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JP2017220650A - Piezoelectric sensor having β-type polyvinylidene fluoride film and method for manufacturing the same - Google Patents

Piezoelectric sensor having β-type polyvinylidene fluoride film and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2017220650A
JP2017220650A JP2016116553A JP2016116553A JP2017220650A JP 2017220650 A JP2017220650 A JP 2017220650A JP 2016116553 A JP2016116553 A JP 2016116553A JP 2016116553 A JP2016116553 A JP 2016116553A JP 2017220650 A JP2017220650 A JP 2017220650A
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Abstract

【課題】密着性の問題が生じる基材を用いることなく電極により支持される、柔軟性に優れたβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】PVDFセンサ1は、β型ポリフッ化ビニリデン膜と、β型ポリフッ化ビニリデン膜中に、互いに離間して配設される第1電極20aと第2電極20bとを含むものである。【選択図】図1A piezoelectric sensor provided with a highly flexible β-polyvinylidene fluoride film supported by electrodes without using a base material that causes adhesion problems, and a method for manufacturing the same. A PVDF sensor 1 includes a β-type polyvinylidene fluoride film, and a first electrode 20a and a second electrode 20b spaced apart from each other in the β-type polyvinylidene fluoride film. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric sensor including a β-type polyvinylidene fluoride film and a method for manufacturing the same.

従来、高分子の圧電材料としてポリフッ化ビニリデンが知られている。このポリフッ化ビニリデンは、水素センサ、圧力センサ、超音波センサ、加速度センサ、振動センサ等の各種センサに圧電材料として既に用いられており、今後は、ソフトウエア等の情報処理デバイスや、アクチュエータ等の出力デバイスへの応用が期待されている。ポリフッ化ビニリデンには、α型、β型及びγ型の3種の結晶構造が存在するが、それらの中で圧電性を有するのはβ型だけである。このようなβ型の結晶構造を有するポリフッ化ビニリデン膜(以下、「β型ポリフッ化ビニリデン膜」という)は、通常、結晶構造を無極性のα型から極性を有するβ型へ転移させるために、α型の結晶構造を有するポリフッ化ビニリデンに分極処理を施さなければ製造することができない。しかしながら、分極処理を行うためには押出機や分極装置等の大掛かりな設備が必要となり、製造コストがかかるという問題がある。そこで、簡易な設備且つ簡便な方法で製造できるβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法が開発されている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, polyvinylidene fluoride is known as a polymer piezoelectric material. This polyvinylidene fluoride has already been used as a piezoelectric material in various sensors such as hydrogen sensors, pressure sensors, ultrasonic sensors, acceleration sensors, and vibration sensors. From now on, information processing devices such as software, actuators, etc. Application to output devices is expected. Polyvinylidene fluoride has three types of crystal structures, α-type, β-type, and γ-type. Among them, only β-type has piezoelectricity. Such a polyvinylidene fluoride film having a β-type crystal structure (hereinafter referred to as “β-type polyvinylidene fluoride film”) is usually used to transfer the crystal structure from a non-polar α-type to a polar β-type. If the polyvinylidene fluoride having an α-type crystal structure is not subjected to polarization treatment, it cannot be produced. However, in order to perform the polarization treatment, a large facility such as an extruder or a polarization device is required, and there is a problem that the manufacturing cost is increased. Therefore, a production method of a β-type polyvinylidene fluoride film that can be produced with a simple equipment and a simple method has been developed (see, for example, Patent Document 1).

ところで、β型ポリフッ化ビニリデン膜は柔軟性を有しており、この特性を活かして医療分野への応用も期待されている。例えば、血管内カテーテルやガイドワイヤ等に、ポリフッ化ビニリデン系材料を適用した低侵襲手術用センサを搭載して、脳梗塞、動脈瘤、狭心症等の手術を行う方法が提案されている。かかる低侵襲手術用センサとしては、血流測定するための血流センサ(非特許文献1参照)の他、人間の指のような感覚で生体や患部の状況を把握するための触覚センサ等も研究開発されている。   By the way, the β-type polyvinylidene fluoride film has flexibility, and is expected to be applied to the medical field by utilizing this characteristic. For example, a method has been proposed in which an operation for cerebral infarction, aneurysm, angina, etc. is performed by mounting a minimally invasive sensor using a polyvinylidene fluoride-based material on an intravascular catheter, a guide wire, or the like. Examples of such minimally invasive surgical sensors include a blood flow sensor for measuring blood flow (see Non-Patent Document 1), a tactile sensor for grasping the state of a living body or an affected area with a sense like a human finger, and the like. Has been researched and developed.

しかしながら、β型ポリフッ化ビニリデン膜は、基材への密着性が弱いため剥離するという問題が知られている。その改善を図るために、β型ポリフッ化ビニリデン膜を形成するための塗布液について、種々の改良を加えたものが提案されている。例えば、特許文献2では、圧電性樹脂膜形成用のコーティング溶液にシラン系カップリング剤を添加し、特許文献3では、特定のオルガノシロキサン部位を有するフッ化ビニリデン系化合物を含む液状の塗料組成物を作製し、特許文献4では、ポリ塩化ビニル、ポリイミド類、ポリエーテルアミド、ナイロン類、ポリシアノアクリレイトのうちから選ばれた1種類又はそれらの混合物よりなる非強誘電性高分子を含む液状の塗料組成物を作製して、それぞれ密着性の向上を図っている。しかしながら、β型ポリフッ化ビニリデン膜における基材への密着性については、更に改善の余地がある。   However, the β-type polyvinylidene fluoride film is known to have a problem of peeling because of its poor adhesion to the substrate. In order to improve this, a coating solution for forming a β-type polyvinylidene fluoride film with various improvements has been proposed. For example, in Patent Document 2, a silane coupling agent is added to a coating solution for forming a piezoelectric resin film, and in Patent Document 3, a liquid coating composition containing a vinylidene fluoride compound having a specific organosiloxane moiety. In Patent Document 4, a liquid containing a non-ferroelectric polymer composed of one kind selected from polyvinyl chloride, polyimides, polyetheramides, nylons, and polycyanoacrylates, or a mixture thereof. Each coating composition is prepared to improve adhesion. However, there is room for further improvement in the adhesion of the β-type polyvinylidene fluoride film to the substrate.

特開2014−43514号公報JP 2014-43514 A 特開2013−188667号公報JP 2013-188667 A 特開2009−137842号公報JP 2009-137842 A 特開昭63−145353号公報JP-A 63-145353

IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL.62, NO.1, JANUARY 2015, p.188−p.195IEEE TRANSACTIONS ON BIO MEDICAL ENGINEERING, VOL. 62, NO. 1, JANUARY 2015, p. 188-p. 195

本発明は、このような事情に鑑み、密着性の問題が生じる基材を用いることなく電極により支持される、柔軟性に優れたβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention provides a piezoelectric sensor having a β-type polyvinylidene fluoride film excellent in flexibility and supported by an electrode without using a base material that causes adhesion problems, and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.

上記課題を解決する本発明にかかる第1の態様は、β型ポリフッ化ビニリデン膜と、前記β型ポリフッ化ビニリデン膜中に、互いに離間して配設される第1電極及び第2電極とを含むことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサにある。   According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems, a β-type polyvinylidene fluoride film, and a first electrode and a second electrode that are spaced apart from each other in the β-type polyvinylidene fluoride film are provided. The piezoelectric sensor includes a β-type polyvinylidene fluoride film.

また、本発明にかかる第2の態様は、前記第1電極及び前記第2電極は、糸状又は布状に形成されたものであることを特徴とする第1の態様のβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサにある。   According to a second aspect of the present invention, the β-type polyvinylidene fluoride film according to the first aspect is characterized in that the first electrode and the second electrode are formed in a thread shape or a cloth shape. A piezoelectric sensor comprising:

また、本発明にかかる第3の態様は、ポリフッ化ビニリデンと、前記ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、得られた塗布液から形成されるβ型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜中に第1電極及び第2電極が配設されるように前記塗布膜を形成する工程と、形成した塗布膜を乾燥する工程と、乾燥した塗布膜を水洗する工程とを含むことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法にある。   Further, a third aspect of the present invention includes polyvinylidene fluoride, a water-soluble polar solvent that dissolves the polyvinylidene fluoride and fixes it in β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent. A step of mixing to form a coating solution, and forming the coating film so that the first electrode and the second electrode are disposed in a coating film made of β-type polyvinylidene fluoride formed from the obtained coating solution And a step of drying the formed coating film, and a step of washing the dried coating film with water. A method for producing a piezoelectric sensor comprising a β-type polyvinylidene fluoride film is provided.

また、本発明にかかる第4の態様は、ポリフッ化ビニリデンと、前記ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、基材上に第1電極及び第2電極を互いに離間して配設する工程と、得られた塗布液から形成されるβ型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜中に前記第1電極及び前記第2電極が配設されるように前記塗布膜を形成する工程と、形成した塗布膜を乾燥する工程と、乾燥した塗布膜を水洗して前記基材から前記塗布膜を剥離する工程と含むことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法にある。   In addition, a fourth aspect of the present invention includes a polyvinylidene fluoride, a water-soluble polar solvent that dissolves the polyvinylidene fluoride and fixes the β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent. A step of mixing to form a coating solution, a step of disposing the first electrode and the second electrode on the base material apart from each other, and a coating made of β-type polyvinylidene fluoride formed from the obtained coating solution Forming the coating film so that the first electrode and the second electrode are disposed in the film, drying the formed coating film, washing the dried coating film with water, A method for producing a piezoelectric sensor comprising a β-type polyvinylidene fluoride film, comprising the step of peeling the coating film.

また、本発明にかかる第5の態様は、前記基材は、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネートの何れかを含むことを特徴とする第4の態様のβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法にある。   According to a fifth aspect of the present invention, the substrate includes any one of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyamide, polyimide, polyvinylidene chloride, and polycarbonate. The method of manufacturing a piezoelectric sensor including the β-type polyvinylidene fluoride film according to the fourth aspect.

また、本発明にかかる第6の態様は、前記第1電極及び前記第2電極は、糸状又は布状に形成されたものであることを特徴とする第3の態様から第5の態様の何れかのβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法にある。   According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the third to fifth aspects, the first electrode and the second electrode are formed in a thread shape or a cloth shape. There is a method for manufacturing a piezoelectric sensor including such a β-type polyvinylidene fluoride film.

本発明によれば、密着性の問題が生じる基材を用いることなく電極により支持される、柔軟性に優れたβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the piezoelectric sensor which comprises the beta-type polyvinylidene fluoride film | membrane excellent in the softness | flexibility supported by an electrode, without using the base material which the adhesion problem produces can be provided, and its manufacturing method. .

本実施形態にかかるβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの構造を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the piezoelectric sensor which comprises the beta type polyvinylidene fluoride film concerning this embodiment. 本実施形態にかかるβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法を説明するための図であり、(a)は基材上に電極を配置した状態を示す正面図及びそのA−A′線断面図であり、(b)はβ型ポリフッ化ビニリデン膜中に電極を配設した状態を示す正面図及びそのB−B′線断面図であり、(c)は基材からβ型ポリフッ化ビニリデン膜を剥した状態を示す正面図及びそのC−C′線断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric sensor which comprises the beta type polyvinylidene fluoride film concerning this embodiment, (a) is the front view which shows the state which has arrange | positioned the electrode on the base material, and its AA FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line ′, and FIG. 4B is a front view showing a state where electrodes are disposed in a β-type polyvinylidene fluoride film and a cross-sectional view taken along line BB ′, and FIG. It is the front view which shows the state which peeled the polyvinylidene fluoride film | membrane, and its CC 'line sectional drawing. (a)は実施例1のPVDFセンサのタッピング試験の測定結果を示すグラフであり、(b)は実施例2のPVDFセンサを2つ重ね合わせて作製した積層センサのタッピング試験の測定結果を示すグラフである。(A) is a graph which shows the measurement result of the tapping test of the PVDF sensor of Example 1, (b) shows the measurement result of the tapping test of the laminated sensor produced by superposing two PVDF sensors of Example 2. It is a graph. β型ポリフッ化ビニリデン膜及び8本の電極を具備する圧電センサの構造を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the piezoelectric sensor which comprises (beta) -type polyvinylidene fluoride film | membrane and eight electrodes. β型ポリフッ化ビニリデン膜及び織物状の電極を具備する圧電センサの構造を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the piezoelectric sensor which comprises (beta) -type polyvinylidene fluoride film | membrane and a textile-like electrode. β型ポリフッ化ビニリデン膜及びマトリックス状の電極を具備する圧電センサの構造を模式的に示す図であり、(a)は斜視図であり、(b)は正面図である。It is a figure which shows typically the structure of the piezoelectric sensor which comprises (beta) -type polyvinylidene fluoride film | membrane and a matrix-like electrode, (a) is a perspective view, (b) is a front view.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ)
図1は、本発明の実施形態にかかるβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの構造を模式的に示す斜視図である。図示するように、β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ(以下、「PVDFセンサ1」という)は、β型ポリフッ化ビニリデン膜(以下、「PVDF膜10」という)と、互いに離間して配設される第1電極20aと第2電極20bを含むものである。PVDFセンサ1は、密着性の問題が生じる基材を用いることなく、柔軟性を有する第1電極20aと第2電極20bによりPVDF膜10が支持される構造を備えているため、PVDF膜10の特長である柔軟性を阻害することなく、センサ全体としても柔軟性に優れるものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Piezoelectric sensor with β-type polyvinylidene fluoride film)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of a piezoelectric sensor including a β-type polyvinylidene fluoride film according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, a piezoelectric sensor having a β-type polyvinylidene fluoride film (hereinafter referred to as “PVDF sensor 1”) is separated from a β-type polyvinylidene fluoride film (hereinafter referred to as “PVDF film 10”). The first electrode 20a and the second electrode 20b are disposed. The PVDF sensor 1 has a structure in which the PVDF film 10 is supported by the flexible first electrode 20a and the second electrode 20b without using a base material that causes adhesion problems. The sensor as a whole is excellent in flexibility without hindering the characteristic flexibility.

PVDF膜10は、β型のポリフッ化ビニリデンが主体であり純度が高く、β型ポリフッ化ビニリデンとしての機能を発揮すれば、α型のポリフッ化ビニリデンやγ型のポリフッ化ビニリデンが混在したものも含むものである。ここで、純度が高いとは、ポリフッ化ビニリデン(以下、「PVDF」ともいう)以外の成分が殆ど含有されていない膜であることをいう。   The PVDF film 10 is mainly composed of β-type polyvinylidene fluoride and has a high purity. If the PVDF film 10 functions as β-type polyvinylidene fluoride, a mixture of α-type polyvinylidene fluoride and γ-type polyvinylidene fluoride may be used. Is included. Here, high purity means that the film contains almost no components other than polyvinylidene fluoride (hereinafter also referred to as “PVDF”).

β型ポリフッ化ビニリデンは、(−CF−CH−)の繰り返し連鎖からなり、分子鎖がオールトランスの立体配座構造からなる。このため、β型ポリフッ化ビニリデンは、自発分極の向きがフッ素原子から水素原子に、即ち、分子鎖に対して垂直方向に揃っており、圧電特性に優れた材料となる。 β-type polyvinylidene fluoride consists of a repeating chain of (—CF 2 —CH 2 —) n and a conformation structure in which the molecular chain is all-trans. For this reason, β-type polyvinylidene fluoride has a direction of spontaneous polarization aligned from a fluorine atom to a hydrogen atom, that is, in a direction perpendicular to the molecular chain, and is a material having excellent piezoelectric characteristics.

また、PVDF膜10は、平均粒径8μm〜9μmの粒状の結晶粒からなり、48%〜53%の体積空隙率を有する膜である。   The PVDF film 10 is a film made of granular crystal grains having an average particle diameter of 8 μm to 9 μm and having a volume porosity of 48% to 53%.

なお、体積空隙率は、以下の式(1)により算出した。
体積空隙率(%)=((真のPVDFの質量−みかけのPVDFの質量)/真のPVDFの質量)×100 ・・・(1)
The volume porosity was calculated by the following formula (1).
Volume porosity (%) = ((true PVDF mass−apparent PVDF mass) / true PVDF mass) × 100 (1)

ただし、真のPVDFの質量とは、(理論密度1.78g/cm)×(作製したPVDF膜10の体積)であり、みかけのPVDFの質量とは、秤量計による実測値である。 However, the true PVDF mass is (theoretical density 1.78 g / cm 3 ) × (volume of the produced PVDF film 10), and the apparent PVDF mass is an actually measured value by a weighing meter.

このようなPVDF膜10は、体積空隙率が大きく、結晶粒の間に複数の空隙が存在する多孔性の膜である。これらの空隙の存在により、PVDF膜10は優れた歪特性を有する。一方、従来の延伸法で製造したβ型ポリフッ化ビニリデン膜は、表面が平坦であり、粒状の結晶粒は見られない。   Such a PVDF film 10 is a porous film having a large volume porosity and having a plurality of voids between crystal grains. Due to the presence of these voids, the PVDF film 10 has excellent strain characteristics. On the other hand, the β-type polyvinylidene fluoride film produced by a conventional stretching method has a flat surface and no granular crystal grains are observed.

よって、本実施形態にかかる粒状の結晶粒からなるPVDF膜10は、従来のβ型ポリフッ化ビニリデン膜とは区別され、例えば、圧電体膜として、圧電式センサに用いることにより、高感度で且つ安定した検知特性を有するセンサを実現することができる。   Therefore, the PVDF film 10 made of granular crystal grains according to the present embodiment is distinguished from the conventional β-type polyvinylidene fluoride film. For example, as a piezoelectric film, the PVDF film 10 has high sensitivity and is used in a piezoelectric sensor. A sensor having stable detection characteristics can be realized.

第1電極20aと第2電極20bは、互いに距離dだけ離間してPVDF膜10中に配設されている。本実施形態では、かかる距離dを200μmとしたが、PVDFセンサ1がセンサとして機能すれば特に限定されず、当該センサの用途に応じて、例えば、50μm〜500μmの範囲で距離dを設定することができる。第1電極20aと第2電極20bとの距離dを50μm未満に設定した場合には、詳細は後述するが、乾燥時におけるPVDF膜10の熱収縮により、第1電極20a及び第2電極20b同士が接触して接触不良が生じる。その一方で、かかる距離dを500μmを越えた値に設定した場合には、電気容量(キャパシタンス)が減少して電気信号が減衰する。何れの場合でも、PVDFセンサ1の機能を低下させる要因となるので好ましくない。 The first electrode 20a and the second electrode 20b is arranged in the PVDF film 10 spaced apart by a distance d 1 from one another. In the present embodiment, the distance d 1 is 200 μm, but is not particularly limited as long as the PVDF sensor 1 functions as a sensor. For example, the distance d 1 is set in a range of 50 μm to 500 μm according to the application of the sensor. can do. When the distance d 1 between the first electrode 20a and the second electrode 20b is set to be less than 50 μm, the details will be described later, but due to thermal contraction of the PVDF film 10 during drying, the first electrode 20a and the second electrode 20b Contact with each other causes poor contact. On the other hand, when the distance d 1 is set to a value exceeding 500 μm, the electric capacity (capacitance) decreases and the electric signal attenuates. In either case, it becomes a factor that degrades the function of the PVDF sensor 1, which is not preferable.

第1電極20a及び第2電極20bは、上述の通り、PVDF膜10の特長である柔軟性を阻害せずにPVDF膜10を支持し、且つ電極として機能するものである。第1電極20a及び第2電極20bとしては、導電性と柔軟性を兼ね備えていれば特に限定されず、例えば、糸状又は布状に形成されたものが挙げられる。これらは、センサの用途に応じて選択し適用することができる。   As described above, the first electrode 20a and the second electrode 20b support the PVDF film 10 without hindering flexibility, which is a feature of the PVDF film 10, and function as electrodes. The first electrode 20a and the second electrode 20b are not particularly limited as long as they have both conductivity and flexibility, and examples thereof include those formed in a thread shape or a cloth shape. These can be selected and applied according to the application of the sensor.

糸状の電極(糸状体)としては、例えば、ポリエステル、レーヨン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリウレタン等の合成繊維に、金属めっきを施した金属めっき線等の柔軟性に優れる材料や細い金属ワイヤ等を挙げることができる。金属めっき線としてはモノフィラメント及び撚糸の何れでもよいが、強度を考慮すると撚糸が好ましい。めっき処理で用いる金属の素材は特に限定されないが、例えば、銀(Ag)、金(Au)、チタン(Ti)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Cu)、或いはこれらの合金等の一般的な電極材料を適用することができ、用途に応じて適宜選択することができる。また、糸状体(第1電極20a及び第2電極20b)の太さdは、用途に応じて適宜選択され得るものであり特に限定されないが、1デニール〜100デニールのものを用いることができる。なお、1デニールは、9000mの糸の質量をグラム単位で表したものである。また、糸状体として複数の金属ワイヤを束ねたものを用いた場合、その径(上述の糸状体の太さdに相当)は、用途に応じて適宜選択され得るものであり特に限定されないが、PVDFセンサ1の柔軟性を考慮すると、複数の金属ワイヤを束ねた場合でも、その径を500μmΦ以下に設定すればよく、概ね10μmΦ〜100μmΦ程度であることが望ましい。 Examples of the thread-like electrode (thread-like body) include a material having excellent flexibility such as a metal plating wire obtained by performing metal plating on synthetic fiber such as polyester, rayon, nylon, polypropylene, polyurethane, and a thin metal wire. Can do. The metal plating wire may be either a monofilament or a twisted yarn, but a twisted yarn is preferable in consideration of strength. The metal material used in the plating process is not particularly limited. For example, silver (Ag), gold (Au), titanium (Ti), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), or alloys thereof These general electrode materials can be applied and can be appropriately selected according to the application. Further, the thickness d 2 of the filament (first electrode 20a and second electrode 20b) is not particularly limited and those which may be appropriately selected depending on the application, it can be used in 1 denier to 100 denier . One denier is the mass of a 9000 m yarn expressed in grams. In the case of using the a bundle a plurality of metal wires as filament, the diameter (corresponding to the thickness d 2 of the filament mentioned above) is not particularly limited and those which may be appropriately selected depending on the application Considering the flexibility of the PVDF sensor 1, even when a plurality of metal wires are bundled, the diameter may be set to 500 μmΦ or less, and is preferably about 10 μmΦ to 100 μmΦ.

布状の電極(布状体)としては、例えば、撚糸を織った織物、撚糸を編んだ編物、若しくは撚糸を粗くメッシュ状に織ったもの(メッシュ状体)等を挙げることができ、これらの中では、織物又はメッシュ状体としたものが好ましい。なお、上述の織物、編物及びメッシュ状体に用いる撚糸の本数は限定されず、用途に応じて適宜選択することができる。   Examples of the cloth-like electrode (cloth-like body) include a woven fabric woven by twisted yarn, a knitted fabric knitted by twisted yarn, or a yarn woven roughly in a mesh shape (mesh-like body). Among them, a woven fabric or a mesh-like body is preferable. In addition, the number of twisted yarns used for the above-mentioned woven fabric, knitted fabric and mesh-like body is not limited, and can be appropriately selected according to the application.

また、第1電極20a及び第2電極20bは用途に応じて使い分けることができ、これらに、同一の電極形態を適用してもよいし、それぞれ異なる電極形態を適用してもよい。例えば、第1電極20a及び第2電極20bに、それぞれ糸状体を適用してもよいし、或いは、一方の電極に布状体を適用し、他方の電極に糸状体を適用する構成にしてもよい。後者の場合、布状体は、1つの電極(共通電極)として機能する。また、第1電極20a及び第2電極20bに、それぞれ複数の糸状体を適用して、マトリックス構造を有する電極としてもよい。即ち、かかる第1電極20a及び第2電極20bは、相互に間隔をあけて配設された複数の第1電極20a(第1電極群)と、相互に間隔をあけて配設され且つ複数の第1電極20aと交差して設けられた複数の第2電極20b(第2電極群)とを有するワイヤメッシュ電極である。このような構成により、ワイヤメッシュ電極は、第1電極群及び第2電極群がそれぞれ共通電極として機能することが可能となり、或いは、各第1電極20a及び各第2電極20b間で個別にセンシングが可能となる。   Moreover, the 1st electrode 20a and the 2nd electrode 20b can be used properly according to a use, The same electrode form may be applied to these, and a different electrode form may be applied, respectively. For example, a filament may be applied to each of the first electrode 20a and the second electrode 20b, or a cloth may be applied to one electrode and a filament may be applied to the other electrode. Good. In the latter case, the cloth-like body functions as one electrode (common electrode). Alternatively, a plurality of filaments may be applied to the first electrode 20a and the second electrode 20b, respectively, to form an electrode having a matrix structure. That is, the first electrode 20a and the second electrode 20b are arranged with a plurality of first electrodes 20a (first electrode group) spaced apart from each other and with a plurality of spaced apart ones. This is a wire mesh electrode having a plurality of second electrodes 20b (second electrode group) provided to intersect the first electrode 20a. With such a configuration, the wire mesh electrode allows the first electrode group and the second electrode group to function as a common electrode, or is separately sensed between each first electrode 20a and each second electrode 20b. Is possible.

本実施形態では、第1電極20a及び第2電極20bとして、太さdを有する同一の糸材を適用した。即ち、ポリエステル系の糸材に銀めっき処理を施した、50μmΦのAgめっき糸を使用した。なお、このような2本の電極を用いる以外に、必要に応じて電極の数を増やしてもよい。本実施形態以外の他の電極を用いた例については、後述する。 In the present embodiment, the first electrode 20a and second electrode 20b, and applying the same yarn material having a thickness d 2. That is, a 50 μmφ Ag-plated yarn obtained by performing silver plating on a polyester yarn material was used. In addition to using these two electrodes, the number of electrodes may be increased as necessary. An example using other electrodes than the present embodiment will be described later.

本実施形態にかかるPVDFセンサ1は、優れた歪特性を有するPVDF膜10を具備するので、従来の延伸法で形成したβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧力センサと比較すると、例えば、出力電圧は、安定した電位変化を示し、検知感度は数倍優れていることがわかっている(特許文献1参照)。これにより、高感度で且つ安定した検知特性を有し、信頼性の高い圧力センサを実現できる。また、PVDFセンサ1は、密着性の問題が生じる基材を用いることなく、柔軟性を有する第1電極20a及び第2電極20bにより支持される構造を備えているため、PVDF膜10本来の特性である柔軟性が阻害されず、柔軟性に優れた圧力センサを実現できる。   Since the PVDF sensor 1 according to the present embodiment includes the PVDF film 10 having excellent strain characteristics, for example, compared with a pressure sensor including a β-type polyvinylidene fluoride film formed by a conventional stretching method, for example, an output voltage Indicates a stable potential change, and the detection sensitivity is known to be several times better (see Patent Document 1). Thereby, it is possible to realize a highly reliable pressure sensor having high sensitivity and stable detection characteristics. Further, the PVDF sensor 1 has a structure that is supported by the flexible first electrode 20a and the second electrode 20b without using a base material that causes adhesion problems. Therefore, a pressure sensor excellent in flexibility can be realized.

また、このような優れた歪特性を有するPVDF膜10は、圧力センサの他にも圧電式水素センサ、超音波センサ、加速度センサ、振動センサ及び衝撃センサ等の各種圧電式センサや、血流センサ、触角センサ等の低侵襲手術用センサ等の生体センサに広く用いることができる。   In addition to the pressure sensor, the PVDF film 10 having such excellent strain characteristics includes various piezoelectric sensors such as a piezoelectric hydrogen sensor, an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, a vibration sensor, and an impact sensor, as well as a blood flow sensor. It can be widely used for biosensors such as sensors for minimally invasive surgery such as tactile sensors.

(β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法)
図2は、β型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法を説明するための図であり、(a)は基材上に電極を配置した状態を示す正面図及びそのA−A′線断面図であり、(b)はβ型ポリフッ化ビニリデン膜中に電極を配設した状態を示す正面図及びそのB−B′線断面図であり、(c)は基材からβ型ポリフッ化ビニリデン膜を剥した状態を示す正面図及びそのC−C′線断面図である。なお、各断面図において、後述する1対の台座40a,40bは省略してある。
(Method for manufacturing piezoelectric sensor having β-type polyvinylidene fluoride film)
FIG. 2 is a view for explaining a method of manufacturing a piezoelectric sensor having a β-type polyvinylidene fluoride film. FIG. 2A is a front view showing a state in which electrodes are arranged on a substrate, and its AA ′. (B) is a front view showing a state in which electrodes are arranged in a β-type polyvinylidene fluoride film and a BB ′ line cross-sectional view thereof, and (c) is a β-type polyvinyl fluoride from a substrate. It is the front view which shows the state which peeled the vinylidene fluoride film | membrane, and its CC 'sectional view taken on the line. In each cross-sectional view, a pair of pedestals 40a and 40b described later are omitted.

