[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

本发明涉及用于致动器、扬声器等转换器的介电膜及其制造方法。另外，涉及具备该介电膜的转换器。

背景技术

作为转换器，已知有进行机械能与电能的转换的致动器、传感器等，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，可以如专利文献1所记载的那样，在由介电弹性体形成的介电膜的厚度方向的两面上配置一对电极，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，对介电膜的厚度方向上的压缩力变小，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。如此，致动器通过使介电膜伸长、收缩，从而使驱动对象部件驱动。

为了施加大的电压而增大从致动器输出的力和位移量，期望介电膜的体积电阻率大，耐介质击穿性高。作为耐介质击穿性高的弹性体材料，已知有硅酮橡胶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2003-506858号公报

专利文献2：日本特开2011-084712号公报

专利文献3：日本特开2008-69326号公报

专利文献4：日本特开2006-265094号公报

发明内容

发明要解决的问题

硅酮橡胶以硅氧烷键为骨架。因此电阻大。因而，由硅酮橡胶所形成的介电膜，即使施加较大电压也不易被介质击穿。然而，硅酮橡胶的极性小。即，相对介电常数小。因此，使用由硅酮橡胶形成的介电膜构成致动器时，对应于施加电压的静电引力小。因而，通过实用的电压不能得到所期望的力和位移量。

另一方面，作为介电膜的材料，本发明人开发了通过在由有机金属化合物交联而成的弹性体中配混二氧化硅等无机填料而成的弹性体材料（参照专利文献2）。在该弹性体材料中，电子的流动被二氧化硅颗粒阻断。因此电阻变大。然而，二氧化硅颗粒并非直接化学键合于弹性体。因此，在施加电压时，在二氧化硅颗粒和弹性体之间的微小的间隙间产生放电，从而可能招致耐介质击穿性降低。另外，由于二氧化硅颗粒易聚集，因此难以在弹性体中均匀的分散。例如，聚集颗粒这样的粒径大的颗粒存在于介电膜中时，容易造成在伸长时的伸长不均匀。此时，容易产生作为以该颗粒为基点的缺陷，存在耐介质击穿性降低的担心。

本发明鉴于这样的实际情况而进行，其课题在于提供一种耐介质击穿性高的介电膜及其制造方法。另外，本发明的课题在于提供耐介质击穿性高、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，其特征在于，其为用于转换器的介电膜，其具有弹性体和化学键合于该弹性体、在该弹性体中以一次颗粒的状态分散的粒径100nm以下的金属氧化物颗粒。

在本发明的介电膜中，通过在弹性体中分散的金属氧化物颗粒来阻断电子的流动。因此，本发明的介电膜的电阻大。此处，金属氧化物颗粒被化学键合于弹性体。因而，金属氧化物颗粒和弹性体之间没有间隙。因此，在施加电压时难以产生由于放电导致的介质击穿。另外，由于固定于弹性体，因此金属氧化物颗粒难以聚集。即，金属氧化物颗粒并不是聚集的二次颗粒，而是以单独的一次颗粒的状态，均匀地分散于弹性体中。进而，金属氧化物颗粒为粒径100nm以下的细颗粒。因此，介电膜的膜质变得均匀。因此，伸长时的伸长变得均匀，难以产生以金属氧化物颗粒为基点的缺陷。

如此，通过使金属氧化物的纳米颗粒化学键合于弹性体、在弹性体中均匀地分散，从而可以大幅提高介电膜的耐介质击穿性。因此，可以对本发明的介电膜施加更大的电压。其结果，通过具有本发明的介电膜的转换器，可以得到更大的力和位移量。

另外，本发明的介电膜的电阻大。因而，在实用的电压范围下施加电压时，电流难以在介电膜中流动。因此，在介电膜中蓄积大量的电荷。由此，产生大的静电引力，输出的力和位移量变大。另外，由于电流难以在介电膜中流动，因此可抑制焦耳热的产生。因此，本发明的介电膜由于热的破坏的可能也小。