JP4175535B2

JP4175535B2 - Multilayer piezoelectric vibrator and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4175535B2
Application number: JP2002120244A
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Inventors: 誠千坂; 修小林
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Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2008-11-05
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層圧電振動子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、圧電振動子の厚み方向の共振（縦振動の共振）を利用する高周波共振器、送受波器などに用いられ、特に超音波診断機用の超音波探触子に好適に用いられる積層圧電振動子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探触子は内蔵された圧電振動子によって、送信時の電気信号から超音波への変換と受信時の超音波から電気信号への変換が行われる。現在最も広く用いられている電子走査装置の超音波探触子では、圧電振動子をダイシングマシーンなどによりアレイ（短冊）状に細かく切断し、アレイ状単位で送受信をしているため、１つのアレイ状素子として使用されている。
【０００３】
このような超音波探触子の感度を上げるために要求される圧電振動子の性能は、下記の計算式で求められる圧電定数ｄ₃₃の高い方が電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するのに好都合である。
【化１】

ｋ₃₃: 電気機械結合係数
ε₃₃: 応力一定の時の誘電率
Ｓ₃₃: 電界一定の時の弾性コンプライアンス
【０００４】
また、アレイ状に切断した圧電振動子の場合では、電気機械結合係数ｋ₃₃’（以下、アレイ状での電気機械結合係数を「ｋ₃₃’」で示す）が大きく、かつ誘電率ε₃₃が高いものほど好まれ、さらに、ケーブルや装置浮遊容量による損失が少なく、しかも、送受信回路とのマッチングが取りやすい、誘電率の高い材料で形成されることが好まれる。
【０００５】
上記の理由により、積層圧電振動子は、複数の圧電体が積層された構造をしていることから誘電率の高いものが得られるので非常に有用であり、また、２層、３層、・・と積層数を増やすことにより、１／４、１／９、・・と、より低い共振インピーダンスを得ることができるので、この面でも有用である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような積層圧電振動子を作製するにあたり、圧電体を積層する方法としては、同時焼成による方法が採用されている。しかしながら、この方法では同時焼成を行うための電極材料として、ＰｄやＰｔなどの貴金属を使用する必要があり、そのため、積層数が増すに従ってコスト高となる。さらに、同時焼成によって生じる反りなどの問題で、大きなサイズのものを得ることが難しく、また、切断加工に耐える接合強度に得るには、セラミックスと電極との接合性を良くするために、ガラスフリットを用いる必要があり、そのガラスフリットがセラミックス中に拡散し、上記ｋ₃₃’や誘電率の低下を引き起こす。
【０００７】
すなわち、上記のような同時焼成法では、アレイ状にするための切断加工に耐える接合強度にしようとすると、ｋ₃₃’や誘電率が低くなり、逆にｋ₃₃’や誘電率を向上させようとすると、接合強度が低くなり、アレイ状に切断する切断加工時に電極がセラミックスから剥離してしまう。
【０００８】
圧電体の積層方法としては、上記同時焼成法以外にも、圧電体に形成した電極を熱融着して積層する方法や圧電体を接着用樹脂で接着して積層する方法があるが、上記電極を熱融着して積層する方法では、セラミックスと電極との接合強度を高くするため、ガラスフリットを多く入れる必要があるが、ガラスフリットを多く入れた場合には、前記のように、そのガラスフリットがセラミックス中に拡散して、ｋ₃₃’や誘電率の低下を引き起こす。特にセラミックス層の厚みが薄いほど特性へのダメージが大きい。
【０００９】
これに対して、樹脂接着法では、ガラスフリットの拡散が無いため誘電率は低下しないが、従来の樹脂接着法では、ｋ₃₃’のバラツキが大きく、ｋ₃₃’が６５％より低いものしか得られない。
【００１０】
そのため、アレイ状に加工後のｋ₃₃’が安定して６５％以上の特性を有する積層圧電振動子は、実用化に至っていないのが現状である。
【００１１】
したがって、本発明は、上記のような従来技術における問題点を解決し、アレイ状に加工後のｋ₃₃’が安定して６５％以上の特性を有する積層圧電振動子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２層の圧電体と、上記圧電体と交互に積層された１層の内部電極と、上記内部電極と連結された一方の外部電極と、上記一方の外部電極とは独立した他方の外部電極とを有してなる積層圧電振動子において、上記他方の外部電極を積層圧電振動子の少なくとも上面および下面に形成し、上記内部電極を２層の内部電極構成用電極の間に接着層を介在させることによって構成し、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差を１．５μｍ以下にし、かつ、接着層の厚みを１μｍ以下にし、接着層の樹脂として硬度がショアＤ硬度で８０以上のものを用いて積層圧電振動子を構成することによって、上記課題を解決したものである。
【００１３】
また、本発明は、ｎ層（ただし、ｎは３以上の自然数）の圧電体と、上記圧電体と交互に積層されたｎ−１層の内部電極と、上記内部電極が並列に接続されるように設けられた外部電極群とを有してなる積層圧電振動子において、上記内部電極を２層の内部電極構成用電極の間に接着層を介在させることによって構成し、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差を１．５μｍ以下にし、かつ、接着層の厚みを１μｍ以下にし、接着層の樹脂として硬度がショアＤ硬度で８０以上のものを用いて積層圧電振動子を構成することによって、上記課題を解決したものである。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、上記のような２層積層圧電振動子やｎ層積層圧電振動子において、内部電極構成用電極の表面の凹凸差を１．５μｍ以下にし、接着層の厚みを１μｍ以下にし、接着層の樹脂として硬度がショアＤ硬度で８０以上のものを用いることによって、アレイ状であっても、ｋ₃₃’が安定して６５％以上の積層圧電振動子を提供することができる。
【００１５】
また、本発明においては、上記内部電極構成用電極の厚みが１μｍ以下であることが好ましく、さらに、内部電極構成用電極がスパッタ法で形成され、その内部電極構成用電極の厚みが０．０５〜１μｍで、その材料が金（Ａｕ）であることを好ましい態様としている。
【００１６】
そして、本発明のもう一つの要旨は、上記積層圧電振動子の製造方法であり、セラミックスを＃６０００以上の研磨剤でラップする第１工程と、上記第１工程で得られたセラミックスの表面に所定のパターンで内部電極構成用電極を形成する第２工程と、上記内部電極構成用電極を接着剤で接着して２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在する内部電極を構成する第３工程とを経由することによって、積層圧電振動子を製造する方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の積層圧電振動子を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明において圧電体を２層積層した２層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図であり、図２は本発明においてｎ＝３の圧電体を３層積層した３層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図である。また、図３は本発明においてｎ＝４の圧電体を４層積層した４層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図であり、図４は本発明においてｎ＝５以上の圧電体をｎ層積層したｎ層積層型の積層圧電振動子を模式的に示す図である。そして、図５は本発明の積層圧電振動子における内部電極およびその近傍部材を模式的に拡大して示す図である。
【００１８】
まず、図１に示す２層積層型の積層圧電振動子について説明すると、この図１に示す積層圧電振動子は、２層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層された１層の内部電極２と、上記内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記内部電極２と連結していない他方の外部電極４（この他方の外部電極４は前記一方の外部電極３とも連結しておらず、前記一方の外部電極３とは独立している。以下同様）とを有している。そして、他方の外部電極４は少なくとも積層圧電振動子の上面および下面に形成されていて、もとより、その上面における部分と下面における部分とは連結している。
【００１９】
上記内部電極２は、図５に示すように、２層の内部電極構成用電極２ａの間に接着層２ｂが介在することによって構成されていて、本発明においては、この内部電極構成用電極２ａの表面における凹凸差（図５において、Ｔで示されている）が１．５μｍ以下であり、かつ、接着層２ｂの厚みが１μｍ以下であり、接着層２ｂの樹脂の硬度がショアＤ硬度で８０以上であることを特徴としている。
【００２０】
そして、この図１において、圧電体１の分極方向は圧電体１中に太い矢印で示されていて、この図１に示す積層圧電振動子では、２層の圧電体１の分極方向は互いに逆向きになっているが、目的によっては分極方向が同じ向きになる場合もある。また、この図１では、内部電極２や外部電極３、４などの電極を形成した部分の境界線は電極の種類にかかわらず太線で示し、圧電体１の電極が形成されていない部分の稜線は細線で示している。そして、電極が形成されている面にはドットを付している。なお、この太線、細線、ドット、太い矢印などによる図示の内容は、積層構造のいかんにかかわらず、圧電振動子を示す他の図でも同じである。
【００２１】
つぎに、図２に示すｎ＝３の３層積層型の積層圧電振動子について説明する。この図２に示す積層圧電振動子は、圧電体を３層積層した３層積層型の積層圧電振動子であって、３層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層された２層の内部電極２と、上記２層の内部電極のうち積層圧電振動子の上面から数えて１層目の内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記２層の内部電極のうち積層圧電振動子の上面から数えて２層目の内部電極２と連結した他方の外部電極４とを有し、上記一方の外部電極３と他方の外部電極４とは上記２層の内部電極２が並列に連結されるように設けられていて、その内部電極２の構成は前記図１に示す２層積層型の積層圧電振動子の場合と同様である。
【００２２】
つぎに、図３に示すｎ＝４の４層積層型の積層圧電振動子について説明する。この図３に示す積層圧電振動子は、圧電体１を４層積層した４層積層型の積層圧電振動子であって、４層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層された３層の内部電極２と、上記３層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて１層目と３層目の内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記３層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて２層目の内部電極２と連結した他方の外部電極４とを有し、上記一方の外部電極３と他方の外部電極４とは上記３層の内部電極２が並列に連結されるように設けられていて、その内部電極２の構成は前記図１に示す２層積層型の積層圧電振動子の場合と同様である。
【００２３】
つぎに、図４に示すｎ＝５以上のｎ層積層型の積層圧電振動子について説明する。この図４に示す積層圧電振動子は、圧電体１をｎ層（ただし、ｎは５以上の整数）積層したｎ層積層型の積層圧電振動子であって、ｎ層の圧電体１と、上記圧電体１と交互に積層されたｎ−１層の内部電極２と、上記ｎ−１層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて奇数位の内部電極２と連結した一方の外部電極３と、上記ｎ−１層の内部電極２のうち積層圧電振動子の上面から数えて偶数位の内部電極２と連結した他方の外部電極４とを有し、上記一方の外部電極３と他方の外部電極４とは上記ｎ−１層の内部電極２が並列に連結されるように設けられていて、その内部電極２の構成は前記図１に示す２層積層型の積層圧電振動子の場合と同様である。なお、ｎ＝３以上のｎ層積層型の積層圧電振動子において、内部電極と外部電極との連結は、ｎ−１層の内部電極が並列に接続されるようであれば、上記例示のとおりでなくてもよい。
【００２４】
本明細書の請求項２などにおいて、「外部電極群」という表現をしているが、これは一方の外部電極と他方の外部電極とで構成され、その一方の外部電極と他方の外部電極とは互いに独立していてｎ−１層の内部電極を並列に接続することができる態様で設けられているものをいう。
【００２５】
本発明において圧電体とは、セラミックス、単結晶、セラミックスまたは単結晶と高分子とのコンポジットに分極処理を施したものを言い、内部電極とは、図５に示すように、２層の内部電極構成用電極２ａの間に接着層２ｂが介在して構成されるものであり、この内部電極２は隣り合う２層の圧電体１の間に配置している。
【００２６】
本発明において、上記内部電極は、一方の圧電体に内部電極構成用の電極を形成し、他方の圧電体にも内部電極構成用の電極を形成し、それらの内部電極構成用電極を接着剤で接着することによって２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在する態様に構成され、それらｎ−１層の内部電極は、それらの内部電極間が並列に接続されるように外部電極に連結されている。
【００２７】
本発明において、上記内部電極構成用電極の表面における凹凸差が１．５μｍ以下というのは、図５に示すＴ、すなわち、圧電体１に形成された内部電極構成用電極２ａの表面の凹部の底と凸部の頂点との垂直方向の距離が１．５μｍ以下であることを意味し、本発明において、この内部電極構成用電極の表面における凹凸差を１．５以下にするのは、上記凹凸差が１．５μｍより大きくなると、ｋ₃₃’のバラツキが大きくなり、ｋ₃₃’が６５％より低くなることが起こるからである。
【００２８】
また、本発明においては、上記内部電極構成用電極の厚みを１μｍ以下にすることを好ましいとしているが、これは、上記内部電極構成用電極の厚みが１μｍより厚くなると、ｋ₃₃’が６５％より低くなるおそれがあるからである。
【００２９】
また、本発明においては、上記内部電極構成用電極を薄くするために、上記電極をスパッタ法でＡｕ（金）電極として形成することが好ましく、その内部電極構成用電極の厚みとしては０．０５μｍ〜１μｍが好ましい。上記内部電極構成用電極の厚みが１μｍより厚くなるとコスト高になってしまう。また、上記内部電極構成用の電極の厚みが０．０５μｍより薄くなると、アレイ状に切断した時に、内部電極と外部電極との導通が得られないものが生じるため、上記内部電極構成用電極の厚みとしては前記のように０．０５〜１μｍが好ましい。
【００３０】
