JP2022012827A - Composite filler, resin composition containing the same, high polymer composite piezoelectric body, and piezoelectric device, as well as manufacturing method of composite filler - Google Patents

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Akira Umebayashi
三和子 西村
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Abstract

To provide a filler for polymer composite having high voltage output constant, a filler for polymer composite piezoelectric body provided with high voltage constant and high voltage output constant in combination, and a method of manufacturing the filler for polymer composite piezoelectric body provided with high voltage constant and high voltage output constant.SOLUTION: A composite filler comprising a metal oxide fiber having an average fiber diameter of 0.1 to 10 μm and an aspect ratio of 2 or larger, and a piezoelectric ceramic particle having an average particle size of 0.01 to 200 μm and an aspect ratio smaller than 2, and a polymer composite piezoelectric body made of a resin composition containing the composite filler and the polymer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複合フィラー、それを含む樹脂組成物、高分子複合圧電体、および圧電素子に関する。本発明はまた複合フィラーの製造方法にも関する。 The present invention relates to a composite filler, a resin composition containing the composite filler, a polymer composite piezoelectric body, and a piezoelectric element. The present invention also relates to a method for producing a composite filler.

チタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電性セラミックスは、優れた圧電特性や誘電特性を有することから、センサー、発電素子、アクチュエータ、音響機器、コンデンサなどに応用されている。圧電性セラミックスは、優れた圧電特性や誘電特性、高い耐熱性を有するものの、硬くて脆いため、柔軟性が乏しく、大面積化や加工が困難であるという問題があった。このような問題を解決するために、高分子に圧電性セラミックス粒子をフィラーとして充填した高分子複合圧電体が用いられている。このような高分子複合圧電体は、高分子の優れた柔軟性や加工性と、圧電性セラミックス粒子の優れた圧電特性や誘電特性を兼ね備えた材料として注目されており、高分子の種類、圧電性セラミックス粒子の組成、形状、配合比などを変えることによって、目的に応じた材料設計が可能である。 Piezoelectric ceramics such as barium titanate and lead zirconate titanate have excellent piezoelectric and dielectric properties, and are therefore applied to sensors, power generation elements, actuators, acoustic devices, capacitors, and the like. Piezoelectric ceramics have excellent piezoelectric properties, dielectric properties, and high heat resistance, but are hard and brittle, so that they have poor flexibility and are difficult to increase in area and process. In order to solve such a problem, a polymer composite piezoelectric body in which a polymer is filled with piezoelectric ceramic particles as a filler is used. Such a polymer composite piezoelectric body is attracting attention as a material having both excellent flexibility and processability of a polymer and excellent piezoelectric properties and dielectric properties of piezoelectric ceramic particles. By changing the composition, shape, compounding ratio, etc. of the sex ceramic particles, it is possible to design the material according to the purpose.

例えば、特許文献1には、一般式MO・n(Ti,X)Оで示される繊維長1~1000μm、繊維径0.01~10μmのチタン酸金属塩繊維と結合剤とからなる誘電性もしくは圧電性を有する組成物が記載されている。また、特許文献2には、チタン元素を含むセラミックスからなり、平均繊維径が50~1500nmである金属酸化物繊維が記載されている。このような繊維状に代表されるアスペクト比の大きいフィラーを用いた場合、粒子状などのアスペクト比の小さいフィラーと比較して、大きな圧電定数が得られやすい反面、比誘電率の増大をともなうため、大きな電圧出力定数が得られにくいという問題がある。さらに、アスペクト比の大きいフィラーは、生産性が著しく低くコストが高くなるという問題がある。 For example, Patent Document 1 describes the dielectric property of a titanium acid metal salt fiber having a fiber length of 1 to 1000 μm and a fiber diameter of 0.01 to 10 μm represented by the general formula MO · n (Ti, X) О 2 and a binder. Alternatively, a composition having piezoelectricity is described. Further, Patent Document 2 describes a metal oxide fiber made of ceramics containing a titanium element and having an average fiber diameter of 50 to 1500 nm. When such a filler having a large aspect ratio typified by a fibrous form is used, a large piezoelectric constant can be easily obtained as compared with a filler having a small aspect ratio such as a particle form, but the relative permittivity is increased. There is a problem that it is difficult to obtain a large voltage output constant. Further, a filler having a large aspect ratio has a problem that the productivity is remarkably low and the cost is high.

一方、特許文献3には、圧電セラミックス粒子が保持または配合された高分子不織布と、圧電セラミックス粒子が配合された高分子樹脂シートとを、前記高分子不織布が少なくとも1層含まれるように積層された積層体からなる圧電素子であって、前記積層体は、前記高分子不織布1層の2つの主平面側に前記高分子樹脂シートがそれぞれ1層ずつ積層された積層体より発生する発電量以上の発電量を実現できる積層体であることを特徴とする圧電素子が記載されており、この高分子不織布を構成する繊維の平均直径が0.05~5μmであり、30~60体積%の圧電セラミックス粒子が保持または配合されていることが記載されている。しかしながら、このような高分子不織布や、これを構成する繊維部分は高分子材料であるため、圧電セラミックス粒子によって生じた電荷や振動を効率的に伝達することができず、高い圧電特性が得られにくいという問題がある。 On the other hand, in Patent Document 3, a polymer non-woven fabric holding or blending piezoelectric ceramic particles and a polymer resin sheet containing piezoelectric ceramic particles are laminated so as to include at least one layer of the polymer non-woven fabric. A piezoelectric element made of a laminated body, wherein the laminated body has a power generation amount or more generated from a laminated body in which one layer of the polymer resin sheet is laminated on each of two main plane sides of the one layer of the polymer non-woven fabric. A piezoelectric element characterized by being a laminate capable of realizing the amount of power generated in the above is described, and the average diameter of the fibers constituting this polymer non-woven fabric is 0.05 to 5 μm, and the piezoelectric element is 30 to 60% by volume. It is stated that the piezo particles are retained or blended. However, since such a polymer non-woven fabric and the fiber portion constituting the polymer are made of a polymer material, the electric charge and vibration generated by the piezoelectric ceramic particles cannot be efficiently transmitted, and high piezoelectric characteristics can be obtained. There is a problem that it is difficult.

特開平9-002868号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-002868 特開2007-321277号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-32177 特開2018-064097号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-064097

本発明は、高い電圧出力定数を有する高分子複合体用の複合フィラーを提供する。また、高い圧電定数と高い電圧出力定数とを兼ね備えた高分子複合圧電体用の複合フィラーを提供する。さらに、高い圧電定数と高い電圧出力定数とを兼ね備えた高分子複合圧電体用の複合フィラーを低コストで製造する方法を提供する。 The present invention provides composite fillers for polymer complexes with high voltage output constants. Further, the present invention provides a composite filler for a polymer composite piezoelectric material having both a high piezoelectric constant and a high voltage output constant. Further, the present invention provides a method for producing a composite filler for a polymer composite piezoelectric body having a high piezoelectric constant and a high voltage output constant at low cost.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、特定の金属酸化物繊維と、特定の圧電性セラミックス粒子とを含む複合フィラーを高分子複合圧電体の充填剤として用いること、そして複合フィラーを特定の方法で製造することで、本発明の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems. As a result, the present invention is obtained by using a composite filler containing a specific metal oxide fiber and a specific piezoelectric ceramic particle as a filler for a polymer composite piezoelectric material, and producing the composite filler by a specific method. We have found that the above problems can be solved, and have completed the present invention.

本発明は以下の構成を有する。
[1]平均繊維径が0.1~10μmでありアスペクト比が2以上である金属酸化物繊維と、平均粒子径が0.01~200μmでありアスペクト比が2未満である圧電性セラミックス粒子とを含む複合フィラー。
[2]前記金属酸化物繊維と前記圧電性セラミックス粒子とが一体化された[1]に記載の複合フィラー。
[3]前記金属酸化物繊維の組成がチタン酸金属塩を主成分とし、前記圧電性セラミックス粒子の組成がチタン酸金属塩またはニオブ酸アルカリ金属塩を主成分とする[1]または[2]に記載の複合フィラー。
[4]前記金属酸化物繊維と前記圧電性セラミックス粒子とのモル比が、1:0.1~1:10の範囲である[1]~[3]のいずれかに記載の複合フィラー。
[5][1]~[4]のいずれかに記載の複合フィラーと、高分子とを含む、樹脂組成物。
[6]前記複合フィラーと前記高分子との合計量に対する前記複合フィラーの割合が、10~90体積%である、[5]に記載の樹脂組成物。
[7]さらに、前記複合フィラーに対して0.1~10重量%の分散剤及び/又は0.1~10重量%のレベリング剤を含む、[5]または[6]に記載の樹脂組成物。
[8]さらに溶媒を含む、[5]~[7]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[9]高分子複合圧電体を製造するために用いられる、[5]~[8]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[10][5]~[7]のいずれかに記載の樹脂組成物からなる、高分子複合圧電体。
[11][10]に記載の高分子複合圧電体の片面、もしくは両面に導電層を備える圧電素子。
[12]金属塩および平均粒子径が0.01~200μmでありアスペクト比が2未満である圧電性セラミックス粒子を含む紡糸溶液を調製する工程と、前記紡糸溶液を静電紡糸して複合フィラー前駆体を作製する工程と、前記複合フィラー前駆体を焼成して複合フィラー集合体を作製する工程と、前記複合フィラー集合体を粉砕する工程と、を含む複合フィラーの製造方法。
The present invention has the following configurations.
[1] Metal oxide fibers having an average fiber diameter of 0.1 to 10 μm and an aspect ratio of 2 or more, and piezoelectric ceramic particles having an average particle diameter of 0.01 to 200 μm and an aspect ratio of less than 2. Composite filler containing.
[2] The composite filler according to [1], wherein the metal oxide fiber and the piezoelectric ceramic particles are integrated.
[3] The composition of the metal oxide fiber is mainly composed of a titanium acid metal salt, and the composition of the piezoelectric ceramic particles is mainly composed of a titanium acid metal salt or a niobic acid alkali metal salt [1] or [2]. The composite filler described in.
[4] The composite filler according to any one of [1] to [3], wherein the molar ratio of the metal oxide fiber to the piezoelectric ceramic particles is in the range of 1: 0.1 to 1:10.
[5] A resin composition containing the composite filler according to any one of [1] to [4] and a polymer.
[6] The resin composition according to [5], wherein the ratio of the composite filler to the total amount of the composite filler and the polymer is 10 to 90% by volume.
[7] The resin composition according to [5] or [6], further containing 0.1 to 10% by weight of a dispersant and / or 0.1 to 10% by weight of a leveling agent with respect to the composite filler. ..
[8] The resin composition according to any one of [5] to [7], further containing a solvent.
[9] The resin composition according to any one of [5] to [8], which is used for producing a polymer composite piezoelectric body.
[10] A polymer composite piezoelectric body comprising the resin composition according to any one of [5] to [7].
[11] A piezoelectric element provided with a conductive layer on one side or both sides of the polymer composite piezoelectric material according to [10].
[12] A step of preparing a spinning solution containing a metal salt and piezoelectric ceramic particles having an average particle diameter of 0.01 to 200 μm and an aspect ratio of less than 2, and a composite filler precursor by electrostatically spinning the spinning solution. A method for producing a composite filler, which comprises a step of producing a body, a step of firing the composite filler precursor to prepare a composite filler aggregate, and a step of crushing the composite filler aggregate.

本発明の複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填剤として用いることで、高い電圧出力定数を有する高分子複合圧電体を提供することが可能となる。また、高い圧電定数と高い電圧出力定数とを兼ね備えた高分子複合圧電体を提供することが可能になる。また、本発明の製造方法によれば、高い圧電定数と高い電圧出力定数とを兼ね備えた高分子複合圧電体用の複合フィラーを低コストで提供することが可能となる。 By using the composite filler of the present invention as a filler for a polymer composite piezoelectric body, it becomes possible to provide a polymer composite piezoelectric body having a high voltage output constant. Further, it becomes possible to provide a polymer composite piezoelectric body having both a high piezoelectric constant and a high voltage output constant. Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a composite filler for a polymer composite piezoelectric body having a high piezoelectric constant and a high voltage output constant at low cost.

本発明の実施例による複合フィラーの走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of a composite filler according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例による複合フィラーのチタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子との一体化状態を示す走査型電子顕微鏡写真(図1の一部拡大図)である。3 is a scanning electron micrograph (partially enlarged view of FIG. 1) showing an integrated state of barium titanate fibers and barium titanate particles of the composite filler according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施例に用いるチタン酸バリウム繊維であり、比較例となるチタン酸バリウム繊維の走査型電子顕微鏡写真である。It is a barium titanate fiber used in the Example of this invention, and is the scanning electron micrograph of the barium titanate fiber as a comparative example. 本発明の実施例に用いるチタン酸バリウム粒子であり、比較例となるチタン酸バリウム粒子の走査型電子顕微鏡写真である。It is a barium titanate particle used in the Example of this invention, and is the scanning electron micrograph of the barium titanate particle as a comparative example.

本明細書において、「主成分とする」とは、ある集合体を構成する成分のうち最大の割合を占める成分のことを意味している。好ましくは当該成分が50重量%以上であること、より好ましくは85重量%以上であること、さらに好ましくは95重量%以上であることを意味している。 As used herein, the term "main component" means a component that occupies the largest proportion of the components constituting a certain aggregate. It means that the component is preferably 50% by weight or more, more preferably 85% by weight or more, and further preferably 95% by weight or more.

本発明の複合フィラーは、平均繊維径が0.1~10μmでありアスペクト比が2以上である金属酸化物繊維と、平均粒子径が0.01~200μmでありアスペクト比が2未満である圧電性セラミックス粒子とを含むことを特徴とする。 The composite filler of the present invention comprises a metal oxide fiber having an average fiber diameter of 0.1 to 10 μm and an aspect ratio of 2 or more, and a piezoelectric fiber having an average particle diameter of 0.01 to 200 μm and an aspect ratio of less than 2. It is characterized by containing sex ceramic particles.

<金属酸化物繊維>
本発明に用いられる金属酸化物繊維の平均繊維径は0.1~10μmの範囲である。金属酸化物繊維の平均繊維径が0.1μm以上であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填材として使用した場合に高い圧電特性が得られ、また複合フィラーを低コストで提供できるため好ましく、10μm以下であれば、高分子複合圧電体の厚みを薄くすることができることから、柔軟性が高まり、駆動電圧を下げることができるため好ましい。このような観点から、金属酸化物繊維の平均繊維径としては、0.2~5μmの範囲であることが好ましく、0.3~2μmの範囲であることがさらに好ましい。平均繊維径の制御方法としては、特に制限されないが、後述する静電紡糸工程における紡糸溶液の組成(溶媒の種類、金属塩の濃度、繊維形成材料の分子量や濃度など)、紡糸溶液の粘度、静電紡糸条件などを挙げることができ、これらを適宜変更することで平均繊維径を制御することが可能である。
<Metal oxide fiber>
The average fiber diameter of the metal oxide fiber used in the present invention is in the range of 0.1 to 10 μm. When the average fiber diameter of the metal oxide fiber is 0.1 μm or more, high piezoelectric characteristics can be obtained when the composite filler is used as a filler for a polymer composite piezoelectric material, and the composite filler can be provided at low cost. Therefore, it is preferable that the thickness is 10 μm or less because the thickness of the polymer composite piezoelectric body can be reduced, so that the flexibility can be increased and the driving voltage can be lowered. From such a viewpoint, the average fiber diameter of the metal oxide fiber is preferably in the range of 0.2 to 5 μm, and more preferably in the range of 0.3 to 2 μm. The method for controlling the average fiber diameter is not particularly limited, but the composition of the spinning solution (type of solvent, concentration of metal salt, molecular weight and concentration of fiber forming material, etc.) in the electrostatic spinning step described later, the viscosity of the spinning solution, and the like. Electrostatic spinning conditions and the like can be mentioned, and the average fiber diameter can be controlled by appropriately changing these.

本発明に用いられる金属酸化物繊維のアスペクト比は2以上である。アスペクト比が2以上であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填剤として使用した場合に、優れた圧電定数や電圧出力定数を有する高分子複合圧電体が得られるため好ましい。金属酸化物繊維のアスペクト比の上限は、特に限定されないが、複合フィラーの高分子への均一分散の観点から、1000以下であることが好ましい。このような観点から、金属酸化物繊維のアスペクト比は3~100の範囲であることがより好ましく、4~50の範囲であることがさらに好ましく、5~20の範囲であることが特に好ましい。金属酸化物繊維のアスペクト比は、例えば、走査型電子顕微鏡写真から測定された金属酸化物繊維の繊維長および繊維径から、(繊維長)/(繊維径)として算出することができる。 The aspect ratio of the metal oxide fiber used in the present invention is 2 or more. When the aspect ratio is 2 or more, when the composite filler is used as a filler for the polymer composite piezoelectric body, the polymer composite piezoelectric body having an excellent piezoelectric constant and voltage output constant can be obtained, which is preferable. The upper limit of the aspect ratio of the metal oxide fiber is not particularly limited, but is preferably 1000 or less from the viewpoint of uniform dispersion of the composite filler in the polymer. From such a viewpoint, the aspect ratio of the metal oxide fiber is more preferably in the range of 3 to 100, further preferably in the range of 4 to 50, and particularly preferably in the range of 5 to 20. The aspect ratio of the metal oxide fiber can be calculated as (fiber length) / (fiber diameter) from the fiber length and fiber diameter of the metal oxide fiber measured from, for example, a scanning electron micrograph.

