JPS59115580A - バイモルフ支持構造体 - 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】 本発明は高分子圧電膜からなるバイモルフの支持構造に
関する。

近年、マイクロホン、ピックアップ、ブザー、スピーカ
ー、光スィッチ、ファン等の振動体として、高分子圧電
膜からなる機械電気変換素子としてのノ々イモルフが注
目されている。このような高分子圧電膜からなるノζイ
モルアは、その最も広い意味において、第１図（ａ）〜
（ｉ）に示すような一連の積層構造体を包含するもので
ある。これら図面において、類似部分には同一または類
似の符号を用いてあり、１は／々イモルア：２．２　”
％　２　ｂ、２ｃ。

２ｄは高分子圧電膜；加は薄膜体；３．３ａ、３ｂ。

３ｃは接着剤層；４．４ａ、４ｂは表面電極（膜）：５
．５ａ）５ｂｓ　５（４％　５ｄ、５ｅ、５ｆは中間な
いし内面電極（膜）（）々イモルフ積層構造の内部層を
々す電極）をそれぞれ示す。どの／々イモルフにおいて
も、電極４　ａ　％　４　ｂ　１５’ａ　ｓ　５　ｂ等
に通電して、圧電膜２ａ、２ｂ等に電圧を印加すると、
その方向と圧電体を発現させる分極の方向（以下、単に
「分極方向」と称する）とが同方向であるか異方向であ
るかによって圧電膜２ａ、２ｂ等が伸長又は収縮し、そ
の合力の結果としてバイモルフ１が上または下に曲がる
。また、逆にノ々イモルフ１を上または下に曲げると、
電極４ａ、４ｂ・・・等に一定の電圧が発生する。

第１図（、）〜（Ｃ）は、それぞれ最も代表的なノ々イ
モルフ積層構造を示すもので、第１図（、）の・２ｄモ
ルフは一対の高分子圧電膜２ａ、２ｂを非導電性接着剤
層３を介して接合し、その両側に電極膜４ａ。

４ｂを配してなる。製造に際しては、表面電極膜４ａ、
４ｂをそれぞれ設けた一対の圧電膜２ａ。

２ｂを接着剤３により接合すればよい。第１図（ｂ）の
ノζイモルフは、それぞれ両面に電極膜４ａおよび５ａ
あるいは電極膜４ｂおよび５ｂを非導電性接着剤３によ
り接合した構造を有する。第１図（ｃ）は、第１図（、
）における非導電性接着剤３の代わりに低融点金属を用
いたものであり、とれを介して一対の圧電膜２ａ、２ｂ
を接合したノ々イモルフを示す。第１図（ａ）の構造に
おいては圧電膜２ａ、２ｂに対して電極膜４ａ、４ｂか
ら一定方向の電１圧を印加したときに、これら圧電膜が
伸長または収縮する特性（即ち分極方向）は互いに逆で
あり、第１図（Ｃ）の構造においては、圧電膜２ａと２
ｂの分極特性は同一である。これに対し、第１図（ｂ）
の構造においては、圧電膜２＆と２ｂの分極方向は通常
は異方向であるが、非導電性の接着剤層３を設けること
により、分極方向を同一とすることもできる。なお、第
１図（ｂ）の構造において接着剤３として低融点金属を
用いる場合は、実質的に第１図（ｃ）の構造と同じとな
る。

・々イモルフを構成する圧電膜の数は、２以上であれば
よい。ただし、良好な変換効率を得るためには、通常ｎ
は４以上の偶数の圧電膜が用いられる（第１図（ｄ）お
よび（ｅ））。また一対の圧電膜の一方は、高分子圧電
膜でなく、布、紙あるいは圧電性を有しない高分子薄膜
等の薄膜体筒であってもよい（第１図（ｆ））。この場
合も薄膜体筒が、圧電膜２ａの伸長あるいは収縮をその
一面において抑制するため、電圧印加によりノ々イモル
フの曲げ変形が生ずる。またこの場合、非圧電性の薄膜
体筒に電圧印加を行う必要はないので、薄膜体（イ）は
電極５の外に貼付けることもできる（第１図（ｇ））。

また第１図（ｈ）、（ｉ）に示すように、薄膜体２０（
高分子圧電膜であってもよい）は高分子圧電膜の大部分
に設けられていればよく、たとえば第１図（ｉ）の場合
には、内部電極５の露出部を電極端子として利用しても
よい（特開昭５５−１２５６８７号参照）。

上記したような構造のものを包含して、本明細書でいう
ノマイモルフは、少なくとも１層が高分子圧電膜である
少なくとも２層の薄膜体を接着剤により接合し、且つ前
記の少なくとも１層の高分子圧電膜を挾持しこれに電圧
を印加する形態で電極膜を配置してなる可撓性積層構造
体ということができよう。

このようなノ々イモルフを、マイクロホン等の振動体と
して用いるに際しては、その支持構造としては、たとえ
ば第１図（ｂ）のバイモルフを用いるものとして示し７
たバイモルフ支持部付近の一部切欠部分拡大斜視図であ
る第２図および第２図の■−■線に沿って取った断面図
である第３図に示すような構造が、従来より採用されて
いる。すなわち、ノ々イモルフ１はその支持固定部位Ａ
において、支持体６により、導電性接着剤７ｍ、７ｂお
よびリード端子８ａおよび８ｂを介して接着固定される
。

またバイモルフの内面電極５ａ、５ｂにはリード線端子
８ｃが接続されている。このように、支持体６あるいは
その支持体６と接着剤３ａ、３ｂ。

７ａ、７ｂとによって支持固定されている部位Ａにリー
ド線端子８８〜８Ｃが設けられるのは、部位Ａがノ々イ
モルフ１の振動に対する固定部であるため、リード線端
子８ａ〜８ｃがノ々イモルフの振動により容易に離脱し
ないと考えられたためである。

しかしながら、本発明者等の研究によれば支持体６及び
その近傍の部位Ａはり−ｒ線端子８ｃの存在の故にノ々
イモルフ１の構造中著しく不均一な応力を受けることが
見出された。ノ々イモルフを外側から挾持するリード線
端子８ａ、８ｂについては、これらを平板状とし、支持
体６ａ、６ｂのノ々イモルフ１を挾持する部位と同じ形
状、大きさとすれば不均一な応力を受けないが、内面電
極５ａ。

５ｂに挾まれるリード線端子８Ｃは第２図に示す様な線
状であっても或いは図示はしていないがフィルム状であ
ってもバイモルフ１の接着剤３ａの厚さよりも厚い限り
、ノ々イモルフ１はリード線端子８Ｃを設けた部位で厚
く々ちざるを得ない。したがって、この部位でノ々イモ
ルア１を構成する高分子圧電膜２ａと薄膜体２ｂとは不
均一な応力を受ける。不均一な応力を受けない様に・々
イモルフ１の接着剤３ａの厚さと同程度の厚さのリード
線端子８ｃを設けるためには接着剤３ａの厚さをある程
度厚くさざるを得ないが、その様な厚さにした・々イモ
ルフ１は、全体として剛性が増加し、一定の電気入力に
対する変形が小さくなり、実用的でない。したがってか
かる不均一応力はこのような構造をとる限り不可避であ
るが、このような不均一応力が存在すると、１方の内面
電極５ａと他の内面電極５ｂを接着する接着剤３ａ、３
ｂによるリードｆｐＪＢｃ付近における接着部が剥離し
やすくなる。しかも第３図のリード７９８　ｃ配設部の
拡大図である第４図から知られる様に支持体の付近には
接着剤３ａ、３ｂがあるべきにも拘らず、・ζイモルフ
の製造工程及び使用の過程で接着剤がない空隙部９を生
じやすいため一層接着部の剥離が進行しやすくなる。こ
の様な接着部の剥離は単に・々イモルフ１が徐々に保持
できなくなるという結果をもたらすばかシでなく、その
過程で撮動の低下や不均一振動を招き、電極の破断、リ
ード線の脱離にも繋がるものである。

本発明はかかる従来の高分子圧電体からなるノ々イモル
フの支持構造の耐久性を改良することを目的とするもの
である。

本発明者らは、上記した従来技術についての考察に基づ
き、更に研究した結果、！Ｊ−）’線端子をバイモルフ
の固定部付近に配置するべきであるという従来の常識を
覆えし、却って別の位置に設けることが上述の目的の達
成のために有効であることを見出した。ただし、固定部
とは別の位置にリード線端子を配置すると、ノ々イモル
フの振動によりリード線端子が電極より外れやすくなる
という別の問題が生ずるが、この問題は、ノζイモルフ
ならびにＩＪ　　ｂＳ線端子を、導電性弾性体を介して
支持体により支持固定して振動を抑制すれば解決される
ことも見出された。

本発明のノ々イモルフ支持構造体は、上述の知見に基づ
くものであり、更に詳しくは、下記の構成要素（、）〜
（ｃ）からなることを特徴とするものである。

（ａ）　　少なくとも１層が高分子圧電膜である少なく
とも２層の薄膜体を接着剤により接合し、且つ前記少な
くとも１層の高分子圧電膜を挾持しこれに電圧を印加す
る形態で電極膜を配置してなるバイモルフ、 （ｂ）　　前記ノ々イモルフを、その主可動部位と隣接
する部位で挾持する支持体、および （ｃ）前記バイモルフの主可動部位に隣接する部位とは
別の部位で、導電性体を介してノ々イモルフノ電極と導
通し、且つバイモルフおよび導電性体とともに支持体に
より保持されるリード線端子。

以下、本発明を、実施例について更に詳細に説明する。

本発明で対象とするバイモルフは、上記で定義する通り
第１図（ａ）〜（ｉ）に示すものを含む最も広義の意味
を有するが、ここでは第１図（ｂ）に示すＳ　４モルフ
を含む実施例を第５図および第６図に、第１図（、）の
・々イモルフを含む実施例を第７図および第８図に示す
。

これら２つの実施例のいずれておいても、第１図に示す
従来例と同様に、ノ々イモルフ１をその固定部位Ａにお
いて支持体６により挾持して支持固定する。本発明の支
持構造体が従来のそれと異なルーツノ点は、バイモルフ
１のこの固定部位Ａとは別の部位である接続部位Ｂに、
バイモルフ１の電極４ａ、４ｂと電源（図示せず）とを
導通するリード線１０の端子８ａおよび８ｂならびにノ
々イモルフ１の内面電極５ａｓ５ｂと電源とを導通する
ＩＪ　　ｐ線１０の端子８ｃ（第５図および第６図に示
す例の→を配設することである。その際、リード線端子
８ａ、８ｂは、それぞれ電極４＆、４ｂと直接接触せず
、それぞれ導電性弾性体Ｌｌａ、ｌｌｂを介して電極４
ａ、４ｂと導通する。また端子８ｃは導電性弾性体ｌｉ
ｅを介して内面電極５ａおよび５ｂと導通する。またこ
れらの導電性弾性体１１ａ、　ｌｌｂ　（ｌｉｅ　）お
よびリード線端子１３ａ、８ｂ。

８Ｃは支持体６により保持される。

バイモルフ１の構成について若干触れると、高分子圧電
膜２ａ、２ｂとしては、成極により又は成極によること
なく圧電性を有する高分子フィルム、ある込はそれ自体
は圧電性を有しない高分子中に圧電体、たとえばセラミ
ック強誘電体を分散させてフィルム化した圧電体のいず
れを用いることもできる。高分子圧電膜２ａ、２ｂの厚
さは、特に限定されないが、通常２〜５００μｍの範囲
のものが用いられる。圧電膜２ａ、２ｂの厚さは同じで
ある必要はない。また、圧電膜２ａ、２ｂの一方の代り
に非圧電性薄膜体を用いる場合のその薄膜体の厚さも上
記と同様に２〜５００μｍの範囲のものが好適である。

圧電膜２ａおよび２ｂを接着させる接着剤３ａとしては
、両者を接着あるいは接合させる能力がある限り、任意
のものが用いられる。具体的には例えば、熱可塑性樹脂
接着剤、熱硬化性樹脂接着剤、天然高分子接着剤、低融
点合金等が用いられる。

支持体６としては、ノ々イモルフの少なくとも１部位を
挾持し、リード線端子８ａ、８ｂを介して導電性弾性体
１１ａ、Ｌｌｂを支持できる限り任意のものが用いられ
る。また第５図〜第８図においては、固定部位Ａでノ々
イモルフ１を挾持している支持体と、接続部位Ｂで導電
性弾性体１１ａ、ｌｌｂ等を支持している支持体とが一
体である場合を示しているが、これらは別体であっても
よい。

支持体６の材料としては、たとえば金属、硬質プラスチ
ック、ガラス或いはこれらを主体とした複合材等が用い
られるが、バイモルフの固定部位Ａと接する支持体６は
、バイモルフ１に過大な不均一応力を及ぼさないように
するため、少なくともそのノζイモルフとの接触部はゴ
ム弾性体で構成することが好ましい。また、支持体６に
より、固定部位Ａにおいて／々イモルフ１を、また接続
部位Ｂにおいて導電性弾性体１１ａ、ｌｌｂ等を、それ
ぞれ挾持させるためには、図示したノ々イモルフの延長
方向において、支持体を分割して得た２つの半休（全く
対照である必俄はない）で、上記のバイモルフ１等を挾
み込み、その後、２つの半体を互いに支持固定する方法
が好ましく採用される。このような支持体６０分割構造
は、電気用差し込みプラグの分割構造と類似するもので
ある。２つに分割した支持体の半休を互いに支持固定す
るためには、たとえば接着剤、ビス止め、スプリングに
よる抑圧等の公知の固定手段が用いられる。いずれの固
定方法をとるにせよ、固定部位Ａにおけるバイモルフ１
と支持体６との間、ならびに接続部位Ｂにおける・々イ
モルフ１と導電性弾性体１１ａ１１１ｂ、’ｌｉｅとの
間およびこれら導電性弾性体と支持体６との間などには
、必要に応じて接着剤を塗布して、支持固定を強化する
ことができるが、バイモルフ１の主可動部位（すなわち
第５図〜第８図の左方延長部）ならびにこの主可動部位
とこれに隣接する固定部位Ａとの境界付近（境界より約
２ｍｍ以内）には接着剤を塗布しない方がよい。

なぜならば、接着剤を均一の厚さに塗布し且つ塗布部と
非塗布部の境界線が直線になるように塗布することは難
かしいが、このような塗布条件が満されないと、ノ々イ
モルフ１の振動が同一位相になり得す、不均一な振動と
なり、電気機械変換効率が低下するためである。

リード線端子−８ａ、８ｂとしては第５図〜第８図に示
す様な薄膜導体に限られず第２図に示した導電性接着剤
層７ａ、７ｂや同じく第２図に示すリード線の線状端子
８ｃそのものであってもよく、一般にリード線の端子と
導通しているリード線端部付近の導電体を云い、形状は
フィルム状、線状のものに限らない。リード線の端子は
ノ々イモルフ１の電極の数の増加に伴ない増加するがい
ずれのリード線端子もバイモルフ１の接続部位Ｂに設け
られる。部位Ｂは部位Ａとは、・々イモルフにおける別
の部位であれば隣接してもよいが、好ましくは離れた部
位として構成される。

本発明の支持構造体においては、支持体６が、・々イモ
ルフ１を挾持する部位は、固定部位Ａと接続部位Ｂとの
２個所がある。このうち、固定部位Ａおよび主可動部位
においては、バイモルフの構成ｊ偵、たとえば接着剤層
３ａ中には、ＩＪ−）、４線端子、支持体の部分等は挿
入されることはない。しかしながら接続部位Ｂの接着剤
層３ａ中には、たとえば第７図および第８図に示すよう
に支持体の１部６０などが挿入されていてもよい。この
ような挿入構造の場合、また第５図および第６図に示す
ように内面電極５ａ、５ｂを有する場合には、固定部位
Ａと接続部位Ｂの間には空隙部９が形成され、両部位は
必然的に分離する。ただし、内面電極が無く、また支持
体の１部等が接続部Ｂにおいてノ々イモルフ中に挿入さ
れない場合には、空隙部９が形成されることもなく、固
定部位Ａと接続部位を隣接して設けることもできる。し
かしながら、これら部位を離間して設ければ、接続部位
Ｂにおいてバイモルフ１にかかることのある不均一な応
力が固定部位Ａに直接及ぶことがなく、部位Ａにおける
接着剤層３ａ等の剥離のおそれをよυ一層少なくするこ
とができるので好ましい。

リード線端子８ａ、８ｂ、８ｃは、バイモルフ１の電極
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂと直接接触セス、導電性弾性体
１１　ａ　、　Ｌｌ　ｂ　％　１１　ｃを介して、これ
ら電極と導通する。導電性弾性体１１　ａ　、　１１　
ｂ　、　１１　ｃの各々は、電極４ａ、４ｂ、５ａ、５
ｂのいずれかとそれぞれその一面によって接触している
が、リード線端子８ａ、８ｂ、８ｃとの接触に関しては
、第７図および第８図のように電極との接触面とは別の
面で接触してもよいし、また第５図および第６図に示す
ように導電性弾性体１１ａ・・・等の中にリード線端子
８ａ等を挿入ないし埋め込む形態で両者の接触をはかる
こともできる。

導電性弾性体としては高分子圧電膜２ａおよび２ｂより
もヤング率が小さく、体積固有抵抗が１ｏ−１〜ｔｏ５
−５Ωｃｍ　　以下であり前述のリード線端子との関係
を満たし、電極上に設けられ、支持体６により保持され
得るものであれば任意のものが用いられる。好ましく用
いられる例としては例えば銅、銀、アルミニウム、鉄、
錫、カーボン等の導電性微粉末がゴム中に分散された云
わゆる導電性ゴムが挙げられる。

導電性弾性体１１　ａ、　１１　ｂ　Ｓ１１　ｃの各々
の厚さは通常０．０５〜３ｍｍのものが用いられるが支
持構造を小型化できる点で薄い方が良い。

本発明におけるて々イモルフ１の支持構造は上記に示し
た様な構造である故、バイモルフ１が挾持される部位で
あって、バイモルフ１の主体的に可動する部位に隣接す
る固定部位Ａにおいては不均一な応力を受けることがな
く、接着面３ａで剥離が起りにくい。またバイモルフ１
が固定部位Ａを支点として振動する故、接続部位Ｂは本
来は振動するが、導電性弾性体を介し、支持体６により
保持されているため、その振動は僅かである。しかもり
−ｒ線端子とバイモルフの電極とは直接接触せず導電性
弾性体を介している。そのためす＋＋　）、Ｓ線端子が
バイモルフ１の振動によ！ｌｌ電極に応力を及ぼしても
間接的であり、電極を傷つけることがなく、長期にわた
り電気的接続も維持され有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）〜（ｉ）は、それぞれ本発明の構造体に使
用され得るバイモルフの積層構造の例を示す厚さ方向断
面図である。第２図〜第４図は、従来のバイモルフ支持
構造体の一例を示すものであり、第２図は、？イモルア
支持部付近の一部切欠部分拡大斜視図、第３図は第２図
のＮ−Ｉ線に沿って取った断面図、第４図は第３図の接
合固定部の拡大図である。第５図と第６図の組および第
７図と第８図の組は、それぞれ本発明のノ々イモルフ支
持構造体の一例を示し、第５図および第７図は、それぞ
れ、ノ々イモルフ支持部付近の一部切欠部分拡大斜視図
、第６図および第８図は、それぞれ第５図：■−Ｘ線お
よび第７図の■−彊線に沿って取った断面図である。 １・・す々イモルア、２．２ａ〜２Ｃ・・・高分子圧電
膜、加・・・薄膜体、３．３ａ〜３ｃ・・・接着剤層、
４．４　ａ、　４　ｂ・・・表面電極、５．５ａ〜５Ｃ
・・・内面電極、６・・・支持体、７ａ、７ｂ・・・導
電性接着剤、８ａ〜８Ｃ・・・ＩＪ　−Ｆ％Ｓ線端子１
０・・・リード線、Ｌｌａ−１ｉｅ・・・導電性弾性体
、Ａ・・リセイモル７の固定部位、Ｂ・・・／々イモル
フの接続部位。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 第１図 第２図 第３図 第４図 第　５　図 Ｊ′ ■ 第６図 ｌｎ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　（ａ）　　少なくとも１層が高分子圧電膜である
   少なくとも２層の薄膜体を接着剤により接合し、且つ前
   記少なくとも１層の高分子圧電膜を挾持しこれに電圧を
   印加する形態で電極膜を配置してなるノ々イモルフと、 （ｂ）　　前記・々イモルフを、その主可動部位と隣接
   する部位で挾持する支持体と、 （ｃ）前記バイモルフの主可動部位に隣接する部位とは
   別の部位で、導電性弾性体を介して・々イモルフのｉＥ
   　６’Ａと導通し、且つノ々イモルフおよび導電性弾性
   体とともに支持体により保持されるリード線端子と からなることを特徴とするノ々イモルフ支持構造体。 ２、前記バイモルフを構成する少なくとも２層の薄膜体
   がそれらの外側に設けた一対の電極膜により挾持されて
   いる特許請求の範囲第１項の構造体。 ３、前記少なくとも２層の薄膜体が、いずれも高分子圧
   電膜からなり、一定方向の電圧印加により伸長または収
   縮する特性が、隣接する２層の高分子圧電膜で同じであ
   る場合には当該２層を中間電極膜を介して接合し、隣接
   する２層の高分子圧電膜で逆である場合は当該中間２層
   を中間電極膜を介さずに接合してなるバイモルフを使用
   する特許請求の範囲第２項の構造体。 ４、ノ々イモルフが２層又は４層以上の偶数層の高分子
   圧電膜からなり、一定方向の電圧印加により圧電膜が伸
   長または収縮する方向が任意の隣接する２層の高分子圧
   電膜について全て互いに逆である特許請求の範囲第４項
   の構造体。 ５、バイモルフが、電圧印加により伸長または収縮する
   特性が互いに逆である高分子圧電膜の対の２対以上から
   なり、隣接する２つの高分子圧電膜対の内側の一対の単
   位高分子圧電膜は一定方向の電圧印加により伸長又は収
   縮する特性が同一であり、したがって中間電極膜を介し
   て接合されている特許請求の範囲第３項の構造体。 ６、前詰支持体が２つの分割半休からなり、これら分割
   半休によりパイ−モルフが挾持される特許請求の範囲第
   １項ないし第５項のいずれかの構造体。 ７、前記２つの分割半休が、前記ノ々イモルフの主可動
   部位とこれと隣接する部位との境界付近との非接触部位
   に塗布された接着剤により互いに固定される特許請求の
   範囲第６項の構造体。