JP2011054783A - Organic piezoelectric film and method and apparatus for manufacturing the same, and micromachine device - Google Patents

Organic piezoelectric film and method and apparatus for manufacturing the same, and micromachine device Download PDF

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▲隆▼ 杉野
Hidemitsu Aoki
秀充 青木
Chiharu Kimura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic piezoelectric film that can efficiently perform electric power conversion, namely, has superior piezoelectric characteristics in a low-frequency range by sufficiently harvesting artificially generated loss energy of low frequency of pressure variation, such as a voice and vibrations, and a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the organic piezoelectric film includes: a coating process of forming a thin film 10 of a material liquid, prepared by dissolving particles of a fluorine-based organic resin exhibiting piezoelectric effect in a solvent, on a substrate 30 by coating the substrate 30 with the material liquid; and a heating process of orienting and solidifying the particles of the fluorine-based organic resin 10 by applying a predetermined electric field in a direction orthogonal to the thin film of the material liquid with a voltage generating device 70 before the material liquid is completely solidified while vaporizing the solvent away by heating the thin film 10 of the material liquid in an oxygen-free atmosphere. The organic piezoelectric film is further manufactured by using the manufacturing method. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピエゾ有機膜とその製造方法、製造装置およびマイクロマシンデバイスに関し、特に人工的に発生する低周波のロス・エネルギーを収穫して発電するピエゾ有機膜とその製造方法および製造装置、さらには前記ピエゾ有機膜を用いたマイクロマシンデバイスに関する。   The present invention relates to a piezo organic film, a manufacturing method thereof, a manufacturing apparatus, and a micromachine device, and more particularly to a piezoelectric organic film that generates power by harvesting artificially generated low-frequency loss energy, a manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof, and The present invention relates to a micromachine device using the piezo organic film.

環境発電(エネルギー・ハーベスティング:Energy harvesting)、即ち、身の回りのロス・エネルギーを収穫(ハーベスティング)して発電を行うことは、古くから行われており、例えば、風力や太陽光等の自然エネルギーを利用した発電がある。   Energy harvesting (energy harvesting), that is, harvesting loss energy around you (harvesting), has been done for a long time, for example, natural energy such as wind power and sunlight. There is power generation using.

これに対して、人工的に発生するロス・エネルギーは、収穫できるエネルギー、即ち発電で得られる出力が高くないため、関心が向けられることが少なく、近年のエネルギー問題やCO削減等へのアプローチの多くは、前記した自然エネルギーを利用した発電用大型機器や燃料電池等の研究開発に関心が向けられている。 On the other hand, the loss energy generated artificially is not attracting much attention because the energy that can be harvested, that is, the output obtained by power generation, is not high, and approaches to energy problems and CO 2 reduction in recent years. Many of them are interested in the research and development of power generation large-scale equipment and fuel cells using natural energy.

ここで、近年利用が拡大している携帯用電子機器への電力の供給について考えると、エネルギーの利用という観点から、極めてロスが大きいことに気付かされる。即ち、化石燃料からの変換効率が30%程度の火力発電で得られたエネルギーは、送電線や変圧器でロスが生じ、さらに電圧変換アダプターでロスが生じた後、前記の携帯用電子機器に充電される。   Here, when considering the supply of electric power to portable electronic devices that have been used in recent years, it is noticed that the loss is extremely large from the viewpoint of the use of energy. That is, the energy obtained by thermal power generation with a conversion efficiency from fossil fuel of about 30% is lost in transmission lines and transformers, and further lost in voltage conversion adapters. Charged.

このように極めて大きなロスにより得られた電気を利用している現状において、これまで関心が向けられることが少なかった人工的ロス・エネルギーを収穫することは、エネルギー問題や環境問題への1つの取り組み方として好ましい方向と言うことができる。   In the current situation where electricity obtained from such extremely large losses is used, harvesting artificial loss energy, which has been less of a concern, is one approach to energy and environmental issues. It can be said that this is a preferable direction.

前記の人工的ロス・エネルギーの具体的な一例として、例えば、前記した携帯用電子機器の代表的な製品である携帯電話においては、会話する時の音声、移動時の振動、ボタンを押すときの圧力等を、またパソコンにおいては、キーボードを叩く作業等を挙げることができる。   As a specific example of the artificial loss energy, for example, in a mobile phone which is a representative product of the above-described portable electronic device, voice when talking, vibration when moving, when pressing a button For example, the operation of hitting a keyboard on a personal computer can be given.

一方、これらの携帯用電子機器においては、電池の長寿命化を最大の課題として、機器の低消費電力化や二次電池の長寿命化等の検討が進められている。   On the other hand, in these portable electronic devices, considering the extension of the battery life as the biggest issue, studies are being made on reducing the power consumption of the device and extending the life of the secondary battery.

このような検討の中において、前記した人工的ロス・エネルギーの収穫技術を適用することは、電池の寿命をさらに長くさせることができるため、大変好ましいことである。   In such a study, it is very preferable to apply the artificial loss energy harvesting technique described above because the life of the battery can be further extended.

しかしながら、上記の人工的ロス・エネルギーのそれぞれは、一般的に、1000Hz以下の低周波数であり、このような1000Hz以下の低周波数である人工的ロス・エネルギーを収穫して、効率的に電力変換する方式としては、電磁誘導方式よりも圧電方式を採用する方が効果的と言われている。   However, each of the above-described artificial loss energy is generally at a low frequency of 1000 Hz or less, and such artificial loss energy at a low frequency of 1000 Hz or less is harvested to efficiently convert power. It is said that the piezoelectric method is more effective than the electromagnetic induction method.

その一例として、例えば、ピエゾ有機膜を用いた発電装置を靴に取付け、人の歩行に伴って加わる圧力変動を利用して発電し、携帯機器へ充電する発明がなされている(特許文献1)。   As an example, for example, a power generation device using a piezo organic film is attached to a shoe, and power is generated using pressure fluctuations applied as a person walks, and the portable device is charged (Patent Document 1). .

また、ピエゾ有機膜を用いた発電装置をケースに取付け、人の把持等に伴って加わる圧力変動を利用して発電し、二次電池へ供給する発明等もなされている(特許文献2)。   There has also been an invention in which a power generation device using a piezo-organic film is attached to a case, power is generated using pressure fluctuation applied in accordance with a person's grip and the like, and supplied to a secondary battery (Patent Document 2).

