JPH11274592A - 圧電セラミクス構造体製造方法及び複合圧電振動子 - Google Patents
圧電セラミクス構造体製造方法及び複合圧電振動子Info
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- JPH11274592A JPH11274592A JP7084398A JP7084398A JPH11274592A JP H11274592 A JPH11274592 A JP H11274592A JP 7084398 A JP7084398 A JP 7084398A JP 7084398 A JP7084398 A JP 7084398A JP H11274592 A JPH11274592 A JP H11274592A
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成形後の型除去が容易で、かつ圧電セラミク
スの密度が大きく、微細で高精度な形状を有し、またア
スペクト比の高い圧電セラミクス構造体の製造方法を提
供する。 【解決手段】 （ａ）シリコン基材上に反応性イオンエ
ッチング法を用いて複数の穴を開口する工程と、（ｂ）
圧電セラミクス粉体とバインダーを含むスラリーを、該
穴内部を含むシリコン基材表面上に塗布する工程と、
（ｃ）塗布膜を乾燥させたのち、バインダーを除去する
工程と、（ｄ）バインダーを除去した試料を保護用セラ
ミクス粉体で包み込んだのち、圧電セラミクスの焼結温
度下で加圧して圧電セラミクスを焼成する工程と、
（ｅ）焼成後、保護用セラミクス粉体を除去しシリコン
基材をエッチング除去する工程とを含むことを特徴とす
る圧電セラミクス構造体の製造方法。
スの密度が大きく、微細で高精度な形状を有し、またア
スペクト比の高い圧電セラミクス構造体の製造方法を提
供する。 【解決手段】 （ａ）シリコン基材上に反応性イオンエ
ッチング法を用いて複数の穴を開口する工程と、（ｂ）
圧電セラミクス粉体とバインダーを含むスラリーを、該
穴内部を含むシリコン基材表面上に塗布する工程と、
（ｃ）塗布膜を乾燥させたのち、バインダーを除去する
工程と、（ｄ）バインダーを除去した試料を保護用セラ
ミクス粉体で包み込んだのち、圧電セラミクスの焼結温
度下で加圧して圧電セラミクスを焼成する工程と、
（ｅ）焼成後、保護用セラミクス粉体を除去しシリコン
基材をエッチング除去する工程とを含むことを特徴とす
る圧電セラミクス構造体の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、密度が高く微細な
構造を有する圧電セラミクス構造体の製造方法およびこ
の圧電セラミクス構造体を用いた複合圧電振動子に関す
るものである。
構造を有する圧電セラミクス構造体の製造方法およびこ
の圧電セラミクス構造体を用いた複合圧電振動子に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】微細で、高アスペクト比のＰＺＴ／高分
子１−３複合圧電振動子は、医療用高感度マイクロ超音
波トランスデューサー用に有望な振動子である。ＰＺＴ
／高分子１−３複合圧電振動子は図９の（ｆ）に示すよ
うに、圧電セラミクスロッドアレイをポリマー中に埋め
込んだ構造である（以下、ＰＺＴ／高分子１−３複合圧
電振動子を複合圧電振動子と称す）。図９は複合圧電振
動子を製造する従来技術の工程図である。バルクＰＺＴ
に比べて、複合圧電振動子は電気機械結合係数が大き
く、音響インピーダンスが小さいため、人体組織とのマ
ッチングが良く、高分解能が得られる。複合圧電振動子
を高感度化するためには高アスペクト比が必須である。
また複合圧電振動子を小型化するためには圧電セラミク
ス構造体を微細化することが必須である。
子１−３複合圧電振動子は、医療用高感度マイクロ超音
波トランスデューサー用に有望な振動子である。ＰＺＴ
／高分子１−３複合圧電振動子は図９の（ｆ）に示すよ
うに、圧電セラミクスロッドアレイをポリマー中に埋め
込んだ構造である（以下、ＰＺＴ／高分子１−３複合圧
電振動子を複合圧電振動子と称す）。図９は複合圧電振
動子を製造する従来技術の工程図である。バルクＰＺＴ
に比べて、複合圧電振動子は電気機械結合係数が大き
く、音響インピーダンスが小さいため、人体組織とのマ
ッチングが良く、高分解能が得られる。複合圧電振動子
を高感度化するためには高アスペクト比が必須である。
また複合圧電振動子を小型化するためには圧電セラミク
ス構造体を微細化することが必須である。
【０００３】従来、微細な圧電セラミクス構造体を製造
する方法の一例として、マイクロマシン技術を応用した
方法がある。この方法は、シンクロトロン放射光を用い
たＸ線リソグラフィー技術により樹脂型を成形し、この
樹脂型に圧電セラミクスを充填してロストワックス法に
てセラミクスロッドアレーを成形し、微細な圧電セラミ
クス構造体とするものである。
する方法の一例として、マイクロマシン技術を応用した
方法がある。この方法は、シンクロトロン放射光を用い
たＸ線リソグラフィー技術により樹脂型を成形し、この
樹脂型に圧電セラミクスを充填してロストワックス法に
てセラミクスロッドアレーを成形し、微細な圧電セラミ
クス構造体とするものである。
【０００４】この方法は、例えば、住友電気第１４８号
（１９９６）Ｐ１２９「ディープエッチＸ線リソグラフ
ィによる複合圧電振動子の製作」（以下、先行文献１と
記す）に記載されている。先行文献１には、図９に示す
ように、以下の工程からなる圧電セラミクス構造体およ
び複合圧電振動子の製造方法が説明されている。（ａ）
図９（ａ）に示すように、１５０μｍの厚さのＭＭＡ
（メタクリル酸メチル）／ＭＡＡ（メタクリル酸）共重
合体のレジストにマスクを介してシンクロトロン放射光
を照射後、現像してレジスト構造体を得る。（ｂ）図９
（ｂ）に示すように、上記レジスト構造体を樹脂型とし
て用いて、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）粉体、バイ
ンダー、および、水からなるＰＺＴスラリーを注入す
る。そして、ＰＺＴスラリーを室温で乾燥固化させてＰ
ＺＴグリーン体を得る。（ｃ）図９（ｃ）に示すよう
に、酸素プラズマにより樹脂型を除去する。次に、ＰＺ
Ｔグリーン体を５００℃で脱脂（バインダー除去）し、
１２００℃で本焼成を行ってＰＺＴロッドアレイ（直径
２０μｍ、高さ１４０μｍ）を成形して、圧電セラミク
ス構造体とする。（ｄ）図９（ｄ）に示すように、ＰＺ
Ｔロッドアレイにエポキシ樹脂を真空含浸し、硬化す
る。（ｅ）図９（ｅ）に示すように、ＰＺＴロッド両端
の表面が露出するまでエポキシ樹脂を研磨して、平坦化
する。（ｆ）図９（ｆ）に示すように、平坦化した両面
に金をスパッタ蒸着して電極を形成する。そして、オイ
ルバス中で電極に電圧をかけてロッドアレイに電界を印
加し分極処理を行い、圧電性を付与する。このようにし
て、複合圧電振動子を完成する。
（１９９６）Ｐ１２９「ディープエッチＸ線リソグラフ
ィによる複合圧電振動子の製作」（以下、先行文献１と
記す）に記載されている。先行文献１には、図９に示す
ように、以下の工程からなる圧電セラミクス構造体およ
び複合圧電振動子の製造方法が説明されている。（ａ）
