JP6713664B2 - β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明にかかる第3の態様は、前記第1電極及び前記第2電極は、複数の金属ワイヤを束ねて形成されており、前記第1電極及び第2電極の直径は500μm以下であることを特徴とする第1の態様の圧電センサにある。
また、本発明に係る第8の態様は、前記第1電極及び前記第2電極は、複数の金属ワイヤを束ねて形成されており、前記第1電極及び第2電極の直径は500μm以下であることを特徴とする第4〜6の態様の何れかの圧電センサの製造方法にある。
(β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ)
図1は、本発明の実施形態にかかるβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの構造を模式的に示す斜視図である。図示するように、β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ(以下、「PVDFセンサ1」という)は、β型ポリフッ化ビニリデン膜(以下、「PVDF膜10」という)と、互いに離間して配設される第1電極20aと第2電極20bを含むものである。PVDFセンサ1は、密着性の問題が生じる基材を用いることなく、柔軟性を有する第1電極20aと第2電極20bによりPVDF膜10が支持される構造を備えているため、PVDF膜10の特長である柔軟性を阻害することなく、センサ全体としても柔軟性に優れるものである。
体積空隙率(%)=((真のPVDFの質量−みかけのPVDFの質量)/真のPVDFの質量)×100 ・・・(1)
図2は、β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法を説明するための図であり、(a)は基材上に電極を配置した状態を示す正面図及びそのA−A′線断面図であり、(b)はβ型ポリフッ化ビニリデン膜中に電極を配設した状態を示す正面図及びそのB−B′線断面図であり、(c)は基材からβ型ポリフッ化ビニリデン膜を剥した状態を示す正面図及びそのC−C′線断面図である。なお、各断面図において、後述する1対の台座40a,40bは省略してある。
塗布液の形成工程は、ポリフッ化ビニリデンと、ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程である。具体的には、所定の水溶性極性溶媒と所定の有機溶媒に、ポリフッ化ビニリデン粉を溶解して、ポリフッ化ビニリデンを含む塗布液を調製する。
(実施例1)
実施例1では、上述したPVDFセンサ1とは異なる製法で、2本の電極を内部に配設したPVDF膜を具備するPVDFセンサを作製した。まず、ヘキサメチルリン酸トリアミド(以下「HMPA」という)とアセトン(純度>99.5%)からなる混合溶液(HMPA:アセトン=3:4)に、β型ポリフッ化ビニリデン(以下「PVDF」という)の原料であるα型のPVDF粉末(Polysciences社製)を、混合溶液の総質量に対して、14wt%となるように加え、PVDF粉末が溶解するまで、40℃で60分間撹拌を行い、均一なPVDFを含有する塗布液(14wt%PVDF液)を得た。
実施例2では、上述したPVDFセンサ1の電極を3本(第1電極〜第3電極)にしたPVDFセンサを作製した。まず、実施例1と同様にして、HMPAとアセトンからなる混合溶液(体積%比50:50)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、混合溶液の総質量に対して、10wt%となるように加え、PVDF粉末が溶解するまで、混練器で30分撹拌を行い、均一なPVDFを含有する塗布液(10wt%PVDF液)を得た。
実施例1のPVDFセンサ及び実施例2のPVDFセンサの積層体(積層センサ)について、タッピング試験を行った。具体的には、各PVDFセンサをビニル袋に入れ、その上から指で軽くタッピングしたときの電気信号の受信の有無を確認した。ここで、積層センサは、実施例2で得られたPVDFセンサを2つ用意し、これらを重ね合わせて圧着することで得られたPVDFセンサの積層体である。かかる積層センサは、上段のPVDF膜内に配設された3本のAgめっき糸を一方の共通電極とし、下段のPVDF膜内に配設された3本のAgめっき糸を他方の共通電極とした。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、β型ポリフッ化ビニリデン膜を圧電体膜として圧力センサに適用したが、圧力センサ以外でも、圧電式水素センサ、超音波センサ、加速度センサ、振動センサ及び衝撃センサ等の各種センサに広く適用することができる。また、回路及びソフトウエア等の情報処理デバイスや、アクチュエータ及びトランスデューサ等の出力デバイス等にも用いることができる。更に、血流センサ、触角センサ等の低侵襲手術用センサ等の各種生体センサ等にも用いることができる。
10,11,12,13 PVDF膜
20a,21a〜21d,23a,24a〜24d 第1電極
20b,22a〜22d,23b,25a〜25d 第2電極
30 基材
40a,40b 台座
Claims (8)
- β型ポリフッ化ビニリデン膜と、
前記β型ポリフッ化ビニリデン膜中に、互いに離間して配設される第1電極及び第2電極と
を含み、
前記第1電極及び前記第2電極は、糸状に形成されたものであり、
前記第1電極と前記第2電極との離間距離は、50μm以上、500μm以下である
ことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ。 - 前記第1電極及び前記第2電極は、
合成繊維に金属めっきを施した金属めっき線のモノフィラメント又は撚糸で形成されており、前記第1電極及び第2電極の直径は1デニール以上、100デニール以下であることを特徴とする請求項1記載の圧電センサ。 - 前記第1電極及び前記第2電極は、複数の金属ワイヤを束ねて形成されており、前記第1電極及び第2電極の直径は500μm以下であることを特徴とする請求項1記載の圧電センサ。
- ポリフッ化ビニリデンと、前記ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、
得られた塗布液から形成されるβ型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜中に第1電極及び第2電極が配設されるように前記塗布膜を形成する工程と、
形成した塗布膜を乾燥する工程と、
乾燥した塗布膜を水洗する工程と
を含み、
前記第1電極及び前記第2電極は、糸状に形成されたものであり、
前記塗布膜を形成する工程では、前記第1電極と前記第2電極との離間距離を100μm以上、500μm以下とする
ことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法。 - ポリフッ化ビニリデンと、前記ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、
基材上に第1電極及び第2電極を互いに離間して配設する工程と、
得られた塗布液から形成されるβ型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜中に前記第1電極及び前記第2電極が配設されるように前記塗布膜を形成する工程と、
形成した塗布膜を乾燥する工程と、
乾燥した塗布膜を水洗して前記基材から前記塗布膜を剥離する工程と
を含み、
前記第1電極及び前記第2電極は、糸状に形成されたものであり、
前記塗布膜を形成する工程では、前記第1電極と前記第2電極との離間距離を100μm以上、500μm以下とする
ことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法。 - 前記基材は、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネートの何れかを含むことを特徴とする請求項5に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法。
- 前記第1電極及び前記第2電極は、
合成繊維に金属めっきを施した金属めっき線のモノフィラメント又は撚糸で形成されており、前記第1電極及び第2電極の直径は1デニール以上、100デニール以下であることを特徴とする請求項4〜6の何れか一項に記載の圧電センサの製造方法。 - 前記第1電極及び前記第2電極は、複数の金属ワイヤを束ねて形成されており、前記第1電極及び第2電極の直径は500μm以下であることを特徴とする請求項4〜6の何れか一項に記載の圧電センサの製造方法。
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