JPH04171877A - Piezoelectric body element - Google Patents
Piezoelectric body elementInfo
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、たとえば圧電振動子や圧電ブザー等に使用す
る圧電体素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric element used in, for example, a piezoelectric vibrator or a piezoelectric buzzer.
従来の圧電体素子、たとえば圧電セラミックスは、超音
波振動子を診いては、動力用には用いられていなかった
。また、超音波振動子として用いる場合でも、圧電セラ
ミックスの機能は動力を出力する金属製振動子を励振す
るだけであった。ところが、たとえば電歪公転子型の超
音波モータにおいては、圧電セラミックス自体が振動子
を構成し、その外周側面から直接的に機械的トルクを出
力するので、圧電セラミックスの電気入力手段である電
極にはより高品質のものが要求される。Conventional piezoelectric elements, such as piezoelectric ceramics, have not been used for power purposes in ultrasonic transducers. Furthermore, even when used as an ultrasonic vibrator, the function of piezoelectric ceramics is only to excite a metal vibrator that outputs power. However, in an electrostrictive rotor-type ultrasonic motor, for example, the piezoelectric ceramic itself constitutes a vibrator, and mechanical torque is directly output from the outer peripheral side of the piezoelectric ceramic. requires higher quality.
従来の圧電セラミックスの′ｉｉｔ橿は、第２図に示す
ように、銀の微粉末をガラス粉末などで圧電体薄板であ
るセラミックスの表面に堅く焼き付けることにより形成
したものである。第２図において、５２はセラミックス
、５４は電極である。この電極は機械的強度は高いが、
銀の微粉末を用いたものであるから、大気に触れること
によりその表面が腐食され、美観を損ねるだけでな（電
気接触抵抗が高くなり、やがて黒化してしまうという問
題があった。As shown in FIG. 2, the conventional piezoelectric ceramic 'iit rod is formed by hardening fine silver powder with glass powder or the like onto the surface of a piezoelectric thin plate of ceramic. In FIG. 2, 52 is a ceramic material, and 54 is an electrode. Although this electrode has high mechanical strength,
Because it uses fine silver powder, its surface corrodes when exposed to the atmosphere, which not only impairs its aesthetic appearance, but also increases electrical contact resistance and eventually turns black.
また、電極に半田付けをする際には、銀と半田とが溶解
・融合して合金ができやすく、両者が溶解・融合しない
ように半田付けをするのは極めて困難である。このよう
に従来の圧電セラミックスでは、半田付けの際に、電極
が犯されてしまうという問題があった。Furthermore, when soldering to electrodes, silver and solder tend to melt and fuse to form an alloy, and it is extremely difficult to solder without melting and fusing the two. As described above, conventional piezoelectric ceramics have a problem in that the electrodes are damaged during soldering.
更に、たとえば電歪公転子型の超音波モータに用いる圧
電セラミックスにおいては、分極した各電極を励振用の
電極として結線するため、耐蝕性の低抵抗膜でオーバー
コートすると、オーバーコートシた部分に段差ができる
。この段差による凹凸のために、たとえば複数の圧電セ
ラミックスを積層して振動子を形成する場合、各圧電セ
ラミックスの接触部分を完全に密着することができない
という問題があった。Furthermore, in piezoelectric ceramics used in electrostrictive rotor-type ultrasonic motors, for example, each polarized electrode is connected as an excitation electrode, so if it is overcoated with a corrosion-resistant, low-resistance film, the overcoated parts will be damaged. There will be a step. Due to the unevenness caused by the step difference, when a vibrator is formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramics, for example, there is a problem in that the contact portions of the piezoelectric ceramics cannot be completely brought into close contact with each other.
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、電気
的接続が容品で、且つ耐蝕性の向上を図ることができる
圧電体素子を提供することを目的とするものである。The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric element that allows for reliable electrical connection and improved corrosion resistance.
上記の目的を達成するための本発明に係る圧電体素子は
、圧電体薄板と、該圧電体薄板の表面に形成された励振
用の電極とからなる圧電体素子において、前記電極はニ
ッケル又は銅鍍金の上に更に金鍍金を施して形成したも
のであることを特徴とするものである。A piezoelectric element according to the present invention for achieving the above object is a piezoelectric element comprising a piezoelectric thin plate and an excitation electrode formed on the surface of the piezoelectric thin plate, wherein the electrode is made of nickel or copper. It is characterized by being formed by further applying gold plating on top of the plating.
本発明に係る圧電体素子は前記の構成によって、圧電体
薄板の表面に金鍍金をして電極を形成することにより、
従来の銀ペーストを用いて形成した電極と比べて、薄く
形成することができ、且つ耐蝕性が向上する。The piezoelectric element according to the present invention has the above-described structure, and by forming electrodes by plating the surface of the piezoelectric thin plate with gold,
Compared to electrodes formed using conventional silver paste, they can be formed thinner and have improved corrosion resistance.
