■開発事例／ユポ・コーポレーション■

圧電性ユポ（開発品）の開発と商品化事例

止─ エレ・アコギター用コンタクトセンサーに採用 ─

照射することで，各々の孔に分極が形

1．は じ め に成されたエレクトレット材料となり，ユポは，ポリプロピレン樹脂と無機充填剤を主原料とする，耐久性や耐水厚み方向の伸縮に対して圧電性を発現することが海外で発表された 2）．

多孔性ポリマーの圧電性は先に述べ

ユポは，国内外で多数の特許を取得すた従来の圧電材料と異なり，孔の周囲る独自製法（二軸延伸フィルム成形法）の帯電量が大きく，かつ孔が伸縮しやにより，無数の微細な空孔（以下「ミすいほど大きいという性質をもつ．合クロボイド」）がその表面および断面に成紙として通常用いられる多孔性ポリ付与されており，このミクロボイドにマーは圧電性を発現するには孔が小さより紙の特性である不透明度や印刷・く，超臨界二酸化炭素を用いて孔を膨筆記適性を実現している．

張させる必要がある．圧電性を有する禁性に優れたフィルム法合成紙である．

多孔性ポリマーエレクトレットが得らているユポ製品ではあるが，新たな市れたとしても，時間経過とともに孔が場を開拓すべく機能性フィルム分野へ収縮し，さらに保持された電荷量が減の展開を強化している．その取組みの衰し圧電率が大きく減衰する．

刷

印刷用紙として印刷業界に認知され

写真 1 ヤマハ アコースティックギター「FG/FS Red Label（レッドレーベル）」 エ レ ク ト リ ッ ク・ ア コ ー ス
ティックギターモデル FGX5

1 つとして実用化に成功した 圧電性ユ

そこで，圧電性発現のために孔サイポ（開発品） の開発経緯，さらにはヤズやポリマー配合比を最適化する必要と高耐久性を両立させた圧電性フィル

マハ㈱様，一般財団法人小林理学研究があるが，製造ロット間による多孔性ム（以下「圧電性ユポ」）の開発に成功

所様（以下「小林理研」と略称）との 3構造の差異やポリマー配合のバラつきした．

社共同で研究開発し，エレクトリック・が圧電率の大きさや経時変化に強く影さらに 2013 年より，大手楽器メーカーアコースティックギター向けコンタク響し，製造工程を従来以上に緻密に管であるヤマハ㈱が共同開発メンバーにトセンサーの新規採用に成功した経緯理するという課題があった．

加わり，3 社にて楽器用センサーの実用

当社は 2007 年から圧電性ポリマー化に向けた研究開発に着手した．6 年間

研究の権威である小林理研との共同研の開発期間を経て，ギター向けピック究に乗り出した．この過程で，ユポ自アップシステムのコンタクトセンサー

圧電材料は力を加えると電荷を出力社技術である「空孔制御技術」により，として，2019 年 5 月 25 日より新しく発し，逆に電圧を印加すると歪みを生じ圧電材料に最適なミクロボイド構造を売されたヤマハ製アコースティックギる．この性質は電気機械結合効果と言見出し，加えて小林理研の高精度誘電ター「FG/FS Red Label（レッドレーベ

われ，音や振動を検出するセンサーや測定および解析技術により，高圧電性ル）」のエレクトリック・アコースティッ

印について紹介する 1）．

2.“圧電性ユポ”開発の経緯

ブザーなどに長年応用されている．
圧 電 材 料 は 水 晶 や Pb（Ti，Zr）O3（PZT）といった無機系と，ポリフッ化ビニリデンなど有機系に分類される．
近年，多孔性ポリマーにコロナ放電を94

表 1 既存材料と圧電性ユポの厚み伸縮の圧電率 33/ 弾性率 33 比較
圧電率 33（pC/N） 弾性率 33（MPa）
圧電性ユポ（開発品）3）4400.54
圧電性セラミック（PZT）4）360
52,000圧電性ポリマー（PVDF）5）
35
3,000

弾 性 率 を 表 1 に 示 す． 圧 電 性 ユ ポ の圧電率

33 は 440pC/N で 圧 電 性 セ ラ

ミックス PZT に匹敵し，弾性率 33 は0.54MPa で空気の体積弾性率に近いことが判明した．

4．ギター向けコンタクトセン
サーとしての特徴
3 社共同開発したコンタクトセン

弾性率は圧電性セラミックスのサーは，弦や本体の振動を電気信号に100,000 分の 1 であることから木材や生変換するセンサー素子として圧電性ユ体といった柔らかい材料の微細な振動ポを使用した．柔らかくかつ薄い素材を容易に検出することができる．

特性をもつユポを使用することにより，

止

写真 2 コンタクトセンサーにユポが使用 さ れ て い る， ヤ マ ハ 新 開 発 のAtmosfeel Ⓡ（アトモスフィール）
ピックアップシステム＊ Atmosfeel は英語で「空気」を意味するAtmosphere と，「雰囲気」を意味する Feelを組み合わせた造語．

わかる．

圧電性ポリマーである PVDF と比較

PZT を圧電素子とした従来センサーとすると， 33 は 10 倍， 33 は 10,000 分の比べて高感度かつ広帯再現性を有する1 である．一般に

33 はポーリング処理ことを特徴とする．このセンサーをギと呼ばれる高電場印加の際に形成されター本体に装着することで，ギターのた残留分極量に比例し，残留分極量が演奏で生じる楽器本体の振動をより忠クギターモデル FGX/FSX に採用と同じ場合は， 33 が小さい（柔らかい）実に電気信号へと変換できることに成なった．

ほど大きい．多孔質ポリマーエレクト

功した．
新たに本センサーをエレクトリック・1,000 分 の 1 し か な い が， 33 が 10,000アコースティックギターのピックアッ

分の 1 しかない．その結果

33 は PVDFプとして搭載した結果，従来のピック

小林理研にて測定された圧電性ユより 10 倍大きく，力に対して高感度なアップでは拾いきれなかった音や振動の厚み伸縮に対する圧電率および圧電性フィルムセンサーとなることがをセンシングすることができ，サウン

ポ

禁3．
“圧電性ユポ（開発品）”の3）
特徴

レ ッ ト が 保 持 し た 分 極 量 は PVDF のMD 向）方流れCD（幅方向）表面亀裂（ミクロボイド）

刷（チ感，高音域の倍音成分によってもたらされる空気感や繊細な音を再現する

表層ことに成功した．その印象は「アコーミクロボイドユポはベースとなる基層を表層でラミネートした 3 層構造の合成紙である．基層によって強度を確保し，延伸する工程で表層に発生する無数のミクロボイド（微細な空孔）によって，光が乱反射し，高い白色度と印刷・筆記適性，軽量化といった特性を実現する．
図 1 ユポの構造イメージ図（参考）印

弦ごとの余韻，フィンガリング時のタッ

表層

基層

ミクロボイドの帯電による圧電素子

ドホールから出る弦振動のまとまり，1スティックギターを生音で弾いている時の感覚を呼び起こす」と評される 6）．

5．今後の研究開発について
引き続き当社ではユポの圧電特性の研究開発に取り組み，新たな圧電センサーへの応用も検討していく．紙とフィルムの特長を併せもつ機能合成紙であるユポ特有の素材特性を活用した新たコンタクトセンサーとしての働きな価値創造，豊かな社会の発展に貢献していく所存である．
（飯田 誠一郎）
問合せ先㈱ユポ・コーポレーション

振動によりミクロボイドが変形し，電気信号が発生
図 2 コンタクトセンサーにおいてユポが圧電素子として機能するイメージ（参考）商品開発本部 市場開発部〒 101-0062
東京都千代田区神田駿河台 4-395

新お茶の水ビル 15F2） J. Lekkala，and M. Paajanen，EMFi

TEL 03-5281-6681

─ New Electret Material for Sensors4） ㈱クレハ，KF ピエゾフィルム技術資料
5） 富士セラミックス㈱，テクニカルand Actuators ，Proceedings of
参考資料

ハンドブック10th International Symposium on1）「ヤマハ アコースティックギター

6）「ヤマハ アコースティックギター

Electrets，pp. 743 ─ 746（1999 〜3）「楽器用高分子センサー開発と誘電FG/FS Red Label シリーズ 」，ヤハ㈱ニュースリリース（2019 年 4 月

測定」，児玉秀和，小林理研ニューマハ㈱ニュースリリース（2019 年 425 日）

ス 145 号，pp2─ 4（2019 年 7 月）

月 25 日）止FG/FS Red Label シリーズ 」ヤマユポ・コーポレーション

ことで水系接着剤を使用可能としたグレード）について，従来品の性能を維バイオマス樹脂配合の“ユポグリーン”をシリーズ化持しつつ全厚みをリニューアルした．
今回リリースした

ユポグリーンシリーズは下記の通り．

ユポ・コーポレーションは，石油由来

マス樹脂はサトウキビなどの植物由来樹脂の一部を植物由来のバイオマス樹脂であり，植物が育成する際に光合成にに置き換えた環境対応型の合成紙 ユポ

よって大気中の CO2 を吸収するため，グリーン のラインアップを拡充する．

焼却廃棄時に放出された CO2 をゼロと同社では 2018 年にグリーンユポの開みなすことができるカーボンニュート(3) アクアユポ；LARG 65/75/95発に成功，翌 19 年 3 月には同社の代表ラルな原料である．また同社によると，＊従来品とラインナップの厚み・平製品である ウルトラユポ の厚手タイ

上記原料の代替にともない，A4 用紙

判 常 備 サ イ ズ に 変 更 は な く， 製 品 名プ（型番；FEBA 300）にバイオマス樹

100 枚で 40W の蛍光灯点灯約 7 時間分，（スーパーユポなど）は従来通りとし，脂を配合し，ユポグリーン最初の製品（型もしくは燃費約 22km/ℓの乗用車 1.3km

グレード表記のアルファベットの最後走行分と同等の CO2 排出量が抑制されに「G」を追加．

(1)

FRRG 70

禁番；FEBG 300）として市場に投入した．

るという（FEBG 300 の場合）．

(2)

ウ ル ト ラ ユ ポ；FEBG 95/110/130/150/200/250/300

販 売 開 始 予 定 は 2019 年 12 月 2 日

刷

従来の合成紙ユポはポリプロピレン

ス ー パ ー ユ ポ；FRBG 110/130，樹脂と無機充填剤を主原料とするが，同社ではこの取組みをさらに推進す（FEBG 300 は発売済み）で，現行品のユポグリーンは原料に用いる化石燃料るため，オレフィン系バイオマス樹脂を在庫がなくなり次第，順次出荷を開始

由来樹脂の一部を植物由来のオレフィ配合した製品を ユポグリーン シリー

し，現行品（FRB，FRR，FEB，LAR）

ン系バイオマス樹脂で代替することにズとしてラインアップ．現在販売中のについては廃グレードとする．

よって地球温暖化対策に寄与するとのスーパーユポ （紙用オフセットイン

同社ではユポグリーンシリーズにつコンセプトのもと，同社創立 50 周年

キでの片面印刷が可能なグレード）， ウ

いて，2022 年までに 5,000t の販売を目（2019 年 5 月 10 日）を見据えて開発に

ルトラユポ （合成紙用インキでの乾燥指して拡販を進める方針で，これが達取り組んできたもの．

性を高めた両面印刷可能なグレード），成されると約 480t の CO2 排出削減につアクアユポ （裏面に吸水性をもたせるながる．

印

ちなみに，このオレフィン系バイオ96