JPS58145178A - 高分子複合圧電体 - Google Patents

高分子複合圧電体

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JPS58145178A
JPS58145178A JP57028399A JP2839982A JPS58145178A JP S58145178 A JPS58145178 A JP S58145178A JP 57028399 A JP57028399 A JP 57028399A JP 2839982 A JP2839982 A JP 2839982A JP S58145178 A JPS58145178 A JP S58145178A
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carbon black
rubber
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polymer
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JP57028399A
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Iwao Seo
瀬尾 巖
Tomonobu Tomita
冨田 知伸
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Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
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Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/852Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity

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】 本発明は高分子物質と強誘電体セラミックス微粒子の複
合体に1導電性カーボンブラツクを少量添加することに
よって潰れた可撓性と成形加工性を有し、かつ高周波域
においても攪れた誘電特性と圧電性ff:tね備えた高
分子複合圧電体に関するものである。
従来、圧電性は対称中心を持たない結晶体がもつ特性と
して良く知られており、水晶、ロッシェル塩、ジルコン
改チタン酸鉛等の無機圧1体が実際によく利用されてい
る。しかしこれらの圧電体はoT4性に乏しいために曲
面等に賦形することが極めて困難である他、成形加工が
困難でろるために薄い圧電体ft#ることも困−であっ
た。更に音響インピーダンスが大きいことから超音波発
振子として用いた場合に共振エコーが多く、信号が不鮮
明になる等の大きな欠点ヲ打していた。
一方、ある槌の高分子材料、例えばセルロースや蛋白質
のような天然配向萬分子、ボlff−メチルーL−グル
タメイト合成高分子の延伸フィルム等においても圧電性
の任在が認められており、これとは別に幾つかの合成高
分子のエレクトレット、例えばポリ弗化ビニル樹脂、ポ
リ弗化ビニリデン樹刀旨、ポリアクリロニトリルIll
刀Lポリカーボネート樹脂等のフィルムを軟化一度近く
で数倍に延伸した後、高邂界下で熱エレクトレット化し
て得たものは圧電性を有することが知られているこれら
の方法によって得られたM機圧電体はq−m性や成形カ
ロエ性に優れ、かつ音響インピーダンスが小さいために
共振エコーが少なく、明瞭な信号が得られる特長r有す
るが、延伸処理を行っているため圧11L4に異方性が
1ハかつ#を半が小さいことから電気インピーダンスが
大きくなり、発振子としては不適当であった。
これらの欠点を改良したものとして@誘電体セラミック
ス倣粒子を高分子マトリックスに分散混合した高分子複
合圧1体が知られている。例えば特開昭54−5598
号公報に記載されたものがある。
この高分子複合圧電体はM、機工゛亀体に比較すれば誘
−率が非常に大きいために′イス回路との電気的マツチ
ングが取シ易く、比較的低い電圧で振動子を駆動できる
特長を有している。しかしながら無機圧電体に比較すれ
ば禾だその誘vIL率は小さく、Of@性、成形加工性
、低音響インピーダンス等を損なうことなく誘電率並び
に圧電4ft増大させることが望まれていた。
誘電4−全増大させて電気インピーダンスを改良するた
めにめる橿のイオン性物質を添加することも試みられた
が、この方法では4′鴫率が増大するのは低周V域のみ
で、数IQ k HZ乃至数1(IMH2の高周波域に
おける誘′区特注を改良することはできなかった。
本発明者は、導電性カーボンブラックを絶縁体中に分散
させると絶縁体の誘電率が増加することに注目し、%種
の圧電体について検討を行った結果、カーボンブラック
の分散性に優れるゴムを含有する高分子複合圧電体と組
み合せることによって、圧電体のもつ可撓性、成形加工
性、低音響インピーダンス特性等を殆んど損なうことな
く誘電率を増大せしめることができ、同時に圧電率をも
増大させる効果のあることを見い出し、本発明を完成す
るに到った。
従ってこの発明の目的はに米の無機圧電体および有機圧
電体の欠点を排除し、愛れた可撓性、成形加工性、低音
響インピーダンスt4fL、面方向には圧電率に異方性
のないこと等を保持したまま高周波域においても高い誘
電率と愛れた圧′を単をMする、超音波発振子として好
適な高分子複合圧電体を提供することにある。
本発明の高分子複合圧電体は高分子マトリックスに強誘
醒体セラミックス微粒子を混練し、所望形状に成形後、
熱エレクトレット化してなる圧電体の製造において、高
分子マトリックスとし、て導電性カーボンブラックを含
有させたゴムt−嚇独本しくは他の高分子物質と共に用
いることによって得られる。
本発明に用いられる導電性カーボンブラックは特別に限
定されるものではなく、例えばアセチレンブラック、フ
ァーネスブラック等が用いられるが、ケッチェンブラッ
クFltO(ライオンアクゾ株式会社di)が少瀘の添
加によって音譬インピーターン哀を殆んど増加させずに
誘電率並びに圧電率を効果的に増大させるので特に好ま
しい。
本発明の目的を達成するに必要なカーボンブラックの蓋
はその種類によって異なシ、高分子複合体の;厚み方向
の抵抗値によって決まる。即ち、添/JOt k増力口
させるに伴って高分子腹合体の厚み方向の抵抗値が低下
しはじめ、体積固有抵抗値にして4略10″Ω・1以下
になると、成形体に電界を印加してエレクトレット化す
る際に漏れ電流が大きくなりすぎて高分子複合体に印加
式れる電界が低下する。従って成形体の圧電率が犬きく
ならないので、本発明の効果を奏さなくなる。一般にゴ
ム状高分子及び樹脂状高分子への添加量としてアセチレ
ンブラック、ファーネスブラックの適正便用蓋は1〜3
5重′IIktlb、ケッチェンブラックの適正使用量
は0.5〜lO重t%である。
またカーボンブラックの量がゴム状高分子に対して0.
