JPH10231430A - 圧電材料 - Google Patents
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- JPH10231430A JPH10231430A JP9036159A JP3615997A JPH10231430A JP H10231430 A JPH10231430 A JP H10231430A JP 9036159 A JP9036159 A JP 9036159A JP 3615997 A JP3615997 A JP 3615997A JP H10231430 A JPH10231430 A JP H10231430A
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 延伸、分極といった処理を必要とせず、しか
も優れた圧電性能を有する安価な圧電材料を提供するこ
と。 【解決手段】 母材中に、前記母材における双極子モー
メント量を増加させる活性成分が配合されていることを
特徴とする。
も優れた圧電性能を有する安価な圧電材料を提供するこ
と。 【解決手段】 母材中に、前記母材における双極子モー
メント量を増加させる活性成分が配合されていることを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力が加わること
で信号を発生するタッチパネルや電子楽器のキーボード
などに使用されるセンサー類、電圧の大小によって変位
を調整し、精密位置決めを行うアクチュエーター、ある
いは超音波モータの材料として使用される圧電材料に関
する。
で信号を発生するタッチパネルや電子楽器のキーボード
などに使用されるセンサー類、電圧の大小によって変位
を調整し、精密位置決めを行うアクチュエーター、ある
いは超音波モータの材料として使用される圧電材料に関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、
チタン酸バリウムなどの圧電セラミックスを焼成し、分
極処理を行ったものがあった。
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、
チタン酸バリウムなどの圧電セラミックスを焼成し、分
極処理を行ったものがあった。
【０００３】ところがこの圧電材料は、大面積の加工が
難しく脆いという欠点があり、しかも分極処理が必要で
あり、きわめて高価な材料となっていた。
難しく脆いという欠点があり、しかも分極処理が必要で
あり、きわめて高価な材料となっていた。
【０００４】別の圧電材料としては、ＰＶＤＦ等のフッ
素系の樹脂を延伸し、これに分極処理を行った圧電ポリ
マーも提案されている。
素系の樹脂を延伸し、これに分極処理を行った圧電ポリ
マーも提案されている。
【０００５】ところがこの圧電材料は、脆性の改善はみ
られるものの、前記圧電セラミックスに比べたときその
性能は低く、しかも延伸、分極といった処理が必要で、
これも高価な材料となっていた。
られるものの、前記圧電セラミックスに比べたときその
性能は低く、しかも延伸、分極といった処理が必要で、
これも高価な材料となっていた。
【０００６】さらに別の圧電材料として、前記圧電セラ
ミックスと圧電ポリマーとを組み合わせた複合材料も提
案されている。
ミックスと圧電ポリマーとを組み合わせた複合材料も提
案されている。
【０００７】ところがこの圧電材料にあっても、前述の
圧電材料の欠点を解消し得るものではなかった。
圧電材料の欠点を解消し得るものではなかった。
【０００８】本発明者らは、上記従来の圧電材料におけ
る欠点を解消すべく、該圧電材料について鋭意研究を重
ねた結果、圧電材料における双極子モーメント量が、当
該圧電材料の圧電性能に深い関係を持っており、圧電材
料における双極子モーメント量を多くすることで、当該
圧電材料の圧電性能を飛躍的に向上させることができる
ことを見い出した。
る欠点を解消すべく、該圧電材料について鋭意研究を重
ねた結果、圧電材料における双極子モーメント量が、当
該圧電材料の圧電性能に深い関係を持っており、圧電材
料における双極子モーメント量を多くすることで、当該
圧電材料の圧電性能を飛躍的に向上させることができる
ことを見い出した。
【０００９】さらに発明者は、この研究を通して圧電材
料を構成する母材の誘電損率と圧電性能とについても相
関があり、誘電損率が高いものほど、圧電性能が高いと
いうことを見い出したのである。
料を構成する母材の誘電損率と圧電性能とについても相
関があり、誘電損率が高いものほど、圧電性能が高いと
いうことを見い出したのである。
【００１０】本発明は、上述の知見に基づくことで完成
されたものであり、延伸、分極といった処理を必要とせ
ず、しかも優れた圧電性能を有する安価な圧電材料を提
供することを目的とするものである。
されたものであり、延伸、分極といった処理を必要とせ
ず、しかも優れた圧電性能を有する安価な圧電材料を提
供することを目的とするものである。
【００１１】本発明の別の目的は、使用温度領域におい
て良好な圧電性能が発揮される圧電材料を提供すること
である。
て良好な圧電性能が発揮される圧電材料を提供すること
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、母材中に、前記母材におけ
る双極子モーメント量を増加させる活性成分が配合され
ていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
め、請求項１記載の発明は、母材中に、前記母材におけ
る双極子モーメント量を増加させる活性成分が配合され
ていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１３】請求項２記載の発明は、母材が、ポリ塩化
ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム、アクリロ
ニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴ
ム、及びクロロプレンゴムから選ばれる極性高分子より
なることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム、アクリロ
ニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴ
ム、及びクロロプレンゴムから選ばれる極性高分子より
なることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１４】請求項３記載の発明は、母材が使用温度域
にガラス転移点を有する高分子よりなることを特徴とす
る圧電材料をその要旨とした。
にガラス転移点を有する高分子よりなることを特徴とす
る圧電材料をその要旨とした。
【００１５】請求項４記載の発明は、活性成分が母材１
００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で配合さ
れていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で配合さ
れていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１６】請求項５記載の発明は、活性成分が、メル
カプトベンゾチアジル基を含む化合物の中から選ばれた
１種若しくは２種以上であることを特徴とする圧電材料
をその要旨とした。
カプトベンゾチアジル基を含む化合物の中から選ばれた
１種若しくは２種以上であることを特徴とする圧電材料
をその要旨とした。
【００１７】請求項６記載の発明は、メルカプトベンゾ
チアジル基を含む化合物が、Ｎ、Ｎ−ジシクロヘキシル
ベンゾチアジル−２−スルフェンアミドであることを特
徴とする圧電材料をその要旨とした。
チアジル基を含む化合物が、Ｎ、Ｎ−ジシクロヘキシル
ベンゾチアジル−２−スルフェンアミドであることを特
徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１８】請求項７記載の発明は、メルカプトベンゾ
チアジル基を含む化合物が、２−メルカプトベンゾチア
ゾールであることを特徴とする圧電材料をその要旨とし
た。
チアジル基を含む化合物が、２−メルカプトベンゾチア
ゾールであることを特徴とする圧電材料をその要旨とし
た。
【００１９】請求項８記載の発明は、メルカプトベンゾ
チアジル基を含む化合物が、ジベンゾチアジルスルフィ
ドであることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
チアジル基を含む化合物が、ジベンゾチアジルスルフィ
ドであることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００２０】請求項９記載の発明は、活性成分が、ベン
ゾトリアゾール基を持つ化合物の中から選ばれた１種若
しくは２種以上であることを特徴とする圧電材料をその
要旨とした。
ゾトリアゾール基を持つ化合物の中から選ばれた１種若
しくは２種以上であることを特徴とする圧電材料をその
要旨とした。
【００２１】請求項１０記載の発明は、ベンゾトリアゾ
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
３′−（３″，４″，５″，６″テトラハイドロフタリ
ミデメチル）−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリア
ゾールであることを特徴とする圧電材料をその要旨とし
た。
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
３′−（３″，４″，５″，６″テトラハイドロフタリ
ミデメチル）−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリア
ゾールであることを特徴とする圧電材料をその要旨とし
た。
【００２２】請求項１１記載の発明は、ベンゾトリアゾ
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾールであるこ
とを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾールであるこ
とを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００２３】請求項１２記載の発明は、ベンゾトリアゾ
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル｝−５−クロ
ロベンゾトリアゾールであることを特徴とする圧電材料
をその要旨とした。
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル｝−５−クロ
ロベンゾトリアゾールであることを特徴とする圧電材料
をその要旨とした。
【００２４】請求項１３記載の発明は、ベンゾトリアゾ
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル｝−５−クロロベ
ンゾトリアゾールであることを特徴とする圧電材料をそ
の要旨とした。
ール基を持つ化合物が、２−｛２′−ハイドロキシ−
３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル｝−５−クロロベ
ンゾトリアゾールであることを特徴とする圧電材料をそ
の要旨とした。
【００２５】請求項１４記載の発明は、活性成分が、ジ
フェニルアクリレート基を持つ化合物の中から選ばれた
１種若しくは２種以上であることを特徴とする圧電材料
をその要旨とした。
フェニルアクリレート基を持つ化合物の中から選ばれた
１種若しくは２種以上であることを特徴とする圧電材料
をその要旨とした。
【００２６】請求項１５記載の発明は、ジフェニルアク
リレート基を持つ化合物が、エチル−２−シアノ−３，
３−ジ−フェニルアクリレートであることを特徴とする
圧電材料をその要旨とした。
リレート基を持つ化合物が、エチル−２−シアノ−３，
３−ジ−フェニルアクリレートであることを特徴とする
圧電材料をその要旨とした。
【００２７】請求項１６記載の発明は、圧電材料の周波
数１１０Ｈｚにおける誘電損率が５０以上であることを
特徴とする圧電材料をその要旨とした。
数１１０Ｈｚにおける誘電損率が５０以上であることを
特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電材料について
さらに詳しく説明する。本発明の圧電材料は、母材中
に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる
活性成分が配合されていることを特徴とするものであ
る。
さらに詳しく説明する。本発明の圧電材料は、母材中
に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる
活性成分が配合されていることを特徴とするものであ
る。
【００２９】この圧電材料における母材成分としては、