図示するように、PVDFセンサ1の製造方法は、大がかりな設備を必要とせず、溶液塗布法による簡便な方法により、圧電特性に優れ且つ純度が高く柔軟性に優れたPVDFセンサ1を製造するものである。   As shown in the figure, the PVDF sensor 1 manufacturing method does not require large-scale equipment, and manufactures the PVDF sensor 1 having excellent piezoelectric characteristics, high purity, and excellent flexibility by a simple method using a solution coating method. It is.

このような優れた特性を有するPVDFセンサ1の製造方法は、ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、基材30上に第1電極20a及び第2電極20bを互いに離間して配設する工程と、得られた塗布液から形成されるβ型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜中に第1電極20a及び第2電極20bが配設されるように塗布膜を形成する工程と、形成した塗布膜を乾燥する工程と、乾燥した塗布膜を水洗して基材30から塗布膜を剥離する工程とからなる。   The manufacturing method of the PVDF sensor 1 having such excellent characteristics is obtained by mixing a water-soluble polar solvent that dissolves polyvinylidene fluoride and fixing it in a β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent. A step of forming a coating solution, a step of disposing the first electrode 20a and the second electrode 20b on the base material 30 apart from each other, and a coating made of β-type polyvinylidene fluoride formed from the obtained coating solution A step of forming a coating film so that the first electrode 20a and the second electrode 20b are disposed in the film, a step of drying the formed coating film, and washing the dried coating film with water and applying from the substrate 30 And a step of peeling the film.

かかるPVDFセンサ1の製造方法は、ポリフッ化ビニリデンを、ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とに溶解して塗布液とし、これを基材30上に第1電極20a及び第2電極20bが内部に配設されるように膜形成した後、かかる有機溶媒を除去して多孔性膜とし、これを水洗して水溶性極性溶媒を除去すると共に、基材30から剥離することにより、純度の高いPVDF膜10を具備したPVDFセンサ1を製造するものである。   Such a PVDF sensor 1 is manufactured by dissolving polyvinylidene fluoride in a water-soluble polar solvent that dissolves polyvinylidene fluoride and fixing it in β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent. After forming a film on the substrate 30 so that the first electrode 20a and the second electrode 20b are disposed therein, the organic solvent is removed to form a porous film, which is washed with water The PVDF sensor 1 provided with the high-purity PVDF film 10 is manufactured by removing the polar solvent and peeling from the base material 30.

以下、各工程について説明する。
塗布液の形成工程は、ポリフッ化ビニリデンと、ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程である。具体的には、所定の水溶性極性溶媒と所定の有機溶媒に、ポリフッ化ビニリデン粉を溶解して、ポリフッ化ビニリデンを含む塗布液を調製する。
Hereinafter, each step will be described.
The coating liquid formation process consists of mixing polyvinylidene fluoride, a water-soluble polar solvent that dissolves polyvinylidene fluoride and fixing it in β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent. It is a process to do. Specifically, a polyvinylidene fluoride powder is dissolved in a predetermined water-soluble polar solvent and a predetermined organic solvent to prepare a coating solution containing polyvinylidene fluoride.

ここで、本実施形態で用いるポリフッ化ビニリデンとは、β型ポリフッ化ビニリデン膜となって圧電特性を示すものであれば、フッ化ビニリデン単独の重合体だけでなく、フッ化ビニリデンのモノマーと、フッ素を含有する他のモノマーとの共重合体であってもよい。本実施形態では、これらを総称して単にポリフッ化ビニリデンという。このようなポリフッ化ビニリデンは、溶媒に溶解して用いるので、好適には粉状のものを用いるが、フレーク状や塊状等であってもよい。   Here, the polyvinylidene fluoride used in the present embodiment is not only a polymer of vinylidene fluoride alone but also a vinylidene fluoride monomer, as long as it is a β-type polyvinylidene fluoride film and exhibits piezoelectric characteristics. Copolymers with other monomers containing fluorine may also be used. In the present embodiment, these are collectively referred to simply as polyvinylidene fluoride. Since such polyvinylidene fluoride is used after being dissolved in a solvent, it is preferably used in a powder form, but may be in the form of flakes or lumps.

また、本実施形態で用いる所定の水溶性極性溶媒は、ポリフッ化ビニリデンを溶解して該ポリフッ化ビニリデンをβ型に固定化する機能を有するものであり、例えば、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPA)等のリン酸アミド化合物、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。また、リン酸アミド化合物は、ヘキサアルキルリン酸トリアミド等のトリアミドだけでなく、モノアミド、ジアミド又はこれらの混合物を含むものである。これらの中でも、特にヘキサメチルリン酸トリアミドが好ましく、本実施形態では、ヘキサメチルリン酸トリアミドを用いた。   In addition, the predetermined water-soluble polar solvent used in the present embodiment has a function of dissolving polyvinylidene fluoride and immobilizing the polyvinylidene fluoride in β-type. For example, hexamethylphosphoric triamide (HMPA) And phosphoric acid amide compounds such as dimethylacetamide, dimethylformamide, and dimethyl sulfoxide. The phosphoric acid amide compound includes not only a triamide such as a hexaalkylphosphoric acid triamide but also a monoamide, a diamide, or a mixture thereof. Among these, hexamethyl phosphate triamide is particularly preferable, and hexamethyl phosphate triamide is used in this embodiment.

ここで、水溶性極性溶媒がポリフッ化ビニリデンをβ型に固定化する機能を有するとは、ポリフッ化ビニリデンと相溶した状態でポリフッ化ビニリデンをβ型の結晶構造に転移して固定化することをいう。また、β型に固定化するとは、完全にβ型に固定化するものの他、α型よりβ型が優位なように固定するものを包含するものであり、結果的に成膜されたポリフッ化ビニリデンが所望の圧電性を有するものとなるように固定化するものであればよい。   Here, the water-soluble polar solvent has the function of immobilizing polyvinylidene fluoride in β-type when the polyvinylidene fluoride is transferred to the β-type crystal structure and immobilized in a state of being compatible with polyvinylidene fluoride. Say. In addition, immobilization to β-type includes not only those that are completely immobilized to β-type, but also those that are fixed so that β-type is superior to α-type. What is necessary is just to fix so that vinylidene may become what has desired piezoelectricity.

また、水溶性極性溶媒の水溶性とは、後述する水洗剥離工程により塗布膜から溶媒を除去できる程度の水溶性を意味する。   Moreover, the water solubility of a water-soluble polar solvent means the water solubility of the grade which can remove a solvent from a coating film by the water washing peeling process mentioned later.

水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とは、後述の乾燥温度における飽和蒸気圧が、水溶性極性溶媒よりも高く、蒸発速度が速いものをいう。このため、後述する塗布膜の乾燥工程において、かかる有機溶媒の沸点温度程度に加熱することにより、水溶性極性溶媒を塗布膜に残存させたまま、有機溶媒のみを蒸発させることができ、これにより多孔性の膜とすることができる。このような有機溶媒は、ポリフッ化ビニリデン及び水溶性極性溶媒と相溶するものであり、使用する水溶性極性溶媒の種類に応じて、適宜選択すればよい。   The organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent means a solvent having a saturated vapor pressure at a drying temperature described later, which is higher than that of the water-soluble polar solvent and has a high evaporation rate. For this reason, in the drying step of the coating film described later, by heating to about the boiling temperature of the organic solvent, only the organic solvent can be evaporated while the water-soluble polar solvent remains in the coating film. It can be a porous membrane. Such an organic solvent is compatible with polyvinylidene fluoride and a water-soluble polar solvent, and may be appropriately selected according to the type of the water-soluble polar solvent to be used.

水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルアセトアミド、ジメチルブチルアミド及びN−メチルピロリドン等又はこれらの混合溶媒を挙げることができる。これらの中でも、アセトン及びジメチルホルムアミドからなる群から選択される少なくとも1種を用いるのが好ましい。本実施形態では、蒸発のし易さに鑑みて、アセトンを用いた。   Examples of the organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, dimethylformamide, diethylformamide, dimethylacetamide, diethylacetamide, dimethylbutyramide, N-methylpyrrolidone, and the like. A mixed solvent can be mentioned. Among these, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of acetone and dimethylformamide. In this embodiment, acetone is used in view of easiness of evaporation.

本実施形態では、上述したポリフッ化ビニリデンと、ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成するが、水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒の体積比は、上述したように乾燥後に多孔性の形状を保持できる塗布膜を形成できる範囲であれば、特に限定されず、有機溶媒を10容量%〜80容量%含有させればよい。10容量%より有機溶媒が少ないと有機溶媒を除去した際に多孔性の膜とはならず、また、80容量%より多いと膜の形状が保持できないからである。好適には、水溶性極性溶媒と有機溶媒の体積比が1:3〜3:1の範囲にあるのが望ましい。   In this embodiment, the above-mentioned polyvinylidene fluoride, a water-soluble polar solvent that dissolves polyvinylidene fluoride and fixes it to β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent are mixed to form a coating solution. However, the volume ratio of the water-soluble polar solvent and the organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent is particularly limited as long as it can form a coating film that can maintain a porous shape after drying as described above. What is necessary is just to contain 10 volume%-80 volume% of organic solvents. This is because when the organic solvent is less than 10% by volume, a porous film is not formed when the organic solvent is removed, and when it is more than 80% by volume, the shape of the film cannot be maintained. Preferably, the volume ratio of the water-soluble polar solvent to the organic solvent is in the range of 1: 3 to 3: 1.

また、ポリフッ化ビニリデンの含有量は、水溶性極性溶媒の総質量に対して、例えば、3.5質量%以上の範囲にあるのが好ましく、より好ましいのは、5質量%〜6.5質量%の範囲である。   The content of polyvinylidene fluoride is preferably in the range of 3.5% by mass or more, and more preferably 5% by mass to 6.5% by mass with respect to the total mass of the water-soluble polar solvent. % Range.

更に好ましいのは、水溶性極性溶媒としてヘキサメチルリン酸トリアミドを用いた場合、ヘキサメチルリン酸トリアミドとアセトンの体積比が1:1であり且つポリフッ化ビニリデンの含有量が、ヘキサメチルリン酸トリアミドの総質量に対して、6.5質量%である。   More preferably, when hexamethylphosphoric triamide is used as the water-soluble polar solvent, the volume ratio of hexamethylphosphoric triamide to acetone is 1: 1 and the content of polyvinylidene fluoride is hexamethylphosphoric triamide. The total mass is 6.5% by mass.

次に、第1電極20a及び第2電極20bの配設工程について説明する。第1電極20a及び第2電極20bの配設工程は、基材30上に第1電極20a及び第2電極20bを互いに離間して配設する工程である。図2(a)に示すように、まず、1対の台座40a,40bを準備し、これらの間隔が1cm〜10cmとなるように基材30上に配置する。次に、この台座40a,40b上に第1電極20a及び第2電極20bを、互いに100μm〜500μmの間隔をあけて載置し張架する。このときの第1電極20a及び第2電極20bの張力は5g重〜100g重である。   Next, an arrangement process of the first electrode 20a and the second electrode 20b will be described. The disposing step of the first electrode 20a and the second electrode 20b is a step of disposing the first electrode 20a and the second electrode 20b on the base material 30 so as to be separated from each other. As shown in FIG. 2A, first, a pair of pedestals 40a and 40b are prepared and arranged on the base material 30 so that the distance between them is 1 cm to 10 cm. Next, the first electrode 20a and the second electrode 20b are placed and stretched on the pedestals 40a and 40b with an interval of 100 μm to 500 μm. At this time, the tension of the first electrode 20a and the second electrode 20b is 5 to 100 g.

本実施形態では、第1電極20a及び第2電極20bとして、上述のAgめっき糸を使用し、第1電極20a及び第2電極20bの離間距離(距離d)を500μmとし、張架時の張力を10g重とした。 In the present embodiment, the above-described Ag plating yarn is used as the first electrode 20a and the second electrode 20b, the separation distance (distance d 1 ) between the first electrode 20a and the second electrode 20b is 500 μm, The tension was 10 g weight.

次に、塗布膜の形成工程について説明する。この形成工程は、第1電極20a及び第2電極20bの配設工程で基材30上に配設した第1電極20a及び第2電極20bを内部に含むように、塗布液の形成工程で得られた塗布液を用いて塗布膜を形成する工程である。図2(b)に示すように、本実施形態では、得られた塗布液を基材30上に配設した第1電極20a及び第2電極20bに、これらが塗布液中に埋没する程度の量を滴下した。これにより、後述する乾燥工程及び水洗剥離工程を経て得られる塗布膜中に第1電極20a及び第2電極20bを配設することができる。   Next, the coating film forming process will be described. This forming step is obtained in the coating liquid forming step so as to include the first electrode 20a and the second electrode 20b disposed on the base material 30 in the disposing step of the first electrode 20a and the second electrode 20b. In this step, a coating film is formed using the coating solution thus obtained. As shown in FIG. 2B, in the present embodiment, the obtained coating solution is embedded in the coating solution in the first electrode 20a and the second electrode 20b disposed on the substrate 30. An amount was added dropwise. Thereby, the 1st electrode 20a and the 2nd electrode 20b can be arrange | positioned in the coating film obtained through the drying process and the water washing peeling process mentioned later.

塗布膜の形成方法は、第1電極20a及び第2電極20bを塗布膜中に配設して膜形成できるものであれば特に限定されないが、例えば、後述する実施例1のように、基材30を用いずに膜形成する方法でもよいし、第1電極20a及び第2電極20bを塗布液中に浸漬して膜形成する方法であってもよい。適用する第1電極20a及び第2電極20bの数や形態に応じて、適宜選択することができる。   The method for forming the coating film is not particularly limited as long as the first electrode 20a and the second electrode 20b can be arranged in the coating film to form a film. For example, as in Example 1 described later, the substrate A method of forming a film without using 30 or a method of forming a film by immersing the first electrode 20a and the second electrode 20b in a coating solution may be used. It can select suitably according to the number and form of the 1st electrode 20a and the 2nd electrode 20b to apply.

基材30は、後述する水洗剥離工程で、内部に第1電極20a及び第2電極20bを含んだ塗布膜と密着せずに、水洗により容易に剥離することができるものであれば特に限定されない。そのような基材30としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリカーボネート(PC)等が挙げられる。本実施形態では、基材30としてポリエチレンテレフタラートを用いた。   The base material 30 is not particularly limited as long as it can be easily peeled off by water washing without being in close contact with the coating film containing the first electrode 20a and the second electrode 20b in the water washing peeling process described later. . Examples of such a substrate 30 include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyamide (PA), polyimide (PI), polyvinylidene chloride (PVDC), Examples include polycarbonate (PC). In the present embodiment, polyethylene terephthalate is used as the base material 30.

本実施形態では、乾燥工程において、形成した塗布膜を乾燥する。この工程は、基材30上に形成された第1電極20a及び第2電極20bを内部に含む塗布膜を乾燥して多孔性の膜とする工程である。   In the present embodiment, the formed coating film is dried in the drying step. This step is a step of drying the coating film including the first electrode 20a and the second electrode 20b formed on the substrate 30 to form a porous film.

具体的には、基材30上に滴下されたポリフッ化ビニリデンを含有する塗布液からなる塗布膜から、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒のみを除去し、多孔性の乾燥膜を形成する工程である。   Specifically, only the organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent is removed from the coating film made of the coating liquid containing polyvinylidene fluoride dropped on the base material 30 to form a porous dry film. It is a process to do.

本実施形態では、かかる有機溶媒としてアセトンを用い、基材30としてポリエチレンテレフタラートを適用しているため、例えば、塗布膜をアセトンの沸点(約56℃)よりも数十℃高い70℃程度に加熱して、塗布膜からアセトンのみを蒸発させて、上述の乾燥膜を形成している。なお、後述する実施例1のように、基材30を用いずに膜形成する方法の場合には、乾燥温度を90℃程度にして加熱してもよい。   In this embodiment, since acetone is used as the organic solvent and polyethylene terephthalate is applied as the substrate 30, for example, the coating film is set to about 70 ° C. which is several tens of degrees higher than the boiling point of acetone (about 56 ° C.). By heating, only acetone is evaporated from the coating film to form the above-mentioned dry film. In the case of a method of forming a film without using the substrate 30 as in Example 1 described later, the heating may be performed at a drying temperature of about 90 ° C.

塗布膜から有機溶媒のみを除去するため、得られる乾燥膜は所定の水溶性極性溶媒とポリフッ化ビニリデンから構成され、複数の空隙が存在する多孔性の膜、即ち、ポーラスの膜となる。また、上述の乾燥膜中では、所定の水溶性極性溶媒の存在により、ポリフッ化ビニリデン膜の自発分極の向きは一定の方向に揃えられ、この膜の結晶構造はβ型に保持されている。赤外分光法による吸収スペクトルの結果からも、上述の乾燥膜中に含まれるポリフッ化ビニリデン膜の結晶構造は、β型であることが確認されている(例えば特許文献1参照)。   In order to remove only the organic solvent from the coating film, the obtained dry film is composed of a predetermined water-soluble polar solvent and polyvinylidene fluoride, and becomes a porous film having a plurality of voids, that is, a porous film. Further, in the above-mentioned dry film, due to the presence of a predetermined water-soluble polar solvent, the direction of spontaneous polarization of the polyvinylidene fluoride film is aligned in a certain direction, and the crystal structure of this film is maintained in the β type. Also from the result of the absorption spectrum by infrared spectroscopy, it has been confirmed that the crystal structure of the polyvinylidene fluoride film contained in the dry film is β-type (see, for example, Patent Document 1).

なお、乾燥工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するRTA(Rapid Thermal Annealing)装置やホットプレート等を挙げることができる。本実施形態では、ホットプレートを用いた。   Examples of the heating device used in the drying process include an RTA (Rapid Thermal Annealing) device that heats by irradiation with an infrared lamp and a hot plate. In this embodiment, a hot plate is used.

図2(c)に示すように、本実施形態では、水洗剥離工程において、乾燥して形成した多孔性の膜(乾燥膜)を水洗し、基材30からこの膜を剥離する。かかる水洗剥離工程は、乾燥した膜を水洗して、水溶性極性溶媒を除去すると共に、基材30からこの膜を剥離する工程である。水洗は、流水、又は水中への浸漬等により行えばよい。本実施形態では、乾燥して得られた多孔性の膜を形成した基材30を純水で約1分間、水洗し、この膜中のヘキサメチルリン酸トリアミド等の水溶性極性溶媒を除去し、基材30から剥離してPVDF膜10を得た。   As shown in FIG. 2 (c), in this embodiment, in the washing and peeling step, the porous film (dried film) formed by drying is washed with water, and this film is peeled off from the substrate 30. The water washing and peeling step is a step of washing the dried film with water to remove the water-soluble polar solvent and peeling the film from the substrate 30. Washing with water may be performed by running water, immersion in water, or the like. In this embodiment, the substrate 30 on which a porous film obtained by drying is washed with pure water for about 1 minute, and a water-soluble polar solvent such as hexamethylphosphoric triamide in the film is removed. The PVDF film 10 was obtained by peeling from the substrate 30.

乾燥膜は、アセトンの蒸発により多孔性の膜となっているため、水溶性極性溶媒、例えば、ヘキサメチルリン酸トリアミドは水洗により乾燥膜から除去されると考えられる。また、乾燥膜から水洗によりポリフッ化ビニリデンをβ型に固定化しているヘキサメチルリン酸トリアミド等の水溶性極性溶媒を除去しても、ポリフッ化ビニリデンの自発分極の方向は維持されることが確認されている(特許文献1参照)。よって、水洗により、圧電特性に優れ且つ純度が高く柔軟性に優れた膜を形成し、基材30から剥離してPVDF膜10を得ることができる。一般に、β型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜は、ポリエチレンテレフタラート等の基材30への密着性が低く剥がれ易いことから、水洗により容易に基材30からの剥離を実現することができる。また、基材30からの剥離の際には、膜中に配設した第1電極20a及び第2電極20bが脱離することがない。なお、形成された塗布膜の膜厚は約70μm〜300μmである。   Since the dried film is a porous film by evaporation of acetone, it is considered that a water-soluble polar solvent, for example, hexamethylphosphoric triamide is removed from the dried film by washing with water. In addition, it was confirmed that the direction of spontaneous polarization of polyvinylidene fluoride was maintained even after removal of water-soluble polar solvent such as hexamethylphosphoric triamide that fixed polyvinylidene fluoride to β-type by washing with water from the dried film (See Patent Document 1). Therefore, the PVDF film 10 can be obtained by rinsing with water to form a film having excellent piezoelectric properties, high purity and excellent flexibility, and peeling from the substrate 30. In general, since a coating film made of β-type polyvinylidene fluoride has low adhesion to the base material 30 such as polyethylene terephthalate and is easily peeled off, it can be easily peeled off from the base material 30 by washing with water. Further, when peeling from the substrate 30, the first electrode 20a and the second electrode 20b disposed in the film are not detached. The film thickness of the formed coating film is about 70 μm to 300 μm.

また、所定の水溶性極性溶媒の脱離により、更に体積空隙率が大きい多孔性の膜を形成することができる。多孔性を有することにより、この膜は優れた歪特性を有する。   In addition, a porous film having a larger volume porosity can be formed by desorption of a predetermined water-soluble polar solvent. Due to the porosity, this membrane has excellent strain characteristics.

本実施形態では、純度が高く且つ多孔性に優れた膜を形成するために、塗布液に水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒を混合している。そして、乾燥工程において、塗布膜に水溶性極性溶媒を残存させたまま、かかる有機溶媒を先に蒸発させることで、残存膜を、多孔性を有する乾燥膜とし、続く水洗剥離工程において、かかる乾燥膜から、更に水溶性極性溶媒を脱離させて、より多孔性を有する膜とする。このような乾燥工程と水洗剥離工程の2つの工程により、純度が高く且つ多孔性に優れたPVDF膜10を形成することができる。   In the present embodiment, an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent is mixed with the coating solution in order to form a film having high purity and excellent porosity. Then, in the drying step, the organic solvent is first evaporated while leaving the water-soluble polar solvent in the coating film, so that the remaining film becomes a porous dry film, and in the subsequent washing and peeling step, the drying is performed. A water-soluble polar solvent is further desorbed from the membrane to obtain a more porous membrane. The PVDF film 10 having high purity and excellent porosity can be formed by the two steps of the drying step and the water detachment step.

更に、本実施形態の製造方法によれば、塗布液に混合する、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒の混合比率を変えることにより、膜の多孔性、即ち、体積空隙率を制御することが可能である。具体的には、かかる有機溶媒の混合比率を増やすことにより、乾燥工程で蒸発する有機溶媒を増大させ、PVDF膜10の多孔性を高め、体積空隙率を大きくすることができる。   Furthermore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the porosity of the film, that is, the volume porosity, is controlled by changing the mixing ratio of the organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent mixed in the coating solution. It is possible. Specifically, by increasing the mixing ratio of such organic solvents, the organic solvent that evaporates in the drying step can be increased, the porosity of the PVDF membrane 10 can be increased, and the volume porosity can be increased.

このように、本実施形態にかかるPVDFセンサ1の製造方法によれば、大掛かりな設備を必要とせず、塗布液の形成工程、第1電極20a及び第2電極20bの配設工程、内部に第1電極20a及び第2電極20bが配設された塗布膜の形成工程及び乾燥工程、乾燥した塗布膜の水洗剥離工程のみからなる簡便な方法により、圧電特性に優れ且つ純度が高く柔軟性に優れたPVDF膜10を具備するPVDFセンサ1を製造することができる。また、このようなPVDFセンサ1の製造は、製造工程が少ないため、環境負荷が小さく、製造コストの低減を図ることができる。このような圧電特性に優れ且つ純度の高い膜を圧電体膜として各種センサに搭載することにより、検知特性の優れたセンサを実現することができる。更に、柔軟性に優れたPVDFセンサ1を製造できるため、かかるセンサの固定対象に応じて変形することが可能な生体センサ等に適用することができる。   As described above, according to the method for manufacturing the PVDF sensor 1 according to the present embodiment, a large-scale facility is not required, and the coating liquid forming process, the first electrode 20a and the second electrode 20b arranging process, A simple method comprising only a coating film forming process and a drying process in which the first electrode 20a and the second electrode 20b are disposed, and a water washing and peeling process of the dried coating film, provides excellent piezoelectric properties, high purity, and excellent flexibility. The PVDF sensor 1 including the PVDF film 10 can be manufactured. In addition, the manufacturing of such a PVDF sensor 1 has a small number of manufacturing steps, and therefore has a small environmental load and can reduce manufacturing costs. By mounting such a film having excellent piezoelectric characteristics and high purity as a piezoelectric film on various sensors, a sensor having excellent detection characteristics can be realized. Furthermore, since the PVDF sensor 1 excellent in flexibility can be manufactured, it can be applied to a biosensor or the like that can be deformed according to the fixing target of the sensor.

以下、実施例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。
(実施例1)
実施例1では、上述したPVDFセンサ1とは異なる製法で、2本の電極を内部に配設したPVDF膜を具備するPVDFセンサを作製した。まず、ヘキサメチルリン酸トリアミド(以下「HMPA」という)とアセトン(純度>99.5%)からなる混合溶液(HMPA:アセトン=3:4)に、β型ポリフッ化ビニリデン(以下「PVDF」という)の原料であるα型のPVDF粉末(Polysciences社製)を、混合溶液の総質量に対して、14wt%となるように加え、PVDF粉末が溶解するまで、40℃で60分間撹拌を行い、均一なPVDFを含有する塗布液(14wt%PVDF液)を得た。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
Example 1
In Example 1, a PVDF sensor including a PVDF film having two electrodes disposed therein was manufactured by a manufacturing method different from that of the PVDF sensor 1 described above. First, β-type polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as “PVDF”) is added to a mixed solution (HMPA: acetone = 3: 4) composed of hexamethylphosphoric triamide (hereinafter referred to as “HMPA”) and acetone (purity> 99.5%). Α type PVDF powder (manufactured by Polysciences) is added so as to be 14 wt% with respect to the total mass of the mixed solution, and stirred at 40 ° C. for 60 minutes until the PVDF powder is dissolved, A coating solution containing uniform PVDF (14 wt% PVDF solution) was obtained.

次に、第1電極及び第2電極として、2本のAg金属ワイヤ(50μmΦ)を用意し、加えて、一定の間隔をあけて配置した1組の台座を用意した(図2参照)。次に、その1組の台座上に2本のAg金属ワイヤを互いに200μmの間隔をあけて載置し、これらを10g重の張力で架張し、この状態を保持した。   Next, as the first electrode and the second electrode, two Ag metal wires (50 μmΦ) were prepared, and in addition, a set of pedestals arranged with a predetermined interval was prepared (see FIG. 2). Next, two Ag metal wires were placed on the set of pedestals with an interval of 200 μm between them, and they were stretched with a tension of 10 g, and this state was maintained.

次に、2本のAg金属ワイヤに対して、得られた塗布液100μLを刷毛で塗布し、これらのAg金属ワイヤを内部に含んだ状態のPVDF含有膜を得た。そして、このPVDF含有膜を90℃のヒーター上で1時間乾燥し、乾燥膜を得た。得られた乾燥膜を、その内部に含んだ2本のAg金属ワイヤごと純水で2分間水洗し、厚さ140μmのPVDF膜を得た。また、得られたPVDF膜から2本のAg金属ワイヤが脱離しないことを確認した。これにより、PVDF膜を具備するPVDFセンサを得た。なお、PVDF膜は熱収縮しているため、2本のAg金属ワイヤ間の距離は、130μmであった。   Next, 100 μL of the obtained coating solution was applied to the two Ag metal wires with a brush to obtain a PVDF-containing film containing these Ag metal wires inside. And this PVDF containing film | membrane was dried on the 90 degreeC heater for 1 hour, and the dry film | membrane was obtained. The obtained dried film was washed with pure water for 2 minutes together with the two Ag metal wires contained therein to obtain a PVDF film having a thickness of 140 μm. Further, it was confirmed that the two Ag metal wires were not detached from the obtained PVDF film. As a result, a PVDF sensor including a PVDF film was obtained. Since the PVDF film was thermally contracted, the distance between the two Ag metal wires was 130 μm.

(実施例2)
実施例2では、上述したPVDFセンサ1の電極を3本(第1電極〜第3電極)にしたPVDFセンサを作製した。まず、実施例1と同様にして、HMPAとアセトンからなる混合溶液(体積%比50:50)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、混合溶液の総質量に対して、10wt%となるように加え、PVDF粉末が溶解するまで、混練器で30分撹拌を行い、均一なPVDFを含有する塗布液(10wt%PVDF液)を得た。
(Example 2)
In Example 2, a PVDF sensor having three (first to third electrodes) electrodes of the PVDF sensor 1 described above was manufactured. First, in the same manner as in Example 1, an α-type PVDF powder, which is a raw material of PVDF, is mixed with a mixed solution (volume ratio 50:50) composed of HMPA and acetone at 10 wt% with respect to the total mass of the mixed solution. In addition, the mixture was stirred for 30 minutes in a kneader until the PVDF powder was dissolved to obtain a coating solution containing uniform PVDF (10 wt% PVDF solution).

次に、基材としてPETフィルム、及び第1電極〜第3電極として3本のAgめっき糸を用意し、PETフィルム上に、一定の間隔をあけて配置した1組の台座を用意した(図2参照)。次に、1組の台座の上に、3本のAgめっき糸を互いに500μmの間隔をあけて載置し、これらを20g重の張力で架張し、この状態を保持した。   Next, a PET film as a base material and three Ag-plated yarns as a first electrode to a third electrode were prepared, and a set of pedestals arranged at regular intervals on the PET film was prepared (see FIG. 2). Next, three Ag-plated yarns were placed on a set of pedestals with an interval of 500 μm from each other, and these were stretched with a tension of 20 g and maintained in this state.

次に、得られた塗布液200μLを3本のAgめっき糸に滴下し、これらのめっき糸を内部に含んだ状態のPVDF含有膜を得た。このPVDF含有膜は、PETフィルムと接している。そして、このPVDF含有膜を70℃のホットプレート上で5時間乾燥し、乾燥膜を得た。得られた乾燥膜を、その内部に含んだ3本のAgめっき糸及びPETフィルムごと純水で2分間水洗し、PVDF含有膜が剥離したことを確認した。これにより、厚さ200μmのPVDF膜を形成し、PVDFセンサを得た。   Next, 200 μL of the obtained coating solution was dropped onto three Ag plating yarns to obtain a PVDF-containing film in which these plating yarns were contained inside. This PVDF-containing film is in contact with the PET film. And this PVDF containing film | membrane was dried on the 70 degreeC hotplate for 5 hours, and the dry film | membrane was obtained. The obtained dry film was washed with pure water for 2 minutes together with the three Ag plating yarns and PET film contained therein, and it was confirmed that the PVDF-containing film was peeled off. As a result, a PVDF film having a thickness of 200 μm was formed to obtain a PVDF sensor.

(試験例1)
実施例1のPVDFセンサ及び実施例2のPVDFセンサの積層体(積層センサ)について、タッピング試験を行った。具体的には、各PVDFセンサをビニル袋に入れ、その上から指で軽くタッピングしたときの電気信号の受信の有無を確認した。ここで、積層センサは、実施例2で得られたPVDFセンサを2つ用意し、これらを重ね合わせて圧着することで得られたPVDFセンサの積層体である。かかる積層センサは、上段のPVDF膜内に配設された3本のAgめっき糸を一方の共通電極とし、下段のPVDF膜内に配設された3本のAgめっき糸を他方の共通電極とした。
(Test Example 1)
A tapping test was performed on the laminate (laminated sensor) of the PVDF sensor of Example 1 and the PVDF sensor of Example 2. Specifically, each PVDF sensor was put in a vinyl bag, and whether or not an electric signal was received when it was lightly tapped with a finger was confirmed. Here, the laminated sensor is a laminated body of PVDF sensors obtained by preparing two PVDF sensors obtained in Example 2, and superposing and pressing them. In this laminated sensor, three Ag plated yarns arranged in the upper PVDF film are used as one common electrode, and three Ag plated yarns arranged in the lower PVDF film are used as the other common electrode. did.

また、上述の積層センサは、上段下段それぞれの電極を個別に接続して使用することもできる。この場合、圧力信号の強弱を適切に処理することにより位置情報を得ることが可能である。例えば、上段側及び下段側のAgめっき糸からなる各電極に、それぞれ番号(電極番号)を付して区別できるようにしておき、最も強い信号が得られる下段の電極番号と最も強い上段の電極番号を位置情報として記録し、時間経過を逐次記録することにより、測定対象の移動方向を特定できる。このような使用方法では、それぞれの電極本数は面積に応じて調整され、また、信号処理にもある程度高速な処理を要するためプロセッサが必要である。   Moreover, the above-mentioned laminated sensor can also be used by individually connecting the upper and lower electrodes. In this case, it is possible to obtain position information by appropriately processing the strength of the pressure signal. For example, each electrode made of Ag plating yarns on the upper side and the lower side is assigned a number (electrode number) so that it can be distinguished from each other, and the lower electrode number and the strongest upper electrode from which the strongest signal can be obtained. By recording the number as position information and sequentially recording the passage of time, the moving direction of the measurement object can be specified. In such a method of use, the number of electrodes is adjusted in accordance with the area, and a processor is necessary because signal processing requires high-speed processing to some extent.

図3(a)は実施例1のPVDFセンサのタッピング試験の測定結果を示すグラフであり、(b)は実施例2のPVDFセンサを2つ重ね合わせて作製した積層センサのタッピング試験の測定結果を示すグラフである。図示するように、実施例1のPVDFセンサ及び上述の積層センサを共に軽く指でタッピングしたときの電気信号が得られているが、上述の積層センサは、当該センサの面積が増えることで電気容量が増大した効果から、電気信号がより大きく観測された。   FIG. 3A is a graph showing the measurement result of the tapping test of the PVDF sensor of Example 1, and FIG. 3B is the measurement result of the tapping test of the laminated sensor manufactured by superposing two PVDF sensors of Example 2. It is a graph which shows. As shown in the drawing, an electrical signal is obtained when the PVDF sensor of Example 1 and the above-described laminated sensor are both lightly tapped with a finger. However, the above-described laminated sensor has an electric capacity due to an increase in the area of the sensor. Due to the increased effect, electrical signals were observed larger.

以上のことから、PVDF膜を具備するPVDFセンサは、PVDFセンサを単独で用いた場合、或いは、複数のPVDFセンサからなるPVDFセンサ積層体を用いた場合であっても、高感度で且つ安定した電位変化を示す信頼性の高い圧力センサとして使用可能である。試験例1では、電極として2本のAg金属ワイヤ及び6本のAgめっき糸を用いたが、何れもセンサとして機能することから、上述した糸状の電極(糸状体)であれば、それらを積層した構造であっても形態を問わず適用できることが確認できた。例えば、位置センシングにおいて、布状電極(布状体)と圧電素子(PVDF膜)の構造体の上に、1本或いは2本程度の金属ワイヤ(糸状体)を所定の場所に貼り合わせることで、その位置に圧力が加わったことを示す信号を発するセンサが実現できる。また、電極(糸状体及び/又は布状体)を含んだ圧電素子を3重4重に重ねることで、様々な用途に適合する機能を持つ素子も実現可能である。   From the above, the PVDF sensor provided with the PVDF film is highly sensitive and stable even when the PVDF sensor is used alone or when a PVDF sensor laminate comprising a plurality of PVDF sensors is used. It can be used as a highly reliable pressure sensor that shows potential changes. In Test Example 1, two Ag metal wires and six Ag-plated yarns were used as the electrodes. Since both function as sensors, the above-described yarn-like electrodes (filamentous bodies) are laminated. It was confirmed that the structure can be applied regardless of the form. For example, in position sensing, one or two metal wires (threads) are bonded to a predetermined place on a structure of cloth electrodes (cloth bodies) and piezoelectric elements (PVDF films). A sensor that emits a signal indicating that pressure has been applied to the position can be realized. In addition, by stacking three or four piezoelectric elements including electrodes (thread-like bodies and / or cloth-like bodies), an element having a function suitable for various applications can be realized.

(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、β型ポリフッ化ビニリデン膜を圧電体膜として圧力センサに適用したが、圧力センサ以外でも、圧電式水素センサ、超音波センサ、加速度センサ、振動センサ及び衝撃センサ等の各種センサに広く適用することができる。また、回路及びソフトウエア等の情報処理デバイスや、アクチュエータ及びトランスデューサ等の出力デバイス等にも用いることができる。更に、血流センサ、触角センサ等の低侵襲手術用センサ等の各種生体センサ等にも用いることができる。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the basic configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the β-type polyvinylidene fluoride film is applied to the pressure sensor as a piezoelectric film, but other than the pressure sensor, a piezoelectric hydrogen sensor, an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, a vibration sensor, an impact sensor, and the like can be used. It can be widely applied to various sensors. It can also be used for information processing devices such as circuits and software, and output devices such as actuators and transducers. Furthermore, it can also be used for various biosensors such as minimally invasive surgical sensors such as blood flow sensors and tactile sensors.

また、本実施形態では、電極の形態としてAg金属ワイヤ及びAgめっき糸を用いた糸状の電極(糸状体)を例に挙げて説明したが、電極の形態はこれに限定されず、必要に応じて適宜形態を変更することができる。例えば、後述するような形態の電極を用いてもよい。   Further, in the present embodiment, a description has been given by taking, as an example, a thread-like electrode (filamentous body) using an Ag metal wire and an Ag plating thread as an electrode form. The form can be changed as appropriate. For example, you may use the electrode of the form which is mentioned later.

図4は、β型ポリフッ化ビニリデン膜及び8本の電極を具備する圧電センサの構造を模式的に示す斜視図である。図4に示すPVDFセンサ2のように、PVDF膜11の内部において、当該PVDF膜11の上方面側に4本のAgめっき糸からなる第1電極21a〜21dを配設し、当該PVDF膜11の下方面側に4本のAgめっき糸からなる4本の第2電極22a〜22dを配設してもよい。このような構成により、第1電極21a〜21dを1つの電極(共通電極)とし、同様に第2電極22a〜22dを共通電極として使用することもできる。或いは、第1電極21a〜21dのうち、第1電極21a,21b及び第1電極21c,21dをそれぞれ共通電極とし、同様に第2電極22a〜22dのうち、第2電極22a,22b及び第2電極22c,22dをそれぞれ共通電極として使用することで、上下の共通電極間でそれぞれセンシングが可能となる。   FIG. 4 is a perspective view schematically showing the structure of a piezoelectric sensor having a β-type polyvinylidene fluoride film and eight electrodes. As in the PVDF sensor 2 shown in FIG. 4, the first electrodes 21 a to 21 d made of four Ag plated yarns are disposed inside the PVDF film 11 on the upper surface side of the PVDF film 11, and the PVDF film 11 Four second electrodes 22a to 22d made of four Ag plating yarns may be disposed on the lower surface side of the first electrode. With such a configuration, the first electrodes 21a to 21d can be used as one electrode (common electrode), and the second electrodes 22a to 22d can be used as the common electrode as well. Alternatively, among the first electrodes 21a to 21d, the first electrodes 21a and 21b and the first electrodes 21c and 21d are used as common electrodes, respectively. Similarly, among the second electrodes 22a to 22d, the second electrodes 22a and 22b and the second electrodes By using the electrodes 22c and 22d as common electrodes, sensing can be performed between the upper and lower common electrodes.

図5は、β型ポリフッ化ビニリデン膜及び織物状の電極を具備する圧電センサの構造を模式的に示す斜視図である。図5に示すPVDFセンサ3のように、PVDF膜12の内部において、当該PVDF膜12の上方面側に複数のAgめっき糸からなる撚糸を織った織物を第1電極23aとして配設し、当該PVDF膜12の下方面側に複数のAgめっき糸からなる撚糸を織った織物を第2電極23bとして配設してもよい。このような構成により、センサの用途の幅を広げることができる。なお、第1電極23a及び第2電極23bは、編物状の電極であっても構わない。   FIG. 5 is a perspective view schematically showing the structure of a piezoelectric sensor including a β-type polyvinylidene fluoride film and a woven electrode. Like the PVDF sensor 3 shown in FIG. 5, a woven fabric in which twisted yarns made of a plurality of Ag plated yarns are woven on the upper surface side of the PVDF film 12 is arranged as the first electrode 23 a inside the PVDF film 12. A fabric woven with twisted yarns made of a plurality of Ag plating yarns may be disposed on the lower surface side of the PVDF film 12 as the second electrode 23b. With such a configuration, the range of applications of the sensor can be expanded. The first electrode 23a and the second electrode 23b may be knitted electrodes.

図6は、β型ポリフッ化ビニリデン膜及びマトリックス状の電極を具備する圧電センサの構造を模式的に示す図であり、(a)は斜視図であり、(b)は正面図である。図6に示すPVDFセンサ4のように、2つの電極に、それぞれ複数のAgめっき糸からなる撚糸を適用して、マトリックス構造を有する電極としてもよい。即ち、かかる2つの電極は、それぞれPVDF膜13の内部において、相互に間隔をあけて配設された第1電極24a〜24dからなる第1電極群と、相互に間隔をあけて配設され且つ第1電極24a〜24dと交差して設けられた第2電極25a〜25dからなる第2電極群とを有するワイヤメッシュ電極である。このような構成により、ワイヤメッシュ電極は、上述の第1電極群及び第2電極群をそれぞれ共通電極として機能することが可能となり、或いは、第1電極24a〜24d及び第2電極25a〜25d間で個別にセンシングが可能となる。   FIGS. 6A and 6B are diagrams schematically showing a structure of a piezoelectric sensor including a β-type polyvinylidene fluoride film and a matrix electrode, where FIG. 6A is a perspective view and FIG. 6B is a front view. As in the PVDF sensor 4 shown in FIG. 6, twisted yarns each made of a plurality of Ag plated yarns may be applied to the two electrodes to form an electrode having a matrix structure. That is, the two electrodes are disposed in the PVDF film 13 with a first electrode group consisting of the first electrodes 24a to 24d spaced apart from each other and spaced apart from each other, and It is a wire mesh electrode which has the 2nd electrode group which consists of 2nd electrode 25a-25d provided crossing 1st electrode 24a-24d. With such a configuration, the wire mesh electrode can function as the common electrode for the first electrode group and the second electrode group described above, or between the first electrodes 24a to 24d and the second electrodes 25a to 25d. Can be individually sensed.

また、本実施形態では、図面において示す構成要素、即ち基材、膜、電極等の厚さ、幅、相対的な位置関係等は、本発明を説明する上で、誇張して示されている場合がある。また、本明細書の「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定するものではない。例えば、「基材上の第1電極」という表現は、基材の上方に第1電極が配設されている場合も含むものである。また、「基材上の第1電極」や「基材上のPVDF膜」という表現は、基材と第1電極との間や、基材とPVDF膜との間に、他の構成要素を含むものを除外しない。   Further, in the present embodiment, the components shown in the drawings, that is, the thickness, width, relative positional relationship, etc. of the base material, the film, the electrode, etc. are exaggerated in explaining the present invention. There is a case. Further, the term “upper” in the present specification does not limit that the positional relationship between the constituent elements is “directly above”. For example, the expression “first electrode on a substrate” includes the case where the first electrode is disposed above the substrate. In addition, the expressions “first electrode on substrate” and “PVDF film on substrate” refer to other components between the substrate and the first electrode or between the substrate and the PVDF film. Does not exclude inclusions.

本発明は、β型ポリフッ化ビニリデン膜の圧電特性を利用した各種センサ、情報処理デバイス及び出力デバイス等の産業分野の他、各種生体センサ等の医療分野で利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in medical fields such as various biosensors in addition to industrial fields such as various sensors, information processing devices, and output devices using the piezoelectric characteristics of β-type polyvinylidene fluoride films.

1,2,3,4 PVDFセンサ
10,11,12,13 PVDF膜
20a,21a〜21d,23a,24a〜24d 第1電極
20b,22a〜22d,23b,25a〜25d 第2電極
30 基材
40a,40b 台座
1, 2, 3, 4 PVDF sensor 10, 11, 12, 13 PVDF membrane 20a, 21a-21d, 23a, 24a-24d 1st electrode 20b, 22a-22d, 23b, 25a-25d 2nd electrode 30 Base material 40a 40b pedestal

Claims (6)

β型ポリフッ化ビニリデン膜と、
前記β型ポリフッ化ビニリデン膜中に、互いに離間して配設される第1電極及び第2電極と
を含むことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ。
β-type polyvinylidene fluoride film,
A piezoelectric sensor comprising a β-type polyvinylidene fluoride film, wherein the β-type polyvinylidene fluoride film includes a first electrode and a second electrode that are spaced apart from each other.
前記第1電極及び前記第2電極は、糸状又は布状に形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサ。   2. The piezoelectric sensor having a β-type polyvinylidene fluoride film according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are formed in a thread shape or a cloth shape. ポリフッ化ビニリデンと、前記ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、
得られた塗布液から形成されるβ型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜中に第1電極及び第2電極が配設されるように前記塗布膜を形成する工程と、
形成した塗布膜を乾燥する工程と、
乾燥した塗布膜を水洗する工程と
を含むことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法。
Mixing polyvinylidene fluoride, a water-soluble polar solvent that dissolves the polyvinylidene fluoride and fixing it to β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent to form a coating solution;
Forming the coating film such that the first electrode and the second electrode are disposed in the coating film made of β-type polyvinylidene fluoride formed from the obtained coating liquid;
A step of drying the formed coating film;
And a step of washing the dried coating film with water. A method for producing a piezoelectric sensor comprising a β-type polyvinylidene fluoride film.
ポリフッ化ビニリデンと、前記ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、
基材上に第1電極及び第2電極を互いに離間して配設する工程と、
得られた塗布液から形成されるβ型ポリフッ化ビニリデンからなる塗布膜中に前記第1電極及び前記第2電極が配設されるように前記塗布膜を形成する工程と、
形成した塗布膜を乾燥する工程と、
乾燥した塗布膜を水洗して前記基材から前記塗布膜を剥離する工程と
を含むことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法。
Mixing polyvinylidene fluoride, a water-soluble polar solvent that dissolves the polyvinylidene fluoride and fixing it to β-type, and an organic solvent having a boiling point lower than that of the water-soluble polar solvent to form a coating solution;
Disposing the first electrode and the second electrode on the substrate apart from each other;
Forming the coating film so that the first electrode and the second electrode are disposed in a coating film made of β-type polyvinylidene fluoride formed from the obtained coating liquid;
A step of drying the formed coating film;
And a step of washing the dried coating film with water and peeling the coating film from the substrate. A method for producing a piezoelectric sensor comprising a β-type polyvinylidene fluoride film.
前記基材は、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネートの何れかを含むことを特徴とする請求項4に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法。   The β-type polyvinylidene fluoride film according to claim 4, wherein the base material includes any one of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyamide, polyimide, polyvinylidene chloride, and polycarbonate. A method for manufacturing a piezoelectric sensor. 前記第1電極及び前記第2電極は、糸状又は布状に形成されたものであることを特徴とする請求項3から請求項5の何れか一項に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電センサの製造方法。   The β-type polyvinylidene fluoride film according to any one of claims 3 to 5, wherein the first electrode and the second electrode are formed in a thread shape or a cloth shape. A method for manufacturing a piezoelectric sensor.
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