特許 7418007 圧電素子接続構造、車両、及び圧電素子接続方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-11

(45)【発行日】2024-01-19

(54)【発明の名称】圧電素子接続構造、車両、及び圧電素子接続方法

(51)【国際特許分類】

   H10N 30/87 20230101AFI20240112BHJP

   H10N 30/88 20230101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

H10N30/87

H10N30/88

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020090640

(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公開番号】P2021190435

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2022-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】小池 努

(72)【発明者】

【氏名】山中 潤

【審査官】小山 満

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１９１００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１４９８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２２７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０００６７９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０９２６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１８４８０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００７４４２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０４４７７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ３０／８７

Ｈ１０Ｎ ３０／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の設置領域を有する本体部と、
底面を有し、前記基板の設置領域と対向するように前記本体部と固定接続される筐体と、
前記底面に設置される圧電素子と、
前記圧電素子から前記基板の設置領域に向かって延伸し、前記圧電素子と前記基板とを電気的に接続するコイルワイヤと、
を備え、
前記コイルワイヤは、撓まない直線部分と巻き線形状部分とを有する圧電素子接続構造。

【請求項2】

前記コイルワイヤの端部を案内するすり鉢形状の開口部が形成されたワイヤガイドを更に備える請求項１に記載の圧電素子接続構造。

【請求項3】

請求項１または２に記載の圧電素子接続構造を備えた車両。

【請求項4】

基板の設置領域を有する本体部と固定接続される筐体の底面に固定された圧電素子から、前記基板の設置領域に向かって伸びる巻き線形状のコイルワイヤにおける前記基板の設置領域側の端部を、すり鉢形状の開口部が形成されたワイヤガイドの前記開口部の傾斜面に接触させながら前記すり鉢形状の開口部の頂部まで案内し、前記基板の設置領域まで通すステップと、
前記コイルワイヤの端部を前記基板の配線パターンに接続するステップと、
を含む圧電素子接続方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、圧電素子接続構造、車両、及び圧電素子接続方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、圧電素子を基板に対して電気的に接続する圧電素子接続構造が開示されている。特許文献１の圧電素子接続構造は、基板と、基板と対向する底面を有する有底の筐体と、当該底面に設置される圧電素子と、基板に接続される金属端子と、圧電素子から金属端子に向かって伸びるボンディングワイヤとを備える。特許文献１の圧電素子接続構造を組み立てる場合、まずボンディングワイヤの一端に圧電素子を接続し、ボンディングワイヤの他端に金属端子を接続する。次に、ボンディングワイヤを折り曲げるようにしながら圧電素子の面の方向を９０°程度変化させ、面の方向を変化させた後の圧電素子が筐体の底面に接着剤などで接着され、最後に金属端子が基板に固定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／１３７２７３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の従来技術では、塑性変形し易いボンディングワイヤが利用されているため、圧電素子に接着されたボンディングワイヤを基板の貫通孔に挿入する際に、ボンディングワイヤが自立せずに撓んでしまう。従って、ボンディングワイヤを基板に接続するためには基板に固定される金属端子が必要になり、ボンディングワイヤに金属端子を接続する工程、基板に金属端子を接続する工程などが発生する。このように従来技術では、圧電素子を基板に接続する上で改善の余地がある。

【0005】

本開示の非限定的な実施例は、圧電素子を基板に対して容易に接続できる圧電素子接続構造、車両、及び圧電素子接続方法の提供に資する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施例に係る圧電素子接続構造は、基板の設置領域を有する本体部と、底面を有し、前記基板の設置領域と対向するように前記本体部と固定接続される筐体と、前記底面に設置される圧電素子と、前記圧電素子から前記基板の設置領域に向かって延伸し、前記圧電素子と前記基板とを電気的に接続するコイルワイヤと、を備え、前記コイルワイヤは、撓まない直線部分と巻き線形状部分とを有する。

【0008】

本開示の一実施例に係る車両は、上記の圧電素子接続構造を備える。

【0009】

本開示の一実施例に係る圧電素子接続方法は、基板の設置領域を有する本体部と固定接続される筐体の底面に固定された圧電素子から、前記基板の設置領域に向かって伸びる巻き線形状のコイルワイヤにおける前記基板の設置領域側の端部を、すり鉢形状の開口部が形成されたワイヤガイドの前記開口部の傾斜面に接触させながら前記すり鉢形状の開口部の頂部まで案内し、前記基板の設置領域まで通すステップと、前記コイルワイヤの端部を前記基板の配線パターンに接続するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0010】

