WO2023149233A1 - 圧電フィルムおよび積層圧電素子 - Google Patents

圧電フィルムおよび積層圧電素子 Download PDF

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WO2023149233A1
WO2023149233A1 PCT/JP2023/001659 JP2023001659W WO2023149233A1 WO 2023149233 A1 WO2023149233 A1 WO 2023149233A1 JP 2023001659 W JP2023001659 W JP 2023001659W WO 2023149233 A1 WO2023149233 A1 WO 2023149233A1
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piezoelectric
lead wire
piezoelectric film
electrode layer
layer
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PCT/JP2023/001659
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裕介 香川
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富士フイルム株式会社
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/06Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/01Manufacture or treatment
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    • H10N30/092Forming composite materials
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    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
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    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals

Definitions

  • the present invention relates to piezoelectric films used in electroacoustic transducers and the like, and laminated piezoelectric elements obtained by laminating the piezoelectric films.
  • the piezoelectric film that can be used as a speaker that can be integrated into a flexible display without impairing lightness and flexibility
  • the piezoelectric film (electroacoustic conversion film) described in Patent Document 1 is known.
  • This piezoelectric film is formed on both sides of a piezoelectric layer (polymer composite piezoelectric) in which piezoelectric particles are dispersed in a viscoelastic matrix made of a polymeric material having viscoelasticity at room temperature, and the piezoelectric layer. It has an electrode layer (thin film electrode) and a protective layer formed on the surface of the electrode layer.
  • the piezoelectric film described in Patent Document 1 has excellent piezoelectric properties.
  • the piezoelectric layer of this piezoelectric film is made by dispersing piezoelectric particles in a polymer material, the piezoelectric film using this piezoelectric layer has good flexibility. Therefore, according to this piezoelectric film, it is possible to realize an electroacoustic conversion film or the like having flexibility and good piezoelectric properties that can be used for flexible speakers or the like.
  • an external device such as a driving power source is attached to the electrode layer covered with the protective layer.
  • a driving power source is attached to the electrode layer covered with the protective layer.
  • It is necessary to connect the lead wire to connect with for example, in Patent Document 1, a recess is provided in the protective layer to reduce the film thickness, a conductive material is inserted into the recess, and the conductive material inserted into the recess is pressed to break the protective layer by the conductive material.
  • the lead wire and the electrode layer are connected by electrically connecting the conductive material and the thin film electrode and connecting the lead wire (lead wire) to the conductive material.
  • the supplied electricity for driving is transmitted to the entire surface of the piezoelectric film from the connection position between the lead wire and the electrode layer.
  • a region with a high current density occurs in the plane of the piezoelectric film, that region may generate heat, making proper driving impossible.
  • the connection position between one electrode layer and the lead wire and the connection position between the other electrode layer and the lead wire are preferably separated in the plane direction of the piezoelectric film as much as possible.
  • the lead wire connected to one electrode layer and the lead wire connected to the other electrode layer are preferably close to each other. Space saving and simplification of external wiring are particularly important for small devices such as smartphones.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a piezoelectric film having electrode layers on both sides of a piezoelectric layer and a protective layer on the surface of the electrode layer.
  • An object of the present invention is to provide a piezoelectric film capable of suppressing heat generation due to an increase in density, saving space, and facilitating and simplifying external wiring, and to provide a laminated piezoelectric element obtained by laminating the piezoelectric film. .
  • the present invention has the following configurations. [1] A piezoelectric layer, a first electrode layer provided on one surface of the piezoelectric layer, a second electrode layer provided on the opposite surface of the piezoelectric layer to the first electrode layer, and a second electrode layer covering the first electrode layer.
  • a piezoelectric film body having one protective layer and a second protective layer covering the second electrode layer; A first lead wire connected to the first electrode layer, a second lead wire connected to the second electrode layer, and a connection wiring provided on the surface of the first protective layer and connected to the first lead wire, A piezoelectric film, wherein the distance between the second lead wire and the end portion of the connection wiring opposite to the connection side of the first lead wire is shorter than the distance between the first lead wire and the second lead wire.
  • the first protective layer has a through hole, and further has a conductive first filling member filled in the through hole, and the first lead wire is in contact with the first filling member, connecting to the first electrode layer;
  • the second protective layer has a through hole, and further has a conductive second filling member filled in the through hole.
  • a piezoelectric film having electrode layers on both sides of a piezoelectric layer and a protective layer provided on the surface of the electrode layer heat generation due to an increase in current density is suppressed, and wiring of an external device (external It is possible to achieve both miniaturization (space saving) for connecting the wiring) and ease and simplification of wiring on the external device side.
  • FIG. 1 is a plan view conceptually showing an example of the piezoelectric film of the present invention.
  • 2 is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric film shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view conceptually showing another example of the piezoelectric film of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram conceptually showing an example of a lead wire connecting portion in the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG. 10A and 10B are conceptual diagrams for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG. 11A and 11B are conceptual diagrams for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG. 12A and 12B are conceptual diagrams for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG. 13A and 13B are conceptual diagrams for explaining a method of manufacturing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric film of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric film shown in FIG. 1 cut in the thickness direction.
  • a plan view is a view seen from the direction normal to the main surface of the piezoelectric film, that is, the direction perpendicular to the main surface of the piezoelectric film.
  • the thickness direction is the direction normal to the main surface of the piezoelectric film, that is, the lamination direction of the piezoelectric layer, the electrode layer, the protective layer, and the like, which will be described later. Therefore, a plan view is a view of the piezoelectric film viewed from the thickness direction.
  • the main surface is the maximum surface of the sheet (plate, film, layer, membrane), and is usually both sides of the sheet in the thickness direction.
  • the piezoelectric film 10 includes a piezoelectric layer 12 , a first electrode layer 14 laminated on one surface of the piezoelectric layer 12 , and a first electrode layer 14 laminated on the surface of the first electrode layer 14 .
  • the piezoelectric film body in the present invention is composed of the piezoelectric layer 12, the first electrode layer 14, the first protective layer 18, the second electrode layer 16, and the second protective layer 20. As shown in FIG.
  • the first protective layer 18 is provided with through holes 18a.
  • a first filling member 36 is filled in the through hole 18a.
  • the first lead wire 32 is provided on the first protective layer 18 so as to cover the first filling member 36 .
  • the first lead wire 32 and the first electrode layer 14 are thereby electrically connected.
  • the second protective layer 20 is provided with through holes 20a.
  • a second filling member 38 is filled in the through hole 20a.
  • the second lead wire 34 is provided on the second protective layer 20 so as to cover the second filling member 38 . In the piezoelectric film 10, the second lead wire 34 and the second electrode layer 16 are thereby electrically connected.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is not directly connected to the electrode layer. It has a third lead wire 40 .
  • the third lead wire 40 is connected to the first lead wire 32 by a connection wiring 42 provided on the surface of the first protective layer 18 .
  • the distance between the second lead wire 34 and the end of the connection wiring 42 opposite to the first lead wire 34 is shorter than the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34 .
  • the distance between the third lead wire 40 and the second lead wire 34 is shorter than the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention having such a configuration, widens the distance between the lead wires connected to the electrode layer, and reduces the current density caused by the proximity of the lead wires for connection to an external device. The heat generation is suppressed by the improvement, and the position of the lead wire in the part connected to the external device is brought closer to save space and facilitate and simplify the routing of the wiring on the external device side. This point will be described in detail later.
  • the piezoelectric layer 12 includes piezoelectric particles 26 in a matrix 24 containing a polymeric material. That is, the piezoelectric layer 12 is a polymer composite piezoelectric.
  • the polymer composite piezoelectric (piezoelectric layer 12) is used, for example, in an electroacoustic conversion film.
  • the polymeric composite piezoelectric material used for the electroacoustic conversion film preferably satisfies the following requirements. In the present invention, normal temperature is 0 to 50°C.
  • the lowest resonance frequency f 0 of the speaker diaphragm is given by the following equation. where s is the stiffness of the vibration system and m is the mass. At this time, as the degree of curvature of the piezoelectric film, that is, the radius of curvature of the curved portion increases, the mechanical stiffness s decreases, so the lowest resonance frequency f0 decreases. That is, the sound quality (volume and frequency characteristics) of the speaker changes depending on the radius of curvature of the piezoelectric film.
  • a flexible polymer composite piezoelectric material used as an electroacoustic conversion film is required to behave hard against vibrations of 20 Hz to 20 kHz and softly against vibrations of several Hz or less. Also, the loss tangent of the polymer composite piezoelectric body is required to be moderately large with respect to vibrations of all frequencies of 20 kHz or less.
  • polymer solids have a viscoelastic relaxation mechanism, and as temperature rises or frequency falls, large-scale molecular motion causes a decrease (relaxation) in storage elastic modulus (Young's modulus) or a maximum loss elastic modulus (absorption). is observed as Among them, the relaxation caused by the micro-Brownian motion of the molecular chains in the amorphous region is called principal dispersion, and a very large relaxation phenomenon is observed.
  • the temperature at which this primary dispersion occurs is the glass transition point (Tg), and the viscoelastic relaxation mechanism appears most prominently.
  • the polymer composite piezoelectric body (piezoelectric layer 12), by using a polymer material having a glass transition point at room temperature, in other words, a polymer material having viscoelasticity at room temperature as a matrix, it is possible to suppress vibrations of 20 Hz to 20 kHz. This realizes a polymer composite piezoelectric material that is hard at first and behaves softly with respect to slow vibrations of several Hz or less.
  • a polymer material having a glass transition point at room temperature ie, 0 to 50° C. at a frequency of 1 Hz, for the matrix of the polymer composite piezoelectric material, because this behavior is favorably expressed.
  • the polymer material having viscoelasticity at room temperature can be used as the polymer material having viscoelasticity at room temperature. It is preferable to use a polymeric material having a maximum value of loss tangent Tan ⁇ at a frequency of 1 Hz in a dynamic viscoelasticity test at normal temperature, ie, 0 to 50° C., of 0.5 or more. As a result, when the polymer composite piezoelectric body is slowly bent by an external force, the stress concentration at the interface between the polymer matrix and the piezoelectric particles at the maximum bending moment is relaxed, and high flexibility can be expected.
  • the polymer material having viscoelasticity at room temperature preferably has a storage elastic modulus (E') at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity of 100 MPa or more at 0°C and 10 MPa or less at 50°C.
  • E' storage elastic modulus
  • the polymer material having viscoelasticity at room temperature has a dielectric constant of 10 or more at 25°C.
  • a voltage is applied to the polymer composite piezoelectric material, a higher electric field is applied to the piezoelectric particles in the polymer matrix, so a large amount of deformation can be expected.
  • the polymer material in consideration of ensuring good moisture resistance and the like, it is also suitable for the polymer material to have a dielectric constant of 10 or less at 25°C.
  • polymeric materials having viscoelasticity at room temperature examples include cyanoethylated polyvinyl alcohol (cyanoethylated PVA), polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride core acrylonitrile, polystyrene-vinylpolyisoprene block copolymer, and polyvinylmethyl.
  • cyanoethylated polyvinyl alcohol cyanoethylated PVA
  • polyvinyl acetate polyvinylidene chloride core acrylonitrile
  • polystyrene-vinylpolyisoprene block copolymer examples include ketones and polybutyl methacrylate.
  • Commercially available products such as Hybler 5127 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.) can also be suitably used as these polymer materials.
  • the polymer material it is preferable to use a material having a cyanoethyl group, and it is particularly preferable to use cyanoethylated PVA.
  • these polymeric materials may be used alone or in combination (mixed).
  • the matrix 24 using such a polymer material having viscoelasticity at room temperature may use a plurality of polymer materials together, if necessary. That is, the matrix 24 contains a polymer material having viscoelasticity at room temperature, such as cyanoethylated PVA, for the purpose of adjusting dielectric properties and mechanical properties, and if necessary, other dielectric polymer materials. You may add.
  • a polymer material having viscoelasticity at room temperature such as cyanoethylated PVA
  • dielectric polymer materials examples include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer.
  • fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, cyanoethylcellulose, cyanoethylhydroxysaccharose, cyanoethylhydroxycellulose, cyanoethylhydroxypullulan, cyanoethylmethacrylate, cyanoethylacrylate, cyanoethyl Cyano groups such as hydroxyethylcellulose, cyanoethylamylose, cyanoethylhydroxypropylcellulose, cyanoethyldihydroxypropylcellulose, cyanoethylhydroxypropylamylose, cyanoethylpolyacrylamide, cyanoethylpolyacrylate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyhydroxymethylene, cyanoethylglycidolpullul
  • polymers having cyanoethyl groups and synthetic rubbers such as nitrile rubber and chloroprene rubber are exemplified. Among them, polymer materials having cyanoethyl groups are preferably used. Further, in the matrix 24 of the piezoelectric layer 12, the dielectric polymer added in addition to the material having viscoelasticity at room temperature such as cyanoethylated PVA is not limited to one type, and plural types may be added. .
  • the matrix 24 may also include thermoplastic resins such as vinyl chloride resin, polyethylene, polystyrene, methacrylic resin, polybutene and isobutylene, and phenolic resin for the purpose of adjusting the glass transition point Tg.
  • Thermosetting resins such as urea resins, melamine resins, alkyd resins and mica may be added.
  • a tackifier such as rosin ester, rosin, terpene, terpene phenol, and petroleum resin may be added for the purpose of improving adhesiveness.
  • the addition amount of the material other than the polymer material having viscoelasticity at normal temperature such as cyanoethylated PVA is not particularly limited, but the proportion of the matrix 24 is 30 mass. % or less.
  • the characteristics of the polymer material to be added can be expressed without impairing the viscoelastic relaxation mechanism in the matrix 24, so that the dielectric constant can be increased, the heat resistance can be improved, and the adhesion between the piezoelectric particles 26 and the electrode layer can be improved.
  • favorable results can be obtained in terms of
  • the piezoelectric layer 12 contains piezoelectric particles 26 in such a matrix 24 .
  • Piezoelectric particles 26 may be known ones, but are preferably made of ceramic particles having a perovskite or wurtzite crystal structure. Examples of ceramic particles constituting the piezoelectric particles 26 include lead zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), barium titanate (BaTiO 3 ), zinc oxide (ZnO), and titanium.
  • PZT lead zirconate titanate
  • PLAZT lead lanthanum zirconate titanate
  • BaTiO 3 barium titanate
  • ZnO zinc oxide
  • titanium titanium.
  • a solid solution (BFBT) of barium oxide and bismuth ferrite (BiFe 3 ) is exemplified.
  • the particle size of the piezoelectric particles 26 is not limited, and may be appropriately selected according to the size of the piezoelectric layer 12 (piezoelectric film 10), the application of the piezoelectric film 10, and the like.
  • the particle size of the piezoelectric particles 26 is preferably 1 to 10 ⁇ m. By setting the particle size of the piezoelectric particles 26 within this range, favorable results can be obtained in that the piezoelectric film 10 can achieve both high piezoelectric characteristics and flexibility.
  • the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 are irregularly dispersed in the matrix 24 in FIG. 1, the present invention is not limited to this. That is, the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 may be dispersed irregularly or regularly in the matrix 24 as long as they are preferably uniformly dispersed. Furthermore, the piezoelectric particles 26 may or may not have uniform particle diameters.
  • the quantitative ratio of the matrix 24 and the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 is not limited, and the size and thickness of the piezoelectric film 10 in the plane direction, the application of the piezoelectric film 10, and It may be appropriately set according to the properties required for the piezoelectric film 10 .
  • the volume fraction of the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 is preferably 30% to 80%, more preferably 50% or more, and therefore more preferably 50% to 80%.
  • the thickness of the piezoelectric layer 12 is not particularly limited, and may be appropriately set according to the application of the piezoelectric film 10, the properties required of the piezoelectric film 10, and the like.
  • the thickness of the piezoelectric layer 12 is preferably 8-300 ⁇ m, more preferably 8-200 ⁇ m, still more preferably 10-150 ⁇ m, particularly preferably 15-100 ⁇ m.
  • the piezoelectric layer 12 is preferably polarized (poled) in the thickness direction.
  • the polarization treatment will be detailed later.
  • the piezoelectric layer 12 is not limited to the polymeric composite piezoelectric material shown in the drawing, and known piezoelectric materials can be used.
  • Examples of piezoelectric materials that can be used for the piezoelectric film of the present invention include polyvinylidene fluoride, fluororesins other than polyvinylidene fluoride, and laminated films of films made of poly-L-lactic acid and films made of poly-D-lactic acid. exemplified.
  • the piezoelectric film 10 has a first electrode layer 14 on one surface of the piezoelectric layer 12 and a first electrode layer 14 on the surface of the first electrode layer 14 . It has a protective layer 18 .
  • the piezoelectric film 10 also has a second electrode layer 16 on the surface of the piezoelectric layer 12 opposite to the first electrode layer 14 , and a second protective layer 20 on the surface of the second electrode layer 16 .
  • the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 form an electrode pair.
  • the piezoelectric film 10 (piezoelectric film main body) has a piezoelectric layer 12 sandwiched between electrode pairs, that is, a first electrode layer 14 and a second electrode layer 16, and this laminate is formed by a first protective layer 18 and a second electrode layer 16. 2 and a protective layer 20 sandwiched between them.
  • the region sandwiched between the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 expands and contracts according to the applied voltage.
  • the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16, the first protective layer 18 and the second protective layer 20, the first filling member 36 and the second filling member, the first lead wire 32, the second The first, second and third in the second lead wire 34 and the third lead wire 40 are attached for convenience in order to distinguish similar members that the piezoelectric film 10 has. That is, the first, second, and third designations attached to the constituent elements of the piezoelectric film 10 have no technical significance. Therefore, for example, reference numeral 16 in FIG. 1 is the first electrode layer, reference numeral 20 is the first protective layer, reference numeral 34 is the first lead wire, and the connection wiring 42 may be connected to the first lead wire.
  • the connection wiring is connected to the first lead wire. That is, in the piezoelectric film of the present invention, the side to which the connection wiring 42 is connected becomes the first lead wire, the first electrode layer, the first protective layer, and the first filling member regardless of the configuration, shape, usage state, and the like. .
  • the first protective layer 18 and the second protective layer 20 cover the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16, and provide the piezoelectric layer 12 with appropriate rigidity and mechanical strength. is responsible for That is, in the piezoelectric film 10, the piezoelectric layer 12 made up of the matrix 24 and the piezoelectric particles 26 exhibits excellent flexibility against slow bending deformation, but depending on the application, the rigidity may increase. and mechanical strength may be insufficient.
  • the piezoelectric film 10 is provided with a first protective layer 18 and a second protective layer 20 to compensate.
  • Various sheet materials can be used for the first protective layer 18 and the second protective layer 20 without limitation, and various resin films are preferably exemplified as examples.
  • various resin films are preferably exemplified as examples.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PC polycarbonate
  • PPS polyphenylene sulfite
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEI polyetherimide
  • PI polyimide
  • PEN polyethylene naphthalate
  • TAC triacetyl cellulose
  • cyclic olefin resins and the like are preferably used.
  • the thicknesses of the first protective layer 18 and the second protective layer 20 are also not limited. Also, the thicknesses of the first protective layer 18 and the second protective layer 20 are basically the same, but may be different. Here, if the rigidity of the first protective layer 18 and the second protective layer 20 is too high, not only will the expansion and contraction of the piezoelectric layer 12 be restricted, but also the flexibility will be impaired. Therefore, the thinner the first protective layer 18 and the second protective layer 20, the better, except for the case where mechanical strength and good handling property as a sheet-like article are required.
  • the thickness of the first protective layer 18 and the second protective layer 20 is less than twice the thickness of the piezoelectric layer 12, it is possible to ensure both rigidity and appropriate flexibility. favorable results can be obtained.
  • the thickness of the piezoelectric layer 12 is 50 ⁇ m
  • the thicknesses of the first protective layer 18 and the second protective layer 20 are preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and even more preferably 25 ⁇ m or less.
  • the first electrode layer 14 is provided between the piezoelectric layer 12 and the first protective layer 18, and the second electrode layer is provided between the piezoelectric layer 12 and the second protective layer 20. 16 are provided respectively.
  • the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 are provided for applying voltage to the piezoelectric layer 12 .
  • the materials for forming the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 are not limited, and various conductors can be used. Specifically, metals such as carbon, palladium, iron, tin, aluminum, nickel, platinum, gold, silver, copper, titanium, chromium and molybdenum, alloys thereof, laminates and composites of these metals and alloys, Also, indium tin oxide and the like are exemplified. Among them, copper, aluminum, gold, silver, platinum, and indium tin oxide are preferably exemplified as the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 .
  • the method of forming the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 is not limited, and various known methods can be used. Examples include film formation by a vapor phase deposition method (vacuum film formation method) such as vacuum deposition and sputtering, film formation by plating, and a method of adhering a foil formed of the above materials. Among them, a thin film of copper, aluminum, or the like formed by vacuum deposition is preferably used as the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 because the flexibility of the piezoelectric film 10 can be ensured. . Among them, a copper thin film formed by vacuum deposition is particularly preferably used.
  • the thicknesses of the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 are not limited. Also, the thicknesses of the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 are basically the same, but may be different.
  • the first protective layer 18 and the second protective layer 20 described above if the rigidity of the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 is too high, not only will the expansion and contraction of the piezoelectric layer 12 be restricted, Flexibility is also impaired. Therefore, the thinner the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16, the better, as long as the electrical resistance does not become too high.
  • the first protective layer 32 and the second protective layer 34 are made of PET, and the first electrode layer 28 and the second electrode layer 30 are made of copper.
  • the Young's modulus of PET is about 6.2 GPa and the Young's modulus of copper is about 130 GPa. Therefore, if the thickness of the protective layer is 25 ⁇ m, the thickness of the electrode layer is preferably 1.2 ⁇ m or less, more preferably 0.3 ⁇ m or less, and most preferably 0.1 ⁇ m or less.
  • the piezoelectric film 10 includes the piezoelectric layer 12 having the piezoelectric particles 26 in the matrix 24 containing the polymeric material having viscoelasticity at room temperature, sandwiched between the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 . Furthermore, this laminate has a configuration in which a first protective layer 18 and a second protective layer 20 are sandwiched.
  • the maximum value of the loss tangent (Tan ⁇ ) at a frequency of 1 Hz by dynamic viscoelasticity measurement preferably exists at room temperature, and the maximum value of 0.1 or more exists at room temperature. more preferred.
  • the piezoelectric film 10 preferably has a storage elastic modulus (E') at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity measurement of 10 to 30 GPa at 0°C and 1 to 10 GPa at 50°C. Accordingly, the piezoelectric film 10 can have a large frequency dispersion in the storage elastic modulus (E') at room temperature. That is, it can act hard against vibrations of 20 Hz to 20 kHz and soft against vibrations of several Hz or less.
  • E' storage elastic modulus
  • the piezoelectric film 10 has a product of thickness and storage elastic modulus (E′) at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity measurement of 1.0 ⁇ 10 6 to 2.0 ⁇ 10 6 N/m at 0° C. , 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 6 N/m at 50°C.
  • E′ thickness and storage elastic modulus
  • the piezoelectric film 10 preferably has a loss tangent (Tan ⁇ ) of 0.05 or more at 25° C. and a frequency of 1 kHz in a master curve obtained from dynamic viscoelasticity measurement.
  • Ton ⁇ loss tangent
  • the frequency characteristics of the speaker using the piezoelectric film 10 are smoothed, and the amount of change in sound quality when the lowest resonance frequency f 0 changes as the curvature of the speaker changes can be reduced.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention includes, for example, an adhesive layer for adhering the electrode layer and the piezoelectric layer 12 together, and the electrode layer and the protective layer. may have an adhesive layer for attaching the
  • the adhesive may be an adhesive or an adhesive.
  • the same material as the matrix 24, that is, the polymer material obtained by removing the piezoelectric particles 26 from the piezoelectric layer 12, can be suitably used as the adhesive.
  • the adhesive layer may be provided on both the first electrode layer 14 side and the second electrode layer 16 side, or may be provided on only one of the first electrode layer 14 side and the second electrode layer 16 side. good.
  • the illustrated piezoelectric film 10 has a rectangular planar shape, that is, a rectangular shape in a plan view, but the present invention is not limited to this. That is, the planar shape of the piezoelectric film 10 of the present invention may be square, circular, elliptical, triangular, polygonal with pentagons or more, and irregular shapes.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is driven by being connected to an external device such as a power supply.
  • the piezoelectric film 10 has a first lead wire 32 and a second lead wire 34 for electrically connecting the electrode layer and wiring (external wiring) connected to an external device.
  • the first protective layer 18 is provided with through holes 18a.
  • a conductive first filling member 36 is filled in the through hole 18a.
  • the first lead wire 32 is laminated and attached to the first protective layer 18 so as to cover the first filling member 36 filled in the through hole 18a.
  • the second protective layer 20 is provided with through holes 20a.
  • the through hole 20a is filled with a conductive second filling member 38.
  • a second lead wire 34 is laminated and attached to the second protective layer 20 so as to cover the second filling member 38 filled in the through hole 20a. In the piezoelectric film 10, the second lead wire 34 and the second electrode layer 16 are thereby electrically connected.
  • the first lead wire 32 and the first electrode layer 14 may be connected at the projecting portion 46a
  • the second lead wire 34 and the second electrode layer 16 may be connected at the projecting portion 46b.
  • the configuration of providing the projecting portion is particularly effective in the connection between the lead wire and the electrode layer in the laminated piezoelectric element of the present invention, which is formed by laminating the piezoelectric film of the present invention, which will be described later.
  • the conductive filling members are not limited, and various known conductive materials can be used as long as the through holes can be filled. , is available.
  • the filling member it is preferable to use a conductive paste that contains a conductive filler, a binder (resin), a solvent, and the like, and that hardens when the solvent evaporates.
  • Various known conductive pastes can be used as long as they contain a conductive filler, a binder, and a solvent, and are cured by volatilization of the solvent. Examples include silver paste, copper paste, nickel paste, carbon paste, and gold paste.
  • Commercially available conductive pastes such as the Dotite series manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd. can also be suitably used.
  • the filling member is not limited to a conductive paste, and may be a conductive adhesive, a conductive paint, or the like, which has conductivity and can be filled into the through holes formed in the protective layer.
  • a conductive paste may be a conductive adhesive, a conductive paint, or the like, which has conductivity and can be filled into the through holes formed in the protective layer.
  • a variety of known materials are available, if any.
  • the through-holes in the protective layer are both cylindrical (columnar), but the present invention is not limited to this.
  • the through-holes of the protective layer may be in the shape of a prism such as a triangular prism or a square prism, or in the shape of an elliptical prism. That is, the shape of the through-hole is not limited as long as it penetrates the protective layer in the thickness direction.
  • the through-hole is preferably cylindrical in terms of ease of processing.
  • the through-holes of the protective layer may have a shape in which the size in the plane direction changes in the thickness direction.
  • the through-hole 18a and/or the through-hole 20a may have a truncated cone shape, an elliptical truncated pyramid shape, a truncated pyramid shape, etc. that gradually decrease or expand in diameter toward the piezoelectric layer 12.
  • the shape of the through hole is preferably a truncated cone.
  • the planar direction is the planar direction of the piezoelectric film 10 (piezoelectric film main body) unless otherwise specified.
  • the size of the through holes in the protective layer for example the diameter of the cylinder in the illustrated example. That is, the size of the through-hole may be appropriately set to a size that ensures sufficient conductivity according to the size of the piezoelectric film 10, the filling member, the width of the lead wire, and the like.
  • the filling member is filled so as to fill the through-holes of the protective layer, but the present invention is not limited to this. That is, the filling member may be filled without filling the through-holes, such as when the through-holes are filled with 80% by volume of the through-holes, as long as they are in contact with the lead wire and the electrode layer. However, the contact area between the lead wire and the filling member can be increased to reduce the connection resistance between the lead wire and the electrode layer. is preferred.
  • the filling member (first filling member 36) passes through the protective layer (first protective layer 18), as conceptually shown in FIG. It is also preferable that the hole (through hole 18a) is continuous with the surface of the protective layer in the region facing the lead wire. In this case, it is preferable that the filling member is present up to the surface of the protective layer in the region facing the lead wire so as to fill the through holes of the protective layer and overflow. With such a configuration, the contact area between the lead wire and the filling member can be increased, and the connection resistance between the lead wire and the electrode layer can be reduced.
  • the method of connecting the electrode layer and the lead wire is not limited to the method of using a conductive filling member filled in the through holes provided in the protective layer as in the illustrated example.
  • Various connection methods are available.
  • a peeling portion obtained by peeling the protective layer and the electrode layer may be provided, a lead wire may be inserted into the peeling portion, and the electrode layer and the lead wire may be connected.
  • a projecting portion is provided as shown in FIG. 3, the piezoelectric layer of the projecting portion and one of the electrode layers and the protective layer are removed to expose the other electrode layer, and the lead wire is inserted here. may be connected.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention has a connection wire 42 connected to the first lead wire 32 and provided on the surface of the first protective layer 18 .
  • the surface of the protective layer is the surface of the protective layer opposite to the electrode layer.
  • the piezoelectric film 10 preferably has a third lead wire 40 that is not directly connected to the electrode layer.
  • the third lead wire 40 is electrically connected to the first lead wire 32 by a connection wire 42 .
  • the distance between the end of the connection wiring 42 opposite to the first lead wire and the second lead wire 34 is greater than the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34 . is shorter. Since the piezoelectric film 10 of the illustrated example has the third lead wire 40 as a preferred embodiment, the distance between the third lead wire 40 and the second lead wire 34 is greater than the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34 . distance is shorter.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention, having such a configuration widens the distance between the lead wires connected to the electrode layer and the lead wires connected to the wiring (external wiring) connected to an external device.
  • the piezoelectric film of the present invention suppresses heat generation due to an increase in current density caused by the proximity of the lead wires connected to the electrode layer, saves the space required for connection to an external device, and reduces external wiring. It achieves both ease of handling and simplification.
  • the external wiring is connected to the electrode layer covered with the protective layer. Therefore, it is necessary to provide a lead wire to connect to the electrode layer.
  • the supplied driving current is transmitted to the entire surface of the piezoelectric film from the connection position between the lead wire and the electrode layer.
  • that region may generate heat, making proper driving impossible.
  • the lead wires connected to each electrode layer are placed close to each other in the planar direction. preferably. That is, in the conventional piezoelectric film, regarding the positional relationship between the two lead wires connected to the electrode layer for connecting to the external wiring, it is necessary to suppress heat generation, save space, and facilitate the routing of the external wiring. As described above, there is a trade-off relationship with simplification, and it is difficult to achieve both.
  • connection wiring 42 is provided on the surface of the first protective layer 18, and the connection wiring 42 and the first lead wire 32 directly connected to the first electrode layer 14 are connected. continue.
  • the third lead wire 40 is provided at the end of the connection wiring 42 opposite to the first lead wire 32 . That is, in the piezoelectric film 10 of the present invention, the second lead wire 34 connected to the second electrode layer 16 and the third lead wire 34 connected to the first electrode layer 14 via the connection wiring 42 and the first lead wire 32 are provided. By connecting the lead wire 40 to the external wiring, the external device and the electrode layer of the piezoelectric film 10 are connected.
  • the connection position of the first electrode layer 14 and the first lead wire 32 for connecting the electrode layer and the lead wire, the second electrode layer 16 and the second lead wire 34 can be arranged close to each other by routing the connection wiring 42 .
  • the piezoelectric film of the present invention can improve the current density, that is, suppress heat generation due to the separation of the connection positions between the electrode layers and the lead wires between the two electrode layers. It is possible to achieve both space saving and easiness and simplification of external wiring by arranging the lead wires close to each other.
  • the distance between the connection wiring 42 and the end opposite to the connection position with the first lead wire 32 is shorter than the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34 .
  • the positions of the first lead wire 32, the second lead wire 34 and the third lead wire are not limited. That is, if the distance between the second lead wire and the opposite end of the first lead wire 32 of the connection wiring 42 is shorter than the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34, the first lead wire 32 and the second lead wire
  • the second lead wire 34 and the third lead wire 40 can be arranged at arbitrary positions.
  • the distance between the end of the connection wiring 42 opposite to the first lead wire 32 and the second lead wire is as short as possible.
  • the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34 is preferably twice or more the distance between the end of the connection wiring 42 opposite to the first lead wire 32 and the second lead wire. , more preferably 3 times or more, more preferably 5 times or more.
  • the upper limit of the difference between the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34 and the distance between the opposite end of the connection wiring 42 from the first lead wire 32 and the second lead wire is basically a piezoelectric It depends on the size and shape of the film 10 and the like.
  • the distance between the first lead wire 32 and the second lead wire 34 is the distance between the opposite end of the connection wiring 42 from the first lead wire 32 and the second lead wire. is preferably 20 times or less.
  • connection wiring 42 various known wirings such as conductive ink, conductive paste, conductive tape, thin metal foil and metal wire can be used as long as they have conductivity. Also, as a method of forming the connection wiring 42, various known methods, such as printing, etching of metal foil, and adhesion, can be used according to the forming material of the connection wiring 42.
  • FIG. As described above, the piezoelectric film 10 (piezoelectric film main body) of the present invention has good flexibility, and for example, it can be rolled up and stored when not in use. Moreover, if the connection wiring 42 has high rigidity, it may impede expansion and contraction and vibration of the piezoelectric film 10 . Considering this point, it is preferable that the connection wiring 42 has low rigidity and is adhered to the first protective layer 18 .
  • connection wiring 42 is preferably a printed wiring using conductive ink, conductive paste, or the like.
  • the method of forming printed wiring is not limited, and various known methods of forming printed wiring such as inkjet, pad printing, screen printing, and resist printing can be used.
  • the width of the connection wiring 42 is not limited, and the width that provides sufficient conductivity may be appropriately set according to the forming material and thickness of the connection wiring.
  • the width of the connection wiring 42 is preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 8 mm, even more preferably 2 to 5 mm. By setting the width of the connection wiring 42 to 0.5 to 10 mm, there is no decrease in the flexibility of the piezoelectric film 10, and the vibration of the piezoelectric film 10 is not hindered. It is preferable in that a connection wiring can be obtained.
  • the thickness of the connection wiring 42 is not limited, and the thickness that provides sufficient conductivity may be appropriately set according to the forming material and width of the connection wiring.
  • the thickness of the connection wiring 42 is preferably 5 to 150 ⁇ m, more preferably 10 to 110 ⁇ m, even more preferably 15 to 70 ⁇ m. By setting the thickness of the connection wiring 42 to 5 to 150 ⁇ m, it is possible to ensure sufficient conductivity and sufficient strength without reducing the flexibility of the piezoelectric film 10 or impeding the vibration of the piezoelectric film 10 . This is preferable in that connection wiring can be obtained.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention includes a first lead wire 32 connected to the first electrode layer 14, a second lead wire connected to the second electrode layer 16, and a third lead wire connected to the connection wiring 42. has 40.
  • first to third attached to the first lead wire 32 to the third lead wire 40 have no technical meaning. Therefore, in the following description, when there is no need to distinguish between the first lead wire 32 to the third lead wire 40, both will be collectively referred to as "lead wire". In this regard, the same applies to the electrode layer, protective layer, and filling member.
  • the lead wire is not limited, and various known lead wires (conductors) used for electrical connection between two points can be used.
  • lead wires include metal foil such as copper foil, metal plate such as copper plate, lead wire having a coating layer in which the surface of the main body metal foil or metal plate is coated with a conductive material such as nickel,
  • a conductor (conductive layer) such as copper patterned on a sheet-like substrate like a wiring pattern of an FPC (Flexible Printed Circuits) board is exemplified.
  • FPC Flexible Printed Circuits
  • the shape of the lead wire is not limited, and may be sheet-shaped, cylindrical (rod-shaped), cylindrical with the upper and lower surfaces in the shape of a truncated circle or truncated, and prismatic as in the illustrated example.
  • the lead wire is preferably sheet-like.
  • the lead wire is preferably flexible.
  • the planar shape of the lead wire is not limited to the rectangular shape shown in the drawing, and various known shapes can be used. There are no restrictions on the size of the lead wire, for example, the length and width, and the size of the piezoelectric film 10, the configuration and position of an external device connected to the piezoelectric film 10, the material for forming the lead wire, the shape and plane of the lead wire. It may be appropriately set according to the shape, driving power of the piezoelectric film 10, and the like. Also, the thickness of the lead wire is not limited. The thickness at which the properties are obtained may be appropriately set.
  • the method of connecting the lead wire and the connection wiring 42 is also not limited, and may be contact by stacking or abutment, or fixing with tape or the like, a method utilizing the stickiness of the connection wiring 42, or a method using a conductive adhesive.
  • Various known electrical connection methods according to the material forming the lead wires and connection wiring 42 such as pasting, soldering, and pasting of ACF (Anisotropic Conductive Film), can be used. It is possible.
  • the second lead wire 34 and the third lead wire 40 connected to the external wiring preferably have portions projecting in the plane direction from the piezoelectric film body of the piezoelectric film 10 . Since the second lead wire 34 and the third lead wire 40 have a portion projecting in the plane direction from the piezoelectric film body, it is easier to connect the second lead wire 34 and the third lead wire 40 to the external wiring. become. Also, the connection between the second lead wire 34 and the third lead wire 40 and the external wiring may be performed using solder. In this case, if the second lead wire 34 and the third lead wire 40 are positioned within the plane of the piezoelectric film main body, there is a possibility that the protective layer and the like may be damaged by the heat of the solder.
  • the second lead wire 34 and the third lead wire 40 have a portion protruding from the piezoelectric film main body, soldering can be performed at this protruding portion, so that the protective layer is not damaged by the heat of the solder. Damage can be prevented.
  • the connection between the second lead wire 34 and the third lead wire 40 and the external wiring may be determined according to the connecting means. can be appropriately set.
  • the planar shape of the piezoelectric film is a polygon such as the rectangle in the illustrated example
  • the second lead wire 34 and the third lead wire 40 preferably protrude from the same side of the piezoelectric film. As a result, it is possible to more preferably obtain the effect of saving the space for connection with the external wiring and of facilitating and simplifying the routing of the external wiring.
  • the third lead wire 40 is provided as a preferred embodiment and is not an essential component. That is, the piezoelectric film of the present invention may not have the third lead wire 40 and may have an external wire connected to the end of the connection wire 42 opposite to the first lead wire 32 .
  • the piezoelectric film of the present invention is It preferably has a third lead 40 that connects to the connecting wire 42 on the opposite side of the first lead 32 .
  • a sheet-like object 50 having a second electrode layer 16 formed on a second protective layer 20 is prepared.
  • This sheet-like material 50 may be produced by forming a copper thin film or the like as the second electrode layer 16 on the surface of the second protective layer 20 by vacuum deposition, sputtering, plating, or the like.
  • the second protective layer 20 with a separator temporary support
  • PET or the like having a thickness of 25 to 100 ⁇ m can be used. The separator may be removed after the first electrode layer 14 and the first protective layer 18 are thermally compressed as described later and before laminating any member on the first protective layer 18 .
  • a polymer material having viscoelasticity at room temperature such as cyanoethylated PVA
  • an organic solvent such as a cyanoethylated PVA
  • piezoelectric particles 26 such as PZT particles are added and dispersed by stirring to prepare a paint.
  • a polymeric material having viscoelasticity at room temperature such as cyanoethylated PVA
  • a viscoelastic material There are no restrictions on the organic solvent, and various organic solvents such as dimethylformamide (DMF), methyl ethyl ketone and cyclohexanone can be used.
  • DMF dimethylformamide
  • methyl ethyl ketone methyl ethyl ketone
  • cyclohexanone can be used.
  • the paint is cast (applied) to the sheet-like material 50 and then dried by evaporating the organic solvent.
  • a laminate 52 having the second electrode layer 16 on the second protective layer 20 and the piezoelectric layer 12 formed on the second electrode layer 16 is produced. .
  • the method of casting this paint is not particularly limited, and all known coating methods (coating devices) such as slide coaters and doctor knives can be used.
  • the viscoelastic material is heat-meltable, such as cyanoethylated PVA
  • the viscoelastic material is heated and melted, and the piezoelectric particles 26 are added/dispersed to prepare a melt, which is then extruded.
  • a sheet is extruded onto the sheet 50 shown in FIG. 5 by molding or the like, and cooled to form the second electrode layer 16 on the second protective layer 20 as shown in FIG.
  • a laminate 52 may be produced by forming the piezoelectric layer 12 on the two-electrode layer 16 .
  • dielectric polymer materials such as polyvinylidene fluoride may be added to the matrix 24 in addition to viscoelastic materials such as cyanoethylated PVA.
  • the polymeric piezoelectric materials to be added to the above paint may be dissolved.
  • the polymer piezoelectric material to be added may be added to the viscoelastic material melted by heating as described above and melted by heating.
  • the piezoelectric layer 12 is subjected to polarization treatment (poling). )I do.
  • the method of polarization treatment of the piezoelectric layer 12 is not limited, and known methods can be used.
  • electric field poling in which a DC electric field is directly applied to an object to be polarized, is exemplified.
  • the first electrode layer 14 may be formed before the polarization treatment, and the electric field poling treatment may be performed using the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16. .
  • the piezoelectric film 10 of the present invention it is preferable to polarize the piezoelectric layer 12 not in the plane direction but in the thickness direction.
  • a calendering treatment of smoothing the surface of the piezoelectric layer 12 using a heating roller or the like may be performed. By performing this calendering process, the thermocompression bonding process, which will be described later, can be performed smoothly.
  • a sheet-like object 54 having the first electrode layer 14 formed on the first protective layer 18 is prepared.
  • This sheet-like material 54 may be the same as the sheet-like material 50 described above.
  • the first electrode layer 14 is directed toward the piezoelectric layer 12, and the sheet-like material 54 is laminated on the laminate 52 for which the polarization treatment of the piezoelectric layer 12 has been completed.
  • the electric field poling treatment may be performed using the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16, as described above.
  • the laminate of the laminate 52 and the sheet material 54 is thermocompression bonded by a heat press device, a pair of heat rollers, or the like while sandwiching the second protective layer 20 and the first protective layer 18 .
  • a piezoelectric film main body in which the piezoelectric layer is sandwiched between the electrode layers and the protective layer is formed on the surface thereof is produced.
  • the laminate 52 and the sheet-like material 54 may be pasted together using an adhesive and preferably further pressure-bonded to fabricate the piezoelectric film body.
  • the piezoelectric film main body (piezoelectric layer 12) thus produced is polarized in the thickness direction rather than in the surface direction, and excellent piezoelectric properties can be obtained without stretching after the polarization treatment. Therefore, the piezoelectric film 10 has no in-plane anisotropy in piezoelectric properties, and expands and contracts isotropically in all directions in the plane direction when a driving voltage is applied.
  • Such a piezoelectric film body may be manufactured using cut-sheet-like sheet-like material 50 and sheet-like material 54, etc., or may be manufactured using long sheet-like material 50, sheet-like material 54, etc. It may be manufactured by roll to roll.
  • a first lead wire 32 is then attached to the first protective layer 18 of the piezoelectric laminate, and a second lead wire 34 is attached to the second protective layer 20 . Since the attachment of the first lead wire 32 and the attachment of the second lead wire 34 can be performed in the same manner, the attachment of the first lead wire 32 will be described as a representative example as before.
  • through holes 18a are formed in the first protective layer 18 (second protective layer 20).
  • a method for forming the through holes 18a is not limited, and a known method may be used depending on the material for forming the first protective layer 18.
  • FIG. Examples of the method for forming the through holes 18a include laser processing, removal by dissolution using a solvent, and mechanical processing such as mechanical polishing.
  • the through holes 18a are filled with a material to be the first filling member 36, such as a conductive paste 36a.
  • the conductive paste 36a is preferably filled in a sufficient amount so as to fill the through holes 18a. More preferably, the conductive paste 36a is filled in an amount that rises from the through hole 18a, or the conductive paste 36a is filled in an amount that overflows the through hole 18a.
  • the first lead wire 32 (the second lead wire 34) is prepared.
  • the through holes 18a of the first protective layer 18 and the first lead wires 32 are aligned, and the first lead wires 32 are laminated on the first protective layer 18. .
  • the conductive paste 36a is dried and hardened to form the first filling member 36 (second filling member 38).
  • the first protective layer 18 (second protective layer 20) and the first lead wire 32 (second lead wire 34) may be attached by a known method.
  • the first protective layer 18 and the first lead wire 32 may be adhered using the adhesion strength of the first filling member 36 (second filling member 38), that is, the conductive paste 36a.
  • the first protective layer 18 and the first lead wire 32 may be attached using an adhesive such as an adhesive and an adhesive (adhesive sheet).
  • the first protective layer 18 and the first lead wire 32 may be attached using an adhesive tape. Furthermore, a plurality of these methods may be used together to adhere the first protective layer 18 and the first lead wire 32 together.
  • connection wiring 42 which is a printed wiring and is connected to the first lead wire 32, is formed on the surface by, for example, printing using conductive ink.
  • the third lead wire 40 is connected to the end of the connection wire 42 opposite to the first lead wire 32 to complete the piezoelectric film 10 as shown in FIG.
  • the timing of forming the connection wiring 42 is not limited after the first lead wire 32 and the second lead wire 34 are fixed.
  • the timing of forming the connection wiring 42 may be appropriately set according to the material and method of forming the connection wiring 42 .
  • the connection wiring 42 may be formed on the surface of the first protective layer 18 after forming the piezoelectric film body, that is, between FIGS.
  • the piezoelectric film main body may be produced using a sheet-like object 54 in which the connection wiring 42 is formed in advance on the first protective layer 18 .
  • the method for manufacturing the piezoelectric film of the present invention is not limited to the methods shown in FIGS. 5 to 13, and various methods can be used.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention can be suitably used as an electroacoustic transducer (electroacoustic conversion film).
  • the piezoelectric film 10 expands and contracts in the plane direction by applying a driving voltage to the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 .
  • Such a piezoelectric film 10 is held in a curved state.
  • the piezoelectric film 10 held in a curved state expands in the plane direction due to the application of voltage, the piezoelectric film 10 moves to the convex side (in the sound radiation direction) in order to absorb this expansion. .
  • the piezoelectric film 10 shrinks in the planar direction due to voltage application to the piezoelectric film 10
  • the piezoelectric film 10 moves to the concave side in order to absorb this contraction. That is, by holding the piezoelectric film 10 in a curved state, the stretching motion of the piezoelectric film 10 can be converted into vibration in the thickness direction of the piezoelectric film 10 .
  • the piezoelectric film 10 can convert vibrations (sounds) and electric signals by vibration due to repeated expansion and contraction of the piezoelectric film.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is a piezoelectric speaker that reproduces sound by vibrating according to an input electric signal, and an audio sensor that converts the vibration of the piezoelectric film 10 by receiving a sound wave into an electric signal. etc. Furthermore, the piezoelectric film 10 of the present invention can also be used as a vibration sensor that detects vibrations other than sound waves.
  • a piezoelectric speaker using such a piezoelectric film 10 can take advantage of its good flexibility and can be rolled up or folded and accommodated in a bag or the like. Therefore, according to the piezoelectric film 10, it is possible to realize an easily portable piezoelectric speaker even if it has a certain size. Moreover, as described above, the piezoelectric film 10 is excellent in softness and flexibility, and has no in-plane anisotropy of piezoelectric properties. Therefore, the piezoelectric film 10 has little change in sound quality when bent in any direction, and also has little change in sound quality with respect to changes in curvature.
  • the piezoelectric speaker using the piezoelectric film 10 has a high degree of freedom in installation location, and can be attached to various articles as described above.
  • a so-called wearable speaker can be realized by attaching the piezoelectric film 10 to clothing such as clothes and portable items such as bags in a curved state.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention by attaching the piezoelectric film 10 of the present invention to a flexible display device such as a flexible organic electroluminescence display or a flexible liquid crystal display, It can also be used as a speaker for flexible display devices.
  • a flexible display device such as a flexible organic electroluminescence display or a flexible liquid crystal display
  • the speaker using the piezoelectric film 10 of the present invention is not limited to such a flexible speaker, and various known configurations can be used.
  • a viscoelastic support such as wool felt and glass wool is housed in a case with an open top as shown in FIG.
  • a speaker is exemplified in which a piezoelectric film presses and fixes a viscoelastic support.
  • the piezoelectric film 10 expands and contracts in the plane direction when a voltage is applied, and this expansion and contraction in the plane direction suitably vibrates in the thickness direction. It expresses good acoustic characteristics that can output sound.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention which exhibits good acoustic properties, that is, high elastic performance due to piezoelectricity, works well as a piezoelectric vibrating element for vibrating a vibrating body such as a diaphragm by laminating a plurality of films.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention is thus obtained by laminating a plurality of piezoelectric films 10 of the present invention.
  • the piezoelectric film 10 When the piezoelectric film 10 is laminated, the piezoelectric film may not have the first protective layer 18 and/or the second protective layer 20 if there is no possibility of short circuit. Alternatively, piezoelectric films without the first protective layer 18 and/or the second protective layer 20 may be laminated via an insulating layer.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention in which a plurality of piezoelectric films 10 are laminated, the laminated piezoelectric element is attached to a diaphragm, and the laminated piezoelectric element vibrates the diaphragm to output sound.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention is made to act as a so-called exciter that outputs sound by vibrating the diaphragm.
  • the individual piezoelectric films 10 expand and contract in the plane direction, and the expansion and contraction of each piezoelectric film 10 causes the entire laminate of the piezoelectric films 10 to expand and contract in the plane direction. do.
  • the expansion and contraction of the laminated piezoelectric element in the planar direction bends the diaphragm to which the laminate is attached, and as a result, the diaphragm vibrates in the thickness direction. This vibration in the thickness direction causes the diaphragm to generate sound.
  • the diaphragm vibrates according to the magnitude of the drive current supplied to the piezoelectric film 10 and generates sound according to the drive current supplied to the piezoelectric film 10 . Therefore, at this time, the piezoelectric film 10 itself does not output sound.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention in which the piezoelectric films 10 are laminated has high rigidity and a large stretching force as a whole laminate.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention can sufficiently bend the diaphragm with a large force and vibrate the diaphragm sufficiently in the thickness direction. Sound can be generated on the diaphragm.
  • the number of laminated piezoelectric films 10 is not limited.
  • the number of laminated piezoelectric films 10 may be appropriately set according to the rigidity of the diaphragm to be vibrated so that a sufficient amount of vibration can be obtained. It should be noted that a single piezoelectric film 10 can be used as a similar exciter (piezoelectric vibrating element) as long as it has sufficient stretching force.
  • the diaphragm vibrated by the laminated piezoelectric element of the present invention there are no restrictions on the diaphragm vibrated by the laminated piezoelectric element of the present invention, and various sheet-like materials can be used. Examples include resin films such as polyethylene terephthalate (PET), foamed plastics such as polystyrene foam, paper materials such as cardboard, glass plates, and wood. Furthermore, various devices such as display devices such as organic electroluminescence displays and liquid crystal displays may be used as the diaphragm as long as they can be bent sufficiently.
  • PET polyethylene terephthalate
  • foamed plastics such as polystyrene foam
  • paper materials such as cardboard, glass plates, and wood.
  • various devices such as display devices such as organic electroluminescence displays and liquid crystal displays may be used as the diaphragm as long as they can be bent sufficiently.
  • the piezoelectric films 10 adjacent to each other by lamination are adhered with an adhesive layer (adhesive).
  • the laminated piezoelectric element and the diaphragm are preferably adhered with an adhesive layer.
  • the adhesive layer There are no restrictions on the adhesive layer, and various layers that can be used to attach objects to be attached to each other can be used. Therefore, the sticking layer may be made of a pressure-sensitive adhesive or an adhesive.
  • an adhesive layer is used which, after application, results in a solid and hard adhesive layer. The above points are the same for a laminated body formed by folding a long piezoelectric film 10 described later.
  • the polarization direction of each laminated piezoelectric film 10 is not limited.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is preferably polarized in the thickness direction. Accordingly, the polarization direction of the piezoelectric film 10 referred to herein is the polarization direction in the thickness direction. Therefore, in the laminated piezoelectric element, all the piezoelectric films 10 may have the same polarization direction, or there may be piezoelectric films having different polarization directions.
  • the piezoelectric films 10 are preferably laminated so that the polarization directions of the adjacent piezoelectric films 10 are opposite to each other.
  • the polarity of the voltage applied to the piezoelectric layer 12 depends on the polarization direction of the piezoelectric layer 12 . Therefore, regardless of whether the polarization direction is from the first electrode layer 14 to the second electrode layer 16 or from the second electrode layer 16 to the first electrode layer 14, the first electrode is The polarity of layer 14 and the polarity of second electrode layer 16 are made the same.
  • the laminated piezoelectric element of the present invention may have a configuration in which a plurality of piezoelectric films 10 are laminated by folding the piezoelectric film 10 one or more times, preferably multiple times.
  • the configuration in which the piezoelectric film 10 is folded and laminated has the following advantages. That is, in a laminate in which a plurality of cut-sheet piezoelectric films 10 are laminated, it is necessary to connect the first electrode layer 14 and the second electrode layer 16 to the drive power source for each piezoelectric film. On the other hand, in the structure in which the long piezoelectric film 10 is folded and laminated, the laminated piezoelectric element can be configured with only one long piezoelectric film 10 .
  • the long piezoelectric film 10 is folded and laminated, only one power source is required for applying the driving voltage, and the electrode may be led out from the piezoelectric film 10 at one point. Furthermore, in the structure in which the long piezoelectric films 10 are folded and laminated, the polarization directions of adjacent piezoelectric films 10 are inevitably opposite to each other.
  • the laminated piezoelectric element in which electrode layers are provided on both sides of a piezoelectric layer made of a polymer composite piezoelectric body, and preferably a protective layer is provided on the surface of the electrode layer, the laminated piezoelectric element is laminated with a piezoelectric film. 2020/095812 and International Publication No. 2020/179353.
  • the piezoelectric film of the present invention and the laminated piezoelectric element of the present invention obtained by laminating the same can be used, for example, in various sensors, acoustic devices, haptics, ultrasonic transducers, actuators, dampers, and vibration power generators. etc., it is suitably used for various purposes.
  • sensors using the piezoelectric film of the present invention and laminated piezoelectric elements obtained by laminating the same include sound wave sensors, ultrasonic sensors, pressure sensors, tactile sensors, strain sensors, vibration sensors, and the like. be.
  • a sensor using the piezoelectric film of the present invention and a laminated piezoelectric element obtained by laminating the same is particularly useful for inspections at manufacturing sites, such as infrastructure inspection such as crack detection, and foreign matter contamination detection.
  • Microphones, pickups, speakers, exciters, and the like are examples of acoustic devices using the piezoelectric film of the present invention and laminated piezoelectric elements obtained by laminating the same.
  • Specific applications of the piezoelectric film of the present invention and acoustic devices using the laminated piezoelectric element are noise cancellers used in cars, trains, airplanes, robots, etc., artificial vocal cords, and vermin invasion.
  • Examples include alarm buzzers, furniture, wallpaper, photographs, helmets, goggles, headrests, signage, and robots that have voice output functions.
  • Examples of applications of the piezoelectric film of the present invention and haptics using the laminated piezoelectric element laminated with the film include automobiles, smart phones, smart watches, game machines, and the like.
  • Examples of ultrasonic transducers using the piezoelectric film of the present invention and laminated piezoelectric elements obtained by laminating the same include ultrasonic probes and hydrophones.
  • Examples of uses of the piezoelectric film of the present invention and the actuator using the laminated piezoelectric element obtained by laminating the same include prevention of adhesion of water droplets, transportation, stirring, dispersion, polishing, and the like.
  • Examples of application of the piezoelectric film of the present invention and the damping material using the laminated piezoelectric element obtained by laminating the same include containers, vehicles, buildings, and sports equipment such as skis and rackets. Furthermore, application examples of the piezoelectric film of the present invention and the vibration power generation device using the laminated piezoelectric element obtained by laminating the same include roads, floors, mattresses, chairs, shoes, tires, wheels, and personal computer keyboards. be.
  • electroacoustic transducers such as speakers, and vibration sensors.
  • piezoelectric film 12 piezoelectric layer 14 first electrode layer 16 second electrode layer 18 first protective layer 18a, 20a through hole 20 second protective layer 24 matrix 26 piezoelectric particles 30 piezoelectric film 32 first lead wire 34 second lead wire 36 first filling member 36a conductive paste 38 second filling member 40 third lead wire 42 connection wiring 50, 54 sheet-like object

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Abstract

発熱の抑制と、省スペース、配線の取り回しの容易性および簡略化とを両立できる圧電フィルム、この圧電フィルムを積層した積層圧電素子の提供を課題とする。圧電体層と、圧電体層を挟む第1および第2電極層と、電極層を覆う第1および第2保護層とを有する圧電フィルム本体、第1電極層に接続する第1リード線、第2電極層に接続する第2リード線、ならびに、第1リード線に接続する接続配線を有し、第1リード線と第2リード線との距離より、接続配線の第1リード線側とは逆側の端部と第2リード線との距離が短いことにより、課題を解決する。

Description

圧電フィルムおよび積層圧電素子
 本発明は、電気音響変換器等に用いられる圧電フィルム、および、この圧電フィルムを積層した積層圧電素子に関する。
 有機エレクトロルミネセンスディスプレイなど、プラスチック等の可撓性基板を用いたフレキシブルディスプレイの開発が進められている。
 このようなフレキシブルディスプレイを、テレビジョン受像機等のように画像と共に音声を再生する画像表示装置兼音声発生装置として使用する場合、音声を発生するための音響装置であるスピーカーが必要である。
 ここで、従来のスピーカー形状としては、漏斗状のいわゆるコーン型や、球面状のドーム型等が一般的である。しかしながら、これらのスピーカーを上述のフレキシブルディスプレイに内蔵しようとすると、フレキシブルディスプレイの長所である軽量性や可撓性を損なう虞れがある。また、スピーカーを外付けにした場合、持ち運び等が面倒であり、曲面状の壁に設置することが難しくなり美観を損ねる虞れもある。
 これに対して、軽量性および可撓性を損なうことなくフレキシブルディスプレイに一体化可能なスピーカーとして利用可能な圧電フィルムとして、特許文献1に記載の圧電フィルム(電気音響変換フィルム)が知られている。
 この圧電フィルムは、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる圧電体層(高分子複合圧電体)と、圧電体層の両面に形成された電極層(薄膜電極)と、電極層の表面に形成された保護層とを有する。
特開2016-015354号公報
 特許文献1に記載された圧電フィルムは、優れた圧電特性を有する。また、この圧電フィルムの圧電体層は、高分子材料に圧電体粒子を分散させたものであるので、この圧電体層を用いる圧電フィルムは、良好な可撓性を有する。
 そのため、この圧電フィルムによれば、例えば、フレキシブルスピーカー等に利用可能な、可撓性を有し、かつ、良好な圧電特性を有する電気音響変換フィルム等を実現することができる。
 このような、圧電体層の両面に電極層を有し、電極層を覆って保護層を有する圧電フィルムを駆動するためには、保護層に覆われた電極層に、駆動電源等の外部装置と接続するためのリード線を接続する必要がある。
 例えば、特許文献1においては、保護層に膜厚が薄くなる凹部を設け、この凹部に導電材料を挿入し、凹部に挿入した導電材料を押圧することにより、導電材料によって保護層を破断させて導電材料と薄膜電極とを電気的に導通し、導電材料にリード線(引出配線)を接続することにより、リード線と電極層とを接続している。
 圧電フィルムにおいては、供給された駆動のための電気は、リード線と電極層との接続位置から、圧電フィルムの全面に伝わる。
 ここで、圧電フィルムの面内に電流密度が高い領域が生じると、その領域が発熱して、適正な駆動ができなくなる可能性がある。圧電フィルム面内で電流密度が高い領域が生じることを防止して、発熱を抑制するためには、一方の電極層とリード線との接続位置と、他方の電極層とリード線との接続位置とが、できるだけ圧電フィルムの面方向に離れている方が好ましい。
 他方、外部装置と接続する際に必要なスペースの小型化すなわち省スペース性、ならびに、リード線に接続される外部装置側の配線(外部配線)の取り回しの容易性および簡略化の点では、一方の電極層に接続するリード線と、他方の電極層に接続するリード線とは、近接しているのが好ましい。
 特に、スマートフォンなどの小型の装置では、省スペース性および外部配線の取り回しの簡略化は、重要である。
 すなわち、圧電フィルムにおいて、外部装置と接続するため設けられる2つのリード線の位置関係に関しては、発熱防止の観点と、省スペースならびに外部配線の取り回しの容易性および簡略化の観点とで、トレードオフの関係にあり、両立が困難である。
 本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、圧電体層の両面に電極層を有し、電極層の表面に保護層を設けた圧電フィルムであって、電流密度が高くなることによる発熱の抑制と、省スペース、ならびに、外部配線の取り回しの容易性および簡略化とを両立できる圧電フィルム、および、この圧電フィルムを積層した積層圧電素子を提供することにある。
 この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
 [1] 圧電体層、圧電体層の一方の面に設けられる第1電極層、圧電体層の第1電極層と逆側の面に設けられる第2電極層、第1電極層を覆う第1保護層、および、第2電極層を覆う第2保護層を有する圧電フィルム本体と、
 第1電極層に接続する第1リード線と、第2電極層に接続する第2リード線と、第1保護層の表面に設けられ第1リード線に接続する接続配線と、を有し、
 第1リード線と第2リード線との距離よりも、接続配線の第1リード線との接続側とは逆側の端部と第2リード線との距離が短い、圧電フィルム。
 [2] 接続配線の第1リード線と逆側の端部に接続する第3リード線を有する、[1]に記載の圧電フィルム。
 [3] 第3リード線が、圧電フィルム本体の面方向に、圧電フィルム本体から突出する部分を有する、[2]に記載の圧電フィルム。
 [4] 第2リード線が、圧電フィルム本体の面方向に、圧電フィルム本体から突出する部分を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の圧電フィルム。
 [5] 接続配線がプリント配線である、[1]~[4]のいずれかに記載の圧電フィルム。
 [6] 接続配線の幅が0.5~10mmである、[1]~[5]のいずれかに記載の圧電フィルム。
 [7] 接続配線の厚さが5~150μmである、[1]~[6]のいずれかに記載の圧電フィルム。
 [8] 第1保護層が貫通孔を有し、さらに、貫通孔に充填された導電性を有する第1充填部材を有し、第1リード線は、第1充填部材に接触することにより、第1電極層に接続するものであり、
 第2保護層が貫通孔を有し、さらに、貫通孔に充填された導電性を有する第2充填部材を有し、第2リード線は、第2充填部材に接触することにより、第2電極層に接続するものである、[1]~[7]のいずれかに記載の圧電フィルム。
 [9] 圧電体層が、高分子材料を含むマトリックス中に、圧電体粒子を含む、高分子複合圧電体である、[1]~[8]のいずれかに記載の圧電フィルム。
 [10] 高分子材料がシアノエチル基を有する、[9]に記載の圧電フィルム。
 [11] [1]~[10]のいずれかに記載の圧電フィルムを、複数層、積層してなる、積層圧電素子。
 本発明によれば、圧電体層の両面に電極層を有し、電極層の表面に保護層を設けた圧電フィルムにおいて、電流密度が高くなることによる発熱の抑制と、外部装置の配線(外部配線)を接続するためのスペースの小型化(省スペース)、ならびに、外部装置側の配線の取り回しの容易性および簡略化とを両立できる。
図1は、本発明の圧電フィルムの一例を概念的に示す平面図である。 図2は、図1に示す圧電フィルムの概略断面図である。 図3は、本発明の圧電フィルムの別の例を概念的に示す平面図である。 図4は、図1に示す圧電フィルムにおけるリード線の接続部の一例を概念的に示す図である。 図5は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図6は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図7は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図8は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図9は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図10は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図11は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図12は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図13は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。
 以下、本発明の圧電フィルムおよび積層圧電素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に説明する。
 以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に制限されるものではない。
 本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
 また、以下に示す図は、いずれも、本発明を説明するための概念的な図であって、各層の厚さ、貫通孔の大きさ、各部材(部位)の位置関係、および、各部材の大きさ等は、実際の物とは異なる。
 図1および図2に、本発明の圧電フィルムの一例を概念的に示す。
 図1は、本発明の圧電フィルムの平面図であり、図2は、図1に示す圧電フィルムを厚さ方向に切断した断面図である。なお、平面図とは、圧電フィルムの主面の法線方向すなわち圧電フィルムの主面と直交する方向から見た図である。また、厚さ方向とは、圧電フィルムの主面の法線方向であり、すなわち、後述する圧電体層、電極層および保護層等の積層方向である。従って、平面図とは、圧電フィルムを厚さ方向から見た図である。
 なお、主面とは、シート状物(板状物、フィルム、層、膜)の最大面であり、通常、シート状物の厚さ方向の両面である。
 図2に示すように、圧電フィルム10は、圧電体層12と、圧電体層12の一方の面に積層される第1電極層14と、第1電極層14の表面に積層される第1保護層18と、圧電体層12の他方の面に積層される第2電極層16と、第2電極層16の表面に積層される第2保護層20と、第1リード線32、第2リード線34および第3リード線40と、第1充填部材36および第2充填部材38と、接続配線42と、を有する。
 圧電体層12と、第1電極層14と、第1保護層18と、第2電極層16と、第2保護層20とで、本発明における圧電フィルム本体が構成される。
 圧電フィルム10において、第1保護層18には貫通孔18aが設けられる。貫通孔18aには、第1充填部材36が充填される。第1リード線32は、第1充填部材36を覆うように、第1保護層18に設けられる。圧電フィルム10においては、これにより、第1リード線32と第1電極層14とが、電気的に接続される。
 同様に、第2保護層20には貫通孔20aが設けられる。貫通孔20aには、第2充填部材38が充填される。第2リード線34は、第2充填部材38を覆うように、第2保護層20に設けられる。圧電フィルム10においては、これにより、第2リード線34と第2電極層16とが、電気的に接続される。
 ここで、本発明の圧電フィルム10は、充填部材によって電極層と直接的に接続される第1リード線32および第2リード線34に加え、好ましい態様として、電極層とは直接的に接続されない第3リード線40を有する。第3リード線40は、第1保護層18の表面に設けられる接続配線42によって、第1リード線32に接続される。
 本発明においては、第1リード線32と第2リード線34との距離よりも、接続配線42の第1リード線とは逆側の端部と第2リード線34との距離が短い。図示例においては、好ましい態様として第3リード線40を有するので、第1リード線32と第2リード線34との距離よりも、第3リード線40と第2リード線34との距離が短い。
 本発明の圧電フィルム10は、このような構成を有することにより、電極層と接続されるリード線の間隔を広くして、外部装置と接続するためのリード線が近接することで生じる電流密度の向上による発熱の抑制と、外部装置と接続される部分におけるリード線の位置を近くして、省スペースならびに外部装置側の配線の取り回しの容易性および簡略化との両立を実現している。
 この点に関しては、後に詳述する。
 図示例の圧電フィルム10において、圧電体層12は、高分子材料を含むマトリックス24中に、圧電体粒子である圧電体粒子26を含むものである。すなわち、圧電体層12は、高分子複合圧電体である。
 ここで、高分子複合圧電体(圧電体層12)は、例えば、電気音響変換フィルムに用いられる。電気音響変換フィルムに用いられる高分子複合圧電体は、次の用件を具備したものであるのが好ましい。なお、本発明において、常温とは、0~50℃である。
 (i) 可撓性
 例えば、携帯用として新聞や雑誌のように書類感覚で緩く撓めた状態で把持する場合、絶えず外部から、数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けることになる。この時、高分子複合圧電体が硬いと、その分大きな曲げ応力が発生し、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生し、やがて破壊に繋がる恐れがある。従って、高分子複合圧電体には適度な柔らかさが求められる。また、歪みエネルギーを熱として外部へ拡散できれば応力を緩和することができる。従って、高分子複合圧電体の損失正接が適度に大きいことが求められる。
 (ii) 音質
 スピーカーは、20Hz~20kHzのオーディオ帯域の周波数で圧電体粒子を振動させ、その振動エネルギーによって振動板(高分子複合圧電体)全体が一体となって振動することで音が再生される。従って、振動エネルギーの伝達効率を高めるために高分子複合圧電体には適度な硬さが求められる。また、スピーカーの周波数特性が平滑であれば、曲率の変化に伴い最低共振周波数f0が変化した際の音質の変化量も小さくなる。従って、高分子複合圧電体の損失正接は適度に大きいことが求められる。
 スピーカー用振動板の最低共振周波数f0は、下記式で与えられるのは周知である。ここで、sは振動系のスチフネス、mは質量である。

 このとき、圧電フィルムの湾曲程度すなわち湾曲部の曲率半径が大きくなるほど機械的なスチフネスsが下がるため、最低共振周波数f0は小さくなる。すなわち、圧電フィルムの曲率半径によってスピーカーの音質(音量、周波数特性)が変わることになる。
 以上をまとめると、電気音響変換フィルムとして用いるフレキシブルな高分子複合圧電体は、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことが求められる。また、高分子複合圧電体の損失正接は、20kHz以下の全ての周波数の振動に対して、適度に大きいことが求められる。
 一般に、高分子固体は粘弾性緩和機構を有しており、温度上昇あるいは周波数の低下と共に大きなスケールの分子運動が貯蔵弾性率(ヤング率)の低下(緩和)あるいは損失弾性率の極大(吸収)として観測される。その中でも、非晶質領域の分子鎖のミクロブラウン運動によって引き起こされる緩和は、主分散と呼ばれ、非常に大きな緩和現象が見られる。この主分散が起きる温度がガラス転移点(Tg)であり、最も粘弾性緩和機構が顕著に現れる。
 高分子複合圧電体(圧電体層12)において、ガラス転移点が常温にある高分子材料、言い換えると、常温で粘弾性を有する高分子材料をマトリックスに用いることで、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞う高分子複合圧電体が実現する。特に、この振舞いが好適に発現する等の点で、周波数1Hzでのガラス転移点が常温、すなわち、0~50℃にある高分子材料を、高分子複合圧電体のマトリックスに用いるのが好ましい。
 常温で粘弾性を有する高分子材料としては、公知の各種のものが利用可能である。好ましくは、常温、すなわち0~50℃において、動的粘弾性試験による周波数1Hzにおける損失正接Tanδの極大値が、0.5以上有る高分子材料を用いるのが好ましい。
 これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に、最大曲げモーメント部における高分子マトリックスと圧電体粒子との界面の応力集中が緩和され、高い可撓性が期待できる。
 また、常温で粘弾性を有する高分子材料は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が、0℃において100MPa以上、50℃において10MPa以下、であるのが好ましい。
 これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に発生する曲げモーメントが低減できると同時に、20Hz~20kHzの音響振動に対しては硬く振る舞うことができる。
 また、常温で粘弾性を有する高分子材料は、比誘電率が25℃において10以上有ると、より好適である。これにより、高分子複合圧電体に電圧を印加した際に、高分子マトリックス中の圧電体粒子にはより高い電界が掛かるため、大きな変形量が期待できる。
 しかしながら、その反面、良好な耐湿性の確保等を考慮すると、高分子材料は、比誘電率が25℃において10以下であるのも、好適である。
 このような条件を満たす常温で粘弾性を有する高分子材料としては、シアノエチル化ポリビニルアルコール(シアノエチル化PVA)、ポリ酢酸ビニル、ポリビニリデンクロライドコアクリロニトリル、ポリスチレン-ビニルポリイソプレンブロック共重合体、ポリビニルメチルケトン、および、ポリブチルメタクリレート等が例示される。また、これらの高分子材料としては、ハイブラー5127(クラレ社製)などの市販品も、好適に利用可能である。なかでも、高分子材料としては,シアノエチル基を有する材料を用いることが好ましく、シアノエチル化PVAを用いるのが特に好ましい。
 なお、マトリックス24において、これらの高分子材料は、1種のみを用いてもよく、複数種を併用(混合)して用いてもよい。
 このような常温で粘弾性を有する高分子材料を用いるマトリックス24は、必要に応じて、複数の高分子材料を併用してもよい。
 すなわち、マトリックス24には、誘電特性や機械的特性の調節等を目的として、シアノエチル化PVA等の常温で粘弾性を有する高分子材料に加え、必要に応じて、その他の誘電性高分子材料を添加しても良い。
 添加可能な誘電性高分子材料としては、一例として、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体およびポリフッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素系高分子、シアン化ビニリデン-酢酸ビニル共重合体、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシサッカロース、シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルヒドロキシプルラン、シアノエチルメタクリレート、シアノエチルアクリレート、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルアミロース、シアノエチルポリアクリルアミド、シアノエチルポリアクリレート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルサッカロースおよびシアノエチルソルビトール等のシアノ基またはシアノエチル基を有するポリマー、ならびに、ニトリルゴムやクロロプレンゴム等の合成ゴム等が例示される。
 中でも、シアノエチル基を有する高分子材料は、好適に利用される。
 また、圧電体層12のマトリックス24において、シアノエチル化PVA等の常温で粘弾性を有する材料に加えて添加される誘電性ポリマーは、1種に限定はされず、複数種を添加してもよい。
 また、マトリックス24には、誘電性高分子材料以外にも、ガラス転移点Tgを調節する目的で、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、メタクリル樹脂、ポリブテンおよびイソブチレン等の熱可塑性樹脂、ならびに、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂およびマイカ等の熱硬化性樹脂を添加しても良い。
 さらに、粘着性を向上する目的で、ロジンエステル、ロジン、テルペン、テルペンフェノール、および、石油樹脂等の粘着付与剤を添加しても良い。
 圧電体層12のマトリックス24において、シアノエチル化PVA等の常温で粘弾性を有する高分子材料以外の材料を添加する際の添加量には、特に限定は無いが、マトリックス24に占める割合で30質量%以下とするのが好ましい。
 これにより、マトリックス24における粘弾性緩和機構を損なうことなく、添加する高分子材料の特性を発現できるため、高誘電率化、耐熱性の向上、圧電体粒子26および電極層との密着性向上等の点で好ましい結果を得ることができる。
 本発明の圧電フィルム10において、圧電体層12は、このようなマトリックス24に、圧電体粒子26を含むものである。
 圧電体粒子26は、公知のものが利用可能であるが、好ましくは、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子からなるものである。
 圧電体粒子26を構成するセラミックス粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、酸化亜鉛(ZnO)、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト(BiFe3)との固溶体(BFBT)等が例示される。
 このような圧電体粒子26の粒径には制限はなく、圧電体層12(圧電フィルム10)の大きさ、および、圧電フィルム10の用途等に応じて、適宜、選択すれば良い。圧電体粒子26の粒径は、1~10μmが好ましい。
 圧電体粒子26の粒径をこの範囲とすることにより、圧電フィルム10が高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
 なお、図1おいては、圧電体層12中の圧電体粒子26は、マトリックス24中に、不規則に分散されているが、本発明は、これに制限はされない。
 すなわち、圧電体層12中の圧電体粒子26は、好ましくは均一に分散されていれば、マトリックス24中に不規則に分散されても、規則的に分散されてもよい。
 さらに、圧電体粒子26は、粒径が揃っていても、揃っていなくてもよい。
 圧電フィルム10において、圧電体層12中におけるマトリックス24と圧電体粒子26との量比には、制限はなく、圧電フィルム10の面方向の大きさおよび厚さ、圧電フィルム10の用途、ならびに、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
 圧電体層12中における圧電体粒子26の体積分率は、30~80%が好ましく、50%以上がより好ましく、従って、50~80%とするのが、さらに好ましい。
 マトリックス24と圧電体粒子26との量比を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
 圧電フィルム10において、圧電体層12の厚さには、特に限定はなく、圧電フィルム10の用途、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
 圧電体層12が厚いほど、いわゆるシート状物のコシの強さなどの剛性等の点では有利であるが、同じ量だけ圧電フィルム10を伸縮させるために必要な電圧(電位差)は大きくなる。
 圧電体層12の厚さは、8~300μmが好ましく、8~200μmがより好ましく、10~150μmがさらに好ましく、15~100μmが特に好ましい。
 圧電体層12の厚さを、上記範囲とすることにより、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
 圧電体層12は、厚さ方向に分極処理(ポーリング)されているのが好ましい。分極処理に関しては、後に詳述する。
 なお、本発明の圧電フィルムにおいて、圧電体層12は、図示例のような高分子複合圧電体に制限はされず、公知の圧電材料が利用可能である。
 本発明の圧電フィルムに利用可能な圧電材料としては、一例として、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン以外のフッ素樹脂、および、ポリL乳酸からなるフィルムとポリD乳酸からなるフィルムとの積層フィルム等が例示される。
 しかしながら、優れた音響特性が得られる、可撓性に優れる等の点で、図示例のような、高分子材料を含むマトリックス24に圧電体粒子26を分散してなる高分子複合圧電体は、圧電体層12として、好適に利用される。
 図1に示すように、図示例の圧電フィルム10において、圧電フィルム10は、このような圧電体層12の一面に、第1電極層14を有し、第1電極層14の表面に第1保護層18を有する。また、圧電フィルム10は、圧電体層12の第1電極層14とは逆側の面に、第2電極層16を有し、第2電極層16の表面に第2保護層20を有する。
 圧電フィルム10では、第1電極層14と第2電極層16とが電極対を形成する。すなわち、圧電フィルム10(圧電フィルム本体)は、圧電体層12の両面を電極対すなわち第1電極層14と第2電極層16とで挟持し、この積層体を、第1保護層18と第2保護層20とで挟持した構成を有する。
 このような圧電フィルム10において、第1電極層14と第2電極層16とで挾持された領域は、印加された電圧に応じて伸縮される。
 なお、本発明において、第1電極層14および第2電極層16、第1保護層18および第2保護層20、第1充填部材36および第2充填部材、ならびに、第1リード線32、第2リード線34および第3リード線40における第1、第2および第3とは、圧電フィルム10が有する同様な部材を区別するために、便宜的に付しているものである。
 すなわち、圧電フィルム10の各構成要素に付されている第1、第2および第3には、技術的な意味は無い。従って、例えば、図1における符号16を第1電極層、符号20を第1保護層、符号34を第1リード線として、この第1リード線に接続配線42を接続してもよい。
 本発明の圧電フィルムにおいては、第1リード線に接続配線が接続される。すなわち、本発明の圧電フィルムでは、構成、形状および使用状態等によらず、接続配線42が接続された側が、第1リード線、第1電極層、第1保護層および第1充填部材となる。
 圧電フィルム10において、第1保護層18および第2保護層20は、第1電極層14および第2電極層16を被覆すると共に、圧電体層12に適度な剛性と機械的強度を付与する役目を担っている。すなわち、圧電フィルム10において、マトリックス24と圧電体粒子26とからなる圧電体層12は、ゆっくりとした曲げ変形に対しては、非常に優れた可撓性を示す一方で、用途によっては、剛性や機械的強度が不足する場合がある。
 圧電フィルム10には、それを補うために第1保護層18および第2保護層20が設けられる。
 第1保護層18および第2保護層20には、制限はなく、各種のシート状物が利用可能であり、一例として、各種の樹脂フィルムが好適に例示される。
 中でも、優れた機械的特性および耐熱性を有するなどの理由により、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、トリアセチルセルロース(TAC)、および、環状オレフィン系樹脂等からなる樹脂フィルムが、好適に利用される。
 第1保護層18および第2保護層20の厚さにも、制限はない。また、第1保護層18および第2保護層20の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
 ここで、第1保護層18および第2保護層20の剛性が高過ぎると、圧電体層12の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、第1保護層18および第2保護層20は、薄いほど有利である。
 圧電フィルム10においては、第1保護層18および第2保護層20の厚さが、圧電体層12の厚さの2倍以下であれば、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
 例えば、圧電体層12の厚さが50μmであれば、第1保護層18および第2保護層20の厚さは、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、25μm以下がさらに好ましい。
 圧電フィルム10の圧電フィルム10において、圧電体層12と第1保護層18との間には第1電極層14が、圧電体層12と第2保護層20との間には第2電極層16が、それぞれ設けられる。
 第1電極層14および第2電極層16は、圧電体層12に電圧を印加するために設けられる。
 本発明において、第1電極層14および第2電極層16の形成材料には制限はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、炭素、パラジウム、鉄、錫、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅、チタン、クロムおよびモリブデン等の金属、これらの合金、これらの金属および合金の積層体および複合体、ならびに、酸化インジウムスズ等が例示される。中でも、銅、アルミニウム、金、銀、白金、および、酸化インジウムスズは、第1電極層14および第2電極層16として好適に例示される。
 また、第1電極層14および第2電極層16の形成方法にも制限はなく、公知の各種の方法が利用可能である。一例として、真空蒸着およびスパッタリング等の気相堆積法(真空成膜法)による成膜、めっきによる成膜、ならびに、上述の材料で形成された箔を貼着する方法等が例示される。
 中でも、圧電フィルム10の可撓性が確保できる等の理由で、真空蒸着によって成膜された銅およびアルミニウム等の薄膜は、第1電極層14および第2電極層16として、好適に利用される。中でも特に、真空蒸着による銅の薄膜は、好適に利用される。
 第1電極層14および第2電極層16の厚さには、制限はない。また、第1電極層14および第2電極層16の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
 ここで、前述の第1保護層18および第2保護層20と同様に、第1電極層14および第2電極層16の剛性が高過ぎると、圧電体層12の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、第1電極層14および第2電極層16は、電気抵抗が高くなり過ぎない範囲であれば、薄いほど有利である。
 圧電フィルム10においては、第1電極層14および第2電極層16の厚さと、ヤング率との積が、第1保護層18および第2保護層20の厚さとヤング率との積を下回れば、可撓性を大きく損なうことがないため、好適である。
 例えば、第1保護層32および第2保護層34がPETで、第1電極層28および第2電極層30が銅である場合を例示する。この際においては、PETのヤング率が約6.2GPaで、銅のヤング率が約130GPaである。従って、保護層の厚さが25μmだとすると、電極層の厚さは、1.2μm以下が好ましく、0.3μm以下がより好ましく、中でも0.1μm以下とするのが好ましい。
 上述したように、圧電フィルム10は、常温で粘弾性を有する高分子材料を含むマトリックス24に圧電体粒子26を有する圧電体層12を、第1電極層14および第2電極層16で挟持し、さらに、この積層体を、第1保護層18および第2保護層20を挟持してなる構成を有する。
 このような圧電フィルム10は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの損失正接(Tanδ)の極大値が常温に存在するのが好ましく、0.1以上となる極大値が常温に存在するのがより好ましい。
 これにより、圧電フィルム10が外部から数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けたとしても、歪みエネルギーを効果的に熱として外部へ拡散できるため、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生するのを防ぐことができる。
 圧電フィルム10は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が、0℃において10~30GPa、50℃において1~10GPaであるのが好ましい。
 これにより、常温で圧電フィルム10が貯蔵弾性率(E’)に大きな周波数分散を有することができる。すなわち、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことができる。
 また、圧電フィルム10は、厚さと動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)との積が、0℃において1.0×106~2.0×106N/m、50℃において1.0×105~1.0×106N/mであるのが好ましい。
 これにより、圧電フィルム10が可撓性および音響特性を損なわない範囲で、適度な剛性と機械的強度を備えることができる。
 さらに、圧電フィルム10は、動的粘弾性測定から得られたマスターカーブにおいて、25℃、周波数1kHzにおける損失正接(Tanδ)が、0.05以上であるのが好ましい。
 これにより、圧電フィルム10を用いたスピーカーの周波数特性が平滑になり、スピーカーの曲率の変化に伴って最低共振周波数f0が変化した際における音質の変化量も小さくできる。
 本発明の圧電フィルム10は、圧電体層12、電極層および保護層に加えて、例えば、電極層と圧電体層12とを貼着するための貼着層、および、電極層と保護層とを貼着するための貼着層を有してもよい。
 貼着剤は、接着剤でも粘着剤でもよい。また、貼着剤は、圧電体層12から圧電体粒子26を除いた高分子材料すなわちマトリックス24と同じ材料も、好適に利用可能である。なお、貼着層は、第1電極層14側および第2電極層16側の両方に有してもよく、第1電極層14側および第2電極層16側の一方のみに有してもよい。
 図示例の圧電フィルム10は、平面形状すなわち平面図における形状が長方形であるが、本発明は、これに制限はされない。
 すなわち、本発明の圧電フィルム10の平面形状は、正方形、円形、楕円形、三角形、五角形以上の多角形、および、不定形なと、各種の形状が利用可能である。
 本発明の圧電フィルム10は、電源装置など、外部の装置と接続して駆動される。圧電フィルム10は、電極層と、外部装置に接続される配線(外部配線)とを電気的に接続するために、第1リード線32および第2リード線34を有する。
 図1に示されるように、第1保護層18には貫通孔18aが設けられる。貫通孔18aには、導電性を有する第1充填部材36が充填される。貫通孔18aに充填された第1充填部材36を覆うように、第1リード線32が、第1保護層18に積層して装着される。圧電フィルム10では、これにより、第1リード線32と第1電極層14とが電気的に接続される。
 同様に、第2保護層20には貫通孔20aが設けられる。貫通孔20aには、導電性を有する第2充填部材38が充填される。貫通孔20aに充填された第2充填部材38を覆うように、第2リード線34が、第2保護層20に積層して装着される。圧電フィルム10では、これにより、第2リード線34と第2電極層16とが電気的に接続される。
 なお、本発明の圧電フィルムにおいては、図3に概念的に示す圧電フィルム10Aのように、面方向に突出する突出部46aおよび突出部46bを設け、突出部の保護層に貫通孔を設け、例えば、突出部46aにおいて、第1リード線32と第1電極層14とを接続し、突出部46bにおいて、第2リード線34と第2電極層16とを接続してもよい。
 この突出部を設ける構成は、後述する、本発明の圧電フィルムを積層してなる、本発明の積層圧電素子におけるリード線と電極層との接続では、特に有効である。
 本発明の圧電フィルム10において、導電性を有する充填部材(第1充填部材36および第2充填部材38)には制限はなく、貫通孔に充填可能であれば、公知の導電性材料が、各種、利用可能である。
 充填部材には、導電性フィラー、バインダー(樹脂)および溶剤等を有し、溶剤の揮発によって硬化する導電性ペーストを用いるのが好ましい。このような導電性ペーストは、導電性フィラー、バインダーおよび溶剤を有し、溶剤の揮発によって硬化するものであれば、公知の各種のものが利用可能である。一例として、銀ペースト、銅ペースト、ニッケルペースト、カーボンペースト、および、金ペースト等が例示される。
 また、導電性ペーストは、藤倉化成社製のドータイトシリーズ等の市販品も、好適に利用可能である。
 なお、本発明において、充填部材は、導電性ペーストに制限はされず、導電性接着剤、および、導電性塗料等、導電性を有し、かつ、保護層に形成した貫通孔に充填可能であれば、公知の各種の材料が利用可能である。
 図1および図2に示す例では、保護層の貫通孔は、いずれも円筒状(円柱状)であるが、本発明は、これに制限はされない。
 例えば、保護層の貫通孔は、三角柱および四角柱等の角柱状であってもよく、楕円柱状であってもよい。すなわち、貫通孔は保護層を厚さ方向に貫通していれば、形状に制限はない。しかしながら、加工の容易性等の点で、貫通孔は、円筒状であるのが好ましい。
 また、保護層の貫通孔は、面方向の大きさが、厚さ方向に、変化する形状でもよい。
 例えば、貫通孔18aおよび/または貫通孔20aは、圧電体層12に向かって、漸次、縮径または拡径する、円錐台状、楕円錐台状、および、角錐台状等であってもよい。この際にも、先と同様の理由で、貫通孔の形状は円錐台状が好ましい。
 なお、面方向とは、特に断りが無い場合には、圧電フィルム10(圧電フィルム本体)の面方向である。
 保護層の貫通孔の大きさ、例えば図示例であれば円筒の直径にも、制限はない。
 すなわち、貫通孔の大きさは、圧電フィルム10の大きさ、充填部材、および、リード線の幅等に応じて、十分な導電性を確保できる大きさを、適宜、設定すればよい。
 図1に示す例では、充填部材は、保護層の貫通孔を満たすように充填されているが、本発明は、これに制限はされない。
 すなわち、充填部材は、リード線と電極層とに接触して入れば、例えば貫通孔の80体積%だけ充填された状態など、貫通孔を満たさない状態で充填されてもよい。しかしながら、リード線と充填部材との接触面積を大きくして、リード線と電極層との接続抵抗を小さくできる点で、やはり、充填部材は、保護層の貫通孔を満たすように充填されるのが好ましい。
 また、本発明の圧電フィルムは、図4に第1電極層14側を例に概念的に示すように、充填部材(第1充填部材36)が、保護層(第1保護層18)の貫通孔(貫通孔18a)から連続して、リード線と対面する領域の保護層表面まで存在するのも好ましい。この際には、充填部材が、保護層の貫通孔を満たして、さらに溢れだすように、リード線と対面する領域の保護層表面まで存在するのが好ましい。
 このような構成を有することにより、リード線と充填部材との接触面積を、より大きくして、よりリード線と電極層との接続抵抗を小さくできる。
 本発明の圧電フィルムにおいて、電極層とリード線との接続方法は、図示例のように、保護層に設けた貫通孔に充填した導電性の充填部材を用いる方法に制限はされず、公知の各種の接続方法が、利用可能である。
 一例として、保護層と電極層とを剥離した剥離部を設け、剥離部にリード線を挿入して、電極層とリード線とを接続してもよい。あるいは、図3に示すように突出部を設ける場合には、突出部の圧電体層ならびに一方の電極層および保護層を除去することで、他方の電極層を剥き出しにして、此処にリード線を接続してもよい。
 ここで、本発明の圧電フィルム10は、第1リード線32に接続され、第1保護層18の表面に設けられる、接続配線42を有する。なお、保護層の表面とは、保護層の電極層と逆側の面である。
 また、圧電フィルム10は、電極層と直接的に接続される第1リード線32および第2リード線に加え、好ましい態様として、電極層とは直接的に接続されない第3リード線40を有する。第3リード線40は、接続配線42によって、第1リード線32に電気的に接続される。
 本発明の圧電フィルム10においては、第1リード線32と第2リード線34との距離よりも、接続配線42の第1リード線とは逆側の端部と第2リード線34との距離の方が短い。図示例の圧電フィルム10は、好ましい態様として第3リード線40を有するので、第1リード線32と第2リード線34との距離よりも、第3リード線40と第2リード線34との距離の方が短い。
 本発明の圧電フィルム10は、このような構成を有することにより、電極層と接続されるリード線の間隔を広くし、かつ、外部装置に接続される配線(外部配線)に接続されるリード線の間隔を狭くする。これにより、本発明の圧電フィルムは、電極層と接続するリード線が近接することで生じる電流密度の上昇による発熱を抑制と、外部装置と接続するために必要なスペースの省スペースならびに外部配線の取り回しの容易性および簡略化との両立を実現している。
 前述のように、圧電体層の両面に電極層を有し、電極層を覆って保護層を有する圧電フィルムを駆動するためには、外部配線と保護層に覆われた電極層とを接続するため、電極層に接続するリード線を設ける必要がある。
 圧電フィルムにおいては、供給された駆動電流は、リード線と電極層との接続位置から、圧電フィルムの全面に伝わる。ここで、圧電フィルムの面内に電流密度が高い領域が生じると、その領域が発熱して、適正な駆動ができなくなる可能性がある。電流密度の上昇を防止して、発熱を抑制するためには、2つの電極層におけるリード線との接続位置を、面方向に離間しているのが好ましい。
 他方、外部装置との接続スペースの省スペース化、ならびに、リード線に接続される外部配線の取り回しの容易性および簡略化の点では、各電極層に接続されるリード線は、面方向に近接しているのが好ましい。
 すなわち、従来の圧電フィルムにおいて、外部配線と接続するために電極層と接続して設けられる2つのリード線の位置関係に関しては、発熱防止の抑制と、省スペースならびに外部配線の取り回しの容易性および簡略化とで、トレードオフの関係にあり、両立が困難であるでのは、前述のとおりである。
 これに対して、本発明の圧電フィルム10は、第1保護層18の表面に接続配線42を設け、接続配線42と、第1電極層14に直接的に接続される第1リード線32とを続する。また、図示例においては、好ましい態様として、接続配線42の第1リード線32とは逆側の端部に第3リード線40を設ける。
 すなわち、本発明の圧電フィルム10においては、第2電極層16に接続される第2リード線34、および、接続配線42および第1リード線32を経て第1電極層14に接続される第3リード線40を、外部配線に接続することで、外部装置と圧電フィルム10の電極層とを接続する。
 そのため、本発明の圧電フィルム10によれば、電極層とリード線とを接続するための第1電極層14および第1リード線32の接続位置と、第2電極層16および第2リード線34の接続位置とを離間して設けても、接続配線42の取り回しによって、外部配線に接続される第2リード線34と第3リード線40とを、近接して配置できる。
 その結果、本発明の圧電フィルムは、電極層とリード線との接続位置が2つの電極層で離間することに起因する電流密度の向上すなわち発熱の抑制と、外部装置と接続するための2つのリード線を近接して設けることよる省スペース化ならびに外部配線の取り回しの容易性および簡略化とを、両立して実現できる。
 本発明の圧電フィルム10においては、第1リード線32および第2リード線34の距離よりも、接続配線42の第1リード線32との接続位置とは逆側の端部との距離が短ければ、第1リード線32、第2リード線34および第3リード線(接続配線42の第1リード線32と逆端)の位置には、制限はない。
 すなわち、第1リード線32と第2リード線34との距離よりも、接続配線42の第1リード線32と逆端と第2リード線との距離が短ければ、第1リード線32、第2リード線34および第3リード線40は、任意の位置に配置可能である。
 ここで、上述した本発明の効果を考慮すると、基本的に、第1リード線32と第2リード線34との距離は長い程、好ましい。また、上述した本発明の効果を考慮すると、基本的に、接続配線42の第1リード線32と逆端と第2リード線との距離は短い程、好ましい。
 具体的には、第1リード線32と第2リード線34との距離は、接続配線42の第1リード線32と逆端と第2リード線との距離の2倍以上であるのが好ましく、3倍以上であるのがより好ましく、5倍以上であるのがさらに好ましい。
 第1リード線32と第2リード線34との距離を、接続配線42の第1リード線32と逆端と第2リード線との距離の2倍以上とすることにより、発熱の抑制と、外部配線と接続するための2つのリード線を近接して設けることよる省スペースならびに外部配線の取り回しの容易性および簡略化とを好適に両立できる等の点で好ましい。
 なお、第1リード線32と第2リード線34との距離と、接続配線42の第1リード線32と逆端と第2リード線との距離との差の上限は、基本的に、圧電フィルム10のサイズおよび形状等に応じて決まる。ここで、接続配線42の長さ等を考慮すると、第1リード線32と第2リード線34との距離は、接続配線42の第1リード線32と逆端と第2リード線との距離の20倍以下であるのが好ましい。
 接続配線42としては、導電性を有するものであれば、導電性インク、導電性ペースト、導電性テープ、薄い金属箔および金属線などの導線等、公知のものが、各種、利用可能である。また、接続配線42の形成方法も、印刷、金属箔のエッチング、および、貼着など、接続配線42の形成材料に応じて、公知の方法が、各種、利用可能である。
 前述のように、本発明の圧電フィルム10(圧電フィルム本体)は、良好な可撓性を有し、例えば、未使用時には丸めて保管することも可能である。また、接続配線42の剛性が高い場合には、圧電フィルム10の伸縮および振動を阻害する可能性がある。
 この点を考慮すると、接続配線42は、剛性が低く、かつ、第1保護層18に貼着されているのが好ましい。
 以上の点を考慮すると、接続配線42は、導電性インクおよび導電性ペースト等を用いたプリント配線であるのが好ましい。
 プリント配線の形成方法(印刷方法)には、制限はなく、インクジェット、パッド印刷、スクリーン印刷、および、レジスト印刷等の公知のプリント配線の形成方法が、各種、利用可能である。
 接続配線42の幅には、制限はなく、接続配線の形成材料および厚さ等に応じて、十分な導電性を得られる幅を、適宜、設定すればよい。
 接続配線42の幅は、0.5~10mmが好ましく、1~8mmがより好ましく、2~5mmがさら好ましい。
 接続配線42の幅を0.5~10mmとすることにより、圧電フィルム10の可撓性の低下および圧電フィルム10の振動の阻害等を生じることなく、十分な導電性が確保できる、十分な強度の接続配線が得られる等の点で好ましい。
 同様に、接続配線42の厚さにも制限はなく、接続配線の形成材料および幅等に応じて、十分な導電性を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
 接続配線42の厚さは、5~150μmが好ましく、10~110μmがより好ましく、15~70μmがさら好ましい。
 接続配線42の厚さを5~150μmとすることにより、圧電フィルム10の可撓性の低下および圧電フィルム10の振動の阻害等を生じることなく、十分な導電性が確保できる、十分な強度の接続配線が得られる等の点で好ましい。
 本発明の圧電フィルム10は、第1電極層14に接続される第1リード線32、第2電極層16に接続される第2リード線、および、接続配線42に接続される第3リード線40を有する。
 上述のように、本発明の圧電フィルム10において、第1リード線32~第3リード線40に付された第1~第3という言葉には、技術的な意味は無い。
 従って、以下の説明は、第1リード線32~第3リード線40を区別する必要が無い場合には、両者をまとめて『リード線』ともいう。この点に関しては、電極層、保護層、および、充填部材も同様である。
 本発明の圧電フィルム10において、リード線には制限はなく、2点間の電気的な接続に用いられる公知のリード線(導線)が、各種、利用可能である。
 リード線としては、一例として、銅箔などの金属箔、銅板などの金属板、本体となる金属箔または金属板等の表面を、ニッケルなどの導電性材料で被覆した被覆層を有するリード線、および、FPC(Flexible Printed Circuits)基板の配線パターンのようにシート状の基材にパターニングされた銅などの導電体(導電層)等が例示される。
 リード線は、市販品も利用可能である。
 本発明の圧電フィルム10においてリード線の形状には制限はなく、図示例のようなシート状、円柱状(棒状)、上下面が欠円状または円台状の円柱状、および、角柱状等の各種の形状が利用可能である。中でも、リード線は、シート状が好ましい。
 また、リード線は、可撓性を有するのが好ましい。
 リード線の平面形状は、図示例のような長方形には制限はされず、公知の各種の形状が利用可能である。
 リード線の大きさ、例えば長さおよび幅にも制限はなく、圧電フィルム10の大きさ、圧電フィルム10と接続される外部装置の構成および位置、リード線の形成材料、リード線の形状および平面形状、および、圧電フィルム10の駆動電力等に応じて、適宜、設定すればよい。
 また、リード線の厚さにも、制限はなく、リード線の形成材料、リード線の大きさ、リード線に要求される可撓性、および、リード線の形状等に応じて、十分な導電性が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
 リード線と接続配線42との接続方法にも、制限はなく、積層または当接による接触あるいはさらにテープ等による固定、接続配線42が有する貼着性を利用する方法、導電性の貼着剤を用いた貼着、ハンダ付け、ACF(Anisotropic Conductive Film(異方性導電フィルム))の貼り付け等、リード線および接続配線42の形成材料に応じた公知の電気的な接続方法が、各種、利用可能である。
 図示例の圧電フィルム10において、外部配線と接続される第2リード線34および第3リード線40は、好ましい態様として、圧電フィルム10の圧電フィルム本体から面方向に突出する部分を有する。
 第2リード線34および第3リード線40が、圧電フィルム本体から面方向に突出する部分を有することにより、第2リード線34および第3リード線40と、外部配線との接続が、より容易になる。
 また、第2リード線34および第3リード線40と、外部配線との接続は、ハンダを用いて行われる場合も有る。この際において、第2リード線34および第3リード線40が、圧電フィルム本体の面内に位置すると、ハンダによる熱で保護層等が損傷してしまう可能性がある。これに対して、第2リード線34および第3リード線40が、圧電フィルム本体から突出する部分を有することにより、この突出部分でハンダ付けを行うことができるので、ハンダの熱による保護層の損傷を防止できる。
 なお、第2リード線34および第3リード線40の圧電フィルム本体からの突出量には制限はなく、第2リード線34および第3リード線40と外部配線との接続手段に応じて、接続を好適に行える量を、適宜、設定すればよい。
 また、圧電フィルムの平面形状が図示例の長方形のような多角形である場合には、第2リード線34および第3リード線40は、圧電フィルムの同じ辺から突出するのが好ましい。これにより、外部配線との接続スペースの省スペースならびに外部配線の取り回しの容易性および簡略化の効果を、より好適に得られる。
 上述のように、圧電フィルム10において、第3リード線40は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要素ではない。すなわち、本発明の圧電フィルムは、第3リード線40を有さず、接続配線42の第1リード線32とは逆側の端部に、外部配線を接続するものであってもよい。
 しかしながら、圧電フィルムと外部配線との接続の容易性、圧電フィルムと外部配線との接続時における圧電フィルムの損傷防止、外部配線との接続における電気抵抗等を考慮すると、本発明の圧電フィルムは、第1リード線32とは逆側で接続配線42と接続する第3リード線40を有するのが好ましい。
 以下、図5~図13の概念図を参照して、図1および図2に示す圧電フィルム10の製造方法の一例を説明する。
 まず、図5に示すように、第2保護層20の上に第2電極層16が形成されたシート状物50を準備する。このシート状物50は、第2保護層20の表面に、真空蒸着、スパッタリング、および、めっき等によって、第2電極層16として銅薄膜等を形成して作製すればよい。
 第2保護層20が非常に薄く、ハンドリング性が悪い時などは、必要に応じて、セパレータ(仮支持体)付きの第2保護層20を用いても良い。なお、セパレータとしては、厚さ25~100μmのPET等を用いることができる。セパレータは、後述するように第1電極層14および第1保護層18を熱圧着した後、第1保護層18に何らかの部材を積層する前に、取り除けばよい。
 一方で、有機溶剤に、シアノエチル化PVA等の常温で粘弾性を有する高分子材料を溶解し、さらに、PZT粒子等の圧電体粒子26を添加し、攪拌して分散してなる塗料を調製する。以下の説明では、シアノエチル化PVA等の常温で粘弾性を有する高分子材料を、『粘弾性材料』とも言う。
 有機溶剤には制限はなく、ジメチルホルムアミド(DMF)、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等の各種の有機溶剤が利用可能である。
 シート状物50を準備し、かつ、塗料を調製したら、この塗料をシート状物50にキャスティング(塗布)して、その後、有機溶剤を蒸発して乾燥する。これにより、図6に示すように、第2保護層20の上に第2電極層16を有し、第2電極層16の上に圧電体層12を形成してなる積層体52を作製する。
 この塗料のキャスティング方法には、特に、限定はなく、スライドコーターおよびドクターナイフ等の公知の塗布方法(塗布装置)が、全て、利用可能である。
 なお、粘弾性材料がシアノエチル化PVAのように加熱溶融可能な物であれば、粘弾性材料を加熱溶融して、これに圧電体粒子26を添加/分散してなる溶融物を作製し、押し出し成形等によって、図5に示すシート状物50の上にシート状に押し出し、冷却することにより、図6に示すような、第2保護層20の上に第2電極層16を有し、第2電極層16の上に圧電体層12を形成してなる積層体52を作製してもよい。
 上述したように、圧電フィルム10において、マトリックス24には、シアノエチル化PVA等の粘弾性材料以外にも、ポリフッ化ビニリデン等の誘電性高分子材料を添加しても良い。マトリックス24に、これらの高分子圧電材料を添加する際には、上述した塗料に添加する高分子圧電材料を溶解すればよい。または、上述した加熱溶融した粘弾性材料に、添加する高分子圧電材料を添加して加熱溶融すればよい。
 第2保護層20の上に第2電極層16を有し、第2電極層16の上に圧電体層12を形成してなる積層体52を作製したら、圧電体層12の分極処理(ポーリング)を行う。
 圧電体層12の分極処理の方法には、制限はなく、公知の方法が利用可能である。例えば、分極処理を行う対象に、直接、直流電界を印加する、電界ポーリングが例示される。なお、電界ポーリングを行う場合には、分極処理の前に、第1電極層14を形成して、第1電極層14および第2電極層16を利用して、電界ポーリング処理を行ってもよい。
