(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の圧電スピーカーについて説明する。
本発明の圧電スピーカーは、圧電積層体を少なくとも振動板の片面に接合した圧電スピーカーであって、以下の(i)〜(iii)の特徴を有する。
(i)圧電積層体は、導電層(2)とポリ乳酸からなる配向フィルム層(1)とが交互に積層され、かつ配向フィルム層(1)を介して隣り合う導電層(2)は、一方は負極に、他方は正極に短絡し、隣り合う配向フィルム層の間に必ず導電層が存在する有効電極部分(6)と、導電層を介することなく隣り合う配向フィルム層が存在する不動部分(7または8)とを有すること、
(ii)圧電積層体(5)と振動板(11)とは、圧電積層体(5)の有効電極部分(6)と不動部分(7および8)の両方で振動板(11)に接合されていること、そして
(iii)各導電層(2)に挟まれた配向フィルム層は、電流を流した際に、伸縮方向が同方向になるように積層されており、配向フィルム層(1)のフィルム面方向の伸縮によって振動板(11)を共振させること。
【0011】
まず、本発明における配向フィルム層(1)について説明する。
[配向フィルム層(1)]
<ポリ乳酸>
配向フィルム層を構成するポリ乳酸としては、ポリL−乳酸、ポリD−乳酸が好ましく挙げられる。
本発明におけるポリL−乳酸は、実質的にL−乳酸単位のみから構成されるポリL−乳酸(以下、PLLAと省略する場合がある。)や、L−乳酸とその他のモノマーとの共重合体であることが好ましく、特に、実質的にL−乳酸単位だけで構成されるポリL−乳酸であることが好ましい。また、本発明におけるポリD−乳酸は、実質的にD−乳酸単位のみから構成されるポリD−乳酸(以下、PDLAと省略する場合がある。)や、D−乳酸とその他のモノマーとの共重合体が好ましく、特に、実質的にD−乳酸単位だけで構成されるポリD−乳酸であることが好ましい。
なお、ここで「主たる」とは、各層を構成する樹脂の質量に対して、ポリ乳酸(層LにおいてはポリL−乳酸、層DにおいてポリD−乳酸)が60質量%以上、好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上であることを示す。また、「実質的に」とは、ポリL−(D―)乳酸におけるL−(D−)乳酸単位の量が90モル%以上であることを示す。
【0012】
ポリL−(D−)乳酸におけるL−(D−)乳酸単位の量は、結晶性の観点、また変位量の向上効果を高くするという観点、およびフィルム耐熱性などの観点より、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは95〜100モル%、さらに好ましくは98〜100モル%である。すなわち、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。
かかるポリ乳酸は、結晶性を有していることが好ましく、前述のような配向・結晶の態様とすることが容易となり、変位量の向上効果を高くすることができる。またその融点は150℃以上190℃以下であることが好ましく、160℃以上190℃以下であることがさらに好ましい。このような態様であるとフィルムの耐熱性に優れる。
本発明におけるポリ乳酸は、その重量平均分子量(Mw)が8万から25万の範囲であることが好ましく、10万から25万以下であることがより好ましい。とりわけ好ましくは12万から20万の範囲である。重量平均分子量Mwが上記数値範囲にあると、フィルムの剛性に優れ、またフィルムの厚み斑が良好になる。
本発明で用いられるポリL−乳酸、ポリD−乳酸には、本発明の目的を損なわない範囲で所望により、L−乳酸、D−乳酸以外の共重合成分を含有させることができる。このとき、ポリ乳酸の結晶性を大きく損なわない範囲で含有させることが好ましい。かかる共重合成分は、特に限定されるものではない。
また、ポリL−乳酸およびポリD−乳酸を製造する方法は特別に限定されるものではなく、従来公知の方法が好適に使用できる。例えば、L−乳酸またはD−乳酸を直接脱水縮合する方法、L−またはD−乳酸オリゴマーを固相重合する方法、L−またはD−乳酸を一度脱水環化してラクチドとした後、溶融開環重合する方法等が例示される。なかでも、直接脱水縮合方法、あるいはラクチド類の溶融開環重合法により得られるポリ乳酸が、品質、生産効率の観点から好ましく、中でもラクチド類の溶融開環重合法が特に好ましく選択される。
【0013】
本発明の配向フィルム層を構成する配向ポリ乳酸フィルムは、一軸配向フィルムであることが好ましい。二軸配向フィルムや無配向フィルムでは、圧電特性が低く、後述のガラス転移温度が60℃以下の熱可塑性樹脂を含有させる効果が十分に発現されない。なお、本発明における一軸配向フィルムとは、フィルムの面内方向におけるもっとも屈折率の高い方向を主配向方向としたとき、フィルムの面内方向における該主配向方向と直交する方向の破断強度との差が、100MPa以上であるような偏った配向を有するフィルムを意味する。なお、本発明において、説明の便宜上、配向ポリ乳酸フィルムの製膜方向を縦方向、MD方向と称することがあり、厚み方向をZ方向、製膜方向と厚み方向とに直交する方向を幅方向、横方向、TD方向と称することがある。
【0014】
ところで、本発明における配向フィルム層は、耐衝撃性改良剤を、配向フィルム層の質量を基準として、0.1〜10質量%の範囲で含有させていることが好ましい。本発明における耐衝撃性改良剤とは、ポリ乳酸の耐衝撃性改良に用いることのできるものであれば特に制限されず、室温でゴム弾性を示すゴム状物質のことであり、例えば、下記の各種耐衝撃性改良剤などが挙げられる。
【0015】
具体的な耐衝撃性改良剤としては、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン共重合体、エチレン−ブテン−1共重合体、各種アクリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体およびそのアルカリ金属塩(いわゆるアイオノマー)、エチレン−グリシジル(メタ)アクリレート共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸アルキルエステル共重合体(例えば、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−アクリル酸ブチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、酸変性エチレン−プロピレン共重合体、ジエンゴム(例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン)、ジエンとビニル単量体との共重合体およびその水素添加物(例えば、スチレン−ブタジエンランダム共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレンランダム共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体、ポリブタジエンにスチレンをグラフト共重合せしめたもの、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体)、ポリイソブチレン、イソブチレンとブタジエンまたはイソプレンとの共重合体、天然ゴム、チオコールゴム、多硫化ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ポリエーテルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリエステル系エラストマーまたはポリアミド系エラストマーなどが挙げることができる。さらに、各種の架橋度を有するものや、各種のミクロ構造、例えばシス構造、トランス構造などを有するもの、コア層とそれを覆う1以上のシェル層から構成される多層構造重合体なども使用することができる。また、本発明において、耐衝撃性改良剤としては、上記具体例に挙げた各種の(共)重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体またはグラフト共重合体などのいずれも用いることができる。さらに、これらの(共)重合体を製造するに際し、他のオレフィン類、ジエン類、芳香族ビニル化合物、アクリル酸、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルなどの単量体を共重合することも可能である。
【0016】
これらの耐衝撃性改良剤の中でも、アクリル単位を含む重合体や、酸無水物基および/またはグリシジル基を持つ単位を含む重合体が好ましい。ここでいうアクリル単位の好適例としては、メタクリル酸メチル単位、アクリル酸メチル単位、アクリル酸エチル単位またはアクリル酸ブチル単位を挙げることができ、酸無水物基やグリシジル基を持つ単位の好適例としては、無水マレイン酸単位またはメタクリル酸グリシジル単位を挙げることができる。
本発明において、耐衝撃性改良剤としては、本発明の効果の点で、コア層とそれを覆う1以上のシェル層から構成される多層構造重合体がより好ましい。なお、本発明において、多層構造重合体とは、コア層とそれを覆う1以上のシェル層から構成され、また、隣接する層が異種の重合体から構成される、いわゆるコアシェル型と呼ばれる構造を有する重合体である。また、多層構造重合体を構成する層の数は、特に限定されるものではなく、2層以上であればよく、3層以上または4層以上であってもよい。
【0017】
本発明で用いられる多層構造重合体としては、内部に少なくとも1層以上のゴム層を有する多層構造重合体であることが好ましい。ここで、ゴム層の種類は、特に限定されるものではなく、ゴム弾性を有する重合体成分から構成されるものであればよい。例えば、(メタ)アクリル成分、シリコーン成分、スチレン成分、ニトリル成分、共役ジエン成分、ウレタン成分またはエチレンプロピレン成分などを重合させたものから構成されるゴムを挙げることができる。好ましいゴムとしては、例えば、(メタ)アクリル酸エチル単位、(メタ)アクリル酸ブチル単位、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル単位または(メタ)アクリル酸ベンジル単位などの(メタ)アクリル成分、ジメチルシロキサン単位やフェニルメチルシロキサン単位などのシリコーン成分、スチレン単位やα−メチルスチレン単位などのスチレン成分、アクリロニトリル単位やメタクリロニトリル単位などのニトリル成分またはブタンジエン単位やイソプレン単位などの共役ジエン成分を重合させたものから構成されるゴムである。また、これらの成分の他に、ジビニルベンゼン単位、(メタ)アクリル酸アリル単位またはブチレングリコールジアクリレート単位などの架橋性成分を共重合して架橋させた架橋ゴムも好ましい。これらの中でも、本発明の効果の点から、ゴム層としては、架橋ゴムが好ましく、ガラス転移温度が0℃以下の架橋ゴムであることがより好ましく、このようなゴム層の種類としては、アクリル酸エチル単位、アクリル酸−2−エチルヘキシル単位、アクリル酸ブチル単位、アクリル酸ベンジル単位、メタクリル酸アリル単位を適宜選択し併用して用いることがさらに好ましく、メタクリル酸アリル単位をゴム層構成単位の0.005〜3質量%の範囲で用いるのが特に好ましい。
【0018】
本発明における多層構造重合体において、ゴム層以外の層の種類は、熱可塑性を有する重合体成分から構成されるものであれば特に限定されるものではないが、透明性、耐熱性および耐衝撃性の点で、ゴム層よりもガラス転移温度が高い重合体成分であることが好ましい。熱可塑性を有する重合体としては、不飽和カルボン酸アルキルエステル系単位、グリシジル基含有ビニル系単位、不飽和ジカルボン酸無水物系単位、脂肪族ビニル系単位、芳香族ビニル系単位、シアン化ビニル系単位、マレイミド系単位、不飽和ジカルボン酸系単位およびその他のビニル系単位などから選ばれる少なくとも1種以上の単位を含有する重合体を挙げることができ、中でも、不飽和カルボン酸アルキルエステル系単位、不飽和グリシジル基含有単位および不飽和ジカルボン酸無水物系単位から選ばれる少なくとも1種以上の単位を含有する重合体が好ましく、さらに不飽和グリシジル基含有単位または不飽和ジカルボン酸無水物系単位から選ばれる少なくとも1種以上の単位を含有する重合体がより好ましい。
本発明で用いられる多層構造重合体としては、シェル層の種類は、特に限定されるものではなく、不飽和カルボン酸アルキルエステル系単位、グリシジル基含有ビニル系単位、脂肪族ビニル系単位、芳香族ビニル系単位、シアン化ビニル系単位、マレイミド系単位、不飽和ジカルボン酸系単位、不飽和ジカルボン酸無水物系単位および/またはその他のビニル系単位などを含む重合体を挙げることができ、本発明の効果の点で、メタクリル酸メチル単位および/またはアクリル酸メチル単位を含む重合体から構成される多層構造重合体であることが好ましい。
【0019】
本発明で用いられる多層構造重合体としては、上述した条件を満たすものとして、市販品を用いてもよく、また、公知の方法により作製することもでき、市販品としては、例えば、三菱レイヨン製“メタブレン”、カネカ製“カネエース”、ロームアンドハース製“パラロイド”、ガンツ化成製“スタフィロイド”またはクラレ製“パラフェイス”などを挙げることができ、これらは、単独ないし2種以上を用いることができる。また、公知の方法としては、乳化重合法がより好ましい。製造方法としては、まず所望の単量体混合物を乳化重合させてコア粒子を作った後、他の単量体混合物をそのコア粒子の存在下において乳化重合させてコア粒子の周囲にシェル層を形成するコアシェル粒子を作る。さらに該粒子の存在下において他の単量体混合物を乳化重合させて別のシェル層を形成するコアシェル粒子を作る。このような反応を繰り返して所望のコア層とそれを覆う1以上のシェル層から構成される多層構造重合体を得る。各層の(共)重合体を形成させるための重合温度は、各層とも0〜120℃が好ましく、5〜90℃がより好ましい。
【0020】
本発明で用いられる多層構造重合体としては、本発明の効果の点で、ガラス転移温度が0℃以下の構成成分を含むものであることがより好ましく、−30℃以下の構成成分を含むものであることがさらに好ましく、−40℃以下の構成成分を含むものであることが特に好ましい。なお、本発明において、上記ガラス転移温度は、示差走査熱量計を用い、昇温速度20℃/分で測定した値である。
本発明において、多層構造重合体の平均一次粒子径は、特に限定されるものではないが、本発明の効果の点で、10〜10000nmであることが好ましく、さらに、20〜1000nmであることがより好ましく、50〜700nmであることが特に好ましく、100〜500nmであることが最も好ましい。
【0021】
本発明において、耐衝撃性改良剤の配合量は、本発明の効果の点で、配向フィルム層の質量を基準として、0.1〜10質量%の範囲であることが好ましい。下限未満では、後述の圧着などの処理をしたときに層間が剥離しやすくなることがある。他方、上限を超えると圧電特性が低下する。そのような観点から、好ましい耐衝撃性改良剤の配合量の下限は、0.5質量%、さらに1質量%であり、他方上限は、9質量%、さらに8質量%である。なお、このような耐衝撃性改良剤を配合させることで、圧電特性を低下させることなく、圧着後の剥離を抑制できる。理由は定かではないが、得られた配向ポリ乳酸フィルムの配向を低下させずに、柔軟性を付与でき、結果圧着時の圧力が均等に伝わり、圧電積層体の界面に局所的に剥離しやすい部分や局所的に強直に圧着している部分が存在しなくなったためではないかと推定される。
【0022】
以下、本発明における配向フィルム層の好ましい態様について説明する。
本発明における各配向フィルム層の破断強度は、その主配向方向が120MPa以上であることが好ましい。なお、本発明における主配向軸とは、エリプソメーター(型式M−220;日本分光)を用いて測定された面内方向の最も屈折率の高い方向である。主配向方向の破断強度が上記下限以上あることで、共振特性の向上効果を高くすることができる。破断強度が上記下限よりも低い場合は、共振特性の向上効果が低くなる。他方、主配向方向の破断強度の上限は特に制限されないが、製膜性などの点から300MPa以下であることが好ましい。このような観点から、主配向方向の破断強度の下限は、より好ましくは120MPa以上、さらに150MPa以上、特に180MPa以上が好ましく、他方上限は300MPa以下、さらに好ましくは250MPa以下であることが好ましい。
【0023】
また、本発明におけるポリ乳酸配向フィルムの破断強度は、主配向軸方向に直交する方向は、80MPa以下であることが好ましい。破断強度が上記上限以下にあると、共振特性の向上効果を高くすることができる。主配向軸方向に直交する方向の破断強度が上記上限よりも高い場合は、共振特性の向上効果が低くなる。他方、主配向軸方向に直交する方向の破断強度の下限は特に制限されないが、製膜後の取り扱いなどの点から、30MPa以上、さらに50MPa以上であることが好ましい。
本発明における配向フィルム層の密度は、1.22〜1.27g/cm
3であることが好ましい。密度が上記数値範囲にあると、共振特性の向上効果を高くすることができる。密度が低い場合は、共振特性の向上効果が低くなる傾向にあり、他方、密度が高い場合は、共振特性の向上効果は高いもののフィルムの機械特性に劣る傾向にある。このような観点から、密度は、より好ましくは1.225〜1.26g/cm
3、さらに好ましくは1.23〜1.25g/cm
3である。
本発明における配向フィルム層の各層の厚みは、厚すぎると剛性が高くなりすぎて共振特性を奏さなくなってしまう傾向を考慮して、共振特性を奏する程度の厚さであれば特に限定されない。共振特性の観点からは薄い方が好ましい。特に、積層数を増加させる際には、各層の厚さを薄くして、積層フィルム全体としての厚さが厚くなりすぎないようにすることが好ましい。このような観点から、配向ポリ乳酸フィルム層の1層の厚みは、好ましくは25μm以下、さらに好ましくは15μm以下、特に好ましくは10μm以下である。厚みが上記数値範囲にあると、共振特性の向上効果を高くすることができる。他方、取り扱い性や剛性の観点からは厚い方が好ましく、例えば2μm以上が好ましく、さらに好ましくは3μm以上である。
【0024】
ところで、本発明における配向フィルム層は、本発明の効果を損なわない範囲で、それ自体公知の添加剤や機能剤を含有していてもよく、例えば、耐加水分解抑制剤、滑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、着色剤、顔料、蛍光蒼白剤、可塑剤、架橋剤、紫外線吸収剤、その他の樹脂等を必要に応じて添加することができる。
例えば、本発明で使用するポリ乳酸は、カルボキシル基量は10当量/10
6g以下であることが、フィルムキャスティング時の安定性、加水分解抑制、重量平均分子量低下抑制の観点から好ましく、このような観点から、カルボキシル基量は5当量/10
6g以下であることがさらに好ましく、2当量/10
6g以下であることが特に好ましい。このような態様とするために、カルボキシル基封止剤を配合することが好ましい。カルボキシル基封止剤は、ポリ乳酸等のポリエステルの末端カルボキシル基の封止に加え、ポリエステルや各種添加剤の分解反応で生成するカルボキシル基、乳酸、ギ酸などの低分子化合物のカルボキシル基を封止し樹脂を安定化することができ、フィルム化時の樹脂温度を、流動斑を抑えるに足る温度まで昇温できる利点ももたらす。
【0025】
かかるカルボキシル基封止剤としては、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、オキサジン化合物、イソシアネート化合物から選択される少なくとも1種の化合物を使用することが好ましく、なかでもカルボジイミド化合物が好ましい。
カルボキシル基封止剤の使用量は、各層を構成する樹脂において、ポリ乳酸100質量部あたり、0.01〜10質量部が好ましく、0.03〜5質量部がさらに好ましい。本発明においては、さらに封止反応触媒を使用してもよい。
【0026】
また、本発明における配向フィルム層は、フィルムの状態での巻き取り性や走行性を改良する目的で、フィルム中に滑剤を含有することができる。かかる滑剤としては、例えば乾式法で製造されたシリカ、湿式法で製造されたシリカ、ゼオライト、炭酸カルシウム、燐酸カルシウム、カオリン、カオリナイト、クレイ、タルク、酸化チタン、アルミナ、ジルコニア、水酸化アルミニウム、酸化カルシウム、グラファイト、カーボンブラック、酸化亜鉛、炭化珪素、酸化スズ等の無機粒子や、架橋アクリル樹脂粒子、架橋ポリスチレン樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、架橋シリコーン樹脂粒子等の有機微粒子を好ましく挙げることができる。滑剤としては、平均粒径が0.001〜5.0μmの微粒子が好ましく、1種類で使用することもできるし2種類以上併用することも可能である。また滑剤は、各配向ポリ乳酸フィルムの質量に対して、0.01〜1.0質量%、さらに好ましくは0.1〜0.5質量%の範囲で配合することができる。
【0027】
つぎに、本発明における配向フィルム層の製造方法を説明する。
<ポリ乳酸の製造方法>
本発明におけるポリL−乳酸およびポリD−乳酸を製造する方法は特別に限定されるものではなく、従来公知の方法が好適に使用できる。例えば、L−乳酸またはD−乳酸を直接脱水縮合する方法、L−またはD−乳酸オリゴマーを固相重合する方法、L−またはD−乳酸を一度脱水環化してラクチドとした後、溶融開環重合する方法等が例示される。なかでも、直接脱水縮合方法、あるいはラクチド類の溶融開環重合法により得られるポリ乳酸が、品質、生産効率の観点から好ましく、中でもラクチド類の溶融開環重合法が特に好ましく選択される。
これらの製造法において使用する触媒は、ポリ乳酸が前述した所定の特性を有するように重合させることができるものであれば特に限定されず、それ自体公知のものを適宜使用できる。
得られたポリL−乳酸およびポリD−乳酸は、従来公知の方法により、重合触媒を除去したり、失活剤を用いて重合触媒の触媒活性を失活、不活性化したりするのが、フィルムの溶融安定性、湿熱安定性のために好ましい。
失活剤を用いる場合、その使用量は、特定金属含有触媒の金属元素1当量あたり0.3から20当量、より好ましくは0.5から15当量、さらに好ましくは0.5から10等量、特に好ましくは0.6から7当量とすればよい。失活剤の使用量が少なすぎると、触媒金属の活性を十分に低下させることができないし、また過剰に使用すると、失活剤が樹脂の分解を引き起こす可能性があり好ましくない。
【0028】
<押出工程>
上記の方法により得られたポリ乳酸に、所望により前述の耐衝撃性改良剤、カルボキシル基封止剤、滑剤、その他の添加剤等を配合し、ポリ乳酸を、押出機において溶融し、ダイから冷却ドラム上に押し出す。なお、押出機に供給するポリ乳酸は、溶融時の分解を抑制するため、押出機供給前に乾燥処理を行い、水分含有量を100ppm以下程度にすることが好ましい。
押出機における樹脂温度は、ポリ乳酸が十分に流動性を有する温度、すなわち、ポリ乳酸の融点をTmとすると、(Tm+20)から(Tm+50)(℃)の範囲で実施されるが、ポリ乳酸が分解しない温度で溶融押し出しするのが好ましく、かかる温度としては、好ましくは200〜260℃、さらに好ましくは205〜240℃、特に好ましくは210〜235℃である。上記温度範囲であると流動斑が発生しにくい。
【0029】
<キャスティング工程>
ダイから押し出した後、フィルムを冷却ドラムにキャスティングして未延伸フィルムを得る。その際、静電密着法により電極より静電荷を印加させることによって冷却ドラムに十分に密着させて冷却固化するのが好ましい。この時、静電荷を印加する電極はワイヤー状或いはナイフ状の形状のものが好適に使用される。該電極の表面物質は白金であることが好ましく、フィルムより昇華する不純物が電極表面に付着するのを抑制することができる。また、高温空気流を電極或いはその近傍に噴きつけ電極の温度を170〜350℃に保ち、電極上部に排気ノズルを設置することにより不純物の付着を防ぐこともできる。
【0030】
<延伸工程>
前記で得られた未延伸フィルムは、一軸方向に延伸する。延伸方向は特に制限されないが、製膜方向、幅方向、または製膜方向と幅方向に対してそれぞれ45度となるような斜め方向に延伸するのが好ましい。かかる延伸を行うには、未延伸フィルムを延伸可能な温度、例えばポリ乳酸のガラス転移点温度(Tg)以上(Tg+80)℃以下の温度に加熱して延伸する。
主配向方向の延伸倍率は、好ましくは3倍以上、より好ましくは3.5倍以上、さらに好ましくは4.0倍以上、特に好ましくは4.5倍以上である。延伸倍率を上記上限以上にとすることによって変位量の向上効果を高くすることができる。一方、延伸倍率の上限は特に制限されないが、製膜性の点から10倍以下であることがこのましく、さらに8倍以下、特に7倍以下であることが好ましい。他方、主配向方向と直交する方向は、延伸を行う必要はないが、前述の破断強度の関係を満足する範囲で延伸を施してもよい。その場合の延伸倍率は1.5倍以下が好ましく、さらに1.3倍以下が好ましい。
【0031】
<熱処理工程>
上記で得られた延伸フィルムは、熱処理することが好ましい。熱処理温度は、前述の延伸温度よりも高く、樹脂の融点(Tm)未満の温度で行えばよく、好ましくはガラス転移点温度(Tg+15)℃以上(Tm−10)℃以下で、圧電特性をより高くすることができる。熱処理温度が低い場合は、変位量の向上効果が低くなる傾向にあり、他方、高い場合は、フィルムの平面性や機械特性に劣る傾向にあり、また変位量の向上効果が低くなる傾向にある。このような観点から、熱処理温度は、さらに好ましくは(Tg+20)℃以上(Tm−20)℃、特に好ましくは(Tg+30)℃以上(Tm−35)℃である。また、熱処理時間は、好ましくは1〜120秒、さらに好ましくは2〜60秒であり、変位量の向上効果を高くすることができる。
さらに本発明においては、熱処理工程において弛緩処理して、熱寸法安定性を調整することも可能である。
【0032】
<易接着処理>
かくして得られた配向ポリ乳酸フィルム層は、所望により従来公知の方法で、例えば表面活性化処理、例えばプラズマ処理、アミン処理、コロナ処理を施すことも可能である。
なかでも、後述の導電層との密着性を向上し、圧電積層体の耐久性を高めるという観点から、配向フィルム層の少なくとも片面、好ましくは両面に、コロナ処理を施すことも好ましい。かかるコロナ処理の条件としては、例えば電極距離を5mmとした際に、好ましくは1〜20kV、さらに好ましくは5〜15kVの電圧で、好ましくは1〜60秒、さらに好ましくは5〜30秒、特に好ましくは10〜25秒行うとよい。また、かかる処理は大気中で行うことができる。
【0033】
[導電層]
本発明における導電層は、電圧印加した際に圧電特性を示すことができる程度の導電性を有していれば、その種類は特に限定されないが、より好適に圧電特性および共振特性を示すことができるという観点から、金属または金属酸化物からなる層および導電性高分子からなる層であることが好ましい。
かかる金属または金属酸化物としては、特に限定はされないが、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。また、金属酸化物には、必要に応じて、さらに上記群に示された金属、または上記群に示された他の金属の酸化物を含んでいてもよい。例えば、アルミニウム、金、酸化スズを含有する酸化インジウム、アンチモンを含有する酸化スズ等が好ましく用いられる。導電性高分子としては、ポリチオフェン系、ポリアニリン系、ポリピロール系が挙げられ、必要に応じて導電性や透明性を考慮した選定を行えば良い。例えば、ディスプレイパネルなどに使用する際には透明性に優れたポリチオフェン系、ポリアニリン系高分子が好ましく用いられる。
導電層の各層の厚さは特に制限されないが、その表面抵抗値が1×10
4Ω/□以下、好ましくは5×10
3Ω/□以下、さらに好ましくは1×10
3Ω/□以下となるような厚みを選択すればよく、例えば、厚さ10nm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、15〜35nmであることが好ましく、より好ましくは20〜30nmである。厚さが薄すぎると、表面抵抗値が高くなる傾向にあり、かつ連続被膜になり難くなる。他方、厚すぎると、品質過剰であり、また積層フィルムの形成が困難となったり、積層フィルムの層間の強度が弱くなったりする傾向にある。
ところで、導電層は、
図1に示すように、配向フィルム層の全面に形成するのではなく、マージンを設ける。このマージンは端面に近い部位に設けることが振動板をより効率的に共振させる観点から好ましい。マージンを有する側においては電極と導電層とが短絡せず、マージンを有しない側においては電極と導電層とが短絡した構成となることが好ましい。このような構成とすることにより、配向フィルム層を挟んだ各導電層は、簡便に正負が互いに異なるように電極と短絡させることができ、しかも、後述の通り、このマージンの部分が不動部分となり、この不動部分を振動板と接合することで、より効率的に振動板を共振させることができる。
【0034】
[圧電積層体]
本発明における圧電積層体について、その一例を
図1〜
図5を用いて説明する。
図1は本発明における配向フィルム層(1)と導電層(2)との積層体A(3)および積層体B(4)の一例である。
図2は本発明における圧電積層体を構成する配向フィルム層(1)と導電層(2)の積層の一例で、
図1の積層体A(3)および積層体B(4)を複数積層するときの概略図である。
図3は本発明における圧電積層体を構成する配向フィルム層(1)と導電層(2)の積層の一例で、
図1の積層体A(3)と積層体B(4)を複数積層したときの圧電積層体の概略図である。
図4および
図5は本発明の圧電スピーカーの断面図であり、圧電積層体が有効電極部分(6)と不動部分(7,8)の両方で振動板と接合された概略図である。
図4は圧電積層体が振動板の片面に接合された図であり、
図5は圧電積層体が振動板(11)の表裏両面に接合された図である。なお、
図4および5に示す圧電スピーカーの断面図において、これを構成する各要素の厚みは誇張されて図示されている。
そして、これら図中の符号1は配向フィルム層、符号2は導電層、符号3は左側にマージンを設けた積層体A、符号4は右側にマージンを設けた積層体B、符号5は圧電積層体、符号6は有効電極部分、符号7と8は不動部分、符号9は正極に短絡される電極、符号10は負極に短絡される電極、符号11は振動板、符号12は接着剤層など圧電積層体と振動板との接合部分を示す。
【0035】
まず、本発明における圧電積層体は、例えば
図1に示すような左側にマージンを有する積層体A(3)と、右側にマージンを有する積層体B(4)と2種類を作成し、これらを
図2に示す通り、前述の導電層と配向フィルム層とが交互に、かつ導電層が交互に一方の端には存在しつつ、他方の端には存在しないように積層することで製造できる。
そして、導電層と配向フィルム層が交互に、かつ配向フィルム層を介して隣り合う導電層は、一方は負極に、他方は正極に短絡できるように積層されている。このような積層とすることで、隣り合う配向フィルム層に、その厚み方向に逆の電荷を付加することができる。
また、
図4および5の圧電積層体で見たとき、正極に短絡する導電層と負極に短絡する導電層の両方が存在する有効電極部分6と、少なくとも一方の導電層がない不動部分7または8とを有する。この際、圧電積層体の端部に、負極の導電層が存在し、正極の導電層が存在しない不動部分7と、正極の導電層が存在し、負極の導電層が存在しない不動部分8とを配置することで、
図4および5に示すように、不動部分が存在する端部に負極に短絡させる電極9を設け、その不動部分が存在する端部に正極に短絡させる電極10を設けるようにすることで、各導電層を正極と負極に簡便に短絡させることができる。
【0036】
ところで、各導電層に挟まれた配向フィルム層は、電流を流した際に、伸縮方向が同方向になるように積層されていることが必要である。圧電積層体の一部に、伸縮方向が異なる配向フィルム層が存在すると、圧電特性が打ち消しあう状況となり、振動板を共振させる効果が損なわれる。このように圧電積層体中の配向フィルム層の伸縮方向を揃える方法は特に制限されないが、L−ポリ乳酸からなる配向フィルム層LとD−ポリ乳酸からなる配向フィルム層Dとを交互に積層した構成であることが、同様に製膜延伸した配向ポリ乳酸フィルムをそのまま交互に積層するだけでよいことから好ましい。これは、フィルム層Lとフィルム層Dとが、その厚み方向に逆の電荷を付加したとき、同方向に伸縮特性を示すからである。一方、隣り合う配向フィルム層が、どちらも配向フィルム層Lまたは配向フィルム層Dである場合は、一方のフィルム層を固定し、他方のフィルム層は重ねる前に、裏返すことやフィルムの面方向に回転させるなどして、逆の電荷を与えた際に伸縮方向が揃うように合わせる操作が必要となる。なお、ポリ乳酸を製膜して、生産性に優れるロールtoロールで積層しようとすると、前者の配向フィルム層Lと配向フィルム層Dとを交互に積層した構成が好ましいことは理解されるであろう。
そして、配向フィルム層Lと配向フィルム層Dを用いる場合、
図2の符号3で示される積層体Aを構成する配向フィルム層を配向フィルム層L、符号4で示される積層体Bを構成する配向フィルム層を配向フィルム層Dとなるように積層すればよい。
【0037】
ところで、
図3および
図4に示すように、圧電積層体の少なくとも一方の表面には導電層が存在し、本発明の効果の点、すなわち振動板をより効率的に共振させる点からは、全ての配向ポリ乳酸フィルム層が圧電特性を同様に発現することが好ましく、導電層が圧電積層体の両表面に配置されていることが好ましい。片面もしくは両表面が配向ポリ乳酸フィルム層では、表面にある配向ポリ乳酸フィルム層は、片面にしか導電層がないことからその厚み方向に電荷がかからないため圧電特性が発現されず、電荷を掛けたときの圧電積層体の変形が、バイモルフのような湾曲の変形となり、振動板に効率的に振動を伝搬できなくなる。
また、配向フィルム層と導電層は、厚み1000nmを超える接着剤層を介さずに固着していることが、優れた共振特性を発現させやすいことから好ましい。かかる観点から、本発明においては、配向フィルム層と導電層は、厚み500nmを超える接着剤層を介さずに固着している態様が好ましく、厚み200nmを超える接着剤層を介さずに固着している態様がさらに好ましい。共振特性の観点から、最も好ましいのは、接着剤層を介さずに配向フィルム層と導電層とが固着している態様である。
本発明においては、上記のような積層構成を有していれば、本発明の目的を阻害しない範囲において、さらにその他の層を有していても良い。例えば、圧電積層体の表面に、積層体の剛性を高めるための、例えばポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートのような芳香族ポリエステル層を有することができる。一方、共振特性の観点からは、このような層は、その厚みが薄いことが好ましく、有しないことが特に好ましい。
【0038】
<積層数>
本発明における圧電積層体は、配向フィルム層の合計層数は3以上であることが好ましい。このような態様とすることで優れた共振特性が得られる。共振特性の観点からは、合計層数は多い程好ましく、好ましくは5以上、さらに好ましくは6以上である。
一方、上限は特に制限されない。なお、このような数万オーダーの合計総数とするには、例えば巻回コンデンサーのごとく製造すればよい。
【0039】
<共振特性>
本発明における圧電積層体は、圧電特性を有し、ある周波数の電圧を印加することにより振動するものであるが、とりわけPVDFに比べて圧電特性が一方向に揃う配向ポリ乳酸フィルムを選択し、かつそれを積層することで、極めて圧電特性に優れ、大きな運動量(力)を発生させることができる。そのため、かかる現象は、従来の例えばPVDFのような高分子フィルムやポリ乳酸からなる配向フィルムの単層や2層のような積層フィルムでは、電圧印加時に発生させることができる運動量(力)が小さいため、見られない現象である。
【0040】
<主配向方向>
本発明において、圧電積層体は、各配向フィルム層の電荷を付加したときのもっとも伸縮の大きい方向が、圧電積層体の厚み方向からみたとき、10度以下の範囲で揃っていることが好ましい。このような態様とすることによって、共振特性の向上効果を高くすることができる。このような観点から、上記成す角は、より好ましくは5度以下、さらに好ましくは3度以下、特に好ましくは1度以下であり、理想的には0度である。上記のような主配向方向の態様とするには、サンプリング時に同方向でサンプリングしたり、積層時に同方向となるように積層したりすればよい。
【0041】
<圧電積層体の製造方法>
本発明における圧電積層体は、例えば配向フィルムが、配向フィルム層Lと配向フィルム層Dを交互に積層する場合、それぞれ別々に形成し、得られた各層の表面に導電層を設けて、層Lと層Dとが交互に、かつ層Lと層Dの間、および得られる圧電積層体の少なくとも一方の表面、好ましくは圧電積層体の両表面に導電層を有する構成となるように積層して固着することにより得ることができる。
また、本発明における圧電積層体が、例えば配向フィルム層Lまたは配向フィルム層Dのいずれかだけである場合は、2つの配向フィルム層L(D)を用意し、一方は表面側に導電層を設け、他方は裏面側や向きを変えて導電層を設け、それぞれ別々に形成し、層Lと層Dとが交互に、かつ層Lと層Dの間、および得られる圧電積層体の少なくとも一方の表面、好ましくは圧電積層体の両表面に導電層を有する構成となるように積層して固着することにより得ることができる。
上記により得られた配向フィルムLおよび配向フィルムDの表面に、導電層を形成する方法は、従来公知の導電層の形成方法であれば特に限定されないが、優れた導電性を有する導電層を均一に、容易に得ることができるという観点から、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。
また、導電層、配向フィルムの両面に形成してもよいが、密着性の観点からは、片面のみに導電層を形成し、それらを圧着することが好ましい。
【0042】
<熱ラミネート工程>
上記により得られた導電層を有する配向フィルムを、本発明が規定する積層構成となるように積層して積層体を作成し、熱ラミネートにより固着する。ここで熱ラミネートは、接着剤層を用いずに行うことが好ましい。また、前述の耐衝撃性改良剤を含有させることにより、より圧着性を高めることができる。
かかる熱ラミネートにおける温度条件は、(Tg−5)〜(Tsm+20)℃とすることが好ましい。ここでTgは、積層体の形成に用いる配向フィルム層Lを構成する樹脂Lのガラス転移温度および配向フィルム層Dを構成する樹脂Dのガラス転移温度のうち、最も高いガラス転移温度を示す。また、Tsmは、積層体の形成に用いる配向フィルムLのサブピーク温度および配向フィルム層Dのサブピーク温度のうち、最も低いサブピーク温度を示す。なお、サブピーク温度とは、フィルム製造プロセスにおける熱固定温度に起因する温度であるである。上記温度条件を採用することにより、優れた共振特性を奏する圧電積層体を得ることができる。また、同時に、積層体の各層の密着性に優れる。温度が低すぎると密着性に劣る傾向にあり、他方高すぎると配向が崩れてしまい共振特性に劣る傾向にある。このような観点より、さらに好ましい温度条件はTgからTsm+15であり、特に好ましくはTg+10〜Tsm+10である。
また、圧力条件は、十分な圧着ができ、かつ配向ポリ乳酸フィルムの配向が崩れない条件であれば特に制限されず、例えば1〜100MPaとすることが好ましい。これにより優れた共振特性を有しながら、密着性に優れた積層体を得ることができる。圧力が低すぎると密着性に劣る傾向にあり、他方高すぎると共振特性に劣る傾向にある。このような観点より、さらに好ましい圧力条件は2〜80MPaであり、特に好ましくは2〜50MPaである。
以上のような温度条件および圧力条件において、10〜600秒の熱ラミネートを行うことが好ましい。これにより優れた共振特性を有しながら、密着性に優れた積層体を得ることができる。時間が短すぎると密着性に劣る傾向にあり、他方長すぎると共振特性に劣る傾向にある。このような観点より、さらに好ましい時間条件は30〜300秒であり、特に好ましくは60〜180秒である。
【0043】
ところで、圧電積層体を効率よくロールtoロールで製造するには、配向ポリ乳酸フィルムLと配向ポリ乳酸フィルムDとをそれぞれ製膜してロール巻き取り、それぞれの配向ポリ乳酸フィルムの幅方向の一部に、導電層を製膜方向に沿って形成する。そして、導電層を有する配向フィルム層Lと導電層を有する配向フィルム層Dとを製膜方向に沿って重ね合せる。この際、配向フィルム層の幅方向に見たとき、厚み方向に存在する導電層が配向フィルム層Lに設けられた導電層と配向フィルム層Dに設けられた導電層の両方である、前述の有効電極部分と、厚み方向に導電層が配向フィルム層Lに設けられた導電層しかない不動部分7と、厚み方向に導電層が配向フィルム層Dに設けられた導電層しかない不動部分8とが存在するように、かつ圧電積層体の幅方向の一方の端部が不動部分7で、他方の端部が不動部分8となるようにスリットしつつ重ね合せ、所望のサイズにカットするのが好ましい。
そのような観点から、圧電積層体は2つの向かい合う辺を有する多角形であり、該向かい合う辺の一方が不動部分7、他方が不動部分8で、それぞれが正極と負極に短絡されていることが好ましい。
また、圧電積層体の圧電伸縮変位が0.1%であることから、本発明における圧電積層体は、不動部分の面積が有効電極部分の面積の0.1%以上、さらに0.5%以上であることが好ましく、特に好ましくは1%以上である。不動部分が狭すぎると、正極と負極が短絡しやすくなる。一方、上限は特に制限されないが、取扱いなどの点から、70%以下であることが好ましい。
