JP4982432B2 - 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ - Google Patents
誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4982432B2 JP4982432B2 JP2008144920A JP2008144920A JP4982432B2 JP 4982432 B2 JP4982432 B2 JP 4982432B2 JP 2008144920 A JP2008144920 A JP 2008144920A JP 2008144920 A JP2008144920 A JP 2008144920A JP 4982432 B2 JP4982432 B2 JP 4982432B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dielectric film
- rubber polymer
- rubber
- metal alkoxide
- alkoxide compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 99
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 98
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 90
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 89
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 75
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 75
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 23
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 19
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 18
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 18
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 11
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 claims description 10
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 10
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 claims description 5
- 229920006311 Urethane elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004709 Chlorinated polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 claims description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 3
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001993 dienes Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920005560 fluorosilicone rubber Polymers 0.000 claims description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 2
- 229920002681 hypalon Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 175
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 38
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 33
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 9
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 3
- 150000001451 organic peroxides Chemical class 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002595 Dielectric elastomer Polymers 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 125000000008 (C1-C10) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- CVBUKMMMRLOKQR-UHFFFAOYSA-N 1-phenylbutane-1,3-dione Chemical compound CC(=O)CC(=O)C1=CC=CC=C1 CVBUKMMMRLOKQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GKKZMYDNDDMXSE-UHFFFAOYSA-N Ethyl 3-oxo-3-phenylpropanoate Chemical compound CCOC(=O)CC(=O)C1=CC=CC=C1 GKKZMYDNDDMXSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSDOQSMQCZQLDV-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] BSDOQSMQCZQLDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- NZZIMKJIVMHWJC-UHFFFAOYSA-N dibenzoylmethane Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)CC(=O)C1=CC=CC=C1 NZZIMKJIVMHWJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 229920005558 epichlorohydrin rubber Polymers 0.000 description 1
- XYIBRDXRRQCHLP-UHFFFAOYSA-N ethyl acetoacetate Chemical compound CCOC(=O)CC(C)=O XYIBRDXRRQCHLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AVIYEYCFMVPYST-UHFFFAOYSA-N hexane-1,3-diol Chemical compound CCCC(O)CCO AVIYEYCFMVPYST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- UQMOLLPKNHFRAC-UHFFFAOYSA-N tetrabutyl silicate Chemical compound CCCCO[Si](OCCCC)(OCCCC)OCCCC UQMOLLPKNHFRAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 239000004711 α-olefin Substances 0.000 description 1
Images
Description
上述したように、本発明の誘電膜は、ポリジメチルシロキサン以外のゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物と、から合成された三次元架橋体からなり、該ゴムポリマーと該金属アルコキシド化合物との反応により生成された無機物を含む。
本発明の誘電膜を構成するゴムポリマーは、ポリジメチルシロキサン以外のゴムポリマーである。ゴムポリマーは、液体でも固体でもよい。また、ゴムポリマーは、硫黄、有機過酸化物等により架橋されたものでもよく、未架橋のものでもよい。ゴムポリマーを金属アルコキシド化合物で架橋する、あるいは、ゴムポリマーの存在下で金属アルコキシド化合物を架橋させることにより、三次元架橋体が合成される。前者の場合、未架橋のゴムポリマーが金属アルコキシド化合物により架橋されて三次元架橋体となる。また、後者の場合、金属アルコキシド化合物の架橋体中に、未架橋あるいは架橋後のゴムポリマーが侵入し、三次元架橋体となる。三次元架橋体の合成方法については、後述する本発明の誘電膜の製造方法の中で説明する。
金属アルコキシド化合物の種類は、特に限定されるものではない。金属アルコキシド化合物は、液体でも固体でもよい。金属アルコキシド化合物として、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。金属アルコキシド化合物は、例えば、次の一般式(a)で表される。
M(OR)m ・・・(a)
[式(a)中、Mは金属等の原子である。Rは炭素数1〜10のアルキル基、アリール基、アルケニル基のいずれか一種以上であり、同一であっても、異なっていてもよい。mは金属等の原子Mの価数である。]
また、一分子中に、二つ以上の繰り返し単位[(MO)n;nは2以上の整数]を有する多量体であってもよい。nの数を変更することにより、ゴムポリマーとの相溶性や、反応速度等を調整することができる。このため、ゴムポリマーの種類に応じて、適宜好適な多量体を選択するとよい。
本発明の誘電膜の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、次の方法により製造することができる。
(1)第一の方法としては、上記ゴムポリマーと金属アルコキシド化合物とを、ロールや混練機により混練りし(混練り工程)、薄膜状に成形する(成膜工程)。
(2)第二の方法としては、まず、ゴムポリマーを所定の溶剤に溶解する。この溶液中に、金属アルコキシド化合物をそのまま、あるいは所定の溶剤に溶解した状態で混合し、混合溶液を調製する(混合溶液調製工程)。次に、調製した混合溶液を基材上に塗布し、乾燥させる(成膜工程)。
図1に、本実施形態におけるアクチュエータの断面模式図を示す。(a)はオフ状態、(b)はオン状態を各々示す。図1に示すように、アクチュエータ10は、誘電膜20と電極30a、30bとを備えている。電極30a、30bは、誘電膜20の表裏に、それぞれ固定されている。電極30a、30bは、導線を介して電源40に接続されている。オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極30a、30b間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜20の膜厚は薄くなり、その分だけ、図1(b)中白抜き矢印で示すように、電極30a、30b面に対して平行方向に伸長する。これにより、アクチュエータ10は、図中横および上下方向の駆動力を出力する。
以下、本発明の誘電膜を用いた静電容量型センサの実施形態を説明する。図2に、本実施形態における静電容量型センサの断面模式図を示す。図2に示すように、静電容量型センサ11は、誘電膜21と電極31a、31bと基材41とを備えている。誘電膜21は、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜21は、基材41の上面に、電極31bを介して配置されている。電極31a、31bは、左右方向に延びる帯状を呈している。電極31a、31bは、誘電膜21の表裏に、それぞれ固定されている。電極31a、31bには、導線(図略)が接続されている。基材41は絶縁性の柔軟なフィルムであって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材41は、電極31bの下面に固定されている。
C=ε0εrS/d ・・・(I)
[C:キャパシタンス、ε0:真空中の誘電率、εr:誘電膜の比誘電率、S:電極面積、d:電極間距離]
例えば、静電容量型センサ11が上方から押圧されると、誘電膜21は圧縮され、その分だけ長手方向に伸長する。膜厚dが小さくなると、電極31a、31b間のキャパシタンスは大きくなる。このキャパシタンス変化により、加わった荷重の大きさ、位置等が検出される。ここで、誘電膜21は、上述した本発明の誘電膜である。誘電膜21は、絶縁破壊しにくい。よって、静電容量型センサ11は耐久性に優れる。
以下、本発明のトランスデューサの一例として、発電トランスデューサの実施形態を説明する。図3に、本実施形態における発電トランスデューサの断面模式図を示す。(a)は伸長時、(b)は収縮時を各々示す。図3に示すように、発電トランスデューサ12は、誘電膜22と電極32a、32bとを備えている。電極32a、32bは、誘電膜22の表裏に、それぞれ固定されている。電極32a、32bには、導線が接続されており、電極32bは、接地されている。
(1)実施例の誘電膜の製造
下記の表1に示すゴムポリマー、金属アルコキシド化合物等を用いて、実施例1〜6の誘電膜を製造した。すなわち、まず、ゴムポリマーをアセチルアセトンに溶解した。この溶液に、金属アルコキシド化合物を添加し、混合した。なお、アセチルアセトンは、ゴムポリマーを溶解させる溶媒であると共に、金属アルコキシド化合物のキレート剤である。次に、混合溶液を基材上に塗布し、乾燥させた後、175℃で約30分間加熱して誘電膜を得た。実施例の誘電膜の膜厚は、いずれも約25μmとした。
下記の表2に示す原料から、比較例1〜4の誘電膜を製造した。比較例1、2の誘電膜については、まず、所定の原料をロール練り機にて混合、分散させて、ゴム組成物を調製した。次に、調製したゴム組成物を薄いシート状に成形し、それを金型に充填して、175℃で約30分間プレス架橋することにより、誘電膜を得た。また、比較例3、4の誘電膜については、所定の原料をメチルエチルケトンに溶解した溶液を、基材上に塗布し、乾燥させた後、175℃で約30分間加熱して誘電膜を得た。比較例1、2の誘電膜の膜厚は約50μm、比較例3、4の誘電膜の膜厚は約25μmとした。
(1)電気抵抗
実施例および比較例の誘電膜の電気抵抗を、JIS K 6911(1995)に準じて測定した。測定結果を下記表3に示す。表3中、同種のゴムポリマー同士で比較すると、実施例1は比較例3に対して、実施例2は比較例4に対して、実施例3は比較例2に対して、いずれも電気抵抗が大きくなった。このように、ゴムポリマーと金属アルコキシド化合物とから合成した実施例の誘電膜では、ゴムポリマーを従来の架橋剤により架橋したものと比較して、絶縁性が高くなることが確認された。
実施例および比較例の誘電膜の比誘電率を測定した。比誘電率の測定は、各誘電膜をサンプルホルダー(ソーラトロン社製、12962A型)に設置し、誘電率測定インターフェイス(同社製、1296型)、および周波数応答アナライザー(同社製、1255B型)を併用して測定した(周波数100Hz)。測定結果を下記表3に示す。表3に示すように、いずれの実施例においても、比誘電率は、シリコーンゴム(比較例1)のそれよりも大きかった。また、同種のゴムポリマー同士で比較すると、実施例1は比較例3に対して、実施例2は比較例4に対して、実施例3は比較例2に対して、比誘電率は略同じ値であった。
実施例および比較例の誘電膜の静的せん断弾性率を、JIS K 6254(2003)に準じて測定した。低変形引張試験における伸び率は25%とした。測定結果を下記表3に示す。表3に示すように、いずれの実施例においても、静的せん断弾性率は、比較例のそれよりも大きくなった。実施例の誘電膜は、無機物(金属酸化物)を含む。このため、比較例の誘電膜と比較して、柔軟性が低下したものと考えられる。なお、実施例において、金属アルコキシド化合物の配合量が少ないものほど(実施例2、5)、静的せん断弾性率は小さくなった。
実施例および比較例の誘電膜の永久歪みを、JIS K 6273(2006)の定伸長引張永久歪み試験により測定した。測定は、50%伸長させた状態で、温度60℃で22時間保持した後、収縮させて行った。測定結果を下記表3に示す。表3中、同種のゴムポリマー同士で比較すると、実施例1は比較例3に対して、実施例2は比較例4に対して、実施例3は比較例2に対して、永久歪みは同等、若しくはそれ以下となった。すなわち、ゴムポリマーの種類によって差はあるが、金属アルコキシド化合物を用いて製造された誘電膜では、耐クリープ性が向上することが確認された。
次に、実施例および比較例の各誘電膜を用いてアクチュエータを構成し、アクチュエータの耐絶縁破壊性、および変位量を評価した。まず、実験装置および実験方法について説明する。
延伸率(%)={√(S2/S1)−1}×100・・・(II)
[S1:延伸前(自然状態)の誘電膜面積、S2:二軸方向延伸後の誘電膜面積]
一対の電極51a、51bは、誘電膜50を挟んで上下方向に対向するよう配置されている。電極51a、51bは、直径約27mmの円形の薄膜状を呈しており、各々、誘電膜50と略同心円状に配置されている。電極51aの外周縁には、拡径方向に突出する端子部510aが形成されている。端子部510aは矩形板状を呈している。同様に、電極51bの外周縁には、拡径方向に突出する端子部510bが形成されている。端子部510bは矩形板状を呈している。端子部510bは、端子部510aに対して、180°対向する位置に配置されている。端子部510a、510bは、各々、導線を介して電源52に接続されている。
実施例および比較例のアクチュエータにおける最大電界強度を測定した。最大電界強度は、誘電膜に対する印加電圧を増加させ、誘電膜が絶縁破壊した時の電圧値を、誘電膜の膜厚で除した値である。上記表4中、同種のゴムポリマー同士で比較すると、実施例1は比較例3に対して、実施例2は比較例4に対して、実施例3は比較例2に対して、いずれも最大電界強度が大きくなった。また、実施例4〜6の最大電界強度も、実施例1〜3と同等、若しくはそれ以上であった。このように、実施例の誘電膜を用いると、より大きな電圧を印加できることが確認された。
上記表4に、実施例および比較例のアクチュエータにおける最大変位率を、その時の印加電圧と共に示す。表4中、変位率が大きいものを○印で、変位率が小さいものを×印で示しており、かっこ内の数字は最大変位率である。変位率は、次式(III)により算出した値である。
変位率(%)=(変位量/電極の半径)×100・・・(III)
表4に示すように、比較例1のアクチュエータ(従来のシリコーンゴム製誘電膜を使用)を除き、実施例および比較例のアクチュエータにおいて、13.6%以上の大きな変位率が得られた。また、実施例のアクチュエータは、各々の誘電膜を構成するゴムポリマーが対応する比較例のアクチュエータと比較して、より大きな電圧を印加することができた。その結果、最大変位率も大きくなった。なお、比較例1のアクチュエータの場合、他のアクチュエータと同程度の電圧を印加しても、小さな変位率しか得られなかった。このため、表4には、5000Vの電圧を印加した結果を示している。しかし、5000Vの高電圧を印加しても、変位率は2.8%と小さかった。
実施例および比較例のアクチュエータについて、電圧のオン、オフにより誘電膜を繰り返し伸縮させる耐久試験を行った。耐久試験における誘電膜の変位率は2%、電圧の周波数は10Hzとした。表4中、80万回伸縮を繰り返しても誘電膜が破断しなかったものを○印で、途中で誘電膜が破断したものを×印で示している。表4に示すように、実施例のアクチュエータでは、誘電膜が破断したものはなかった。一方、比較例のアクチュエータでは、従来のシリコーンゴム製誘電膜を使用した比較例1のアクチュエータを除いて、いずれも試験途中で誘電膜が破断した。これより、実施例のアクチュエータは、耐久性に優れることが確認された。
以上(1)〜(3)の結果から、本発明の誘電膜によると、変位量が大きく耐久性に優れたアクチュエータを構成できることが確認された。
11:静電容量型センサ 21:誘電膜 31a、31b:電極 41:基材
12:発電トランスデューサ 22:誘電膜 32a、32b:電極
5:アクチュエータ 50:誘電膜 51a、51b:電極 52:電源 53:変位計
510a、510b:端子部 530:マーカー
Claims (10)
- アクチュエータ、センサ、トランスデューサのいずれかにおいて少なくとも一対の電極間に介装され、
ポリジメチルシロキサン以外のゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物と、から合成された三次元架橋体からなり、該ゴムポリマーと該金属アルコキシド化合物との反応により生成された無機物を含むことを特徴とする誘電膜。 - 前記ゴムポリマーは、
(ア)ポリメチレン型の飽和主鎖を持つゴムポリマー、
(イ)主鎖に炭素および酸素を持つゴムポリマー、
(ウ)ジオレフィン誘導体で不飽和の炭素鎖を持つゴムポリマー、
から選ばれる一種以上である請求項1に記載の誘電膜。 - 前記ゴムポリマーは、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレンから選ばれる一種以上である請求項1に記載の誘電膜。
- 前記ゴムポリマーは、カルボキシル基、ヒドロキシ基、アミノ基から選ばれる一種以上の官能基を持つ請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の誘電膜。
- 前記金属アルコキシド化合物は、チタン、ジルコニウム、アルミニウムから選ばれる一種以上の金属を含む請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の誘電膜。
- 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の誘電膜の製造方法であって、
ポリジメチルシロキサン以外の前記ゴムポリマーが溶解可能であり、かつ、前記金属アルコキシド化合物をキレート化できる溶剤中で、該ゴムポリマーと該金属アルコキシド化合物とを混合する混合工程と、
該ゴムポリマーと該金属アルコキシド化合物との混合溶液から該溶剤を除去して、架橋反応を進行させる架橋工程と、
を有する誘電膜の製造方法。 - ポリジメチルシロキサン以外のゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物と、から合成された三次元架橋体からなり、該ゴムポリマーと該金属アルコキシド化合物との反応により生成された無機物を含む誘電膜と、
該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備え、
該電極間への印加電圧に応じて該誘電膜が伸縮するアクチュエータ。 - 前記誘電膜は、予め延伸された状態で配置されている請求項7に記載のアクチュエータ。
- ポリジメチルシロキサン以外のゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物と、から合成された三次元架橋体からなり、該ゴムポリマーと該金属アルコキシド化合物との反応により生成された無機物を含む誘電膜と、
該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備え、
該電極間の静電容量変化に基づいて変形を検出するセンサ。 - ポリジメチルシロキサン以外のゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物と、から合成された三次元架橋体からなり、該ゴムポリマーと該金属アルコキシド化合物との反応により生成された無機物を含む誘電膜と、
該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、
を備えるトランスデューサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008144920A JP4982432B2 (ja) | 2008-06-02 | 2008-06-02 | 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008144920A JP4982432B2 (ja) | 2008-06-02 | 2008-06-02 | 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009296703A JP2009296703A (ja) | 2009-12-17 |
JP4982432B2 true JP4982432B2 (ja) | 2012-07-25 |
Family
ID=41544310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008144920A Active JP4982432B2 (ja) | 2008-06-02 | 2008-06-02 | 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4982432B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5278038B2 (ja) * | 2008-02-26 | 2013-09-04 | 日本精工株式会社 | エラストマートランスデューサー |
JP5558876B2 (ja) | 2009-09-18 | 2014-07-23 | 東海ゴム工業株式会社 | 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ |
JP5603344B2 (ja) | 2010-03-23 | 2014-10-08 | 東海ゴム工業株式会社 | 導電性架橋体、およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド |
JP5542494B2 (ja) * | 2010-03-25 | 2014-07-09 | 東海ゴム工業株式会社 | 誘電膜およびそれを用いたトランスデューサ |
JP5646259B2 (ja) * | 2010-09-17 | 2014-12-24 | 住友理工株式会社 | エラストマー材料の製造方法 |
JP5662754B2 (ja) * | 2010-09-28 | 2015-02-04 | 住友理工株式会社 | 誘電材料、その製造方法、それを用いたトランスデューサ |
KR101423856B1 (ko) | 2010-10-13 | 2014-07-25 | 도카이 고무 고교 가부시키가이샤 | 유연 도전 재료, 및 그것을 사용한 트랜스듀서, 플렉시블 배선판, 전자파 실드 |
EP2775589A4 (en) * | 2011-10-31 | 2015-02-25 | Showa Denko Kk | EMISSION SHEET, TRANSMITTER UNIT, AND NON-CONTACT ELECTRIC POWER TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING THE SAME |
JP2014118481A (ja) * | 2012-12-17 | 2014-06-30 | Tokai Rubber Ind Ltd | 導電材料およびそれを用いたトランスデューサ |
US11768302B2 (en) * | 2020-10-26 | 2023-09-26 | The Texas A&M University System | Technologies for multifunction sensor devices and microcontroller-based interface module |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2719365B2 (ja) * | 1988-10-21 | 1998-02-25 | オリンパス光学工業株式会社 | 焦電アクチュエータ |
JP2608349B2 (ja) * | 1991-06-28 | 1997-05-07 | 信越ポリマー株式会社 | 押釦スイッチ用カバ−部材の製造方法 |
JP2001100224A (ja) * | 1999-09-28 | 2001-04-13 | Mitsui Chemicals Inc | 液晶表示セル用シール材組成物 |
CA2329552C (en) * | 2000-12-22 | 2010-04-13 | Bayer Inc. | An improved process for the preparation of butyl rubber utilizing alkylaluminum dihalides and aluminoxanes |
-
2008
- 2008-06-02 JP JP2008144920A patent/JP4982432B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009296703A (ja) | 2009-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4982432B2 (ja) | 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ | |
JP5558876B2 (ja) | 誘電膜、およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ | |
JP5603344B2 (ja) | 導電性架橋体、およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド | |
JP5486369B2 (ja) | 誘電材料およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP5474331B2 (ja) | 誘電膜、およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ | |
WO2013047311A1 (ja) | 誘電膜およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ | |
JP2008239670A (ja) | 電歪型アクチュエータ用アクリルゴム、およびそれを用いた電歪型アクチュエータ | |
JP5464808B2 (ja) | 誘電材料およびそれを用いたアクチュエータ | |
JP5243775B2 (ja) | 誘電膜およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ | |
JP2018059042A (ja) | 誘電エラストマー材料およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP5506488B2 (ja) | 誘電積層体およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP6022281B2 (ja) | トランスデューサ | |
JP5662754B2 (ja) | 誘電材料、その製造方法、それを用いたトランスデューサ | |
JP5916270B2 (ja) | 誘電膜およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP6067447B2 (ja) | 導電材料およびトランスデューサ | |
WO2018061393A1 (ja) | 誘電エラストマー材料およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP5337651B2 (ja) | 誘電膜およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP2020155677A (ja) | 誘電膜 | |
Sheima | High Permittivity Siloxanes as Promising Materials for Dielectric Elastomer Transducers: From Synthesis to Application | |
JP6207325B2 (ja) | イオン成分共重合ポリマー材料およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP5542494B2 (ja) | 誘電膜およびそれを用いたトランスデューサ | |
JP2008243897A (ja) | 電歪型アクチュエータ用アクリルゴムおよびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100202 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120125 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120131 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120329 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120417 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120423 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150427 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4982432 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |