JP2000133855A - Ceramic dielectric device and manufacture thereof - Google Patents

Ceramic dielectric device and manufacture thereof

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JP2000133855A
JP2000133855A JP11190440A JP19044099A JP2000133855A JP 2000133855 A JP2000133855 A JP 2000133855A JP 11190440 A JP11190440 A JP 11190440A JP 19044099 A JP19044099 A JP 19044099A JP 2000133855 A JP2000133855 A JP 2000133855A
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ceramic dielectric
layer
piezoelectric
substrate
synthesized
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Mari Wakabayashi
真理 若林
Masataka Araogi
正隆 新荻
Toshihiko Sakuhara
寿彦 作原
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a ceramic dielectric device in a manufacturing process and improved in characteristics by a method, wherein a layer that contains ceramic dielectric is formed on a substrate, and a piezoelectric layer is jointed to the substrate through the intermediary of the dielectric-containing layer. SOLUTION: A Pt film is formed on a substrate 3 of silicon or the like using a sputtering method to serve as a lower electrode, and then a ceramic dielectric-containing layer 1 is formed, where the ceramic dielectric is synthesized through a mixture process in which an ethylenediamine tetracetic acid complex solution is utilized. A piezoelectric material paste is applied onto the substrate 3, where the ceramic dielectric-containing layer 1 is formed and burned into a piezoelectric layer 2. Finally, an upper electrode 5 is formed on the surface of the piezoelectric layer 2 through vapor deposition method. With this setup, unwanted spurious vibrations are restrained from occurring, admittance characteristic is improved, and motor can be improved in efficiency and durability.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータ等
の、圧電アクチュエータに代表されるセラミックス誘電
体装置およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic dielectric device represented by a piezoelectric actuator such as an ultrasonic motor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックス誘電体装置の一つの有力な
応用製品である圧電アクチュエータをベースにして、従
来のセラミックス誘電体装置の振動部分の構成を説明す
る。近年、圧電アクチュエータは電磁型モータに代わる
新しいモータとして注目されている。圧電アクチュエー
タはその駆動に際して電磁ノイズを発生させず、またノ
イズの影響も受けない。さらに、圧電アクチュエータは
マイクロマシンに代表されるような、サブミリメートル
クラスの大きさの機器を作る技術として注目されてお
り、その駆動源として微小な圧電アクチュエータが求め
られている。
2. Description of the Related Art The configuration of a vibrating portion of a conventional ceramic dielectric device will be described based on a piezoelectric actuator which is one of the most promising products of the ceramic dielectric device. 2. Description of the Related Art In recent years, piezoelectric actuators have attracted attention as new motors replacing electromagnetic motors. The piezoelectric actuator does not generate electromagnetic noise when driven, and is not affected by the noise. Further, the piezoelectric actuator has been attracting attention as a technique for producing a sub-millimeter class device as typified by a micromachine, and a minute piezoelectric actuator is required as a driving source thereof.

【0003】このような圧電アクチュエータの例として
超音波モータがある。従来の超音波モータの振動部分の
拡大図を図10に示す。この超音波モータは、ステータ
13と移動体7(ロータ)より構成されている。さらに、
このステータ13には、一般にステンレス鋼や真ちゅう
などを用いた弾性材料性の振動体6と電極付き圧電体1
7より構成されており、この振動体6と圧電体15は接
着剤14により貼り合わされている。このような構成の
超音波モータでは、圧電体15に交流電圧が印加される
と、圧電効果によって生じた力が振動体6に伝播し、ス
テータ13に加圧接触している移動体7(ロータ)が駆動
することとなる。
An example of such a piezoelectric actuator is an ultrasonic motor. FIG. 10 is an enlarged view of a vibrating portion of a conventional ultrasonic motor. This ultrasonic motor includes a stator 13 and a moving body 7 (rotor). further,
The stator 13 includes a vibrating body 6 made of an elastic material generally using stainless steel or brass and a piezoelectric body 1 with electrodes.
The vibrating body 6 and the piezoelectric body 15 are bonded together with an adhesive 14. In the ultrasonic motor having such a configuration, when an AC voltage is applied to the piezoelectric body 15, the force generated by the piezoelectric effect propagates to the vibrating body 6 and the moving body 7 (rotor ) Will be driven.

【0004】この超音波モータの説明で代表されるよう
に、圧電アクチュエータの基本的構成は圧電体と弾性材
料を接着剤で貼り合わせた構造となっている。
As typified by the description of the ultrasonic motor, the basic structure of a piezoelectric actuator has a structure in which a piezoelectric body and an elastic material are bonded with an adhesive.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような構造、製造方法では、以下のような問題点があっ
た。すなわち、従来のように接着剤を使用した場合、圧
電体より発生した力が伝播する際に接着層で乱反射した
り吸収されてしまい、その結果として、振動部の電気的
および機械的な性能や信頼性を低下させてしまうだけで
なく、圧電体との接着界面における剥離現象も生じさせ
てしまうという不具合があった。この不具合は、微小構
造の駆動源として上記セラミックス誘電体装置の振動部
分を実現しようとした場合、その大きさがサブミリメー
トルクラスとなるために、相対的に接着層の影響が大き
くなる。
However, the conventional structure and manufacturing method have the following problems. That is, when an adhesive is used as in the past, the force generated from the piezoelectric body is irregularly reflected or absorbed by the adhesive layer when the force is propagated, and as a result, the electrical and mechanical performance and There is a problem that not only the reliability is lowered, but also a peeling phenomenon occurs at the bonding interface with the piezoelectric body. The problem is that when the vibrating portion of the ceramic dielectric device is to be realized as a driving source for a microstructure, the size of the vibrating portion is in the sub-millimeter class, so that the influence of the adhesive layer is relatively large.

【0006】このような問題が生じる本質的原因は、接
着層およびその境界面が力学的に不安定な点にある。こ
の問題を解決するために、振動体に圧電体を直接形成す
る方法が近年盛んに研究されてきた。圧電体を直接形成
する製造方法として、スパッタ法や、CVD法が代表的
な製法であるが、寸法の小さい素子を作成できるという
利点の反面、非常に工数がかかるという課題がある。ま
た、アクチュエータの駆動力を出力するためには、圧電
体層を数〜数十μmの厚みに形成する必要があるが、上
記に示す従来法では、数〜数十μmの厚さの膜を形成す
るのは困難であった。
The essential cause of such a problem is that the adhesive layer and its interface are mechanically unstable. In order to solve this problem, a method of directly forming a piezoelectric body on a vibrating body has been actively studied in recent years. As a manufacturing method for directly forming a piezoelectric body, a sputtering method or a CVD method is a typical manufacturing method. However, there is an advantage that an element having a small size can be manufactured, but there is a problem that it requires a great deal of man-hour. Further, in order to output the driving force of the actuator, it is necessary to form the piezoelectric layer to have a thickness of several to several tens of μm. However, in the above-described conventional method, a film having a thickness of several to several tens of μm is formed. It was difficult to form.

【0007】また、他の製造方法として、インクジェッ
トプリンタヘッドの圧電素子に広く用いられているスク
リーン印刷法がある。この製造方法は圧電体ペーストを
基板に塗布し、乾燥させ、さらに焼成することにより製
造する方法である。しかしながら、1000℃以上の高
温で焼成するため、基板と圧電体ペーストにかかる熱応
力の差により割れが発生したり、耐熱性基板を用いなけ
ればならないという制約がある。
As another manufacturing method, there is a screen printing method widely used for a piezoelectric element of an ink jet printer head. This manufacturing method is a method in which a piezoelectric paste is applied to a substrate, dried, and then fired to manufacture. However, since firing is performed at a high temperature of 1000 ° C. or more, there is a restriction that cracks occur due to a difference in thermal stress between the substrate and the piezoelectric paste, and a heat-resistant substrate must be used.

【0008】同じく圧電体を直接形成する製造方法とし
て水熱法が知られている。これはチタン酸ジルコン酸鉛
を主成分とする強誘電体セラミックス(以下、PZTと
称する)の強アルカリ性溶液をオートクレーブ中で反応
させ、チタン、あるいは酸化チタン基板の上にPZTを
形成するものである。ここではPZTを形成できる基板
がチタン、あるいはチタンを含む材料といったように限
定されてしまう。
[0008] Similarly, a hydrothermal method is known as a manufacturing method for directly forming a piezoelectric body. In this method, a ferroelectric ceramic solution containing lead zirconate titanate (PZT) as a main component is reacted in an autoclave to form PZT on a titanium or titanium oxide substrate. . Here, the substrate on which PZT can be formed is limited to titanium or a material containing titanium.

【0009】そこで、本発明は、これらの問題点を解決
して製造工程を簡略化できしかも特性の向上、安定した
セラミックス誘電体装置の製造方法および装置を提供す
ることを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method and apparatus for manufacturing a ceramic dielectric device in which the manufacturing process can be simplified, the characteristics are improved, and the ceramic dielectric device is stabilized.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の製造方法は、基板上に設けられたエチレン
ジアミン四酢酸(以下EDTAと称する)錯体含有溶液
の混合プロセスによって合成されたセラミックス誘電体
を含む層を形成する第1の工程と、誘電体を含む層を介
して基板と圧電体層を接合する第2の工程とを備えるこ
ととした。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, a manufacturing method of the present invention relates to a ceramic synthesized by a mixing process of a solution containing an ethylenediaminetetraacetic acid (hereinafter referred to as EDTA) complex provided on a substrate. A first step of forming a layer containing a dielectric and a second step of joining the substrate and the piezoelectric layer via the layer containing the dielectric are provided.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明によれば、振動体6上の所
定の位置に下部電極4を形成し、その上にEDTA錯体
含有溶液の混合プロセスによって合成されたセラミック
ス誘電体を含む層1が形成される。さらに、その上にP
ZT系の圧電体層2が形成され、その圧電体層2の上面
に上部電極5が形成されている。なお、基板3(振動体
6に相当する)が下部電極として機能する場合は、直接
基板3上にEDTA錯体含有溶液の混合プロセスによっ
て合成されたセラミックス誘電体を含む層1を設ける。
According to the present invention, a lower electrode 4 is formed at a predetermined position on a vibrating body 6, and a layer 1 containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution is formed thereon. Is formed. In addition, P
A ZT-based piezoelectric layer 2 is formed, and an upper electrode 5 is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 2. When the substrate 3 (corresponding to the vibrating body 6) functions as a lower electrode, a layer 1 containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution is provided directly on the substrate 3.

【0012】[0012]

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明のセラミックス誘電体装置の振動部分の製
造方法を図1、図2を用いて説明する。セラミックス誘
電体装置の振動部分の製造方法の工程を表す模式図を図
1に、製造工程のフローチャートを図2に示す。ここで
示された基板とは、セラミックス誘電体装置の振動体に
相当するものであるが、ここでは製造工程を簡便に説明
するために基板と称する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A method for manufacturing a vibrating portion of the ceramic dielectric device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the steps of a method of manufacturing a vibrating portion of a ceramic dielectric device, and FIG. 2 is a flowchart of the manufacturing steps. The substrate shown here corresponds to the vibrating body of the ceramic dielectric device, but is referred to as a substrate here in order to simplify the manufacturing process.

【0013】はじめに、基板の洗浄工程(工程A)によ
り洗浄された基板3の表面に蒸着法やスパッタ法によ
り、下部電極4を形成する(工程B)。具体的には、シ
リコンなどの基板上に下部電極4となるPt膜をスパッ
タ法を用いて約3000Å程度スパッタした。このスパ
ッタは、アルゴンの流量が120SCCM、RFパワー
が2kW、圧力が4mtorrの条件でおこなった。こ
こで、下部電極をPtから作成したのは、Ptが高温熱
処理によって変質しないためである。
First, a lower electrode 4 is formed on the surface of the substrate 3 cleaned in the substrate cleaning step (step A) by vapor deposition or sputtering (step B). Specifically, a Pt film serving as the lower electrode 4 was sputtered on a substrate of silicon or the like by about 3000 ° using a sputtering method. This sputtering was performed under the conditions of an argon flow rate of 120 SCCM, an RF power of 2 kW, and a pressure of 4 mtorr. Here, the reason why the lower electrode is made of Pt is that Pt is not deteriorated by high-temperature heat treatment.

【0014】次いで、 EDTA錯体含有溶液の混合プ
ロセスによって合成されたセラミックス誘電体を含む層
の形成工程を工程Cに示す。はじめに、チタン錯体のエ
タノール溶液、ならびにジルコン錯体のエタノール溶液
を既存の方法により合成する。鉛(II)を含有するエタ
ノール溶液は次のように合成した。酢酸鉛(II)三水和
物が溶解された80℃の熱水にEDTAを加えて反応さ
せ、冷却後の溶液を濃縮して白食塩を90%以上の高収
率で単離した。その塩をエタノール溶液中で2等量のジ
ブチルアミンと反応させてPZT系化合物の均一溶液を
得た。 2種類の前駆体溶液をPZT系圧電体セラミッ
クスが合成される比率(例えば、組成はモル比でPb:
Zr:Ti=100:53:47)で混合し、その混合
溶液を減圧濃縮した。得られた油状物質を180℃で加
熱して、黄褐色粉末を得た。その粉末を大気中400〜
700℃で30分焼成し、 EDTA錯体含有溶液の混
合プロセスによって合成されたセラミックス誘電体を含
む層1を形成した。
Next, the step of forming a layer containing a ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the EDTA complex-containing solution is shown in Step C. First, an ethanol solution of a titanium complex and an ethanol solution of a zircon complex are synthesized by an existing method. An ethanol solution containing lead (II) was synthesized as follows. EDTA was added to hot water at 80 ° C. in which lead (II) acetate trihydrate was dissolved to cause a reaction, and the cooled solution was concentrated to isolate white salt in a high yield of 90% or more. The salt was reacted with 2 equivalents of dibutylamine in an ethanol solution to obtain a homogeneous solution of the PZT compound. The two kinds of precursor solutions are mixed at a ratio at which PZT-based piezoelectric ceramics are synthesized (for example, the composition is a molar ratio of Pb:
Zr: Ti = 100: 53: 47), and the mixed solution was concentrated under reduced pressure. The resulting oil was heated at 180 ° C. to give a tan powder. 400 ~
The resultant was baked at 700 ° C. for 30 minutes to form a layer 1 containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution.

【0015】次いで、工程Dにおいて、このEDTA錯
体含有溶液の混合プロセスによって合成されたセラミッ
クス誘電体を含む層1を介した基板3と圧電体層2の接
合工程を示す。工程Dでは、EDTA錯体含有溶液の混
合プロセスによって合成されたセラミックス誘電体を含
む層1を形成した基板3上に接合するPZT系の圧電材
のペーストを塗布し、焼成する。
Next, in step D, a bonding step of the substrate 3 and the piezoelectric layer 2 via the layer 1 containing the ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the solution containing the EDTA complex will be described. In Step D, a paste of a PZT-based piezoelectric material to be bonded to the substrate 3 on which the layer 1 including the ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the EDTA complex-containing solution is formed is applied and baked.

【0016】圧電材は粒径1μm以下からなるセラミッ
クス誘電体の粉末原料にバインダとしてポリビニルアル
コール(以下PVAと称す)を約1%加え混練、脱泡し
圧電ペーストを調製して作成する。この圧電ペーストを
EDTA錯体含有溶液の混合プロセスによって合成され
たセラミックス誘電体を含む層1を形成した基板3に塗
布し、密着させ、これを500〜900℃で30分〜1
時間の条件で大気雰囲気中にて熱処理し接合することに
より圧電体層2を得た。この圧電体層2をX線解析した
ところ、ペロブスカイト型構造の結晶ピークが検出され
た。
The piezoelectric material is prepared by adding about 1% of polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA) as a binder to a ceramic dielectric powder material having a particle size of 1 μm or less, kneading and defoaming to prepare a piezoelectric paste. This piezoelectric paste is applied to and adhered to a substrate 3 on which a layer 1 including a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution has been formed, and is adhered at 500 to 900 ° C. for 30 minutes to 1 minute.
The piezoelectric layer 2 was obtained by performing heat treatment and bonding in an air atmosphere under the conditions of time. X-ray analysis of the piezoelectric layer 2 revealed a crystal peak having a perovskite structure.

【0017】最後に、上部電極形成工程(工程E)によ
り、この圧電体層2の表面に金電極(上部電極5)を蒸
着法で形成する。この物性を測定したところ、比誘電率
1200、電圧歪み定数110pC/Nとなる優れた特
性を示した。なお、実施例ではPZT圧電体の組成を純
粋な二成分系としたが、圧電特性を向上させるために、
例えば、マグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタ
ン酸鉛のような三成分系にしたり、また、耐電圧向上の
ために鉄、経時変化を小さくする目的でクロム、強度向
上のためにアンチモンのような添加物を加えても良い。
この場合、EDTA錯体含有溶液の組成を目的とする組
成に合わせて調製することにより対応することができ
る。
Finally, a gold electrode (upper electrode 5) is formed on the surface of the piezoelectric layer 2 by a vapor deposition method in an upper electrode forming step (step E). When the physical properties were measured, it showed excellent characteristics of a relative dielectric constant of 1200 and a voltage distortion constant of 110 pC / N. In the embodiment, the composition of the PZT piezoelectric body is a pure two-component system. However, in order to improve the piezoelectric characteristics,
For example, a three-component system such as lead magnesium niobate-lead zirconate-lead titanate, iron for improving the withstand voltage, chromium for reducing the change with time, and antimony for improving the strength. May be added.
In this case, it can be dealt with by preparing the composition of the EDTA complex-containing solution according to the desired composition.

【0018】このように形成されたセラミックス誘電体
装置の一つである超音波モータの基本構造の縦断面図を
図3に示す。EDTA錯体含有溶液の混合プロセスによ
って合成されたセラミックス誘電体を含む層1を介して
圧電体層2が設けられた振動体6は金属などからなる弾
性部材で作製されており、中心軸11に打ち込みなどに
より支持されている。さらに、この中心軸11を案内と
して組み込まれ、上方にある加圧ばね10により振動体
6に加圧接触するように配置されている。ここで2本の
リード線12に時間的位相がほぼ90°異なる信号を印
加することによって、圧電体層2と振動体6は屈曲運動
による機械的進行波を発生し、振動体6に加圧接触され
た移動体7が回転運動する構成である。実際に本発明に
よる振動体6を用いて径が4mmφの超音波モータを製
作した。振動体6の材質にはアルミニウム、またはSU
S304材を用いた。摩擦材8の材質はカーボンファイ
バを含有した複合プラスチックを用いた。NC旋盤によ
り丸棒原料を加工することで振動体6の形状は形成さ
れ、煽動面も切削加工で仕上げられている。
FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the basic structure of an ultrasonic motor which is one of the ceramic dielectric devices formed in this way. The vibrating body 6 provided with the piezoelectric layer 2 via the layer 1 containing the ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the EDTA complex-containing solution is made of an elastic member made of metal or the like. Supported by such. Further, the central shaft 11 is incorporated as a guide, and is arranged so as to be in pressure contact with the vibrating body 6 by the pressure spring 10 located above. Here, by applying signals to the two lead wires 12 that are different in time phase by approximately 90 °, the piezoelectric layer 2 and the vibrating body 6 generate a mechanical traveling wave due to the bending motion and pressurize the vibrating body 6. This is a configuration in which the moving body 7 that is in contact makes a rotational movement. An ultrasonic motor having a diameter of 4 mm was actually manufactured using the vibrator 6 according to the present invention. The material of the vibrating body 6 is aluminum or SU
S304 material was used. The material of the friction material 8 was a composite plastic containing carbon fiber. The shape of the vibrating body 6 is formed by processing the round bar raw material by the NC lathe, and the agitating surface is also finished by cutting.

【0019】図3に示した超音波モータの振動部分の構
成の概略断面を図4に示す。ステンレスでできた振動体
6(基板に相当する)上の所定の位置に下部電極5が形
成され、その上にEDTA錯体含有溶液の混合プロセス
によって合成されたセラミックス誘電体を含む層1が形
成されている。さらに、その上にPZT系の圧電体層2
を形成し、その圧電体層2の上面に上部電極5が形成さ
れている。なお、振動体6が下部電極5としても機能す
る場合は、振動体6上に直接EDTA錯体含有溶液の混
合プロセスによって合成されたセラミックス誘電体を含
む層1を設け、EDTA錯体含有溶液の混合プロセスに
よって合成されたセラミックス誘電体を含む層1上に圧
電体層2を形成する。
FIG. 4 shows a schematic cross section of the structure of the vibration part of the ultrasonic motor shown in FIG. A lower electrode 5 is formed at a predetermined position on a vibrator 6 (corresponding to a substrate) made of stainless steel, and a layer 1 containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution is formed thereon. ing. Further, a PZT-based piezoelectric layer 2
And an upper electrode 5 is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 2. When the vibrating body 6 also functions as the lower electrode 5, the layer 1 containing the ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the EDTA complex-containing solution is directly provided on the vibrating body 6, and the mixing process of the EDTA complex-containing solution is performed. The piezoelectric layer 2 is formed on the layer 1 containing the ceramic dielectric synthesized by the above.

【0020】このように構成された超音波モータの特性
を以下に示す。図5に従来の接着剤14による接合方法
によって構成された振動体を備えた超音波モータのアド
ミッタンス特性を示し、図6には振動体6と圧電体層2
との間にEDTA錯体含有溶液の混合プロセスによって
合成されたセラミックス誘電体を含む層1が設けられた
振動体を備えた本発明による超音波モータのアドミッタ
ンス特性を示す。ただし、図示したアドミッタンス特性
は移動体を取り外した状態、すなわち、振動体が上下方
向に対してフリーな状態で測定したものである。対象と
したモータ仕様の概略を以下の表1に示す。
The characteristics of the ultrasonic motor constructed as described above will be described below. FIG. 5 shows the admittance characteristics of an ultrasonic motor provided with a vibrator constituted by a conventional bonding method using an adhesive 14, and FIG. 6 shows the vibrator 6 and the piezoelectric layer 2.
7 shows admittance characteristics of an ultrasonic motor according to the present invention including a vibrator provided with a layer 1 containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of a solution containing an EDTA complex between the two. However, the admittance characteristics shown are measured with the moving body removed, that is, with the vibrating body free in the vertical direction. Table 1 below shows an outline of the target motor specifications.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】図5では、主共振点以外でのスプリアス振
動が見られるのに対して、図6では機械的Q値が高く、
主共振点以外でのスプリアス振動が見られない。これら
のアドミッタンス特性において、スプリアス振動は境界
面での力の乱反射に起因する現象であり、Q値は力が伝
播する際の減衰の度合いを示すものであるから、本発明
によるアクチュエータは従来型のアクチュエータと比較
して、大きく性能向上していることが判明する。
In FIG. 5, spurious vibrations other than the main resonance point are seen, whereas in FIG. 6, the mechanical Q value is high,
No spurious vibrations other than the main resonance point are observed. In these admittance characteristics, spurious vibration is a phenomenon caused by irregular reflection of force at a boundary surface, and the Q value indicates a degree of attenuation when a force propagates. Therefore, an actuator according to the present invention is a conventional type. It turns out that the performance is greatly improved as compared with the actuator.

【0023】図7は本発明にかかるEDTA錯体含有溶
液の混合プロセスによって合成されたセラミックス誘電
体を含む層を備えた進行性超音波モータの周波数−回転
数特性を示す図表である。駆動電圧は正弦波形で約6V
p-p 、振動体6への移動体7の加圧力は約10gfでの
特性である。本発明の構成によれば、回転周波数領域も
比較的広く、最大回転数も6000rpm以上と高速な
ことから、中速〜高速領域における超音波モータの適用
も可能であり、本発明の有効性を示すものである。
FIG. 7 is a table showing frequency-speed characteristics of a progressive ultrasonic motor having a layer containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution according to the present invention. Driving voltage is about 6V with sine waveform
pp, the pressure of the moving body 7 to the vibrating body 6 is about 10 gf. According to the configuration of the present invention, since the rotation frequency region is relatively wide and the maximum rotation speed is as high as 6000 rpm or more, it is possible to apply an ultrasonic motor in a medium speed to high speed region. It is shown.

【0024】つぎに、この超音波モータを駆動させた場
合のトルク性能、および耐久性を調査した。図8に超音
波モータのトルク性能を示す効率の測定結果を示し、図
9に耐久性についての測定結果を示す。図中の(a)は
本発明にかかるEDTA錯体含有溶液の混合プロセスに
よって合成されたセラミックス誘電体を含む層を設けた
振動部分を有する超音波モータの測定結果を表し、
(b)は従来例による振動部分を有する超音波モータの
測定結果を表している。これらの結果から明らかなよう
に、効率および耐久性ともに、本発明による振動部分の
構造を有する超音波モータは従来法に比べ明らかに優れ
ている。このように、EDTA錯体含有溶液の混合プロ
セスによって合成されたセラミックス誘電体を含む層を
介して振動体と圧電体を接合した振動部分を有する超音
波モータでは、性能および耐久性が向上すると言える。
Next, the torque performance and durability when this ultrasonic motor was driven were investigated. FIG. 8 shows the measurement results of the efficiency indicating the torque performance of the ultrasonic motor, and FIG. 9 shows the measurement results of the durability. (A) in the figure shows a measurement result of an ultrasonic motor having a vibrating portion provided with a layer including a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution according to the present invention,
(B) shows a measurement result of an ultrasonic motor having a vibrating portion according to a conventional example. As is apparent from these results, the ultrasonic motor having the structure of the vibrating portion according to the present invention is clearly superior to the conventional method in both efficiency and durability. As described above, it can be said that the performance and the durability are improved in the ultrasonic motor having the vibrating portion in which the vibrating body and the piezoelectric body are joined through the layer including the ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the solution containing the EDTA complex.

【0025】すなわち、本発明にかかるEDTA錯体含
有溶液の混合プロセスによって合成されたセラミックス
誘電体を含む層を設けた振動部分の構成によれば、径小
薄型な超音波モータにおいても高効率化が実現できるよ
うになると言える。なお、圧電振動子を利用した超音波
モータについては定在波方式と進行波方式が考えられる
が、本発明にかかる振動部分の構造はいずれの方式にお
いても利用することができる。
That is, according to the structure of the vibrating portion provided with the layer containing the ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the EDTA complex-containing solution according to the present invention, high efficiency can be achieved even in a small and thin ultrasonic motor. It can be said that it can be realized. It should be noted that a standing wave method and a traveling wave method can be considered for an ultrasonic motor using a piezoelectric vibrator, but the structure of the vibrating portion according to the present invention can be used in any method.

【0026】[0026]

【発明の効果】この発明によれば、基板上にEDTA錯
体含有溶液の混合プロセスによって合成されたセラミッ
クス誘電体を含む層を直接形成することができるので、
従来の接着剤を用いず、EDTA錯体含有溶液の混合プ
ロセスによって合成されたセラミックス誘電体を含む層
を介してバルクの圧電体と基板を接合することができ
る。
According to the present invention, a layer containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution can be directly formed on a substrate.
A bulk piezoelectric body and a substrate can be joined via a layer containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution without using a conventional adhesive.

【0027】本発明では、下部電極を形成した基板、あ
るいは下部電極として機能する基板にEDTA錯体含有
溶液の混合プロセスによって合成されたセラミックス誘
電体を含む層を形成したことにより、圧電体層と基板の
間に圧電特性を低下させる接着層をなくした。これによ
り、圧電体層より発生した力が接着層で乱反射したり、
吸収されることなく伝播し、不要なスプリアス振動が発
生せず、良好なアドミッタンス特性を示す。さらに、モ
ータの効率、および耐久性を向上させることができる。
特に、マイクロマシンのような微小構造の駆動源として
電気的および機械的性能を向上させ、信頼性を高めるこ
とができる。また、EDTA錯体含有溶液の混合プロセ
スによって合成されたセラミックス誘電体を含む層を用
いることにより、緻密な膜が構成されるだけでなく、基
板との密着性を良くし、さらに圧電体層との密着性をあ
げることが可能である。
According to the present invention, a piezoelectric layer and a substrate are formed by forming a layer containing a ceramic dielectric synthesized by a mixing process of an EDTA complex-containing solution on a substrate on which a lower electrode is formed or a substrate functioning as a lower electrode. During the process, the adhesive layer that degrades the piezoelectric characteristics was eliminated. As a result, the force generated from the piezoelectric layer is irregularly reflected by the adhesive layer,
It propagates without being absorbed, does not generate unnecessary spurious vibrations, and exhibits good admittance characteristics. Further, the efficiency and durability of the motor can be improved.
In particular, as a driving source of a microstructure such as a micromachine, electric and mechanical performance can be improved, and reliability can be improved. In addition, by using the layer containing the ceramic dielectric synthesized by the mixing process of the EDTA complex-containing solution, not only can a dense film be formed, but also the adhesion to the substrate can be improved, and furthermore, the piezoelectric layer can be used. It is possible to increase the adhesion.

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

【図1】本発明の実施例の製造工程を表す模式図。FIG. 1 is a schematic view illustrating a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の製造工程を示すフローチャー
ト図。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明のセラミックス誘電体装置である超音波
モータの縦断面図。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an ultrasonic motor which is a ceramic dielectric device of the present invention.

【図4】本発明によるセラミックス誘電体装置の振動部
分の構造を示す概略図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a structure of a vibrating portion of the ceramic dielectric device according to the present invention.

【図5】従来の超音波モータの特性を表す図表。FIG. 5 is a table showing characteristics of a conventional ultrasonic motor.

【図6】本発明に係る超音波モータの特性を表す図表。FIG. 6 is a table showing characteristics of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図7】本発明に係る超音波モータの周波数−回転特性
を表す図表。
FIG. 7 is a table showing frequency-rotation characteristics of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図8】本発明に係る超音波モータの効率を表す図表。FIG. 8 is a table showing the efficiency of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図9】本発明に係る超音波モータの耐久性を表す図
表。
FIG. 9 is a table showing the durability of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図10】従来の製造方法による振動部分の構造を示す
概略図。
FIG. 10 is a schematic view showing a structure of a vibrating portion according to a conventional manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 EDTA錯体含有溶液の混合プロセスによって合成
されたセラミックス誘電体を含む層 2 圧電体層 3 基板 4 下部電極 5 上部電極 6 振動体 7 移動体(ロータ) 8 摩擦材 9 固定台 10 加圧ばね 11 中心軸 12 リード線 13 ステータ 14 接着剤 15 圧電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Layer containing ceramic dielectric synthesized by mixing process of EDTA complex-containing solution 2 Piezoelectric layer 3 Substrate 4 Lower electrode 5 Upper electrode 6 Vibrating body 7 Moving body (rotor) 8 Friction material 9 Fixed base 10 Pressure spring 11 Central axis 12 Lead wire 13 Stator 14 Adhesive 15 Piezoelectric body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 作原 寿彦 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Toshihiko Sakuhara 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Instruments Inc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板にエチレンジアミン四酢酸錯体含有
溶液の混合プロセスによって合成されたセラミックス誘
電体を含む層を形成する第1の工程と、前記セラミック
ス誘電体を含む層を介して前記基板に圧電体層を接合す
る第2の工程と、を備えることを特徴とするセラミック
ス誘電体装置の製造方法。
A first step of forming a layer containing a ceramic dielectric synthesized on a substrate by a mixing process of a solution containing an ethylenediaminetetraacetic acid complex; and a step of forming a piezoelectric substance on the substrate via the layer containing the ceramic dielectric. And a second step of joining the layers. A method for manufacturing a ceramic dielectric device, comprising:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6673207B1 (en) * 2000-06-16 2004-01-06 Ein Kohsan Co., Ltd. Laminated photocatalytic pulp paper and process for making thereof

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