JPS6310806A - 酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置に関し、特に
素子本体がガラス管内に封止された酸化薄膜を用いた圧
電装置に関する。

（従来技術） 従来、この種の酸化亜鉛薄膜を用いた圧電素子としては
、たとえば恒弾性金属板にＮｉやＭｎを添加した酸化亜
鉛薄膜が形成、され、さらに、この酸化亜鉛薄膜に電極
が形成された素子本体を、窒素ガスあるいはアルゴンな
ど不活性ガス雰囲気中でガラス管内に封止したものが用
いられていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、そのような酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装
置では、ガラス封止の際に、電極の金属が酸化亜鉛薄膜
中に拡散したり、酸化亜鉛薄膜が電極の金属に酸素を奪
われたりして、酸化亜鉛薄膜は導電性を示すようになり
、素子としての信頼性が低下し、さらに、圧電体として
機能しなくなる場合も生じるという問題点を有していた
。そこで、発明者は素子本体を酸素ガス雰囲気または乾
燥空気中で封止する方法を特願昭６１−２４９８９号で
提案した。しかし、この方法で製造される素子でも、そ
の抵抗値は１０９Ω前後であり、それ以上の抵抗値の向
上は望めなかった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、さらに高い抵抗
値を有する、酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置を提供する
ことである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、酸素ガス雰囲気または乾燥空気中で素子本
体がガラス管内に封止された酸化亜鉛薄膜を用いた圧電
装置であって、恒弾性金属板、恒弾性金属板の一方主面
に形成される酸化亜鉛薄膜、酸化亜鉛薄膜上に形成され
る酸化ビスマス層、および酸化ビスマス層上に形成され
る電極を含む、酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置である。

（作用） 酸化亜鉛薄膜は、その表面を酸化ビスマス層で被覆され
ており、この酸化ビスマス層は、酸化亜鉛薄膜の保護膜
として働く。

（発明の効果） この発明によれば、酸化亜鉛薄膜は酸化ビスマス層によ
って保護されるため、電極の金属が酸化亜鉛薄膜中に拡
散したり、酸化亜鉛薄膜が電極の金属に酸素を奪われた
りしないので従来よりもその抵抗値は高くなる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例） 第１Ａ図および第１Ｂ図はこの発明の一実施例の素子本
体を示し、第１Ａ図はその平面図であり、第１Ｂ図はそ
の断面図である。

この素子本体１０は、たとえばエリンバなどの恒弾性金
属板で形成された長方形の振動板１２を含む。この振動
板１２は対向する２組の辺の中央部で振動板１２より幅
の狭い接続部１４ａおよび１４ｂによって、リング状の
支持台１６に接続されている。したがって、振動板１２
は、リング状の支持台１６内に振動可能に支持される。

なお、振動板１２．接続部１４ａ、１４ｂおよび支持台
１６は、たとえば１枚の恒弾性金属板の打ち抜きあるい
はエツチング処理によって一体的に形成される。

振動板１２の一方主面には、長方形の形状に酸化亜鉛薄
膜１８が形成されている。この酸化亜鉛薄膜１８の表面
には、連続的に酸化ビスマス層２０が形成されている。

したがって、酸化亜鉛薄膜１８は酸化ビスマス層２０に
よって被覆され、封止の際の高温や高濃度酸素によって
、後述する電極の金属が酸化亜鉛薄膜１８中に拡散した
り、酸化亜鉛薄膜１８が電極の金属に酸素を奪われたり
することを防がれる。

また、酸化ビスマス層２０の表面には、蒸着によって銀
電極２２が連続的に支持台１６上に円弧状に延びて形成
されている。この銀電極２２のうち、振動板１２上に形
成された部分は、酸化亜鉛薄膜１８を振動させるための
電極として働き、支持台１６上に形成された部分は、後
述するスペーサを介して外部電極となるジュメット線に
接続され、引き出し電極として働く。なお、この実施例
では銀電極２２を用いたが、これは金、白金あるいはニ
ッケルなどで電極を形成してもよい。

