JPS6051279B2 - 熱可塑性樹脂圧電性焦電性フイルムの成極方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高分子フィルムを成極する方法に関するものて
、特に高電界下の成極時に於ける成極ロスを減少した成
極方法である。

２枚の電極間に挾まれた高分子フィルムを、両極間に高
電界を印加した成極し、圧電体、焦電体などを製造する
ことが行なわれている。

このような成極では印加する電界が高電界である程高い
分極が期待され、性能の優れた、圧電体、焦電体等が得
られる。従つてその成極温度におけるフィルムの耐電圧
ぎりぎりの高電界を作用させることが好ましい。

しかし高分子フィルム中に不純物が混入したり、或いは
局部的に薄い部分などが存在しそれらの局部の耐電圧が
低い場合、フィルムの他の部分は充分な圧電性を有する
ような電圧ても局部的に電圧破損を生じ、電極に蓄積さ
れた電荷がこの損傷部の電極間て一時に放電する。成極
時の高電圧がフィルムの損傷部で一時に放電すれば、当
然大量の熱を発生し、周囲のフィルムを融解し、またそ
の部分の電極も損する。例えば成極時の電極がフィルム
の両面に蒸着、メッキ、或いは印刷等により付着された
薄膜金属電極の場合、被成極フィルムの欠陥部が局部的
にＪ電圧破壊し、短絡すると、電極間に蓄積された電荷
および電源より流れる電荷がこの短絡部より一時に流れ
るのでその熱により短絡部周囲のフィルムに大きな穴を
あけ、また周囲の電極を蒸発させる。

電極が蒸発して周囲に導電体がなくなれば、丁短絡は切
れて自己回復し、成極を引き続き行なうことはできるが
、フィルムや電極が大きく破損した部分は実用に供する
ことはできすロスとなる。本発明はこのような成極時の
放電による損少をできるだけ減少させ、例えフィルム中
に耐電圧の低い部分があつたとしても、電圧破壊はその
局部のみに生ずる僅かなピンホールだけに限定され、周
囲のフィルムや電極の破損にまで波及しないようにした
成極方法である。本発明は高分子フィルムの成極時にお
ける少なくとも片方の電極と被成極フィルムとの間に、
被成極フィルムより電導度の大きい誘電体若しくは半導
体層を介在させるようにした高分子フィルムの成極方法
である。

本発明によれば、高分子フィルムの成極時に於て、被成
極フィルムの少なくとも片面は、介在させた誘電体若し
くは半導体と接触し、この接触面の電位と他方の電極の
電位との差が被成極フィルムに印加されているが、誘電
体若しくは半導体の電気容量は極めて僅かであり、また
電導度も小さいので、若し被成極フィルムの局部に電気
抵抗の低い欠陥部分があつてもその部分に流れる電流は
極めて僅かであり、その電流による発熱によりピンホー
ルが生ずる恐れは少なく、若しピンホールが生成したと
してもピンホールが拡大されたり、他面に付した電極が
破損する恐れは殆んどない。

第１図に於て、１は例えばポリフッ化ビニリデン等の被
成極フィルムでその片面には金、銀、アルミニウム、ニ
ッケル、錫等の薄膜電極２が蒸着、メッキ、印刷その他
任意の方法により付着されており、また他面には１より
電導度の大きい材料、例えばイオン性化合物を小量混合
したポリフッ化ビニリデンのフィルム３が重ねられてお
り、（説明の都合上第１図では１と３のフィルムが離れ
ているが実際には密着している。）３の別の面には電極
２″が同様に付着されている。今、１および３のフィル
ムの電導度をσ１ σ２厚まをｄ１およびＤ２とし、
２，２″の両極間に電圧ｖをかけて成極したとすれば、
１および３のフィルムにか．かる電界Ｅ１およびＥ２は
、であり、σ１〈σ２の場合はＥ１〉Ｅ２で、被成極フ
ィルムにより大きな電界が印加される。

σ１に比してσ２の大きいフィルムを選べばＥ１が高く
汁っアねＦ−′−＋霊ム′１ｓ．六♂−１−スーふ仏く
ア填 フｊルム３が絶縁破壊する恐れはない。またフィ
ルム１の局部に耐電圧が低い欠陥部分がある場合、この
ような耐電圧の低い部分は一般に電気伝導度が大きく、
他より大きな電流が流れて絶縁破壊を生じ易い部分であ
るが、３のフィルムが誘電体乃至は絶縁体であり、金属
電極などに比べると電気伝導度は極めて小さいので、３
のフィルムを通してフィルム１の面に補給される電流が
少ないのでフィルム局部の欠陥部分に絶縁破壊１を生ず
るような大きな電流は流れ難い。

