(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）圧電セラミックシートの上面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を複数個、等間隔で、一次元方向にすだれ状に形成し、該圧電セラミックシートの下面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を上面に形成した溝と溝との中央に形成する工程；
（２）該圧電振動子の上面と下面とに形成した溝に樹脂を充填する工程；
（３）圧電セラミックシートの上面と下面とを、上面側は下面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで、下面側は上面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで切り落とすことにより、圧電セラミックと樹脂との複合体を得る工程；
（４）該複合体の上下面に電極を形成し、両電極間に電界を印加することにより複合体の圧電セラミックを上下方向に分極させる工程からなることを特徴とする複合圧電体の製造方法。
【請求項２】
圧電セラミックシートの上面及び下面に形成する溝の深さを、該圧電セラミックシートの厚みの２／３より大きく、３／４以下にすることを特徴とする請求項１に記載の複合圧電体の製造方法。
【請求項３】
（１）圧電セラミックシートの上面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を複数個、等間隔で二次元方向に格子状に形成し、該圧電セラミックシートの下面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を上面に形成した溝と溝との中央に形成する工程；
（２）該圧電振動子の上面と下面とに形成した溝に樹脂を充填する工程；
（３）圧電セラミックシートの上面と下面とを、上面側は下面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで、下面側は上面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで切り落とすことにより、圧電セラミックと樹脂との複合体を得る工程；
（４）該複合体の上下面に電極を形成し、両電極間に電界を印加することにより複合体の圧電セラミックを上下方向に分極させる工程からなることを特徴とする複合圧電体の製造方法。
【請求項４】
圧電セラミックシートの上面及び下面に形成する溝の深さを、該圧電セラミックシートの厚みの２／３より大きく、３／４以下にすることを特徴とする請求項３に記載の複合圧電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波センサの電気−音響変換素子として好適に用いることができる複合圧電体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電体（圧電振動子）は、例えば、超音波医療診断装置に用いる超音波センサの電気−音響変換素子（トランスデューサ）として利用されている。この圧電体としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料をシート状に成形した圧電セラミックシートの上下の両面に電極を形成し、両電極間に電界を印加することにより、圧電セラミックシートを上下方向に分極させて製造したものが一般に使用されている。また、複数個の圧電セラミックが樹脂に固定にされてなる複合体の上下の両面に電極を形成し、両電極間に電界を印加することにより、圧電セラミックを分極させて製造した複合圧電体も研究され、その成果が報告されている（「エレクトロ・セラミクス」、’８６、３月号、４７〜５１頁参照）。
【０００３】
複合圧電体には、様々な構成のものが知られている。例えば、複数個の棒状の圧電セラミックが二次元方向に並立した状態で樹脂に固定されている複合体からなる１−３型複合圧電体、及び複数個の横長の角柱状圧電セラミックが一次元方向に並列した状態で樹脂に固定されている複合体からなる２−２型複合圧電体が知られている。
【０００４】
上記１−３型複合圧電体（あるいは２−２型複合圧電体）に用いることができる複合体を工業的に製造する方法としては、一個の圧電セラミックシートの上下面のうちの一方の面に二次元方向に格子状（２−２型複合圧電体の場合は、一次元方向にすだれ状）に溝を形成し、次いで、この溝に樹脂を流し込んで、この樹脂を硬化させた後、圧電セラミックシートの溝が到達していない部分（以下、基台部という）を切り落とすことにより複合体を得る方法（以下、ダイス＆フィル法という）が知られている（Ｗ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ：Ｐｒｏｃ．１９８９  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｕ  ｐ．７５５参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複合体の上下の表面は、電極が形成されて複合圧電体となった後には超音波の放射面となるものであるから平坦であることが望ましい。しかしながら、本発明者の研究によれば、上記のダイス＆フィル法により複合体を製造する場合に、圧電セラミックシートに形成した溝の深さが深くなると（すなわち、基台部の厚みが薄くなると）、溝に流し込んだ樹脂を硬化させる時に、樹脂の収縮により、圧電セラミックシートに歪みや反りが発生しやすくなり、上下の表面が平坦な複合体を得るのが難しくなるという問題があることが判明した。すわなち、図１１に示すようように、上面に溝２が形成されている圧電セラミックシート６［図１１（ａ）］の溝に、樹脂３を流し込んで、その樹脂を硬化させると［図１１（ｂ）］、樹脂３の収縮により圧電セラミックシート６に歪みや反りが発生がする［図１１（ｃ）］ことがあることが明らかになった。
【０００６】
このような問題に対して、圧電セラミックシートに形成する溝の深さを、樹脂の収縮によって歪みや反りが発生しないように浅くする（すなわち、基台部の厚みを厚くする）方法が考えられるが、複合体の生産性が低下して、複合圧電体の製造コストが高くなるため、実用的な方法ということができない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、工業的に容易に実施可能な方法を開発することにより上下の表面が平坦な複合体を得て、この複合体から工業的に安価に複合圧電体を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記の（１）〜（４）の工程からなることを特徴とする複合圧電体（２−２型複合圧電体）の製造方法によって達成することができる。
（１）圧電セラミックシートの上面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を複数個、等間隔で、一次元方向にすだれ状に形成し、該圧電セラミックシートの下面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を上面に形成した溝と溝との中央に形成する工程。
（２）該圧電振動子の上面と下面とに形成した溝に樹脂を充填する工程。
（３）圧電セラミックシートの上面と下面とを、上面側は下面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで、下面側は上面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで切り落とすことにより、圧電セラミックと樹脂との複合体を得る工程。
（４）該複合体の上下面に電極を形成し、両電極間に電界を印加することにより複合体の圧電セラミックを上下方向に分極させる工程。
【０００９】
また、上記の目的は、下記の（１）〜（４）の工程からなることを特徴とする複合圧電体（１−３型複合圧電体）の製造方法によって達成することができる。
（１）圧電セラミックシートの上面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を複数個、等間隔で二次元方向に格子状に形成し、該圧電セラミックシートの下面に、深さが該圧電セラミックシートの厚みの１／２より大きく、９／１０以下の溝を上面に形成した溝と溝との中央に形成する工程。
（２）該圧電振動子の上面と下面とに形成した溝に樹脂を充填する工程。
（３）圧電セラミックシートの上面と下面とを、上面側は下面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで、下面側は上面に形成した溝に充填された樹脂に到達する厚みで切り落とすことにより、圧電セラミックと樹脂との複合体を得る工程。
（４）該複合体の上下面に電極を形成し、両電極間に電界を印加することにより複合体の圧電セラミックを上下方向に分極させる工程。
【００１０】
本発明の複合圧電体の製造方法は、圧電セラミックシートから複合体を得る工程において、圧電セラミックシートの上下の表面に溝を形成し、その上下表面の溝に樹脂を充填することに主な特徴がある。圧電セラミックシートの上下表面に形成した溝に樹脂を充填することにより、溝に流し込んだ樹脂の収縮が、上下表面で均しく起こるので、圧電セラミックシートは上下のどちら方向にも歪んだり反ったりしにくくなる。従って、本発明の複合圧電体の製造方法においては、上下の表面が平坦な複合体を得ることができるのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず初めに、本発明の複合圧電体の製造方法に用いることができる圧電セラミックシートについて説明する。図１は、本発明の複合圧電体の製造方法に用いることができる圧電セラミックシートの一例の斜視図である。図１では、圧電セラミックシートの形状は長方形であるが、上下の表面が平坦であれば、形状は、三角形、菱形、五角形、六角形などの多角形でも良く、あるいは円形、楕円形であっても良い。圧電セラミックシートの材料に特には制限はなく、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いることができる。
【００１２】
次に、図１に示した圧電セラミックシートを用いた本発明の２−２型複合圧電体の製造方法について添付図面の図２〜６を参照しながら説明する。
【００１３】
添付図面の図２は、本発明の製造方法に従い、図１に示した圧電セラミックシートの上下の表面に溝を一次元方向にすだれ状に形成した状態を示す一例の斜視図であり、図３は、図２に示した圧電セラミックシートのＸ−Ｘ’断面図である。本発明の製造方法において、圧電セラミックシートの上面に形成された溝２ａ及び下面に形成された溝２ｂは、それぞれ交互に等間隔で形成されている。そして、上面側の溝２ａは、下面に形成された溝２ｂと溝２ｂとの間の中央に、下面側の溝２ｂは、上面側の溝２ａと溝２ａとの間の中央に形成されている。上面側の溝２ａの間隔Ｌａ及び下面側の溝２ｂの間隔Ｌｂは、０．１〜８ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
【００１４】
図３に示すように、上面側の溝２ａの深さＤａ及び下面側の溝２ｂの深さＤｂは、それぞれ圧電セラミックシートの厚さＴの１／２より大きく、９／１０以下であり、より現実的には厚さＴの２／３より大きく、３／４以下であることがより好ましい。上面側の溝２ａの深さＤａ及び下面側の溝２ｂの深さＤｂが圧電セラミックシートの厚さＴの９／１０より大きいと、圧電セラミックシートに溝を形成する際に圧電セラミックシートが割れやすくなる。なお、上面側の溝２ａの深さＤａと、下面側の溝２ｂの深さＤｂはそれぞれ同じ深さであることが好ましい。また、溝２ａ、２ｂの幅は、０．０２〜２ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
【００１５】
添付図面の図４は、本発明の製造方法に従い、図２に示した圧電セラミックシートの溝に樹脂を充填した状態を示す一例の斜視図である。本発明の製造方法において、圧電セラミックシートの上面側の溝に充填されている樹脂３ａと下面側の溝に充填されている樹脂３ｂとは、それぞれ同じものであっても異なったものであっても良い。圧電セラミックシートの溝に樹脂を充填する方法としては、流動性の樹脂を溝に流し込み、放置あるいは必要に応じて加熱若しくは硬化剤を添加して、その樹脂を硬化させる方法を挙げることができるが、これに限定されるものではない。溝に好適に充填できる樹脂の例としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００１６】
添付図面の図５は、本発明の製造方法に従って得られた２−２型複合圧電体用の複合体の一例の斜視図である。本発明の製造方法において、２−２型複合圧電体用の複合体４ａは、図４に示した圧電セラミックシートの上面と下面とを、上面側は下面に形成した溝に充填された樹脂３ｂに到達する厚みで、下面側は上面に形成した溝に充填された樹脂３ａに到達する厚みで切り落とすことに得たものである。複合体４ａは、複数個の横長の角柱状圧電セラミック１ａが並列した状態で樹脂３ａ、３ｂに固定されており、各々の横長の角柱状圧電セラミック１ａの両側面は、それぞれが樹脂３ａと樹脂３ｂとに接触している。
【００１７】
添付図面の図６は、本発明の製造方法に従って製造された２−２型複合圧電体の一例の斜視図である。図６に示されている２−２型複合圧電体は、図５に示した複合体４ａの上下面に電極５を形成し、次いで、両電極間に電界を印加して角柱状圧電セラミック１ａを上下方向に分極させることにより製造したものである。電極５の材料としては、ニッケル、金などの金属を挙げることができ、電極の形成方法としては、スパッタ法や無電解メッキ法などを挙げることができる。また、角柱状圧電セラミック１ａを分極させる際に両電極間に印加する電界（電圧）は、１〜５ｋＶ／ｍｍの範囲内である。
【００１８】
次に、図１に示した圧電セラミックシートを用いた本発明の１−３型複合圧電体の製造方法について図７〜１０を参照しながら説明する。
【００１９】
添付図面の図７は、本発明の製造方法に従い、図１に示した圧電セラミックシートの上下の表面に溝を二次元方向に格子状に形成した圧電セラミックシートの一例の斜視図である。図７に示した圧電セラミックシートの上下の表面に形成されている溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの間隔、深さ及び幅は、前記の２−２型複合圧電体の場合と同様である。
【００２０】
添付図面の図８は、本発明の製造方法に従い、図７に示した圧電セラミックシートの上下面の形成されている溝に樹脂を充填した状態を示す一例の斜視図である。図８に示した圧電セラミックシートの溝に充填されている樹脂３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの充填方法、及びその樹脂材料は前記の２−２型複合圧電体の場合と同様である。
【００２１】
添付図面の図９は、本発明の製造方法に従って得られた１−３型複合圧電体用の複合体の一例の斜視図である。本発明の製造方法において、１−３型複合圧電体用の複合体４ｂは、図８に示した圧電セラミックシートの上面と下面とを、上面側は下面に形成した溝に充填された樹脂３ｂ、３ｄに到達する厚みで、下面側は上面に形成した溝に充填された樹脂３ａ、３ｃに到達する厚みで切り落とすことにより得たものである。複合体４ｂは、複数個の棒状圧電セラミック１ｂが並立した状態で樹脂３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに固定されており、各々の棒状圧電セラミック１ｂの４つの側面は、それぞれ樹脂３ａ、樹脂３ｂ、樹脂３ｃ、樹脂３ｄに接触している。
【００２２】
添付図面の図１０は、本発明の製造方法に従って製造された１−３型複合圧電体の一例の斜視図である。図１０に示されている１−３型複合圧電体は、図９に示した複合体４ｂの上下面に電極５を形成し、次いで両電極間に電界を印加して棒状圧電セラミック１ｂを上下方向に分極させることにより製造したものである。なお、電極の材料、及びその電極の成形方法などは、前記２−２型複合圧電体の場合と同様である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の複合圧電体の製造方法によれば、上下面が平坦な複合体を工業的に容易に得ることができる。従って、本発明の複合圧電体の製造方法によれば、工業的に安価に複合圧電体（２−２型複合圧電体、１−３型複合圧電体）を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に用いることができる圧電セラミックシートの一例の斜視図である。
【図２】本発明の製造方法に従い、図１に示した圧電セラミックシートの上下面に溝を一次元方向にすだれ状に形成した状態を示す一例の斜視図である。
【図３】図２に示した圧電セラミックシートのＸ−Ｘ’断面図である。
【図４】本発明の製造方法に従い、図２に示した圧電セラミックシートの上下面の形成されている溝に樹脂を充填した状態を示す一例の斜視図である。
【図５】本発明の製造方法に従って得られた２−２型複合圧電体用の複合体の一例の斜視図である。
【図６】本発明の製造方法に従って製造された２−２型複合圧電体の一例の斜視図である。
【図７】本発明の製造方法に従い、図１に示した圧電セラミックシートの上下面に溝を二次元方向に格子状に形成した圧電セラミックシートの一例の斜視図である。
【図８】本発明の製造方法に従い、図７に示した圧電セラミックシートの上下面の形成されている溝に樹脂を充填した状態を示す一例の斜視図である。
【図９】本発明の製造方法に従って得られた１−３型複合圧電体用の複合体の一例の斜視図である。
【図１０】本発明の製造方法に従って製造された１−３型複合圧電体の一例の斜視図である。
【図１１】従来のダイス＆フィル法における圧電セラミックシートに形成された溝に樹脂を充填する工程の一例を示す図であり、（ａ）は、上面に溝が形成されている圧電セラミックシートを、（ｂ）は溝に樹脂を流し込んだ直後の状態を、（ｂ）は溝に流し込んだ樹脂が硬化した状態示す。
【符号の説明】
１ａ  横長の角柱状圧電セラミック
１ｂ  棒状圧電セラミック
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  溝
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  樹脂
４ａ  ２−２型複合圧電体用複合体
４ｂ  １−３型複合圧電体用複合体
５  電極
６  圧電セラミックシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003693546.tif 000010
【図１０】
0003693546.tif 000011
【図１１】
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