CN111699563A - 压电器件、振动构造体以及压电传感器 - Google Patents

压电器件、振动构造体以及压电传感器 Download PDF

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Abstract

压电器件具备：具有第1主面与第2主面并具有压电性的膜片(12)、配置于膜片(12)的第1主面侧的第1基板(10)以及连接膜片(12)与第1基板(10)的第1连接部件(15)。第1连接部件(15)是热固性树脂，第1连接部件(15)的固化温度低于膜片(12)进行热收缩的温度。

Description

压电器件、振动构造体以及压电传感器
技术领域
本发明涉及压电器件、振动构造体以及压电传感器。
背景技术
以往，具有压电性的膜片往往经由粘合剂粘合固定于基板等来进行使用。
例如，在日本特开2017－199858号公报(专利文献1)中公开了使用热固性树脂作为粘合剂将压电体粘合于基板的压电促动器。
专利文献1：日本特开2017－199858号公报
但是，粘合陶瓷的压电体时的温度较高，从而在将由有机材料等构成的压电膜片等使用于压电体的情况下，存在压电膜片比陶瓷较的温度下(例如150度左右)因热而变性之担忧。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种压电器件、振动构造体以及压电传感器，能够抑制因在将膜片粘合于基板等时产生热导致的变性。
基于本发明的压电器件具备：膜片，其具有第1主面与第2主面，并具有压电性；第1基板，其配置于上述膜片的上述第1主面侧；以及第1连接部件，其连接上述膜片与上述第1基板。上述第1连接部件是热固性树脂，上述第1连接部件的固化温度低于上述膜片进行热收缩的温度。
基于本发明的振动构造体具备：基于上述本发明的压电器件、振动部、以及支承部。上述膜片因施加电压而在面方向上变形，上述第1基板是框状部件。在俯视时，上述振动部的面积小于被上述框状部件包围的内侧的面积，上述振动部连接于上述膜片，并因上述膜片在上述面方向上变形而在上述面方向上振动。上述支承部连接于上述框状部件，并支承上述振动部。
基于本发明的压电传感器具备：基于上述本发明的压电器件、配置于上述第1基板与上述膜片之间的第2基板、以及连接上述第1基板与上述第2基板的第3连接部件。上述第1连接部件连接上述膜片与上述第2基板。
形成基于本发明的压电器件、振动构造体以及压电传感器，由此能够使膜片与基板抑制热导致的膜片的变性来进行粘合。
附图说明
图1的(A)是振动构造体1的立体图，图1的(B)是振动构造体1的剖视图，图1的(C)是图1的(B)的局部放大图。
图2是振动构造体1的俯视图。
图3的(A)是振动构造体2的立体图，图3的(B)是振动构造体2的剖视图，图3的(C)是图3的(B)的局部放大图。
图4的(A)是振动构造体3的立体图，图4的(B)是振动构造体3的剖视图，图4的(C)是图4的(B)的局部放大图。
图5的(A)是振动构造体4的立体图，图5的(B)是振动构造体4的剖视图，图5的(C)是图5的(B)的局部放大图。
具体实施方式
图1的(A)是本发明的第1实施方式的振动构造体1的立体图，图1的(B)是图1的(A)的振动构造体1的A－A剖视图。图1的(C)是图1的(B)的压电膜片12与框状部件10连接的连接部位的放大图。
振动构造体1具备：框状部件10、被框状部件10包围的区域11、压电膜片12、支承部13、振动部14、以及第1连接部件15。
框状部件10的俯视的形状呈长方形，框状部件10具有被框状部件10包围的区域11。在被框状部件10包围的区域11内配置有支承部13与振动部14。通过支承部13与振动部14，使被框状部件10包围的区域11形成配置于框状部件10的长边方向的两端的2个第1开口11A与配置于短边方向的两端的2个第2开口11B。第1开口11A呈长方形，并成为沿着框状部件10的短边方向较长的形状。第2开口11B呈长方形，并成为沿着框状部件10的长边方向较长的形状。
振动部14在俯视时呈长方形，并配置于被框状部件10包围的区域11内。振动部14的面积小于被框状部件10包围的区域11的面积。
支承部13连接振动部14与框状部件10，振动部14被框状部件10支承。在本例中，支承部13呈沿着作为与压电膜片12伸缩的方向正交的方向的框状部件10的短边方向较长的长方形，并在振动部14的长边方向的两端部保持该振动部14。
在本例中，框状部件10、振动部14以及支承部13由同一部件(例如，丙烯酸树脂、PET、聚碳酸酯(PC)、玻璃环氧、FRP、金属或者玻璃等)形成。换句话说，框状部件10、振动部14以及支承部13是通过沿着第1开口11A以及第2开口11B的形状对1张长方形的板部件进行冲裁加工而形成的。框状部件10、振动部14以及支承部13也可以是分别不同的部件，但它们由同一部件形成，由此能够容易制造。或者，由同一部件形成，由此振动部14的支承不需要使用橡胶等其他部件(存在潜移劣化的部件)，从而能够长期稳定地保持振动部14。另外，在它们是同一部件并且进行冲裁加工的情况下，多个支承部13的固有振动周期完全相同，因此能够减少使振动部14振动时的振动部14的振动偏差。但是，在本发明中，这些部件无需由同一部件形成。例如，在多个支承部13使用分别不同的部件的情况下，能够调整振动部14的动作。例如，若支承部13使用橡胶等弹性模量较高的材料，则能够减小施加于压电膜片12的电压的大小。
压电膜片12连接于框状部件10以及振动部14。压电膜片12是若施加电压则在面方向进行变形的膜片。压电膜片12在俯视时呈沿着框状部件10的长边方向较长的长方形。压电膜片12例如由聚偏二氟乙烯(PVDF)构成。除此之外，压电膜片12也可以是由手性高分子构成的方式。手性高分子例如使用L型聚乳酸(PLLA)或者D型聚乳酸(PDLA)等。
在压电膜片12使用PVDF的情况下，由于PVDF具有耐水性，因此不论使具备本例中的振动部件的电子设备置于怎样的湿度环境下，均能够进行相同的振动。
另外，在压电膜片12使用PLLA的情况下，由于PLLA为透过性较高的材料，因此只要附加于PLLA的电极以及振动部14为透明的材料，则能够视认设备的内部状况，因此容易进行制造。另外，PLLA没有热电性，因此不论置于怎样的温度环境下，均能够进行相同的振动。
压电膜片12在假设由PLLA构成的情况下，如下进行裁断：使各外周边相对于延伸方向成为大致45°，来具有压电性。
压电膜片12的长边方向上的第1端连接于框状部件10的长边方向上的第1端。压电膜片12的第2端连接于振动部14的长边方向上的第2端。
如图1的(B)以及图1的(C)所示，压电膜片12经由第1连接部件15连接于框状部件10以及振动部14。框状部件10在俯视时呈沿着短边方向较长的长方形。第1连接部件15具有一定程度的厚度，使压电膜片12与振动部14在分离一定程度的位置连接，且不使压电膜片12与振动部14接触。由此，设置于压电膜片12的两主面的未图示的电极不易与振动部14接触，因此即使压电膜片12伸缩而使振动部14振动，也能够抑制电极被刮削。
第1连接部件15由热固性的树脂构成。第1连接部件15所使用的热固性树脂是固化温度为130度以下的热固性树脂。
压电膜片12所使用的PLLA、PVDF在大概150度前后的温度下产生因热收缩、分子排列的变化带来的压电性以及逆压电性的减少或者损失。因此，在第1连接部件15所使用的热固性树脂的固化温度为150度上下的温度的情况下，存在压电膜片的功能受损之担忧。
例如，在压电膜片12由PVDF形成的情况下，存在因130度以上的温度产生热收缩，从而压电膜片12的收缩无法充分地传递至框状部件10以及振动部14之担忧。
即，第1连接部件15优选由在130度以下进行固化的热固性树脂构成。
热固性树脂的固化温度也可以根据使用的压电膜片12的材料、特性，并以居里温度、熔点、热收缩温度、降低到规定弹性模量的温度等为基准，设置为不超过被选择的基准温度。
在该情况下，若第1连接部件15所使用的热固性树脂的固化温度低于规定的被选择的基准温度，则能够抑制压电膜片12的特性的降低，并且进行与振动部14以及框状部件10间的粘合。即，由此，能够抑制热导致的压电膜片12的变性地使压电膜片12与作为第1基板的框状部件10粘合。
另外，第1连接部件15也可以由2个以上不同的部件构成。在该情况下，与施加于第1连接部件15的应力等对应地适当选择部件的组合，由此能够使振动构造体1的振动稳定。
另外，第1连接部件15也可以由硅系的粘合剂构成。在该情况下，与其他的丙烯酸系粘合剂等相比，硅系粘合剂的弹性模量相对于温度变化的变化较小，因此振动构造体1的振动稳定。
图2是振动构造体1的俯视图。压电膜片12在两主面形成有平面电极。平面电极与未图示的驱动电路连接。驱动电路通过对平面电极施加电压，而使压电膜片12伸缩。例如，驱动电路在向压电膜片12施加负的电压，而使压电膜片12收缩的情况下，如图2所示，振动部14向长边方向(图中的右方向)位移。第1连接部件15非常薄，因此几乎不变形地传递力。因此，若压电膜片12进行收缩，则振动部14容易位移。
另外，若驱动电路向压电膜片12施加例如正的电压，则压电膜片12伸长。但是，即使压电膜片12伸长，仅凭借压电膜片12挠曲，也不易使振动部14位移。因此，驱动电路例如主要向压电膜片12施加负的电压，使压电膜片12伸缩，由此使振动部14振动。此外，在以被施加有张力的状态连接压电膜片12的情况下，在膜片伸长时，因初期的张力而挠曲的支承部13欲返回原位，从而振动部14位移。这里，压电膜片12也可以是若施加负的电荷则伸长，若施加正的电荷则收缩。
以上那样的电压的施加反复进行。换句话说，驱动电路施加交流电压。驱动波形也可以是矩形波、三角波、梯形波等任意的波形。例如，若施加正弦波，则能够减少不必要的振动，从而减少因该不必要的振动而产生的声音。
对于振动构造体1而言，振动部14在框状部件10的被框状部件10包围的区域11内在面方向上振动。因此，如图1的(B)所示，作为振动构造体1的整体的厚度仅是压电膜片12的厚度、连接部件15的厚度、振动部14的厚度之和，非常薄。另外，压电膜片22具有弹性，从而具有耐冲击性。另外，在框状部件10、振动部14以及支承部13由1张长方形的板部件构成的情况下，振动部14的支承不需要使用橡胶等其他部件(存在潜移劣化的部件)。因此，根据振动构造体1的构造，能够长期稳定地进行振动。
此外，振动部14的形状不限定于图2所示的形状。框状部件10无需是呈在俯视时包围整周的环状，也可以是局部开口的构造。另外，框状部件10以及振动部14不需要在俯视时呈长方形。框状部件10以及振动部14也可以呈多边形形状、圆形状，或者椭圆形状等。
以上，作为使用压电膜片12的例子，对振动构造体1进行了说明，但能够相对于具备具有压电性的膜片与框状部件10、振动部14等的基板的压电器件，在使用热固性树脂进行具有压电性的膜片与基板的粘合时，使用本发明的结构。
例如，压电膜片12不仅使用为振动构造体，也能够使用为压电传感器。
在该情况下，与振动构造体1相同，压电膜片12使用热固性树脂粘合于基板等。在该情况下，与振动构造体1所使用的热固性树脂相同，热固性树脂优选使用在130度以下进行固化的热固性树脂。根据该结构，能够提供抑制压电膜片12的热导致的变性的传感器。
图3的(A)是本发明的第2实施方式的振动构造体2的立体图，图3的(B)是图3的(A)的振动构造体2的B－B剖视图。图3的(C)是图3的(B)的压电膜片22与框状部件20连接的连接部位的放大图。
振动构造体2具备：框状部件20、被框状部件20包围的区域21、压电膜片22、支承部23、振动部24、第1连接部件25、第2连接部件26、以及表面基材27。
在具备表面基材27以及第2连接部件26这点上，振动构造体2与振动构造体1不同。因此，以下，针对与振动构造体1相同的构造，省略说明。
第1连接部件25由热固性树脂构成，其固化温度是低于产生热导致的压电膜片22的变性的温度或者熔点的温度。例如，在热导致的压电膜片22的变性的温度为150度的情况下，固化温度为130度。
表面基材27被压电膜片22与第1连接部件25连接。另外，表面基材27经由第2连接部件26而与框状部件20连接。
表面基材27例如使用聚酰亚胺等的绝缘性部件。与第1连接部件25相同，第2连接部件26由热固性树脂形成。第2连接部件26所使用的热固性树脂的固化温度高于第1连接部件25所使用的热固性树脂的固化温度。
在框状部件10由SUS等的金属部件构成的情况下，与以高温进行固化的热固性树脂相比，第1连接部件25所使用的热固性树脂等的以相对低温进行固化的固化性树脂弹性模量较小，从而存在振动部24与粘合变弱这种情况。
因此，使用表面基材27，通过以相对低温进行固化的第1连接部件25连接表面基材27与压电膜片22，能够通过以比第1连接部件25高的温度进行固化的第2连接部件26粘合表面基材27与框状部件20，来连接压电膜片22与框状部件20。
