JPWO2019078053A1 - Piezoelectric device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
同じ圧電特性を有する複数の圧電層が積層され、かつ隣り合う圧電層の対向し合う面の間が電気的に絶縁されていなくても、引張力が加えられた場合に引張力に応じた電圧を生じさせることができる圧電デバイス及びその製造方法を提供する。圧電デバイス(1)は、第一の群に含まれる圧電層(10)と第二の群に含まれる圧電層(20)とが交互に並んで複数積層し、隣り合う圧電層(10)と圧電層(20)との間に導電層(30)が介在する。第一の群に含まれる圧電層(10)と第二の群に含まれる圧電層(20)とは、同一の圧電特性を有する延伸樹脂フィルムである。第一の群に含まれる圧電層(10)の延伸方向はいずれも同一方向であり、第二の群に含まれる圧電層(20)の延伸方向はいずれも同一方向である。第一の群に含まれる圧電層(10)の延伸方向と第二の群に含まれる圧電層(20)の延伸方向とは交差する。Even if a plurality of piezoelectric layers having the same piezoelectric characteristics are laminated and the opposing surfaces of adjacent piezoelectric layers are not electrically insulated, a voltage corresponding to the tensile force when a tensile force is applied. A piezoelectric device capable of producing a piezoelectric device and a method for manufacturing the same. In the piezoelectric device (1), a plurality of piezoelectric layers (10) included in the first group and a plurality of piezoelectric layers (20) included in the second group are alternately arranged and laminated to form an adjacent piezoelectric layer (10). A conductive layer (30) is interposed between the piezoelectric layer (20). The piezoelectric layer (10) included in the first group and the piezoelectric layer (20) included in the second group are stretched resin films having the same piezoelectric characteristics. The stretching directions of the piezoelectric layers (10) included in the first group are all in the same direction, and the stretching directions of the piezoelectric layers (20) included in the second group are all in the same direction. The stretching direction of the piezoelectric layer (10) included in the first group intersects with the stretching direction of the piezoelectric layer (20) included in the second group.
Description
本開示は、圧電デバイス及びその製造方法に関し、詳しくは複数の圧電層を積層させた圧電デバイス及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a piezoelectric device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a piezoelectric device in which a plurality of piezoelectric layers are laminated and a method for manufacturing the same.
従来、圧電性を有する延伸樹脂フィルムからなる圧電層と、導電層とを積層して圧電デバイスを作製することが行われている。このような圧電デバイスは、引張力などが加えられると、圧電層に分極が生じる。そのため、導電層から電圧を取り出すことができる。 Conventionally, a piezoelectric layer made of a stretched resin film having piezoelectricity and a conductive layer are laminated to produce a piezoelectric device. In such a piezoelectric device, when a tensile force or the like is applied, the piezoelectric layer is polarized. Therefore, the voltage can be taken out from the conductive layer.
例えば、特許文献1では、ポリL−乳酸樹脂の延伸樹脂フィルムからなる圧電層と、ポリL−乳酸樹脂の光学異性体であるポリD−乳酸樹脂の延伸樹脂フィルムからなる圧電層とを、導電層を介して交互に積層した圧電デバイスが開示されている。 For example, in Patent Document 1, a piezoelectric layer made of a stretched resin film of poly L-lactic acid resin and a piezoelectric layer made of a stretched resin film of poly D-lactic acid resin, which is an optical isomer of poly L-lactic acid resin, are conductive. A piezoelectric device in which layers are alternately laminated is disclosed.
しかしながら、特許文献1に開示の圧電デバイスは、圧電特性の異なる二種の圧電層を必要とするため、生産性が悪く、またコストもかかる、さらに光学異性体を持たない同特性を有する圧電フィルムに対しては同構造の圧電デバイスを実現できないといった問題があった。 However, since the piezoelectric device disclosed in Patent Document 1 requires two types of piezoelectric layers having different piezoelectric characteristics, the piezoelectric film has poor productivity, is costly, and has the same characteristics without optical isomers. However, there was a problem that a piezoelectric device having the same structure could not be realized.
一方、圧電特性を同じくする樹脂フィルムからなる圧電層を積層して圧電デバイスを作製し、その圧電デバイスに引張力などを加えると、隣り合う圧電層の対向し合う面には、分極により互いに異なる電荷が生じる。このため、隣り合う圧電層間に導電層を介在させることで圧電層の対向し合う面間を電気的に接続すると、圧電層に生じた電荷は打ち消されてしまう。そのため、圧電層の対向し合う面間には絶縁層を設けて、圧電層の対向し合う面間を電気的に絶縁しなければならず、絶縁層の厚みの分だけ圧電デバイスの寸法が大きくなってしまう。そのため、圧電デバイスの小型化、軽量化には不向きであるといった問題がある。 On the other hand, when a piezoelectric layer made of a resin film having the same piezoelectric characteristics is laminated to produce a piezoelectric device and a tensile force or the like is applied to the piezoelectric device, the opposing surfaces of the adjacent piezoelectric layers differ from each other due to polarization. Charges are generated. Therefore, when the conductive layers are interposed between the adjacent piezoelectric layers to electrically connect the facing surfaces of the piezoelectric layers, the electric charges generated in the piezoelectric layers are canceled. Therefore, an insulating layer must be provided between the opposing surfaces of the piezoelectric layer to electrically insulate the opposing surfaces of the piezoelectric layer, and the size of the piezoelectric device is increased by the thickness of the insulating layer. turn into. Therefore, there is a problem that it is not suitable for miniaturization and weight reduction of the piezoelectric device.
本開示の目的は、同じ圧電特性を有する複数の圧電層が積層され、かつ隣り合う圧電層の対向し合う面の間が電気的に絶縁されていなくても、力が加えられた場合に力に応じた電圧を生じさせることができる圧電デバイス及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is that even if a plurality of piezoelectric layers having the same piezoelectric characteristics are laminated and the opposing surfaces of adjacent piezoelectric layers are not electrically insulated, a force is applied when a force is applied. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric device capable of generating a voltage according to the above and a method for manufacturing the same.
本開示の一態様に係る圧電デバイスは、第一の群に含まれる圧電層と、第二の群に含まれる圧電層と、導電層と、を有する。第一の群に含まれる圧電層と第二の群に含まれる圧電層とが交互に積層する。積層する方向において隣り合う第一の群に含まれる圧電層と第二の群に含まれる圧電層との間に導電層が介在する。第一の群に含まれる圧電層、及び第二の群に含まれる圧電層は、延伸樹脂フィルムである。第一の群に含まれる圧電層と第二の群に含まれる圧電層とは、引張力が加えられた場合の、延伸方向に対する引張力方向と、引張力によって生じる圧電層の分極方向との関係が互いに同一である圧電特性を有する。第一の群に含まれる圧電層の延伸方向は、いずれも同一方向である。第二の群に含まれる圧電層の延伸方向は、いずれも同一方向である。第一の群に含まれる圧電層の延伸方向と第二の群に含まれる圧電層の延伸方向とは交差する。 The piezoelectric device according to one aspect of the present disclosure includes a piezoelectric layer included in the first group, a piezoelectric layer included in the second group, and a conductive layer. The piezoelectric layers included in the first group and the piezoelectric layers included in the second group are alternately laminated. A conductive layer is interposed between the piezoelectric layers included in the first group and the piezoelectric layers included in the second group, which are adjacent to each other in the stacking direction. The piezoelectric layer included in the first group and the piezoelectric layer included in the second group are stretched resin films. The piezoelectric layer included in the first group and the piezoelectric layer included in the second group are a tensile force direction with respect to a stretching direction when a tensile force is applied, and a polarization direction of the piezoelectric layer generated by the tensile force. It has piezoelectric properties in which the relationships are the same as each other. The stretching directions of the piezoelectric layers included in the first group are all in the same direction. The stretching directions of the piezoelectric layers included in the second group are all the same direction. The stretching direction of the piezoelectric layer included in the first group and the stretching direction of the piezoelectric layer included in the second group intersect.
また、本開示の一態様に係る圧電デバイスの製造方法は、第一のフィルム材と第二のフィルム材とを用意する。第一のフィルム材と第二のフィルム材の各々は、延伸樹脂フィルムを備える。第一のフィルム材と第二のフィルム材とのうち少なくとも一方は、延伸樹脂フィルムに重なる導電膜を更に備える。第一のフィルム材の延伸樹脂フィルムと、第二のフィルム材の延伸樹脂フィルムとは、引張力が加えられた場合の延伸方向に対する引張力の方向と、引張力によって生じる分極の方向との関係が、互いに同一である圧電特性を有する。製造方法は、第一のフィルム材と第二のフィルム材とを、第一のフィルム材の延伸樹脂フィルムの延伸方向と、第二のフィルム材の延伸樹脂フィルムの延伸方向とが、交差するように編み込み折りすることを含む。 Further, in the method for manufacturing a piezoelectric device according to one aspect of the present disclosure, a first film material and a second film material are prepared. Each of the first film material and the second film material includes a stretched resin film. At least one of the first film material and the second film material further includes a conductive film that overlaps the stretched resin film. The stretched resin film of the first film material and the stretched resin film of the second film material have a relationship between the direction of the tensile force with respect to the stretching direction when a tensile force is applied and the direction of polarization generated by the tensile force. However, they have piezoelectric characteristics that are the same as each other. In the manufacturing method, the first film material and the second film material are crossed so that the stretching direction of the stretched resin film of the first film material and the stretching direction of the stretched resin film of the second film material intersect. Including weaving and folding.
本開示の一態様によれば、同じ圧電特性を有する複数の圧電層が積層され、かつ隣り合う圧電層の対向し合う面の間が電気的に絶縁されていなくても、力が加えられた場合に力に応じた電圧を生じさせることができる圧電デバイスが得られる。 According to one aspect of the present disclosure, a force is applied even if a plurality of piezoelectric layers having the same piezoelectric characteristics are laminated and the opposing surfaces of adjacent piezoelectric layers are not electrically insulated. A piezoelectric device capable of generating a voltage depending on the force can be obtained.
まず、本開示の実施形態に係る圧電デバイスの構成の概要について、図1を参照して説明する。 First, an outline of the configuration of the piezoelectric device according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
本実施形態に係る圧電デバイス1は、第一の群に含まれる圧電層10(以下、単に圧電層10ともいう)と第二の群に含まれる圧電層20(以下、単に圧電層20ともいう)とが交互に並んで積層する。隣り合う圧電層10と圧電層20との間に導電層30が介在する。圧電層10及び圧電層20は、いずれも延伸樹脂フィルムである。圧電層10と圧電層20とは、引張力が加えられた場合の、延伸方向に対する引張力の方向と、この引張力によって生じる圧電層の分極方向との関係が互いに同一である圧電特性を有する。圧電層10の延伸方向は、いずれも同一方向である。圧電層20の延伸方向は、いずれも同一方向である。圧電層10の延伸方向と圧電層20の延伸方向とは交差する。
The piezoelectric device 1 according to the present embodiment includes a
明細書中の説明において、「圧電特性」とは、引張力が加えられた場合に引張力に応じた分極が生じる圧電層の性質であり、この性質には、引張力の方向と引張力によって生じる分極の方向との関係も含まれる。延伸樹脂フィルムである圧電層10と延伸樹脂フィルムである圧電層20とは、互いに同一の圧電特性を有する。すなわち、圧電層10及び圧電層20に引張力が加えられた場合の、延伸方向に対する引張力方向と、この引張力によって生じる圧電層10及び圧電層20の分極の方向との関係が、いずれも同一である。
In the description in the specification, the "piezoelectric property" is a property of the piezoelectric layer in which polarization is generated according to the tensile force when a tensile force is applied, and this property is determined by the direction of the tensile force and the tensile force. The relationship with the direction of the resulting polarization is also included. The
図12を参照して、より具体的に説明すると、圧電層10と圧電層20とが同じ圧電特性を有する場合、例えば圧電層10と圧電層20とが次の構成を有する。圧電層10と圧電層20は、いずれも厚みを有し、厚み方向に直交する一方向(図12における+Xの方向)に延伸された延伸樹脂フィルムである。圧電層10と圧電層20のいずれにおいても、厚みに沿った一方向を向く面を上面、上面とは反対方向を向く面を下面と規定する。なお、上面及び下面の用語は、圧電層10及び圧電層20の姿勢を規制するものではない。圧電層10に圧電層10の延伸方向(+Xの方向)に対して傾斜する方向に引張力をかけると、圧電層10に分極が生じる。圧電層20に圧電層20の延伸方向(+Xの方向)に対して傾斜する方向に引張力をかけても、圧電層20に分極が生じる。圧電層10に圧電層10の延伸方向(+Xの方向)に対して、上面側から見て時計回り方向に傾斜した方向(図12における+Yの方向)に引張力がかけられた場合に圧電層10の上面が正に帯電するような方向(図12における+Zの方向)の分極が起こる。圧電層20に圧電層10の延伸方向(+Xの方向)に対して、上面側から見て時計回り方向に傾斜した方向(+Yの方向)に引張力がかけられた場合も、圧電層20に上面が正に帯電するような方向(+Zの方向)の分極が起こる。
More specifically, when the
上記の場合には、圧電層10と圧電層20とが同じ圧電特性を有する。上記において、時計回りを反時計回りと言い換えた場合も、圧電層10と圧電層20とは同じ圧電特性を有する。これに対して、圧電層10に上面が正(例えば+Zの方向)に帯電するような分極が起こり、かつ圧電層20に下面が正に帯電(例えば−Zの方向)するような分極が起こるならば、圧電層10と圧電層20とが異なる圧電特性を有する。
In the above case, the
仮に、圧電層10と圧電層20とをこれらの圧電層10及び圧電層20の延伸方向が同じ方向となるように積層して圧電デバイスを作製したならば、圧電デバイス1に力が加えられた場合、全ての圧電層10及び圧電層20における分極の方向は同じになる。この場合、隣り合う圧電層10と圧電層20との対向し合う面には、互いに逆の電荷が生じる。そのため、隣り合う圧電層10と圧電層20との対向し合う面の間が電気的に絶縁されていないと、電荷が打消しあってしまう。
If a
これに対し、本実施形態に係る圧電デバイス1では、圧電層10と圧電層20とが交互に並んで積層しているとともに、圧電層10の延伸方向と圧電層20の延伸方向とが交差している。そのため、圧電デバイス1に引張力などの力が加えられると、圧電層10にかかる力の圧電層10の延伸方向に対する向きと、圧電層20にかかる力の圧電層20の延伸方向に対する向きとは、異なる。そのため、圧電層10と圧電層20は同じ圧電特性を有するにもかかわらず、圧電層10と圧電層20は逆方向に分極する。このため、隣り合う圧電層10と圧電層20との対向し合う面には、互いに同一の電荷が生じる。
On the other hand, in the piezoelectric device 1 according to the present embodiment, the
このため、本実施形態に係る圧電デバイス1は、同じ圧電特性を有する複数の圧電層10、20が積層されているにもかかわらず、隣り合う圧電層10、20の対向し合う面間が電気的に絶縁されていなくても、力が加えられた場合に力に応じた電圧を生じさせることができる。そして、このように生じた電圧を、圧電層10と圧電層20との間に介在する導電層30から取り出すことができる。
Therefore, in the piezoelectric device 1 according to the present embodiment, although a plurality of
圧電デバイス1の製造方法の概要について、図3A〜図3E及び図4A〜図4Eを参照して説明する。 The outline of the manufacturing method of the piezoelectric device 1 will be described with reference to FIGS. 3A to 3E and FIGS. 4A to 4E.
圧電デバイス1の製造に当たっては、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを用意する。第一のフィルム材101と第二のフィルム材201の各々は、延伸樹脂フィルム400を備える。第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とのうち少なくとも一方が延伸樹脂フィルム400に重なる導電膜301を更に備える。第一のフィルム材101の延伸樹脂フィルム400(401)と、第二のフィルム材201の延伸樹脂フィルム400(402)とは、同じ圧電特性を有する。すなわち、延伸樹脂フィルム401及び延伸樹脂フィルム402に引張力が加えられた場合の、延伸方向に対する引張力の方向と、この引張力によって生じる延伸樹脂フィルム401と延伸樹脂フィルム402の分極の方向との関係は、同一である。第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを、第一のフィルム材101の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材201の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように編み込み折りをする。
In manufacturing the piezoelectric device 1, a
このため、互いに同じ圧電特性を有する延伸樹脂フィルム400を備える第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とから、圧電デバイス1を作製することができる。
Therefore, the piezoelectric device 1 can be manufactured from the
これにより、例えば延伸樹脂フィルム401から圧電層10を、延伸樹脂フィルム402から圧電層20を、導電膜301から導電層30を、それぞれ作製することができる。
Thereby, for example, the
なお、上記の説明における第一の群に含まれる圧電層10と第二の群に含まれる圧電層20は、両者を区別するための便宜的な名称であり、上記の説明において第一の群に含まれる圧電層10及び第二の群に含まれる圧電層20の名称を入れ替えてもよい。同様に、上記の説明における第一のフィルム材101及び第二のフィルム材201は、両者を区別するための便宜的な名称であり、上記の説明において第一のフィルム材101と第二のフィルム材201の名称を入れ替えてもよい。
The
また、本実施形態では、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とのうち、いずれか一方が導電膜301を備えていてもよい。この場合、例えば第一のフィルム材101が、延伸樹脂フィルム401の両面上にそれぞれ重なる導電膜301を備えていてもよい。第一のフィルム材101及び第二のフィルム材201が、いずれも導電膜301を備えていてもよい。
Further, in the present embodiment, either one of the
圧電デバイス1は、例えばトラフィックセンサ、タイヤ空気圧センサなどの交通分野、侵入検知、盗難警戒などのセキュリティ分野、音響ピックアップ、魚群探知機、ソナーなどの音響・超音波の分野、超音診断などの医療分野、床発電の分野など、種々の分野に適用可能である。 The piezoelectric device 1 includes, for example, a traffic field such as a traffic sensor and a tire pressure sensor, a security field such as intrusion detection and theft warning, an acoustic / ultrasonic field such as an acoustic pickup, a fish finder, and a sonar, and medical treatment such as supersonic diagnosis. It can be applied to various fields such as fields and floor power generation fields.
以下、より具体的に実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described more specifically.
[第1の実施形態]
以下の説明において、圧電層10及び圧電層20が積層する方向を上下方向とし、上下方向のうちの一方側を上方、上方の反対側を下方という。なお、上下方向、上方、下方は、便宜的な名称であり、これらの用語は、圧電デバイス1の向き及び姿勢を制限しない。[First Embodiment]
In the following description, the direction in which the
第1の実施形態に係る圧電デバイス1は、図1に示すように、圧電層10と圧電層20と導電層30とを備える。圧電層10と圧電層20とは交互に並んで積層している。隣り合う圧電層10と圧電層20との間に導電層30が介在している。すなわち、圧電層10、導電層30、圧電層20及び導電層30が、この順に繰り返し並んで積層している。圧電層10、圧電層20及び導電層30の集合体を、以下、積層体5という。
As shown in FIG. 1, the piezoelectric device 1 according to the first embodiment includes a
積層体5は、圧電層10及び圧電層20のうち最も上方にある層の上面に重なる導電層30を更に備えてもよく、備えなくてもよい。積層体5は、圧電層10及び圧電層20のうち最も下方にある層に重なる導電層30も備えてもよく、備えなくてもよい。
The
圧電層10、及び圧電層20は、延伸樹脂フィルムである。圧電層10の延伸方向(図2に示すD1方向)は上下方向と直交し、圧電層20の延伸方向(図2に示すD2方向)は上下方向と直交する。
The
延伸樹脂フィルムは、圧電性を有する。 The stretched resin film has piezoelectricity.
圧電層10の延伸方向(D1方向)は、いずれも同一方向である。
The stretching directions (D1 direction) of the
圧電層20の延伸方向(D2方向)も、いずれも同一方向である。
The stretching direction (D2 direction) of the
同一方向であるとは、厳密に同じ方向である場合に限られない。延伸方向が僅かに異なっていても、技術常識を鑑み、厳密に同じ方向である場合と同視できる状態、すなわち本実施形態の所期の作用が得られる状態であればよい。すなわち、同一方向には、ほぼ同一方向が含まれる。 The same direction is not limited to exactly the same direction. Even if the stretching directions are slightly different, in view of common general knowledge, it is sufficient as long as it can be equated with the case where the directions are exactly the same, that is, a state in which the desired action of the present embodiment can be obtained. That is, the same direction includes substantially the same direction.
第一の群に含まれるいかなる二つの圧電層10を選択しても、二つの圧電層10の延伸方向のなす角は、30度以下であることが好ましい。延伸方向のなす角が30度以下であれば、延伸方向が同一方向であるといえる。延伸方向のなす角は、20度以下であればより好ましく、10度以下であれば更に好ましく、0度であれば特に好ましい。この場合、圧電デバイス1は、力が加えられた場合に、より高い電圧を生じさせることができる。
Regardless of which two
第二の群に含まれるいかなる二つの圧電層20を選択しても、二つの圧電層20の延伸方向のなす角は、30度以下であることが好ましい。延伸方向のなす角が30度以下であれば、延伸方向が同一方向であるといえる。延伸方向のなす角は、20度以下であればより好ましく、10度以下であれば更に好ましく、0度であれば特に好ましい。この場合、圧電デバイス1は、力が加えられた場合に、特に高い電圧を生じさせることができる。
Regardless of which two
圧電層10の延伸方向と圧電層20の延伸方向とは交差する。すなわち、圧電層10の延伸方向と、圧電層20の延伸方向とは、同一方向ではない。
The stretching direction of the
第一の群に含まれる圧電層10から選択されるいかなる圧電層10の延伸方向と、第二の群に含まれる圧電層20から選択されるいかなる圧電層20の延伸方向とのなす角も、75度以上、105度以下であることが好ましい。この場合、圧電デバイス1は、力が加えられた場合に、特に高い電圧を生じさせることができる。圧電層10の延伸方向と圧電層20の延伸方向とのなす角は、80度以上100度以下であることがより好ましく、85度以上95度以下であることが更に好ましい。
The angle formed by the stretching direction of any
圧電層10及び圧電層20は、同一種の螺旋高分子を含むことが好ましい。言い換えると、圧電層10は螺旋高分子を含み、圧電層20も螺旋高分子を含み、圧電層10中の螺旋高分子と圧電層20中の螺旋高分子は同一種であることが好ましい。さらに言い換えると、圧電層10及び圧電層20は、同一種の螺旋高分子を含む延伸樹脂フィルムであることが好ましい。この場合、圧電層10と圧電層20とは特に同一性の高い圧電特性を有することができ、圧電デバイス1は、力が加えられた場合に、より高い電圧を生じさせることができる。圧電層10中の螺旋高分子は圧電層10の延伸方向に配向し、圧電層20中の螺旋高分子は圧電層20の延伸方向に配向している。すなわち、螺旋高分子の配向している方向が延伸方向である。
The
螺旋高分子は、螺旋構造を持つ分子鎖を有する。螺旋高分子は、例えばキラル分子を単位とするポリマー又はコポリマーを含む。同一種とは、光学活性を含めて、分子構造が同一であることを意味する。 The helical polymer has a molecular chain having a helical structure. Spiral polymers include, for example, polymers or copolymers of chiral molecules. The same species means that the molecular structure is the same, including the optical activity.
