(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）、及びイソプレンゴム（ＩＲ）から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなる母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる、ベンゾチアジル基を含む化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、及びベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上からなる活性成分が配合さ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、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、及びスチレン−ブタジエンゴムから選ばれる極性高分子より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】
活性成分が母材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請求項１又は２のいずれかに記載の圧電材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力が加わることで信号を発生するタッチパネルや電子楽器のキーボードといったセンサー類などに適用される圧電材料に関する。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
本発明者らは、上記従来の圧電材料における欠点を解消すべく、該圧電材料について鋭意研究を重ねた結果、圧電材料における双極子モーメント量が、当該圧電材料の圧電性能に深い関係を持っており、圧電材料における双極子モーメント量を多くすることで、当該圧電材料の圧電性能を飛躍的に向上させることができることを見い出した。
【０００９】
（削除）
【００１０】
本発明は、上述の知見に基づくことで完成されたものであり、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。
【００１１】
（削除）
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、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）、及びイソプレンゴム（ＩＲ）から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなる母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる、ベンゾチアジル基を含む化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、及びベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上からなる活性成分が配合さ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）をその要旨とした。
【００１３】
請求項２記載の発明は、母材が、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、及びスチレン−ブタジエンゴムから選ばれる極性高分子よりなることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１４】
（削除）
【００１５】
請求項３記載の発明は、活性成分が母材１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で配合されていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１６】
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【００１７】
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【００１８】
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【００１９】
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【００２０】
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【００２１】
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【００２２】
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【００２３】
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【００２４】
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【００２５】
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【００２６】
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【００２７】
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【００２８】
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【００２９】
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【００３０】
（削除）
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電材料についてさらに詳しく説明する。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活性成分が配合されていることを特徴とするものである。
【００３２】
この圧電材料における母材成分としては、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）、及びイソプレンゴム（ＩＲ）からなる高分子、並びに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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
以下にその詳細を示す。尚、本発明の圧電材料の範疇には、前述の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を持つものの他に、熱的歪みと熱膨張による圧電特性を介して表面に電荷を発生する焦電２次効果を有するものも含んでいるが、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するものは含まれていない。
【００３６】
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２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１内部に存在する双極子２には変位が生じ、図２に示すように、圧電材料１内部における各双極子２は不安定な状態に置かれることになり、各双極子２は、図１に示すような安定な状態に戻ろうとする。
【００３７】
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１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。
【００３８】
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１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１の持つ圧電性能も高くなると考えられる。
【００３９】
このことから、圧電材料を構成する母材成分として、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。
【００４０】
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、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、及び、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などを挙げることができる。
【００４１】
また本発明の圧電材料を例えばセンサー類などに適用するときの使用時の温度（以下使用温度域という。）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。
【００４２】
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などの高分子に、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）などの可塑剤を添加して、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）、塩素化ポリエチレンなどの高分子などを挙げることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
また本発明の圧電材料において、母材中に配合される活性成分とは、該圧電材料の双極子モーメントの量を飛躍的に増加させる成分であり、当該活性成分そのものも双極子モーメント量が大きいもの、あるいは活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当該活性成分が含まれることで、双極子モーメント量が飛躍的に増加するような成分をいう。
【００４５】
例えば所定の温度条件、エネルギーの大きさとしたときの、圧電材料１内部に生じる双極子モーメントの量が、圧電材料１に活性成分が含まれることで、図３に示すように、同じ条件の下で３倍とか、１０倍とかいった量に増加することになるのである。これに伴って、エネルギーが伝達されたときの双極子２の復元作用によるエネルギー消費量も飛躍的に増大することになり、予測を遥かに超えた圧電性能が生じることになると考えられる。
【００４６】
このような作用効果を導く活性成分としては、例えば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（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスルフィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢＳ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）などのベンゾチアジル基を含む化合物、
【００４７】
ベンゼン環にアゾール基が結合したベンゾトリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ化合物、
【００４８】
エチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げることができる。
【００４９】
あるいは２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（ＨＭＢＰ）、２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン−５−スルフォニックアシド（ＨＭＢＰＳ）などのベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げることができる。
【００５０】
上述の活性成分の含有量としては、母材１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合が好ましい。例えば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。
【００５１】
尚、前記母材に配合する活性成分を決定するに当たり、前述の双極子モーメントの量以外に、活性成分と母材成分との相溶し易さ、すなわちＳＰ値を考慮し、その値の近いものを選択すると良い。
【００５２】
尚、双極子モーメントの量は、前述の母材成分や活性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、母材成分や活性成分を適宜選択して用いるのが望ましい。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
（削除）
【００５６】
（削除）
【００５７】
（削除）
【００５８】
（削除）
【００５９】
【実施例】
実施例１
ポリ塩化ビニル１００重量部に対し２ＨＰＭＭＢを１００重量部の割合で配合し、これを厚さ１ｍｍ、縦５０ｍｍ×横５ｍｍ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５０ｍｍ×横５ｍｍ）を形成してサンプルとした。
【００６０】
実施例２
ポリ塩化ビニル１００重量部に対しＤＣＨＢＳＡを１００重量部の割合で配合した以外は実施例１と同様にしてサンプルを作製した。
【００６１】
比較例
ポリ塩化ビニル単独で実施例１と同様にしてサンプルを作製した。
【００６２】
まず、上記実施例１及び２、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。
【００６３】
【表１】
0004092443.tif 000002
【００６４】
次に、上記実施例１および２、並びに比較例の各サンプルについて、各温度における圧電定数（ｄ定数）（ｐＣ／Ｎ）を測定した。その結果を図５（実施例１）、図６（実施例２）及び図７（比較例）に示した。尚、測定は、圧電定数測定器（レオログラフＳ−１、株式会社東洋精機製）を用いて行った。
【００６５】
図５〜図７から明らかなように、比較例のものが０〜１５０℃の範囲における最大値が０．１ｐＣ／Ｎであるのに対して、実施例１及び２のものは、いずれも１ｐＣ／Ｎを上回る優れた圧電効果が確認された。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の圧電材料は、従来の圧電材料の持つ圧電性能からは予測できない程の優れた圧電性能を有しており、しかもその製造に延伸、分極といった処理を必要としないので、きわめて安価である。
【００６７】
（削除）
【図面の簡単な説明】
【図１】圧電材料における双極子を示した模式図。
【図２】エネルギーが伝わったときの圧電材料における双極子の状態を示した模式図。
【図３】母材中に活性成分が配合されたときの圧電材料における双極子の状態を示した模式図。
【図４】圧電材料における誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との関係を示したグラフ。
【図５】実施例１の各温度における圧電定数を示したグラフ。
【図６】実施例２の各温度における圧電定数を示したグラフ。
【図７】比較例の各温度における圧電定数を示したグラフ。
【符号の説明】
１・・・圧電材料
２・・・双極子
【図１】
0004092443.tif 000003
【図２】
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【図３】
0004092443.tif 000005
【図４】
0004092443.tif 000006
【図５】
0004092443.tif 000007
【図６】
0004092443.tif 000008
【図７】
0004092443.tif 000009