JP2017195764A - 圧電フイルム - Google Patents
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Abstract
【課題】
圧電材料とは変形させると電圧を生じるもの、逆に電圧をかけると変形する物質を指すがその変形とは主に物質の曲りや歪みであるため、材質の柔軟さを考慮して圧電フイルムに関してはプラスチック圧電フイルムが主流を占めている。最近の報告では、トウモロコシを原料とした圧電フイルムをアイホン、アイパッドなどの通信映像端末のディスプレイ部品に使用し、タッチパネルの補助機能として、曲げたり捻じったりする動きを入力情報に変えるなどの技術革新も生まれ、新開発のプラスチック圧電フイルムの登場を含め、圧電フイルムの品質の向上や更なる技術革新が期待されている。
【課題を解決するための手段】
プラスチック圧電フイルムの圧電効率を向上させる目的で、圧電材料である熱可塑性プラスチックフイルムを、それぞれ反発弾性を特性とする熱可塑性エラストマーのフイルムで挟み込んだ形で複数層積層し、一部を中空の突起にしたプラスチック圧電フイルムを開発した。
【選択図】図２
圧電材料とは変形させると電圧を生じるもの、逆に電圧をかけると変形する物質を指すがその変形とは主に物質の曲りや歪みであるため、材質の柔軟さを考慮して圧電フイルムに関してはプラスチック圧電フイルムが主流を占めている。最近の報告では、トウモロコシを原料とした圧電フイルムをアイホン、アイパッドなどの通信映像端末のディスプレイ部品に使用し、タッチパネルの補助機能として、曲げたり捻じったりする動きを入力情報に変えるなどの技術革新も生まれ、新開発のプラスチック圧電フイルムの登場を含め、圧電フイルムの品質の向上や更なる技術革新が期待されている。
【課題を解決するための手段】
プラスチック圧電フイルムの圧電効率を向上させる目的で、圧電材料である熱可塑性プラスチックフイルムを、それぞれ反発弾性を特性とする熱可塑性エラストマーのフイルムで挟み込んだ形で複数層積層し、一部を中空の突起にしたプラスチック圧電フイルムを開発した。
【選択図】図２
Description
本発明は、発電効率を高める目的で、熱可塑性プラスチックの圧電材料と、ゴム弾性を有する熱可塑性エラストマーを交互に複数層積層させて成型した圧電フイルム、当該圧電フイルムに複数の中空のドーム状突起を設けた圧電フイルムに関するものである。
圧電フイルムとは、フイルムにひずみを加えるとフイルムの両端にひずみに比例して電圧が生じる圧電効果と、逆に電圧を加えると電圧に比例した力やひずみが発生する熱可塑性プラスチックを用いたプラスチックフイルムで、その特徴としては構造が簡単で大量生産が可能、軽量柔軟で加工性が良く大面積薄膜化が容易で、圧電発電時に電磁誘導のように回転時ノイズが発生しない、磁気を必要としない、機械的振動エネルギーだけで電気を発生させることができ配線さえ間違えなければ再現性が良く確実に発電する、圧電フイルムが壊れない限り何時でも何処でも準備なしに発電が可能である、等々である。最近の報告では、トウモロコシを原料とした圧電フイルムをアイホン、アイパッドなどの通信映像端末のディスプレイ部品に登用し、タッチパネルの補助機能として、曲げたり捻じったりする動きを入力情報に変える試みも始まっている。
圧電材料とは変形させると電圧を生じるもの、逆に電圧をかけると変形する物質を指すがその変形とは主に物質の曲りや歪みであるため、材質の柔軟さを考慮して圧電フイルムに関してはプラスチック圧電フイルムが主流を占めている。最近の報告では、トウモロコシを原料とした圧電フイルムをアイホン、アイパッドなどの通信映像端末のディスプレイ部品に使用し、タッチパネルの補助機能として、曲げたり捻じったりする動きを入力情報に変えるなどの技術革新も生まれ、新開発のプラスチック圧電フイルムの登場を含め、圧電フイルムの品質の向上や更なる技術革新が期待されている。
