JP2003324222A - 圧電変換複合材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制振材料等として各種分野に好適であり、外
部からの振動等を歪みエネルギーとして吸収して効率良
く電気に変換し、熱として放出可能な圧電変換複合材料
の提供。 【解決手段】 圧電性を示すドメインをマトリクス材料
中に有してなり、該圧電性を示すドメインが、圧電性を
示す圧電体を細片化してなる細片で形成された圧電変換
複合材料である。細片が、糸状片、膜状片及び粒状片の
少なくともいずれかから選択される態様、細片が有機材
料で形成された態様、細片が糸状片及び膜状片の少なく
ともいずれかであり、該糸状片の長軸方向及び該膜状片
の膜面に対する法線方向が互いにランダムである態様、
細片が糸状片及び膜状片の少なくともいずれかであり、
該糸状片の長軸方向及び該膜状片の膜面に対する法線方
向が互いに一方向に配向された態様、などが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制振材料等として
各種分野に好適に使用可能な圧電変換複合材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】制振材料は、振動を吸収する材料であ
り、多くのものが従来より開発されてきたが、近時、圧
電変換を利用したものが注目されている。前記圧電変換
を利用した制振材料は、一般に圧電素子部とマトリクス
部とを有する。該制振材料における振動吸収のプロセス
は以下の通りである。即ち、まず外部からの振動エネル
ギーを前記マトリクス部が歪みとして受け、該マトリス
ク部の歪みを前記圧電素子部が歪みとして受け、かつこ
れを電気に変換し、ジュール熱として該制振材料の外部
に放出する。その結果、前記外部からの振動エネルギー
は、前記制振材料に吸収されて熱に変換されて該制振材
料から放出される。

【０００３】前記圧電変換を利用した制振材料として
は、以下の３つが提案されている。一つは、有機−無機
コンポジット系制振材料である。該有機−無機コンポジ
ット系制振材料は、例えば、特開平５−３１８４５号公
報、特開平５−２４０２９８号公報、特開平６−１２６
９１９０号公報等に記載されているように、ゴム等の有
機材料によるマトリクス中に、チタン酸バリウム等の無
機材料による圧電変換材料を分散させたものである。ま
た、他の一つは、有機圧電フイルム制振材料である。該
有機圧電フイルム制振材料は、例えば、「圧電性フィル
ムを用いた吸遮音構造体」住田雅夫，機能材料（１９９
５）Vol.15, No.11 等に記載されているように、ポリフ
ッ化ビニリデン等の圧電性を示すフイルムそのものであ
る。更に、他の一つは、有機−有機コンポジット系制振
材料である。該有機−有機コンポジット系制振材料は、
例えば、特開２０００−８６９００号公報、特開２００
０−２７３４３５号公報等に記載されているように、ゴ
ム等の有機材料によるマトリクス中に、フェノール系物
質等の有機低分子による圧電変換材料を分散させたもの
である。

【０００４】しかし、これらの制振材料においては、以
下のような問題がある。即ち、前記有機−無機コンポジ
ット系制振材料の場合、前記チタン酸バリウム等の無機
材料の単結晶を得るのが困難であり、また、該無機材料
と前記マトリクスとにおける弾性率差が大きい過ぎるた
め該マトリクスからの振動伝達性が十分でなく、歪みに
よって破損し易い等の問題がある。また、前記有機圧電
フイルム制振材料の場合、１００ｋＶ／ｍｍ程度の高電
場処理、高温延伸処理等が必要であるため製造コストが
高く、製造効率に劣り、圧電性能が経時劣化し、廃棄時
の環境への悪影響がある等の問題がある。また、例え
ば、特開平１１−６８１９０号公報に記載されているよ
うに、一般のドアサイズ２００ｃｍ×１００ｃｍでは有
効な制振特性を得るために必要な電気回路における最適
抵抗が０．２５Ωとなり、実用的には抵抗値が小さく実
現不可能であるという問題がある。また、前記有機−有
機コンポジット系制振材料の場合、前記フェノール系物
質等の有機低分子の配向性が十分でないため、圧電性能
が十分でなく、制振材料の機能は必ずしも十分でないと
いう問題がある。このため、上記問題がなく、外部から
の振動等を歪みエネルギーとして吸収してこれを効率良
く電気に変換し、熱として放出可能な圧電変換複合材料
は未だ提供されていないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来におけ
る諸問題を解決し、以下の課題を解決することを目的と
する。即ち、本発明は、制振材料等として各種分野に好
適に使用することができ、外部からの振動等を歪みエネ
ルギーとして吸収してこれを効率良く電気に変換し、熱
として放出可能な圧電変換複合材料を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は、以下の通りである。即ち、 ＜１＞ 圧電性を示すドメインをマトリクス材料中に有
してなり、該圧電性を示すドメインが、圧電性を示す圧
電体を細片化してなる細片で形成されたことを特徴とす
る圧電変換複合材料である。該圧電変換複合材料におい
ては、外部からの振動エネルギーを前記マトリクス材料
が歪みとして受け、該マトリスク材料の歪みを圧電性を
示すドメインとして機能する前記細片が歪みとして受
け、かつこれを電気に変換し、ジュール熱として外部に
放出する。 ＜２＞ 細片が、糸状片、膜状片及び粒状片の少なくと
もいずれかから選択される前記＜１＞に記載の圧電変換
複合材料である。該圧電変換複合材料においては、前記
マトリスク材料が受けた歪みを、糸状片、膜状片及び粒
状片の少なくともいずれかから選択される細片が歪みと
して受け、かつこれを電気に変換し、ジュール熱として
外部に放出する。 ＜３＞ 細片が有機材料で形成された前記＜１＞又は＜
２＞に記載の圧電変換複合材料である。該圧電変換複合
材料においては、前記細片が有機材料で形成されている
ので、設計が容易であり、前記マトリクス材料からの歪
みが効率良く伝達される。 ＜４＞ 細片が糸状片及び膜状片の少なくともいずれか
であり、該糸状片の長軸方向及び該膜状片の膜面に対す
る法線方向が互いにランダムである前記＜１＞から＜３
＞のいずれかに記載の圧電変換複合材料である。該圧電
変換複合材料においては、任意の方向からの振動エネル
ギーが該細片において効率的に圧電変換される。 ＜５＞ 細片が糸状片及び膜状片の少なくともいずれか
であり、該糸状片の長軸方向及び該膜状片の膜面に対す
る法線方向が互いに一方向に配向された前記＜１＞から
＜３＞のいずれかに記載の圧電変換複合材料である。該
圧電変換複合材料においては、特定の方向からの振動エ
ネルギーが該細片において効率的に圧電変換される。 ＜６＞ 細片が糸状片であり、該糸状片の直径、長さ及
び材料が略同じである前記＜１＞から＜３＞のいずれか
に記載の圧電変換複合材料である。該圧電変換複合材料
においては、各細片毎の圧電変換能の周波数特性に差が
少ない。このため、該圧電変換複合材料は外部から特定
の周波数領域の振動エネルギーを効率良く受ける場合に
好適に用いられる。 ＜７＞ 細片が糸状片であり、該糸状片の直径、長さ及
び材料の少なくとも１つが異なる前記＜１＞から＜３＞
のいずれかに記載の圧電変換複合材料である。該圧電変
換複合材料においては、各細片毎に圧電変換能の周波数
特性に差がある。このため、該圧電変換複合材料は外部
からあらゆる周波数領域の振動エネルギーを平均的に受
ける場合に好適に用いられる。 ＜８＞ 細片が膜状片であり、該膜状片の面積、厚み及
び材料が略同じである前記＜１＞から＜３＞のいずれか
に記載の圧電変換複合材料である。該圧電変換複合材料
においては、各細片毎の圧電変換能の周波数特性に差が
少ない。このため、該圧電変換複合材料は外部から特定
の周波数領域の振動エネルギーを効率良く受ける場合に
好適に用いられる。 ＜９＞ 細片が膜状片であり、該膜状片の面積、厚み及
び材料の少なくとも１つが異なる前記＜１＞から＜３＞
のいずれか記載の圧電変換複合材料である。該圧電変換
複合材料においては、各細片毎に圧電変換能の周波数特
性に差がある。このため、該圧電変換複合材料は外部か