以下に本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
第１図（ａ）は本発明の一実施例である圧電セラミック
スの概略平面図、同図（ｂ）はその圧電セラミックスの
概略側面図である。FIG. 1(a) is a schematic plan view of a piezoelectric ceramic according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a schematic side view of the piezoelectric ceramic.
本実施例の圧電セラミックス（圧電体素子）は、Ｐ ｂ
（Ｚ ｒ Ｔ ｉ ） Ｏｓからなるセラミックス円
板（圧電体薄板）２と、その上下の表面に形成された励
振用の電極４とからなる。を極４は、セラミックス円板
２０表面に形成されたニッケル鍍金４ａと、ニッケル鍍
金４ａの上に形成された金鍍金４ｂとからなる。尚、本
実施例である圧電セラミックスの電極４は４等分割され
ており、しかも左右二対の電極が逆極性になるように分
極されている。The piezoelectric ceramic (piezoelectric element) of this example is P b
It consists of a ceramic disk (piezoelectric thin plate) 2 made of (Z r T i )Os, and excitation electrodes 4 formed on the upper and lower surfaces thereof. The pole 4 consists of a nickel plating 4a formed on the surface of the ceramic disk 20, and a gold plating 4b formed on the nickel plating 4a. The piezoelectric ceramic electrode 4 of this embodiment is divided into four equal parts, and the two pairs of left and right electrodes are polarized to have opposite polarities.
上記のように構成されたセラミックス円板２の４対の扇
状電極にπ／２ずつ位相を変えた電圧を印加すると、重
心が中心の周りを高速で公転する電歪公転子となる。し
たがって、たとえば、かかる圧電セラミックスを電歪公
転子型の超音波モータに用いると、圧電セラミックスの
平面重心が中心点の回りを回転運動するので、圧電セラ
ミックスの外周側面に外接されたリング状のロータ部を
回転させることができる。When voltages whose phases are changed by π/2 are applied to the four pairs of fan-shaped electrodes of the ceramic disk 2 configured as described above, an electrostrictive rotator is formed in which the center of gravity revolves around the center at high speed. Therefore, for example, when such piezoelectric ceramics are used in an electrostrictive rotor-type ultrasonic motor, the planar center of gravity of the piezoelectric ceramics rotates around the center point, so that a ring-shaped rotor circumscribed on the outer peripheral side of the piezoelectric ceramics rotates. can be rotated.
本発明者等は、厚さ２ｍｍ、直径４０ｍｍ、穴径１５ｍ
ｍのセラミックス円板を準備し、洗浄を行ったのち、数
種類の電極を形成し、それらの圧電セラミックスの特性
及び品質検査を行った。実施例■のサンプルの電極は従
来のものと同様に銀ペーストで電極を形成したものであ
り、実施例■以降のサンプルはセラミックス円板の表面
にニッケル鍍金又は銅鍍金を行い、その上に更に金鍍金
を行ったものである。The inventors have a thickness of 2 mm, a diameter of 40 mm, and a hole diameter of 15 m.
After preparing and cleaning a ceramic disk of 1.5 m, several types of electrodes were formed, and the characteristics and quality of the piezoelectric ceramics were inspected. The electrodes of the sample in Example 2 are made of silver paste like the conventional ones, and the samples from Example 2 onwards have nickel plating or copper plating on the surface of the ceramic disk, and further It is plated with gold.
まず、サンプルの特性を検査するために、各サンプルに
電界強度５００Ｖ／ｍｍの電圧を印加して分極処理し、
エージングを行った後、各サンプルの誘電特性・回転特
性・電極の腐食試験・密着性・電極形成の厚さ精度を調
べた。その結果を、第１表に示した。第１表の回転数は
各サンプルの外周上の同じ位置に外径５ｍｍのロータを
１００ｇの力で押し付けた時のロータの回転数を示した
。First, in order to test the characteristics of the samples, each sample was polarized by applying a voltage with an electric field strength of 500 V/mm.
After aging, each sample was examined for its dielectric properties, rotational properties, electrode corrosion test, adhesion, and electrode formation thickness accuracy. The results are shown in Table 1. The rotational speed in Table 1 indicates the rotational speed of a rotor when a rotor with an outer diameter of 5 mm is pressed against the same position on the outer periphery of each sample with a force of 100 g.
その時の印加駆動電圧はＩＯＶであった。又腐食試験は
各サンプルを大気に触れさせておくことによる酸化変化
を調べた。The applied driving voltage at that time was IOV. In addition, the corrosion test examined oxidation changes caused by exposing each sample to the atmosphere.
第１表の結果より金鍍金のサンプルはいずれも酸化によ
る変色は見られず、優れた耐蝕性を示した。セラミック
ス円板に電極を形成する際の電極の厚さの精度は、従来
の銀ペースト電極品においては電極の厚さの±１０μｍ
の精度で形成でき、金鍍金のサンプルに関しては、電極
の厚さを１１μｍの精度で形成することができた。すな
わち金鍍金の電極の厚さは銀ペースト電極のものより高
精度で、しかも薄く形成することができた。また、電極
を鍍金により形成したことにより、各電極間の結線も鍍
金処理により行うことができるので、電極間の結線を容
易に行うことができるだけでなく銀ペースト電極に比べ
て金鍍金の圧電セラミックスの表面の凹凸が小さい、こ
のため、複数枚の圧電セラミックスを積層する場合には
良く圧電セラミックスを密着させることができる。更に
電極がセラミックス円板によく密着しているがどうかに
関しては金鍍金電極（１０Ｋｇ／ｃｍ”）は、銀ペース
ト電極品（３０Ｋｇ／ｃｍ”）と比べると、引っ張って
剥がれる力は小さいが実用上問題のないことを確認した
。最後に誘電特性（Ｑ）と回転特性はニッケル鍍金・銅
鍍金・金鍍金の厚さが大きくなると圧電セラミックスの
共振を制御するようになり、特性が著しく劣化する。こ
れらの結果をグラフに図示すると、第３図、第４図の様
になる。このグラフにおいてニッケル鍍金、銅鍍金の厚
さが５μｍを越すとＱの値や回転数が、銀ペースト電極
の場合の圧電セラミックスの共振時のそれぞれの値の９
０％以下となり電歪公転子においてＱの値・高回転数を
高く保つことも公転子の品質を確保する上で重要な事項
である。金鍍金電極によるＱや回転特性の低下は１０％
以下とすべきであるので、鍍金電極の電極材料の厚さは
限定されなければならない。From the results shown in Table 1, none of the gold-plated samples showed any discoloration due to oxidation and exhibited excellent corrosion resistance. The accuracy of the electrode thickness when forming an electrode on a ceramic disk is ±10 μm of the electrode thickness in conventional silver paste electrode products.
For the gold-plated sample, the electrode thickness could be formed with an accuracy of 11 μm. In other words, the thickness of the gold-plated electrode could be formed with higher precision and thinner than that of the silver paste electrode. In addition, since the electrodes are formed by plating, the connections between each electrode can also be made by plating, which not only makes it easier to connect between the electrodes, but also makes it easier to connect the electrodes than with silver paste electrodes. The surface irregularities are small, and therefore, when laminating a plurality of piezoelectric ceramics, the piezoelectric ceramics can be bonded well. Furthermore, regarding whether the electrode adheres well to the ceramic disk, gold-plated electrodes (10Kg/cm") have a smaller pulling force than silver paste electrodes (30Kg/cm"), but in practical terms it is I confirmed that there were no problems. Finally, when the thickness of the nickel plating, copper plating, or gold plating increases, the dielectric properties (Q) and rotational properties come to control the resonance of the piezoelectric ceramic, and the properties deteriorate significantly. When these results are illustrated in graphs, they become as shown in FIGS. 3 and 4. In this graph, when the thickness of nickel plating and copper plating exceeds 5 μm, the Q value and rotation speed are 90% of the respective values at resonance of piezoelectric ceramics in the case of silver paste electrodes.
It is also important to maintain the Q value and high rotational speed of the electrostrictive rotor at a high value in order to ensure the quality of the rotor. Q and rotational characteristics decrease by 10% due to gold-plated electrodes.
The thickness of the electrode material of the plated electrode must be limited because it should be less than or equal to:
上記の測定結果から明らかなように、本実施例のように
金鍍金を施して電極を形成した圧電セラミックスは、従
来の銀ペーストを用いて形成した電極に比べ特性を変え
ることなく、耐蝕性、電極の厚さの精度においては非常
に優れている。As is clear from the above measurement results, the piezoelectric ceramics in which the electrodes were formed by plating with gold as in this example have excellent corrosion resistance and corrosion resistance without changing the characteristics compared to electrodes formed using conventional silver paste. The accuracy of electrode thickness is very good.
また、本実施例の圧電セラミックスは、その電極表面に
金鍍金が施されているので、電極表面が金属光沢を有し
、従来のものに比べて美観の上でも優れたものとするこ
とができる。Furthermore, since the electrode surface of the piezoelectric ceramic of this example is plated with gold, the electrode surface has a metallic luster and is aesthetically superior to conventional ones. .
更に、本実施例の圧電セラミックスにおいては、電極に
半田付けを行うときに、金は半田と溶解・融合しないの
で、半田付けがしやすく、電極間の電気的接続が容易に
なる。本実施例においては、圧電セラミックスの電極を
４等分割した場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、圧電セラミ、クスの電極は分
割しなくてもよいし、２個、３個又は５個以上に分割し
てもよい。Furthermore, in the piezoelectric ceramic of this example, when soldering the electrodes, gold does not melt or fuse with the solder, making it easy to solder and electrically connect between the electrodes. In this example, the case where the piezoelectric ceramic electrode is divided into four equal parts is explained, but the present invention is not limited to this. , may be divided into three or five or more parts.
以上説明したように本発明によれば、圧電体薄板の表面
に金鍍金を施して電極を形成することにより耐蝕性に優
れ、且つ電極に半田付けを行う際に電極が犯され難い圧
電体素子を提供することができる。As explained above, according to the present invention, by applying gold plating to the surface of a piezoelectric thin plate to form an electrode, a piezoelectric element can be produced which has excellent corrosion resistance and whose electrodes are not easily damaged when soldering to the electrodes. can be provided.
第１図（ａ）は本発明の一実施例である圧電セラミック
スの概略平面図、第１図（ｂ）はその圧電セラミックス
の概略側面図、第２図は従来の圧電セラミックスの概略
側面図である。第３図は鍍金の厚さの違いによるＱの変
化のグラフ、第４図は鍍金の厚さの違いによる回転数の
変化のグラフを示した。
２・・・セラミックス円板、４．、、ｉｉ極。
出願人 新日鐵化学 株式会社
出願人 テミ７クス・テクノロジー 株式会社出願
人 ピエゾ・チック株式会社
代理人弁理士 半 １）昌 男
第１図
（ａ ） （ｂ ）
第２図
第３図
鍍金の厚さ
第４図
鍍金の厚さFIG. 1(a) is a schematic plan view of a piezoelectric ceramic according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(b) is a schematic side view of the piezoelectric ceramic, and FIG. 2 is a schematic side view of a conventional piezoelectric ceramic. be. Figure 3 shows a graph of changes in Q due to differences in plating thickness, and Figure 4 shows a graph of changes in rotational speed due to differences in plating thickness. 2... Ceramic disc, 4. ,,ii pole. Applicant Nippon Steel Chemical Co., Ltd. Applicant Temi7x Technology Co., Ltd. Applicant Piezo Chic Co., Ltd. Patent Attorney Han 1) Masao Figure 1 (a) (b)
Figure 2 Figure 3 Thickness of plating Figure 4 Thickness of plating
Claims (2)
励振用の電極とからなる圧電体素子において、前記電極
はニッケル又は銅鍍金の上に更に金鍍金を施して形成し
たものであることを特徴とする圧電体素子。(1) In a piezoelectric element consisting of a piezoelectric thin plate and an excitation electrode formed on the surface of the piezoelectric thin plate, the electrode is formed by further plating gold on top of nickel or copper plating. A piezoelectric element characterized by the following.
下に形成されている請求項１記載の圧電体素子。(2) The piezoelectric element according to claim 1, wherein the nickel plating or the copper plating is formed to have a thickness of 5 μm or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2300431A JPH04171877A (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Piezoelectric body element |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2300431A JPH04171877A (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Piezoelectric body element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04171877A true JPH04171877A (en) | 1992-06-19 |
Family
ID=17884724
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2300431A Pending JPH04171877A (en) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | Piezoelectric body element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04171877A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06252682A (en) * | 1993-02-26 | 1994-09-09 | Rohm Co Ltd | Piezoelectric oscillator |
| DE19734706A1 (en) * | 1997-08-11 | 1999-02-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Piezoelectric resonator, method for producing the resonator and its use as a sensor element for detecting the concentration of a substance contained in a fluid and / or the determination of physical properties of the fluid |
| JP2006310500A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Konica Minolta Holdings Inc | Wiring board, piezoelectric ceramic element and their manufacturing methods |
| JP2006310499A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Konica Minolta Holdings Inc | Wiring board, piezoelectric ceramic element and their manufacturing methods |
-
1990
- 1990-11-05 JP JP2300431A patent/JPH04171877A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06252682A (en) * | 1993-02-26 | 1994-09-09 | Rohm Co Ltd | Piezoelectric oscillator |
| DE19734706A1 (en) * | 1997-08-11 | 1999-02-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Piezoelectric resonator, method for producing the resonator and its use as a sensor element for detecting the concentration of a substance contained in a fluid and / or the determination of physical properties of the fluid |
| JP2006310500A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Konica Minolta Holdings Inc | Wiring board, piezoelectric ceramic element and their manufacturing methods |
| JP2006310499A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Konica Minolta Holdings Inc | Wiring board, piezoelectric ceramic element and their manufacturing methods |
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