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WO2018096924A1 - 圧電積層体素子ならびにそれを用いた荷重センサおよび電源 - Google Patents

圧電積層体素子ならびにそれを用いた荷重センサおよび電源 Download PDF

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Publication number
WO2018096924A1
WO2018096924A1 PCT/JP2017/040145 JP2017040145W WO2018096924A1 WO 2018096924 A1 WO2018096924 A1 WO 2018096924A1 JP 2017040145 W JP2017040145 W JP 2017040145W WO 2018096924 A1 WO2018096924 A1 WO 2018096924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric
laminate
load
output voltage
polymer film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/040145
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉田　哲男
佳郎 田實
温子 加藤
竹岡　宏樹
幸博 島崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Kansai University
Original Assignee
Teijin Ltd
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Kansai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teijin Ltd, Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd, Kansai University filed Critical Teijin Ltd
Priority to JP2018552498A priority Critical patent/JP6634638B2/ja
Priority to CN201780071958.1A priority patent/CN109952496B/zh
Priority to US16/462,379 priority patent/US11417825B2/en
Priority to DE112017005909.7T priority patent/DE112017005909T5/de
Publication of WO2018096924A1 publication Critical patent/WO2018096924A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/506—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a cylindrical shape and having stacking in the radial direction, e.g. coaxial or spiral type rolls
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric laminate element using a piezoelectric polymer film.
  • Patent Document 1 proposes a sensor for detecting mechanical vibration by converting it into voltage using such a piezoelectric material, and a piezoelectric speaker using vibration generated by applying a signal voltage to an electrode. .
  • the pressure-sensitive sensor of Patent Document 2 detects a load change with a slow speed as an instantaneous deformation of the nonlinear flexure member. Therefore, in order to know that a static load is continuously applied, a determination means circuit is required in addition to the piezoelectric element.
  • the load sensor disclosed in Patent Document 3 requires a piezoelectric element that is connected to an AC power source and repeatedly vibrates and vibrates. Thus, in order to detect a static load with a piezoelectric element, other circuits and elements are required, and it is difficult to detect a static load with a single piezoelectric element.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a substantially constant output corresponding to the applied static load, even if it is a static load for which an output voltage cannot be obtained with a conventional piezoelectric element.
  • An object of the present invention is to provide a piezoelectric laminate element in which a voltage is continuously output.
  • a piezoelectric laminate element according to the present invention includes a laminate in which a plurality of piezoelectric polymer film layers exhibiting piezoelectricity in the plane direction of the film are laminated, and an output voltage is applied to the laminate. When the applied load is constant, the output voltage is substantially constant.
  • the cross section of the piezoelectric polymer film layer has at least a curved portion.
  • the cross section of the piezoelectric polymer film layer has the curved portion and a straight portion continuous to the curved portion.
  • the piezoelectric polymer film layer is a poly L-lactic acid film layer and / or a poly D-lactic acid film layer.
  • the laminate is a wound laminate in which a first conductive layer, the piezoelectric polymer film layer, a second conductive layer, and an insulating layer are wound. It is characterized by being.
  • the piezoelectric polymer film layer and the insulating layer are film layers made of an optical chiral polymer, and the laminate is applied with a voltage to the piezoelectric polymer film layer.
  • the piezoelectric layer is laminated so that the direction showing the piezoelectric characteristics sometimes and the direction showing the piezoelectric characteristics when a voltage opposite to the voltage is applied to the insulating layer are the same direction.
  • a first electrode electrically connected to the first conductive layer is formed on one side surface of the wound laminated body, and the second electrode is formed on the other side surface of the wound laminated body.
  • a second electrode that is electrically connected to the conductive layer is formed.
  • the central portion of the wound laminate has no space.
  • the central part of the wound laminated body has a space.
  • a core member is inserted into a central portion of the wound laminate.
  • the load sensor of the present invention includes the piezoelectric laminate element described in any of (1) to (12) and a detection device that is connected to the piezoelectric laminate element and detects its output. It is characterized by.
  • the power source of the present invention is characterized by using the piezoelectric laminate element described in any one of (1) to (12).
  • a piezoelectric element in which a substantially constant output voltage corresponding to the applied static load is continuously output, even if the load is a static load that cannot be obtained with a conventional piezoelectric element.
  • a laminated body element can be provided.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the load and output voltage in Examples 2 to 5. It is a figure which shows the relationship between the load of the flat piezoelectric laminated body element which is a comparative example, and an output voltage. It is a figure which shows a cylindrical piezoelectric laminated body element and an output voltage. It is a figure which shows an output voltage when two piezoelectric laminated body elements are connected in series.
  • the piezoelectric laminate element of the present invention comprises a laminate in which a plurality of piezoelectric polymer film layers that express piezoelectricity in the plane direction of the film are laminated, and the output voltage increases or decreases the load applied to the laminate.
  • the output voltage is substantially constant when the applied load is constant.
  • that the output voltage is substantially constant with respect to a constant load means that the voltage having the same polarity is continuously output for several seconds or more while the constant load is applied.
  • the decrease rate of the output voltage for 5 seconds may be 50% or less.
  • the piezoelectric laminate element of the present invention can provide a substantially constant output voltage when the applied load is constant without including other means for detecting a static load.
  • the piezoelectric polymer film is a piezoelectric polymer film that exhibits piezoelectricity in the surface direction of the film.
  • the piezoelectric laminate element includes a piezoelectric laminate that is laminated so that a curved portion is formed on at least a part of a cross section of a piezoelectric polymer film layer that exhibits piezoelectricity in the plane direction of the film.
  • the piezoelectric laminate element of the present invention even after the load becomes constant, distortion due to the stress in the plane direction is continuously generated along the curved portion, thereby continuously outputting the output voltage in a long time of several seconds or more. It is thought that it can be maintained.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a piezoelectric laminate element 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric laminate element 1 according to the embodiment has a first electrode 8 and a second electrode on the side surface of the piezoelectric laminate 2 in which a piezoelectric polymer film that exhibits piezoelectricity is wound in the surface direction of the film to form a wound laminate.
  • the electrode 9 is formed and the extraction electrode 3 is arranged.
  • the shape of the piezoelectric laminate 2 may be a cylindrical shape as shown in FIG. 1 (a), and a rounded shape having a side portion as shown in FIG. It may be rectangular.
  • the rectangular laminated rectangular piezoelectric laminate 2 can be produced by winding a piezoelectric polymer film in a cylindrical shape and then pressing it.
  • the rounded rectangle as shown in FIG. 1 (b) since there are flat portions at the top and bottom, it is easy to stably install the piezoelectric laminate element 1, and the piezoelectric laminate element 1 is used as a pedestal to which a load is applied. Available.
  • pressing may be performed so that no space remains in the central portion of the piezoelectric laminate element 1, or pressing may be performed so that a space remains.
  • a wound laminate may be formed by inserting a core member into the central portion of the piezoelectric laminate element 1.
  • plastics which added plasticizers such as rubbers, such as urethane rubber, silicon rubber, propylene rubber, elastomers, such as an acrylic elastomer, a urethane elastomer, and a polyester elastomer, or soft vinyl chloride
  • examples thereof include a flexible material such as a material, a porous material such as polystyrene foam and sponge, or a hard material such as wood, metal, ceramics, hard PVC, acrylic, and polycarbonate.
  • a flexible material is relatively preferable.
  • the shape is not particularly limited, and may be a shape such as a cylinder or an elliptical column, a polygonal column, or an irregular shape.
  • the piezoelectric laminate 2 is formed by laminating a long first conductive layer 4, a piezoelectric polymer film layer 5, a second conductive layer 6, and an insulating layer 7. Is a laminated body. A part of the laminated structure of the piezoelectric laminate 2 is shown in FIG. By winding, a plurality of structures in which the first conductive layer 4 / piezoelectric polymer film layer 5 / second conductive layer 6 / insulating layer 7 are laminated in this order are repeatedly laminated. A first electrode 8 and a second electrode 9 are formed on the side surface of the piezoelectric laminate 2, and a voltage signal generated in the piezoelectric polymer film layer 5 is taken out attached to the first electrode 8 and the second electrode 9. Output from the electrode 3.
  • the first conductive layer 4 and the second conductive layer 6 are formed so as to have a gap from one or the other end of the piezoelectric polymer film layer 5 as shown in FIG. More specifically, the first conductive layer 4 is exposed on the side surface on the first electrode 8 side of the piezoelectric laminate 2, but is not exposed on the side surface on the second electrode 9 side. On the other hand, the second conductive layer 6 is exposed on the side surface on the second electrode 9 side of the piezoelectric laminate 2 and is not exposed on the side surface on the first electrode 8 side.
  • the first layer is formed by performing electrode formation by means of spraying of a conductive substance (metallicon), plating, vapor deposition, or the like on the side surface of the piezoelectric laminate 2 after winding, or by using an easily deformable material such as conductive rubber.
