JP5542494B2 - Dielectric film and transducer using the same - Google Patents
Dielectric film and transducer using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5542494B2 JP5542494B2 JP2010069536A JP2010069536A JP5542494B2 JP 5542494 B2 JP5542494 B2 JP 5542494B2 JP 2010069536 A JP2010069536 A JP 2010069536A JP 2010069536 A JP2010069536 A JP 2010069536A JP 5542494 B2 JP5542494 B2 JP 5542494B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dielectric film
- ion
- transducer
- rubber
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、アクチュエータ、センサ等のトランスデューサに好適な誘電膜、およびそれを用いたトランスデューサに関する。 The present invention relates to a dielectric film suitable for a transducer such as an actuator or a sensor, and a transducer using the dielectric film.
トランスデューサには、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン等がある。柔軟性が高く、小型で軽量なトランスデューサを構成するためには、誘電体エラストマー等の高分子材料が有用である。 Examples of the transducer include an actuator that converts mechanical energy and electric energy, a sensor, a power generation element, and the like, or a speaker that converts acoustic energy and electric energy, a microphone, and the like. Polymer materials such as dielectric elastomers are useful for constructing a highly flexible, small and lightweight transducer.
例えば、誘電体エラストマーからなる誘電膜の厚さ方向両面に、一対の電極を配置して、アクチュエータを構成することができる。この種のアクチュエータでは、電極間への印加電圧を大きくすると、電極間の静電引力が大きくなる。このため、電極間に挟まれた誘電膜は厚さ方向から圧縮され、誘電膜の厚さは薄くなる。膜厚が薄くなると、その分、誘電膜は電極面に対して平行方向に伸長する。一方、電極間への印加電圧を小さくすると、電極間の静電引力が小さくなる。このため、誘電膜に対する厚さ方向からの圧縮力が小さくなり、誘電膜の弾性復元力により膜厚は厚くなる。膜厚が厚くなると、その分、誘電膜は電極面に対して平行方向に収縮する。このように、アクチュエータは、誘電膜を伸長、収縮させることによって、駆動対象部材を駆動させる。 For example, an actuator can be configured by arranging a pair of electrodes on both sides in the thickness direction of a dielectric film made of a dielectric elastomer. In this type of actuator, increasing the voltage applied between the electrodes increases the electrostatic attractive force between the electrodes. For this reason, the dielectric film sandwiched between the electrodes is compressed in the thickness direction, and the thickness of the dielectric film is reduced. As the film thickness decreases, the dielectric film extends in a direction parallel to the electrode surface. On the other hand, when the applied voltage between the electrodes is reduced, the electrostatic attractive force between the electrodes is reduced. For this reason, the compressive force from the thickness direction to the dielectric film is reduced, and the film thickness is increased by the elastic restoring force of the dielectric film. As the film thickness increases, the dielectric film shrinks in the direction parallel to the electrode surface. Thus, the actuator drives the member to be driven by extending and contracting the dielectric film.
アクチュエータから取り出される力および変位量を大きくするという観点から、誘電膜は、以下の特性を有することが望ましい。すなわち、電圧印加時に、誘電膜の内部に多くの電荷を蓄えられるように比誘電率が大きいこと、高電界に耐えられるように耐絶縁破壊性に優れること、等である。したがって、誘電膜の材料としては、耐絶縁破壊性に優れるシリコーンゴムや、比誘電率が大きいニトリルゴム、アクリルゴム等が用いられることが多い（例えば、特許文献１、２参照）。
From the viewpoint of increasing the force and displacement taken out from the actuator, the dielectric film desirably has the following characteristics. That is, when a voltage is applied, the dielectric constant is large so that a large amount of charge can be stored inside the dielectric film, and the dielectric breakdown resistance is excellent so that it can withstand a high electric field. Therefore, as a material for the dielectric film, silicone rubber having excellent dielectric breakdown resistance, nitrile rubber having high relative dielectric constant, acrylic rubber, and the like are often used (see, for example,
シリコーンゴムは、シロキサン結合を骨格とする。このため、体積抵抗率が大きい。よって、シリコーンゴムからなる誘電膜は、大きな電圧を印加しても絶縁破壊しにくい。しかしながら、シリコーンゴムの極性は小さい。つまり、比誘電率が小さい。このため、シリコーンゴムからなる誘電膜を用いてアクチュエータを構成した場合には、印加電圧に対する静電引力が小さい。よって、印加電圧が比較的小さい場合には、充分な力および変位量を得ることができない。 Silicone rubber has a siloxane bond as a skeleton. For this reason, volume resistivity is large. Therefore, the dielectric film made of silicone rubber is difficult to break down even when a large voltage is applied. However, the polarity of silicone rubber is small. That is, the relative dielectric constant is small. For this reason, when the actuator is configured using a dielectric film made of silicone rubber, the electrostatic attractive force with respect to the applied voltage is small. Therefore, when the applied voltage is relatively small, sufficient force and displacement cannot be obtained.
一方、ニトリルゴムやアクリルゴムの比誘電率は、シリコーンゴムの比誘電率よりも大きい。このため、誘電膜の材料にニトリルゴム等を用いると、印加電圧に対する静電引力が、シリコーンゴム等を用いた場合と比較して大きくなる。しかしながら、ニトリルゴム等からなる誘電膜を用いてアクチュエータを構成しても、印加電圧が比較的小さい場合に取り出される力および変位量は、まだ満足できるレベルではない。 On the other hand, the relative dielectric constant of nitrile rubber or acrylic rubber is larger than that of silicone rubber. For this reason, when nitrile rubber or the like is used as the material of the dielectric film, the electrostatic attractive force with respect to the applied voltage becomes larger than when silicone rubber or the like is used. However, even if the actuator is configured using a dielectric film made of nitrile rubber or the like, the force and the amount of displacement taken out when the applied voltage is relatively small are not yet satisfactory.
例えば、上記特許文献３には、ベースゴムに、イオン性液体と導電性フィラーとを配合した電極が開示されている。上記特許文献４には、イオン性液体を含む高分子化合物からなるアクチュエータ用フィルムが開示されている。
For example,
イオン性液体を配合した誘電膜を用いてトランスデューサを構成した場合には、後の実施例で示すように、直流電圧を印加し続けた時に、誘電膜の電気抵抗が小さい。すなわち、電圧印加時に電流が誘電膜中を流れてしまう。この理由は、次のように考えられる。イオン性液体は、室温で液体である。よって、イオン性液体を誘電膜に配合すると、誘電膜中においてイオン成分が移動しやすいため、電流が誘電膜中を流れやすくなる（いわゆる漏れ電流が大きくなる）。 When a transducer is configured using a dielectric film containing an ionic liquid, the electric resistance of the dielectric film is small when a DC voltage is continuously applied, as shown in a later example. That is, current flows in the dielectric film when a voltage is applied. The reason is considered as follows. An ionic liquid is a liquid at room temperature. Therefore, when an ionic liquid is blended with the dielectric film, an ionic component easily moves in the dielectric film, so that current easily flows in the dielectric film (so-called leakage current increases).
誘電膜の内部に蓄えられる電荷が少ないと、静電引力が小さくなる。このため、発生する力は小さくなる。加えて、消費電力が増加してしまう。また、電流が誘電膜中を流れると、ジュール熱が発生する。発生した熱により、誘電膜の物性が変化するおそれがある。さらには、誘電膜が破壊されるおそれがある。つまり、誘電膜の耐絶縁破壊性が低下する。 When the charge stored in the dielectric film is small, the electrostatic attractive force is reduced. For this reason, the generated force is reduced. In addition, power consumption increases. Further, when current flows in the dielectric film, Joule heat is generated. The generated heat may change the physical properties of the dielectric film. Furthermore, the dielectric film may be destroyed. That is, the dielectric breakdown resistance of the dielectric film is reduced.
また、上記特許文献５によると、アクチュエータ用の半導電性高分子弾性部材を構成する導電性組成物において、導電性ポリマーおよびバインダーポリマーに、イオン導電剤を配合することが開示されている。特許文献５の導電性組成物は、ベースポリマーとして、導電性ポリマーを含有する。したがって、特許文献５の実施例に記載されているように、当該導電性組成物の電気抵抗は小さい。つまり、特許文献５の導電性組成物は、大きな力を得るためのトランスデューサには不向きである。
Further, according to
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、印加電圧が比較的小さくても、大きな力を出力することができ、耐久性に優れた誘電膜を提供することを課題とする。また、発生力が大きく耐久性に優れたトランスデューサを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a dielectric film that can output a large force even when the applied voltage is relatively small and has excellent durability. . It is another object of the present invention to provide a transducer having a large generated force and excellent durability.
（１）上記課題を解決するため、本発明の誘電膜は、トランスデューサにおいて少なくとも一対の電極間に介装される誘電膜であって、ゴムポリマーと、室温で固体のイオン導電剤と、を含むゴム組成物を架橋してなり、該電極間に電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を１０分間印加し続けた後の体積抵抗率が、１０１１Ωｃｍ以上であることを特徴とする。 (1) In order to solve the above problems, the dielectric film of the present invention is a dielectric film interposed between at least a pair of electrodes in the transducer, and includes a rubber polymer and an ion conductive agent that is solid at room temperature. The rubber composition is crosslinked and has a volume resistivity of 10 11 Ωcm or more after a DC voltage having an electric field strength of 20 V / μm is continuously applied between the electrodes for 10 minutes.
本発明の誘電膜は、室温で固体のイオン導電剤を含有する。本発明の誘電膜に電圧が印加されると、イオン導電剤のカチオンとアニオンとが、各々電極方向に移動して誘電分極する。これにより、誘電膜の内部に、大きな静電引力が発生する。その結果、印加電圧に対して、より大きな力が発生すると考えられる。 The dielectric film of the present invention contains an ionic conductive agent that is solid at room temperature. When a voltage is applied to the dielectric film of the present invention, the cation and anion of the ionic conductive agent move in the direction of the electrodes, respectively, and are dielectrically polarized. Thereby, a large electrostatic attraction is generated inside the dielectric film. As a result, it is considered that a greater force is generated with respect to the applied voltage.
また、本発明の誘電膜の厚さ方向両面に一対の電極を配置して、電極間に直流電圧を印加し続けると、誘電膜の電気抵抗は増加する。具体的には、電極間に電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を１０分間印加し続けた後の誘電膜の体積抵抗率は、１０１１Ωｃｍ以上になる。本発明の誘電膜に含まれるイオン導電剤は、室温で固体である。よって、イオン性液体と比較して、誘電膜中においてイオン成分が解離しにくく、初期の電気抵抗は高い。しかし、ポリマーネットワーク中におけるイオン成分の動きやすさという点においては、分子半径の大きいイオン性液体よりも、分子半径の小さいイオン導電剤の方が動きやすい。このため、電圧を印加し続けた場合、イオン導電剤の方が動きやすいことから、一部のイオン導電剤は、電極との界面付近に引き寄せられて、動けなくなる。このような理由により、電圧を印加し続けた場合に、電気抵抗が増加すると考えられる。 Further, when a pair of electrodes are arranged on both sides in the thickness direction of the dielectric film of the present invention and a DC voltage is continuously applied between the electrodes, the electric resistance of the dielectric film increases. Specifically, the volume resistivity of the dielectric film after applying a DC voltage having an electric field strength of 20 V / μm between the electrodes for 10 minutes is 10 11 Ωcm or more. The ionic conductive agent contained in the dielectric film of the present invention is solid at room temperature. Therefore, compared with the ionic liquid, the ionic component is not easily dissociated in the dielectric film, and the initial electric resistance is high. However, in terms of the ease of movement of the ionic component in the polymer network, an ionic conductive agent having a small molecular radius is easier to move than an ionic liquid having a large molecular radius. For this reason, when the voltage is continuously applied, the ionic conductive agent is easier to move, so that a part of the ionic conductive agent is attracted to the vicinity of the interface with the electrode and cannot move. For this reason, it is considered that the electrical resistance increases when voltage is continuously applied.
本発明の誘電膜によると、誘電膜の内部に多くの電荷を蓄えることができる。よって、静電引力が、大きくなる。これにより、印加電圧が比較的小さくても、大きな力を発生させることができる。また、消費電力が低減される。さらに、イオン性液体を配合したものと異なり、電流が誘電膜中を流れにくい。このため、ジュール熱の発生が抑制される。よって、熱により、誘電膜の物性が変化したり、誘電膜が破壊されるおそれは小さい。つまり、本発明の誘電膜において、耐絶縁破壊性は低下しにくい。したがって、より大きな電圧を印加することができ、発生力をより増加させることができる。 According to the dielectric film of the present invention, a large amount of charges can be stored inside the dielectric film. Therefore, the electrostatic attractive force is increased. Thereby, even if the applied voltage is relatively small, a large force can be generated. In addition, power consumption is reduced. Furthermore, unlike the case where the ionic liquid is blended, the current hardly flows in the dielectric film. For this reason, generation | occurrence | production of Joule heat is suppressed. Therefore, there is little possibility that the physical properties of the dielectric film are changed or the dielectric film is destroyed by heat. That is, in the dielectric film of the present invention, the dielectric breakdown resistance is unlikely to decrease. Therefore, a larger voltage can be applied and the generated force can be further increased.
（２）また、本発明のトランスデューサは、上記本発明の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備えることを特徴とする。 (2) Moreover, the transducer of this invention is provided with the dielectric film of the said invention, and the some electrode arrange | positioned through this dielectric film, It is characterized by the above-mentioned.
