JPS62281382A - 複合圧電材料およびその製造方法 - Google Patents
複合圧電材料およびその製造方法Info
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- JPS62281382A JPS62281382A JP61122250A JP12225086A JPS62281382A JP S62281382 A JPS62281382 A JP S62281382A JP 61122250 A JP61122250 A JP 61122250A JP 12225086 A JP12225086 A JP 12225086A JP S62281382 A JPS62281382 A JP S62281382A
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- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
- diphenyl
- matrix
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
Ａ産業上の利用分野
本発明は、複合圧電材料およびその製造方法の関するも
のである。
のである。
Ｂ発明の概要
本発明は、溶媒に対して高濃度で溶解することの可能な
合成樹Ｈｕのマトリックスに、Ｎ、Ｎ’ −ジフェニル
−Ｐ−フェニレンジアミン−ヨウ素の錯体と誘電率εｒ
が１０００〜１５００の圧電セラミックス粉を等媒中で
均一に混合し成形したことからなる複合圧電材料の製造
方法およびその複合圧電材料に関するものである。
合成樹Ｈｕのマトリックスに、Ｎ、Ｎ’ −ジフェニル
−Ｐ−フェニレンジアミン−ヨウ素の錯体と誘電率εｒ
が１０００〜１５００の圧電セラミックス粉を等媒中で
均一に混合し成形したことからなる複合圧電材料の製造
方法およびその複合圧電材料に関するものである。
Ｃ従来の技術
現在、市場に現れている圧電材料は、チタン酸Ｃ（Ｐ
ｂ Ｔ ＩＯｉ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ｐＺＴ）な
どのセラミックス系の材料とポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶＤＦ）の高分子系材料１のものに分かれている。
ｂ Ｔ ＩＯｉ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ｐＺＴ）な
どのセラミックス系の材料とポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶＤＦ）の高分子系材料１のものに分かれている。
これらの、それぞれの特徴としてはセラミックス系材料
の場合は、圧電定数が高く、耐熱的にもキューリ一点を
選択することで自由になるものである。
の場合は、圧電定数が高く、耐熱的にもキューリ一点を
選択することで自由になるものである。
また、一方の高分子系材料のものの場合は、セラミック
ス系材料にはない薄膜化、大面積化が可能であるという
な良好な成形加工性を有する点に特徴がある。
ス系材料にはない薄膜化、大面積化が可能であるという
な良好な成形加工性を有する点に特徴がある。
Ｄ発明が解決しようとする問題点
しかしながら、セラミックス系の材料の場合では、この
ものが本質的に硬くて脆いものであることから、薄膜化
という観点から見れば実施しにくく、また当然のことな
がら成形加工性は非常にわるいものである。
ものが本質的に硬くて脆いものであることから、薄膜化
という観点から見れば実施しにくく、また当然のことな
がら成形加工性は非常にわるいものである。
一方の高分子系の材料１よ、セラミックス系材料と比較
すると圧電定数が低く、また’ＥＭ Ｍ的な観点からみ
ると、８０〜１００℃までが限界とされていることから
その使用限度は制限されてくることになる。
すると圧電定数が低く、また’ＥＭ Ｍ的な観点からみ
ると、８０〜１００℃までが限界とされていることから
その使用限度は制限されてくることになる。
複合圧電材料において圧電定数を高めるために有効と考
えられる基本的なことは、 （１）高い圧電定数と低い誘電率εｒを兼備した圧電セ
ラミックス粒子を用いる、 （２） 圧電セラミックス粒子の充填率を高める、（
３） 高分子の絶縁性を高める、 （４） 高分子の比誘電率を高める、といった４通り
がある。
えられる基本的なことは、 （１）高い圧電定数と低い誘電率εｒを兼備した圧電セ
ラミックス粒子を用いる、 （２） 圧電セラミックス粒子の充填率を高める、（
３） 高分子の絶縁性を高める、 （４） 高分子の比誘電率を高める、といった４通り
がある。
このうちの（１）項の操作を行ってセラミックスの誘電
率εｒを低くすると、それに応じて圧電定数ｄ（よ、低
下してくる。
率εｒを低くすると、それに応じて圧電定数ｄ（よ、低
下してくる。
（２）項に従い、充填率を高めると材料の柔軟性が損な
われて加工性が悪くなるし、また、高分子の絶縁性の指
標である破壊電圧（よどの材料を使用してもほぼ２０ｋ
Ｖ／ｍｍ程度であるが、（３）項を実施して複合材とす
ることによりその値（よ約半分程度まで低下してしまう
。
われて加工性が悪くなるし、また、高分子の絶縁性の指
標である破壊電圧（よどの材料を使用してもほぼ２０ｋ
Ｖ／ｍｍ程度であるが、（３）項を実施して複合材とす
ることによりその値（よ約半分程度まで低下してしまう
。
最後の（４）項に従い高分子自体の比誘電率εｒを高く
すると絶縁性が悪くなってしまう。
すると絶縁性が悪くなってしまう。
以上のように互いに背反する要因が絡み合っていること
から圧電定数を高くするのは不可能か、不可能に近いも
のとなってしまう。
から圧電定数を高くするのは不可能か、不可能に近いも
のとなってしまう。
このように前述のようなセラミックス系ないしは高分子
系の材料におけろ上桟ぞれの欠点を克服ずろため、圧電
定数の高いセラミックスを高分子中に配合させた複合圧
電材料が近年出現している。
系の材料におけろ上桟ぞれの欠点を克服ずろため、圧電
定数の高いセラミックスを高分子中に配合させた複合圧
電材料が近年出現している。
この材料の特徴＋ｊ 、圧電定数ばＰＶＤＦと同等で加
工性が良いという点ではＰＶＤＦと類似しており、耐熱
性の点からみたときはマトリックスとなる高分子の融点
が高く、あるいは架橋クィゴの高分子材料であればセラ
ミックスのキューリ一点の近くまでは特性変化はないと
いうものである。
工性が良いという点ではＰＶＤＦと類似しており、耐熱
性の点からみたときはマトリックスとなる高分子の融点
が高く、あるいは架橋クィゴの高分子材料であればセラ
ミックスのキューリ一点の近くまでは特性変化はないと
いうものである。
しかしながら、このようにして擾た度合材料でもいまだ
充分なもので１よなく、さらに改良された度合材料の開
発が望まれていた。
充分なもので１よなく、さらに改良された度合材料の開
発が望まれていた。
Ｅ問題点を解決するための手段
本発明は、このような状況のなかにあってより広範囲の
使用条件に？ｉｒＩ丸ることが可能でありながら、一方
では柔軟性を有し薄膜化や大きな面積とすることの可能
な複合圧電材料について種々検討を加丸た結果到達した
ものであって、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタ
クリレート、熱可塑性ポリウレタン、フッ素ゴムから選
ばれた溶媒に対して高濃度で溶解することの可能な合成
樹脂のマトリックスに対して、Ｎ、Ｎ’ −ジフェニル
−Ｐ−フェニレンジアミン−ヨウ素の錯体と誘電率εｒ
が１０００〜１５００である圧電セラミックス粉を均一
混合させたことからなる度合圧電材料とこのＷ、合圧主
材料を製造する方法に関するものである。
使用条件に？ｉｒＩ丸ることが可能でありながら、一方
では柔軟性を有し薄膜化や大きな面積とすることの可能
な複合圧電材料について種々検討を加丸た結果到達した
ものであって、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタ
クリレート、熱可塑性ポリウレタン、フッ素ゴムから選
ばれた溶媒に対して高濃度で溶解することの可能な合成
樹脂のマトリックスに対して、Ｎ、Ｎ’ −ジフェニル
−Ｐ−フェニレンジアミン−ヨウ素の錯体と誘電率εｒ
が１０００〜１５００である圧電セラミックス粉を均一
混合させたことからなる度合圧電材料とこのＷ、合圧主
材料を製造する方法に関するものである。
Ｆ作 用
この発明は、複合圧電材料に関するもので、従来の複合
タイプの圧電材料に備わっている加工性、柔軟性、耐熱
性などの特性はそのまま維持させたまま圧電定数ｄを高
めたものである。
タイプの圧電材料に備わっている加工性、柔軟性、耐熱
性などの特性はそのまま維持させたまま圧電定数ｄを高
めたものである。
前述した度合圧電材料において、圧電定数を高めるため
に有効と考えられろ基本的な手段のうち、（３１、（４
１項における高分子の特性をバランスさせながら、すな
わち高分子の絶縁性を維持させたままその比誘電率を高
めなマトリックスを使用し、それに見合ったセラミック
スとその充填率を決定したものである。
に有効と考えられろ基本的な手段のうち、（３１、（４
１項における高分子の特性をバランスさせながら、すな
わち高分子の絶縁性を維持させたままその比誘電率を高
めなマトリックスを使用し、それに見合ったセラミック
スとその充填率を決定したものである。
高分子材材を高誘電率化するための方法論を論するにあ
たっては、先ず次の事実を考慮しておくことが必要であ
る。
たっては、先ず次の事実を考慮しておくことが必要であ
る。
すなわち、不純物を含まない理想的な高分子の誘電率の
発現機構は、原子、分子、双極子分極という３皿類の総
和によるもので、現状で１よＰＶＤＦの誘電率εｒ＝１
１〜１５という値が最高とされている。
発現機構は、原子、分子、双極子分極という３皿類の総
和によるもので、現状で１よＰＶＤＦの誘電率εｒ＝１
１〜１５という値が最高とされている。
これ以上誘電率ε７を高めるに（よ、導電性不純物を添
加することで発現される界面分極効果に頼ることになる
。
加することで発現される界面分極効果に頼ることになる
。
そこで本発明では、平均粒径２〜５μｍのセラミックス
粒子よりも、充分小さくてしかも導電性 □の高い微粒
子を小ｆ！に添加させ、そこに圧電セラミックス粒子を
６０容量％以上充填させろことにより目的を達成してい
るのである。
粒子よりも、充分小さくてしかも導電性 □の高い微粒
子を小ｆ！に添加させ、そこに圧電セラミックス粒子を
６０容量％以上充填させろことにより目的を達成してい
るのである。
基本となる材料の構成は、以下のようなものである。
マトリックスとなる高分子材料は、セラミックスを高充
填しても柔軟性のあるものが望ましいが、溶媒キャスト
法を用い製膜するので、１０重量％程度の高い溶解度を
示す溶媒を有する高分子材料が好ましい。
填しても柔軟性のあるものが望ましいが、溶媒キャスト
法を用い製膜するので、１０重量％程度の高い溶解度を
示す溶媒を有する高分子材料が好ましい。
なぜなら、溶媒の回収作業が大変であり、かつボイド生
成の確率が高くなるからである。
成の確率が高くなるからである。
使用した高誘電率発現物質は、Ｎ、Ｎ’ −ジフェニル
−Ｐ−］二ニレンジアミンとヨウ素ノ９ａ 体（以下、
ＤＰ−Ｉ３と略記する）である電荷移動錯体である。
−Ｐ−］二ニレンジアミンとヨウ素ノ９ａ 体（以下、
ＤＰ−Ｉ３と略記する）である電荷移動錯体である。
このものの添加景は、図面に示すように絶縁性を確保す
るため７１−リックスによっても異なるが、マトリック
スに対しておおむね２４重重量以下とするのがよい。
るため７１−リックスによっても異なるが、マトリック
スに対しておおむね２４重重量以下とするのがよい。
圧電性を発現するセラミックス粒子１よ、比誘電率ε７
が低く、圧電定数ｄ３１の比較的高いチタン酸ンルコン
！！鉛（ｐｚｒ）−＋こストロンチウム（Ｓｒ）および
ニオブ（Ｎｂ ） ｌｌ！添加したもので、特性幅とし
てεｒ＝ｌＱＱＱ〜１５００、ｄ 、、＝ ２００〜２
５０Ｘ１０−”Ｃ／Ｎである。
が低く、圧電定数ｄ３１の比較的高いチタン酸ンルコン
！！鉛（ｐｚｒ）−＋こストロンチウム（Ｓｒ）および
ニオブ（Ｎｂ ） ｌｌ！添加したもので、特性幅とし
てεｒ＝ｌＱＱＱ〜１５００、ｄ 、、＝ ２００〜２
５０Ｘ１０−”Ｃ／Ｎである。
これは、セラミックスとマ）・リツクスを混練し複合圧
電素子を作るときの分極操作の段階でセラミックスのＳ
ｒが高いとぶ／しきよくぜんあつ分担がほとんどマトリ
ックスにかかつてしまい有効な分極できない。
電素子を作るときの分極操作の段階でセラミックスのＳ
ｒが高いとぶ／しきよくぜんあつ分担がほとんどマトリ
ックスにかかつてしまい有効な分極できない。
Ｓｒの低いセラミックス（Ｓｒ ＝ ５００〜７００）
で圧電定数ｉ１が１００〜１２０と比較的大きなものも
あるが、キュリ一点が６０〜８０℃と低（熱的に不安定
となってしまうからである。
で圧電定数ｉ１が１００〜１２０と比較的大きなものも
あるが、キュリ一点が６０〜８０℃と低（熱的に不安定
となってしまうからである。
Ｇ実施例
以下、数例の実施例を示して本発明の構成および効果を
さらに具体的に説明する。
さらに具体的に説明する。
実施例 １
マトリックスとしてＰＶＤＦ（％羽化学製ＫＦポリマー
）、誘電率発現物質としてＤ Ｐ Ｉ ｓおよび圧電
セラミックスとしてＰＺＴ （平均粒径５μｆｆ＋）を
用意し、先ずＰＶＤＦとＤＰ−１，をＤＭＦ中に１０重
量％混合した。
）、誘電率発現物質としてＤ Ｐ Ｉ ｓおよび圧電
セラミックスとしてＰＺＴ （平均粒径５μｆｆ＋）を
用意し、先ずＰＶＤＦとＤＰ−１，をＤＭＦ中に１０重
量％混合した。
次いで、圧電セラミックスを入れて攪拌した後にドクタ
ーブレード法によりガラス板に塗布し、ロータリーポン
プで真空にしている真空加熱炉中、１２０〜１３０℃で
５分放置したのち取出しガラス板からばがしてシー１−
原体とした。
ーブレード法によりガラス板に塗布し、ロータリーポン
プで真空にしている真空加熱炉中、１２０〜１３０℃で
５分放置したのち取出しガラス板からばがしてシー１−
原体とした。
このようにして得たシート原体から所定のサイズに切断
したのち、その上・下両面に真空蒸着機を用し１て電極
を付け、７０℃に設定した恒温槽内で１．０ ｋ Ｖ
／ ｍｍ以上の直流電界を印加したままで３０分以上保
持し、次いて直流電界を印加した状態で急冷した。
したのち、その上・下両面に真空蒸着機を用し１て電極
を付け、７０℃に設定した恒温槽内で１．０ ｋ Ｖ
／ ｍｍ以上の直流電界を印加したままで３０分以上保
持し、次いて直流電界を印加した状態で急冷した。
実施例 ２
実施例１におけるマトリックスをメククリル酸メチル（
以下、Ｐ Ｍ Ｍ Ａと略記）、熱可塑性ボリウレクン
（以下、Ｐ ｔＪと略記）およびフッ素ゴム（以下、Ｆ
Ｒと略記）にそれぞれ変更した場合についてつぎの通り
行った。
以下、Ｐ Ｍ Ｍ Ａと略記）、熱可塑性ボリウレクン
（以下、Ｐ ｔＪと略記）およびフッ素ゴム（以下、Ｆ
Ｒと略記）にそれぞれ変更した場合についてつぎの通り
行った。
ＰＬＴＤＭＦ１５／ｌ
ＦＲアセ）〜ン １５ ／／なお、使用し
た高分子材料は、ＰＵとしては、日本ニラストン製のＲ
２６を、またＦＲとしては日本ゼオン製テクノフロンＬ
ＨＦを使用した。
た高分子材料は、ＰＵとしては、日本ニラストン製のＲ
２６を、またＦＲとしては日本ゼオン製テクノフロンＬ
ＨＦを使用した。
以上のようにして作成したシートから試料シートを切り
出し、このものについて比誘電率ε「と圧電定数ｄｆｆ
ｌをそれぞれ測定し、その結果を次の表にまとめて表示
した。
出し、このものについて比誘電率ε「と圧電定数ｄｆｆ
ｌをそれぞれ測定し、その結果を次の表にまとめて表示
した。
Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ ０ ９０
２０ＰＭＭＡ Ｏ７５８ １、２１２０１９ Ｐ Ｕ Ｏ８０１４Ｆ Ｒ
Ｏ１００１８ Ｈ発明の効果 以上のような構成からなる本発明を実施することにより
、次のような効果を期待することができる。
２０ＰＭＭＡ Ｏ７５８ １、２１２０１９ Ｐ Ｕ Ｏ８０１４Ｆ Ｒ
Ｏ１００１８ Ｈ発明の効果 以上のような構成からなる本発明を実施することにより
、次のような効果を期待することができる。
（１） 従来の複合圧電材材と比較して高い圧電定数
値を得ることができろ。
値を得ることができろ。
（２） 溶媒キャスト法を用いることにより大面積化
や薄膜化が非常に容易である。
や薄膜化が非常に容易である。
（３）圧電性Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ ニ比較し、例文ば、ＰＶ
ＤＦ延坤方向のｄｊ、＝２０〜３０ ｘ １０１２Ｃ／
Ｎ、反延伸方向でｄ３□−４〜５ Ｘ １０−１２Ｃ
／ Ｎというように圧電定数の面内異方性がない。
ＤＦ延坤方向のｄｊ、＝２０〜３０ ｘ １０１２Ｃ／
Ｎ、反延伸方向でｄ３□−４〜５ Ｘ １０−１２Ｃ
／ Ｎというように圧電定数の面内異方性がない。
（４）圧電定数の温度依存性はセラミックのキューリ一
点と高分子の融点で決定できる。
点と高分子の融点で決定できる。
図面は、マ）・リックスに対してＤＰ−１３を添加した
際の絶縁性挙動を示したグラフである。
際の絶縁性挙動を示したグラフである。
Claims (8)
- （１）ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレー
ト、熱可塑性ポリウレタン、フッ素ゴムから選ばれた溶
媒に対して溶解することの可能な合成樹脂のマトリック
スに対して、Ｎ、Ｎ′−ジフェニル−Ｐ−フェニレンジ
アミン−ヨウ素の錯体と誘電率ε＿ｒが１０００〜１５
００である圧電セラミックス粉を均一混合させたことか
らなる複合圧電材料。 - （２）マトリックスに対して混合するＮ、Ｎ′−ジフェ
ニル−Ｐ−フェニレンジアミン−ヨウ素の錯体の量を２
４重量％以下としたことからなる特許請求の範囲第１項
に記載の複合圧電材料。 - （３）マトリックスに対する圧電セラミック粉の混合を
容積比で５５重量％以上としたことからなる特許請求の
範囲第１項に記載の複合圧電材料。 - （４）圧電セラミックスがチタン酸ジルコン酸鉛にスト
ロンチウムおよびニオブを添加したものである特許請求
の範囲第１項に記載の複合圧電材料。 - （５）ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレー
ト、熱可塑性ポリウレタン、フッ素ゴムから選ばれた溶
媒に対して高濃度で溶解することの可能な合成樹脂のマ
トリックスに対して、Ｎ、Ｎ′−ジフェニル−Ｐ−フェ
ニレンジアミン−ヨウ素の錯体と誘電率ε＿ｒが１００
０〜１５００の圧電セラミック粉を溶媒中で均一に混合
しドクターブレード方によりシート状に成形したことか
らなる複合圧電材料の製造方法。 - （６）マトリックスに対して混合するＮ、Ｎ′−ジフェ
ニル−Ｐ−フェニレンジアミン−ヨウ素の錯体の量を２
４重量％以下としたことからなる特許請求の範囲第５項
に記載の製造方法。 - （７）マトリックスに対する圧電セラミック粉の混合を
容積比で５５重量％以上としたことからなる特許請求の
範囲第５項に記載の製造方法。 - （８）圧電セラミックスがチタン酸ジルコン酸鉛にスト
ロンチウムおよびニオブを添加したものである特許請求
の範囲第５項に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61122250A JPS62281382A (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 複合圧電材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61122250A JPS62281382A (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 複合圧電材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62281382A true JPS62281382A (ja) | 1987-12-07 |
Family
ID=14831305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61122250A Pending JPS62281382A (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 複合圧電材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62281382A (ja) |
-
1986
- 1986-05-29 JP JP61122250A patent/JPS62281382A/ja active Pending
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