(57)【要約】【課題】媒体中に圧電粒子の鎖状の配向が形成され易くなることで圧電性能を向上させることが可能な圧電材の製造方法および圧電材を提供する。【解決手段】未硬化の液状ゴム２１と、圧電粒子３０とを混合させて圧電材１０を製造する圧電材１０の製造方法であって、型枠１１０のキャビティ１１３に液状ゴム２１を供給する供給工程と、供給工程に前後して、液状ゴム２１に対して圧電粒子３０を混合して混合物１１を作製する混合工程と、混合物１１に対して所定の電圧の電場を印加する電場印加工程と、混合物１１における液状ゴム２１に対して圧電粒子３０を相対的に移動させることで圧電粒子３０の沈降を解消させる沈降解消工程と、電場印加工程および沈降解消工程に先立って所定時間実施されて液状ゴム２１の粘度を所定だけ増加させる第１粘度増加工程と、沈降解消工程および電場印加工程を実施した後に、液状ゴム２１の粘度を増加させる第２粘度増加工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未硬化の液状ゴムと、圧電粒子とを混合させて圧電材を製造する圧電材の製造方法であって、
型枠のキャビティに前記液状ゴムを供給する供給工程と、
前記供給工程に前後して、前記液状ゴムに対して前記圧電粒子を混合して混合物を作製する混合工程と、
前記混合物に対して所定の電圧の電場を印加する電場印加工程と、
前記混合物における前記液状ゴムに対して前記圧電粒子を相対的に移動させることで前記圧電粒子の沈降を解消させる沈降解消工程と、
前記電場印加工程および前記沈降解消工程に先立って所定時間実施されて前記液状ゴムの粘度を所定だけ増加させる第１粘度増加工程と、
前記沈降解消工程を実行した後に実施され、少なくとも前記電場印加工程と同時に実行するタイミングを有すると共に、液状ゴムの粘度を増加させる第２粘度増加工程と、
を備えることを特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の圧電材の製造方法であって、
前記沈降解消工程を実施した後に前記電場印加工程が実施される、
ことを特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧電材の製造方法であって、
前記第１粘度増加工程では、前記液状ゴムの粘度を１．３Ｐａ・ｓ〜５１．１Ｐａ・ｓの範囲内に増加させる、
ことを特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電材の製造方法であって、
前記液状ゴムは加熱硬化型の液状ゴムであると共に、
前記第１粘度増加工程および前記第２粘度増加工程では、前記混合物を所定の温度に加熱する、
ことを特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電材の製造方法であって、
前記沈降解消工程では、前記混合物の上下方向を反転させる処理を行う、
ことを特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電材の製造方法であって、
前記圧電粒子は、チタン酸ジルコン酸鉛を材質とすると共に、その平均粒径が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内に設けられている、
ことを特徴とする圧電材の製造方法。
【請求項７】
多数の圧電粒子を有すると共に電気エネルギと機械エネルギを相互に変換可能な圧電材であって、
未硬化の液状ゴムを硬化させることで形成された媒体と、
前記媒体の厚み方向に前記圧電粒子が鎖状に連続する状態で配列されることで形成された鎖状配向部と、
を備え、前記媒体の厚みは、５ｍｍ以上に設けられている、
ことを特徴とする圧電材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電材の製造方法および圧電材に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の各部位や、鉄道施設の各部位を始めとして、種々の部位における圧力を検出したり、外部からエネルギを採取して電力を生じさせるための圧電材が存在する。この圧電材は、ゴム等の弾性を有する弾性材と、圧電セラミックス粒子との複合材料であり、たとえばシート状に設けられている。このような圧電材およびその製造方法としては、たとえば特許文献１に示すものがある。
【０００３】
特許文献１に開示の圧電材の製造方法では、未硬化のシリコーンゴム等の流動性を有する媒体の内部に、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電粒子を分散させている。その後に、対向する電極間に未硬化の圧電材を配置し、その後に未硬化の圧電材に電圧を加えながら加熱して、その媒体を硬化させることで製造されている。未硬化の圧電材に電圧を加える過程では、媒体中で圧電粒子が鎖状に配向されている（圧電粒子が一列に並んでいる）。それにより、製造される圧電材の圧電性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０８７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示の圧電材の製造方法では、電極間に圧電粒子の鎖状の配向が形成され難くなる場合がある。たとえば、圧電粒子が媒体内部で分散せずに沈殿してしまうような大きさを有する場合において、さらに圧電材の厚みが大きくなるときに、このような圧電粒子の鎖状の配向が形成され難くなる問題が顕著となる。
【０００６】
本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、媒体中に圧電粒子の鎖状の配向が形成され易くなることで圧電性能を向上させることが可能な圧電材の製造方法および圧電材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、未硬化の液状ゴムと、圧電粒子とを混合させて圧電材を製造する圧電材の製造方法であって、型枠のキャビティに液状ゴムを供給する供給工程と、供給工程に前後して、液状ゴムに対して圧電粒子を混合して混合物を作製する混合工程と、混合物に対して所定の電圧の電場を印加する電場印加工程と、混合物における液状ゴムに対して圧電粒子を相対的に移動させることで圧電粒子の沈降を解消させる沈降解消工程と、電場印加工程および沈降解消工程に先立って所定時間実施されて液状ゴムの粘度を所定だけ増加させる第１粘度増加工程と、沈降解消工程を実行した後に実施され、少なくとも電場印加工程と同時に実行するタイミングを有すると共に、液状ゴムの粘度を増加させる第２粘度増加工程と、を備えることを特徴とする圧電材の製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の側面は、上述の発明において、沈降解消工程を実施した後に電場印加工程が実施される、ことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の他の側面は、上述の発明において、第１粘度増加工程では、液状ゴムの粘度を１．３Ｐａ・ｓ〜５１．１Ｐａ・ｓの範囲内に増加させる、ことが好ましい。
【００１０】
また、本発明の他の側面は、上述の発明において、液状ゴムは加熱硬化型の液状ゴムであると共に、第１粘度増加工程および第２粘度増加工程では、混合物を所定の温度に加熱する、ことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の他の側面は、上述の発明において、沈降解消工程では、混合物の上下方向を反転させる処理を行う、ことが好ましい。
【００１２】
また、本発明の他の側面は、上述の発明において、圧電粒子は、チタン酸ジルコン酸鉛を材質とすると共に、その平均粒径が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内に設けられている、ことが好ましい。
【００１３】
また、本発明の第２の観点によると、多数の圧電粒子を有すると共に電気エネルギと機械エネルギを相互に変換可能な圧電材であって、未硬化の液状ゴムを硬化させることで形成された媒体と、媒体の厚み方向に圧電粒子が鎖状に連続する状態で配列されることで形成された鎖状配向部と、を備え、媒体の厚みは、５ｍｍ以上に設けられている、ことを特徴とする圧電材が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、媒体中に圧電粒子の鎖状の配向が形成され易くなることで圧電性能を向上させることが可能な圧電材の製造方法および圧電材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電材の構成を示す部分的な断面図である。
【図２】図１に示す圧電材の製作に用いられる型枠を示す斜視図である。
【図３】図１に示す圧電材の製作に用いられる型枠を示す断面図である。
【図４】図３に示す型枠のキャビティに混合物が供給された状態を示す断面図である。
【図５】図４に示す状態から圧電粒子が沈降した状態を示す断面図である。
【図６】図５に示す状態から、電場を混合物に印加可能な構成を示す断面図である。
【図７】図６に示す状態から反転処理を行った状態を示す断面図である。
【図８】図７に示す状態から鎖状配向部が形成された状態を示す断面図である。
【図９】液状ゴムがシリコーン系液状ゴムである場合のシリコーンゴムの温度と粘度の関係を示す図である。
【図１０】図３に示す型枠を１００℃の恒温槽に入れた場合のキャビティのおおよそ中心の温度と時間の関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施例に係り、圧電材に圧縮方向に荷重を加えた状態において、加熱を開始してから反転処理を行うまでの時間と、圧電ひずみ定数ｄ３３との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態に係る圧電材１０および圧電材１０の製造方法について、以下に説明する。なお、以下の説明においては、圧電材１０の厚み方向をＺ方向とし、鉛直方向の上側をＺ１側、鉛直方向の下側をＺ２側とする。
【００１７】
［１．圧電材１０の全体的な構成について］
図１は、圧電材１０の構成を示す部分的な断面図である。図１に示す圧電材１０は、媒体２０を備え、その媒体２０の内部に圧電粒子３０が分散された構成となっている。
【００１８】
媒体２０は、圧電粒子３０を保持するものであり、外力が加えられた際に弾性的に変形可能であり、また電気的な絶縁性が高い材質から形成されている。また、媒体２０は、液状ゴムを硬化させることで固体状となっている。そのような媒体２０を得るための液状ゴムとしては、たとえばシリコーン系液状ゴム、ウレタンゴム系液状ゴム、ジエン系液状ゴム、スチレン系液状ゴム、オレフィン系液状ゴム、ポリサルファイド系液状ゴム、フッ素系液状ゴム等が挙げられるが、これら以外の液状ゴムを用いても良い。なお、これらの液状ゴムの中でも、シリコーン系液状ゴムおよびウレタンゴム系液状ゴムは、特に好適である。
【００１９】
ここで、本実施の形態では、媒体２０（圧電材１０）の厚みは、５ｍｍ〜１０ｍｍとなっていて、現状存在している圧電材よりも厚みが大きく設けられている。
【００２０】
また、圧電粒子３０は、圧電効果を有する粒子であり、機械的応力が加わると、その応力に応じた分極（表面電荷）が現れることで電界が発生する一方、それとは逆に電界を加えて電気分極を発生させると電界の大きさに応じた歪を発生させる。この圧電粒子３０としては、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛(略称ＰＺＴ)、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデンまたは水晶などの粒子である。この中でも、チタン酸ジルコン酸鉛は、大きな圧電性能を示すので、特に好適である。
【００２１】
この圧電粒子３０の平均粒径は、０．１ｍｍ未満である場合には粒子配列を保持することが困難となるなどの問題点がある。また、圧電粒子３０の平均粒径が２．０ｍｍを超えると粒子配列を直線的に形成することが困難になるなどの問題がある。このため、圧電粒子３０は、平均粒径が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
媒体２０の内部では、上述した圧電粒子３０が、媒体２０の厚み方向（Ｚ方向）に配列（配向）されることで、鎖状配向部４０を形成している。この鎖状配向部４０は、後述する製造工程において、圧電材１０に電界を付与した際に、それぞれの圧電粒子３０に分極が生じて互いに引き寄せ合うことで、圧電粒子３０同士が連続するように並んだ部分である。なお、圧電材１０の表面および裏面では、鎖状配向部４０を構成する圧電粒子３０が媒体２０から突出することで、外部の電極に対して電気的に接触することを可能としている。
【００２３】
ここで、圧電材１０は、外力が作用したり圧電粒子３０の伸縮に応じて弾性変形可能となっていて、たとえば通常のゴム素材と同様に防振材としても用いることが可能である。このような弾性を備えるために、圧電材１０における圧電粒子３０の割合は０．１〜０．３の範囲内であることが好ましい。
【００２４】
［２．圧電材１０の製造方法について］
以下、圧電材１０の製造方法について説明する。なお、圧電材１０の製造方法の説明に当たっては、必要に応じて、上述した媒体２０、圧電粒子３０および鎖状配向部４０の具体的な構成についても適宜説明する。
【００２５】
（１）型枠および電極板の準備
まず、圧電材１０を製作するための型枠１１０および電極板１２１，１２２を準備する。なお、型枠１１０および電極板１２１，１２２は、圧電材１０を製作するための製作装置１００を構成する。型枠１１０は、圧電材１０の外形形状に応じた型形状を有するものとなるが、圧電材１０がたとえば円盤状となる場合には、図２に示すような型枠１１０が用いられる。本実施の形態では、型枠１１０は、半割型枠１１１と半割型枠１１２との２つに分割可能に設けられている。そして、図３に示すように２つの半割型枠１１１，１１２を突き合わせ、さらに下側（Ｚ２側）に電極板１２１を取り付けることで、液状ゴムを流し込むキャビティ１１３を形成する。
【００２６】
（２）未硬化の液状ゴムの供給
上述の準備の後に、圧電粒子３０を供給したキャビティ１１３に未硬化の液状ゴム２１を加える。または、図４に示すように、圧電粒子３０と未硬化の液状ゴム２１を混合させた状態で、キャビティ１１３に加えても良い。ただし、圧電粒子の大きさと密度に依っては、直ぐに粒子が沈降し、図５に示すような状態になる。未硬化の液状ゴム２１は、硬化後に弾性を備える媒体２０となるものであり、たとえば２液硬化型のタイプの場合、主液と硬化剤を混ぜ合わせている。媒体２０は、硬化前に真空吸引等による脱気が行われ、液状ゴム２１内の気泡を取り除くことで形成される。
【００２７】
この後に、図５に示すように、キャビティ１１３の上側（Ｚ１側）を覆うように電極板１２２を取り付ける。なお、この段階では、図５に示すように、圧電粒子３０が液状ゴム２１中で沈降した状態である。
【００２８】
次に、鎖状配向部４０を形成する工程を実施する。この鎖状配向部４０の形成においては、（３）電場印加工程、（４）沈降解消工程、（５）粘度増加工程を、それぞれ適切なタイミングで実施することで行う。以下、これらについて説明する。
【００２９】
（３）電場印加工程
まず、電場印加工程について説明する。この電場印加工程では、図６に示すように、対向している電極板１２１に高電圧発生器１２３のマイナス側（GND側）を接続し、また電極板１２２に高電圧発生器のプラス側を接続し、電極板１２１と電極板１２２の間に、たとえば２ｋＶ／ｍｍといった直流の高電圧を所定時間印加する。すると、圧電粒子３０のうちプラスの電極板１２２側には負電荷が片寄ると共に、マイナス（ＧＮＤ）の電極板１２１側には正電荷が片寄るような分極が生じる。その状態で所定時間、高電圧を印加すると圧電粒子３０の分極状態が固定化される。なお、圧電粒子３０が分極されると、分極している圧電粒子３０同士が静電気力（分極電荷の相互作用）によって互いに引き寄せ合い易くなり、鎖状配向部４０を容易に形成することができる。
【００３０】
（４）沈降解消工程
沈降解消工程では、上述した電場印加工程を行う直前、または粘度増加工程（第１粘度増加工程）を開始してから所定時間が経過した後に、未硬化の圧電材１０に対して圧電粒子３０の沈降を解消するような工程を実施する。すなわち、図５および図６に示すように、圧電粒子３０は、液状ゴム２１の内部で下側（Ｚ２側）に沈殿している。そのため、形成される圧電材１０の厚みが大きくなる場合、圧電粒子３０が下側（Ｚ２側）に沈降したままの状態で、電場を印加し続けても、圧電粒子３０は上側（Ｚ１側）に移動し難い。したがって、液状ゴム２１に対して圧電粒子３０を相対的に移動させることで、圧電粒子３０の下側（Ｚ２側）へ片寄って沈降している状態を解消するような沈降解消工程を実施する。
【００３１】
ここで、圧電粒子３０の沈降を解消するものとして、たとえば図７に示すような反転処理がある。すなわち、図７に示すように、製作装置１００の上下が逆転するように、製作装置１００を反転させる。すると、圧電粒子３０は、未硬化の圧電材１０において上側（Ｚ１側）に位置する状態となる。その後、圧電粒子３０の自重や、分極している圧電粒子３０間での静電気力（分極電荷の相互作用）により、圧電粒子３０が移動する。
【００３２】
また、圧電粒子３０の沈降を解消するものとして、未硬化の圧電材１０に対して振動の付与処理を行うようにしても良い。すなわち、未硬化の圧電材１０に対して、上下左右方向または回転方向に振動を与えることで、液状ゴム２１の内部で下側（Ｚ２側）に沈降している圧電粒子３０が上側（Ｚ１側）に移動する。
【００３３】
なお、上述した反転処理や振動の付与処理により、マイナスの電極板１２１側またはプラスの電極板１２２側から圧電粒子３０が連続している連続体に対し、圧電粒子３０が連なるように移動する。それにより、鎖状配向部４０が徐々に形成されて行く。
【００３４】
（５）粘度増加工程（第１粘度増加工程および第２粘度増加工程）
粘度増加工程（第１粘度増加工程および第２粘度増加工程）では、液状ゴム２１の粘度を増加させる処理を行う。すなわち、液状ゴム２１の粘度が低い場合には、たとえば反転処理のような沈降解消工程を実施した後に、分極している圧電粒子３０同士が静電気力（分極電荷の相互作用）によって引き寄せられずに下側（Ｚ２側）に沈降してしまう割合が多くなる。しかしながら、液状ゴム２１の粘度が増加するにつれて、圧電粒子３０の沈降速度が低下する。そのため、沈降解消工程の前後において、液状ゴム２１の粘度を増加させる処理（第１粘度増加工程および第２粘度増加工程）を行うことで、圧電粒子３０が自重によって直ぐに沈降してしまうのを防いでいる。そのため、上述した電場印加工程での電場の印加により、図１および図８に示すような鎖状配向部４０が形成され易くなる。なお、図８は、図７に示す状態から鎖状配向部４０が形成された状態を示す断面図である。
【００３５】
ここで、圧電粒子３０の粘度を増加させるものとして、たとえば加熱処理がある。図７には、加熱処理を行うためのオイルバスやキュア炉等の加熱装置１３０が示されている。たとえば、液状ゴム２１がシリコーン系液状ゴムの場合、加熱装置１３０を用いて１００℃かまたはその近傍の温度に加熱する。このときの、シリコーン系液状ゴムの温度と粘度の関係を、図９に示す。なお、図９は、液状ゴム２１としてシリコーン系液状ゴムであるＫＥ−１０９（商品名；信越シリコーン社製）を用いると共に、約６００ｍｌの液状ゴム２１を室温から１００℃の温度のオイルバスに移した際の温度変化に対する粘度変化を示すグラフである。図９から明らかなように、液状ゴム２１を加熱後、一定の時間が経過すると、液状ゴム２１が硬化し始めることでその粘度が増加し、最終的には粘度が測定不能となる程度まで上昇する。
【００３６】
また、図９に示す液状ゴム２１の温度と粘度の関係では、図３に示す製作装置１００のキャビティ１１３に加えられた液状ゴム２１の時間に対する温度と粘度の変化を把握することはできない。そこで、製作装置１００を室温から１００℃の温度の恒温槽に移した際のキャビティ１１３に加えられた液状ゴム２１の温度と時間の関係を、図１０に示す。なお、図１０においては、破線は下側（Ｚ２側）の電極板１２１の真上で測定した温度と時間の関係を示し、実線はキャビティ１１３のほぼ中心で測定した温度と時間の関係を示している。このような図１０の温度を図９の温度と対応させることによって、製作装置１００のキャビティ１１３に加えられた液状ゴム２１の時間に対する粘度変化を把握できるものとする。
【００３７】
また、たとえば液状ゴム２１が常温硬化する場合には、液状ゴム２１を所定時間放置する。また、液状ゴム２１が紫外線硬化型の液状ゴムである場合には、液状ゴム２１に紫外線を照射する。このようにして、たとえば常温硬化する液状ゴム２１や、紫外線照射により硬化する液状ゴム２１についても、その粘度を増加させることができる。
【００３８】
なお、上述した電場印加工程は、第２粘度増加工程と同時のタイミングで実行しても良い。このとき、第２粘度増加工程を開始した後に電場印加工程を開始するようにしても良く、液状ゴム２１の粘度がある程度高くなった時点で、電場印加工程の実行をやめるようにしても良い。また、第２粘度増加工程を開始する若干前に、電場印加工程実行を開始しても良い。すなわち、電場印加工程と、第２粘度増加工程との間で、少なくとも同時に実行するタイミングが存在していれば良い。
【００３９】
［３．圧電材１０の実験結果について］
次に、上述した（３）電場印加工程、（４）沈降解消工程および（５）粘度増加工程（第１粘度増加工程および第２粘度増加工程）をそれぞれ適切なタイミングで実施して、圧電材１０を製作した際の実験結果について説明する。なお、以下の実施例では、圧電粒子３０としては、チタン酸ジルコン酸鉛(略称ＰＺＴ)である商品名Ｆ−２（株式会社フコク製）を用いた。商品名Ｆ−２である圧電粒子３０は、平均粒径が１．０７ｍｍであり、比重が７．６５であり、圧電ひずみ定数ｄ３３は約３５０〜４００ｐＣ/Ｎである。なお、商品名Ｚ−７１１である圧電粒子３０を用いた実験結果を、表１に示す。
【００４０】
また、液状ゴム２１としては、シリコーン系液状ゴムであるＫＥ−１０９（商品名；信越シリコーン社製）を用い、液状の主剤と硬化剤を混合させ、反転処理（沈降解消工程）を行うまでの間、加熱処理（第１粘度増加工程）を実施して、ＫＥ−１０９の粘度を増加させた。
【００４１】
ここで、作製試料は、液状ゴム２１であるＫＥ−１０９内部で圧電粒子３０を配向させるため、圧電粒子３０と液状ゴム２１を混合した後、正電極を上部として、厚さ方向に２ｋＶ/ｍｍの電場を印可して電場印加工程を実施し、その状態で上述のように１００℃で１時間加熱して第２粘度増加工程を実施して液状ゴム２１を硬化させた。なお、作製した試料は、直径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状である。その実験結果を、表１に示す。
【００４２】
表１においては、比較例１は、未硬化の圧電材１０に対して反転処理（すなわち沈降解消工程）を行わずに、電場を印加した場合を示している。また、比較例２は、未硬化の圧電材１０に対して加熱開始直前（すなわち加熱開始後０分）の段階で反転処理（すなわち沈降解消工程）を行い、その後に電場を印加した場合を示している。また、比較例３は、未硬化の圧電材１０に対し、電場の印加（電場印加工程）および反転処理（沈降解消工程）に先立って加熱処理（第１粘度増加工程）を行い、その加熱開始から１分経過後に反転処理（すなわち沈降解消工程）を行い、その後に電場の印加（電場印加工程）を行いつつ加熱処理（第２粘度増加工程）を行った場合を示している。同様に、比較例４は加熱開始から２分経過後に、比較例５は加熱開始から３分経過後に、それぞれ未硬化の圧電材１０に対し、反転処理（すなわち沈降解消工程）を行い、その後に電場の印加（電場印加工程）を行いつつ加熱処理（第２粘度増加工程）を行った場合を示している。同様に、実施例１は加熱開始から４分経過後に、実施例２は加熱開始から５分経過後に、実施例３は加熱開始から６分経過後に、実施例４は加熱開始から７分経過後に、比較例６は加熱開始から８分経過後に、比較例７は加熱開始から１０分経過後に、それぞれ未硬化の圧電材１０に対して反転処理（すなわち沈降解消工程）を行い、その後に電場の印加（電場印加工程）を行いつつ加熱処理（第２粘度増加工程）を行った場合を示している。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
ここで、表１においては、比較例１、２の場合の液状ゴム２１の粘度はそれぞれ１．０Ｐａ・ｓ、１．０Ｐａ・ｓ、であり、比較例６，７の場合の液状ゴム２１の粘度は、急激な上昇により、測定できない程度であり、比較例３〜５および実施例１〜４の場合の液状ゴム２１の粘度はそれぞれ１．３Ｐａ・ｓ、１．３Ｐａ・ｓ、１．３Ｐａ・ｓ、１．３Ｐａ・ｓ、１．３Ｐａ・ｓ、６．８Ｐａ・ｓ、５１．１Ｐａ・ｓとなっている。また、表１においては、『○』が鎖状配向部４０がほとんど片寄りなく形成された場合を示し、『△』が鎖状配向部４０は形成されているが、下側（Ｚ２側）に圧電粒子３０が多く沈降しているものの鎖状配向部４０も見られた場合を示し、『×』が鎖状配向部４０が形成されなかった場合を示している。
【００４５】
また、キャビティ１１３の内部のうち、電極板１２１の真上の部位は、キャビティ１１３の内部で最も加熱され易い部位であるので、液状ゴム２１の硬化が最も早いと考えられる。そして、表１の実施例３のときには、加熱によって電極板１２１の真上の部位で硬化が開始されたことにより、この部位で液状ゴム２１の粘度が、圧電粒子３０の電場による配向に適切な粘度に達したと考えられる。かかる加熱開始から３分のときの電極板１２１の真上の部位の温度は、４２．３℃であり、このときの液状ゴム２１の粘度は、上述の記載および図１０から、１．３Ｐａ・ｓとなる。
【００４６】
