JPH0314058Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は、導電体膜よりなる電気素子におけ
る、製造性に優れ、且つ堅牢な接合構造を有する
電極端子構造に関する。

背景技術 近年、振動センサー、フアン、マイクロホン、
スピーカー等の用途に電気機械変換素子として、
或いは侵入検知、火災検知等の赤外線検知素子と
して、フツ化ビニリデン系樹脂等からなる高分子
圧電体膜の単層または複層（二層構成のバイモル
フに限定されず）の両面に電極膜を設けてなる膜
状ないしシート状の圧電素子（なお、本明細書に
おいて「圧電素子」の語は、上記構造を指して用
いられており、機能的には焦電素子として用いら
れるものを包含するものとする）が広く用いられ
はじめている。例えば振動センサーについては、
従来、PZT等のセラミツク圧電体膜の両面に蒸
着等により電極膜を設け、それぞれの電極膜にリ
ード線を半田付けしたものが用いられていたが、
このようなセラミツク製の振動センサーは、いた
め成形性に難があること、被検体が曲面をなす場
合には追随性が悪いため測定精度が落ること、ま
た測定可能な振動数が500Hz以下であつて、例え
ばタービン等の10KHz程度にも達する高周波振
動の測定が不可能なこと、等の不都合があるのに
対して、このような欠点のない高分子圧電素子を
用いるセンサーは、本質的に適している。

しかしながら、このような高分子圧電素子を電
気機械変換素子として使用する際の、大きな問題
点として電極からのリード線の取り出し構造が、
一般に脆くなり、振動条件下等での継続的使用に
耐え得ないということがある。例えば、最も基本
的な発想として、上記セラミツク製の振動センサ
ーについて説明したのと同様に、高分子圧電体膜
上に設けた電極膜にリード線を半田付けするの
は、高分子圧電体膜自体が熱により劣化するので
不適当である。また、半田の代わりに、金属粉、
カーボン粉末等を各種樹脂バインダーに分散させ
てなる導電性接着剤を用いて、リード線を電極膜
に接合することも考えられる。しかしながら、こ
のような導電性接着剤も、比較的脆く、振動セン
サー等の電気機械変換素子としての使用において
加わる継続的振動には、とても耐え得ないのであ
る。

この様な電極からのリード線の取り出し構造が
脆い原因は、高分子電気素子、とりわけフツ素系
高分子電気素子が、他の材質に対し相溶性に乏し
く、それによる接着性のないことに起因すると考
えられている。そのため機械的にリード線の取り
出し構造を堅牢とする工夫が必要となるが、圧電
素子は微小な形状で用いられることが多く、その
リード線の取り出し構造も微小でなければなら
ず、且つ生産性に優れるものでなければならな
い。このような理由により、本考案者等は、今迄
多数の発明・考案を重ねるも、高分子電気素子に
対する満足なリード線の取り出し構造を得るに至
つていなかつた。

上述の事情は、圧電素子以外の高分子電気素子
からのリード線の取り出し構造についても該当す
る。例えば、フツ化ビニリデン系樹脂の様な誘電
率の大きい高分子膜は、コンデンサーとしても有
用であり、電極引出し端子（タブ）挿入型巻取り
コンデンサーとして構成されることが多いが、こ
の場合には、比較的大きい誘電損失による自己発
熱により、巻取られたフイルムが熱膨張し、タブ
とフイルムの接触部位の電極面との摩擦を生じ、
蒸着電極を損なうという問題もある。また、セラ
ミツクス圧電体の場合においても半田付けという
自動化しにくい手段の代わりに自動化されやすい
電極素子構造体が要求されている。

本考案者らは、上述した問題点が、導電性ゴム
層と金属層との積層体からなる電極端子を用いる
ことにより効果的に解決されることを知見して、
既に一つの電極端子構造体を提案している（実願
昭60−105612号）。すなわち、その高分子膜より
なる電気素子の電極端子構造体は、「高分子膜の
少なくとも片面に電極膜を設けてなる電気素子
と、該電極膜に接する電極素子とからなり、該電
極素子が、前記電極膜に接する導電性ゴム層と金
属薄膜層とからなること」を特徴とするものであ
る。

上述の電極端子構造体は、通常の場合は、満足
なものであるが、場合によつては、良好な電気特
性が得られないことが判明した。例えば高分子膜
よりなる圧電素子からバイモルフ・フアンを構成
するような際には、圧電素子を４〜６層以上積層
して、個々の圧電素子に入力する電気入力が小さ
くとも全体として大きな機械的出力が得られるよ
うにすることが望ましい。このような際には、各
圧電素子が薄いことが要求されるのは勿論である
が、これに対応して各圧電素子間に挿入されるべ
き電極端子も薄く、また構成要素としての導電性
ゴム層も数百μm以下というように薄くなる。こ
のような場合、圧電素子間に固定し且つ圧電素子
から比較的小さな距離で突出した電極端子の舌片
に半田付けによりリード線を取付けるに際して
は、その半田付けの熱が、電極端子ならびにその
導電性ゴム層を通して高分子膜からなる圧電素子
に伝わり、特に電極端子との接合部の周囲の圧電
素子の収縮劣化による短絡が少なからず起る。こ
の結果、４層〜６層の圧電素子の積層によるバイ
モルフの出力が２〜４層分あるいはそれ以下に低
下することになる。上述した問題は、予めリード
線を半田付けした電極端子を圧電素子と接合すれ
ば、回避できるが、この際には、予め前述したよ
うに構成した電極端子構造体にリード線のみを半
田付けする場合に比べて、全体として著しい工程
の繁雑化を招く。

考案の目的 本考案は、上述した実願昭60−105612号にかか
る電極端子構造体の改善にかかり、特に薄い高分
子膜の積層構造からなる電気素子についても、製
造性に優れ且つ堅牢な接合構造の電極端子構造体
を提供することを目的とする。

考案の概要 本考案者等が更に研究した結果、上述の目的の
達成のためには、上述した先の技術においては、
それ自体で電極端子として用いられていた導電性
ゴム層と金属薄板層とからなる導電性積層体の、
電気素子との非積層部を圧着端子で挾持する構造
をとることが効果的であることが見出された。

本考案の電極端子構造体は、上述の知見に基づ
くものであり、より詳しくは、高分子誘電体膜の
少なくとも片面に電極膜を設けてなる電気素子
と、該電気素子の縁部近傍においてその電極膜に
接する導電性ゴム層とからなり且つ前記電気素子
との積層部と非積層部とを有する導電性積層体
と、該導電性積層体と電気素子との積層部を全体
として固定する治具と、該導電性積層体の前記電
気素子との非積層部において導電性積層体の少な
くとも金属薄板層を挾持する形態で圧着された圧
着端子とからなることを特徴とするものである。

以下、本考案を実施例について図面を参照しつ
つ更に詳細に説明する。

実施例 第１図は、本考案の一実施例にかかる６層の帯
状圧電素子を接合してなるバイモルフ・フアン用
電極端子構造体の模式積層断面図である。

第１図を参照して、このバイモルフ・フアン用
振動体10は、６層の帯状圧電素子１１〜１６を接
合してなり、この帯状圧電素子１１〜１６の個々
は、例えば圧電素子１１について第２図に示すよ
に例えば厚さが30μmである分極したポリフツ化
ビニリデン膜１１ａの両面に厚さが800Å程度の
A1蒸着膜１１ｂおよび１１ｃを設けてなる。こ
の例の電極端子構造部２０は、これら帯状圧電素
子の固定端部近傍において、導電性積層体２１〜
２７と交互に積層し、全体を例えばプラスチツク
からなる治具３１で固定してなる。これら導電性
積層体２１〜２７は、その一例として導電性積層
体２１についての積層構造を第３図に示すよう
に、例えば厚さが0.02〜0.2mm程度のCu等からな
る金属薄板層２１ａの両面に、必要に応じて設け
る接着剤層２１ｂ，２１ｃを介して、例えば10〜
300μm程度の厚さの導電性ゴム層２１ｄ，２１ｅ
を設けてなる。導電性ゴムが接着性（粘着性を含
む）を有するときは上述の接着剤層２１ｂ，２１
ｃは必要ない。接着剤層２１ｂ，２１ｃは、例え
ばポリウレタン、ポリエステル等をマトリツクス
とし、金属粉、カーボン等を分散させてなる導電
性接着剤により、１〜20μmの厚さに形成される。
他方、接着剤層２１ｂ，２１ｃ自体が導電性を有
してないときは、これら接着剤層は、電極とリー
ド線の間の導通の妨げとならないよう、部分的に
除き、圧力により金属薄板層２１ａと導電性ゴム
層２１ｄ，２１ｅとが直接接触している部位を形
成することにより、導通を得ることができる。

導電性ゴム層２１ｄ，２１ｅはゴムマトリツク
ス中にカーボン或いは金属等の導電体の別粉末ま
たは繊維を分散させてなる。ゴムマトリツクスと
してはウレタンゴム、シリコーンゴム、ニトリル
ゴム等が例示される。このうちニトリルゴムの様
に接着性があるゴムの場合には接着剤層２１ｂ，
２１ｃが不要となる。

第１図の例においては、上記した導電性積層体
２１〜２７のうち、三層２２，２４，２６を積層
し、まとめて圧着端子３２により圧接固定してな
る。この圧着端子３２に予め半田付けされたリー
ド線３３が接続されている。圧着端子３２は、偏
平な筒状金属体１３２（第４図ａ）、溝状の割り
３２を入れた偏平な筒状体（あるいはほぼ矩形な
金属板、第４図ｂ）、圧着用の舌片ないし爪３２
ｂを設けた金属板３３２（第４図ｃ）等、その形
状には任意性があるが、その圧着に関与しない部
分に半田付等によりリード線と接合するに適した
舌片３２ｃを設けておくことが好ましい。

この例においては、他方の導電性積層体２１，
２３，２５，２７も同様にまとめて別の圧着端子
（図示せず）を用いて半田付等により他方のリー
ド線３４に電気的に接続されているが、その態様
は導電性積層体２２，２４，２６の場合とほぼ同
様であるので、その図示は簡略化してある。

上記のようにして取り出したリード線３３，３
４を交流電源３５に接続すると、圧電素子１１〜
１６のそれぞれには、交互に180゜位相の異なる交
流電界が印加され、これら圧電素子を構成する高
分子圧電体膜（１１ａ・・・等）が例えば順次↑
↓↑↑↓↑の方向の分極処理を受けていると、上
半分の３層と下半分の３層とでは収縮特性が異な
り一定の電界の下では一方が伸び、他方が縮む変
形を受けるため、電界の交番とともに全体として
大きな振動出力を取り出すことができる。前述し
たように、この際圧電素子１１〜１６とそれらの
間に介挿された導電性積層体２１〜２７間に働く
剪断力は、導電性積層体２１〜２７の導電性ゴム
層（２１ｄ，２１ｅ，・・・）等により効果的に
吸収されて、電極端子構造体２０の構造的一体
性、堅牢性は確保される。また、リード線は、予
め半田付等により圧着端子３２に接合されてお
り、この圧着端子３２と導電性積層体との接合
は、電極端子構造体の構造がほぼ完成した段階
で、圧着により行なわれるので、半田付等による
圧電素子１１〜１６の劣化もなく電気特性も良好
に保たれる。

変形例 上記においては、圧電素子１０（１１〜１６）
等と、導電性積層体２１等との平面的積層形態に
ついては、特に触れなかつたが、その態様は、例
えば第５図ａ〜ｃに示すように多くの任意性があ
る。図中、Ａは圧着端子による接合部を示す。こ
の圧着端子との接合部においては、導電性積層体
２１等の導電性ゴム層２１ｄ，２１ｅ等を除いて
金属薄板層２１ａ等を露出させてもよく、また導
電性積層体片を直接圧着端子により圧着接合して
もよい。

また、導電性積層体２１等における金属薄板層
２１ａ等と導電性ゴム層２１ｄ，２１ｅ等とは、
同一平面形状であつてもなくてもよい。異形とす
る場合、どちらかと云えば金属薄板層を導電性ゴ
ム層より小面積とする方が好ましい。また特に、
このような異形の場合には、金属薄板層２１ａの
両面に設けた導電性ゴム層２１ｄ，２１ｅのいず
れか一方を除くこともできる。

上記したような導電性積層体２１等は、予め用
意しておいた広面積の導電性積層体を、必要な形
状に切り取つて用いてもよいし、予め、所望形状
に切り取つておいた金属薄板層、導電性ゴム層等
を、必要に応じて導電性接着剤等により接合する
等の手段により、その場で形成してもよい。

上記においては、本考案の好ましい実施例とし
て、多層の帯状圧電素子の接合体からなるバイモ
ルフ・フアン用の電極端子構造体の例を示した
が、本考案は、これに限らず、電極端子との間に
応力が発生し得、且つその電極端子にリード線を
接続するに際して直接半田付により熱を印加する
ことが好ましくない、高分子膜からなる電気素子
用の電極端子構造体として適用可能であり、また
単層の高分子圧電体膜を用いるモノモルフあるい
はコンデンサフイルムのような高分子誘電体膜に
ついての端子にも勿論適用可能である。

その他、圧着端子による接合が可能な限り焦電
素子の電極端子構造体にも適用可能である。

考案の効果 上述したように、本考案によれば、使用中に電
極端子との間に応力がかかり、且つ電極端子にリ
ード線を接続するに際して熱を印加することが好
ましくない形態にある高分子膜からなる電気素子
に対して、堅牢で製造性の良い電極端子構造体が
提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例にかかるバイモル
フ・フアン用電極端子構造体の模式積層断面図、
第２図は圧電素子のより詳細な積層断面図、第３
図は導電性積層体のより詳細な積層断面図、第４
図ａ〜ｃはそれぞれ圧着端子の例を示す斜視図、
第５図ａ〜ｃはそれぞれ圧電素子と導電性積層体
との積層態様の例を示す平面図である。 １０……圧電素子積層体（バイモルフ・フアン
振動体）、１１〜１６……帯状圧電素子（１１ａ
……高分子圧電体膜、１１ｂ，１１ｃ……電極
膜）、２１〜２７……導電性積層体（２１ａ……
金属薄板層、２１ｂ，２１ｃ……導電性接着剤
層、２１ｄ，２１ｅ……導電性ゴム層）、３１…
…固定用治具、３２……圧着端子（３２ｃ・・・
……リード線接合用舌片）、代表図……第１図。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 高分子誘電体膜の少なくとも片面に電極膜を
   設けてなる電気素子と、該電気素子の縁部近傍
   においてその電極膜に接する導電性ゴム層と金
   属薄板層とからなり且つ前記電気素子との積層
   部と非積層部とを有する導電性積層体と、該導
   電性積層体と電気素子との積層部を全体として
   固定する治具と、該導電性積層体の前記電気素
   子との非積層部において導電性積層体の少なく
   とも金属薄板層を挾持する形態で圧着された圧
   着端子とからなることを特徴とする電気素子の
   電極端子構造体。 ２ 前記電気素子が高分子圧電体膜の両面に電極
   膜を設けてなる膜状圧電素子である実用新案登
   録請求の範囲第１項に記載の電極端子構造体。 ３ 前記導電性積層体が、金属薄板層の両面を導
   電性ゴム層で挾持する構造を有する実用新案登
   録請求の範囲第１項または第２項に記載の電極
   端子構造体。 ４ 前記導電性積層体の導電性ゴム層と金属薄板
   層とが導電性接着剤により接合されている実用
   新案登録請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載の電極端子構造体。 ５ 前記電気素子の複数枚が、少なくともその縁
   部近傍において前記導電性積層体を介して、積
   層されてなり且つ全体として前記治具により固
   定されてなる実用新案登録請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれかに記載の電極端子構造
   体。