JP6049140B2 - 圧電フィルム積層体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、圧電アクチュエータ、圧電センサ等として使用される圧電フィルム積層体およびその製造方法に関し、特に、圧電フィルムと導電体層とが交互に積層された圧電フィルム積層体およびその製造方法に関する。
特許文献１には、圧電フィルムと導電体層とが交互に複数積層されてなる積層フィルム（圧電フィルム積層体）が開示されている。積層フィルムは、ポリ−Ｌ−乳酸（poly-L-lactic acid, PLLA）を主たる成分とする樹脂からなるＰＬＬＡフィルムと、ポリ−Ｄ−乳酸（poly-D-lactic acid, PDLA）を主たる成分とする樹脂からなるＰＤＬＡフィルムとを、圧電フィルムとして含んでいる。ＰＬＬＡフィルムとＰＤＬＡフィルムとは、交互に配置されている。積層フィルムの一方の表面に最も近い導電体層を一層目の導電体層として、積層フィルムに含まれている複数の導電体層を奇数層目の導電体層と偶数層目の導電体層とに分けたときに、奇数層目の導電体層どうしが積層フィルムの一方の側面に設けられた第１外部電極（第１接続部材）に接続され、偶数層目の導電体層どうしが積層フィルムの他方の側面に設けられた第２外部電極（第２接続部材）に接続されている。
前述したような従来の積層フィルムにおいては、互いに接続されるべき複数の導電体層どうしが積層フィルムの側面（外部）に形成された接続部材（外部電極）によって接続されているため、積層フィルムが屈曲したときに接続部材に応力が集中し、接続部材が剥がれやすいという問題がある。
この発明の目的は、圧電フィルム積層体が屈曲した場合に、互いに接続されるべき複数の導電体層どうしを接続している接続部材が剥がれにくい圧電フィルム積層体およびその製造方法を提供することにある。
この発明の目的は、圧電フィルム積層体が屈曲した場合に、互いに接続されるべき複数の導電体層どうしを接続している接続部材が剥がれにくい圧電フィルム積層体およびその製造方法を提供することにある。
この発明による圧電フィルム積層体は、圧電フィルムと導電体層とが交互に積層されてなる圧電フィルム積層体であって、前記圧電フィルム積層体の一方の表面に最も近い導電体層を１層目の導電体層として、前記圧電フィルム積層体に含まれている複数の導電体層を奇数層目の導電体層と偶数層目の導電体層とに分けたときに、奇数層目の導電体層どうしが、それらの導電体層間の圧電フィルムを貫通しかつ偶数層目の導電体層には電気的に接続されていない第１接続部材によって電気的に接続され、偶数層目の導電体層どうしが、それらの導電体層間の圧電フィルムを貫通しかつ奇数層目の導電体層には電気的に接続されていない第２接続部材によって電気的に接続されており、隣り合う２つの圧電フィルム間に配置される前記導電体層が、これらの２つの圧電フィルムの対向する表面にそれぞれ形成された厚さ方向にのみ導電性を有する２つの異方性導電体層と、これらの異方性導電体層間に形成された等方性導電体層とから構成されている。
圧電フィルムとは、圧電効果を示すフィルムをいう。
この発明では、奇数層目の導電体層どうしを、圧電フィルム積層体の内部に設けられた第１接続部材によって電気的に接続することができる。同様に、偶数層目の導電体層どうしを、圧電フィルム積層体の内部に設けられた第２接続部材によって電気的に接続することができる。このため、圧電フィルム積層体が屈曲した場合でも、互いに接続されるべき複数の導電体層どうしを接続している接続部材が剥がれにくくなる。
この発明では、奇数層目の導電体層どうしを、圧電フィルム積層体の内部に設けられた第１接続部材によって電気的に接続することができる。同様に、偶数層目の導電体層どうしを、圧電フィルム積層体の内部に設けられた第２接続部材によって電気的に接続することができる。このため、圧電フィルム積層体が屈曲した場合でも、互いに接続されるべき複数の導電体層どうしを接続している接続部材が剥がれにくくなる。
この発明の一実施形態では、前記圧電フィルム積層体を変形させたときに、隣り合う２つの圧電フィルムの対向する表面にそれぞれ生じる電荷の符号が等しい。
この発明の一実施形態では、前記導電体層が、樹脂組成物と導電性粒子とを含む導電性組成物である。
前記導電体層の厚さは、０．５μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましい。導電体層の厚さが０．５μｍ以上であることが好ましい理由は、０．５μｍ未満では良好な導電性が得られないおそれがあるからである。一方、導電体層の厚さが２０．０μｍ以下であることが好ましい理由は、圧電フィルム積層体の厚さを薄くするためである。
前記導電体層の厚さは、０．５μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましい。導電体層の厚さが０．５μｍ以上であることが好ましい理由は、０．５μｍ未満では良好な導電性が得られないおそれがあるからである。一方、導電体層の厚さが２０．０μｍ以下であることが好ましい理由は、圧電フィルム積層体の厚さを薄くするためである。
前記導電性粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。導電性粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上であることが好ましい理由は、０．５μｍ未満では良好な導電性が得られないおそれがあるからである。導電性粒子の平均粒子径１５．０μｍ以下であることが好ましい理由は、導電体層の厚さを薄くするためである。
前記導電体層における前記導電性粒子の含有量は、前記導電性組成物中１５質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。導電性粒子の含有量が導電性組成物中１５質量％以上８０質量％以下であれば、導電体層の可撓性が良好となる。
前記導電体層における前記導電性粒子の含有量は、前記導電性組成物中１５質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。導電性粒子の含有量が導電性組成物中１５質量％以上８０質量％以下であれば、導電体層の可撓性が良好となる。
この発明の一実施形態では、前記圧電フィルム積層体は、ポリ−Ｌ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＬＬＡフィルムと、ポリ−Ｄ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＤＬＡフィルムとを、前記圧電フィルムとして含んでおり、前記ＰＬＬＡフィルムと前記ＰＤＬＡフィルムとが交互に配置されている。
この発明の一実施形態では、前記圧電フィルムは、ポリ−Ｌ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＬＬＡフィルムである。
この発明の一実施形態では、前記圧電フィルムは、ポリ−Ｌ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＬＬＡフィルムである。
この発明の一実施形態では、前記圧電フィルムは、ポリ−Ｄ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＤＬＡフィルムである。
前記圧電フィルムの厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。圧電フィルムの厚さが２μｍ以上であることが好ましい理由は、２μｍ未満では良好な圧電効果が得られないおそれがあるからである。一方、圧電フィルムの厚さが３０μｍ以下であることが好ましい理由は、圧電フィルム積層体の厚さを薄くするためである。
この発明による圧電フィルム積層体の製造方法は、第１および第２貫通孔を有しかつ積層されるべき複数の圧電フィルムであって、積層された場合に最下層または最上層となる圧電フィルムのいずれか一方を基準として、奇数番目となる複数の第１圧電フィルムと偶数番目となる複数の第２圧電フィルムとを含む複数の圧電フィルムを用意する工程と、前記各圧電フィルムの前記第１および第２貫通孔内に導電性組成物を充填するとともに、前記各第１圧電フィルムの上面および下面のうちの所定の一方の表面の前記第１貫通孔を含む所定の領域を除いた領域に、前記第２貫通孔を覆う第１導電体層を形成し、前記各第２圧電フィルムの上面および下面のうちの前記所定の一方の表面の前記第２貫通孔を含む所定の領域を除いた領域に、前記第１貫通孔を覆う第２導電体層を形成する工程と、前記第１圧電フィルムと前記第２圧電フィルムとを、交互にかつ平面視において前記第１貫通孔どうしおよび前記第２貫通孔どうしが整合するよう積み重ねる工程と、前記第１圧電フィルムと前記第２圧電フィルムとの積層体に対して熱プレスを行う工程とを含む。
前記圧電フィルムの厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。圧電フィルムの厚さが２μｍ以上であることが好ましい理由は、２μｍ未満では良好な圧電効果が得られないおそれがあるからである。一方、圧電フィルムの厚さが３０μｍ以下であることが好ましい理由は、圧電フィルム積層体の厚さを薄くするためである。
この発明による圧電フィルム積層体の製造方法は、第１および第２貫通孔を有しかつ積層されるべき複数の圧電フィルムであって、積層された場合に最下層または最上層となる圧電フィルムのいずれか一方を基準として、奇数番目となる複数の第１圧電フィルムと偶数番目となる複数の第２圧電フィルムとを含む複数の圧電フィルムを用意する工程と、前記各圧電フィルムの前記第１および第２貫通孔内に導電性組成物を充填するとともに、前記各第１圧電フィルムの上面および下面のうちの所定の一方の表面の前記第１貫通孔を含む所定の領域を除いた領域に、前記第２貫通孔を覆う第１導電体層を形成し、前記各第２圧電フィルムの上面および下面のうちの前記所定の一方の表面の前記第２貫通孔を含む所定の領域を除いた領域に、前記第１貫通孔を覆う第２導電体層を形成する工程と、前記第１圧電フィルムと前記第２圧電フィルムとを、交互にかつ平面視において前記第１貫通孔どうしおよび前記第２貫通孔どうしが整合するよう積み重ねる工程と、前記第１圧電フィルムと前記第２圧電フィルムとの積層体に対して熱プレスを行う工程とを含む。
以下では、この発明の実施形態の一例について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電フィルム積層体の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１の圧電フィルム積層体の平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う断面図である。
圧電フィルム積層体１は、交互に複数積層された圧電フィルム２と導電体層３を含んでいる。圧電フィルム積層体１は、さらに、第１接続部材５と、第２接続部材６とを含んでいる。
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電フィルム積層体の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１の圧電フィルム積層体の平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う断面図である。
圧電フィルム積層体１は、交互に複数積層された圧電フィルム２と導電体層３を含んでいる。圧電フィルム積層体１は、さらに、第１接続部材５と、第２接続部材６とを含んでいる。
圧電フィルム積層体１の一方の表面に最も近い導電体層３を１層目の導電体層として、圧電フィルム積層体１に含まれている複数の導電体層３を奇数層目の導電体層と偶数層目の導電体層とに分けたときに、奇数層目の導電体層３どうしが、それらの導電体層３間の圧電フィルム２を貫通しかつ偶数層目の導電体層３には電気的に接続されていない第１接続部材５によって電気的に接続され、偶数層目の導電体層３どうしが、それらの導電体層３間の圧電フィルム２を貫通しかつ奇数層目の導電体層３には電気的に接続されていない第２接続部材６によって電気的に接続されている。
圧電フィルム積層体１は、ポリ−Ｌ−乳酸（poly-L-lactic acid, PLLA）を主たる成分とする樹脂からなるＰＬＬＡフィルム２Ａと、ポリ−Ｄ−乳酸（poly-D-lactic acid, PDLA）を主たる成分とする樹脂からなるＰＤＬＡフィルム２Ｂとを、圧電フィルム２として含んでいる。ＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとは、交互に配置されている。この実施形態では、圧電フィルム積層体１は、２つのＰＬＬＡフィルム２Ａと、２つのＰＤＬＡフィルム２Ｂとを含んでいる。つまり、この実施形態では、圧電フィルム積層体１は、４つの圧電フィルム２を含んでいる。
圧電フィルム２の厚さは、２μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。圧電フィルム２の厚さが２μｍ以上であることが好ましい理由は、２μｍ未満では良好な圧電効果が得られないおそれがあるからである。一方、圧電フィルム２の厚さが３０μｍ以下であることが好ましい理由は、圧電フィルム積層体１の厚さを薄くするためである。この実施形態では、圧電フィルム２の厚さは、１０μｍである。
圧電フィルム２は、図６に示すように、平面から見て長方形状である。圧電フィルム２には、平面から見て一方の短辺寄りに、短辺と平行な方向に間隔をおいて第１貫通孔７および第２貫通孔８が形成されている。各貫通孔７，８は、平面視で円形状である。
ＰＬＬＡフィルム２Ａの表面（上面）には、図７Ａに示すように、第１貫通孔７を含むコーナー部を除いた領域のほぼ全域を覆うように、導電体層３が形成されている。ＰＬＬＡフィルム２Ａの第２貫通孔８は、ＰＬＬＡフィルム２Ａの表面に形成された導電体層３によって覆われている。
ＰＬＬＡフィルム２Ａの表面（上面）には、図７Ａに示すように、第１貫通孔７を含むコーナー部を除いた領域のほぼ全域を覆うように、導電体層３が形成されている。ＰＬＬＡフィルム２Ａの第２貫通孔８は、ＰＬＬＡフィルム２Ａの表面に形成された導電体層３によって覆われている。
ＰＤＬＡフィルム２Ｂの表面（上面）には、図７Ｂに示すように、第２貫通孔８を含むコーナー部を除いた領域のほぼ全域を覆うように、導電体層３が形成されている。ＰＤＬＡフィルム２Ｂの第１貫通孔７は、ＰＤＬＡフィルム２Ｂ表面に形成された導電体層３によって覆われている。
圧電フィルム積層体１の最下層のＰＬＬＡフィルム２Ａの下面には、第２貫通孔８を含むコーナー部を除く領域のほぼ全域を覆うように、導電体層３が形成されている。最下層のＰＬＬＡフィルム２Ａの第１貫通孔７は、当該ＰＬＬＡフィルム２Ａの下面に形成された導電体層３によって覆われている。
圧電フィルム積層体１の最下層のＰＬＬＡフィルム２Ａの下面には、第２貫通孔８を含むコーナー部を除く領域のほぼ全域を覆うように、導電体層３が形成されている。最下層のＰＬＬＡフィルム２Ａの第１貫通孔７は、当該ＰＬＬＡフィルム２Ａの下面に形成された導電体層３によって覆われている。
圧電フィルム積層体１の最下層のＰＬＬＡフィルム２Ａの下面に形成された導電体層３を１層目の導電体層とし、他の導電体層３を、一層目の導電体層３に近いものから順に、２層目、３層目、４層目および５層目の導電体層３ということにする。１層目、３層目および５層目の導電体層（奇数層目の導電体層）３は、これらの導電体層３間の圧電フィルム２の第１貫通孔７を通る第１接続部材５によって電気的に接続されている。第１接続部材５は、１層目、３層目および５層目の導電体層３と一体的に形成されている。２層目および４層目の導電体層（偶数層目の導電体層）３は、これらの導電体層３間の圧電フィルム２の第２貫通孔８を通る第２接続部材６によって電気的に接続されている。この実施形態では、偶数層目の導電体層３間の圧電フィルム２の第２貫通孔８を通る第２接続部材６は、圧電フィルム積層体１の最下層の圧電フィルム２の第２貫通孔８内の第２接続部材６および圧電フィルム積層体１の最上層の圧電フィルム２の第２貫通孔８内の第２接続部材６にも電気的に接続されている。第２接続部材６は、２層目および４層目の導電体層３と一体的に形成されている。
なお、ＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとは、奇数層目の導電体層３と偶数番目の導電体層３との間に電圧を印可したときに逆圧電効果により変形する方向が一致するように、積層されている。言い換えれば、圧電フィルム積層体１を変形させたときに、隣り合うＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂの対向面に圧電効果により発生する電荷の符号が等しくなるように、両圧電フィルム２Ａ，２Ｂは積層されている。
図示されていないが、圧電フィルム積層体１の上面側または下面側には、奇数層目の導電体層３に電気的に接続される第１リード線の一端部が取り付けられる。また、圧電フィルム積層体１の上面側または下面側には、偶数層目の導電体層３に電気的に接続される第２リード線の一端部が取り付けられる。
この実施形態では、例えば、圧電フィルム積層体１の上面に配置されている導電体層３に第１リード線の一端部を接続し、圧電フィルム積層体１の上面側から最上層の圧電フィルム２Ｂの第２貫通孔８を貫通している第２接続部材６に第２リード線の一端部を接続することが可能である。また、この実施形態では、例えば、圧電フィルム積層体１の下面に配置されている導電体層３に第１リード線の一端部を接続し、圧電フィルム積層体１の下面側から最下層の圧電フィルム２Ａの第２貫通孔８を貫通している第２接続部材６に第２リード線の一端部を接続することが可能である。つまり、この実施形態では、第１リード線および第２リード線の一端部を、ともに圧電フィルム積層体１の上面側または下面側の一方面側に取り付けることができる。
この実施形態では、例えば、圧電フィルム積層体１の上面に配置されている導電体層３に第１リード線の一端部を接続し、圧電フィルム積層体１の上面側から最上層の圧電フィルム２Ｂの第２貫通孔８を貫通している第２接続部材６に第２リード線の一端部を接続することが可能である。また、この実施形態では、例えば、圧電フィルム積層体１の下面に配置されている導電体層３に第１リード線の一端部を接続し、圧電フィルム積層体１の下面側から最下層の圧電フィルム２Ａの第２貫通孔８を貫通している第２接続部材６に第２リード線の一端部を接続することが可能である。つまり、この実施形態では、第１リード線および第２リード線の一端部を、ともに圧電フィルム積層体１の上面側または下面側の一方面側に取り付けることができる。
なお、圧電フィルム積層体１の上面に配置されている導電体層３に第１リード線の一端部を接続し、圧電フィルム積層体１の下面側から最下層の圧電フィルム２Ａの第２貫通孔８を貫通している第２接続部材６に第２リード線の一端部を接続してもよい。また、圧電フィルム積層体１の下面に配置されている導電体層３に第１リード線の一端部を接続し、圧電フィルム積層体１の上面側から最上層の圧電フィルム２Ｂの第２貫通孔８を貫通している第２接続部材６に第２リード線の一端部を接続してもよい。
導電体層３は、樹脂組成物と導電性粒子とを含む導電性組成物からなる。樹脂組成物は、熱硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物であってもよい。熱硬化性樹脂組成物としては、例えば、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、アルキッド系樹脂、シリコン系樹脂等が用いられる。これらの熱硬化性樹脂組成物は、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。
熱可塑性樹脂組成物としては、例えば、ポリスチレン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ゴム系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂等が用いられる。これらの熱硬化性樹脂組成物は、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの樹脂組成物には、導電性粒子の他に、必要に応じて硬化促進剤、粘着性付与剤、酸化防止剤、顔料、染料、可塑剤、紫外線吸収剤、消泡剤、レベリング剤、充填剤、難燃剤、粘度調節剤等を添加することができる。
これらの樹脂組成物には、導電性粒子の他に、必要に応じて硬化促進剤、粘着性付与剤、酸化防止剤、顔料、染料、可塑剤、紫外線吸収剤、消泡剤、レベリング剤、充填剤、難燃剤、粘度調節剤等を添加することができる。
前述の熱硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物と導電性粒子とを含む導電性組成物として、例えば、導電性ペースト、導電性接着剤、導電性粘着剤等を使用することができる。すなわち、導電体層は、圧電フィルム積層体における圧電フィルムどうしを固着させるものであればよい。
導電性粒子としては、例えば、銀ナノ繊維、銅ナノ繊維、炭素繊維、酸化錫、アンチモンをドープした酸化錫（ＡＴＯ）、酸化インジウム、スズ（錫）をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、アンチモン酸亜鉛、五酸化アンチモン、カーボン粒子、銀粉、銅粉、ニッケル粉、ハンダ粉、アルミ粉や、銅粉に銀メッキを施した銀コートフィラーや、樹脂ボール、ガラスビーズ等に金属メッキを施したフィラー、またはこれらの混合体等、公知の導電性粒子を使用することができる。
導電性粒子としては、例えば、銀ナノ繊維、銅ナノ繊維、炭素繊維、酸化錫、アンチモンをドープした酸化錫（ＡＴＯ）、酸化インジウム、スズ（錫）をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、アンチモン酸亜鉛、五酸化アンチモン、カーボン粒子、銀粉、銅粉、ニッケル粉、ハンダ粉、アルミ粉や、銅粉に銀メッキを施した銀コートフィラーや、樹脂ボール、ガラスビーズ等に金属メッキを施したフィラー、またはこれらの混合体等、公知の導電性粒子を使用することができる。
導電性粒子の形状は特に限定されず、球状、扁平状、リン片状、デンドライト状、繊維状等から適宜選択することができる。
導電性粒子の平均粒子径は特に限定されないが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。導電性粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上であることが好ましい理由は、０．５μｍ未満では良好な導電性が得られないおそれがあるからである。導電性粒子の平均粒子径１５．０μｍ以下であることが好ましい理由は、導電体層３の厚さを薄くするためである。
導電性粒子の平均粒子径は特に限定されないが、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。導電性粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上であることが好ましい理由は、０．５μｍ未満では良好な導電性が得られないおそれがあるからである。導電性粒子の平均粒子径１５．０μｍ以下であることが好ましい理由は、導電体層３の厚さを薄くするためである。
導電性粒子の配合量は特に限定されないが、導電体層３の可撓性を確保するため、導電性組成物中１５質量％以上８０質量％以下が好ましい。
また、上記導電性粒子に、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）等のπ共役型有機化合物を加えると、導電体層の導電性を向上させることができる。
また、上記導電性粒子に、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）等のπ共役型有機化合物を加えると、導電体層の導電性を向上させることができる。
導電体層３の厚さは、０．５μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましい。導電体層３の厚さが０．５μｍ以上であることが好ましい理由は、０．５μｍ未満では良好な導電性が得られないおそれがあるからである。一方、導電体層３の厚さが２０．０μｍ以下であることが好ましい理由は、圧電フィルム積層体１の厚さを薄くするためである。
この実施形態では、導電体層３は、ポリエステル系樹脂からなる樹脂組成物と、銀コート銅粉からなる導電性粒子とを含む導電性接着剤からなる。この実施形態では、導電性粒子の平均粒子径は、５μｍである。また、この実施形態では、導電性粒子の配合量は導電性組成物中６０質量％である。また、導電体層３の厚さは、５μｍである。
この実施形態では、導電体層３は、ポリエステル系樹脂からなる樹脂組成物と、銀コート銅粉からなる導電性粒子とを含む導電性接着剤からなる。この実施形態では、導電性粒子の平均粒子径は、５μｍである。また、この実施形態では、導電性粒子の配合量は導電性組成物中６０質量％である。また、導電体層３の厚さは、５μｍである。
第１接続部材５および第２接続部材６を構成する材料は、導電体層３と電気的に接続することができる材料であればよい。このような材料としては、例えば導電体層３を形成する材料を使用することができる。
前記実施形態では、奇数層目の導電体層３どうしを、圧電フィルム積層体１の内部に設けられた第１接続部材５によって電気的に接続することができる。同様に、偶数層目の導電体層３どうしを、圧電フィルム積層体１の内部に設けられた第２接続部材６によって電気的に接続することができる。このため、圧電フィルム積層体１が屈曲した場合でも、互いに接続されるべき複数の導電体層３どうしを接続している接続部材５，６が剥がれにくくなる。
前記実施形態では、奇数層目の導電体層３どうしを、圧電フィルム積層体１の内部に設けられた第１接続部材５によって電気的に接続することができる。同様に、偶数層目の導電体層３どうしを、圧電フィルム積層体１の内部に設けられた第２接続部材６によって電気的に接続することができる。このため、圧電フィルム積層体１が屈曲した場合でも、互いに接続されるべき複数の導電体層３どうしを接続している接続部材５，６が剥がれにくくなる。
図５は、圧電フィルム積層体１の製造工程の一例を説明するための工程図である。
まず、圧電フィルム２を用意する(ステップＳ１)。つまり、複数のＰＬＬＡフィルム２Ａと、複数のＰＤＬＡフィルム２Ｂとを用意する。ＰＬＬＡフィルム２ＡおよびＰＤＬＡフィルム２Ｂの作成方法は、特許文献１等に記載された公知の方法を用いることができる。
まず、圧電フィルム２を用意する(ステップＳ１)。つまり、複数のＰＬＬＡフィルム２Ａと、複数のＰＤＬＡフィルム２Ｂとを用意する。ＰＬＬＡフィルム２ＡおよびＰＤＬＡフィルム２Ｂの作成方法は、特許文献１等に記載された公知の方法を用いることができる。
次に、各圧電フィルム２Ａ，２Ｂに、第１および第２貫通孔７，８を形成する(ステップＳ２：穴開け工程)。これにより、図６に示すような圧電フィルム２が得られる。
次に、フィルム転写またはスクリーン印刷によって、各圧電フィルム２の両貫通孔７，８内に導電性組成物を充填するとともに各圧電フィルム２の表面に導電体層３を形成する(ステップＳ３：導電体層形成工程)。
次に、フィルム転写またはスクリーン印刷によって、各圧電フィルム２の両貫通孔７，８内に導電性組成物を充填するとともに各圧電フィルム２の表面に導電体層３を形成する(ステップＳ３：導電体層形成工程)。
つまり、図７Ａに示すように、ＰＬＬＡフィルム２Ａの貫通孔７，８内に導電性組成物２２を充填するとともに、ＰＬＬＡフィルム２Ａの表面（図１の上面）に導電体層３を形成する。また、図７Ｂに示すように、ＰＤＬＡフィルム２Ｂの貫通孔７，８内に導電性組成物２２を充填するとともに、ＰＤＬＡフィルム２Ｂの表面（図１の上面）に導電体層３を形成する。また、圧電フィルム積層体の最下層となるＰＬＬＡフィルム２Ａの下面には、図７Ｂに示されるパターンと同様なパターン（第１貫通孔７を覆うが第２貫通孔８を覆わないパターン）の導電体層３を形成する。
ＰＬＬＡフィルム２ＡおよびＰＤＬＡフィルム２Ｂの第１貫通孔７に充填された導電性組成物２２は、第１接続部材５を形成するための素材であり、これらのフィルム２Ａ，２Ｂの第２貫通孔８に充填された導電性組成物２２は、第２接続部材６を形成するための素材である。
フィルム転写によって導電体層３を形成する場合には、図９に示すように、離型フィルム２１の表面に導電性接着剤層（導電性組成物層）２２がパターン印刷された転写フィルム２３を使用する。このような転写フィルム２３は、例えば、片面に離型処理が施された離型フィルムの表面に、樹脂組成物と導電性粒子と溶媒とを含む組成物をパターン印刷した後、溶媒を乾燥させることにより作成される。
フィルム転写によって導電体層３を形成する場合には、図９に示すように、離型フィルム２１の表面に導電性接着剤層（導電性組成物層）２２がパターン印刷された転写フィルム２３を使用する。このような転写フィルム２３は、例えば、片面に離型処理が施された離型フィルムの表面に、樹脂組成物と導電性粒子と溶媒とを含む組成物をパターン印刷した後、溶媒を乾燥させることにより作成される。
転写フィルム２３を圧電フィルム２（ＰＤＬＡフィルム２Ｂ）の表面上に載せ、熱プレスした後、離型フィルム２１を剥がす。これにより、圧電フィルム２の２つの貫通孔７，８内に導電性組成物２２が充填されるとともに、圧電フィルム２の表面上に導電体層３が形成される。
スクリーン印刷によって導電体層３を形成する場合には、図１０に示すように、圧電フィルム２（ＰＤＬＡフィルム２Ｂ）の表面上にスクリーン印刷版２４を配置し、スクリーン印刷版２４上に導電性組成物２２を載せる。そして、図示しないスキージをスクリーン印刷版２４に押し当てて移動させる。これにより、導電性組成物２２がスクリーン印刷版２４のレジストのない部分を通過して、圧電フィルム２の表面に押し出される。これにより、圧電フィルム２の２つの貫通孔７，８内に導電性組成物２２が充填されるとともに、圧電フィルム２の表面上に導電体層３が形成される。
スクリーン印刷によって導電体層３を形成する場合には、図１０に示すように、圧電フィルム２（ＰＤＬＡフィルム２Ｂ）の表面上にスクリーン印刷版２４を配置し、スクリーン印刷版２４上に導電性組成物２２を載せる。そして、図示しないスキージをスクリーン印刷版２４に押し当てて移動させる。これにより、導電性組成物２２がスクリーン印刷版２４のレジストのない部分を通過して、圧電フィルム２の表面に押し出される。これにより、圧電フィルム２の２つの貫通孔７，８内に導電性組成物２２が充填されるとともに、圧電フィルム２の表面上に導電体層３が形成される。
このようにして、各ＰＬＬＡフィルム２Ａと各ＰＤＬＡフィルム２Ｂに導電体層３が形成された後、図８に示すように、ＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとを、交互にかつ平面視において対応する貫通孔７，８が整合するよう積み重ねる(ステップＳ４：積層工程)。
そして、ＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとの積層体に対して熱プレスを行う(ステップＳ５：熱プレス工程)。これにより、積層工程によって交互に積層されたＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとが接合される。また、奇数層目の導電体層３どうしが、第１貫通孔７に充填されている導電性組成物２２（第１接続部材５）によって電気的に接続されるとともに、偶数層目の導電体層３どうしが、第２貫通孔８に充填されている導電性組成物２２（第２接続部材６）によって電気的に接続される。つまり、図１〜図４に示されるような圧電フィルム積層体１が得られる。
そして、ＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとの積層体に対して熱プレスを行う(ステップＳ５：熱プレス工程)。これにより、積層工程によって交互に積層されたＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとが接合される。また、奇数層目の導電体層３どうしが、第１貫通孔７に充填されている導電性組成物２２（第１接続部材５）によって電気的に接続されるとともに、偶数層目の導電体層３どうしが、第２貫通孔８に充填されている導電性組成物２２（第２接続部材６）によって電気的に接続される。つまり、図１〜図４に示されるような圧電フィルム積層体１が得られる。
なお、ステップＳ３の導電体層形成工程によって、ＰＬＬＡフィルム２ＡおよびＰＤＬＡフィルム２Ｂの貫通孔７，８内に導電性組成物が充分に充填されない場合には、ステップＳ３の工程後に、これらのフィルム２Ａ，２Ｂの貫通孔７，８内に、導電性組成物（例えば導電性ペースト）を補充するようにしてもよい。または、ステップＳ３の工程前に、フィルム２Ａ，２Ｂの貫通孔７，８内に、導電性組成物（例えば導電性ペースト）を充填するようにしてもよい。
圧電フィルム２の連続体から、第１および第２貫通孔７，８と導電体層３とが形成された圧電フィルム２を連続的に製造することも可能である。図１１は、ＰＬＬＡフィルム２Ａの連続体から、第１および第２貫通孔７，８と導電体層３とが形成されたＰＬＬＡフィルム２Ａを連続的に製造する方法を説明するための説明図である。
ＰＬＬＡフィルム２Ａの連続体（以下、「ＰＬＬＡフィルム連続体４０」という。）が巻き付けられた送出ロール３１から、ＰＬＬＡフィルム連続体４０が送り出される。送出ロール３１から送り出されたＰＬＬＡフィルム連続体４０に対して、穴開け装置３２によって所定長さ間隔おきに貫通孔７，８が開けられる。穴開け装置３２は、例えば、ＰＬＬＡフィルム連続体４０を挟んで配置された一対の穴開けロールを含んでいる。図１１には一方の穴開けロールのみが図示されている。各穴開けロールの表面には凹凸が形成されており、各穴開けロール間にＰＬＬＡフィルム連続体４０が挟まれている状態で、両穴開けロールの凹凸を相互に噛み合わせて、ＰＬＬＡフィルム連続体４０に貫通孔７，８を形成する。
ＰＬＬＡフィルム２Ａの連続体（以下、「ＰＬＬＡフィルム連続体４０」という。）が巻き付けられた送出ロール３１から、ＰＬＬＡフィルム連続体４０が送り出される。送出ロール３１から送り出されたＰＬＬＡフィルム連続体４０に対して、穴開け装置３２によって所定長さ間隔おきに貫通孔７，８が開けられる。穴開け装置３２は、例えば、ＰＬＬＡフィルム連続体４０を挟んで配置された一対の穴開けロールを含んでいる。図１１には一方の穴開けロールのみが図示されている。各穴開けロールの表面には凹凸が形成されており、各穴開けロール間にＰＬＬＡフィルム連続体４０が挟まれている状態で、両穴開けロールの凹凸を相互に噛み合わせて、ＰＬＬＡフィルム連続体４０に貫通孔７，８を形成する。
貫通孔７，８が開けられたＰＬＬＡフィルム連続体４０は、フィルム転写装置３３が配置されたフィルム転写部に搬送される。フィルム転写装置３３は、送出ロール３４と、巻取ロール３５と、一対のガイドロール３６，３７と、一対の加熱ロール３８，３９とを含んでいる。送出ロール３４には、前述した転写フィルム２３の連続体（以下、「転写フィルム連続体５０」という。）が巻き付けられている。送出ロール３４から転写フィルム連続体５０が送り出され、ガイドロール３６，３７によって、ＰＬＬＡフィルム連続体４０の表面に沿うように搬送される。
一対の加熱ロール３８，３９は、一対のガイドロール３６，３７の間において、ＰＬＬＡフィルム連続体４０および転写フィルム連続体５０を挟む配置で配置されている。これらの加熱ロール３８，３９によって、ＰＬＬＡフィルム連続体４０に転写フィルム連続体５０が押圧された状態で加熱されることにより、ＰＬＬＡフィルム連続体４０の表面に転写フィルム連続体５０における１パターン分の導電性組成物層２２が熱プレス転写される。これにより、ＰＬＬＡフィルム連続体４０の表面に導電体層３が形成される。この後、転写フィルム連続体５０の離型フィルム２１は自動的に剥がれ、巻取ロール３５に巻き取られる。このような動作が繰り返されることにより、貫通孔７，８と導電体層３とを有する複数のＰＬＬＡフィルム２Ａの連続体が製造される。この連続体を所定長さ毎に切断することにより、貫通孔７，８と導電体層３とを有する複数のＰＬＬＡフィルム２Ａが得られる。
貫通孔７，８と導電体層３とが形成されたＰＤＬＡフィルム２Ｂも、同様な方法によって連続的に製造することが可能である。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。前述の実施形態では、圧電フィルム２の積層数は４層であるが、圧電フィルム２の積層数は２層以上であれば、任意に設定することができる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。前述の実施形態では、圧電フィルム２の積層数は４層であるが、圧電フィルム２の積層数は２層以上であれば、任意に設定することができる。
また、前述の実施形態では、圧電フィルム積層体１は、ＰＬＬＡフィルム２ＡとＰＤＬＡフィルム２Ｂとを圧電フィルム２として含んでいる。しかし、圧電フィルム積層体１に含まれる全ての圧電フィルム２が同じ種類の圧電フィルムであってもよい。例えば、圧電フィルム積層体１に含まれる全ての圧電フィルム２がＰＬＬＡフィルムであってもよいし、ＰＤＬＡフィルムであってもよい。また、圧電フィルムの材料としては、圧電効果を有する材料であればよく、発泡ポリエチレン（発泡ＰＥ）、ポリフッ化ビニデン（ＰＶＤＦ）等の公知の素材を用いることができる。
圧電フィルム積層体１に含まれる全ての圧電フィルム２が同じ種類の圧電フィルムである場合においても、各圧電フィルム２は、奇数層目の導電体層３と偶数番目の導電体層３との間に電圧を印可したときに逆圧電効果により変形する方向が一致するように、積層される。言い換えれば、圧電フィルム積層体１を変形させたときに、隣り合う圧電フィルム２の対向面に圧電効果により発生する電荷の符号が等しくなるように、各圧電フィルム２が積層される。
なお、圧電フィルム積層体１に含まれる全ての圧電フィルム２がＰＬＬＡフィルムである場合またはＰＤＬＡフィルムである場合には、奇数層目の圧電フィルムの組および偶数層目の圧電フィルムの組のうちの一方の組の圧電フィルムに対して、他方の組の圧電フィルムは表裏反転させた後９０度回転させて配置させればよい。
また、隣り合う２つの圧電フィルム２間に配置される導電体層３は、図１２に示すように、これらの２つの圧電フィルム２の対向する表面にそれぞれ形成された厚さ方向にのみ導電性を有する２つの異方性導電体層３ａ，３ｃと、これらの異方性導電体層３ａ，３ｃの間に形成された等方性導電体層３ｂとから構成されていてもよい。図１２では、全ての導電体層３が、厚さ方向にのみ導電性を有する２つの異方性導電体層３ａ，３ｃと、これらの異方性導電体層間３ａ，３ｃに形成された等方性導電体層３ｂとから構成されている例を示している。
また、隣り合う２つの圧電フィルム２間に配置される導電体層３は、図１２に示すように、これらの２つの圧電フィルム２の対向する表面にそれぞれ形成された厚さ方向にのみ導電性を有する２つの異方性導電体層３ａ，３ｃと、これらの異方性導電体層３ａ，３ｃの間に形成された等方性導電体層３ｂとから構成されていてもよい。図１２では、全ての導電体層３が、厚さ方向にのみ導電性を有する２つの異方性導電体層３ａ，３ｃと、これらの異方性導電体層間３ａ，３ｃに形成された等方性導電体層３ｂとから構成されている例を示している。
導電体層３をこのような構造にした場合には、圧電効果によって圧電フィルム２の上面または下面に発生した電荷は、異方性導電層３ａ，３ｃによって等方性導電層３ｂに効率よく集められ、等方性導電層３ｂを介して外部に取り出される。このため、集電効率を高めることができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
１…圧電フィルム積層体
２…圧電フィルム
２Ａ…ＰＬＬＡフィルム
２Ｂ…ＰＤＬＡフィルム
３…導電体層
３ａ，３ｃ…異方性導電体層
３ｂ…等方性導電体層
５…第１接続部材
６…第２接続部材
７，８…貫通孔
２…圧電フィルム
２Ａ…ＰＬＬＡフィルム
２Ｂ…ＰＤＬＡフィルム
３…導電体層
３ａ，３ｃ…異方性導電体層
３ｂ…等方性導電体層
５…第１接続部材
６…第２接続部材
７，８…貫通孔
Claims (11)
- 圧電フィルムと導電体層とが交互に積層されてなる圧電フィルム積層体であって、
前記圧電フィルム積層体の一方の表面に最も近い導電体層を１層目の導電体層として、前記圧電フィルム積層体に含まれている複数の導電体層を奇数層目の導電体層と偶数層目の導電体層とに分けたときに、奇数層目の導電体層どうしが、それらの導電体層間の圧電フィルムを貫通しかつ偶数層目の導電体層には電気的に接続されていない第１接続部材によって電気的に接続され、偶数層目の導電体層どうしが、それらの導電体層間の圧電フィルムを貫通しかつ奇数層目の導電体層には電気的に接続されていない第２接続部材によって電気的に接続されており、
隣り合う２つの圧電フィルム間に配置される前記導電体層が、これらの２つの圧電フィルムの対向する表面にそれぞれ形成された厚さ方向にのみ導電性を有する２つの異方性導電体層と、これらの異方性導電体層間に形成された等方性導電体層とから構成されている、圧電フィルム積層体。 - 前記圧電フィルム積層体を変形させたときに、隣り合う２つの圧電フィルムの対向する表面にそれぞれ生じる電荷の符号が等しい、請求項１に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記導電体層が、樹脂組成物と導電性粒子とを含む導電性組成物である、請求項１または２に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記導電体層の厚さが、０．５μｍ以上２０．０μｍ以下である、請求項３に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記導電性粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である、請求項３または４に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記導電体層における前記導電性粒子の含有量が、前記導電性組成物中１５質量％以上８０質量％以下である、請求項３〜５のいずれか一項に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記圧電フィルム積層体は、ポリ−Ｌ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＬＬＡフィルムと、ポリ−Ｄ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＤＬＡフィルムとを、前記圧電フィルムとして含んでおり、前記ＰＬＬＡフィルムと前記ＰＤＬＡフィルムとが交互に配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記圧電フィルムが、ポリ−Ｌ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＬＬＡフィルムである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記圧電フィルムが、ポリ−Ｄ−乳酸を主たる成分とする樹脂からなるＰＤＬＡフィルムである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電フィルム積層体。
- 前記圧電フィルムの厚さが、２μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電フィルム積層体。
- 第１および第２貫通孔を有しかつ積層されるべき複数の圧電フィルムであって、積層された場合に最下層または最上層となる圧電フィルムのいずれか一方を基準として、奇数番目となる複数の第１圧電フィルムと偶数番目となる複数の第２圧電フィルムとを含む複数の圧電フィルムを用意する工程と、
前記各圧電フィルムの前記第１および第２貫通孔内に導電性組成物を充填するとともに、前記各第１圧電フィルムの上面および下面のうちの所定の一方の表面の前記第１貫通孔を含む所定の領域を除いた領域に、前記第２貫通孔を覆う第１導電体層を形成し、前記各第２圧電フィルムの上面および下面のうちの前記所定の一方の表面の前記第２貫通孔を含む所定の領域を除いた領域に、前記第１貫通孔を覆う第２導電体層を形成する工程と、
前記第１圧電フィルムと前記第２圧電フィルムとを、交互にかつ平面視において前記第１貫通孔どうしおよび前記第２貫通孔どうしが整合するよう積み重ねる工程と、
前記第１圧電フィルムと前記第２圧電フィルムとの積層体に対して熱プレスを行う工程とを含む、圧電フィルム積層体の製造方法。
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