壓電器件及壓電器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明中，提供一種壓電器件，其具有：至少一層的膜狀高分子壓電材料；在高分子壓電材料的主面設(shè)置的第1導(dǎo)電體；在高分子壓電材料的與主面的第1導(dǎo)電體相反側(cè)的面設(shè)置的第2導(dǎo)電體；設(shè)置在高分子壓電材料的寬度方向的一方的端面上，并以與第1導(dǎo)電體導(dǎo)通且不與第2導(dǎo)電體接觸的方式配置的第1端面導(dǎo)電體；和設(shè)置在高分子壓電材料的一方的端面以外的另一方的端面上，并以與第2導(dǎo)電體導(dǎo)通且不與第1導(dǎo)電體和第1端面導(dǎo)電體接觸的方式配置的第2端面導(dǎo)電體。
【專利說明】壓電器件及壓電器件的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓電器件以及壓電器件的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]作為壓電材料，以往，多數(shù)使用了作為陶瓷材料的PZT(PBZr03-PbTi0 3系固溶體）， 但是PZT含有鉛，因此開始使用環(huán)境負荷低，而且富于柔軟性的高分子壓電材料。
[0003] 現(xiàn)在已知的高分子壓電材料主要大致區(qū)分為以下2種。即，以尼龍11、聚氟乙烯、 聚氯乙烯、聚脲等為代表的極化型高分子，與以聚偏二氟乙烯型）（PVDF)、偏二氟乙 烯-三氟乙烯共聚物（P(VDF-TrFE)) (75/25)等為代表的強介電性高分子這2種。
[0004] 然而，高分子壓電材料，在壓電性方面不及PZT，因而要求壓電性的提高。因此，從 各種觀點考慮，嘗試提高高分子壓電材料的壓電性。
[0005] 例如，作為強介電性高分子的PVDF、和P(VDF-TrFE)即使在高分子中也具有優(yōu)異 的壓電性，壓電常數(shù)d 31為20pC/N以上。由PVDF和P (VDF-TrFE)形成的膜材料，通過拉伸 操作，使高分子鏈沿拉伸方向取向后，通過電暈放電等向膜的表里賦予異種電荷，從而在膜 面垂直方向產(chǎn)生電場，使位于高分子鏈側(cè)鏈的包含氟的永久偶極沿電場方向平行地取向， 賦予壓電性。然而，在極化了的膜表面，在消除取向的方向，易于附著空氣中的水、離子那樣 的異種電荷，極化處理中一致了的永久偶極的取向緩和，存在壓電性經(jīng)時地顯著降低等實 用上的課題。
[0006] PVDF是在上述高分子壓電材料中壓電性最高的材料，但介電常數(shù)在高分子壓電材 料中比較高，為13左右，因此將壓電d常數(shù)除以介電常數(shù)而得的值的壓電g常數(shù)（每單位 應(yīng)力的開路電壓）變小。此外，PVDF雖然從電向聲音的轉(zhuǎn)換效率良好，但是關(guān)于從聲音向 電的轉(zhuǎn)換效率，期待改善。
[0007] 近年來，除了上述的高分子壓電材料以外，還著眼于使用多肽、聚乳酸等具有光學(xué) 活性的高分子。已知聚乳酸系高分子僅通過機械的拉伸操作而表現(xiàn)壓電性。
[0008] 在具有光學(xué)活性的高分子中，聚乳酸那樣的高分子晶體的壓電性是由存在于螺旋 軸方向的C = 0鍵的永久偶極引起的。特別是聚乳酸，側(cè)鏈相對于主鏈的體積分率小，單位 體積的永久偶極的比例大，在具有螺旋手性的高分子中可以說是理想的高分子。
[0009] 已知僅通過拉伸處理而表現(xiàn)壓電性的聚乳酸，不需要極化處理，且壓電系數(shù)經(jīng)過 數(shù)年也不減少。
[0010] 如上所述，聚乳酸具有各種壓電特性，因此報告了使用各種聚乳酸的高分子壓電 材料。
[0011] 例如公開了，通過對聚乳酸的成型物進行拉伸處理，在常溫下，顯示10pC/N左右 的壓電系數(shù)的高分子壓電材（例如，參照日本特開平5-152638號公報）。
[0012] 此外也報告了，為了使聚乳酸晶體高取向，通過被稱為鍛造法的特殊取向方法而 表現(xiàn)出18pC/N左右的高壓電性（例如，參照日本特開2005-213376號公報）。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明所要解決的課題
[0014] 在使用上述日本特開平5-152638號公報和日本特開2005-213376號公報所示的 壓電材料而制成壓電器件時，期望以高效率、易于形成電氣布線的方式配置電極。例如，為 了高效率地配置電極，可以考慮在壓電材料的端面形成電極。本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過電極 的配置，壓電材料的壓電常數(shù)d 14有大幅降低的可能性。
[0015] 本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供在高分子壓電材料的端面形成 導(dǎo)電體時，高分子壓電材料的壓電常數(shù)d 14不會大幅降低的壓電器件、以及壓電器件的制造 方法。
[0016] 用于解決課題的方法
