JPS63314999A - 圧電変換器およびその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックにもプラスチックにも良好に付着
する電極を備えた圧電変ｔ１１！器およびその製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

圧電形空気−超音波変ＩＡ　２ｍは例えばヨーロッパ特
許出願公開第０１５４７０６号公報によって公知である
。この電気音響変換器は所定の間隔を保って互いに平行
な平面に配設されたセラミック薄片によって構成されて
いる０間隔によって形成された中間室はその場合には過
当な形状安定材料が充填される。

このような形状安定材料としては、先ず第一に、特性が
音響ならびに機械的要求に容易に適合し得るようなプラ
スチックが挙げられる。

変換器をサンドイッチ構造体に構成するためには、個々
のセラミンク薄片は支持可能な方法によって互いに結合
されるかもしくは中間室に充填されたプラスチックと結
合されなければならず、このことは例えば貼着によって
行われ得る。

従来、通常用いられていた二ンケル電極は化学的堆積法
によってセラミック表面上に容易にかつ安価に製造する
ことができる。しかしながら、この種の電極はプラスチ
ックへの付着が悪く、従ってプラスチックとの結合が困
難であった。しかしながら、プラスチックと電極との結
合はサンドイッチ構造体を構成するためには必要である
。

その代わりに使用されている銀電極（焼き付け！！りは
プラスチックへの付着が良好であるが、しかしながら製
造コストが高い。

〔発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明は、セラミックへ節単にかつ良好に付着
するように堆積させることができ、同時に他のプラスチ
ックへも良好に結合（貼着）させることのできる、価格
的に良好な電極材料を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は、本発明による圧電変換器によれば、電極材
料として真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）導電性プラスチッ
クを使用することによって解決される。

さらに、本発明の枠内で、このような圧″ｒ！Ｓ変換器
を製造するために、特に板状の圧電セラミックデバイス
の互いに対向する面に真性導電性プラスチックのモノマ
ーが設けられ、化学的または陽橿酸化によって重合され
、その後前記デバイスが所定の方法にて引続き加工され
る。

本発明の他の実施態様は請求項３以下に記載されている
。

〔作用および発明の効果〕

化学的酸化によってポリマー電極を圧電セラミックデバ
イス上に設けることは溶媒重合またはガス相反応によっ
て行うことができる。

溶媒重合の場合にはセラミックデバイスはモノマー溶液
が吹付けられるかまたは他の方法で濡らされるかしてモ
ノマー溶液内に浸漬され、その後相応する酸化剤溶液を
用いて処理される。それによって酸化性重合が生じる。

同様に逆の方法も可能である。その場合、先ず酸化剤を
含む溶液がセラミック上に塗布され、その後このセラミ
ックがモノマー溶液を用いて処理される。第１の工程後
および必要な場合にはその後行われる？８剤の蒸発後、
第２の工程は同様にガス相反応でも行うことができる。

このために、モノマーまたは酸化剤を用いて前処理され
たセラミックデバイスは酸化剤またはモノマーを含む蒸
気相に嗜される。

モノマーは、硫黄または窒素を異種原子として含む五原
子異種環状化合物、アニリン、アズレンまたはこれらの
化合物の誘導体、特にピロールまたはチオフェンの頬か
ら選択される。

酸化剤は特にペルオキソ酸とその塩、例えば過酸化硫酸
とその塩、同様に過塩素酸と過塩素酸鉄の如きその重金
属塩とが適する。過マンガン酸塩も同様に少量の酸を添
加される場合には適する。

支持電解質の存在下に過酸化水素を使用することも可能
である。酸化剤の溶解は特に水内、必要な場合には水に
混合可能な有機溶剤と水との混合液内、または同様に純
粋な有機溶剤内で行われる。

酸化剤は必要な場合には支持電解質と共にセラミックデ
バイスの表面上に塗布することができ、その場合支持電
解質は諸剤またはドーピング剤と見做される。そのため
に、例えば、有機値酸塩、スルホン酸、または同様に、
過塩素酸リチウム、テトラフルオロ硼酸塩カリウム、ヘ
キサフルオロジルコン酸塩カリウム、塩化第二鉄または
ヘキサフルオル燐酸塩の如き無機塩が選択される。支持
電解質の濃度は使用されたモノマーまたはモノマー混合
体の３モル当たり少なくとも１モルの支持電解質が使用
されるように設定される。この支持電解質が例えば塩化
第二鉄または過塩素酸鉄である場合には、かかる化合物
は支持電解質であると共に同時に酸化剤でもある。

電気化学的重合は電極（アノード）近傍かまたは電橋と
セラミック表面との結合によって行われる。このことは
何れにせよ導電性セラミ・ツク表面か、または少なくと
も与えられたドーピング剤もしくは他の補助剤によって
導電性を持たされた導電性セラミック表面を必要とする
。電気化学的重合のために必要なｔｉ密度は特に１０〜
１００Ａ／　ｍ　ｌの大きさである。

ガス相反応を除いた全てのプロセスはほぼ室温で寓施す
ることができる。

このようにして設けられた電極はセラミック材料への非
常に良好な付着を示す、従来の方法では電極を設けるの
が困難であった高多孔性セラミック材料にも同様に問題
なく結合させることができる。セラミック表面はその場
合には孔が完全にプラスチック層によって覆われる。そ
れによって、セラミックとプラスチックとの間には非常
に親密で良好な電気的・機械的接触が形成される。

電気特性をテストするために取られた分極ヒステリシス
曲線は基準として見做されるスパッタ電極のそれに一敗
する。このことは電極が高品質であることを証明し、例
えば恨ペーストの焼付けによって形成された電橋の場合
のように、セラミックとプラスチックとの間の境界面に
は非４電性領域が形成されないことを示している。

このようにして製造されたデバイスの電気機砿特性も、
従来の電橋を備えたデバイスと相違していない、を気機
械的結合係数および周波数定数（共振周波数とデバイス
の断面積との積）はプラスチック電極を備えたデバイス
でも従来の電極を備えたデバイスでもほぼ同じである。

ただ１つの相違点は金属電極に比べて導電率が低い点で
ある。

従って、電気機械式ｆｆｉ換器としての応用はＩＭ七以
下の駆動周波数に対してだけ有効である。この種のデバ
イスをその他の全ての応用のために準静止形電気機械式
変換器として使用することは有利である０本発明による
プラスチック電極を、サンドイッチ状に多層にて大形デ
バイスに加工されるかまたは組立てられた薄いセミツク
シート上に設けることは特に有利である。これにより、
デバイスを駆動するために必要な電圧は通常の電子装置
において使用される５〜ＩＯＶのレベルに引き下げられ
る。

全（同様に、本発明による電極は極端に多孔性のセラミ
ック上に有利に設けることができる。

プラスチックを掻の高い吸光性は高温検出器としてデバ
イスを使用することも可能にする。

本発明による電極はさらに安価に製造することができ、
金ｒｌＡ電橋を腐食させる化学薬品に対して感応しない
、さらに、プラスチックの高い弾力性はこのようにして
製造されたデバイスの高い機械的安定性を保証する。

圧電セラミックデバイスをサンドイッチ構造に構成する
ためには、多数の方法が提案される。プラスチックを掻
を備えたセラミック奢反は層状に、例えばプラスチック
シートを中間介在させることによって貼着される。上下
に所定の間隔をもって配設すると、中間室は同様に他の
方法でプラスチックを充填することができる。このため
に、例えば射出成形法を使用するか、または中間室へ発
泡剤を充填することが提案される。

（実施例〕 次に、本発明を図面に示す実施例に暴づいて詳細に説明
する。

玉土人隻斑 多孔性のチタン酸鉛・ジルコン酸塩（厚さ５００ｐｍ）
から成る圧電セラミック板片の表面に、過塩素酸鉄の１
０％アルコール溶液が塗布される。

溶剤の蒸発後、圧電セラミック板は１５０°の温度で３
０秒間、１０（容積）％ビロールを含む窒素雰囲気に曙
される。数秒後、ポリピロールから成る黒っぽい被覆物
が形成される。不溶性の′４膜は１０−”Ｓ／ａｍの導
電率を有する。

】」」０虻桝 ３００μｍの厚さの圧電セラミック板片に、１０ｆｆｉ
ｆｆｉ％の過酸化硫酸ナトリウムと５重量％のフェニル
スルホン酸を含む水溶液が塗布される。溶剤は蒸発させ
られ、そのように処理された材料は１ｏ（ｆｆｉ！ｔ）
％のエタノールビロール溶液が塗布される。０．２　Ｘ
　１０−’Ｓ／ｃｍの導電率を存する均質の強固な付着
力を持つ不溶性のポリピロール薄膜が形成される。

員Ｕ施璽 ３Ｘ６Ｃ１１の大きさで２００μｍの厚さの圧電セラミ
ック部材が第２実施例と同しように過酸化硫酸とフェニ
ルスルホン酸とを用いて前処理される。

水分の蒸発後、このように処理された部材は、１ＯＣ１
ｄのアセトニトリルに１ｇのビロールを含み且つ支持電
解質として０．５ｇのフェニルスルホン酸を含む溶液内
に浸漬され、そしてアノードとして接続される。白金対
向電極を用いかつ電極間隔を３Ｃ１１にして、６０分間
電解が行われる。′ｒ４流密度は１００Ａ／ｍ”である
、その後、１０−’Ｓ／口の導電率を有する黒っぽいポ
リピロール被覆物がセラミック上に形成される。

第１図はサンドイッチ構造を有する圧？ｉ１変換器の断
面図を示す０本発明によるプラスチック電極３を設けら
れた例えば２００μｍの厚さのセラミック板片２に、先
ず、所定の方法にて電気的接続部（図示されていない）
が設けられる。ポリエチレンシート４１を始点として、
ａ方向へ向かって、ポリエチレンシート４と圧電セラミ
ック板２との層が常に交互に位置するような配列体が構
成され、圧電セラミック板片２の層は加熱により貼着さ
れる。その場合、プラスチック電極３と熱可塑性ポリエ
チレンシート（４，４１）との間には強固で永続的な結
合が形成される。線７によって、配列体のシート４．４
１がセラミ・ンク板片２とオーバラップし、境界線７の
ところでこのシートと一番近くの隣接シートとが貼着さ
れることが示されている。従って、セラミック部分はポ
リエチレンによって完全に覆われている。

電極３の電気接続に応じ”ζかつ圧電セラミック２の極
性に依存して、優れた音響放射方向または受信方向６ま
たは６１が得られる。

第２図は本発明による変換器１の拡大斜視図を示す、ａ
方向における配列体の他に、多数の同じ配列体がｂ方向
へも連続的に配設されている。５１１５２および５３は
圧電セラミック板片２１２２および２３ないしそれらの
電極３の電気的接続部を示す、５４は異なった配列体に
おける２つのセラミンク板片間の電気的接続部を示す、
しかしながら、後方の配列体は前方の配列体と直接電気
的に接続することもできる。

この変換器の他の構成については応用例に応じて従来の
技術から推定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧電変換器の断面図、第２図は本
発明による圧電変換器の斜視図ある。 １・・・圧電変換器 ２．２工、２２．２３・・・セラミック板片３・・・プ
ラスチック電極 ４．４１・・・ポリエチレンシート ５Ｌ５２．５３．５４・・・電気的接続部７・・・境界
線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）セラミックにもプラスチックにも良好に付着する電
   極を備えた圧電変換器において、電極材料が真性導電性
   プラスチックであることを特徴とする圧電変換器。 ２）特に板状の圧電セラミックデバイスの互いに対向す
   る面に真性導電性プラスチックのモノマーが設けられ、
   化学的または陽極酸化によって重合され、その後前記デ
   バイスが所定の方法にて引続き加工されることを特徴と
   する請求項１記載の圧電変換器の製造方法。 ３）モノマーは硫黄または窒素を異種原子として含む五
   原子異種環状化合物、アニリン、アズレンまたはこれら
   の化合物の誘導体の類から選択されることを特徴とする
   請求項２記載の方法。 ４）モノマーの陽極酸化は支持電解質の存在下に行われ
   ることを特徴とする請求項２または３記載の方法。 ５）複数の圧電セラミックデバイスが１つのサンドイッ
   チ構造体を構成し、その場合前記デバイスは層状に所定
   の間隔を保って配設され、前記デバイスの間の中間室は
   プラスチックが充填されることを特徴とする請求項２な
   いし４の１つに記載の方法。 ６）中間室はデバイスの貼着によって過当なプラスチッ
   クシートが充填されることを特徴とする請求項５記載の
   方法。 ７）中間室は射出成形法によって充填されることを特徴
   とする請求項５記載の方法。 ８）中間室は発泡材が充填されることを特徴とする請求
   項５記載の方法。