WO2016031137A1 - トランスデューサおよび電子機器 - Google Patents

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WO2016031137A1
WO2016031137A1 PCT/JP2015/003777 JP2015003777W WO2016031137A1 WO 2016031137 A1 WO2016031137 A1 WO 2016031137A1 JP 2015003777 W JP2015003777 W JP 2015003777W WO 2016031137 A1 WO2016031137 A1 WO 2016031137A1
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WO
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electrode
electrodes
pattern
dielectric layer
dielectric
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/003777
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English (en)
French (fr)
Inventor
修二 藤田
平田　達司郎
啓 中丸
夕香里 角田
Original Assignee
ソニー株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means

Definitions

  • This technology relates to a transducer and an electronic device including the transducer. More specifically, the present invention relates to a transducer that converts electrical energy into mechanical energy.
  • a transducer that converts electrical energy into mechanical energy is expected to be applied to various fields as actuators such as antennas, mobile devices, artificial muscles, speakers, and the like.
  • Non-Patent Document 1 describes a dielectric elastomer actuator that operates as an electro-mechanical transducer by sandwiching an elastomer material between two flexible electrodes.
  • Patent Document 1 describes a flexible conductive material used for an electrode.
  • An object of the present technology is to provide a transducer capable of improving a displacement rate when a voltage is applied and an electronic device including the transducer.
  • the first technique is: A transducer that converts electrical energy into mechanical energy, A dielectric layer; A first electrode provided on one surface of the dielectric layer; A second electrode provided on the other surface of the dielectric layer, The first electrode and the second electrode are pattern electrodes; This is a transducer in which an electric field oozes between pattern electrodes by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the second technology is with a transducer that converts electrical energy into mechanical energy
  • the transducer A dielectric layer; A first electrode provided on one surface of the dielectric layer; A second electrode provided on the other surface of the dielectric layer, The first electrode and the second electrode are pattern electrodes; This is an electronic device in which an electric field oozes between the pattern electrode and the pattern electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • FIG. 1A is a plan view illustrating a configuration example of a dielectric actuator according to an embodiment of the present technology.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of the potential of the dielectric actuator according to the embodiment of the present technology.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a dielectric actuator according to a modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 4A is a plan view illustrating a first example of an electrode pattern of a dielectric actuator according to a modification of an embodiment of the present technology.
  • FIG. 4B is a plan view illustrating a second example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 3C is a plan view illustrating a third example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 5A is a plan view illustrating a fourth example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 5B is a plan view illustrating a fifth example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 6A is a plan view illustrating a sixth example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 6B is a plan view illustrating a seventh example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 7A is a plan view illustrating an eighth example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 7B is a plan view illustrating a ninth example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 8A is a plan view illustrating a tenth example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification example of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 8B is a plan view illustrating an eleventh example of the electrode pattern of the dielectric actuator according to the modification of the embodiment of the present technology.
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing the configuration of model A used in the simulation.
  • FIG. 9B is a schematic diagram showing the configuration of model B used in the simulation.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the model C used in the simulation.
  • FIG. 11 is a diagram showing simulation results of the maximum area displacement rate of the dielectric actuators of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-5.
  • FIG. 12 is a diagram showing the simulation result of the potential of the dielectric actuator of Example 1-1.
  • FIG. 13A is a diagram illustrating a simulation result of the space potential distribution of the dielectric actuator of Example 1-1.
  • FIG. 13B is an enlarged view of the region R in FIG. 13A.
  • FIG. 14 is a diagram showing the simulation results of the displacements of the dielectric actuators of Examples 2-1 to 2-9 and Comparative Examples 2-1 and 2-2.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating a simulation result of the displacement of the dielectric actuator of Example 3-1.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating a simulation result of the potential of the dielectric actuator of Example 3-1.
  • FIG. 16A is a diagram illustrating a simulation result of the displacement of the dielectric actuator of Example 3-2.
  • FIG. 16B is a diagram illustrating a simulation result of the potential of the dielectric actuator of Example 3-2.
  • FIG. 17A is a diagram showing a simulation result of the displacement of the dielectric actuator of Example 3-3.
  • FIG. 17B is a diagram illustrating a simulation result of the potential of the dielectric actuator of Example 3-3.
  • FIG. 18A is a diagram showing a simulation result of the displacement of the dielectric actuators of Examples 4-1 to 4-6.
  • FIG. 18B is a diagram showing a simulation result of displacement of the dielectric actuators of Examples 4-7 to 4-10 and Comparative Example 4-1.
  • 19A to 19C are diagrams for explaining the simulation conditions of the dielectric actuator of Example 5-1.
  • 20A to 20C are diagrams for explaining the simulation conditions of the dielectric actuator of Comparative Example 5-1.
  • FIG. 21A is a diagram showing a simulation result of the displacement of the dielectric actuator of Example 5-1.
  • FIG. 21B is a diagram showing a simulation result of the potential of the dielectric actuator of Example 5-1.
  • FIG. 22A is a diagram showing a simulation result of the displacement of the dielectric actuator of Comparative Example 5-1.
  • FIG. 22B is a diagram showing a simulation result of the potential of the
  • the dielectric actuator includes a dielectric layer 11 and an electrode (first electrode) provided on one surface (hereinafter referred to as “first surface”) Sa of the dielectric layer 11. ) 12a and an electrode (second electrode) 12b provided on the other surface (hereinafter referred to as “second surface”) Sb of the dielectric layer 11.
  • the electrode 12a is provided directly on the first surface Sa of the dielectric layer 11, and the electrode 12b is provided directly on the second surface Sb of the dielectric layer 11.
  • an adhesive layer may be provided between the electrode 12a and the dielectric layer 11, and an adhesive layer may be provided between the electrode 12b and the dielectric layer 11.
  • the adhesive layer conceptually includes an adhesive layer.
  • the electrodes 12a and 12b are electrically connected to the power source 14 via wirings 13a and 13b, which are connection parts, respectively.
  • This dielectric actuator is an example of a transducer that converts electrical energy into mechanical energy.
  • the dielectric actuator has a flat sheet shape, but the shape of the dielectric actuator is not limited to this, and may be a roll shape or the like.
  • the dielectric actuator is transparent or opaque to light having a predetermined wavelength band. Whether the dielectric actuator has transparency or opacity is preferably selected according to the object to which the dielectric actuator is applied.
  • the predetermined wavelength band is, for example, the wavelength band of visible light or the wavelength band of infrared light.
  • the wavelength band of visible light means a wavelength band of 350 nm or more and 850 nm or less
  • the wavelength band of infrared light means a wavelength band of more than 850 nm and 1 mm or less.
  • Dielectric actuators are suitable for use in artificial muscles, medical devices, artificial pigment cells, antennas, electronic devices, acoustic transducers (speakers, etc.), rehabilitation devices, robots, robot suits, micro devices, camera shake correction modules, vibrators, etc. Is. Suitable electronic devices using dielectric actuators include, but are not limited to, personal computers, mobile devices, mobile phones, tablet computers, display devices, imaging devices, audio devices, game devices, and the like. is not.
  • the dielectric layer 11 has stretchability.
  • the dielectric layer 11 has, for example, a film shape, but is not particularly limited to this shape.
  • the film shape is defined as conceptually including a sheet shape and a plate shape.
  • the dielectric layer 11 includes, for example, an insulating elastomer as an insulating stretchable material.
  • the dielectric layer 11 may include gel or the like as an insulating stretchable material, for example.
  • the dielectric layer 11 may contain an additive as necessary.
  • the additive for example, one or more of a crosslinking agent, a plasticizer, an anti-aging agent, a surfactant, a viscosity modifier, a reinforcing agent, a colorant, and the like can be used.
  • the insulating elastomer for example, one or more of silicone resin, acrylic resin, urethane resin, and the like can be used.
  • the dielectric layer 11 may be pre-strained.
  • the dielectric layer 11 preferably has a dielectric constant of 2 or more.
  • the thickness of the dielectric layer 11 is preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 50 nm or more and 50 ⁇ m or less. When the thickness of the dielectric layer 11 is 50 ⁇ m or less, it can be driven at a lower applied voltage. On the other hand, when the thickness of the dielectric layer 11 is 50 nm or more, the uniform dielectric layer 11 is easily formed.
  • the Young's modulus of the dielectric layer 11 is preferably 100 MPa or less, more preferably 100 Pa or more and 100 MPa or less. When the Young's modulus of the dielectric layer 11 is 100 MPa or less, the dielectric layer 11 can be driven at a lower applied voltage. On the other hand, when the Young's modulus of the dielectric layer 11 is 100 Pa or more, the dielectric layer 11 can stand up and maintain its shape, and the electrodes 12a and 12b can be easily disposed as pattern electrodes.
  • the maximum transmittance of the dielectric layer 11 with respect to light having a predetermined wavelength band is preferably 90% or more.
  • the average transmittance of the dielectric layer 11 in the predetermined wavelength band is preferably 50% or more.
  • the predetermined wavelength band is, for example, the wavelength band of visible light or the wavelength band of infrared light.
  • the transmittance is a transmittance of light perpendicularly incident on the first surface Sa or the second surface Sb of the dielectric layer 11.
  • the electrodes 12a and 12b are provided so as to face each other, and the dielectric layer 11 is provided between the electrodes 12a and 12b. It is preferable that the electrodes 12a and 12b have elasticity. This is because the electrodes 12 a and 12 b can be deformed following the deformation of the dielectric layer 11. However, the electrodes 12a and 12b are not limited to those having stretchability, and electrodes having almost no stretchability can also be used.
  • the electrode 12a is a striped pattern electrode.
  • the striped pattern electrode includes a plurality of sub-electrodes 21a that extend in one direction and are spaced apart from each other.
  • a space 22a is provided between the sub-electrodes 21a.
  • the separated sub-electrodes 21a are electrically connected in parallel by a wiring 13a as a connecting portion.
  • the wiring 13a in which the sub electrodes 21a are connected in parallel is electrically connected to the power source 14.
  • the electrode 12b is a striped pattern electrode.
  • the striped pattern electrode includes a plurality of sub-electrodes 21b that extend in one direction and are spaced apart from each other. A space 22b is provided between the sub-electrodes 21b.
  • the separated sub-electrodes 21b are electrically connected in parallel by a wiring 13b as a connecting portion.
  • the wiring 13b in which the sub electrodes 21b are connected in parallel is electrically connected to the power source 14.
  • the extending direction of the plurality of sub-electrodes 21a of the electrode 12a and the extending direction of the plurality of sub-electrodes 21b of the electrode 12b are the same direction.
  • the plurality of sub-electrodes 21 a provided on the first surface Sa and the plurality of sub-electrodes 21 b provided on the second surface Sb are provided at the same position in the in-plane direction of the dielectric layer 11. That is, the plurality of sub-electrodes 21 a provided on the first surface Sa and the plurality of sub-electrodes 21 b provided on the second surface Sb are provided at symmetrical positions with the dielectric layer 11 in between.
  • the plurality of sub-electrodes 21a provided on the first surface Sa and the plurality of sub-electrodes 21b provided on the second surface Sb are displaced in the in-plane direction of the dielectric layer 11. It may be provided at a position.
  • the potential Einter of the space 22a means the minimum potential among the potentials of the space 22a.
  • the ratio Ra E is 10% or more, the improvement in followability of the electrodes 12a and 12b becomes obvious.
  • the ratio Rb E is 10% or more, the improvement in followability of the electrodes 12a and 12b becomes obvious.
  • the displacement rate of the dielectric layer 11 such as a dielectric elastomer can be increased or decreased.
  • the displacement rate can be controlled for each direction.
  • the thickness of the sub-electrodes 21a and 21b is preferably 50 nm or more and 100 ⁇ m or less.
  • the thicknesses of the sub-electrodes 21a and 21b are 50 nm or more, it is easy to avoid shear due to surface roughness and driving of the dielectric layer 11.
  • the thickness of the sub-electrodes 21a and 21b is 100 ⁇ m or less, the electrode aspect ratio during pattern formation can be reduced, and the electrode shape can be easily maintained.
  • the width of the sub-electrodes 21a and 21b is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and still more preferably 50 nm or more and 20 ⁇ m or less.
  • the widths of the sub-electrodes 21a and 21b are 50 nm or more, it is easy to avoid shear due to surface roughness and driving of the dielectric layer 11.
  • the widths of the sub-electrodes 21a and 21b are 100 ⁇ m or less, the followability of the electrodes 12a and 12b is improved by inserting the same space region.
  • the width of the spaces 22a and 22b is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and still more preferably 20 ⁇ m or less.
  • a sufficient electric field is generated in the regions of the spaces 22a and 22b due to the oozing out of the electric fields from the sub-electrodes 21a and 21b, and the elastomer in the regions of the spaces 22a and 22b is also an electrode plate.
  • the thinning force can sufficiently expand and contract.
  • the width of the spaces 22a and 22b is preferably less than 80 times ⁇ X times [ ⁇ m] with respect to X times the effective electric field strength of 10 [MV / m] during driving. By satisfying this relationship, the displacement rate of the dielectric layer 11 can be further improved.
  • the width of the sub electrode 21a is substantially equal to the width of the space 22a, and the width of the sub electrode 21b is substantially equal to the width of the space 22b. This is because the displacement in the thickness direction of the dielectric actuator can be substantially maximized.
  • the widths of both the sub-electrodes 21a and 21b and the spaces 22a and 22b are 100 ⁇ m or less. This is because the electrode followability can be further improved and the displacement rate can be further improved while suppressing the loss of attractive force between the electrode plates.
  • the coverage of the electrodes 12a and 12b is preferably 50% or less. That is, the space ratio of the electrodes 12a and 12b is preferably 50% or more. Thereby, the transmittance can be improved while maintaining a sufficient displacement rate. Therefore, a substantially transparent dielectric actuator can be realized.
  • the coverage and the space ratio of the electrode 12a are values in which the total area of the sub-electrode 21a and the space 22a is 100%.
  • the coverage and space ratio of the electrode 12b are values with the total area of the sub-electrode 21b and the space 22b as 100%.
  • the electrodes 12a and 12b may be thin films produced by either a dry process or a wet process.
  • the electrodes 12a and 12b include a conductive material and, if necessary, a binder (binder).
  • the electrodes 12a and 12b may further contain an additive as necessary.
  • the conductive material may be conductive particles.
  • Examples of the shape of the conductive particles include a spherical shape, an ellipsoidal shape, a needle shape, a plate shape, a scale shape, a tube shape, a wire shape, a rod shape (rod shape), and an indefinite shape. It is not something. Two or more kinds of particles having the above shapes may be used in combination.
  • the conductive material one or more of metals, metal oxides, carbon materials, and conductive polymers can be used.
  • the metal is defined to include a semi-metal.
  • metals include copper, silver, gold, platinum, palladium, nickel, tin, cobalt, rhodium, iridium, iron, ruthenium, osmium, manganese, molybdenum, tungsten, niobium, tantel, titanium, bismuth, antimony, lead, and the like. However, it is not limited to these.
  • the metal oxide examples include indium tin oxide (ITO), zinc oxide, indium oxide, antimony-added tin oxide, fluorine-added tin oxide, aluminum-added zinc oxide, gallium-added zinc oxide, silicon-added zinc oxide, and zinc oxide- Examples thereof include, but are not limited to, a tin oxide system, an indium oxide-tin oxide system, and a zinc oxide-indium oxide-magnesium oxide system.
  • ITO indium tin oxide
  • zinc oxide indium oxide
  • indium oxide antimony-added tin oxide
  • fluorine-added tin oxide aluminum-added zinc oxide
  • gallium-added zinc oxide gallium-added zinc oxide
  • silicon-added zinc oxide silicon-added zinc oxide
  • zinc oxide- Examples thereof include, but are not limited to, a tin oxide system, an indium oxide-tin oxide system, and a zinc oxide-indium oxide-magnesium oxide system.
  • the carbon material examples include, but are not limited to, carbon black, porous carbon, carbon fiber, fullerene, graphene, carbon nanotube, carbon microcoil, and nanohorn.
  • the conductive polymer for example, substituted or unsubstituted polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and one or two (co) polymers selected from these can be used, but are not limited thereto. is not.
  • the binder it is preferable to use an elastomer. This is because elasticity can be imparted to the electrodes 12a and 12b.
  • the elastomer for example, one or more of silicone resin, acrylic resin, urethane resin, and the like can be used.
  • the additive for example, one or more of a crosslinking agent, a plasticizer, an anti-aging agent, a surfactant, a viscosity modifier, a reinforcing agent, a colorant, and the like can be used.
  • the electrodes 12a and 12b are transparent electrodes having transparency with respect to light having a predetermined wavelength band or opaque electrodes having opacity. It is preferable to select whether the electrodes 12a and 12b are transparent or opaque depending on a target to which the dielectric actuator is applied. From the viewpoint of improving the transparency of the electrodes 12a and 12b, the arrangement pitch of the sub-electrodes 21a and 21b is preferably equal to or less than the wavelength band of light for the purpose of improving the transparency.
  • the power source 14 applies a driving voltage between the electrodes 12a and 12b.
  • This drive voltage is a voltage that is equal to or greater than a value at which electric field oozing can occur from the sub-electrodes 21a and 21b provided on both sides of the spaces 22a and 22b.
  • the dielectric layer 11 is not constrained to the electrodes 12a and 12b when stretched in the region of the space 22a between the sub-electrodes 21a and the space 22b between the sub-electrodes 21b.
  • the electrode followability of the entire dielectric actuator system is improved.
  • a potential difference also occurs in the region of the space 22a due to the penetration of the electric field from the sub electrode 21a, and a potential difference also occurs in the space 22b due to the penetration of the electric field from the sub electrode 21b, so that even in the region of the spaces 22a and 22b.
  • An attractive force between electrode plates is generated.
  • the entire system of the dielectric actuator is caused by the displacement of the spaces 22a and 22b. It can be expanded and contracted. Therefore, even when the electrodes 12a and 12b are made of only a high elastic modulus material, a displaceable dielectric actuator can be realized.
  • conductive ink which is a coating material for electrode formation
  • a solvent is prepared by adding conductive particles to a solvent and dispersing them.
  • a binder and / or an additive may be further added to the solvent.
  • additives such as a surfactant, a viscosity modifier, and a dispersant may be added as necessary for the purpose of improving the coating property to the dielectric layer 11 and the pot life of the composition.
  • a dispersion method it is preferable to use stirring, ultrasonic dispersion, bead dispersion, kneading, homogenizer treatment, or the like.
  • the solvent is not particularly limited as long as it can disperse the conductive particles.
  • a conductive ink is applied to the first surface Sa of the dielectric layer 11 by a printing method to form a striped coating film.
  • the printing method include inkjet printing, letterpress printing, offset printing, gravure printing, intaglio printing, rubber printing, screen printing, and the like.
  • the solvent is volatilized by drying the coating film formed on the first surface Sa of the dielectric layer 11. Drying conditions are not particularly limited, and may be either natural drying or heat drying. Next, if necessary, the dried coating film may be fired. As a result, striped electrodes 12 a are formed on the surface of the dielectric layer 11.
  • the striped electrode 12 b is formed on the second surface Sb of the dielectric layer 11 in the same manner as the striped electrode 12 a is formed on the first surface Sa of the dielectric layer 11.
  • the intended dielectric actuator is obtained.
  • the electrode 12a provided on the first surface Sa of the dielectric layer 11 and the electrode 12b provided on the second surface Sb are separated from each other by spaces 22a and 22b, respectively. It is a striped pattern electrode composed of a plurality of sub-electrodes 21a and 21b arranged.
  • the space 22a and 22b oozes out an electric field from the sub-electrodes 21a and 21b provided on both sides thereof.
  • the electrodes 12a and 12b By providing the spaces 22a and 22b in the electrodes 12a and 12b, respectively, the electrode coverage on both surfaces of the dielectric layer 11 can be reduced. Thereby, the transmittance is improved and a transparent actuator can be manufactured. In addition, since a sufficient displacement rate can be obtained only by the displacement of the spaces 22a and 22b, the electrodes 12a and 12b can be configured using only a high elastic modulus material such as metal.
  • the displacement rate in the surface direction is controlled by shape and density control, a dielectric actuator that displaces in a predetermined direction can be realized.
  • the amount of electrode material used can be reduced by reducing the amount of electrode material corresponding to the space 22a and 22b. Therefore, the manufacturing cost of the dielectric actuator can be reduced.
  • a metal, a conductive paint, etc. can be used as a material of the electrodes 12a and 12b, various electrode coating processes can be used.
  • the electrode 12a may have a medium 23a having a lower elastic modulus than the sub-electrode 21a in a space 22a between the sub-electrodes 21a.
  • the electrode 12b may have the medium 23b whose elastic modulus is lower than the sub electrode 21b in the space 22b between the sub electrodes 21b.
  • the media 23a and 23b are substances that can bleed out the electric field from the electrode 12a or the electrode 12b when a driving voltage is applied.
  • the mediums 23a and 23b are, for example, gas, liquid, or solid.
  • the solid is defined as conceptually including a gel. As the solid, a dielectric having a high dielectric constant is preferable.
  • the mediums 23a and 23b are transparent or opaque with respect to light having a predetermined wavelength band.
  • the shape of the electrodes 12a and 12b is not limited to this example.
  • Examples of the shape of the electrodes 12a and 12b include a lattice shape (see FIG. 4A), a spiral shape (see FIG. 4B), a concentric shape (see FIG. 4C), a mesh shape (see FIG. 5A), and a wave shape (FIG. 5B, FIG. 6A), geometric patterns (see FIG. 6B), pattern shapes having a spring structure (see FIGS. 7A and 7B), and various two-dimensional electrode patterns such as a pattern shape having a flexible structure. As shown in FIGS.
  • the sub-electrodes 21a are electrically connected by the wiring 24 as a connecting portion.
  • the sub electrodes 21b may be electrically connected to each other by a wiring 24 as a connection portion.
  • conduction may be ensured by using a flexible electrode on an electrode pattern having a high elastic modulus having a stripe structure.
  • both electrodes provided on both surfaces of the dielectric layer are pattern electrodes
  • the present technology is not limited to this example. That is, one electrode provided on both surfaces of the dielectric layer may be a pattern electrode.
  • both pattern electrodes provided on both surfaces of the dielectric layer have the same configuration
  • both pattern electrodes provided on both surfaces of the dielectric layer may be different.
  • the electrode widths of both pattern electrodes provided on both surfaces of the dielectric layer, the space width between the electrodes, the pattern electrode shape, and the electrode thickness may be different.
  • the dielectric actuator may have a stacked structure in which electrodes and dielectric layers are alternately and repeatedly stacked. .
  • An electrode having a predetermined shape may be formed by forming a thin film on the surface of the dielectric layer by a wet process or a dry process and then patterning the thin film using a photolithography technique or the like.
  • a conductive film as a self-supporting film such as a green sheet in advance, bonding the conductive film to the surface of the dielectric layer via an adhesive layer, and then patterning the thin film using a photolithography technique or the like
  • the electrode having a predetermined shape may be formed on the surface of the dielectric layer.
  • an electrode having a predetermined shape is formed on the surface of the dielectric layer by preparing a pre-patterned conductive film as a self-supporting film and bonding the conductive film to the surface of the dielectric layer via an adhesive layer. May be.
  • models A to C of dielectric actuators (dielectric elastomer actuators) having the following configurations are assumed as simulation models.
  • the dielectric actuator of model A includes a dielectric elastomer film and pattern electrodes including a plurality of sub-electrodes provided on both surfaces thereof.
  • the dielectric actuator of model B includes a dielectric elastomer film and thin film-like electrodes provided on both sides of the dielectric elastomer film.
  • the dielectric actuator of model C includes a dielectric elastomer film and pattern electrodes composed of a plurality of sub-electrodes provided on both surfaces thereof. Further, the pattern electrodes provided on both surfaces of the dielectric elastomer film are arranged so as to be shifted in the in-plane direction of the dielectric elastomer film.
  • the arrangement direction of the electrodes on the dielectric elastomer film is “X direction”, and the thickness direction of the dielectric elastomer film is “Y direction”. That's it.
  • the radial direction of the disk-shaped dielectric elastomer film is “X direction”, and the thickness direction of the dielectric elastomer film is “Z”. "Direction”.
  • Example 1-1 The maximum area displacement rate of the dielectric elastomer film of the dielectric actuator was calculated by simulation. As a dielectric actuator of this simulation, a model A dielectric actuator was assumed.
  • a stress electric field coupled simulation by ANSYS software was used.
  • the following force f that minimizes the electric field energy is generated in the dielectric elastomer film.
  • ⁇ Maxwell stress
  • E i and E j electric field strength vectors
  • ⁇ is a dielectric constant.
  • This force was calculated as an external force added to the elastic analysis. At that time, the electric field and the stress were solved simultaneously, but the Maxwell stress was calculated from the displacement one step before. The parameters at that time are shown below.
  • Vacuum dielectric constant 1 Elastomer dielectric constant: 4 Elastomer elastic modulus: 2 ⁇ 10 5 Pa Elastomapoisson ratio: 0.499 Elastomer thickness: 30 ⁇ m Electrode thickness: 50 ⁇ m Elastic modulus of electrode: 0.2 Mpa Electrode Poisson's ratio: 0.499 Electrode width W ele : 20 ⁇ m Space (spacer) width (width between electrodes) W inter : 20 ⁇ m Space (spacer) rate: 50% Voltage: 500V
  • Example 1-2 The maximum area displacement rate of the dielectric elastomer film was calculated by simulation in the same manner as in Example 1-1 except that the elastic modulus of the electrode was set to 100,000 MPa and the electrode Poisson's ratio was set to 0.3.
  • Example 1-3 The maximum area displacement rate of the dielectric elastomer film was calculated by simulation in the same manner as in Example 1-1 except that the space width (width between electrodes) W inter was set to 60 ⁇ m and the space rate was set to 75%.
  • Example 1-1 (Comparative Example 1-1) Except for the following, the maximum area displacement rate of the dielectric elastomer film was calculated by simulation in the same manner as in Example 1-1. As a simulation dielectric actuator, a model B dielectric actuator was assumed. In addition, the following dielectric actuator parameters were changed. Elastic modulus of electrode: 0 Mpa Electrode Poisson's ratio: 0 Electrode width W ele : 8000 ⁇ m Space width (width between electrodes) W inter : 0 ⁇ m Space rate: 0%
  • Comparative Example 1-2 The maximum area displacement rate of the dielectric elastomer film was calculated by simulation in the same manner as in Comparative Example 1-1 except that the elastic modulus of the electrode was set to 0.2 MPa and the electrode Poisson's ratio was set to 0.499.
  • Comparative Example 1-3 The maximum area displacement rate of the dielectric elastomer film was calculated by simulation in the same manner as in Comparative Example 1-1 except that the elastic modulus of the electrode was set to 100,000 MPa and the electrode Poisson's ratio was set to 0.3.
  • Example 1-4 The maximum area displacement rate of the dielectric elastomer film was calculated by simulation in the same manner as in Example 1-1 except that the electrode width W ele was set to 1000 ⁇ m and the space width ( inter- electrode width) W inter was set to 1000 ⁇ m.
  • Table 1 shows simulation parameters and models of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-5.
  • FIG. 11 shows the results of the above simulation. From this result, the following can be understood. Since the electrode portion becomes resistant to the expansion of the dielectric elastomer film, the followability of the electrode to the expansion and contraction of the dielectric elastomer film is lowered when the elastic modulus of the electrode is increased. As is apparent from the results of Comparative Examples 1-1 to 1-3, the displacement rate of the dielectric elastomer film greatly decreases as the elastic modulus of the electrode increases. Comparative Example 1-1 is a simulation assuming a configuration in which electrodes (ideal electrodes) having an elastic modulus of 0 MPa are provided on both surfaces of a dielectric elastomer film. In Comparative Example 1-1, an area displacement rate of 60% was obtained.
  • Comparative Example 1-2 is a simulation assuming a stretchable acrylic-carbon composite electrode having an elastic modulus comparable to that of a dielectric elastomer film. In Comparative Example 1-2, the area displacement rate decreases to 7.7%.
  • the acrylic-carbon composite electrode means an electrode containing carbon particles as a conductive material and an acrylic resin (acrylic rubber) as a binder.
  • Comparative Example 1-3 is a simulation assuming a metal electrode having a high elastic modulus. In Comparative Example 1-3, since the elastic modulus of the electrode is high, the resistance of the electrode to the displacement of the dielectric elastomer film is large, and the area displacement rate is almost 0%.
  • Comparative Example 1-4 is a simulation assuming a configuration in which an acrylic-carbon composite electrode is composed of a plurality of sub-electrodes, the electrode width is 1000 ⁇ m, the space width is 1000 ⁇ m, and the space ratio is 50%.
  • the displacement rate is 4.5% even though the electrode area is half that of Comparative Example 1-2. This result shows that in Comparative Example 1-4, the dielectric elastomer film is displaced more efficiently than Comparative Example 1-2 under the same conditions except that there is no space and the electrode area is doubled.
  • Comparative Example 1-5 is a simulation assuming a metal electrode having the same electrode width and space width as Comparative Example 1-4 and a high elastic modulus as an electrode. In Comparative Example 1-5, the area displacement rate is almost 0%, as in Comparative Example 1-3.
  • Example 1-1 is a simulation assuming a configuration in which an acrylic-carbon composite electrode is composed of a plurality of sub-electrodes, the electrode width is 20 ⁇ m, and the space width is 20 ⁇ m.
  • the area displacement rate was 26.7%, and the displacement rate was improved 3.5 times despite the electrode area being half that of Comparative Example 1-2. This is because not only the mechanical resistance to the dielectric elastomer film is reduced due to the increase in the space portion, the followability of the electrode is improved, but also a potential difference is generated in the space region due to the penetration of the electric field from the sub electrode, This is because a thin attractive force is generated.
  • Example 1-2 is a simulation assuming a metal electrode having the same electrode width and space width as Example 1-1 and having a high elastic modulus as an electrode. Also in this Example 1-2, the displacement rate is 10.3% due to the fact that the displacement escapes to the space region and the space region itself can be extended by the attractive force between the electrode plates. Compared with Comparative Examples 1-3 and 1-5 which are not displaced, the displacement rate is significantly improved. Thereby, it becomes possible to produce an electrode only with a metal electrode, without providing a charge distribution layer separately.
  • Example 1-3 the space ratio is 50%, even if the transmittance of the sub-electrode is 0%, a transmittance of 50% is obtained as a whole.
  • the electrode configuration in which the number of sub-electrodes of Examples 1-1 and 1-2 is halved is Example 1-3, and the space ratio is 75%, so that a high transmittance of 88% can be obtained.
  • the space region is also driven by an electric field that has oozed from the adjacent sub-electrode, and thus the displacement rate shows a sufficiently large displacement of 12.1%.
  • FIGS. 13A and 13B The space potential distribution on the surface of the dielectric actuator of Example 1-1 was obtained by simulation. The results are shown in FIGS. 13A and 13B. In FIGS. 13A and 13B, the same shaded regions indicate the same potential. Arrows a to c indicate the direction in which the potential increases. From this result, it can be seen that the space potential distribution changes in the space region between the sub-electrodes.
  • Table 2 shows simulation parameters of Examples 2-1 to 2-9 and Comparative Examples 2-1 and 2-2.
  • FIG. 14 shows the simulation results described above. From this result, the following can be understood.
  • the electrode width W ele and the space width W inter exceed 100 ⁇ m, the displacement is not improved, and when it is 100 ⁇ m or less, the displacement is improved.
  • the electrode width W ele and the space width W inter are 50 ⁇ m or less, the displacement of the surface of the dielectric elastomer film is greatly improved.
  • Comparative Examples 2-1 and 2-2 since the ratio R E is less than 3%, that is, there is almost no oozing of the electric field, the area displacement rate of the dielectric elastomer film is greatly reduced.
  • Examples 3-1 to 3-3 Except for the following, the displacement and potential of the dielectric actuator were determined by simulation in the same manner as in Example 1-1.
  • a model C dielectric actuator in which the positions of the sub-electrodes on both sides of the dielectric elastomer film are shifted was assumed.
  • the sub electrode positional deviation W diff was 0 ⁇ m, 10 ⁇ m, 20 ⁇ m, the dielectric elastomer film thickness was 15 ⁇ m, and the electrode thickness was 15 ⁇ m.
  • Table 3 shows the simulation parameters of Examples 3-1 to 3-3.
  • FIGS. 15A to 17B show the simulation results of Examples 3-1 to 3-3 described above. From this result, the following can be understood. Even in a structure in which the electrode positions do not match on both sides of the dielectric elastomer film, displacement can be caused when a voltage is applied, as in the case where the electrode positions match on both sides of the dielectric elastomer film. This realizes a structure with different electrode patterns on both sides of the dielectric elastomer film and an improvement in process tolerance.
  • Sub-electrode width 20 ⁇ m Space width between sub-electrodes: 10 to 180 ⁇ m
  • Table 4 shows the simulation parameters of Examples 4-7 to 4-10 and Comparative Example 4-1.
  • FIG. 18A shows the simulation results of Examples 4-1 to 4-6. From this result, the displacement in the Y direction on the surface of the dielectric elastomer film (the displacement in the thickness direction of the dielectric elastomer film) becomes the maximum when the width of the sub electrode and the space width between the sub electrodes is equal to 5 ⁇ m. I understand that.
  • FIG. 18B shows the simulation results of Examples 4-7 to 4-10 and Comparative Example 4-1. From this result, the displacement in the Y direction on the surface of the dielectric elastomer film (displacement in the thickness direction of the dielectric elastomer film) is maximum when the sub electrode width and the space width between the sub electrodes are equal to 20 ⁇ m. I understand. In Comparative Example 4-1, since the ratio R E is less than 3%, that is, there is almost no oozing of the electric field, the area displacement rate of the dielectric elastomer film is greatly reduced.
  • Example 5-1 The displacement and electric potential of the dielectric actuator were obtained by three-dimensional stress electric field coupling simulation. As a model for this simulation, as shown in FIGS. 19A to 19C, a disk-shaped dielectric actuator in which a spiral electrode (electrode width 20 ⁇ m) is provided on the surface of a dielectric elastomer film is assumed.
  • the present technology can also employ the following configurations.
  • a transducer that converts electrical energy into mechanical energy A dielectric layer; A first electrode provided on one surface of the dielectric layer; A second electrode provided on the other surface of the dielectric layer, The first electrode and the second electrode are pattern electrodes; A transducer in which an electric field oozes between the pattern electrode and the pattern electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the pattern electrode has a plurality of sub-electrodes provided apart from each other, The transducer according to (1) or (2), further comprising a connection portion that electrically connects the plurality of sub-electrodes.
  • the first electrode and the second electrode include one or more selected from carbon, a conductive polymer, a metal, and a metal oxide.
  • the first electrode and the second electrode have a stripe shape, a lattice shape, a spiral shape, a concentric shape, a mesh shape, a wave shape, a geometric pattern, a spring structure, or a flexible structure (1) to (6)
  • the width of the pattern electrode is 100 ⁇ m or less
  • the transducer according to any one of (1) to (9), wherein a width between the pattern electrodes is 100 ⁇ m or less.
  • An electronic apparatus comprising the transducer according to any one of (1) to (17).

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

　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の電極および第２の電極がパターン電極であり、第１の電極と第２の電極の間に対する電圧印加により、パターン電極からパターン電極間に電場の浸みだしが発生する。

Description

トランスデューサおよび電子機器
　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。特許文献１には、電極に用いられる柔軟導電材料が記載されている。
特開２０１２－６２４１９号公報
R. Pelrine, R. Kornbluh, Q. Pei and J. Joseph, SCIENCE 287, 5454, (2000)
　本技術の目的は、電圧印加時の変位率を向上することができる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の電極および第２の電極がパターン電極であり、
　第１の電極と第２の電極の間に対する電圧印加により、パターン電極からパターン電極間に電場の浸みだしが発生す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、
　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、
　第１の電極および第２の電極がパターン電極であり、
　第１の電極と第２の電極の間に対する電圧印加により、パターン電極からパターン電極間に電場の浸みだしが発生する電子機器である。
　以上説明したように、本技術によれば、電圧印加時の変位率を向上することができる。
図１Ａは、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平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線に沿った断面図である。 図２は、本技術の一実施形態に係る誘電アクチュエータの電位の一例を説明するための概略図である。 図３は、本技術の一実施形態の変形例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。 図４Ａは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第１の例を示す平面図である。図４Ｂは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第２の例を示す平面図である。図３Ｃは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第３の例を示す平面図である。 図５Ａは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第４の例を示す平面図である。図５Ｂは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第５の例を示す平面図である。 図６Ａは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第６の例を示す平面図である。図６Ｂは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第７の例を示す平面図である。 図７Ａは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第８の例を示す平面図である。図７Ｂは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第９の例を示す平面図である。 図８Ａは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第１０の例を示す平面図である。図８Ｂは、本技術の一実施形態の変形例に係る誘電アクチュエータの電極パターンの第１１の例を示す平面図である。 図９Ａは、シミュレーションで用いたモデルＡの構成を示す概略図である。図９Ｂは、シミュレーションで用いたモデルＢの構成を示す概略図である。 図１０は、シミュレーションで用いたモデルＣの構成を示す概略図である。 図１１は、実施例１－１～１－３、比較例１－１～１－５の誘電アクチュエータの最大面積変位率のシミュレーション結果を示す図である。 図１２は、実施例１－１の誘電アクチュエータの電位のシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ａは、実施例１－１の誘電アクチュエータの空間電位分布のシミュレーション結果を示す図である。図１３Ｂは、図１３Ａ中の領域Ｒを拡大して表す図である。 図１４は、実施例２－１～２－９、比較例２－１、２－２の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。 図１５Ａは、実施例３－１の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。図１５Ｂは、実施例３－１の誘電アクチュエータの電位のシミュレーション結果を示す図である。 図１６Ａは、実施例３－２の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。図１６Ｂは、実施例３－２の誘電アクチュエータの電位のシミュレーション結果を示す図である。 図１７Ａは、実施例３－３の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。図１７Ｂは、実施例３－３の誘電アクチュエータの電位のシミュレーション結果を示す図である。 図１８Ａは、実施例４－１～４－６の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。図１８Ｂは、実施例４－７～４－１０、比較例４－１の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。 図１９Ａ～図１９Ｃは、実施例５－１の誘電アクチュエータのシミュレーション条件を説明するめの図である。 図２０Ａ～図２０Ｃは、比較例５－１の誘電アクチュエータのシミュレーション条件を説明するめの図である。 図２１Ａは、実施例５－１の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。図２１Ｂは、実施例５－１の誘電アクチュエータの電位のシミュレーション結果を示す図である。 図２２Ａは、比較例５－１の誘電アクチュエータの変位のシミュレーション結果を示す図である。図２２Ｂは、比較例５－１の誘電アクチュエータの電位のシミュレーション結果を示す図である。
　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１Ａ、図１Ｂ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（以下「第１の面」という。）Ｓａに設けられた電極（第１の電極）１２ａと、誘電体層１１の他方の面（以下「第２の面」という。）Ｓｂに設けられた電極（第２の電極）１２ｂとを備える。電極１２ａは誘電体層１１の第１の面Ｓａに直接設けられ、電極１２ｂは誘電体層１１の第２の面Ｓｂ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、接続部である配線１３ａ、１３ｂを介して電源１４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１Ａ、図１Ｂ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、所定の波長帯域とは、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。誘電アクチュエータを用いて好適な電子機器としては、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は、２以上の誘電率を有していることが好ましい。
　誘電体層１１の厚みは、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上５０μｍ以下である。誘電体層１１の厚みが５０μｍ以下であると、より低い印可電圧で駆動することができる。一方、誘電体層１１の厚みが５０ｎｍ以上であると、均一な誘電体層１１を形成しやすい。
　誘電体層１１のヤング率は、好ましくは１００ＭＰａ以下、より好ましくは１００Ｐａ以上１００ＭＰａ以下である。誘電体層１１のヤング率が１００ＭＰａ以下であると、より低い印可電圧で駆動することができる。一方、誘電体層１１のヤング率が１００Ｐａ以上であると、誘電体層１１を自立して形状維持でき、パターン電極として電極１２ａ、１２ｂを配置しやすい。
　所定の波長帯域を有する光に対して誘電体層１１の最大透過率は、９０％以上であることが好ましい。所定の波長帯域における誘電体層１１の平均透過度は、５０％以上であることが好ましい。ここで、所定の波長帯域とは、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。また、透過率は、誘電体層１１の第１の面Ｓａまたは第２の面Ｓｂに対して垂直入射する光の透過率である。
（電極）
　電極１２ａ、１２ｂは、互いに対向するように設けられ、両電極１２ａ、１２ｂ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とが好ましい。電極１２ａ、１２ｂが誘電体層１１の変形に追従して変形することが可能になるからである。但し、電極１２ａ、１２ｂは伸縮性を有するものに限定されるわけではなく、伸縮性を殆ど有していないものを用いることも可能である。
　電極１２ａは、ストライプ状のパターン電極である。このストライプ状のパターン電極は、一方向に延設されるとともに、離間して設けられた複数のサブ電極２１ａにより構成されている。サブ電極２１ａ間にはスペース２２ａが設けられている。離間されたサブ電極２１ａは、接続部としての配線１３ａにより電気的に並列に接続されている。サブ電極２１ａを並列に接続した配線１３ａは、電源１４に電気的に接続されている。
　電極１２ｂは、ストライプ状のパターン電極である。このストライプ状のパターン電極は、一方向に延設されるとともに、離間して設けられた複数のサブ電極２１ｂにより構成されている。サブ電極２１ｂ間にはスペース２２ｂが設けられている。離間されたサブ電極２１ｂは、接続部としての配線１３ｂにより電気的に並列に接続されている。サブ電極２１ｂを並列に接続した配線１３ｂは、電源１４に電気的に接続されている。
　電極１２ａの複数のサブ電極２１ａの延設方向と電極１２ｂの複数のサブ電極２１ｂとの延設方向は、同一方向である。第１の面Ｓａに設けられた複数のサブ電極２１ａと第２の面Ｓｂに設けられた複数のサブ電極２１ｂとは、誘電体層１１の面内方向において同一位置に設けられている。すなわち、第１の面Ｓａに設けられた複数のサブ電極２１ａと第２の面Ｓｂに設けられた複数のサブ電極２１ｂとは、誘電体層１１を挟んで対称な位置に設けられている。なお、図示はしないが、第１の面Ｓａに設けられた複数のサブ電極２１ａと第２の面Ｓｂに設けられた複数のサブ電極２１ｂとは、誘電体層１１の面内方向においてずれた位置に設けられていてもよい。
　図２に示すように、電源１４により両電極１２ａ、１２ｂ間に駆動電圧が印加されると、スペース２２ａにはその両側に設けられたサブ電極２１ａから電場の浸みだしが発生する。ここで、“電場の浸みだしが発生する”とは、サブ電極２１ａの中心部の電位Ｅeleに対するスペース２２ａの中心部の電位Ｅinterの割合ＲａE（＝（Ｅinter／Ｅele）×１００）が３％以上であることを意味する。スペース２２ａの電位Ｅinterは、具体的には、スペース２２ａの電位のうち最小の電位を意味する。また、電位Ｅinterおよび電位Ｅeleは、誘電体層１１の第１の面Ｓａのうち、サブ電極２１ａから電場の浸みだしがない領域の電位を基準電位Ｅ0（＝０）とした電位である。
　サブ電極２１ａの中心部の電位Ｅeleに対するスペース２２ａの中心部の電位Ｅinterの割合ＲａE（＝（Ｅinter／Ｅele）×１００）が、好ましくは１０％以上、より好ましくは３０％以上、更に好ましくは５０％以上である。割合ＲａEが１０％以上であると、電極１２ａ、１２ｂの追従性の向上が顕在化する。
　図２に示すように、電源１４により両電極１２ａ、１２ｂ間に駆動電圧が印加されると、スペース２２ｂにはその両側に設けられたサブ電極２１ｂから電場の浸みだしが発生する。ここで、“電場の浸みだしが発生する”とは、サブ電極２１ｂの中心部の電位－Ｅeleに対するスペース２２ｂの中心部の電位－Ｅinterの割合ＲｂE（＝（－Ｅinter／－Ｅele）×１００）が３％以上であることを意味する。スペース２２ｂの電位－Ｅinterは、具体的には、スペース２２ａの電位のうち最大の電位を意味する。また、電位－Ｅinterおよび電位－Ｅeleは、誘電体層１１の第２の面Ｓｂのうち、サブ電極２１ｂから電場の浸みだしがない領域の電位を基準電位Ｅ0（＝０）とした電位である。
　サブ電極２１ｂの中心部の電位－Ｅeleに対するスペース２２ａの中心部の電位－Ｅinterの割合ＲｂE（＝（－Ｅinter／－Ｅele）×１００）が、好ましくは１０％以上、より好ましくは３０％以上、更に好ましくは５０％以上である。割合ＲｂEが１０％以上であると、電極１２ａ、１２ｂの追従性の向上が顕在化する。
　サブ電極２１ａ、２１ｂおよびスペース２２ａ、２２ｂの幅を調整することで、誘電エラストマなどの誘電体層１１の変位率を増減させることができる。サブ電極２１ａ、２１ｂの形状や密度を調整することで、方向ごとに変位率を制御することができる。
　サブ電極２１ａ、２１ｂの厚みは、好ましくは５０ｎｍ以上１００μｍ以下である。サブ電極２１ａ、２１ｂの厚みが５０ｎｍ以上であると、誘電体層１１の表面粗さや駆動に起因するせん断を避けやすくなる。サブ電極２１ａ、２１ｂの厚みが１００μｍ以下であると、パターン形成時の電極アスペクト比を小さくすることができ、電極形状を維持しやすい。
　サブ電極２１ａ、２１ｂの幅は、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、更に好ましくは５０ｎｍ以上２０μｍ以下である。サブ電極２１ａ、２１ｂの幅が５０ｎｍ以上であると、誘電体層１１の表面粗さや駆動に起因するせん断を避けやすくなる。サブ電極２１ａ、２１ｂの幅が１００μｍ以下であると、同程度のスペース領域を挿入することで電極１２ａ、１２ｂの追従性向上が顕在化する。
　スペース２２ａ、２２ｂの幅は、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以下である。スペース２２ａ、２２ｂの幅が１００μｍ以下であると、サブ電極２１ａ、２１ｂからの電場のしみだしによりスペース２２ａ、２２ｂの領域にも十分な電場が生じ、スペース２２ａ、２２ｂの領域のエラストマも極板間引力により、十分に伸縮変位させることができる。
　スペース２２ａ、２２ｂの幅は、駆動時の実効電界強度１０［ＭＶ／ｍ］のＸ倍に対して８０の√Ｘ倍［μｍ］未満であることが好ましい。この関係を満たすことで、誘電体層１１の変位率を更に向上できる。
　サブ電極２１ａの幅とスペース２２ａの幅とがほぼ等しく、サブ電極２１ｂの幅とスペース２２ｂの幅とがほぼ等しいことが好ましい。誘電アクチュエータの厚さ方向の変位をほぼ最大にすることができるからである。
　サブ電極２１ａ、２１ｂおよびスペース２２ａ、２２ｂの両方の幅を１００μｍ以下にすることが好ましい。極板間引力の損失を抑えながら、電極追従性をより高め、変位率をより向上させることができるからである。
　電極１２ａ、１２ｂの被覆率は、５０％以下であることが好ましい。すなわち、電極１２ａ、１２ｂのスペース率は、５０％以上であることが好ましい。これにより、十分な変位率を保持しつつ、透過率を向上させることができる。したがって、ほぼ透明な誘電アクチュエータを実現できる。ここで、電極１２ａの被覆率およびスペース率は、サブ電極２１ａおよびスペース２２ａの面積の総和を１００％とした値である。また、電極１２ｂの被覆率およびスペース率は、サブ電極２１ｂおよびスペース２２ｂの面積の総和を１００％とした値である。
　電極１２ａ、１２ｂは、ドライプロセスおよびウエットプロセスのいずれで作製された薄膜であってもよい。電極１２ａ、１２ｂは、導電性材料と、必要に応じてバインダ（結着剤）とを含んでいる。電極１２ａ、１２ｂは、必要に応じて添加剤をさらに含んでいてもよい。
　導電性材料は、導電性粒子であってもよい。導電性粒子の形状としては、例えば、球状、楕円体状、針状、板状、鱗片状、チューブ状、ワイヤー状、棒状（ロッド状）、不定形状などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、上記形状の粒子を２種以上組み合わせて用いてもよい。
　導電性材料としては、金属、金属酸化物、炭素材料および導電性ポリマーのうちの１種以上を用いることができる。ここで、金属には、半金属が含まれるものと定義する。金属としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、マンガン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンテル、チタン、ビスマス、アンチモン、鉛などの金属、またはこれらの合金などが挙げられるが、これに限定されるものではない。金属酸化物としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛、酸化亜鉛－酸化錫系、酸化インジウム－酸化錫系、酸化亜鉛－酸化インジウム－酸化マグネシウム系などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
　炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、ポーラスカーボン、炭素繊維、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、ナノホーンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。導電性ポリマーとしては、例えば、置換または無置換のポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、およびこれらから選ばれる１種または２種からなる（共）重合体などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
　バインダとしては、エラストマを用いることが好ましい。電極１２ａ、１２ｂに伸縮性を付与することができるからである。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。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。
　電極１２ａ、１２ｂは、所定の波長帯域を有する光に対して透明性を有する透明電極、または不透明性を有している不透明電極である。電極１２ａ、１２ｂ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。電極１２ａ、１２ｂの透明性を向上する観点からすると、サブ電極２１ａ、２１ｂの配置ピッチが、透明性の向上を目的とする光の波長帯域以下であることが好ましい。
（電源）
　電源１４は、両電極１２ａ、１２ｂ間に駆動電圧を印加する。この駆動電圧は、スペース２２ａ、２２ｂにその両側に設けられたサブ電極２１ａ、２１ｂから電場の浸みだしが発生可能な値以上の電圧である。
［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。
　電源１４により両電極１２ａ、１２ｂ間に駆動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。
　上述のように電極１２ａ、１２ｂをパターン電極としているため、サブ電極２１ａ間のスペース２２ａおよびサブ電極２１ｂ間のスペース２２ｂの領域では、誘電体層１１が伸長時に電極１２ａ、１２ｂに束縛されないため、誘電アクチュエータの系全体の電極追従性が向上する。また、サブ電極２１ａからの電場の浸みだしによりスペース２２ａの領域にも電位差が生じると共に、サブ電極２１ｂからの電場の浸みだしによりスペース２２ｂにも電位差が生じることで、スペース２２ａ、２２ｂの領域でも極板間引力が発生する。これらの電極追従性の向上および極板間引力の発生により、駆動電圧印可時の誘電体層１１の変位率が向上する。
　例えば、電極１２ａ、１２ｂを金属材料など高弾性率材料のみにより構成し、殆ど伸縮性を有していないものとした場合にも、スペース２２ａ、２２ｂの領域の変位により、誘電アクチュエータの系全体として伸縮変位することが可能である。したがって、電極１２ａ、１２ｂを高弾性率材料のみにより構成した場合でも、変位可能な誘電アクチュエータを実現できる。
［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、印刷法により、導電性インクを誘電体層１１の第１の面Ｓａに塗布し、ストライプ状の塗膜を形成する。印刷法としては、例えば、インクジェット印刷法、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、スクリーン印刷法などが挙げられる。
　次に、誘電体層１１の第１の面Ｓａ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。次に、必要に応じて、乾燥した塗膜を焼成するようにしてもよい。これにより、誘電体層１１の表面にストライプ状の電極１２ａが形成される。
　次に、誘電体層１１の第１の面Ｓａにストライプ状の電極１２ａを形成したのと同様にして、誘電体層１１の第２の面Ｓｂにストライプ状の電極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。
［４　効果］
　本技術の一実施形態によれば、誘電体層１１の第１の面Ｓａに設けられた電極１２ａと第２の面Ｓｂに設けられた電極１２ｂとはそれぞれ、スペース２２ａ、２２ｂにより離間して配置された複数のサブ電極２１ａ、２１ｂからなるストライプ状のパターン電極である。また、電源１４による、両電極１２ａ、１２ｂ間に対する駆動電圧の印加により、スペース２２ａ、２２ｂにはその両側に設けられたサブ電極２１ａ、２１ｂから電場の浸みだしが発生する。この構成により、電極１２ａ、電極１２ｂの追従性を向上し、誘電アクチュエータの駆動電圧の印加時の変位率を向上することができる。また、駆動電圧の印加時の変位率の向上より、誘電アクチュエータの低電圧動作が可能になる。
　電極１２ａ、１２ｂにそれぞれスペース２２ａ、２２ｂを設けることで、誘電体層１１の両面の電極被覆率を低減できる。これにより、透過率が向上し、透明アクチュエータの作製が可能になる。また、スペース２２ａ、２２ｂの領域のみの変位で十分な変位率が得られるため、金属など高弾性率材料のみで電極１２ａ、１２ｂを構成することも可能になる。
　形状や密度制御により面方向の変位率を制御した場合には、所定方向へ変位する誘電アクチュエータを実現できる。また、スペース２２ａ、２２ｂの領域分の電極材料を削減することにより、電極材料の使用量を削減することが可能になる。したがって、誘電アクチュエータの作製コストを低減できる。また、電極１２ａ、１２ｂの材料として金属や導電性塗料などを使用することができるので、多様な電極塗布プロセスを利用することが可能になる。
［５　変形例］
　図３に示すように、電極１２ａが、サブ電極２１ａ間のスペース２２ａに、サブ電極２１ａより弾性率が低い媒質２３ａを有していてもよい。また、電極１２ｂが、サブ電極２１ｂ間のスペース２２ｂに、サブ電極２１ｂより弾性率が低い媒質２３ｂを有していてもよい。ここで、媒質２３ａ、２３ｂとは、駆動電圧の印加時に、電極１２ａまたは電極１２ｂからの電場の浸みだしが可能な物質のことをいう。媒質２３ａ、２３ｂは、例えば、気体、液体または固体である。なお、固体には概念的にゲルも含まれるものと定義する。固体としては、高誘電率を有する誘電体が好ましい。サブ電極２１ａから媒質２３ａへの電場の浸みだしの度合い、およびサブ電極２１ｂから媒質２３ｂへの電場の浸みだしの度合いを向上できるからである。媒質２３ａ、２３ｂ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。
　また、上述の一実施形態では、電極１２ａ、１２ｂの形状がストライプ状である例について説明したが、電極の形状はこの例に限定されるものではない。電極１２ａ、１２ｂの形状としては、例えば、格子状（図４Ａ参照）、螺旋状（図４Ｂ参照）、同心円状（図４Ｃ参照）、メッシュ状（図５Ａ参照）、波形状（図５Ｂ、図６Ａ参照）、幾何学模様（図６Ｂ参照）、バネ構造を有するパターン形状（図７Ａ、図７Ｂ参照）、たわみ構造を有するパターン形状などの様々な二次元電極パターンが挙げられる。図４Ｃ、図６Ａに示すように、電極１２ａ、１２ｂがそれぞれ、離間された複数のサブ電極２１ａ、２１ｂにより構成されている場合には、サブ電極２１ａ間を接続部としての配線２４により電気的に接続すると共に、サブ電極２１ｂ間を接続部としての配線２４により電気的に接続するようにしてもよい。また、ストライプ構造の高弾性率の電極パターン上に柔軟電極を用いて導通を確保するようにしてもよい。
　上述の一実施形態では、誘電体層の両面に設けられた両電極がパターン電極であ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、誘電体層の両面に設けられた一方の電極がパターン電極であってもよい。
　また、上述の一実施形態では、誘電体層の両面に設けられた両パターン電極が同一の構成を有する例について説明したが、誘電体層の両面に設けられた両パターン電極が異なっていてもよい。例えば、誘電体層の両面に設けられた両パターン電極の電極幅、電極間のスペース幅、パターン電極形状、電極厚さなどが異なっていてもよい。
　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。
　また、上述の一実施形態では、印刷法により所定形状のパターン電極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。誘電体層の表面にウエットプロセスまたはドライプロセスにより薄膜を形成したのち、この薄膜をフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングすることにより、所定形状の電極を形成するようにしてもよい。また、予めグリーンシートなどの自立膜として導電膜を作製し、その導電膜を誘電体層の表面に接着層を介して貼り合わせたのち、この薄膜をフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングすることにより、所定形状の電極を誘電体層の表面に形成するようにしてもよい。あるいは、予めパターニングされた導電膜を自立膜として作製し、その導電膜を誘電体層の表面に接着層を介して貼り合わせることにより、所定形状の電極を誘電体層の表面に形成するようにしてもよい。
　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。
　本実施例では、シミュレーションのモデルとして、以下の構成を有する誘電アクチュエータ（誘電エラストマアクチュエータ）のモデルＡ～Ｃを想定した。
（モデルＡ）
　図９Ａに示すように、モデルＡの誘電アクチュエータは、誘電エラストマフィルムと、その両面に設けられた、複数のサブ電極からなるパターン電極とを備える。
（モデルＢ）
　図９Ｂに示すように、モデルＢの誘電アクチュエータは、誘電エラストマフィルムと、その両面に設けられた、パターンを有していない、薄膜状の電極とを備える。
（モデルＣ）
　図１０に示すように、モデルＣの誘電アクチュエータは、誘電エラストマフィルムと、その両面に設けられた、複数のサブ電極からなるパターン電極とを備える。また、誘電エラストマフィルムの両面に設けられたパターン電極は、誘電エラストマフィルムの面内方向にずれて配置されている。
　以下では、図９Ａ、図９Ｂ、図１０に示すように、２次元のシミュレーションモデルにおいて、誘電エラストマフィルム上の電極の配列方向を“Ｘ方向”、誘電エラストマフィルムの厚さ方向を“Ｙ方向”という。また、図１９Ａ～図１９Ｃ、図２０Ａ～図２０Ｃに示すように、３次元のシミュレーションモデルにおいて、円盤状の誘電エラストマフィルムの径方向を“Ｘ方向”、誘電エラストマフィルムの厚さ方向を“Ｚ方向”という。
　本技術の実施例について以下の順序で説明する。
ｉ．電極構成と誘電エラストマフィルムの面積変位率の関係
ii．サブ電極幅と誘電エラストマフィルムの変位との関係
iii．誘電エラストマフィルム両面のサブ電極位置にずれがあるときの変位
iｖ．電極幅とスペース幅との関係
ｖ．３次元シミュレーション
＜ｉ．電極構成と誘電エラストマフィルムの面積変位率の関係＞
（実施例１－１）
　シミュレーションにより誘電アクチュエータの誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。このシミュレーションの誘電アクチュエータとしては、モデルＡの誘電アクチュエータを想定した。
　シミュレーションにはＡＮＳＹＳソフトウェアによる応力電界連成シミュレーションを用いた。誘電アクチュエータに電圧を印加した際には電場エネルギーが最少となる次のような力ｆが誘電エラストマフィルム内に発生する。
　ｆ＝∇・σ
　σ＝｛σi,j｝＝（εＥiＥj）－（εδi,jＥiＥj／２）
　但し、σはマクスウェル応力、Ｅi、Ｅjは電界強度ベクトル、εは誘電率である。
　この力を外力として弾性解析に加えて計算した。その際、電場と応力は同時に解くが、マクスウェル応力は１ステップ前の変位から算出した。その際のパラメータを以下に示す。
　真空比誘電率：１
　エラストマ比誘電率：４
　エラストマ弾性率：２×１０5Ｐａ
　エラストマポアソン比：０．４９９
　エラストマ厚：３０μｍ
　電極厚：５０μｍ
　電極の弾性率：０．２Ｍｐａ
　電極ポアソン比：０．４９９
　電極幅Ｗele：２０μｍ
　スペース（スペーサ）幅（電極間の幅）Ｗinter：２０μｍ
　スペース（スペーサ）率：５０％
　電圧：５００Ｖ
（実施例１－２）
　電極の弾性率を１０００００ＭＰａ、電極ポアソン比を０．３に設定したこと以外は実施例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。
（実施例１－３）
　スペース幅（電極間の幅）Ｗinterを６０μｍ、スペース率を７５％に設定したこと以外は実施例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。
（比較例１－１）
　以下のこと以外は実施例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。シミュレーションの誘電アクチュエータとしては、モデルＢの誘電アクチュエータを想定した。また、以下の誘電アクチュエータのパラメータを変更した。
　電極の弾性率：０Ｍｐａ
　電極ポアソン比：０
　電極幅Ｗele：８０００μｍ
　スペース幅（電極間の幅）Ｗinter：０μｍ
　スペース率：０％
（比較例１－２）
　電極の弾性率を０．２ＭＰａ、電極ポアソン比を０．４９９に設定したこと以外は比較例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。
（比較例１－３）
　電極の弾性率を１０００００ＭＰａ、電極ポアソン比を０．３に設定したこと以外は比較例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。
（比較例１－４）
　電極幅Ｗeleを１０００μｍ、スペース幅（電極間の幅）Ｗinterを１０００μｍに設定したこと以外は実施例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。
（比較例１－５）
　電極幅Ｗeleを１０００μｍ、スペース幅（電極間の幅）Ｗinterを１０００μｍに設定したこと以外は実施例１－２と同様にして、シミュレーションにより誘電エラストマフィルムの最大面積変位率を算出した。
　表１は、実施例１－１～１－３、比較例１－１～１－５のシミュレーションのパラメータおよびモデルを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（シミュレーション結果）
　図１１に、上述のシミュレーションの結果を示す。この結果から以下のことがわかる。
　電極部分は誘電エラストマフィルムの伸長に対し抵抗となるため、電極の弾性率が高くなると、誘電エラストマフィルムの伸縮に対する電極の追従性が低下する。比較例１－１～１－３の結果から明らかなように、電極の弾性率が高くなるに伴って、誘電エラストマフィルムの変位率が大きく低下する。比較例１－１は、弾性率が０ＭＰａの電極（理想電極）が誘電エラストマフィルムの両面に設けられた構成を想定したシミュレーションであり、この比較例１－１では６０％の面積変位率が得られる。一方、比較例１－２は、誘電エラストマフィルムと同程度の弾性率を有する、伸縮性のアクリル－炭素複合電極を想定したシミュレーションである。この比較例１－２では、面積変位率は７．７％まで低下する。ここで、アクリル－炭素複合電極とは、導電材料として炭素粒子を含み、バインダとしてアクリル樹脂（アクリルゴム）を含む電極を意味する。また、比較例１－３は、弾性率が高い金属電極を想定したシミュレーションである。この比較例１－３では、電極の弾性率が高いため、誘電エラストマフィルムの変位に対する電極の抵抗が大きく、面積変位率はほぼ０％である。
　比較例１－４は、アクリル－炭素複合電極を複数のサブ電極により構成し、電極幅を１０００μｍ、スペース幅を１０００μｍ、スペース率を５０％とした構成を想定したシミュレーションである。この比較例１－４では、電極の面積が比較例１－２の半分であるにもかかわらず、変位率が４．５％となる。この結果は、比較例１－４では、スペースが無く電極面積が２倍である以外は同条件の比較例１－２に比べて、効率的に誘電エラストマフィルムが変位することを示している。比較例１－５は、比較例１－４と同一の電極幅およびスペース幅で、電極として弾性率が高い金属電極を想定したシミュレーションである。この比較例１－５では、比較例１－３と同様に面積変位率はほぼ０％である。
　実施例１－１は、アクリル－炭素複合電極を複数のサブ電極により構成し、電極幅を２０μｍ、スペース幅を２０μｍとした構成を想定したシミュレーションである。この実施例１－１では、面積変位率は２６．７％となり、電極面積が比較例１－２の半分であるにもかかわらず、変位率は３．５倍に向上している。これは、スペース部分の増加により誘電エラストマフィルムに対する機械的な抵抗が小さくなり、電極の追従性が向上しただけでなく、スペース領域にもサブ電極からの電場の浸みだしにより電位差が生じ、極板間引力が発生したためである。実施例１－２は、実施例１－１と同一の電極幅およびスペース幅で、電極として弾性率が高い金属電極を想定したシミュレーションである。この実施例１－２でもスペース領域に変位が逃げられることと、スペース領域自体も極板間引力で伸長することが可能となる効果により、変位率は１０．３％となり、誘電エラストマフィルムが殆ど変位しない比較例１－３、１－５に比較して大幅に変位率が向上する。これにより、電荷分布層を別に設けることなく、金属電極のみで電極を作製することが可能となる。
（透過率）
　実施例１－１、１－２、１－３、比較例１－１～１－５の誘電アクチュエータの透過率を計算により求めた。その結果を表１に示す。なお、誘電アクチュエータの透過率は、モデルＢの電極の透過率を０％または５０％と仮定し、誘電エラストマフィルムの透過率を１００％と仮定して求めた。
　この透過率の計算結果から以下のことがわかる。実施例１－１、１－２の電極構成では、スペース率が５０％であるため、サブ電極の透過率が０％であったとしても全体として５０％の透過率が得られる。この実施例１－１、１－２のサブ電極数を半分にした電極構成が実施例１－３であり、スペース率が７５％であるため、８８％の高透過率が得られる。また、実施例１－３では、スペース領域も隣接するサブ電極から浸みだした電場で駆動するため、変位率は１２．１％と十分に大きな変位を示す。
（アクチュエータ表面の電位）
　実施例１－１～１－３、比較例１－１～１－５の誘電アクチュエータ表面の電位をシミュレーションにより求めた。そして、求めた電位から、サブ電極の中心部の電位Ｅeleに対するスペースの中心部の電位Ｅinterの割合ＲE（＝（Ｅinter／Ｅele）×１００）を求めた。その結果を表１に示す。実施例１－１の誘電アクチュエータ表面の電位のシミュレーション結果を代表して図１２に示す。
　このシミュレーション結果から、実施例１－１～１－３では、サブ電極からの電場の浸みだしにより、スペース領域にも電位差が生じていることがわかる。すなわち、電極幅、スペース幅および電圧を所定の値に設定することで、スペース領域にも電位差を生じさせることができることがわかる。
（空間電位分布）
　実施例１－１の誘電アクチュエータ表面の空間電位分布をシミュレーションにより求めた。その結果を図１３Ａ、図１３Ｂに示す。なお、図１３Ａ、図１３Ｂ中において、同一の濃淡で示した領域は同一の電位であることを示している。また、矢印ａ～ｃは、電位が上昇する方向を示している。この結果から、サブ電極間のスペース領域において空間電位分布が変化していることがわかる。
＜ii．サブ電極幅と誘電エラストマフィルムの変位との関係＞
（実施例２－１～２－１０、比較例２－１、２－２）