5重量チ以下になると誘vt4および圧電率を増大させ
る効果に乏しくなる。
ゴム状高分子としてはアクリロニトリル−ブタジェンゴ
ム、4素化ポリエチレン、エピクロル都ドリンゴム、フ
ッ素ゴム等それ自体−t4Aの大きなゴムの1種または
それ以上が用いられる。このゴム状高分子には、ゴム状
高分子+1+1+重量部に対して他のm脂状高分子を0
〜2000重量部好ましくは加〜900重量部添加して
使用することができる◎他の高分子*質としては特に限
定されないが、結晶性に5み、かつ誘電率も高いポリア
セタール樹月旨、ポリ弗化ビニリゾy樹月旨、ポリアク
リロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂等が好ましい。これ
らと上Ad d ’を率の高いゴムとの組み合せから成
る高分子物*を用いると、高分子複合体どしての誘電率
、圧′醒47びに機械的強度も凌れ、良い給米を得るこ
とができる。
強誘電体セラミックス微粒子としては、チタン酸鉛、チ
タン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛等それ自体公知
の無機圧電体を粉砕し、熱処理を施した直径0゜2乃至
−14μmの微粒子が用いられる。
セラミックス微粒子は、ゴム状高分子、樹脂状高分子及
びカーボンブラックの合計+UU重着部に対しで500
〜2000 fz曖郡部添加れる。
カーボンブラックと上記高分子物質、強誘電体セラミッ
クス微粒子の混合方法としてはニーダ−、ミキシングロ
ール、押出機、ブラストグラフ、各撞ミキサー、ボール
ミル等一般的な混合方法として知られる任意の手段が使
用でき、また成形法としては押出し成形法、カレンダー
成形法、温媒蒸発法等の方法が使用できる。チた成形体
は板状、円rfJ状、シート状等谷復の形状にされる。
上記成形体に圧成性を付与するために、成形体倉所定r
Ai度に加熱した状態で、成形体の表層から直流電界も
しくは交流電界を相乗した直流電界を一定時間印加し、
その後、室温まで冷却させて′電界を取り去ることによ
って熱エレクトレット化を行う。熱エレクトレット化の
温度は、高分子物質の流動開始温度以下、一般的に0乃
至150Cが用いられる。また電界印加は通常成形体の
表裏面に否着させた金!I4箔、導電性樹脂、導電性ペ
ースト、あるいは真空蒸着もしくは化学メッキによる金
属被膜を電極として用いて行い、両電極間に印加する電
界は一般的にIn   7cmから絶縁破壊を生じない
6i度の電界強度、好ましくは関乃至300/m 位であシ、分極時間は特に限定されないが、10分間以
上が好ましい。
次に本発明の実施例について説明するが、これに限定さ
れるものではない。
なお、実施例において弾性4(E)および正直率2MH
gで測定を行った。−また2お・よびUけパナメトリク
ス社の超音波タイムインターバロメータ−50534を
用いて測定を行った。
実施例1 (1)アクリロニトリル−ブタジェンゴム(日本合成ゴ
ム社PN(資)A ) 12 tをめらかじめ60cに
加熱したミキシングロール上で41111、これに導電
性カーボンブラック(ライオンアクゾ社ケッチェンブラ
ックIli O) 0.9 f ’fr、)JOえて更
に5分間混練した。従ってゴム1υU重量部に対するカ
ーボンブラックの割合は7.5重量部である。
(2)180Cに加熱したミキシングロール上でポリア
セタール樹脂(デュポン社デルリン500)18Fを練
シ、均一に4けたところで上記(りで調整したブレンド
物全少量ずつ添加し、更にジルコン酸チタン酸鉛(粒径
が0.5乃至10μmで、平PiJ粒径2μm ) 2
97 yを少量ずつ1翁加しながらJ分間均一に混合し
た。従ってゴムとポリアセタール樹刀旨のIi!1合は
i瀘で6対4でめplこれら局分子物質と強誘電体セラ
ミックス微粒子との、4!1台は重数で9対91でるる
(a)  190Cに/Jll熱した圧縮プレスを用い
て、上記(2)で調帯した高分子複合体から1(1cI
n X l(1an×200μmのシートを作成した。
このシートの両面にアルミニウム蒸着によって′電極を
設けた。
(4)  =10 CK JJ口熱したオープン中で上
6己(3ンで作成したシートの両′厄1M間に4000
Vの直流厄界金1時間印加し、室温に冷却した後屯界を
取りさることによって熱エレクトレット化した。従’:
)テtl’1741:200 ” V/、?、lテロ 
6゜(5)上5c2(4)で得られた高分子複合圧成体
の性能全測定したところ、次の値茫侍た。
弾1生率(ffi)         5Ax1o’ 
 n7rr?体積1ml有抵抗(Rv )  7 X 
LO+″゛Ω・C猜誘−率(g’)       14
1 圧嵯4((181−)     tsx ■o−a /
N音響インビーダyス(z) tax n+’ iKg
/lr?B超Vr波送波感度(u)  −2oaB後日
己の比較例1と比べると、可読性(弾性率ンよび音響イ
ンピーダンス)は殆んど変らないが、誘電率、圧’et
a4びに超音波送波5式度は同士している。
実施例2 カーボンブラックの添加献を変化させた他は実施例1と
同じ方法で複合圧電体t#造し性能を測定したところ、
次の1直を得た。
タッチエンブラックff1oのように多孔性のカーボン
ブラックを用いた場合には、lO重重瀘を超えると体積
lj!d有抵抗の減少によって熱エレクトレット化がで
きなくなり圧電率が低下する。
従って最適値0.5乃至10重1に都である。
実施例3 ジルコン愼チタン酸鉛を1992とし、タッチエンブラ
ックll1Oに代えて他の導電性カーボンブラックに0
.9Fもしくは2.72とした以外は実施クリ1と同じ
方法で複合圧成体を製造し性能を測定したところ、次の
値を得た。カーボンブラックの添7JOjtは各々ゴム
100重菫郡に対して7.5重量部もしくは22.5重
f郡になる。また高分子物質と強誘電体セラミックス微
粒子の′割合は重量で13対87である。
多孔性でないカーボンブラックの場合は(至)重緻部迄
添加しても圧電率は低下しない。
比較例1 カーボンブラックを加えない他は実施例1と同じ方法で
複合圧成体を襄遺し性能を測定したところ、次の値を得
た。
弾性4      4.9×゛to・N/rr?体積固
有抵抗   I  X’ lO”tJ−釧誘電率   
   助・ 圧電率      15 X 10”O/N音響インピ
ーダンス 10 Xxo’lle/v?B超音波送波感
度 −5dB 比較例2 カーボンブラックとして導電性の劣る7アーネスブラツ
クおよびサーマルブラックtO,9F用いた他は実施例
3と同じ方法で複合圧成体を製造し性能を測定したとこ
ろ、次の値を得た。
以上詳細に説明したことから明らかなように本発明によ
れば、導電性カーボンブラックと、ゴム状高分子物質と
、強誘電体セラミックス微粒子とが混練成形され、かつ
エレクトレット化されてなるので、優れた可撓性、成形
加工性、低音響インピーダンスをイし、面方向には圧電
率に異方性のないこと等を保持したまま高周波域におい
ても高い代理人弁理士  石 戸   元

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 導成注カーボンブラックと、ゴム状高分子物質と、gi
    Ifj′dIL体セラミックス微粒子とが混線成形され
    、かつエレクトレット化されてなることを%敵とする高
    分子複合圧電体。
JP57028399A 1982-02-23 1982-02-23 高分子複合圧電体 Granted JPS58145178A (ja)

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JP57028399A JPS58145178A (ja) 1982-02-23 1982-02-23 高分子複合圧電体

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JP57028399A JPS58145178A (ja) 1982-02-23 1982-02-23 高分子複合圧電体

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JPH0230595B2 JPH0230595B2 (ja) 1990-07-06

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9790393B2 (en) 2013-03-13 2017-10-17 Cabot Corporation Coatings having filler-polymer compositions with combined low dielectric constant, high resistivity, and optical density properties and controlled electrical resistivity, devices made therewith, and methods for making same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9790393B2 (en) 2013-03-13 2017-10-17 Cabot Corporation Coatings having filler-polymer compositions with combined low dielectric constant, high resistivity, and optical density properties and controlled electrical resistivity, devices made therewith, and methods for making same
US9982158B2 (en) 2013-03-13 2018-05-29 Cabot Corporation Coatings having filler-polymer compositions with combined low dielectric constant, high resistivity, and optical density properties and controlled electrical resistivity, devices made therewith, and methods for making same

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