[发明专利]压电体片以及压电体片的制造方法及制造装置

说明书

技术领域

该发明涉及压电体片、压电体片的制造方法及制造装置，特别是，涉及由聚乳酸形成的压电体片及其制造方法以及制造装置。

背景技术

聚乳酸(PLA)具有如图14所示的分子结构。PLA是脱水缩聚物，通过对作为乳酸的环状二聚体的丙交酯进行开环聚合而得到。乳酸包含不对称碳原子，所以具有手性。因此，PLA中存在左旋体(L体)和右旋体(D体)，其聚合物分别称为L型聚乳酸(PLLA)、D型聚乳酸(PDLA)。PLLA的主链具有左旋结构，PDLA的主链具有右旋结构。由通过微生物的力量合成的乳酸形成的聚乳酸绝大多数是L体，现在大批量生产利用的PLA是PLLA。

例如在专利文献1以及非专利文献1记载的那样，进行延伸的PLA膜显现压电性。根据非专利文献1所述，PLLA结晶的点群是D2，作为压电张量，具有如图15(a)所示的组成。

PLLA是螺旋高分子，在螺旋轴方向(C轴方向)具有较大值的偶极子。在PLLA的结晶结构中，C轴方向的偶极子以交替地朝向相反的方向的方式被填充，所以宏观地看，C轴方向的偶极子相互抵消为0。因此，如图15(b)所示，在PLLA片中，若向“3”轴方向施以延伸，则该延伸出的一轴取向PLLA片的压电张量最终成为如图15(c)所示的组成。

现有的压电性PLLA的压电现象是，例如专利文献1以及2记载的那样，如图15(c)所示的d₁₄所致的现象为主体，其值是10～20pC/N左右。该PLLA的压电常数在高分子中明显是很大的值。

另一方面，作为现在市售的陶瓷压电体的代表的PZT具有d₃₃＝300～700pC/N的值，并被应用于各种致动器、压电蜂鸣器、压电扬声器等。然而，PZT是含有铅的材料，从保护环境的观点考虑，无铅的压电材料是市场所期望的。并且，作为无机类压电材料，陶瓷是主流，但是制造成本高，废弃时不得不依赖于填埋等处理。于是，人们期待一种制造成本低，废弃物处理容易的高分子类压电材料，然而，具有能够匹敌PZT的压电常数的材料还不存在。

PVDF(聚偏氟乙烯)、PLLA被视为有希望成为具有非常大的压电常数的高分子材料。特别是PLLA，如图14所示，作为构成元素只包含C、O以及H，所以即使焚烧也不会产生有害物质。另外，PLLA是经过水解-微生物分解这两个阶段的分解过程，能够完全分解为水和CO₂的生物可分解塑料。现在，原料是来自于玉米的淀粉，在原料本身完全不使用石油。除了制造过程中所使用的能量所产生的CO₂，PLLA本身还将空气中的CO₂作为原材料，所以分解后不会增加空气中的CO₂。这就是被称为碳中和的理由，从而作为对环境有益的材料而非常受关注。

可是，如上所述，PLLA的压电常数是d₁₄，最高是20pC/N左右，与PZT的压电常数比较，非常之小。因此，作为PZT的代替材料而使用PLLA时，需要将动作时的施加电压设定得非常高，不得不说对现有技术而言替换成PLLA是非常困难的。

专利文献1：日本特开平5-152638号公报

专利文献2：日本特开2005-213376号公报

非专利文献1：田實佳郎，「ポリ乳酸膜の光·電気機能」，未来材料，2003年7月号，第3巻，第7号，P.16-25。

发明内容

于是，本发明的目的在于提供一种使用聚乳酸，且特别是在厚度方向上具有高压电常数的压电体片。

本发明的另一目的是提供一种如上所述的压电体片的制造方法以及制造装置。

本发明的特征在于，首先是针对由聚乳酸构成的压电体片，为解决上述的技术的课题，其至少一部分的聚乳酸分子的螺旋轴相对地朝向厚度方向，从而在厚度方向上显现压电性。

这里需要说明的是，虽然有时会根据厚度而区分“片”这个词和“膜”这个词。但是，在本说明书中，无关厚度，皆使用“片”这个词。

另外，如背景技术中说明的那样，聚乳酸通常作为L型聚乳酸而进行流通，然而作为用于解决课题的手段的聚乳酸的概念包含L型聚乳酸、D型聚乳酸或其混合物。

本发明还涉及用于制造上述的压电体片的方法。本发明的压电体片的制造方法的特征在于，具备：准备聚乳酸片的工序；使用微波加热聚乳酸片的加热工序；为了使聚乳酸片在厚度方向上显现压电性，向被加热的聚乳酸片的厚度方向施加高电压，使至少一部分的聚乳酸分子的螺旋轴相对地朝向厚度方向的高电压施加工序。