特開2004−96980号公報JP 2004-96980 A 特開2005−12980号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-12980

しかしながら、特許文献1や特許文献2において用いられているピエゾ有機膜の現状は、周波数1000Hz以上の高周波に対する応答性が優れているものの、周波数1000Hz以下の低周波に対する応答性が低い。このため、これらのピエゾ有機膜では、前記した周波数1000Hz以下の低周波領域にあるロス・エネルギーを充分に収穫することが難しく、低い値の圧電応力定数g31(機械エネルギーから電気エネルギーへ変換する際の発生電位を示す定数)しか得ることができなかった。   However, the current state of the piezo organic film used in Patent Document 1 and Patent Document 2 is excellent in response to a high frequency of 1000 Hz or higher, but has low response to a low frequency of 1000 Hz or less. For this reason, in these piezo organic films, it is difficult to sufficiently harvest the loss energy in the low frequency region having a frequency of 1000 Hz or less, and the piezoelectric stress constant g31 having a low value (when converting from mechanical energy to electrical energy). Only a constant indicating the generation potential).

そこで、音声や振動等圧力変動の周波数が低い人工的に発生するロス・エネルギーを充分に収穫(ハーベスティング)して、効率よく電力変換することが可能な、即ち低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜とその製造方法の実現が望まれていた。   Therefore, artificially generated loss energy with low frequency of pressure fluctuations such as voice and vibration can be harvested (harvested) and converted into power efficiently, that is, with piezoelectric characteristics in the low frequency range. It has been desired to realize an excellent piezo organic film and a manufacturing method thereof.

本発明者は、以上の課題を解決すべく鋭意検討を行い、ピエゾ有機膜の前駆体を加熱して成膜する際に電圧を負荷することにより、低周波数領域での圧電応力定数g31を高くできることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項の発明を説明する。   The present inventor has intensively studied to solve the above problems, and increases the piezoelectric stress constant g31 in the low frequency region by applying a voltage when the precursor of the piezo organic film is heated to form a film. The present inventors have found that this can be done and have completed the present invention. The invention of each claim will be described below.

請求項1に記載の発明は、
ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布工程と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱工程と
を有していることを特徴とするピエゾ有機膜の製造方法である。
The invention described in claim 1
A coating step in which a raw material liquid in which particles of a fluorine-based organic resin that exhibits a piezoelectric effect are dissolved in a solvent is applied to a substrate, and a thin film of the raw material liquid is formed on the substrate;
While the raw material liquid thin film is heated in an oxygen-free atmosphere to evaporate and remove the solvent, a predetermined electric field is applied in a direction perpendicular to the raw material liquid thin film before the raw material liquid is completely solidified. And a heating step in which the particles of the fluorine-based organic resin are oriented and solidified.

本発明者は、前記した低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜を得るために、その製造条件につき、種々の実験を行った。その結果、従来のピエゾ有機膜の製造方法のように、フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を単に加熱して固化させるのではなく、原料液を酸素が存在しない雰囲気中で加熱しつつ、電界の印加によりフッ素系有機樹脂の粒子を配向させて固化させることにより、1000Hz以下の低周波領域における圧電応力係数g31が高いピエゾ有機膜を得ることができることを見出した。   In order to obtain a piezoelectric organic film having excellent piezoelectric characteristics in the low frequency region described above, the present inventor conducted various experiments on the production conditions. As a result, as in the conventional method for producing a piezo organic film, the raw material liquid in which the particles of the fluorine-based organic resin are dissolved is not simply heated and solidified, but the raw material liquid is heated in an atmosphere free of oxygen. On the other hand, it has been found that a piezoelectric organic film having a high piezoelectric stress coefficient g31 in a low frequency region of 1000 Hz or less can be obtained by aligning and solidifying the particles of a fluorine-based organic resin by applying an electric field.

なお、具体的に実験を行うにあたっては、圧電応力係数g31ではなく、残留分極値Prを測定した。このように、直接圧電応力係数g31を測定するのではなく、残留分極値Prを測定することによりピエゾ有機膜の圧電特性を評価しているのは、残留分極値Prは、圧電応力係数g31と正の相関関係にあり、また、圧電応力係数g31を直接測定することが容易ではないため、比較的測定の容易な残留分極値Prで代用したものである。即ち、残留分極値Prが大きいピエゾ有機膜は、高い圧電応力係数g31を有する圧電特性に優れたピエゾ有機膜と言うことができる。   In conducting the experiment specifically, the residual polarization value Pr was measured instead of the piezoelectric stress coefficient g31. As described above, the piezoelectric property of the piezo organic film is evaluated by measuring the remanent polarization value Pr instead of directly measuring the piezoelectric stress coefficient g31. The remanent polarization value Pr is equal to the piezoelectric stress coefficient g31. Since there is a positive correlation and it is not easy to directly measure the piezoelectric stress coefficient g31, the residual polarization value Pr, which is relatively easy to measure, is used instead. That is, a piezo organic film having a large remanent polarization value Pr can be said to be a piezo organic film having a high piezoelectric stress coefficient g31 and excellent piezoelectric characteristics.

本請求項の発明においては、多くの複雑な工程を設けることなく、圧力変動の周波数が低い領域においても残留分極値Prが大きい、即ち、直接圧電応力係数g31が高いピエゾ有機膜を得ることができ、圧力変動の周波数が低い人工的ロス・エネルギーを充分に収穫して、効率よく電力変換することができる。   In the present invention, it is possible to obtain a piezo organic film having a large remanent polarization value Pr even in a region where the frequency of pressure fluctuation is low, that is, having a high direct piezoelectric stress coefficient g31, without providing many complicated processes. It is possible to sufficiently harvest artificial loss energy having a low frequency of pressure fluctuation and efficiently convert power.

「ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂」としては、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:Poly−Vinylidene DiFluoride)やその派生物であるフッ素樹脂を好ましく使用することができる。   As the “fluorine-based organic resin exhibiting a piezo effect”, PVDF (Poly-Vinylidene DiFluoride) and its derivative fluororesin can be preferably used.

PVDFの派生物としては、例えば、PVDF−TeFE(ポリフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンの共重合体:Poly−Vinylidene DiFluoride and TetraFluoroEthylene)や、PVDF−TrFE(ポリフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとの共重合体:Poly−VinylideneDiFluoride and TriFluoroEthylene)等を挙げることができる。   As derivatives of PVDF, for example, PVDF-TeFE (polyvinylidene fluoride and tetrafluoroethylene copolymer: Poly-Vinylidene DiFluoride and TetraFluoroethylene), PVDF-TrFE (polyvinylidene fluoride and ethylene trifluoride) Combined: Poly-VinylideneDiFluoride and TriFluoroEthylene) and the like.