螺旋高分子は、L体ポリ乳酸又はD体ポリ乳酸であることが好ましい。すなわち、圧電層10及び圧電層20が、いずれもL体ポリ乳酸又はD体ポリ乳酸を含有することが好ましい。螺旋高分子がL体ポリ乳酸又はD体ポリ乳酸であると、圧電デバイス1は、力が加えられた場合に、特に高い電圧を生じさせることができる。さらに、L体ポリ乳酸及びD体ポリ乳酸は、いずれも生分解性の高分子であるため、環境負荷の低減が期待される。すなわち、圧電デバイスを環境調和型のデバイスにできる。
The spiral polymer is preferably L-form polylactic acid or D-form polylactic acid. That is, it is preferable that both the
圧電層10及び圧電層20の厚みは、例えば3μm以上200μm以下である。
The thickness of the
導電層30は、導電層30に接する圧電層10及び圧電層20に電気的に接続されている。導電層30は、導電性を有する。導電層30は、例えばインジウム、スズ、亜鉛、ガリウム、アンチモン、チタン、ケイ素、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、金、銀、銅、パラジウム、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種の金属、又は少なくとも一種の金属の酸化物から作製される。導電層30の厚みは、例えば10nm以上5μm以下である。
The
第1の実施形態では、導電層30は、本体部30aと端子部30bとを有する。本体部30aは、上方から見て、圧電層10及び圧電層20より小さい寸法を有する。本体部30aは、導電層30に重なっている圧電層10の周縁部には接せず、導電層30に重なっている圧電層20の周縁部にも接しない。端子部30bは本体部30aの縁から突出し、圧電層10の周縁部の一部及び圧電層20の周縁部の一部に接している。なお、導電層30は、上方から見て圧電層10及び圧電層20と同じ寸法を有し、かつ導電層30に重なる圧電層10の全体及び導電層30に重なる圧電層20の全体と接していてもよい。導電層30がこれら以外の適宜の形状及び寸法を有していてもよい。
In the first embodiment, the
導電層30には、下方に圧電層10が、上方に圧電層20がそれぞれ重なっている第一導電層31と、上方に圧電層10が、下方に圧電層20がそれぞれ重なっている第二導電層32とが含まれる。
The
圧電デバイス1で発生する電圧は、導電層30から外部に取り出される。圧電デバイス1は、導電層30に電気的に接続される外部電極を備えてもよい。外部電極は、例えば積層体5の外面に沿って設けられる。外部電極は、第一導電層31に電気的に接続されている電極と、第二導電層32に電気的に接続されている電極とを含む。圧電デバイス1が外部電極を備えると、圧電デバイス1で発生する電圧を、外部電力から外部へ取り出すことができる。導電層30が端子部30bを有すると、外部電極を端子部30bと接するように設けることで、外部電極と導電層30を容易に電気的に接続できる。
The voltage generated by the piezoelectric device 1 is taken out from the
外部電極は、例えばアルミニウム、亜鉛、スズ、鉛、ニッケル、鉄、銅、及び真鍮、並びにこれらのうちの二種以上の金属の合金からなる群から選択される、少なくとも一種の材料から作製される。外部電極は、導電性ゴムなどの変形容易な材料で作製されてもよい。外部電極は、導電性ペースト、導電性接着剤、又は導電性シートから作製されてもよい。 External electrodes are made from at least one material selected from the group consisting of, for example, aluminum, zinc, tin, lead, nickel, iron, copper, and brass, and alloys of two or more of these metals. .. The external electrode may be made of a easily deformable material such as conductive rubber. The external electrode may be made of a conductive paste, a conductive adhesive, or a conductive sheet.
第1の実施形態では、導電層30を介して隣り合う圧電層10及び圧電層20の、対向し合う面同士が、導電層30で電気的に接続されている。すなわち、圧電層10及び圧電層20の、対向し合う面同士は電気的に絶縁されておらず、圧電層10と圧電層20との間には、圧電層10と圧電層20とを電気的に絶縁するための絶縁層は配置されない。なお、圧電層10と圧電層20との間には、導電層30以外に、圧電層10と圧電層20との間を電気的に絶縁しない層が介在していてもよい。例えば、圧電層10と圧電層20との間に、圧電層10の外縁部と圧電層20の外縁部とを接着する接着層が介在していてもよい。圧電層10と導電層30との間に、両者を接着し、かつ両者間を電気的に絶縁しない接着層が介在していてもよい。圧電層20と導電層30との間に、両者を接着し、かつ両者間を電気的に絶縁しない接着層が介在していてもよい。
In the first embodiment, the opposing surfaces of the
また、圧電層10の数と圧電層20の数は図1に示される数に限られず、圧電層10及び圧電層20の数は、用途、必要とする発電量などに応じて適宜設定すればよい。
Further, the number of the
第1の実施形態に係る圧電デバイス1の製造方法について、図3A〜図3E及び図4A〜図4Eを参照して説明する。 The method for manufacturing the piezoelectric device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3E and FIGS. 4A to 4E.
第一のフィルム材101及び第二のフィルム材201を用意する。第一のフィルム材101は、延伸樹脂フィルム401を備える。第二のフィルム材201は、延伸樹脂フィルム402を備える。第一のフィルム材101は、延伸樹脂フィルム401に重なる導電膜301を更に備える。一方、第二のフィルム材201は、導電膜を備えない。すなわち、第二のフィルム材201は、延伸樹脂フィルム402のみからなる。
The
延伸樹脂フィルム401は、圧電層10を作製するための材料であり、形状を除き、圧電層10と同じ構成を有する。延伸樹脂フィルム402は、圧電層20を作製するための材料であり、形状を除き、圧電層20と同じ構成を有する。このため、延伸樹脂フィルム401と延伸樹脂フィルム402とは、同一の圧電特性を有する。また、延伸樹脂フィルム401と延伸樹脂フィルム402とは、同一種の螺旋高分子を含むことが好ましい。さらに、螺旋高分子は、L体ポリ乳酸又はD体ポリ乳酸であることが好ましい。
The stretched
延伸樹脂フィルム401は、所定の長さを有する帯状であり、延伸樹脂フィルム401の延伸方向は、延伸樹脂フィルム401の長さ方向と一致する。延伸樹脂フィルム402も、所定の長さを有する帯状であり、延伸樹脂フィルム402の延伸方向は、延伸樹脂フィルム402の長さ方向と一致する。延伸樹脂フィルム401の幅寸法と、延伸樹脂フィルム402の幅寸法は、同じであることが好ましい。
The stretched
導電膜301は、導電層30を作製するための材料である。このため、導電膜301の材質は、導電層30と同じである。導電膜301は、導電性を有する材料を、例えば延伸樹脂フィルム401上に蒸着することによって形成することができる。導電膜301は、例えば接着剤を塗布してから金属箔などの導電性シートを重ねて形成してもよい。
The
第1の実施形態では、導電膜301の厚みは、導電層30の厚みに一致する。
In the first embodiment, the thickness of the
第一のフィルム材101は、延伸樹脂フィルム401の一つの面(以下、上面という)と、延伸樹脂フィルム401の上面とは反対側の面(以下、下面という)にそれぞれ重なる導電膜301を備える。延伸樹脂フィルム401の上面の導電膜301は、複数の分離膜に分かれている。分離膜は、間隔をあけて、延伸樹脂フィルム401の長手方向に並んでいる。分離膜は、第一導電層31に対応する第一分離膜311と、第二導電層32に対応する第二分離膜312とを含む。第一分離膜311と、第二分離膜312とは、交互に並んでいる。同様に、延伸樹脂フィルム401の下面の導電膜301も複数の分離膜に分かれており、この分離膜も第一分離膜311と第二分離膜312とを含む。各分離膜は、端子部30bに対応する一つの突出部311b(312b)を有する。突出部311b(312b)は、延伸樹脂フィルム401の長手方向に沿った方向に突出している。さらに、延伸樹脂フィルム401の上面の分離膜における突出部311bと、延伸樹脂フィルム401の下面の分離膜における突出部312bとは、長手方向に関して互いに逆方向に突出している。延伸樹脂フィルム401の上面の第一分離膜311と、延伸樹脂フィルム401下面の第二分離膜312とは、それぞれ対を構成し、各対における第一分離膜311と第二分離膜312は、延伸樹脂フィルム401を介して対向している。同様に、延伸樹脂フィルム401の上面の第二分離膜312と、延伸樹脂フィルム401下面の第一分離膜311とは、それぞれ対を構成し、各対における第二分離膜312と第一分離膜311は、延伸樹脂フィルム401を介して対向している。
The
導電膜301にマーキングをすることが好ましい。すなわち、導電膜301にマークを設けることが好ましい。この場合、圧電デバイス1の製造に従事する者は、導電膜301に設けられたマークに基づいて、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201との正しい位置関係を把握できる。そのため、圧電デバイス1の製造を円滑に行うことができる。例えば、図11Aに示すように、第一分離膜311に「A」、第二分離膜312に「B」という、互いに異なる形のマークを設けると、第一分離膜311と第二分離膜312とが容易に識別されうる。また、延伸樹脂フィルム401の上面に重なる導電膜301と、延伸樹脂フィルム401の下面に重なる導電膜301に、互いに異なる形のマークを設けると、延伸樹脂フィルム401の上面と下面とが容易に識別されうる。マーキングは、適宜の方法で行われる。例えばマーキングは、導電膜にインク等を部分的に塗布することで行われる。マーキングは、導電膜の一部を除去し、この除去された部分をマークとすることで行われてもよい。
It is preferable to mark the
第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを、第一のフィルム材101の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材201の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように編み込み折りをすることで、圧電デバイス1を作製できる。
The
第1の実施形態に係る圧電デバイス1の製造方法によれば、第一のフィルム材101における延伸樹脂フィルム401と、第二のフィルム材201における延伸樹脂フィルム402として、同一の圧電特性を有する同一種のフィルムを用いることができる。このため、製造上の手間を抑制することができ、コストを低減させることもできる。
According to the method for manufacturing the piezoelectric device 1 according to the first embodiment, the stretched
なお、編み込み折りをするとは、二つの材料の一部同士を重ねた状態で、二つの材料のうち一方と他方を交互に繰り返し折り返すことで、二つの材料のうち一方を折り返した部分と他方を折り返した部分とを交互に重ねることをいう。 In addition, weaving folding means that one of the two materials is folded back alternately and the other is folded back in a state where a part of the two materials is overlapped with each other. It means to alternately overlap the folded parts.
編み込み折りするに当たっては、例えばまず、第一のフィルム材101の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材201の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように、第一のフィルム材101の端部と第二のフィルム材201の端部を重ねる。次に、第一のフィルム材101を第二のフィルム材201の長辺に沿って折り返して第二のフィルム材201に重ねてから、第二のフィルム材201を第一のフィルム材101の長辺に沿って折り返して第一のフィルム材101に重ねることを、繰り返す。
In knitting and folding, for example, first, the stretching direction of the stretched
このため、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とから編み込み折りをすることで圧電デバイス1を、容易に製造することができるため、製造上の手間を省略することができ、生産効率の向上に寄与することができる。
Therefore, the piezoelectric device 1 can be easily manufactured by knitting and folding the
第一のフィルム材101及び第二のフィルム材201は、長尺であるので、例えばリール状に巻いた延伸樹脂フィルム401を巻き出して、適宜の寸法に合わせて、編み込み折りすることができるため、生産効率をより向上させることができる。
Since the
より具体的には、第1の実施形態では、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201との編み込み折りは、例えば次のように行われる。
More specifically, in the first embodiment, the braided folding of the
まず、図4Aに示すように、第一のフィルム材101の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材201の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように、第一のフィルム材101の端部と第二のフィルム材201の端部を重ねる。具体的には、例えば第一のフィルム材101を、延伸樹脂フィルム401の上面が上方を向くように配置する。この第一のフィルム材101の端部において、一つの第一分離膜311が上方を向いている。この第一のフィルム材101の端部における第一分離膜311の上に、第二のフィルム材201の端部を、第一のフィルム材101の長手方向と第二のフィルム材201の長手方向とが直交する状態で重ねる。この場合、導電膜301にマーキングされていれば、製造に従事する者は、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201との位置関係を正しく設定することが容易である。
First, as shown in FIG. 4A, the
次に、図4Bに示すように、第一のフィルム材101を第二のフィルム材201の長辺に沿って折り返して第二のフィルム材201に重ねる。これにより、第一のフィルム材101における一つの第二分離膜312が第二のフィルム材201に重ねられる。次に、図4Cに示すように、第二のフィルム材201を第一のフィルム材101の長辺に沿って折り返して第一のフィルム材101に重ねる。これにより、第一のフィルム材101における一つの第一分離膜311の上に第二のフィルム材201が重ねられる。このように、第一のフィルム材101を折り返してから第二のフィルム材201を折り返すことを、繰り返し行う。これにより、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを編み込み折りして作製された、図4Dに示すような物を、以下、中間品6という。
Next, as shown in FIG. 4B, the
このように、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを編み込み折りすると、第一のフィルム材101における延伸樹脂フィルム401の、第一のフィルム材101を折り返すことで第二のフィルム材201に重なった部分から、圧電層10が作製される。また、第二のフィルム材201における延伸樹脂フィルム402の、第二のフィルム材201を折り返すことで第一のフィルム材101に重なった部分から、圧電層20が作製される。さらに、導電膜301から導電層30が作製される。第1の実施形態では、第一分離膜311から第一導電層31が作製され、第二分離膜312から第二導電層32が作製される。各第一導電層31は一つの第一分離膜311で構成され、各第二導電層32は一つの第二分離膜312から構成される。この場合、圧電層10の延伸方向はいずれも同じ方向であり、圧電層20の延伸方向もいずれも同じ方向である。さらに、圧電層10の延伸方向と圧電層20の延伸方向は直交している。
When the
中間品6を作製するに当たって、延伸樹脂フィルムと延伸樹脂フィルムとが直接重なっている部分を、熱融着し、又は接着剤で接着してもよい。分離膜と延伸樹脂フィルムとを、熱融着し、又は分離膜と延伸樹脂フィルムとの間の電気的接続を阻害しない接着剤で接着してもよい。
In producing the
中間品6から第一のフィルム材101の折り返し部分と、第二のフィルム材201の折り返し部分とを切り取ることも好ましい。この場合、第一のフィルム材101を複数の圧電層10に分離し、かつ第二のフィルム材201を複数の圧電層20に分離できる。例えば、中間品6を図4Eに示す矢印の位置で切り取ることで、図1に示す積層体5が得られる。さらに、第1の実施形態では、第一のフィルム材101及び第二のフィルム材201の折り返し部分を切り取ることで形成された切断面に、分離膜の突出部311b(312b)に由来する導電層の端子部30bを露出させることができる。
It is also preferable to cut off the folded-back portion of the
積層体5に、必要に応じて外部電極を設ける。外部電極は、溶射法などの公知の方法で作製できる。積層体5に外部電極を設けると、端子部30bに外部電極を電気的に接続することで、圧電デバイス1から電圧を効率よく取り出すことができる。
An external electrode is provided on the
編み込み織りの方法は上記の説明に限られない。例えば、まず、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201との端部以外の部分を重ねた状態から、折り返してもよい。また、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とは、長手方向を直交させていなくても、延伸方向が交差するように重ねられていればよい。
The method of weaving is not limited to the above description. For example, first, a portion other than the end portion of the
また、導電膜のパターンは上記の説明に限られない。例えば、圧電デバイス1における端子部30bの位置に応じて、突出部311b(312b)の位置が適宜設定される。例えば図11A〜図11Gに一例として示すように、導電膜301の突出部311b(312b)から形成される端子の位置、形状に対応した種々のパターンを形成することができる。
Further, the pattern of the conductive film is not limited to the above description. For example, the position of the protruding
また、導電膜301が複数の分離膜に分離していなくてもよい。その場合でも、中間品から折り返し部分を切り取れば、導電膜を複数の導電層に分離できる。
Further, the
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る圧電デバイス1では、第1の実施形態において、各々の導電層30は、第一層33と第二層34とを備える。さらに、各々の導電層30は二つの端子部を備える。それ以外は、第2の実施形態に係る圧電デバイス1の構成は、第1の実施形態に係る圧電デバイス1と同一である。以下では、第1の実施形態と同一の構成要素については、同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。[Second Embodiment]
In the piezoelectric device 1 according to the second embodiment, in the first embodiment, each
図5A、図5Bに示すように、第一層33と第二層34とは、上下方向に重なっている。第一層33は圧電層10に重なり、第二層34は圧電層20に重なっている。第一層33と第二層34とは、電気的に接続されている。第一層33と第二層34とは、直接接していてもよい。第一層33と第二層34とは、導電性を有する接着剤又は第一層33と第二層34との間の電気的な接続を阻害しない接着剤で、接着されていてもよい。各々の導電層30は第一層33が有する端子部33bと、第二層34が有する端子部34bとを備える。第一導電層31における二つの端子部は互いに直交する方向に突出し、第二導電層32における二つの端子部も互いに直交する方向に突出する。さらに、第一導電層31における二つの端子部及び第二導電層32における二つの端子部は、それぞれ互いに異なる四方向に突出している。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
第2の実施形態に係る圧電デバイス1の製造方法を、図6A、図6B及び図7A〜図7Dを参照して説明する。 The manufacturing method of the piezoelectric device 1 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6A, 6B and 7A to 7D.
第一のフィルム材101及び第二のフィルム材201を用意する。第一のフィルム材101は、延伸樹脂フィルム401を備える。第二のフィルム材201は、延伸樹脂フィルム402を備える。第一のフィルム材101は、延伸樹脂フィルム401に重なる導電膜301を更に備える。第二のフィルム材201も、延伸樹脂フィルム401に重なる導電膜302を更に備える。
The
延伸樹脂フィルム401及び延伸樹脂フィルム402は、第1の実施形態の場合と同じ構成を有する。
The stretched
第一のフィルム材101における、導電膜301は、厚みが第一層33の厚みに一致すること以外は、第1の実施形態における導電膜301と同じ構成を有する。
The
第二のフィルム材201における、導電膜302は、厚みが第二層34の厚みに一致すること以外は、第1の実施形態の第一のフィルム材101における導電膜と同じ構成を有する。すなわち、第二のフィルム材201は、延伸樹脂フィルム402の上面と、延伸樹脂フィルム402の下面とにそれぞれ重なる導電膜302を備える。延伸樹脂フィルム402の上面の導電膜302は、複数の分離膜に分かれており、これらの分離膜は、第一導電層31に対応する第一分離膜311と、第二導電層32に対応する第二分離膜312とを含む。延伸樹脂フィルム402の下面の導電膜302も、複数の分離膜に分かれており、これらの分離膜も、第一導電層31に対応する第一分離膜311と、第二導電層32に対応する第二分離膜312とを含む。
The
第2の実施形態でも、導電膜にマーキングをすることが好ましい。すなわち、導電膜にマークを設けることが好ましい。この場合、第1の実施形態と同様、圧電デバイス1の製造を円滑に行うことができる。例えば、図11Aに示すように、第一分離膜311と第二分離膜312とに、互いに異なる形のマークを設けると、第一分離膜311と第二分離膜312とが容易に識別されうる。また、延伸樹脂フィルム401の上面に重なる導電膜301と、延伸樹脂フィルム401の下面に重なる導電膜301に、互いに異なる形のマークを設けると、延伸樹脂フィルム401の上面と下面とが容易に識別されうる。また、延伸樹脂フィルム402の上面に重なる導電膜302と、延伸樹脂フィルム402の下面に重なる導電膜302に、互いに異なる形のマークを設けると、延伸樹脂フィルム402の上面と下面とが容易に識別されうる。
Also in the second embodiment, it is preferable to mark the conductive film. That is, it is preferable to provide a mark on the conductive film. In this case, as in the first embodiment, the piezoelectric device 1 can be smoothly manufactured. For example, as shown in FIG. 11A, if the
第2の実施形態でも、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを、第一のフィルム材101の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材201の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように編み込み折りをすることで、圧電デバイス1を作製できる。
Also in the second embodiment, the
より具体的には、第2の実施形態では、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを編み込み折りは、例えば次のように行われる。
More specifically, in the second embodiment, the
図7Aに示すように、まず、第一のフィルム材101の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材201の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように、第一のフィルム材101の端部と第二のフィルム材201の端部を重ねる。具体的には、例えば第一のフィルム材101を、延伸樹脂フィルム401の上面が上方を向くように配置する。この第一のフィルム材101の端部において、一つの第一分離膜311が上方を向いている。この第一のフィルム材101の端部に第二のフィルム材201の端部を、第一のフィルム材101の長手方向と第二のフィルム材201の長手方向とが直交する状態で重ねる。このとき、第二のフィルム材201の端部において、一つの第一分離膜311が下方を向いている。すなわち、第一のフィルム材101の第一分離膜311に第二のフィルム材201の第一分離膜311を重ねる。この場合、導電膜301にマーキングされていれば、製造に従事する者は、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201との位置関係を正しく設定することが容易である。
As shown in FIG. 7A, first, the stretching direction of the stretched
次に、図7Bに示すように、第一のフィルム材101を第二のフィルム材201の長辺に沿って折り返して第二のフィルム材201に重ねる。これにより、第一のフィルム材101における一つの第二分離膜312が第二のフィルム材201における一つの第二分離膜312に重ねられる。次に、図7Cに示すように、第二のフィルム材201を第一のフィルム材101の長辺に沿って折り返して第一のフィルム材101に重ねる。これにより、第一のフィルム材101における一つの第一分離膜311の上に第二のフィルム材201における一つの第一分離膜311が重ねられる。このように、第一のフィルム材101を折り返してから第二のフィルム材201を折り返すことを、繰り返し行う。これにより、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを編み込み折りして作製された、図7Dに示すような物を、以下、中間品6という。
Next, as shown in FIG. 7B, the
このように、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とを編み込み折りすると、第一のフィルム材101における延伸樹脂フィルムの401の、第一のフィルム材101を折り返すことで第二のフィルム材201に重なった部分から、圧電層10が作製される。また、第二のフィルム材201における延伸樹脂フィルム402の、第二のフィルム材201を折り返すことで第一のフィルム材101に重なった部分から、圧電層20が作製される。さらに、導電膜301から導電層30が作製される。第2の実施形態では、第一のフィルム材101の第一分離膜311から第一層33が作製され、第二のフィルム材201の第一分離膜311から第二層34が作製され、これらの第一層33と第二層34とから第一導電層31が作製される。また、第一のフィルム材101の第二分離膜312から第一層33が作製され、第二のフィルム材201の第二分離膜312から第二層34が作製され、これらの第一層33と第二層34とから第二導電層32が作製される。すなわち、各第一導電層31は二つの第一分離膜311で構成され、各第二導電層32は二つの第二分離膜312から構成される。この場合、圧電層10の延伸方向はいずれも同じ方向であり、圧電層20の延伸方向もいずれも同じ方向である。さらに、圧電層10の延伸方向と圧電層20の延伸方向は直交している。
In this way, when the
中間品6を作製するに当たって、第一のフィルム材の延伸樹脂フィルムと第二のフィルム材の延伸樹脂フィルムとが直接重なっている部分を、熱融着し、又は接着剤で接着してもよい。分離膜と延伸樹脂フィルムとを、分離膜と延伸樹脂フィルムとの間の電気的接続を阻害しない接着剤で接着してもよい。重なり合う分離膜同士を、導電性を有する接着剤又は分離膜同士の間の電気的な接続を阻害しない接着剤で、接着してもよい。
In producing the
第1の実施形態と同様、中間品6から第一のフィルム材101の折り返し部分と、第二のフィルム材201の折り返し部分とを切り取ることも好ましい。この場合、第一のフィルム材101を複数の圧電層10に分離し、かつ第二のフィルム材201を複数の圧電層20に分離できる。これにより、図5Aに示す積層体5が得られる。さらに、第2の実施形態では、第一のフィルム材101の折り返し部分を切り取ることで形成された切断面に、分離膜の突出部に由来する導電層の端子部を露出させることができる。
Similar to the first embodiment, it is also preferable to cut off the folded-back portion of the
積層体に、必要に応じて外部電極を設ける。外部電極は、溶射法などの公知の方法で作製できる。積層体に外部電極を設けると、端子部に外部電極を電気的に接続することで、圧電デバイス1から電圧を効率よく取り出すことができる。 External electrodes are provided on the laminate as needed. The external electrode can be manufactured by a known method such as a thermal spraying method. When the external electrode is provided on the laminate, the voltage can be efficiently taken out from the piezoelectric device 1 by electrically connecting the external electrode to the terminal portion.
