JP2009232677A - Elastomer transducer, dielectric rubber composition, and power generating element - Google Patents

Elastomer transducer, dielectric rubber composition, and power generating element Download PDF

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Naoko Hanatani
尚子 花谷
Junichi Shiguma
純一 志熊
Michita Hokao
道太 外尾
Atsushi Yokouchi
敦 横内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new elastomer transducer, which can exhibit excellent durability and transducer performance, a dielectric rubber composition, and a power generating element. <P>SOLUTION: The elastomer transducer 100 has an intermediate layer 20 interposed between a pair of electrode layers 10 and 10, and the electrode layers 10 and 10 are constituted of conductive rubber composition which contains conductive fillers in base rubber, and also the intermediate layer 20 is constituted of dielectric rubber composition which contains dielectric fillers in base rubber. Hereby, it can have excellent deformability, and it can exhibit excellent durability to repetitive stress such as strain, etc. and also it can exhibit excellent transducer performance. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換するためのトランスデューサー(変換器)に係り、特に誘電性ゴム組成物を用いたエラストマートランスデューサーおよびこれを構成する誘電性ゴム組成物ならびにこれらを用いた発電素子に関する。   The present invention relates to a transducer for converting electrical energy and mechanical energy into each other, and in particular, an elastomer transducer using a dielectric rubber composition, a dielectric rubber composition constituting the transducer, and a It relates to the power generation element used.

電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換するためのトランスデューサー(変換器)は、例えば、モバイル機器、エンジン、人工筋肉などの電源(ジェネレータ)や、ポンプ、スピーカーなどのアクチュエータなどとして多種多様の分野への応用が検討されている。
また、トランスデューサーを構成する誘電性ゴム組成物はアンテナやコンデンサなどに応用が検討されている。
Transducers for converting electrical energy and mechanical energy into various fields such as power supplies (generators) for mobile devices, engines, artificial muscles, actuators for pumps, speakers, etc. Application of is being studied.
In addition, application of dielectric rubber compositions constituting transducers to antennas and capacitors has been studied.

このようなトランスデューサー(変換器)は、ポリマー(誘電性ゴム)を中間層としてその両端を一対の電極層で挟んだ構造の誘電性エラストマー積層体から構成されている。例えば以下の特許文献1などには、トランスデューサーとして機能するシリコンやアクリルゴムなどをベースとした誘電性エラストマーの両面に電極となる素材を配設した構造の誘電性エラストマー積層体が開示されている。また、この誘電性エラストマーの材料として、以下の特許文献2などにはベースとなるエラストマーに高誘電率を示すセラミックス材料を分散させたものが開示されており、また、以下の特許文献3などには、ベースエラストマーに双極子モーメントを上昇させる活性成分を添加することで高い非誘電を示すエラストマーが開示されている。   Such a transducer (transducer) is composed of a dielectric elastomer laminate having a structure in which a polymer (dielectric rubber) is an intermediate layer and both ends thereof are sandwiched between a pair of electrode layers. For example, the following Patent Document 1 discloses a dielectric elastomer laminate having a structure in which materials serving as electrodes are arranged on both sides of a dielectric elastomer based on silicon or acrylic rubber that functions as a transducer. . Moreover, as a material of this dielectric elastomer, the following Patent Document 2 discloses a ceramic material having a high dielectric constant dispersed in a base elastomer, and the following Patent Document 3 discloses Discloses an elastomer that exhibits high non-dielectricity by adding an active ingredient that increases the dipole moment to the base elastomer.

特表2003−505865号公報Special table 2003-505865 gazette 特開2007−063337号公報JP 2007-063337 A 特開2002−285013号公報JP 2002-285013 A

ところで、これら特許文献1〜3などに開示されているような従来の誘電性エラストマーには、以下に示すような課題がある。
1.高誘電率を達成すべく双極子モーメント量を増加させる活性成分を多量に添加しているため、エラストマーが本来有する可撓性を損なってしまい、トランスデューサーとしての性能が充分に発揮されないことが想定される。
2.また、誘電性セラミックスを多量に添加しているため、可撓性を損なうだけでなく、伸縮を繰り返し行った際に、亀裂や破断などが生じることがある。
By the way, the conventional dielectric elastomers disclosed in these Patent Documents 1 to 3 have the following problems.
1. It is assumed that the active component that increases the amount of dipole moment is added to achieve a high dielectric constant, so that the inherent flexibility of the elastomer is impaired and the performance as a transducer is not fully demonstrated. Is done.
2. In addition, since a large amount of dielectric ceramics is added, not only the flexibility is impaired, but cracks and breaks may occur when the expansion and contraction are repeated.

3.また、素材の誘電率を向上させるために、添加剤を含有させても良いとの記載はあるが、トランスデューサーとしてどの程度の比誘電率、弾性率が好適であるかなどの具体的な数値は示されていない。
そこで、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、優れた耐久性とトランスデューサー性能および発電性能を発揮できる新規なエラストマートランスデューサーおよび誘電性ゴム組成物ならびにこれらを用いた発電素子を提供するものである。
3. In addition, there is a description that an additive may be included in order to improve the dielectric constant of the material, but specific numerical values such as what relative dielectric constant and elastic modulus are suitable as a transducer Is not shown.
Therefore, the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and the object thereof is a novel elastomer transducer and dielectric that can exhibit excellent durability, transducer performance, and power generation performance. A rubber composition and a power generation element using the same are provided.

前記課題を解決するために第1の発明は、
一対の電極層間に中間層を介装してなるエラストマートランスデューサーであって、前記電極層がベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成されると共に、前記中間層がベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物で構成されることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
また、第2の発明は、
第1の発明において、前記誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーが、チオカルボニル基を有する有機化合物であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
In order to solve the above problems, the first invention
An elastomer transducer having an intermediate layer interposed between a pair of electrode layers, wherein the electrode layer is made of a conductive rubber composition containing a conductive filler in a base rubber, and the intermediate layer is a base rubber An elastomer transducer comprising a dielectric rubber composition containing a dielectric filler.
In addition, the second invention,
In the first invention, the dielectric filler of the dielectric rubber composition is an organic compound having a thiocarbonyl group.

また、第3の発明は、
第1または第2の発明において、前記誘電性ゴム組成物が、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、クロロブレン系樹脂、フロロシリコン系樹脂の少なくとも1つであることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
また、第4の発明は、
第2または第3の発明において、前記チオカルボニル基を有する有機化合物が、チオウレア誘導体、チオアミド誘導体、チオケトン誘導体、ジチオカルバミン酸エステル誘導体の少なくとも1つであることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
In addition, the third invention,
In the first or second invention, the dielectric rubber composition is at least one of an acrylic resin, a silicon resin, a chlorobrene resin, and a fluorosilicone resin.
In addition, the fourth invention is
In the second or third aspect of the invention, the organic compound having a thiocarbonyl group is at least one of a thiourea derivative, a thioamide derivative, a thioketone derivative, and a dithiocarbamic acid ester derivative.

また、第5の発明は、
第1〜第4のいずれかの発明において、前記導電性ゴム組成物のベースゴムと、前記誘電性ゴム組成物のベースゴムが同一樹脂であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
また、第6の発明は、
第1〜第5のいずれかの発明において、前記中間層の厚さが10μm以上500μm以下であり、かつ前記各電極層の厚さが0.05μm以上100μm以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
In addition, the fifth invention,
In any one of the first to fourth inventions, the elastomeric transducer is characterized in that the base rubber of the conductive rubber composition and the base rubber of the dielectric rubber composition are the same resin.
In addition, the sixth invention,
In any one of the first to fifth inventions, the thickness of the intermediate layer is 10 μm or more and 500 μm or less, and the thickness of each electrode layer is 0.05 μm or more and 100 μm or less. I ’m a Deucer.

