[发明专利]包含氟树脂膜的压电元件

说明书

技术领域

本发明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，本发明涉及一种包含多孔氟树脂膜的压电元件。

背景技术

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)]。