JPS60194587A - 円筒曲面バイモルフの製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は圧電性高分子フィルムを用いた円筒曲面バイモ
ルフの製造方法に関し、更に詳しくは、一定の曲率を有
し、一定の共振点を有する、均一特性の円筒曲面バイモ
ルフの製造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

圧電性高分子材料は圧電セラミック材料に比べて薄膜化
等の加工性に優るという利点を有する。

最近、送風装置の振動板；構築物等の振動を測定するた
めのセンサー；光制御装置、すｌ／　−、弁等のアクチ
ュエータ、風力もしくは波力発電機等に圧電性高分子フ
ィルムを用いたバイモルフの利用が試みられている。

このような、バイモルフの構造は、それぞれ両面に電極
が付着された偶数枚の圧電性高分子フィルムを互に接着
して成る。

以下、送風装置の振動板を例にとり、従来の圧電性高分
子を用いたバイモルフ及びその製造方法の問題点につい
て説明する。

第１図は圧電型送風装置のバイモルフからなる振動板に
よる送風原理を示す説明図である。

第１図において、長さＬ′のバイモルフ１は、それぞれ
両面に内部電極３，３′及び外部電極４，４′が付着さ
れた２枚の圧電性高分子フィルム１及び１′が互に、内
部電極３及び３′を介して、接着剤５で固着された構造
を有する。この圧電性静子フイ５ｉｈｌ）ｌ＜び１′は
接着剤層５に電界がかからないように内部電極３及び３
′を一方の共通電極とし外部電極４゜及び４′を他方の
共通の電極として電源７に並列に接続しである。ここで
は並列接続のみを例示したが、勿論直列に接続すること
もできる。

バイモルフ１はリード線を有する一端を支持板６で固定
し他端を自由にしである。圧電性高分子フィルム１に矢
印２の分極方向と同方向の電圧がかかったときには、圧
電性高分子フィルム１′には矢印２′の分極方向と逆方
向の電圧がかかるように矢印２及び２′の分極方向が決
定しである。圧電性高分子フィルムは分極方向と同方向
に電圧を印加すると長さが収縮し逆方向に電圧を印加す
ると伸長する性質をもっている。従って前記の場合には
フィルム１は収縮しフィルム１′は伸長するのであるか
らバイモルフｌは全体として上方にわん曲する。

電源電圧の極性が逆転すると上記の関係は反対になるか
らバイモルフ１は全体として下方にわん曲する。かくし
てバイモルフ１は交流電圧によって矢印８に示す様に振
動させることができる。バイモルフ１がこの様に振動し
ているときの空気の流れは矢印９の方向となる。

第１図の圧電型送風冷却装置は電圧のみで駆動できるの
で電力効率が高い。また、モータによる冷却装置と比べ
て回転部をもたないので体積効率が高く騒音が出ない。

磁気回路を使用しないので軽量である。電子機器の冷却
器として使用する場合有害な電磁波を発生しない等の数
々のすぐれた特徴を有する。しかしこれらの特徴はモー
タ型と比較した場合のことであって、圧電型送風冷却装
置のこれらの数々のすぐれた特徴を十分活用するという
観点からはまだ初歩的技術段階にあるのであって、これ
からの改良工夫の積み重ねが期待されている。

例えば、第１図に示すような、帯板状バイモルフから成
シ、固定面が送風方向に対して平行である圧電型送風装
置を電子装置の回路基板の冷却に利用ｌｒ、た場合、電
子装置の冷却効果が不均一になったシ、均一冷却に大き
な空間を必要とするという問題がある。

第２図は回路基板冷却用の圧電型送風装置を有する従来
の電子装置の各要素の空間的な配置と冷却効果を説明す
るための図でちる。第２図（ａ）は電子装置の回路基板
１２上の冷却すべき発熱部分１１の配置図である。８３
２図（１，）は圧電型送風装置の送風方向が回路基板面
に平行になるように配置された電子装置ｉｔの配置図で
ある。第２図（ｂ）の配置では電子装置の厚さｄを小さ
くできるが発熱部分１１に対する冷却効果に不均等を生
ずる。第２図（ｃ）は冷却効果を均等にするために圧電
型送風装置の送風方向が基板１２面に垂直になるように
配置された電子装置はの配置図である。第２図（ｃ）の
ような配置にすると電子装置の厚さはｄ　＋　Ｌ’と著
るしく増大する。このように従来の帯片状バイモルフを
用いた電子装置では、冷却用空間を小さくしようとすれ
ば、冷却効果が不均一となり、冷却効果を均一にし２よ
うとすれば冷却用空間が大きくなってしまう。

