介電膜及其制造方法、以及使用其的轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】介電膜具有彈性體和化學(xué)鍵合于該彈性體、且在該彈性體中以一次顆粒的狀態(tài)分散的粒徑100nm以下的金屬氧化物顆粒。介電膜的制造方法包括：螯合化工序，將螯合劑添加到有機(jī)金屬化合物中，生成該有機(jī)金屬化合物的螯合物；溶膠制造工序，將有機(jī)溶劑和水添加到該螯合物中，得到通過該有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)生成的金屬氧化物顆粒的溶膠；混合液制備工序，將該金屬氧化物顆粒的溶膠與包含橡膠聚合物的聚合物溶液混合，制備混合液，所述橡膠聚合物具有可與羥基反應(yīng)的官能團(tuán)；成膜工序，將該混合液涂布在基材上，使涂膜固化得到介電膜。
【專利說明】介電膜及其制造方法、以及使用其的轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于致動器、揚聲器等轉(zhuǎn)換器的介電膜及其制造方法。另外，涉及具備該介電膜的轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]作為轉(zhuǎn)換器，已知有進(jìn)行機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換的致動器、傳感器等，或者進(jìn)行聲能與電能的轉(zhuǎn)換的揚聲器、話筒等。為了構(gòu)成柔軟性高、小型且較輕的轉(zhuǎn)換器，介電彈性體等高分子材料是有用的。
[0003]例如，可以如專利文獻(xiàn)I所記載的那樣，在由介電彈性體形成的介電膜的厚度方向的兩面上配置一對電極，構(gòu)成致動器。對于這種致動器而言，如果增加電極間的施加電壓，那么電極間的靜電引力變大。因此，夾在電極間的介電膜從厚度方向被壓縮，介電膜的厚度變薄。如果膜厚變薄，那么相應(yīng)地介電膜在平行于電極面的方向伸長。另一方面，如果減小電極間的施加電壓，那么電極間的靜電引力變小。因此，對介電膜的厚度方向上的壓縮力變小，在介電膜的彈性回復(fù)力的作用下膜厚變厚。如果膜厚變厚，那么相應(yīng)地介電膜在平行于電極面的方向收縮。如此，致動器通過使介電膜伸長、收縮，從而使驅(qū)動對象部件驅(qū)動。
[0004]為了施加大的電壓而增大從致動器輸出的力和位移量，期望介電膜的體積電阻率大，耐介質(zhì)擊穿性高。作為耐介質(zhì)擊穿性高的彈性體材料，已知有硅酮橡膠。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特表2003-506858號公報
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2011-084712號公報
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本特開2008-69326號公報
[0010]專利文獻(xiàn)4:日本特開2006-265094號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]硅酮橡膠以硅氧烷鍵為骨架。因此電阻大。因而，由硅酮橡膠所形成的介電膜，即使施加較大電壓也不易被介質(zhì)擊穿。然而，硅酮橡膠的極性小。即，相對介電常數(shù)小。因此，使用由硅酮橡膠形成的介電膜構(gòu)成致動器時，對應(yīng)于施加電壓的靜電引力小。因而，通過實用的電壓不能得到所期望的力和位移量。
[0013]另一方面，作為介電膜的材料，本發(fā)明人開發(fā)了通過在由有機(jī)金屬化合物交聯(lián)而成的彈性體中配混二氧化硅等無機(jī)填料而成的彈性體材料(參照專利文獻(xiàn)2)。在該彈性體材料中，電子的流動被二氧化硅顆粒阻斷。因此電阻變大。然而，二氧化硅顆粒并非直接化學(xué)鍵合于彈性體。因此，在施加電壓時，在二氧化硅顆粒和彈性體之間的微小的間隙間產(chǎn)生放電，從而可能招致耐介質(zhì)擊穿性降低。另外，由于二氧化硅顆粒易聚集，因此難以在彈性體中均勻的分散。例如，聚集顆粒這樣的粒徑大的顆粒存在于介電膜中時，容易造成在伸長時的伸長不均勻。此時，容易產(chǎn)生作為以該顆粒為基點的缺陷，存在耐介質(zhì)擊穿性降低的擔(dān)心。
[0014]本發(fā)明鑒于這樣的實際情況而進(jìn)行，其課題在于提供一種耐介質(zhì)擊穿性高的介電膜及其制造方法。另外，本發(fā)明的課題在于提供耐介質(zhì)擊穿性高、耐久性優(yōu)異的轉(zhuǎn)換器。
[0015]用于解決問題的方案
[0016](I)本發(fā)明的介電膜，其特征在于，其為用于轉(zhuǎn)換器的介電膜，其具有彈性體和化學(xué)鍵合于該彈性體、在該彈性體中以一次顆粒的狀態(tài)分散的粒徑IOOnm以下的金屬氧化物顆粒。
[0017]在本發(fā)明的介電膜中，通過在彈性體中分散的金屬氧化物顆粒來阻斷電子的流動。因此，本發(fā)明的介電膜的電阻大。此處，金屬氧化物顆粒被化學(xué)鍵合于彈性體。因而，金屬氧化物顆粒和彈性體之間沒有間隙。因此，在施加電壓時難以產(chǎn)生由于放電導(dǎo)致的介質(zhì)擊穿。另外，由于固定于彈性體，因此金屬氧化物顆粒難以聚集。即，金屬氧化物顆粒并不是聚集的二次顆粒，而是以單獨的一次顆粒的狀態(tài)，均勻地分散于彈性體中。進(jìn)而，金屬氧化物顆粒為粒徑IOOnm以下的細(xì)顆粒。因此，介電膜的膜質(zhì)變得均勻。因此，伸長時的伸長變得均勻，難以產(chǎn)生以金屬氧化物顆粒為基點的缺陷。
[0018]如此，通過使金屬氧化物的納米顆粒化學(xué)鍵合于彈性體、在彈性體中均勻地分散，從而可以大幅提高介電膜的耐介質(zhì)擊穿性。因此，可以對本發(fā)明的介電膜施加更大的電壓。其結(jié)果，通過具有本發(fā)明的介電膜的轉(zhuǎn)換器，可以得到更大的力和位移量。
[0019]另外，本發(fā)明的介電膜的電阻大。因而，在實用的電壓范圍下施加電壓時，電流難以在介電膜中流動。因此，在介電膜中蓄積大量的電荷。由此，產(chǎn)生大的靜電引力，輸出的力和位移量變大。另外，由于電流難以在介電膜中流動，因此可抑制焦耳熱的產(chǎn)生。因此，本發(fā)明的介電膜由于熱的破壞的可能也小。
[0020]( 2 )另外，用于制造上述本發(fā)明的介電膜的本發(fā)明的介電膜的制造方法包括:螯合化工序，將螯合劑添加到有機(jī)金屬化合物中，生成該有機(jī)金屬化合物的螯合化工序；溶膠制造工序，將有機(jī)溶劑和水添加到該螯合物中，得到由該有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)生成的金屬氧化物顆粒的溶膠；混合液制備工序，將該金屬氧化物顆粒的溶膠與包含橡膠聚合物的聚合物溶液混合，制備混合液，所述橡膠聚合物具有可與羥基反應(yīng)的官能團(tuán)；成膜工序，將該混合液涂布在基材上，使涂膜固化得到介電膜。
[0021]在本發(fā)明的制造方法中，將金屬氧化物顆粒的溶膠和包含橡膠聚合物的聚合物溶液混合而成的混合液成膜，制造上述本發(fā)明的介電膜。首先，在螯合化工序中，使用螯合劑，將原料的有機(jī)金屬化合物螯合化。有機(jī)金屬化合物與水反應(yīng)水解并且縮聚(溶膠凝膠反應(yīng))。通過將有機(jī)金屬化合物預(yù)先螯合化，在接下來的工序中抑制有機(jī)金屬化合物與水的激烈的反應(yīng)，可以制造粒徑小的金屬氧化物顆粒而不使其聚集。接著，在溶膠制造工序中，向有機(jī)金屬化合物的螯合物中添加有機(jī)溶劑和水，進(jìn)行水解反應(yīng)。由此，生成金屬氧化物顆粒。稍后詳細(xì)說明，可以利用有機(jī)溶劑的組成調(diào)整生成的金屬氧化物顆粒的粒徑。接著，在混合液制備工序中，將前工序中制造的金屬氧化物顆粒的溶膠與包含橡膠聚合物的聚合物溶液混合，制備混合液。溶膠中的金屬氧化物顆粒具有羥基(-0H)。另一方面，橡膠聚合物具有可與該羥基反應(yīng)的官能團(tuán)。因此，在接下來的成膜工序中，由混合液形成的涂膜固化，并且羥基與官能團(tuán)反應(yīng)，金屬氧化物顆粒與橡膠聚合物化學(xué)鍵合。由此，金屬氧化物顆粒均勻地分散在固化了的橡膠聚合物(彈性體)中。這樣，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，可以容易地制造上述本發(fā)明的介電膜。
[0022](3)另外，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的特征在于，具備上述本發(fā)明的介電膜和夾著該介電膜而配置的多個電極。
[0023]本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器具備上述本發(fā)明的介電膜。如上所述，本發(fā)明的介電膜的耐介質(zhì)擊穿性高。另外，在實用的電壓范圍內(nèi)，電流難以在介電膜中流動，因此在介電膜中蓄積了大量的電荷。由此，產(chǎn)生了大的靜電引力。因此，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器可以得到更大的力和位移量。另外，上述本發(fā)明的介電膜由于熱導(dǎo)致的破壞的可能小。因此，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的耐久性優(yōu)異。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的一實施方式的致動器的截面示意圖，(a)表示電壓關(guān)閉狀態(tài)，(b)表示電壓開啟狀態(tài)。
[0025]圖2為表示IPA的添加量和TiO2顆粒的粒徑的關(guān)系的圖。
[0026]圖3為表示相對于TiO2顆粒的含量的彈性模量的變化的圖。
[0027]圖4為表示彈性模量和體積電阻率的關(guān)系的圖。
[0028]圖5為測定裝置上安裝的致動器的表側(cè)主視圖。
[0029]圖6為圖5的V1-VI剖視圖。
[0030]附圖標(biāo)記說明
[0031]1:致動器(轉(zhuǎn)換器)，10:介電膜，11a、Ilb:電極，12a、12b:配線，13:電源。
[0032]5:致動器，50:介電膜，51a、51b:電極，52:上側(cè)卡盤，53:下側(cè)卡盤。
【具體實施方式】
[0033]以下，對本發(fā)明的介電膜、其制造方法以及轉(zhuǎn)換器的實施方式進(jìn)行說明。需要說明的是，本發(fā)明的介電膜、其制造方法以及轉(zhuǎn)換器并不限定于以下的實施方式，在不偏離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種變更、改良等以各種方式來實施。
[0034]〈介電膜〉
[0035]本發(fā)明的介電膜具有彈性體和化學(xué)鍵合于該彈性體、在該彈性體中以一次顆粒的狀態(tài)分散的粒徑IOOnm以下的金屬氧化物顆粒。
[0036][彈性體]
[0037]彈性體只要是可與金屬氧化物顆?；瘜W(xué)鍵合的物質(zhì)就沒有特別的限定。從使電壓施加時產(chǎn)生的靜電引力增大的觀點來看，期望極性大，即相對介電常數(shù)大的彈性體。例如，相對介電常數(shù)為2.8以上(測定頻率100Hz)的物質(zhì)是適宜的。作為相對介電常數(shù)大的彈性體，例如列舉出:丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(H-NBR)、丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠、氟橡膠、氟硅酮橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、氯丁橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、氯化聚乙烯等。作為彈性體，可以單獨使用一種或?qū)煞N以上混合使用。
[0038]如在之后的制造方法中說明的那樣，本發(fā)明的介電膜使用具有可與金屬氧化物顆粒的羥基反應(yīng)的官能團(tuán)的橡膠聚合物來制造。作為可與羥基反應(yīng)的官能團(tuán)可列舉出羧基(-C00H)、氨基(-NH)、環(huán)氧基等。因此，只要使用將官能團(tuán)導(dǎo)入上述彈性體等改性了的彈性體即可。例如，羧基改性丁腈橡膠(X-NBR)、羧基改性氫化丁腈橡膠(XH-NBR)等是適宜的。在X-NBR、XH-NBR中，期望丙烯腈的含量(結(jié)合AN量)為33質(zhì)量％以上。結(jié)合AN量為以橡膠總體質(zhì)量為100質(zhì)量％時，丙烯腈的質(zhì)量比例。
[0039][金屬氧化物顆粒]
[0040]金屬氧化物顆粒通過自身的羥基與彈性體的官能團(tuán)的反應(yīng)化學(xué)鍵合于彈性體。從絕緣性高的觀點來看，作為金屬氧化物顆粒期望包含選自鈦、鋯和硅的一種以上的元素的物質(zhì)。例如可列舉出二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)等各自單獨的氧化物顆粒、或它們的復(fù)合顆粒(Ti02/Zr02、Ti02/Si02等)。含有的金屬氧化物顆粒既可以為一種也可以是兩種。
[0041]金屬氧化物顆粒的粒徑為IOOnm以下?？紤]到彈性體中的分散性、介電膜的均勻性等，期望金屬氧化物顆粒的粒徑小。例如，期望金屬氧化物顆粒的中值粒徑為IOnm以上且50nm以下。中值粒徑為30nm以下，進(jìn)而為20nm以下是更適宜的。對于金屬氧化物顆粒的粒徑可以通過使用透射型電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行觀察從而測定。另外，也可以通過小角X射線散射法測定。
[0042]如在之后的制造方法中說明的那樣，金屬氧化物顆粒通過有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)合成(溶膠凝膠法)。此時，推定溶膠中的金屬氧化物顆粒的粒徑和介電膜中的金屬氧化物顆粒的粒徑相同。因此，也可以采用溶膠中的金屬氧化物顆粒的粒徑作為介電膜中的金屬氧化物顆粒的粒徑。溶膠中的金屬氧化物顆粒的粒徑可以使用例如日機(jī)裝株式會社制造的激光衍射?散射式粒徑?粒度分布測定裝置測定。另外，可以將溶膠干固，使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察從而測定。
[0043]金屬氧化物顆粒的含量可以考慮介電膜的體積電阻率和柔軟性而適宜地決定。例如，使金屬氧化物顆粒的含量為相對于100質(zhì)量份彈性體為I質(zhì)量份以上且20質(zhì)量份以下較佳。金屬氧化物顆粒的含量不足I質(zhì)量份時，電阻的增加效果小。另一方面，若超過20質(zhì)量份，電阻的增加效果飽和， 僅增加彈性模量。
[0044][其它成分]
[0045]本發(fā)明的介電膜在包含上述彈性體和金屬氧化物顆粒的基礎(chǔ)上還可以包含其它成分。作為其它成分可列舉出交聯(lián)劑、增強(qiáng)劑、增塑劑、抗老化劑、著色劑等和絕緣性高的無機(jī)填料。通過配混絕緣材料可以進(jìn)一步增大介電膜的電阻。作為無機(jī)填料，例如列舉出二氧化硅、氧化鈦、鈦酸鋇、碳酸鈣、粘土、燒成粘土、滑石等。可以單獨使用它們的一種，或者配混二種以上使用。例如，從后述的官能團(tuán)的數(shù)量多、相對便宜的理由出發(fā)，二氧化硅是適宜的。另外，對于二氧化硅、氧化鈦、鈦酸鋇也可以使用通過有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)(溶膠凝膠法)制造的物質(zhì)。
[0046]為了阻斷電子的流動，進(jìn)一步提高絕緣性，期望彈性體與無機(jī)填料化學(xué)鍵合。此時，作為無機(jī)填料可使用具有可與彈性體反應(yīng)的官能團(tuán)的無機(jī)填料。作為官能團(tuán)，可例舉出羥基(-0H)、羧基(-C00H)、馬來酸酐基等。無機(jī)填料的配混比例可以考慮到介電膜的體積電阻率等來決定。例如,相對于100質(zhì)量份彈性體，期望為5質(zhì)量份以上且50質(zhì)量份以下。不足5質(zhì)量份時，增大電阻的效果減小。相反地，如果超過50質(zhì)量份，那么存在介電膜變硬、柔軟性受損的可能。
[0047]本發(fā)明的介電膜，其由液態(tài)組合物制造，所述液態(tài)組合物包含通過有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)合成的具有羥基的金屬氧化物顆粒和包含具有可與該金屬氧化物顆粒的該羥基反應(yīng)的官能團(tuán)的橡膠聚合物的聚合物溶液。以下，對本發(fā)明的介電膜的制造方法進(jìn)行說明。
[0048]〈介電膜的制造方法〉
[0049]本發(fā)明的介電膜的制造方法包括螯合化工序、溶膠制造工序、混合液制備工序和成膜工序。以下，對各工序依次進(jìn)行說明。
[0050][螯合化工序]
[0051]本工序為將螯合劑添加到有機(jī)金屬化合物中，生成該有機(jī)金屬化合物的螯合物的工序。需要說明的是，在制造Ti02/Zr02、Ti02/Si02等復(fù)合顆粒的溶膠時，在本工序中也可將構(gòu)成復(fù)合顆粒之一的金屬氧化物原料的有機(jī)金屬化合物預(yù)先螯合化，在接下來的溶膠制造工序中，將其它的金屬氧化物的原料的有機(jī)金屬化合物添加到該螯合物中。
[0052]有機(jī)金屬化合物可以根據(jù)目標(biāo)金屬氧化物顆粒的種類從金屬醇鹽化合物、金屬?；衔镏羞m宜的選擇。作為金屬醇鹽化合物，可例舉出四正丁氧基鈦、四正丁氧基錯、四正丁氧基娃燒、四異丙氧基欽、四乙氧基娃燒、四(2_乙基己氧基)欽、丁氧基鈦(Titanium butoxide) 二聚體等。另外，作為金屬酰化物,列舉出:多輕基硬脂酸鈦(polyhydroxy titanium stearate)、三丁氧基單硬月旨酸錯等。
[0053]作為螯合劑，可以使用乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、二苯甲?；淄榈圈耞 二酮，乙酰乙酸乙酯、苯甲酰乙酸乙酯等β -酮酸酯，三乙醇胺，乳酸，2-乙基己烷-1，3 二醇，I, 3己二醇等。螯合劑期望為與在混合液制備工序中用于溶解橡膠聚合物的溶劑相同的物質(zhì)。
[0054][溶膠制造工序]
[0055]本工序為將有機(jī)溶劑和水添加到生成的螯合物中，得到由有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)生成的金屬氧化物顆粒的溶膠的工序。在本工序中有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)推進(jìn)，生成金屬氧化物顆粒。
[0056]有機(jī)溶劑可以使用甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)等醇類，甲乙酮(ΜΕΚ)、甲基異丁基酮(MIBK)等酮類，四氫呋喃(THF)等醚類。例如，若添加IPA則螯合物與水的親和性提高，變得易生成金屬氧化物顆粒的核。另外，若添加ΜΕΚ，可以在混合液制備工序中使金屬氧化物顆粒的溶膠與聚合物溶液的相容性提高。另外，根據(jù)使用的有機(jī)溶劑的種類、添加量的不同，生成的金屬氧化物顆粒的粒徑隨之變化。例如欲生成中值粒徑為10?50nm左右的金屬氧化物顆粒時，按照IPA的摩爾數(shù)/MEK的摩爾數(shù)=0.6左右的方式添加IPA與MEK，且使IPA的添加量為使用的有機(jī)金屬化合物的摩爾數(shù)的7?10倍的量。水只要添加有機(jī)金屬化合物的水解必要的量即可。
[0057]得到的溶膠可以直接用于接下來的工序?；蛘?，也可以實施熟化處理、微波處理后用于接下來的工序。若實施熟化工序、微波處理，可以使金屬氧化物顆粒中剩余的羥基失活。由此，補(bǔ)強(qiáng)性降低，可形成柔軟的介電膜。另外，可以抑制溶膠的保存時金屬氧化物顆粒之間的聚集。例如，熟化處理可將溶膠在40°C左右的溫度下靜置數(shù)小時來進(jìn)行。
[0058][混合液制備工序]
[0059]本工序為將制造的金屬氧化物顆粒的溶膠和包含橡膠聚合物的聚合物溶液混合、制備混合液的工序，所述橡膠聚合物具有可與羥基反應(yīng)的官能團(tuán)。
[0060]聚合物溶液將規(guī)定的橡膠聚合物溶解于溶劑中制備。如上所述，使用的溶劑期望使用與將有機(jī)金屬化合物螯合化的螯合劑相同的物質(zhì)。溶膠的配混量根據(jù)彈性體中含有的金屬氧化物顆粒的量而適宜地決定。另外，根據(jù)需要，混合液中也可以配混交聯(lián)劑、無機(jī)填料等其它成分。此時，其它成分也可以預(yù)先配混于聚合物溶液中。作為交聯(lián)劑，有機(jī)金屬化合物是適宜的。交聯(lián)劑的反應(yīng)殘渣變成雜質(zhì)，成為使介電膜的耐介質(zhì)擊穿性降低的一個原因。使用有機(jī)金屬化合物則難以生成反應(yīng)殘渣。因此可以抑制介電膜的耐介質(zhì)擊穿性降低。
[0061][成膜工序]
[0062]本工序為將制備的混合液涂布于基材上，使涂膜固化得到介電膜的工序。對混合液的涂布方法沒有特別的限定。例如除噴墨印刷、柔性印刷、照相凹版印刷、絲網(wǎng)印刷、移印印刷、光刻等印刷法以外，可列舉出浸涂法、噴霧法、棒涂法等。另外，涂膜的固化溫度可考慮使用的溶劑的種類、反應(yīng)速度而適宜地決定。例如，期望為溶劑的沸點以上。
[0063]<轉(zhuǎn)換器>
[0064]本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器具備本發(fā)明的介電膜和夾著該介電膜配置的多個電極。本發(fā)明的介電膜的結(jié)構(gòu)以及制造方法，如上所述。因此，此處舍棄說明。需要說明的是，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器中，優(yōu)選采用本發(fā)明的介電膜的優(yōu)選實施方式。
[0065]介電膜的厚度可根據(jù)用途等來適宜決定。例如，在將本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器用作致動器的情況下，從致動器的小型化、低電位驅(qū)動化、以及增大位移量等觀點考慮，優(yōu)選厚度薄的介電膜。此時，若還考慮到耐介質(zhì)擊穿性等，優(yōu)選介電膜的厚度為Iym以上且IOOOym(Imm)以下。更優(yōu)選的范圍為5 μ m以上且200 μ m以下。
[0066]在本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器中，對電極的材質(zhì)沒有特別限定。電極優(yōu)選可跟隨介電膜的變形而伸縮。此時，介電膜的變形不易受電極的限制。因此，在本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器中，易得到所期望的輸出。例如，可以由將導(dǎo)電材料混合到油、彈性體等粘合劑中而成的導(dǎo)電糊劑或者導(dǎo)電涂料形成電極。作為導(dǎo)電材料，只要使用炭黑、科琴黑、碳納米管、石墨烯等炭材料、銀等金屬粉末即可。另外，也可將碳纖維、金屬纖維編成網(wǎng)狀形成電極。
[0067]另外，如果將本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器制成交替層疊多個介電膜和電極而成的層疊結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生更大的力。因此，在采用層疊結(jié)構(gòu)的情況下，例如可增大致動器的輸出。由此，可以以更大的力來驅(qū)動驅(qū)動對象部件。
[0068]以下，對將本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器具體為致動器的實施方式進(jìn)行說明。圖1表示本實施方式的致動器的截面示意圖。(a)表示電壓關(guān)閉狀態(tài)，(b)表示電壓開啟狀態(tài)。
[0069]如圖1所示，致動器I具備有介電膜10和電極IlaUlb和配線12a、12b。介電膜10具有羧基改性氫化丁腈橡膠(HX-NBR)和二氧化鈦(TiO2)顆粒。TiO2的粒徑為IOOnm以下，中值粒徑為14nm。TiO2顆?；瘜W(xué)鍵合于HX-NBR，以一次顆粒的狀態(tài)分散于HX-NBR中。電極Ila按照覆蓋介電膜10的大致整個上表面的方式配置。同樣，電極Ilb按照覆蓋介電膜10的大致整個下表面的方式配置。電極IlaUlb分別介由配線12a、12b而連接于電源13。
[0070]在從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開啟狀態(tài)時，對一對電極IlaUlb間施加電壓。通過電壓的施加，介電膜10的厚度變薄，如圖1的(b)中空心箭頭所示那樣，相應(yīng)地，其在平行于電極IlaUlb面的方向伸長。由此，致動器I輸出圖中上下方向以及左右方向的驅(qū)動力。
[0071]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過分散在HX-NBR中的TiO2顆粒阻斷介電膜10中的電子流動。因此，介電膜10的電阻大。另外，TiO2顆?；瘜W(xué)鍵合于HX-NBR。因而，TiO2顆粒與HX-NBR之間沒有間隙。因此，在施加電壓時難以產(chǎn)生由于放電導(dǎo)致的介質(zhì)擊穿。另外，TiO2顆粒以一次顆粒的狀態(tài)分散于HX-NBR中。因此，介電膜10的膜質(zhì)均勻。因此，在介電膜10中，伸長時的伸長變得均勻，難以產(chǎn)生以TiO2顆粒為基點的缺陷。
[0072]如此，介電膜10具有高耐介質(zhì)擊穿性。因此，可以向介電膜10施加更大的電壓。另外，介電膜10的電阻大。即，在實用的電壓范圍下施加電壓時，電流難以在介電膜10中流動。因此，可在介電膜10蓄積很多電荷。由此，產(chǎn)生了大的靜電引力。因此，通過致動器I可以得到大的力和位移量。另外，由于電流難以在介電膜10中流動，因此難以產(chǎn)生焦耳熱。因此，介電膜10由于熱導(dǎo)致的破壞的可能小。因而，致動器I的耐久性優(yōu)異。
[0073]實施例
[0074]接著，通過列舉實施例來更具體地說明本發(fā)明。
[0075]<溶膠的制造>
[0076][TiO2 溶膠]
[0077]首先，于0.0lmol有機(jī)金屬化合物的四異丙氧基鈦中加入0.02mol乙酰丙酮并螯合化。接著，向得到的螯合物中添加0.083mol異丙醇(IPA)、0.139mol甲乙酮(MEK)和0.04mol水，得到TiO2顆粒的溶膠。其后，將得到的溶膠于40°C下靜置2小時，進(jìn)行熟化處理。制造的溶膠稱為TiO2溶膠。
[0078]另一方面，與此不同，改變IPA的添加量來制造溶膠，調(diào)查IPA的添加量和TiO2顆粒的粒徑的關(guān)系。該實驗將IPA的摩爾數(shù)/MEK的摩爾數(shù)的值固定為約0.6，改變相對于
0.0lmol四異丙氧基鈦的IPA的添加量而進(jìn)行。然后，使用日機(jī)裝株式會社制造的激光衍射.散射式粒徑.粒度分布測定裝置測定熟化處理后的溶膠中所含的TiO2顆粒的中值粒徑。其結(jié)果示于圖2。
[0079]如圖2所示，IPA的添加量越多，生成的TiO2顆粒的中值粒徑越小。另外,確認(rèn),為了生成中值粒徑為50nm (0.05 μ m)以下的TiO2顆粒，使IPA的添加量為0.07mol以上(使用的有機(jī)金屬化合物的摩爾數(shù)的?倍量以上)較佳。另外，添加0.083mol的IPA而制造的上述TiO2溶膠中的TiO2顆粒的粒徑為IOOnm以下、中值粒徑為14nm。
[0080][Ti02/Si02 溶膠]
[0081]在上述TiO2溶膠的制造中，向四異丙氧基鈦的螯合物中添加0.005mol四乙氧基硅烷之后，添加IPA、MEK和水，得到Ti02/Si02復(fù)合顆粒的溶膠。將得到的溶膠于40°C下靜置2小時，進(jìn)行熟化處理。制造的溶膠稱為Ti02/Si02溶膠。
[0082][Ti02/Zr02 溶膠]
[0083]在上述TiO2溶膠的制造中，向四異丙氧基鈦的螯合物中添加在0.005mol鋯的醇鹽中加入0.0lmol乙酰丙酮而螯合化而成的螯合物后，添加IPA、MEK和水，得到Ti02/Zr02復(fù)合顆粒的溶膠。將得到的溶膠于40°C下靜置2小時，進(jìn)行熟化處理。制造的溶膠稱為Ti02/Zr02 溶膠。
[0084] 〈介電膜的制造〉
[0085][實施例1~3]
[0086]首先，將羧基改性氫化丁腈橡膠(LANXESS公司制造“ Therban(注冊商標(biāo))XT8889，，)溶解于乙酰丙酮，制備固體成分濃度為12質(zhì)量％的聚合物溶液。接著，向制備的100質(zhì)量份聚合物溶液中混合20.57質(zhì)量份的TiO2溶膠，進(jìn)一步，添加3質(zhì)量份的四(2-乙基己氧基)鈦的乙酰丙酮溶液(濃度20質(zhì)量％)作為交聯(lián)劑，制備混合液。然后，將制備的混合液涂布于基材上，干燥后，在150°C加熱約60分鐘而得到介電膜。介電膜的膜厚約為20 μ m，相對于100質(zhì)量份彈性體(HX-NBR)，TiO2顆粒的含量為6.6質(zhì)量份。將制造的介電膜作為實施例1的介電膜。
[0087]除了改變?nèi)苣z的種類和配混量以外，與實施例1的介電膜同樣，進(jìn)而制造兩種的介電膜。將制造的介電膜作為實施例2的介電膜(使用Ti02/Si02溶膠)和實施例3的介電膜(使用Ti02/Zr02溶膠)。
[0088][比較例I]
[0089]除了不配混溶膠以外，與實施例1的介電膜同樣，制造介電膜。將制造的介電膜作為比較例I的介電膜。
[0090][實施例4?7]
[0091]進(jìn)而，配混二氧化硅作為無機(jī)填料，制造介電膜。首先，用輥煉機(jī)將100質(zhì)量份羧基改性氫化丁腈橡膠(同上)與10質(zhì)量份二氧化硅(NIPPON AER0SIL C0.，LTD制造"Aerosil (注冊商標(biāo))380”)混煉。接著，將混煉的材料溶解于乙酰丙酮，制備固體成分濃度為12質(zhì)量％的聚合物溶液。接著，向制備的100質(zhì)量份聚合物溶液中混合18.95質(zhì)量份的TiO2溶膠，進(jìn)一步作為交聯(lián)劑，添加3質(zhì)量份的四(2-乙基己氧基)鈦的乙酰丙酮溶液(濃度20質(zhì)量％)，制備混合液。然后，將制備的混合液涂布于基材上，干燥后，在150°C加熱約60分鐘而得到介電膜。介電膜的膜厚約為20 μ m，相對于100質(zhì)量份彈性體(HX-NBR)，TiO2顆粒的含量為6.6質(zhì)量份。將制造的介電膜作為實施例4的介電膜。
[0092]除了改變?nèi)苣z的種類和配混量以外，與實施例4的介電膜同樣，進(jìn)而制造三種介電膜。將制造的介電膜作為實施例5的介電膜(使用Ti02/Si02溶膠)、實施例6的介電膜(使用Ti02/Zr02溶膠)和實施例7的介電膜(使用TiO2溶膠和Ti02/Zr02溶膠)。
[0093][比較例2]
[0094]除了不配混溶膠以外，與實施例4的介電膜同樣，制造介電膜。將制造的介電膜作為比較例2的介電膜。
[0095]〈介電膜的物性〉
[0096][彈性模量]
[0097]以JIS K6254(2003)為基準(zhǔn)測定制造的介電膜的靜態(tài)剪切彈性模量。在低變形拉伸試驗中的伸長率為25%。
[0098][體積電阻率]
[0099]以JIS Κ6271 (2008)為基準(zhǔn)測定制造的介電膜的體積電阻率。測定是在施加100V直流電壓下進(jìn)行。
[0100]評價
[0101]將介電膜的彈性模量和體積電阻率的測定結(jié)果與介電膜的組成一同不于表I。表I中金屬氧化物顆粒的含量為由使用的溶膠中的鈦(Ti)量換算出的值。
[0102][表I]
【權(quán)利要求】
1.一種介電膜，其特征在于，其為用于轉(zhuǎn)換器的介電膜， 其具有彈性體，和 化學(xué)鍵合于該彈性體、且在該彈性體中以一次顆粒的狀態(tài)分散的粒徑IOOnm以下的金屬氧化物顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電膜，其由液態(tài)組合物制造，所述液態(tài)組合物包含:通過有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)合成且具有羥基的所述金屬氧化物顆粒，和含有橡膠聚合物的聚合物溶液，所述橡膠聚合物具有可與該金屬氧化物顆粒的該羥基反應(yīng)的官能團(tuán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介電膜，其中，所述官能團(tuán)是選自羧基、氨基和環(huán)氧基中的一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的介電膜，其中，所述金屬氧化物顆粒包含選自鈦、錯和娃中的一種以上的兀素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的介電膜，其中，所述金屬氧化物顆粒的中值粒徑為IOnm以上且50nm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的介電膜,其中,相對于100質(zhì)量份所述彈性體，所述金屬氧化物顆粒的含量為I質(zhì)量份以上且20質(zhì)量份以下。
7.—種介電膜的制造方法,其特征在于,其為權(quán)利要求1?6中任一項所述的介電膜的制造方法，其包括: 螯合化工序，將螯合劑添加到有機(jī)金屬化合物中，生成該有機(jī)金屬化合物的螯合物；溶膠制造工序，將有機(jī)溶劑和水添加到該螯合物中，得到通過該有機(jī)金屬化合物的水解反應(yīng)生成的金屬氧化物顆粒的溶膠； 混合液制備工序，將該金屬氧化物顆粒的溶膠與包含橡膠聚合物的聚合物溶液混合，制備混合液，所述橡膠聚合物具有可與羥基反應(yīng)的官能團(tuán)； 成膜工序，將該混合液涂布在基材上，使涂膜固化得到介電膜。
8.一種轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其具備權(quán)利要求1?6中任一項所述的介電膜和夾著該介電膜而配置的多個電極。
【文檔編號】C08L15/00GK103477553SQ201280018812
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】高松成亮, 熊谷信志 申請人:東海橡塑工業(yè)株式會社