トランスデューサは、ある種類のエネルギーを他の種類のエネルギーに変換する装置である。トランスデューサには、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ等や、音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン等が含まれる。本発明のトランスデューサは、上記本発明の誘電膜を備える。このため、電圧の印加により、誘電膜の内部に多くの電荷を蓄えることができる。また、本発明の誘電膜は、熱による破壊のおそれが少なく、絶縁破壊しにくい。よって、本発明のトランスデューサによると、大きな発生力を得ることができる。また、本発明のトランスデューサは、耐久性に優れる。 A transducer is a device that converts one type of energy into another type of energy. The transducer includes an actuator, a sensor, etc. that convert mechanical energy and electrical energy, a speaker, a microphone, etc. that converts acoustic energy and electrical energy. The transducer of the present invention includes the dielectric film of the present invention. For this reason, a lot of electric charges can be stored inside the dielectric film by applying a voltage. In addition, the dielectric film of the present invention is less likely to be destroyed by heat and is less likely to break down. Therefore, according to the transducer of the present invention, a large generated force can be obtained. The transducer of the present invention is excellent in durability.
以下、本発明の誘電膜およびトランスデューサの実施形態について説明する。なお、本発明の誘電膜およびトランスデューサは、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the dielectric film and the transducer of the present invention will be described. The dielectric film and the transducer of the present invention are not limited to the following embodiments, and can be variously modified and improved by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. Can be implemented.
＜誘電膜＞
上述したように、本発明の誘電膜は、ゴムポリマーと、室温で固体のイオン導電剤と、を含むゴム組成物を架橋してなり、該電極間に電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を１０分間印加し続けた後の体積抵抗率が、１０１１Ωｃｍ以上である。
<Dielectric film>
As described above, the dielectric film of the present invention is formed by crosslinking a rubber composition containing a rubber polymer and an ionic conductive agent that is solid at room temperature, and a DC voltage with an electric field strength of 20 V / μm is applied between the electrodes. The volume resistivity after continuing to apply for a minute is 10 11 Ωcm or more.
（１）ゴムポリマー
トランスデューサに用いられる誘電膜としては、柔軟性、耐絶縁破壊性が高く、比誘電率が大きいものが望ましい。このような観点から、好適なゴムポリマーとしては、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。また、エポキシ化天然ゴム、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム等のように、官能基を導入する等により変性したゴムポリマーを用いてもよい。ゴムポリマーとしては、一種を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。
(1) Rubber polymer As the dielectric film used for the transducer, a film having high flexibility, high dielectric breakdown resistance and a high relative dielectric constant is desirable. From this point of view, suitable rubber polymers include nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber, natural rubber, isoprene rubber, ethylene-propylene-diene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-acetic acid. Examples thereof include vinyl-acrylic acid ester copolymers, butyl rubber, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, silicone rubber, epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, chlorinated polyethylene, chlorosulfonated polyethylene rubber, and urethane rubber. Further, a rubber polymer modified by introducing a functional group, such as epoxidized natural rubber or carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber, may be used. As the rubber polymer, one kind can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used.
（２）イオン導電剤
イオン導電剤は、室温で固体のものであればよい。イオン導電剤のカチオンとしては、例えば、第四級アンモニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン等が挙げられる。より具体的には、第四級アンモニウムイオンとしては、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラオクチルアンモニウムイオン、テトラデシルアンモニウムイオン等が挙げられる。イミダゾリウムイオンとしては、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン等が挙げられる。ピリジニウムイオンとしては、１−エチルピリジニウムイオン、１−ブチルピリジニウムイオン、１−ブチル−３−メチルピリジニウムイオン等が挙げられる。ピロリジニウムイオンとしては、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムイオン等が挙げられる。第四級ホスホニウムイオンとしては、テトラブチルホスホニウムイオン等が挙げられる。また、アニオンとしては、塩化物イオン（Ｃｌ−）、臭化物イオン（Ｂｒ−）、ヨウ化物イオン（Ｉ−）、過塩素酸イオン（ＣｌＯ４ −）等が挙げられる。イオン導電剤としては、これらのカチオンとアニオンとを任意に組み合わせてなる化合物であって、室温で固体のものを採用すればよい。なかでも、潮解性が低く、取扱いやすいという観点から、第四級アンモニウム塩が好適である。なお、イオン導電剤としては、一種を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。
(2) Ionic conductive agent The ionic conductive agent only needs to be solid at room temperature. Examples of the cation of the ionic conductive agent include quaternary ammonium ions, imidazolium ions, pyridinium ions, and the like. More specifically, examples of the quaternary ammonium ion include a tetrabutylammonium ion, a tetraoctylammonium ion, and a tetradecylammonium ion. Examples of the imidazolium ion include 1-butyl-3-methylimidazolium ion, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium ion, 1-butyl-2,3-dimethyl. Examples include imidazolium ions. Examples of the pyridinium ion include 1-ethylpyridinium ion, 1-butylpyridinium ion, 1-butyl-3-methylpyridinium ion, and the like. Examples of the pyrrolidinium ion include 1-butyl-1-methylpyrrolidinium ion. Examples of quaternary phosphonium ions include tetrabutylphosphonium ions. Examples of the anion include chloride ion (Cl − ), bromide ion (Br − ), iodide ion (I − ), perchlorate ion (ClO 4 − ), and the like. As the ionic conductive agent, a compound obtained by arbitrarily combining these cations and anions, which is solid at room temperature may be adopted. Of these, quaternary ammonium salts are preferred from the viewpoint of low deliquescence and easy handling. In addition, as an ionic conductive agent, 1 type can be used individually or in mixture of 2 or more types.
イオン導電剤の配合量は、誘電分極による発生力の増加効果を得られるように、適宜調整すればよい。発生力の増加効果を大きくするという観点から、イオン導電剤の配合量は、ゴムポリマーの１００質量部に対して、０．１５５ｍｍｏｌ以上であることが望ましい。一方、イオン導電剤の配合量が多すぎると、電圧印加を続けた時の電気抵抗が増加しにくくなり、誘電膜に電流が流れやすくなる。したがって、イオン導電剤の配合量は、ゴムポリマーの１００質量部に対して、３ｍｍｏｌ以下であることが望ましい。１．５５ｍｍｏｌ以下がより好適である。 What is necessary is just to adjust the compounding quantity of an ionic conductive agent suitably so that the increase effect of the generating force by dielectric polarization may be acquired. From the viewpoint of increasing the effect of increasing the generated force, the amount of the ionic conductive agent is desirably 0.155 mmol or more with respect to 100 parts by mass of the rubber polymer. On the other hand, if the blending amount of the ionic conductive agent is too large, the electrical resistance when voltage application is continued is difficult to increase, and current easily flows through the dielectric film. Therefore, the compounding amount of the ionic conductive agent is desirably 3 mmol or less with respect to 100 parts by mass of the rubber polymer. 1.55 mmol or less is more preferable.
（３）その他
本発明の誘電膜の厚さは、トランスデューサの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、アクチュエータを構成する場合には、小型化、低電位駆動化、および変位量を大きくする等の観点から、誘電膜の厚さは薄い方が望ましい。この場合、耐絶縁破壊性等をも考慮して、誘電膜の厚さを、１μｍ以上１０００μｍ（１ｍｍ）以下とすることが望ましい。より好適な範囲は、５μｍ以上２００μｍ以下である。
(3) Others The thickness of the dielectric film of the present invention may be appropriately determined according to the application of the transducer. For example, in the case of configuring an actuator, it is desirable that the thickness of the dielectric film is small from the viewpoints of miniaturization, low potential driving, and increasing the amount of displacement. In this case, it is desirable that the thickness of the dielectric film be 1 μm or more and 1000 μm (1 mm) or less in consideration of the dielectric breakdown resistance. A more preferable range is 5 μm or more and 200 μm or less.