また、本発明における圧電積層体は、前述のとおり、その形状は多角形で特に制限されないが、前述のようなロールtoロールで製造したときに、製品とならない部分を極力少なくできることから平行四角形であることが好ましく、さらに長方形や正方形が好ましい。また、圧電積層体が平行四辺形の場合、前述のとおり、向かい合う一対の辺において、一方の辺が不動部分7、他方の辺が不動部分8であることが好ましい。
そのような観点から、本発明の圧電積層体の好ましい形状の一部について、
図7−10に例示する。
【0044】
ところで、圧電積層体の有効電極が長方形や正方形のような四角形で、配向フィルム層の主配向軸が、該四角形の辺と平行である場合、
図11に示すように、有効電極部分の形状は正方形に近いことが、より振動板を共振させやすいことから好ましい。そのような観点から、四角形における長辺と短辺の比(長辺/短辺)は、1.3未満が好ましく、さらに好ましくは1.2未満、特に好ましくは1.1未満である。この理由としては、圧電積層体の厚み方向に電荷を掛けた際、有効電極部分は主配向軸に対して45度の角度で伸長と収縮を発現することから、正方形が菱形のような形に変形し、長方形に比べてより均等に共振を伝えられるためと考えられる。
【0045】
一方、圧電積層体の有効電極が長方形や正方形のような四角形で、配向フィルム層の主配向軸が、該四角形の辺と辺とがなす角に対して、45度の角度である場合、
図12に示すように、有効電極部分の形状は長辺が短辺に比べて非常に長い長方形であることが、より振動板を共振させやすいことから好ましい。そのような観点から、四角形における長辺と短辺の比(長辺/短辺)は、1.3以上が好ましく、さらに好ましくは1.5以上、特に好ましくは1.7以上である。この理由としては、圧電積層体の厚み方向に電荷を掛けた際、有効電極部分は主配向軸に対して45度の角度で伸長と収縮を発現することから、長方形の長辺に沿った方向に大きな伸縮を繰り返す変形を行い、正方形に比べて、そのより大きな伸縮による振動を振動板に伝えやすいためと考えられる。一方、長辺と短辺の比が大きくなることにより、伸縮変位は大きくなる傾向にあるため、上限は特に制限されないが、長辺が短辺に比べてあまりに長くなると、組立などの取扱いが困難になる。このような観点から、実質的な長辺と短辺の比の上限は10万程度である。
【0046】
[振動板]
本発明における振動板(11)はヤング率が圧電積層体よりやや大きいことが、より振動板を共振させやすい。そのような観点から、振動板のヤング率は3GPa以上が好ましく、圧電積層体を接合する点から、接着性が良いものが好ましい。また、透明性を有することでタッチパネルや携帯電話などディスプレイ上への配置を可能にすることから、全光線透過率は85%以上が好ましい。以上の観点から、振動板の材質としては、上記特性を有する素材であれば特に限定されるのもではなく、有機素材、無機素材のどちらか、もしくは組み合わせであっても構わない。中でも振動板としての取り扱い性の容易さから有機高分子素材であることが好ましく、PLA(ポリ乳酸)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PS(ポリスチレン)、PC(ポリカーボネート)、COC(シクロオレフィンコポリマー)、PMMA(ポリメタクリル酸)が好ましく、さらにPLA、PET、PENが好ましい。
また、振動板の形状は共振させたい周波数によって適宜選択すればよい。例えば共振させたい波長が一つであれば円形でよく、複数の周波数域で共振させたい場合は、それに応じた多角形にすればよい。
また、厚みは圧電積層体と同程度の厚みが好ましい。用いる材質にもよるが、ポリエステルなどのプラスチックフィルムの場合、3〜500μmの範囲が好ましく、さらに25〜300μmの範囲が好ましい。
【0047】
[接合部]
本発明における接合部は、特に制限されず、圧電積層体(5)の振動を振動板(12)に伝えられるように両者を固定できるものであれば特に制限されず、例えば接着剤を用いた接合でも、圧電積層体と振動板とを圧着する方法でもよい。
接着剤を用いる場合は、使用する環境で剥離することがなく、かつ圧電積層体の振動を効率よく振動板に伝えられ、本目的を損なわない接着剤であれば特に制限するものではなく、中でも汎用性や取扱い易さの観点からエポキシ樹脂系接着剤や酢酸ビニル樹脂系接着剤が好ましい。特に酢酸ビニル樹脂系接着剤は再剥離性があり、作業のしやすさの点で好ましい。
【0048】
[電極]
本発明における圧電積層体は、前述の通り、各導電層を介して隣り合う樹脂層に逆方向の電界がかかるように電極に短絡される。電極としては特に制限されずそれ自体公知のものを採用でき、例えばアルミニウム、金、銀、銅が例示でき、これらの中でも、価格や取扱いの容易さからから、銀ペーストが好ましい。また、一般的に用いられるメタリコンを用いてもよく、更にはもっと簡便に各積層体を金属で貫通させて短絡させるような手段を用いてもよい。
【0049】
[圧電スピーカー]
本発明の圧電スピーカーは、前述の圧電積層体(5)を少なくとも振動板(11)の片面に接合した圧電スピーカーである。
この際、圧電積層体(5)と振動板(11)とは、圧電積層体(5)の有効電極部分(6)と不動部分(7および8)の両方で振動板(11)に接合されていることが必要である。この理由としては、圧電積層体の厚み方向に見たとき、振動板に接合されていることから、振動板に近い側の配向フィルム層1の伸縮は制限され、振動板に遠い側の配向フィルム層の伸縮は比較的制限されずに大きいままである。その結果、圧電積層体の伸縮は、振動板に近い側の配向フィルム層の伸縮は、フィルム層のフィルム面方向に沿った方向よりも振動板に近づくような方向に変形するようになる。その結果、伸縮の方向が、圧電積層体の厚み方向にバラツキが生じ、結果として振動板に伝えられる振動が弱くなってしまう。そして、本発明の特徴は、
図13のように、そのような圧電積層体の厚み方向に伸縮の方向がばらつくのを、前述の不動部分7や8を、振動板と接合することで抑制し、各配向フィルム層の伸縮を、振動板に効率よく伝搬できることを見出したのである。
なお、
図14は、不動部分7や8を接合しなかった場合の概略図であるが、圧電積層体の厚み方向に伸縮の方向がばらつくのを抑制できず、各配向フィルム層の伸縮を、振動板に効率よく伝搬することができない。
【0050】
また、このような不動部分7や8の接合によって、より有効電極部分における配向フィルム層の伸縮を振動板に伝えやすくするには、不動部分7や8で、有効電極部分を挟んだ構造であることが好ましい。そのような観点から、前述の通り、圧電積層体が多角形の場合、前述のとおり、向かい合う一対の辺において、一方の辺が不動部分7、他方の辺が不動部分8であることが好ましく、また正方形や長方形などの四角形の場合も同様に、向かい合う一対の辺において、一方の辺が不動部分7、他方の辺が不動部分8であることが好ましい。
また、配向フィルム層の主配向軸が該四角形の辺と平行である場合、有効電極部分が正方形に近いほど、向かい合う二対の辺全てが不動部分であることが好ましい。
図15に本発明における圧電積層体(5)と振動板(11)を接合させた圧電スピーカーの一例を示す。
また、接合する圧電積層体の位置に制限はなく、共振させたい周波数によって適宜選択すればよい。一方、振動板中央に圧電積層体を接合しないことでディスプレイスピーカーなどへの使用に有効となる。そのような観点から、本発明の圧電スピーカーの他の好ましい態様の一部について、
図16に例示する。
【実施例】
【0051】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定を受けるものではない。各層の物性、圧電スピーカーの評価は以下の方法で行った。
(1)各層の物性
積層体の端部をしごく等して切欠をつくり、各層を剥離し各層の物性を評価した。
(1−1)主配向方向
エリプソメーター(型式M−220;日本分光)を用い、得られたフィルムを550nm単色光の入射角度を変化させた透過光測定に供し、フィルムを固定した試料台を、光軸を中心に光軸に対して垂直な面内にて回転させて、面内方向の最も屈折率の高い方向を求め、その方向を主配向軸とした。
(1−2)ヤング率