図９（ａ）に示すように、１５０μｍの厚さのＭＭＡ
（メタクリル酸メチル）／ＭＡＡ（メタクリル酸）共重
合体のレジストにマスクを介してシンクロトロン放射光
を照射後、現像してレジスト構造体を得る。（ｂ）図９
（ｂ）に示すように、上記レジスト構造体を樹脂型とし
て用いて、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）粉体、バイ
ンダー、および、水からなるＰＺＴスラリーを注入す
る。そして、ＰＺＴスラリーを室温で乾燥固化させてＰ
ＺＴグリーン体を得る。（ｃ）図９（ｃ）に示すよう
に、酸素プラズマにより樹脂型を除去する。次に、ＰＺ
Ｔグリーン体を５００℃で脱脂（バインダー除去）し、
１２００℃で本焼成を行ってＰＺＴロッドアレイ（直径
２０μｍ、高さ１４０μｍ）を成形して、圧電セラミク
ス構造体とする。（ｄ）図９（ｄ）に示すように、ＰＺ
Ｔロッドアレイにエポキシ樹脂を真空含浸し、硬化す
る。（ｅ）図９（ｅ）に示すように、ＰＺＴロッド両端
の表面が露出するまでエポキシ樹脂を研磨して、平坦化
する。（ｆ）図９（ｆ）に示すように、平坦化した両面
に金をスパッタ蒸着して電極を形成する。そして、オイ
ルバス中で電極に電圧をかけてロッドアレイに電界を印
加し分極処理を行い、圧電性を付与する。このようにし
て、複合圧電振動子を完成する。
【０００５】微細な圧電セラミクス構造体を製造する別
の方法の例として、上記樹脂型の代わりに金属型を使用
した方法がある。この方法は、例えば、特開平６−４５
６６４号（以下、先行文献２と記す）に記載されてい
る。先行文献２には、樹脂型を作成した後に電気メッキ
工程により金属型を作り、その金属型にＰＺＴスラリー
を注入してＰＺＴロッドアレイを成形し、圧電セラミク
ス構造体とする工程が説明されている。
の方法の例として、上記樹脂型の代わりに金属型を使用
した方法がある。この方法は、例えば、特開平６−４５
６６４号（以下、先行文献２と記す）に記載されてい
る。先行文献２には、樹脂型を作成した後に電気メッキ
工程により金属型を作り、その金属型にＰＺＴスラリー
を注入してＰＺＴロッドアレイを成形し、圧電セラミク
ス構造体とする工程が説明されている。
【０００６】しかし、これらの方法においては、以下の
ような問題点が存在していた。 （１）先行文献１に記載された方法においては、十分密
度の高い圧電セラミクス構造体が得られず、最終的に空
孔度が大きいものしか得られない。それは、ＰＺＴスラ
リーを注入する際、真空引きおよび超音波攪拌を用いた
場合でも、残留空気、ＰＺＴスラリーの表面張力の為
に、樹脂型へ十分にＰＺＴスラリーを注入することが難
しいからである。圧電セラミクスの密度が低いために、
複合圧電振動子としての性能が高いものとならなかっ
た。
ような問題点が存在していた。 （１）先行文献１に記載された方法においては、十分密
度の高い圧電セラミクス構造体が得られず、最終的に空
孔度が大きいものしか得られない。それは、ＰＺＴスラ
リーを注入する際、真空引きおよび超音波攪拌を用いた
場合でも、残留空気、ＰＺＴスラリーの表面張力の為
に、樹脂型へ十分にＰＺＴスラリーを注入することが難
しいからである。圧電セラミクスの密度が低いために、
複合圧電振動子としての性能が高いものとならなかっ
た。
【０００７】（２）また、先行文献１に記載された方法
においては、所望する微細な形状を有する圧電セラミク
ス構造体を高精度に得ることができない。それは、ＰＺ
Ｔグリーン体を焼成する際にＰＺＴ単体のみで焼成して
いるために、ＰＺＴ単体の持つ初期内部応力や構造のわ
ずかな非対称性等により、焼成後のＰＺＴロッドが傾い
てしまうからである。また、前述のように圧電セラミク
スの密度が低いために密度にムラが生じ、初期内部応力
にバラツキが生じて、焼成後のロッドが傾きやすくなっ
ていた。微細な形状を有する圧電セラミクス構造体を得
ることができないため、複合圧電振動子自体も小型化す
ることが困難であった。
においては、所望する微細な形状を有する圧電セラミク
ス構造体を高精度に得ることができない。それは、ＰＺ
Ｔグリーン体を焼成する際にＰＺＴ単体のみで焼成して
いるために、ＰＺＴ単体の持つ初期内部応力や構造のわ
ずかな非対称性等により、焼成後のＰＺＴロッドが傾い
てしまうからである。また、前述のように圧電セラミク
スの密度が低いために密度にムラが生じ、初期内部応力
にバラツキが生じて、焼成後のロッドが傾きやすくなっ
ていた。微細な形状を有する圧電セラミクス構造体を得
ることができないため、複合圧電振動子自体も小型化す
ることが困難であった。
【０００８】（３）さらに、先行文献１の方法において
は、アスペクト比の高いロッドを成形することができな
かった。それは、アスペクト比の高いロッドを成形する
と、焼成後に傾いたロッドが互いに接触しやすくなるか
らである。アスペクト比が低いために、振動子の発振音
圧が低く、発振信号のＳ／Ｎ比が低かった。
は、アスペクト比の高いロッドを成形することができな
かった。それは、アスペクト比の高いロッドを成形する
と、焼成後に傾いたロッドが互いに接触しやすくなるか
らである。アスペクト比が低いために、振動子の発振音
圧が低く、発振信号のＳ／Ｎ比が低かった。
【０００９】（４）先行文献２に記載された方法におい
ては、成形後に金属型をはずす工程が必要であり、ま
た、金属型をはずすことは容易ではなかった。特に、Ｐ
ＺＴの密度を高めようとして高温・高圧のもとでＰＺＴ
グリーンを充填すると、ＰＺＴと金属型とが反応焼結す
るため、両者を分離することはより困難となっていた。
ては、成形後に金属型をはずす工程が必要であり、ま
た、金属型をはずすことは容易ではなかった。特に、Ｐ
ＺＴの密度を高めようとして高温・高圧のもとでＰＺＴ
グリーンを充填すると、ＰＺＴと金属型とが反応焼結す
るため、両者を分離することはより困難となっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、成形
後の型除去が容易で、かつ圧電セラミクスの密度が大き
く、微細で高精度な形状を有し、またアスペクト比の高
い圧電セラミクス構造体の製造方法、およびこの圧電セ
ラミクス構造体を用いた複合超音波振動子を提供するこ
とである。
後の型除去が容易で、かつ圧電セラミクスの密度が大き
く、微細で高精度な形状を有し、またアスペクト比の高
い圧電セラミクス構造体の製造方法、およびこの圧電セ
ラミクス構造体を用いた複合超音波振動子を提供するこ
とである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においてはシリコンから形成された型を用い
て圧電セラミクスを成形することとした。シリコン型を
用いることにより、圧電セラミクスを型に充填したま
ま、高圧下のもとで高温焼成することができる。その結
果、密度が高く、微細・高精度で、アスペクト比の高い
圧電セラミクス構造体を得ることができる。さらに、シ
リコン型はエッチング処理によって成形後に容易に除去
することができる。
に、本発明においてはシリコンから形成された型を用い
て圧電セラミクスを成形することとした。シリコン型を
用いることにより、圧電セラミクスを型に充填したま
ま、高圧下のもとで高温焼成することができる。その結
果、密度が高く、微細・高精度で、アスペクト比の高い
