JPH0462984A

JPH0462984A - 樹脂系圧電素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0462984A
Application number: JP2175042A
Authority: JP
Inventors: Morihito Nakada; 守人中田
Original assignee: Toyo Kako Co Ltd
Current assignee: Toyo Kako Co Ltd
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1992-02-27
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JP2971916B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、高分子または高分子とセラミックスとの複
合材（以下単に複合材と称する）を使用した樹脂系圧電
素子の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ある物質に圧力を加えると、一定の方向に誘電分極、つ
まり一方の端に正の電荷が、他方の端に負の電荷が現わ
れる圧電効果を利用して、圧力によって表わされる機械
的信号を電気的信号に変換する圧電型感電素子は、例え
ば、ロボッ１〜のマニピユレータ部の把持力検出、ある
いは高音用スピーカ、さらには医用超音波探触子等、近
年に至って種々の用途に用いられるようになってきた。

圧電材料としては、セラミックスや高分子、あるいはそ
の複合材が使用され、セラミックスとしては、ＰＺＴ、
　ＺｎＯ１水晶、ＢａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３等が挙げ
られる。

また、高分子圧電材としては、ポリフッ化ビニリデン（
ＰＶＩ）Ｆ）、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンの
共重合体（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、フッ化ビニリデンと四
フッ化エチレンの共重合体（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）、なら
びにシアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体（ＶＤ
ＣＮ／ＶＡ）等が知られている。

ところで、これらＰＶＤＦ等の高分子圧電材はその耐熱
性が１１０°Ｃ前後と低く、熱可塑性樹脂であり、分子
配列が直鎖状であるため、他の物質との接着性が極めて
悪く、このことが圧力を電気信号として検出する時の電
極形式の上で大きな障害となっていたが、本出願人らに
おいてこの問題は解決した（特願昭６２−２２３７２２
号）。

一方、他の物質との接着性が良く、電極の形式などが比
較的容易な高分子としては、エポキシ樹脂やフェノール
樹脂などの熱硬化性樹脂があるが、これらの樹脂のほと
んどは非品性であるため、高電界を印加して双極子の分
極配向操作を行なっても圧電性を示さない。従って、こ
れら熱硬化性高分子を出発原料とした高分子圧電材の開
発は、現在の所、皆無である。

しかし、この点についても、本出願人らにおいて解決し
たので（同じく特願昭６２−２２３７２２号）、高分子
を圧電材に有効に利用することができる。

圧電素子は、−船釣に圧電体の上面に上部電極を、下面
に下部電極をそれぞれ形成し、画電極をそれぞれリード
電極で被覆したサンドインチ構造となっている。

従来、製造方法については、圧電体に高分子や複合材を
材料として使用する場合、その材料をテフロン板上等で
硬化させてから、両面に導電塗料で電極を付け、その圧
電素子を対象物としての基板に接着している。

〔発明が解決しようとする課題〕

圧電素子の感度特性を高めるためには、素子の接着面を
凹凸のない均一な面にする必要があるので、セラミック
スの場合であると、焼き上がったセラミックス素材は、
種々の方法によって研磨される。例えば、ラップ盤と呼
ばれる方法においては、試料に荷重を与えて回転しなか
ら砥粒で研磨を行う。砥粒としてはカーボランダムを水
または水溶性の油、あるいは普通の油等に浸して用いる
。

高分子素子の場合であると、フレキシブルであること、
大面積化や薄膜化が可能である等の利点を有するが、そ
の利点を出すためには研磨に適しないことになるため、
所望の感度特性が得られないことになる。

複合材の場合においても、同じようにフレキシブルで、
大面積、薄膜のものを製造することは可能であるが、そ
うすると研磨に適しないことになり、微小ではあるが不
均一な面になることは避けられず、基板に対する接着面
の不均一なことが製品の感度特性に影響を及ぼしていた
。

また、面積の大きい薄膜状（０，５＋ｎｍ程度）のもの
を製造することは可能であるが、面積を大きくすれば、
それだけ破れやすいため、素子を基板に接着する等の作
業工程に当たっては極めて取り扱いにくく、これが量産
の障害となっていた。

この発明は、上記のような実情に鑑みて、圧電素子を大
面積の薄膜に形成しても、基板に対する接着面を密着性
が良好で均一になし得るばかりでなく、作業工程におい
て破れるおそれのない樹脂系圧電素子の製造方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、種々実験と研究を重ねた
結果、基板上の一端部にリード電極を形成すれば、基板
上に材料を塗布するだけで圧電素子の形成が可能である
ことを見い出し、この発明を完成するに至った。

すなわち、この発明は、基板の大部分を主部として、一
端部を付属部として仮想的に区分けし。

主部の上面に下部電極、圧電体、上部電極をそれぞれの
材料を順次塗布して形成するとともに、付属部上面に下
部電極のリード電極と上部電極のリード電極とを、それ
ぞれ下部電極と上部電極との同一材料塗布作業により形
成するものである。

〔作　　用〕

樹脂系圧電素子の製造方法を上記のように構成したから
、基板の上に下部電極、圧電体、上部電極の材料を順次
塗布するだけで圧電素子が形成される。

基板はある程度の厚みを有しているので、研摩等の手段
によってその表面を均一にすることは可能である。この
基板の上面に材料の塗布によって圧電素子を形成するの
であるから、圧電素子と基板との接着は密であることは
勿論、接着面は均一となる。

また、圧電素子を形成したものを基板に接着するのでは
ないので、製造工程において圧電素子が破れるというよ
うな不都合は全くない。

材料の塗布手段は密着性および均一性が得られるならば
その手段を特に問うものではなく、単なる塗布手段に限
られなく、例えば、蒸着手段、静電塗装、スクリーン印
刷等の手段を採ることができる。

〔実施例〕

次に、この発明を実施例の図面に基づいて説明する。

第１図は作業工程を矢印および■〜■の符号で表示して
順次説明したもので、その順に説明する。

■基板１にはガラスエポキシ樹脂を使用し、その表裏両
面を研摩する。この基板１を二点鎖線で示すように、仮
想的に主部２と付属部３に区分けし、大部分を主部２と
して、一端部に付属部３を設ける。

主部２には下部電極として巾広く陽電極４を、付属部３
の一側端部には陽電極４のリード電極５を連続して形成
し、その形成については、銀導電材料をスクリーン印刷
で塗布する。

■陽電極４の上面に圧電体６をスクリーン印刷により形
成する。

その圧電材料には、樹脂とセラミックスとの複合材料を
使用し、樹脂にはエポキシ樹脂を使用し、これに硬化剤
と促進剤とを混入する。また、セラミックスにはチタン
酸鉛４８ｍｏ１％、ジルコン酸鉛５２ｍｏ１％のものを
使用する。

この圧電材料の塗布が終ってから、その硬化前に真空脱
泡することにより表面の均一化を図る。

■圧電体６より食み出ている陽電極４を次の陰電極８か
ら絶縁するために、熱硬化型エポキシ樹脂を塗布する。

この絶縁層７は、主部２の表裏両面にわたって被覆状に
形成するとともに、」二面において圧電体６の窓ロアａ
を形成する。なお、この絶縁層７は省くことが可能であ
る。

■主部２に上部電極としての陰電極８を、付属部３には
陰電極８のリード電極９を導電材料の塗布により一体に
形成する。窓ロアａがあるので、この場合はスクリーン
印刷には適しない。

■付属部３において上記の如く形成した陽電極４のリー
ド電極５と陰電極８のリード電極９とにシールド線５ａ
、９ａを接続する。この接続には銀ペーストの導電接着
剤を使用する。

■陰電極８の保護のために、主部２の表裏両面にわたっ
て絶縁層１０を形成する。これは熱硬化型エポキシ樹脂
の塗布により行う。

■電磁波対策として主部２と付属部３に銀導電塗料を表
裏にわたって塗布することによりシールド層１２を形成
する。しかし、両リード電極５、９間の絶縁のために、
一方のリード電極５の箇所を欠除しておく。

■全体に熱硬化型エポキシ樹脂を塗布することによりコ
ーティング層１３を形成する。

■シールド線５ａ、９ａを介して分極処理を行う。

第２図は、上記の工程で製造した圧電素子製品の断面構
造を示したもので、基板１の上に下部電極４と圧電体６
と上部陰電極８とからなる圧電素子が形成される。しか
も、リード電極５、９が付属部３に形成されており、前
記のようにシールド線５ａ、９ａの接続が可能である。

なお、圧電体６の厚みについては、０．２ｗｙｎ〜５圃
程度とすることが望ましい。

以上は圧電体６に複合材を使用した場合であるが、高分
子材料を使用した場合にも同様に実施することができる
。

一般に、高分子圧電材において圧電性高分子とするため
には分子内にメチレン基、アミノ基もしくはカルボニル
基を有することが望ましく、かつこれらの基が直鎖状に
配列し、さらに結晶性を有することが望ましい。

従って、エポキシ樹脂を出発原料として熱硬化性高分子
圧電材を開発する場合は、エポキシ樹脂と反応させる物
質としてメチレン基、アミノ基及びカルボニル基を有す
るものが良く、特にメチレン基を多数持ち、これらの基
が直鎖状に配列している必要がある。また、エポキシ樹
脂との高分子化反応の観点からエポキシ樹脂と反応させ
る物質の分子内にはベンゼン環を有することが望ましい
。

さて、前記エポキシ樹脂とポリテトラメチレンオキシド
−ジーＰ−アミノベンゾエートとを反応させた硬化組成
物はほとんど圧電性を示さない。

圧電性を示さない主たる原因は、非品性であることによ
る。従って、これらの硬化組成物に結晶性を付加するた
めには、架橋剤を添加する必要がある。

架橋剤としては、一般にエポキシ樹脂用の硬化剤、硬化
促進剤及びラジカル反応開始剤等を使用することが出来
るが、特に、イミダゾール誘導体（イミダゾール系化合
物）及びピリジン誘導体（ピリジン系化合物）の混合物
を使用することが望ましい。ここで、イミダゾール誘導
体もしくはピリジン誘導体をそれぞれ単独で架橋剤とし
て使用した場合は結晶性組成物の形成は困難である。従
って、エポキシ樹脂とポリテトラメチレンオキシドジー
Ｐ−アミノベンゾエートとを反応させた硬化組成物に結
晶性を付加する架橋剤には、イミダゾール誘導体とピリ
ジン誘導体とを混合したものを用いる必要があり、この
種の架橋剤を添加することにより、１６０°Ｃ，１時間
程度の硬化条件で硬化組成物が得られる。このようにし
て得られた組成物は多結晶性（微結晶性）の硬化組成物
であることをＸ線回折により確認している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、基板の大部分
を主部として、一端部を付属部として仮想的に区分けし
、付属部上面に陽電極のリード電極と陰電極のリード電
極を形成するので、主部の上面に陽電極、圧電体、陰電
極とを材料の塗布によりリード電極と同時に形成するこ
とが可能となったもので、基板との密着性が良好で接着
面を均一になし得るため、感度特性の高い圧電素子製品
を製造し、品質の均一化を図り得る。また、従来の方法
のように、圧電素子が作業工程中に破れるというような
不都合が全くないため、非常に広い面積の圧電素子製品
の製造に適し、面積の広狭に制約がないので、樹脂系圧
電素子の用途が非常に広くなり、例えば、広い圧電シー
トの製造を可能にする等の優れた効果がある。

また、両方のリード電極が下部電極と上部電極との形成
と同時に形成され、その作業工程が省かれることになる
から、作業能率の向上を図ることができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面は一実施例を示し、第１図は作業手順の説明図、第
２図は圧電素子製品の断面説明図である。１・・・基板　　　２・・・主部　　　３・・・付属部
４・・・下部電極としての陽電極　５・・・リード電極
６・・・圧電体　　８・・・上部電極としての陰電極９
・・・リード電極

Claims

【特許請求の範囲】

１）基板の大部分を主部として、一端部を付属部として
仮想的に区分けし、主部の上面に下部電極、圧電体、上
部電極をそれぞれの材料を順次塗布して形成するととも
に、付属部上面に下部電極のリード電極と上部電極のリ
ード電極とを、それぞれ下部電極と上部電極との同一材
料塗布作業により形成することを特徴とする樹脂系圧電
素子の製造方法。