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタク
リル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレ
ン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニ
トリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合
体、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ス
チレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム
（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）
などの高分子、これらをブレンドしたものなどを挙げる
ことができる。中でもポリ塩化ビニルは、成形性がよ
く、安価である点で好ましい。
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタク
リル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレ
ン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニ
トリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合
体、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ス
チレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム
（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）
などの高分子、これらをブレンドしたものなどを挙げる
ことができる。中でもポリ塩化ビニルは、成形性がよ
く、安価である点で好ましい。
【００３０】次に、このような高分子を母材成分とする
圧電材料における双極子モーメント量と圧電性能との間
の関係について説明する。一般に圧電材料は、該圧電材
料に応力が加わると、それに比例して該圧電材料の両端
面に反対符号の電荷が現れる、すなわち電気分極という
現象を生じ、逆に該圧電材料を伝場に入れる（電界を加
える）ことで、それに比例した歪みを生じるという性質
（圧電性能）を有するものとして知られている。特に高
分子よりなる圧電材料にあっては、高分子の主鎖や側鎖
の双極子モーメントの配向凍結による分極により圧電効
果が生じることが知られている。
圧電材料における双極子モーメント量と圧電性能との間
の関係について説明する。一般に圧電材料は、該圧電材
料に応力が加わると、それに比例して該圧電材料の両端
面に反対符号の電荷が現れる、すなわち電気分極という
現象を生じ、逆に該圧電材料を伝場に入れる（電界を加
える）ことで、それに比例した歪みを生じるという性質
（圧電性能）を有するものとして知られている。特に高
分子よりなる圧電材料にあっては、高分子の主鎖や側鎖
の双極子モーメントの配向凍結による分極により圧電効
果が生じることが知られている。
【００３１】上述の性質は、分極した圧電材料における
エネルギー変換により生じているのであるが、本発明者
らは、圧電材料における圧電性能のメカニズムを研究し
ていく過程で、圧電材料における双極子がある程度の自
由度をもって変位し、その後元の状態に復元するという
作用によってエネルギーが変換され、ここに従来にない
優れた圧電性能が生じるということを発見した。
エネルギー変換により生じているのであるが、本発明者
らは、圧電材料における圧電性能のメカニズムを研究し
ていく過程で、圧電材料における双極子がある程度の自
由度をもって変位し、その後元の状態に復元するという
作用によってエネルギーが変換され、ここに従来にない
優れた圧電性能が生じるということを発見した。
【００３２】以下にその詳細を示す。図１にはエネルギ
ー（応力）が伝わる前の圧電材料１内部における双極子
２の配置状態を示した。この双極子２の配置状態は安定
な状態にあると言える。ところが、これにエネルギー
（応力）が伝わることで、圧電材料１内部に存在する双
極子２には変位が生じ、図２に示すように、圧電材料１
内部における各双極子２は不安定な状態に置かれること
になり、各双極子２は、図１に示すような安定な状態に
戻ろうとする。
ー（応力）が伝わる前の圧電材料１内部における双極子
２の配置状態を示した。この双極子２の配置状態は安定
な状態にあると言える。ところが、これにエネルギー
（応力）が伝わることで、圧電材料１内部に存在する双
極子２には変位が生じ、図２に示すように、圧電材料１
内部における各双極子２は不安定な状態に置かれること
になり、各双極子２は、図１に示すような安定な状態に
戻ろうとする。
【００３３】このとき、エネルギーの変換が生じること
になる。こうした、圧電材料１内部における双極子の変
位、双極子の復元作用によるエネルギーの変換を通じ
て、圧電性能が生じているものと考えられる。
になる。こうした、圧電材料１内部における双極子の変
位、双極子の復元作用によるエネルギーの変換を通じ
て、圧電性能が生じているものと考えられる。
【００３４】上述の圧電性能が生じるメカニズムから、
図１及び図２に示すような圧電材料１内部における双極
子モーメントの量が大きくなればなる程、その圧電材料
１の持つ圧電性能も高くなると考えられる。
図１及び図２に示すような圧電材料１内部における双極
子モーメントの量が大きくなればなる程、その圧電材料
１の持つ圧電性能も高くなると考えられる。
【００３５】このことから、圧電材料を構成する母材成
分として、分子内部における双極子モーメント量がもと
もと大きな素材を用いることは、より高い圧電性能を確
保する上で大変有用なことである。
分として、分子内部における双極子モーメント量がもと
もと大きな素材を用いることは、より高い圧電性能を確
保する上で大変有用なことである。
【００３６】分子内部における双極子モーメント量がも
ともと大きなものとしては、極性高分子を挙げることが
できる。この極性高分子として、具体的には、ポリ塩化
ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム（ＡＣ
Ｒ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、
スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、及びクロロプレ
ンゴム（ＣＲ）などを挙げることができる。
ともと大きなものとしては、極性高分子を挙げることが
できる。この極性高分子として、具体的には、ポリ塩化
ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム（ＡＣ
Ｒ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、
スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、及びクロロプレ
ンゴム（ＣＲ）などを挙げることができる。
【００３７】また本発明の圧電材料をセンサー類やアク
チュエーター、あるいは超音波モータとして適用したと
きの使用時の温度（以下使用温度域という。）は、おお
よそ−２０°Ｃ〜４０°Ｃの範囲である。その使用温度
域においてガラス転移点を有する高分子を母材成分とし
て用いることは大変に有用なことである。なぜならば、
発明者らの実験によれば、高分子のガラス転移点付近で
圧電性能が最も発揮されるからである。
チュエーター、あるいは超音波モータとして適用したと
きの使用時の温度（以下使用温度域という。）は、おお
よそ−２０°Ｃ〜４０°Ｃの範囲である。その使用温度
域においてガラス転移点を有する高分子を母材成分とし
て用いることは大変に有用なことである。なぜならば、
発明者らの実験によれば、高分子のガラス転移点付近で
圧電性能が最も発揮されるからである。
【００３８】使用温度域にガラス転移点を有する高分子
としては、具体的にはポリ塩化ビニル、ポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタク
リル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−
アクリロニトリル共重合体などの高分子に、ジ−２−エ
チルヘキシルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレー
ト（ＤＢＰ）、ジイソノニルフタレート（ＤＩＮＰ）な
どの可塑剤を添加して、使用温度域にガラス転移点（Ｔ
ｇ）を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用
温度域にガラス転移点（Ｔｇ）を有するアクリルゴム
（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢ
Ｒ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエ
ンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム
（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、塩素化ポリエチ
レンなどの高分子などを挙げることができる。
としては、具体的にはポリ塩化ビニル、ポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタク
リル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−
アクリロニトリル共重合体などの高分子に、ジ−２−エ
チルヘキシルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレー
ト（ＤＢＰ）、ジイソノニルフタレート（ＤＩＮＰ）な
どの可塑剤を添加して、使用温度域にガラス転移点（Ｔ
ｇ）を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用
温度域にガラス転移点（Ｔｇ）を有するアクリルゴム
（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢ
Ｒ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエ
ンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム
（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、塩素化ポリエチ
レンなどの高分子などを挙げることができる。
【００３９】尚、母材成分の選択に際しては、前記分子
内部における双極子モーメント量や使用温度域の他、取
り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能（耐熱性や耐
寒性）、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。
内部における双極子モーメント量や使用温度域の他、取
り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能（耐熱性や耐
寒性）、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。
【００４０】また本発明の圧電材料において、母材中に
配合される活性成分とは、該圧電材料の双極子モーメン
トの量を飛躍的に増加させる成分であり、当該活性成分
そのものも双極子モーメント量が大きいもの、あるいは
活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当
該活性成分が含まれることで、双極子モーメント量が飛
躍的に増加するような成分をいう。
配合される活性成分とは、該圧電材料の双極子モーメン
トの量を飛躍的に増加させる成分であり、当該活性成分
そのものも双極子モーメント量が大きいもの、あるいは
活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当
該活性成分が含まれることで、双極子モーメント量が飛
躍的に増加するような成分をいう。
【００４１】例えば所定の温度条件、エネルギーの大き
さとしたときの、圧電材料１内部に生じる双極子モーメ
ントの量が、圧電材料１に活性成分が含まれることで、
図３に示すように、同じ条件の下で３倍とか、１０倍と
かいった量に増加することになるのである。これに伴っ
て、エネルギーが伝達されたときの双極子２の復元作用
によるエネルギー消費量も飛躍的に増大することにな
り、予測を遥かに超えた圧電性能が生じることになると
考えられる。
さとしたときの、圧電材料１内部に生じる双極子モーメ
ントの量が、圧電材料１に活性成分が含まれることで、
図３に示すように、同じ条件の下で３倍とか、１０倍と
かいった量に増加することになるのである。これに伴っ
て、エネルギーが伝達されたときの双極子２の復元作用
によるエネルギー消費量も飛躍的に増大することにな
り、予測を遥かに超えた圧電性能が生じることになると
考えられる。
【００４２】このような作用効果を導く活性成分として
は、例えばＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−
２−スルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプ
トベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスル
フィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジ
ル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−
ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢ
Ｓ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スル
フェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベン
ゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）などの
メルカプトベンゾチアジル基を含む化合物、
は、例えばＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−
２−スルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプ
トベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスル
フィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジ
ル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−
ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢ
Ｓ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スル
フェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベン
ゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）などの
メルカプトベンゾチアジル基を含む化合物、
【００４３】ベンゼン環にアゾール基が結合したベンゾ
トリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した
２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，
５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−
メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭ
Ｂ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニ
ル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′
−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェ
ニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣ
Ｂ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ
−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール
（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ
化合物、
トリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した
２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，
５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−
メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭ
Ｂ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニ
ル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′
−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェ
ニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣ
Ｂ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ
−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール
（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ
化合物、
【００４４】あるいは、エチル−２−シアノ−３，３−
ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレー
ト基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以
上を挙げることができる。
ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレー
ト基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以
上を挙げることができる。
【００４５】上述の活性成分の含有量としては、母材１
００重量部に対して１０〜２００重量部の割合が好まし
い。例えば活性成分の含有量が１０重量部を下回る場
合、双極子モーメントの量を増大させるという十分な効
果が得られず、活性成分の含有量が２００重量部を上回
る場合には、十分に相溶しなかったり、十分な機械的強
度が得られなかったりすることがある。
００重量部に対して１０〜２００重量部の割合が好まし
い。例えば活性成分の含有量が１０重量部を下回る場
合、双極子モーメントの量を増大させるという十分な効
果が得られず、活性成分の含有量が２００重量部を上回
る場合には、十分に相溶しなかったり、十分な機械的強
度が得られなかったりすることがある。
【００４６】尚、前記母材に配合する活性成分を決定す
るに当たり、前述の双極子モーメントの量以外に、活性
成分と母材成分との相溶し易さ、すなわちＳＰ値を考慮
し、その値の近いものを選択すると良い。
るに当たり、前述の双極子モーメントの量以外に、活性
成分と母材成分との相溶し易さ、すなわちＳＰ値を考慮
し、その値の近いものを選択すると良い。
【００４７】尚、双極子モーメントの量は、前述の母材
成分や活性成分の種類により様々に異なっている。また
同じ成分を用いたとしても、エネルギーが伝達されたと
きの温度により、その双極子モーメントの量は変わる。
また、伝達されるエネルギーの大小によっても、双極子
モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度やエ
ネルギーの大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな
双極子モーメント量となるように、母材成分や活性成分
を適宜選択して用いるのが望ましい。
成分や活性成分の種類により様々に異なっている。また
同じ成分を用いたとしても、エネルギーが伝達されたと
きの温度により、その双極子モーメントの量は変わる。
また、伝達されるエネルギーの大小によっても、双極子
モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度やエ
ネルギーの大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな
双極子モーメント量となるように、母材成分や活性成分
を適宜選択して用いるのが望ましい。
【００４８】また、上記母材中には活性成分の他に、圧
電材料の機械的強度を高める目的で、また増量剤として
該圧電材料のコストの低減化を計るため、マイカ鱗片、
ガラス片、グラスファイバー、カーボンファイバー、炭
酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウム等のフィラ
ーを充填することもできる。この場合、フィラーの充填
量は、１０〜８０重量％が好ましい。例えばフィラーの
充填量が１０重量％を下回る場合には、フィラーを充填
しても強度の向上がみられず、反対にフィラーの充填量
を８０重量％を上回る量としても、現実に充填できなか
ったり、圧電材料の強度がかえって低下してしまったり
するといった弊害を招くことになる。
電材料の機械的強度を高める目的で、また増量剤として
該圧電材料のコストの低減化を計るため、マイカ鱗片、
ガラス片、グラスファイバー、カーボンファイバー、炭
酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウム等のフィラ
ーを充填することもできる。この場合、フィラーの充填
量は、１０〜８０重量％が好ましい。例えばフィラーの
充填量が１０重量％を下回る場合には、フィラーを充填
しても強度の向上がみられず、反対にフィラーの充填量
を８０重量％を上回る量としても、現実に充填できなか
ったり、圧電材料の強度がかえって低下してしまったり
するといった弊害を招くことになる。
【００４９】本発明の圧電材料は、上記母材成分に活性
成分、その他必要に応じてフィラー、分散剤、増粘剤な
どを配合した配合物を、ディゾルバー、バンバリーミキ
サー、プラネタリーミキサー、グレンミル、オープンニ
ーダ、真空ニーダなどの従来公知の混合分散機によって
分散混合して製造できる。
成分、その他必要に応じてフィラー、分散剤、増粘剤な
どを配合した配合物を、ディゾルバー、バンバリーミキ
サー、プラネタリーミキサー、グレンミル、オープンニ
ーダ、真空ニーダなどの従来公知の混合分散機によって
分散混合して製造できる。
【００５０】上記の如く母材中に活性成分を配合するこ
とで、双極子モーメントの量が飛躍的に増加し、もって
該圧電材料は高い圧電性能を発揮するに至るのである
が、母材に活性成分を配合した圧電材料における双極子
モーメントの量は、図４に示すＡ−Ｂ間における誘電率
（ε′）の差として表される。すなわち図４に示すＡ−
Ｂ間における誘電率（ε′）の差が大きければ大きいほ
ど、双極子モーメントの量が大きいということになる。
とで、双極子モーメントの量が飛躍的に増加し、もって
該圧電材料は高い圧電性能を発揮するに至るのである
が、母材に活性成分を配合した圧電材料における双極子
モーメントの量は、図４に示すＡ−Ｂ間における誘電率
（ε′）の差として表される。すなわち図４に示すＡ−
Ｂ間における誘電率（ε′）の差が大きければ大きいほ
ど、双極子モーメントの量が大きいということになる。
【００５１】さて、図４は誘電率（ε′）と誘電損率
（ε″）との関係を示したグラフであるが、このグラフ
に示す誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との間には、
誘電損率（ε″）＝誘電率（ε′）×誘電正接（ｔａｎ
δ）といった関係が成り立っている。
（ε″）との関係を示したグラフであるが、このグラフ
に示す誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との間には、
誘電損率（ε″）＝誘電率（ε′）×誘電正接（ｔａｎ
δ）といった関係が成り立っている。
【００５２】本発明者らは、圧電材料についての研究を
通して、ここでいう誘電損率（ε″）が高ければ高いほ
ど、エネルギー吸収性、圧電性能も高いということを見
い出したのである。
通して、ここでいう誘電損率（ε″）が高ければ高いほ
ど、エネルギー吸収性、圧電性能も高いということを見
い出したのである。
【００５３】この知見に基づいて、上述の圧電材料にお
ける誘電損率（ε″）を調べたところ、周波数１１０Ｈ
ｚにおける誘電損率が５０以上であるとき、該圧電材料
は優れた圧電性能を有していることが解った。
ける誘電損率（ε″）を調べたところ、周波数１１０Ｈ
ｚにおける誘電損率が５０以上であるとき、該圧電材料
は優れた圧電性能を有していることが解った。
【００５４】
実施例１ ポリ塩化ビニル１００重量部に対しＤＣＨＢＳＡ（この
時の試料温度は２２°Ｃ）を１００重量部の割合で配合
し、これを厚さ１ｍｍ、縦１５０ｍｍ×横５０ｍｍの板
形状に成形し、その両表面に銀ペーストによる電極（株
式会社アサヒ化学研究所、ＬＳ−５０６Ｊ、縦１４０ｍ
ｍ×横４０ｍｍ）を形成してサンプルとした。
時の試料温度は２２°Ｃ）を１００重量部の割合で配合
し、これを厚さ１ｍｍ、縦１５０ｍｍ×横５０ｍｍの板
形状に成形し、その両表面に銀ペーストによる電極（株
式会社アサヒ化学研究所、ＬＳ−５０６Ｊ、縦１４０ｍ
ｍ×横４０ｍｍ）を形成してサンプルとした。
【００５５】実施例２ ポリ塩化ビニル１００重量部に対し２ＨＰＭＭＢを１０
０重量部の割合で配合した以外は実施例１と同様にして
サンプルを作製した。
０重量部の割合で配合した以外は実施例１と同様にして
サンプルを作製した。
【００５６】実施例３ ポリ塩化ビニル１００重量部に対しＥＣＤＰＡを１００
重量部の割合で配合した以外は実施例１と同様にしてサ
ンプルを作製した。
重量部の割合で配合した以外は実施例１と同様にしてサ
ンプルを作製した。
【００５７】比較例 ポリ塩化ビニル単独で実施例１と同様にしてサンプルを
作製した。
作製した。
【００５８】まず、上記実施例１〜３、並びに比較例の
各サンプルについて、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電損率
（ε″）及び誘電率（ε′）を測定したところ、表１の
ような結果となった。尚、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電
損率（ε″）及び誘電率（ε′）は、各サンプルのガラ
ス転移点で測定した。
各サンプルについて、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電損率
（ε″）及び誘電率（ε′）を測定したところ、表１の
ような結果となった。尚、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電
損率（ε″）及び誘電率（ε′）は、各サンプルのガラ
ス転移点で測定した。
【００５９】
【００６０】次に、上記実施例１〜３、並びに比較例の
各サンプルについて、その圧電性能を測定した。測定
は、図５に示すように、サンプル１１両面の電極と電圧
計１２とを電気的に接続し、これを基台１０上に置き、
このサンプル１１上に２００ｍｍの高さから、鉄球１３
（径２０ｍｍ、重さ３２．６ｇ）を落下させ、そのとき
にサンプル１１に生じた最大電圧を電圧計１２により読
みとるという操作を５回行い、その平均値を圧電性能を
表示する値として表２に示した。尚、比較のため、上記
実施例１〜３、並びに比較例の各サンプルについてポー
リング処理（分極処理）を行い、これらについて同様に
圧電性能を測定した。尚、ポーリング処理は、各サンプ
ルを１００°Ｃのオイルバス中で１ＫＶの直流電流を１
時間印荷し、その状態のまま室温まで冷却し印荷を外す
という方法で行った。
各サンプルについて、その圧電性能を測定した。測定
は、図５に示すように、サンプル１１両面の電極と電圧
計１２とを電気的に接続し、これを基台１０上に置き、
このサンプル１１上に２００ｍｍの高さから、鉄球１３
（径２０ｍｍ、重さ３２．６ｇ）を落下させ、そのとき
にサンプル１１に生じた最大電圧を電圧計１２により読
みとるという操作を５回行い、その平均値を圧電性能を
表示する値として表２に示した。尚、比較のため、上記
実施例１〜３、並びに比較例の各サンプルについてポー
リング処理（分極処理）を行い、これらについて同様に
圧電性能を測定した。尚、ポーリング処理は、各サンプ
ルを１００°Ｃのオイルバス中で１ＫＶの直流電流を１
時間印荷し、その状態のまま室温まで冷却し印荷を外す
という方法で行った。
【００６１】
【００６２】表２から、比較例のものが１．３６ｍＶま
たは１．８８ｍＶと、分極の有無に拘わらず、低い値と
なっているのに対し、分極していない実施例１〜３のも
のが、約９０から１１０ｍＶと桁外れの高い値を示し
た。また、ポーリング処理を行った実施例２のもの数値
は、同じくポーリング処理を行った比較例のものに比べ
て約７０倍となっており、該圧電材料におけるＤＣＨＢ
ＳＡや２ＨＰＭＭＢなどの活性成分が圧電性能の向上に
大きく寄与していることが解った。
たは１．８８ｍＶと、分極の有無に拘わらず、低い値と
なっているのに対し、分極していない実施例１〜３のも
のが、約９０から１１０ｍＶと桁外れの高い値を示し
た。また、ポーリング処理を行った実施例２のもの数値
は、同じくポーリング処理を行った比較例のものに比べ
て約７０倍となっており、該圧電材料におけるＤＣＨＢ
ＳＡや２ＨＰＭＭＢなどの活性成分が圧電性能の向上に
大きく寄与していることが解った。
【００６３】
【発明の効果】本発明の圧電材料は、従来の圧電材料の
持つ圧電性能からは予測できない程の優れた圧電性能を
有しており、しかもその製造に延伸、分極といった処理
を必要としないので、きわめて安価である。
持つ圧電性能からは予測できない程の優れた圧電性能を
有しており、しかもその製造に延伸、分極といった処理
を必要としないので、きわめて安価である。
【００６４】また、周波数１１０Ｈｚにおける誘電損率
が５０以上の場合、その圧電材料は、優れた圧電性能を
有する。
が５０以上の場合、その圧電材料は、優れた圧電性能を
有する。
【図１】圧電材料における双極子を示した模式図。
【図２】エネルギーが伝わったときの圧電材料における
双極子の状態を示した模式図。
双極子の状態を示した模式図。
【図３】母材中に活性成分が配合されたときの圧電材料
における双極子の状態を示した模式図。
における双極子の状態を示した模式図。
【図４】圧電材料における誘電率（ε′）と誘電損率
（ε″）との関係を示したグラフ。
（ε″）との関係を示したグラフ。
【図５】実施例１〜３、並びに比較例の各圧電材料の圧
電性能を測定する装置を模式的に示した模式図。
電性能を測定する装置を模式的に示した模式図。
１・・・圧電材料 ２・・・双極子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｌ 23/28 Ｃ０８Ｌ 23/28 27/06 27/06 Ｈ０１Ｌ 41/193 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０２
Claims (16)
- 【請求項１】 母材中に、前記母材における双極子モー
メント量を増加させる活性成分が配合されていることを
特徴とする圧電材料。 - 【請求項２】 前記母材が、ポリ塩化ビニル、塩素化ポ
リエチレン、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジ
エンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、及びクロロプレ
ンゴムから選ばれる極性高分子よりなることを特徴とす
る請求項１記載の圧電材料。 - 【請求項３】 前記母材が使用温度域にガラス転移点を
有する高分子よりなることを特徴とする請求項１記載の
圧電材料。 - 【請求項４】 前記活性成分が母材１００重量部に対し
て１０〜２００重量部の割合で含まれていることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電材料。 - 【請求項５】 前記活性成分が、メルカプトベンゾチア
ジル基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種
以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の圧電材料。 - 【請求項６】 前記メルカプトベンゾチアジル基を含む
化合物が、Ｎ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−
２−スルフェンアミドであることを特徴とする請求項５
記載の圧電材料。 - 【請求項７】 前記メルカプトベンゾチアジル基を含む
化合物が、２−メルカプトベンゾチアゾールであること
を特徴とする請求項５記載の圧電材料。 - 【請求項８】 前記メルカプトベンゾチアジル基を含む
化合物が、ジベンゾチアジルスルフィドであることを特
徴とする請求項５記載の圧電材料。 - 【請求項９】 前記活性成分が、ベンゾトリアゾール基
を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上で
あることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
圧電材料。 - 【請求項１０】 前記ベンゾトリアゾール基を持つ化合
物が、２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，
４″，５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−
５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾールであるこ
とを特徴とする請求項９記載の圧電材料。 - 【請求項１１】 前記ベンゾトリアゾール基を持つ化合
物が、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニ
ル｝−ベンゾトリアゾールであることを特徴とする請求
項９記載の圧電材料。 - 【請求項１２】 前記ベンゾトリアゾール基を持つ化合
物が、２−｛２′−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−
５′−メチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾー
ルであることを特徴とする請求項９記載の圧電材料。 - 【請求項１３】 前記ベンゾトリアゾール基を持つ化合
物が、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ
−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾールで
あることを特徴とする請求項９記載の圧電材料。 - 【請求項１４】 前記活性成分が、ジフェニルアクリレ
ート基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種
以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の圧電材料。 - 【請求項１５】 前記ジフェニルアクリレート基を持つ
化合物が、エチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニル
アクリレートであることを特徴とする請求項１４記載の
圧電材料。 - 【請求項１６】 圧電材料の周波数１１０Ｈｚにおける
誘電損率が５０以上であることを特徴とする請求項１〜
１５のいずれかに記載の圧電材料。
Priority Applications (25)
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|---|---|---|---|
| JP9036159A JPH10231430A (ja) | 1997-02-20 | 1997-02-20 | 圧電材料 |
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| CN107658085A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-02 | 南京航伽电子科技有限公司 | 一种适于高温环境下的压力变送器 |
-
1997
- 1997-02-20 JP JP9036159A patent/JPH10231430A/ja active Pending
Cited By (6)
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| WO2000036023A1 (fr) * | 1998-12-11 | 2000-06-22 | Shishiai-Kabushikigaisha | Compose destine a la conversion d'energie |
| WO2001051564A1 (fr) * | 2000-01-14 | 2001-07-19 | Shishiai-Kabushikigaisha | Composition de conversion d'energie |
| WO2011049214A1 (ja) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | Jsr株式会社 | 誘電体、誘電体フィルム、及び積層体 |
| JP5720576B2 (ja) * | 2009-10-22 | 2015-05-20 | Jsr株式会社 | 誘電体、誘電体フィルム、及び積層体 |
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