JP5278038B2 - Elastomer transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換するためのトランスデューサ
ー(変換器)に係り、特に誘電性ゴム組成物を用いたエラストマートランスデューサーお
よびこれを構成する導電性ゴム組成物ならびに誘電性ゴム組成物に関する。
The present invention relates to a transducer for converting electrical energy and mechanical energy to each other, and more particularly to an elastomer transducer using a dielectric rubber composition, a conductive rubber composition constituting the transducer, and a dielectric property. The present invention relates to a rubber composition.
電気エネルギーと機械エネルギーを相互に変換するためのトランスデューサー(変換器)は、例えばモバイル機器、エンジン、人工筋肉などの電源(ジェネレータ)や、ポンプ、スピーカーなどのアクチュエータなどとして多種多様の分野への応用が検討されている。また、トランスデューサー(変換器)を構成する誘電性ゴム組成物は、アンテナコンデンサーなどに応用が検討されている。
このようなトランスデューサー(変換器)は、以下の特許文献1〜5などに示すような構成をした誘電性エラストマー積層体からなるものが殆どとなっている。例えば、以下の特許文献1には、ポリマー(誘電性ゴム)を中間層としてその両端を一対の電極層で挟んだ構造の誘電性エラストマー積層体が開示されており、また、以下の特許文献2には、その中間層に誘電性セラミックスを添加した誘電性エラストマー積層体が開示されている。
Transducers for converting electrical energy and mechanical energy to each other are used in a wide variety of fields, for example, as power supplies (generators) for mobile devices, engines, artificial muscles, and actuators for pumps, speakers, etc. Applications are being studied. Further, application of the dielectric rubber composition constituting the transducer (converter) to an antenna capacitor has been studied.
Most of such transducers (converters) are made of a dielectric elastomer laminate having a configuration as shown in Patent Documents 1 to 5 below. For example, Patent Document 1 below discloses a dielectric elastomer laminate having a structure in which a polymer (dielectric rubber) is used as an intermediate layer and both ends thereof are sandwiched between a pair of electrode layers. Discloses a dielectric elastomer laminate in which a dielectric ceramic is added to the intermediate layer.
ところで、これら特許文献1〜5などに開示されているような従来の誘電性エラストマー積層体は、電極層として金または白金の蒸着膜や導電性フィラーを含有したゴム膜を用いている。
そのため、この誘電性エラストマー積層体に対してひずみを繰り返し加えると、電極層にひび割れが生じたり、電極層が誘電層から剥離することがある。
そこで、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる新規なエラストマートランスデューサーおよび導電性ゴム組成物ならびに誘電性ゴム組成物を提供するものである。
By the way, the conventional dielectric elastomer laminated bodies as disclosed in these Patent Documents 1 to 5 use a rubber film containing a vapor deposition film of gold or platinum or a conductive filler as an electrode layer.
Therefore, when strain is repeatedly applied to the dielectric elastomer laminate, the electrode layer may be cracked or the electrode layer may peel from the dielectric layer.
Accordingly, the present invention has been devised to solve the above-described problems, and its purpose is to provide a novel elastomer transducer and a conductive material that can exhibit excellent durability against repeated stress such as strain. The rubber composition and the dielectric rubber composition are provided.
前記課題を解決するために、この発明の第1態様は、一対の電極層間に誘電性ゴム組成物で構成された中間層を介装してなるエラストマートランスデューサーであって、前記電極層がベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成され、前記誘電性ゴム組成物は、アクリル系樹脂からなるベースゴムに、イオン性液体からなる誘電性フィラーを含むものであることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is an elastomer transducer in which an intermediate layer made of a dielectric rubber composition is interposed between a pair of electrode layers, and the electrode layer is a base. made of conductive rubber composition containing a conductive filler in rubber, said dielectric rubber composition, the a acrylic-based resins or Ranaru base rubber, those containing dielectric filler consisting of ion-liquid It is an elastomer transducer characterized by being .
この発明の第2態様は、第1態様のエラストマートランスデューサーにおいて、前記導電性ゴム組成物は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以下の導電性フィラーを含み、かつ前記導電性ゴム組成物自身の体積抵抗率が1×102 Ω・cm以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。 According to a second aspect of the present invention, in the elastomer transducer of the first aspect, the conductive rubber composition includes a conductive filler having a volume resistivity of 1 × 10 Ω · cm or less, and the conductive rubber composition itself. The volume resistivity of the elastomer transducer is 1 × 10 2 Ω · cm or less .
