように、Ｔ０時間に亘りブザー駆動電圧をセラミック素子１０２に印加して駆動し、これを制御部１０８に読み込んで記憶し、ブザー駆動電圧の印加終了を検出した場合、制御部１０８から記憶したブザー駆動電圧を再生出力し、転極部１０４の転極によりセラミック素子１０２に逆極性で、ブザー駆動電圧と同じ波形の駆動電圧をＴ０時間に亘り印加する。   As shown in FIG. 12, when the buzzer driving voltage is applied to the ceramic element 102 and driven for the time T0, this is read and stored in the control unit 108, and the end of the application of the buzzer driving voltage is detected. The buzzer drive voltage stored in the above is reproduced and output, and the drive voltage having the same waveform as the buzzer drive voltage is applied to the ceramic element 102 by the reversal of the reversing unit 104 over the time T0.

このための音響装置１００の構成は、図９に示した定電圧源１１４は取り除き、入力スイッチ手段１１０のｂ側を制御部１０８に接続して記憶したブザー駆動電圧を出力する構成とすれば良い。   The configuration of the acoustic device 100 for this purpose may be configured such that the constant voltage source 114 shown in FIG. 9 is removed and the b side of the input switch means 110 is connected to the control unit 108 to output the stored buzzer driving voltage. .

この場合にも、図１０のＴ０時間に亘るブザー駆動電圧の印加により、プラス側となった第１の電極２２から遊離して第２の電極２４へ向う銀イオンは、次の同じＴ０時間に亘る逆極性となるブザー駆動電圧の印加により引き戻され、引き戻された第１の電極２２付近で横に広がって堆積し、デンドライトの対極方向への成長が大幅に抑制され、マイグレーションによりデンドライトが電極間ショートとなるまでの期間は、セラミック素子１０２に印加する電圧の極性を替えずに一定極性としていた場合に比べ、大幅に延ばす事ができる。   Also in this case, by applying the buzzer driving voltage for the time T0 in FIG. 10, the silver ions that are released from the first electrode 22 that is on the positive side and directed to the second electrode 24 are transferred to the next same time T0. It is pulled back by the application of the buzzer driving voltage having a reverse polarity, spreads laterally in the vicinity of the pulled back first electrode 22, the dendrite growth in the counter electrode direction is greatly suppressed, and the dendrite is moved between the electrodes by migration. The period until the short circuit can be greatly extended as compared with the case where the polarity of the voltage applied to the ceramic element 102 is kept constant without changing the polarity.

なお、図１２における２回の同じ波形のブザー駆動電圧の発生は、外部の発振回路から２回続けて同じブザー信号を出力し、１回目のブザー信号の出力終了を検出して転極するようにしても良い。このときには、逆極性で駆動した間も、同一の音が発生することになり、繰り返しの警報音を発する場合等に応用できる。

〔本発明の変形例〕
上記の実施形態は、センサ装置及び音響装置として動作するセラミックデバイスを例にとるものであったが、セラミック素子に構造が似ている電子デバイスにあっては、同様にマイグレーションによる絶縁不良が起きることがあり、本発明はそれらへの適用も可能である。 Note that the generation of the buzzer drive voltage having the same waveform in FIG. 12 twice is performed by outputting the same buzzer signal twice from the external oscillation circuit, detecting the end of the output of the first buzzer signal, and switching the polarity. Anyway. In this case, the same sound is generated even when the drive is performed with the reverse polarity, and the present invention can be applied to the case where a repeated alarm sound is generated.

[Modification of the present invention]
In the above embodiment, the ceramic device operating as the sensor device and the acoustic device is taken as an example. However, in the case of an electronic device having a structure similar to a ceramic element, insulation failure due to migration similarly occurs. The present invention can also be applied to them.

