專利名稱：壓電元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓電元件，以及制造這種壓電元件的方法，在壓電元件中，壓電單元的邊界由彈性材料覆蓋，彈性材料的外圍和壓電元件由外部包層樹脂覆蓋。
第1-228310號日本未審查專利公告描述了一種壓電元件，其中具有連接到引線端子的端部電極的壓電單元的邊界由諸如硅橡膠種類的彈性材料覆蓋，并且其外圍由外部包層樹脂密封。
為了制造這樣的壓電元件，首先，將引線端子安裝到壓電單元。然后，通過將壓電元件浸泡到液體狀態(tài)的硅橡膠中，并通過加熱硬化橡膠層而將硅橡膠層包在壓電單元上。另外，將環(huán)氧樹脂層通過浸泡法設置到硅橡膠的外部。然后通過加熱，硬化環(huán)氧樹脂，以得到外部包層樹脂。
當用于形成外部包層樹脂層的環(huán)氧樹脂通過加熱硬化時，它收縮，由此產生由外部包層樹脂引起的應力，它收縮并壓縮壓電元件的內部。如果壓電元件中收縮和壓縮壓電單元的應力的大小改變，則其振蕩特性改變。使用硅橡膠，因為它能夠防止壓電單元的振蕩特性的變化，并具有阻尼效應，該效應抑制壓電單元的波形變形。
為了減小壓電單元中由外部包層樹脂所產生的應力，較好的做好是使壓電單元的邊緣部分與外部包層樹脂之間的差，即硅橡膠的最小厚度大于外部包層樹脂硬化時的收縮量，另外，還大于外部包層樹脂和壓電單元的熱膨脹量之間的差。
但是，由于硅橡膠的表面張力，用于形成流體狀態(tài)硅橡膠的浸泡法對于得到所需的壓電元件端部處的硅橡膠所需的厚度是不令人滿意的。因此壓電元件的溫度特性由壓電元件中外部包層樹脂產生的應力而大大改變。
為了克服上述的問題，本發(fā)明提供了一種壓電元件以及制造這種壓電元件的方法，該壓電元件大大減小了壓電單元中由外部包層樹脂而產生的應力，同時保持了阻尼壓電單元的功能。
本發(fā)明的一個較佳實施例提供了一種壓電元件，包含大體上矩形的壓電單元；第一彈性材料，覆蓋壓電單元的至少一對端部，所述端部包括壓電單元的邊緣部分；第二彈性材料，覆蓋整個壓電單元和第一彈性材料；和外部包層樹脂，覆蓋壓電元件由第二彈性材料覆蓋的整個邊界。
在上述壓電元件中，壓電單元的端部(此處很難得到足夠厚度的彈性材料)由第一彈性材料覆蓋。另外，第一彈性材料的邊界由第二彈性材料覆蓋。即，將兩種彈性材料設置在壓電單元的邊緣部分，該部分處壓電單元非常容易受由外部包層樹脂給出的收縮應力的影響。因此，由于具有足夠厚度的第一和第二彈性材料吸收應力的任何變化，所以即使當由外部包層樹脂給出的收縮應力根據(jù)溫度變化而改變時，也可以防止由溫度變化引起的振蕩特性的變化。另外，通過第二彈性材料保持阻尼效應，由此防止發(fā)生波形變形或其它有害的效應。
按照各自所需的特性確定第一和第二彈性材料的彈性模量和硬度。在第二彈性材料的情況下，例如最好設置硬度為28“肖氏硬底A”。
本發(fā)明的另一個較佳實施例提供了制造壓電元件的方法，包含步驟在壓電單元的至少一對端部上部分地形成未硬化的第一彈性材料，這對端部包含壓電單元的邊緣部分，然后硬化第一彈性材料，在壓電單元的整個外圍和第一彈性材料上形成未硬化的第二彈性材料，然后硬化第二彈性材料，并在覆蓋壓電單元的第二彈性材料的整個外圍上以及第一彈性材料上形成未硬化外部包層樹脂，然后硬化外部包層樹脂。
通過上述方法，可以容易地制造根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例的壓電元件。
為了形成未硬化的第一和第二彈性材料，不僅可以使用浸泡法，還可以使用烙鐵、調和器或其它適當?shù)姆椒?。類似地，可以使用浸泡法或其它方法形成未硬化外部包層樹脂?br> 雖然第一彈性材料和第二彈性材料可以相同，最好使第一彈性材料的觸變指數(shù)大于第二彈性材料的觸變指數(shù)。觸變性質是液體的一種特性，它被定義為粘度根據(jù)切向應力非線性變化的性質。如果彈性材料的觸度指數(shù)大，則在壓電單元上形成彈性材料時，易實現(xiàn)彈性材料的足夠厚度。由此，如果使未硬化的第一彈性材料的觸變指數(shù)大于未硬化的第二彈性材料觸變指數(shù)，則可以在壓電單元的兩個邊緣部分得到足夠的薄膜厚度。另一方面，即使當?shù)诙椥圆牧系挠|變指數(shù)小，由于容易使用第二彈性材料覆蓋壓電單元的中心部分，并且這種結構幾乎不受熱的影響，故也不會有問題。
較好地，第一和第二彈性材料的觸變指數(shù)最好大于大約1.7。如果觸變指數(shù)等于或小于1.7，則壓電元件的端部難以達到足夠厚度的彈性材料，這是因為彈性材料的表面張力導致的。
從下面參照附圖對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將是顯然的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的壓電元件的較佳實施例的縱向截面圖。
圖2是以沿圖1中的線II-II的截面圖。
圖3是圖1所示的壓電單元的正視圖，其中安裝有引線端子。
圖4是圖1所示的壓電元件的后視圖，其中安裝有引線端子。
圖5是壓電元件的正視圖，它具有圖3所示的引線端子，其中還在壓電單元的邊緣部分設置有第一彈性材料。
圖6是壓電單元的正視圖，它具引線端子和圖5所示的第一彈性材料，其中在壓電單元的整個表面上以及第一彈性材料上設置第二彈性材料。
圖7是示出觸變指數(shù)和壓電單元邊緣處彈性材料的厚度之間的關系的曲線圖。
圖1到6示出了三端型壓電陷波元件，它是根據(jù)本發(fā)明的壓電元件的較佳實施例。這種壓電陷波元件最好包括大致上為矩形的壓電陶瓷基片1，該基片1具有一對大致上為矩形的主表面。基片1沿其主表面的縱向極化。如圖3和4所示，將分開的電極2和3設置在壓電陶瓷基片1的第一主表面的兩個端部。將接地電極4設置在壓電陶瓷基片1的第二主表面的大致的中心部分。分開的電極2和3與接地電極4部分相互重疊，壓電陶瓷基片1設置在它們之間。在相對的部分產生厚度切向振動。本發(fā)明的較佳實施例的壓電單元最好由設置有上述電極2-4的壓電陶瓷基片1構成。引線端子5和6通過焊接或其它適當?shù)慕Y合處理或構件，分別固定和連接到分開的電極2和3。引線端子7固定和連接到接地電極4。引線端子5-7最好由板狀或線狀金屬材料確定。
壓電陶瓷基片1的邊緣部分分別由硅橡膠層10和11覆蓋，它確定了第一彈性材料1。硅橡膠10和11在未硬化狀態(tài)下的觸變指數(shù)最好大于大約1.7，以達到壓電陶瓷基片1的邊緣部分有足夠厚度的第一彈性材料。
具有硅橡膠層10和11的壓電陶瓷基片1的整個邊界最好用硅橡膠12覆蓋，該硅橡膠12確定了第二彈性材料。
由于這種硅橡膠12覆蓋了壓電單元的振動部分，故除了在未硬化狀態(tài)下的觸變性質外，還需要考慮到壓電特性來選擇一種材料特性。在這個較佳實施例中，雖然第二硅橡膠12的觸變指數(shù)最好小于硅橡膠層10和11的觸變指數(shù)，但它最好大于大約1.7。另外，在壓電陷波元件的情況下，為了防止壓電特性被破壞，最好使第二硅橡膠12的硬度等于或小于大約28“肖氏硬度A”。
注意，這里使用的觸變指數(shù)指在大約6rpm的粘度與在大約60rpm的粘度比，即，觸變指數(shù)(Ti)＝在大約6rpm的粘度/在大約60rpm的粘度。
具有硅橡膠12的壓電陶瓷基片1的整個邊界通過外部包層樹脂13覆蓋。為了確保電氣絕緣、安裝強度以及其它想要的特性，最好例如使用一種環(huán)氧樹脂作為外部包層樹脂13。
下面揭示上述壓電陷波元件的制造方法的較佳實施例。首先，制備圖3和4中所示的壓電單元1。即，將引線端子5-7分別固定并連接到設置在壓電陶瓷基片1的一對主表面上的電極2、3和4。接著，如圖5所示，部分地設置處于流體狀態(tài)，即未硬化狀態(tài)下的第一硅橡膠10和11，從而壓電元件1的端部，尤其是壓電單元1的邊緣部分被覆蓋。更具體地說，將處于流體狀態(tài)的硅橡膠10和11通過烙鐵等設置在壓電單元1的邊緣部分，然后硬化硅橡膠層10和11。
下面，如圖6所示，將處于流體狀態(tài)的第二硅橡膠12設置在壓電單元1的整個表面上，然后硬化第二硅橡膠12。這個處理最好通過將壓電元件1浸泡到處于流體狀態(tài)(即未硬化狀態(tài))的第二硅橡膠12中來實現(xiàn)。為了便于浸泡處理，可以用二甲苯或其它適當?shù)牟牧匣蛭镔|稀釋第二硅橡膠12。
接著，將包含第二硅橡膠12的壓電單元1浸泡到處于流體狀態(tài)，即未硬化狀態(tài)下的外部包層樹脂13中。然后，通過加熱硬化覆蓋壓電單元1的外部包層樹脂13以及第二硅橡膠12。結果，得到圖1和2所示的壓電陷波元件。
為了得到穩(wěn)定的壓電特性，在壓電單元1的邊緣部分1a處的硅橡膠層10、11和12的總厚度最好大于外部包層樹脂13的最大收縮量與壓電單元1的最大收縮量之間的差。可以通過形成如上所述的硅橡膠層10、11和12，容易地得到較佳的厚度。
表1示出了處于流體狀態(tài)下的硅橡膠的觸變指數(shù)Ti與在壓電單元邊緣部分處的硅橡膠層的平均厚度之間的關系。
如從表1可見的，觸變指數(shù)Ti最好大于大約1.7，以達到預定的厚度。如果觸變指數(shù)Ti是大約1.7或更小，則硅橡膠不能設置在壓電單元的邊緣部分。
表1
圖7是示出表1中所指出的關系的曲線圖。
表2示出了在壓電單元的邊緣部分處的硅橡膠的厚度與壓電陷波元件的Fo溫度特性之間的關系。Fo溫度特性是通過測量壓電陷波元件在大約-20℃和大約+85℃的范圍內的Fo溫度，然后根據(jù)在大約+20百分度的Fo溫度計算變化率而確定的。
如從結果可見，當在壓電單元的邊緣部分的硅橡膠的厚度大致上等于或大于大約5微米時，滿足Fo溫度的標準值，即±0.5％。如果使用觸變指數(shù)大于大約1.7，并處于流體狀態(tài)的硅橡膠，則在壓電單元的邊緣部分容易得到厚度大致上等于或大于大約5微米的硅橡膠層。
表2
<p>本發(fā)明不限于上述較佳實施例。作為壓電單元，本發(fā)明不限于壓電陷波元件，而可以是壓電濾波器，如第1-228310號日本未審查專利公告中所揭示的那種陶瓷鑒頻器或其它適當?shù)脑O備。
端子數(shù)可以是二或三。
可以使用相同的硅橡膠形成第一彈性材料和第二彈性材料。
作為提供第一彈性材料的方法，除了用烙鐵或調和器滴液，還可以將壓電元件的邊緣部分浸泡到處于流體狀態(tài)下的彈性材料中。另外，作為提供第二彈性材料的方法，除了浸泡方法外還可以使用其它的方法。
另外，如果硅橡膠以外的其它材料具有所需的特性，也可以將這種材料用于彈性材料。
雖然已經參照本發(fā)明的較佳實施例，具體示出了描述了本發(fā)明，熟悉本領域的人將知道，在不背離本發(fā)明的主旨的條件下，可以有上述和其它的形式和細節(jié)上的變化。
權利要求
1.一種壓電元件，其特征在于包含壓電單元；第一彈性材料，覆蓋壓電單元的至少一對端部，所述端部包括壓電單元的邊緣部分；第二彈性材料，覆蓋整個壓電單元以及第一彈性材料；和外部包層樹脂，覆蓋壓電單元由第二彈性材料覆蓋的整個邊界。
2.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電元件大致上為矩形的形狀。
3.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于第一彈性材料處于末硬化狀態(tài)的觸變指數(shù)大于第二彈性材料處于未硬化狀態(tài)的觸變指數(shù)。
4.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于第一彈性材料和第二彈性材料處于未硬化狀態(tài)下的觸變指數(shù)分別大于大約1.7。
5.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于第一彈性材料和第二彈性材料是相同的。
6.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于第一彈性材料和第二彈性材料是不同的。
7.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電元件包含壓電陷波元件。
8.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電基片沿其主表面的縱向極化。
9.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于還包含壓電基片的第一主表面的兩個端部上的分開的電極，以及設置在壓電基片的第二主表面的大致中心部分的接地電極。
10.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電基片沿厚度切向振動模式振動。
11.如權利要求1所述的壓電元件，其特征在于第二硅橡膠的硬度等于或小于大約28肖氏硬度A。
12.一種制造壓電元件的方法，其特征在于包含步驟在壓電單元的至少一對端部上部分地形成未硬化的第一彈性材料，其中這對端部包含壓電單元的邊緣部分；硬化第一彈性材料；在壓電單元的整個周邊和第一彈性材料上形成未硬化的第二彈性材料；硬化第二彈性材料；及在覆蓋壓電單元的第二彈性材料的整個周邊以及第一彈性材料上形成未硬化的外部包層樹脂；及硬化外部包層樹脂。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于未硬化的第一彈性材料的觸變指數(shù)大于未硬化的第二彈性材料的觸變指數(shù)。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于未硬化的第一彈性材料和未硬化的第二彈性材料的觸變指數(shù)分別大于大約1.7。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于未硬化的第一彈性材料和未硬化的第二彈性材料的觸變指數(shù)分別大約1.7。
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于第一彈性材料和第二彈性材料中的至少一個是硅橡膠。
17.如權利要求12所述的方法，其特征在于形成第一彈性材料的步驟是通過由烙鐵和調和器中的一個滴下第一彈性材料，以及將壓電單元的邊緣部分浸泡到處于流體狀態(tài)的第一彈性材料中來實現(xiàn)的。
18.如權利要求12所述的方法，其特征在于形成第二彈性材料的步驟是通過將壓電基片浸泡到處于流體狀態(tài)的第二彈性材料中來實現(xiàn)的。
19.如權利要求12所述的方法，其特征在于通過將壓電單元浸泡到處于流體狀態(tài)下的外部包層樹脂中實現(xiàn)了形成外部包層樹脂的步驟。
20.如權利要求12所述的方法，其特征在于壓電單元的邊緣部分處第一和第二層的總厚度大于外部包層樹脂的最大收縮量和壓電元件的最大收縮量之間的差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓電元件,包含大致上為矩形的壓電單元,覆蓋壓電單元的至少一對端部的第一彈性材料,其中這對端部包含壓電單元的邊緣部分,覆蓋整個壓電單元和第一彈性材料的第二彈性材料,以及覆蓋由第二彈性材料覆蓋的壓電單元整個邊界的外部包層樹脂。
文檔編號H03H9/17GK1251471SQ99123348
公開日2000年4月26日 申請日期1999年10月20日 優(yōu)先權日1998年10月20日
發(fā)明者森田晃司, 杉森捋宣, 大代宗幸 申請人:株式會社村田制作所