JP4092443B2

JP4092443B2 - Piezoelectric material

Info

Publication number: JP4092443B2
Application number: JP29866197A
Authority: JP
Inventors: 康幸大平; 光雄堀
Original assignee: Shishiai KK
Current assignee: Shishiai KK
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: JPH11135855A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力が加わることで信号を発生するタッチパネルや電子楽器のキーボードといったセンサー類などに適用される圧電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックスを焼成し、分極処理を行ったものがあった。
【０００３】
ところがこの圧電材料は、大面積の加工が難しく脆いという欠点があり、しかも分極処理が必要であり、きわめて高価な材料となっていた。
【０００４】
別の圧電材料としては、ＰＶＤＦ等のフッ素系の樹脂を延伸し、これに分極処理を行った圧電ポリマーも提案されている。
【０００５】
ところがこの圧電材料は、脆性の改善はみられるものの、前記圧電セラミックスに比べたときその性能は低く、しかも延伸、分極といった処理が必要で、これも高価な材料となっていた。
【０００６】
さらに別の圧電材料として、前記圧電セラミックスと圧電ポリマーとを組み合わせた複合材料も提案されている。
【０００７】
ところがこの圧電材料にあっても、前述の圧電材料の欠点を解消し得るものではなかった。
【０００８】
本発明者らは、上記従来の圧電材料における欠点を解消すべく、該圧電材料について鋭意研究を重ねた結果、圧電材料における双極子モーメント量が、当該圧電材料の圧電性能に深い関係を持っており、圧電材料における双極子モーメント量を多くすることで、当該圧電材料の圧電性能を飛躍的に向上させることができることを見い出した。
【０００９】
（削除）
【００１０】
本発明は、上述の知見に基づくことで完成されたものであり、延伸、分極といった処理を必要とせず、しかも優れた圧電性能を有する安価な圧電材料を提供することを目的とするものである。
【００１１】
（削除）
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、及びイソプレンゴム（ＩＲ）から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなる母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる、ベンゾチアジル基を含む化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、及びベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上からなる活性成分が配合されていることを特徴とする圧電材料（電気エネルギーを機械エネルギーに変換するものを除く）をその要旨とした。
【００１３】
請求項２記載の発明は、母材が、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、及びスチレン−ブタジエンゴムから選ばれる極性高分子よりなることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１４】
（削除）
【００１５】
請求項３記載の発明は、活性成分が母材１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で配合されていることを特徴とする圧電材料をその要旨とした。
【００１６】
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【００１７】
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【００１８】
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【００１９】
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【００２０】
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【００２１】
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【００２２】
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【００２３】
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【００２４】
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【００２５】
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【００２６】
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【００２７】
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【００２８】
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【００２９】
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【００３０】
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【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電材料についてさらに詳しく説明する。本発明の圧電材料は、母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる活性成分が配合されていることを特徴とするものである。
【００３２】
この圧電材料における母材成分としては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、及びイソプレンゴム（ＩＲ）からなる高分子、並びにこれらをブレンドしたものを挙げることができる。中でもポリ塩化ビニルは、成形性がよく、安価である点で好ましい。
【００３３】
次に、このような高分子を母材成分とする圧電材料における双極子モーメント量と圧電性能との間の関係について説明する。一般に圧電材料は、該圧電材料に応力が加わると、それに比例して該圧電材料の両端面に反対符号の電荷が現れる、すなわち電気分極という現象を生じ、逆に該圧電材料を伝場に入れる（電界を加える）ことで、それに比例した歪みを生じるという性質（圧電性能）を有するものとして知られている。特に高分子よりなる圧電材料にあっては、高分子の主鎖や側鎖の双極子モーメントの配向凍結による分極により圧電効果が生じることが知られている。
【００３４】
上述の性質は、分極した圧電材料におけるエネルギー変換により生じているのであるが、本発明者らは、圧電材料における圧電性能のメカニズムを研究していく過程で、圧電材料における双極子がある程度の自由度をもって変位し、その後元の状態に復元するという作用によってエネルギーが変換され、ここに従来にない優れた圧電性能が生じるということを発見した。
【００３５】
以下にその詳細を示す。尚、本発明の圧電材料の範疇には、前述の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を持つものの他に、熱的歪みと熱膨張による圧電特性を介して表面に電荷を発生する焦電２次効果を有するものも含んでいるが、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するものは含まれていない。
【００３６】
図１にはエネルギー（応力）が伝わる前の圧電材料１内部における双極子２の配置状態を示した。この双極子２の配置状態は安定な状態にあると言える。ところが、これにエネルギー（応力）が伝わることで、圧電材料１内部に存在する双極子２には変位が生じ、図２に示すように、圧電材料１内部における各双極子２は不安定な状態に置かれることになり、各双極子２は、図１に示すような安定な状態に戻ろうとする。
【００３７】
このとき、エネルギーの変換が生じることになる。こうした、圧電材料１内部における双極子の変位、双極子の復元作用によるエネルギーの変換を通じて、圧電性能が生じているものと考えられる。
【００３８】
上述の圧電性能が生じるメカニズムから、図１及び図２に示すような圧電材料１内部における双極子モーメントの量が大きくなればなる程、その圧電材料１の持つ圧電性能も高くなると考えられる。
【００３９】
このことから、圧電材料を構成する母材成分として、分子内部における双極子モーメント量がもともと大きな素材を用いることは、より高い圧電性能を確保する上で大変有用なことである。
【００４０】
分子内部における双極子モーメント量がもともと大きなものとしては、極性高分子を挙げることができる。この極性高分子として、具体的には、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、及び、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などを挙げることができる。
【００４１】
また本発明の圧電材料を例えばセンサー類などに適用するときの使用時の温度（以下使用温度域という。）は、おおよそ−２０°Ｃ〜４０°Ｃの範囲である。その使用温度域においてガラス転移点を有する高分子を母材成分として用いることは大変に有用なことである。なぜならば、発明者らの実験によれば、高分子のガラス転移点付近で圧電性能が最も発揮されるからである。
【００４２】
使用温度域にガラス転移点を有する高分子としては、具体的にはポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体などの高分子に、ジ−２−エチルヘキシルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジイソノニルフタレート（ＤＩＮＰ）などの可塑剤を添加して、使用温度域にガラス転移点（Ｔｇ）を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用温度域にガラス転移点（Ｔｇ）を有する、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、塩素化ポリエチレンなどの高分子などを挙げることができる。
【００４３】
尚、母材成分の選択に際しては、前記分子内部における双極子モーメント量や使用温度域の他、取り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能（耐熱性や耐寒性）、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。
【００４４】
また本発明の圧電材料において、母材中に配合される活性成分とは、該圧電材料の双極子モーメントの量を飛躍的に増加させる成分であり、当該活性成分そのものも双極子モーメント量が大きいもの、あるいは活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当該活性成分が含まれることで、双極子モーメント量が飛躍的に増加するような成分をいう。
【００４５】
例えば所定の温度条件、エネルギーの大きさとしたときの、圧電材料１内部に生じる双極子モーメントの量が、圧電材料１に活性成分が含まれることで、図３に示すように、同じ条件の下で３倍とか、１０倍とかいった量に増加することになるのである。これに伴って、エネルギーが伝達されたときの双極子２の復元作用によるエネルギー消費量も飛躍的に増大することになり、予測を遥かに超えた圧電性能が生じることになると考えられる。
【００４６】
このような作用効果を導く活性成分としては、例えばＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスルフィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢＳ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）などのベンゾチアジル基を含む化合物、
【００４７】
ベンゼン環にアゾール基が結合したベンゾトリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ化合物、
【００４８】
エチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げることができる。
【００４９】
あるいは２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（ＨＭＢＰ）、２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン−５−スルフォニックアシド（ＨＭＢＰＳ）などのベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げることができる。