一方、第7の発明は、
ベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物であって、前記誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたことを特徴とする誘電性ゴム組成物である。
また、第8の発明は、
前記エラストマートランスデューサーを芯材上に取り付けると共に、当該エラストマートランスデューサーの各電極層に導電線を接続してなることを特徴とする発電素子である。
また、第9の発明は、
前記エラストマートランスデューサーを芯材上に複数取り付けると共に、当該各エラストマートランスデューサー同士を導電線で電気的に直列または並列に接続してなることを特徴とする発電素子である。
On the other hand, the seventh invention
A dielectric rubber composition containing a dielectric filler in a base rubber, wherein an organic compound having a thiocarbonyl group is used as the dielectric filler.
Further, the eighth invention is
The power generation element is formed by attaching the elastomer transducer on a core material and connecting a conductive wire to each electrode layer of the elastomer transducer.
In addition, the ninth invention,
A plurality of the elastomer transducers are mounted on a core member, and the elastomer transducers are electrically connected in series or in parallel with a conductive wire.

また、第10の発明は、
第8または第9のいずれかの発電素子において、前記芯材の形状が、シート状または円柱状あるいは筒状であることを特徴とする発電素子である。
また、第11の発明は、
第8〜第10のいずれかの発電素子において、前記芯材がPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)からなることを特徴とする発電素子である。
The tenth aspect of the invention is
In any of the eighth and ninth power generation elements, the core member has a sheet shape, a columnar shape, or a cylindrical shape.
The eleventh invention
The power generation element according to any one of the eighth to tenth power generation elements, wherein the core material is made of PTFE (polytetrafluoroethylene).

本発明に係るエラストマートランスデューサーにおいては、双極子モーメント量を増加させる活性成分を多量に添加する必要がないため、優れた変形能を有し、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。
また、中間層を構成する誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたため、優れたトランスデューサー性能を発揮することができる。
そして、このエラストマートランスデューサーを用いた発電素子によれば、小型・軽量でかつ優れた変形能および発電能を発揮することができる。
In the elastomer transducer according to the present invention, since it is not necessary to add a large amount of an active ingredient that increases the amount of dipole moment, it has excellent deformability and excellent durability against repeated stress such as strain. Can demonstrate.
In addition, since an organic compound having a thiocarbonyl group is used as the dielectric filler of the dielectric rubber composition constituting the intermediate layer, excellent transducer performance can be exhibited.
And, according to the power generation element using this elastomer transducer, it is small and light and can exhibit excellent deformability and power generation capability.

本発明に係るエラストマートランスデューサー100の実施の一形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the elastomer transducer 100 which concerns on this invention. アクチュエーション確認テストの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of an actuation confirmation test. 発電量確認テストの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of an electric power generation amount confirmation test. チオカルボニル基を有する有機化合物であるノクセラーTMU、ノクセラーEURの添加率に対する比誘電率の変化を示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of the dielectric constant with respect to the addition rate of Noxeller TMU and Noxeller EUR which are organic compounds which have a thiocarbonyl group. 本発明のエラストマートランスデューサー100を発電源として用いた発電素子200の実施の一形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the electric power generation element 200 using the elastomer transducer 100 of this invention as a power generation source. シート状の芯材60上に本発明のエラストマートランスデューサー100を複数配列した発電素子200の実施の一形態を示す平面図である。1 is a plan view showing an embodiment of a power generating element 200 in which a plurality of elastomer transducers 100 of the present invention are arranged on a sheet-like core material 60. FIG. 図6に示す発電素子200の側面図である。It is a side view of the electric power generation element 200 shown in FIG. (a)は円柱状の芯材60上に本発明のエラストマートランスデューサー100を設けた発電素子200の斜視図、(b)はその平面図である。(A) is a perspective view of the electric power generating element 200 which provided the elastomer transducer 100 of this invention on the cylindrical core material 60, (b) is the top view. (a)は筒状の芯材60上に本発明のエラストマートランスデューサー100を設けた発電素子200の斜視図、(b)はその平面図である。(A) is a perspective view of the electric power generating element 200 which provided the elastomer transducer 100 of this invention on the cylindrical core material 60, (b) is the top view. (a)は円柱状の芯材60上に本発明のエラストマートランスデューサー100をその軸方向に複数設けた発電素子200の斜視図、(b)はその平面図である。(A) is a perspective view of a power generating element 200 in which a plurality of elastomer transducers 100 of the present invention are provided in the axial direction on a cylindrical core member 60, and (b) is a plan view thereof. (a)は円柱状の芯材60上に本発明のエラストマートランスデューサー100をその周方向に複数設けた発電素子200の斜視図、(b)はその平面図である。(A) is a perspective view of a power generation element 200 in which a plurality of elastomer transducers 100 of the present invention are provided in a circumferential direction on a cylindrical core member 60, and (b) is a plan view thereof.

次に、本発明の実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係るエラストマートランスデューサー100の実施の一形態を示したものである。
図示するようにこのエラストマートランスデューサー100は、一対の電極層10,10間に誘電性の中間層20を介装(積層)して構成されている。
そして、この電極層10,10は、ベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成されていると共に、中間層20は、ベースゴムに誘電性フィラーを含有する誘電性ゴム組成物で構成されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an elastomer transducer 100 according to the present invention.
As shown in the figure, this elastomer transducer 100 is configured by interposing (stacking) a dielectric intermediate layer 20 between a pair of electrode layers 10 and 10.
The electrode layers 10 and 10 are made of a conductive rubber composition containing a conductive filler in a base rubber, and the intermediate layer 20 is a dielectric rubber composition containing a dielectric filler in a base rubber. It consists of

先ず、この電極層10,10としては、体積抵抗率が1×10Ω・m以下、より好ましくは1×10−3Ω・m以下のものを用いる。体積抵抗率が1×10Ω・mを超えると、導電性が低いために応答性が悪くなることが想定され、好ましくない。具体的には、導電性カーボンブラックの1種である、ケッチェンブラックやアセチレンブラック、または黒鉛、炭素繊維、カーボンナノファイバー(CNF)、カーボンナノチューブ(CNT)などの炭素材料、または金、銀、白金などの金属材料を導電性フィラーとして含有したものが望ましい。 First, the electrode layers 10 and 10 have a volume resistivity of 1 × 10 Ω · m or less, more preferably 1 × 10 −3 Ω · m or less. When the volume resistivity exceeds 1 × 10 Ω · m, it is assumed that the responsiveness is deteriorated due to low conductivity, which is not preferable. Specifically, Ketjen black or acetylene black, which is one type of conductive carbon black, or carbon materials such as graphite, carbon fiber, carbon nanofiber (CNF), and carbon nanotube (CNT), or gold, silver, What contains metal materials, such as platinum, as an electroconductive filler is desirable.

