JPH07221129A - 複合構造体に埋封するためのセラミックデバイスの封入方法 - Google Patents
複合構造体に埋封するためのセラミックデバイスの封入方法Info
- Publication number
- JPH07221129A JPH07221129A JP32210594A JP32210594A JPH07221129A JP H07221129 A JPH07221129 A JP H07221129A JP 32210594 A JP32210594 A JP 32210594A JP 32210594 A JP32210594 A JP 32210594A JP H07221129 A JPH07221129 A JP H07221129A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- actuator
- sensor
- ceramic
- encapsulating
- package
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- 238000010276 construction Methods 0.000 title description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 17
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 claims description 11
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 7
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims description 7
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 claims description 6
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 claims description 5
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims description 5
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 claims description 5
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 claims description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 6
- 241000257465 Echinoidea Species 0.000 claims 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 9
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 4
- 239000003190 viscoelastic substance Substances 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- KUBDPQJOLOUJRM-UHFFFAOYSA-N 2-(chloromethyl)oxirane;4-[2-(4-hydroxyphenyl)propan-2-yl]phenol Chemical compound ClCC1CO1.C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 KUBDPQJOLOUJRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- DTSBBUTWIOVIBV-UHFFFAOYSA-N molybdenum niobium Chemical compound [Nb].[Mo] DTSBBUTWIOVIBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
- H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/02—Forming enclosures or casings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 積層されたグラファイト構造体など複合構造
体に、より容易に埋封され、或いは、積層される圧電セ
ンサパッケージ或いは圧電アクチュエータパッケージの
製造方法を提供する。 【構成】 接着されたリードワイヤ１６，１８を備えた
セラミックアクチュエータ／センサ１０が、ガラス繊維
の布およびエポキシなど非導電性のフィアバ複合材料に
封入され、室温で予備硬化されたパッケージを形成す
る。封入材料２０の熱膨張率が、セラミックおよびグラ
ファイト−エポキシ材料の熱膨張率の間であるように選
択されているため、封入により、絶縁、良好な応力の伝
達および機械的損傷からの保護される。パッケージには
ガラス繊維が付加され、電圧−歪特性が改善されるよう
に構成される。
体に、より容易に埋封され、或いは、積層される圧電セ
ンサパッケージ或いは圧電アクチュエータパッケージの
製造方法を提供する。 【構成】 接着されたリードワイヤ１６，１８を備えた
セラミックアクチュエータ／センサ１０が、ガラス繊維
の布およびエポキシなど非導電性のフィアバ複合材料に
封入され、室温で予備硬化されたパッケージを形成す
る。封入材料２０の熱膨張率が、セラミックおよびグラ
ファイト−エポキシ材料の熱膨張率の間であるように選
択されているため、封入により、絶縁、良好な応力の伝
達および機械的損傷からの保護される。パッケージには
ガラス繊維が付加され、電圧−歪特性が改善されるよう
に構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、種々のタイプの複合構
造体に用いるための圧電アクチュエータおよびセンサに
関するものであり、より詳細には、複合材料構成にアク
チュエータおよびセンサを埋封するするための技法に関
するものである。
造体に用いるための圧電アクチュエータおよびセンサに
関するものであり、より詳細には、複合材料構成にアク
チュエータおよびセンサを埋封するするための技法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】宇宙
空間の応用例で用いられる構造体は、剛性で、軽量であ
り、かつ、振動の形態をなす機械的なエネルギを散逸で
きるようになっている。エネルギを散逸させるために種
々の技法が提案され、これらは、能動的なアプローチ或
いは受動的なアプローチとして分類され得る。受動的な
エネルギ散逸法は、典型的には、構造部材に封入され、
或いは、構造的にジョイントで与えられた粘弾性材料の
層を用いている。粘弾性の層は、機械的に応力が与えら
れる速度にしたがって剛性が増すという有用な特性を備
えている。したがって、粘弾性部材は、速い振動のとき
には、比較的高い減衰力にさらされ、より遅く変形され
るときには、比較的低い減衰力にさらされる。受動的な
手段により、著しいレベルの減衰を得ることができる
が、粘弾性材料にエネルギを導入するために、構造部材
は、ある位置で、その剛性を減少せざるを得ないため、
静的な強度(static strength) は、粘弾性材料の存在に
より減少する。また、粘弾性材料の特性は、温度に高く
依存するため、宇宙の構造体においては、温度制御シス
テムを用いて、構造体を、所望の作動状態に維持する必
要がある。このことは、消費パワーおよび重量の点から
コストがかかり、かつ、温度制御が全く不可能な場合が
存在する。
空間の応用例で用いられる構造体は、剛性で、軽量であ
り、かつ、振動の形態をなす機械的なエネルギを散逸で
きるようになっている。エネルギを散逸させるために種
々の技法が提案され、これらは、能動的なアプローチ或
いは受動的なアプローチとして分類され得る。受動的な
エネルギ散逸法は、典型的には、構造部材に封入され、
或いは、構造的にジョイントで与えられた粘弾性材料の
層を用いている。粘弾性の層は、機械的に応力が与えら
れる速度にしたがって剛性が増すという有用な特性を備
えている。したがって、粘弾性部材は、速い振動のとき
には、比較的高い減衰力にさらされ、より遅く変形され
るときには、比較的低い減衰力にさらされる。受動的な
手段により、著しいレベルの減衰を得ることができる
が、粘弾性材料にエネルギを導入するために、構造部材
は、ある位置で、その剛性を減少せざるを得ないため、
静的な強度(static strength) は、粘弾性材料の存在に
より減少する。また、粘弾性材料の特性は、温度に高く
依存するため、宇宙の構造体においては、温度制御シス
テムを用いて、構造体を、所望の作動状態に維持する必
要がある。このことは、消費パワーおよび重量の点から
コストがかかり、かつ、温度制御が全く不可能な場合が
存在する。
【０００３】能動的減衰法はアクチュエータを使用し、
このアクチュエータは、変形センサと協動して、減衰力
を与え、構造体上の振動および他の負荷力(loading for
ce)を補償している。静的な構造的強度および剛性は、
能動的な減衰によっては処理されず、多くのセラミック
アクチュエータ材料が、受動的な減衰構造体よりも、よ
り大きな温度範囲にわたり、その特性を維持することが
できる。能動的な減衰が用いられる場合には、多くの場
合、温度制御システムは必要でない。能動的に減衰させ
る構造体において本質的に困難なことは、複合材料にセ
ラミックアクチュエータを埋封することである。最も効
率的なアクチュエータ材料は、チタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ:lea zirconate titanate)などの圧電セラミッ
ク、および、鉛モリブデンニオブ（ＰＭＮ:lead molybd
enum niobate）などの電気歪性材料である。与えられた
電圧により、選択された方向に構造体が変形して、選択
された方向の変形が、測定可能な電圧を引き起こすた
め、圧電材料は、アクチュエータとして使用可能であ
る。不運にも、ほとんどのセラミック材料は、比較的脆
く、大きな正の熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。グラ
ファイトのファイバで補強されたエポキシ樹脂は、ゼロ
或いは僅かに負の熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。グ
ラファイトのファイバで補強されたエポキシ樹脂が、高
温で硬化され、引き続いて冷却されたときに、引張応力
が、埋封されたセラミック材料に引き起こされる。その
結果生じたクラッキングは、完全にではないとしても、
セラミックアクチュエータの性能を、著しく劣化させ
る。他の困難なことは、アクチュエータを埋封する複合
材料内の導電性のグラファイトファイバから、アクチュ
エータを絶縁しなければならないことである。セラミッ
クアクチュエータおよびセンサは、絶縁すべき接続リー
ドを取り付けた二つの電気メッキされた面を有してい
る。さらに他の問題点は、アクチュエータの固有の脆性
であり、これにより、複合構造体に埋封される前であっ
ても、アクチュエータが破壊される場合がある。
このアクチュエータは、変形センサと協動して、減衰力
を与え、構造体上の振動および他の負荷力(loading for
ce)を補償している。静的な構造的強度および剛性は、
能動的な減衰によっては処理されず、多くのセラミック
アクチュエータ材料が、受動的な減衰構造体よりも、よ
り大きな温度範囲にわたり、その特性を維持することが
できる。能動的な減衰が用いられる場合には、多くの場
合、温度制御システムは必要でない。能動的に減衰させ
る構造体において本質的に困難なことは、複合材料にセ
ラミックアクチュエータを埋封することである。最も効
率的なアクチュエータ材料は、チタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ:lea zirconate titanate)などの圧電セラミッ
ク、および、鉛モリブデンニオブ（ＰＭＮ:lead molybd
enum niobate）などの電気歪性材料である。与えられた
電圧により、選択された方向に構造体が変形して、選択
された方向の変形が、測定可能な電圧を引き起こすた
め、圧電材料は、アクチュエータとして使用可能であ
る。不運にも、ほとんどのセラミック材料は、比較的脆
く、大きな正の熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。グラ
ファイトのファイバで補強されたエポキシ樹脂は、ゼロ
或いは僅かに負の熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。グ
ラファイトのファイバで補強されたエポキシ樹脂が、高
温で硬化され、引き続いて冷却されたときに、引張応力
が、埋封されたセラミック材料に引き起こされる。その
結果生じたクラッキングは、完全にではないとしても、
セラミックアクチュエータの性能を、著しく劣化させ
る。他の困難なことは、アクチュエータを埋封する複合
材料内の導電性のグラファイトファイバから、アクチュ
エータを絶縁しなければならないことである。セラミッ
クアクチュエータおよびセンサは、絶縁すべき接続リー
ドを取り付けた二つの電気メッキされた面を有してい
る。さらに他の問題点は、アクチュエータの固有の脆性
であり、これにより、複合構造体に埋封される前であっ
ても、アクチュエータが破壊される場合がある。
【０００４】これらの問題点に対して、構造体に埋封す
る前に、Kaptonのエンベロープ内にアクチュエータ或い
はセンサを包むというある解決法が提案されている。こ
の解決法の本質的な欠点は、KaptonおよびKaptonに供給
される関連する接着材料が、セラミックと均質な接着を
形成しないことにある。したがって、セラミック材料の
機械的な変形は、エンベロープを埋封した積層構造体に
は、しっかりと伝えられず、センサの場合には、構造体
の変形が、セラミックに適切に伝達されない。
る前に、Kaptonのエンベロープ内にアクチュエータ或い
はセンサを包むというある解決法が提案されている。こ
の解決法の本質的な欠点は、KaptonおよびKaptonに供給
される関連する接着材料が、セラミックと均質な接着を
形成しないことにある。したがって、セラミック材料の
機械的な変形は、エンベロープを埋封した積層構造体に
は、しっかりと伝えられず、センサの場合には、構造体
の変形が、セラミックに適切に伝達されない。
【０００５】
【発明の目的】上述したことから、複合構造体の能動的
な減衰に適用するときの圧電セラミックのセンサおよび
アクチュエータの分野において、さらに改良が必要であ
ることが認識されるであろう。本発明は、これら問題点
を解決する。本発明の目的は、積層されたグラファイト
構造体など複合構造体に、より容易に埋封され、或い
は、積層される圧電センサパッケージ或いは圧電アクチ
ュエータパッケージの製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、他のタイプの構造体にも同様
に有利に使用できるセンサパッケージ或いはアクチュエ
ータパッケージを提供することにある。
な減衰に適用するときの圧電セラミックのセンサおよび
アクチュエータの分野において、さらに改良が必要であ
ることが認識されるであろう。本発明は、これら問題点
を解決する。本発明の目的は、積層されたグラファイト
構造体など複合構造体に、より容易に埋封され、或い
は、積層される圧電センサパッケージ或いは圧電アクチ
ュエータパッケージの製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、他のタイプの構造体にも同様
に有利に使用できるセンサパッケージ或いはアクチュエ
ータパッケージを提供することにある。
【０００６】
【発明の構成および作用】本発明の目的は、全般的に
は、ワイヤリードを、セラミックアクチュエータ／セン
サの電極に接着し、セラミック材料の熱膨張率と、後に
アクチュエータ／センサを埋封するグラファイトエポキ
シ積層体の熱膨張率との間の熱膨張率を有する非導電性
のファイバ複合材料に、セラミックアクチュエータ／セ
ンサを封入するステップを有するアクチュエータ／セン
サパッケージの製造方法により達成される。封入材料
は、機械的な歪みを良好に伝え、熱応力を減少させ、ア
クチュエータ／センサを絶縁し、かつ、アクチュエータ
／センサを機械的損傷から保護する。本発明の現在のと
ころ好ましい実施態様においては、封入材料としてガラ
ス繊維の布およびエポキシが用いられる。より詳細に
は、封入するステップが、セラミックアクチュエータ／
センサを封入材料で包み、封入されたパッケージを適当
な温度で硬化させ、封入材料を硬化させることを含んで
いる。硬化させるステップは、低温で実行され、好まし
くは、使用されないエポキシ樹脂を容易に抽出するため
に圧力下で実行される。
は、ワイヤリードを、セラミックアクチュエータ／セン
サの電極に接着し、セラミック材料の熱膨張率と、後に
アクチュエータ／センサを埋封するグラファイトエポキ
シ積層体の熱膨張率との間の熱膨張率を有する非導電性
のファイバ複合材料に、セラミックアクチュエータ／セ
ンサを封入するステップを有するアクチュエータ／セン
サパッケージの製造方法により達成される。封入材料
は、機械的な歪みを良好に伝え、熱応力を減少させ、ア
クチュエータ／センサを絶縁し、かつ、アクチュエータ
／センサを機械的損傷から保護する。本発明の現在のと
ころ好ましい実施態様においては、封入材料としてガラ
ス繊維の布およびエポキシが用いられる。より詳細に
は、封入するステップが、セラミックアクチュエータ／
センサを封入材料で包み、封入されたパッケージを適当
な温度で硬化させ、封入材料を硬化させることを含んで
いる。硬化させるステップは、低温で実行され、好まし
くは、使用されないエポキシ樹脂を容易に抽出するため
に圧力下で実行される。
【０００７】また、この方法は、封入に先立って、高弾
性率グラファイトファイバ材料をアクチュエータ／セン
サの次に設けるステップを任意的に含み、ファイバが、
所望の長手方向の歪みを横切る方向に延びるようにして
もよい。グラファイトファイバは、セラミックと電気的
