JPS59125200A - 圧電型振動子の製造法 - 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】 本発明は、通信用機能部品、音響部品、その他に用いる
圧電型振動子の製造法に係るものである。

ａ）、従来の製造法及びその問題点 従来、圧電馴振り１子は、例えば三成分系ジルコン・ナ
クン酸鉛系セラミック等の金属酸化物粉末を粉末冶金的
方法りこより成型、焼結して得られた圧電１生物ノｈ焼
結体（圧電セラミツクス）を、適当な形状、寸法の薄片
状にスライ、スし、軒にこのスライスしたもの一表■１
を研膳（ラッピング）して圧電素子（ｉ′７エー・・）
を設け、該圧電素子を振動板（雷、極板、主とし、て金
属薄板）に接着剤をもって一体的に接着して製造されて
いみ。

上記従来方法によれば、振動板に接着する圧電素子を、
Ｉ−Ｅ電・曲物質を成型βχ結し、たものから、１枚宛
機城的方法（主に砥石による切削）によって極薄根状に
スラ・ｆスし、更にこれを研磨して仕上げるものである
ため、もともと前記焼結体自体が硬くて脆いため、おの
ずからスライス可能な寸法的限昇があり、加工及びその
取扱いが極めて難かしく、この点が制約となって、より
ｕ上の薄寸法の圧電素子（現在、０．１５ｍ位が限界と
されている。）の出現を不用能なものとしていると共に
、上記の如く製造加工及びその取扱いが難しいためにＦ
Ｆ電紮子自体及び該朱子を用いた製品のコストを著しく
押し上げているものである。

そして′！Ｆだ、上記によって侑られた圧電型撮動子を
スピーカーとして使用した場合を例にとると、現在この
圧電型撮動子が高音域の゛ツイータースピーカー用とし
て莫大な個数が生産され又いるが、圧電素子が厚いため
（十Ｆｉ１’：：の如（ｏ、　ｌｓ　ｒｎｍＪ’Ｊ上）
に（くね定数が高くな−〕て共振しにく＼、低い周波数
では共振しないために、やむなく高音域…のンイーター
スピーカー（周波数４００Ｈ２，ｌ″Ｊ上）としてのみ
使用されているものである３゜ｂ）、本発明の目的及び
その概要 本発明は、圧電型振動子の製造に関し７、上記従来の事
情及び問題点の解決を目的としてなされたものであり、 特に、従来の成型、焼結体をスライスして圧電素子を製
して、それを爾後的に振動板に接着して圧電型振動子を
製造するのに代え、 振動板となる板状体に対して、圧電素子の材料粉末を適
宜の溶射装置によって直接に溶射結着して、該板状体に
目的の形状及び寸法（面積、厚さ）の圧電素子を結着形
成して、田゛雪１型振動子を製造するようにしたもので
ある。

Ｃ）、特定発明の詳細 即ち、本発明は、振動板（電極板）Ａとなる板状体Ａ′
の目的部分ｌに、適宜の溶射装置Ｂをもって、圧電素子
の材料粉末コを設定厚の被膜状乃至板状等に溶射結着し
、該板状体Ａ′即ち撮動板Ａの目的部分ｌに被膜状乃至
板状等の圧電素子Ｃを一体的に形成して圧電型振動子り
を製造するようにしたものである。（ｍ１図） 振動板Ａ即ち板状体Ａ′としては、通例、黄銅、スズメ
ッキ鉄板等の金属薄板を用いる。また、肘板の性状は１
１ジツト及びプレキシプルなど適宜でアシ、更には、同
じくリジットタイプ及びフレキシブルタイプのプリント
配線基板を用いることも可である。

但し、板面に対して溶射を行うことから、耐熱性を考慮
して適宜の板状体を選定するものとする。

溶射装置は、高熱（例、１５００−２０００℃以上）雰
囲気中に目的材料粉末を噴射通過せしめて、瞬間的に該
粉末を加熱溶融状態として、該状態のま＼対象物面に溶
射結着せしめる装置であり、例えばプラズマ溶射機を用
いる。

該プラズマ溶射機は電気によってプラズマを発生させる
プラズマ発生装置３と材料粉末の噴射装置ψから成り、
噴射した材料粉末ユをプラズマ雰囲気Ｓ中を通過させて
溶融状態となった粉末を対象物面に高速度で強力に衝突
させて溶射結着し、該面に同材料の被膜乃至板状の層を
形成するものである。　　　　　　　。

との溶射方法によれば、材料粉末が溶融状態のま＼対象
物面に高速衝突して結着するものであることから、その
結着力は極めて強く、金属メッキに勝り、鍛接に類した
強度を示すものであシ、また、そのように強力に結着し
た先着粒子に後続溶融粒子が次々と高速衝突し結着する
ものであるから、とれによって形成された層はその材料
の鋳造品に近似した一体的組成と各種強度、断面密度及
び比重等を具有したものが得られるものである。

而して、従来このプラズマ溶射機による溶射実施例とし
ては、航空機のジェットエンジンの内面に金属チタン等
の耐高熱性、耐摩耗性に勝れた金属粉末を溶射結着して
、該金属の厚手強力な被膜を形成して、もって、ジェッ
トエンジンの耐久性を抜群に向上していることが挙げら
れる。

本発明に用いる溶射装置は、上記プラズマ溶射機に限定
干るものではなく、要するに圧電素子の材料粉末を噴射
してこれを適宜形成した高熱雰囲気中を通して瞬間的に
溶融して板状体Ａ′に溶射結着する装置であれば、その
具体構成は適宜である。更に、高熱雰囲気の具体的温度
は用いる圧電素子の材質により当然に高低調節する。

また、大発明方法によって得られた圧電型撮動子りは、
使用に先立ってその圧電素子Ｃの表面を適宜研磨仕上げ
（ラッピング）シ、同面ＫＭペーストの印刷（塗布）、
焼付によって、或は、上記同様に電極となる金属材料粉
末を溶射装置Ｂによって溶射するなどして、適宜電極Ｅ
を形成する。

ｄ）、第２発明の詳細 な説明は、上記ＣＣ”）項で説明した本発明製造方法に
おいて、 適宜の溶射装置Ｂをもって圧電素子の材料粉末コを溶射
するに先立ち、板状体Ａ′面に、溶射目的部分ｌを除い
て、適宜のマスク６を形成し、該マスク６を形成した板
状体Ａ′に対して圧電素子の材料粉末コの溶射を行った
のち、該マスク６を適宜除去し、板状体Ａ′即ち振動板
Ａに目的形状ｌの圧電素子Ｃを一体的に結着形成して圧
電型振動子りをｚｐＪ造するようにｉ〜だ圧電型振動子
の製造法を技術的範囲に含むものである。（第２図）上
記の板状体Ａ′に対するマスク乙の形成は適宜であるが
、例えば、 （１）、機械的マスキング方法・・・金属板その他の耐
熱性板（溶射粉末に耐久する）に、形成目的たる圧電素
子Ｃの形状の孔りを、プレス加工またはエツチング等に
よって適宜穿孔して設けたマスク６を板状体Ａ′面上に
当接しで用いる。このマスク６の場合は溶射工程終了後
゛に、取外すだけで済む。

（■）、化学的マスキング方法・・・板状体Ａ′面に、
プリント配線基板のプリント処理工程と同様に、目的部
分ｌを除いたパターンのレジスト膜等を印刷その他によ
って形成して、このレジスト膜をマスク６としたものに
対して溶射を行い、溶射工程終了後に化学的手法によっ
て該し〉シスト膜等を除去する。この場合レジスト膜は
溶射に耐久する耐熱性が要求される。

ｅ）、第３発明の詳細 壕だ、本発明は上記（Ｃ）、（ｄ）項で説明し方 だ本発明製造法において、 多数個の振動板Ａの平面的列設を想定した広面積の板状
体Ａ′を用意し、該板状体Ａ′面における各個の圧電素
子形成目的部分ｌを除いて、他の部面に適宜のマスク６
を形成し、このマスク６を形成した板状体Ａ′面に対し
て圧電素子の材料粉末ユの溶射を行ったのち、該マスク
６を適宜除去して、板状体Ａ′面の各個の圧電素子形成
目的部、分ｌにだけ圧電材料が溶射結着して各個の１′
Ｅ電素子Ｃが形成されたものＤ′を設け、このＤ／、か
ら、上記各個の圧電素子Ｃが形成された部分を含めた−
　振動板Ａとなる部分を適宜摘出して、広面積の板状体
Ａ′から多数個の圧電型振動子りを同時若しくは連続的
に製造するようにしたＩＥ電型振動子の製造法を技術的
範囲に含むものである。（￥３図） 上記広面積の板状体Ａ′としては第３図示の長方形板状
のものの他、一定幅で連続長の板状体（図示せず、例え
ばフレキシブルなフープ材状のものなど）が考えられる
が、例えば、焼３図示の如く、円形の振動板Ａに円形の
圧電素子Ｃを溶射形成した多数の圧電型振動子りを１朋
造−する目的のもとに、才ず、板状体Ａ′にプレス加工
をもって、振動板Ａとなる部分庁の周囲を極めて狭小な
ブｌ）ソジ部９を残して抜き落し孔ｉｏを多数穿孔列設
し、−万、上記板状体Ａ′　と同形同大の板体の圧電素
子となる目的部分ｌの形状を同じくプレス加工で抜き落
して孔７を上記抜を落し孔ＩＯと同数相対位置に穿設し
たマスク６を別設し、上記板状体Ａ′上に上記マスク６
を当接して、圧着索子の材料粉末ユを溶射装置Ｂをもっ
て、マスク６上から全面的に溶射したのち、マスク６を
除去して、版状体Ａ′面の各個の圧電判子形成目的部分
ｌにだけ圧電材料が溶射結着して各個の圧？（ｆ、　’
ｆ’＜子Ｃが形成されたものＤ′を設け、このＤ′から
、前記ブリッジ部９を適宜切断摘出して、多数個の圧電
型振動子りを製造するものであ、乙。

なお上側の板状体Ａ′は厚さ０２咽、縦１６０咽、横２
２４ｍの黄銅板に５列各８個で計４０個の直径２０筋の
振動板部分をプレス成形し、一方、同形同面積で厚さ０
．３簡のステンレス鋼板に同列同数で計４０個の直径１
６ｍｍの孔７を穿孔したマスク６を同じくプレス成形で
設けたものであり、また、ブリッジ部分はその狭小部分
で０３門としゾこもので、よって、直径２０咽の振動板
Ａ上に直径１６鍋の圧電素子Ｃを溶射形成した圧電型撮
動子りを一挙に４０個製造するものである。

ｆ）、第４発明の詳細 また、本発明しま上記（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）項で説明
した本発明製造方法において、 適宜の溶射装置Ｂをもって圧電素子の材料粉末コを溶射
するに先立ち、板状体Ａ′面にサンドブラスト等の適宜
手段で粗面／／を形成し、核粗面ｌ／に対して溶射を行
って、圧電素子の粉末材料ユの溶融状態のものが該粗面
１／構造に密に喰い込み結着するようにして、もって、
板状体即ち振動板Ａとその面に形成されたＥＥ圧電素子
の一体的結着性能を向上し、Ｆモ覗素子Ｃが撮動板Ａか
ら容易に剥離しないようにした圧電型振動子の製造法を
技術的範囲に含むものである。（竿４　Ｉｙｌ　）上記
の粗面／／の形成方法には、サンドブラストや工具（（
よる切削や研削等による機械的な方法と、薬剤による腐
蝕や電解などによる化学的な方法が考えられ、その採択
は任意であるが１、粗面／ｌの顕微鏡的構成が鋭い鋭角
的なもの＼方が溶射結着力がより大きいことから、機械
的な方法の方が適合している。

ｇ）、第５発明の詳細 また、本発明は上記（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）ｒ
ｉ￥で■、明した本発明製造方法において、板状外Ａ′
即ち振動板Ａの形状（ｒｌ、上記例の如く平面状に限ら
ず、半球面状、円錐状、波形状、筒状、その他の変形々
状を含めて、全く任意である圧電型振ｒ！ｔｂ子のり造
法を技術的範囲に含むものである。（填５図） １；ＩＪち、第５図の（イ）に示すものは板状体Ａ′即
ち振動板へを半球面状としプこものであり、また（口）
は円錐状とした例を示すものである。

而して、本発明方法は板状体Ａ′面に対してｒＥ圧電素
子材料粉末を溶射結着−トるものであるから、溶射対象
面の形状は上側に限らず全く任意であることは明らかで
ある。

そして、凹凸形状、深浅度合等による結着材料の厚薄の
部分的相違の発生ｔよ、適宜研磨修正することによって
容易に解決しつる。

ｈ）、第６発明の詳細 更に、本発明は上記（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、
（ｇ）項で説明した本発明＋ｐ１４造方法において、 板状体Ａ′即ち据動板Ａに溶射結着形成した圧電素子Ｃ
上に、同じく溶射手段または他の適宜手段で電極Ｅを形
成し、該電極Ｅ上に再び圧電素子の材料粉末ユを溶射結
着して圧’に素子Ｃを形成し、更にその上に電極Ｅを形
成し、該電極Ｅ上にＨコミ索子Ｃを溶射形成することの
、適宜回数の式動返しにより、圧電素子ｃ（！−電極Ｅ
を積層構成とした圧？よ型擾動子りを製造するようにし
／と圧を陀型擾動子の製造法を技術的範囲に含むもので
ある。（氾６図） 上記において、溶射形成した圧電素子Ｃ上面に′１１ｆ
極Ｅを形成する方法としては、従来の如く圧電素子Ｃ上
に銀ペーストを印刷等によって塗布しこれを焼付けて電
極Ｅを形成する他、圧１ｔｆ子Ｃ上にも該素子Ｃの形成
と同様の手法（例えば適宜のマスクも使用して）で電極
の材料粉末（例、銀、アルミ等の金属粉末）を溶射結着
して電極Ｅを形成することも当然に可能であり、更に、
別設の金属薄板を適宜接着してｉでもよく、要するに適
宜の手段で電極Ｅを形成すれば町である。

ｉ）、本発明方法の効果 以上記載した大発明方法によれば、下記の如き種々の極
めて優れた革新的な諸効果を奏し得る。

（１）、冒頭記載の従来方法の最大の欠点であった、Ｆ
Ｅ電材料の成型焼結体を極薄に１枚宛スライスし、これ
を史に研磨するという、ｆｐ　ｆ）て精密で取扱いに注
意を要し、しかも加工時間の刀・Ｓる工程を、本発明方
法によれば、全く無くし得る。

よって、従来は圧電素子の製造困難性がコスト高の最大
原因であったが、大発明はこの困ケＶ性を無くして、極
めて簡単かつコスト安に圧電型振動子を製造し得るよう
になった。

（２）、ｌ：Ｉ：型材料の成型焼結体が硬くて極めて脆
い性質であることから、従来の切削具１主に砥石）を用
いて機械的にスライスする方法では、如何に機械の精度
を島め細心の注意を払って行っても、薄くスライスでき
る限界寸法があり、ある寸法以上に薄くスライスするこ
とは全く不可能でありか。

そして、この限界寸法は、現在０．１５ｎｍ位迄であっ
て、この程度に厚い寸法では、ツイータ−スピーカー用
等の高音域用の圧電型振動子しか得られなかったもので
ある。

ところが、本発明方法によれば、千成素子の材料粉末を
溶射装置によって陽動板面に直接溶射結着して核板面に
該材料の被膜乃至板状体を形成するものであるので、溶
射せの調節制御によって、目的に応じてどのような厚薄
寸法にでも自任に形成可能であり、よって、 （Ｉ）、可能な限り薄い１五電素子を形成せんとすれば
、溶射形成した被ｊ換中にビンボールや亀裂などが（］
３じて、杉皮圧電素子の上下面の′電極間に誠通電が生
じない程度までｏＪ能であシ、その厚さは現在の実施例
では約５ミクロン程度（よって、従来の０．１５＋ｎ＋
ｎに比し一以下）であり、将来に向ってこれ以上の極薄
形成も可能と思われる。

従って、これによって得た圧電型振動子は、低周波数で
も充分に共振するので、高音〜低音域まで極めて音域の
広いスピーカー用その他、従来の圧電素子を用いた振動
子では使用不可能とされていた、通信用、音響用その他
の各種用途に極めて広範囲に利用し得て、圧電型振動子
の新しい用途分野を開いたものと言える。

（■）、呻だ、厚く形成せんとすれば１．これまた、必
要に応じて、現論的には無限に可能であるので、当然に
従来品と同等のものも上記の如く極めて簡単安価に製し
つる利点もある。

（３）、上記の通り、本発明方法は、板状体に対して圧
電素子の材料粉末を溶射するのみで足りることから製造
工程が少なく極めて簡単に製造でき、特に、上記第３発
明の如くにして、多数の圧電型振動子を同時に或は連続
的に大量生産するととに適しており、よって、現在及び
将来の膨大な需要に充分に対応し得ると同時に、それに
よってより以上のコストダウンを実現しうる特長がある
。

（４）、圧電素子の材料粉末は、溶射＠置によって各粉
末微粒子が溶融した状態のま＼振動板面に高速衝突し、
舵面に結着するものであるので、その各粉末微粒子の板
面に対する結着力は極めて強力であって、金属メッキに
勝り、鍛接に類した結着力を示すものであり、而して、
そのように強力に結着した先着粒子に後続溶融粒子が次
々と衝突し結着するものであるから、これによって形成
された層は、従来の焼結セラミックスに全く劣らない各
種強度、一体的組成、断面密度及び、比重等を有し、Ｉ
Ｅ１ｉｔ素子としての性能を完全に具備したものである
。

従って、従来の如くスライスした圧電素子片を′振動板
に爾後的に接着剤をもって接着するのに比し、その結着
（接着）力に分い゛Ｃ格段に優り、また振動板と圧電素
子の間に異質な接着剤を使用しないだけ、買気的性質及
び耐久性（で訃いて勝るものが得られる。

（ｓ）、ｔた、圧電売子を溶射形成する振動板の形状は
、上記の如く平面に限らず全く任意であることから、形
状的な相違に伴う種々な性能の圧電型振動子が製造可能
となり、当然に従来全く存在しなかったような振動子の
製造も考えられて、この面においても全く新しい分野を
開くものと期待できる。

なお、上記のような変形の圧電素子の製作は、従来のス
ライス方式で得ることは全く不可能で、本発明方法によ
って初めて成し得るものである。

（６）、四に、本発明方法によれば、溶射形成した圧電
素子面に適宜電極を形成し、その電極の上にまた圧電素
子を溶射形成するととを繰り返して、電極と圧電素子を
積層構成とした圧電型振動子の製造が可能であり、この
構成とすることによって圧電素子の容量を大きくとれる
と共に振動体としてのヤング率を高めつる効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により圧電型振動子を製造する工程
を示す説明図、第２図は第１図の製造方法にマスクを用
いた工程説明図、第３図は広面積の板状体及びマスクを
用いて多数の圧電型振動子を與造する実施例図で、（イ
）は板状体の平面図、（ロ）はマスクの平面図、（ハ）
は両者を甲いた製造工程の説明図、第４図は板状体面を
粗面とし、該粗面に溶射圧電材料が付着した状態を示す
拡大断面説明図、炉５図の（イ）、（ロ）は変形の板状
体に溶射結着して得た変形の圧電型振動子の断面図、第
６図は積層構成の圧電型振動子の断面図である。 何冊、 Ａ・・・振動板、Ａ′・・・板状体、Ｂ・・・溶射装置
、Ｃ・・・圧電素子、Ｄ・・・圧電型振動子、Ｅ・・・
電極、ｌ・・・目的部分、コ・・・圧電素子の材料粉末
、３・・・プラズマ発生装置、ψ・・・噴射装置、Ｓ・
・・プラズマによる高熱雰囲気、６・・・マスク、７・
・・孔、ざ・・・撮動板となる部分、９・・・ブリッジ
部、１０・・・抜き落し孔、／／・・・粗面。 第１図 第ｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）、振動板（電極板）となる板状体の目的部分に、
   適宜の溶射装置をもって、圧電素子の材料粉末を設定厚
   の被膜状乃至板状等に溶射結着し、該板状体即ち撮動板
   の目的部分に波膜状乃至板状等の圧電素子を一体的に形
   成して圧電型振動子を製造するようにした、圧電型振動
   子の製造法。 （２、特許請求の範囲：’Ｐ、　１　’Ｊ）’（記載の
   圧電型撮動子の製造法にお（八で、 適宜の溶射装置をもって圧電素子の材料粉末を溶射する
   に先立ち、板状体面に、溶射目的部分を除いて、適宜の
   マスクを形成し、該マスクを形成した板状体に対して圧
   電素子の材料粉末の溶射を行ったのち、該マスクを適宜
   除去し、板状体即ち撮動板に目的形状の圧電素子を一体
   的に結着杉皮して圧電型撮動子を製造するようνこした
   、圧電型撮動子の製造法。 （３）、特許請求の範囲第１項及び第２項記載の圧電型
   撮動子の製造法において、 多数個の撮動板の平面的列設を想定した広面積の板状体
   を用意し、該板状体面における各個の圧電素子形成目的
   部分を除いて、他の部面に適宜のマスクを形成し、この
   マスクを形成した板状体面に対しで圧電素子の材料粉末
   の溶射を行ったのち、該マスクを適宜除去して、板状体
   面の各個のψ電素子形成目的部分にだけ圧電材料が溶射
   結着して各個の圧電米子が形成されたものを設け、この
   ものから、上記各個の圧電素子が形成された部分を含め
   た振動板となる部分を適宜摘出して、広面積の板状体か
   ら多数個の圧電型振動子を同時若しくは連続的に製造す
   るようにした、圧電型振動子の製造法、。 （４）、崩許請求の範囲竿１項乃至第３項記載の圧電型
   振動子の製造法において、 適宜の溶射装置を４って圧電素子の材料粉末を溶射する
   に先立ち、板状体面にサンドブラスト等の適宜手段で粗
   面を形成し、該粗面に対して溶射を行って、圧電素子の
   粉末材料の溶融状態のものが該粗面構造に密に喰い込み
   結着するようにして、もって、板状体即ち振動板とその
   面に形成された圧電素子の一体的結着性能を向上し、圧
   電素子が振動板から容易に剥離しないように１〜フｃ、
   圧電型振動子の製造法。 （５）、特許請求の範囲第１項乃至９ｎ　４珀ｒシ＋載
   の田電？チリ振動子の製造法においで、 板状体即ち振動板の形状Ｃ」、平面状に限らず、半球ｊ
   ｉｊ状、円錐状、波形状、筒状、その仲の変形形状を含
   めて、全く任意である、圧電型１辰動子の製造法。 （６）、特許請求の範囲第１１目乃￥埴５−［１１記載
   の圧電型振動子の製造法において、 板状体即ち撮動板に溶射結着形成１〜か千電赤子上に、
   同じく溶射手段またけ他の適宜子役で電極を形成し、該
   電極上に再び圧電朱子の材料粉末を溶射結着して圧電素
   子を形成し、更にその」二に電極を形成し、該電極上に
   圧電素子を溶射形成することの、適宜回数の繰り返しに
   より、圧電素子と電極を積層構成とした圧電型振動子を
   製造するようにした、圧電型撮動子の製造法。