JPH02170799A - 超音波素子およびその製造方法 - Google Patents

超音波素子およびその製造方法

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JPH02170799A
JPH02170799A JP32559988A JP32559988A JPH02170799A JP H02170799 A JPH02170799 A JP H02170799A JP 32559988 A JP32559988 A JP 32559988A JP 32559988 A JP32559988 A JP 32559988A JP H02170799 A JPH02170799 A JP H02170799A
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JP
Japan
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sintered body
ultrasonic element
metal plate
thickness
less
Prior art date
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JP32559988A
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English (en)
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Masayuki Hashimoto
昌幸 橋本
Yukio Ikuhara
生原 幸雄
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Sumitomo Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Cement Co Ltd
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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、超音波の発振または受振を金属板を介して行
う素子に係わり、詳しくはチタン酸ジルコン酸鉛系圧電
セラミックス焼結体を用いた超音波素子とその製造方法
に関する。
「従来の技術」 近年、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体
は、超音波発振素子または受振素子として広く用いられ
ている。ところで、このような超音波素子では使用場所
の雰囲気が焼結体に悪影響を及ばず場合、例えば腐食性
のガス雰囲気中で用いる場合などでは、金属板を介して
発振または受振を行う必要かある。そして、従来ではさ
ほど厳しい使用環境にさらされることがなく、また焼結
体自体にも高い強度がないため、有機系の接着剤により
金属板の接合が行われていた。
[発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記の超音波素子にあっては有機系の接
着剤により金属板が接合されているので、使用温度が常
温付近に限られることからその適用範囲にかなりの制約
がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、一般の有機系接着剤では発振または受振
特性を十分に保持しきれないような高温域であり、かつ
チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体の圧電
性を損なわない温度範囲、具体的には300℃程度迄使
用可能なチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結
体に金属板を接合してなる超音波素子を提供することに
ある。
[課題を解決するための手段」 本発明における請求項1に記載した発明の超音波素子で
は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧71iセラミックス焼結
体と金属板とを、厚さ50μm以下のΔ1−Mg−Si
系合金からなる画表皮材と厚さ200μ舅以下のAlら
しくはAl合金からなる芯材とにより構成された3層構
造の接合ろう材によって接合したことを上記課題の解決
手段とした。
また、請求項2に記載した発明の超音波素子の製造方法
では、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体
と金属板との中間に、厚さ50μm以下のAl−Mg−
Si系合金からなる画表皮材と厚さ200μX以下のA
lもしくはAl合金からなる芯材とによって構成された
3層構造の接合ろう材を配置し、2 X I O””T
orr以下の真空中で加熱し接合することを上記課題の
解決手段とした。
また、請求項3に記載した発明の超音波素子では、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体と金属板と
を、厚さ300μm以下のブレージングシートによって
接合したことを上記課題の解決手段とした。
また、請求項4に記載した発明の超音波素子の製造方法
では、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体
と金属板との中間に、厚さ300μν以下のブレージン
グシートを配置し、2X10−5Torr以下の真空中
で加熱し接合することを上記課題の解決手段とした。
以下、本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明における請求項1に記載した超音波素子
の一例を示すもので、第1図中符号lはチタン酸ジルコ
ン酸鉛系圧電セラミックス焼結体、2は金属板である。
これらヂタ5ン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結
体(以下セラミックス焼結体と略称する )lと金属板
2との間には厚さ300μm以下の接合ろう材3が配置
され、該接合ろう材3によってセラミックス焼結体Iと
金属板2とが接合されている。接合ろう材3は、表裏面
をなす表皮材4.4とこれらに挾持された芯材5とから
なるものであって、表皮材4が50μλ以下のAl−I
VfK−Si系合金からなり、また芯材が200μm以
下のAlもしくはAl合金からなるものである。ここで
、接合ろう材3の厚さを300μm以下としたのは、接
合層の厚さが300μmを越えろと、セラミックス焼結
体1の振動を金属板2に伝えるうえで波形の乱れや共振
周波数の低下等の影響が顕著となり、超音波発振素子ま
たは超音波受振素子として用いるのに不都合を生じるか
らである。
このような構成の超音波素子を製造するには、セラミッ
クス焼結体lと金属板2との間に接合ろう材3を配置し
、2 X I O−”rorr以下の真空中で加熱し接
合する。この場合に加熱温度としては、表皮材4を構成
するAl−Mg−Si系合金の固相線温度以上であり、
かつ芯材5を構成するAlの融点またはAl合金の固相
線温度以下とされる。
また、加熱雰囲気としては上記2 X I O−5To
rr以下の真空中の他に不活性ガス雰囲気でおこなって
6よい。接合時の昇温速度および降温速度については、
セラミックス焼結体lに熱衝撃が加えられたり、接合に
よる応力が急激にかからぬように、20℃/akin以
下とするのが好ましい。さらに、接合時の加熱保持時間
については、セラミックス焼結体1の成分が揮発・分解
することがないよう、5〜15分程度とするのが好まし
い。また、接合時に加える圧力としては、0.05kg
/cm”以下程度で十分であり、例えば重りを接合体に
のせる程度でよく、特に加圧装置を用いる必要はない。
第2図は本発明における請求項3に記載した超音波素子
の一例を示すものである。第2図に示した超音波素子が
第1図に示した超音波素子と異なるところは、接合ろう
材として300μm以下のブレージングシート6を用い
た点である。ブレージングシート6は、真ちゅうなどか
らなるろう付は用のシートであり、第1図に示した接合
ろう材3と同様にセラミックス焼結体lと金属板との間
に配置されてこれらを接合するためのものである。
ここで、ブレージングシート6の厚さを300μm以下
としたのは、第1図に示した接合ろう材と同様の理由に
よるものである。
このような構成の超音波素子を製造するには、第1図に
示した超音波素子の場合と同様にセラミックス焼結体1
と金属板2との間にブレージングシート6を配置し、2
 X I O−”rorr以下の真空中で加熱し接合゛
4゛る。この場合に加熱’/!A度としては、使用した
ブレージングシート6の材質やその厚さによって適宜決
定されろ。また、加熱雰囲気としてら」−記2x l 
O−5Torr以下の真空中の他に不活性ガス雰囲気で
おこなうことができる。接合時の昇温速度および降温速
度についても、セラミックス焼結体1に熱衝撃が加えら
れたり、接合による応力が急激にかからぬように、20
℃/min以下とするのが好ましい。さらに、接合時の
加熱保持時間についても、セラミックス焼結体1の成分
が揮発・分解することがないよう、5〜15分程度とず
ろのが好ましい。また、接合時に加える圧力としても0
.05kg/ crQ”以下程度で十分である。
このような第1図および第2図に示した構成からなる焼
結体にあっては、超音波発信素子または超音波受信素子
として300℃程度まで使用可能なものとなる。
「実施例」 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
(実施例1) 第1図に示した超音波素子を作製した。まず、直径l0
IIlffl、高さ16.51raの円柱状のチタン酸
ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体Iと、厚さ1.
5mmのコバール製の金属板2とを用意し、これらの間
に接合ろう材3を配置した。接合ろう材3としては、表
皮材4.4がそれぞれ厚さ20μ屑と厚さIOμmのA
l−Mg−Si系合金からなり、芯材5が厚さ50μm
のAlからなるものを用い、その際、厚さ20μλの表
皮材4をセラミックス焼結体側に、また厚さ10μズの
表皮材4を金属板2側に配置して用いた。
次に、セラミックス焼結体Iの上に40gの重りを載せ
、この状態でこれらを真空炉に入れ、IX l O−’
Toorの真空雰囲気にて昇温速度IO°C/minで
620℃まで昇温した。さらに、この接合温度で10分
間保持した後、lO℃/n+inで降温して接合体を得
た°。
得られた接合体の接合強度を引張り強度で調べたところ
、25 kg/ cm”を示した。また、270°Cの
もとて金属板を介しての超音波の発振または受振が可能
であり、超音波発振素子または超音波受振素子として使
用可能であることが確認された。
さらに、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結
体単味のときに比べ、共振周波数力< 10 kllz
下がっていることが分かった。
(実施例2 ) 第2図に示した超音波素子を作製した。まず、実施例1
と同様に直径10+nm、高さ16.5mmの円柱状の
チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体1と、
厚さ1.5ml1lのコバール製の金属板2とを用きし
、これらの間に厚さ150μmのブレージングシート(
nA8Pc)を配置した。
次に、セラミックス焼結体1の上に40gの重りを載U
°、この状態でこれらを真空炉に入れ、IX I O”
”Toorの真空雰囲気にて昇温速度10°C/win
で620℃まで昇温した。さらに、この接合温度で10
分間保持した後、10℃/minで降温して接合体を得
た。
得られた接合体の接合強度を引張り強度で調べたところ
、25 kg/ cta”を示した。また、270℃の
らとで金属板を介しての超音波の発振または受振が可能
であり、超音波発振素子または超音波受振素子として使
用可能であることが確認されlこ。
さらに、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結
体単味のときに比べ、共振周波数がl Okllz下が
っていることが分かった。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明の請求項!および3に記載
した超音波素子は、使用場所が焼結体に悪影響を及ぼず
ような雰囲気である場合、例えば腐食性のガス雰囲気な
どの場合に、金属板を介して発振または受振を十分に行
うことができ、かつ300℃程度まで使用可能なものと
なる。
また、本発明の請求項2および4に記載した超音波素子
の製造方法によれば、請求項1および3に記載した超音
波素子を良好に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明に係わる図であって、第1
図は本発明の請求項1に記載した発明の超音波素子の一
例を示す概略+1■成図、第2図は請求項3に記載した
超音波素子の一例を示す概略構成図である。 1・・・・・・チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミック
ス焼結体、2・・・・・・金属板、3・・・・・・接合
ろう祠、4・・・・・・表皮材、5・・・・・・芯材、
6・・・・・・ブレージングシート。 出願人  住友セメント株不会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体
    と金属板とが、厚さ50μm以下のAl−Mg−Si系
    合金からなる両表皮材と厚さ200μm以下のAlもし
    くはAl合金からなる芯材とにより構成された3層構造
    の接合ろう材によって接合されてなることを特徴とする
    超音波素子。
  2. (2)チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体
    と金属板との中間に、厚さ50μm以下のAl−Mg−
    Si系合金からなる両表皮材と厚さ200μm以下のA
    lもしくはAl合金からなる芯材とによって構成された
    3層構造の接合ろう材を配置し、2×10^−^5To
    rr以下の真空中で加熱し接合することを特徴とする超
    音波素子の製造方法。
  3. (3)チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体
    と金属板とが、厚さ300μm以下のブレージングシー
    トによって接合されてなることを特徴とする超音波素子
  4. (4)チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス焼結体
    と金属板との中間に、厚さ300μm以下のブレージン
    グシートを配置し、2×10^−^5Torr以下の真
    空中で加熱し接合することを特徴とする超音波素子の製
    造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0730877A1 (en) * 1995-03-06 1996-09-11 Fisons Corporation Nebulizing element and device
CN102071337A (zh) * 2010-12-10 2011-05-25 北京工业大学 一种镁合金钎料的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57196699A (en) * 1981-05-28 1982-12-02 Toshiba Corp Acoustic transducer
JPS62241878A (ja) * 1986-04-14 1987-10-22 株式会社日立製作所 ジルコニアと金属,ジルコニア同士又はジルコニアと他セラミツクスとの接合方法

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