JP2651277B2 - 圧電発音体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流電圧を印加することにより音波を発生
する圧電発音体の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

複写機やファクシミリ等の電子機器の報知音発生器と
して多用されている圧電発音体は、第16図に示すよう
に、円板型の圧電セラミックス板21と圧電セラミックス
板21の上下面に設けられた電極22・23とからなる圧電素
子24を、補強支持用の金属支持板25上に接着剤により固
着した構成になっており、電極22と金属支持板25とにそ
れぞれ接続されたリード線26・27間に交流電圧を印加す
ることにより圧電セラミックス板21に伸縮運動が誘起さ
れ、これによって圧電発音体が全体として図の上下方向
にたわみ振動を起こして、音波が発生するようになって
いる。

上記圧電セラミックス板21はシート成形法により製造
されている。すなわち、PZT（ジルコン酸チタン酸鉛）
等の圧電体粒子と樹脂からなるバインダーとを体積比で
約1:1の割合で混練することにより圧電セラミックスシ
ートが作られ、これを円板型に打抜いた後、焼成するこ
とによって厚さ100〜300μｍの圧電セラミックス板21が
製造される。そして、この圧電セラミックス板21の上下
面に銀ペーストを塗布し焼付処理を施すことにより、厚
さ10〜50μｍの電極22・23が形成される。こうして得ら
れた圧電素子24を金属支持板25に接着剤で固着すること
により上記圧電発音体が製造されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の構成では、圧電素子24を金属支持板
25に接着剤で固着しているので、圧電発音体の振動特性
が接着剤による影響を受けやすく、品質が安定しないと
いう問題があり、このような課題を解決し得る構成とし
て、圧電セラミックス板の縁を支持するように、圧電セ
ラミックス板と一体に圧電セラミックス支持体を設ける
構成が提案されている。これによれば、圧電セラミック
ス板を支持するために接着等を行う必要がなくなり、振
動特性等の品質が安定した圧電発音体を得ることができ
る。

本願発明の第１の目的は、圧電セラミックス板の縁を
支持するように、圧電セラミックス板と一体に圧電セラ
ミックス支持体を設けた構成の圧電発音体を、少ない工
程で製造できる製造方法を提案することにあり、第２の
目的は、より安定して製造できる製造方法を提案するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

請求項第１項の発明に係る圧電発音体の製造方法は、
上記の目的を達成するために、圧電セラミックス板の上
下面に電極を有し、圧電セラミックス支持体が前記圧電
セラミックス板の縁を支持するように圧電セラミックス
板に一体に設けられており、前記電極間に交流電圧を印
加することにより音波を発生する圧電発音体の製造方法
であって、柱状の圧電セラミックス体の軸方向に穴加工
を行って底面に上記圧電セラミックス板を形成した後、
圧電セラミックス板の上下面に上記電極を形成し、分極
処理を行うことを特徴としている。

請求項第２項の発明に係る圧電発音体の製造方法は、
上記の目的を達成するために、圧電セラミックス板の上
下面に電極を有し、圧電セラミックス支持体が前記圧電
セラミックス板の縁を支持するように圧電セラミックス
板に一体に設けられており、前記電極間に交流電圧を印
加することにより音波を発生する圧電発音体の製造方法
であって、柱状の圧電セラミックス体の両底面に仮電極
を形成し、分極処理を行った後、柱状の圧電セラミック
ス体の軸方向に穴加工を行って底面に上記圧電セラミッ
クス板を形成し、圧電セラミックス板の上下面に上記電
極を形成することを特徴としている。

〔作用〕

請求項第１項の構成によれば、圧電セラミックス板の
上下面に電極を有し、圧電セラミックス支持体が前記圧
電セラミックス板の縁を支持するように圧電セラミック
ス板に一体に設けられており、前記電極間に交流電圧を
印加することにより音波を発生する圧電発音体の製造方
法であって、柱状の圧電セラミックス体の軸方向に穴加
工を行って底面に上記圧電セラミックス板を形成した
後、圧電セラミックス板の上下面に上記電極を形成し、
分極処理を行うので、上記圧電発音体を少ない工数で製
造できる。

請求項第２項の構成によれば、圧電セラミックス板の
上下面に電極を有し、圧電セラミックス支持体が前記圧
電セラミックス板の縁を支持するように圧電セラミック
ス板に一体に設けられており、前記電極間に交流電圧を
印加することにより音波を発生する圧電発音体の製造方
法であって、柱状の圧電セラミックス体の両底面に仮電
極を形成し、分極処理を行った後、柱状の圧電セラミッ
クス体の軸方向に穴加工を行って底面に上記圧電セラミ
ックス板を形成し、圧電セラミックス板の上下面に上記
電極を形成するので、圧電セラミックス板よりも厚い圧
電セラミックス体の段階で、分極処理が行われるため、
圧電セラミックス体の内部に比較的一様な電圧が印加さ
れ、局所的な高電圧印加に伴う絶縁破壊等が起こりにく
くなる。これにより、より安定して上記圧電発音体を製
造できる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図乃至第15図に基づいて説明
すれば、以下のとおりである。

本実施例の圧電発音体は、第１図の縦断面図及び第２
図の斜視図に示すように、円板型の圧電セラミックス板
１と、この圧電セラミックス板１の縁を支持するように
圧電セラミックス板１に一体に設けられたリング状の圧
電セラミックス支持体２と、圧電セラミックス板１の上
面と圧電セラミックス支持体２の内周面とに一体に形成
された内側の電極３と、圧電セラミックス板１の下面と
圧電セラミックス支持体２の外周面とに一体に形成され
た外側の電極４と、圧電セラミックス支持体２の内周上
の電極３から引き出されたリード線５と、圧電セラミッ
クス支持体２の外周上の電極４から引き出されたリード
線６とから構成されている。また、圧電セラミックス支
持体２は圧電セラミックス板１を支持するように圧電セ
ラミックス板１よりも厚く設定されている。

上記の構成において、圧電セラミックス板１の縁は圧
電セラミックス支持体２により支持され、しかも、圧電
セラミックス板１と圧電セラミックス支持体２とが一体
になっているので、圧電セラミックス板１の強度は充分
保持される。そして、リード線５・６間に交流電圧を印
加すると、圧電セラミックス板１に伸縮運動が誘起され
るが、圧電セラミックス板１の縁はリング状の圧電セラ
ミックス支持体２により支持されているので、圧電セラ
ミックス板１は圧電セラミックス支持体２に対して軸方
向（第１図の上下方向）にたわみ振動を起こすことにな
り、これによって音波が発生する。

以上のように、本実施例の圧電発音体では、圧電セラ
ミックス板１とこの圧電セラミックス板１の縁を支持す
る圧電セラミックス支持体２とを一体にした構成である
ので、圧電セラミックス板１を補強するために、金属支
持板等に圧電セラミックス板１を接着する必要がなくな
る。このため、振動特性が接着による影響を受けなくな
り、品質の安定した圧電発音体が得られる。また、圧電
セラミックス板１を圧電セラミックス支持体２で支持し
ているので、従来のように圧電発音体をケース等に収容
して支持しなくとも、これ自体で発音させることができ
る。さらに、圧電セラミックス板１よりも厚く設定した
圧電セラミックス支持体２の内周上及び外周上の電極３
・４からリード線５・６を取り出しているので、リード
線５・６のハンダ付け時、熱衝撃による圧電セラミック
ス板１の破損や、圧電セラミックス板１の圧電性能（分
極）の劣化・消失等が起こりにくくなる。

次に、上記圧電発音体の製造方法について、第３図乃
至第８図に基づいて説明する。

本製造方法では、加圧成形法により製造された緻密な
円柱状の圧電セラミックス体７（第３図）が用いられ
る。この圧電セラミックス体７の軸方向（第３図の上下
方向）に沿って中央部分がダイヤモンド微粒子等の研磨
材を用いた超音波加工により除去され、上述した圧電セ
ラミックス板１と圧電セラミックス支持体２とが形成さ
れる（第４図）。次に、圧電セラミックス板１及び圧電
セラミックス支持体２の全面に渡って、電極用の金属膜
８の無電解メッキが行われる（第５図）。それから、圧
電セラミックス支持体２の上面の金属膜８を研磨で除去
することにより、電極３・４が形成される（第６図）。
そして、これらの電極３・４の間に直流電源９より高電
圧が印加され、圧電セラミックス板１の電気双極子の方
向を一方向に揃える分極処理が行われる（第７図）。最
後に、圧電セラミックス支持体２の内周上及び外周上の
電極３・４にそれぞれリード線５・６がハンダ付けされ
る（第８図）。

以下、具体例を挙げて、上記製造方法をさらに詳しく
説明する。

PZT（ジルコン酸チタン酸鉛）からなる圧電体粒子と
樹脂からなるバインダーとを体積比で98:2〜99:1の割合
で混練して加圧成形後、焼成することによって、外径40
mm、厚さ1mm、焼結度が98〜99％の緻密な圧電セラミッ
クス体７（第３図）が得られた。この圧電セラミックス
体７の中央の内径30mm、深さ0.7mmの部分を研磨材とし
てダイヤモンド微粒子を用いた超音波加工によって除去
し、直径30mm、厚さ0.3mmの圧電セラミックス板１と、
外径40mm、内径30mm、高さ1mmのリング状の圧電セラミ
ックス支持体２とを形成した（第４図）。次に、圧電セ
ラミックス板１及び圧電セラミックス支持体２の全面に
渡って、電極用の金属膜８として、オーミックコンタク
ト用のニッケル膜とハンダに対して溶着性の銅膜とを無
電解メッキにより厚さ１μｍづつ順次積層した（第５
図）。それから、圧電セラミックス支持体２の上面の金
属膜８を研磨により除去し、電極３・４を形成した（第
６図）。そして、分極処理のため、圧電セラミックス板
１に20kV/cmの電界が加わるように、電極３・４の間に
直流電源９より高電圧を印加した（第７図）。最後に、
圧電セラミックス支持体２の内周上及び外周上の電極３
・４にそれぞれリード線５・６をハンダ付けすることに
より、本発明に係る圧電発音体が得られた（第８図）。

以上のように、上記製造方法によれば、本発明に係る
圧電発音体を少ない工数で製造できる。

上記圧電発音体の他の製造方法について、第９図乃至
第15図に基づいて説明する。

本製造方法では、加圧成形法により製造された緻密な
円柱状の圧電セラミックス体７（第９図）の両面に無電
解メッキによりまず電極10・11（仮電極）が形成される
（第10図）。そして、これらの電極10・11の間に直流電
源９より高電圧が印加され、圧電セラミックス体７の電
気双極子の方向を一方向に揃える分極処理が行われる
（第11図）。次に、電極10及び圧電セラミックス体７の
軸方向（第11図の上下方向）に沿った中央部分がダイヤ
モンド微粒子等の研磨材を用いた超音波加工により除去
され、上述した圧電セラミックス板１と圧電セラミック
ス支持体２とが形成される（第12図）。それから、電極
10・11上も含めて圧電セラミックス板１及び圧電セラミ
ックス支持体２の全面に渡って、電極用の金属膜８の無
電解メッキが行われ（第13図）、圧電セラミックス支持
体２の上面の電極10及び金属膜８を研磨で除去すること
により、電極３・４が形成される（第14図）。最後に、
圧電セラミックス支持体２の内周上及び外周上の電極３
・４にそれぞれリード線５・６がハンダ付けされる（第
15図）。

以下、具体例を挙げて、上記製造方法をさらに詳しく
説明する。

PZT（ジルコン酸チタン酸鉛）からなる圧電体粒子と
樹脂からなるバインダーとを体積比で98:2〜99:1の割合
で混練して加圧成形後、焼成することによって、外径40
mm、厚さ1mm、焼結度が98〜99％の緻密な圧電セラミッ
クス体７（第９図）が得られた。この圧電セラミックス
体７の両面に厚さ１μｍのオーミックコンタクト用のニ
ッケル膜を無電解メッキし、電極10・11を形成した（第
10図）。次に、分極処理のため、圧電セラミックス体７
に20kV/cmの電界が加わるように、電極10・11の間に直
流電源９より高電圧を印加した（第11図）。それから、
電極10及び圧電セラミックス体７の中央の内径30mm、深
さ0.8mmの部分を研磨材としてダイヤモンド微粒子を用
いた超音波加工よって除去し、直径30mm、厚さ0.2mmの
圧電セラミックス板１と、外径40mm、内径30mm、高さ1m
mのリング状の圧電セラミックス支持体２とを形成した
（第12図）。次に、電極10・11上も含めて圧電セラミッ
クス板１及び圧電セラミックス支持体２の全面に渡っ
て、電極用の金属膜８として、オーミックコンタクト用
のニッケル膜とハンダに対して溶着性の高い銅膜とを無
電解メッキにより厚さ１μｍづつ順次積層した（第13
図）。そして、圧電セラミックス支持体２の上面の電極
10及び金属膜８を研磨により除去し、電極３・４を形成
した（第14図）。最後に、圧電セラミックス支持体２上
の電極３・４にそれぞれリード線５・６ハンダ付けする
ことにより、本発明に係る圧電発音体が得られた（第15
図）。

上記製造方法は無電解メッキを２度行っているため、
前記の製造方法と比較して工数が増えるが、圧電セラミ
ックス板１よりも厚い圧電セラミックス体７の段階で分
極処理を行う構成であるので、圧電セラミックス体７の
内部に比較的一様な電圧が印加され、局所的な高電圧印
加に伴う絶縁破壊等が起こりにくくなる。このため、前
記の製造方法よりもさらに安定した分極処理を行うこと
ができる。

以上のように、本実施例の圧電発音体では、圧電セラ
ミックス板１は加圧成形法で得られた圧電セラミックス
体７を超音波加工することにより製造されるので、シー
ト成形法により得られた圧電セラミックス板１と比較し
て、圧電セラミックス板１は緻密になる。このため、周
波数特性に優れ、機械電気変換効率が高い圧電発音体が
得られる。また、圧電セラミックス板１を圧電セラミッ
クス支持体２により補強支持しているので、製造工程に
おける圧電セラミックス板１の破損が起こりにくくな
る。

以上の実施例では、円板型の圧電セラミックス板１を
有する圧電発音体について説明したが、形状はこれに限
らず、４角形板型等の多角形板型であってももちろんか
まわない。また、圧電セラミックス体７から圧電セラミ
ックス板１と圧電セラミックス支持体２とを形成する
際、超音波加工が好ましいが、切削加工を用いてもかま
わない。また、切削により粗加工を行った後、超音波切
削により仕上加工を行ってもよい。また、無電解メッキ
による電極３・４・10・11の形成法は、数μｍの一様な
膜厚が得られるために振動特性の品質安定上好ましい
が、真空蒸着法やスパッター法によっても同様の効果が
得られる。なお、膜厚があまり厚くならない限り、銀ペ
ーストの塗布、焼付によってもかまわない。

オーミックコンタクト用の金属材料としては、本実施
例のニッケルの他、銀もしくは銀にインジウム・ガリウ
ム合金を混練した複合材料が用いられる。圧電セラミッ
クス材料には、PZT以外にもBaTiO₃焼結体等のいかなる
圧電セラミックス材料を用いてもよいことは言うまでも
ない。

なお、本実施例の圧電発音体は音波・超音波の発生だ
けでなく、それらの検出用のセンサーとしても使用でき
る。

〔発明の効果〕

請求項第１項の発明に係る圧電発音体の製造方法は、
以上のように、柱状の圧電セラミックス体の軸方向に穴
加工を行って底面に上記圧電セラミックス板を形成した
後、圧電セラミックス板の上下面に上記電極を形成し、
分極処理を行うので、上記圧電発音体を少ない工数で製
造できるという効果を奏する。

請求項第２項の発明に係る圧電発音体の製造方法は、
以上のように、柱状の圧電セラミックス体の両底面に仮
電極を形成し、分極処理を行った後、柱状の圧電セラミ
ックス体の軸方向に穴加工を行って底面に上記圧電セラ
ミックス板を形成し、圧電セラミックス板の上下面に上
記電極を形成するので、圧電セラミックス板よりも厚い
圧電セラミックス体の段階で、分極処理が行われるた
め、圧電セラミックス体の内部に比較的一様な電圧が印
加され、局所的な高電圧印加に伴う絶縁破壊等が起こり
にくくなる。これにより、上記圧電発音体をより安定に
製造できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第15図は本発明の一実施例を示すものであ
る。 第１図は、本実施例の圧電発音体の構成を示す縦断面図
である。 第２図は、本実施例の圧電発音体の斜視図である。 第３図乃至第８図は、本実施例の圧電発音体の製造方法
を示す工程図である。 第９図乃至第15図は、本実施例の圧電発音体の他の製造
方法を示す工程図である。 第16図は従来例を示すものであり、圧電発音体の構成を
示す縦断面図である。 １は圧電セラミックス板、２は圧電セラミックス支持
体、３・４は電極、10・11は電極（仮電極）である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電セラミックス板の上下面に電極を有
   し、圧電セラミックス支持体が前記圧電セラミックス板
   の縁を支持するように圧電セラミックス板に一体に設け
   られており、前記電極間に交流電圧を印加することによ
   り音波を発生する圧電発音体の製造方法であって、 柱状の圧電セラミックス体の軸方向に穴加工を行って底
   面に上記圧電セラミックス板を形成した後、圧電セラミ
   ックス板の上下面に上記電極を形成し、分極処理を行う
   ことを特徴とする圧電発音体の製造方法。
2. 【請求項２】圧電セラミックス板の上下面に電極を有
   し、圧電セラミックス支持体が前記圧電セラミックス板
   の縁を支持するように圧電セラミックス板に一体に設け
   られており、前記電極間に交流電圧を印加することによ
   り音波を発生する圧電発音体の製造方法であって、 柱状の圧電セラミックス体の両底面に仮電極を形成し、
   分極処理を行った後、柱状の圧電セラミックス体の軸方
   向に穴加工を行って底面に上記圧電セラミックス板を形
   成し、圧電セラミックス板の上下面に上記電極を形成す
   ることを特徴とする圧電発音体の製造方法。