JP4570727B2

JP4570727B2 - 圧電機能部品製造治具および圧電機能部品製造方法

Info

Publication number: JP4570727B2
Application number: JP2000120889A
Authority: JP
Inventors: 圭太郎頃石
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: JP2001308406A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子に圧電機能を付加するための圧電機能部品製造治具の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧電素子に圧電機能を付加して、圧電素子の圧電効果を利用する圧電機能部品が注目されている。従来、圧電素子に圧電機能を付加するための圧電機能部品製造治具は、図５（ａ）に示すように、圧電素子の上面がベースプレートより僅かに突出するようにし、かつ、圧電素子の形状に対応した彫り込みを、ベースプレートに形成し、圧電機能を付加するための補助部材をベースプレートの上に固定して、圧電素子を挟み込むように圧電素子を固定していた。また、多数個での同時処理を実現するため、図６に示すように、彫り込みをベースプレート上に幾つも形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電機能部品製造治具において、圧電素子をベースプレートと圧電機能を付加するための補助部材で挟み込むように固定するので、彫り込み製作時の深さばらつきや、圧電素子の厚さばらつきが、以下の問題点を発生させていた。
【０００４】
圧電素子の厚さが規格値の公差上限近くになった場合や、ベースプレートに形成した彫り込みが浅くなっていた場合は、図５（ｂ）に示すように、圧電素子を挟み込む力が強くなり、圧電素子にダメージを与えクラックや割れを多く発生させるという問題を有していた。
【０００５】
また、圧電素子の厚さが規格値の公差下限近くになった場合や、ベースプレートに形成した彫り込みが深くなりすぎていた場合は、図５（ｃ）に示すように、圧電素子を挟み込む力が弱くなるか、あるいは挟み込む力が全く働かない状態となり、ベースプレートに形成した彫り込みの中で圧電素子が動き回り、電極膜形成時では所望の電極形状が得られないという問題を有していた。
【０００６】
さらに、圧電素子の表面やベースプレートの彫り込み表面にソリやうねり、突起物、付着物等が存在していた場合は、図５（ｄ）に示すように、圧電素子に局所的な力が作用し、圧電素子にダメージを与えクラックや割れを多く発生させるという問題を有していた。
【０００７】
一方、ベースプレートに形成される彫り込みは、ある決められた圧電素子の厚みと形状に対応させているため、厚みや形状の異なる圧電素子には適用できない。そのため、ベースプレートに汎用性が全くなく、厚みや形状の異なる個々の圧電素子の形状に対応したベースプレートを多量に所有しなければならないという問題も有していた。
【０００８】
本発明の目的は、圧電素子を一定の力で圧電機能を付加するための補助部材に押圧させることで、圧電素子に与えるダメージをなくしてクラックや割れを防止し、所望の電極形状を得るとともに、少量のベースプレートで個々の圧電素子形状に適用することのできる圧電機能部品製造治具を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本課題の解決手段は、圧電素子に圧電機能を付加するための圧電機能部品製造治具であって、圧電素子を搭載する圧電素子受け部材が可動することを特徴とし、また、圧電素子を保持するための圧電素子受け部を有する圧電素子受け部材と、圧電素子受け部に圧電素子を位置決めして保持するための位置決め手段と、圧電素子受け部材を保持するためのベースプレートと、ベースプレートに圧電素子受け部材を保持させておくための保持部材と、圧電素子受け部の反対面に配置する押圧手段と、を備えたことを特徴とし、さらに、押圧手段は、圧電機能を付加するための補助部材に、圧電素子受け部材を介して圧電素子を一定の力で押圧することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、圧電素子受け部材は圧電素子の厚さに応じて可動し、圧電素子を一定の力で圧電機能を付加するための補助部材に押圧することができる。したがって、圧電素子の厚さが規格値の公差上限近くになった場合や、圧電素子や圧電素子受け部にソリやうねり、突起物、付着物等が存在していた場合でも、圧電素子受け部材は押圧手段により圧電素子に過度の力が掛からないように可動するため、クラックや割れを防止することができる。
【００１１】
また、圧電素子の厚さが規格値の公差下限近くになった場合でも圧電素子は動き回ることもなく、電極膜形成時においても所望の電極形状が得られる。
【００１２】
さらに、ベースプレートには圧電素子の厚さに対応した彫り込みが存在しないので、彫り込みの深さのばらつきに起因する圧電素子のクラックや割れ、電極形状不良の問題は発生しない。
【００１３】
また、圧電素子受け部材には、圧電素子を保持する圧電素子受け部に、圧電素子を位置決めして保持するための凹形状、凸形状または、凹凸形状の位置決め手段を有することを特徴とする。
【００１４】
これによれば、圧電素子は、圧電素子受け部の凹凸形状で位置決めされ保持されるので、圧電素子受け部を上から見た形状やその面積は、個々の圧電素子の形状や面積に必ずしも対応させる必要がない。すなわち個々の圧電素子の形状に対応する位置決め手段が設けられるように、圧電素子受け部材の形状や面積を設定するだけで良く、圧電素子受け部材のみを交換することで、個々の圧電素子の形状に対応できる。したがって、圧電素子受け部材に対応したベースプレートと保持部材を少量のみ所有しておくだけで、個々の圧電素子の形状に対応可能となる。
【００１５】
さらに、異なる形状の位置決め手段を有する圧電素子受け部材を、同じベースプレートに複数組み合わせて組み込むことが可能となるため、少量多品種の圧電素子に圧電機能を同時に付加することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明に係わる実施の形態を詳細に説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の第１の実施例を説明する図であり、図１（ａ）は本発明の圧電機能部品製造治具１の構造を示し、図１（ｂ）と図１（ｃ）は本発明の圧電機能部品製造治具１の動作を説明する図である。
【００１７】
図１（ａ）において、圧電機能部品製造治具１の構造は、圧電素子受け部材７には、圧電素子受け部５と、圧電素子８を位置決めして保持する凸形状の位置決め手段６を設けており、この圧電素子受け部材７は、ベースプレート２の下に配置された保持部材３と、保持部材３と圧電素子受け部材７との間に配置した押圧手段４と、でベースプレート２内に保持されている。ここで、押圧手段４には、例えば、バネ部材や曲げワッシャー、シリコン系やウレタン系等の弾性を示す樹脂やゴム、スポンジ等の高発泡体、クッション材、等の金属、非金属問わず弾性を示す部材からなる。
【００１８】
次に圧電機能部品製造治具１の動作を説明する。まず、図１（ｂ）において、圧電素子８を圧電素子受け部５に載せる。このとき、圧電素子８には中央部に穴が設けてあるので、凸形状の位置決め手段６によって圧電素子受け部５に位置決めされ保持される。
【００１９】
次に、図１（ｃ）において、圧電素子８を圧電機能を付加するための補助部材９と圧電素子受け部材７とで挟み込むように、圧電機能を付加するための補助部材９をベースプレート２の上に固定する。ここで、圧電機能を付加するための補助部材９には、例えば圧電素子８に圧電機能を付与するための電極膜形成工程で使用する蒸着マスクやスクリーン印刷用の版であったり、圧電素子８に圧電機能を付与するための分極工程で使用する電気端子であったりする。
【００２０】
このとき、圧電機能を付加するための補助部材９によって圧電素子８と圧電素子受け部材７は押し下げられると同時に、圧電素子８は圧電素子受け部材７を介して押圧手段４によって圧電機能を付加するための補助部材９に押圧され固定される。従って、圧電素子８に厚みのばらつき、そりやうねり、突起物、付着物等が存在していた場合でも、圧電素子８には過度の力が掛かることなく圧電機能を付加するための補助部材９に押圧され固定されるので、圧電素子８へのダメージが無くなり割れやクラックが防止されるばかりでなく、所望の電極形状が必ず得られるようになった。
【００２１】
図３は、圧電機能部品製造治具１に使用される圧電素子受け部材７の実施例を説明する図であり、図３（ａ）と図３（ｂ）は圧電素子受け部材７の基本形状を示し、図３（ｃ）〜（ｍ）は圧電素子受け部５に圧電素子８を位置決めして保持するための位置決め手段６の様々な形態を説明する図である。
【００２２】
圧電機能部品製造治具１に使用される圧電素子受け部材７の基本形状は、例えば、図３（ａ）と図３（ｂ）に示すように、圧電素子８の外形形状にこだわらず、圧電素子受け部５の形状が丸形状または多角形状などいずれの形状でよく、図３（ｌ）〜（ｍ）に示すように、圧電素子８を位置決めして保持するための位置決め手段６を設けてやればよい。また、図３（ｃ）〜（ｋ）に示すように、圧電素子８の外形形状や中央部の穴を利用して、位置決めして保持するための位置決め手段６は、凸形状または凹形状、または凹凸形状のいずれでもよい。
【００２３】
次に、圧電素子８に圧電機能を付加するための圧電機能部品の製造方法について説明する。まず、圧電素子８に圧電機能を付加するための電極膜形成につて説明する。圧電素子８に所望の電極形状を得るために、圧電機能を付加するための補助部材９には蒸着マスクを用いた。圧電機能部品製造治具１には、保持部材３で圧電素子受け部材７と押圧手段４とが、ベースプレート２にあらかじめ保持されている。
【００２４】
圧電素子８を位置決め手段６で保持されるように圧電素子受け部５に載せ、蒸着マスクである圧電機能を付加するための補助部材９ａをベースプレート２の上に固定する。このようにセットされた圧電機能部品製造治具１を蒸着装置の中へセットし、圧電素子８の表面に電極膜を形成した。
【００２５】
次に、圧電機能部品製造治具１を蒸着機から取り出し、蒸着マスクである圧電機能を付加するための補助部材９ａを外し、圧電素子８を取り出す。そして、電極が形成された反対側の面を上にして、再び位置決め手段６で保持されるように圧電素子受け部５に載せ、再び蒸着マスクである圧電機能を付加するための補助部材９ａをベースプレート２の上に固定する。ここで、表裏異なる電極形状とする場合には、先ほどと形状が異なった蒸着マスクである、圧電機能を付加するための補助部材９ｂをベースプレート２の上に固定してもよい。このようにセットされた圧電機能部品製造治具１を再び蒸着装置の中へセットし、圧電素子８の裏面に電極膜を形成したのち、圧電機能部品製造治具１を蒸着機から取り出し、蒸着マスクである圧電機能を付加するための補助部材９ａを外した。ここで、圧電素子８はそのまま圧電素子受け部５に載せままにしておいてよい。
【００２６】
次に、圧電素子８に圧電機能を付加するための分極処理について説明する。圧電機能を付加するための補助部材９には圧電素子に電圧が加えられるような電気端子が備わった分極治具を用いた。圧電機能部品製造治具１には、既に圧電素子８が圧電素子受け部５に載せられているので、分極治具である圧電機能を付加するための補助部材９ｃをベースプレート２の上に固定し、分極治具の電気端子に分極電源を接続する。このようにセットされた圧電機能部品製造治具１を加熱装置の中へセットして温度と電圧を付与し、圧電素子８の分極処理を行った。その後、圧電機能部品製造治具１を加熱装置から取り出し、電気端子に接続された分極電源を外し、分極治具である圧電機能を付加するための補助部材９ｃを外し、圧電素子８を取り出す。
【００２７】
このように本発明の圧電機能部品製造治具１で圧電機能を付加するための電極膜形成と分極処理を行った圧電素子８は圧電機能部品となり、圧電アクチュエータ、圧電ブザー、圧電スピーカ、圧電センサ、圧電トランス、圧電フィルタ等、圧電効果を利用する製品に応用できる。
【００２８】
［実施例２］
図２は、本発明の第２の実施例を説明する図であり、図２（ａ）は本発明の圧電機能部品製造治具１１の構造を示し、図２（ｂ）と図２（ｃ）は本発明の圧電機能部品製造治具１１の動作を説明する図である。
【００２９】
図２（ａ）において、圧電機能部品製造治具１１の構造は、圧電素子受け部材１７には、圧電素子受け部１５と、圧電素子１８を位置決めして保持する凸形状の位置決め手段１６を設けており、この圧電素子受け部材１７は、ベースプレート１２の上に配置された保持部材１３と、ベースプレート１２と圧電素子受け部材１７との間に配置した押圧手段１４と、でベースプレート１２内に保持されている。ここで、押圧手段１４には、例えば、バネ部材や曲げワッシャー、シリコン系やウレタン系等の弾性を示す樹脂やゴム、スポンジ等の高発泡体、クッション材、等の金属、非金属問わず弾性を示す部材からなる。
【００３０】
次に圧電機能部品製造治具１１の動作を説明する。まず、図２（ｂ）において、圧電素子８を圧電素子受け部１５に載せる。このとき、圧電素子１８には中央部に穴が設けてあるので、凸形状の位置決め手段１６によって圧電素子受け部１５に位置決めされ保持される。
【００３１】
ここで圧電素子受け部材１７は、実施例１と同様に、圧電素子１８の外形形状にこだわらず、圧電素子受け部１５の形状が丸形状または多角形状などいずれの形状をしていてもよい。また、圧電素子１８の外形形状や中央部の穴を利用して、位置決めして保持するための位置決め手段１６は、凸形状または凹形状、または凹凸形状のいずれでもよい。
【００３２】
次に、図２（ｃ）において、圧電素子１８を圧電機能を付加するための補助部材１９と圧電素子受け部材１７とで挟み込むように、圧電機能を付加するための補助部材１９を保持部材１３の上に固定する。ここで、圧電機能を付加するための補助部材１９には、例えば圧電素子１８に圧電機能を付与するための電極膜形成工程で使用する蒸着マスクやスクリーン印刷用の版であったり、圧電素子１８に圧電機能を付与するための分極工程で使用する電気端子であったりする。
【００３３】
このとき、圧電機能を付加するための補助部材１９によって圧電素子１８と圧電素子受け部材１７は押し下げられると同時に、圧電素子１８は圧電素子受け部材１７を介して押圧手段１４によって圧電機能を付加するための補助部材１９に押圧され固定される。従って、圧電素子１８に厚みのばらつき、そりやうねり、突起物、付着物等が存在していた場合でも、圧電素子１８には過度の力が掛かることなく圧電機能を付加するための補助部材１９に押圧され固定されるので、圧電素子１８へのダメージが無くなり割れやクラックが防止されるばかりでなく、所望の電極形状が必ず得られるようになった。
【００３４】
圧電素子１８に圧電機能を付加するための圧電機能部品の製造方法は、本発明の第１の実施例と同様に行ったので、ここでの説明は省略する。このように本発明の圧電機能部品製造治具１１で圧電機能を付加するための電極膜形成と分極処理を行った圧電素子１８は圧電機能部品となり、圧電アクチュエータ、圧電ブザー、圧電スピーカ、圧電センサ、圧電トランス、圧電フィルタ等、圧電効果を利用する製品に応用できる。
【００３５】
［実施例３］
図４は、本発明の第３の実施例を説明する図であり、図４（ａ）は、形状の異なる位置決め手段２６を有する圧電素子受け部材２７を複数組み合わせてベースプレート２２に組み込んだ状態の圧電機能部品製造治具２１の外観を示し、図４（ｂ）は、圧電素子２８と圧電機能を付加するための補助部材２９をセットした状態の圧電機能部品製造治具２１の断面図を示す。
【００３６】
図４（ａ）において、圧電素子受け部材２７の圧電素子受け部２５の形状は丸形状を用い、ベースプレート２２には圧電素子受け部２５の丸形状に対応した形状が加工されている。それぞれ、図３（ｅ）のように円盤状の圧電素子２８ａの外周を保持するような位置決め手段２６ａが設けてあるものと、図３（ｃ）のように円盤状の圧電素子２８ｂの中央部の穴を保持するような位置決め手段２６ｂが設けてあるものと、図３（ｌ）のような多角形上の圧電素子２８ｃの外周を保持するような位置決め手段２６ｃが設けてあるものと、を有する圧電素子受け部材２７を押圧手段２４とともに、保持部材２３でベースプレート２２に組み込んだ。ここで、ベースプレートに２２組み込む圧電素子受け部材２７の位置決め手段２６は、上記の組合せに限ることなく、どの様な組合せでもよい。
【００３７】
次に、図４（ｂ）において、大きさ、形状、厚さの異なる圧電素子２８を、それぞれ対応した位置決め手段２６を設けた圧電素子受け部２５にセットし、さらに、圧電機能を付加するための補助部材２９をベースプレート２２の上に固定する。このとき、圧電機能を付加するための補助部材２９によって圧電素子２８と圧電素子受け部材２７は押し下げられると同時に、圧電素子２８は圧電素子受け部材２７を介して押圧手段２４によって圧電機能を付加するための補助部材２９に押圧され固定される。従って、様々な形状や厚みの圧電素子２８には過度の力が掛かることなく圧電機能を付加するための補助部材２９に押圧され固定されるので、圧電素子２８へのダメージが無くなり割れやクラックが防止されるばかりでなく、少量多品種の圧電素子に圧電機能を同時に付加することができた。
【００３８】
圧電素子２８に圧電機能を付加するための圧電機能部品の製造方法は、本発明の第１の実施例と同様に行ったので、ここでの説明は省略する。このように本発明の圧電機能部品製造治具２１で圧電機能を付加するための電極膜形成と分極処理を行った圧電素子２８は圧電機能部品となり、圧電アクチュエータ、圧電ブザー、圧電スピーカ、圧電センサ、圧電トランス、圧電フィルタ等、圧電効果を利用する製品に応用できる。
【００３９】
また、圧電素子受け部材２７の圧電素子受け部２５の形状は多角形状を用いる場合は、ベースプレート２２には圧電素子受け部２５の多角形状に対応した形状に加工したものを用い、それぞれ様々な位置決め手段２６を有した圧電素子受け部材２７をベースプレート２２組み込んでもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように、圧電素子を搭載する圧電素子受け部材を可動とし、圧電素子を圧電機能を付加するための補助部材に、圧電素子受け部材を介して一定の力で押圧するようにしたので、圧電素子の厚みばらつき、そりやうねり、突起物、付着物等が存在していた場合でも、圧電素子へのダメージが無くなり割れやクラックが防止され、かつ、所望の電極形状が必ず得られるようになる。
【００４１】
また、異なる形状の位置決め手段を有する圧電素子受け部材を、同じベースプレートに複数組み合わせて組み込むことを可能にしたので、少量のベースプレートで少量多品種の圧電素子に圧電機能を同時に付加できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する図であり、図１（ａ）は本発明の圧電機能部品製造治具の構造を示し、図１（ｂ）と図１（ｃ）は本発明の圧電機能部品製造治具の動作を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施例を説明する図であり、図２（ａ）は本発明の圧電機能部品製造治具の構造を示し、図２（ｂ）と図２（ｃ）は本発明の圧電機能部品製造治具の動作を説明する図である。
【図３】圧電機能部品製造治具に使用される圧電素子受け部材の実施例を説明する図であり、図３（ａ）と図３（ｂ）は圧電素子受け部材の基本形状を示し、図３（ｃ）〜（ｌ）は圧電素子受け部に圧電素子を位置決めして保持するための位置決め手段の様々な形態を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施例を説明する図であり、図４（ａ）は、形状の異なる位置決め手段を有する圧電素子受け部材を複数組み合わせてベースプレートに組み込んだ状態の圧電機能部品製造治具の外観を示し、図４（ｂ）は、圧電素子と圧電機能を付加するための補助部材をセットした状態の圧電機能部品製造治具の断面図を示す。
【図５】従来技術の圧電機能部品製造治具を説明する図であり、図５（ａ）は従来技術の圧電機能部品製造治具の構造を示し、図５（ｂ）〜（ｄ）は従来技術の圧電機能部品製造治具の課題を説明する図である。
【図６】従来技術の圧電機能部品製造治具を説明する図であり、図６（ａ）〜（ｂ）はベースプレートに圧電素子の形状に対応した彫り込みを幾つも形成したことを説明する図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，１０１圧電機能部品製造治具
２，１２，２２，１０２ベースプレート
３，１３，２３保持部材
４，１４，２４押圧手段
５，１５，２５圧電素子受け部
６，１６，２６位置決め手段
７，１７，２７圧電素子受け部材
８，１８，２８，１０８圧電素子
９，１９，２９，１０９圧電機能を付加するための補助部材
１１０彫り込み
１１１付着物

Claims

圧電素子が載せられ、前記圧電素子の搭載面の面内方向のずれを規制する位置決め手段を有する圧電素子受け部材と、
前記圧電素子受け部材から見て前記圧電素子とは逆の位置に設けられた保持部材と、
前記保持部材と前記圧電素子受け部材の間に設けられ、前記圧電素子受け部材に圧力を与える押圧手段と、
前記保持部材の周囲に設けられ、前記保持部材の前記圧力方向の移動を案内するベースプレートと、
前記圧電素子から見て前記保持部材とは逆の位置に設けられ、前記押圧手段の圧力による前記保持部材の移動に伴う前記圧電素子の移動を規制する補助部材と、からなり、
前記補助部材は前記圧電素子に電極膜を形成する際に用いるマスクあるいは前記圧電素子に電圧を加えて分極処理を行う際に用いる分極治具であることを特徴とする圧電機能部品製造治具。
圧電素子が載せられ前記圧電素子の搭載面の面内方向のずれを規制する位置決め手段を有する圧電素子受け部材と、
前記圧電素子受け部材から見て前記圧電素子とは逆の位置に設けられたベースプレートと、
前記ベースプレートと前記圧電素子受け部材の間に設けられ、前記圧電素子受け部材に圧力を与える押圧手段と、
前記圧電素子から見て前記保持部材とは逆の位置に設けられ、前記押圧手段の圧力による前記保持部材の移動に伴う前記圧電素子の移動を規制する補助部材と、からなり、
前記ベースプレートは前記保持部材の前記圧力方向の移動を案内し、
前記補助部材は前記圧電素子に電極膜を形成する際に用いるマスクあるいは前記圧電素子に電圧を加えて分極処理を行う際に用いる分極治具であることを特徴とする圧電機能部品製造治具。
前記位置決め手段は、圧電素子を位置決めして保持するための凹形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電機能部品製造治具。
前記位置決め手段は、圧電素子を位置決めして保持するための凸形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電機能部品製造治具。
前記位置決め手段は、圧電素子を位置決めして保持するための凹凸形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電機能部品製造治具。
請求項１から５のいずれかに記載の圧電機能部品製造治具で、電極膜形成を行うことを特徴とする圧電機能部品製造方法。
請求項１から５のいずれかに記載の圧電機能部品製造治具で、分極処理を行うことを特徴とする圧電機能部品製造方法。