ピエゾ材料の代表として一般的に挙げられるPZT(Pb(Zr,Ti)O)は高周波(1000Hz以上)に対する応答性が優れているものの、低周波(1000Hz以下)に対する応答性が低いのに対して、上記のフッ素系有機樹脂は、圧電応力定数g31がPZTに比べ20倍以上高く、0.1〜1000Hzの低周波数領域においても充分に圧電が可能であるため、低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜を得ることができる。また、これらのフッ素系有機樹脂は、PZTのように鉛を含有していないため、環境に悪影響を及ぼすことがない。 PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), which is generally cited as a representative piezo material, has excellent responsiveness to high frequencies (1000 Hz or more), but low responsiveness to low frequencies (1000 Hz or less). In addition, the above-mentioned fluorine-based organic resin has a piezoelectric stress constant g31 that is 20 times higher than that of PZT, and can be sufficiently piezoelectric even in a low frequency range of 0.1 to 1000 Hz. An excellent piezoelectric organic film can be obtained. Moreover, since these fluorine-type organic resins do not contain lead like PZT, they do not adversely affect the environment.

本請求項における「粒子」としては、その粒子径や形状、あるいはそれらの分布には特に限定されることはなく、電界の印加により配向するものであればよい。   The “particles” in the present claims are not particularly limited to the particle diameter, shape, or distribution thereof, and may be any particles that are oriented by applying an electric field.

「溶媒」としては、前記のフッ素系有機樹脂の粒子を溶解して基板に塗布することが可能な原料液を提供できる溶媒であれば、特に限定されない。好ましい溶媒の一例としては、メチルエチルケトンとジメチルアセトアミドとの混合溶媒を挙げることができる。   The “solvent” is not particularly limited as long as it is a solvent that can provide a raw material liquid that can dissolve the above-mentioned fluorine-based organic resin particles and apply them to a substrate. An example of a preferred solvent is a mixed solvent of methyl ethyl ketone and dimethylacetamide.

「基板」としては、シリコン結晶基板が望ましいが、セラミック基板、石英基板、プラスチック基板等も好ましい。   As the “substrate”, a silicon crystal substrate is preferable, but a ceramic substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, and the like are also preferable.

なお、「酸素が存在しない雰囲気中で加熱」するのは、酸素に関係するピークがあると得られたピエゾ有機膜の分極特性を悪化させる恐れがあるためであり、具体的には、酸素分圧が10−2Pa以下の雰囲気での加熱を指すが、本発明の効果が発揮される限り、多少酸素分圧が多くても良い。 The reason for “heating in an oxygen-free atmosphere” is that there is a risk of deteriorating the polarization characteristics of the obtained piezoelectric organic film if there is a peak related to oxygen. Although the pressure refers to heating in an atmosphere of 10 −2 Pa or less, the oxygen partial pressure may be somewhat higher as long as the effect of the present invention is exhibited.

本請求項における「加熱」とは、溶媒を蒸発させる温度およびフッ素系有機樹脂の粒子を固化させる温度で加熱することを指し、材料により適宜決定される。具体的には、溶媒を蒸発させる温度として100〜200℃、フッ素系有機樹脂の粒子を固化させる温度として300℃あるいはそれ以下の温度での加熱を一例として挙げることができる。そして、具体的な加熱手段としては、下部からのヒータ加熱によっても良いが、上部からのランプ加熱でも良い。   “Heating” in the present claims refers to heating at a temperature for evaporating the solvent and a temperature for solidifying the particles of the fluorinated organic resin, and is appropriately determined depending on the material. Specifically, heating at a temperature of 100 to 200 ° C. as the temperature for evaporating the solvent and 300 ° C. or lower as the temperature for solidifying the particles of the fluorinated organic resin can be given as an example. As a specific heating means, heater heating from the lower part may be used, but lamp heating from the upper part may be used.

また、「原料液が完全に固化する前」とは、電界の印加によりフッ素系有機樹脂の粒子の配向が可能な状態にある時を指し、加熱工程の開始時から電界を印加しても良い。   In addition, “before the raw material solution is completely solidified” refers to a time when the orientation of the fluorine-based organic resin particles is possible by applying an electric field, and the electric field may be applied from the start of the heating step. .

また、「固化」とは、フッ素系有機樹脂の粒子が固着することのみならず、フッ素系有機樹脂が溶融により固化する場合も含まれる。   The term “solidification” includes not only the fixing of the fluorine-based organic resin particles but also the case where the fluorine-based organic resin is solidified by melting.

また、「ピエゾ有機膜」の厚さとしては、0.1〜5μm程度が好ましいが、限定はされず、用途によっては5〜50μm程度の膜厚であっても良い。   The thickness of the “piezo organic film” is preferably about 0.1 to 5 μm, but is not limited, and may be about 5 to 50 μm depending on the application.

請求項2に記載の発明は、
前記フッ素系有機樹脂が、PVDF−TeFEであることを特徴とする請求項1に記載のピエゾ有機膜の製造方法である。
The invention described in claim 2
The method for producing a piezo organic film according to claim 1, wherein the fluorine-based organic resin is PVDF-TeFE.

前記したフッ素系有機樹脂の内、PVDF−TeFEは、特に、残留分極値Prが大きい、即ち、圧電応力係数g31が高いピエゾ有機膜を得ることができるため好ましい。また、この材料は、テフロン(登録商標)の原料であり、安価でもあると共に容易に入手可能であるため好ましい。   Among the above-mentioned fluorine-based organic resins, PVDF-TeFE is particularly preferable because a piezoelectric organic film having a large remanent polarization value Pr, that is, a high piezoelectric stress coefficient g31 can be obtained. This material is preferable because it is a raw material of Teflon (registered trademark) and is inexpensive and easily available.

請求項3に記載の発明は、
前記所定の電界が、0.5〜2MV/mであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のピエゾ有機膜の製造方法である。
The invention according to claim 3
3. The method for manufacturing a piezo organic film according to claim 1, wherein the predetermined electric field is 0.5 to 2 MV / m. 4.

0.5MV/m以上の電界を印加した場合、フッ素系有機樹脂の粒子を好ましく配向させることができ好ましい。しかし、2MV/mを超える電界を印加すると、逆に配向性を消失する問題が発生するため好ましくない。   When an electric field of 0.5 MV / m or more is applied, the fluorine-based organic resin particles can be preferably oriented, which is preferable. However, application of an electric field exceeding 2 MV / m is not preferable because a problem of loss of orientation occurs.

請求項4に記載の発明は、
請求項1に記載のピエゾ有機膜の製造方法を用いて製造されていることを特徴とするピエゾ有機膜である。
The invention according to claim 4
A piezoelectric organic film manufactured using the method for manufacturing a piezoelectric organic film according to claim 1.

本請求項の発明に係るピエゾ有機膜は、1000Hz以下の低周波領域における残留分極値Prが大きいピエゾ有機膜であるため、圧電応力係数g31が高い圧電特性に優れたピエゾ有機膜を提供することができる。   The piezo organic film according to the present invention is a piezo organic film having a large remanent polarization value Pr in a low frequency region of 1000 Hz or less, and therefore provides a piezo organic film having a high piezoelectric stress coefficient g31 and excellent piezoelectric characteristics. Can do.

請求項5に記載の発明は、
フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を加熱して配向させずに固化させたピエゾ有機膜の周波数1Hzにおける残留分極値Prをa、周波数10Hzにおける残留分極値Prをbとしたとき、
周波数1Hzにおける残留分極値Prが3a以上で、かつ周波数10Hzにおける残留分極値Prが2b以上であることを特徴とするピエゾ有機膜である。
The invention described in claim 5
When the remanent polarization value Pr at a frequency of 1 Hz is a and the remanent polarization value Pr at a frequency of 10 Hz is b, the piezoelectric organic film obtained by heating and solidifying the raw material liquid in which the particles of the fluorine-based organic resin are heated is not oriented.
The piezoelectric organic film is characterized in that a remanent polarization value Pr at a frequency of 1 Hz is 3a or more and a remanent polarization value Pr at a frequency of 10 Hz is 2b or more.

フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を加熱して配向させずに固化させた従来のピエゾ有機膜は、低周波領域における残留分極値Prが小さく、高い圧電応力係数g31を得ることができない。これに対して、本発明に係るピエゾ有機膜は、低周波領域における残留分極値Prが大きく、高い圧電応力係数g31を得ることができる。   A conventional piezoelectric organic film obtained by heating a raw material solution in which particles of a fluorine-based organic resin are heated and solidified without being oriented has a small remanent polarization value Pr in a low frequency region and can obtain a high piezoelectric stress coefficient g31. Can not. On the other hand, the piezoelectric organic film according to the present invention has a large remanent polarization value Pr in the low frequency region, and can obtain a high piezoelectric stress coefficient g31.

この相違は、人工的ロス・エネルギーの利用に際して比較的多く活用される周波数1Hzおよび10Hzにおける残留分極値Prにおいて顕著に現れる。従来のピエゾ有機膜の周波数1Hzにおける残留分極値Prをa、周波数10Hzにおける残留分極値Prをbとしたとき、周波数1Hzにおける残留分極値Prが3a以上で、かつ周波数10Hzにおける残留分極値Prが2b以上の本発明に係るピエゾ有機膜であれば、従来のピエゾ有機膜の圧電特性との相違が顕著となり、優れた圧電特性を発揮して、ロス・エネルギーを効率よく電力変換することが可能なピエゾ有機膜を提供することができる。   This difference is prominent in the remanent polarization values Pr at frequencies of 1 Hz and 10 Hz, which are relatively frequently used when using artificial loss energy. When the remanent polarization value Pr at a frequency of 1 Hz of a conventional piezo organic film is a and the remanent polarization value Pr at a frequency of 10 Hz is b, the remanent polarization value Pr at a frequency of 1 Hz is 3a or more and the remanent polarization value Pr at a frequency of 10 Hz is If the piezo organic film according to the present invention is 2b or more, the difference from the piezoelectric characteristics of the conventional piezo organic film becomes remarkable, and it is possible to efficiently convert the loss energy to power by exhibiting excellent piezoelectric characteristics. A piezo-organic film can be provided.

請求項6に記載の発明は、
ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布手段と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱手段と
を備えていることを特徴とするピエゾ有機膜の製造装置である。
The invention described in claim 6
A coating means for applying a raw material solution in which particles of a fluorine-based organic resin exhibiting a piezoelectric effect are dissolved in a solvent, to form a thin film of the raw material solution on the substrate;
While the raw material liquid thin film is heated in an oxygen-free atmosphere to evaporate and remove the solvent, a predetermined electric field is applied in a direction perpendicular to the raw material liquid thin film before the raw material liquid is completely solidified. And a heating means for orienting and solidifying the particles of the fluorine-based organic resin.

本請求項の発明に係るピエゾ有機膜の製造装置を用いることにより、1000Hz以下の低周波領域における残留分極値Prが大きい、即ち圧電応力係数g31が高い圧電特性に優れたピエゾ有機膜を提供することができる。   By using the piezo organic film manufacturing apparatus according to the present invention, there is provided a piezo organic film excellent in piezoelectric characteristics having a large remanent polarization value Pr in a low frequency region of 1000 Hz or less, that is, a high piezoelectric stress coefficient g31. be able to.

請求項7に記載の発明は、
請求項4または請求項5に記載のピエゾ有機膜を圧電材料として用いて形成されていることを特徴とするマイクロマシンデバイスである。
The invention described in claim 7
A micromachine device characterized by being formed using the piezoelectric organic film according to claim 4 or 5 as a piezoelectric material.

1000Hz以下の低周波領域における残留分極値Prが大きい、即ち圧電応力係数g31が高い圧電特性に優れたピエゾ有機膜を圧電材料として用いたマイクロマシンデバイスであるため、圧力変動の周波数が低い人工的ロス・エネルギーを充分に収穫して、効率よく電力変換することができる。その結果、このようなマイクロマシンデバイスを装着した携帯電話、携帯型パソコン等の電子機器の電池寿命をより長くすることができる。   Since this is a micromachine device using a piezoelectric organic film having a large residual polarization value Pr in a low frequency region of 1000 Hz or less, that is, having a high piezoelectric stress coefficient g31, as a piezoelectric material, an artificial loss having a low pressure fluctuation frequency.・ Enough energy can be harvested for efficient power conversion. As a result, the battery life of an electronic device such as a mobile phone or a portable personal computer equipped with such a micromachine device can be extended.

本発明によれば、音声や振動等圧力変動の周波数が低い人工的に発生するロス・エネルギーを充分に収穫(ハーベスティング)して、効率よく電力変換することが可能な、即ち低周波数領域での圧電特性に優れたピエゾ有機膜とその製造方法を提供することができる。そして、このようなピエゾ有機膜を用いることにより、圧力変動の周波数が低い人工的に発生するロス・エネルギーを充分に収穫して、効率よく電力変換することができるマイクロマシンデバイスを提供することができる。   According to the present invention, artificially generated loss energy having a low frequency of pressure fluctuation such as voice and vibration can be sufficiently harvested (harvested), and power can be efficiently converted, that is, in a low frequency region. A piezoelectric organic film having excellent piezoelectric characteristics and a method for producing the same can be provided. By using such a piezo organic film, it is possible to provide a micromachine device capable of sufficiently harvesting artificially generated loss energy having a low pressure fluctuation frequency and efficiently converting power. .

本発明のピエゾ有機膜を製造する装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the apparatus which manufactures the piezoelectric organic film | membrane of this invention. 実施例と比較例のピエゾ有機膜の残留分極値と周波数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the residual polarization value of a piezoelectric organic film of an Example and a comparative example, and a frequency. ピエゾ有機膜を用いた発電装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the electric power generating apparatus using a piezo organic film. ピエゾ有機膜を用いた携帯電話のマイクロフォン用の発電装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the electric power generating apparatus for microphones of the mobile phone using a piezo organic film. 本発明の実施の形態の発電装置を、携帯電話のキーボードに組込んだ様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the electric power generating apparatus of embodiment of this invention was integrated in the keyboard of a mobile telephone.

以下、本発明を実施の形態に基づいて順に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in order based on embodiments. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. Various modifications can be made to the following embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

[1]ピエゾ有機膜の製造と特性評価
1.ピエゾ有機膜の製造
(1)実施例
本実施例は、PVDF−TeFEからなるピエゾ有機膜の本発明に基づく製造方法に関する。
イ.ピエゾ有機膜の製造装置
はじめに本実施例のピエゾ有機膜の製造に用いる製造装置について、図1を参照しつつ説明する。図1は、本発明のピエゾ有機膜を製造する装置の構成の一例を示す図である。図1において、10はピエゾ有機膜あるいはその前駆体であり、30は基板であり、70は電圧発生装置であり、71は上部電線であり、72は下部電線であり、73はスイッチであり、74はアースであり、75は上部電極であり、76は下部電極であり、78は回転軸であり、79はスペーサ(サイドカップ)であり、80はチャンバ(製造用の容器)であり、83はノズルであり、87は真空ポンプであり、89は窒素供給系である。
[1] Production and characterization of piezo organic film Production of Piezoelectric Membrane (1) Example This example relates to a production method based on the present invention of a piezo organic membrane made of PVDF-TeFE.
I. Piezo Organic Film Manufacturing Apparatus First, a manufacturing apparatus used for manufacturing a piezo organic film according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an apparatus for producing a piezo organic film of the present invention. In FIG. 1, 10 is a piezo organic film or a precursor thereof, 30 is a substrate, 70 is a voltage generator, 71 is an upper wire, 72 is a lower wire, 73 is a switch, 74 is a ground, 75 is an upper electrode, 76 is a lower electrode, 78 is a rotating shaft, 79 is a spacer (side cup), 80 is a chamber (manufacturing container), 83 Is a nozzle, 87 is a vacuum pump, and 89 is a nitrogen supply system.

下部電極76は円形の銅板であり、その中心部の下方を回転軸78に支持されており、また上面に基板30が設置され、さらにその外周部にスペーサ79が設置されている。そして、下部電極76は、上面に基板30とスペーサ79を固定した状態で6000rpmまでの回転が可能であり、また300℃までの加熱が可能である。   The lower electrode 76 is a circular copper plate, the lower part of the center electrode is supported by the rotating shaft 78, the substrate 30 is installed on the upper surface, and the spacer 79 is installed on the outer periphery thereof. The lower electrode 76 can be rotated up to 6000 rpm with the substrate 30 and the spacer 79 fixed on the upper surface, and can be heated up to 300 ° C.

上部電極75は、スイッチ73と上部電線71を介して電圧発生装置70の正極と接続されており、下部電極76は下部電線72と回転軸78を介して電圧発生装置70の負極(アース74)と接続されている。また、上部電極75は、水平に移動させることにより、高さ5mmのスペーサ79の上部端面に取付け、取外しが可能となっている。そして、上部電極75を下部電極76の直上に持ってきて、上部電極75と下部電極76間に1MV/mの電界を印加することができるように構成されている。なお、図1では上部電極75が正、下部電極76が負の場合を示しているが、正負が逆の場合もある。   The upper electrode 75 is connected to the positive electrode of the voltage generator 70 via the switch 73 and the upper electric wire 71, and the lower electrode 76 is connected to the negative electrode (ground 74) of the voltage generator 70 via the lower electric wire 72 and the rotating shaft 78. Connected with. Further, the upper electrode 75 can be attached to and detached from the upper end surface of the spacer 79 having a height of 5 mm by moving it horizontally. The upper electrode 75 is brought directly above the lower electrode 76 so that an electric field of 1 MV / m can be applied between the upper electrode 75 and the lower electrode 76. Although FIG. 1 shows the case where the upper electrode 75 is positive and the lower electrode 76 is negative, the positive and negative may be reversed.

ピエゾ有機膜あるいはその前駆体10は、下部電極76により基板30を介して所定の温度に加熱されるが、下部電極76の上方に破線で示す赤外線ヒータ85(ランプ)を設けると共に、上部電極75に微小な孔を開けて、上部電極75の上側から対向する基板30上のピエゾ有機膜あるいはその前駆体10をランプ加熱してもよい。   The piezo organic film or its precursor 10 is heated to a predetermined temperature via the substrate 30 by the lower electrode 76. An infrared heater 85 (lamp) indicated by a broken line is provided above the lower electrode 76 and the upper electrode 75. Alternatively, a small hole may be formed, and the piezo organic film on the substrate 30 facing the upper electrode 75 or the precursor 10 thereof may be lamp-heated from above the upper electrode 75.

ロ.ピエゾ有機膜の製造
次に、ピエゾ有機膜の製造について各工程毎に説明する。
a.ステップ1:チャンバ内のガス置換工程
はじめに、図1の(a)に示す様に上部電極75を左方に移動し、下部電極76の上部の面が開放されている状態で、チャンバ80内の空気を真空ポンプ87で排出して、10−4Torr程度の真空とし、次いで窒素供給系89からNを導入し、チャンバ80内を酸素フリーの雰囲気とした。
B. Production of Piezoelectric Film Next, production of a piezo organic film will be described for each step.
a. Step 1: Gas replacement step in the chamber First, as shown in FIG. 1A, the upper electrode 75 is moved to the left, and the upper surface of the lower electrode 76 is opened. Air was exhausted with a vacuum pump 87 to make a vacuum of about 10 −4 Torr, then N 2 was introduced from the nitrogen supply system 89 to make the inside of the chamber 80 an oxygen-free atmosphere.

b.ステップ2:スピンコート成膜工程
次に、下部電極76を5000rpmで回転させながら、下部電極76上の基板30の上面にノズル83からPVDF−TeFEの原料液を吹きつけ、原料液を薄く均一にスピンコートし、ピエゾ有機膜の前駆体10を成膜した。なお、原料液は、PVDF−TeFEの粉末4gを溶剤(メチルエチルケトンとジメチルアセトアミドの1対3の混合溶剤)100ccに溶解したものである。
b. Step 2: Spin coating film forming process Next, while the lower electrode 76 is rotated at 5000 rpm, the PVDF-TeFE raw material liquid is sprayed from the nozzle 83 onto the upper surface of the substrate 30 on the lower electrode 76 to make the raw material liquid thin and uniform. The precursor 10 of the piezo organic film was formed by spin coating. The raw material solution was obtained by dissolving 4 g of PVDF-TeFE powder in 100 cc of a solvent (a mixed solvent of methyl ethyl ketone and dimethylacetamide, 1 to 3).

c.ステップ3:加熱工程
次に、ノズル83を収納し、下部電極76を加熱して前駆体10を80℃で加熱し、溶媒成分をほぼ蒸発させた。また、この際、Nの導入、排出を継続することにより、蒸発した溶剤や溶剤中の酸素等は速やかにチャンバ80外へ排出した。なお、溶媒はスピンコート成膜工程である程度蒸発するため、加熱をしなくても溶媒成分をほぼ蒸発させることができる。
c. Step 3: Heating Step Next, the nozzle 83 was housed, the lower electrode 76 was heated, and the precursor 10 was heated at 80 ° C. to substantially evaporate the solvent component. At this time, by continuing the introduction and discharge of N 2 , the evaporated solvent, oxygen in the solvent, and the like were quickly discharged out of the chamber 80. Since the solvent evaporates to some extent in the spin coat film forming step, the solvent component can be substantially evaporated without heating.

d.ステップ4:電界印加工程
次に、下部電極76により前駆体10を180℃で加熱しながら、前駆体10が固化する前に、図1の(b)に示す様に、上部電極75を右方に移動して下部電極76と対向させてスイッチ73を閉じて上部電極75と下部電極76との間に1MV/mの電界を印加した。そして、このように電界の印加の下で加熱して、前駆体10中の粒子あるいは分子を配向させつつ完全に固化させた。このようにして、厚さ0.5μmのPVDF−TeFEからなるピエゾ有機膜10を作製した。
d. Step 4: Electric field application process Next, while the precursor 10 is heated at 180 ° C. by the lower electrode 76, before the precursor 10 is solidified, the upper electrode 75 is moved to the right as shown in FIG. The switch 73 was closed so as to face the lower electrode 76, and an electric field of 1 MV / m was applied between the upper electrode 75 and the lower electrode 76. And it heated under application of an electric field in this way, and solidified completely, aligning the particle | grains or molecule | numerator in the precursor 10 orientated. Thus, a piezo organic film 10 made of PVDF-TeFE having a thickness of 0.5 μm was produced.

(2)比較例
電界を印加しなかったこと以外は実施例と同様の方法でピエゾ有機膜を作製した。
(2) Comparative Example A piezo organic film was produced in the same manner as in Example except that no electric field was applied.

2.実施例および比較例のピエゾ有機膜の特性評価
次に、実施例および比較例のピエゾ有機膜の特性の評価方法および評価結果について説明する。
(1)評価方法
誘電体測定装置を用いて電流−電圧測定モードの状態にして、実施例および比較例のピエゾ有機膜の残留分極値Prと圧力変動の周波数の関係を測定することにより、ピエゾ有機膜の特性評価を行った。
2. Evaluation of Characteristics of Piezoelectric Organic Films of Examples and Comparative Examples Next, evaluation methods and evaluation results of characteristics of the piezoelectric organic films of Examples and Comparative Examples will be described.
(1) Evaluation method By using a dielectric measuring device to enter the state of current-voltage measurement mode, the relationship between the remanent polarization value Pr of the piezoelectric organic films of the examples and comparative examples and the frequency of pressure fluctuation is measured. The characteristics of the organic film were evaluated.

(2)評価結果
図2は、実施例と比較例のピエゾ有機膜の残留分極値Prと周波数の関係を示す図であり、縦軸に残留分極値Pr(a.u.)を、横軸に対数メモリで周波数(Hz)を示す。図2において、実線は実施例のピエゾ有機膜であり、破線は比較例のピエゾ有機膜である。
(2) Evaluation Results FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the remanent polarization value Pr and the frequency of the piezo organic films of the example and the comparative example. The remanent polarization value Pr (au) is plotted on the vertical axis, and the horizontal axis Shows the frequency (Hz) in logarithmic memory. In FIG. 2, the solid line is the piezo organic film of the example, and the broken line is the piezo organic film of the comparative example.

図2において、実施例のピエゾ有機膜の残留分極値Prは、特に数Hzから0.1Hzの低周波領域において、比較例のピエゾ有機膜の残留分極値Prよりも3倍、あるいはそれ以上と極めて大きいことが判る。このため、残留分極値Prにほぼ比例して圧電応力定数g31も優れ、ピエゾ効果による発電も良好であると推測される。   In FIG. 2, the remanent polarization value Pr of the piezo organic film of the example is three times or more than the remanent polarization value Pr of the piezo organic film of the comparative example, particularly in a low frequency region of several Hz to 0.1 Hz. It can be seen that it is extremely large. For this reason, it is presumed that the piezoelectric stress constant g31 is excellent in proportion to the remanent polarization value Pr and the power generation by the piezoelectric effect is also good.

実施例においてこのように優れた特性のピエゾ有機膜を作製することができたのは、電界印加の下に膜を固化させたためであり、それに加えて、酸素フリーの雰囲気の下に作製したためである。   In the examples, the piezo organic film having such excellent characteristics could be produced because the film was solidified under application of an electric field, and in addition, it was produced in an oxygen-free atmosphere. is there.

[2]ピエゾ有機膜の応用に関する実施の形態
次に、本発明のピエゾ有機膜の応用に関する実施の形態について説明する。
1.ピエゾ有機膜を用いた発電装置と携帯電話の集音部(マイクロフォン)への応用例
はじめに、発電装置および発電装置の携帯電話のマイクロフォンへの応用例について説明する。図3は、本発明のピエゾ有機膜を用いた発電装置(ジェネレータ)31の回路構成図である。ピエゾ有機膜10の両面にPt薄膜を蒸着させ、さらに必要な素子類を結線して、図3に示す様なピエゾ有機膜を用いた発電装置を作製する。図3において、21と22はそれぞれPt薄膜製のトップ電極およびボトム電極であり、23はダイオードブリッジであり、24は容量(C)であり、25は出力端子部である。
[2] Embodiment relating to application of piezo organic film Next, an embodiment relating to application of the piezo organic film of the present invention will be described.
1. Application example of power generation device using piezoelectric organic film and sound collecting unit (microphone) of mobile phone First, an application example of the power generation device and the power generation device to a microphone of a mobile phone will be described. FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a power generation device (generator) 31 using the piezo organic film of the present invention. A Pt thin film is vapor-deposited on both sides of the piezo organic film 10, and necessary elements are connected to produce a power generation apparatus using the piezo organic film as shown in FIG. In FIG. 3, 21 and 22 are a top electrode and a bottom electrode made of a Pt thin film, 23 is a diode bridge, 24 is a capacitor (C), and 25 is an output terminal portion.

発電装置を、携帯電話のマイクロフォンに適用される例を図4に示す。図4は、本発明のピエゾ有機膜を用いた携帯電話のマイクロフォン用の発電装置の構成を模式的に示す図であり、(a)はマイクロ太鼓の拡大断面図、(b)はマイクロ太鼓の断面図および平面図、(c)は発電装置と負荷およびバッテリーとの接続の構成を模式的に示す図である。図4において、32は発電装置であり、33はマイクロ太鼓であり、28はシリコン製の支持体であり、91はバッテリーであり、92は負荷である。   An example in which the power generation device is applied to a microphone of a mobile phone is shown in FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of a power generator for a microphone of a mobile phone using the piezoelectric organic film of the present invention, where (a) is an enlarged sectional view of the micro drum and (b) is a micro drum. Sectional drawing and top view, (c) is a figure which shows typically the structure of a connection of an electric power generating apparatus, load, and a battery. In FIG. 4, 32 is a power generation device, 33 is a micro drum, 28 is a silicon support, 91 is a battery, and 92 is a load.

図4の(a)に示すように、マイクロ太鼓33は、直径dが0.2〜1mmの肉薄部を有する支持体28の上面に支持体28の側からボトム電極22、ピエゾ有機膜10、トップ電極21が順に積層されてなる。そして、ボトム電極22、トップ電極21は(b)の平面図に示すように共に円形であって、それぞれ図面上、下方および右方に向けて出力用の突出部が設けられている。   As shown in FIG. 4 (a), the micro drum 33 has a bottom electrode 22, a piezo organic film 10, and a top surface of a support 28 having a thin portion with a diameter d of 0.2 to 1 mm. The top electrode 21 is laminated in order. The bottom electrode 22 and the top electrode 21 are both circular as shown in the plan view of (b), and output protrusions are provided toward the lower side and the right side of the drawing, respectively.

この発電装置32は、会話に伴うピエゾ有機膜10の数十から1000Hz以下の音波による振動等により効率よく発電をし、本来ロスとなる人工的なエネルギーを電力として効率良く回収する。また、音声の場合には、膜の残留振動があるため、会話が途切れた後も発電が継続して行われる。   The power generation device 32 efficiently generates electric power by vibrations of several tens to 1000 Hz of sound waves of the piezo organic film 10 that accompany conversation, and efficiently recovers artificial energy that originally becomes loss as electric power. In the case of voice, since there is residual vibration of the membrane, power generation continues even after the conversation is interrupted.

なお、音声による発電を行う場合には種々のタイプが考えられるが、機器壁に貼り付けるのでなく、図4に示すマイクロ太鼓の膜の様に周囲を保持されて振動しつつ発電する構造の場合には、膜圧は薄い方が好ましい。このため、突風に晒されたりする等の強度上の問題が生じない環境であれば、ピエゾ有機膜10のみならず各層の厚さは0.1〜5μm程度であることが好ましい。   In addition, various types are conceivable when performing power generation by voice, but in the case of a structure that generates power while vibrating and holding the periphery like a micro drum film shown in FIG. For this, it is preferable that the membrane pressure is thin. For this reason, it is preferable that the thickness of each layer as well as the piezo organic film 10 is about 0.1 to 5 μm in an environment where there is no problem of strength such as exposure to a gust of wind.

また、マイクロ太鼓の膜状のピエゾ有機膜10の直径は、取付ける機器にもよるが0.2〜1mm程度であることが音声振動をエネルギー変換する観点から好ましい。   The diameter of the micro-drum film-shaped piezo organic film 10 is preferably about 0.2 to 1 mm, depending on the equipment to be mounted, from the viewpoint of converting sound vibration into energy.

発電装置32には、(c)で示すように、複数のマイクロ太鼓33が設けられており、バッテリー91および負荷92に接続されている。そして、発電装置32で発電された電力は主として一旦バッテリー91にフィードバックして蓄電された後に負荷92にフィードバックされる。   As shown in (c), the power generation device 32 is provided with a plurality of micro drums 33 and is connected to a battery 91 and a load 92. The electric power generated by the power generation device 32 is mainly fed back to the battery 91 and stored, and then fed back to the load 92.

2.携帯電話のキーボードへの応用例
次に、携帯電話のキーボードへの応用例について説明する。図5は、本発明の実施の形態の発電装置を、携帯電話のキーボードに組込んだ様子を示す図である。図5において、40はキーボードであり、41は絶縁樹脂製のキーボード上部底板(電極含む)であり、42は前記の実施の形態の発電装置を組込んだピエゾ発電部であり、43は絶縁樹脂製のキーボード下部底板(電極含む)である。
2. Next, an example of application to a keyboard of a mobile phone will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the power generation device according to the embodiment of the present invention is incorporated in a keyboard of a mobile phone. In FIG. 5, 40 is a keyboard, 41 is a keyboard top bottom plate (including electrodes) made of insulating resin, 42 is a piezo power generation unit incorporating the power generation device of the above embodiment, and 43 is insulating resin. It is a keyboard lower bottom plate (including electrodes).

本実施の形態の携帯電話のキーボード40は、絶縁樹脂製のキーボード上部底板(電極含む)41と絶縁樹脂製のキーボード下部底板(電極含む)43との間に、本発明の発電装置を組込んだピエゾ発電部42を挟み込んでいる。このため、ユーザがキーボード40のキーを操作する毎に、具体的には指でキーを押圧する毎に、ピエゾ有機膜(図示せず)に白抜きの矢印で示した方向に適切な押圧力が作用する。さらに、図3に示した通り、用いているピエゾ有機膜は、キーの押圧に対応する1〜数十Hzの低周波領域における残留分極値が特に大きい。その結果、従来のピエゾ有機膜を用いた発電装置に比較して圧電応力定数g31が優れており、効率良く発電される。   The mobile phone keyboard 40 of the present embodiment incorporates the power generation device of the present invention between a keyboard upper bottom plate (including electrodes) 41 made of insulating resin and a keyboard lower bottom plate (including electrodes) 43 made of insulating resin. The piezo power generation unit 42 is sandwiched. Therefore, every time the user operates a key on the keyboard 40, specifically, every time the key is pressed with a finger, an appropriate pressing force is applied in the direction indicated by the white arrow on the piezo organic film (not shown). Works. Furthermore, as shown in FIG. 3, the piezo organic film used has a particularly large remanent polarization value in a low frequency region of 1 to several tens Hz corresponding to pressing of the key. As a result, the piezoelectric stress constant g31 is superior to a power generation device using a conventional piezoelectric organic film, and power is generated efficiently.

なお、キーの押圧による発電を行う場合には、ピエゾ有機膜10の厚さは強度の面から20〜40μm程度であることが好ましい。また、発電効率が低下しないように、ピエゾ有機膜10は全キーに対して1枚ではなく、グループに分けられた例えば4〜9個の複数のキー毎に分割して設けることが好ましい。   In the case of generating power by pressing a key, the thickness of the piezo organic film 10 is preferably about 20 to 40 μm from the viewpoint of strength. In order not to reduce the power generation efficiency, the piezo organic film 10 is preferably provided separately for each of a plurality of, for example, 4 to 9 keys divided into groups instead of one for all keys.

10 ピエゾ有機膜(その前駆体)
21 トップ電極
22 ボトム電極
23 ダイオードブリッジ
24 容量
25 出力端子部
28 支持体
30 基板
31、32 発電装置
33 マイクロ太鼓
40 キーボード
41 キーボード上部底板(電極含む)
42 ピエゾ発電部
43 キーボード下部底板(電極含む)
70 電圧発生装置
71 上部電線
72 下部電線
73 スイッチ
74 アース
75 上部電極
76 下部電極
78 回転軸
79 スペーサ
80 チャンバ
83 ノズル
85 赤外線ヒータ
87 真空ポンプ
89 窒素供給系
91 バッテリー
92 負荷
d 直径
10 Piezo Organic Film (Precursor)
21 Top electrode 22 Bottom electrode 23 Diode bridge 24 Capacitance 25 Output terminal portion 28 Support body 30 Substrate 31, 32 Power generation device 33 Micro drum 40 Keyboard 41 Keyboard upper bottom plate (including electrodes)
42 Piezo power generation unit 43 Keyboard bottom plate (including electrodes)
70 Voltage generator 71 Upper wire 72 Lower wire 73 Switch 74 Ground 75 Upper electrode 76 Lower electrode 78 Rotating shaft 79 Spacer 80 Chamber 83 Nozzle 85 Infrared heater 87 Vacuum pump 89 Nitrogen supply system 91 Battery 92 Load d Diameter

Claims (7)

ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布工程と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱工程と
を有していることを特徴とするピエゾ有機膜の製造方法。
A coating step in which a raw material liquid in which particles of a fluorine-based organic resin that exhibits a piezoelectric effect are dissolved in a solvent is applied to a substrate, and a thin film of the raw material liquid is formed on the substrate;
While the raw material liquid thin film is heated in an oxygen-free atmosphere to evaporate and remove the solvent, a predetermined electric field is applied in a direction perpendicular to the raw material liquid thin film before the raw material liquid is completely solidified. And a heating step of aligning and solidifying the particles of the fluorine-based organic resin, and a method for producing a piezo organic film.
前記フッ素系有機樹脂が、PVDF−TeFEであることを特徴とする請求項1に記載のピエゾ有機膜の製造方法。   The method for producing a piezo organic film according to claim 1, wherein the fluorinated organic resin is PVDF-TeFE. 前記所定の電界が、0.5〜2MV/mであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のピエゾ有機膜の製造方法。   The method for producing a piezo organic film according to claim 1 or 2, wherein the predetermined electric field is 0.5 to 2 MV / m. 請求項1に記載のピエゾ有機膜の製造方法を用いて製造されていることを特徴とするピエゾ有機膜。   A piezo organic film manufactured using the method for manufacturing a piezo organic film according to claim 1. フッ素系有機樹脂の粒子を溶解させた原料液を加熱して配向させずに固化させたピエゾ有機膜の周波数1Hzにおける残留分極値Prをa、周波数10Hzにおける残留分極値Prをbとしたとき、
周波数1Hzにおける残留分極値Prが3a以上で、かつ周波数10Hzにおける残留分極値Prが2b以上であることを特徴とするピエゾ有機膜。
When the remanent polarization value Pr at a frequency of 1 Hz is a and the remanent polarization value Pr at a frequency of 10 Hz is b, the piezoelectric organic film obtained by heating and solidifying the raw material liquid in which the particles of the fluorine-based organic resin are heated is not oriented.
A piezoelectric organic film characterized in that a remanent polarization value Pr at a frequency of 1 Hz is 3a or more and a remanent polarization value Pr at a frequency of 10 Hz is 2b or more.
ピエゾ効果を発揮するフッ素系有機樹脂の粒子を溶媒に溶解させた原料液を基板に塗布して、基板上に前記原料液の薄膜を形成させる塗布手段と、
前記原料液の薄膜を酸素が存在しない雰囲気中で加熱して溶媒を蒸発除去させながら、前記原料液が完全に固化する前に、前記原料液の薄膜と直交する方向に所定の電界を印加して、前記フッ素系有機樹脂の粒子を配向させて、固化させる加熱手段と
を備えていることを特徴とするピエゾ有機膜の製造装置。
A coating means for applying a raw material solution in which particles of a fluorine-based organic resin exhibiting a piezoelectric effect are dissolved in a solvent, to form a thin film of the raw material solution on the substrate;
While the raw material liquid thin film is heated in an oxygen-free atmosphere to evaporate and remove the solvent, a predetermined electric field is applied in a direction perpendicular to the raw material liquid thin film before the raw material liquid is completely solidified. And a heating means for orienting and solidifying the particles of the fluorinated organic resin.
請求項4または請求項5に記載のピエゾ有機膜を圧電材料として用いて形成されていることを特徴とするマイクロマシンデバイス。   A micromachine device, wherein the piezoelectric organic film according to claim 4 or 5 is used as a piezoelectric material.
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JP (1) JP2011054783A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014041464A (en) * 2012-08-22 2014-03-06 Sharp Corp Information processor and its control method
KR101615288B1 (en) 2014-10-27 2016-04-25 영남대학교 산학협력단 Manufacturing method of the device for converting energy
KR101795779B1 (en) * 2015-12-30 2017-11-08 한양대학교 산학협력단 Preparation method of langmuir-blodgett thin film comprising fluorinated polymer

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KR101795779B1 (en) * 2015-12-30 2017-11-08 한양대학교 산학협력단 Preparation method of langmuir-blodgett thin film comprising fluorinated polymer

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