JPH01170299A - 圧電振動板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、金属薄板と圧電素子板とを貼り合わせた圧電
振動板を改良したものに関する。

従来の技術 圧電振動板には、強誘電体自身の誘起歪をそのまま利用
する単純型素子のほかに、他の弾性材料などと組み合わ
せて変位量を空間的に拡大する複合型素子がある。この
複合型素子には、２枚の圧電素子板の間に金属板を接着
させたバイモルフ型と、圧電素子板の片側に金属板を接
着させたユニモルフ型等がある。

例えばユニモルフ型としては、第１図に示すように、酸
化物セラミック材料からなる圧電板１の両面に金属材料
からなる電極２，２゛を設けて圧電素子板を形成し１、
この圧電素子板の電極２”に金属薄板３を導電性接着層
４により接着させ、金属￥４扱３と電極２とにリード線
４を接続した構造のものが通常用いられている。

このような圧電振動板は、一方の端部を固定し、他端を
変位可能にしｉ械的変位を電気信号として検出したり、
あるいは逆に電気信号を与えて艮械的変位を生じさせる
微小変位素子として使用されたり、また、円板状の圧電
振動板は周縁が固定され、共鳴箱等に組み込まれること
により電気信号を音声信号に変える圧電ブザーや圧電ス
ピーカ素子として利用される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記構造を有する圧電振動板を用いて圧
電ブザーや圧電スピーカ素子を設計した場合、圧電素子
と金属薄板との間の接着層は導電性物質（例えば銀、カ
ーボン等）を樹脂溶液（例えばエポキシ樹脂、ポリエス
テル樹脂等の溶液）等の有機物に混合した導電性接着剤
を使用することにより形成されているので、その多くを
占める有機物層のために上記音響素子の音圧等の特性に
好ましくない影響を及ぼす。

すなわち、まず第１に応力緩和の小さい圧電素子や金属
薄板などの無機材料や金属材料の間に応力緩和の大きな
有機物質が介在する構造のため、圧電素子から発生した
機械振動エネルギーはその一部が有機物層で吸収され、
効率良く金属薄板に伝達されない。第２に有機物層は応
力緩和の温度依存性が大きく、しかも温度上昇にともな
い応力緩和し易くなる。すなわち、温度変化に対して音
圧は変動し易く、温度上昇にともない機械振動エネルギ
ーは吸収され易くなり音圧は低くなる。第３に有機物層
は有機物の特有の欠点、すなわち耐湿性、耐有機溶剤性
、耐光性等種々の環境因子に対する耐性が弱い。

このように有機物層を有する接着層には問題があるにも
かかわらず、圧電素子と金属薄板とを接着する接着方法
が単に導電性接着剤を塗布し接着面を重ねるだけで良い
のでその製作の容易さから従来良く用いられている。し
かし、圧電ブザーや圧電スピーカ素子の一段の性能向上
が求められており、その改善が望まれていた。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、金属薄板に圧
電素子板を接着層を介して接着させた圧電振動板におい
て、接着層は無機系材料からなることを特徴とする圧電
振動板を提供するものである。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明において接着層は、無機系材料からなるが、その
性質としては圧電振動板の電気あるいは機械的特性に悪
影響を及ぼさない程度に導電性を有することが望ましい
。この無機系材料には非金属系材料と金属系材料が挙げ
られ、非金属系材料としては、八ｇ、、Ｐｄ、　ＰＬ、
　Ｎｉ、　Ｃｕ、　Ｃｏ等の１種又は２種以上の金属粉
末をガラスに混入したもの、クロム酸ストロンチウム（
ＳｒＣｒ０３）、鉄酸モリブデン酸ストロンチウム（Ｓ
ｒ２（Ｆｅ、Ｍｏ）０６　、鉄酸レニウム酸バリウム（
Ｂａ２（Ｆｅ、Ｒｅ）Ｏら等の１種又は２種以上の導電
性酸化物粉末をガラスに混入したもの、ｖ２ｏ５−ｐ２
ｏ５〜ガラス等の電子伝導性ガラスあるいはＮａ２Ｏ−
５ｉ０２−へ１２０３等のアルカリケイ酸塩系イオン伝
導性ガラス等のガラス系材料が挙げられ、金属系材料と
しては、Ｐｂ−５ｎ　、　Ｐｂ−Ａｇ　、　Ｐｂ−Ｃｄ
　。

Ｐｂ−Ｉｎ　、　Ｐｂ−Ｃｄ−Ｚｎ合金、５ｎ−Ｃｄな
どをはしめＢｉを多量（４０〜７０％）含む低融点のＢ
１−Ｐｂ−５ｎ系合金等のはんだ、あるいはＡｇを主体
としこれにＣｕ、　Ｚｎ、Ｃｄその他を加えたもので、
融点が６００〜１０００℃として例示される銀ろう、篩
を主体としこれにＣｕ、Ｎｉ、Ｉｎ等を約２０％添加し
た金ろう等のろう材が挙げられる。また、アルミニウム
の金属薄板を使用するときはＡ１を主成分にこれにＣｕ
、　Ｓｎ、　Ｚｎを少量添加したもの、Ｚｎ、　Ｓｎ、
　Ｃｄ、　Ｐｂなど低融点の金属を主成分にしこれにＣ
ｕ、＾１！　、Ａｇ、　Ｓｂなどを少量添加したＡｌろ
うが使用される。

上記の無機系材料は、それぞれの構成成分を粉末として
混合したものを接着面に挟み熔融することにより接着層
とすることもでき、また、混合粉末にブチルアルコール
等の溶媒とエチルセルロース等の有機バインダーを加え
、ペーストとしたものを接着面の一方あるいは両方に塗
布し溶媒を揮発させた後接着面を合わせて溶融すること
により接着層としても良い。これらの場合、樹脂等の有
機物を加え、その塗布性を向上させることもでき、この
場合には有機物は塗布後分解又は燃焼させ、その後に上
記のような溶融を行い接着層に有機物を残留させないこ
とが好ましい。なお、熔融には加熱又は超音波のいずれ
も使用可能である。

また本発明において圧電素子の圧電材料としてはＰＺＴ
　（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）０３）　　、ＰＬＺＴ（Ｐｂ、
Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）０３）、ＰＴ（ＰｂＴｉ０３）系
、あるいはＰＺＴを基にした３成分系等の圧電材料を用
いたものが挙げられる。

また、本発明において金属薄板としは、ニッケル薄板、
真鍮薄板、ステンレス鋼薄板等が挙げられる。

また、本発明においては、圧電素子は金属薄板と反対側
の表面にのみ電極を有していても良いが、第１図の場合
と同様に両側に電極を有し、この一方の側の電極に上記
の無機系接着層を介して金属薄板を接着させても良い。

このような電極は、Ａｇ、　Ｐｄ５Ｐｔ、　Ｎｉ５Ｃｕ
、　Ｃｏ等の金属材料を真空蒸着、スバタリング、無電
解メツキあるいはこれらの金属材料をガラスと混ぜてペ
ースト化し、このペーストをスクリーン印刷等により塗
布し溶融させることにより形成される。

作用 圧電素子と金属薄板とを接着させる接着層に無機系材料
を使用したので、応力緩和性を従来の有機物よりも圧電
素子や金属薄板に近いものとすることができ、しかも熱
等の環境因子に影響を受けることなくこれを維持できる
。

実施例 次に本発明の実施例を図を参照して説明する。

実施例１ Ｐｂ（Ｍｇｌ／３Ｎｂａ’３）０．３７５　ＴＩｏ、３
７５　Ｚｒ（Ｌ２５００３の組成を有する原料粉末を用
い、ドクターブレード法にてグリーンシートを作製し、
１３００℃で２時間焼成して厚さ１００μ暖、直径２５
ｗｍのシート状圧電焼結体の圧電板（第１図圧電板１に
相当）を得た。この圧電板の両面にサイドマージン１ｆ
ｌを残し、圧電用銀ペースト（昭栄化学社製）をスクリ
ーン印刷法にて塗布し、８００℃で１５分の熱処理を加
えて電極（第１図電極２．２”に相当）を形成し、シー
ト状圧電素子を得た。

