JPH06291382A - 圧電素子組立体の製造方法 - Google Patents
圧電素子組立体の製造方法Info
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- JPH06291382A JPH06291382A JP5076547A JP7654793A JPH06291382A JP H06291382 A JPH06291382 A JP H06291382A JP 5076547 A JP5076547 A JP 5076547A JP 7654793 A JP7654793 A JP 7654793A JP H06291382 A JPH06291382 A JP H06291382A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- vent hole
- hole
- fixed
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 絶縁信頼性における特に耐湿度信頼性の著し
く優れた積層電歪素子を供給すること。 【構成】 一端が閉塞され他端が開放されたケースの開
放端から圧電素子を挿入し、前記開放端を閉塞する圧電
素子組立体の製造方法において、前記開放端を閉塞する
部材にガス抜き穴を設けたものを用い、その後前記ガス
抜き穴を閉塞することを特徴とする圧電素子組立体の製
造方法である。
く優れた積層電歪素子を供給すること。 【構成】 一端が閉塞され他端が開放されたケースの開
放端から圧電素子を挿入し、前記開放端を閉塞する圧電
素子組立体の製造方法において、前記開放端を閉塞する
部材にガス抜き穴を設けたものを用い、その後前記ガス
抜き穴を閉塞することを特徴とする圧電素子組立体の製
造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電素子に関わり、特に
低コストで耐湿性を改善し信頼性を向上したものに関す
る。
低コストで耐湿性を改善し信頼性を向上したものに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】薄板状または膜状の圧電材料を、内部電
極を介在させて複数積層してなる積層体でなる積層型圧
電素子は変位が大きく信頼性の高い圧電素子として知ら
れている（特開昭５８−１９６０７４号公報参照）。し
かし、この素子は水分の侵入によりエレクトロマイグレ
ーションを起こして急激に絶縁抵抗が低下し、しまいに
は異極間が短絡を起こす重大な欠点がある。そこで、圧
電素子を金属缶に密封して耐湿性を向上した圧電素子組
立体が知られている（特開平１−１４６３７９号公報参
照）。この圧電素子組立体は、両端が開口した筒の一端
を蓋部材で蓋をして、前記蓋部材に接着剤で圧電素子を
固着し、他端を端子部材で封止すると共に圧電素子のリ
ード線を引き出す構造を有するものである。
極を介在させて複数積層してなる積層体でなる積層型圧
電素子は変位が大きく信頼性の高い圧電素子として知ら
れている（特開昭５８−１９６０７４号公報参照）。し
かし、この素子は水分の侵入によりエレクトロマイグレ
ーションを起こして急激に絶縁抵抗が低下し、しまいに
は異極間が短絡を起こす重大な欠点がある。そこで、圧
電素子を金属缶に密封して耐湿性を向上した圧電素子組
立体が知られている（特開平１−１４６３７９号公報参
照）。この圧電素子組立体は、両端が開口した筒の一端
を蓋部材で蓋をして、前記蓋部材に接着剤で圧電素子を
固着し、他端を端子部材で封止すると共に圧電素子のリ
ード線を引き出す構造を有するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、金属缶に密封
した圧電素子組立体でさえも過酷な環境条件（例えば、
８５℃，９０％ＲＨ）においては、その耐湿性が十分で
はない。それは、管の内部に使用した接着剤からのアウ
トガス（加熱によって接着剤の有機物から発生するガ
ス）が圧電素子の電極を汚染しエレクトロマイグレーシ
ョンを加速するためであると考えられる。また、組立性
も悪くコストが嵩むという問題点もある。筒と、蓋部
材、端子部材が別部品であるために、接着等の工程が必
須なためである。更に、圧電素子組立体の致命的な問題
点として、圧電素子で発生した変位が端子部材によって
殆ど吸収されてしまい、外部に取り出せる変位が減少し
てしまうという問題点がある。これは、他のハーメチッ
クシールをした電子部品と根本的に違う圧電素子組立体
固有の問題点である。従って、本発明は低コストで耐湿
性を顕著に改善した圧電素子組立体を提供することを目
的とする。
した圧電素子組立体でさえも過酷な環境条件（例えば、
８５℃，９０％ＲＨ）においては、その耐湿性が十分で
はない。それは、管の内部に使用した接着剤からのアウ
トガス（加熱によって接着剤の有機物から発生するガ
ス）が圧電素子の電極を汚染しエレクトロマイグレーシ
ョンを加速するためであると考えられる。また、組立性
も悪くコストが嵩むという問題点もある。筒と、蓋部
材、端子部材が別部品であるために、接着等の工程が必
須なためである。更に、圧電素子組立体の致命的な問題
点として、圧電素子で発生した変位が端子部材によって
殆ど吸収されてしまい、外部に取り出せる変位が減少し
てしまうという問題点がある。これは、他のハーメチッ
クシールをした電子部品と根本的に違う圧電素子組立体
固有の問題点である。従って、本発明は低コストで耐湿
性を顕著に改善した圧電素子組立体を提供することを目
的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、一端が閉塞さ
れ他端が開放されたケースの開放端から圧電素子を挿入
し、前記開放端を閉塞する圧電素子組立体の製造方法に
おいて、前記開放端を閉塞する部材にガス抜き穴を設け
たものを用い、その後前記ガス抜き穴を閉塞することを
特徴とする圧電素子組立体の製造方法である。
れ他端が開放されたケースの開放端から圧電素子を挿入
し、前記開放端を閉塞する圧電素子組立体の製造方法に
おいて、前記開放端を閉塞する部材にガス抜き穴を設け
たものを用い、その後前記ガス抜き穴を閉塞することを
特徴とする圧電素子組立体の製造方法である。
【０００５】
【作用】本発明に係るガス抜き穴がない場合には、一端
が閉塞され他端が開放されたケースの開放端から圧電素
子を挿入し前記開放端を圧入等に依って閉塞部に閉塞す
る圧電素子組立体の製造方法において、ケース内に残留
する空気等のガスの圧力に依って圧入が中心線をずれて
なされてしまう問題点がある。このため、気密性が低下
することは言うまでもないが、圧電素子組立体としての
重大な問題点を提起する。即ち、例えば図１に於て積層
圧電体１３を載置したアクチュエータベース９をケース
１０に圧入する際に傾いてなされると、電圧を印加して
積層圧電素子１３を変位させる場合に変位がダイヤフラ
ム部１１に有効に伝達されず変位が著しく減少するとい
う致命的な問題点がある。しかし、本発明に係るガス抜
き穴（図１では記号１２）を設けた場合には内部の空気
等のガスはここから排気され圧入がきわめてスムースに
なされる。本発明において用いるケースの材質は、金属
材料の他、圧電素子を実質的に密封状態に保持できるも
のならば、何でも良いが、特に金属材料を用いる場合に
は、圧電素子組立体を動作させたときに弾性特性が良好
であるし、塑性加工性も良好である。金属材料としては
アルミニウムやその合金等、用途に応じて何でも使用で
きるが、圧電素子組立体の弾性特性やハンダ付け性など
からＣｕ−Ｃｒ合金等を用いると良好な圧電素子組立体
が得られる。
が閉塞され他端が開放されたケースの開放端から圧電素
子を挿入し前記開放端を圧入等に依って閉塞部に閉塞す
る圧電素子組立体の製造方法において、ケース内に残留
する空気等のガスの圧力に依って圧入が中心線をずれて
なされてしまう問題点がある。このため、気密性が低下
することは言うまでもないが、圧電素子組立体としての
重大な問題点を提起する。即ち、例えば図１に於て積層
圧電体１３を載置したアクチュエータベース９をケース
１０に圧入する際に傾いてなされると、電圧を印加して
積層圧電素子１３を変位させる場合に変位がダイヤフラ
ム部１１に有効に伝達されず変位が著しく減少するとい
う致命的な問題点がある。しかし、本発明に係るガス抜
き穴（図１では記号１２）を設けた場合には内部の空気
等のガスはここから排気され圧入がきわめてスムースに
なされる。本発明において用いるケースの材質は、金属
材料の他、圧電素子を実質的に密封状態に保持できるも
のならば、何でも良いが、特に金属材料を用いる場合に
は、圧電素子組立体を動作させたときに弾性特性が良好
であるし、塑性加工性も良好である。金属材料としては
アルミニウムやその合金等、用途に応じて何でも使用で
きるが、圧電素子組立体の弾性特性やハンダ付け性など
からＣｕ−Ｃｒ合金等を用いると良好な圧電素子組立体
が得られる。
【０００６】
【実施例】（実施例１）本発明の実施例について説明す
る。図１は本発明の電歪アクチュエータの一実施例の断
面図である。以下実施例に従って説明する。まずチタン
酸ジルコン酸鉛を主成分とする電歪材料粉末に、有機バ
インダーとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、可塑
剤としてＢＰＢＧ（ブチルフタリルブチルグリコレー
ト）、有機溶剤としてトリクレンを各々添加して混合
し、スラリーをドクターブレード法によりキャリヤフイ
ルム上に厚さ１００μｍのシート状に形成した。これを
フイルムから剥し、図２（ａ）または（ｂ）で示すよう
に、一端部に電歪効果層１または２の表面が露出残存す
るようなパタ−ンでその片面に白金ペーストを印刷し内
部電極３または４を形成した。これを順次数十枚積層し
て加熱圧着する。その後、脱バインダーを行い、１１０
０〜１２５０℃で１〜５時間、酸素中にて焼成して、図
３に示すような左右両側面に内部電極３、４が露出した
積層圧電ブロックを形成する。次にこのブロックを任意
の大きさに図４に示す点線のように切断し、さらに交互
に内部電極が露出した面に金−白金ペースト５を塗布、
焼成することで外部電極を形成した。次にこの外部電極
上に、電圧印加用のリード線８をハンダ７により接続
し、図５の積層圧電素子を形成した。以上の工程により
断面５mm×５mm、長さ１０mm、積層枚数９０枚の積層電
歪素子を得た。次に図６のように、上記により得られた
積層電歪素子１３の上下面の一端を、ハンダで外周部を
固定され、かつ気密性を保つよう構成されたハーメチッ
クシール６により電極取りだし端子を設けられたアクチ
ュエータベース９に固定する。この際に、アクチュエー
タベース９の材質は、ハーメチックシールのハンダを考
慮し、真鍮を用いた。また、図のように、本発明に関す
るところのＡｉｒ抜き穴は、少なくとも電歪素子１３が
固定された際に、素子の固定端に穴が隠れない場所に、
φ０．５ｍｍの小さな貫通孔を設けた。基本的には、缶
内部の微少なガスの膨張を緩和してやれば良いので、貫
通孔は、アクチュエータベースのみに限定するのではな
くではなく、例えばハウジング等の外装部材にどこか一
つ以上あればよい。次に素子のリード線８をハーメチッ
クシール６の缶内側の金属端子にハンダ付けする。これ
により得られた素子を、図１のようにハウジング１０の
内部に挿入し、素子の固定端以外の一端が、ハウジング
１０のダイアフラム部１１に接触するよう、圧入する。
ここではハウジングの位置決めを圧入により行っている
が、ダイアフラムブが接触する構造であれば、例えばネ
ジ等による位置決めも考えられる。以上の工程で、缶の
外部に突出したハーメチックシール６の金属端子間に電
圧を印加することで、缶内部の素子１３が伸縮し、ダイ
アフラム部１１が上下に変位する構造の素子が得られ
る。本実施例により得られた素子の基本特性を表１に示
した。
る。図１は本発明の電歪アクチュエータの一実施例の断
面図である。以下実施例に従って説明する。まずチタン
酸ジルコン酸鉛を主成分とする電歪材料粉末に、有機バ
インダーとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、可塑
剤としてＢＰＢＧ（ブチルフタリルブチルグリコレー
ト）、有機溶剤としてトリクレンを各々添加して混合
し、スラリーをドクターブレード法によりキャリヤフイ
ルム上に厚さ１００μｍのシート状に形成した。これを
フイルムから剥し、図２（ａ）または（ｂ）で示すよう
に、一端部に電歪効果層１または２の表面が露出残存す
るようなパタ−ンでその片面に白金ペーストを印刷し内
部電極３または４を形成した。これを順次数十枚積層し
て加熱圧着する。その後、脱バインダーを行い、１１０
０〜１２５０℃で１〜５時間、酸素中にて焼成して、図
３に示すような左右両側面に内部電極３、４が露出した
積層圧電ブロックを形成する。次にこのブロックを任意
の大きさに図４に示す点線のように切断し、さらに交互
に内部電極が露出した面に金−白金ペースト５を塗布、
焼成することで外部電極を形成した。次にこの外部電極
上に、電圧印加用のリード線８をハンダ７により接続
し、図５の積層圧電素子を形成した。以上の工程により
断面５mm×５mm、長さ１０mm、積層枚数９０枚の積層電
歪素子を得た。次に図６のように、上記により得られた
積層電歪素子１３の上下面の一端を、ハンダで外周部を
固定され、かつ気密性を保つよう構成されたハーメチッ
クシール６により電極取りだし端子を設けられたアクチ
ュエータベース９に固定する。この際に、アクチュエー
タベース９の材質は、ハーメチックシールのハンダを考
慮し、真鍮を用いた。また、図のように、本発明に関す
るところのＡｉｒ抜き穴は、少なくとも電歪素子１３が
固定された際に、素子の固定端に穴が隠れない場所に、
φ０．５ｍｍの小さな貫通孔を設けた。基本的には、缶
内部の微少なガスの膨張を緩和してやれば良いので、貫
通孔は、アクチュエータベースのみに限定するのではな
くではなく、例えばハウジング等の外装部材にどこか一
つ以上あればよい。次に素子のリード線８をハーメチッ
クシール６の缶内側の金属端子にハンダ付けする。これ
により得られた素子を、図１のようにハウジング１０の
内部に挿入し、素子の固定端以外の一端が、ハウジング
１０のダイアフラム部１１に接触するよう、圧入する。
ここではハウジングの位置決めを圧入により行っている
が、ダイアフラムブが接触する構造であれば、例えばネ
ジ等による位置決めも考えられる。以上の工程で、缶の
外部に突出したハーメチックシール６の金属端子間に電
圧を印加することで、缶内部の素子１３が伸縮し、ダイ
アフラム部１１が上下に変位する構造の素子が得られ
る。本実施例により得られた素子の基本特性を表１に示
した。
【表１】 ただし、このままではアクチュエータベースに設けた貫
通孔やハウジングの圧入部分隙間より外気が侵入し、水
分の付着が生じるため、それらを遮蔽する必要がある。
そこでまず圧入部に低温クリームハンダ（液化点１４２
℃）を一様に塗布し、１６０℃の雰囲気炉で１０分間加
熱したが、缶内部に封入されている部品が変形・変質し
ない限り、例えば銀ろうづけ等の高温ろう付けも可能で
ある。また従来、この様なろう付けやハンダといった加
熱工程を行った場合、本発明によるところのＡｉｒ抜き
穴が無いと、缶内部のＡｉｒが熱膨張し、缶の唯一の隙
間である圧入部から、Ａｉｒ漏れし、塗布したハンダが
液化している際に、小さなポアが生じてしまう。このポ
アはオープンポアで、通常、微少ながらも缶の内部にま
で気体の通路を形成するため、徐々に水分がその隙間を
通って、缶内部に侵入し、素子の絶縁性を大きく劣化さ
せる。ところが本実施例では、アクチュエータベースに
Ａｉｒ抜き用の穴を設けてあるので、そこから熱膨張し
たＡｉｒが抜けるため、ハンダ内部のボイドの発生が防
げた。上記のようにハンダによる圧入部の気密性保持工
程後、既Ａｉｒ抜き穴部にのみ、真鍮のピンを差し込
み、ピンスポットでハンダで溶着させた。以上の工程に
より、完全に気密性を確保した缶封入型積層電歪素子が
実現できた。また、今回の実施例では単純に熱膨張によ
るガスの緩和のみについて記述しているが、例えば圧入
部をハンダろうづけ後、貫通孔よりアルゴンや窒素等の
不活性ガスを置換した後に、ピンスポットで閉孔れば、
より信頼度の高い素子を提できることは容易に考えられ
る。既素子の耐湿性を確認するため、８５℃／９０％Ｒ
Ｈの雰囲気でＤＣ１５０Ｖの通電試験をおこない、絶縁
抵抗を連続的に測定した。その結果を図７に示した。今
回は比較のため、表２に示すような３種類の素子を作製
し、耐湿試験を行ったが、圧入のみで気密性を保った素
子は、実験直後に絶縁劣化が急激に始まり、圧入部をハ
ンダで溶着したものの、Ａｉｒ抜き穴を設けなかったも
のは、ハンダ部に微少ボイドが発生し、徐々に絶縁の劣
化が確認された。そして、素子〓３の本発明の実施例に
よるものは、絶縁の劣化が確認されず、本発明の耐湿性
における優位性を示す結果となった。
通孔やハウジングの圧入部分隙間より外気が侵入し、水
分の付着が生じるため、それらを遮蔽する必要がある。
そこでまず圧入部に低温クリームハンダ（液化点１４２
℃）を一様に塗布し、１６０℃の雰囲気炉で１０分間加
熱したが、缶内部に封入されている部品が変形・変質し
ない限り、例えば銀ろうづけ等の高温ろう付けも可能で
ある。また従来、この様なろう付けやハンダといった加
熱工程を行った場合、本発明によるところのＡｉｒ抜き
穴が無いと、缶内部のＡｉｒが熱膨張し、缶の唯一の隙
間である圧入部から、Ａｉｒ漏れし、塗布したハンダが
液化している際に、小さなポアが生じてしまう。このポ
アはオープンポアで、通常、微少ながらも缶の内部にま
で気体の通路を形成するため、徐々に水分がその隙間を
通って、缶内部に侵入し、素子の絶縁性を大きく劣化さ
せる。ところが本実施例では、アクチュエータベースに
Ａｉｒ抜き用の穴を設けてあるので、そこから熱膨張し
たＡｉｒが抜けるため、ハンダ内部のボイドの発生が防
げた。上記のようにハンダによる圧入部の気密性保持工
程後、既Ａｉｒ抜き穴部にのみ、真鍮のピンを差し込
み、ピンスポットでハンダで溶着させた。以上の工程に
より、完全に気密性を確保した缶封入型積層電歪素子が
実現できた。また、今回の実施例では単純に熱膨張によ
るガスの緩和のみについて記述しているが、例えば圧入
部をハンダろうづけ後、貫通孔よりアルゴンや窒素等の
不活性ガスを置換した後に、ピンスポットで閉孔れば、
より信頼度の高い素子を提できることは容易に考えられ
る。既素子の耐湿性を確認するため、８５℃／９０％Ｒ
Ｈの雰囲気でＤＣ１５０Ｖの通電試験をおこない、絶縁
抵抗を連続的に測定した。その結果を図７に示した。今
回は比較のため、表２に示すような３種類の素子を作製
し、耐湿試験を行ったが、圧入のみで気密性を保った素
子は、実験直後に絶縁劣化が急激に始まり、圧入部をハ
ンダで溶着したものの、Ａｉｒ抜き穴を設けなかったも
のは、ハンダ部に微少ボイドが発生し、徐々に絶縁の劣
化が確認された。そして、素子〓３の本発明の実施例に
よるものは、絶縁の劣化が確認されず、本発明の耐湿性
における優位性を示す結果となった。
【表２】
【０００７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば絶
縁信頼性における特に耐湿度信頼性の著しく優れた積層
電歪素子を供給することが出来る。
縁信頼性における特に耐湿度信頼性の著しく優れた積層
電歪素子を供給することが出来る。
【図１】本発明に関する電歪素子の一実施例を示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明に関する電歪素子の基本構成となるグリ
ーンシートを示す図である。
ーンシートを示す図である。
【図３】図２の基本構成となるブロック図である。
【図４】ブロックの切断部である。
【図５】本実施例で得られた積層型電歪素子の断面図で
ある。
ある。
【図６】本実施例における途中組み立て図である。
【図７】本実施例の素子の耐湿特性図である。
８ リード線 ９ アクチュエータベース １０
ハウジング １１ ダイアフラム １２ Ａｉｒ抜き穴 １３
積層電歪素子
ハウジング １１ ダイアフラム １２ Ａｉｒ抜き穴 １３
積層電歪素子
Claims (1)
- 【請求項１】 一端が閉塞され他端が開放されたケース
の開放端から圧電素子を挿入し、前記開放端を閉塞する
圧電素子組立体の製造方法において、前記開放端を閉塞
する部材にガス抜き穴を設けたものを用い、その後前記
ガス抜き穴を閉塞することを特徴とする圧電素子組立体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076547A JPH06291382A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 圧電素子組立体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5076547A JPH06291382A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 圧電素子組立体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291382A true JPH06291382A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=13608297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5076547A Pending JPH06291382A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 圧電素子組立体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06291382A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10305578A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-11-17 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド |
| WO2002014679A1 (de) * | 2000-08-11 | 2002-02-21 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelektrische aktuatoranordnung, insbesondere zur betätigung eines ventils in einem kraftfahrzeug |
-
1993
- 1993-04-02 JP JP5076547A patent/JPH06291382A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10305578A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-11-17 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド |
| WO2002014679A1 (de) * | 2000-08-11 | 2002-02-21 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelektrische aktuatoranordnung, insbesondere zur betätigung eines ventils in einem kraftfahrzeug |
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