JP3360371B2 - 横波振動素子、表面波圧電素子および超音波トランスデューサ - Google Patents
横波振動素子、表面波圧電素子および超音波トランスデューサInfo
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- JP3360371B2 JP3360371B2 JP24063893A JP24063893A JP3360371B2 JP 3360371 B2 JP3360371 B2 JP 3360371B2 JP 24063893 A JP24063893 A JP 24063893A JP 24063893 A JP24063893 A JP 24063893A JP 3360371 B2 JP3360371 B2 JP 3360371B2
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Landscapes
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大きなずり圧電性を有
する高分子圧電体を使った、高性能の表面波圧電素子、
およびそれを用いた超音波トランスデューサに関する。
する高分子圧電体を使った、高性能の表面波圧電素子、
およびそれを用いた超音波トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】フッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共
重合体（以下Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）と略す）、および
フッ化ビニリデン／４フッ化エチレン共重合体（以下Ｐ
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）と略す）が強誘電体であり、これ
らの共重合体が伸び圧電性および厚み圧電性を有するこ
とは公知の事実である。
重合体（以下Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）と略す）、および
フッ化ビニリデン／４フッ化エチレン共重合体（以下Ｐ
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）と略す）が強誘電体であり、これ
らの共重合体が伸び圧電性および厚み圧電性を有するこ
とは公知の事実である。
【０００３】また、これらの伸び圧電性については、特
開昭５３−２６９９５号公報等に述べられている（伸び
圧電性の定義については後述）。また、特開昭５９−２
３６７８号公報、特開昭６２−４２５６０号公報等に述
べられているように、これらの厚み圧電性を利用した装
置としては、超音波トランスデューサがある。高分子特
有の良好な性質を利用して、無機材料にはない、大口径
のものや１μｍ以下の薄膜を使用した高周波のトランス
デューサが開発されている。
開昭５３−２６９９５号公報等に述べられている（伸び
圧電性の定義については後述）。また、特開昭５９−２
３６７８号公報、特開昭６２−４２５６０号公報等に述
べられているように、これらの厚み圧電性を利用した装
置としては、超音波トランスデューサがある。高分子特
有の良好な性質を利用して、無機材料にはない、大口径
のものや１μｍ以下の薄膜を使用した高周波のトランス
デューサが開発されている。
【０００４】以上のように種々の応用が展開されている
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）およびＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）
であるが、これまでに、伸び圧電性と厚み圧電性以外の
全く異なった成分である、ずり圧電性（剪断方向の圧電
性）に関しては、その性能が明らかにされておらず、こ
の性質を利用した素子は開発されていない。
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）およびＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）
であるが、これまでに、伸び圧電性と厚み圧電性以外の
全く異なった成分である、ずり圧電性（剪断方向の圧電
性）に関しては、その性能が明らかにされておらず、こ
の性質を利用した素子は開発されていない。
【０００５】一方、表面波素子についてみると、セラミ
ック材料が応用されているものには、ずり圧電性を利用
しているものがある。高分子材料中では、唯一、フッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）で表面波素子の実験例の報告
（ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｐ．
５１１（１９７９））があるが、効率が悪く、実用には
至っていない。Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）やＰ（ＶＤＦ−
ＴｅＦＥ）について表面波素子の報告例はない。
ック材料が応用されているものには、ずり圧電性を利用
しているものがある。高分子材料中では、唯一、フッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）で表面波素子の実験例の報告
（ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｐ．
５１１（１９７９））があるが、効率が悪く、実用には
至っていない。Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）やＰ（ＶＤＦ−
ＴｅＦＥ）について表面波素子の報告例はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ずり
圧電性の大きいＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）および／又はＰ
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）膜を用いることによって、高効率
の横波振動素子を提供することにある。そして、この横
波振動素子の具体的な実施態様として、表面波素子、及
び、超音波トランスデューサを提供することにある。
圧電性の大きいＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）および／又はＰ
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）膜を用いることによって、高効率
の横波振動素子を提供することにある。そして、この横
波振動素子の具体的な実施態様として、表面波素子、及
び、超音波トランスデューサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】大きなずり圧電性、好ま
しくはその電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）
が０．１以上の値を有する圧電体においては、そのずり
圧電性を利用して優れた横波振動素子を作製することが
できる。
しくはその電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）
が０．１以上の値を有する圧電体においては、そのずり
圧電性を利用して優れた横波振動素子を作製することが
できる。
【０００８】一方、本発明者らは、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦ
Ｅ）および／又はＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）を用いて、そ
のずり圧電性の電気機械結合定数が０．１以上である圧
電膜を得ることに成功した。
Ｅ）および／又はＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）を用いて、そ
のずり圧電性の電気機械結合定数が０．１以上である圧
電膜を得ることに成功した。
【０００９】したがって、この共重合膜を用い、そのず
り圧電性を利用して、優れた性能の横波振動素子を実現
できることを見出した。
り圧電性を利用して、優れた性能の横波振動素子を実現
できることを見出した。
【００１０】すなわち、前記目的に沿う本発明の横波振
動素子は、膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を
有する、電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）が
０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重
合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン
共重合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向に複数枚
積層、接着した後、積層体の膜面に対し垂直な方向に切
り出した薄膜を有することを特徴とするものである。
動素子は、膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を
有する、電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）が
０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重
合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン
共重合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向に複数枚
積層、接着した後、積層体の膜面に対し垂直な方向に切
り出した薄膜を有することを特徴とするものである。
【００１１】
【００１２】また、本発明に係る表面波圧電素子は、膜
厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を有する、電気
機械結合定数（ｋ 15 および／又はｋ 24 ）が０．１以上の
フッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重合体および／
又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン共重合体から
なる圧電性高分子膜を有する表面波圧電素子であって、
前記圧電性高分子膜と、その表面に形成された櫛状電極
との間に、絶縁体薄膜があることを特徴とするものであ
る。また、この圧電性高分子膜は、表面波の伝播媒体と
して高分子よりも減衰の少ない固体、たとえば、金属体
や無機の結晶体などからなる基板上に形成できるので、
さらに有利である。この場合、金属基板または絶縁体基
板上に圧電性高分子膜を形成し、上記同様の櫛状電極を
形成してもよい。そして、上記圧電性高分子膜と櫛状電
極との間には、上記の如く絶縁体薄膜を設けることがで
きる。
厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を有する、電気
機械結合定数（ｋ 15 および／又はｋ 24 ）が０．１以上の
フッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重合体および／
又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン共重合体から
なる圧電性高分子膜を有する表面波圧電素子であって、
前記圧電性高分子膜と、その表面に形成された櫛状電極
との間に、絶縁体薄膜があることを特徴とするものであ
る。また、この圧電性高分子膜は、表面波の伝播媒体と
して高分子よりも減衰の少ない固体、たとえば、金属体
や無機の結晶体などからなる基板上に形成できるので、
さらに有利である。この場合、金属基板または絶縁体基
板上に圧電性高分子膜を形成し、上記同様の櫛状電極を
形成してもよい。そして、上記圧電性高分子膜と櫛状電
極との間には、上記の如く絶縁体薄膜を設けることがで
きる。
【００１３】また、本発明に係る超音波トランスデュー
サは、膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を有す
る、電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）が０．
１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重合体
および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン共重
合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向に複数枚積
層、接着した後、積層体の膜面に対し垂直な方向に切り
出した薄膜と、該薄膜の上面と下面とに設けられた電極
と、を有することを特徴とするものから成る。
サは、膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を有す
る、電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）が０．
１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重合体
および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン共重
合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向に複数枚積
層、接着した後、積層体の膜面に対し垂直な方向に切り
出した薄膜と、該薄膜の上面と下面とに設けられた電極
と、を有することを特徴とするものから成る。
【００１４】さらに、本発明に係る高分子圧電膜の製造
方法は、膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を有
する、電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）が
０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重
合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン
共重合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向に複数枚
積層、接着し、積層体の膜面に対し垂直な方向に薄膜を
切り出すことを特徴とする方法からなる。
方法は、膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電性を有
する、電気機械結合定数（ｋ15および／又はｋ24）が
０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重
合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化エチレン
共重合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向に複数枚
積層、接着し、積層体の膜面に対し垂直な方向に薄膜を
切り出すことを特徴とする方法からなる。
【００１５】従来の技術では、もっぱら、伸び圧電性と
厚み圧電性を利用しているのみで、ずり圧電性について
は検討されておらず、いうまでもなく、ずり圧電性を利
用した用途については知られていない。
厚み圧電性を利用しているのみで、ずり圧電性について
は検討されておらず、いうまでもなく、ずり圧電性を利
用した用途については知られていない。
【００１６】ここで、伸び圧電性及び厚み圧電性なる用
語は次のとおり定義される。高分子圧電膜ではポーリン
グの方向は膜面に垂直な方向であり、この方向をＺ
（３）軸にとる。膜面内の対象軸をＸ（１）軸、Ｙ
（２）軸に選ぶ。ただし、延伸する方向を１軸とする。
この時の圧電ｅ定数の成分は数１で示される。
語は次のとおり定義される。高分子圧電膜ではポーリン
グの方向は膜面に垂直な方向であり、この方向をＺ
（３）軸にとる。膜面内の対象軸をＸ（１）軸、Ｙ
（２）軸に選ぶ。ただし、延伸する方向を１軸とする。
この時の圧電ｅ定数の成分は数１で示される。
【００１７】
【数１】
【００１８】ここで、ｅ31、ｅ32をもって示される圧電
性を伸び圧電性、ｅ33をもって示される圧電性を厚み圧
電性といい、両者は、伸縮変形と電場を結合するもので
ある。ｅ15、ｅ24で示される定数がずり圧電性で、膜に
加えられたずり変形と電場を結合させる定数である。
性を伸び圧電性、ｅ33をもって示される圧電性を厚み圧
電性といい、両者は、伸縮変形と電場を結合するもので
ある。ｅ15、ｅ24で示される定数がずり圧電性で、膜に
加えられたずり変形と電場を結合させる定数である。
【００１９】圧電性を表す定数の一つに、電気エネルギ
ーと機械エネルギーの変換効率を意味する電気機械結合
定数（ｋij；ｉｊは方向を表す。カップリングファクタ
ーとも言う。）があるが、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）やＰ
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）が大きなｋ33およびｋ31を持つこ
とはこれまでもよく知られている。例えば、Ｐ（ＶＤＦ
−ＴｒＦＥ）の厚み方向の電気機械結合定数では、高分
子中最高のｋ33＞０．３を達成している（Jpn.Appl.Phy
s., 24 ,23(1985)) 。
ーと機械エネルギーの変換効率を意味する電気機械結合
定数（ｋij；ｉｊは方向を表す。カップリングファクタ
ーとも言う。）があるが、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）やＰ
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）が大きなｋ33およびｋ31を持つこ
とはこれまでもよく知られている。例えば、Ｐ（ＶＤＦ
−ＴｒＦＥ）の厚み方向の電気機械結合定数では、高分
子中最高のｋ33＞０．３を達成している（Jpn.Appl.Phy
s., 24 ,23(1985)) 。
【００２０】ここで、ずり方向の電気機械結合定数ｋ15
は、数２のように定義される。
は、数２のように定義される。
【００２１】
【数２】
【００２２】未延伸膜の場合には、上記ｋ15はｋ24と等
しくなる。
しくなる。
【００２３】まず、本発明では、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦ
Ｅ）およびＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）膜において、大きな
ずり方向の電気機械結合定数ｋ15およびｋ24を発現させ
ることに成功した。
Ｅ）およびＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）膜において、大きな
ずり方向の電気機械結合定数ｋ15およびｋ24を発現させ
ることに成功した。
【００２４】発現させた値は、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）
の共重合比ＶＤＦ＝０．７５の未延伸膜において、ｋ15
＝０．２（温度；２００Ｋ）で、実質的にｋ15＝ｋ24で
あった。この値は、ＰＶＤＦのｋ31よりも大きく、ＰＶ
ＤＦのｋ33と同程度の大きな値であることが分かった。
そこで、これを用いて、効率のよい表面波素子、及び、
超音波トランスデューサが実現できたものである。
の共重合比ＶＤＦ＝０．７５の未延伸膜において、ｋ15
＝０．２（温度；２００Ｋ）で、実質的にｋ15＝ｋ24で
あった。この値は、ＰＶＤＦのｋ31よりも大きく、ＰＶ
ＤＦのｋ33と同程度の大きな値であることが分かった。
そこで、これを用いて、効率のよい表面波素子、及び、
超音波トランスデューサが実現できたものである。
【００２５】次に、ずり圧電性を有効に利用する効率の
よい表面波素子の作用について説明する。ずり変形によ
って生じた電荷は膜面に平行に生じ、進行方向に対して
垂直な振動を持つ横波である。このような横波振動素子
を表面波素子として利用するには次のような構成によ
る。
よい表面波素子の作用について説明する。ずり変形によ
って生じた電荷は膜面に平行に生じ、進行方向に対して
垂直な振動を持つ横波である。このような横波振動素子
を表面波素子として利用するには次のような構成によ
る。
【００２６】Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）および／又はＰ
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からなる圧電性高分子膜の表面
に、金属からなる櫛状電極を形成した。分極した圧電膜
表面に金属をフォトリソグラフィ、エッチング等により
櫛状に形成し電極とした。ここで、櫛状電極の材質は、
通常よく用いられている金属で、例えばアルミニウムな
ど、エッチングできる材質ならば何でもよい。櫛状電極
間に交流電圧を印加して、素子を駆動させると、効率の
よい表面波が発生する。
（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からなる圧電性高分子膜の表面
に、金属からなる櫛状電極を形成した。分極した圧電膜
表面に金属をフォトリソグラフィ、エッチング等により
櫛状に形成し電極とした。ここで、櫛状電極の材質は、
通常よく用いられている金属で、例えばアルミニウムな
ど、エッチングできる材質ならば何でもよい。櫛状電極
間に交流電圧を印加して、素子を駆動させると、効率の
よい表面波が発生する。
【００２７】さらに、金属基板または絶縁体基板上に、
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）および／又はＰ（ＶＤＦ−Ｔｅ
ＦＥ）からなる圧電性高分子膜を形成し、その表面に金
属からなる櫛状電極を形成して駆動しても、効率のよい
表面波が得られた。また、Ｐ（ＶＤＲ−ＴｒＦＥ）およ
び／又はＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からなる膜と、櫛状電
極との間に、絶縁体薄膜がある場合にも、効率のよい表
面波が得られた。
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）および／又はＰ（ＶＤＦ−Ｔｅ
ＦＥ）からなる圧電性高分子膜を形成し、その表面に金
属からなる櫛状電極を形成して駆動しても、効率のよい
表面波が得られた。また、Ｐ（ＶＤＲ−ＴｒＦＥ）およ
び／又はＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からなる膜と、櫛状電
極との間に、絶縁体薄膜がある場合にも、効率のよい表
面波が得られた。
【００２８】一般に、高分子固体中では表面波の伝播減
衰が大きいので、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）および／又は
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からなる表面波素子に、減衰の
小さいセラミック、水晶などの無機材料を組み合わせて
も、有効な表面波素子として利用できることは言うまで
もない。
衰が大きいので、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）および／又は
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からなる表面波素子に、減衰の
小さいセラミック、水晶などの無機材料を組み合わせて
も、有効な表面波素子として利用できることは言うまで
もない。
【００２９】Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）やＰ（ＶＤＦ−Ｔ
ｅＦＥ）のずり圧電性は、ＰＶＤＦのように延伸あるい
は高電圧下で分極処理を施さなくても、未延伸で発現す
るため、どんな基板上にも容易に形成できる。この未延
伸で使用できる点は、ｋ33を利用した通常の超音波トラ
ンスデューサの場合と同じく、大きな利点である。さら
に、高分子の特徴を生かして、複雑な形状、大面積化や
薄膜化が容易である利点もある。
ｅＦＥ）のずり圧電性は、ＰＶＤＦのように延伸あるい
は高電圧下で分極処理を施さなくても、未延伸で発現す
るため、どんな基板上にも容易に形成できる。この未延
伸で使用できる点は、ｋ33を利用した通常の超音波トラ
ンスデューサの場合と同じく、大きな利点である。さら
に、高分子の特徴を生かして、複雑な形状、大面積化や
薄膜化が容易である利点もある。
【００３０】次に、ずり圧電性を利用した超音波トラン
スデューサについて説明する。従来のトランスデューサ
においては、厚み方向の圧電性を利用したものであっ
て、膜厚方向に分極した膜を、例えば、バッキング材に
固定し、所定の周波数（膜厚に固有）で駆動する。本発
明では、ずり圧電性の膜面方向の振動を利用するため、
次のような構造とする。
スデューサについて説明する。従来のトランスデューサ
においては、厚み方向の圧電性を利用したものであっ
て、膜厚方向に分極した膜を、例えば、バッキング材に
固定し、所定の周波数（膜厚に固有）で駆動する。本発
明では、ずり圧電性の膜面方向の振動を利用するため、
次のような構造とする。
【００３１】膜厚方向にポーリングされたＰ（ＶＤＦ−
ＴｒＦＥ）および／又はＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からな
る膜を、膜厚方向に複数枚積層し接着した後、膜面に対
し垂直な方向に薄く切り出して薄膜を得、該薄膜の上面
と下面に電極が形成された膜を用いて、超音波トランス
デューサを製作した。つまり、分極方向が面と平行にな
った膜の上面と下面に均一な電極を形成し、交流電源を
用いて駆動すると、効率のよい超音波トランスデューサ
として使用できる。
ＴｒＦＥ）および／又はＰ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）からな
る膜を、膜厚方向に複数枚積層し接着した後、膜面に対
し垂直な方向に薄く切り出して薄膜を得、該薄膜の上面
と下面に電極が形成された膜を用いて、超音波トランス
デューサを製作した。つまり、分極方向が面と平行にな
った膜の上面と下面に均一な電極を形成し、交流電源を
用いて駆動すると、効率のよい超音波トランスデューサ
として使用できる。
【００３２】以上、本発明に係る圧電性高分子膜の表面
波素子、超音波トランスデューサへの応用例を説明した
が、本発明に係る圧電性高分子膜は、もっと一般的に、
ずり圧電性を利用した装置に広く応用できることは言う
までもない。
波素子、超音波トランスデューサへの応用例を説明した
が、本発明に係る圧電性高分子膜は、もっと一般的に、
ずり圧電性を利用した装置に広く応用できることは言う
までもない。
【００３３】
【実施例】実施例１（表面波素子） フッ化ビニリデン組成０．７５モルのＰ（ＶＤＦ−Ｔｒ
ＦＥ）共重合体、ジメチルホルムアミド溶液をガラス板
に流延し、常温、減圧下で溶媒を気化させ、さらに、１
００℃の熱で溶媒を完全に気化させた。この膜の融点は
１４５℃、厚さ５０μｍであった。ガラス板からはがさ
ずに、１４０℃で熱処理結晶化させたのち、自然冷却さ
せた。膜両面にアルミニウムを蒸着して電極を設け、常
温で外部から±４．５ｋＶのピークを持つ１Ｈｚの交流
電圧（三角波）を膜の上下面に印加してポーリング処理
を施した。ポーリング処理後にアルミニウム電極は水酸
化ナトリウムで溶解剥離した。得られた圧電膜のずり圧
電性ｋ15を測定したところ、温度２００Ｋにおいて、
０．２であった。
ＦＥ）共重合体、ジメチルホルムアミド溶液をガラス板
に流延し、常温、減圧下で溶媒を気化させ、さらに、１
００℃の熱で溶媒を完全に気化させた。この膜の融点は
１４５℃、厚さ５０μｍであった。ガラス板からはがさ
ずに、１４０℃で熱処理結晶化させたのち、自然冷却さ
せた。膜両面にアルミニウムを蒸着して電極を設け、常
温で外部から±４．５ｋＶのピークを持つ１Ｈｚの交流
電圧（三角波）を膜の上下面に印加してポーリング処理
を施した。ポーリング処理後にアルミニウム電極は水酸
化ナトリウムで溶解剥離した。得られた圧電膜のずり圧
電性ｋ15を測定したところ、温度２００Ｋにおいて、
０．２であった。
【００３４】図１に、得られた圧電膜の電気機械結合定
数（カップリングファクター）ｋ15およびｋ24の特性
を、ｋ31およびｋ33の特性、および比較のためのフッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）のｋ31、ｋ33とともに示す。図
に示すように、実質的にｋ15＝ｋ24であり、温度２００
Ｋまで、ＰＶＤＦのｋ33と同程度の大きな値をもつこと
が判る。
数（カップリングファクター）ｋ15およびｋ24の特性
を、ｋ31およびｋ33の特性、および比較のためのフッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）のｋ31、ｋ33とともに示す。図
に示すように、実質的にｋ15＝ｋ24であり、温度２００
Ｋまで、ＰＶＤＦのｋ33と同程度の大きな値をもつこと
が判る。
【００３５】ｋ24またはｋ15の圧電性を横波振動子とし
て用いた、表面波素子を作る場合は、図２に示すよう
に、上記のようにして得られた圧電膜１３を基板１１上
に設け、その表面に櫛状電極１２をフォトリソグラフィ
により形成し表面波圧電素子を得た。櫛状電極間に交流
電源１４から交流電場を印加することにより、表面波を
発生させた。発生した表面波を、１０ｍｍ離して置かれ
た、櫛状電極１２′を有する別の表面波素子１５によっ
て検出器１６を介して検出した。
て用いた、表面波素子を作る場合は、図２に示すよう
に、上記のようにして得られた圧電膜１３を基板１１上
に設け、その表面に櫛状電極１２をフォトリソグラフィ
により形成し表面波圧電素子を得た。櫛状電極間に交流
電源１４から交流電場を印加することにより、表面波を
発生させた。発生した表面波を、１０ｍｍ離して置かれ
た、櫛状電極１２′を有する別の表面波素子１５によっ
て検出器１６を介して検出した。
【００３６】実施例２（超音波トランスデューサ） 実施例１の手順で膜厚９５μｍのＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦ
Ｅ）膜を得、これを８０枚積層した。接着は圧電性発現
の妨げにならないよう充分注意した。得られた厚さ１０
ｍｍのバルク状の塊を積層体の膜の膜面と垂直の方向に
薄くスライスした。こうして得られた積層圧電膜は、図
３に示すような、１０ｍｍ角で、膜厚が９０μｍの膜３
であった。この高分子圧電膜３を用いて、図４に示すよ
うな超音波トランスデューサに組み立て駆動させたとこ
ろ、４ＭＨｚに動作周波数をもっており、高効率の超音
波トランスデューサが得られた。なお、図４において、
１は支持基板、２は背面側電極、３は高分子圧電膜、４
は動作面側電極、５は保護膜、６は金属ケース、７はプ
ラスチックケース、８は導線を、それぞれ示している。
Ｅ）膜を得、これを８０枚積層した。接着は圧電性発現
の妨げにならないよう充分注意した。得られた厚さ１０
ｍｍのバルク状の塊を積層体の膜の膜面と垂直の方向に
薄くスライスした。こうして得られた積層圧電膜は、図
３に示すような、１０ｍｍ角で、膜厚が９０μｍの膜３
であった。この高分子圧電膜３を用いて、図４に示すよ
うな超音波トランスデューサに組み立て駆動させたとこ
ろ、４ＭＨｚに動作周波数をもっており、高効率の超音
波トランスデューサが得られた。なお、図４において、
１は支持基板、２は背面側電極、３は高分子圧電膜、４
は動作面側電極、５は保護膜、６は金属ケース、７はプ
ラスチックケース、８は導線を、それぞれ示している。
【００３７】
【発明の効果】本発明においては、従来応用されていな
かった高分子圧電体のずり圧電性を利用して、効率のよ
い表面波圧電素子、および超音波トランスデューサを得
ることができた。
かった高分子圧電体のずり圧電性を利用して、効率のよ
い表面波圧電素子、および超音波トランスデューサを得
ることができた。
【図１】フッ化ビニリデン／３フッ化ニチレン共重合体
０．７５モル％の電気機械結合定数と温度との関係図で
ある。
０．７５モル％の電気機械結合定数と温度との関係図で
ある。
【図２】本発明の表面波圧電素子の駆動試験の状態を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図３】本発明に係る高分子圧電膜の斜視図である。
【図４】本発明に係る超音波トランスデューサの概略構
成図である。
成図である。
１ 支持基板 ２ 背面側電極 ３ 高分子電圧膜 ４ 動作面側電極 ５ 保護膜 ６ 金属ケース ７ プラスチックケース ８ 導線 １１ 基板 １２、１２′ 櫛状電極 １３ 圧電膜 １４ 交流電源 １５ 検出用の表面波素子 １６ 検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−111281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−132514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−6598（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/193 H01L 41/26
Claims (4)
- 【請求項１】 膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電
性を有する、電気機械結合定数（ｋ15および／又は
ｋ24）が０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチ
レン共重合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化
エチレン共重合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向
に複数枚積層、接着した後、積層体の膜面に対し垂直な
方向に切り出した薄膜を有することを特徴とする横波振
動素子。 - 【請求項２】 膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電
性を有する、電気機械結合定数（ｋ 15 および／又は
ｋ 24 ）が０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチ
レン共重合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化
エチレン共重合体からなる圧電性高分子膜を有する表面
波圧電素子であって、前記圧電性高分子膜と、その表面
に形成された櫛状電極との間に、絶縁体薄膜があること
を特徴とする表面波圧電素子。 - 【請求項３】 膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電
性を有する、電気機械結合定数（ｋ 15 および／又は
ｋ 24 ）が０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチ
レン共重合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化
エチレン共重合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向
に複数枚積層、接着した後、積層体の膜面に対し垂直な
方向に切り出した薄膜と、該薄膜の上面と下面とに設け
られた電極と、を有することを特徴とする超音波トラン
スデューサ。 - 【請求項４】 膜厚方向にポーリングされた、ずり圧電
性を有する、電気機械結合定数（ｋ 15 および／又は
ｋ 24 ）が０．１以上のフッ化ビニリデン／３フッ化エチ
レン共重合体および／又はフッ化ビニリデン／４フッ化
エチレン共重合体からなる圧電性高分子膜を、膜厚方向
に複数枚積層、接着し、積層体の膜面に対し垂直な方向
に薄膜を切り出すことを特徴とする、高分子圧電膜の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24063893A JP3360371B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 横波振動素子、表面波圧電素子および超音波トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24063893A JP3360371B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 横波振動素子、表面波圧電素子および超音波トランスデューサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774407A JPH0774407A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3360371B2 true JP3360371B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=17062479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24063893A Expired - Fee Related JP3360371B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 横波振動素子、表面波圧電素子および超音波トランスデューサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3360371B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19954020C2 (de) * | 1999-11-10 | 2002-02-28 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Wandlers |
| US20110004102A1 (en) * | 2008-03-14 | 2011-01-06 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Organic piezoelectric material, ultrasonic oscillator using the same, method for producing the ultrasonic oscillator, ultrasonic probe and ultrasonic medical diagnostic imaging device |
| JP5957648B2 (ja) * | 2009-09-14 | 2016-07-27 | 株式会社イデアルスター | フッ化ビニリデンと、トリフルオロエチレン又はテトラフルオロエチレンとの共重合体とフラーレンとの混合膜及びその製造方法 |
| JP6311215B2 (ja) * | 2012-03-01 | 2018-04-18 | ヘルスセンシング株式会社 | 人存在不在検出方法及び人存在不在検出装置 |
| KR101993503B1 (ko) * | 2012-09-04 | 2019-06-26 | 요하노이움 리서치 포르슝스게젤샤프트 엠베하 | 인쇄된 압전기 압력 감지 포일 |
| KR101539050B1 (ko) * | 2014-05-12 | 2015-07-23 | 울산대학교 산학협력단 | 강유전 고분자를 이용한 초음파 변환기 |
| CN107451520A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-12-08 | 王开安 | 超声波指纹识别组件电极图案的制备方法 |
| CN107229901A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-10-03 | 王开安 | 超声波指纹识别组件及制备方法、电子装置 |
| JP7238546B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2023-03-14 | 凸版印刷株式会社 | 圧電体積層シートおよび圧電体積層シートの製造方法、圧電センサーおよび圧電センサーの製造方法 |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP24063893A patent/JP3360371B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0774407A (ja) | 1995-03-17 |
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