この発明の第3態様は、第1態様または第2態様のエラストマートランスデューサーにおいて、前記誘電性ゴム組成物のベースゴムと導電性ゴム組成物のベースゴムとが同一樹脂であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
この発明の第4態様は、第1〜3態様のいずれかのエラストマートランスデューサーにおいて、前記中間層の厚さが10μm以上1mm以下であり、かつ前記各電極層の厚さが0.05μm以上100μm以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
According to a third aspect of the present invention, in the elastomer transducer of the first aspect or the second aspect, the base rubber of the dielectric rubber composition and the base rubber of the conductive rubber composition are the same resin. It is an elastomer transducer.
According to a fourth aspect of the present invention, in the elastomer transducer according to any one of the first to third aspects, the thickness of the intermediate layer is 10 μm or more and 1 mm or less, and the thickness of each electrode layer is 0.05 μm or more and 100 μm. The elastomer transducer is characterized by the following.
この発明の第5態様は、第1〜4態様のいずれかのエラストマートランスデューサーにおいて、前記一対の電極層間に前記中間層を介装した後、前記電極層間に生ずる電位差を放電させてから開回路状態で所定時間保存してなることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
この発明の第6態様は、第1〜5態様のいずれかのエラストマートランスデューサーにおいて、前記一対の電極層間に前記中間層を介装した後、前記電極層間に所定の電圧を印加してから前記電極層間に生ずる電位差を放電させ、その後、開回路状態で所定時間保存してなることを特徴とするエラストマートランスデューサーである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the elastomer transducer according to any one of the first to fourth aspects, after the intermediate layer is interposed between the pair of electrode layers, the potential difference generated between the electrode layers is discharged and then the open circuit is opened. An elastomer transducer characterized by being stored in a state for a predetermined time.
According to a sixth aspect of the present invention, in the elastomer transducer according to any one of the first to fifth aspects, the intermediate layer is interposed between the pair of electrode layers, and then a predetermined voltage is applied between the electrode layers. An elastomer transducer characterized in that a potential difference generated between electrode layers is discharged and then stored in an open circuit state for a predetermined time.
この発明の第7態様は、ベースゴムに誘電性フィラーを含有した誘電性ゴム組成物であって、前記誘電性ゴム組成物のベースゴムがアクリル系樹脂からなると共に、前記誘電性フィラーとしてイオン性液体を含有することを特徴とする誘電性ゴム組成物である。 A seventh aspect of this invention is a dielectric rubber composition containing a dielectric filler to the base rubber, it becomes a base rubber there acrylic resin of the dielectric rubber composition, ion as the dielectric filler a dielectric rubber composition characterized by containing the sex liquid body.
本発明のエラストマートランスデューサーにおいては、各電極層および中間層が優れた変形能を有し、互いの変形に追随して変形するため、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。
これによって、ひずみなどの応力が繰り返されても電極層のひび割れや剥離、中間層のひび割れや亀裂、破断などを未然に防止することができる。
また、作製段階において電極層間に所定の電圧を印可したり、両電極層の電位差をなくしてから所定時間以上保存することでさらに優れた発電能を発揮できる。
In the elastomer transducer of the present invention, each electrode layer and the intermediate layer have excellent deformability, and are deformed following the deformation of each other, so that excellent durability against repeated stress such as strain can be exhibited. .
Thereby, even if stresses such as strain are repeated, cracking and peeling of the electrode layer, cracking, cracking, and breakage of the intermediate layer can be prevented in advance.
In addition, it is possible to exhibit a further excellent power generation capability by applying a predetermined voltage between the electrode layers in the production stage, or by storing for a predetermined time or more after eliminating the potential difference between the two electrode layers.
次に、本発明の実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係るエラストマートランスデューサー100の実施の一形態を示したものである。
図示するようにこのエラストマートランスデューサー100は、一対の電極層10,10間に誘電性の中間層20を介装(積層)して構成されている。
そして、この電極層10,10は、ベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成されると共に、中間層20は、ベースゴムに誘電性フィラーを含有する誘電性ゴム組成物で構成されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an
As shown in the figure, this
The
ここで、電極層10,10を構成する導電性ゴム組成物のベースゴムとしては、中間層20を構成する誘電性ゴム組成物のベースゴムと同じものを用いることが好ましい。
この導電性ゴム組成物のベースゴムとして好適なベースゴムとしては、例えば、シリコーン系樹脂、変性シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、クロロプレン系樹脂、ポリサルファイド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイソブチル系樹脂、フロロシリコーン系樹脂などを用いることができる。
Here, as the base rubber of the conductive rubber composition constituting the
Examples of the base rubber suitable as the base rubber of the conductive rubber composition include, for example, silicone resins, modified silicone resins, acrylic resins, chloroprene resins, polysulfide resins, polyurethane resins, polyisobutyl resins, fluoropolymers. Silicone resin and the like can be used.
