JP2015210927A - 導電膜、それを用いた導電性テープ部材および電子部品 - Google Patents
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Description
本発明の導電膜は、エラストマーと導電材とを有する。導電膜は、エラストマーおよび導電材に加えて、必要に応じて分散剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。
非接触率(%)=(非接触部分の長さの合計/界面の長さ)×100・・・(1)
<導電性テープ部材>
本発明の導電性テープ部材は、上記本発明の導電膜と、該導電膜の厚さ方向の少なくとも一面に配置される離型シートと、を備える。本発明の導電膜の構成および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を省略する。なお、本発明の導電性テープ部材においても、本発明の導電膜における好適な態様を採用することが望ましい。
本発明の電子部品は、上記本発明の導電膜を、電極、配線、および部材間を電気的に接続する接続部材のうちの少なくとも一つとして備える。本発明の導電膜の構成および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を省略する。なお、本発明の電子部品においても、本発明の導電膜における好適な態様を採用することが望ましい。例えば、導電膜と、該導電膜の平滑面が接着された相手部材と、が積層された状態において、該導電膜と該相手部材との積層方向断面を観察し、界面の長さと、該界面において該導電膜と該相手部材とが接触していない非接触部分の長さと、に基づいて上記式(1)により非接触率を算出した場合に、該非接触率が10%以下であることが望ましい。
まず、本実施形態のスピーカの構成を説明する。図2に、本実施形態のスピーカの上面図を示す。図3に、図2のIII−III断面図を示す。図4に、図2のIV−IV断面図を示す。図2〜図4に示すように、スピーカ2は、電歪素子20と、上側フレーム21aと、下側フレーム21bと、を備えている。スピーカ2は、シリコーンゴム製の基板3の上面に配置されている。
次に、本実施形態のスピーカの製造方法について説明する。まず、離型シートを二枚準備して、一方のシートの表面に導電塗料を印刷して、電極23aを形成する。同様に、他方のシートの表面に、電極23bを形成する。次に、誘電膜22の上面に一方のシートを貼り合わせ、下面に他方のシートを貼り合わせて圧着することにより、誘電膜22の上面に電極23aを転写し、下面に電極23bを転写する。それから、二枚の離型シートを、誘電膜22から剥離する。このようにして、誘電膜22の上下両面に電極23a、23bを形成し、電歪素子20を作製する。次に、電歪素子20の周縁部を、上側フレーム21aと下側フレーム21bとにより挟持する。この状態で、上側フレーム21aと下側フレーム21bとを、四つのボルト210および四つのナットにより固定する。このようにして、スピーカ2を製造する。
次に、本実施形態のスピーカの動きについて説明する。初期状態において、電極23a、23bには、直流バイアス電源から所定のバイアス電圧が印加されている。この状態で、交流電源から、再生対象となる音声に基づく交流電圧を、電極23a、23bに印加する。すると、誘電膜22の膜厚の変化により、電歪素子20が上下方向に振動する。これにより、空気が振動し、音声が発生する。
次に、本実施形態のスピーカの作用効果について説明する。本実施形態のスピーカ2において、電極23a、23bは、エラストマーを母材とするため、柔軟である。また、基板3上の配線30a、30b、および、電極23a、23bと配線30a、30bとを接続する接続部材31a、31bも、エラストマーを母材とするため、柔軟である。このため、これらの部材は、接着された相手部材が伸縮、振動しても、相手部材の動きに追従して変形することができる。よって、相手部材との界面に応力が集中しにくく、電極23a、23b等が破断しにくい。
[導電膜A]
まず、エポキシ基含有アクリルゴム(日本ゼオン(株)製「Nipol(登録商標)AR42W」)100質量部を、溶剤のブチルセロソルブアセテート(BCA)1000質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。次に、調製したポリマー溶液に、高導電性カーボンブラックのケッチェンブラック10質量部を添加し、ビーズミルにて分散させて、導電塗料を調製した。調製した導電塗料を、離型処理されたPETフィルム(基材)の表面に塗布し、乾燥後に150℃で1時間加熱して、厚さ5μmの導電膜を製造した。
導電膜Aの製造において、ビーズミルによる分散の後、さらに超音波ホモジナイザーによる分散を加えて導電塗料を調製した点以外は、導電膜Aと同様にして導電膜を製造した。
導電膜Aの製造において、ケッチェンブラックに加えて、カーボンナノチューブ16質量部および分散剤のポリエステル酸アマイドアミン塩12質量部を添加して導電塗料を調製した点以外は、導電膜Aと同様にして導電膜を製造した。
導電膜Aの製造において、ケッチェンブラックに代えて銀粉末300質量部を添加し、三本ロールにて分散させて導電塗料を調製した点以外は、導電膜Aと同様にして導電膜を製造した。
[誘電膜に常温圧着した導電膜A〜D(後出の表1中、実施例5、8、比較例1、2)]
まず、誘電膜の厚さ方向両面に、PETフィルム(基材)上に形成された導電膜を積層して、25℃で二つのゴムローラ間に通して圧着することにより、基材/導電膜/誘電膜/導電膜/基材からなる積層体を作製した。ローラ線圧は0.67kg/cmとした。次に、一方の導電膜における誘電膜との接着面の表面粗さを、(株)キーエンス製の形状測定レーザマイクロスコープ(レーザ顕微鏡)「VK−X100」により測定した。
圧電体の厚さ方向一面に金属蒸着層、他面に金属板が配置された圧電素子(Ariose Electronics Co.,Ltd」製「D35E29B」)を使用した。圧電体の厚さは300μm、金属蒸着層の表面(導電膜との接着面)のRaは0.20μmである。まず、圧電素子の厚さ方向両面に、PETフィルム(基材)上に形成された導電膜を積層して、25℃で二つのゴムローラ間に通して圧着することにより、基材/導電膜/圧電素子/導電膜/基材からなる積層体を作製した。ローラ線圧は0.67kg/cmとした。次に、一方の導電膜における圧電素子の金属蒸着層との接着面の表面粗さを、同レーザ顕微鏡により測定した。
さらに、導電膜A、Cについては、平滑化処理を施して積層体を作製し、処理後の接着面の表面粗さも測定した。表面粗さの測定結果については、後出の表1にまとめて示す。以下、平滑化処理の方法を説明する。
まず、PETフィルム(基材)上に形成された導電膜の表面に、同じPETフィルムを積層して、基材/導電膜/基材からなる積層体を作製した。次に、作製した積層体を、二つの金属ローラ間に通して圧延した。ローラ線圧は200kg/cmとした。以上が圧延処理である。このように圧延処理を施した積層体を、二つ作製した。続いて、二つの積層体の各々において、一方のPETフィルムを剥離して、誘電膜の厚さ方向両面に導電膜を積層した。すなわち、基材/導電膜/誘電膜/導電膜/基材の状態にした。これを、25℃で二つのゴムローラ間に通して圧着することにより、基材/導電膜/誘電膜/導電膜/基材からなる積層体を作製した。ローラ線圧は0.67kg/cmとした。
誘電膜の厚さ方向両面に、PETフィルム(基材)上に形成された導電膜を積層して、加熱下で二つのゴムローラ間に通して圧着することにより、基材/導電膜/誘電膜/導電膜/基材からなる積層体を作製した。加熱温度は、60℃、100℃の二種類とした。60℃の場合、ローラ線圧を2.0kg/cmとし、100℃の場合、ローラ線圧を1.3kg/cmとした。
誘電膜の厚さ方向両面に、PETフィルム(基材)上に形成された導電膜を積層して、真空プレス機によりプレスすることにより、基材/導電膜/誘電膜/導電膜/基材からなる積層体を作製した。プレス時の面圧は0.048MPaとした。
作製した積層体において、導電膜と誘電膜または圧電素子(相手部材)との界面の非接触率を測定した。導電膜A、Cについては、平滑化処理の有無が異なる二種類の積層体において、非接触率を測定した。まず、積層体をエポキシ樹脂で包埋し、ミクロトームにより積層方向の断面を切り出した。次に、電界放出走査型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて、積層方向断面のSEM写真を撮影した。得られたSEM写真において、一方の導電膜と相手部材との界面の100μmにおける非接触部分の長さを測定して、次式(1)により非接触率を算出した。非接触率の測定結果については、後出の表1にまとめて示す。
非接触率(%)=(非接触部分の長さの合計/界面の長さ)×100・・・(1)
図5に、導電膜Bと誘電膜との積層体(後出の表1における実施例5)における積層方向(膜厚方向)断面のSEM写真を示す。図6に、平滑化処理を施していない導電膜Aと誘電膜との積層体(後出の表1における比較例1)における積層方向(膜厚方向)断面のSEM写真を示す。後出の表1に示すように、導電膜Bの表面粗さは、平滑化処理を施さなくても小さい(実施例5参照)。このため、図5に示すように、導電膜Bは、誘電膜に対して均一に接着されている。これに対して、平滑化処理を施していない導電膜Aの表面粗さは大きい(比較例1参照)。このため、図6に示すように、誘電膜との界面に空洞が生じてしまった。
[伸長時体積抵抗率]
作製した積層体から、導電膜を幅10mm、長さ40mmの短冊状に切り出して、試験片とした。試験片の長さ方向両端部に、20mmの間隔で、一対の銅箔を配置した。銅箔の各々を、抵抗測定器の端子に接続した。この試験片を、JIS K7127:1999に規定される引張試験に準じて引張速度100mm/分で長さ方向に伸長し、30%伸長した時の電気抵抗を測定した。測定結果については、後出の表2、表3に示す。
伸長時体積抵抗率を測定した引張試験において得られた応力−伸び曲線の線形領域の傾きから、導電膜の弾性率を算出した。測定結果については、後出の表2、表3に示す。
導電膜の表面粗さを測定する際に、導電膜を誘電膜に接着して作製した積層体(後出の表1中、実施例1〜6、8、比較例1、2)から基材を剥離して、電歪素子を作製した。作製した電歪素子について、絶縁破壊強度、比誘電率、スピーカ性能、およびアクチュエータ性能を測定した。測定結果については、後出の表2にまとめて示す。
以下の測定には、誘電膜の厚さ方向両面に、70mm四方の正方形状の導電膜(電極)が配置された電歪素子を用いた。
電歪素子の電極間に、直流電圧を段階的に印加して、誘電膜が破壊される直前の電圧値を誘電膜の膜厚で除した値を、絶縁破壊強度とした。昇圧条件は、15秒ごとに5V/μmとした。
電歪素子の電極間に、1Vp−p、1MHz−0.1Hzスイープの交流電圧を印加して、誘電膜の比誘電率を測定した。比誘電率の測定においては、電歪素子をサンプルホルダー(ソーラトロン社製、12962A型)に設置して、誘電率測定インターフェイス(同社製、1296型)、および周波数応答アナライザー(同社製、1255B型)を併用した。
以下の測定には、誘電膜の厚さ方向両面に、直径50mmの円形状の導電膜(電極)が配置された電歪素子を用いた。
電歪素子の電極間に、700Vの直流バイアス電圧を印加した。この状態で、120Vp−p、20Hz−3kHz(logスイープ30秒サイクル)の交流電圧を24時間印加して、一方の電極の面方向の電気抵抗を測定した。電極の電気抵抗は、直径方向の対向位置に端子を配置して測定した。測定開始前の電極の電気抵抗を初期電気抵抗として、次式(i)により、抵抗増加率を算出した。
抵抗増加率(%)=(24時間後の電気抵抗−初期電気抵抗)/初期電気抵抗×100・・・(i)
(2)音圧
電歪素子の電極間に、700Vの直流バイアス電圧を印加した。この状態で、120Vp−pの交流電圧を印加して、電歪素子から30cm離れた地点において、周波数域200〜5000Hzの平均音圧を測定した。
以下の測定には、誘電膜の厚さ方向両面に、縦30mm×横20mmの長方形状の導電膜(電極)が配置された電歪素子を用いた。まず、誘電膜を縦方向に延伸率25%で延伸した状態で、電歪素子を測定装置に取り付けた。次に、電極間に直流電圧を段階的に印加して、発生応力を測定した。
圧電素子に常温圧着して表面粗さを測定した導電膜D(後出の表1中、実施例7)については、使用した圧電素子と配線とを接続する接続部材としての性能を評価した。まず、製造した圧電アクチュエータの構成を説明する。図7に、圧電アクチュエータの部分断面図を示す。
表1に、導電膜の種類、積層体の作製方法、表面粗さの測定結果、および非接触率の測定結果を示す。表2に、導電膜の物性の測定結果、および電歪素子の評価結果を示す。表3に、導電膜の物性の測定結果、および圧電アクチュエータの評価結果を示す。表1中、採用した部材、方法を○印で示す。表2中、アクチュエータ性能としての発生応力は、印加電圧が60V/μmの時の値である。
表面粗さおよび非接触率の測定においては、実施例7の導電膜Dに替えて、はんだを圧電素子の厚さ方向両面に塗布、硬化させて、導電膜/圧電素子/導電膜からなる積層体を作製した。また、接続部材としての性能を評価する際には、はんだにより金属蒸着層42−配線45a間、および金属板43−配線45b間を電気的に接続して、圧電アクチュエータを製造した(符号は前出図7参照)。
表面粗さおよび非接触率の測定においては、実施例7の導電膜Dに替えて、銀ペーストを圧電素子の厚さ方向両面に塗布、硬化させて、導電膜/圧電素子/導電膜からなる積層体を作製した。また、接続部材としての性能を評価する際には、銀ペーストにより金属蒸着層42−配線45a間、および金属板43−配線45b間を電気的に接続して、圧電アクチュエータを製造した(符号は前出図7参照)。
誘電膜の厚さ方向両面に、製造した導電膜に替えて銀ペーストを塗布、硬化させて、導電膜/誘電膜/導電膜からなる積層体(電歪素子)を作製した。
表1中、実施例1〜4、6に示すように、導電膜の表面粗さが大きい場合でも、平滑化処理を施すことにより、表面粗さを小さくすることができた。これにより、平滑化処理を施さなかった比較例1、2と比較して、相手部材との非接触率を小さくすることができた。また、実施例5、7、8については、平滑化処理を施さなくても表面粗さが小さいため、相手部材との非接触率は小さくなった。
表2、3中、実施例1〜8に示すように、いずれの導電膜においても弾性率は小さく、伸長時の体積抵抗率も小さかった。これにより、導電膜A〜Dは柔軟であり、伸長されても電気抵抗が増加しにくいことが確認された。
表2に示すように、実施例1〜4の電歪素子においては、比較例1の電歪素子と比較して、絶縁破壊強度が大きくなった。同様に、実施例6の電歪素子においては、比較例2の電歪素子と比較して、絶縁破壊強度が大きくなった。これは、実施例の電歪素子においては、導電膜と誘電膜との接着面積が大きいため、部分的に接着している場合と比較して、電界集中が生じにくいためと考えられる。また、実施例1〜4の電歪素子においては、比較例1の電歪素子と比較して、比誘電率が大きくなった。同様に、実施例6の電歪素子においては、比較例2の電歪素子と比較して、比誘電率が大きくなった。本来、導電膜の成分が同じであれば、比誘電率も同じになるはずである。しかし、実施例の電歪素子においては、導電膜と誘電膜との接着面積が大きいため、その分、電荷を多く蓄えることができ、比誘電率がみかけ上大きくなったと考えられる。
表2に示すように、電歪素子をスピーカとして動作させた場合、実施例1〜6、8においては、比較例1、2、5と比較して、電極の抵抗増加率が小さくなった。これは、実施例の電歪素子においては、導電膜が柔軟であり、かつ、導電膜と誘電膜との密着性が高いため、部分的な応力集中が抑制され、導電膜が破断しにくかったためと考えられる。また、実施例1〜6、8においては、比較例1、2と比較して、大きな音圧が得られた。これは、実施例の電歪素子においては、導電膜と誘電膜との接着面積が大きいため、その分、電荷が多く蓄えられ、誘電膜の変位量が大きくなったためと考えられる。なお、銀ペーストを用いた比較例5の電歪素子は、音圧測定の条件では駆動しなかった。
表2に示すように、電歪素子をアクチュエータとして動作させた場合、実施例1〜6、8においては、比較例1、2と比較して、発生応力が大きくなった。これは、実施例の電歪素子においては、導電膜と誘電膜との接着面積が大きいため、その分、電荷が多く蓄えられ、誘電膜の変位量が大きくなったためと考えられる。なお、銀ペーストを用いた比較例5の電歪素子は、駆動しなかった。
表3に示すように、圧電素子と配線とを接続する接続部材に導電膜Dを用いた場合(実施例7)には、はんだまたは銀ペーストを用いた比較例3、4と比較して、電極−配線間の抵抗増加率が小さくなった。これは、導電膜Dが柔軟であり、かつ、導電膜Dと電極(金属蒸着層)との密着性が高いため、部分的な応力集中が抑制され、導電膜Dが破断しにくかったためと考えられる。
Claims (9)
- エラストマーと導電材とを有し、
相手部材に接着する接着面として、算術平均粗さ(Ra)が0.5μm未満または最大高さ粗さ(Rz)が15μm未満の平滑面を有することを特徴とする導電膜。 - 前記平滑面が前記相手部材に接着された状態において、導電膜と該相手部材との積層方向断面を観察し、界面の長さと、該界面において該導電膜と該相手部材とが接触していない非接触部分の長さと、に基づいて次式(1)により非接触率を算出した場合に、該非接触率が10%以下である請求項1に記載の導電膜。
非接触率(%)=(非接触部分の長さの合計/界面の長さ)×100・・・(1) - 弾性率は、50MPa未満である請求項1または請求項2に記載の導電膜。
- 一軸方向に30%伸長した場合の体積抵抗率は、10Ω・cm未満である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の導電膜。
- 圧延処理、熱圧着処理、真空圧着処理の少なくとも一つが施されて製造される請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の導電膜。
- 請求項1に記載の導電膜と、該導電膜の厚さ方向の少なくとも一面に配置される離型シートと、を備えることを特徴とする導電性テープ部材。
- 請求項1に記載の導電膜を、電極、配線、および部材間を電気的に接続する接続部材のうちの少なくとも一つとして備えることを特徴とする電子部品。
- 前記導電膜と、該導電膜の前記平滑面が接着された相手部材と、が積層された状態において、該導電膜と該相手部材との積層方向断面を観察し、界面の長さと、該界面において該導電膜と該相手部材とが接触していない非接触部分の長さと、に基づいて次式(1)により非接触率を算出した場合に、該非接触率が10%以下である請求項7に記載の電子部品。
非接触率(%)=(非接触部分の長さの合計/界面の長さ)×100・・・(1) - 前記相手部材は、伸縮、屈曲、または振動する部材である請求項8に記載の電子部品。
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