Brevet FR2564245A1 — publié le 19851115

m-* 1 2564245 La prése4e invention se.rapporte à une structure de bornes d'électrodes pour un élément piézo-électrique en film qui donne une structure de fixation de bonne qualité et tenace. Depuis peu, on utilise largement un élément piézo- électrique du type film ou feuille comprenant 4ne couche unique ou plusieurs couche(s) de film piézo-électrique polymère, fait, par exemple d'une résine fluorure de vinylidène, et une paire de films formant électrodes disposés sur les deux faces du film piézo-électrique polymère, par exemple en qualité d'élément transducteur électromécanique destiné à être utilisé dans des capteurs de vibrations, microphones, hauts-parleurs, etc. (dans le présent mémoire, l'expression "élément piézo-électrique" se rapporte à la structure mentionnée ci-dessus et est utilisée pour couvrir une structure de ce genre qui est utilisée fonctionnellement comme élément pyro-électrique). Par exemple, les capteurs de vibrations classiques utili- sés jusqu'à présent étaient ceux qui étaient obtenus en formant des films électrodes sur les deux faces d'une feuille piézo-électrique céramique de PZT, etc., et en soudant respectivement des fils conducteurs aux films électrodes correspondants. Toutefois, ces capteurs de vibrations céramiques présentent différentes difficultés, comme décrit ci-après. C'est ainsi qu'un capteur de vibrations céramique ne s'ajuste pas sur une surface courbe, de sorte que la précision de la mesure est réduite. En outre, la fréquence de vibration mesurable est limitée à 500 Hz ou moins et ils ne peuvent pas être utilisés pour la mesure des vibrations à haute fréquence qui peuvent atteindre jusqu'à 10 kHz ou une valeur de cet ordre telle que celles qu'on observe, par exemple, dans les turbines. Au contraire, les capteurs utilisant des éléments piézo- électriques polymères ne sont pas affectés par ces diffi- cultés et sont considérés comme très bien appropriés. 2 2564245 Toutefois, il se pose un grave problème dans l'uti- lisation d'un élément piézo-électrique polymère en qualité d'agent de couplage électro-mécanique, par le fait que la structure de connexion des fils conducteurs sur les électrodes disposés sur cet élément est généralement fragile et n'est pas durable en utilisation continue ou répétitive en vibration. Par exemple, l'une des idées les plus fondamentales consiste à concevoir de souder des fils conducteurs sur des films électrodes formés sur un film piézo-électrique polymère ainsi qu'on l'a déjà exposé à propos du capteur de vibrations céramique. Toutefois, ceci n'est pas approprié parce que le film piézo-électrique polymère, en soi, est détérioré par la chaleur. Il est également concevable d'utiliser un agent d'assemblage électro-conducteur obtenu en dispersant une poudre métallique, une poudre de carbone, etc. dans diverses sortes de liants résineux pour coller les fils conducteurs aux films électrodes. Toutefois, un tel agent d'assemblage électro-conducteur est relativement fragile et risque de ne pas être durable en présence de vibrations répétitives appliquées à un élément piézo-électrique uti- lisé en qualité d'élément transducteur électro-mécanique. Compte tenu des circonstances ci-dessus, le principal but de l'invention est de réaliser une structure de bornes d'excellente durabilité pour un élément piézo- électrique polymère. La structure de bornes d'électrodes de la présente invention a été développée pour atteindre le but ci- dessus et, plus précisément, elle comprend un élément piézo-électrique du type film, qui comprend lui-même un film piézo-électrique polymère et une paire de films formant électrodes formés sur les deux faces du film piézoélectrique polymère, une plaque conductrice et une plaque isolante disposée successivement sur une première face du film piézo-électrique et en partie à proximité 3 2564245 de la périphérie de ce film pour former une structure empilée et une plaque conductrice continue à double couche qui enferme la structure empilée entre ses deux couches, la plaque conductrice continue à double couche et la structure empilée enfermée entre les deux couches de cette plaque étant assemblées l'une à l'autre par compression pour former une structure de bornes d'élec- trodes monobloc. Ces buts, caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de l'examen de la description donnée ci-après de forme préférée de réalisation de la présente invention, considérée en combinaison avec les dessins annexés sur lesquels les éléments analogues sont désignés par les mêmes numéros de référence. Les figures 1 et 5 sont des vues en plan représentant chacune une forme de réalisation de la structure de bornes d'électrodes selon la présente invention; les figures 2 et 6 sont respectivement des vues en coupe prises selon la ligne II-II de la figure 1 et selon la ligne IV-IV de la figure 5; la figure 3 est une vue en perspective montrant un exemple de la plaque conductrice continue à double couche; les figures 4 et 8 sont des vues partielles en pers- pective dont chacune montre une autre forme de réalisation de la structure de borne d'électrode selon l'invention; la figure 7 est une vue partielle en perspective de la forme de réalisation représentée sur les figures 5 et 6. La figure 1 est une vue en plan d'une forme de réalisation d'une structure de bornes d'électrodes selon la présente invention, destinée à être utilisée dans un capteur de vibrations; et la figure 2 est une vue en coupe dans la direction de l'épaisseur, prise selon la ligne II-II de la figure 1. Dans cette forme de réalisa- tion, des films électrodes 2a et 2b, dont chacun est formé par dépôt par vaporisation de Al, Ni, Cr, Au, etc., sont disposés sur les deux faces d'un film piézo- électrique polymère 1 pour former un élément piézo- électrique 10 qui, dans son ensemble, constitue la partie capteur d'un capteur de vibrations. L'élément piézo- électrique 10 possède dans son ensemble la forme d'une bande et, par exemple, il a pour dimensions une longueur de 15 mm, une largeur de 3 mm et une épaisseur d'environ 0,03 mm. Presque toute l'épaisseur est occupée par le film piézo-électrique 1 et chacun des films électrodes a 2a et 2b possède une épaisseur de l'ordre de 500 A. Sur une surface d'une extrémité (c'est-à-dire, par exemple, une partie périphérique de l'élément piézo-électrique en forme de bande) et dans le voisinage de cette extrémité, sont empilées ou stratifiées successivement une plaque conductrice 3 en Cu, etc., possédant par exemple une épaisseur de 0,02 mm, et une plaque isolante 4 possédant, par exemple, une épaisseur de 0,5 mm et constituée par une feuille ou un film de matière plas- tique telle que la bakelite ou le polyethylène, le verre, le papier, etc.. En outre, la partie ou structure empilée ainsi formée, qui comprend l'élément piézo-électrique 10, la plaque conductrice 3 et la plaque isolante 4 est encore enfermée en sandwich entre des couches 5a et 5b d'une plaque conductrice continue à double couche 5, et ces éléments sont assemblés les uns aux autres par compres- sion pour former une structure monobloc. Des fils conduc- teurs 7a et 7b sont fixes par des soudures 6a et 6b, l'un à une languette 3a servant à assembler le fil conducteur de la plaque conductrice 3 et l'autre à la couche supérieure 5a de la plaque conductrice continue à double couche 5. De cette façon, dans cette forme de réalisation, le fil conducteur 7a est connecté électri- quement au film électrode 2a de la face supérieure de l'élément piézoélectrique 10 par l'intermédiaire de la plaque conductrice 3 tandis que le fil conducteur 7a est connecté au film d'électrode 2b de la face inférieure de l'élément piézo-électrique 10, par l'intermédiaire de la plaque conductrice à double couche 5 (5a, 5b). La plaque conductrice continue à double couche 5 est constituée, par exemple par une tôle de Cu de 0,2 mm d'épaisseur. La plaque conductrice à double couche se présente sous la forme d'un tube aplati dont on voit une vue en perspective sur la figure 3 dans cette forme de réalisation mais elle peut également être présentée sous la forme d'un tube aplati muni d'une coupure médiane, c'est-à-dire, d'un corps replié 15 obtenu en repliant une plaque conductrice en forme de bande ou rectangulaire comme représenté sur la figure 4. La forme de réalisation de la figure 4 est en outre munie d'une plaque conductrice 13b servant à fixer un fil conducteur en contact avec la plaque conductrice à double couche 15, en supplément d'une plaque conductrice 13a, analogue à la plaque conductrice 3 de la forme de réalisation représentée sur les figures 1 et 2, qui est en contact avec l'électrode de face supérieure 2a de l'élément piézoélectrique 10 en forme de bande. La structure ou portion empilée mentionnée ci- dessus, qui comprend l'élément piézo-électrique 10 en forme de bande, la plaque conductrice 3 (ou les plaques conductrices 13a ou 13b) et la plaque isolante 4 est insérée dans le tube aplati 5 représenté sur la figure 3 ou dans la plaque conductrice repliée 15 munie d'une coupure médiane représentée sur la figure 4, ou encore elle est interposée entre les parois de ce tube ou de ce conducteur et la structure empilée résultante est ensuite comprimée dans son ensemble, à une pression de l'ordre de 0,1 kg/cm au moyen d'une presse, de sorte qu'on obtient une structure assemblée ou intégrée par compres- sion, comme représenté sur les figures 1 et 2 ou sur la figure 4. Si l'on fait la comparaison entre le tube 6 '2564245 aplati 5 représenté sur la figure 3 et le corps plié 15 représenté sur la figure 4, le premier est supérieur en ce qui concerne la solidité ou la durabilité de la structure de bornes d'électrodes obtenue tandis que le deuxième est supérieur en ce qui concerne l'adaptabilité à un mode de production simple. Les fils conducteurs 7a et 7b peuvent être soudés respectivement à la plaque conductrice 3 et à la plaque conductrice à double couche 5. Toutefois, pour faciliter la compression mentionnée plus haut, il est préférable d'effectuer le soudage des fils conducteurs après l'exécution de l'assemblage par compression. Dans ce cas, étant donné que la couche supérieure 5a de la plaque conductrice à double couche est interposée au-dessus de l'élément piézo-électrique 10, avec interposition de la plaque conductrice 3 et de la plaque isolante 4, on n'a pratiquement pas à craindre que l'élément piézo-électrique ne soit détérioré par la chaleur du soudage. Les figures 5, 6 et 7 sont respectivement une vue en plan, une vue en coupe dans la direction de l'épaisseur et une vue partielle en perspective d'une autre forme de réalisation de la structure de bornes d'électrodes selon la présente invention. Cette forme de réalisation de la structure de bornes d'électrodes est différente de la structure représentée sur les figures 1 à 3 en ce sens que la couche supérieure 25a de la plaque conductrice à double couche 25 présente une échancrure 25aa, que la plaque isolante 14 présente une ouverture 14a et qu'un fil conducteur 7a est soudé à-la plaque conductrice 13 qui est en contact avec l'électrode de face supérieure 2a de l'élément piézo-électrique, dans la partie qui corres- pond à l'échancrure 25aa et à l'ouverture 14a précitées. En raison de ces modifications, la languette 3a de connexion du fil conducteur représentée sur les figures 1 et 2 est éliminée, de sorte qu'on obtient une structure plus simple et plus solide. Dans la forme de réalisation des figures 5 à 7, la plaque conductrice à double couche 25 est en outre pressée localement au moyen d'un poinçon, etc., au niveau de ses faces supérieure et inférieure. Les bossages 25ac et 25 bc ainsi formés ont pour effet d'améliorer le contact entre la plaque conductrice 13 et le film électrode 2a de la face supérieure et entre la couche inférieure 25b de la plaque conductrice à double couche 25 et le film électrode 2b de la face inférieure et d'améliorer l'assemblage par compression de l'ensemble de la structure. La figure 8 est une vue partielle en perspective d'une autre forme de réalisation de la structure de bornes d'électrodes selon la présente invention. Cette forme de réalisation est analogue à celle représentée sur la figure 4, mais elle en diffère par le fait que l'élément piézoélectrique 10, une plaque conductrice 23a, la plaque isolante 4 et une plaque conductrice 23b sont empilés ou stratifiés dans l'ordre précité et que la partie ou structure ainsi empilée est interposée entre les deux couches de la plaque à double couche 15. La partie terminale de la plaque conductrice 23a est repliée autour de l'extrémité de la plaque isolante 4 et main- tenue de manière à s'aligner sensiblement dans le même plan que la plaque conductrice 23b mais en restant isolée électriquement de celle-ci. Grâce à ces caractéristiques, cette forme de réalisation présente l'avantage de per- mettre de faire partir les fils conducteurs 7a et 7b de parties adjacentes, et de permettre de traiter facile- ment les fils ainsi connectés. Dans les formes de réalisation précitées, l'exposé a été fait dans son application à un capteur de vibrations constituant un exemple préféré d'application de la structure de bornes d'électrodes selon la présente 8 2564245 invention. Toutefois, la structure des bornes d'électrodes de la présente invention qui possède des structures analogues à celles qui ont été décrites plus haut est également applicable à d'autres utilisations, y compris celles qui utilisent une structure monomorphe, telles qu'un élément capteur de pression sanguine, une structure bimorphe qui comprend plusieurs couches de films piézo- électriques polymères ou un stratifié composé d'un film piézo-électrique polymère et d'un autre film pyrocapteur, etc.. Ainsi qu'on l'a décrit plus haut, selon la présente invention, on réalise une structure de bornes d'électrodes pour un élément piézo-électrique polymère qui est excellente aussi bien sous l'aspect de la connexion élec- trique que de la durabilité mécanique, en utilisant une plaque conductrice continue à double couche pour constituer l'un de deux conducteurs connectés respectivement à des films électrodes formés sur les deux faces d'un élément piézo-électrique en forme de bande. REVENDICATIONS 1. Structure de bornes d'électrodes pour élément piézo-électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend: un élément piézo-électrique polymère (1) et une paire de films formant électrodes (2a, 2b) formés sur les faces du film piézo-électrique polymère, une plaque conductrice (3, 13a, 23a) et une plaque isolante (4) disposées successivement sur une première face film piézo- électrique et en partie à proximité de la périphérie de ce film, pour former une structure empilée, et une plaque conductrice continue à double couche (5, 15, 25) qui enferme ladite structure empilée entre ses deux couches, ladite plaque conductrice continue à double couche et la structure empilée interposée entre les deux couches de cette plaque étant assemblées l'une à l'autre par compression pour former une structure de bornes d'électro- des monobloc. 2. Structure de bornes d'électrodes selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que ladite plaque conduc- trice continue à double couche (15) est constituée par une bande de tôle conductrice repliée. 3. Structure de bornes d'électrodes selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que ladite plaque conduc- trice continue à double couche (5, 25) est constituée par un tube de tôle conductrice aplati. 4. Structure de bornes d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite plaque conductrice continue à double couche (25) est en outre comprimée localement, au moins d'un côté, sur la structure empilée. 5. Structure de bornes d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite plaque conductrice (3) disposée entre le film piézo-électrique (1) et la plaque isolante (4) possède une languette servant à connecter un fil conducteur qui 2564245 fait saillie sur la structure empilée. 6. Structure de bornes d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite plaque conductrice à double couche (25) et ladite plaque isolante (4) présentent une ouverture 14a, a) permettant d'amener un fil conducteur (7a) jusqu'à ladite plaque conductrice (13) qui est comprise entre la plaque isolante (14) et l'élément film piézo-électrique (1). 7. Structure de bornes d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une plaque conductrice additionnelle (13b, 23b) est insérée entre la plaque isolante et une couche de la plaque conductrice (15) à double couche, de sorte que la plaque isolante (4) est interposée entre ladite plaque conductrice additionnelle (13b, 23b) et la plaque conductrice (13a, 23a) prévue précédemment. 8. Structure de bornes d'électrodes selon la reven- dication 7, caractérisée en ce que ladite plaque conduc- trice (23a) prévue en premier lieu présente une partie marginale repliée autour d'une extrémité de la plaque isolante (4), de manière que cette partie marginale repliée soit disposée pour s'aligner dans le même plan que ladite plaque conductrice additionnelle (23b) tout en en étant isolée électriquement.