【００５０】
上述の活性成分の含有量としては、母材１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合が好ましい。例えば活性成分の含有量が１０重量部を下回る場合、双極子モーメントの量を増大させるという十分な効果が得られず、活性成分の含有量が２００重量部を上回る場合には、十分に相溶しなかったり、十分な機械的強度が得られなかったりすることがある。
【００５１】
尚、前記母材に配合する活性成分を決定するに当たり、前述の双極子モーメントの量以外に、活性成分と母材成分との相溶し易さ、すなわちＳＰ値を考慮し、その値の近いものを選択すると良い。
【００５２】
尚、双極子モーメントの量は、前述の母材成分や活性成分の種類により様々に異なっている。また同じ成分を用いたとしても、エネルギーが伝達されたときの温度により、その双極子モーメントの量は変わる。また、伝達されるエネルギーの大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度やエネルギーの大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となるように、母材成分や活性成分を適宜選択して用いるのが望ましい。
【００５３】
また、上記母材中には活性成分の他に、圧電材料の機械的強度を高める目的で、また増量剤として該圧電材料のコストの低減化を計るため、マイカ鱗片、ガラス片、グラスファイバー、カーボンファイバー、炭酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウム等のフィラーを充填することもできる。この場合、フィラーの充填量は、１０〜８０重量％が好ましい。例えばフィラーの充填量が１０重量％を下回る場合には、フィラーを充填しても強度の向上がみられず、反対にフィラーの充填量を８０重量％を上回る量としても、現実に充填できなかったり、圧電材料の強度がかえって低下してしまったりするといった弊害を招くことになる。
【００５４】
本発明の圧電材料は、上記母材成分に活性成分、その他必要に応じてフィラー、分散剤、増粘剤などを配合した配合物を、ディゾルバー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー、グレンミル、オープンニーダ、真空ニーダなどの従来公知の混合分散機によって分散混合して製造できる。
【００５５】
（削除）
【００５６】
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【００５７】
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【００５８】
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【００５９】
【実施例】
実施例１
ポリ塩化ビニル１００重量部に対し２ＨＰＭＭＢを１００重量部の割合で配合し、これを厚さ１ｍｍ、縦５０ｍｍ×横５ｍｍの板形状に成形し、その両表面に銀ペーストによる電極（株式会社アサヒ化学研究所、ＬＳ−５０６Ｊ、縦５０ｍｍ×横５ｍｍ）を形成してサンプルとした。
【００６０】
実施例２
ポリ塩化ビニル１００重量部に対しＤＣＨＢＳＡを１００重量部の割合で配合した以外は実施例１と同様にしてサンプルを作製した。
【００６１】
比較例
ポリ塩化ビニル単独で実施例１と同様にしてサンプルを作製した。
【００６２】
まず、上記実施例１及び２、並びに比較例の各サンプルについて、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電損率（ε″）及び誘電率（ε′）を測定したところ、表１のような結果となった。尚、誘電正接（ｔａｎδ）、誘電損率（ε″）及び誘電率（ε′）は、各サンプルのガラス転移点で測定した。
【００６３】
【表１】

【００６４】
次に、上記実施例１および２、並びに比較例の各サンプルについて、各温度における圧電定数（ｄ定数）（ｐＣ／Ｎ）を測定した。その結果を図５（実施例１）、図６（実施例２）及び図７（比較例）に示した。尚、測定は、圧電定数測定器（レオログラフＳ−１、株式会社東洋精機製）を用いて行った。
【００６５】
図５〜図７から明らかなように、比較例のものが０〜１５０℃の範囲における最大値が０．１ｐＣ／Ｎであるのに対して、実施例１及び２のものは、いずれも１ｐＣ／Ｎを上回る優れた圧電効果が確認された。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の圧電材料は、従来の圧電材料の持つ圧電性能からは予測できない程の優れた圧電性能を有しており、しかもその製造に延伸、分極といった処理を必要としないので、きわめて安価である。
【００６７】
（削除）
【図面の簡単な説明】
【図１】圧電材料における双極子を示した模式図。
【図２】エネルギーが伝わったときの圧電材料における双極子の状態を示した模式図。
【図３】母材中に活性成分が配合されたときの圧電材料における双極子の状態を示した模式図。
【図４】圧電材料における誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との関係を示したグラフ。
【図５】実施例１の各温度における圧電定数を示したグラフ。
【図６】実施例２の各温度における圧電定数を示したグラフ。
【図７】比較例の各温度における圧電定数を示したグラフ。
【符号の説明】
１・・・圧電材料
２・・・双極子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric material applied to sensors such as a touch panel and a keyboard of an electronic musical instrument that generate a signal when pressure is applied.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, there has been a piezoelectric material obtained by baking a piezoelectric ceramic such as lead zirconate titanate (PZT) or barium titanate and performing a polarization treatment.
