JP4776014B2 - ニードル型ハイドロフォンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はニードル型のハイドロフォンに関する。

ニードル型のハイドロフォンに関して測定感度の高いハイドロフォンを提供することにある。

従来のニードル型のハイドロフォンの一例を図３に示す。図３における符号において当該発明の説明に用いる符号と重なる場合は同等の符号を用いて説明している。

図３においてニードル型のハイドロフォン１００は例えば直径１ｍｍφからなるシグナル電極１０１に予めポーリングをした共重合体膜を例えば０．５ｍｍφに切り出した共重合体膜１０２をシグナル電極１０１の端部に接着する。その上をグランド電極の機能も兼ねる保護膜１０３で覆いニードル型ハイドロフォン１００としていた。

当該ニードル型ハイドロフォンの製作過程においては、下記の様な製造上の問題があった。一つは、共重合体膜を０．５ｍｍφに切り出す作業、一つは、直径１ｍｍφからなるシグナル電極の端部に０．５ｍｍφに切り出された共重合体膜１０２を中心点の位置合わせをおこない接着するという作業があり困難を供していた。

特開平７年 ０６６４６７号 特開平７年 ２７４２７９号

特開平７年０６６４６７号に記載されている様に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を延伸して得られるβ型と呼ばれる圧電性微結晶からなる膜をポーリングして圧電膜が得られることはよく知られている。また、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体膜［Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）］、およびフッ化ビニリデンと四フッ化エチレンとの共重合体膜［Ｐ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）］は共重合比が適切な範囲の場合にはβ型結晶が得られ、未延伸膜でもポーリングによって大きな圧電性を発現できることが知られている。この圧電効果は結晶中の分子鎖の双極子がポーリング電場で協同的に分子鎖の回転を通して配向し、膜がその厚さ方向に関して分極することによっている。上記共重合体膜を用いているので、高感度であり、従来のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に比べ２〜３倍の感度が得られることが知られている。

また、未ポーリングの上記［Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）］膜は、対象物の一例である水の音響インピーダンスに近いので、トランデューサーに用いられる。すなわち、あまりに水と音響インピーダンスのかけ離れた材料を用いると内部に超音波が伝わらずに反射してしまう結果となるからである。

しかし、従来技術に於けるニードル型のハイドロフォンの構成は、あらかじめ上記共重合体膜にポーリングにより圧電性を付与し、ポーリング済みの共重合体膜を構成上の所定の寸法、形状に切り出しそれをシグナル電極の先端に接着し、さらに、その上に保全の為に保護膜によって覆っていた。

切り出した前出の膜を１．０ｍｍφの電極の中心（付近）に位置を合わせて０．５ｍｍφという非常に小さな膜をシグナル電極の先端部に位置して接着するのは非常に困難であった。

また、該膜を０．５ｍｍφの円形に切り出して（治具を用いて打ちぬき方法で作成する。）いるが、真円に成形できないなど、０．５ｍｍφの面積、形状を一様に成形することが難しいという欠点があった。

そこで、当該出願の発明者の努力の結果、構成に関する発想を変えて、図２に示す様に、例えば、１．０ｍｍφのシグナル電極の端部に未ポーリングの膜を接着し、その状態で、該接着部の所定の必要部分、例えば０．５ｍｍφの面積分のみポーリングをおこなう構成のニードル型ハイドロフォンを発明した。

該新手法では、例えば０．５ｍｍφの径の金属棒で圧電性を付与する方法である為ポーリング面積、形状等の制御が容易である。

また、従来法では、あらかじめポーリングされた共重合体膜の極性すなわち該共重合体膜の裏表を間違え無い様にシグナル電極に接着する必要があるが、本発明による方法では、シグナル電極への接着後にポーリングを行う為、共重合体膜の裏表を意識する必要はなく、また、前記金属棒への印可電圧の極性によって、ポーリングの極性を任意に制御できるという特徴も発揮できる。

本願発明のニードル型ハイドロフォンの製造方法は、シグナル電極上に、ポーリングにより圧電性を付与可能な共重合体膜を接着した後に、該共重合体膜と前記シグナル電極との接着部の少なくとも一部分にのみポーリングにより圧電性を付与し、その後に前記共重合体膜の前記シグナル電極と接触する側とは反対側の表面にグランド電極として機能する金属蒸着を施すことを特徴とする。

上述の様に、ニードル型ハイドロフォンの構成において、シグナル電極へ共重合体膜を接着した後に所定の必要部分のみにポーリングをおこなうため、今まで例えば０．５ｍｍφという予めポーリングを為した非常に小さな膜を例えば上記１．０ｍｍφのシグナル電極の端部の中心に載せて、且つ、ポーリングされた圧電膜の極性に注意して位置あわせしつつ接着するという非常に困難な作業をおこなわなくて良くなった。

つまり、本発明によれば、未ポーリングの膜を極性を気にする事無く一面に張り付け、その後ポーリングを電気的に極性も操作しておこなえるので、従来の方法に比べて非常に容易に製作ができる。

また、共重合体膜自体がグランド電極を兼ねることから保護膜が不要となり、対象物と直接接触させることも可能となる為、測定感度向上の効果が得られる。

ニードル型ハイドロフォンの測定エレメントのシグナル電極の先端を包むように、表面に金（Ａｕ）蒸着をおこない電極を形成した未ポーリングのフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体膜［Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）］を張り、シグナル電極先端の計測する範囲の構成寸法面積部分のみにポーリングをおこない計測した場合、従来のあらかじめポーリングをおこなって後貼着し、さらに保護膜を設けた場合に比べ、感度は２倍となった。

また、保護膜を設けないことにより、かつ、シグナル電極の先端にあらかじめポーリングをおこなった共重合体膜を切り出すことにより、さらに、保護膜を貼着する作業が不要となる。

図１に当該発明によるニードル型ハイドロフォン１００の外形図を示す。

まず、１．０mmφの太さのシグナル電極１０１に未ポーリングのフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体膜［Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）］１０２をシグナル電極１０１の端部を覆うように位置し、前記シグナル電極１０１を電極として、前記共重合体膜１０２を挟んで、シグナル電極１０１の端部に０．５mmφの金属棒１０４を電極として充てシグナル電極１０１と金属棒１０４を各々に電極としてポーリングをおこない、その後に共重合体膜１０２に金（Ａｕ）を蒸着し、ニードル型ハイドロフォン１００とした。

前述したように、従来のニードル型ハイドロフォンの製造過程においては、あらかじめ、ポーリング処置をおこなった共重合体膜を０．５mmφに切りだし
当該ニードル型ハイドロフォンには、従来の様に、共重合体膜１０２の上にさらに保護膜にて覆わない構成なので、保護膜による感度への影響を考慮する必要がなくなった。

従来タイプのニードル型ハイドロフォンと当該ニードル型ハイドロフォン１００を用いて、周波数毎の感度測定値をグラフ化した。

図２に、新型及び従来型ニードル型ハイドロフォンの性能比較表を表した。結果としては、概ね、各周波数ごとにそれぞれ約２倍の感度を得られるニードル型ハイドロフォン１００を得た。

従来からニードル型ハイドロフォンは、例えば、対象物から発する超音波や衝撃波を検出してそれらの圧力を測定するなどに応用されている。本発明により従来よりも一層高い感度が得られるニードル型ハイドロフォンを容易に且つ安定的に製造することができる様になったことにより、益々、医療への応用、精密部品のあらゆる測定の分野に活用の可能性を秘めていると云える。

本発明に基くニードル型ハイドロフォンを表す図。 本願に基くおよび従来型のニードル型ハイドロフォンの感度性能比較を表す図。 従来のニードル型ハイドロフォンの構成を表す図。

符号の説明

１００ ニードル型ハイドロフォン
１０１ シグナル電極（本願においてポーリング時の電極としても用いる。）
１０２ 共重合体膜
１０３ 保護膜
１０４ 金属棒（本願においてポーリング時の電極としても用いる。）

Claims (1)

1. シグナル電極上に、ポーリングにより圧電性を付与可能な共重合体膜を接着した後に、該共重合体膜と前記シグナル電極との接着部の少なくとも一部分にのみポーリングにより圧電性を付与し、その後に前記共重合体膜の前記シグナル電極と接触する側とは反対側の表面にグランド電極として機能する金属蒸着を施すことを特徴する、ニードル型ハイドロフォンの製造方法。

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