KR20220004724A - 압전 필름 - Google Patents

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Abstract

내구성이 높고, 또한, 입력 동작 전압에 대하여 충분한 음압이 얻어지는 전기 음향 변환 필름 등을 실현할 수 있는 압전 필름의 제공을 과제로 한다. 고분자 재료를 포함하는 매트릭스 중에 압전체 입자를 포함하는 고분자 복합 압전체와, 고분자 복합 압전체의 양면에 마련된 전극층을 가지며, 두께 방향의 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하여, 고분자 복합 압전체를 두께 방향으로 이등분하고, 2개의 영역의 각각으로 공극률을 측정했을 때에, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가, 1.2 이상임으로써, 과제를 해결한다.

Description

압전 필름
본 발명은, 전기 음향 변환 필름 등에 이용되는 압전 필름에 관한 것이다.
액정 디스플레이나 유기 EL(Electro Luminescence) 디스플레이 등, 디스플레이의 박형화 및 경량화에 대응하여, 이들 박형 디스플레이에 이용되는 스피커에도 박형화 및 경량화가 요구되고 있다. 또, 플라스틱 등의 가요성 기판을 이용한 플렉시블 디스플레이의 개발에 대응하여, 이것에 이용되는 스피커에도 가요성이 요구되고 있다.
종래의 스피커의 형상은, 깔때기상의 이른바 콘형이나, 구면상의 돔형 등이 일반적이다. 그러나, 이와 같은 스피커를 상술한 박형의 디스플레이에 내장하려고 하면, 충분히 박형화를 도모할 수 없고, 또, 경량성이나 가요성을 저해할 우려가 있다. 또, 스피커를 외부 부착으로 한 경우, 운반 등이 번거롭다.
그래서, 박형이며, 경량성이나 가요성을 저해하지 않고 박형의 디스플레이나 플렉시블 디스플레이에 일체화 가능한 스피커로서, 시트상이고 가요성을 가지며, 인가 전압에 응답하여 신축하는 성질을 갖는 압전 필름을 이용하는 것이 제안되고 있다.
예를 들면, 본건 출원인은, 시트상이고, 가요성을 가지며, 또한, 고음질의 소리를 안정적으로 재생할 수 있는 압전 필름으로서, 특허문헌 1에 개시되는 압전 필름(전기 음향 변환 필름)을 제안하고 있다.
특허문헌 1에 개시되는 압전 필름은, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료로 이루어지는 점탄성 매트릭스 중에 압전체 입자를 분산하여 이루어지는 고분자 복합 압전체와, 고분자 복합 압전체를 사이에 끼우도록 마련된 전극층을 갖는 것이다. 특허문헌 1에 기재되는 압전 필름은, 바람직한 양태로서, 박막 전극의 표면에 형성된 보호층을 갖는다.
일본 공개특허공보 2014-212307호
이와 같은 압전 필름은, 예를 들면, 굴곡진 상태로 유지함으로써, 압전 스피커로서 기능한다.
즉, 압전 필름을 굴곡 상태로 유지하여, 전극층에 구동 전압을 인가함으로써, 압전체 입자의 신축에 의하여 고분자 복합 압전체가 신축하고, 이 신축을 흡수하기 위하여, 압전 필름은, 면과 직교하는 방향으로 진동한다. 압전 필름은, 이 진동에 의하여 공기를 진동시켜, 전기 신호를 소리로 변환하고 있다.
압전 필름이 면과 직교하는 방향으로 진동한다는 것은, 압전 필름을 구성하는 고분자 복합 압전체는, 면과 직교하는 방향으로 크게 휘어진 상태와, 원래대로 되돌아간 상태를 반복한다는 것이다.
고분자 복합 압전체가 면과 직교하는 방향으로 휘어진 상태에서는, 고분자 복합 압전체는, 두께 방향으로 체적 변화의 정도가 상이한 영역이 존재한다. 즉, 고분자 복합 압전체가 휘어진 상태에서는, 볼록 측은 체적이 커지고, 오목 측은 체적이 작아진다.
이와 같은 두께 방향의 체적 변화의 차이는, 고분자 복합 압전체에 변형 및 왜곡 등의 큰 스트레스를 주어, 크랙 및 전극층과의 박리 등의 결함의 발생의 원인이 된다. 그 때문에, 압전 필름은, 사용에 따라, 음압의 저하 등의 음향 특성의 열화가 발생해 버린다.
그러나, 종래의 압전 필름에서는, 이와 같은 고분자 복합 압전체의 스트레스에 의한 결함에 기인하는 음향 특성의 열화에 대해서는, 충분히 고려되어 있지 않았다.
본 발명의 목적은, 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것에 있으며, 고분자 복합 압전체의 스트레스에 기인하는 결함의 발생을 방지한 양호한 내구성을 갖고, 또한, 입력 동작 전압에 대하여 충분한 음압이 얻어지는, 양호한 음향 특성을 갖는 압전 필름을 제공하는 것에 있다.
이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 이하의 구성을 갖는다.
[1]
고분자 재료를 포함하는 매트릭스 중에 압전체 입자를 포함하는 고분자 복합 압전체와, 고분자 복합 압전체의 양면에 마련된 전극층을 가지며,
두께 방향의 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하여, 고분자 복합 압전체를 두께 방향으로 이등분하고, 2개의 영역의 각각에 있어서 공극률을 측정했을 때에, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가, 1.2 이상인 것을 특징으로 하는 압전 필름.
[2]
2개의 영역의 공극률의 평균이 30% 이하인, [1]에 기재된 압전 필름.
[3]
적어도 일방의 전극층의 표면에 적층되는 보호층을 갖는, [1] 또는 [2]에 기재된 압전 필름.
[4]
양방의 전극층의 표면에 보호층을 갖는, [3]에 기재된 압전 필름.
[5]
두께 방향으로 분극되어 있는, [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 압전 필름.
[6]
압전 특성에 면내 이방성을 갖지 않는, [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 압전 필름.
[7]
고분자 재료가 사이아노에틸기를 갖는, [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 압전 필름.
[8]
고분자 재료가 사이아노에틸화 폴리바이닐알코올인, [7]에 기재된 압전 필름.
[9]
압전체 입자가, 페로브스카이트형 또는 우르차이트(wurtzite)형의 결정 구조를 갖는 세라믹스 입자로 이루어지는 것인, [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 압전 필름.
이와 같은 본 발명의 압전 필름은, 고분자 복합 압전체의 스트레스에 기인하는 결함의 발생을 방지한 양호한 내구성을 갖고, 또한, 입력 동작 전압에 대하여 충분한 음압이 얻어지는, 양호한 음향 특성을 갖는다.
도 1은, 본 발명의 압전 필름의 일례를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 압전 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 압전 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 압전 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는, 도 1에 나타내는 압전 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은, 도 1에 나타내는 압전 필름의 제조 방법의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은, 도 1에 나타내는 압전 필름을 이용하는 압전 스피커의 일례를 개념적으로 나타낸다
도 8은, 음압의 측정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 본 발명의 압전 필름에 대하여, 첨부한 도면에 나타나는 적합 실시형태를 근거로 하여, 상세하게 설명한다.
이하에 기재하는 구성 요건의 설명은, 본 발명의 대표적인 실시형태에 근거하여 이루어지는 경우가 있지만, 본 발명은 그와 같은 실시형태에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 있어서, "~"를 이용하여 나타나는 수치 범위는, "~"의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
또, 이하에 나타내는 도는, 모두, 본 발명을 설명하기 위한 개념적인 도이며, 각층(各層)의 두께, 압전체 입자의 크기, 및, 구성 부재의 크기 등은, 실제의 것과는 상이하다.
본 발명의 압전 필름은, 고분자 복합 압전체의 양면에 전극층을 가지며, 적어도 일방의 전극층의 표면에, 보호층을 갖는 것이다. 고분자 복합 압전체란, 고분자 재료를 포함하는 매트릭스 중에 압전체 입자를 포함하는 것이다. 또, 본 발명의 압전 필름은, 바람직하게는, 양방의 전극층의 표면에, 보호층을 갖는다.
이와 같은 본 발명의 압전 필름은, 두께 방향의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM(Scanning Electron Microscope))으로 관찰하여, 고분자 복합 압전체를 두께 방향으로 이등분하고, 이등분한 2개의 영역의 공극률을 측정했을 때에, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 비율인 공극률의 비가, 1.2 이상이다.
또한, 이하의 설명에서는, 특별히 설명이 없는 경우에는, "단면(斷面)"이란, 압전 필름의 두께 방향의 단면을 나타낸다. 압전 필름의 두께 방향이란, 각층의 적층 방향이다.
본 발명의 압전 필름은, 일례로서, 전기 음향 변환 필름으로서 이용되는 것이다. 구체적으로는, 본 발명의 압전 필름은, 압전 스피커, 마이크로폰 및 음성 센서 등의 전기 음향 변환기의 진동판으로서 이용된다.
전기 음향 변환기는, 압전 필름으로의 전압 인가에 의하여, 압전 필름이 면 방향으로 신장하면, 이 신장분(分)을 흡수하기 위하여, 압전 필름이, 상방(소리의 방사 방향)으로 이동한다. 반대로, 압전 필름으로의 전압 인가에 의하여, 압전 필름이 면내 방향으로 수축하면, 이 수축분을 흡수하기 위하여, 압전 필름이, 하방으로 이동한다.
전기 음향 변환기는, 이 압전 필름의 신축의 반복에 의한 진동에 의하여, 진동(소리)과 전기 신호를 변환하는 것이다. 전기 음향 변환기는, 압전 필름에 전기 신호를 입력하여, 전기 신호에 따른 압전 필름의 진동에 의하여 소리를 재생하고, 또, 음파를 받는 것에 의한 압전 필름의 진동을 전기 신호로 변환한다. 압전 필름은, 전기 음향 변환기 이외에도, 진동에 의한 촉감 부여, 및, 진동에 의한 물체의 수송 등에도 이용 가능하다.
구체적으로는, 압전 필름의 용도로서는, 음파 센서, 초음파 센서, 압력 센서, 촉각 센서, 왜곡 센서, 및, 진동 센서 등의 각종 센서,
마이크로폰, 픽업, 스피커, 및, 익사이터 등의 각종 음향 디바이스,
자동차, 스마트폰, 스마트 시계, 및, 게임 등에 적용하여 이용하는 햅틱스,
초음파 탐촉자 및 하이드로폰 등의 초음파 트랜스듀서, 물방울 부착 방지, 수송, 교반, 및, 분산 연마 등에 이용하는 액추에이터,
용기, 탈것(vehicle), 건물, 및, 스키 및 라켓 등의 스포츠 용구 등에 이용하는 제진재(댐퍼), 및,
도로, 바닥, 매트리스, 의자, 구두, 타이어, 차륜, 및, 컴퓨터 키보드 등에 적용하여 이용하는 진동 발전 장치를 적합한 것으로서 들 수 있다.
또한, 음향 디바이스로서는, 구체적으로는, 노이즈 캔슬러(차, 전철, 비행기 및 로봇 등에 사용), 인공 성대, 해충·해수(害獸) 침입 방지용 버저, 가구, 벽지, 사진, 헬멧, 고글, 사이니지, 및, 로봇 등이 예시된다.
도 1에, 본 발명의 압전 필름의 일례를 단면도로 개념적으로 나타낸다.
도 1에 나타내는 압전 필름(10)은, 압전체층(12)과, 압전체층(12)의 일방의 면에 적층되는 상부 박막 전극(14)과, 상부 박막 전극(14)에 적층되는 상부 보호층(18)과, 압전체층(12)의 타방의 면에 적층되는 하부 박막 전극(16)과, 하부 박막 전극(16)에 적층되는 하부 보호층(20)을 갖는다.
압전 필름(10)에 있어서, 압전체층(12)은, 도 1에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 고분자 재료를 포함하는 고분자 매트릭스(24) 중에, 압전체 입자(26)를 포함하는 것이다. 즉, 압전체층(12)은, 본 발명의 압전 필름에 있어서의 고분자 복합 압전체이다.
또, 압전체층(12) 중에는, 압전체 입자(26)도 고분자 매트릭스(24)도 없는 공극(28)도 존재한다.
여기에서, 고분자 복합 압전체(압전체층(12))는, 다음의 용건을 구비한 것인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 상온이란, 0~50℃이다.
(i) 가요성
예를 들면, 휴대용으로서 신문이나 잡지와 같이 서류 감각으로 느슨하게 휘어진 상태로 파지하는 경우, 끊임없이 외부로부터, 수 Hz 이하의 비교적 느린, 큰 굽힘 변형을 받게 된다. 이때, 고분자 복합 압전체가 단단하면, 그만큼 큰 굽힘 응력이 발생하고, 고분자 매트릭스와 압전체 입자의 계면에서 균열이 발생하며, 이윽고 파괴로 이어질 우려가 있다. 따라서, 고분자 복합 압전체에는 적절한 부드러움이 요구된다. 또, 왜곡 에너지를 열로서 외부로 확산시킬 수 있으면 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트가 적절히 클 것이 요구된다.
(ii) 음질
스피커는, 20Hz~20kHz의 오디오 대역의 주파수로 압전체 입자를 진동시켜, 그 진동 에너지에 의하여 진동판(고분자 복합 압전체) 전체가 일체가 되어 진동함으로써 소리가 재생된다. 따라서, 진동 에너지의 전달 효율을 높이기 위하여 고분자 복합 압전체에는 적절한 경도가 요구된다. 또, 스피커의 주파수 특성이 평활하면, 곡률의 변화에 따라 최저 공진 주파수 f0이 변화했을 때의 음질의 변화량도 작아진다. 따라서, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트는 적절히 클 것이 요구된다.
스피커용 진동판의 최저 공진 주파수 f0은, 하기 식으로 주어지는 것은 주지이다. 여기에서, s는 진동계의 스티프니스, m은 질량이다.
[수학식 1]
Figure pct00001
이때, 압전 필름의 만곡 정도 즉 만곡부의 곡률 반경이 커질수록 기계적인 스티프니스 s가 낮아지기 때문에, 최저 공진 주파수 f0은 작아진다. 즉, 압전 필름의 곡률 반경에 의하여 스피커의 음질(음량, 주파수 특성)이 바뀌게 된다.
이상을 정리하면, 고분자 복합 압전체는, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 진동에 대해서는 부드럽게 거동할 것이 요구된다. 또, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트는, 20kHz 이하의 모든 주파수의 진동에 대하여, 적절히 클 것이 요구된다.
일반적으로, 고분자 고체는 점탄성 완화 기구를 갖고 있으며, 온도 상승 혹은 주파수의 저하와 함께 큰 스케일의 분자 운동이 저장 탄성률(영률)의 저하(완화) 혹은 손실 탄성률의 극대(흡수)로서 관측된다. 그중에서도, 비정질 영역의 분자쇄의 마이크로 브라운 운동에 의하여 야기되는 완화는, 주(主)분산이라고 불리고, 매우 큰 완화 현상이 보인다. 이 주분산이 일어나는 온도가 유리 전이점(Tg)이며, 가장 점탄성 완화 기구가 현저하게 나타난다.
고분자 복합 압전체(압전체층(12))는, 유리 전이점이 상온에 있는 고분자 재료, 바꾸어 말하면, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료를 매트릭스에 이용함으로써, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 느린 진동에 대해서는 부드럽게 거동하는 고분자 복합 압전체가 실현된다. 특히, 이 거동이 적합하게 발현하는 등의 점에서, 주파수 1Hz에서의 유리 전이 온도가 상온에 있는 고분자 재료를, 고분자 복합 압전체의 매트릭스에 이용하는 것이 바람직하다.
고분자 재료는, 상온에 있어서, 동적 점탄성 시험에 의한 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트 Tanδ의 극댓값이, 0.5 이상인 것이 바람직하다.
이로써, 고분자 복합 압전체가 외력에 의하여 천천히 구부러졌을 때에, 최대 굽힘 모멘트부에 있어서의 고분자 매트릭스/압전체 입자 계면의 응력 집중이 완화되어, 높은 가요성을 기대할 수 있다.
또, 고분자 재료는, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률(E')이, 0℃에 있어서 100MPa 이상, 50℃에 있어서 10MPa 이하인 것이 바람직하다.
이로써, 고분자 복합 압전체가 외력에 의하여 천천히 구부러졌을 때에 발생하는 굽힘 모멘트를 저감시킬 수 있음과 동시에, 20Hz~20kHz의 음향 진동에 대해서는 단단하게 거동할 수 있다.
또, 고분자 재료는, 비유전율이 25℃에 있어서 10 이상이면, 보다 적합하다. 이로써, 고분자 복합 압전체에 전압을 인가했을 때에, 고분자 매트릭스 중의 압전체 입자에는 보다 높은 전계가 가해지기 때문에, 큰 변형량을 기대할 수 있다.
그러나, 그 반면, 양호한 내습성의 확보 등을 고려하면, 고분자 재료는, 비유전율이 25℃에 있어서 10 이하인 것도, 적합하다.
이와 같은 조건을 충족시키는 고분자 재료로서는, 사이아노에틸화 폴리바이닐알코올(사이아노에틸화 PVA), 폴리아세트산 바이닐, 폴리바이닐리덴 클로라이드 코아크릴로나이트릴, 폴리스타이렌-바이닐폴리아이소프렌 블록 공중합체, 폴리바이닐메틸케톤, 및, 폴리뷰틸메타크릴레이트 등이 적합하게 예시된다.
또, 이들 고분자 재료로서는, 하이브라 5127(구라레사제) 등의 시판품도, 적합하게 이용 가능하다.
고분자 매트릭스(24)를 구성하는 고분자 재료로서는, 사이아노에틸기를 갖는 고분자 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 사이아노에틸화 PVA를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 본 발명의 압전 필름(10)에 있어서, 압전체층(12)은, 고분자 매트릭스(24)로서, 사이아노에틸기를 갖는 고분자 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 사이아노에틸화 PVA를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
이하의 설명에서는, 편의적으로, 사이아노에틸화 PVA를 대표로 하는 상술한 고분자 재료를, 정리하여 "상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료"라고도 한다.
또한, 이들 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료는, 1종만을 이용해도 되고, 복수 종을 병용(혼합)하여 이용해도 된다.
본 발명의 압전 필름(10)에 있어서, 압전체층(12)의 고분자 매트릭스(24)에는, 필요에 따라, 복수의 고분자 재료를 병용해도 된다.
즉, 고분자 복합 압전체를 구성하는 고분자 매트릭스(24)에는, 유전 특성이나 기계적 특성의 조절 등을 목적으로 하여, 상술한 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료에 더하여, 필요에 따라, 그 외의 유전성 고분자 재료를 첨가해도 된다.
첨가 가능한 유전성 고분자 재료로서는, 일례로서, 폴리 불화 바이닐리덴, 불화 바이닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 불화 바이닐리덴-트라이플루오로에틸렌 공중합체, 폴리 불화 바이닐리덴-트라이플루오로에틸렌 공중합체 및 폴리 불화 바이닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소계 고분자, 사이안화 바이닐리덴-아세트산 바이닐 공중합체, 사이아노에틸셀룰로스, 사이아노에틸하이드록시사카로스, 사이아노에틸하이드록시셀룰로스, 사이아노에틸하이드록시풀루란, 사이아노에틸메타크릴레이트, 사이아노에틸아크릴레이트, 사이아노에틸하이드록시에틸셀룰로스, 사이아노에틸아밀로스, 사이아노에틸하이드록시프로필셀룰로스, 사이아노에틸다이하이드록시프로필셀룰로스, 사이아노에틸하이드록시프로필아밀로스, 사이아노에틸폴리아크릴아마이드, 사이아노에틸폴리아크릴레이트, 사이아노에틸풀루란, 사이아노에틸폴리하이드록시메틸렌, 사이아노에틸글리시돌풀루란, 사이아노에틸사카로스 및 사이아노에틸소비톨 등의 사이아노기 또는 사이아노에틸기를 갖는 폴리머, 및, 나이트릴 고무 및 클로로프렌 고무 등의 합성 고무 등이 예시된다.
그중에서도, 사이아노에틸기를 갖는 고분자 재료는, 적합하게 이용된다.
또, 압전체층(12)의 고분자 매트릭스(24)에 있어서, 이들 유전성 고분자 재료는, 1종에 제한은 되지 않고, 복수 종을 첨가해도 된다.
또, 유전성 고분자 재료 이외에도, 고분자 매트릭스(24)의 유리 전이점 Tg를 조절할 목적으로, 염화 바이닐 수지, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 메타크릴 수지, 폴리뷰텐 및 아이소뷰틸렌 등의 열가소성 수지, 및, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 알카이드 수지 및 마이카 등의 열경화성 수지 등을 첨가해도 된다.
또한, 점착성을 향상시킬 목적으로, 로진에스터, 로진, 터펜, 터펜페놀, 및, 석유 수지 등의 점착 부여제를 첨가해도 된다.
압전체층(12)의 고분자 매트릭스(24)에 있어서, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료 이외의 고분자 재료를 첨가할 때의 첨가량에는 제한은 없지만, 고분자 매트릭스(24)에서 차지하는 비율로 30질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이로써, 고분자 매트릭스(24)에 있어서의 점탄성 완화 기구를 저해하지 않고, 첨가하는 고분자 재료의 특성을 발현할 수 있기 때문에, 고유전율화, 내열성의 향상, 압전체 입자(26)나 전극층과의 밀착성 향상 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
압전체층(12)(고분자 복합 압전체)은, 이와 같은 고분자 매트릭스에, 압전체 입자(26)를 함유하여 이루어지는 것이다.
압전체 입자(26)는, 바람직하게는, 페로브스카이트형 또는 우르차이트형의 결정 구조를 갖는 세라믹스 입자로 이루어지는 것이다.
압전체 입자(26)를 구성하는 세라믹스 입자로서는, 예를 들면, 타이타늄산 지르코늄산 납(PZT), 타이타늄산 지르코늄산 란타넘납(PLZT), 타이타늄산 바륨(BaTiO3), 산화 아연(ZnO), 및, 타이타늄산 바륨과 비스무트 페라이트(BiFe3)의 고용체(固溶體)(BFBT) 등이 예시된다.
압전체 입자(26)의 입경은, 압전 필름(10)의 사이즈나 용도에 따라, 적절히, 선택하면 된다. 압전체 입자(26)의 입경은, 1~10μm가 바람직하다.
압전체 입자(26)의 입경을 상기 범위로 함으로써, 높은 압전 특성과 플렉서빌러티를 양립할 수 있는 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
압전 필름(10)에 있어서, 압전체층(12) 중에 있어서의 고분자 매트릭스(24)와 압전체 입자(26)의 양비는, 압전 필름(10)의 면 방향의 크기나 두께, 압전 필름(10)의 용도, 압전 필름(10)에 요구되는 특성 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
압전체층(12) 중에 있어서의 압전체 입자(26)의 체적 분율은, 30~80%가 바람직하고, 특히, 50% 이상이 바람직하며, 따라서, 50~80%가 보다 바람직하다.
고분자 매트릭스(24)와 압전체 입자(26)의 양비를 상기 범위로 함으로써, 높은 압전 특성과 플렉서빌러티를 양립할 수 있는 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
또, 압전 필름(10)에 있어서, 압전체층(12)의 두께에는 제한은 없고, 압전 필름(10)의 사이즈, 압전 필름(10)의 용도, 압전 필름(10)에 요구되는 특성 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
압전체층(12)의 두께는, 8~300μm가 바람직하고, 8~150μm가 보다 바람직하며, 15~100μm가 더 바람직하고, 25~75μm가 특히 바람직하다.
압전체층(12)은, 두께 방향으로 분극 처리(폴링)되어 있는 것이 바람직하다. 분극 처리에 관해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
도 1에 나타내는 압전 필름(10)은, 이와 같은 압전체층(12)의 일면에, 하부 박막 전극(16)을 가지며, 하부 박막 전극(16) 위에 바람직한 양태로서 하부 보호층(20)을 갖고, 압전체층(12)의 타방의 면에, 상부 박막 전극(14)을 가지며, 상부 박막 전극(14) 위에 바람직한 양태로서 상부 보호층(18)을 갖고 이루어지는 구성을 갖는다. 압전 필름(10)에서는, 상부 박막 전극(14)과 하부 박막 전극(16)이 전극쌍을 형성한다.
바꾸어 말하면, 본 발명의 압전 필름(10)은, 압전체층(12)의 양면을 전극쌍, 즉, 상부 박막 전극(14) 및 하부 박막 전극(16)으로 협지하고, 바람직하게는, 추가로, 상부 보호층(18) 및 하부 보호층(20)으로 협지하여 이루어지는 구성을 갖는다.
이와 같이, 상부 박막 전극(14) 및 하부 박막 전극(16)으로 협지된 영역은, 인가된 전압에 따라 구동된다.
또한, 본 발명에 있어서, 하부 박막 전극(16) 및 하부 보호층(20), 및, 상부 박막 전극(14) 및 상부 보호층(18)에 있어서의 상부 및 하부란, 본 발명의 압전 필름(10)을 설명하기 위하여, 편의적으로 도면에 맞추어 명칭을 붙이고 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 압전 필름(10)에 있어서의 상부 및 하부에는, 기술적인 의미는 없고, 또, 실제의 사용 상태와는 무관하다.
본 발명의 압전 필름(10)은, 이들 층에 더하여, 예를 들면, 박막 전극과 압전체층(12)을 첩착하기 위한 첩착층, 및, 박막 전극과 보호층을 첩착하기 위한 첩착층을 가져도 된다.
첩착제는, 접착제여도 되고 점착제여도 된다. 또, 첩착제는, 압전체층(12)으로부터 압전체 입자(26)를 제외한 고분자 재료 즉 고분자 매트릭스(24)와 동일한 재료도, 적합하게 이용 가능하다. 또한, 첩착층은, 상부 박막 전극(14) 측 및 하부 박막 전극(16) 측의 양방에 가져도 되고, 상부 박막 전극(14) 측 및 하부 박막 전극(16) 측의 일방에만 가져도 된다.
또한, 압전 필름(10)은, 이들 층에 더하여, 상부 박막 전극(14) 및 하부 박막 전극(16)으로부터의 전극의 인출을 행하는 전극 인출부, 및, 압전체층(12)이 노출되는 영역을 덮어, 쇼트 등을 방지하는 절연층 등을 갖고 있어도 된다.
전극 인출부로서는, 박막 전극 및 보호층이, 압전체층의 면 방향 외부에, 볼록 형상으로 돌출되는 부위를 마련해도 되고, 혹은, 보호층의 일부를 제거하여 구멍부를 형성하며, 이 구멍부에 은 페이스트 등의 도전 재료를 삽입하여 도전 재료와 박막 전극을 전기적으로 도통하여, 전극 인출부로 해도 된다.
또한, 각 박막 전극에 있어서, 전극 인출부는 1개에는 제한되지 않고, 2 이상의 전극 인출부를 갖고 있어도 된다. 특히, 보호층의 일부를 제거하여 구멍부에 도전 재료를 삽입하여 전극 인출부로 하는 구성의 경우에는, 보다 확실히 통전을 확보하기 위하여, 전극 인출부를 3 이상 갖는 것이 바람직하다.
압전 필름(10)에 있어서, 상부 보호층(18) 및 하부 보호층(20)은, 상부 박막 전극(14) 및 하부 박막 전극(16)을 피복함과 함께, 압전체층(12)에 적절한 강성과 기계적 강도를 부여하는 역할을 담당하고 있다. 즉, 본 발명의 압전 필름(10)에 있어서, 고분자 매트릭스(24)와 압전체 입자(26)를 포함하는 압전체층(12)은, 느린 굽힘 변형에 대해서는, 매우 우수한 가요성을 나타내는 한편, 용도에 따라서는, 강성이나 기계적 강도가 부족한 경우가 있다. 압전 필름(10)은, 그것을 보완하기 위하여 상부 보호층(18) 및 하부 보호층(20)이 마련된다.
하부 보호층(20)과 상부 보호층(18)은, 배치 위치가 상이할 뿐이고, 구성은 동일하다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는, 하부 보호층(20) 및 상부 보호층(18)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 두 부재를 통틀어, 보호층이라고도 한다.
또한, 도시예의 압전 필름(10)은, 보다 바람직한 양태로서, 양방의 박막 전극에 적층하고, 하부 보호층(20) 및 상부 보호층(18)을 갖는다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한은 되지 않고, 하부 보호층(20) 및 상부 보호층(18)의 일방만을 갖는 구성이어도 된다.
또, 본 발명의 압전 필름에 있어서, 보호층은, 바람직한 양태로서 마련되는 것이며, 필수의 구성 요건은 아니다. 즉, 본 발명의 압전 필름은, 압전체층(12)과, 상부 박막 전극(14) 및 하부 박막 전극(16)으로 구성되어도 된다.
보호층에는, 제한은 없고, 각종 시트상물이 이용 가능하며, 일례로서, 각종 수지 필름이 적합하게 예시된다. 그중에서도, 우수한 기계적 특성 및 내열성을 갖는 등의 이유에 의하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리스타이렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌 아황산염(PPS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에터이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트라이아세틸셀룰로스(TAC), 및, 환상 올레핀계 수지 등으로 이루어지는 수지 필름이 적합하게 이용된다.
보호층의 두께에도, 제한은 없다. 또, 상부 보호층(18) 및 하부 보호층(20)의 두께는, 기본적으로 동일하지만, 상이해도 된다.
보호층의 강성이 너무 높으면, 압전체층(12)의 신축을 구속할 뿐만 아니라, 가요성도 손상된다. 그 때문에, 기계적 강도나 시트상물로서의 양호한 핸들링성이 요구되는 경우를 제외하면, 보호층은, 얇을수록 유리하다.
본 발명자의 검토에 의하면, 상부 보호층(18) 및 하부 보호층(20)의 두께가, 각각, 압전체층(12)의 두께의 2배 이하이면, 강성의 확보와 적절한 유연성의 양립 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
예를 들면, 압전체층(12)의 두께가 50μm이며 하부 보호층(20) 및 상부 보호층(18)이 PET로 이루어지는 경우, 하부 보호층(20) 및 상부 보호층(18)의 두께는 각각, 100μm 이하가 바람직하고, 50μm 이하가 보다 바람직하며, 그중에서도 25μm 이하로 하는 것이 바람직하다.
압전 필름(10)에 있어서, 압전체층(12)과 상부 보호층(18)의 사이에는 상부 박막 전극(14)이, 압전체층(12)과 하부 보호층(20)의 사이에는 하부 박막 전극(16)이, 각각 형성된다. 이하의 설명에서는, 상부 박막 전극(14)을 상부 전극(14), 하부 박막 전극(16)을 하부 전극(16)이라고도 한다.
상부 전극(14) 및 하부 전극(16)은, 압전 필름(10)(압전체층(12))에 전계를 인가하기 위하여 마련된다.
또한, 하부 전극(16) 및 상부 전극(14)은, 기본적으로 동일한 것이다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는, 하부 전극(16) 및 상부 전극(14)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 두 부재를 통틀어, 박막 전극이라고도 한다.
본 발명의 압전 필름에 있어서, 박막 전극의 형성 재료에는 제한은 없고, 각종 도전체가 이용 가능하다. 구체적으로는, 탄소, 팔라듐, 철, 주석, 알루미늄, 니켈, 백금, 금, 은, 구리, 크로뮴, 몰리브데넘, 이들의 합금, 산화 인듐 주석, 및, PEDOT/PPS(폴리에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설폰산) 등의 도전성 고분자 등이 예시된다.
그중에서도, 구리, 알루미늄, 금, 은, 백금, 및, 산화 인듐 주석은, 적합하게 예시된다. 그중에서도, 도전성, 비용 및 가요성 등의 관점에서 구리가 보다 바람직하다.
또, 박막 전극의 형성 방법에도 제한은 없고, 진공 증착이나 스퍼터링 등의 기상 퇴적법(진공 성막법)이나 도금에 의한 성막이나, 상기 재료로 형성된 박을 첩착하는 방법, 도포하는 방법 등, 공지의 방법이, 각종, 이용 가능하다.
그중에서도 특히, 압전 필름(10)의 가요성을 확보할 수 있는 등의 이유에서, 진공 증착에 의하여 성막된 구리나 알루미늄의 박막은, 박막 전극으로서, 적합하게 이용된다. 그중에서도 특히, 진공 증착에 의한 구리의 박막은, 적합하게 이용된다.
상부 전극(14) 및 하부 전극(16)의 두께에는, 제한은 없다. 또, 상부 전극(14) 및 하부 전극(16)의 두께는, 기본적으로 동일하지만, 상이해도 된다.
여기에서, 상술한 보호층과 동일하게, 박막 전극의 강성이 너무 높으면, 압전체층(12)의 신축을 구속할 뿐만 아니라, 가요성도 손상된다. 그 때문에, 박막 전극은, 전기 저항이 너무 높아지지 않는 범위이면, 얇을수록 유리하다.
본 발명의 압전 필름(10)에서는, 박막 전극의 두께와 영률의 곱이, 보호층의 두께와 영률의 곱을 하회하면, 가요성을 크게 저해하는 경우가 없기 때문에, 적합하다.
예를 들면, 보호층이 PET(영률: 약 6.2GPa)이며, 박막 전극이 구리(영률: 약 130GPa)로 이루어지는 조합의 경우, 보호층의 두께가 25μm라고 하면, 박막 전극의 두께는, 1.2μm 이하가 바람직하고, 0.3μm 이하가 보다 바람직하며, 그중에서도 0.1μm 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 압전 필름(10)은, 고분자 재료를 포함하는 고분자 매트릭스(24)에 압전체 입자(26)를 포함하는 압전체층(12)을, 상부 전극(14) 및 하부 전극(16)으로 협지하고, 또한, 상부 보호층(18) 및 하부 보호층(20)을 협지하여 이루어지는 구성을 갖는다.
이와 같은 압전 필름(10)은, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트(Tanδ)가 0.1 이상이 되는 극댓값이 상온에 존재하는 것이 바람직하다.
이로써, 압전 필름(10)이 외부로부터 수 Hz 이하의 비교적 느린, 큰 굽힘 변형을 받았다고 해도, 왜곡 에너지를 효과적으로 열로서 외부로 확산시킬 수 있기 때문에, 고분자 매트릭스와 압전체 입자의 계면에서 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
압전 필름(10)은, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률(E')이, 0℃에 있어서 10~30GPa, 50℃에 있어서 1~10GPa인 것이 바람직하다.
이로써, 상온에서 압전 필름(10)이 저장 탄성률(E')에 큰 주파수 분산을 가질 수 있다. 즉, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 진동에 대해서는 부드럽게 거동할 수 있다.
또, 압전 필름(10)은, 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률(E')의 곱이, 0℃에 있어서 1.0×106~2.0×106N/m, 50℃에 있어서 1.0×105~1.0×106N/m인 것이 바람직하다.
이로써, 압전 필름(10)이 가요성 및 음향 특성을 저해하지 않는 범위에서, 적절한 강성과 기계적 강도를 구비할 수 있다.
또한, 압전 필름(10)은, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서, 25℃, 주파수 1kHz에 있어서의 손실 탄젠트(Tanδ)가, 0.05 이상인 것이 바람직하다.
이로써, 압전 필름(10)을 이용한 스피커의 주파수 특성이 평활하게 되어, 스피커(압전 필름(10))의 곡률의 변화에 따라 최저 공진 주파수 f0이 변화했을 때의 음질의 변화량도 작게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 압전 필름(10)은, SEM으로 관찰한 단면에 있어서, 압전체층(12)을 두께 방향으로 이등분하고, 이등분된 2개의 영역에 있어서 공극률을 측정했을 때에, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가, 1.2 이상이다.
구체적으로는, 일례로서, 압전 필름(10)을 임의의 위치에서 두께 방향으로 절단한 단면의 SEM 화상을 얻는다. 이 단면 SEM 화상에 있어서, 상부 전극(14)과 압전체층(12)의 계면과, 하부 전극과 압전체층(12)의 계면을, 압전체층(12)의 두께 방향의 상하면으로 하여, 도 1에 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 압전체층(12)을 두께 방향으로 이등분한다.
이하의 설명에서는, 편의적으로, 두께 방향으로 이등분한 압전체층(12)의 상부 전극(14) 측을 상부 영역(12U), 하부 전극(16) 측을 하부 영역(12L)으로 한다.
이와 같이 하여 설정한 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의, 각각에서, 공극률을 측정한다. 공극률이란, 단면 SEM 화상에 있어서의, 각 영역에 있어서의 공극(28)의 합계의 면적율이다. 예를 들면, 상부 영역(12U)의 공극률이면, 단면 SEM 화상을 화상 해석하여, 상부 영역(12U)의 면적과, 상부 영역(12U)에 있어서의 모든 공극(28)의 면적을 합계한 공극(28)의 합계 면적을 구하여, 상부 영역(12U)에 있어서의 공극률을 산출하면 된다.
일반적으로, 압전 필름(10)의 단면 SEM 화상(모노크로 화상)에 있어서, 화상 중의 농도(명도)는, "압전체 입자 및 박막 전극>고분자 매트릭스(바인더) 및 보호층>공극"이 된다.
따라서, 예를 들면, 압전 필름 단면 SEM 화상에 있어서, 상술한 바와 같이 압전체층(12)을 두께 방향으로 이등분하고, 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)을 설정한다. 그 후, 적절히 선택한 농도를 임곗값으로 하여, 단면 SEM 화상을 흑색(고농도)과 흰색(저농도)으로 이치화한다. 이 이치화 화상을 해석하여, 상부 영역(12U)의 면적 및 하부 영역(12L)의 면적과 각 영역에 있어서의 공극(28)의 합계 면적을 구하고, 각 영역에 있어서의 공극률을 구하면 된다.
본 발명에 있어서는, 일례로서, 이와 같은 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의 공극률의 측정을, 압전 필름(10)에 있어서 임의로 설정한 10단면에서 행한다.
이 10단면에 있어서의 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의 공극률의 평균값을, 이 압전 필름(10)에 있어서의 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의 공극률로 한다. 즉, 본 발명에 있어서는, 일례로서, 10단면의 평균값을, 압전 필름(10)에 있어서의, 두께 방향으로 이등분한 압전체층(12)의 각 영역의 공극률로 한다.
본 발명의 압전 필름(10)은, 이와 같이 하여 측정한 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의 공극률에 있어서, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가, 1.2 이상이다.
예를 들면, 상부 영역(12U)의 공극률이, 하부 영역(12L)의 공극률보다 높은 경우에는, 상부 영역(12U)의 공극률을, 하부 영역(12L)의 공극률로 나눈 공극률의 비가 1.2 이상이다. 즉, 이 경우에는, "공극률의 비=[상부 영역(12U)의 공극률]/[하부 영역(12L)의 공극률]≥1.2"이다.
바꾸어 말하면, 본 발명의 압전 필름(10)은, 상술한 바와 같이 측정한 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의 공극률에 있어서, 공극률이 낮은 영역의 공극률을 1로서 규격화했을 때에, 공극률이 높은 영역의 공극률이 1.2 이상이다.
본 발명의 압전 필름(10)은, 이와 같은 구성을 가짐으로써, 휨에 기인하는 압전체층(12)의 손상을 방지한 높은 내구성을 갖고, 또한, 입력 동작 전압에 대하여 충분한 음압이 얻어진다.
상술한 바와 같이, 압전 필름을 전기 음향 변환 필름으로서 압전 스피커에 이용하는 경우에는, 압전 필름을 굴곡 상태로 유지하여, 전극층에 구동 전압을 인가함으로써, 압전 필름을 면 방향으로 신축시켜, 이 신축에 의하여 압전 필름을 면과 직교하는 방향으로 진동시킴으로써, 소리를 출력한다.
이 압전 필름의 진동에 의하여, 압전 필름은 큰 휨을 발생한다. 휨을 발생한 상태에서는, 압전 필름을 구성하는 압전체층은, 두께 방향으로 체적 변화의 정도가 상이한 영역이 존재한다. 이와 같은 두께 방향의 체적 변화의 차이는, 압전체층에 큰 스트레스를 주어, 크랙 및 전극층과의 박리 등의 결함의 발생의 원인이 된다.
그 때문에, 종래의 압전 필름은, 사용에 따라, 음압이 저하하는 등의 음향 특성의 열화 등이 발생해 버린다.
이에 대하여, 본 발명의 압전 필름(10)은, 압전체층(12)은, 두께 방향으로 이등분한 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의 공극률에 있어서, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가, 1.2 이상이다. 즉, 압전체층(12)은, 두께 방향으로 이등분했을 때에, 두께 방향으로, 상대적으로 공극이 많은 영역과 공극이 적은 영역을 갖는다.
이와 같은 본 발명의 압전 필름(10)에서는, 휨을 발생한 상태에 있어서, 공극(28)이 많은 영역에 존재하는 공극(28)이, 휨에 기인하는 압전체층(12)의 두께 방향의 체적 변화를 흡수한다.
그 결과, 본 발명의 압전 필름(10)은, 압전 필름(10)의 휨에 의하여 압전체층(12)에 가해지는 스트레스를 저감하여, 압전체층(12)의 크랙의 발생 및 압전체층(12)과 박막 전극의 박리 등의 결함의 발생을, 장기에 걸쳐 방지할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 압전 필름(10)은, 사용에 따른 음압 저하 등의 음향 특성의 열화를 억제한, 양호한 내구성을 갖는다.
여기에서, 내구성의 점에서는, 압전 필름 전체에서 균일하게 공극률이 높은 편이 바람직하다. 그러나, 공극률이 압전 필름 전체에서 균일하게 높으면 입력 동작 전압에 대한 음압이 낮은 등, 충분한 음향 특성이 얻어지지 않는다.
이에 대하여, 본 발명의 압전 필름(10)은, 두께 방향으로 이등분한 2개의 영역 즉 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)에 있어서, 일방의 영역이, 타방의 영역의 1.2배 이상의 공극률을 갖는다. 즉, 본 발명의 압전 필름(10)은, 두께 방향으로 이등분한 2개의 영역에 있어서, 타방에 비하여 상대적으로 공극률이 낮은 영역을 갖는다.
그 때문에, 본 발명의 압전 필름(10)에서는, 공극률이 낮은 쪽의 영역이, 음향 특성을 담보할 수 있으므로, 공극률이 높은 영역을 갖는 것에 의한 높은 내구성을 가짐과 함께, 입력 동작 전압에 대하여 충분한 음압이 얻어진다.
즉, 본 발명에 의하면, 입력 동작 전압에 대하여 충분한 음압이 얻어지고, 또한, 사용에 따른 음압의 저하 등의 음향 특성의 열화 등이 없으며, 장기에 걸쳐 초기 성능을 유지할 수 있는 양호한 내구성을 갖는, 내구성과 음향 특성을 양립한 압전 필름(10)을 실현할 수 있다.
본 발명의 압전 필름(10)은, 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)에 있어서, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가, 1.2 이상이다. 이하의 설명에서는, "공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비"를, 간단히 "공극률의 비"라고도 한다.
공극률의 비가 1.2 미만에서는, 사용에 따라 음압의 저하 등의 음향 특성의 열화가 발생하는 등의 문제가 발생한다.
공극률의 비는, 2 이상이 바람직하고, 5 이상이 보다 바람직하다.
본 발명의 압전 필름(10)에 있어서, 음향 특성의 열화 방지라는 점에서는, 기본적으로, 공극률의 비는 큰 편이 바람직하다. 그러나, 공극률의 비가 너무 크면, 일방의 영역의 공극률이 너무 높아, 이 영역이 음향 특성에 기여하지 않게 되어 버릴 가능성이 있다.
이 점을 고려하면, 공극률의 비는 65 이하가 바람직하고, 50 이하가 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 압전 필름(10)에 있어서는, 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L) 중 어느 영역이 타방의 영역보다 공극률이 높아도, 압전 필름(10)의 성능에는, 영향은 없다. 또, 상술한 바와 같이, 본 발명의 압전 필름(10)에 있어서 상부 및 하부에는, 기술적인 의미는 없고, 또, 사용 상황과도 무관하다.
따라서, 본 발명의 압전 필름(10)에 있어서는, 공극률이 높은 것은, 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L) 중 어느 것이어도 된다.
본 발명의 압전 필름(10)에 있어서, 상부 영역(12U) 및 하부 영역(12L)의 공극률에는, 제한은 없다. 기본적으로, 공극률이 낮을수록, 본 발명의 압전 필름(10)의 음향 특성은, 높아진다.
본 발명의 압전 필름(10)은, 상부 영역(12U)의 공극률과 하부 영역(12L)의 공극률의 평균이 30% 이하인 것이 바람직하다. 이하의 설명에서는, 상부 영역(12U)의 공극률과 하부 영역(12L)의 공극률의 평균을, "평균 공극률"이라고도 한다. 평균 공극률은, 20% 이하가 보다 바람직하며, 5% 이하가 더 바람직하다.
도 2~도 5에, 압전 필름(10)의 제조 방법의 일례를 개념적으로 나타낸다.
먼저, 도 2에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 하부 보호층(20)의 표면에 하부 전극(16)이 형성된 시트상물(34)을 준비한다.
시트상물(34)은, 하부 보호층(20)의 표면에, 진공 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 하부 박막 전극(16)으로서 구리 박막 등을 형성하여, 제작하면 된다. 동일하게, 시트상물(38)은, 상부 보호층(18)의 표면에, 진공 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 상부 박막 전극(14)으로서 구리 박막 등을 형성하여, 제작하면 된다.
혹은, 보호층 위에 구리 박막 등이 형성된 시판품의 시트상물을, 시트상물(34)(후술하는 시트상물(38))로서 이용해도 된다.
또한, 보호층이 매우 얇고, 핸들링성이 나쁠 때 등은, 필요에 따라, 세퍼레이터(가지지체) 포함 보호층을 이용해도 된다. 또한, 세퍼레이터로서는, 두께 25~100μm의 PET 등을 이용할 수 있다. 세퍼레이터는, 박막 전극 및 보호층의 열압착 후, 제거하면 된다.
이어서, 도 3에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 시트상물(34)의 하부 전극(16) 상에, 압전체층(12)이 되는 도료(도포 조성물)를 도포한 후, 경화하여, 압전체층(12)의 하부 영역(12L)이 되는 영역을 형성하여, 시트상물(34)과 하부 영역(12L)을 적층한 하부 적층체(36L)를 제작한다. 즉, 본 예에서는, 시트상물(34)의 하부 전극(16) 상에, 본래, 형성하는 압전체층(12)의 두께의, 약 절반의 두께의 압전체층을 형성한다.
또한, 이 제조 방법에서는, 이 후, 하부 영역(12L)의 가열 압축 처리를 행한다. 가열 압축 처리를 행한 후의 하부 영역(12L)의 두께는, 가열 압축 처리의 조건에 따라 상이하다. 따라서, 이 제조 방법의 설명에서는, 편의적으로 하부 영역(12L)이라고 칭하고 있지만, 제조 도중의 하부 영역(12L)은, 완성한 압전 필름(10)에 있어서의 하부 영역(12L)과는, 반드시 일치하지 않아도 된다. 이 점에 관해서는, 후술하는 상부 영역(12U)도 동일하다.
하부 영역(12L)(압전체층(12))의 형성에서는, 먼저, 유기 용매에, 상술한 고분자 재료를 용해하고, 또한, PZT 입자 등의 압전체 입자(26)를 첨가하며, 교반하여 도료를 조제한다.
유기 용매에는 제한은 없고, 다이메틸폼아마이드(DMF), 메틸에틸케톤, 및, 사이클로헥산온 등의 각종 유기 용매가 이용 가능하다.
시트상물(34)을 준비하고, 또한, 도료를 조제하면, 이 도료를 시트상물(34)에 캐스팅(도포)하여, 유기 용매를 증발시켜 건조한다. 이로써, 도 6에 나타내는 바와 같이, 하부 보호층(20) 위에 하부 전극(16)을 가지며, 하부 전극(16) 위에 압전체층(12)의 하부 영역(12L)을 적층하여 이루어지는 하부 적층체(36L)를 제작한다.
도료의 캐스팅 방법에는 제한은 없고, 바 코터, 슬라이드 코터 및 닥터 나이프 등의 공지의 방법(도포 장치)이, 모두, 이용 가능하다.
혹은 고분자 재료가 가열 용융 가능한 것이면, 고분자 재료를 가열 용융하고, 이것에 압전체 입자(26)를 첨가하여 이루어지는 용융물을 제작하여, 압출 성형 등에 의하여, 도 2에 나타내는 시트상물(34) 위에 시트상으로 압출하며, 냉각함으로써, 도 6에 나타내는 바와 같은, 적층체(36)를 제작해도 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 압전 필름(10)에 있어서, 고분자 매트릭스(24)에는, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료 이외에도, PVDF 등의 고분자 압전 재료를 첨가해도 된다.
고분자 매트릭스(24)에, 이들 고분자 압전 재료를 첨가할 때에는, 상기 도료에 첨가하는 고분자 압전 재료를 용해하면 된다. 혹은, 가열 용융한 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료에, 첨가하는 고분자 압전 재료를 첨가하여 가열 용융하면 된다.
압전체층(12)의 하부 영역(12L)을 형성하면, 하부 영역(12L)을 가열하면서 가압하여 압축하는, 가열 압축 처리를 행한다.
이 가열 압축 처리 시에, 하부 영역(12L)에 가해지는 압력, 온도 및 처리 속도(처리 시간) 중 적어도 하나를 조절함으로써, 하부 영역(12L)의 공극률을 조절할 수 있다. 일반적으로, 가열 압축 처리의 압력이 높을수록, 하부 영역(12L)의 공극률을 낮게 할 수 있다. 또, 가열 압축 처리의 온도가 높을수록, 하부 영역(12L)의 공극률을 낮게 할 수 있다. 또한, 처리 속도가 느릴수록(처리 시간이 길수록), 하부 영역(12L)의 공극률을 낮게 할 수 있다.
가열 압축 처리의 방법에는, 제한은 없고, 수지층 등의 가열 압축에 이용되는 공지의 방법이, 각종, 이용 가능하다.
일례로서, 가열한 가압판(프레스판)에 의하여 하부 영역(12L)의 가열 압축하는 프레스 처리, 및, 가열 롤러에 의하여 하부 영역(12L)의 가열 압축하는 캘린더 처리 등이 예시된다.
본 예에서는, 도 4에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 하부 영역(12L)의 가열 압축 처리로서, 가열 롤러(37)에 의하여, 하부 전극(16)과는 반대 측으로부터 캘린더 처리를 행하고 있다.
가열 압축 처리는, 1회여도 되고, 복수 회를 행해도 된다.
또, 가열 압축 처리의 온도 및 압력 등의 조건은, 압전체층(12)의 고분자 매트릭스(24)의 재료 및 상태, 도료에 첨가한 압전체 입자(26)의 양, 목적으로 하는 공극률 등에 따라, 적절히, 결정하면 된다.
가열 압축 처리는, 후술하는 하부 영역(12L)의 분극 처리보다 먼저 행하는 것이 바람직하다.
가열 압축 처리를 행하면, 많은 압전체 입자(26)가, 하부 영역(12L)에 밀어 넣어진다. 그 때, 회전을 따라 밀어 넣어지는 압전체 입자(26)도 존재한다. 그 때문에, 분극 처리를 행한 후에, 가열 압축 처리를 행하면, 분극 방향이 본래의 막두께 방향으로부터 기울어진 압전체 입자(26)가 발생하고, 압전 필름(10)의 압전 특성이 저하되어 버린다. 또, 이와 같은 문제는, 후술하는 열압착에 의한 적층체의 열압착 시에도 발생한다.
이에 대하여, 캘린더 처리를 행한 후에, 분극 처리를 행함으로써, 이와 같은 압전체 입자(26)의 회전에 기인하는 압전 특성의 저하를 방지할 수 있다. 또, 한 번, 캘린더 처리를 행하고 있으므로, 후술하는 열압착에 의한 적층체의 열압착 시에도, 압전체 입자(26)의 회전은 발생하기 어렵다.
이어서, 하부 영역(12L)에 가열 압축 처리를 실시한 하부 적층체(36L)의 하부 영역(12L)에, 분극 처리(폴링)를 행한다. 하부 영역(12L)의 분극 처리는, 가열 압축 처리 전에 행해도 되지만, 가열 압축 처리를 행한 후에 행하는 것이 바람직한 것은, 상술한 바와 같다.
하부 영역(12L)의 분극 처리의 방법에는 제한은 없고, 공지의 방법이 이용 가능하다. 예를 들면, 분극 처리를 행하는 대상으로, 직접, 직류 전계를 인가하는, 전계 폴링이 예시된다. 또한, 전계 폴링에 의한 분극 처리를 행하는 경우에는, 상부 영역(12U)과 하부 영역(12L)을 따로 따로 분극 처리하는 것이 아니라, 분극 처리 전에, 후술하는 바와 같이 상부 영역(12U) 및 상부 전극(14)을 적층하고, 상부 전극(14) 및 하부 전극(16)을 이용하여, 전계 폴링 처리를 행해도 된다.
또, 본 발명의 압전 필름(10)을 제조할 때에는, 분극 처리는, 압전체층(12)(고분자 복합 압전체)의 면 방향은 아니고, 두께 방향으로 분극을 행한다.
한편, 상술한 시트상물(34)과 동일한, 상부 보호층(18)의 표면에 상부 전극(14)이 형성된 시트상물(38)을 준비한다(도 2 참조).
이 시트상물(38)에, 하부 적층체(36L)의 하부 영역(12L)과 동일하게 하여, 압전체층(12)의 상부 영역(12U)을 형성하여 상부 적층체(36U)를 제작하고, 상부 적층체(36U)의 상부 영역(12U)에, 가열 압축 처리를 행하며, 또한, 두께 방향으로 분극 처리를 행한다.
이 때에, 상부 영역(12U)의 가열 압축 처리의 압력, 온도 및 처리 속도(처리 시간) 중 적어도 하나를, 하부 영역(12L)과는 상이한 조건으로 함으로써, 공극률이 하부 영역(12L)과는 상이한 상부 영역(12U)을 제작할 수 있다. 또한, 공극률은, 하부 영역(12L) 및 상부 영역(12U) 중 어느 것이 높아도 되는 것은, 상술한 바와 같다.
또, 상부 영역(12U)의 분극 처리는, 분극 방향을 하부 영역(12L)과는 반대로 한다. 예를 들면, 전계 폴링이면, 하부 영역(12L)의 분극 처리에서 하부 전극(16) 측에 직류 전원의 부극을 접속한 경우에는, 상부 영역(12U)의 분극 처리에서는, 상부 전극(14) 측에 직류 전원(32)의 정극을 접속하여, 처리를 행한다.
이와 같이 하여, 하부 영역(12L)의 분극 처리를 행한 하부 적층체(36L), 및, 상부 영역(12U)의 분극 처리를 행한 상부 적층체(36U)를 제작하면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 하부 영역(12L)과 상부 영역(12U)을 대면하여, 하부 적층체(36L)와 상부 적층체(36U)를 적층한다.
이어서, 이 적층체를, 하부 보호층(20) 및 상부 보호층(18)을 협지하도록 하여, 가열 프레스 장치 및 가열 롤러 등을 이용하여 열압착하고, 하부 영역(12L)과 상부 영역(12U)을 첩합하여, 도 1에 나타내는 바와 같은, 본 발명의 압전 필름(10)을 제작한다.
이상의 예는, 시트상물(34)에 압전체층(12)의 하부 영역(12L)을 형성하며, 시트상물(38)에 압전체층(12)의 상부 영역(12U)을 형성하여, 적층하고 있다. 즉, 본 예에서는, 2매의 시트상물에, 최종적으로 얻어지는 압전체층의 절반의 두께에 대응하는 압전체층을 형성하여, 적층함으로써 본 발명의 압전 필름(10)을 제작하고 있다.
그러나, 본 발명의 압전 필름(10)은, 이 방법으로 제조하는 것에 제한되지는 않고, 2매의 시트상물에, 다양한 비율의 두께로 압전체층을 형성하여, 적층하는 것이 가능하다. 예를 들면, 하부 전극(16) 측의 시트상물(34)에, 압전체층(12)의 2/3을 형성하고, 상부 전극(14) 측의 시트상물(38)에, 압전체층(12)의 1/3을 형성하며, 양자를 적층, 열압착함으로써, 압전 필름(10)을 제작해도 된다. 이 제조 방법에서도, 두께 방향으로 이등분했을 때에, 2개의 영역에 있어서의 공극률의 비가 1.2 이상인 본 발명의 압전 필름(10)을, 적합하게 제조할 수 있다.
또, 본 발명의 압전 필름(10)은, 이와 같이, 공극률이 상이한 2개의 압전체층을 적층함으로써 제작하는 것에 제한되지는 않는다.
즉, 하부 전극(16)을 갖는 시트상물(34)에, 상술한 예와 동일하게 하여, 최종적인 두께에 대응하는 압전체층(12)을 형성하여, 가열 압축 처리를 행하고, 이어서, 분극 처리를 행한다. 그 후, 도 6에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 상부 전극(14) 및 상부 보호층(18)을 갖는 시트상물(38)을 적층하고, 열압착함으로써, 본 발명의 압전 필름(10)을 제조해도 된다.
여기에서, 이 제조 방법에서는, 통상의 조건으로 가열 압축 처리를 행하면, 압전체층의 공극률은, 두께 방향의 전역에서, 대략 균일해져 버린다. 그 때문에, 통상의 조건으로 가열 압축 처리를 행하면, 압전체층을 두께 방향으로 이등분했을 때에, 2개의 영역에 있어서의 공극률의 비가 1.2 이상인, 본 발명의 압전 필름(10)을 제조하는 것은 매우 곤란하다.
이에 대하여, 본 발명의 압전 필름(10)을 제작할 때에는, 가열 압축 처리의 조건을, 본래, 행해야 할 가열 압축 처리보다, 압력을 낮게 하는, 온도를 낮게 하는, 및, 처리 속도를 빠르게 하는(처리 시간을 짧게 하는) 중, 적어도 하나를 충족시켜, 복수 회, 행한다.
이로써, 가열 압축 처리에 있어서의 압압을 행하는 면 측의 압축 효율을 높게 하고, 압전체층에 있어서, 가열 압축 처리를 행하는 면 측의 공극률을, 반대 측의 공극률보다 낮게 할 수 있다. 그 결과, 두께 방향으로 이등분했을 때에, 2개의 영역에 있어서의 공극률의 비가 1.2 이상인 본 발명의 압전 필름(10)을, 적합하게 제조할 수 있다.
이 때에 있어서의 가열 압축 처리의 횟수, 및, 가열 압축 처리의 압력 및/또는 온도는, 압전체층(12)의 고분자 매트릭스(24)의 재료 및 상태, 도료에 첨가한 압전체 입자(26)의 양, 목적으로 하는 평균 공극률, 및, 목적으로 하는 공극률의 비 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
이와 같이 하여 제작되는 본 발명의 압전 필름(10)은, 면 방향은 아니고 두께 방향으로 분극되어 있으며, 또한, 분극 처리 후에 연신 처리를 하지 않아도 큰 압전 특성이 얻어진다. 그 때문에, 본 발명의 압전 필름(10)은, 압전 특성에 면내 이방성이 없고, 구동 전압을 인가하면, 면내 방향에서는 전체 방향으로 등방적으로 신축한다.
이와 같은 본 발명의 압전 필름(10)의 제조는, 컷 시트상의 시트상물(34) 등을 이용하여 행해도 되지만, 바람직하게는, 롤·투·롤(Roll to Roll)을 이용한다. 이하의 설명에서는, 롤·투·롤을 "R to R"이라고도 한다.
주지하는 바와 같이, R to R이란, 장척인 원재료를 권회하여 이루어지는 롤로부터, 원재료를 인출하여, 길이 방향으로 반송하면서, 성막이나 표면 처리 등의 각종 처리를 행하여, 처리가 완료된 원재료를, 재차, 롤상으로 권회하는 제조 방법이다.
R to R에 의하여, 상술한 제조 방법으로 압전 필름(10)을 제조할 때에는, 장척인 시트상물(34)을 권회하여 이루어지는 제1 롤, 및, 장척인 시트상물(38)을 권회하여 이루어지는 제2 롤을 이용한다.
제1 롤 및 제2 롤은, 완전히, 동일한 것이어도 된다.
이 제1 롤로부터 시트상물(34)을 인출하여, 길이 방향으로 반송하면서, 시트상물(34)의 하부 전극(16) 상에, 고분자 재료 및 압전체 입자(26)를 함유하는 도료를 도포하여, 가열 등에 의하여 건조하고, 하부 전극(16) 상에 압전체층(12)의 하부 영역(12L)을 형성하여, 시트상물(34)과 하부 영역(12L)을 적층한 하부 적층체(36)를 제작한다.
이어서, 하부 적층체(36)를 길이 방향으로 반송하면서, 하부 영역(12L)의 캘린더 처리를 행한다.
이어서, 하부 영역(12L)의 분극 처리를 행한다. 여기에서, R to R에 의하여 압전 필름(10)을 제조할 때에는, 하부 적층체(36)를 반송하면서, 하부 적층체(36)의 반송 방향과 직교하는 방향으로 연장하여 배치한 봉상의 전극에 의하여, 하부 영역(12L)의 분극 처리를 행한다.
한편, 장척인 시트상물(38)을 권회하여 이루어지는 제2 롤로부터, 시트상물(38)을 인출하여, 시트상물(38)을 반송하면서, 하부 영역(12L)과 동일하게, 압전체층(12)의 상부 영역(12U)을 형성하여 상부 적층체(36U)를 제작하고, 또한, 상부 적층체(36U)의 상부 영역(12U)에 캘린더 처리 및 분극 처리를 행한다.
이 때에 있어서는, 상부 영역(12U)의 공극률을 하부 영역(12L)과는 상이한 공극률로 하기 위하여, 캘린더 처리의 압력 및/또는 온도를, 하부 적층체(36L)와는 상이한 조건으로 하는 것은, 상술과 같다. 또, 분극 처리에 있어서의 분극 방향을, 하부 적층체(36L)와는 반대 방향으로 하는 것도, 상술과 같다.
그 후, 분극 처리를 행한 하부 적층체(36L) 및 상부 적층체(36U)를, 하부 영역(12L)과 상부 영역(12U)을 대면한 상태로 길이 방향으로 반송하면서, 양자를 적층한다. 또한, 가열 롤러쌍에 의하여, 하부 적층체(36L)와 상부 적층체(36U)의 적층체를 협지 반송함으로써 열압착하고, 본 발명의 압전 필름(10)을 완성하여, 이 압전 필름(10)을, 롤상으로 권회한다.
또한, 이상의 예는, R to R에 의하여, 시트상물(적층체)을, 1회만, 길이 방향으로 반송하여, 본 발명의 압전 필름(10)을 제작하고 있지만, 이것에 제한은 되지 않는다. 즉, 어느 하나 이상의 공정이 종료되면, 장척인 시트상물을 롤상으로 권회하고, 그 다음의 공정은, 롤로부터 시트상물을 인출하여, 행해도 된다.
예를 들면, 하부 영역(12L)의 분극 처리를 행한 하부 적층체(36L)를, 한 번, 롤상으로 권회한다. 한편, 상부 영역(12U)의 분극 처리를 행한 상부 적층체(36U)도나, 한 번, 롤상으로 권회한다. 그 후, 일방의 롤로부터 하부 적층체(36L)를 인출하고, 또, 타방의 롤로부터 상부 적층체(36U)를 인출하며, 동일하게 하부 영역(12L)과 상부 영역(12U)을 대면하여 양자를 길이 방향으로 반송하면서, 적층하고, 열압착함으로써, 본 발명의 압전 필름(10)을 완성하여, 롤상으로 권회해도 된다.
또, 상술한 바와 같이, 본 발명의 압전 필름은, 1층의 압전체층에, 통상보다, 낮은 압력 및/또는 낮은 온도에서의 가열 압축 처리를, 복수 회, 행하는 것으로도, 제조할 수 있다.
이 제조 방법에서는, 예를 들면, 시트상물의 반송 방향으로, 복수 개의 가열 롤러 등을 배치함으로써, 1개의 압전체층에 복수 회의 가열 압축 처리를 행하면 된다.
도 7에, 본 발명의 압전 필름(10)을 이용하는, 평판형의 압전 스피커의 일례의 개념도를 나타낸다.
이 압전 스피커(40)는, 본 발명의 압전 필름(10)을, 전기 신호를 진동 에너지로 변환하는 진동판으로서 이용하는, 평판형의 압전 스피커이다. 또한, 압전 스피커(40)는, 마이크로폰 및 센서 등으로서 사용하는 것도 가능하다.
압전 스피커(40)는, 압전 필름(10)과, 케이스(42)와, 점탄성 지지체(46)와, 프레임체(48)를 갖고 구성된다.
케이스(42)는, 플라스틱 등으로 형성되는, 일면이 개방되는 얇은 케이스이다. 케이스의 형상으로서는, 직육면체상, 정육면체상, 및, 원통상이 예시된다.
또, 프레임체(48)는, 중앙에 케이스(42)의 개방면과 동일 형상의 관통 구멍을 갖는, 케이스(42)의 개방면 측에 계합(係合)하는 프레임재이다.
점탄성 지지체(46)는, 적절한 점성과 탄성을 가지며, 압전 필름(10)을 지지함과 함께, 압전 필름의 어느 장소에서도 일정한 기계적 바이어스를 부여함으로써, 압전 필름(10)의 신축 운동을 낭비 없이 전후 운동(필름의 면에 수직인 방향의 운동)으로 변환시키기 위한 것이다. 일례로서, 양모의 펠트 및 PET 등을 포함하는 양모의 펠트 등의 부직포, 및, 글라스울 등이 예시된다.
압전 스피커(40)는, 케이스(42) 내에 점탄성 지지체(46)를 수용하여, 압전 필름(10)에 의하여 케이스(42) 및 점탄성 지지체(46)를 덮고, 압전 필름(10)의 주변을 프레임체(48)에 의하여 케이스(42)의 상단면에 압압한 상태에서, 프레임체(48)를 케이스(42)에 고정하여, 구성된다.
여기에서, 압전 스피커(40)에 있어서는, 점탄성 지지체(46)는, 높이(두께)가 케이스(42)의 내면의 높이보다 두껍다.
그 때문에, 압전 스피커(40)에서는, 점탄성 지지체(46)의 주변부에서는, 점탄성 지지체(46)가 압전 필름(10)에 의하여 하방으로 압압되어 두께가 얇아진 상태로, 유지된다. 또, 동일하게 점탄성 지지체(46)의 주변부에 있어서, 압전 필름(10)의 곡률이 급격하게 변동하여, 압전 필름(10)에, 점탄성 지지체(46)의 주변을 향하여 낮아지는 상승부가 형성된다. 또한, 압전 필름(10)의 중앙 영역은 사각 기둥상의 점탄성 지지체(46)에 압압되어, (대략)평면상으로 되어 있다.
압전 스피커(40)는, 하부 전극(16) 및 상부 전극(14)으로의 구동 전압의 인가에 의하여, 압전 필름(10)이 면내 방향으로 신장하면, 이 신장분을 흡수하기 위하여, 점탄성 지지체(46)의 작용에 의하여, 압전 필름(10)의 상승부가, 상승하는 방향으로 각도를 바꾼다. 그 결과, 평면상의 부분을 갖는 압전 필름(10)은, 상방으로 이동한다.
반대로, 하부 전극(16) 및 상부 전극(14)으로의 구동 전압의 인가에 의하여, 압전 필름(10)이 면내 방향으로 수축하면, 이 수축분을 흡수하기 위하여, 압전 필름(10)의 상승부가, 붕괴되는 방향(평면에 가까워지는 방향)으로 각도를 바꾼다. 그 결과, 평면상의 부분을 갖는 압전 필름(10)은, 하방으로 이동한다.
압전 스피커(40)는, 이 압전 필름(10)의 진동에 의하여, 소리를 발생한다.
또한, 본 발명의 압전 필름(10)에 있어서, 신축 운동으로부터 진동으로의 변환은, 압전 필름(10)을 만곡시킨 상태로 유지하는 것으로도 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 압전 필름(10)은, 도 7에 나타내는 바와 같은 강성을 갖는 평판상의 압전 스피커(40)는 아니고, 간단히 만곡 상태로 유지하는 것으로도, 가요성을 갖는 압전 스피커로서 기능시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 압전 필름(10)을 이용하는 압전 스피커는, 양호한 가요성을 살려, 예를 들면 둥글게 하거나, 또는, 접어, 가방 등에 수용하는 것이 가능하다. 그 때문에, 본 발명의 압전 필름(10)에 의하면, 어느 정도의 크기이더라도, 용이하게 운반 가능한 압전 스피커를 실현할 수 있다.
또, 상술한 바와 같이, 본 발명의 압전 필름(10)은, 유연성 및 가요성이 우수하고, 또한, 면내에 압전 특성의 이방성이 없다. 그 때문에, 본 발명의 압전 필름(10)은, 어느 방향으로 굴곡시켜도 음질의 변화가 적고, 또한, 곡률의 변화에 대한 음질 변화도 적다. 따라서, 본 발명의 압전 필름(10)을 이용하는 압전 스피커는, 설치 장소의 자유도가 높고, 또, 상술한 바와 같이, 다양한 물품에 장착하는 것이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 압전 필름(10)을, 만곡 상태로 양복 등 의료품 및 가방 등의 휴대품 등에 장착함으로써, 이른바 웨어러블한 스피커를 실현할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 압전 필름을, 가요성을 갖는 유기 EL 표시 디바이스, 및, 가요성을 갖는 액정 표시 디바이스 등의 가요성을 갖는 표시 디바이스에 첩착함으로써, 표시 디바이스의 스피커로서 이용하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 압전 필름(10)은, 전압의 인가에 의하여 면 방향으로 신축하고, 이 면 방향의 신축에 의하여 두께 방향으로 적합하게 진동하므로, 예를 들면 압전 스피커 등에 이용했을 때에, 음압이 높은 소리를 출력할 수 있는, 양호한 음향 특성을 발현한다.
이와 같은 양호한 음향 특성 즉 압전에 의한 높은 신축 성능을 발현하는 본 발명의 압전 필름(10)은, 복수 매를 적층함으로써, 진동판 등의 피진동체를 진동시키는 압전 진동 소자로서도, 양호하게 작용한다. 본 발명의 압전 필름(10)은, 내구성이 높기 때문에, 적층하여 압전 진동자로 했을 때에도, 높은 내구성을 발현한다.
또한, 압전 필름(10)을 적층할 때에는, 단락(쇼트)의 가능성이 없으면, 압전 필름은 상부 보호층(18) 및/또는 하부 보호층(20)을 갖지 않아도 된다. 또는, 상부 보호층(18) 및/또는 하부 보호층(20)을 갖지 않는 압전 필름을, 절연층을 통하여 적층해도 된다.
일례로서, 압전 필름(10)의 적층체를 진동판에 첩착하여, 압전 필름(10)의 적층체에 의하여 진동판을 진동시켜 소리를 출력하는 스피커로 해도 된다. 즉, 이 경우에는, 압전 필름(10)의 적층체를, 진동판을 진동시킴으로써 소리를 출력하는, 이른바 익사이터로서 작용시킨다.
적층한 압전 필름(10)에 구동 전압을 인가함으로써, 개개의 압전 필름(10)이 면 방향으로 신축하고, 각 압전 필름(10)의 신축에 의하여, 압전 필름(10)의 적층체 전체가 면 방향으로 신축한다. 압전 필름(10)의 적층체의 면 방향의 신축에 의하여, 적층체가 첩착된 진동판이 휘고, 그 결과, 진동판이, 두께 방향으로 진동한다. 이 두께 방향의 진동에 의하여, 진동판은, 소리를 발생한다. 진동판은, 압전 필름(10)에 인가한 구동 전압의 크기에 따라 진동하여, 압전 필름(10)에 인가한 구동 전압에 따른 소리를 발생한다.
따라서, 이 때에는, 압전 필름(10) 자신은, 소리를 출력하지 않는다.
1매마다의 압전 필름(10)의 강성이 낮고, 신축력은 작아도, 압전 필름(10)을 적층함으로써, 강성이 높아져, 적층체 전체로서의 신축력은 커진다. 그 결과, 압전 필름(10)의 적층체는, 진동판이 어느 정도의 강성을 갖는 것이더라도, 큰 힘으로 진동판을 충분히 휘게 하여, 두께 방향으로 진동판을 충분히 진동시켜, 진동판에 소리를 발생시킬 수 있다.
압전 필름(10)의 적층체에 있어서, 압전 필름(10)의 적층 매수에는, 제한은 없고, 예를 들면 진동시키는 진동판의 강성 등에 따라, 충분한 진동량이 얻어지는 매수를, 적절히, 설정하면 된다.
또한, 충분한 신축력을 갖는 것이면, 1매의 본 발명의 압전 필름(10)을, 동일한 익사이터(압전 진동 소자)로서 이용하는 것도 가능하다.
본 발명의 압전 필름(10)의 적층체로 진동시키는 진동판에도, 제한은 없고, 각종 시트상물(판상물, 필름)이 이용 가능하다.
일례로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등으로 이루어지는 수지 필름, 발포 폴리스타이렌 등으로 이루어지는 발포 플라스틱, 골판지재 등의 종이재, 유리판, 및, 목재 등이 예시된다. 또한, 충분히 휘게 할 수 있는 것이면, 진동판으로서, 표시 디바이스 등의 기기를 이용해도 된다.
압전 필름(10)의 적층체는, 인접하는 압전 필름끼리를, 첩착층(첩착제)으로 첩착하는 것이 바람직하다. 또, 압전 필름(10)의 적층체와 진동판도, 첩착층으로 첩착하는 것이 바람직하다.
첩착층에는 제한은 없고, 첩착 대상이 되는 것끼리를 첩착할 수 있는 것이, 각종, 이용 가능하다. 따라서, 첩착층은, 점착제로 이루어지는 것이어도 되고 접착제로 이루어지는 것이어도 된다. 바람직하게는, 첩착 후에 고체이며 단단한 첩착층이 얻어지는, 접착제로 이루어지는 접착제층을 이용한다.
이상의 점에 관해서는, 후술하는 장척인 압전 필름(10)을 되접어 꺾어 이루어지는 적층체에서도, 동일하다.
압전 필름(10)의 적층체에 있어서, 적층하는 각 압전 필름(10)의 분극 방향에는, 제한은 없다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 압전 필름(10)의 분극 방향이란, 두께 방향의 분극 방향이다.
따라서, 압전 필름(10)의 적층체에 있어서, 분극 방향은, 모든 압전 필름(10)에서 동일 방향이어도 되고, 분극 방향이 상이한 압전 필름이 존재해도 된다.
여기에서, 압전 필름(10)의 적층체에 있어서는, 인접하는 압전 필름(10)끼리로, 분극 방향이 서로 반대가 되도록, 압전 필름(10)을 적층하는 것이 바람직하다.
압전 필름(10)에 있어서, 압전체층(12)에 인가하는 전압의 극성은, 분극 방향에 따른 것이 된다. 따라서, 분극 방향이 상부 전극(14)으로부터 하부 전극(16)을 향하는 경우에서도, 하부 전극(16)으로부터 상부 전극(14)을 향하는 경우에서도, 적층되는 모든 압전 필름(10)에 있어서, 상부 전극(14)의 극성 및 하부 전극(16)의 극성을, 동일 극성으로 한다.
따라서, 인접하는 압전 필름(10)끼리로, 분극 방향을 서로 반대로 함으로써, 인접하는 압전 필름(10)의 박막 전극끼리가 접촉해도, 접촉하는 박막 전극은 동일 극성이므로, 쇼트(단락)될 우려가 없다.
압전 필름(10)의 적층체는, 장척인 압전 필름(10)을, 1회 이상, 바람직하게는 복수 회, 되접어 꺾음으로써, 복수의 압전 필름(10)을 적층하는 구성으로 해도 된다.
장척인 압전 필름(10)을 되접어 꺾어 적층한 구성은, 이하와 같은 이점을 갖는다.
즉, 컷 시트상의 압전 필름(10)을, 복수 매, 적층한 적층체에서는, 1매의 압전 필름마다, 상부 전극(14) 및 하부 전극(16)을, 구동 전원에 접속할 필요가 있다. 이에 대하여, 장척인 압전 필름(10)을 되접어 꺾어 적층한 구성에서는, 1매의 장척인 압전 필름(10)만으로 적층체를 구성할 수 있다. 또, 장척인 압전 필름(10)을 되접어 꺾어 적층한 구성에서는, 구동 전압을 인가하기 위한 전원이 1개로 끝나고, 또한, 압전 필름(10)으로부터의 전극의 인출도, 1개소여도 된다.
또한, 장척인 압전 필름(10)을 되접어 꺾어 적층한 구성에서는, 필연적으로, 인접하는 압전 필름(10)끼리로, 분극 방향이 서로 반대가 된다.
이상, 본 발명의 압전 필름에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 예에 제한은 되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에 있어서, 각종 개량이나 변경을 행해도 되는 것은, 물론이다.
실시예
이하, 본 발명의 구체적 실시예를 들어, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이 실시예에 제한되는 것이 아니고, 이하의 실시예에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 처리 수순 등은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 적절히 변경할 수 있다.
[실시예 1]
도 2~도 5에 나타내는 방법으로, 압전 필름을 제작했다.
먼저, 하기의 조성비로, 사이아노에틸화 PVA(신에쓰 가가쿠 고교사제 CR-V)를 다이메틸폼아마이드(DMF)에 용해했다. 그 후, 이 용액에, 압전체 입자로서 PZT 입자를 하기의 조성비로 첨가하고, 프로펠러 믹서(회전수 2000rpm)로 교반하여, 압전체층을 형성하기 위한 도료를 조제했다.
·PZT 입자···········300질량부
·사이아노에틸화 PVA·······30질량부
·DMF··············70질량부
또한, PZT 입자는, 주성분이 되는 Pb 산화물, Zr 산화물 및 Ti 산화물의 분말을, Pb=1몰에 대하여, Zr=0.52몰, Ti=0.48몰이 되도록, 볼 밀로 습식 혼합하여 이루어지는 혼합 분말을, 800℃에서 5시간, 소성한 후, 해쇄 처리한 것을 이용했다.
한편, 두께 4μm의 PET 필름에, 두께 0.1μm의 구리 박막을 진공 증착하여 이루어지는 시트상물을 준비했다. 즉, 본 예에 있어서는, 상부 전극 및 하부 전극은, 두께 0.1m의 구리 증착 박막이며, 상부 보호층 및 하부 보호층은, 두께 4μm의 PET 필름이 된다.
하부 전극 및 하부 보호층을 갖는 시트상물의 하부 전극(구리 증착 박막) 위에, 슬라이드 코터를 이용하여, 앞서 조제한 압전체층을 형성하기 위한 도료를 도포했다.
이어서, 시트상물에 도료를 도포한 것을, 120℃의 핫플레이트 상에서 가열 건조함으로써 DMF를 증발시켰다. 이로써, PET제의 하부 보호층 위에 구리제의 하부 박막 전극을 가지며, 그 위에, 압전체층의 하부 영역을 형성하여 이루어지는 하부 적층체를 제작했다. 또한, 이 때에 있어서의 하부 영역이라는 호칭은, 상술한 도 2~도 5에 나타내는 제조 방법과 동일한 의미이며, 제조 도중에 있어서의 하부 영역은, 반드시, 완성한 압전 필름에 있어서의 하부 영역과는, 일치하지 않는다. 이 점에 관해서는, 후술하는 상부 영역도 동일하다.
이어서, 제작한 하부 적층체의 하부 영역의 상면(하부 전극과 반대 측의 표면)에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 가열 롤러를 이용하여 캘린더 처리를 행했다.
캘린더 처리는, 가열 롤러의 온도를 70℃, 가열 롤러의 압압력을 0.3MPa, 가열 롤러의 이동 속도를 0.6m/min으로 하여 행했다.
캘린더 처리를 행한 하부 영역을, 두께 방향으로 분극 처리했다.
이로써, 하부 보호층, 하부 전극 및 압전체층의 하부 영역을 적층한, 하부 영역의 가열 압축 처리 및 분극 처리를 실시한 하부 적층체를 형성했다.
한편, 상부 전극 및 상부 보호층을 갖는 시트상물의 상부 전극(구리 증착 박막) 위에, 동일하게 하여, 압전체층의 상부 영역을 형성하여, 캘린더 처리를 행하고, 분극 처리를 행하여, 상부 보호층, 상부 전극 및 압전체층의 상부 영역을 적층한, 상부 영역의 가열 압축 처리 및 분극 처리를 실시한 상부 적층체를 형성했다.
또한, 상부 적층체의 형성 시에는, 상부 영역의 캘린더 처리의 조건을, 가열 롤러의 온도를 90℃, 가열 롤러의 압압력을 0.5MPa, 가열 롤러의 이동 속도를 0.1m/min으로 변경했다.
하부 영역 및 상부 영역의 분극 처리를 행한 하부 적층체와 상부 적층체를, 하부 영역과 상부 영역을 대면하여 적층했다.
이 하부 적층체와 상부 적층체의 적층체를, 래미네이터 장치를 이용하여, 온도 120℃, 압압력 0.01MPa로 열압착함으로써, 하부 영역 및 상부 영역을 첩착하고 접착하여, 도 1에 나타내는 바와 같은 압전 필름을 제작했다.
제작한 압전 필름의 압전체층의 두께는, 96μm였다.
제작한 압전 필름으로부터 샘플을 잘라내, 이하의 방법으로 압전 필름의 상부 영역 및 하부 영역의 공극률을 측정했다.
먼저, 압전 필름의 단면 관찰을 위하여, 두께 방향으로 절삭했다. 절삭은 라이카 바이오 시스템사제의 RM2265에, Drukker사제의 histo 나이프 날폭 8mm를 장착하고, 스피드를 컨트롤러 눈금 1, 맞물림양을 0.25~1μm로 하여 절삭하여 단면을 나타냈다.
그 단면을 SEM(히타치 하이테크놀로지즈사제, SU8220)에 의하여 관찰했다.
샘플은 플래티넘 증착으로 도전 처리하고, 워크 디스턴스는 8mm로 했다.
관찰 조건은 SE(secondary-electron) 이미지(Upper), 가속 전압: 0.5kV로 하고, 포커스 조절과 비점수차 조절에 의하여 가장 샤프한 화상을 나타내고, 압전 필름이 화면 전체가 되는 상태에서 자동 밝기 조절(오토 설정 브라이트니스: 0, 콘트라스트: 0)을 실행했다.
촬영 배율은 상부 전극 및 하부 전극이 한 화면에 들어가고, 또한, 양 전극 간의 폭이, 화면의 절반 이상이 되도록 했다. 또, 그 때, 2매의 전극이 화상 하부와 수평이 되도록 하여 촬영을 행했다.
화상의 2치화는 화상 해석 소프트 ImageJ를 사용하고, Threshold(임곗값)의 하한은 설정값 최소의 0으로 하며, Threshold의 상한은 보호층이 착색하지 않는 최대의 값으로 했다.
상부 전극과 하부 전극의 사이에 있어서, 착색한 개소의 상측 절반의 면적을 공극의 면적이라고 정의하여 분자로 하고, 세로 방향(두께 방향)의 폭을 전극 간의 절반, 가로 방향의 폭을 SEM 화상의 양단(兩端)으로 한 압전 필름의 면적을 분모로 하여, 압전 필름의 면적에서 차지하는 공극의 면적 비율을 계산하여, 상부 영역의 공극률을 산출했다.
또, 상부 전극과 하부 전극의 사이에 있어서, 착색한 개소의 하측 절반의 면적을 공극의 면적이라고 정의하여 분자로 하고, 세로 방향의 폭을 전극 간의 절반, 가로 방향의 폭을 SEM 화상의 양단으로 한 압전 필름의 면적을 분모로 하여, 압전 필름의 면적에서 차지하는 공극의 면적 비율을 계산하여, 하부 영역의 공극률을 산출했다.
이와 같은 상부 영역 및 하부 영역의 공극률의 산출을, 제작한 압전 필름의 임의의 10단면에서 행했다. 10단면에 있어서의 상부 영역의 공극률 및 하부 영역의 공극률의 평균값을 산출하여, 이 평균값을, 제작한 압전 필름에 있어서의 상부 영역의 공극률, 및, 하부 영역의 공극률로 했다.
그 결과, 상부 영역의 공극률은 1.2%, 하부 영역의 공극률은 33.0%였다.
따라서, 본 예에서는, 공극률은 상부 영역 쪽이 낮기 때문에, 공극률이 높은 하부 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 상부 영역의 공극률로 나눈 값인 공극률의 비는 27.5였다. 즉, 공극률이 낮은 상부 영역의 공극률을 1로 하면, 공극률이 높은 하부 영역의 공극률은 27.5이다.
또, 평균 공극률은 17.1%였다.
[실시예 2~실시예 9, 실시예 11~실시예 16, 실시예 18~실시예 20 및, 비교예 1~비교예 4]
상부 적층체 및 하부 적층체의 형성에 있어서, 압전체층을 형성하는 도료의 도포 후, 캘린더 처리의 조건을, 다양하게, 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게, 상부 적층체 및 하부 적층체를 형성하여, 압전 필름을 제작했다.
제작한 압전 필름에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 상부 영역의 공극률 및 하부 영역의 공극률을 측정하고, 공극률의 비 및 평균 공극률을 산출했다.
[실시예 10]
압전체층을 형성하는 도료의 도포 후, 및, 캘린더 처리의 조건을 변경한 것 이외에는, 실시예 1에 있어서의 상부 적층체의 형성과 동일하게 하여, 하부 보호층, 하부 전극, 및, 캘린더 처리와 분극 처리를 실시한 압전체층을 갖는 적층체를 제작했다.
또한, 캘린더 처리는, 가열 롤러의 온도를 60℃, 가열 롤러의 압압력을 0.05MPa, 가열 롤러의 이동 속도를 3m/min으로 하여, 30회, 행했다.
제작한 적층체에, 실시예 1과 동일한 상부 전극 및 상부 보호층을 갖는 시트상물을, 상부 전극과 압전체층을 대면하여 적층했다(도 6 참조).
적층체와 시트상물의 적층체를, 래미네이터 장치를 이용하여, 온도 120℃, 압압력 0.01MPa로 열압착함으로써, 압전체층과 상부 전극(14)을 첩착하고 접착하여, 도 1에 나타내는 바와 같은 압전 필름을 제작했다.
제작한 압전 필름에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 상부 영역의 공극률 및 하부 영역의 공극률을 측정하고, 공극률의 비 및 평균 공극률을 산출했다.
[실시예 17]
압전체층을 형성하는 도료의 도포 두께를 변경하고, 또한, 캘린더 처리의 조건을, 가열 롤러의 온도를 80℃, 가열 롤러의 압압력을 0.1MPa, 가열 롤러의 이동 속도를 3m/min, 횟수를 3회로 한 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게, 압전 필름을 제작했다.
즉, 본 예도, 1층의 압전체층에 복수 회의 캘린더 처리를 행하여, 압전체층에 시트상물을 적층, 열압착함으로써, 압전 필름을 제작하고 있다.
제작한 압전 필름에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 상부 영역의 공극률 및 하부 영역의 공극률을 측정하고, 공극률의 비 및 평균 공극률을 산출했다.
[실시예 21]
압전체층을 형성하는 도료의 도포 두께를 변경하고, 또한, 캘린더 처리의 조건을, 가열 롤러의 온도를 70℃, 가열 롤러의 압압력을 0.1MPa, 가열 롤러의 이동 속도 3m/min, 횟수를 3회로 한 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게, 압전 필름을 제작했다.
즉, 본 예도, 1층의 압전체층에 복수 회의 캘린더 처리를 행하여, 압전체층에 시트상물을 적층, 열압착함으로써, 압전 필름을 제작하고 있다.
제작한 압전 필름에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 상부 영역의 공극률 및 하부 영역의 공극률을 측정하고, 공극률의 비율 및 평균 공극률을 산출했다.
[비교예 5]
압전체층을 형성하는 도료의 도포 두께를 변경하고, 또한, 캘린더 처리의 조건을, 가열 롤러의 온도를 70℃, 가열 롤러의 압압력을 0.1MPa, 가열 롤러의 이동 속도를 0.6m/min으로 하여, 캘린더 처리의 횟수를 1회만 행한 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게, 압전 필름을 제작했다.
즉, 본 예도, 1층의 압전체층에 복수 회의 캘린더 처리를 행하여, 압전체층에 시트상물을 적층, 열압착함으로써, 압전 필름을 제작하고 있다.
제작한 압전 필름에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여, 상부 영역의 공극률 및 하부 영역의 공극률을 측정하고, 공극률의 비 및 평균 공극률을 산출했다.
[압전 스피커의 제작, 및, 음압의 측정]
제작한 압전 필름을 이용하여, 도 7에 나타내는 압전 스피커를 제작했다.
먼저, 제작한 압전 필름으로부터, 210×300mm(A4 사이즈)의 직사각형 시험편을 잘라냈다. 잘라낸 압전 필름을, 도 7에 나타내는 바와 같이, 미리 점탄성 지지체로서 글라스울을 수납한 210×300mm의 케이스 위에 올린 후, 주변부를 프레임체로 눌러, 압전 필름에 적절한 장력과 곡률을 부여함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같은 압전 스피커를 제작했다.
또한, 케이스의 깊이는 9mm로 하고, 글라스울의 밀도는 32kg/m3이며, 조립 전의 두께는 25mm로 했다. 또, 어느 압전 스피커도, 압전 필름의 하부 전극 측을 점탄성 지지체 측으로 하여 제작했다.
제작한 압전 스피커에, 입력 신호로서 1kHz의 사인파를 파워업을 통하여 입력하여, 도 8에 나타내는 바와 같이, 스피커의 중심으로부터 50cm 떨어진 거리에 놓인 마이크로폰(50)으로 음압을 측정했다.
음압의 측정은, 압전 스피커로부터 출력을 개시하고 나서 30초 후(초기), 및, 압전 스피커로부터 출력을 개시하고 나서 36시간 후(내구 시험 후)의 2회, 행했다. 초기 음압(초기), 내구 시험 후의 음압(내구 시험 후), 및, 초기 음압과 내구 시험 후의 음압의 차(열화)를, 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00002
상기의 표에 나타나는 바와 같이, 압전체층을 두께 방향으로 이등분하고, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가 1.2 이상인 본 발명의 압전 필름은, 초기 음압에 대한 내구 시험 후의 음압의 저하가 적으며, 내구성이 우수하다. 또, 실시예 2, 실시예 8, 실시예 15, 실시예 19 및 비교예 3으로부터, 본 발명의 압전 필름은, 공극률이 동등한 종래의 압전 필름과 동등한 초기 음압을 출력하고 있으며, 즉, 입력 동작 전압에 대하여 충분한 음압이 얻어지고 있다.
또, 실시예 6 및 실시예 7에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 압전 필름은, 상부 영역 및 하부 영역 중 어느 공극률이 낮은 경우에서도, 동등한 효과가 얻어진다. 또한, 표 1에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 압전 필름은, 공극률의 비가 동등한 압전 필름이면, 압전체층의 두께에 관계없이, 거의 동등한 효과가 얻어진다.
또한, 실시예 18, 20 및 실시예 21과, 다른 실시예에 나타나는 바와 같이, 공극률의 비를 2 이상으로 함으로써, 초기 음압에 대한 내구 시험 후의 음압의 저하를, 보다 적게 할 수 있고, 특히 공극률의 비를 5 이상으로 함으로써, 초기 음압에 대한 내구 시험 후의 음압의 저하를, 더 적게 할 수 있다. 또한, 평균 공극률은, 낮은 편이 초기 음압을 높게 할 수 있고, 특히 30% 이하, 또한, 20% 이하로 함으로써, 높은 초기 음압이 얻어지고 있다.
이에 대하여, 공극률의 비가 1.2 미만인 비교예는, 초기 음압에 대한 내구 시험 후의 음압의 저하가 크다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 효과는, 명확하다.
10 압전 필름
12 압전체층
12U 상부 영역
12L 하부 영역
14 상부(박막) 전극
16 하부(박막) 전극
18 상부 보호층
20 하부 보호층
24 고분자 매트릭스
26 압전체 입자
28 공극
34, 38 시트상물
36L 하부 적층체
36U 상부 적층체
37 가열 롤러
40 압전 스피커
42 케이스
46 점탄성 지지체
48 프레임체
50 마이크로폰

Claims (9)

  1. 고분자 재료를 포함하는 매트릭스 중에 압전체 입자를 포함하는 고분자 복합 압전체와, 상기 고분자 복합 압전체의 양면에 마련된 전극층을 가지며,
    두께 방향의 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하여, 상기 고분자 복합 압전체를 두께 방향으로 이등분하고, 2개의 영역의 각각에 있어서 공극률을 측정했을 때에, 공극률이 높은 영역의 공극률을, 공극률이 낮은 영역의 공극률로 나눈 공극률의 비가, 1.2 이상인 것을 특징으로 하는 압전 필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2개의 영역의 공극률의 평균이 30% 이하인, 압전 필름.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    적어도 일방의 전극층의 표면에 적층되는 보호층을 갖는, 압전 필름.
  4. 청구항 3에 있어서,
    양방의 전극층의 표면에 상기 보호층을 갖는, 압전 필름.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    두께 방향으로 분극되어 있는, 압전 필름.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    압전 특성에 면내 이방성을 갖지 않는, 압전 필름.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 재료가 사이아노에틸기를 갖는, 압전 필름.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 고분자 재료가 사이아노에틸화 폴리바이닐알코올인, 압전 필름.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전체 입자가, 페로브스카이트형 또는 우르차이트형의 결정 구조를 갖는 세라믹스 입자로 이루어지는 것인, 압전 필름.
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