若し絶縁破壊を生じたとしても、直接電極と接した場合
と較べ３のフィルムを通つて流れる電流量が少なく、エ
ネルギーも少ないことより、絶縁破壊部周囲の樹脂を溶
かしてピンホールを拡大したり、電・極を蒸発させたり
することはない。従つてσ２はあまり大きすぎることは
好ましくなく、好ましいσ２の上限は半導体としても比
較的誘電体に近い１０−４〔Ωｏ′３−１程度迄であり
、更に好ましくは１０−７〔Ω礪〕−１以下の誘電体で
あ”る。

またρ２の下限はρ１以上であるが、フィルムの局部的
な電導度のバラツキ等を考慮するとσ１の１．５倍以上
が好ましく、更に好ましくは３倍以上である。今、電圧
■を２，２″の電極に印加した場合、被成極フィルム１
の局部４は電気抵抗が低く、４を通つて他の部分より多
くの電流が流れる欠陥部である場合、４の上部の２枚の
フィルム界面４″に蓄つた電荷は電極２に流れ、４″の
電荷は低下するが、２″の電極と４″との間に存在する
フィルム３は誘電体または半導体てあるので、電導度は
少なく、２″の電極からフィルム３を通つて４″に流れ
る電流や、１と３のフィルムの界面の他の箇所に蓄積さ
れた電荷が界面を通つて４″の方向へ流れる電流は極め
て少ないので、４″の電荷が低下されても直ちに電荷が
補給されず、従つて４を通つて一時に大量の電流が流れ
ることはなく、４の部分のフィルムが絶縁破壊される恐
れは極めて少ない。

また若し４の部分が４″に蓄積された電荷の放電により
破損されてピンホールが生ずるとしても放電される電荷
は極めて少ないので、微小なピンホールが生ずるに止ま
り、放電による自己回復後は更に高い電圧をかけること
が可能となる。本発明は成極では以上説明した如く、ピ
ンホールの形成は極めて少なく、また成形するとしても
その大きさは微小であるので、成極フィルムよりピンホ
ール部分を切り取らなくても大部分の用途にはそのまま
使用することができ、実質的に成極収率は１００％に近
くなる。本発明に供せられる被成極フィルムとしては、
例えばポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル等の極
性の高い高分子フィルムが有用である。

被成極フィルムと電極との間に介在させる誘電体若しく
は半導体フィルムとしては、成極温度より高融点であり
、成極温度に於いて被成極フィルムより電導度の大きな
誘電体乃至は誘電体であれば良く、例えば被成極フィル
ムがポリフッ化ビニリデンの場合に、電極との間に介在
させるフィルムとしては、ポリフッ化ビニル、ポリアミ
ド系樹脂、エチレン系アイオノマー樹脂、可塑化ポリ塩
化ビニル、可塑化塩化ビニリデンー塩化ビニル共重合樹
脂などの比較的電導度の大きい樹脂のほか、ポリフッ化
ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の電気伝
導度が被成極フィルムと同一若しくはそれより小さい樹
脂に、食塩、塩化加里、臭化加里、硫酸加里などのイオ
ン性物質を混合して電気伝導度を増大させたものが使用
し得る。尚、図面の説明に於て成極用電極は被成極フィ
ルムおよびこれに重ねた誘電体フィルムに夫々付着され
たものとして説明されているが、これらの電極は必ずし
も夫々のフィルムに付着されている必要はなく、別の電
極板をフィルムに単に重ね合わせたものを成極用電極と
することもてきることは勿論である。実施例１ 約５倍に延伸された厚さ２５）Ｐ，、面積１００００ｃ
Ｔ１の一軸延伸ポリフッ化ビニリデンフィルムの片面に
アルミ蒸着されたものに、同じく片面にアルミニウム蒸
着した厚さ２５ｐ１面積１００００ｄのポリフッ化ビニ
ルフィルムを互の蒸着面が外側になるように対接させ、
この両蒸着面を電極として（ポリフッ化ビニリデンフィ
ルムを陰極側とする）２５００Ｖの直流電圧を印加し、
１１５℃で、２０分間成極後室温近くまて放冷した後電
圧を除いた。

このようにして成極されたポリフッ化ビニリデンフィル
ムを検査したところ、絶縁破壊されて蒸着がはがれたり
、フィルムに穴が明いたりした欠陥個所は全く認められ
なかつた。

蒸着のほどこされていない面にアルミニアム蒸着を行な
つた後、圧電定数を測定した結果、Ｄ３ｌ＝８．１８×
１０−７（Ｃｇｓ一Ｅｓｕ）であつた。尚この時使用し
たポリフッ化ビニリデンフィルムの電導度〔Ωｄ〕−１
は２５℃に於て３．３×１０−１６１００℃に於て２．
１×１０−１２であり、またポリフッ化ビニルフィルム
は５．５×１０−１４（２５℃）および１．２×１０−
１０（１００℃）であつた。