另外，在经由第2连接部件26、表面基材27连接压电膜片22与框状部件20的情况下，与仅通过第1连接部件25进行连接的情况相比，连接的部位整体的弹性模量增高，因此能够抑制压电膜片22的振动在连接的部位吸收、缓和。
在以上的结构中，对将压电膜片22与框状部件20连接的部位进行了说明，但不局限于此，在将压电膜片22与振动部24连接的部位也可以采取相同的结构。
即，表面基材27与振动部24被热固性的树脂粘合，其固化温度高于将压电膜片22与表面基材27粘合的热固性树脂的固化温度。
与将压电膜片22与框状部件20连接的部位相同，在将压电膜片22与振动部24连接的部位，也使将表面基材27与振动部24粘合的热固性树脂的固化温度高于将压电膜片22与表面基材27粘合的热固性树脂的固化温度，由此能够更加可靠地连接振动部24以及框状部件20与压电膜片22。
另外，表面基材27由绝缘性的部件构成。在表面基材27由绝缘性的基材构成的情况下，当在压电膜片22上形成有电极时，压电膜片22上的电极与振动部24因表面基材27的存在而没有伴随着压电膜片22的伸缩进行直接接触这种情况。换句话说，即便在振动部24由金属形成的情况下，也能够抑制振动部24与压电膜片22上的电极短路。
另外，与振动构造体1的结构相同，该结构在具备具有压电性的膜片与框状部件20、振动部24等的基板的压电器件中，在使用热固性树脂进行具有压电性的膜片与基板的粘合时，能够使用本发明的结构。
在将振动构造体2的结构例如使用于压电性的传感器的情况下，能够不损坏具有压电性的膜片的特性地粘合于基板。
即，具备压电膜片、绝缘性的表面基材、由金属构成的基板，压电膜片与表面基材被热固性树脂粘合，表面基材与基板被热固性树脂粘合，将压电膜片与表面基材粘合的热固性树脂的固化温度低于将表面基材与基板粘合的热固性树脂的固化温度。
在该结构中，能够将压电膜片可靠地粘合于金属基板。另外，基板可以不限定于金属，也可以由树脂等构成。
图4的(A)是本发明的第3实施方式的振动构造体3的立体图，图4的(B)是图4的(A)的振动构造体3的C－C剖视图。图4的(C)是图4的(B)的压电膜片32与框状部件30的连接部位的放大图。
如图4的(A)所示，振动构造体3具备：框状部件30、被框状部件30包围的区域31、压电膜片32、支承部33、振动部34、第1连接部件35、第2连接部件36、以及表面基材37。
在第2连接部件36与框状部件30形成为一体这点上，振动构造体3与振动构造体2不同，因此在振动构造体3与振动构造体2中，针对相同的构造，省略说明。
图4的(B)是图4的(A)的振动构造体3的剖视图，且是压电膜片32与框状部件30连接的连接部位的放大图。
如图4的(B)所示，第2连接部件36与框状部件30形成为一体。在该情况下，框状部件30以及第2连接部件36由例如热固性树脂形成，并粘合于表面基材37。
框状部件30以及第2连接部件36所使用的热固性树脂的固化温度高于第1连接部件35所使用的热固性树脂的固化温度。
通过该结构，能够将框状部件30以及第2连接部件36与表面基材37、表面基材37与压电膜片32可靠地粘合。
另外，框状部件30与第2连接部件36形成为一体，因此整体的结构的部件件数减少，从而能够实现制造工序的简化、降低成本。
在图4的(B)中，示出了压电膜片32与框状部件的连接部位，但不局限于此，即使在压电膜片32与振动部34的连接部位也相同，振动部34以及将振动部34与表面基材37连接的第1连接部件45形成为一体。
在该情况下，振动部34与框状部件30优选形成为一体，由同一热固性树脂形成。
根据该结构，能够在振动构造体3中，更加抑制在框状部件30以及振动部34与压电膜片32连接的连接部位，产生剥离、错位。
另外，部件件数能够更加减少，从而能够实现制造工序的进一步的减少、进一步的降低成本。
图5的(A)是本发明的第4实施方式的振动构造体4的立体图，图5的(B)是图5的(A)的振动构造体4的D－D剖视图。图5的(C)是图5的(B)的压电膜片42与框状部件40连接的连接部位的放大图。
如图5的(A)所示，振动构造体4具备：框状部件40、被框状部件40包围的区域41、压电膜片42、支承部43、振动部44、第1连接部件45、第2连接部件46、以及表面基材47。
在第2连接部件46与表面基材47形成为一体这点上，振动构造体4与振动构造体2不同，因此在振动构造体4与振动构造体2中，针对相同的构造，省略说明。
图5的(B)是图5的(A)的振动构造体4的剖视图，且是压电膜片42与框状部件40连接的连接部位的放大图。
如图5的(B)所示，第2连接部件46与表面基材47形成为一体。
在该情况下，表面基材47以及第2连接部件46例如由热固性树脂形成，并粘合于框状部件40。
表面基材47以及第2连接部件46所使用的热固性树脂的固化温度高于第1连接部件45所使用的热固性树脂的固化温度。
通过该结构，能够将表面基材47以及第2连接部件46与框状部件40、表面基材47以及第2连接部件46与压电膜片42可靠地粘合。
另外，能够抑制在表面基材47与第2连接部件46连接的连接部位，产生剥离、错位。
另外，表面基材47与第2连接部件46形成为一体，因此整体的结构的部件件数减少，从而能够实现制造工序的简化、降低成本。
在图5的(B)中，示出了压电膜片42与框状部件的连接部位，但不局限于此，在压电膜片42与振动部44的连接部位也相同，表面基材47以及将振动部44与表面基材47连接的第1连接部件45也可以形成为一体。
根据该结构，能够在振动构造体4中，更加抑制在表面基材47与压电膜片32连接的连接部位产生剥离、错位。
另外，部件件数能够更加减少，从而能够实现制造工序的进一步的减少、进一步的降低成本。
以上说明的本发明的第1实施方式～第4实施方式的特征结构只要不脱离本发明的主旨，则能够相互组合。
这次公开的上述实施方式在全部的点为例示，并非进行限制。本发明的技术范围由权利要求书划分，另外，包含与权利要求的记载均等的意思及范围内的全部的变更。
附图标记的说明
1…振动构造体；10…框状部件；11…被框状部件包围的区域；12…压电膜片；13…支承部；14…振动部；15…第1连接部件；26…第2连接部件；27…表面基材。

Claims (11)

1.一种压电器件，其特征在于，具备：
膜片，其具有第1主面与第2主面，并具有压电性；
第1基板，其配置于所述膜片的所述第1主面侧；以及
第1连接部件，其连接所述膜片与所述第1基板，
所述第1连接部件是热固性树脂，
所述第1连接部件的固化温度低于所述膜片进行热收缩的温度。
2.根据权利要求1所述的压电器件，其特征在于，
所述固化温度为130度以下。
3.一种振动构造体，其特征在于，
具备权利要求1或2所述的压电器件，
所述膜片因施加电压而在面方向上变形，
所述第1基板是框状部件，
所述振动构造体进一步具备：
振动部，在俯视时，所述振动部的面积小于被所述框状部件包围的内侧的面积，所述振动部连接于所述膜片，因所述膜片在所述面方向上变形而在所述面方向上振动；以及
支承部，所述支承部连接于所述框状部件，并支承所述振动部。
4.根据权利要求3所述的振动构造体，其特征在于，
进一步具备连接所述振动部与所述膜片的第2连接部件，
所述第2连接部件是热固性树脂，
所述第2连接部件的固化温度低于所述膜片进行热收缩的温度。
5.根据权利要求3所述的振动构造体，其特征在于，进一步具备：
表面基材，所述表面基材配置于所述框状部件与所述膜片之间；以及
第2连接部件，所述第2连接部件连接所述表面基材与所述框状部件，
所述第1连接部件连接所述表面基材与所述膜片。
6.根据权利要求5所述的振动构造体，其特征在于，
所述第2连接部件是热固性树脂，
所述第2连接部件的固化温度高于所述第1连接部件的固化温度。
7.根据权利要求5或6所述的振动构造体，其特征在于，
所述框状部件与所述第2连接部件形成为一体。
8.根据权利要求5或6所述的振动构造体，其特征在于，
所述第2连接部件与所述表面基材形成为一体。
9.根据权利要求3～8中任一项所述的振动构造体，其特征在于，
所述框状部件、所述振动部以及所述支承部由同一部件形成。
10.一种压电传感器，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的压电器件、
配置于所述第1基板与所述膜片之间的第2基板、以及
连接所述第1基板与所述第2基板的第3连接部件，
所述第1连接部件连接所述膜片与所述第2基板。
11.根据权利要求10所述的压电传感器，其特征在于，
所述第3连接部件是热固性树脂，
所述第3连接部件的固化温度低于所述膜片进行热收缩的温度。
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