JP2008218953A - Piezoelectric vibrating body, electronic device, and manufacturing method of piezoelectric vibrating body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動体、電子機器、圧電振動体の製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator, an electronic device, and a method for manufacturing a piezoelectric vibrator.
従来、圧電アクチュエータとして、ステンレス鋼などで形成された補強板の表面および裏面に板状の圧電素子がそれぞれ積層された圧電振動体が開発されている(例えば、特許文献1)。このような圧電アクチュエータにおいて、厚み方向に対称に分極された各圧電素子の厚み方向に交流電圧を印加すると、各圧電素子が面内方向に伸縮して補強板を含めた圧電振動体の全体が励振する。この圧電振動体の振動を伝達することにより、ロータなどの被駆動体が駆動される。 Conventionally, as a piezoelectric actuator, a piezoelectric vibrating body has been developed in which plate-like piezoelectric elements are laminated on the front and back surfaces of a reinforcing plate made of stainless steel or the like (for example, Patent Document 1). In such a piezoelectric actuator, when an AC voltage is applied in the thickness direction of each piezoelectric element polarized symmetrically in the thickness direction, each piezoelectric element expands and contracts in the in-plane direction, and the entire piezoelectric vibrator including the reinforcing plate is formed. Excited. By transmitting the vibration of the piezoelectric vibrating body, a driven body such as a rotor is driven.
ここで、圧電素子と補強板とは、エポキシ系樹脂などの非導電性接着剤で接合されており、図33に、接着剤ADが介在する圧電素子91と補強板92との接合断面を示した。
図33において、圧電素子91における補強板92との接合面には、電極911が形成されており、補強板92における圧電素子91との接合面にも、電極921が形成されている。これらの電極911,921は、それぞれの面粗さに応じた凹凸を備えており、この凹凸はランダムに接触している。すなわち、電極911,921間の微視的な接触により、圧電素子91と補強板92とが導通されている。
このように圧電素子91と補強板92とを接着によって接合する場合、電極911,921間の接触を確保するために、接着剤ADの厚みを均一にしてから接着を行う必要がある。このため、特許文献1では、シリコンウェハ上に平滑に配置されたシートの上に接着剤を吐出して接着層を予め形成している。そして、このシート上に形成された接着層を圧電素子に転写した上で、圧電素子と補強板とを治具ピンで位置決めして積層し、加圧および加熱によって接着層を硬化させている。このように、圧電素子と補強板とを接着する工程は複雑かつ煩雑であり、特に、接着層形成工程は、接着層の厚みを薄くかつ均一にするための多くの工程からなっていた。
Here, the piezoelectric element and the reinforcing plate are joined with a non-conductive adhesive such as an epoxy resin, and FIG. 33 shows a joining cross section of the
In FIG. 33, an
In this way, when the
一方、圧電素子と補強板との接着に導電性接着剤を使用して導通安定性を向上させることも考えられるが、導電性接着剤は一般に接着力が弱い。このため、導電性接着剤と非導電性接着剤とを併用する方法が提案されていた(特許文献2)。 On the other hand, it is conceivable to improve the conduction stability by using a conductive adhesive for bonding the piezoelectric element and the reinforcing plate, but the conductive adhesive generally has a weak adhesive force. For this reason, a method of using a conductive adhesive and a non-conductive adhesive in combination has been proposed (Patent Document 2).
しかしながら、上記のように圧電素子と補強板とが接着された圧電アクチュエータには、次のような課題があった。
(課題1)圧電素子の自己発熱による特性劣化
圧電素子と補強板との間の接着剤が断熱材として働くため、圧電素子の伸縮によって発生する熱が放熱されず、圧電素子の温度が上昇していく。圧電素子の表面温度を測定すると約150℃にもなることがわかり、これによって圧電素子の特性に影響が出るおそれがある。また、圧電素子の温度が接着剤のガラス転移温度を超えた場合には、接着剤が軟化してしまい、圧電素子と補強板とが剥離する懸念もある。
このような圧電素子の自己発熱の問題に対処するため、圧電アクチュエータに放熱フィンや銅製ケーシングやファンなどを付加して圧電素子を冷却する必要が生じており、これによって装置が大型化していた。つまり、大パワーであって小型化が可能という圧電アクチュエータの利点を押さえ込んでしまっていた。
However, the piezoelectric actuator in which the piezoelectric element and the reinforcing plate are bonded as described above has the following problems.
(Problem 1) Degradation of characteristics due to self-heating of the piezoelectric element Since the adhesive between the piezoelectric element and the reinforcing plate acts as a heat insulating material, the heat generated by the expansion and contraction of the piezoelectric element is not dissipated and the temperature of the piezoelectric element increases. To go. When the surface temperature of the piezoelectric element is measured, it is found that the temperature is about 150 ° C., which may affect the characteristics of the piezoelectric element. In addition, when the temperature of the piezoelectric element exceeds the glass transition temperature of the adhesive, there is a concern that the adhesive is softened and the piezoelectric element and the reinforcing plate are peeled off.
In order to cope with such a problem of self-heating of the piezoelectric element, it is necessary to cool the piezoelectric element by adding a heat radiation fin, a copper casing, a fan, or the like to the piezoelectric actuator, and the apparatus has been enlarged. In other words, the advantage of the piezoelectric actuator, which is high power and can be reduced in size, has been suppressed.
(課題2)接合の長期信頼性が低い
接着剤による接合メカニズムは、A.機械的結合(アンカー効果)、B.物理的相互作用(分子間力)、C.化学的相互作用の3つから成るが、これらA〜Cは、長期的な接合信頼性の点で充分とは言い難かった。
(Problem 2) The long-term reliability of bonding is low. Mechanical coupling (anchor effect); Physical interaction (intermolecular force), C.I. Although composed of three chemical interactions, these A to C were not sufficient in terms of long-term bonding reliability.
(課題3)導通不安定
図33に示したように、接着剤ADで接合された圧電素子91と補強板92とは、それぞれの表面の凹凸が微視的に接触することによって導通するため、圧電素子と補強板との導通を安定させるためには特許文献1のように接着層の厚みを管理する複雑な工程が必要となる。すなわち、製造効率が悪かった。
また、そのような複雑な工程の過程で接着層にゴミ等の異物が混入し易く、異物によって圧電素子と補強板との導通抵抗が上昇するという問題もあった。
一方、特許文献2のような導電性接着剤と非導電性接着剤とを併用する方法では、接着剤を塗布する装置や工程が導電性接着剤と非導電性接着剤とのそれぞれに個別に必要となるので、やはり製造効率に欠点がある。
(Problem 3) Unstable conduction As shown in FIG. 33, since the
Further, foreign matters such as dust are easily mixed in the adhesive layer in the course of such a complicated process, and there is a problem that the conduction resistance between the piezoelectric element and the reinforcing plate is increased by the foreign matters.
On the other hand, in the method of using a conductive adhesive and a non-conductive adhesive in combination as in
本発明の目的は、上記(課題1)〜(課題3)のいずれも解決し得る圧電振動体、電子機器、圧電振動体の製造方法を提供し、耐熱性、耐久性に優れた圧電振動体、電子機器などをもたらすことにある。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator, an electronic device, and a method for manufacturing a piezoelectric vibrator that can solve any of the above (Problem 1) to (Problem 3), and has excellent heat resistance and durability. To bring electronic equipment.
本発明の圧電振動体は、圧電素子と、前記圧電素子と接合される補強部材と、を備え、前記圧電素子における前記補強部材との接合部は、金属被膜を有して構成され、前記補強部材における前記圧電素子との接合部は、金属被膜を有して構成されているか、または当該接合部の酸化膜が除去された状態とされ、前記圧電素子と前記補強部材とは、前記各接合部において、金属接合材で接合されていることを特徴とする。 The piezoelectric vibrating body of the present invention includes a piezoelectric element and a reinforcing member joined to the piezoelectric element, and a joint portion of the piezoelectric element with the reinforcing member includes a metal film, and the reinforcing member The joint portion of the member with the piezoelectric element is configured to have a metal coating, or the oxide film of the joint portion is removed, and the piezoelectric element and the reinforcing member are connected to each of the joints. In the part, it is characterized by being joined by a metal joining material.
ここで、金属接合材とのぬれ性が良い金属被膜が圧電素子に形成され、かつ補強部材においても金属接合材とのぬれ性が良い金属被膜が形成される或いは酸化膜が除去されることによって、圧電素子と補強部材との接合が確実に行われる。
なお、金属接合材としては、金ろう(Au/Ag/Cu/Zn/In)、銀ろう(Ag/Cu/Zn/Sn5)、銅ろう、りん銅ろう(Cu/P/Sn)、ニッケルろう(Ni/Si/P)、パラジウムろう(Pd/Ag/Cu)などを例示できる。このような金属接合材とのぬれ性が良い金属としては、Auや、PdおよびAgの合金等が挙げられ、このような金属からなる金属被膜は、電気めっき、乾式めっき、無電解めっき等によって形成すればよい。
また、圧電素子や補強部材に形成される金属被膜の金属としては、上記Au等のほか、Niや、Cuの金属被膜も考えられる。これらは非常に酸化し易い金属である為、不活性雰囲気、例えばN2雰囲気中での取り扱いが必要となる。
また、補強部材は、例えばステンレス鋼、リン青銅などの金属材料で形成される。このような補強部材表面の酸化膜を除去する方法として、プラズマエッチングなどがある。なお、Au等、ぬれ性の良い金属材料で補強部材の素地自体が形成されている場合は、補強部材の表層が酸化していない限り、補強部材の酸化膜は除去された状態となっている。
その他、補強部材の材質にはプラスチック成型材料、例えば、ポリイミド(280℃)、PPS(250℃)、PET(230℃)など(括弧内は連続使用温度)も選択でき、このような材質の補強板の場合、金属被膜を形成することで、金属接合材による接合が可能となる。そして、このような材質により成型加工が可能となる為、補強部材の形状が複雑であっても短時間で加工可能となる。
Here, a metal film having good wettability with the metal bonding material is formed on the piezoelectric element, and a metal film with good wettability with the metal bonding material is formed on the reinforcing member, or the oxide film is removed. Thus, the piezoelectric element and the reinforcing member are reliably joined.
Metal brazing materials include gold brazing (Au / Ag / Cu / Zn / In), silver brazing (Ag / Cu / Zn / Sn5), copper brazing, phosphor copper brazing (Cu / P / Sn), nickel brazing. Examples thereof include (Ni / Si / P) and palladium brazing (Pd / Ag / Cu). Examples of the metal having good wettability with such a metal bonding material include Au, alloys of Pd and Ag, and the like, and a metal film made of such a metal is obtained by electroplating, dry plating, electroless plating, or the like. What is necessary is just to form.
Moreover, as a metal of the metal film formed on the piezoelectric element or the reinforcing member, Ni or Cu metal film can be considered in addition to the above Au or the like. Since these are highly oxidizable metals, they must be handled in an inert atmosphere, for example, an N 2 atmosphere.
The reinforcing member is made of a metal material such as stainless steel or phosphor bronze. As a method for removing the oxide film on the surface of the reinforcing member, there is plasma etching or the like. In addition, when the base material of the reinforcing member itself is formed of a metal material having good wettability such as Au, the oxide film of the reinforcing member is removed unless the surface layer of the reinforcing member is oxidized. .
In addition, a plastic molding material such as polyimide (280 ° C.), PPS (250 ° C.), PET (230 ° C.), etc. (continuous use temperature in parentheses) can be selected as the material of the reinforcing member. In the case of a plate, joining with a metal joining material becomes possible by forming a metal film. Since such a material can be molded, it can be processed in a short time even if the shape of the reinforcing member is complicated.
ここで、圧電素子に形成される電極、補強部材に形成される電極、および圧電素子と補強部材とを金属接合材としてのはんだで接合した場合の圧電素子と補強部材との間のはんだ層の厚みとをそれぞれ例示する。圧電素子に形成される電極の膜厚は、下地層と表層との膜厚をそれぞれ例示すると、下地0.1〜3.0μm、表層0.05〜3.0μmにそれぞれ設定できる。なお、好ましい膜厚の範囲は、下地0.5〜2.0μm、表層0.02〜1.0μmである。
また、補強部材に形成される電極の膜厚についても、下地層と表層との膜厚をそれぞれ例示すると、下地0.1〜3.0μm、表層0.05〜3.0μmにそれぞれ設定できる。なお、好ましい膜厚の範囲は、下地0.5〜2.0μm、表層0.02〜1.0μmである。
そして、はんだ層の厚みは、1.0〜50.0μmに設定でき、好ましい厚みは、5.0〜20.0μmである。
Here, the electrode formed on the piezoelectric element, the electrode formed on the reinforcing member, and the solder layer between the piezoelectric element and the reinforcing member when the piezoelectric element and the reinforcing member are joined with solder as a metal joining material. Each thickness is illustrated. The film thickness of the electrode formed in the piezoelectric element can be set to 0.1 to 3.0 [mu] m for the base and 0.05 to 3.0 [mu] m for the surface, respectively, by illustrating the film thickness of the base layer and the surface layer, respectively. In addition, the range of a preferable film thickness is 0.5-2.0 micrometers of base | substrates, and 0.02-1.0 micrometer of surface layers.
Moreover, also about the film thickness of the electrode formed in a reinforcement member, when the film thickness of a base layer and a surface layer is illustrated, respectively, it can set to base 0.1-3.0 micrometers and surface layer 0.05-3.0 micrometers, respectively. In addition, the range of a preferable film thickness is 0.5-2.0 micrometers of base | substrates, and 0.02-1.0 micrometer of surface layers.
And the thickness of a solder layer can be set to 1.0-50.0 micrometers, and preferable thickness is 5.0-20.0 micrometers.
本発明によれば、圧電素子の熱が圧電素子と補強部材との間の金属接合材を介して補強部材に放熱され、さらには補強部材が固定された機器筐体等へと放熱される。すなわち、従来のように接着剤によって圧電素子が断熱されないので、圧電素子の温度上昇が抑制される。これにより、圧電素子の特性が安定し、信頼性を確保できるとともに、放熱フィン等を付加することが不要となって圧電振動体の小型化が可能となり、小型で大パワーという圧電振動体の利点を引き出すことができる。
ここで、従来用いられていた樹脂系接着剤の熱伝導率と比較して金属接合材の熱伝導率は格段に高いため、金属接合材を介して圧電素子の放熱が効率的に行われる。具体的に、エポキシ樹脂系接着剤の熱伝導率が約1.0W/m・kであるのに対して、はんだの主成分のSnの熱伝導率は約68W/m・kであって、格段に高い。
According to the present invention, heat of the piezoelectric element is radiated to the reinforcing member via the metal bonding material between the piezoelectric element and the reinforcing member, and further radiated to the equipment housing or the like to which the reinforcing member is fixed. That is, since the piezoelectric element is not thermally insulated by the adhesive as in the prior art, the temperature rise of the piezoelectric element is suppressed. As a result, the characteristics of the piezoelectric element are stabilized, reliability can be ensured, and it is not necessary to add a radiating fin or the like, so that the piezoelectric vibrator can be downsized. Can be pulled out.
Here, since the thermal conductivity of the metal bonding material is remarkably higher than that of the conventionally used resin-based adhesive, the heat dissipation of the piezoelectric element is efficiently performed through the metal bonding material. Specifically, the thermal conductivity of the epoxy resin adhesive is about 1.0 W / m · k, whereas the thermal conductivity of Sn as the main component of the solder is about 68 W / m · k, Remarkably high.
さらに、金属接合材による接合では、金属接合材と相手材との間に合金層が形成される。すなわち、圧電素子表面と金属接合材、そして金属接合材と補強板表面とがそれぞれ金属結合するため、分子間力に基づく接着の場合よりも高い結合力を得ることができる。これによって接合の長期信頼性を確保することができる。 Further, in the joining by the metal joining material, an alloy layer is formed between the metal joining material and the counterpart material. That is, since the piezoelectric element surface and the metal bonding material, and the metal bonding material and the reinforcing plate surface are bonded to each other, a higher bonding force than in the case of bonding based on intermolecular force can be obtained. Thereby, the long-term reliability of bonding can be ensured.
