JPH0937393A - 高分子圧電素子の電極端子取り出し構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子の性能を損なうことなく電極端子の
取り出しが容易で、かつ確実な電極端子取り出し構造を
得る。 【解決手段】 両面に電極膜を有する高分子圧電膜２と
電極膜の内の表側の表面電極９ａに接着された保護膜９
ｂとが積層された積層体がバッキング材４に接合されて
絶縁性の筐体６に収納されてなる電極端子取り出し構造
において、保護膜が接着側に導体層を有する導電膜付保
護膜９であり、導体層が表面電極に導電性接着剤を介し
て接着された積層体の内の導電膜付保護膜９を積層体の
端部で超音波溶接によって積層体の側面部に折り曲げて
接着することにより、筐体６の素子後方所定位置に電極
端子７を取り出したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高分子圧電素子の電
極端子取り付け構造に関し、特に例えば超音波診断装置
を始めとする各種超音波機器のプローブとして好適な高
分子圧電素子の電極取り付け構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の高分子圧電素子の電極取り出し
構造に関する一文献として、実開昭６３−１２４１９８
号公報に開示されたものがある。上述の文献では、アレ
イ型超音波探触子の場合における電極端子取り付け構造
体に関して開示されているが、一例として、シングル型
の超音波探触子の場合においては、図２に示したよう
に、導電性のリングを使用する以外に方法がなかった。

【０００３】すなわち、図２の従来例の超音波探触子に
おいて、１は裏面電極を兼ねる音響反射板、２は圧電体
膜、３は表面電極、さらに４はバッキング材であり、こ
れらの組合わせ体で圧電探触子の素子本体部分を構成し
ている。ここで、圧電体膜２の厚さは、通常音響反射板
１の厚さのほぼ１／２である。また、５は圧電探触子の
本体部分をその周辺で表面側から素子本体部分を支持す
る導電体からなる押えリングであり、６は素子本体部分
を収納する筐体で、７は表面電極３から取り出された例
えば負電極端子、７ａは音響反射板１から取り出した例
えば正電極端子で、いずれも適宜にリード線を介して筐
体６の所定位置に設けられている。なお、筐体６は例え
ば市販のデルリン（商標）等の有機高分子絶縁物によっ
て形成されている。また、８は素子部分の組み立て後に
表面電極３上に形成された薄い高分子膜などによる保護
フイルムである。

【０００４】図２において、圧電体膜２と音響反射板１
との間は、導電性接着剤等の接着層を介して、圧着状態
で接着されている。すなわち、圧電体膜２と音響反射板
１との間の接着は、圧電体膜２と音響反射板１との間を
接着層（図示せず）を介して圧着・積層したものとなっ
ている。そして、表面電極３は圧電体膜２の接着後にス
パッタや蒸着等の手段により形成されるようになってい
る。以上のようにして、例えば高分子圧電膜を超音波プ
ローブに適用する場合、音波が後方に逃げないようにす
るため金属製の音響反射板が設けられており、これを高
分子圧電体膜に接着して反射板を構成すると共に、圧電
素子の例えば陽極側の電極として兼用している。

【０００５】従来の上記素子構造は、音響反射板／接着
層／高分子圧電膜／電極層（表側）の４層構造で構成さ
れていたが、特に音響反射板と高分子圧電体膜の積層的
な接着方法は、接着層となる接着剤（この場合、導電性
接着剤）を介する機械的な方法例えば加圧によるものが
一般であった。また、特に負電極端子７と表面電極３と
の接続は、導電性の押えリング５を介して筐体６の内壁
に沿って設けたリード線を用いて取り出す方法によって
行われていた。このように、導電性の押えリング５を用
いる方法しかない理由は、圧電素子の場合は焦電素子に
比べて、電圧、電流ともに大きいので、導電塗料等より
も金属のような大電流に耐える導電材料に頼らざるを得
なかったからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の高
分子圧電素子の電極端子取り付け構造では、特に超音波
プローブにおいては、超音波を集束させる必要から凹面
化部分が前面になるので、焦点距離角度変化、平滑性及
び均一性が問題となるが、導電性のリングが前面に設け
られている場合、接着性、平滑性の不良や、気泡の存在
及び膜剥離の発生等の点から、素子の経時変化が大きく
なり収率が低くなるという問題があった。その大きな因
子は導電性のリングにあって、接着性が満足されず、特
にリングの厚さによる段差が接着性のマイナス要因とな
っている。しかし、この要因をなくそうとして極端にリ
ングを薄くした場合は今度は形状保持が不可能となる。
さらに、上述の構造では、全体として構造的に締め付け
を行う圧力が得られないので、電極端子の取り出し手法
としても問題が多い点が指摘される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高分子圧電
素子の電極端子取り出し構造は、両面に電極膜を有する
高分子圧電膜と電極膜の内の表側の表面電極に接着され
た保護膜とが積層された積層体がバッキング材に接合さ
れて絶縁性の筐体に収納されてなる高分子圧電素子の電
極端子取り出し構造において、保護膜が接着側に導体層
を有する導電膜付保護膜であり、導体層が表面電極に導
電性接着剤を介して接着された積層体の内の導電膜付保
護膜を積層体の端部で超音波溶接又は高周波加熱溶接に
よって積層体の側面部に折り曲げて接着することによ
り、筐体の素子後方所定位置に電極端子を取り出したも
のである。ここで、両面に電極膜を有する高分子圧電膜
が表面電極を有しない片面にのみ電極膜を有する高分子
圧電膜であってもよく、さらに、導電膜付保護膜の接着
面を粗面化することがよい。

【０００８】そして、高分子圧電膜の圧電材料はフッ化
ビニリデン又はフッ化ビニリデン共重合体の有極性ポリ
マーであることがよく、さらに、保護膜の形成材は、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ
エチレンテレフタレート、シリコーン、ポリ塩化ビニル
又はポリフェニレンサルファイドが使用できる。

【０００９】本発明においては、従来型のように阻止表
面の周辺部に押えリングを使用することなく、裏面電極
膜付の保護膜と高分子圧電膜からなるいわば複合化され
た積層膜の端部を超音波溶接法で溶着変形して後側に折
り曲げることによって電極端子を取り出すようにしてい
るから、プローブの表面性が均一化される。また、溶着
の状態で折り曲げが同時に実施されるし、電極膜の破損
もなくなり、電極端子との接続部も側面に露出されるの
で、バンドの類いのもので締め付け固定することが可能
となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明による高分子圧電素
子の電極端子取り出し構造の一実施形態を示す模式断面
図である。図１において、３，５，８を除く１〜７ａの
符号は、図２の従来例に示したものと同一部品符号であ
るから、その説明は省略する。本実施形態の高分子圧電
素子は、図２の従来例で使用した押えリングを使用する
ことなく圧電素子本体を筐体に収納した構造に特徴を有
するものである。

【００１１】すなわち、図１の構成においては、図２の
表面電極３と保護フイルム８の代わりに、裏面電極膜付
保護フイルム９を用い、これを音響反射板１と圧電体膜
２の積層体の表側に接着したものとなっている。従っ
て、電極フイルム９ａが上述の裏面電極膜に相当し、圧
電素子の機能部材としては表面側の電極（図２に示した
表面電極３に相当するもの）となっている。つまり、裏
面電極膜付保護フイルム９は、絶縁性フイルム９ｂ（図
２の保護フイルム８に相当するもの）とその片面に形成
された導電性の電極フイルム９ａとによって構成されて
いるものである。ここで、音響反射板１と圧電体膜２と
は、圧電体膜２の特性向上のための熱処理時に面溶着状
態で圧着したものであり、すなわち、高分子圧電膜の結
晶化を高める熱処理時に、圧電体膜２の片面に音響反射
板１を圧接して接合面での面溶着状態とし、処理後冷却
時には圧電体膜２と音響反射板１とが強固に圧着され
る。絶縁性フイルム９ｂと電極フイルム９ａとの接合
は、絶縁性フイルム９ｂ面上に金属を蒸着して電極フイ
ルム９ａを形成する方法であってもよく、金属膜を接着
して電極フイルム９ａを形成する方法であってもよい。

【００１２】この場合、絶縁性フイルム９ｂは、ポリエ
チレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボ
ネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、シリコーン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）又はポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の高分子樹脂が使
用できるが、本実施例ではＰＰを使用し、電極フイルム
９ａはＮｉ（ニッケル）−Ａｕ（金）合金を蒸着源とす
る真空蒸着によってＰＰフイルム上に形成した。また、
圧電体膜２は、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用し
て形成したが、これはフッ化ビニリデン共重合体を用い
てもよい。

【００１３】次に、図１に示す高分子圧電素子の電極端
子取り出し構造について、その形成方法を参照しながら
説明する。まず、図１に見られるように、表面が所定の
ディメンションからなる凹面状に形成された側面電極膜
付きバッキング材４、音響反射板１及び圧電体膜２の積
層体の圧電体膜２の表面に裏面電極膜付保護フイルム９
が接着され、本発明による高分子圧電素子の基本構造が
構成されている。ここで、裏面電極膜付保護フイルム９
は凹面部の端部で前述の積層体の壁部に沿って折り曲げ
られると共に接着される。この時、電極フイルム９ａと
音響反射板１とが積層体の側面で短絡しないように配慮
されている。なお、上述の裏面電極膜付保護フイルム９
の接着側面すなわち電極フイルム９ａ面は粗面化されて
いると接着上好都合である。

【００１４】このように図の下側に折り曲げられた裏面
電極膜付保護フイルム９の先端はバッキング材４側面に
形成された電極膜１１と重なり、バンド状リング１０に
より外側から締め付けられて電極フイルム９ａの電極端
子取り出し部を形成する。そして、バッキング材４側面
の電極膜１１を負電極端子７と接続することによって、
本発明による高分子圧電素子の電極端子取り出し構造が
得られる。

【００１５】以下、上述の形成方法をより詳しく説明す
る。バッキング材４、音響反射板１及び圧電体膜２の積
層体を圧電体膜２の表面が所定のディメンションからな
る凹面状になるように形成した後、この積層体の表面面
積よりも大きい面積を有する裏面電極膜付保護フイルム
９を、電極フイルム９ａと圧電体膜２との面で中心対称
にして接着する。この時、積層体の表面面積よりも大き
い面積を有する裏面電極膜付保護フイルム９の外側部分
は、皺や重なり部を作ることなくほぼ垂直な折り曲げが
可能のように、一部が切り欠かれて分割された後、ここ
で超音波溶接（場合によっては高周波誘導加熱溶接が使
用される）によって、電極フイルム９ａの積層体壁部へ
の溶着変形（後側への折り曲げ）が行われる。そして、
このような溶着変形によって、プローブの表面性が均一
化され、焦点精度も大幅に改良される効果がある。な
お、前述のバンド状のリング１０を用いて外側からこの
折り曲げ部を締め付ける作業は簡単かつ容易であるの
で、説明は省略する。

【００１６】ここで、裏面電極膜付保護フイルム９の折
り曲げ成形については、次に述べる検討実験の結果か
ら、その可能性が確認されている。すなわち、高分子圧
電膜もそうであるが、裏面電極膜付保護フイルム９のよ
うな電極形成された高分子フイルムは、機械的に折り曲
げた場合、特に電極が薄膜の場合を除いて、電極の破損
を伴い不可能であることが常識化されているが、例えば
超音波溶接又は高周波誘導加熱溶接の場合のように、膜
が熱によって柔軟化されている状態では、特に電極は支
障なく安全に折り曲げられることが明らかであることが
分かった。なお、超音波溶接の他に実施可能な高周波誘
導加熱溶接は、特に高分子圧電体のように有極性の高分
子に対して有効的である。

【００１７】上述の実施形態では、超音波診断装置等の
特にシングル型の超音波プローブへの適用を念頭におい
て説明したが、この電極端子取り出し構造は、その他の
メカセク（メカニカルセクター）型、アニュラー型、リ
ニアー型等の超音波プローブや超音波顕微鏡や圧電式振
動計等のプローブとして用いても好適な構造を提供する
ものである。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、両面に電
極膜を有する高分子圧電膜と電極膜の内の表側の表面電
極に接着された保護膜とが積層された積層体がバッキン
グ材に接合されて絶縁性の筐体に収納されてなる高分子
圧電素子の電極端子取り出し構造において、保護膜が接
着側に導体層を有する導電膜付保護膜であり、導体層が
表面電極に導電性接着剤を介して接着された積層体の内
の導電膜付保護膜を積層体の端部で超音波溶接又は高周
波加熱溶接によって積層体の側面部に折り曲げて接着す
ることにより、筐体の素子後方所定位置に電極端子を取
り出した構造としたから、プローブの表面性が均一にな
るので、焦点精度も大幅に改良される。また、溶着状態
で実施されるため、折り曲げによる電極の破損は殆どな
く、電極取り出し部は側面に露出されるようになるの
で、導電性のバンド状のリングでの締め付けが容易にな
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高分子圧電素子の電極端子取り出
し構造の一実施形態を示す模式断面図である。

【図２】高分子圧電素子の電極端子取り出し構造の従来
形態を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１ 音響反射板 ２ 圧電体膜 ３ 表面電極 ４ バッキング材 ５ 押えリング ６ 筐体 ７ 負電極端子 ７ａ 正電極端子 ８ 保護フイルム ９ 裏面電極膜付保護フイルム ９ａ 電極フイルム ９ｂ 絶縁性フイルム １０ リング １１ 電極膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面に電極膜を有する高分子圧電膜と前
   記電極膜の内の表側の表面電極に接着された保護膜とが
   積層された積層体がバッキング材に接合されて絶縁性の
   筐体に収納されてなる高分子圧電素子の電極端子取り出
   し構造において、 前記保護膜が前記接着側に導体層を有する導電膜付保護
   膜であり、前記導体層が前記表面電極に導電性接着剤を
   介して接着された前記積層体の内の前記導電膜付保護膜
   を前記積層体の端部で超音波溶接又は高周波加熱溶接に
   よって前記積層体の側面部に折り曲げて接着することに
   より、前記筐体の素子後方所定位置に電極端子を取り出
   したことを特徴とする高分子圧電素子の電極端子取り出
   し構造。
2. 【請求項２】 前記両面に電極膜を有する高分子圧電膜
   が前記表面電極を有しない片面にのみ電極膜を有する高
   分子圧電膜であることを特徴とする請求項１記載の高分
   子圧電素子の電極端子取り出し構造。
3. 【請求項３】 前記導電膜付保護膜の接着面を粗面化す
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高分子
   圧電素子の電極端子取り出し構造。
4. 【請求項４】 前記高分子圧電膜の圧電材料はフッ化ビ
   ニリデン又はフッ化ビニリデン共重合体であることを特
   徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高分子
   圧電素子の電極端子取り出し構造。
5. 【請求項５】 前記保護膜の形成材は、ポリエチレン、
   ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレ
   フタレート、シリコーン、ポリ塩化ビニル又はポリフェ
   ニレンサルファイドであることを特徴とする請求項１〜
   請求項４のいずれかに記載の高分子圧電素子の電極端子
   取り出し構造。