  • a first electrode 8 electrically connected to the conductive layer 4 and a second electrode 9 electrically connected to the second conductive layer 6 can be formed.
  • aluminum, zinc, tin, lead, nickel, iron, copper, brass etc. and these alloys can be used as a material of the 1st electrode 8 and the 2nd electrode 9.
  • aluminum, zinc, tin, lead, nickel, iron, copper, brass etc. and these alloys can be used.
  • the piezoelectric polymer film layer 5 is formed of a piezoelectric polymer film that exhibits piezoelectricity in the surface direction of the film. That is, the piezoelectric polymer film layer 5 generates a potential difference in the thickness direction of the film when a force is applied in the surface direction of the film.
  • Examples of the piezoelectric polymer film that exhibits piezoelectricity in the plane direction of the film include a poly L-lactic acid (PLLA) film and a poly D-lactic acid (PDLA) film which are optical chiral polymers.
  • PLLA poly L-lactic acid
  • PDLA poly D-lactic acid
  • a polyvinylidene fluoride (PVDF) film is not a piezoelectric polymer film that exhibits piezoelectricity in the surface direction of the film.
  • PLLA and PDLA like polyvinylidene fluoride (PVDF), do not express piezoelectricity in the thickness direction by ion polarization, but express piezoelectricity in the plane direction of the film by being oriented in a predetermined axial direction. It has the property to do.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the thickness of one layer of the piezoelectric polymer film layer 5 may be 0.5 ⁇ m or more, 1 ⁇ m or more, 3 ⁇ m or more, 5 ⁇ m or more, or 10 ⁇ m or more, and is 100 ⁇ m or less, 50 ⁇ m or less, 3025 ⁇ m or less, 20 ⁇ m or less, 15 ⁇ m. Below, it may be 10 ⁇ m or less, or 8 ⁇ m or less.
  • the direction in which the PLLA oriented film exhibits piezoelectricity is the main orientation direction in the oriented film layer, and is simply a direction inclined by 45 ° with respect to the stretching direction.
  • a voltage is applied in the thickness direction of the oriented film layer of PLLA, it appears as a shear deformation in a direction inclined by 45 ° with respect to the stretching direction of the film.
  • Poly L-lactic acid (PLLA) or poly D-lactic acid (PDLA), which is a piezoelectric polymer film that exhibits piezoelectricity in the surface direction of the heel film, has an optical purity of 80 mol% or more. If the optical purity is 80 mol% or more, the piezoelectric characteristics are high and the effects of the present invention are easily exhibited.
  • the optical purity of polylactic acid is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and further preferably 98 mol% or more.
  • Poly L-lactic acid substantially composed only of L-lactic acid units or poly D-lactic acid composed solely of D-lactic acid units is particularly preferred. The optical purity is determined by the following method.
  • a 0.1 g sample is weighed into a polypropylene tube, and 1 mL of methanol and 1 mL of a 5 mol / L aqueous sodium hydroxide solution are added.
  • the tube containing the sample solution is then placed in a water bath at a temperature of 60 ° C. and stirred for 30 minutes until the sample is completely hydrolyzed.
  • 0.25 mol / L sulfuric acid is added for neutralization, 0.1 mL of the sample solution is divided into a 9 cc screw tube, and 3 mL is prepared with a mobile phase to prepare an HPLC sample solution.
  • a copolymer of PLLA or PDLA and other monomers can also be used.
  • the content of units other than L- (D-) lactic acid units is preferably 0 to 10 mol%, more preferably 0 to 5 mol%, and still more preferably 0 to 2 mol%.
  • the insulating layer 7 is a layer for electrically insulating the first conductive layer 4 and the second conductive layer 6, and a generally used insulating material can be used.
  • a film of biaxially oriented polypropylene polypropylene resin such as OPP or polyethylene resin such as polyethylene terephthalate (PET) can be used as the insulating layer 7.
  • a piezoelectric polymer film that exhibits piezoelectricity in the surface direction of the film is also used for the insulating layer 7, and the first conductive layer 4 / first piezoelectric polymer film layer 5 / second conductive layer 6 / second It is good also as a laminated structure made into the piezoelectric polymer film layer 7.
  • the first piezoelectric polymer film layer 5 is a PLLA layer
  • the second piezoelectric polymer film layer 7 is a PDLA layer.
  • the direction showing the piezoelectric characteristics when a voltage is applied in the thickness direction of the PLLA layer and the direction showing the piezoelectric characteristics when a voltage opposite to this is applied in the thickness direction of the PDLA layer are the same direction. Laminate to. That is, the PLLA layer and the PDLA layer are stacked so that charges opposite in the thickness direction are generated with respect to deformation in the same direction. By stacking in this way, it is possible to obtain a larger output voltage without canceling out charges generated in the PLLA layer and charges generated in the PDLA layer.
  • both the first piezoelectric polymer film layer 5 and the second piezoelectric polymer film layer 7 are PLLA layers, or when both are PDLA layers, the stretching direction of the film is adjusted when laminating.
  • the first piezoelectric polymer film layer 5 and the second piezoelectric polymer film layer 7 are laminated so as to generate charges opposite to each other in the thickness direction against deformation in the same direction. By stacking in this way, it is possible to obtain a larger output voltage without canceling out the charges generated with each other.
  • the first conductive layer 4 and the second conductive layer 6 are not particularly limited as long as they are conductive materials, but indium, tin, zinc, gallium, antimony, titanium, silicon, zirconium, magnesium, aluminum, gold, silver, copper, At least one metal selected from the group consisting of palladium and tungsten, or an oxide of at least one metal selected from the above group is preferably used.
  • the formation method of the 1st conductive layer 4 and the 2nd conductive layer 6 is not specifically limited, In order to form electroconductivity uniformly, it is preferable to employ
  • the film can be formed at a relatively low temperature, so that thermal damage to the piezoelectric polymer film can be suppressed. Excellent in properties.
  • a coating for improving adhesion can be applied before the aluminum layer is formed.
  • a conductive paste or conductive adhesive may be applied, or a conductive sheet-like laminate such as a metal foil may be formed.
  • the thickness of the first conductive layer 4 and the second conductive layer 6 is not particularly limited, but the surface resistance value is preferably 1 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ or less, more preferably 5 ⁇ 10 3 ⁇ / ⁇ or less, and further preferably May be selected such that the thickness is 1 ⁇ 10 3 ⁇ / ⁇ or less.
  • the thickness is preferably 15 nm or more.
  • the thickness is preferably 20 nm to 200 nm, more preferably 20 nm to 100 nm. In the case of such a thickness, the surface resistance value becomes low and it becomes easy to form a continuous film. Further, it seems that the piezoelectric laminate is formed by winding without causing damage to the piezoelectric film by heat during film formation, and the strength between the layers of the piezoelectric laminate tends to be ensured.
  • the piezoelectric laminate 2 can be manufactured by the same manufacturing method as that of the wound capacitor. For example, a film in which a first conductive layer 4 is formed on one surface of a piezoelectric polymer film and a second conductive layer 6 is formed on the other surface by vapor deposition is wound around a film for the insulating layer 7 and wound around a bobbin.
  • the number of piezoelectric polymer film layers 5 is preferably 80 or more.
  • the number of layers is the number of layers of the piezoelectric polymer film layer 5 laminated in the diameter direction of the piezoelectric laminate 2, and corresponds to twice the number of windings. If the number of stacked layers is 80 or more, a stable output voltage tends to be obtained.
  • the number of stacked layers is more preferably 400 layers or more, and still more preferably 800 layers or more. If the number of laminated layers is 400 layers or more, good output voltage sustainability can be obtained, and by making the number of layers 800 or more, the load response of the output voltage to the applied load can be increased.
  • the number of layers of the piezoelectric polymer film layer 5 may be 5000 layers or less, 4000 layers or less, 3000 layers or less, 2000 layers or less, or 1500 layers or less.
  • the piezoelectric laminate 2 has a hardness measured with an ASKER rubber hardness meter C type (manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.) in the range of 70 to 100, it is preferable because stable output can be obtained. Within this range, the constraint between the piezoelectric polymer film layers is appropriate, and the continuous strain due to the static load tends to be easily applied to the curved portion.
  • the hardness is preferably in the range of 80 to 95, more preferably in the range of 83 to 95.
  • the hardness is preferably in the range of 94 to 100, more preferably in the range of 95 to 100.
  • Example 1 Provide of piezoelectric laminate element Using a poly L-lactic acid (PLLA) film for the piezoelectric polymer film layer 5 that expresses piezoelectricity in the surface direction of the film, and a poly D-lactic acid (PDLA) film for the insulating layer 7
  • PLLA poly L-lactic acid
  • PDLA poly D-lactic acid
  • Example 1 since the PDLA film of the insulating layer 7 is also a piezoelectric polymer film layer that expresses piezoelectricity in the plane direction, the first conductive layer 4 / the first piezoelectric polymer film layer 5 / the second conductive layer. 6 / stacked structure of second piezoelectric polymer film layer 7
  • a multilayer film was prepared in which a pair of PDLA films with a width of 54 mm were stacked.
  • the first conductive layer 4 was formed as an insulating margin with a gap of 2 mm from one end of the PLLA film, and the second conductive layer 6 was formed with a gap of 2 mm from the other end of the PLLA film.
  • the effective electrode width which is the overlapping width of the first conductive layer 4 and the second conductive layer 6 facing each other across the PLLA film, is 50.0 mm.
  • the PLLA film and the PDLA film are laminated by adjusting the stretching direction of each film so that charges opposite in the thickness direction are generated with respect to deformation in the same direction.
  • the prepared multilayer film is wound 500 times, the obtained cylindrical wound body is sandwiched between flat plates from above and below, and pressed until the center space disappears, and a rounded rectangle as shown in FIG. A laminate was formed.
  • a laminated body having a rounded rectangular shape is thermally laminated to fix each layer.
  • a piezoelectric laminate element 1 was obtained.
  • the shape of Example 1 is shown in Table 1.
  • the number of laminations in Table 1 indicates the number of laminations of the PLLA film and is 1000 layers which is twice the number of windings.
  • the total number of laminations of the PLLA film layer (first piezoelectric polymer film layer 5) and the PDLA film layer (second piezoelectric polymer film layer 7) is 2000.
  • the number of laminations is the number of laminations of the PLLA film layer (first piezoelectric polymer film layer 5) unless otherwise specified.
  • the outer width of the piezoelectric laminate element 1 is substantially equal to the film width as a value obtained by adding the thicknesses of the first electrode layer 8 and the second electrode layer 9 on the side surface to the film width in Table 1.
  • the effective electrode width is a width in which the first conductive layer and the second conductive layer facing each other across the PLLA film layer overlap.
  • the outer length is the length of the outer shape of the rounded rectangular piezoelectric laminate element 1, and the inner length is the length of the center portion crushed by press working.
  • the hardness is an average value obtained by placing the heat-treated piezoelectric laminate element 1 on a stainless steel plate, and measuring the center of the flat portion of the rounded rectangle with an ASKER rubber hardness meter C type (manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.). is there.
  • the hardness was measured in accordance with the hardness test described in JIS K7312 and JIS S6050.
  • this testing machine is a scale indicating the hardness as a pressurizing surface that pressurizes the surface of the test piece, a push needle protruding from a hole provided in the pressurization surface by a spring pressure, and a distance at which the push needle is pushed back by the test piece surface.
  • the diameter of the center hole of the pressure surface is 5.5 mm
  • the size of the pressure surface is a rectangle of 44 mm ⁇ 18 mm
  • the shape of the push needle is 2.54 mm in height
  • the diameter is 5.08 mm.
  • the output voltage when a load was applied was measured. As shown in FIG. 3, the measurement is performed by placing one plane portion of the piezoelectric laminate element 1 on the rigid body 11 as the lower side, and 50 mm ⁇ 60 mm, 25 mm ⁇ 30 mm, 12 mm ⁇ 15 mm, and thickness of 1. Three acrylic plates 10 of 9 mm were placed on top of each other, and a load was applied in the direction of the arrow in the figure by the load tester 12 so that a uniform load was applied to the entire flat portion. From the measurement results, the sustainability of the output voltage of the piezoelectric laminate element 1 and the load response of the output voltage were evaluated.
  • the maintainability of the output voltage was evaluated based on the rate of decrease of the output voltage after the load applied to the piezoelectric laminate element 1 was made constant by the load tester 12. From the time when the output voltage reached the maximum, the output voltage reduction rate after 5 seconds was 50% or less, ⁇ was 20% or less, and ⁇ was 10% or less.
  • the load responsiveness of the output voltage was measured with the load applied to the piezoelectric laminate element 1 being constant at 15N, 50N, 100N, 200N, and 400N, and was evaluated from the maximum value of the output voltage at each load. In the range of 15 N to 400 N, the proportionality between the load value and the maximum value of the output voltage is marked with ⁇ . Although the proportional relationship is recognized at low load, the output voltage saturates as the load increases. Then, those that deviate from the proportional relationship were marked with ⁇ . The results are shown in Table 1.
  • 4A to 4D show the results of measuring the output voltage when a static load having a peak of 15 N to 300 N is applied to the piezoelectric laminate element 1 of Example 1 with a load of 10 M ⁇ . .
  • the output voltage from the piezoelectric laminate element 1 rises following an increase in the applied load, and the output voltage becomes substantially constant when the load is fixed at the peak load. If the load is decreased after the peak load is continuously applied, the output voltage also follows and decreases, and when the load becomes zero, the output voltage becomes zero.
  • 4 (a) to 4 (d) in the piezoelectric laminated body element 1 of Example 1, following the increase / decrease of the load to which the output voltage is applied, when the applied load becomes constant, the piezoelectric laminate element 1 continues to be substantially constant. It can be seen that an output voltage can be obtained.
  • Example 1 the piezoelectric laminate element 1 that can obtain an output voltage with respect to the addition of a static load can be realized.
  • FIG. 5 shows an output voltage when a periodic load is applied to the piezoelectric laminate element 1 of the first embodiment.
  • FIGS. 5A and 5C show output voltages when an operation of applying 10N and 25N loads for 10 seconds, respectively, is repeated 10 times.
  • FIGS. 5B and 5D show the results when the operation of applying a load of 10 N and 25 N for 5 seconds, respectively, was repeated 20 times.
  • the output voltage of the piezoelectric laminate element periodically changes following the periodic change of the load. It can be seen that the output voltage is substantially constant while the load is constant.
  • Examples 2 to 5 As Examples 2 to 5, a piezoelectric laminate element 1 having the number of layers, the effective electrode width, the outer length, the inner length, the film width, the thickness, and the hardness shown in Table 1 was produced.
  • the manufacturing method is the same as in Example 1.
  • Example 2 the output voltage was measured when a static load with no load variation was applied. The results are shown in FIG. FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D show the measurement results of Examples 2, 3, 4, and 5, respectively.
  • Example 2 in which the number of layers is 100, the output voltage tends to decrease after making the load constant as compared to the other examples. However, the output voltage does not become zero and a constant voltage is continuously output, and a static load can be detected. It can be seen that in Example 3 in which the number of layers is 500 and in Examples 4 and 5 in which the number of layers is 900, compared to Example 2, a voltage corresponding to a more static load is output. Table 1 shows the results of evaluating the output voltage sustainability and the output voltage load responsiveness of Examples 2 to 5 in the same manner as in Example 1.
  • a flat-stack piezoelectric laminate element without a curved portion was prepared, and the output voltage was measured.
  • the first conductive layer 4 is formed on one surface of the PLLA film by aluminum vapor deposition, and the second conductive layer is formed on one surface of the PDLA film. 6 was formed.
  • the flat piezoelectric laminate element of Comparative Example 1 was obtained.
  • the laminated structure of Comparative Example 1 has the same structure as the first conductive layer 4 / first piezoelectric polymer film layer 5 / second conductive layer 6 / second piezoelectric polymer film layer 7 shown in FIG. Yes, the number of laminated layers is 100 (the number of laminated layers of PLLA film only), and the effective electrode area is 50 mm ⁇ 30 mm.
  • the average value of the hardness measured at three points with an ASKER rubber hardness meter C type manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.
  • FIG. 7 shows the result of measuring the output voltage with a load of 10 M ⁇ when a load of 200 N was continuously applied to the flat-stacked piezoelectric laminate element of Comparative Example 1.
  • the output voltage in a state where the load is constant at 200 N is almost 0 V, and the output voltage corresponding to the static load is not obtained.
  • Comparative Example 1 of the flat piezoelectric multilayer element having no curved portion an output voltage corresponding to a static load cannot be obtained, and a static load cannot be detected.
  • Examples 1 to 5 having a curved portion in part an output voltage corresponding to a static load can be obtained, which can be used as a static load sensor.
  • Example 6 the cylindrical piezoelectric multilayer element 1 shown in FIG. 1A was produced and evaluated.
  • a multilayer film laminated with the PDLA film was wound 150 times to obtain a cylindrical piezoelectric laminate element 1 having a cavity with a diameter of 12 mm in the center.
  • the number of layers in Example 6 is 300 layers, and the effective electrode width is 50 mm.
  • a cylindrical urethane rubber core 13 was provided in the hollow at the center of the cylindrical shape so as not to be crushed even when a load was applied.
  • the average value of hardness measured at three points with an ASKER rubber hardness meter C type was 84.0.
  • the piezoelectric laminate element 1 of Example 6 is placed on a rigid body 11 as shown in FIG. 8A, an acrylic plate 10 is disposed on the top, and a load is applied in the direction of the arrow in the figure by a load tester 12. It was.
  • FIG. 8B shows the result of applying a load of 200 N with the load tester 12 and measuring the output voltage with a load of 10 M ⁇ .
  • the output voltage from the piezoelectric laminate element 1 of Example 6 rises following the increase of the load, and when the load becomes constant at 200 N, the output voltage is continuously output at a substantially constant value. After that, when the load is reduced, the output voltage also follows and decreases. It can be seen that even the cylindrical piezoelectric laminated element 1 outputs a voltage according to a static load and can be used as a static load sensor or the like.
  • FIG. 9 shows that the piezoelectric laminate element 1 of Example 5 was placed on the piezoelectric laminate element 1 of Example 4 placed on a rigid body, and a load of 400 N was applied to the flat portion of Example 5 by a load tester. It is a measurement result. Examples 4 and 5 were electrically connected in series, and the output voltage was measured with a load of 10 M ⁇ .
  • the output voltage when a load of 400 N is applied to the simple examples of Example 4 and Example 5 is about 1V and about 0.7V as shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d).
  • the output of 1.6V is obtained by connecting Example 4 and Example 5 in series.
  • the piezoelectric laminate element of the present invention output can be continuously obtained by a static load. Therefore, by connecting a plurality of piezoelectric laminate elements in series and applying a static load, a single output can be obtained. It is easy to obtain a larger output voltage.
  • the present invention also relates to the use or method of use of a piezoelectric laminate element as a load sensor.
  • the load sensor includes an element such as a wiring that can extract a signal from the piezoelectric laminate element, a detection device, and the like.
  • the load sensor has higher rigidity and strength and durability than a piezoelectric polymer film alone, and is less likely to break even when a large load is applied.
  • the piezoelectric laminate element of the present invention is used for a seat base of a seat, a signal in which a constant load is applied for several seconds or more by a person sitting, and noise generated by an impact such as kicking of the seat
  • the signal can be determined from the output signal of the piezoelectric laminate element 1.
  • the piezoelectric laminate element 1 is provided as a load sensor on the bottom of a shoe, a signal generated when running and a signal generated when walking can be determined from the length of time that the output voltage continues. Is possible.
  • the piezoelectric laminated body element of the present invention can obtain an output voltage even by a static load, it can be used as an energy harvesting device that converts vibrations of a lower period into electric energy, which has not been used so far.
  • the present invention also relates to the use or use of a piezoelectric laminate element as an energy harvesting device or power source.
  • a voltage is added only by connecting a plurality of piezoelectric laminate elements in series without providing a rectifier circuit or a phase matching circuit, it can be used as a power source with a large output voltage.

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Abstract

従来の圧電素子では出力電圧が得られない静的な荷重であっても、一定の出力電圧が出力される圧電積層体素子を提供する。ポリ乳酸フィルムなどの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層を、複数層積層した圧電積層体を圧電積層体素子に用いる。圧電積層体を円筒状、角丸長方形などの一部に曲線部を有する形状としたところ、出力電圧が付加される荷重の増減に追随するとともに、一定の荷重が継続して付加された場合は、一定の出力電圧が継続して出力され、静的な荷重であっても一定の出力電圧が出力される圧電積層体素子が得られる。

Description

圧電積層体素子ならびにそれを用いた荷重センサおよび電源
  本発明は、圧電性高分子フィルムを用いた圧電積層体素子に関する。
  延伸を施したポリ乳酸フィルムに導電層を設けることで、高分子圧電材料として用いられることが知られている。特許文献１にはこのような圧電材料を用いて、機械的な振動を電圧に変換して検出するセンサや、電極に信号電圧を加えることにより発生する振動を利用した圧電スピーカが提案されている。
  従来の圧電素子では変位の加速度に応じて電圧が出力されるため、マイクロ秒レベルの短時間で瞬間的に変化する動的な荷重が加わると大きな出力電圧が得られる。しかし、数秒以上かけてゆっくりと変化する荷重や一定に保たれた荷重である静的な荷重では、圧電素子の変位の加速度は小さくなるため、圧電素子の出力電圧もほぼゼロになり、荷重を検知することが難しい。そこで、圧電素子の出力電圧がほぼゼロとなるような静的な荷重を検出するために、特許文献２のような非線形たわみ部材を設けた感圧センサや、特許文献３のような動的な荷重を生じさせる圧電素子を別途設けた荷重センサが提案されている。
特開２０１４－２７０３８号公報 特開２００３－１０６９１１号公報 実開平５－７５６３４号公報
  特許文献２の感圧センサは、速度の遅い荷重変化を非線形たわみ部材の瞬間的な変形として検知する。このため、静的な荷重が継続して付加されていることを知るためには、圧電素子に加えて判定手段回路を必要とする。また、特許文献３の荷重センサは、検出部となる圧電素子の他に、交流電源が接続され伸縮を繰り返して振動する圧電素子を必要とする。このように、圧電素子により静的な荷重を検知するためには、他の回路、素子などを必要とし、圧電素子単体で静的な荷重を検知することは難しい。
  本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来の圧電素子では出力電圧が得られない静的な荷重であっても、加えられた静的な荷重に応じた略一定の出力電圧が、継続して出力される圧電積層体素子を提供することを目的とする。
  本発明者らは、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層を複数層積層した積層体では、荷重が一定となった後にも略一定の電圧が継続して出力されることを見出し、更なる検討の結果、本発明を完成するに至った。
  即ち、本発明は以下の（１）～（１１）の態様を含む。
（１）本発明の圧電積層体素子は、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層が複数層積層された積層体を備え、出力電圧が前記積層体に付加される荷重の増減に追随し、前記付加される荷重が一定のとき前記出力電圧は略一定であることを特徴とする。
（２）（１）において、前記圧電性高分子フィルム層の断面は、少なくとも曲線部を有することを特徴とする。
（３）（２）において、前記圧電性高分子フィルム層の断面は、前記曲線部と前記曲線部に連続する直線部とを有することを特徴とする。
（４）（１）から（３）のいずれかにおいて、前記圧電性高分子フィルム層は、ポリＬ－乳酸フィルム層および／またはポリＤ－乳酸フィルム層であることを特徴とする。
（５）（１）から（４）のいずれかにおいて、前記積層体は、第１導電層と前記圧電性高分子フィルム層と第２導電層と絶縁層とが巻回された巻回積層体であることを特徴とする。
（６）（５）において、前記圧電性高分子フィルム層および前記絶縁層は、光学キラルな高分子からなるフィルム層であり、前記積層体は、前記圧電性高分子フィルム層に電圧を付加したときに圧電特性を示す方向と、前記絶縁層に前記電圧とは逆の電圧を付加したときの圧電特性を示す方向が同一方向になるように積層されていることを特徴とする。
（７）（５）または（６）において、前記巻回積層体の一方の側面に前記第１導電層と導通する第１電極が形成され、前記巻回積層体の他方の側面に前記第２導電層と導通する第２電極が形成されることを特徴とする。
（８）（５）から（７）のいずれかにおいて、前記巻回積層体の中心部は空間を有していないことを特徴とする。
（９）（５）から（７）のいずれかにおいて、前記巻回積層体の中心部は空間を有することを特徴とする。
（１０）（５）から（７）のいずれかにおいて、 前記巻回積層体の中心部に、コア部材が挿入されていることを特徴とする。
（１１）（５）から（７）のいずれかにおいて、高分子計器株式会社製のＡＳＫＥＲゴム硬度計Ｃ型で測定した硬度が、７０から１００の範囲であることを特徴とする。
（１２）（１）から（１１）のいずれかにおいて、前記圧電性高分子フィルム層の積層数が８０層以上であることを特徴とする。
（１３）また、本発明の荷重センサは、（１）から（１２）のいずれかに記載された圧電積層体素子及び前記圧電積層体素子に接続してその出力を検出する検出装置を含むことを特徴とする。
（１４）また、本発明の電源は、（１）から（１２）のいずれかに記載された圧電積層体素子を用いたことを特徴とする。
  本発明によれば、従来の圧電素子では出力電圧が得られない静的な荷重であっても、加えられた静的な荷重に応じた略一定の出力電圧が、継続して出力される圧電積層体素子を提供することができる。
圧電積層体素子を模式的に示す図である。 圧電積層体の層構成を示す図である。 圧電積層体素子の評価方法を示す図である。 実施例１の荷重と出力電圧の関係を示す図である。 実施例１の繰返し荷重に対する出力電圧を示す図である。 実施例２～５の荷重と出力電圧の関係を示す図である。 比較例である平板圧電積層体素子の荷重と出力電圧の関係を示す図である。 円筒状の圧電積層体素子と出力電圧を示す図である。 ２個の圧電積層体素子を直列接続したときの出力電圧を示す図である。
  本発明の圧電積層体素子は、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層が複数層積層された積層体を備え、出力電圧が前記積層体に付加される荷重の増減に追随し、付加される荷重が一定のとき出力電圧は略一定であることを特徴とする。本発明における一定の荷重に対して出力電圧が略一定であるとは、一定の荷重が付加されている間、数秒間以上の間連続して同一極性の電圧が出力され続けることをいう。一定の荷重が付加されている間の出力電圧が時間と共に減少する場合、５秒間の出力電圧の減少率が５０％以下であればよい。５秒間の出力電圧の減少率が５０％以下であれば、同一極性の電圧が出力され続けていることにより、荷重が継続して付加されていることを出力電圧から判定できるので出力電圧が略一定であるという。本発明の圧電積層体素子は、静的な荷重を検知する他の手段を含まずに、付加される荷重が一定のときに略一定な出力電圧を提供することができる。
  本発明において圧電性高分子フィルムは、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルムである。また、圧電積層体素子は、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層の断面の少なくとも一部に、曲線部が形成されるように積層された圧電積層体を備える。圧電積層体素子に荷重が加えられると、圧電性高分子フィルムの厚さ方向と面方向に応力が生じる。本発明の圧電積層体素子では、荷重が一定になった後も、面方向の応力による歪が曲線部に沿って継続的に発生し、それによって数秒以上の長時間で継続して出力電圧を維持することができると考えられる。
  以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態の圧電積層体素子１を、模式的に示す図である。実施形態の圧電積層体素子１は、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルムを巻回して巻回積層体とした圧電積層体２の側面に、第１電極８および第２電極９を形成し、取出し電極３を配置したものである。圧電積層体２の形状は、図１（ａ）のような円筒状であってもよく、図１（ｂ）に示すような側面形状が曲線部と曲線部に連続した直線部を有する角丸長方形であってもよい。
  角丸長方形の圧電積層体２は、円筒状に圧電性高分子フィルムを巻回後、プレス加工して作製することができる。図１（ｂ）のような角丸長方形では、上下に平面部が存在するため、圧電積層体素子１を安定して設置することが容易であり、圧電積層体素子１を荷重が加わる台座として利用できる。プレス加工の際は、圧電積層体素子１の中心部に空間が残らないようにプレス加工してもよいし、空間が残るようにプレス加工してもよい。
　また、圧電積層体素子１の中心部にコア部材を挿入して巻回積層体が形成されていてもよい。コア部材としては、特に限定されないが、例えばウレタンゴムやシリコンゴム、プロピレンゴムなどのゴム類、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマー、ポリエステルエラストマーなどのエラストマー類、あるいはその他、軟質塩ビなどの可塑剤を添加したプラスチック素材など、といった柔軟性を有する素材や、発泡スチロール、スポンジなどといった多孔体、あるいは、木材、金属、陶器、硬質塩ビ、アクリル、ポリカーボネートなどの硬質素材を挙げることができる。また、これら単一素材のみならず各種素材を組み合わせても構わない。ただし、柔軟な素材であることが比較的好ましい。また、形状も特に制限されるものではなく、円柱、楕円柱といった形状や、多角柱、異形のものであっても構わない。
  圧電積層体２は図２（ａ）に模式的に示すように、長尺の第１導電層４、圧電性高分子フィルム層５、第２導電層６、および絶縁層７が重ねられ巻回された積層体である。圧電積層体２の積層構造の一部を図２（ｂ）に示す。巻回により、第１導電層４／圧電性高分子フィルム層５／第２導電層６／絶縁層７がこの順に積層された構造が、繰り返し複数積層される。圧電積層体２の側面には、第１電極８および第２電極９が形成され、圧電性高分子フィルム層５で生じた電圧信号は、第１電極８および第２電極９に取り付けられた取出し電極３から出力される。
  第１導電層４および第２導電層６は、図２に示すようにそれぞれ圧電性高分子フィルム層５の一方または他方の端部から間隙を有するように形成される。より具体的には、第１導電層４は圧電積層体２の第１電極８側では側面に露出するが、第２電極９側の側面には露出しない。一方、第２導電層６は圧電積層体２の第２電極９側で側面に露出し、第１電極８側の側面には露出しない。このため、巻回後に圧電積層体２の側面に導電性物質の溶射（メタリコン）、めっき、蒸着などによる電極形成、または導電性ゴムなどの変形容易な材料による電極形成を行うことにより、第１導電層４と電気的に接続された第１電極８、および第２導電層６と電気的に接続された第２電極９を形成することができる。なお、第１電極８および第２電極９の材料としては、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ニッケル、鉄、銅、真鍮などと、これらの合金を用いることができる。また、導電性ペーストや導電性接着剤の塗布、導電性シートなどの接着により形成しても構わない。
  圧電性高分子フィルム層５は、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルムによって形成される。すなわち、圧電性高分子フィルム層５は、フィルムの面方向に力が加わることによって、フィルムの厚み方向に電位差が生じる。フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルムの例としては、光学キラルな高分子であるポリＬ－乳酸（ＰＬＬＡ）フィルム、ポリＤ－乳酸（ＰＤＬＡ）フィルムなどがある。なお、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムは、フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルムではない。ＰＬＬＡ、ＰＤＬＡは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような、イオンの分極によって厚さ方向に圧電性を発現するものではなく、所定の軸方向に配向させることでフィルムの面方向に圧電性を発現する性質を有している。
  圧電性高分子フィルム層５の１層の厚みは、０．５μｍ以上、１μｍ以上、３μｍ以上、５μｍ以上、又は１０μｍ以上であってもよく、１００μｍ以下、５０μｍ以下、３０２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、又は８μｍ以下であってもよい。