実施例２ 約５．３倍に延伸された厚さ１５ｐ１面積１００００ｃ
Ｉｔの一軸延伸ポリフッ化ビニリデンフィルムと、沃化
加里２０ｐｐｍを混合したポリフッ化ビニリデンより得
られた厚さ２？、面積１００００ｃＩｔのフィルムとを
対接させ、この積層したフィルムの両面に一対の電極を
夫々密着させ（沃化加里含有フィルムを陰極側とする）
、１４００Ｖの直流電圧を印加し１１５゜Ｃで５分間成
極し、放冷後電極を外した。

成極されたフィルムには絶縁破壊によるピンホールは全
くなく、沃化加里を含まぬほうのポリフッ化ビニリデン
フィルムの両面にアルミニウムを蒸着させた後圧電定数
を測定したところ、Ｄ３ｌ＝８．３×１０−７（ｃ？−
Ｅｓｕ）であつた。

尚沃化加里を含まぬポリフッ化ビニリデンフィルムの電
導度〔Ωｏ〕−１は３．４Ｘ１０−１６（２５℃）およ
び２．１×１０−１２（１００℃）と実施例１の場合と
誤差範囲内で一致し、沃化加里を含むものは５．５×１
０−１４（２５℃）および４．５×１０−１０（１００
０Ｃ）であつた。比較例１ 成極処理を施していない実施例１で用いたポリ゛フッ化
ビニリデンフィルム厚さ２？、面積１００００ｄの両面
にアルミニウム蒸着を行ない、このアルミニウム電極に
１７００Ｖの直流電圧を印加し、１１５゜Ｃで２紛間保
持した後放冷した。

このようにして得たポリフッ化ビニリデンフィルムには
絶縁破壊・個所が２５ケ所あり、圧電定数はＤ３ｌ＝６
．９Ｘ１０−７（ｃ？−Ｅｇｕ）であつた。比較例２ 成極処理を施していない実施例２で用たポリフッ化ビニ
リデンフィルム、面積１００００ｄの両面にノアルミニ
ウム蒸着を施し、このアルミニウム電極間に直流電圧１
１００Ｖを印加し、１１５゜Ｃ５分間保持した後放冷し
た。

このようにして得たポリフッ化ビニリデンフィルムには
絶縁破壊個所げ６５ケ所あり、圧電定数はＤ３ｌ＝７．
２×１０−７（Ｃｇｓ−Ｅｓｕ）であつた。比較例３ 成極処理を施していない実施例２で用いたポリフッ化ビ
ニリデンフィルム、面積１００００ｃＩｔとポリエチレ
ンテレフタレートフィルム厚さ２５μ面積１００００ｄ
、体積固有抵抗１．４５×１０−１６とを第１図の如く
対接させ、この積層したフィルムの両面に電極を強く密
接させ直流電圧１４００Ｖを印加する。

これらのフィルム間に電圧を印加したまま１１５℃で５
分間保持した後放冷した。このようにして得たポリフッ
化ビニリデンフィルムには絶縁破壊個所は無かつたが、
両面にアルミニウ蒸着を施した後測定した圧電定数はＤ
３ｌ＝０．５×１０−７（ｃ？−Ｅｓｕ）と低い数値し
か得られなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明成極方法の説明図である。 １：被成極フィルム、２，２″：電極、３：被成極フィ
ルムより電導度の大きい誘電体若しくは半導体、４：フ
イルム欠陥部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性樹脂フィルムを１対の導体電極間で成極す
   る方法に於て、該被成極熱可塑性樹脂フィルムを挾む電
   極の少なくとも片方の該被成極フィルムとの間に該被成
   極フィルムより電導度の大きい誘電体若しくは半導体層
   を介在させて成極し、続いて高電界をフィルムに印加し
   たまま冷却させることを特徴とする熱可塑性樹脂圧電性
   焦電性フィルムの成極方法。 ２ 被成極フィルムと電極との間に介在させる誘電体若
   しくは半導体フィルムの電導度が、被成極フィルム電導
   度の２倍以上１０＾−＾４〔Ωｃｍ〕＾−＾１以下であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成極方
   法。 ３ 被成極フィルムと電極との間に介在させる誘電体若
   しくは半導体フィルムの電導度が、被成極フィルム電導
   度の３倍以上１０＾−＾７〔Ωｃｍ〕＾−＾１以下であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成極方
   法。 ４ 被成極フィルムがポリフッ化ビニリデンであり、成
   極されたフィルムが圧電性および焦電性を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
   に記載の成極方法。