[发明专利]转换器

说明书

技术领域

本发明涉及使用了弹性体材料的柔软的转换器。

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，于介电弹性体形成的片状的介电层的厚度方向的两面配置即使伸缩也难以增加电阻的一对电极，可以构成柔软的致动器。对于这种致动器而言，若增加电极间的施加电压，则电极间的静电引力变大。因此，夹在电极间的介电层从厚度方向被压缩，介电层的厚度变薄。若膜厚变薄，则相应的，介电层沿平行于电极面的方向伸长。另一方面，若减小电极间的施加电压，则电极间的静电引力变小。因此，对介电层的厚度方向的压缩力变小，在介电层的弹性回复力的作用下膜厚变厚。如果膜厚变厚，那么相应地介电层沿平行于电极面的方向收缩。像这样，致动器通过使介电层伸长、收缩，从而将驱动对象部件驱动。

由致动器输出的力和位移量由施加电压的大小和介电层的相对介电常数决定。即，施加电压越大且介电层的相对介电常数越大，致动器的产生力和位移量就变得越大。因此，作为介电层的材料，使用耐介质击穿性高的硅橡胶、相对介电常数大的丙烯酸（酯）橡胶、丁腈橡胶等（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2003-506858号公报

专利文献2：日本特表2001-524278号公报

专利文献3：日本特开2011-201104号公报

专利文献4：日本特开2005-51949号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是硅橡胶的相对介电常数小。因此，将硅橡胶用于介电层的材料时，相对于施加电压的静电引力小，难以得到期望的产生力和位移量。另外，硅橡胶的耐介质击穿性不能说是充分，可以施加的电压存在界限。

另一方面，丙烯酸（酯）橡胶、丁腈橡胶的相对介电常数比硅橡胶的相对介电常数大。因此，将丙烯酸（酯）橡胶等用于介电层的材料时，相对于施加电压的静电引力与使用硅橡胶时相比较变大。然而，丙烯酸（酯）橡胶等的电阻比硅橡胶小。因此，介电层易发生介质击穿。另外，在电压施加时，电流流过介电层中（所谓的泄漏电流），在介电层和电极的界面附近电荷难以积存。因此，尽管相对介电常数大，但是静电引力变小，难以获得期望的产生力和位移量。进而，如果电流在介电层中流动，则存在由于产生的焦耳热使得介电层被破坏的可能。如此，现下没有可耐受高电场强度的弹性体。因此，将弹性体用于介电层的材料时，难以实现增大施加电压而使得产生力和位移量较大的致动器。

本发明是鉴于这样的实际情况而进行的，其目的在于提供一种转换器，其具备包含弹性体的介电层，施加大的电压可输出大的力。

用于解决问题的方案

弹性体的介质击穿强度可以使用例如Mckeown电极测定。Mckeown电极是将试料夹在一对不锈钢钢球电极间，用环氧树脂固定试料和电极而形成的。另一方面，在上述柔软的致动器中，按照覆盖介电层的表里两面的方式配置柔软的电极。如专利文献3所述那样，柔软的电极是使导电材料分散到弹性体中形成的。本发明人研究后得知，构成致动器时，介电层在比用Mckeown电极测定的介质击穿电压小的电压下发生介质击穿。其理由认为如下。

在用Mckeown电极的测定方法中，夹着弹性体（试料）各配置一个直径10mm的球状的电极。此时，电极与弹性体通过一点相接触。弹性体仅在与电极的接触点间形成导通路径。另一方面，致动器中，按照覆盖弹性体（介电层）的表里两面的方式配置电极。电极通过已分散的导电材料的电子导电而表现导电性。从微观上来看由导电材料的多个点向弹性体供给电荷。因此，难以对与电极相接的弹性体的界面施加均匀的电压。另外，在弹性体具有某些缺陷的情况下，电荷集中在缺陷部分时，导致流过大电流，易击穿介电层。如此，在使用Mckeown电极的测定方法与实际的致动器中，电极构成不同。因此，认为在构成致动器的情况下，弹性体的介质击穿强度比使用Mckeown电极测定的介质击穿强度小。