また、この電極層10,10を構成する導電性ゴム組成物のベースゴムとしては、中間層20を構成する誘電性ゴム組成物のベースゴムと同じものを用いることが好ましく、例えば、シリコン系、変成シリコン系、アクリル系、ポリクロロプレン系、ポリサルファイド系、ポリウレタン系、ポリイソブチル系などを用いることができる。特に、このなかでもアクリル系およびシリコン系、ポリクロロプレン系を用いたものは柔軟性が高く、変形能に優れ好適である。   Further, as the base rubber of the conductive rubber composition constituting the electrode layers 10, 10, it is preferable to use the same base rubber as the dielectric rubber composition constituting the intermediate layer 20, for example, silicon-based, Modified silicon, acrylic, polychloroprene, polysulfide, polyurethane, polyisobutyl, and the like can be used. In particular, those using acrylic, silicon, and polychloroprene are highly flexible and excellent in deformability.

また、この電極層10,10の厚さとしては、約0.05μm〜100μmの範囲、好ましくは1〜50μmの範囲である。0.05μm未満では、膜厚が薄く、膜厚を均一にすることが困難となり変形時に穴や亀裂などの破損が生じる。反対に100μmを超えると膜厚が厚すぎて応答性が悪くなる上に、変形に追随することが困難となるからである。 また、この電極層10,10の物性としては、硬さ(ディロメータAスケール)が20〜60、より好ましくは30〜50の範囲である。硬さが20未満の場合は、変形能は大きくなるものの、機械的強度が不足する傾向が強くなって実用性が低下し、好ましくない。反対に硬さが60を超える場合は、機械的強度は大きいが、絶対的な変形能が不足するため、実用性が低い。   The electrode layers 10 and 10 have a thickness in the range of about 0.05 μm to 100 μm, preferably in the range of 1 to 50 μm. If it is less than 0.05 μm, the film thickness is thin and it is difficult to make the film thickness uniform, and breakage such as holes and cracks occurs during deformation. On the other hand, if the thickness exceeds 100 μm, the film thickness is too thick, resulting in poor responsiveness and difficulty in following the deformation. Moreover, as a physical property of these electrode layers 10 and 10, hardness (dilometer A scale) is 20-60, More preferably, it is the range of 30-50. When the hardness is less than 20, the deformability is increased, but the tendency for the mechanical strength to be insufficient is increased and the practicality is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the hardness exceeds 60, the mechanical strength is high, but since the absolute deformability is insufficient, the practicality is low.

一方、中間層20を構成する誘電性ゴム組成物のベースゴムとしては、例えば以下の表1に示すように、アクリルゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、イソプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、フルオロシリコンゴム、フッ素ゴムなどが好適であり、このなかでも特に好ましいのは、「ベースゴム単体で高い比誘電率を示す」、「後述する誘電性フィラーとの相溶性が良い」、「安価かつ入手が容易で成形性が良い」、「成形体の硬さ(ディロメータAスケール)が30〜50の範囲内」、「最大伸びが500%を超える」といった全ての条件を備えるアクリルゴムやシリコンゴム、クロロプレンゴムである。より好適には電極層10,10を構成する導電性ゴム組成物のベースゴムと同じものである。   On the other hand, as the base rubber of the dielectric rubber composition constituting the intermediate layer 20, for example, as shown in Table 1 below, acrylic rubber, chloroprene rubber, silicon rubber, isopropylene rubber, styrene butadiene rubber, butyl rubber, ethylene propylene Rubber, nitrile rubber, fluorosilicone rubber, fluororubber, etc. are preferred, and among them, particularly preferred are “the base rubber alone exhibits a high relative dielectric constant”, “compatibility with a dielectric filler described later” ”,“ Inexpensive, easy to obtain, and good formability ”,“ Hardness of molded product (dilometer A scale) in the range of 30-50 ”,“ Maximum elongation exceeds 500% ” Acrylic rubber, silicon rubber, and chloroprene rubber. More preferably, it is the same as the base rubber of the conductive rubber composition constituting the electrode layers 10 and 10.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

また、チオカルボニル基を有する有機化合物としては、以下の化式1に示すチオウレア誘導体、化式2に示すチオアミド誘導体、化式3に示すチオケトン誘導体、化式4に示すジチオカルバミン酸エステル誘導体などが好適である。これらの有機化合物は、過去温度、使用温度、目標とする比誘電率、および用いるベースゴムとの相溶性を考慮して適宜選択されることになるが、なかでもチオウレア誘導体は、空気や水に対して非常に安定であり、ベースゴムとの相溶性に優れると共に低い融点を示すことから最も好適な有機化合物である。   As the organic compound having a thiocarbonyl group, a thiourea derivative represented by the following chemical formula 1, a thioamide derivative represented by the chemical formula 2, a thioketone derivative represented by the chemical formula 3, a dithiocarbamic acid ester derivative represented by the chemical formula 4 and the like are suitable. It is. These organic compounds are appropriately selected in consideration of the past temperature, operating temperature, target relative dielectric constant, and compatibility with the base rubber to be used. In particular, thiourea derivatives are used in air and water. It is the most suitable organic compound because it is very stable, has excellent compatibility with the base rubber and exhibits a low melting point.

Figure 2009232677
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Figure 2009232677
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このチオカルボニル基を有する有機化合物の含有率は、目的とする誘電率、ベースゴムの種類などによって適宜選択されるが、おおよそ5〜40重量%であり、より好ましくは10〜30重量%である。含有率が5重量%を未満では、ベースゴム中に存在する絶対量が少なすぎるため、比誘電率がさほど向上せず、トランスデューサー性能を存分に発揮できず、また、40重量%を超えて添加した場合、ベースゴムとの相溶性の限界を超えてしまい、可撓性が大きく損なわれてしまうからである。   The content of the organic compound having a thiocarbonyl group is appropriately selected depending on the target dielectric constant, the type of base rubber, and the like, but is approximately 5 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight. . If the content is less than 5% by weight, the absolute amount present in the base rubber is too small, so that the relative dielectric constant does not improve so much and the transducer performance cannot be fully exerted, and more than 40% by weight. This is because the limit of compatibility with the base rubber is exceeded and flexibility is greatly impaired.

また、これらベースゴムに配合される誘電性フィラーとしては、高誘電セラミックス粉末やチオカルボニル基を有する有機化合物が好適である。
高誘電セラミックス粉末としては、以下の表2に示すようなチタン酸バリウム(BaTiO)やチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ランタンドープチタンサン酸ジルコン酸鉛(PLZT)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸ビスマス、チタン酸ビスマスバリウムなどが好適である。なかでもチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、200℃以上のキュリー点と、高い比誘電率を併せ持つため、最も好適である。なお、一定の比誘電率とキュリー点を有するものであれば、これら以外の化合物であっても良い。
Moreover, as the dielectric filler blended in these base rubbers, high dielectric ceramic powders and organic compounds having a thiocarbonyl group are suitable.
Examples of the high dielectric ceramic powder include barium titanate (BaTiO 3 ), lead zirconate titanate (PZT), lanthanum doped lead zirconate titanate (PLZT), and strontium titanate (SrTiO 3 ) as shown in Table 2 below. ), Lead titanate (PbTiO 3 ), bismuth titanate, bismuth barium titanate and the like are suitable. Among these, lead zirconate titanate (PZT) is most preferable because it has a Curie point of 200 ° C. or higher and a high relative dielectric constant. In addition, as long as it has a fixed dielectric constant and a Curie point, compounds other than these may be used.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

また、この高誘電セラミックス粉末の含有率は、目的とする比誘電率、化合物自体によって適宜選択されるが、5〜70重量%、より好ましくは5〜50重量%の範囲である。70重量%を超えて添加した場合、ベースゴムの相対重量比が小さくなって可撓性が大きく損なわれてしまい、結果、トランスデューサー性能を存分に発揮できないからである。
また、この中間層20の厚さとしては、用いるベースゴムによる異なるが、絶縁性が維持できる厚さである約10μm〜500μmであり、より好ましくは200〜300μmの範囲である。10μm未満では、電圧を印加した際、絶縁破壊を起こしてしまうおそれがあると共に、変形時に穴などが発生するおそれが高くなるからである。反対にその厚さが500μmを超えると、膜厚が厚すぎて変形に大きな力が必要となり、応答性が低下してしまうおそれがあるからである。
The content of the high dielectric ceramic powder is appropriately selected depending on the intended relative dielectric constant and the compound itself, but is in the range of 5 to 70% by weight, more preferably 5 to 50% by weight. This is because when the amount exceeds 70% by weight, the relative weight ratio of the base rubber becomes small and the flexibility is greatly impaired, and as a result, the transducer performance cannot be fully exhibited.
Further, the thickness of the intermediate layer 20 is different depending on the base rubber to be used, but is about 10 μm to 500 μm, more preferably 200 to 300 μm, which is a thickness capable of maintaining insulation. If the thickness is less than 10 μm, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied, and a possibility that a hole or the like is generated during deformation increases. On the other hand, if the thickness exceeds 500 μm, the film thickness is too thick and a large force is required for deformation, which may reduce the responsiveness.

他の物性としては、硬さ(ディロメータAスケール)が20〜60、より好ましくは30〜50の範囲である。硬さが20未満の場合は、変形能は大きくなるものの機械的強度が不足する傾向が強くなって実用性が低下するため好ましくない。反対に硬さが60を超える場合は、絶対的な変形能が不足するため、実用性が低い。
そして、このような構成をした本発明のエラストマートランスデューサー100にあっては、以下の実施例で実証されるように、優れた変形能を有し、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。また、中間層を構成する誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたため、優れたトランスデューサー性能を発揮することができる。
As other physical properties, the hardness (dilometer A scale) is in the range of 20 to 60, more preferably 30 to 50. When the hardness is less than 20, the deformability is increased, but the tendency of the mechanical strength to become insufficient is increased and the practicality is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the hardness exceeds 60, the practical deformability is low because the absolute deformability is insufficient.
And in the elastomer transducer 100 of the present invention having such a configuration, as demonstrated in the following examples, it has excellent deformability and excellent durability against repeated stress such as strain. The ability to demonstrate. In addition, since an organic compound having a thiocarbonyl group is used as the dielectric filler of the dielectric rubber composition constituting the intermediate layer, excellent transducer performance can be exhibited.

次に、図5〜図11は、このような本発明のエラストマートランスデューサー100を発電源として用いた発電素子200の実施の一形態を示したものである。
先ず、図5の発電素子200は、本発明のエラストマートランスデューサー100を絶縁性の平板状の芯材60上に一体的に接着したものである。このような構造であれば、平板状をした小型・軽量の発電素子200を得ることができるため、携帯電話などのようにスペース的な制約の多い電子機器の電源として活用することができる。
Next, FIG. 5 to FIG. 11 show an embodiment of a power generation element 200 using such an elastomer transducer 100 of the present invention as a power generation source.
First, the power generating element 200 of FIG. 5 is obtained by integrally bonding the elastomer transducer 100 of the present invention on an insulating flat core material 60. With such a structure, a flat and small power generation element 200 can be obtained, and can be used as a power source for electronic devices with many space restrictions such as a mobile phone.

次に、図6および図7の発電素子200は、シート状をした芯材60上に本発明のエラストマートランスデューサー100を複数配列すると共に、これら各エラストマートランスデューサー100を導電線70によって電気的に直列に接続したものである。そして、このような構成であれば、そのエラストマートランスデューサー100の数に応じた電圧が加算された大量の電気を取り出せるだけでなく、このシート状をした芯材60自体が適度な可撓性を発揮できる。そのため、例えば電子機器のケーシング内面などに貼り付けるように設置できるため、その設置形状や場所などの制約が少なく、より使い勝手の良い電源として用いることができる。   Next, in the power generation element 200 of FIGS. 6 and 7, a plurality of elastomer transducers 100 of the present invention are arranged on a sheet-like core material 60, and each of these elastomer transducers 100 is electrically connected by a conductive wire 70. They are connected in series. With such a configuration, not only can a large amount of electricity added with a voltage corresponding to the number of the elastomer transducers 100 be taken out, but the sheet-like core material 60 itself has appropriate flexibility. Can demonstrate. Therefore, for example, since it can be installed so as to be affixed to the inner surface of the casing of the electronic device, it can be used as a more convenient power source with less restrictions on its installation shape and location.

なお、このように複数のエラストマートランスデューサー100同士を直列に接続する場合、下部電極がマイナス極、上部電極がプラス極となるため、図示するように導電線70は隣接する上部電極と下部電極同士を直接接続するようになる。また、このように本発明のエラストマートランスデューサー100を複数配列した場合には、各エラストマートランスデューサー100を電気的に並列に接続しても良いことは勿論である。
また、図8の発電素子200は、円柱状をした芯材60の表面に本発明のエラストマートランスデューサー100を一体的に接着したものである。そして、このような構造であれば、エラストマートランスデューサー100の大きさ(面積)を犠牲にすることなく、狭い空間などに効率的に設置することができる。
When the plurality of elastomer transducers 100 are connected in series in this way, the lower electrode is a negative electrode and the upper electrode is a positive electrode. Therefore, as shown in the figure, the conductive wire 70 is connected between adjacent upper and lower electrodes. Will be connected directly. In addition, when a plurality of elastomer transducers 100 according to the present invention are arranged in this way, it goes without saying that each elastomer transducer 100 may be electrically connected in parallel.
The power generating element 200 of FIG. 8 is obtained by integrally bonding the elastomer transducer 100 of the present invention to the surface of a cylindrical core member 60. With such a structure, the elastomer transducer 100 can be efficiently installed in a narrow space without sacrificing the size (area) of the elastomer transducer 100.

さらに、この変形例として図9に示すように筒状をした芯材60を用いれば、その表面(外面)のみならず、その内側にも本発明のエラストマートランスデューサー100を一体的に接着することができる。これにより、全体の大きさを変えることなく、さらに優れた発電能力を発揮することが可能となる。
また、図10および図11に示すように、円柱状をした芯材60に対してその周方向または軸方向に複数のエラストマートランスデューサー100を一体的に接着すると共に、図6と同様にこれら各エラストマートランスデューサー100同士を図示しない導電線によって電気的に直列または並列に接続すれば、より優れた発電能力を発揮することができる。
ここで、芯材60としては、広い使用温度範囲、耐薬品性、電気絶縁性、低摩擦性、非粘着性、耐候性、難燃性などを満足する材料を用いることが望ましく、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂を用いることが望ましい。
Furthermore, if a cylindrical core member 60 as shown in FIG. 9 is used as this modified example, the elastomer transducer 100 of the present invention is integrally bonded not only to the surface (outer surface) but also to the inside thereof. Can do. As a result, it is possible to exhibit even more excellent power generation capacity without changing the overall size.
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, a plurality of elastomer transducers 100 are integrally bonded to the cylindrical core member 60 in the circumferential direction or the axial direction, and each of these is similarly provided in FIG. If the elastomer transducers 100 are electrically connected in series or in parallel by a conductive wire (not shown), more excellent power generation capability can be exhibited.
Here, as the core material 60, it is desirable to use a material that satisfies a wide operating temperature range, chemical resistance, electrical insulation, low friction, non-adhesiveness, weather resistance, flame resistance, and the like. It is desirable to use a fluororesin such as polytetrafluoroethylene.

次に、本発明のエラストマートランスデューサー100に係る具体的実施例を説明する。
(実施例1〜16)
以下の表3および表4に示すように、架橋剤(加硫剤:トーヨーポリマー株式会社製ポリネート70(ソフト硬化剤))を8重量%添加した反応性塊状アクリルゴム(ACM)(株式会社トウペ製トアアクロンSA−310)(実施例1〜10)、または、架橋剤(加硫剤:関東化学株式会社製 酸化亜鉛、株式会社高純度化学製 酸化マグネシウム)を0.5重量%添加した反応性チップ状クロロプロピレンゴム(CR)(昭和電工株式会社製ショウプレンW)(実施例11〜16)をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーTMU(大内新興化学工業株式会社製 トリメチルチオウレア)(実施例1〜3、11,12)、またはノクセラーEUR(大内新興化学工業株式会社製 1,3−ジエチルチオウレア)(実施例4〜6、13,14)、またはTMTU(東京化成工業株式会社製 テトラメチルチオウレア)(実施例7,8)、またはTMTM(東京化成工業株式会社製 テトラメチルチウラムモノスルフィド)(実施例9、10)、またはノクセラーC(大内新興化学工業株式会社製 1,3−ジフェニルチオウレア)(実施例15)、またはノクセラーM(大内新興化学工業株式会社製 2−メルカプトベンゾチアゾール)(実施例16)を、所定の割合で添加分散させて中間層20となる誘電性ゴム組成物を作製した。
その後、これら各誘電性ゴム組成物をKコントロールコーター(松尾製作所製)を用いて半硬化状態の薄膜を作製し、各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ以下の表3および表4に示した。
Next, specific examples according to the elastomer transducer 100 of the present invention will be described.
(Examples 1 to 16)
As shown in Tables 3 and 4 below, reactive bulk acrylic rubber (ACM) (Toupe Co., Ltd.) to which 8% by weight of a crosslinking agent (vulcanizing agent: Polynate 70 (soft curing agent) manufactured by Toyo Polymer Co., Ltd.) was added. Toaclon SA-310) (Examples 1 to 10) or a reactivity obtained by adding 0.5% by weight of a crosslinking agent (vulcanizing agent: zinc oxide manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., magnesium oxide manufactured by High-Purity Chemical Co., Ltd.) Chip-shaped chloropropylene rubber (CR) (Showa W manufactured by Showa Denko KK) (Examples 11 to 16) was used as the base rubber, and Noxeller TMU (Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) was used as the organic compound having a thiocarbonyl group. Kogyo Co., Ltd. (Trimethylthiourea) (Examples 1-3, 11, 12), or Noxeller EUR (Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd. 1) , 3-diethylthiourea (Examples 4 to 6, 13, 14), or TMTU (Tetramethylthiourea manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (Examples 7 and 8), or TMTM (Tetramethyl manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) Thiuram monosulfide) (Examples 9 and 10), or Noxeller C (1,3-diphenylthiourea manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) (Example 15), or Noxeller M (Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd. 2) -Mercaptobenzothiazole) (Example 16) was added and dispersed at a predetermined ratio to prepare a dielectric rubber composition to be the intermediate layer 20.
Thereafter, each dielectric rubber composition was made into a semi-cured thin film using a K control coater (manufactured by Matsuo Seisakusho), and the thickness, relative dielectric constant, hardness, and elongation at break of each sample were measured. The measurement results are shown in Tables 3 and 4 below.

Figure 2009232677
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Figure 2009232677
Figure 2009232677

(比較例1〜8)
以下の表5に示すように、実施例と同じベースゴム単独(比較例1,6)からなる誘電性ゴム組成物、またはこのベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物として実施例と同じノクセラーTMU(比較例2,3、7,8)、ノクセラーC(比較例4)を所定の割合で添加分散させて中間層20となる誘電性ゴム組成物を作製した。なお、比較例5では、有機化合物としてDEU(東京化成工業株式会社製 1,3−ジエチルウレア)を用いた。
その後、実施例と同じく各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ以下の表5に示した。
(Comparative Examples 1-8)
As shown in Table 5 below, the same dielectric rubber composition consisting of the same base rubber as in the examples (Comparative Examples 1 and 6), or the same noxeller as the organic compound having a thiocarbonyl group in the base rubber. TMU (Comparative Examples 2, 3, 7, 8) and Noxeller C (Comparative Example 4) were added and dispersed at a predetermined ratio to produce a dielectric rubber composition to be the intermediate layer 20. In Comparative Example 5, DEU (1,3-diethylurea manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used as the organic compound.
Thereafter, the film thickness, relative dielectric constant, hardness, and elongation at break of each sample were measured in the same manner as in Examples, and the measurement results are shown in Table 5 below.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

この結果、表3〜表5からもわかるように、本発明に係る実施例1〜16では、チオカルボニル基を有する有機化合物をベースゴムに分散させることにより、ベースゴム単独の比較例1,6に比べて比誘電率が大幅に向上した。
比誘電率の大きさは、添加する有機化合物の重量分率に依存する。
図4は、ノクセラーTMU、ノクセラーEURの添加率に対する比誘電率の変化を示すグラフ図である。図示するようにいずれの場合も添加量が大きくなるにつれて比誘電率が向上し、20重量%付近で極大値を示し、その後は、添加量が増加するにつれて比誘電率は徐々に減少することがわかる。
As a result, as can be seen from Tables 3 to 5, in Examples 1 to 16 according to the present invention, by dispersing an organic compound having a thiocarbonyl group in the base rubber, Comparative Examples 1 and 6 using the base rubber alone. Compared with, the relative permittivity was greatly improved.
The magnitude of the relative dielectric constant depends on the weight fraction of the organic compound to be added.
FIG. 4 is a graph showing the change in relative permittivity with respect to the addition rate of Noxeller TMU and Noxeller EUR. As shown in the figure, in any case, the relative permittivity increases as the amount of addition increases, and shows a maximum value near 20% by weight. Thereafter, the relative permittivity gradually decreases as the amount of addition increases. Recognize.

また、ベースゴムにそれぞれ35重量%,35重量%,50重量%ずつ有機化合物を添加した比較例3,4,8では、比誘電率は8〜10程度の値を示すものの、破断伸びが200%以下となってしまい、可撓性が大きく損なわれてしまった。
また、比較例5は、有機化合物としてノクセラーEURと非常に構造の近いジエチルウレア(DEU)を添加したものであるが、非誘電率においては、EURと同等の値を示したものの、硬さ、破断伸びはEURを添加したものと比較して大きく劣ってしまった。
In Comparative Examples 3, 4, and 8 in which the organic compound was added to the base rubber by 35 wt%, 35 wt%, and 50 wt%, the relative dielectric constant showed a value of about 8 to 10, but the elongation at break was 200. % Or less, and flexibility was greatly impaired.
In addition, Comparative Example 5 was obtained by adding diethylurea (DEU) having a structure very similar to Noxeller EUR as an organic compound, but the non-dielectric constant showed a value equivalent to EUR, The elongation at break was greatly inferior compared to that with the addition of EUR.

次に、以下の表6(実施例17〜21)および表7(比較例9〜13)に示すように、これら実施例2,4,10,12,13および比較例1,2,3,6,7で得られた中間層(誘電性ゴム組成物)を用い、その上下に電極層を配置し、加圧加熱処理による架橋処理を行って積層体を作製した。
ここで、電極層は、表6および表7に示すように前述した反応性塊状アクリルゴムに導電性フィラーとしてCNFをそれぞれ所定量添加分散した導電性ゴム組成物を作製し、この導電性ゴム組成物をKコントロールコーター(松尾製作所製)を用いて半硬化状態の薄膜化したもの試料として用いた。
その後、これら各積層体に対して以下に詳述するようなアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果(変形能および発電能)を表6および表7に示した。
Next, as shown in the following Table 6 (Examples 17 to 21) and Table 7 (Comparative Examples 9 to 13), these Examples 2, 4, 10, 12, 13 and Comparative Examples 1, 2, 3, The intermediate layer (dielectric rubber composition) obtained in 6 and 7 was used, electrode layers were arranged on the upper and lower sides thereof, and a cross-linking treatment was performed by pressure and heat treatment to produce a laminate.
Here, as shown in Tables 6 and 7, the electrode layer was prepared by preparing a conductive rubber composition in which a predetermined amount of CNF was added and dispersed as a conductive filler in the above-described reactive bulk acrylic rubber. The product was made into a semi-cured thin film using a K control coater (manufactured by Matsuo Seisakusho) and used as a sample.
Thereafter, an actuation confirmation test and a power generation amount confirmation test as described in detail below were performed on each of these laminates, and the test results (deformability and power generation capacity) are shown in Tables 6 and 7.

(アクチュエーション確認テスト)
図2に示すように、各積層体の上下の電極層10,10の一部に薄片状の銅電極30,30を導電性接着剤(常温乾燥タイプ:藤倉化成製ドータイトD−362)を用いて接着し、これを高電圧発生装置40に接続した。そして、この高電圧発生装置40から積層体に対して1kVの電圧を印加し、その際のアクチュエーション変形量を観察した。なお、このアクチュエーション変形量としては、中間層を構成する誘電性ゴム組成物としてアクリルゴムのみを用いた表7の比較例9を「1」として比較した。
(Actuation confirmation test)
As shown in FIG. 2, flaky copper electrodes 30 and 30 are used as conductive electrodes (room temperature drying type: Dotite D-362 manufactured by Fujikura Kasei) for a part of the upper and lower electrode layers 10 and 10 of each laminate. And bonded to the high voltage generator 40. And the voltage of 1 kV was applied with respect to the laminated body from this high voltage generator 40, and the actuation deformation amount in that case was observed. As the amount of actuation deformation, Comparative Example 9 in Table 7 using only acrylic rubber as the dielectric rubber composition constituting the intermediate layer was compared as “1”.

(発電量確認テスト)
図3に示すように、各積層体の電極層10に銅電極30を介して電流計60を接続し、銅電極30を設置した側の片端を固定板50によって固定した。その後、他方の一端を50%力学的に伸張し、復元させたときに発生する電流値を測定することで行った。なお、この発電量としては、比較例9の電流値を「1」として比較した。
(Power generation confirmation test)
As shown in FIG. 3, an ammeter 60 was connected to the electrode layer 10 of each laminate through a copper electrode 30, and one end on the side where the copper electrode 30 was installed was fixed by a fixing plate 50. Thereafter, the other end was mechanically extended by 50%, and the current value generated when the other end was restored was measured. In addition, as this electric power generation amount, the electric current value of the comparative example 9 was compared as "1".

Figure 2009232677
Figure 2009232677

Figure 2009232677
Figure 2009232677

この結果、アクチュエーション確認テストによる変形能については、比較例9〜13は、最大で1.2程度であったのに対し、本発明に係る実施例17〜21は、いずれも比較例9の2倍程度の大きな変形が観察された。
一方、発電量確認テストによる発電能については、10以上の高い比誘電率を示す誘電性ゴム組成物からなる中間層を用いた実施例17〜21では、比較例9の2倍以上の電流値が観察された。また、比較例11では高い発電量を示したが、アクチュエーション変形量は非常に小さいものであった。
As a result, regarding the deformability by the actuation confirmation test, Comparative Examples 9 to 13 had a maximum of about 1.2, whereas Examples 17 to 21 according to the present invention were all of Comparative Example 9. About twice as large deformation was observed.
On the other hand, regarding the power generation capacity by the power generation amount confirmation test, in Examples 17 to 21 using the intermediate layer made of the dielectric rubber composition exhibiting a high relative dielectric constant of 10 or more, the current value is twice or more that of Comparative Example 9. Was observed. Moreover, although the comparative example 11 showed the high electric power generation amount, the actuation deformation amount was very small.

(実施例22〜32)
以下の表8および表9に示すように、前記実施例1〜10と同じ架橋剤を8重量%添加した反応性塊状アクリルゴム(実施例22〜29)、前記実施例11〜16と同じ架橋剤を0.5重量%添加した反応性チップ状クロロプロピレンゴム(CR)(実施例30〜32)をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーTMU(実施例22〜25、30,31)、またはノクセラーEUR(実施例26,27,32)、またはTMTU(実施例28,29)と、高誘電セラミックスとしてPTZ(富士チタン工業株式会社製)またはBaTiO(富士チタン工業株式会社製)を、所定の割合で添加分散させて中間層20となる誘電性ゴム組成物を作製した。
その後、これら各誘電性ゴム組成物をKコントロールコーター(松尾製作所製)を用いて半硬化状態の薄膜を作製し、各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ以下の表8および表9に示した。
(Examples 22 to 32)
As shown in Table 8 and Table 9 below, reactive bulk acrylic rubber (Examples 22 to 29) to which 8% by weight of the same crosslinking agent as in Examples 1 to 10 was added, and the same crosslinking as in Examples 11 to 16 above. Reactive chip-like chloropropylene rubber (CR) (Examples 30 to 32) to which 0.5% by weight of an additive was added was used as a base rubber, and this base rubber was used as an organic compound having a thiocarbonyl group as Noxeller TMU (Examples). 22-25, 30, 31), or Noxeller EUR (Examples 26, 27, 32), or TMTU (Examples 28, 29), and PTZ (made by Fuji Titanium Industry Co., Ltd.) or BaTiO 3 (high dielectric ceramic). A dielectric rubber composition to be the intermediate layer 20 was produced by adding and dispersing a product manufactured by Fuji Titanium Industry Co., Ltd. at a predetermined ratio.
Thereafter, each dielectric rubber composition was made into a semi-cured thin film using a K control coater (manufactured by Matsuo Seisakusho), and the thickness, relative dielectric constant, hardness, and elongation at break of each sample were measured. The measurement results are shown in Table 8 and Table 9 below.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

Figure 2009232677
Figure 2009232677

(比較例14〜16)
表9の右欄に示すように、ベースゴム(比較例14,15)にノクセラーTMU(比較例16)と、高誘電セラミックスとしてPTZを所定の割合で添加分散させて中間層20となる誘電性ゴム組成物を作製した。
その後、実施例と同じく各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ表9に示した。
(Comparative Examples 14-16)
As shown in the right column of Table 9, the dielectric properties of the base rubber (Comparative Examples 14 and 15) and Noxeller TMU (Comparative Example 16) and PTZ as a high dielectric ceramic are added and dispersed at a predetermined ratio to form the intermediate layer 20. A rubber composition was prepared.
Thereafter, the film thickness, relative dielectric constant, hardness, and elongation at break of each sample were measured in the same manner as in Examples, and the measurement results are shown in Table 9.