本発明において、外部電極や内部電極構成用電極などの電極材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの導電性を有する金属が用いられ、それぞれ、圧電体の種類や電極形成方法により使い分けることが好ましい。電極の形成方法は、常法で良く、スパッタ法やメッキ法などが採用される。
【００３１】
本発明において、内部電極を構成するために用いる接着剤としては、その構成樹脂が硬いものほど好ましく、具体的には、ショアＤ硬度で８０以上のものを用いることが必要であり、それによって、アレイ状に加工後のｋ₃₃’が６５％以上のものが得られるようになる。接着層の樹脂の硬度がショアＤ硬度で８０未満の場合は、柔らかすぎるために、前記内部電極構成用電極の表面の凹凸が前記範囲内であっても、圧電体の縦振動が接着層によって低減され、ｋ₃₃’が６５％より低くなり、また、場合によっては、アレイ状に切断加工する時に剥離を生じるようになる。本発明において、接着層の樹脂の硬度を示すショアＤ硬度は、ＪＩＳ−Ｋ−７２１５に規定される方法に準じて測定される。
【００３２】
上記接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤などのいずれであってもよいが、特にエポキシ系接着剤やポリイミド系接着剤が超音波探触子を作製する際に要求される耐熱性を有することから好ましい。
【００３３】
本発明において、接着層の厚みとは、内部電極構成用電極を接着して内部電極を構成する前の状態で、図６に示すように、内部電極構成用電極を形成した圧電体の５箇所（この５箇所は、接着層の厚みの平均値をできるかぎり正確に求めることができるように、図６に示すように、上記圧電体１０のほぼ中央部１箇所と４隅近傍の４箇所の計５箇所を測定位置１１として選ぶのが好ましい）の厚みをマイクロメーターで測定し、単層で厚みのバラツキが最大±０．００１μｍ以下のものを使用し、接着剤で接着した後に前記と同様に、図６に示すように、５箇所の厚みをマイクロメーターで測定し、その厚みから前記圧電体の厚みを引いて得られた値を、接着層数で割ることにより算出される。本発明において、この接着層の厚みを１μｍ以下にするのは、そうすることによって、ｋ₃₃’が６５％以上のものが安定して得られるからであり、接着層の厚みが１μｍより厚くなるとｋ₃₃’が６５％より低くなってしまう。
【００３４】
本明細書に添付した図面では、いずれも平面形状が四角形状の積層圧電振動子を図示しているが、本発明の積層圧電振動子は、平面体であればよく、その平面形状は四角形状のみならず、円形状、六角形状、多角形状、台形状など、他の形状であってもよいし、また、その上面と下面とが同一形状で同一寸法のものばかりでなく、例えば、台形状など、上面と下面との寸法が異なるものであってもよい。
【００３５】
本発明において、圧電体としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、チタン酸バリウム（ＢＴ）系、チタン酸鉛（ＰＴ）系、チタン酸ビスマス（ＢＩＴ）系などのセラミックスや、ニオブ酸亜鉛酸チタン酸鉛（ＰＺＮＴ）系やニオブ酸マグネシウム酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）系などの単結晶、さらには、それらセラミックスまたは単結晶と高分子とのコンポジットを材料として構成されたものなどを用いることができる。
【００３６】
本発明の積層圧電振動子は、例えば、セラミックスを＃６０００以上の細かい研磨剤でラップする第１工程と、第１工程で得られたセラミックスの表面に所定のパターンで内部電極構成用電極を形成する第２工程と、上記内部電極構成用電極を接着剤で接着して２層の内部電極構成用電極の間に接着層が介在する内部電極を構成とする第３工程とを経由することを特徴とする方法によって製造され、必要に応じて、種々の工程が付加される。
【００３７】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみに限定されることはない。
【００３８】
実施例１
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。このグリーンシートを所定の大きさにカットしてセラミックス構成用成形体とし、このセラミックス構成用成形体を脱脂した後、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。このセラミックスの表面を両面研磨機にて砥粒＃６０００ＷＡの砥粒でラップした後、ダイシングマシーンにて所定のサイズに切断した。
【００３９】
上記のように所定サイズに切断したＰＺＴ系セラミックスの両面に所望の電極パターンが形成できるようにマスキングした後、Ａｕ（金）を厚みが０．２μｍになるようにスパッタリングして、内部電極構成用電極としてのＡｕ電極と外部電極となるＡｕ電極を形成した。
【００４０】
このＡｕ電極を形成したセラミックスの内部電極構成用Ａｕ電極の表面の３カ所を０．１５ｍｍ角の視野で超深度形状測定顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ社製ＶＫ−８５００）を用いて観察した結果、上記内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は１．２μｍであった。また、図６に示すように、セラミックスに内部電極構成用電極を設けた状態で５ヶ所の厚みをマイクロメーターで測定した。厚みの最小値は０．３２９ｍｍ、最大値は０．３３１ｍｍ、平均厚みが０．３３０ｍｍであり、厚みのバラツキは最大±０．００１ｍｍ以内であった。
【００４１】
上記Ａｕ電極を形成したセラミックスを、図１に構造になるように、その内部電極構成用のＡｕ電極面に常温硬化型のエポキシ系接着剤を塗布した状態で、２層積層し、プレス硬化することによって、内部電極構成用のＡｕ電極面を上記エポキシ系接着剤で接着することによって、２層の内部電極構成用Ａｕ電極の間に接着層が介在する内部電極を構成した。この内部電極構成用Ａｕ電極の接着にあたって使用したエポキシ系接着剤の構成樹脂の硬度はショアＤ硬度で８８であった。そして、上記のようにして得られた内部電極の面積は１０ｍｍ×３１ｍｍであった。
【００４２】
上記のようにして得られた２層積層セラミックスの厚みをマイクロメーターにより図６に示すように５箇所で測定したところ、最小値が０．６５９ｍｍ、最大値が０．６６１ｍｍで、平均厚みが０．６６０ｍｍであった。用いたＰＺＴセラミックスのそれぞれの平均厚みが０．３３０ｍｍであるから、接着層の厚みは計算上０μｍになった。このように、接着層の計算上の厚みが０μｍになるのは、内部電極構成用電極の表面に凹凸差があるにもかかわらず、マイクロメーターでは凸部から反対面の凸部までの間の厚みを測定しているため、接着層部分では、それぞれの内部電極構成用電極の凹凸部が重なり合い接着層の厚みが０以下になる場合が生じることによるものである。ただし、接着層が１μｍ以下の厚さで存在していることには疑いがない。
【００４３】
上記のようにして得られた積層セラミックスを常温にて１層の圧電体の厚みに対して１ｋＶ／ｍｍで分極処理をし、図１に示す構造で、面積が１０ｍｍ×３１ｍｍの内部電極２が２層の圧電体１の間に介在する２層積層型の積層圧電振動子を得た。なお、２層積層型とか、後記の３層積層型、４層積層型の２層とか、３層、４層の数字は圧電体の層数を示している。
【００４４】
この２層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×６６０ｍｍの四角形状で扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３０ｍｍであった。
【００４５】
また、上記２層積層型の積層圧電振動子をＣＷ／ＥＴ（切断幅／積層圧電振動子の厚み）が０．５になるように、サイズが１１ｍｍ×０．３３０ｍｍ×０．６６０ｍｍのアレイ状に切断し、そのアレイ状の２層積層型の積層圧電振動子の１０本について、ＨＰ（ヒューレットパッカード）社製のインピーダンスアナライザー４１９４Ａを用いて、周波数ーインピーダンス特性を測定し、基本波の厚み方向の共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）および共振インピーダンス（Ｚｒ）を求めた。そして、上記共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）から、厚み方向の電気機械結合係数（ｋ₃₃’）を日本電子材料工業界の圧電セラミックス振動子の試験方法に準じて算出した。また、ＬＣＲメーターにより静電容量（Ｃ）を測定し、その平均値を求めた。この実施例１の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。また、ｋ₃₃’に関しては、その最大値、最小値についても表２に示す。
【００４６】
実施例２
実施例１と同様に所定のＡｕ電極を形成したセラミックスを、その内部電極構成用Ａｕ電極の表面に実施例１と同様のエポキシ系接着剤を塗布した状態で、図２に示す構造になるように３層積層し、プレス硬化することによって、内部電極構成用Ａｕ電極を接着剤で接着して面積が１０ｍｍ×３１ｍｍで２層の内部電極構成用Ａｕ電極の間に接着層が介在する内部電極を構成し、所定の分極処理を行って、図２に示す構造で、３層の圧電体１と２層の内部電極２とが交互に積層した３層積層型の積層圧電振動子を得た。
【００４７】
得られた３層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×０．９９２ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３０ｍｍであった。
【００４８】
この実施例２の３層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例２の３層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００４９】
実施例３
実施例１と同様に所定のＡｕ電極を形成したセラミックスを、その内部電極構成用Ａｕ電極に実施例１と同様のエポキシ系接着剤を塗布した状態で、図３に示す構造になるように、４層積層し、プレス硬化することによって、内部電極構成用Ａｕ電極を接着剤で接着して面積が１０ｍｍ×３１ｍｍで２層の内部電極構成用Ａｕ電極の間に接着層が介在する内部電極を構成し、所定の分極処理を行って、図３に示す構造で、４層の圧電体１と３層の内部電極とが交互に積層した４層積層型の積層圧電体振動子を得た。
【００５０】
得られた４層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×１．３２０ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３０ｍｍであった。
【００５１】
この実施例３の４層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例３の４層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００５２】
実施例４
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートを所定の大きさにカットして、セラミックス構成用成形体とし、そのセラミックス構成用成形体を脱脂した後、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。得られたＰＺＴ系セラミックスの表面を両面研磨機にて＃６０００ＷＡでラップした後、ダイシングマシーンにて所定のサイズに切断した。
【００５３】
得られた所定サイズのＰＺＴ系セラミックスの両面に所望の電極パターンが形成できるようにマスキングした後、Ａｕ（金）を厚みが０．２μｍになるようにスパッタリングして、内部電極構成用電極としてのＡｕ電極と外部電極となるＡｕ電極を形成した。
【００５４】
このＡｕ電極を形成したセラミックスの内部電極構成用Ａｕ電極の表面の３カ所を実施例１と同様に０．１５ｍｍ角の視野で超深度形状測定顕微鏡を用いて観察した結果、上記内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は１．３μｍであった。以後、このＡｕ電極を形成したセラミックスを用いた以外は、実施例１と同様にして、図１に示す構造で、面積が１０ｍｍ×３１ｍｍの内部電極を有する２層積層型の積層圧電振動子を得た。
【００５５】
得られた２層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×０．４６１ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．２３０ｍｍであった。
【００５６】
この実施例４の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例４の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００５７】
比較例１
実施例４と同様に得たＰＺＴ系セラミックスの表面を♯２０００ＷＡの砥粒でラップした以外は、実施例４と同様に２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００５８】
この比較例１の２層積層型の積層圧電振動子の製造時において測定した内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は２．３μｍであった。また、この比較例１の２層積層型の積層圧電振動子についても実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例１の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００５９】
比較例２
実施例４と同様に得たＰＺＴ系セラミックスの表面を♯８００ＷＡの砥粒でラップした以外は、実施例４と同様に２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００６０】
この比較例２の２層積層型の積層圧電振動子の製造時において測定した内部電極構成用Ａｕ電極の表面における凹凸差の最大値は４．３μｍであった。また、この比較例２の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例２の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表１に示し、その特性を後記の表２に示す。
【００６１】
前記のように、表１に実施例１〜４および比較例１〜２の積層圧電振動子の主要構成、すなわち、圧電体の積層数、内部電極構成用電極の表面における凹凸差、接着層の樹脂の硬度（ショアＤ硬度）、内部電極中の接着層の厚み、内部電極構成用電極の種類（構成材料の金属種で示す）および内部電極構成用電極の厚みを示すが、表１には、スペース上の関係で「圧電体の積層数」を「積層数」、「内部電極構成用電極の表面における凹凸差」を「表面凹凸差」、「接着層の樹脂の硬度」を「接着層の樹脂硬度」、「内部電極中の接着層の厚み」を「接着層の厚み」、「内部電極構成用電極の種類」を、「電極の種類」、「内部電極構成用電極の厚み」を「電極厚み」と簡略化して示す。このような積層圧電振動子の主要構成に関する簡略表示は、以後の積層圧電振動子の主要構成を示す表においても同様である。
【００６２】
また、表２に実施例１〜４および比較例１〜２の積層圧電振動子の特性、すなわち、厚み方向の電気機械結合係数（平均値、最大値、最小値）、基本波の厚み方向の共振周波数、反共振周波数、共振インピーダンスおよび静電容量を示すが、表２には、スペース上の関係で前記「電気機械結合係数」を「ｋ₃₃’」、「共振周波数」を「ｆｒ」、「反共振周波数」を「ｆａ」、「共振インピーダンス」を「Ｚｒ」、「静電容量」を「Ｃ」と簡略化して示す。このような積層圧電振動子の特性に関する簡略表示は以後の積層圧電振動子の特性を示す表においても同様である。
【００６３】
【表１】

【００６４】
【表２】

【００６５】
表２に示す結果から明らかなように、実施例１〜４の積層圧電振動子は、縦方向のアレイ状の電気機械結合係数を示すｋ₃₃’が６５％以上であって、比較例１〜２の積層圧電振動子に比べて、ｋ₃₃’が大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００６６】
実施例５
接着層の厚みが０．５μｍになるようにした以外は、実施例１と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００６７】
この実施例５の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例５の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表３に示し、その特性を後記の表４に示す。
【００６８】
実施例６
接着層の厚みが１μｍになるようにした以外は、実施例５と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を作製した。
【００６９】
この実施例６の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この実施例６の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表３に示し、その特性を後記の表４に示す。
【００７０】
比較例３
接着層の厚みが２μｍになるようにした以外は、実施例５と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を作製した。
【００７１】
この比較例３の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例３の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を後記の表３に示し、その特性を後記の表４に示す。
【００７２】
比較例４
接着層の厚みが３μｍになるようにした以外は、実施例５と同様に、図１に示す構造の２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００７３】
この比較例４の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に圧電特性および電気特性を測定した。この比較例４の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表３に示し、その特性を表４に示す。
【００７４】
【表３】

【００７５】
【表４】

【００７６】
表４に示す結果から明らかなように、実施例５〜６の積層圧電振動子は、アレイ状の電気機械結合係数を示すｋ₃₃’が６５％以上であって、比較例３〜４の積層圧電振動子に比べて、ｋ₃₃’が大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００７７】
実施例７
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートを所定の大きさにカットしてセラミックス構成用成形体を得た。このセラミックス構成用成形体を脱脂した後、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。得られたＰＺＴ系セラミックスの表面を両面研磨機にて＃２０００ＷＡの砥粒でラップした後、ダイシングマシンにて所定のサイズに切断した。
【００７８】
得られた所定サイズのセラミックスの両面に所定形状のメッキレジスト材をスクリーン印刷機にて印刷し、レジストを硬化させた後、Ｃｕの無電解メッキにてＣｕ層を形成し、その後、該レジスト材を除去して、Ｃｕの厚みが２．０μｍで所定の形状を有する電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを得た。
【００７９】
このＣｕ電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを両面研磨機にて表面を鏡面研磨してＣｕの厚みを１μｍにし、得られたセラミックスの内部電極構成用Ｃｕ電極の表面の３カ所を実施例１と同様に０．１５ｍｍ角の視野で超深度形状測定顕微鏡を用いて観察したところ、内部電極構成用Ｃｕ電極の表面における凹凸差の最大値は１．０μｍであった。
【００８０】
また、図６に示すように、セラミックスの研磨面の５カ所の厚みをマイクロメーターで測定したところ、厚みの最小値は０．３３０ｍｍで、最大値は０．３３２ｍｍであり、平均厚みは０．３３１ｍｍで、厚みのバラツキは最大±０．００１ｍｍであった。
【００８１】
上記セラミックスを用い、かつ内部電極構成用Ｃｕ電極を接着するための接着剤として樹脂の硬度がショアＤ硬度で８５のエポキシ系接着剤を用いた以外は、実施例１と同様に２層積層セラミックスを作製した。
【００８２】
得られた２層積層セラミックスの厚みを図６に示すように５カ所マイクロメーターで測定したところ、厚みの最小値は０．６６１ｍｍで、最大値は０．６６３ｍｍであり、平均厚みは０．６６２ｍｍであった。用いたＰＺＴセラミックスのそれぞれの平均厚みが０．３３１ｍｍであったことから、接着層の厚みは計算上０μｍであった。
【００８３】
上記のようにして得られた２層積層セラミックスを常温にて１層の圧電体の厚みに対して１ｋＶ／ｍｍで分極処理し、図２に示す構造で、面積が１０ｍｍ×３１ｍｍの内部電極を有する２層積層型の積層圧電振動子を得た。
【００８４】
得られた２層積層型の積層圧電振動子は、縦×横×厚みのサイズが１１ｍｍ×３２ｍｍ×０．６６２ｍｍの扁平な長方体状をしていて、その各層の圧電体の平均厚みは０．３３１ｍｍであった。
【００８５】
上記２層積層型の積層圧電振動子を、ＣＷ／ＥＴ（切断幅／素体厚み）が０．５になるように、１１ｍｍ×０．３３１ｍｍ×０．６６２ｍｍのアレイ状に切断した。このアレイ状の２層積層型の積層圧電振動子の１０本について、ＨＰ製のインピーダンスアナライザー４１９４Ａを用いて、周波数ーインピーダンス特性を測定し、基本波の厚み方向の共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）および共振インピーダンス（Ｚｒ）を求めた。また、上記共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）から、厚み方向の電気機械結合係数ｋ₃₃’を日本電子材料工業界の圧電セラミックス振動子の試験方法に準じて算出した。さらに、ＬＣＲメーターにより静電容量（Ｃ）を測定した。この実施例７の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表５に示し、その特性を表６に示す。
【００８６】
比較例５
構成樹脂の硬度がショアＤ硬度で７８の常温硬化型エポキシ系接着剤を用いた以外は、実施例７と同様に２層積層型の積層圧電振動子を製造した。
【００８７】
この比較例５の２層積層型の積層圧電振動子についても、実施例１と同様に、圧電特性および電気特性を測定した。この比較例５の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表５に示し、その特性を表６に示す。
【００８８】
【表５】

【００８９】
【表６】

【００９０】
表６に示す結果から明らかなように、実施例７の積層圧電振動子は、アレイ状の電気機械結合係数を示すｋ₃₃’が６５％以上であって、比較例５の積層圧電振動子に比べて、ｋ₃₃’が大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００９１】
実施例８
ＰＺＴ系圧電体構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、厚さ０．５ｍｍのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートを所定の大きさにカットして、セラミックス構成用成形体とした後、このセラミックス構成用成形体を脱脂し、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。得られたＰＺＴ系セラミックスの表面を両面研磨機にて＃６０００ＷＡの砥粒でラップした後、ダイシングマシーンで所定のサイズに切断した。
【００９２】
得られた所定サイズのセラミックスの両面に所定形状のメッキレジスト材をスクリーン印刷機にて、印刷し、レジストを硬化させた後、Ｎｉの無電解メッキにてＮｉ層を形成し、その後、上記レジスト材を除去して、Ｎｉの厚みが１．０μｍで所定の形状を有する内部電極構成用電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを得た。
【００９３】
この内部電極構成用Ｎｉ極の表面における凹凸差を実施例１と同様に測定し、かつセラミックスの厚みを測定した。
【００９４】
そして、このＮｉ電極が形成されたＰＺＴ系セラミックスを用いた以外は、実施例１と同様に内部電極の接着層の厚みを求め、かつ２層積層型の積層圧電振動子を製造し、圧電特性および電気特性を測定した。この実施例８の２層積層型の積層圧電振動子の主要構成を表７に示し、その特性を表８に示す。
【００９５】
【表７】

【００９６】
【表８】

【００９７】
表８に示す結果から明らかなように、実施例８の積層圧電振動子は、アレイ状の電気機械結合係数を示すｋ₃₃’が６５％以上と大きく、しかも、そのバラツキが小さかった。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、アレイ状でも、電気機械結合係数が安定して６５％以上の積層圧電振動子を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２層積層型の積層圧電振動子の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明においてｎ＝３の場合のｎ層（３層）積層型の積層圧電振動子の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明においてｎ＝４の場合のｎ層（４層）積層型の積層圧電振動子の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明においてｎ＝５以上の場合のｎ層積層型の積層圧電振動子の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の積層圧電振動子の内部電極およびその近傍の一例を模式的に拡大して示す図である。
【図６】本発明においてセラミックスの厚みの測定位置の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１圧電体
２内部電極
２ａ内部電極構成用電極
２ｂ接着層
３一方の外部電極
４他方の外部電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laminated piezoelectric vibrator and a method for manufacturing the same, and more particularly to a high-frequency resonator and a transducer that use resonance in the thickness direction (resonance of longitudinal vibration) of a piezoelectric vibrator, The present invention relates to a laminated piezoelectric vibrator suitably used for an ultrasonic probe for a diagnostic machine and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In the ultrasonic probe, conversion from an electric signal at the time of transmission to an ultrasonic wave and conversion from an ultrasonic wave at the time of reception to an electric signal are performed by a built-in piezoelectric vibrator. In the ultrasonic probe of the most widely used electronic scanning device at present, a piezoelectric transducer is cut into an array (strip) by a dicing machine or the like, and transmission / reception is performed in units of array. It is used as an element.
[0003]
The performance of the piezoelectric vibrator required to increase the sensitivity of such an ultrasonic probe is the piezoelectric constant d determined by the following calculation formula. ₃₃ Is higher for converting electrical energy into mechanical energy.
[Chemical 1]

k ₃₃ : Electromechanical coupling coefficient
ε ₃₃ : Dielectric constant when stress is constant
S ₃₃ : Elastic compliance when the electric field is constant
[0004]
In the case of a piezoelectric vibrator cut into an array, the electromechanical coupling coefficient k ₃₃ '(Hereafter, the electromechanical coupling coefficient in the array is expressed as “k ₃₃ ”) And a dielectric constant ε ₃₃ It is preferable to use a material having a high dielectric constant that is less likely to be lost due to a cable or a device stray capacitance and that can be easily matched with a transmission / reception circuit.
[0005]
For the above reasons, the laminated piezoelectric vibrator is very useful because it has a structure in which a plurality of piezoelectric bodies are laminated, and a high dielectric constant can be obtained. By increasing the number of layers, it is possible to obtain a resonance impedance of 1/4, 1/9,.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In producing the laminated piezoelectric vibrator as described above, a method of simultaneous firing is employed as a method of laminating the piezoelectric bodies. However, in this method, it is necessary to use a noble metal such as Pd or Pt as an electrode material for simultaneous firing, and therefore the cost increases as the number of layers increases. Furthermore, due to problems such as warping caused by simultaneous firing, it is difficult to obtain a large size, and in order to obtain a bonding strength that can withstand cutting, a glass frit is used to improve the bonding property between the ceramic and the electrode. And the glass frit diffuses into the ceramic and the k ₃₃ 'Or cause a decrease in dielectric constant.
[0007]
That is, in the co-firing method as described above, when trying to obtain a bonding strength that can withstand the cutting process to form an array, k ₃₃ 'Or lower the dielectric constant, conversely k ₃₃ If an attempt is made to improve the dielectric constant, the bonding strength is lowered, and the electrode is peeled off from the ceramic during the cutting process for cutting into an array.
[0008]
As a method of laminating the piezoelectric body, there are a method of laminating the electrodes formed on the piezoelectric body by heat fusion and a method of laminating the piezoelectric body with an adhesive resin, in addition to the simultaneous firing method. In the method of laminating electrodes by heat fusion, it is necessary to add a lot of glass frit in order to increase the bonding strength between the ceramic and the electrode, but when a lot of glass frit is added, as described above, The glass frit diffuses into the ceramic and k ₃₃ 'Or cause a decrease in dielectric constant. In particular, the thinner the ceramic layer, the greater the damage to the characteristics.
[0009]
In contrast, in the resin bonding method, since the glass frit does not diffuse, the dielectric constant does not decrease. ₃₃ The variation of 'is large, k ₃₃ Only those with a lower than 65% can be obtained.
[0010]
Therefore, k after processing into an array ₃₃ The present situation is that a laminated piezoelectric vibrator having a stable stability of 65% or more has not yet been put into practical use.
[0011]
Therefore, the present invention solves the problems in the prior art as described above, and k after processing into an array. ₃₃ An object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric vibrator having a stable property of 65% or more.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes two layers of piezoelectric bodies, one layer of internal electrodes alternately stacked with the piezoelectric bodies, one external electrode connected to the internal electrodes, and the other independent of the one external electrode. The other external electrode is formed on at least the upper surface and the lower surface of the laminated piezoelectric vibrator, and the internal electrode is bonded between two layers of internal electrode constituting electrodes. The surface of the internal electrode constituting electrode has a difference in roughness of 1.5 μm or less, the thickness of the adhesive layer is 1 μm or less, and the hardness of the adhesive layer resin is 80 Shore D hardness. The above-described problems are solved by configuring a laminated piezoelectric vibrator using the above-described one.
[0013]
Further, according to the present invention, an n-layer piezoelectric material (where n is a natural number of 3 or more), an n-1 internal electrode layered alternately with the piezoelectric material, and the internal electrode are connected in parallel. In the laminated piezoelectric vibrator having the external electrode group provided as described above, the internal electrode is configured by interposing an adhesive layer between the two internal electrode configuration electrodes, and the internal electrode configuration A laminated piezoelectric vibrator is configured using a difference in unevenness on the surface of the electrode of 1.5 μm or less, a thickness of the adhesive layer of 1 μm or less, and a resin of the adhesive layer having a Shore D hardness of 80 or more. This solves the above problem.
[0014]
That is, according to the present invention, in the two-layer laminated piezoelectric vibrator or the n-layer laminated piezoelectric vibrator as described above, the unevenness of the surface of the internal electrode constituting electrode is made 1.5 μm or less, and the thickness of the adhesive layer is 1 μm. By using a resin having a hardness of 80 or more in Shore D hardness as the resin for the adhesive layer, ₃₃ It is possible to provide a laminated piezoelectric vibrator having 65% or more stably.
[0015]
In the present invention, the internal electrode constituting electrode preferably has a thickness of 1 μm or less. Further, the internal electrode constituting electrode is formed by sputtering, and the internal electrode constituting electrode has a thickness of 0.05. It is preferable that the material is gold (Au) at ˜1 μm.
[0016]
Another aspect of the present invention is a method for manufacturing the laminated piezoelectric vibrator, wherein a first step of wrapping ceramics with an abrasive of # 6000 or more and a surface of the ceramic obtained in the first step are provided. The second step of forming the internal electrode constituting electrode in a predetermined pattern and the internal electrode constituting the internal electrode having an adhesive layer interposed between the two internal electrode constituting electrodes by adhering the internal electrode constituting electrode with an adhesive This is a method of manufacturing a laminated piezoelectric vibrator by going through the third step.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, the laminated piezoelectric vibrator of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a two-layer laminated piezoelectric vibrator in which two piezoelectric bodies are laminated in the present invention. FIG. 2 is a diagram showing three layers in which three piezoelectric bodies of n = 3 are laminated in the present invention. It is a figure which shows typically a lamination type laminated piezoelectric vibrator. FIG. 3 is a diagram schematically showing a four-layer laminated piezoelectric vibrator in which four layers of n = 4 piezoelectric bodies are laminated in the present invention, and FIG. 4 shows a piezoelectric body having n = 5 or more in the present invention. 2 is a diagram schematically showing an n-layer stacked piezoelectric vibrator in which n layers are stacked. FIG. FIG. 5 is a schematic enlarged view showing the internal electrode and its neighboring members in the laminated piezoelectric vibrator of the present invention.
[0018]
First, the two-layer laminated piezoelectric vibrator shown in FIG. 1 will be described. The laminated piezoelectric vibrator shown in FIG. 1 includes two layers of piezoelectric bodies 1 and one layer alternately laminated with the piezoelectric bodies 1. The internal electrode 2, one external electrode 3 connected to the internal electrode 2, and the other external electrode 4 not connected to the internal electrode 2 (this other external electrode 4 is also connected to the one external electrode 3. And is independent of the one external electrode 3. The same applies hereinafter. The other external electrode 4 is formed at least on the upper and lower surfaces of the laminated piezoelectric vibrator, and the portion on the upper surface and the portion on the lower surface are connected to each other.
[0019]
As shown in FIG. 5, the internal electrode 2 is constituted by an adhesive layer 2b interposed between two internal electrode constituting electrodes 2a. In the present invention, the internal electrode constituting electrode 2a is formed. The unevenness difference (indicated by T in FIG. 5) is 1.5 μm or less, the thickness of the adhesive layer 2b is 1 μm or less, and the hardness of the resin of the adhesive layer 2b is Shore D hardness. It is characterized by 80 or more.
[0020]
In FIG. 1, the polarization direction of the piezoelectric body 1 is indicated by a thick arrow in the piezoelectric body 1. In the laminated piezoelectric vibrator shown in FIG. 1, the polarization directions of the two piezoelectric bodies 1 are opposite to each other. The direction of polarization may be the same depending on the purpose. Further, in FIG. 1, the boundary lines of the portions where the electrodes such as the internal electrode 2 and the

external electrodes

3 and 4 are formed are indicated by bold lines regardless of the type of the electrodes, and the ridge lines of the portions where the electrodes of the piezoelectric body 1 are not formed Is shown by a thin line. And the dot is attached | subjected to the surface in which the electrode is formed. The contents shown in the figure by the thick lines, thin lines, dots, thick arrows, etc. are the same in other drawings showing the piezoelectric vibrator regardless of the laminated structure.
[0021]
Next, the three-layer laminated piezoelectric vibrator with n = 3 shown in FIG. 2 will be described. The laminated piezoelectric vibrator shown in FIG. 2 is a three-layer laminated piezoelectric vibrator in which three layers of piezoelectric bodies are laminated, and includes three piezoelectric bodies 1 and two laminated piezoelectric bodies 1 alternately. The internal electrode 2 of the layer, one external electrode 3 connected to the first internal electrode 2 counted from the upper surface of the laminated piezoelectric vibrator among the internal electrodes of the two layers, and the laminated layer of the internal electrodes of the two layers The other external electrode 4 connected to the internal electrode 2 of the second layer counted from the upper surface of the piezoelectric vibrator is provided. The one external electrode 3 and the other external electrode 4 are formed by the internal electrode 2 of the two layers. The internal electrodes 2 are provided so as to be connected in parallel, and the configuration of the internal electrode 2 is the same as that of the two-layer laminated piezoelectric vibrator shown in FIG.
[0022]
Next, a four-layer stacked piezoelectric vibrator with n = 4 shown in FIG. 3 will be described. The laminated piezoelectric vibrator shown in FIG. 3 is a four-layer laminated piezoelectric vibrator in which four piezoelectric bodies 1 are laminated. The piezoelectric piezoelectric element 1 and the piezoelectric bodies 1 are alternately laminated. Three layers of internal electrodes 2, one of the three layers of internal electrodes 2, one external electrode 3 connected to the first and third layers of internal electrodes 2 counted from the top surface of the laminated piezoelectric vibrator, and the three layers The other external electrode 4 connected to the second layer internal electrode 2 counted from the upper surface of the laminated piezoelectric vibrator, and the one external electrode 3 and the other external electrode 4 are Three layers of internal electrodes 2 are provided so as to be connected in parallel, and the configuration of the internal electrodes 2 is the same as that of the two-layer laminated piezoelectric vibrator shown in FIG.
[0023]
Next, an n-layer laminated piezoelectric vibrator having n = 5 or more shown in FIG. 4 will be described. The laminated piezoelectric vibrator shown in FIG. 4 is an n-layer laminated piezoelectric vibrator in which n layers (where n is an integer of 5 or more) of piezoelectric bodies 1 are laminated. One of the n-1 layer internal electrodes 2 stacked alternately with the piezoelectric body 1, and one of the n-1 layer internal electrodes 2 connected to the odd numbered internal electrodes 2 counted from the top surface of the stacked piezoelectric vibrator. And the other external electrode 4 connected to the even-numbered internal electrode 2 counted from the upper surface of the laminated piezoelectric vibrator among the n-1 layer internal electrodes 2, and the one external electrode 3 and the other external electrode 4 are provided so that the n-1 layer internal electrodes 2 are connected in parallel, and the internal electrode 2 has a two-layer stacked piezoelectric structure shown in FIG. This is the same as the case of the vibrator. In the n-layer laminated piezoelectric vibrator with n = 3 or more, the connection between the internal electrode and the external electrode is as illustrated above if the n-1 layer internal electrodes are connected in parallel. It does not have to be.
[0024]
In claim 2 and the like of this specification, the expression “external electrode group” is used, and this is composed of one external electrode and the other external electrode, and the one external electrode and the other external electrode Are independent of each other and are provided in such a manner that n-1 internal electrodes can be connected in parallel.
[0025]
In the present invention, the piezoelectric body means a ceramic, single crystal, ceramics or a composite of a single crystal and a polymer subjected to polarization treatment, and the internal electrode is a two-layer internal electrode as shown in FIG. An adhesive layer 2b is interposed between the constituent electrodes 2a, and the internal electrode 2 is disposed between two adjacent piezoelectric bodies 1.
[0026]
In the present invention, the internal electrode forms an electrode for internal electrode configuration on one piezoelectric body, forms an electrode for internal electrode configuration on the other piezoelectric body, and attaches these internal electrode configuration electrodes to the adhesive. The n-1 layer internal electrodes are externally arranged so that the internal electrodes are connected in parallel. It is connected to the electrode.
[0027]
In the present invention, the unevenness difference on the surface of the internal electrode constituting electrode is 1.5 μm or less because T shown in FIG. 5, that is, the concave portion on the surface of the internal electrode constituting electrode 2 a formed on the piezoelectric body 1. It means that the vertical distance between the bottom and the apex of the convex portion is 1.5 μm or less, and in the present invention, the difference in unevenness on the surface of the internal electrode constituting electrode is 1.5 or less. When the unevenness difference is larger than 1.5 μm, k ₃₃ The variation of 'is increased, k ₃₃ This is because the 'falls below 65%.
[0028]
In the present invention, it is preferable that the thickness of the internal electrode constituting electrode is 1 μm or less. This is because when the thickness of the internal electrode constituting electrode is greater than 1 μm, k ₃₃ This is because 'may be lower than 65%.
[0029]
In the present invention, in order to make the internal electrode constituting electrode thin, the electrode is preferably formed as an Au (gold) electrode by sputtering, and the internal electrode constituting electrode has a thickness of 0.05 μm. ˜1 μm is preferred. When the thickness of the internal electrode constituting electrode becomes thicker than 1 μm, the cost increases. Also, if the thickness of the electrode for internal electrode configuration is less than 0.05 μm, there may be a case where electrical connection between the internal electrode and the external electrode cannot be obtained when cut into an array. As described above, the thickness is preferably 0.05 to 1 μm.
[0030]
In the present invention, as an electrode material such as an external electrode or an internal electrode constituting electrode, conductive metals such as Ni, Cr, Ti, Au, Pt, Pd, Ag, Cu, and Al are used, respectively. It is preferable to use properly depending on the type of piezoelectric body and the electrode forming method. The electrode may be formed by a conventional method, such as sputtering or plating.
[0031]
In the present invention, as the adhesive used for constituting the internal electrode, the harder the constituent resin, the more preferable, specifically, it is necessary to use a Shore D hardness of 80 or more, thereby K after processing into an array ₃₃ 'Will be obtained 65% or more. When the hardness of the resin of the adhesive layer is less than 80 in Shore D hardness, it is too soft, so that the longitudinal vibration of the piezoelectric body is caused by the adhesive layer even if the unevenness of the surface of the internal electrode constituting electrode is within the above range. Reduced and k ₃₃ 'Is lower than 65%, and in some cases, peeling occurs when cutting into an array. In the present invention, the Shore D hardness indicating the hardness of the resin of the adhesive layer is measured according to the method defined in JIS-K-7215.
[0032]
The adhesive may be any of acrylic adhesives, urethane adhesives, epoxy adhesives, polyimide adhesives, etc., but in particular, epoxy adhesives and polyimide adhesives are ultrasonic. It is preferable because it has heat resistance required when a probe is manufactured.
[0033]
In the present invention, the thickness of the adhesive layer refers to the five positions of the piezoelectric body on which the internal electrode constituting electrode is formed as shown in FIG. 6 in a state before the internal electrode constituting electrode is bonded to form the internal electrode. (As shown in FIG. 6, the five locations are approximately one central portion of the piezoelectric body 10 and four locations in the vicinity of the four corners so that the average value of the thickness of the adhesive layer can be obtained as accurately as possible. It is preferable to select a total of five locations as measurement positions 11) using a micrometer, and use a single layer with a maximum thickness variation of ± 0.001 μm or less. Further, as shown in FIG. 6, the thickness is calculated by measuring the thickness at five locations with a micrometer, and subtracting the thickness of the piezoelectric body from the thickness and dividing the value by the number of adhesive layers. In the present invention, the thickness of the adhesive layer is set to 1 μm or less by doing so. ₃₃ This is because a film having a thickness of 65% or more can be obtained stably. When the thickness of the adhesive layer is greater than 1 μm, k ₃₃ 'Will be lower than 65%.
[0034]
In the drawings attached to the present specification, a laminated piezoelectric vibrator having a quadrangular planar shape is illustrated, but the laminated piezoelectric vibrator of the present invention may be a planar body, and the planar shape thereof is a square shape. In addition to circular shapes, hexagonal shapes, polygonal shapes, trapezoidal shapes, and the like, the upper surface and the lower surface are not only the same shape and the same size, but also, for example, a trapezoidal shape. For example, the upper surface and the lower surface may have different dimensions.
[0035]
In the present invention, examples of the piezoelectric body include ceramics such as lead zirconate titanate (PZT), barium titanate (BT), lead titanate (PT), and bismuth titanate (BIT), and niobium. Single crystals such as lead zirconate titanate (PZNT) and lead niobate magnesium titanate (PMNT), and those composed of ceramics or composites of single crystals and polymers Can be used.
[0036]
In the multilayer piezoelectric vibrator of the present invention, for example, a first step of wrapping ceramics with a fine abrasive of # 6000 or more and an internal electrode constituting electrode are formed in a predetermined pattern on the surface of the ceramic obtained in the first step And passing through the third step in which the internal electrode constituting electrode is bonded with an adhesive to form an internal electrode in which an adhesive layer is interposed between the two internal electrode constituting electrodes. Manufactured by the featured method, various steps are added as needed.
[0037]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples illustrated in the examples.
[0038]
Example 1
PZT-based piezoelectric constituent powder and a binder, a plasticizer, a solvent, and a dispersant were mixed and kneaded and molded by an extrusion molding machine to obtain a green sheet having a thickness of 0.5 mm. The green sheet was cut into a predetermined size to obtain a ceramic constituent molded body. The ceramic constituent molded body was degreased and then fired at 1200 ° C. for 2 hours to obtain a PZT ceramic. The surface of this ceramic was lapped with abrasive grains of abrasive grains # 6000WA with a double-side polishing machine, and then cut into a predetermined size with a dicing machine.
[0039]
After masking so that a desired electrode pattern can be formed on both sides of the PZT ceramics cut to a predetermined size as described above, Au (gold) is sputtered to a thickness of 0.2 μm to form an internal electrode An Au electrode as an electrode and an Au electrode as an external electrode were formed.
[0040]