らあらゆる周波数領域の振動エネルギーを平均的に受け
る場合に好適に用いられる。 ＜１０＞ 細片とマトリクス材料とにおける弾性率が略
同じである前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の圧
電変換複合材料である。該圧電変換複合材料において
は、前記マトリクス材料の歪みが前記細片に効率良く伝
達されるので、圧電変換能に優れる。 ＜１１＞ 細片が、反転対称中心を有さない材料で形成
された前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の圧電
変換複合材料である。該圧電変換複合材料においては、
前記細片が圧電変換能を示す。 ＜１２＞ 細片が、一軸配向された光学活性ポリマーに
より形成された前記＜１１＞に記載の圧電変換複合材料
である。該圧電変換複合材料においては、前記細片が反
転対象中心を有さないので圧電変換能を示す。 ＜１３＞ 細片が、ハイブリッド配向されたディスコテ
ィック液晶により形成された前記＜１１＞に記載の圧電
変換複合材料である。該圧電変換複合材料においては、
前記細片が反転対象中心を有さないので圧電変換能を示
す。 ＜１４＞ 細片が、自発分極を示す材料により形成され
た前記＜１１＞に記載の圧電変換複合材料である。該圧
電変換複合材料においては、前記細片が自発分極の大き
さに応じた圧電変換能を示す。 ＜１５＞ 自発分極を示す材料が、強誘電性液晶から選
択される前記＜１４＞に記載の圧電変換複合材料であ
る。該圧電変換複合材料においては、前記細片が自発分
極の大きさに応じた圧電変換能を示す。 ＜１６＞ 自発分極を示す材料が、強誘電性ポリマーか
ら選択される前記＜１４＞に記載の圧電変換複合材料で
ある。該圧電変換複合材料においては、前記細片が自発
分極の大きさに応じた圧電変換能を示す。 ＜１７＞ 自発分極を示す材料が１ｍＣ／ｍ^２以上の自
発分極を示す前記＜１４＞から＜１６＞のいずれかに記
載の圧電変換複合材料である。該圧電変換複合材料にお
いては、前記細片が有効な圧電変換能を示す。 ＜１８＞ 強誘電性液晶が不斉炭素を有し、分子長軸と
垂直方向に永久双極子モーメントを有する前記＜１５＞
に記載の圧電変換複合材料である。該圧電変換複合材料
においては、強誘電相において有効な自発分極を有し、
前記細片が有効な圧電変換能を示す。 ＜１９＞ 強誘電性液晶が、キラル部とスペーサ部と骨
格部と末端部とを有してなる前記＜１５＞又は＜１８＞
に記載の圧電変換複合材料である。該圧電変換複合材料
においては、強誘電相において有効な自発分極を有し、
前記細片が有効な圧電変換能を示す。 ＜２０＞ 強誘電性液晶が、非キラルホスト液晶にキラ
ルドーパントを添加してなる前記＜１５＞及び＜１８＞
から＜１９＞のいずれかに記載の圧電変換複合材料であ
る。該圧電変換複合材料においては、非キラルホスト液
晶を介してキラルドーパントが有効な自発分極を示し、
前記細片が有効な圧電変換能を示す。 ＜２１＞ キラルドーパントが光学活性γ−ラクトン化
合物である前記＜２０＞に記載の圧電変換複合材料であ
る。該圧電変換複合材料においては、該光学活性γ−ラ
クトン化合物が有効な自発分極を示し、前記細片が有効
な圧電変換能を示す。 ＜２２＞ マトリクス材料が、導電性材料を含有する前
記＜１＞から＜２１＞のいずれかに記載の圧電変換複合
材料である。該圧電変換複合材料においては、前記細片
により歪みエネルギーから変換された電気エネルギー
が、前記導電性材料を介して前記マトリクス材料中を効
率的に伝播しジュール熱として外部に効率的に放出され
る。 ＜２３＞ 導電性材料が、導電性微粒子及び導電性フィ
ラーから選択される前記＜２２＞に記載の圧電変換複合
材料である。該圧電変換複合材料においては、前記細片
により歪みエネルギーから変換された電気エネルギー
が、前記導電性微粒子及び導電性フィラーから選択され
る前記導電性材料を介して前記マトリクス材料中を効率
的に伝播しジュール熱として外部に効率的に放出され
る。 ＜２４＞ 導電性微粒子が、金属微粒子、半導体微粒
子、カーボンブラック、フラーレン及びカーボンナノチ
ューブから選択される前記＜２３＞に記載の圧電変換複
合材料である。該圧電変換複合材料においては、該導電
性微粒子が前記マトリクス材料中に分散されているの
で、前記細片により歪みエネルギーから変換された電気
エネルギーが該導電性微粒子により効率的に伝播され、
ジュール熱として外部に効率的に放出される。 ＜２５＞ マトリクス材料が、樹脂、ゴム及び熱可塑性
エラストマーから選択される前記＜１＞から＜２４＞の
いずれかに記載の圧電変換複合材料である。 ＜２６＞ 制振材料として用いられる前記＜１＞から＜
２５＞のいずれかに記載の圧電変換複合材料である。該
圧電変換複合材料は、振動エネルギーを効果的に吸収可
能な制振材料として各種分野において好適に使用され
る。 ＜２７＞ 減衰させたい振動の振動数をωとし、圧電性
を示すドメインの容量をＣとし、接続抵抗をＲとした
時、Ｒ≒１／ωＣ、である前記＜２６＞に記載の圧電変
換複合材料である。該圧電変換複合材料は、前記条件を
充たすので優れた制振性を示す。

【０００７】

【発明の実施の形態】（圧電変換複合材料）本発明の圧
電変換複合材料は、圧電性を示すドメインをマトリクス
材料中に有してなり、更に必要に応じてその他の材料を
有してなる。

【０００８】−圧電性を示すドメイン− 前記圧電性を示すドメインは、圧電性を示す圧電体を細
片化してなる細片で形成されていることが必要である。
前記細片としては、圧電性を示す限り特に制限はなく、
目的に応じて適宜選択することができるが、糸状片、膜
状片及び粒状片の少なくともいずれかから好適に選択す
ることができる。

【０００９】前記細片の大きさ、面積、直径、長さ、厚
み、数等については特に制限はなく、目的に応じて適宜
選択することができる。前記細片が前記糸状片である場
合、該糸状片の直径、長さ及び材料が略同じであっても
よいし、該糸状片の直径、長さ及び材料の少なくとも１
つが異なっていてもよい。前者の場合、各細片毎の圧電
変換能の周波数特性に差が少ないため、該圧電変換複合
材料は外部から振動エネルギーを略均一に受ける場合に
好適であり、後者の場合、各細片毎に圧電変換能に差が
あるため、該圧電変換複合材料は外部から特定の周波数
領域の振動エネルギーを効率良く受ける場合に好適であ
る。前記細片が前記膜状片である場合、該膜状片の面
積、厚み及び材料が略同じであってもよいし、該膜状片
の面積、厚み及び材料の少なくとも１つが異なっていて
もよい。前者の場合、各膜細片毎の圧電変換能の周波数
特性に差が少ないため、該圧電変換複合材料は外部から
振動エネルギーを略均一に受ける場合に好適であり、後
者の場合、各膜細片毎に圧電変換能に差があるため、該
圧電変換複合材料は外部からあらゆる周波数領域の振動
エネルギーを平均的に受ける場合に好適である。

【００１０】前記細片が前記糸状片及び前記膜状片の少
なくともいずれかである場合、、図１（Ａ）に示すよう
に、該糸状片の長軸方向及び該膜状片の膜面に対する法
線方向が互いにランダムであってもよいし、図１（Ｂ）
又は（Ｃ）に示すように、該糸状片の長軸方向及び該膜
状片の膜面に対する法線方向が互いに一方向に配向され
ていてもよい。前者の場合、任意の方向からの振動エネ
ルギーが該細片において効率的に圧電変換できる点で好
ましく、後者の場合、特定の方向からの振動エネルギー
が該細片において効率的に圧電変換できる点で好まし
い。

【００１１】前記細片における弾性率としては、特に制
限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、
前記マトリクス材料の弾性率と略同じであるのが好まし
い。この場合、前記マトリクス材料の歪みが前記細片に
効率良く伝達されるので、圧電変換能に優れる点で有利
である。

【００１２】前記細片は、反転対称中心を有さない材料
で形成することができる。前記反転対称中心を有さない
材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択
することができるが、有機材料であることが好ましく、
例えば、一軸配向された光学活性ポリマー、ハイブリッ
ド配向されたディスコティック液晶、自発分極を示す材
料、などが好適に挙げられる。これらは、１種単独で使
用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

【００１３】前記自発分極を示す材料における自発分極
の程度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選
択することができ、圧電変換能の観点からは１ｍＣ／ｍ
^２以上が好ましく、２ｍＣ／ｍ^２以上がより好ましい。
該自発分極（ｍＣ／ｍ^２）の程度は、例えば、三角波法
に従って測定することができる。前記自発分極を示す材
料としては、例えば、強誘電性ポリマー、強誘電性液晶
などが好適に挙げられる。

【００１４】前記強誘電性ポリマーとしては、例えば、
ポリフッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン−フッ化
ビニリデン共重合体などが好適に挙げられる。

【００１５】前記強誘電性液晶としては、特に制限はな
いが、一般に、不斉炭素を有し、分子長軸と垂直方向に
永久双極子モーメントを有するものが好適に挙げられ
る。

【００１６】前記強誘電性液晶の構造の一例としては、
図３に示すように、キラル部とスペーサ部と骨格部と末
端部とを有してなるものが挙げられる。

【００１７】前記キラル部としては、例えば、下記構造
式（Ａ）から（Ｉ）のいずれかで表されるものが好適に
挙げられる。

【化１】

【００１８】前記スペーサ部としては、例えば、下記
（ａ）から（ｉ）のいずれかで表されるものが好適に挙
げられる。

【化２】

【００１９】前記骨格部としては、例えば、下記に示
す、（１）シッフ塩基系、（２）アゾ及びアゾキノン
系、（３）ビフェニル系、（４）エステル系、（５）シ
クロヘキサン環を含む系、（６）その他の系、（７）複
素環を有する系、及び（８）環置換基の導入された系、
などが好適に挙げられる。

【化３】

【化４】

【化５】

【化６】

【化７】

【００２０】前記末端部としては、光重合若しくは熱重
合可能な重合性基を含むアルキル基又はアルコキシル基
が挙げられる。

【００２１】前記強誘電性液晶の他の構造例としては、
下記構造式で表されるものが好適に挙げられる。

【００２２】

【化８】

【００２３】

【化９】

【００２４】

【化１０】

【００２５】

【化１１】

【００２６】

【化１２】

【００２７】

【化１３】

【００２８】

【化１４】

【００２９】

【化１５】

【００３０】

【化１６】

【００３１】また、前記強誘電性液晶としては、圧電変
換能に優れる点で、図４に示すように、主鎖及び側鎖の
少なくともいずれかにメソゲン基を有するものが好適に
挙げられる。前記メソゲン基を有する強誘電性液晶とし
ては、下記に示すものが好適に挙げられる。

【化１７】

【化１８】

【００３２】前記強誘電性液晶は、圧電変換能の観点か
らは電場配向処理されるのが好ましい。

【００３３】前記強誘電性液晶には、圧電変換能を向上
させる目的で、キラルドーパントを添加するのが好まし
く、非キラルホスト液晶に該キラルドーパントを添加す
るのがより好ましい。

【００３４】前記キラルドーパントとしては、特に制限
はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、光
学活性γ−ラクトン化合物、などが好適に挙げられる。
前記光学活性γ−ラクトン化合物としては、例えば、下
記に示すものなどが好適に挙げられる。これらは、１週
単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

【００３５】

【化１９】

【００３６】

【化２０】

【００３７】

【化２１】

【００３８】

【化２２】

【００３９】前記反転対称中心を有さない材料の中で
も、圧電変換能に優れる点では強誘電性液晶、ポリフッ
化ビニリデン、トリフルオロエチレン−フッ化ビニリデ
ン共重合体、などが好ましく、電場配向処理が不要な点
ではディスコティック液晶、光学活性ポリマー、などが
好ましい。

【００４０】前記細片の前記圧電変換複合材料における
含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選
択することができるが、５質量％以上が好ましい。前記
含有量が前記好ましい数値範囲外の場合には圧電変換能
が十分でないことがある。

【００４１】−マトリクス材料− 前記マトリクス材料としては、特に制限はなく、目的に
応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂、ゴム、
熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。

【００４２】前記樹脂としては、特に制限はなく、目的
に応じて適宜選択することができ、例えば、熱可塑性樹
脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などが挙げられ、これ
らの中でも熱可塑性樹脂が好ましい。これらは、１種単
独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。な
お、前記圧電変換複合材料の可撓性を調整する目的で前
記樹脂中に可塑剤を添加してもよい。前記樹脂の具体例
としては、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリプロピレン、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコ
ール、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
アクリロニトリル、ポリメチルメタアクリレート、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・スチレン三元共重合体、塩化ビニル・酢酸
ビニル共重合体、アクリル・塩化ビニル共重合体、エチ
レン・塩化ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコー
ル、塩素化塩化ビニル、などが挙げられる。

【００４３】前記ゴムとしては、特に制限はなく、目的
に応じて適宜選択することができ、例えば、天然ゴム、
合成ゴムなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用
してもよいし、２種以上を併用してもよい。前記ゴムの
具体例としては、天然ゴム、変性天然ゴム、グラフト天
延ゴム、環化天然ゴム、塩素化天然ゴム、スチレン−ブ
タジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル−
ブタジエンゴム、カルボキシル化ニトリルゴム、ニトリ
ルゴム／塩化樹脂ブレンド、ニトリルゴム／ＥＰＤＭゴ
ムブレンド、ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、塩素化ブ
チルゴム、エチレン−酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、
エチレン−アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレ
ン、塩素化ポリエチレン、エピクロロヒドロリンゴム、
エピクロロヒドリン−エチレンオキサイドゴム、メチル
シリコーンゴム、ビニル−メチルシリコーンゴム、フェ
ニル−メチルシリコーンゴム、フッ化シリコーンゴム、
などが挙げられる。

【００４４】前記熱可塑性エラストマーとしては、特に
制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例
えば、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化
ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可
塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマ
ー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド
系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラス
トマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、塩素化ポ
リエチレン系熱可塑性エラストマー、などが挙げられ
る。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上
を併用してもよい。

【００４５】前記マトリクス材料は、前記膜細片により
振動エネルギーから変換された電気エネルギーを効率良
く該マトリクス中に伝播させる観点から、導電性材料を
含有しているのが好ましい。

【００４６】前記導電性材料としては、特に制限はな
く、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、導
電性微粒子、導電性フィラーなどが好適に挙げられる。
これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併
用してもよい。前記導電性微粒子としては、例えば、金
属微粒子、半導体微粒子、カーボンブラック、フラーレ
ン、カーボンナノチューブ、などが好適に挙げられる。
前記金属微粒子としては、例えば、銅、鉄、ニッケル等
の金属、合金等の微粒子などが挙げられる。前記半導体
微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ等の金属酸
化物などが好適に挙げられる。

【００４７】前記導電性材料の前記マトリクス材料にお
ける含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適
宜選択することができるが、５〜５０質量％が好まし
い。前記含有量が前記好ましい数値範囲外の場合には電
気エネルギーの変換能が十分でないことがある。

【００４８】本発明の圧電変換複合材料は、各種分野に
おいて好適に使用することができるが、制振材料として
使用するのが特に好ましい。本発明の圧電変換複合材料
においては、外部からの振動エネルギーを前記マトリク
ス材料が歪みとして受け、該マトリクス材料の歪みを圧
電性を示すドメインとして機能する前記膜細片が歪みと
して受け、かつこれを電気に変換し、ジュール熱として
外部に放出する。その結果、外部からの振動エネルギー
が効率良く吸収される。

【００４９】前記圧電変換複合材料を制振材料として使
用する場合、減衰させたい振動の振動数をωとし、圧電
性を示すドメインの容量をＣとし、接続抵抗をＲとした
時、Ｒ≒１／ωＣ、であるのが制振能を最大にする観点
からは好ましい。

【００５０】（圧電変換複合材料の製造方法）本発明の
圧電変換複合材料の製造方法は、膜細片形成工程と、膜
細片分散工程とを含み、更に必要に応じて適宜選択した
その他の工程を含む。

【００５１】前記膜細片形成工程は、圧電性を示す膜細
片を形成する工程である。前記膜細片形成工程は、前記
自発分極を示す有機材料を膜化し、これを裁断すること
により行われる。前記膜化の方法としては、特に制限は
なく、目的に応じて適宜選択することができるが、例え
ば、前記自発分極を示す有機材料を塗布した後、これを
架橋する方法、などが挙げられる。なお、前記自発分極
を示す有機材料は前記キラルドーパントを含有している
のが好ましい。

【００５２】前記塗布の方法としては、特に制限はな
く、目的に応じて公知の塗布法の中から適宜選択するこ
とができ、例えば、スピンコート法、バーコート法、ニ
ーダーコート法、カーテンコート法、ブレードコート
法、などが挙げられる。前記自発分極を示す有機材料が
液晶である場合には、該液晶をラビング膜上に塗布する
のが好ましい。該ラビング膜の形成方法としては、特に
制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記塗布の際、溶剤を使用することができる。該溶剤と
しては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択するこ
とができ、これらの溶剤は、１種単独で使用してもよい
し、２種以上を併用してもよい。

【００５３】前記架橋の方法としては、特に制限はな
く、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、架
橋剤を用いる方法、などが好適に挙げられる。前記架橋
剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択す
ることができるが、熱架橋剤、光架橋剤などが好適に挙
げられる。

【００５４】前記膜細片分散工程は、圧電性を示す膜細
片を形成する工程である。前記膜細片形成工程において
形成した膜細片を前記マトリクス材料中に分散させる方
法としては、特に制限はなく、目的において適宜選択す
ることができるが、前記マトリクス材料を前記溶剤に溶
解乃至分散させたものに、該膜細片を分散させ、これを
製膜する方法、などが好適に挙げられる。前記製膜の方
法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択す
ることができる。以上により、本発明の圧電変換複合材
料が効率良く製造される。

【００５５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではな
い。

【００５６】（実施例１）前記圧電性を示すドメインと
して、ピエゾフイルム（ＭＳＩ社製、厚み２８μｍ）を
１ｍｍ角に裁断し細片化し膜細片としたものを使用し
た。また、前記マトリクス材料として、アクリルゴム
（日本ゼオン社製、ＮｉｐｏｌＡＲ３１）１００質量部
に、導電性材料としてカーボンブラックブラック（東海
カーボンブラック社製、シースト３ＨＡＦ）５０質量
部、ステアリン酸１質量部、滑剤（大日本インキ社製、
グレッグＧ８２０５）１質量部、老化防止剤（大内新興
化学社製、ノクラックＷｈｉｔｅ）２質量部、及び、加
硫剤（大内新興化学社製、バルノックＡＢ）１．５質量
部を添加し、１７０℃で８時間混合させたものを使用し
た。なお、前記マトリックスと前記膜細片とを混合して
圧電変換複合材料を得た。該圧電変換複合材料における
前記膜細片の含有量は１３質量％である。以上により得
た圧電変換複合をプレス加工し、シート材料を得た。該
シートについて、ＪＩＳ Ｇ０６０２に規定されている
片持ち梁法に従って共振周波数（Ｈｚ）と損失係数との
関係を調べた。結果を図５に示した。また、ＪＩＳ Ｇ
０６０２に規定されている中央加振法に従って反共振周
波数（Ｈｚ）と損失係数との関係を調べた。結果を図６
に示した。

【００５７】（比較例１）実施例１において、膜細片を
使用しなかった以外は、実施例１と同様にしてシートを
得て、該シートについて実施例１と同様の評価を行なっ
た。結果を図５及び６に示した。

【００５８】図５及び６からも明らかなように、実施例
１の圧電変換複合材料により形成したシートは、制振材
料として機能するものであることが判った。

【００５９】

【発明の効果】本発明によると、従来における諸問題を
解決し、制振材料等として各種分野に好適に使用するこ
とができ、外部からの振動等を歪みエネルギーとして吸
収してこれを効率良く電気に変換し、熱として放出可能
な圧電変換複合材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の圧電変換複合材料の好ましい
態様例を示す概略説明図である。

【図２】図２は、本発明の圧電変換複合材料における膜
細片の製造例を示す概略説明図である。

【図３】図３は、強誘電性液晶の一構造例を示す概略説
明図である。

【図４】図４は、メソゲン基を有する強誘電液晶の一構
造例を示す概略説明図である。

【図５】図５は、片持ち梁法に従って測定した共振周波
数（Ｈｚ）と損失係数との関係を示すグラフデータであ
る。

【図６】図６は、中央加振法に従って測定した反共振周
波数（Ｈｚ）と損失係数との関係を示すグラフデータで
ある。

【符号の説明】

１ 圧電変換複合材料 １０ 膜細片 ２０ マトリクス

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電性を示すドメインをマトリクス材料
   中に有してなり、該圧電性を示すドメインが、圧電性を
   示す圧電体を細片化してなる細片で形成されたことを特
   徴とする圧電変換複合材料。
2. 【請求項２】 細片が、糸状片、膜状片及び粒状片の少
   なくともいずれかから選択される請求項１に記載の圧電
   変換複合材料。
3. 【請求項３】 細片が有機材料で形成された請求項１又
   は２に記載の圧電変換複合材料。
4. 【請求項４】 細片が糸状片及び膜状片の少なくともい
   ずれかであり、該糸状片の長軸方向及び該膜状片の膜面
   に対する法線方向が互いにランダムである請求項１から
   ３のいずれかに記載の圧電変換複合材料。
5. 【請求項５】 細片が糸状片及び膜状片の少なくともい
   ずれかであり、該糸状片の長軸方向及び該膜状片の膜面
   に対する法線方向が互いに一方向に配向された請求項１
   から３のいずれかに記載の圧電変換複合材料。
6. 【請求項６】 細片が糸状片であり、該糸状片の直径、
   長さ及び材料が略同じである請求項１から３のいずれか
   に記載の圧電変換複合材料。
7. 【請求項７】 細片が糸状片であり、該糸状片の直径、
   長さ及び材料の少なくとも１つが異なる請求項１から３
   のいずれかに記載の圧電変換複合材料。
8. 【請求項８】 細片が膜状片であり、該膜状片の面積、
   厚み及び材料が略同じである請求項１から３のいずれか
   に記載の圧電変換複合材料。
9. 【請求項９】 細片が膜状片であり、該膜状片の面積、
   厚み及び材料の少なくとも１つが異なる請求項１から３
   のいずれか記載の圧電変換複合材料。
10. 【請求項１０】 細片とマトリクス材料とにおける弾性
    率が略同じである請求項１から９のいずれかに記載の圧
    電変換複合材料。
11. 【請求項１１】 細片が、反転対称中心を有さない材料
    で形成された請求項１から１０のいずれかに記載の圧電
    変換複合材料。
12. 【請求項１２】 細片が、一軸配向された光学活性ポリ
    マーにより形成された請求項１１に記載の圧電変換複合
    材料。
13. 【請求項１３】 細片が、ハイブリッド配向されたディ
    スコティック液晶により形成された請求項１１に記載の
    圧電変換複合材料。
14. 【請求項１４】 細片が、自発分極を示す材料により形
    成された請求項１１に記載の圧電変換複合材料。
15. 【請求項１５】 自発分極を示す材料が、強誘電性液晶
    から選択される請求項１４に記載の圧電変換複合材料。
16. 【請求項１６】 自発分極を示す材料が、強誘電性ポリ
    マーから選択される請求項１４に記載の圧電変換複合材
    料。
17. 【請求項１７】 自発分極を示す材料が１ｍＣ／ｍ^２以
    上の自発分極を示す請求項１４から１６のいずれかに記
    載の圧電変換複合材料。
18. 【請求項１８】 強誘電性液晶が不斉炭素を有し、分子
    長軸と垂直方向に永久双極子モーメントを有する請求項
    １５に記載の圧電変換複合材料。
19. 【請求項１９】 強誘電性液晶が、キラル部とスペーサ
    部と骨格部と末端部とを有してなる請求項１５又は１８
    に記載の圧電変換複合材料。
20. 【請求項２０】 強誘電性液晶が、非キラルホスト液晶
    にキラルドーパントを添加してなる請求項１５及び１８
    から１９のいずれかに記載の圧電変換複合材料。
21. 【請求項２１】 キラルドーパントが光学活性γ−ラク
    トン化合物である請求項２０に記載の圧電変換複合材
    料。
22. 【請求項２２】 マトリクス材料が、導電性材料を含有
    する請求項１から２１のいずれかに記載の圧電変換複合
    材料。
23. 【請求項２３】 導電性材料が、導電性微粒子及び導電
    性フィラーから選択される請求項２２に記載の圧電変換
    複合材料。
24. 【請求項２４】 導電性微粒子が、金属微粒子、半導体
    微粒子、カーボンブラック、フラーレン及びカーボンナ
    ノチューブから選択される請求項２３に記載の圧電変換
    複合材料。
25. 【請求項２５】 マトリクス材料が、樹脂、ゴム及び熱
    可塑性エラストマーから選択される請求項１から２４の
    いずれかに記載の圧電変換複合材料。
26. 【請求項２６】 制振材料として用いられる請求項１か
    ら２５のいずれかに記載の圧電変換複合材料。
27. 【請求項２７】 減衰させたい振動の振動数をωとし、
    圧電性を示すドメインの容量をＣとし、接続抵抗をＲと
    した時、Ｒ≒１／ωＣ、である請求項２６に記載の圧電
    変換複合材料。