本開示の一実施例によれば、圧電素子を基板に対して容易に接続できる圧電素子接続構造、車両、及び圧電素子接続方法を構築できる。

【0011】

本開示の一実施例における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の実施の形態に係る圧電素子接続構造１００の構成例を示す図

【図2】図１に示す圧電素子接続構造１００の部分拡大図

【図3】本開示の実施の形態に係る圧電素子接続構造１００の比較例の組み立て手順を説明するための図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。以下の図において、それぞれに示される構成部材の形状、厚み、長さなどは、図面の作成上適宜変更されており、実際の構成部材の形状、厚み、長さなどと異なる。さらに、各構成部材の材質は、本実施の形態に記載される材質に限定されるものではない。

【0014】

［実施の形態］
図１は本開示の実施の形態に係る圧電素子接続構造１００の構成例を示す図である。図２は図１に示す圧電素子接続構造１００の部分拡大図である。

【0015】

圧電素子接続構造１００は、樹脂製のハウジング９と、ブッシング１０を介してハウジング９に固定される筐体１と、筐体１の内部に配置される圧電素子２と、圧電素子２と向き合うようにハウジング９の内部に固定され、第１の面５ａと第２の面５ｂとを有する基板５とを備える。

【0016】

また、圧電素子接続構造１００は、基板５に固定される２つのワイヤガイド７，８と、圧電素子２からワイヤガイド７に向かって伸びるコイルワイヤ３と、圧電素子２からワイヤガイド８に向かって伸びるコイルワイヤ４とを備える。

【0017】

コイルワイヤ３は、螺旋状のコイル部３ａと、コイル部３ａの一端に接続されている端子部３ｂと、コイル部３ａの他端に接続されている端子部３ｃとを備える。

【0018】

端子部３ｂは、ワイヤガイド７に挿入されると共に、基板５上の配線パターンと電気的に接続される。

【0019】

ワイヤガイド７は、基板５に形成される貫通孔５ｃに挿入されることにより、圧電素子２と向き合う基板５の第２の面５ｂ側に設置される。ワイヤガイド７は、基板５から圧電素子２に向かう方向に対して内径が拡大するすり鉢状の開口部を有する円錐状の部材である。ワイヤガイド７の材料は、例えば絶縁性の樹脂である。なお、ワイヤガイド７の材料は、これらに限定されず、例えば樹脂以外の不導体でもよい。

【0020】

端子部３ｃは、圧電素子２の正極側電極に対して溶接などによって接続される。

【0021】

コイルワイヤ３の材料には、例えばリン青銅線、ステンレス鋼線、ピアノ線、硬鋼線などが利用される。

【0022】

コイルワイヤ４は、螺旋状のコイル部４ａと、コイル部４ａの一端に接続されている端子部４ｂと、コイル部４ａの他端に接続されている端子部４ｃとを備える。

【0023】

端子部４ｂは、ワイヤガイド８に挿入されると共に、基板５上の配線パターンと電気的に接続される。

【0024】

ワイヤガイド８は、ワイヤガイド７と同様に、基板５に形成される貫通孔５ｃに挿入されることにより、圧電素子２と向き合う基板５の第２の面５ｂ側に設置される。ワイヤガイド８は、基板５から圧電素子２に向かう方向に対して内径が拡大するすり鉢状の内周面を有する円錐状の部材である。ワイヤガイド８には、ワイヤガイド７の材料と同様の材料が利用される。なお、ワイヤガイド７、８の形状は、円錐形状に限定されず、コイルワイヤ３、４を案内する機能が生じる形状であればよい。

【0025】

端子部４ｃは、接続部材１ｂに対して溶接などによって接続される。接続部材１ｂは、筐体１の内側に形成される導電性の部材であり、端子部４ｃを圧電素子２の負極側電極に対して電気的に接続する。

【0026】

コイルワイヤ４には、コイルワイヤ３の材料と同様の材料が利用される。

【0027】

次に、圧電素子接続構造１００の組み立て方法について説明する。基板５がハウジング９の内側の壁面に固定される。

【0028】

次に、基板５の第２の面５ｂ側にワイヤガイド７及びワイヤガイド８を配置して、基板５の貫通孔５ｃに向けて、ワイヤガイド７及びワイヤガイド８を圧入する。これにより、基板５にワイヤガイド７及びワイヤガイド８が固定される。なおワイヤガイド７、８は、例えばリブを介してハウジング９に接続されていても良い。

【0029】

次に、筐体１の底面１ａに圧電素子２が固定される。圧電素子２の固定には例えば接着剤が利用される。

【0030】

次に、コイルワイヤ３の端子部３ｃが圧電素子２に対して溶接などで接続される。またコイルワイヤ４の端子部４ｃが接続部材１ｂに対して溶接などで接続される。このとき、コイルワイヤ３の端子部３ｂは、圧電素子２に対して垂直な方向に延伸するように設置される。また、コイルワイヤ４の端子部４ｂは、圧電素子２に対して垂直な方向に延伸するように設置される。

【0031】

次に、コイルワイヤ３の端子部３ｂがワイヤガイド７の開口部と向き合い、かつ、コイルワイヤ４の端子部４ｂがワイヤガイド８の開口部と向き合うようにしながら、ハウジング９に筐体１が嵌め込まれる。

【0032】

このとき、コイルワイヤ３の端子部３ｂがワイヤガイド７の開口部の傾斜面に接触しながらワイヤガイド７のすり鉢状の開口部の頂部まで案内され、さらにワイヤガイド７の中心に形成される貫通孔を通り、基板の第１の面５ａ側に達する。同様に、コイルワイヤ４の端子部４ｂがワイヤガイド８の開口部の傾斜面に接触しながらワイヤガイド８のすり鉢状の開口部の頂部まで案内され、さらにワイヤガイド８の中心に形成される貫通孔を通り、基板の第１の面５ａ側に達する。

【0033】

基板の第１の面５ａ側に達した端子部３ｂ及び端子部４ｂは、半田付けによって、基板５上の配線パターンと電気的に接続される。

【0034】

図３は本開示の実施の形態に係る圧電素子接続構造１００の比較例の組み立て手順を説明するための図である。

【0035】

比較例に係る圧電素子接続構造１００Ａを製造する場合、まず、圧電素子２にワイヤ２０の一端が接続される。ワイヤ２０は、ボンディングワイヤなどである。ワイヤ２０の他端は金属端子２１の導体２２に接続される。

【0036】

次に、ワイヤ２０を折り曲げるようにしながら圧電素子２の面の方向を９０°変化させて、圧電素子２を筐体１の底面１ａに接着剤などで接着する。さらに、金属端子２１をハウジング９内の基板に固定する。

【0037】

圧電素子接続構造１００Ａでは、塑性変形し易いボンディングワイヤが利用されているため、圧電素子２に接続されたワイヤ２０が垂直方向に自立せずに撓んでしまう。そのため、予め金属端子２１をワイヤ２０に接続した上で、金属端子２１をハウジング９内の基板に接続するという工程を経ることによって、圧電素子２を基板に接続している。

【0038】

このように、金属端子２１をワイヤ２０に接続する工程が必要なため、圧電素子接続構造１００Ａの構造が複雑になる。また、金属端子２１をハウジング９内の基板に固定する必要がある。

【0039】

これに対して本実施の形態に係る圧電素子接続構造１００では、螺旋状に形成されたコイルワイヤ３が利用されているため、コイルワイヤ３の基板５への接続の際、コイルワイヤ３に対して、コイルワイヤ３の軸方向と直交する方向への応力が加わった場合でも、コイルワイヤ３の復元力によってコイルワイヤ３全体が塑性変形し難くなる。またコイルワイヤ３にバネ材を使用することで、材料特性として塑性変形しづらくなる。

【0040】

そのため、圧電素子２に対して垂直に設けられたコイルワイヤ３が撓むことを抑制しながら、ワイヤガイド７に対してコイルワイヤ３を容易に挿入でき、基板５に接続させることができる。コイルワイヤ４も同様である。

【0041】

これにより、前述した金属端子２１に相当する部品を用意して、それをコイルワイヤ３に接続する工程が不要になり、圧電素子接続構造１００の構造が簡素化される。

【0042】

また金属端子２１が不要になるため、コイルワイヤ３を金属端子２１に相当する部品に溶接する工程が不要になり、圧電素子接続構造１００の組み立て時間を短縮できると共に、溶接箇所が少なくなることで、圧電素子接続構造１００の信頼性が向上する。

【0043】

また、ワイヤガイド７を用いることによって、それを使わずにコイルワイヤ３を基板５の貫通孔５ｃに挿入する場合に比べて、コイルワイヤ３の基板５への接続作業が容易になる。

【0044】

また、ワイヤガイド７を利用することで、コイルワイヤ３が垂直方向に対して僅かに傾斜している場合でも、コイルワイヤ３を基板５に容易に接続することができる。

【0045】

なお、本実施の形態では、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４と、ワイヤガイド７及びワイヤガイド８とを備えた圧電素子接続構造１００について説明したが、圧電素子接続構造１００の構成例はこれに限定されるものではない。

【0046】

例えば、圧電素子接続構造１００は、ワイヤガイド７及びワイヤガイド８を用いることなく、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４を直接基板５に接続するように構成してもよい。

【0047】

このように構成した場合、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４に、これらの軸方向と直交する方向への応力が加わったときに、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４の復元力により、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４が塑性変形し難くなるため、基板５への接続が容易になる。この場合、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４は、基板５に形成される貫通孔５ｃに挿入される。

【0048】

また、圧電素子接続構造１００は、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４の代わりに、直線状又はクランク状のワイヤを、ワイヤガイド７及びワイヤガイド８に挿入するように構成してもよい。

【0049】

このように構成した場合、直線状のワイヤが垂直方向に対して僅かに傾斜しても、ワイヤを基板５に案内できるため、基板５への接続が容易になる。また、コイルワイヤ３及びコイルワイヤ４を用いることにより、圧電素子２で発生する振動がコイルワイヤ３及びコイルワイヤ４で吸収されるため、圧電素子２で発生する振動が基板５へ伝達することを防止できる。

【0050】

例えば、以下のような態様も本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0051】

（１）圧電素子接続構造は、基板の設置領域を有する本体部と、底面を有し、前記基板の設置領域と対向するように前記本体部と固定接続される筐体と、前記底面に設置される圧電素子と、前記圧電素子から前記基板の設置領域に向かって延伸し、前記圧電素子と前記基板とを電気的に接続する巻き線形状のコイルワイヤと、を備える。

【0052】

（２）圧電素子接続構造は、前記コイルワイヤの端部を案内するすり鉢形状の開口部が形成されたワイヤガイドを更に備える。

【0053】

（３）圧電素子接続構造は、基板の設置領域を有する本体部と、底面を有し、前記基板の設置領域と対向するように前記本体部と固定接続される筐体と、基板の設置領域と対向する底面を有する筐体と、前記底面に設置される圧電素子と、前記圧電素子から前記基板の設置領域に向かって延伸し、前記圧電素子と前記基板とを電気的に接続するワイヤと、前記コイルの端部を案内するすり鉢形状の開口部が形成されたワイヤガイドと、を備える。

【0054】

（４）前記ワイヤは、巻き線形状のコイルワイヤである。

【0055】

（５）車両は、上記の圧電素子接続構造を備える。

【0056】

（６）圧電素子接続方法は、基板の設置領域を有する本体部と固定接続される筐体の底面に固定された圧電素子から、前記基板の設置領域に向かって伸びる巻き線形状のコイルワイヤにおける前記基板の設置領域側の端部を、すり鉢形状の開口部が形成されたワイヤガイドの前記開口部の傾斜面に接触させながら前記すり鉢形状の開口部の頂部まで案内し、前記基板の設置領域まで通すステップと、前記コイルワイヤの端部を前記基板の配線パターンに接続するステップと、を含む。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本開示の一実施例は、圧電素子接続構造及び車両に好適である。

【符号の説明】

【0058】

１ ：筐体
１ａ ：底面
１ｂ ：接続部材
２ ：圧電素子
３ ：コイルワイヤ
３ａ ：コイル部
３ｂ ：端子部
３ｃ ：端子部
４ ：コイルワイヤ
４ａ ：コイル部
４ｂ ：端子部
４ｃ ：端子部
５ ：基板
５ａ ：面（第１の面）
５ｂ ：面（第２の面）
５ｃ ：貫通孔
７ ：ワイヤガイド
８ ：ワイヤガイド
９ ：ハウジング
１０ ：ブッシング
２０ ：ワイヤ
２１ ：金属端子
２２ ：導体
１００ ：圧電素子接続構造
１００Ａ ：圧電素子接続構造

【図1】

【図2】

【図3】