JPS5917600B2 - バイモルフ素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はバイモルフ素子の製造方法にかかり、その電気
特性と機械特性を向上させたバイモルフ素子を提供しよ
うとするものである。

一般に、バイモルフ素子はマイクロホンやビックアップ
、ブザー、スピーカなどの振動体に用いられている。

この素子を用いると省電力、薄型化・ が可能になる。
ここで取り扱う変換素子は両面に電極をとりつけたもの
であり、二枚の圧電素子を向かい合わせて配列し、電極
間に導電部材を挾んで、バイモルフ振動子としている。
バイモルフ振動子は長さ方向に伸び縮みする圧電セラミ
ツクスフ を二枚貼り合わせ、一方が伸びるときに他方
が縮み、全体として屈曲運動をするものであり、機械イ
ンピーダンスを下げて、大きな出力電圧をとりだせるよ
うにしたものである。通常、バイモルフ素子に用いる圧
電素子は薄い５ 円板状をしており、以下の説明でも薄
い円板状の素子を例にあげて説明する。

バイモルフ素子の基本共振周波数は寸法形状によつてほ
ぼ決定される。圧電定数は高誘電率、高電気−機械結合
係数を必要とする。基本共振周波数を可聴周波波帯域と
すＯ るためには、薄い圧電素子が必要となる。ところ
が、薄いセラミック素子は機械的強度が弱いものであり
、それを電子部品として使用する場合に種種の問題が生
じる。そのため、導電性の補強板が用いられる。この補
強板とセラミック板とを一体５ 化させるために、接着
剤が用いられる。セラミック板と補強板との接合面では
かなりの音響的反射が起こるため、実質的な音響エネル
ギーの損失が生ずる。これらの反射はさらに圧電素子の
周波数レスポンスをいちぢるしく変えてしまう。さらに
、０ 有機材料である接着剤と圧電素子の熱膨張係数が
異なるために、耐熱衝撃特性が悪く、圧電素子内部に割
れやクラックが発生し、それが致命的な欠陥となる。そ
のためには、接着剤層をできるだけ薄くすることが必要
である。ｉ５本発明の目的は変換効率が高く、接着剤内
のエネルギー損失が少なく、熱的変化に対して信頼性の
あるバイモルフ素子を得ることである。

一クー 本発明にかかるバイモルフ素子の製造方法の一実施例に
ついて、図面を用いて説明する。

第１図において、１，Ｖは圧電セラミツクシートで、そ
れぞれの両面に電極２，３、同Ｚ，３が設けられている
。

４は導電部材（以下中間電極板と称す）で、その両面に
圧電セラミツクシート１，ｖが電極３，３′側を接着面
として接着されている。

５，５′が可塑剤を含む無溶剤型二液混合変性アクリル
接着剤層である。

６，７，８はリード線で、電極２、同２′、中間電極板
４にそれぞれ接続されている。

この屈曲型バイモルフ振動子は、電気端子の取り出し方
によつて直列型バイモルフ素子と並列型バイモルフ素子
にわけられる。

いずれの場合にも中間電極板４とそれに接着する電極３
，３とが電気的に導通していることが必要である。素子
の組立に際しては、接着剤を非常に薄い膜にして、両者
を接着しなければならない。なおかつ均一に、全面的に
接着されていないと、共振モードが出なくなる。均一に
樹脂を塗布する方法として印刷法が考えられるが、二液
型接着剤を用いるときに接着剤層が厚くなる欠点がある
。そのために、第２図に示したような形状に印刷し、そ
れぞれの印刷面を同心円状に張り合わせて、荷重を加え
ながら相対的に回転させることによつて、圧電素子側に
印刷されたＡ液と中間電極側に印刷されたＢ液とが混合
され、硬化応応が始まる。この樹脂は、荷重が加えられ
ているので、印刷されていない部分へ延びて行つて硬化
する。そのため、接着剤層が十分に薄くなり、全面接着
をすることができる。印刷模様は、第２図Ａに示す網目
状に限らず、それ以外にも同図Ｂの水玉模様、同図Ｃの
放射線状、同図Ｄの同心円状であつてもよい。すなわち
、用いられる樹脂には、硬化に際して加熱する必要のな
いものや溶剤などを加える必要のないものが望まれる。
熱は、圧電素子にキユリ一点があるため、熱劣化の原因
となり、硬化後、室温まで冷却したときに、歪が発生す
る。そして、溶剤を用いた接着剤では気泡が接着面に残
るために好ましくない。最適な接着剤は、実質的な体積
変化を起こさずに硬化し、接合部の厚さが塗布する接着
剤の粘度と加圧力によつて調節されるものである。この
実施例で用いられている変性アクリル樹脂は、ゴムを一
部含むアクリル樹脂で、メタアクリル酸メチルを主成分
とする。これはたとえば商品名「ハードロツク」として
市販されている。硬化時間２〜３分で所望の接着強度が
得られ、２４時間で最高の強度に達する。そして、無溶
剤タイプで１００％固化し、二液非混合であるので別々
に被着体に塗布して使用することができる。このことは
素子の製造が容易で高品質のものを得る上で大切なこと
である。その物理的性質は、粘度１００００〜１００ｃ
ｐｓ，．比重１．０１（２０℃）、引火点１２℃、発火
点４２１℃である。一般には電子部品用接着剤としてエ
ポキシ樹脂やシアノアクリレート樹脂が多く用いられて
いるが、バイモルフ素子などのような薄板状セラミツク
素子の接着にこれらを用いる場合、機械的強度と温度変
化に対して留意しなければならない。樹脂の膨張係数と
セラミツク素子や中間電極板との膨張係数が異なるため
である。セラミツク素子に十分強度のあるときには問題
な（・が、バイモルフ素子のような薄板状セラミツクス
の貼り合わせでは、セラミツク素体にひびやクラツクが
生じる。これを防ぐためには膨張係数を合致させるが、
樹脂が硬化後も可撓性を有するものであることが望まし
５い。一方、弾性を有するゴム系接着剤では、内部損失
が大きく、充分な大きさの出力が得られないという欠点
がある。そして、経時変化も大きく、電気特性の安定性
に問題のあるものである。これらの問題点を解決し、電
気特性、信頼性ともに優れたバイモルフ素子を提供する
ものである。以下、具体的な例について詳述する。例１ 厚さ１００μ、直径２３ｍｍの圧電セラミツクシＴート
（誘電率ε３３／εｏ≧３０００、結合係数Ｋｐ≧６０
％）の両面に電極をつけ、それを４ＫＶ／關で３０分間
分極処理した。