また、本発明の誘電膜は、上記ゴムポリマー、イオン導電剤に加えて、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等を含有してもよい。以下、本発明の誘電膜の製造方法について説明する。 In addition to the rubber polymer and ionic conductive agent, the dielectric film of the present invention may contain a reinforcing agent, a plasticizer, an antiaging agent, a coloring agent, and the like. Hereinafter, the manufacturing method of the dielectric film of this invention is demonstrated.
＜誘電膜の製造方法＞
本発明の誘電膜は、ゴムポリマーと、室温で固体のイオン導電剤と、を含むゴム組成物を架橋して製造される。ゴム組成物には、必要に応じて、架橋剤、加硫促進剤、加工助剤、可塑剤、老化防止剤、補強剤、着色剤等の添加剤を配合してもよい。架橋方法は、ゴムポリマーの種類に応じて、適宜決定すればよい。例えば、硫黄架橋、過酸化物架橋、イソシアネート架橋、電子線（ＥＶ）架橋、紫外線（ＵＶ）架橋等が挙げられる。また、有機金属化合物のゾルゲル反応を利用してもよい。
<Dielectric film manufacturing method>
The dielectric film of the present invention is produced by crosslinking a rubber composition containing a rubber polymer and an ionic conductive agent that is solid at room temperature. You may mix | blend additives, such as a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a processing aid, a plasticizer, an anti-aging agent, a reinforcing agent, and a coloring agent, with a rubber composition as needed. What is necessary is just to determine a crosslinking method suitably according to the kind of rubber polymer. For example, sulfur crosslinking, peroxide crosslinking, isocyanate crosslinking, electron beam (EV) crosslinking, ultraviolet (UV) crosslinking and the like can be mentioned. Alternatively, a sol-gel reaction of an organometallic compound may be used.
ゴム組成物は、ゴムポリマー、イオン導電剤、および必要に応じて添加剤を、ロールや混練機により混練りして、調製することができる。この場合は、調製したゴム組成物を、例えば金型に充填して、所定の条件下でプレス架橋することにより、誘電膜を製造すればよい。あるいは、ゴムポリマー、イオン導電剤、および必要に応じて添加剤を、所定の溶剤中に溶解して、ゴム組成物を調製することができる。この場合は、まず、調製したゴム組成物を、基材等に塗布する。次に、塗膜を乾燥させて、溶剤を揮発させる。そして、塗膜の乾燥と共に、または別途所定の条件下で、架橋反応を進行させて、誘電膜を製造すればよい。 The rubber composition can be prepared by kneading a rubber polymer, an ionic conductive agent, and, if necessary, an additive with a roll or a kneader. In this case, the dielectric film may be manufactured by filling the prepared rubber composition into, for example, a mold and press-crosslinking under a predetermined condition. Alternatively, a rubber composition can be prepared by dissolving a rubber polymer, an ionic conductive agent, and, if necessary, an additive in a predetermined solvent. In this case, first, the prepared rubber composition is applied to a substrate or the like. Next, the coating film is dried to evaporate the solvent. Then, the dielectric film may be produced by allowing the crosslinking reaction to proceed with drying of the coating film or separately under predetermined conditions.
例えば、金属アルコキシド化合物等の有機金属化合物のゾルゲル反応を利用して、ゴム組成物を架橋する場合には、有機金属化合物と水との急激な反応を抑制し、均質な膜を形成するという観点から、有機金属化合物をキレート化して用いることが望ましい。この場合には、例えば、次の方法を採用するとよい。まず、ゴムポリマーが溶解可能であり、かつ、有機金属化合物をキレート化できる溶剤中に、ゴムポリマーとイオン導電剤とが含有されている第一溶液を調製する。次いで、第一溶液に、有機金属化合物を混合して、第二溶液（ゴム組成物）を調製する。その後、第二溶液を基材上に塗布し、乾燥させることにより、第二溶液から溶剤を除去して、架橋反応を進行させる。 For example, when a rubber composition is cross-linked using a sol-gel reaction of an organometallic compound such as a metal alkoxide compound, the viewpoint of suppressing a rapid reaction between the organometallic compound and water and forming a homogeneous film. Therefore, it is desirable to chelate an organometallic compound. In this case, for example, the following method may be adopted. First, a first solution is prepared in which a rubber polymer and an ionic conductive agent are contained in a solvent capable of dissolving the rubber polymer and chelating the organometallic compound. Next, an organometallic compound is mixed with the first solution to prepare a second solution (rubber composition). Then, a 2nd solution is apply | coated on a base material, and a solvent is removed from a 2nd solution by making it dry, and a crosslinking reaction is advanced.
＜トランスデューサ＞
本発明のトランスデューサは、上記本発明の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備える。本発明の誘電膜の構成、および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を割愛する。なお、本発明のトランスデューサにおいても、本発明の誘電膜における好適な態様を採用することが望ましい。
<Transducer>
The transducer according to the present invention includes the dielectric film according to the present invention and a plurality of electrodes disposed via the dielectric film. The configuration of the dielectric film and the manufacturing method of the present invention are as described above. Therefore, the description is omitted here. In the transducer according to the present invention, it is desirable to adopt a preferable aspect of the dielectric film according to the present invention.
本発明のトランスデューサにおいて、電極の材質は、特に限定されるものではない。例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料や金属からなる導電材に、バインダーとしてオイルやエラストマーを混合した導電性ペーストまたは導電性塗料を塗布した電極、あるいは炭素材料や金属等をメッシュ状に編んだ電極等を使用することができる。電極は、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。電極が、誘電膜と共に伸縮すると、誘電膜の変形が電極によって妨げられにくい。このため、本発明のトランスデューサを、アクチュエータ等として使用した場合に、所望の力および変位量を得やすくなる。 In the transducer of the present invention, the material of the electrode is not particularly limited. For example, a conductive material made of carbon material such as carbon black or carbon nanotube or conductive material composed of metal and conductive paste or conductive paint mixed with oil or elastomer as a binder, or carbon material or metal knitted in mesh An electrode or the like can be used. It is desirable that the electrode can expand and contract according to the expansion and contraction of the dielectric film. When the electrode expands and contracts together with the dielectric film, the deformation of the dielectric film is not easily disturbed by the electrode. For this reason, when the transducer of the present invention is used as an actuator or the like, it is easy to obtain a desired force and displacement.