酸化ビスマスＪＷ２０は絶縁層であるが、その層厚が薄
いので、酸化亜鉛薄膜１８と銀電極２２とは容量性結合
をし、このため銀電極２２から酸化亜鉛薄膜１８に電圧
を印加することができる。

このような素子本体１０は、第２図および第３図で示す
ように、その両生面に素子本体１０と同じ直径で、振動
板１２の振動を許容する空間を形成するために断面矩形
の収納部２４ａおよび２６ａを有し、たとえばニッケル
などで形成された円板状のスペーサ２４および２６の一
方主面が重ねられる。この際、収納部２４ａおよび２６
ａは対向して重ねられるため、振動板１２は収納部２４
ａおよび２６ａ内に収納される。このうち、スペーサ２
４の収納部２４ａの周囲は、凹凸が形成され、スペーサ
２４と支持台１６との間の対向面積を小さくして、その
間の静電容量が小さくなるように形成されている。

スペーサ２４および２６の他方主面には、それぞれ円柱
状の頭部２８ａおよび３０ａが形成されたシュメツ）４
５ｉ２８および３０が、それぞれ接続される。

このように、頭部２８ａ、スペーサ２４．素子本体１０
．スペーサ２６および頭部３０ａがこの順に重ねられた
積層体は、円筒状のガラス管３２内に収納され、ガラス
管３２の両開口端を酸素ガス雰囲気または乾燥空気中で
封止されて、酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置３４が構成
されている。

次に、この酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置３４の製造方
法を詳しく説明する。

まず、円板状の恒弾性金属板を打ち抜くかあるいはエツ
チング処理で、振動板１２．接続部１４ａ、１４ｂおよ
び支持台１６を一体的に形成する。

こうして形成した振動板１２の一方主面に、たとえばス
パッタ法によって、結晶をＣ軸が振動板１２に対して垂
直に配向にした酸化亜鉛薄膜１８を形成する。

また、酸化亜鉛薄膜１８の表面に、たとえばスパッタ法
によって酸化ビスマス層２０を形成する。

たとえば、この実施例では、酸化ビスマスを直径４嘗ｌ
、厚さ５ｆｌにホットプレスしてターゲットとし、スパ
ッタ電力１５０Ｗ、　　スパッタ圧力１×１０　””Ｔ
ｏｒｒの条件で、スパッタガスとしてＡｒ：０２＝＝５
ｏ：５ｏの混合ガスを用い、Ｒ’Ｆ・マグネトロンスパ
ッタ方式で酸化ビスマスヲ厚さ２０００人にし、これを
大気中で６００’Ｃ，４０分間熱処理して酸化ビスマス
層２０を形成した。また、酸化ビスマス層２０は、Ｐ　
ｂ　Ｏ，Ｂｚ　Ｏｚ　、　　Ｓ　ｉＯ□および酸化ビス
マスからなるガラスのフリットを溶融してターゲットと
し、スパッタを行ったもので形成してもよい。

さらに、酸化ビスマス層２０の表面には、たとえばスパ
ッタ法で銀層を形成して銀電極２２を形成する。なお、
この実施例では、銀層の厚さを４０００人とした。ただ
し、この銀電極２２は酸化ビスマス層２０の全面に形成
するほうが好ましい。

これは、もし、銀電極２２を酸化ビスマス層２０の全面
に形成しないと、酸化亜鉛薄膜１８に電圧を印加できる
面積が小さくなり、圧電体としての特性が悪くなるため
である。

こうして形成された素子本体１０にスペーサ２４および
２６を、振動板１２がこれらの収納部２４ａおよび２６
ａで形成される空間に収納されるように重ねる。さらに
、スペーサ２４にはジュメット線２８の頭部２８ａを、
また、スペーサ２６にはジュメット線３０の頭部３０ａ
をそれぞれ重ねる。

こうして、積層物を、第２図に示したように、ガラス管
３２内に収納する。

次に、このガラス管３２内に収納されたジュメット線２
８．３０の頭部２８ａ、３０ａに、ガラス管３２の両開
口端を溶着するために、第３図に示したように、カーボ
ン治具３８に形成された孔３８ａに収納する。このカー
ボン治具３８には、具体的に図示はしないが、孔３８ａ
と同様の孔がマトリックス状に多数形成され、一度に多
数のガラス封１止が行えるようになっている。

そして、第４図に示したようなダイアグラムに従って、
加熱と酸素ガスの導入を行い、ガラス管３２を封止する
。

これは、まず、ロータリポンプ（図示せず）により、前
述の封止層を０．０ＩＴｏｒｒ以下に排気する。

そして、この状態でカーボン治具３８に電流を流してこ
れを発熱させ、ガラス管３２の加熱を開始する。ガラス
管３２の加熱開始と同時に、前述の封止槽内に酸素ガス
を導入する。酸素ガスの導入量は５ｆｌ分程度である。

また、ガラス管３２は６分間に約６００℃まで加熱し、
この温度で１分間保持する。

ここで、ガラス管３２が溶解してジュメット線２８およ
び３０の頭部２８ａおよび３０ａに溶着し始めるので、
酸素ガスの圧力を２０Ｔｏｒｒ程度に急激に上昇させ、
この状態を約３０秒間保持した後、酸素ガス５１／分の
流量に保ち、温度が室温になるまで放置する。これによ
り、ガラス管３２の内部に酸素ガスが封入された状態で
、ガラス管３２内に素子本体ｌＯが封止される。

なお、この封止の過程では、常に、ジュメット線２８．
３０の頭部２８ａ、３０ａは逆方向に向けられ、これら
頭部２８ａ、３０ａの先端面がスペーサ２４および２６
に圧接した状態で封止がなされる。

こうして製造された１０個の実施例について、抵抗値を
測定したところ、第５図に示すように、１０個の実施例
のそれぞれの抵抗値はばらつきが少なく、その平均値は
、特願昭６１−２４９８９号で提案したものの抵抗値の
平均値１０９Ωより１ケタ高い約１０１０Ωであった。

また、酸素ガスに代えて乾燥空気を用いても同様に封止
が可能であった。

なお、上述の実施例では、ジュメ７１・線２８および３
０の頭部２８ａおよび３０ａにスペーサ２４および２６
に向かって互いに向き合う方向に５０グラム以上の荷重
を加えながら、素子本体１０をガラス管内に封止した。

このようにすれば、ジュメット線２８および３０の頭部
２８ａおよび３０ａの端面がスペーサ２４および２６に
圧着し、この圧着面の酸化が防止される。したがって、
ジュメット線２８および３０とスペーサ２４および２”
６との導通は完全に確保される。同様に、スペーサ２６
と素子本体１０の支持台１６との導通、スペーサ２４と
銀電極２２との導通も確保される。

【図面の簡単な説明】 第１Ａ図および第１Ｂ図はこの発明の一実施例の素子本
体を示し、第１Ａ図はその平面図であり、第１Ｂ図は第
１Ａ図のＡ−Ａ断面の断面図である。 第２図はこの実施例の組み立て斜視図である。 第３図はこの実施例を封止する状態を示す断面図である
。 第４図はこの実施例の素子本体のガラス封止における加
熱と酸素ガス供給のダイアグラムを示すグラフである。 第５図はこの実施例および従来の素子における抵抗値の
平均値およびばらつきを示すグラフである。 図において、１０は素子本体、１２は振動板、１８は酸
化亜鉛薄膜、２０は酸化ビスマス層、２２は銀電極、３
２はガラス管、３４は酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置を
示す。 第１Ａ図 四 ２１８図 榎

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　酸素ガス雰囲気または乾燥空気中で素子本体がガラ
   ス管内に封止された酸化亜鉛薄膜を用いた圧電装置であ
   って、 恒弾性金属板、 前記恒弾性金属板の一方主面に形成される酸化亜鉛薄膜
   、 前記酸化亜鉛薄膜上に形成される酸化ビスマス層、およ
   び 前記酸化ビスマス層上に形成される電極を含む、酸化亜
   鉛薄膜を用いた圧電装置。 ２　前記酸化ビスマス層は酸化ビスマスを含むガラス層
   で形成される、特許請求の範囲第１項記載の酸化亜鉛薄
   膜を用いた圧電装置。