中間電極板として厚さ１００μ、直径２５ｍ７ｘの黄銅
板を使用し、その両面に圧電セラミツクシートの分極方
向をそろえて、第１表に示す接着剤（エポキシ樹脂、シ
アノアクリレート樹脂、ゴム系接着剤、無溶剤型二液混
合変性アクリレート樹脂）を用いて接着し、バイモルフ
素子とした。各接着剤を用いたバイモルフ素子の初期特
性を測定し、また、熱衝撃特性（８５℃から−４０℃へ
の環境変化を１０サイクル加える）におけるクラツクの
有無について、拡大鏡を用いて確認した。第１表の結果
から明らかなように、アクリレート系の接着剤を使用す
ると、機械結合係数が大きく、また耐熱衝撃性もよい。

また、印刷パターンを網目状に印刷されたバイモルフ素
子ではより高性能化がなされていることがわか。例２ 中間電極の材質としての黄銅と、両面に電極を有する圧
電セラミツクシートを接着するために、接着剤として変
性アクリレート樹脂を用い、粘度１０００ｃｐｓにてス
クリーン印刷を行なつた。

印刷パターンは網目状、水玉模様状、放射線状、同心円
状とした。以下、例１と同様にして、バイモルフ素子を
組立てた。得られた素子のバイモルフ特性を第２表に示
す。その他の条件は例１のそれと同じとした。これから
明らかなとおり、一定パターンに印刷された樹脂の接着
は接着剤層を薄くし、接着状態も均一に行われているこ
とがわかる。例 ３中間電極板として黄銅を使用し、電
極を有する圧電セラミツクシートを種々の粘度の変性ア
クリレート樹脂を用いて網目状パターンに印刷、接着し
、バイモルフ素子を組立てた。

他の条件は実施例１のそれと同じとした。各粘度の接着
剤を用いたバイモルフ素子の初期特性と熱衝撃テストに
おけるクラツクの有無について調べた結果を、第３表に
示す。なお、５０ｃｐｓでは印刷が十分にできなかつた
。これから明らかなように、粘度があまり高すぎると、
特性的に十分満足できるものが得にくくなる。その好ま
しい範囲は２５℃で１００〜５０００ｃｐｓである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる方法によつて得られたバイモル
フ素子の一例の断面図である。 第２図は本発明にかかる接着剤の印刷パターン例を示し
たものである。１・・・・・・圧電セラミツクシート、
２，３，Ｚ，３′・・・・・・電極、４・・・・・・中
間電極板、５，５ζ・・・・・接着剤層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両面に電極を有する円板状圧電素子に無溶剤型二液
   混合変性アクリル樹脂の一液を網目状、水玉模様状、放
   射線状、または同心円状のいずれかの形状に印刷し、他
   の一液を導電部材からなる円板状中間電極板に網目状、
   水玉模様状、放射線状または同心円状のいずれかの形状
   に印刷し、荷重を加えて両者の印刷面を同心円状に相対
   的に回転させて張り合わせ、接着することを特徴とする
   バイモルフ素子の製造方法。 ２ 無溶剤型二液混合変性アクリル樹脂の粘度は温度２
   ５℃で１００〜５０００ｃｐｓを越えないことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のバイモルフ素子の製造
   方法。