また、このベースゴムに配合される導電性フィラーとして好適な導電性フィラーは、体積抵抗率が1×10Ω・cmを超えると導電性が低いため全体の応答性が低下することから、少なくとも体積抵抗率が1×10Ω・cm以下の導電性フィラーを用いることが望ましく、好ましくは1×10−3Ω・cm以下である。これにより、電極層10,10を構成する導電性ゴム組成物自身の体積抵抗率を1×102Ω・cm以下にすることができる。体積固有抵抗率が1×102Ω・cm以上であると誘電層ゴム積層体の応答性が良くない。 このような条件を満たす導電性フィラーとしては、例えば以下の表1に示すように導電性カーボンブラックの1種である、ケッチェンブラックやアセチレンブラック、または黒鉛、炭素繊維、カーボンナノファイバー(CNF)、カーボンナノチューブ(CNT)のいずれかの炭素材料、または、金、銀、白金のいずれかの金属材料、または、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、または、これら誘導体にアニオンまたはカチオンに代表されるドーパントを添加した導電性高分子材料、または、極性の大きい有機フィラーであるイオン性液体などのうちのいずれか1つ以上を用いることが好ましい。
In addition, a conductive filler suitable as a conductive filler blended in the base rubber has at least a volume resistance because the overall responsiveness is lowered because the conductivity is low when the volume resistivity exceeds 1 × 10 Ω · cm. It is desirable to use a conductive filler having a rate of 1 × 10 Ω · cm or less, and preferably 1 × 10 −3 Ω · cm or less. Thereby, the volume resistivity of the conductive rubber composition itself constituting the
また、これらの導電性フィラーのベースゴムに対する配合比率としては、導電性フィラーの種類によって異なってくるが、例えばカーボンナノファイバー(CNF)の場合ではベースゴム100重量部に対して5重量部〜70重量部の範囲が好ましい。すなわち、この範囲外では電極層10,10の導電性が低下したり全体のレスポンスが低下するからであり、好ましい導電性フィラーの組成比率は、ベースゴム100重量部に対して10重量部〜50重量部の範囲である。
The blending ratio of these conductive fillers to the base rubber varies depending on the type of the conductive filler. For example, in the case of carbon nanofiber (CNF), 5 parts by weight to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base rubber. A range of parts by weight is preferred. That is, outside this range, the conductivity of the
一方、中間層20を構成する誘電性ゴム組成物のベースゴムとしては、シリコーン系樹脂、変成シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、クロロプレン系樹脂、ポリサルファイド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、、ポリイソブチル系樹脂、フロロシリコーン系樹脂のいずれかを用いることができる。好適には電極層10,10を構成する導電性ゴム組成物のベースゴムと同じものである。具体的には以下の表2に示すように、イソプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴムなどであり、このなかでも特に好ましいのは、比誘電率3.0以上であるクロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴムである。
On the other hand, as the base rubber of the dielectric rubber composition constituting the
また、これらベースゴムに配合される誘電性フィラーとしては、チタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛(PLZT)、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、チタン酸ビスマス、チタン酸ビスマスバリウムなどの高誘電セラミックス粉末、および極性の大きい有機フィラーであるイオン性液体、ならびにチオウレア誘導体やチオアミド誘導体、チオケトン誘導体、ジチオカルバミン酸エステル誘導体などのチオカルボニル基を有する有機化合物などである。特に、チオカルボニル基を有する有機化合物は、ベースゴムとの相溶性に優れるため、高誘電率とゴム組成物としても可撓性が共に得られ、誘電性ゴム組成物として優れた性質を発揮することができる。 Dielectric fillers blended in these base rubbers include barium titanate, lead zirconate titanate (PZT), lanthanum doped lead zirconate titanate (PLZT), strontium titanate, lead titanate, bismuth titanate. , High dielectric ceramic powders such as bismuth barium titanate, ionic liquids that are highly polar organic fillers, and organic compounds having a thiocarbonyl group such as thiourea derivatives, thioamide derivatives, thioketone derivatives, dithiocarbamic acid ester derivatives, etc. . In particular, an organic compound having a thiocarbonyl group is excellent in compatibility with a base rubber, so that both high dielectric constant and flexibility as a rubber composition are obtained, and excellent properties as a dielectric rubber composition are exhibited. be able to.
イオン性液体の種類としては特に限定されるものではないが、以下の化式1に示すピリジニウム系イオン性液体、化式2に示すイミダソリウム系イオン性液体、化式3に示す脂環式アミン系イオン性液体、化式4に示す脂肪族アミン系イオン性液体、脂肪族ホスホニウム系イオン性液体などを用いることができる。
また、このイオン液体の含有率は、目的とする発電電圧、化合物自体によって適宜選定されるが、ベースゴム100重量部に対して概略5〜70重量部、より好ましくは5〜50重量部とするのが望ましい。含有量が5重量部未満の場合は、ベースゴム中に存在する絶対量が少なすぎるため、発電電圧がさほど向上せず、発電装置としての性能を充分に発揮できない。反対に、70重量部を超えて添加した場合、ベースゴムとの相溶性の上限を超えてしまい、ベースゴムの可撓性が大きく損なわれてしまうからである。
Although it does not specifically limit as a kind of ionic liquid, The pyridinium type ionic liquid shown in the following Chemical formula 1, the imidazolium type ionic liquid shown in Chemical formula 2, and the alicyclic amine type shown in Chemical formula 3 An ionic liquid, an aliphatic amine-based ionic liquid represented by Chemical Formula 4, an aliphatic phosphonium-based ionic liquid, or the like can be used.
The content of the ionic liquid is appropriately selected depending on the target generated voltage and the compound itself, but is approximately 5 to 70 parts by weight, more preferably 5 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base rubber. Is desirable. When the content is less than 5 parts by weight, since the absolute amount present in the base rubber is too small, the power generation voltage is not improved so much and the performance as a power generation device cannot be fully exhibited. On the other hand, if added over 70 parts by weight, the upper limit of compatibility with the base rubber is exceeded, and the flexibility of the base rubber is greatly impaired.
そして、各電極層10,10の厚さとしては、約0.1μm〜100μmの範囲、好ましくは1〜50μmの範囲である。0.1μm未満では、膜厚が薄く、膜厚を均一にすることが困難となり変形時に穴や亀裂などの破損が生じる。反対に100μmを超えると膜厚が厚すぎて応答性が悪くなる上に、変形に追随することが困難となるからである。また、中間層20の厚さとしては、約10μm〜1mmであり、10μm未満では、充分な誘電性が得られず、反対に1mmを超えると弾性域を超えてしまうからである。
また、誘電性ゴム組成物のベースゴムと導電性ゴム組成物のベースゴムは同一樹脂でなることが望ましい。中間層20に電極10,10を接合した際に接着性が向上し、中間層20と電極10,10との剥離が発生しなくなるためである。
And as thickness of each
The base rubber of the dielectric rubber composition and the base rubber of the conductive rubber composition are preferably made of the same resin. This is because when the
また、この電極層10,10の物性としては、切断時伸びが50%以上500%以下であることが好ましい。切断時伸びが50%未満であると、絶対的な変形能が不足するために、実用性が低くなる。一方、500%を超えると、変形能は大きくなるものの、機械的強度が不十分となる傾向が強くなるため、実用性が低下する。このような不都合が生じ難くするためには、電極層10,10の切断時伸びは100%以上250%以下であることがより好ましい。
誘電性の中間層20は、ベースゴムと誘電性フィラーとを含有する誘電性ゴム組成物で構成されているが、誘電性ゴム組成物は比誘電率が3以上50以下であることが好ましく、5以上40以下であることがより好ましい。また使用される誘電性フィラーは、比誘電率が200以上であるものが好ましい。
In addition, as the physical properties of the electrode layers 10 and 10, it is preferable that the elongation at break is 50% or more and 500% or less. If the elongation at cutting is less than 50%, the absolute deformability is insufficient, so the practicality is lowered. On the other hand, if it exceeds 500%, the deformability increases, but the tendency for the mechanical strength to become insufficient becomes strong, so the practicality is lowered. In order to make it difficult for such inconvenience to occur, the elongation at break of the electrode layers 10 and 10 is more preferably 100% or more and 250% or less.
The dielectric
そして、このような構成をした本発明のエラストマートランスデューサー100にあっては、各電極層10,10および中間層20が優れた変形能を有し、互いの変形に追随して変形するため、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。
これによって、ひずみなどの応力が繰り返し掛かっても電極層10,10のひび割れや剥離、中間層20のひび割れや亀裂、破断などを未然に防止することができる。
また、以下の実施例に示すように、このようなエラストマートランスデューサー100の作製段階において、電極層10,10間に所定の電圧を印可したり、両電極層10,10の電位差をなくしてから所定時間以上(例えば24時間以上、大気中)に保存することでさらに優れた発電能を発揮できる。
And, in the
Thereby, even if stress such as strain is repeatedly applied, the electrode layers 10 and 10 can be prevented from cracking and peeling, and the
Further, as shown in the following examples, in the manufacturing stage of such an
次に、本発明のエラストマートランスデューサー100に係る具体的実施例を説明する。
(参考例1)
先ず、フロロシリコーンゴム(信越化学工業株式会社製FE123,FE−61)を用いてKコントロールコーター(松尾製作所製)により薄膜を作製し、中間層となる誘電性のゴム膜を形成した。得られた誘電性ゴム膜の膜厚は均一であり、またその比誘電率は膜厚が200μm程度で6〜8であった。
Next, specific examples according to the
( Reference Example 1)
First, a thin film was prepared by using a fluorosilicone rubber (FE123, FE-61 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) with a K control coater (manufactured by Matsuo Seisakusho), and a dielectric rubber film serving as an intermediate layer was formed. The film thickness of the obtained dielectric rubber film was uniform, and the relative dielectric constant was 6 to 8 when the film thickness was about 200 μm.
