JPS6133512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐水性、耐摩耗性に富み、かつ、電
気的にも安定な構造を有する超音波トランスデユ
ーサに関する。

無機圧電材料、あるいは、ポーリングにより圧
電性を有するようになる、いわゆる高分子圧電体
は、超音波の送信・受信に有効に動作するので、
超音波トランスデユーサとして用いられている。

とくに高分子圧電膜は音響インピーダンスが低
く、可撓性を有し、加工性に富むことなど、無機
圧電材料に比して種々の利点を有するため超音波
探傷、超音波診断、音響光学等々の分野に用いら
れるトランスデユーサとしてきわめて有用であ
る。

高分子圧電膜をかかるトランスデユーサとして
動作させるためには圧電膜の両面に直接、または
中間層を介して電極が必要である。この電極は、
金属板や金属箔などを接着するか、あるいは、金
属薄膜を蒸着、スパツタ、メツキ等の方法で圧電
膜に付着せしめるか、あるいは導電性塗料を塗布
することによつて形成される。

第１図は、高分子圧電膜を用いた従来の超音波
トランスデユーサの基本構造の一例である。

第１図Ａは金属のブロツク２に高分子圧電膜３
が接着され、圧電膜の上に動作面側電極４が形成
されている。金属ブロツク２は、1/4λで圧電膜
を動作させる作用をすると同時に、背面電極とし
て用いられている。第１図Ｂは高分子圧電膜３の
背面側電極として設けた金属膜２′が、動作面側
電極４との間で圧電膜３がをサンドイツチ状に構
成し、これが支持基板（吸音体）１の上に接着さ
れている。動作面側電極４はAl、Ni、Au、Ag等
を通常、蒸着、スパツタ、メツキなどの方法を用
いてあらかじめ高分子圧電膜３の上に設けておく
か、あるいは圧電膜３を支持基板１または２の上
に接着した後、上記と同後の手段で設けられる。
電源との接続はリード線を導電ペーストで電極４
と接続することにより行なう。

しかし、上述した構造のトランスデユーサは、
次の主要な欠点によつて実用には供し得ない。す
なわち、例えば、超音波探傷や超音波診断等に使
用されるトランスデユーサでは、水中で使用され
ることが多いので、動作面側電極４が水や酸素に
よつて劣化すること、力学的摩擦が直接与えられ
て摩耗が進行し易いこと、さらには、動作面側電
極４が形成されている高分子圧電膜は耐熱性がな
いので、電極と電源回路系、あるいは、電極と受
信・増幅回路系との導通をハンダ付でとることは
一般には困難であり、したがつて電極とリード線
との接着力が弱いという欠点を有していた。

本発明者らは、上記欠点を解決するための超音
波トランスデユーサとして、高分子圧電体の共振
周波数の制御のために、電極に接して、ある定め
られた厚さを有する高分子膜を付加することをす
でに特願昭55−15860において開示し、第２図に
示すような実用的な超音波トランスデユーサを例
示した。

すなわち、第２図のトランスデユーサは、第１
図に示したトランスデユーサに比べて次の点で改
善されている。

(i) 表面付加膜５を設けることによつて、高分子
圧電膜３の表面に蒸着された動作面側電極４が
保護され、水や摩擦に対する耐久性が向上した
こと。

(ii) 表面付加膜５を設けることによつて、動作面
側電極４が外部から絶縁されたこと（これは安
全性が強く要求される超音波診断用途には重要
である。）。

(iii) 金属ケース６が電極４が蒸着された圧電膜３
を押え、圧電膜の支持基板１からのハク離を防
ぐとともに、電極４と広い面積で接触する（必
要に応じて４と６の間に導電性接着剤、あるい
は柔軟性金属箔（Sn、Inなど）を介存させる
こともできる）ので、安定な電気的接続ができ
る。

(iv) 絶縁性のケース７を設けることによつて、外
部との電気絶縁が完全になつたこと。

(v) 適切な補助治具を用いることによつて、支持
基板１、背面電極２、表面に動作面側電極４が
蒸着された高分子圧電膜１、表面付加膜５、金
属ケース６、およびプラスチツクケース７を順
時接着加工でき、トランスデユーサの組立て製
造過程が単純化できる。

などである。

しかしながら、上記で開示された従来構造の超
音波トランスデユーサの最大の欠点は、高分子圧
電膜３上に動作面側電極４が前以つて設けられて
いるため、限られた高分子圧電膜３、例えばフツ
素系高分子と電極との付着力からみた好ましい組
合せの選択が限定され付着強度が依然として小さ
いことである。このため圧電膜の表面に電極４を
蒸着後、圧電膜３を先浄する場合電極４が剥離し
たり、組立て中、必要に応じて高分子圧電膜３を
適当な曲率で曲げる場合には電極４の剥離が発生
することが多い。

さらには、ポーリング処理過程で高温・高圧条
件が付与されることによつて、予め表面に蒸着さ
れた電極４の破壊が起ること、あるいは、組立て
後、銀ペーストを介した接着部、すなわち、金属
ケースのエツジ部との剥離が発生することなど、
高分子圧電膜３上に予め電極４を設けたために発
生する種々欠点を有していた。

本発明は、これらの欠点を除くためになされた
ものであつて次のとおり構成される。すなわち、
圧電性の膜または板と、この膜または板の動作面
側電極と、表面付加膜とをこの順序に積層してな
る超音波トランスデユーサにおいて、前記動作面
側電極を前記表面付加膜上にあらかじめ形成せし
め、次いでこれと前記圧電性の膜または板とを接
着せしめてなる超音波トランスデユーサ構造体。

次に本発明を第３図を用いてより詳しく説明す
る。第３図において、本発明に使用される動作面
側電極４′の表面付加膜５への付着形成方法は、
従来から知られている一般的方法が用いられる。
すなわち、蒸着法、スパツタ法、CVD法、電解
メツキ、化学メツキ法、塗布法、などであり、ま
た電極の種類としては、Al、Cu、Au、Ag、In、
Cr、Co、Ni、Pt、Sn、などの金属あるいはこれ
らの任意の合金、あるいは銀ペーストなどの導電
性塗料であつてもよい。また金属箔であつてもよ
い。

また表面付加膜５の材料としては、動作面側電
極４′が強固に付着するものであればいずれの材
料も用いられるが、一般にはポリエステル、芳香
族ポリアミド、ポリイミドなどの耐熱性高分子、
ポリフエニレン、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、など目的に応じて選択できる。

本例ではトランスデユーサが一つの素子からで
きている場合について述べたが、多素子からなる
トランスデユーサ（例えばリニアアレイ、アニユ
ラーアレイなど）にも適用できることは勿論であ
る。

なお、本発明の構造体によれば、予め表面付加
膜５に形成した導電性薄膜が圧電膜の動作面側電
極として作用するので、場合によつては第３図に
示すとおりポーリング時に圧電膜上に付着した電
極４はなくてもよい。

表面付加膜の内面に予め動作面側電極４′を設
けた本発明によつて得られる効果は次のとおりで
ある。

(1) 表面付加膜５はその物が限定された圧電膜３
と異なり多くの種類の中から用途に応じた選択
が可能であり、付着強度の強い動作面側電極
４′および表面付加膜５の組合せを任意に選ぶ
ことができる。付着強度が強いということは、
とりもなおさず前述した従来構造のトランスデ
ユーサにおいて、とくに組立て時において発生
していた電極の剥離が本発明においては発生し
ないことを意味し、事実電極４′の剥離がない
ので取扱いが容易となり、トランスデユーサの
組立て製造過程が極めて単純化できる。

(2) ポリエステル、ポリイミドなど耐熱性のある
表面付加膜を用いる場合には表面付加膜上の動
作面側電極４′と金属ケース、あるいは他の導
体との間でハンダ付処理も可能となる。これ
は、電気的接続を信頼性の高いものとするとと
もに、耐水性、耐薬品性等の向上に寄与する。
すなわち、この態様の本発明によると、金属ケ
ース６と表面付加膜５との接着部からの水（あ
るいは薬品）の侵入による電極４の侵蝕によつ
て導通が充分働かなくなり機能の低下をきたす
という従来の超音波トランスデユーサ構造体の
欠点をカバーできる。

(3) 動作面側電極となる導電性薄膜が、圧電的に
非活性の表面付加膜上に接着されているので、
表面付加膜上での導電性薄膜の例えばエツチン
グ加工が可能となり、目的に応じた多様のパタ
ーンの形状を有する導電性薄膜を作成しうる。

(4) 表面付加膜５とその膜上に形成された動作面
側電極４′の大きさは、導電性の金属ケース６
との電気的接続の場所の関係で可能な限り任意
に選べるので、その接点に自由度が生じトラン
スデユーサの製作上有利となる。

また、必要に応じて、動作面側電極４′が接
着された表面付加膜５の一部分をフレキシブル
導電ケーブルとして用いることができ、この場
合、複雑な配線であつても配線作業が容易とな
り、かつ、コンパクト化がはかれる。

(5) 従来の超音波トランスデユーサ構造体のよう
に圧電膜上に付着させた薄膜電極４上で電気的
コンタクトをとる構造の場合には、圧電膜を電
気的コンタクト点、つまり、金属ケースと接す
る位置まで拡張して設ける必要があつたが、本
発明ではその必要がなく、圧電膜は必要最小な
大きさに限定できる。したがつて圧電膜を曲げ
たりするような加工工程が少なくなり、信頼性
の高いトランスデユーサとなる。

以上の如く、本発明による電極形成はトランス
ジユーサの安定性、信頼性、寿命の改善に役立つ
ばかりでなく、トランスデユーサの構造に限定を
少なくし、多様な構造、形状のトランスデユーサ
を容易に製造可能とするものである。

なお、本発明は高分子圧電膜を振動子に用いる
場合について述べたが、一般に本技術は無機圧電
体を振動子とするトランスデユーサにも適用し得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高分子圧電膜を用いた従来の超音波
トランスデユーサの基本構造の一例を示す図、第
２図は、第１図の改良であつて、表面付加膜を付
加した従来の超音波トランスデユーサを示す図、
第３図は、本発明にかかる超音波トランスデユー
サの構造を示す図である。 符号の説明：１：支持基板、２，２′：背面側
電極、３：高分子圧電膜、４，４′：動作面側電
極、５：表面保護膜、６：金属ケース、７：プラ
スチツクケース、８：導線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧電性の膜または板と、この膜または板の動
   作面側電極と、表面付加膜とをこの順序に積層し
   てなる超音波トランスデユーサにおいて、前記動
   作面側電極を前記表面付加膜上にあらかじめ形成
   せしめ、次いで該電極と前記圧電性の膜または板
   とを接着せしめてなる超音波トランスデユーサ構
   造体。