JP2011084735A - エネルギー変換用フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱可塑性樹脂50〜88重量%および無機粉末50〜12重量%を含む熱可塑性樹脂延伸フィルムからなるコア層(A)を含むエネルギー変換用フィルム(i)であって、コア層(A)が厚み方向の断面観察によるフィルムの厚み方向に3〜30μmの高さ、且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を100〜3,000個/mm2の頻度で含むことを特徴とするエネルギー変換用フィルム(i)。
【選択図】図1
Description
特に、本発明のフィルムの内部に電荷を蓄積することにより得られるエレクトレット化フィルム(ii)は、優れた電気−機械エネルギー変換性能を有するものである。
従来から高分子材料よりなるエレクトレットは、その使用態様に応じて、フィルム、シート、繊維、不織布等の様々な形態で用いられている。特にエレクトレットを成形加工してなるエレクトレットフィルターは、電界により微小な埃やアレルゲン等を効率的に吸着するエアーフィルター等の用途に広く使用されてきた。またエレクトレットは、スピーカー、ヘッドフォン、マイクロフォン、超音波センサー、圧力センサー、加速度センサー、振動制御装置などの電気−機械エネルギー変換用の材料として各種用途への利用が広がってきている。
又、多孔性樹脂フィルムは高圧ガスを用いて厚み方向に膨らませることで、これを用いたエレクトレットは、圧電素子としての性能が向上すると言われている(非特許文献1)。
このように多孔性樹脂フィルムを厚み方向に膨らませる方法として、予め2軸延伸することにより内部に空孔を有するフィルムを作成し、これに高圧ガスを浸透させ、次いで減圧下で熱処理することにより発泡倍率の高い多孔性樹脂フィルムを得る方法が提案されている(特許文献2)。
しかし、上記学術文献や特許文献2に見られる様な手法は、多孔性樹脂フィルムの空孔内に導入された高圧ガスが、減圧下において空孔を押し広げて発泡倍率を上げるものであるが、そのままでは容易に元の状態に戻ってしまうために、膨張している内に熱処理を施して、熱可塑性樹脂の結晶化を促して形状固定化する必要がある。
それでも、このような発泡フィルムは減圧下では次第にガスが抜けてしまうために、一定の空孔率に保つことが困難であった。又、熱処理温度を上げすぎると熱可塑性樹脂の気体透過性が上がるため、更に内部のガスが抜けやすくなり発泡倍率が低下することから、充分な熱処理を行えず、結果として所望の空孔率が得にくいという問題があった。
更にはこのような発泡フィルムは厚み方向に潰れ易く、使用時の環境によってはエネルギー変換効率が低下してしまい、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する電気−機械
エネルギー変換用材料としては不向きであるという欠点があった。
すなわち本発明は、
(1)熱可塑性樹脂50〜88重量%および無機粉末を50〜12重量%を含む熱可塑性樹脂延伸フィルムからなるコア層(A)を含むエネルギー変換用フィルム(i)であって、コア層(A)が厚み方向の断面観察によるフィルムの高さ方向に3〜30μmの高さ、且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を100〜3,000個/mm2の頻度で含むことを特徴とするエネルギー変換用フィルム(i)に関する。
(3)熱可塑性樹脂延伸フィルムが熱可塑性樹脂50〜88重量%、無機粉末を50〜12重量%、および有機フィラー25〜0重量%を含むことが好ましい。
(4)また無機粉末はレーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)が3〜30μmであることが好ましく、
(5)無機粉末および有機フィラーの混合物もまたレーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)が3〜30μmであることが好ましい。
(6)コア層(A)は二軸方向に延伸した熱可塑性樹脂延伸フィルムであることが好ましく、
(7)その面積延伸倍率が1.5〜60倍であることが好ましい。
(8)コア層(A)はその少なくとも片面に延伸樹脂フィルムからなる表面層(B)を設けることが好ましい。
(9)エネルギー変換用フィルム(i)は、その空孔率が20〜95%であることが好ましく、
(10)水蒸気透過係数が0.1〜2.5g・mm/m2・24hrであることが好ましく、
(11)その少なくとも片方の面の表面抵抗値が1×1013〜9×1017Ωであることが好ましい。
(13)表面層(B)の厚みは0.1〜200μmであることが好ましい。
(14)エネルギー変換用フィルム(i)は、その少なくとも片方の面に更にアンカーコ
ート層(C)を設けることが好ましく、
(15)アンカーコート層(C)の坪量は0.001〜5g/m2であることが好ましい。
(16)本発明は(1)〜(14)に記載のエネルギー変換用フィルム(i)に直流高電圧放電処理を施してエレクトレット化したエレクトレット化フィルム (ii)を含む。
(17)(16)に記載のエレクトレット化フィルム (ii)は優れた電気−機械エネルギー変換性能を示し、圧電定数d33が50〜1,000pC/Nであることを特徴とする。
(18)また本発明は(16)または(17)に記載のエレクトレット化フィルム (ii)の少なくとも片方の面に表面抵抗値が1×10-2〜9×107 Ωの導電層(D)を設けたエネルギー変換装置用材料(iii)を含む。
特に、従来の膨張処理による発泡倍率の高い多孔性樹脂フィルムにおける空孔の形状、即ちほぼ球状、に比べて、本発明のエネルギー変換用フィルム(i)は電荷の蓄積に適した形状の空孔、即ちフィルム面方向に対して長径が平行な円盤状、を多数有しているため、特に電気−機械エネルギー変換用の材料として有用である。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)は、熱可塑性樹脂50〜88重量%および無機粉末を50〜12重量%を含む熱可塑性樹脂延伸フィルムからなるコア層(A)を含むものであり、同コア層(A)は、厚み方向の断面観察によるフィルムの厚み方向に3〜30μmの高さ、且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を100〜3,000個/mm2の頻度で含有するものである。
本発明において用いるコア層(A)は、無機粉末を含有した熱可塑性樹脂フィルムを延伸することにより内部に空孔を形成した樹脂フィルムからなる層である。コア層(A)に形成された空孔は、電荷を蓄積することに適した形状と、コア層(A)に高い圧縮回復性をもたらす形状とを併せもっている。
またコア層(A)は、厚み方向の断面観察によるフィルムの厚み方向に3〜30μmの高さ、且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を100〜3,000個/mm2の頻度で含有することを特徴とする。
空孔の形状(大きさ)は、任意の断面で観察をした場合、空孔の見える位置によって当然変わり得る。しかし本発明は、上記の範囲の粗大な空孔が多数形成されていることを特
徴とするものであり、見る位置に依らず同サイズの空孔を100〜3,000個/mm2、好ましくは150〜2,500個/mm2、より好ましくは200〜2,000個/mm2、更に好ましくは300〜1,500個/mm2の頻度で含有することを特徴とする。
したがって、空孔の大きさが本発明の範囲未満では、エネルギー変換効率が充分に得られない場合があり好ましくない一方、空孔の大きさが本発明の範囲を超えてしまうとエネルギー変換効率が安定しないものとなる場合があり好ましくない。
したがって、空孔の数が本発明の範囲未満ではエネルギー変換効率が充分に得られない場合があり好ましくない一方、空孔の数が本発明の範囲を超えてしまうとエネルギー変換効率が安定しないものとなる場合があり好ましくない。
特に熱可塑性樹脂のガラス転移点乃至融点よりも低い温度で延伸成形することで、無機粉末を始点(核)とした空孔が形成される。
コア層(A)の厚みは10〜500μmの範囲であることが好ましく、20〜300μmの範囲であることがより好ましく、30〜150μmの範囲であることが特に好ましい。
該厚みが10μm未満では、エネルギー変換に有効に機能する大きさの空孔を所望の数量で均一に形成することが難しいために好ましくない。一方、該厚みが500μmを超えると、これに後述する電荷注入(直流高電圧放電処理)を施してエレクトレット化する際に、層内部まで電荷を到達させることが困難となり、本発明の所期の性能を発揮し得ずに好ましくない。
コア層(A)に用いる熱可塑性樹脂としては、電気を通しにくい絶縁性の高分子材料であることが好ましい。例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンを含むエチレン系樹脂、プロピレン系樹脂、ポリメチル−1−ペンテン、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂;エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、マレイン酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン等の官能
基含有ポリオレフィン系樹脂;ナイロン−6、ナイロン−6,6等のポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレートやその共重合体、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル等のポリエステル系樹脂;ポリカーボネート、アタクティックポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン等を使用することができる。これらの熱可塑性樹脂の中では、吸湿性が低く、絶縁性が高いポリオレフィン系樹脂、官能基含有ポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。
上記プロピレン系共重合体については、2元系でも3元系以上でもよく、またランダム共重合体でもブロック共重合体でもよい。
かかる官能基含有モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレンなどのスチレン類、酢酸ビニル、ビニルアルコール、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ブチル安息香酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル類、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、N−メタロール(メタ)アクリルアミドなどのアクリル酸エステル類、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、シクロペンチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、フェニルビニルエーテルなどのビニルエーテル類が特に代表的である。これら官能基含有モノマーの中から必要に応じ1種類もしくは2種類以上を適宜選択し重合したものを用いることができる。
グラフト変性には公知の手法を用いることができ、具体的な例としては、不飽和カルボン酸又はその誘導体によるグラフト変性を挙げることができる。該不飽和カルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等を挙げることができる。また上記不飽和カルボン酸の誘導体としては、酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩等も使用可能である。具体的には、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アク
リル酸ブチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸ジエチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、フマル酸ジメチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、イタコン酸ジエチルエステル、(メタ)アクリルアミド、マレイン酸モノアミド、マレイン酸ジアミド、マレイン酸−N−モノエチルアミド、マレイン酸−N,N−ジエチルアミド、マレイン酸−N−モノブチルアミド、マレイン酸−N,N−ジブチルアミド、フマル酸モノアミド、フマル酸ジアミド、フマル酸−N−モノエチルアミド、フマル酸−N,N−ジエチルアミド、フマル酸−N−モノブチルアミド、フマル酸−N,N−ジブチルアミド、マレイミド、N−ブチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウム等を挙げることができる。
使用可能なグラフト変性物は、グラフトモノマーをポリオレフィン系樹脂及び官能基含有ポリオレフィン系樹脂に対して一般に0.005〜10重量%、好ましくは0.01〜5重量%を加えて、グラフト変性したものである。
熱可塑性樹脂としてプロピレン系樹脂を用いる場合には、後述する延伸成形性をより良好にするために、プロピレン単独重合体よりも融点乃至はガラス転移点が10〜70℃低い樹脂を2〜25重量%配合して使用することが好ましい。このような融点が低い樹脂としては、高密度乃至は低密度のポリエチレン、および環状ポリオレフィンを例示することができる。
コア層(A)に用いられる無機粉末は、これを核としてコア層(A)に空孔を形成するために添加するものである。無機粉末はコスト面、粒子径の制御のし易さから好ましい。これら無機粉末の添加および後述する延伸工程により、コア層(A)は内部に空孔を形成することが可能となる。無機粉末の含有量を制御することによって、空孔の頻度を制御することが可能であり、無機粉末の粒子径を制御することによって、空孔の大きさを制御することが可能である。
無機粉末の含有率が12重量%未満では、後述する延伸工程で形成される空孔数が少なくエネルギー変換効率が充分に得られない場合があり、所期の目的を達成しにくい。一方、50重量%を超えると相対的にフィルムの強度が低下してしまい、圧縮回復力が低下してエネルギー変換効率が安定しない傾向があるために好ましくない。
ーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)が3〜30μmのものを用いることが好ましい。本発明における無機粉末は、メディアン径(D50)が4〜20μmのものを用いることがより好ましく、4〜15μmのものを用いることが更に好ましい。
メディアン径(D50)が3μm未満では、形成される空孔の大きさが小さいものとなり、本発明が規定するサイズの空孔を規定量形成することが困難になり、電荷が蓄積し難く本発明の効果を発揮し難い。一方、メディアン径(D50)が30μmを超えてしまうと、形成される空孔の大きさが大きくなりすぎて、隣接する空孔同士が連通してしまい、隣接する空孔間で放電(短絡)が発生してしまい逆に電荷を蓄積しにくくなる。またフィルム内の微視的な密度差が大きくなりフィルムの均一性が損なわれる傾向がある。そのため電荷注入によるエレクトレット化の際に極所放電が生じ、穴開きなどの欠陥が生じ易くなってしまう。
無機粉末と有機フィラーとを併用する場合もまた、同様の趣旨からレーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)が3〜30μmであることが好ましい。無機粉末と有機フィラーとを併用する場合のメディアン径(D50)は、個別に有機フィラーの同範囲のものを組み合わせて使用しても良く、2者を混合した状態をレーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)が同範囲のものを使用しても良い。2者を混合した状態をレーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)は3〜30μmであることが好ましく、4〜20μmであることがより好ましく、4〜15μmであることが更に好ましい。
有機フィラーを添加する場合は、主成分である熱可塑性樹脂とは異なる種類の樹脂を選択することが好ましい。例えば熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂である場合、有機フィラーとしては、架橋アクリル樹脂、架橋メタクリル樹脂、架橋スチレン樹脂、架橋ウレタン樹脂等の、ポリオレフィンとは非相溶であり、架橋によりポリオレフィン系樹脂の混練、延伸成形の際に流動性を有しないものを使用することが好ましい。またこれらの架橋樹脂からなる樹脂粒子は、予め粒子径(メディアン径)の整った球状の粒子として入手可能であり、無機粉末と同様に扱うことができ、空孔のサイズを容易に調整できることから、より好ましい。
また有機フィラーとしては、例えば熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂である場合には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ナイロン−6,ナイロン−6,6、環状オレフィン重合体、ポリスチレン、ポリメタクリレート等の重合体であって、ポリオレフィン系樹脂の融点よりも高い融点(例えば170〜300℃)ないしはガラス転移温度(例えば170〜280℃)を有するものを、溶融混練によりマトリクス樹脂であるポリオレフィン系樹脂中に微分散させることにより使用することができる。
コア層(A)に使用する熱可塑性樹脂には必要に応じて、熱安定剤(酸化防止剤)、光安定剤、分散剤、滑剤などを任意に添加することができる。
熱安定剤を添加する場合は、樹脂に対し通常0.001〜1重量%の範囲内で添加する。熱安定剤の具体例としては、立体障害フェノール系、リン系、アミン系等の安定剤を使用することができる。
光安定剤を添加する場合は、樹脂に対し通常0.001〜1重量%の範囲内で添加する。光安定剤の具体例としては、立体障害アミン系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系等の光安定剤を使用することができる。
分散剤や滑剤は、例えば無機粉末を樹脂中に分散させる目的で使用する。使用量は樹脂に対し通常0.01〜4重量%の範囲内である。これらの具体例としては、シランカップリング剤、オレイン酸やステアリン酸等の高級脂肪酸、金属石鹸、ポリエチレンアクリル酸共重合体、ポリエチレンメタクリル酸共重合体ないしはそれらの塩等を使用することができる。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)には少なくとも片面に延伸樹脂フィルムからなる表面層(B)を備えていることが望ましい。表面層(B)は、主にコア層(A)に蓄えられた電荷の漏洩を防ぐ保護層の働きを有するものである。
表面層(B)を備えることにより、コア層(A)に形成した空孔が外部と通じて大気放電してしまうことを防ぐことができ、また、電荷注入によるエレクトレット化の際に、エネルギー変換用フィルム(i)の絶縁耐圧を向上し、高電圧下でより多くの電荷を注入することができる。
表面層(B)を構成する熱可塑性樹脂としては、コア層(A)の項で挙げた熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。延伸特性の観点から、表面層(B)に使用する熱可塑性樹脂はコア層(A)と同種類の樹脂を用いることが好ましく、具体的にはポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。
表面層(B)に無機粉末や有機フィラーを使用する場合は、コア層(A)に用いるものと同種のものを用いてもよいし、異種のものを用いてもよい。
特に無機粉末は、一般的に熱可塑性樹脂よりも誘電率が高い為に、表面層(B)の電気特性の改質に向いている。特に表面層(B)の熱可塑性樹脂としてポリオレフィン系樹脂などの誘電率の低い樹脂を使用する場合は、無機粉末を含有させることにより、エレクトレット化処理時の高電圧印加時に、その誘電効果によりコア層(A)まで電荷を到達させることができる。逆にエレクトレット化処理後は、主成分であるポリオレフィン系樹脂の低い誘電特性によりコア層(A)の電荷を逃がさず保持する効果が得られる。
表面層(B)は単層構造のみならず、2層構造以上の多層構造のものであってもよい。多層構造とする場合は、各層に使用する熱可塑性樹脂、無機粉末、及び有機フィラーの種類や含有量を変更することにより、より高い電荷保持性能を備えたエネルギー変換用フィルム(i)の設計が可能となる。
表面層(B)はコア層(A)の少なくとも片面に設けることが好ましく、両面に設けることがより好ましい。表面層(B)をコア層(A)の両面に設ける場合は、表裏それぞれ
の組成、構成が同一でも良いし、異なっていても良い。
コア層(A)と表面層(B)の積層には公知の種々の方法が使用できる。具体例としては、フィードブロックやマルチマニホールドを使用した多層ダイスを用いる共押出方式と、複数のダイスを使用する押出ラミネーション方式等が挙げられる。更に多層ダイスによる共押出方式と押出ラミネーション方式を組み合わせる方法が挙げられる。