[0003]
However, this piezoelectric material has the disadvantage that it is difficult to process a large area and is brittle, and also requires a polarization treatment, which makes it an extremely expensive material.
[0004]
As another piezoelectric material, a piezoelectric polymer is also proposed in which a fluorine-based resin such as PVDF is stretched and subjected to polarization treatment.
[0005]
However, although this piezoelectric material is improved in brittleness, its performance is lower than that of the piezoelectric ceramic, and further, treatment such as stretching and polarization is required, which is also an expensive material.
[0006]
As another piezoelectric material, a composite material combining the piezoelectric ceramic and the piezoelectric polymer has been proposed.
[0007]
However, even with this piezoelectric material, the above-described drawbacks of the piezoelectric material cannot be solved.
[0008]
As a result of intensive studies on the piezoelectric material in order to eliminate the drawbacks of the conventional piezoelectric material, the present inventors have found that the amount of dipole moment in the piezoelectric material is closely related to the piezoelectric performance of the piezoelectric material. The inventors have found that the piezoelectric performance of the piezoelectric material can be dramatically improved by increasing the amount of dipole moment in the piezoelectric material .
[0009]
(Delete)
[0010]
The present invention has been completed by based on the above findings, stretching, without requiring processing such as polarization, yet it is an object to provide an inexpensive piezoelectric materials having excellent piezoelectric performance .
[0011]
(Delete)
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is made of polyvinyl chloride, polyethylene, chlorinated polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, polyisoprene, polystyrene, styrene. -From butadiene-acrylonitrile copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), natural rubber (NR), and isoprene rubber (IR) In a base material comprising one or a mixture of two or more selected, a compound containing a benzothiazyl group, a compound having a benzotriazole group, a compound having a diphenyl acrylate group, which increases the amount of dipole moment in the base material , and Benzofe Piezoelectric material one or active ingredient comprising two or more selected from among compounds having a down group is characterized in that it is formulated (except those that convert electric energy to mechanical energy) and its gist did.
[0013]
The gist of the invention described in claim 2 is that the base material is made of a polar polymer selected from polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-butadiene rubber . .
[0014]
(Delete)
[0015]
The gist of the invention of claim 3 is the piezoelectric material characterized in that the active ingredient is blended at a ratio of 10 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base material .
[0016]
(Delete)
[0017]
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[0018]
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[0020]
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[0030]
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[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the piezoelectric material of the present invention will be described in more detail. The piezoelectric material of the present invention is characterized in that an active ingredient that increases the amount of dipole moment in the base material is blended in the base material.
[0032]
As the base material component in this piezoelectric material, polyvinyl chloride, polyethylene, chlorinated polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, polyisoprene, polystyrene, styrene-butadiene-acrylonitrile Polymers, styrene-acrylonitrile copolymers, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), natural rubber (NR), and a polymer comprising isoprene rubber (IR) , and The thing which blended these can be mentioned. Among these, polyvinyl chloride is preferable because it has good moldability and is inexpensive.
[0033]
Next, the relationship between the amount of dipole moment and piezoelectric performance in a piezoelectric material having such a polymer as a base material component will be described. In general, when a stress is applied to the piezoelectric material, an electric charge of opposite sign appears in proportion to both ends of the piezoelectric material, that is, an electric polarization occurs, and the piezoelectric material is put into a transmission field. It is known to have a property (piezoelectric performance) in that a distortion proportional to that occurs by applying an electric field. Particularly in a piezoelectric material made of a polymer, it is known that a piezoelectric effect is generated by polarization due to orientation freezing of a dipole moment of a polymer main chain or side chain.
[0034]
The above properties are caused by energy conversion in the polarized piezoelectric material. In the process of studying the piezoelectric performance mechanism in the piezoelectric material, the present inventors have some degree of freedom in the dipole in the piezoelectric material. It was discovered that energy was converted by the action of displacing with a degree and then restoring to the original state, resulting in an unprecedented superior piezoelectric performance.
[0035]
The details are shown below. In addition, the category of the piezoelectric material of the present invention includes pyroelectric 2 that generates charges on the surface through piezoelectric characteristics due to thermal strain and thermal expansion, in addition to the function of converting mechanical energy into electrical energy. Some that have the following effects are included, but those that convert electrical energy into mechanical energy are not included.
[0036]
FIG. 1 shows an arrangement state of the dipole 2 inside the piezoelectric material 1 before energy (stress) is transmitted. It can be said that the arrangement state of the dipole 2 is in a stable state. However, when energy (stress) is transmitted to this, displacement occurs in the dipole 2 existing inside the piezoelectric material 1, and each dipole 2 inside the piezoelectric material 1 is in an unstable state as shown in FIG. Each dipole 2 attempts to return to a stable state as shown in FIG.
[0037]
At this time, energy conversion occurs. It is considered that the piezoelectric performance is generated through the displacement of the dipole inside the piezoelectric material 1 and the energy conversion by the restoring action of the dipole.
[0038]
From the above-described mechanism that causes the piezoelectric performance, it is considered that the piezoelectric performance of the piezoelectric material 1 increases as the amount of dipole moment in the piezoelectric material 1 as shown in FIGS. 1 and 2 increases.
[0039]
Therefore, it is very useful to secure a higher piezoelectric performance to use a material having a large amount of dipole moment in the molecule as a base material component constituting the piezoelectric material.
[0040]
A polar polymer can be cited as an example in which the amount of dipole moment within the molecule is originally large. Specific examples of the polar polymer include polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), and styrene-butadiene rubber (SBR) .
[0041]
Further, when the piezoelectric material of the present invention is applied to, for example, sensors or the like, the temperature during use (hereinafter referred to as the operating temperature range) is approximately in the range of −20 ° C. to 40 ° C. It is very useful to use a polymer having a glass transition point as a base material component in the temperature range of use. This is because, according to the experiments by the inventors, the piezoelectric performance is most exhibited near the glass transition point of the polymer.
[0042]
Specific examples of polymers having a glass transition point in the operating temperature range include polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, and styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer. A plastic transition agent such as di-2-ethylhexyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP), or diisononyl phthalate (DINP) is added to the polymer, and the glass transition point (Tg) is moved to the operating temperature range. Alternatively, the polymer itself has a glass transition point (Tg) in the operating temperature range , acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) , styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), natural rubber (NR), isoprene rubber ( IR), and the like polymers such as chlorinated polyethylene Door can be.
[0043]
In selecting the base material component, in addition to the amount of dipole moment in the molecule and the operating temperature range, handleability, moldability, availability, temperature performance (heat resistance and cold resistance), weather resistance, price, etc. It is desirable to consider.
[0044]
Further, in the piezoelectric material of the present invention, the active component blended in the base material is a component that dramatically increases the amount of dipole moment of the piezoelectric material, and the active component itself also has a large amount of dipole moment. Although the amount of the dipole moment of the thing or the active ingredient itself is small, the active ingredient itself contains a component such that the amount of the dipole moment increases dramatically.
[0045]
For example, the amount of dipole moment generated inside the piezoelectric material 1 when the temperature is set to a predetermined temperature condition and the magnitude of energy is the same under the same conditions as shown in FIG. It will increase to 3 times or 10 times. Along with this, the energy consumption due to the restoring action of the dipole 2 when energy is transmitted will also increase dramatically, and it is considered that piezoelectric performance far exceeding prediction will occur.
[0046]
Examples of active ingredients that lead to such action and effects include N, N-dicyclohexylbenzothiazyl-2-sulfenamide (DCHBSA), 2-mercaptobenzothiazole (MBT), dibenzothiazyl sulfide (MBTS), N- Cyclohexylbenzothiazyl-2-sulfenamide (CBS), N-tert-butylbenzothiazyl-2-sulfenamide (BBS), N-oxydiethylenebenzothiazyl-2-sulfenamide (OBS), N , A compound containing a benzothiazyl group such as N-diisopropylbenzothiazyl-2-sulfenamide (DPBS),
[0047]
2- {2'-Hydroxy-3 '-(3 ", 4", 5 ", 6" tetrahydrophthalimide in which a benzotriazole having an azole group bonded to a benzene ring is used as a mother nucleus and a phenyl group is bonded thereto. Methyl) -5'-methylphenyl} -benzotriazole (2HPMMB), 2- {2'-hydroxy-5'-methylphenyl} -benzotriazole (2HMPB), 2- {2'-hydroxy-3'-t- Such as butyl-5'-methylphenyl} -5-chlorobenzotriazole (2HBMPCB), 2- {2'-hydroxy-3 ', 5'-di-t-butylphenyl} -5-chlorobenzotriazole (2HDBPCB) A compound having a benzotriazole group,
[0048]
One type or two or more types selected from compounds containing a diphenyl acrylate group such as ethyl-2-cyano-3,3-di-phenyl acrylate can be given.
[0049]
Alternatively, one or more selected from compounds having a benzophenone group such as 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone (HMBP) and 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone-5-sulfonic acid (HMBPS) Can be mentioned.
[0050]
As content of the above-mentioned active ingredient, the ratio of 10-200 weight part is preferable with respect to 100 weight part of base materials. For example, when the content of the active ingredient is less than 10 parts by weight, a sufficient effect of increasing the amount of dipole moment cannot be obtained. When the content of the active ingredient exceeds 200 parts by weight, the compatibility is sufficiently high. Or sufficient mechanical strength may not be obtained.
[0051]
In determining the active ingredient to be blended in the base material, in addition to the amount of dipole moment described above, the compatibility between the active ingredient and the base material component, that is, the SP value is taken into consideration, and the values are close to each other. Choose a thing.
[0052]
The amount of dipole moment varies depending on the kind of the base material component and the active component described above. Even if the same component is used, the amount of dipole moment varies depending on the temperature at which energy is transmitted. Also, the amount of dipole moment varies depending on the amount of energy transmitted. For this reason, it is desirable to appropriately select and use the base material component and the active component so that the maximum dipole moment amount is taken into consideration in consideration of the temperature at the time of application and the magnitude of energy.
[0053]
In addition to the active ingredients in the base material, for the purpose of increasing the mechanical strength of the piezoelectric material, and for reducing the cost of the piezoelectric material as an extender, mica scale pieces, glass pieces, glass fibers, Fillers such as carbon fiber, calcium carbonate, barite, and precipitated barium sulfate can also be filled. In this case, the filler filling amount is preferably 10 to 80% by weight. For example, when the filling amount of the filler is less than 10% by weight, the strength is not improved even if the filler is filled, and conversely, even if the filling amount of the filler exceeds 80% by weight, it cannot be actually filled. Or the strength of the piezoelectric material may be reduced.
