介電膜和使用了其的轉換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的介電膜包含彈性體和結晶度為80%以上的鈦酸鋇顆粒。該彈性體和該鈦酸鋇顆粒具有能夠相互反應的官能團，通過該官能團彼此的反應，形成有該彈性體與該鈦酸鋇顆粒的交聯(lián)結構。因此，本發(fā)明的介電膜的相對介電常數(shù)和體積電阻率大。另外，本發(fā)明的轉換器具備該介電膜和夾著該介電膜配置的多個電極。本發(fā)明的轉換器耐介質擊穿性優(yōu)異、可以輸出較大的力。
【專利說明】介電膜和使用了其的轉換器【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及使用了彈性體材料的轉換器，尤其涉及用于該轉換器的介電膜?！颈尘凹夹g】[0002]作為轉換器，已知有進行機械能與電能的轉換的致動器、傳感器、發(fā)電元件等、或 者進行聲能與電能的轉換的揚聲器、話筒等。為了構成柔軟性高、小型且較輕的轉換器，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，構成致動器。對于這種致動器而言，若增加電極間的施加電壓， 則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，那么相應地介電膜在平行于電極面的方向伸長。另一方面，若減小電極 間的施加電壓，則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 介電膜的彈性回復力的作用下膜厚變厚。如果膜厚變厚，那么相應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，從而將驅動對象部件驅動。[0004]為了增大從致動器輸出的力和位移量，需要增大介電膜的相對介電常數(shù)和體積電 阻率。因此，作為介電膜的材料，使用相對介電常數(shù)大的丙烯酸類橡膠、丁腈橡膠、或者耐介 質擊穿性優(yōu)異的硅橡膠等。[0005]現(xiàn)有技術文獻[0006]專利文獻[0007]專利文獻1:日本特表2003-506858號公報[0008]專利文獻2:日本特開2009-227985號公報[0009]專利文獻3:日本特開2011-084712號公報[0010]專利文獻4:日本特開2005-306691號公報
【發(fā)明內容】
[0011]發(fā)明要解決的問題[0012]硅橡膠以硅氧烷鍵為骨架。因此電阻大。因而，由硅橡膠形成的介電膜，即使施加 較大電壓也不易發(fā)生介質擊穿。然而，硅橡膠的極性小。即，相對介電常數(shù)小。因此，使用 由硅橡膠形成的介電膜構成致動器時，與施加電壓對應的靜電引力小。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，丙烯酸類橡膠、丁腈橡膠的相對介電常數(shù)比硅橡膠的相對介電常數(shù)大。 因此，將丙烯酸類橡膠等用于介電膜的材料時，與施加電壓對應的靜電引力與使用硅橡膠 時相比較變大。然而，丙烯酸類橡膠等的電阻比硅橡膠小。因此，介電膜易發(fā)生介質擊穿。 另外，在電壓施加時，電流在介電膜中流動(所謂的泄漏電流)，在介電膜和電極的界面附近 電荷難以積存。因此，盡管相對介電常數(shù)大，但是靜電引力變小，無法獲得充分的力和位移 量。這樣，彈性體單獨難以實現(xiàn)滿足靜電引力和耐介質擊穿性兩者的介電膜。[0014]在該點上，專利文獻2公開了在基體橡膠中配混了鈦酸鋇等高介電陶瓷粉末的介 電膜。另外，作為介電膜的材料，本發(fā)明人開發(fā)了在利用有機金屬化合物交聯(lián)而成的彈性 體中配混了鈦酸鋇等無機填料的彈性體材料(參照專利文獻3)。在彈性體中配混無機填料 時，由于其阻礙電子的流動，所以可以增大電阻。然而，現(xiàn)有的彈性體材料中，無機填料并不 是直接化學鍵合于彈性體。因此，不能形成由彈性體與無機填料的鍵合而成的絕緣網，電阻 的增加效果不能說充分。另外，在電壓施加時，在彈性體與無機填料之間微小的間隙產生放 電，從而可能招致耐介質擊穿性的降低。另外，作為無機填料配混的鈦酸鋇的結晶性越高， 相對介電常數(shù)和體積電阻率越大。然而，在上述專利文獻2、3中，未對鈦酸鋇的結晶性進行 研究。[0015]本發(fā)明是鑒于這樣的實際情況而進行的，其課題在于提供相對介電常數(shù)和體積電 阻率大的介電膜。