コア層(A)と表面層(B)は厚み均一性の観点から、コア層(A)と表面層(B)とを積層した後に、少なくとも1軸方向に延伸することが好ましい。コア層(A)との積層後に延伸することによって、延伸フィルム同士を積層するよりも、エネルギー変換用フィルム(i)としての膜厚の均一性が向上し、結果的に絶縁耐圧性などの電気特性が向上する。
本発明において、コア層(A)は樹脂延伸フィルムである。延伸によりコア層(A)内部には空孔が多数形成される。エネルギー変換用フィルム(i)中に形成される空孔は電荷を保持する観点から個々の体積が大きく、その数が多く、且つ互いに独立した形状であることが望ましい。空孔の大きさは1方向のみ延伸するよりも、2軸方向に延伸した方が大きくできる。特にフィルムの巾方向、流れ方向の2軸方向に延伸したものは、面方向に引き延ばされた円盤状の空孔を形成できるので、エレクトレット化により空孔内で正負分極した電荷の蓄積をし易く、エレクトレット化フィルム(ii)の電荷の保持性能が優れたものとなる。したがって本発明のエネルギー変換用フィルム(i)におけるコア層(A)には2軸延伸した樹脂延伸フィルムを用いることが好ましい。
延伸の具体的な方法としては、ロール群の周速差を利用した縦延伸方法、テンターオーブンを使用した横延伸方法、圧延方法、テンターオーブンとリニアモーターの組み合わせによる同時二軸延伸方法、テンターオーブンとパンタグラフの組み合わせによる同時二軸延伸方法などを挙げることができる。又、インフレーションフィルムの延伸方法であるチューブラー法による同時二軸延伸方法を挙げることができる。
指標としては用いる熱可塑性樹脂の融点より1〜70℃低い温度である。具体的には、各層の熱可塑性樹脂がプロピレン単独重合体(融点155〜167℃)である場合は10
0〜166℃であり、高密度ポリエチレン(融点121〜136℃)である場合は70〜135℃である。
勿論、コア層(A)と表面層(B)に用いる熱可塑性樹脂に、それぞれ融点乃至ガラス転移点の異なるものを用いて延伸温度を決定すれば、それぞれの層の空孔形成の程度を調整することが可能である。
延伸倍率は、例えば熱可塑性樹脂としてプロピレン単独重合体ないしはその共重合体を使用する場合では、一軸方向に延伸する場合は約1.2〜12倍であり、好ましくは2〜10倍であり、二軸方向に延伸する場合には面積倍率(縦倍率と横倍率の積)で1.5〜60倍、好ましくは4〜50倍である。その他の熱可塑性樹脂を使用する場合、一軸方向に延伸する場合は1.2〜10倍、好ましくは2〜5倍であり、二軸方向に延伸する場合には面積倍率で1.5〜20倍、好ましくは4〜12倍である。
二軸方向に延伸する場合には、縦倍率と横倍率を極力同等に設定することが、電荷の蓄積をし易い円盤状の空孔を形成し、任意方向の断面で観察した空孔の形状や頻度を本発明の規定する範囲に調整しやすく好ましい。そのため二軸方向に延伸する場合には、縦倍率と横倍率との比が0.4〜2.5であることが好ましく、0.5〜2であることがより好ましく、0.7〜1.5であることが更に好ましく、0.8〜1.3であることが特に好ましい。
また延伸速度は、安定な延伸成形の観点から、20〜350m/分の範囲内とするのが好ましい。
エネルギー変換用フィルム(i)の表面には、更に他素材を貼り合わせてエレクトレット化後の用途の拡大を目的に、接着剤や蒸着金属膜などとの密着性を向上させるために、片面もしくは両面にアンカーコート層(C)を設けることが好ましい。
アンカーコート層(C)には、高分子バインダーを用いることが好ましく、係る高分子バインダーの具体的な例としては、ポリエチレンイミン、炭素数1〜12のアルキル変性ポリエチレンイミン、ポリ(エチレンイミン−尿素)等のポリエチレンイミン系重合体;ポリアミンポリアミドのエチレンイミン付加物、及びポリアミンポリアミドのエピクロルヒドリン付加物等のポリアミンポリアミド系重合体;アクリル酸アミド−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸アミド−アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、ポリアクリルアミドの誘導体、オキサゾリン基含有アクリル酸エステル系重合体等のアクリル酸エステル系重合体;ポリビニルアルコールとその変性体を含むポリビニルアルコール系重合体;ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール等の水溶性樹脂;塩素化ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アクリル酸変性ポリプロピレン等のポリプロピレン系重合体、加えてポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニリデン、アクリルニトリル−ブタジエン共重合体、ポリエステル等の熱可塑性樹脂の有機溶剤希釈樹脂又は水希釈樹脂等が挙げられる。これらの内でもポリエチレンイミン系重合体、ポリアミンポリアミド系重合体、ポリビニルアルコール系重合体、及びポリプロピレン系重合体が、エネルギー変換用フィルム(i)へのアンカー効果に優れ好ましい。
、アンカーコート層(C)自体の凝集力不足からアンカー効果が低下したり、或いはアンカーコート層(C)の表面抵抗値が低下して1×1013Ω未満となり、表面を伝って電荷が逃げやすくなるために、エネルギー変換用フィルム(i)のエレクトレット化の際に電荷が注入されにくくなり、コア層(A)まで電荷が到達できずに本発明の所期の性能を発現しにくくなるために好ましくない。
塗工装置の具体的な例としては、例えばダイコーター、バーコーター、コンマコーター、リップコーター、ロールコーター、カーテンコーター、グラビアコーター、スプレーコーター、スクイズコーター、ブレードコーター、リバースコーター、エアーナイフコーター、サイズプレスコーター等が挙げられる。
アンカーコート層(C)をエネルギー変換用フィルム(i)上に設けるタイミングは、詳細後述するエレクトレット化処理の前でも後でも差し支えない。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)は、フィルム内部に微細な空孔を多数有するものであり、次式(1)で算出される空孔率が、20〜95%であることが好ましく、30〜80%であることがより好ましく、35〜65%であることが更に好ましい。エネルギー変換用フィルム(i)の空孔率が20%未満では電荷の蓄積容量が低く、電荷注入してエレクトレット化フィルム(ii)やエネルギー変換装置用材料(iii)としても性能が劣るものとなる場合がある。一方、95%を越えると、空孔が連通し易い傾向があり、連通した空孔を介した電荷の流出が起こりやすく、電荷注入によりエレクトレット化しても経時による性能低下が起こりやすい。またエネルギー変換用フイルム(i)の弾性率が極端に劣るものとなり、厚み方向の復元性が低下し、耐久性に劣るものとなる場合がある。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)の厚みは、JIS−K−7130:1999に準拠し厚み計を用いてフィルム総厚みを測定する。