本発明に用いられる金属酸化物繊維の平均繊維長としては、特に限定されないが、0.2~1000μmの範囲であることが好ましく、0.5~100μmの範囲であることがより好ましく、1~50μmの範囲であることがさらに好ましく、1.5~20μmの範囲であることが特に好ましい。平均繊維長が0.2μm以上であれば、高分子複合圧電体の圧電定数や電圧出力定数を向上させることができるため好ましく、1000μm以下であれば、高分子などへ均一に分散させることができるため好ましい。平均繊維長の制御方法としては、特に制限されないが、後述する粉砕工程における粉砕方法や粉砕時間などによって制御することが可能となる。 The average fiber length of the metal oxide fiber used in the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.2 to 1000 μm, more preferably in the range of 0.5 to 100 μm, and 1 to 1 to 100 μm. The range of 50 μm is more preferable, and the range of 1.5 to 20 μm is particularly preferable. When the average fiber length is 0.2 μm or more, it is preferable because the piezoelectric constant and the voltage output constant of the polymer composite piezoelectric body can be improved, and when it is 1000 μm or less, it can be uniformly dispersed in the polymer or the like. Therefore, it is preferable. The method for controlling the average fiber length is not particularly limited, but can be controlled by the crushing method in the crushing step described later, the crushing time, and the like.

本発明に用いられる金属酸化物繊維の組成としては、特に限定されず、一成分または二成分以上の金属元素との酸化物であればよい。金属元素としては、ケイ素、アルミニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、ホウ素、インジウム、スズ、鉛、ビスマスを例示できる。金属酸化物繊維の組成として、より具体的には、SiO、Al、LiO、NaO、KO、MgO、CaO、SrO、BaO、Y、La、TiO、ZrO、HfO、VO、Nb、Ta、Cr、WO、MnO、FeO、Fe、Fe、CoO、Co、Co、NiO、Ni、CuO、AgO、ZnO、B、In、SnO、PbO、Bi、またはこれらの混合物や複合金属酸化物を例示できる。本発明における金属酸化物繊維の組成としては、複合フィラーを含む高分子複合圧電体の圧電定数や電圧出力定数を向上させるという観点から、チタン酸金属塩を主成分とすることが好ましい。チタン酸金属塩としては、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウムカルシウム、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ビスマス、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、チタン酸ビスマスナトリウムカリウム、またはこれらの混合物や複合金属酸化物を例示できるが、その中でも、高い圧電定数や電圧出力定数を有する点で、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム、チタン酸ビスマスナトリウム、またはチタン酸ビスマスカリウムを主成分とすることがより好ましく、チタン酸バリウムを主成分とすることがさらに好ましい。本発明における金属酸化物繊維の組成がチタン酸バリウムである場合、バリウムとチタンとのモル比(Ba/Ti比)は、0.8~1.2の範囲であることが好ましく、0.9~1.1の範囲であることがより好ましく、1.00~1.05の範囲であることがさらに好ましく、1.01~1.04の範囲であることが特に好ましい。Ba/Ti比が、0.8~1.2の範囲であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填剤として使用した場合に、優れた圧電定数や電圧出力定数を付与することが可能となる。 The composition of the metal oxide fiber used in the present invention is not particularly limited as long as it is an oxide with one component or two or more metal elements. Metallic elements include silicon, aluminum, lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, strontium, barium, yttrium, lantern, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel. , Copper, silver, zinc, boron, indium, tin, lead, bismuth can be exemplified. More specifically, the composition of the metal oxide fiber is SiO 2 , Al 2 O 3 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, Y 2 O 3 , La 2 O. 3 , TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , VO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Cr 2 O 3 , WO 3 , MnO, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , NiO, Ni 2 O 3 , CuO, AgO, ZnO, B 2 O 3 , In 2 O 3 , SnO 2 , PbO, Bi 2 O 3 , or mixtures or composite metal oxides thereof. It can be exemplified. The composition of the metal oxide fiber in the present invention preferably contains a metal titanate as a main component from the viewpoint of improving the piezoelectric constant and the voltage output constant of the polymer composite piezoelectric material containing the composite filler. Examples of the metal barium titanate include calcium titanate, barium titanate, strontium titanate, barium titanate, barium titanate, barium titanate, barium titanate, barium calcium titanate, calcium barium titanate, and barium titanate. Examples thereof include lead, lead zirconate titanate, bismuth titanate, sodium bismuth titanate, bismuth potassium titanate, potassium bismuth sodium titanate, or mixtures and composite metal oxides thereof, among which high piezoelectric constants and voltages are available. In terms of having an output constant, it is more preferable to have barium titanate, barium titanate, barium calcium titanate calcium, bismuth sodium titanate, or bismuth potassium titanate as the main components, and barium titanate as the main component. Is more preferable. When the composition of the metal oxide fiber in the present invention is barium titanate, the molar ratio (Ba / Ti ratio) of barium and titanium is preferably in the range of 0.8 to 1.2, and is preferably 0.9. It is more preferably in the range of ~ 1.1, further preferably in the range of 1.00 to 1.05, and particularly preferably in the range of 1.01 to 1.04. When the Ba / Ti ratio is in the range of 0.8 to 1.2, excellent piezoelectric constants and voltage output constants can be imparted when the composite filler is used as a filler for polymer composite piezoelectric materials. It will be possible.

<圧電性セラミックス粒子>
本発明に用いられる圧電性セラミックス粒子の平均粒子径は、0.01~200μmである。圧電性セラミックス粒子の平均粒子径が0.01μm以上であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填材として使用した場合に高い圧電定数や電圧出力定数が得られ、また、後述する紡糸溶液中で圧電性セラミックス粒子同士の凝集が起こりにくくなり、安定的に複合フィラーを製造できるため好ましい。また、圧電性セラミックス粒子の平均粒子径が200μm以下であれば、高分子複合圧電体の厚みを薄くすることができることから、柔軟性が高まり、駆動電圧を下げることができ、また、紡糸溶液中で圧電性セラミックス粒子が沈殿しにくくなり、金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子のモル比が均一な複合フィラーが得られるため好ましい。このような観点から、圧電性セラミックス粒子の平均粒子径としては、0.05~100μmの範囲であることがより好ましく、0.1~30μmの範囲であることがさらに好ましく、0.5~15μmの範囲であることが特に好ましい。
<Piezoelectric ceramic particles>
The average particle size of the piezoelectric ceramic particles used in the present invention is 0.01 to 200 μm. When the average particle size of the piezoelectric ceramic particles is 0.01 μm or more, a high piezoelectric constant and voltage output constant can be obtained when the composite filler is used as a filler for a polymer composite piezoelectric material, and spinning described later. It is preferable because the piezoelectric ceramic particles are less likely to aggregate in the solution and the composite filler can be stably produced. Further, when the average particle size of the piezoelectric ceramic particles is 200 μm or less, the thickness of the polymer composite piezoelectric body can be reduced, so that the flexibility can be increased, the driving voltage can be lowered, and the spinning solution can be used. This is preferable because the piezoelectric ceramic particles are less likely to precipitate and a composite filler having a uniform molar ratio between the metal oxide fibers and the piezoelectric ceramic particles can be obtained. From this point of view, the average particle size of the piezoelectric ceramic particles is more preferably in the range of 0.05 to 100 μm, further preferably in the range of 0.1 to 30 μm, and 0.5 to 15 μm. It is particularly preferable that the range is.

本発明に用いられる圧電性セラミックス粒子のアスペクト比は2未満である。アスペクト比が2未満であれば、高分子複合圧電体の比誘電率を低減でき、高い電圧出力定数を得ることが可能となり、また圧電性セラミックス粒子の製造や入手が容易であり、複合フィラーを低コストで得ることが可能となる。このような観点から、圧電性セラミックス粒子のアスペクト比は1.8以下であることが好ましい。圧電性セラミックス粒子のアスペクト比は、例えば、走査型電子顕微鏡写真から測定された圧電性セラミックス粒子の最長径および最短径から、(最長径)/(最短径)として算出することができる。 The aspect ratio of the piezoelectric ceramic particles used in the present invention is less than 2. If the aspect ratio is less than 2, the relative permittivity of the polymer composite piezoelectric material can be reduced, a high voltage output constant can be obtained, and the piezoelectric ceramic particles can be easily manufactured and obtained. It can be obtained at low cost. From this point of view, the aspect ratio of the piezoelectric ceramic particles is preferably 1.8 or less. The aspect ratio of the piezoelectric ceramic particles can be calculated as (longest diameter) / (shortest diameter) from, for example, the longest diameter and the shortest diameter of the piezoelectric ceramic particles measured from a scanning electron micrograph.

本発明に用いられる圧電性セラミックス粒子の組成としては、圧電性を有する組成であれば、特に限定されない。ここで、圧電性とは、応力を加えると電荷を生じ、逆に電圧を印加すると変形する性質のことである。このような組成としては、特に限定されず、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、もしくはチタン酸ビスマスカリウムナトリウムなどのチタン酸金属塩、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸リチウム、もしくはニオブ酸カリウムナトリウムなどのニオブ酸アルカリ金属塩、鉄酸ビスマス、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、またはこれらの混合物や複合金属酸化物を例示できる。本発明における圧電性セラミックス粒子の組成として、複合フィラーを含む高分子複合圧電体の圧電定数や電圧出力定数を向上させる観点から、チタン酸金属塩またはニオブ酸アルカリ金属塩を主成分とすることが好ましく、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウムまたはニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とすることがより好ましく、チタン酸バリウムまたはニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とすることがさらに好ましい。 The composition of the piezoelectric ceramic particles used in the present invention is not particularly limited as long as it has a piezoelectricity. Here, piezoelectricity is a property in which an electric charge is generated when stress is applied, and conversely, when a voltage is applied, it is deformed. Such a composition is not particularly limited, and is a metal titanate such as barium titanate, lead zirconate titanate, barium calcium titanate zirconate, bismuth sodium titanate, bismuth potassium titanate, or sodium bismuth potassium titanate. Examples thereof include salts, niobate alkali metal salts such as potassium niobate, sodium niobate, lithium niobate, or potassium niobate sodium, bismuth iron acid, zinc oxide, aluminum nitride, or mixtures and composite metal oxides thereof. The composition of the piezoelectric ceramic particles in the present invention may contain a metal barium titanate salt or an alkali metal niobate salt as a main component from the viewpoint of improving the piezoelectric constant and the voltage output constant of the polymer composite piezoelectric material containing the composite filler. It is preferable that the main component is barium titanate, lead zirconate titanate, calcium barium titanate, sodium bismas sodium titanate, potassium bismuth titanate or potassium niobate as a main component, and barium titanate or potassium niobate. It is more preferable to use sodium as a main component.

本発明における圧電性セラミックス粒子の組成がチタン酸バリウムである場合、バリウムとチタンとのモル比(Ba/Ti比)は、0.8~1.2の範囲であることが好ましく、0.9~1.1の範囲であることがより好ましい。Ba/Ti比が、0.8~1.2の範囲であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填剤として使用した場合に、優れた圧電定数や電圧出力定数を付与することが可能となる。チタン酸バリウム粒子は、例えば、炭酸バリウムと酸化チタンとを混合し仮焼により反応させることで製造することができ、市販されているものを用いることもできる。 When the composition of the piezoelectric ceramic particles in the present invention is barium titanate, the molar ratio (Ba / Ti ratio) of barium to titanium is preferably in the range of 0.8 to 1.2, preferably 0.9. It is more preferably in the range of ~ 1.1. When the Ba / Ti ratio is in the range of 0.8 to 1.2, excellent piezoelectric constants and voltage output constants can be imparted when the composite filler is used as a filler for polymer composite piezoelectric materials. It will be possible. The barium titanate particles can be produced, for example, by mixing barium carbonate and titanium oxide and reacting them by calcining, and commercially available ones can also be used.

本発明における圧電性セラミックス粒子の組成がニオブ酸カリウムナトリウムである場合、ナトリウムとカリウムとのモル比(Na/K比)は、1.0~1.5の範囲であることが好ましく、1.10~1.25の範囲であることがより好ましい。また、ナトリウムとカリウムのモル数の合計とニオブのモル数の比((Na+K)/Nb比)は、0.9~1.1の範囲であることが好ましく、0.95~1.05の範囲であることがさらに好ましい。Na/K比および(Na+K)/Nb比が上記の範囲であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填剤として使用した場合に、優れた圧電定数や電圧出力定数を付与することが可能となる。ニオブ酸カリウムナトリウム粒子は、例えば炭酸ナトリウムと炭酸カリウムと酸化ニオブを混合し仮焼により反応させることで製造することができ、市販されているものを用いることもできる。 When the composition of the piezoelectric ceramic particles in the present invention is sodium potassium niobate, the molar ratio (Na / K ratio) of sodium and potassium is preferably in the range of 1.0 to 1.5. More preferably, it is in the range of 10 to 1.25. The ratio of the total number of moles of sodium and potassium to the number of moles of niobium ((Na + K) / Nb ratio) is preferably in the range of 0.9 to 1.1, preferably 0.95 to 1.05. It is more preferably in the range. When the Na / K ratio and the (Na + K) / Nb ratio are in the above ranges, excellent piezoelectric constants and voltage output constants can be imparted when the composite filler is used as a filler for a polymer composite piezoelectric body. It will be possible. The sodium niobate particles can be produced, for example, by mixing sodium carbonate, potassium carbonate and niobium oxide and reacting them by calcining, and commercially available ones can also be used.

<複合フィラー>
本発明の複合フィラーは、前述した金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子とを含むものである。金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子とを含むことによって、複合フィラーを含む高分子複合圧電体は、圧電定数と比誘電率のバランスに優れ、高い電圧出力定数を有することが可能となる。このような特性は、従来技術の中では予測されておらず、本発明で見いだされた新規の効果である。本発明において、金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子は一体化していてもよいし、一体化せずに単に混合されていてもよいが、高い圧電定数と高い電圧出力定数とを両立させるという観点から、一体化していることが好ましい。本発明における一体化とは、金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子とが隙間なく結合している状態のことであり、金属酸化物繊維中に圧電性セラミックス粒子が完全に内包されている状態、金属酸化物繊維中に圧電性セラミックス粒子の一部が部分的に埋入されている状態、または金属酸化物繊維の表面と圧電性セラミックス粒子の表面が融着している状態を例示できる。特定の理論に拘束されるものではないが、金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子とが一体化していることによって、圧電性セラミックス粒子で生じた電荷または変形が、減衰することなく複合フィラー全体に伝達させることができるためと考えられる。
<Composite filler>
The composite filler of the present invention contains the above-mentioned metal oxide fibers and piezoelectric ceramic particles. By including the metal oxide fiber and the piezoelectric ceramic particles, the polymer composite piezoelectric material containing the composite filler has an excellent balance between the piezoelectric constant and the relative permittivity, and can have a high voltage output constant. Such properties have not been predicted in the prior art and are novel effects found in the present invention. In the present invention, the metal oxide fiber and the piezoelectric ceramic particles may be integrated or may be simply mixed without being integrated, but from the viewpoint of achieving both a high piezoelectric constant and a high voltage output constant. Therefore, it is preferable that they are integrated. The integration in the present invention is a state in which the metal oxide fiber and the piezoelectric ceramic particles are bonded without a gap, and a state in which the piezoelectric ceramic particles are completely contained in the metal oxide fiber. Examples thereof include a state in which a part of the piezoelectric ceramic particles is partially embedded in the metal oxide fiber, or a state in which the surface of the metal oxide fiber and the surface of the piezoelectric ceramic particles are fused. Without being bound by any particular theory, the integration of the metal oxide fibers with the piezoelectric ceramic particles allows the charge or deformation generated by the piezoelectric ceramic particles to be applied to the entire composite filler without attenuation. It is thought that it can be transmitted.

複合フィラーの金属酸化物繊維の平均繊維径と圧電性セラミックス粒子の平均粒子径の関係としては、特に限定されないが、金属酸化物繊維の平均繊維径/圧電性セラミックス粒子の平均粒子径が0.01~100の範囲であることが好ましく、0.05~10の範囲であることがより好ましく、0.1~5の範囲であることがさらに好ましい。金属酸化物繊維の平均繊維径/圧電性セラミックス粒子の平均粒子径が0.01以上であれば、金属酸化物繊維に対して圧電性セラミックス粒子が大きくなり過ぎず、高分子複合圧電体の厚みを薄くすることができ、また、紡糸溶液中で圧電性セラミックス粒子が沈殿しにくくなるため好ましく、100以下であれば、金属酸化物繊維に対して圧電性セラミックス粒子が小さくなり過ぎず、高い圧電定数や電圧出力定数の高分子複合圧電体が得られ、また、紡糸溶液中で圧電性セラミックス粒子同士の凝集が起こりにくくなるため好ましい。 The relationship between the average fiber diameter of the metal oxide fiber of the composite filler and the average particle diameter of the piezoelectric ceramic particles is not particularly limited, but the average fiber diameter of the metal oxide fiber / the average particle diameter of the piezoelectric ceramic particles is 0. It is preferably in the range of 01 to 100, more preferably in the range of 0.05 to 10, and even more preferably in the range of 0.1 to 5. If the average fiber diameter of the metal oxide fiber / the average particle size of the piezoelectric ceramic particles is 0.01 or more, the piezoelectric ceramic particles do not become too large with respect to the metal oxide fiber, and the thickness of the polymer composite piezoelectric body. It is preferable because the piezoelectric ceramic particles are less likely to precipitate in the spinning solution, and if it is 100 or less, the piezoelectric ceramic particles do not become too small with respect to the metal oxide fiber, and the piezoelectric ceramic particles have high piezoelectricity. It is preferable because a polymer composite piezoelectric body having a constant value or a constant voltage output can be obtained, and the piezoelectric ceramic particles are less likely to aggregate in the spinning solution.