次に、反応性液状アクリルゴム(株式会社トウペ製トアアクロンSA−310)をメチルエチルケトンで溶解し、架橋剤にイソシアネート(トーヨーポリマー株式会社製ポリネート70、ソフト硬化剤)を添加、攪拌、アクリル溶液を作製した。このアクリル溶液を、アクリルゴムとの配合割合が100重量部:30重量部となるようにカーボンナノファイバー(昭和電工株式会社製VGCFR−H)を分散させたメチルエチルケトン中に添加していき、均一なアクリル溶液を作製した。
Next, reactive liquid acrylic rubber (Toacron SA-310 manufactured by Tope Co., Ltd.) is dissolved in methyl ethyl ketone, isocyanate (
次に、Kコントロールコーター(松尾製作所製)により製膜、電極層となる導電性ゴム層を得た。このようにして得られた導電性ゴム層の抵抗は、長さ50mm×幅10mm×厚さ0.05mmの試験片の両端を測定したところ、400〜600Ωであった。
その後、3層構造を作製するために、中間層となる誘電性ゴム層と電極層となる導電性ゴム層を図2に示すような方法で接合した。すなわち、図示するように誘電性ゴム層(中間層20)の両面を導電性ゴム層(電極層10,10)で挟み込むと共に、その両側を絶縁シート30,30を介して鉄板40,40で加圧した状態で100℃のホットプレート50上でこれを30分間加熱して架橋処理を行い、誘電性ゴム層に導電性ゴム層を接着させて本発明のエラストマートランスデューサー100に相当する誘電性ゴム積層体を作製した。
Next, a conductive rubber layer serving as a film and an electrode layer was obtained using a K control coater (Matsuo Seisakusho). The resistance of the conductive rubber layer thus obtained was 400 to 600Ω when both ends of a test piece having a length of 50 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 0.05 mm were measured.
Thereafter, in order to produce a three-layer structure, a dielectric rubber layer serving as an intermediate layer and a conductive rubber layer serving as an electrode layer were joined by a method as shown in FIG. That is, as shown in the figure, both sides of the dielectric rubber layer (intermediate layer 20) are sandwiched between conductive rubber layers (electrode layers 10, 10), and both sides thereof are added by the
そして、図3に示すように、この誘電性ゴム積層体の上下面にそれぞれ薄片状の銅電極60,60を導電性接着剤(常温乾燥タイプ:藤倉化成製ドータイトD−362)を用いて接着してから、この銅電極60,60に微小電流計(株式会社エーディーシー製)70を接続し、その後、この誘電性ゴム積層体を伸長し、そのときの電流値の変化を観察したところ、電流値の変化を観察することができた。
Then, as shown in FIG. 3,
(参考例2)
先ず、反応性液状アクリルゴム(株式会社トウペ製トアアクロンSA−310)をメチルエチルケトンで溶解し、架橋剤にイソシアネート(トーヨーポリマー株式会社製ポリネート70、ソフト硬化剤)および高誘電性フィラーとしてPZT(富士チタン工業製PE−600、比誘電率33℃で2688)を添加、攪拌してアクリル溶液を作製した。この溶液を用いてKコントロールコーター(松尾製作所製)により薄膜を作製し、中間層となる誘電性のゴム膜を形成した。
( Reference Example 2)
First, reactive liquid acrylic rubber (Toacron SA-310 manufactured by Toupe Co., Ltd.) is dissolved in methyl ethyl ketone, isocyanate (
次に、反応性液状アクリルゴム(株式会社トウペ製トアアクロンSA−310)をメチルエチルケトンで溶解し、架橋剤にイソシアネート(トーヨーポリマー株式会社製ポリネート70、ソフト硬化剤)および高誘電性フィラーとしてPZT(富士チタン工業製PE−600、比誘電率33℃で2688)を添加、攪拌してアクリル溶液を作製した。このアクリル溶液をアクリルゴムとの配合割合が20重量%、25重量%、30重量%、35重量%となるようにカーボンナノファイバー(昭和電工株式会社製VGCFR−H)を分散させたメチルエチルケトン中に添加していき、均一なアクリル溶液を作製した。
Next, reactive liquid acrylic rubber (Toacron SA-310 manufactured by Toupe Co., Ltd.) is dissolved with methyl ethyl ketone, isocyanate (
次に、Kコントロールコーター(松尾製作所製)により製膜、電極層となる導電性ゴム層を得た。そして、このようにして得られた導電性ゴム層の抵抗は、長さ50mm×幅10mm×厚さ0.05mmの試験片の両端を測定したところ、4kΩ、1〜1.2kΩ、0.4〜0.6kΩ、0.4〜0.6kΩであり、カーボンナノファイバーの添加量が30重量%超過において抵抗値の変化が殆どなくなった。
その後、3層構造を作製するために、中間層となる誘電性ゴム層と電極層となる導電性ゴム層を実施例1と同様な方法で接合して本発明のエラストマートランスデューサー100に相当する誘電性ゴム積層体を作製した。
Next, a conductive rubber layer serving as a film and an electrode layer was obtained using a K control coater (Matsuo Seisakusho). The resistance of the conductive rubber layer thus obtained was 4 kΩ, 1-1.2 kΩ, 0.4 when measured at both ends of a test piece of
Thereafter, in order to produce a three-layer structure, a dielectric rubber layer serving as an intermediate layer and a conductive rubber layer serving as an electrode layer are joined in the same manner as in Example 1 and correspond to the
(比較例2)
参考例2で得られた中間層となる誘電性ゴム層の両面に、スパッタリングによって金を蒸着して電極層を形成した。比較サンプルとして、長さ50mm×幅10mm×厚さ30nmである金蒸着電極の両端の抵抗を測定したところ、3Ωであった。
そして、このようにして得られた参考例2および比較例2の誘電性ゴム積層体の上下面に、参考例1と同様にそれぞれ薄片状の銅電極60,60を導電性接着剤(常温乾燥タイプ:藤倉化成製ドータイトD−362)を用いて接着し、この銅電極60,60に微小電流計(株式会社エーディーシー製)70を接続した後、この誘電性ゴム積層体を伸長することによって電流値の変化を観察した。具体的には、この誘電性ゴム積層体に繰り返しひずみを加えて発電し、電流値の変化を観察すると共に、100%の伸長で2Hz、1万回のひずみを加えた後の破損状況を観察した。
(Comparative Example 2)
On both surfaces of the dielectric rubber layer is between layer within obtained in Reference Example 2, to form an electrode layer by depositing gold by sputtering. As a comparative sample, the resistance at both ends of a gold vapor deposition electrode having a length of 50 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 30 nm was measured and found to be 3Ω.
Then, on the upper and lower surfaces of the dielectric rubber laminates of Reference Example 2 and Comparative Example 2 obtained in this way, the
この結果、参考例2および比較例2の誘電性ゴム積層体は、いずれもひずみが与えられると発電を確認することができた。さらに、参考例2においては、伸長を繰り返し与えても電極には問題が生じず、優れた耐久性を示した。
これに対し、比較例2においては、伸長を与えた結果、電極となる金の表面に亀裂が生じ、表面抵抗値が増大することによって電流の伝わり方が悪くなり、発生電流を取り出すことができないことがあった。
As a result, the dielectric rubber laminates of Reference Example 2 and Comparative Example 2 were able to confirm power generation when strain was applied. Furthermore, in Reference Example 2, there was no problem with the electrode even when the elongation was repeatedly applied, and excellent durability was exhibited.
On the other hand, in Comparative Example 2, as a result of the elongation, cracks occur on the surface of the gold that becomes the electrode, and the surface resistance value increases, so that the way in which the current is transmitted becomes worse and the generated current cannot be extracted. There was a thing.
(実施例3)
以下の表3に示すように、ベースゴムとして架橋剤を8重量%含む反応性液状アクリルゴム95重量%を用いると共に、高誘電性フィラーとしてピリジニウム系イオン性液体5重量%を用いた他は、参考例1と同様な方法によって膜厚250μm、比誘電率10,引張最大伸250%の誘電性ゴム層を作製した。
また、ベースゴムとして架橋剤を8重量%含む反応性液状アクリルゴム70重量%を用いると共に、導電性フィラーとしてCNF30重量%を用いた他は、参考例1と同様な方法によって、長さ100mm×幅50mm×厚さ50μm、体積抵抗1×10Ω・cm、引張最大伸び50%の物性を有する電極層を形成し、これらを参考例1と同様な方法によって接合して本発明のエラストマートランスデューサー100に相当する誘電性ゴム積層体を作製した。
(Example 3)
As shown in Table 3 below, 95% by weight of a reactive liquid acrylic rubber containing 8% by weight of a crosslinking agent was used as a base rubber, and 5% by weight of a pyridinium-based ionic liquid was used as a high dielectric filler. A dielectric rubber layer having a film thickness of 250 μm, a relative dielectric constant of 10, and a maximum tensile elongation of 250% was prepared by the same method as in Reference Example 1.
Moreover, the use of 70 wt% reactive liquid acrylic rubber containing a
(比較例3)
以下の表3に示すように、ベースゴムとして架橋剤を8重量%含む反応性液状アクリルゴムを100重量部を用いると共に、高誘電性フィラーとしてPZT50重量部を用いた他は、参考例1と同様な方法によって膜厚250μm、比誘電率6,引張最大伸200%の誘電性ゴム層を作製した。また、実施例3と同様な組成、サイズ、物性を有する電極層を形成し、これらを参考例1と同様な方法によって接合して誘電性ゴム積層体を作製した。
(Comparative Example 3)
As shown in Table 3 below, Reference Example 1 was used except that 100 parts by weight of a reactive liquid acrylic rubber containing 8% by weight of a crosslinking agent was used as the base rubber and 50 parts by weight of PZT was used as the high dielectric filler. A dielectric rubber layer having a film thickness of 250 μm, a relative dielectric constant of 6, and a maximum tensile elongation of 200% was prepared by the same method. In addition, an electrode layer having the same composition, size and physical properties as in Example 3 was formed, and these were joined by the same method as in Reference Example 1 to produce a dielectric rubber laminate.
その後、このようにして得られた実施例3および比較例3の誘電性ゴム積層体の上下面に参考例1と同様にそれぞれ薄片状の銅電極60,60を介して微小電流計70を接続した後、この誘電性ゴム積層体の一端を固定し、他方の端を50%力学的に伸長させた後、力を除去することによって電流値の変化を観察した。
この結果、表3の下欄に示すように、実施例3に係る誘電性ゴム積層体は、比較例3に係る誘電性ゴム積層体に比べて優れた発電量を発揮することができた。
Thereafter, a
As a result, as shown in the lower column of Table 3, the dielectric rubber laminate according to Example 3 was able to exhibit an excellent power generation amount as compared with the dielectric rubber laminate according to Comparative Example 3.
(実施例4、5)
以下の表4に示すように、ベースゴムとして架橋剤を8重量部、反応性液状アクリルゴムを100重量部、高誘電性フィラーとしてピリジニウム系イオン性液体(広栄化学工業株式会社製(IL−P14))10重量部を用いた他は、参考例1と同様な方法によって膜厚250μm、硬さ、デュロメータA33の誘電性ゴム層を作製した。
また、ベースゴムとして架橋剤を8.0重量部、反応性液状アクリルゴムを100重量部、導電性フィラーとしてカーボンナノファイバー(CNF)35重量部を用いた他は、参考例1と同様な方法によって、体積固有抵抗6×10-1Ω・cm、硬さ、デュロメータA40の物性を有する電極層を形成した。
そして、これらを参考例1と同様な方法によって接合した後、両電極間に外部電圧(150V)を30分間印加する処理を行って本発明のエラストマートランスデューサー100に相当する誘電性ゴム積層体を作製した。なお、実施例5は、このような外部電圧の印加処理を行っていない。
(Examples 4 and 5)
As shown in Table 4 below, 8 parts by weight of a crosslinking agent as a base rubber, 100 parts by weight of a reactive liquid acrylic rubber, and a pyridinium-based ionic liquid (IL-P14 manufactured by Guangei Chemical Industry Co., Ltd.) as a high dielectric filler )) A dielectric rubber layer having a thickness of 250 μm, hardness, and durometer A33 was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that 10 parts by weight was used.
Further, the same method as in Reference Example 1 except that 8.0 parts by weight of the crosslinking agent was used as the base rubber, 100 parts by weight of the reactive liquid acrylic rubber, and 35 parts by weight of carbon nanofiber (CNF) as the conductive filler. Thus, an electrode layer having a volume resistivity of 6 × 10 −1 Ω · cm, hardness, and physical properties of durometer A40 was formed.
And after joining these by the method similar to the reference example 1, the process which applies an external voltage (150V) for 30 minutes between both electrodes is performed, and the dielectric rubber laminated body equivalent to the
(比較例4)
以下の表4に示すように、誘電性ゴム層を架橋剤を8重量部含む反応性液状アクリルゴムで構成した他は、実施例4および5と同様な方法によって誘電性ゴム積層体を作製した。なお、この比較例4もこのような外部電圧の印加処理を行っていない。
そして、図4に示すように、このようにして得られた実施例4,5および比較例4の誘電性ゴム積層体100の上下面にそれぞれ電極80,80を介して電圧波形測定装置90を接続して発電材料としての機能を評価した。
(Comparative Example 4)
As shown in Table 4 below, a dielectric rubber laminate was produced in the same manner as in Examples 4 and 5, except that the dielectric rubber layer was composed of a reactive liquid acrylic rubber containing 8 parts by weight of a crosslinking agent. . This Comparative Example 4 also does not perform such external voltage application processing.
Then, as shown in FIG. 4, the voltage
この評価方法としては、各電極80,80間の電位差を測るものであるが、この測定にあたっては以下のa〜cを繰り返し行った。
a.両電極80,80を短絡させ、電位差を0Vにする。
b.その後両電極80,80間の短絡を取り外し、大気中に保存
c.両電極80,80間の電位差の時間変化調査
As this evaluation method, the potential difference between the
a. Both
b. Then remove the short circuit between both
この結果、表4の下欄に示すように比較例4に係る誘電性ゴム積層体では、各電極80,80間に電位差を得ることができなかった。これに対し、本発明に係る実施例4および5に係るエラストマートランスデューサー100は、放電後大気中に保存することにより、各電極80,80間に電位差を得ることが分かった。
また、図5はその電位差(電圧V)の経時変化を示したものであるが、時間が経過することによってその電位差が徐々に大きくなることも分かる。
そして、さらに表4の下欄に示すように、本発明に係るエラストマートランスデューサー100の作成時に外部電圧を印加することによってその回復時の発生電圧値が大幅に上昇することも分かった。
As a result, as shown in the lower column of Table 4, in the dielectric rubber laminate according to Comparative Example 4, no potential difference could be obtained between the
FIG. 5 shows the change over time in the potential difference (voltage V). It can also be seen that the potential difference gradually increases with time.
Further, as shown in the lower column of Table 4, it was also found that when an external voltage is applied when the
100…エラストマートランスデューサー(導電性ゴム製積層体)
10…電極層(導電性ゴム組成物)
20…中間層(誘電性ゴム組成物)
30…絶縁シート
40…鉄板
50…ホットプレート
60…銅電極
70…微小電流計
80…銅電極
90…電圧波形測定装置
100 ... Elastomer transducer (conductive rubber laminate)
10 ... Electrode layer (conductive rubber composition)
20 ... Intermediate layer (dielectric rubber composition)
30 ... Insulation sheet
40 ... Iron plate
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電極層がベースゴムに導電性フィラーを含有した導電性ゴム組成物で構成され、
前記誘電性ゴム組成物は、アクリル系樹脂からなるベースゴムに、イオン性液体からなる誘電性フィラーを含むものであることを特徴とするエラストマートランスデューサー。 An elastomer transducer comprising an intermediate layer composed of a dielectric rubber composition between a pair of electrode layers,
The electrode layer is composed of a conductive rubber composition containing a conductive filler in a base rubber,
The dielectric rubber composition is an elastomer transducer comprising a base rubber made of an acrylic resin and a dielectric filler made of an ionic liquid.
前記導電性ゴム組成物は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以下の導電性フィラーを含み、かつ前記導電性ゴム組成物自身の体積抵抗率が1×102 Ω・cm以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。 The elastomeric transducer of claim 1, wherein
The conductive rubber composition contains a conductive filler having a volume resistivity of 1 × 10 Ω · cm or less, and the volume resistivity of the conductive rubber composition itself is 1 × 10 2 Ω · cm or less. Elastomeric transducer featuring.
前記誘電性ゴム組成物のベースゴムと導電性ゴム組成物のベースゴムとが同一樹脂であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。 The elastomer transducer according to claim 1 or 2,
An elastomer transducer, wherein the base rubber of the dielectric rubber composition and the base rubber of the conductive rubber composition are the same resin.
前記中間層の厚さが10μm以上1mm以下であり、かつ前記各電極層の厚さが0.05μm以上100μm以下であることを特徴とするエラストマートランスデューサー。 The elastomer transducer according to any one of claims 1 to 3,
An elastomer transducer, wherein the intermediate layer has a thickness of 10 μm to 1 mm, and each electrode layer has a thickness of 0.05 μm to 100 μm.
前記一対の電極層間に前記中間層を介装した後、前記電極層間に生ずる電位差を放電させてから開回路状態で所定時間保存してなることを特徴とするエラストマートランスデューサー。 The elastomer transducer according to any one of claims 1 to 4,
An elastomer transducer comprising: the intermediate layer interposed between the pair of electrode layers; and discharging the potential difference generated between the electrode layers and storing the same in an open circuit state for a predetermined time.
前記一対の電極層間に前記中間層を介装した後、前記電極層間に所定の電圧を印加してから前記電極層間に生ずる電位差を放電させ、その後、開回路状態で所定時間保存してなることを特徴とするエラストマートランスデューサー。 The elastomer transducer according to any one of claims 1 to 5,
After the intermediate layer is interposed between the pair of electrode layers, a potential difference generated between the electrode layers is discharged after applying a predetermined voltage between the electrode layers, and then stored in an open circuit state for a predetermined time. Elastomer transducer characterized by.
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