JP5559229B2 - トランスデューサ - Google Patents
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Description
第一誘電層は、エラストマーを含み、1012Ω・cm以上の体積抵抗率を有する。第一誘電層は、エラストマーのみから構成されていてもよく、エラストマーに加えて他の成分を含んで構成されていてもよい。本明細書において、エラストマーは、架橋ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。
第二誘電層は、第一誘電層の表面または裏面の少なくとも一方に積層される。例えば、上述した第一実施形態のように、一対の電極間に第一誘電層および第二誘電層を一層ずつ積層して、トランスデューサを構成することができる。また、第一誘電層の表裏両面において電荷の供給を均一化するという観点から、第二誘電層は、第一誘電層の表裏両面に配置される形態が望ましい。図2に、本発明のトランスデューサの第二実施形態の断面模式図を示す。図2に示すように、トランスデューサ1は、第一誘電層10と、第二誘電層21、22と、一対の電極30a、30bと、を備えている。第二誘電層21は、第一誘電層10の上面(表面)に積層されている。電極30aは、第二誘電層21の上面に配置されている。つまり、第二誘電層21は、第一誘電層10と電極30aとの間に介装されている。第二誘電層22は、第一誘電層10の下面(裏面)に積層されている。電極30bは、第二誘電層22の下面に配置されている。つまり、第二誘電層22は、第一誘電層10と電極30bとの間に介装されている。
本発明のトランスデューサにおいて、一対の電極は、バインダーおよび導電材を含む。バインダーとしては、樹脂やエラストマーを用いることができる。伸縮しても電気抵抗が増加しにくい電極を形成するという観点から、バインダーとしては、エラストマーが好適である。エラストマーとしては、シリコーンゴム、NBR、EPDM、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等の架橋ゴム、およびスチレン系、オレフィン系、塩ビ系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアミド系等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。また、エポキシ基変性アクリルゴム、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム等のように、官能基を導入するなどして変性したエラストマーを用いてもよい。
本発明のトランスデューサは、次のように製造することができる。第一の製造方法としては、まず、第一誘電層と第二誘電層とを別々に製造する。次に、第一誘電層と第二誘電層とを貼り合わせて積層体を製造する。最後に、積層体の表裏両面に電極を形成すればよい。
[第一誘電層]
次のようにして、第一誘電層を作製した。まず、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム(ランクセス社製「テルバン(登録商標)XT8889」)100質量部と、シリカ(日本アエロジル(株)製「Aerosil(登録商標)380」)10質量部と、をロール練り機にて混練りした。次に、混練りした材料を、アセチルアセトンに溶解した。続いて、この溶液に、有機金属化合物のテトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン15質量部を混合して、液状のエラストマー組成物を調製した。調製したエラストマー組成物の固形分濃度は、12質量%である。ここで、アセチルアセトンは、カルボキシル基含有水素化ニトリルゴムを溶解させる溶媒であると共に、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタンのキレート剤である。その後、エラストマー組成物を基材上に塗布し、乾燥させた後、150℃で約60分間加熱して、第一誘電層を得た。第一誘電層としては、膜厚が異なる三種類を作製した。各々の膜厚は、36μm、18μm、9μmである。第一誘電層の体積抵抗率は、2×1014Ω・cmであった。
(1)イオン成分を含まない第二誘電層
第二誘電層の一つとして、イオン成分を含まない第二誘電層(以下、実施例において「中抵抗誘電層」と称す)を作製した。中抵抗誘電層は、シリカを配合せず、有機金属化合物のテトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタンの配合量を5質量部に変更した以外は、上記第一誘電層と同様にして作製した。作製した中抵抗誘電層の体積抵抗率は、2×1012Ω・cmであった。
第二誘電層の一つとして、次のようにして、陽イオン固定誘電層を作製した。まず、有機金属化合物のテトラi−プロポキシチタン0.01molに、アセチルアセトン0.02molを加えてキレート化した。次に、得られたキレート化物に、上記式(2)に示した反応性イオン性液体0.002mol、イソプロピルアルコール(IPA)5ml(0.083mol)、メチルエチルケトン(MEK)10ml(0.139mol)、および水0.04molを添加して、陽イオンが固定されたTiO2粒子(陽イオン固定粒子)、および陰イオンを含むゾルを得た。そして、得られたゾルを、40℃下で2時間静置して、エージング処理した。
第二誘電層の一つとして、陰イオン固定誘電層を作製した。陰イオン固定誘電層は、反応性イオン性液体の種類を上記式(3)に示したものに変更した以外は、上記陽イオン固定誘電層と同様にして作製した。作製過程で得られたゾルは、陰イオンが固定されたTiO2粒子(陰イオン固定粒子)、および陽イオンを含む。作製した陰イオン固定誘電層の膜厚は、9μmである。陰イオン固定誘電層の体積抵抗率は、2×1011Ω・cmであった。
基材から剥離した第一誘電層(膜厚9μm)の表面を覆うように陽イオン固定誘電層(膜厚9μm)を、裏面を覆うように陰イオン固定誘電層(膜厚9μm)を貼着した。そして、陽イオン固定誘電層、陰イオン固定誘電層の各々から基材を剥離することにより、三層構造の誘電層を作製した。また、アクリルゴムポリマー溶液にカーボンブラックを混合、分散させて導電塗料を調製した。そして、導電塗料を、作製した三層構造の誘電層の表裏両面にスクリーン印刷して、電極を形成した。このようにして、実施例1のアクチュエータを製造した。実施例1のアクチュエータにおける第一誘電層の厚さ比率は、0.33である。実施例1のアクチュエータは、本発明のトランスデューサに含まれる。
第一誘電層の膜厚を18μmに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2のアクチュエータを製造した。実施例2のアクチュエータにおける第一誘電層の厚さ比率は、0.5である。実施例2のアクチュエータは、本発明のトランスデューサに含まれる。
基材から剥離した第一誘電層(膜厚18μm)の表面にのみ陽イオン固定誘電層(18μm)を貼着し、陽イオン固定誘電層から基材を剥離することにより、二層構造の誘電層を作製した。そして、実施例1と同じ導電塗料を、作製した二層構造の誘電層の表裏両面にスクリーン印刷して、電極を形成した。このようにして、実施例3のアクチュエータを製造した。実施例3のアクチュエータにおける第一誘電層の厚さ比率は、0.5である。実施例3のアクチュエータは、本発明のトランスデューサに含まれる。
第一誘電層および陽イオン固定誘電層の膜厚を、各々9μmに変更した以外は、実施例3と同様にして、実施例4のアクチュエータを製造した。実施例4のアクチュエータにおける第一誘電層の厚さ比率は、0.5である。実施例4のアクチュエータは、本発明のトランスデューサに含まれる。
基材から剥離した第一誘電層(膜厚9μm)の表裏両面を覆うように、中抵抗誘電層(膜厚9μm)を貼着し、中抵抗誘電層から基材を剥離することにより、三層構造の誘電層を作製した。そして、実施例1と同じ導電塗料を、作製した三層構造の誘電層の表裏両面にスクリーン印刷して、電極を形成した。このようにして、実施例5のアクチュエータを製造した。実施例5のアクチュエータにおける第一誘電層の厚さ比率は、0.33である。実施例5のアクチュエータは、本発明のトランスデューサに含まれる。
第二誘電層を用いずに、アクチュエータを製造した。すなわち、第一誘電層(膜厚36μm)の表裏両面に、実施例1と同じ導電塗料を直接スクリーン印刷して、電極を形成した。このようにして、比較例1のアクチュエータを製造した。
第一誘電層の膜厚を9μmに変更した以外は、比較例1と同様にして、比較例2のアクチュエータを製造した。
[絶縁破壊強度の測定]
実施例1〜3、比較例1のアクチュエータの絶縁破壊強度を測定した。まず、測定装置および測定方法について説明する。図6に、測定装置に取り付けられたアクチュエータの表側正面図を示す。図7に、図6のVII−VII断面図を示す。
実施例1、4、5および比較例2のアクチュエータについて、印加電圧に対する発生力を測定した。発生力の測定は、絶縁破壊強度の測定と同じ装置を用いて行った(図6、図7参照)。電極51a、51b間に電圧を印加すると、電極51a、51b間に静電引力が生じて、誘電層50を圧縮する。これにより、誘電層50の厚さは薄くなり、延伸方向(上下方向)に伸長する。誘電層50の伸長により、上下方向の延伸力は減少する。電圧印加時に減少した延伸力を、ロードセルにより測定して、発生力とした。発生力の測定は、印加電圧を段階的に増加させて、誘電層50が破壊されるまで行った。図9に、実施例1、4、5および比較例2のアクチュエータにおける、みかけの電界強度と発生力との関係を示す。
5:アクチュエータ、50:誘電層、51a、51b:電極、52:上側チャック、53:下側チャック。
Claims (5)
- エラストマーを含み体積抵抗率が1012Ω・cm以上の第一誘電層と、
該第一誘電層の表裏両側に配置され、バインダーおよび導電材を含む一対の電極と、
該第一誘電層の表裏少なくとも一方において該電極と該第一誘電層との間に介装され、エラストマーを含み該第一誘電層よりも体積抵抗率が2桁以上小さい第二誘電層と、
を備えることを特徴とするトランスデューサ。 - 前記第二誘電層は、前記第一誘電層の表裏両面に配置される請求項1に記載のトランスデューサ。
- 前記第一誘電層および前記第二誘電層の全体厚さに対する該第一誘電層の厚さ比率は、0.1以上0.75以下である請求項1または請求項2に記載のトランスデューサ。
- 前記第一誘電層の厚さは、5μm以上50μm以下である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のトランスデューサ。
- 前記第二誘電層は、イオン成分を含む請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のトランスデューサ。
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