複合フィラーの金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子とのモル比としては、特に限定されないが、1:0.1~1:10の範囲であることが好ましく、1:0.5~1:5の範囲であることがより好ましく、1:1~1:3の範囲であることがさらに好ましい。金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子とのモル比が1:0.1以上であれば、高分子複合圧電体の比誘電率を低減し、高い電圧出力定数を得ることができ、また複合フィラーの収量を増やすことができるため好ましく、1:10以下であれば高分子複合圧電体の圧電定数を高くでき、高い圧電定数と高い電圧出力定数を兼ね備えることが可能であり、また複合フィラーを安定的かつ均一に製造できるため好ましい。 The molar ratio of the metal oxide fiber of the composite filler to the piezoelectric ceramic particles is not particularly limited, but is preferably in the range of 1: 0.1 to 1:10, and is preferably 1: 0.5 to 1: 5. It is more preferably in the range of 1: 1 to 1: 3, and even more preferably in the range of 1: 1 to 1: 3. When the molar ratio of the metal oxide fiber to the piezoelectric ceramic particles is 1: 0.1 or more, the relative permittivity of the polymer composite piezoelectric material can be reduced, a high voltage output constant can be obtained, and the composite filler can be obtained. It is preferable because it can increase the yield of It is preferable because it can be produced uniformly and uniformly.

複合フィラーにおける金属酸化物繊維の組成と圧電性セラミックス粒子の組成は、同一であっても異なっていてもよい。金属酸化物繊維の組成と圧電性セラミックス粒子の組成の組み合わせとしては、特に限定されず、チタン酸バリウムとチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛とチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムとチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムとチタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウムカリウムとチタン酸バリウム、チタン酸バリウムとニオブ酸カリウムナトリウム、チタン酸ビスマスナトリウムカリウムとニオブ酸カリウムナトリウムを例示できる。 The composition of the metal oxide fiber and the composition of the piezoelectric ceramic particles in the composite filler may be the same or different. The combination of the composition of the metal oxide fiber and the composition of the piezoelectric ceramic particles is not particularly limited, and is not particularly limited. Barium titanate and barium titanate, lead zirconate titanate and lead zirconate titanate, barium titanate and lead zirconate titanate. Lead Acid, Barium Titanate and Barium Titanate, Sodium Titanate and Barium Titanate, Barium Titanate Potassium and Barium Titanate, Barium Titanate and Sodium Niobate, Sodium Bismus Sodium Titanium and Sodium Niobate Can be exemplified.

複合フィラーにおける金属酸化物繊維の組成と圧電性セラミックス粒子の組成の組み合わせが、例えば、チタン酸バリウムとチタン酸バリウムの場合、その結晶構造は、結晶格子におけるc軸とa軸との比(c/a比)が1.005以上であることが好ましく、1.008以上であればより好ましく、1.010以上であることがさらに好ましい。c/a比が1.005以上であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填剤として使用した場合に、優れた圧電定数や電圧出力定数を付与することが可能となる。また、複合フィラーの結晶子サイズとしては、特に限定されないが、20nm以上であることが好ましく、25nm以上であることがより好ましい。複合フィラーの結晶子サイズが20nm以上であれば、高分子複合圧電体用の充填剤として使用した場合に、より優れた圧電特性を付与することが可能となる。複合フィラーのc/a比や結晶子サイズの制御方法としては、特に制限されないが、後述する焼成工程における焼成温度、焼成時間、昇温速度を変更することなどが挙げられ、その大きさはX線回析法による測定結果から算出することができる。 When the combination of the composition of the metal oxide fiber and the composition of the piezoelectric ceramic particles in the composite filler is, for example, barium titanate and barium titanate, the crystal structure thereof is the ratio of the c-axis to the a-axis in the crystal lattice (c). / A ratio) is preferably 1.005 or more, more preferably 1.008 or more, and even more preferably 1.010 or more. When the c / a ratio is 1.005 or more, when the composite filler is used as a filler for the polymer composite piezoelectric body, it is possible to impart an excellent piezoelectric constant or voltage output constant. The crystallite size of the composite filler is not particularly limited, but is preferably 20 nm or more, and more preferably 25 nm or more. When the crystallite size of the composite filler is 20 nm or more, it is possible to impart more excellent piezoelectric characteristics when used as a filler for a polymer composite piezoelectric body. The method for controlling the c / a ratio and the crystallite size of the composite filler is not particularly limited, but examples thereof include changing the firing temperature, firing time, and heating rate in the firing step described later, and the size thereof is X. It can be calculated from the measurement result by the linear diffraction method.

本発明の複合フィラーは、特に限定されず、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、またはジルコアルミネートカップリング剤などで表面処理されていてもよい。カップリング剤の末端の官能基としては、特に限定されず、アルキル、フェニル、アミノ、フルオロ、アクリロイル、エポキシ、ウレイド、または酸無水物を例示でき、複合化する素材の性状によって適宜選択できる。 The composite filler of the present invention is not particularly limited, and may be surface-treated with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, an aluminum coupling agent, a zirconium coupling agent, a zircoaluminate coupling agent, or the like. The functional group at the end of the coupling agent is not particularly limited, and examples thereof include alkyl, phenyl, amino, fluoro, acryloyl, epoxy, ureido, and acid anhydride, which can be appropriately selected depending on the properties of the material to be complexed.

<複合フィラーの製造方法>
本発明の複合フィラーの製造方法としては、特に限定されず、複合フィラーの原料を含む溶液、融液、スラリーなどを特定の形状に加工した後に複合フィラーを合成する方法、または加工と合成を同時に行う方法を例示できる。その中でも、原料を特定の形状に加工した後に複合フィラーを合成する方法は、複合フィラーの形状、組成、結晶性、金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子のモル比などを制御しやすいため好ましい。加工方法は、特に限定されず、金型成形法、鋳込み法、ドクターブレード法、押出成形法、乾式紡糸法、湿式紡糸法、溶融紡糸法、スパンボンド法、メルトブローン法、回転紡糸法、または静電紡糸法を例示できる。その中でも、静電紡糸法は、複合フィラーの金属酸化物繊維の平均繊維径を小さくでき、厚みの薄いフィルム状などの高分子複合圧電体中でも均一に分散できるため好ましい。また、合成方法は、特に限定されず、焼成法、光加熱法、放電プラズマ焼結法、または水熱合成法を例示できる。
<Manufacturing method of composite filler>
The method for producing the composite filler of the present invention is not particularly limited, and is a method of processing a solution, a melt, a slurry or the like containing a raw material of the composite filler into a specific shape and then synthesizing the composite filler, or processing and synthesizing at the same time. An example of how to do this can be illustrated. Among them, the method of synthesizing the composite filler after processing the raw material into a specific shape is preferable because it is easy to control the shape, composition, crystallinity, molar ratio of the metal oxide fiber and the piezoelectric ceramic particles, and the like. The processing method is not particularly limited, and is a mold forming method, a casting method, a doctor blade method, an extrusion molding method, a dry spinning method, a wet spinning method, a melt spinning method, a spunbond method, a melt blown method, a rotary spinning method, or a static spinning method. The electrospinning method can be exemplified. Among them, the electrostatic spinning method is preferable because the average fiber diameter of the metal oxide fiber of the composite filler can be reduced and it can be uniformly dispersed even in a polymer composite piezoelectric material such as a thin film. Further, the synthesis method is not particularly limited, and examples thereof include a firing method, a light heating method, a discharge plasma sintering method, and a hydrothermal synthesis method.

以下、静電紡糸法を用いた複合フィラーの製造方法について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。 Hereinafter, a method for producing a composite filler using an electrostatic spinning method will be described, but the present invention is not limited thereto.

静電紡糸法を用いた複合フィラーの製造方法としては、特に限定されず、金属塩および特定の圧電性セラミックス粒子を含む紡糸溶液を調製する工程と、前記紡糸溶液を静電紡糸して複合フィラー前駆体を作製する工程と、前記複合フィラー前駆体を焼成して複合フィラー集合体を作製する工程と、前記複合フィラー集合体を粉砕する工程と、を含む方法を例示できる。 The method for producing the composite filler using the electrostatic spinning method is not particularly limited, and the step of preparing a spinning solution containing a metal salt and specific piezoelectric ceramic particles and the composite filler by electrostatically spinning the spinning solution. An example can be exemplified of a method including a step of producing a precursor, a step of firing the composite filler precursor to prepare a composite filler aggregate, and a step of crushing the composite filler aggregate.

<紡糸溶液調製工程>
本発明における紡糸溶液としては、金属塩および特定の圧電性セラミックス粒子を含んでいれば、特に限定されず、金属塩および圧電性セラミックス粒子が溶媒に分散した状態、金属塩および圧電性セラミックス粒子が溶媒に溶解した状態、または金属塩が溶媒に溶解しており、圧電性セラミックス粒子が溶媒に分散している状態を例示できる。その中でも、複合フィラーを特定の形状に加工しやすくするという観点から、金属塩が溶媒に溶解しており、圧電性セラミックス粒子が溶媒に分散している状態の紡糸溶液を用いることが好ましい。このような紡糸溶液を得る方法としては、特に限定されず、金属塩が溶解された溶液に圧電性セラミックス粒子を配合する方法、圧電性セラミックス粒子が分散している溶液に金属塩を配合し溶解させる方法、または金属塩が溶解している溶液と圧電性セラミックス粒子が分散している溶液を混合する方法を例示できる。混合の方法は、特に制限されず、マグネティックスターラー、振とう器、遊星式攪拌機、または超音波装置などの公知の設備を用いて行うことができる。
<Spinning solution preparation process>
The spinning solution in the present invention is not particularly limited as long as it contains a metal salt and specific piezoelectric ceramic particles, and a state in which the metal salt and the piezoelectric ceramic particles are dispersed in a solvent, the metal salt and the piezoelectric ceramic particles can be used. Examples thereof include a state in which the metal salt is dissolved in the solvent and a state in which the piezoelectric ceramic particles are dispersed in the solvent. Among them, from the viewpoint of facilitating the processing of the composite filler into a specific shape, it is preferable to use a spinning solution in which the metal salt is dissolved in the solvent and the piezoelectric ceramic particles are dispersed in the solvent. The method for obtaining such a spinning solution is not particularly limited, and is a method of blending piezoelectric ceramic particles in a solution in which a metal salt is dissolved, or a method in which a metal salt is blended and dissolved in a solution in which the piezoelectric ceramic particles are dispersed. An example thereof is a method of allowing the metal salt to be dissolved, or a method of mixing a solution in which the metal salt is dissolved and a solution in which the piezoelectric ceramic particles are dispersed. The mixing method is not particularly limited, and can be performed using known equipment such as a magnetic stirrer, a shaker, a planetary stirrer, or an ultrasonic device.

本発明の複合フィラーの製造に用いる金属塩としては、特に限定されず、ケイ素、アルミニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、ホウ素、インジウム、スズ、鉛、ビスマスなどの金属元素を含む酢酸塩、炭酸塩、硝酸塩、蓚酸塩、硫酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、またはアルコキシドを例示できる。複合フィラーの製造に用いる金属塩は、目的の組成の金属酸化物繊維を得ることができるものを適宜選択すればよく、単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The metal salt used for producing the composite filler of the present invention is not particularly limited, and is silicon, aluminum, lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, strontium, barium, ittrium, lanthanum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, and niobium. , Tantal, Chromium, Tungsten, Manganese, Iron, Cobalt, Nickel, Copper, Silver, Zinc, Boron, Indium, Tin, Lead, Bismus and other metal elements such as acetates, carbonates, nitrates, oxalates, sulfates, Hydroxides, halides, or alkoxides can be exemplified. As the metal salt used for producing the composite filler, a metal salt having a desired composition may be appropriately selected, and the metal salt may be used alone or in combination of two or more.

本発明の複合フィラーの製造に用いる溶媒としては、特に限定されず、水、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アセトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドン、トルエン、キシレン、ピリジン、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロパノール、ギ酸、酢酸、またはプロピオン酸を例示できる。複合フィラーの製造に用いる溶媒は、金属塩および圧電性セラミックス粒子を均一に分散または溶解できるものを適宜選択すればよく、これらを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The solvent used for producing the composite filler of the present invention is not particularly limited, and water, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, acetone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, toluene, xylene, pyridine, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, formic acid, acetic acid, or propion An acid can be exemplified. As the solvent used for producing the composite filler, a solvent capable of uniformly dispersing or dissolving the metal salt and the piezoelectric ceramic particles may be appropriately selected, and these may be used alone or in combination of two or more. good.

本発明における紡糸溶液は、曳糸性を付与する目的で、繊維形成材料を含んでもよい。繊維形成材料としては、特に限定されず、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、セルロース、セルロース誘導体、キチン、キトサン、コラーゲン、またはこれらの共重合体や混合物を例示できる。繊維形成材料の重量平均分子量としては、特に限定されないが、10,000~10,000,000の範囲であることが好ましく、50,000~5,000,000の範囲であることがより好ましく、100,000~1,000,000であることがさらに好ましい。重量平均分子量が10,000以上であれば、繊維形成性に優れるため好ましく、10,000,000以下であれば、溶解性に優れ、調製工程が簡便になるため好ましい。 The spinning solution in the present invention may contain a fiber-forming material for the purpose of imparting spinnability. The fiber-forming material is not particularly limited, and is not particularly limited. Polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polylactic acid, polyamide, polyurethane, polystyrene, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate. , Polyglycolic acid, polycaprolactone, cellulose, cellulose derivatives, chitin, chitosan, collagen, or copolymers or mixtures thereof. The weight average molecular weight of the fiber-forming material is not particularly limited, but is preferably in the range of 10,000 to 10,000,000, more preferably in the range of 50,000 to 5,000,000. It is more preferably 100,000 to 1,000,000. When the weight average molecular weight is 10,000 or more, it is preferable because it is excellent in fiber forming property, and when it is 10,000,000 or less, it is preferable because it is excellent in solubility and the preparation process is simplified.

本発明における紡糸溶液は、繊維形成性を向上させる目的で、導電助剤を含んでもよい。導電助剤は、紡糸溶液の均一性や紡糸安定性を阻害しない範囲で用いることができ、ドデシル硫酸ナトリウム、臭化テトラブチルアンモニウム、酢酸アンモニウムを例示できる。導電助剤には、金属イオンを含まないなど焼成工程で完全に消失する性状であることが、目的の組成の複合フィラーを得ることができる点で好ましい。導電助剤の濃度は、特に限定されないが、紡糸溶液の重量に対して、0.001~1重量%の範囲であることが好ましく、0.01~0.1重量%の範囲であることがより好ましい。導電助剤の濃度が0.001重量%以上であれば、使用に見合う効果の向上が得られるため好ましく、1重量%以下であれば、目的の組成の複合フィラーを得ることができるため好ましい。また、紡糸溶液は、金属塩および圧電性セラミックス粒子の安定性を向上させる目的で、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、アセチルアセトン、クエン酸、リンゴ酸などの多座配位子を有する安定剤を含んでいてもよい。また、本発明の効果を著しく損なわない範囲であれば、上記以外の成分も紡糸溶液の成分として含んでもよく粘度調整剤、pH調整剤、防腐剤、界面活性剤などを含んでもよい。 The spinning solution in the present invention may contain a conductive auxiliary agent for the purpose of improving fiber forming property. The conductive auxiliary agent can be used as long as it does not impair the uniformity and spinning stability of the spinning solution, and examples thereof include sodium dodecyl sulfate, tetrabutylammonium bromide, and ammonium acetate. It is preferable that the conductive auxiliary agent has a property of completely disappearing in the firing step, such as not containing metal ions, in that a composite filler having a desired composition can be obtained. The concentration of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.001 to 1% by weight, preferably in the range of 0.01 to 0.1% by weight, based on the weight of the spinning solution. More preferred. When the concentration of the conductive auxiliary agent is 0.001% by weight or more, the effect suitable for use can be improved, and when it is 1% by weight or less, a composite filler having a desired composition can be obtained, which is preferable. The spinning solution also contains stabilizers having polydentate ligands such as ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, acetylacetone, citric acid and malic acid for the purpose of improving the stability of metal salts and piezoelectric ceramic particles. May be good. Further, a component other than the above may be contained as a component of the spinning solution as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, and a viscosity regulator, a pH adjuster, a preservative, a surfactant and the like may be included.

紡糸溶液の粘度は、5~10,000cPの範囲に調整することが好ましく、10~8,000cPの範囲であることがより好ましく、100~2,000cPの範囲であることがさらに好ましい。粘度が5cP以上であると、繊維を形成するための曳糸性が得られ、10,000cP以下であると、紡糸溶液を吐出させるのが容易となる。粘度が10~8,000cPの範囲であれば、広い紡糸条件範囲で良好な曳糸性が得られるためより好ましく、100~2,000cPの範囲であれば、非常に広い紡糸条件範囲で優れた曳糸性が得られるためさらに好ましい。紡糸溶液の粘度は、金属塩や圧電性セラミックス粒子の濃度または繊維形成材料の分子量、濃度あるいは増粘剤などを適宜変更することで、調整することができる。 The viscosity of the spinning solution is preferably adjusted in the range of 5 to 10,000 cP, more preferably in the range of 10 to 8,000 cP, and even more preferably in the range of 100 to 2,000 cP. When the viscosity is 5 cP or more, the spinnability for forming the fiber is obtained, and when the viscosity is 10,000 cP or less, the spinning solution can be easily discharged. A viscosity in the range of 10 to 8,000 cP is more preferable because good spinnability can be obtained in a wide range of spinning conditions, and a viscosity in the range of 100 to 2,000 cP is excellent in a very wide range of spinning conditions. It is more preferable because the spinnability can be obtained. The viscosity of the spinning solution can be adjusted by appropriately changing the concentration of the metal salt or the piezoelectric ceramic particles, the molecular weight of the fiber-forming material, the concentration, the thickener, or the like.

本発明における金属酸化物繊維の組成がチタン酸バリウムである場合、溶媒中にバリウム塩、チタンアルコキシド、および繊維形成材料が溶解し、圧電性セラミックス粒子が分散した紡糸溶液を好ましく用いることができる。紡糸溶液中のバリウム塩とチタンアルコキシドのモル比としては、特に限定されないが、0.8~1.2の範囲であることが好ましく、0.9~1.1の範囲であることがより好ましく、1.00~1.05の範囲であることがさらに好ましく、1.01~1.04の範囲であることが特に好ましい。バリウム塩とチタンアルコキシドのモル比が、0.8~1.2の範囲であれば、複合フィラーを高分子複合圧電体用の充填剤として使用した場合に、優れた圧電定数や電圧出力定数を付与することが可能となる。また、バリウム塩と圧電性セラミックス粒子のモル比としては、特に限定されないが、1:0.1~1:10の範囲であることが好ましく、1:0.5~1:5の範囲であることがより好ましく、1:1~1:3の範囲であることがさらに好ましい。バリウム塩と圧電性セラミックス粒子のモル比が1:0.1以上であれば、高分子複合圧電体の比誘電率を低減し、高い電圧出力定数を得ることができ、また複合フィラーの収量を増やすことができるため好ましく、1:10以下であれば高分子複合圧電体の圧電定数を高くでき、高い圧電定数と高い電圧出力定数を兼ね備えることが可能であり、また複合フィラーを安定的かつ均一に製造できるため好ましい。バリウム塩としては、特に限定されないが、炭酸バリウム、酢酸バリウム、水酸化バリウム、シュウ酸バリウム、硝酸バリウム、塩化バリウム、またはこれらの混合物を例示でき、溶媒への溶解性の観点から、炭酸バリウム、酢酸バリウム、または硝酸バリウムであることが好ましい。チタンアルコキシドとしては、特に限定されないが、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラノルマルプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、またはこれらの混合物を例示でき、紡糸溶液の安定性および入手し易さから、チタンテトライソプロポキシドまたはチタンテトラノルマルブトキシドであることが好ましい。繊維形成材料は、溶媒への溶解性、および焼成工程での分解性の観点から、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、またはポリアクリル酸であることが好ましく、ポリビニルピロリドンであることがさらに好ましい。溶媒としては、バリウム塩、チタンアルコキシド、および繊維形成材料の溶解性、圧電性セラミックス粒子の分散性の観点から、有機酸とアルコール系溶媒との混合溶媒を主成分とすることが好ましい。有機酸としては、特に限定されないが、溶解性や分散性の観点から、ギ酸、酢酸、またはプロピオン酸であることが好ましく、酢酸であることがより好ましい。アルコール系溶媒としては、特に限定されないが、溶解性や分散性の観点から、エタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、またはプロピレングリコールモノメチルエーテルであることが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルであることがより好ましい。 When the composition of the metal oxide fiber in the present invention is barium titanate, a spinning solution in which a barium salt, a titanium alkoxide, and a fiber-forming material are dissolved in a solvent and piezoelectric ceramic particles are dispersed can be preferably used. The molar ratio of the barium salt to the titanium alkoxide in the spinning solution is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.8 to 1.2, and more preferably in the range of 0.9 to 1.1. , 1.00 to 1.05 is more preferable, and 1.01 to 1.04 is particularly preferable. When the molar ratio of barium salt to titanium alkoxide is in the range of 0.8 to 1.2, excellent piezoelectric constants and voltage output constants can be obtained when the composite filler is used as a filler for polymer composite piezoelectrics. It becomes possible to grant. The molar ratio of the barium salt to the piezoelectric ceramic particles is not particularly limited, but is preferably in the range of 1: 0.1 to 1:10, and is preferably in the range of 1: 0.5 to 1: 5. It is more preferably in the range of 1: 1 to 1: 3. When the molar ratio of the barium salt to the piezoelectric ceramic particles is 1: 0.1 or more, the relative permittivity of the polymer composite piezoelectric material can be reduced, a high voltage output constant can be obtained, and the yield of the composite filler can be increased. It is preferable because it can be increased, and if it is 1:10 or less, the piezoelectric constant of the polymer composite piezoelectric body can be increased, it is possible to have both a high piezoelectric constant and a high voltage output constant, and the composite filler can be stably and uniformly. It is preferable because it can be manufactured in the same manner. The barium salt is not particularly limited, and examples thereof include barium carbonate, barium acetate, barium hydroxide, barium oxalate, barium nitrate, barium chloride, or a mixture thereof. From the viewpoint of solubility in a solvent, barium carbonate, It is preferably barium acetate or barium nitrate. The titanium alkoxide is not particularly limited, and examples thereof include titanium tetramethoxyd, titanium tetraethoxydo, titanium tetranormal propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetranormal butoxide, or a mixture thereof, and the stability of the spinning solution can be exemplified. In addition, titanium tetraisopropoxide or titanium tetranormalbutoxide is preferable because of its availability. The fiber-forming material is preferably polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, or polyacrylic acid, preferably polyvinylpyrrolidone, from the viewpoint of solubility in a solvent and degradability in a baking step. More preferred. As the solvent, it is preferable to use a mixed solvent of an organic acid and an alcohol solvent as a main component from the viewpoint of the solubility of the barium salt, the titanium alkoxide, and the fiber-forming material and the dispersibility of the piezoelectric ceramic particles. The organic acid is not particularly limited, but is preferably formic acid, acetic acid, or propionic acid, and more preferably acetic acid, from the viewpoint of solubility and dispersibility. The alcohol solvent is not particularly limited, but is preferably ethanol, ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, or propylene glycol monomethyl ether, and more preferably propylene glycol monomethyl ether, from the viewpoint of solubility and dispersibility. preferable.

<静電紡糸工程>
静電紡糸法は、紡糸溶液を吐出させるとともに、電界を作用させて、吐出された紡糸溶液を繊維化し、コレクター上に繊維集合体を堆積させる方法である。静電紡糸法としては、紡糸溶液をノズルから押し出すとともに電界を作用させて紡糸する方法、紡糸溶液を泡立たせるとともに電界を作用させて紡糸する方法、または円筒状やワイヤー状の電極の表面に紡糸溶液を導くとともに電界を作用させて紡糸する方法を例示できる。この方法によれば、直径10nm~10μmの均一な繊維を得ることができる。
<Electrostatic spinning process>
The electrostatic spinning method is a method in which a spinning solution is discharged and an electric field is applied to fiberize the discharged spinning solution and deposit a fiber aggregate on a collector. The electrostatic spinning method includes a method of extruding a spinning solution from a nozzle and applying an electric field to spin the spinning solution, a method of bubbling the spinning solution and applying an electric field to spin the spinning solution, or spinning on the surface of a cylindrical or wire-shaped electrode. An example of a method of spinning by guiding a solution and applying an electric field can be illustrated. According to this method, uniform fibers having a diameter of 10 nm to 10 μm can be obtained.

紡糸溶液を吐出させる方法としては、ポンプを用いてシリンジに充填した紡糸溶液をノズルから吐出させる方法を例示できる。紡糸時の紡糸溶液の温度は、常温でも、加熱により高温としても、冷却により低温としてもよい。ノズルの内径としては、特に限定されないが、0.1~1.5mmの範囲であることが好ましい。また吐出量としては、特に限定されないが、0.1~10mL/hrであることが好ましい。吐出量が0.1mL/hr以上であれば複合フィラーを低コストで製造することができるため好ましく、10mL/hr以下であれば均一な複合フィラーが得られるため好ましい。印加させる電圧の極性は、正であっても負であってもよい。また、電圧の大きさは、複合フィラーとして特定の形状に成形できる範囲であれば特に限定されず、正の電圧の場合、5~100kVの範囲を例示できる。電界を作用させる方法としては、ノズルとコレクターに電界を形成させることができれば特に限定されず、ノズルに高電圧を印加させコレクターを接地する方法、コレクターに高電圧を印加させノズルを接地する方法、またはノズルに正の高電圧を印加させコレクターに負の高電圧を印加する方法を例示できる。また、ノズルとコレクターとの距離は、複合フィラーが特定の形状に加工できる範囲であれば特に限定されず、5~50cmの範囲を例示できる。コレクターは、紡糸された複合フィラー前駆体を捕集できるものであればよく、その素材や形状などは特に限定されない。コレクターの素材としては、金属などの導電性材料が好適に用いられる。コレクターの形状としては、特に限定されないが、平板状、シャフト状、コンベア状を例示できる。コレクターが平板状であると、シート状に複合フィラー前駆体を捕集することができ、シャフト状であると、チューブ状に複合フィラー前駆体を捕集することができ、コンベア状であると、シート状に捕集された複合フィラー前駆体を連続的に製造することができる。 As a method of discharging the spinning solution, a method of discharging the spinning solution filled in the syringe into the syringe by using a pump can be exemplified. The temperature of the spinning solution at the time of spinning may be normal temperature, high temperature by heating, or low temperature by cooling. The inner diameter of the nozzle is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 1.5 mm. The discharge amount is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 mL / hr. When the discharge amount is 0.1 mL / hr or more, the composite filler can be produced at low cost, which is preferable, and when the discharge rate is 10 mL / hr or less, a uniform composite filler can be obtained, which is preferable. The polarity of the applied voltage may be positive or negative. Further, the magnitude of the voltage is not particularly limited as long as it can be molded into a specific shape as a composite filler, and in the case of a positive voltage, a range of 5 to 100 kV can be exemplified. The method of applying an electric field is not particularly limited as long as an electric field can be formed in the nozzle and collector, and a method of applying a high voltage to the nozzle to ground the collector, a method of applying a high voltage to the collector to ground the nozzle, and a method of grounding the nozzle. Alternatively, a method of applying a positive high voltage to the nozzle and applying a negative high voltage to the collector can be exemplified. Further, the distance between the nozzle and the collector is not particularly limited as long as the composite filler can be processed into a specific shape, and a range of 5 to 50 cm can be exemplified. The collector may be any as long as it can collect the spun composite filler precursor, and its material and shape are not particularly limited. As the material of the collector, a conductive material such as metal is preferably used. The shape of the collector is not particularly limited, and examples thereof include a flat plate shape, a shaft shape, and a conveyor shape. If the collector is flat, the composite filler precursor can be collected in a sheet shape, if it is a shaft shape, the composite filler precursor can be collected in a tube shape, and if it is a conveyor shape, it can be collected. The composite filler precursor collected in the form of a sheet can be continuously produced.

静電紡糸された複合フィラー前駆体は、焼成などの合成工程を経ることによって、前駆体中に含まれる繊維形成材料などが加熱分解され、金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子とを含む高品質かつ高結晶性の複合フィラー集合体を形成する。焼成には、一般的な電気炉を用いることができる。焼成雰囲気は、特に限定されず、空気雰囲気中や不活性ガス雰囲気中で行うことができるが、繊維形成材料などの残存物を少なくし、目的の組成の複合フィラー集合体が得られる点から、空気雰囲気中で焼成することが好ましい。焼成方法としては、一段階焼成であっても、多段階焼成であってもよい。焼成温度は、特に限定されないが、700~1500℃の範囲が好ましく、800~1400℃の範囲がより好ましく、900~1300℃の範囲が特に好ましい。焼成温度は700℃以上であると、繊維形成材料などの残存物を少なくし、また複合フィラーの結晶性が向上し、高分子複合圧電体の圧電定数や電圧出力定数を向上させることができる。また、1500℃以下であれば、揮発性原子が揮発することによる組成の変化を低減でき、また消費エネルギーを低く抑えることができる。焼成温度が800~1400℃、特に900~1300℃の範囲であると、純度、結晶性が十分高く、かつ製造コストを十分低くすることができる。焼成時間としては、特に限定されず、1~24時間の範囲を例示できる。昇温速度としては、特に限定されず、1~200℃/minの範囲を例示できる。また、静電紡糸された複合フィラー前駆体を任意の形状に成形して焼成を行うことで、様々な形状の複合フィラー集合体を得ることができる。例えば、2次元のシート状に成形し焼成することで、シート状の複合フィラー集合体を得ることができ、シャフトに巻きつけて捕集することで、チューブ状の複合フィラー集合体を得ることができる。また、液体中に捕集して凍結乾燥し、綿状に成形して焼成することで、綿状の複合フィラー集合体を得ることも可能である。 The electrostatically spun composite filler precursor undergoes a synthesis process such as firing, and the fiber-forming material contained in the precursor is thermally decomposed to contain high-quality metal oxide fibers and piezoelectric ceramic particles. And it forms a highly crystalline composite filler aggregate. A general electric furnace can be used for firing. The firing atmosphere is not particularly limited and can be carried out in an air atmosphere or an inert gas atmosphere, but from the viewpoint of reducing residues such as fiber-forming materials and obtaining a composite filler aggregate having a desired composition. It is preferable to fire in an air atmosphere. The firing method may be one-step firing or multi-step firing. The firing temperature is not particularly limited, but is preferably in the range of 700 to 1500 ° C, more preferably in the range of 800 to 1400 ° C, and particularly preferably in the range of 900 to 1300 ° C. When the firing temperature is 700 ° C. or higher, the residue such as the fiber forming material is reduced, the crystallinity of the composite filler is improved, and the piezoelectric constant and the voltage output constant of the polymer composite piezoelectric body can be improved. Further, when the temperature is 1500 ° C. or lower, the change in composition due to the volatilization of volatile atoms can be reduced, and the energy consumption can be suppressed to a low level. When the firing temperature is in the range of 800 to 1400 ° C., particularly 900 to 1300 ° C., the purity and crystallinity are sufficiently high, and the manufacturing cost can be sufficiently lowered. The firing time is not particularly limited, and a range of 1 to 24 hours can be exemplified. The rate of temperature rise is not particularly limited, and a range of 1 to 200 ° C./min can be exemplified. Further, by molding the electrostatically spun composite filler precursor into an arbitrary shape and firing it, composite filler aggregates having various shapes can be obtained. For example, a sheet-shaped composite filler aggregate can be obtained by molding and firing in a two-dimensional sheet shape, and a tube-shaped composite filler aggregate can be obtained by winding it around a shaft and collecting it. can. It is also possible to obtain a cotton-like composite filler aggregate by collecting it in a liquid, freeze-drying it, forming it into a cotton-like shape, and firing it.

焼成された複合フィラー集合体は、高分子マトリクス中に充填し易くするために、さらに粉砕処理などにより微細化して複合フィラーとする。粉砕処理の方法は、特に限定されず、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、高圧ホモジナイザー、遊星ミル、ロータリークラッシャー、ハンマークラッシャー、カッターミル、石臼、乳鉢、またはスクリーンメッシュ粉砕を例示でき、乾式であっても湿式であってもよいが、複合フィラーを特定の形状に制御できる点で、スクリーンメッシュ粉砕が好ましく用いられる。スクリーンメッシュ粉砕は、所定の目開きを有するメッシュ上に複合フィラー集合体を乗せ、ブラシやヘラなどで濾す方法や、アルミナ、ジルコニア、ガラス、PTFE、ナイロン、またはポリエチレンなどのビーズと複合フィラー集合体とをメッシュ上に乗せて、縦および/または横方向の振動を加える方法を例示できる。使用するメッシュの目開きとしては、特に限定されないが、20~1000μmの範囲であることが好ましく、50~500μmの範囲であることがより好ましい。目開きが20μm以上であれば、粉砕処理時間を短縮できるため好ましく、1000μm以下であれば、複合フィラーの粗大物や凝集物を除去できるため好ましい。求められる特性に対して、粉砕方法や条件などは適宜変更すればよい。 The calcined composite filler aggregate is further refined by pulverization or the like to obtain a composite filler in order to facilitate filling in the polymer matrix. The method of crushing is not particularly limited, and examples thereof include ball mills, bead mills, jet mills, high-pressure homogenizers, planetary mills, rotary crushers, hammer crushers, cutter mills, stone mills, mortars, and screen mesh crushers, even if they are dry. Although it may be wet, screen mesh grinding is preferably used because the composite filler can be controlled to a specific shape. Screen mesh crushing is a method of placing a composite filler aggregate on a mesh with a predetermined opening and filtering it with a brush or spatula, or a composite filler aggregate with beads such as alumina, zirconia, glass, PTFE, nylon, or polyethylene. An example of a method of applying vertical and / or horizontal vibration by placing and on a mesh can be illustrated. The mesh opening used is not particularly limited, but is preferably in the range of 20 to 1000 μm, and more preferably in the range of 50 to 500 μm. When the opening is 20 μm or more, it is preferable because the pulverization treatment time can be shortened, and when it is 1000 μm or less, coarse substances and aggregates of the composite filler can be removed, which is preferable. The pulverization method and conditions may be appropriately changed for the required characteristics.

<樹脂組成物>
本発明の樹脂組成物は、複合フィラーと、高分子とを含む。本発明に用いる高分子としては、高分子複合圧電体のマトリクスとして、複合フィラーの分散性に優れており、高分子複合圧電体に柔軟性を付与できるものであれば、特に限定されず、熱可塑性高分子であっても、熱硬化性高分子であっても、光硬化性高分子であってもよい。熱可塑性高分子としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体、若しくはフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体などのフッ化ビニリデン系高分子、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、シアノエチル化ポリビニルアルコール、シアノエチル化プルラン、シアノエチル化セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、セルロース、セルロース誘導体、キチン、キトサン、コラーゲン、またはこれらの共重合体や混合物を例示できる。熱硬化性高分子としては、エポキシ化合物、オキセタン化合物、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、架橋性官能基を有する(メタ)アクリル樹脂、またはこれらの共重合体や混合物を例示できる。光硬化性高分子としては、アクリレート系光硬化性樹脂(例えば、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレートなど)、またはエポキシ系光硬化性樹脂を例示でき、公知の光開始剤を使用することができる。これらの中でも、高分子複合圧電体に優れた柔軟性や絶縁特性、圧電特性を付与するという観点から、フッ化ビニリデン系高分子が好ましく、ポリフッ化ビニリデンまたはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体であることがより好ましく、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体であることがさらに好ましい。前記高分子は、それ自体が圧電性を有していても、有していなくてもよいが、圧電性を有さない高分子を用いることが、複合フィラーとの圧電性の打ち消しあいが生じることがなく、高い圧電定数や電圧出力定数を有する高分子複合体が得られるため好ましい。一方、それ自体に焦電性を有している高分子を用いることで、複合フィラーの焦電効果との相乗効果により、高い焦電定数を得ることも可能である。また、高分子としてエラストマーを用いることで、伸縮性に優れる高分子複合圧電体とすることも可能である。このようなエラストマーとしては、特に限定されず、伸縮性が高いエラストマーであることが好ましく、シリコン系エラストマー、アクリル系エラストマー、フッ素系エラストマー、アミド系エラストマー、エステル系エラストマー、オレフィン系エラストマーを例示できる。
<Resin composition>
The resin composition of the present invention contains a composite filler and a polymer. The polymer used in the present invention is not particularly limited as long as it has excellent dispersibility of the composite filler as a matrix of the polymer composite piezoelectric material and can impart flexibility to the polymer composite piezoelectric body, and is not particularly limited. It may be a plastic polymer, a thermosetting polymer, or a photocurable polymer. Examples of the thermoplastic polymer include polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene, or a copolymer of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene. Vinylidene fluoride polymers such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polylactic acid, polyamide, polyurethane, polystyrene, cyanoethylated polyvinyl alcohol, cyanoethylated purulan, cyanoethylated cellulose, etc. Examples thereof include polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyglycolic acid, polycaprolactone, polyvinylformal, polyvinylbutyral, polysulfone, polyethersulfone, cellulose, cellulose derivatives, chitin, chitosan, collagen, or copolymers and mixtures thereof. Examples of the thermosetting polymer include epoxy compounds, oxetane compounds, phenol resins, polyimide resins, (meth) acrylic resins having crosslinkable functional groups, and copolymers and mixtures thereof. As the photocurable polymer, an acrylate-based photocurable resin (for example, urethane acrylate, polyester acrylate, etc.) or an epoxy-based photocurable resin can be exemplified, and a known photoinitiator can be used. Among these, vinylidene fluoride-based polymers are preferable from the viewpoint of imparting excellent flexibility, insulating properties, and piezoelectric properties to the polymer composite piezoelectric body, and polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene is preferable. It is more preferably a polymer, and even more preferably a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene. The polymer itself may or may not have piezoelectricity, but the use of a polymer having no piezoelectricity causes the piezoelectricity to cancel each other out with the composite filler. It is preferable because a polymer composite having a high piezoelectric constant and voltage output constant can be obtained without any problem. On the other hand, by using a polymer having pyroelectricity by itself, it is possible to obtain a high pyroelectric constant by the synergistic effect with the pyroelectric effect of the composite filler. Further, by using an elastomer as the polymer, it is possible to obtain a polymer composite piezoelectric body having excellent elasticity. Such an elastomer is not particularly limited, and is preferably an elastomer having high elasticity, and examples thereof include silicon-based elastomers, acrylic-based elastomers, fluoroelastomers, amide-based elastomers, ester-based elastomers, and olefin-based elastomers.

本発明に用いる高分子の重量平均分子量としては、特に限定されないが、10,000~10,000,000の範囲であることが好ましく、50,000~5,000,000の範囲であることがより好ましく、100,000~1,000,000であることがさらに好ましい。重量平均分子量が10,000以上であれば、高分子複合圧電体の機械的特性やハンドリング性が向上するため好ましく、10,000,000以下であれば、溶解性や熱可塑性に優れ、加工が容易になるため好ましい。 The weight average molecular weight of the polymer used in the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 10,000 to 10,000,000, and preferably in the range of 50,000 to 5,000,000. It is more preferably 100,000 to 1,000,000. A weight average molecular weight of 10,000 or more is preferable because the mechanical properties and handleability of the polymer composite piezoelectric body are improved, and a weight average molecular weight of 10,000 or less is excellent in solubility and thermoplasticity, and processing is possible. It is preferable because it is easy.

本発明の樹脂組成物において、複合フィラーと高分子の合計量に対する、複合フィラーの割合は、特に限定されないが、10~90体積%の範囲であることが好ましく、50~85体積%の範囲であることがより好ましく、60~80体積%の範囲であることがさらに好ましい。複合フィラーと高分子の合計量に対する、複合フィラーの割合が10体積%以上であれば、優れた圧電定数や電圧出力定数の高分子複合圧電体が得られるため好ましく、90体積%以下であれば、柔軟性に優れた高分子複合圧電体が得られるため好ましい。ここで柔軟性としては、例えば、屈曲角度180°、屈曲半径30mmで折り曲げ試験をしたとき、クラックなどの発生の有無によって評価することが可能である。 In the resin composition of the present invention, the ratio of the composite filler to the total amount of the composite filler and the polymer is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 90% by volume, preferably in the range of 50 to 85% by volume. It is more preferably in the range of 60 to 80% by volume. When the ratio of the composite filler to the total amount of the composite filler and the polymer is 10% by volume or more, it is preferable because a polymer composite piezoelectric material having an excellent piezoelectric constant and voltage output constant can be obtained, and when it is 90% by volume or less. This is preferable because a polymer composite piezoelectric body having excellent flexibility can be obtained. Here, the flexibility can be evaluated by, for example, the presence or absence of cracks or the like when a bending test is performed at a bending angle of 180 ° and a bending radius of 30 mm.

本発明の樹脂組成物は、特に限定されないが、高分子、複合フィラー以外の成分として、分散剤を含んでいてもよい。分散剤としては、高分子マトリクス中に複合フィラーを均一に分散させることができるものであれば特に限定されず、低分子分散剤であっても、高分子分散剤であってもよい。低分子分散剤としては、ドデシル硫酸ナトリウムなどの陰イオン性界面活性剤、臭化テトラブチルアンモニウムなどの陽イオン性界面活性剤、またはポリオキシエチレンソルビタモンモノラウレートなどの非イオン性界面活性剤を例示できる。高分子分散剤としては、例えば、ノニオン系、カチオン系、またはアニオン系のいずれも選択可能である。これら高分子分散剤の中でも、アミン価および酸価を持ったものが好ましく、具体的には、固形分換算のアミン価が5~200であり酸価が1~100であるものが好ましい。例としては、“ソルスパース”(ルーブリゾール社製)24000 、“EFKA”( チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)4046、”アジスパー”(味の素ファインテクノ社製)PB821、“BYK”(ビックケミー社製)160などを好ましく用いることができる。分散剤の含有量としては、特に限定されないが、複合フィラーに対して、0.1~10重量%の範囲であることが好ましく、0.2~5重量%の範囲であることがより好ましく、0.5~3重量%の範囲であることがさらに好ましい。分散剤の含有量が、複合フィラーに対して0.1重量%以上であれば、複合フィラーを高分子中に均一に分散させることが可能となり、高い圧電定数や電圧出力定数が得られるため好ましく、10重量%以下であれば、高分子や複合フィラーの特性を損なわず維持できるため好ましい。 The resin composition of the present invention is not particularly limited, but may contain a dispersant as a component other than the polymer and the composite filler. The dispersant is not particularly limited as long as it can uniformly disperse the composite filler in the polymer matrix, and may be a small molecule dispersant or a polymer dispersant. Low molecular weight dispersants include anionic surfactants such as sodium dodecyl sulfate, cationic surfactants such as tetrabutylammonium bromide, and nonionic surfactants such as polyoxyethylene sorbitamon monolaurate. Can be exemplified. As the polymer dispersant, for example, a nonionic type, a cationic type, or an anion type can be selected. Among these polymer dispersants, those having an amine value and an acid value are preferable, and specifically, those having an amine value in terms of solid content of 5 to 200 and an acid value of 1 to 100 are preferable. Examples are "Solspur" (manufactured by Lubrizol) 24000, "EFKA" (manufactured by Ciba Specialty Chemicals) 4046, "Ajinomoto Fine Techno" (manufactured by Ajinomoto Fine Techno) PB821, "BYK" (manufactured by Big Chemie) 160. Etc. can be preferably used. The content of the dispersant is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 10% by weight, more preferably in the range of 0.2 to 5% by weight, based on the composite filler. It is more preferably in the range of 0.5 to 3% by weight. When the content of the dispersant is 0.1% by weight or more with respect to the composite filler, the composite filler can be uniformly dispersed in the polymer, and a high piezoelectric constant and voltage output constant can be obtained, which is preferable. When it is 10% by weight or less, it is preferable because the characteristics of the polymer and the composite filler can be maintained without being impaired.

本発明の樹脂組成物は、特に限定されないが、高分子、複合フィラー以外の成分として、レベリング剤を含んでいてもよい。レベリング剤としては、後述する液状の樹脂組成物を支持体に塗布する際に、塗布膜のムラ、弾きなどの表面欠陥を改善することができるものであれば特に限定されず、低分子レベリング剤であっても、高分子レベリング剤であってもよい。低分子レベリング剤としては、“BYK”(ビックケミー社製)361N、“サーフロン(AGCセイミケミカル社製)S-232を例示できる。高分子レベリング剤としては、 “BYK”(ビックケミー社製)354、“メガファック”(DIC社製)F-563を例示できる。レベリング剤の含有量としては、特に限定されないが、複合フィラーに対して、0.1~10重量%の範囲であることが好ましく、0.2~5重量%の範囲であることがより好ましく、0.5~3重量%の範囲であることがさらに好ましい。レベリング剤の含有量が、複合フィラーに対して0.1重量%以上であれば、塗布膜の表面欠陥を改善することが可能となり、高い圧電定数や電圧出力定数が得られるため好ましく、10重量%以下であれば、高分子や複合フィラーの特性を損なわず維持できるため好ましい。レベリング剤は、分散剤と併用してもよいし、分散剤を用いずにレベリング剤のみを用いてもよい。 The resin composition of the present invention is not particularly limited, but may contain a leveling agent as a component other than the polymer and the composite filler. The leveling agent is not particularly limited as long as it can improve surface defects such as unevenness and flipping of the coating film when the liquid resin composition described later is applied to the support, and is not particularly limited. However, it may be a polymer leveling agent. Examples of the small molecule leveling agent include "BYK" (manufactured by DIC Chemie) 361N, and "Surflon (manufactured by AGC Seimi Chemical) S-232". Examples of the polymer leveling agent include "BYK" (manufactured by DIC Chemie) 354. "Megafuck" (manufactured by DIC Corporation) F-563 can be exemplified. The content of the leveling agent is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 10% by weight with respect to the composite filler. It is more preferably in the range of 0.2 to 5% by weight, further preferably in the range of 0.5 to 3% by weight. The content of the leveling agent is 0.1% by weight or more with respect to the composite filler. If this is the case, it is possible to improve the surface defects of the coating film, and a high piezoelectric constant and voltage output constant can be obtained. Therefore, if it is 10% by weight or less, the characteristics of the polymer and the composite filler can be maintained without being impaired. Therefore, the leveling agent may be used in combination with the dispersant, or may use only the leveling agent without using the dispersant.

本発明の樹脂組成物は、特に限定されないが、さらに溶媒を含んでもよい。樹脂組成物に用いられる溶媒としては、複合フィラーや高分子、その他添加剤を均一に分散または溶解できるものであれば、特に限定されず、水、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、トルエン、キシレン、ピリジン、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロパノール、トリエチルホスフェート、ギ酸、酢酸、またはこれらの混合溶媒を例示できる。高分子として、フッ化ビニリデン系高分子を用いる場合、溶媒としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、トリエチルホスフェート、またはこれらの混合溶媒を用いることが好ましい。 The resin composition of the present invention is not particularly limited, but may further contain a solvent. The solvent used in the resin composition is not particularly limited as long as it can uniformly disperse or dissolve the composite filler, polymer, and other additives, and is not particularly limited, and is limited to water, methanol, ethanol, propanol, acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl. Ketone, cyclohexanone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylpropionamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, ethyl acetate, butyl acetate, propylene carbonate, diethylene carbonate, toluene , Xylene, pyridine, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, triethyl phosphate, formic acid, acetic acid, or a mixed solvent thereof can be exemplified. When a vinylidene fluoride polymer is used as the polymer, the solvent used is N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylpropionamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone. , Acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, tetrahydrofuran, triethyl phosphate, or a mixed solvent thereof is preferably used.

本発明の樹脂組成物の溶媒の濃度は、高分子複合圧電体を製造するために均一に塗布することができれば特に限定されないが、5~95重量%の範囲であることが好ましく、20~90重量%の範囲であることがより好ましく、30~80重量%の範囲であることがさらに好ましい。 The concentration of the solvent in the resin composition of the present invention is not particularly limited as long as it can be uniformly applied to produce the polymer composite piezoelectric body, but is preferably in the range of 5 to 95% by weight, preferably 20 to 90. It is more preferably in the range of% by weight, further preferably in the range of 30-80% by weight.

本発明の樹脂組成物の粘度としては、特に限定されず、1~100000cPの範囲となるように調整することが、塗布工程の作業性を向上させることができるため好ましく、5~5000cPの範囲であることがより好ましく、10~2000cPの範囲であることがさらに好ましい。特にスクリーン印刷用の樹脂組成物の場合、100~50000cPの範囲であることが好ましい。 The viscosity of the resin composition of the present invention is not particularly limited, and it is preferable to adjust the viscosity so that it is in the range of 1 to 100,000 cP because the workability of the coating process can be improved, and it is preferably in the range of 5 to 5000 cP. It is more preferably in the range of 10 to 2000 cP. In particular, in the case of a resin composition for screen printing, the range is preferably in the range of 100 to 50,000 cP.

本発明の樹脂組成物は、目的とする特性によっては、本発明の効果を損なわない範囲で、前記分散剤またはレベリング剤以外の添加剤を含有してもよい。このような添加剤としては、高分子化合物、エポキシ化合物、アクリル樹脂、無機粒子、金属粒子、界面活性剤、帯電防止剤、粘度調整剤、チクソ性調整剤、密着性向上剤、エポキシ硬化剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤、キレート化剤、顔料、チタンブラック、カーボンブラック、または染料を例示できる。これらの添加剤は、目的とする特性によって、適宜、単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Depending on the desired properties, the resin composition of the present invention may contain additives other than the dispersant or the leveling agent as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such additives include polymer compounds, epoxy compounds, acrylic resins, inorganic particles, metal particles, surfactants, antistatic agents, viscosity modifiers, thixophilic adjusters, adhesion improvers, epoxy hardeners, and the like. Examples thereof include rust preventives, preservatives, fungicides, antioxidants, antioxidants, evaporation promoters, chelating agents, pigments, titanium blacks, carbon blacks, or dyes. These additives may be used alone or in combination of two or more, depending on the desired characteristics.

本発明の樹脂組成物は、粉末状の形態(例えば、高分子と複合フィラー、任意で分散剤、および/またはレベリング剤を混合してなる粉体混合物)であっても、ペレット状の形態(例えば、高分子と複合フィラー、任意で分散剤、および/またはレベリング剤とを混練してなるペレット)であってもよく、溶液・分散液などの液状の形態(例えば、高分子と複合フィラーと溶媒を含み、任意で分散剤、および/またはレベリング剤を含む、コーティング組成物、インク、ワニスなどの液状組成物)であってもよい。本発明の樹脂組成物は、高分子複合圧電体を製造するために使用することができる。 The resin composition of the present invention may be in the form of a powder (for example, a powder mixture obtained by mixing a polymer and a composite filler, optionally a dispersant, and / or a leveling agent) in the form of pellets (for example, a mixture of a polymer and a composite filler, and / or a leveling agent). For example, it may be a pellet formed by kneading a polymer and a composite filler, optionally a dispersant, and / or a leveling agent, and may be in a liquid form such as a solution / dispersion (for example, a polymer and a composite filler). It may be a liquid composition such as a coating composition, an ink, a varnish, etc., which contains a solvent and optionally a dispersant and / or a leveling agent. The resin composition of the present invention can be used for producing a polymer composite piezoelectric body.

<高分子複合圧電体>
本発明の高分子複合圧電体は、上述した複合フィラーと高分子を含む樹脂組成物から製造されているため、高い圧電定数や電圧出力定数と優れた柔軟性を兼ね備える。高分子複合圧電体の形状としては、フィルム、繊維、不織布、またはブロック形状を例示できるが、好ましくはフィルム形状である。
<Polymer composite piezoelectric body>
Since the polymer composite piezoelectric material of the present invention is produced from the resin composition containing the above-mentioned composite filler and polymer, it has a high piezoelectric constant, a voltage output constant, and excellent flexibility. Examples of the shape of the polymer composite piezoelectric body include a film, fiber, non-woven fabric, or block shape, but a film shape is preferable.

本発明の高分子複合圧電体の厚みとしては、特に限定されないが、5~500μmの範囲であることが好ましく、10~200μmの範囲であることがより好ましく、20~100μmの範囲であることがさらに好ましい。高分子複合圧電体の厚みが5μm以上であれば、機械的強度を維持できるため好ましく、500μm以下であれば、柔軟性に優れ、また駆動電圧を下げることができるため好ましい。 The thickness of the polymer composite piezoelectric body of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 to 500 μm, more preferably in the range of 10 to 200 μm, and more preferably in the range of 20 to 100 μm. More preferred. When the thickness of the polymer composite piezoelectric body is 5 μm or more, it is preferable because the mechanical strength can be maintained, and when it is 500 μm or less, it is preferable because it is excellent in flexibility and the driving voltage can be lowered.