この結果、表8および表9からもわかるように、本発明に係る実施例22〜32では、ベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物と共に高誘電セラミックスを分散させることにより、有機化合物を添加しない比較例14,15に比べて比誘電率が大幅に向上した。また、比較例16は、両方を添加したものであるが、高誘電セラミックスの添加率が多すぎるため、比誘電率は高いものの可撓性が失われてしまった。
そして、以下の表10に示すように、これら実施例22,24,25,29および比較例14,16で得られた中間層(誘電性ゴム組成物)を用い、前記と同様な方法で7種類の積層体(実施例33〜37、比較例17,18)を作製し、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果(変形能および発電能)を表10に示した。
As a result, as can be seen from Table 8 and Table 9, in Examples 22 to 32 according to the present invention, the organic compound was added to the base rubber by dispersing the high dielectric ceramic together with the organic compound having a thiocarbonyl group. As compared with Comparative Examples 14 and 15, the relative dielectric constant was greatly improved. Moreover, although the comparative example 16 is what added both, since the addition rate of high dielectric ceramics is too much, although the dielectric constant was high, the flexibility was lost.
Then, as shown in Table 10 below, using the intermediate layers (dielectric rubber compositions) obtained in Examples 22, 24, 25, and 29 and Comparative Examples 14 and 16, the same method as described above was used. Various types of laminates (Examples 33 to 37, Comparative Examples 17 and 18) were prepared, and the same actuation confirmation test and power generation amount confirmation test were performed on each of these laminates. Table 10 shows the power generation capacity.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

この結果、変形能については、比較例17,18が最大で1.2程度であったのに対し、本発明に係る実施例33〜37は、いずれも比較例17の2倍程度の大きな変形が観察された。
また、発電能については、10以上の高い比誘電率を示す誘電性ゴム組成物からなる中間層を用いた実施例33〜37では、比較例17の2倍以上の電流値が観察された。また、比較例18では高い発電量を示したが、アクチュエーション変形量は非常に小さいものであった。
As a result, as for deformability, Comparative Examples 17 and 18 had a maximum of about 1.2, whereas Examples 33 to 37 according to the present invention all had a large deformation about twice that of Comparative Example 17. Was observed.
In addition, regarding the power generation performance, in Examples 33 to 37 using the intermediate layer made of the dielectric rubber composition exhibiting a high relative dielectric constant of 10 or more, a current value more than twice that of Comparative Example 17 was observed. In Comparative Example 18, the amount of power generation was high, but the amount of actuation deformation was very small.

(実施例38〜43)
以下の表11に示すように、前記実施例と同じ架橋剤を添加した反応性塊状アクリルゴム(実施例38〜41)、反応性チップ状クロロプロピレンゴム(CR)(実施例42,43)をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーC(実施例38)、ノクセラーEUR(実施例39)、ノクセラーTMU(実施例40〜43)を所定の割合で添加分散させた誘電性ゴム組成物を用いて中間層を作製した。なお、この中間層の厚さ、比誘電率および硬さは表に示す通りである。
そして、これら種類の中間層(誘電性ゴム組成物)の上下に、反応性塊状アクリルゴムにCNFを分散させてなる電極層を積層し、前記と同様な方法で6種類の積層体(実施例38〜43)を作製した。その後、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果(変形能および発電能)を表11に示した。
(Examples 38 to 43)
As shown in Table 11 below, reactive bulk acrylic rubber (Examples 38 to 41) to which the same crosslinking agent as in the above Examples was added, and reactive chip-like chloropropylene rubber (CR) (Examples 42 and 43) were added. Each base rubber was used, and Noxceller C (Example 38), Noxeller EUR (Example 39), and Noxeller TMU (Examples 40 to 43) were added and dispersed in the base rubber as organic compounds having a thiocarbonyl group at a predetermined ratio. An intermediate layer was produced using the dielectric rubber composition. The thickness, relative dielectric constant and hardness of the intermediate layer are as shown in the table.
An electrode layer in which CNF is dispersed in a reactive bulk acrylic rubber is laminated above and below these kinds of intermediate layers (dielectric rubber composition), and six kinds of laminates (Examples) are formed in the same manner as described above. 38-43) were produced. Thereafter, an actuation confirmation test and a power generation amount confirmation test similar to those described above were performed on each of these laminates, and the test results (deformability and power generation capacity) are shown in Table 11.

(比較例19〜23)
以下の表12に示すように、前記実施例と同じ架橋剤を添加した反応性塊状アクリルゴム(比較例19,20)、反応性チップ状クロロプロピレンゴム(CR)(比較例21〜23)をそれぞれベースゴムとし、このベースゴム単独からなる誘電性ゴム組成物(比較例19,21)、あるいはこのベースゴムに、ノクセラーTMU(比較例20、22)、ノクセラーM(比較例23)を所定の割合で添加分散させた誘電性ゴム組成物を用いて中間層を作製した。なお、この中間層の厚さ、比誘電率および硬さは表に示す通りである。
(Comparative Examples 19-23)
As shown in Table 12 below, reactive bulk acrylic rubber (Comparative Examples 19 and 20) and reactive chip-like chloropropylene rubber (CR) (Comparative Examples 21 to 23) to which the same crosslinking agent as in the above Examples was added were used. A dielectric rubber composition (Comparative Examples 19 and 21) consisting of this base rubber alone, or Noxeller TMU (Comparative Examples 20 and 22) and Noxeller M (Comparative Example 23) are used as the base rubber. An intermediate layer was prepared using the dielectric rubber composition added and dispersed in a proportion. The thickness, relative dielectric constant and hardness of the intermediate layer are as shown in the table.

そして、前記実施例38〜43と同様にこれら6種類の中間層(誘電性ゴム組成物)の上下に、反応性塊状アクリルゴムにCNFを分散させてなる電極層を積層し、前記と同様な方法で5種類の積層体(比較例19〜23)を作製した。その後、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果(変形能および発電能)を表12に示した。   In the same manner as in Examples 38 to 43, electrode layers obtained by dispersing CNF in reactive bulk acrylic rubber were laminated above and below these six kinds of intermediate layers (dielectric rubber composition), and the same as described above. Five types of laminates (Comparative Examples 19 to 23) were prepared by the method. Thereafter, an actuation confirmation test and a power generation amount confirmation test similar to those described above were performed on each of these laminates, and the test results (deformability and power generation capacity) are shown in Table 12.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

Figure 2009232677
Figure 2009232677

この結果、表11および表12からもわかるように、変形能については、比較例19〜23では、最大で1.2程度であったのに対し、本発明に係る実施例38〜43は、いずれも比較例19の2倍程度の大きな変形が観察された。
また、発電能については、10以上の高い比誘電率を示す誘電性ゴム組成物からなる中間層を用いた実施例38〜43では、比較例19の2倍以上の電流値が観察された。
As a result, as can be seen from Tables 11 and 12, the deformability was about 1.2 at maximum in Comparative Examples 19 to 23, whereas Examples 38 to 43 according to the present invention were In both cases, a large deformation about twice that of Comparative Example 19 was observed.
In addition, regarding the power generation performance, in Examples 38 to 43 using the intermediate layer made of the dielectric rubber composition showing a high relative dielectric constant of 10 or more, a current value more than twice that of Comparative Example 19 was observed.

(実施例44〜49)
以下の表13に示すように、前記実施例と同じ反応性塊状アクリルゴム(実施例44〜47)、反応性チップ状クロロプロピレンゴム(CR)(実施例48,49)をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーTMU(実施例44〜46)、ノクセラーEUR(実施例47)、ノクセラーTMU(実施例48,49)と、高誘電性セラミックスとしてPZTまたはBaTiO3を所定の割合で添加分散させた誘電性ゴム組成物を用いて中間層を作製した。なお、この中間層の厚さ、比誘電率および硬さは表に示す通りである。
(Examples 44 to 49)
As shown in Table 13 below, the same reactive bulk acrylic rubber (Examples 44 to 47) and reactive chip-like chloropropylene rubber (CR) (Examples 48 and 49) as the above examples were used as base rubbers, respectively. To this base rubber, an organic compound having a thiocarbonyl group is Noxeller TMU (Examples 44 to 46), Noxeller EUR (Example 47), Noxeller TMU (Examples 48 and 49), and PZT or BaTiO3 as a high dielectric ceramic. An intermediate layer was prepared using a dielectric rubber composition in which is added and dispersed at a predetermined ratio. The thickness, relative dielectric constant and hardness of the intermediate layer are as shown in the table.

そして、これら6種類の中間層(誘電性ゴム組成物)の上下に、反応性塊状アクリルゴムにCNFを分散させてなる電極層を積層し、前記と同様な方法で6種類の積層体(実施例44〜49)を作製した。その後、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果(変形能および発電能)を表13に示した。   An electrode layer in which CNF is dispersed in reactive bulk acrylic rubber is laminated above and below these six kinds of intermediate layers (dielectric rubber composition), and six kinds of laminates (implemented in the same manner as described above) Examples 44-49) were prepared. Thereafter, an actuation confirmation test and a power generation amount confirmation test similar to those described above were performed on each of these laminates, and the test results (deformability and power generation capacity) are shown in Table 13.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

(実施例50、比較例24)
以下の表14に示すように、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)からなる芯材60上に、実施例17で得られた本発明に係る導電性ゴム積層体を9つ配列し、これらを導電線70にて電気的に直列および並列に接続し、それらの発生電力(比発生電圧、比発生電流)を測定した。なお、比発生電圧、比発生電流は、実施例17で得られた本発明に係る導電性ゴム積層体を1つだけ用いた比較例24を基準として表示した。
この結果、表14の下欄に示すように、直列の回路構成の場合では、その比発生電圧が比較例24に比べて9倍の値を示した。また、並列の回路構成の場合でも、その比発生電流は比較例24に比べて9倍の値を示した。
(Example 50, Comparative Example 24)
As shown in Table 14 below, nine conductive rubber laminates according to the present invention obtained in Example 17 were arranged on a core material 60 made of PTFE (polytetrafluoroethylene), and these were arranged as conductive wires. Electrically connected in series and parallel at 70, and their generated power (specific generation voltage, specific generation current) was measured. In addition, the specific generation voltage and the specific generation current are displayed on the basis of Comparative Example 24 using only one conductive rubber laminate according to the present invention obtained in Example 17.
As a result, as shown in the lower column of Table 14, in the case of the series circuit configuration, the ratio generated voltage was 9 times that of Comparative Example 24. Further, even in the case of the parallel circuit configuration, the ratio generated current showed a value nine times that of the comparative example 24.

Figure 2009232677
Figure 2009232677

100…エラストマートランスデューサー(導電性ゴム製積層体)
200…発電素子
10…電極層(導電性ゴム組成物)
20…中間層(誘電性ゴム組成物)
30…銅電極
40…高電圧発生装置
50…固定板
60…芯材(PTFE)
70…導電線
100 ... Elastomer transducer (conductive rubber laminate)
200 ... Power generation element 10 ... Electrode layer (conductive rubber composition)
20 ... Intermediate layer (dielectric rubber composition)
30 ... Copper electrode
40. High voltage generator
50 ... Fixed plate
60 ... Core material (PTFE)
70: Conductive wire

Claims (11)

一対の電極層間に中間層を介装してなるエラストマートランスデューサーであって、
前記電極層がベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成されると共に、
前記中間層がベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物で構成されることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
An elastomer transducer having an intermediate layer interposed between a pair of electrode layers,
The electrode layer is composed of a conductive rubber composition containing a conductive filler in a base rubber,
An elastomer transducer, wherein the intermediate layer is composed of a dielectric rubber composition containing a dielectric filler in a base rubber.
請求項1に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
前記誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーが、チオカルボニル基を有する有機化合物であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
The elastomeric transducer of claim 1, wherein
An elastomer transducer, wherein the dielectric filler of the dielectric rubber composition is an organic compound having a thiocarbonyl group.
請求項1または2に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
前記誘電性ゴム組成物が、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、クロロブレン系樹脂、フロロシリコン系樹脂の少なくとも1つであることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
The elastomer transducer according to claim 1 or 2,
An elastomer transducer, wherein the dielectric rubber composition is at least one of an acrylic resin, a silicon resin, a chlorobrene resin, and a fluorosilicone resin.
請求項2または3に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
前記チオカルボニル基を有する有機化合物が、チオウレア誘導体、チオアミド誘導体、チオケトン誘導体、ジチオカルバミン酸エステル誘導体の少なくとも1つであることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
The elastomer transducer according to claim 2 or 3,
An elastomer transducer, wherein the organic compound having a thiocarbonyl group is at least one of a thiourea derivative, a thioamide derivative, a thioketone derivative, and a dithiocarbamate derivative.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
前記導電性ゴム組成物のベースゴムと、前記誘電性ゴム組成物のベースゴムが同一樹脂であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
The elastomer transducer according to any one of claims 1 to 4,
An elastomer transducer, wherein the base rubber of the conductive rubber composition and the base rubber of the dielectric rubber composition are the same resin.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
前記中間層の厚さが10μm以上500μm以下であり、かつ前記各電極層の厚さが0.05μm以上100μm以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
The elastomer transducer according to any one of claims 1 to 5,
An elastomer transducer, wherein the intermediate layer has a thickness of 10 μm to 500 μm, and each electrode layer has a thickness of 0.05 μm to 100 μm.
ベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物であって、
前記誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたことを特徴とする誘電性ゴム組成物。
A dielectric rubber composition containing a dielectric filler in a base rubber,
A dielectric rubber composition comprising an organic compound having a thiocarbonyl group as the dielectric filler.
請求項1〜6のいずれか1項に記載のエラストマートランスデューサーを芯材上に取り付けると共に、当該エラストマートランスデューサーの各電極層に導電線を接続してなることを特徴とする発電素子。   A power generating element comprising the elastomer transducer according to any one of claims 1 to 6 attached on a core material, and a conductive wire connected to each electrode layer of the elastomer transducer. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のエラストマートランスデューサーを芯材上に複数取り付けると共に、当該各エラストマートランスデューサー同士を導電線によって電気的に直列または並列に接続してなることを特徴とする発電素子。   A plurality of the elastomer transducers according to any one of claims 1 to 6 are mounted on a core material, and the elastomer transducers are electrically connected in series or in parallel with each other by a conductive wire. A power generation element. 請求項8または9のいずれかに記載の発電素子において、
前記芯材の形状が、シート状または円柱状あるいは筒状であることを特徴とする発電素子。
In the electric power generating element according to claim 8 or 9,
The power generating element, wherein the core material has a sheet shape, a columnar shape, or a cylindrical shape.
請求項8〜10のいずれか1項に記載の発電素子において、
前記芯材がPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)からなることを特徴とする発電素子。
The power generating element according to any one of claims 8 to 10,
The power generating element, wherein the core material is made of PTFE (polytetrafluoroethylene).
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