JPH04328886A - 圧電素子の接着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、接着方法、特に、圧電
素子の接着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば圧電ブザーや圧電スピーカ等の
圧電型電気音響変換器は、圧電素子が取り付けられた振
動板を有している。ここで、圧電素子は、たとえば嫌気
性接着剤のようなアクリル系接着剤やエポキシ系接着剤
のような熱硬化性樹脂系接着剤を用いて振動板に取り付
けられている。嫌気性接着剤を用いる場合は、嫌気性接
着剤が塗布された圧電素子を振動板に圧着することによ
り接着剤と空気との接触を断ち、接着剤を硬化させてい
る。一方、熱硬化性樹脂系接着剤を用いる場合は、接着
剤が塗布された圧電素子を振動板に圧着し、室温〜８０
℃程度の加熱により接着剤を硬化させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電子回路部品の高密度
実装化に伴い、各種電子部品は、通常はんだリフロー法
により回路基板に実装されている。ここで、はんだリフ
ロー法とは、回路基板の実装部にはんだクリームを塗布
しておき、電子部品をこの実装部に仮固定した後、回路
基板を炉の中に入れてはんだクリームを溶融させ、チッ
プ部品を基板にはんだ付けする方法である。

【０００４】ところが、圧電型電気音響変換器を高温の
炉の中に入れると、圧電素子と振動板とを接着している
接着剤が熱膨張するので、圧電素子に引っ張り方向の応
力が作用する。この結果、圧電素子では、逆電圧が発生
して磁器基板の分極が弱まり、圧電特性が低下してしま
う。甚だしい場合には、磁器基板にクラックが生じるこ
ともある。

【０００５】本発明の目的は、リフロー炉等の高温環境
下でも、振動特性が損なわれにくい圧電素子の接着方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子の接着
方法は、振動板に圧電素子を接着するための方法である
。この接着方法は、次の工程を含んでいる。◎圧電素子
と振動板とを熱硬化性樹脂系接着剤を介して密着する工
程。◎熱硬化性樹脂系接着剤を圧電素子の使用温度範囲
の中間温度以上に保って硬化させる工程。

【０００７】

【作用】本発明の接着方法では、熱硬化性樹脂系接着剤
は、圧電素子の使用温度範囲の中間温度以上に保って硬
化されているため、高温下に置かれた場合の膨張率が小
さい。このため、本発明によれば、熱硬化性樹脂系接着
剤が圧電素子に引っ張り方向の応力を与えにくいので、
圧電素子の圧電特性の低下や破損が起こりにくい。

【０００８】

【実施例】図１は本考案の一実施例を採用して製造され
た圧電型電気音響変換器の縦断面図、図２はその斜視分
解図である。図において、圧電型電気音響変換器１は、
振動部２と、この振動部２を収納する前面ケース３及び
裏面ケース４とから主に構成されている。

【０００９】振動部２は、金属振動板５と、この金属振
動板５の表面に接着された圧電素子６とから構成されて
いる。金属振動板５は、たとえば４２アロイからなり、
円板状に形成されている。一方、圧電素子６は、チタン
酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器材料からなり、金属振動板
５より小さい寸法の円板状に形成されている。また、圧
電素子６の両主面には、全体に銀電極が配置されている
。なお、金属振動板５と圧電素子６とは熱硬化性樹脂系
接着剤により接着されている。

【００１０】前面ケース３は、アルミニウムからなり、
キャップ状に形成されている。前面ケース２の中央部に
は、複数の放音孔３ａが形成されている。また、前面ケ
ース３の外周部には、金属振動板５の表面側周縁に当接
する振動部保持部３ｂと切欠き部３ｃとが形成されてい
る。

【００１１】裏面ケース４は、鉄製であり、皿状に形成
されている。その中央部には、漏洩孔４ａが形成されて
いる。裏面ケース４の内側には、周波数特性を平坦化す
るための音響抵抗材７が漏洩孔４ａを覆うように配置さ
れている。また、裏面ケース４の外周端部には、振動部
２を支持するための振動部支持部４ｂが形成されている
。そして、この裏面ケース４の振動部支持部４ｂを抱き
込むように、前面ケース３の外周端部がかしめられてい
る。

【００１２】振動部２において、圧電素子６の表面には
、リード端子８がはんだ付けされている。また、金属振
動板５の外周部表面にも、同様にリード端子９がはんだ
付けされている。両リード端子８，９は、短冊状の板状
部材であり、前面ケース３の切欠き部３ｃから外部に突
出している。そして、両リード端子８，９は、下方（裏
面ケース４側方向）に屈曲されており、さらに先端が水
平に屈曲されている。

【００１３】次に、本実施例に係る圧電素子６の接着方
法に触れつつ上述の圧電型電気音響変換器１の製造方法
を説明する。まず、チタン酸ジルコン酸鉛のシートを円
形に打ち抜き、これを所定の温度で焼成することにより
磁器基板を得る。次に、得られた磁器基板に分極処理を
施す。ここでは、磁器基板の両主面に電極を配置し、こ
の電極間に高電圧を印加することにより磁器基板を分極
させる。なお、磁器基板に配置した電極は、分極処理後
に取り除かれる。

【００１４】次に、分極処理された磁器基板の両主面の
全体に銀電極を形成する。これにより、圧電素子６が得
られる。得られた圧電素子６の銀電極の表面には、微細
な凹凸が形成されている。

【００１５】次に、得られた圧電素子６を金属振動板５
に接着する。これにより、振動部２が得られる。ここで
は、圧電素子６の銀電極の表面の凸部と金属振動板５と
が接触し、圧電素子６と金属振動板５との導通が図られ
る。圧電素子６と金属振動板５との接着には、上述のよ
うに熱硬化性樹脂系接着剤が用いられる。熱硬化性樹脂
系接着剤としては、たとえばフェノール樹脂、エポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド等の接着剤が例示
できる。熱硬化性樹脂系接着剤としては、常温での硬化
速度が遅いものが好ましい。これは、硬化速度の速い接
着剤は圧電素子６の銀電極表面で速く固まってしまうの
で、銀電極と金属振動板５とを加熱しながら圧着すると
きに、銀電極の凸部と金属振動板５とが直接接触する前
に接着剤の硬化が始まって両者の導通が取りにくくなる
ためである。なお、熱硬化性樹脂系接着剤として最も好
ましいのは、１２０℃程度で硬化するエポキシ系の接着
剤である。

【００１６】金属振動板５と圧電素子６との接着では、
金属振動板５または圧電素子６の銀電極に上述の熱硬化
性樹脂系接着剤を所定量塗布し、金属振動板５と圧電素
子６とを圧接して接着剤を両者の間の全体に押し広げる
。これにより、接着剤は、銀電極表面の凹凸を埋め、金
属振動板５と圧電素子６とを接着する。なお、圧電素子
６の銀電極の凸部は、圧接により金属振動板５と直接当
接する。この状態で、接着剤を加熱して硬化させる。 接着剤の加熱温度は、圧電素子６の使用温度範囲の中間
温度以上に設定する。硬化処理時の温度が前記中間温度
未満の場合は、硬化後の接着剤の熱膨張により圧電素子
６に引っ張り方向の応力が加わりやすく、圧電素子６で
は圧電基板の分極が弱まって圧電特性が低下しやすい。 なお、中間温度を求めるための使用温度範囲とは、上述
の圧電型電気音響変換器１が使用される温度範囲の中間
温度をいう。ここで、使用温度範囲の最高温度は、たと
えば圧電型電気音響変換器１をはんだリフロー法により
回路基板に実装する際の炉の設定温度（たとえば２３０
℃）である。一方、使用最低温度とは、たとえば寒冷時
の温度（たとえば−３０℃）である。このように使用最
高温度が２３０℃で使用最低温度が−３０℃の場合、中
間温度は両者の中間の１００℃となる。

【００１７】次に、得られた振動部２の所定部位にリー
ド端子８，９をはんだ付けする。そして、この振動部２
を裏面ケース４の振動部支持部４ｂ上に載置し、さらに
その上から前面ケース３を覆い被せて外周部をかしめる
と、圧電型電気音響変換器１が得られる。

【００１８】得られた圧電型電気音響変換器１は、所定
の回路基板に実装して用いられる。圧電型電気音響変換
器１を回路基板に実装する場合には、たとえばはんだリ
フロー法が採用される。はんだリフロー法により実装す
る場合、圧電型電気音響変換器１は、２３０℃程度に設
定された炉内に配置される。ここで、圧電型電気音響変
換器１の振動部２では、金属振動板５と圧電素子６とを
接着する接着剤が熱膨張するが、この接着剤は上述のよ
うな方法により硬化されているため、従来の方法により
硬化された場合に比べて膨張率が小さい。このため、こ
の接着剤は、圧電素子６に大きな引っ張り応力を加える
ことがないので、圧電素子６の圧電特性を損ないにくい
。

【００１９】〔他の実施例〕 （ａ）　　前記実施例では、４２アロイ製の金属振動板
５を用いたが、コバール製やセラミック製の振動板の場
合にも本発明を同様に実施できる。

【００２０】（ｂ）　　前記実施例では、本発明を圧電
スピーカにおいて実施した場合について説明したが、表
面実装用ブザー等の他の電子部品についても本発明を同
様に実施できる。

【００２１】〔実験例〕厚さ０．１ｍｍの４２アロイ製
金属振動板と、両面に銀電極が配置された厚みが０．１
ｍｍの圧電素子とを用意し、両者を硬化温度が１２０℃
のエポキシ系接着剤を用いて接着した。なお、接着剤の
膜厚は、３〜５μｍに設定した。また、接着剤の硬化は
、表１に示す温度で１時間放置することにより行った。 比較のため、嫌気性のアクリル接着剤及び室温硬化タイ
プのエポキシ系接着剤を用いて振動板と圧電素子とを接
着した。

【００２２】得られた接着品について、熱衝撃試験を行
い、静電容量の変化とクラックの発生を調べた。なお、
試験は、各実験例について１０個の試料について行った
。また、熱衝撃試験は図３の温度サイクルにより行った
。したがって、この実験例では、接着品の使用温度範囲
の中間温度は１００℃となる。結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかなように、本発明の実験例
では、圧電素子の静電容量の変化率が小さく、圧電素子
の圧電特性は良好に維持できたが、比較例では静電容量
が大きく減少し、圧電特性が大きく損なわれた。

【００２５】

【発明の効果】本発明では、熱硬化性樹脂系接着剤を上
述の温度以上に保って硬化させている。このため、本発
明によれば、圧電素子の耐熱性を損ないにくい圧電素子
の接着方法が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例により製造された圧電型電気
音響変換器の縦断面図。

【図２】前記圧電型電気音響変換器の斜視分解図。

【図３】熱衝撃試験の温度サイクルを示す図。

【符号の説明】

５　　金属振動板 ６　　圧電素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動板に圧電素子を接着する圧電素子の接
   着方法であって、前記圧電素子と前記振動板とを熱硬化
   性樹脂系接着剤を介して密着する工程と、前記熱硬化性
   樹脂系接着剤を前記圧電素子の使用温度範囲の中間温度
   以上に保って硬化させる工程と、を含む圧電素子の接着
   方法。