JP2016046953A - トランスデューサおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧印加時の絶縁破壊耐性が高いトランスデューサを提供する。
【解決手段】電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサは、誘電体層と、誘電体層の一方の面に設けられた第１の電極と、誘電体層の他方の面に設けられた第２の電極とを備える。第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧により誘電体層が絶縁破壊する前に、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも一方が絶縁体になる。
【選択図】図１

Description

本技術は、トランスデューサおよびそれを備える電子機器に関する。詳しくは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサに関する。

電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサ（変換器）は、例えば、アンテナ、モバイル機器、人工筋肉、スピーカーなどのアクチュエータとして多種多様の分野への応用が期待されている。

非特許文献１には、２枚の柔軟な電極でエラストマ材料（ヤング率１００ＭＰａ以下）を挟むことで、電気−機械トランスデューサとして動作する誘電エラストマアクチュエータが記載されている。

非特許文献２には、誘電エラストマアクチュエータにおいて絶縁破壊耐性を向上させるには、変位量が小さい領域のみを使用することで電界強度を小さくすることや、シリコンオイルなどに浸してボイド部分を減少させることなどが記載されている。

特許文献１には、導電性ポリマー複合材料の母材となるポリマーに配合する導電性フィラーとして、植物系カーボンブラックを用いることが記載されている。また、植物系カーボンブラックが空洞状構造を有し、この空洞状構造の内部に母材となるポリマーが入り込んでいることが記載されている。

特開２０１０−５３２５０号公報

R. Pelrine, R. Kornbluh, Q. Pei and J. Joseph, SCIENCE 287, 5454, (2000) T-G. La and G-K. Lau, Appl. Phys. Lett. 102, 192905 (2013)

本技術の目的は、高電圧印加時の絶縁破壊耐性が高いトランスデューサおよびそれを備える電子機器を提供することにある。

上述の課題を解決するために、第１の技術は、
電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサであって、
誘電体層と、
誘電体層の一方の面に設けられた第１の電極と、
誘電体層の他方の面に設けられた第２の電極と
を備え、
第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧により誘電体層が絶縁破壊する前に、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも一方が絶縁体になるトランスデューサである。

第２の技術は、
電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサを備え、
誘電体層と、
誘電体層の一方の面に設けられた第１の電極と、
誘電体層の他方の面に設けられた第２の電極と
を備え、
第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧により誘電体層が絶縁破壊する前に、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも一方が絶縁体になる電子機器である。

以上説明したように、本技術によれば、高電圧印加時の絶縁破壊耐性が高いトランスデューサを実現できる。

本技術の一実施形態に係る誘電アクチュエータの一構成例を示す断面図である。 実施例１の誘電アクチュエータにおける仮想の電界強度と面積変位率の関係を示す図である。

本技術の実施形態について以下の順序で説明する。
１ 誘電アクチュエータの構成
２ 誘電アクチュエータの動作
３ 誘電アクチュエータの製造方法
４ 効果
５ 変形例

［１ 誘電アクチュエータの構成］
図１に示すように、誘電アクチュエータは、誘電体層１１と、誘電体層１１の一方の面に設けられた電極１２ａと、誘電体層１１の他方の面に設けられた電極１２ｂとを備える。電極１２ａは誘電体層１１の一方の面に直接設けられ、電極１２ｂは誘電体層１１の他方の面に直接設けられている。なお、図示はしないが、電極１２ａと誘電体層１１の間の間に接着層が設けられ、電極１２ｂと誘電体層１１の間に接着層が設けられていてもよい。ここで、接着層には概念的に粘着層が含まれるものと定義する。電極１２ａ、１２ｂはそれぞれ、配線１３ａ、１３ｂを介して電源１３に電気的に接続されている。この誘電アクチュエータは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサの一例である。

図１では、誘電アクチュエータが、平坦なシート状を有している例が示されているが、誘電アクチュエータの形状はこれに限定されるものではなく、ロール状などであってもよい。誘電アクチュエータは、所定の波長帯域を有する光に対して透明性または不透明性を有している。誘電アクチュエータが透明性および不透明性のいずれを有するかは、誘電アクチュエータを適用する対象に応じて選択することが好ましい。ここで、所定の帯域とは、例えば、可視光の波長帯域または赤外光の波長帯域である。可視光の波長帯域とは３５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の波長帯域、赤外光の波長帯域とは８５０ｎｍを超えて１ｍｍ以下の波長帯域をいう。

誘電アクチュエータは、人工筋肉、医療用器具、人口色素胞、アンテナ、電子機器、音響変換器（スピーカなど）、リハビリ機器、ロボット、ロボットスーツ、マイクロデバイス、手ぶれ補正モジュール、バイブレータなどに用いて好適なものである。電子機器としては、例えば、パーソナルコンピュータ、モバイル機器、携帯電話、タブレット型コンピュータ、表示装置、撮像装置、オーディオ機器、ゲーム機器などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

（誘電体層）
誘電体層１１は、伸縮性を有している。誘電体層１１は、例えばフィルム状を有するが、特にこの形状に限定されるものではない。ここで、フィルム状には概念的にシート状および板状が含まれるものと定義する。誘電体層１１は、例えば、絶縁性伸縮材料として絶縁性エラストマを含んでいる。誘電体層１１は、例えば、絶縁性伸縮材料としてゲルなどを含んでいてもよい。誘電体層１１は、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、架橋剤、可塑剤、老化防止剤、界面活性剤、粘度調整剤、補強剤および着色剤などのうちの１種以上を用いることができる。絶縁性エラストマとしては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびウレタン樹脂などのうちの１種以上用いることができる。誘電体層１１には、プレストレインがかけられていてもよい。誘電体層１１のヤング率は、１００ＭＰａ以下であることが好ましい。誘電体層１１は、２以上の誘電率を有していることが好ましい。

（電極）
電極１２ａ、１２ｂは、それらの主面が互いに対向するように設けられ、両電極１２ａ、１２ｂの主面間に誘電体層１１が設けられている。電極１２ａ、１２ｂは、伸縮性を有している。このため、電極１２ａ、１２ｂは、誘電体層１１の変形に追従して変形することができる。電極１２ａ、１２ｂはそれぞれ、誘電体層１１の両面の全体またはほぼ全体を覆う薄膜状であってもよいし、所定のパターンを有していてもよい。所定のパターンとしては、例えば、ストライプ状、ドット状、格子状（マトリックス状）、同心円状、螺旋状などのパターンが挙げられる。電極１２ａ、１２ｂは、例えばフィルム状または薄膜状を有するが、特にこれらの形状に限定されるものではない。

電極１２ａ、１２ｂは、導電性粒子と、必要に応じてバインダ（結着剤）とを含んでいる。電極１２ａ、１２ｂがバインダを含んでいる場合には、導電性粒子はバインダに分散されていることが好ましい。電極１２ａ、１２ｂが、必要に応じて添加剤をさらに含んでいてもよい。導電性粒子としては、多数の細孔を表面に有する多孔質炭素粒子を用いることが好ましい。多孔質炭素粒子は、好ましくは細孔径（大きさ）２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは細孔径２ｎｍ以上５０ｎｍ以下、さらに好ましくは細孔径４ｎｍ以上２０ｎｍ以下のメソ細孔を表面に有している。多孔質炭素粒は、このメソ細孔に加えて、好ましくは細孔径２ｎｍ未満、より好ましくは細孔径０．５ｎｍ以上２ｎｍ未満のマイクロ細孔をさらに表面に有している。マイクロ細孔とメソ細孔を有する多孔質炭素粒子としては、細孔径０．５ｎｍ以上２ｎｍ未満のマイクロ細孔と、細孔径４ｎｍ以上２０ｎｍ以下のメソ細孔とを有するものが好ましい。

上述した細孔径の細孔を表面に有する多孔質炭素粒子としては、例えばバイオカーボンが挙げられる。バイオカーボンとしては、ケイ素（シリコン）の含有率が５重量％以上である植物由来の材料を原料とし、窒素ＢＥＴ法による比表面積の値が１０ｍ²／ｇ以上、ケイ素の含有率が１重量％以下、ＢＪＨ法およびＭＰ法による細孔の容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上であるものが好ましい（特開２００８−２７３８１６号公報参照）。

メソ細孔の孔径は、例えば、ＢＪＨ法に基づき、その孔径に対する細孔容積変化率から細孔の分布として算出することができる。ＢＪＨ法は、細孔径分布解析法として広く用いられている方法である。ＢＪＨ法に基づき細孔径分布解析をする場合、まず、多孔質炭素粒子に吸着分子として窒素を吸脱着させることにより、脱着等温線を求める。そして、求められた脱着等温線に基づき、細孔が吸着分子（例えば窒素）によって満たされた状態から吸着分子が段階的に着脱する際の吸着層の厚さ、及び、その際に生じた孔の内径（コア半径の２倍）を求め、式（１）に基づき細孔半径ｒ_pを算出し、式（２）に基づき細孔容積を算出する。そして、細孔半径及び細孔容積から細孔径（２ｒｐ）に対する細孔容積変化率（ｄＶ_p／ｄｒ_p）をプロットすることにより細孔径分布曲線が得られる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第８５頁〜第８８頁参照）。

ｒ_p＝ｔ＋ｒ_k （１）
Ｖ_pn＝Ｒ_n・ｄＶ_n−Ｒ_n・ｄｔ_n・ｃ・ΣＡ_pj （２）
但し、
Ｒ_n＝ｒ_pn ²／（ｒ_kn-1＋ｄｔ_n）² （３）

ここで、
ｒ_p：細孔半径
ｒ_k：細孔半径ｒｐの細孔の内壁にその圧力において厚さｔの吸着層が吸着した場合のコア半径（内径／２）
Ｖ_pn：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの細孔容積
ｄＶ_n：そのときの変化量
ｄｔ_n：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの吸着層の厚さｔｎの変化量
ｒ_kn：その時のコア半径
ｃ：固定値
ｒ_pn：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの細孔半径
である。また、ΣＡ_pjは、ｊ＝１からｊ＝ｎ−１までの細孔の壁面の面積の積算値を表す。

マイクロ細孔の孔径は、例えば、ＭＰ法に基づき、その孔径に対する細孔容積変化率から細孔の分布として算出することができる。ＭＰ法により細孔径分布解析を行う場合、まず、多孔質炭素粒子に窒素を吸着させることにより、吸着等温線を求める。そして、この吸着等温線を吸着層の厚さｔに対する細孔容積に変換する（ｔプロットする）。そして、このプロットの曲率（吸着層の厚さｔの変化量に対する細孔容積の変化量）に基づき細孔径分布曲線を得ることができる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第７２頁〜第７３頁、第８２頁参照）。

ＪＩＳ Ｚ８８３１−２：２０１０「粉体（固体）の細孔径分布及び細孔特性−第２部：ガス吸着によるメソ細孔及びマクロ細孔の測定方法」、及び、ＪＩＳ Ｚ８８３１−３：２０１０ 「粉体（固体）の細孔径分布及び細孔特性−第３部：ガス吸着によるミクロ細孔の測定方法」に規定された非局在化密度汎関数法（ＮＬＤＦＴ法）にあっては、解析ソフトウェアとして、日本ベル株式会社製自動比表面積／細孔径分布測定装置「ＢＥＬＳＯＲＰ−ＭＡＸ」に付属するソフトウェアを用いる。前提条件としてモデルをシリンダ形状としてカーボンブラック（ＣＢ）を仮定し、細孔径分布パラメータの分布関数を「ｎｏ−ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ」とし、得られた分布データにはスムージングを１０回施す。

多孔質炭素粒子の平均粒子径は、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下である。ここで、平均粒子径は以下のようにして求められる。まず、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；ＳＥＭ）を用いて、導電性粒子のＳＥＭ像を撮影する。その後、画像解析ソフトを用いて、ＳＥＭ像中から無作為に１０個の導電性粒子を選び出し、それらの粒子の粒子径をそれぞれ測定する。ここで、粒子径は、粒子の最大の差し渡し長さ（すなわち最大粒子径）を意味する。この手順を１０枚のＳＥＭ像について行い、得られた粒径を単純に平均（算術平均）して平均粒子経を求める。

多孔質炭素粒子のアスペクト比は、１０以下であることが好ましい。ここで、アスペクト比は以下のようにして求められる。まず、ＳＥＭを用いて、導電性粒子のＳＥＭ像を撮影する。その後、画像解析ソフトを用いて、ＳＥＭ像中から無作為に１０個の導電性粒子を選び出し、それらの粒子の長手方向の径（長軸径）と短手方向の径（短軸径）をそれぞれ測定する。ここで、長手方向の径は、粒子の最大の差し渡し長さ（すなわち最大粒子径）を意味し、短手方向の径は、長径に垂直方向で最も長い部分の長さを意味する。この手順を１０枚のＳＥＭ像について行い、得られた長手方向の径および短手方向の径をそれぞれ単純に平均（算術平均）して長手方向の平均径および短手方向の平均径を求める。次に、求められた長手方向の平均径（平均長軸径）と短手方向の平均径（平均短軸径）との比（（長手方向の平均径）／（短手方向の平均径））をアスペクト比として求める。

バインダとしては、例えば、エラストマが用いられる。エラストマとしては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびウレタン樹脂などのうちの１種以上用いることができる。

［２ 誘電アクチュエータの動作］
以下に、本技術の一実施形態に係る誘電アクチュエータの動作の一例について説明する。

（定格電圧印加時の動作）
両電極１２ａ、１２ｂ間に定格電圧が印加されると、両電極１２ａ、１２ｂにクーロン力による引力が作用する。これにより、両電極１２ａ、１２ｂ間に配置された誘電体層１１は、その厚さ方向に押圧されて薄くなると共に、その面内方向に伸張することとなる。これにより、誘電アクチュエータでは、誘電体層１１の厚さ方向および面内方向の駆動力が得られる。

（過大電圧印加時の動作）
電極１２ａ、１２ｂ間に印加される電圧により誘電体層１１が絶縁破壊する前に、電極１２ａ、１２ｂが絶縁体になる。具体的には、電極１２ａ、１２ｂ間にスパイク電圧などの過大電圧が印加されたときに、誘電体層１１が絶縁破壊する前に、電極１２ａ、１２ｂが急激な抵抗の上昇により絶縁体になる。また、電極１２ａ、１２ｂ間の印加電圧が過大電圧から定格電圧に戻った場合には、あるいは電極１２ａ、１２ｂ間の過大電圧の印加が停止した場合には、電極１２ａ、１２ｂの抵抗が低下して絶縁体から導体に戻る。

電極１２ａ、１２ｂは、電極１２ａ、１２ｂ間の電界強度が例えば１００［ＭＶ／ｍ］以上となる電圧が印加されたときに絶縁体になる。絶縁体となった電極１２ａ、１２ｂの表面抵抗は、好ましくは１ＭΩ／□以上、より好ましくは１０ＭΩ／□以上、更に好ましくは１００ＭΩ／□以上である。

上述したように、過大電圧の印加時に、誘電体層１１が絶縁破壊する前に電極１２ａ、１２ｂが急激な抵抗上昇により絶縁体になる理由は明らかではないが、以下のように推測される。電極１２ａ、１２ｂ間に過大電圧が印加されると、電極１２ａ、１２ｂの伸張により、電極１２ａ、１２ｂに含まれる多孔質炭素粒子間の接点、および／または複数の多孔質炭素粒子が寄り集まった粒子群（例えば凝集体）間の接点が、誘電体層１１が絶縁破壊する前に急激に減少するためと推測される。また、このような接点の急激な減少は、バイオカーボンなどの特定の多孔質炭素粒子の構造などに起因するものと推測される。

［３ 誘電アクチュエータの製造方法］
以下に、本技術の一実施形態に係る誘電アクチュエータの製造方法の一例について説明する。

まず、導電性粒子を溶剤に加えて分散させることにより、電極形成用の塗料である導電性インクを調製する。必要に応じて、バインダおよび／または添加剤を溶剤にさらに加えるようにしてもよい。例えば、誘電体層１１への塗布性や組成物のポットライフを向上させる目的で、必要に応じて界面活性剤、粘度調整剤、分散剤などの添加剤を加えてもよい。分散手法としては、攪拌、超音波分散、ビーズ分散、混錬、ホモジナイザー処理などを用いることが好ましい。

溶剤は、導電性粒子を分散できるものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、水、エタノール、メチルエチルケトン、イソプロパノールアルコール、アセトン、アノン（シクロヘキサノン、シクロペンタノン）、炭化水素（ヘキサン）、アミド（ＤＭＦ）、スルフィド（ＤＭＳＯ）、ブチルセロソルブ、ブチルトリグリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールイソプロピルエーテル、トリプロピレングリコールイソプロピルエーテル、メチルグリコール、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテートなどが挙げられる。

次に、上述のようにして調製した導電性インクを用いて、誘電体層１１の一方の面に塗膜を形成する。塗膜の形成方法は特に限定されるものではないが、物性、利便性および製造コストなどを考慮すると、湿式製膜法が好ましい。湿式製膜法としては、例えば、塗布法、スプレー法、印刷法などの公知の方法を用いることができる。塗布法は特に限定されるものではなく、公知の塗布法を用いることができる。公知の塗布法としては、例えば、マイクログラビアコート法、ワイヤーバーコート法、ダイレクトグラビアコート法、ダイコート法、ディップ法、スプレーコート法、リバースロールコート法、カーテンコート法、コンマコート法、ナイフコート法、スピンコート法などが挙げられる。印刷法としては、例えば、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法などが挙げられる。

次に、誘電体層１１の一方の面に形成した塗膜を乾燥させることにより、溶剤を揮発させる。乾燥条件は特に限定されるものではなく、自然乾燥および加熱乾燥のいずであってもよい。これにより、誘電体層１１の表面に電極１２ａが形成される。

次に、誘電体層１１の一方の面に電極１２ａを形成したのと同様にして、誘電体層１１の他方の面に電極１２ｂを形成する。以上により、目的とする誘電アクチュエータが得られる。

なお、上述の誘電アクチュエータの製造方法の例では、誘電体層１１の一方の面に電極１２ａを形成した後、誘電体層１１の他方の面に電極１２ｂを形成する例について説明したが、誘電アクチュエータの製造方法はこの例に限定されるものではない。例えば、誘電体層１１の両面に同時に、導電性インクを用いて塗膜を形成した後、それらの塗膜を同時または順次乾燥させることにより、電極１２ａ、１２ｂを作製するようにしてもよい。また、電極１２ａ、１２ｂを予めグリーンシートなどの自立膜として作製し、それらの電極１２ａ、１２ｂをそれぞれ、誘電体層１１の両面に接着層を介して貼り合わせるようにしてもよい。

［４ 効果］
本技術の一実施形態によれば、両電極１２ａ、１２ｂ間にスパイク電圧などの過大電圧（例えば数ｋＶ）が印加されたときに、誘電体層１１が絶縁破壊する前に、電極１２ａ、１２ｂが急激な抵抗の上昇により絶縁体になる。また、電極１２ａ、１２ｂ間の印加電圧が過大電圧から定格電圧に戻った場合には、電極１２ａ、１２ｂの抵抗が低下して導体に戻る。したがって、電極１２ａ、１２ｂ間にスパイク電圧などの過大電圧が印加されたときでも、誘電体層１１の絶縁破壊を回避し、誘電アクチュエータの故障や破損を防ぐことができる。また、誘電アクチュエータの動作耐久性を向上できる。

［５ 変形例］
上述の一実施形態では、過大電圧が印加されたときに、誘電体層が絶縁破壊する前に、誘電体層の両面に設けられた両電極が急激な抵抗の上昇により絶縁体になる構成を例として説明したが、本技術はこの例に限定されるものではない。すなわち、過大電圧が印加されたときに、誘電体層が絶縁破壊する前に、誘電体層の両面に設けられた両電極のうちの一方が急激な抵抗の上昇により絶縁体になる構成としてもよい。

また、上述の一実施形態では、誘電アクチュエータが単層型の構造を有する場合を例として説明したが、電極と誘電体層とを交互に繰り返し積層した積層型の構造を有していてもよい。

