JP3928067B2 - 圧電材料 - Google Patents

圧電材料 Download PDF

Info

Publication number
JP3928067B2
JP3928067B2 JP2002030763A JP2002030763A JP3928067B2 JP 3928067 B2 JP3928067 B2 JP 3928067B2 JP 2002030763 A JP2002030763 A JP 2002030763A JP 2002030763 A JP2002030763 A JP 2002030763A JP 3928067 B2 JP3928067 B2 JP 3928067B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rubber
styrene
base material
butadiene
butadiene rubber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002030763A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2002285013A (ja
Inventor
康幸 大平
光雄 堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shishiai KK
Original Assignee
Shishiai KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP11626996A external-priority patent/JPH09302139A/ja
Priority claimed from JP13658396A external-priority patent/JPH09316295A/ja
Priority claimed from JP8150592A external-priority patent/JPH09330086A/ja
Priority claimed from JP16916296A external-priority patent/JPH107845A/ja
Priority claimed from JP23281096A external-priority patent/JPH1077417A/ja
Priority claimed from JP8295076A external-priority patent/JPH10143164A/ja
Priority claimed from JP8295297A external-priority patent/JPH10139933A/ja
Priority claimed from JP30058696A external-priority patent/JPH10138365A/ja
Priority claimed from JP8308526A external-priority patent/JPH10149171A/ja
Priority claimed from JP31472596A external-priority patent/JPH10154892A/ja
Priority claimed from JP8323120A external-priority patent/JPH10161663A/ja
Priority claimed from JP35064996A external-priority patent/JPH10190280A/ja
Priority claimed from JP1284297A external-priority patent/JPH10203795A/ja
Priority claimed from JP2284697A external-priority patent/JPH10215907A/ja
Priority claimed from JP9036159A external-priority patent/JPH10231430A/ja
Priority claimed from JP9052921A external-priority patent/JPH10244020A/ja
Application filed by Shishiai KK filed Critical Shishiai KK
Priority to JP2002030763A priority Critical patent/JP3928067B2/ja
Publication of JP2002285013A publication Critical patent/JP2002285013A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3928067B2 publication Critical patent/JP3928067B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電材料に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックスを焼成し、分極処理を行ったものがあった。ところがこの圧電材料は、大面積の加工が難しく脆いという欠点があり、しかも分極処理が必要であり、きわめて高価な材料となっていた。
【0003】
別の圧電材料としては、PVDF等のフッ素系の樹脂を延伸し、これに分極処理を行った圧電ポリマーも提案されている。ところがこの圧電材料は、脆性の改善はみられるものの、前記圧電セラミックスに比べたときその性能は低く、しかも延伸、分極といった処理が必要で、これも高価な材料となっていた。
【0004】
さらに別の圧電材料として、前記圧電セラミックスと圧電ポリマーとを組み合わせた複合材料も提案されている。ところがこの圧電材料にあっても、前述の圧電材料の欠点を解消し得るものではなかった。
【0005】
本発明は、上述の技術的課題に鑑みなされたものであり、延伸、分極といった処理を必要とせず、しかも優れた圧電性能を有する安価な圧電材料を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させるN、N−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(以下、単にDCHBSAと称す。)からなる活性成分が、前記母材100重量部に対して10〜200重量部の割合で含まれていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電材料を更に詳しく説明する。この圧電材料における母材としては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、クロロプレンゴム(CR)から選ばれる高分子、またはこれらをブレンドしたものを挙げることができる。中でもポリ塩化ビニルは、成形性がよく、安価である点で好ましい。
【0008】
次に、このような高分子を母材成分とする圧電材料における双極子モーメント量と圧電性能との間の関係について説明する。一般に圧電材料は、該圧電材料に応力が加わると、それに比例して該圧電材料の両端面に反対符号の電荷が現れる、すなわち電気分極という現象を生じ、逆に該圧電材料を伝場に入れる(電界を加える)ことで、それに比例した歪みを生じるという性質(圧電性能)を有するものとして知られている。特に高分子よりなる圧電材料にあっては、高分子の主鎖や側鎖の双極子モーメントの配向凍結による分極により圧電効果が生じることが知られている。
【0009】
上述の性質は、分極した圧電材料におけるエネルギー変換により生じているのであるが、本発明者らは、圧電材料における圧電性能のメカニズムを研究していく過程で、圧電材料における双極子がある程度の自由度をもって変位し、その後元の状態に復元するという作用によってエネルギーが変換され、ここに従来にない優れた圧電性能が生じるということを発見した。
【0010】
以下にその詳細を示す。図1にはエネルギー(応力)が伝わる前の圧電材料1内部における双極子12の配置状態を示した。この双極子2の配置状態は安定な状態にあると言える。ところが、これにエネルギー(応力)が伝わることで、圧電材料11内部に存在する双極子12には変位が生じ、図2に示すように、圧電材料(母材)11内部における各双極子12は不安定な状態に置かれることになり、各双極子12は、図1に示すような安定な状態に戻ろうとする。
【0011】
このとき、エネルギーの変換が生じることになる。こうした、圧電材料(母材)11内部における双極子の変位、双極子の復元作用によるエネルギーの変換を通じて、圧電性能が生じているものと考えられる。
【0012】
上述の圧電性能が生じるメカニズムから、図1及び図2に示すような圧電材料(母材)11内部における双極子モーメントの量が大きくなればなる程、その圧電材料(母材)11の持つ圧電性能も高くなると考えられる。
【0013】
このことから、圧電材料を構成する母材として、分子内部における双極子モーメント量がもともと大きな素材を用いることは、より高い圧電性能を確保する上で大変有用なことである。
【0014】
分子内部における双極子モーメント量がもともと大きなものとしては、極性高分子を挙げることができる。この極性高分子として、具体的には、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、及びクロロプレンゴム(CR)などを挙げることができる。
【0015】
また本発明の圧電材料をセンサー類やアクチュエーター、あるいは超音波モータとして適用したときの使用時の温度は、おおよそ−20°C〜40°Cの範囲である。その使用温度域においてガラス転移点を有する高分子を母材成分として用いることは大変に有用なことである。なぜならば、発明者らの実験によれば、高分子のガラス転移点付近で圧電性能が最も発揮されるからである。
【0016】
使用温度域にガラス転移点を有する高分子としては、具体的にはポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体から選ばれる高分子に、ジ−2−エチルヘキシルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP)、ジイソノニルフタレート(DINP)から選ばれる可塑剤を添加して、使用温度域にガラス転移点(Tg)を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用温度域にガラス転移点(Tg)を有するアクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、クロロプレンゴム(CR)、塩素化ポリエチレンを挙げることができる。
【0017】
尚、母材成分の選択に際しては、前記分子内部における双極子モーメント量や使用温度域の他、取り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能(耐熱性や耐寒性)、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。
【0018】
この母材中にDCHBSAからなる活性成分が配合されるのである。活性成分の含有量としては、母材100重量部に対して10〜200重量部の割合とする。活性成分の含有量が10重量部を下回る場合、双極子モーメントの量を増大させるという十分な効果が得られず、活性成分の含有量が200重量部を上回る場合には、十分に相溶しなかったり、十分な機械的強度が得られなかったりすることがあるからである。
【0019】
尚、双極子モーメントの量は、前述の母材成分の種類により様々に異なっている。また同じ成分を用いたとしても、エネルギーが伝達されたときの温度により、その双極子モーメントの量は変わる。また、伝達されるエネルギーの大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度やエネルギーの大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となるように、母材成分を適宜選択して用いるのが望ましい。
【0020】
また、上記母材中には活性成分の他に、圧電材料の機械的強度を高める目的で、また増量剤として該圧電材料のコストの低減化を計るため、マイカ鱗片、ガラス片、グラスファイバー、カーボンファイバー、炭酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウム等のフィラーを充填することもできる。この場合、フィラーの充填量は、10〜80重量%が好ましい。例えばフィラーの充填量が10重量%を下回る場合には、フィラーを充填しても強度の向上がみられず、反対にフィラーの充填量を80重量%を上回る量としても、現実に充填できなかったり、圧電材料の強度がかえって低下してしまったりするといった弊害を招くことになる。
【0021】
本発明の圧電材料は、上記母材成分に活性成分、その他必要に応じてフィラー、分散剤、増粘剤などを配合した配合物を、ディゾルバー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー、グレンミル、オープンニーダ、真空ニーダなどの従来公知の混合分散機によって分散混合して製造できる。
【0022】
上記の如く母材中に活性成分を配合することで、双極子モーメントの量が飛躍的に増加し、もって該圧電材料は高い圧電性能を発揮するに至るのであるが、母材に活性成分を配合した圧電材料における双極子モーメントの量は、図3に示すA−B間における誘電率(ε′)の差として表される。すなわち図3に示すA−B間における誘電率(ε′)の差が大きければ大きいほど、双極子モーメントの量が大きいということになる。
【0025】
【実施例】
ポリ塩化ビニル100重量部に対しDCHBSA(この時の試料温度は22°C)を100重量部の割合で配合し、これを厚さ1mm、縦150mm×横50mmの板形状に成形し、その両表面に銀ペーストによる電極(株式会社アサヒ化学研究所、LS−506J、縦140mm×横40mm)を形成してサンプル(実施例)とした。ポリ塩化ビニル単独で実施例と同様にしてサンプル(比較例)を作製した。
【0026】
上記実施例並びに比較例の各サンプルについて、誘電正接(tanδ)、誘電損率(ε″)及び誘電率(ε′)を測定したところ、表1のような結果となった。尚、誘電正接(tanδ)、誘電損率(ε″)及び誘電率(ε′)は、各サンプルのガラス転移点で測定した。
【0027】
Figure 0003928067
次に、上記実施例並びに比較例の各サンプルについて、その圧電性能を測定した。測定は、図4に示すように、サンプル11両面の電極と電圧計22とを電気的に接続し、これを基台20上に置き、このサンプル11上に200mmの高さから、鉄球23(径20mm、重さ32.6g)を落下させ、そのときにサンプル11に生じた最大電圧を電圧計22により読みとるという操作を5回行い、その平均値を圧電性能を表示する値として表2に示した。尚、比較のため、上記実施例並びに比較例の各サンプルについてポーリング処理(分極処理)を行い、これらについて同様に圧電性能を測定した。尚、ポーリング処理は、各サンプルを100°Cのオイルバス中で1KVの直流電流を1時間印荷し、その状態のまま室温まで冷却し印荷を外すという方法で行った。
【0028】
Figure 0003928067
表2から、比較例のものが1.36mVまたは1.88mVと、分極の有無に拘わらず、低い値となっているのに対し、分極していない実施例のものが、約90mVと桁外れの高い値を示した。また、ポーリング処理を行った実施例の数値は、同じくポーリング処理を行った比較例のものに比べて約70倍となっており、該圧電材料におけるDCHBSAからなる活性成分が圧電性能の向上に大きく寄与していることが解った。
【0029】
【発明の効果】
本発明の圧電材料は、母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させるDCHBSAからなる活性成分が配合されているので、延伸、分極といった処理を必要とせず、しかも優れた圧電性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、母材における双極子を示した模式図である。
【図2】図2は、エネルギーが加わったときの母材における双極子の状態を示した模式図である。
【図3】図3は、母材における誘電率(ε′)と誘電損率(ε″)との関係を示したグラフ。
【図4】図4は、実施例並びに比較例の各圧電材料の圧電性能を測定する装置を模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
11・・・母材
12・・・双極子

Claims (3)

  1. ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、クロロプレンゴム(CR)から選ばれる高分子またはこれらをブレンドしたものを母材とし、前記母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させるN、N−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−2−スルフェンアミドからなる活性成分が、前記母材100重量部に対して10〜200重量部の割合で含まれていることを特徴とする圧電材料(電気エネルギーを機械エネルギーに変換するものを除く)。
  2. 母材が、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、及びクロロプレンゴム(CR)から選ばれる極性高分子からなることを特徴とする請求項1記載の圧電材料。
  3. 母材が、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体から選ばれる高分子に、ジ−2−エチルヘキシルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP)、ジイソノニルフタレート(DINP)から選ばれる可塑剤を添加して、−20℃〜40℃の範囲(以下、単に使用温度域という)にガラス転移点(Tg)を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用温度域にガラス転移点(Tg)を有するアクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、クロロプレンゴム(CR)、塩素化ポリエチレンからなることを特徴とする請求項1記載の圧電材料。
JP2002030763A 1996-05-10 2002-02-07 圧電材料 Expired - Fee Related JP3928067B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002030763A JP3928067B2 (ja) 1996-05-10 2002-02-07 圧電材料

Applications Claiming Priority (35)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11626996A JPH09302139A (ja) 1996-05-10 1996-05-10 制振材
JP8-116269 1996-05-10
JP13658396A JPH09316295A (ja) 1996-05-30 1996-05-30 エネルギー変換組成物
JP8-136583 1996-05-30
JP8150592A JPH09330086A (ja) 1996-06-12 1996-06-12 吸音材料
JP8-150592 1996-06-12
JP16916296A JPH107845A (ja) 1996-06-28 1996-06-28 制振材料
JP8-169162 1996-06-28
JP8-232810 1996-09-03
JP23281096A JPH1077417A (ja) 1996-09-03 1996-09-03 衝撃吸収材
JP8295076A JPH10143164A (ja) 1996-11-07 1996-11-07 吸音シート
JP8-295297 1996-11-07
JP8-295076 1996-11-07
JP8295297A JPH10139933A (ja) 1996-11-07 1996-11-07 防振材料
JP30058696A JPH10138365A (ja) 1996-11-12 1996-11-12 非拘束型制振材
JP8-300586 1996-11-12
JP30329596 1996-11-14
JP8-303295 1996-11-14
JP8-308526 1996-11-19
JP8308526A JPH10149171A (ja) 1996-11-19 1996-11-19 発泡吸音材
JP31472596A JPH10154892A (ja) 1996-11-26 1996-11-26 電磁波吸収材
JP8-314725 1996-11-26
JP8323120A JPH10161663A (ja) 1996-12-03 1996-12-03 吸音繊維、及びそれを用いた吸音糸、吸音繊維体
JP8-323120 1996-12-03
JP8-350649 1996-12-27
JP35064996A JPH10190280A (ja) 1996-12-27 1996-12-27 電磁波吸収塗料
JP9-12842 1997-01-27
JP1284297A JPH10203795A (ja) 1997-01-27 1997-01-27 フロントフォーク
JP2284697A JPH10215907A (ja) 1997-02-05 1997-02-05 靴ソール
JP9-22846 1997-02-05
JP9036159A JPH10231430A (ja) 1997-02-20 1997-02-20 圧電材料
JP9-36159 1997-02-20
JP9-52921 1997-03-07
JP9052921A JPH10244020A (ja) 1997-03-07 1997-03-07 グリップテープ
JP2002030763A JP3928067B2 (ja) 1996-05-10 2002-02-07 圧電材料

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP54071397A Division JP3318593B2 (ja) 1996-05-10 1997-03-28 エネルギー変換組成物

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002285013A JP2002285013A (ja) 2002-10-03
JP3928067B2 true JP3928067B2 (ja) 2007-06-13

Family

ID=27586105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002030763A Expired - Fee Related JP3928067B2 (ja) 1996-05-10 2002-02-07 圧電材料

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3928067B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5729701B2 (ja) * 2010-02-18 2015-06-03 高圧ガス工業株式会社 複合誘電体素子

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002285013A (ja) 2002-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ning et al. Largely improved electromechanical properties of thermoplastic polyurethane dielectric elastomers by the synergistic effect of polyethylene glycol and partially reduced graphene oxide
Yang et al. Improved electromechanical properties of silicone dielectric elastomer composites by tuning molecular flexibility
Zhao et al. Increased electroaction through a molecular flexibility tuning process in TiO 2–polydimethylsilicone nanocomposites
US11444555B2 (en) Actuator including elastomer layer and elastic electrodes and method for manufacturing the same
JP5486369B2 (ja) 誘電材料およびそれを用いたトランスデューサ
Jahan et al. Synergistic improvement of piezoelectric properties of PVDF/CaCO3/montmorillonite hybrid nanocomposites
US20140004364A1 (en) Dielectric film and transducer including the same
JP2017028323A (ja) 圧電センサ
KR20110119278A (ko) 고분자 복합체 액츄에이터
JP5474331B2 (ja) 誘電膜、およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ
CN107868386A (zh) 一种高电致形变介电弹性体复合材料及其制备方法
Hu et al. Enhanced piezoelectric coefficient of PVDF-TrFE films via in situ polarization
KR20120111966A (ko) 고분자 블렌드 조성물 및 이를 이용한 튜너블 액츄에이터
Yu et al. ZnO as a cheap and effective filler for high breakdown strength elastomers
WO2013054614A1 (ja) トランスデューサ
Ellingford et al. Electrical dual-percolation in MWCNTs/SBS/PVDF based thermoplastic elastomer (TPE) composites and the effect of mechanical stretching
JP3928067B2 (ja) 圧電材料
Daugaard et al. High-dielectric permittivity elastomers from well-dispersed expanded graphite in low concentrations
Cui et al. Polymer electrolytes toward next-generation batteries
Tan et al. Development of a processing method for carbon nanotubes modified fluorosilicone rubber with enhanced electrical, dielectric, and mechanical properties
JP6022281B2 (ja) トランスデューサ
Shafeeq et al. Nanohydroxyapatite embedded blends of ethylene‐co‐vinyl acetate and millable polyurethane as piezoelectric materials: dielectric, viscoelastic and mechanical features
JP4092443B2 (ja) 圧電材料
JP4193074B2 (ja) 焦電材料
JP5559229B2 (ja) トランスデューサ

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060926

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061016

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070214

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110316

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees