(57)【要約】  ポリ乳酸シートからなるもので、厚み方向に高い圧電性を発現し得る圧電体シートを提供する。  ポリ乳酸シート（１）の特定の領域（２）を、マイクロ波を用いて加熱する。ポリ乳酸シート（１）の厚み方向に圧電性を発現させるため、加熱されたポリ乳酸シート（１）の厚み方向に高電圧を印加して、少なくとも一部のポリ乳酸分子の螺旋軸（３）を相対的に厚み方向に向け、次いで、ポリ乳酸シート（１）を急冷し、ポリ乳酸分子を固定する。同様の工程を、ポリ乳酸シート（１）の他の領域（４）でも実施し、ポリ乳酸シート（１）の広い範囲にわたって、厚み方向に圧電性を付与する。
2010147074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ乳酸からなる圧電体シートであって、厚み方向に圧電性を示すように、少なくとも一部のポリ乳酸分子の螺旋軸が相対的に厚み方向に向けられている、圧電体シート。
【請求項２】
ポリ乳酸シートを用意する工程と、
マイクロ波を用いて前記ポリ乳酸シートを加熱する、加熱工程と、
前記ポリ乳酸シートの厚み方向に圧電性を発現させるため、加熱された前記ポリ乳酸シートの厚み方向に高電圧を印加して、少なくとも一部のポリ乳酸分子の螺旋軸を相対的に厚み方向に向ける、高電圧印加工程と
を備える、圧電体シートの製造方法。
【請求項３】
前記高電圧印加工程の後、前記ポリ乳酸シートを急冷する工程をさらに備える、請求項２に記載の圧電体シートの製造方法。
【請求項４】
前記高電圧印加工程は、前記加熱工程の少なくとも一部と同時に実施される、請求項２または３に記載の圧電体シートの製造方法。
【請求項５】
高電圧電源と、
前記高電圧電源から供給される高電圧を、処理されるべきポリ乳酸シートの厚み方向に印加するため、前記ポリ乳酸シートを厚み方向に挟むように配置される対をなす高電圧印加用導体と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器からマイクロ波を伝送する同軸線路と
を備え、
前記高電圧印加用導体は、前記同軸線路の内導体に接続され、前記マイクロ波が、前記ポリ乳酸シートとそれを挟む前記高電圧印加用導体とによって構成されるコンデンサを通過するとき、誘電損失による熱を発生するようにされている、
圧電体シートの製造装置。
【請求項６】
高電圧電源と、
前記高電圧電源から供給される高電圧を、処理されるべきポリ乳酸の厚み方向に印加するため、前記ポリ乳酸シートを厚み方向に挟むように配置される対をなす高電圧印加用導体と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器からマイクロ波を伝送する同軸線路と、
前記同軸線路に接続される少なくとも１段の半同軸空洞フィルタと
を備え、
前記高電圧印加用導体の一方は、前記半同軸空洞フィルタの中心導体に接続され、
前記高電圧印加用導体の他方は、前記半同軸空洞フィルタの外導体に接続され、
前記マイクロ波が前記ポリ乳酸シートと前記高電圧印加用導体とによって構成されるコンデンサを通過するとき、誘電損失による熱を発生するようにされている、
圧電体シートの製造装置。
【請求項７】
前記高電圧印加用導体の一方は、複数のピン状の導体から構成され、前記高電圧印加用導体の他方は、平面状の導体から構成されている、請求項６に記載の圧電体シートの製造装置。
【請求項８】
前記高電圧印加用導体の一方および他方は、複数のピン状の導体から構成され、前記複数のピン状の導体は過不足なく互いに対をなすようにされている、請求項６または７に記載の圧電体シートの製造装置。
【請求項９】
前記マイクロ波発生器によって、互いに異なる周波数を有する複数種類のマイクロ波が発生される、請求項５ないし８のいずれかに記載の圧電体シートの製造装置。
【請求項１０】
前記複数種類のマイクロ波は、少なくとも、主に加熱に有効な周波数のものと、主にポリ乳酸の主鎖を揺するのに適した周波数のものと、主にポリ乳酸の分子同士の結合部分を破壊するのに適した周波数のものとを含む、請求項９に記載の圧電体シートの製造装置。
【請求項１１】
前記高電圧印加用導体は、複数のピン状の導体から構成され、かつ、複数列をなすように配置され、各列の前記導体の各々の位置は、隣の列の前記導体の各々の間に形成される間隔部分に対応するようにされている、請求項７または８に記載の圧電体シートの製造装置。
【請求項１２】
前記導体は断面が正方形とされ、隣り合う前記導体間の間隔は、各導体の断面を規定する正方形の一辺の長さと等しくされる、請求項１１に記載の圧電体シートの製造装置。
【請求項１３】
前記高電圧印加用導体の近傍に設けられる、前記ポリ乳酸シートを急冷するための冷却用流体の吹き出し口をさらに備える、請求項５なし１２のいずれかに記載の圧電体シートの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電体シート、ならびに圧電体シートの製造方法および製造装置に関するもので、特に、ポリ乳酸からなる圧電シート、ならびにその製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリ乳酸（ＰＬＡ）は、図１４に示すような分子構造を有している。ＰＬＡは、脱水縮合重合体であり、乳酸の環状二量体であるラクチドを開環重合することによって得られる。乳酸は不斉炭素を含むため、キラリティを有する。したがって、ＰＬＡにはＬ体とＤ体とが存在し、その重合体をそれぞれＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）、Ｄ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）と呼ぶ。ＰＬＬＡの主鎖は左巻き螺旋、ＰＤＬＡの主鎖は右巻き螺旋構造をとる。微生物の力によって合成される乳酸からなるポリ乳酸はほとんどがＬ体であり、現在量産され利用されるＰＬＡはＰＬＬＡである。【０００３】
たとえば特許文献１および非特許文献１に記載されているように、延伸したＰＬＡフィルムは圧電性を示す。非特許文献１によれば、ＰＬＬＡ結晶の点群はＤ２であり、圧電テンソルとして、図１５（ａ）に示すような成分を有する。【０００４】
ＰＬＬＡは、螺旋高分子であり、螺旋軸方向（Ｃ軸方向）に大きな値の双極子を持っている。ＰＬＬＡの結晶構造においては、Ｃ軸方向の双極子が交互に逆方向を向くようにパッキングされるため、マクロ的に見ると、Ｃ軸方向の双極子は互いにうち消されて０となる。したがって、図１５（ｂ）に示すように、ＰＬＬＡシートにおいて「３」軸方向に延伸が施されているとすると、この延伸された一軸配向ＰＬＬＡシートの圧電テンソルは、結果的に、図１５（ｃ）のような成分となる。【０００５】
従来の圧電性ＰＬＬＡの圧電現象は、たとえば特許文献１および２に記載されているように、図１５（ｃ）に示したｄ14によるものが主体であり、その値は１０〜２０ｐＣ／Ｎ程度である。このＰＬＬＡの圧電定数は高分子の中では際だって高い値である。【０００６】
他方、現在市販されているセラミック圧電体の代表的なものであるＰＺＴは、ｄ33＝３００〜７００ｐＣ／Ｎもの値を有し、様々なアクチュエータや圧電ブザー、圧電スピーカなどに応用されている。しかしながら、ＰＺＴは、鉛を含む材料であり、環境保護の観点から無鉛の圧電材料が市場では望まれている。さらに、無機系の圧電材料はセラミックが主流であり、製造コストが高く、廃棄時には埋め立て等による処理に頼らざるを得ない。そこで、製造コストが安く、廃棄物処理の容易な高分子系の圧電材料が望まれるところであるが、ＰＺＴに匹敵する圧電定数を有するものは未だ存在しないとされている。【０００７】
ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）やＰＬＬＡは、非常に大きな圧電定数を有する高分子として有望視されている。特にＰＬＬＡは、図１４に示したように、構成元素としてＣ、ＯおよびＨしか含まないため、焼却したとしても有害物質をもたらすことがない。また、ＰＬＬＡは、加水分解−微生物分解という２段階の分解過程を経て、完全に水とＣＯ２とに分解され得る生分解性プラスチックである。原料は現在のところトウモロコシ由来の澱粉であり、原料そのものには石油を一切使用していない。製造過程で使用されるエネルギーに起因するＣＯ２を除けば、ＰＬＬＡ自体は空気中のＣＯ２を元々の素材としているため、分解後に空気中のＣＯ２を増加させることがない。これがカーボンニュートラルと言われる所以であり、環境にやさしい材料として非常に注目されている。【０００８】
ところが、前述したように、ＰＬＬＡの圧電定数はｄ14で高々２０ｐＣ／Ｎ程度であり、ＰＺＴの圧電定数に比較すると極めて小さい。よって、ＰＺＴの代替材料としてＰＬＬＡを用いるためには、動作時の印加電圧を非常に高くする必要があり、従来はＰＬＬＡへの置き換えは非常に困難であったと言わざるを得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１５２６３８号公報
【特許文献２】特開２００５−２１３３７６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】田實佳郎，「ポリ乳酸膜の光・電気機能」，未来材料，２００３年７月号，第３巻，第７号，Ｐ．１６−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この発明の目的は、ポリ乳酸を用いながら、特に厚み方向に高い圧電定数を有する圧電体シートを提供しようとすることである。【００１２】
この発明の他の目的は、上記のような圧電体シートの製造方法および製造装置を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、ポリ乳酸からなる圧電体シートにまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、厚み方向に圧電性を示すように、少なくとも一部のポリ乳酸分子の螺旋軸が相対的に厚み方向に向けられていることを特徴としている。【００１４】
なお、「シート」という用語と「フィルム」という用語とを、厚み寸法に応じて使い分けることもあるが、本件明細書においては、厚み寸法に関係なく、「シート」という用語を用いることにする。【００１５】
また、背景技術において説明したように、ポリ乳酸は、通常、Ｌ型ポリ乳酸として流通しているが、課題を解決するための手段として述べるポリ乳酸とは、Ｌ型ポリ乳酸、Ｄ型ポリ乳酸、あるいはそれらの混合物を概念的に含むものである。【００１６】
この発明は、また、上述した圧電体シートを製造するための方法にも向けられる。この発明に係る圧電体シートの製造方法は、ポリ乳酸シートを用意する工程と、マイクロ波を用いてポリ乳酸シートを加熱する、加熱工程と、ポリ乳酸シートの厚み方向に圧電性を発現させるため、加熱されたポリ乳酸シートの厚み方向に高電圧を印加して、少なくとも一部のポリ乳酸分子の螺旋軸を相対的に厚み方向に向ける、高電圧印加工程とを備えることを特徴としている。【００１７】
この発明に係る圧電体シートの製造方法は、上記高電圧印加工程の後、ポリ乳酸シートを急冷する工程をさらに備えることが好ましい。【００１８】
また、この発明に係る圧電体シートの製造方法において、高電圧印加工程は、加熱工程の少なくとも一部と同時に実施されることが好ましい。【００１９】
この発明は、さらに、上述した圧電体シートを製造するための装置にも向けられる。この発明に係る圧電体シートの製造装置は、高電圧電源と、高電圧電源から供給される高電圧を、処理されるべきポリ乳酸シートの厚み方向に印加するため、ポリ乳酸シートを厚み方向に挟むように配置される対をなす高電圧印加用導体と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器からマイクロ波を伝送する同軸線路とを備え、高電圧印加用導体は、同軸線路の内導体に接続され、マイクロ波が、ポリ乳酸シートとそれを挟む高電圧印加用導体とによって構成されるコンデンサを通過するとき、誘電損失による熱を発生するようにされていることを特徴としている。【００２０】
この発明に係る圧電体シートの製造装置は、他の実施態様では、高電圧電源と、高電圧電源から供給される高電圧を、処理されるべきポリ乳酸の厚み方向に印加するため、ポリ乳酸シートを厚み方向に挟むように配置される対をなす高電圧印加用導体と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器からマイクロ波を伝送する同軸線路と、同軸線路に接続される少なくとも１段の半同軸空洞フィルタとを備え、高電圧印加用導体の一方は、半同軸空洞フィルタの中心導体に接続され、高電圧印加用導体の他方は、半同軸空洞フィルタの外導体に接続され、マイクロ波がポリ乳酸シートと高電圧印加用導体とによって構成されるコンデンサを通過するとき、誘電損失による熱を発生するようにされていることを特徴としている。【００２１】
この発明に係る圧電体シートの製造装置において、高電圧印加用導体の一方は、複数のピン状の導体から構成され、高電圧印加用導体の他方は、平面状の導体から構成されても、あるいは、高電圧印加用導体の一方および他方が、複数のピン状の導体から構成され、これら複数のピン状の導体は過不足なく互いに対をなすようにされてもよい。【００２２】
この発明に係る圧電体シートの製造装置において、マイクロ波発生器によって、互いに異なる周波数を有する複数種類のマイクロ波が発生されることが好ましい。上記複数種類のマイクロ波は、少なくとも、主に加熱に有効な周波数のものと、主にポリ乳酸の主鎖を揺するのに適した周波数のものと、主にポリ乳酸の分子同士の結合部分を破壊するのに適した周波数のものとを含むことが好ましい。【００２３】
この発明に係る圧電体シートの製造装置において、高電圧印加用導体は複数のピン状の導体から構成される場合、複数のピン状の導体は、複数列をなすように配置され、各列の導体の各々の位置は、隣の列の導体の各々の間に形成される間隔部分に対応するようにされていることが好ましい。さらに好ましくは、導体は断面が正方形とされ、隣り合う導体間の間隔は、各導体の断面を規定する正方形の一辺の長さと等しくされる。【００２４】
この発明に係る圧電体シートの製造装置において、ポリ乳酸シートを急冷するための冷却用流体の吹き出し口が高電圧印加用導体の近傍に設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
バルク状態（成形後、未処理状態）のポリ乳酸シートは、長い螺旋分子が互いに絡み合った構造を有しており、たとえば厚み方向に非常に大きな電場を印加したとしても、厚み方向に圧電性が生じることはない。この発明によれば、ポリ乳酸からなる圧電体シートにおいて、上記螺旋分子の絡みをほぐし、少なくとも一部の螺旋分子について、螺旋軸が相対的に厚み方向に向けられるので、厚み方向に圧電性を示す圧電体シートを得ることができる。たとえば、螺旋分子の１０％でも、圧電体シートの厚み方向に配向させることができれば、ＰＺＴに匹敵する圧電体となり得る。もし、これを超える割合で配向させることができれば、ＰＺＴをしのぐ圧電体となり得る。また、たとえ５％の配向度であったとしても、高分子の圧電体としては驚異的に大きな圧電定数を有するものとなり得る。【００２６】
圧電アクチュエータなどによく用いられるＰＺＴは、セラミックであり、また、鉛を含んでいるため、廃棄物としての処理が難しい。ＰＬＬＡによってＰＺＴに匹敵する圧電定数が得られれば、ＰＺＴをＰＬＬＡに置き換えることが可能となる。ＰＬＬＡは、重金属を含まない単純な組成の生体高分子で、生分解性であり、かつ澱粉を原料とするため、製造時に発生するＣＯ２を除いて、空気中のＣＯ２を増加させない。さらに、製造時のＣＯ２は他の有機高分子の製造時の場合と比較すると極めて少ない。したがって、ＰＺＴをＰＬＬＡで置き換えることができれば、環境負荷軽減に関して絶大な効果がある。【００２７】
また、ポリ乳酸は、高分子であり、ＰＺＴより高い可撓性を有しているため、アクチュエータに適用した際の変位量はＰＺＴの場合より大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明に係る製造方法を実施して、ＰＬＬＡ分子の螺旋軸３の少なくとも一部を相対的に厚み方向に配向させた状態を図解的に示す、ＰＬＬＡシート１の断面図である。
【図２】この発明の一実施形態による製造装置１０を示すブロック図である。
【図３】図２に示したブロック図上のＰＬＬＡ加熱部１７を、伝送線路型として構成した場合のより詳細な図で、ＰＬＬＡ加熱部１７を含むＰＬＬＡ処理部３０を表しており、（ａ）はＰＬＬＡ処理部３０の平面図、（ｂ）はＰＬＬＡ処理部３０の正面図である。
【図４】（ａ）は図３（ｂ）の線Ａ−Ａに沿う断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図５】図４に示した一方の内導体３５ａを断面図で示すとともに、図４では図示が省略されていた、筐体３１および内導体３５ａおよび３５ｂからなる伝送線路部の一方端部を図示する、図４（ａ）および（ｂ）に対応する図である。
【図６】図２に示したブロック図上のＰＬＬＡ加熱部１７を、共振器型として構成した場合のより詳細な図で、ＰＬＬＡ加熱部１７を含むＰＬＬＡ処理部５０を表しており、（ａ）はＰＬＬＡ処理部５０の正面図、（ｂ）はＰＬＬＡ処理部５０の側面図である。
【図７】（ａ）は図６（ｂ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図であり、（ｂ）は図６（ａ）の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図８】図６および図７に示したＰＬＬＡ処理部５０の簡略化モデルを用いて有限要素法シミュレーションを行なうことによって求められた電場の状態を示す図である。
【図９】４段のバンドパスとした場合のＰＬＬＡ処理部５０ａを示す、図７（ｂ）に対応する図である。
【図１０】図４に示したピン導体３６ａの配置に関する第１の実施形態を示すもので、内導体３５ａの先端部３８ａの端面をＰＬＬＡシート１側から見て、ピン導体３６ａを示した図である。
【図１１】図４に示したピン導体３６ａの配置に関する第２の実施形態を示すもので、内導体３５ａの先端部３８ａの端面をＰＬＬＡシート１側から見て、ピン導体３６ａを示した図である。
【図１２】図４に示したピン導体３６ａの配置に関する第３の実施形態を示すもので、内導体３５ａの先端部３８ａの端面をＰＬＬＡシート１側から見て、ピン導体３６ａを示した図である。
【図１３】図４に示したピン導体３６ａの配置に関する第４の実施形態を示すもので、内導体３５ａの先端部３８ａの端面をＰＬＬＡシート１側から見て、ピン導体３６ａを示した図である。
【図１４】ポリ乳酸の分子構造図である。
【図１５】（ａ）はＰＬＬＡ結晶の圧電テンソルを示し、（ｂ）はＰＬＬＡシートの延伸方向を説明するための図であり、（ｃ）は一軸配向ＰＬＬＡシートの圧電テンソルを示す。
【図１６】結合した２個の乳酸分子を図解的に示す図である。
【図１７】乳酸分子が脱水重合して螺旋分子となっている状態を図解的に示す図である。
【図１８】図１７に示した乳酸分子の螺旋軸の作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ＰＬＬＡは、前述の図１４に示すような分子構造を有するものであるが、主鎖に、Ｃ＝Ｏをはじめ、永久双極子を発生する分子群が存在する。乳酸分子２個が結合した分子で見れば、図１６のような電気双極子が現れる。
【００３０】
なお、前述したように、ポリ乳酸には、Ｌ体であるＰＬＬＡと、Ｄ体であるＰＤＬＡとがあり、それらの積極的な混合物も想定されるが、本項では説明を簡単とするためにＰＬＬＡを例に挙げて説明を行なう。
【００３１】
乳酸分子が脱水重合していくと、前述したように螺旋分子となる。この分子モデルを図１７に示す。ＰＬＬＡの螺旋構造の分子内では、各分子に生じる双極子のベクトル和が形成され、螺旋軸の方向に大きな双極子が残る。この概念図を図１８に示す。
【００３２】
図１８に示すように、ＰＬＬＡ分子は１０モノマーで分子が３回螺旋を巻くような１０／３ヘリックス構造となる。ＰＬＬＡ分子における双極子を元に、分子鎖が１０／３ヘリックス構造を持つと、この螺旋軸方向の双極子の大きさは１周期あたり３．５〜３．７debyeとなる。
【００３３】
通常、ＰＬＬＡ分子は、その分子量が数十万程度であり、およそ１０００〜３０００周期により構成されている。以降、説明を簡単とするために、２０００周期と仮定する。これが伸びきり鎖となって配向できるものとすれば、この長さは約１００ｎｍ程度となる（通常のラメラ厚）。
【００３４】
このときのこの分子の双極子合計は、
（３．５〜３．７）×２０００、すなわち、７０００〜７４００debyeとなる。以降、説明を簡単とするために、これを７２００debyeと仮定する。
【００３５】
ここで、１debye＝３．３３５６４×１０-30Ｃ・ｍであるので、７２００debye＝２．４×１０-26Ｃ・ｍとなる。
【００３６】
２本の分子鎖が配向して平行に並んでいるとすれば、これらの分子はＰＬＬＡの螺旋半径付近まで近接分子鎖同士が接近し、ＰＬＬＡの非晶、結晶構造の高次構造の相関距離から、螺旋軸間距離は０．４〜０．８ｎｍと推定される。以降、説明を簡単とするために、この値を０．４ｎｍと仮定する。
【００３７】
このときの分極率Ｐｓは、
Ｐｓ＝２．４×１０-26×２／（０．４×１０-9×０．４×１０-9×１００×１０-9）＝３．０Ｃ／ｍ２
となる。
【００３８】
ここで、マクロ的なポリマーの圧電応力定数ｅは、上記分極率Ｐｓを用いて、以下の式（１）で表される。式（１）において、νはポアッソン比であり、ｅ′はミクロ的な圧電応力定数である。
ｅ31＝ｅ31′−ν21ｅ32′−ν31ｅ33′＋（１−ν21）Ｐｓ  …（１）
ここで、３軸はＣ軸方向とする。
【００３９】
式（１）の第１項〜第３項は、分子構造そのものに由来する圧電応力定数であり、非常に小さい。また、第４項は、分極率Ｐｓに依存し、ここで述べるＰＬＬＡの場合には、Ｐｓが非常に大きい。よって、式（１）は、以下の式（２）のように近似できる。
ｅ31≒（１−ν21）Ｐｓ  …（２）
ポリマーの場合、通常ν21は０．２〜０．５程度である。ＰＬＬＡの場合、ν21≒０．３であるため、
ｅ31＝０．７Ｐｓ  …（３）
となる。
【００４０】
前述のように、Ｐｓ＝３．０Ｃ／ｍ２であるので、
ｅ31＝０．７×３．０＝２．１Ｃ／ｍ２
となる。
【００４１】
ここで、圧電歪定数（ｄ定数）は、弾性コンプライアンスをＳＥとして、
ｄ31＝ｅ31・ＳＥ  …（４）
と表される。ＰＬＬＡの場合、未延伸フィルムの弾性定数はおよそ３．７ＧＰａ、４倍延伸フィルムの弾性定数はおよそ１．８ＧＰａである。なお、延伸フィルムでは、Ｃ軸は延伸方向に配向する。
【００４２】
この発明に係るＰＬＬＡの場合、非常に配向が強いと仮定しており、このようなポリマーの弾性定数は約１ＧＰａと考えることができるので、
ｄ31＝２．１／１×１０９＝２１００ｐＣ／Ｎと見積もることができる。
【００４３】
圧電定数ｄ33とｄ31との関係は、ポアッソン比０．３のとき、ほぼ、ｄ33＝２ｄ31と考えてよい。したがって、
ｄ33＝２１００×２＝４２００ｐＣ／Ｎ
となる。
【００４４】
以上のように、ＰＬＬＡの螺旋分子のＣ軸（螺旋軸）に沿う双極子を厚み方向に完全に配向できれば、ＰＬＬＡの圧電定数は、数値的範囲を考慮すれば、１０００〜５０００ｐＣ／Ｎもの値となる可能性があるが、未だにこれを実現した例はない。
【００４５】
たとえば、螺旋軸がフィルムの厚み方向に垂直になるように配向し、本来のＰＬＬＡの持つポテンシャルの１０％程度、つまり、Ｃ軸に沿う双極子が交互にパッキングされる状態を１０％程度崩してやれば、１００〜５００ｐＣ／Ｎものｄ33（この場合、フィルムの厚み方向を３軸とする。）の値が生じると考えられ、ＰＺＴの持つ圧電定数にほぼ匹敵する値が得られることになる。
【００４６】
上記のようなＰＬＬＡシートは、次のようにして製造することができる。
【００４７】
図１を参照して説明すると、未処理状態のＰＬＬＡシート１の、たとえば０．０１〜１ｍｍ２程度の非常に狭い領域２にマイクロ波を印加する。これにより、電場の交番が双極子に作用して強制的にＰＬＬＡ分子が振動させられる。図１において、ＰＬＬＡ分子の螺旋軸３が矢印によって図解的に示され、その矢印の方向は配向の方向を示している。上述した振動の結果、加熱され、ＰＬＬＡ分子が動きやすい状態になるとともに、マイクロ波振動により分子鎖同士の絡み合いがほぐれた状態が実現される。
【００４８】
上記の状態において、上記所定の領域２において、ＰＬＬＡシート１の厚み方向に強電場を印加すれば、厚み方向に圧電性を示すように、少なくとも一部のＰＬＬＡ分子の螺旋軸３が相対的に厚み方向に配向する。この領域２での配向状態が図１に示されている。
【００４９】
図１からわかるように、領域２においてＰＬＬＡシート１が厚み方向に圧電性を示すためには、双極子配向が互いに打ち消されない方向で、すべてのＰＬＬＡ分子の螺旋軸３が厚み方向に配向している必要はない。一部のＰＬＬＡ分子のみの螺旋軸３が厚み方向に配向していれば十分である。また、厚み方向に配向する螺旋軸３は、ＰＬＬＡシート１の主面方向に対して垂直な方向（９０度）を必ずしも向いている必要はない。主面方向に対して、たとえば５〜１０度というような角度であってもよく、相対的に厚み方向にさえ向いていればよい。
【００５０】
次に、上述のように、強い電場を印加した後、ＰＬＬＡシート１の領域２が急冷され、ＰＬＬＡ分子が固定される。
【００５１】
以上のような処理が、上記領域２の隣の領域４においても実施されるように、ＰＬＬＡシート１の位置をずらしながら、繰り返される。このようにして、ＰＬＬＡシート１の、広い面積において、相対的に厚み方向に螺旋軸３が配向した状態が作り出され、それによって、ＰＬＬＡシート１からなる高圧電定数を有する圧電体シートが得られる。
【００５２】
前述したように印加されるマイクロ波としては、単一の周波数のマイクロ波のみではなく、少なくとも、主に加熱に有効な周波数を有するものと、主に主鎖を揺するのに適した周波数を有するものと、主に分子同士の結合部分を破壊するのに適した周波数を有するものというように、互いに異なる複数の周波数をそれぞれ有する複数種類のマイクロ波をダイプレクシングもしくはミキシング（変調）したものとすることが好ましい。マイクロ波の各周波数および強度は、実験により適宜決定すればよい。
【００５３】
ここで注意する点は、領域２は微小領域であることが特に好ましいということである。領域２の面積を大きくするということは、加熱領域を広げるということに他ならない。加熱領域を広くするとその領域に含まれる高分子が相互に作用して球晶と呼ばれる結晶が成長しやすくなる。球晶とは放射対称に球状成長する結晶である。球晶自体は無極性となるため上述したような配向は達成されない。したがって、球晶の生成を促進しないような微小領域の配向操作が必要となる。領域は小さいほど良いと考えられるが、ここに述べる実用化の観点からして、領域を円とすれば、その面積はおよそ０．０１〜１ｍｍ２の範囲となる。この大きさは、ＰＬＬＡシート１の厚みやその分子量、ＰＬＬＡシート１に添加物が分散されている場合には、その種類、その大きさによって変動するものである。
【００５４】
上記の微小領域を加熱する方法としてはレーザースポットによる加熱等も考えられる。しかしながら、ＰＬＬＡの螺旋軸を配向させるための強電場を印加するのに必要な電極が構成できない、もしくはこの電極が邪魔となってレーザースポットが所定の位置に照射されないという問題点がある。これに対し、ここで述べるマイクロ波による微小領域の加熱は、マイクロ波の照射と直流電場の印加が同時に行なえるという点で非常に優れている。
【００５５】
図２は、この発明の一実施形態による圧電体シートの製造装置１０を示すブロック図である。この製造装置１０では、圧電体シートを製造するため、用意されたＰＬＬＡシート１に所定の処理が施される。
【００５６】
ＰＬＬＡシート１を構成するＰＬＬＡの分子を振動させるためのマイクロ波は、シグナルジェネレータ１１および１２により発生させる。図２では、２個のシグナルジェネレータ１１および１２を用いる例を示したが、投入するマイクロ波の種類数に応じて適宜数を変更すればよい。発生させるマイクロ波の周波数は、ＰＬＬＡを主に加熱させるための周波数、主に分子の絡みをほぐすための周波数、主に分子同士の結合（部分的な結晶化）を切るための周波数などである。これらの周波数は、素材となるＰＬＬＡの分子量、Ｄ体の混入割合、結晶化度、配向度、フィラーの配合量等により異なるため、利用する母材に応じて初期実験を行ない、最適な周波数と投入レベルを決定すればよい。
【００５７】
それぞれの周波数を有するマイクロ波の投入レベルの割合は、シグナルジェネレータ１１および１２のそれぞれの出力レベルにより決定される。シグナルジェネレータ１１および１２から発生させられた互いに異なる周波数をそれぞれ有する複数種類のマイクロ波は、ミキサ１３においてミキシングされた後、アンプ１４へと伝送される。
【００５８】
なお、互いに異なる周波数を有する複数種類のマイクロ波のミキシングために、図２に示した製造装置１０では、ミキサ１３が用いられたが、ミキサ１３の代わりにダイプレクサが用いられてもよい。また、シグナルジェネレータを増設して、トリプレクサ、クワッドプレクサ等を用いてもよい。
【００５９】
アンプ１４で増幅されたマイクロ波は、サーキュレータ１５を通過し、次いで、バイアスティー１６を通過し、ＰＬＬＡ加熱部１７へ至る。サーキュレータ１５は、ＰＬＬＡ加熱部１７の不整合による反射電力がアンプ１４に戻って、アンプ１４が破損することを防ぐために設けられている。ＰＬＬＡ加熱部１７の不整合による反射電力は、サーキュレータ１５により分岐され、カップラ２１を通過してアッテネータ２２に至り消費される。カップラ２１にはパワーメータ２３が接続されており、反射電力を監視するようにされている。
【００６０】
ＰＬＬＡ加熱部１７は、ここを直流電流が通過しないようにされている。ＰＬＬＡ加熱部１７の構成方法としては、伝送線路型や共振器利用型が考えられる。図２において、ＰＬＬＡ加熱部１７は、単純にコンデンサとして簡略的に図示されたに過ぎず、実際には、マイクロ波の等価回路が形成されるものである。いずれの場合も、ＰＬＬＡ加熱部１７は、電力の通過経路において、回路的にＰＬＬＡシート１を介してコンデンサが形成される部分を有しており、これにより直流電流が通過しないようにされている。ＰＬＬＡ加熱部１７に関しては、詳細図を図３以降に示す。図３以降を参照しての説明は後述する。
【００６１】
ＰＬＬＡ加熱部１７は、上述したように、電力の通過経路において、回路的にＰＬＬＡシート１を介してコンデンサが形成される部分を有している。マイクロ波がこの部分を通過するとき、その誘電損失により一部が熱に変換される。ＰＬＬＡの誘電正接（tanδ）は０．０１〜０．０１２であり（たとえば、特開２００２−３５８８２９号公報参照）、これを誘電体として用いたコンデンサにおいても、tanδに応じた発熱が必ず発生する。加えて、電気双極子が揺すられることによる摩擦による発熱も生じる。
【００６２】
ＰＬＬＡ加熱部１７を通過したマイクロ波は、バイアスティー１８を通過し、次いで、カップラ２４を通過して、アッテネータ２５に至り消費される。カップラ２４にはパワーメータ２６が接続されており、通過電力を監視するようにされている。
【００６３】
サーキュレータ１５からアッテネータ２５に至る通過損失を予め測定しておき、出力電力から、パワーメータ２３で観測される反射電力とパワーメータ２６で観測される通過電力と予め測定した通過損失とを減じることにより、ＰＬＬＡ加熱部１７で消費されている電力を間接的に把握することができる。ＰＬＬＡ加熱部１７で消費されている電力は、ＰＬＬＡシート１で熱に変換されているエネルギーであり、この値をもってＰＬＬＡシート１がどのぐらいの温度に加熱されているかをおおよそ知ることができる。正確に知るためには赤外線非接触温度計などを用いて、ＰＬＬＡシート１の温度を直接測定すればよい。
【００６４】
ＰＬＬＡの融点はおよそ１７０℃付近にあるが、分子の配向制御を行なうにはおよそ１４０℃〜１５０℃位が適していることが実験的に確かめられている。ただし、この温度は、ＰＬＬＡの分子量や、添加物、分子の末端基の処理に依存するため、実際に用いるＰＬＬＡシート１に応じて適宜選択する。
【００６５】
バイアスティー１６および１８には、高圧直流電源２０およびスイッチ１９が接続されている。ＰＬＬＡシート１が配向に適する温度にまで加熱された状態で、スイッチ１９をオンにし、ＰＬＬＡシート１に高電圧を印加する。マイクロ波により揺すられている双極子の少なくとも一部は、この高電圧による電場により、相対的に厚み方向（電場の方向）に配向する。この電圧の大きさや印加時間についても、分子量や添加物、分子の末端基の処理に依存するため、実際に用いるＰＬＬＡシート１に応じて適宜選択する。
【００６６】
所定の時間、マイクロ波および高電圧を印加し、これらを停止すると同時にＰＬＬＡシート１を強制的に急冷して分子を固定する。尤も、冷却のタイミングは、必ずしもマイクロ波および高電圧の停止直後である必要はなく、冷却開始後にマイクロ波および高電圧を停止してもよく、マイクロ波を停止後に冷却を開始し、続いて高電圧を停止するという順序でも構わない。
【００６７】
次に、ＰＬＬＡ加熱部１７について説明する。
【００６８】
図３は、図２に示したブロック図上のＰＬＬＡ加熱部１７を、伝送線路型として形成した場合のより詳細な図で、ＰＬＬＡ加熱部１７を含むＰＬＬＡ処理部３０を表している。ここで、図３（ａ）はＰＬＬＡ処理部３０の平面図、図３（ｂ）はＰＬＬＡ処理部３０の正面図を示している。また、図４（ａ）は図３（ｂ）の線Ａ−Ａに沿う断面図であり、図４（ｂ）は図３（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【００６９】
ＰＬＬＡ処理部３０は筐体３１を有し、筐体３１にはＰＬＬＡシート１を挿入するための孔３３および３４が設けられている。孔３３および３４は、図４（ｂ）によく示されているように、筐体３１の上下の壁部をそれぞれ貫通するように設けられている。ＰＬＬＡシート１は、これら上下の孔３３および３４を挿通した状態で処理される。
【００７０】
筐体３１には、それぞれ対をなすガイドローラ３２ａおよび３２ｂならびにガイドローラ３２ｃおよび３２ｄが設けられており、ＰＬＬＡシート１は、これらガイドローラ３２ａ〜３２ｄによって保持されている。ガイドローラ３２ａ〜３２ｄを回転させることにより、ＰＬＬＡシート１は、図３（ｂ）および図４（ｂ）での上下方向に移動させることができる。図４（ｂ）に示したガイドローラ３２ａ〜３２ｄの各々のまわりの矢印およびＰＬＬＡシート１の上方の矢印は、ガイドローラ３２ａ〜３２ｄの回転方向およびＰＬＬＡシート１の移動方向の一例を示している。なお、ガイドローラ３２ａ〜３２ｄの駆動部については、図示を省略している。
【００７１】
筐体３１は、金属からなり、内部に空洞を形成しながら、同軸線路の外導体を構成している。筐体３１を構成するために用いられる金属としては、銅、アルミ、真鍮、鉄、ステンレス鋼等が好適であり、必要に応じて、これらにめっきが施される。鉄またはステンレス鋼を用いる場合には、導電率が良くないので、伝送損失を考慮して、銅めっきまたは銀めっきを施すことが好ましい。
【００７２】
筐体３１の空洞内には、同軸線路の内導体（中心導体）としての内導体３５ａおよび３５ｂが、インシュレータ３７ａおよび３７ｂによって保持された状態で配置されている。図４において、内導体３５ａおよび３５ｂは断面を表示していない。インシュレータ３７ａおよび３７ｂは、誘電率の低い樹脂で形成されており、特にポリテトラフルオロエチレンが好適な材料である。
【００７３】
内導体３５ａおよび３５ｂは、各々の先端部３８ａおよび３８ｂが互いに対向しており、これら先端部３８ａおよび３８ｂは、図４（ａ）によく示されているように、他の部分に比べて広くなった形状を有している。これら広くなった形状を有する先端部３８ａおよび３８ｂには、それぞれ、高電圧印加用導体としての複数のピン導体３６ａおよび３６ｂが過不足なく互いに対をなすように設けられている。
【００７４】
筐体３１ならびに内導体３５ａおよび３５ｂから構成される同軸線路は、その軸線方向での中央部であって、空洞が広くなった部分を除いて、特性インピーダンス５０Ωで形成されており、高周波機器とのマッチングが取りやすくされている。また、筐体３１の空洞は、その軸線方向中央部において、テーパを形成しながら拡大され、かつ、内導体３５ａおよび３５ｂについても、空洞のテーパに応じてテーパを形成しながら、先端部３８ａおよび３８ｂが広くされているため、インピーダンス変換が円滑に行なわれ、インピーダンス不整合による電力反射が極力発生しにくい構造とされている。
【００７５】
上述したように、ＰＬＬＡ処理部３０は伝送線路型とされているため、非常に広帯域の周波数に対して応用が可能で、しかも設計、製作が比較的簡単であるという特徴を持つ。
【００７６】
ピン導体３６ａの各々とピン導体３６ｂの各々とは、互いに対向しかつ互いに同一軸線上に位置するように位置合わせされている。ＰＬＬＡシート１は、互いに対向するピン導体３６ａおよび３６ｂによって挟持されている。そして、互いに対向するピン導体３６ａおよび３６ｂの各対間で微小なコンデンサを形成するようにされている。ピン導体３６ａおよび３６ｂの各々の直径は０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とされており、ピン導体３６ａおよび３６ｂの隣り合うもの同士の間隔は、ピン導体３６ａおよび３６ｂの各々の半径以上とされている。ピン導体３６ａおよび３６ｂの本数は適宜選択可能である。ピン導体３６ａおよび３６ｂの各々の直径はＰＬＬＡシート１に球晶が形成されない程度にする必要があるため、小さい方が好ましい。
【００７７】
ここでは、ＰＬＬＡシート１を挟持するピン導体３６ａおよび３６ｂは、ＰＬＬＡシート１の両側で対として構成されている例を示したが、一方をピン導体として、他方を平面状導体としても構わない。このような形は後述のＰＬＬＡ処理部５０の説明の中で例示する。
【００７８】
なお、図４に示すように、ピン導体３６ａおよび３６ｂが両方で対とされていれば、ＰＬＬＡシート１における、より極小な範囲の加熱に適している。これに代えて、一方をピン導体として、他方を平面状導体とした場合には、装置の組立が非常に簡単であるという利点がもたらされる。
【００７９】
内導体３５ａおよび３５ｂならびにピン導体３６ａおよび３６ｂは、筐体３１と同様、金属から構成される。ここで用いられる金属としては、銅、アルミニウム、真鍮、鉄、ステンレス鋼、インバー、４２アロイ合金等が好適であり、必要に応じて、これらにめっきが施される。鉄、ステンレス鋼、インバーまたは４２アロイ合金を用いる場合には、導電率が良くないので、伝送損失を考慮して、銅めっきや銀めっきを施すことが好ましい。
【００８０】
また、マイクロ波を伝送することにより、ＰＬＬＡシート１が加熱されるが、内導体３５ａおよび３５ｂならびにピン導体３６ａおよび３６ｂの熱伝導率が高いと、ＰＬＬＡシート１の熱が逃げてしまうため、これら内導体３５ａおよび３５ｂならびにピン導体３６ａおよび３６ｂについては、鉄、ステンレス鋼、インバー、４２アロイ合金等の熱伝導率の比較的低い材料を用いて構成することが好適である。特に、ピン導体３６ａおよび３６ｂについては、熱膨張も考慮して、インバーまたは４２アロイ合金から構成することが好ましい。
【００８１】
なお、上記ピン導体３６ａおよび３６ｂの好ましい配置例については、図１０ないし図１３を参照して後述する。
【００８２】
上述のように、ピン導体３６ａおよび３６ｂによってＰＬＬＡシート１が挟持された状態で、マイクロ波を入力してＰＬＬＡシート１を局部的に加熱し、かつ高電圧を印加して、少なくとも一部のＰＬＬＡ分子の螺旋軸を相対的に厚み方向に配向させた後、急冷することにより、ＰＬＬＡ分子を固定することが行なわれる。
【００８３】
急冷時には、たとえば、筐体３１の内部空洞に冷却用ガスを吹き込むようにされる。冷却用ガスを吹き込むための通路は、図３および図４には図示されていないが、内導体３５ａおよび３５ｂの内部に冷却用ガスが流れる通路を設け、冷却時には、ピン導体３６ａおよび３６ｂの付近に設けられた吹き出し口から、直接、ＰＬＬＡシート１に向けて冷却用ガスが噴射されるようにすることが好ましい。冷却するための構造の具体例については、図５を参照して後述する。
【００８４】
内導体３５ａおよび３５ｂは、それぞれ、図４（ａ）に矢印３９および４０で示す方向に移動可能とされており、処理終了後に、内導体３５ａおよび３５ｂを移動させて、ＰＬＬＡシート１に対する挟持を解除し、ガイドローラ３２ａ〜３２ｄを回転させて、ＰＬＬＡシート１を所望量移動させる。ＰＬＬＡシート１の移動後に再び内導体３５ａおよび３５ｂを移動させて、ピン導体３６ａおよび３６ｂにてＰＬＬＡシート１を挟持し、上述したマイクロ波加熱、高電圧印加、急冷のプロセスを実施する。これを繰り返すことにより、広い範囲にわたって、相対的に厚み方向に螺旋分子軸が配向した高圧電定数のＰＬＬＡシート１を得ることができる。
【００８５】
次に、図５を参照して、ＰＬＬＡシート１を冷却するために適した構造について説明する。図５は、図４に示した一方の内導体３５ａを断面図で示すとともに、図４では図示が省略されていた、筐体３１および内導体３５ａおよび３５ｂからなる伝送線路部の一方端部を図示している。
【００８６】
図５に示すように、内導体３５ａは内部が空洞とされ、ピン導体３６ａが設けられている先端部３８ａの端面には、ピン導体３６ａの各位置の近傍に複数の吹き出し口４１が設けられている。マイクロ波による電流は、表皮効果により内導体３５ａの表層を流れるため、内導体３５ａの内部の空洞は、マイクロ波の伝送電流には影響しない。上記内導体３５ａは、別の内導体４２に電気的に連結され、内導体４２側から伝送される電力を反射することなく伝えるようにされている。内導体４２が位置している同軸線路についても、特性インピーダンスが５０Ωとされている。
【００８７】
内導体３５ａの他方端には、たとえばポリテトラフルオロエチレンからなるチューブ４３が挿入されている。冷却用ガスは、矢印４４の方向からチューブ４３へと導入され、次いで、吹き出し口４１から矢印４５の方向へ吹き出されることによって、ピン導体３６ａおよびＰＬＬＡシート１（図５では図示を省略）を冷却する。冷却用ガスとしては、ＨＣＦＣ（−１３４ａ）またはＬＰＧが好適である。なお、冷却用ガスに代えて、液体を用いてもよい。液体としては、たとえば液体窒素が好適に用いられ、この場合、液体窒素は吹き出し口４１から噴霧されることが好ましい。
【００８８】
上述したような冷却のための構造は、内導体３５ａ側のみに設けられても、他方の内導体３５ｂにのみ設けられても、さらには、内導体３５ａおよび３５ｂの双方に設けられてもよい。
【００８９】
上述のような冷却のための構造によれば、ＰＬＬＡシート１を効率良く冷却することができるとともに、冷却用ガスまたは液体を無駄なく用いることができる。
【００９０】
次に、伝送線路型とは異なった形式のＰＬＬＡ加熱部１７について説明する。
【００９１】
図６は、図２に示したブロック図上のＰＬＬＡ加熱部１７を、共振器型として構成した場合のより詳細な図で、ＰＬＬＡ加熱部１７を含むＰＬＬＡ処理部５０を表している。ここで、図６（ａ）はＰＬＬＡ処理部５０の正面図、図６（ｂ）はＰＬＬＡ処理部５０の側面図を示している。また、図７（ａ）は図６（ｂ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図であり、図７（ｂ）は図６（ａ）の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【００９２】
ＰＬＬＡ処理部５０は筐体５１を有し、筐体５１にはＰＬＬＡシート１を挿入するための孔５５ａおよび５５ｂが設けられている。なお、図７（ａ）に示すように、孔５５ａが設けられた壁面と対向する壁面には孔５５ａと同様の孔が設けられている。図示していないが、孔５５ｂが設けられた壁面と対向する壁面にも同様に孔５５ｂと同様の孔が設けられている。ＰＬＬＡシート１は、図７（ａ）によく示されているように、孔５５ａとそれに対向する孔とを挿通するように、また、孔５５ｂとそれに対向する孔とを挿通するように配置される。図７においては、前述の図３および図４に示したＰＬＬＡ処理部３０において設けられたガイドローラ３２ａ〜３２ｄに対応するガイドローラの図示を省略している。
【００９３】
筐体５１は導電率の良い金属から構成されている。用いられる金属としては、銅、アルミニウム、真鍮、鉄、ステンレス鋼が好適であり、必要に応じて、これらにめっきが施される。鉄またはステンレス鋼を用いる場合には、導電率が良くないので、挿入損失を考慮して、銅めっきまたは銀めっきを施すことが好ましい。
【００９４】
筐体５１は、電磁波をシールドする役目を担っており、内部の空洞が共振空洞となる。ＰＬＬＡ処理部５０は基本的に半同軸空洞フィルタをなす。筐体５１は半同軸空洞フィルタの外導体となる。図６および図７に示したものは、２段のバンドパスフィルタを構成している。
【００９５】
筐体５１の外側には、フィルタに電力を供給する入出力部としてコネクタ５２ａおよび５２ｂが設けられている。このようなバンドパスフィルタは基本的に対称形状であるため、コネクタ５２ａおよび５２ｂのどちらを入力としても出力としても構わない。ここでは便宜上、コネクタ５２ａを入力側、コネクタ５２ｂを出力側として説明する。
【００９６】
コネクタ５２ａの中心導体には金属線からなる入力リード５６ａの一方端が接続されている、入力リード５６ａの他方端は中心導体５７ａと接続されている。中心導体５７ａの一方端には複数のピン導体５８ａが設けられている。ピン導体５８ａの先端に対向するように、平面状導体を与えるベース電極６０ａが設けられている。ピン導体５８ａの先端とベース電極６０ａとの間にはわずかな隙間があり、ここにＰＬＬＡシート１が挟持され、この部分は等価回路的にコンデンサを形成している。中心導体５７ａの他方端は、所定の距離を隔てて、周波数調整ねじ５３ａの先端と対向している。
【００９７】
詳細な説明は省略するが、コネクタ５２ｂに関連して設けられる、出力リード５６ｂ、中心導体５７ｂ、ピン導体５８ｂ、ベース電極６０ｂ、および周波数調整ねじ５３ｂは、図７（ｂ）から明らかなように、それぞれ、上述したコネクタ５２ａに関連して設けられる、出力リード５６ａ、中心導体５７ａ、ピン導体５８ａ、ベース電極６０ａ、および周波数調整ねじ５３ａと同様な構成および配置とされている。
【００９８】
中心導体５７ａと中心導体５７ｂとの中間付近には結合調整ねじ５４が挿入されている。
【００９９】
図示した構成では、ＰＬＬＡシート１を挟持しているのは、ピン導体５８ａとベース電極６０ａ、あるいはピン導体５８ｂとベース電極６０ｂである。前述の図３および図４に示したＰＬＬＡ処理部３０の場合と同様、ベース電極６０ａおよび６０ｂに代えてピン導体を配置して、ピン導体５８ａおよび５８ｂの各々と対となるような構造としても構わない。
【０１００】
ＰＬＬＡ処理部５０においては、周波数調整ねじ５３ａおよび５３ｂ、結合調整ねじ５４、入力リード５６ａ、ならびに出力リード５６ｂを調整することにより、元々の電気設計を逸脱しない範囲内で、フィルタを所望の特性に調整することができる。
【０１０１】
中心導体５７ａおよび５７ｂ、周波数調整ねじ５３ａおよび５３ｂ、結合調整ねじ５４、ベース電極５６ａおよび５６ｂ、ならびにピン導体５８ａおよび５８ｂは、金属から構成されている。筐体５１の場合と同様に、ここで用いられる金属としては、銅、アルミニウム、真鍮、鉄、ステンレス鋼が好適であり、必要に応じて、これらにめっきが施される。鉄またはステンレス鋼を用いる場合には、導電率が良くないので、挿入損失を考慮して、銅めっきまたは銀めっきを施すことが好ましい。
【０１０２】
中心導体５７ａおよび５７ｂは、図示していないが、低誘電率の絶縁性素材によって筐体５１に固定されている。低誘電率素材として、ポリテトラフルオロエチレンが好適である。
【０１０３】
ピン導体５８ａおよび５８ｂの構成に関しては、前述したＰＬＬＡ処理部３０の場合と同様の説明となるため、ここでは説明を省略する。
【０１０４】
ベース電極６０ａおよび６０ｂには、図７（ａ）に示すように、外側に向く開口を有する凹部（座繰り部）６１が形成され、この凹部６１の底面壁６２は非常に薄く形成されている、底面壁６２の厚みは、具体的には０.３〜０.８ｍｍ程度であることが好ましい。ベース電極６０ａおよび６０ｂは、熱伝導率の良い金属で形成するのが好ましく、たとえばアルミニウム、銅が好適である。
【０１０５】
ピン導体５８ａおよび５８ｂとベース電極６０ａおよび６０ｂとによって挟持された、ＰＬＬＡシート１は、マイクロ波を入力することにより加熱される。前述したように、加熱されたＰＬＬＡシート１には、高電圧を印加した後、急冷が必要である。凹部６１の底面壁６２に直接冷却ガスを吹き付けることによって、底面壁６２は瞬時に冷却され得る。このとき、底面壁６２が熱伝導率の良い金属から構成され、その厚みが十分に薄いと、ＰＬＬＡシート１もほぼ同時に冷却されることとなる。冷却ガスに関しては前述と同様である。
【０１０６】
このＰＬＬＡ処理部５０は、共振器型とされているために、ＰＬＬＡシート１に加わる電界強度が伝送線路型に比較して格段に高くなり、中心周波数２.４ＧＨｚで設計したフィルタでは、電界強度は伝送線路型の１００倍にもなる。
【０１０７】
図８は、ＰＬＬＡ処理部５０の簡略化モデルを用いて有限要素法シミュレーションを行なった結果を示している。図８において、矢印は電場ベクトルを示しており、その大きさが電場の強さを示している。ＰＬＬＡシート１を挿入する位置に非常に大きな電場ベクトルがあることがわかる。よって、このＰＬＬＡ処理部５０によれば、マイクロ波による加熱の際に、伝送線路型と比較してアンプの出力を下げることが可能である。
【０１０８】
前述したように、図６および図７に示したＰＬＬＡ処理部５０は、２段のバンドパスフィルタを構成している。半同軸共振器を１つだけ使用した１段のフィルタとしても使用可能であるが、この場合には、共振周波数を含めて極近傍の周波数のみを通過するバンドパスフィルタとなるため非常に挟帯域であり挿入できる周波数が限られる。逆に、フィルタの段数を増やすことも可能であり、必要に応じて２段〜１０段程度のフィルタとすることができる。尤も、フィルタの段数に制限はないが、作製の手間を考えると１０段までとするのが経験上好ましい。比帯域幅４％程度のフィルタであれば、４段〜８段程度の段数で比較的容易に作製することができる。このときの通過帯域の中心周波数を２ＧＨｚとすれば、帯域幅７０ＭＨｚのバンドパスフィルタとなり、複数の周波数を同時に印加できる装置とすることができる。
【０１０９】
図９は、ＰＬＬＡ処理部を４段のバンドパスとした場合の例を示している。図９は、図７（ｂ）に対応する図である。図９において、図７（ｂ）に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。図９に示したＰＬＬＡ処理部５０ａは、中心導体５７ａおよび５７ｂに加えて、中心導体５７ｃおよび５７ｄをさらに備え、周波数調整ねじ５３ａおよび５３ｂに加えて、周波数調整ねじ５３ｃおよび５３ｄをさらに備えている。また、３個の結合調整ねじ５４ａ、５４ｂおよび５４ｃを備えている。
【０１１０】
図９に示したＰＬＬＡ処理部５０ａでは、ＰＬＬＡシート１に対するマイクロ波加熱部は、必ず入力段、もしくは出力段、またはその両方に設けることができる。多段のバンドパスフィルタでは、入出力段に比較的大きなエネルギーが蓄積されるため、この部分の電界強度が大きい。また、高電圧は、バイアスティー１６および１８（図２参照）を介して印加されるため、伝送線路（コネクタ）の中心導体から直接導体で接続される入出力段では高電圧の印加を簡単に行なうことができる。
【０１１１】
なお、ここではコムライン型の４段の半同軸空洞フィルタの例について示したが、一般的によく知られているように、インターディジタル型にすることにより、非常に広帯域のフィルタとすることもできる。
【０１１２】
次に、図４に示したピン導体３６ａおよび３６ｂの好ましい配置に関するいくつかの実施形態について、図１０ないし図１３を参照して説明する。図１０ないし図１３は、図４に示した一方の内導体３５ａの先端部３８ａの端面をＰＬＬＡシート１側から見て、ピン導体３６ａを示した図である。なお、これらの図面において、前述の図５に示した吹き出し口４１の図示は省略されている。また、他方のピン導体３６ｂについては、図示および説明を省略するが、図示したピン導体３６ａと実質的に対称の配置となっている。
【０１１３】
まず、図１０を参照して、複数のピン導体３６ａが、互いの間に所定の間隔を隔てながら１列に配置されている。
【０１１４】
図１０に示した実施形態によれば、圧電性発現のための一連の処理（加熱、高電圧印加および冷却）が完了した後に、ＰＬＬＡシートを、所定の距離ずつ、上下方向にずらしたり、左右方向にずらしたりし、この状態で、圧電性発現のための一連の処理を再び実施し、このような操作を繰り返すことにより、ＰＬＬＡシートの広い範囲にわたって、圧電性発現のための処理が施される。
【０１１５】
次に、図１１に示した実施形態では、複数のピン導体３６ａが、互いの間に所定の間隔を隔てながら２列をなして配置されている。そして、各列のピン導体３６ａの各々の位置は、他の列のピン導体３６ａの各々の間に形成される間隔部分に対応するようにされている。
【０１１６】
図１１に示した実施形態によれば、圧電性発現のための一連の処理が完了した後に、ＰＬＬＡシートを距離ｄだけ上方（または下方）にずらし、この状態で、圧電性発現のための一連の処理を再び実施し、このような操作を繰り返すことにより、ＰＬＬＡシートの広い範囲にわたって、圧電性発現のための処理が施される。
【０１１７】
次に、図１２に示した実施形態では、複数のピン導体３６ａが、互いの間に所定の間隔を隔てながら４列をなして配置されている。そして、各列のピン導体３６ａの各々の位置は、隣の列のピン導体３６ａの各々の間に形成される間隔部分に対応するようにされている。
【０１１８】
図１２に示した実施形態によれば、圧電性発現のための一連の処理が完了した後に、ＰＬＬＡシートを距離ｄだけ上方（または下方）にずらし、この状態で、圧電性発現のための一連の処理を再び実施し、次は、ＰＬＬＡシートを距離ｄの３倍だけ上方（または下方）にずらし、この状態で、圧電性発現のための一連の処理を再び実施し、その次は、ＰＬＬＡシートを距離ｄだけ上方（下方）にずらし、この状態で、圧電性発現のための一連の処理を再び実施する。以後、ずらす操作を距離ｄの３倍で行なう場合とずらす操作を距離ｄで行なう場合とを交互に実施しながら、上述のような操作を繰り返すことにより、ＰＬＬＡシートの広い範囲にわたって、圧電性発現のための処理が施される。
【０１１９】
より広い面積にわたって圧電性発現のための処理を一括して行なえる点で、図１２に示した実施形態が最も優れており、次に優れているのは図１１に示した実施形態である。
【０１２０】
内導体３５ａおよび３５ｂの寸法ならびにピン導体３６ａおよび３６ｂの横方向および縦方向での配置数は、設計に応じて適宜選択すればよい。また、ピン導体３６ａおよび３６ｂは、必ずしも断面が円形である必要はなく、楕円、長円、正方形、多角形等であってもよい。
【０１２１】
図１３には、ピン導体３６ａの断面が正方形とされた例が示されている。図１３に示したピン導体３６ａの配置は、図１２に示したものと実質的に同様であるが、隣り合うピン導体３６ａ間の間隔は、各ピン導体３６ａの断面を規定する正方形の一辺の長さと等しくされている。なお、図１３では、ピン導体３６ａの位置をわかりやすくするため、ピン導体３６ａに網掛けが施されている。
【０１２２】
図１３に示した実施形態では、ＰＬＬＡシートに対する圧電性発現のための処理を実施するにあたっては、図１２に示した実施形態の場合と同様の操作が実施される。しかしながら、図１２に示した実施形態の場合と異なるのは、図１３に示した実施形態によれば、未処理部分のより少ない高圧電定数のＰＬＬＡシートを得ることができるという点である。
【０１２３】
なお、図１０ないし図１３を参照して説明したピン導体３６ａおよび３６ｂの好ましい配置は、図７および図９に示したピン導体５８ａおよび５８ｂの配置においても採用され得る。
【符号の説明】
【０１２４】
１  ＰＬＬＡシート
２  ＰＬＬＡ分子の螺旋軸
１０  製造装置
１１，１２  シグナルジェネレータ
１３  ミキサ
１４  アンプ
１６，１８  バイアスティー
１７  ＰＬＬＡ加熱部
２０  高圧直流電源
３０，５０，５０ａ  ＰＬＬＡ処理部
３１，５１  筐体
３５ａ，３５ｂ  内導体
３６ａ，３６ｂ，５８ａ，５８ｂ  ピン導体
４１  吹き出し口
５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ  中心導体
６０ａ，６０ｂ  ベース電極
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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