以下、実施例により本技術を具体的に説明するが、本技術はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

本実施例において、バイオカーボンの細孔径、平均粒子径およびアスペクト比は、上述の実施形態において説明した方法により求めたものである。

（実施例１）
まず、バイオカーボン（ＢＣ）の紛体を調製した。バイオカーボンとしては、ケイ素（シリコン）の含有率が５重量％以上である植物由来の材料を原料とし、細孔径２ｎｍ未満のマイクロ細孔と細孔径２ｎｍ以上５０ｎｍ以下のメソ細孔とを有し、平均粒子径が２０μｍ以下であり、アスペクト比が１０以下のものを用いた。

次に、調製したバイオカーボン紛体を、誘電性エラストマフィルム（誘電体層）としてのアクリル樹脂フィルムの両面に塗布することにより、電極を形成した。以上により、目的とする誘電エラストマアクチュエータが得られた。

（比較例１）
バイオカーボンの紛体に代えて気相成長炭素繊維（Vapor Grown Carbon Fiber：ＶＧＣＦ）の紛体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして誘電エラストマアクチュエータを得た。

（比較例２）
バイオカーボンの紛体に代えてケッチェンブラック（ＫＢ）の紛体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして誘電エラストマアクチュエータを得た。

（評価）
上述のようにして得られた実施例１、比較例１、２の誘電エラストマアクチュエータについて、以下の評価を行った。

（面積変位率）
誘電エラストマアクチュエータの仮想の電界強度に対する面積変位率の変化を測定した。その結果を図２に示す。ここで、仮想の電界強度とは、誘電エラストマアクチュエータに印加した電圧（電源電圧）から求められる電極間の電界強度を意味し、現実の電極間の電界強度（以下「現実の電界強度」という。）とは区別される。

（表面抵抗）
誘電エラストマアクチュエータの面積変位率に対する表面抵抗の変化を四探針法により測定した。

上記評価結果から以下のことがわかった。
実施例１の誘電エラストマアクチュエータでは、仮想的な電界強度が０［ＭＶ／ｍ］〜１００［ＭＶ／ｍ］の範囲では、仮想的な電界強度の増加に伴い面積変位率が増加した。一方、仮想的な電界強度が１００［ＭＶ／ｍ］〜３００［ＭＶ／ｍ］の範囲では、仮想的な電界強度の増加に対して面積変位率はほぼ一定となった。また、実施例１の誘電エラストマアクチュエータでは、面積変位率の増加に伴い電極の表面抵抗が増加し、測定装置の測定レンジ（ＭΩのオーダ）を超えた。

上記傾向は以下の理由によるものと考えられる。すなわち、仮想的な電界強度が０［ＭＶ／ｍ］〜１００［ＭＶ／ｍ］の範囲では、バイオカーボンにより構成された電極が導体として機能しているために、仮想的な電界強度の増加に伴って現実の電界強度も上昇し、面積変位率が増加すると考えられる。一方、仮想的な電界強度が１００［ＭＶ／ｍ］〜３００［ＭＶ／ｍ］の範囲では、バイオカーボンにより構成された電極は導体として機能しなくなり、かつ仮想的な電界強度が１００［ＭＶ／ｍ］に達する前に蓄積された電荷が維持された状態にある。このため、仮想的な電界強度を増加させても、現実の電界強度はほぼ一定の値に維持されるので、面積変位率もほぼ一定の値に維持される。

比較例１、２の誘電エラストマアクチュエータでは、仮想的な電界強度の増加に対して面積変位率がほぼ一定となる電界強度領域は存在せず、実施例１の誘電エラストマアクチュエータに比べて、仮想的な電界強度の増加に伴い面積変位率が急激に増加した。また、実施例１の誘電エラストマアクチュエータでは、面積変位率の増加に対して電極の表面抵抗が大きく増加することはなく、電極の導電性が維持された。

上記傾向は以下の理由によるものと考えられる。すなわち、ＶＧＣＦまたはＫＢにより構成された電極が、仮想的な電界強度の範囲によらず導体として機能しているために、仮想的な電界強度の増加に伴って現実の電界強度も上昇し続け、面積変位率の増加が維持されると考えられる。

以上、本技術の実施形態およびその変形例、ならびに実施例について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
（１）
電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサであって、
誘電体層と、
上記誘電体層の一方の面に設けられた第１の電極と、
上記誘電体層の他方の面に設けられた第２の電極と
を備え、
上記第１の電極と上記第２の電極との間に印加される電圧により上記誘電体層が絶縁破壊する前に、上記第１の電極および上記第２の電極のうちの少なくとも一方が絶縁体になるトランスデューサ。
（２）
上記第１の電極および上記第２の電極のうちの少なくとも一方が、多孔質炭素粒子を含む（１）に記載のトランスデューサ。
（３）
上記多孔質炭素粒子は、孔径２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の細孔を表面に有する（２）に記載のトランスデューサ。
（４）
上記多孔質炭素粒子は、孔径０．５ｎｍ以上２ｎｍ未満の細孔を表面にさらに有する（３）に記載のトランスデューサ。
（５）
上記多孔質炭素粒子は、孔径０．５ｎｍ以上２ｎｍ未満の細孔および孔径４ｎｍ以上２０ｎｍ以下の細孔を表面に有する（２）に記載のトランスデューサ。
（６）
上記多孔質炭素粒子の平均粒子径は、１μｍ以上２０μｍ以下である（２）から（５）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（７）
上記多孔質炭素粒子のアスペクト比は、１０以下である（２）から（６）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（８）
上記多孔質炭素粒子は、ケイ素の含有率が５質量％以上の植物由来の材料を原料としている（２）から（７）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（９）
上記多孔質炭素粒子は、バイオカーボンである（２）から（８）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１０）
上記電極は、バインダをさらに含んでいる（２）から（９）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１１）
上記第１の電極と上記誘電体層の間に設けられた第１の接着層と、
上記第２の電極と上記誘電体層の間に設けられた第２の接着層と
をさらに備える（１）から（１０）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１２）
（１）から（１１）のいずれかに記載のトランスデューサを備える電子機器。

１１ 誘電体層
１２ａ、１２ｂ 電極
１３ａ、１３ｂ 配線
１４ 電源

Claims (12)

1. 電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサであって、
   誘電体層と、
   上記誘電体層の一方の面に設けられた第１の電極と、
   上記誘電体層の他方の面に設けられた第２の電極と
   を備え、
   上記第１の電極と上記第２の電極との間に印加される電圧により上記誘電体層が絶縁破壊する前に、上記第１の電極および上記第２の電極のうちの少なくとも一方が絶縁体になるトランスデューサ。
2. 上記第１の電極および上記第２の電極のうちの少なくとも一方が、多孔質炭素粒子を含む請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 上記多孔質炭素粒子は、孔径２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の細孔を表面に有する請求項２に記載のトランスデューサ。
4. 上記多孔質炭素粒子は、孔径０．５ｎｍ以上２ｎｍ未満の細孔を表面にさらに有する請求項３に記載のトランスデューサ。
5. 上記多孔質炭素粒子は、孔径０．５ｎｍ以上２ｎｍ未満の細孔および孔径４ｎｍ以上２０ｎｍ以下の細孔を表面に有する請求項２に記載のトランスデューサ。
6. 上記多孔質炭素粒子の平均粒子径は、１μｍ以上２０μｍ以下である請求項２に記載のトランスデューサ。
7. 上記多孔質炭素粒子のアスペクト比は、１０以下である請求項２に記載のトランスデューサ。
8. 上記多孔質炭素粒子は、ケイ素の含有率が５質量％以上の植物由来の材料を原料としている請求項２に記載のトランスデューサ。
9. 上記多孔質炭素粒子は、バイオカーボンである請求項２に記載のトランスデューサ。
10. 上記電極は、バインダをさらに含んでいる請求項２に記載のトランスデューサ。
11. 上記第１の電極と上記誘電体層の間に設けられた第１の接着層と、
    上記第２の電極と上記誘電体層の間に設けられた第２の接着層と
    をさらに備える請求項１に記載のトランスデューサ。
12. 電気エネルギーを機械エネルギーに変換するトランスデューサを備え、
    誘電体層と、
    上記誘電体層の一方の面に設けられた第１の電極と、
    上記誘電体層の他方の面に設けられた第２の電極と
    を備え、
    上記第１の電極と上記第２の電極との間に印加される電圧により上記誘電体層が絶縁破壊する前に、上記第１の電極および上記第２の電極のうちの少なくとも一方が絶縁体になる電子機器。

Images