JP2022007045A

JP2022007045A - 誘電エラストマートランスデューサー

Info

Publication number: JP2022007045A
Application number: JP2020109714A
Authority: JP
Inventors: 正毅千葉; Seiki Chiba; 美紀夫和氣; Mikio Wake; 光良桑畑; Mitsuyoshi Kuwahata
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2022-01-13

Abstract

【課題】誘電エラストマー層の厚さ方向に作用する外力を検出することが可能な誘電エラストマートランスデューサーを提供すること。【解決手段】誘電エラストマー層１１および誘電エラストマー層１１を挟む一対の電極層１２を有する誘電エラストマー要素１と、誘電エラストマー要素１を厚さ方向に挟んで配置された第１支持体２および第２支持体３と、を備えており、第１支持体２は、複数の第１凸部２１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、誘電エラストマートランスデューサーに関する。

誘電エラストマー層と当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層とを有する誘電エラストマー要素は、駆動用途、発電用途およびセンサ用途のそれぞれの分野において開発が進められている。特許文献１には、誘電エラストマー要素がセンサ用途に用いられた誘電エラストマーセンサシステムが開示されている。この誘電エラストマーセンサシステムにおいては、図１ｂに示されたように、誘電エラストマー要素は、外力によって伸張または収縮する。この変形により、一対の電極層がなすコンデンサの静電容量が変化する。この静電容量の変化を判定回路等によって判定することにより、誘電エラストマーに作用した外力等を検出する。

特表２０１２－５１８３８４号公報

しかしながら、上記文献に開示された構成において、誘電エラストマー要素の厚さ方向の外力が作用した場合、誘電エラストマー層の弾性率に応じた厚さの変化が生じるに過ぎず、誘電エラストマー層に明確な伸張や収縮は生じない。このため、誘電エラストマー要素の厚さ方向に作用する外力を検出することは困難である。

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、誘電エラストマー層の厚さ方向に作用する外力を検出することが可能な誘電エラストマートランスデューサーを提供することをその課題とする。

本発明によって提供される誘電エラストマートランスデューサーは、誘電エラストマー層および前記誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー要素と、前記誘電エラストマー要素を厚さ方向に挟んで配置された弾性を有する第１支持体および第２支持体と、を備えており、前記第１支持体は、複数の第１凸部を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２支持体は、複数の第２凹部を有し、前記第１凸部は、前記厚さ方向に沿って視て前記第２凹部と重なる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１凸部は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に突出しており、前記第２凹部は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に凹んでいる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に凹む複数の第１凹部を有し、前記第２支持体は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に突出する複数の第２凸部を有し、前記第１凹部は、前記厚さ方向に沿って視て前記第２凸部と重なる。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の前記第１凸部および複数の前記第１凹部は、前記厚さ方向に沿って視て互いに交互に配置されており、複数の前記第２凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視て互いに交互に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の前記第１凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視てマトリクス状に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の前記第１凸部、複数の前記第１凹部、複数の前記第２凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視て前記厚さ方向と直角である第１方向に沿って長く延びた形状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の前記第１凸部、複数の前記第１凹部、複数の前記第２凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視て同心円状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体は、前記第１凸部の外側に位置する第１枠部を有し、前記第２支持体は、前記第２凹部の外側に位置する第２枠部を有し、前記第１支持体および前記第２支持体が無負荷状態において、前記誘電エラストマー層のうち前記一対の電極層から延出した部分が、前記第１枠部および前記第２枠部に挟まれている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第２支持体に向かって膨出した形状部分を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第１支持体に向かって膨出した形状部分を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第２支持体とは反対側に向かって膨出した形状部分を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第１支持体とは反対側に向かって膨出した形状部分を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に厚くなっており、且つ前記第２支持体に対する反対側部分が凹んだ形状部分を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に厚くなっており、且つ前記第１支持体に対する反対側部分が凹んだ形状部分を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１凸部は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に突出している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２支持体は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に凹む複数の第２凹部を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に凹む複数の第１凹部を有し、前記第２支持体は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に突出する複数の第２凸部を有し、前記第１凹部は、前記厚さ方向に沿って視て前記第２凸部と重なる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体および前記第２支持体は、エラストマーからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１支持体は、複数の第１突起および当該複数の第１突起と前記誘電エラストマー要素との間に介在する第１支持層とを有し、前記第１突起は、前記第１支持層および前記誘電エラストマー層よりも相対的に硬い材質からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２支持体は、複数の第２突起および当該複数の第２突起と前記誘電エラストマー要素との間に介在する第２支持層とを有し、前記第２突起は、前記第２支持層および前記誘電エラストマー層よりも相対的に硬い材質からなる。

本発明によれば、誘電エラストマー層の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーの第１支持体／第２支持体の一例を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを用いた誘電エラストマートランスデューサーシステムを示すシステム構成図である。本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーが外力を受けた状態を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーの第１支持体／第２支持体の第１変形例を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーの第１支持体／第２支持体の一例を示す斜視図である。本発明の第３実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーが外力を受けた状態を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第５実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第６実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第７実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第８実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第９実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第１０実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第１１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第１２実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第１３実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。本発明の第１４実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

本開示における「第１」、「第２」等の用語は、単に用語の認識のために用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。

＜第１実施形態＞
図１～図４は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ１は、誘電エラストマー要素１、第１支持体２および第２支持体３を備えている。誘電エラストマートランスデューサーＡ１は、たとえば、図３に示す誘電エラストマートランスデューサーシステムＢ１において、センシングのための要素として用いられる。

図１は、誘電エラストマー要素１を模式的に表している。誘電エラストマー要素１は、誘電エラストマー層１１および一対の電極層１２を有する。なお、誘電エラストマー層１１および一対の電極層１２は、本発明におけるセンサ本体を構成する。

誘電エラストマー層１１は、弾性変形が可能であるとともに、絶縁強度が高いことが求められる。このような誘電エラストマー層１１の材質としては、たとえばシリコーンエラストマーやアクリルエラストマー、スチレンエラストマーの他、ポリオキシメチレン、ポリイソブチレン、ポリオキシエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、ポリウレタン、ポリウレア、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンイミン、等の単独又は共重合樹脂エラストマーであることが好ましい。これらの材質は、誘電エラストマーの一例として挙げられる。誘電エラストマー層１１の厚さは特に限定されず、数十μｍ～数百μｍ程度である。

一対の電極層１２は、誘電エラストマー層１１を挟んでおり、コンデンサの電極として機能する部位である。電極層１２は、導電性を有するとともに、誘電エラストマー層１１の弾性変形に追従しうる弾性変形が可能な材質によって形成される。このような材質としては、たとえば弾性変形可能な主材に導電性を付与するフィラーが混入された材質が挙げられる。前記主材の材質としては、たとえばシリコーンエラストマーやアクリルエラストマー、スチレンエラストマーの他、ポリオキシメチレン、ポリイソブチレン、ポリオキシエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、ポリウレタン、ポリウレア、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンイミン、等の単独又は共重合樹脂エラストマーであることが好ましい。なお、電極層１２の主材は、上述した誘電エラストマー層１１と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。電極層１２の材質の溶剤が、誘電エラストマー層１１の材質を変質させない組み合わせが好ましい。前記フィラーの好ましい例として、たとえばカーボンブラックやカーボンナノチューブが挙げられる。一対の電極層１２の厚さは特に限定されず、数μｍ～数百μｍ程度であり、本実施形態においては、たとえば数十μｍ程度である。

第１支持体２および第２支持体３は、誘電エラストマー層１１に対して厚さ方向の両側に配置されている。第１支持体２および第２支持体３は、誘電エラストマートランスデューサーＡ１に加えられる厚さ方向の外力によって、誘電エラストマー要素１の面積を変化させる挙動を実現するためのものである。第１支持体２および第２支持体３の材質は特に限定されないが、たとえば、少なくとも一部が、誘電エラストマー要素１の誘電エラストマー層１１よりも弾性率が高く、相対的に硬い材質からなることが好ましい。誘電エラストマー層１１の材質としては、上述した誘電エラストマー要素１の材質となるものや、その他の樹脂、あるいは金属等が挙げられる。また、第１支持体２の材質と、第２支持体３の材質とは、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態においては、第１支持体２および第２支持体３は、誘電エラストマー層１１よりも相対的に固く、且つ適度な弾性を有する材質からなる。

