JP2019068031A - エラストマー製圧電素子、及びエラストマー製圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エラストマー製圧電素子の絶縁破壊に対する耐久性を向上させる。【解決手段】エラストマー製圧電素子１０は、誘電エラストマー製のシート状の誘電部１２と、誘電部１２の第１面１２ａに部分的に配置された導電エラストマー製の電極部１３とを備える単位層１１の繰り返しによって構成されている。単位層１１における電極部１３の周囲には、電極部１３が配置されていない部分における単位層１１の厚さを、電極部１３が配置されている部分における単位層１１の厚さに近づける絶縁エラストマー製の絶縁部１４が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、エラストマー製圧電素子、及びエラストマー製圧電素子の製造方法に関する。

特許文献１及び特許文献２に開示されるように、エラストマー製の誘電部上に電極部を設けた単位層の繰り返しによって構成されるエラストマー製圧電素子が知られている。

特開２０１２−１２５１４０号公報 特表２０１６−５０９８２６号公報

ところで、エラストマー製圧電素子の電極部としては、例えば、金属蒸着により形成される金属蒸着電極部や導電性エラストマー製の電極部が用いられる。導電性エラストマー製の電極部は、金属蒸着電極部と比較して、誘電部の変位に対する追従性に優れているため、導電性エラストマー製の電極部を用いた場合には、誘電部の変位動作の繰り返しに対するエラストマー製圧電素子の耐久性を高めることができる。

しかしながら、導電性エラストマー製の電極部は、金属蒸着電極部と比較して厚く形成される。そのため、図７（ａ）に示すように、誘電部２１と誘電部２１との間における電極部２２の周囲に空気層２３が形成されやすい。こうした空気層２３は、沿面放電による絶縁破壊の原因となる。また、空気層２３を排除する方法として、エラストマー製圧電素子を製造する際に、隣接する誘電部２１同士を接触させるように積層方向に圧縮することが考えられる。しかしながら、この場合には、図７（ｂ）に示すように、誘電部２１の一部が電極部２２の周囲へ流動することにより、誘電部２１の厚さが部分的に薄い箇所２１ａが生じる。その結果、当該箇所２１ａにおける絶縁破壊が発生しやすくなる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エラストマー製圧電素子の絶縁破壊に対する耐久性を向上させることにある。

上記課題を解決するエラストマー製圧電素子は、誘電エラストマー製のシート状の誘電部と、前記誘電部の第１面に部分的に配置された導電エラストマー製の電極部とを備える単位層の繰り返しによって構成され、前記単位層における前記電極部の周囲の少なくとも一部には、前記電極部が配置されていない部分における前記単位層の厚さを、前記電極部が配置されている部分における前記単位層の厚さに近づける絶縁エラストマー製の絶縁部が設けられている。

上記構成によれば、単位層における電極部の周囲に絶縁エラストマー製の絶縁部が配置されている。そのため、電極部の周囲に大きな空気層が形成され難く、また空気層が形成されたとしても、絶縁部が障壁となることにより沿面放電が生じ難い。

また、絶縁部が設けられていることにより、電極部が配置されている部分における単位層の厚さと、電極部が配置されていない部分における単位層の厚さの差が小さくなっている。即ち、単位層における電極部が配置されている側の面が平坦化されている。そのため、圧縮時等の外力が作用した際に、誘電部の形状が維持されやすく、電極部と電極部との間において、誘電部の厚さが部分的に薄い箇所が生じ難い。

上記エラストマー製圧電素子において、前記絶縁部は、前記誘電部と同じ材料により構成されていることが好ましい。
上記構成によれば、エラストマー製圧電素子を構成する材料の種類を減らすことができる。

上記エラストマー製圧電素子において、前記絶縁部は、前記誘電部の一部を前記第１面側に突出させた突出部分であることが好ましい。
上記構成によれば、誘電部と絶縁部との間に界面（接合面）が存在しない。そのため、絶縁部との間の界面によって誘電部の変位が妨げられることが抑制される。

上記エラストマー製圧電素子において、前記電極部は、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有し、前記絶縁部は、前記電極部に含有される前記絶縁性高分子と同じ絶縁性高分子を含有することが好ましい。

