JPH01112785A - 複合圧電体膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は圧電性高分子中に圧電性セラミックス粉末を
分散させてなる複合圧電体膜の製造方法、特にその薄膜
化技術の改良に関するものである。

Ｂ１発明の概要 この発明は有機溶媒中に圧電性エラストマ、導伝性セラ
ミックス粉末及びカーボンブラックを溶解又は分散させ
てなるスラリー状の混合物を基体上にスクリーン印刷の
手法で塗布して膜厚の薄いしかも圧電定数ｄ３１の高い
複合圧電体膜を製造するようにしたものである。

Ｃ１従来の技術 圧電体材料は種々の機器に組込んで使用する必要から、
成形性が良く、しかも圧電定数ｄ３＋の高いことが望ま
しい。圧電体材料には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ０＋）や
Ｐ　Ｚ　Ｔ　（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏｓ　）などの圧電
性セラミクスと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に
代表される圧電性高分子とがある。前者は圧電定数ｄ３
１は高いが、硬くて脆いのに対し、後者は成形性は良い
が、圧電定数ｄ３１は低い。そこで、近年、成形性と圧
電定数ｄ３１の両方を満足させる圧電体材料として、圧
電性高分子をマトリックスとし、これに圧電性セラミク
ス粉末を混練してなる複合圧電体材料が研究されている
。

ところで、圧電体の変位量は印加された電圧ではなく印
加された電界に比例（圧電体の厚さに反比例）する。例
えばＩＯＶの電圧を厚さ１００μｍと５０μｍの２つの
圧電体に作用させると、厚さ５０μｍの圧電体の変位量
は厚さ１００μｍの圧電体の変位量の２倍となる。従っ
て、複合圧電体材料は、イヤホーン、スピーカー、メモ
リー、無接点キーボード、高話電率シート、ベーパート
ランス、バイモルフポンプ、分ｌｌ！ｔｌｌＵなど、各
種の応用面を考えると薄膜にして使用するのが好ましい
。そこで、最近では熱プレス、熱ロール等による複合圧
電体膜の薄膜化技術の研究がされている。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 熱プレス、熱ロール等により複合圧電体膜の薄膜を製造
する場合、膜厚１００μｍ程度までは薄膜を熱プレス等
から取り出したままの状態（平板状）でそのまま放冷し
て平坦な複合圧電体膜を得ることができるが、膜厚４０
〜５０μｍ以下にすると、薄膜を熱プレス等から取り出
して放冷する際に膜全体が収縮等によって波打ってしま
い、平坦な複合圧電体膜を得ることができないという問
題点かあフた。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、薄くしかも圧電定数ｄ３１の高い平坦な複合圧電
体膜を簡単に製造することができる方法を得ることを目
的とするものである。

Ｅ１問題点を解決するための手段 この発明に係る複合圧電体膜の製造方法は、圧電性エラ
ストマと、圧電性セラミックス粉末と、３．５〜４．０
重量部（以下ｐｈｒという）のカーボンブラックと、有
機溶媒とからなるスラリー状の混合物を基体上にスクリ
ーン印刷で所定の厚さに膜状に塗布し、乾燥させてなる
ことにより上記問題点を解決したものである。

ここで、前記圧電性セラミックス粉末としてはＰＺＴ粉
末を使用することができ、ＰＺＴ粉末を使用する場合、
その平均粒径は０．２〜５μｍ、混合量は７０〜９０ｗ
ｔ％とするのが好ましい。ＰＺＴ粉末の平均粒径を０．
２〜５μｍとしたのは、平均粒径が５μｍを超えると混
合物の薄膜化が困難になるからである。また、ＰＺＴ粉
末の混合量を７０〜９０ｗｔ％としたのは、７０ｗｔ％
より少ないと得られた薄膜の圧電定数６３１、比誘電率
ε、がともに低くなり過ぎ、９０ｗｔ％を超えると混合
の際にＰＺＴ粉来が二次凝固を生じて混合物が０．５〜
１　ｍｌ１１程度の塊状の固まりになり、製膜性が著し
く悪くなるからである。

前記カーボンブラックの混合量を３．５〜４．０ｐｈｒ
としたのは、４．０ｐｈｒを超えて混合すると得られた
薄膜が導通してしまい、圧電体形成に必要な１ＯｋＶ／
ｍｒｎという電界がかからなくなるからである。

前記圧電性エラストマは圧電性プラストマに比べ溶媒に
比較的高濃度で溶解するので粘度コントロールに都合が
よい。エラストマとしてはエピクロルヒドリンを使用す
ることができる。また、有機溶媒としてはトルエンを使
用することができる。

この発明ではスラリー状の混合物をスクリーン印刷の技
術を用いて製膜用の基体の上に塗布する。１回塗布した
後、重ねて２回、３回と塗布した方が、圧電体膜として
は厚くなるが、海鳥構造が抑えられるという利点がある
。混合物を塗布する基体としてはガラス、金属、セラミ
ックス、プラスチックスを問わない。また、基体の表面
は滑らかでも、サンドペーパー等で物理的に荒らされて
いても、又エツチング等で化学的に荒らされていてもよ
い。

Ｆ、実施例 実施例１ 圧電性エラストマとしてエピクロルヒドリン（エピクロ
マ；大阪ソーダ■製）を、有機溶媒としてトルエンを、
圧電性セラミックスとしてはＰＺＴ　（ＰＥ−６０Ａ　
；富士チタン採製）を、カーボンブラックとして平均粒
径３０μｌの（ＥＣＸ；ライオンアクゾ■製）を使用し
た。

エピクロルヒドリンのトルエン溶液はエピクロルヒドリ
ンの濃度が２０ｗｔ％より多くなると溶液の粘度が上が
り、製膜時の作業性が悪くなり、濃度が２０ｗｔ％より
少なくなると溶液の粘度が下がり、基体の上で溶媒（ト
ルエン）を蒸発させた後に海島状になってしまう。そこ
で、エピクロルヒドリンの濃度は２０ｗｔ％とじた。こ
のときの溶液の粘度は２００〜８００ｃ、Ｐ、であ゛る
。

ＰＺＴは最終的に製造された複合圧電体膜において最大
９０ｗｔ％となるように配合比を決めた。

カーボンブラックはエピクロルヒドリンに対し３．５〜
４　ｐｈｒとなるようにした。

この３成分を混合し、よく攪拌してスラリー状の混合物
を形成させた。

電子部品で大面積の電極として用いられる材質としては
ＡＩかＡｇがほとんどである（Ｃｕは腐食するので用い
られない。）。また、同じ金属（Ａｇ）でも形態が異な
るもの（蒸着、ペースト）がある。そこで、材質・形態
の違いによって特性に差が出るか否かを調べるため、こ
の混合物をアルミフォイル上及び電極蒸着したマイラー
上または銀ペーストを塗布したガラス板上にスクリーン
を用いて膜状に塗布した。

上記のスラリー状の混合物を基体に２回ないし４回塗布
し、１５０℃で３０分間放置し、溶媒乾燥を行った。

乾燥後１００℃のピンチロールを通し海島構造をつぶし
た。

このようにして製造した複合圧電体膜は１０〜４０μｍ
と極めて薄いので、圧電定数ｄ３１の測定は困難である
。ところで、複合圧電体の圧電定数ｄ３１は第１図に示
すように比誘電率ε、の大きいものほど大きい。そこで
、比誘電率ε、より圧電定数６３１を推定することとし
た。比誘電率ε、は次のようにして測定した すなわち、得られた複合圧電体膜の表面に電極を蒸着に
よって形成し、この電極と基体の電極より端子を取り出
し、比誘電率ε、を測定した。測定の結果を第１表に示
す。この第１表の比誘電率ε、　２２８，２３０，２３
９の結果と第１図とから、膜厚３０μｍ以下のもので圧
電定数ｄ３１が約５０×１０−”Ｃ／Ｈのものが得られ
た。

第１表 ＊１．１Ｍ０ｃｍ以下で導通 実施例２ ＰＺＴ粉末の混合量を８０ｗｔ％とした以外は上記実施
例１と同様とした。膜厚、比誘電率ε、は第２表に示す
通りとなった。

実施例３ ＰＺＴ粉末の混合量を７０＊ｔ％とした以外は上記実施
例１と同様とした。膜厚、比誘電率ε、は第３表に示す
通りとなった。

第２表 第３表 Ｇ９発明の効果 この発明は以上説明したとおり、有機溶媒中に圧電性エ
ラストマ、圧電性セラミックス粉末及びカーボンブラッ
クを溶解又は分散させてなるスラリー状の混合物を基体
上にスクリーン印刷の手法で薄く塗布して複合圧電体膜
を製造するので、膜厚が薄くしかも圧電定数ｄ３１の高
い大面積の複合圧電体膜を簡単に製造することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電性複合体膜の比誘電率ε、と圧電定数ｄ３
１との関係を示すグラフである。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第１図 北＃電手と。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電性エラストマと、圧電性セラミックス粉末と
   、圧電性エラストマに対して３．５〜４．０重量部のカ
   ーボンブラックと、有機溶媒とからなるスラリー状の混
   合物を基体上にスクリーン印刷で所定の厚さで膜状に塗
   布し、乾燥させてなることを特徴とする複合圧電体膜の
   製造方法。
2. （２）前記圧電性セラミックス粉末の粒径が０．２μｍ
   〜５μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の複合圧電体膜の製造方法。
3. （３）前記圧電性セラミックス粉末がチタン酸ジルコン
   酸鉛（以下、ＰＺＴという。）粉末であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の複合圧電体膜の製造
   方法。
4. （４）前記圧電性エラストマがエピクロルヒドリンであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の複合
   圧電体膜の製造方法。
5. （５）前記基体上に塗布された混合物の厚さが２０μｍ
   〜２２μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の複合圧電体膜の製造方法。