JP6022281B2 - トランスデューサ - Google Patents
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Description
高抵抗誘電層は、エラストマーを含み、1012Ω・cm以上の体積抵抗率を有する。高抵抗誘電層は、エラストマーのみから構成されていてもよく、エラストマーに加えて他の成分を含んで構成されていてもよい。
イオン固定層は、高抵抗誘電層の表面または裏面の少なくとも一方に積層される。静電引力をより大きくするという観点から、イオン固定層が、高抵抗誘電層の表裏両面に配置される形態が望ましい。イオン固定層は、エラストマーと、イオン固定粒子と、第二イオン成分と、を有する。
高抵抗誘電層およびイオン固定層を挟んで配置される一対の電極は、高抵抗誘電層およびイオン固定層の変形に追従して、伸縮可能であることが望ましい。この場合、高抵抗誘電層およびイオン固定層の変形が、電極により規制されにくい。したがって、本発明のトランスデューサにおいて、所望の出力を得やすくなる。
本発明のトランスデューサは、例えば、次のように製造することができる。まず、イオン固定層を形成するための混合液を基材上に塗布し、塗膜を加熱して架橋させることにより、イオン固定層を形成する。同様に、高抵抗誘電層を、エラストマーの架橋前ポリマー等の原料を所定の溶剤中に溶解した溶液を基材上に塗布し、塗膜を加熱して架橋させることにより形成する。次に、形成した高抵抗誘電層とイオン固定層とを貼り合わせ、基材を剥離することにより、高抵抗誘電層とイオン固定層との積層体を作製する。そして、作製された積層体の表裏両面に電極を貼着して、本発明のトランスデューサを製造すればよい。本発明のトランスデューサを使用する場合には、電極の極性と、電極に隣接するイオン固定層の第一イオン成分の電荷と、が同じになるように、電圧を印加する。
[高抵抗誘電層]
次のようにして、高抵抗誘電層を作製した。まず、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム(ランクセス社製「テルバン(登録商標)XT8889」)100質量部と、シリカ(日本アエロジル(株)製「Aerosil(登録商標)380」)10質量部と、をロール練り機にて混練りした。次に、混練りした材料を、アセチルアセトンに溶解した。続いて、この溶液に、有機金属化合物のテトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン15質量部を混合して、液状のエラストマー組成物を調製した。調製したエラストマー組成物の固形分濃度は、12質量%である。ここで、アセチルアセトンは、カルボキシル基含有水素化ニトリルゴムを溶解させる溶媒であると共に、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタンのキレート剤である。その後、エラストマー組成物を基材上に塗布し、乾燥させた後、150℃で約60分間加熱して、高抵抗誘電層を得た。高抵抗誘電層の膜厚は約20μm、体積抵抗率は2×1012Ω・cmであった。
次のようにして、陽イオン固定層を作製した。まず、有機金属化合物のテトラi−プロポキシチタン0.01molに、アセチルアセトン0.02molを加えてキレート化した。次に、得られたキレート化物に、上記式(1)に示した反応性イオン性液体0.002mol、イソプロピルアルコール(IPA)5ml(0.083mol)、メチルエチルケトン(MEK)10ml(0.139mol)、および水0.04molを添加して、陽イオンが固定されたTiO2粒子(陽イオン固定粒子)、および陰イオンを含むゾルを得た。そして、得られたゾルを、40℃下で2時間静置して、エージング処理した。ゾル中のTiO2粒子のメジアン径は、8nmであった。
反応性イオン性液体の種類を上記式(2)に示したものに変更した以外は、上記陽イオン固定層と同様にして、陰イオン固定層を作製した。作製過程で得られたゾルは、陰イオンが固定されたTiO2粒子(陰イオン固定粒子)、および陽イオンを含む。ゾル中のTiO2粒子のメジアン径は、10nmであった。また、陰イオン固定層の体積抵抗率は、2×1011Ω・cmであった。
高抵抗誘電層の表面に陽イオン固定層を、裏面に陰イオン固定層を貼着し、各々から基材を剥離することにより、三層構造の誘電層を作製した。また、アクリルゴムポリマー溶液にカーボンブラックを混合、分散させて導電塗料を調製した。そして、導電塗料を、作製した三層構造の誘電層の表裏両面にスクリーン印刷して、電極を形成した。このようにして、実施例1のアクチュエータを製造した。製造したアクチュエータは、本発明のトランスデューサに含まれる。
高抵抗誘電層の表面にのみ陽イオン固定層を貼着し、基材を剥離することにより、二層構造の誘電層を作製した。そして、実施例1と同じ導電塗料を、作製した二層構造の誘電層の表裏両面にスクリーン印刷して、電極を形成した。このようにして、実施例2のアクチュエータを製造した。製造したアクチュエータは、本発明のトランスデューサに含まれる。
陽イオン固定層および陰イオン固定層を用いずに、アクチュエータを製造した。すなわち、高抵抗誘電層の表裏両面に、実施例1と同じ導電塗料を直接スクリーン印刷して、電極を形成した。このようにして、比較例1のアクチュエータを製造した。
作製した三種類のアクチュエータについて、印加電圧に対する発生力を測定した。まず、測定装置および測定方法について説明する。図4に、測定装置に取り付けられた実施例1のアクチュエータの表側正面図を示す。図5に、図4のV−V断面図を示す。
5:アクチュエータ、50:誘電層、51a、51b:電極、52:上側チャック、53:下側チャック、500:高抵抗誘電層、501:陽イオン固定層、502:陰イオン固定層。
Claims (6)
- エラストマーを含み体積抵抗率が1012Ω・cm以上の高抵抗誘電層と、
該高抵抗誘電層の表裏両側に配置される一対の電極と、
該高抵抗誘電層の表裏少なくとも一方において、該電極と該高抵抗誘電層との間に介装されるイオン固定層と、を備え、
該イオン固定層は、エラストマーと、金属酸化物粒子に第一イオン成分が固定化されてなるイオン固定粒子と、該第一イオン成分と反対の電荷を持つ第二イオン成分と、を有し、該イオン固定粒子は該エラストマーに化学結合されており、該第一イオン成分の電荷は隣接する該電極の極性と同じであることを特徴とするトランスデューサ。 - 前記イオン固定層は、前記高抵抗誘電層の表裏両面に配置される請求項1に記載のトランスデューサ。
- 前記金属酸化物粒子のメジアン径は、5nm以上100nm以下である請求項1または請求項2に記載のトランスデューサ。
- 前記イオン固定粒子は水酸基を有し、
前記イオン固定層の前記エラストマーは、該水酸基と反応可能な官能基を有する請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のトランスデューサ。 - 前記金属酸化物粒子は、チタン、ジルコニウム、およびケイ素から選ばれる一種以上の元素を含む請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のトランスデューサ。
- 前記イオン固定層における前記イオン固定粒子の含有量は、前記エラストマーの100質量部に対して1質量部以上10質量部以下である請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のトランスデューサ。
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