 また、本発明の圧電フィルム10を製造する際には、分極処理は、圧電体層12の面方向ではなく、厚さ方向に分極を行うのが好ましい。
 なお、この分極処理の前に、加熱ローラ等を用いて圧電体層12の表面を平滑化する、カレンダー処理を施してもよい。このカレンダー処理を施すことで、後述する熱圧着工程がスムーズに行える。
 一方で、第1保護層18の上に第1電極層14が形成されたシート状物54を、準備する。このシート状物54は、上述したシート状物50と同じものでよい。
 次いで、図7に示すように、第1電極層14を圧電体層12に向けて、シート状物54を、圧電体層12の分極処理を終了した積層体52に積層する。あるいは、シート状物54を積層体52に積層した後、第1電極層14および第2電極層16を利用して、電界ポーリング処理を行ってもよいのは、上述のとおりである。
 さらに、この積層体52とシート状物54との積層体を、第2保護層20と第1保護層18とを挟持するようにして、加熱プレス装置や加熱ローラ対等で熱圧着する。これにより、圧電体層を電極層で挟持し、その表面に保護層を形成した圧電フィルム本体を作製する。
 あるいは、積層体52とシート状物54とを、貼着剤を用いて貼り合わせ、好ましくは、さらに圧着して、圧電フィルム本体を作製してもよい。
 このようにして作製される圧電フィルム本体(圧電体層12)は、面方向ではなく厚さ方向に分極されており、かつ、分極処理後に延伸処理をしなくても大きな圧電特性が得られる。そのため、圧電フィルム10は、圧電特性に面内異方性がなく、駆動電圧を印加すると、面方向では全方向に等方的に伸縮する。
 このような圧電フィルム本体は、カットシート状のシート状物50およびシート状物54等を用いて製造してもよく、あるいは、長尺なシート状物50およびシート状物54等を用いて、ロール・トゥ・ロール(Roll to Roll)で製造してもよい。
 次いで、圧電積層体の第1保護層18に第1リード線32を装着し、第2保護層20に第2リード線34を装着する。
 なお、第1リード線32の装着と、第2リード線34の装着は、同様に行うことができるので、先と同様に、説明は、第1リード線32の装着を代表例として行う。
 まず、図8に示すように、第1保護層18(第2保護層20)に、貫通孔18a(貫通孔20a)を形成する。
 貫通孔18aの形成方法には制限はなく、第1保護層18の形成材料に応じて、公知の方法で行えばよい。貫通孔18aの形成方法としては、一例として、レーザー加工、溶剤を用いた溶解除去、および、機械研磨などの機械的な加工等の方法が例示される。
 次いで、図9に示すように、貫通孔18aに、第1充填部材36となる材料、例えば、導電性ペースト36aを充填する。
 なお、導電性ペースト36aは、好ましくは貫通孔18aを満たせるように、十分な量を充填する。
 より好ましくは、導電性ペースト36aを貫通孔18aから盛り上がる量、充填し、あるいは、導電性ペースト36aを貫通孔18aから溢れる量、充填する。これにより、図4に示すような、貫通孔18aよりも広い範囲で、第1リード線32と対面する領域の第1保護層18の表面まで第1充填部材36が存在する圧電フィルムを作製できる。
 一方で、第1リード線32(第2リード線34)を準備する。
 次いで、図10~図11に示すように、第1保護層18の貫通孔18aと、第1リード線32との位置合わせを行って、第1保護層18に第1リード線32を積層する。
 さらに、導電性ペースト36aを乾燥して、硬化することにより、導電性ペースト36aを第1充填部材36(第2充填部材38)とする。
 なお、本発明の圧電フィルム10において、第1保護層18(第2保護層20)と第1リード線32(第2リード線34)との貼着は、公知の方法で行えばよい。
 一例として、第1充填部材36(第2充填部材38)すなわち導電性ペースト36a等が有する貼着力を利用して、第1保護層18と第1リード線32とを貼着すればよい。また、接着剤および粘着剤(粘着シート)等の貼着剤を用いて、第1保護層18と第1リード線32とを貼着してもよい。また、貼着テープを用いて第1保護層18と第1リード線32とを貼着してもよい。さらに、これらの方法の複数を併用して、第1保護層18と第1リード線32とを貼着してもよい。
 このようにして、図12に示すように、第1リード線32および第2リード線34を、電極層に接続し、保護層に固定したら、図13に示すように、第1保護層18の表面に、例えば導電性インクを用いた印刷によって、プリント配線からなる、第1リード線32に接続する接続配線42を形成する。
 最後に、接続配線42の第1リード線32とは逆側の端部に、第3リード線40を接続して、図1に示すような圧電フィルム10を完成する。
 なお、接続配線42の形成タイミングは、第1リード線32および第2リード線34を固定した後に制限はされない。接続配線42を形成するタイミングは、接続配線42の形成材料および形成方法に応じて、適宜、設定すればよい。
 例えば、圧電フィルム本体を形成した後、すなわち、図7と図8との間で、接続配線42を第1保護層18の表面に形成してもよい。あるいは、予め第1保護層18に接続配線42を形成したシート状物54を用いて、圧電体フィルム本体を作製してもよい。
 なお、本発明の圧電フィルムの製造方法は、図5~図13に示す方法に制限はされず、各種の方法が利用可能である。
 このような本発明の圧電フィルム10は、一例として、電気音響変換器(電気音響変換フィルム)として好適に利用可能である。
 圧電フィルム10は、第1電極層14および第2電極層16への駆動電圧の印加によって、圧電フィルム10が面方向に伸縮する。
 このような圧電フィルム10を、湾曲した状態で保持する。湾曲状態で保持した圧電フィルム10は、電圧の印加によって、圧電フィルム10が面方向に伸長すると、この伸長分を吸収するために、圧電フィルム10が、凸側(音の放射方向)に移動する。逆に、圧電フィルム10への電圧印加によって、圧電フィルム10が面方向に収縮すると、この収縮分を吸収するために、圧電フィルム10が、凹側に移動する。
 すなわち、圧電フィルム10を湾曲状態で保持することにより、圧電フィルム10の伸縮運動を、圧電フィルム10の厚さ方向の振動に変換することができる。
 圧電フィルム10は、この圧電フィルムの伸縮の繰り返しによる振動により、振動(音)と電気信号とを変換することができる。
 すなわち、このような本発明の圧電フィルム10は、入力する電気信号に応じた振動による音の再生を行う圧電スピーカー、および、音波を受けることによる圧電フィルム10の振動を電気信号に変換する音声センサー等に利用可能である。さらに、本発明の圧電フィルム10は、音波以外の振動を検出する、振動センサーとしても利用可能である。
 このような圧電フィルム10を利用する圧電スピーカーは、良好な可撓性を生かして、例えば丸めて、または、折り畳んで、カバン等に収容することが可能である。そのため、圧電フィルム10によれば、ある程度の大きさであっても、容易に持ち運び可能な圧電スピーカーを実現できる。
 また、上述のように、圧電フィルム10は、柔軟性および可撓性に優れ、しかも、面内に圧電特性の異方性が無い。そのため、圧電フィルム10は、どの方向に屈曲させても音質の変化が少なく、しかも、曲率の変化に対する音質変化も少ない。従って、圧電フィルム10を利用する圧電スピーカーは、設置場所の自由度が高く、また、上述したように、様々な物品に取り付けることが可能である。例えば、圧電フィルム10を、湾曲状態で洋服など衣料品およびカバンなどの携帯品等に装着することで、いわゆるウエアラブルなスピーカーを実現できる。
 さらに、上述したように、本発明の圧電フィルム10を、可撓性を有する有機エレクトロルミネセンスディスプレイおよび可撓性を有する液晶ディスプレイ等の可撓性を有する表示デバイスに貼着することで、可撓性を有する表示デバイスのスピーカーとして用いることも可能である。
 また、本発明の圧電フィルム10を利用するスピーカーは、このようなフレキシブルなスピーカーに制限はされず、公知の各種の構成が利用可能である。
 一例として、特開2015-109627号公報の図3に示されるような、上面が開放するケースの中に、羊毛のフェルトおよびグラスウール等の粘弾性支持体を収容し、本発明の圧電フィルム10の圧電フィルムで粘弾性支持体を押圧して固定した、スピーカーが例示される。
 上述したように、圧電フィルム10は、電圧の印加によって面方向に伸縮し、この面方向の伸縮によって厚さ方向に好適に振動するので、例えば圧電スピーカー等に利用した際に、高い音圧の音を出力できる、良好な音響特性を発現する。
 良好な音響特性すなわち圧電による高い伸縮性能を発現する本発明の圧電フィルム10は、複数枚を積層することにより、振動板等の被振動体を振動させる圧電振動素子としても、良好に作用する。本発明の積層圧電素子は、このように本発明の圧電フィルム10を、複数枚、積層したものである。
 なお、圧電フィルム10を積層する際には、短絡(ショート)の可能性が無ければ、圧電フィルムは第1保護層18および/または第2保護層20を有さなくてもよい。または、第1保護層18および/または第2保護層20を有さない圧電フィルムを、絶縁層を介して積層してもよい。
 複数枚の圧電フィルム10を積層した本発明の積層圧電素子の用途としては、一例として、積層圧電素子を振動板に貼着して、積層圧電素子によって振動板を振動させて音を出力するスピーカーが例示される。すなわち、この場合には、本発明の積層圧電素子を、振動板を振動させることで音を出力する、いわゆるエキサイタとして作用させる。
 圧電フィルム10を積層した積層圧電素子に駆動電圧を印加することで、個々の圧電フィルム10が面方向に伸縮し、各圧電フィルム10の伸縮によって、圧電フィルム10の積層体全体が面方向に伸縮する。積層圧電素子の面方向の伸縮によって、積層体が貼着された振動板が撓み、その結果、振動板が、厚さ方向に振動する。この厚さ方向の振動によって、振動板は、音を発生する。振動板は、圧電フィルム10に供給した駆動電流の大きさに応じて振動して、圧電フィルム10に供給した駆動電流に応じた音を発生する。
 従って、この際には、圧電フィルム10自身は、音を出力しない。
 1枚の圧電フィルム10では剛性が低く、伸縮力は小さくても、圧電フィルム10を積層した本発明の積層圧電素子は、剛性が高くなり、積層体全体としての伸縮力は大きくなる。その結果、本発明の積層圧電素子は、振動板がある程度の剛性を有するものであっても、大きな力で振動板を十分に撓ませて、厚さ方向に振動板を十分に振動させて、振動板に音を発生させることができる。
 本発明の積層圧電素子において、圧電フィルム10の積層枚数には、制限はなく、例えば振動させる振動板の剛性等に応じて、十分な振動量が得られる枚数を、適宜、設定すればよい。
 なお、十分な伸縮力を有するものであれば、1枚の圧電フィルム10を、同様のエキサイタ(圧電振動素子)として用いることも可能である。
 本発明の積層圧電素子で振動させる振動板にも、制限はなく、各種のシート状物が利用可能である。
 一例として、ポリエチレンテレフタレート(PET)等からなる樹脂フィルム、発泡ポリスチレン等からなる発泡プラスチック、段ボール材等の紙材、ガラス板、および、木材等が例示される。さらに、十分に撓ませることができるものであれば、振動板として、有機エレクトロルミネセンスディスプレイおよび液晶ディスプレイなどの表示デバイス等の各種の機器(デバイス)を用いてもよい。
 本発明の積層圧電素子は、積層によって隣接する圧電フィルム10同士を、貼着層(貼着剤)で貼着するのが好ましい。また、積層圧電素子と振動板も、貼着層で貼着するのが好ましい。
 貼着層には制限はなく、貼着対象となる物同士を貼着できるものが、各種、利用可能である。従って、貼着層は、粘着剤からなるものでも接着剤からなるものでもよい。好ましくは、貼着後に固体で硬い貼着層が得られる、接着剤からなる接着層を用いる。
 以上の点に関しては、後述する長尺な圧電フィルム10を折り返してなる積層体でも、同様である。
 本発明の積層圧電素子において、積層する各圧電フィルム10の分極方向には、制限はない。なお、上述のように、本発明の圧電フィルム10は、好ましくは厚さ方向に分極される。これに応じて、此処で言う圧電フィルム10の分極方向とは、厚さ方向の分極方向である。
 従って、積層圧電素子において、分極方向は、全ての圧電フィルム10で同方向であってもよく、分極方向が異なる圧電フィルムが存在してもよい。
 本発明の積層圧電素子においては、積層によって隣接する圧電フィルム10同士で、分極方向が互いに逆になるように、圧電フィルム10を積層するのが好ましい。
 圧電フィルム10において、圧電体層12に印加する電圧の極性は、圧電体層12の分極方向に応じたものとなる。従って、分極方向が第1電極層14から第2電極層16に向かう場合でも、第2電極層16から第1電極層14に向かう場合でも、積層される全ての圧電フィルム10において、第1電極層14の極性および第2電極層16の極性を、同極性にする。
 従って、隣接する圧電フィルム10同士で、分極方向を互いに逆にすることで、隣接する圧電フィルム10の電極層同士が接触しても、接触する電極層は同極性であるので、ショート(短絡)する恐れがない。
 本発明の積層圧電素子は、圧電フィルム10を、1回以上、好ましくは複数回、折り返すことで、複数の圧電フィルム10を積層した構成でもよい。
 圧電フィルム10を折り返して積層した構成は、以下のような利点を有する。
 すなわち、カットシート状の圧電フィルム10を、複数枚、積層した積層体では、1枚の圧電フィルム毎に、第1電極層14および第2電極層16を、駆動電源に接続する必要がある。これに対して、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、一枚の長尺な圧電フィルム10のみで積層圧電素子を構成できる。そのため、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、駆動電圧を印加するための電源が1個で済み、さらに、圧電フィルム10からの電極の引き出しも、1か所でよい。
 さらに、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、必然的に、隣接する圧電フィルム10同士で、分極方向が互いに逆になる。
 なお、このような、高分子複合圧電体からなる圧電体層の両面に電極層を設け、好ましくは電極層の表面に保護層を設けた圧電フィルムを積層した積層圧電素子に関しては、国際公開第2020/095812号および国際公開第2020/179353号等に記載されている。
 本発明の圧電フィルム、および、それを積層した本発明の積層圧電素子は、例えば、各種のセンサー、音響デバイス、ハプティクス、超音波トランスデューサー、アクチュエータ、制振材(ダンパー)、および、振動発電装置等、各種の用途に好適に利用される。
 具体的には、本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いるセンサーとしては、音波センサー、超音波センサー、圧力センサー、触覚センサー、歪みセンサー、および、振動センサー等が例示される。本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いるセンサーは、特に、ひび検知等のインフラ点検、および、異物混入検知など、製造現場における検査に有用である。
 本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いる音響デバイスとしては、マイクロフォン、ピックアップ、スピーカー、および、エキサイタ等が例示される。本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いる音響デバイスの具体的な用途としては、車、電車、飛行機およびロボット等に使用されるノイズキャンセラー、人工声帯、害虫・害獣侵入防止用ブザー、ならびに、音声出力機能を有する家具、壁紙、写真、ヘルメット、ゴーグル、ヘッドレスト、サイネージおよびロボットなどが例示される。
 本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いるハプティクスの適用例としては、自動車、スマートフォン、スマートウォッチ、および、ゲーム機等が例示される。
 本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いる超音波トランスデューサーとしては、超音波探触子、および、ハイドロホン等が例示される。
 本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いるアクチュエータの用途としては、水滴付着防止、輸送、攪拌、分散、および、研磨等が例示される。
 本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いる制振材の適用例としては、容器、乗り物、建物、ならびに、スキーおよびラケット等のスポーツ用具などが例示される。
 さらに、本発明の圧電フィルム、および、それを積層した積層圧電素子を用いる振動発電装置の適用例としては、道路、床、マットレス、椅子、靴、タイヤ、車輪、および、パソコンキーボード等が例示される。
 以上、本発明の圧電フィルムおよび積層圧電素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
 スピーカー等の電気音響変換器、および、振動センサー等に、好適に利用可能である。
 10 圧電フィルム
 12 圧電体層
 14 第1電極層
 16 第2電極層
 18 第1保護層
 18a,20a 貫通孔
 20 第2保護層
 24 マトリックス
 26 圧電体粒子
 30 圧電フィルム
 32 第1リード線
 34 第2リード線
 36 第1充填部材
 36a 導電性ペースト
 38 第2充填部材
 40 第3リード線
 42 接続配線
 50,54 シート状物
 

Claims (11)

  1.  圧電体層、前記圧電体層の一方の面に設けられる第1電極層、前記圧電体層の前記第1電極層と逆側の面に設けられる第2電極層、前記第1電極層を覆う第1保護層、および、前記第2電極層を覆う第2保護層を有する圧電フィルム本体と、
     前記第1電極層に接続する第1リード線と、前記第2電極層に接続する第2リード線と、前記第1保護層の表面に設けられ前記第1リード線に接続する接続配線と、を有し、
     前記第1リード線と前記第2リード線との距離よりも、前記接続配線の前記第1リード線との接続側とは逆側の端部と前記第2リード線との距離が短い、圧電フィルム。
  2.  前記接続配線の前記第1リード線と逆側の端部に接続する第3リード線を有する、請求項1に記載の圧電フィルム。
  3.  前記第3リード線が、前記圧電フィルム本体の面方向に、前記圧電フィルム本体から突出する部分を有する、請求項2に記載の圧電フィルム。
  4.  前記第2リード線が、前記圧電フィルム本体の面方向に、前記圧電フィルム本体から突出する部分を有する、請求項1に記載の圧電フィルム。
  5.  前記接続配線がプリント配線である、請求項1に記載の圧電フィルム。
  6.  前記接続配線の幅が0.5~10mmである、請求項1に記載の圧電フィルム。
  7.  前記接続配線の厚さが5~150μmである、請求項1に記載の圧電フィルム。
  8.  前記第1保護層が貫通孔を有し、さらに、前記貫通孔に充填された導電性を有する第1充填部材を有し、前記第1リード線は、前記第1充填部材に接触することにより、前記第1電極層に接続するものであり、
     前記第2保護層が貫通孔を有し、さらに、前記貫通孔に充填された導電性を有する第2充填部材を有し、前記第2リード線は、前記第2充填部材に接触することにより、前記第2電極層に接続するものである、請求項1に記載の圧電フィルム。
  9.  前記圧電体層が、高分子材料を含むマトリックス中に、圧電体粒子を含む、高分子複合圧電体である、請求項1に記載の圧電フィルム。
  10.  前記高分子材料がシアノエチル基を有する、請求項9に記載の圧電フィルム。
  11.  請求項1~10のいずれか1項に記載の圧電フィルムを、複数層、積層してなる、積層圧電素子。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55104900U (ja) * 1979-01-17 1980-07-22
JP2016015354A (ja) * 2014-06-30 2016-01-28 富士フイルム株式会社 電気音響変換フィルムおよび電気音響変換フィルムの導通方法
WO2020095812A1 (ja) * 2018-11-08 2020-05-14 富士フイルム株式会社 積層圧電素子および電気音響変換器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55104900U (ja) * 1979-01-17 1980-07-22
JP2016015354A (ja) * 2014-06-30 2016-01-28 富士フイルム株式会社 電気音響変換フィルムおよび電気音響変換フィルムの導通方法
WO2020095812A1 (ja) * 2018-11-08 2020-05-14 富士フイルム株式会社 積層圧電素子および電気音響変換器

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