本発明の高分子複合圧電体の破断伸度としては、特に限定されないが、10%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましく、100%以上であることがさらに好ましい。破断伸度が10%以上であれば、任意の形状に容易に加工が可能であり、大変形を伴う用途にも適用できるため好ましい。 The breaking elongation of the polymer composite piezoelectric material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 10% or more, more preferably 30% or more, still more preferably 100% or more. When the elongation at break is 10% or more, it is preferable because it can be easily processed into an arbitrary shape and can be applied to applications accompanied by large deformation.

本発明の高分子複合圧電体の弾性率としては、特に限定されず、用途に合った弾性率に調整すればよい。触覚デバイスや電気音響変換機器などの高い発生力が必要とされる用途では、弾性率は1000MPa以上であることが好ましく、3000MPa以上であることがより好ましく、5000MPa以上であることがさらに好ましい。一方、ウェアラブルデバイスなどの伸縮性や柔軟性が求められる用途では、弾性率が1000MPa未満であることが好ましく、500MPa未満であることが好ましく、100MPa未満であることがさらに好ましい。様々な用途に対応できる弾性率の範囲としては、特に限定されないが、100~10000MPaの範囲であることが好ましく、200~5000MPaの範囲であることがより好ましく、500~3000MPaの範囲であることがさらに好ましい。 The elastic modulus of the polymer composite piezoelectric material of the present invention is not particularly limited, and may be adjusted to an elastic modulus suitable for the intended use. In applications that require high generating force, such as tactile devices and electroacoustic conversion devices, the elastic modulus is preferably 1000 MPa or more, more preferably 3000 MPa or more, and even more preferably 5000 MPa or more. On the other hand, in applications such as wearable devices where elasticity and flexibility are required, the elastic modulus is preferably less than 1000 MPa, preferably less than 500 MPa, and even more preferably less than 100 MPa. The range of elastic modulus that can be applied to various uses is not particularly limited, but is preferably in the range of 100 to 10000 MPa, more preferably in the range of 200 to 5000 MPa, and preferably in the range of 500 to 3000 MPa. More preferred.

本発明の高分子複合圧電体の融解温度または軟化温度としては、特に限定されないが、60℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましく、100℃以上であることがさらに好ましい。融解温度または軟化温度が60℃以上であれば、高分子複合圧電体の耐熱性を向上させることができ、高温環境下での使用も可能となる。 The melting temperature or softening temperature of the polymer composite piezoelectric material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, still more preferably 100 ° C. or higher. .. When the melting temperature or the softening temperature is 60 ° C. or higher, the heat resistance of the polymer composite piezoelectric body can be improved, and it can be used in a high temperature environment.

本発明の高分子複合圧電体の比誘電率としては、特に限定されず、用途に合った比誘電率に調整すればよい。電気音響変換機器、アクチュエータ、触覚デバイスなどの電気エネルギーを機械エネルギーに変換する性質(逆圧電効果)を利用する用途の場合、比誘電率は10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、50以上であることがさらに好ましい。高分子複合圧電体の比誘電率が10以上であれば、電圧を印加したときに大きな変形を得ることが可能となる。一方、センサーや発電デバイスなどの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する性質(正圧電効果)を利用する用途の場合、比誘電率は60以下であることが好ましく、50以下であることがより好ましく、40以下であることがさらに好ましい。高分子複合圧電体の比誘電率が60以下であれば、電圧出力定数を大きくすることができ、一定の圧力を印加した際に高い電圧出力を得ることが可能となる。 The relative permittivity of the polymer composite piezoelectric material of the present invention is not particularly limited, and may be adjusted to a relative permittivity suitable for the intended use. In the case of applications that utilize the property of converting electrical energy into mechanical energy (reverse piezoelectric effect) such as electroacoustic conversion equipment, actuators, and tactile devices, the relative permittivity is preferably 10 or more, and preferably 20 or more. More preferably, it is more preferably 50 or more. When the relative permittivity of the polymer composite piezoelectric body is 10 or more, it is possible to obtain a large deformation when a voltage is applied. On the other hand, in the case of applications that utilize the property of converting mechanical energy into electrical energy (positive piezoelectric effect) such as sensors and power generation devices, the relative permittivity is preferably 60 or less, more preferably 50 or less. It is more preferably 40 or less. When the relative permittivity of the polymer composite piezoelectric body is 60 or less, the voltage output constant can be increased, and a high voltage output can be obtained when a constant pressure is applied.

本発明の高分子複合圧電体の圧電定数d33は、特に限定されないが、60pC/N以上であることが好ましく、80pC/N以上であることがより好ましく、100pC/N以上であることがさらに好ましい。圧電定数d33が60pC/N以上であれば、アクチュエータやセンサーなどの幅広い分野に応用可能である。また、高分子複合圧電体の電圧出力定数g33としては、特に限定されないが、180mVm/N以上であることが好ましく、240mVm/N以上であることがより好ましく、300mVm/N以上であることがさらに好ましい。g33が180mVm/N以上であれば、センサーとしての感度を向上させることができるため好ましい。また、高分子複合圧電体の発電性能指数としては、特に限定されないが、15.0×10-15VCm/N以上であることが好ましく、20.0×10-15VCm/N以上であることがより好ましく、50.0×10-15VCm/N以上であることがさらに好ましい。発電性能指数が、15.0×10-15VCm/Nであれば、発電デバイスとしての発電性能を向上させることができるため好ましい。 The piezoelectric constant d 33 of the polymer composite piezoelectric material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 60 pC / N or more, more preferably 80 pC / N or more, and further preferably 100 pC / N or more. preferable. If the piezoelectric constant d 33 is 60 pC / N or more, it can be applied to a wide range of fields such as actuators and sensors. The voltage output constant g 33 of the polymer composite piezoelectric body is not particularly limited, but is preferably 180 mVm / N or more, more preferably 240 mVm / N or more, and more preferably 300 mVm / N or more. More preferred. When g 33 is 180 mVm / N or more, the sensitivity as a sensor can be improved, which is preferable. The power generation performance index of the polymer composite piezoelectric material is not particularly limited, but is preferably 15.0 × 10 -15 VCm / N 2 or more, and 20.0 × 10 -15 VCm / N 2 or more. It is more preferably 50.0 × 10 -15 VCm / N 2 or more. When the power generation performance index is 15.0 × 10 -15 VCm / N 2 , it is preferable because the power generation performance as a power generation device can be improved.

本発明の高分子複合圧電体は、高い電圧出力定数、または高い圧電定数かつ高い電圧出力定数を有しており、スピーカーやブザーなどの電気音響変換機器、アクチュエータ、ディスプレイ、ウェアラブルデバイス、触覚デバイス、センサー、または発電デバイスなどとして、好適に使用することができる。 The polymer composite piezoelectric material of the present invention has a high voltage output constant, or a high piezoelectric constant and a high voltage output constant, and is an electroacoustic conversion device such as a speaker or a buzzer, an actuator, a display, a wearable device, a tactile device, and the like. It can be suitably used as a sensor, a power generation device, or the like.

<高分子複合圧電体の製造方法>
本発明の高分子複合圧電体は、上述した樹脂組成物を任意の形状に成形した後、ポーリング処理を施すことによって製造することができる。樹脂組成物の成形方法としては、特に限定されず、本発明の粉末状やペレット状の樹脂組成物を用いた溶融法であっても、液状の樹脂組成物を用いた溶液法であってもよい。溶融法の場合には、溶媒を必要とせず、熱溶融させることで高分子複合圧電体が得られる点が好ましい。溶液法の場合には、得られる高分子複合圧電体の均一性に優れる点が好ましい。高分子複合圧電体の形状としては、フィルム、繊維、不織布、またはブロック形状を例示できるが、好ましくはフィルム形状である。以下では、フィルム形状の高分子複合圧電体の製造方法について記載するが、これに限定されるものではない。
<Manufacturing method of polymer composite piezoelectric body>
The polymer composite piezoelectric body of the present invention can be produced by molding the above-mentioned resin composition into an arbitrary shape and then subjecting it to a polling treatment. The method for molding the resin composition is not particularly limited, and may be a melting method using the powdery or pelletized resin composition of the present invention or a solution method using a liquid resin composition. good. In the case of the melting method, it is preferable that a polymer composite piezoelectric body can be obtained by hot melting without using a solvent. In the case of the solution method, it is preferable that the obtained polymer composite piezoelectric body is excellent in uniformity. Examples of the shape of the polymer composite piezoelectric body include a film, fiber, non-woven fabric, or block shape, but a film shape is preferable. Hereinafter, a method for producing a polymer composite piezoelectric material in the form of a film will be described, but the present invention is not limited thereto.

溶液法による高分子複合圧電体の製造方法としては、例えば、液状の樹脂組成物を流延し、乾燥させる方法が挙げられる。溶液法で使用する本発明の樹脂組成物は、上述した高分子、複合フィラー(任意で分散剤、および/またはレベリング剤)に加え、溶媒をさらに含む。溶媒としては、樹脂組成物に用いられる溶媒を、上述した濃度にて使用することができる。液状の樹脂組成物を調製する方法としては、特に限定されず、マグネティックスターラー、振とう器、ボールミル、ジェットミル、遊星式攪拌機、または超音波装置などの公知の設備を用いて行うことができる。調製条件としては、特に限定されず、例えば、10~120℃において、1~24時間行うことができる。フィルム状に形成するために液状の樹脂組成物を塗布する方法としては、特に限定されず、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、ロールコーティング法、スリットコーティング法、グラビアコーティング法、またはキャストコーティング法などの公知の方法を用いて行うことができる。また圧電素子などを作製するために、パターン化が必要な場合には、インクジェット法、スクリーン印刷法、またはフレキソ印刷法などの公知の方法を用いて行うことができる。液状の樹脂組成物を塗布する支持体としては、特に限定されず、ガラス基板、アルミニウム基板、銅基板、シリコン基板、または高分子フィルム基板などを用いることができる。高分子複合圧電体を支持体上に被膜として残してもよいが、自立膜を形成させるために、表面が離型処理された支持体を用いてもよい。溶媒を乾燥させる方法としては、特に限定されず、誘導加熱、熱風循環加熱、真空乾燥、赤外線、またはマイクロ波加熱などの公知の方法を用いて行うことができる。乾燥条件としては、例えば、40~150℃で1~180分間行うことができる。乾燥後の樹脂組成物に対しては、均一性や結晶化を促進させる目的で、さらに、熱プレスや熱処理を行うことができる。熱プレス条件としては、特に限定されず、プレス温度としては60~250℃、プレス圧力としては1~30MPa、プレス時間としては1~60分間の範囲を例示できる。熱処理条件としては、例えば、オーブンなどで60~200℃で1~24時間行うことができる。 Examples of the method for producing the polymer composite piezoelectric body by the solution method include a method in which a liquid resin composition is cast and dried. The resin composition of the present invention used in the solution method further contains a solvent in addition to the above-mentioned polymer, composite filler (optionally a dispersant and / or leveling agent). As the solvent, the solvent used in the resin composition can be used at the above-mentioned concentration. The method for preparing the liquid resin composition is not particularly limited, and can be carried out using known equipment such as a magnetic stirrer, a shaker, a ball mill, a jet mill, a planetary stirrer, or an ultrasonic device. The preparation conditions are not particularly limited, and for example, the preparation can be carried out at 10 to 120 ° C. for 1 to 24 hours. The method of applying the liquid resin composition to form a film is not particularly limited, and the spin coating method, the spray coating method, the roll coating method, the slit coating method, the gravure coating method, the cast coating method and the like are used. This can be done using a known method. When patterning is required to produce a piezoelectric element or the like, a known method such as an inkjet method, a screen printing method, or a flexographic printing method can be used. The support to which the liquid resin composition is applied is not particularly limited, and a glass substrate, an aluminum substrate, a copper substrate, a silicon substrate, a polymer film substrate, or the like can be used. The polymer composite piezoelectric material may be left as a film on the support, or a support whose surface has been mold-released may be used in order to form a self-supporting film. The method for drying the solvent is not particularly limited, and a known method such as induction heating, hot air circulation heating, vacuum drying, infrared rays, or microwave heating can be used. As the drying conditions, for example, it can be carried out at 40 to 150 ° C. for 1 to 180 minutes. The dried resin composition can be further subjected to heat pressing or heat treatment for the purpose of promoting uniformity and crystallization. The hot press conditions are not particularly limited, and examples thereof include a press temperature of 60 to 250 ° C., a press pressure of 1 to 30 MPa, and a press time of 1 to 60 minutes. As the heat treatment conditions, for example, the heat treatment can be performed at 60 to 200 ° C. for 1 to 24 hours in an oven or the like.

溶融法による高分子複合圧電体の製造方法としては、例えば、粉末状やペレット状の樹脂組成物(上述した高分子、複合フィラー、任意で分散剤および/またはレベリング剤を含む樹脂組成物)を溶融混錬し、熱プレスする方法が挙げられる。熱プレス条件としては、特に限定されず、プレス温度としては、高分子の溶融温度または軟化温度より高いことがこのましく、溶融温度または軟化温度より20℃以上高いことがより好ましい。また、プレス圧力としては1~30MPaの範囲を例示できる。均一に複合フィラーが分散した樹脂組成物を得るためには、圧力は基本的には高い方が好ましいが、流動性や、目的とする物性(どちら向きの圧電特性を重視するかなど)によって適宜変更し、適切な圧力を加えることが好ましい。プレス時間としては、高分子複合圧電体の特性を損なわない範囲で行うことが好ましく、1~20分間の範囲を例示できる。プレス時間が1分間以上あれば、高分子と複合フィラーが十分混ざり合うことができ、20分以下であれば、高分子の分子量低下を抑制でき、高分子複合圧電体の物性を損なうことがない。 As a method for producing the polymer composite piezoelectric body by the melting method, for example, a powdery or pellet-shaped resin composition (the above-mentioned polymer, composite filler, optionally a resin composition containing a dispersant and / or a leveling agent) can be used. Examples thereof include a method of melt kneading and hot pressing. The hot pressing conditions are not particularly limited, and the pressing temperature is preferably higher than the melting temperature or softening temperature of the polymer, and more preferably 20 ° C. or higher than the melting temperature or softening temperature. Further, the press pressure can be exemplified in the range of 1 to 30 MPa. In order to obtain a resin composition in which the composite filler is uniformly dispersed, it is basically preferable that the pressure is high, but it is appropriate depending on the fluidity and the desired physical properties (which direction the piezoelectric characteristics are emphasized, etc.). It is preferable to change and apply appropriate pressure. The press time is preferably performed within a range that does not impair the characteristics of the polymer composite piezoelectric body, and a range of 1 to 20 minutes can be exemplified. If the press time is 1 minute or more, the polymer and the composite filler can be sufficiently mixed, and if it is 20 minutes or less, the decrease in the molecular weight of the polymer can be suppressed and the physical properties of the polymer composite piezoelectric body are not impaired. ..

このように成形された樹脂組成物は、さらに、ポーリング処理を行うことで、高分子複合圧電体とすることができる。ポーリング処理の方法としては、コロナポーリングまたはコンタクトポーリングを例示できる。コロナポーリングは、ロール状の高分子複合圧電体を連続で処理できるため、大面積の高分子複合圧電体の製造に好ましく用いることができる。コロナポーリングとしては、例えば、加熱手段を備えた平板状またはロール状の電極上に、成形された樹脂組成物を設置し、そこから1~50mm程度離れた針状電極に高電圧を印加することで行うことができる。加熱手段の温度は、高分子複合圧電体を構成する高分子や複合フィラーの種類や組成によって適宜選択でき、40~120℃の範囲を例示できる。印加電圧としては、樹脂組成物を分極できれば特に限定されず、1~20kVの範囲を例示できる。印加時間としては、特に限定されず、10~600秒の範囲を例示できる。コロナポーリングは、複数回に分けて行うこともでき、例えば、10秒間を10回行うことができる。一方、コンタクトポーリングは、樹脂組成物が積層されている場合や、圧電素子などを作製するためにパターン化された場合に好ましく用いることができる。コンタクトポーリングとしては、例えば、成形された樹脂組成物の上下を平板電極で挟み、直接電圧を印加することで行うことができる。平板電極は加熱されていてもよく、その温度は高分子や複合フィラーの種類や組成によって適宜選択でき、40~120℃の範囲を例示できる。印加する電界強度は、樹脂組成物を分極できれば特に限定されず、1~20kV/mmの範囲を例示できる。印加時間としては、特に限定されず、1~60分の範囲を例示できる。 The resin composition thus molded can be further subjected to a polling treatment to form a polymer composite piezoelectric body. As a method of polling processing, corona polling or contact polling can be exemplified. Since corona polling can continuously process a roll-shaped polymer composite piezoelectric body, it can be preferably used for producing a large-area polymer composite piezoelectric body. For corona polling, for example, a molded resin composition is placed on a flat plate-shaped or roll-shaped electrode equipped with a heating means, and a high voltage is applied to a needle-shaped electrode about 1 to 50 mm away from the molded resin composition. Can be done at. The temperature of the heating means can be appropriately selected depending on the type and composition of the polymer and the composite filler constituting the polymer composite piezoelectric body, and can be exemplified in the range of 40 to 120 ° C. The applied voltage is not particularly limited as long as the resin composition can be polarized, and a range of 1 to 20 kV can be exemplified. The application time is not particularly limited, and a range of 10 to 600 seconds can be exemplified. The corona polling can be performed in a plurality of times, for example, 10 seconds can be performed 10 times. On the other hand, the contact polling can be preferably used when the resin composition is laminated or when it is patterned for producing a piezoelectric element or the like. The contact polling can be performed, for example, by sandwiching the upper and lower parts of the molded resin composition with a flat plate electrode and directly applying a voltage. The flat plate electrode may be heated, and the temperature thereof can be appropriately selected depending on the type and composition of the polymer and the composite filler, and the range of 40 to 120 ° C. can be exemplified. The applied electric field strength is not particularly limited as long as the resin composition can be polarized, and the range of 1 to 20 kV / mm can be exemplified. The application time is not particularly limited, and a range of 1 to 60 minutes can be exemplified.

<圧電素子>
本発明の圧電素子は、高分子複合圧電体の片面、もしくは両面に導電層を備える。導電層としては、特に限定されず、パラジウム、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、白金、金、銀、クロム、モリブテン、酸化インジウムスズ、PEDOT/PSS、炭素、または導電ペーストなどを用いることができる。中でも、アルミニウム、銅、白金、金、銀、酸化インジウムスズ、PEDOT/PSS、または導電ペーストを用いることが好ましい。導電層の厚みとしては、特に限定されないが、0.1~20μmの範囲であることが好ましい。また、導電層は、電極の引き出しを行うための凸状に突出する部位を設けることができる。このような導電層の形成方法は、特に限定されず、真空蒸着やスパッタリングなどの気相堆積法や、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、ロールコーティング法、グラビアコーティング法、キャストコーティング法、インクジェット法、スクリーン印刷法、またはフレキソ印刷法などの公知の方法を用いて行うことができる。
<Piezoelectric element>
The piezoelectric element of the present invention includes a conductive layer on one side or both sides of the polymer composite piezoelectric body. The conductive layer is not particularly limited, and palladium, iron, aluminum, copper, nickel, platinum, gold, silver, chromium, molybdenum, indium tin oxide, PEDOT / PSS, carbon, conductive paste and the like can be used. Above all, it is preferable to use aluminum, copper, platinum, gold, silver, indium tin oxide, PEDOT / PSS, or a conductive paste. The thickness of the conductive layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 20 μm. Further, the conductive layer can be provided with a portion that protrudes in a convex shape for pulling out the electrode. The method for forming such a conductive layer is not particularly limited, and a vapor deposition method such as vacuum deposition or sputtering, a spin coating method, a spray coating method, a roll coating method, a gravure coating method, a cast coating method, an inkjet method, etc. It can be performed by using a known method such as a screen printing method or a flexographic printing method.

本発明の圧電素子は、高分子複合圧電体や導電層の保護、機械的強度やハンドリング性を向上させる目的で、導電層の外側にさらに絶縁層を備えていてもよい。絶縁層としては、絶縁性や機械的特性を付与することができるものであれば、特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、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、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、エラストマー、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、またはガラスを例示できる。中でも、150~200℃の範囲で熱収縮率が3.0%未満であるポリエチレンナフタレートなどの耐熱性を有する絶縁層は、高分子複合圧電体の表面を平滑化するための熱プレス工程が可能になり、また、高温下での放置試験や駆動試験などに耐えることができるため、好適に用いることができる。絶縁層の厚みとしては、特に限定されないが、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましく30μm以下であることがさらに好ましい。絶縁層の厚みが、100μm以下であれば、機械エネルギーと電気エネルギーの変換を効率的に行うことが可能となる。 The piezoelectric element of the present invention may be further provided with an insulating layer on the outside of the conductive layer for the purpose of protecting the polymer composite piezoelectric body and the conductive layer, and improving mechanical strength and handleability. The insulating layer is not particularly limited as long as it can impart insulating properties and mechanical properties, and is not particularly limited. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate. , Polyethylene, elastomer, thermosetting resin, photocurable resin, or glass can be exemplified. Among them, the heat-resistant insulating layer such as polyethylene naphthalate having a heat shrinkage rate of less than 3.0% in the range of 150 to 200 ° C. is subjected to a heat pressing process for smoothing the surface of the polymer composite piezoelectric body. In addition, it can be preferably used because it can withstand a standing test and a drive test at a high temperature. The thickness of the insulating layer is not particularly limited, but is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and further preferably 30 μm or less. When the thickness of the insulating layer is 100 μm or less, it is possible to efficiently convert mechanical energy and electrical energy.

本発明の圧電素子の積層構造としては、特に限定されないが、高分子複合圧電体/導電層の2層構造、導電層/高分子複合圧電体/導電層の3層構造、第一の絶縁層/第一の導電層/高分子複合圧電体/第二の導電層/第二の絶縁層の5層構造、第一の絶縁層/第一の導電層/第一の高分子複合圧電体/第二の導電層/第二の高分子複合圧電体/第三の導電層/第二の絶縁層の7層構造を例示でき、求められる特性によって積層構造の層数や素材を適宜変更すればよい。圧電素子が複数の導電層、絶縁層、または高分子複合圧電体を含む場合は、各層は同一成分であっても、異なる成分であってもよい。また、圧電素子において、高分子複合圧電体、導電層、および絶縁層以外の層を含んでいてもよい。 The laminated structure of the piezoelectric element of the present invention is not particularly limited, but is a two-layer structure of a polymer composite piezoelectric / conductive layer, a three-layer structure of a conductive layer / a polymer composite piezoelectric / a conductive layer, and a first insulating layer. / First conductive layer / Polymer composite piezoelectric body / Second conductive layer / Five-layer structure of second insulating layer, first insulating layer / First conductive layer / First polymer composite piezoelectric body / The seven-layer structure of the second conductive layer / the second polymer composite piezoelectric body / the third conductive layer / the second insulating layer can be exemplified, and the number of layers and the material of the laminated structure can be appropriately changed according to the required characteristics. good. When the piezoelectric element includes a plurality of conductive layers, insulating layers, or polymer composite piezoelectric bodies, each layer may have the same component or different components. Further, the piezoelectric element may include a layer other than the polymer composite piezoelectric body, the conductive layer, and the insulating layer.

このような積層構造の圧電素子を製造する方法としては、特に限定されないが、スクリーン印刷法を用いることが好ましい。スクリーン印刷法を用いた第一の絶縁層/第一の導電層/高分子複合圧電体/第二の導電層/第二の絶縁層の5層構造の圧電素子の製造方法としては、第一の絶縁層上に導電ペーストをスクリーン印刷した後、乾燥させることで、第一の導電層を形成する工程、第一の電極層の上に、液状の樹脂組成物をスクリーン印刷した後、溶媒を乾燥させ、さらにポーリング処理を行うことで、高分子複合圧電体を形成する工程、高分子複合圧電体上に導電ペーストをスクリーン印刷することで、第二の導電層を形成する工程、第二の導電層上に熱硬化性樹脂をスクリーン印刷した後、熱硬化させることで第二の絶縁層を形成する工程、を例示できる。スクリーン印刷法に用いるスクリーンの素材としては、ステンレス、ナイロン、ポリエステルなどを用いることができ、スクリーンの構造としては、メッシュ数60~650、開口率30~70%、目開き20~300μmの範囲を例示できる。スクリーン印刷条件としては、特に限定されず、0.01~0.5MPaの範囲のスキージ押圧、45~90°の範囲のスキージ角度、30~90°の範囲のスキージアタック角度、60~90°の範囲のスキージ硬度、10~150mm/sの範囲のスキージ速度、1.0~20mmの範囲のクリアランスを例示できる。 The method for manufacturing the piezoelectric element having such a laminated structure is not particularly limited, but it is preferable to use a screen printing method. The first method for manufacturing a piezoelectric element having a five-layer structure of a first insulating layer / a first conductive layer / a polymer composite piezoelectric layer / a second conductive layer / a second insulating layer using a screen printing method is as follows. A step of forming a first conductive layer by screen-printing a conductive paste on the insulating layer of the above, and screen-printing a liquid resin composition on the first electrode layer, and then applying a solvent. A step of forming a polymer composite piezoelectric body by drying and further performing a polling process, a step of forming a second conductive layer by screen printing a conductive paste on the polymer composite piezoelectric body, a second step. An example is a step of forming a second insulating layer by screen-printing a thermosetting resin on a conductive layer and then thermocuring the resin. As the screen material used in the screen printing method, stainless steel, nylon, polyester, etc. can be used, and the screen structure has a mesh number of 60 to 650, an aperture ratio of 30 to 70%, and an opening of 20 to 300 μm. It can be exemplified. The screen printing conditions are not particularly limited, and are squeegee pressing in the range of 0.01 to 0.5 MPa, squeegee angle in the range of 45 to 90 °, squeegee attack angle in the range of 30 to 90 °, and squeegee attack angle in the range of 60 to 90 °. Examples can be made of squeegee hardness in the range, squeegee speed in the range of 10 to 150 mm / s, and clearance in the range of 1.0 to 20 mm.

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、以下の実施例は例示を目的としたものに過ぎない。本発明の範囲は、本実施例に限定されない。
実施例で用いた物性値の測定方法または定義を以下に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the following examples are merely intended as illustrations. The scope of the present invention is not limited to this embodiment.
The measurement method or definition of the physical property values used in the examples is shown below.

<金属酸化物繊維の平均繊維径およびアスペクト比>
日立株式会社製の走査型電子顕微鏡(SU-8000)を使用して、得られた複合フィラーを5000~30000倍で観察し、画像解析ソフトを用いて100本以上の金属酸化物繊維部分の繊維長および繊維径を測定し、繊維径の平均値を平均繊維径とし、(繊維長)/(繊維径)の平均値をアスペクト比とした。
<圧電性セラミックス粒子の平均粒子径およびアスペクト比>
日立株式会社製の走査型電子顕微鏡(SU-8000)を使用して、得られた複合フィラーを5000~30000倍で観察し、画像解析ソフトを用いて100箇所以上の圧電性セラミックス粒子部分の最長径および最短径を測定し、(最長径+最短径)÷2の平均値を平均粒子径とし、(最長径)/(最短径)の平均値をアスペクト比とした。
<高分子複合圧電体の圧電定数d33
リードテクノ社製のd33メーターを使用して、高分子複合圧電体を1Nで端子に挟み、プレロードフォース1N、ロードフォース4Nの条件で、圧電定数d33を測定した。測定して得られた9箇所のd33値の平均値を高分子複合圧電体のd33とした。
<高分子複合圧電体の比誘電率>
高分子複合圧電体の両面に、導電ペースト(藤倉化成(株)製のドータイト(D-362))で導電面を形成し、日置電機(株)製のインピーダンスアナライザー(IM 3570)および超絶縁計 遮蔽箱(SME-8350)を使用して、周波数1kHzでの静電容量を測定し、比誘電率を算出した。
<高分子複合圧電体の電圧出力定数g33
高分子複合圧電体の電圧出力定数g33は、高分子複合圧電体の圧電定数d33と比誘電率から、以下の関係式によって算出した。ここで、真空の誘電率は、8.854×10-12C/Vmの値を用いた。
33=d33÷(比誘電率)÷(真空の誘電率)
<Average fiber diameter and aspect ratio of metal oxide fibers>
Using a scanning electron microscope (SU-8000) manufactured by Hitachi, Ltd., observe the obtained composite filler at a magnification of 5000 to 30,000, and use image analysis software to observe the fibers of 100 or more metal oxide fiber portions. The length and fiber diameter were measured, the average value of the fiber diameter was taken as the average fiber diameter, and the average value of (fiber length) / (fiber diameter) was taken as the aspect ratio.
<Average particle size and aspect ratio of piezoelectric ceramic particles>
Using a scanning electron microscope (SU-8000) manufactured by Hitachi, Ltd., observe the obtained composite filler at a magnification of 5000 to 30,000 times, and use image analysis software to observe the most of the piezoelectric ceramic particle parts at 100 or more locations. The major axis and the shortest diameter were measured, and the average value of (longest diameter + shortest diameter) / 2 was taken as the average particle diameter, and the average value of (longest diameter) / (shortest diameter) was taken as the aspect ratio.
<Piezoelectric constant d 33 of polymer composite piezoelectric body>
Using a d33 meter manufactured by Reed Techno, a polymer composite piezoelectric material was sandwiched between terminals with 1N, and the piezoelectric constant d33 was measured under the conditions of preload force 1N and load force 4N. The average value of the d 33 values of the nine points obtained by the measurement was taken as the d 33 of the polymer composite piezoelectric body.
<Relative permittivity of polymer composite piezoelectric material>
Conductive surfaces are formed on both sides of the polymer composite piezoelectric material with a conductive paste (Dotite (D-362) manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.), and an impedance analyzer (IM 3570) manufactured by Hioki Electric Co., Ltd. and a super-insulation meter. Using a shield box (SME-8350), the capacitance at a frequency of 1 kHz was measured and the relative permittivity was calculated.
<Voltage output constant g 33 of polymer composite piezoelectric body>
The voltage output constant g 33 of the polymer composite piezoelectric body was calculated from the piezoelectric constant d 33 of the polymer composite piezoelectric body and the relative permittivity by the following relational expression. Here, the dielectric constant of the vacuum used was a value of 8.854 × 10-12 C / Vm.
g 33 = d 33 ÷ (relative permittivity) ÷ (vacuum permittivity)

以下では、金属酸化物繊維としてチタン酸バリウム繊維、圧電性セラミックス粒子としてチタン酸バリウム粒子を用いた場合について説明するが、本発明はそれらによって限定されるものではない。 Hereinafter, a case where barium titanate fiber is used as the metal oxide fiber and barium titanate particles are used as the piezoelectric ceramic particles will be described, but the present invention is not limited thereto.

[実施例1]
<紡糸溶液の調製>
炭酸バリウム7.89重量部を酢酸30重量部とイオン交換水0.03重量部との混合溶媒に溶解させることで、均一な第一の溶液を得た。次いで、ポリビニルピロリドン1.8重量部とチタンテトライソプロポキシド11.25重量部をプロピレングリコールモノメチルエーテル28.2重量部に溶解させた後、チタン酸バリウム粒子(日本化学工業製のBT-UP2;平均粒子径2μm、図4参照)9.33重量部を配合して超音波処理を5分間行うことで、チタン酸バリウム粒子が分散した第二の溶液を得た。得られた第一の溶液に第二の溶液を混合することで、紡糸溶液を調製した。
[Example 1]
<Preparation of spinning solution>
A uniform first solution was obtained by dissolving 7.89 parts by weight of barium carbonate in a mixed solvent of 30 parts by weight of acetic acid and 0.03 parts by weight of ion-exchanged water. Next, 1.8 parts by weight of polyvinylpyrrolidone and 11.25 parts by weight of titanium tetraisopropoxide were dissolved in 28.2 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether, and then barium titanate particles (BT-UP2 manufactured by Nippon Chemical Industrial Co., Ltd.; An average particle diameter of 2 μm, see FIG. 4) 9.33 parts by weight was blended and subjected to ultrasonic treatment for 5 minutes to obtain a second solution in which barium titanate particles were dispersed. A spinning solution was prepared by mixing the second solution with the obtained first solution.

<複合フィラーの作製>
上記方法により作製した紡糸溶液を、シリンジポンプにより内径0.22mmのノズルに2.0mL/hrで供給すると共に、ノズルに25kVの電圧を印加し、接地されたコレクターに複合フィラー前駆体を10時間紡糸した。ノズルとコレクターの距離は15cm、紡糸空間の温度を25℃とした。静電紡糸法により得られた複合フィラー前駆体全量を空気中、10℃/minの昇温速度で1150℃まで昇温し、1150℃の焼成温度で、2時間保持した後、室温まで冷却することで、複合フィラー集合体を作製した。さらに、得られた複合フィラー集合体全量を、目開きが300μmスクリーンメッシュ上に乗せ、ブラシで濾して粉砕することで、4.5重量部の複合フィラーを得た。得られた複合フィラーにおけるチタン酸バリウム繊維の平均繊維径は0.3μm、アスペクト比は5であり、チタン酸バリウム粒子の平均粒子径は2μm、アスペクト比は1.1であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子とのモル比は1:1であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子は一体化していた。得られた複合フィラーの走査型電子顕微鏡写真を図1および図2に示す。
<Preparation of composite filler>
The spinning solution prepared by the above method is supplied to a nozzle having an inner diameter of 0.22 mm at 2.0 mL / hr by a syringe pump, a voltage of 25 kV is applied to the nozzle, and a composite filler precursor is applied to a grounded collector for 10 hours. Spinned. The distance between the nozzle and the collector was 15 cm, and the temperature of the spinning space was 25 ° C. The entire amount of the composite filler precursor obtained by the electrostatic spinning method is heated to 1150 ° C. in air at a heating rate of 10 ° C./min, held at a firing temperature of 1150 ° C. for 2 hours, and then cooled to room temperature. As a result, a composite filler aggregate was prepared. Further, the total amount of the obtained composite filler aggregate was placed on a screen mesh having an opening of 300 μm, filtered with a brush and pulverized to obtain 4.5 parts by weight of the composite filler. The average fiber diameter of the barium titanate fiber in the obtained composite filler is 0.3 μm and the aspect ratio is 5, the average particle size of the barium titanate particles is 2 μm and the aspect ratio is 1.1, and the barium titanate fiber. The molar ratio of barium titanate to barium titanate particles was 1: 1 and the barium titanate fibers and barium titanate particles were integrated. Scanning electron micrographs of the obtained composite filler are shown in FIGS. 1 and 2.