第2の実施形態では、第一のフィルム材101における延伸樹脂フィルム401と第二のフィルム材201における延伸樹脂フィルム402とは同じ構成を有することができ、かつ第一のフィルム材101における導電膜301と第二のフィルム材201における導電膜302も同じ構成を有することができる。すなわち、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201とは、同じ構成を有することができる。そのため、第一のフィルム材101と第二のフィルム材201として異なる材料を用意する必要がなく、同一のフィルム材から、圧電デバイス1を作製することができる。このため、製造上の手間を抑制することができる。
In the second embodiment, the stretched
[第3の実施形態]
第3の実施形態に係る圧電デバイス1では、図8A、図8Bに示すように、第一導電層31における端子部と、第二導電層32における端子部とが、互いに直交する方向に突出している。このこと以外は、第3の実施形態に係る圧電デバイス1は、第1の実施形態に係る圧電デバイスと、実質的に同一の構成要素を備える。以下では、第1の実施形態と同一の構成要素については、同じ符号を付することにより重複説明を省略して、説明する。[Third Embodiment]
In the piezoelectric device 1 according to the third embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, the terminal portion of the first
第3の実施形態に係る圧電デバイス1の製造方法を、図9A〜図9D及び図10A〜図10Dを参照して説明する。 The manufacturing method of the piezoelectric device 1 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 9D and FIGS. 10A to 10D.
第一のフィルム材103及び第二のフィルム材203を用意する。第一のフィルム材103は、延伸樹脂フィルム401を備える。第二のフィルム材203は、延伸樹脂フィルム402を備える。第一のフィルム材103は、延伸樹脂フィルム401に重なる導電膜303を更に備える。第二のフィルム材203も、延伸樹脂フィルム402に重なる導電膜304を更に備える。
The
延伸樹脂フィルム401及び延伸樹脂フィルム402は、第1の実施形態の場合と同じ構成を有する。
The stretched
第一のフィルム材103は、延伸樹脂フィルム401の一つの面(以下、上面という)と、延伸樹脂フィルム402の上面とは反対側の面(以下、下面という)にそれぞれ重なる導電膜303を備える。延伸樹脂フィルム401の上面の導電膜303は、複数の分離膜に分かれている。分離膜は、間隔をあけて、延伸樹脂フィルム401の長手方向に並んでいる。延伸樹脂フィルム401の上面の、隣り合う分離膜の間には、分離膜が設けられていないブランク部501がある。すなわち、延伸樹脂フィルム401の上面には、分離膜とブランク部501とが交互に並んでいる。ブランク部501の寸法は、分離膜よりも僅かに大きい。例えばブランク部501の長さ(第一のフィルム材103の長手方向に沿った寸法)は、第一のフィルム材103の幅寸法と同じである。延伸樹脂フィルム401の下面の導電膜303も、複数の分離膜に分かれている。延伸樹脂フィルム401の下面にも、上面と同様のブランク部501がある。すなわち、延伸樹脂フィルム401の下面には、分離膜とブランク部501とが交互に並んでいる。延伸樹脂フィルム401の上面の第一分離膜331と、延伸樹脂フィルム401下面のブランク部501とは、それぞれ対を構成し、延伸樹脂フィルム401の上面のブランク部501と、延伸樹脂フィルム401下面の分離膜とも、それぞれ対を構成している。各対における分離膜とブランク部501とは、延伸樹脂フィルム401を介して対向している。第一のフィルム材103における分離膜331は、いずれも第一導電層31に対応する第一分離膜331である。
The
第二のフィルム材203も、第一のフィルム材103と同様、延伸樹脂フィルム402の上面と、延伸樹脂フィルム402の下面とにそれぞれ重なる導電膜304を備える。さらに、各々の導電膜は、第一のフィルム材103と同様、複数の分離膜に分かれ、かつ、延伸樹脂フィルム402の上面と下面には、それぞれ第一のフィルム材103同様、ブランク部502がある。すなわち、第二のフィルム材203は、第一のフィルム材103と同じ構成を有する。第二のフィルム材203における分離膜は、いずれも第二導電層32に対応する第二分離膜332である。
Like the
第3の実施形態でも、導電膜303(304)にマーキングをすることが好ましい。すなわち、導電膜303(304)にマークを設けることが好ましい。この場合、第1の実施形態と同様、圧電デバイス1の製造を円滑に行うことができる。 Also in the third embodiment, it is preferable to mark the conductive film 303 (304). That is, it is preferable to provide a mark on the conductive film 303 (304). In this case, as in the first embodiment, the piezoelectric device 1 can be smoothly manufactured.
第3の実施形態でも、第一のフィルム材103と第二のフィルム材203とを、第一のフィルム材103の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材203の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように編み込み折りをすることで、圧電デバイス1を作製できる。
Also in the third embodiment, the
より具体的には、第3の実施形態では、第一のフィルム材103と第二のフィルム材203との編み込み折りは、例えば次のように行われる。
More specifically, in the third embodiment, the braided folding of the
まず、図10Aに示すように、第一のフィルム材103の延伸樹脂フィルム401の延伸方向と、第二のフィルム材203の延伸樹脂フィルム402の延伸方向とが、交差するように、第一のフィルム材103の端部と第二のフィルム材203の端部を重ねる。具体的には、例えば第一のフィルム材103を、延伸樹脂フィルム401の上面が上方を向くように配置する。この第一のフィルム材103の端部において、一つの第一分離膜331が上方を向いている。この第一のフィルム材103の端部に第二のフィルム材203の端部を、第一のフィルム材103の長手方向と第二のフィルム材203の長手方向とが直交する状態で重ねる。このとき、第二のフィルム材203の端部において、一つのブランク部502が下方を向いている。すなわち、第一のフィルム材103の第一分離膜331に第二のフィルム材203のブランク部502を重ねる。この場合、導電膜303(304)にマーキングされていれば、製造に従事する者は、第一のフィルム材103と第二のフィルム材203との位置関係を正しく設定することが容易である。
First, as shown in FIG. 10A, the
次に、図10Bに示すように、第一のフィルム材103を第二のフィルム材203の長辺に沿って折り返して第二のフィルム材203に重ねる。これにより、第一のフィルム材103における一つのブランク部501が第二のフィルム材203における一つの第二分離膜332に重ねられる。次に、図10Cに示すように、第二のフィルム材203を第一のフィルム材103の長辺に沿って折り返して第一のフィルム材103に重ねる。これにより、第一のフィルム材103における一つの第一分離膜331の上に第二のフィルム材203における一つのブランク部502が重ねられる。このように第一のフィルム材103を折り返してから第二のフィルム材203を折り返すことを、繰り返し行う。これにより、第一のフィルム材103と第二のフィルム材203とを編み込み折りして作製された、図10Dに示すような物を、以下、中間品6という。
Next, as shown in FIG. 10B, the
このように第一のフィルム材103と第二のフィルム材203とを編み込み折りすると、第一のフィルム材103における延伸樹脂フィルム401の、第一のフィルム材103を折り返すことで第二のフィルム材203に重なった部分から、圧電層10が作製される。また、第二のフィルム材203における延伸樹脂フィルム402の、第二のフィルム材203を折り返すことで第一のフィルム材103に重なった部分から、圧電層20が作製される。さらに、導電膜303(304)から導電層30が作製される。第3の実施形態では、第一のフィルム材103の分離膜である第一分離膜331から第一導電層31が作製され、第二のフィルム材203の分離膜である第二分離膜332から第二導電層32が作製される。すなわち、各々の第一導電層31は一つの第一分離膜331で構成され、各々の第二導電層32は一つの第二分離膜332から構成される。この場合、圧電層10の延伸方向はいずれも同じ方向であり、圧電層20の延伸方向もいずれも同じ方向である。さらに、圧電層10の延伸方向と圧電層20の延伸方向は直交している。
When the
中間品6を作製するに当たって、延伸樹脂フィルムと延伸樹脂フィルムとが直接重なっている部分を、熱融着し、又は接着剤で接着してもよい。分離膜と延伸樹脂フィルムとを、熱融着し、又は分離膜と延伸樹脂フィルムとの間の電気的接続を阻害しない接着剤で接着してもよい。
In producing the
第1の実施形態と同様、中間品6から第一のフィルム材103の折り返し部分と、第二のフィルム材203の折り返し部分とを切り取ることも好ましい。この場合、第一のフィルム材103を複数の圧電層10に分離し、かつ第二のフィルム材203を複数の圧電層20に分離できる。これにより、図8Aに示す積層体5が得られる。さらに、第3の実施形態では、第一のフィルム材103の折り返し部分を切り取ることで形成された切断面と、第二のフィルム材203の折り返し部分を切り取ることで形成された切断面とに、分離膜の突出部に由来する導電層の端子部30bを露出させることができる。
Similar to the first embodiment, it is also preferable to cut off the folded-back portion of the
積層体5に、必要に応じて外部電極を設ける。外部電極は、溶射法などの公知の方法で作製できる。積層体5に外部電極を設けると、端子部に外部電極を電気的に接続することで、圧電デバイス1から電圧を効率よく取り出すことができる。
An external electrode is provided on the
第3の実施形態では、第一のフィルム材103における延伸樹脂フィルム401と第二のフィルム材203における延伸樹脂フィルム402とは同じ構成を有することができ、かつ第一のフィルム材103における導電膜303と第二のフィルム材203における導電膜304も同じ構成を有することができる。すなわち、第一のフィルム材103と第二のフィルム材203とは、同じ構成を有することができる。そのため、第一のフィルム材103と第二のフィルム材203として異なる材料を用意する必要がなく、同一のフィルム材から、圧電デバイス1を作製することができる。このため、製造上の手間を抑制することができる。さらに、第3の実施形態では、各々の導電層は一つの分離膜から作製され、第2の実施形態の場合のような二層に分かれていないため、導電層内では層間の接触抵抗が生じない。
In the third embodiment, the stretched
本開示の圧電デバイスおよびその製造方法によれば、同じ圧電特性を有する複数の圧電層が積層され、かつ隣り合う圧電層の対向し合う面の間が電気的に絶縁されていなくても、力が加えられた場合に力に応じた電圧を生じさせることができる圧電デバイスが得られ、産業上有用である。 According to the piezoelectric device of the present disclosure and the method for manufacturing the same, even if a plurality of piezoelectric layers having the same piezoelectric characteristics are laminated and the opposing surfaces of the adjacent piezoelectric layers are not electrically insulated, the force is applied. A piezoelectric device capable of generating a voltage corresponding to a force when a force is applied is obtained, which is industrially useful.
1 圧電デバイス
10、20 圧電層
30 導電層
101、103 第一のフィルム材
201、203 第二のフィルム材
301、302、303、304 導電膜
400、401、402 延伸樹脂フィルム1
Claims (9)
前記第一の群に含まれる前記圧電層と前記第二の群に含まれる前記圧電層とが交互に積層し、前記積層する方向において隣り合う前記第一の群に含まれる前記圧電層と前記第二の群に含まれる前記圧電層との間に前記導電層が介在し、
前記第一の群に含まれる前記圧電層、及び前記第二の群に含まれる前記圧電層は、延伸樹脂フィルムであり、
前記第一の群に含まれる前記圧電層と前記第二の群に含まれる前記圧電層とは、引張力が加えられて延伸する場合の、延伸方向に対する前記引張力の方向と、前記引張力によって生じる前記圧電層の分極方向との関係が互いに同一である圧電特性を有し、
前記第一の群に含まれる前記圧電層の前記延伸方向は、いずれも同一方向であり、
前記第二の群に含まれる前記圧電層の前記延伸方向は、いずれも同一方向であり、
前記第一の群に含まれる前記圧電層の前記延伸方向と前記第二の群に含まれる前記圧電層の前記延伸方向とは交差する、
圧電デバイス。It has a piezoelectric layer included in the first group, a piezoelectric layer included in the second group, and a conductive layer.
The piezoelectric layer included in the first group and the piezoelectric layer included in the second group are alternately laminated, and the piezoelectric layer included in the first group adjacent to each other in the stacking direction and the piezoelectric layer. The conductive layer is interposed between the piezoelectric layer and the piezoelectric layer included in the second group.
The piezoelectric layer included in the first group and the piezoelectric layer included in the second group are stretched resin films.
The piezoelectric layer included in the first group and the piezoelectric layer included in the second group are the direction of the tensile force with respect to the stretching direction when a tensile force is applied to stretch, and the tensile force. It has a piezoelectric property that the relationship with the polarization direction of the piezoelectric layer caused by the above is the same as each other.
The stretching directions of the piezoelectric layers included in the first group are all in the same direction.
The stretching directions of the piezoelectric layers included in the second group are all in the same direction.
The stretching direction of the piezoelectric layer included in the first group intersects with the stretching direction of the piezoelectric layer included in the second group.
Piezoelectric device.
請求項1に記載の圧電デバイス。The piezoelectric layer included in the first group and the piezoelectric layer included in the second group contain the same type of spiral polymer.
The piezoelectric device according to claim 1.
請求項2に記載の圧電デバイス。The spiral polymer is L-form polylactic acid or D-form polylactic acid.
The piezoelectric device according to claim 2.
前記第二の群に含まれる前記圧電層から選択されるいかなる二つの前記圧電層の延伸方向のなす角は、30度以下である、
請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電デバイス。The angle formed by any two of the piezoelectric layers selected from the piezoelectric layers included in the first group in the stretching direction is 30 degrees or less.
The angle formed by any two of the piezoelectric layers selected from the piezoelectric layers included in the second group in the stretching direction is 30 degrees or less.
The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電デバイス。The stretching direction of any one of the piezoelectric layers selected from the piezoelectric layers included in the first group and the stretching direction of any one of the piezoelectric layers selected from the piezoelectric layers included in the second group. The angle between the two is 75 degrees or more and 105 degrees or less.
The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 4.
前記第一のフィルム材と前記第二のフィルム材の各々は、延伸樹脂フィルムを備え、
前記第一のフィルム材と前記第二のフィルム材とのうち少なくとも一方は、前記延伸樹脂フィルムに重なる導電膜を更に備え、
前記第一のフィルム材の延伸樹脂フィルムと、前記第二のフィルム材の延伸樹脂フィルムとは、引張力が加えられた場合の延伸方向に対する前記引張力の方向と、前記引張力によって生じる分極の方向との関係が、互いに同一である圧電特性を有し、
前記第一のフィルム材と前記第二のフィルム材とを、前記第一のフィルム材の延伸樹脂フィルムの延伸方向と、前記第二のフィルム材の延伸樹脂フィルムの延伸方向とが、交差するように編み込み折りすることを含む、
圧電デバイスの製造方法。Prepare the first film material and the second film material,
Each of the first film material and the second film material includes a stretched resin film.
At least one of the first film material and the second film material further includes a conductive film that overlaps the stretched resin film.
The stretched resin film of the first film material and the stretched resin film of the second film material have the direction of the tensile force with respect to the stretching direction when a tensile force is applied and the polarization caused by the tensile force. It has piezoelectric characteristics that are the same as each other in relation to the direction.
The first film material and the second film material are crossed so that the stretching direction of the stretched resin film of the first film material and the stretching direction of the stretched resin film of the second film material intersect. Including weaving and folding in
A method for manufacturing a piezoelectric device.
前記第一のフィルム材と前記第二のフィルム材とを編み込み折りするにあたって、前記第一のフィルム材の延伸樹脂フィルムの延伸方向と、前記第二のフィルム材の延伸樹脂フィルムの延伸方向とが、交差するように、前記第一のフィルム材の端部と前記第二のフィルム材の端部を重ね、
前記第一のフィルム材を前記第二のフィルム材の長辺に沿って折り返して前記第二のフィルム材に重ねてから、前記第二のフィルム材を前記第一のフィルム材の長辺に沿って折り返して前記第一のフィルム材に重ねることを、繰り返す、
請求項6に記載の圧電デバイスの製造方法。The first film material and the second film material are both strip-shaped.
When the first film material and the second film material are woven and folded, the stretching direction of the stretched resin film of the first film material and the stretching direction of the stretched resin film of the second film material are determined. , The end of the first film material and the end of the second film material are overlapped so as to intersect with each other.
The first film material is folded back along the long side of the second film material and superposed on the second film material, and then the second film material is placed along the long side of the first film material. Repeatedly folding back and stacking on the first film material,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 6.
請求項6又は7に記載の圧電デバイスの製造方法。Including cutting off the folded-back portion of the first film material and the folded-back portion of the second film material.
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 6 or 7.
請求項6から8のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。Including a step of marking the conductive film,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to any one of claims 6 to 8.
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