圧電セラミクス構造体を得ることができる。さらに、シ
リコン型はエッチング処理によって成形後に容易に除去
することができる。
【００１２】（１）すなわち、本発明によれば、（ａ）
シリコン基材上に反応性イオンエッチング法を用いて複
数の穴を開口する工程と、（ｂ）圧電セラミクス粉体と
バインダーを含むスラリーを、該穴内部を含むシリコン
基材表面上に塗布する工程と、（ｃ）塗布膜を乾燥させ
たのち、バインダーを除去する工程と、（ｄ）バインダ
ーを除去した試料を保護用セラミクス粉体で包み込んだ
のち、圧電セラミクスの焼結温度下で加圧して圧電セラ
ミクスを焼成する工程と、（ｅ）焼成後、保護用セラミ
クス粉体を除去しシリコン基材をエッチング除去する工
程とを含むことを特徴とする圧電セラミクス構造体の製
造方法が提供される。
シリコン基材上に反応性イオンエッチング法を用いて複
数の穴を開口する工程と、（ｂ）圧電セラミクス粉体と
バインダーを含むスラリーを、該穴内部を含むシリコン
基材表面上に塗布する工程と、（ｃ）塗布膜を乾燥させ
たのち、バインダーを除去する工程と、（ｄ）バインダ
ーを除去した試料を保護用セラミクス粉体で包み込んだ
のち、圧電セラミクスの焼結温度下で加圧して圧電セラ
ミクスを焼成する工程と、（ｅ）焼成後、保護用セラミ
クス粉体を除去しシリコン基材をエッチング除去する工
程とを含むことを特徴とする圧電セラミクス構造体の製
造方法が提供される。
【００１３】（２）本発明においては、該工程（ｂ）に
おいて、該穴内部を含むシリコン基材表面上に窒化シリ
コンもしくは酸化シリコンからなるセラミクス保護膜を
設けたのちに、圧電セラミクス粉体とバインダーを含む
スラリーを塗布することことが好ましい。
おいて、該穴内部を含むシリコン基材表面上に窒化シリ
コンもしくは酸化シリコンからなるセラミクス保護膜を
設けたのちに、圧電セラミクス粉体とバインダーを含む
スラリーを塗布することことが好ましい。
【００１４】（３）また、本発明によれば、（１）また
は（２）の方法によって製造された圧電セラミクス板上
の圧電セラミクスロッド間に樹脂を充填して硬化させた
のち、圧電セラミクス板およびロッドの両端を研磨・除
去してロッドの両端面を露出させた圧電セラミクス−樹
脂複合体と、圧電セラミクス−樹脂複合体のロッドが露
出した面に形成された電極とを具備したことを特徴とす
る複合圧電振動子が提供される。
は（２）の方法によって製造された圧電セラミクス板上
の圧電セラミクスロッド間に樹脂を充填して硬化させた
のち、圧電セラミクス板およびロッドの両端を研磨・除
去してロッドの両端面を露出させた圧電セラミクス−樹
脂複合体と、圧電セラミクス−樹脂複合体のロッドが露
出した面に形成された電極とを具備したことを特徴とす
る複合圧電振動子が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
詳細に説明する。最初に、本発明に係る圧電セラミクス
構造体、および複合圧電振動子の構造について説明す
る。
詳細に説明する。最初に、本発明に係る圧電セラミクス
構造体、および複合圧電振動子の構造について説明す
る。
【００１６】図７は、圧電セラミクス構造体の一例を示
す概略斜視図である。圧電セラミクス構造体は、板状の
圧電セラミクス板１の上にアスペクト比の高い円柱形状
の圧電セラミクスロッド２が一定の周期で垂直に林立し
た構造をなしている。圧電セラミクスとしては、例えば
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが挙げられる。な
お、図７において、圧電セラミクスロッド２の大きさ、
周期間隔等は誇張して描いてあり、セラミクスロッドの
数も実際の複合圧電振動子で用いる数よりも少ない。ま
た、図において、Ｄはロッド２の直径、ｈはロッド２の
高さ、ｐはロッド２の周期間隔である。
す概略斜視図である。圧電セラミクス構造体は、板状の
圧電セラミクス板１の上にアスペクト比の高い円柱形状
の圧電セラミクスロッド２が一定の周期で垂直に林立し
た構造をなしている。圧電セラミクスとしては、例えば
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが挙げられる。な
お、図７において、圧電セラミクスロッド２の大きさ、
周期間隔等は誇張して描いてあり、セラミクスロッドの
数も実際の複合圧電振動子で用いる数よりも少ない。ま
た、図において、Ｄはロッド２の直径、ｈはロッド２の
高さ、ｐはロッド２の周期間隔である。
【００１７】図８（ａ）は、複合圧電振動子の一例を示
す概略斜視図である。複合圧電振動子は、図７に示した
圧電セラミクス構造体のロッド２の間隙に樹脂３などの
ような高分子マトリックスを充填したのち、圧電セラミ
クス板１を研削・研磨除去して得られた圧電セラミクス
−樹脂複合体の構造となっている。なお、図８（ａ）に
おいて、圧電セラミクスロッド２の大きさ、周期間隔等
は誇張して描いてあり、セラミクスロッド２の数も実際
の複合圧電振動子で用いる数よりも少ない。また、図に
おいて、Ｄはロッド２の直径、ｈはロッド２の高さ、ｐ
はロッド２の周期間隔である。図８（ａ）に示した試料
の上下面に金などを蒸着して電極を設けて、複合圧電振
動子として使用する。
す概略斜視図である。複合圧電振動子は、図７に示した
圧電セラミクス構造体のロッド２の間隙に樹脂３などの
ような高分子マトリックスを充填したのち、圧電セラミ
クス板１を研削・研磨除去して得られた圧電セラミクス
−樹脂複合体の構造となっている。なお、図８（ａ）に
おいて、圧電セラミクスロッド２の大きさ、周期間隔等
は誇張して描いてあり、セラミクスロッド２の数も実際
の複合圧電振動子で用いる数よりも少ない。また、図に
おいて、Ｄはロッド２の直径、ｈはロッド２の高さ、ｐ
はロッド２の周期間隔である。図８（ａ）に示した試料
の上下面に金などを蒸着して電極を設けて、複合圧電振
動子として使用する。
【００１８】図８（ｂ）は、複合圧電振動子の一例を示
す概略平面図である。図８（ｂ）において、複合圧電振
動子は中央に貫通孔１５を有する厚みの薄いドーナツ形
状となっている。ドーナツの中の小さい円のそれぞれが
図８（ａ）の圧電セラミクスロッド２を示しており、紙
面に対し垂直方向がロッド２の長手方向となっている。
す概略平面図である。図８（ｂ）において、複合圧電振
動子は中央に貫通孔１５を有する厚みの薄いドーナツ形
状となっている。ドーナツの中の小さい円のそれぞれが
図８（ａ）の圧電セラミクスロッド２を示しており、紙
面に対し垂直方向がロッド２の長手方向となっている。
【００１９】（Ｉ）圧電セラミクス構造体の製造方法 まず、図７に示した圧電セラミクス構造体を製造する方
法について説明する。本方法は以下の工程からなる。
（１）シリコン型を作成する工程、（２）ＰＺＴスラリ
ーをキャスティングする工程、（３）ＨＩＰ処理をする
工程、（４）シリコン型を除去する工程である。
法について説明する。本方法は以下の工程からなる。
（１）シリコン型を作成する工程、（２）ＰＺＴスラリ
ーをキャスティングする工程、（３）ＨＩＰ処理をする
工程、（４）シリコン型を除去する工程である。
【００２０】図１を参照して、各工程について詳細に説