またさらに、金属接合材による接合によれば、圧電素子の接合面と補強部材の接合面とのそれぞれの凹凸の間隙に金属接合材が入り込み、圧電素子と補強部材とが、それぞれの接合面全体において導通される。すなわち、圧電素子および補強部材のそれぞれに金属接合材が全面的に接触し、この金属接合材を介して圧電素子と補強部材とが導通されるので、圧電素子と補強部材との導通が極めて安定し、電気的に安定した導通抵抗を得ることができる。ここで、補強部材は、圧電素子の電極としても使用され、圧電素子の機械的保持と、圧電素子の電気的導通との両方を行うものとなっている。
そして、接合を行う本発明では、従来行っていた、接着層を薄く均一の厚みに形成するための複雑な製造工程が不要となるため、製造効率を向上させることができる。
以上述べたように、本発明によれば、前記(課題1)〜(課題3)をいずれも解決することができる。
Still further, according to the bonding by the metal bonding material, the metal bonding material enters the gaps between the concave and convex portions of the bonding surface of the piezoelectric element and the bonding surface of the reinforcing member, and the piezoelectric element and the reinforcing member are connected to the entire bonding surface. Conducted at. That is, since the metal bonding material comes into full contact with each of the piezoelectric element and the reinforcing member, and the piezoelectric element and the reinforcing member are conducted through the metal bonding material, the conduction between the piezoelectric element and the reinforcing member is extremely stable. In addition, an electrically stable conduction resistance can be obtained. Here, the reinforcing member is also used as an electrode of the piezoelectric element, and performs both mechanical holding of the piezoelectric element and electrical conduction of the piezoelectric element.
In the present invention in which bonding is performed, a complicated manufacturing process for forming a thin adhesive layer with a uniform thickness is no longer necessary, so that manufacturing efficiency can be improved.
As described above, according to the present invention, any of (Problem 1) to (Problem 3) can be solved.
ところで、圧電素子に形成される前記金属被膜の形成領域は、圧電素子の外形形状を構成している圧電素子の外端から若干内側となる領域内に形成されていることが好ましい。特に、圧電素子の厚さの1/3以上、好ましくは1/2以上、より好ましくは、1/1以上の寸法分、圧電素子の外端の位置から内側に位置する領域に圧電素子の金属被膜が形成されていることが好ましい。
また、これと同様に補強部材においても、補強部材に形成される前記金属被膜の形成領域、又は上記酸化膜が除去されている領域は、補強部材の外形形状を構成している外端位置から若干内側寄りの領域に形成されていることが好ましい。特に、補強部材の厚さの1/3以上、好ましくは1/2以上、より好ましくは、1/1以上の寸法分、補強部材の外端位置から内側となる領域に補強部材の金属被膜が形成され、または当該領域が酸化膜が除去された領域とされていることが好ましい。
By the way, it is preferable that the formation region of the metal film formed on the piezoelectric element is formed in a region slightly inside from the outer end of the piezoelectric element constituting the outer shape of the piezoelectric element. In particular, the metal of the piezoelectric element is located in a region located on the inner side from the position of the outer end of the piezoelectric element by a dimension of 1/3 or more, preferably 1/2 or more, more preferably 1/1 or more of the thickness of the piezoelectric element. It is preferable that a film is formed.
Similarly, in the reinforcing member, the region where the metal film is formed on the reinforcing member or the region where the oxide film is removed is from the outer end position constituting the outer shape of the reinforcing member. It is preferably formed in a region slightly closer to the inside. In particular, the metal film of the reinforcing member is formed on the inner side from the outer end position of the reinforcing member by a dimension of 1/3 or more, preferably 1/2 or more, more preferably 1/1 or more of the thickness of the reinforcing member. It is preferable that the formed region or the region be a region where the oxide film is removed.
このように、圧電素子における金属被膜の形成領域、そして補強部材における金属被膜の形成領域・酸化膜除去領域に関し、上記の如く外端位置から若干内側寄りの領域となるように構成することにより、圧電素子と補強部材との接合によって前記金属接合材が圧電素子の外形形状から、または補強部材の外形形状から外方に、特に圧電素子の側面側、または補強部材の側面側にはみ出ることをより確実に防止することが可能となる。これにより、圧電素子と補強部材との接合に起因する圧電振動体の振動特性の悪化をより一層確実に防止することが出来る。
ここで、上記の如く外端位置から若干内側寄りの領域とする構成は、圧電素子および補強部材のいずれか一方に適用してもよく、或いはこれらの両者に適用してもよい。
なお、圧電素子と補強部材とのそれぞれの平面寸法などが相違し、これらの互いの接合面の大きさが相違する場合には、前記金属被膜の形成領域や前記酸化膜が除去される領域を圧電素子および補強部材のうち接合面がより小さい方の外縁部よりも内側に留めることが好ましい。
As described above, the metal film formation region in the piezoelectric element and the metal film formation region / oxide film removal region in the reinforcing member are configured to be slightly inward from the outer end position as described above. By joining the piezoelectric element and the reinforcing member, the metal bonding material may protrude from the outer shape of the piezoelectric element or outward from the outer shape of the reinforcing member, particularly on the side surface of the piezoelectric element or the side surface of the reinforcing member. It becomes possible to prevent reliably. Thereby, it is possible to prevent the deterioration of the vibration characteristics of the piezoelectric vibrating body due to the bonding between the piezoelectric element and the reinforcing member even more reliably.
Here, the configuration in which the region is slightly inward from the outer end position as described above may be applied to one of the piezoelectric element and the reinforcing member, or may be applied to both of them.
In addition, when the planar dimensions of the piezoelectric element and the reinforcing member are different, and the sizes of their joint surfaces are different, the formation region of the metal film and the region from which the oxide film is removed are determined. It is preferable that the piezoelectric element and the reinforcing member be held inside the outer edge portion having the smaller joint surface.
なお、本発明の圧電振動体は、互いに接合される圧電素子と補強部材とをそれぞれ1つ以上備えていれば良く、圧電素子および補強部材それぞれの個数は問わない。すなわち、2つの圧電素子の間に1つの補強部材が介装されている構成や、2つの補強部材の間に1つの圧電素子が介装されている構成なども、本発明の圧電振動体に含まれる。 In addition, the piezoelectric vibrating body of this invention should just be provided with one or more each of the piezoelectric element and reinforcement member which are mutually joined, and the number of each of a piezoelectric element and a reinforcement member is not ask | required. That is, a configuration in which one reinforcing member is interposed between two piezoelectric elements and a configuration in which one piezoelectric element is interposed between two reinforcing members are also included in the piezoelectric vibrator of the present invention. included.
本発明の圧電振動体では、前記金属接合材は、はんだとされていることが好ましい。
この発明によれば、PZT(登録商標)など、一般的な圧電素子のキュリー点が300〜400℃程度であるのに対して、はんだの融点はその約半分と低融点であるため、接合時における圧電素子の特性劣化をより確実に防止できる。これにより、信頼性をより向上させることができる。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, it is preferable that the metal bonding material is a solder.
According to the present invention, the Curie point of a general piezoelectric element such as PZT (registered trademark) is about 300 to 400 ° C., whereas the melting point of solder is about half that of the low melting point. The deterioration of the characteristics of the piezoelectric element can be prevented more reliably. Thereby, reliability can be improved more.
本発明の圧電振動体では、前記補強部材は、板状とされ、前記補強部材の平面には、その少なくとも一部が前記接合部を構成する金属被膜が形成され、前記補強部材の側面には、金属被膜が形成されておらず、前記補強部材の平面の前記金属被膜における前記金属接合材とのぬれ性は、前記側面における前記金属接合材とのぬれ性よりも良いことが好ましい。
ここで、補強部材の平面のみに金属被膜が形成され、補強部材の側面には金属被膜が形成されていない構成とするには、例えば、Au等による既めっき材を使用し、プレス打ち抜きによって個々の補強部材を成形すればよい。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the reinforcing member is formed in a plate shape, and a metal film that forms at least a part of the joining portion is formed on a flat surface of the reinforcing member, and on the side surface of the reinforcing member The metal coating is not formed, and the wettability with the metal bonding material in the metal coating on the plane of the reinforcing member is preferably better than the wettability with the metal bonding material on the side surface.
Here, in order to obtain a configuration in which the metal film is formed only on the flat surface of the reinforcing member and the metal film is not formed on the side surface of the reinforcing member, for example, a pre-plated material such as Au is used, and individual punching is performed. The reinforcing member may be formed.
この発明によれば、補強部材において金属被膜が形成された接合部のみに金属接合材を留まらせ、圧電素子と接合されない補強部材の側面には金属接合材を流出させないようにできる。
ここで、補強部材の側面に金属接合材が流出しないことにより、圧電素子と補強部材との接合時に補強部材の側面に立設される位置決め治具などを伝って金属接合材が補強部材や圧電素子の外周部に流れることを防止できる。すなわち、補強部材の外周部の一部に金属接合材が付着すれば圧電振動体が重量バランスを失い、振動特性がシフトするが、このような要因による振動特性ばらつきを防止できる。
According to this invention, it is possible to keep the metal bonding material only at the bonding portion where the metal film is formed on the reinforcing member, and prevent the metal bonding material from flowing out to the side surface of the reinforcing member that is not bonded to the piezoelectric element.
Here, since the metal bonding material does not flow out to the side surface of the reinforcing member, the metal bonding material is transmitted through a positioning jig or the like standing on the side surface of the reinforcing member when the piezoelectric element and the reinforcing member are bonded. It can prevent flowing to the outer periphery of the element. That is, if the metal bonding material adheres to a part of the outer peripheral portion of the reinforcing member, the piezoelectric vibrating body loses weight balance and shifts the vibration characteristics. However, variations in vibration characteristics due to such factors can be prevented.
また、この圧電振動体を圧電アクチュエータとして使用する場合、補強部材の側面をロータなどの被駆動体に当接させ、この当接部分における振動時の摩擦抵抗によって被駆動体を駆動することが可能であるが、補強部材の側面に金属接合材が流出しないため、補強部材の側面を補強部材の素地が露出した状態とすることができる。これにより、圧電振動体と被駆動体との均一な摩擦抵抗を維持できる。
さらに、補強部材の側面から、圧電素子の補強部材とは反対側の面に形成された電極に金属接合材が回り込むこともないので、圧電素子の電極としても使用される補強部材と、この補強部材に印加される電位とは異なる電位が印加される圧電素子の電極とがショート(短絡)することを防止できる。
When this piezoelectric vibrating body is used as a piezoelectric actuator, the side surface of the reinforcing member can be brought into contact with a driven body such as a rotor, and the driven body can be driven by frictional resistance during vibration at the contact portion. However, since the metal bonding material does not flow out to the side surface of the reinforcing member, the side surface of the reinforcing member can be in a state where the substrate of the reinforcing member is exposed. Thereby, the uniform frictional resistance between the piezoelectric vibrating body and the driven body can be maintained.
Further, since the metal bonding material does not wrap around from the side surface of the reinforcing member to the electrode formed on the surface opposite to the reinforcing member of the piezoelectric element, the reinforcing member used also as the electrode of the piezoelectric element, and this reinforcement It is possible to prevent a short circuit between the electrode of the piezoelectric element to which a potential different from the potential applied to the member is applied.
本発明の圧電振動体では、前記補強部材は、前記圧電素子との接合部を有する補強部材本体と、この補強部材本体以外の部位と、を有し、前記補強部材本体以外の部位における少なくとも前記補強部材本体の前記接合部との近傍位置には、前記金属接合材とのぬれ性が前記補強部材本体の接合部における前記金属接合材とのぬれ性よりも劣る接合材非付着部が形成されていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the reinforcing member includes a reinforcing member main body having a joint portion with the piezoelectric element, and a portion other than the reinforcing member main body, and at least the portion in the portion other than the reinforcing member main body. A bonding material non-adhesive portion in which the wettability with the metal bonding material is inferior to the wettability with the metal bonding material at the bonding portion of the reinforcement member main body is formed at a position in the vicinity of the bonding portion of the reinforcing member main body. It is preferable.
この発明によれば、接合材非付着部の形成によって、補強部材本体における接合部と、補強部材における補強部材本体以外の部位とのそれぞれにおけるぬれ性に差を持たせたので、補強部材本体のみに金属接合材を留まらせ、それ以外の部位には金属接合材を流出させないようにすることができる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことや、電極間のショートなどを防止できる。 According to this invention, the formation of the bonding material non-adhering portion gives a difference in wettability between the joint portion in the reinforcing member main body and the portion other than the reinforcing member main body in the reinforcing member. It is possible to prevent the metal bonding material from flowing out to other portions. As a result, it is possible to prevent the vibration characteristics from shifting and the vibration characteristics from varying, and a short circuit between the electrodes.
本発明の圧電振動体では、前記補強部材本体以外の部位は、前記補強部材本体に連設され前記圧電素子を支持する支持部とされていることが好ましい。
ここで、接合材非付着部は、前記支持部の全体に形成されていてもよい。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, it is preferable that the portion other than the reinforcing member main body is a support portion that is connected to the reinforcing member main body and supports the piezoelectric element.
Here, the bonding material non-adhering portion may be formed on the entire support portion.
この発明によれば、接合材非付着部が支持部に形成されているため、補強部材本体から支持部に金属接合材がはみ出すことを規制できる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことなどを防止できる。 According to this invention, since the bonding material non-adhering portion is formed in the support portion, it is possible to restrict the metal bonding material from protruding from the reinforcing member body to the support portion. Thereby, it is possible to prevent the vibration characteristics from shifting and the vibration characteristics from varying.
本発明の圧電振動体では、当該圧電振動体の振動を伝達することによって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータとされ、前記補強部材本体以外の部位は、前記補強部材本体に連設され前記被駆動体に当接される当接部とされていることが好ましい。
ここで、接合材非付着部は、前記当接部の全体に形成されていてもよい。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, a piezoelectric actuator that drives the driven body by transmitting vibrations of the piezoelectric vibrating body is provided, and portions other than the reinforcing member main body are connected to the reinforcing member main body and are driven. It is preferable that the contact portion is in contact with the body.
Here, the bonding material non-adhering portion may be formed on the entire contact portion.
この発明によれば、接合材非付着部が当接部に形成されているため、補強部材本体から当接部に金属接合材がはみ出すことを規制できる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことなどを防止できる。
また、当接部を補強部材の素地が露出した状態とすることができるので、被駆動体との均一な摩擦抵抗を維持できる。
According to this invention, since the bonding material non-adhering portion is formed in the contact portion, the metal bonding material can be prevented from protruding from the reinforcing member main body to the contact portion. Thereby, it is possible to prevent the vibration characteristics from shifting and the vibration characteristics from varying.
Moreover, since the base of the reinforcing member can be exposed at the contact portion, a uniform frictional resistance with the driven body can be maintained.
本発明の圧電振動体では、前記補強部材における前記補強部材本体のみに、前記接合部を構成する金属被膜が形成され、前記接合材非付着部は、前記補強部材において金属被膜が形成されない非被膜部とされていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, only the reinforcing member main body of the reinforcing member is formed with a metal coating that constitutes the joining portion, and the joining material non-adhering portion is a non-coating in which no metal coating is formed on the reinforcing member. It is preferable to be a part.
この発明によれば、補強部材の一部には金属被膜が形成されないことによって補強部材の素地が露出した非被膜部が形成され、このぬれ性が金属被膜よりも劣る非被膜部が接合材非付着部として機能する。すなわち、接合材非付着部として機能する他の部材等を設けることなく、非被膜部を利用して接合材非付着部を形成することが可能となる。 According to the present invention, a non-coating portion where the base of the reinforcing member is exposed is formed by forming no metal coating on a part of the reinforcing member, and the non-coating portion whose wettability is inferior to that of the metal coating is not a bonding material. Functions as an adhesion part. That is, it is possible to form the bonding material non-adhering portion using the non-coating portion without providing other members or the like that function as the bonding material non-adhering portion.
本発明の圧電振動体では、少なくとも一部が前記接合部を構成する金属被膜が、前記補強部材本体と、前記補強部材本体以外の部位とに連続して形成され、前記接合材非付着部は、前記金属被膜の表面に設けられていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrator of the present invention, at least a part of the metal film that constitutes the joint portion is continuously formed on the reinforcing member main body and a portion other than the reinforcing member main body, and the bonding material non-adhering portion is It is preferably provided on the surface of the metal coating.
この発明によれば、接合材非付着部が金属被膜の表面に設けられるため、非被膜部が接合材非付着部とされる前記構成とは違って、金属被膜を形成する際のマスキングを不要にできる。すなわち、補強部材に金属被膜を簡略に形成できる。 According to this invention, since the bonding material non-adhering portion is provided on the surface of the metal film, unlike the configuration in which the non-coating portion is the bonding material non-adhering portion, masking is not required when forming the metal film. Can be. That is, a metal film can be simply formed on the reinforcing member.
本発明の圧電振動体では、前記接合材非付着部は、絶縁性部材によって形成されている
ことが好ましい。
In the piezoelectric vibrating body of the present invention, it is preferable that the bonding material non-adhering portion is formed of an insulating member.