これを構成するコア層(A)及び表面層(B)の各厚みは、測定対象試料を液体窒素にて−60℃以下の温度に冷却し、ガラス板上に置いた試料に対してカミソリ刃(シック・ジャパン(株)製、商品名:プロラインブレード)を直角に当て切断し断面測定用の試料を作成し、得られた試料を走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製、商品名:JSM−6490)を使用して断面観察を行い、空孔形状、組成外観からコア層(A)と表面層(B)の境界線を判別して、表面層(B)の厚みを観察される厚みと倍率から乗算して求めた。次いで、コア層(A)の厚みはフィルム総厚みから表面層(B)の厚みを減算して求めた。
本発明のコア層(A)の空孔サイズは前述の厚み測定にて作成した断面観察用のサンプ
ルを走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製、商品名:JSM−6490)を使用して500倍の倍率で撮影し、観測長が1mm幅になる様に画像を張り合わせ、その断面観察からフィルムの厚み方向に3〜30μmの高さ、且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を数えて測定し、単位面積当たりに換算する。
尚、空孔の頻度測定はフィルムの幅方向(Transverse Direction)と流れ方向(Machine Direction)のそれぞれで行った。
本発明で用いる無機粉末のメディアン径(D50)は、JIS−Z−8825−1:2001に基づきレーザー回折・散乱法により測定する。
具体的には、無機粉末を0.1wt%ヘキサメタリン酸ナトリウム蒸留水溶液に0.2wt%の割合で加え、超音波分散機を用いて懸濁させた分散液を、レーザー回折式粒度分布測定装置(日機装(株)製、商品名:マイクロトラック MT3000)を用いて測定した。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)の水蒸気透過係数(g・mm/m2・24hr)は、JIS−Z−0208:1976に準拠しカップ法により、温度40℃、相対湿度90%の条件にて透湿度(g/m2・24hr)を測定し、フィルムの厚み(mm)から換算して求めた。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)の表面層(B)はコア層(A)に蓄積した電荷が外部に逃げないように、絶縁する効果を有するものであるが、その効果が低い場合は水蒸気透過係数が高くなり、電荷の保持能力が劣るものとなる。本発明のエネルギー変換用フィルム(i)中の空孔の多くが連通している場合、水蒸気透過係数が高くなり、電荷の保持能力が劣るものとなる。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)の表面抵抗値(Ω)は、JIS−K−6911:1995に準拠し2重リング法の電極を用いて、温度23℃、相対湿度50%の条件下にて測定する。
また、エネルギー変換用フィルム(i)の少なくとも片方の面に導電層(D)を設けて、表面抵抗値が1×107Ω未満の場合は、この表面抵抗値はJIS−K−7194:1994に準拠し4端子法により測定した値である。
表面抵抗値が1×1013Ω未満ではエネルギー変換用フィルム(i)のエレクトレット化処理を施す際に、電荷が表面を伝って逃げやすくなり、充分な電荷注入が行われない。一方、表面抵抗値が9×1017Ωを超えてしまうとエネルギー変換用フィルム(i)に付着したゴミや埃の除去が困難となり、エレクトレット化処理の際にこれを伝って局所放電
が発生しやすくなり、部分的なエネルギー変換用フィルム(i)の破壊が発生し易く好ましくない。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)をエレクトレット化することで、本発明のエレクトレット化フィルム(ii)が得られる。本発明のエレクトレット化フィルム(ii)は、高い圧電定数d33を有するものであり、優れた電気−機械エネルギー変換特性を有するものである。
係るエレクトレット化処理としては、幾つかの処理方法が挙げられる。例えば、エネルギー変換用フィルム(i)の両面を導電体で保持し、直流高電圧やパルス状高電圧を加える方法(エレクトロエレクトレット化法)やγ線や電子線を照射してエレクトレット化する方法(ラジオエレクトレット化法)などが公知である。
これらの中でも直流高電圧放電を用いたエレクトレット化処理法(エレクトロエレクトレット化法)は装置が小型であり、且つ作業者や環境への負荷が小さく、本発明のエネルギー変換用フィルム(i)の様な高分子材料のエレクトレット化処理に適しており、好ましい。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)をエレクトレット化したエレクトレット化フィルム(ii)は、特に厚み方向の応力に対して高い圧電性(電気−機械エネルギー変換性能)を示すことを特徴とする。該圧電性は、圧電定数d33の測定により確認することができる。該圧電定数d33は、サンプルに厚み方向の伸縮が生じるように応力(単位:N)を与え、その時に発生するサンプルの電荷(単位:pC)を測定し、発生した電荷と与えた応力の比から求めることができる。
本発明のエネルギー変換フィルム(i)を用いたエレクトレット化フィルム(ii)の圧電定数d33は、通常50〜1,000pC/Nの範囲であり、好ましくは100〜700pC/Nであり、より好ましくは150〜500pC/Nであり、特に好ましくは200〜350pC/Nである。圧電定数d33が50pC/N未満では、性能が低いため産業的価値が低いものとなる。一方d33が1,000pC/Nを超えることは本発明を用いても到達することが困難である。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)をエレクトレット化したエレクトレット化フィルム(ii)には、少なくとも片方の面に導電層(D)を設けて、エネルギー変換装置用材料(iii)とすることが可能である。
導電層(D)は電極として用いるものであるので、上述の方法で測定した同層表面の表面抵抗値は1×10-2〜9×107Ωの範囲内に調整されていることが望ましい。
表面抵抗値が9×107Ωを超えると電気信号の伝達効率が悪く、電気・電子入出力装置用材料としての性能が低下する傾向にある。一方、1×10-2未満の導電層(D)を設ける為には、導電層(D)を厚く設ける必要があり、塗工により導電層(D)を設ける場合には乾燥時の熱により、蒸着する場合は蒸着される金属の熱により、エネルギー変換用フィルム(i)の温度が上昇してしまい、内部に形成した空孔が潰れてしまったり、或いは、エネルギー変換用フィルム(i)自体に収縮が発生してしまい、所期の性能を発揮しない場合がある。
スズドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛などの導電性酸化金属粒子やカーボン粒子を、ポリアクリル酸エステル、ポリウレタン、ポリエポキシ、ポリエーテル、ポリエステルなどのバインダー樹脂成分の溶液又は分散液に混合したものが挙げられ、またポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性樹脂の溶液又は分散液などが挙げられる。