  ＰＬＬＡの配向フィルムの圧電性を発現する方向は、配向フィルム層における主配向方向で、簡単には延伸方向に対して４５°傾いた方向である。ＰＬＬＡの配向フィルム層の厚み方向に電圧を付与した場合、フィルムの延伸方向に対して４５°傾いた方向にずり変
形として発現する。
  フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルムであるポリＬ－乳酸（ＰＬＬＡ）またはポリＤ－乳酸（ＰＤＬＡ）は、光学純度が８０モル％以上である。光学純度が８０モル％以上であれば、圧電特性が高く本発明の効果が発現されやすい。ポリ乳酸の光学純度は、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上である。実質的にＬ－乳酸単位のみから構成されるポリＬ－乳酸もしくはＤ－乳酸単位のみから構成されるポリＤ－乳酸が特に好ましい。光学純度は、以下の方法で決定される。
　まず、ポリプロピレン製チューブに０．１ｇのサンプルを秤り込み、メタノール１ｍＬと、５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液１ｍＬとを加える。次に、サンプル溶液が入った前記チューブを、温度６０℃の水浴に入れ、サンプルが完全に加水分解するまで、３０分間攪拌する。さらに、前記サンプル溶液を室温まで冷却後、０．２５ｍｏｌ／Ｌ硫酸を加えて中和し、サンプル溶液の０．１ｍＬを９ｃｃスクリュー管に取り分け、移動相で３ｍＬとしてＨＰＬＣ試料溶液を調製する。最後に、ＨＰＬＣ試料溶液を、ＨＰＬＣ装置に５μＬ注入し、下記ＨＰＬＣ条件で、ポリ乳酸のＤ／Ｌ体ピーク面積を求めてＬ体の量とＤ体の量を算出し、下記式にて光学純度を算出する：
　　光学純度（％ｅｅ）＝１００×｜Ｌ体量－Ｄ体量｜／（Ｌ体量＋Ｄ体量）
  圧電性高分子フィルム層５には、ＰＬＬＡもしくはＰＤＬＡとその他のモノマーとの共重合体も用いることができる。Ｌ－（Ｄ－）乳酸単位以外の単位の含有量は、好ましくは０～１０モル％、より好ましくは０～５モル％、さらに好ましくは０～２モル％である。
  絶縁層７は、第１導電層４と第２導電層６を電気的に絶縁するための層であり、一般に用いられる絶縁材料を利用することができる。例えば、２軸延伸ポリプロピレン（ＯＰＰなどポリプロピレン系樹脂またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエチレン系樹脂のフィルムを絶縁層７として利用できる。
  また、絶縁層７にもフィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルムを用いて、第１導電層４／第１圧電性高分子フィルム層５／第２導電層６／第２圧電性高分子フィルム層７とした積層構造としてもよい。例えば、第１圧電性高分子フィルム層５をＰＬＬＡ層、第２圧電性高分子フィルム層７をＰＤＬＡ層とする。そして、ＰＬＬＡ層の厚み方向に電圧を加えたときに圧電特性を示す方向と、これとは逆の電圧をＰＤＬＡ層の厚み方向に加えたときの圧電特性を示す方向が、同一方向になるように積層する。つまり、ＰＬＬＡ層とＰＤＬＡ層は、同一方向の変形に対して、厚み方向に正反対の電荷が発生するように積層する。このように積層すれば、ＰＬＬＡ層で発生した電荷とＰＤＬＡ層で発生した電荷が打ち消し合うことなく、より大きな出力電圧を得ることが可能である。
  第１圧電性高分子フィルム層５と、第２圧電性高分子フィルム層７の双方をＰＬＬＡ層とする場合、または双方をＰＤＬＡ層とする場合は、積層する際にフィルムの延伸方向を調整し、同一方向の変形に対して、第１圧電性高分子フィルム層５と第２圧電性高分子フィルム層７とが、厚み方向に正反対の電荷が発生するように積層する。このように積層すれば、お互いに発生した電荷を打ち消し合うことなく、より大きな出力電圧を得ることが可能である。
  第１導電層４および第２導電層６は、導電性材料であれば特に限定されないが、インジウム、スズ、亜鉛、ガリウム、アンチモン、チタン、珪素、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、金、銀、銅、パラジウム、タングステンからなる群より選択される少なくとも１種の金属、または上記群より選択される少なくとも１種の金属の酸化物が好ましく用いられる。第１導電層４および第２導電層６の形成方法は特に限定されないが、導電性を均一に形成するためには、蒸着法またはスパッタリング法を採用することが好ましい。例えば、導電材料にアルミニウムを用い、圧電性高分子フィルム表面に蒸着法またはスパッタリング法でアルミニウム層を成膜すれば、比較的低温で成膜できるため圧電性高分子フィルムの熱ダメージを抑制でき生産性にも優れる。また、アルミニウム層を成膜する前に、密着性を向上させるためのコーティングを施すこともできる。なお、これらの手段の他に導電性ペーストや導電性接着剤の塗布、金属箔などの導電性シート状積層により形成してもよい。
  第１導電層４および第２導電層６の厚さは特に制限されないが、その表面抵抗値が好ましくは１×１０４Ω／□以下、より好ましくは５×１０３Ω／□以下、さらに好ましくは１×１０３ Ω／□以下となるような厚みを選択すればよく、例えば、厚さ１５ｎｍ以上とするのが好ましい。さらに、導電性と層形成のし易さの観点から、２０ｎｍ～２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ～１００ｎｍである。このような厚さの場合には、表面抵抗値が低くなり、かつ連続被膜としやすくなる。また、製膜時の熱で圧電性フィルムにダメージを与えることがなく、巻回して圧電積層体を形成することもよういであり、圧電積層体の層間の強度も確保できる傾向にある。
  圧電積層体２は、巻回コンデンサと同様の製造方法で作製することができる。例えば、圧電性高分子フィルムの一方の面に第１導電層４、他方の面に第２導電層６を蒸着により形成したフィルムを、絶縁層７用のフィルムと重ねボビンに巻回して形成される。
  圧電性高分子フィルム層５の積層数は８０層以上であることが好ましい。ここで積層数とは、圧電積層体２の直径方向に積層されている圧電性高分子フィルム層５の層数であり、巻回数の２倍に相当する。積層数が８０層以上であると安定した出力電圧が得られる傾向がある。積層数はより好ましくは４００層以上であり、さらに好ましくは８００層以上である。積層数が４００層以上であれば良好な出力電圧の維持性が得られ、さらに８００層以上とすることにより加えた荷重に対する出力電圧の荷重応答性を高くすることができる。圧電性高分子フィルム層５の積層数は５０００層以下、４０００層以下、３０００層以下、２０００層以下、又は１５００層以下であってもよい。
  また、圧電積層体２はＡＳＫＥＲゴム硬度計Ｃ型（高分子計器株式会社製）で測定した硬度が、７０から１００の範囲であると安定した出力がえられるため好ましい。この範囲であれば、圧電性高分子フィルム層間の拘束が適切になり静的な荷重による継続的な歪が曲線部に与えやすい傾向にある。より高い出力電圧を得るためには、硬度を８０から９５の範囲とすることが好ましく、８３から９５の範囲とすることがより好ましい。一方、荷重の変化に対する応答速度を短くするためには、硬度は９４から１００の高めの範囲とすることが好ましく、９５から１００の範囲とすることがより好ましい。
  静的な荷重に対して安定した出力電圧を得るためには、積層数、硬度を調整するとともに、圧電積層体素子の静電容量を大きくすることが好ましい。
（１）実施例１
・圧電積層体素子の作製
  フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層５にポリＬ－乳酸（ＰＬＬＡ）フィルム、絶縁層７にポリＤ－乳酸（ＰＤＬＡ）フィルムを用いて、実施例１の圧電積層体素子１を作製した。実施例１は、絶縁層７のＰＤＬＡフィルムも面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層であるため、第１導電層４／第１圧電性高分子フィルム層５／第２導電層６／第２圧電性高分子フィルム層７の積層構造となる。
  アルミニウム蒸着により膜厚が２５ｎｍとなるように一方の面に第１導電層４、他方の面に第２導電層６を形成したフィルム幅５４ｍｍ、厚さ９μｍのＰＬＬＡフィルムと、厚さ９μｍ、フィルム幅５４ｍｍのＰＤＬＡフィルムとを一対として重ねた多層フィルムを準備した。第１導電層４は絶縁マージンとしてＰＬＬＡフィルムの一方の端部から２ｍｍの間隙を開けて形成し、第２導電層６はＰＬＬＡフィルムの他方の端部から２ｍｍの間隙を開けて形成した。したがって、ＰＬＬＡフィルムを挟んで対向する第１導電層４と第２導電層６の重なり幅である有効電極幅は５０．０ｍｍである。ＰＬＬＡフィルムとＰＤＬＡフィルムは、同一方向の変形に対して、厚み方向に正反対の電荷が発生するように、各フィルムの延伸方向を調整して積層している。
  準備した多層フィルムを５００回巻回し、得られた円筒状の巻回体を上下方向から平板で挟み、中心の空間が無くなるまでにプレス加工し、図１（ｂ）に示すような角丸長方形の積層体を形成した。角丸長方形の積層体を熱ラミネートして各層を固着し、アルミニウム溶射（メタリコン）により圧電積層体２の側面に第１電極層と第２電極層を形成した後、熱処理して実施例１の圧電積層体素子１を得た。実施例１の形状は表１に示す。表１における積層数は、ＰＬＬＡフィルムの積層数を示すもので巻回数の２倍の１０００層となる。ＰＬＬＡフィルム層（第１圧電性高分子フィルム層５）の積層数とＰＤＬＡフィルム層（第２圧電性高分子フィルム層７）を合わせた積層数は２０００層となる。以下、実施例、比較例においては、特段の説明がない限り積層数はＰＬＬＡフィルム層（第１圧電性高分子フィルム層５）の積層数である。
  圧電積層体素子１の外形の幅は、表１におけるフィルム幅に側面の第１電極層８と第２電極層９の厚さを加えた値でフィルム幅に略等しい。有効電極幅は、ＰＬＬＡフィルム層を挟んで対向する第１導電層と第２導電層が重なる幅である。外長は角丸長方形の圧電積層体素子１の外形の長さであり、内長はプレス加工によって潰された中心部の長さである。硬度は熱処理した圧電積層体素子１をステンレス板の上に静置し、角丸長方形の平面部の中央をＡＳＫＥＲゴム硬度計Ｃ型（高分子計器株式会社製）で３点測定した平均値である。この硬度の測定は、ＪＩＳ　Ｋ７３１２及びＪＩＳ　Ｓ６０５０に記載の硬さ試験に準拠して行なわれた。ここで、この試験機は、試験片表面を加圧する加圧面、加圧面に設けた穴からばね圧力によって突き出している押針、及び押針が試験片面によって押し戻される距離を硬さとして示す目盛で構成されており、加圧面の中心穴の直径は５．５ｍｍで、加圧面の寸法が４４ｍｍ×１８ｍｍの大きさの長方形状であり、押針の形状が高さ２．５４ｍｍ、直径５．０８ｍｍの半球状であり、スプリング荷重が目盛０の時に５３９ｍＮ（５５ｇ）で、目盛１００の時に８３７９ｍＮ（８５５ｇ）であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
・圧電積層体素子の評価
  圧電積層体素子１について、荷重を加えたときの出力電圧を測定した。測定は図３に示すように圧電積層体素子１の一方の平面部を下側として剛体１１上に置き、上側の平面部に５０ｍｍ×６０ｍｍ、２５ｍｍ×３０ｍｍ、１２ｍｍ×１５ｍｍ、厚さ各１．９ｍｍの３枚のアクリル板１０を重ねて置き、平面部全体に均一な荷重が加わるようにして荷重試験機１２で図の矢印方向に荷重を加えた。
  測定結果から、圧電積層体素子１の出力電圧の維持性と、出力電圧の荷重応答性を評価した。出力電圧の維持性は、荷重試験機１２で圧電積層体素子１に加える荷重を一定とした後の出力電圧の減少率により評価した。出力電圧が最大となった時点から、５秒後の出力電圧の減少率が５０％以下であるものを△、２０％以下であるものを○、１０％以下であるものを◎とした。出力電圧の荷重応答性は、圧電積層体素子１に加える荷重を１５Ｎ、５０Ｎ、１００Ｎ、２００Ｎ、４００Ｎで一定として測定を行い、それぞれの荷重における出力電圧の最大値から評価した。１５Ｎ～４００Ｎの範囲で、荷重の値と出力電圧の最大値に比例関係が認められたものを◎とし、低荷重では比例関係が認められるものの、荷重が大きくなるに従い出力電圧が飽和し、４００Ｎでは比例関係から外れるものを○とした。結果を表１に示す。
  図４（ａ）～（ｄ）は、実施例１の圧電積層体素子１に、１５Ｎ～３００Ｎをピークとする静的な荷重を加えたときの出力電圧を、負荷１０ＭΩで測定した結果である。何れの測定においても、圧電積層体素子１からの出力電圧は、付加される荷重の増加に追随して上昇し、荷重をピーク荷重で固定すると出力電圧も略一定となる。ピーク荷重を付加し続けた後、荷重を減少させていくと、出力電圧も追随して減少し、荷重がゼロになると出力電圧はゼロとなる。図４（ａ）～（ｄ）から、実施例１の圧電積層体素子１では、出力電圧が付加される荷重の増減に追随し、付加される荷重が一定になると、継続して略一定の出力電圧が得られることがわかる。
  従来の圧電素子では、一定荷重のような変化しない静的な荷重の付加に対する出力電圧はほぼゼロとなる。しかし、実施例１では静的な荷重の付加に対して、出力電圧が得られる圧電積層体素子１が実現できている。
  図５は実施例１の圧電積層体素子１に、周期的な荷重を加えたときの出力電圧である。図５（ａ）と（ｃ）は、それぞれ１０Ｎと２５Ｎの荷重を１０秒間加える作業を、１０回繰り返して付加したときの出力電圧である。図５（ｂ）と（ｄ）は、それぞれ１０Ｎと２５Ｎの荷重を５秒間加える作業を、２０回繰り返して付加したときの結果である。図５（ａ）～（ｄ）のいずれにおいても、圧電積層体素子の出力電圧は、荷重の周期的な変化に追随して周期的に変化する。そして、荷重が一定の間は、出力電圧も略一定であることがわかる。
（２）実施例２～５
  実施例２～５として、表１に示す積層数、有効電極幅、外長、内長、フィルム幅、厚さ、硬度を有する圧電積層体素子１を作製した。製造方法は実施例１と同様に、一方の面に第１導電層４、他方の面に第２導電層６をアルミニウム蒸着により形成した厚さ９μｍのＰＬＬＡフィルムと、厚さ９μｍのＰＤＬＡフィルムとを重ねた多層フィルムを巻回して作製した。
  実施例２～５について、荷重変動がない静的な荷重を付加したときの出力電圧を測定した。結果を図６に示す。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ実施例２、３、４、５の測定結果である。積層数が１００層の実施例２では、他の実施例に比べて荷重を一定にした後、出力電圧が低下する傾向が大きい。しかし、出力電圧がゼロになることはなく継続して一定の電圧が出力されており、静的な荷重の検出ができている。積層数が５００層である実施例３、および積層数が９００層である実施例４、５では実施例２と比べ、より静的な荷重に対応した電圧が出力されていることがわかる。実施例１と同じ方法で、実施例２～５の出力電圧の維持性と、出力電圧の荷重応答性を評価した結果を表１に示す。
  比較のため曲線部の無い平積圧電積層体素子を作製し、出力電圧の測定を行った。７０ｍｍ×３０ｍｍの短冊状で厚さ９μｍのＰＬＬＡフィルムとＰＤＬＡフィルムをそれぞれ１００枚準備し、アルミニウム蒸着によりＰＬＬＡフィルムの一方の面に第１導電層４、ＰＤＬＡフィルムの一方の面に第２導電層６を形成した。そして、ＰＬＬＡフィルムとＰＤＬＡフィルムを交互に積層し熱ラミネートで固着後、アルミニウム溶射（メタリコン）により、圧電積層体の長手方向の側面に第１電極層８と第２電極層９を形成して、比較例１の平積圧電積層体素子を得た。比較例１の積層構造は、図２（ｂ）に示す第１導電層４／第１圧電性高分子フィルム層５／第２導電層６／第２圧電性高分子フィルム層７と同じ構造であり、積層数１００層（ＰＬＬＡフィルムのみの積層数）、有効電極面積５０ｍｍ×３０ｍｍである。比較例１の中央で、ＡＳＫＥＲゴム硬度計Ｃ型（高分子計器株式会社製）で３点測定した硬度の平均値は９９．０であった。
  図７は比較例１の平積圧電積層体素子に、２００Ｎの荷重を継続して加えたときの出力電圧を、１０ＭΩの負荷で測定した結果である。比較例１では荷重を２００Ｎで一定とした状態の出力電圧はほぼ０Ｖで、静的な荷重に応じた出力電圧は得られていない。曲線部の無い平積圧電積層体素子の比較例１では静的な荷重に応じた出力電圧は得られず、静的な荷重を検出できない。これに対し、一部に曲線部を有する実施例１～５では、静的な荷重に応じた出力電圧が得られ、静的な荷重センサなどとして利用可能であることがわかる。
（３）実施例６
  実施例６として、図１（ａ）の円筒型の圧電積層体素子１を作製し評価を行った。実施例１と同じように、アルミニウム蒸着により一方の面に第１導電層４、他方の面に第２導電層６を形成した厚さ９μｍ、幅５４ｍｍのＰＬＬＡフィルムと、厚さ９μｍ、幅５４ｍｍのＰＤＬＡフィルムとを重ねた多層フィルムを１５０回巻回し、中心に直径１２ｍｍの空洞がある円筒型の圧電積層体素子１を得た。実施例６の積層数は３００層、有効電極幅５０ｍｍである。円筒型の中心部の空洞には、荷重を加えても潰れないように、円柱状のウレタンゴムコア１３を設けた。ＡＳＫＥＲゴム硬度計Ｃ型（高分子計器株式会社製）で３点測定した硬度の平均値は８４．０であった。
  実施例６の圧電積層体素子１を、図８（ａ）に示すように剛体１１の上に置き、上部にアクリル板１０を配置して、荷重試験機１２で図の矢印方向に荷重を加えた。荷重試験機１２で２００Ｎの荷重を加え、１０ＭΩの負荷で出力電圧を測定した結果を図８（ｂ）に示す。実施例６の圧電積層体素子１からの出力電圧は、荷重の増加に追随して上昇し、荷重が２００Ｎで一定になると、出力電圧も略一定で継続して出力される。その後、荷重を減少させると、出力電圧も追随して減少する。円筒型の圧電積層体素子１でも、静的な荷重に応じて電圧が出力され、静的荷重センサなどとして利用できることがわかる。
  図９は剛体上においた実施例４の圧電積層体素子１上に、実施例５の圧電積層体素子１を重ねて置き、実施例５の平面部に荷重試験機で４００Ｎの荷重を加えた測定結果である。実施例４と実施例５は電気的に直列となるように接続し、１０ＭΩの負荷で出力電圧を測定した。
  実施例４と実施例５の単体に４００Ｎの荷重を加えたときの出力電圧は、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように約１Ｖと約０．７Ｖである。図９では実施例４と実施例５を直列に接続することにより１．６Ｖの出力が得られている。従来の圧電素子では、出力が瞬間的で位相を一致させることが難しいため、複数の圧電素子を直列に接続しても、単体の圧電素子の場合より大きな出力電圧を得ることは困難である。しかし、本発明の圧電積層体素子では、静的な荷重によって継続的に出力が得られるため、複数の圧電積層体素子を直列に接続して静的な荷重を加えることにより、単体での出力より大きな出力電圧を得ることが容易である。
  実施例１～６の圧電積層体素子１は、静的な荷重に対しても電圧が出力されるため、圧電積層体素子１を荷重センサとして用いれば、簡単な回路構成で荷重検出システムを実現できる。したがって、本発明は、荷重センサとしての圧電積層体素子の使用又は使用方法にも関する。圧電積層体素子１を荷重センサとして用いる場合、その荷重センサは、圧電積層体素子から信号を取り出せる配線などの要素、検出装置などを含む。また、圧電性高分子フィルム単体より剛性が高く強度、耐久性に優れ、大きな荷重が加えられても破損するおそれが少ない。例えば、本発明の圧電積層体素子を、座席の台座などに用いれば、人が座ることによって数秒間以上一定の荷重が加わる状態の信号と、座席が蹴られるなど衝撃が加わったことによって生じるノイズ信号とを圧電積層体素子１の出力信号から判定できる。
  また、圧電積層体素子１を荷重センサとして靴の底に設ければ、走っているときに生じる信号と、歩いているときに生じる信号を、出力電圧が継続する時間長さから判定することが可能である。
  さらに、本発明の圧電積層体素子は、静的荷重によっても出力電圧が得られるため、これまで利用されていない、より低周期の振動を電気エネルギーに変換するエネルギーハーベスト装置としても利用可能である。したがって、本発明は、エネルギーハーベスト装置又は電源としての圧電積層体素子の使用又は使用方法にも関する。特に、整流回路や位相整合回路を設けることなく、複数の圧電積層体素子を直列に接続するだけで電圧が加算されるので、大きな出力電圧の電源として利用できる。
  以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
　１　　圧電積層体素子
　２　　圧電積層体
　３　　取出し電極
　４　　第１導電層
　５　　圧電性高分子フィルム層、第１圧電性高分子フィルム層
　６　　第２導電層
　７　　絶縁層、第２圧電性高分子フィルム層
　８　　第１電極
　９　　第２電極
　１０　　アクリル板
　１１　　剛体
　１２　　荷重試験機
　１３　　ウレタンゴムコア

Claims (14)

  1. 　フィルムの面方向に圧電性を発現する圧電性高分子フィルム層が複数層積層された積層体を備え、
      出力電圧が前記積層体に付加される荷重の増減に追随し、前記付加される荷重が一定のとき前記出力電圧は略一定であることを特徴とする圧電積層体素子。
  2. 　前記圧電性高分子フィルム層の断面は、少なくとも曲線部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電積層体素子。
