JP2002205013A - 複合型圧電振動部品とその製造方法 - Google Patents
複合型圧電振動部品とその製造方法Info
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Abstract
合剤を介して一体化させた構造であったため、接合層に
おいて振動の吸収・散乱等が生じ、設計どおりの振動特
性を得ることが困難であった。上記問題点を解決するこ
とを課題とする。 【解決手段】 電極を兼ねる金属膜を有する圧電部材
と、前記圧電部材上に堆積形成された弾性体層からなる
複合型圧電振動部品の構造とした。また、圧電部材上に
弾性体材料を堆積することにより弾性体層を形成する複
合型圧電振動部品の作製方法とした。
Description
種アクチュエータ等に用いられる複合型圧電振動部品の
構造およびその製造方法に関し、特に、ミリメートルま
たはサブミリメートルサイズの小型の複合型圧電振動部
品に関する。
と機械的運動エネルギーを相互変換するトランスデュー
サーであり、メカニカルフィルター、物理量センサー、
超音波発振子のほか、各種アクチュエータとしても応用
されている。特に、圧電部材と弾性部材の張りあわせか
らなる簡易構造であることから小型化が容易であり、近
年、小型機器内における駆動源としての応用が盛んにな
されている。実用例としては、腕時計に内蔵可能な超音
波モータ(直径4.5mm、厚さ0.3mm)などが製品化されて
いる。
造を示す。
品は、圧電部材41と弾性部材42との2つの部材を接合剤
43を介して張り合わせた構造になっている。
ら種々の加工法により任意形状に成形されたものが用い
られる。圧電部材は任意方向に分極されており、圧電部
材上には電圧を印加するための金属膜44が設けられてい
る。接合剤は主としてエポキシ樹脂等の各種有機材料が
用いられるほか、高温・高湿に対する耐久性を必要とす
る場合はハンダ等の各種無機材料が用いられる。
法の概略図を示す。
部材51および弾性部材52を作製する。次に作製した圧電
部材上に電極となる金属膜53を形成し、その後、任意方
向へ分極処理を行う。分極方向は設計に応じて、一方
向、あるいは複数方向に行う。最後に弾性部材と圧電部
材との間に接合剤54を設け、両部品の位置決め55を行
い、加圧・加熱等の処理56により接合剤を反応させ両部
品を一体化させる。
部材と圧電部材とを接合剤を介して一体化させた構造で
あったため、接合層において振動の吸収・散乱等が生
じ、設計どおりの振動特性を得ることが困難であった。
特にミリメートルあるいはサブミリメートルサイズの小
型の複合型圧電振動部品においては、接合剤の占める割
合が相対的に大きくなり、振動の吸収・散乱等の影響が
増大することから、設計どおりの振動特性を得ることは
極めて困難であった。
合型圧電振動部品の場合、各部品が微小であることから
その位置決め精度が低かったほか、接合剤の塗布量も微
量であることから塗布量にばらつきがあった。そのため
複合型圧電振動部品を複数作製した場合、振動特性のば
らつきが大きかった。
が小さくなるため、加圧・加熱等の処理による部品の変
形や破壊が問題となり、特に、圧電部材としては機械的
に脆弱なセラミックス材料が用いられるため、その発生
率が大きかった。そのため、小型の複合型圧電振動部品
の製造においては歩留まりが低かった。
扱い、組み立てる作製方法であったことから量産性が低
かった。
題を解決するため、複合型圧電振動部品の構造を、電極
を兼ねる金属膜を有する圧電部材と、前記圧電部材上に
堆積形成された弾性体膜からなる複合型圧電振動部品と
した。
圧電部材上に電極を兼ねる金属膜を形成し、前記金属膜
を設けた前記圧電部材を分極処理し、前記金属膜上に弾
性部材材料を堆積することによって弾性体膜を形成す
る、請求項1に記載の複合型圧電振動部品の製造方法と
した。
場合は、圧電材基板に電極を兼ねる金属膜を複数形成
し、前記圧電材基板の前記金属膜が形成された部分を分
極処理し、前記金属膜上に弾性部材材料を堆積すること
によって弾性体膜を形成し、作製された複合型圧電振動
部ごとに前記圧電材基板を分離する、請求項1または2
に記載の複合型圧電振動部品の製造方法とした。
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態により本
発明が限定されるものではない。 (実施の形態1)本発明における複合型圧電振動部品の
実施形態の一例を図1に示す。
を兼ねる金属膜11を有する圧電部材12上に、弾性材料を
堆積することにより形成した弾性体層13が直接設けられ
た構造となっている。すなわち、接合剤を介することな
く圧電部材と弾性部材とが一体化した構造となってい
る。
に接合剤が存在しないことから、接合層における振動の
吸収・散乱等が生じない。そのため、設計どおりの振動
特性を得ることができる。また、接合剤自体が存在しな
いため、小型化しても接合層の影響を受けることがな
い。そのため、より小型の複合型圧電振動部品において
も、設計どおりの振動特性を得ることができる。
の作製方法の実施形態の一例を説明する(工程概略図を
図2に示す)。
部材21を作製する。
ルコン酸鉛、チタン酸鉛、ニオブ酸鉛等のセラミックス
圧電材料を用いる。
ング等の機械加工法が用いられるほか、複雑形状の場合
はRIE(反応性イオンエッチング)等のプラズマエッチ
ング法を用いてもよい。また、焼成前のグリーンシート
時に成形しておいてもよい。
する。
用いられるが、基本的には圧電部材と後に堆積する弾性
体材料との両方に対して親和性の高い材料を選択する。
一種類の材料で前記要求を満たすことができない場合
は、金属膜を二種類以上の材料を用いて多層の金属膜に
してもよい。
タン、ジルコン、ハフニウム、タンタリウム、モリブデ
ン、タングステン、クロムなどがある。
目的とする振動特性によって選択されるものであるの
で、系統的に例示することはできないが、めっき法を用
いて弾性体層を形成する場合は、鉄、鉄合金、銅、銅合
金、錫、鉛、ニッケル、亜鉛、アルミニウム等を用いる
のが汎用的である。
または複数方向に施す。分極条件については一般に行わ
れている条件と同様であるので、ここでの説明は省略す
る。
層23の形成を行う。
性に応じて設定する。
法、めっき法等があるが、手法により堆積速度が大きく
異なるため、作製する複合型圧電振動部品のサイズに応
じてその手法を選択する。
圧電振動部品を作製する場合は、弾性体層の厚みとして
おおよそ数十〜数百μmの厚みが必要になることから堆
積速度の速いめっき法を用いる。また、それよりも小さ
いサイズの複合型圧電振動部品を作製する場合はスパッ
タ−法や蒸着法を用いる。
るため、数時間程度で数十〜数百μmの弾性体層を形成
することができる。
いて、数ミリサイズの複合型圧電振動部品を作製する方
法を例に、弾性体層の形成方法について詳細に説明す
る。
存在するため、弾性体材料の堆積形成の前に、それらを
十分に除去し清浄化する必要がある。この処理が十分で
ないと弾性体材料との密着性が低くなり、設計どおりの
振動特性を得ることができない。清浄化の方法は、金属
膜の材料により異なることから材料に応じて手法を選択
する。
ロム、ニッケルの二層金属膜を用いた場合は、金属膜の
最表面はニッケルとなるので、ニッケルの表面酸化膜を
除去する手法を選択する。具体的にはニッケル表面を30
%程度の塩酸に数十秒程度浸すことで、ニッケルの表面
酸化膜を除去することができる。
性体膜の堆積形成を行う。いずれの手法においても、電
流密度、濃度、温度、時間等を調整することで、任意の
厚みの弾性体膜を短時間で再現性よく作製することがで
きる。標準的なめっきの堆積速度は1μm/min程度であ
ることから、数ミリサイズの複合型圧電振動部品は数時
間で必要な厚み(数百μm程度)の弾性体層を形成する
ことができる。
用いてもよいが、特に電気めっきの場合は、通電可能な
金属膜上のみに選択的に弾性体層を形成されることにな
るので、金属膜の形成位置が弾性体層位置となる。金属
膜の形成位置はフォトリソグラフィー等の技術を用いる
ことで、その精度を高めることができる。
め設けられた金属膜上に弾性体層が堆積形成されるの
で、弾性体層の位置決めを高精度で実施することができ
る。その結果、量産時における振動特性のばらつきを低
減することができる。
性体層を形成できることから、各部品の変形や破壊が生
じない。そのため、小型の複合型圧電振動部品の歩留ま
りを大きく向上することができる。 (実施の形態2)本発明における複合型圧電振動部品の
製造方法の他の実施例として、本発明における複合型圧
電振動部品を複数同時に作製する方法について、以下に
説明する(工程概略図を図3に示す)。
形成する(一つの金属膜が最終的に一つの複合型圧電振
動部品37になる)。作製方法としては、実施の形態1と
同様、スパッタ法、蒸着法、活性金属法を用いるが、複
数を同時に作製するので、メタルマスクやフォトリソグ
ラフィー技術を併用して行う。
を行い、続いて弾性体層33の堆積形成を行う。作製方法
は実施の形態1と同様であるので、ここでの説明は省略
する。
振動部34ごとに圧電材基板を分離することで、同時に複
数の複合型圧電振動部品が作製される。
シング等の機械加工法を用いるほか、複雑形状の場合は
RIE(反応性イオンエッチング)等のプラズマエッチン
グを用いてもよい。
動部品は、同一圧電基板から作製されたものであるので
振動特性のばらつきが極めて小さい。また、従来のよう
に個々の部品を取り扱うことがなく、複合型圧電振動部
品を複数同時に作製することができることから量産性が
大幅に向上する。
よれば、電極を兼ねる金属膜63を有する圧電部材と、前
記圧電部材上に堆積形成された弾性体膜からなる複合型
圧電振動部品の構造にしたので、圧電材料と弾性体層の
間に接合剤が存在せず、接合層における振動の吸収・散
乱等が発生しない。そのため、設計どおりの振動特性を
得ることができる。また、接合剤自体が存在しないた
め、小型化しても接合層の影響を受けることがない。そ
のため、さらに小型の複合型圧電振動部品においても設
計どおりの振動特性を得ることができる。
電部材上に電極を兼ねる金属膜63を形成し、前記金属膜
63を設けた前記圧電部材を分極処理し、前記金属膜63を
有する分極処理がなされた圧電部材上に弾性体膜を堆積
形成する複合型圧電振動部品の製造方法としたので、高
精度の位置決めで弾性体層を設けることができる。その
結果、量産時における振動特性のばらつきを低減するこ
とができる。また、圧電部材に負荷がかかることなく弾
性体層を形成できることから、各部品の変形や破壊が生
じない。そのため、小型の複合型圧電振動部品の歩留ま
りを大きく向上することができる。
電材基板に電極を兼ねる金属膜を複数形成し、前記圧電
材基板の前記金属膜が形成された部分を分極処理し、前
記金属膜上に弾性体材料を堆積することによって弾性体
層を形成し、作製された複合型圧電振動部ごとに前記圧
電材基板を分離する、請求項1、2に記載の複合型圧電
振動部品の製造方法としたので、振動特性のばらつきが
極めて小さいほか、従来のように個々の部品を取り扱う
ことがなく、複合型圧電振動部品を複数同時に作製する
ことができることから量産性が大幅に向上する。
部品の構造図。
概略図。
概略図(量産方法)。
略図。
Claims (3)
- 【請求項1】 電極を兼ねる金属膜を有する圧電部材
と、前記圧電部材上に堆積形成された弾性体層からなる
複合型圧電振動部品。 - 【請求項2】圧電部材上に電極を兼ねる金属膜を形成
し、前記金属膜を設けた前記圧電部材を分極処理し、前
記金属膜上に弾性体材料を堆積することによって弾性体
層を形成する、請求項1に記載の複合型圧電振動部品の
製造方法。 - 【請求項3】圧電材基板に電極を兼ねる金属膜を複数形
成し、前記圧電材基板の前記金属膜が形成された部分を
分極処理し、前記金属膜上に弾性体材料を堆積すること
によって弾性体層を形成し、作製された複合型圧電振動
部ごとに前記圧電材基板を分離する、請求項1または2
に記載の複合型圧電振動部品の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001004065A JP2002205013A (ja) | 2001-01-11 | 2001-01-11 | 複合型圧電振動部品とその製造方法 |
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JP2001004065A JP2002205013A (ja) | 2001-01-11 | 2001-01-11 | 複合型圧電振動部品とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002205013A true JP2002205013A (ja) | 2002-07-23 |
Family
ID=18872300
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001004065A Pending JP2002205013A (ja) | 2001-01-11 | 2001-01-11 | 複合型圧電振動部品とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002205013A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106058040A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-10-26 | 河北奥索电子科技有限公司 | 一种压电复合材料制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07284198A (ja) * | 1994-04-06 | 1995-10-27 | Yoshiro Tomikawa | 音響振動制御材料及びこれを用いた圧電振動子 |
JPH10206456A (ja) * | 1997-01-21 | 1998-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 加速度センサ及びその製造法 |
-
2001
- 2001-01-11 JP JP2001004065A patent/JP2002205013A/ja active Pending
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CN106058040A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-10-26 | 河北奥索电子科技有限公司 | 一种压电复合材料制备方法 |
CN106058040B (zh) * | 2016-07-01 | 2018-12-07 | 河北奥索电子科技有限公司 | 一种压电复合材料制备方法 |
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