[发明专利]介电膜及其制造方法、以及使用其的转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于致动器、传感器等转换器的介电膜及其制造方法，以及使用其的转换器(transducer)。

背景技术

转换器中，有进行机械能与电能的转换的致动器、传感器、发电元件等，或者进行声能与电能的转换的扬声器、话筒等。为了构成柔软性高、小型且较轻的转换器，介电弹性体等高分子材料是有用的。

例如，可通过在由介电弹性体所形成的介电膜的厚度方向的两面配置一对电极，从而构成致动器。对于这种致动器而言，如果增加电极间的施加电压，那么电极间的静电引力变大。因此，夹在电极间的介电膜从厚度方向被压缩，介电膜的厚度变薄。如果膜厚变薄，那么相应地介电膜在平行于电极面的方向伸长。另一方面，如果减小电极间的施加电压，那么电极间的静电引力变小。因此，从厚度方向对介电膜的压缩力变小，在介电膜的弹性回复力的作用下膜厚变厚。如果膜厚变厚，那么相应地介电膜在平行于电极面的方向收缩。像这样，致动器通过使介电膜伸长、收缩，从而使驱动对象部件驱动。作为介电膜的材料，可以使用硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶等(例如参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2003-505865号公报

专利文献2：日本特表2001-524278号公报

专利文献3：日本专利第3295023号公报

发明内容

发明要解决的问题

例如，硅橡胶以硅氧烷键为骨架，因此电阻较大。因此，由硅橡胶所形成的介电膜，即使施加较大电压也不易被击穿。然而，聚二甲基硅氧烷系的硅橡胶的极性小。即，相对介电常数小。因此，使用聚二甲基硅氧烷系的硅橡胶制的介电膜构成致动器时，施加电压所对应的静电引力小。因此，无法获得充分的力和位移量。

另一方面，使用相对介电常数大的介电膜构成致动器时，可在介电膜与电极的界面贮存很多电荷。因此，施加电压所对应的静电引力变大。例如，公知的丙烯酸酯橡胶、丁腈橡胶的相对介电常数比硅橡胶大。因此，它们适合用于介电膜。然而，丙烯酸酯橡胶等的电阻比硅橡胶小。因此，将丙烯酸酯橡胶等用作介电膜时，如果施加电压变大，那么电流流到介电膜中，电荷难以积存。因此，尽管相对介电常数大，但是静电引力变小，无法获得充分的力和位移量。另外，如果电流在介电膜中流动，那么存在产生的焦耳热使得介电膜被破坏的可能。另外，由于电阻小，因此也存在介电膜易被击穿的问题。

本发明鉴于这样的实际情况而进行，其目的在于提供一种电阻大、耐久性优异的介电膜及其制造方法。另一目的在于提供一种使用这样的介电膜并且位移量大、耐久性优异的转换器。

用于解决问题的方案

(1)本发明的介电膜的特征在于，其为在转换器中夹设于至少一对电极间的介电膜，其由三维交联体构成，所述三维交联体由下列物质合成：有机金属化合物；具有可与该有机金属化合物反应的官能团并且不为聚二甲基硅氧烷的橡胶聚合物；和，具有可与该有机金属化合物反应的官能团的无机填料。

上述专利文献3中公开了一种陶瓷复合橡胶，所述陶瓷复合橡胶由橡胶聚合物、以及，具有与橡胶聚合物反应的有机官能团的有机金属化合物通过化学键合而得到。该陶瓷复合橡胶中不含有用于构成三维交联体的无机填料。即，根据该陶瓷复合橡胶，由未反应的有机金属化合物的水解而生成的金属氧化物仅仅分散于橡胶中。

与此相对，本发明中的三维交联体具有无机填料。另外，橡胶聚合物和无机填料都具有可与有机金属化合物反应的官能团。因此，在合成三维交联体时，橡胶聚合物与有机金属化合物、以及无机填料与有机金属化合物，分别进行反应并化学键合。即，本发明中的三维交联体具有以下结构：橡胶聚合物通过有机金属化合物而交联，同时无机填料嵌入到所生成的交联键中。

在本发明的三维交联体中，通过无机填料、有机金属化合物来源的金属氧化物这两者从而阻断电子的流动。因此，三维交联体的电阻大。即，本发明的介电膜的电阻大。因此，将本发明的介电膜配置于一对电极间并施加电压时，电流难以在介电膜中流动。因此，可在介电膜中贮存很多电荷。其结果，静电引力变大，例如在致动器中可获得较大的力和位移量。