(57)【要約】      （修正有）【課題】音声や振動等圧力変動の周波数が低い人工的に発生するロス・エネルギーを充分に収穫（ハーベスティング）して、効率よく電力変換することが可能な、即ち低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜とその製造方法を提供する。【解決手段】ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板３０に塗布して基板３０上に原料液の薄膜１０を形成させる塗布工程と、下部電極７６により、原料液の薄膜１０を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、原料液が完全に固化する前に、電圧発生装置７０により、原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、フッ素系有機樹脂１０の粒子を配向させて、固化させる加熱工程とを有しているピエゾ有機膜の製造方法、およびその製造方法を用いて製造されたピエゾ有機膜。【選択図】図１
2011054783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布工程と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱工程と
を有していることを特徴とするピエゾ有機膜の製造方法。
【請求項２】
前記フッ素系有機樹脂が、ＰＶＤＦ−ＴｅＦＥであることを特徴とする請求項１に記載のピエゾ有機膜の製造方法。
【請求項３】
前記所定の電界が、０．５〜２ＭＶ／ｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピエゾ有機膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のピエゾ有機膜の製造方法を用いて製造されていることを特徴とするピエゾ有機膜。
【請求項５】
フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を加熱して配向させずに固化させたピエゾ有機膜の周波数１Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒをａ、周波数１０Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒをｂとしたとき、
周波数１Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒが３ａ以上で、かつ周波数１０Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒが２ｂ以上であることを特徴とするピエゾ有機膜。
【請求項６】
ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布手段と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱手段と
を備えていることを特徴とするピエゾ有機膜の製造装置。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載のピエゾ有機膜を圧電材料として用いて形成されていることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾ有機膜とその製造方法、製造装置およびマイクロマシンデバイスに関し、特に人工的に発生する低周波のロス・エネルギーを収穫して発電するピエゾ有機膜とその製造方法および製造装置、さらには前記ピエゾ有機膜を用いたマイクロマシンデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境発電（エネルギー・ハーベスティング：Ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）、即ち、身の回りのロス・エネルギーを収穫（ハーベスティング）して発電を行うことは、古くから行われており、例えば、風力や太陽光等の自然エネルギーを利用した発電がある。
【０００３】
これに対して、人工的に発生するロス・エネルギーは、収穫できるエネルギー、即ち発電で得られる出力が高くないため、関心が向けられることが少なく、近年のエネルギー問題やＣＯ２削減等へのアプローチの多くは、前記した自然エネルギーを利用した発電用大型機器や燃料電池等の研究開発に関心が向けられている。
【０００４】