この発明によれば、例えばエポキシ系絶縁樹脂などを使用して、接合材非付着部を形成することが可能となる。このような樹脂系の絶縁性部材は、例えば絶縁体インクを使用した印刷により、補強部材に直接設けることができる。 According to the present invention, it is possible to form the bonding material non-adhering portion using, for example, an epoxy insulating resin. Such a resin-based insulating member can be directly provided on the reinforcing member by, for example, printing using an insulating ink.
本発明の圧電振動体では、前記補強部材は、前記圧電素子との接合部を有する補強部材本体と、前記補強部材本体以外の部位と、を有し、前記補強部材本体には、前記接合部を構成する金属被膜が形成され、前記圧電素子および前記補強部材本体の少なくとも一方における前記補強部材本体以外の部位との近傍位置は、金属被膜が形成されない非被膜部とされていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the reinforcing member includes a reinforcing member main body having a joint portion with the piezoelectric element, and a portion other than the reinforcing member main body, and the reinforcing member main body includes the joint portion. It is preferable that a position in the vicinity of a portion other than the reinforcing member main body in at least one of the piezoelectric element and the reinforcing member main body is a non-coating portion where no metal film is formed.
この発明によれば、非被膜部の形成によって、圧電素子や補強部材本体における補強部材本体以外の部位(例えば支持部や当接部)との近傍位置と、補強部材本体における接合部とのそれぞれのぬれ性に差を持たせたので、補強部材本体から補強部材本体以外の部位への金属接合材の流出をより確実に規制することができる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことや、電極間のショートなどを防止できる。 According to this invention, by forming the non-coating portion, each of the position near the piezoelectric element and the reinforcing member main body other than the reinforcing member main body (for example, the support portion and the contact portion) and the joint portion of the reinforcing member main body Since the difference in wettability is given, the outflow of the metal bonding material from the reinforcing member main body to a portion other than the reinforcing member main body can be more reliably regulated. As a result, it is possible to prevent the vibration characteristics from shifting and the vibration characteristics from varying, and a short circuit between the electrodes.
本発明の圧電振動体では、前記補強部材本体以外の部位は、前記補強部材本体に連設され前記圧電素子を支持する支持部とされていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, it is preferable that the portion other than the reinforcing member main body is a support portion that is connected to the reinforcing member main body and supports the piezoelectric element.
この発明によれば、圧電素子または補強部材本体において、接合部と、支持部との近傍位置とのそれぞれにおけるぬれ性に差を持たせたので、接合部から支持部に金属接合材がはみ出すことを規制できる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことなどを防止できる。 According to the present invention, in the piezoelectric element or the reinforcing member main body, the wettability at each of the joint portion and the vicinity of the support portion is different, so that the metal bonding material protrudes from the joint portion to the support portion. Can be regulated. Thereby, it is possible to prevent the vibration characteristics from shifting and the vibration characteristics from varying.
本発明の圧電振動体では、当該圧電振動体の振動を伝達することによって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータとされ、前記補強部材本体以外の部位は、前記補強部材本体に連設され前記被駆動体に当接される当接部とされていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, a piezoelectric actuator that drives the driven body by transmitting vibrations of the piezoelectric vibrating body is provided, and portions other than the reinforcing member main body are connected to the reinforcing member main body and are driven. It is preferable that the contact portion is in contact with the body.
この発明によれば、圧電素子または補強部材本体において、接合部と、当接部との近傍位置とのそれぞれにおけるぬれ性に差を持たせたので、接合部から当接部に向かって金属接合材がはみ出すことを規制できる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことなどを防止できる。
また、当接部を補強部材の素地が露出した状態とすることができるので、被駆動体との均一な摩擦抵抗を維持できる。
According to the present invention, in the piezoelectric element or the reinforcing member main body, since the wettability at each of the joining portion and the position near the abutting portion is different, the metal joining from the joining portion toward the abutting portion is performed. It is possible to regulate the protruding material. Thereby, it is possible to prevent the vibration characteristics from shifting and the vibration characteristics from varying.
Moreover, since the base of the reinforcing member can be exposed at the contact portion, a uniform frictional resistance with the driven body can be maintained.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子と前記補強部材とは、互いに積層されて接合され、接合時には、積層方向に沿って延び前記圧電素子の外周部と前記補強部材の外周部とに当接する治具が使用され、前記補強部材には、前記接合部を構成する金属被膜が形成され、前記圧電素子および前記補強部材の少なくとも一方における前記治具との近傍位置は、金属被膜が形成されない非被膜部とされていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the piezoelectric element and the reinforcing member are stacked and bonded to each other. At the time of bonding, the piezoelectric element and the reinforcing member extend along the stacking direction and contact the outer peripheral portion of the piezoelectric element and the outer peripheral portion of the reinforcing member. A jig for contact is used, and the reinforcing member is formed with a metal film that constitutes the joint portion, and a metal film is not formed in the vicinity of the jig in at least one of the piezoelectric element and the reinforcing member. The non-coating portion is preferred.
この発明によれば、圧電素子または補強部材本体において、接合部と、治具との近傍位置とのそれぞれにおけるぬれ性に差を持たせたので、接合部から治具に金属接合材がはみ出すことを規制できる。これにより、金属接合材が治具を伝って補強部材や圧電素子の外周部に流れ振動特性がシフトすることなどを防止できる。また、電極間のショートも防止できる。 According to this invention, in the piezoelectric element or the reinforcing member main body, since the wettability is different between the joint portion and the position near the jig, the metal bonding material protrudes from the joint portion to the jig. Can be regulated. Thereby, it is possible to prevent the metal bonding material from flowing along the jig to the outer peripheral portion of the reinforcing member or the piezoelectric element and shifting the vibration characteristics. In addition, a short circuit between the electrodes can be prevented.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子と前記補強部材とは、互いに積層されて接合され、前記圧電素子における前記補強部材との接合面と、前記補強部材における前記圧電素子との接合面とは、大きさが相違し、前記圧電素子の接合面および前記補強部材の接合面のうち大きい一方が他方の外側に延出していることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the piezoelectric element and the reinforcing member are laminated and bonded to each other, a bonding surface of the piezoelectric element with the reinforcing member, and a bonding surface of the reinforcing member with the piezoelectric element. Are different in size, and it is preferable that one of the joining surface of the piezoelectric element and the joining surface of the reinforcing member extends outside the other.
この発明によれば、圧電素子の接合面と補強部材の接合面とが寸法不一致とされているため、これらの接合面のうち外側に延出した一方の接合面に金属接合材を保持することが可能となる。このような構成により、相手材と合金化せずに圧電素子と補強部材との間から排出される金属接合材中のフラックスをこの延出した接合面に保持することが可能となるので、フラックスの流出による振動特性のシフトなどを防止できる。また、圧電素子および補強部材のそれぞれと位置決め治具との隙間にフラックスが流入することを防止できるので、圧電振動体と治具との間でフラックスが固着せず、圧電振動体を治具から容易に取り外すことができる。 According to the present invention, since the bonding surface of the piezoelectric element and the bonding surface of the reinforcing member are inconsistent in size, the metal bonding material is held on one of the bonding surfaces that extends outward. Is possible. With such a configuration, the flux in the metal bonding material discharged from between the piezoelectric element and the reinforcing member without being alloyed with the counterpart material can be held on the extended bonding surface. It is possible to prevent the vibration characteristics from being shifted due to the outflow. Further, since flux can be prevented from flowing into the gap between each of the piezoelectric element and the reinforcing member and the positioning jig, the flux does not adhere between the piezoelectric vibrator and the jig, and the piezoelectric vibrator is removed from the jig. It can be easily removed.
ここで、金属接合材に含有されるフラックスとは、相手材と合金層を形成する金属接合材中の接合材(例えばSn)を互いに繋ぐ部材のことを言い、通常、フラックスには非導電性部材が含まれる。このようなフラックスの流出が防止され、圧電素子の補強部材とは反対側の面にフラックスが回り込まないので、圧電素子の補強部材とは反対側の面に形成された電極にプローブを接続して検査を行う際に導通不良とならず、この電極検査に支障を来たさない。 Here, the flux contained in the metal bonding material refers to a member that connects the mating material and the bonding material (for example, Sn) in the metal bonding material forming the alloy layer to each other. Usually, the flux is non-conductive. A member is included. Such flux outflow is prevented, and the flux does not go around to the surface opposite to the piezoelectric element reinforcement member. Therefore, connect the probe to the electrode formed on the surface opposite to the piezoelectric element reinforcement member. When conducting the inspection, continuity failure does not occur and this electrode inspection is not hindered.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子および前記補強部材はそれぞれ、平面寸法が相違する板状部材として形成され、前記圧電素子と前記補強部材とは厚み方向に積層されて接合されていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the piezoelectric element and the reinforcing member are each formed as a plate-like member having different plane dimensions, and the piezoelectric element and the reinforcing member are laminated and joined in the thickness direction. Is preferred.
この発明によれば、圧電素子および補強部材のいずれかを大きく形成するだけで、圧電素子の接合面と補強部材の接合面とのうち一方の接合面が他方の接合面の外側に延出した構成を容易に形成することができる。この構成により、圧電素子の接合面および補強部材の接合面のうち、外側に延出した一方の接合面と、この接合面と交差する圧電素子の側面または補強部材の側面との両方に、金属接合材(フラックスを含む)を保持することが可能となる。
なお、圧電素子の成形はダイシング等によって、また、補強板の成形はプレス打ち抜き、ワイヤカット等によって、それぞれ容易に行うことができる。
According to the present invention, only one of the piezoelectric element and the reinforcing member is formed large, and one of the bonding surfaces of the piezoelectric element and the reinforcing member extends to the outside of the other bonding surface. The configuration can be easily formed. With this configuration, one of the bonding surface of the piezoelectric element and the bonding surface of the reinforcing member that extends outward and the side surface of the piezoelectric element that intersects the bonding surface or the side surface of the reinforcing member are provided with metal. It becomes possible to hold the bonding material (including the flux).
The piezoelectric element can be easily formed by dicing or the like, and the reinforcing plate can be easily formed by press punching or wire cutting.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子および前記補強部材は、それぞれ板状とされ、かつ厚み方向に互いに積層されて接合され、前記圧電素子および前記補強部材の一方の接合面と、他方の側面とが鋭角をなしていることにより、前記一方の接合面が前記他方の接合面よりも大きく形成されていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the piezoelectric element and the reinforcing member are each plate-shaped and laminated and bonded together in the thickness direction, and one bonding surface of the piezoelectric element and the reinforcing member and the other It is preferable that the one joining surface is formed larger than the other joining surface by forming an acute angle with the side surface.
すなわち、前記一方の接合面と鋭角をなす前記他方の側面は、圧電素子または補強部材の厚み方向に対して斜めに形成されており、これら一方の接合面と他方の側面とが交差した位置から、一方の接合面が外側に延出することとなる。このような斜めの側面は、例えば斜めダイシング等によって形成できる。 That is, the other side surface forming an acute angle with the one joint surface is formed obliquely with respect to the thickness direction of the piezoelectric element or the reinforcing member, and from the position where the one joint surface intersects the other side surface. One joint surface extends outward. Such an oblique side surface can be formed by, for example, oblique dicing.
この発明によれば、圧電素子の側面または補強部材の側面を斜めに形成することで、圧電素子の接合面と補強部材の接合面との寸法不一致部(前記延出する部分)を作りつつ、これら圧電素子および補強部材のそれぞれの端縁部の位置を揃えることが可能となるから、圧電素子と補強部材とを接合する際の位置決めが容易となる。
なお、本発明では、外側に延出した一方の接合面と、斜めに形成された他方の側面との両方に、金属接合材(フラックスを含む)を保持することが可能となる。
According to the present invention, by forming the side surface of the piezoelectric element or the side surface of the reinforcing member obliquely, while making a dimension mismatch portion (the extending portion) between the bonding surface of the piezoelectric element and the bonding surface of the reinforcing member, Since the positions of the edge portions of the piezoelectric element and the reinforcing member can be made uniform, positioning when joining the piezoelectric element and the reinforcing member is facilitated.
In the present invention, it is possible to hold the metal bonding material (including the flux) on both the one joint surface extending outward and the other side surface formed obliquely.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子および前記補強部材は、それぞれ板状とされ、かつ厚み方向に互いに積層されて接合され、前記圧電素子および前記補強部材の前記他方における接合面と前記他方の側面とがなす角部に入隅状の段差部が形成されることにより、前記一方の接合面が前記他方の接合面よりも大きく形成されていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, the piezoelectric element and the reinforcing member are each plate-shaped and laminated and bonded to each other in the thickness direction, and the bonding surface of the other of the piezoelectric element and the reinforcing member and the other It is preferable that the one joining surface is formed to be larger than the other joining surface by forming an indented stepped portion at a corner formed by the side surface.
すなわち、入隅状の段差部が一方の接合面に対向し、この段差部が対向する位置から、一方の接合面が外側に延出することとなる。このような段差部は、所謂ステップカット等によって形成できる。
この発明によっても、圧電素子の接合面と補強部材の接合面との寸法不一致部(前記延出する部分)を作りつつ、これら圧電素子および補強部材のそれぞれの端縁部の位置を揃えることが可能となるから、圧電素子と補強部材とを接合する際の位置決めが容易となる。
なお、本発明では、外側に延出した一方の接合面と、段差部の内側との両方に、金属接合材(フラックスを含む)を保持することが可能となる。
That is, the stepped portion in the shape of a corner faces one joining surface, and one joining surface extends outward from the position where the stepped portion faces. Such a step portion can be formed by so-called step cut or the like.
Also according to the present invention, it is possible to make the positions of the respective edge portions of the piezoelectric element and the reinforcing member uniform while forming a dimensional mismatch portion (the extending portion) between the bonding surface of the piezoelectric element and the bonding surface of the reinforcing member. Since it becomes possible, positioning at the time of joining a piezoelectric element and a reinforcement member becomes easy.
In the present invention, it is possible to hold the metal bonding material (including flux) on both the one joint surface extending outward and the inside of the stepped portion.
本発明の圧電振動体では、前記圧電素子における接合部と、前記補強部材における接合部との間には、前記金属接合材の融点よりも融点が高いギャップ材が設けられていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating body of the present invention, it is preferable that a gap material having a melting point higher than the melting point of the metal bonding material is provided between the bonding portion of the piezoelectric element and the bonding portion of the reinforcing member.
この発明によれば、接合時にギャップ材が溶融せず、このギャップ材によって形成される圧電素子と補強部材との間の間隙にフラックス等が溜まるので、このフラックス等の流出を防止できる。これにより、振動特性のシフトや、治具への金属接合材の固着等を防止できる。
なお、ギャップ材を予め金属接合材に混入しておくことにより、作業性を良好にできる。
According to the present invention, the gap material is not melted at the time of joining, and flux or the like is accumulated in the gap between the piezoelectric element formed by the gap material and the reinforcing member, so that the flux or the like can be prevented from flowing out. As a result, it is possible to prevent a shift in vibration characteristics and adhesion of the metal bonding material to the jig.
In addition, workability | operativity can be made favorable by mixing a gap material in a metal joining material previously.
以上の圧電振動体の用途は特に限定されず、本発明の圧電振動体は、発振子、フィルタ、およびトランスなどの電子部品や、センサ、圧電アクチュエータ(超音波モータ)、および圧電ブザーなどとして広く利用できる。
なお、圧電アクチュエータの駆動方式は問わず、振動により被駆動体を駆動するタイプ(超音波モータ)としては、例えば、振動の節および腹の位置が不変の定在波駆動方式や、節および腹の位置が遷移する進行波駆動方式等を適宜採用できる。また、圧電素子の分極方向および電圧印加の方向等も任意に構成できる。
なお、被駆動体としては、回転駆動されるロータ、直線駆動されるリニア被駆動体などを採用できる。
The application of the above piezoelectric vibrator is not particularly limited, and the piezoelectric vibrator of the present invention is widely used as electronic parts such as an oscillator, a filter, and a transformer, a sensor, a piezoelectric actuator (ultrasonic motor), and a piezoelectric buzzer. Available.
The type of driving the driven body by vibration (ultrasonic motor), regardless of the driving method of the piezoelectric actuator, is, for example, a standing wave driving method in which the position of the vibration node and the antinode is unchanged, the node and antinode A traveling wave driving method in which the position of the transition is appropriately adopted. Further, the polarization direction of the piezoelectric element, the direction of voltage application, and the like can be arbitrarily configured.
As the driven body, a rotor that is rotationally driven, a linear driven body that is linearly driven, or the like can be employed.
本発明の電子機器は、前述の圧電振動体と、前記圧電振動体の振動により駆動される被駆動体とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、前述の圧電振動体を備えるため、前述と同様の作用および効果を享受できる。
ここで、本発明は、カメラ、プリンタ、携帯情報機器、可動玩具、計測機器などの各種の電子機器に適用可能である。これら電子機器における駆動装置や発振子などとして、前述の圧電振動体が組み込まれる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the above-described piezoelectric vibrating body and a driven body driven by the vibration of the piezoelectric vibrating body.
According to the present invention, since the piezoelectric vibrator described above is provided, the same operations and effects as described above can be enjoyed.
Here, the present invention is applicable to various electronic devices such as a camera, a printer, a portable information device, a movable toy, and a measuring device. The piezoelectric vibrator described above is incorporated as a driving device or an oscillator in these electronic devices.
本発明の電子機器は、計時を行う計時部と、前記計時部による計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計とされ、前記被駆動体は、前記計時情報表示部を駆動する駆動体であることが好ましい。 The electronic device of the present invention is a timepiece including a timekeeping unit that performs timekeeping and a timekeeping information display unit that displays timekeeping information by the timekeeping unit, and the driven body drives the timekeeping information display unit. It is preferable that it is a body.
この発明によれば、前述の圧電振動体の振動をロータなどに伝達して歯車などを駆動し、時刻や暦などの計時情報を表示することが可能となる。前述の圧電振動体では放熱性が格段に向上しているので、大パワーを投入して負荷の大きい重厚な部材を駆動したり、秒針などを連続的に駆動することなどを特に好適に行うことができる。また、接合の長期信頼性が高く、圧電素子と補強部材との剥離が生じないため、製品の信頼性を向上させることができる。そのうえ、圧電素子と補強部材とを接合する工程が複雑とならないので、製造コストを低廉にできる。 According to the present invention, it is possible to display the time information such as the time and the calendar by transmitting the vibration of the piezoelectric vibrating body to the rotor or the like to drive the gear or the like. Since the above-mentioned piezoelectric vibrator has significantly improved heat dissipation, it is particularly preferable to drive a heavy member with a large load by applying a large amount of power or continuously driving a second hand, etc. Can do. Moreover, since the long-term reliability of joining is high and peeling between the piezoelectric element and the reinforcing member does not occur, the reliability of the product can be improved. In addition, since the process of joining the piezoelectric element and the reinforcing member is not complicated, the manufacturing cost can be reduced.
本発明の圧電振動体の製造方法は、金属被膜を有する圧電素子と、この圧電素子を補強する補強部材と、を接合する接合工程を備え、前記圧電素子における前記補強部材との接合部が金属被膜を有して構成され、かつ、前記補強部材における前記圧電素子との接合部が金属被膜を有して構成されているか当該接合部の酸化膜が除去されている状態で、前記接合工程において、前記圧電素子と前記補強部材とを金属接合材で接合することを特徴とする。 The method for manufacturing a piezoelectric vibrating body of the present invention includes a joining step of joining a piezoelectric element having a metal film and a reinforcing member that reinforces the piezoelectric element, and a joint portion of the piezoelectric element with the reinforcing member is a metal. In the joining step, the joining portion with the piezoelectric element in the reinforcing member is constituted with a metal coating or the oxide film of the joining portion is removed. The piezoelectric element and the reinforcing member are bonded with a metal bonding material.
ここで、はんだとのぬれ性が良い金属被膜を圧電素子に形成し、かつ補強部材においてもはんだとのぬれ性が良い金属被膜を形成する或いは酸化膜を除去することによって、圧電素子と補強部材との接合が確実に行われる。 Here, by forming a metal film having good wettability with solder on the piezoelectric element and forming a metal film with good wettability with solder on the reinforcing member or removing the oxide film, the piezoelectric element and the reinforcing member are formed. Is securely joined.
この発明によれば、圧電素子の熱が圧電素子と補強部材との間の金属接合材を介して補強部材に放熱され、さらには補強部材が固定された機器筐体などへと十分に放熱されるため、圧電素子の特性が安定し、信頼性を確保できる。
また、圧電素子表面と金属接合材、そして金属接合材と補強板表面とがそれぞれ金属結合するため、分子間力に基づく接着の場合よりも高い結合力を得ることができ、接合の長期信頼性を確保できる。
According to the present invention, the heat of the piezoelectric element is radiated to the reinforcing member via the metal bonding material between the piezoelectric element and the reinforcing member, and further sufficiently dissipated to the device housing to which the reinforcing member is fixed. Therefore, the characteristics of the piezoelectric element are stabilized, and reliability can be ensured.
Also, since the piezoelectric element surface and the metal bonding material, and the metal bonding material and the reinforcing plate surface are bonded to each other, a higher bonding force can be obtained than in the case of adhesion based on intermolecular force, and long-term reliability of bonding Can be secured.
さらに、接合によって、圧電素子および補強部材のそれぞれに金属接合材が全面的に接触し、この金属接合材を介して圧電素子と補強部材とが導通されるので、導通が極めて安定し、電気的に安定した導通抵抗が得られる。
そして、接合を行う本発明では、製造工程が簡略となるので、製造効率を向上させることができる。
以上により、本発明によれば、前記(課題1)〜(課題3)をいずれも解決できる。
Furthermore, since the metal bonding material comes into full contact with each of the piezoelectric element and the reinforcing member by the bonding, and the piezoelectric element and the reinforcing member are conducted through the metal bonding material, the conduction is extremely stable, and the electrical Stable conduction resistance can be obtained.
And in this invention which joins, since a manufacturing process becomes simple, manufacturing efficiency can be improved.
As described above, according to the present invention, any of (Problem 1) to (Problem 3) can be solved.
本発明の圧電振体の製造方法において、前記接合工程では、スクリーン印刷、はんだめっき、およびはんだ箔の配設のいずれかによって前記補強部材における接合部、または前記圧電素子における接合部のいずれかに金属接合材を供給し、前記各接合部以外の部位には金属接合材を供給しないことが好ましい。 In the method for manufacturing a piezoelectric vibrator of the present invention, in the joining step, either the joint in the reinforcing member or the joint in the piezoelectric element is selected by any one of screen printing, solder plating, and solder foil arrangement. It is preferable to supply the metal bonding material and not supply the metal bonding material to the portions other than the respective bonding portions.
この発明によれば、スクリーン印刷、めっき、および箔状の金属接合材の配設のいずれかの方法により、必要な部分のみに金属接合材を容易にかつ確実に供給できる。 According to the present invention, the metal bonding material can be easily and surely supplied only to a necessary portion by any one of screen printing, plating, and disposition of the foil-shaped metal bonding material.
本発明の圧電振動体の製造装置は、圧電素子とこの圧電素子に積層されて接合される補強部材とに設けられる治具を備え、前記治具は、互いに接合される前記圧電素子の接合面と前記補強部材の接合面とに略沿って延びこれら圧電素子および補強部材を載置する載置部と、前記各接合面に略直交する方向に沿って前記載置部から下方に延びる下垂部と、を有し、前記下垂部は、前記圧電素子または前記補強部材のうち前記載置部に接触する方の外縁部の近傍でかつ前記外縁部の内側となる位置に配置されていることを特徴とする。 The piezoelectric vibrator manufacturing apparatus of the present invention includes a jig provided on a piezoelectric element and a reinforcing member that is laminated and bonded to the piezoelectric element, and the jig is a bonding surface of the piezoelectric elements to be bonded to each other. And a mounting portion for mounting the piezoelectric element and the reinforcing member, and a hanging portion extending downward from the mounting portion along a direction substantially orthogonal to the bonding surfaces. And the drooping part is disposed in the vicinity of the outer edge part of the piezoelectric element or the reinforcing member that is in contact with the placement part and at the inner side of the outer edge part. Features.
この発明によれば、下垂部の形成により、圧電素子および補強部材を載置しつつ、これら圧電素子および補強部材と載置部との接触面積を小さくできる。圧電素子と補強部材との接合時、圧電素子と補強部材との間から流れたフラックス等が下垂部に案内されるので、載置部と圧電素子や補強部材との間の隙間にフラックス等が流入しない。このため、フラックス等の固着によって載置部から圧電振動体を取り外せなくなることなどを防止できる。 According to the present invention, by forming the hanging portion, the contact area between the piezoelectric element and the reinforcing member and the mounting portion can be reduced while mounting the piezoelectric element and the reinforcing member. At the time of joining the piezoelectric element and the reinforcing member, flux or the like flowing from between the piezoelectric element and the reinforcing member is guided to the hanging part, so that flux or the like is generated in the gap between the mounting part and the piezoelectric element or reinforcing member. Does not flow. For this reason, it can be prevented that the piezoelectric vibrating body cannot be removed from the mounting portion due to fixation of flux or the like.
本発明の圧電振動体の製造方法は、圧電素子とこの圧電素子に積層されて接合される補強部材とに設けられる治具を備え、前記治具は、互いに接合される前記圧電素子の接合面と前記補強部材の接合面とに略沿って延びこれら圧電素子および補強部材を載置する載置部を有し、前記載置部には、前記圧電素子または前記補強部材に接触する接触部と、この接触部よりも下方に窪んで前記圧電素子にも前記補強部材にも接触しない非接触部とがあることを特徴とする。 The method for manufacturing a piezoelectric vibrating body of the present invention includes a jig provided on a piezoelectric element and a reinforcing member that is laminated and bonded to the piezoelectric element, and the jig is a bonding surface of the piezoelectric elements that are bonded to each other. And a mounting portion for mounting the piezoelectric element and the reinforcing member, the contact portion being in contact with the piezoelectric element or the reinforcing member. There is a non-contact portion that is recessed below the contact portion and does not contact the piezoelectric element or the reinforcing member.
ここで、非接触部および接触部を形成するには、載置部に溝やスリットなどを形成すればよい。
この発明によれば、接触部と非接触部とをそれぞれ形成することにより、圧電素子および補強部材を載置しつつ、これら圧電素子および補強部材と載置部との接触面積を小さくできる。このような構成により、圧電素子と補強部材との間から流れたフラックス等が非接触部に案内されるので、フラックス等の固着によって載置部から圧電振動体を取り外せなくなることなどを防止できる。
Here, in order to form a non-contact part and a contact part, a groove | channel, a slit, etc. should just be formed in a mounting part.
According to this invention, by forming the contact portion and the non-contact portion, respectively, the contact area between the piezoelectric element and the reinforcing member and the placement portion can be reduced while placing the piezoelectric element and the reinforcement member. With such a configuration, since flux or the like flowing from between the piezoelectric element and the reinforcing member is guided to the non-contact portion, it is possible to prevent the piezoelectric vibrating body from being unable to be removed from the placement portion due to fixation of the flux or the like.
以上の本発明によれば、接合によって圧電素子の放熱性が格段に向上したので、圧電素子の自己発熱による特性劣化を防止でき、また、機器の小型化も促進できる。
また、金属接合材による接合によって接合の長期信頼性を大きく向上させることが可能となる。
さらに、圧電素子における接合部と補強部材における接合部とのそれぞれに金属接合材が全面的に接触し、この金属接合材を介して圧電素子と補強部材とが導通されるので、簡略な接合工程でも圧電素子と補強部材との導通を極めて安定させることができる。
According to the present invention as described above, the heat dissipation of the piezoelectric element is remarkably improved by the joining, so that the characteristic deterioration due to self-heating of the piezoelectric element can be prevented, and the downsizing of the device can be promoted.
In addition, the long-term reliability of bonding can be greatly improved by bonding with a metal bonding material.
Further, since the metal bonding material comes into full contact with each of the bonding portion in the piezoelectric element and the bonding portion in the reinforcing member, and the piezoelectric element and the reinforcing member are conducted through the metal bonding material, a simple bonding process is performed. However, the conduction between the piezoelectric element and the reinforcing member can be extremely stabilized.
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。以下では、電子機器の実施形態として、圧電アクチュエータが組み込まれた電子時計と、プリンタ(第10実施形態)とを例示する。
なお、第2実施形態以降の説明において、以下に説明する第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略化する。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, as an embodiment of the electronic device, an electronic timepiece incorporating a piezoelectric actuator and a printer (tenth embodiment) will be exemplified.
In the description of the second and subsequent embodiments, the same components as those of the first embodiment described below are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態について図1〜図12を参照して説明する。本実施形態では、圧電アクチュエータの適用例として、日表示機能を装備する時計を示す。
[1.全体構成]
図1は、本実施形態に係る電子時計1の外観図である。電子時計1は、計時部としてのムーブメント141と、時分秒を表示するための計時情報表示部としての文字板142、時針143、分針144、秒針145のほか、文字板142に設けられた窓部142Aから日付を表示する日付表示装置70を備えた腕時計(ウォッチ)である。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a watch equipped with a date display function is shown as an application example of a piezoelectric actuator.
[1. overall structure]
FIG. 1 is an external view of an
[2.日付表示装置の構成]
図2は、底板141Aに支持された日付表示装置70を示す平面図である。日付表示装置70は、圧電アクチュエータ20と、この圧電アクチュエータ20によって回転駆動される被駆動体としてのロータ28と、ロータ28の回転を減速しつつ伝達する減速輪列71と、減速輪列71を介して伝達される駆動力により回転する日車72とを備えて大略構成されている。
ロータ28は、日の変わり目、あるいは日付補正時に圧電アクチュエータ20により回転駆動されることにより、減速輪列71を介して日車72を駆動する駆動体である。本実施形態では、ロータ28を圧電アクチュエータ20の圧電振動体20Aに向けて付勢するバネ部材281が設けられている。
減速輪列71は、ロータ28と同軸に配置されてロータ28と一体的に回転する歯車711と、歯車711に噛合する日回し中間車712と、日回し車713とで構成されている。
[2. Configuration of date display device]
FIG. 2 is a plan view showing the
The
The
なお、底板141Aの下方(裏側)には、水晶振動子が発振するパルス信号で動作するステッピングモータや(図示せず)、ステッピングモータに接続されて時針143、分針144、秒針145を駆動する運針輪列(図示せず)や、電池141B等が設けられている。電池141Bは、ステッピングモータや圧電アクチュエータ20、圧電アクチュエータ20に交流電圧を印加する駆動回路(図示せず)などの各回路に電力を供給する。
Below the bottom plate 141A (behind) is a stepping motor (not shown) that is operated by a pulse signal oscillated by the crystal resonator, and a hand movement that is connected to the stepping motor and drives the
日回し中間車712は、大径部712Aと小径部712Bとから構成されている。小径部712Bは、大径部712Aよりも若干小径の円筒形であり、その外周面には、略正方形状の切欠部712Cが形成されている。この小径部712Bは、大径部712Aに対し、同心をなすように固着されている。大径部712Aには、ロータ28の上部の歯車711が噛合していることにより、日回し中間車712は、ロータ28の回転に連動して回転する。
The date indicator driving
日回し中間車712の側方の底板141Aには、板バネ714が設けられており、この板バネ714の基端部が底板141Aに固定され、先端部が略V字状に折り曲げられて形成されている。板バネ714の先端部は、日回し中間車712の切欠部712Cに出入可能に設けられている。板バネ714に近接した位置には、接触子715が配置されており、この接触子715は、日回し中間車712が回転し板バネ714の先端部が切欠部712Cに入り込んだときに、板バネ714と接触するようになっている。そして、板バネ714には、所定の電圧が印加されており、板バネ714が接触子715に接触すると、その電圧が接触子715にも印加される。従って、接触子715の電圧を検出することによって、日送り状態を検出でき、日車72の1日分の回転量が検出できる。
A
なお、日車72の回転量は、板バネ714や接触子715を用いたものに限らず、ロータ28や日回し中間車712の回転状態を検出して所定のパルス信号を出力するものなどを利用でき、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、MRセンサ等の各種の回転エンコーダ等が利用できる。
The rotation amount of the
日車72は、リング状であり、その内周面に内歯車721が形成されている。日回し車713は、五歯の歯車を有しており、日車72の内歯車721に噛合している。また、日回し車713の中心には、シャフト713Aが設けられており、このシャフト713Aは、底板141Aに形成された貫通孔141Cに遊挿されている。貫通孔141Cは、日車72の周回方向に沿って長く形成されている。そして、日回し車713およびシャフト713Aは、底板141Aに固定された板バネ713Bによって図2の右上方向に付勢されている。この板バネ713Bの付勢作用によって日車72の揺動も防止される。
The
[3.圧電アクチュエータの構成]
圧電アクチュエータ20は、日付の変わり目に、あるいは、日付補正時に起動され、図示しない駆動回路によって交流電圧が供給されることにより、ロータ28を駆動する。
図3は、圧電アクチュエータ20を示す。また、図4および図5はそれぞれ、図3のIV−IV線断面図、V−V線断面図である。なお、図4および図5では、構造を理解し易くするため、電極層などの厚みを誇張して示している。
圧電アクチュエータ20は、全体形状が略矩形板状の圧電振動体20Aにより構成されている。なお、圧電振動体20Aにはリード基板27(図9)が設けられている。
圧電振動体20Aは、矩形板状の2つの圧電素子21,21と、これらの圧電素子21,21を保持する補強板22とを備えている。圧電素子21,21は、補強板22の表面および裏面のそれぞれに積層され、これらの圧電素子21,21および補強板22は、金属接合材としてのはんだによって接合されている。
なお、本実施形態において、圧電素子21,21と補強板22とを接合する金属接合材には、金ろう(Au/Ag/Cu/Zn/In)、銀ろう(Ag/Cu/Zn/Sn5)、銅ろう、りん銅ろう(Cu/P/Sn)、ニッケルろう(Ni/Si/P)、パラジウムろう(Pd/Ag/Cu)などを用いることができる。
[3. Configuration of piezoelectric actuator]
The
FIG. 3 shows the
The
The piezoelectric vibrating
In this embodiment, the metal bonding material for bonding the
[3−1.圧電素子の構成]
各圧電素子21には、本実施形態ではチタン酸ジルコン酸鉛(PZT(登録商標))が使用され、厚み方向に分極処理がされている。PZTのキュリー点は300〜400℃程度である。このPZTの他、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛なども圧電素子21として使用できる。各圧電素子21,21の分極方向は、補強板22を挟んで厚み方向に対称となっている。
なお、本実施形態における圧電素子21の寸法は、幅1mm、長さ3.5mm、厚み0.15mmとされている。
[3-1. Configuration of piezoelectric element]
In this embodiment, lead zirconate titanate (PZT (registered trademark)) is used for each
Note that the dimensions of the
各圧電素子21の表面には、例えば、気相表面処理技術のうち蒸着法に分類されるイオンプレーティングによって、5つの電極211〜215が形成されている。このイオンプレーティングの工程中、電極211〜215の形状に応じたメタルマスクが使用される。メタルマスクの厚みは、例えば0.05mmとされている。なお、電極211〜215の形成方法はこれに限らず、例えば、電気めっき等によって圧電素子21の表面全体に形成した全面電極をエッチング等で分割することによって、電極211〜215が形成されていてもよい。
これらの電極211〜215は、圧電素子21,21のいずれにも、補強板22を挟んだ同じ位置に同じ形状で形成されている。すなわち、図3で補強板22の上側に配置された一方の圧電素子21には、当該圧電素子21の平面中心を含む領域に長手方向に沿って電極213が形成されているとともに、圧電素子21の平面中心についてそれぞれ点対称となる電極211,215と、電極212,214とがそれぞれ形成されており、これと同様に、図3で補強板22の下側に配置された他方の圧電素子21においても、当該圧電素子21の平面中心を含む領域に長手方向に沿って電極213が形成されているとともに、圧電素子21の平面中心についてそれぞれ点対称となる電極211,215と、電極212,214とがそれぞれ形成されている。
On the surface of each
These
一方、図3では図示を省略したが、図4に示すように、各圧電素子21において電極211〜215が形成された側と反対側の面のほぼ全面に亘って、めっき、スパッタ、蒸着等の任意の方法で金属被膜としての電極210が形成され、この電極210ははんだ層30を介して補強板22と導通されている。補強板22は、圧電素子21の電極としても機能する。
電極210は、約1.0μm厚のNiまたはNi合金による下地と、約0.1μm厚のAuまたはAu合金によるはんだとのぬれ性の良い表層被膜とを有している。なお、電極210の表層被膜は、AuやAu合金の被膜に限らず、PdおよびAgの合金等や、Niや、Cuなどであってもよい。但し、電極210の表層被膜がNiや、Cu等、非常に酸化し易い金属である場合は、不活性雰囲気、例えばN2雰囲気中での取り扱いが必要となる。
はんだ層30のはんだには、本実施形態ではSn42%、Bi58%のクリームはんだが使用され、このはんだの融点は139℃となっている。なお、これに限らず、例えばSn―Ag−Cu系、Sn―Cu系、Pb−Ag系、Sn―Bi系、Sn―Pb系の合金などの各種はんだを使用することができる。なお、本実施形態におけるはんだ層30の厚さは、約10.0μmとされている。
On the other hand, although not shown in FIG. 3, as shown in FIG. 4, plating, sputtering, vapor deposition, etc. over almost the entire surface of each
The
In the present embodiment, Sn 42% and
[3−2.補強板の構成]
図3に戻り、補強板22は、本実施形態ではSUS301で形成され、圧電素子21が積層される部分である略矩形状の補強板本体221と、補強板本体221の各短辺部のそれぞれに設けられる当接部としての突起部222A,222Bと、補強板本体221の各長辺部のそれぞれに設けられる一対の支持部223,223とを有している。これら補強板本体221と、突起部222A,222Bと、支持部223とはプレスで一体に形成されている。
ここで、補強板22は、Auを表層とする金属被膜が表面および裏面のそれぞれに形成された基材(既めっき材)から形成されている。すなわち、図6に示すように、基材22Xからプレスで打ち抜くことによって個々の補強板22が形成されている。このため、補強板22の側面22Lには金属被膜が形成されておらず、SUS301の素地が露出している。なお、プレスの際は、補強板22周囲の領域を何箇所かに分けて打ち抜く。
このように既めっき材からプレスされた補強板22の表面および裏面には、図4、図5に示すように、金属被膜としての電極220,220がそれぞれ形成されている。
[3-2. Reinforcement plate configuration]
Returning to FIG. 3, the reinforcing
Here, the reinforcing
As shown in FIGS. 4 and 5,
突起部222Aは、ロータ28(図2)の外周面に対して所定の力で当接するように、ロータ28との相対位置が設定されており、この突起部222Aとロータ28側面との間に適切な摩擦力が発生することで、圧電振動体20Aの振動がロータ28に伝達されるようになっている。この突起部222Aは、補強板本体221とは別部材で形成されていてもよい。なお、もう一方の突起部222Bは、カウンタとして設けられている。
The
各支持部223は、補強板本体221に連設される括れ部223Aと、ビスで底板141A(図2)に固定される固定部223Bとを有し、圧電素子21を支持している。固定部223Bには、ビスが挿通される固定孔223Cと、位置決め孔223Dとが形成されている。
各支持部223における括れ部223Aは、圧電振動体20Aにおける振動の節の位置(圧電振動体20Aの平面中心)の近傍で、圧電振動体20Aの幅方向両側にそれぞれ設けられている。
Each
The
ここで、支持部223および突起部222A,222Bの表面にはそれぞれ、エポキシ系絶縁樹脂による絶縁性部材220Zが配置されている。各絶縁性部材220Zは、前記支持部223、突起部222A、222B上にそれぞれ形成されている。具体的に、突起部222A,222Bにおける絶縁性部材220Zは、各突起部222A,222Bの全体に形成され、支持部223における絶縁性部材220Zは、括れ部223Aに形成されている。なお、各絶縁性部材220Zは、電極220の表面に印刷されている。
これらの絶縁性部材220Zにははんだがぬれないため、各絶縁性部材220Zは接合材非付着部として機能する。なお、各絶縁性部材220Zは、図5に示すように、はんだ層30の厚みと同等以上の厚みとなるように形成されている。
Here, insulating
Since these insulating
[3−3.圧電素子と補強版との接合部の構成]
図7は、圧電振動体20Aの分解斜視図であり、圧電素子21,21および補強板22のそれぞれの接合面を示す。すなわち、電極210が形成された面と、電極220が形成された面とをそれぞれの接合面として、圧電素子21と補強板22とは図示しないはんだによって接合される。
本実施形態では、圧電素子21の電極210は、圧電素子21における接合面の全面に形成され、補強板22の電極220も、補強板22における接合面の全面に形成されている。ここで、圧電素子21における補強板22との接合部は電極210であり、補強板22における圧電素子21との接合部は電極220となっている。
[3-3. Structure of the junction between the piezoelectric element and the reinforcing plate]
FIG. 7 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrating
In the present embodiment, the
[4.圧電アクチュエータの電気的構成]
図8は、圧電アクチュエータ20における電気的構成の概念図である。圧電素子21に設けられた各電極211〜215は、リード基板27を介して駆動回路20Xに接続されている。他方、補強板22は、固定部223B(図3)に設けられた図示しないリード線などで、駆動回路20Xに接続されている。
補強板22は、各圧電素子21,21共通の電極としてGNDに接続され、駆動回路20Xにより、一方の圧電素子21の各電極211〜215と補強板22との間、および他方の圧電素子21の各電極211〜215と補強板22との間のそれぞれに交流電圧が印加される。なお、各電極211〜215は後述するように選択的に用いられるが、各圧電素子21にそれぞれ設けられた同じ電極同士、すなわち電極211,211、電極212,212、電極213,213、電極214,214、電極215,215にはそれぞれ、同時に同電位が印加される。
[4. Electrical configuration of piezoelectric actuator]
FIG. 8 is a conceptual diagram of the electrical configuration of the
The reinforcing
駆動回路20Xは、図示しないメイン基板に実装され、圧電素子21,21に交流電圧を印加する電圧印加部と、圧電振動体20Aの振動状態を検出する振動検出部とを有する。また、駆動回路20Xには、ロータ28の回転方向に応じて、各電極211〜215を電圧印加装置または振動検出装置のいずれかに通電するセレクタが設けられている。駆動回路20Xの電圧印加部が印加する電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などが採用される。
The
本実施形態では、駆動回路20Xの電圧印加部が発振する駆動信号の位相は単相であり、電極211〜215および補強板22には、同じ位相の駆動信号が供給される。
ここで、圧電振動体20Aは、突起部222A(図9)が良好な振動軌跡を描き、ロータ28を高効率で駆動可能なように、圧電素子21,21の縦横寸法の長さ比や厚さなどが設計されており、このように設計された圧電振動体20Aについて、駆動電圧の周波数が設定される。この駆動周波数は、圧電振動体20Aの振動時における縦振動の共振点と屈曲振動の共振点とが互いに近接するように設定される。
In the present embodiment, the phase of the drive signal oscillated by the voltage application unit of the
Here, in the piezoelectric vibrating
[5.圧電アクチュエータの動作]
図9を参照して、圧電アクチュエータ20の動作を説明する。
本実施形態の圧電アクチュエータ20では、電極211〜215を使い分けることにより、ロータ28(図2)を正方向R+または逆方向R−に駆動して日車72(図2)を正方向および逆方向のいずれの方向にも駆動することが可能である。
圧電素子21の略中央で長手方向に延びる電極213には、ロータ28の正方向R+の回転時にも逆方向R−への回転時にも電位が印加される。また、一方の対角線上に配置された電極211,215には、ロータ28の正方向R+の回転時にのみ、電位が印加され、他方の対角線上に配置された電極212,214には、ロータ28の正方向R−の回転時にのみ電位が印加される。
なお、ロータ28の正転逆転に応じて、電位が印加されない電極211,215あるいは電極212,214は、圧電アクチュエータ20の振動状態を電圧信号として取り出す検出電極として使用される。振動検出信号は、補強板22の電位を基準信号として、この基準信号に対する電極211,215の電位の差、あるいは基準信号に対する電極212,214の電位の差である差動信号として検出される。
[5. Operation of piezoelectric actuator]
The operation of the
In the
A potential is applied to the
Note that the
具体的に、ロータ28が正方向R+に回転される際には、電極213と電極211,215とに電位が印加され、圧電素子21,21はこれら電極211,213,215の領域において長手方向に伸縮し、圧電振動体20Aは長手方向に沿って縦一次振動を励振する。この際、電極211,215の配置により、圧電振動体20Aの平面中心を軸として図9中、時計回りにモーメントが生じ、圧電振動体20Aは幅方向に屈曲変位する屈曲二次振動を誘発する。圧電アクチュエータ20は、これら縦振動および屈曲振動が合成された混合モードで励振する。この縦振動と屈曲振動との位相差により、突起部222Aは楕円軌道+を描き、この楕円軌道+との接線方向にロータ28(図2)が正方向R+に駆動される。このロータ28の回転を通じて日車72が正方向に回転駆動される。
この際、電極212,214は駆動回路20Xの振動検出部に接続されており、電極212,214から検出された振動状態に基いて、駆動回路20Xの電圧印加部が出力する駆動電圧の周波数が可変に制御される。
Specifically, when the
At this time, the
一方、ロータ28が逆方向に回転される際には、電極213と電極212,214とに電位が印加され、電極211,215は駆動制御装置の振動検出部に接続される。
ここで、電極212,214の配置により、圧電振動体20Aには図9中、反時計回りにモーメントが生じ、突起部222Aは楕円軌道−を描く。これにより、ロータ28は逆方向R−に回転駆動され、日車72が逆方向に回転駆動される。
On the other hand, when the
Here, due to the arrangement of the
[6.圧電振動体の製造方法]
次に、圧電振動体20Aの製造方法について説明する。予め、圧電素子21および補強板22をそれぞれ製作しておく。圧電素子21の場合、厚さ0.15mmのPZT基材に電極210や電極211〜215を形成した後、この基材をダイシングして個々の圧電素子21を製作する。一方、補強板22は、図6に示したようにSUS301の既めっき材である基材22Xからプレスによって成形する。
[6. Method for manufacturing piezoelectric vibrator]
Next, a method for manufacturing the piezoelectric vibrating
図10〜図13を参照し、圧電素子21と補強板22との接合工程について説明する。
図10は、圧電素子21の接合面を示す。前述のように、圧電素子21における接合面には電極210が形成されており、本実施形態では、この電極210の表面にスクリーン印刷によってはんだ31を島状に配置する。すなわち、ドット状に孔が形成された図示しないスクリーンを使用し、このスクリーンを介して電極210の表面にクリーム状のはんだを均一に供給する。これにより、図10(B)に示すように、はんだ31が電極210の表面からスクリーンの厚み(本実施形態では0.03mm)に応じて盛り上がった状態となる。
このようなスクリーン印刷によるはんだ31の配置は、各圧電素子21,21のそれぞれに同様にして行う。図11は、はんだ31が配置された各圧電素子21,21と補強板22とが積層される態様を示す。
The joining process of the
FIG. 10 shows the bonding surface of the
The placement of the
図12は、加圧装置110および加熱装置120を使用して圧電素子21,21と補強板22とを接合する工程を示す。本実施形態では、加圧装置110と加熱装置120とがそれぞれ独立して構成され、加圧装置110による加圧と、加熱装置120による加熱とは、適宜なタイミングでそれぞれ行われる。
加圧装置110は、大略、圧電素子21,21および補強板22が配置される下板111と、この下板111に対向する上板112と、上板112に設けられる重り113とを備えている。
上板112は、図示しないネジ部材等によって下板111に対して平行に下降し、圧電素子21,21と補強板22とが下板111と上板112との間で加圧される。
FIG. 12 shows a process of joining the
The pressurizing
The
下板111は、圧電素子21,21および補強板22を載置する載置部111Aを有している。この載置部111Aは、圧電素子21および補強板22のそれぞれの接合面に略沿って延びているとともに、複数の溝111Bを有する。載置部111Aにおいて、各溝111Bの部分は圧電素子21と接触しない非接触部であり、溝111Bが形成されていない部分は圧電素子21と接触する接触部である。ここで、圧電素子21の外縁部21Lの近傍でかつ圧電素子21の平面内の位置に溝111Bが形成されているため、圧電素子21が載置部111Aに接触する外縁部21Lからの距離Dが短くなっている。
The
加熱装置120は、任意の熱源を有し、補強板22における圧電素子21の外周部から突出する部分、例えば支持部223に当接される。加熱装置120の支持部233に当接される部分には、弾性部材121が設けられている。
この加熱装置120で支持部223を加熱すると、補強板22における熱伝導によりはんだ31が溶融する。加熱装置120による加熱温度は、はんだ31の融点である139℃に対応して決められている。はんだ31の融点は圧電素子21のキュリー点の半分以下となっているので、加熱時に圧電素子21の特性が劣化しない。
なお、溶融したはんだ31の表面張力により、補強板22および圧電素子21がはんだ31の位置に案内されるため、圧電素子21と補強板22との相対位置が決まり易い。本実施形態では、この溶融はんだによるセルフアライメントと、下板111に立設された位置決めピン111Cとを圧電素子21と補強板22との位置決めに併用している。
The
When the supporting
Since the reinforcing
ここで、補強板22の側面22Lには補強板22の素地が露出していることから、はんだ31はこの側面22L(図11参照)にはぬれず、なじまない。このため、圧電素子21の接合部(電極210)と補強板22の接合部(電極220)との間から補強板22の側面22Lにはんだ31が流出しない。
また、距離Dが短く設定されているため、はんだ31と電極210,220との界面が合金化してフラックスが排出されたとしても、圧電素子21と載置部111Aとの間の隙間にフラックスが流入する距離が最長で距離Dに限定される。フラックスは、溝111Bの内部に溜められる。
さらに、はんだ31は絶縁性部材220Zにもぬれず、なじまない。このため、はんだ31は、電極210と、補強板本体221における電極220とのみにぬれてなじみ、支持部223や突起部222A,222Bにはんだ31がはみ出さない。
圧電素子21と補強板22とは、はんだ31が電極210,220のそれぞれと合金化することによって接合される。
Here, since the base material of the reinforcing
Further, since the distance D is set short, even if the interface between the
Furthermore, the
The
図32は、上述の加圧装置110および加熱装置120によって圧電素子21と補強板22とが接合された状態を示す拡大断面図である。ここで、溶融したはんだ31は電極210の表面と、電極220の表面との全面に行き渡り、はんだ31と電極210の表面、そしてはんだ31と電極220表面、のそれぞれにおいて、SnとAuとが金属結合した合金層31Aが形成される。すなわち、圧電素子21と補強板22とは、それぞれの電極210,220が形成された領域を接合部として、強固に接合されている。
このように圧電素子21と補強板22とが合金層31Aを介して接合され、Snの熱伝導率は68W/m・kと高いため、圧電アクチュエータ20の駆動時に圧電素子21で発熱した熱は合金層31Aを介して補強板22に効率良く放熱される。また、補強板22から底板141A(図2)へと、さらに時計1の外装ケースなどへと放熱される。
FIG. 32 is an enlarged cross-sectional view showing a state where the
Thus, the
[7.本実施形態による効果]
以上の本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
(1)圧電アクチュエータ20の圧電素子21,21と補強板22との接合に関し、これら圧電素子21,21と補強板22とのそれぞれの間の接合面にはんだとのぬれ性の良い電極210,220を形成することにより、圧電素子21と補強板22とをはんだ31で接合した。これにより、圧電素子21の熱がはんだ31を介して補強板22、基台12、筐体4などへと順次放熱されるので、圧電素子21の自己発熱の問題を解決できる。これにより、圧電素子21の特性が安定し、信頼性を確保することができる。
また、圧電素子21の温度上昇が抑制されることで、放熱フィン等を付加することが不要となって圧電振動体20Aの小型化が可能となり、小型で大パワーという圧電アクチュエータ20の利点を引き出すことができる。
[7. Effects of this embodiment]
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) Regarding the joining of the
Further, since the temperature rise of the
(2)さらに、圧電素子21と補強板22との接合は、微視的には金属結合となるので、分子間力に基づく接着の場合よりも高い結合力を得ることができ、接合の長期信頼性を確保できる。
(2) Furthermore, since the bonding between the
(3)またさらに、接着剤の場合とは違って、はんだ31によって圧電素子21の電極210と補強板22の電極220とが全面的に導通されるため、導通が安定し、電気的に安定した導通抵抗が得られる。
そして、はんだ31による接合を行う製造工程では、例えばスクリーン印刷によってはんだ31を圧電素子21または補強板22に配置すればよいため、製造工程が簡略となる。すなわち、製造効率を向上させることができる。
(3) Furthermore, unlike the case of the adhesive, since the
And in the manufacturing process which joins with the
(4)圧電素子21のキュリー点よりも格段に低融点のはんだ31が使用されているので、接合時の加熱による圧電素子21の特性劣化を防止できる。
(4) Since the
(5)補強板22の側面22Lに金属被膜が形成されていないので、この側面22Lにはんだ31が流れず、補強板22の電極220が形成された領域である接合部にはんだ31を留まらせることができる。
このように補強板22の側面22Lに金属被膜が形成されないことで、位置決めピン111Cを伝ってはんだ31が補強板22の外周部に流れることを防止できる。すなわち、補強板22の外周部の一部にはんだ31が付着すれば圧電振動体20Aの振動がアンバランスとなり、振動特性がシフトするが、このような要因による振動特性ばらつきを防止できる。
なお、既めっき材を使用しているため、補強板22の平面部のみに金属被膜が形成され、側面部には金属被膜が形成されない補強板22を容易に製作できる。
(5) Since the metal film is not formed on the
As described above, since the metal film is not formed on the
Since the pre-plated material is used, it is possible to easily manufacture the reinforcing
(6)補強板22の側面22Lにはんだ31が流れないことで、突起部222Aの側面を補強板22の素地が露出した状態とすることができる。これにより、突起部222Aとロータ28との均一な摩擦抵抗を維持できる。
(6) Since the
(7)さらに、はんだ31が補強板22の側面22Lに流れないため、補強板22の側面から圧電素子21の電極211〜215にはんだ31が流れることも防止できる。これにより、補強板22と、電極211〜215とがショートすることを防止できる。
(7) Furthermore, since the
(8)絶縁性部材220Zが設けられることにより、補強板本体221から支持部223に向かってはんだ31が流れることを規制できる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことや、電極間のショートなどをより確実に防止できる。
ここで、この絶縁性部材220Zを電極220の表面に設けることによって接合材非付着部が形成されるため、後述する第2実施形態のように電極形成時のマスキングを不要にできる。
(8) By providing the insulating
Here, since this insulating
(9)接合前にはんだ31を配置する方法としてスクリーン印刷を採用したので、圧電素子21の接合面の必要な部分のみにはんだ31を容易に供給できる。
(9) Since screen printing is adopted as a method of arranging the
(10)加圧装置110の載置部111Aに溝111Bが形成されており、載置部111Aに圧電素子21が接触する圧電素子21の外縁部21Lからの距離Dが小さくなっているので、圧電素子21と補強板22との間から流出したフラックスが載置部111Aと圧電素子21との間に流入することを抑制できる。このため、フラックスが固着しても圧電振動体20Aを載置部111Aから容易に取り外すことができる。
(10) Since the
(11)圧電アクチュエータ20の採用により、磁気の影響を受けない、応答性が高く微小送りが可能、小型化・薄型化に有利、高トルク、保持トルク大(無通電であってもロータ位置が保持される)などのメリットを享受できる。
(11) The adoption of the
(12)また、圧電アクチュエータ20は薄型であるため、薄型化が重要課題とされる時計への組み込みに好適であり、また、圧電素子21,21が電気的にパラレルに接続されることによって低電圧で大きな変位を得ることができるから、電池で駆動される電子時計1への適用は特に好適となる。
(12) Further, since the
〔第2実施形態〕
次に、本実施形態の第2実施形態を説明する。本実施形態では、補強板に既めっき材を使用せず、また、スクリーン印刷以外の方法ではんだを接合部に配置している。これらの点を除いて、本実施形態の圧電アクチュエータは第1実施形態の圧電アクチュエータ20と同様に構成されている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present embodiment will be described. In this embodiment, the pre-plated material is not used for the reinforcing plate, and the solder is arranged at the joint by a method other than screen printing. Except for these points, the piezoelectric actuator of the present embodiment is configured in the same manner as the
図13は、本実施形態の圧電アクチュエータ30の分解斜視図である。但し、図13には、圧電素子21と補強板32とを接合するはんだを図示していない。
本実施形態の補強板32は、圧電素子21に積層される矩形状の補強板本体321と、突起部322A,322Bと、支持部323とを有し、これらは既めっき材ではないSUS301の基材からプレスされて一体に形成されている。
本実施形態では、突起部322A,322Bおよび支持部323をマスキングして電気めっき等を施すことにより、補強板本体321の表面および裏面に電極320がそれぞれ形成されている。この電極320は、約1.0μm厚のNiまたはNi合金による下地と、約0.1μm厚のAuまたはAu合金による被膜とを有している。なお、電極320の表層被膜は、AuやAu合金の被膜に限らず、PdおよびAgの合金等であってもよい。
ここで、支持部323および突起部322A,322Bは、SUS310の素地が露出した非被膜部320Xであり、この非被膜部320Xは電極320よりもはんだとのぬれ性が劣るため、接合材非付着部として機能する。すなわち、前記第1実施形態のように接合材非付着部として機能する絶縁性部材220Zを設けることなく、この非被膜部320Xを利用して接合材非付着部を形成することが可能となる。
FIG. 13 is an exploded perspective view of the
The reinforcing
In the present embodiment, the
Here, the
図14は、圧電素子21と補強板とを接合するはんだを補強板32に配置した状態を示す。本実施形態では、補強板本体321の表面および裏面の電極320,320にそれぞれ、はんだめっきによる被膜33が積層されている。このはんだめっきの被膜33が形成された補強板32と、圧電素子21,21とを図14に示すように順次積層し、第1実施形態と同様にして加熱および加圧を行って圧電素子21と補強板32とを接合する。この際、支持部323および突起部322A,322Bは非被膜部320Xとされているので、この非被膜部320Xにははんだがぬれず、また、なじまない。これにより、接合部としての電極210および電極320のそれぞれの領域に被膜33のはんだが留まり、支持部323および突起部322A,322Bにははんだがはみ出さない。
FIG. 14 shows a state in which solder for joining the
本実施形態によれば、第1実施形態で述べた(1)〜(4)等と略同様の効果を奏するほか、次のような効果を奏する。
(13)非被膜部320Xの形成により、補強板本体321から突起部322A,322Bや支持部323に向かってはんだが流れることを規制できる。これにより、振動特性がシフトして振動特性がばらつくことや、電極間のショートなどを防止できる。
また、突起部322Aが非被膜部320Xとされ、補強板32の素地が露出した状態とされているので、突起部322Aとロータ28(図2)との均一な摩擦抵抗を維持できる。
According to this embodiment, in addition to the effects similar to (1) to (4) described in the first embodiment, there are the following effects.
(13) The formation of the
Further, since the
ここで、本実施形態の補強板32の材質はステンレス鋼であったが、本実施形態における補強板32の材質をプラスチック成型材料、例えば、ポリイミド(280℃)、PPS(250℃)、PET(230℃)など(括弧内は連続使用温度)に置換することもできる。これらの材質は成型加工が可能な為、補強板32の製作が容易となる。
Here, although the material of the reinforcing
〔第3実施形態〕
次に、本実施形態の第3実施形態を説明する。本実施形態では、補強板の支持部や突起部に加えて、補強板本体の一部にも、金属被膜が形成されない非被膜部を形成する。また、圧電素子の一部にも金属被膜が形成されない非被膜部を形成する。これらの点を除いて、本実施形態の圧電アクチュエータは第2実施形態の圧電アクチュエータ30と略同様に構成されている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present embodiment will be described. In this embodiment, in addition to the support part and protrusion part of a reinforcement board, the non-coating part in which a metal film is not formed is formed also in a part of reinforcement board main body. Further, a non-coating portion where a metal coating is not formed is also formed on a part of the piezoelectric element. Except for these points, the piezoelectric actuator of this embodiment is configured in substantially the same manner as the
図15は、本実施形態の圧電アクチュエータ40の分解斜視図である。但し、図15には、圧電素子21と補強板32とを接合するはんだを図示していない。
各圧電素子21における補強板32との接合部には電極410が形成され、この電極410は、補強板32の突起部322A,322Bとの近傍位置と、支持部323との近傍位置とを除いた領域に形成されている。これにより、各圧電素子21には、電極410よりもはんだとのぬれ性が劣る非被膜部410Xが突起部322A,322Bとの近傍位置と、支持部323,323との近傍位置とのそれぞれに形成されている。
FIG. 15 is an exploded perspective view of the
An
また、補強板32における圧電素子21,21との接合部にはそれぞれ電極420,420が形成され、この電極420は、支持部323と、突起部322A,322Bと、補強板本体321における突起部322A,322Bとの近傍位置321A,321Aと、補強板本体321における支持部323,323との近傍位置321B,321Bと、を除いた領域に形成されている。これら電極420が形成されない各領域は、電極420よりもはんだとのぬれ性が劣る非被膜部420Xとなっており、この非被膜部420Xは、前記第2実施形態において補強板32に形成された非被膜部320Xの領域に加え、補強板本体321における突起部322A,322Bとの近傍位置321A,321A、および支持部323との近傍位置321B、321Bを含んで形成されている。
In addition,
図16は、圧電素子21における接合部にはんだ31を配置した図である。本実施形態では、第1実施形態と同様にスクリーン印刷によってはんだ31を圧電素子21に配置する。なお、はんだ31がスキージされるスクリーンの孔は、非被膜部410X,420Xに対応する部分には形成されていない。
このはんだ31が配置された圧電素子21,21と補強板32とを積層し、第1実施形態と同様にして加熱および加圧を行って圧電素子21と補強板32とを接合する。この際、各非被膜部410X、420Xが形成されていることにより、接合部としての電極410,420から支持部323および突起部322A,322Bに向かってはんだが流れない。
FIG. 16 is a diagram in which solder 31 is arranged at the joint in the
The
本実施形態によれば、前記第2実施形態と略同様の効果に加えて、次のような効果を奏する。
(14)非被膜部420Xが補強板本体321における突起部322A,322Bとの近傍位置321A,321A、および支持部323との近傍位置321B、321Bを含んで形成されていることにより、補強板本体321から支持部323との近傍位置321B、321Bへのはんだのはみ出しをより確実に規制することができる。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially similar to those of the second embodiment, the following effects can be obtained.
(14) The
〔第3実施形態の変形例〕
ここで、図17および図18は、上記第3実施形態の変形例を示す。
上記第3実施形態では図15に示したように、圧電素子21の接合面と補強板本体321の接合面との両方にそれぞれ、金属被膜が形成されない領域(非被膜部410X,420X)が形成されていたが、図17に示すように、圧電素子21の接合面のみに非被膜部410Xが形成され、補強板本体321の接合面の全面に電極320が形成されていてもよい。このような構成としても、非被膜部410Xによってはんだのはみ出しを規制できるため、上記第3実施形態と同様の効果を奏する。
また、図17とは逆に、図18のように補強板32の接合面に非被膜部420Xが形成され、圧電素子21の接合面の全面に電極210が形成されていてもよい。このような構成としても、非被膜部420Xによってはんだのはみ出しを規制できるため、上記第3実施形態と同様の効果を奏する。
[Modification of Third Embodiment]
Here, FIGS. 17 and 18 show a modification of the third embodiment.
In the third embodiment, as shown in FIG. 15, regions where the metal coating is not formed (
In contrast to FIG. 17, as shown in FIG. 18, the
〔第4実施形態〕
次に、本実施形態の第4実施形態を説明する。本実施形態は、補強板本体に形成される非被膜部の位置が前記第3実施形態と相違する。また、はんだを接合部に配置する方法が前記各実施形態と相違する。さらに、第1実施形態とは異なる加圧加熱装置を例示する。これらの点を除いて、本実施形態の圧電アクチュエータは第3実施形態の圧電アクチュエータ40と同様に構成されている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present embodiment will be described. This embodiment is different from the third embodiment in the position of the non-coating portion formed on the reinforcing plate body. Moreover, the method of arrange | positioning solder to a junction part differs from the said each embodiment. Furthermore, the pressurization heating apparatus different from 1st Embodiment is illustrated. Except for these points, the piezoelectric actuator of the present embodiment is configured in the same manner as the
図19は、本実施形態の圧電アクチュエータ45の分解斜視図である。圧電素子21にには補強板32との接合面の全面に電極210が形成されている。一方、補強板32の補強板本体321には、前記第3実施形態と形状が異なる電極452が形成されており、具体的に、電極452は、補強板本体321の各長辺部で2箇所ずつ、各短辺部で1箇所ずつ、合計6箇所を除く領域に形成されている。これにより、電極452よりもはんだとのぬれ性が劣る非被膜部452Xが6箇所に形成されている。これらの非被膜部452Xの位置は、後述する治具ピンの位置にそれぞれ対応している。
FIG. 19 is an exploded perspective view of the
また、圧電素子21,21と補強板32とのそれぞれの間には、はんだ箔453が配置されている。はんだ箔453は、電極452よりも一回り小さい縦横寸法に形成され、かつ、補強板本体321における各非被膜部452Xに対応する部分にそれぞれ切欠453Aが形成されている。
A
図20は、加圧および加熱を行う加圧・加熱装置の概略図である。この加圧・加熱装置は、加圧治具130と、板状の加熱部材139とを備えている。
加圧治具130は、それぞれ平面視矩形状とされる下板131と上板132とを備えている。下板131の四隅にはピン133が立設され、上板132にはこれらのピン133が案内されるガイド孔134が形成されている。ピン133およびガイド孔134により、上板132が下板131に対して平行に維持される。
FIG. 20 is a schematic view of a pressurizing / heating device that performs pressurization and heating. This pressurizing / heating device includes a pressurizing
The
図21は、下板131の平面図である。下板131には、圧電素子21,21および補強板32の相対位置を規定する円柱状の位置決めピン(位置決め治具)135が立設されている。これらの位置決めピン135は、1つの圧電アクチュエータ45に対して6個ずつ設けられ、前述した補強板本体321における各非被膜部452X(図19)は、この6個の位置決めピン135の位置にそれぞれ対応して形成されている。
FIG. 21 is a plan view of the
本実施形態における加熱および加圧工程は、次のように行う。まず、加圧治具130の下板131に圧電素子21、はんだ箔453、補強板32、はんだ箔453、圧電素子21を順次重ね、その上に上板132を配置する。
そして、任意の熱源によって予め約150℃に加熱された加熱部材139に加圧治具130を配置し、上板132の上に予め加熱した重り136を載せて加圧しながら約10分間加熱することにより、圧電素子21と補強板32とを接合する。この際、各非被膜部452Xが形成されていることにより、接合部としての電極210,420から位置決めピン135にはんだが流れない。
The heating and pressurizing steps in this embodiment are performed as follows. First, the
Then, the pressurizing
本実施形態によれば、前記第2実施形態と略同様の効果に加えて、次のような効果を奏する。
(15)補強板本体321における位置決めピン135との近傍位置に非被膜部452Xが形成されているため、補強板本体321からはんだがはみ出さず、位置決めピン135を伝ってはんだが流れることを規制できる。これによって振動特性のシフトを防止でき、また、電極間のショートも防止できる。さらに、位置決めピン135を伝ってフラックスが下板131と圧電素子21との間に流入することがないので、圧電アクチュエータ45を加圧治具130から容易に取り外すことができる。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially similar to those of the second embodiment, the following effects can be obtained.
(15) Since the
〔第4実施形態の変形例〕
上記の第4実施形態では、図19に示すように、圧電素子21および補強板32のうち補強板32においてのみ、金属被膜が形成されない部分(非被膜部452X)が形成されていたが、このような非被膜部は圧電素子21と補強板32との両方に形成されていてもよいし、また、圧電素子21のみに形成されていてもよい。
[Modification of Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 19, only the reinforcing
〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態を説明する。本実施形態は、前記各実施形態とは違って、圧電素子の接合面の寸法と補強板の接合面の寸法とが不一致とされている。この点を除いて、本実施形態の圧電アクチュエータは第1実施形態の圧電アクチュエータ20と同様に構成されている。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, unlike the above-described embodiments, the size of the bonding surface of the piezoelectric element and the size of the bonding surface of the reinforcing plate are inconsistent. Except for this point, the piezoelectric actuator of the present embodiment is configured in the same manner as the
図22(A)は、本実施形態の圧電アクチュエータ50の平面図であり、圧電アクチュエータ50は、圧電素子51と、補強板22とを備えている。
ここで、圧電素子51は補強板22の補強板本体221よりも一回り小さく形成されており、圧電素子51の長さおよび幅はそれぞれ、補強板22長さおよび幅よりも短い。
FIG. 22A is a plan view of the
Here, the
図22(B)は、図22(A)のB−B線端面図である。なお、圧電素子51における補強板22との接合部と、補強板22における圧電素子51との接合部とにはそれぞれ電極が形成されているが、これらの電極の図示は省略した。以降の図23〜図26においても同様とする。
圧電素子51の外周面51Aは、補強板22の外周面22Aよりも内側にオフセットして配置されており、圧電素子51の接合面51Bの外側に補強板22の接合面22Bが延出している。
圧電素子51と補強板22とがはんだで接合される際にフラックス31Fが補強板22の接合面22Bに案内され、この接合面22Bと圧電素子51の外周面51Aとの間にフラックス31Fが保持される。
FIG. 22B is an end view taken along line BB in FIG. In addition, although electrodes are formed on the joint portion of the
The outer
When the
本実施形態によれば、第1実施形態で延べた(1)〜(4)等と同様の効果を奏するほか、次の効果を奏する。
(16)圧電素子51の接合面が補強板22の接合面よりも小さく形成されているため、圧電素子51の外側に延出する補強板22の接合面22Bにフラックス31Fを保持することが可能となる。これにより、フラックス31Fの付着によって振動特性がシフトしたり、治具に固着するなどの問題を回避できる。
また、圧電素子51の表面にフラックス31Fが回り込まないため、電極211〜215にプローブを接続して検査を行う際の導通不良を防止できる。
According to this embodiment, in addition to the same effects as (1) to (4) and the like extended in the first embodiment, the following effects are also obtained.
(16) Since the joining surface of the
In addition, since the
ここで、圧電素子51と補強板22との接合材として、はんだではなく接着剤を用いることも可能であり、この場合も、補強板22の接合面22Bが、圧電素子51と補強板22との間からはみ出した接着剤の液溜まりスペースとなるので、上記(16)と同様の効果を有する。
但し、圧電素子51と補強板22との平面寸法が相違する本実施形態では、例えば段付ピンなどを使用して圧電素子51と補強板22との位置決めを行いたいが、補強板22の接合面22Bに溜まった接着剤がピンに固着するため、圧電素子51と補強板22との位置決めは難しくなる。
その点、上述のようにはんだを使用すれば、はんだのセルフアライメント効果により、圧電素子51と補強板22との平面方向における相対位置が正確に決まるので、位置決めピンを不要にできる。すなわち、はんだを使用することで、圧電素子51と補強板22との平面寸法が相違していても、これら圧電素子51と補強板22との相対位置を正確に規定できるという利点がある。
なお、はんだのセルフアライメント効果とは、溶融したはんだがその表面積を小さくしようとする働きに起因すると考えられている。
Here, as a bonding material between the
However, in this embodiment in which the planar dimensions of the
In that respect, if the solder is used as described above, the relative position in the plane direction between the
The solder self-alignment effect is considered to be caused by the action of the molten solder to reduce its surface area.
〔第6実施形態〕
次に、本発明の第6実施形態を説明する。本実施形態では、前記第5実施形態とは反対に、圧電素子よりも補強板の方を小さく形成している。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, contrary to the fifth embodiment, the reinforcing plate is formed smaller than the piezoelectric element.
図23(A)は、本実施形態の圧電アクチュエータ53の平面図である。また、図23(B)は、図23(A)のB−B線端面図である。
圧電アクチュエータ53は、圧電素子21と、補強板52とを備えている。
ここで、補強板52は、圧電素子21よりも一回り小さく形成された補強板本体521と、突起部222A,222Bと、支持部223とを備えている。補強板本体521の長さおよび幅はそれぞれ、圧電素子21の長さおよび幅よりも短くなっている。
なお、補強板52の表面および裏面にはそれぞれ、図示しない電極が形成されている。
FIG. 23A is a plan view of the
The
Here, the reinforcing
Note that electrodes (not shown) are formed on the front and back surfaces of the reinforcing
補強板本体521の外周面521Aは、圧電素子21の外周面21Aよりも内側にオフセットして配置されており、補強板52の接合面52Bの外側に圧電素子21の接合面21Bが延出する。これにより、一方の圧電素子21の接合面21Bと、補強板本体521の外周面521Aと、他方の圧電素子21の接合面21Bとによって凹部523が形成されている。
圧電素子21と補強板52とがはんだで接合されると、フラックス31Fが凹部523に案内されて保持される。
本実施形態によれば、前記第5実施形態と同様の効果を奏する。
The outer
When the
According to the present embodiment, the same effects as in the fifth embodiment can be obtained.
〔第7実施形態〕
次に、本発明の第7実施形態を説明する。本実施形態では、第5、第6実施形態とは異なる態様で、圧電素子の接合面の寸法と補強板の接合面の寸法とが不一致とされている。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the dimensions of the joining surface of the piezoelectric element and the dimensions of the joining surface of the reinforcing plate are inconsistent in a manner different from the fifth and sixth embodiments.
図24(A)は、本実施形態の圧電アクチュエータ55の平面図である。また、図24(B)は、図24(A)のB−B線端面図である。
圧電アクチュエータ55は、圧電素子56と、補強板22とを備えている。
ここで、圧電素子56の長辺側側面と短辺側側面とはそれぞれ、斜めダイシングによって補強板22の接合面22Bと鋭角をなす傾斜面56Aとされている。このように圧電素子56の側面が傾斜面56Aとされていることで、圧電素子56の接合面56Bの外側に補強板22の接合面22Bが延出する。
圧電素子56と補強板52とがはんだで接合されると、フラックス31Fが接合面22Bに案内され、この接合面22Bと傾斜面56Aとの間にフラックス31Fが保持される。
FIG. 24A is a plan view of the piezoelectric actuator 55 of the present embodiment. FIG. 24B is an end view taken along line BB in FIG.
The piezoelectric actuator 55 includes a
Here, the long side surface and the short side surface of the
When the
本実施形態によれば、前記第5実施形態と同様の効果を奏するほか、次のような効果を奏する。
(17)圧電素子56の側面を傾斜面56Aとすることで、圧電素子56の接合面と補強板22の接合面との寸法不一致部(接合面22B)を作りつつ、圧電素子56の端縁部と補強板22の端縁部との位置を揃えることが可能となるから、圧電素子56と補強板22とを接合する際の位置決めが容易となる。
According to this embodiment, in addition to the same effects as those of the fifth embodiment, the following effects can be obtained.
(17) By forming the side surface of the
〔第8実施形態〕
次に、本発明の第8実施形態を説明する。本実施形態では、第7実施形態とは異なる態様で、圧電素子の接合面と補強部材の接合面との寸法不一致部を作りつつ、これら圧電素子および補強部材のそれぞれの端縁部の位置を揃えている。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in a manner different from that of the seventh embodiment, the position of each edge of each of the piezoelectric element and the reinforcing member is determined while creating a dimension mismatching portion between the bonding surface of the piezoelectric element and the bonding surface of the reinforcing member. Aligned.
図25(A)は、本実施形態の圧電アクチュエータ57の平面図である。また、図25(B)は、図25(A)のB−B線端面図である。
圧電アクチュエータ57は、圧電素子58と、補強板22とを備えている。
ここで、圧電素子58における接合面58Bの外周部には、ステップカットにより、入隅状の段差部58Aが形成されている。このように圧電素子58に段差部58Aが形成されていることで、圧電素子58の接合面58Bの外側に補強板22の接合面22Bが延出する。
FIG. 25A is a plan view of the
The
Here, a stepped
圧電素子58と補強板22とがはんだで接合されると、フラックス31Fが接合面22Bに案内され、段差部58Aの内側にフラックス31Fが保持される。
本実施形態によれば、前記第7実施形態と同様の効果を奏する。
When the
According to the present embodiment, the same effects as in the seventh embodiment can be obtained.
〔第9実施形態〕
次に、本発明の第9実施形態を説明する。
図26は、本実施形態の圧電アクチュエータ59の断面図である。本実施形態では、圧電素子21と補強板22との間に、シリカ(二酸化ケイ素)、グラスファイバー、プラスチック等で形成されたギャップ材591が設けられている。このギャップ材591ははんだ31に予め混入されるが、ギャップ材591の融点ははんだ31の融点よりも高融点であるため、接合時に溶解されない。このギャップ材591によって圧電素子21と補強板22との間にギャップGが設けられるため、フラックス31Fが圧電素子21の接合面と補強板22の接合面との間に保持される。
[Ninth Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 26 is a cross-sectional view of the
本実施形態によれば、ギャップ材591によって形成された圧電素子21と補強板22との間の間隙にフラックス31Fが留まるので、フラックス31Fの付着によって振動特性がシフトしたり、治具に固着するなどの問題を回避できる。
また、圧電素子21の表面にフラックス31Fが回り込まないため、電極211〜215(図22)にプローブを接続して検査を行う際の導通不良を防止できる。
そのほか、第1実施形態で延べた(1)〜(4)と同様の効果を奏する。
According to the present embodiment, the
Moreover, since the
In addition, the same effects as (1) to (4) extended in the first embodiment are obtained.
〔第10実施形態〕
次に、本発明の第10実施形態を説明する。
[1.全体概略構成]
図27は、本実施形態に係るプリンタ7の概略図である。プリンタ7は、用紙がセットされる用紙トレイ2と、印刷された紙PPが排出される排出部3と、筐体4内部に設置される紙送りローラ5とを備える。
ローラ5は、図示しない印刷駆動部で印刷された紙PPを排出部3に送るものである。
[Tenth embodiment]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described.
[1. Overall schematic configuration]
FIG. 27 is a schematic diagram of the printer 7 according to the present embodiment. The printer 7 includes a
The
[2.紙送りローラの駆動機構]
ローラ5を駆動する駆動機構は、第1実施形態と同様の圧電アクチュエータ20(図3)と、この圧電アクチュエータ20の振動によって回転駆動されるロータ28と、ロータ28の回転を減速しつつ伝達する減速輪列29とを備えて構成されている。
なお、本実施形態のプリンタ7には、前述したすべての圧電アクチュエータを組み込むことが可能である。
減速輪列29は、ロータ28と同軸に設けられてロータ28と一体的に回転する歯車291と、この歯車291に噛合し、かつ、ローラ5の回転軸に固定された歯車292とから構成されている。
なお、圧電アクチュエータ20と、ロータ28とは、圧電アクチュエータユニット10(図28)としてユニット化されている。
[2. Paper feed roller drive mechanism]
The drive mechanism for driving the
Note that all the piezoelectric actuators described above can be incorporated in the printer 7 of the present embodiment.
The
The
[3.圧電アクチュエータユニットの構成]
図28に示すように、圧電アクチュエータユニット10は、筐体4(図27)のフレーム等に取り付けられる略矩形状の支持プレート11と、圧電アクチュエータ20と、圧電アクチュエータ20で駆動される被駆動体としてのロータ28とを備えて構成されている。圧電アクチュエータ20とロータ28とが平面的に隣接配置されることにより、圧電アクチュエータユニット10は薄型となっている。
[3. Configuration of piezoelectric actuator unit]
As shown in FIG. 28, the
支持プレート11には、圧電アクチュエータ20が取り付けられる基台12,12が突設され、圧電アクチュエータ20は、この基台12,12にそれぞれビス12Aで取付固定されている。なお、各基台12には、圧電アクチュエータ20を取付固定する際の位置決め用のピン12Bがそれぞれ形成されている。
また、支持プレート11の四隅にはそれぞれ、支持プレート11を筐体4のフレーム等に取り付けるための孔11Aと、図示しないカバープレートを取り付けるためのネジピン11Bとが形成されている。
本実施形態においても、第1実施形態と同様の圧電アクチュエータ20を備えるため、第1実施形態と略同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ20の駆動時に圧電素子21で発熱し、補強板22に放熱された熱は、補強板22から基台12(図28)へと、さらに筐体4(図27)へと放熱される。
In addition, holes 11A for attaching the
Also in this embodiment, since the
In the present embodiment, the heat generated by the
以上の前記各実施形態において、種々の態様の圧電アクチュエータを示したが、図29に、前記各実施形態とは異なる態様の圧電アクチュエータ60を示す。
この圧電アクチュエータ60における前記各実施形態の圧電アクチュエータとの相違点は、支持部623が補強板62の片側にのみ形成されロータ28を一方向に駆動することと、突起部622A,622Bが偏心した位置に配置されていることと、圧電素子21の表面に形成された電極216が分割されていないことである。突起部622A,622Bの位置が偏心していることで屈曲振動が誘発されるので、本実施形態の圧電アクチュエータ60も、前記各実施形態の圧電アクチュエータと同様に楕円振動を励振する。従って、この圧電アクチュエータ60も、前記した圧電アクチュエータ20等と同様に、電子時計やプリンタに組み込むことが可能である。
In each of the above-described embodiments, piezoelectric actuators of various modes have been shown. FIG. 29 shows a
The
〔本発明の変形例〕
以上、本発明の実施態様について具体的に示したが、前記各実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改良、変形が可能である。
[Modification of the present invention]
Although the embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
図30は、本発明に係る圧電振動体の製造装置(治具)を示す。すなわち図12で下板111に形成されていた溝111Bの代わりに、下板111に下垂部111Dを形成してもよい。ここでも、圧電素子21が載置部111Aに接触する圧電素子21外周部からの距離Dが短く設定され、下垂部111Dによってはんだが下方に案内されるので、載置部111Aから圧電アクチュエータ20を容易に取り外すことができる。
FIG. 30 shows a piezoelectric vibrator manufacturing apparatus (jig) according to the present invention. That is, the hanging
また、前記第3実施形態(図15)などでは、金属被膜としての電極420を補強板32に形成することで補強板32の接合部におけるはんだとのぬれ性を獲得していたが、これ以外に、例えばプラズマエッチングなどの方法によって補強板32の表面の酸化膜を除去する方法も考えられる。
図31では、電極を形成する代わりに、補強板32の接合面をプラズマエッチングで処理して酸化膜を除去している。この酸化膜除去処理の際、支持部323との近傍位置321B、321Bと、突起部322A,322Bとの近傍位置321A,321Aとを含む位置にメタルマスクが設けられることによって、接合材非付着部320Zがそれぞれ形成されている。このようにしても、補強板32の接合面において、はんだとのぬれ性が良い部分320P(酸化膜除去処理が行われた部分)と、はんだとのぬれ性が劣る部分(接合材非付着部320Z)とが形成されるので、酸化膜が除去された状態で接合工程を実施することにより、はんだが支持部323や突起部322A,322Bに流れることを防止できる。
In the third embodiment (FIG. 15) and the like, wettability with the solder at the joint portion of the reinforcing
In FIG. 31, instead of forming electrodes, the joining surface of the reinforcing
なお、前記各実施形態では、略矩形状の圧電振動体を示したが、これに限らず、圧電振動体の形状は、円環状、円形状、トラス状、台形状などであってよい。 In each of the above-described embodiments, the substantially rectangular piezoelectric vibrator is shown. However, the present invention is not limited to this, and the shape of the piezoelectric vibrator may be an annular shape, a circular shape, a truss shape, a trapezoid shape, or the like.
また、前記各実施形態では、交流電圧が印加され振動する圧電振動体を例示したが、本発明は、直流電圧が印加される圧電素子の実装構造にも応用できる。このような例としては、直流電圧が印加される圧電バルブなどが挙げられる。 Further, in each of the above embodiments, the piezoelectric vibrating body that vibrates when an AC voltage is applied is exemplified, but the present invention can also be applied to a mounting structure of a piezoelectric element to which a DC voltage is applied. As such an example, a piezoelectric valve to which a DC voltage is applied can be cited.
さらに、圧電振動体の電極のレイアウトや、圧電素子と補強板との積層態様、補強板に積層する圧電素子の個数などは任意に構成できる。圧電素子の変位方向は分極方向および電界の方向に応じて適宜設定すればよく、圧電横効果(前記各実施形態)に限らず、圧電縦効果や、圧電厚みすべり効果などを奏するものでもよい。 Furthermore, the layout of the electrodes of the piezoelectric vibrator, the stacking mode of the piezoelectric elements and the reinforcing plate, the number of piezoelectric elements stacked on the reinforcing plate, and the like can be arbitrarily configured. The displacement direction of the piezoelectric element may be appropriately set according to the polarization direction and the direction of the electric field, and is not limited to the piezoelectric lateral effect (each embodiment described above), and may exhibit a piezoelectric longitudinal effect, a piezoelectric thickness shear effect, or the like.
本発明は、前記実施形態のプリンタや電子時計に適用されるものに限らず、各種の電子機器に適用可能であり、特に連続して駆動されたり、小型で大パワーが投入される携帯用の電子機器に好適である。
ここで、各種の電子機器としては、携帯電話、非接触ICカード、パソコン、携帯情報端末(PDA)、カメラ、ディジタルカメラ、ビデオカメラ等を例示できる。なお、カメラに適用される場合、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明の圧電振動体を用いることができる。
さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、自動車等のインパネ(instrumental panel)のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッドの圧電振動子、プリンタの紙送り機構、乗り物や人形などの可動玩具類の駆動機構および姿勢補正機構、超音波モータ、ハードディスクドライブ、超音波洗浄器、超音波加湿器、超音波溶着・溶接装置、超音波治療器、超音波カッター、チューブポンプ等に本発明の圧電振動体を用いてもよい。
The present invention is not limited to those applied to the printer and the electronic timepiece of the above-described embodiment, and can be applied to various electronic devices, and particularly portable devices that are continuously driven or are small and have high power input. Suitable for electronic devices.
Here, examples of the various electronic devices include a mobile phone, a non-contact IC card, a personal computer, a personal digital assistant (PDA), a camera, a digital camera, and a video camera. When applied to a camera, the piezoelectric vibrating body of the present invention can be used to drive a lens focusing mechanism, a zoom mechanism, a diaphragm adjusting mechanism, and the like.
Furthermore, the driving mechanism of meter pointers for measuring instruments, the driving mechanism of instrument pointers for instrument panels of automobiles, piezoelectric buzzers, piezoelectric vibrators for inkjet heads used in printers, paper feed mechanisms for printers, vehicles, Driving mechanism and posture correction mechanism for movable toys such as dolls, ultrasonic motors, hard disk drives, ultrasonic cleaners, ultrasonic humidifiers, ultrasonic welding / welding devices, ultrasonic therapeutic devices, ultrasonic cutters, tube pumps, etc. Alternatively, the piezoelectric vibrator of the present invention may be used.
なお、前記各実施形態では、圧電アクチュエータの適用例として腕時計を示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。 In each of the above embodiments, a wristwatch is shown as an application example of a piezoelectric actuator. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a pocket watch, a table clock, a wall clock, and the like. In these various timepieces, for example, it can be used as a mechanism for driving a Karakuri doll or the like.
また、前記各実施形態では、圧電素子を駆動装置として利用する圧電アクチュエータを示したが、圧電素子の利用範囲はこれに留まらず、正圧電効果による圧電素子の歪(変位)の状態を示す電圧信号の情報的な利用、例えば、水中通信装置(ソナー)、魚群探知機(測深機)、距離計、非破壊検査装置(超音波探傷機)、超音波診断装置、超音波厚み計、流量計などにも圧電素子を利用できる。 In each of the above embodiments, a piezoelectric actuator that uses a piezoelectric element as a driving device has been described. However, the usage range of the piezoelectric element is not limited to this, and a voltage that indicates the state of distortion (displacement) of the piezoelectric element due to the positive piezoelectric effect. Informational use of signals, for example, underwater communication devices (sonar), fish detectors (deepening devices), distance meters, nondestructive inspection devices (ultrasonic flaw detectors), ultrasonic diagnostic devices, ultrasonic thickness meters, flow meters Piezoelectric elements can also be used for such as.
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Although the best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.
1・・・電子時計(電子機器)、7・・・プリンタ(電子機器)、20・・・圧電アクチュエータ、20A・・・圧電振動体、21・・・圧電素子、21B・・・接合面、21L・・・外縁部、22・・・補強板、22L・・・側面(補強部材の側面)、22B・・・接合面(補強部材の接合面)、28・・・ロータ(被駆動体)、30・・・圧電アクチュエータ、30・・・はんだ層、31・・・はんだ、31F・・・フラックス、31A・・・合金層、32・・・補強板、33・・・被膜(はんだ)、40・・・圧電アクチュエータ、45・・・圧電アクチュエータ、50・・・圧電アクチュエータ、51・・・圧電素子、51B・・・接合面、52・・・補強板、52B・・・接合面、53・・・圧電アクチュエータ、55・・・圧電アクチュエータ、56・・・圧電素子、56A・・・傾斜面、56B・・・接合面、57・・・圧電アクチュエータ、58・・・圧電素子、58B・・・接合面、58A・・・段差部、59・・・圧電アクチュエータ、60・・・圧電アクチュエータ、62・・・補強板、91・・・圧電素子、92・・・補強板、110・・・加圧装置、111A・・・載置部、111B・・・溝(非接触部)、111C・・・位置決めピン(治具)、111D・・・下垂部、120・・・加熱装置、130・・・加圧治具、135・・・位置決めピン(治具)、139・・・加熱部材、141・・・ムーブメント(計時部)、142・・・文字板(計時情報表示部)、143・・・時針(計時情報表示部)、144・・・分針(計時情報表示部)、145・・・秒針(計時情報表示部)、210・・・電極(金属被膜)、220・・・電極(金属被膜)、220Z・・・絶縁性部材、221・・・補強板本体、222A,222B・・・突起部(当接部)、223・・・支持部、320Z・・・接合材非付着部、320・・・電極(金属被膜)、320X・・・非被膜部、321A,321A・・・近傍位置、321B,321B・・・近傍位置、321・・・補強板本体、322A,322B・・・突起部(当接部)、323・・・支持部、410X・・・非被膜部、410・・・電極(金属被膜)、410X・・・非被膜部、420・・・電極(金属被膜)、420X・・・非被膜部、452・・・電極(金属被膜)、452X・・・非被膜部、453・・・はんだ箔、521・・・補強板本体、591・・・ギャップ材、620X・・・非被膜部、621・・・補強板本体、622A,622B・・・突起部(当接部)、623・・・支持部。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記圧電素子における前記補強部材との接合部は、金属被膜を有して構成され、
前記補強部材における前記圧電素子との接合部は、金属被膜を有して構成されているか、または当該接合部の酸化膜が除去された状態とされ、
前記圧電素子と前記補強部材とは、前記各接合部において、金属接合材で接合されている
ことを特徴とする圧電振動体。 A piezoelectric element, and a reinforcing member joined to the piezoelectric element,
The joint portion of the piezoelectric element with the reinforcing member is configured to have a metal film,
The joint portion of the reinforcing member with the piezoelectric element is configured to have a metal film, or the oxide film of the joint portion is removed,
The piezoelectric vibration member, wherein the piezoelectric element and the reinforcing member are bonded to each other at a bonding portion with a metal bonding material.
前記金属接合材は、はんだとされている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 1,
The piezoelectric vibration member, wherein the metal bonding material is solder.
前記補強部材は、板状とされ、
前記補強部材の平面には、その少なくとも一部が前記接合部を構成する金属被膜が形成され、
前記補強部材の側面には、金属被膜が形成されておらず、
前記補強部材の平面の前記金属被膜における前記金属接合材とのぬれ性は、前記側面における前記金属接合材とのぬれ性よりも良い
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 1,
The reinforcing member is plate-shaped,
On the plane of the reinforcing member, a metal coating is formed, at least a part of which constitutes the joint,
No metal coating is formed on the side surface of the reinforcing member,
The piezoelectric vibrating body, wherein the wettability of the metal coating on the plane of the reinforcing member with the metal bonding material is better than the wettability of the side surface with the metal bonding material.
前記補強部材は、前記圧電素子との接合部を有する補強部材本体と、この補強部材本体以外の部位と、を有し、
前記補強部材本体以外の部位における少なくとも前記補強部材本体の前記接合部との近傍位置には、前記金属接合材とのぬれ性が前記補強部材本体の接合部における前記金属接合材とのぬれ性よりも劣る接合材非付着部が形成されている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 1,
The reinforcing member has a reinforcing member body having a joint with the piezoelectric element, and a portion other than the reinforcing member body,
At least in the vicinity of the joint portion of the reinforcement member main body in a portion other than the reinforcement member main body, the wettability with the metal joint material is greater than the wettability with the metal joint material at the joint portion of the reinforcement member main body. A piezoelectric vibration member characterized in that a bonding material non-adhered portion which is inferior is formed.
前記補強部材における前記補強部材本体のみに、前記接合部を構成する金属被膜が形成され、
前記接合材非付着部は、前記補強部材において金属被膜が形成されない非被膜部とされている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 4,
Only the reinforcing member main body in the reinforcing member is formed with a metal film that constitutes the joint portion,
The bonding material non-adhering portion is a non-coating portion where a metal coating is not formed on the reinforcing member.
少なくとも一部が前記接合部を構成する金属被膜が、前記補強部材本体と、前記補強部材本体以外の部位とに連続して形成され、
前記接合材非付着部は、前記金属被膜の表面に設けられている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 4,
A metal film, at least a part of which constitutes the joint, is continuously formed on the reinforcing member body and a portion other than the reinforcing member body,
The bonding material non-adhering portion is provided on a surface of the metal film.
前記接合材非付着部は、絶縁性部材によって形成されている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 4 or 6,
The bonding material non-adhering portion is formed of an insulating member.
前記補強部材は、前記圧電素子との接合部を有する補強部材本体と、前記補強部材本体以外の部位と、を有し、
前記補強部材本体には、前記接合部を構成する金属被膜が形成され、
前記圧電素子および前記補強部材本体の少なくとも一方における前記補強部材本体以外の部位との近傍位置は、金属被膜が形成されない非被膜部とされている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 1,
The reinforcing member has a reinforcing member main body having a joint with the piezoelectric element, and a portion other than the reinforcing member main body,
The reinforcing member main body is formed with a metal coating that constitutes the joint portion,
A position near a portion other than the reinforcing member main body in at least one of the piezoelectric element and the reinforcing member main body is a non-coating portion where a metal coating is not formed.
前記補強部材本体以外の部位は、前記補強部材本体に連設され前記圧電素子を支持する支持部とされている
ことを特徴とする圧電振動体。 In the piezoelectric vibrating body according to any one of claims 4 to 8,
The part other than the reinforcing member main body is a support portion that is connected to the reinforcing member main body and supports the piezoelectric element.
当該圧電振動体の振動を伝達することによって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータとされ、
前記補強部材本体以外の部位は、前記補強部材本体に連設され前記被駆動体に当接される当接部とされている
ことを特徴とする圧電振動体。 In the piezoelectric vibrating body according to any one of claims 4 to 9,
A piezoelectric actuator that drives the driven body by transmitting the vibration of the piezoelectric vibrating body;
A portion other than the reinforcing member main body is a contact portion that is connected to the reinforcing member main body and is in contact with the driven body.
前記圧電素子と前記補強部材とは、互いに積層されて接合され、
接合時には、積層方向に沿って延び前記圧電素子の外周部と前記補強部材の外周部とに当接する治具が使用され、
前記補強部材には、前記接合部を構成する金属被膜が形成され、
前記圧電素子および前記補強部材の少なくとも一方における前記治具との近傍位置は、金属被膜が形成されない非被膜部とされている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 1,
The piezoelectric element and the reinforcing member are laminated and bonded to each other,
At the time of joining, a jig that extends along the laminating direction and contacts the outer peripheral portion of the piezoelectric element and the outer peripheral portion of the reinforcing member is used,
The reinforcing member is formed with a metal film that constitutes the joint portion,
A piezoelectric vibrating body, wherein a position in the vicinity of the jig in at least one of the piezoelectric element and the reinforcing member is a non-coating portion where a metal coating is not formed.
前記圧電素子と前記補強部材とは、互いに積層されて接合され、
前記圧電素子における前記補強部材との接合面と、前記補強部材における前記圧電素子との接合面とは、大きさが相違し、
前記圧電素子の接合面および前記補強部材の接合面のうち大きい一方が他方の外側に延出している
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 1,
The piezoelectric element and the reinforcing member are laminated and bonded to each other,
The bonding surface of the piezoelectric element with the reinforcing member and the bonding surface of the reinforcing member with the piezoelectric element have different sizes.
One of the joining surface of the piezoelectric element and the joining surface of the reinforcing member extends to the outside of the other. The piezoelectric vibrator.
前記圧電素子および前記補強部材はそれぞれ、平面寸法が相違する板状部材として形成され、
前記圧電素子と前記補強部材とは厚み方向に積層されて接合されている
ことを特徴とする圧電振動体。 The piezoelectric vibrating body according to claim 12,
The piezoelectric element and the reinforcing member are each formed as a plate-like member having different plane dimensions,
The piezoelectric vibrator and the reinforcing member are laminated and joined in a thickness direction.
前記圧電振動体の振動により駆動される被駆動体とを備えた
ことを特徴とする電子機器。 A piezoelectric vibrating body according to any one of claims 1 to 13,
An electronic apparatus comprising: a driven body driven by vibration of the piezoelectric vibrating body.
計時を行う計時部と、前記計時部による計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計とされ、前記被駆動体は、前記計時情報表示部を駆動する駆動体である
ことを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 14 is:
A timepiece that measures time and a time information display unit that displays time information by the time unit, and the driven body is a driving body that drives the time information display unit. Electronic equipment.
前記圧電素子における前記補強部材との接合部が金属被膜を有して構成され、かつ、前記補強部材における前記圧電素子との接合部が金属被膜を有して構成されているか当該接合部の酸化膜が除去されている状態で、前記接合工程において、前記圧電素子と前記補強部材とを金属接合材で接合する
ことを特徴とする圧電振動体の製造方法。 A bonding step of bonding a piezoelectric element having a metal film and a reinforcing member for reinforcing the piezoelectric element;
The joint of the piezoelectric element with the reinforcing member is configured with a metal coating, and the joint of the reinforcing member with the piezoelectric element is configured with a metal coating or oxidation of the joint. In a state where the film is removed, in the joining step, the piezoelectric element and the reinforcing member are joined with a metal joining material.
前記接合工程では、スクリーン印刷、はんだめっき、およびはんだ箔の配設のいずれかによって前記補強部材における接合部、または前記圧電素子における接合部のいずれかに金属接合材を供給し、前記各接合部以外の部位には金属接合材を供給しない
ことを特徴とする圧電振動体の製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric vibrating body according to claim 16,
In the bonding step, a metal bonding material is supplied to either the bonding portion in the reinforcing member or the bonding portion in the piezoelectric element by any one of screen printing, solder plating, and arrangement of solder foil, A method of manufacturing a piezoelectric vibrating body, characterized in that no metal bonding material is supplied to any other part.
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