また、イオン導電剤を電極に配合してもよい。例えば、イオン導電剤を配合した上記導電性ペーストを、架橋前の誘電膜に塗布し、電極と誘電膜とを一体的に架橋する。こうすることにより、電極中のイオン導電剤が誘電膜に移行する。その結果、電圧印加時に、誘電膜の内部に多くの電荷が蓄えられる。これにより、発生力を増加させることができる。 Moreover, you may mix | blend an ion conductive agent with an electrode. For example, the conductive paste containing an ionic conductive agent is applied to the dielectric film before crosslinking, and the electrode and the dielectric film are integrally crosslinked. By doing so, the ionic conductive agent in the electrode moves to the dielectric film. As a result, a large amount of charge is stored inside the dielectric film when a voltage is applied. Thereby, generated force can be increased.
また、本発明のトランスデューサを、複数の誘電膜と電極とを交互に積層させた積層構造とすると、より大きな力を発生させることができる。したがって、積層構造を採用した場合には、例えば、アクチュエータの出力を大きくすることができる。これにより、駆動対象部材をより大きな力で駆動させることができる。 Further, when the transducer of the present invention has a laminated structure in which a plurality of dielectric films and electrodes are alternately laminated, a larger force can be generated. Therefore, when the laminated structure is adopted, for example, the output of the actuator can be increased. Thereby, a drive object member can be driven with bigger force.
［第一実施形態］
本発明のトランスデューサの第一例として、アクチュエータに具現化した実施形態を説明する。図１に、本実施形態のアクチュエータの断面模式図を示す。（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。
[First embodiment]
As a first example of the transducer of the present invention, an embodiment embodied in an actuator will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the actuator of this embodiment. (A) shows an OFF state, and (b) shows an ON state.
図１に示すように、アクチュエータ１は、誘電膜１０と、電極１１ａ、１１ｂと、配線１２ａ、１２ｂと、を備えている。誘電膜１０は、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ゴムポリマー）と、第四級アンモニウム塩（イオン導電剤）と、を含むゴム組成物の架橋体からなる。誘電膜１０は、本発明の誘電膜に含まれる。電極１１ａは、誘電膜１０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極１１ｂは、誘電膜１０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極１１ａ、１１ｂは、各々、配線１２ａ、１２ｂを介して電源１３に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜１０の厚さは薄くなり、その分だけ、図１（ｂ）中白抜き矢印で示すように、電極１１ａ、１１ｂ面に対して平行方向に伸長する。これにより、アクチュエータ１は、図１中、上下方向および左右方向の駆動力を出力する。
When switching from the off state to the on state, a voltage is applied between the pair of
本実施形態のアクチュエータ１によると、誘電膜１０の内部に、多くの電荷を蓄えることができる。したがって、印加電圧が比較的小さくても、発生する力が大きい。また、電圧印加時に、誘電膜１０中を電流が流れにくい。このため、ジュール熱の発生が抑制される。よって、熱により、誘電膜１０の物性が変化したり、誘電膜１０が破壊されるおそれは小さい。したがって、アクチュエータ１は、耐久性に優れる。
According to the
なお、誘電膜１０を面延在方向に延伸した状態で配置すると、誘電膜１０の絶縁破壊強度が大きくなる。よって、より大きな電圧を印加することができるため、発生力がより増加する。
If the
［第二実施形態］
本発明のトランスデューサの第二例として、静電容量型センサに具現化した実施形態を説明する。まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図２に、静電容量型センサの上面図を示す。図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を示す。
[Second Embodiment]
As a second example of the transducer of the present invention, an embodiment embodied in a capacitive sensor will be described. First, the configuration of the capacitive sensor of this embodiment will be described. FIG. 2 shows a top view of the capacitive sensor. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
図２、図３に示すように、静電容量型センサ２は、誘電膜２０と、一対の電極２１ａ、２１ｂと、配線２２ａ、２２ｂと、カバーフィルム２３ａ、２３ｂと、を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
誘電膜２０は、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜２０は、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ゴムポリマー）と、第四級アンモニウム塩（イオン導電剤）と、を含むゴム組成物の架橋体からなる。誘電膜２０は、本発明の誘電膜に含まれる。
The
電極２１ａは、長方形状を呈している。電極２１ａは、誘電膜２０の上面に、三つ配置されている。同様に、電極２１ｂは、長方形状を呈している。電極２１ｂは、誘電膜２０を挟んで電極２１ａと対向するように、誘電膜２０の下面に三つ配置されている。すなわち、誘電膜２０を挟んで、電極２１ａ、２１ｂが三対配置されている。
The electrode 21a has a rectangular shape. Three electrodes 21 a are arranged on the upper surface of the
配線２２ａは、誘電膜２０の上面に、配置されている。配線２２ａは、誘電膜２０の上面に形成された電極２１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線２２ａにより、電極２１ａとコネクタ２４とが結線されている。同様に、配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に、配置されている。配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に形成された電極２１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図２中、点線で示す）。配線２２ｂにより、電極２１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。
The wiring 22 a is disposed on the upper surface of the
カバーフィルム２３ａは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ａは、誘電膜２０、電極２１ａ、配線２２ａの上面を覆っている。同様に、カバーフィルム２３ｂは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ｂは、誘電膜２０、電極２１ｂ、配線２２ｂの下面を覆っている。
The cover film 23a is made of acrylic rubber and has a strip shape extending in the left-right direction. The cover film 23a covers the top surfaces of the
次に、静電容量型センサ２の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ２が上方から押圧されると、誘電膜２０、電極２１ａ、カバーフィルム２３ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電膜２０の厚さは小さくなる。その結果、電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量（キャパシタンス）は大きくなる。この静電容量の変化により、圧縮による変形が検出される。
Next, the movement of the
次に、本実施形態の静電容量型センサ２の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ２によると、誘電膜２０の内部に、多くの電荷を蓄えることができる。このため、変形に対する静電容量の変化が大きい。つまり、変形に対する応答感度が高い。また、誘電膜２０中を電流が流れにくい。このため、ジュール熱の発生が抑制される。よって、熱により、誘電膜２０の物性が変化したり、誘電膜２０が破壊されるおそれは小さい。したがって、静電容量型センサ２において、検出精度が低下するおそれは小さい。また、静電容量型センサ２は、耐久性に優れる。
Next, the function and effect of the
なお、本実施形態の静電容量型センサ２には、誘電膜２０を狭んで対向する電極２１ａ、２１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
In the
［第三実施形態］
本発明のトランスデューサの第三例として、発電素子の実施形態を説明する。図４に、本実施形態における発電素子の断面模式図を示す。（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を各々示す。
[Third embodiment]
An embodiment of a power generation element will be described as a third example of the transducer of the present invention. In FIG. 4, the cross-sectional schematic diagram of the electric power generation element in this embodiment is shown. (A) shows the time of expansion, and (b) shows the time of contraction.
図４に示すように、発電素子３は、誘電膜３０と、電極３１ａ、３１ｂと、配線３２ａ〜３２ｃと、を備えている。誘電膜３０は、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ゴムポリマー）と、第四級アンモニウム塩（イオン導電剤）と、を含むゴム組成物の架橋体からなる。誘電膜３０は、本発明の誘電膜に含まれる。
As shown in FIG. 4, the
電極３１ａは、誘電膜３０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極３１ｂは、誘電膜３０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極３１ａには、配線３２ａ、３２ｂが接続されている。すなわち、電極３１ａは、配線３２ａを介して、外部負荷（図略）に接続されている。また、電極３１ａは、配線３２ｂを介して、電源（図略）に接続されている。電極３１ｂは、配線３２ｃにより接地されている。
The electrode 31 a is disposed so as to cover substantially the entire top surface of the
図４（ａ）に示すように、発電素子３を圧縮し、誘電膜３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸長すると、誘電膜３０の膜厚は薄くなり、電極３１ａ、３１ｂ間に電荷が蓄えられる。その後、圧縮力を除去すると、図４（ｂ）に示すように、誘電膜３０の弾性復元力により誘電膜３０は収縮し、膜厚が厚くなる。その際、蓄えられた電荷が配線３２ａを通して放出される。
As shown in FIG. 4A, when the
本実施形態の発電素子３によると、誘電膜３０の内部に、多くの電荷を蓄えることができる。したがって、発電効率が向上する。また、誘電膜３０中に電流が流れにくい。このため、ジュール熱の発生が抑制される。よって、熱により、誘電膜３０の物性が変化したり、誘電膜３０が破壊されるおそれは小さい。したがって、発電素子３は、耐久性に優れる。
According to the
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
＜誘電膜の製造＞
［実施例１〜７の誘電膜］
下記の表１に示す原料から、実施例１〜７の誘電膜を製造した。まず、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ランクセス社製「テルバン（登録商標）ＸＴ８８８９」）と、所定のイオン導電剤（固体）と、をロール練り機にて混練りした。次に、混練りした材料を、アセチルアセトンに溶解した。続いて、この溶液に、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタンを混合して、液状のゴム組成物を調製した。ここで、アセチルアセトンは、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ゴムポリマー）を溶解させる溶媒であると共に、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタン（金属アルコキシド化合物）のキレート剤である。その後、ゴム組成物を基材上に塗布し、乾燥させた後、１５０℃で約６０分間加熱して誘電膜を得た。誘電膜の膜厚は、いずれも約４０μｍとした。
<Manufacture of dielectric film>
[Dielectric films of Examples 1 to 7]
Dielectric films of Examples 1 to 7 were manufactured from the raw materials shown in Table 1 below. First, carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber (“Terban (registered trademark) XT8889” manufactured by LANXESS) and a predetermined ionic conductive agent (solid) were kneaded with a roll kneader. Next, the kneaded material was dissolved in acetylacetone. Subsequently, tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium was mixed with this solution to prepare a liquid rubber composition. Here, acetylacetone is a solvent for dissolving the carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber (rubber polymer) and a chelating agent for tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium (metal alkoxide compound). Then, after apply | coating a rubber composition on a base material and making it dry, it heated at 150 degreeC for about 60 minutes, and obtained the dielectric film. The thickness of each dielectric film was about 40 μm.
［比較例１の誘電膜］
イオン導電剤を配合しない点以外は、上記実施例の誘電膜と同様に、誘電膜を製造した。
[Dielectric film of Comparative Example 1]
A dielectric film was produced in the same manner as the dielectric film of the above example except that no ionic conductive agent was blended.
［比較例２、３の誘電膜］
イオン導電剤に替えて、イオン性液体を使用した点以外は、上記実施例の誘電膜と同様に、誘電膜を製造した。すなわち、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（同上）と、所定のイオン性液体と、をロール練り機にて混練りした。次に、混練りした材料を、アセチルアセトンに溶解した。続いて、この溶液に、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタンを混合して、液状のゴム組成物を調製した。その後、ゴム組成物を基材上に塗布し、乾燥させた後、１５０℃で約６０分間加熱して誘電膜を得た。誘電膜の膜厚は、いずれも約４０μｍとした。
[Dielectric film of Comparative Examples 2 and 3]
A dielectric film was produced in the same manner as the dielectric film of the above example except that an ionic liquid was used instead of the ionic conductive agent. That is, carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber (same as above) and a predetermined ionic liquid were kneaded with a roll kneader. Next, the kneaded material was dissolved in acetylacetone. Subsequently, tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium was mixed with this solution to prepare a liquid rubber composition. Then, after apply | coating a rubber composition on a base material and making it dry, it heated at 150 degreeC for about 60 minutes, and obtained the dielectric film. The thickness of each dielectric film was about 40 μm.
表１に、使用した原料の種類および配合量を示す。表１中、イオン導電剤およびイオン性液体の配合量（質量部）は、１．５５ｍｍｏｌに相当する。
＜アクチュエータの評価＞
実施例および比較例の各誘電膜を用いてアクチュエータを作製し、アクチュエータの発生力等を測定した。まず、測定装置および測定方法について説明する。
<Actuator evaluation>
An actuator was produced using each dielectric film of the example and the comparative example, and the generated force of the actuator was measured. First, a measuring apparatus and a measuring method will be described.
実施例および比較例の各誘電膜の表裏両面に、アクリルゴムにカーボンブラックが混合されてなる電極を貼着して、アクチュエータを作製した。図５に、測定装置に取り付けられたアクチュエータの表側正面図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ方向断面図を示す。 An electrode made of a mixture of acrylic rubber and carbon black was attached to both the front and back surfaces of each dielectric film of the example and the comparative example to produce an actuator. FIG. 5 shows a front side view of the actuator attached to the measuring apparatus. FIG. 6 is a cross-sectional view in the VI-VI direction of FIG.
図５、図６に示すように、アクチュエータ５の上端は、測定装置における上側チャック５２により把持されている。アクチュエータ５の下端は、下側チャック５３により把持されている。アクチュエータ５は、予め上下方向に延伸された状態で、上側チャック５２と下側チャック５３との間に、取り付けられている（延伸率２５％）。上側チャック５２の上方には、ロードセル（図略）が配置されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the upper end of the
アクチュエータ５は、誘電膜５０と一対の電極５１ａ、５１ｂとからなる。誘電膜５０は、自然状態で、縦５０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ約４０μｍの矩形板状を呈している。電極５１ａ、５１ｂは、誘電膜５０を挟んで表裏方向に対向するよう配置されている。電極５１ａ、５１ｂは、自然状態で、各々、縦４０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ約１０μｍの矩形板状を呈している。電極５１ａ、５１ｂは、上下方向に１０ｍｍずれた状態で配置されている。つまり、電極５１ａ、５１ｂは、誘電膜５０を介して、縦３０ｍｍ、横２５ｍｍの範囲で重なっている。電極５１ａの下端には、配線（図略）が接続されている。同様に、電極５１ｂの上端には、配線（図略）が接続されている。電極５１ａ、５１ｂは、各々の配線を介して、電源（図略）に接続されている。
The
電極５１ａ、５１ｂ間に電圧を印加すると、電極５１ａ、５１ｂ間に静電引力が生じて、誘電膜５０を圧縮する。これにより、誘電膜５０の厚さは薄くなり、延伸方向（上下方向）に伸長する。誘電膜５０の伸長により、上下方向の延伸力は減少する。電圧を印加した時に減少した延伸力を、ロードセルにより測定して、発生力とした。発生力の測定は、印加する電圧を段階的に増加させて、誘電膜５０が破壊されるまで行った。そして、誘電膜５０が破壊される寸前における発生力を、最大発生力とした。また、その時の電圧値を誘電膜５０の膜厚で除した値を、絶縁破壊強度とした。
When a voltage is applied between the electrodes 51a and 51b, an electrostatic attractive force is generated between the electrodes 51a and 51b, and the
また、電圧を印加してから１０秒後に、誘電膜５０に流れる電流を測定して、漏れ電流とした。また、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を印加し続けて、所定の時間ごとに、誘電膜５０の体積抵抗率を測定した。
Further, 10 seconds after the voltage was applied, the current flowing through the
次に、測定結果を説明する。上記表１に、実施例および比較例の各誘電膜を用いたアクチュエータにおける測定結果を、まとめて示す。表１中、体積抵抗率は、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を、１０分間（６００秒）印加し続けた後の測定値である。漏れ電流は、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を印加してから１０秒後の測定値である。発生力は、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を印加させた時の測定値である。また、図７に、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧印加時間に対する、誘電膜の体積抵抗率の変化を示す。図７中、縦軸の「Ｅ＋０７」は「１０７」を意味する。例えば、縦軸の「１．Ｅ＋０７」は「１．０×１０７」を示す。 Next, measurement results will be described. Table 1 summarizes the measurement results of the actuators using the dielectric films of the example and the comparative example. In Table 1, the volume resistivity is a measured value after a DC voltage having an electric field strength of 20 V / μm is continuously applied for 10 minutes (600 seconds). The leakage current is a value measured 10 seconds after applying a DC voltage having an electric field strength of 20 V / μm. The generated force is a measured value when a DC voltage having an electric field strength of 20 V / μm is applied. FIG. 7 shows a change in volume resistivity of the dielectric film with respect to a DC voltage application time with an electric field strength of 20 V / μm. In FIG. 7, “E + 07” on the vertical axis means “10 7 ”. For example, “1.E + 07” on the vertical axis indicates “1.0 × 10 7 ”.
図７に示すように、イオン導電剤またはイオン性液体を含有する実施例１〜７、比較例２、３の誘電膜については、それを含有しない比較例１の誘電膜と比較して、電圧印加開始直後の体積抵抗率は小さくなった。しかし、電圧の印加を続けると、イオン導電剤を含有する実施例１〜７の誘電膜については、体積抵抗率が上昇した。そして、１０分間後の体積抵抗率は、いずれも１０１１Ωｃｍ以上になった（表１参照）。これに対して、イオン性液体を含有する比較例２、３の誘電膜については、体積抵抗率があまり上昇しなかった。このため、１０分間後の体積抵抗率は、１０１１Ωｃｍ未満であった。また、表１に示すように、実施例１〜７の誘電膜の漏れ電流は、比較例２、３の誘電膜の漏れ電流と比較して、大幅に小さくなった。以上より、実施例１〜７の誘電膜については、電圧を印加しても電流が流れにくいことがわかる。 As shown in FIG. 7, the dielectric films of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 and 3 containing an ionic conductive agent or ionic liquid have a voltage higher than that of the dielectric film of Comparative Example 1 not containing them. The volume resistivity immediately after the start of application decreased. However, when the voltage application was continued, the volume resistivity increased for the dielectric films of Examples 1 to 7 containing the ionic conductive agent. Then, the volume resistivity after 10 minutes was 10 11 Ωcm or more (see Table 1). On the other hand, the volume resistivity did not increase so much for the dielectric films of Comparative Examples 2 and 3 containing an ionic liquid. For this reason, the volume resistivity after 10 minutes was less than 10 11 Ωcm. Further, as shown in Table 1, the leakage currents of the dielectric films of Examples 1 to 7 were significantly smaller than the leakage currents of the dielectric films of Comparative Examples 2 and 3. From the above, it can be seen that in the dielectric films of Examples 1 to 7, current does not easily flow even when a voltage is applied.
また、実施例１〜７の誘電膜を用いたアクチュエータの発生力は、比較例１〜３の誘電膜を用いたアクチュエータの発生力と比較して、大きくなった。これは、イオン導電剤の誘電分極による効果であると考えられる。加えて、実施例１〜７の誘電膜については、漏れ電流が小さい。このため、誘電膜の内部に、多くの電荷を蓄えることができたと考えられる。 Moreover, the generating force of the actuator using the dielectric film of Examples 1-7 became large compared with the generating force of the actuator using the dielectric film of Comparative Examples 1-3. This is considered to be an effect due to the dielectric polarization of the ionic conductive agent. In addition, the leakage current of the dielectric films of Examples 1 to 7 is small. For this reason, it is considered that a large amount of charges could be stored inside the dielectric film.
また、実施例１〜７の誘電膜を用いたアクチュエータの絶縁破壊強度は、比較例２、３の誘電膜を用いたアクチュエータの絶縁破壊強度と比較して、大きくなった。実施例１〜７の誘電膜については、漏れ電流が小さい。このため、ジュール熱の発生が抑制される。したがって、誘電膜に対する熱の影響が低減されたと考えられる。また、より大きな電圧を印加することができるため、実施例１〜７の誘電膜を用いたアクチュエータによると、最大発生力も大きくなった。以上より、本発明の誘電膜によると、発生力が大きく耐久性に優れたトランスデューサを構成できることが確認された。 In addition, the dielectric breakdown strength of the actuators using the dielectric films of Examples 1 to 7 was larger than the dielectric breakdown strength of the actuators using the dielectric films of Comparative Examples 2 and 3. For the dielectric films of Examples 1 to 7, the leakage current is small. For this reason, generation | occurrence | production of Joule heat is suppressed. Therefore, it is considered that the influence of heat on the dielectric film is reduced. Moreover, since a larger voltage can be applied, according to the actuator using the dielectric film of Examples 1 to 7, the maximum generated force was also increased. From the above, it was confirmed that according to the dielectric film of the present invention, a transducer having a large generated force and excellent durability can be configured.
また、実施例１の誘電膜と同じ原料を用いて、イオン導電剤の配合量のみを変更して、三種類の誘電膜を作製した。そして、上記同様に、アクチュエータを構成して、発生力等を測定した。測定結果を、表２に示す。表２中、Ｎｏ．３は、上記実施例１に相当する。また、表１と同様、体積抵抗率は、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を、１０分間（６００秒）印加し続けた後の測定値である。漏れ電流は、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を印加してから１０秒後の測定値である。発生力は、電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を印加させた時の測定値である。
表２に示すように、いずれの誘電膜についても、電圧印加開始から１０分後の体積抵抗率は、１０１１Ωｃｍ以上になった。体積抵抗率は、イオン導電剤が少ないほど、大きくなった。これに対応して、アクチュエータの絶縁破壊強度、最大発生力についても、イオン導電剤が少ないほど、大きくなった。また、漏れ電流も、イオン導電剤が少ないものほど、小さかった。一方、アクチュエータの発生力は、Ｎｏ．４において若干低下したものの、イオン導電剤の増加と共に、大きくなった。 As shown in Table 2, for any dielectric film, the volume resistivity after 10 minutes from the start of voltage application was 10 11 Ωcm or more. The volume resistivity increased as the amount of the ionic conductive agent decreased. Correspondingly, the dielectric breakdown strength and the maximum generation force of the actuator increased as the ionic conductive agent decreased. Further, the leakage current was smaller as the ionic conductive agent was smaller. On the other hand, the generated force of the actuator is No. Although it decreased a little in 4, it became large with the increase in the ionic conductive agent.
本発明の誘電膜は、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン、ノイズキャンセラ等のトランスデューサに広く用いることができる。なかでも、産業、医療、福祉ロボット用の人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、および医療用器具等に用いられる柔軟なアクチュエータに好適である。 The dielectric film of the present invention can be widely used in actuators, sensors, power generation elements, etc. that convert between mechanical energy and electrical energy, or transducers such as speakers, microphones, noise cancellers, etc., that convert between acoustic energy and electrical energy. . Especially, it is suitable for flexible actuators used for artificial muscles for industrial, medical, and welfare robots, small pumps for cooling electronic components, medical devices, and medical instruments.
１：アクチュエータ １０：誘電膜 １１ａ、１１ｂ：電極 １２ａ、１２ｂ：配線
１３：電源
２：静電容量型センサ（トランスデューサ） ２０：誘電膜 ２１ａ、２１ｂ：電極
２２ａ、２２ｂ：配線 ２３ａ、２３ｂ：カバーフィルム ２４：コネクタ
３：発電素子（トランスデューサ） ３０：誘電膜 ３１ａ、３１ｂ：電極
３２ａ〜３２ｃ：配線
５：アクチュエータ ５０：誘電膜 ５１ａ、５１ｂ：電極 ５２：上側チャック
５３：下側チャック
1: Actuator 10:
Claims (4)
ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴムから選ばれる一種以上のゴムポリマーと、
テトラブチルアンモニウムイオン、テトラオクチルアンモニウムイオン、テトラデシルアンモニウムイオン、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−エチルピリジニウムイオン、１−ブチルピリジニウムイオン、１−ブチル−３−メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオンから選ばれるカチオンと、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、過塩素酸イオンから選ばれるアニオンと、を有する化合物からなるイオン導電剤と、
を含むゴム組成物を架橋してなり、
該電極間に電界強度２０Ｖ／μｍの直流電圧を１０分間印加し続けた後の体積抵抗率が、１０１１Ωｃｍ以上であることを特徴とする誘電膜。 A dielectric film interposed between at least a pair of electrodes in the transducer,
One or more rubber polymers selected from nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber ,
Tetrabutylammonium ion, tetraoctylammonium ion, tetradecylammonium ion, 1-butyl-3-methylimidazolium ion, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium ion, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium ion, 1-ethylpyridinium ion, 1-butylpyridinium ion, 1-butyl-3-methylpyridinium ion, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium ion, tetrabutylphosphonium ion An ionic conductive agent comprising a compound having a cation selected from: anion selected from chloride ion, bromide ion, iodide ion, and perchlorate ion ;
A rubber composition containing
The volume resistivity after the DC voltage of the field strength 20V / [mu] m was continuously applied for 10 minutes between the electrodes is a dielectric layer, characterized in that it is 10 11 [Omega] cm or more.
該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、
を備えることを特徴とするトランスデューサ。 The dielectric film according to claim 1 or 2 ,
A plurality of electrodes disposed via the dielectric film;
A transducer comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010069536A JP5542494B2 (en) | 2010-03-25 | 2010-03-25 | Dielectric film and transducer using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010069536A JP5542494B2 (en) | 2010-03-25 | 2010-03-25 | Dielectric film and transducer using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011201992A JP2011201992A (en) | 2011-10-13 |
| JP5542494B2 true JP5542494B2 (en) | 2014-07-09 |
Family
ID=44878984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010069536A Expired - Fee Related JP5542494B2 (en) | 2010-03-25 | 2010-03-25 | Dielectric film and transducer using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5542494B2 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5486156B2 (en) * | 2007-11-14 | 2014-05-07 | 東海ゴム工業株式会社 | Dielectric film for actuator and actuator using the same |
| JP5243775B2 (en) * | 2007-11-14 | 2013-07-24 | 東海ゴム工業株式会社 | Dielectric film and actuator, sensor, and transducer using the same |
| JP4982432B2 (en) * | 2008-06-02 | 2012-07-25 | 東海ゴム工業株式会社 | Dielectric film, manufacturing method thereof, and actuator, sensor, and transducer using the same |
| JP5486369B2 (en) * | 2010-03-25 | 2014-05-07 | 東海ゴム工業株式会社 | Dielectric material and transducer using the same |
-
2010
- 2010-03-25 JP JP2010069536A patent/JP5542494B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011201992A (en) | 2011-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5486369B2 (en) | Dielectric material and transducer using the same | |
| JP5807112B2 (en) | Conductive film | |
| KR101423856B1 (en) | Flexible conductive material and transducer, flexible circuit board, and electromagnetic shield using said flexible conductive material | |
| JP5558876B2 (en) | Dielectric film, manufacturing method thereof, and transducer using the same | |
| KR101411814B1 (en) | Electroconductive crosslinked product, process for producing same, and transducer, flexible wiring board and electromagnetic-wave shield made by using same | |
| JP5633769B1 (en) | Flexible transducer | |
| JP5474473B2 (en) | Dielectric film and transducer using the same | |
| JP5829329B2 (en) | Reactive ionic liquid and ion-immobilized metal oxide particles, ion-immobilized elastomer and transducer using the same | |
| WO2013058237A1 (en) | Dielectric film and transducer using same | |
| JP4982432B2 (en) | Dielectric film, manufacturing method thereof, and actuator, sensor, and transducer using the same | |
| JP5448736B2 (en) | Conductive film, transducer including the same, and flexible wiring board | |
| JP4691703B2 (en) | Actuator element and manufacturing method thereof | |
| JP5506488B2 (en) | Dielectric laminate and transducer using the same | |
| JP5941646B2 (en) | Dielectric film manufacturing method | |
| JPWO2014156876A1 (en) | Reactive ionic liquid and ion-immobilized metal oxide particles, ion-immobilized elastomer and transducer using the same | |
| JP6022281B2 (en) | Transducer | |
| JP2011049073A (en) | Power generation element | |
| JP5542494B2 (en) | Dielectric film and transducer using the same | |
| JP6067447B2 (en) | Conductive materials and transducers | |
| JP2009232679A (en) | Elastomer transducer, power generating element, and power generating element laminate | |
| JP5916270B2 (en) | Dielectric film and transducer using the same | |
| JP5646259B2 (en) | Method for producing elastomeric material | |
| JP2010280759A (en) | High polymer molecule transducer | |
| JP2008243897A (en) | Acrylic rubber for electrostriction type actuator and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121205 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131125 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131203 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140130 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140422 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140507 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5542494 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |