JPH0371681A - Manufacture of composite piezoelectric ceramic element - Google Patents

Manufacture of composite piezoelectric ceramic element

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JPH0371681A
JPH0371681A JP1208171A JP20817189A JPH0371681A JP H0371681 A JPH0371681 A JP H0371681A JP 1208171 A JP1208171 A JP 1208171A JP 20817189 A JP20817189 A JP 20817189A JP H0371681 A JPH0371681 A JP H0371681A
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JP
Japan
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polarization
piezoelectric ceramic
electric field
piezoelectric
field value
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JP1208171A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Suzuki
雅彦 鈴木
Makoto Takeuchi
誠 竹内
Yoshikazu Takahashi
義和 高橋
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To simplify the manufacture of even a composite piezoelectric ceramic element where polarization directions intersect each other on the same plane by a method wherein two or more types of piezoelectric materials different in intensity of polarization electric field are burned in one piece and subjected to a polarizing process twice or more times. CONSTITUTION:Two types of ceramic materials 20 and 22 different from each other in polarization electrical field value and Curie temperature are burned in one piece, the burned body 26 is subjected to a polarizing process only twice, whereby two piezoelectric ceramic phases whose polarizing directions intersect each other at a right angle or a composite piezoelectric ceramic element 10 composed of piezoelectric ceramics, 12 and 16, and 14 and 18, is manufactured. Therefore, it is simplified in manufacture, sharply lessened in manufacturing cost, and miniaturized. By this setup, eve if the polarizing directions of two or more piezoelectric ceramic regions intersects each other, a composite piezoelectric ceramic element composed of ceramic regions can be easily formed.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は分極方向が異なる複数の圧電セラミックス相を
有する複合圧電セラミックス素子の製造方法に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for manufacturing a composite piezoelectric ceramic element having a plurality of piezoelectric ceramic phases having different polarization directions.

従来の技術 各種のセンサやアクチュエータとして圧電セラミックス
素子が多用されているが、かかる圧電セラミックス素子
の一種に、分極方向が互いに反対向きの複数の圧電セラ
ミックス領域を有するものが近年提案されている。これ
は、均質な圧電セラミックスの側面に、上記複数の圧電
セラミックス領域に対応する部分毎に一対の分極用電極
を分割して形成し、それ等の分極用電極間にそれぞれ所
定の向きに電界を印加することによって製造され、例え
ば各種の圧電アクチュエータなどに利用されている。ま
た、上記分極方向は単に反対向きだけでなく、分極用電
極を形成する位置によって任意の向きとすることもでき
る。
BACKGROUND ART Piezoelectric ceramic elements are often used as various sensors and actuators, and one type of piezoelectric ceramic element that has a plurality of piezoelectric ceramic regions with polarization directions opposite to each other has been proposed in recent years. This involves forming a pair of polarizing electrodes on the side surface of a homogeneous piezoelectric ceramic by dividing them into sections corresponding to the plurality of piezoelectric ceramic regions, and applying an electric field in a predetermined direction between the polarizing electrodes. It is manufactured by applying an electric current, and is used, for example, in various piezoelectric actuators. Further, the polarization direction is not limited to simply the opposite direction, but may be any direction depending on the position where the polarization electrode is formed.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、かかる従来の圧電セラミックス素子にお
いては、各圧電セラミックス領域がその分極方向におい
て素子の一端から他端までを占めることとなり、分極方
向が互いに直交するような圧電セラミックス領域を設け
ることはできなかった。すなわち、分極方向を任意の向
きとすることはできるが、それ等はねじれの位置の関係
において達成されるもので、同一の平面内において分極
方向が交差するような圧電セラミックス領域を形成する
ことはできないのである。このため、そのような圧電セ
ラミックス素子を製造する場合には、予め分極された複
数の圧電セラミックスを接着剤等により接着しなければ
ならず、製造コストが高くなるとともに接合強度が充分
に得られないなどの問題があった。
Problems to be Solved by the Invention However, in such a conventional piezoelectric ceramic element, each piezoelectric ceramic region occupies from one end of the element to the other end in its polarization direction, and piezoelectric ceramic regions whose polarization directions are orthogonal to each other could not be established. In other words, although the polarization direction can be set to any direction, this is achieved by the relationship between the twist positions, and it is impossible to form piezoelectric ceramic regions in which the polarization directions intersect within the same plane. It cannot be done. For this reason, when manufacturing such piezoelectric ceramic elements, it is necessary to bond a plurality of piezoelectric ceramics that have been polarized in advance using an adhesive, etc., which increases manufacturing costs and does not provide sufficient bonding strength. There were other problems.

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、複数の圧電セラくックス領域の分
極方向が互いに交差する場合でも容易に製造できるよう
にすることにある。
The present invention has been made against the background of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to enable easy manufacturing even when the polarization directions of a plurality of piezoelectric ceramic regions cross each other.

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明は、分極方向が異
なる複数の圧電セラミックス相を有する複合圧電セラミ
ックス素子の製造方法であって、(a)分極に必要な分
極電界値が互いに異なる複数種類の圧電セラミックス材
料を前記複数の圧電セラミックス相の構成材料として用
意する工程と、(b)前記複数種類の圧電セラミックス
材料を前記複合圧電セラミックス素子の構成に応じて一
体化成形した後一体焼成する工程と、(C)その一体焼
成された焼成体に、その焼成体を構成する複数種類の圧
電セラミックスの各分極電界値のうち最も高い第1分極
電界4fi以上の電界で所定の方向へ第1の分極処理を
行う工程と、(d)その第1の分極処理が行われた前記
焼成体に、前記分極電界値が2番目に高い第1分極電界
4fi以上で且つ前記第1分極電界4fi E rより
も低い電界で所定の方向へ第2の分極処理を行う工程と
を有することを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the object, the present invention provides a method for manufacturing a composite piezoelectric ceramic element having a plurality of piezoelectric ceramic phases having different polarization directions, the method comprising: (a) polarization electric field necessary for polarization; (b) integrating and molding the plurality of piezoelectric ceramic materials according to the configuration of the composite piezoelectric ceramic element; (C) The integrally fired fired body is subjected to a predetermined first polarization electric field of 4fi or more, which is the highest among the polarization electric field values of the plurality of types of piezoelectric ceramics constituting the fired body. (d) applying a first polarization treatment to the fired body subjected to the first polarization treatment in a direction in which the polarization electric field value is equal to or higher than the second highest first polarization electric field 4fi; The method is characterized by comprising a step of performing a second polarization process in a predetermined direction with an electric field lower than one polarization electric field 4fi E r.

ここで、分極方向が異なる領域を圧電セラミックス相と
したのは、各相のセラミックス材料が互いに相違し、均
質な圧電セラミックスにて構成されている従来の圧電セ
ラミックス素子の圧電セラミックス領域とは本質的に異
なるからであり、また、同じ理由からこのような圧電セ
ラミックス素子を複合圧電セラミックス素子と称するこ
ととしたのである。
Here, the reason why the regions with different polarization directions are defined as the piezoelectric ceramic phase is that the ceramic materials of each phase are different from each other, which is essentially different from the piezoelectric ceramic region of a conventional piezoelectric ceramic element, which is made of homogeneous piezoelectric ceramic. For the same reason, such a piezoelectric ceramic element is called a composite piezoelectric ceramic element.

また、前記分極電界値とは、当該圧電セラミックスの分
極を略飽和状態にできるか若しくは一旦分極処理された
分極方向を新たな分極方向に変更することができる電界
値である。
Further, the polarization electric field value is an electric field value that can bring the polarization of the piezoelectric ceramic to a substantially saturated state or change the polarization direction that has been once polarized to a new polarization direction.

また、前記圧電セラミックス材料としては、例えばP 
L Z T ((Pb、La) (Zr、Ti)Os)
系、PZT(Pb(Zr、Ti)Oi 〕系等の強誘電
性を有するセラミックス材料が用いられ、それ等のM或
により分極電界値が異なる複数種類のセラミックス材料
が適宜選択される。
Further, as the piezoelectric ceramic material, for example, P
L Z T ((Pb, La) (Zr, Ti)Os)
Ceramic materials having ferroelectric properties such as PZT (Pb(Zr,Ti)Oi) and PZT (Pb(Zr,Ti)Oi) systems are used, and a plurality of types of ceramic materials having different polarization electric field values depending on M are appropriately selected.

また、前記圧電セラ稟ツクス相が3つ以上ある場合には
、第n(≧3)番目の第n分極電界値をEti+ その
上の第(n−1)番目の第(n−1)分極電界値をEn
−1とすると、87以上で且つEn−+よりも低い電界
で第3以後の分極処理を順次行うこととなる。
In addition, when there are three or more piezoelectric ceramic phases, the n-th (≧3)-th n-th polarization electric field value is Eti + the (n-1)-th (n-1)-th polarization above it. The electric field value is En
If it is set to -1, the third and subsequent polarization treatments will be sequentially performed with an electric field of 87 or more and lower than En-+.

一方、前記焼成体を構成する各圧電セラミックスのキュ
リー温度、すなわち強誘電性が無くなる温度がそれぞれ
相違し、前記分極電界値が低くなる順序と同じ順序でそ
のキュリー温度が低くなっている場合、すなわち第1分
極電界4fiを有する圧電セラミックスのキュリー温度
をTI、第1分極電界4fiを有する圧電セラミックス
のキュリー温度をT2とし、3以上の圧電セラミックス
を含んでいる場合には分極電界値が低くなる圧電セラミ
ックスの順にそのキュリー温度をTff、T。
On the other hand, if the Curie temperatures, that is, the temperatures at which ferroelectricity disappears, of the piezoelectric ceramics constituting the fired body are different from each other, and the Curie temperatures decrease in the same order as the polarization electric field values decrease, that is, The Curie temperature of the piezoelectric ceramic having the first polarization electric field 4fi is TI, the Curie temperature of the piezoelectric ceramic having the first polarization electric field 4fi is T2, and if the piezoelectric ceramic contains 3 or more piezoelectric ceramics, the polarization electric field value becomes lower. The Curie temperatures of ceramics are Tff and T.

・・・とすると、そのキュリー温度がTI >T2〉T
、〉・・・となっている場合には、キュリー温度T、と
Ttとの間の温度で前記第1の分極処理を行うとともに
、キュリー温度TtとT3との間の温度(圧電セラミッ
クス相が2つの場合にはT2より低い温度)で第2の分
極処理を行い、以後、必要に応じてT7とT n * 
1 との間の温度で順次第3以後の分極処理を行うこと
が望ましい。
..., then the Curie temperature is TI > T2 > T
, >..., the first polarization treatment is performed at a temperature between the Curie temperatures T and Tt, and at a temperature between the Curie temperatures Tt and T3 (the piezoelectric ceramic phase is In the case of two cases, a second polarization treatment is performed at a temperature lower than T2), and thereafter, as necessary, T7 and T n *
It is desirable to perform the polarization treatments after 3 in sequence at a temperature between 1 and 2.

作用 このような製造方法においては、分極電界が異なる複数
種類の圧電セラミックス材料を複合圧電セラミックス素
子の構成に応じて一体化成形した後一体焼成し、その一
体焼成された焼成体に第1および第2の分極処理を施す
ことにより、分極方向が分極処理の際にそれぞれ任意に
設定できる2つの圧電セラミックス相が形成される。す
なわち、第1の分極処理においては第1分極電界値E、
以上の電界で分極処理が行われ、第2の分極処理におい
ては第1分極電界値E2以上で且つ第1分極電界(I!
Elよりも低い電界で分極処理が行われるため、第1分
極電界値EIを有する圧電セラ逅ツクス(以下、第1圧
電セラミツクスという)は第1の分極処理の際の分極方
向に分極され、第2分極電界値E2を有する圧電セラミ
ックス(以下、第2圧電セラミツクスという)は第2の
分極処理の際の分極方向に分極されるのである。
Function: In such a manufacturing method, multiple types of piezoelectric ceramic materials having different polarization electric fields are integrally molded according to the configuration of a composite piezoelectric ceramic element, and then integrally fired. By performing the second polarization treatment, two piezoelectric ceramic phases are formed, the polarization directions of which can be set arbitrarily during the polarization treatment. That is, in the first polarization process, the first polarization electric field value E,
Polarization processing is performed with the above electric field, and in the second polarization processing, the first polarization electric field value E2 or more and the first polarization electric field (I!
Since polarization treatment is performed with an electric field lower than El, piezoelectric ceramics having a first polarization electric field value EI (hereinafter referred to as first piezoelectric ceramics) are polarized in the polarization direction during the first polarization treatment, and The piezoelectric ceramic having two polarization electric field values E2 (hereinafter referred to as second piezoelectric ceramics) is polarized in the polarization direction during the second polarization treatment.

ここで、上記第1圧電セラミツクスのキュリー温度T1
が第2圧電セラ旦ツクスのキュリー温度Ttよりも高く
、それ等の間の温度で第1の分極処理を行うとともに、
キュリー温度T2よりも低い温度で第2の分極処理を行
えば、第1の分極処理の際には第1圧電セラミツクスの
みが分極され、第2圧電セラミツクスは第2の分極処理
の際に始めて分極される。なお、第2の分極処理の際に
は第1圧電セラミツクスにも電界が印加されるが、この
電界は第1圧電セラミツクスを分極できる第1分極電界
値E1よりも低いため、第1圧電セラミツクスにおいて
は第1の分極処理による分極状態が良好に維持される。
Here, the Curie temperature T1 of the first piezoelectric ceramics is
is higher than the Curie temperature Tt of the second piezoelectric ceramics, and performing the first polarization treatment at a temperature between them,
If the second polarization treatment is performed at a temperature lower than the Curie temperature T2, only the first piezoelectric ceramic is polarized during the first polarization treatment, and the second piezoelectric ceramic is polarized only during the second polarization treatment. be done. Note that during the second polarization process, an electric field is also applied to the first piezoelectric ceramics, but since this electric field is lower than the first polarization electric field value E1 that can polarize the first piezoelectric ceramics, The polarization state obtained by the first polarization treatment is maintained well.

この場合に、第1の分極処理の際の電界を定める第1分
極電界値E+ は、厳密には第1圧電セラミツクスの分
極を略飽和状態とすることができる電界値であり、第2
の分極処理の際の電界を定める第1分極電界値E!は、
厳密には第2圧電セラミツクスの分極を飽和状態とする
ことができる電界値である。
In this case, the first polarization electric field value E+, which determines the electric field during the first polarization process, is strictly speaking an electric field value that can bring the polarization of the first piezoelectric ceramic into a substantially saturated state, and the second
The first polarization electric field value E! determines the electric field during the polarization process. teeth,
Strictly speaking, it is an electric field value that can bring the polarization of the second piezoelectric ceramic into a saturated state.

一方、第1および第2の分極処理をキュリー温度とは無
関係、すなわち焼成体を構成する全ての圧電セラミック
スのキュリー温度よりも低い温度で行った場合には、第
1の分極処理の際に第1圧電セラミツクスのみならず第
2圧電セラξツクスも分極されるが、この第2圧電セラ
ξツクスの分極電界値E2よりも高い電界で第2の分極
処理が行われるため、第2圧電セラミツクスはこの第2
の分極処理の際の分極方向に分極させられることとなる
。なお、第1圧電セラミツクスについては、前述したよ
うに第2の分極処理に拘らず第1の分極処理による分極
状態が維持される。
On the other hand, if the first and second polarization treatments are performed independently of the Curie temperature, that is, at a temperature lower than the Curie temperatures of all the piezoelectric ceramics constituting the fired body, the first polarization treatment Not only the first piezoelectric ceramic but also the second piezoelectric ceramic ξ is polarized, but since the second polarization treatment is performed with an electric field higher than the polarization electric field value E2 of the second piezoelectric ceramic ξ, the second piezoelectric ceramic This second
It will be polarized in the polarization direction during the polarization process. As for the first piezoelectric ceramic, as described above, the polarization state obtained by the first polarization treatment is maintained regardless of the second polarization treatment.

この場合に、第1の分極処理の際の電界を定める第1分
極電界値E+は、厳密には第1圧電セラミツクスの分極
を略飽和状態とすることができる電界値であり、第2の
分極処理の際の電界を定める第2分極電界値E2は、厳
密には一旦分極処理された第2圧電セラミツクスの分極
方向を変更できる電界値である。
In this case, the first polarization electric field value E+, which determines the electric field during the first polarization process, is strictly speaking an electric field value that can bring the polarization of the first piezoelectric ceramic into a substantially saturated state, and the second polarization Strictly speaking, the second polarization electric field value E2 that determines the electric field during the treatment is an electric field value that can change the polarization direction of the second piezoelectric ceramic that has been once polarized.

また、圧電セラミックス相を3つ以上有する複合圧電セ
ラミックス素子を製造する場合には、上記第2の分極処
理に続いて、第n分極電界値87以上で且つ第(n−1
)分極電界値Er1−1よりも低い電界で第3以後の分
極処理を順次行うことにより、分極方向がそれ等の分極
処理の際にそれぞれ任意に設定できる3つ以上の圧電セ
ラミックス相が形成される。
In addition, when manufacturing a composite piezoelectric ceramic element having three or more piezoelectric ceramic phases, following the second polarization treatment, the n-th polarization electric field value is 87 or more and the (n-1
) Three or more piezoelectric ceramic phases whose polarization directions can be arbitrarily set during each of these polarization treatments are formed by sequentially performing the third and subsequent polarization treatments at an electric field lower than the polarization electric field value Er1-1. Ru.

発明の効果 このように、本発明方法によれば、分極電界値が異なる
複数種類の圧電セラミックス材料を一体焼成した焼成体
に複数回の分極処理を行うだけで、分極方向が任意に設
定される複数の圧電セラミックス相を有する複合圧電セ
ラミックス素子が得られるため、予め分極処理された複
数の圧電セラミックスを接着剤等によって固着する場合
に比較して、その製造が簡略化され、製造コストが大幅
に低減されるとともに、複合圧電セラミックス素子の小
型化を図ることができる。また、各圧電セラミックス相
は一体焼戒によって一体化されているため、その接合強
度が高く、優れた耐久性が得られるのである。
Effects of the Invention As described above, according to the method of the present invention, the polarization direction can be arbitrarily set by simply performing polarization treatment multiple times on a fired body obtained by integrally firing multiple types of piezoelectric ceramic materials with different polarization electric field values. Since a composite piezoelectric ceramic element having multiple piezoelectric ceramic phases can be obtained, the manufacturing process is simplified and the manufacturing cost is significantly reduced compared to the case where multiple piezoelectric ceramics that have been polarized in advance are fixed together with an adhesive or the like. In addition, it is possible to reduce the size of the composite piezoelectric ceramic element. In addition, since each piezoelectric ceramic phase is integrated by a single firing method, the bonding strength is high and excellent durability can be obtained.

なお、本発明方法は、複数の圧電セラミックス相の分極
方向を任意に設定できるところから、その分極方向が同
一平面内で交差する複合圧電セラミックス素子だけでな
く、分極方向が互いに反対向きであったりねじれの位置
関係で交差したりする複合圧電セラミックス素子の製造
にも同様に適用され得る。
In addition, since the method of the present invention allows the polarization directions of multiple piezoelectric ceramic phases to be set arbitrarily, it is possible to use not only composite piezoelectric ceramic elements whose polarization directions intersect within the same plane, but also cases where the polarization directions are opposite to each other. The present invention can be similarly applied to the production of composite piezoelectric ceramic elements that intersect with each other in a twisted positional relationship.

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第1図は、本発明方法に従って製造された複合圧電セラ
ミックス素子の一例で、この複合圧電セラミックス素子
10は、田の字形状に構成された4つの圧電セラミック
ス12,14,16.18を備えている。対角線上に位
置する2つの圧電セラミックス12および16は、その
分極方向が図において→で示されているように右向きで
あるのに対し、他の2つの圧電セラミックス14および
18は、その分極方向が図において↑で示されているよ
うに上向きとされている。すなわち、本実施例では圧電
セラミックス12および16によって分極方向が右向き
のIつの圧電セラミックス相が構成されている一方、圧
電セラミックス14および18によって分極方向が上向
きの別の圧電セラミックス相が構成され、計2つの圧電
セラミックス相を一体的に備えているのである。このよ
うな複合圧電セラミックス素子10は、例えば各種の圧
電アクチエエータ等に利用され得る。
FIG. 1 shows an example of a composite piezoelectric ceramic element manufactured according to the method of the present invention. There is. The two piezoelectric ceramics 12 and 16 located diagonally have their polarization directions facing right, as indicated by → in the figure, whereas the other two piezoelectric ceramics 14 and 18 have their polarization directions facing right. In the figure, it is directed upward as indicated by ↑. That is, in this example, the piezoelectric ceramics 12 and 16 constitute one piezoelectric ceramic phase whose polarization direction is to the right, while the piezoelectric ceramics 14 and 18 constitute another piezoelectric ceramic phase whose polarization direction is upward. It is integrally equipped with two piezoelectric ceramic phases. Such a composite piezoelectric ceramic element 10 can be used, for example, in various piezoelectric actuators.

次に、かかる複合圧電セラミックス素子IOの製造方法
の一例を説明する。
Next, an example of a method for manufacturing such a composite piezoelectric ceramic element IO will be described.

先ず、1つの圧電セラミックス相を構成する圧電セラミ
ックス12.16のセラミックス材料20、および他の
圧電セラミックス相を構成する圧電セラミックス14.
18のセラミックス材料22を用意し、これ等を第2図
に示されているように、前記複合圧電セラミックス素子
10と同様な田の字形状に加熱圧着して一体化成形する
。セラミックス材料20および22は、何れもPZT系
等の強誘電性を有する圧電セラミックス材料であるが、
そのM或等により分極特性およびキュリー温度が互いに
相違するものが選択されている。セラミックス材料20
および22の分極特性は、第6図においてそれぞれ実線
および一点鎖線で示されており、セラミックス材料20
の分極を略飽和状態とすることができる分極電界値E、
は、セラミックス材料22の分極を略飽和状態とするこ
とができる分極電界値E2よりも充分に高い。また、セ
ラミックス材料20のキュリー温度T、はセラミックス
材料22のキュリー温度T!よりも高い。
First, the ceramic material 20 of piezoelectric ceramic 12.16 constitutes one piezoelectric ceramic phase, and the piezoelectric ceramic 14.16 constitutes another piezoelectric ceramic phase.
Eighteen ceramic materials 22 are prepared, and as shown in FIG. 2, they are integrally molded by heat-pressing into the same cross-section shape as the composite piezoelectric ceramic element 10. The ceramic materials 20 and 22 are both piezoelectric ceramic materials having ferroelectricity such as PZT type, but
Those having different polarization characteristics and Curie temperatures are selected depending on their M values. Ceramic materials 20
The polarization characteristics of ceramic material 20 and 22 are shown by solid lines and dashed-dot lines in FIG. 6, respectively.
A polarization electric field value E that can bring the polarization of
is sufficiently higher than the polarization electric field value E2 that can bring the polarization of the ceramic material 22 into a substantially saturated state. Moreover, the Curie temperature T of the ceramic material 20 is the Curie temperature T of the ceramic material 22! higher than

上記分極電界値El、EZは、それぞれ第1分極電界値
、第2分極電界値に相当する。
The polarization electric field values El and EZ correspond to a first polarization electric field value and a second polarization electric field value, respectively.

そして、このようなセラミックス材料20および22が
一体化成形された成形棒24を一体焼成することにより
、第3図に示されているように、前記複合圧電セラミッ
クス素子10と同様な構成の焼成体26が得られるが、
この段階では、各圧電セラミックス12,14.16.
18の自発分極の方向はランダムである。かかる焼成体
26は、その焼成時にセラミックス材料20と22との
境界で拡散反応が起こることにより一体化されているた
め、単相の圧電セラミックスに匹敵する強度を備えてお
り、各圧電セラミックス12,14゜16.18は極め
て高い結合強度で結合されている。
Then, by integrally firing the molded rod 24 in which the ceramic materials 20 and 22 are integrally molded, a fired body having the same structure as the composite piezoelectric ceramic element 10 is obtained, as shown in FIG. 26 is obtained, but
At this stage, each piezoelectric ceramic 12, 14, 16 .
The direction of spontaneous polarization of 18 is random. Since the fired body 26 is integrated by a diffusion reaction occurring at the boundary between the ceramic materials 20 and 22 during firing, it has strength comparable to single-phase piezoelectric ceramics, and each piezoelectric ceramic material 12, 14°16.18 are bonded with extremely high bonding strength.

次に、第4図に示されているように、上記焼成体26の
左右の両側面に一対の分極用電極28を形威し、シリコ
ンオイル等が満たされた図示しないオイルバス中におい
て、分極電源30により一対の分極用電極28間に電界
を印加する。この時のオイルバスの温度は、前記キュリ
ー温度T、とT2との間の温度であり、セラミックス材
料20にて構成された圧電セラミックス12および16
は未だ強誘電性を有するが、セラミックス材料22にて
構成された圧電セラミックス14および18は強誘電性
が消滅している。また、印加電界は前記分極電界値85
以上である。したがって、かかる分極処理においては、
強誘電性を有する圧電セラミックス12および工6のみ
が右向きに分極されることとなる。この工程が第1の分
極処理を行う工程である。
Next, as shown in FIG. 4, a pair of polarization electrodes 28 are formed on both left and right sides of the fired body 26, and polarization is performed in an oil bath (not shown) filled with silicone oil or the like. An electric field is applied between the pair of polarization electrodes 28 by a power source 30. The temperature of the oil bath at this time is between the Curie temperature T and T2, and the piezoelectric ceramics 12 and 16 made of the ceramic material 20 are
still has ferroelectricity, but piezoelectric ceramics 14 and 18 made of ceramic material 22 have lost their ferroelectricity. In addition, the applied electric field is the polarization electric field value of 85
That's all. Therefore, in such polarization treatment,
Only the piezoelectric ceramic 12 and the ceramic 6 having ferroelectricity are polarized to the right. This step is the step of performing the first polarization treatment.

続いて、上記分極用電極2日を取り外した後、第5図に
示されているように、焼成体26の上下の両側面に一対
の分極用電極32を形成し、上記第1の分極処理と同様
にオイルバス中において分極電源30により一対の分極
用電極32間に電界を印加する。この時のオイルバスの
温度は、前記キュリー温度T2よりも低い温度であり、
圧電セラもツクス12,14,16.18は何れも強誘
電性を有する状態に保持される。また、印加電界は、前
記分極電界値82以上で且つ前記分極電界値EIよりも
低い。したがって、かかる分極処理においては、分極電
界値がE2の圧電セラミックス14および18のみが上
向きに分極され、分極電界値がE、の圧電セラミックス
12および16は、前記第1の分極処理による分極状態
が維持される。なお、この場合の印加電界を定める分極
電界値EIは、厳密には一旦分極処理された圧電セラ柔
ツクス12,16の分極方向を変更できる電界値である
。この工程が第2の分極処理を行う工程である。
Subsequently, after removing the polarization electrodes 2, as shown in FIG. 5, a pair of polarization electrodes 32 are formed on both upper and lower sides of the fired body 26, and the first polarization treatment is performed. Similarly, an electric field is applied between a pair of polarization electrodes 32 by a polarization power source 30 in an oil bath. The temperature of the oil bath at this time is lower than the Curie temperature T2,
The piezoelectric ceramics 12, 14, 16.18 are all maintained in a ferroelectric state. Further, the applied electric field is greater than or equal to the polarization electric field value 82 and lower than the polarization electric field value EI. Therefore, in this polarization treatment, only the piezoelectric ceramics 14 and 18 whose polarization electric field value is E2 are polarized upward, and the piezoelectric ceramics 12 and 16 whose polarization electric field value is E are polarized in the polarization state due to the first polarization treatment. maintained. Incidentally, the polarization electric field value EI that determines the applied electric field in this case is, strictly speaking, an electric field value that can change the polarization direction of the piezoelectric ceramic soft 12, 16 once polarized. This step is the step of performing the second polarization treatment.

その後、上記分極用電極32を取り外すことにより、前
記複合圧電セラミックス素子10が得られる。
Thereafter, by removing the polarization electrode 32, the composite piezoelectric ceramic element 10 is obtained.

このように、本実施例においては、分極電界値およびキ
ュリー温度が異なる2種類のセラミックス材料20およ
び22を一体焼成した後、その焼成体26に2回の分極
処理を行うだけで、分極方向が直交する2つの圧電セラ
ミックス相、すなわち圧電セラミックス12および16
.14および18を有する複合圧電セラミックス素子1
0が製造されるのである。このため、予め分極処理され
た複数の圧電セラミックスを接着剤等によって固着する
場合に比較して、その製造が簡略化され、製造コストが
大幅に低減されるとともに、複合圧電セラミックス素子
10の小型化を図ることができるのである。また、各圧
電セラミックス12゜14.16.18は一体焼成によ
って一体化されているため、その接合強度が高く、優れ
た耐久性が得られるのである。
In this way, in this example, after the two types of ceramic materials 20 and 22 having different polarization electric field values and Curie temperatures are fired together, the polarization direction can be changed by simply subjecting the fired body 26 to two polarization treatments. Two orthogonal piezoceramic phases, namely piezoceramics 12 and 16
.. Composite piezoelectric ceramic element 1 having 14 and 18
0 is produced. Therefore, compared to the case where a plurality of piezoelectric ceramics that have been polarized in advance are fixed together using an adhesive or the like, the manufacturing process is simplified, the manufacturing cost is significantly reduced, and the composite piezoelectric ceramic element 10 is made smaller. It is possible to achieve this. Furthermore, since the piezoelectric ceramics 12, 14, 16, and 18 are integrated by integral firing, their bonding strength is high and excellent durability can be obtained.

なお、上述したのはあくまでも本発明の一具体例であり
、例えばキュリー温度T2よりも低い温度で前記第1の
分極処理を行うようにしても差支えないし、3つ以上の
圧電セラミックス相を有する複合圧電セラミックス素子
の製造に本発明を適用することも可能であるなど、本発
明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた
態様で実施することができる。
Note that the above is just one specific example of the present invention, and for example, the first polarization treatment may be performed at a temperature lower than the Curie temperature T2. The present invention can be implemented with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, such as that the present invention can be applied to the manufacture of piezoelectric ceramic elements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明方法に従って製造された複合圧電セラミ
ックス素子の一例を示す図である。第2図乃至第5図は
第1図の複合圧電セラミックス素子の製造過程を説明す
る図で、第2図は2種類の圧電セラミックス材料が一体
化戒形された成形棒であり、第3図はその成形棒を一体
焼成した焼成体であり、第4図はその焼成体に第1の分
極処理を行う工程であり、第5図はその焼成体に第2の
分極処理を行う工程である。第6図は2種類の圧電セラ
ミックス材料の分極特性を示す図である。 10:複合圧電セラミックス素子 12.16:圧電セラミックス (1つの圧電セラミックス相) 14.18:圧電セラミックス (別の圧電セラミックス相) 20.22:圧電セラミックス材料 26:焼成体
FIG. 1 is a diagram showing an example of a composite piezoelectric ceramic element manufactured according to the method of the present invention. 2 to 5 are diagrams explaining the manufacturing process of the composite piezoelectric ceramic element shown in FIG. is a fired body obtained by integrally firing the formed rod, FIG. 4 shows the step of subjecting the fired body to the first polarization treatment, and FIG. 5 shows the step of subjecting the fired body to the second polarization treatment. . FIG. 6 is a diagram showing the polarization characteristics of two types of piezoelectric ceramic materials. 10: Composite piezoelectric ceramic element 12.16: Piezoelectric ceramic (one piezoelectric ceramic phase) 14.18: Piezoelectric ceramic (another piezoelectric ceramic phase) 20.22: Piezoelectric ceramic material 26: Sintered body

Claims (1)

【特許請求の範囲】  分極方向が異なる複数の圧電セラミックス相を有する
複合圧電セラミックス素子の製造方法であって、 分極に必要な分極電界値が互いに異なる複数種類の圧電
セラミックス材料を前記複数の圧電セラミックス相の構
成材料として用意する工程と、前記複数種類の圧電セラ
ミックス材料を前記複合圧電セラミックス素子の構成に
応じて一体化成形した後一体焼成する工程と、 該一体焼成された焼成体に、該焼成体を構成する複数種
類の圧電セラミックスの各分極電界値のうち最も高い第
1分極電界値以上の電界で所定の方向へ第1の分極処理
を行う工程と、 該第1の分極処理が行われた前記焼成体に、前記分極電
界値が2番目に高い第2分極電界値以上で且つ前記第1
分極電界値よりも低い電界で所定の方向へ第2の分極処
理を行う工程と を有することを特徴とする複合圧電セラミックス素子の
製造方法。
[Scope of Claims] A method for manufacturing a composite piezoelectric ceramic element having a plurality of piezoelectric ceramic phases having different polarization directions, wherein a plurality of types of piezoelectric ceramic materials having different polarization electric field values necessary for polarization are used to form a plurality of piezoelectric ceramics. a step of preparing the plurality of types of piezoelectric ceramic materials as a constituent material of the phase; a step of integrally molding the plurality of types of piezoelectric ceramic materials according to the configuration of the composite piezoelectric ceramic element and then firing them together; performing a first polarization treatment in a predetermined direction with an electric field equal to or higher than the highest first polarization electric field value among the polarization electric field values of the plurality of types of piezoelectric ceramics constituting the body; and the first polarization treatment is performed. In the fired body, the polarization electric field value is equal to or higher than the second highest polarization electric field value and the first
A method for manufacturing a composite piezoelectric ceramic element, comprising the step of performing a second polarization treatment in a predetermined direction with an electric field lower than a polarization electric field value.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0511762A2 (en) * 1991-04-27 1992-11-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Piezoelectric sensor

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