(57)【要約】【課題】  圧電フィルム材料を変えることなく、圧電デバイスの構造上の工夫によって圧電性能を高める方法、当該方法により圧電性能が高められた圧電デバイスを提供する。【解決手段】  圧電フィルム、該圧電フィルムの両面に設けられた電極、及び該電極の表面を保護するための保護フィルムを備え、前記電極と前記保護フィルムとは接着剤層を介して設けられている圧電デバイスにおいて、前記接着剤層は、接着剤の欠損部を有している。前記接着剤層は２層以上の多層構造からなる場合、少なくとも１層が欠損部を有すればよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電フィルム、該圧電フィルムの両面に設けられた電極、及び該電極の表面を保護するための保護フィルムを備え、前記電極と前記保護フィルムとは接着剤層を介して設けられている圧電デバイスにおいて、前記接着剤層は、接着剤の欠損部を有していることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記欠損部は、前記圧電フィルムの面方向と平行に切断した欠損部の断面の最小包含円の直径が、０．１〜３ｍｍである請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記接着剤層の厚みは２０μｍ〜２００μｍｍである請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記接着剤層は、２層以上の多層構造からなり、少なくとも１層が欠損部を有する接着剤層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記多層構造は、電極に接している層が欠損部を有する接着剤層である請求項４に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記欠損部を有する接着剤層の厚みは２０μｍ〜２００μｍである請求項４又は５に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
圧電フィルム、該圧電フィルムの両面に設けられた電極、及び該電極の表面を保護するための保護フィルムを備え、前記電極と前記保護フィルムとは接着剤層を介して設けられている圧電デバイスの外力に対する発生電圧の増大方法であって、前記接着剤層として、接着剤の一部が欠損した接着剤層を用いる圧電デバイスの発生電圧の増大方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電フィルム、該圧電フィルムの両面に設けられた電極、及び該電極の表面を保護するための保護フィルムを備え、前記電極と前記保護フィルムとは接着剤層を介して設けられている圧電デバイスにおいて、圧電性能を高める方法、並びに当該方法を用いた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂フィルムに高電圧を印加することにより圧電性が付与された圧電フィルムは、超音波センサ、接触センサ、感圧センサ等のセンサ類、スイッチ、マイクロフォン、スピーカ等に利用されている。これらの用途において、圧電フィルムの感度を上げることが望まれており、そのための工夫が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００８−４７６９３号公報（特許文献１）には、フィルム材料である有機高分子圧電材料のマトリックス中に、無機圧電材料微粒子を分散させることが提案されており、フッ素系高分子材料（ＶＤＦ−ＰＦＡ）中にＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ５の無機微粒子を分散させることにより、当該無機微粒子を含まない圧電フィルムと比べて、相対感度（入力電圧に対する出力電圧の比）が２倍以上増大したことが示されている。
【０００４】
また、積層構造タイプのフィルムを用いたエレクトレット化フィルムについて、特開２０１１−８６９２４号公報（特許文献２）には、熱可塑性樹脂（ポリオレフィン系フィルム）に有機フィラー（実施例では架橋アクリル樹脂粒子）を添加した樹脂組成物の延伸フィルムをコア層として用いることで、有機フィラーを添加していない熱可塑性樹脂フィルムをコア層として用いた場合と比べて、圧電定数が増大することが示されている。
【０００５】
また、多孔質フィルムを用いた圧電フィルムについて、特開２０１１−１８８９７号公報（特許文献３）では、気泡径を大きく且つアスペクト比を小さくすることで、圧電定数が増大することが示されている。なお、多孔質フィルムは、樹脂成分と相分離する相分離化剤を含む樹脂組成物を用いてミクロ層分離構造を有する樹脂シートを作成し、次いで樹脂シートから相分離化剤を除去することにより作成している。気泡サイズの調整は、相分離化剤の種類や配合比率、反応有機相分離時における反応条件などにより行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４７６９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−８６９２４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３に提案の方法は、いずれも圧電フィルム材料の組成を変更して圧電性能を改善するものである。しかし電極を積層しさらに接着剤層を介して保護フィルムを積層してなる圧電デバイスの圧電性能には、材料の種類や厚み、積層構造などの複数の因子が影響するため圧電フィルム単独での圧電性能が高くとも圧電デバイスの圧電性能が高いとは限らない。
【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電フィルム材料を変えるのではなく、圧電デバイスの構造上の工夫により圧電性能を高める方法、当該方法により圧電性能が高められた圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、圧電フィルム材料を変えることなく、圧電デバイスの圧電性能を高める手段として、他の構成要素、とりわけ変更が容易な接着剤層に着目して、種々検討し、本発明に到達した。すなわち本発明の圧電デバイスは、圧電フィルム、該圧電フィルムの両面に設けられた電極、及び該電極の表面を保護するための保護フィルムを備え、前記電極と前記保護フィルムとは接着剤層を介して設けられている圧電デバイスにおいて、前記接着剤層は、接着剤の欠損部を有していることを特徴とする。
【００１０】
前記欠損部は、前記圧電フィルムの面方向と平行に切断した欠損部の断面の最小包含円の直径が、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。
【００１１】
前記接着剤層の厚みは２０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。
【００１２】
前記接着剤層は、２層以上の多層構造からなる場合、少なくとも１層が欠損部を有する接着剤層であることが好ましく、電極に接している層は欠損部を有する接着剤層であることがより好ましい。
【００１３】
前記欠損部を有する接着剤層の厚みは２０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、圧電フィルム、該圧電フィルムの両面に設けられた電極、及び該電極の表面を保護するための保護フィルムを備え、前記電極と前記保護フィルムとは接着剤層を介して設けられている圧電デバイスの外力に対する発生電圧の増大方法であって、前記接着剤層として、接着剤の一部が欠損した接着剤層を用いる圧電デバイスの発生電圧の増大方法も含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電デバイスは、圧電フィルムの材料を変えることなく接着剤層の構造上の工夫のみによって従来より高い圧電性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】圧電デバイスの構成を説明するための断面模式図である。
【図２】欠損パターンの例を示す模式図である。
【図３】多層構造の接着剤層の構成例を示す模式図である。
【図４】実施例で採用した測定方法を説明するための模式図である。
【図５】実施例で採用した有孔接着剤層の孔パターンを説明するための模式図である。
【図６】実施例の測定結果を示すグラフであり、（ａ）は有孔接着剤層の厚みと発生電圧の関係を示し、（ｂ）は接着剤層の厚みと発生電圧の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、今回、開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００１８】
本発明が対象とする圧電デバイスは、代表的には、図１に示すように、圧電フィルム１の両面に電極２，２が積層され、該電極２上に、接着剤層３を介して保護フィルム４が設けられたものである。
【００１９】
上記圧電フィルム１としては、圧電性を有する樹脂フィルムであればよく、その材質は特に限定しない。フィルムを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチル-１-ペンテン等のポリオレフィン系樹脂；ナイロン-６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート等のポリエステル系樹脂；パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＥＰＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロ・テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体、及びこれらの１種又は２種以上とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）との混合物等のフッ素系樹脂などを用いることができ、これらの樹脂フィルムは多孔質フィルムであっても、空孔のないフィルムであってもよい。これらのうち、好ましくは多孔質フィルムであり、より好ましくは、耐熱性の観点から、多孔質フッ素樹脂フィルムである。
なお、多孔質フィルムの場合、空孔の形成方法は特に限定されず、延伸によりミクロフィブリル（微細繊維）構造による孔を形成してもよいし、高圧下で樹脂シートに発泡剤（不活性ガス）を飽和させ、その後急激に減圧して気泡核を生成して多孔化してもよいし、相分離化剤等を用いて作成したフィルムから相分離化剤を抽出除去することにより多孔質としてもよいし、フィルム材料としての樹脂溶液から溶媒除去することにより多孔質としてもよいし、その他、公知の方法を採用してもよい。
【００２０】
圧電フィルムは、上記フィルム単独で用いても良いし、２層以上積層して用いてもよい。２層以上積層される場合、同種類の材質のフィルムを積層してもよいし、異なる種類の圧電フィルムを積層して用いてもよい。
【００２１】
電極２の材質は、導電性を備える物質であれば特に限定せず、例えばアルミニウム、鉄、銅、金、白金などの金属、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）などの化合物、炭素などを用いることができる。
電極２は、上記導電性を備える物質又は導電性を備える物質を含む接着剤やペースト、混合物などを、蒸着、スパッタリング、エッチング、印刷、塗布等することにより形成してもよいし、金属箔を積層することにより形成してもよい。
【００２２】
保護フィルム４は電極２を保護するために設けられる。保護フィルム４の材質は特に限定しないが、通常、PETフィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、ポリカーボネートフィルムなどの樹脂フィルムが用いられる。
【００２３】
接着剤層３は、フィルム状接着剤により構成されてもよいし、液状接着剤を電極２表面又は保護フィルム４表面に直接塗工することにより形成してもよい。接着剤層３は、２層以上からなる積層構造であってもよい。
本発明の圧電デバイスは、接着剤層３の一部が欠損している点に特徴がある。接着剤層３の欠損は、例えば、接着剤層３を構成するフィルム状接着剤を穿孔することにより形成してもよいし、接着剤層３の形成時（接着剤の塗工の際）に、部分的に接着剤を塗工、印刷等することにより形成してもよい。
【００２４】
欠損部分は、接着剤層３において、連続的に存在していてもよいし、不連続であってもよい。また、複数の欠損部が存在する場合において、欠損部は、一定の規則性をもって配置されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよい。さらに複数の欠損部が存在する場合において、欠損パターンは、同形同大の欠損部が連続的に規則正しく配置されたパターンであってもよいし、異なるサイズ、形状の欠損部が一定の規則性をもって、又はランダムに配置されたパターンであってもよい。好ましくは、均質性の観点、生産上の観点から、同形同大の欠損部が規則性をもって配列しているパターンである。
【００２５】
欠損パターンとしては、例えば、図２に示すように、断面円形の貫通孔１１ａが規則正しく点在しているパターン（図２（ａ））、接着剤１０が格子状に設けられることにより、四角形状の貫通孔１１ｂが規則正しく配置されているパターン（図２（ｂ））、接着剤１０がハニカム状に設けられることにより、六角形の貫通孔１１ｃが規則正しく配置されているパターン（図２（ｃ））、接着剤１０を縞状に設けることにより、筋状の欠損部１１ｄが等間隔で設けられているパターン（図２（ｄ））、接着剤１０を均等分布したドットとして設けることにより、接着剤１０のドット間隔が欠損部１１ｅとなっているパターン（図２（ｅ））などが挙げられる。これらのうち、欠損部が独立して存在し、外部に連通する欠損部が少なくなるような欠損パターンが好ましい。欠損部が外部に連通する場合、外部環境、特に湿分、水分、酸素、含硫黄ガス等の腐食性ガスの影響を受けやすく、接着力の低下、電極２の腐食、劣化の要因となりやすいからである。図２のパターンでは、図２（ａ）（ｂ）又は（ｃ）のパターンが好ましい。
【００２６】
独立した欠損部の場合、各欠損部のサイズは特に限定しないが、フィルム面と平行に切断した欠損部の断面の最小包含円の直径が、０．１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。
【００２７】
接着剤層における欠損部の面積割合は、１０〜５０％となるようにすることが好ましい。１０％未満では、欠損部による圧電性能の改善効果が小さなものとなり、また、圧電デバイスの製造、当該圧電デバイスを用いて製品を製造中の加圧圧縮工程等により、欠損部が消滅してしまうおそれがある。５０％を超える場合、相対的に接着面積が小さくなるため、必要な接着力の確保が困難となる傾向にある。
【００２８】
接着剤層３が、２層以上の多層構造で構成されている場合、欠損部を有する接着剤層は、少なくとも１層含まれていればよい。例えば、接着剤層３が、欠損部を有する接着剤層３ａと欠損部を有しない接着剤層３ｂとからなる２層構造の接着剤層の場合、図３に示すように、欠損部を有する接着剤層３ａは、電極２側に配置してもよいし（図３（ａ））、保護フィルム４側に配置してもよい（図３（ｂ））が、圧電性能の改善効果の点で電極側に配置することが望ましい。また、３層構造の接着剤の場合、図３（ｃ）のように、欠損部を有する接着剤層３ａを欠損部を有しない接着剤層３ｂで挟持するようにしてもよいし、保護フィルム４に接着する接着剤層を欠損部を有する接着剤としてもよいが電極２に接着する接着剤層を、欠損部を有する接着剤層とすることが望ましい。
【００２９】
接着剤層３の厚みは、特に限定しないが、圧電性能の観点から２０μｍ〜２００μｍであることが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。欠損部を有する接着剤層３ａの厚みは接着剤層３の厚みを最大とする範囲内から選ばれるので、接着剤層３の厚みが薄すぎると、圧電性能の増大効果に大きく寄与している欠損部を有する接着剤層３ａの厚みも薄くなって、圧電性能の増大効果が十分に得られにくいためである。また、接着剤層３の厚みが厚すぎると圧電性能が低下してしまう傾向にあるためである。
【００３０】
欠損部を有する接着剤層３ａの厚みは、２０μｍ〜２００μｍとすることが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍとすることがより好ましく、６０μｍ〜１００μｍとすることがさらに好ましい。薄すぎると圧電性能の増大効果が十分に得られにくく、厚すぎると圧電性能が低下してしまう傾向にあるためである。尚、電極の両側に設けられる接着剤層の双方に限らず片方だけが上記のような欠損部を有する接着剤層を有していてもよい。
【００３１】
以上のような構成を有する圧電デバイスは、欠損部を有しない接着剤層を採用した圧電デバイスと比べて、外力を与えた際に発生する電圧が大きい。その理由は明らかではないが、接着剤層の一部が欠損していることにより、接着剤層の衝撃緩衝作用が減じられ、衝撃付与時の電極間距離の変化が大きくなること、また接着層が面内で不均一であるために圧電フィルムに伝わる衝撃ひいては電極間距離の変化が面内で不均一となることにより、発生電圧が増大したのではないかと推測される。
したがって、圧電フィルム、該圧電フィルムの両面に設けられた電極、及び該電極の表面を保護するための保護フィルムを備え、前記電極と前記保護フィルムとは接着剤層を介して設けられている圧電デバイスにおいて、前記接着剤層として、接着剤の一部が欠損した接着剤層を用いることにより、圧電性能を増大させることが可能であり、当該方法も本発明に包含される。
【実施例】
【００３２】
本発明を実施するための最良の形態を実施例および比較例により説明する。実施例および比較例は、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３３】
〔測定方法〕
はじめに、本実施例で行った測定方法について、図４に基づいて説明する。
圧電フィルム３１の両面に電極３２，３２、接着剤層３３ａ，３３ｂ、保護フィルム３４，３４の順で積層し、これを測定用圧電デバイスとして、アルミ板２２の上に置き、両電極３２，３２をそれぞれオシロスコープ２１に接続した。圧電デバイスの上面より高さ（ｈ）２０ｃｍの位置から、測定用圧電デバイスに向けて、重さ１．５ｇの鉄球２０を自由落下させた。鉄球２０が測定用圧電デバイスに衝突した衝撃で、電圧が発生し、発生電圧をオシロスコープ２１で検出する。測定は５回繰り返し、５回の平均値を測定用圧電デバイスの発生電圧とした。
【００３４】
〔実施例１〕
厚さ０．０１ｍｍの多孔質ポリテトラフルオロエチレンの両面に非多孔質パーフルオロアルコキシアルカンを被覆した厚さ０．０３ｍｍの圧電フィルムを圧電フィルム３１として採用し、該圧電フィルム３１上に、電極３２，３２となる厚さ１２μｍのアルミニウム箔を積層した。アルミ板２２から遠い側の接着剤層３３ａとして、図５に示すような、直径ｄ＝１．５ｍｍの貫通孔が、孔間隔ｐ＝２．５ｍｍ、ｑ＝５．０ｍｍで規則的に開設された欠損パターンを有する、厚さ３０μmのフィルム状接着剤（有孔接着剤層）と、貫通孔が開設されていない厚さ３０μｍのフィルム状接着剤（無孔接着剤層）とを積層してなる２層構造の接着剤層を採用した。接着剤層３３ａは、有孔接着剤層が電極３２と接するように設けられている。アルミ板から近い側の接着剤層３３ｂとして、厚さ５０μｍのフィルム状接着剤（無孔接着剤層）からなる1層構造の接着剤層を用いた。保護フィルム３４として厚さ３５０μｍのＰＥＴフィルムを用いた。以上のような構成を有する測定用圧電デバイスについて、上記測定方法に基づいて発生電圧を測定した。結果を表１に、有孔接着剤層の厚みと発生電圧の関係を図６（ａ）に、接着剤層の厚みと発生電圧の関係を図６（ｂ）に示す。
【００３５】
〔実施例２〕
接着剤層３３ａの有孔接着剤層の厚みを６０μｍに変更した以外は実施例１と同様にして、測定用圧電デバイスを作成し、発生電圧を測定した。結果を表１及び図６に示す。
【００３６】
〔実施例３〕
接着剤層３３ａを、実施例１と同様の欠損パターンを有する厚さ６０μmの有孔接着剤層のみからなる１層構造の接着剤層とした以外は、実施例１と同様にして測定用圧電デバイスを作成し、発生電圧を測定した。結果を表１及び図６に示す。
【００３７】
〔実施例４〕
有孔接着剤層の厚みを１２０μｍに変更した以外は実施例３と同様にして、測定用圧電デバイスを作成し、発生電圧を測定した。結果を表１及び図６に示す。
【００３８】
〔比較例〕
接着剤層３３ａを、厚さ５０μｍの無孔接着剤層のみからなる１層構造の接着剤層とした以外は、実施例１と同様にして測定用圧電デバイスを作成し、発生電圧を測定した。結果を表１及び図６に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１から、有孔接着剤層を有する圧電デバイスは、接着剤層に欠損部を有しない圧電デバイスと比べて、全ての実施例において発生電圧が増大したことがわかる。
【００４１】
図６（ａ）から見てとれるように有孔接着剤層の厚みと発生電圧の間には強い相関性が認められた。したがって、有孔接着剤層の厚みが圧電性能の増大効果に大きく寄与することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
圧電フィルム材料を変えずに、接着剤層に欠損部を形成するだけで圧電性を向上させることが出来るので、簡易な方法で、圧電デバイス全般の圧電性の向上に利用可能であり、有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１  圧電フィルム
２  電極
３  接着剤層
４  保護フィルム
１０  接着剤
１１  欠損部
【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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