次にステンレス製の厚さ１００μｍ　、　１）３５ｍｍ
の振動板（第１図金属薄板３に相当）ＥにＡｇ粉末（平
均粒径２．０　＃　ｍ）　１００部、ＰｂＯ−８２０３
系ソルダーガラス（東芝硝子社Ｍ）１０部、ブチルアル
コール３０部、エチルセルロース３部の組成を有する接
着剤用ペーストを直径２３ｎの同心円状にスクリーン印
刷法にて塗布（第１図圧電板１着層（有機系）４に相当
）した後、その印刷面上に上記シート状圧電素子を置き
、さらにその上に重しとしてマグネシア磁器を載せて４
５０℃で１０分間熱処理を施し、圧電振動板を得た。

得られた圧電振動板に、第１図のリード線５のようにリ
ード線をはんだペーストを用いて取り付けて圧電ブザー
を作成し、この圧電ブザーを暗騒音４０ｄＢ　（Ａ　レ
ンジ）の無響室に騒音計とｌ０ＣＩ１）の距離を保って
設置し、リード線に１０　ｖｐｐ正弦波基準信号を入力
して騒音計により音圧レベルを測定した。その測定温度
を変えて行った結果を第２図にへ線で示す。

実施例２ 実施例１において、接着剤用ペーストに鉄酸モリブデン
酸ストロンチウム粉末（平均粒径１．５μｍ）１００部
、ＰｂＯ−８２０３系ソルダーガラス（東芝硝子社製）
１０部、ブチルアルコール３０部、エチルセルロース３
部の組成を有するものを用いた以外は同様にして圧電ブ
ザーを作製した。

実施例３ 実施例１において、接着剤用ペーストにｖ２　ｏ５とＰ
２Ｏ５を当量含んだ粉末ガラス（平均粒径３．０μｍ）
１００部、ブチルアルコール３０部、エチルセルロース
３部の組成を有するものを用い、その塗布物の熱処理条
件を４００℃、１０分にした以外は同様にして圧電ブザ
ーを作製した。

実施例４ 実施例Ｉにおいて、接着剤用ペーストにｌ？ｂＡｇ４１
５粉末（平均粒径２５μｍ）１００部、ブチルアルコー
ル３０部、エチルセルロース３部の組成を有するものを
用い、その塗布物の熱処理条件を４００℃、１０分にし
た以外は同様にして圧電ブザーを作製した。

実施例５ 実施例１において、接着剤用ペーストにＰｂ５ｎ（組成
Ｐｂ／Ｓｎ　＝　３７／６３）合金粉末（平均粒径１０
μｍ）１００部、ブチルアルコール３０部、エチルセル
ロース３部の組成を有するものを用い、その塗布物の熱
処理条件を２００℃、１０分にした以外は同様にして圧
電ブザーを作製した。

実施例２〜５の圧電ブザーについても実施例１と同条に
音圧レベルを測定した結果、実施例１と同様に音圧レベ
ルは高く、温度変化に対しても安定であった。

比較例 実施例１において、接着剤用ペーストに導電性ペースト
（例えばＡｇ　７０部、エポキシ−ポリアミド３０部を
主な固形分とする）を用い、その塗布物を６０〜１００
℃で硬化させた以外は同様にして圧電ブザーを作製した
。

この圧電ブザーについても実施例１と同様に音圧レベル
を測定した結果を第２図Ｂ線で示す。

これらの結果から、実施例の圧電振動板は比較び１）の
ものに比べ音圧レベルが高く、その温度依存性も少ない
ことがわかる。

発明の効果 本発明によれば、圧電素子と金属薄板を無機系材料から
なる接着層により接着させたので、その応力緩和性を有
機材料より小さくて圧電素子と金属薄板に近く、しかも
熱等に対して安定に維持できるので、圧電振動板を圧電
スピーカ等の音響素子に使用すると、音圧が向上し、使
用温度変化に伴う音圧の変動がなく、耐湿性、耐有機溶
剤性、耐光性等の使用環境条件に対する耐性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電振動板の断面図、第２図は本発明の一実施
例と従来の圧電振動板を用いて作成した圧電ブザーのＩ
ＫＩ１７．における音圧の温度依存性を示したグラフで
ある。 図中、１は圧電素子板、２．２゛は電極、３は金属薄板
、４は導電性接着剤である。 昭和６２年１２月２５に１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属薄板に圧電素子板を接着層を介して接着させ
   た圧電振動板において、接着層は無機系材料からなるこ
   とを特徴とする圧電振動板。