JPS5931278B2 - Piezoelectric element - Google Patents

Piezoelectric element

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JPS5931278B2
JPS5931278B2 JP50032269A JP3226975A JPS5931278B2 JP S5931278 B2 JPS5931278 B2 JP S5931278B2 JP 50032269 A JP50032269 A JP 50032269A JP 3226975 A JP3226975 A JP 3226975A JP S5931278 B2 JPS5931278 B2 JP S5931278B2
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric element
film
thickness
ceramic
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JP50032269A
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和洋 佐藤
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Victor Company of Japan Ltd
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Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばレコードなどの再生に用いるピックア
ップ用圧電素子の製造の簡略化と、それに伴なう量産性
の向上をはかることのできる圧電素子、ならびに超小型
圧電素子の提供と、それに伴なうピックアップの性能(
例えば、高域の針先機械インピーダンス、高域限界)の
向上をはかることを目的とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a piezoelectric element and an ultra-small piezoelectric element that can simplify the manufacture of piezoelectric elements for pickups used for reproducing records, etc., and improve mass productivity accordingly. and the pickup performance associated with it (
For example, the purpose is to improve the mechanical impedance of the needle tip in the high range (high range limit).

従来のレコード再生用ピックアップカートリッジに用い
られている圧電素子は、第1図に示すように、セラミッ
ク圧電体10表面に無機接着材などの接着層2を介して
、例えばCu、Al などの低いヤング率を有する比較
的厚い金属板3を接着させ、さらにセラミック圧電体1
0反対面に銀ペースト、あるいは、例えばCu、AI
などの金属蒸着膜などの電極4を被着させていたもので
あり、この圧電素子は素子に伝わる機械的信号または音
響信号がこの素子を屈曲させることによってこれを電気
信号に変換して取り出し、その電極3,4(金属板3は
電極を兼ねている)間に起電力を生じさせるものである
As shown in FIG. 1, a piezoelectric element used in a conventional record playback pickup cartridge is made of a low-grade material such as Cu, Al, etc. A relatively thick metal plate 3 having a ceramic piezoelectric body 1 is bonded to
0 silver paste on the other side or e.g. Cu, AI
This piezoelectric element has an electrode 4 made of a metal vapor deposited film, etc., applied to it, and in this piezoelectric element, a mechanical signal or an acoustic signal transmitted to the element bends the element to convert it into an electric signal and take it out. An electromotive force is generated between the electrodes 3 and 4 (the metal plate 3 also serves as an electrode).

また、圧電出力は、この素子が屈曲した時に、電極およ
び圧電体を含めた圧型素子自体の厚さ方向の応力中性面
が−の面(中央)にある場合は原理的に零であるため、
セラミック圧電体10両面に同一材料の同一膜厚の金属
蒸着膜を被着することはできないものである。
In addition, the piezoelectric output is in principle zero if the stress-neutral plane in the thickness direction of the piezoelectric element itself, including the electrodes and piezoelectric body, is on the - plane (center) when the element is bent. ,
It is impossible to deposit metal vapor deposited films of the same material and the same thickness on both sides of the ceramic piezoelectric body 10.

そこで、ピックアップなどの屈曲振動に対して大きな圧
電出力を得るためには、応力中性面を圧電素子自体の厚
さの−の面より大きくずらす必要があす、このため、圧
電体1の一方の面に、他方の面被着した電極の厚さより
比較的太なる厚みを有する金属板3を被着する必要があ
る。
Therefore, in order to obtain a large piezoelectric output against bending vibration of a pickup, etc., it is necessary to deviate the stress-neutral plane by a large amount from the negative plane of the thickness of the piezoelectric element itself. It is necessary to apply on one side a metal plate 3 having a thickness that is relatively thicker than the thickness of the electrode applied on the other side.

従って、このような構造のものは、金属板3および接着
層2の材質によって、圧電出力の周波数特性、機械的Q
、および温度特性と、それに伴なう使用温度範囲に制限
を受ける欠点がある。
Therefore, with such a structure, the frequency characteristics of the piezoelectric output and the mechanical Q depend on the materials of the metal plate 3 and the adhesive layer 2.
, and have the disadvantage of being limited in temperature characteristics and the accompanying temperature range in which they can be used.

この接着層2の材料として、例えばエポキシ樹脂を用い
た場合には、約40〜80℃で機械的Qが急に低下し、
また、一般に接着材が硬化して安定な振動特性を得るま
でには数日かかることになる。
For example, when epoxy resin is used as the material for the adhesive layer 2, the mechanical Q suddenly decreases at about 40 to 80°C.
Additionally, it generally takes several days for the adhesive to harden and provide stable vibration characteristics.

また、レコード用ピックアップカートリッジの圧電素子
としては、小型で軽量、かつ、圧電感度の高いものが望
まれるが、セラミック圧電体のヤング率は通常1〜5
X 1 o1ON/mで示される位あって極めて大きく
、屈曲振動に対する圧電素子の圧電感度を最大にするた
めには、上記した原理によって比較的厚い金属板3が要
求され、これに伴なって当然重くなってしまう欠点があ
る。
Furthermore, the piezoelectric element of a record pickup cartridge is desired to be small, lightweight, and have high piezoelectric sensitivity, but the Young's modulus of a ceramic piezoelectric material is usually 1 to 5.
In order to maximize the piezoelectric sensitivity of the piezoelectric element to bending vibration, a relatively thick metal plate 3 is required according to the above-mentioned principle. It has the disadvantage of being heavy.

また、従来の圧電素子の製造において、セラミック圧電
体1と金属板3との接着時における接着の不均一、ある
いは形状不良などのトラブルが生じ易い欠点もある。
Furthermore, in the production of conventional piezoelectric elements, there is a drawback that troubles such as uneven adhesion or defective shapes are likely to occur when the ceramic piezoelectric body 1 and the metal plate 3 are bonded together.

本発明は、これらの従来の欠点を除去した圧電素子を提
供するもので、以下、第2図および第3図に示す実施例
によって説明する。
The present invention provides a piezoelectric element that eliminates these conventional drawbacks, and will be described below with reference to embodiments shown in FIGS. 2 and 3.

本発明は、短冊状セラミックなどの薄板状圧電体5の一
方の表面に、この圧電体5より高いヤング率を有するT
iCなとの導電性硬質無機材料6を反応性蒸着、または
イオンブレーティング手段によって、少なくとも10μ
以上の厚さに被着させるようにしたことを特徴とするも
ので、所定のマスク上に置かれた上記の薄板状圧電体5
の一方ノ表面に反応性蒸着またはイオンブレーティング
手段によって10μ以上の厚い導電膜、すなわち、Ti
Cなとの導電性硬質無機材料6を被着させるようにした
ものであり、これにより従来の接着層の影響と、それに
伴なう工程を省くことができる。
In the present invention, a T film having a Young's modulus higher than that of the piezoelectric material 5 is provided on one surface of a thin plate-like piezoelectric material 5 such as a rectangular ceramic material.
A conductive hard inorganic material 6 such as iC is deposited by reactive vapor deposition or ion blating means to a thickness of at least 10 μm.
The thin piezoelectric material 5 is placed on a predetermined mask, and is characterized in that it is deposited to a thickness of
A thick conductive film of 10μ or more is deposited on one surface of the Ti
A conductive hard inorganic material 6 such as carbon is deposited thereon, thereby making it possible to eliminate the influence of a conventional adhesive layer and the processes associated therewith.

ところで、TiCのようなセラミック圧電体以上のヤン
グ率を有し、軽い導電性硬質無機材料であれば薄い被着
層で所期の目的を充分達成できるので、圧電素子の軽量
化のためには非常に有利であるが、従来のような高硬度
難溶性の無機材料の薄膜化は、膜の生成速度が遅く、圧
電素子を構成する程度の厚さを得るには非常に困難であ
った。
By the way, if it is a light conductive hard inorganic material that has a Young's modulus higher than that of a ceramic piezoelectric material such as TiC, the desired purpose can be sufficiently achieved with a thin adhesion layer. Although this is very advantageous, the conventional method of forming a thin film using a highly hard and poorly soluble inorganic material has a slow film formation rate, and it has been extremely difficult to obtain a thickness sufficient to form a piezoelectric element.

しかし、最近では上記の反応性蒸着またはイオングレー
ティング法などにより、数10μ以上の厚さを得るのは
容易となり、一例な示すと、反応性蒸着法により、Ti
Cの厚い膜を得るためには、1O−6Torr程度の高
真空室内で、電子ビームなどによりTiを蒸発させ、そ
のまま、次にアセチレンなどの炭化水素ガスを導入し、
真空室内の圧力が1〜5xlO’Torrに保たれるよ
うにガス流量を調整し、真空室内に設けた電極に100
ボルト前後の電圧を印加してグロー放電を生せしめ、炭
化水素ガスを活性化する。
However, recently, it has become easy to obtain a thickness of several tens of microns or more using the above-mentioned reactive vapor deposition or ion grating method.
In order to obtain a thick film of C, Ti is evaporated using an electron beam or the like in a high vacuum chamber of about 10-6 Torr, and then a hydrocarbon gas such as acetylene is introduced.
Adjust the gas flow rate so that the pressure inside the vacuum chamber is maintained at 1 to 5xlO'Torr, and apply 100
A voltage of around 100 volts is applied to generate a glow discharge and activate the hydrocarbon gas.

このような活性ガス中で蒸発したTi粒子は、この活性
炭化水素ガスと反応し、Ti蒸発源から、ある距離に置
かれたセラミック圧電体、すなわち、薄板状圧電体の表
面にTiC膜として析出する。
The Ti particles evaporated in such an active gas react with this activated hydrocarbon gas, and are deposited as a TiC film on the surface of a ceramic piezoelectric body, that is, a thin piezoelectric body placed at a certain distance from the Ti evaporation source. do.

第2図はこのようにして得られた圧電素子の断面図で、
7は従来と同様の手段によって得られる金属蒸着膜によ
る電極である。
Figure 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric element obtained in this way.
Reference numeral 7 denotes an electrode made of a metal vapor-deposited film obtained by a conventional method.

上記の手段によって得られるTiC膜の生成速度は、1
μ/i以上が可能で、従来のスパッタ法などに比し著し
く大きい生成速度となる。
The formation rate of the TiC film obtained by the above method is 1
μ/i or more is possible, resulting in a significantly higher production rate than conventional sputtering methods.

また、このようにして得られたTiC膜のヤング率は3
0×101ON/m2以上で、密度は4.5〜4.9X
103kg/ m2であった。
Moreover, the Young's modulus of the TiC film obtained in this way is 3
0x101ON/m2 or more, density 4.5-4.9X
It was 103 kg/m2.

下表は上記の方法によって作成したピックアップカート
リッジ用の圧電素子を片持梁としてその最低共振周波数
と重さを比較したもので、圧電バイモルフに用いられた
セラミック圧電体の寸法は、厚さ0.2 mm、巾1m
7+!で、振動部の長さは10mmである。
The table below compares the minimum resonance frequency and weight of piezoelectric elements for pickup cartridges made by the above method as cantilever beams.The dimensions of the ceramic piezoelectric body used in the piezoelectric bimorph are as follows: thickness 0. 2mm, width 1m
7+! The length of the vibrating part is 10 mm.

上記の表から明らかなように、TiC膜を被着したもの
による圧電素子は、従来のものに比して軽量であり、従
って、ピックアップカートリッジに用いた場合には、針
先から見た高域機械インピーダンスを小さくすることが
でき、同一の重さでは圧電素子の共振周波数を上げるこ
とができるので、高域周波数限界を高めるために寄与す
ることができる。
As is clear from the table above, the piezoelectric element coated with a TiC film is lighter than the conventional one, and therefore, when used in a pickup cartridge, it Since the mechanical impedance can be reduced and the resonant frequency of the piezoelectric element can be increased with the same weight, it can contribute to increasing the high frequency limit.

セラミック圧電体は加工上200μ程度が限度であり、
また、TiC膜が10μ以下では、膜に亀裂が生じたり
、素子取扱中に破損する事故が生じ易いが、セラミック
圧電体の厚さ200μ、TiC膜の厚さ10μでも十分
の感度が得られ、さらに、小型にするために有利となる
Due to processing, the ceramic piezoelectric body has a limit of about 200μ,
Furthermore, if the TiC film is less than 10 μm, cracks may occur in the film or accidental damage to the device may occur during handling. Furthermore, it is advantageous for miniaturization.

第3−図に示すものは、さらに高い周波数まで用いるた
めに電極部となる導電性硬質無機材料6′および上記と
同様の金属蒸着膜の電極7を局部的に形成したもので、
このようなパターン形成のためには、前述の蒸着手段は
極めて有利である。
The one shown in Fig. 3 is one in which a conductive hard inorganic material 6' serving as an electrode part and an electrode 7 of a metal vapor deposition film similar to the above are locally formed for use up to higher frequencies.
For forming such a pattern, the above-mentioned vapor deposition means are extremely advantageous.

以上は、反応性蒸着によるTiC膜などの被着について
述べたが、その他イオンブレーティング法によっても同
様の被着が可能であり、また、被着材料としてはTiC
のほかに、TiN、NbC等でも同様の効果が得られる
The above describes the deposition of TiC film etc. by reactive vapor deposition, but similar deposition is also possible by other ion blating methods, and TiC
In addition to this, similar effects can be obtained with TiN, NbC, etc.

本発明になる圧電素子は、以上述べたように、セラミッ
クを素材とする薄板状圧電体の一方の表面に、この圧電
体より高いヤング率を有するTiCなとの導電性硬質無
機材料の膜を反応性蒸着またはイオンブレーティング手
段によって、少なくとも10μ以上の厚さに被着したの
で、従来品に対して軽量で、しかも大なる圧電出力を得
ることができ、例えばピックアップカートリッジ用とし
て使用した場合には、高い周波数での機械インピーダン
スを小さくできるので、高域周波数限界を高めることが
できる特長があり、また、従来のような接着工程を不要
としたので、接着時に生じるトラブルがなく、かつ、量
産性に富む利点がある。
As described above, the piezoelectric element of the present invention has a film of a conductive hard inorganic material such as TiC, which has a higher Young's modulus than the piezoelectric material, on one surface of a thin piezoelectric material made of ceramic. Since it is deposited to a thickness of at least 10μ by reactive vapor deposition or ion blating means, it is lighter than conventional products and can provide a large piezoelectric output.For example, when used as a pickup cartridge. Since it can reduce mechanical impedance at high frequencies, it has the advantage of increasing the high frequency limit.Also, because it does not require the conventional bonding process, there are no problems that occur during bonding, and it is easy to mass-produce. It has many sexual advantages.

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

第1図は従来の圧電素子の断面図、第2図は本発明にな
る圧電素子の断面図、第3図は本発明の他の実施例を示
すバイモルフの断面図である。 5・・・・・・薄板状圧電体、6,6′・・・・−・導
電性硬質無機材料、7.γ・・・・・・電極。
FIG. 1 is a sectional view of a conventional piezoelectric element, FIG. 2 is a sectional view of a piezoelectric element according to the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of a bimorph showing another embodiment of the present invention. 5...Thin plate-like piezoelectric material, 6,6'...--Electroconductive hard inorganic material, 7. γ... Electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 セラミックを素材とする薄板状圧電体の一方の表面
に、この圧電体より高いヤング率を有するTiCなとの
導電性硬質無機材料の膜を反応性蒸着またはイオンブレ
ーティング手段によって、少なくとも10μ以上の厚さ
に被着したことを特徴とする圧電素子。
1. A film of a conductive hard inorganic material such as TiC, which has a Young's modulus higher than that of the piezoelectric material, is coated on one surface of a thin plate-shaped piezoelectric material made of ceramic by reactive vapor deposition or ion blating means, at least 10 μm or more. A piezoelectric element characterized by being coated with a thickness of .
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