本発明では、プラスチック圧電フイルムの圧電効率を向上させる目的で、圧電材料である熱可塑性プラスチックフイルムを、それぞれ反発弾性を特性とする熱可塑性エラストマーのフイルムで挟み込んだ形で複数層積層し、一部を中空の突起にしたプラスチック圧電フイルムを開発した。
圧電材料である熱可塑性プラスチックフイルムを、それぞれ反発弾性を特性とする熱可塑性エラストマーのフイルムで挟み込んだ形で複数層積層し、一部を中空の突起にしたプラスチック圧電フイルムを作成することで、加重加圧による変形 曲り歪みが大きくなり今までより効率的に発電できるようにした。
圧電材料とは変形させると電圧を生じるもの、逆に電圧をかけると変形する物質を指すが、その圧電材料の熱可塑性プラスチックをフイルムにしたのが圧電フイルムである。
熱可塑性プラスチックとは鎖状の高分子から成り立ち、文字どおり熱を加えると柔らかく加工し易くなり冷やすと固くなるプラスチックで、熱可塑性プラスチックにも圧電材料がある。一般的には、ポリフッ化ビニリデン(以下 ＰＶＤＦ)が使用される。フッ素は電子を引っ張るのでマイナスになり、他の部分がプラスになる。このような電気的偏りを分極といい、ＰＶＤＦフイルムを延伸し分子鎖を引き延ばすと分極の方向も並ぶ。すると隣の分子もその分極に影響されて並んでいくので全体の分子が並ぶことになり、このように分極が自発的に並ぶ材料を強誘電性材料という。例えば配向させたＰＶＤＦフイルムに電極を取り付けて曲げるとポリマーの分極の並びも変化するので微弱な電圧が生じ、逆に電圧をかけると引きあい反発することでＰＶＤＦフイルムが曲がる。ＰＶＤＦの成型方法は押出、射出で特性は耐曲、耐衝撃、軽量、柔軟である。
熱可塑性エラストマーとはプラスチックの仲間で、構造にゴム弾性を持つ一群の材料の呼称であり分子鎖間に架橋は無いが、剛直なハードセグメントが配列している分子鎖を柔軟なソフトセグメントが連結しているものからなり、常温ではゴム弾性を示し高温では可塑化する。熱可塑性エラストマーのポリエステル系(以下ＴＰＥＥ)の成型方法は押出、射出で特性は反発弾性、耐屈曲疲労、耐久性、耐油、耐薬、耐熱である。
熱可塑性プラスチックとは鎖状の高分子から成り立ち、文字どおり熱を加えると柔らかく加工し易くなり冷やすと固くなるプラスチックで、熱可塑性プラスチックにも圧電材料がある。一般的には、ポリフッ化ビニリデン(以下 ＰＶＤＦ)が使用される。フッ素は電子を引っ張るのでマイナスになり、他の部分がプラスになる。このような電気的偏りを分極といい、ＰＶＤＦフイルムを延伸し分子鎖を引き延ばすと分極の方向も並ぶ。すると隣の分子もその分極に影響されて並んでいくので全体の分子が並ぶことになり、このように分極が自発的に並ぶ材料を強誘電性材料という。例えば配向させたＰＶＤＦフイルムに電極を取り付けて曲げるとポリマーの分極の並びも変化するので微弱な電圧が生じ、逆に電圧をかけると引きあい反発することでＰＶＤＦフイルムが曲がる。ＰＶＤＦの成型方法は押出、射出で特性は耐曲、耐衝撃、軽量、柔軟である。
熱可塑性エラストマーとはプラスチックの仲間で、構造にゴム弾性を持つ一群の材料の呼称であり分子鎖間に架橋は無いが、剛直なハードセグメントが配列している分子鎖を柔軟なソフトセグメントが連結しているものからなり、常温ではゴム弾性を示し高温では可塑化する。熱可塑性エラストマーのポリエステル系(以下ＴＰＥＥ)の成型方法は押出、射出で特性は反発弾性、耐屈曲疲労、耐久性、耐油、耐薬、耐熱である。
以下、本発明に係るプラスチック圧電フイルムについてその一実施例の形態を、添え付け図面を参照して詳細に説明する。なおプラスチック圧電フイルムについてその一実施例の形態を説明するために、プラスチック圧電フイルムを作成するための原材料としてＰＶＤＦ、緩衝材料のフイルムにＴＰＥＥを使用した。
図１は本発明プラスチック圧電フイルム１の実施例１の正面図であり、三層に積層し
て中空の突起(本実施例では半円形のドーム型)２を有し、圧電材料ＰＶＤＦフイルム３と緩衝材ＴＰＥＥフイルム４で構成されている。
図１は本発明プラスチック圧電フイルム１の実施例１の正面図であり、三層に積層し
て中空の突起(本実施例では半円形のドーム型)２を有し、圧電材料ＰＶＤＦフイルム３と緩衝材ＴＰＥＥフイルム４で構成されている。
同一の発明の要旨に違反しない範囲で、本発明はさらに別の実施態様が可能である。
図２、図３、図４で示すのは本発明プラスチック圧電フイルムの効果的な実施例
２である。本発明プラスチックフイルムの使用にあたり上方からの加圧による曲りや歪みは本発明プラスチック圧電フイルム１に備わったゴム弾性によって復旧するが、本発明プラスチック圧電フイルムの複数の中空の突起の内側を保護する目的と併せて本発明プラスチック圧電フイルムの元に戻ろうとする復元力を補助するために本発明プラスチック圧電フイルム二個で反発物(本実施例２ではＴＰＥＥの中空のボール)６を上下から挟みこむ形で嵌合した圧電フイルムの複合形５は、上下両方向からの加圧によるエネルギーを効率よく発電に利用できる。尚本形状の中空の内部構造を作成するには、緩衝材として広く流通しているプラスチック発泡製品(通称プチプチ)の製造方法が安易な代替え方法として考案されるが、内部に反発物を嵌合するのに応用不可能のため割愛した。
図２、図３、図４で示すのは本発明プラスチック圧電フイルムの効果的な実施例
２である。本発明プラスチックフイルムの使用にあたり上方からの加圧による曲りや歪みは本発明プラスチック圧電フイルム１に備わったゴム弾性によって復旧するが、本発明プラスチック圧電フイルムの複数の中空の突起の内側を保護する目的と併せて本発明プラスチック圧電フイルムの元に戻ろうとする復元力を補助するために本発明プラスチック圧電フイルム二個で反発物(本実施例２ではＴＰＥＥの中空のボール)６を上下から挟みこむ形で嵌合した圧電フイルムの複合形５は、上下両方向からの加圧によるエネルギーを効率よく発電に利用できる。尚本形状の中空の内部構造を作成するには、緩衝材として広く流通しているプラスチック発泡製品(通称プチプチ)の製造方法が安易な代替え方法として考案されるが、内部に反発物を嵌合するのに応用不可能のため割愛した。
圧電フイルム使用の圧力発電用マットの起電力は、上方からの加重によるものが大半を占めるため圧電フイルムの曲りや歪みが少なく発電効率がよくないので、圧電フイルムの改善が期待されているが、圧電材料である熱可塑性プラスチックフイルムを、それぞれ反発弾性を特性とする熱可塑性エラストマーのフイルムで挟み込んだ形で複数層積層し、その一部を複数の中空の突起にし内部に反発物を嵌合したプラスチック圧電フイルムを作成して電極を取り付けることにより、圧電発電デバイスの圧電アクチュエータとして利用でき、加重加圧による変形 曲り歪みが大きくなり今までより効率的に発電できる。
１ 圧電フイルム本体
２ 中空の突起
３ 圧電材料ＰＶＤＦフイルム
４ 緩衝材ＴＰＥＥフイルム
５ 圧電フイルムの複合形
６ ＴＰＥＥのボール
２ 中空の突起
３ 圧電材料ＰＶＤＦフイルム
４ 緩衝材ＴＰＥＥフイルム
５ 圧電フイルムの複合形
６ ＴＰＥＥのボール
Claims (3)
- 圧電材料に熱可塑性プラスチックを使用したプラスチック圧電フイルムの反発弾性を強化するためプラスチック圧電フイルム同様フイルム状に加工した熱可塑性エラストマーをプラスチック圧電フイルムと交互に重ね合わせて積層して形成し、外部からの加圧に対し積層して形成したプラスチック圧電フイルムの反発弾性を効果的に大きくする目的で、複数の中空の突起を設け、中空の突起の内部が向い合せになるように該プラスチック圧電フイルム二個を接合して空洞を設け、外部からの加圧により変形する積層して形成したプラスチック圧電フイルムの反発弾性による復元力を増大することで発電能力を高めたことを特徴とするプラスチック圧電フイルム