<高分子複合圧電体の作製>
上記方法により作製した複合フィラー1.94重量部、N,N-ジメチルホルムアミド2.25重量部、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(アルケマ社製のKynar UltraFlexB)0.25重量部、高分子分散剤(味の素ファインテクノ製のPB821)0.02重量部とを混合し、液状の樹脂組成物を調製した。次いで、アプリケーターを用いて、ガラス基板上に、塗布膜の厚みが600μmとなるように樹脂組成物を流延し、90℃のホットプレート上で加熱して、N,N-ジメチルホルムアミドを蒸発させることで、樹脂組成物をフィルム状に成形した。フィルム状樹脂組成物をガラス基板から剥がし、温度200℃、圧力10MPa、時間3分間の条件で熱プレスした後、春日電機社製の帯電装置(型番:KTN-15A)を用いてコロナポーリング処理を行うことで高分子複合圧電体を得た。コロナポーリング処理は、フィルム状樹脂組成物を60℃に加熱しながら、6kVの電圧を100秒間印加することで行った。得られた高分子複合圧電体の圧電定数d33は115.7pC/Nであり、比誘電率は71であり、電圧出力定数g33は184mVm/Nであった。
<Manufacturing of polymer composite piezoelectric body>
1.94 parts by weight of the composite filler prepared by the above method, 2.25 parts by weight of N, N-dimethylformamide, 0.25 part by weight of a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (Kynar UltraFlex B manufactured by Arkema). , 0.02 part by weight of a polymer dispersant (PB821 manufactured by Ajinomoto Fine-Techno) was mixed to prepare a liquid resin composition. Then, using an applicator, the resin composition is cast on a glass substrate so that the thickness of the coating film is 600 μm, and heated on a hot plate at 90 ° C. to evaporate N, N-dimethylformamide. As a result, the resin composition was formed into a film. The film-like resin composition is peeled off from the glass substrate, hot-pressed under the conditions of a temperature of 200 ° C., a pressure of 10 MPa, and a time of 3 minutes, and then corona polling treatment is performed using a charging device (model number: KTN-15A) manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd. By doing so, a polymer composite piezoelectric body was obtained. The corona polling treatment was carried out by applying a voltage of 6 kV for 100 seconds while heating the film-like resin composition to 60 ° C. The piezoelectric constant d 33 of the obtained polymer composite piezoelectric body was 115.7 pC / N, the relative permittivity was 71, and the voltage output constant g 33 was 184 mVm / N.

[実施例2]
チタン酸バリウム粒子の配合量を18.66重量部とした以外は、実施例1と同様にして、6.6重量部の複合フィラーを得た。得られた複合フィラーにおけるチタン酸バリウム繊維の平均繊維径は0.3μm、アスペクト比は5であり、チタン酸バリウム粒子の平均粒子径は2μm、アスペクト比は1.1であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子とのモル比は1:2であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子は一体化していた。
次いで、この複合フィラーを用いて、実施例1と同様に高分子複合圧電体を作製した。得られた高分子複合圧電体の圧電定数d33は116.3pC/Nであり、比誘電率は27であり、電圧出力定数g33は486mVm/Nであった。
[Example 2]
A composite filler of 6.6 parts by weight was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of the barium titanate particles was 18.66 parts by weight. The average fiber diameter of the barium titanate fiber in the obtained composite filler is 0.3 μm and the aspect ratio is 5, the average particle size of the barium titanate particles is 2 μm and the aspect ratio is 1.1, and the barium titanate fiber. The molar ratio of barium titanate to barium titanate particles was 1: 2, and the barium titanate fibers and barium titanate particles were integrated.
Next, using this composite filler, a polymer composite piezoelectric body was produced in the same manner as in Example 1. The piezoelectric constant d 33 of the obtained polymer composite piezoelectric body was 116.3 pC / N, the relative permittivity was 27, and the voltage output constant g 33 was 486 mVm / N.

[比較例1]
チタン酸バリウム粒子を配合しないこと以外は、実施例1と同様にして、2.3重量部のチタン酸バリウム繊維を得た。チタン酸バリウム繊維の平均繊維径は0.3μm、アスペクト比は5であり、圧電性セラミックス粒子は存在しなかった。得られたチタン酸バリウム繊維の走査型電子顕微鏡写真を図3に示す。
次いで、チタン酸バリウム繊維1.94重量部、N,N-ジメチルホルムアミド2.25重量部、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(アルケマ社製のKynar UltraFlexB)0.25重量部、高分子分散剤(味の素ファインテクノ製のPB821)0.02重量部とを混合し、液状の樹脂組成物を調製した。この液状の樹脂組成物を用いて、実施例1と同様に高分子複合圧電体を作製した。得られた高分子複合圧電体の圧電定数d33は105.7pC/Nであり、比誘電率は67であり、電圧出力定数g33は178mVm/Nであり、電圧出力定数がやや低く、また、10時間の紡糸によって得られたチタン酸バリウム繊維の収量は2.3重量部と少ないものであった。
[Comparative Example 1]
2.3 parts by weight of barium titanate fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the barium titanate particles were not blended. The average fiber diameter of the barium titanate fiber was 0.3 μm, the aspect ratio was 5, and there were no piezoelectric ceramic particles. A scanning electron micrograph of the obtained barium titanate fiber is shown in FIG.
Next, 1.94 parts by weight of barium titanate fiber, 2.25 parts by weight of N, N-dimethylformamide, 0.25 part by weight of a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (Kynar UltraFlex B manufactured by Arkema), A liquid resin composition was prepared by mixing with 0.02 part by weight of a polymer dispersant (PB821 manufactured by Ajinomoto Fine-Techno). Using this liquid resin composition, a polymer composite piezoelectric body was produced in the same manner as in Example 1. The piezoelectric constant d 33 of the obtained polymer composite piezoelectric body is 105.7 pC / N, the relative permittivity is 67, the voltage output constant g 33 is 178 mVm / N, the voltage output constant is slightly low, and the voltage output constant is slightly low. The yield of barium titanate fiber obtained by spinning for 10 hours was as low as 2.3 parts by weight.

[実施例3]
比較例1と同様に、平均繊維径が0.3μm、アスペクト比が5のチタン酸バリウム繊維を作製した。次いで、チタン酸バリウム繊維0.97重量部と、チタン酸バリウム粒子(日本化学工業製のBT-UP2;平均粒子径2μm、図4参照)0.97重量部とを混合し、複合フィラーを得た。得られた複合フィラーにおけるチタン酸バリウム繊維の平均繊維径は0.3μm、アスペクト比は5であり、チタン酸バリウム粒子の平均粒子径は2μm、アスペクト比は1.1であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子とのモル比は1:1であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子は一体化していなかった。
次いで、この複合フィラーを用いて、実施例1と同様に高分子複合圧電体を作製した。得られた高分子複合圧電体の圧電定数d33は78.8pC/Nであり、比誘電率は48であり、電圧出力定数g33は185mVm/Nであった。
[Example 3]
Similar to Comparative Example 1, barium titanate fibers having an average fiber diameter of 0.3 μm and an aspect ratio of 5 were produced. Next, 0.97 parts by weight of barium titanate fiber and 0.97 parts by weight of barium titanate particles (BT-UP2 manufactured by Nippon Chemical Industrial Co., Ltd .; average particle diameter 2 μm, see FIG. 4) were mixed to obtain a composite filler. rice field. The average fiber diameter of the barium titanate fiber in the obtained composite filler is 0.3 μm and the aspect ratio is 5, the average particle size of the barium titanate particles is 2 μm and the aspect ratio is 1.1, and the barium titanate fiber. The molar ratio of barium titanate to barium titanate particles was 1: 1 and the barium titanate fibers and barium titanate particles were not integrated.
Next, using this composite filler, a polymer composite piezoelectric body was produced in the same manner as in Example 1. The piezoelectric constant d 33 of the obtained polymer composite piezoelectric body was 78.8 pC / N, the relative permittivity was 48, and the voltage output constant g 33 was 185 mVm / N.

[実施例4]
比較例1と同様に、平均繊維径は0.3μm、アスペクト比は5のチタン酸バリウム繊維を作製した。次いで、チタン酸バリウム繊維0.65重量部と、チタン酸バリウム粒子(日本化学工業製のBT-UP2;平均粒子径2μm、図4参照)1.29重量部とを混合し、複合フィラーを得た。得られた複合フィラーにおけるチタン酸バリウム繊維の平均繊維径は0.3μm、アスペクト比は5であり、チタン酸バリウム粒子の平均粒子径は2μm、アスペクト比は1.1であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子とのモル比は1:2であり、チタン酸バリウム繊維とチタン酸バリウム粒子は一体化していなかった。
次いで、この複合フィラーを用いて、実施例1と同様に高分子複合圧電体を作製した。得られた高分子複合圧電体の圧電定数d33は60.1pC/Nであり、比誘電率は28であり、電圧出力定数g33は242mVm/Nであった。
[Example 4]
Similar to Comparative Example 1, barium titanate fibers having an average fiber diameter of 0.3 μm and an aspect ratio of 5 were produced. Next, 0.65 parts by weight of barium titanate fiber and 1.29 parts by weight of barium titanate particles (BT-UP2 manufactured by Nippon Chemical Industrial Co., Ltd .; average particle diameter 2 μm, see FIG. 4) were mixed to obtain a composite filler. rice field. The average fiber diameter of the barium titanate fiber in the obtained composite filler is 0.3 μm and the aspect ratio is 5, the average particle size of the barium titanate particles is 2 μm and the aspect ratio is 1.1, and the barium titanate fiber. The molar ratio of barium titanate to barium titanate particles was 1: 2, and the barium titanate fibers and barium titanate particles were not integrated.
Next, using this composite filler, a polymer composite piezoelectric body was produced in the same manner as in Example 1. The piezoelectric constant d 33 of the obtained polymer composite piezoelectric body was 60.1 pC / N, the relative permittivity was 28, and the voltage output constant g 33 was 242 mVm / N.

[比較例2]
高分子複合圧電体用のフィラーとして、チタン酸バリウム粒子(日本化学工業製のBT-UP2;平均粒子径2μm、図4参照)を準備した。チタン酸バリウム粒子の平均粒子径は2μm、アスペクト比は1.1であり、金属酸化物繊維は存在しなかった。
次いで、チタン酸バリウム粒子1.94重量部、N,N-ジメチルホルムアミド2.25重量部、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(アルケマ社製のKynar UltraFlexB)0.25重量部、高分子分散剤(味の素ファインテクノ製のPB821)0.02重量部とを混合し、液状の樹脂組成物を調製した。この液状の樹脂組成物を用いて、実施例1と同様に高分子複合圧電体を作製した。得られた高分子複合圧電体の圧電定数d33は41.0pC/Nであり、比誘電率は92であり、電圧出力定数g33は50mVm/Nであり、電圧出力定数および圧電定数はともに低いものであった。
[Comparative Example 2]
Barium titanate particles (BT-UP2 manufactured by Nippon Chemical Industrial Co., Ltd .; average particle diameter 2 μm, see FIG. 4) were prepared as fillers for the polymer composite piezoelectric body. The average particle size of the barium titanate particles was 2 μm, the aspect ratio was 1.1, and no metal oxide fibers were present.
Next, 1.94 parts by weight of barium titanate particles, 2.25 parts by weight of N, N-dimethylformamide, 0.25 parts by weight of a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (Kynar UltraFlex B manufactured by Arkema), A liquid resin composition was prepared by mixing with 0.02 part by weight of a polymer dispersant (PB821 manufactured by Ajinomoto Fine-Techno). Using this liquid resin composition, a polymer composite piezoelectric body was produced in the same manner as in Example 1. The piezoelectric constant d 33 of the obtained polymer composite piezoelectric body is 41.0 pC / N, the relative permittivity is 92, the voltage output constant g 33 is 50 mVm / N, and the voltage output constant and the piezoelectric constant are both. It was low.

実施例1~4の複合フィラーを用いた高分子複合圧電体の電圧出力定数は、いずれも180mVm/N以上であり、高いものであった。特に、実施例1~2の、金属酸化物繊維と圧電性セラミックス粒子が一体化した複合フィラーを用いた高分子複合圧電体の圧電定数は、いずれも100pC/N以上であり、高いものであった。また、比較例1と比較して、実施例1~2の複合フィラーは、単位時間当たりの収量が多かった。以上から、特定形状の金属酸化物繊維と圧電性セラミックスとを含む複合フィラーを用いることで、高い電圧出力定数を有する高分子複合圧電体、または高い圧電定数と高い電圧出力定数を兼ね備えた高分子複合圧電体が得られる結果となった。さらに、本発明の複合フィラーは単位時間当たりの収量が多く、高い圧電定数と高い電圧出力定数を兼ね備えた高分子複合圧電体用のフィラーを低コストで製造することが可能となった。 The voltage output constants of the polymer composite piezoelectric bodies using the composite fillers of Examples 1 to 4 were 180 mVm / N or more, which were high. In particular, the piezoelectric constants of the polymer composite piezoelectric materials of Examples 1 and 2 using the composite filler in which the metal oxide fibers and the piezoelectric ceramic particles are integrated are 100 pC / N or more, which are high. rice field. Further, as compared with Comparative Example 1, the composite fillers of Examples 1 and 2 had a higher yield per unit time. From the above, by using a composite filler containing a metal oxide fiber having a specific shape and piezoelectric ceramics, a polymer composite piezoelectric material having a high voltage output constant, or a polymer having a high piezoelectric constant and a high voltage output constant. The result was that a composite piezoelectric material was obtained. Further, the composite filler of the present invention has a high yield per unit time, and it has become possible to manufacture a filler for a polymer composite piezoelectric body having a high piezoelectric constant and a high voltage output constant at low cost.

本発明の複合フィラーを高分子複合圧電体の充填剤として用いることで、高い電圧出力定数、または高い圧電定数と高い電圧出力定数とを兼ね備える高分子複合圧電体を低コストで提供することが可能となり、スピーカーやブザーなどの電気音響変換機器、アクチュエータ、ディスプレイ、触覚デバイス、センサー、および発電デバイスなどとして、好適に使用することができる。 By using the composite filler of the present invention as a filler for a polymer composite piezoelectric body, it is possible to provide a polymer composite piezoelectric body having a high voltage output constant or a high voltage output constant and a high voltage output constant at low cost. Therefore, it can be suitably used as an electroacoustic conversion device such as a speaker or a buzzer, an actuator, a display, a tactile device, a sensor, a power generation device, or the like.

1 金属酸化物繊維の表面と圧電性セラミックス粒子の表面が融着している状態
2 金属酸化物繊維中に圧電性セラミックス粒子の一部が部分的に埋入されている状態
1 A state in which the surface of the metal oxide fiber and the surface of the piezoelectric ceramic particles are fused 2 A state in which a part of the piezoelectric ceramic particles is partially embedded in the metal oxide fiber.

Claims (12)

平均繊維径が0.1~10μmでありアスペクト比が2以上である金属酸化物繊維と、平均粒子径が0.01~200μmでありアスペクト比が2未満である圧電性セラミックス粒子とを含む複合フィラー。 A composite containing metal oxide fibers having an average fiber diameter of 0.1 to 10 μm and an aspect ratio of 2 or more and piezoelectric ceramic particles having an average particle diameter of 0.01 to 200 μm and an aspect ratio of less than 2. Filler. 前記金属酸化物繊維と前記圧電性セラミックス粒子とが一体化された請求項1に記載の複合フィラー。 The composite filler according to claim 1, wherein the metal oxide fiber and the piezoelectric ceramic particles are integrated. 前記金属酸化物繊維の組成がチタン酸金属塩を主成分とし、前記圧電性セラミックス粒子の組成がチタン酸金属塩またはニオブ酸アルカリ金属塩を主成分とする請求項1または2に記載の複合フィラー。 The composite filler according to claim 1 or 2, wherein the composition of the metal oxide fiber is mainly composed of a titanium acid metal salt, and the composition of the piezoelectric ceramic particles is mainly composed of a titanium acid metal salt or a niobic acid alkali metal salt. .. 前記金属酸化物繊維と、前記圧電性セラミックス粒子とのモル比が、1:0.1~1:10の範囲である請求項1~3のいずれか1項に記載の複合フィラー。 The composite filler according to any one of claims 1 to 3, wherein the molar ratio of the metal oxide fiber to the piezoelectric ceramic particles is in the range of 1: 0.1 to 1:10. 請求項1~4のいずれか1項に記載の複合フィラーと、高分子とを含む、樹脂組成物。 A resin composition containing the composite filler according to any one of claims 1 to 4 and a polymer. 前記複合フィラーと前記高分子との合計量に対する前記複合フィラーの割合が、10~90体積%である、請求項5に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 5, wherein the ratio of the composite filler to the total amount of the composite filler and the polymer is 10 to 90% by volume. さらに、前記複合フィラーに対して0.1~10重量%の分散剤及び/又は0.1~10重量%のレベリング剤を含む、請求項5または6に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 5 or 6, further comprising 0.1 to 10% by weight of a dispersant and / or 0.1 to 10% by weight of a leveling agent with respect to the composite filler. さらに溶媒を含む、請求項5~7のいずれか1項に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to any one of claims 5 to 7, further comprising a solvent. 高分子複合圧電体を製造するために用いられる、請求項5~8のいずれか1項に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to any one of claims 5 to 8, which is used for producing a polymer composite piezoelectric body. 請求項5~7のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなる、高分子複合圧電体。 A polymer composite piezoelectric body comprising the resin composition according to any one of claims 5 to 7. 請求項10に記載の高分子複合圧電体の片面、もしくは両面に導電層を備える圧電素子。 A piezoelectric element provided with a conductive layer on one side or both sides of the polymer composite piezoelectric material according to claim 10. 金属塩および平均粒子径が0.01~200μmでありアスペクト比が2未満である圧電性セラミックス粒子を含む紡糸溶液を調製する工程と、前記紡糸溶液を静電紡糸して複合フィラー前駆体を作製する工程と、前記複合フィラー前駆体を焼成して複合フィラー集合体を作製する工程と、前記複合フィラー集合体を粉砕する工程と、を含む複合フィラーの製造方法。 A step of preparing a spinning solution containing a metal salt and piezoelectric ceramic particles having an average particle diameter of 0.01 to 200 μm and an aspect ratio of less than 2, and electrostatically spinning the spinning solution to prepare a composite filler precursor. A method for producing a composite filler, which comprises a step of firing the composite filler precursor to produce a composite filler aggregate, and a step of crushing the composite filler aggregate.
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