　シミュレーションのパラメータである電極幅Ｗeleおよびスペース幅Ｗinterを同一の値とし、それらの値を０．５μｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、４００μｍと変化させた。一周期構造を切り出し、これ以外のパラメータの条件は実施例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電アクチュエータの誘電エラストマフィルム表面および電極表面におけるＹ方向の変位を算出した。また、サブ電極の中心部の電位Ｅeleに対するスペースの中心部の電位Ｅinterの割合ＲE（＝（Ｅinter／Ｅele）×１００）をシミュレーションにより求めた。
　表２は、実施例２－１～２－９、比較例２－１、２－２のシミュレーションのパラメータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（シミュレーション結果）
　図１４に、上述のシミュレーション結果を示す。この結果から以下のことがわかる。
　電極幅Ｗeleおよびスペース幅Ｗinterが１００μｍを超えると変位の向上はみられず、１００μｍ以下である場合に変位の向上がみられる。特に電極幅Ｗeleおよびスペース幅Ｗinterが５０μｍ以下である場合に、誘電エラストマフィルム表面の変位については、より大きな変位の向上がみられる。
　なお、比較例２－１、２－２では、割合ＲEが３％未満であるため、すなわち電場の浸みだしが殆どないため、誘電エラストマフィルムの面積変位率が大きく低下する。
＜iii．誘電エラストマフィルム両面のサブ電極位置にずれがあるときの変位＞
　誘電アクチュエータでは誘電エラストマフィルムの両面に電極が配置されることで電界が生じ、マクスウェル応力が発生する。上述の通り、電極幅Ｗeleおよびスペース幅Ｗinterを１００μｍ以下にした場合には、スペース部分にも十分な電界が生じる。このため、電極位置が誘電エラストマフィルムの両面で合致しなくても十分な電界が生じることが考えられる。そこで、実施例３－１～３－３では、誘電エラストマフィルムの両面の電極位置をずらしたシミュレーション例を示す。
（実施例３－１～３－３）
　以下のこと以外は実施例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電アクチュエータの変位および電位を求めた。このシミュレーションの誘電アクチュエータとしては、誘電エラストマフィルム両面のサブ電極位置にずれがあるモデルＣの誘電アクチュエータを想定した。サブ電極の位置ずれＷdiffを０μｍ、１０μｍ、２０μｍ、誘電エラストマフィルム厚を１５μｍ、電極厚を１５μｍとした。また、求めた電位から、サブ電極の中心部の電位Ｅeleに対するスペースの中心部の電位Ｅinterの割合ＲE（＝（Ｅinter／Ｅele）×１００）を求めた。
　表３は、実施例３－１～３－３のシミュレーションのパラメータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（シミュレーション結果）
　図１５Ａ～図１７Ｂに、上述の実施例３－１～３－３のシミュレーション結果を示す。　この結果から以下のことがわかる。電極位置が誘電エラストマフィルム両面で合致しない構造においても、電極位置が誘電エラストマフィルム両面で合致した場合と同様に、電圧印加時に変位を生じさせることができる。これにより、誘電エラストマフィルム両面で電極パターンの異なる構造やプロセス許容度の向上が実現される。
＜iｖ．電極幅とスペース幅との関係＞
（実施例４－１～４－６）
　以下のパラメータを変更したこと以外は実施例１－１と同様にして、シミュレーションにより誘電アクチュエータの誘電エラストマフィルム表面および電極表面におけるＹ方向の変位を算出した。また、サブ電極の中心部の電位Ｅeleに対するスペースの中心部の電位Ｅinterの割合ＲE（＝（Ｅinter／Ｅele）×１００）を求めた。
　サブ電極幅：５μｍ
　サブ電極間のスペース幅：１～４５μｍ
　電極厚：１５μｍ
　エラストマ厚：１５μｍ
（実施例４－７～４－１０、比較例４－１）
　以下のパラメータを変更したこと以外は実施例１－１と同様にして、一周期構造を切り出して、シミュレーションにより誘電アクチュエータの誘電エラストマフィルム表面および電極表面におけるＹ方向の変位を算出した。また、サブ電極の中心部の電位Ｅeleに対するスペースの中心部の電位Ｅinterの割合ＲE（＝（Ｅinter／Ｅele）×１００）を求めた。
　サブ電極幅：２０μｍ
　サブ電極間のスペース幅：１０～１８０μｍ
　電極厚さ：１５μｍ
　誘電エラストマフィルムの厚さ：１５μｍ
　表４は、実施例４－７～４－１０、比較例４－１のシミュレーションのパラメータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
（シミュレーション結果）
　図１８Ａは、実施例４－１～４－６のシミュレーション結果を示す。この結果から、エ誘電ラストマフィルム表面のＹ方向の変位（誘電ラストマフィルムの厚さ方向の変位）は、サブ電極幅とサブ電極間のスペース幅とが等しい５μｍのときに最大となっていることがわかる。
　図１８Ｂは、実施例４－７～４－１０、比較例４－１のシミュレーション結果を示す。この結果から、誘電エラストマフィルム表面のＹ方向の変位（誘電ラストマフィルムの厚さ方向の変位）は、サブ電極幅とサブ電極間のスペース幅とが等しい２０μｍのときに最大となっていることがわかる。
　なお、比較例４－１では、割合ＲEが３％未満であるため、すなわち電場の浸みだしが殆どないため、誘電エラストマフィルムの面積変位率が大きく低下する。
＜ｖ．３次元シミュレーション＞
（実施例５－１）
　３次元応力電界連成シミュレーションにより誘電アクチュエータの変位および電位を求めた。このシミュレーションのモデルとしては、図１９Ａ～図１９Ｃに示すように、誘電エラストマフィルムの表面に螺旋状の電極（電極幅２０μｍ）が設けられた円盤状の誘電アクチュエータを想定した。
（比較例５－１）
　３次元応力電界連成シミュレーションにより誘電アクチュエータの変位および電位を求めた。このシミュレーションのモデルとしては、図２０Ａ～図２０Ｃに示すように、誘電エラストマフィルムの表面に薄膜状の電極が設けられた円盤状の誘電アクチュエータを想定した。
（シミュレーション結果）
　図２１Ａ～図２２Ｂにシミュレーション結果を示す。この結果から、螺旋状の電極を用いた実施例５－１では、薄膜状の電極を用いた比較例５－１に対して電極面積が半分以下であるにも関わらず、薄膜状の電極を用いた比較例５－１と同等以上の変位が得られていることがわかる。
　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の電極および上記第２の電極がパターン電極であり、
　上記第１の電極と上記第２の電極の間に対する電圧印加により、上記パターン電極から上記パターン電極間に電場の浸みだしが発生するトランスデューサ。
（２）
　上記パターン電極の電位に対する上記パターン電極間の電位の比率が、１０％以上である（１）に記載のトランスデューサ。
（３）
　上記パターン電極は、離間して設けられた複数のサブ電極を有し、
　上記複数のサブ電極を電気的に接続する接続部をさらに備える（１）または（２）に記載のトランスデューサ。
（４）
　上記接続部は、上記複数のサブ電極を並列に接続する（３）に記載のトランスデューサ。
（５）
　上記第１の電極および上記第２の電極は、炭素、導電性高分子、金属および金属酸化物より選ばれる１種以上を含む（１）から（４）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（６）
　上記第１の電極および上記第２の電極の厚みは、１００μｍ以下である（１）から（５）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（７）
　上記第１の電極および上記第２の電極は、ストライプ状、格子状、螺旋状、同心円状、メッシュ状、波形状、幾何学模様、バネ構造、またはたわみ構造を有する（１）から（６）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（８）
　上記パターン電極の被覆率は、５０％以下である（１）から（７）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（９）
　上記パターン電極の幅と上記パターン電極間の幅とが、ほぼ等しい（１）から（８）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１０）
　上記パターン電極の幅が１００μｍ以下であり、
　上記パターン電極間の幅が１００μｍ以下である（１）から（９）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１１）
　上記誘電体層の厚みは、５０μｍ以下である（１）から（９）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１２）
　上記誘電体層のヤング率は、１００ＭＰａ以下である（１）から（１０）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１３）
　上記誘電体層の最大透過率は、９０％以上であり、
　上記誘電体層の平均透過度は、５０％以上である（１）から（１２）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１４）
　上記パターン電極は、該パターン電極間に設けられた、上記パターン電極よりも弾性率が低い媒質を有している（１）から（１３）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１５）
　上記媒質は、誘電体である（１４）に記載のトランスデューサ。
（１６）
　上記第１の電極と上記第２の電極の間に電圧を印加する電源をさらに備える（１）から（１５）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１７）
　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（１６）のいずれかに記載のトランスデューサ。
（１８）
　（１）から（１７）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
　２１ａ、２１ｂ　　サブ電極
　２２ａ、２２ｂ　　スペース
　２３ａ、２３ｂ　　媒質

Claims (18)

  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の電極および上記第２の電極がパターン電極であり、
    　上記第１の電極と上記第２の電極の間に対する電圧印加により、上記パターン電極から上記パターン電極間に電場の浸みだしが発生するトランスデューサ。
  2. 　上記パターン電極の電位に対する上記パターン電極間の電位の比率が、１０％以上である請求項１に記載のトランスデューサ。
  3. 　上記パターン電極は、離間して設けられた複数のサブ電極を有し、
    　上記複数のサブ電極を電気的に接続する接続部をさらに備える請求項１に記載のトランスデューサ。
  4. 　上記接続部は、上記複数のサブ電極を並列に接続する請求項３に記載のトランスデューサ。
  5. 　上記第１の電極および上記第２の電極は、炭素、導電性高分子、金属および金属酸化物より選ばれる１種以上を含む請求項１に記載のトランスデューサ。
  6. 　上記第１の電極および上記第２の電極の厚みは、１００μｍ以下である請求項１に記載のトランスデューサ。
  7. 　上記第１の電極および上記第２の電極は、ストライプ状、格子状、螺旋状、同心円状、メッシュ状、波形状、スリット状、幾何学模様、バネ構造、またはたわみ構造を有する請求項１に記載のトランスデューサ。
  8. 　上記パターン電極の被覆率は、５０％以下である請求項１に記載のトランスデューサ。
  9. 　上記パターン電極の幅と上記パターン電極間の幅とが、ほぼ等しい請求項１に記載のトランスデューサ。
  10. 　上記パターン電極の幅が１００μｍ以下であり、
    　上記パターン電極間の幅が１００μｍ以下である請求項１に記載のトランスデューサ。
  11. 　上記誘電体層の厚みは、５０μｍ以下である請求項１に記載のトランスデューサ。
  12. 　上記誘電体層のヤング率は、１００ＭＰａ以下である請求項１に記載のトランスデューサ。
  13. 　上記誘電体層の最大透過率は、９０％以上であり、
    　上記誘電体層の平均透過度は、５０％以上である請求項１に記載のトランスデューサ。
  14. 　上記パターン電極は、該パターン電極間に設けられた、上記パターン電極よりも弾性率が低い媒質を有している請求項１４に記載のトランスデューサ。
  15. 　上記媒質は、誘電体である請求項１に記載のトランスデューサ。
  16. 　上記第１の電極と上記第２の電極の間に電圧を印加する電源をさらに備える請求項１に記載のトランスデューサ。
  17. 　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。
  18. 　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、
    　上記トランスデューサは、
    　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の電極および上記第２の電極がパターン電極であり、
    　上記第１の電極と上記第２の電極の間に対する電圧印加により、上記パターン電極から上記パターン電極間に電場の浸みだしが発生する電子機器。
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