专利名称：极化装置和方法
技术领域：
本发明涉及在高温气体中极化压电材料的装置和方法。
背景技术：
这种极化装置的实例包括的一种类型是通过使压电材料的温度在恒温池(bath)内变为极化所需温度(即极化温度)来极化压电材料，另一种类型是通过利用热板将压电材料加热至所需的极化温度来极化压电材料。
在第一种类型中，由于使用了恒温池，所以压电材料的温度可以精确地变为极化温度。但是压电温度的上升速率缓慢，并且由于压电材料被放置在恒温池内而压电材料又是普通温度，所以达到极化温度需要经历一定的时间。因此极化压电材料经历较长的时间。
此外，由于经历较长的时间极化压电材料，所以为了减少极化许多压电材料的时间，需要一种可以同时放置许多压电材料的恒温池，从而增大了整个极化装置的体积。
在第二种类型中，由于利用高温热板加热压电材料，所以压电材料升温迅速，因此可以使压电材料达到极化温度附近所需的时间较短。但是与恒温池不同，通过控制热板温度来高精度地设定极化温度下压电材料的温度要经历一定的时间。
发明内容
本发明的一个目标是可以在较短的时间间隔内高精度地设定极化温度下的压电材料温度，并且可以控制多个压电材料。
本发明的另一目标是可以在不增加整个极化装置体积的前提下在较短的时间间隔内高精度地设定极化温度下的多个压电材料的温度。
根据下列描述其他目标将变得显而易见。
按照本发明的第一方面，提供了在高温气体下极化压电材料的极化装置。极化装置包含使压电材料升高至极化压电材料所需的温度的温度提升部分和恒温池，恒温池具有气体气氛并且包含使极化材料的温度保持在所需温度下对极化材料极化的极化部分。
按照本发明，由于压电材料在温度提升部分内温度被升高至极化所需温度，所以当压电材料被放置在恒温池内时，其温度被设定在恒温池内部温度附近。因此与普通温度下的压电材料放置在恒温池内的情况相比，压电材料达到所需温度所需的时间相当程度上被缩短了。
随后，由恒温池将压电材料温度高精度地设定在所需高温下。随着压电材料温度被高精度地设定在所需温度上，可以在恒温池内部的极化部分上完成压电材料的极化。因此可以在较短时间内高精度地极化压电材料。
在这种情况下，由于可以在较短的时间间隔内将压电材料温度设定在极化温度上，所以不再需要采用较大的恒温池来极化多个压电材料。因此可以防止极化装置体积增大。
在本发明第一方面的第一种形式中，恒温池进一步包含对极化部分极化后的压电材料进行老化操作的老化部分。当实现第一形式时，可以在老化部分对压电材料进行老化操作，因此与在普通温度下对压电材料进行老化操作相比，可以大大缩短完成老化操作的时间。因此该结构是比较好的。
当采用第一方面的结构或第一形式的结构时，可以实现第一方面的第二种形式，其中温度提升部分加热压电材料的两个表面。当实现第二种形式时，压电材料达到所需温度所需的时间可以进一步缩短。因此该结构是比较好的。
当采用第一方面的第二形式的结构时，可以实现第一方面的第三种形式，其中温度提升部分包括通过热辐射加热压电材料其中一个表面的辐射加热装置。当实现第三种形式时，不仅是压电材料其中一个表面而且其内部也可以快速和均匀地加热到高温，因此压电材料达到所需温度所需的时间可以进一步缩短。因此该结构是比较好的。
辐射加热装置可以利用近红外线、远红外线或热空气升高温度或者其他任何类型的辐射加热装置。
当采用第一方面的第二形式的结构时，可以实现第一方面的第四种形式，其中温度提升部分包括直接加热压电材料其他表面的装置。当实现第四种形式时，压电材料达到所需温度所需的时间可以进一步缩短。因此该结构是比较好的。
直接加热装置的例子包括热板和其他任何类型直接加热装置。
当采用第一方面的第一至第四形式的任何一种结构时，可以实现第一方面的第五种形式，其中极化装置进一步包括将压电材料从温度提升部分运送至恒温池的运送机构和控制运送机构运送的控制部分。控制部分执行运送操作以操作传送机构，因此压电材料可以从温度升高部分运送至恒温池。因此，压电材料上的操作，例如温度升高操作、恒温池下的恒温设定操作、极化操作和老化操作可以从外部精确设定或控制。因此该结构是比较好的。
当采用第一方面的第五形式的结构时，可以实现第一方面的第六种形式，其中控制部分控制由温度提升部分升高压电材料温度的时间、将压电材料温度设定在恒温池内恒温下的时间、极化部分极化压电材料的时间以及由老化部分完成老化操作的时间以根据时间控制操作控制运送机构的运送。当实现第六种形式时，压电材料的操作时间，例如温度提升部分的温度提升时间、恒温下的恒温设定时间、极化时间和老化操作时间可以精确设定。因此该结构是比较好的。
当采用第一方面的第六形式的结构时，可以实现第一方面的第七种形式，其中控制部分将每个时间控制为相同或基本相同。当由运送部分将压电材料运送至温度提升部分、恒温设定部分、极化部分以及老化部分时，压电材料以相同的时间间隔完成所需操作。因此更容易控制对压电材料的一系列极化操作或者以高精度制备均匀极化的压电材料，由此提高了产量。因此该结构是比较好的。
当采用第一方面的第五至第七任意一种形式的结构时，可以实现第一方面的第八种形式，其中当压电材料放置在运送夹上时由运送机构运送。当实现第八种形式时，压电材料的产量增加。
当采用第一方面的第八形式的结构时，可以实现第一方面的第九种形式，其中运送夹包括了压电材料可保持凹口和低壁上限定凹口的通过孔的托板，其中在温度提升部分提供的直接加热装置为热板，并且热板包含热传递凸起和热传递接触面，热传递凸起可以插入托板的通过孔并且通过该通过孔与保持在凹口内的压电材料的底面接触，并且热传递接触表面与托板底面接触。
在这种情况下，由于与热板接触面接触，所以托板被加热，因此压电材料在温度提升部分不会冷却，从而在温度提升部分精确地升高压电材料的温度。因此从能够高精度地允许极化操作的角度看这种结构是比较好的。
按照本发明的第二方面，提供了在高温气体下极化压电材料的方法。极化方法包含以下步骤使压电材料升高至极化压电材料所需的温度；将极化材料放入温度维持在所需温度下的气体气氛内进行极化。借助该方法，可以高精度地在较短时间内极化压电材料。
在高温气体内极化压电材料的方法可以进一步包含在同一气体气氛中对极化后的压电材料进行老化操作的步骤。借助这种方法，与压电材料在普通温度下进行老化操作相比，可以大大缩短老化操作时间。
附图简述
图1为按照本发明的极化装置实施例侧面结构的剖面图和包括在极化装置内的控制部分的电路框图。
图2A和2B为图1所示托板的透视图和侧面剖面图。
图3A和3B为图1所示极化装置温度提升部分内托板和热板的放大视图，图3A为温度提升操作之前的侧面剖面图而图3B为温度提升操作期间的侧面剖面图。
图4A和4B为图1所示极化装置恒温池内极化部分的放大视图，图4A为极化操作之前的侧面剖面图而图4B为极化操作期间的侧面剖面图。
图5为就压电材料温度而言各操作时间之间关系的曲线图。
实施发明的较佳方式以下借助附图描述本发明的实施例。
图1为按照本发明的极化装置实施例侧面结构的剖面图和极化装置内控制部分的电路框图。图2A和2B为图1所示托板的透视图和侧面剖面图。图3A和3B为图1所示极化装置温度提升部分内托板和热板的放大视图，图3A为温度提升操作之前的侧面剖面图而图3B为温度提升操作期间的侧面剖面图。图4A和4B为图1所示极化装置恒温池内极化部分的放大视图，图4A为极化操作之前的侧面剖面图而图4B为极化操作期间的侧面剖面图。图5为就压电材料温度而言各操作时间之间关系的曲线图。
在图1中，标号1表示整个极化装置。标号2表示极化装置主体，标号3表示温度提升部分，标号4表示恒温池，标号5表示运送机构，标号6表示控制部分，标号7表示托板，而包括8表示压电材料(例如参见图2B)。
温度提升部分3和恒温池4放置在极化装置的主体2上。运送机构5和控制部分6提供于极化装置的主体2内部。
虽然温度分布是大致的，但是温度提升部分3可以较快速度提升压电材料8的温度。恒温池4具有高度精确的气体温度分布。
虽然未画出，但是运送机构5的皮带串32面对的开口沿运送方向形成于极化装置主体2的顶面内。
压电材料8放置在托板7内并且沿传输机构5的运送路径从温度提升部分3运送至恒温池4。
在实施例中，被极化的压电材料8是具有电极形成于其两侧并且厚度为5-10mm的块。电场、温度和极化所需时间分别为1.1/kV/mm、203EC和400秒。但是这种压电材料8仅仅是一个例子，因此只要需要极化，可以采用任何其他类型的压电材料。
以下描述极化装置的操作。
放置在托板7上的压电材料8由运送机构5从温度提升部分3运送至恒温池。在运送过程中，压电材料8的温度由温度提升部分3迅速将其升高至目标控制温度，随后被放置在恒温池4内。接着，它们经过恒温设定操作从而使温度在控制温度下为常数。在通过完成恒温设定操作而稳定温度后，它们被极化。此后，在由于完成恒温设定操作而温度稳定时固定的压电材料经过老化操作。最后，压电材料8从恒温池4弹出，从而以高精度快速控制压电材料8的温度，从而可以缩短极化压电材料所需时间并且高精度进行极化控制操作。
以下详细描述本发明实施例整个极化装置1的结构。
温度提升部分3具有包含压电材料运送入口开口的腔体结构。温度提升部分3加热压电材料8以使温度从普通温度提升至完成极化所需的上述温度，例如203EC(控制温度)。为了加热放置在托板7上的压电材料8的两个表面，提供近红外线加热器10作为辐射加热装置来加热压电材料8的其中一个表面，并提供热板11作为直接加热压电材料8另一表面的装置。在温度提升部分3，可以通过同时加热压电材料8的两个表面迅速提升压电材料8的温度。由于近红外线加热器10与压电材料8不接触，所以可以减少对压电材料8的机械损伤。此外，无需作为热源的机械驱动器，这将缩小极化装置的尺寸。因此比较好的是采用具有这种结构的温度提升部分。
近红外线加热器10和热板11热产生的温度是高温，等于或大于控制温度。但是如下所述，压电材料8的温度被迅速升高至比控制温度稍高一些的温度。这里，近红外线加热器10向放置在相应托板7上的压电材料的表面提供辐射热量，从而不仅是压电材料8表面而且是内部都被加热。
参见图2A，作为运送夹的托板7为板状并且具有预设的厚度和从平面视图看为矩形。每个托板7包含多个排列成行的可容纳压电材料8的凹口12。过孔13形成于每个凹口12的低壁。
由于利用托板7运送压电材料8，所以可以防止压电材料8在运送时直接受到机械损坏。此外，与压电材料分开运送的情况相比，利用托板7的运送有利于更加简单和平稳地完成例如运送操作和停止操作并且提供更为可靠、优良的运送操作。因此比较好的是采用托板7。
参见图3A和3B，热板11包括多个插入托板7内对应凹口12的通过孔13内的热传递凸起14。每个热传递凸起14可以通过对应托板7的对应通过孔13与容纳在对应托板7的对应凹口12内的对应压电材料8的底面接触。热板11的表面为与托板7背面接触的热传递接触表面15。热板11还包括在其底部的上升和下降凸起16。
热板11的热传递凸起14与容纳在托板7的相应凹口12内的对应压电材料8的背面接触，以直接传递热量至和加热相应的压电材料8。热传递接触表面15可以通过与托板7的接触加热托板7。
热板11的向上和向下部分16连同圆柱体17构成向上和向下机构18。利用电机(未画出)，通过控制热板11进出圆柱体17使热板11向上和向下运动。
当热板11加热容纳在托板7凹口12内的压电材料8背面时，向上和向下机构18使热板11向上运动，因此热传递凸起14与压电材料8的背面接触。当运送托板7时，热传递凸起14向下运动，因此它们移出托板7相应的过孔13。
恒温池4沿运送压电材料8的方向放置在温度提升部分3附近，并且具有包含在吹入热气体之后保持在极化压电材料8所需温度(即上述控制温度)的气体气氛的腔体结构。在托板7-运送入口和托板7运送出口上分别提供开-关挡板19和20(参见图1)。未示出热气吹气结构。
在压电材料8运往的恒温池4内，各部分依次直在恒温池4内提供运送路径完成恒温设定操作的恒温设定部分21；完成极化的极化部分22；以及完成老化操作的老化部分23。这些部分完成对压电材料的操作，它们是把压电材料放置在托板7上并从温度提升部分3由运送机构5向恒温池4运送。
恒温设定部分21将运送机构5从温度提升部分3运送过来的压电材料8的温度设定为保持控制温度203EC不变。运送机构5在此处停留所需的时间间隔，例如400秒。放置在托板7上的压电材料8的温度已经被提升至略微高于温度提升部分3的控制温度。在停止期间，压电材料8的温度设定为恒定在控制温度上。
极化部分22包括一对由于与放置在压电材料8两个表面的压电电极接触而将电压施加在压电材料8上的上下电极24和25，压电材料8放置在已经由运送机构5从恒温设定部分21运送来的对应托板7上。上电极24施加高压，而下电极保持接地电势。
参见图4A和4B，上下电极24和25分别包括凸起24a和25a。上下电极24和25连同对应的圆柱体26和27分别构成向上和向下机构28和29。上下电极24和25可以因凸起24a和25a被电机(未画出)移入或移出圆柱体26和27而向上和向下移动。甚至在极化部分22，运送机构5的运送被停止所需的时间，例如400秒。
在向上电极24内形成多个电气导电电压施加插脚24b从而能向上和向下移动。在每个电压施加插脚24b的端部连接高压功率源，每个电压施加插脚24b的另一端提供的弹簧24c可以将压电材料8表面向下压在对应托板7上。
多个电气导电接地插脚25b被插入下电极25。每个接地插脚的侧端连接并接地至接地部分，并且提供每个接地插脚25b的另一端使得它可以因穿过对应托板7的对应凹口12的通过孔13而向上推相应压电材料8的底面。
在老化部分23对放置在托板7的每个压电材料8完成老化操作。甚至在该处，运送机构5的运送被停止所需的时间间隔，例如400秒。通过将老化部分23放置在恒温池4内部，可以均匀的温度完成对每个压电材料8的老化操作，从而无需将温度提升至老化操作所需的温度。因此可以在较短时间内完成老化操作。
通过将链条皮带32缠绕在轮子30与驱动轮31之间形成运送机构5。驱动轮30包括驱动链条皮带32并以所需速度驱动链条皮带32来运送托板7的电机装置。这里驱动轮30在温度提升部分3、恒温设定部分21、极化部分22和恒温池4内的老化部分23都停止驱动链条皮带例如400秒。
控制部分6包括微计算机、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入接口和输出接口。将控制部分6构造为控制温度提升部分3、恒温池4和运送机构5。在控制温度提升部分3中，将加热电压施加在近红外线加热器10和热板11上，并且控制热板11的向上和向下运动。在控制恒温池4中，控制热气体的吹入、设置在托板7运送入口和托板7运送出口的开-关挡板19和20以使开和关同步，并且控制施加电压和极化部分上下极化电极24和25的向上和向下运动。在控制运送机构5中，控制驱动轮30的驱动操作。
以下参照图5描述极化装置的操作。
控制部分6使近红外线加热器10和温度提升部分3的热板11通过施加加热电压操作，并且使热空气进入恒温池4并且将恒温池4内部的温度控制在例如203EC。
随后，控制部分6向传送机构5的驱动轮30发送控制信号并转动驱动轮30，从而移动链条皮带32。这使得链条皮带32上的每个托板7被送至温度提升部分3。
当托板7被送入温度提升部分3时，控制部分6停止驱动轮30例如400秒以停止托板7的传送。此外，控制部分6控制向上-向下机构18以向上移动热板11。这使得热板11相应的热传递凸起14插入相应托板7的相应凹口12的底壁的相应通过孔13内，并通过相应的托板7与相应的压电材料9背面接触。这样，在温度提升部分3内，由近红外线加热器10和热板11加热压电材料8的前表面和背面以使温度迅速升至略微高于203EC的控制温度。
压电材料8的温度已经上升时，控制部分6使恒温池4的开-关挡板19和20打开并且再次驱动驱动轮30，因此已经送入温度提升部分3的托板7由链条皮带32送入恒温池4。
当托板7到达恒温池4内的恒温设定部分21时，控制部分6停止驱动轮30例如400秒以停止托板7的传送，因此恒温设定部分21上的托板7上的压电材料8经历了恒温设定操作。这使得压电材料8的温度变恒定在控制温度上，例如203EC。
当完成恒温设定操作时，控制部分6开始再次驱动驱动轮30以使托板7到达极化部分22。在托板7到达极化部分22之前，控制部分6向极化部分22的上下极化电极24和25的向上-向下机构28和29发送控制信号以使上下极化电极24和25移出运送路径。当该托板7到达极化部分22时，控制部分6停止驱动轮30例如400秒以停止托板7的传送并且向向上-向下机构28和29发送控制信号以使上下极化电极24和25向传送路径降低。这使得相应极化电极24和25的插脚24b和25b由托板7固定的每个压电材料8两面上在极化部分22处与压电电极接触。在这种接触状态下，控制部分6通过高压功率源使高压施加在上下极化电极24和25上例如400秒。
在这种情况下，由下极化电极25将极化部分22托板7上的每个压电材料8向上略微抬起，因此脱离与托板7的接触。因此在极化期间，因从上极化电极24施加高压而产生朝向下极化电极25的沿面放电，但是不沿托板7产生，从而使这种结构是比较好的。托板7与链条皮带32接触，并且与接地侧连接，这不同于下极化电极25的接地，因为当向装置的接地产生沿面放电时装置可能成为有缺陷等。
当完成每个压电材料8的极化时，控制部分6开始驱动驱动轮30，使托板7到达老化部分23。随后，当托板7到达老化部分23时，控制部分停止驱动轮30例如400秒以停止托板7的传送，因此在老化部分23托板7上的每个压电材料完成老化操作。因此每个压电材料8在例如203EC控制温度下经历了例如400秒的老化操作。
在老化操作之后，控制部分6使得恒温池4的开-关挡板19和20打开以在老化操作脱离恒温池4之后在老化部分23使托板7放电。
这样，由于温度提升部分3将压电材料8的温度升高至极化所需温度，所以当它们放置在恒温池4内时，其温度已经达到恒温池4内部设定温度附近。因此与压电材料8于普通温度下放置在恒温池4内相比，压电材料达到所需温度所需时间相当程度缩短。
此后，由恒温池4以高精度将每个压电材料设定为所需的高温。随着压电材料8被以高精度设定在所需温度上，可以在恒温池4内的极化部分22上对每个压电材料8完成极化。因此可以高精度在短时间内完成压电材料8的极化。
控制部分6通过将以下时间控制为如图5所示例如都为400秒来控制运送机构5温度提升部分3将压电材料8升温所需的时间；将压电材料在恒温池4内的恒温设定部分21设定为恒温所需的时间；在极化部分22完成极化所需的时间；以及在老化部分23完成老化操作所需的时间。虽然温度提升部分8使温度在每个压电材料8前表面上升(以实线表示)，温度在内部也上升(用长短交替线表示)，并且温度在背面也上升(用点划线表示)，但是变化微小，而在极化操作期间它们基本是相同的，例如在恒温池4内部为203EC，从而可高精度地完成极化操作。
本发明并不局限于上述实施例，因此可以作出各种其他应用和修改。
(1)在上述实施例中，为了通过停止链条皮带23在预定位置(站点)的托板7完成400秒的相应操作(即在温度提升部分3、恒温设定部分21、极化部分22而恒温池4内的老化部分23完成操作)，各个站点是等距离分布。因此当其中一个托板7不在预设站点上而另一托板7位于预设站点上时，未到达相应站点的托板7可以被托板向上-向下机构(未画出)抬起以定位和固定在预设位置。
(2)在上述实施例中，链条皮带32被用作运送机构5。链条皮带32可以由金属或树脂构成。也可以采用链条皮带以外的运送机构。
按照本发明，由于压电材料由温度提升部分升高温度，因此当压电材料放入恒温池内时，其温度设定在恒温池内部温度附近。因此与压电材料以普通温度放入恒温池4相比，压电材料达到所需温度所需的时间在相当程度上减少。
随后，压电材料8的温度在恒温池4内以所需高温高精度地设定。当以高精度将压电材料设定在该温度上时，可以在同一恒温池内的极化部分上对压电材料完成极化。因此可以高精度地在短时间内进行压电材料的极化。
虽然借助实施例详细描述了本发明，但是在不偏离本发明范围的前提下各种变化对本领域内技术人员来说是显而易见的。因此上述文献作为参考包含在本文中。
权利要求
1.一种在高温气体下极化具有两个表面的压电材料的极化装置，其特征在于包含使压电材料升高至极化压电材料所需的温度的温度提升部分；以及具有保持在所需温度下的气体气氛的恒温池，该恒温池包含在压电材料温度保持在所需温度下时极化压电材料的极化部分。
2.如权利要求1所述的极化装置，其特征在于恒温池进一步包含对极化部分极化后的压电材料进行老化操作的老化部分。
3.如权利要求1所述的极化装置，其特征在于温度提升部分加热压电材料的两个表面。
4.如权利要求3所述的极化装置，其特征在于温度提升部分包括通过热辐射加热压电材料其中一个表面的辐射加热装置。
5.如权利要求3所述的极化装置，其特征在于温度提升部分包括直接加热压电材料其中一个表面的装置。
6.如权利要求1所述的极化装置，其特征在于进一步包括将压电材料从温度提升部分运送至恒温池的运送机构；以及控制运送机构运送的控制部分。
7.如权利要求6所述的极化装置，其特征在于控制部分控制选自由下列构成的一组时间由温度提升部分升高压电材料温度的时间；将压电材料温度设定在恒温池内恒温下的时间；极化部分极化压电材料的时间；以及完成老化操作的时间，其中恒温池进一步包含对已经由极化部分极化的压电材料完成老化处理的老化部分；以及它们的组合；其中控制部分根据时间控制操作依次控制运送机构的运送。
8.如权利要求7所述的极化装置，其特征在于控制部分将每个时间控制为基本相同。
9.如权利要求6所述的极化装置，其特征在于还包括接收电材料的运送夹，该运送夹由运送机构运送。
10.如权利要求9所述的极化装置，运送夹包含托板，托板包括低壁、可保持压电材料的凹口和低壁上限定凹口的通过孔；以及温度提升部分进一步包含包括热板的直接加热装置，热板包含热传递凸起和热传递接触面，热传递凸起插入托板的通过孔并且通过通过孔与凹口内的压电材料的底面接触，并且热传递接触表面可与托板底面接触。
11.一种在高温气体下极化压电材料的方法，其特征在于包含以下步骤使压电材料升高至极化压电材料所需的温度；以及将极化材料放入温度维持在所需温度下的气体气氛内进行极化。
12.如权利要求11所述的在高温气体内极化压电材料的方法，其特征在于进一步包含在同一气体气氛中对极化后的压电材料进行老化操作的步骤。
13.如权利要求1所述的极化装置，其特征在于进一步包括极化装置中的压电材料。
14.如权利要求5所述的极化装置，其特征在于直接加热装置包含热板，热板包括热传递凸起和热传递接触面。
全文摘要
为了在高温气体中极化压电材料,温度提升部分将压电材料的温度升高至极化压电材料所需的温度。恒温池具有保持所需温度的气氛,并且包含极化保持所需温度的压电材料的极化部分。当压电材料的温度由温度提升部分迅速升至极化压电材料所需的温度并且位于恒温池内时,压电材料的温度在恒温池内部设定温度附近,因此可以在较短时间内以高精度极化压电材料。
文档编号H02N2/00GK1357931SQ0114350
公开日2002年7月10日 申请日期2001年12月5日 优先权日2000年12月5日
发明者友廣宏 申请人:株式会社村田制作所