金属蒸着膜の具体的な例としては、アルミニウム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどの金属を減圧下で気化してエネルギー変換用フィルム(i)に表面に蒸着させ薄膜を形成したもの、またはアルミニウム、亜鉛、金、銀、白金、ニッケルなどの金属よりなる薄膜をエネルギー変換用フィルム(i)に表面に転写したもの等が挙げられる。
導電層(D)の設置をエレクトレット化処理後のエレクトレット化フィルム(ii)に行えば、エレクトレット化処理時に導電層(D)を介した電荷の放散を防ぐことが可能である。しかしながら、導電層(D)の設置の際にエレクトレット化フィルム(ii)に熱などの負荷が掛かり、電荷が逃げてしまい性能が低下する場合がある。現状では最終的に得られるエネルギー変換装置用材料(iii)の性能から判断して、導電層(D)はエレクトレット化処理前に設けることが好ましい。
なお、以下に記載される%は、特記しない限り重量%である。
本発明のエネルギー変換用フィルム(i)の製造例、実施例及び比較例に使用する材料を表1にまとめて示す。
予め、表1に記載した熱可塑性樹脂と無機粉末を表2に記載した割合で混合した樹脂組成物(a〜k)を、210℃に設定した2軸混練機にて溶融混練し、次いで230℃に設定した押出機にてストランド状に押し出し、冷却後にストランドカッターにて切断して樹脂組成物(a〜k)のペレットを作成した。
なお、樹脂組成物eに用いた無機粉末Dは、有機フィラー(架橋アクリル樹脂粒子)を併用したものであり、表中のメディアン径(D50)および密度は混合物として測定した値である。
コア層(A)となる樹脂組成物aと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してk/a/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを135℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向(MD)に5倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び155℃に加熱して横方向(TD)に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が50μm、空孔率が39%、水蒸気透過係数が0.30g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1013Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で417個/mm2、フィルムの幅方向で646個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
コア層(A)となる樹脂組成物bと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してk/b/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを135℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に5倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び
155℃に加熱して横方向に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が70μm、空孔率が52%、水蒸気透過係数が0.46g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1013Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で652個/mm2、フィルムの幅方向で1,045個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
コア層(A)となる樹脂組成物cと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してk/c/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを145℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に4.5倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び155℃に加熱して横方向に9倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が80μm、空孔率が46%、水蒸気透過係数が0.42g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1014Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で487個/mm2、フィルムの幅方向で1,066個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
コア層(A)となる樹脂組成物dと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してk/d/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを140℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に4倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び155℃に加熱して横方向に9倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が150μm、空孔率が68%、水蒸気透過係数が0.59g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1014Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で386個/mm2、フィルムの幅方向で1,231個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
樹脂組成物bと樹脂組成物kを230℃に設定した2台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して2層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを135℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に5倍延伸した。次いで、樹脂組成物bを250℃に設定した別の押出機で溶融混練した後、押出ダイスよりシート状に押し出して上で調整した一軸延伸フィルムの樹脂組成物b側の面に積層し、3層構造の積層フィルムを得た。次いで、この3層構造の積層フィルムを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び150℃に加熱して横方向に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が67μm、空孔率が44%、水蒸気透過係数が0.37g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1014Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で840個/mm2、フィルムの幅方向で860個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
樹脂組成物bを230℃に設定した押出機で溶融混練した後、250℃に設定した押出ダイスに供給してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して無延伸シートを得た。
この無延伸シートを130℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に5倍延伸した。次いで、樹脂組成物bを250℃に設定した2台の押出機で溶融混練した後、押出ダイスよりシート状に押し出して上で調整した一軸延伸フィルムの両面にそれぞれ積層し、3層構造の積層フィルムを得た。次いでこの3層構造の積層フィルムを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び150℃に加熱して横方向に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が90μm、空孔率が47%、水蒸気透過係数が0.35g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1015Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で757個/mm2、フィルムの幅方向で929個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
樹脂組成物cを230℃に設定した押出機で溶融混練した後、250℃に設定した押出ダイスに供給してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して無延伸シートを得た。
この無延伸シートを140℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に4.5倍延伸した。次いで、樹脂組成物kを250℃に設定した2台の押出機で溶融混練した後、押出ダイスよりシート状に押し出して上で調整した一軸延伸フィルムの両面にそれぞれ積層し、3層構造の積層フィルムを得た。次いでこの3層構造の積層フィルムを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び155℃に加熱して横方向に8.5倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が90μm、空孔率が37%、水蒸気透過係数が0.32g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1014Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で657個/mm2、フィルムの幅方向で1,129個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
コア層(A)となる樹脂組成物eと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してk/e/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを135℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に5倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び155℃に加熱して横方向に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が70μm、空孔率が48%、水蒸気透過係数が0.40g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1014Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で788個/mm2、フィルムの幅方向で818個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
コア層(A)となる樹脂組成物fと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック
式多層ダイスに供給してk/f/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを135℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に5倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び155℃に加熱して横方向に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が50μm、空孔率が40%、水蒸気透過係数が0.58g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1013Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で75個/mm2、フィルムの幅方向で208個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
コア層(A)となる樹脂組成物gと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してk/g/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを135℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に3.5倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び160℃に加熱して横方向に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
得られたフィルムは、肉厚が70μm、空孔率が73%、水蒸気透過係数が2.31g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1013Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で530個/mm2、フィルムの幅方向で2,197個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