另外，課題在于提供一種轉換器，其使用該介電膜，耐介質擊穿性優(yōu)異，可 以輸出較大的力。[0016]用于解決問題的方案[0017](I)本發(fā)明的介電膜的特征在于，其為用于轉換器的介電膜，其包含彈性體和結晶 度為80%以上的鈦酸鋇顆粒，該彈性體和該鈦酸鋇顆粒具有能夠相互反應的官能團，通過 該官能團彼此的反應，形成有該彈性體與該鈦酸鋇顆粒的交聯(lián)結構。[0018]本發(fā)明的介電膜中，形成有彈性體與鈦酸鋇顆粒的交聯(lián)結構。即，通過由彈性體與 鈦酸鋇顆粒形成的絕緣網阻斷電子的流動。因此，本發(fā)明的介電膜的電阻大。另外，彈性體 與鈦酸鋇顆粒進行化學鍵合。因此，兩者之間沒有間隙。因此，在電壓施加時，不易發(fā)生放 電所造成的介質擊穿。另外，鈦酸鋇顆粒嵌入到彈性體的三維網狀結構中。因此，鈦酸鋇顆 粒不易聚集。即，鈦酸鋇顆粒并不是以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。因此，可以更有效地阻礙電子的通過。另外，介電膜的膜質是均勻的。 因此，電壓施加時的介電膜的伸長變得均勻、不易產生以鈦酸鋇顆粒為基點的介質擊穿。[0019]此處，鈦酸鋇顆粒的結晶度為80%以上。由于結晶性高，所以鈦酸鋇顆粒的相對介 電常數(shù)和體積電阻率大。通過使用結晶性高的鈦酸鋇顆粒，可以進一步增大本發(fā)明的介電 膜的相對介電常數(shù)和體積電阻率。需要說明的是，結晶度可以通過X射線衍射(XRD)裝置 進行測定。即，將得到的XRD圖譜分離成由晶質成分產生的峰強度和由非晶成分產生的暈 圈的強度，用它們的積分強度通過下式(I)算出即可。[0020]結晶度(％)=Sc/(Sc + Sa) X 100...(I)[0021][Sc:晶體峰的積分強度、Sa:非晶暈圈的積分強度][0022]這樣，使用結晶性高的鈦酸鋇顆粒，形成該鈦酸鋇顆粒與彈性體的交聯(lián)結構，使鈦 酸鋇顆粒在彈性體中均勻地分散，從而可以使介電膜的相對介電常數(shù)和體積電阻率大幅提 高。根據(jù)本發(fā)明的介電膜，相對介電常數(shù)增大，所以與施加電壓對應的靜電引力變大。此外， 體積電阻率增大，所以泄漏電流變小，可以在介電膜和電極的界面附近積存大量電荷。因 此，利用具備本發(fā)明的介電膜的轉換器時，通過實用的電壓可以得到較大的力和位移量。另 夕卜，本發(fā)明的介電膜具有高耐介質擊穿性。因此，施加更大的電壓可以得到更大的力和位移 量。[0023]( 2 )另外，本發(fā)明的轉換器的特征在于，具備上述本發(fā)明的介電膜和夾著該介電膜 配置的多個電極。[0024]本發(fā)明的轉換器具備上述本發(fā)明的介電膜。如上所述，本發(fā)明的介電膜的相對介電常數(shù)和體積電阻率大。因此，對本發(fā)明的介電膜施加電壓時，產生大的靜電引力。因此， 利用本發(fā)明的轉換器時，通過實用的電壓可以得到較大的力和位移量。另外，介電膜的耐介質擊穿性高，因此施加更大的電壓可以得到更大的力和位移量?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0025]圖1為本發(fā)明的轉換器的第一實施方式的致動器的剖面示意圖，(a)表示電壓關閉狀態(tài)、(b)表示電壓開啟狀態(tài)。[0026]圖2為安裝在測定裝置上的致動器的表面?zhèn)戎饕晥D。[0027]圖3為圖2的II1-1II剖視圖。[0028]圖4為本發(fā)明的轉換器的第二實施方式的揚聲器的立體圖。[0029]圖5為圖4的V-V剖視圖。[0030]附圖標記說明[0031]1:致動器(轉換器)，10:介電膜，IlaUlb:電極，12a、12b:配線，13:電源。[0032]4:揚聲器(轉換器)，40a:第一外框，40b:第二外框，41a:第一內框，41b:第二內框,42a:第一介電膜,42b:第二介電膜,43a --第一外電極,43b:第二外電極,44a --第一內電極,44b:第二內電極，45a:第一振動板,45b:第二振動板,430a、430b、440a、440b:端子， 460:螺栓，461:螺母，462:隔離件。[0033]5:致動器，50:介電膜，51a、51b:電極，52:上側卡盤，53:下側卡盤?！揪唧w實施方式】[0034]以下，對本發(fā)明的介電膜和轉換器的實施方式進行說明。需要說明的是，本發(fā)明的介電膜和轉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，可以以施加了本領域技術人員可進行的變更、改良等的各種方式來實施。[0035]<介電膜>[0036]本發(fā)明的介電膜包含彈性體和結晶度為80%以上的鈦酸鋇顆粒。[0037][彈性體][0038]彈性體只要具有能夠與鈦酸鋇顆粒的官能團反應的官能團就沒有特別的限定。如后述那樣，鈦酸鋇顆粒的官能團包含烷氧基(-0R)和羥基(-0H)的至少一者。因此，期望具有能夠與這些官能團反應的官能團，具體而言，具有選自羥基(-0H)、氨基 (-NH2, -NHR1, -NR1R2X羧基(-C00H)、硫醇基(-SH)、和鹵代烷基(-RX)的一種以上的官能團 (R> R1^ R2表不烷基、X表不鹵素原子)。[0039]彈性體包含交聯(lián)橡膠和熱塑性彈性體。可以單獨使用它們的一種，或者混合使用二種以上?？梢愿鶕?jù)轉換器要求的性能適宜選擇彈性體。例如，從使電壓施`加時產生的靜電引力增大這樣的觀點來看，優(yōu)選極性大、即相對介電常數(shù)大的彈性體。具體而言，相對介電常數(shù)為2.8以上(測定頻率100Hz)的彈性體是適宜的。作為相對介電常數(shù)大的彈性體，例如可列舉出丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(H-NBR)、丙烯酸類橡膠、天然橡膠、異戊二烯橡膠、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、丁基橡膠、丁苯橡膠、 氟橡膠、表氯醇橡膠、氯丁橡膠、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、和聚氨酯橡膠等。在彈性體不具有官能團的情況下，也可以導入官能團等進行改性。作為改性彈性體，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，優(yōu)選丙 烯腈含量(結合AN量)為33質量％以上者。結合AN量是以橡膠總體質量為100質量％時 的丙烯腈的質量比例。[0040]另外，在電壓施加時不易發(fā)生介質擊穿的觀點上，優(yōu)選雖然相對介電常數(shù)小但電 阻大的彈性體。作為電阻大的彈性體，可列舉出硅橡膠、乙烯-丙烯-二烯共聚物等。在彈 性體不具有官能團的情況下，也可以導入適宜官能團。[0041]另外，熱塑性彈性體由于不使用交聯(lián)劑因而不易引入雜質，是適宜的。作為熱塑 性彈性體，可列舉出苯乙烯類(SBS、SEBS, SEPS)、烯烴類(ΤΡ0)、氯乙烯類(TPVC)、聚氨酯類 (TPU)、酯類(TPEE )、酰胺類(TPAE )、和它們的共聚物、共混物。[0042][鈦酸鋇顆粒][0043]作為鈦酸鋇顆粒，使用結晶度為80%以上的鈦酸鋇顆粒。另外，根據(jù)后述的制造方 法制造的鈦酸鋇顆粒，在其表面具有烷氧基(-0R)和羥基(-0H)的至少一者作為能夠與彈 性體的官能團反應的官能團。通過鈦酸鋇顆粒的官能團與彈性體的官能團反應，形成交聯(lián) 結構。即，鈦酸鋇顆粒起到交聯(lián)劑的作用。[0044]若考慮到介電膜的均勻性等，優(yōu)選鈦酸鋇顆粒的粒徑小。粒徑小的鈦酸鋇顆粒通 過在彈性體中均勻地分散，形成致密的絕緣網。另外，介電膜的膜質變得均勻。因此，抑制 電壓施加時的泄漏電流，并且介電膜的伸長變得均勻，不易發(fā)生以鈦酸鋇顆粒為基點的介 質擊穿。另一方面，鈦酸鋇的相對介電常數(shù)隨著粒徑變大而增大。因此，若考慮到介電膜的 相對介電常數(shù)，優(yōu)選鈦酸鋇顆粒的粒徑大。因此，關于鈦酸鋇顆粒的粒徑，可以考慮到上述 相反的優(yōu)點并按照使介電膜具有所期望的相對介電常數(shù)、體積電阻率、和柔軟性等的方式 適宜地決定。[0045]例如，鈦酸鋇顆粒的粒徑優(yōu)選為8nm以上且120nm以下。粒徑不足8nm時,增大相 對介電常數(shù)的效果變小。IOnm以上是適宜的。另外，粒徑超過120nm時，增大體積電阻率的 效果變小。60nm以下是適宜的。[0046]在本說明書中，只要沒有特別說明，采用中值粒徑作為鈦酸鋇顆粒的粒徑。對于介 電膜中的鈦酸鋇顆粒的粒徑，可以通過使用透射型電子顯微鏡(TEM)進行觀察來測定。另 夕卜，也可以利用掃描探針顯微鏡(SPM)、小角X射線散射法、X射線衍射(XRD)進行測定。[0047]如后述那樣，鈦酸鋇顆?？梢酝ㄟ^使用了高濃度的前體的溶膠凝膠法制造。此時， 推定得到的凝膠中的鈦酸鋇顆粒的粒徑和介電膜中的鈦酸鋇顆粒的粒徑相等。因此，也可 以采用凝膠中的鈦酸鋇顆粒的粒徑作為介電膜中的鈦酸鋇顆粒的粒徑。凝膠中的鈦酸鋇顆 粒的粒徑，例如可以使用日機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，可以將凝膠干固，使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察進行測定。[0048]鈦酸鋇顆粒的含量可以考慮到介電膜的相對介電常數(shù)、體積電阻率、和柔軟性等 而適宜地決定。例如,相對于100質量份彈性體，使鈦酸鋇顆粒的含量為10質量份以上且 500質量份以下較佳。鈦酸鋇顆粒的含量不足10質量份時，增大相對介電常數(shù)和體積電阻 率的效果小。另一方面，超過500質量份時，彈性模量增加、有損柔軟性。[0049]如上所述，鈦酸鋇的結晶性越高，相對介電常數(shù)和體積電阻率越大。作為鈦酸鋇的 制造方法，已知有固相反應法、水熱合成法、溶膠凝膠法。其中，利用固相反應法可以得到結晶性高的鈦酸鋇，但由于在高溫下燒成，顆粒易聚集。因此，即使將燒成后的顆粒粉碎，也只 能得到粒徑較大的顆粒。鈦酸鋇的粒徑較大時，難以在彈性體整體中均勻地分散。另外，若 存在粒徑較大的顆粒，則電壓施加時的介電膜的伸長容易變得不均勻。此時，容易以該顆粒 為基點產生缺陷，存在耐介質擊穿性降低的擔心。另外，由于燒成，顆粒表面的官能團減少。 若顆粒表面的官能團減少，則難以與彈性體鍵合。因此，不能形成彈性體與鈦酸鋇顆粒的交 聯(lián)結構。[0050]另一方面，利用通常的水熱合成法、通常的溶膠凝膠法時，由于顆粒內部殘存羥基 等而只能得到結晶性低的顆粒。將得到的顆粒進行燒成，雖然可以提高結晶性，但與固相反 應法的情況同樣，存在粒徑變大且顆粒表面的官能團減少的問題。[0051]因此，配混在本發(fā)明的介電膜中的鈦酸鋇顆粒，優(yōu)選使用日本專利第3925932號 中公開的利用超臨界水的水熱合成法、或者專利文獻4中公開的利用使用了高濃度的前體 的溶膠凝膠法制造。[0052]例如，使用利用超臨界水的水熱合成法時，鈦酸鋇顆粒如下制造:將包含鋇和鈦的 金屬配合物供給到超臨界水狀態(tài)的反應環(huán)境中，滯留規(guī)定時間。通過該方法，可以容易地制 造結晶度為80%以上且粒徑為120nm以下的鈦酸鋇顆粒。[0053]作為原料的金屬配合物，可以將包含鋇或鈦的單一金屬的醇鹽、氫氧化物按照成 為鈣鈦礦化合物的組成的方式組合多種而使用，也可以使用包含鋇和鈦兩者的復合醇鹽。 例如，作為鋇醇鹽，可列舉出甲醇鋇、乙醇鋇、丙醇鋇、丁醇鋇等。另外，作為鈦醇鹽，可列舉 出甲醇鈦、乙醇鈦、丙醇鈦、丁醇鈦等。另外，作為復合醇鹽，可列舉出甲醇鈦鋇、乙醇鈦鋇、 丙醇鈦鋇、丁醇鈦鋇等。[0054]另外，使用利用高濃度的前體的溶膠凝膠法時，鈦酸鋇顆粒如下制造:在包含鋇和 鈦的醇鹽的濃度為0.5mol/l以上的前體溶液中，滴加極性有機溶劑的濃度為15mol%以上 的水和極性有機溶劑的混合溶液,使該混合溶液中的該水的摩爾比達到該前體溶液中的該 鈦的摩爾比的4倍以上，從而將該醇鹽水解，然后在10°C以上的溫度下保持。通過該方法， 可以容易地制造結晶度為80%以上且粒徑為120nm以下的鈦酸鋇顆粒。[0055]作為原料的醇鹽，可以將包含鋇或鈦的單一金屬的醇鹽按照成為鈣鈦礦化合物的 組成的方式組合多種而使用，也可以使用包含鋇和鈦兩者的復合醇鹽。例如，作為鋇醇鹽， 可列舉出甲醇鋇、乙醇鋇、丙醇鋇、丁醇鋇等。另外，作為鈦醇鹽，可列舉出甲醇鈦、乙醇鈦、 丙醇鈦、丁醇鈦等。另外，作為復合醇鹽，可列舉出甲醇鈦鋇、乙醇鈦鋇、丙醇鈦鋇、丁醇鈦鋇坐 寸ο[0056]將包含鋇和鈦的醇鹽溶解在例如甲醇和2-甲氧基乙醇的混合溶劑(以體積比計 為3:2)等中，制備醇鹽濃度為0.5mol/l以上的前體溶液。溶劑只要是能將醇鹽溶解成 0.5mol/l以上的濃度的溶劑即可，可以將甲醇、乙醇等醇類溶劑、甲乙酮、丙酮等酮類溶劑 單獨或者混合使用。[0057]作為滴加在前體溶液中的混用溶液的極性有機溶劑，可以使用醇類、酮類、醚類的 溶劑。另外，為了抑制激烈的水解和縮聚反應，在將前體溶液冷卻到_30°C左右的狀態(tài)下進 行混合溶液的滴加較佳。然后，將水解后的溶液升溫至10°C以上，在該溫度下保持規(guī)定時間 (熟化處理)。保持溫度為30°C以上是適宜的。通過進行熟化處理，減少顆粒內部殘存的羥 基等，可以提高結晶性。需要說明的是，在熟化處理中，對水解后的溶液照射超音波可促進鈦酸鋇顆粒的結晶化反應。由此，可以縮短熟化處理的時間。[0058][其它成分][0059]本發(fā)明的介電膜在包含上述彈性體和鈦酸鋇顆粒的基礎上，還可以包含其它成 分。作為其它成分，可列舉出交聯(lián)劑、補強劑、增塑劑、抗老化劑、著色劑等。在本發(fā)明的介 電膜中，即使不配混交聯(lián)劑，也通過鈦酸鋇顆粒的官能團與彈性體的官能團的反應形成交 聯(lián)結構。但是，通過添加交聯(lián)劑可以進一步促進交聯(lián)反應。[0060]<介電膜的制造方法>[0061]對本發(fā)明的介電膜的制造方法沒有特別限定。例如，可以將彈性體的交聯(lián)前聚合 物、鈦酸鋇粉末和根據(jù)需要的添加劑，通過輥、混煉機進行混煉，在規(guī)定的條件下成型為薄 膜狀。或者，可以將包含彈性體的交聯(lián)前聚合物、鈦酸鋇粉末和根據(jù)需要的添加劑的溶液涂 布在基材上，在規(guī)定的條件下使其固化。另外，也可以不使用鈦酸鋇粉末，而將利用使用了 高濃度的前體的上述溶膠凝膠法制造的凝膠分散在溶劑中，使用該鈦酸鋇顆粒的分散液。[0062]〈轉換器〉[0063]本發(fā)明的轉換器具備本發(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 介電膜的結構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)明的轉換 器中，優(yōu)選采用本發(fā)明的介電膜的優(yōu)選實施方式。[0064]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)明的轉換器用作致動 器的情況下，從致動器的小型化、低電位驅動化、以及增大位移量等觀點考慮，優(yōu)選厚度薄 的介電膜。此時，若還考慮到耐介質擊穿性等，優(yōu)選介電膜的厚度為Iym以上且ΙΟΟΟμπι (Imm)以下。更優(yōu)選的范圍為5μπι以上且200μπι以下。[0065]在本發(fā)明的轉換器中，對電極的材質沒有特別限定。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)明的轉換器中，易得到所 期望的輸出。例如，可以由將導電材料混合到油、彈性體等粘合劑中而成的導電糊劑或者導 電涂料形成電極。作為導電材料，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、金屬纖維編成網狀形成電極。[0066]另外，如果將本發(fā)明的轉換器制成交替層疊多個介電膜和電極而成的層疊結構， 可以產生更大的力。因此，在采用層疊結構的情況下，例如可增大致動器的輸出。由此，可 以以更大的力來將驅動對象部件驅動。[0067]以下，對將本發(fā)明的轉換器具體為致動器、揚聲器的實施方式進行說明。[0068][第一實施方式][0069]作為本發(fā)明的轉換器的第一實施方式，說明致動器的實施方式。圖1表不本實施 方式的致動器的剖面示意圖。(a)表示電壓關閉狀態(tài)，(b)表示電壓開啟狀態(tài)。[0070]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)和鈦酸鋇顆粒。鈦酸鋇顆粒的結晶度為95%，中值 粒徑為20nm。通過HX-NBR與鈦酸鋇顆粒形成交聯(lián)結構。鈦酸鋇顆粒均勻地分散在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大致整個下表面的方式配置。電極IlaUlb分別介由配線12a、12b連接于電源13。[0071]在從關閉狀態(tài)轉換為開啟狀態(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，相應地，其在平行于電極 lla、llb面的方向伸長。由此，致動器I輸出圖中上下方向和左右方向的驅動力。[0072]本實施方式的介電膜10中，通過HX-NBR與鈦酸鋇顆粒形成的絕緣網阻斷電子的 流動。另外，鈦酸鋇顆粒的結晶性也高。因此，介電膜10的相對介電常數(shù)和體積電阻率大。 因而，若對介電膜10施加電壓時，產生大的靜電引力。因此，根據(jù)致動器1，通過實用的電壓 可以得到較大的力和位移量。另外，介電膜10的耐介質擊穿性高，所以施加更大的電壓可 以得到更大的力和位移量。[0073][第二實施方式][0074]作為本發(fā)明的轉換器的第二實施方式，說明揚聲器的實施方式。首先，對本實施方 式的揚聲器的構成進行說明。圖4表示本實施方式的揚聲器的立體圖。圖5表示圖4的 V-V剖視圖。如圖4、圖5所不,揚聲器4具備第一外框40a、第一內框41a、第一介電膜42a、 第一外電極43a、第一內電極44a、第一振動板45a、第二外框40b、第二內框41b、第二介電膜 42b、第二外電極43b、第二內電極44b、第二振動板45b、八個螺栓460、八個螺母461和八個 隔離件462。[0075]第一外框40a、第一內框41a分別為樹脂制，呈環(huán)狀。第一介電膜42a呈圓形的薄 膜狀。第一介電膜42a張架在第一外框40a與第一內框41a之間。S卩，第一介電膜42a通 過表面?zhèn)鹊牡谝煌饪?0a與背面?zhèn)鹊牡谝粌瓤?1a，以確保規(guī)定的張力的狀態(tài)被夾持、固 定。第一介電膜42a具有HX-NBR和鈦酸鋇顆粒。鈦酸鋇顆粒的結晶度為95%，中值粒徑為 20nm。通過HX-NBR與鈦酸鋇顆粒形成交聯(lián)結構。鈦酸鋇顆粒均勻地分散在HX-NBR中。第 一振動板45a為樹脂制,呈圓板狀。第一振動板45a與第一介電膜42a相比是小直徑。第 一振動板45a配置在第一介電膜42a的表面的大致中央。[0076]第一外電極43a呈環(huán)狀。第一外電極43a貼附在第一介電膜42a的表面。第一內 電極44a也呈環(huán)狀。第一內電極44a貼附在第一介電膜42a的背面。第一外電極43a與第 一內電極44a夾著第一介電膜42a,在表面方向、背面方向上背對。第一外電極43a和第一 內電極44a均是由在丙烯酸類橡膠聚合物溶液中將炭黑混合并分散從而制備的導電涂料 形成。另外，如圖5所不,第一外電極43a具備端子430a。第一內電極44a具備端子440a。 對端子430a、440a從外部施加電壓。[0077]第二外框40b、第二內框41b、第二介電膜42b、第二外電極43b、第二內電極44b、第 二振動板45b (以下總稱“第二構件”。)的構成、材質、形狀與上述第一外框40a、第一內框 41a、第一介電膜42a、第一外電極43a、第一內電極44a、第一振動板45a (以下總稱“第一構 件”。)的構成、材質、形狀是同樣的。另外，第二構件的配置與上述第一構件的配置在表面方 向、背面方向是對稱的。簡而言之，第二介電膜42b呈圓形的薄膜狀，張架在第二外框40b 與第二內框41b之間。第二介電膜42b具有HX-NBR和鈦酸鋇顆粒。第二振動板45b配置 在第二介電膜42b的表面的大致中央。第二外電極43b貼附在第二介電膜42b的表面。第 二內電極44b貼附在第二介電膜42b的背面。對第二外電極43b的端子430b、第二內電極 44b的端子440b從外部施加電壓。[0078]第一構件與第二構件通過八個螺栓460、八個螺母461，介由八個隔離件462固定。 在揚聲器4的圓周方向上隔著規(guī)定間隔配置一套“螺栓460-螺母461-隔離件462”。螺栓 460從第一外框40a表面貫穿直至第二外框40b表面為止。螺母461旋裝在螺栓460的貫通端。隔離件462為樹脂制，環(huán)繞安裝在螺栓460的軸部。隔離件462在第一內框41a與第二內框41b之間確保規(guī)定的間隔。第一介電膜42a的中央部背面(配置有第一振動板45a 部分的背面?zhèn)?與第二介電膜42b的中央部背面(配置有第二振動板45b部分的背面?zhèn)?接合。因此，第一介電膜42a在圖5的空心箭頭Yla所示的方向上蓄積有施力。另外，第二介電膜42b在圖5的空心箭頭Ylb所示的方向上蓄積有施力。[0079]接著，對本實施方式的揚聲器的運動進行說明。介由端子430a、440a和端子430b、 440b對第一外電極43a和第一內電極44a、第二外電極43b和第二內電極44b在初期狀態(tài) (偏移狀態(tài))下施加規(guī)定的電壓(偏移電壓)。在揚聲器4工作時，對端子430a、440a和端子 430b、440b施加相位相反的電壓。例如,對端子430a、440a施加偏移電壓+ IV,在第一介電膜42a中配置在第一外電極43a與第一內電極44a之間的部分的膜厚變薄。并且，該部分在直徑方向伸長。與此同時，對端子430b、440b施加相位相反的電壓(偏移電壓-1V)。貝U, 第二介電膜42b中配置在第二外電極43b與第二內電極44b之間的部分的膜厚變厚。并且該部分在直徑方向收縮。由此，第二介電膜42b邊拉伸第一介電膜42a邊在圖5的空心箭頭Ylb所示的方向上由于自身的施力進行彈性變形。相反，若對端子430b、440b施加偏移電壓+ IV,對端子430a、440a施加相位相反的電壓(偏移電壓-1V),則第一介電膜42a邊拉伸第二介電膜42b邊在圖5的空心箭頭Yla所示的方向上由于自身的施力進行彈性變形。 如此，通過使第一振動板45a、第二振動板45b振動而使空氣振動,產生聲音。[0080]接著，對本實施方式的揚聲器4的作用效果進行說明。根據(jù)本實施方式，第一介電膜42a、第二介電膜42b的相對介電常數(shù)大。因此,與施加電壓對應的靜電引力變大。另外， 第一介電膜42a、第二介電膜42b的體積電阻率大。因此，可以在第一介電膜42a與第一外電極43a和第一內電極44a的界面附近積存大量電荷。同樣，可以在第二介電膜42b與第二外電極43b和第二內電極44b的界面附近積存大量電荷。由此，第一介電膜42a、第二介電膜42b的位移量變大，可以以較大的振幅振動第一振動板45a、第二振動板45b。因此，揚聲器4的聲壓增大。[0081]實施例[0082]接著，通過列舉實施例來更具體地說明本發(fā)明。[0083]〈介電膜的制造〉[0084][實施例1][0085]首先，將羧基改性氫化丁腈橡膠(LANXESS CORPORATION制造“Therban(注冊商標) XT8889”)溶解于乙酰丙酮，制備固體成分濃度為12質量％的聚合物溶液。接著，在100質量份所制備的聚合物溶液中混合120質量份鈦酸鋇顆粒的分散液(日揮觸媒化成株式會社制造“涂布液特殊品★夕；s 20nm”、欽酸鎖顆粒的中值粒徑為20nm、結晶度為95%)，制備混合液。然后，將制備的混合液涂布在基材上，使其干燥后，在150°C下加熱約60分鐘，得到介電膜。介電膜的膜厚為約20 μ m、相對于100質量份彈性體(HX-NBR)，鈦酸鋇顆粒的含量`為120質量份。將制造的介電膜作為實施例1的介電膜。[0086][比較例I][0087]不配混鈦酸鋇顆粒的分散液，除該點以外，與實施例1同樣制造由HX-NBR形成的介電膜。將制造的介電膜作為比較例I的介電膜。[0088][實施例2][0089]配混交聯(lián)劑，減少鈦酸鋇顆粒的分散液的配混量，除該點以外，與實施例1同樣制 造介電膜。即，在100質量份將羧基改性氫化丁腈橡膠(同上)溶解到乙酰丙酮而成的聚合 物溶液中，混合53質量份鈦酸鋇顆粒的分散液(同上)，進一步添加5質量份四(2-乙基己 氧基)鈦的乙酰丙酮溶液(濃度20質量％)作為交聯(lián)劑，制備混合液。然后，將制備的混合 液涂布在基材上，使其干燥后，在150°C下加熱約60分鐘，得到介電膜。介電膜的膜厚為約 20 μ m、相對于100質量份彈性體(HX-NBR)，鈦酸鋇顆粒的含量為53質量份。將制造的介電 膜作為實施例2的介電膜。[0090][比較例2][0091]代替鈦酸鋇顆粒的分散液，配混以通常的水熱合成法制造的鈦酸鋇粉末A (KCM Corporation C0.，Ltd.制造“BT-150”、結晶度95%、平均粒徑150nm),除該點以外，與實施 例2同樣制造介電膜。相對于100質量份彈性體(HX-NBR)，鈦酸鋇顆粒的含量為53質量 份。將制造的介電膜作為比較例2的介電膜。[0092][實施例3][0093]代替鈦酸鋇顆粒的分散液，配混53質量份以下的通過利用超臨界水的水熱合成 法制造的鈦酸鋇粉末B，除該點以外，與實施例1同樣制造介電膜。相對于100質量份彈性 體(HX-NBR)，鈦酸鋇顆粒的含量為53質量份。將制造的介電膜作為實施例3的介電膜。[0094]使用流通式超臨界水熱合成裝置(ITEC CORPORATION制造)，將0.12mol/l氫氧化 鋇溶液和0.lmol/1氧化鈦溶液(石原產業(yè)株式會社制造“STS-01”)與超臨界狀態(tài)的水混 合，使其反應0.5秒鐘。如此，制造中值粒徑為12nm、結晶度98%的鈦酸鋇粉末B。[0095][實施例4][0096]在實施例3的利用超臨界水的水熱合成法中，將與超臨界狀態(tài)的水的反應時間設 為2秒鐘，制造鈦酸鋇粉末C。鈦酸鋇粉末C的中值粒徑為60nm、結晶度為98%。然后，代替 鈦酸鋇顆粒的分散液，配混53質量份鈦酸鋇粉末C，除該點以外，與實施例1同樣制造介電 膜。相對于100質量份彈性體(HX-NBR)，鈦酸鋇顆粒的含量為53質量份。將制造的介電膜 作為實施例4的介電膜。[0097][實施例5][0098]進而，作為交聯(lián)劑，添加5質量份四(2-乙基己氧基)鈦的乙酰丙酮溶液(濃度20質 量％)，除該點以外，與實施例3同樣制造介電膜。將制造的介電膜作為實施例5的介電膜。[0099][實施例6][0100]進而，作為交聯(lián)劑，添加5質量份四(2-乙基己氧基)鈦的乙酰丙酮溶液(濃度20質 量％)，除該點以外，與實施例4同樣制造介電膜。將制造的介電膜作為實施例6的介電膜。[0101]<介電膜的物性>[0102][體積電阻率][0103]以JIS K6271 (2008)為基準測定制造的介電膜的體積電阻率。測定在施加100V 直流電壓下進行。[0104][相對介電常數(shù)][0105]測定制造的介電膜的相對介電常數(shù)。相對介電常數(shù)的測定是將介電膜設置在樣 品架(Solartron公司制造、12962A型)，并用介電常數(shù)測定界面(Solartron公司制造、1296 型)和頻率應答分析儀(Solartron公司制造、1255B型)進行的(頻率100Hz)。[0106][彈性模量][0107]以JIS K6254 (2003)為基準測定制造的介電膜的靜態(tài)剪切模量。在低變形拉伸試驗中的伸長率為25%。[0108][斷裂伸長率][0109]以JIS K6251 (2010)為基準測定制造的介電膜的斷裂伸長率。試驗片的形狀為啞鈴狀5號形。[0110][交聯(lián)性][0111]首先，從制造的介電膜切出評價用的試驗片，測定該試驗片的質量。接著，將試驗片在甲乙酮(MEK)中在室溫下浸潰4小時。其后，取出試驗片進行干燥，測定質量。然后，算出試驗片的浸潰后的質量相對于浸潰前的質量的質量比例(MEK不溶成分)，若為60%以上則交聯(lián)性良好(下述表1中表示為〇符號)、若不足60%則交聯(lián)性不良(表1中表示為X符號)，進行評價。[0112][評價][0113]將介電膜的各種測定結果與原料組成一同示于表1。[0114][表1]`
【權利要求】
1.一種介電膜，其特征在于，其為用于轉換器的介電膜，其包含彈性體和結晶度為80%以上的鈦酸鋇顆粒，該彈性體和該鈦酸鋇顆粒具有能夠相互反應的官能團，通過該官能團彼此的反應，形 成有該彈性體與該鈦酸鋇顆粒的交聯(lián)結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的介電膜，其中，所述鈦酸鋇顆粒的粒徑為8nm以上且120nm以下。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的介電膜，其中，所述鈦酸鋇顆粒的所述官能團包 含烷氧基和羥基的至少一者。
4.根據(jù)權利要求1?權利要求3中任一項所述的介電膜，其中，所述鈦酸鋇顆粒如下制 造:在包含鋇和鈦的醇鹽的濃度為0.5mol/l以上的前體溶液中，滴加極性有機溶劑的濃度 為15mol%以上的水和極性有機溶劑的混合溶液，使該混合溶液中的該水的摩爾比達到該 前體溶液中的該鈦的摩爾比的4倍以上，從而將該醇鹽水解，然后在10°C以上的溫度下保 持。
5.根據(jù)權利要求1?權利要求4中任一項所述的介電膜，其中，所述彈性體的所述官能 團為選自輕基、氣基、竣基、硫醇基、和齒代燒基的一種以上。
6.根據(jù)權利要求1?權利要求5中任一項所述的介電膜，其中，所述彈性體為選自丁 腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸類橡膠、天然橡膠、異戊二烯橡膠、乙烯-丙烯-二烯共聚物、 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、丁基橡膠、丁苯橡膠、氟橡 膠、硅橡膠、表氯醇橡膠、氯丁橡膠、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、和聚氨酯橡膠的一種以上。
7.一種轉換器，其特征在于，其具備權利要求1?權利要求6中任一項所述的介電膜和 夾著該介電膜配置的多個電極。
【文檔編號】H01B3/00GK103563012SQ201280026531
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權日:2011年10月17日
【發(fā)明者】高橋涉, 吉川均, 高松成亮, 熊谷信志 申請人:東海橡塑工業(yè)株式會社