一方、キャビティ１１３のほぼ中央の部位は、電極板１２１から離れているので、キャビティ１１３の中で、液状ゴム２１の効果が最も遅くなると考えられる。そして、表１の実施例５のときには、キャビティ１１３内に設置された型枠１１０の液状ゴム２１が、全体的に硬化し始めたために、圧電粒子３０の沈降速度が全体的に遅くなるが、または圧電粒子３０が停まらない程度にゆっくり沈降することで、圧電粒子３０の電場による配向が形成され易い、と考えられる。ここで、加熱開始から７分のときのキャビティ１１３のほぼ中央の部位の温度は、５２．６℃であり、このときの液状ゴム２１の粘度は、上述の記載および図１０から５１．１Ｐａ・ｓとなる。
【００４７】
以上から、粘度が１．３Ｐａ・ｓ〜５１．１Ｐａ・ｓの範囲内において、反転処理（すなわち沈降解消工程）を実施すると、鎖状配向部４０が良好に形成されることが言える。
【００４８】
また、表１において、圧縮方向およびせん断方向に荷重を加えたときの圧電ひずみ定数ｄ３３についても実験を行った。この実験では、加えた圧縮方向の荷重は２００±５０Ｎであり、加振周波数は１Ｈｚである。このとき、圧縮方向における圧電ひずみ定数ｄ３３は、比較例１では２．３ｐＣ／Ｎ、比較例２では６．２ｐＣ／Ｎ、比較例３では８．５ｐＣ／Ｎ、比較例４では９．５ｐＣ／Ｎ、比較例５では５．２ｐＣ／Ｎ、実施例１では１７．３ｐＣ／Ｎ、実施例２では２０．３ｐＣ／Ｎ、実施例３では２０．７ｐＣ／Ｎ、実施例４では２５．２ｐＣ／Ｎ、比較例６では６．２ｐＣ／Ｎ、比較例７では未実施（未測定）となっている。
【００４９】
なお、圧縮方向に荷重を加えたときにおいて、図３に示す型枠１１０を１００℃の恒温槽に入れてから（すなわち加熱を開始してから）反転処理を行うまでの時間と、圧電ひずみ定数ｄ３３との関係を、図１１に示す。表１および図１１から明らかなように、加熱を開始してから４〜７分の範囲内で、圧電ひずみ定数ｄ３３が１５ｐＣ/Ｎ以上と、良好な結果が得られている。
【００５０】
また、表１において、せん断方向に荷重を加えたときの圧電ひずみ定数ｄ３３についても実験を行った。この実験では、この実験では、加えたせん断方向の荷重は５０±２５Ｎであり、加振周波数は１Ｈｚである。このとき、圧電ひずみ定数ｄ３３は、比較例１では１．２ｐＣ／Ｎ、比較例２では３．６ｐＣ／Ｎ、比較例３では未実施（未測定）、比較例４では未実施（未測定）、比較例５では未実施（未測定）、実施例１では未実施（未測定）、実施例２では１６．５ｐＣ／Ｎ、実施例３では未実施（未測定）、実施例４では未実施（未測定）、比較例６では２．６ｐＣ／Ｎ、比較例７では未実施（未測定）となっている。
【００５１】
以上のような、圧縮方向に荷重を加えた結果と、せん断方向に荷重を加えた結果に基づくと、圧電材１０は、圧縮方向において良好な圧電性能を発揮するのみならず、せん断方向においても良好な圧電性能を発揮することができることが判明した。
【００５２】
［４．効果について］
以上のような、未硬化の液状ゴム２１と圧電粒子３０とを混合させて圧電材１０を製造する圧電材１０の製造方法においては、型枠１１０のキャビティ１１３に液状ゴム２１を供給する供給工程と、供給工程に前後して、液状ゴム２１と圧電粒子３０を混合して混合物１１を作製する混合工程と、混合物１１に対して所定の電圧の電場を印加する電場印加工程と、混合物１１における液状ゴム２１に対して圧電粒子３０を相対的に移動させることで圧電粒子３０の沈降を解消させる沈降解消工程と、電場印加工程および沈降解消工程に先立って所定時間実施されて液状ゴム２１の粘度を所定だけ増加させる第１粘度増加工程と、沈降解消工程および電場印加工程を実施した後に、液状ゴム２１の粘度を増加させる第２粘度増加工程と、を備えている。
【００５３】
このため、電場印加工程および沈降解消工程に先立って、液状ゴム２１の粘度を所定だけ増加させる第１粘度増加工程を実施することで、粘度が増加した状態の液状ゴム２１において圧電粒子３０の沈降が解消された状態で、混合物１１に対して電場が印加される。したがって、以後の製造のための工程では、圧電粒子３０の沈降が抑制されて、圧電粒子３０の鎖状の配向である鎖状配向部４０が形成され易くなる。このため、圧電材１０における圧電性能を向上させることが可能となる。加えて、圧電粒子３０の鎖状の配向が形成され易いので、厚みの大きな圧電材１０を形成することが可能となる。
【００５４】
また、本実施の形態では、沈降解消工程を実施した後に電場印加工程を実施することができる。このようにする場合には、圧電粒子３０が上側（Ｚ１側）に位置する等により沈降が解消された状態で混合物１１に電場が印加されるので、沈降していない圧電粒子３０の分極により圧電粒子３０同士が静電気力（分極電荷の相互作用）によって引き寄せられることで、圧電粒子３０の鎖状の配向である鎖状配向部４０を容易に形成することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、第１粘度増加工程では、液状ゴム２１の粘度を１．３Ｐａ・ｓ〜５１．１Ｐａ・ｓの範囲内に増加させることができる。このようにする場合には、以後の工程では、圧電粒子３０の沈降を良好に抑制することができるので、圧電粒子３０の鎖状の配向である鎖状配向部４０を良好に形成することができる。このため、圧電材１０における圧電性能を一層向上させることが可能となる。加えて、圧電粒子３０の鎖状の配向が形成され易いので、厚みの大きな圧電材１０を一層容易に形成することが可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態では、液状ゴム２１は加熱硬化型の液状ゴムであると共に、粘度増加工程では、混合物を所定の温度に加熱することができる。このようにする場合には、時間の経過に基づいて液状ゴム２１の粘度を調整できるので、圧電粒子３０の沈降を良好にコントロールして、圧電粒子３０の鎖状の配向である鎖状配向部４０を良好に形成することができる。このため、圧電材１０における圧電性能を一層向上させることが可能となる。加えて、圧電粒子３０の鎖状の配向が形成され易いので、厚みの大きな圧電材１０を一層容易に形成することが可能となる。
【００５７】
また、本実施の形態では、沈降解消工程では、混合物１１の上下方向を反転させる処理を行うことができる。このようにする場合には、圧電粒子３０の沈降状態を容易に解消することが可能となる。
【００５８】
また、本実施の形態では、圧電粒子３０は、チタン酸ジルコン酸鉛を材質とすると共に、その平均粒径が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内に設けることができる。このようにする場合には、沈降解消工程で圧電粒子３０の沈降を解消させた後に、圧電粒子３０が再び沈降してしまうのを良好に抑制することができる。このため、圧電粒子３０の鎖状の配向である鎖状配向部４０を一層良好に形成することができる。したがって、圧電材１０における圧電性能を一層向上させることが可能となると共に、厚みの大きな圧電材１０を一層容易に形成することが可能となる。
【００５９】
また、本実施の形態では、多数の圧電粒子３０を有すると共に電気エネルギと機械エネルギを相互に変換可能な圧電材１０においては、未硬化の液状ゴム２１を硬化させることで形成された媒体２０と、媒体２０の厚み方向に多数の圧電粒子３０が鎖状に連続する状態で配列されることで形成された鎖状配向部４０と、を備え、媒体２０の厚みは、５ｍｍ以上に設けられている。
【００６０】
このように、５ｍｍ以上の厚みを有する厚みの大きな圧電材１０でも、多数の圧電粒子３０が鎖状に連続する状態の鎖状配向部４０が設けられているので、圧電材１０は圧電性能を良好な状態とすることができる。
【００６１】
＜変形例＞
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。
【００６２】
上述の実施の形態における圧電材１０は、種々の形状に形成することが可能である。たとえば、圧電材１０はシート状としても良く、円柱や角柱といった柱形状としても良い。
【００６３】
また、圧電材１０は、上述した媒体２０および多数の圧電粒子３０から構成される鎖状配向部４０以外の構成を有していても良い。たとえば、圧電材１０は、鎖状配向部４０に電圧を印加するための電極を備えていても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１０…圧電材、１１…混合物、２０…媒体、２１…液状ゴム、３０…圧電粒子、４０…鎖状配向部、１００…製作装置、１１０…型枠、１１１，１１２…半割型枠、１１３…キャビティ、１２１，１２２…電極板、１２３…高電圧発生器、１３０…加熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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