には接触しないが、これに隣接して終端し、グラファイ
ト材料が横断方向の歪みを防止することにより、アクチ
ュエータ／センサの特性が高められる。また、本発明
は、上述した方法のステップにしたがって製造されるア
クチュエータ／センサパッケージを含んでいる。本発明
の他の実施態様は、積層された構造部材にセラミックア
クチュエータ／センサを埋封する方法であって、ワイヤ
リードをセラミックアクチュエータ／センサの電極に接
着し、セラミックアクチュエータ／センサを、非導電性
のファイバ複合材料に封入して、アクチュエータ／セン
サパッケージを形成し、積層された構造部材内の選択さ
れた位置に、アクチュエータ／センサパッケージを埋封
するように構成された方法である。より詳細には、埋封
するステップは、アクチュエータ／センサパッケージ
を、部材の製造中に、構造部材の積層体の間の選択され
た位置に配置し、高温で、複合構造部材を硬化させるこ
とを含んでいる。硬化させるステップは、積層された構
造部材の温度を比較的迅速に、構造部材を硬化させるの
に通常用いられる温度よりも低い硬化温度に上昇させ、
構造部材を硬化させるのに通常用いられる時間よりも長
時間にわたり、硬化温度を維持し、埋封したセラミック
パッケージの熱分解を最小化するように、部材をゆっく
りと冷却することを含んでいる。
性率グラファイトファイバ材料をアクチュエータ／セン
サの次に設けるステップを任意的に含み、ファイバが、
所望の長手方向の歪みを横切る方向に延びるようにして
もよい。グラファイトファイバは、セラミックと電気的
には接触しないが、これに隣接して終端し、グラファイ
ト材料が横断方向の歪みを防止することにより、アクチ
ュエータ／センサの特性が高められる。また、本発明
は、上述した方法のステップにしたがって製造されるア
クチュエータ／センサパッケージを含んでいる。本発明
の他の実施態様は、積層された構造部材にセラミックア
クチュエータ／センサを埋封する方法であって、ワイヤ
リードをセラミックアクチュエータ／センサの電極に接
着し、セラミックアクチュエータ／センサを、非導電性
のファイバ複合材料に封入して、アクチュエータ／セン
サパッケージを形成し、積層された構造部材内の選択さ
れた位置に、アクチュエータ／センサパッケージを埋封
するように構成された方法である。より詳細には、埋封
するステップは、アクチュエータ／センサパッケージ
を、部材の製造中に、構造部材の積層体の間の選択され
た位置に配置し、高温で、複合構造部材を硬化させるこ
とを含んでいる。硬化させるステップは、積層された構
造部材の温度を比較的迅速に、構造部材を硬化させるの
に通常用いられる温度よりも低い硬化温度に上昇させ、
構造部材を硬化させるのに通常用いられる時間よりも長
時間にわたり、硬化温度を維持し、埋封したセラミック
パッケージの熱分解を最小化するように、部材をゆっく
りと冷却することを含んでいる。
【０００８】さらに、埋封するステップは、硬化させる
ステップ中に、アクチュエータ／センサパッケージに電
圧を印加することにより、これに圧電的なプリストレス
を与え、冷却中に電圧をゆっくりと除去することを含ん
でいる。印加された電圧により、横方向に、圧縮プリス
トレスが生じ、電圧を除去することにより、熱収縮と相
対する横方向の膨張が生じるとともに、アクチュエータ
／センサパッケージの熱応力およびクラックを減少させ
るのに役立つ。上述した概要から、本発明が、圧電アク
チュエータおよび圧電センサの分野において著しい進歩
をもたらすことが理解されよう。特に、本発明は、熱応
力の問題を最小化したアクチュエータ／センサパッケー
ジを提供し、絶縁および機械的損傷からの保護を与える
とともに、パッケージを埋封した構造部材への、或い
は、構造部材から良好に歪みが伝えられる。本発明の他
の態様および利点は、添付図面に関連して以下に詳細に
述べる記載から明らかになるであろう。
ステップ中に、アクチュエータ／センサパッケージに電
圧を印加することにより、これに圧電的なプリストレス
を与え、冷却中に電圧をゆっくりと除去することを含ん
でいる。印加された電圧により、横方向に、圧縮プリス
トレスが生じ、電圧を除去することにより、熱収縮と相
対する横方向の膨張が生じるとともに、アクチュエータ
／センサパッケージの熱応力およびクラックを減少させ
るのに役立つ。上述した概要から、本発明が、圧電アク
チュエータおよび圧電センサの分野において著しい進歩
をもたらすことが理解されよう。特に、本発明は、熱応
力の問題を最小化したアクチュエータ／センサパッケー
ジを提供し、絶縁および機械的損傷からの保護を与える
とともに、パッケージを埋封した構造部材への、或い
は、構造部材から良好に歪みが伝えられる。本発明の他
の態様および利点は、添付図面に関連して以下に詳細に
述べる記載から明らかになるであろう。
【０００９】
【実施例】以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例
につき、詳細に説明を加える。例示のために図面を参照
すると、本発明は、セラミックアクチュエータ或いはセ
ンサのパッケージを製造する技法に関連しており、積層
された構造部材への埋封を容易にする。積層グラファイ
トの部材など積層構造体にセラミックデバイスを埋封す
る場合に最も困難なことは、(1) セラミックと積層グラ
ファイトとの熱膨張率（ＣＴＥ）が大きく異なること、
(2) 導電材料に埋封されるときに、電極およびセラミッ
クデバイスへのリードのために絶縁をなすこと、およ
び、(3) セラミック材料の固有の脆性にある。本発明に
よれば、セラミックアクチュエータ或いはセンサは、構
造部材に埋封されるのに先立って、非導電性のファイバ
複合材料に封入される。封入材料は、熱膨張率（ＣＴ
Ｅ）が、セラミック材料の熱膨張率とデバイスを埋封す
べきグラファイトエポキシ樹脂のラミネートの熱膨張率
との間になるように都合よく選択される。さらに、封入
材料により、デバイスと、これを埋封すべき構造体との
間に、所望のしっかりとした機械的結合が与えられ、デ
バイスが、取付けに先立つ操作および取付け中の操作か
らの潜在的損傷から保護される。
につき、詳細に説明を加える。例示のために図面を参照
すると、本発明は、セラミックアクチュエータ或いはセ
ンサのパッケージを製造する技法に関連しており、積層
された構造部材への埋封を容易にする。積層グラファイ
トの部材など積層構造体にセラミックデバイスを埋封す
る場合に最も困難なことは、(1) セラミックと積層グラ
ファイトとの熱膨張率（ＣＴＥ）が大きく異なること、
(2) 導電材料に埋封されるときに、電極およびセラミッ
クデバイスへのリードのために絶縁をなすこと、およ
び、(3) セラミック材料の固有の脆性にある。本発明に
よれば、セラミックアクチュエータ或いはセンサは、構
造部材に埋封されるのに先立って、非導電性のファイバ
複合材料に封入される。封入材料は、熱膨張率（ＣＴ
Ｅ）が、セラミック材料の熱膨張率とデバイスを埋封す
べきグラファイトエポキシ樹脂のラミネートの熱膨張率
との間になるように都合よく選択される。さらに、封入
材料により、デバイスと、これを埋封すべき構造体との
間に、所望のしっかりとした機械的結合が与えられ、デ
バイスが、取付けに先立つ操作および取付け中の操作か
らの潜在的損傷から保護される。
【００１０】図１は、参照番号１０で特定される圧電セ
ラミックアクチュエータを示している。本明細書におい
て、「アクチュエータ」という語が用いられる場合に
は、いつでも、デバイス１０が、圧電センサであっても
よいことを理解すべきである。アクチュエータ１０は、
二つの電気メッキされた面１２、１４を有し、これら
は、デバイスの電極となっている。電極に電圧が印加さ
れたときに、電界が、面１２、１４に垂直な方向に与え
られる。この方向を、ポーリング方向と称する。電界に
より、この方向に、歪みすなわち変形が生じる。アクチ
ュエータのパッケージを製造する工程の第１のステップ
は、１６、１８で示すワイヤリードを、電気メッキされ
た面１２、１４に接着することである。室温で硬化する
エポキシを含んだ接着剤による接着、或いは、注意深く
選択された半田付けの工程など、適当なすべての方法を
使用することができる。使用する半田は、グラファイト
エポキシ材料の硬化温度である３５０°Ｆよりも大きい
が、セラミック材料のキューリー温度よりも小さな融点
を備えてている必要がある。キューリー温度よりも高く
なると、デバイスの圧電特性が損なわれる。現在のとこ
ろ、好ましいアプローチは、デバイスすなわちアクチュ
エータ１０の端部の近くでリード１６、１８をスポット
接着(spot bond) することであり、それにより、引き続
きなされる封入中に、リードが所定の位置に保持され
る。好ましくは圧力下で実行される封入の後に、リード
は、封入された材料により、電気メッキされた面１２、
１４と、密に接触する。
ラミックアクチュエータを示している。本明細書におい
て、「アクチュエータ」という語が用いられる場合に
は、いつでも、デバイス１０が、圧電センサであっても
よいことを理解すべきである。アクチュエータ１０は、
二つの電気メッキされた面１２、１４を有し、これら
は、デバイスの電極となっている。電極に電圧が印加さ
れたときに、電界が、面１２、１４に垂直な方向に与え
られる。この方向を、ポーリング方向と称する。電界に
より、この方向に、歪みすなわち変形が生じる。アクチ
ュエータのパッケージを製造する工程の第１のステップ
は、１６、１８で示すワイヤリードを、電気メッキされ
た面１２、１４に接着することである。室温で硬化する
エポキシを含んだ接着剤による接着、或いは、注意深く
選択された半田付けの工程など、適当なすべての方法を
使用することができる。使用する半田は、グラファイト
エポキシ材料の硬化温度である３５０°Ｆよりも大きい
が、セラミック材料のキューリー温度よりも小さな融点
を備えてている必要がある。キューリー温度よりも高く
なると、デバイスの圧電特性が損なわれる。現在のとこ
ろ、好ましいアプローチは、デバイスすなわちアクチュ
エータ１０の端部の近くでリード１６、１８をスポット
接着(spot bond) することであり、それにより、引き続
きなされる封入中に、リードが所定の位置に保持され
る。好ましくは圧力下で実行される封入の後に、リード
は、封入された材料により、電気メッキされた面１２、
１４と、密に接触する。
【００１１】電気メッキされた面１２、１４と直接接触
しないリード１６、１８の部分は、Kaptonなどの絶縁材
料で被覆される。リード１６、１８は、平坦な、すなわ
ち、リボン形状の断面を有し、少なくともデバイスの面
と接触するリードの部分に対して、電気メッキされた面
１２、１４と、より良好に接触することを保証するのが
好ましい。平坦なリードの表面は、デバイス１０上に、
より小さな接触応力を作りだすとともに、引き続きなさ
れる封入ステップにとって、低い突出部を残すにすぎな
い。したがって、リボン状ワイヤを使用は、セラミック
材料のクラッキングを、効果的に防止する。製造工程の
次のステップは、セラミックアクチュエータ１０を、ガ
ラス繊維の布、および、たとえばシェル石油会社により
製造されるＥＰＯＮ８２８のような二液型室温エポキシ
(two-part room-temperature epoxy) などの非導電性の
ファイバ複合材料に封入することである。デバイスすな
わちアクチュエータ１０および２０で特定する封入材料
は、低温で、典型的には室温で、一つのユニットとして
硬化される。この処置は、真空バッグ（図示せず）内で
実行することができ、使用されない樹脂を抽出すること
ができ、図２に示すように、薄く、かつ、平坦なアクチ
ュエータパッケージ２２を作ることができる。真空バッ
グは、外部の大気圧を使用し、パッケージを圧縮し、不
要な空気および過剰な樹脂を抽出する。また、真空バッ
グを使用することにより、デバイスすなわちアクチュエ
ータ１０の電極に良好な接触がもたらされる。
しないリード１６、１８の部分は、Kaptonなどの絶縁材
料で被覆される。リード１６、１８は、平坦な、すなわ
ち、リボン形状の断面を有し、少なくともデバイスの面
と接触するリードの部分に対して、電気メッキされた面
１２、１４と、より良好に接触することを保証するのが
好ましい。平坦なリードの表面は、デバイス１０上に、
より小さな接触応力を作りだすとともに、引き続きなさ
れる封入ステップにとって、低い突出部を残すにすぎな
い。したがって、リボン状ワイヤを使用は、セラミック
材料のクラッキングを、効果的に防止する。製造工程の
次のステップは、セラミックアクチュエータ１０を、ガ
ラス繊維の布、および、たとえばシェル石油会社により
製造されるＥＰＯＮ８２８のような二液型室温エポキシ
(two-part room-temperature epoxy) などの非導電性の
ファイバ複合材料に封入することである。デバイスすな
わちアクチュエータ１０および２０で特定する封入材料
は、低温で、典型的には室温で、一つのユニットとして
硬化される。この処置は、真空バッグ（図示せず）内で
実行することができ、使用されない樹脂を抽出すること
ができ、図２に示すように、薄く、かつ、平坦なアクチ
ュエータパッケージ２２を作ることができる。真空バッ
グは、外部の大気圧を使用し、パッケージを圧縮し、不
要な空気および過剰な樹脂を抽出する。また、真空バッ
グを使用することにより、デバイスすなわちアクチュエ
ータ１０の電極に良好な接触がもたらされる。
【００１２】交番する封入材料２０は、好ましくは２５
０°よりも低い低温硬化エポキシ樹脂を有する予備含浸
ガラス繊維或いは（デュポン社により製造される）ケブ
ラー(Kevlar)の布である。絶縁性の布の樹脂含有量は、
５０重量％よりも大きい。樹脂の含有量が大きいことに
より、ファイバを被覆するとともに、他の場合にはパッ
ケージ内にピンホールを形成する布の織りの空隙を充填
するエポキシのマトリクスが形成される。また、樹脂の
含有量が大きいことは、特定の樹脂を含有させることに
よりある程度制御可能な熱膨張率（ＣＴＥ）を比較的高
くするなど、所望の機械的特性を与えるために望まし
い。上述したように形成されたアクチュエータパッケー
ジ２２は、他の可能な技法に対して多くの重要な利点を
備えている。第一に、ガラス繊維の材料２０は、中間的
な熱膨張率（ＣＴＥ）を備え、それにより、装置の製造
中或いは装置の使用中に引き起こされる応力を減少させ
る。第二に、パッケージのためのガラス繊維の被覆によ
り、圧電セラミックデバイスすなわちアクチュエータ１
０とデバイスを埋封する構造体との間の理想的な機械的
結合が与えられる。アクチュエータを構造部材に埋封す
る従来の試みにおいて、アクチュエータを包装するため
に用いられる材料は、比較的ルーズな機械的結合を与え
るにすぎなかった。第三に、ガラス繊維の材料は、セラ
ミックデバイスすなわちアクチュエータ１０とデバイス
を埋封する材料との間を完全に絶縁する。さらに、強い
ガラス繊維のパッケージは、損傷することなく、容易に
取り扱うことができ、曲がった構造体にさえも適用する
ことができる。
０°よりも低い低温硬化エポキシ樹脂を有する予備含浸
ガラス繊維或いは（デュポン社により製造される）ケブ
ラー(Kevlar)の布である。絶縁性の布の樹脂含有量は、
５０重量％よりも大きい。樹脂の含有量が大きいことに
より、ファイバを被覆するとともに、他の場合にはパッ
ケージ内にピンホールを形成する布の織りの空隙を充填
するエポキシのマトリクスが形成される。また、樹脂の
含有量が大きいことは、特定の樹脂を含有させることに
よりある程度制御可能な熱膨張率（ＣＴＥ）を比較的高
くするなど、所望の機械的特性を与えるために望まし
い。上述したように形成されたアクチュエータパッケー
ジ２２は、他の可能な技法に対して多くの重要な利点を
備えている。第一に、ガラス繊維の材料２０は、中間的
な熱膨張率（ＣＴＥ）を備え、それにより、装置の製造
中或いは装置の使用中に引き起こされる応力を減少させ
る。第二に、パッケージのためのガラス繊維の被覆によ
り、圧電セラミックデバイスすなわちアクチュエータ１
０とデバイスを埋封する構造体との間の理想的な機械的
結合が与えられる。アクチュエータを構造部材に埋封す
る従来の試みにおいて、アクチュエータを包装するため
に用いられる材料は、比較的ルーズな機械的結合を与え
るにすぎなかった。第三に、ガラス繊維の材料は、セラ
ミックデバイスすなわちアクチュエータ１０とデバイス
を埋封する材料との間を完全に絶縁する。さらに、強い
ガラス繊維のパッケージは、損傷することなく、容易に
取り扱うことができ、曲がった構造体にさえも適用する
ことができる。
【００１３】ガラス繊維のパッケージの利点は、さら
に、パッケージの単純な変形により、その圧電歪特性を
増すことができることである。超高弾性率グラファイト
ファイバ材料が、ガラス繊維材料への封入に先立って、
アクチュエータの次に設けられる。グラファイトファイ
バは、長手方向の歪みの所望の方向を横切る方向に被着
される。グラファイトファイバは、デバイス１０に電気
的に接触することなく、アクチュエータの横縁の近くで
終端している。アクチュエータ１０に電圧が与えられる
ときに、主として、所望の長手方向に、歪みが生じる
が、横切る方向つまり横方向にも歪みが生じる。この横
方向の歪みは、グラファイトファイバの存在により防止
され、その結果、長手方向の歪みの量が増大する。付加
的な電圧により生じた長手方向の歪みが、セラミックの
ポアソン比にほぼ比例することは理解されている。アク
チュエータパッケージは、かならずしも構造部材に埋封
することを必要としない種々の場合に用いられる。パッ
ケージがセンサとして用いられる場合には、パッケージ
は、部材の外面に接着される。しかしながら、本発明の
アクチュエータパッケージは、積層されたグラファイト
−エポキシ構造体など複合構造体に埋封されたときに、
主たる利点を達成する。基本的に、アクチュエータパッ
ケージを埋封するステップは、積層された構造体にパッ
ケージを配置し、所定の高温で複合構造体を硬化させる
ことを含む。図４は、マンドレル４２上に形成されたグ
ラファイト−エポキシ構造部材４０へのアクチュエータ
パッケージの配置を示す図である。硬化は、グラファイ
ト−エポキシ積層体の典型的な硬化よりも、幾分低い温
度で、かつ、幾分長い時間をかけて実行するのが、最も
良好である。たとえば、Ｔ３００／９３４で特定される
ファイバ樹脂系は、通常のように３５０°Ｆの温度で２
時間かける代わりに、２８０°Ｆの温度で４時間かけて
硬化させることができる。より低い温度で硬化させ、そ
の一方、より長い時間これを保持することにより、積層
体の強度特性および剛性特性が、十分に保たれる一方、
熱膨張率（ＣＴＥ）の不整合による内部の熱応力がそれ
ほど生じることがない。
に、パッケージの単純な変形により、その圧電歪特性を
増すことができることである。超高弾性率グラファイト
ファイバ材料が、ガラス繊維材料への封入に先立って、
アクチュエータの次に設けられる。グラファイトファイ
バは、長手方向の歪みの所望の方向を横切る方向に被着
される。グラファイトファイバは、デバイス１０に電気
的に接触することなく、アクチュエータの横縁の近くで
終端している。アクチュエータ１０に電圧が与えられる
ときに、主として、所望の長手方向に、歪みが生じる
が、横切る方向つまり横方向にも歪みが生じる。この横
方向の歪みは、グラファイトファイバの存在により防止
され、その結果、長手方向の歪みの量が増大する。付加
的な電圧により生じた長手方向の歪みが、セラミックの
ポアソン比にほぼ比例することは理解されている。アク
チュエータパッケージは、かならずしも構造部材に埋封
することを必要としない種々の場合に用いられる。パッ
ケージがセンサとして用いられる場合には、パッケージ
は、部材の外面に接着される。しかしながら、本発明の
アクチュエータパッケージは、積層されたグラファイト
−エポキシ構造体など複合構造体に埋封されたときに、
主たる利点を達成する。基本的に、アクチュエータパッ
ケージを埋封するステップは、積層された構造体にパッ
ケージを配置し、所定の高温で複合構造体を硬化させる
ことを含む。図４は、マンドレル４２上に形成されたグ
ラファイト−エポキシ構造部材４０へのアクチュエータ
パッケージの配置を示す図である。硬化は、グラファイ
ト−エポキシ積層体の典型的な硬化よりも、幾分低い温
度で、かつ、幾分長い時間をかけて実行するのが、最も
良好である。たとえば、Ｔ３００／９３４で特定される
ファイバ樹脂系は、通常のように３５０°Ｆの温度で２
時間かける代わりに、２８０°Ｆの温度で４時間かけて
硬化させることができる。より低い温度で硬化させ、そ
の一方、より長い時間これを保持することにより、積層
体の強度特性および剛性特性が、十分に保たれる一方、
熱膨張率（ＣＴＥ）の不整合による内部の熱応力がそれ
ほど生じることがない。
【００１４】図６は、埋封ステップの典型的な硬化サイ
クルを示し、室温から２８９°Ｆまで比較的迅速な加熱
フェーズ、約４時間にわたるゆっくりとした硬化、およ
び、略２時間のゆっくりとした冷却フェーズが示されて
おり、熱応力の問題が最小化されている。硬化を実行す
る炉或いはオートクレーブを単にオフすることにより、
ゆっくりとした冷却が行われる。本発明のアクチュエー
タパッケージは、熱膨張率（ＣＴＥ）の不整合により生
じる熱応力を減少させるのに効果的であり、さらに、応
力は、減少された温度での硬化により減少されるが、熱
応力を、圧電プリストレス(piezoelectric prestressin
g)により、さらに減少させることができる。本発明自体
が、このことに向けられている。硬化サイクル中に、デ
バイスすなわちアクチュエータ１０のポーリング方向に
正電圧が与えられたときに、デバイス１０は、図５のア
ウトライン１０’に示すように、ポーリング方向に膨張
するとともに、横方向に収縮する。冷却中に、セラミッ
クは、横方向に収縮する傾向があるが、これは、冷却フ
ェーズ中に電圧をゆっくりと除去するのにしたがって、
セラミックが横方向に膨張する傾向にあることに相対
し、これにより、横方向の圧縮プリストレス(compressi
ve prestress) が生じ、セラミック内に熱により引き起
こされる応力亀裂を生ずることを減ずることができる。
クルを示し、室温から２８９°Ｆまで比較的迅速な加熱
フェーズ、約４時間にわたるゆっくりとした硬化、およ
び、略２時間のゆっくりとした冷却フェーズが示されて
おり、熱応力の問題が最小化されている。硬化を実行す
る炉或いはオートクレーブを単にオフすることにより、
ゆっくりとした冷却が行われる。本発明のアクチュエー
タパッケージは、熱膨張率（ＣＴＥ）の不整合により生
じる熱応力を減少させるのに効果的であり、さらに、応
力は、減少された温度での硬化により減少されるが、熱
応力を、圧電プリストレス(piezoelectric prestressin
g)により、さらに減少させることができる。本発明自体
が、このことに向けられている。硬化サイクル中に、デ
バイスすなわちアクチュエータ１０のポーリング方向に
正電圧が与えられたときに、デバイス１０は、図５のア
ウトライン１０’に示すように、ポーリング方向に膨張
するとともに、横方向に収縮する。冷却中に、セラミッ
クは、横方向に収縮する傾向があるが、これは、冷却フ
ェーズ中に電圧をゆっくりと除去するのにしたがって、
セラミックが横方向に膨張する傾向にあることに相対
し、これにより、横方向の圧縮プリストレス(compressi
ve prestress) が生じ、セラミック内に熱により引き起
こされる応力亀裂を生ずることを減ずることができる。
【００１５】上述したことから、本発明が、変形アクチ
ュエータおよびセンサの分野において著しい進歩をもた
らすことが理解されよう。特に、本発明は、ガラス繊維
材料にセンサを封入することに備え、アクチュエータが
複合構造体に埋封されるときに、熱膨張率（ＣＴＥ）の
不整合による問題を減少させるとともに、完全な絶縁を
与え、かつ、操作中および取付け中のアクチュエータの
損傷を最小化する。例示のために本発明の実施例を説明
したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく
種々の変更が可能であることを理解すべきである。した
がって、添付した特許請求の範囲による場合を除き、本
発明が限定されることはない。
ュエータおよびセンサの分野において著しい進歩をもた
らすことが理解されよう。特に、本発明は、ガラス繊維
材料にセンサを封入することに備え、アクチュエータが
複合構造体に埋封されるときに、熱膨張率（ＣＴＥ）の
不整合による問題を減少させるとともに、完全な絶縁を
与え、かつ、操作中および取付け中のアクチュエータの
損傷を最小化する。例示のために本発明の実施例を説明
したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく
種々の変更が可能であることを理解すべきである。した
がって、添付した特許請求の範囲による場合を除き、本
発明が限定されることはない。
【図１】図１は、セラミックアクチュエータ或いはセン
サの単純化された概略を示す図である。
サの単純化された概略を示す図である。
【図２】図２は、本発明にしたがって封入された後のセ
ラミックアクチュエータ或いはセンサの単純化された略
断面図である。
ラミックアクチュエータ或いはセンサの単純化された略
断面図である。
【図３】図３は、本発明にしたがって封入された後の３
つのセラミックアクチュエータ或いはセンサからなる群
の単純化された略平面図である。
つのセラミックアクチュエータ或いはセンサからなる群
の単純化された略平面図である。
【図４】図４は、積層されたグラファイト構造体に埋封
された後の封入されたセラミックアクチュエータ或いは
センサの単純化された図である。
された後の封入されたセラミックアクチュエータ或いは
センサの単純化された図である。
【図５】図５は、本発明のプリストレスの構成を示すセ
ラミックアクチュエータ或いはセンサの概略を示す図で
ある。
ラミックアクチュエータ或いはセンサの概略を示す図で
ある。
【図６】図６は、封入されたアクチュエータ或いはセン
サを埋封するための好ましい硬化サイクルおよび冷却サ
イクルを示すグラフである。
サを埋封するための好ましい硬化サイクルおよび冷却サ
イクルを示すグラフである。
１０ アクチュエータ １２、１４ 面 １６，１８ ワイヤリード ２０ 封入材料
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年３月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド ウェイン ラヴ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90712 レイクウッド グレイウッド ア ベニュー 5615
Claims (23)
- 【請求項１】 セラミックアクチュエータ／センサパッ
ケージを製造する方法であって、 ワイヤリードを、セラミックアクチュエータ／センサに
接着し、 セラミック材料の熱膨張率と、後に前記アクチュエータ
／センサを埋封するグラファイト−エポキシ積層体の熱
膨張率との間の熱膨張率を有する非導電性のファイバ複
合材料に、前記セラミックアクチュエータ／センサを封
入するステップを備え、 それにより、封入材料が、良好な機械的伝達をなし、熱
応力を減少させ、前記アクチュエータ／センサを絶縁
し、かつ、前記アクチュエータ／センサを機械的損傷か
ら保護するように構成されたことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記封入材料が、ガラス繊維の布および
エポキシであることを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 前記封入するステップが、 前記セラミックアクチュエータ／センサを封入材料で包
み、 封入されたパッケージを適当な温度で硬化させ、封入材
料を硬化させることを含む請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記硬化させるステップが、低温で実行
され、好ましくは、使用されないエポキシ樹脂を容易に
抽出するために圧力下で実行されることを特徴とする請
求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記封入材料が、エポキシに含浸された
ケブラーであることを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項６】 前記封入するステップが、 前記セラミックアクチュエータ／センサを封入材料で包
み、 封入されたパッケージを適当な温度で硬化させ、封入材
料を硬化させることを含む請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 さらに、封入に先立って、高弾性率グラ
ファイトファイバ材料をアクチュエータ／センサの次に
設けるステップを含み、ファイバが、所望の長手方向の
歪みを横切る方向に延びるように構成し、前記ファイバ
が、前記セラミックと電気的には接触しないが、これに
隣接して終端し、前記グラファイト材料が横断方向の歪
みを防止することにより、前記アクチュエータ／センサ
の特性が高められるように構成されたことを特徴とする
請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 ワイヤリードを、セラミックアクチュエ
ータ／センサに接着し、セラミック材料の熱膨張率と、
後に前記アクチュエータ／センサを埋封するグラファイ
ト−エポキシ積層体の熱膨張率との間の熱膨張率を有す
る非導電性のファイバ複合材料に、前記セラミックアク
チュエータ／センサを封入するステップを備え、それに
より、封入材料が、機械的伝達をなし、熱応力を減少さ
せ、前記アクチュエータ／センサを絶縁し、かつ、前記
アクチュエータ／センサを機械的損傷から保護するよう
に構成された工程により製造されたアクチュエータ／セ
ンサパッケージ。 - 【請求項９】 前記封入材料が、ガラス繊維の布および
エポキシであることを特徴とする請求項８に記載のセラ
ミックアクチュエータ／センサ。 - 【請求項１０】 前記封入するステップが、前記セラミ
ックアクチュエータ／センサを封入材料で包み、封入さ
れたパッケージを適当な温度で硬化させ、封入材料を硬
化させることを含むように構成されたことを特徴とする
請求項９に記載のアクチュエータ／センサパッケージ。 - 【請求項１１】 前記硬化させるステップが、低温で実
行され、好ましくは、使用されないエポキシ樹脂を容易
に抽出するために圧力下で実行されるように構成された
ことを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ／
センサパッケージ。 - 【請求項１２】 前記封入材料が、エポキシに含浸され
たケブラーであることを特徴とする請求項８に記載のア
クチュエータ／センサパッケージ。 - 【請求項１３】 前記封入するステップが、前記セラミ
ックアクチュエータ／センサを封入材料で包み、封入さ
れたパッケージを適当な温度で硬化させ、封入材料を硬
化させることを含むように構成されたことを特徴とする
請求項１２に記載のアクチュエータ／センサパッケー
ジ。 - 【請求項１４】 さらに、封入に先立って、高弾性率グ
ラファイトファイバ材料をアクチュエータ／センサの次
に設けるステップを含み、ファイバが、所望の長手方向
の歪みを横切る方向に延びるように構成し、前記ファイ
バが、前記セラミックと電気的には接触しないが、これ
に隣接して終端し、前記グラファイト材料が横断方向の
歪みを防止することにより、前記アクチュエータ／セン
サの特性が高められるように構成されたことを特徴とす
る請求項８に記載のアクチュエータ／センサパッケー
ジ。 - 【請求項１５】 積層された構造部材にセラミックアク
チュエータ／センサを埋封する方法であって、 ワイヤリードをセラミックアクチュエータ／センサの電
極に接着し、 セラミックアクチュエータ／センサを、非導電性のファ
イバ複合材料に封入して、アクチュエータ／センサパッ
ケージを形成し、封入材料が、セラミック材料の熱膨張
率と前記積層された構造部材の熱膨張率との間の熱膨張
率を有するように構成され、 前記積層された構造部材内の選択された位置に、前記ア
クチュエータ／センサパッケージを埋封し、 それにより、前記封入材料が、構造部材との良好な機械
的伝達をなし、熱応力を減少させ、前記アクチュエータ
／センサを絶縁し、かつ、埋封前および埋封中に前記ア
クチュエータ／センサを機械的損傷から保護するように
構成されたことを特徴とする方法。 - 【請求項１６】 前記埋封するステップが、前記アクチ
ュエータ／センサパッケージを、部材の製造中に、構造
部材の積層体の間の選択された位置に配置し、 高温で、複合構造部材を硬化させることを含むことを特
徴とする請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記硬化させるステップが、積層され
た構造部材の温度を比較的迅速に、前記構造部材を硬化
させるのに通常用いられる温度よりも低い硬化温度に上
昇させ、 前記構造部材を硬化させるのに通常用いられる時間より
も長時間にわたり、硬化温度を維持し、 埋封したセラミックパッケージの熱分解を最小化するよ
うに、部材をゆっくりと冷却することを含むことを特徴
とする請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記埋封するステップが、さらに、硬
化させるステップ中に、前記アクチュエータ／センサパ
ッケージに電圧を印加することにより、これに圧電的な
プリストレスを与え、冷却中に電圧をゆっくりと除去す
ることを含み、 印加された電圧により、横方向に、圧縮プリストレスが
生じ、電圧を除去することにより、熱収縮と相対する横
方向の膨張が生じるとともに、前記アクチュエータ／セ
ンサパッケージの熱応力およびクラックを減少させるの
に役立つように構成されたことを特徴とする請求項１７
に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記封入材料が、エポキシに含浸され
たケブラーであることを特徴とする請求項１５に記載の
方法。 - 【請求項２０】 前記封入するステップが、 前記セラミックアクチュエータ／センサを封入材料で包
み、 封入されたパッケージを比較的低い温度で予備硬化さ
せ、封入材料を硬化させることを含む請求項１９に記載
の方法。 - 【請求項２１】 前記封入材料が、エポキシに含浸され
たケブラーであることを特徴とする請求項８に記載の方
法。 - 【請求項２２】 さらに、封入に先立って、高弾性率グ
ラファイトファイバ材料をアクチュエータ／センサの次
に設けるステップを含み、ファイバが、所望の長手方向
の歪みを横切る方向に延びるように構成し、前記ファイ
バが、前記セラミックと電気的には接触しないが、これ
に隣接して終端し、前記グラファイト材料が横断方向の
歪みを防止することにより、前記アクチュエータ／セン
サの特性が高められるように構成されたことを特徴とす
る請求項１５に記載の方法。 - 【請求項２３】 圧電機能を奏し、感熱性および感圧性
を有する破断され得るセラミック材料から形成されたア
クチュエータ−センサ装置であって、前記アクチュエー
タ−センサが、熱および圧力の下で、グラファイト−エ
ポキシの積層された構造体に埋封されるように構成され
たアクチュエータ−センサ装置であって、 熱膨張率を有する薄いセラミック基板であって、ワイヤ
リードを接着すべき電極を備えたセラミック基板と、 前記セラミック基板の熱膨張率と前記積層体の熱膨張率
との間の熱膨張率を有する非導電性のファイバ複合材料
であって、前記基板に対する熱応力を減少させ、前記基
板を絶縁し、かつ、圧力にさらされたときに前記センサ
が破壊されるのを防止する厚みを有する非導電性のファ
イバ複合材料に、前記基板を封入するエンベロープ手段
とを備えたことを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/172,666 US5894651A (en) | 1990-10-29 | 1993-12-23 | Method for encapsulating a ceramic device for embedding in composite structures |
| US08/172666 | 1993-12-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221129A true JPH07221129A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=22628675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32210594A Pending JPH07221129A (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-26 | 複合構造体に埋封するためのセラミックデバイスの封入方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5894651A (ja) |
| EP (1) | EP0660429A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07221129A (ja) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6791098B2 (en) | 1994-01-27 | 2004-09-14 | Cymer, Inc. | Multi-input, multi-output motion control for lithography system |
| US6959484B1 (en) | 1994-01-27 | 2005-11-01 | Cymer, Inc. | System for vibration control |
| JPH1191102A (ja) * | 1997-09-25 | 1999-04-06 | Nec Corp | 固体アクチュエータおよびインクジェットヘッド |
| DE10051784C1 (de) * | 2000-10-19 | 2002-08-14 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Elektromechanisches Funktionsmodul |
| ATE398837T1 (de) * | 2001-07-27 | 2008-07-15 | Holmberg Gmbh & Co Kg | Schwingungswandler mit piezoelektrischem element |
| US20030205028A1 (en) * | 2002-04-22 | 2003-11-06 | Sus Gerald A. | Automated food processing system and method |
| US7065267B2 (en) * | 2002-11-14 | 2006-06-20 | Finisar Corporation | Athermal fused coupler package for optical fibers |
| US7224099B2 (en) * | 2004-04-20 | 2007-05-29 | Elliptec Resonant Actuator Aktiengesellschaft | Molded piezoelectric apparatus |
| US7180828B1 (en) | 2004-04-22 | 2007-02-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Non-kinking oil-filled acoustic sensor stave |
| US7075424B1 (en) | 2004-07-08 | 2006-07-11 | North Carolina A&T State University | System for damage location using a single channel continuous acoustic emission sensor |
| US7259499B2 (en) * | 2004-12-23 | 2007-08-21 | Askew Andy R | Piezoelectric bimorph actuator and method of manufacturing thereof |
| US7598657B2 (en) * | 2005-01-18 | 2009-10-06 | Airbus Deutschland Gmbh | Structure element for an aircraft |
| US7280319B1 (en) | 2005-01-31 | 2007-10-09 | Western Digital Technologies, Inc. | Suspension assembly with piezoelectric microactuators electrically connected to a folded flex circuit segment |
| US8756776B1 (en) | 2005-12-09 | 2014-06-24 | Western Digital Technologies, Inc. | Method for manufacturing a disk drive microactuator that includes a piezoelectric element and a peripheral encapsulation layer |
| DE102006040316B4 (de) | 2006-08-29 | 2012-07-05 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Piezokeramischer Flächenaktuator und Verfahren zur Herstellung eines solchen |
| US20080218026A1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Iptrade, Inc. | Piezoelectric package with enlarged conductive layers |
| GB0709118D0 (en) | 2007-05-14 | 2007-06-20 | Airbus Uk Ltd | Reinforced panel |
| DE102008003821A1 (de) * | 2008-01-10 | 2009-07-16 | Epcos Ag | Piezoelektrische Aktoreinheit |
| US8643980B1 (en) | 2008-12-15 | 2014-02-04 | Western Digital (Fremont), Llc | Micro-actuator enabling single direction motion of a magnetic disk drive head |
| JP4737726B2 (ja) * | 2009-05-01 | 2011-08-03 | セイコーエプソン株式会社 | 振動子、振動子アレイ、及び電子機器 |
| US8264797B2 (en) * | 2009-12-21 | 2012-09-11 | Western Digital (Fremont), Llc | Head gimbal assembly having a radial rotary piezoelectric microactuator between a read head and a flexure tongue |
| US9151733B1 (en) | 2011-03-07 | 2015-10-06 | North Carolina A&T State University | Acoustic emission sensor array |
| US8446694B1 (en) | 2011-06-14 | 2013-05-21 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive head suspension assembly with embedded in-plane actuator at flexure tongue |
| US8295012B1 (en) | 2011-06-14 | 2012-10-23 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive suspension assembly with rotary fine actuator at flexure tongue |
| US8593764B1 (en) | 2011-06-14 | 2013-11-26 | Western Digital Technologies, Inc. | Method for fine actuation of a head during operation of a disk drive |
| US8982513B1 (en) | 2013-05-21 | 2015-03-17 | Western Digital Technologies, Inc. | Disk drive head suspension with dual piezoelectric elements adhered to rotary-actuated and non-actuated portions of a structural layer of a tongue of a laminated flexure |
| CN105702850A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-22 | 聂泳忠 | 复合压电芯片和压电传感器 |
| JP6450416B2 (ja) * | 2016-04-29 | 2019-01-09 | キヤノン株式会社 | 超音波トランスデューサ及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04283975A (ja) * | 1990-10-29 | 1992-10-08 | Trw Inc | アクチュエータ装置及び同装置の封入及び複合構造物への埋設方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2483677A (en) * | 1946-06-24 | 1949-10-04 | Brush Dev Co | Moistureproof piezoelectric crystal and method of making same |
| GB677947A (en) * | 1950-01-06 | 1952-08-27 | Brush Dev Co | Moistureproof piezoelectric crystal element |
| US3167668A (en) * | 1961-10-02 | 1965-01-26 | Nesh Florence | Piezoelectric transducers |
| US3594514A (en) * | 1970-01-02 | 1971-07-20 | Medtronic Inc | Hearing aid with piezoelectric ceramic element |
| US3659615A (en) * | 1970-06-08 | 1972-05-02 | Carl C Enger | Encapsulated non-permeable piezoelectric powered pacesetter |
| US3711617A (en) * | 1970-08-20 | 1973-01-16 | Columbia Broadcasting Syst Inc | Electronic piano with thump-generating means |
| JPS5237953B2 (ja) * | 1973-12-14 | 1977-09-26 | ||
| JPS5797716A (en) * | 1980-12-10 | 1982-06-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ceramic filter |
| JPS5994911A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複合型セラミツク共振子の製造法 |
| FR2567705B1 (fr) * | 1984-07-13 | 1986-11-14 | Thomson Csf | Transducteur piezoelectrique et capteur de pression utilisant un tel transducteur |
| GB8431718D0 (en) * | 1984-12-15 | 1985-01-30 | Plessey Co Plc | Piezoelectric composites |
| JPS62165421A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-22 | Murata Mfg Co Ltd | 電子部品およびその製造方法 |
| US4807294A (en) * | 1986-06-20 | 1989-02-21 | Mitubishi Petrochemical Co., Ltd. | Piezoelectric and foam resin sheet speaker |
| US4849668A (en) * | 1987-05-19 | 1989-07-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Embedded piezoelectric structure and control |
| US5220538A (en) * | 1991-08-08 | 1993-06-15 | Raytheon Company | Electro-acoustic transducer insulation structure |
-
1993
- 1993-12-23 US US08/172,666 patent/US5894651A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-10-27 EP EP94116997A patent/EP0660429A1/en not_active Withdrawn
- 1994-12-26 JP JP32210594A patent/JPH07221129A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04283975A (ja) * | 1990-10-29 | 1992-10-08 | Trw Inc | アクチュエータ装置及び同装置の封入及び複合構造物への埋設方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0660429A1 (en) | 1995-06-28 |
| US5894651A (en) | 1999-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2688457B2 (ja) | アクチュエータ装置及び同装置の封入及び複合構造物への埋設方法 | |
| JPH07221129A (ja) | 複合構造体に埋封するためのセラミックデバイスの封入方法 | |
| JP5232167B2 (ja) | ピエゾセラミック多層アクチュエータ | |
| US5849125A (en) | Method of manufacturing flextensional transducer using pre-curved piezoelectric ceramic layer | |
| US20030020375A1 (en) | Method of producing a bending transducer | |
| US8461745B2 (en) | Piezoceramic surface actuator and method for the production thereof | |
| US6052879A (en) | Method for embedding piezoelectric transducers in thermoplastic composites | |
| US20020021058A1 (en) | Fiber composite with a piezoelectric sensor or actuator integrated therein | |
| WO1992006532A1 (en) | Coating surrounding a piezoelectric solid state motor stack | |
| JPH11503272A (ja) | 薄層複合一形態強誘電ドライバー及びセンサー | |
| WO2005001950A1 (en) | Single crystal piezoelectric apparatus and method of forming same | |
| US20030076009A1 (en) | Piezoceramic bending transducer and use thereof | |
| US20050012434A1 (en) | Robust piezoelectric power generation module | |
| Hellbaum et al. | Thin layer composite unimorph ferroelectric driver and sensor | |
| JPH11124094A (ja) | 複合構造物の製造方法 | |
| US20040117960A1 (en) | Method of manufacturing a multi-layered piezoelectric actuator | |
| US6548939B2 (en) | Piezoelectric bending transducer | |
| EP1473782B1 (en) | Piezoelectric device and method to manufacture a piezoelectric device | |
| US20040012308A1 (en) | Piezo-electric bending transducer | |
| US6313401B1 (en) | Thermally stable actuator/sensor structure | |
| Wierach | Piezocomposite transducers for adaptive structures | |
| US10955384B2 (en) | Arrangement and method for influencing and/or detecting a dynamic or static property of a support structure | |
| JPH03270283A (ja) | 積層型圧電素子 | |
| JP2011119583A (ja) | ピエゾアクチュエータの製造方法、およびこの製造方法により製造されたピエゾアクチュエータ | |
| JP2000323766A (ja) | 圧電アクチュエータ |