压电器件及压电器件的制造方法
【专利摘要】本发明中，提供一种压电器件，其具有：至少一层的膜状高分子压电材料；在高分子压电材料的主面设置的第1导电体；在高分子压电材料的与主面的第1导电体相反侧的面设置的第2导电体；设置在高分子压电材料的宽度方向的一方的端面上，并以与第1导电体导通且不与第2导电体接触的方式配置的第1端面导电体；和设置在高分子压电材料的一方的端面以外的另一方的端面上，并以与第2导电体导通且不与第1导电体和第1端面导电体接触的方式配置的第2端面导电体。
【专利说明】压电器件及压电器件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及压电器件以及压电器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]作为压电材料，以往，多数使用了作为陶瓷材料的PZT(PBZr03-PbTi0 3系固溶体）， 但是PZT含有铅，因此开始使用环境负荷低，而且富于柔软性的高分子压电材料。
[0003] 现在已知的高分子压电材料主要大致区分为以下2种。即，以尼龙11、聚氟乙烯、 聚氯乙烯、聚脲等为代表的极化型高分子，与以聚偏二氟乙烯型）（PVDF)、偏二氟乙 烯-三氟乙烯共聚物（P(VDF-TrFE)) (75/25)等为代表的强介电性高分子这2种。
[0004] 然而，高分子压电材料，在压电性方面不及PZT，因而要求压电性的提高。因此，从 各种观点考虑，尝试提高高分子压电材料的压电性。
[0005] 例如，作为强介电性高分子的PVDF、和P(VDF-TrFE)即使在高分子中也具有优异 的压电性，压电常数d 31为20pC/N以上。由PVDF和P (VDF-TrFE)形成的膜材料，通过拉伸 操作，使高分子链沿拉伸方向取向后，通过电晕放电等向膜的表里赋予异种电荷，从而在膜 面垂直方向产生电场，使位于高分子链侧链的包含氟的永久偶极沿电场方向平行地取向， 赋予压电性。然而，在极化了的膜表面，在消除取向的方向，易于附着空气中的水、离子那样 的异种电荷，极化处理中一致了的永久偶极的取向缓和，存在压电性经时地显著降低等实 用上的课题。
[0006] PVDF是在上述高分子压电材料中压电性最高的材料，但介电常数在高分子压电材 料中比较高，为13左右，因此将压电d常数除以介电常数而得的值的压电g常数（每单位 应力的开路电压）变小。此外，PVDF虽然从电向声音的转换效率良好，但是关于从声音向 电的转换效率，期待改善。
[0007] 近年来，除了上述的高分子压电材料以外，还着眼于使用多肽、聚乳酸等具有光学 活性的高分子。已知聚乳酸系高分子仅通过机械的拉伸操作而表现压电性。
[0008] 在具有光学活性的高分子中，聚乳酸那样的高分子晶体的压电性是由存在于螺旋 轴方向的C = 0键的永久偶极引起的。特别是聚乳酸，侧链相对于主链的体积分率小，单位 体积的永久偶极的比例大，在具有螺旋手性的高分子中可以说是理想的高分子。
[0009] 已知仅通过拉伸处理而表现压电性的聚乳酸，不需要极化处理，且压电系数经过 数年也不减少。
[0010] 如上所述，聚乳酸具有各种压电特性，因此报告了使用各种聚乳酸的高分子压电 材料。
[0011] 例如公开了，通过对聚乳酸的成型物进行拉伸处理，在常温下，显示10pC/N左右 的压电系数的高分子压电材（例如，参照日本特开平5-152638号公报）。
[0012] 此外也报告了，为了使聚乳酸晶体高取向，通过被称为锻造法的特殊取向方法而 表现出18pC/N左右的高压电性（例如，参照日本特开2005-213376号公报）。
【发明内容】
[0013] 发明所要解决的课题
[0014] 在使用上述日本特开平5-152638号公报和日本特开2005-213376号公报所示的 压电材料而制成压电器件时，期望以高效率、易于形成电气布线的方式配置电极。例如，为 了高效率地配置电极，可以考虑在压电材料的端面形成电极。本申请发明人发现，通过电极 的配置，压电材料的压电常数d 14有大幅降低的可能性。
[0015] 本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供在高分子压电材料的端面形成 导电体时，高分子压电材料的压电常数d 14不会大幅降低的压电器件、以及压电器件的制造 方法。
[0016] 用于解决课题的方法
[0017] 用于实现上述课题的具体方法如下。
[0018] 〈1〉. 一种压电器件，其具有：
[0019] 至少一层的膜状高分子压电材料，
[0020] 在所述高分子压电材料的主面设置的第1导电体，
[0021] 在所述高分子压电材料的与主面的所述第1导电体相反侧的面设置的第2导电 体，
[0022] 设置于所述高分子压电材料的宽度方向的一方的端面，并以与所述第1导电体导 通且不与所述第2导电体接触的方式配置的第1端面导电体，和
[0023] 设置于所述高分子压电材料的所述一方的端面以外的另一方的端面，并以与所述 第2导电体导通且不与所述第1导电体和所述第1端面导电体接触的方式配置的第2端面 导电体。
[0024] 〈2〉.根据〈1>所述的压电器件，将在所述高分子压电材料的主面设置的所述第1 导电体的面积与在相反侧的面设置的所述第2导电体的面积之和设为D1，将主面的未设置 所述第1导电体的面积与相反侧的面的未设置所述第2导电体的面积之和设为D2时，
[0025] D1/D2 为 10 以上。
[0026] 〈3〉.根据〈1>或〈2>所述的压电器件，所述高分子压电材料包含重均分子量为5 万?100万的具有光学活性的螺旋手性高分子，且由DSC法获得的结晶度为20%?80%。
[0027] 〈4〉.根据〈1>?〈3>的任一项所述的压电器件，其具备将所述高分子压电材料与 所述第1导电体或所述第2导电体进行粘接的粘接层，所述粘接层的由在频率0. 01Hz测定 的25°C时的动态粘弹性测定获得的拉伸储存弹性模量E'为1 X 102?1 X 109Pa。
[0028] 这里，在由动态粘弹性测定获得剪切储存弹性模量G'的情况下，使用E' = G' X 3 的式子，换算成E'。
[0029] 〈5〉.根据〈1>?〈4>的任一项所述的压电器件，所述粘接层的由在频率0. 01Hz测 定的25°C时的动态粘弹性测定获得的拉伸储存弹性模量E'为IX 106Pa以上，并且损耗角 正切为0.03以上。
[0030] 这里，在由动态粘弹性测定获得剪切储存弹性模量G'的情况下，使用E' = G' X 3 的式子，换算成E'。
[0031] 〈6〉.根据〈1>?〈5>的任一项所述的压电器件，在所述高分子压电材料的主面侧 形成的所述第2导电体的面，沿着厚度方向依次叠层有至少一层的膜状的其它高分子压电 材料和所述其它高分子材料的主面侧的第3导电体，所述第1端面导电体延伸到所述其它 高分子压电材料的宽度方向的一方的端面，并且所述第2端面导电体延伸到所述其它高分 子压电材料的宽度方向的另一方的端面，所述第3导电体以与所述第1端面导电体导通且 不与所述第2端面导电体接触的方式配置。
[0032] 〈7〉.根据〈1>?〈6>的任一项所述的压电器件，所述高分子压电材料对可见光线 的透射雾度为〇.〇%?50%。
[0033] 〈8〉.根据〈3>?〈7>的任一项所述的压电器件，所述螺旋手性高分子为具有包含 下述式（1)所示重复单元的主链的聚乳酸系高分子，
[0034]
【权利要求】
1. 一种压电器件，其具有： 至少一层的膜状高分子压电材料， 在所述高分子压电材料的主面设置的第1导电体， 在所述高分子压电材料的与主面的所述第1导电体相反侧的面设置的第2导电体， 设置于所述高分子压电材料的宽度方向的一方的端面，并以与所述第1导电体导通且 不与所述第2导电体接触的方式配置的第1端面导电体，和 设置于所述高分子压电材料的所述一方的端面以外的另一方的端面，并以与所述第2 导电体导通且不与所述第1导电体和所述第1端面导电体接触的方式配置的第2端面导电 体。
2. 根据权利要求1所述的压电器件，将在所述高分子压电材料的主面设置的所述第1 导电体的面积与在相反侧的面设置的所述第2导电体的面积之和设为D1，将主面的未设置 所述第1导电体的面积与相反侧的面的未设置所述第2导电体的面积之和设为D2时， D1/D2为10以上。
3. 根据权利要求1所述的压电器件，所述高分子压电材料包含重均分子量为5万? 100万的具有光学活性的螺旋手性高分子，且由DSC法获得的结晶度为20%?80%。
4. 根据权利要求1所述的压电器件，其具备将所述高分子压电材料与所述第1导电体 或所述第2导电体进行粘接的粘接层， 所述粘接层的由在频率〇. OlHz测定的25°C时的动态粘弹性测定获得的拉伸储存弹性 模量 E' 为 I X IO2 ?I X 109Pa。
5. 根据权利要求1所述的压电器件，所述粘接层的由在频率0. OlHz测定的25°C时的 动态粘弹性测定获得的拉伸储存弹性模量E'为I X IO6Pa以上，并且损耗角正切为0. 03以 上。
6. 根据权利要求1所述的压电器件，在所述高分子压电材料的主面侧形成的所述第2 导电体的面，沿着厚度方向依次叠层有至少一层的膜状的其它高分子压电材料和所述其它 高分子材料的主面侧的第3导电体， 所述第1端面导电体延伸到所述其它高分子压电材料的宽度方向的一方的端面，并且 所述第2端面导电体延伸到所述其它高分子压电材料的宽度方向的另一方的端面， 所述第3导电体以与所述第1端面导电体导通且不与所述第2端面导电体接触的方式 配置。
7. 根据权利要求1所述的压电器件，所述高分子压电材料对可见光线的透射雾度为 0? 0%?50%。
8. 根据权利要求3所述的压电器件，所述螺旋手性高分子为具有包含下述式（1)所示 重复单元的主链的聚乳酸系高分子，
O
9. 根据权利要求3所述的压电器件，所述高分子压电材料与所述其它高分子压电材料 由以所述螺旋手性高分子的L体作为主要成分的层形成， 所述高分子压电材料的单轴拉伸方向以与所述其它高分子压电材料的单轴拉伸方向 交叉的方式配置。
10. 根据权利要求3所述的压电器件，所述高分子压电材料和所述其它高分子压电材 料的一方由以所述螺旋手性高分子的L体作为主要成分的层形成，并且 所述高分子压电材料和所述其它高分子压电材料的另一方由以所述螺旋手性高分子 的D体作为主要成分的层形成， 所述高分子压电材料的单轴拉伸方向以与所述其它高分子压电材料的单轴拉伸方向 同方向地配置。
11. 根据权利要求3所述的压电器件，所述螺旋手性高分子的光学纯度为95. 00% ee 以上。
12. -种压电器件的制造方法，是制造权利要求1?5的任一项所述的压电器件的方 法，其具备下述工序： 在膜状高分子压电材料的主面，除去宽度方向的另一方的端部而形成第1导电体，并 且在与所述第1导电体相反侧的面，除去宽度方向的一方的端部而形成第2导电体的工序， 在所述高分子压电材料的宽度方向的一方的端面，以与所述第1导电体接触且不与所 述第2导电体接触的方式形成第1端面导电体的工序，和 在所述高分子压电材料的宽度方向的另一方的端面，以与所述第2导电体接触且不与 所述第1导电体接触的方式形成第2端面导电体的工序。
13. -种压电器件的制造方法，是制造权利要求6所述的压电器件的方法，其具备下述 工序： 在膜状高分子压电材料的主面，除去宽度方向的另一方的端部而形成第1导电体，并 且在与所述第1导电体相反侧的面，除去宽度方向的一方的端部而形成第2导电体的工序， 在膜状其它高分子压电材料的主面除去宽度方向的另一方的端部而形成第3导电体 的工序， 使所述其它高分子压电材料的与主面的所述第3导电体相反侧的面、与所述高分子压 电材料的形成有所述第2导电体的面，介由粘接层而粘接的工序， 在所述高分子压电材料和所述其它高分子压电材料的宽度方向的一方的端面，以与所 述第1导电体和所述第3导电体接触且不与所述第2导电体接触的方式形成第1端面导电 体的工序，和 在所述高分子压电材料和所述其它高分子压电材料的宽度方向的另一方的端面，以与 所述第2导电体接触且不与所述第1导电体和所述第3导电体接触的方式形成第2端面导 电体的工序。
【文档编号】H01L41/193GK104335376SQ201380029287
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年6月3日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】谷本一洋, 吉田光伸, 清水正树, 西川茂雄, 田实佳郎 申请人:三井化学株式会社, 株式会社村田制作所