包含氟树脂膜的压电元件制造技术

本发明专利技术提供一种压电元件，其包含：由第一氟树脂制成的多孔氟树脂膜；和层叠在所述多孔氟树脂膜的至少一个表面上并由第二氟树脂制成的非多孔氟树脂层，其中，所述第一氟树脂的种类与所述第二氟树脂的种类不同，并且当在所述多孔氟树脂膜的厚度方向上的切断面中存在的孔中从具有最长厚度方向长度的孔开始以降序选择50个孔时，所述50个孔的厚度方向长度的平均值A50为3μm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含氟树脂膜的压电元件
本专利技术涉及一种包含塑料膜的压电元件，其可以用于传感器如超声波传感器、接触传感器和压敏传感器，转换器，麦克风，耳机，扬声器等中。更具体地，本专利技术涉及一种包含多孔氟树脂膜的压电元件。
技术介绍
压电塑料膜具有压电陶瓷所不具有的可挠性和柔软性。特别地，压电氟树脂膜还具有诸如耐热性、耐磨损性和耐化学性等的优异特性。因此，压电氟树脂膜是一种有前途的用于压电元件的材料。作为压电氟树脂膜，通常已知经压电处理的聚偏二氟乙烯(PVDF)膜。一般可以通过拉伸来制造PVDF的β型晶体。因为这种β型晶体具有极性，所以可以通过进行极化处理以将分子偶极子取向为相同方向而产生压电性。例如，日本特开昭60-055034号公报(专利文献1)公开了通过使用包括以下步骤的方法来制造压电元件：对通过PVDF的熔融挤出成型而获得的厚度为约100μm的未取向片进行单轴拉伸；在经单轴拉伸的膜的两个表面上真空沉积金属以形成电极；以及在等于或低于所述膜的熔点的温度下进行加热的同时，在膜厚度方向上施加约1000kV/cm的DC高电场并持续60分钟。然而，根据专利文献1中所述的方法，需要高电压和长时间施加电压以提供压电性，并且此外，所获得的压电性不足。此外，如果在膜中存在孔，则在极化处理期间发生空气放电或击穿。因此，实现高电压的施加和电场的进一步均匀施加变得困难。结果，可以想到的是未产生足够的压电性。在这种情况下，已经提出了各种用于增强压电氟树脂膜的压电性的方法。例如，日本特开平06-342947号公报(专利文献2)提出了，在多孔PVDF膜的孔被绝缘油浸渗的状态且PVDF膜被夹在一对介电片之间的状态下，对PVDF膜进行极化处理。具体地，专利文献2的实施例1描述了将偏二氟乙烯(VDF)/三氟乙烯(TrFE)共聚物的溶液流延在玻璃板上并干燥而形成膜厚度为130μm的通孔型多孔膜(孔隙率：70％，平均孔径：0.45μm)，将多孔膜夹在基于PVDF的单轴拉伸片之间，并且通过电晕充电对多孔膜进行极化处理。实施例2描述了用绝缘油浸渗实施例1中的多孔膜并且以如上所述相同的方式对多孔膜进行极化处理。专利文献2还描述了，与多孔膜单独的电晕充电的情况(比较例)相比，在实施例1和2中获得的压电多孔膜的压电特性(相对于压力上升的电荷增加量)更高。另外，日本特表2009-501826号公报(专利文献3)提出了在加热下向由将PVDF溶解于二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基乙酰胺(DMA)中的溶液获得的β相多孔PVDF膜施加压力，从而将孔压碎。根据这种方法，通过将孔压碎并且将PVDF膜转化成基本上β相的非多孔膜来增强压电性。如上所述，在基于PVDF的膜中，通过增大产生压电性的β型晶体部分的比例或防止损害极化处理的效果的空气放电来试图提高压电性。然而，提高压电性的效果不足。另外，加热造成PVDF的β型晶体恢复成不具有压电性的α型。因此，基于PVDF的膜在耐热性方面也是不令人满意的。作为通过与由于其分子结构和晶体结构而产生压电性的PVDF膜完全不同的机理而产生压电性的压电塑料膜，美国专利4654546(专利文献4)提出了具有圆盘状气泡的经拉伸的多孔聚丙烯膜。近年来，这种多孔聚丙烯膜已经以Emfit(注册商标)铁电驻极体(ferroelectret)膜形式由Emfit公司市售并且已经由于这种膜展现高压电模量而受到关注。这种Emfit(注册商标)膜是具有包含许多平孔的层状结构的膜，其通过双轴拉伸多孔聚丙烯膜并进一步注入高压气体以使所述膜中的孔膨胀而形成[http://www.emfit.com/en/sensors/products_sensors/emfit-film/(非专利文献1，Emfit公司的主页)]。当进行这种膜的电晕放电时，正电荷和负电荷被捕捉在孔的上表面和下表面中并且所述膜具有压电性。还存在如下报道：Emfit(注册商标)膜的压电常数d33为PVDF膜的数十倍大[http://www.europrotech.com/Euro/trade/t_emfit2.html(非专利文献2，Europrotech公司的主页，特别是表1)]。另外，如MasatoshiNakayama,et.al,"PiezoelectricityofFerroelectretPorousPolyethyleneThinFilm",JapaneseJournalofAppliedPhysics48(2009)(非专利文献3)中所示，报道了通过厚度为30μm且孔隙率为58％并且由多孔聚乙烯(Fp-PE)制成的铁电驻极体膜的电晕放电而获得的压电膜的压电常数d33是PVDF膜的三倍。多孔聚丙烯和多孔聚乙烯的压电性的产生是基于微米尺寸至亚毫米尺寸孔的带电，其完全不同于由于PVDF的纳米尺寸分子结构和晶体结构而基于偶极子的压电性的产生。作为基于孔的带电而产生压电性的由多孔氟类树脂制成的压电元件，例如日本特开2007-231077号公报(专利文献5)提出了通过将发泡剂混入四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)中并且使所述共聚物发泡而形成具有封闭孔的片(厚度：200μm，发泡率：40％)并通过使用电晕放电装置使得将电荷捕捉在这种片中而制造的压电元件。专利文献5描述了这种压电元件相比于通过以相同方式对非多孔氟树脂膜进行电晕放电而制造的压电元件展现更大的准静态压电常数d33。如上所述，相比于由于纳米尺寸的分子结构和晶体结构而基于偶极子产生压电性的PVDF膜，可获得更高的压电性。因此，近年来正在研究通过使用除PVDF膜以外的多孔塑料膜来增强压电性的方法。作为由加工性优异的聚合物多孔体形成并具有与无机压电材料可匹敌的高压电性的驻极体，例如日本特开2010-186960号公报(专利文献6)描述了一种驻极体，其中“孔的平均纵横比为7以上且30以下，厚度方向上的平均孔数目为1以上且10以下，并且厚度方向上的平均孔径为30μm以上且200μm以下”(权利要求1)。通过双轴拉伸有机聚合物发泡体而获得的聚丙烯发泡体被用作聚合物多孔体(实施例)。专利文献6在0011段中描述了，通过形成具有大纵横比的孔，孔径增大并且获得与无机压电体可匹敌的压电性能。另外，通过用扫描电子显微镜观察与拉伸方向平行切割的横截面而获得的厚度方向上的平均直径值被用作孔径(0026段)。另外，日本特开2011-018897号公报(专利文献7)和日本特开2011-210865号公报(专利文献8)提出了用于压电元件的多孔树脂片，其具有平均最大垂直弦长为1～40μm并且平均纵横比(平均最大水平弦长/平均最大垂直弦长)为0.7～4.0的气泡，并且其具有20～75％的体积孔隙率。这种多孔树脂片通过以下制造：将形成塑料膜的树脂与相分离剂混合以制造具有其中相分离剂为岛的海岛结构的片，将树脂成分固化，其后除去相分离剂的岛。聚醚酰亚胺和环烯烃聚合物被用作树脂成分(实施例)。专利文献7中所公开的专利技术目的在于提供具有高的压电模量和高的压应力的用于压电元件的多孔树脂片。专利文献7在0013段中描述了，该目的可以通过增加形成偶极子的气泡的尺寸以增加偶极子的变化量，以及减小纵横比以调节厚度方向上的弹性模量来实现。专利文献7还在0014段中描述了，当平均最大垂直弦长超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电元件，其包含：由第一氟树脂制成的多孔氟树脂膜；和层叠在所述多孔氟树脂膜的至少一个表面上并由第二氟树脂制成的非多孔氟树脂层，其中，所述第一氟树脂的种类与所述第二氟树脂的种类不同，并且当在所述多孔氟树脂膜的厚度方向上的切断面中存在的孔中从具有最长厚度方向长度的孔开始以降序选择50个孔时，所述50个孔的厚度方向长度的平均值A50为3μm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.07 JP 2012-0245421.一种压电元件，其包含：由第一氟树脂制成的多孔氟树脂膜；和层叠在所述多孔氟树脂膜的至少一个表面上并由第二氟树脂制成的非多孔氟树脂层，其中，所述第一氟树脂的种类与所述第二氟树脂的种类不同，并且当在所述多孔氟树脂膜的厚度方向上的切断面中存在的孔中从具有最长厚度方向长度的孔开始以降序选择50个孔时，所述50个孔的厚度方向长度的平均值A50为3μm以下。2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述多孔氟树脂膜的孔隙率为10～40％。3.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述多孔氟树脂膜为经拉伸的多孔聚四氟乙烯膜。4.根据权利要求3所述的压电元件，其中，所述第二氟树脂为四氟乙烯-六氟丙烯共聚物或四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物。5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电元件，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：改森信吾，菅原润，田实佳郎，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，学校法人关西大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP