(57)【要約】【課題】圧電素子を基材に接着する接着剤層の厚さを一定にし、製品間で特性を均一にする。【解決手段】基材１上に開口部８５ａを有する印刷マスク８５を載置し、印刷マスク８５に接着剤２を供給し、スキージ８６の走査により開口部８５ａに対応した接着剤層２を形成し、接着剤層２上の圧電素子３を載置し、接着剤層２の厚さよりも薄いシム８７を、接着剤層２の周囲に載置し、押圧ヘッド８２がシム８７に接触するまで圧電素子３を押圧し、圧電素子を押圧させたままの状態で、接着剤層２を加熱して、基材１と圧電素子３を接着剤層２で固定させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤でセラミックス製の圧電素子を基材に接着させる圧電素子接着方法において、
前記基材上に開口部を有する印刷マスクを載置し、前記印刷マスクに前記接着剤を供給し、スキージの走査により前記開口部に対応した接着剤層を形成する接着剤塗布工程と、
前記接着剤層上に前記圧電素子を載置する圧電素子載置工程と、
前記接着剤層を硬化させる硬化工程とからなることを特徴とする圧電素子接着方法。
【請求項２】
圧電素子載置工程後、硬化工程前に、圧電素子を押圧ヘッドで押圧する押圧工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の圧電素子接着方法。
【請求項３】
接着剤塗布工程後、圧電素子載置工程前に、接着剤層の厚さよりも薄いシムを、接着剤層の周囲に載置するシム載置工程を更に有し、
押圧工程は、押圧ヘッドが前記シムに接触するまで圧電素子を押圧することを特徴とする請求項２に記載の圧電素子接着方法。
【請求項４】
押圧工程は、接着剤層の厚さが一定となる時間以上、圧電素子を一定の押圧力で押圧することを特徴とする請求項２に記載の圧電素子接着方法。
【請求項５】
押圧工程後、硬化工程前に、圧電素子を押圧させたままの状態で、接着剤層を加熱して、基材と圧電素子を接着剤層で固定させる固定工程を更に有することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の圧電素子接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を基材に接着する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に示されるように、振動するミラーによりレーザー光の走査を行うレーザー光走査デバイスが知られている。このようなレーザー光走査デバイスのミラー１ａは、図４に示されるように、板状の基材１をプレス加工やエッチング加工等の除去加工を行うことにより形成される。ミラー１ａの両側は、梁部１ｂにより回動可能に支持されている。レーザー光走査デバイス１０は、ミラー１ａを回動振動させるためのセラミックス製の圧電素子３を有している。この圧電素子３は、基材１上に接着されている。圧電素子３を基材１上に接着させるには、まず、基材１上に金属フィラーを含有する接着剤を塗布し、圧電素子３を前記塗布された接着剤に押し当てた後に、接着剤を熱硬化させることにより行われる。
【０００３】
図５の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、レーザー光走査デバイスの諸特性は、接着剤厚に依存していることがわかる。
図５の（Ａ）は接着剤厚と駆動電圧とのグラフである。この駆動電圧はミラー１ａの光学振れ角を２５°にするために圧電素子３に印加する電圧である。図５の（Ａ）に示されるように、接着剤厚が薄い程、必要とされる駆動電圧は少なくて済む。
図５の（Ｂ）は、接着剤厚とＴ１  ｊｉｔｔｅｒとの関係を表したグラフである。ここでいうＴ１  ｊｉｔｔｅｒとは、図５の（Ｄ）に示される時間Ｔ１の標準偏差（σ）である。なお、時間Ｔ１とは、ミラー１ａの光学振れ角が有る一定角度以上にある時間である。図５の（B）に示される例では、ミラー１ａの受光センサー位置に相当する光学振れ角が２０°以上で最大振れ角の２５°未満の時間である。図５の（Ｂ）に示される例では、３２０００回測定した場合の標準偏差（σ）をＴ１  ｊｉｔｔｅｒとして表している。図５の（Ｂ）に示されるように、接着剤厚が厚くなる程、Ｔ１  Ｊｉｔｔｅｒは大きくなる。
図５の（Ｃ）は、接着剤厚とミラー１ａの光学振れ角との関係を表したグラフである。図５の（Ｃ）に示される例では、圧電素子３に印加する駆動電圧を７Ｖに一定にしている。図５の（Ｃ）に示されるように、圧電素子３に印加する駆動電圧を一定にした場合には、接着剤厚が薄い程光学振れ角が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５に示されるように、圧電素子３を基材に接着する接着剤層の厚さが異なると、レーザー光走査デバイスの諸特性が異なってしまう。このため、製造時に接着剤層の厚さを一定にすることができなければ、レーザー光走査デバイスの特性が設計値通りにならず、製品間で特性が異なってしまう。
本発明は、上記問題を解決し、圧電素子を基材に接着する接着剤層の厚さを一定にし、製品間で特性を均一にすることができる圧電素子接着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
接着剤でセラミックス製の圧電素子を基材に接着させる圧電素子接着方法において、
前記基材上に開口部を有する印刷マスクを載置し、前記印刷マスクに前記接着剤を供給し、スキージの走査により前記開口部に対応した接着剤層を形成する接着剤塗布工程と、
前記接着剤層上に前記圧電素子を載置する圧電素子載置工程と、
前記接着剤層を硬化させる硬化工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧電素子載置工程後、硬化工程前に、圧電素子を押圧ヘッドで押圧する押圧工程を更に有することを特徴とする。
これにより、接着剤層の厚さを調整することが可能となる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、接着剤塗布工程後、圧電素子載置工程前に、接着剤層の厚さよりも薄いシムを、接着剤層の周囲に載置するシム載置工程を更に有し、
押圧工程は、押圧ヘッドが前記シムに接触するまで圧電素子を押圧することを特徴とする。
これにより、押圧工程後の圧電素子の上面位置はシム上面の高さ規制線と必ず一致するので、製品毎の接着剤層の厚さを確実に均一にすることが可能となる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
押圧工程は、接着剤層の厚さが一定となる時間以上、圧電素子を一定の押圧力で押圧することを特徴とする。
これにより、接着剤層上に載置された圧電素子が一定圧力で所定時間押圧されると、接着剤層厚みが変化すること無く、一定になるので、製品毎の接着剤層の厚さを確実に均一にすることが可能となる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求項４に記載の発明において、
押圧工程後、硬化工程前に、圧電素子を押圧させたままの状態で、接着剤層を加熱して、基材と圧電素子を接着剤層で固定させる固定工程を更に有することを特徴とする。
これにより、接着剤層が押圧されて拘束された状態で硬化するので、製品毎の接着剤層の厚さが確実に均一となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基材上に開口部を有する印刷マスクが載置され、前記印刷マスクに接着剤が供給され、スキージの走査により前記開口部に対応した接着剤層が形成される。従って、圧電素子を基材に接着する接着剤層の厚さを一定にし、製品間で特性を均一にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の圧電素子接着方法の説明図である。
【図２】第２の実施形態の圧電素子接着方法の説明図である。
【図３】押圧時間と接着剤層厚みとの関係を表したグラフである。
【図４】レーザー光走査デバイスの斜視図である。
【図５】接着剤厚と諸特性を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態（第１の実施形態）を示す。まず、レーザー光走査デバイスを構成する、基材１、接着剤２、圧電素子３について説明する。基材１は、ステンレス、チタン等の導電性材料で構成されている。或いは、基材１として、シリコンの表面に物理気相成長法や真空蒸着方等のよって金や白金等を０．２〜０，６μｍ積層して、表面に導電層を形成した構成のものであっても差し支えない。
接着剤２は、熱硬化性を有するエポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂製の基剤内に、銀、金、銅等で構成された円盤状の金属フィラーを分散させたものである。なお、本実施形態の接着剤２は、静止時の粘度が高い一方で、剪断すると粘度が低下するチクソトロピー性を有している。また、接着剤２の剪断速度と剪断応力の関係は非線形であり、所定の降伏応力以上の剪断応力が接着剤２に作用しない場合には、接着剤２は剪断しないようになっている。
圧電素子３は、厚さが３０〜１００μｍであり、一辺の長さが約３〜５ｍｍの板状のセラミックスである。
【００１４】
次に、図１を用いて、本発明の圧電素子接着方法について説明する。先ず、図１の（Ａ）に示されるように、接着剤塗布工程が行われる。この接着剤塗布工程では、基材１上に開口部８５ａが形成された印刷マスク８５が載置される。そして、印刷マスク８５に接着剤２が供給され、スキージ８６の走査により接着剤層２が形成される。次に、図１の（Ｂ）に示されるように、印刷マスク８５を上方に持ち上げると、基材１上に開口部８５ａに対応した形状の接着剤層２が形成される。このように、印刷マスク８５を使用すると、印刷マスク８５を厚さに対応する接着剤層２が基材１上に形成される。
【００１５】
次に、図１の（Ｃ）に示されるように、ロボットハンド８０の先端に取り付けられた吸引ヘッド８１で、圧電素子３を吸引し、当該圧電素子３を基材１上に形成された接着剤層２上に載置する仮置き工程を行う。
【００１６】
次に、図１の（Ｄ）に示されるように、基材１上に接着剤層２の厚さよりも薄いシム８７を接着剤層２の周囲に載置するシム載置工程を行う。シム８７は、接着剤層２や圧電素子３の外形よりも大きい開口部８７ａが形成されている。
【００１７】
次に、平面の押圧面８２ａが形成された押圧ヘッド８２をロボットアーム８０の先端に取り付け、押圧ヘッド８２の押圧面８２ａで、接着剤層２上に載置された圧電素子３を押圧して、圧電素子３を接着剤層２に押し付ける押圧工程を行う。この押圧工程において、押圧ヘッド８２の押圧面８２ａは、シム８７上面の高さ規制線までしか下降することができず、圧電素子３の上面は、シム８７上面の高さ規制線と一致する。このように本実施形態では、仮置き工程後に、基材１上にシム８７を接着剤層２の周囲に載置するシム載置工程を行ってから押圧工程を行うので、圧電素子３の上面位置は必ずシム８７上面の高さ規制線と一致し、製品毎の接着剤層２の厚さも一致する。この押圧工程時に、接着剤層２の流動に伴い、接着剤層２内に含まれる金属フィラーが水平方向に配向し、更に、隣接する金属フィラー同士が接触して、接着剤層２が導電性を有するようになる。
【００１８】
次に、圧電素子３が押圧された状態で（図１の（Ｅ）の状態）、接着剤層２を加熱して、基材１と圧電素子３を接着剤層２で固定させる固定工程を行う。このように、シム８２で圧電素子３の高さ方向の位置を規制した状態で、接着剤層２を加熱して、基材１と圧電素子３を接着剤層２で固定させることとしたので、製品毎の接着剤層２の厚さが確実に一定となる。本実施形態では、圧電素子３が接着剤層２で接着された基材１の周辺雰囲気の温度が１５０℃の状態で約５分間維持される固定工程によって、接着剤層２が固化される。
その後、シム６を基材１上から除去し（図１の（Ｆ）の状態）、圧電素子３が接着剤層２で固定された基材１を１００〜２００℃の雰囲気に保たれた加熱炉内に３０〜６０分間装入する本硬化工程を行う。このように、短時間の固定工程を行った後に長時間本硬化工程を行う理由が次のとおりである。固定工程では圧電素子３を押圧した状態で接着剤層２を加熱させる必要があるので、１つのレーザー光走査デバイス１０しか加熱することができないため生産性が悪い。一方で、本硬化工程では、複数個のレーザー光走査デバイス１０を加熱炉内で加熱することができる。このため、固定工程を接着剤層２が仮硬化する短時間だけ行うことにし、本硬化工程にて、複数個のレーザー光走査デバイス１０を加熱炉内で加熱することにより、接着剤層２を完全硬化させて生産性を向上させることにしている。このように、固定工程で接着剤層２を仮硬化させた後に、本硬化工程を行っても、本硬化工程において接着剤層２の厚さは変化することが無く、製品毎の接着剤層２の厚さが異なることが無い。
【００１９】
（第２の実施形態）
次に、図２を用いて、第２の実施形態の圧電素子接着方法について第１の実施形態と異なる点について説明する。接着剤塗布工程を行った後に、仮置き工程を行う。第２の実施形態の圧電素子接着方法の接着剤塗布工程及び仮置き工程は、第１の実施形態と同様である。第２の実施形態では仮置き工程後に、図２の（Ｄ）に示されるように、押圧ヘッド８２の押圧面８２ａで、接着剤層２上に載置された圧電素子３を一定圧力で少なくとも所定時間以上押圧して、圧電素子３を接着剤層２に押し付ける押圧工程を行う。図３に示されるように、接着剤層２上に載置された圧電素子３が一定圧力で押圧され、所定時間が経過すると、接着剤層厚みが変化すること無く、一定になる。本実施形態では、このような知見に基づいて、押圧ヘッド８２の押圧面８２ａで圧電素子３を、接着剤層２上に載置された圧電素子３を接着剤層２の厚さが一定となる時間以上、一定の押圧力で押圧することにしている。なお、図３に示されるように、圧電素子３を押圧する押圧圧力を増大させるにつれて、2押圧工程後の接着剤層２の厚みは薄くなる。
【００２０】
次に、押圧ヘッド８２で圧電素子３を一定圧力で押圧した状態で（図２の（Ｄ）の状態）、接着剤層２を加熱して、基材１と圧電素子３を接着剤層２で固定させる固定工程を行う。このように、押圧ヘッド８２で圧電素子３を一定圧力で押圧した状態で、接着剤層２を加熱して、基材１と圧電素子３を接着剤層２で固定させることとしたので、製品毎の接着剤層２の厚さが一定となる。本実施形態では、圧電素子３が接着剤層２で接着された基材１の周辺雰囲気を１５０℃にして、この温度を約５分間維持して、接着剤層２を固化させた後に、押圧ヘッド８２での押圧状態を解除し（図２の（Ｅ）の状態）、圧電素子３が接着剤層２で固定された基材１を１００〜２００℃の雰囲気に保たれた加熱炉内に３０〜６０分間装入する本硬化工程を行う。このように、固定工程で接着剤層２を仮硬化させた後に、本硬化工程を行っても、本硬化工程において接着剤層２の厚さは変化することが無く、製品毎の接着剤層２の厚さが異なることが無い。
【００２１】
（総括）
以上詳細に説明したように、本発明の圧電素子接着方法では、基材１と圧電素子３を接着剤層２で固定させた後の接着剤層２の厚みを一定にすることができるので、製品間で特性を均一にすることが可能となった。
【００２２】
なお、接着剤２として熱硬化樹脂を使用した実施形態について本発明を説明したが、接着剤として時間経過による常温硬化、紫外線光の露光による紫外線硬化、或いは、硬化剤を使用したその他の硬化方法の接着剤を使用した実施形態にも、本発明の技術的思想が適用可能なことは言うまでもない。
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う圧電素子接着方法もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。    
【符号の説明】
【００２３】
１      基材
１ａ    ミラー
１ｂ    梁部
２      接着剤（接着剤層）
３      圧電素子
１０    レーザー光走査デバイス
８０    ロボットアーム
８１    吸着ヘッド
８１ａ  吸着穴
８２    押圧ヘッド
８２ａ  押圧面
８５    印刷マスク
８５ａ  開口部
８６    スキージ
８６ａ  開口部
８７    シム
【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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