JPS6153898A - 電極端子取り出し構造体 - Google Patents

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】 １鉦公１ 本発明は、平面あるいは曲面への密着性を改善した高分
子圧電体膜からの電極端子の取り出し構造に関する。

引見ｌ１ 近年、振動センサー、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、フッ化ビニリデン系樹脂
等からなる高分子圧電体膜の中層または複層（バイモル
フ）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、機部的には焦電素
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等のセラミッ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
田伺けしたものが用いられていたが、このようなセラミ
ック製の振動センサーには、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以下であって、例えばタービン等
の１０　ｋ　Ｈｚ程度にも達する高周波振動の測定が不
ｎｆ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体膜を用いるセンサーは、木質
的に適している。

本発明者らは、上述した高分子圧電体膜を振動センサー
として用いる際の利点に着目し、且つその欠点の１つで
ある端子取り出し部の機械的耐久性を改善するために一
連の電極端子取り出し構造体を開発し、提案している（
実願昭５９−２９３６４号、同５９−２９３６５号、同
５９−３３０９５号、同５９−４３３７４号、同５９−
６７７２０号、同５９−６７７２１号、特願昭５９−４
３３８０号）。かくして得られた電極端子取り出し構造
体の代表的な一例には、第１図に厚さ方向断面図を示す
ような構造を有するものがある。すなわち、高分子圧電
体膜１の両面には、ＡＩ、Ｎｉ、Ｃｒ等の蒸着膜からな
る電極膜２ａおよび２ｂが設けられ、全体として振動セ
ンサーのセンサ一部をなす圧電素子１０を形成している
。電極膜２ａ、２ｂの各々には、エポキシ系樹脂、シア
ノアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系
樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、ブチラール系樹脂、
ニトリル系ゴム、クロロプレン系ゴム等からなる非導電
性接着剤あるいはこれに少量の金属もしくはカーボン等
の導電性粉末を加えた低導電性接着剤（本明細書では、
これらを総称して「非良導電性接着剤」と称する）６に
より、Ｃｕ、真ちゅう等からなる導電体リング５ａ、５
ｂを接合する。またこの導電体リングには、予め、半田
３によりリード線４ａ、４ｂがそれぞれ接続されている
。次いで、このようにして接着した導電体リング５ａ、
５ｂの開口に、バインダー樹脂中に金属粉あるいはカー
ボン粉末を分散させてなる導電性樹脂接着剤あるいは低
融点半田等（本明細書では、これらを総称して「良導電
性接着剤」と称する）７を盛って、これら導電体リング
５ａ、５ｂと、電極膜２ａ、２ｂとの導通を確保してな
る。

しかしながら、第１図に示すような構造体を振動センサ
ーとして用いるときには、振動特性を測定すべき被検体
が曲面をなしている場合には不都合は比較的少ないが、
平面である場合には、導電体リング５ｂ（または５ａ）
等の突出部の存在が、被検体との密着を妨げ、またノイ
ズ振動の発生の原因となって、測定精度を低下させるこ
とがある。また、被検体が曲面であり、例えば被検体の
面に密着して振動を測定したい場合のごとく、振動セン
サーを被検体に貼り付けて使用するような場合には不都
合である。また高分子圧電体膜をパイロセンサーとして
用いる場合にも、例えば受光窓に密着して固定し、その
裏面のみから電極リード線を取り出したい場合がある。

ト記した問題は、セラミック圧電体を用いる振動センサ
ーの場合には、却って解決が容易である。何故ならば、
この場合には、第２図に示すように、セラミック圧電体
ｌｌ自体が、その強度的要求から、例えば０．３ｍｍ程
度以上と比較的厚いために、その側壁を利用して裏面電
極１２ｂを表面へと延長し、その延長部１２ｂｂにおい
てリード線１４ｂを半田１３により接合すれば、裏面電
極１２ｂは全体として被検体との密着に利用回部となる
。しかしながら高分子圧電体膜は、例えば０．００４〜
０．０３ｍｍ程度であり、最大でも０．１ｍｍ程度と薄
く、またその薄さの故に高周波振動に対する適合性を有
するものであるため、−上記のように、裏面電極を圧電
体膜の端壁を利用し７て表面に延長することは不可能で
あると考えられていた。事実、第２図の構造において、
セラミック圧電体１１を厚さがＯ，１ｍｍ程度以下の高
分子圧電体に単純に置きかえた場合には、裏面電極１２
ｂの表面側への移行部に相当する屈曲部において裏面電
極の切断が起り、使用に耐えない。

発」Ｌの」Ｌ的 に述の事情に鑑み、本発明の主要な目的は、高分子圧電
体を、例えば振動センサー、パイロセンサー等に利用す
るに際して要求される平面あるいは曲面との密着性を改
善した高分子圧電体の電極端子取り出し構造体を提供す
ることにある。

色艶豊１１ 本発明者らの研究によれば、上記したセラミック圧電体
について用いられる第２図の構造において、セラミック
圧電体を単に高分子圧電体に置き換えることは不都合で
あるが、裏面電極１２ｂの裏面から表面側への移行部に
おいて工夫を凝らすことにより、０．１ｍｍ以下と云う
ような薄い高分子圧電体を用いる場合においても裏面電
極の切断が防１ト可能であり、高分子圧電体自体の持つ
可撓性と相候って平面あるいは曲面への密着性が飛躍的
に改善された電極端子取り出し構造体が得られることが
見出された。

本発明の電極端子取り出し構造体は、このような知見に
基づくものであり、より詳しくは、高分子圧電体の表裏
面に電極膜を設け、その表面電極膜は少なくとも前記高
分子圧電体の表面の一端部近傍を除いて設け、裏面電極
膜は該一端部を覆って前記表面電極膜と接触しない範囲
で表面へと延長させ、前記高分子圧電体の表面側におい
て表面電極およびこれと隣接する裏面電極の表面側への
延長部にそれぞれ導体を接合してなり、■、つ裏面電極
膜により覆う前記高分子圧電体の一端部は予め角取りさ
れ且つ該一端部を覆う裏面電極膜は周囲の裏面電極膜よ
りも厚肉とされていることを特徴とするものである。

以下、本発明を実施例について図面を参照しつつ更に具
体的に説明する。

支庭涜 第３図は、本発明の一実施例にかかる振動センサー用電
極端子取り出し構造体の、第２図に対応する厚さ方向模
式断面図である。この実施例において、一端部２１ａを
角取りした高分子圧電体膜２１の表面には、少なくとも
該端部２１ａの近傍を除いて表面電極膜２２ａを設け、
且つ表面電極膜２２ｂは、高分子圧電体膜２１の裏面に
存在する部分２２ｂａに加えて端部２１ａを覆う厚肉部
分２２ｂｂならびに表面側への延長部２２ｂｃとから構
成し、電極非形成部２６を挾んで存在する表面電極膜２
２ａと裏面電極膜の延長部２２ｂｃには、それぞれ低融
点半田等の良導電性接着剤２７によりリード＠　２４　
ａおよび２４ｂを接合してなり、全体として振動センサ
ーのセンサ一部をなす圧電素子２０を形成している。圧
電素子２０の寸法の一例を挙げれば、長さが１０ｍｍ、
巾が１．５ｍｍ、厚さが約０．０２ｍｍであり、その厚
さのほとんどは圧電体膜２１が占め、Ａｕ、Ａｇ、Ａ１
．Ｎｉ、Ｃｒ等からなる電極膜２２ａ、２２ｂ　（２２
ｂａ、２２ｂｃ）の各々の厚さは５００人程度であるが
、本発明に従い裏面電極膜の端部を覆う部分２２ｂｂの
みは約８００人程度に厚肉とされている。

高分子圧電体膜２１の端部２１ａの角取りは、例えばフ
ッ化ビニリデン系樹脂圧電体の場合、該端部を鏝、加熱
空気、赤外線ランプ等により１８Ｏ〜２４０℃程度に加
熱することにより容易に達成することができる。また電
極膜２２ａ、２２ｂは、一般に４０人〜１ＯＯＯ人（０
，１ｍｍ）の範囲であり得るが、端部被覆部２２ｂｂは
、裏面電極膜２２ｂのその他の部分の１．２〜３．０倍
程度の範囲の厚さに形成することが好ましい。このよう
な端部での電極膜の厚肉化は、高分子圧電体膜２１の表
面（但し電極非形成部２６はマスクして除く）および裏
面について、それぞれスパッタリング、真空蒸着等の気
相付着法により、電極膜２２ａ、２２ｂｃおよび２２ｈ
ａを形成した後、第４図に示すように、例えば垂直に配
置した高分子圧電体２１の端面下に配置した蒸着源２８
より端面２１ａに向けて、選択的に気相付着を行なえば
よい。但し、比較的小面積の高分子圧電体の場合には、
第５図に示すように高分子圧電体を傾斜させて回転させ
つつ電極膜の気相付着を行なえば、２回あるいは１回の
蒸着操作により両面への電極膜の付着と同時に端部での
厚肉化も達成可能である。

かくして得られた圧電素子２０は、その裏面に何らの突
起部を有さす、またそれ自体、可撓性であるため、例え
ば接着剤を塗布する等により、平面あるいは曲面をなす
被検体に密接に貼り付は可能となる。

なお、上記においては、裏面電極２２ｂの裏面側から表
面側への移行部分２２ｂｂは、高分子圧電体膜の一端部
２１ａを覆うとのみ説明したが、この部分は、裏面電極
の表裏面の電気的導通を確保するために必要とされるも
のであり、この限りにおいてその端部２１ａを覆う程度
は、全面的であってもよいし、一部であってもよい、ま
た、それに応じて、端部２１ａの角取りを、一部のみに
ついて行なうことも可能である。更に第３図の例におい
ては、電極膜２２ａ、２２ｂｃへ接続されるべき導体を
リード線２４ａ、２４ｂとし、またその接合を単に良導
電性接着剤２７により行なうものとして説明したが、こ
の接合構造の詳細は、電極膜２２ａ、２ｂｃに接続され
る導体（上記例においてはリード線２４ａおよび２４ｂ
）のそれぞれについて、第１図において説明したような
接着強化処理を行なうことが好ましい、何故ならば、先
にも述べたように、高分子圧電体を溶融ないし熱劣化さ
せない温度で溶融し、且つ充分な接着力を与える導電性
接着剤は少ないからである。

第６図は、このような接着を強化した構造の例を示すも
のであり、第３図の例のリード線２４ａ（または２４ｂ
）の代わりに、導体リング３５ａ（３５ｂ）にリード線
３４ａ　（３４ｂ）を半田３３により接合した構造、す
なわちその端部近傍に開口を有する構造の導体を用い、
開口の周囲（すなわち、この例ではリング３５ａ、３５
ｂの下および／または周囲）において非良導電性接着剤
３６を介して電極膜２２ａ（２２ｂ）に接合し、且つ開
口部においては良導電性接着剤３７により電気的に接続
した構造が採用されている。

なお、上記の例においては本発明の電極端子取り出し構
造体の好ましい適用例として、振動センサーについて述
べたが、高分子圧電体を複層化し、あるいは他の薄膜体
との積層体としたバイモルフ、パイロセンサー等の用途
についても、片側の面に電極端子を設けることが望まし
い限りにおいて同様の電極端子取り出し構造体が採用し
得る。

発」Ｌぬ」１里 −Ｌ述したように、本発明によれば、高分子圧電体の表
、裏面に電極膜を設けて圧電素子を構成するに際して、
圧電素子の一端部を角取りした上で、裏面電極膜を表面
へと延長し且つ該端部を被覆する裏面電極膜の部分を厚
肉化することにより、例えば０．１ｍｍ以下と云うよう
な薄い高分子圧電体についても端部被覆部の断線を起す
ことなく裏面電極膜を表面側へと延長することが可能に
なる。したがって、かくして形成された表、裏面の電極
膜の隣接部において、表、裏面の電極膜に導体を接続す
ることにより、例えば振動センサーにおいて要求される
ように、平面あるいは曲面との密着性の良好な高分子圧
電体ないし圧電素子の電極端子取り出し構造体が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明者らが本発明以前に試験した電極端子取
り出し構造体の一例の厚さ方向断面図、第２図はセラミ
ック圧電体を用いる振動センサーにおいて採用し得る電
極端子取り出し構造体、第３図および第６図はそれぞれ
本発明の一実施例にかかる電極端子取り出し構造体の厚
さ方向断面図および平面図、第４図および第５図はそれ
ぞれ本発明の電極端子取り出し構造体を形成するための
電極膜の気相付着過程の説明図である。 ｌ、２１・・・高分子圧電体、 ２１ａ＠・・角取りした端部、 ２２ａ・・・表面電極膜、 ２２ｂ・・・裏面電極膜、 ２２ｂｂ・・裏面電極膜の端部被覆部、２２ｂｃ拳・裏
面電極膜の表面側への延長部、 ３．１３．３３・・・半田、 ４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ　　、　
　　３４ａ　　、　　　３４ｂ−−−リ　　−　　ド　
線　、５ａ、５ｂ、３５ａ、３５ｂ＊　＊　ｍ導電体リ
ング、 ６．３６・・・非良導電性接着剤、 ７．２７．３７・・・良導電性接着剤、１０．２０・・
・帯状圧電素子。 幻Ｌ［Ｌ［ｉ：第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高分子圧電体膜の表裏面に電極膜を設 け、その表面電極膜は少なくとも前記高分子圧電体膜の
   表面の一端部近傍を除いて設け、裏面電極膜は該一端部
   を覆って前記表面電極膜と接触しない範囲で表面へと延
   長させ、前記高分子圧電体膜の表面側において表面電極
   およびこれと隣接する裏面電極の表面側への延長部にそ
   れぞれ導体を接合してなり、且つ裏面電極膜により覆う
   前記高分子圧電体膜の一端部は予め角取りされ且つ該一
   端部を覆う裏面電極膜は周囲の裏面電極膜よりも厚肉と
   されていることを特徴とする電極端子取り出し構造体。 ２、前記高分子圧電体膜一端部の角取りが熱処理により
   なされている特許請求の範囲第１項に記載の電極端子取
   り出し構造体。 ３、前記導体が、その端部近傍に開口を有し、開口の周
   囲において非良導電性接着剤を介して電極膜に接合され
   、且つ開口部において良導電性接着剤により電気的に接
   続される特許請求の範囲第１項または第２項に記載の電
   極端子取り出し構造体。