明する。 （１）シリコン型を作成する工程 図１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板上にフ
ォトレジスト４を塗布する。レジスト４層に所望のパタ
ーンを露光したのちに現像する。パターンは、製造する
圧電セラミクス構造体の形状、寸法によるが、本例の場
合には、円柱形状の圧電セラミクスロッド２の径に対応
した複数の円形などが挙げられる。
明する。 （１）シリコン型を作成する工程 図１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板上にフ
ォトレジスト４を塗布する。レジスト４層に所望のパタ
ーンを露光したのちに現像する。パターンは、製造する
圧電セラミクス構造体の形状、寸法によるが、本例の場
合には、円柱形状の圧電セラミクスロッド２の径に対応
した複数の円形などが挙げられる。
【００２１】次に、ディープＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）法により、レジスト層４のパターンに従ってシ
リコン基板に穴５を開けてシリコン型６を形成する。穴
５はシリコン基板を貫通していても良いし、貫通してい
なくても良い。ディープＲＩＥ法は、アスペクト比が大
きくシリコン基板面に対して垂直な側壁を有する穴５を
形成することができるエッチング方法であり、当該技術
分野で良く知られている方法である。
チング）法により、レジスト層４のパターンに従ってシ
リコン基板に穴５を開けてシリコン型６を形成する。穴
５はシリコン基板を貫通していても良いし、貫通してい
なくても良い。ディープＲＩＥ法は、アスペクト比が大
きくシリコン基板面に対して垂直な側壁を有する穴５を
形成することができるエッチング方法であり、当該技術
分野で良く知られている方法である。
【００２２】なお、図３に示したように、穴５を開けた
後に、穴５底部および穴５側面部を含めたシリコン型６
表面に、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどからなる
セラミクス保護膜７を設けることが好ましい。シリコン
型６表面にこのようなセラミクス保護膜７を設けること
により、後述する（ｃ）ＨＩＰ処理をする工程において
圧電セラミクスとシリコン型６との反応を最小限に抑え
ることができる。また、後述する（ｄ）シリコン型６を
除去する工程においても、エッチング除去するエッチン
グ材として、高価なＸｅＦ2 ガスではなく、ＴＭＡＨ
（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）などの安価
なエッチング材を使用することができる。それは、保護
膜７によって、ＴＭＡＨがシリコン型６とともに圧電セ
ラミクスもエッチングすることを防ぐことができるから
である。
後に、穴５底部および穴５側面部を含めたシリコン型６
表面に、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどからなる
セラミクス保護膜７を設けることが好ましい。シリコン
型６表面にこのようなセラミクス保護膜７を設けること
により、後述する（ｃ）ＨＩＰ処理をする工程において
圧電セラミクスとシリコン型６との反応を最小限に抑え
ることができる。また、後述する（ｄ）シリコン型６を
除去する工程においても、エッチング除去するエッチン
グ材として、高価なＸｅＦ2 ガスではなく、ＴＭＡＨ
（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）などの安価
なエッチング材を使用することができる。それは、保護
膜７によって、ＴＭＡＨがシリコン型６とともに圧電セ
ラミクスもエッチングすることを防ぐことができるから
である。
【００２３】（２）圧電セラミクスのスラリーをキャス
ティングする工程 図１（ｂ）に示すように、圧電セラミクス８のスラリー
を超音波攪拌などによって加振しながら、（１）の工程
で作成したシリコン型６に流し込む。スラリーは、圧電
セラミクス８粉体、バインダーおよび水などから構成さ
れる混合物からなる。バインダーとしては、ＰＶＡ（ポ
リビニルアルコール）などが挙げられる。
ティングする工程 図１（ｂ）に示すように、圧電セラミクス８のスラリー
を超音波攪拌などによって加振しながら、（１）の工程
で作成したシリコン型６に流し込む。スラリーは、圧電
セラミクス８粉体、バインダーおよび水などから構成さ
れる混合物からなる。バインダーとしては、ＰＶＡ（ポ
リビニルアルコール）などが挙げられる。
【００２４】スラリーの流し込みは、シリコン型６の穴
５に圧電セラミクス８を充填するとともに、圧電セラミ
クス８が充填されたシリコン型６の上を圧電セラミクス
８が覆うように行う。シリコン型６の表面を覆う圧電セ
ラミクス８は、それぞれの穴５に充填された圧電セラミ
クス８と一体化される。
５に圧電セラミクス８を充填するとともに、圧電セラミ
クス８が充填されたシリコン型６の上を圧電セラミクス
８が覆うように行う。シリコン型６の表面を覆う圧電セ
ラミクス８は、それぞれの穴５に充填された圧電セラミ
クス８と一体化される。
【００２５】次に、シリコン型６に流し込んだスラリー
を乾燥させて、圧電セラミクス８をグリーン状態とす
る。乾燥方法としては自然乾燥などが挙げられる。最後
に、グリーン状態の圧電セラミクス８を脱脂する。脱脂
とは圧電セラミクス８粉体のバインダーを除去すること
である。脱脂の方法としては、空気中で高温に保つ方法
などが挙げられる。なお、脱脂した状態では、穴５の中
の圧電セラミクス８の密度は十分には高くない。
を乾燥させて、圧電セラミクス８をグリーン状態とす
る。乾燥方法としては自然乾燥などが挙げられる。最後
に、グリーン状態の圧電セラミクス８を脱脂する。脱脂
とは圧電セラミクス８粉体のバインダーを除去すること
である。脱脂の方法としては、空気中で高温に保つ方法
などが挙げられる。なお、脱脂した状態では、穴５の中
の圧電セラミクス８の密度は十分には高くない。
【００２６】（３）ＨＩＰ処理をする工程 図１（ｃ）に示すように、前述の脱脂した試料にＨＩＰ
（ホットアイソスタティックプレシング：熱間静水圧焼
結）処理を行う。ＨＩＰ処理はシリコン型６中の圧電セ
ラミクス８粉体の密度を大きくするためであり、当該技
術分野で良く知られた方法で行うことができる。
（ホットアイソスタティックプレシング：熱間静水圧焼
結）処理を行う。ＨＩＰ処理はシリコン型６中の圧電セ
ラミクス８粉体の密度を大きくするためであり、当該技
術分野で良く知られた方法で行うことができる。
【００２７】図４および図５にＨＩＰ処理の手順を示
す。最初に、図４に示すようにして、試料にＣＩＰ（コ
ールドアイソスタティックプレシング）処理を行う。つ
まり、図１（ｂ）の脱脂した試料をＢＮ（窒化ボロン）
粉末などの反応性の低い保護用セラミクス粉体９で包み
込んだ後、ゴムチューブ１０、テープ１１で周囲を包ん
で保持する。この試料を水中に置き、例えば約１００Ｍ
Ｐａの等方圧をかける。ＣＩＰ処理によって、圧電セラ
ミクス８粉体をかなり高密度に圧縮することができる。
す。最初に、図４に示すようにして、試料にＣＩＰ（コ
ールドアイソスタティックプレシング）処理を行う。つ
まり、図１（ｂ）の脱脂した試料をＢＮ（窒化ボロン）
粉末などの反応性の低い保護用セラミクス粉体９で包み
込んだ後、ゴムチューブ１０、テープ１１で周囲を包ん
で保持する。この試料を水中に置き、例えば約１００Ｍ
Ｐａの等方圧をかける。ＣＩＰ処理によって、圧電セラ
ミクス８粉体をかなり高密度に圧縮することができる。
【００２８】次に、図５（ａ）に示すようにして、保護
用セラミクス粉体９で包んだ試料をパイレックスガラス
などのガラスカプセル内に封じ込める。つまり、ガラス
管の中の真空度が１０-3Pa以下になるまで排気を行い、
次にガラス管を約７５０℃まで加熱し試料を包むように
ガラス管を軟化させる。その後、ガスバーナーでガラス
カプセルをガラス管から切り離す。保護用セラミクス粉
体９によって試料を包み込むことで、ガラスカプセル１
３内への封じ込め時、または次のＨＩＰ処理時に、試料
とガラスカプセル１３の間の反応を防ぐことができる。
用セラミクス粉体９で包んだ試料をパイレックスガラス
などのガラスカプセル内に封じ込める。つまり、ガラス
管の中の真空度が１０-3Pa以下になるまで排気を行い、
次にガラス管を約７５０℃まで加熱し試料を包むように
ガラス管を軟化させる。その後、ガスバーナーでガラス
カプセルをガラス管から切り離す。保護用セラミクス粉
体９によって試料を包み込むことで、ガラスカプセル１
３内への封じ込め時、または次のＨＩＰ処理時に、試料
とガラスカプセル１３の間の反応を防ぐことができる。
【００２９】なお、保護用セラミクス粉体９としては窒
化ボロンに限らず、該試料とガラスカプセルとの間の反
応を防いだり、それ自身がシリコンやＰＺＴとの反応性
が低いようなセラミクス材料ならば他の材料でも構わな
い。
化ボロンに限らず、該試料とガラスカプセルとの間の反
応を防いだり、それ自身がシリコンやＰＺＴとの反応性
が低いようなセラミクス材料ならば他の材料でも構わな
い。
【００３０】最後に、図５（ｂ）に示すようにして、試
料にＨＩＰ処理を行う。つまり、試料を封じ込めたガラ
スカプセル１３をＡｒなどの不活性ガス中で加熱しなが
ら、このカプセル１３に等方圧を印加する。
料にＨＩＰ処理を行う。つまり、試料を封じ込めたガラ
スカプセル１３をＡｒなどの不活性ガス中で加熱しなが
ら、このカプセル１３に等方圧を印加する。
【００３１】ＨＩＰ処理の際の、試料に印加する温度と
圧力のプログラムの一例を図６に示す。最初に、例えば
約１ＭＰａの低い圧力をかけながら、試料の温度をガラ
スの軟化点（パイレックスガラスの場合、約７５０℃）
まで上昇させる。
圧力のプログラムの一例を図６に示す。最初に、例えば
約１ＭＰａの低い圧力をかけながら、試料の温度をガラ
スの軟化点（パイレックスガラスの場合、約７５０℃）
まで上昇させる。
【００３２】次に、温度と圧力を同時に上昇させて、圧
電セラミクス８粉末が焼結する温度（ＰＺＴ粉末の場
合、約１０００℃）および約７０ＭＰａの高圧力を印加
する。そして、この状態のもとで例えば約２時間、保持
する。
電セラミクス８粉末が焼結する温度（ＰＺＴ粉末の場
合、約１０００℃）および約７０ＭＰａの高圧力を印加
する。そして、この状態のもとで例えば約２時間、保持
する。
【００３３】上述したＨＩＰ処理の後、温度、圧力を徐
々に下げる。所定の温度、圧力まで下げた後に、試料を
ガラスカプセル１３および保護用セラミクス粉体９から
取り出す。
々に下げる。所定の温度、圧力まで下げた後に、試料を
ガラスカプセル１３および保護用セラミクス粉体９から
取り出す。
【００３４】なお、前述したように、（１）のシリコン
型６を作成する工程で、窒化シリコンまたは酸化シリコ
ンなどからなるセラミクス保護膜７をシリコン型６に設
けておくことによって、ＨＩＰ処理の際に、圧電セラミ
クス８とシリコン型６との間に相互拡散などの反応が起
きることを最小限に抑えることができる。反応が抑えら
れることで、圧電セラミクス８の成分、例えばＰＺＴ中
の鉛などがシリコン型６中へと拡散して圧電セラミクス
８の圧電性が失われることなどを抑制することが可能と
なる。
型６を作成する工程で、窒化シリコンまたは酸化シリコ
ンなどからなるセラミクス保護膜７をシリコン型６に設
けておくことによって、ＨＩＰ処理の際に、圧電セラミ
クス８とシリコン型６との間に相互拡散などの反応が起
きることを最小限に抑えることができる。反応が抑えら
れることで、圧電セラミクス８の成分、例えばＰＺＴ中
の鉛などがシリコン型６中へと拡散して圧電セラミクス
８の圧電性が失われることなどを抑制することが可能と
なる。
【００３５】（４）シリコン型を除去する工程 図１（ｄ）に示すように、ＨＩＰ処理を行った試料を、
ＸｅＦ2 ガスなどのエッチング材を用いてエッチング
し、圧電セラミクス８を残してシリコン型６のみをエッ
チング除去する。ＸｅＦ2 ガスは、ＰＺＴなどの圧電セ
ラミクス８を残してシリコンのみを選択的にエッチング
することができるエッチング材である。
ＸｅＦ2 ガスなどのエッチング材を用いてエッチング
し、圧電セラミクス８を残してシリコン型６のみをエッ
チング除去する。ＸｅＦ2 ガスは、ＰＺＴなどの圧電セ
ラミクス８を残してシリコンのみを選択的にエッチング
することができるエッチング材である。
【００３６】なお、前述したように、（１）のシリコン
型６を作成する工程で、窒化シリコンまたは酸化シリコ
ンなどからなるセラミクス保護膜７をシリコン型６に設
けておくことで、高価なＸｅＦ2 ガスなどではなくＴＭ
ＡＨなどの安価なエッチング材を使うことが可能とな
る。それは、ＴＭＡＨなどはＸｅＦ2 ガスと異なってシ
リコンとともに圧電セラミクスもエッチングするエッチ
ング材であるが、保護膜７を設けておくことで、シリコ
ンのみをエッチング除去して圧電セラミクスのエッチン
グを防ぐことができるからである。
型６を作成する工程で、窒化シリコンまたは酸化シリコ
ンなどからなるセラミクス保護膜７をシリコン型６に設
けておくことで、高価なＸｅＦ2 ガスなどではなくＴＭ
ＡＨなどの安価なエッチング材を使うことが可能とな
る。それは、ＴＭＡＨなどはＸｅＦ2 ガスと異なってシ
リコンとともに圧電セラミクスもエッチングするエッチ
ング材であるが、保護膜７を設けておくことで、シリコ
ンのみをエッチング除去して圧電セラミクスのエッチン
グを防ぐことができるからである。
【００３７】以上説明した（１）〜（４）の工程によっ
て、図７に示すような、圧電セラミクス板１の上に圧電
セラミクスロッド２が林立した構造の圧電セラミクス構
造体を製造することができる。なお、図７に示した構造
以外の圧電セラミクス構造体についても、上述の方法に
よって同様にしてシリコン型６から製造できることは言
うまでもない。
て、図７に示すような、圧電セラミクス板１の上に圧電
セラミクスロッド２が林立した構造の圧電セラミクス構
造体を製造することができる。なお、図７に示した構造
以外の圧電セラミクス構造体についても、上述の方法に
よって同様にしてシリコン型６から製造できることは言
うまでもない。
【００３８】本発明に係る圧電セラミクス構造体の製造
方法においては、シリコンからなる型６を使用してい
る。そのため、高温・高圧下で圧電セラミクス８を充填
することができる。
方法においては、シリコンからなる型６を使用してい
る。そのため、高温・高圧下で圧電セラミクス８を充填
することができる。
【００３９】すなわち、シリコン型６に圧電セラミクス
８を充填したまま、高圧下で圧電セラミクス８を焼成す
ることができる。これは、シリコンの融点（約１４１４
℃）が圧電セラミクス８の焼結温度（ＰＺＴの場合、約
１０００℃）よりも十分に高く、またシリコンの強度が
十分に高いために、高温・高圧下でもシリコン型６が溶
融または変形しないからである。
８を充填したまま、高圧下で圧電セラミクス８を焼成す
ることができる。これは、シリコンの融点（約１４１４
℃）が圧電セラミクス８の焼結温度（ＰＺＴの場合、約
１０００℃）よりも十分に高く、またシリコンの強度が
十分に高いために、高温・高圧下でもシリコン型６が溶
融または変形しないからである。
【００４０】圧電セラミクス８を高圧下で焼成できるた
め、高密度な圧電セラミクス構造体を得ることが可能と
なる。また、型６に圧電セラミクス８を充填したまま焼
成できるため、圧電セラミクス８の持つ初期内部応力や
構造のわずかな非対称性等によって焼成後の圧電セラミ
クス８が傾くということを防ぐことができる。また、密
度の高く均一な圧電セラミクス８を得ることができるた
め、初期内部応力のバラツキに起因する焼成後の圧電セ
ラミクス８の傾斜を防止できる。このように、圧電セラ
ミクス８が焼成後に変形しないので、所望の微細で高精
度な形状の圧電セラミクス構造体を得ることが出来る。
め、高密度な圧電セラミクス構造体を得ることが可能と
なる。また、型６に圧電セラミクス８を充填したまま焼
成できるため、圧電セラミクス８の持つ初期内部応力や
構造のわずかな非対称性等によって焼成後の圧電セラミ
クス８が傾くということを防ぐことができる。また、密
度の高く均一な圧電セラミクス８を得ることができるた
め、初期内部応力のバラツキに起因する焼成後の圧電セ
ラミクス８の傾斜を防止できる。このように、圧電セラ
ミクス８が焼成後に変形しないので、所望の微細で高精
度な形状の圧電セラミクス構造体を得ることが出来る。
【００４１】また、焼成後に圧電セラミクス８が傾かな
いため、アスペクト比の高い圧電セラミクスロッド２を
成形しても、焼成後にロッド２が互いに接触することが
ない。従って、アスペクト比の高い圧電セラミクスロッ
ド２を容易に成形することができる。
いため、アスペクト比の高い圧電セラミクスロッド２を
成形しても、焼成後にロッド２が互いに接触することが
ない。従って、アスペクト比の高い圧電セラミクスロッ
ド２を容易に成形することができる。
【００４２】さらに、シリコン型６はエッチング処理に
よって成形後に容易に除去することが可能である。 （ＩＩ）複合圧電振動子の製造方法 次に、上述のようにして製造したセラミクス構造体を用
いて、複合圧電振動子を製造する方法について説明す
る。
よって成形後に容易に除去することが可能である。 （ＩＩ）複合圧電振動子の製造方法 次に、上述のようにして製造したセラミクス構造体を用
いて、複合圧電振動子を製造する方法について説明す
る。
【００４３】本方法はロストモールド法であり、（Ｉ）
で説明した工程に続いて以下の工程を行う。（５）樹脂
を充填する工程、（６）研磨、電極付与、圧電性付与を
行う工程である。
で説明した工程に続いて以下の工程を行う。（５）樹脂
を充填する工程、（６）研磨、電極付与、圧電性付与を
行う工程である。
【００４４】（５）樹脂を充填する工程 図２（ａ）に示すように、図７に示す円柱形状の圧電セ
ラミクスロッド２の間隙に、エポキシ樹脂などの樹脂３
を充填する。樹脂３の充填の仕方としては、圧電セラミ
クス構造体を密閉容器の中に置いて容器内を真空引きし
ながら、容器に別に設けた注入口から樹脂３を注入し
て、圧電セラミクス構造体に樹脂３を充填する方法など
が挙げられる。充填した後、樹脂３を硬化させる。
ラミクスロッド２の間隙に、エポキシ樹脂などの樹脂３
を充填する。樹脂３の充填の仕方としては、圧電セラミ
クス構造体を密閉容器の中に置いて容器内を真空引きし
ながら、容器に別に設けた注入口から樹脂３を注入し
て、圧電セラミクス構造体に樹脂３を充填する方法など
が挙げられる。充填した後、樹脂３を硬化させる。
【００４５】（６）研磨、電極付与、圧電性付与を行う
工程 まず、樹脂３を充填した圧電セラミクス構造体の両面を
研削・研磨する。そして圧電セラミクス板１を除去し、
圧電セラミクスロッド２と樹脂３の両方を露出させて、
図８（ａ）に示すような圧電セラミクス−樹脂複合体の
試料を得る。
工程 まず、樹脂３を充填した圧電セラミクス構造体の両面を
研削・研磨する。そして圧電セラミクス板１を除去し、
圧電セラミクスロッド２と樹脂３の両方を露出させて、
図８（ａ）に示すような圧電セラミクス−樹脂複合体の
試料を得る。
【００４６】次に、図２（ｂ）に示すように、図８
（ａ）に示した試料の上下面に金などを蒸着して電極１
４を設ける。そして、電極１４間にＤＣ電圧を印加して
圧電セラミクスロッド２の分極を行い、セラミクスロッ
ド２に圧電性を付与する。
（ａ）に示した試料の上下面に金などを蒸着して電極１
４を設ける。そして、電極１４間にＤＣ電圧を印加して
圧電セラミクスロッド２の分極を行い、セラミクスロッ
ド２に圧電性を付与する。
【００４７】最後に、外形加工および貫通孔１５の開口
を行うことにより、環状の複合圧電振動子を完成させ
る。前述したように、本発明に係る複合圧電振動子は、
圧電セラミクス８の密度が高く、微細・高精度な形を有
し、またアスペクト比の高い圧電セラミクス構造体を用
いている。
を行うことにより、環状の複合圧電振動子を完成させ
る。前述したように、本発明に係る複合圧電振動子は、
圧電セラミクス８の密度が高く、微細・高精度な形を有
し、またアスペクト比の高い圧電セラミクス構造体を用
いている。
【００４８】圧電セラミクス８の密度が高いために、複
合圧電振動子の性能を高くすることができる。また、圧
電セラミクス構造体が微細・高精度な形を有しているた
め、複合圧電振動子自体も容易に小型化することができ
る。さらに、圧電セラミクス構造体のアスペクト比が高
いために、複合圧電振動子の発振音圧を高くでき、ひい
ては発振信号のＳ／Ｎ比を高くすることができる。
合圧電振動子の性能を高くすることができる。また、圧
電セラミクス構造体が微細・高精度な形を有しているた
め、複合圧電振動子自体も容易に小型化することができ
る。さらに、圧電セラミクス構造体のアスペクト比が高
いために、複合圧電振動子の発振音圧を高くでき、ひい
ては発振信号のＳ／Ｎ比を高くすることができる。
【００４９】
【実施例】本発明の一実施例として、ＰＺＴ圧電セラミ
クスを用いて圧電セラミクス構造体および複合圧電振動
子を製造した。以下、前述の図面を参照して詳細に説明
する。
クスを用いて圧電セラミクス構造体および複合圧電振動
子を製造した。以下、前述の図面を参照して詳細に説明
する。
【００５０】（１）最初に、図１（ａ）に示すようにし
て、シリコン型６を作成した。まず、シリコン基板上に
フォトレジスト材４を塗布した。レジスト材４としてポ
ジレジスト材を用いた。レジスト層４の厚みは６μｍと
した。パターンを露光したのち現像してレジスト層４の
パターニングを行った。パターンに従ってディープＲＩ
Ｅ法によってシリコン基板をエッチングし、直径が約１
６μｍ、深さが約１００μｍの高アスペクト比の複数の
穴５を、シリコン基板上に形成した。穴５の形状は、シ
リコン基板面に対して十分垂直な側壁を有するものであ
った。
て、シリコン型６を作成した。まず、シリコン基板上に
フォトレジスト材４を塗布した。レジスト材４としてポ
ジレジスト材を用いた。レジスト層４の厚みは６μｍと
した。パターンを露光したのち現像してレジスト層４の
パターニングを行った。パターンに従ってディープＲＩ
Ｅ法によってシリコン基板をエッチングし、直径が約１
６μｍ、深さが約１００μｍの高アスペクト比の複数の
穴５を、シリコン基板上に形成した。穴５の形状は、シ
リコン基板面に対して十分垂直な側壁を有するものであ
った。
【００５１】（２）次に、図１（ｂ）に示すように、Ｐ
ＺＴスラリーをキャスティングした。まず、ＰＺＴスラ
リーを超音波攪拌によって加振しながら、シリコン型６
に流し込んだ。ＰＺＴスラリーとしては、ＰＺＴ粉末８
（Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ）、ＰＶＡおよび水の
混合体を用いた。ＰＺＴ粉末８の平均粒子サイズは０．
３μｍであった。ＰＺＴスラリーを流し込んだシリコン
型６を１２時間以上自然乾燥させて水分を蒸発させ、Ｐ
ＺＴ８をグリーン状態とした。乾燥させたのち、２時間
以上空気中で５００℃で加熱してＰＶＡを除去し、ＰＺ
Ｔ８を脱脂した。
ＺＴスラリーをキャスティングした。まず、ＰＺＴスラ
リーを超音波攪拌によって加振しながら、シリコン型６
に流し込んだ。ＰＺＴスラリーとしては、ＰＺＴ粉末８
（Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ）、ＰＶＡおよび水の
混合体を用いた。ＰＺＴ粉末８の平均粒子サイズは０．
３μｍであった。ＰＺＴスラリーを流し込んだシリコン
型６を１２時間以上自然乾燥させて水分を蒸発させ、Ｐ
ＺＴ８をグリーン状態とした。乾燥させたのち、２時間
以上空気中で５００℃で加熱してＰＶＡを除去し、ＰＺ
Ｔ８を脱脂した。
【００５２】（３）次に、図１（ｃ）、ならびに図４お
よび図５に示すようにして、ＨＩＰ処理を行った。ま
ず、脱脂した試料をＢＮ粉末９で包み込んだ後、ゴムチ
ューブ１０、テープ１１で周囲を包んで、水中に置い
た。そして、水中で約１００ＭＰａの等方圧をかけてＣ
ＩＰ処理を行った。次に、ＢＮ粉末９中の試料をパイレ
ックスガラス製のガラスチューブ１２に入れ、チューブ
１２内を約１０-3Ｐａの真空状態まで真空引きした。そ
の後、ガラスチューブ１２をパイレックスガラスの軟化
点（約７５０℃）まで加熱して試料を包むようにガラス
チューブ１２を軟化させた。次に、ガスバーナーでガラ
スカプセル１３をガラスチューブ１２から切り離し、試
料をガラスカプセル１３内に封じ込めた。最後に、ガラ
スカプセル１３に封じ込めた試料を、図６に示したプロ
グラムに従って、Ａｒガス中で加熱し圧力をかけた。す
なわち、最初に約１ＭＰａの低い圧力をかけながら、試
料の温度を約７５０℃まで上昇させた。次に、温度を約
１０００℃、圧力を約７０ＭＰａまで上昇させて、約２
時間、保持した。そして、所定の温度、圧力まで下げた
後に、試料をガラスカプセル１３および窒化ボロン粉末
９から取り出した。
よび図５に示すようにして、ＨＩＰ処理を行った。ま
ず、脱脂した試料をＢＮ粉末９で包み込んだ後、ゴムチ
ューブ１０、テープ１１で周囲を包んで、水中に置い
た。そして、水中で約１００ＭＰａの等方圧をかけてＣ
ＩＰ処理を行った。次に、ＢＮ粉末９中の試料をパイレ
ックスガラス製のガラスチューブ１２に入れ、チューブ
１２内を約１０-3Ｐａの真空状態まで真空引きした。そ
の後、ガラスチューブ１２をパイレックスガラスの軟化
点（約７５０℃）まで加熱して試料を包むようにガラス
チューブ１２を軟化させた。次に、ガスバーナーでガラ
スカプセル１３をガラスチューブ１２から切り離し、試
料をガラスカプセル１３内に封じ込めた。最後に、ガラ
スカプセル１３に封じ込めた試料を、図６に示したプロ
グラムに従って、Ａｒガス中で加熱し圧力をかけた。す
なわち、最初に約１ＭＰａの低い圧力をかけながら、試
料の温度を約７５０℃まで上昇させた。次に、温度を約
１０００℃、圧力を約７０ＭＰａまで上昇させて、約２
時間、保持した。そして、所定の温度、圧力まで下げた
後に、試料をガラスカプセル１３および窒化ボロン粉末
９から取り出した。
【００５３】（４）次に、図１（ｄ）に示すように、シ
リコン型６を除去した。つまり、ＨＩＰ処理を行った試
料について、ＸｅＦ2 ガスを用いてエッチングを行い、
シリコン型６のみを除去した。ＸｅＦ2 ガスによるエッ
チングの際にＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）によ
りその場観察を行ったところ、エッチング生成物にＰＺ
Ｔの成分は見られず、ＰＺＴ８はエッチングされていな
いことが確認された。
リコン型６を除去した。つまり、ＨＩＰ処理を行った試
料について、ＸｅＦ2 ガスを用いてエッチングを行い、
シリコン型６のみを除去した。ＸｅＦ2 ガスによるエッ
チングの際にＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）によ
りその場観察を行ったところ、エッチング生成物にＰＺ
Ｔの成分は見られず、ＰＺＴ８はエッチングされていな
いことが確認された。
【００５４】以上の工程によって、図７に示すような構
造の圧電セラミクス構造体が得られた。ＰＺＴロッド２
の直径Ｄは約１６μｍ、ＰＺＴロッド２の高さｈは約１
００μｍ、従ってアスペクト比は約６．２５という高い
値であった。また、ＰＺＴロッド２の周期間隔ｐは、約
２２μｍであった。
造の圧電セラミクス構造体が得られた。ＰＺＴロッド２
の直径Ｄは約１６μｍ、ＰＺＴロッド２の高さｈは約１
００μｍ、従ってアスペクト比は約６．２５という高い
値であった。また、ＰＺＴロッド２の周期間隔ｐは、約
２２μｍであった。
【００５５】（５）次に、図２（ａ）に示すようにし
て、セラミクス構造体にエポキシ樹脂３を充填した。エ
ポキシ樹脂３の充填は、試料を密閉容器の中に置いて容
器内を真空引きしながら、容器に別に設けた注入口から
エポキシ樹脂３を注入することで行った。その後、充填
したエポキシ樹脂３を硬化させた。
て、セラミクス構造体にエポキシ樹脂３を充填した。エ
ポキシ樹脂３の充填は、試料を密閉容器の中に置いて容
器内を真空引きしながら、容器に別に設けた注入口から
エポキシ樹脂３を注入することで行った。その後、充填
したエポキシ樹脂３を硬化させた。
【００５６】（６）次に、図２（ｂ）に示すようにし
て、研磨、電極付与、および圧電性付与を行った。ま
ず、樹脂３が硬化した圧電セラミクス構造体の両面を研
削・研磨してＰＺＴとエポキシ樹脂３の両方を露出さ
せ、図８（ａ）に示すような構造の試料を得た。ＰＺＴ
を用いて製造した図８（ａ）のような構造の試料は、一
般にＰＺＴ／高分子１―３複合圧電構造体と呼ばれる。
次に、試料の上下面に金を蒸着して電極１４を設け、電
極間にＤＣ電圧を印加して圧電セラミクスロッド２の分
極を行って、圧電セラミクスロッド２に圧電性を付与し
た。最後に、外形加工および貫通孔１５の開口を行うこ
とにより、環状の複合圧電振動子を完成させた。図８
（ｂ）において、完成した複合圧電振動子の外周の直径
は、約３ｍｍ、内周の直径は約２ｍｍ、厚みは約１００
μｍであった。
て、研磨、電極付与、および圧電性付与を行った。ま
ず、樹脂３が硬化した圧電セラミクス構造体の両面を研
削・研磨してＰＺＴとエポキシ樹脂３の両方を露出さ
せ、図８（ａ）に示すような構造の試料を得た。ＰＺＴ
を用いて製造した図８（ａ）のような構造の試料は、一
般にＰＺＴ／高分子１―３複合圧電構造体と呼ばれる。
次に、試料の上下面に金を蒸着して電極１４を設け、電
極間にＤＣ電圧を印加して圧電セラミクスロッド２の分
極を行って、圧電セラミクスロッド２に圧電性を付与し
た。最後に、外形加工および貫通孔１５の開口を行うこ
とにより、環状の複合圧電振動子を完成させた。図８
（ｂ）において、完成した複合圧電振動子の外周の直径
は、約３ｍｍ、内周の直径は約２ｍｍ、厚みは約１００
μｍであった。
【００５７】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、圧電セラミクス８の密度が大きく、微細で高精度な
形状を有し、またアスペクト比の高い圧電セラミクス構
造体を得ることが可能な、さらに成形後に型を除去する
ことが容易な圧電セラミクス構造体の製造方法、および
この圧電セラミクス構造体を用いた複合超音波振動子を
提供することが可能となる。
ば、圧電セラミクス８の密度が大きく、微細で高精度な
形状を有し、またアスペクト比の高い圧電セラミクス構
造体を得ることが可能な、さらに成形後に型を除去する
ことが容易な圧電セラミクス構造体の製造方法、および
この圧電セラミクス構造体を用いた複合超音波振動子を
提供することが可能となる。
【００５８】その結果、電気機械結合係数が大きく、生
体との音響インピーダンスが近い複合圧電振動子が得ら
れる。また、圧電セラミクスロッド径が小さく単位面積
あたりのロッド数が多いので、空間的に均質な特性を有
する複合圧電振動子を得ることができる。さらに、本発
明による複合超音波振動子を用いて作成した超音波トラ
ンスデューサーは、分解能が優れるとともに、振動子の
中央の貫通孔から処置具を入れることで、生体の超音波
画像をモニターしながら生体組織の処置をする事を可能
とする。
体との音響インピーダンスが近い複合圧電振動子が得ら
れる。また、圧電セラミクスロッド径が小さく単位面積
あたりのロッド数が多いので、空間的に均質な特性を有
する複合圧電振動子を得ることができる。さらに、本発
明による複合超音波振動子を用いて作成した超音波トラ
ンスデューサーは、分解能が優れるとともに、振動子の
中央の貫通孔から処置具を入れることで、生体の超音波
画像をモニターしながら生体組織の処置をする事を可能
とする。
【図１】本発明に係るセラミクス構造体を製造する方法
の一例を示す工程図。
の一例を示す工程図。
【図２】本発明に係る複合圧電振動子を製造する方法の
一例を示す工程図。
一例を示す工程図。
【図３】本発明に係るセラミクス保護膜の形成工程の一
例を示す図。
例を示す図。
【図４】本発明に係るＨＩＰ処理工程の一例を示す図。
【図５】本発明に係るＨＩＰ処理工程の一例を示す図。
【図６】本発明に係るＨＩＰ処理時の温度および圧力の
変化の一例を示す図。
変化の一例を示す図。
【図７】本発明に係る圧電セラミクス構造体の一例を示
す概略斜視図。
す概略斜視図。
【図８】本発明に係る複合圧電振動子の一例を示す概略
斜視図および平面図。
斜視図および平面図。
【図９】従来技術における複合圧電振動子を製造する方
法を示す工程図。
法を示す工程図。
１…圧電セラミクスの板 ２…圧電セラミクスロッド ３…樹脂 ４…フォトレジスト ５…穴 ６…シリコン型 ７…シリコン保護膜 ８…圧電セラミクス ９…保護用セラミクス粉体 １０…ゴムチューブ １１…テープ １２…ガラスチューブ １３…ガラスカプセル １４…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０３Ｈ 9/17 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ
Claims (3)
- 【請求項１】 （ａ）シリコン基材上に反応性イオンエ
ッチング法を用いて複数の穴を開口する工程と、 （ｂ）圧電セラミクス粉体とバインダーを含むスラリー
を、該穴内部を含むシリコン基材表面上に塗布する工程
と、 （ｃ）塗布膜を乾燥させたのち、バインダーを除去する
工程と、 （ｄ）バインダーを除去した試料を保護用セラミクス粉
体で包み込んだのち、圧電セラミクスの焼結温度下で加
圧して圧電セラミクスを焼成する工程と、 （ｅ）焼成後、保護用セラミクス粉体を除去しシリコン
基材をエッチング除去する工程とを含むことを特徴とす
る圧電セラミクス構造体の製造方法。 - 【請求項２】 該工程（ｂ）において、該穴内部を含む
シリコン基材表面上に窒化シリコンもしくは酸化シリコ
ンからなるセラミクス保護膜を設けたのちに、圧電セラ
ミクス粉体とバインダーを含むスラリーを塗布すること
を特徴とする請求項1 記載の方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の方法によって製
造された圧電セラミクス板上の圧電セラミクスロッド間
に樹脂を充填して硬化させたのち、圧電セラミクス板お
よびロッドの両端を研磨・除去してロッドの両端面を露
出させた圧電セラミクス−樹脂複合体と、 圧電セラミクス−樹脂複合体のロッドが露出した面に形
成された電極とを具備したことを特徴とする複合圧電振
動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07084398A JP4065049B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 圧電セラミクス構造体の製造方法及び複合圧電振動子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07084398A JP4065049B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 圧電セラミクス構造体の製造方法及び複合圧電振動子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274592A true JPH11274592A (ja) | 1999-10-08 |
| JP4065049B2 JP4065049B2 (ja) | 2008-03-19 |
Family
ID=13443261
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07084398A Expired - Fee Related JP4065049B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 圧電セラミクス構造体の製造方法及び複合圧電振動子の製造方法 |
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1998
- 1998-03-19 JP JP07084398A patent/JP4065049B2/ja not_active Expired - Fee Related
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