上記構成によれば、エラストマー製圧電素子を構成する材料の種類を減らすことができる。
上記課題を解決するエラストマー製圧電素子の製造方法は、誘電エラストマー製のシート状の誘電部と、前記誘電部の第１面に部分的に配置された導電エラストマー製の電極部とを備える単位層であって、前記電極部の周囲の少なくとも一部に対して、前記電極部が配置されていない部分における前記単位層の厚さを、前記電極部が配置されている部分における前記単位層の厚さに近づける絶縁エラストマー製の絶縁部が設けられた単位層を形成する単位層形成工程と、前記単位層を複数、積層して接合する積層工程とを有する。

前記単位層形成工程において、前記誘電部を形成した後、前記誘電部の前記第１面に対して、前記電極部及び前記絶縁部を形成することが好ましい。
前記単位層形成工程において、前記第１面側に突出する突出部分を有する形状の前記誘電部を形成し、前記突出部分を前記絶縁部とすることが好ましい。この場合、前記電極部を形成した後、前記電極部の周囲の少なくとも一部に前記突出部分が位置するように前記誘電部を形成することが好ましい。

上記エラストマー製圧電素子の製造方法によれば、積層工程に用いられる各単位層の状態において、電極部が配置されている部分における単位層の厚さと、電極部が配置されていない部分における単位層の厚さの差が小さくなっている。即ち、単位層における電極部が配置されている側の面が平坦化されている。

そして、積層工程において、平坦化された単位層同士が積層されるため、電極部の周囲に大きな空気層が形成されない。また、積層方向に圧縮したとしても、絶縁部が存在することにより、電極部側への誘電部の流動が抑制され、電極部と電極部との間において、誘電部の厚さが部分的に薄い箇所が生じ難くなる。

上記課題を解決するエラストマー製圧電素子の製造方法は、先に形成された前記誘電部の上面の一部に前記電極部を形成する第１工程と、先に形成された前記誘電部の上面における前記電極部の周囲の少なくとも一部、及び前記電極部の上面に対して、誘電エラストマーの原料組成物を塗布して硬化させることにより前記誘電部及び前記絶縁部を形成する第２工程とを有する。

上記構成によれば、第２工程において、誘電エラストマーの原料組成物が塗布された際に、その上面が水平に近づくようにレベリングされて、電極部に塗布された部分の上面と、誘電部に塗布された部分の上面との段差が小さくなる。これにより、電極部が配置されている部分の厚さと、電極部が配置されていない部分の厚さとの差が小さい単位層を形成できる。

上記エラストマー製圧電素子の製造方法において、前記第１工程及び前記第２工程を繰り返し行うことが好ましい。この場合、エラストマー製圧電素子を構成する単位層の繰り返し構造を連続的に形成することができる。

本発明によれば、エラストマー製圧電素子の絶縁破壊に対する耐久性を向上させることができる。

エラストマー製圧電素子の概略構成を示す断面図。 （ａ）、（ｂ）は、誘電部、電極部、及び絶縁部の関係を示す部分断面図。 エラストマー製圧電素子の第１の製造方法を示す説明図。 エラストマー製圧電素子の第２の製造方法を示す説明図。 変更例のエラストマー製圧電素子の概略構成を示す断面図。 変更例の積層工程を示す説明図。 （ａ）、（ｂ）は、従来のエラストマー製圧電素子の断面図。 エラストマー製圧電素子の第３の製造方法を示す説明図。 （ａ）、（ｂ）は、変更例のエラストマー製圧電素子の概略構成を示す断面図。

以下、エラストマー製圧電素子の一実施形態について説明する。
図１に示すように、エラストマー製圧電素子１０は、その厚さ方向に単位層１１が繰り返し配置されてなる多層構造体である。エラストマー製圧電素子１０は、単位層１１として、第１単位層１１Ａと第２単位層１１Ｂとを備え、第１単位層１１Ａと第２単位層１１Ｂとが交互に配置されている。

図１及び図２（ａ）に示すように、第１単位層１１Ａは、厚さが一定のシート状をなす誘電エラストマー製の誘電部１２を備えている。誘電部１２は、その厚さが例えば、２０〜２００μｍである薄膜状に形成されている。

誘電部１２を構成する誘電エラストマー（誘電部１２の材料）は特に限定されるものではなく、公知のエラストマー製圧電素子に用いられる誘電エラストマーを用いることができる。上記誘電エラストマーとしては、例えば、ポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。

誘電部１２の第１面１２ａの中央部には、導電エラストマー製の電極部１３が配置されている。電極部１３は、その厚さが例えば、１０〜１００μｍである薄膜状に形成されている。電極部１３を構成する導電エラストマー（電極部１３の材料）は特に限定されるものではなく、公知のエラストマー製圧電素子に用いられる導電エラストマーを用いることができる。上記導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。

上記絶縁性高分子としては、例えば、ポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。

誘電部１２の第１面１２ａにおける電極部１３が配置されていない部分の全面には、絶縁エラストマー製の絶縁部１４が設けられている。絶縁部１４の厚さは、電極部１３の厚さと同じである。したがって、図２（ａ）に示すように、電極部１３が配置されている部分における第１単位層１１Ａの厚さＴ１（＝誘電部１２の厚さ＋電極部１３の厚さ）と、電極部１３が配置されていない部分における第１単位層１１Ａの厚さＴ２（＝誘電部１２の厚さ＋絶縁部１４の厚さ）は同じである。

絶縁部１４を構成する絶縁エラストマー（絶縁部１４の材料）は公知のエラストマー製圧電素子等において絶縁部分に用いられる公知の絶縁エラストマーを用いることができる。上記絶縁エラストマーとしては、例えば、ポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。

なお、絶縁部１４を構成する絶縁エラストマーは、電極部１３に含有される絶縁性高分子を含むことが好ましく、電極部１３に含有される絶縁性高分子における最も多い成分と、絶縁部１４に含有される絶縁性高分子における最も多い成分とが同じであることがより好ましい。例えば、電極部１３を構成する導電エラストマーから導電性フィラーを除いた組成の材料により絶縁部１４を構成することが好ましい。また、絶縁部１４を構成する絶縁エラストマーは、誘電部１２を構成する誘電エラストマーと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

第１単位層１１Ａにおける誘電部１２と絶縁部１４との間には、界面Ｓ（接合面）が存在していてもよいし、界面Ｓが存在していなくてもよい。例えば、誘電部１２と絶縁部１４とが別々に形成されて接合されている場合には、誘電部１２と絶縁部１４との間に界面Ｓが生じる。また、絶縁部１４を構成する絶縁エラストマーと、誘電部１２を構成する誘電エラストマーとを同じとし、誘電部１２の一部として絶縁部１４を設けたような場合には、誘電部１２と絶縁部１４との間に界面Ｓが生じない。具体的には、図２（ｂ）に示すように、誘電部１２について、第１面１２ａにおける電極部１３が配置されない部分に、第１面１２ａ側にする突出部分１５を有する形状とし、この突出部分１５を絶縁部１４とする。

第２単位層１１Ｂの構成は、誘電部１２の第１面１２ａ側における電極部１３及び絶縁部１４の配置が異なる点を除いて、第１単位層１１Ａの構成と同じである。図１に示すように、第１単位層１１Ａの場合、誘電部１２の第１面１２ａの中央部における特定方向の一方側に寄った位置に電極部１３が配置され、電極部１３が配置されていない残部に絶縁部１４が配置されている。これに対して、第２単位層１１Ｂの場合、誘電部１２の第１面１２ａの中央部における特定方向の他方側に寄った位置に電極部１３が配置され、電極部１３が配置されていない残部に絶縁部１４が配置されている。

そして、上記の第１単位層１１Ａ及び第２単位層１１Ｂが交互に配置されることにより、各電極部１３の間に誘電部１２が配置されたエラストマー製圧電素子１０が構成されている。単位層１１の繰り返し数（積層数）は特に限定されるものではないが、例えば、第１単位層１１Ａ及び第２単位層１１Ｂの合計数が５〜１０００層である。また、本実施形態においては、最上部に配置された第１単位層１１Ａの上に、電極部１３及び絶縁部１４を覆う誘電部１２が設けられている。

次に、図３に基づいて、エラストマー製圧電素子１０の第１の製造方法について説明する。エラストマー製圧電素子１０は、以下に記載する単位層形成工程及び積層工程を順に経ることに製造される。

（単位層形成工程）
単位層形成工程は、誘電部１２と、電極部１３と、絶縁部１４とを備える単位層１１を形成する工程である。単位層形成工程においては、誘電部１２の第１面１２ａにおける電極部１３及び絶縁部１４の配置を異ならせた第１単位層１１Ａ及び第２単位層１１Ｂがそれぞれ形成される。

先ず、スリットダイコーター等の装置を用いて、離型シート等の易剥離可能な基材Ｂの表面に、低粘度の誘電エラストマーの原料組成物を塗布する。その後、加熱処理や架橋処理等の硬化処理を施すことにより、厚さが一定の誘電エラストマー製の誘電部１２を形成する。

次に、誘電部１２の第１面１２ａの特定部分に対して、低粘度の導電エラストマーの原料組成物を塗布し、硬化処理を施すことにより、導電エラストマー製の電極部１３を形成する。その後、誘電部１２の第１面１２ａにおける電極部１３が形成されていない部分に対して、低粘度の絶縁エラストマーの原料組成物を、電極部１３と同じ厚さとなるように塗布し、硬化処理を施すことにより、絶縁エラストマー製の絶縁部１４を形成する。導電エラストマー及び絶縁エラストマーの各原料組成物の塗布方法としては、例えば、インクジェットにより塗布する方法や、電極部１３又は絶縁部１４に対応するパターンを有するマスクを用いてスプレー等により塗布する方法が挙げられる。

そして、誘電部１２、電極部１３及び絶縁部１４からなる膜状物を基材Ｂから剥離することにより、電極部１３が配置されている部分と電極部１３が配置されていない部分との厚さが等しい単位層１１が得られる。得られた単位層１１は、必要に応じて、圧縮処理（例えば、真空下における等方圧プレス）が施される。

（積層工程）
積層工程は、単位層形成工程において得られた単位層１１を複数、積層して接合する工程である。

先ず、第１単位層１１Ａにおける電極部１３及び絶縁部１４が位置する面と、第２単位層１１Ｂにおける誘電部１２が位置する面とを向い合せるようにして、第１単位層１１Ａと第２単位層１１Ｂとを圧接させることにより、第１単位層１１Ａ及び第２単位層１１Ｂを接合する。

以降同様に、第１単位層１１Ａと第２単位層１１Ｂとが交互に積層されるように、上記の処理を繰り返し行う。これにより、誘電部１２と、電極部１３と、絶縁部１４とを備える単位層１１の繰り返しによって構成されるエラストマー製圧電素子１０が得られる。

次に、図４に基づいて、エラストマー製圧電素子１０の第２の製造方法について説明する。第２の製造方法は、単位層形成工程において、絶縁部１４が誘電部１２の一部として形成される点が第１の製造方法と異なっている。

（単位層形成工程）
先ず、基材Ｂの表面に、低粘度の導電エラストマーの原料組成物を塗布し、硬化処理を施すことにより、導電エラストマー製の電極部１３を形成する。次に、基材Ｂの表面における電極部１３よりも広い範囲に対して、電極部１３の上部及び周囲を覆うように低粘度の誘電エラストマーの原料組成物を塗布し、硬化処理を施す。これにより、第１面１２ａ側に電極部１３が配置されるとともに、電極部１３の周囲において、第１面１２ａ側に部分的に突出する突出部分１５を有する誘電部１２が形成される。この場合、誘電部１２の突出部分１５が絶縁部１４となる。

そして、誘電部１２及び電極部１３からなる膜状物を基材Ｂから剥離することにより、電極部１３が配置されている部分と電極部１３が配置されていない部分との厚さが等しい単位層１１が得られる。得られた単位層１１は、必要に応じて、圧縮処理が施される。

なお、上記工程により得られる単位層１１の絶縁部１４は、誘電部１２と一体に成形された誘電部１２の一部（突出部分１５）である。そのため、単位層１１における誘電部１２と絶縁部１４との間には界面Ｓ（接合面）が存在しない（図２（ｂ）参照。）。

（積層工程）
第２の製造方法の積層工程は、第１の製造方法と同じである。
次に、図８に基づいて、エラストマー製圧電素子１０の第３の製造方法について説明する。エラストマー製圧電素子１０は、以下に記載するように、電極部１３を形成する第１工程と、誘電部１２及び絶縁部１４を形成する第２工程とを繰り返し行い、単位層１１の上に新たな単位層１１を直接かつ連続的に形成することにより製造される。

先ず、基材の表面に、低粘度の誘電エラストマーの原料組成物を塗布し、硬化処理を施すことにより最外層に位置する誘電部１２を形成する。なお、図８では基材を省略して図示している。

（第１工程）
先に形成された誘電部１２の上面の一部に、低粘度の導電エラストマーの原料組成物を部分的に塗布し、硬化処理を施すことにより、導電エラストマー製の電極部１３を形成する。このとき、誘電部１２の上面には、電極部１３の周囲に位置して、誘電部１２が露出する露出部分１２ｃが設けられる。

（第２工程）
電極部１３の上部、及び電極部１３の周囲に位置する誘電部１２の露出部分１２ｃの上部を覆うように低粘度の誘電エラストマーの原料組成物を塗布する。このとき、塗布された原料組成物は、自身の流動性に基づいて、その上面が水平に近づくようにレベリングされて、電極部１３に塗布された部分の上面と、露出部分１２ｃに塗布された部分の上面との段差が小さくなる。

その後、塗布した原料組成物に対して硬化処理を施す。これにより、第１面１２ａ側に電極部１３が配置されるとともに、電極部１３の周囲において、第１面１２ａ側に部分的に突出する突出部分１５を有する誘電部１２が形成される。この場合、誘電部１２の突出部分１５が絶縁部１４となる。

第１工程及び第２工程を行うことにより、誘電部１２と、電極部１３と、絶縁部１４とを備える単位層１１が形成される。次に、形成された単位層１１の上面を構成する誘電部１２を、先に形成された誘電部１２として、第１工程及び第２工程を同様に行う。これにより、新たな単位層１１が、先に形成された単位層１１の上に接合した状態で形成される。

このとき、先に形成された単位層１１が第１単位層１１Ａである場合、新たな単位層１１として第２単位層１１Ｂが形成されるように、第１工程及び第２工程における電極部１３及び誘電部１２（絶縁部１４）の形成位置を調整する。また、先に形成された単位層１１が第２単位層１１Ｂである場合、新たな単位層１１として第１単位層１１Ａが形成されるように、第１工程及び第２工程における電極部１３及び誘電部１２（絶縁部１４）の形成位置を調整する。

そして、単位層１１の積層数が所定の数となるまで、第１工程及び第２工程を繰り返し行うことにより、誘電部１２と、電極部１３と、絶縁部１４とを備える単位層１１の繰り返しによって構成されるエラストマー製圧電素子１０が得られる。得られたエラストマー製圧電素子１０は、必要に応じて、圧縮処理（例えば、真空下における等方圧プレス）が施される。

ここで、第１工程及び第２工程における硬化処理は、特に限定されるものではなく、用いた原料組成物に応じて適宜、選択できる。硬化処理としては、例えば、加熱処理、乾燥処理、硬化剤を添加する処理が挙げられる。

また、第１工程及び第２工程における硬化処理は、塗布された原料組成物を、その全体が完全に固まった硬化状態にする処理であってもよいし、半硬化状態にする処理であってもよい。すなわち、硬化処理は、その上に塗布される原料組成物と混ざり合わない程度に硬化させる処理であればよい。なお、原料組成物を上記半硬化状態にする硬化処理を行った場合には、第１工程及び第２工程を繰り返し行うことにより得られた積層体に対して、半硬化状態の部分を完全に硬化させる硬化処理を施す。

第１工程及び第２工程において、各原料組成物は、例えば、ダイコーター装置、バーコーター装置、及びディスペンサー装置等の塗布装置を用いて塗布することができる。原料組成物を上記半硬化状態にする硬化処理を行っている場合には、半硬化状態の部分に対して、塗布装置のノズルを非接触とした状態で塗布することが好ましい。また、原料組成物を上記硬化状態にする硬化処理を行っている場合には、所定のパターンを有するマスクを用いて塗布する方法も採用できる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）エラストマー製圧電素子１０は、単位層１１における電極部１３の周囲に絶縁エラストマー製の絶縁部１４が配置されている。そのため、電極部１３の周囲に大きな空気層が形成され難く、また空気層が形成されたとしても、絶縁部１４が障壁となることにより沿面放電が生じ難い。

また、絶縁部１４が設けられていることにより、電極部１３が配置されている部分における単位層１１の厚さＴ１と、電極部１３が配置されていない部分における単位層１１の厚さＴ２とが同じになっている。即ち、単位層１１における電極部１３が配置されている側の面が平坦化されている。そのため、圧縮時等の外力が作用した際に、誘電部１２の形状が維持されやすく、電極部１３と電極部１３との間において、誘電部１２の厚さが部分的に薄い箇所が生じ難い。

したがって、本実施形態のエラストマー製圧電素子１０によれば、沿面放電に起因する絶縁破壊、及び誘電部１２に部分的に厚さの薄い箇所が生じることに起因する絶縁破壊に対する耐久性が向上する。

また、誘電部１２に部分的に厚さの薄い箇所が生じた場合（図７（ｂ）の符号２１ａ）には、一組の電極部１３と電極部１３との間における誘電部１２の厚さが不均一になる。この場合、駆動時において、変位方向及び応力ベクトルの方向が部位毎にばらつくことにより、エラストマー製圧電素子１０の変位量が設計値よりも小さくなってしまう。

これに対して、本実施形態のエラストマー製圧電素子１０の場合には、一組の電極部１３と電極部１３との間における誘電部１２の厚さが均一化されている。そのため、駆動時において、変位方向及び応力ベクトルの方向が全面的に駆動面に対して垂直になり、設計値に近い変位量を確保することができる。

（２）絶縁部１４は、誘電部１２と同じ材料により構成されている。
上記構成によれば、エラストマー製圧電素子１０を構成する材料の種類を減らすことができる。

（３）絶縁部１４は、誘電部１２の一部を第１面１２ａ側に突出させた突出部分１５である。
上記構成によれば、誘電部１２と絶縁部１４との間に界面Ｓ（接合面）が存在しない。そのため、絶縁部１４との間の界面Ｓによって誘電部１２の変位が妨げられることが抑制される。

（４）電極部１３は、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有し、絶縁部１４は、電極部１３に含有される絶縁性高分子と同じ絶縁性高分子を含有する。
上記構成によれば、エラストマー製圧電素子１０を構成する材料の種類を減らすことができる。また、導電エラストマー製の電極部１３の弾性と、絶縁エラストマー製の絶縁部１４の弾性とを近似させて、誘電部１２の変位に対する追従性の差を小さくすることができる。

（５）エラストマー製圧電素子１０の製造方法（第１の製造方法及び第２の製造方法）は、誘電エラストマー製のシート状の誘電部１２と、誘電部１２の第１面１２ａに部分的に配置された導電エラストマー製の電極部１３とを備える単位層１１であって、電極部１３の周囲に絶縁エラストマー製の絶縁部１４が設けられた単位層を形成する単位層形成工程と、単位層１１を複数、積層して接合する積層工程とを有する。

上記構成によれば、積層工程に用いられる各単位層１１の状態において、電極部１３が配置されている部分における単位層１１の厚さと、電極部１３が配置されていない部分における単位層１１の厚さとが同じになっている。即ち、単位層１１における電極部１３が配置されている側の面が平坦化されている。

そして、積層工程において、平坦化された単位層１１同士が積層されるため、電極部１３の周囲に大きな空気層が形成されない。また、積層方向に圧縮したとしても、絶縁部１４が存在することにより、電極部１３側への誘電部１２の流動が抑制され、電極部１３と電極部１３との間において、誘電部１２の厚さが部分的に薄い箇所が生じ難くなる。

（６）エラストマー製圧電素子１０の製造方法（第３の製造方法）は、先に形成された誘電部１２の上面の一部に電極部１３を形成する第１工程と、先に形成された誘電部１２の上面における電極部１３の周囲の少なくとも一部、及び電極部１３の上面に対して、誘電エラストマーの原料組成物を塗布して硬化させることにより誘電部１２及び絶縁部１４を形成する第２工程とを有する。

上記構成によれば、第２工程において、誘電エラストマーの原料組成物が塗布された際に、その上面が水平に近づくようにレベリングされて、電極部１３に塗布された部分の上面と、露出部分１２ｃに塗布された部分の上面との段差が小さくなる。つまり、その上面が、先に形成された誘電部１２の上面と平行となるように、誘電エラストマーの原料組成物が塗布される。これにより、電極部１３が配置されている部分の厚さと、電極部１３が配置されていない部分の厚さとの差が小さい単位層１１を形成できる。

また、上記構成によれば、単位層１１が、先に形成された誘電部１２の上に接合した状態で形成される。そのため、先に形成された誘電部１２に対して単位層１１を積層して接合する積層工程を行う必要がない。したがって、積層工程を省略することによる製造工程の簡略化を図ることができる。

また、上記構成によれば、第２工程において、先に形成された誘電部１２（露出部分１２ｃ）及び電極部１３の上部に誘電エラストマーの原料組成物を塗布している。このとき、誘電部１２及び電極部１３の上部に存在する細かな凹凸の内部にも原料組成物が入り込むことにより、原料組成物を硬化して形成される誘電部１２と、先に形成された誘電部１２及び電極部１３との密着性が向上する。

（７）第１工程及び第２工程を繰り返し行っている。
上記構成によれば、新たな単位層１１が、先に形成された単位層１１の上に接合した状態で形成される。したがって、エラストマー製圧電素子１０を構成する単位層１１の繰り返し構造を連続的に形成できる。

また、プレスによる圧接等の外部からの力を加えることなく、単位層１１同士を接合することができる。そのため、接合時に加えられる外部からの力によって、電極部１３や電極部１３間の誘電部１２に歪みが生じることが抑制される。これにより、駆動時において、変位方向及び応力ベクトルの方向が全面的に駆動面に対して垂直となるエラストマー製圧電素子１０が得られやすくなる。

なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・単位層１１の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、誘電部１２の第１面１２ａに電極部１３及び絶縁部１４が配置されるとともに、誘電部１２における第１面１２ａの反対側の面である第２面１２ｂにも電極部１３及び絶縁部１４が配置された単位層１１であってもよい。

この場合、図６に示すように、積層工程において、各単位層１１の電極部１３同士及び絶縁部１４同士を重ねるようにして、単位層１１を積層して接合する。また、この場合には、単位層１１間の接合面が誘電部１２に位置しないため、単位層１１同士を接合する方法として、接着剤を用いた方法を採用することも可能である。

・絶縁部１４の厚さは、同じ単位層１１を構成する電極部１３の厚さ未満であってもよい。即ち、絶縁部１４は、絶縁部１４を設けない場合と比較して、電極部１３が配置されていない部分における単位層１１の厚さＴ２を、電極部１３が配置されている部分における単位層１１の厚さＴ１に近づける構成であればよい。なお、絶縁部１４の厚さが電極部１３の厚さに近いほど、上記（１）の効果が大きく得られる。

・誘電部１２の第１面１２ａにおいて、絶縁部１４を設ける範囲は、電極部１３が配置されていない部分の全体に限定されるものではなく、電極部１３が配置されていない部分の一部に絶縁部１４が配置されない部分が存在してもよい。

・第３の製造方法に関して、上記実施形態では、第２工程により誘電部１２及び絶縁部１４を同時に形成していたが、誘電部１２及び絶縁部１４を別々に形成してもよい。例えば、第１工程において、先に形成された誘電部１２の上面の一部に、低粘度の導電エラストマーの原料組成物を部分的に塗布し、硬化処理を施すとともに、先に形成された誘電部１２の上面の一部に、低粘度の絶縁エラストマーの原料組成物を部分的に塗布し、硬化処理を施すことにより、電極部１３及び絶縁部１４を形成する。このとき、電極部１３の周囲の少なくとも一部に絶縁部が配置された状態とする。そして、第２工程において、電極部１３の上面及び絶縁部１４の上面に対して、誘電エラストマーの原料組成物を塗布して硬化させることにより誘電部１２を形成する。この場合にも、単位層１１の上に新たな単位層１１を直接かつ連続的に形成できる。

・第３の製造方法に関して、第１工程及び第２工程の繰り返しにより形成される積層体同士を複数、積層して接合する第３工程を有していてもよい。
・エラストマー製圧電素子１０は、同一電位が印加される電極部１３同士を接続する共通電極、即ち、第１単位層１１Ａを構成する電極部１３同士、及び第２単位層１１Ｂを構成する電極部１３同士をそれぞれ接続する共通電極を備えるものであってもよい。

例えば、図９（ａ）に示すように、穴あけパンチ等を用いて、同一電位が印加される各電極部１３を通るように、エラストマー製圧電素子１０を積層方向に貫通する貫通孔１６を設ける。そして、その貫通孔１６の内部に、同一電位が印加される電極部１３のそれぞれに接続される共通電極１７を設ける。

また、図９（ｂ）に示すように、エラストマー製圧電素子１０の側部を切断する等して、エラストマー製圧電素子１０の一方の縁部に同一電位が印加される電極部１３を露出させる。そして、エラストマー製圧電素子１０の縁部に対して、同一電位が印加される電極部１３のそれぞれに接続される共通電極１７を設ける。

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記絶縁部は、前記誘電部と異なる材料により構成されている前記エラストマー製圧電素子。

（ロ）前記単位層における前記誘電部と前記絶縁部との間には、界面が存在する前記エラストマー製圧電素子。
（ハ）上記エラストマー製圧電素子の製造方法であって、先に形成された前記誘電部の上面の一部に前記電極部を形成するとともに、先に形成された前記誘電部の上面における前記電極部の周囲の少なくとも一部に前記絶縁部を形成する第１工程と、前記電極部の上面及び前記絶縁部の上面に対して、誘電エラストマーの原料組成物を塗布して硬化させることにより前記誘電部を形成する第２工程とを有するエラストマー製圧電素子の製造方法。

１０…エラストマー製圧電素子、１１…単位層、１１Ａ…第１単位層、１１Ｂ…第２単位層、１２…誘電部、１２ａ…第１面、１３…電極部、１４…絶縁部、１５…突出部分。

Claims (10)

1. 誘電エラストマー製のシート状の誘電部と、前記誘電部の第１面に部分的に配置された導電エラストマー製の電極部とを備える単位層の繰り返しによって構成され、
   前記単位層における前記電極部の周囲の少なくとも一部には、前記電極部が配置されていない部分における前記単位層の厚さを、前記電極部が配置されている部分における前記単位層の厚さに近づける絶縁エラストマー製の絶縁部が設けられていることを特徴とするエラストマー製圧電素子。
2. 前記絶縁部は、前記誘電部と同じ材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエラストマー製圧電素子。
3. 前記絶縁部は、前記誘電部の一部を前記第１面側に突出させた突出部分であることを特徴とする請求項２に記載のエラストマー製圧電素子。
4. 前記電極部は、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有し、
   前記絶縁部は、前記電極部に含有される前記絶縁性高分子と同じ絶縁性高分子を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のエラストマー製圧電素子。
5. 誘電エラストマー製のシート状の誘電部と、前記誘電部の第１面に部分的に配置された導電エラストマー製の電極部とを備える単位層であって、前記電極部の周囲の少なくとも一部に対して、前記電極部が配置されていない部分における前記単位層の厚さを、前記電極部が配置されている部分における前記単位層の厚さに近づける絶縁エラストマー製の絶縁部が設けられた単位層を形成する単位層形成工程と、
   前記単位層を複数、積層して接合する積層工程とを有することを特徴とするエラストマー製圧電素子の製造方法。
6. 前記単位層形成工程において、前記誘電部を形成した後、前記誘電部の前記第１面に対して、前記電極部及び前記絶縁部を形成することを特徴とする請求項５に記載のエラストマー製圧電素子の製造方法。
7. 前記単位層形成工程において、前記第１面側に突出する突出部分を有する形状の前記誘電部を形成し、前記突出部分を前記絶縁部とすることを特徴とする請求項５に記載のエラストマー製圧電素子の製造方法。
8. 前記単位層形成工程において、前記電極部を形成した後、前記電極部の周囲の少なくとも一部に前記突出部分が位置するように前記誘電部を形成することを特徴とする請求項７に記載のエラストマー製圧電素子の製造方法。
9. 請求項３に記載のエラストマー製圧電素子の製造方法であって、
   先に形成された前記誘電部の上面の一部に前記電極部を形成する第１工程と、
   先に形成された前記誘電部の上面における前記電極部の周囲の少なくとも一部、及び前記電極部の上面に対して、誘電エラストマーの原料組成物を塗布して硬化させることにより前記誘電部及び前記絶縁部を形成する第２工程とを有することを特徴とするエラストマー製圧電素子の製造方法。
10. 前記第１工程及び前記第２工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項９に記載のエラストマー製圧電素子の製造方法。