[0017] 用于實現(xiàn)上述課題的具體方法如下。
[0018] 〈1〉. 一種壓電器件，其具有：
[0019] 至少一層的膜狀高分子壓電材料，
[0020] 在所述高分子壓電材料的主面設(shè)置的第1導(dǎo)電體，
[0021] 在所述高分子壓電材料的與主面的所述第1導(dǎo)電體相反側(cè)的面設(shè)置的第2導(dǎo)電 體，
[0022] 設(shè)置于所述高分子壓電材料的寬度方向的一方的端面，并以與所述第1導(dǎo)電體導(dǎo) 通且不與所述第2導(dǎo)電體接觸的方式配置的第1端面導(dǎo)電體，和
[0023] 設(shè)置于所述高分子壓電材料的所述一方的端面以外的另一方的端面，并以與所述 第2導(dǎo)電體導(dǎo)通且不與所述第1導(dǎo)電體和所述第1端面導(dǎo)電體接觸的方式配置的第2端面 導(dǎo)電體。
[0024] 〈2〉.根據(jù)〈1>所述的壓電器件，將在所述高分子壓電材料的主面設(shè)置的所述第1 導(dǎo)電體的面積與在相反側(cè)的面設(shè)置的所述第2導(dǎo)電體的面積之和設(shè)為D1，將主面的未設(shè)置 所述第1導(dǎo)電體的面積與相反側(cè)的面的未設(shè)置所述第2導(dǎo)電體的面積之和設(shè)為D2時，
[0025] D1/D2 為 10 以上。
[0026] 〈3〉.根據(jù)〈1>或〈2>所述的壓電器件，所述高分子壓電材料包含重均分子量為5 萬?100萬的具有光學(xué)活性的螺旋手性高分子，且由DSC法獲得的結(jié)晶度為20%?80%。
[0027] 〈4〉.根據(jù)〈1>?〈3>的任一項所述的壓電器件，其具備將所述高分子壓電材料與 所述第1導(dǎo)電體或所述第2導(dǎo)電體進行粘接的粘接層，所述粘接層的由在頻率0. 01Hz測定 的25°C時的動態(tài)粘彈性測定獲得的拉伸儲存彈性模量E'為1 X 102?1 X 109Pa。
[0028] 這里，在由動態(tài)粘彈性測定獲得剪切儲存彈性模量G'的情況下，使用E' = G' X 3 的式子，換算成E'。
[0029] 〈5〉.根據(jù)〈1>?〈4>的任一項所述的壓電器件，所述粘接層的由在頻率0. 01Hz測 定的25°C時的動態(tài)粘彈性測定獲得的拉伸儲存彈性模量E'為IX 106Pa以上，并且損耗角 正切為0.03以上。
[0030] 這里，在由動態(tài)粘彈性測定獲得剪切儲存彈性模量G'的情況下，使用E' = G' X 3 的式子，換算成E'。
[0031] 〈6〉.根據(jù)〈1>?〈5>的任一項所述的壓電器件，在所述高分子壓電材料的主面?zhèn)?形成的所述第2導(dǎo)電體的面，沿著厚度方向依次疊層有至少一層的膜狀的其它高分子壓電 材料和所述其它高分子材料的主面?zhèn)鹊牡?導(dǎo)電體，所述第1端面導(dǎo)電體延伸到所述其它 高分子壓電材料的寬度方向的一方的端面，并且所述第2端面導(dǎo)電體延伸到所述其它高分 子壓電材料的寬度方向的另一方的端面，所述第3導(dǎo)電體以與所述第1端面導(dǎo)電體導(dǎo)通且 不與所述第2端面導(dǎo)電體接觸的方式配置。
[0032] 〈7〉.根據(jù)〈1>?〈6>的任一項所述的壓電器件，所述高分子壓電材料對可見光線 的透射霧度為〇.〇%?50%。
[0033] 〈8〉.根據(jù)〈3>?〈7>的任一項所述的壓電器件，所述螺旋手性高分子為具有包含 下述式（1)所示重復(fù)單元的主鏈的聚乳酸系高分子，
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種壓電器件，其具有： 至少一層的膜狀高分子壓電材料， 在所述高分子壓電材料的主面設(shè)置的第1導(dǎo)電體， 在所述高分子壓電材料的與主面的所述第1導(dǎo)電體相反側(cè)的面設(shè)置的第2導(dǎo)電體， 設(shè)置于所述高分子壓電材料的寬度方向的一方的端面，并以與所述第1導(dǎo)電體導(dǎo)通且 不與所述第2導(dǎo)電體接觸的方式配置的第1端面導(dǎo)電體，和 設(shè)置于所述高分子壓電材料的所述一方的端面以外的另一方的端面，并以與所述第2 導(dǎo)電體導(dǎo)通且不與所述第1導(dǎo)電體和所述第1端面導(dǎo)電體接觸的方式配置的第2端面導(dǎo)電 體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電器件，將在所述高分子壓電材料的主面設(shè)置的所述第1 導(dǎo)電體的面積與在相反側(cè)的面設(shè)置的所述第2導(dǎo)電體的面積之和設(shè)為D1，將主面的未設(shè)置 所述第1導(dǎo)電體的面積與相反側(cè)的面的未設(shè)置所述第2導(dǎo)電體的面積之和設(shè)為D2時， D1/D2為10以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電器件，所述高分子壓電材料包含重均分子量為5萬? 100萬的具有光學(xué)活性的螺旋手性高分子，且由DSC法獲得的結(jié)晶度為20%?80%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電器件，其具備將所述高分子壓電材料與所述第1導(dǎo)電體 或所述第2導(dǎo)電體進行粘接的粘接層， 所述粘接層的由在頻率〇. OlHz測定的25°C時的動態(tài)粘彈性測定獲得的拉伸儲存彈性 模量 E' 為 I X IO2 ?I X 109Pa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電器件，所述粘接層的由在頻率0. OlHz測定的25°C時的 動態(tài)粘彈性測定獲得的拉伸儲存彈性模量E'為I X IO6Pa以上，并且損耗角正切為0. 03以 上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電器件，在所述高分子壓電材料的主面?zhèn)刃纬傻乃龅? 導(dǎo)電體的面，沿著厚度方向依次疊層有至少一層的膜狀的其它高分子壓電材料和所述其它 高分子材料的主面?zhèn)鹊牡?導(dǎo)電體， 所述第1端面導(dǎo)電體延伸到所述其它高分子壓電材料的寬度方向的一方的端面，并且 所述第2端面導(dǎo)電體延伸到所述其它高分子壓電材料的寬度方向的另一方的端面， 所述第3導(dǎo)電體以與所述第1端面導(dǎo)電體導(dǎo)通且不與所述第2端面導(dǎo)電體接觸的方式 配置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電器件，所述高分子壓電材料對可見光線的透射霧度為 0? 0%?50%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電器件，所述螺旋手性高分子為具有包含下述式（1)所示 重復(fù)單元的主鏈的聚乳酸系高分子，
O
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電器件，所述高分子壓電材料與所述其它高分子壓電材料 由以所述螺旋手性高分子的L體作為主要成分的層形成， 所述高分子壓電材料的單軸拉伸方向以與所述其它高分子壓電材料的單軸拉伸方向 交叉的方式配置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電器件，所述高分子壓電材料和所述其它高分子壓電材 料的一方由以所述螺旋手性高分子的L體作為主要成分的層形成，并且 所述高分子壓電材料和所述其它高分子壓電材料的另一方由以所述螺旋手性高分子 的D體作為主要成分的層形成， 所述高分子壓電材料的單軸拉伸方向以與所述其它高分子壓電材料的單軸拉伸方向 同方向地配置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電器件，所述螺旋手性高分子的光學(xué)純度為95. 00% ee 以上。
12. -種壓電器件的制造方法，是制造權(quán)利要求1?5的任一項所述的壓電器件的方 法，其具備下述工序： 在膜狀高分子壓電材料的主面，除去寬度方向的另一方的端部而形成第1導(dǎo)電體，并 且在與所述第1導(dǎo)電體相反側(cè)的面，除去寬度方向的一方的端部而形成第2導(dǎo)電體的工序， 在所述高分子壓電材料的寬度方向的一方的端面，以與所述第1導(dǎo)電體接觸且不與所 述第2導(dǎo)電體接觸的方式形成第1端面導(dǎo)電體的工序，和 在所述高分子壓電材料的寬度方向的另一方的端面，以與所述第2導(dǎo)電體接觸且不與 所述第1導(dǎo)電體接觸的方式形成第2端面導(dǎo)電體的工序。
13. -種壓電器件的制造方法，是制造權(quán)利要求6所述的壓電器件的方法，其具備下述 工序： 在膜狀高分子壓電材料的主面，除去寬度方向的另一方的端部而形成第1導(dǎo)電體，并 且在與所述第1導(dǎo)電體相反側(cè)的面，除去寬度方向的一方的端部而形成第2導(dǎo)電體的工序， 在膜狀其它高分子壓電材料的主面除去寬度方向的另一方的端部而形成第3導(dǎo)電體 的工序， 使所述其它高分子壓電材料的與主面的所述第3導(dǎo)電體相反側(cè)的面、與所述高分子壓 電材料的形成有所述第2導(dǎo)電體的面，介由粘接層而粘接的工序， 在所述高分子壓電材料和所述其它高分子壓電材料的寬度方向的一方的端面，以與所 述第1導(dǎo)電體和所述第3導(dǎo)電體接觸且不與所述第2導(dǎo)電體接觸的方式形成第1端面導(dǎo)電 體的工序，和 在所述高分子壓電材料和所述其它高分子壓電材料的寬度方向的另一方的端面，以與 所述第2導(dǎo)電體接觸且不與所述第1導(dǎo)電體和所述第3導(dǎo)電體接觸的方式形成第2端面導(dǎo) 電體的工序。
【文檔編號】H01L41/193GK104335376SQ201380029287
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月5日
【發(fā)明者】谷本一洋, 吉田光伸, 清水正樹, 西川茂雄, 田實佳郎 申請人:三井化學(xué)株式會社, 株式會社村田制作所