フィルムを150mm長×10mm幅に切り出した試験片を用い、オリエンテック社製テンシロンUCT−100型を用いてヤング率を求めた。なお、測定は温度23℃、湿度65%RHに調節された室内において、チャック間100mmになるようサンプルを装着し、JIS−C2151に従って引張速度10mm/minの条件で行った。得られた荷重−伸び曲線の立ち上り部接線の傾きよりヤング率を計算した。
(1−3)全光線透過率
JIS K7361に準じ、日本電色工業社製のヘーズ測定器(NDH−2000)を使用してフィルムの全光線透過率(単位:%)を測定した。
(1−4)表面抵抗率
三菱化学社製、商品名:Lorester MCP−T600を用いて、JIS K7194に準拠して測定した。測定は、1つのフィルムから3つの測定用サンプル片を採取し、それぞれ任意の5箇所について実施し、それらの平均値を表面抵抗率(単位:Ω/□)とした。
(1−5)破断強度
フィルムを150mm長×10mm幅に切り出した試験片を用い、オリエンテック社製テンシロンUCT−100型を用いて破断強度を求めた。なお、測定は温度23℃、湿度65%RHに調節された室内において、チャック間距離100mm、チャック間スピード100mm/分で引張試験を実施した。ここでいう破断強度とは、引張試験を行った際の試料破断時の荷重の値を試験前の試料断面積で除した、単位面積当たりの応力の値を意味する。
【0052】
(2)圧電スピーカーの評価
図15に示すように、圧電スピーカーの正極と負極とを、交直両用高圧アンプリファイヤ(TREK Inc.社製、商品名:ピエゾドライバ用電源 PZP350)に連結し、電圧200V、電流200mAの交流電流を流し、周波数30Hz〜20kHzの範囲での最大音量を測定した。なお、測定は騒音計(小野測器社製、商品名:高機能型騒音計 LA−2560)を用い、圧電スピーカーから前方に30cm離れた場所で行った。音量が大きいほど、圧電スピーカーとして効率が良いことを示す。
【0053】
[参考例1]ポリL−乳酸(PLLA)の合成
真空配管、窒素ガス配管、触媒添加配管、L−ラクチド溶液添加配管、アルコール開始剤添加配管を具備したフルゾーン翼具備縦型攪拌槽(40L)を窒素置換した。その後、L−ラクチド30Kg、ステアリルアルコール0.90kg(0.030モル/kg)、オクチル酸スズ6.14g(5.05×10
−4モル/1kg)を仕込み、窒素圧106.4kPaの雰囲気下、150℃に昇温した。内容物が溶解した時点で、攪拌を開始、内温をさらに190℃に昇温した。内温が180℃を超えると反応が始まるため、冷却しながら内温を185℃から190℃に保持し1時間反応を継続した。さらに攪拌しつつ、窒素圧106.4kPa、内温200℃から210℃で1時間反応を行なった後、攪拌を停止しリン系の触媒失活剤を添加した。
さらに20分間静置して気泡除去をおこなった後、内圧を窒素圧で2から3気圧に昇圧し、プレポリマーをチップカッターに押し出し、重量平均分子量13万、分子量分散1.8のプレポリマーをペレット化した。
さらに、ペレットを押出機で溶解させ、無軸籠型反応装置に15kg/hrで投入し、10.13kPaに減圧して残留するラクチドを低減処理し、それを再度チップ化した。得られたポリL−乳酸(PLLA)は、ガラス転移点温度(Tg)55℃、融点(Tm)175℃、重量平均分子量12万、分子量分散1.8、ラクチド含有量0.005質量%であった。
【0054】
[参考例2]ポリD−乳酸(PDLA)の合成
また、L−ラクチドの代わりにD−ラクチドを使用する以外は参考例1と同様にして、ガラス転移点温度(Tg)55℃、融点(Tm)175℃、重量平均分子量12万、分子量分散1.8、ラクチド含有量0.005質量%のポリD−乳酸(PDLA)を得た。
【0055】
[参考例3](配向フィルムL1の製造)
参考例1で得られたPLLAを、乾燥機を用いて十分に乾燥させた後、ローム・アンド・ハース・ジャパン株式会社社製、コアシェル構造体(パラロイド
TMBPM−500)を5質量%添加し、押出機に投入し、220℃で溶融し、溶融樹脂をダイより押し出して単層のシート状に成形し、かかるシートを表面温度20℃の冷却ドラムで冷却固化して未延伸フィルムを得た。得られた未延伸フィルムを、75℃に加熱したロール群に導き、縦方向に1.1倍に延伸し、25℃のロール群で冷却した。続いて、縦延伸したフィルムの両端をクリップで保持しながらテンターに導き、75℃に加熱された雰囲気中で横方向に4.0倍に延伸した。その後テンター内で110℃の温度条件で30秒間の熱処理を行い、均一に徐冷して室温まで冷やして7μm厚みの二軸配向ポリL−乳酸単層フィルム(配向フィルムL1)を得た。なお、後述の導電層を形成する側の表面に、カスガ製、高周波電源CG−102型を用いて、電圧10kV、処理時間20秒の条件でコロナ処理を施した。
【0056】
[参考例4](配向フィルムD1の製造)
参考例2で得られたPDLAを用いて、参考例3と同様にして、7μm厚みの二軸配向ポリD−乳酸単層フィルム(配向フィルムD1)を得た。なお、後述の導電層を形成する側の表面に、カスガ製、高周波電源CG−102型を用いて、電圧10kV、処理時間20秒の条件でコロナ処理を施した。
【0057】
[参考例5](配向フィルムL2の製造)
参考例1で得られたPLLAを用い、ローム・アンド・ハース・ジャパン株式会社社製、コアシェル構造体(パラロイド
TMBPM−500)を添加しなかったほかは、参考例3と同様にして、7μm厚みの二軸配向ポリD−乳酸単層フィルム(配向フィルムL2)を得た。なお、後述の導電層を形成する側の表面に、カスガ製、高周波電源CG−102型を用いて、電圧10kV、処理時間20秒の条件でコロナ処理を施した。
[参考例6](配向フィルムD2の製造)
参考例2で得られたPDLAを用い、ローム・アンド・ハース・ジャパン株式会社社製、コアシェル構造体(パラロイド
TMBPM−500)を添加しなかったほかは、参考例3と同様にして、7μm厚みの二軸配向ポリD−乳酸単層フィルム(配向フィルムD2)を得た。なお、後述の導電層を形成する側の表面に、カスガ製、高周波電源CG−102型を用いて、電圧10kV、処理時間20秒の条件でコロナ処理を施した。
【0058】
[実施例1]
(切り出し)
参考例3で得られた配向フィルムL1および参考例4で得られた配向フィルムD1を、それぞれ延伸の横方向が長辺に対して45度の角度となるように3cm×7cmで切り出した。
(導電層の形成)
次いで、
図1に示すように片方の短辺から1cmの領域(3cm×1cmの領域)をマージンとしてマスキングし、蒸着しない箇所を残した上で、残りの領域(3cm×6cmの領域)に表面抵抗値が10Ω/□となるような厚みでアルミ蒸着を施した。なおマージンの位置は配向フィルムL1と配向フィルムD1とで、それぞれ反対側の短辺においてマージンを作成した。
(積層)
得られた蒸着した配向フィルムL1と配向フィルムD1とを交互に各3枚、合計6枚を積層した。そして、110℃20MPaの圧力下で、3分間熱圧着を施し、圧電積層体とした。
(電極)
得られた積層体の両方の短辺に、導電性接着剤(藤倉化成製、ドータイトD550)を塗布して電極(6)を形成し、圧電性構造体を作成した。これにより、各アルミ蒸着層において、マージンを有する側においてはかかる導電性接着剤とアルミ蒸着層とが短絡せず、マージンを有しない側においてはかかる導電性接着剤とアルミ蒸着層とが短絡した構成となる。
(組立)
電極を形成した圧電積層体の導電層がない側の表面を、振動板として、長さ25.7cm、幅36.4cmのポリスチレンフィルム(厚み200μm)の表裏両面に、エポキシ樹脂系接着剤(Huntsman Advanced Materials社製、商品名:アラルダイト スタンダード)を用いて、
図5に示すように有効電極部分および不動部分の両方を貼り合せた。この際、接着剤層の厚みは、平均10μmであった。その後、接着剤を乾燥させた。得られた圧電スピーカーを、前述の(2)の評価方法に用い、スピーカーとしての特性を評価した。結果を表1に示す。
【0059】
[実施例2]
積層する配向フィルム6枚のうち、最表面の1枚に両面蒸着を施し、圧電積層体の両面が導電層になるように積層したほかは、実施例1と同様な操作を行った。この時、両面蒸着するフィルムはそれぞれ反対側短辺がマージンになるよう、アルミ蒸着を施した。
【0060】
[実施例3]
配向フィルムL1および配向フィルムD1を、それぞれ延伸の横方向が長辺に対して45度の角度となるように4cm×6cmで切り出した。次いで短辺から1cmの領域(4cm×1cmの領域)をマージンとしてマスキングし、蒸着しない箇所を残した上で、残りの領域(4cm×5cmの領域)に表面抵抗値が10Ω/□となるような厚みでアルミ蒸着を施し、実施例1と同様な操作を行った。
【0061】
[実施例4]
配向フィルムL1および配向フィルムD1を、それぞれ延伸の横方向が長辺に対して45度の角度となるように3cm×14cmで切り出した。次いで短辺から1cmの領域(3cm×1cmの領域)をマージンとしてマスキングし、蒸着しない箇所を残した上で、残りの領域(3cm×13cmの領域)に表面抵抗値が10Ω/□となるような厚みでアルミ蒸着を施し、実施例1と同様な操作を行った。
【0062】
[実施例5]
配向フィルムL1および配向フィルムD1を、それぞれ延伸の横方向が長辺に対して45度の角度となるように3cm×14cmで切り出した。次いで短辺から0.5cmの領域(3cm×0.5cmの領域)をマージンとしてマスキングし、蒸着しない箇所を残した上で、残りの領域(3cm×13.5cmの領域)に表面抵抗値が10Ω/□となるような厚みでアルミ蒸着を施し、実施例1と同様な操作を行った。
【0063】
[実施例6]
参考例3で得られた配向フィルムL1および参考例4で得られた配向フィルムD1の厚みをそれぞれ20μmとしたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0064】
[実施例7]
参考例3で得られた配向フィルムL1および参考例4で得られた配向フィルムD1の厚みをそれぞれ5μmとしたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0065】
[実施例8]
配向フィルムL1および配向フィルムD1が交互となるように、配向フィルム層を20枚としたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0066】
[実施例9]
配向フィルムL1および配向フィルムD1が交互となるように、配向フィルム層を3枚としたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0067】
[実施例10]
図4に示すごとく、圧電積層体を振動板の片面のみ貼りあわせたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0068】
[実施例11]
振動板として、厚み200μmのポリエチレン−2,6−ナフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、登録商標:テオネックス 商品名:Q65)を用いたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0069】
[実施例12]
配向フィルムL1および配向フィルムD1を、それぞれ延伸の横方向が長辺に対して45度の角度となるように3cm×7cmで切り出した。次いで短辺から1cmの領域(3cm×1cmの領域)をマージンとしてマスキングし、塗布しない箇所を残した上で、残りの領域(3cm×6cmの領域)に表面抵抗値が500Ω/□となるような厚みでポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を塗布し、80℃で5分間乾燥させ、導電層を形成した。以降、実施例1と同様な操作を行った。
【0070】
[実施例13]
参考例5で得られた配向フィルムL2および参考例6で得られた配向フィルムD2を用いたほかは、実施例1と同様な操作を行った。ただし、パラロイド
TMBPM−500無添加の場合、添加の場合と比較して密着性が低かったため、圧着条件は110℃、40MPaの圧力下で、3分間熱圧着とした。
【0071】
[実施例14]
参考例3で得られた配向フィルムL1の一方の面にコロナ処理を施したものを配向フィルムL1−Aとし、もう一方の面にコロナ処理を施したものを配向フィルムL1−Dとした。得られた配向フィルムL1−Aおよび配向フィルムL1−Dを、それぞれ延伸の横方向が長辺に対して45度の角度となるように3cm×7cmで切り出した。次いでコロナ処理を施した面に対して、短辺から1cmの領域(3cm×1cmの領域)をマージンとしてマスキングし、蒸着しない箇所を残した上で、残りの領域(3cm×6cmの領域)に表面抵抗値が10Ω/□となるような厚みでアルミ蒸着を施し、実施例1と同様な操作を行った。
【0072】
[実施例15]
参考例3で得られた配向フィルムL1および参考例4で得られた配向フィルムD1、それぞれ延伸の横方向に平行な方向が長辺となるように3cm×7cmで切り出した。そのほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0073】
[実施例16]
積層する配向フィルム6枚のうち、最表面の1枚に両面蒸着を施し、圧電積層体の両面が導電層になるように積層したほかは、実施例15と同様な操作を行った。この時、両面蒸着するフィルムはそれぞれ反対側短辺がマージンになるよう、アルミ蒸着を施した。
【0074】
[実施例17]
配向フィルムL1および配向フィルムD1を、それぞれ延伸の横方向に平行な方向が長辺となるように4cm×6cmで切り出した。次いで短辺から1cmの領域(4cm×1cmの領域)をマージンとしてマスキングし、蒸着しない箇所を残した上で、残りの領域(4cm×5cmの領域)に表面抵抗値が10Ω/□となるような厚みでアルミ蒸着を施し、実施例1と同様な操作を行った。
【0075】
[
参考例18]
配向フィルムL1および配向フィルムD1を、延伸の横方向に平行となるように5cm×5cmで切り出した。次いで
図9に示すごとく、端から0.5cm幅のL字領域をマージンとしてマスキングし、蒸着しない箇所を残した上で、残りの領域(4.5cm×4.5cmの領域)に表面抵抗値が10Ω/□となるような厚みでアルミ蒸着を施した。なおマージンの位置は配向フィルムL1と配向フィルムD1とで、それぞれ対角になるようマージンを作成した。そのほかは実施例1と同様な操作を行った。
【0076】
[実施例19]
図4に示すごとく、圧電積層体を振動板の片面のみ貼りあわせたほかは、実施例15と同様な操作を行った。
【0077】
[実施例20]
振動板として 厚み200μmのポリエチレン−2,6−ナフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製 登録商標:テオネックス 商品名:Q65)を用いたほかは、実施例15と同様な操作を行った。
【0078】
[実施例21]
振動板として厚み200μmのステレオコンプレックスポリ乳酸フィルム(帝人株式会社製 登録商標:バイオフロント)を用いたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0079】
[実施例22]
振動板として厚み200μmのポリエチレン−テレフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製 登録商標:テトロン 商品名:HS)を用いたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0080】
[実施例23]
エポキシ樹脂系接着剤の代わりに、酢酸ビニル樹脂系接着剤(シオノギ製薬社製、商品名:クッションコレクト プラスチック用)を用いて圧電積層体を振動板に接合したほかは、実施例1と同様な操作を繰り返した。この際、接着剤層の厚みは5μmであった。
【0081】
[比較例1]
図6に示すごとく、圧電積層体を有効電極部分でのみ振動板の片面のみに貼り合せたほかは、実施例1と同様な操作を行った。
【0082】
[比較例2]
図6に示すごとく、圧電積層体を有効電極部分でのみ振動板の片面のみに貼り合せたほかは、実施例15と同様な操作を行った。
【0083】
[比較例3]
図17に示すごとく、厚み80μmのポリフッ化ビニリデンフィルム(クレハエクステック株式会社製 KFピエゾフィルム)を用いて表1に記載のサンプルを作製し、両面に表1に示す電極を形成した。該圧電積層体を有効電極のみ振動板の片面のみに貼り合せたほかは、実施例1と同様な操作を行い、圧電スピーカーの評価を行った。
実施例および比較例の結果を表1に示す。
【0084】
【表1】
【0085】
【表2】
【0086】
【表3】