JP3270527B2

JP3270527B2 - 筒状ないし曲面化圧電素子

Info

Publication number: JP3270527B2
Application number: JP20316092A
Authority: JP
Inventors: 卓佐藤; 和元鈴木; 信宏森山; 謙一中村
Original assignee: 呉羽化学工業株式会社
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: EP0655790B1; EP0655790A1; US5410210A; JPH0629587A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筒状ないし曲面化した
形状を有するポリマー系圧電素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】分極処理した弗化ビニリデン系樹脂（以
下、代表的にＰＶＤＦと称する）をはじめとするポリマ
ー圧電体は、セラミックス圧電体と比較して、（１）可
撓性が大きく、薄膜化、大面積化、長尺化が容易で任意
の形状、形態のものを作ることができる；（２）静水圧
圧電ひずみ定数ｄ_hは同等または、それ以下であるが、
誘電率εが小さいために、ｄ_h／εで定まる静水圧電圧
出力係数（ｇ_h定数）は極めて大となり、従って感度特
性が優れる；（３）低密度、低弾性であるため、音響イ
ンピーダンス（音速×密度）が、水や生体の値に近く、
従って水や生体と素子との間での反射が少なく、効率の
よいエネルギー伝播が可能である等の特性を有する。こ
のような特性を生かして、ポリマー圧電体は、スピーカ
ー、マイクロホン、超音波探触子、ハイドロホン、震動
計、ひずみ計、血圧計、バイモルフファン等の、一般に
電気−機械（音響）変換素子あるいは焦電変換素子とし
て、広汎な用途への適用が提案され、あるいは実用化さ
れている。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】一般に分極処理されたフィル
ム状またはシート状のポリマー圧電体（以下、包括的に
「ポリマー圧電体フィルム」と称する）は、その単層ま
たは積層した複数層の両面に電極を設けて、ポリマー圧
電体フィルムからの（への）電気的出（入）力を可能と
したシートまたはフィルム状の素子構成における基本要
素である。このようなポリマー系圧電素子は、上述した
ようにセラミックス圧電素子に比べて、柔軟性が優れる
ことが一つの特徴であるが、用途によってはその柔軟性
が却って有害になることもある。例えば、他の船舶等の
探知を目的として、船舶等の曳航体により水中を曳航さ
れる曳航ソーナーに用いられるハイドロホンでは、曳航
ロープを介して伝達される曳航体の動揺や水流による曲
げ応力等のため圧電素子が変形し、目的とする水中を伝
播する音圧に変形ノイズが重畳するという問題がある。
このような用途には、機械的な外力に抗するある程度の
剛性が望ましい。

【０００４】また上記した曳航ソーナー用ハイドロホ
ン、あるいはマイクロホン等の送受波器においては、音
波等の送受波の等方性の観点から圧電素子が筒状に形成
されていることが望ましい場合がある。また等方性に限
らず送受波器の入出力特性の観点からまたは素子と設置
表面との関係から、素子が曲面化されていることが好ま
しい場合がある。このような筒状圧電素子を形成するた
めには、１）ポリマー圧電体フィルムをある中心軸のま
わりに捲回して筒状とした後、その両面に電極を形成す
るか、２）ポリマー圧電体フィルムの少なくとも一面
（形成される筒の内面に相当する面）に予め電極を形成
した後、筒状にし、必要に応じ筒の外面に電極を更に付
加的に形成する方法、が考えられる。しかし、上記１）
の方法においては、ポリマー圧電体フィルムを筒状にし
た後の、特に内側への一様かつ良好な電極の形成が極め
て困難であるという問題がある。また上記２）の方法
を、ポリマー圧電体フィルムの両面に電極を設けたシー
ト状圧電素子に適用すると、圧電素子を捲回して筒状と
するに際し外側電極には伸び応力が、内側電極には収縮
応力がかかる。このため、形成される筒体の曲率にもよ
るが、箔電極や溶射電極を形成した場合には、外側電極
には亀裂が、内側電極には皺が発生する。また圧電体と
の界面接着強度の比較的弱い蒸着電極を設けた場合に
は、捲回時に圧電体の歪みにより、剥離または破れを起
したり、またリード線接続時に剥がれたりする。このよ
うな事情は、必要とされる曲率にもよるが、曲面化圧電
素子を形成する場合にも当てはまる。

【０００５】本発明の主要な目的は、上述した事情に鑑
み、適度な剛性を有するポリマー系の筒状ないし曲面化
圧電素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ポリマー
系圧電素子に関して一連の研究を進める過程で、ポリマ
ー圧電体フィルムの表層にメッシュ状あるいは多孔板形
状を包含する多孔シート状電極を埋入して得られる板状
圧電素子は、圧電特性が本質的に損なわれることなく、
電極と圧電体とが一体化した強固な電極接合構造を有し
ており、適度な剛性を有し、また機械的な外力に対する
耐久性も従来のポリマー系圧電素子に比べて著しく優れ
たものとなることを見出し、そのような圧電素子を、既
に提案している（平成４年特許願第１５８８４４号）。
本発明者らが更に研究した結果、上記で得られた板状圧
電素子は、多孔シート状電極が大なる伸縮性を有するた
め、捲回して筒状構造を与えるに際しても、一体化した
強固な電極接合構造が維持されること、従ってその適度
な剛性とも相俟って、本発明の筒状ないし曲面化圧電素
子を構成するのに最適であることを見出した。

【０００７】本発明の筒状圧電素子は、このような知見
に基づくものであり、より詳しくは、ポリマー圧電体フ
ィルムまたはシートの表層に多孔シート状電極が埋入さ
れてなり塑性変形性を有する板状圧電素子をある中心軸
のまわりに捲回して筒状としてなることを特徴とするも
のである。

【０００８】また本発明の曲面化圧電素子は、ポリマー
圧電体フィルムまたはシートの表層に多孔シート状電極
が埋入されてなり塑性変形性を有する板状圧電素子をあ
る中心軸に対応する曲面形状に賦形してなることを特徴
とするものである。

【０００９】

【発明の具体的説明】図１は、本発明の一実施例にかか
る円筒状圧電素子５０ａの半径方向断面図である。該筒
状圧電素子５０ａは、ポリマー圧電体フィルム１の両面
の各表層にそれぞれ多孔シート状電極２（２ａ、２ｂ）
を埋入してなる板状圧電素子１０を、仮想中心軸Ｏのま
わりに捲回して、概ね筒状とした後、その突合せ部の間
隙ｄを例えばエポキシ系の接着剤４で接合した構造を有
する。一例として板状圧電素子１０は、捲回し前におい
て、図２に示す平面構造および図３（図２のＩＩ−ＩＩ
線に沿って取った断面図）に示す断面構造を有する。す
なわち、この圧電素子１０ａは、ポリマー圧電体フィル
ム１の両面の表層に、メッシュ状の多孔シート状電極２
を埋入し、且つその一部をリード線または端子接続部３
とした構造を有する。

【００１０】ポリマー圧電体フィルム１を構成するポリ
マー圧電体としては、比較的高い耐熱性を有するシアン
化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体が好適に用いられる
ほか、優れた圧電特性のフッ化ビニリデン系樹脂圧電体
が好ましく、なかでも圧電性発現に適したβ型結晶化の
ために一軸延伸の必要なフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）単
独重合体に比べて、通常の結晶条件化でβ型結晶化の可
能なＶＤＦ系共重合体（例えば優位量のＶＤＦと劣位量
のフッ化ビニル（ＶＦ）トリフルオロエチレン（ＴｒＦ
Ｅ）あるいはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）との共
重合体）が好ましく、更には優位量（特に７０〜８０モ
ル％）のＶＤＦと劣位量（特に３０〜２０モル％）のＴ
ｒＦＥとの共重合体がもっとも好ましく用いられる。こ
れらポリマー圧電体材料は、溶融押出等により成膜後、
必要に応じて一軸延伸あるいは軟化温度以下での熱処
理、軟化温度以下での電界印加により分極処理に付され
て、ポリマー圧電体フィルム１とされる。

【００１１】本発明で用いる多孔シート状電極は、一般
に、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、
鋼、錫、亜鉛、金、銀、チタン、白金等の金属材料の他
に、炭素繊維等の、任意の導電性材料により構成するこ
とができるが、特に、ステンレススチールやチタンなど
の高強力金属あるいは燐青銅などの柔軟で高伸度の金属
により構成することが特に好ましい。また、多孔シート
状電極は、後述のポリマー圧電体への埋入のためには、
適度の剛性を有することが好ましい。

【００１２】メッシュ状多孔シート状電極２を構成する
ためには、図示のような平織りのほか、綾織り、畳綾織
り、平畳綾織り、綾畳織りなどの任意の織り方が採用で
きるが、その呼称が４０メッシュ（例えば目開き３５０
μｍ、線径２９０μｍの平織り金網）乃至１０００メッ
シュ（例えば濾過粒度数約２５μｍ、線径８０（縦）／
５５（横）μｍで、縦方向は１２０メッシュの綾畳織り
金網）、特に６０メッシュ（例えば目開き２４０μｍ、
線径１８０μｍの平織り金網）乃至６３５メッシュ（例
えば目開き２０μｍ、線径２０μｍの綾織り金網）のも
のが好ましく用いられる。したがって、メッシュ状多孔
シート状電極２の透孔（目開きまたは濾過粒度数）とし
ては２０〜３５０μｍ、線径としては２０〜３００μｍ
の範囲が適当とされる。１０００メッシュを超える金網
では、透孔が小さ過ぎて前記先の出願（平成４年特許願
第１５８８４４号）でも示したように電極剥離強度が低
下する傾向があり、逆に４０メッシュ未満の金網の場
合、圧電特性を表わす主要なパラメータの一つである静
水圧圧電ひずみ定数ｄ_hが小さくなる。

【００１３】図４は、本発明の圧電素子の他の好ましい
一実施例の平面図、図５は、図４のＩＶ−ＩＶ線に沿っ
て取った矢視方向の断面図である。この圧電素子１０ｂ
は、ポリマー圧電体フィルム１の両面の表層に、多数の
透孔１２ａを設けた多孔板形状の多孔シート状電極１２
を埋入した構造を有する。メッシュ状の多孔シート状電
極２の代わりに、透孔１２ａを設けた多孔板状電極１２
を用いることを除いては、図２および図３に示す圧電素
子１０ａと本質的に同様な構造を有する。

【００１４】多孔板状電極１２とメッシュ状電極２と
は、同様な材料から構成することができる。また透孔１
２ａの孔径および透孔間の距離は、メッシュ状電極２に
おける目開きおよび線径にそれぞれ準じて設定すること
ができる。但し、透孔間の距離の設定には、より自由な
選択が可能である。またメッシュ状多孔シート状電極２
の場合にも該当することではあるが、多孔板状電極１２
（従って透孔１２ａ）の開口率は、１０〜７０％、特に
２０〜６０％の範囲に設定することが好ましい。開口率
が１０％未満では電極剥離強度が低下し、７０％を超え
るとｄ_h定数が低下する。

【００１５】本発明で用いる多孔シート状電極の厚さ
（平織りまたは綾織りのメッシュ状電極２においては線
径に対応する。）は、１０〜８００μｍ、特に２０〜３
００μｍ、の範囲とすることが好ましい。電極の厚さが
１０μｍ未満では得られる圧電素子の剛性が充分でな
く、良溶媒で膨潤処理されたポリマー圧電体フィルムに
積層して圧着する後述の板状圧電素子の製造工程で、し
わが発生し易い。また、逆に８００μｍを超えると、適
当な電極剥離強度を与えるのに充分な程度に多孔シート
状電極をポリマー圧電体フィルム１に埋入させることが
困難となる。

【００１６】多孔シート状電極２、１２のポリマー圧電
体フィルム積層への埋入は、アンカー効果が発現して必
要な電極剥離強度が得られるのに充分な程度になされる
べきであり、通常その厚さの３０％以上、特に５０％以
上が、ポリマー圧電体フィルム１の表層に埋入されるべ
きである。図６は、本発明で用いる板状圧電素子の更に
他の好ましい実施例の平面図、図７はその側面図であ
る。この圧電素子１０ｃは、ポリマー圧電体フィルム１
の両面の表層に、綾畳織りのメッシュ状電極２２をその
厚さの５０％まで埋入した構造を有する。このような部
分埋入であっても、多孔シート状電極の透孔に部分的に
侵入したポリマー圧電体材料のアンカー効果により電極
剥離強度は有意に向上する。厚さの１００％を埋入させ
た、すなわち完全埋設状態とすることも可能であるが、
この際、電極はポリマー圧電体の樹脂で被覆される。そ
の場合には、表面の樹脂被覆層の一部を溶媒で軽く拭き
取り電極を露出させてから、素子へのリード線または端
子の接続を行なうとよい。また、本発明において「ポリ
マー圧電体フィルムの表層」とは、表面から多孔シート
状電極の厚さと同程度の深さまでの領域をいう。

【００１７】ポリマー圧電体フィルム１は、５０〜２０
００μｍ程度、特に２００〜１０００μｍの厚さを有す
ることが好ましい。フィルムの厚さが５０μｍ未満で
は、多孔シート状電極の埋入が困難であり、フィルムの
変形、圧電特性のばらつきといった問題が発生する。ま
た、逆に２０００μｍを超えると、フィルムの可撓性が
損なわれ、更に分極に高電圧が必要となるため縁面放電
が発生し分極処理が極めて困難となる。本発明に従い、
多孔シート状電極をポリマー圧電体フィルムの表層に埋
入させると、素子の電極間距離が、ほぼ埋入の深さ分だ
け狭くなる。従って、ポリマー圧電体フィルム１の厚さ
は、使用する多孔シート状電極の厚さおよび埋入の深さ
を考慮し、上記範囲から選択することが好ましい。

【００１８】本発明で用いる板状圧電素子を構成する多
孔シート状電極としては、前記例に示したようなメッシ
ュ状電極２、２２あるいは透孔を設けた多孔板状電極１
２以外にも、不織布、フェルト等の表裏面に連通した孔
ないし空隙を有し、溶媒により膨潤ないし溶解したある
いは熱溶解したポリマー圧電体樹脂が含浸され得るシー
ト状導電体を用いることが可能である。

【００１９】次に、上述したような圧電素子を製造する
ための方法について説明する。まず、ポリマー圧電体フ
ィルム１の多孔シート状電極を埋入させるべき表面を溶
媒で処理する。この際の溶媒としては、ポリマー圧電体
フィルム１を構成するポリマー圧電体の良溶媒が好適に
用いられるが、ポリマー圧電体を溶解できなくとも膨潤
できる程度の溶媒能があれば充分である。このような溶
媒の例としては、アセトン、メチルエチルケトン等のケ
トン系溶媒；テトラヒドロフラン、ＮＮジメチルアセト
アミド、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。溶媒処
理のためには、ポリマー圧電体フィルムの表面に溶媒
を、塗布、スプレー、浸漬などの方法で適用し、溶媒と
フィルムとを、例えば常温〜９０℃で２秒〜１時間程度
接触させておけばよい。これら温度、時間等の処理条件
は、ポリマー圧電体の組成、溶媒の種類、電極の形状や
厚さによっても異なり得る。後工程である圧着工程にお
ける温度が高いほど電極剥離強度が増加するので、この
ような目的のためには、溶媒処理工程では溶解力の弱い
溶媒を用い、圧電体の耐熱温度範囲内で高い温度で処理
するのも好ましい。

【００２０】次いでポリマー圧電体フィルム１の溶媒処
理済面に、多孔シート状電極を接触させ、両者を圧着さ
せる。多孔シート状電極のポリマー圧電体フィルム１と
の接触面には、ポリマー圧電体との接着性を向上させる
ような表面処理や、電極を保護する被覆などを予め施し
ておくのも好ましい。このような前処理の一例として
は、ポリマー圧電体と同質または相溶性の良い樹脂のコ
ーティングを例示し得る。

【００２１】溶媒処理工程終了後、速やかに次の圧着工
程に移るのが良い。また、両工程の間でポリマー圧電体
フィルムの表面液を拭き取る、または落とすことも好ま
しい。

【００２２】圧着工程における温度は、高温ほど電極剥
離強度が増加するのでこの点では好ましいが、一般に常
温以上で圧電体の耐熱温度の範囲内、実用上好ましくは
５０〜９０℃である。一方、圧着の圧力は、１ｋｇ／ｃ
ｍ²乃至ポリマー圧電体が塑性変形する７００ｋｇ／ｃ
ｍ²程度まで、実用的には５ｋｇ／ｃｍ²〜１００ｋｇ
／ｃｍ²とされるのが好ましい。また、圧着時間は１０
秒〜１時間程度である。

【００２３】上記において、図１を参照して、本発明の
筒状圧電素子の一例を、また図２〜図７を参照して、板
状圧電素子１０の主たる態様を説明した。しかしなが
ら、本発明の範囲内で、上記態様を種々変形することが
可能である。例えば、筒状圧電素子ないし曲面化圧電素
子の半径方向（ないし中心軸Ｏと直交する方向）の断面
形状は上記した円形以外にも、楕円、円弧、楕円弧のほ
か、多角形、渦巻き形状や花弁形状あるいは閉じない曲
線や部分多角形状（曲率中心を与える中心軸が複数存在
する曲面化圧電素子の断面形状に相当する）、さらには
折り返しを有するジグザグ形状等であってもよい。但
し、捲回および折り返しに際して曲線、多角形の角部、
折り返しのエッジ等の最小曲率半径が１ｍｍ未満となら
ないようにすることが好ましい。筒状圧電素子の中心軸
を含む長さ方向の断面形状は、正方形、長方形、台形、
三角形（全体形状として、図１０に示す円錐形状の筒状
圧電素子５０ｂを与える）などであり得る。

【００２４】また、筒状圧電素子において、電極２ａ、
２ｂの両方が多孔シート状電極である必要はない。例え
ば内層を構成する電極２ａに相当する片面のみに多孔シ
ート状電極を形成した板状圧電素子を捲回して筒状とし
たのち、箔電極、溶射電極または蒸着電極からなる外側
電極を形成しても良い。しかし、このように捲回ないし
曲面化前の板状圧電素子に形成されている電極は、いず
れも多孔シート状電極とすることが特に好ましい。

【００２５】また板状圧電素子は、図３に対応して図８
に示すように多孔シート状電極２と同様な多孔シート状
電極３２を中間電極として、それぞれの一面に埋入する
ようにして二枚のポリマー圧電体フィルム１ａ、１ｂで
積層挾持した全体として積層構造の圧電素子１０ｄとし
て構成することもできる。このように、多孔シート状電
極は板状圧電素子の表層だけではなく、その内部にも埋
入され得る。この圧電素子１０ｄにおいては、中間電極
は四辺の一方においてポリマー圧電体フィルム１から突
出して配置され、この突出部を以てリード線または端子
接続部３（３ａ〜３ｃ）とされる。この板状圧電素子１
０ｄをハイドロホン等の受波素子として用いる場合、接
合した二枚のポリマー圧電体フィルム１ａ、１ｂにおい
て分極方向ｐを互いに逆向きとして、図８に示すように
結線し、出力を電圧計５で読むようにすれば図１の様に
筒状に形成した後に、なお機械的変形が起ったとして
も、圧電体１ａ、１ｂから生ずる変形出力が互いに相殺
する方向に働くのでノイズ発生防止の点で好ましい。必
要に応じて圧電体と電極の交互積層数を増大することも
できる。

【００２６】図８の積層圧電素子１０ｄと同様な効果
は、図９に示す積層構造を有する板状圧電素子１０ｅに
よっても得られる。すなわち、この素子１０ｅは、それ
ぞれ一面に多孔シート状電極２を埋入した一対のポリマ
ー圧電体フィルム１ａ、１ｂを用意し、例えば銅からな
る箔電極６の両面に接着剤７を介して、上記ポリマー圧
電体フィルム１ａ、１ｂを互いの分極方向が逆向きとな
るように接合してなる。この板状圧電素子１０ｅを捲回
する場合、箔電極６は変形の中立面（変形に際して伸び
あるいは収縮のいずれの応力も実質的にかからない面）
に位置するため、図８の積層圧電素子１０ｄと同様に円
滑な捲回が可能となる。箔電極の代わりに溶射電極を用
いることもできる。

【００２７】また筒状圧電素子を構成するにあたって、
板状圧電素子を多重に捲回して筒状化することもでき
る。ただし、この際には、内側電極と外側電極とが電気
的に接触しないように、一定の空隙をもって捲回する
か、または図１１に一例を示すように少なくとも一方の
面に絶縁被覆６０を施した板状圧電素子１０を捲回し
て、筒状圧電素子５０ｃとすることが好ましい。得られ
た多重圧電素子によれば、容積当たりの送受波面積を大
きく取ることができ、その結果、素子のインピーダンス
を下げることができる。

【００２８】また、逆に本発明の圧電素子は、例えば図
１に対応して図１２に示すように板状圧電素子１０をあ
る中心軸Ｏ（複数であり得る）のまわりに部分的に捲回
して曲面化した圧電素子５０ｄとして形成することもで
きる。このような曲面化圧電素子は、本発明で用いる板
状圧電素子１０が、適度な剛性とともに賦形された曲面
形状を維持し得る塑性ないし自己形状保持性を有するた
めに得られるものであり、音波の送受波特性上、または
素子と設置表面との関係上曲面形状が好ましい圧電素子
に好適である。また、本発明の曲面化圧電素子は、図１
２のような断面形状が曲線である素子に限るものではな
く、閉じない部分多角形やジグザグ形状に見られるよう
に角部や折り返し点（エッジ）でのみ部分的に曲面化さ
れた素子を含むものである。なお、本発明で曲率半径と
は、図１２に記号ｒとして示すように、曲率中心Ｏから
素子の中心Ｏに対向する点までの距離を意味する。

【００２９】上記したような板状圧電素子を捲回ないし
曲面化して賦形するためには、板状圧電素子を適当な寸
法に調製後、適当な形状を有する金型（牝型）および／
または中子等を用いて、板状圧電素子をほぼ目的の形状
に保持し、例えば温度５０〜９０℃、時間３０分〜２４
時間の緩和熱処理に付することにより、目的形状を熱的
に固定することが好ましい。

【００３０】

【用途】得られた本発明の筒状ないし曲面化圧電素子
は、送受波特性の等方性ないしは用途に適した曲面送受
波特性により、ハイドロホン、マイクロホンのみなら
ず、各種の送受波素子として好適に用いられる。

【００３１】

【製造例】以下に、本発明の圧電素子の製造例を示す。
以下に記載する素子ないしフィルムの特性は次のように
して求めた。

【００３２】圧電特性：以下の方法で静水圧圧電ひずみ
定数（ｄ_h定数）を測定して求めた。耐圧容器に入れた
シリコン油中に試料を浸漬し、容器に窒素ガス源から圧
力Ｐ（ニュートン（Ｎ）／ｍ²）を加えながら試料の電
荷量Ｑ（クーロン（Ｃ））を測定する。そして、ゲージ
圧２Ｋｇ／ｃｍ²近辺での圧力上昇ｄＰに対する電荷の
増加量ｄＱを得、下式で計算した：ｄ_h＝（ｄＱ／ｄＰ）／Ａ単位は、Ｃ／Ｎである。ここで、Ａは電極面積（ｍ²）
である。

【００３３】製造例以下の工程により、図９に示す構造の積層板状圧電素子
を得、更にこれから円筒状圧電素子を作成した。

【００３４】まず、ＶＤＦ／ＴｒＦＥ（７５／２５モル
比）共重合体（呉羽化学工業（株）製）をダイス温度２
６５℃でシート押出しし、１２５℃で１３時間の熱処理
後、６０Ｖ／μｍの電界下、１３８℃での保持時間５
分、昇降時間を含めて全１時間の分極処理を行ない、厚
さ５００μｍのポリマー圧電体フィルムを得た。

【００３５】該ポリマー圧電体フィルムの一面に３０℃
のアセトンを塗布し３０秒間保持後、３００メッシュ
（綾織り、目開き４５μｍ、線径４０μｍ、開口率２
７．８％）の燐青銅製金網を置き、これらを、温度９０
℃、圧力５０ｋｇ／ｃｍ²、時間２分の条件で圧着し
て、ポリマー圧電体フィルムの表層に金網を埋入させ
た。

【００３６】このように処理したポリマー圧電体フィル
ムを適当な寸法に裁断して、それぞれ一面に金網を埋入
させた一対のポリマー圧電体フィルム１ａ、１ｂを形成
し、これらフィルムの金網埋入面と逆側の面に粒度＃２
２０のアルミナ系研磨剤を空気圧力４．０Ｋｇ／ｃ
ｍ²、距離１５ｃｍの条件でサンドブラストして粗面化
した後、ＳＢＲ系接着剤７（住友スリーエム（株）製
「４６９３スコッチグリップ」、溶剤１，２−ジクロロ
エタン中に１０〜２０％濃度として調製）を塗布した。
次いで、これらポリマー圧電体フィルム１ａ、１ｂの接
着剤７塗布面間に厚さ３５μｍの銅箔を挾持し、全体を
予熱：９０℃−４分間、加圧：９０℃−４分間−１５０
Ｋｇ／ｃｍ²の条件で圧着した後、幅４６ｍｍ、長さ９
０ｍｍに切断して、図９に断面構造を示す積層板状圧電
素子１０ｅを得た。得られた積層圧電素子の二層１ａ、
１ｂの静水圧圧電ひずみ定数ｄ_hはいずれも１２．８ｐ
Ｃ／Ｎであった。

【００３７】別途、図１３に示すように内径１６ｍｍφ
の円筒状内面を有する二つ割りの金型１０１ａ、１０１
ｂと中子１０２を用意して、外径１４ｍｍφの中子１０
２に前記で得られた板状圧電素子１０ｅを捲き付けた後
金型１０１ａ中にはめ込み、更に残りの金型１０１ｂを
かぶせた後ボルト穴１０３により両金型１０１ａ、１０
１ｂを結合した。

【００３８】次いで、金型を７０℃の乾燥機に入れて１
２時間保持し、熱固定して、概ね円筒状の圧電素子を得
た。次いで、該圧電素子を取り出し残る円筒のギャップ
ｄ＝１．２ｍｍにエポキシ系接着剤（アラルダイトＡＷ
１０６（樹脂）：ＨＶ９５３Ｕ（硬化剤）＝１：１、日
本チバガイギー（株））を充填して、筒状圧電素子を完
成させた。

【００３９】得られた筒状圧電素子の静水圧圧電ひずみ
定数は、内層１ａが１１．６ｐＣ／Ｎ、外層１ｂが１
２．４ｐＣ／Ｎであり、賦形前とほとんど変化がなかっ
た。

【００４０】比較例前記製造例において、図９に相当する積層圧電素子を形
成するに際して金網電極２を埋入する代わりに中央電極
６に用いた３５μｍの箔電極を用い、粗面化したポリマ
ー圧電体フィルムに接着剤７と同じＳＢＲ系接着剤で接
着して、図９と類似する層構造であるが、両表面電極が
銅箔電極からなる積層圧電素子を得た。

【００４１】この積層圧電素子を用いて上記製造例と同
様に金型と中子を用い、７０℃、１２時間の熱固定によ
る円筒化を試みたが、外側電極の切断が起り、賦形は不
可能であった。

【００４２】

【発明の効果】上述したように、本発明によればポリマ
ー圧電体フィルムの表層に多孔シート状電極を埋入して
得られる板状圧電素子の、適度な剛性、賦形性、自己形
状保持性を利用することにより、ポリマー圧電体の好ま
しい特性を維持し、且つ送受波特性上好ましい筒状ない
し曲面形状を有する圧電素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の筒状圧電素子の一実施例の半径方向断
面図。

【図２】本発明で用いる板状圧電素子の一例の平面図。

【図３】図２のＩＩ−ＩＩ線に沿って取った断面図。

【図４】板状圧電素子の別の一例の平面図。

【図５】図４のＩＶ−ＩＶ線に沿って取った断面図。

【図６】板状圧電素子の更に別の一例の平面図。

【図７】図６の素子側面図。

【図８】多層構成型とした板状圧電素子の断面図。

【図９】多層構成の板状圧電素子の別の例の断面図。

【図１０】本発明の筒状圧電素子の他の一例の斜視図。

【図１１】本発明の多重構造の筒状圧電素子の一例の半
径方向断面図。

【図１２】本発明の曲面化圧電素子の一例の半径方向断
面図。

【図１３】本発明の筒状圧電素子の製造例における賦形
工程を説明するための金型模式断面図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ：ポリマー圧電体フィルム２、２ａ、２ｂ、２２、３２：メッシュ状多孔シート状
電極３、３ａ、３ｂ、３ｃ：リード線または端子接続部４：接着剤１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ：板状
圧電素子１２：透孔を穿った多孔シート状電極５０ａ、５０ｂ、５０ｃ：本発明の筒状圧電素子５０ｄ：本発明の曲面化圧電素子１０１ａ、１０１ｂ：二つ割りの金型半体１０２：中子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭62−103398（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−82693（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリマー圧電体フィルムまたはシートの
表層に多孔シート状電極が埋入されてなり塑性変形性を
有する板状圧電素子をある中心軸のまわりに捲回して筒
状としてなる筒状圧電素子。
【請求項２】少なくとも一方の面に絶縁被覆が施され
た前記板状圧電素子をある中心軸のまわりに多重に捲回
して筒状としてなる請求項１に記載の筒状圧電素子。
【請求項３】ポリマー圧電体フィルムまたはシートの
表層に多孔シート状電極が埋入されてなり塑性変形性を
有する板状圧電素子をある中心軸に対応する曲面形状に
賦形してなる曲面化圧電素子。
【請求項４】前記中心軸近傍が中空である請求項１〜
３のいずれかに記載の圧電素子。