コア層(A)となる樹脂組成物hと、表面層(B)となる樹脂組成物kを230℃に設定した3台の押出機にてそれぞれ溶融混練した後、250℃に設定したフィードブロック式多層ダイスに供給してk/h/kの順になる様にダイス内で積層してシート状に押し出し、これを冷却装置により60℃まで冷却して3層構成の無延伸シートを得た。
この無延伸シートを135℃に加熱し、ロール群の周速差を利用して縦方向に4倍延伸した。次いで、この一軸延伸シートを60℃まで冷却し、テンターオーブンを用いて再び155℃に加熱して横方向に8倍延伸した後、更にオーブンで160℃まで加熱して熱処理を行った。
ィルムの両面に、表1に記載のアンカー剤Aを、スクイズコーターを用いて乾燥後の塗工量がそれぞれ0.05g/m2となるように塗工し、80℃のオーブンで乾燥してアンカーコート層(C)を設けて3層構造〔各層厚み(1/48/1μm)、各層延伸軸数(2軸/2軸/2軸)〕の熱可塑性樹脂延伸フィルムを得た。
得られたフィルムは、肉厚が50μm、空孔率が14%、水蒸気透過係数が0.20g・mm/m2・24hr、表面抵抗値が両面ともに1013Ω台であった。また同フィルムの断面観察より、コア層(A)に生じた本発明が規定するサイズの空孔の計測数は、フィルムの流れ方向で188個/mm2、フィルムの幅方向で313個/mm2であった。これらの測定結果は表3乃至表4に示す。
各実施例および各比較例で作成したアンカーコート層(C)を設けた熱可塑性樹脂延伸フィルムをエネルギー変換用フィルム(i)とし、上記3層構造をそれぞれ表面層(B)(表面)/コア層(A)/表面層(B)(裏面)として、エネルギー変換用フィルム(i)の裏面に真空蒸着装置(日立ハイテク製、商品名:VE−2030)を用いて表面抵抗値が1Ω以下になる様にアルミニウムを蒸着して導電層(D)を形成した。
次いで主電極の針間距離10mm、主電極−アース電極間距離10mmに設定した図2に記載のエレクトレット化装置のアース電極盤上にエネルギー変換用フィルム(i)のアルミニウム蒸着面がアース電極面と接触するように置き、印加電圧を1KVから少しずつ上昇し局所火花放電により多孔性樹脂フィルム(ii)が破壊される電圧を測定し、この火花放電電圧よりも1KV低い電圧で電荷注入を行って、エレクトレット化フィルム(ii)を作成した。
図6に記載の圧電定数測定装置を使用して、5回測定し平均値を算出して、以下の基準で評価した。評価結果を表4に示す。
○ :良好 d33が50pC/N以上
△ :やや不良 d33が10以上、50pC/N未満
× :不良 d33が10pC/N未満
そのためスピーカー、ヘッドフォン、超音波振動子、超音波モーター、振動制御装置、マイクロフォン、超音波センサー、圧力センサー、加速度センサー、歪センサー、疲労・亀裂センサー、発電装置などに利用可能であり、これらの産業分野に多大な寄与を与える。
2 コア層(A)
3,4 表面層(B)
5 直流高圧電源
6,8 針状電極
7 アース電極
10,11 ワイヤー電極
9 アースに接続されたロール
12 信号発生器
13 電圧増幅器
14 加振器
15 両面に導電層(D)を形成したエレクトレット化フィルム(ii)(エネルギー変換装置用材料(iii))
16 錘
17 加速度センサー
18 加速度センサーのコントローラ
19 電荷増幅器
20 オシロスコープ
Claims (18)
- 熱可塑性樹脂50〜88重量%および無機粉末50〜12重量%を含む熱可塑性樹脂延伸フィルムからなるコア層(A)を含むエネルギー変換用フィルム(i)であって、コア層(A)が厚み方向の断面観察によるフィルムの厚み方向に3〜30μmの高さ、且つフィルムの面方向に50〜500μmの径を有する空孔を100〜3,000個/mm2の頻度で含むことを特徴とするエネルギー変換用フィルム(i)。
- 熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 熱可塑性樹脂延伸フィルムが、熱可塑性樹脂50〜88重量%、無機粉末50〜12重量%、および有機フィラー25〜0重量%を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 無機粉末のレーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)が3〜30μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 無機粉末および有機フィラーの混合物のレーザー回折による粒度分布計で測定したメディアン径(D50)が3〜30μmであることを特徴とする請求項3または4に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- コア層(A)が二軸方向に延伸した熱可塑性樹脂延伸フィルムであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- コア層(A)の面積延伸倍率が1.5〜60倍であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- コア層(A)の少なくとも片面に延伸樹脂フィルムからなる表面層(B)を設けたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 空孔率が20〜95%であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 水蒸気透過係数が0.1〜2.5g・mm/m2・24hrであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 少なくとも片方の面の表面抵抗値が1×1013〜9×1017Ωであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- コア層(A)の厚みが10〜500μmであることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 表面層(B)の厚みが0.1〜200μmであることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 少なくとも片方の面に更にアンカーコート層(C)を設けたことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- アンカーコート層(C)の坪量が0.001〜5g/m2であることを特徴とする請求項14に記載のエネルギー変換用フィルム(i)。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載のエネルギー変換用フィルム(i)に直流高電圧放電処理を施してエレクトレット化したことを特徴とするエレクトレット化フィルム (ii)。
- 圧電定数d33が50〜1,000pC/Nであることを特徴とする請求項16に記載のエレクトレット化フィルム (ii)。
- 請求項16または17に記載のエレクトレット化フィルム (ii)の少なくとも片方の面に表面抵抗値が1×10-2〜9×107Ωの導電層(D)を設けたことを特徴とするエネルギー変換装置用材料(iii)。
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