かかる問題を解決すべく、本発明者らは帯板状バイモル
フの代シに円筒曲面のバイモルフを振動板に用いる送風
装置を提案する。

・１５３図は本・れ間者らが提案する、円筒曲面のバイ
モルフを用いた圧電型送風ユニットである。バイモルフ
２の各要素の番号は、図１のバイモルフ１と同一の要素
について同一の番号が付しである。

バイモルフ２は先端部１３における振幅が第１図のバイ
モルフ１と変わらず、しかも、送風方向のバイモルフの
寸法りが小さいので、大きな空間を必要としないという
利点がある。

ところで、このような円筒曲面バイモルフは、従来、金
型成形法によって製造されていた。しかしながら金型成
形された円筒曲面バイモルフは次の様な理由によって満
足すべき振動特性をもっていない。

第４図は金型成形によるバイモルフの製造方法の説明図
である。一般に、金型２１及び２２のクリアランスはバ
イモルフ２の平均厚さに合わせて決定されている。しか
しながら、実際のバイモルフ２は、個々には厚さが一定
でなく、いちいち、それぞれの厚さに合わせて金型を設
計するとなれば膨大な経費を要する。このため、バイモ
ルフ閲の厚さはクリアランスの厚さよりも厚いかうすい
かのどちらかであることが多い。第４図（、）はバイモ
ルフ２の厚さよシ金型２１及び２２のクリアランスが薄
い場合の金型の咬合状態を示す説明図である。この場合
、バイモルフの一部に局所的圧力がかかるのみで、均一
な加圧成形ができない。一方、第４図（ｂ）はバイモル
フ２の厚さより金型２１及び２２のクリアランスが厚い
場合の金型の咬合状態を示す説明図である。この場合に
は、バイモルフ２には全く力が加わらないことになる。

このように、従来の金型成形による円筒曲面バイモルフ
の製造方法では、曲率のそろったバイモルフを得ること
ができず、また、振動の共振点を一定にすることができ
ないという欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、曲率がそろい、振動の共振点が一定で
あり、均一な特性を有する円筒曲面パイセルフの製造方
法を提供することにある。

〔見間の概要〕

本発明の円筒曲面バイモルフの製造方法は偶数枚の、両
面に電極が添着された圧電性高分子フィルムを接着剤を
介して重ね合わせて積層体とし、該積層体の上面にフレ
キシブルシートを重ねた後、円筒の曲面と該フレキシブ
ルシートの間で、重力を用いて、該積層体に一定均一な
圧力を加えながら、接着剤を硬化せしめることを％敵と
する。

以下、図面を参照しながら、本発明を更に詳しく説明す
る。

第５図は本発明の、円筒曲面バイモルフの製造方法の１
例を示す説明図である。

本発明の方法に従って円筒曲面バイモルフを得るには、
先ず、所望の半径を有する円筒３２の円筒曲面上に、電
極３′及び４′付の圧電性高分子フィルム１′をのせ接
着剤５を塗布する。

次に、その上に、同じく電極３及び４付の圧電性高分子
フィルム１、さらにその上にフレキシブルシート３１を
のせる。この場合、重ね合せる圧電性高分子の枚数は、
圧電性高分子フィルム１′と１の２枚であるが、本発明
にあっては、２，４゜６、・・・、２Ｎ（Ｎは整数）枚
、すなわち偶数であれば何枚であってもよい。

用いる圧電性高分子フィルム１又は１′としてはポリ弗
化ビニリディボリ弗化ビニリゾ／とポリ三弗化エチレン
、ポリ四弗化エチレン、ポリメタクリル酸メチル等の混
合物、弗化ビニリデンと三弗化エチレン四弗化エチレン
、塩化ビニル、メタクリル酸メチル、塩化ビニリデン等
の共重合体、ポリシアン化ビニリデン等の一軸又は二軸
延伸フィルムを厚み方向に自発分極せしめたもの；及び
これら高分子を結合剤として、ＰＺＴｌＰＬＺＴ等の圧
電セラミック粉末を結合せしめた粒子分散形複合材フィ
ルムを挙げることができる。

これら圧電性高分子フィルム１又は１′の両面には、そ
れぞれ、電極が付設されている。電極としては、圧電性
高分子フィルム面に、蒸着、スパッタリング、電解又は
無電解メッキを利用して得られる金、銀、銅、ニッケル
、アルミニウム又はクロムの薄膜：導電性塗料膜；導電
性接着剤層等を用いることができる。

バイモルフの使用時、電極間には高電界が発生するので
、電極３　、３’　、　４及び４′は圧電性高分子フィ
ルム１又は１′周辺部で内側に０．１叫〜ＩＦＩＩ程度
の距離でカットしておくことが望呻しい。

接着剤５としては成形温度（約５０℃以下）で液状で、
１００％硬化するものであればいかなる接着剤であって
もよく、好１しくけ接着強度、機械的強度が大きく、耐
薬品性か優れるエポキシ系接着剤が用いられる。また、
フレキシブルシート３１としては、薄い金属シート、プ
ラスチックフィルム、ゴムシート、布、クラフト紙など
を用いることができる。

上の例では、圧電性高分子フィルムへの接着剤の塗布及
びその積層を円筒曲面上で行うものであるが、必ずしも
円筒曲面上でこれらの操作を行う必要はなく、予め、偶
数の電極付圧電性高分子フィルムに接着剤を塗布し、重
ね合わせた積層体を円筒曲面上に載置することによって
同じ目的を達成することがでなる。

次に、フレキシブルシート３１の両端にそれぞれ矢印３
４で示され方向の力Ｗ／２を加えると同時に、円筒３２
の中心軸に矢印３３で示される方向の力Ｗを加え、この
状態で接着剤を硬化させる。

この間接着剤の流動によって接着剤層５の厚さが経時的
に変化し力Ｗと粘性及び硬化速度で定まる厚さに安定す
る。

本発明においては、矢印３４で示される方向の力Ｗ　（
＝　Ｗ／２＋Ｗ／２　）と矢印３３で示される方向の力
Ｗの少なくともいずれか一方は重力によって発生せしめ
る。そのため、バイモルフの全面に均一不変の圧力を加
えることができる。このような圧力は具体的には、円筒
３２の中心軸を固定し、フレキシブルシート３１の両端
に重重を懸吊するか、又は、・フレキシブルシート３１
の両端を固定し、円筒３２の中心軸に重重を懸吊するこ
とによって容易に得られる。しかしながら、本発明で用
いる重力による圧力の発生方法はこのような方法のみに
限定され乙ものではなく、地球の重力を利用する均一な
圧力の発生方法であればいかなる方法であってもよく、
例えば、フレキシブルシー［・３１面に直接水圧を加え
る等の手段も本発明で用いることのできる重力による圧
力の発生方法の一つである。

本発明の方法では、前記積層体にＥＦ力による均一な圧
力を加えながら、接着剤を硬化せしめる。

接着剤の硬化温度は約５０℃以下であることが好ましく
、よシ好ましくは室温とする。５０℃以上の高温では、
用いる圧電性高分子が脱分極し、圧電特性の低下を招く
虞れがあるからである。

接着剤が硬化した後、バイモルフを円筒曲面から取りは
ずす。このようにして、均一な特性を有する本発明の円
筒曲面バイモルフを得ることができる。

尚、バイモルフの内部電極３及び３′の一端には、通常
、電極引出し線４１及び４１′が設けられる。

電極引出し線４１及び４１’を設けるには、例えばフレ
キシブルフィルム４２及び４２′に担持された電極引出
し線４１及び４１′をそれぞれ導電性妾着剤４３及び４
３′によってあらかじめ固着しておけばよい。用いる電
極引出し線４１又４１′としては、メタライジング処理
によってフレキシブルフィルム４２又は４２′に付着さ
れた金属膜のほか、銅線、編組リード線、金属箔等が挙
げられる。引き出し線４１及び４１′の固着をバイモル
フの成形と同時に行うには、引き出し線４１及び４１′
の固着すべき部分を円筒３２の水平直径面よシも下の方
にずらすことによって、バイモルフの振動部分となる所
に均一な力がかかる様にする−ことが好ましい。

本発明の製造方法によって得られる、第３図に示された
円筒曲面バイモルフはその中心線（この中心線は接着層
５と一致する）５の長さを、第１図に示された帯板状バ
イモルフの中心線（この中心線も接着層５と一致する）
５の長さと等しく設計するならば、この円筒曲面バイモ
ルフの先端部１３における振巾は帯板状バイモルフのそ
れと同一になり、しかも円筒曲面バイモルフの寸法りは
帯板状バイモルフの寸法Ｕより著しく短くすることがで
きるという利点を有する。このため、この円筒曲面バイ
モルフは、例えば、体積効率の高い圧電型送風冷却装置
の振動板等に利用することができる。

〔発明の効果〕

本発明の製造方法は０重力による均一な圧力によってバ
イモルフを成形するので、得られる円筒曲面バイモルフ
は曲率がヤ、うっておシ、振動の共振点が一定であシ、
均一な特性を有し、しかも■高価な金型を用いないので
、経済的である等の効果を奏す。

従って、本発明の製造方法によって得られる円筒曲面バ
イモルフは送風装置の振動板、各種センサー、アクチュ
エータ、発電機等に広い用途を有する。

〔発明の実施例〕

以下、実施例及び比較例を掲げて、本発明の製造方法を
詳説する。

比較例 約４倍に延伸し両面に銀電極を蒸着した厚さ６０μｍの
ポリ弗化ビニリデンフィルムに１００　ＭＹ／７７Ｌの
電界を印加し１００℃で１時間分極配向処理を行ない室
温にもどしてから電界を切った。

延伸方向に３０．これと直角方向に１００−の寸法に裁
断しエピコート８２８と液状ポリアミドからなる２′ｔ
ｉ、性液着剤を用いて第４図に示した半径１６叫の曲面
の金型を用いて５組のバイモルフ・を接着成形したとこ
ろ曲率のそろったバイモルフを得ることができなかった
。のみならず直線部分も波を打っており振動の共振点も
一定にすることができなかった。

実施例 比較例と同じ圧電フィルムを用いて同一寸法に裁断しエ
ピコート８２Ｂと液状ポリアミドからなる２液性接着剤
を用いて第５図に示した方法（・半径１１・６あの曲面
）で１０組のバイモルフを接着成形したところ１０組の
バイモルフはすべて同一の曲率であり中心線の長さ２５
−になるようにして１００　Ｖ交流で振動させたところ
共振周波数は５゜±ｌＨｚ、最大振幅は約５．であった
。

応用例 実施例の方法と同様にして得られた円筒曲面バイモルフ
の共振周波数を中心線の長さを変えることによって微調
整し５０　Ｈｚにそろえ、送風パネルを組み立てた。第
６図は本発明の方法によって得られたバイモルフを用い
る送風パネルの一例を示す説明図である。図中、パネル
５１内に円筒曲面バイモルフッが一列に並んでいる。こ
の送風パネルの中央部前面的５？７Ｌの位置の風速は約
０６Ｋ１１：／ｈｒであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は帯板状バイモルフ振動板を有する圧電型送風装
置ユニットの送風原理を示す説明図である。 第２図は回路基板冷却用の圧電型送風装置を有する従来
の電子装置の各要素の空間的配置と冷却効果を示す説明
図である。このうち、第２図（ａ）は電子装置の回路基
板上の冷却すべき発熱部分の配置図である。第２図（ｂ
）は圧電型送風装置の送風方向が回路基板面に平行にな
るように配置された電子装置の配置図であり、第２図（
ｃ）は圧電型送風装置の送風方向が基板面に垂直になる
ように配置された電子装置の配置図である。 第３図は円筒曲面バイモルフ振動板を有する圧電型送風
装置ユニットの一例を示す概念的説明図である。 第４図は金型成形によるバイモルフの製造方法を示す説
明図である。このうち、第４図（ａ）は円筒曲面バイモ
ルフの厚さよシ金型のクリアランスが薄い場合の金型の
咬合状態を示す説明図であり、第４図（ｂ）はバイモル
フの厚さよシ金型のクリアランスが厚い場合の金型の咬
合状態を示す説明図である。 第５図は本発明の、円筒曲面バイモルフの製造方法の１
例を示す説明図である。 第６図は本発明の方法によって得られたバイモルフを用
いる送風パネルの一例を示す説明図である。 Ｔ：帯板状バイモルフ、２：円筒曲面バイモルフ、１．
１’：圧電性高分子フィルム、２゜２′：分極方向の矢
印、３．３’：内部電極、４．４’：外部電極、　５：
接着剤、　６：支持板、７：交流電源、　８：振動方向
の矢印、　９：送風方向の矢印、１１：発熱話子、１２
：回路基板、１３：円筒曲面バイモルフの先端部、２１
：金型の外型、　２２：金型の内型、　３１：フレキシ
ブルシート、３２：円筒、３３．３４−力の方向を示す
矢印、４１．４１’：ｆ［極引出し線、４２　、４２’
　：　７レキシプルフイルノ１．４３．４３’：導電性
接着剤、　５１：パネル。 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 偶数枚の、両面に電極が添着された圧電性高分子フィル
   ムを接着剤を介して重ね合わせて積層体とし、該積層体
   の上面にフレキシブルシートを重ねた後、円筒の曲面と
   該フレキシブルシートの間で、重力を用いて、該積層体
   に一定均一な圧力を加えながら、接着剤を硬化せしめる
   ことを特徴とする円筒曲面バイモルフの製造方法。