例えば積層の誘電体セラミックを用いたセラミックコンデンサや圧電アクチュエータの駆動回路、セラミック素子を応用した焦電素子、セラミック素子の圧電性を応用した振動センサ、加速度センサ、圧力センサ等のセンサ素子及びＭＥＭＳセンサについて、同様に、転極部を設けてセラミック素子に印加する駆動電圧の極性を転極することで、マイグレーションにより電極ショートに至るまでの期間を長くすることができる。   For example, ceramic capacitors using multilayer dielectric ceramics, drive circuits for piezoelectric actuators, pyroelectric elements using ceramic elements, vibration sensors applying acceleration of ceramic elements, acceleration sensors, sensor elements such as pressure sensors, and MEMS sensors In the same manner, by providing a polarity reversal part and reversing the polarity of the drive voltage applied to the ceramic element, it is possible to lengthen the period until the electrode is short-circuited by migration.

また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, includes appropriate modifications without impairing the object and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above-described embodiment.

１０：センサ装置
１２，１０２：セラミック素子
１４，１０４：転極部
１６：センサ動作部
１８，１０８：制御部
２０：誘電体セラミック
２２：第１の電極
２４：第２の電極
２６：保護板
２８，３０：リード線
３２：クラック
３４： 金属イオン
３６：デンドライト
３８，４４：スイッチ手段
５０：コンパレータ
５２，５４，５６，１１６，１１８：転極スイッチ手段
１０６：音響駆動部
１００：音響装置
１１０：入力スイッチ手段
１１２：音響増幅器
１１４：定電圧源

10: Sensor device 12, 102: Ceramic element 14, 104: Polarization unit 16: Sensor operation unit 18, 108: Control unit 20: Dielectric ceramic 22: First electrode 24: Second electrode 26: Protection plate 28 , 30: lead wire 32: crack 34: metal ion 36: dendrite 38, 44: switch means 50: comparators 52, 54, 56, 116, 118: dipole switch means 106: acoustic drive unit
100: acoustic device 110: input switch means 112: acoustic amplifier 114: constant voltage source

Claims (8)

誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、前記セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段は、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
前記転極手段は、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とするセラミックデバイス。
In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element,
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing ;
Control means for controlling the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
And by control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies the sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor period,
The ceramic device, wherein the reversing means repeatedly inverts the polarity of a sensor operating voltage applied to the ceramic element for each sensor period .
誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、前記セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段は、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
前記転極手段は、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転して前記センサ周期の他の所定回数に亘り維持し、これを繰り返すことを特徴とするセラミックデバイス。
 In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
And by control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies the sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor period,
The polarity reversal means, the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element, inverted and after maintained for a predetermined number of said sensor periodically maintained over to another predetermined number of the sensor cycle, repeating this A ceramic device characterized by that.
誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、前記セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスに於いて、
前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知するセンサ動作手段と、
前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転する転極手段と、
前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力する制御手段と、
を備え、前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段は、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期で所定回数に亘り間欠的に印加した後に所定時間に亘り継続的に印加して、これを繰り返し、
前記転極手段は、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期の所定回数に亘り維持した後に反転して前記所定時間に亘り維持し、これを繰り返すことを特徴とするセラミックデバイス。
 In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
Sensor operating means for detecting a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information by applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing;
Polarizing means for inverting the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element at a predetermined timing;
Control means for controlling the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputting a sensor information detection signal based on a change in dielectric constant of the ceramic element;
And by control of the control means,
The sensor operating means applies the sensor operating voltage to the ceramic element intermittently for a predetermined number of times at a predetermined sensor cycle, and then continuously applies it for a predetermined time, and repeats this,
The polarity reversal means, the polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element, inverted and after maintained for a predetermined number of said sensor periodically maintained over the predetermined time, and repeating this Ceramic device.
請求項３記載のセラミックデバイスに於いて、前記制御手段は、前記センサ動作電圧を前記センサ周期の所定回数に亘り一方の極性で間欠的に印加した場合の合計時間と、前記センサ動作電圧を他の極性に反転して継続して印加した前記所定時間とが略等しくなるように、前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御することを特徴とするセラミックデバイス。
 4. The ceramic device according to claim 3 , wherein the control means calculates a total time when the sensor operating voltage is intermittently applied with one polarity over a predetermined number of sensor cycles, and the sensor operating voltage. The timing at which the sensor operating voltage is applied and the timing at which the polarity of the sensor operating voltage is inverted are controlled so that the predetermined time continuously applied after being reversed to the polarity of the sensor is substantially equal. Ceramic device.
誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、前記セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスに於いて、
前記セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加する音響駆動手段と、
前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
前記音響駆動電圧の印加後に前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転して前記直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び前記音響駆動電圧の時間積分値と、前記直流電圧の時間積分値が略等しくなるように前記直流電圧を印加する時間を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするセラミックデバイス。
 In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
An acoustic drive means for applying to switch to a predetermined DC voltage after applying a predetermined acoustic driving voltage to the ceramic element,
Reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
The timing of switching the application of the DC voltage by inverting the polarity of the voltage applied to the ceramic element after the application of the acoustic drive voltage, the time integral value of the acoustic drive voltage, and the time integral value of the DC voltage are approximately Control means for controlling the time for applying the DC voltage to be equal;
Ceramic device comprising the.
誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、前記セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスに於いて、
前記セラミック素子に所定の音響駆動電圧を印加した後に、当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧を印加する音響駆動手段と、
前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転する転極手段と、
前記音響駆動電圧の印加後に前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転して当該音響駆動電圧と同じ駆動電圧の印加に切り替えるタイミングを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするセラミックデバイス。
 In a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element ,
After applying a predetermined acoustic drive voltage to the ceramic element, an acoustic drive means for applying the same drive voltage as the acoustic drive voltage;
Reversing means for reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element;
Control means for controlling the timing of reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage and switching to application of the same drive voltage as the acoustic drive voltage;
Ceramic device comprising the.
誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、前記セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより温度センサとして動作するセラミックデバイスの動作方法に於いて、
センサ動作手段により、前記セラミック素子に所定のタイミングで所定のセンサ動作電圧を印加することにより、所定のセンサ情報に応じた当該セラミック素子の誘電率変化を検知し、
転極手段により、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、所定のタイミングで反転し、
制御手段により、前記センサ動作電圧を印加するタイミング、及び前記センサ動作電圧の極性を反転するタイミングを制御すると共に、前記セラミック素子の誘電率変化に基づき、センサ情報検知信号を出力し、
前記制御手段の制御により、
前記センサ動作手段が、前記セラミック素子に前記センサ動作電圧を所定のセンサ周期毎に間欠的に印加し、
前記転極手段が、前記セラミック素子に印加されるセンサ動作電圧の極性を、前記センサ周期毎に繰り返し反転することを特徴とするセラミックデバイスの動作方法。
In an operation method of a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes disposed on both sides of a dielectric ceramic, and operating as a temperature sensor by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element.
By applying a predetermined sensor operating voltage to the ceramic element at a predetermined timing by the sensor operating means, a change in dielectric constant of the ceramic element according to predetermined sensor information is detected,
The polarity of the sensor operating voltage applied to the ceramic element is inverted at a predetermined timing by the polarization means ,
The control means controls the timing of applying the sensor operating voltage and the timing of inverting the polarity of the sensor operating voltage, and outputs a sensor information detection signal based on the change in dielectric constant of the ceramic element,
By the control of the control means,
The sensor operating means intermittently applies the sensor operating voltage to the ceramic element every predetermined sensor period,
The method of operating a ceramic device , wherein the reversing means repeatedly inverts the polarity of a sensor operating voltage applied to the ceramic element for each sensor period .
誘電体セラミックの両側に電極を配置したセラミック素子を備え、前記セラミック素子に所定の動作電圧を印加することにより音響源として動作するセラミックデバイスの動作方法に於いて、
音響駆動手段により、前記セラミック素子に音響駆動電圧を印加した後に所定の直流電圧に切り替えて印加し、
転極手段により、前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転し、
制御手段により、前記音響駆動電圧の印加後に前記セラミック素子に印加される電圧の極性を反転して前記直流電圧の印加に切り替えるタイミング、及び前記音響駆動電圧の時間積分値と、前記直流電圧の時間積分値が略等しくなるように前記直流電圧を印加する時間を制御することを特徴とするセラミックデバイスの動作方法。 In a method of operating a ceramic device comprising a ceramic element having electrodes arranged on both sides of a dielectric ceramic, and operating as an acoustic source by applying a predetermined operating voltage to the ceramic element .
By applying an acoustic drive voltage to the ceramic element by an acoustic drive means , switching to a predetermined DC voltage and applying ,
By reversing the polarity of the voltage applied to the ceramic element,
The control means reverses the polarity of the voltage applied to the ceramic element after application of the acoustic drive voltage and switches to the application of the DC voltage, the time integral value of the acoustic drive voltage, and the time of the DC voltage A method of operating a ceramic device , wherein the time for applying the DC voltage is controlled so that the integrated values are substantially equal .
JP2013097207A 2013-05-04 2013-05-04 Ceramic device and operation method thereof Active JP6158583B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013097207A JP6158583B2 (en) 2013-05-04 2013-05-04 Ceramic device and operation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013097207A JP6158583B2 (en) 2013-05-04 2013-05-04 Ceramic device and operation method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014219488A JP2014219488A (en) 2014-11-20
JP6158583B2 true JP6158583B2 (en) 2017-07-05

Family

ID=51937989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013097207A Active JP6158583B2 (en) 2013-05-04 2013-05-04 Ceramic device and operation method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6158583B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10606069B2 (en) * 2016-08-01 2020-03-31 Texas Instruments Incorporated Ultrasound lens structure cleaner architecture and method
US11614497B2 (en) 2019-12-03 2023-03-28 International Business Machines Corporation Leakage characterization for electronic circuit temperature monitoring

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH058242U (en) * 1991-02-12 1993-02-05 ダイニチ工業株式会社 Vaporizer temperature controller
JP2004296772A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Denshi Seiki:Kk Electrically driving method of stacked piezo-electric element
JP4594069B2 (en) * 2004-12-22 2010-12-08 富士通株式会社 Driving method of piezoelectric actuator
JP5545608B2 (en) * 2006-07-18 2014-07-09 日本碍子株式会社 Dielectric device
JP2009071113A (en) * 2007-09-14 2009-04-02 Fujifilm Corp Method of driving piezoelectric device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014219488A (en) 2014-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7026812B2 (en) Magnetic sensor
KR20180111965A (en) Control of Mechanical Properties of MEMS Microphones with Capacitive Electrodes and Piezoelectric Electrodes
WO2016059940A1 (en) Pressure detection device, pressure detection device control method, and program
CN108370483B (en) System and method for determining absolute sensitivity of a MEMS microphone having capacitive and piezoelectric electrodes
JP6158583B2 (en) Ceramic device and operation method thereof
US10613159B2 (en) Magnetoelectric magnetic field measurement with frequency conversion
JP2007051930A (en) Signal processing device for charge-change type sensor
JP4896749B2 (en) Piezoelectric element inspection method
JP6120183B2 (en) Shock storage
JP2019030091A5 (en)
JP5907174B2 (en) Displacement detection device and displacement detection method
JP6096579B2 (en) Ceramic device and inspection method thereof
JP2000055746A (en) Apparatus and system for detecting temperature
JP3550113B2 (en) Hardness sensor and hardness measurement method using the same
JP2018532991A (en) Capacitive structure and method for specifying charge amount using capacitive structure
JPH0955547A (en) Piezoelectric sensor
JP2011249421A (en) Depolarization method for ferroelectric and ferroelectric device
JPS6336445B2 (en)
JPH09318432A (en) Contact sensor
JPH11284247A (en) Heat-processing method for piezoelectric ceramic and acceleration sensor
JP2009284375A (en) Oscillator
JP2009277822A (en) Piezoelectric actuator
Buscarino et al. On-off sensors based on strange attractors
JP2014109498A (en) Electronic apparatus
UA30159U (en) Piezoelectric transformer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161011

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161102

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161221

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170608

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6158583

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150