As a result of observing three places on the surface of the Au electrode for forming the internal electrode of the ceramics on which the Au electrode was formed, using an ultra-deep shape measuring microscope (VK-8500 manufactured by KEYENCE) with a visual field of 0.15 mm square, the internal electrode The maximum value of the unevenness on the surface of the constituent Au electrode was 1.2 μm. Moreover, as shown in FIG. 6, the thickness of five places was measured with the micrometer in the state which provided the electrode for internal electrode structure in ceramics. The minimum value of the thickness was 0.329 mm, the maximum value was 0.331 mm, the average thickness was 0.330 mm, and the thickness variation was within ± 0.001 mm at the maximum.
[0041]
As shown in FIG. 1, the ceramics on which the Au electrode is formed are laminated in two layers with a room temperature curing type epoxy adhesive applied to the Au electrode surface for constituting the internal electrode, and press cured. Thus, an internal electrode in which an adhesive layer is interposed between two layers of internal electrode constituting Au electrodes was formed by adhering the Au electrode surface for constituting the internal electrode with the epoxy adhesive. The hardness of the constituent resin of the epoxy adhesive used for bonding the internal electrode constituting Au electrode was 88 in Shore D hardness. The area of the internal electrode obtained as described above was 10 mm × 31 mm.
[0042]
When the thickness of the two-layer laminated ceramic obtained as described above was measured with a micrometer at five locations as shown in FIG. 6, the minimum value was 0.659 mm, the maximum value was 0.661 mm, and the average thickness was 0. .660 mm. Since the average thickness of each PZT ceramic used was 0.330 mm, the thickness of the adhesive layer was calculated to be 0 μm. In this way, the calculated thickness of the adhesive layer becomes 0 μm because the micrometer has a difference between the unevenness on the surface of the internal electrode constituting electrode, but between the convex part and the convex part on the opposite surface in the micrometer. Since the thickness is measured, in the adhesive layer portion, the uneven portions of the respective internal electrode constituting electrodes are overlapped and the thickness of the adhesive layer is sometimes 0 or less. However, there is no doubt that the adhesive layer is present with a thickness of 1 μm or less.
[0043]
The laminated ceramic obtained as described above is polarized at 1 kV / mm with respect to the thickness of one piezoelectric body at room temperature, and the internal electrode 2 having an area of 10 mm × 31 mm in the structure shown in FIG. A two-layered laminated piezoelectric vibrator interposed between the two layers of the piezoelectric body 1 was obtained. The numbers of the two-layer stacked type, the three-layer stacked type and the four-layer stacked type described later, and the numbers of three layers and four layers indicate the number of layers of the piezoelectric body.
[0044]
This two-layer laminated piezoelectric vibrator has a rectangular shape with a size of 11 mm × 32 mm × 660 mm in length × width × thickness and a flat rectangular shape, and the average thickness of the piezoelectric material in each layer is 0. 330 mm.
[0045]
The two-layered laminated piezoelectric vibrator has an array shape with a size of 11 mm × 0.330 mm × 0.660 mm so that CW / ET (cutting width / thickness of the laminated piezoelectric vibrator) is 0.5. The frequency-impedance characteristics of ten of the arrayed two-layer laminated piezoelectric vibrators of the array were measured using an impedance analyzer 4194A manufactured by HP (Hewlett Packard), and the thickness direction of the fundamental wave was measured. Resonance frequency (fr), anti-resonance frequency (fa), and resonance impedance (Zr) were obtained. From the resonance frequency (fr) and anti-resonance frequency (fa), the electromechanical coupling coefficient (k ₃₃ ') Was calculated according to the testing method for piezoelectric ceramic vibrators in the Japan Electronic Materials Industry. Moreover, the electrostatic capacitance (C) was measured with the LCR meter, and the average value was obtained. The main structure of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 1 is shown in Table 1 below, and the characteristics are shown in Table 2 below. And k ₃₃ Table 2 also shows the maximum and minimum values for '.
[0046]
Example 2
A ceramic having a predetermined Au electrode formed in the same manner as in Example 1 is coated with an epoxy adhesive similar to that in Example 1 on the surface of the internal electrode constituting Au electrode so that the structure shown in FIG. 2 is obtained. An internal electrode in which an internal electrode constituting Au electrode is bonded with an adhesive and an area is 10 mm × 31 mm, and an adhesive layer is interposed between the two internal electrode constituting Au electrodes And a predetermined polarization process were performed to obtain a three-layer laminated piezoelectric vibrator in which three layers of piezoelectric bodies 1 and two layers of internal electrodes 2 were alternately laminated in the structure shown in FIG. .
[0047]
The obtained three-layer laminated piezoelectric vibrator has a flat rectangular shape of 11 mm × 32 mm × 0.992 mm in length × width × thickness, and the average thickness of the piezoelectric material in each layer is It was 0.330 mm.
[0048]
The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the three-layer stacked piezoelectric vibrator of Example 2 were also measured in the same manner as in Example 1. The main configuration of the three-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 2 is shown in Table 1 below, and the characteristics are shown in Table 2 below.
[0049]
Example 3
As in Example 1, a ceramic having a predetermined Au electrode formed thereon is coated with an epoxy adhesive similar to that in Example 1 on its internal electrode constituting Au electrode so that the structure shown in FIG. By laminating four layers and press-curing, the internal electrode constituting Au electrode is bonded with an adhesive, and the internal electrode has an area of 10 mm × 31 mm and an adhesive layer is interposed between the two internal electrode constituting Au electrodes. Then, a predetermined polarization process was performed to obtain a four-layer stacked piezoelectric vibrator having the structure shown in FIG. 3 in which four layers of piezoelectric bodies 1 and three layers of internal electrodes were alternately stacked.
[0050]
The obtained four-layer laminated piezoelectric vibrator has a flat rectangular shape with a size of length × width × thickness of 11 mm × 32 mm × 1.320 mm, and the average thickness of the piezoelectric material of each layer is It was 0.330 mm.
[0051]
The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the four-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 3 were also measured in the same manner as in Example 1. The main configuration of the four-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 3 is shown in Table 1 below, and the characteristics are shown in Table 2 below.
[0052]
Example 4
PZT-based piezoelectric constituent powder and a binder, a plasticizer, a solvent, and a dispersant were mixed and kneaded and molded by an extrusion molding machine to obtain a green sheet having a thickness of 0.5 mm. The obtained green sheet was cut into a predetermined size to obtain a ceramic constituent molded body. The ceramic constituent molded body was degreased and then fired at 1200 ° C. for 2 hours to obtain a PZT ceramic. The surface of the obtained PZT ceramic was lapped with # 6000WA with a double-side polishing machine, and then cut into a predetermined size with a dicing machine.
[0053]
After masking so that a desired electrode pattern can be formed on both sides of the obtained PZT ceramics of a predetermined size, Au (gold) is sputtered to a thickness of 0.2 μm to form an internal electrode constituting electrode. An Au electrode and an Au electrode to be an external electrode were formed.
[0054]
As a result of observing three places on the surface of the Au electrode for ceramic internal electrode formation on which the Au electrode was formed with a 0.15 mm square field of view using an ultra-deep shape measuring microscope in the same manner as in Example 1, The maximum value of the unevenness difference on the surface of the Au electrode was 1.3 μm. Thereafter, a two-layer laminated piezoelectric vibrator having the structure shown in FIG. 1 and having an internal electrode with an area of 10 mm × 31 mm was formed in the same manner as in Example 1 except that the ceramic on which the Au electrode was formed was used. Obtained.
[0055]
The obtained two-layer laminated piezoelectric vibrator has a flat rectangular shape of 11 mm × 32 mm × 0.461 mm in length × width × thickness, and the average thickness of the piezoelectric material in each layer is It was 0.230 mm.
[0056]
The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 4 were also measured in the same manner as in Example 1. The main structure of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 4 is shown in Table 1 below, and the characteristics are shown in Table 2 below.
[0057]
Comparative Example 1
A two-layer laminated piezoelectric vibrator was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the surface of the PZT ceramic obtained in the same manner as in Example 4 was wrapped with # 2000WA abrasive grains.
[0058]
The maximum value of the unevenness difference on the surface of the internal electrode constituting Au electrode measured at the time of manufacturing the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 1 was 2.3 μm. The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 1 were also measured in the same manner as in Example 1. The main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 1 is shown in Table 1 below, and the characteristics are shown in Table 2 below.
[0059]
Comparative Example 2
A two-layer laminated piezoelectric vibrator was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the surface of the PZT ceramic obtained in the same manner as in Example 4 was wrapped with # 800WA abrasive grains.
[0060]
The maximum value of the unevenness on the surface of the internal electrode constituting Au electrode measured at the time of manufacturing the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 2 was 4.3 μm. The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 2 were also measured in the same manner as in Example 1. The main structure of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 2 is shown in Table 1 below, and the characteristics are shown in Table 2 below.
[0061]
As described above, Table 1 shows the main structures of the laminated piezoelectric vibrators of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, that is, the number of laminated piezoelectric bodies, the unevenness difference on the surface of the internal electrode constituting electrode, the adhesive layer Table 1 shows the hardness of the resin (Shore D hardness), the thickness of the adhesive layer in the internal electrode, the type of internal electrode constituent electrode (indicated by the metal type of the constituent material), and the thickness of the internal electrode constituent electrode. In terms of space, “the number of piezoelectric layers” is “number of layers”, “unevenness difference on the surface of the electrode for internal electrode configuration” is “surface unevenness difference”, “resin hardness of adhesive layer” is “adhesion layer” Resin hardness ”,“ Adhesive layer thickness in internal electrode ”“ Adhesive layer thickness ”,“ Internal electrode configuration electrode type ”,“ Electrode type ”,“ Internal electrode configuration electrode thickness ” Simplified as “electrode thickness”. Such a simplified display relating to the main configuration of the laminated piezoelectric vibrator is the same in the following tables showing the main configuration of the laminated piezoelectric vibrator.
[0062]
Table 2 shows the characteristics of the laminated piezoelectric vibrators of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2, that is, the electromechanical coupling coefficient (average value, maximum value, minimum value) in the thickness direction, and the thickness direction of the fundamental wave. Resonance frequency, antiresonance frequency, resonance impedance, and capacitance are shown. Table 2 shows the “electromechanical coupling coefficient” as “k” in relation to space. ₃₃ “”, “Resonance frequency” are simply shown as “fr”, “Anti-resonance frequency” as “fa”, “Resonance impedance” as “Zr”, and “Capacitance” as “C”. Such a simplified display relating to the characteristics of the laminated piezoelectric vibrator is the same in the following tables showing the characteristics of the laminated piezoelectric vibrator.
[0063]
[Table 1]

[0064]
[Table 2]

[0065]
As is clear from the results shown in Table 2, the laminated piezoelectric vibrators of Examples 1 to 4 have a longitudinal array of electromechanical coupling coefficients. ₃₃ 'Is 65% or more, and compared with the laminated piezoelectric vibrators of Comparative Examples 1 and 2, k ₃₃ 'Was big and the variation was small.
[0066]
Example 5
A two-layer laminated piezoelectric vibrator having the structure shown in FIG. 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the adhesive layer was 0.5 μm.
[0067]
The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 5 were also measured in the same manner as in Example 1. The main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 5 is shown in Table 3 below, and the characteristics are shown in Table 4 below.
[0068]
Example 6
A two-layer laminated piezoelectric vibrator having the structure shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 5 except that the thickness of the adhesive layer was 1 μm.
[0069]
The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 6 were also measured in the same manner as in Example 1. The main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 6 is shown in Table 3 below, and the characteristics are shown in Table 4 below.
[0070]
Comparative Example 3
A two-layer laminated piezoelectric vibrator having the structure shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 5 except that the thickness of the adhesive layer was 2 μm.
[0071]
The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 3 were also measured in the same manner as in Example 1. The main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 3 is shown in Table 3 below, and the characteristics are shown in Table 4 below.
[0072]
Comparative Example 4
A two-layer laminated piezoelectric vibrator having the structure shown in FIG. 1 was manufactured in the same manner as in Example 5 except that the thickness of the adhesive layer was 3 μm.
[0073]
The piezoelectric characteristics and electrical characteristics of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 4 were also measured in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 4, and Table 4 shows the characteristics.
[0074]
[Table 3]

[0075]
[Table 4]

[0076]
As is apparent from the results shown in Table 4, the laminated piezoelectric vibrators of Examples 5 to 6 have an array-like electromechanical coupling coefficient. ₃₃ 'Is 65% or more, and compared with the laminated piezoelectric vibrators of Comparative Examples 3 to 4, ₃₃ 'Was big and the variation was small.
[0077]
Example 7
PZT-based piezoelectric constituent powder and a binder, a plasticizer, a solvent, and a dispersant were mixed and kneaded and molded by an extrusion molding machine to obtain a green sheet having a thickness of 0.5 mm. The obtained green sheet was cut into a predetermined size to obtain a ceramic structural molded body. The ceramic structural body was degreased and then fired at 1200 ° C. for 2 hours to obtain a PZT ceramic. The surface of the obtained PZT ceramic was lapped with # 2000 WA abrasive grains with a double-side polishing machine, and then cut into a predetermined size with a dicing machine.
[0078]
A plating resist material having a predetermined shape is printed on both surfaces of the obtained ceramic of a predetermined size by a screen printer, and after curing the resist, a Cu layer is formed by electroless plating of Cu, and then the resist material Was removed to obtain a PZT ceramic having a Cu thickness of 2.0 μm and an electrode having a predetermined shape.
[0079]
The surface of the PZT-based ceramics on which this Cu electrode was formed was mirror-polished with a double-side polishing machine to make the thickness of Cu 1 μm. Similarly, when observed using an ultra-deep shape measuring microscope in a 0.15 mm square field of view, the maximum unevenness difference on the surface of the internal electrode constituting Cu electrode was 1.0 μm.
[0080]
Further, as shown in FIG. 6, when the thickness of the five polished surfaces of the ceramic was measured with a micrometer, the minimum value of the thickness was 0.330 mm, the maximum value was 0.332 mm, and the average thickness was 0.00. The maximum thickness variation was ± 0.001 mm at 331 mm.
[0081]
Two-layer laminated ceramics as in Example 1, except that the above ceramics were used and an epoxy adhesive having a Shore D hardness of 85 was used as the adhesive for adhering the internal electrode constituting Cu electrode. Was made.
[0082]
When the thickness of the obtained two-layer laminated ceramic was measured with five micrometers as shown in FIG. 6, the minimum value of the thickness was 0.661 mm, the maximum value was 0.663 mm, and the average thickness was 0.662 mm. Met. Since the average thickness of each PZT ceramic used was 0.331 mm, the thickness of the adhesive layer was calculated to be 0 μm.
[0083]
The two-layer laminated ceramic obtained as described above is polarized at 1 kV / mm with respect to the thickness of a single piezoelectric body at room temperature, and an internal electrode having an area of 10 mm × 31 mm with the structure shown in FIG. A two-layer laminated piezoelectric vibrator having the above structure was obtained.
[0084]
The obtained two-layer laminated piezoelectric vibrator has a flat rectangular shape with a size of length x width x thickness of 11 mm x 32 mm x 0.662 mm, and the average thickness of the piezoelectric material of each layer is It was 0.331 mm.
[0085]
The two-layer laminated piezoelectric vibrator was cut into an array of 11 mm × 0.331 mm × 0.662 mm so that CW / ET (cut width / element thickness) was 0.5. The frequency-impedance characteristics of ten of the arrayed two-layer laminated piezoelectric vibrators were measured using an impedance analyzer 4194A made by HP, and the resonance frequency (fr) in the thickness direction of the fundamental wave and anti-resonance were measured. The frequency (fa) and resonance impedance (Zr) were determined. Further, from the resonance frequency (fr) and the anti-resonance frequency (fa), the electromechanical coupling coefficient k in the thickness direction is calculated. ₃₃ 'Was calculated according to the test method of the piezoelectric ceramic vibrator of the Japan Electronic Materials Industry. Further, the capacitance (C) was measured with an LCR meter. Table 5 shows the main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 7, and Table 6 shows the characteristics.
[0086]
Comparative Example 5
A two-layer laminated piezoelectric vibrator was manufactured in the same manner as in Example 7 except that a room temperature curing type epoxy adhesive having a Shore D hardness of 78 was used as the constituent resin.
[0087]
For the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 5, the piezoelectric characteristics and the electrical characteristics were measured in the same manner as in Example 1. Table 5 shows the main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 5, and Table 6 shows the characteristics thereof.
[0088]
[Table 5]

[0089]
[Table 6]

[0090]
As is apparent from the results shown in Table 6, the laminated piezoelectric vibrator of Example 7 has an array-shaped electromechanical coupling coefficient. ₃₃ 'Is 65% or more, and compared with the laminated piezoelectric vibrator of Comparative Example 5, ₃₃ 'Was big and the variation was small.
[0091]
Example 8
PZT-based piezoelectric constituent powder and a binder, a plasticizer, a solvent, and a dispersant were mixed and kneaded and molded by an extrusion molding machine to obtain a green sheet having a thickness of 0.5 mm. The obtained green sheet was cut into a predetermined size to obtain a ceramic constituent compact, and then the ceramic constituent compact was degreased and fired at 1200 ° C. for 2 hours to obtain a PZT ceramic. The surface of the obtained PZT ceramics was lapped with # 6000WA abrasive grains with a double-side polishing machine, and then cut into a predetermined size with a dicing machine.
[0092]
A plating resist material having a predetermined shape is printed on both sides of the obtained ceramic of a predetermined size by a screen printer, the resist is cured, and then an Ni layer is formed by Ni electroless plating. The material was removed to obtain a PZT-based ceramic in which an internal electrode constituting electrode having a predetermined shape with a Ni thickness of 1.0 μm was formed.
[0093]
The unevenness difference on the surface of the internal electrode constituting Ni electrode was measured in the same manner as in Example 1, and the thickness of the ceramic was measured.
[0094]
Then, the thickness of the adhesive layer of the internal electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that the PZT ceramics on which this Ni electrode was formed was used, and a two-layer laminated piezoelectric vibrator was manufactured to obtain piezoelectric characteristics. And the electrical properties were measured. Table 7 shows the main configuration of the two-layer laminated piezoelectric vibrator of Example 8, and Table 8 shows the characteristics.
[0095]
[Table 7]

[0096]
[Table 8]

[0097]
As is clear from the results shown in Table 8, the laminated piezoelectric vibrator of Example 8 has an array-shaped electromechanical coupling coefficient. ₃₃ 'Was as large as 65% or more, and the variation was small.
[0098]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laminated piezoelectric vibrator having an electromechanical coupling coefficient of 65% or more stably even in an array form.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a two-layer laminated piezoelectric vibrator of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of an n-layer (three-layer) multilayer piezoelectric resonator in the case of n = 3 in the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of an n-layer (four-layer) multilayer piezoelectric vibrator when n = 4 in the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of an n-layer stacked piezoelectric vibrator when n = 5 or more in the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view schematically showing an example of an internal electrode and its vicinity of a multilayered piezoelectric vibrator of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of a measurement position of the thickness of ceramics in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Piezoelectric material
2 Internal electrodes
2a Electrode for internal electrode configuration
2b Adhesive layer
3 One external electrode
4 The other external electrode

Claims

Two layers of piezoelectric bodies, one layer of internal electrodes alternately stacked with the piezoelectric bodies, one external electrode connected to the internal electrodes, and the other external electrode independent of the one external electrode; The other external electrode is formed on at least the upper surface and the lower surface of the multilayer piezoelectric vibrator, and the internal electrode has an adhesive layer between two internal electrode constituting electrodes. It is constituted by interposing, the unevenness difference on the surface of the internal electrode constituting electrode is 1.5 μm or less, the thickness of the adhesive layer is 1 μm or less, and the hardness of the resin of the adhesive layer is 80 or more in Shore D hardness A laminated piezoelectric vibrator characterized by the above.

An n-layer (where n is a natural number of 3 or more) piezoelectric body, an n-1 internal electrode layered alternately with the piezoelectric body, and an external electrode provided so that the internal electrodes are connected in parallel A laminated piezoelectric vibrator having an electrode group, wherein the internal electrode is configured by interposing an adhesive layer between two layers of the internal electrode constituting electrode, and on the surface of the internal electrode constituting electrode. A laminated piezoelectric vibrator having an unevenness difference of 1.5 μm or less, an adhesive layer thickness of 1 μm or less, and a resin hardness of the adhesive layer of Shore D hardness of 80 or more.

3. The laminated piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the internal electrode constituting electrode has a thickness of 1 μm or less.

The internal electrode constituting electrode is formed by sputtering, the thickness of the internal electrode constituting electrode is 0.05 to 1 μm, and the material of the internal electrode constituting electrode is gold. The laminated piezoelectric vibrator according to any one of 1 to 3.

A first step of wrapping ceramics with an abrasive of # 6000 or more, a second step of forming internal electrode forming electrodes in a predetermined pattern on the surface of the ceramic obtained in the first step, and the internal electrode forming step 5. A third step of forming an internal electrode in which an adhesive layer is interposed between two layers of internal electrode constituting electrodes by bonding the electrodes with an adhesive. 5. A method for producing the laminated piezoelectric vibrator described above.