本実施形態の第１支持体２は、複数の第１凸部２１、複数の第１凹部２２および第１枠部２３を有する。第１凸部２１は、厚さ方向において誘電エラストマー層１１に向かう側に突出している。第１凹部２２は、厚さ方向において誘電エラストマー層１１から離間する側に凹んでいる。複数の第１凸部２１と複数の第１凹部２２とは、厚さ方向に沿って視て、互いに交互に配置されている。第１枠部２３は、厚さ方向に沿って視て複数の第１凸部２１および複数の第１凹部２２の外側に配置されている。図示された例の第１枠部２３は、複数の第１枠部２３よりも誘電エラストマー層１１側に突出している。

本実施形態の第２支持体３は、複数の第２凸部３１、複数の第２凹部３２および第２枠部３３を有する。第２凸部３１は、厚さ方向において誘電エラストマー層１１に向かう側に突出している。第２凹部３２は、厚さ方向において誘電エラストマー層１１から離間する側に凹んでいる。複数の第２凸部３１と複数の第２凹部３２とは、厚さ方向に沿って視て、互いに交互に配置されている。第２枠部３３は、厚さ方向に沿って視て複数の第２凸部３１および複数の第２凹部３２の外側に配置されている。図示された例の第２枠部３３は、複数の第２枠部３３よりも誘電エラストマー層１１側に突出している。

第１凸部２１と第２凹部３２とは、厚さ方向に沿って視て互いに重なっている。また、第１凹部２２と第２凸部３１とは、厚さ方向に沿って視て互いに重なっている。また、第１枠部２３と第２枠部３３とは、厚さ方向に沿って視て互いに重なっている。第１枠部２３と第２枠部３３とは、誘電エラストマー層１１のうち電極層１２から延出した部分を挟んでいる。

図２は、第１支持体２および第２支持体３の一例を示している。図示された例の第１支持体２および第２支持体３は、複数の第１凸部２１および複数の第１凹部２２、そして複数の第２凸部３１および複数の第２凹部３２が、厚さ方向と直角である第１方向に長く延びた形状である。第１枠部２３および第２枠部３３は、たとえば複数の第１凸部２１および複数の第１凹部２２、または複数の第２凸部３１および複数の第２凹部３２を挟んで第１方向と直角である方向に互いに離間した２つの部位によって構成されている。

図３は、誘電エラストマートランスデューサーＡ１を用いた誘電エラストマートランスデューサーシステムの一例を示している。図示された例の誘電エラストマートランスデューサーシステムＢ１は、発振回路４１、中間回路４２および判定回路４３を備える。

発振回路４１は、誘電エラストマートランスデューサーＡ１および発振駆動部４１１を含み、交流電気信号を出力する。誘電エラストマートランスデューサーＡ１の誘電エラストマー要素１は、可変コンデンサと見做して使用される。発振駆動部４１１は、たとえば交流電気信号を発生させるための電源や可変コンデンサとしての誘電エラストマートランスデューサーＡ１の誘電エラストマー要素１とともに、従来公知のＣＲ発振回路、ＬＣ発振回路、タイマＩＣを用いた発振回路等を構成するものである。誘電エラストマートランスデューサーＡ１の誘電エラストマー要素１の静電容量の変化に伴い、出力される交流電気信号の周波数が変化する。

判定回路４３は、発振回路４１の出力信号に基づき、誘電エラストマートランスデューサーＡ１の誘電エラストマー要素１の静電容量Ｃの変化を判定するものである。判定回路４３の構成は、特に限定されず、発振回路４１の出力信号と静電容量Ｃとの関係を従来公知の種々の手法に基づいて判定可能なものであればよい。判定回路４３の具体的構成は、後述する中間回路４２のように、発振回路４１からの出力信号を適宜処理する回路の有無やその構成に応じて適切に選択される。判定回路４３としては、マイコン、Ａ／Ｄ変換ＩＣ、コンパレータ、オシロスコープ等が例示される。図示された例においては、発振回路４１の出力信号が一方の極性において周期的に変動する電気信号（以下、直流電気信号）に変換された場合に、この直流電気信号の周波数から誘電エラストマートランスデューサーＡ１の誘電エラストマー要素１の静電容量Ｃの変化を判定する回路である。すなわち、誘電エラストマートランスデューサーＡ１の誘電エラストマー要素１の初期静電容量Ｃ０に相当する周波数から、発振回路４１の出力信号としての直流電気信号の周波数が変化した場合に、誘電エラストマートランスデューサーＡ１の誘電エラストマー要素１の静電容量Ｃが変化したと判定する。当該判定には、閾値等の判定基準を適宜採用してもよい。

中間回路４２は、発振回路４１の出力信号を判定回路４３による判定に適したものに処理するものである。判定回路４３が発振回路４１の出力信号を直接判定可能な構成の場合には、中間回路４２を省略してもよいが、発振回路４１の出力信号である交流電気信号の周波数と静電容量Ｃとの関係を適切に判定するには、たとえばフィルター回路等を含む中間回路４２を備えることが好ましく、現実的である。中間回路４２の構成例としては、交流増幅回路、フィルター回路、検波回路および直流増幅回路を備えた構成が挙げられる。このような構成の中間回路４２は、発振回路４１の出力信号を交流電気信号から直流電気信号に変換する構成である。

次に、誘電エラストマートランスデューサーＡ１の作用について説明する。

図４は、誘電エラストマートランスデューサーＡ１に厚さ方向の外力が加えられた状態を示している。図示された例においては、第２支持体３が固定物に保持されており、第１支持体２に外力が加えられている。これは、誘電エラストマートランスデューサーＡ１に外力が作用する一状態例であり、種々の状態が存在しうる。外力によって誘電エラストマー要素１が厚さ方向の図中下方に押し下げられる。第１支持体２が弾性変形可能な材料によって構成されているため、複数の第１凸部２１および複数の第１凹部２２が、たとえば第１枠部２３に対して厚さ方向下方に移動する。第１凸部２１は、厚さ方向に沿って視て第２凹部３２と重なっている。このため、誘電エラストマー要素１のうち第１凸部２１によって押された部分が、第２凹部３２に入り込む格好となる。これにより、誘電エラストマー要素１の当該部分は、図１に示す自然状態から、第１凸部２１の凸形状に相当する形状に伸張し、面積が増大する。これにより、誘電エラストマー要素１の静電容量Ｃが増大する。また、本実施形態においては、誘電エラストマー要素１のうち厚さ方向に沿って視て第１凹部２２と第２凸部３１とに挟まれた部分は、第１凹部２２に第２凸部３１が入り込む挙動により、自然状態に対して伸張される。これによっても、誘電エラストマー要素１の静電容量Ｃが増大する。したがって、誘電エラストマートランスデューサーＡ１によれば、厚さ方向の外力を受けた場合に、たとえば単なる平坦な誘電エラストマー要素１のみであれば、誘電エラストマー層１１の弾性に応じた厚さの変化に留まるのに対し、誘電エラストマー要素１の面積をより顕著に変化（増大）させることが可能である。これにより、誘電エラストマートランスデューサーＡ１を用いた誘電エラストマートランスデューサーシステムＢ１によれば、誘電エラストマー層１１（誘電エラストマートランスデューサーＡ１）の厚さ方向に加えられた外力を検出することができる。

第１支持体２および第２支持体３が第１枠部２３および第２枠部３３を有することにより、たとえば、自然状態において複数の第１凸部２１および複数の第２凸部３１を誘電エラストマー要素１から離間させておき、外力が加わった場合に、複数の第１凸部２１および複数の第１凹部２２や複数の第２凸部３１および複数の第２凹部３２が設けられた部分を十分に変形させることが可能である。

図５～図１８は、本発明の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

＜第１実施形態第１変形例＞
図５は、誘電エラストマートランスデューサーＡ１の第１支持体２および第２支持体３の第１変形例を示している。本例の第１支持体２および第２支持体３は、複数の第１凸部２１および複数の第１凹部２２と、複数の第２凸部３１および複数の第２凹部３２が、厚さ方向に沿って視て同心円状の形状に形成されている。本例においても、複数の第１凸部２１と複数の第２凹部３２とは、厚さ方向に沿って視て互いに重なっており、複数の第１凹部２２および複数の第２凸部３１は、厚さ方向に沿って視て互いに重なっている。

本例によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、第１支持体２および第２支持体３の具体的な形状等は、何ら限定されない。

＜第２実施形態＞
図６および図７は、本発明の第２実施形態を示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ２においては、第１支持体２および第２支持体３の構成が、上述した実施形態と異なっている。

本実施形態の第１支持体２は、複数の第１凸部２１および第１枠部２３を有する。複数の第１凸部２１は、各々が厚さ方向において誘電エラストマー要素１側に突出する山形状である。図７に示すように、複数の第１凸部２１は、厚さ方向に沿って視てマトリクス状に配置されている。

本実施形態の第２支持体３は、複数の第２凹部３２および第２枠部３３を有する。複数の第２凹部３２は、各々が厚さ方向において誘電エラストマー要素１から離間する側に凹む小穴形状である。図７に示すように、複数の第２凹部３２は、厚さ方向に沿って視てマトリクス状に配置されており、複数の第１凸部２１と重なっている。

本実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、第１支持体２は、複数の第１凸部２１を有する構成であれば、第１凹部２２を有さない構成であってもよい。なお、第１支持体２のうち複数の第１凸部２１の間に位置する部分は、たとえば複数の第１凸部２１の先端と比較して、厚さ方向において誘電エラストマー層１１から離間する側に凹んだ部位であると観念することが可能である。このような捉え方を前提とした場合、第１支持体２は、複数の第１凸部２１に加えて第１凹部２２を有する構成であると認定してもよい。また、同様に、第２支持体３は、複数の第２凹部３２を有する構成であるとともに、複数の第２凹部３２の間に位置する第２凸部３１を有する構成であると認定してもよい。

＜第３実施形態＞
図８および図９は、本発明の第３実施形態を示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ３は、第１支持体２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態の第１支持体２は、第１厚肉部２４を有する。第１厚肉部２４は、第１支持体２の略中央に位置しており、中央側から周端側に向けて厚さが徐々に薄くなっており、且つ第２支持体３（誘電エラストマー要素１）に向かって膨出した形状部分である。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、図９に示すように、加圧物体９１から第１支持体２の厚さ方向上方から外力が加えられると、複数の第１凸部２１のうち第１厚肉部２４の先端に設けられたものから順に誘電エラストマー要素１に接触する。このため、第１凸部２１（第１支持体２）と誘電エラストマー要素１との接触圧力は、たとえば誘電エラストマートランスデューサーＡ１における接触圧力よりも高められる。これにより、誘電エラストマー要素１の一部をより確実に伸張させることが可能であり、相対的に小さい外力を検出するのに好ましい。

＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の第４実施形態を示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ４は、第２支持体３の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態の第２支持体３は、第２厚肉部３４を有する。第２厚肉部３４は、第２支持体３の略中央に位置しており、中央側から周端側に向けて厚さが徐々に薄くなっており、且つ第１支持体２（誘電エラストマー要素１）に向かって膨出した形状部分である。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、本実施形態においても、誘電エラストマー要素１の一部をより確実に伸張させることが可能であり、相対的に小さい外力を検出するのに好ましい。

＜第５実施形態＞
図１１は、本発明の第５実施形態を示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ５は、第１支持体２の構成が上述した誘電エラストマートランスデューサーＡ３、Ａ４と異なっている。本実施形態の第１支持体２は、第１厚肉部２４を有する。第１厚肉部２４は、第１支持体２の略中央に位置しており、中央側から周端側に向けて厚さが徐々に薄くなっており、且つ第２支持体３（誘電エラストマー要素１）とは反対側に向かって膨出した形状部分である。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、第１支持体２の厚さ方向上方から外力が加えられると、第１支持体２のうち第１厚肉部２４が、外力を加える部材等（図示略）に当接する。これにより、複数の第１凸部２１のうち厚さ方向に沿って視て第１厚肉部２４の先端に重なるものから順に誘電エラストマー要素１に接触する。このため、第１凸部２１（第１支持体２）と誘電エラストマー要素１との接触圧力は、たとえば誘電エラストマートランスデューサーＡ１における接触圧力よりも高められる。これにより、誘電エラストマー要素１の一部をより確実に伸張させることが可能であり、相対的に小さい外力を検出するのに好ましい。

＜第６実施形態＞
図１２は、本発明の第６実施形態を示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ６は、第２支持体３の構成が上述した誘電エラストマートランスデューサーＡ５と異なっている。本実施形態の第２支持体３は、第２厚肉部３４を有する。第２厚肉部３４は、第２支持体３の略中央に位置しており、中央側から周端側に向けて厚さが徐々に薄くなっており、且つ第１支持体２（誘電エラストマー要素１）とは反対側に向かって膨出した形状部分である。

＜第７実施形態＞
図１３は、本発明の第７実施形態を示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ７は、第１支持体２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態の第１支持体２は、第１薄肉部２５を有する。第１薄肉部２５は、第１支持体２の略中央に位置しており、中央側から周端側に向けて厚さが徐々に厚くなっており、且つ第２支持体３に対する反対側部分が凹んだ形状部分である。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、たとえば、流体等を介在して第１支持体２の厚さ方向上側から均等な圧力が作用した場合、第１支持体２のうち第１薄肉部２５が、他の部位よりも選択的に変形する。これにより、複数の第１凸部２１のうち厚さ方向に沿って視て第１薄肉部２５の底部に重なるものから順に誘電エラストマー要素１に接触する。このため、第１凸部２１（第１支持体２）と誘電エラストマー要素１との接触圧力は、たとえば誘電エラストマートランスデューサーＡ１における接触圧力よりも高められる。これにより、誘電エラストマー要素１の一部をより確実に伸張させることが可能であり、相対的に小さい外力を検出するのに好ましい。

＜第８実施形態＞
図１４は、本発明の第８実施形態を示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ７は、第２支持体３の構成が上述した誘電エラストマートランスデューサーＡ７と異なっている。本実施形態の第２支持体３は、第２薄肉部３５を有する。第２薄肉部３５は、第２支持体３の略中央に位置しており、中央側から周端側に向けて厚さが徐々に厚くなっており、且つ第１支持体２に対する反対側部分が凹んだ形状部分である。

＜第９実施形態＞
図１５は、本発明の第９実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ９は、第１支持体２および第２支持体３の構成が、上述した実施形態と異なっている。

本実施形態においては、第１支持体２の複数の第１凸部２１は、厚さ方向において誘電エラストマー要素１とは反対側に設けられており、誘電エラストマー要素１から離間する側に突出している。複数の第１凹部２２は、厚さ方向において誘電エラストマー要素１とは反対側に設けられており、誘電エラストマー要素１に向かう側に凹んでいる。また、第２支持体３の複数の第２凸部３１は、厚さ方向において誘電エラストマー要素１とは反対側に設けられており、誘電エラストマー要素１から離間する側に突出している。複数の第２凹部３２は、厚さ方向において誘電エラストマー要素１とは反対側に設けられており、誘電エラストマー要素１に向かう側に凹んでいる。

複数の第１凸部２１と複数の第２凹部３２とは、厚さ方向に沿って視て互いに重なっている。また、複数の第１凹部２２と複数の第２凸部３１とは、厚さ方向に沿って視て互いに重なっている。

このような実施形態によっても、誘電エラストマートランスデューサーＡ９に厚さ方向の外力が加えられると、第１支持体２のうち複数の２１が設けられた部位が第２支持体３の複数の第２凹部３２に入り込み、第２支持体３のうち複数の第２凸部３１が設けられた部位が複数の第１凹部２２に入り込む挙動を示す。これにより、誘電エラストマー要素１の面積を伸張させることが可能であり、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。

＜第１０実施形態＞
図１６は、本発明の第１０実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ１０は、第１支持体２が誘電エラストマートランスデューサーＡ９の第１支持体２と同様の構成とされている。一方、第２支持体３には、第２凸部３１や第２凹部３２は設けられていない。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、本実施形態から理解されるように、第１支持体２に第１凸部２１が設けられていれば、第２支持体３に第２凸部３１や第２凹部３２が必ずしも設けられていなくてもよい。

＜第１１実施形態＞
図１７は、本発明の第１１実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ１１は、第１支持体２および第２支持体３の構成が、上述した誘電エラストマートランスデューサーＡ９の第１支持体２および第２支持体３と異なっている。

本実施形態の第１支持体２は、複数の第１突起２６および第１支持層２７によって構成されている。複数の第１突起２６は、各々が厚さ方向において誘電エラストマー要素１とは反対側に突出する形状である。第１支持層２７は、複数の第１突起２６と誘電エラストマー要素１との間に介在しており、複数の第１突起２６を支持している。第１突起２６および第１支持層２７の材質は何ら限定されず、第１突起２６が第１支持層２７および誘電エラストマー層１１よりも相対的に硬い材質からなる構成が好ましい。このような構成として、たとえば、第１支持層２７が、エラストマーや樹脂等からなり、第１突起２６が金属からなる構成が挙げられる。本実施形態の第１支持体２においては、複数の第１突起２６によって複数の第１凸部２１が構成されている。また、隣り合う第１突起２６と第１支持層２７とによって、第１凹部２２が構成されている。

本実施形態の第２支持体３は、複数の第２突起３６および第２支持層３７によって構成されている。複数の第２突起３６は、各々が厚さ方向において誘電エラストマー要素１とは反対側に突出する形状である。第２支持層３７は、複数の第２突起３６と誘電エラストマー要素１との間に介在しており、複数の第２支持層３７を支持している。第２突起３６および第２支持層３７の材質は何ら限定されず、第２突起３６が第２支持層３７および誘電エラストマー層１１よりも相対的に硬い材質からなる構成が好ましい。このような構成として、たとえば、第２支持層３７が、エラストマーや樹脂等からなり、第２突起３６が金属からなる構成が挙げられる。本実施形態の第２支持体３においては、複数の第２突起３６によって複数の第２凸部３１が構成されている。また、隣り合う第２突起３６と第２支持層３７とによって、第２凹部３２が構成されている。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、本実施形態から理解されるように、第１支持体２および第２支持体３は、単一の材質（部材）からなる構成に限定されず、複数の材質（部材）によって構成されていてもよい。

＜第１２実施形態＞
図１８は、本発明の第１２実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ１２は、第１支持体２が、上述の誘電エラストマートランスデューサーＡ１１の第１支持体２と同様の構成とされており、第２支持体３の構成が異なっている。本実施形態の第２支持体３は、第２支持層３７のみによって構成されており、第２突起３６を有していない。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、本実施形態から理解されるように、第１支持体２のみに複数の第１突起２６（第１凸部２１）が設けられた構成であってもよい。

＜第１３実施形態＞
図１９は、本実施形態の第１３実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ１３は、第１支持体２および第２支持体３の構成が、上述した実施形態と異なっている。

本実施形態の第１支持体２は、複数の第１凸部２１を構成する複数の第１突起２６からなり、上述の第１誘電エラストマー層１１７を有していない。複数の第１突起２６は、たとえば誘電エラストマー要素１の電極層１２に直接接合されている。第１突起２６の材質は、絶縁性材料が好ましく、誘電エラストマー要素１の材質よりも相対的に硬い材質が好ましい。

本実施形態の第２支持体３は、複数の第２凸部３１を構成する複数の第２突起３６からなり、上述の第２支持層３７を有していない。複数の第２突起３６は、たとえば誘電エラストマー要素１の電極層１２に直接接合されている。第２突起３６の材質は、絶縁性材料が好ましく、誘電エラストマー要素１の材質よりも相対的に硬い材質が好ましい。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、本実施形態から理解されるように、第１支持体２および第２支持体３は、一体的に形成された構成に限定されず、互いに離間した複数の部材によって構成されていてもよい。

＜第１４実施形態＞
図２０は、本実施形態の第１４実施形態に係る誘電エラストマートランスデューサーを示している。本実施形態の誘電エラストマートランスデューサーＡ１４は、上述の誘電エラストマートランスデューサーＡ１３の第１支持体２と同様の構成の第１支持体２を備える。一方、誘電エラストマートランスデューサーＡ１４は、第２支持体３を備えていない。

このような実施形態によっても、誘電エラストマー層１１の厚さ方向に作用する外力を検出することができる。また、本実施形態から理解されるように、複数の第１凸部２１を有する第１支持体２を備えていれば、第２支持体３を備えない構成であってもよい。

本発明に係る誘電エラストマートランスデューサーは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る誘電エラストマートランスデューサーの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１，Ａ１０，Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８，Ａ９：誘電エラストマートランスデューサー
Ｂ１：誘電エラストマートランスデューサーシステム
１：誘電エラストマー要素
２：第１支持体
３：第２支持体
１１：誘電エラストマー層
１２：電極層
２１：第１凸部
２２：第１凹部
２３：第１枠部
２４：第１厚肉部
２５：第１薄肉部
２６：第１突起
３１：第２凸部
３２：第２凹部
３３：第２枠部
３４：第２厚肉部
３５：第２薄肉部
３６：第２突起
３７：第２支持層
４１：発振回路
４２：中間回路
４３：判定回路
９１：加圧物体
１１７：第１誘電エラストマー層
４１１：発振駆動部

Claims

誘電エラストマー層および前記誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー要素と、
前記誘電エラストマー要素に対して厚さ方向の片側に配置された第１支持体を備えており、
前記第１支持体は、複数の第１凸部を有する、
誘電エラストマートランスデューサー。
前記誘電エラストマー要素に対して厚さ方向において前記第１支持体とは反対側に配置された第２支持体を備える、請求項１に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第２支持体は、複数の第２凹部を有し、
前記第１凸部は、前記厚さ方向に沿って視て前記第２凹部と重なる、請求項２に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１凸部は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に突出しており、
前記第２凹部は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に凹んでいる、請求項３に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に凹む複数の第１凹部を有し、
前記第２支持体は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に突出する複数の第２凸部を有し、
前記第１凹部は、前記厚さ方向に沿って視て前記第２凸部と重なる、
請求項４に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
複数の前記第１凸部および複数の前記第１凹部は、前記厚さ方向に沿って視て互いに交互に配置されており、
複数の前記第２凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視て互いに交互に配置されている、請求項５に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
複数の前記第１凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視てマトリクス状に配置されている、請求項４に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
複数の前記第１凸部、複数の前記第１凹部、複数の前記第２凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視て前記厚さ方向と直角である第１方向に沿って長く延びた形状である、請求項６に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
複数の前記第１凸部、複数の前記第１凹部、複数の前記第２凸部および複数の前記第２凹部は、前記厚さ方向に沿って視て同心円状である、請求項６に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体は、前記第１凸部の外側に位置する第１枠部を有し、
前記第２支持体は、前記第２凹部の外側に位置する第２枠部を有し、
前記第１支持体および前記第２支持体が無負荷状態において、前記誘電エラストマー層のうち前記一対の電極層から延出した部分が、前記第１枠部および前記第２枠部に挟まれている、請求項３ないし９のいずれかに記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第２支持体に向かって膨出した形状部分を有する、請求項２ないし１０のいずれかに記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第２支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第１支持体に向かって膨出した形状部分を有する、請求項１１に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第２支持体とは反対側に向かって膨出した形状部分を有する、請求項２ないし１０のいずれかに記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第２支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に薄くなっており、且つ前記第１支持体とは反対側に向かって膨出した形状部分を有する、請求項１３に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に厚くなっており、且つ前記第２支持体に対する反対側部分が凹んだ形状部分を有する、請求項２ないし１０のいずれかに記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第２支持体は、中央側から周端側に向けて、厚さが徐々に厚くなっており、且つ前記第１支持体に対する反対側部分が凹んだ形状部分を有する、請求項１５に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１凸部は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に突出している、請求項２に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第２支持体は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に凹む複数の第２凹部を有する、請求項１７に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体は、前記誘電エラストマー要素に向かう側に凹む複数の第１凹部を有し、
前記第２支持体は、前記誘電エラストマー要素から離間する側に突出する複数の第２凸部を有し、
前記第１凹部は、前記厚さ方向に沿って視て前記第２凸部と重なる、
請求項１８に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体および前記第２支持体は、エラストマーからなる、請求項１ないし１９のいずれかに記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第１支持体は、複数の第１突起および当該複数の第１突起と前記誘電エラストマー要素との間に介在する第１支持層とを有し、
前記第１突起は、前記第１支持層および前記誘電エラストマー層よりも相対的に硬い材質からなる、請求項１７に記載の誘電エラストマートランスデューサー。
前記第２支持体は、複数の第２突起および当該複数の第２突起と前記誘電エラストマー要素との間に介在する第２支持層とを有し、
前記第２突起は、前記第２支持層および前記誘電エラストマー層よりも相対的に硬い材質からなる、請求項１８に記載の誘電エラストマートランスデューサー。