  3. 　前記圧電性高分子フィルム層の断面は、前記曲線部と前記曲線部に連続する直線部とを有することを特徴とする請求項２に記載の圧電積層体素子。
  4. 　前記圧電性高分子フィルム層は、ポリＬ－乳酸フィルム層および／またはポリＤ－乳酸フィルム層であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電積層体素子。
  5. 　前記積層体は、第１導電層と前記圧電性高分子フィルム層と第２導電層と絶縁層とが巻回された、巻回積層体であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電積層体素子。
  6. 　前記圧電性高分子フィルム層および前記絶縁層は、光学キラルな高分子からなるフィルム層であり、
      前記積層体は、前記圧電性高分子フィルム層に電圧を付加したときに圧電特性を示す方向と、前記絶縁層に前記電圧とは逆の電圧を付加したときの圧電特性を示す方向が同一方向になるように積層されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電積層体素子。
  7. 　前記巻回積層体の一方の側面に前記第１導電層と導通する第１電極が形成され、前記巻回積層体の他方の側面に前記第２導電層と導通する第２電極が形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の圧電積層体素子。
  8. 　前記巻回積層体の中心部は空間を有していないことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の圧電積層体素子。
  9. 　前記巻回積層体の中心部は空間を有することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の圧電積層体素子。
  10. 　前記巻回積層体の中心部に、コア部材が挿入されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の圧電積層体素子。
  11. 　高分子計器株式会社製のＡＳＫＥＲゴム硬度計Ｃ型で測定した硬度が、７０から１００の範囲であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の圧電積層体素子。
  12. 　前記圧電性高分子フィルム層の積層数が８０層以上であることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の圧電積層体素子。
  13. 　請求項１から１２のいずれか一項に記載された圧電積層体素子及び前記圧電積層体素子に接続してその出力を検出する検出装置を含む、荷重センサ。
  14. 　請求項１から１２のいずれか一項に記載された圧電積層体素子を用いた電源。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111312027A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 北京纳米能源与系统研究所 基于聚乳酸压电薄膜的微型马达、驱动器和盲文显示器
CN113432763A (zh) * 2021-06-17 2021-09-24 中北大学 夹芯式pvdf压力计真空环境压制装置及方法
WO2022009747A1 (ja) * 2020-07-10 2022-01-13 株式会社村田製作所 押圧力検知装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112216786B (zh) * 2019-07-09 2022-05-17 北京大学 一种柔性压电高分子微机械能采集器及其制备方法
CN112461433B (zh) * 2020-11-27 2022-05-20 芯海科技（深圳）股份有限公司 电容式压力感测装置以及电子设备
EP4398847A4 (en) * 2021-09-10 2025-07-30 Univ Connecticut IMPLANTABLE PIEZOELECTRIC SCAFFOLD AND EXERCISE-INDUCED PIEZOELECTRIC STIMULATION
AT526049B1 (de) * 2022-11-30 2023-11-15 Net Automation Gmbh Vorrichtung zum Erfassen der Druckkräfte zwischen zwei unter Krafteinwirkung aneinander anstellbaren Körpern

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5671192B2 (ja) * 2013-01-31 2015-02-18 帝人株式会社 圧電振動体
WO2016027615A1 (ja) * 2014-08-19 2016-02-25 株式会社村田製作所 圧電フィルムセンサ

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0575634U (ja) 1992-03-13 1993-10-15 エヌオーケー株式会社 荷重センサおよびそれを使用した荷重センサ構造
US5559387A (en) * 1994-05-13 1996-09-24 Beurrier; Henry R. Piezoelectric actuators
US7233097B2 (en) * 2001-05-22 2007-06-19 Sri International Rolled electroactive polymers
JP3680779B2 (ja) 2001-09-28 2005-08-10 松下電器産業株式会社 感圧センサ及び接触検出装置
JP3678234B2 (ja) * 2002-07-25 2005-08-03 株式会社村田製作所 積層型圧電部品の製造方法、及び積層型電子部品
WO2009139237A1 (ja) * 2008-05-12 2009-11-19 学校法人関西大学 圧電素子および音響機器
WO2010035437A1 (ja) * 2008-09-26 2010-04-01 株式会社村田製作所 圧電積層体
JP5344944B2 (ja) * 2009-02-02 2013-11-20 富士フイルム株式会社 振動抑制フィルム
JP2013101020A (ja) * 2011-11-08 2013-05-23 Seiko Epson Corp センサー素子、力検出装置およびロボット
JP5618013B2 (ja) * 2011-12-13 2014-11-05 株式会社村田製作所 積層型アクチュエータ
US20150357554A1 (en) * 2012-07-03 2015-12-10 Bayer Materialscience Ag Method for producing a multilayer dielectric polyurethane film system
JP6118517B2 (ja) 2012-07-25 2017-04-19 帝人株式会社 圧電積層体
KR20150082201A (ko) * 2012-10-12 2015-07-15 데이진 가부시키가이샤 압전 소자
EP2939281B1 (en) * 2012-12-26 2018-02-14 Applied Cavitation, Inc. Piezoelectric devices
JP2014168132A (ja) * 2013-01-31 2014-09-11 Teijin Ltd 高分子圧電スピーカー
WO2014192541A1 (ja) * 2013-05-27 2014-12-04 株式会社村田製作所 押圧センサ付き表示パネル、および押圧入力機能付き電子機器
JP6183161B2 (ja) * 2013-10-31 2017-08-23 セイコーエプソン株式会社 センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置
CN105814420B (zh) * 2013-12-27 2018-02-09 株式会社村田制作所 压电传感器、触摸面板
WO2018170132A1 (en) * 2017-03-14 2018-09-20 University Of Connecticut Biodegradable pressure sensor
US11678989B2 (en) * 2019-03-01 2023-06-20 University Of Connecticut Biodegradable piezoelectric nanofiber scaffold for bone or tissue regeneration

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5671192B2 (ja) * 2013-01-31 2015-02-18 帝人株式会社 圧電振動体
WO2016027615A1 (ja) * 2014-08-19 2016-02-25 株式会社村田製作所 圧電フィルムセンサ

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111312027A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 北京纳米能源与系统研究所 基于聚乳酸压电薄膜的微型马达、驱动器和盲文显示器
WO2022009747A1 (ja) * 2020-07-10 2022-01-13 株式会社村田製作所 押圧力検知装置
JPWO2022009747A1 (ja) * 2020-07-10 2022-01-13
JP7211563B2 (ja) 2020-07-10 2023-01-24 株式会社村田製作所 押圧力検知装置
US11847289B2 (en) 2020-07-10 2023-12-19 Murata Manufacturing Co., Ltd. Pressing force detection device
CN113432763A (zh) * 2021-06-17 2021-09-24 中北大学 夹芯式pvdf压力计真空环境压制装置及方法
CN113432763B (zh) * 2021-06-17 2023-07-21 中北大学 夹芯式pvdf压力计真空环境压制装置及方法

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