JP2009232677A - エラストマートランスデューサーおよび誘電性ゴム組成物ならびに発電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐久性とトランスデューサー性能を発揮できる新規なエラストマートランスデューサーおよび誘電性ゴム組成物ならびに発電素子の提供。
【解決手段】一対の電極層１０，１０間に中間層２０を介装してなるエラストマートランスデューサー１００であって、前記電極層１０，１０をベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成すると共に、前記中間層２０をベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物で構成する。これによって、優れた変形能を有し、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できると共に、優れたトランスデューサー性能を発揮できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換するためのトランスデューサー（変換器）に係り、特に誘電性ゴム組成物を用いたエラストマートランスデューサーおよびこれを構成する誘電性ゴム組成物ならびにこれらを用いた発電素子に関する。

電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換するためのトランスデューサー（変換器）は、例えば、モバイル機器、エンジン、人工筋肉などの電源（ジェネレータ）や、ポンプ、スピーカーなどのアクチュエータなどとして多種多様の分野への応用が検討されている。
また、トランスデューサーを構成する誘電性ゴム組成物はアンテナやコンデンサなどに応用が検討されている。

このようなトランスデューサー（変換器）は、ポリマー（誘電性ゴム）を中間層としてその両端を一対の電極層で挟んだ構造の誘電性エラストマー積層体から構成されている。例えば以下の特許文献１などには、トランスデューサーとして機能するシリコンやアクリルゴムなどをベースとした誘電性エラストマーの両面に電極となる素材を配設した構造の誘電性エラストマー積層体が開示されている。また、この誘電性エラストマーの材料として、以下の特許文献２などにはベースとなるエラストマーに高誘電率を示すセラミックス材料を分散させたものが開示されており、また、以下の特許文献３などには、ベースエラストマーに双極子モーメントを上昇させる活性成分を添加することで高い非誘電を示すエラストマーが開示されている。

特表２００３−５０５８６５号公報 特開２００７−０６３３３７号公報 特開２００２−２８５０１３号公報

ところで、これら特許文献１〜３などに開示されているような従来の誘電性エラストマーには、以下に示すような課題がある。
１．高誘電率を達成すべく双極子モーメント量を増加させる活性成分を多量に添加しているため、エラストマーが本来有する可撓性を損なってしまい、トランスデューサーとしての性能が充分に発揮されないことが想定される。
２．また、誘電性セラミックスを多量に添加しているため、可撓性を損なうだけでなく、伸縮を繰り返し行った際に、亀裂や破断などが生じることがある。

３．また、素材の誘電率を向上させるために、添加剤を含有させても良いとの記載はあるが、トランスデューサーとしてどの程度の比誘電率、弾性率が好適であるかなどの具体的な数値は示されていない。
そこで、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、優れた耐久性とトランスデューサー性能および発電性能を発揮できる新規なエラストマートランスデューサーおよび誘電性ゴム組成物ならびにこれらを用いた発電素子を提供するものである。

前記課題を解決するために第１の発明は、
一対の電極層間に中間層を介装してなるエラストマートランスデューサーであって、前記電極層がベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成されると共に、前記中間層がベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物で構成されることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
また、第２の発明は、
第１の発明において、前記誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーが、チオカルボニル基を有する有機化合物であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。

また、第３の発明は、
第１または第２の発明において、前記誘電性ゴム組成物が、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、クロロブレン系樹脂、フロロシリコン系樹脂の少なくとも１つであることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
また、第４の発明は、
第２または第３の発明において、前記チオカルボニル基を有する有機化合物が、チオウレア誘導体、チオアミド誘導体、チオケトン誘導体、ジチオカルバミン酸エステル誘導体の少なくとも１つであることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。

また、第５の発明は、
第１〜第４のいずれかの発明において、前記導電性ゴム組成物のベースゴムと、前記誘電性ゴム組成物のベースゴムが同一樹脂であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
また、第６の発明は、
第１〜第５のいずれかの発明において、前記中間層の厚さが１０μｍ以上５００μｍ以下であり、かつ前記各電極層の厚さが０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。

一方、第７の発明は、
ベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物であって、前記誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたことを特徴とする誘電性ゴム組成物である。
また、第８の発明は、
前記エラストマートランスデューサーを芯材上に取り付けると共に、当該エラストマートランスデューサーの各電極層に導電線を接続してなることを特徴とする発電素子である。
また、第９の発明は、
前記エラストマートランスデューサーを芯材上に複数取り付けると共に、当該各エラストマートランスデューサー同士を導電線で電気的に直列または並列に接続してなることを特徴とする発電素子である。

また、第１０の発明は、
第８または第９のいずれかの発電素子において、前記芯材の形状が、シート状または円柱状あるいは筒状であることを特徴とする発電素子である。
また、第１１の発明は、
第８〜第１０のいずれかの発電素子において、前記芯材がＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなることを特徴とする発電素子である。

本発明に係るエラストマートランスデューサーにおいては、双極子モーメント量を増加させる活性成分を多量に添加する必要がないため、優れた変形能を有し、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。
また、中間層を構成する誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたため、優れたトランスデューサー性能を発揮することができる。
そして、このエラストマートランスデューサーを用いた発電素子によれば、小型・軽量でかつ優れた変形能および発電能を発揮することができる。

本発明に係るエラストマートランスデューサー１００の実施の一形態を示す構成図である。 アクチュエーション確認テストの一例を示す説明図である。 発電量確認テストの一例を示す説明図である。 チオカルボニル基を有する有機化合物であるノクセラーＴＭＵ、ノクセラーＥＵＲの添加率に対する比誘電率の変化を示すグラフ図である。 本発明のエラストマートランスデューサー１００を発電源として用いた発電素子２００の実施の一形態を示す構成図である。 シート状の芯材６０上に本発明のエラストマートランスデューサー１００を複数配列した発電素子２００の実施の一形態を示す平面図である。 図６に示す発電素子２００の側面図である。 （ａ）は円柱状の芯材６０上に本発明のエラストマートランスデューサー１００を設けた発電素子２００の斜視図、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は筒状の芯材６０上に本発明のエラストマートランスデューサー１００を設けた発電素子２００の斜視図、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は円柱状の芯材６０上に本発明のエラストマートランスデューサー１００をその軸方向に複数設けた発電素子２００の斜視図、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は円柱状の芯材６０上に本発明のエラストマートランスデューサー１００をその周方向に複数設けた発電素子２００の斜視図、（ｂ）はその平面図である。

次に、本発明の実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエラストマートランスデューサー１００の実施の一形態を示したものである。
図示するようにこのエラストマートランスデューサー１００は、一対の電極層１０，１０間に誘電性の中間層２０を介装（積層）して構成されている。
そして、この電極層１０，１０は、ベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成されていると共に、中間層２０は、ベースゴムに誘電性フィラーを含有する誘電性ゴム組成物で構成されている。

先ず、この電極層１０，１０としては、体積抵抗率が１×１０Ω・ｍ以下、より好ましくは１×１０^−３Ω・ｍ以下のものを用いる。体積抵抗率が１×１０Ω・ｍを超えると、導電性が低いために応答性が悪くなることが想定され、好ましくない。具体的には、導電性カーボンブラックの１種である、ケッチェンブラックやアセチレンブラック、または黒鉛、炭素繊維、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの炭素材料、または金、銀、白金などの金属材料を導電性フィラーとして含有したものが望ましい。

また、この電極層１０，１０を構成する導電性ゴム組成物のベースゴムとしては、中間層２０を構成する誘電性ゴム組成物のベースゴムと同じものを用いることが好ましく、例えば、シリコン系、変成シリコン系、アクリル系、ポリクロロプレン系、ポリサルファイド系、ポリウレタン系、ポリイソブチル系などを用いることができる。特に、このなかでもアクリル系およびシリコン系、ポリクロロプレン系を用いたものは柔軟性が高く、変形能に優れ好適である。

また、この電極層１０，１０の厚さとしては、約０．０５μｍ〜１００μｍの範囲、好ましくは１〜５０μｍの範囲である。０．０５μｍ未満では、膜厚が薄く、膜厚を均一にすることが困難となり変形時に穴や亀裂などの破損が生じる。反対に１００μｍを超えると膜厚が厚すぎて応答性が悪くなる上に、変形に追随することが困難となるからである。 また、この電極層１０，１０の物性としては、硬さ（ディロメータＡスケール）が２０〜６０、より好ましくは３０〜５０の範囲である。硬さが２０未満の場合は、変形能は大きくなるものの、機械的強度が不足する傾向が強くなって実用性が低下し、好ましくない。反対に硬さが６０を超える場合は、機械的強度は大きいが、絶対的な変形能が不足するため、実用性が低い。

一方、中間層２０を構成する誘電性ゴム組成物のベースゴムとしては、例えば以下の表１に示すように、アクリルゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、イソプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、フルオロシリコンゴム、フッ素ゴムなどが好適であり、このなかでも特に好ましいのは、「ベースゴム単体で高い比誘電率を示す」、「後述する誘電性フィラーとの相溶性が良い」、「安価かつ入手が容易で成形性が良い」、「成形体の硬さ（ディロメータＡスケール）が３０〜５０の範囲内」、「最大伸びが５００％を超える」といった全ての条件を備えるアクリルゴムやシリコンゴム、クロロプレンゴムである。より好適には電極層１０，１０を構成する導電性ゴム組成物のベースゴムと同じものである。

また、チオカルボニル基を有する有機化合物としては、以下の化式１に示すチオウレア誘導体、化式２に示すチオアミド誘導体、化式３に示すチオケトン誘導体、化式４に示すジチオカルバミン酸エステル誘導体などが好適である。これらの有機化合物は、過去温度、使用温度、目標とする比誘電率、および用いるベースゴムとの相溶性を考慮して適宜選択されることになるが、なかでもチオウレア誘導体は、空気や水に対して非常に安定であり、ベースゴムとの相溶性に優れると共に低い融点を示すことから最も好適な有機化合物である。

このチオカルボニル基を有する有機化合物の含有率は、目的とする誘電率、ベースゴムの種類などによって適宜選択されるが、おおよそ５〜４０重量％であり、より好ましくは１０〜３０重量％である。含有率が５重量％を未満では、ベースゴム中に存在する絶対量が少なすぎるため、比誘電率がさほど向上せず、トランスデューサー性能を存分に発揮できず、また、４０重量％を超えて添加した場合、ベースゴムとの相溶性の限界を超えてしまい、可撓性が大きく損なわれてしまうからである。

また、これらベースゴムに配合される誘電性フィラーとしては、高誘電セラミックス粉末やチオカルボニル基を有する有機化合物が好適である。
高誘電セラミックス粉末としては、以下の表２に示すようなチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタンドープチタンサン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ビスマス、チタン酸ビスマスバリウムなどが好適である。なかでもチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）は、２００℃以上のキュリー点と、高い比誘電率を併せ持つため、最も好適である。なお、一定の比誘電率とキュリー点を有するものであれば、これら以外の化合物であっても良い。

また、この高誘電セラミックス粉末の含有率は、目的とする比誘電率、化合物自体によって適宜選択されるが、５〜７０重量％、より好ましくは５〜５０重量％の範囲である。７０重量％を超えて添加した場合、ベースゴムの相対重量比が小さくなって可撓性が大きく損なわれてしまい、結果、トランスデューサー性能を存分に発揮できないからである。
また、この中間層２０の厚さとしては、用いるベースゴムによる異なるが、絶縁性が維持できる厚さである約１０μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは２００〜３００μｍの範囲である。１０μｍ未満では、電圧を印加した際、絶縁破壊を起こしてしまうおそれがあると共に、変形時に穴などが発生するおそれが高くなるからである。反対にその厚さが５００μｍを超えると、膜厚が厚すぎて変形に大きな力が必要となり、応答性が低下してしまうおそれがあるからである。

他の物性としては、硬さ（ディロメータＡスケール）が２０〜６０、より好ましくは３０〜５０の範囲である。硬さが２０未満の場合は、変形能は大きくなるものの機械的強度が不足する傾向が強くなって実用性が低下するため好ましくない。反対に硬さが６０を超える場合は、絶対的な変形能が不足するため、実用性が低い。
そして、このような構成をした本発明のエラストマートランスデューサー１００にあっては、以下の実施例で実証されるように、優れた変形能を有し、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。また、中間層を構成する誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたため、優れたトランスデューサー性能を発揮することができる。

次に、図５〜図１１は、このような本発明のエラストマートランスデューサー１００を発電源として用いた発電素子２００の実施の一形態を示したものである。
先ず、図５の発電素子２００は、本発明のエラストマートランスデューサー１００を絶縁性の平板状の芯材６０上に一体的に接着したものである。このような構造であれば、平板状をした小型・軽量の発電素子２００を得ることができるため、携帯電話などのようにスペース的な制約の多い電子機器の電源として活用することができる。

次に、図６および図７の発電素子２００は、シート状をした芯材６０上に本発明のエラストマートランスデューサー１００を複数配列すると共に、これら各エラストマートランスデューサー１００を導電線７０によって電気的に直列に接続したものである。そして、このような構成であれば、そのエラストマートランスデューサー１００の数に応じた電圧が加算された大量の電気を取り出せるだけでなく、このシート状をした芯材６０自体が適度な可撓性を発揮できる。そのため、例えば電子機器のケーシング内面などに貼り付けるように設置できるため、その設置形状や場所などの制約が少なく、より使い勝手の良い電源として用いることができる。

なお、このように複数のエラストマートランスデューサー１００同士を直列に接続する場合、下部電極がマイナス極、上部電極がプラス極となるため、図示するように導電線７０は隣接する上部電極と下部電極同士を直接接続するようになる。また、このように本発明のエラストマートランスデューサー１００を複数配列した場合には、各エラストマートランスデューサー１００を電気的に並列に接続しても良いことは勿論である。
また、図８の発電素子２００は、円柱状をした芯材６０の表面に本発明のエラストマートランスデューサー１００を一体的に接着したものである。そして、このような構造であれば、エラストマートランスデューサー１００の大きさ（面積）を犠牲にすることなく、狭い空間などに効率的に設置することができる。

さらに、この変形例として図９に示すように筒状をした芯材６０を用いれば、その表面（外面）のみならず、その内側にも本発明のエラストマートランスデューサー１００を一体的に接着することができる。これにより、全体の大きさを変えることなく、さらに優れた発電能力を発揮することが可能となる。
また、図１０および図１１に示すように、円柱状をした芯材６０に対してその周方向または軸方向に複数のエラストマートランスデューサー１００を一体的に接着すると共に、図６と同様にこれら各エラストマートランスデューサー１００同士を図示しない導電線によって電気的に直列または並列に接続すれば、より優れた発電能力を発揮することができる。
ここで、芯材６０としては、広い使用温度範囲、耐薬品性、電気絶縁性、低摩擦性、非粘着性、耐候性、難燃性などを満足する材料を用いることが望ましく、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂を用いることが望ましい。

次に、本発明のエラストマートランスデューサー１００に係る具体的実施例を説明する。
（実施例１〜１６）
以下の表３および表４に示すように、架橋剤（加硫剤：トーヨーポリマー株式会社製ポリネート７０（ソフト硬化剤））を８重量％添加した反応性塊状アクリルゴム（ＡＣＭ）（株式会社トウペ製トアアクロンＳＡ−３１０）（実施例１〜１０）、または、架橋剤（加硫剤：関東化学株式会社製 酸化亜鉛、株式会社高純度化学製 酸化マグネシウム）を０．５重量％添加した反応性チップ状クロロプロピレンゴム（ＣＲ）（昭和電工株式会社製ショウプレンＷ）（実施例１１〜１６）をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーＴＭＵ（大内新興化学工業株式会社製 トリメチルチオウレア）（実施例１〜３、１１，１２）、またはノクセラーＥＵＲ（大内新興化学工業株式会社製 １，３−ジエチルチオウレア）（実施例４〜６、１３，１４）、またはＴＭＴＵ（東京化成工業株式会社製 テトラメチルチオウレア）（実施例７，８）、またはＴＭＴＭ（東京化成工業株式会社製 テトラメチルチウラムモノスルフィド）（実施例９、１０）、またはノクセラーＣ（大内新興化学工業株式会社製 １，３−ジフェニルチオウレア）（実施例１５）、またはノクセラーＭ（大内新興化学工業株式会社製 ２−メルカプトベンゾチアゾール）（実施例１６）を、所定の割合で添加分散させて中間層２０となる誘電性ゴム組成物を作製した。
その後、これら各誘電性ゴム組成物をＫコントロールコーター（松尾製作所製）を用いて半硬化状態の薄膜を作製し、各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ以下の表３および表４に示した。

（比較例１〜８）
以下の表５に示すように、実施例と同じベースゴム単独（比較例１，６）からなる誘電性ゴム組成物、またはこのベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物として実施例と同じノクセラーＴＭＵ（比較例２，３、７，８）、ノクセラーＣ（比較例４）を所定の割合で添加分散させて中間層２０となる誘電性ゴム組成物を作製した。なお、比較例５では、有機化合物としてＤＥＵ（東京化成工業株式会社製 １，３−ジエチルウレア）を用いた。
その後、実施例と同じく各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ以下の表５に示した。

この結果、表３〜表５からもわかるように、本発明に係る実施例１〜１６では、チオカルボニル基を有する有機化合物をベースゴムに分散させることにより、ベースゴム単独の比較例１，６に比べて比誘電率が大幅に向上した。
比誘電率の大きさは、添加する有機化合物の重量分率に依存する。
図４は、ノクセラーＴＭＵ、ノクセラーＥＵＲの添加率に対する比誘電率の変化を示すグラフ図である。図示するようにいずれの場合も添加量が大きくなるにつれて比誘電率が向上し、２０重量％付近で極大値を示し、その後は、添加量が増加するにつれて比誘電率は徐々に減少することがわかる。

また、ベースゴムにそれぞれ３５重量％，３５重量％，５０重量％ずつ有機化合物を添加した比較例３，４，８では、比誘電率は８〜１０程度の値を示すものの、破断伸びが２００％以下となってしまい、可撓性が大きく損なわれてしまった。
また、比較例５は、有機化合物としてノクセラーＥＵＲと非常に構造の近いジエチルウレア（ＤＥＵ）を添加したものであるが、非誘電率においては、ＥＵＲと同等の値を示したものの、硬さ、破断伸びはＥＵＲを添加したものと比較して大きく劣ってしまった。

次に、以下の表６（実施例１７〜２１）および表７（比較例９〜１３）に示すように、これら実施例２，４，１０，１２，１３および比較例１，２，３，６，７で得られた中間層（誘電性ゴム組成物）を用い、その上下に電極層を配置し、加圧加熱処理による架橋処理を行って積層体を作製した。
ここで、電極層は、表６および表７に示すように前述した反応性塊状アクリルゴムに導電性フィラーとしてＣＮＦをそれぞれ所定量添加分散した導電性ゴム組成物を作製し、この導電性ゴム組成物をＫコントロールコーター（松尾製作所製）を用いて半硬化状態の薄膜化したもの試料として用いた。
その後、これら各積層体に対して以下に詳述するようなアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果（変形能および発電能）を表６および表７に示した。

（アクチュエーション確認テスト）
図２に示すように、各積層体の上下の電極層１０，１０の一部に薄片状の銅電極３０，３０を導電性接着剤（常温乾燥タイプ：藤倉化成製ドータイトＤ−３６２）を用いて接着し、これを高電圧発生装置４０に接続した。そして、この高電圧発生装置４０から積層体に対して１ｋＶの電圧を印加し、その際のアクチュエーション変形量を観察した。なお、このアクチュエーション変形量としては、中間層を構成する誘電性ゴム組成物としてアクリルゴムのみを用いた表７の比較例９を「１」として比較した。

（発電量確認テスト）
図３に示すように、各積層体の電極層１０に銅電極３０を介して電流計６０を接続し、銅電極３０を設置した側の片端を固定板５０によって固定した。その後、他方の一端を５０％力学的に伸張し、復元させたときに発生する電流値を測定することで行った。なお、この発電量としては、比較例９の電流値を「１」として比較した。

この結果、アクチュエーション確認テストによる変形能については、比較例９〜１３は、最大で１．２程度であったのに対し、本発明に係る実施例１７〜２１は、いずれも比較例９の２倍程度の大きな変形が観察された。
一方、発電量確認テストによる発電能については、１０以上の高い比誘電率を示す誘電性ゴム組成物からなる中間層を用いた実施例１７〜２１では、比較例９の２倍以上の電流値が観察された。また、比較例１１では高い発電量を示したが、アクチュエーション変形量は非常に小さいものであった。

（実施例２２〜３２）
以下の表８および表９に示すように、前記実施例１〜１０と同じ架橋剤を８重量％添加した反応性塊状アクリルゴム（実施例２２〜２９）、前記実施例１１〜１６と同じ架橋剤を０．５重量％添加した反応性チップ状クロロプロピレンゴム（ＣＲ）（実施例３０〜３２）をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーＴＭＵ（実施例２２〜２５、３０，３１）、またはノクセラーＥＵＲ（実施例２６，２７，３２）、またはＴＭＴＵ（実施例２８，２９）と、高誘電セラミックスとしてＰＴＺ（富士チタン工業株式会社製）またはＢａＴｉＯ_３（富士チタン工業株式会社製）を、所定の割合で添加分散させて中間層２０となる誘電性ゴム組成物を作製した。
その後、これら各誘電性ゴム組成物をＫコントロールコーター（松尾製作所製）を用いて半硬化状態の薄膜を作製し、各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ以下の表８および表９に示した。

（比較例１４〜１６）
表９の右欄に示すように、ベースゴム（比較例１４，１５）にノクセラーＴＭＵ（比較例１６）と、高誘電セラミックスとしてＰＴＺを所定の割合で添加分散させて中間層２０となる誘電性ゴム組成物を作製した。
その後、実施例と同じく各試料の膜厚、比誘電率、硬さ、破断伸びを測定し、各測定結果をそれぞれ表９に示した。

この結果、表８および表９からもわかるように、本発明に係る実施例２２〜３２では、ベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物と共に高誘電セラミックスを分散させることにより、有機化合物を添加しない比較例１４，１５に比べて比誘電率が大幅に向上した。また、比較例１６は、両方を添加したものであるが、高誘電セラミックスの添加率が多すぎるため、比誘電率は高いものの可撓性が失われてしまった。
そして、以下の表１０に示すように、これら実施例２２，２４，２５，２９および比較例１４，１６で得られた中間層（誘電性ゴム組成物）を用い、前記と同様な方法で７種類の積層体（実施例３３〜３７、比較例１７，１８）を作製し、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果（変形能および発電能）を表１０に示した。

この結果、変形能については、比較例１７，１８が最大で１．２程度であったのに対し、本発明に係る実施例３３〜３７は、いずれも比較例１７の２倍程度の大きな変形が観察された。
また、発電能については、１０以上の高い比誘電率を示す誘電性ゴム組成物からなる中間層を用いた実施例３３〜３７では、比較例１７の２倍以上の電流値が観察された。また、比較例１８では高い発電量を示したが、アクチュエーション変形量は非常に小さいものであった。

（実施例３８〜４３）
以下の表１１に示すように、前記実施例と同じ架橋剤を添加した反応性塊状アクリルゴム（実施例３８〜４１）、反応性チップ状クロロプロピレンゴム（ＣＲ）（実施例４２，４３）をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーＣ（実施例３８）、ノクセラーＥＵＲ（実施例３９）、ノクセラーＴＭＵ（実施例４０〜４３）を所定の割合で添加分散させた誘電性ゴム組成物を用いて中間層を作製した。なお、この中間層の厚さ、比誘電率および硬さは表に示す通りである。
そして、これら種類の中間層（誘電性ゴム組成物）の上下に、反応性塊状アクリルゴムにＣＮＦを分散させてなる電極層を積層し、前記と同様な方法で６種類の積層体（実施例３８〜４３）を作製した。その後、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果（変形能および発電能）を表１１に示した。

（比較例１９〜２３）
以下の表１２に示すように、前記実施例と同じ架橋剤を添加した反応性塊状アクリルゴム（比較例１９，２０）、反応性チップ状クロロプロピレンゴム（ＣＲ）（比較例２１〜２３）をそれぞれベースゴムとし、このベースゴム単独からなる誘電性ゴム組成物（比較例１９，２１）、あるいはこのベースゴムに、ノクセラーＴＭＵ（比較例２０、２２）、ノクセラーＭ（比較例２３）を所定の割合で添加分散させた誘電性ゴム組成物を用いて中間層を作製した。なお、この中間層の厚さ、比誘電率および硬さは表に示す通りである。

そして、前記実施例３８〜４３と同様にこれら６種類の中間層（誘電性ゴム組成物）の上下に、反応性塊状アクリルゴムにＣＮＦを分散させてなる電極層を積層し、前記と同様な方法で５種類の積層体（比較例１９〜２３）を作製した。その後、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果（変形能および発電能）を表１２に示した。

この結果、表１１および表１２からもわかるように、変形能については、比較例１９〜２３では、最大で１．２程度であったのに対し、本発明に係る実施例３８〜４３は、いずれも比較例１９の２倍程度の大きな変形が観察された。
また、発電能については、１０以上の高い比誘電率を示す誘電性ゴム組成物からなる中間層を用いた実施例３８〜４３では、比較例１９の２倍以上の電流値が観察された。

（実施例４４〜４９）
以下の表１３に示すように、前記実施例と同じ反応性塊状アクリルゴム（実施例４４〜４７）、反応性チップ状クロロプロピレンゴム（ＣＲ）（実施例４８，４９）をそれぞれベースゴムとし、このベースゴムに、チオカルボニル基を有する有機化合物としてノクセラーＴＭＵ（実施例４４〜４６）、ノクセラーＥＵＲ（実施例４７）、ノクセラーＴＭＵ（実施例４８，４９）と、高誘電性セラミックスとしてＰＺＴまたはＢａＴｉＯ３を所定の割合で添加分散させた誘電性ゴム組成物を用いて中間層を作製した。なお、この中間層の厚さ、比誘電率および硬さは表に示す通りである。

そして、これら６種類の中間層（誘電性ゴム組成物）の上下に、反応性塊状アクリルゴムにＣＮＦを分散させてなる電極層を積層し、前記と同様な方法で６種類の積層体（実施例４４〜４９）を作製した。その後、これら各積層体に対して前記と同様なアクチュエーション確認テストと発電量確認テストを行い、そのテスト結果（変形能および発電能）を表１３に示した。

（実施例５０、比較例２４）
以下の表１４に示すように、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる芯材６０上に、実施例１７で得られた本発明に係る導電性ゴム積層体を９つ配列し、これらを導電線７０にて電気的に直列および並列に接続し、それらの発生電力（比発生電圧、比発生電流）を測定した。なお、比発生電圧、比発生電流は、実施例１７で得られた本発明に係る導電性ゴム積層体を１つだけ用いた比較例２４を基準として表示した。
この結果、表１４の下欄に示すように、直列の回路構成の場合では、その比発生電圧が比較例２４に比べて９倍の値を示した。また、並列の回路構成の場合でも、その比発生電流は比較例２４に比べて９倍の値を示した。

１００…エラストマートランスデューサー（導電性ゴム製積層体）
２００…発電素子
１０…電極層（導電性ゴム組成物）
２０…中間層（誘電性ゴム組成物）
３０…銅電極
４０…高電圧発生装置
５０…固定板
６０…芯材（ＰＴＦＥ）
７０…導電線

Claims (11)

1. 一対の電極層間に中間層を介装してなるエラストマートランスデューサーであって、
   前記電極層がベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成されると共に、
   前記中間層がベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物で構成されることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
2. 請求項１に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
   前記誘電性ゴム組成物の誘電性フィラーが、チオカルボニル基を有する有機化合物であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
3. 請求項１または２に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
   前記誘電性ゴム組成物が、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、クロロブレン系樹脂、フロロシリコン系樹脂の少なくとも１つであることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
4. 請求項２または３に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
   前記チオカルボニル基を有する有機化合物が、チオウレア誘導体、チオアミド誘導体、チオケトン誘導体、ジチオカルバミン酸エステル誘導体の少なくとも１つであることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
   前記導電性ゴム組成物のベースゴムと、前記誘電性ゴム組成物のベースゴムが同一樹脂であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のエラストマートランスデューサーにおいて、
   前記中間層の厚さが１０μｍ以上５００μｍ以下であり、かつ前記各電極層の厚さが０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。
7. ベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物であって、
   前記誘電性フィラーとしてチオカルボニル基を有する有機化合物を用いたことを特徴とする誘電性ゴム組成物。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のエラストマートランスデューサーを芯材上に取り付けると共に、当該エラストマートランスデューサーの各電極層に導電線を接続してなることを特徴とする発電素子。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のエラストマートランスデューサーを芯材上に複数取り付けると共に、当該各エラストマートランスデューサー同士を導電線によって電気的に直列または並列に接続してなることを特徴とする発電素子。
10. 請求項８または９のいずれかに記載の発電素子において、
    前記芯材の形状が、シート状または円柱状あるいは筒状であることを特徴とする発電素子。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載の発電素子において、
    前記芯材がＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなることを特徴とする発電素子。

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