ここで、近年利用が拡大している携帯用電子機器への電力の供給について考えると、エネルギーの利用という観点から、極めてロスが大きいことに気付かされる。即ち、化石燃料からの変換効率が３０％程度の火力発電で得られたエネルギーは、送電線や変圧器でロスが生じ、さらに電圧変換アダプターでロスが生じた後、前記の携帯用電子機器に充電される。
【０００５】
このように極めて大きなロスにより得られた電気を利用している現状において、これまで関心が向けられることが少なかった人工的ロス・エネルギーを収穫することは、エネルギー問題や環境問題への１つの取り組み方として好ましい方向と言うことができる。
【０００６】
前記の人工的ロス・エネルギーの具体的な一例として、例えば、前記した携帯用電子機器の代表的な製品である携帯電話においては、会話する時の音声、移動時の振動、ボタンを押すときの圧力等を、またパソコンにおいては、キーボードを叩く作業等を挙げることができる。
【０００７】
一方、これらの携帯用電子機器においては、電池の長寿命化を最大の課題として、機器の低消費電力化や二次電池の長寿命化等の検討が進められている。
【０００８】
このような検討の中において、前記した人工的ロス・エネルギーの収穫技術を適用することは、電池の寿命をさらに長くさせることができるため、大変好ましいことである。
【０００９】
しかしながら、上記の人工的ロス・エネルギーのそれぞれは、一般的に、１０００Ｈｚ以下の低周波数であり、このような１０００Ｈｚ以下の低周波数である人工的ロス・エネルギーを収穫して、効率的に電力変換する方式としては、電磁誘導方式よりも圧電方式を採用する方が効果的と言われている。
【００１０】
その一例として、例えば、ピエゾ有機膜を用いた発電装置を靴に取付け、人の歩行に伴って加わる圧力変動を利用して発電し、携帯機器へ充電する発明がなされている（特許文献１）。
【００１１】
また、ピエゾ有機膜を用いた発電装置をケースに取付け、人の把持等に伴って加わる圧力変動を利用して発電し、二次電池へ供給する発明等もなされている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−９６９８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１や特許文献２において用いられているピエゾ有機膜の現状は、周波数１０００Ｈｚ以上の高周波に対する応答性が優れているものの、周波数１０００Ｈｚ以下の低周波に対する応答性が低い。このため、これらのピエゾ有機膜では、前記した周波数１０００Ｈｚ以下の低周波領域にあるロス・エネルギーを充分に収穫することが難しく、低い値の圧電応力定数ｇ３１（機械エネルギーから電気エネルギーへ変換する際の発生電位を示す定数）しか得ることができなかった。
【００１４】
そこで、音声や振動等圧力変動の周波数が低い人工的に発生するロス・エネルギーを充分に収穫（ハーベスティング）して、効率よく電力変換することが可能な、即ち低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜とその製造方法の実現が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、以上の課題を解決すべく鋭意検討を行い、ピエゾ有機膜の前駆体を加熱して成膜する際に電圧を負荷することにより、低周波数領域での圧電応力定数ｇ３１を高くできることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１６】
請求項１に記載の発明は、
ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布工程と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱工程と
を有していることを特徴とするピエゾ有機膜の製造方法である。
【００１７】
本発明者は、前記した低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜を得るために、その製造条件につき、種々の実験を行った。その結果、従来のピエゾ有機膜の製造方法のように、フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を単に加熱して固化させるのではなく、原料液を酸素が存在しない雰囲気中で加熱しつつ、電界の印加によりフッ素系有機樹脂の粒子を配向させて固化させることにより、１０００Ｈｚ以下の低周波領域における圧電応力係数ｇ３１が高いピエゾ有機膜を得ることができることを見出した。
【００１８】
なお、具体的に実験を行うにあたっては、圧電応力係数ｇ３１ではなく、残留分極値Ｐｒを測定した。このように、直接圧電応力係数ｇ３１を測定するのではなく、残留分極値Ｐｒを測定することによりピエゾ有機膜の圧電特性を評価しているのは、残留分極値Ｐｒは、圧電応力係数ｇ３１と正の相関関係にあり、また、圧電応力係数ｇ３１を直接測定することが容易ではないため、比較的測定の容易な残留分極値Ｐｒで代用したものである。即ち、残留分極値Ｐｒが大きいピエゾ有機膜は、高い圧電応力係数ｇ３１を有する圧電特性に優れたピエゾ有機膜と言うことができる。
【００１９】
本請求項の発明においては、多くの複雑な工程を設けることなく、圧力変動の周波数が低い領域においても残留分極値Ｐｒが大きい、即ち、直接圧電応力係数ｇ３１が高いピエゾ有機膜を得ることができ、圧力変動の周波数が低い人工的ロス・エネルギーを充分に収穫して、効率よく電力変換することができる。
【００２０】
「ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂」としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：Ｐｏｌｙ−Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）やその派生物であるフッ素樹脂を好ましく使用することができる。
【００２１】
ＰＶＤＦの派生物としては、例えば、ＰＶＤＦ−ＴｅＦＥ（ポリフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンの共重合体：Ｐｏｌｙ−Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ  ａｎｄ  ＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎｅ）や、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ（ポリフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体：Ｐｏｌｙ−ＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ  ａｎｄ  ＴｒｉＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎｅ）等を挙げることができる。
【００２２】
ピエゾ材料の代表として一般的に挙げられるＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）は高周波（１０００Ｈｚ以上）に対する応答性が優れているものの、低周波（１０００Ｈｚ以下）に対する応答性が低いのに対して、上記のフッ素系有機樹脂は、圧電応力定数ｇ３１がＰＺＴに比べ２０倍以上高く、０．１〜１０００Ｈｚの低周波数領域においても充分に圧電が可能であるため、低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜を得ることができる。また、これらのフッ素系有機樹脂は、ＰＺＴのように鉛を含有していないため、環境に悪影響を及ぼすことがない。
【００２３】
本請求項における「粒子」としては、その粒子径や形状、あるいはそれらの分布には特に限定されることはなく、電界の印加により配向するものであればよい。
【００２４】
「溶媒」としては、前記のフッ素系有機樹脂の粒子を溶解して基板に塗布することが可能な原料液を提供できる溶媒であれば、特に限定されない。好ましい溶媒の一例としては、メチルエチルケトンとジメチルアセトアミドとの混合溶媒を挙げることができる。
【００２５】
「基板」としては、シリコン結晶基板が望ましいが、セラミック基板、石英基板、プラスチック基板等も好ましい。
【００２６】
なお、「酸素が存在しない雰囲気中で加熱」するのは、酸素に関係するピークがあると得られたピエゾ有機膜の分極特性を悪化させる恐れがあるためであり、具体的には、酸素分圧が１０−２Ｐａ以下の雰囲気での加熱を指すが、本発明の効果が発揮される限り、多少酸素分圧が多くても良い。
【００２７】
本請求項における「加熱」とは、溶媒を蒸発させる温度およびフッ素系有機樹脂の粒子を固化させる温度で加熱することを指し、材料により適宜決定される。具体的には、溶媒を蒸発させる温度として１００〜２００℃、フッ素系有機樹脂の粒子を固化させる温度として３００℃あるいはそれ以下の温度での加熱を一例として挙げることができる。そして、具体的な加熱手段としては、下部からのヒータ加熱によっても良いが、上部からのランプ加熱でも良い。
【００２８】
また、「原料液が完全に固化する前」とは、電界の印加によりフッ素系有機樹脂の粒子の配向が可能な状態にある時を指し、加熱工程の開始時から電界を印加しても良い。
【００２９】
また、「固化」とは、フッ素系有機樹脂の粒子が固着することのみならず、フッ素系有機樹脂が溶融により固化する場合も含まれる。
【００３０】
また、「ピエゾ有機膜」の厚さとしては、０．１〜５μｍ程度が好ましいが、限定はされず、用途によっては５〜５０μｍ程度の膜厚であっても良い。
【００３１】
請求項２に記載の発明は、
前記フッ素系有機樹脂が、ＰＶＤＦ−ＴｅＦＥであることを特徴とする請求項１に記載のピエゾ有機膜の製造方法である。
【００３２】
前記したフッ素系有機樹脂の内、ＰＶＤＦ−ＴｅＦＥは、特に、残留分極値Ｐｒが大きい、即ち、圧電応力係数ｇ３１が高いピエゾ有機膜を得ることができるため好ましい。また、この材料は、テフロン（登録商標）の原料であり、安価でもあると共に容易に入手可能であるため好ましい。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、
前記所定の電界が、０．５〜２ＭＶ／ｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピエゾ有機膜の製造方法である。
【００３４】
０．５ＭＶ／ｍ以上の電界を印加した場合、フッ素系有機樹脂の粒子を好ましく配向させることができ好ましい。しかし、２ＭＶ／ｍを超える電界を印加すると、逆に配向性を消失する問題が発生するため好ましくない。
【００３５】
請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載のピエゾ有機膜の製造方法を用いて製造されていることを特徴とするピエゾ有機膜である。
【００３６】
本請求項の発明に係るピエゾ有機膜は、１０００Ｈｚ以下の低周波領域における残留分極値Ｐｒが大きいピエゾ有機膜であるため、圧電応力係数ｇ３１が高い圧電特性に優れたピエゾ有機膜を提供することができる。
【００３７】
請求項５に記載の発明は、
フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を加熱して配向させずに固化させたピエゾ有機膜の周波数１Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒをａ、周波数１０Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒをｂとしたとき、
周波数１Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒが３ａ以上で、かつ周波数１０Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒが２ｂ以上であることを特徴とするピエゾ有機膜である。
【００３８】
フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を加熱して配向させずに固化させた従来のピエゾ有機膜は、低周波領域における残留分極値Ｐｒが小さく、高い圧電応力係数ｇ３１を得ることができない。これに対して、本発明に係るピエゾ有機膜は、低周波領域における残留分極値Ｐｒが大きく、高い圧電応力係数ｇ３１を得ることができる。
【００３９】
この相違は、人工的ロス・エネルギーの利用に際して比較的多く活用される周波数１Ｈｚおよび１０Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒにおいて顕著に現れる。従来のピエゾ有機膜の周波数１Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒをａ、周波数１０Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒをｂとしたとき、周波数１Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒが３ａ以上で、かつ周波数１０Ｈｚにおける残留分極値Ｐｒが２ｂ以上の本発明に係るピエゾ有機膜であれば、従来のピエゾ有機膜の圧電特性との相違が顕著となり、優れた圧電特性を発揮して、ロス・エネルギーを効率よく電力変換することが可能なピエゾ有機膜を提供することができる。
【００４０】
請求項６に記載の発明は、
ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布手段と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱手段と
を備えていることを特徴とするピエゾ有機膜の製造装置である。
【００４１】
本請求項の発明に係るピエゾ有機膜の製造装置を用いることにより、１０００Ｈｚ以下の低周波領域における残留分極値Ｐｒが大きい、即ち圧電応力係数ｇ３１が高い圧電特性に優れたピエゾ有機膜を提供することができる。
【００４２】
請求項７に記載の発明は、
請求項４または請求項５に記載のピエゾ有機膜を圧電材料として用いて形成されていることを特徴とするマイクロマシンデバイスである。
【００４３】
１０００Ｈｚ以下の低周波領域における残留分極値Ｐｒが大きい、即ち圧電応力係数ｇ３１が高い圧電特性に優れたピエゾ有機膜を圧電材料として用いたマイクロマシンデバイスであるため、圧力変動の周波数が低い人工的ロス・エネルギーを充分に収穫して、効率よく電力変換することができる。その結果、このようなマイクロマシンデバイスを装着した携帯電話、携帯型パソコン等の電子機器の電池寿命をより長くすることができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、音声や振動等圧力変動の周波数が低い人工的に発生するロス・エネルギーを充分に収穫（ハーベスティング）して、効率よく電力変換することが可能な、即ち低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜とその製造方法を提供することができる。そして、このようなピエゾ有機膜を用いることにより、圧力変動の周波数が低い人工的に発生するロス・エネルギーを充分に収穫して、効率よく電力変換することができるマイクロマシンデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のピエゾ有機膜を製造する装置の構成の一例を示す図である。
【図２】実施例と比較例のピエゾ有機膜の残留分極値と周波数の関係を示す図である。
【図３】ピエゾ有機膜を用いた発電装置の回路構成図である。
【図４】ピエゾ有機膜を用いた携帯電話のマイクロフォン用の発電装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の発電装置を、携帯電話のキーボードに組込んだ様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明を実施の形態に基づいて順に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００４７】
［１］ピエゾ有機膜の製造と特性評価
１．ピエゾ有機膜の製造
（１）実施例
本実施例は、ＰＶＤＦ−ＴｅＦＥからなるピエゾ有機膜の本発明に基づく製造方法に関する。
イ．ピエゾ有機膜の製造装置
はじめに本実施例のピエゾ有機膜の製造に用いる製造装置について、図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明のピエゾ有機膜を製造する装置の構成の一例を示す図である。図１において、１０はピエゾ有機膜あるいはその前駆体であり、３０は基板であり、７０は電圧発生装置であり、７１は上部電線であり、７２は下部電線であり、７３はスイッチであり、７４はアースであり、７５は上部電極であり、７６は下部電極であり、７８は回転軸であり、７９はスペーサ（サイドカップ）であり、８０はチャンバ（製造用の容器）であり、８３はノズルであり、８７は真空ポンプであり、８９は窒素供給系である。
【００４８】
下部電極７６は円形の銅板であり、その中心部の下方を回転軸７８に支持されており、また上面に基板３０が設置され、さらにその外周部にスペーサ７９が設置されている。そして、下部電極７６は、上面に基板３０とスペーサ７９を固定した状態で６０００ｒｐｍまでの回転が可能であり、また３００℃までの加熱が可能である。
【００４９】
上部電極７５は、スイッチ７３と上部電線７１を介して電圧発生装置７０の正極と接続されており、下部電極７６は下部電線７２と回転軸７８を介して電圧発生装置７０の負極（アース７４）と接続されている。また、上部電極７５は、水平に移動させることにより、高さ５ｍｍのスペーサ７９の上部端面に取付け、取外しが可能となっている。そして、上部電極７５を下部電極７６の直上に持ってきて、上部電極７５と下部電極７６間に１ＭＶ／ｍの電界を印加することができるように構成されている。なお、図１では上部電極７５が正、下部電極７６が負の場合を示しているが、正負が逆の場合もある。
【００５０】
ピエゾ有機膜あるいはその前駆体１０は、下部電極７６により基板３０を介して所定の温度に加熱されるが、下部電極７６の上方に破線で示す赤外線ヒータ８５（ランプ）を設けると共に、上部電極７５に微小な孔を開けて、上部電極７５の上側から対向する基板３０上のピエゾ有機膜あるいはその前駆体１０をランプ加熱してもよい。
【００５１】
ロ．ピエゾ有機膜の製造
次に、ピエゾ有機膜の製造について各工程毎に説明する。
ａ．ステップ１：チャンバ内のガス置換工程
はじめに、図１の（ａ）に示す様に上部電極７５を左方に移動し、下部電極７６の上部の面が開放されている状態で、チャンバ８０内の空気を真空ポンプ８７で排出して、１０−４Ｔｏｒｒ程度の真空とし、次いで窒素供給系８９からＮ２を導入し、チャンバ８０内を酸素フリーの雰囲気とした。
【００５２】
ｂ．ステップ２：スピンコート成膜工程
次に、下部電極７６を５０００ｒｐｍで回転させながら、下部電極７６上の基板３０の上面にノズル８３からＰＶＤＦ−ＴｅＦＥの原料液を吹きつけ、原料液を薄く均一にスピンコートし、ピエゾ有機膜の前駆体１０を成膜した。なお、原料液は、ＰＶＤＦ−ＴｅＦＥの粉末４ｇを溶剤（メチルエチルケトンとジメチルアセトアミドの１対３の混合溶剤）１００ｃｃに溶解したものである。
【００５３】
ｃ．ステップ３：加熱工程
次に、ノズル８３を収納し、下部電極７６を加熱して前駆体１０を８０℃で加熱し、溶媒成分をほぼ蒸発させた。また、この際、Ｎ２の導入、排出を継続することにより、蒸発した溶剤や溶剤中の酸素等は速やかにチャンバ８０外へ排出した。なお、溶媒はスピンコート成膜工程である程度蒸発するため、加熱をしなくても溶媒成分をほぼ蒸発させることができる。
【００５４】
ｄ．ステップ４：電界印加工程
次に、下部電極７６により前駆体１０を１８０℃で加熱しながら、前駆体１０が固化する前に、図１の（ｂ）に示す様に、上部電極７５を右方に移動して下部電極７６と対向させてスイッチ７３を閉じて上部電極７５と下部電極７６との間に１ＭＶ／ｍの電界を印加した。そして、このように電界の印加の下で加熱して、前駆体１０中の粒子あるいは分子を配向させつつ完全に固化させた。このようにして、厚さ０．５μｍのＰＶＤＦ−ＴｅＦＥからなるピエゾ有機膜１０を作製した。
【００５５】
（２）比較例
電界を印加しなかったこと以外は実施例と同様の方法でピエゾ有機膜を作製した。
【００５６】
２．実施例および比較例のピエゾ有機膜の特性評価
次に、実施例および比較例のピエゾ有機膜の特性の評価方法および評価結果について説明する。
（１）評価方法
誘電体測定装置を用いて電流−電圧測定モードの状態にして、実施例および比較例のピエゾ有機膜の残留分極値Ｐｒと圧力変動の周波数の関係を測定することにより、ピエゾ有機膜の特性評価を行った。
【００５７】
（２）評価結果
図２は、実施例と比較例のピエゾ有機膜の残留分極値Ｐｒと周波数の関係を示す図であり、縦軸に残留分極値Ｐｒ（ａ．ｕ．）を、横軸に対数メモリで周波数（Ｈｚ）を示す。図２において、実線は実施例のピエゾ有機膜であり、破線は比較例のピエゾ有機膜である。
【００５８】
図２において、実施例のピエゾ有機膜の残留分極値Ｐｒは、特に数Ｈｚから０．１Ｈｚの低周波領域において、比較例のピエゾ有機膜の残留分極値Ｐｒよりも３倍、あるいはそれ以上と極めて大きいことが判る。このため、残留分極値Ｐｒにほぼ比例して圧電応力定数ｇ３１も優れ、ピエゾ効果による発電も良好であると推測される。
【００５９】
実施例においてこのように優れた特性のピエゾ有機膜を作製することができたのは、電界印加の下に膜を固化させたためであり、それに加えて、酸素フリーの雰囲気の下に作製したためである。
【００６０】
［２］ピエゾ有機膜の応用に関する実施の形態
次に、本発明のピエゾ有機膜の応用に関する実施の形態について説明する。
１．ピエゾ有機膜を用いた発電装置と携帯電話の集音部（マイクロフォン）への応用例
はじめに、発電装置および発電装置の携帯電話のマイクロフォンへの応用例について説明する。図３は、本発明のピエゾ有機膜を用いた発電装置（ジェネレータ）３１の回路構成図である。ピエゾ有機膜１０の両面にＰｔ薄膜を蒸着させ、さらに必要な素子類を結線して、図３に示す様なピエゾ有機膜を用いた発電装置を作製する。図３において、２１と２２はそれぞれＰｔ薄膜製のトップ電極およびボトム電極であり、２３はダイオードブリッジであり、２４は容量（Ｃ）であり、２５は出力端子部である。
【００６１】
発電装置を、携帯電話のマイクロフォンに適用される例を図４に示す。図４は、本発明のピエゾ有機膜を用いた携帯電話のマイクロフォン用の発電装置の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はマイクロ太鼓の拡大断面図、（ｂ）はマイクロ太鼓の断面図および平面図、（ｃ）は発電装置と負荷およびバッテリーとの接続の構成を模式的に示す図である。図４において、３２は発電装置であり、３３はマイクロ太鼓であり、２８はシリコン製の支持体であり、９１はバッテリーであり、９２は負荷である。
【００６２】
図４の（ａ）に示すように、マイクロ太鼓３３は、直径ｄが０．２〜１ｍｍの肉薄部を有する支持体２８の上面に支持体２８の側からボトム電極２２、ピエゾ有機膜１０、トップ電極２１が順に積層されてなる。そして、ボトム電極２２、トップ電極２１は（ｂ）の平面図に示すように共に円形であって、それぞれ図面上、下方および右方に向けて出力用の突出部が設けられている。
【００６３】
この発電装置３２は、会話に伴うピエゾ有機膜１０の数十から１０００Ｈｚ以下の音波による振動等により効率よく発電をし、本来ロスとなる人工的なエネルギーを電力として効率良く回収する。また、音声の場合には、膜の残留振動があるため、会話が途切れた後も発電が継続して行われる。
【００６４】
なお、音声による発電を行う場合には種々のタイプが考えられるが、機器壁に貼り付けるのでなく、図４に示すマイクロ太鼓の膜の様に周囲を保持されて振動しつつ発電する構造の場合には、膜圧は薄い方が好ましい。このため、突風に晒されたりする等の強度上の問題が生じない環境であれば、ピエゾ有機膜１０のみならず各層の厚さは０．１〜５μｍ程度であることが好ましい。
【００６５】
また、マイクロ太鼓の膜状のピエゾ有機膜１０の直径は、取付ける機器にもよるが０．２〜１ｍｍ程度であることが音声振動をエネルギー変換する観点から好ましい。
【００６６】
発電装置３２には、（ｃ）で示すように、複数のマイクロ太鼓３３が設けられており、バッテリー９１および負荷９２に接続されている。そして、発電装置３２で発電された電力は主として一旦バッテリー９１にフィードバックして蓄電された後に負荷９２にフィードバックされる。
【００６７】
２．携帯電話のキーボードへの応用例
次に、携帯電話のキーボードへの応用例について説明する。図５は、本発明の実施の形態の発電装置を、携帯電話のキーボードに組込んだ様子を示す図である。図５において、４０はキーボードであり、４１は絶縁樹脂製のキーボード上部底板（電極含む）であり、４２は前記の実施の形態の発電装置を組込んだピエゾ発電部であり、４３は絶縁樹脂製のキーボード下部底板（電極含む）である。
【００６８】
本実施の形態の携帯電話のキーボード４０は、絶縁樹脂製のキーボード上部底板（電極含む）４１と絶縁樹脂製のキーボード下部底板（電極含む）４３との間に、本発明の発電装置を組込んだピエゾ発電部４２を挟み込んでいる。このため、ユーザがキーボード４０のキーを操作する毎に、具体的には指でキーを押圧する毎に、ピエゾ有機膜（図示せず）に白抜きの矢印で示した方向に適切な押圧力が作用する。さらに、図３に示した通り、用いているピエゾ有機膜は、キーの押圧に対応する１〜数十Ｈｚの低周波領域における残留分極値が特に大きい。その結果、従来のピエゾ有機膜を用いた発電装置に比較して圧電応力定数ｇ３１が優れており、効率良く発電される。
【００６９】
なお、キーの押圧による発電を行う場合には、ピエゾ有機膜１０の厚さは強度の面から２０〜４０μｍ程度であることが好ましい。また、発電効率が低下しないように、ピエゾ有機膜１０は全キーに対して１枚ではなく、グループに分けられた例えば４〜９個の複数のキー毎に分割して設けることが好ましい。
【符号の説明】
【００７０】
１０          ピエゾ有機膜（その前駆体）
２１          トップ電極
２２          ボトム電極
２３          ダイオードブリッジ
２４          容量
２５          出力端子部
２８          支持体
３０          基板
３１、３２    発電装置
３３          マイクロ太鼓
４０          キーボード
４１          キーボード上部底板（電極含む）
４２          ピエゾ発電部
４３          キーボード下部底板(電極含む)
７０          電圧発生装置
７１          上部電線
７２          下部電線
７３          スイッチ
７４          アース
７５          上部電極
７６          下部電極
７８          回転軸
７９          スペーサ
８０          チャンバ
８３          ノズル
８５          赤外線ヒータ
８７          真空ポンプ
８９          窒素供給系
９１          バッテリー
９２          負荷
ｄ            直径
【図１】
2011054783.tif 000003
【図２】
2011054783.tif 000004
【図３】
2011054783.tif 000005
【図４】
2011054783.tif 000006
【図５】
2011054783.tif 000007