JP2011192665A - Additive-free non-stretched piezoelectric material containing pvdf, and piezoelectric sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a piezoelectric material comprising polyvinylidene fluoride wherein contraction resulting from extension is minimized, and to provide a piezoelectric sensor using the piezoelectric material. <P>SOLUTION: The piezoelectric material is obtained by subjecting vinylidene fluoride polymer having a nonpolar α-type crystal structure to additive-free non-stretched polarization. Since it is non-stretched, a piezoelectric material where contraction resulting from extension is minimized, and a piezoelectric sensor using the piezoelectric material can be obtained. The piezoelectric material has an electric field strength of 200-600 MV/m during polarization, and the polarized polymer includes a polar α-type crystal structure. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は圧電体および圧電センサに関し、特にポリフッ化ビニリデン(PVDF)を含んで構成される圧電体、および該圧電体を用いた圧電センサに関する。   The present invention relates to a piezoelectric body and a piezoelectric sensor, and more particularly to a piezoelectric body including polyvinylidene fluoride (PVDF) and a piezoelectric sensor using the piezoelectric body.

1969年に、ポリフッ化ビニリデンを一軸延伸し分極処理を施すと、ポリフッ化ビニリデンに高い圧電性が発現することが発見された。以来、ポリフッ化ビニリデンは、圧電性高分子(または焦電性高分子)として、例えば超音波センサや発振子、音響スピーカやマイク、人体や炎の赤外線を検知するセンサ、加速度センサなど、多種多様の用途に広く用いられている。   In 1969, it was discovered that when polyvinylidene fluoride was uniaxially stretched and subjected to polarization treatment, high piezoelectricity was developed in polyvinylidene fluoride. Since then, polyvinylidene fluoride has been widely used as a piezoelectric polymer (or pyroelectric polymer), such as ultrasonic sensors and oscillators, acoustic speakers and microphones, sensors that detect infrared rays from the human body and flames, and acceleration sensors. It is widely used for applications.

ポリフッ化ビニリデンには数種の結晶構造が存在する。中でも溶融状態のポリフッ化ビニリデンを冷却し結晶化させると得られる、無極性α型(II型)が最も安定と考えられている。上記圧電性(焦電性)は、ポリフッ化ビニリデンを一軸延伸することにより、ポリフッ化ビニリデンの結晶構造部分を無極性α型から極性を有するβ型(I型)へ転移させ、その上で分極処理を施すことに起因する。   Polyvinylidene fluoride has several crystal structures. Among these, nonpolar α type (II type) obtained by cooling and crystallizing molten polyvinylidene fluoride is considered to be the most stable. The piezoelectricity (pyroelectricity) is obtained by uniaxially stretching polyvinylidene fluoride to transfer the crystalline structure of polyvinylidene fluoride from nonpolar α-type to polar β-type (I-type). This is due to the processing.

このように、一般にポリフッ化ビニリデンを圧電体(または焦電体)として用いる場合は、押出成型されたポリフッ化ビニリデンのフィルムを比較的低温で一軸延伸し、その後分極処理を施す。例えば、特許文献1では、圧電センサに用いる高分子圧電体2・4として、「フッ化ビニリデン系高分子の一種であるポリフッ化ビニリデンPVDF一軸延伸フィルム」が好適に用いられている(第6頁、段落0022)。特許文献2においても同様にポリフッ化ビニリデンPVDF一軸延伸フィルムが用いられている(第9頁、段落0040)。   As described above, in general, when polyvinylidene fluoride is used as a piezoelectric body (or pyroelectric body), the extruded polyvinylidene fluoride film is uniaxially stretched at a relatively low temperature and then subjected to polarization treatment. For example, in Patent Document 1, “polyvinylidene fluoride PVDF uniaxially stretched film which is a kind of vinylidene fluoride polymer” is suitably used as the polymer piezoelectric bodies 2 and 4 used in the piezoelectric sensor (page 6). , Paragraph 0022). Similarly, in Patent Document 2, a polyvinylidene fluoride PVDF uniaxially stretched film is used (page 9, paragraph 0040).

また、ポリフッ化ビニリデンのフィルムを用いて圧電センサ(または焦電センサ)を構成する場合、ポリフッ化ビニリデンは積層して用いられることがある。例えば、特許文献3(第4図)では、ポリフッ化ビニリデンからなる圧電体フィルムの両面に銀ペーストを塗布して、上側を陽電極層とし、下側を陰電極層(他方の電極層)として積層を構成している。また、特許文献1(段落0010、第1図)では、ポリフッ化ビニリデンからなる2枚の圧電体フィルムを、ポリフッ化ビニリデンフィルムと相溶性のよいウレタン系樹脂で形成された接着層を用いて接着し、複数の圧電体フィルムで積層を構成することにより、電気出力を大きくした圧電センサが開示されている。   In the case where a piezoelectric sensor (or pyroelectric sensor) is formed using a polyvinylidene fluoride film, the polyvinylidene fluoride may be used by being laminated. For example, in Patent Document 3 (FIG. 4), silver paste is applied to both surfaces of a piezoelectric film made of polyvinylidene fluoride, the upper side is used as a positive electrode layer, and the lower side is used as a negative electrode layer (the other electrode layer). Constructs a stack. In Patent Document 1 (paragraph 0010, FIG. 1), two piezoelectric films made of polyvinylidene fluoride are bonded using an adhesive layer formed of a urethane-based resin having good compatibility with the polyvinylidene fluoride film. And the piezoelectric sensor which enlarged the electrical output by comprising laminated | stacking by a some piezoelectric film is disclosed.

特開2008−304558号公報JP 2008-304558 A 特開2009−80090号公報JP 2009-80090 A 特開平10−332509号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-332509

しかし、延伸したフィルムは、積層したり、他の熱可塑性樹脂フィルムや基板などに接着したりする場合、比較的高温での熱ラミネーションや接着剤の硬化過程で収縮を起こし、平面性の良い積層体を得ることが困難となることがある。例えば一軸延伸フィルムでは、その延伸方向に収縮しやすく、収縮が起こると、積層体に、曲がり、そり、凹凸、剥れなどが発生する。そのため、この収縮を改善するためにエージング(緩和熱処理に相当)を行う必要がある。
そこで本発明は、フッ化ビニリデンポリマーから、従来に比し収縮を抑制した圧電体、および該圧電体を用いた圧電センサを得ることを目的とする。
However, when the stretched film is laminated or bonded to another thermoplastic resin film or substrate, it is shrunk in the process of thermal lamination at a relatively high temperature or the curing of the adhesive, and has good flatness. Getting a body can be difficult. For example, a uniaxially stretched film tends to shrink in the stretching direction. When shrinkage occurs, the laminate is bent, warped, uneven, peeled, and the like. Therefore, in order to improve this shrinkage, it is necessary to perform aging (equivalent to relaxation heat treatment).
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to obtain a piezoelectric body in which shrinkage is suppressed as compared with conventional ones, and a piezoelectric sensor using the piezoelectric body, from a vinylidene fluoride polymer.

上記課題を解決するための、本発明の第1の態様に係る圧電体は、結晶構造部分が無極性α型のフッ化ビニリデンポリマーを分極処理して得られる圧電体であって;前記ポリマーは、無添加、無延伸で分極処理され;分極処理時の電界強度は200〜600MV/mであり;分極処理後の前記ポリマーは、極性α型の結晶構造を含む;圧電体である。
なお、「無添加」とは、ポリフッ化ビニリデンの結晶型に転移を生じさせるような物質を添加していないことをいう。例えば、無極性α型からβ型に転移を生じさせるアンモニウム塩やポリメチルメタクリレート(PMMA)などを添加していないことをいう。結晶構造に影響を及ぼさない、有機物やセラミクス、酸化物、金属、カーボンといった無機粉体などを加工助剤や安定剤等として少量添加する場合は除く。
また、「無延伸」とは、冷延伸加工(融点以下での延伸加工)を経ていないことをいう。例えば、フィルム状の樹脂を一方向(例えば長さ方向)に数倍に引き伸ばす一軸延伸、または、二方向(例えば長さおよび幅方向)にそれぞれ数倍に引き伸ばす二軸延伸といった加工工程を経ていないことをいう。
なお、本願において、「圧電体」といった場合は「焦電体」をも含むものとする。
さらに、上記圧電体は、分極処理後のポリフッ化ビニリデンの主たる結晶構造部分が、極性α型の圧電体であってもよい。「主たる結晶構造部分」とは、結晶構造部分の主成分(すなわち結晶構造部分の50%超)の部分をいう。例えば、ポリフッ化ビニリデンの主たる結晶構造部分が極性α型であるとは、半結晶性高分子であるポリフッ化ビニリデンの結晶構造部分の50%超が極性α型であることをいう。
The piezoelectric body according to the first aspect of the present invention for solving the above problem is a piezoelectric body obtained by polarization treatment of a nonpolar α-type vinylidene fluoride polymer having a crystal structure portion; The electric field strength during the polarization treatment is 200 to 600 MV / m; the polymer after the polarization treatment includes a polar α-type crystal structure; and is a piezoelectric body.
“No addition” means that a substance that causes a transition in the crystal form of polyvinylidene fluoride is not added. For example, it means that no ammonium salt or polymethyl methacrylate (PMMA) that causes a transition from nonpolar α-type to β-type is added. Excludes cases where inorganic powders such as organic substances, ceramics, oxides, metals, and carbon that do not affect the crystal structure are added in small amounts as processing aids or stabilizers.
Further, “non-stretching” means that it has not undergone a cold stretching process (stretching process below the melting point). For example, it does not undergo a processing step such as uniaxial stretching in which a film-like resin is stretched several times in one direction (for example, the length direction) or biaxial stretching in which the resin is stretched several times in two directions (for example, the length and width directions). That means.
In the present application, the term “piezoelectric body” includes “pyroelectric body”.
Further, in the piezoelectric body, the main crystal structure portion of the polyvinylidene fluoride after the polarization treatment may be a polar α-type piezoelectric body. The “main crystal structure portion” refers to a main component of the crystal structure portion (ie, more than 50% of the crystal structure portion). For example, the main crystal structure portion of polyvinylidene fluoride being polar α-type means that more than 50% of the crystal structure portion of polyvinylidene fluoride, which is a semicrystalline polymer, is polar α-type.

このように構成すると、極性α型の結晶構造を含むフッ化ビニリデンのポリマーを得ることができ、該ポリマーには、工業的利用が十分に可能な程度の圧電性が発現する。なお、該ポリマーは無延伸であるため、延伸したポリフッ化ビニリデンのフィルムに生じるような収縮を抑制することができる。   If constituted in this way, a polymer of vinylidene fluoride containing a polar α-type crystal structure can be obtained, and the polymer exhibits piezoelectricity that is sufficiently industrially usable. In addition, since this polymer is unstretched, shrinkage | contraction which arises in the film | membrane of the stretched polyvinylidene fluoride can be suppressed.

本発明の第2の態様に係る圧電体は、上記本発明の第1の態様に係る圧電体において、フッ化ビニリデンポリマーが、フッ化ビニリデンのホモポリマー、テトラフルオロエチレン(C)とのコポリマー、トリフルオロエチレン(CHF)とのコポリマー、クロロトリフルオロエチレン(CClF)とのコポリマー、フッ化ビニル(CF)とのコポリマー、ヘキサフルオロプロピレン(C)とのコポリマーのうちのいずれか1のポリマーであって;テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、ヘキサフルオロプロピレンは、フッ化ビニリデン100重量部に対してそれぞれ10重量部以下含まれる;圧電体である。 The piezoelectric body according to the second aspect of the present invention is the piezoelectric body according to the first aspect of the present invention, wherein the vinylidene fluoride polymer is a homopolymer of vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene (C 2 F 4 ). Copolymer of trifluoroethylene (C 2 HF 3 ), copolymer of chlorotrifluoroethylene (C 2 ClF 3 ), copolymer of vinyl fluoride (C 2 H 3 F), hexafluoropropylene (C 3 H 6 ) and any one of the copolymers thereof; tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinyl fluoride, hexafluoropropylene, respectively, relative to 100 parts by weight of vinylidene fluoride 10 parts by weight or less; a piezoelectric body.

このように構成すると、フッ化ビニリデンポリマーとしてより適したポリマーからなる圧電体とすることができる。   If comprised in this way, it can be set as the piezoelectric material which consists of a polymer more suitable as a vinylidene fluoride polymer.

本発明の第3の態様に係る圧電センサは、例えば図2に示すように、シグナル電極71と第1のグランド電極61とを絶縁し、第1の面41aと第1の面41aに対して表裏の関係にある第2の面41bを有する第1の圧電体41と;第1の圧電体41の第1の面41aに配置される第1のグランド電極61と;第1の圧電体41の第2の面41bに配置されるシグナル電極71とを備える。第1の圧電体41は、上記本発明の第1の態様または第2の態様に係る圧電体である。
なお、本願において、「圧電センサ」といった場合は「焦電センサ」をも含むものとし、さらに圧電・焦電性を利用したセンサ(例えば「超音波発信・受信センサ」)をも含むものとする。
The piezoelectric sensor according to the third aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, insulates the signal electrode 71 from the first ground electrode 61 and prevents the first surface 41a and the first surface 41a. A first piezoelectric body 41 having a second surface 41b in a front-back relationship; a first ground electrode 61 disposed on the first surface 41a of the first piezoelectric body 41; and a first piezoelectric body 41 And a signal electrode 71 disposed on the second surface 41b. The first piezoelectric body 41 is a piezoelectric body according to the first aspect or the second aspect of the present invention.
In the present application, the term “piezoelectric sensor” includes “pyroelectric sensor”, and further includes a sensor using piezoelectricity and pyroelectricity (for example, “ultrasonic transmission / reception sensor”).

このように構成すると、圧電体が無延伸であるため収縮が抑制され、圧電体と積層した電極との収縮率の差による反りや剥れを抑えることができる。   If comprised in this way, since a piezoelectric material is non-stretched, shrinkage | contraction will be suppressed and the curvature and peeling by the difference of the shrinkage | contraction rate of a piezoelectric material and the laminated | stacked electrode can be suppressed.

本発明の第4の態様に係る圧電センサでは、上記本発明の第3の態様に係る圧電センサにおいて、例えば図2に示すように、シグナル電極71は、第1の圧電体41の外縁部分OTを避け第2の面41bに覆われるように配置され;第1のグランド電極61は、第1の圧電体41の第1の面41aにおいてシグナル電極71を投影する部分を覆うように配置され;第1のグランド電極61の第1の圧電体41が配置された面と表裏の関係にある面においてシグナル電極71が投影された部分INに段差81を設け、第1の圧電体41のシグナル電極71が配置された部分に生ずる応力を大きくする。   In the piezoelectric sensor according to the fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric sensor according to the third aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, the signal electrode 71 is an outer edge portion OT of the first piezoelectric body 41. The first ground electrode 61 is disposed so as to cover a portion where the signal electrode 71 is projected on the first surface 41a of the first piezoelectric body 41; A step 81 is provided at a portion IN where the signal electrode 71 is projected on the surface of the first ground electrode 61 on which the first piezoelectric body 41 is disposed and the surface on which the first piezoelectric body 41 is disposed. The stress generated in the portion where 71 is arranged is increased.

このように構成すると、第1のグランド電極の第1の圧電体が配置された面と異なる面に段差が設けられるので、段差側から押されることにより、シグナル電極が配置された部分に生ずる応力が大きくなる。   With this configuration, since a step is provided on a surface different from the surface on which the first piezoelectric body of the first ground electrode is disposed, the stress generated in the portion where the signal electrode is disposed by being pushed from the step side. Becomes larger.

本発明の第5の態様に係る圧電センサは、上記本発明の第3の態様または第4の態様に係る圧電センサにおいて、例えば図2に示すように、シグナル電極71の第1の圧電体41が配置された面と表裏の関係にある面に配置された接着層51と;接着層51のシグナル電極71が配置された面と表裏の関係にある面に配置された第2の圧電体42と;第2の圧電体42の接着層51が配置された面と表裏の関係にある面に配置された第2のグランド電極62とを備える。さらに、接着層51は絶縁性であり;第2の圧電体42は、上記本発明の第1の態様または第2の態様に係る圧電体であって、第1の圧電体41と極性が逆向きの圧電体である。   The piezoelectric sensor according to the fifth aspect of the present invention is the piezoelectric sensor according to the third aspect or the fourth aspect of the present invention described above, for example, as shown in FIG. An adhesive layer 51 disposed on a surface in which the surface of the adhesive layer 51 is disposed on the front and back; a second piezoelectric body 42 disposed on the surface of the adhesive layer 51 on which the signal electrode 71 is disposed and on the surface in the relationship of front and back. And a second ground electrode 62 disposed on a surface of the second piezoelectric body 42 on which the adhesive layer 51 is disposed and a surface in a front-back relationship. Furthermore, the adhesive layer 51 is insulative; the second piezoelectric body 42 is a piezoelectric body according to the first aspect or the second aspect of the present invention, and has a polarity opposite to that of the first piezoelectric body 41. The piezoelectric body is oriented.

このように構成すると、絶縁性の接着層を挟んで第1の圧電体と極性が逆向きの第2の圧電体を備えるので、圧電センサからの電気出力を大きくすることができる。   With this configuration, the second piezoelectric body having a polarity opposite to that of the first piezoelectric body is provided with the insulating adhesive layer interposed therebetween, so that the electrical output from the piezoelectric sensor can be increased.

本発明の第6の態様に係る圧電センサでは、上記本発明の第5の態様に係る圧電センサにおいて、例えば図3に示すように、接着層51はシグナル電極72より縦弾性係数が小さな材料で形成され;シグナル電極72は、第1の圧電体41および第2の圧電体42のシグナル電極72が配置された部分INに生ずる応力が、シグナル電極72が配置されていない外縁部分OTに生ずる応力より大きくなるように厚く形成される。   In the piezoelectric sensor according to the sixth aspect of the present invention, in the piezoelectric sensor according to the fifth aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 3, the adhesive layer 51 is made of a material having a smaller longitudinal elastic modulus than the signal electrode 72. In the signal electrode 72, the stress generated in the portion IN where the signal electrode 72 of the first piezoelectric body 41 and the second piezoelectric body 42 is disposed is the stress generated in the outer edge portion OT where the signal electrode 72 is not disposed. It is formed thicker to be larger.

このように構成すると、シグナル電極が厚く形成されているため、容易に2層の圧電体においてシグナル電極が配置された部分に生ずる応力を大きくすることができる。   If comprised in this way, since the signal electrode is formed thickly, the stress which arises in the part by which the signal electrode is arrange | positioned easily in a 2 layer piezoelectric material can be enlarged.

本発明によれば、フッ化ビニリデンポリマーを延伸していないため、延伸したフッ化ビニリデンポリマーからなる圧電体に比し収縮を抑制した圧電体を得ることができる。さらに、該圧電体を用いて、積層した際の反りや剥れを抑えた圧電センサを得ることができる。   According to the present invention, since the vinylidene fluoride polymer is not stretched, it is possible to obtain a piezoelectric body in which shrinkage is suppressed as compared with a piezoelectric body made of a stretched vinylidene fluoride polymer. Furthermore, by using the piezoelectric body, it is possible to obtain a piezoelectric sensor that suppresses warping and peeling when laminated.

コロナポーリングを行う装置20の概念図である。It is a conceptual diagram of the apparatus 20 which performs corona polling. 第2の実施の形態に係る圧電センサ100の長手方向に直交する面での断面図である。It is sectional drawing in the surface orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric sensor 100 which concerns on 2nd Embodiment. 突起物で段差を形成せず、シグナル電極72を厚く形成している圧電センサ101の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric sensor 101 which has formed the signal electrode 72 thickly, without forming a level | step difference with a protrusion. 圧電センサ100の外形と突起物81の形状を説明する平面図であり、突起物81が連続的に配置された例を示す。It is a top view explaining the external shape of the piezoelectric sensor 100, and the shape of the protrusion 81, and shows the example by which the protrusion 81 is arrange | positioned continuously. 図4に示した圧電センサ100のシグナル電極71の形状を説明する端面図であり、シグナル電極71が連続的に配置された例を示す。It is an end view explaining the shape of the signal electrode 71 of the piezoelectric sensor 100 shown in FIG. 4, and shows an example in which the signal electrode 71 is continuously arranged. 圧電センサ102の外形と突起物82の形状を説明する平面図であり、突起物82が断続的に配置された例を示す。It is a top view explaining the external shape of the piezoelectric sensor 102, and the shape of the protrusion 82, and the example in which the protrusion 82 is arrange | positioned intermittently is shown. 図6に示した圧電センサ102のシグナル電極73の形状を説明する端面図であり、シグナル電極73が断続的に配置された例を示す。It is an end view explaining the shape of the signal electrode 73 of the piezoelectric sensor 102 shown in FIG. 6, and shows an example in which the signal electrode 73 is intermittently arranged. 圧電センサ100を用いた電子弦楽器200を説明する斜視図である。1 is a perspective view for explaining an electronic stringed instrument 200 using a piezoelectric sensor 100. FIG. 圧電センサ100を用いた電子弦楽器200のコマ220と圧電センサ100との関係を示す分解拡大図である。4 is an exploded enlarged view showing a relationship between a top 220 of an electronic stringed musical instrument 200 using the piezoelectric sensor 100 and the piezoelectric sensor 100. FIG. 実施例1〜実施例6、および、比較例2、比較例3の圧電定数を示す表である。It is a table | surface which shows the piezoelectric constant of Example 1- Example 6, and the comparative example 2 and the comparative example 3. FIG. 実施例1のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルを示す。The X-ray diffraction spectrum of the polyvinylidene fluoride film of Example 1 is shown. 実施例2のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルを示す。The X-ray diffraction spectrum of the polyvinylidene fluoride film of Example 2 is shown. 実施例5のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルを示す。The X-ray diffraction spectrum of the polyvinylidene fluoride film of Example 5 is shown. 比較例1のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルを示す。The X-ray diffraction spectrum of the polyvinylidene fluoride film of Comparative Example 1 is shown. 比較例2のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルを示す。The X-ray diffraction spectrum of the polyvinylidene fluoride film of Comparative Example 2 is shown. 比較例3のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルを示す。The X-ray-diffraction spectrum of the polyvinylidene fluoride film of the comparative example 3 is shown.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一または相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiments.

本発明の圧電体および圧電センサでは、延伸により生ずる「収縮」を抑制するという目的を、以下のようにフッ化ビニリデンポリマーを無添加・無延伸で成型した後、100〜600MV/mの電界強度で分極処理を施すといった構成により実現した。   In the piezoelectric body and piezoelectric sensor of the present invention, for the purpose of suppressing “shrinkage” caused by stretching, an electric field strength of 100 to 600 MV / m is obtained after molding without adding vinylidene fluoride polymer and stretching as follows. This is realized by a configuration in which a polarization process is applied.

本発明の第1の実施の形態に係る圧電体について説明する。第1の実施の形態に係る圧電体は、ポリフッ化ビニリデンのペレットに、結晶型に転移を生じさせるような特定の化合物(例えば、第四級アンモニウム塩等)を添加することなく溶融押出し(無添加)、フィルム状に成型した後、一軸延伸または二軸延伸といった延伸工程を経ることなく(無延伸)、コロナポーリングで分極処理をすることにより得られる。
なお、「溶融押出」とは、溶融状態の樹脂を押出金型の吐出口(スリット)から押し出し成型することをいう。
A piezoelectric body according to the first embodiment of the present invention will be described. The piezoelectric body according to the first embodiment is melt-extruded (nothing) into a polyvinylidene fluoride pellet without adding a specific compound (for example, a quaternary ammonium salt) that causes a transition in crystal form. Addition), after forming into a film, it is obtained by performing a polarization treatment by corona poling without going through a stretching process such as uniaxial stretching or biaxial stretching (no stretching).
“Melting extrusion” refers to extrusion molding of a molten resin from a discharge port (slit) of an extrusion mold.

ここで、ポリフッ化ビニリデンの物性のうち絶縁破壊強度について説明する。「エンジニアリングポリマー ―エンプラから高機能性樹脂まで―」1)によると、ポリフッ化ビニリデンの絶縁破壊強度(試験法ASTM D−149)は、52〜74kV/mm(=52〜74MV/m)、または、260V/mil(=10.2MV/m、1mil=0.0254mmで換算)と記載されている。すなわち、この範囲を超えて分極処理を施そうとすると、ポリフッ化ビニリデンは絶縁破壊を起こす。
1)「エンジニアリングポリマー ―エンプラから高機能性樹脂まで―」(発行所:化学工業日報社、1996年3月29日発行、p.525、p.532)
しかし、本発明者等は、上記範囲をはるかに超えた100〜600MV/mの電界強度においてもポリフッ化ビニリデンに分極処理を施すことが可能であることを見出した。その結果、無添加・無延伸のポリフッ化ビニリデンであっても、産業上十分に利用可能な圧電性が発現することが確認された。
Here, the dielectric breakdown strength among the physical properties of polyvinylidene fluoride will be described. According to "Engineering polymer-from engineering plastics to highly functional resins-" 1) , the dielectric breakdown strength of polyvinylidene fluoride (test method ASTM D-149) is 52-74 kV / mm (= 52-74 MV / m), or 260 V / mil (= 10.2 MV / m, 1 mil = 0.0254 mm). That is, if it is attempted to perform polarization treatment beyond this range, polyvinylidene fluoride causes dielectric breakdown.
1) “Engineering Polymers: From Engineering Plastics to Highly Functional Resins” (Publisher: Chemical Industry Daily, published on March 29, 1996, p.525, p.532)
However, the present inventors have found that polyvinylidene fluoride can be polarized even at an electric field strength of 100 to 600 MV / m, far exceeding the above range. As a result, it was confirmed that even if it is an additive-free and non-stretched polyvinylidene fluoride, piezoelectricity that can be sufficiently used industrially is exhibited.

まず、ポリフッ化ビニリデンを溶融押出することについて説明する。ポリフッ化ビニリデンのペレットを溶融状態(温度200〜280℃)にし、Tダイを備えた口径40mmφの単軸押出機を用いて、例えば幅250mm厚さ40μmのフィルム状に成型する。単軸押出機の口金から押出されるとすぐにフィルムは冷却ロール上で40〜140℃まで冷却される。なお、押出されるフィルムの厚さは、10〜2000μmであることが好ましい。
このように、ポリフッ化ビニリデンのペレットには、結晶構造の転移を生じさせるような特定の化合物(例えば、第四級アンモニウム塩等)は添加されていない(すなわち無添加)。この時点での(溶融押出後の)ポリフッ化ビニリデンの結晶構造は、無極性α型である。
First, melt extrusion of polyvinylidene fluoride will be described. Polyvinylidene fluoride pellets are melted (at a temperature of 200 to 280 ° C.) and molded into, for example, a film having a width of 250 mm and a thickness of 40 μm using a single screw extruder having a diameter of 40 mmφ equipped with a T die. As soon as it is extruded from the die of a single screw extruder, the film is cooled to 40-140 ° C. on a chill roll. In addition, it is preferable that the thickness of the film extruded is 10-2000 micrometers.
Thus, the specific compound (for example, quaternary ammonium salt etc.) which causes the transition of the crystal structure is not added to the polyvinylidene fluoride pellets (that is, no addition). The crystal structure of the polyvinylidene fluoride (after melt extrusion) at this point is nonpolar α-type.

次に、溶融押出されたポリフッ化ビニリデンフィルムを分極処理することについて説明する。分極処理は、図1に示す装置20を用いてコロナポーリングで行う。装置20は、溶融押出されたフィルム10を送る第1ロール21、第1ロールからのフィルム10を送る第2ロール22、および、第2ロールからのフィルム10を送る第3ロール23を備える。さらに、第2ロール22に接触したフィルム10を非接触で覆うように配置された尖端電極31を備える。コロナポーリング時は、第2ロール22が尖端電極31の対向電極として機能する。すなわち、第2ロール22は分極ロールとなる。対向電極として機能する場合の第2ロール22を以後電極32とする。さらに、尖端電極31と電極32は直流高圧電源33を介して接続される。直流高圧電源33は、尖端電極31と電極32の正負を逆にすることができる。   Next, the polarization treatment of the melt-extruded polyvinylidene fluoride film will be described. The polarization process is performed by corona poling using the apparatus 20 shown in FIG. The apparatus 20 includes a first roll 21 that sends the melt-extruded film 10, a second roll 22 that sends the film 10 from the first roll, and a third roll 23 that sends the film 10 from the second roll. Furthermore, the tip electrode 31 arrange | positioned so that the film 10 which contacted the 2nd roll 22 may be covered without contact is provided. During corona poling, the second roll 22 functions as a counter electrode of the tip electrode 31. That is, the second roll 22 becomes a polarization roll. The second roll 22 when functioning as a counter electrode is hereinafter referred to as an electrode 32. Further, the tip electrode 31 and the electrode 32 are connected via a DC high voltage power source 33. The DC high-voltage power supply 33 can reverse the polarity of the tip electrode 31 and the electrode 32.

尖端電極31は、その尖端に発生するコロナ放電によって生じた電荷をフィルム10の表面に保持させて対向電極(電極32)との間の直流電界により、フィルム10を分極処理する。尖端電極31は、効果的なコロナ放電を起こすために尖端を有することが好ましい。尖端電極の例としては、ステンレス、タングステン等の針状電極(文字通り針状の先端を有する電極)に加えて、針金状電極(すなわち、フィルム10の幅方向に、ほぼフィルム10の幅と同じ長さで延長する針金状の電極)も好ましく用いられる。
このような非接触型電極でなく、フィルム10に直接接触する電極を用いて、電極32との間で分極処理を行うことも可能である。しかし、フィルム10の絶縁破壊のおそれがある場合には、それに伴う電源のシャトダウンを回避するために、非接触型電極が好ましい。
The tip electrode 31 polarizes the film 10 with a direct current electric field between the counter electrode (electrode 32) while holding the charge generated by the corona discharge generated at the tip on the surface of the film 10. The tip electrode 31 preferably has a tip to cause an effective corona discharge. As an example of the pointed electrode, in addition to a needle-like electrode (literally an electrode having a needle-like tip) such as stainless steel or tungsten, a wire-like electrode (that is, approximately the same length as the width of the film 10 in the width direction of the film 10). A wire-like electrode extending in this manner is also preferably used.
It is also possible to perform polarization treatment with the electrode 32 using an electrode that is in direct contact with the film 10 instead of such a non-contact type electrode. However, in the case where there is a risk of dielectric breakdown of the film 10, a non-contact electrode is preferable in order to avoid the accompanying power supply shutdown.

尖端電極31の先端と電極32との間隔は、5〜30mm程度が好ましい。間隔が過小であるとフィルム10の絶縁破壊が起り易くなり、過大の場合はコロナ放電が抑制され分極処理効果が低減する。また、尖端電極31が針金状電極の場合は、0.5〜2本/cm、針状電極の場合は、0.5〜3本/cm程度の密度で設けることが望ましい。 The distance between the tip of the pointed electrode 31 and the electrode 32 is preferably about 5 to 30 mm. If the interval is too small, the dielectric breakdown of the film 10 is liable to occur. If it is too large, corona discharge is suppressed and the polarization treatment effect is reduced. Moreover, when the pointed electrode 31 is a wire-like electrode, it is desirable to provide it at a density of about 0.5 to 2 pieces / cm 2, and when the pointed electrode 31 is a needle-like electrode, it is desirable to have a density of about 0.5 to 3 pieces / cm 2 .

フィルム10の温度を適温にするため、第2ロール22(電極32)は、ヒータとして機能する。また、フィルム10の急激な加熱を避けるために、第1ロール21をヒータの温度より低い温度の予熱ロールとしてもよい。あるいは、第1ロール21の上流に赤外線ヒータ(不図示)等の予熱手段を設けてもよい。   In order to set the temperature of the film 10 to an appropriate temperature, the second roll 22 (electrode 32) functions as a heater. In order to avoid abrupt heating of the film 10, the first roll 21 may be a preheating roll having a temperature lower than that of the heater. Alternatively, preheating means such as an infrared heater (not shown) may be provided upstream of the first roll 21.

装置20の第1ロール21、第2ロール22、第3ロール23のフィルムの供給速度を適度に調整しフィルムがたるまないように維持しながら、しかしフィルムを延伸することなく(すなわち無延伸)コロナポーリングにより分極処理する。
なお、フィルム10の両面から尖端電極を用いて分極処理を施してもよい。また、装置20以外の既存の装置(例えばカットフィルムを固定して分極処理を行う装置等)を用いてもよい。
Corona while adjusting the supply speed of the film of the first roll 21, the second roll 22 and the third roll 23 of the apparatus 20 so as to keep the film from sagging but without stretching the film (ie, unstretched) Polarization is performed by polling.
In addition, you may perform a polarization process from both surfaces of the film 10 using a pointed electrode. Moreover, you may use the existing apparatuses (for example, the apparatus etc. which fix a cut film, and perform a polarization process) other than the apparatus 20. FIG.

図1に示す装置20を用いて分極処理をする場合は、フィルム10を第2ロール22へ特定の速度で供給する。フィルム10は、電極32(第2ロール22)と接触する領域内で、直流高圧電源33に接続された尖端電極31と電極32との間の直流高電界の作用により分極処理される。分極処理されたフィルム10は、フィルムのたるみを発生しないように調整された速度で第2ロール22を離れる。しかしフィルム10は、延伸されることなく無延伸で分極処理される。さらに、必要に応じて寸法安定化のための熱処理等の後処理を受けた後、巻取ロール(不図示)に巻取られる。   When the polarization process is performed using the apparatus 20 shown in FIG. 1, the film 10 is supplied to the second roll 22 at a specific speed. The film 10 is subjected to a polarization treatment by the action of a direct current high electric field between the tip electrode 31 and the electrode 32 connected to the direct current high voltage power source 33 in a region in contact with the electrode 32 (second roll 22). The polarized film 10 leaves the second roll 22 at a speed adjusted so as not to generate the sagging of the film. However, the film 10 is polarized without being stretched without being stretched. Further, after being subjected to post-treatment such as heat treatment for dimensional stabilization as required, it is wound on a winding roll (not shown).

コロナポーリング時の電界強度は、フィルムが絶縁破壊を起こさなければ高いほどよい。また、低すぎると分極処理が不十分となり十分な圧電性が得られない。なお、室温では100MV/m程度から圧電性を発現するため、100〜600MV/mの範囲で分極処理を施すとよい。しかし、十分な圧電性を得るためには、好ましくは200〜550MV/m、特に好ましくは300〜500MV/mである。
また、コロナポーリング時にヒータとして機能する第2ロール22の温度(フィルム10の温度とほぼ同じ)は、ガラス転移温度(Tg)〜融点(Tm)であることが望ましく、好ましくは0〜140℃、より好ましくは室温〜130℃である。
The higher the electric field strength during corona poling, the better the film does not cause dielectric breakdown. On the other hand, if it is too low, the polarization treatment becomes insufficient and sufficient piezoelectricity cannot be obtained. In addition, in order to express piezoelectricity from about 100MV / m at room temperature, it is good to perform a polarization process in the range of 100-600MV / m. However, in order to obtain sufficient piezoelectricity, it is preferably 200 to 550 MV / m, particularly preferably 300 to 500 MV / m.
The temperature of the second roll 22 that functions as a heater during corona poling (substantially the same as the temperature of the film 10) is desirably a glass transition temperature (Tg) to a melting point (Tm), preferably 0 to 140 ° C., More preferably, it is room temperature-130 degreeC.

上記方法により、無延伸で高い圧電性を発現するポリフッ化ビニリデンフィルムを得ることができる。なお、分極処理されたポリフッ化ビニリデンフィルムは、後述の実施例で示すとおり極性α型の結晶構造を含むと考えられる。   By the above method, a polyvinylidene fluoride film that exhibits high piezoelectricity without stretching can be obtained. The polarized polyvinylidene fluoride film is considered to contain a polar α-type crystal structure as shown in the examples described later.

ここで、ポリフッ化ビニリデンの結晶構造について説明する。
溶融状態のポリフッ化ビニリデンを冷却し結晶化させると、その結晶構造部分が無極性α型のポリフッ化ビニリデンが得られる。無極性α型の結晶構造は、2/1らせんのTGTG’コンフォメーションをとる。結晶内のC−F、C−H結合の双極子モーメントにより分子は有極性分子であるが、結晶内に対称中心を有するために双極子モーメントを打ち消しあい、結晶としては無極性結晶となる。
Here, the crystal structure of polyvinylidene fluoride will be described.
When the molten polyvinylidene fluoride is cooled and crystallized, non-polar α-type polyvinylidene fluoride is obtained. The nonpolar α-type crystal structure adopts a 2/1 helical TGTG ′ conformation. The molecule is a polar molecule due to the dipole moment of the C—F 2 and C—H 2 bonds in the crystal. However, since the molecule has a center of symmetry, the dipole moment cancels out, and the crystal is a nonpolar crystal. Become.

さらに、本実施の形態においては、分極処理を施すことにより、後述の実施例で示すとおり、ポリフッ化ビニリデンの結晶構造部分が無極性α型から極性α型に転移したと考えられる。極性α型の分子鎖は、無極性α型と同様に、TGTG’コンフォメーションをとる2/1らせんである。しかし、双極子が回転により同一方向に並ぶため、結晶としては極性結晶となる。   Furthermore, in the present embodiment, it is considered that the crystal structure portion of polyvinylidene fluoride has been changed from the nonpolar α-type to the polar α-type by performing the polarization treatment, as shown in Examples described later. The polar α-type molecular chain is a 2/1 helix that adopts the TGTG ′ conformation, like the nonpolar α-type. However, since the dipoles are aligned in the same direction by rotation, the crystals are polar crystals.

なお、背景技術で説明したように、従来ポリフッ化ビニリデンを圧電体として使用する場合は、無極性α型のポリフッ化ビニリデンを延伸(たとえば一軸延伸)する。すると、結晶構造部分が無極性α型からβ型へ転移する。β型の結晶構造は、平面ジグザクなTTコンフォメーションをとる。β型の結晶では、結晶内の分子鎖が垂直方向に双極子モーメントを有し、かつ結晶内で同一方向に向いているため、結晶としては極性結晶となる。このように、β型の結晶が、自発分極に基づく極性を有するため、その上で分極処理を施すことにより高い圧電性を得ていた。   As described in the background art, when conventional polyvinylidene fluoride is used as a piezoelectric body, nonpolar α-type polyvinylidene fluoride is stretched (for example, uniaxially stretched). Then, the crystal structure part changes from nonpolar α type to β type. The β-type crystal structure has a planar zigzag TT conformation. In the β-type crystal, the molecular chain in the crystal has a dipole moment in the vertical direction and is oriented in the same direction in the crystal, so that the crystal is a polar crystal. Thus, since the β-type crystal has polarity based on spontaneous polarization, high piezoelectricity was obtained by performing polarization treatment thereon.

以上のとおり、本発明の第1の実施の形態に係るポリフッ化ビニリデンフィルムからなる圧電体は、延伸する工程を経ることなく製造される。しかし、後述の実施例で示す通り高い圧電性を有する。このポリフッ化ビニリデンフィルムは無延伸のため、延伸に起因する収縮が抑制されたフィルムとなる。   As described above, the piezoelectric body made of the polyvinylidene fluoride film according to the first embodiment of the present invention is manufactured without going through a stretching process. However, it has high piezoelectricity as shown in the examples described later. Since this polyvinylidene fluoride film is not stretched, it becomes a film in which shrinkage due to stretching is suppressed.

さらに、一軸延伸したポリフッ化ビニリデンフィルムからなる圧電体には、延伸による物性の異方性が生じる。例えば、一軸延伸方向にx軸、それに直角にy軸、フィルム面に垂直にz軸をとり、x、y、z軸を決定する。x軸方向に応力または歪みを加えた時z軸方向の分極を示す圧電定数をd31、y軸方向に応力または歪みを加えた時z軸方向の圧電定数をd32とすると、ポリフッ化ビニリデンの一軸延伸フィルムからなる圧電体では、d31はd32の約10倍またはそれ以上の値を示す。この圧電体をスピーカの振動膜として使用した場合、フィルムの両面に電圧を印加するとx軸およびy軸方向の振幅が極端に異なるため、フィルムの延伸方向を適切に管理する必要がある。しかし、本発明の第1の実施の形態に係るポリフッ化ビニリデンフィルムは無延伸のため、一軸延伸フィルムに比し異方性の少ない圧電体フィルムとなる。そのため、該フィルムを圧電センサに用いると、よりセンサの信頼性を向上させることができる。また、該フィルムを例えば音響変換機等に用いると、設計が容易となる。 Furthermore, anisotropy of physical properties due to stretching occurs in a piezoelectric body made of a uniaxially stretched polyvinylidene fluoride film. For example, the x-axis is taken in the uniaxial stretching direction, the y-axis is perpendicular to it, and the z-axis is perpendicular to the film surface, and the x, y, and z axes are determined. When a piezoelectric constant indicating polarization in the z-axis direction when stress or strain is applied in the x-axis direction is d 31 , and a piezoelectric constant in the z-axis direction when stress or strain is applied in the y-axis direction is d 32 , polyvinylidene fluoride In the piezoelectric body made of a uniaxially stretched film, d 31 is about 10 times or more than d 32 . When this piezoelectric body is used as a vibration film of a speaker, when a voltage is applied to both surfaces of the film, the amplitude in the x-axis and y-axis directions is extremely different, so the film stretching direction must be properly managed. However, since the polyvinylidene fluoride film according to the first embodiment of the present invention is non-stretched, it becomes a piezoelectric film having less anisotropy than a uniaxially stretched film. Therefore, if the film is used for a piezoelectric sensor, the reliability of the sensor can be further improved. In addition, when the film is used for an acoustic transducer or the like, the design becomes easy.

さらに、一軸延伸フィルム(および二軸延伸フィルム)ではその厚み、形態が限られていたところ、本発明の第1の実施の形態に係る圧電体を用いると、極端に薄いフィルム、厚手のシート、パイプ、球状その他複雑な形状の成形物、コーティング皮膜等に高い圧電性を持たせることが可能となる。   Further, the thickness and form of the uniaxially stretched film (and biaxially stretched film) are limited. When the piezoelectric body according to the first embodiment of the present invention is used, an extremely thin film, a thick sheet, It becomes possible to give a high piezoelectricity to a pipe, a spherical or other complicated shaped molded article, a coating film, and the like.

なお、上記実施の形態では、フッ化ビニリデンポリマーとして、フッ化ビニリデンのホモポリマー(同種重合体、ポリフッ化ビニリデン)を例として説明したが、フッ化ビニリデンポリマー中の結晶構造部分が無極性α型であれば、フッ化ビニリデンのコポリマー(共重合体)であってもよい。例えば、フッ化ビニリデン(C)とテトラフルオロエチレン(C)との共重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレン(CHF)との共重合体、フッ化ビニリデンとクロロトリフルオロエチレン(CClF)との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニル(CF)との共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレン(C)との共重合体であってもよい。なお、フッ化ビニリデン100重量部に対してそれぞれ10重量部程度以下の共重合体であることが好ましい。 In the above embodiment, as the vinylidene fluoride polymer, a homopolymer of vinylidene fluoride (same polymer, polyvinylidene fluoride) has been described as an example. However, the crystal structure portion in the vinylidene fluoride polymer is nonpolar α-type. If so, it may be a copolymer (copolymer) of vinylidene fluoride. For example, a copolymer of vinylidene fluoride (C 2 H 2 F 2 ) and tetrafluoroethylene (C 2 F 4 ), a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene (C 2 HF 3 ), fluoride Copolymer of vinylidene and chlorotrifluoroethylene (C 2 ClF 3 ), copolymer of vinylidene fluoride and vinyl fluoride (C 2 H 3 F), vinylidene fluoride and hexafluoropropylene (C 3 H 6 ) And a copolymer. The copolymer is preferably about 10 parts by weight or less per 100 parts by weight of vinylidene fluoride.

本発明の第2の実施の形態に係る圧電センサについて説明する。第2の実施の形態に係る圧電センサは、上記第1の実施の形態に係る圧電体を用いて構成される。
図2は、第2の実施の形態に係る圧電センサ100の長手方向に直交する面での断面図である。圧電センサ100は、第1の面41aと第2の面41bとを有する第1の圧電体としての板状の圧電体41と、第2の圧電体としての板状の圧電体42と、圧電体41・42の間に挟まれて圧電体41・42を接着する接着層51とを備える。接着層51で接着された圧電体41・42を挟むように第1のグランド電極としてのグランド電極61と第2のグランド電極としてのグランド電極62が形成される。また、第1の圧電体41の第2の面41bの側、すなわち、接着層51の側にシグナル電極71が形成される。シグナル電極71は、圧電センサ100では、接着層51の内部で第1の圧電体41の第2の面41bに接する位置に形成されているが、圧電体41・42の間すなわち接着層51内に形成されればよい。ただし、荷重が作用する信号検出面に近い位置に配置した方が、信号の立ち上がりや微小信号の検出において好適である。圧電センサ100では、図2に示す上側の面が信号検出面となるので、シグナル電極71は第1の圧電体41の側に配設されている。シグナル電極71とグランド電極61・62との間に、絶縁体である圧電体41・42が配置されるので、シグナル電極71とグランド電極61・62との間は、それぞれ蓄電できるコンデンサのように構成される。
A piezoelectric sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. The piezoelectric sensor according to the second embodiment is configured using the piezoelectric body according to the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric sensor 100 according to the second embodiment. The piezoelectric sensor 100 includes a plate-like piezoelectric body 41 as a first piezoelectric body having a first surface 41a and a second surface 41b, a plate-like piezoelectric body 42 as a second piezoelectric body, and a piezoelectric element. And an adhesive layer 51 that is sandwiched between the bodies 41 and 42 and bonds the piezoelectric bodies 41 and 42 to each other. A ground electrode 61 as a first ground electrode and a ground electrode 62 as a second ground electrode are formed so as to sandwich the piezoelectric bodies 41 and 42 bonded by the adhesive layer 51. Further, the signal electrode 71 is formed on the second surface 41 b side of the first piezoelectric body 41, that is, on the adhesive layer 51 side. In the piezoelectric sensor 100, the signal electrode 71 is formed at a position in contact with the second surface 41 b of the first piezoelectric body 41 inside the adhesive layer 51, but between the piezoelectric bodies 41 and 42, that is, in the adhesive layer 51. What is necessary is just to form. However, it is preferable to arrange it at a position close to the signal detection surface on which the load acts in detecting the rise of the signal and the minute signal. In the piezoelectric sensor 100, the upper surface shown in FIG. 2 is the signal detection surface, and therefore the signal electrode 71 is disposed on the first piezoelectric body 41 side. Between the signal electrode 71 and the ground electrodes 61 and 62, the piezoelectric bodies 41 and 42 which are insulators are disposed, so that the capacitor between the signal electrode 71 and the ground electrodes 61 and 62 can be charged, respectively. Composed.

圧電体41・42は、極性を逆にして配設される。すなわち、板厚方向に荷重を負荷した場合に、正(プラス)に帯電する側を接着層51側に、負(マイナス)に帯電する側をグランド電極61、62側に配設する。このように、圧電体41・42の極性を逆にして配設することにより、加算される蓄電量を有することとなり、圧電体が1つの場合に比べほぼ2倍の大きな電気出力を得ることができる。なお、実施の形態によっては、負(マイナス)に帯電する側を接着層51側に配設してもよい。   The piezoelectric bodies 41 and 42 are disposed with opposite polarities. That is, when a load is applied in the plate thickness direction, the positively charged side is disposed on the adhesive layer 51 side, and the negatively charged side is disposed on the ground electrodes 61 and 62 side. As described above, by arranging the piezoelectric bodies 41 and 42 with the polarities reversed, it has a stored amount of electricity to be added, and an electric output almost twice as large as that of a single piezoelectric body can be obtained. it can. Depending on the embodiment, the negatively charged side may be disposed on the adhesive layer 51 side.

シグナル電極71は、圧電センサ100の外縁部分OTを避けた中央部INに配置される。ここで、外縁部分OTとは、圧電センサ100の外部ノイズの影響を受ける範囲であり、圧電センサ100の厚さによっても異なるが、典型的には各圧電体41・42の厚さと同じ幅を有する。例えば圧電センサ100の厚さが0.3mmで圧電体41・42の厚さがそれぞれ0.1mmの場合、端部から0.1mmの範囲であり、端部からの距離を大きくすれば外部ノイズの影響をより取り除くことができる。このようにシグナル電極71を外縁部分OTを避けて配置することにより、外部ノイズは、薄い圧電センサ100を経路として厚さに比し深く入り込まなければシグナル電極71に到達しないので、外部ノイズの減衰が大きくなる。よって、圧電センサ100の幅方向(図2の横方向)からシグナル電極71への外部ノイズの影響を実質的に取り除くことができる。なおここでは、シグナル電極71が、外部ノイズの影響を受ける範囲である外縁部分OTだけを除いた範囲に配置されるものとして説明しているが、シグナル電極71は、外縁部分OTを避けつつより狭い範囲の中央部INに配置されてもよい。   The signal electrode 71 is disposed at the central portion IN avoiding the outer edge portion OT of the piezoelectric sensor 100. Here, the outer edge portion OT is a range affected by the external noise of the piezoelectric sensor 100, and typically varies with the thickness of the piezoelectric sensor 100, but typically has the same width as the thickness of each of the piezoelectric bodies 41 and 42. Have. For example, when the thickness of the piezoelectric sensor 100 is 0.3 mm and the thickness of each of the piezoelectric bodies 41 and 42 is 0.1 mm, it is in the range of 0.1 mm from the end, and if the distance from the end is increased, the external noise Can be removed more. By arranging the signal electrode 71 so as to avoid the outer edge portion OT in this way, external noise does not reach the signal electrode 71 unless it enters deeper than the thickness using the thin piezoelectric sensor 100 as a path. Becomes larger. Therefore, the influence of external noise on the signal electrode 71 from the width direction of the piezoelectric sensor 100 (lateral direction in FIG. 2) can be substantially eliminated. Here, the signal electrode 71 is described as being disposed in a range excluding only the outer edge portion OT, which is a range affected by external noise. However, the signal electrode 71 can avoid the outer edge portion OT while avoiding the outer edge portion OT. You may arrange | position in the center part IN of a narrow range.

グランド電極61・62は、典型的には圧電センサ100の幅、すなわち、圧電体41・42の幅と同じ幅を有して配設される。グランド電極61・62が絶縁性を有する圧電体41・42を挟むことにより、グランド電極61・62はシールドとしての機能を有する。そこで、グランド電極61・62の幅をシグナル電極71より広くして配設することにより、圧電センサ100の厚さ方向(図2の縦方向)からシグナル電極71への外部ノイズの影響を実質的に取り除くことができる。圧電センサ100では、グランド電極61・62が圧電体41・42の幅と同じ幅を有して配設されているが、グランド電極61・62が配設される範囲は、少なくともシグナル電極71に対応する部分を覆う範囲であれば、ほぼ外部ノイズの影響を取り除くことができ、さらに広くすればより確実に外部ノイズの影響を取り除くことができるので好ましい。ここで「シグナル電極71に対応する部分」とは、シグナル電極71が配置された部分を、圧電センサ100の板厚方向(図2の上下方向)に投影したとき、所定の面上(ここではグランド電極61の外側の面上)にできる投影像の部分を指す。   The ground electrodes 61 and 62 are typically disposed to have the same width as that of the piezoelectric sensor 100, that is, the width of the piezoelectric bodies 41 and 42. Since the ground electrodes 61 and 62 sandwich the insulating piezoelectric bodies 41 and 42, the ground electrodes 61 and 62 have a function as a shield. Therefore, by arranging the ground electrodes 61 and 62 wider than the signal electrode 71, the influence of external noise on the signal electrode 71 from the thickness direction (vertical direction in FIG. 2) of the piezoelectric sensor 100 is substantially reduced. Can be removed. In the piezoelectric sensor 100, the ground electrodes 61 and 62 are arranged to have the same width as the piezoelectric bodies 41 and 42, but the range where the ground electrodes 61 and 62 are arranged is at least the signal electrode 71. A range that covers the corresponding portion is preferable because it is possible to almost eliminate the influence of external noise, and a wider area can more reliably remove the influence of external noise. Here, the “portion corresponding to the signal electrode 71” is a predetermined surface (here, the portion where the signal electrode 71 is disposed) when projected in the plate thickness direction (vertical direction in FIG. 2) of the piezoelectric sensor 100. A portion of the projected image formed on the outer surface of the ground electrode 61.

さらに圧電センサ100では、グランド電極61が圧電体41と接する面(以降、「内側の面」ともいう。)と反対側の面(以降、「外側の面」ともいう。)に突起物81が設けられて、外側の面の一部が凸となり段差を形成している。突起物81は、薄い板が挿入されてもよいし、周知の印刷技術によりグランド電極61の外側の面上に印刷により形成されてもよい。突起物81は、典型的にはシグナル電極71に対応する部分に設置されるが、前述の投影像の部分と一部でも重なっていれば、必ずしもシグナル電極71に対応する部分の全てに設置されなくてもよい。ただし、製造上の位置ずれを吸収するため、突起物81をシグナル電極71より少し大きめとすると、圧電センサ100の感度のバラツキを防ぐことができるので好ましい。
突起物81を、薄い板を挿入したり印刷により形成すると、硬い材料で形成できるので、突起物81の作用が確実に得られて好適である。突起物81は、例えば銀などの金属あるいはカーボンなどを含有する導電性ペーストを印刷後に固化することにより形成される。金属を含有する導電性ペーストとすると、導電性が高くなる。カーボンを含有する導電性ペーストとすると、酸化等の劣化をすることがなく、また、価格的にも安価となる。また、突起物81は、金属箔あるいはカーボン箔なども用いてもよい。金属箔を用いると、加工が容易で、かつ、靭性が高いので破損しにくい。また、カーボン箔を用いると、硬度が高く、かつ、軽量である。
Further, in the piezoelectric sensor 100, the protrusion 81 is provided on the surface (hereinafter also referred to as “outer surface”) opposite to the surface (hereinafter also referred to as “inner surface”) where the ground electrode 61 is in contact with the piezoelectric body 41. Provided, a part of the outer surface is convex to form a step. The protrusion 81 may be inserted with a thin plate, or may be formed on the outer surface of the ground electrode 61 by printing by a known printing technique. The protrusion 81 is typically installed at a portion corresponding to the signal electrode 71, but it is not necessarily installed at all of the portion corresponding to the signal electrode 71 as long as it partially overlaps the projection image portion. It does not have to be. However, it is preferable to make the protrusion 81 slightly larger than the signal electrode 71 in order to absorb the positional deviation in manufacturing, because variations in sensitivity of the piezoelectric sensor 100 can be prevented.
If the protrusion 81 is formed by inserting a thin plate or printing, it is possible to form the protrusion 81 with a hard material, which is preferable because the action of the protrusion 81 can be reliably obtained. The protrusion 81 is formed, for example, by solidifying after printing a conductive paste containing a metal such as silver or carbon. When a conductive paste containing a metal is used, the conductivity is increased. When a conductive paste containing carbon is used, there is no deterioration such as oxidation, and the price is low. Further, the protrusion 81 may be a metal foil or a carbon foil. When a metal foil is used, it is easy to process and has high toughness, so it is difficult to break. In addition, when carbon foil is used, the hardness is high and the weight is light.

段差の高さは、圧電センサ100の寸法・形状、用途等によっても異なるが、5μm以上、好ましくは30μm以上とする。5μm以下の段差では、製造時のバラつきにより、段差の効果が得られなくなる可能性がある。30μm以上の段差があれば、より確実に段差のある部分で荷重を受けるようになる。なお、段差が大きすぎると段差の部分が破損し易くなったり、圧電体に特有の屈曲性が失われたりする。さらには製作上の理由により、段差の高さは0.5〜1mm以下とするのが好適である。   The height of the step differs depending on the size, shape, application, etc. of the piezoelectric sensor 100, but is 5 μm or more, preferably 30 μm or more. When the level difference is 5 μm or less, there is a possibility that the effect of the level difference cannot be obtained due to variations in manufacturing. If there is a step of 30 μm or more, the load is more reliably received at the stepped portion. If the level difference is too large, the level difference part is likely to be damaged, or the flexibility unique to the piezoelectric body is lost. Furthermore, the height of the step is preferably 0.5 to 1 mm or less for manufacturing reasons.

グランド電極61および突起物81を覆って、保護層91が形成される。保護層91は、グランド電極61や突起物81を外部から保護するための層で、例えばポリイミドなどで形成される。また、グランド電極62を覆って、保護層91と同様の保護層92が形成される。保護層92に重ねてさらに弾性層としてのゴム層93が形成される。ゴム層93は、圧電センサ100を載置したときに、下部からの振動を減衰するためにゴムや軟質プラスチックなどで形成された層である。圧電センサ100の厚さは、例えば、保護層91・92間で250μm〜300μmで、ゴム層93の厚さは500μm程度である。   A protective layer 91 is formed to cover the ground electrode 61 and the protrusion 81. The protective layer 91 is a layer for protecting the ground electrode 61 and the protrusion 81 from the outside, and is formed of, for example, polyimide. Further, a protective layer 92 similar to the protective layer 91 is formed so as to cover the ground electrode 62. A rubber layer 93 as an elastic layer is further formed on the protective layer 92. The rubber layer 93 is a layer formed of rubber, soft plastic, or the like in order to attenuate vibrations from below when the piezoelectric sensor 100 is placed. The thickness of the piezoelectric sensor 100 is, for example, 250 μm to 300 μm between the protective layers 91 and 92, and the thickness of the rubber layer 93 is about 500 μm.

続いて、圧電センサ100の作用について説明する。圧電センサ100をゴム層93を下にして平面(不図示)上に載置する。圧電センサ100の上部(保護層91側)に、圧電センサ100に面荷重を負荷する荷重作用体(不図示)を当接する。荷重作用体は突起物81より広い平面を有し、該平面から面荷重が圧電センサ100に作用する。なお、面荷重とは、大きな荷重が作用するような剛性を有する面から圧電センサ100に負荷される分布荷重で、典型的には圧電センサ100に対し実質的に剛である平面からの分布荷重である。荷重作用体の振動等の変位などにより、荷重作用体から圧電センサ100に面荷重が作用する。荷重作用体から圧電センサ100に作用する面荷重は、突起物81による段差に大きく作用し、その周縁部に作用する荷重は小さくなる。したがって、圧電体41・42において、段差が設けられた部分、すなわち、シグナル電極71が配置された部分INに生ずる応力は、その周囲に生ずる応力より大きくなり、シグナル電極71が配置された部分INにて高い電位を生ずる。   Next, the operation of the piezoelectric sensor 100 will be described. The piezoelectric sensor 100 is placed on a flat surface (not shown) with the rubber layer 93 facing down. A load acting body (not shown) that applies a surface load to the piezoelectric sensor 100 is brought into contact with the upper portion (the protective layer 91 side) of the piezoelectric sensor 100. The load acting body has a plane wider than the protrusion 81, and a surface load acts on the piezoelectric sensor 100 from the plane. The surface load is a distributed load applied to the piezoelectric sensor 100 from a rigid surface on which a large load acts, and is typically a distributed load from a plane that is substantially rigid with respect to the piezoelectric sensor 100. It is. A surface load acts on the piezoelectric sensor 100 from the load acting body due to a displacement such as vibration of the load acting body. The surface load acting on the piezoelectric sensor 100 from the load acting body acts greatly on the step due to the protrusion 81, and the load acting on the peripheral edge portion becomes small. Therefore, in the piezoelectric bodies 41 and 42, the stress generated in the portion where the step is provided, that is, the portion IN where the signal electrode 71 is disposed is larger than the stress generated around the portion, and the portion IN where the signal electrode 71 is disposed. Produces a high potential.

また、シグナル電極71は、圧電体41・42で絶縁され、圧電体41・42を挟んでグランド電極61・62で板厚方向(上下方向)を覆われている。グランド電極61・62は接地されるので、グランド電極61・62がシールド作用を有し、外部ノイズの影響を低減する。さらに、シグナル電極71は、圧電センサ100の外縁部分OTを避けた中央部INに配置されるので、圧電センサ100の幅方向(図1の横方向)からのシグナル電極71への外部ノイズの影響が低減される。   The signal electrode 71 is insulated by the piezoelectric bodies 41 and 42 and covered in the plate thickness direction (vertical direction) by the ground electrodes 61 and 62 with the piezoelectric bodies 41 and 42 interposed therebetween. Since the ground electrodes 61 and 62 are grounded, the ground electrodes 61 and 62 have a shielding action and reduce the influence of external noise. Furthermore, since the signal electrode 71 is disposed at the center portion IN avoiding the outer edge portion OT of the piezoelectric sensor 100, the influence of external noise on the signal electrode 71 from the width direction (lateral direction in FIG. 1) of the piezoelectric sensor 100 is achieved. Is reduced.

図3に圧電センサ100(図2参照)の変形例である圧電センサ101を示す。図3に示す圧電センサ101では、突起物で段差を形成せず、シグナル電極72を厚く形成している。シグナル電極72は、典型的には銅などの金属で形成され、シグナル電極72の周囲の接着層51は、例えば圧電体41としてのポリフッ化ビニリデンと相溶性のよいウレタン系樹脂で形成される。一般的に金属の縦弾性係数は樹脂の縦弾性係数より大きい。そのため、厚いシグナル電極72が配置された部分INでは、シグナル電極72が配置されていない外縁部OTより板厚方向(図3の上下方向)の剛性が高くなる。よって、圧電センサ101に荷重作用体(不図示)から面荷重が作用すると、シグナル電極72が配置され剛性が高い部分INの圧電体41・42に生ずる応力は、その周囲の外縁部分OTにて生ずる応力より大きくなる。シグナル電極72は、例えば、保護層91・92間の厚さの5分の1以上の厚さ、好ましくは4分の1以上の厚さとする。それにより、シグナル電極72が配置された部分INに高い電位を生ずる。   FIG. 3 shows a piezoelectric sensor 101 which is a modification of the piezoelectric sensor 100 (see FIG. 2). In the piezoelectric sensor 101 shown in FIG. 3, the signal electrode 72 is formed thick without forming a step with the protrusion. The signal electrode 72 is typically formed of a metal such as copper, and the adhesive layer 51 around the signal electrode 72 is formed of, for example, a urethane resin that is compatible with polyvinylidene fluoride as the piezoelectric body 41. In general, the longitudinal elastic modulus of metal is larger than that of resin. Therefore, in the portion IN where the thick signal electrode 72 is arranged, the rigidity in the plate thickness direction (vertical direction in FIG. 3) becomes higher than the outer edge portion OT where the signal electrode 72 is not arranged. Therefore, when a surface load is applied to the piezoelectric sensor 101 from a load acting body (not shown), the stress generated in the piezoelectric bodies 41 and 42 of the portion IN where the signal electrode 72 is disposed and the rigidity is high is generated in the outer edge portion OT around the portion. It becomes larger than the stress that occurs. For example, the signal electrode 72 has a thickness of 1/5 or more, preferably 1/4 or more of the thickness between the protective layers 91 and 92. As a result, a high potential is generated in the portion IN where the signal electrode 72 is disposed.

次に、図4を参照して、これまで説明した圧電センサ100の具体的な形状について説明する。図4は、圧電センサ100の外形と突起物81の形状を説明する平面図であり、段差は連続的に形成される。なお、図4では、保護層を省略している。   Next, a specific shape of the piezoelectric sensor 100 described so far will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view for explaining the outer shape of the piezoelectric sensor 100 and the shape of the protrusion 81, and the steps are continuously formed. In FIG. 4, the protective layer is omitted.

図4に示す圧電センサ100は、細長形状を有している。すなわち、矢印X方向に長く、矢印Y方向に短い。なお、圧電センサ100では、長手方向Xの一端(図4では左端)に、外部への電圧の取り出し口を設置する延長部96が形成されている。   The piezoelectric sensor 100 shown in FIG. 4 has an elongated shape. That is, it is long in the arrow X direction and short in the arrow Y direction. In the piezoelectric sensor 100, an extension portion 96 is provided at one end in the longitudinal direction X (the left end in FIG. 4) to install a voltage extraction port to the outside.

圧電センサ100では、突起物81により長手方向Xに延びる段差が形成される。段差が長手方向Xに長く形成されることにより、段差のほぼ全長にわたって高感度に信号を検知する圧電センサ100となる。ただし、幅方向、すなわち短手方向Yには、段差は、外縁部を避けて配置され、また長手方向Xでも先端(図4の右端)を避けて配置される。後述のように、外縁部を避けて配置されるシグナル電極71(図5参照)に対応する部分に配置するためである。   In the piezoelectric sensor 100, a step extending in the longitudinal direction X is formed by the protrusion 81. Since the step is formed long in the longitudinal direction X, the piezoelectric sensor 100 that detects a signal with high sensitivity over almost the entire length of the step is obtained. However, in the width direction, that is, the short direction Y, the step is disposed so as to avoid the outer edge portion, and also in the longitudinal direction X, it is disposed so as to avoid the tip (the right end in FIG. 4). As will be described later, this is because it is arranged at a portion corresponding to the signal electrode 71 (see FIG. 5) arranged so as to avoid the outer edge portion.

図5は、図4に示した圧電センサ100のシグナル電極71の形状を説明する端面図である。圧電センサ100では、ほぼ全長にわたりシグナル電極71が形成されている。ただし、幅方向、すなわち短手方向Yでは外縁部を避けて中心部分に、また、長手方向Xでも先端(図5の右端)を避けて配置される。このように外縁部を避けてシグナル電極71を配置することにより、外部ノイズの影響を低減する。なお、グランド電極61・62(図2参照)は、少なくともシグナル電極71に対応する部分を覆い、典型的には圧電体41・42を紙面に垂直な方向で全面的に挟むように配設される。また、圧電センサ100では、図4および図5に示すように、第1の圧電体41および第2の圧電体42が延長された延長部96が形成される。延長部96には、図示しないが接着層51(図2参照)も延長される。そして、図5に示すように、シグナル電極71も、延長部96に延長される。また、図5に破線で示すように、グランド電極61・62も延長される。   FIG. 5 is an end view for explaining the shape of the signal electrode 71 of the piezoelectric sensor 100 shown in FIG. In the piezoelectric sensor 100, the signal electrode 71 is formed over almost the entire length. However, in the width direction, that is, in the short direction Y, the outer edge portion is avoided and the center portion is disposed, and in the longitudinal direction X, the distal end (right end in FIG. 5) is avoided. Thus, by arranging the signal electrode 71 while avoiding the outer edge portion, the influence of external noise is reduced. The ground electrodes 61 and 62 (see FIG. 2) cover at least a portion corresponding to the signal electrode 71 and are typically disposed so as to sandwich the piezoelectric bodies 41 and 42 entirely in a direction perpendicular to the paper surface. The Further, in the piezoelectric sensor 100, as shown in FIGS. 4 and 5, an extension portion 96 is formed by extending the first piezoelectric body 41 and the second piezoelectric body. Although not shown, the adhesive layer 51 (see FIG. 2) is also extended to the extension portion 96. As shown in FIG. 5, the signal electrode 71 is also extended to the extension portion 96. Further, as indicated by broken lines in FIG. 5, the ground electrodes 61 and 62 are also extended.

延長部96において、シグナル電極71とグランド電極61・62は、圧電体41の第1の面41a(図2参照)に垂直な方向から見て異なる位置に配置される。このように、シグナル電極71とグランド電極61・62とを異なる部分に配置すると、端子を取り出しやすい。   In the extension portion 96, the signal electrode 71 and the ground electrodes 61 and 62 are arranged at different positions when viewed from the direction perpendicular to the first surface 41 a (see FIG. 2) of the piezoelectric body 41. Thus, if the signal electrode 71 and the ground electrodes 61 and 62 are arranged in different parts, the terminals can be easily taken out.

圧電センサ100の延長部96には、シグナル端子およびグランド端子(不図示)がそれぞれ装着される。シグナル端子は、シグナル電極71が延長した部分に配置され、グランド端子は、グランド電極61・62が延長した部分に配置される。したがって、シグナル端子はシグナル電極71と導通し、グランド端子はグランド電極61・62と導通する。なお、シグナル端子およびグランド端子は、外部ノイズの影響を低減するためにシールドされる。   A signal terminal and a ground terminal (not shown) are respectively attached to the extensions 96 of the piezoelectric sensor 100. The signal terminal is disposed in a portion where the signal electrode 71 is extended, and the ground terminal is disposed in a portion where the ground electrodes 61 and 62 are extended. Therefore, the signal terminal is electrically connected to the signal electrode 71, and the ground terminal is electrically connected to the ground electrodes 61 and 62. The signal terminal and the ground terminal are shielded to reduce the influence of external noise.

次に、図8および図9を参照して、これまで説明した圧電センサ100の具体的な使用例について説明する。図8および図9は、圧電センサ100を用いた電子弦楽器200を説明する図で、図8は電子弦楽器200の斜視図、図9は電子弦楽器200のコマ220と圧電センサ100との関係を示す分解拡大図である。電子弦楽器200は、電子ギターとして説明するが、電子バイオリン、電子チェロ、その他の電子弦楽器でもよい。また、いわゆるサイレント楽器といわれる大きな音を発生せず、例えばヘッドホーンで演奏を聞く電子弦楽器でもよい。   Next, with reference to FIG. 8 and FIG. 9, a specific usage example of the piezoelectric sensor 100 described so far will be described. 8 and 9 are diagrams for explaining an electronic stringed instrument 200 using the piezoelectric sensor 100. FIG. 8 is a perspective view of the electronic stringed instrument 200, and FIG. 9 shows a relationship between the top 220 of the electronic stringed instrument 200 and the piezoelectric sensor 100. FIG. Although the electronic stringed instrument 200 is described as an electronic guitar, it may be an electronic violin, an electronic cello, or other electronic stringed instrument. In addition, an electronic stringed instrument that listens to performances through headphones, for example, may be used without generating a loud sound called a so-called silent instrument.

電子弦楽器200のコマ220は、音を出すために振動する弦を常に支持する。コマ220は、細長い略三角柱形状を有し、一の側面は平面に形成され、他の2側面は凸の湾曲を有している。コマ220は、平面の側面をボディ260上に面して載置される。   The top 220 of the electronic stringed instrument 200 always supports a vibrating string to produce sound. The top 220 has an elongated substantially triangular prism shape, one side surface is formed into a flat surface, and the other two side surfaces have a convex curve. The top 220 is placed with the planar side surface facing the body 260.

圧電センサ100は、コマ220とボディ260との間に挿入される。圧電センサ100は、圧電体41・42(図2参照)として本発明の第1の実施の形態に係るポリフッ化ビニリデンフィルムを用いているので薄く、圧電センサ100を挿入しやすい。圧電センサ100のシグナル端子およびグランド端子にはシールド線140が接続される。シールド線140は、外部ノイズの影響を受けにくいシールドされたシールド線を用いるのが好適である。シールド線140は、電子弦楽器200の音を再現するアンプ、スピーカ等の音響装置(不図示)や記録装置(不図示)に接続される。   The piezoelectric sensor 100 is inserted between the top 220 and the body 260. The piezoelectric sensor 100 is thin and easy to insert the piezoelectric sensor 100 because the polyvinylidene fluoride film according to the first embodiment of the present invention is used as the piezoelectric bodies 41 and 42 (see FIG. 2). A shield wire 140 is connected to the signal terminal and the ground terminal of the piezoelectric sensor 100. The shielded wire 140 is preferably a shielded shielded wire that is not easily affected by external noise. The shield wire 140 is connected to an acoustic device (not shown) such as an amplifier and a speaker that reproduces the sound of the electronic stringed instrument 200 and a recording device (not shown).

以上、本発明の第1の実施の形態に係る圧電体を用いた、本発明の第2の実施の形態に係る圧電センサについて説明したが、本発明の圧電センサは上記実施例に限られるものではない。以下に、変形例としての圧電センサを説明する。   Although the piezoelectric sensor according to the second embodiment of the present invention using the piezoelectric body according to the first embodiment of the present invention has been described above, the piezoelectric sensor according to the present invention is limited to the above-described example. is not. Below, the piezoelectric sensor as a modification is demonstrated.

図2・図3に示す圧電体41・42は、それぞれポリフッ化ビニリデンフィルムの単層で形成してもよく、または、ポリフッ化ビニリデンフィルムを複数枚重ねることにより圧電体を形成してもよい。
ポリフッ化ビニリデンフィルムで多層を形成する場合は、ポリフッ化ビニリデンフィルムと相溶性のよい他の熱可塑性樹脂を接着剤または接着層として用いてもよい。なお、他の熱可塑性樹脂とは、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂等をいう。なお、本発明のポリフッ化ビニリデンフィルムはフィルム自体の収縮が抑制されているため、多層にした場合にフィルムの収縮による反り、剥れ等を抑えることができる。
Each of the piezoelectric bodies 41 and 42 shown in FIGS. 2 and 3 may be formed by a single layer of a polyvinylidene fluoride film, or may be formed by stacking a plurality of polyvinylidene fluoride films.
When forming a multilayer with a polyvinylidene fluoride film, other thermoplastic resins having good compatibility with the polyvinylidene fluoride film may be used as an adhesive or an adhesive layer. The other thermoplastic resin refers to, for example, a polyamide resin, a polyester resin, an acrylic resin, a urethane resin, and the like. In addition, since the shrinkage | contraction of the film itself is suppressed for the polyvinylidene fluoride film of this invention, when it makes it a multilayer, the curvature by the shrinkage | contraction of a film, peeling, etc. can be suppressed.

また、図2・図3では、圧電体41・42とグランド電極61・62をそれぞれ2層配設する例で圧電センサを説明したが、圧電体とグランド電極は1層だけ配設してもよく、またはそれぞれ3層以上配設してもよい。   In FIGS. 2 and 3, the piezoelectric sensor has been described as an example in which two layers of the piezoelectric bodies 41 and 42 and the ground electrodes 61 and 62 are disposed. However, only one layer of the piezoelectric body and the ground electrode may be disposed. Or three or more layers may be provided.

さらに、図2ではシグナル電極71は1層しか形成されていないが、第1の圧電体41に接するシグナル電極と第2の圧電体42に接するシグナル電極が形成されてもよい。   Further, in FIG. 2, only one layer of the signal electrode 71 is formed, but a signal electrode in contact with the first piezoelectric body 41 and a signal electrode in contact with the second piezoelectric body 42 may be formed.

さらに、図2に示す突起物81のように薄い板を挿入する代わりに、保護層91をシグナル電極71に対応する部分だけ厚く形成してもよい。特に、保護層91が硬く、典型的には圧電体41・42より硬くて変形しにくいときには、保護層91を厚く形成するとよい。保護層91の一部を厚くして段差を形成すると、段差の製作が容易となる。   Furthermore, instead of inserting a thin plate like the projection 81 shown in FIG. 2, the protective layer 91 may be formed thicker only at the portion corresponding to the signal electrode 71. In particular, when the protective layer 91 is hard, typically harder than the piezoelectric bodies 41 and 42 and hardly deformed, the protective layer 91 may be formed thick. If a part of the protective layer 91 is thickened to form a step, the step can be easily manufactured.

さらに図6の圧電センサ102の突起物82のように、突起物を断続的に配置してもよい。このようにすると、段差が断続的に形成される。なお、図6でも、保護層を省略している。段差が断続的に形成されることにより、段差が形成された部分での圧電体41・42(図2参照)に生ずる応力がより大きくなり、高い電位が生じ感度が良好になる。このように、荷重作用体(不図示)が連続的ではない場合には荷重作用体の形状に合わせた段差を形成し、荷重作用体が連続的な場合には適切な間隔を空けて断続的な段差を形成してもよい。段差を断続的とすると、段差に対応する部分の圧電体41・42に生ずる応力が大きくなり、高い電位が生ずる。   Further, the protrusions may be intermittently arranged like the protrusions 82 of the piezoelectric sensor 102 of FIG. If it does in this way, a level difference will be formed intermittently. In FIG. 6, the protective layer is omitted. Since the step is intermittently formed, the stress generated in the piezoelectric bodies 41 and 42 (see FIG. 2) at the portion where the step is formed becomes larger, a high potential is generated, and the sensitivity is improved. As described above, when the load acting body (not shown) is not continuous, a step corresponding to the shape of the load acting body is formed, and when the load acting body is continuous, an appropriate interval is provided and intermittent. A step may be formed. If the step is intermittent, the stress generated in the piezoelectric bodies 41 and 42 corresponding to the step increases, and a high potential is generated.

図7は、図6に示す圧電センサ102のシグナル電極73の形状を示す。図7に示すように、圧電センサ102のシグナル電極73を断続的に配置し、間を導電線97で接続してもよい。段差に対応する位置にシグナル電極73を配置し、その間を導電線97で接続すると、結果として、導電線97が配置された部分は段差に対し凹部となる。よって、圧電センサ102が面加重を受けても、当該部分に生ずる応力は小さくなる。そのため、導電線97での不要な信号の混入が軽減されることになる。
また、荷重作用体が圧電センサ102の長手方向に傾いて作用する場合に、シグナル電極73を断続的に長手方向に短く配置すると、それぞれのシグナル電極73で個別に電位を検知するので、連続して配置されたシグナル電極71(図5参照)に比べて、感度よく検知することができる。
なお、圧電センサ102において、グランド電極61・62(図2参照)も、シグナル電極73に対応する部分にだけ形成してもよいが、圧電センサ102の長手方向Xに連続的に形成するのが好ましい。グランド電極61・62を長手方向Xに連続的に形成すると、圧電センサ102の板厚方向のシールドをより高く維持することができ、外部ノイズの影響を受けにくい。また、圧電センサ102でも、圧電センサ100と同様の延長部96が形成され、シグナル電極73は導電線97で接続される。このように導電線97で接続されても、シグナル電極73を延長するという。
FIG. 7 shows the shape of the signal electrode 73 of the piezoelectric sensor 102 shown in FIG. As shown in FIG. 7, the signal electrode 73 of the piezoelectric sensor 102 may be intermittently disposed and connected by a conductive wire 97. When the signal electrode 73 is arranged at a position corresponding to the step and the conductive electrode 97 connects between the signal electrodes 73, as a result, the portion where the conductive line 97 is arranged becomes a recess with respect to the step. Therefore, even if the piezoelectric sensor 102 receives a surface load, the stress generated in the portion is reduced. Therefore, mixing of unnecessary signals on the conductive line 97 is reduced.
Further, when the load acting body is tilted in the longitudinal direction of the piezoelectric sensor 102 and the signal electrodes 73 are intermittently arranged short in the longitudinal direction, the potentials are individually detected by the respective signal electrodes 73. As compared with the signal electrode 71 (see FIG. 5) arranged in this manner, it can be detected with high sensitivity.
In the piezoelectric sensor 102, the ground electrodes 61 and 62 (see FIG. 2) may be formed only in a portion corresponding to the signal electrode 73. However, the ground electrodes 61 and 62 may be continuously formed in the longitudinal direction X of the piezoelectric sensor 102. preferable. If the ground electrodes 61 and 62 are continuously formed in the longitudinal direction X, the shield in the plate thickness direction of the piezoelectric sensor 102 can be maintained higher and hardly affected by external noise. In the piezoelectric sensor 102, an extension 96 similar to that of the piezoelectric sensor 100 is formed, and the signal electrode 73 is connected by a conductive wire 97. The signal electrode 73 is extended even if connected by the conductive wire 97 in this way.

さらに、図2・図3では平板状の圧電センサを説明したが、高分子圧電体の屈曲性を活かし、屈曲面を有するような形状(例えばパラボラ板状)の圧電センサを構成してもよい。さらに、図4、図5、図6、図7では細長形状の圧電センサを説明したが、フィルムの特性を活かし、広面積の圧電センサを構成してもよい。このように、本発明に係る圧電センサは、電子弦楽器に限られず他の用途に用いることも可能である。
また、実施例を圧電センサとして説明したが、本発明に係る圧電体は当然に焦電性をも示す。したがって、焦電センサとすることもできる。さらに、圧電性や焦電性を利用したセンサ(超音波発信・受信センサ等)としてもよい。
2 and 3, the plate-shaped piezoelectric sensor has been described. However, a piezoelectric sensor having a curved surface (for example, a parabolic plate shape) may be configured by utilizing the flexibility of the polymer piezoelectric material. . Furthermore, although the elongated piezoelectric sensor has been described with reference to FIGS. 4, 5, 6, and 7, a large area piezoelectric sensor may be configured by taking advantage of the characteristics of the film. Thus, the piezoelectric sensor according to the present invention is not limited to an electronic stringed instrument, and can be used for other purposes.
Moreover, although the Example was demonstrated as a piezoelectric sensor, the piezoelectric material which concerns on this invention also shows pyroelectricity naturally. Therefore, it can be a pyroelectric sensor. Furthermore, it is good also as a sensor (an ultrasonic transmission / reception sensor etc.) using piezoelectricity or pyroelectricity.

以上のように、本発明の第1の実施の形態に係る圧電体を用いて圧電センサを構成すると、積層しても反りや剥れを抑えることができるので、品質の安定した圧電センサを得ることができ、製造上の歩留まりも高くすることができる。   As described above, when a piezoelectric sensor is configured using the piezoelectric body according to the first embodiment of the present invention, warpage and peeling can be suppressed even when stacked, and thus a piezoelectric sensor with stable quality is obtained. And the manufacturing yield can be increased.

本発明の第1の実施の形態に係る圧電体が圧電性を有することを実施例および比較例を用いて説明する。
図10に示す実施例1〜実施例6、および比較例1〜比較例3を以下のように調整した。なお、実施例1〜6、比較例1〜3のポリフッ化ビニリデンには、株式会社クレハ製KF#1000を用いた。
<実施例1〜実施例6>
ポリフッ化ビニリデンのペレットを、Tダイを備えた口径40mmφの単軸押出機を用いて225℃で溶融後、幅250mm、厚さ40μmとなるようにフィルムを作成し、70℃に冷却した。次に、図1に示す装置20を用いて尖端電極31(複数の針状電極)に、図10に示す直流電圧を印加した。印加時間は、約12秒とした。フィルムの供給速度は、1m/minとした。分極処理時にヒータとして機能する第2ロール22の温度は、100℃とした。
<比較例1>
実施例と同様に調整したポリフッ化ビニリデンであって、溶融押出後(分極処理前)のポリフッ化ビニリデンのフィルムである。
<比較例2>
実施例と同様に調整したポリフッ化ビニリデンであって、溶融押出後、一軸延伸した後分極処理を施したポリフッ化ビニリデンのフィルムである。延伸前のフィルムの厚さは約160μmとした。
<比較例3>
実施例と同様に調整したポリフッ化ビニリデンであって、溶融押出後、同時二軸延伸機を用いて二軸延伸した後分極処理を施したポリフッ化ビニリデンのフィルムである。延伸前のフィルムの厚さは約320μmとした。
The fact that the piezoelectric body according to the first embodiment of the present invention has piezoelectricity will be described using examples and comparative examples.
Example 1 to Example 6 and Comparative Example 1 to Comparative Example 3 shown in FIG. 10 were adjusted as follows. For polyvinylidene fluoride in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3, KF # 1000 manufactured by Kureha Corporation was used.
<Example 1 to Example 6>
Polyvinylidene fluoride pellets were melted at 225 ° C. using a 40 mmφ single-screw extruder equipped with a T die, and then a film was formed to have a width of 250 mm and a thickness of 40 μm, and cooled to 70 ° C. Next, the DC voltage shown in FIG. 10 was applied to the pointed electrode 31 (a plurality of needle-like electrodes) using the apparatus 20 shown in FIG. The application time was about 12 seconds. The film supply speed was 1 m / min. The temperature of the 2nd roll 22 which functions as a heater at the time of a polarization process was 100 degreeC.
<Comparative Example 1>
It is a polyvinylidene fluoride film prepared in the same manner as in the Examples, and is a film of polyvinylidene fluoride after melt extrusion (before polarization treatment).
<Comparative example 2>
It is a polyvinylidene fluoride film prepared in the same manner as in Examples, and is a polyvinylidene fluoride film that has been subjected to polarization treatment after being uniaxially stretched after melt extrusion. The thickness of the film before stretching was about 160 μm.
<Comparative Example 3>
It is a polyvinylidene fluoride film prepared in the same manner as in the Examples, and is a polyvinylidene fluoride film that has been subjected to polarization treatment after melt extrusion and biaxial stretching using a simultaneous biaxial stretching machine. The thickness of the film before stretching was about 320 μm.

図10に示す各表の項目は、以下のとおりである。
電圧Vpは、尖端電極(針状電極)に印加された電圧値である。
推測Epは、分極処理時の電界強度(計算値)である。本実施例では、コロナポーリングを行っているため、印加電圧から空気の電圧降下分を除きフィルムの厚さで割り電界強度を求めている。すなわち、推測Epは次式により求めた。なお、電圧降下分は、1μAのときを7.5kVとし、分極時の電流のモニタの結果に基づいた値を電圧降下分として除いた。
[推測Ep=(印加電圧―電圧降下分)/フィルム厚さ]
31は、高分子圧電体フィルムの長さ方向の圧電応力定数である。
32は、高分子圧電体フィルムの幅方向の圧電応力定数である。
33は、高分子圧電体フィルムの厚さ方向の圧電応力定数である。
The items in each table shown in FIG. 10 are as follows.
The voltage Vp is a voltage value applied to the pointed electrode (needle electrode).
The estimated Ep is the electric field strength (calculated value) during the polarization process. In this embodiment, corona poling is performed, so that the electric field strength is determined by dividing the applied voltage by the thickness of the film, excluding the voltage drop of air. That is, the estimated Ep was obtained by the following equation. The voltage drop was 7.5 kV at 1 μA, and the value based on the result of monitoring the current during polarization was excluded as the voltage drop.
[Estimated Ep = (applied voltage−voltage drop) / film thickness]
d 31 is a piezoelectric stress constant in the length direction of the polymer piezoelectric film.
d 32 is a piezoelectric stress constant in the width direction of the polymer piezoelectric film.
d 33 is a piezoelectric stress constant in the thickness direction of the polymer piezoelectric film.

[圧電応力定数の測定方法]
得られた高分子圧電体フィルムの圧電応力定数は、以下のように測定した。
31(長さ方向の応力に対する)は、(株)東洋精機製作所製レオログラフソリッドを用いて測定した。
32(幅方向の応力に対する)は、(株)東洋精機製作所製レオログラフソリッドを用いて測定した。
33(厚さ方向の応力に対する)は、空圧プレス機を用いて一定の速度で厚み方向に応力を加え、発生する電荷をチャージアンプで測定し、算出した。
[Measurement method of piezoelectric stress constant]
The piezoelectric stress constant of the obtained polymer piezoelectric film was measured as follows.
d 31 (with respect to the stress in the length direction) was measured using Rheograph solid manufactured by Toyo Seiki Seisakusho.
d 32 (with respect to the stress in the width direction) was measured using a Rheograph solid manufactured by Toyo Seiki Seisakusho.
d 33 (with respect to the stress in the thickness direction) was calculated by applying a stress in the thickness direction at a constant speed using a pneumatic press, and measuring the generated charge with a charge amplifier.

図10に示すとおり、電界強度(推測Ep)の小さい実施例1では、圧電定数も小さい。しかし、電解強度が100MV/mを超える実施例2では、d31が7.9となり、さらに電解強度が200MV/mを超える実施例3〜実施例6では、d31が10を超える。このように、無添加、無延伸のポリフッ化ビニリデンのフィルムであっても、高電圧を印加することにより、産業上利用可能な高い圧電性が発現する圧電体となることがわかる。なお、参考値として、比較例2に一軸延伸フィルムの圧電定数、比較例3に二軸延伸フィルムの圧電定数を示す。比較例2では、d31(31.5)がd32(1.3)に対し10倍以上の値を示している(すなわち異方性が大きい)。しかし、実施例6では、d31が10.2であるのに対しd32が6.7であり、異方性が少ないことがわかる。 As shown in FIG. 10, in Example 1 where the electric field strength (estimated Ep) is small, the piezoelectric constant is also small. However, in Example 2 where the electrolytic strength exceeds 100 MV / m, d 31 is 7.9, and in Examples 3 to 6 where the electrolytic strength exceeds 200 MV / m, d 31 exceeds 10. Thus, it can be seen that even a non-added, non-stretched polyvinylidene fluoride film becomes a piezoelectric body that exhibits high piezoelectricity that can be used industrially by applying a high voltage. As reference values, Comparative Example 2 shows the piezoelectric constant of the uniaxially stretched film, and Comparative Example 3 shows the piezoelectric constant of the biaxially stretched film. In Comparative Example 2, d 31 (31.5) is 10 times or more as large as d 32 (1.3) (that is, the anisotropy is large). However, in Example 6, a d 32 of 6.7 whereas d 31 it is 10.2, it can be seen that the anisotropy is small.

図11〜図13は、実施例1、実施例2、実施例5のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルを示す。
図15は、比較例2のポリフッ化ビニリデンフィルムのX線回折スペクトルであるが、分極処理前のスペクトルを示す。すなわち一軸延伸後分極処理前のスペクトルである。ポリフッ化ビニリデンフィルムを一軸延伸すると、その結晶構造が無極性α型から極性を有するβ型に転移することが知られている。図15では、2θ:21deg近傍にβ型に起因すると思われる1つのピークのみが検出されている。しかし、図11〜図13のスペクトルは、図15のスペクトルと明らかに異なる波形を示し、実施例1〜実施例6のフィルムが、一軸延伸により得られる結晶構造とは異なる特徴を有する結晶構造であることがわかる。
11 to 13 show the X-ray diffraction spectra of the polyvinylidene fluoride films of Example 1, Example 2, and Example 5. FIG.
FIG. 15 is an X-ray diffraction spectrum of the polyvinylidene fluoride film of Comparative Example 2, and shows the spectrum before the polarization treatment. That is, the spectrum after uniaxial stretching and before polarization treatment. It is known that when a polyvinylidene fluoride film is uniaxially stretched, the crystal structure is changed from a non-polar α-type to a polar β-type. In FIG. 15, only one peak that is considered to be caused by the β type is detected in the vicinity of 2θ: 21 deg. However, the spectrum of FIGS. 11 to 13 shows a waveform that is clearly different from the spectrum of FIG. 15, and the films of Examples 1 to 6 have crystal structures having characteristics different from the crystal structures obtained by uniaxial stretching. I know that there is.

図16は比較例3、すなわち二軸延伸したポリフッ化ビニリデンフィルムであって分極処理後のX線回折スペクトルを示す。ポリフッ化ビニリデンフィルムを二軸延伸すると、その結晶構造は極性α型とβ型がおよそ半数の割合で混在することが知られている。図16では、2θ:20deg近傍と、2θ:21deg近傍に2つのピークが検出されている。しかし、図11〜図13のスペクトルは、図16のスペクトルと明らかに異なる波形を示し、実施例1〜実施例6のフィルムが、二軸延伸後分極処理することにより得られる結晶構造とは異なる特徴を有する結晶構造であることがわかる。   FIG. 16 shows an X-ray diffraction spectrum of Comparative Example 3, that is, a biaxially stretched polyvinylidene fluoride film after polarization treatment. It is known that when a poly (vinylidene fluoride) film is biaxially stretched, the crystalline α-type and β-type are mixed at a ratio of approximately half. In FIG. 16, two peaks are detected in the vicinity of 2θ: 20 deg and in the vicinity of 2θ: 21 deg. However, the spectra of FIGS. 11 to 13 show waveforms that are clearly different from those of FIG. 16, and the films of Examples 1 to 6 are different from the crystal structure obtained by polarization treatment after biaxial stretching. It can be seen that the crystal structure has characteristics.

図14は比較例1、すなわち溶融押出後のポリフッ化ビニリデンフィルムであって分極処理前のX線回折スペクトルを示す。ポリフッ化ビニリデンフィルムを溶融状態から冷却し結晶化させると、無極性α型の結晶構造が得られることが知られている。図14では、2θ:18degの前後に小さな2つのピーク、2θ:20deg近傍にメインのピークが検出されている。これらは、無極性α型結晶に特有のピーク100(α)、020(α)、110(α)である。
一方で、図11〜図13のスペクトルでは、印加電圧が高くなるにつれて各ピークに変化が表れ、特に100(α)、020(α)のピークの減少が顕著であり、結晶構造が変化していることがわかる。これらのスペクトルから、無極性α型の結晶構造が、極性α型に転移していることがわかる。すなわち、本発明の第1の実施の形態に係るポリフッ化ビニリデンフィルムは、極性α型の結晶構造を含む。
FIG. 14 shows an X-ray diffraction spectrum of Comparative Example 1, that is, a polyvinylidene fluoride film after melt extrusion, before polarization treatment. It is known that when a polyvinylidene fluoride film is cooled and crystallized from a molten state, a nonpolar α-type crystal structure is obtained. In FIG. 14, two small peaks are detected before and after 2θ: 18 deg, and a main peak is detected in the vicinity of 2θ: 20 deg. These are peaks 100 (α), 020 (α), and 110 (α) peculiar to nonpolar α-type crystals.
On the other hand, in the spectra of FIGS. 11 to 13, changes appear in each peak as the applied voltage increases, and particularly the reduction of the peaks of 100 (α) and 020 (α) is remarkable, and the crystal structure changes. I understand that. From these spectra, it can be seen that the nonpolar α-type crystal structure has transitioned to the polar α-type. That is, the polyvinylidene fluoride film according to the first embodiment of the present invention includes a polar α-type crystal structure.

10 フィルム
20 装置
21 第1ロール
22 第2ロール
23 第3ロール
31 尖端電極
32 電極
33 直流高圧電源
41、42 圧電体
41a 第1の面
41b 第2の面
51 接着層
61、62 グランド電極
71、72、73 シグナル電極
81、82 突起物
91、92 保護層
93 ゴム層
96 延長部
97 導電線
100、101、102 圧電センサ
140 シールド線
200 電子弦楽器
220 コマ
260 ボディ
OT 外縁部分
IN 中央部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Film 20 Apparatus 21 1st roll 22 2nd roll 23 3rd roll 31 Pointed electrode 32 Electrode 33 DC high voltage power supply 41, 42 Piezoelectric body 41a 1st surface 41b 2nd surface 51 Adhesive layer 61, 62 Ground electrode 71, 72, 73 Signal electrodes 81, 82 Protrusions 91, 92 Protective layer 93 Rubber layer 96 Extension 97 Conductive wires 100, 101, 102 Piezoelectric sensor 140 Shielded wire 200 Electronic stringed instrument 220 Top 260 Body OT Outer edge portion IN Central portion

Claims (6)

結晶構造部分が無極性α型のフッ化ビニリデンポリマーを分極処理して得られる圧電体であって;
前記ポリマーは、無添加、無延伸で分極処理され;
前記分極処理時の電界強度は、200〜600MV/mであり;
前記分極処理後のポリマーは、極性α型の結晶構造を含む;
圧電体。
A piezoelectric body obtained by polarizing a vinylidene fluoride polymer having a non-polar α-type crystal structure;
The polymer is polarized with no addition, no stretching;
The electric field strength during the polarization treatment is 200 to 600 MV / m;
The polarized polymer comprises a polar α-type crystal structure;
Piezoelectric body.
前記フッ化ビニリデンポリマーは、フッ化ビニリデンのホモポリマー、テトラフルオロエチレン(C)とのコポリマー、トリフルオロエチレン(CHF)とのコポリマー、クロロトリフルオロエチレン(CClF)とのコポリマー、フッ化ビニル(CF)とのコポリマー、ヘキサフルオロプロピレン(C)とのコポリマーのうちのいずれか1のポリマーであって;
テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、ヘキサフルオロプロピレンは、フッ化ビニリデン100重量部に対してそれぞれ10重量部以下含まれる;
請求項1に記載の圧電体。
The vinylidene fluoride polymer is a homopolymer of vinylidene fluoride, a copolymer with tetrafluoroethylene (C 2 F 4 ), a copolymer with trifluoroethylene (C 2 HF 3 ), or chlorotrifluoroethylene (C 2 ClF 3 ). A copolymer of any one of: a copolymer with vinyl fluoride (C 2 H 3 F), a copolymer with hexafluoropropylene (C 3 H 6 );
Tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinyl fluoride and hexafluoropropylene are each contained in an amount of 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of vinylidene fluoride;
The piezoelectric body according to claim 1.
シグナル電極と第1のグランド電極とを絶縁し、第1の面と前記第1の面に対して表裏の関係にある第2の面を有する第1の圧電体と;
前記第1の圧電体の第1の面に配置される前記第1のグランド電極と;
前記第1の圧電体の第2の面に配置される前記シグナル電極とを備え;
前記第1の圧電体は、請求項1または請求項2に記載の圧電体である;
圧電センサ。
A first piezoelectric body having a second surface that insulates the signal electrode from the first ground electrode and has a first surface and a second surface that is in a front-back relationship with respect to the first surface;
The first ground electrode disposed on the first surface of the first piezoelectric body;
The signal electrode disposed on the second surface of the first piezoelectric body;
The first piezoelectric body is the piezoelectric body according to claim 1 or claim 2;
Piezoelectric sensor.
前記シグナル電極は、前記第1の圧電体の外縁部分を避け前記第2の面に覆われるように配置され;
前記第1のグランド電極は、前記第1の圧電体の第1の面において前記シグナル電極を投影する部分を覆うように配置され;
前記第1のグランド電極の前記第1の圧電体が配置された面と表裏の関係にある面において前記シグナル電極が投影された部分に段差を設け、前記第1の圧電体の前記シグナル電極が配置された部分に生ずる応力を大きくする;
請求項3に記載の圧電センサ。
The signal electrode is disposed so as to be covered with the second surface while avoiding an outer edge portion of the first piezoelectric body;
The first ground electrode is disposed so as to cover a portion of the first surface of the first piezoelectric body on which the signal electrode is projected;
A step is provided in a portion where the signal electrode is projected on the surface of the first ground electrode on which the first piezoelectric body is disposed, and the signal electrode of the first piezoelectric body is provided with a step. Increase the stress generated in the place of placement;
The piezoelectric sensor according to claim 3.
前記シグナル電極の前記第1の圧電体が配置された面と表裏の関係にある面に配置された接着層と;
前記接着層の前記シグナル電極が配置された面と表裏の関係にある面に配置された第2の圧電体と;
前記第2の圧電体の前記接着層が配置された面と表裏の関係にある面に配置された第2のグランド電極とを備え;
前記接着層は絶縁性であり;
前記第2の圧電体は、請求項1または請求項2に記載の圧電体であって、前記第1の圧電体と極性が逆向きの圧電体である;
請求項3または請求項4に記載の圧電センサ。
An adhesive layer disposed on a surface of the signal electrode on which the first piezoelectric body is disposed and a surface in a front-back relationship;
A second piezoelectric body disposed on the surface of the adhesive layer on the front and back side of the surface on which the signal electrode is disposed;
A second ground electrode disposed on the surface of the second piezoelectric body on which the adhesive layer is disposed and a surface in a front-back relationship;
The adhesive layer is insulating;
The second piezoelectric body is the piezoelectric body according to claim 1 or 2, wherein the first piezoelectric body has a polarity opposite to that of the first piezoelectric body;
The piezoelectric sensor according to claim 3 or 4.
前記接着層は、前記シグナル電極より縦弾性係数が小さな材料で形成され;
前記シグナル電極は、前記第1の圧電体および前記第2の圧電体の前記シグナル電極が配置された部分に生ずる応力が、前記シグナル電極が配置されていない外縁部分に生ずる応力より大きくなるように厚く形成された;
請求項5に記載の圧電センサ。
The adhesive layer is formed of a material having a smaller longitudinal elastic modulus than the signal electrode;
In the signal electrode, the stress generated in the portion where the signal electrode of the first piezoelectric body and the second piezoelectric body is disposed is larger than the stress generated in the outer edge portion where the signal electrode is not disposed. Formed thick;
The piezoelectric sensor according to claim 5.
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