[0054]
The piezoelectric material of the present invention comprises a compounded material in which the above-mentioned base material component is combined with an active ingredient, and other fillers, dispersants, thickeners, etc., as necessary, a dissolver, a Banbury mixer, a planetary mixer, a Glen mill, an open kneader, It can be produced by being dispersed and mixed by a conventionally known mixing and dispersing machine such as a vacuum kneader .
[0055]
(Delete)
[0056]
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[0057]
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[0058]
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[0059]
【Example】
Example 1
100 parts by weight of 2% PMMB is blended with 100 parts by weight of polyvinyl chloride, formed into a plate shape of 1 mm thickness, 50 mm length x 5 mm width, and electrodes made of silver paste on both surfaces (Asahi Chemical Co., Ltd.) A laboratory, LS-506J, 50 mm long × 5 mm wide) was formed as a sample.
[0060]
Example 2
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by weight of DCHBSA was added to 100 parts by weight of polyvinyl chloride.
[0061]
Comparative Example A sample was prepared in the same manner as in Example 1 using polyvinyl chloride alone.
[0062]
First, the dielectric loss tangent (tan δ), dielectric loss factor (ε ″), and dielectric constant (ε ′) of each sample of Examples 1 and 2 and Comparative Example were measured, and the results shown in Table 1 were obtained. The dielectric loss tangent (tan δ), dielectric loss factor (ε ″), and dielectric constant (ε ′) were measured at the glass transition point of each sample.
[0063]
[Table 1]

[0064]
Next, the piezoelectric constant (d constant) (pC / N) at each temperature was measured for each sample of Examples 1 and 2 and the comparative example. The results are shown in FIG. 5 (Example 1), FIG. 6 (Example 2) and FIG. 7 (Comparative example). The measurement was performed using a piezoelectric constant measuring device (Rheograph S-1, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.).
[0065]
As apparent from FIGS. 5 to 7, the maximum value in the range of 0 to 150 ° C. is 0.1 pC / N in the comparative example, while those in Examples 1 and 2 are both 1 pC. An excellent piezoelectric effect exceeding / N was confirmed.
[0066]
【The invention's effect】
The piezoelectric material of the present invention has excellent piezoelectric performance that cannot be predicted from the piezoelectric performance of conventional piezoelectric materials, and it does not require processing such as stretching and polarization for its production, so it is extremely inexpensive. .
[0067]
(Delete)
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a dipole in a piezoelectric material.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of a dipole in a piezoelectric material when energy is transmitted.
FIG. 3 is a schematic view showing a state of a dipole in a piezoelectric material when an active ingredient is mixed in a base material.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between dielectric constant (ε ′) and dielectric loss factor (ε ″) in a piezoelectric material.
5 is a graph showing piezoelectric constants at various temperatures in Example 1. FIG.
6 is a graph showing piezoelectric constants at various temperatures in Example 2. FIG.
FIG. 7 is a graph showing a piezoelectric constant at each temperature in a comparative example.
[Explanation of symbols]
1 ... Piezoelectric material 2 ... Dipole

Claims

Polyvinyl chloride, polyethylene, chlorinated polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, polyisoprene, polystyrene, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, In a base material composed of one or a mixture of two or more selected from acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), natural rubber (NR), and isoprene rubber (IR) 1 type selected from a compound having a benzothiazyl group, a compound having a benzotriazole group, a compound having a diphenyl acrylate group, and a compound having a benzophenone group, which increases the amount of dipole moment in the base material. Piezoelectric material characterized in that the active ingredient consisting of the species or higher is blended (except those that convert electric energy into mechanical energy).

2. The piezoelectric material according to claim 1, wherein the base material is made of a polar polymer selected from polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-butadiene rubber .

3. The piezoelectric material according to claim 1, wherein the active ingredient is contained at a ratio of 10 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base material.