JP2005150384A - Process for producing composite piezoelectric material - Google Patents

Process for producing composite piezoelectric material Download PDF

Info

Publication number
JP2005150384A
JP2005150384A JP2003385602A JP2003385602A JP2005150384A JP 2005150384 A JP2005150384 A JP 2005150384A JP 2003385602 A JP2003385602 A JP 2003385602A JP 2003385602 A JP2003385602 A JP 2003385602A JP 2005150384 A JP2005150384 A JP 2005150384A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mold
resin
resin mold
forming
piezoelectric material
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.)
Withdrawn
Application number
JP2003385602A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Nakamae
一男 仲前
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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 Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2003385602A priority Critical patent/JP2005150384A/en
Publication of JP2005150384A publication Critical patent/JP2005150384A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for producing a composite piezoelectric material at a low production cost. <P>SOLUTION: In a first embodiment, the process for producing a composite piezoelectric material having piezoelectric ceramics comprises a step for forming a first resin die by means of a laser beam, a step for plating the first resin die with a layer of metallic material to form a molding die, a step for forming a second resin die by means of the molding die, and a step for filling the second resin die with ceramics slurry to form a fine piezoelectric ceramics structure. In a second embodiment, the process for producing a composite piezoelectric material comprises a step for forming a resin die by means of a laser beam, and a step for filling the resin die with ceramics slurry to form a fine piezoelectric ceramics structure. A multistage phase diffraction optical component is preferably employed for irradiation with a laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波診断または非破壊検査などに使用される複合圧電材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a composite piezoelectric material used for ultrasonic diagnosis or nondestructive inspection.

複合圧電材料は、たとえば、図7に示すように、圧電セラミックスからなる微細な柱状体であるロッド71aが、樹脂71b内に埋め込まれた構造を有する。ロッドの大きさは、柱状体を長手方向に垂直な平面で切断するときの断面の最大径(断面が円形の場合には、直径を指す。)は、典型的には20μm〜50μmであり、長手方向の長さは、たとえば40μm〜350μmである。このようなロッド71aが、樹脂71b内に通常、500個/mm〜700個/mm配列している。複合圧電材料71は、超音波診断装置などの受信用または発振用素子に用いられる。 For example, as shown in FIG. 7, the composite piezoelectric material has a structure in which rods 71a, which are fine columnar bodies made of piezoelectric ceramics, are embedded in a resin 71b. The size of the rod is typically 20 μm to 50 μm in the maximum diameter of the cross section when the columnar body is cut by a plane perpendicular to the longitudinal direction (in the case of a circular cross section, the diameter is indicated). The length in the longitudinal direction is, for example, 40 μm to 350 μm. Such rods 71a are normally arranged in the resin 71b at 500 / mm 2 to 700 / mm 2 . The composite piezoelectric material 71 is used for receiving or oscillating elements such as an ultrasonic diagnostic apparatus.

複合圧電材料の製造方法の1例を図8に示す(特許文献1参照)。まず、図8(a)に示すように、導電性基板81に、X線に感度のあるレジスト82を塗布する。つぎに、たとえば、支持膜に窒化シリコンを用い、タングステンを吸収体パターンとするマスク83を介して、シンクロトロン放射光(以下、「SR光」という。)を照射し、リソグラフィを行なう。その後、現像して、図8(b)に示すようなレジスト構造体84を得る。   An example of a method for producing a composite piezoelectric material is shown in FIG. 8 (see Patent Document 1). First, as shown in FIG. 8A, a resist 82 sensitive to X-rays is applied to a conductive substrate 81. Next, for example, silicon nitride is used for the support film, and synchrotron radiation (hereinafter referred to as “SR light”) is irradiated through a mask 83 having tungsten as an absorber pattern to perform lithography. Thereafter, development is performed to obtain a resist structure 84 as shown in FIG.

つぎに、図8(c)に示すように、レジスト構造体84にニッケルメッキを施し、その後、レジスト構造体84を除去し、金型85を得る。つづいて、図8(d)に示すように、金型85を用いて樹脂モールドを行ない、樹脂型86を形成する。基板として板状のレジストあるいはアクリル板を用い、その上にレジストを塗布し、SR光を用いてリソグラフィを行ない、現像し、同様の樹脂型を得ることもできる。   Next, as shown in FIG. 8C, the resist structure 84 is subjected to nickel plating, and then the resist structure 84 is removed to obtain a mold 85. Subsequently, as shown in FIG. 8D, resin mold is performed using a mold 85 to form a resin mold 86. It is also possible to use a plate-like resist or acrylic plate as a substrate, apply a resist thereon, perform lithography using SR light, and develop to obtain a similar resin mold.

つぎに、金型85を除き、図8(e)に示すように、樹脂型86にセラミックススラリ87を充填し、乾燥させて固化させる。その後、樹脂型86を熱により焼き飛ばし、セラミックスのみの構造としてから、焼成し、図8(f)に示すような微細セラミックス構造体88を得、最後に、樹脂89を充填すると、図8(g)に示すような複合圧電材料が得られる。   Next, except for the metal mold 85, as shown in FIG. 8E, the resin mold 86 is filled with a ceramic slurry 87 and dried to solidify. Thereafter, the resin mold 86 is burned off by heat to form a ceramic-only structure, and then fired to obtain a fine ceramic structure 88 as shown in FIG. 8F. Finally, when the resin 89 is filled, FIG. A composite piezoelectric material as shown in g) is obtained.

このような金型85により樹脂モールドを行なう方法とは別に、レジスト82の形成とSR光によるリソグラフィ(図8(a))、現像による樹脂型84の形成(図8(b))後、樹脂型84にセラミックススラリを充填し、乾燥、固化した後、樹脂型を除去し、焼成し、最後に、樹脂を充填する方法によっても、同様な複合圧電材料を得ることができる。
特開平8−97483号公報
Apart from such a method of performing resin molding with the metal mold 85, after forming the resist 82, lithography with SR light (FIG. 8A), and formation of the resin mold 84 with development (FIG. 8B), the resin A similar composite piezoelectric material can also be obtained by filling the mold 84 with a ceramic slurry, drying and solidifying it, removing the resin mold, firing, and finally filling the resin.
JP-A-8-97483

しかし、SR光を用いる上述の製造方法は、いずれもSR光の照射コストが高いため、得られる複合圧電材料の製造コストが高い。   However, the above-described manufacturing methods using SR light all have high SR light irradiation costs, and thus the manufacturing cost of the resulting composite piezoelectric material is high.

本発明は、圧電セラミックスを有する複合圧電材料の製造方法の発明であり、
第1の局面は、
レーザ光により第1の樹脂型を形成する工程と、
第1の樹脂型に金属材料からなる層をメッキして金型を形成する工程と、
金型により第2の樹脂型を形成する工程と、
第2の樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする。
The present invention is an invention of a method for producing a composite piezoelectric material having piezoelectric ceramics,
The first aspect is
Forming a first resin mold with laser light;
Plating a layer made of a metal material on the first resin mold to form a mold;
Forming a second resin mold with a mold;
And a step of filling the second resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure.

本発明の第2の局面は、
レーザ光により樹脂型を形成する工程と、
樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする。レーザ光は、多段階位相回折型光学部品を用いて照射する態様が好ましい。
The second aspect of the present invention is
Forming a resin mold with laser light;
And a step of filling a resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure. An embodiment in which the laser light is irradiated using a multistage phase diffraction optical component is preferable.

本発明の第3の局面は、
マイクロドリルにより第1の樹脂型を形成する工程と、
第1の樹脂型に金属材料からなる層をメッキして金型を形成する工程と、
金型により第2の樹脂型を形成する工程と、
第2の樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする。
The third aspect of the present invention is:
Forming a first resin mold with a micro drill;
Plating a layer made of a metal material on the first resin mold to form a mold;
Forming a second resin mold with a mold;
And a step of filling the second resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure.

本発明の第4の局面は、
マイクロドリルにより樹脂型を形成する工程と、
樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする。
The fourth aspect of the present invention is
Forming a resin mold with a micro drill; and
And a step of filling a resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure.

本発明の第5の局面は、
放電加工により金型を形成する工程と、
金型により樹脂型を形成する工程と、
樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする。
The fifth aspect of the present invention is:
Forming a mold by electric discharge machining;
Forming a resin mold with a mold;
And a step of filling a resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure.

本発明によれば、製造コストの安い複合圧電材料を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the composite piezoelectric material with a low manufacturing cost can be provided.

本発明の複合圧電材料の製造方法に係る第1の実施の形態は、レーザ光により第1の樹脂型を形成する工程と、第1の樹脂型に金属材料からなる層をメッキして金型を形成する工程と、金型により第2の樹脂型を形成する工程と、第2の樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程とを備えることを特徴とする。SR光を使用するリソグラフィにより樹脂型を形成すると、SR光の照射コストが高いため、複合圧電材料の製造コストが高くなる。本発明の第1の実施の形態では、SR装置より安価なレーザ装置を使用して樹脂型を形成するため、複合圧電材料の製造コストを低減することができる。また、金型を形成し、金型を繰り返し使用することにより、第2の樹脂型の大量生産が可能なため、レーザのランニングコストを低減することができる。   The first embodiment of the method for manufacturing a composite piezoelectric material according to the present invention includes a step of forming a first resin mold by laser light, and a metal mold is formed by plating the first resin mold with a layer made of a metal material. , Forming a second resin mold with a mold, and filling the second resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure. When the resin mold is formed by lithography using SR light, the SR light irradiation cost is high, and thus the manufacturing cost of the composite piezoelectric material is increased. In the first embodiment of the present invention, since the resin mold is formed using a laser device that is less expensive than the SR device, the manufacturing cost of the composite piezoelectric material can be reduced. Further, by forming the mold and repeatedly using the mold, the second resin mold can be mass-produced, so that the laser running cost can be reduced.

本発明の製造方法の第1の実施の形態を、図1に示す。まず、図1(a)に示すように、導電性基板11の上に樹脂層12を形成する。導電性基板は、銅、ニッケル、ステンレス(SUS)などからなる金属製の基板、または、チタン、クロムなどの金属をスパッタ蒸着したシリコン基板などである。樹脂層を形成する材料は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)などのポリメタクリル酸エステルなどである。樹脂層の厚さは、形成する圧電性の柱状体の高さを考慮して、たとえば10μm〜500μmとする。   A first embodiment of the manufacturing method of the present invention is shown in FIG. First, as shown in FIG. 1A, the resin layer 12 is formed on the conductive substrate 11. The conductive substrate is a metal substrate made of copper, nickel, stainless steel (SUS) or the like, or a silicon substrate on which a metal such as titanium or chromium is sputter-deposited. The material for forming the resin layer is polymethacrylate such as polymethyl methacrylate (PMMA). The thickness of the resin layer is, for example, 10 μm to 500 μm in consideration of the height of the piezoelectric columnar body to be formed.

つぎに、図1(b)に示すように、樹脂層12にレーザ光Lを照射し、第1の樹脂型12aを形成する。導電性基板11と樹脂層12とのアブレーションにおける閾値の相違を利用して、樹脂層12のみを加熱し、蒸散させて、第2の樹脂型12aを形成することができる。たとえば、導電性基板11と樹脂層12のそれぞれの閾値の中間の値にレーザ光を設定し、導電性基板に影響を与えることなく、樹脂層のみを蒸散させることができる。   Next, as shown in FIG.1 (b), the resin layer 12 is irradiated with the laser beam L, and the 1st resin type | mold 12a is formed. By utilizing the difference in threshold value in the ablation between the conductive substrate 11 and the resin layer 12, only the resin layer 12 is heated and evaporated to form the second resin mold 12a. For example, the laser light can be set to an intermediate value between the threshold values of the conductive substrate 11 and the resin layer 12, and only the resin layer can be evaporated without affecting the conductive substrate.

レーザは、炭酸ガスレーザ、YAGレーザまたはエキシマレーザなどを使用することができるが、高出力化が容易であり、小径、高速、高精度の穴開けが可能な点で、炭酸ガスレーザが好適である。レーザ光照射機構の例を図6に示す。図6に示す例では、入射するレーザ光Lは、多段階位相回折型光学部品( Multilevel Phase Diffractive Optical Elements )(以下、「DOE」という。)63により複数のビームに分岐され、テレセントリックレンズ64により集光されて、基板61上の樹脂層62に照射される。   As the laser, a carbon dioxide laser, a YAG laser, an excimer laser, or the like can be used. However, a carbon dioxide laser is preferable because it is easy to increase the output and can make a small-diameter, high-speed and high-precision drilling. An example of the laser beam irradiation mechanism is shown in FIG. In the example shown in FIG. 6, the incident laser light L is branched into a plurality of beams by a multilevel phase diffractive optical element (hereinafter referred to as “DOE”) 63, and is reflected by a telecentric lens 64. The condensed light is applied to the resin layer 62 on the substrate 61.

DOEは、ZnSeなどからなる光学部品であり、表面にμmオーダの微細な凹凸パターンを有し、入射する光の位相を変えることにより、ビームの分岐、形状の変換、強度の均一化などの機能を発揮する。DOEを使用することにより、基板上の樹脂層の目標とする位置に、同時に多点照射が可能となり、レーザの加工コストを低減できる。   DOE is an optical component made of ZnSe, etc., has a fine concavo-convex pattern of μm order on the surface, and functions such as beam branching, shape conversion, and uniform intensity by changing the phase of incident light Demonstrate. By using DOE, multipoint irradiation can be performed simultaneously on the target position of the resin layer on the substrate, and the laser processing cost can be reduced.

つづいて、図1(c)に示すように、第1の樹脂型12a上に、金属材料からなる層をメッキして金型13を形成する。導電性基板11をめっき電極として容易に金属層を堆積することができる。金属材料は、たとえば、ニッケル、銅、金およびそれらの合金などである。つぎに、ウェットエッチングなどにより基板11を除去し、ウェットエッチングまたはプラズマエッチングにより第1の樹脂型12aを除去し、図1(d)に示すような金型13を得る。金型13には、第1の樹脂型12aの形状が転写されている。   Subsequently, as shown in FIG. 1C, a metal mold 13 is formed by plating a layer made of a metal material on the first resin mold 12a. A metal layer can be easily deposited using the conductive substrate 11 as a plating electrode. Examples of the metal material include nickel, copper, gold, and alloys thereof. Next, the substrate 11 is removed by wet etching or the like, and the first resin mold 12a is removed by wet etching or plasma etching to obtain a mold 13 as shown in FIG. The shape of the first resin mold 12 a is transferred to the mold 13.

つづいて、図1(e)に示すように、金型13を用いて、モールドにより第2の樹脂型14を形成する。たとえば、金型13を用いて、プレスまたは射出成形などを行ない、第2の樹脂型14を形成する。または、シロップ状の樹脂液を注入した後、硬化し、第2の樹脂型14を形成する。これらのモールドは、樹脂型の大量生産が容易である点で、プレスまたは射出成形による態様が好ましい。樹脂には、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオキシメチレンなどのポリアセタール樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ、シロップ状アクリルなどの熱硬化性樹脂などを用いる。第2の樹脂型14の形成後、金型13を切り離す。   Subsequently, as shown in FIG. 1E, the second resin mold 14 is formed by molding using the mold 13. For example, the second resin mold 14 is formed by performing press or injection molding using the mold 13. Or after inject | pouring a syrup-like resin liquid, it hardens | cures and the 2nd resin type | mold 14 is formed. These molds are preferably in the form of press or injection molding because mass production of resin molds is easy. As the resin, an acrylic resin such as polymethyl methacrylate, a thermoplastic resin such as a polyurethane resin or a polyacetal resin such as polyoxymethylene, a thermosetting resin such as an epoxy or syrupy acrylic, or the like is used. After the second resin mold 14 is formed, the mold 13 is separated.

金型13を除去した後、図1(f)に示すように、第2の樹脂型14に、セラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体15を形成する。セラミックスは、圧電セラミックスが好ましい。圧電セラミックスとは、圧電効果を示すセラミックス材料を指す。圧電セラミックスには、たとえば、チタン酸バリウムまたはジルコン酸鉛−チタン酸鉛系固溶体などの灰チタン石型構造の結晶が含まれ、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)などのチタン酸ジルコン酸塩が好ましく用いられる。さらに、圧電セラミックスとして、チタン酸鉛などを用いることもできる。また、圧電セラミックス以外のセラミックスを使用してもよい。セラミックスのスラリ中の含量は、典型的には25体積%〜57体積%であり、水などの溶媒の含量は、典型的には40体積%〜45体積%である。また、ポリビニルアルコールなどのバインダを3体積%〜30体積%配合する態様が好ましい。   After removing the mold 13, as shown in FIG. 1 (f), the second resin mold 14 is filled with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure 15. The ceramic is preferably a piezoelectric ceramic. Piezoelectric ceramics refer to ceramic materials that exhibit a piezoelectric effect. Piezoelectric ceramics include, for example, crystals of perovskite type structure such as barium titanate or lead zirconate-lead titanate solid solution, such as lead zirconate titanate (PZT) and lead lanthanum zirconate titanate (PLZT). Zirconate titanate such as) is preferably used. Furthermore, lead titanate or the like can be used as the piezoelectric ceramic. Further, ceramics other than piezoelectric ceramics may be used. The content of ceramic in the slurry is typically 25% to 57% by volume, and the content of a solvent such as water is typically 40% to 45% by volume. Moreover, the aspect which mix | blends 3 volume%-30 volume% of binders, such as polyvinyl alcohol, is preferable.

つぎに、第2の樹脂型14を除去し、焼成すると、図1(g)に示すような微細圧電セラミックス構造体15が得られる。樹脂型の除去は、熱分解により行なうことができるが、溶融した樹脂の高粘度融液により、微細構造体の突起が倒されないようにするために、樹脂を溶融状態にすることなく、気化もしくは昇華させるか、または適当な溶剤に溶解させることにより除去する態様が好ましい。たとえば、酸素プラズマなどのプラズマによりエッチングし、樹脂型を除去することができる。   Next, when the second resin mold 14 is removed and fired, a fine piezoelectric ceramic structure 15 as shown in FIG. 1G is obtained. The removal of the resin mold can be performed by thermal decomposition, but in order to prevent the protrusions of the fine structure from being overturned by the high-viscosity melt of the molten resin, the resin mold can be evaporated or evaporated without being melted A mode of removing by sublimation or dissolving in a suitable solvent is preferable. For example, the resin mold can be removed by etching with plasma such as oxygen plasma.

焼成後、微細圧電セラミックス構造体15に樹脂16を含浸し、硬化した後、表面を研磨すると、図1(h)に示すような複合圧電材料が得られる。樹脂材料には、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデンと三フッ化ビニリデンの共重合体またはフッ化ビニリデン樹脂などの圧電性高分子材料のほか、エポキシ樹脂などを使用することができるが、圧電セラミックスの焼結体と圧電性高分子とを組合せることにより、エポキシ樹脂を含浸させた複合圧電材料より、超音波受信感度がより高いものを得ることができる。   After firing, the fine piezoelectric ceramic structure 15 is impregnated with a resin 16 and cured, and then the surface is polished to obtain a composite piezoelectric material as shown in FIG. For the resin material, use is made of a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene, a copolymer of vinylidene fluoride and vinylidene trifluoride, or a piezoelectric polymer material such as vinylidene fluoride resin, or an epoxy resin. However, by combining a piezoelectric ceramic sintered body and a piezoelectric polymer, a material having higher ultrasonic reception sensitivity than a composite piezoelectric material impregnated with an epoxy resin can be obtained.

本発明の複合圧電材料の製造方法に係る第2の実施の形態は、レーザ光により樹脂型を形成する工程と、樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程とを備えることを特徴とする。高価なSR光照射装置を使用することなく、レーザ加工により樹脂型を形成するため、安価な複合圧電材料を提供することができる。   The second embodiment of the method for manufacturing a composite piezoelectric material of the present invention includes a step of forming a resin mold by laser light and a step of forming a fine piezoelectric ceramic structure by filling a ceramic slurry in the resin mold. It is characterized by providing. Since a resin mold is formed by laser processing without using an expensive SR light irradiation device, an inexpensive composite piezoelectric material can be provided.

本発明の製造方法の第2の実施の形態を、図2に示す。まず、図2(a)に示すように、樹脂層にレーザ光Lを照射し、樹脂型24を形成する。樹脂には、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオキシメチレンなどのポリアセタール樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシなどの熱硬化性樹脂などを用いる。レーザ、レーザ光照射機構およびDOEは、第1の実施の形態と同様である。   A second embodiment of the manufacturing method of the present invention is shown in FIG. First, as shown in FIG. 2A, the resin layer 24 is irradiated with laser light L to form a resin mold 24. As the resin, acrylic resin such as polymethyl methacrylate, polyurethane resin, thermoplastic resin such as polyacetal resin such as polyoxymethylene, thermosetting resin such as epoxy, and the like are used. The laser, the laser beam irradiation mechanism, and the DOE are the same as those in the first embodiment.

つぎに、図2(b)に示すように、樹脂型24に、セラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体25を形成する。その後、樹脂型24を除去し、焼成すると、図2(c)に示すような微細圧電セラミックス構造体25が得られる。焼成後、微細圧電セラミックス構造体25に樹脂26を含浸し、硬化することにより、図2(d)に示すような複合圧電材料が得られる。セラミックススラリ、樹脂型の除去方法および樹脂材料などは、第1の実施の形態と同様である。   Next, as shown in FIG. 2B, the resin mold 24 is filled with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure 25. Thereafter, when the resin mold 24 is removed and fired, a fine piezoelectric ceramic structure 25 as shown in FIG. 2C is obtained. After firing, the resin film 26 is impregnated into the fine piezoelectric ceramic structure 25 and cured to obtain a composite piezoelectric material as shown in FIG. The ceramic slurry, the resin mold removing method, the resin material, and the like are the same as those in the first embodiment.

本発明の複合圧電材料の製造方法に係る第3の実施の形態は、マイクロドリルにより第1の樹脂型を形成する工程と、第1の樹脂型に金属材料からなる層をメッキして金型を形成する工程と、金型により第2の樹脂型を形成する工程と、第2の樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程とを備えることを特徴とする。高価なSR光照射装置またはレーザ光照射装置を使用することなく、マイクロドリルにより樹脂型を形成するため、複合圧電材料の製造コストを低減することができる。また、金型を繰り返し使用して、モールドにより第2の樹脂型を大量生産できるから、加工コストを低減することができる。   The third embodiment of the method for manufacturing a composite piezoelectric material of the present invention includes a step of forming a first resin mold by a micro drill, and a mold formed by plating a layer made of a metal material on the first resin mold. , Forming a second resin mold with a mold, and filling the second resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure. Since the resin mold is formed by the micro drill without using an expensive SR light irradiation apparatus or laser light irradiation apparatus, the manufacturing cost of the composite piezoelectric material can be reduced. In addition, since the second resin mold can be mass-produced by molding by repeatedly using the mold, the processing cost can be reduced.

本発明の製造方法の第3の実施の形態においては、図3(a)に示すように、導電性基板31上に樹脂層32を形成した後、図3(b)に示すように、マイクロドリル33により樹脂層32に穴を開けて、第1の樹脂型32aを形成する。マイクロドリルとしては、たとえば、刃径10μm以上、刃長20μm以上のドリル(大和精工製の超硬マイクロドリルSCMMRなど)を使用する。導電性基板および樹脂層については、第1の実施の形態と同様である。また、金型の形成以降の各工程も、第1の実施の形態と同様である。   In the third embodiment of the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 3A, after forming the resin layer 32 on the conductive substrate 31, as shown in FIG. A hole is made in the resin layer 32 with a drill 33 to form a first resin mold 32a. As the micro drill, for example, a drill having a blade diameter of 10 μm or more and a blade length of 20 μm or more (a carbide micro drill SCMMR manufactured by Daiwa Seiko Co., Ltd.) is used. The conductive substrate and the resin layer are the same as those in the first embodiment. Each process after the formation of the mold is the same as that of the first embodiment.

本発明の複合圧電材料の製造方法に係る第4の実施の形態は、マイクロドリルにより樹脂型を形成する工程と、樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程とを備えることを特徴とする。高価なSR光照射装置またはレーザ光照射装置を使用することなく、マイクロドリルにより樹脂型を製作するため、安価な複合圧電材料を提供することができる。   The fourth embodiment according to the method of manufacturing a composite piezoelectric material of the present invention includes a step of forming a resin mold with a micro drill and a step of forming a fine piezoelectric ceramic structure by filling a resin slurry with a ceramic slurry. It is characterized by providing. Since a resin mold is manufactured by a micro drill without using an expensive SR light irradiation device or laser light irradiation device, an inexpensive composite piezoelectric material can be provided.

本発明の製造方法の第4の実施の形態においては、図4に示すように、マイクロドリル43により樹脂層に穴を開けて、樹脂型44を形成する。マイクロドリルについては、第3の実施の形態と同様である。また、樹脂層および樹脂型形成後の各工程は、第2の実施の形態と同様である。   In the fourth embodiment of the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 4, the resin layer 44 is formed by making holes in the resin layer with a micro drill 43. The micro drill is the same as that of the third embodiment. Each process after forming the resin layer and the resin mold is the same as that of the second embodiment.

本発明の複合圧電材料の製造方法に係る第5の実施の形態は、放電加工により金型を形成する工程と、金型を用いて、モールドにより樹脂型を形成する工程と、樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程とを備えることを特徴とする。放電加工により金型を形成するため、レーザ加工またはマイクロドリルによる加工に比べて、加工精度が高く、より微細な加工にも適している。また、金型を繰り返し使用して、モールドにより樹脂型を大量生産できるから、加工コストを低減することができる。   The fifth embodiment of the method for manufacturing a composite piezoelectric material of the present invention includes a step of forming a mold by electric discharge machining, a step of forming a resin mold by molding using the mold, and a ceramic in the resin mold. And a step of filling the slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure. Since the mold is formed by electric discharge machining, the machining accuracy is higher than that by laser machining or micro drilling, and it is suitable for finer machining. Moreover, since the mold can be repeatedly used and the resin mold can be mass-produced by the mold, the processing cost can be reduced.

本発明の製造方法の第5の実施の形態においては、図5に示すように、電極53を用いて、ニッケルなどからなる金属層を放電加工し、金型54を形成する。金型形成後の工程は、第1の実施の形態と同様である。   In the fifth embodiment of the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 5, a metal layer made of nickel or the like is electrodischarge processed using an electrode 53 to form a mold 54. The process after the mold formation is the same as in the first embodiment.

実施例1
本実施例では、まず、図1(a)に示すように、SUS製の導電性基板11の上に、アクリルシロップを塗布し、硬化させて、厚さ300μmの樹脂層(アクリル板)12を形成した。つぎに、図1(b)に示すように、樹脂層12に波長355nmのUV-YAGレーザ光Lを照射し、直径40μm、深さ300μmで、横断面が円形の穴を有する第1の樹脂型12aを形成した。導電性基板11は、スライドステージ上に設置し、レーザ加工が終わる度に、基板をスライドさせ、80μmピッチで、40000個(200個×200個)の穴を形成した。
Example 1
In this example, first, as shown in FIG. 1A, an acrylic syrup is applied on a conductive substrate 11 made of SUS and cured to form a resin layer (acrylic plate) 12 having a thickness of 300 μm. Formed. Next, as shown in FIG. 1B, the resin layer 12 is irradiated with UV-YAG laser light L having a wavelength of 355 nm, and the first resin having a diameter of 40 μm, a depth of 300 μm, and a circular cross section. A mold 12a was formed. The conductive substrate 11 was placed on a slide stage, and each time laser processing was completed, the substrate was slid to form 40000 holes (200 × 200 holes) at an 80 μm pitch.

つづいて、図1(c)に示すように、第1の樹脂型12a上に、ニッケル層をメッキして金型13を形成した。つぎに、ウェットエッチングにより基板11を除去し、プラズマエッチングにより第1の樹脂型12aを除去し、図1(d)に示すような金型13を得た。金型形成後、図1(e)に示すように、金型13に、アクリルシロップを注入し、硬化して、第2の樹脂型14を形成し、金型13を切り離すと、直径40μm、深さ300μm、ピッチ80μmの穴が形成された第2の樹脂型14が得られた。樹脂型の形成後、図1(f)に示すように、第2の樹脂型14に、PZTスラリを充填した。PZTスラリは、PZTをスラリ中に40体積%配合し、バインダとしてポリビニルアルコールを配合した。   Subsequently, as shown in FIG. 1C, a mold 13 was formed by plating a nickel layer on the first resin mold 12 a. Next, the substrate 11 was removed by wet etching, and the first resin mold 12a was removed by plasma etching to obtain a mold 13 as shown in FIG. After the mold is formed, as shown in FIG. 1 (e), acrylic syrup is injected into the mold 13 and cured to form the second resin mold 14. When the mold 13 is separated, the diameter is 40 μm, A second resin mold 14 in which holes having a depth of 300 μm and a pitch of 80 μm were formed was obtained. After forming the resin mold, as shown in FIG. 1 (f), the second resin mold 14 was filled with PZT slurry. For PZT slurry, 40% by volume of PZT was added to the slurry, and polyvinyl alcohol was added as a binder.

つぎに、酸素プラズマにより、第2の樹脂型14を除去し、焼成し、図1(g)に示すような微細圧電セラミックス構造体15を得た。得られた微細圧電セラミックス構造体15にエポキシ樹脂16を含浸し、硬化してから、表面を研磨すると、図1(h)に示すような複合圧電材料が得られた。この複合圧電材料は、直径40μm、高さ250μmの円柱状の突起を40000個有していた。   Next, the second resin mold 14 was removed by oxygen plasma and baked to obtain a fine piezoelectric ceramic structure 15 as shown in FIG. When the obtained fine piezoelectric ceramic structure 15 was impregnated with an epoxy resin 16 and cured, and then the surface was polished, a composite piezoelectric material as shown in FIG. 1 (h) was obtained. This composite piezoelectric material had 40,000 cylindrical protrusions having a diameter of 40 μm and a height of 250 μm.

実施例2
本実施では、まず、図2(a)に示すように、アクリル板に炭酸ガスレーザ光L(波長10.6μm)を照射し、直径40μm、深さ300μmで、断面が円形の穴を40000個(200個×200個)有する樹脂型24を形成した。レーザ光照射機構を図6に示す。入射する炭酸ガスレーザ光Lは、DOE63により分岐され、テレセントリックレンズ64により集光されて、基板61上の樹脂層62に、同時に多点照射した。つづいて、図2(b)に示すように、樹脂型24に、セラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体25を形成した。その後、樹脂型24を除去し、焼成すると、図2(c)に示すような微細圧電セラミックス構造体25が得られた。焼成後、微細圧電セラミックス構造体25に樹脂26を含浸し、硬化した後、表面を研磨すると、図2(d)に示すような複合圧電材料が得られた。セラミックススラリ、樹脂型の除去方法および樹脂材料は、実施例1と同様とした。得られた複合圧電材料は、直径40μm、高さ250μmの円柱状の突起を40000個有していた。
Example 2
In this embodiment, first, as shown in FIG. 2A, the acrylic plate is irradiated with carbon dioxide laser light L (wavelength: 10.6 μm), and 40,000 holes with a diameter of 40 μm, a depth of 300 μm, and a circular cross section ( 200 × 200) was formed. The laser beam irradiation mechanism is shown in FIG. The incident carbon dioxide laser beam L was branched by the DOE 63, collected by the telecentric lens 64, and simultaneously irradiated to the resin layer 62 on the substrate 61 at multiple points. Subsequently, as shown in FIG. 2B, the resin mold 24 was filled with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure 25. Thereafter, when the resin mold 24 was removed and baked, a fine piezoelectric ceramic structure 25 as shown in FIG. 2C was obtained. After firing, the fine piezoelectric ceramic structure 25 was impregnated with the resin 26, cured, and then the surface was polished to obtain a composite piezoelectric material as shown in FIG. The ceramic slurry, the resin mold removing method and the resin material were the same as in Example 1. The obtained composite piezoelectric material had 40000 cylindrical protrusions having a diameter of 40 μm and a height of 250 μm.

実施例3
本実施例では、まず、図3(a)に示すように、SUS製の導電性基板31上にアクリルシロップを塗布し、乾燥して、厚さ300μmの樹脂層32を形成した。つぎに、図3(b)に示すように、刃径50μm、刃長500μmのマイクロドリル33(大和精工製の超硬マイクロドリルSCMMR90005)により樹脂層32に穴を開けて、第1の樹脂型32aを形成した。第1の樹脂型32aに開けられた穴は、直径50μm、深さ300μm、ピッチ100μmであり、40000個(200個×200個)形成した。その後の金型形成工程と、第2の樹脂型の形成工程と、微細圧電セラミックス構造体の形成工程などの各工程は、実施例1と同様にして複合圧電材料を形成した。得られた複合圧電材料は、直径50μm、高さ250μm、ピッチ100μmの円柱状の突起を40000個(200個×200個)有していた。
Example 3
In this example, first, as shown in FIG. 3A, acrylic syrup was applied on a conductive substrate 31 made of SUS and dried to form a resin layer 32 having a thickness of 300 μm. Next, as shown in FIG. 3B, a hole is formed in the resin layer 32 by using a micro drill 33 having a blade diameter of 50 μm and a blade length of 500 μm (a carbide micro drill SCMMR90005 manufactured by Daiwa Seiko Co., Ltd.), and the first resin mold is formed. 32a was formed. The holes formed in the first resin mold 32a had a diameter of 50 μm, a depth of 300 μm, and a pitch of 100 μm, and 40000 (200 × 200) were formed. Subsequent steps, such as a mold forming step, a second resin mold forming step, and a fine piezoelectric ceramic structure forming step, formed a composite piezoelectric material in the same manner as in Example 1. The obtained composite piezoelectric material had 40000 (200 × 200) cylindrical protrusions having a diameter of 50 μm, a height of 250 μm, and a pitch of 100 μm.

実施例4
本実施例では、図4に示すように、マイクロドリル43によりアクリル板に穴を開け、樹脂型44を形成した。マイクロドリルの仕様および穴の形状は実施例3と同様とした。また、レーザ光の代わりにマイクロドリルを使用して樹脂型を形成した以外は実施例2と同様にして複合圧電材料を製造した。得られた複合圧電材料は、直径50μm、高さ250μm、ピッチ100μmの円柱状の突起を40000個(200個×200個)有していた。
Example 4
In this example, as shown in FIG. 4, a hole was made in the acrylic plate with a micro drill 43 to form a resin mold 44. The specifications of the micro drill and the shape of the hole were the same as in Example 3. A composite piezoelectric material was manufactured in the same manner as in Example 2 except that a resin mold was formed using a micro drill instead of the laser beam. The obtained composite piezoelectric material had 40000 (200 × 200) cylindrical protrusions having a diameter of 50 μm, a height of 250 μm, and a pitch of 100 μm.

実施例5
本実施例では、ニッケル製の板状体に放電加工を行ない、直径50μm、深さ300μm、ピッチ100μmで、横断面が円形の穴を40000個(200個×200個)開けて、図5に示すような金型54を形成した。形成した金型を用いて、モールドにより樹脂型を形成する工程と、樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程など、金型形成後の各工程は実施例1と同様にして複合圧電材料を製造した。得られた複合圧電材料は、直径50μm、高さ250μm、ピッチ100μmの円柱状の突起を40000個(200個×200個)有していた。
Example 5
In this example, electric discharge machining was performed on a nickel plate, and 40,000 (200 × 200) holes having a diameter of 50 μm, a depth of 300 μm, a pitch of 100 μm, and a circular cross section were formed. A mold 54 as shown was formed. The steps after forming the mold, such as a step of forming a resin die by molding using the formed die and a step of forming a fine piezoelectric ceramic structure by filling a ceramic slurry in the resin die, are the same as in Example 1. A composite piezoelectric material was produced in the same manner. The obtained composite piezoelectric material had 40000 (200 × 200) cylindrical protrusions having a diameter of 50 μm, a height of 250 μm, and a pitch of 100 μm.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、超音波診断または非破壊検査などに使用される圧電素子を安価に提供することができる。   According to the present invention, a piezoelectric element used for ultrasonic diagnosis or non-destructive inspection can be provided at low cost.

本発明の製造方法の第1の実施の形態を示す工程図である。It is process drawing which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の第2の実施の形態を示す工程図である。It is process drawing which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の第3の実施の形態を示す工程図である。It is process drawing which shows 3rd Embodiment of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の第4の実施の形態における樹脂型形成工程を示す図である。It is a figure which shows the resin mold formation process in 4th Embodiment of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の第5の実施の形態における金型形成工程を示す図である。It is a figure which shows the metal mold | die formation process in 5th Embodiment of the manufacturing method of this invention. 本発明において使用するレーザ光照射機構を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the laser beam irradiation mechanism used in this invention. 本発明の複合圧電材料の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the composite piezoelectric material of this invention. 従来の複合圧電材料の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the conventional composite piezoelectric material.

符号の説明Explanation of symbols

11 導電性基板、12 樹脂層、12a 第1の樹脂型、13 金型、14 第2の樹脂型、15 微細圧電セラミックス構造体、16 樹脂、63 DOE、64 テレセントリックレンズ、L レーザ光。   11 conductive substrate, 12 resin layer, 12a first resin mold, 13 mold, 14 second resin mold, 15 fine piezoelectric ceramic structure, 16 resin, 63 DOE, 64 telecentric lens, L laser beam.

Claims (6)

圧電セラミックスを有する複合圧電材料の製造方法であって、
レーザ光により第1の樹脂型を形成する工程と、
前記第1の樹脂型に金属材料からなる層をメッキして金型を形成する工程と、
前記金型により第2の樹脂型を形成する工程と、
前記第2の樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする複合圧電材料の製造方法。
A method of manufacturing a composite piezoelectric material having piezoelectric ceramics,
Forming a first resin mold with laser light;
Plating the first resin mold with a layer made of a metal material to form a mold;
Forming a second resin mold with the mold;
And a step of filling the second resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure.
圧電セラミックスを有する複合圧電材料の製造方法であって、
レーザ光により樹脂型を形成する工程と、
前記樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする複合圧電材料の製造方法。
A method of manufacturing a composite piezoelectric material having piezoelectric ceramics,
Forming a resin mold with laser light;
And a step of forming a fine piezoelectric ceramic structure by filling the resin mold with a ceramic slurry.
前記レーザ光は、多段階位相回折型光学部品を用いて照射することを特徴とする請求項1または2に記載の複合圧電材料の製造方法。   3. The method of manufacturing a composite piezoelectric material according to claim 1, wherein the laser light is irradiated using a multi-stage phase diffraction type optical component. 圧電セラミックスを有する複合圧電材料の製造方法であって、
マイクロドリルにより第1の樹脂型を形成する工程と、
前記第1の樹脂型に金属材料からなる層をメッキして金型を形成する工程と、
前記金型により第2の樹脂型を形成する工程と、
前記第2の樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする複合圧電材料の製造方法。
A method of manufacturing a composite piezoelectric material having piezoelectric ceramics,
Forming a first resin mold with a micro drill;
Plating the first resin mold with a layer made of a metal material to form a mold;
Forming a second resin mold with the mold;
And a step of filling the second resin mold with a ceramic slurry to form a fine piezoelectric ceramic structure.
圧電セラミックスを有する複合圧電材料の製造方法であって、
マイクロドリルにより樹脂型を形成する工程と、
前記樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする複合圧電材料の製造方法。
A method of manufacturing a composite piezoelectric material having piezoelectric ceramics,
Forming a resin mold with a micro drill; and
And a step of forming a fine piezoelectric ceramic structure by filling the resin mold with a ceramic slurry.
圧電セラミックスを有する複合圧電材料の製造方法であって、
放電加工により金型を形成する工程と、
前記金型により樹脂型を形成する工程と、
前記樹脂型にセラミックススラリを充填して微細圧電セラミックス構造体を形成する工程
とを備えることを特徴とする複合圧電材料の製造方法。
A method of manufacturing a composite piezoelectric material having piezoelectric ceramics,
Forming a mold by electric discharge machining;
Forming a resin mold with the mold;
And a step of forming a fine piezoelectric ceramic structure by filling the resin mold with a ceramic slurry.
JP2003385602A 2003-11-14 2003-11-14 Process for producing composite piezoelectric material Withdrawn JP2005150384A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003385602A JP2005150384A (en) 2003-11-14 2003-11-14 Process for producing composite piezoelectric material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003385602A JP2005150384A (en) 2003-11-14 2003-11-14 Process for producing composite piezoelectric material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005150384A true JP2005150384A (en) 2005-06-09

Family

ID=34693605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003385602A Withdrawn JP2005150384A (en) 2003-11-14 2003-11-14 Process for producing composite piezoelectric material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005150384A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7161281B2 (en) * 2002-10-10 2007-01-09 Ngk Insulators, Ltd. Less-dust-generative piezoelectric/electrostrictive device and manufacturing method
KR100824745B1 (en) 2006-12-28 2008-04-24 요업기술원 Composite piezoelectric material using piezoelectric single crystal and piezoelectric polymer and method for manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7161281B2 (en) * 2002-10-10 2007-01-09 Ngk Insulators, Ltd. Less-dust-generative piezoelectric/electrostrictive device and manufacturing method
KR100824745B1 (en) 2006-12-28 2008-04-24 요업기술원 Composite piezoelectric material using piezoelectric single crystal and piezoelectric polymer and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5716741A (en) High-precision stepped microstructure bodies
Ehrfeld et al. Three-dimensional microfabrication using synchrotron radiation
US6783920B2 (en) Photosensitive glass variable laser exposure patterning method
US20040012124A1 (en) Apparatus and method of fabricating small-scale devices
DE102018110211A1 (en) Method for producing fine structures in the volume of a substrate made of brittle-hard material
JP3617200B2 (en) Manufacturing method of mold for manufacturing microstructure and manufacturing method of microstructure
Debnath et al. Non-traditional micromachining processes: opportunities and challenges
US5820810A (en) Method of forming fine ceramics structure
JP2618576B2 (en) Processing method of plastic semi-finished products with micro recesses on one side
JP3882231B2 (en) Manufacturing method of composite piezoelectric material
JP4591053B2 (en) Processing method and processing apparatus
JP2005150384A (en) Process for producing composite piezoelectric material
JP3342945B2 (en) Method of manufacturing stepped unit, stepped unit and stepped microstructure
Sabbert et al. ArF-excimer laser ablation experiments on Cycloolefin Copolymer (COC)
DE3835794A1 (en) Process for producing a structured ceramic sheet or a ceramic body built up of such sheets
Maruo et al. Movable microstructures made by two-photon three-dimensional microfabrication
DE102007057129A1 (en) Micromachining such as cleaning or modifying of body/powder layer with high-brilliance laser, comprises subjecting a surface of the body/powder layer with focused laser beams over beam switch, galvoscanner, line scanner and focusing optics
DE19814018A1 (en) Ceramic-polymer, ceramic-ceramic or ceramic-metal composite, e.g. a piezoceramic-polymer composite for an ultrasonic transducer
JP3334193B2 (en) Piezoelectric element and method of manufacturing the same
Maruo Development of functional devices using micro/nano stereolithography and moulding techniques
US11718115B2 (en) Architected stamps for liquid transfer printing
Booth et al. Laser micromachining techniques for industrial MEMS applications
JP3991735B2 (en) Manufacturing method of fine ceramic parts
JP2003020258A (en) Method and device for processing fine cavity in transparent dielectric material by use of light
WO2003090937A1 (en) Apparatus and method of fabricating small-scale devices

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20070206