- 圧電材料に熱可塑性プラスチックを使用したプラスチック圧電フイルムの反発弾性を強化するためプラスチック圧電フイルム同様フイルム状に加工した熱可塑性エラストマーをプラスチック圧電フイルムと交互に重ね合わせて積層して形成し、外部からの加圧に対し積層して形成したプラスチック圧電フイルムの反発弾性を効果的に大きくする目的で、複数の中空の突起を設け、中空の突起の内部が向い合せになるように該プラスチック圧電フイルム二個を接合して空洞を設け空洞内部に反発弾性を有する詰め物をすることにより、外部からの加圧により変形する積層して形成したプラスチック圧電フイルムの反発弾性による復元力を増大することで発電能力を高めたことを特徴とするプラスチック圧電フイルム
- 圧電材料に熱可塑性プラスチックを使用したプラスチック圧電フイルムの反発弾性を強化するためプラスチック圧電フイルム同様フイルム状に加工した熱可塑性エラストマーをプラスチック圧電フイルムと交互に重ね合わせて積層して形成し、外部からの加圧に対し積層して形成したプラスチック圧電フイルムの反発弾性を効果的に大きくする目的で、複数の中空の突起を設け、中空の突起の内部が向い合せになるように該プラスチック圧電フイルム二個を接合して空洞を設け空洞内部に反発弾性を有する詰め物をすることにより、外部からの加圧により変形する積層して形成したプラスチック圧電フイルムの反発弾性による復元力を増大することで発電能力を高めたプラスチック圧電フイルムに電極を取り付けたことを特徴とする圧電デバイス
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| JP2017106110A JP6186557B1 (ja) | 2017-05-30 | 2017-05-30 | 圧電フイルム |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50151423A (ja) * | 1974-05-24 | 1975-12-05 | ||
| JPH11250757A (ja) * | 1998-02-26 | 1999-09-17 | Hosiden Corp | 面状圧電体及び圧電スイッチ |
| JP3146054U (ja) * | 2008-08-22 | 2008-10-30 | 株式会社アスク | 発電シート |
| JP2010191525A (ja) * | 2009-02-16 | 2010-09-02 | Syouei Create Co Ltd | 発電機能を有するキーボード用カバー |
| JP2012511443A (ja) * | 2008-12-13 | 2012-05-24 | バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフト | フェロエレクトレット多層複合材料および平行管状チャンネルを有するフェロエレクトレット多層複合材料の製造方法 |
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2017
- 2017-05-30 JP JP2017106110A patent/JP6186557B1/ja active Active
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|---|---|---|---|---|
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| JP2012511443A (ja) * | 2008-12-13 | 2012-05-24 | バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフト | フェロエレクトレット多層複合材料および平行管状チャンネルを有するフェロエレクトレット多層複合材料の製造方法 |
| JP2010191525A (ja) * | 2009-02-16 | 2010-09-02 | Syouei Create Co Ltd | 発電機能を有するキーボード用カバー |
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