JPH06291388A - Ultrasonic vibrator and its manufacture - Google Patents

Ultrasonic vibrator and its manufacture

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JPH06291388A
JPH06291388A JP9874493A JP9874493A JPH06291388A JP H06291388 A JPH06291388 A JP H06291388A JP 9874493 A JP9874493 A JP 9874493A JP 9874493 A JP9874493 A JP 9874493A JP H06291388 A JPH06291388 A JP H06291388A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrafine particles
piezoelectric element
resonator
ultrasonic transducer
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP9874493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukihiko Sawada
之彦 沢田
Hideo Adachi
日出夫 安達
Takenao Fujimura
毅直 藤村
Katsuhiro Wakabayashi
勝裕 若林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP9874493A priority Critical patent/JPH06291388A/en
Publication of JPH06291388A publication Critical patent/JPH06291388A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase the performance and remarkably decrease the cost because of high yield by using a manufacturing method as spray and deposition of ultrafine particles when each member of an ultrasonic vibrator is formed. CONSTITUTION:A lower electrode 16 is formed on a lower resonator 25 by spraying and depositing ultrafine particles. In the same way, a piezoelectric thin film 17, an upper electrode 18 and an upper resonator 22 are formed in order on the lower electrode 16.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超音波振動子に関し、詳
細には超音波アクチュエータ等の駆動源として使用され
る、圧電素子による電気−機械エネルギー変換素子を用
いた超音波振動子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic vibrator, and more particularly to an ultrasonic vibrator using an electric-mechanical energy conversion element by a piezoelectric element, which is used as a driving source for an ultrasonic actuator or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電磁型モータに代わる新しいモー
タとして超音波モータが注目されており、今までに幾つ
かの超音波アクチュエータが提案されている。例えば、
図20に示した様なキツツキ型の超音波モータは、ラン
ジュバン型の超音波振動子91の端面に取り付けられた
振動片92の先端に、ロータ93等の被駆動体をその接
触面が該振動片92に対して少し傾斜して接触させ、振
動子91を振動させて振動片92を長さ方向に振動させ
る事により被駆動体を駆動する。
2. Description of the Related Art In recent years, an ultrasonic motor has attracted attention as a new motor replacing an electromagnetic motor, and several ultrasonic actuators have been proposed so far. For example,
In the woodpecker type ultrasonic motor as shown in FIG. 20, the contact surface of the driven member such as the rotor 93 vibrates at the tip of the vibrating piece 92 attached to the end face of the Langevin type ultrasonic transducer 91. The driven body is driven by contacting the piece 92 with a slight inclination and vibrating the vibrator 91 to vibrate the vibrating piece 92 in the longitudinal direction.

【0003】ここで使用されるランジュバン型の超音波
振動子91は、図21に示した様に、形状はφ数mm〜
数十mm程度で長さが数mm〜百mm程度の円柱状が一
般的であり、圧電素子94を金属性のブロックからなる
共振体95で挟持した構成を取る。これらの構成部材
は、一般的にはボルト96締結により結合されている。
The Langevin type ultrasonic transducer 91 used here has a shape of several mm in diameter, as shown in FIG.
A cylindrical shape having a length of several tens of mm and a length of several mm to 100 mm is generally used, and the piezoelectric element 94 is sandwiched between the resonators 95 made of a metallic block. These constituent members are generally connected by bolts 96.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術のような構造・製方では以下に記載するいくつか
の欠点があった。すなわち、マイクロマシンに代表され
るような微小構造の駆動源として、前記従来技術の超音
波モータを実現しようとする場合、その大きさは例えば
1mm程度となるため、上述したようなボルト締結構造
では締結部の機械的強度が不足する事によりこれを実現
することができない。
However, the structure and manufacturing method of the prior art described above have some drawbacks as described below. That is, when the ultrasonic motor according to the related art is to be realized as a drive source of a microstructure represented by a micromachine, the size thereof is, for example, about 1 mm. This cannot be achieved due to the lack of mechanical strength of the part.

【0005】また、ボルト締結に代わる結合法として接
着を使用した場合は、超音波振動子の各部材間に接着層
が介在することとなり、このため層内における超音波の
減衰・界面における超音波の反射・超音波振動により印
加される応力による接合の剥離等が発生し、超音波振動
子の性能・信頼性が低下することとなる。この不具合
は、大型の超音波振動子を作製した後にこれを裁断する
事によって、小型の超音波振動子を得ようとした場合
に、裁断時に加わる応力による接合層の剥離があるた
め、特に顕著となる。
Further, when adhesive is used as a joining method instead of bolt fastening, an adhesive layer is interposed between the respective members of the ultrasonic transducer, so that attenuation of ultrasonic waves in the layers and ultrasonic waves at the interface The peeling of the joint or the like occurs due to the stress applied by the reflection / ultrasonic vibration, and the performance / reliability of the ultrasonic vibrator is deteriorated. This problem is particularly noticeable when a small-sized ultrasonic transducer is obtained by cutting the large-sized ultrasonic transducer after it is cut, because the bonding layer peels off due to the stress applied during cutting. Becomes

【0006】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みて開発されたもので、接着を用いず、また裁断
工程を必要とすることなく、小型で高性能な超音波振動
子を高分留まりで生産できる超音波振動子とその製造方
法の提供を目的とする。
Therefore, the present invention was developed in view of the above-mentioned drawbacks in the prior art, and it is possible to improve the size and performance of an ultrasonic transducer without using a bonding process and a cutting process. An object of the present invention is to provide an ultrasonic vibrator that can be produced by fractionation and a method for manufacturing the ultrasonic vibrator.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、圧
電素子を共振体により挟持した構造を基本構成要素とす
る超音波振動子において、その構造を、最下層を下部共
振体とし、該下部共振体と、該下部共振体の上に下部電
極材料と圧電体材料と上部電極材料とを全て超微粉の状
態で噴射堆積することによって形成された圧電素子と、
画圧電素子上に上部共振体材料を超微粉の状態で噴射堆
積することによって形成された上部共振体とした。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic vibrator having a basic component of a structure in which a piezoelectric element is sandwiched between resonators, and the structure has the lowermost layer as a lower resonator, A resonator, and a piezoelectric element formed by jet-depositing a lower electrode material, a piezoelectric material, and an upper electrode material on the lower resonator in a state of ultrafine powder,
The upper resonator material was formed by jet-depositing the upper resonator material in the state of ultrafine powder on the piezoelectric element.

【0008】本発明では、基本的にノズルから加熱した
基板に超微粒子の状態で噴射堆積することにより電極お
よび圧電体層等を積層形成するという手法を用いてい
る。この手法について、以下に解説する。ノズルから基
板に超微粒子の状態で電極および圧電体層等を噴射堆積
する製造方法の原理を図1〜図3に示す。この製造方法
は公知の手法であり、特開平4−188503号公報
や、賀集:「超微粒子のガス・デポジション」、真空
vol.35,No.7,1992,pp649−pp
653等で開示されている。
In the present invention, a method is basically used in which the electrodes, the piezoelectric layers, and the like are laminated and formed by jet deposition in the state of ultrafine particles on a substrate heated from a nozzle. This method is explained below. 1 to 3 show the principle of a manufacturing method in which an electrode, a piezoelectric layer, and the like are jet-deposited from a nozzle on a substrate in a state of ultrafine particles. This manufacturing method is a known method, and is disclosed in JP-A-4-188503 and Kashu: “Gas deposition of ultrafine particles”, vacuum.
vol. 35, No. 7, 1992, pp649-pp
653 and the like.

【0009】上記手法は、超微粒子生成室2で生成また
は準備した1を搬送管3を通じて搬送ガス4により成膜
室に導き、ノズル5から高速で基板6上に噴射させるこ
とにより、ノズル出射端形状に対応したパターンを有し
た厚さ数μm〜数十μmの膜7を、直接的に高精度で成
膜できるという手法である。この手法の特徴としては、
多元素の混合均一膜が得られる・マスクを使用せずにパ
ターン形成が可能である・膜形成速度が大きい・膜密度
制御が可能である・低温膜形成が可能であるということ
が挙げられている。また、形成された膜の強度および基
板への付着強度は高く、緻密な形成体を得られる事が報
告されてる。
In the above method, 1 generated or prepared in the ultrafine particle generation chamber 2 is guided to the film formation chamber by the carrier gas 4 through the carrier pipe 3 and jetted from the nozzle 5 onto the substrate 6 at a high speed, so that the nozzle exit end is formed. This is a method in which a film 7 having a pattern corresponding to the shape and having a thickness of several μm to several tens of μm can be directly formed with high accuracy. The characteristics of this method are:
Multi-element mixed uniform film can be obtained. ・ Pattern formation is possible without using a mask. ・ Film formation speed is high. ・ Film density control is possible. ・ Low temperature film formation is possible. There is. Further, it has been reported that the strength of the formed film and the adhesion strength to the substrate are high, and a dense formed body can be obtained.

【0010】金属電極成膜時は、抵抗加熱法・誘導加熱
法・アーク加熱法・誘導プラズマ加熱法・レーザ加熱法
等で金属を加熱して蒸発させ、これと不活性ガス原子と
の衝突で超微粒子を生成し、搬送管に不活性ガスである
搬送ガスとともに導入し、ノズルから基板に向けて噴射
する。一方、圧電膜形成は超微粒子生成室にアルコキシ
ド法で準備した例えばPZT超微粒子粉を置き、搬送ガ
スでこの超微粉を舞いあがらせ、舞上がった超微粉を搬
送ガスで搬送管に導入し、ノズルから基板に向けて噴射
する。
When the metal electrode is formed, the metal is heated and evaporated by a resistance heating method, an induction heating method, an arc heating method, an induction plasma heating method, a laser heating method, or the like, and the metal is collided with an inert gas atom. Ultrafine particles are generated, introduced into a carrier tube together with a carrier gas which is an inert gas, and jetted from a nozzle toward a substrate. On the other hand, for the piezoelectric film formation, for example, PZT ultrafine particle powder prepared by the alkoxide method is placed in the ultrafine particle generation chamber, the ultrafine powder is flown up with the carrier gas, and the ultrafine powder that has risen is introduced into the carrier tube with the carrier gas. Spray from the nozzle toward the substrate.

【0011】この手法においては、超微粉は金属・ガラ
ス・セラミックス・プラスチックのいずれでもよく、ま
た基板についても同様の材質が利用できる。さらに、こ
の手法はノズルを複数準備すれば異種の材料の薄膜また
は厚膜積層を一挙に実施できるという特徴も有してい
る。
In this method, the ultrafine powder may be any of metal, glass, ceramics and plastic, and the same material can be used for the substrate. Further, this method has a feature that thin film or thick film lamination of different materials can be carried out at once by preparing a plurality of nozzles.

【0012】従って、複数のノズル(例えば3本)を一
定の間隔で並び配置させ、配置した方向に基板を移動す
ることにより、3層の積層薄膜が得られる。また、2本
のノズルで基板を往復移動させても3層の積層薄膜を得
ることができる。この場合、形成される膜のパターン・
厚さ等の形状は、微粒子の搬送条件と各々のノズルの形
状と移動速度とにより決定される。このため、任意の形
状を噴射堆積のみで加工することができる。
Therefore, by arranging a plurality of nozzles (for example, three nozzles) at a constant interval and moving the substrate in the arranged direction, a three-layer laminated thin film can be obtained. Also, a three-layer laminated thin film can be obtained by reciprocally moving the substrate with two nozzles. In this case, the pattern of the formed film
The shape such as the thickness is determined by the conditions for conveying fine particles, the shape of each nozzle, and the moving speed. Therefore, an arbitrary shape can be processed only by spray deposition.

【0013】[0013]

【実施例1】図4〜図8は本実施例を示し、図4〜図7
は加工プロセスを示す側面図、図8は形成された超音波
振動子の側面図である。アルミニウム円筒により構成さ
れた下部共振体25を加熱し、その上面にノズル12か
ら下部電極用超微粒子19として白金の超微粒子を噴射
堆積して下部電極16を形成する。続いて、下部電極1
6上にノズル13から圧電体薄膜用超微粒子20として
PZT超微粒子を噴射堆積し、圧電体薄膜17を形成す
る。
Embodiment 1 FIGS. 4 to 8 show the present embodiment, and FIGS.
Is a side view showing a processing process, and FIG. 8 is a side view of the formed ultrasonic transducer. The lower resonator 25 composed of an aluminum cylinder is heated, and ultrafine particles of platinum as the ultrafine particles 19 for the lower electrode are jet-deposited from the nozzle 12 on the upper surface thereof to form the lower electrode 16. Then, the lower electrode 1
The PZT ultrafine particles are jet-deposited from the nozzle 13 as the ultrafine particles 20 for the piezoelectric thin film to form the piezoelectric thin film 17.

【0014】これを500℃〜1000℃の酸素雰囲気
中で熱処理する。その後、ノズル14から上部電極用超
微粒子21として銅超微粒子を噴射堆積して上部電極1
8を形成し、更にノズル23から上部共振体用超微粒子
24としてアルミニウム超微粒子を噴射堆積して上部共
振体22の層状化成膜を行う。この後、接続したリード
線28および29を介して上下部電極18,16へ電圧
を印加することにより、圧電素子の分極および超音波振
動子の励振を行う。
This is heat-treated in an oxygen atmosphere at 500 ° C to 1000 ° C. Thereafter, copper ultrafine particles are jet-deposited from the nozzle 14 as the ultrafine particles 21 for the upper electrode, and
8 is further formed, and ultrafine aluminum particles as the ultrafine particles 24 for the upper resonator are jet-deposited from the nozzle 23 to form a layered film of the upper resonator 22. After that, a voltage is applied to the upper and lower electrodes 18 and 16 via the connected lead wires 28 and 29 to polarize the piezoelectric element and excite the ultrasonic transducer.

【0015】本実施例によれば、形成された超音波振動
子11を構成する各部材は、接着層を介在せずに強固に
接合されている。このため機械的強度に優れると共に、
接合部分における超音波の反射・超音波振動による接合
層の剥離が生じない。このため、高性能・高信頼性の超
音波振動子を得ることができる。
According to the present embodiment, the respective members constituting the formed ultrasonic transducer 11 are firmly joined without the interposition of an adhesive layer. Therefore, it has excellent mechanical strength and
No peeling of the bonding layer due to reflection of ultrasonic waves or ultrasonic vibration at the bonding portion. Therefore, a high-performance and highly reliable ultrasonic transducer can be obtained.

【0016】上述の各層の平面形状・厚さ等は、ノズル
の形状・噴射条件を制御することにより任意に決定でき
る。このため、超音波振動子の平面形状は、方形・円形
等の単純なものに限定されることはなく、任意の形状と
することができる。また、同一形状であれば、複数の発
振周波数の超音波振動子は、同一の装置で圧電材料超微
粒子および上部共振体材料超微粒子の堆積量を変化させ
ることにより、容易に製造できる。
The plane shape, thickness, etc. of each layer described above can be arbitrarily determined by controlling the shape of the nozzle and the ejection conditions. Therefore, the planar shape of the ultrasonic transducer is not limited to a simple shape such as a square or a circle, and can be any shape. Further, if the shape is the same, ultrasonic transducers having a plurality of oscillation frequencies can be easily manufactured by changing the deposition amounts of the piezoelectric material ultrafine particles and the upper resonator material ultrafine particles in the same device.

【0017】さらに、共振体材料用超微粒子には、ガラ
ス・セラミック・金属等の部材内における超音波の減衰
が少ない材質であれば、任意の材質が使用可能である。
同様に、電極材料についても白金に限定されるものでは
なく、導体である金属や金属粉体とセラミックス粉体と
を同時に堆積すること等も可能である。また、多層膜の
電極として、例えば最表面に錫を堆積して半田付け可能
とすることも容易である。
Further, as the ultrafine particles for the resonator material, any material can be used as long as it is a material such as glass, ceramics, metal, etc., in which the attenuation of ultrasonic waves in the member is small.
Similarly, the electrode material is not limited to platinum, and it is also possible to simultaneously deposit a conductor metal or metal powder and ceramic powder. It is also easy to deposit tin on the outermost surface of the electrode of the multilayer film so that it can be soldered.

【0018】また、本実施例においては、下部共振体の
みを従来法により形成する場合について述べたが、圧電
素子および上下の共振体の各部材の内、1つの部材のみ
を噴射堆積法によって形成し、超音波振動子を形成して
も良い。さらに、圧電素子の上下面の電極を両方とも噴
射堆積法により形成したが、蒸着・メッキ・スパッタ・
焼き付け等の旧来の手法により形成することも可能であ
ることは言うまでもない。
In this embodiment, the case where only the lower resonator is formed by the conventional method has been described, but only one member of the piezoelectric element and the upper and lower resonators is formed by the jet deposition method. However, an ultrasonic transducer may be formed. In addition, both electrodes on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element were formed by the jet deposition method, but the deposition, plating, sputtering,
It goes without saying that it is also possible to form by a conventional method such as baking.

【0019】[0019]

【実施例2】図9は本実施例を示す側面図である。本実
施例は、基本的には前記実施例1と同様であり、相違点
について述べる。本実施例においては、超音波振動子を
構成する各部材の材料超微粒子について、それぞれ専用
のノズルを使用する。各ノズルは、その断面形状が形成
する超音波振動子よりも十分小さいものとし、これを図
示したように積層の順に従って、下層から順に走査方向
に向けて配置する。圧電素子に関する加工工程を以下に
示す。
Second Embodiment FIG. 9 is a side view showing this embodiment. This embodiment is basically the same as the first embodiment, and the differences will be described. In this embodiment, dedicated nozzles are used for the material ultrafine particles of each member constituting the ultrasonic transducer. Each nozzle is sufficiently smaller than the ultrasonic transducer whose cross-sectional shape is formed, and is arranged in the scanning direction from the lower layer in order according to the stacking order as illustrated. The processing steps relating to the piezoelectric element are shown below.

【0020】下部共振体25の上方に、下部電極材料用
ノズル12・圧電体薄膜用ノズル13・上部電極用ノズ
ル14・上部共振体材料用ノズル23を順に配置する。
上記の各ノズルから、下部電極材料超微粒子19・圧電
体薄膜材料超微粒子20・下部電極材料超微粒子21・
上部共振体材料超微粒子24を吹き付けながら、下部共
振体25とノズル群とを図中矢印方向へ相対移動させる
ことにより、圧電素子および上部共振体22を形成す
る。
A lower electrode material nozzle 12, a piezoelectric thin film nozzle 13, an upper electrode nozzle 14, and an upper resonator material nozzle 23 are sequentially arranged above the lower resonator 25.
From each of the above nozzles, the lower electrode material ultrafine particles 19, the piezoelectric thin film material ultrafine particles 20, the lower electrode material ultrafine particles 21,
The piezoelectric element and the upper resonator 22 are formed by relatively moving the lower resonator 25 and the nozzle group in the direction of the arrow in the drawing while spraying the upper resonator material ultrafine particles 24.

【0021】本実施例では、超音波振動子を構成する各
部材が、ほぼ同時に加工される。各部材の平面形状・厚
さ等の形状は、微粒子の搬送条件と各々のノズルの形状
と移動速度とにより決定される。
In this embodiment, each member constituting the ultrasonic transducer is processed almost at the same time. The shape of each member, such as the planar shape and the thickness, is determined by the conditions for conveying the particles, the shape of each nozzle, and the moving speed.

【0022】本実施例によれば、相対移動の速度・移動
パターン等の条件と、各ノズルの噴射条件とを制御する
ことにより、任意の形状の超音波振動子を、同一の装置
で加工することができる。このため、複雑な形状の超音
波振動子の製造や多種少量生産への適用に優れている。
また、層形成中に走査速度を変化させることにより、各
層の厚さを段階的・連続的に変化させることも可能であ
ることも明らかであろう。
According to the present embodiment, by controlling the conditions such as the speed / movement pattern of relative movement and the ejection conditions of each nozzle, an ultrasonic transducer of any shape can be processed by the same device. be able to. Therefore, it is excellent for manufacturing ultrasonic transducers having complicated shapes and for application to small-lot production of various types.
It will also be apparent that the thickness of each layer can be changed stepwise and continuously by changing the scanning speed during layer formation.

【0023】[0023]

【実施例3】図10および図11は本実施例を示し、図
10は側面図、図11は変形例を示す側面図である。本
実施例は、基本的には前記実施例1と同様であり、相違
点について述べる。本実施例においては、その断面形状
が振動片38の断面形状に相当する、振動片材料超微粒
子用のノズル39を使用する。前記各実施例で示した手
法によって形成した超音波振動子11の上部共振体22
の上面に、ノズル39から振動片材料超微粒子40を噴
射する。この超微粒子は、上部共振体材料用超微粒子と
同一のものとする。振動片用超微粒子の堆積が進行する
につれて、上部共振体22表面とノズル39との距離を
相対的に離して行き、所定の長さの振動片を堆積する。
Third Embodiment FIGS. 10 and 11 show the present embodiment, FIG. 10 is a side view, and FIG. 11 is a side view showing a modified example. This embodiment is basically the same as the first embodiment, and the differences will be described. In this embodiment, the nozzle 39 for the ultrafine particles of the vibrating piece material, whose cross-sectional shape corresponds to that of the vibrating piece 38, is used. The upper resonator 22 of the ultrasonic transducer 11 formed by the method shown in each of the above-described embodiments.
Ultrafine particles 40 of the vibrating element material are jetted from the nozzle 39 onto the upper surface of the. The ultrafine particles are the same as the ultrafine particles for the upper resonator material. As the deposition of the ultrafine particles for the resonator element progresses, the distance between the surface of the upper resonator 22 and the nozzle 39 is relatively increased, and the resonator element having a predetermined length is deposited.

【0024】本実施例では、振動片38と上部共振体2
2とが一体的に形成された、超音波アクチュエータ用超
音波振動子が作製される。
In this embodiment, the resonator element 38 and the upper resonator 2 are
An ultrasonic transducer for an ultrasonic actuator in which 2 and 1 are integrally formed is manufactured.

【0025】本実施例によれば、切削等の機械加工を使
用することなく振動片を形成できる。これにより、特に
超音波振動子を小型化した場合に問題となる、機械加工
によって印加される応力による変形を生じることがな
い。また、被加工物の保持は載置のみとなり、同様に小
型化した場合の被加工物の保持が極めて容易になる。こ
のため、小型化された超音波アクチュエータ用超音波振
動子を低コストで分留まり良く得ることができる。
According to this embodiment, the resonator element can be formed without using machining such as cutting. As a result, the deformation caused by the stress applied by the machining, which is a problem when the ultrasonic transducer is downsized, does not occur. Further, the workpiece is held only by placing it, which makes it extremely easy to hold the workpiece when the size is reduced. Therefore, a miniaturized ultrasonic transducer for an ultrasonic actuator can be obtained at low cost with good yield.

【0026】尚、図11に示す様に、振動片38の形成
にひき続き、振動片38の端面にノズル32から摺動部
材料超微粒子43を噴射堆積して摺動部材41を形成す
ることも可能である。摺動部材としては、炭化珪素・窒
化珪素・蓚酸アルマイト等のセラミックス材料、二硫化
モリブデン・フッ素樹脂等の固体潤滑材、ポリイミド等
の樹脂材単体と、樹脂とセラミックス・ガラス等のファ
イバーやウイスカー等の複合材等が可能である・
As shown in FIG. 11, following the formation of the vibrating piece 38, the sliding member material ultrafine particles 43 are jet-deposited from the nozzle 32 onto the end surface of the vibrating piece 38 to form the sliding member 41. Is also possible. As the sliding member, ceramic materials such as silicon carbide, silicon nitride, and oxalic acid alumite, solid lubricants such as molybdenum disulfide and fluororesin, single resin materials such as polyimide, fibers and whiskers of resin and ceramics, glass, etc. It is possible to use composite materials, etc.

【0027】また、本実施例においては、ノズルの断面
形状を振動片の形状に相当するものとしたが、れこに限
らず、前記実施例2に示した様な小径のノズルとして、
これを走査することによる形成法も可能である。さら
に、この方法を用いて、共振器の形成から振動片の形成
までを、同一のノズルを用いて1工程で行う事も可能で
ある。
Further, in this embodiment, the cross-sectional shape of the nozzle corresponds to the shape of the vibrating piece. However, the nozzle is not limited to a ledge, and a nozzle having a small diameter as shown in the second embodiment may be used.
A forming method by scanning this is also possible. Further, by using this method, it is possible to perform from the formation of the resonator to the formation of the resonator element in one step using the same nozzle.

【0028】[0028]

【実施例4】図12は本実施例を示す側面図である。本
実施例は、基本的には前記実施例1と同様であり、相違
点について述べる。本実施例においては、圧電素子を、
下部電極16・下部圧電体薄膜31・中間電極33・上
部圧電体薄膜32・上部電極18の各層を下部共振体2
5上へ順に噴射堆積し、積層圧電素子30を形成した。
駆動時および分極時には、上部電極18と下部電極16
とをリード線44で接続して同電位し、これと中間電極
33とへ各リード線28,29より電圧を印加する。
Fourth Embodiment FIG. 12 is a side view showing this embodiment. This embodiment is basically the same as the first embodiment, and the differences will be described. In this embodiment, the piezoelectric element is
Each of the lower electrode 16, the lower piezoelectric thin film 31, the intermediate electrode 33, the upper piezoelectric thin film 32, and the upper electrode 18 is connected to the lower resonator 2
5 was sequentially spray-deposited on top of the No. 5 layer to form the laminated piezoelectric element 30.
During driving and polarization, the upper electrode 18 and the lower electrode 16
Are connected with a lead wire 44 to have the same potential, and a voltage is applied to this and the intermediate electrode 33 from the lead wires 28 and 29.

【0029】積層方法は、前記各実施例において触れら
れているいずれかの方法も使用できる。例えば、各層に
おいてそれぞれ相当する断面形状を持つノズルを使用す
ること、前記実施例2に示した様に、細径のノズルを走
査することも可能である。
As the laminating method, any of the methods mentioned in each of the above embodiments can be used. For example, it is possible to use a nozzle having a cross-sectional shape corresponding to each layer, and to scan a nozzle having a small diameter as shown in the second embodiment.

【0030】本実施例によれば、積層型圧電素子を、接
着層を介さずに容易かつ高精度に作製することができ
る。この積層型圧電素子は、同一形状を持つ単層型圧電
素子と比較して、同一の電圧を印加した場合の変形量を
大きくすることができる。このため、小型化に関して問
題となる、超音波振動子の出力低下を防ぐ事ができ、小
型・高出力の超音波振動子を得る事ができる。
According to the present embodiment, the laminated piezoelectric element can be manufactured easily and with high precision without using an adhesive layer. This laminated piezoelectric element can increase the amount of deformation when the same voltage is applied, as compared with a single-layer piezoelectric element having the same shape. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the output of the ultrasonic transducer, which is a problem for downsizing, and it is possible to obtain a small-sized and high-output ultrasonic transducer.

【0031】[0031]

【実施例5】図13は本実施例を示す斜視図である。本
実施例は、前記実施例1における超音波振動子11の圧
電素子および電極が露出する側面に、絶縁性を有する樹
脂,セラミックス,ガラスおよび金属等の被覆層材料超
微粒子49を噴射堆積することにより、被覆層34を形
成した。
Fifth Embodiment FIG. 13 is a perspective view showing this embodiment. In the present embodiment, the coating layer material ultrafine particles 49 such as resin, ceramics, glass and metal having an insulating property are jet-deposited on the side surface of the ultrasonic transducer 11 in which the piezoelectric element and the electrode are exposed. Thus, the coating layer 34 was formed.

【0032】形成は、超音波振動子11上の被覆層形成
面とノズル50とが垂直に交差するように配置し、両者
の位置を相対的に移動しつつ行う。例えば、円柱状の超
音波振動子の場合、図示した様にノズルを固定して超音
波振動子を回転させればよい。
The formation is carried out by arranging the coating layer forming surface on the ultrasonic transducer 11 and the nozzle 50 so as to intersect perpendicularly, and moving the positions of both relatively. For example, in the case of a cylindrical ultrasonic vibrator, the nozzle may be fixed and the ultrasonic vibrator may be rotated as illustrated.

【0033】本実施例によれば、超音波振動子を水分の
侵入や傷等に対して保護することができる。ここで、噴
射堆積法を用いることにより、保護すべき面を厳密に選
択できるため、共振器に不要な質量を加えて振動モード
を変えることがなく、実装において必要な電極端子を全
く汚すことなく、被覆を行うことができる。因って、対
環境性に優れ、信頼性の高い超音波振動子を得ることが
できる。
According to this embodiment, it is possible to protect the ultrasonic vibrator against intrusion of moisture, scratches and the like. Here, since the surface to be protected can be strictly selected by using the jet deposition method, no unnecessary mass is added to the resonator to change the vibration mode, and the electrode terminals necessary for mounting are not polluted at all. , Coating can be performed. Therefore, it is possible to obtain an ultrasonic transducer having excellent environment resistance and high reliability.

【0034】[0034]

【実施例6】図14〜図16は本実施例の加工プロセス
を示す斜視図である。本実施例で形成する超音波振動子
は、前記実施例1で形成した超音波振動子と同様であ
る。
[Sixth Embodiment] FIGS. 14 to 16 are perspective views showing a working process of the present embodiment. The ultrasonic transducer formed in this embodiment is the same as the ultrasonic transducer formed in the first embodiment.

【0035】下部共振体25を絶縁部材で形成し、下部
共振体25上に下部電極用電気端子35を設ける。図1
4に示した様に下部電極16を噴射堆積した後に、該電
極を延長する形で図15に示した様に下部電極用電気端
子35と下部電極16とを結ぶ導体の配線パターン37
を、ノズル12を走査して形成する。形成は、超音波振
動子上の配線パターン形成面とノズル12とが垂直に交
差するように、両者の位置を相対的に移動47しつつ行
う。
The lower resonator 25 is formed of an insulating member, and the lower electrode electrical terminal 35 is provided on the lower resonator 25. Figure 1
After the lower electrode 16 is deposited by spraying as shown in FIG. 4, the wiring pattern 37 of the conductor connecting the lower electrode electrical terminal 35 and the lower electrode 16 is formed by extending the electrode as shown in FIG.
Are formed by scanning the nozzle 12. The formation is performed while relatively moving 47 the positions of the wiring pattern forming surface on the ultrasonic transducer and the nozzle 12 so as to intersect each other vertically.

【0036】続いて圧電体薄膜を形成した後に、図17
に示した様にノズル46から絶縁体粒子を噴射堆積して
下部電極絶縁帯45を形成し、上部電極18と下部電極
16との間を電気的に絶縁する。その後、図18に示し
た様に上部電極18を導体粒子を噴射堆積することによ
って形成し、この延長として上述の下部電極16と同様
に、上部電極用電気端子36と上部電極18とを電気的
に接続する。
Then, after forming a piezoelectric thin film, as shown in FIG.
Insulator particles are jet-deposited from the nozzle 46 to form the lower electrode insulating band 45, as shown in FIG. 3, and electrically insulate the upper electrode 18 and the lower electrode 16 from each other. Thereafter, as shown in FIG. 18, the upper electrode 18 is formed by spray depositing conductive particles, and as an extension of this, the upper electrode electrical terminal 36 and the upper electrode 18 are electrically connected to each other in the same manner as the lower electrode 16 described above. Connect to.

【0037】本実施例では、図19に示した様に、配線
パターンにより電極と端子が電気的に結合される。
In this embodiment, as shown in FIG. 19, the electrode and the terminal are electrically coupled by the wiring pattern.

【0038】本実施例によれば、超音波振動子への配線
は基板上の電気端子に対して行えばよい。このため、配
線時に超音波振動子へ熱等によるダメージを与えること
がなくなる。また、端子の形状は超音波振動子の特性に
全く影響を与えることがないため、任意に設定できる。
このため、装置への実装を前提とした端子形状の設定が
可能となり、実装工程も含んだ全体としての効率向上が
計れる。
According to this embodiment, the wiring to the ultrasonic vibrator may be made to the electric terminals on the substrate. Therefore, the ultrasonic transducer is not damaged by heat or the like during wiring. Further, the shape of the terminal does not affect the characteristics of the ultrasonic transducer at all, and can be set arbitrarily.
Therefore, it is possible to set the terminal shape on the assumption that the terminal is mounted on the device, and the overall efficiency including the mounting step can be improved.

【0039】尚、本実施例においては、超音波振動子の
加工以前に電気端子を形成する場合について述べたが、
配線パターン形成時に、これを更に延長して端子のパタ
ーンを形成することも可能である。
In this embodiment, the case where the electric terminals are formed before processing the ultrasonic vibrator has been described.
When forming the wiring pattern, it is possible to further extend this to form a terminal pattern.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る超音波
振動子とその製造方法によれば、圧電素子を共振体によ
り挟持した構造を基本構成要素とする超音波振動子にお
いて、各部材の形成に超微粉の噴射堆積という製法を用
いることによって、接着層を一切用いず、また裁断工程
を必要とすることなく製造できるようになり、性能が向
上し且つ高分留まりによる大幅なコスト低減が実現でき
る。
As described above, according to the ultrasonic vibrator and the method for manufacturing the same according to the present invention, each member of the ultrasonic vibrator having a structure in which a piezoelectric element is sandwiched by resonators is a basic constituent element. By using a manufacturing method called ultra-fine powder spray deposition for the formation of adhesive, it is possible to manufacture without using an adhesive layer at all and without a cutting process, improving performance and significantly reducing cost by high retention. Can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of the present invention.

【図2】本発明の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of the present invention.

【図3】本発明の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of the present invention.

【図4】実施例1を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing the first embodiment.

【図5】実施例1を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing the first embodiment.

【図6】実施例1を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing the first embodiment.

【図7】実施例1を示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing the first embodiment.

【図8】実施例1を示す側面図である。FIG. 8 is a side view showing the first embodiment.

【図9】実施例2を示す側面図である。FIG. 9 is a side view showing a second embodiment.

【図10】実施例3を示す側面図である。FIG. 10 is a side view showing a third embodiment.

【図11】実施例3を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing a third embodiment.

【図12】実施例4を示す側面図である。FIG. 12 is a side view showing a fourth embodiment.

【図13】実施例5を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing a fifth embodiment.

【図14】実施例6を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a sixth embodiment.

【図15】実施例6を示す斜視図である。FIG. 15 is a perspective view showing a sixth embodiment.

【図16】実施例6を示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view showing a sixth embodiment.

【図17】実施例6を示す斜視図である。FIG. 17 is a perspective view showing a sixth embodiment.

【図18】実施例6を示す斜視図である。FIG. 18 is a perspective view showing a sixth embodiment.

【図19】実施例6を示す斜視図である。FIG. 19 is a perspective view showing a sixth embodiment.

【図20】従来例を示す側面図である。FIG. 20 is a side view showing a conventional example.

【図21】従来例を示す側面図である。FIG. 21 is a side view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 超音波振動子 12,13,14,23 ノズル 16 下部電極 17 圧電体薄膜 18 上部電極 19,20,21,24 超微粒子 22 上部共振体 25 下部共振体 11 Ultrasonic Transducer 12, 13, 14, 23 Nozzle 16 Lower Electrode 17 Piezoelectric Thin Film 18 Upper Electrode 19, 20, 21, 24 Ultrafine Particle 22 Upper Resonator 25 Lower Resonator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若林 勝裕 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsuhiro Wakabayashi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電素子と、圧電素子を両側から挟む共
振体とを構成部材として有する超音波振動子において、
前記構成部材の内の少なくとも1つの部材が超微粒子の
噴射堆積により形成されていることを特徴とする超音波
振動子。
1. An ultrasonic transducer having a piezoelectric element and a resonator sandwiching the piezoelectric element from both sides as constituent members,
An ultrasonic transducer, wherein at least one of the constituent members is formed by jet deposition of ultrafine particles.
【請求項2】 圧電素子と、圧電素子を両側から挟む共
振体とを構成部材として有する超音波振動子において、
前記圧電素子が圧電体と電極との積層体からなり、これ
ら圧電素子および電極が超微粒子の噴射堆積により形成
されていることを特徴とする超音波振動子。
2. An ultrasonic transducer having a piezoelectric element and a resonator sandwiching the piezoelectric element from both sides as constituent members,
An ultrasonic transducer, wherein the piezoelectric element is composed of a laminated body of a piezoelectric body and an electrode, and the piezoelectric element and the electrode are formed by jet deposition of ultrafine particles.
【請求項3】 一方の共振体上に下部電極用の超微粒
子,圧電体用の超微粒子,上部電極用の超微粒子および
他方の共振体用の超微粒子の順で噴射堆積することを特
徴とする超音波振動子の製造方法。
3. Ultrafine particles for a lower electrode, ultrafine particles for a piezoelectric substance, ultrafine particles for an upper electrode, and ultrafine particles for another resonator are deposited on one resonator in this order. Method of manufacturing ultrasonic transducer.
【請求項4】 圧電素子と、圧電素子を両側から挟む共
振体とを構成部材として有する超音波振動子を製造する
に際し、前記各構成部材に対応するノズルを構成部材の
積層順に配設するとともに、各ノズルを構成部材に対し
て相対的に走査しながら超微粒子を噴射して堆積するこ
とを特徴とする超音波振動子の製造方法。
4. When manufacturing an ultrasonic vibrator having a piezoelectric element and a resonator sandwiching the piezoelectric element from both sides as constituent members, nozzles corresponding to the constituent members are arranged in the order of stacking the constituent members. A method for manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: ejecting and depositing ultrafine particles while scanning each nozzle relative to a constituent member.
【請求項5】 圧電体と電極との積層体から圧電素子を
製造するに際し、圧電体用の超微粒子および電極用の超
微粒子を噴射堆積させて積層体とすることを特徴とする
超音波振動子の製造方法。
5. Ultrasonic vibration, characterized in that when a piezoelectric element is manufactured from a laminated body of a piezoelectric body and an electrode, ultrafine particles for a piezoelectric body and ultrafine particles for an electrode are jet-deposited to form a laminated body. Child manufacturing method.
【請求項6】 圧電素子を挟む共振体上に超微粒子を噴
射堆積して振動片を形成したことを特徴とする超音波振
動子の製造方法。
6. A method of manufacturing an ultrasonic vibrator, wherein ultrafine particles are jet-deposited on a resonator sandwiching a piezoelectric element to form a resonator element.
【請求項7】 圧電素子および圧電素子を両側から挟む
共振体を形成した後、これらの側面に絶縁材または金属
の超微粒子を噴射堆積することにより被覆層を形成する
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
7. An ultrasonic wave characterized in that after forming a piezoelectric element and a resonator sandwiching the piezoelectric element from both sides, ultrafine particles of an insulating material or metal are jet-deposited on these side surfaces to form a coating layer. Method of manufacturing oscillator.
【請求項8】 絶縁材からなる共振体に接続端子を形成
し、該接続端子と圧電素子の上部電極および下部電極と
を超微粒子の噴射堆積により形成した導体層により接続
することを特徴とする超音波振動子の製造方法。
8. A connecting terminal is formed on a resonator made of an insulating material, and the connecting terminal and the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric element are connected by a conductor layer formed by jet deposition of ultrafine particles. Ultrasonic transducer manufacturing method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001523052A (en) * 1997-11-12 2001-11-20 デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ Piezoelectric actuator operable in electrolytic solution
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JP2003110160A (en) * 2001-10-02 2003-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ferroelectric device and actuator, and ink jet head and ink jet recording apparatus
JP2010034817A (en) * 2008-07-29 2010-02-12 Ngk Spark Plug Co Ltd Ultrasonic transducer and method of manufacturing the same

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