(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）から選ばれる高分子またはこれらをブレンドしたものを母材とし、前記母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させるＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミドからなる活性成分が、前記母材１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で含まれていることを特徴とする圧電材料（電気エネルギーを機械エネルギーに変換するものを除く）。
【請求項２】
母材が、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、及びクロロプレンゴム（ＣＲ）から選ばれる極性高分子からなることを特徴とする請求項１記載の圧電材料。
【請求項３】
母材が、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体から選ばれる高分子に、ジ−２−エチルヘキシルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジイソノニルフタレート（ＤＩＮＰ）から選ばれる可塑剤を添加して、−２０℃〜４０℃の範囲（以下、単に使用温度域という）にガラス転移点（Ｔｇ）を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用温度域にガラス転移点（Ｔｇ）を有するアクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、塩素化ポリエチレンからなることを特徴とする請求項１記載の圧電材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックスを焼成し、分極処理を行ったものがあった。ところがこの圧電材料は、大面積の加工が難しく脆いという欠点があり、しかも分極処理が必要であり、きわめて高価な材料となっていた。
【０００３】
別の圧電材料としては、ＰＶＤＦ等のフッ素系の樹脂を延伸し、これに分極処理を行った圧電ポリマーも提案されている。ところがこの圧電材料は、脆性の改善はみられるものの、前記圧電セラミックスに比べたときその性能は低く、しかも延伸、分極といった処理が必要で、これも高価な材料となっていた。
【０００４】
さらに別の圧電材料として、前記圧電セラミックスと圧電ポリマーとを組み合わせた複合材料も提案されている。ところがこの圧電材料にあっても、前述の圧電材料の欠点を解消し得るものではなかった。
【０００５】
本発明は、上述の技術的課題に鑑みなされたものであり、延伸、分極といった処理を必要とせず、しかも優れた圧電性能を有する安価な圧電材料を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させるＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（以下、単にＤＣＨＢＳＡと称す。）からなる活性成分が、前記母材１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で含まれていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電材料を更に詳しく説明する。この圧電材料における母材としては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）から選ばれる高分子、またはこれらをブレンドしたものを挙げることができる。中でもポリ塩化ビニルは、成形性がよく、安価である点で好ましい。
【０００８】
次に、このような高分子を母材成分とする圧電材料における双極子モーメント量と圧電性能との間の関係について説明する。一般に圧電材料は、該圧電材料に応力が加わると、それに比例して該圧電材料の両端面に反対符号の電荷が現れる、すなわち電気分極という現象を生じ、逆に該圧電材料を伝場に入れる（電界を加える）ことで、それに比例した歪みを生じるという性質（圧電性能）を有するものとして知られている。特に高分子よりなる圧電材料にあっては、高分子の主鎖や側鎖の双極子モーメントの配向凍結による分極により圧電効果が生じることが知られている。
【０００９】
上述の性質は、分極した圧電材料におけるエネルギー変換により生じているのであるが、本発明者らは、圧電材料における圧電性能のメカニズムを研究していく過程で、圧電材料における双極子がある程度の自由度をもって変位し、その後元の状態に復元するという作用によってエネルギーが変換され、ここに従来にない優れた圧電性能が生じるということを発見した。
【００１０】
以下にその詳細を示す。図１にはエネルギー（応力）が伝わる前の圧電材料１内部における双極子１２の配置状態を示した。この双極子２の配置状態は安定な状態にあると言える。ところが、これにエネルギー（応力）が伝わることで、圧電材料１１内部に存在する双極子１２には変位が生じ、図２に示すように、圧電材料（母材）１１内部における各双極子１２は不安定な状態に置かれることになり、各双極子１２は、図１に示すような安定な状態に戻ろうとする。
【００１１】
このとき、エネルギーの変換が生じることになる。こうした、圧電材料（母材）１１内部における双極子の変位、双極子の復元作用によるエネルギーの変換を通じて、圧電性能が生じているものと考えられる。
【００１２】
上述の圧電性能が生じるメカニズムから、図１及び図２に示すような圧電材料（母材）１１内部における双極子モーメントの量が大きくなればなる程、その圧電材料（母材）１１の持つ圧電性能も高くなると考えられる。
【００１３】
このことから、圧電材料を構成する母材として、分子内部における双極子モーメント量がもともと大きな素材を用いることは、より高い圧電性能を確保する上で大変有用なことである。
【００１４】
分子内部における双極子モーメント量がもともと大きなものとしては、極性高分子を挙げることができる。この極性高分子として、具体的には、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、及びクロロプレンゴム（ＣＲ）などを挙げることができる。
【００１５】
また本発明の圧電材料をセンサー類やアクチュエーター、あるいは超音波モータとして適用したときの使用時の温度は、おおよそ−２０°Ｃ〜４０°Ｃの範囲である。その使用温度域においてガラス転移点を有する高分子を母材成分として用いることは大変に有用なことである。なぜならば、発明者らの実験によれば、高分子のガラス転移点付近で圧電性能が最も発揮されるからである。
【００１６】
使用温度域にガラス転移点を有する高分子としては、具体的にはポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体から選ばれる高分子に、ジ−２−エチルヘキシルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジイソノニルフタレート（ＤＩＮＰ）から選ばれる可塑剤を添加して、使用温度域にガラス転移点（Ｔｇ）を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用温度域にガラス転移点（Ｔｇ）を有するアクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、塩素化ポリエチレンを挙げることができる。
【００１７】
尚、母材成分の選択に際しては、前記分子内部における双極子モーメント量や使用温度域の他、取り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能（耐熱性や耐寒性）、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。
【００１８】
この母材中にＤＣＨＢＳＡからなる活性成分が配合されるのである。活性成分の含有量としては、母材１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合とする。活性成分の含有量が１０重量部を下回る場合、双極子モーメントの量を増大させるという十分な効果が得られず、活性成分の含有量が２００重量部を上回る場合には、十分に相溶しなかったり、十分な機械的強度が得られなかったりすることがあるからである。
【００１９】
尚、双極子モーメントの量は、前述の母材成分の種類により様々に異なっている。また同じ成分を用いたとしても、エネルギーが伝達されたときの温度により、その双極子モーメントの量は変わる。また、伝達されるエネルギーの大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度やエネルギーの大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となるように、母材成分を適宜選択して用いるのが望ましい。
【００２０】
また、上記母材中には活性成分の他に、圧電材料の機械的強度を高める目的で、また増量剤として該圧電材料のコストの低減化を計るため、マイカ鱗片、ガラス片、グラスファイバー、カーボンファイバー、炭酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウム等のフィラーを充填することもできる。この場合、フィラーの充填量は、１０〜８０重量％が好ましい。例えばフィラーの充填量が１０重量％を下回る場合には、フィラーを充填しても強度の向上がみられず、反対にフィラーの充填量を８０重量％を上回る量としても、現実に充填できなかったり、圧電材料の強度がかえって低下してしまったりするといった弊害を招くことになる。
【００２１】
本発明の圧電材料は、上記母材成分に活性成分、その他必要に応じてフィラー、分散剤、増粘剤などを配合した配合物を、ディゾルバー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー、グレンミル、オープンニーダ、真空ニーダなどの従来公知の混合分散機によって分散混合して製造できる。
【００２２】
上記の如く母材中に活性成分を配合することで、双極子モーメントの量が飛躍的に増加し、もって該圧電材料は高い圧電性能を発揮するに至るのであるが、母材に活性成分を配合した圧電材料における双極子モーメントの量は、図３に示すＡ−Ｂ間における誘電率（ε′）の差として表される。すなわち図３に示すＡ−Ｂ間における誘電率（ε′）の差が大きければ大きいほど、双極子モーメントの量が大きいということになる。
【００２５】
【実施例】
ポリ塩化ビニル１００重量部に対しＤＣＨＢＳＡ（この時の試料温度は２２°Ｃ）を１００重量部の割合で配合し、これを厚さ１ｍｍ、縦１５０ｍｍ×横５０ｍｍの板形状に成形し、その両表面に銀ペーストによる電極（株式会社アサヒ化学研究所、ＬＳ−５０６Ｊ、縦１４０ｍｍ×横４０ｍｍ）を形成してサンプル（実施例）とした。ポリ塩化ビニル単独で実施例と同様にしてサンプル（比較例）を作製した。
【００２６】
上記実施例並びに比較例の各サンプルについて、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電損率（ε″）及び誘電率（ε′）を測定したところ、表１のような結果となった。尚、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電損率（ε″）及び誘電率（ε′）は、各サンプルのガラス転移点で測定した。
【００２７】
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次に、上記実施例並びに比較例の各サンプルについて、その圧電性能を測定した。測定は、図４に示すように、サンプル１１両面の電極と電圧計２２とを電気的に接続し、これを基台２０上に置き、このサンプル１１上に２００ｍｍの高さから、鉄球２３（径２０ｍｍ、重さ３２．６ｇ）を落下させ、そのときにサンプル１１に生じた最大電圧を電圧計２２により読みとるという操作を５回行い、その平均値を圧電性能を表示する値として表２に示した。尚、比較のため、上記実施例並びに比較例の各サンプルについてポーリング処理（分極処理）を行い、これらについて同様に圧電性能を測定した。尚、ポーリング処理は、各サンプルを１００°Ｃのオイルバス中で１ＫＶの直流電流を１時間印荷し、その状態のまま室温まで冷却し印荷を外すという方法で行った。
【００２８】
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表２から、比較例のものが１．３６ｍＶまたは１．８８ｍＶと、分極の有無に拘わらず、低い値となっているのに対し、分極していない実施例のものが、約９０ｍＶと桁外れの高い値を示した。また、ポーリング処理を行った実施例の数値は、同じくポーリング処理を行った比較例のものに比べて約７０倍となっており、該圧電材料におけるＤＣＨＢＳＡからなる活性成分が圧電性能の向上に大きく寄与していることが解った。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の圧電材料は、母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させるＤＣＨＢＳＡからなる活性成分が配合されているので、延伸、分極といった処理を必要とせず、しかも優れた圧電性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、母材における双極子を示した模式図である。
【図２】図２は、エネルギーが加わったときの母材における双極子の状態を示した模式図である。
【図３】図３は、母材における誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との関係を示したグラフ。
【図４】図４は、実施例並びに比較例の各圧電材料の圧電性能を測定する装置を模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
１１・・・母材
１２・・・双極子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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