(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーと、無機半導体および有機半導体の少なくとも一方を含む半導体含有層を有する誘電層と、
該誘電層を挟んで配置され、バインダーおよび導電材を含む一対の電極と、を備え、
該無機半導体は、異種元素がドーピングされた金属酸化物の粒子であることを特徴とする柔軟なトランスデューサ。
【請求項２】
前記半導体含有層の体積抵抗率は、１０１０Ω・ｃｍ以上である請求項１に記載の柔軟なトランスデューサ。
【請求項３】
前記半導体含有層は、前記無機半導体を含む請求項１または請求項２に記載の柔軟なトランスデューサ。
【請求項５】
前記半導体含有層は、さらに絶縁性粒子を含む請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の柔軟なトランスデューサ。
【請求項６】
前記半導体含有層は、ｐ型半導体を含むｐ型半導体含有層とｎ型半導体を含むｎ型半導体含有層とからなり、
前記誘電層は、該ｐ型半導体含有層と該ｎ型半導体含有層とが積層されてなる請求項１ないし請求項３、および請求項５のいずれかに記載の柔軟なトランスデューサ。
【請求項７】
前記誘電層は、さらに、エラストマーを含み体積抵抗率が１０１２Ω・ｃｍ以上の高抵抗層を備える請求項１ないし請求項３、請求項５、および請求項６のいずれかに記載の柔軟なトランスデューサ。
【請求項８】
前記半導体含有層は、ｐ型半導体を含むｐ型半導体含有層とｎ型半導体を含むｎ型半導体含有層とからなり、
前記高抵抗層は、該ｐ型半導体含有層と該ｎ型半導体含有層との間に配置される請求項７に記載の柔軟なトランスデューサ。
【請求項９】
電歪型である請求項１ないし請求項３、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の柔軟なトランスデューサ。
【請求項１０】
前記半導体含有層は、前記有機半導体を含む請求項１または請求項２に記載の柔軟なトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エラストマー材料を用いた柔軟なトランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスデューサとしては、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン等が知られている。柔軟性が高く、小型で軽量なトランスデューサを構成するためには、誘電体エラストマー等の高分子材料が有用である。【０００３】
例えば、誘電体エラストマーからなるシート状の誘電層の厚さ方向両面に、一対の電極を配置して、柔軟なトランスデューサを構成することができる。この種のトランスデューサによると、電極間の電荷により力を発生させたり、変形により生じた電荷を検知したり、発電することができる。例えば、電極間への印加電圧を大きくすると、電極間の静電引力が大きくなる。このため、電極間に挟まれた誘電層は厚さ方向から圧縮され、誘電層の厚さは薄くなる。膜厚が薄くなると、その分、誘電層は電極面に対して平行方向に伸長する。一方、電極間への印加電圧を小さくすると、電極間の静電引力が小さくなる。このため、誘電層に対する厚さ方向からの圧縮力が小さくなり、誘電層の弾性復元力により膜厚は厚くなる。膜厚が厚くなると、その分、誘電層は電極面に対して平行方向に収縮する。このように、印加電圧の変化に対する誘電層の伸縮を利用して、柔軟なトランスデューサを、アクチュエータとして用いることができる。【０００４】
アクチュエータから出力される力および変位量は、印加電圧の大きさと、誘電層の比誘電率と、により決定される。すなわち、印加電圧が大きく、かつ誘電層の比誘電率が大きいほど、アクチュエータの発生力および変位量は大きくなる。このため、誘電層の材料としては、耐絶縁破壊性が高いシリコーンゴムや、比誘電率が大きいアクリルゴム、ニトリルゴム等が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５０６８５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３５２１号公報
【特許文献３】特表２００１−５２３０４０号公報
【特許文献４】特開２００８−２１１８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シリコーンゴムからなる誘電層は、大きな電圧を印加しても絶縁破壊しにくい。しかしながら、シリコーンゴムの極性は小さい。つまり、シリコーンゴムの比誘電率は小さい。このため、シリコーンゴムからなる誘電層を用いてアクチュエータを構成した場合には、印加電圧に対する静電引力が小さい。よって、実用的な電圧により、所望の力および変位量を得ることができない。【０００７】
一方、アクリルゴムやニトリルゴムの比誘電率は、シリコーンゴムの比誘電率よりも大きい。このため、誘電層の材料としてアクリルゴム等を用いると、印加電圧に対する静電引力は、シリコーンゴムを用いた場合と比較して、大きくなる。しかしながら、アクリルゴム等の電気抵抗は、シリコーンゴムの電気抵抗と比較して、小さい。このため、アクリルゴム等からなる誘電層は、絶縁破壊しやすい。また、電圧印加時に電流が誘電層中を流れやすいため（いわゆる漏れ電流が大きいため）、誘電層と電極との界面に電荷が溜まりにくい。したがって、比誘電率が大きいにも関わらず、静電引力が小さくなり、充分な力および変位量を得ることができない。このように、エラストマー単独では、静電引力と耐絶縁破壊性との両方を満足する誘電層を実現することは、難しい。【０００８】
また、静電容量を検知するセンサにおいても、感度を上げるためには、誘電層の比誘電率が大きいことが必要である。同時に、電荷を保持するためには高い絶縁性が要求される。また、発電素子やスピーカを高性能化するためにも、多くの電荷を保持できることが必須である。しかし、エラストマー単独では、大きな比誘電率と高い絶縁性とを両立することは難しい。【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、エラストマーを含む誘電層を備え、耐絶縁破壊性が高く、大きな力を出力することができる柔軟なトランスデューサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の柔軟なトランスデューサは、エラストマーと、無機半導体および有機半導体の少なくとも一方と、を含む半導体含有層を有する誘電層と、該誘電層を挟んで配置され、バインダーおよび導電材を含む一対の電極と、を備えることを特徴とする。【００１１】
本発明の柔軟なトランスデューサにおいて、一対の電極間に介装される誘電層は、エラストマーと、無機半導体および有機半導体の少なくとも一方（以下、適宜まとめて「半導体」と称す）と、を含む半導体含有層を有する。半導体には、自由電子（負電荷を持つ荷電粒子）を有するｎ型半導体と、正孔（正電荷を持つ荷電粒子）を有するｐ型半導体と、がある。例えば、ｎ型半導体を含むｎ型半導体含有層に電圧が印加されると、自由電子が移動して、ｎ型半導体の内部に電荷の偏りが生じる。また、ｐ型半導体を含むｐ型半導体含有層に電圧が印加されると、正孔が移動して、ｐ型半導体の内部に電荷の偏りが生じる。半導体の内部に分極が生じることにより、比誘電率は大きくなる。また、自由電子や正孔（キャリア）は、母材である絶縁性のエラストマーが障壁となり、誘電層内では電流として流れにくい。したがって、半導体含有層は、比誘電率は大きいが、絶縁破壊しにくい。【００１２】
誘電層は、半導体含有層（単層でも複数層でもよい）のみから構成されてもよいが、半導体含有層以外に、他の層を有してもよい。例えば、半導体含有層に、電気抵抗が大きい高抵抗層を積層させることができる。この場合、半導体含有層に隣接する高抵抗層の電気抵抗は大きい。このため、半導体含有層と高抵抗層との界面に、多くの電荷が蓄えられる。したがって、半導体含有層および高抵抗層を圧縮する大きな静電引力が発生し、大きな力を出力することができる。【００１３】
このように、本発明の柔軟なトランスデューサにおいては、誘電層として半導体含有層を有することにより、誘電層に大きな静電引力を発生させることができる。また、誘電層の絶縁破壊強度は大きい。したがって、本発明の柔軟なトランスデューサによると、大きな電圧を印加して、大きな力を出力することができる。また、本発明の柔軟なトランスデューサを静電容量型センサとして用いた場合には、半導体含有層の静電容量が大きいため、変位に対する分解能が高くなる。【００１４】
誘電層の比誘電率を大きくするためには、例えば、エラストマーにイオン成分を配合してもよい。この場合、電圧を印加すると、イオン成分の分子が反転して分極する。これにより、誘電層中に多くの電荷を発生させることができる。しかし、イオン分極には、イオン分子自体の反転が必要である。一般に、物質自体が反転することにより分極反転が生じる誘電材料においては、周波数が高くなると、物質の反転する速度が周波数に追いつかなくなる。このため、高周波数の交流電圧を印加した場合には、電圧の変化に分極が追随できない。したがって、イオン成分を配合して比誘電率の向上効果が得られるのは、１０Ｈｚ程度の低周波数までである。【００１５】
この点、本発明の半導体含有層においては、半導体のキャリア（正孔または自由電子）により電荷密度が大きくなる。キャリアの移動は、イオン分極のように物質の反転を伴わないため、印加電圧の周波数が高くても、分極による比誘電率の向上効果を得ることができる。したがって、本発明の柔軟なトランスデューサは、高周波数の交流電圧が印加される用途にも適している。【００１６】
また、イオン成分を配合したイオン含有層と、上述した高抵抗層と、を積層させた場合には、イオン成分が高抵抗層に拡散しやすい。このため、高抵抗層の電気抵抗が低下して、絶縁破壊するおそれがある。また、高抵抗層に電流が流れると、発生するジュール熱により、高抵抗層が破壊されるおそれがある。【００１７】
この点、本発明の半導体含有層においては、電圧を印加することにより半導体のキャリアは移動するが、半導体自身（固定電荷）は移動しない。したがって、半導体含有層と高抵抗層とを積層させても、半導体自身の移動による経時変化がない。このため、高抵抗層の電気抵抗の低下や絶縁破壊は、生じにくい。【００１８】
上記特許文献２には、ｎ型熱電半導体基体とｐ型熱電半導体基体とを接合した熱電発電モジュールが開示されている。特許文献２に記載の熱電発電モジュールは、ペルチェ効果またはゼーベック効果を用いるものであり、電歪効果を利用する本発明の柔軟なトランスデューサとは異なる。特許文献２に記載のｎ型熱電半導体基体は、合成ゴムに導電性粒子を混合した体積抵抗率１０−４〜１０３Ω・ｃｍの導電性プラスチック中に、ｎ型熱電半導体粒子を配合したものである。同様に、ｐ型熱電半導体基体は、上記導電性プラスチック中に、ｐ型熱電半導体粒子を配合したものである。ｎ型熱電半導体基体およびｐ型熱電半導体基体は、導電性粒子により導電性が付与されている点においても、本発明の半導体含有層とは異なる。また、特許文献３には絶縁バインダ、導電性粒子、および半導体粒子を有する組成物が開示されている。特許文献３に記載の組成物は、電気過負荷過渡現象に対する電子部品の保護に用いられるものであり、導電性粒子により導電性が付与されている点において、本発明の半導体含有層とは異なる。特許文献４には、伸縮体と、半導電層と、一対の電極と、を備える電歪型アクチュエータが開示されている。半導電層は、カーボン粉末等の導電性物質を含み、半導体を含まない点において、本発明の半導体含有層とは異なる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第一実施形態のトランスデューサの断面模式図である。
【図２】第二実施形態のトランスデューサの断面模式図である。
【図３】第三実施形態のトランスデューサの断面模式図である。
【図４】第四実施形態のトランスデューサの断面模式図である。
【図５】本発明のトランスデューサの第五実施形態であるスピーカの斜視図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】本発明のトランスデューサの第六実施形態である発電素子の断面模式図であって、（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を示す。
【図８】本発明のトランスデューサの第七実施形態である静電容量型センサの上面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】測定装置に取り付けられたアクチュエータの表側正面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。
【図１２】評価実験に使用したアクチュエータの上面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１：トランスデューサ、１０：誘電層、１１ａ、１１ｂ：電極、１２：ｎ型半導体含有層、１３：ｐ型半導体含有層、１４：高抵抗層。
２：静電容量型センサ（トランスデューサ）、２０：誘電層、２１ａ、２１ｂ：電極、２２ａ、２２ｂ：配線、２３ａ、２３ｂ：カバーフィルム、２４：コネクタ。
３：発電素子（トランスデューサ）、３０：誘電層、３１ａ、３１ｂ：電極、３２ａ〜３２ｃ：配線。
４：スピーカ（トランスデューサ）、４０ａ：第一アウタフレーム、４０ｂ：第二アウタフレーム、４１ａ：第一インナフレーム、４１ｂ：第二インナフレーム、４２ａ：第一誘電層、４２ｂ：第二誘電層、４３ａ：第一アウタ電極、４３ｂ：第二アウタ電極、４４ａ：第一インナ電極、４４ｂ：第二インナ電極、４５ａ：第一振動板、４５ｂ：第二振動板、４３０ａ、４３０ｂ、４４０ａ、４４０ｂ：端子、４６０：ボルト、４６１：ナット、４６２：スペーサ。
５：アクチュエータ、５０：誘電層、５１ａ、５１ｂ：電極、５２：上側チャック、５３：下側チャック。
６：アクチュエータ、６０：誘電層、６１ａ、６１ｂ：電極、６２：電源、６３：変位計、６１０ａ、６１０ｂ：端子部、６３０：マーカー。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の柔軟なトランスデューサの実施の形態について説明する。なお、本発明の柔軟なトランスデューサは、以下の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。本発明の柔軟なトランスデューサは、誘電層と、該誘電層を挟んで配置される一対の電極と、を備える。
【００２２】
＜誘電層＞
誘電層は、一対の電極間に配置される。誘電層は、半導体含有層を有すれば、一層でも二層以上でもよい。まず、本発明の柔軟なトランスデューサをアクチュエータとして用いる場合を例に挙げ、誘電層の構成例を説明する。なお、後述する第五〜七実施形態に示すように、本発明の柔軟なトランスデューサをスピーカ、発電素子、センサ等として用いる場合においても、以下と同様の構成を採用することができる。
【００２３】
［第一実施形態］
本実施形態の柔軟なトランスデューサ（以下、実施形態において、単に「トランスデューサ」と称す）の構成および動作を説明する。図１に、本実施形態のトランスデューサの断面模式図を示す。図１に示すように、トランスデューサ１は、誘電層１０と、一対の電極１１ａ、１１ｂと、を備えている。誘電層１０は、ｎ型半導体含有層１２からなる。ｎ型半導体含有層１２は、ニトリルゴムと、ｎ型半導体無機粒子のＰドープＳｎＯ２粒子と、を含んでいる。ニトリルゴムは、本発明のエラストマーに含まれる。電極１１ａはプラス電極であり、ｎ型半導体含有層１２の上面に配置されている。電極１１ｂはマイナス電極であり、ｎ型半導体含有層１２の下面に配置されている。
【００２４】
一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧が印加されると、ｎ型半導体無機粒子の自由電子がプラス電極１１ａ側へ移動することにより、ｎ型半導体無機粒子の内部に分極が生じる。これにより、ｎ型半導体含有層１２の電荷密度は大きくなり、比誘電率は大きくなる。したがって、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に、ｎ型半導体含有層１２圧縮するように、大きな静電引力が発生する。一方、自由電子は、母材のニトリルゴムが障壁となり、電流として流れにくい。したがって、ｎ型半導体含有層１２は、絶縁破壊しにくい。
【００２５】
したがって、トランスデューサ１によると、印加電圧を大きくして、大きな力および変位量を得ることができる。また、トランスデューサ１は、耐久性に優れる。
【００２６】
［第二実施形態］
本実施形態のトランスデューサの構成および動作を説明する。図２に、本実施形態のトランスデューサの断面模式図を示す。図１と対応する部材については、同じ符号で示す。図２に示すように、トランスデューサ１は、誘電層１０と、一対の電極１１ａ、１１ｂと、を備えている。誘電層１０は、ｎ型半導体含有層１２と、ｐ型半導体含有層１３と、からなる。ｎ型半導体含有層１２は、ｐ型半導体含有層１３の上面に積層されている。ｐ型半導体含有層１３は、ニトリルゴムと、ｐ型半導体無機粒子の酸化ニッケル粒子と、を含んでいる。電極１１ａはプラス電極であり、ｎ型半導体含有層１２の上面に配置されている。電極１１ｂはマイナス電極であり、ｐ型半導体含有層１３の下面に配置されている。
【００２７】
一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧が印加されると、ｎ型半導体含有層１２において、ｎ型半導体無機粒子の自由電子がプラス電極１１ａ側へ移動することにより、ｎ型半導体無機粒子の内部に分極が生じる。また、ｐ型半導体含有層１３において、ｐ型半導体無機粒子の正孔がマイナス電極１１ｂ側へ移動することにより、ｐ型半導体無機粒子の内部に分極が生じる。これにより、ｎ型半導体含有層１２およびｐ型半導体含有層１３の電荷密度は大きくなり、比誘電率は大きくなる。したがって、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に、ｎ型半導体含有層１２およびｐ型半導体含有層１３を圧縮するように、大きな静電引力が発生する。一方、自由電子は、母材のニトリルゴムが障壁となり、電流として流れにくい。したがって、ｎ型半導体含有層１２およびｐ型半導体含有層１３は、絶縁破壊しにくい。
【００２８】
［第三実施形態］
本実施形態のトランスデューサの構成および動作を説明する。図３に、本実施形態のトランスデューサの断面模式図を示す。図１と対応する部材については、同じ符号で示す。図３に示すように、トランスデューサ１は、誘電層１０と、一対の電極１１ａ、１１ｂと、を備えている。誘電層１０は、ｎ型半導体含有層１２と、高抵抗層１４と、からなる。ｎ型半導体含有層１２は、高抵抗層１４の上面に積層されている。高抵抗層１４は、ニトリルゴムと、絶縁性粒子のＴｉＯ２と、を含んでいる。高抵抗層１４の体積抵抗率は、８×１０１３Ω・ｃｍである。電極１１ａはプラス電極であり、ｎ型半導体含有層１２の上面に配置されている。電極１１ｂはマイナス電極であり、高抵抗層１４の下面に配置されている。
【００２９】
一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧が印加されると、ｎ型半導体含有層１２において、ｎ型半導体無機粒子の自由電子がプラス電極１１ａ側へ移動することにより、ｎ型半導体無機粒子の内部に分極が生じる。これにより、ｎ型半導体含有層１２の電荷密度は大きくなり、比誘電率は大きくなる。また、電圧を印加し続けると、ｎ型半導体無機粒子の自由電子の一部は、母材のニトリルゴム中に移動する。一方、固定電荷のｎ型半導体無機粒子自身は、ほとんど動かない。ここで、高抵抗層１４の電気抵抗は大きい。このため、ｎ型半導体含有層１２と高抵抗層１４との界面に、多くの電荷が蓄えられる。したがって、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に、ｎ型半導体含有層１２および高抵抗層１４を圧縮するように、大きな静電引力が発生する。
【００３０】
［第四実施形態］
本実施形態のトランスデューサの構成および動作を説明する。図４に、本実施形態のトランスデューサの断面模式図を示す。図２、図３と対応する部材については、同じ符号で示す。図４に示すように、トランスデューサ１は、誘電層１０と、一対の電極１１ａ、１１ｂと、を備えている。誘電層１０は、ｎ型半導体含有層１２と、ｐ型半導体含有層１３と、高抵抗層１４と、からなる。高抵抗層１４は、ｎ型半導体含有層１２とｐ型半導体含有層１３との間に介装されている。電極１１ａはプラス電極であり、ｎ型半導体含有層１２の上面に配置されている。電極１１ｂはマイナス電極であり、ｐ型半導体含有層１３の下面に配置されている。
【００３１】
一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧が印加されると、ｎ型半導体含有層１２において、ｎ型半導体無機粒子の内部に分極が生じる。また、ｐ型半導体含有層１３において、ｐ型半導体無機粒子の内部に分極が生じる。これにより、ｎ型半導体含有層１２およびｐ型半導体含有層１３の電荷密度は大きくなり、比誘電率は大きくなる。また、印加電圧をより大きくすると、ｎ型半導体無機粒子の自由電子の一部は、母材のニトリルゴム中に移動する。一方、プラス固定電荷のｎ型半導体無機粒子自身は、ほとんど動かない。同様に、ｐ型半導体無機粒子の正孔の一部は、母材のニトリルゴム中に移動する。一方、マイナス固定電荷のｐ型半導体無機粒子自身は、ほとんど動かない。ここで、高抵抗層１４の電気抵抗は大きい。このため、ｎ型半導体含有層１２と高抵抗層１４との界面、およびｐ型半導体含有層１３と高抵抗層１４との界面に、多くの電荷が蓄えられる。したがって、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に、ｎ型半導体含有層１２、高抵抗層１４、およびｐ型半導体含有層１３を圧縮するように、大きな静電引力が発生する。
【００３２】
次に、誘電層を構成する各層の詳細を説明する。
【００３３】
［半導体含有層］
半導体含有層は、エラストマーと、無機半導体および有機半導体の少なくとも一方と、を含む。エラストマーには、架橋ゴムおよび熱可塑性エラストマーが含まれる。これらの一種を単独で、または二種以上を混合して用いることができる。エラストマーは、トランスデューサに要求される性能に応じて、適宜選択すればよい。例えば、電圧印加時に発生する静電引力を大きくするという観点では、極性が大きい、つまり比誘電率が大きいエラストマーが望ましい。具体的には、比誘電率が２．８以上（測定周波数１００Ｈｚ）のものが好適である。比誘電率が大きいエラストマーとしては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、アクリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、およびウレタンゴム等が挙げられる。また、官能基を導入するなどして変性されたエラストマーを用いてもよい。変性エラストマーとしては、例えば、カルボキシル基変性ニトリルゴム（Ｘ−ＮＢＲ）、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ＸＨ−ＮＢＲ）等が好適である。Ｘ−ＮＢＲ、ＸＨ−ＮＢＲにおいては、アクリロニトリル含有量（結合ＡＮ量）が３３質量％以上のものが望ましい。結合ＡＮ量は、ゴムの全体質量を１００質量％とした場合のアクリロニトリルの質量割合である。
【００３４】
また、比誘電率が小さくても、電気抵抗が大きいエラストマーは、電圧印加時に絶縁破壊しにくいという点で望ましい。電気抵抗が大きいエラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体等が挙げられる。
【００３５】
また、熱可塑性エラストマーは、架橋剤を使用しないため、不純物が入りにくく、好適である。熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系（ＳＢＳ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳ）、オレフィン系（ＴＰＯ）、塩ビ系（ＴＰＶＣ）、ウレタン系（ＴＰＵ）、エステル系（ＴＰＥＥ）、アミド系（ＴＰＡＥ）、およびこれらの共重合体やブレンド体が挙げられる。
【００３６】
無機半導体としては、無機物からなるｐ型またはｎ型半導体の粒子を含むことが望ましい。ｐ型またはｎ型半導体は、真性半導体に所定の元素を微量ドーピングした材料、酸化物およびカルコゲナイド等のｐ型またはｎ型を示す材料、のいずれでもよい。カルコゲナイドは、硫化物、セレン化物、およびテルル化物を含む。これらのうち、安定性および安全性の観点から、酸化物または硫化物、なかでも金属酸化物または金属硫化物が好適である。
【００３７】
ｐ型を示す金属酸化物、金属硫化物としては、ニッケルを含む化合物、１価の銅を含む化合物、コバルトを含む化合物が挙げられる。具体的には、酸化ニッケル、酸化銅、コバルトとナトリウムとの複合酸化物（例えばＮａｘＣｏＯ４）等が挙げられる。なお、金属酸化物、金属硫化物は、元素が一部置換されたものや、所定の元素が微量ドーピングされたものでもよい。
【００３８】
ｎ型を示す金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化バナジウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化スズ、酸化鉄、タンタル酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウムおよびチタン酸ストロンチウム等が挙げられる。金属硫化物としては、硫化カドミウム、硫化亜鉛、および硫化インジウム等が挙げられる。なお、金属酸化物、金属硫化物は、元素が一部置換されたものや、所定の元素が微量ドーピングされたものでもよい。
【００３９】
粒子内のキャリア濃度を増加して、比誘電率向上効果を高めるという観点から、金属酸化物および金属硫化物としては、元素が一部置換されたものや、所定の元素が微量ドーピングされたものが望ましい。なかでも、チタン酸バリウムにＬａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎがドーピングされたもの、酸化チタンにＮｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎがドーピングされたもの、酸化スズにＰ、Ｓｂ、Ａｌがドーピングされたもの、酸化亜鉛にＡｌ、Ｇａがドーピングされたもの、酸化インジウムにＳｎがドーピングされたものが、好適である。また、複数の元素がドーピングされたものを用いてもよい。また、還元アニーリング等により、酸素欠損を生成して、キャリア濃度を増加させてもよい。
【００４０】
元素のドーピング量は、ドーピングする母粒子により最適値が異なるため、適宜決定すればよい。例えば、ドーピング量は、０．０１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下であることが望ましい。ドーピング量が０．０１ｍｏｌ％未満の場合には、比誘電率向上効果が少なく、２０ｍｏｌ％を超えると、かえって比誘電率が小さくなる。より好適には、０．５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下である。
【００４１】
半導体含有層に含まれる半導体粒子は、一種でも二種以上でもよい。半導体粒子としては、市販の粉末を用いてもよく、固相合成法、超臨界水熱合成法、水熱合成法、ゾルゲル法、シュウ酸法等により合成したものを用いてもよい。固相合成法を用いると、ドーピング量をコントロールしやすいため、任意のドーピング量の粒子を得やすい。また、得られる粒子の結晶性も高くなる。水熱合成法、超臨界水熱合成法、ゾルゲル法を用いると、ナノサイズで結晶性の高い粒子を得ることができる。結晶性の高い粒子を用いると、半導体含有層の電気抵抗が大きくなり、半導体含有層が絶縁破壊しにくくなる。ナノサイズの粒子を用いると、半導体含有層を薄膜化することができる。半導体含有層、ひいては誘電層を薄膜化することにより、トランスデューサの体積エネルギー密度を高めることができる。また、印加電圧を小さくして、省電力化を図ることができる。
【００４２】
半導体粒子は、エラストマー中に単分散状態で存在することが望ましい。半導体粒子がエラストマー中に凝集した状態で存在すると、凝集した部分の絶縁性が損なわれ、半導体含有層全体の絶縁性が低下してしまう。これにより、誘電層の絶縁破壊強度が低下する。半導体粒子の分散性を高めるため、エラストマーの種類に応じて、半導体粒子に公知の表面処理を施してもよい。この際、表面処理剤としては、半導体粒子およびエラストマーの両方と共有結合できるものが望ましい。共有結合により、半導体粒子とエラストマーとの親和性が増加することにより、ミクロボイドが生じにくくなり、エラストマーから半導体粒子が剥離しにくくなる。これにより、半導体含有層の絶縁破壊強度が大きくなる。例えば、ゾルゲル法により合成した半導体粒子は、粒子表面に多くの水酸基を有する。このため、表面処理を施さなくても、エラストマーと共有結合しやすい。したがって、ゾルゲル法により合成した半導体粒子は、半導体含有層の絶縁破壊強度を大きくするのに好適である。
【００４３】
半導体粒子は、キャリア密度の高いものが好適である。半導体粒子のキャリア密度が高いと、エラストマーへの配合量が少なくても、半導体含有層の電荷密度を増加させることができる。半導体粒子の配合量が少ないと、半導体含有層の柔軟性が向上する。また、エラストマー中の半導体粒子同士の距離が大きくなるため、電圧印加時の粒子間ホッピングを抑制することができる。これにより、漏れ電流が低減し、半導体含有層が絶縁破壊しにくくなる。一方、半導体粒子の配合量を多くすると、半導体含有層の電荷密度を増加させることができる。しかし、柔軟性や耐絶縁破壊性の低下を招くおそれがある。したがって、半導体粒子の配合量は、相反する利点を考慮して、半導体含有層が所望の比誘電率、体積抵抗率、柔軟性等を有するように、適宜決定すればよい。例えば、半導体粒子の配合量を、エラストマー１００質量部に対して、１質量部以上１２０質量部以下にするとよい。５質量部以上８０質量部以下にすると、より好適である。
【００４４】
半導体粒子の形状は、特に限定されない。例えば、半導体粒子のアスペクト比が小さい場合、エラストマーへの配合量が多くても、半導体粒子同士が接触しにくい。このため、電圧印加時の粒子間ホッピングの抑制に、効果的である。反対に、半導体粒子のアスペクト比が大きい場合、エラストマーへの配合量が少なくても、電荷密度を増加できる可能性がある。
【００４５】
柔軟なトランスデューサにおいて、誘電層の厚さは、印加電圧と発生力との関係に影響を与える。すなわち、誘電層の厚さを薄くすると、単位厚さ当たりの印加電圧を、小さくすることができる。したがって、誘電層の厚さは薄い方が望ましい。つまり、半導体含有層の厚さも、薄い方が望ましい。半導体粒子の大きさは、半導体含有層の厚さに応じて、適宜決定すればよい。例えば、半導体含有層の厚さが２０μｍ程度の場合には、半導体粒子の粒子径（凝集体ではない一次粒子の粒子径）は、５００ｎｍ以下であることが望ましく、１００ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下であるとより好適である。
【００４６】
半導体含有層は、無機半導体および有機半導体の少なくとも一方を有すればよい。有機半導体としては、ポリアニリン、ポリチオフェン等を用いることが望ましい。キャリア濃度を高くする、不純物が入りにくいという観点から、半導体含有層は、無機半導体の粒子を含む態様が望ましい。また、半導体含有層の絶縁破壊強度を大きくするという観点から、半導体含有層の体積抵抗率は、１０１０Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。１０１２Ω・ｃｍ以上が好適である。
【００４７】
半導体含有層は、半導体に加えて、さらに絶縁性粒子を含んでいてもよい。絶縁性粒子を配合することにより、半導体含有層の体積抵抗率を大きくすることができ、絶縁破壊強度を大きくすることができる。絶縁性粒子としては、例えば、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウム、炭酸カルシウム、クレー、焼成クレー、タルク等の粉末を用いればよい。これらの一種を単独で、または二種以上を混合して用いることができる。シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウムについては、有機金属化合物の加水分解反応（ゾルゲル法）により製造したものを用いてもよい。例えば、チタン酸バリウムの比誘電率は大きい。よって、半導体含有層に、チタン酸バリウム等の誘電性を有する粒子を配合すると、電圧印加時に発生する静電引力を大きくすることができる。また、半導体含有層は、絶縁性粒子以外にも、架橋剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等を含むことができる。
【００４８】
［高抵抗層］
上記第三、第四実施形態に示したように、誘電層は、エラストマーを含み体積抵抗率が１０１２Ω・ｃｍ以上の高抵抗層を備える態様が望ましい。高抵抗層は、エラストマーのみから形成されてもよく、エラストマーおよび他の成分を含んで形成されてもよい。
【００４９】
エラストマーとしては、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、イソプレンゴム、天然ゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体等が好適である。また、エポキシ化天然ゴム、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ＸＨ−ＮＢＲ）等のように、官能基を導入するなどして変性したエラストマーを用いてもよい。エラストマーとしては、一種を単独で、または二種以上を混合して用いることができる。
【００５０】
エラストマーに加えて配合される他の成分の一つとして、絶縁性粒子が挙げられる。絶縁性粒子を配合することにより、高抵抗層の体積抵抗率を大きくすることができる。絶縁性粒子としては、例えば、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウム、炭酸カルシウム、クレー、焼成クレー、タルク等の粉末を用いればよい。これらの一種を単独で、または二種以上を混合して用いることができる。半導体含有層の場合と同様に、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウムについては、ゾルゲル法により製造したものを用いてもよい。
【００５１】
電子の流れを遮断して、絶縁性をより高くするためには、エラストマーと絶縁性粒子とが、化学結合されていることが望ましい。こうするためには、エラストマーおよび絶縁性粒子の両方が、互いに反応可能な官能基を有することが望ましい。官能基としては、水酸基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、無水マレイン酸基等が挙げられる。この場合、エラストマーとしては、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム等のように、官能基を導入するなどして変性したものが好適である。また、絶縁性粒子の場合、製造方法により、あるいは製造後に表面処理を施すことにより、官能基を導入したり、官能基の数を増加させることができる。官能基の数が多いほど、エラストマーと絶縁性粒子との反応性が向上する。
【００５２】
絶縁性粒子の配合量は、エラストマーの体積抵抗率等を考慮して、決定すればよい。例えば、エラストマーの１００質量部に対して、５質量部以上５０質量部以下とすることが望ましい。５質量部未満であると、電気抵抗を大きくする効果が小さい。反対に、５０質量部を超えると、高抵抗層が硬くなり、柔軟性が損なわれるおそれがある。
【００５３】
次に、誘電層の製造方法を説明する。誘電層が一層（半導体含有層）の場合、半導体含有層は、例えば、エラストマー分のポリマーおよび半導体等の原料を含む原料液を、基材上に塗布し、塗膜を乾燥して（必要に応じて架橋反応させて）製造することができる。また、誘電層が二層以上の積層体の場合、まず、各々の層を、原料液を基材上に塗布、乾燥して（必要に応じて架橋反応させて）形成する。次に、形成した層同士を重ね合わせて、基材を剥離することにより、積層体を製造することができる。
【００５４】
＜電極＞
本発明の柔軟なトランスデューサにおいて、一対の電極は、バインダーおよび導電材を含む。バインダーとしては、樹脂やエラストマーを用いることができる。伸縮しても電気抵抗が増加しにくい電極を形成するという観点から、バインダーとしては、エラストマーが好適である。エラストマーとしては、シリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等の架橋ゴム、およびスチレン系、オレフィン系、塩ビ系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアミド系等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。また、エポキシ基変性アクリルゴム、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム等のように、官能基を導入するなどして変性したエラストマーを用いてもよい。
【００５５】
導電材の種類は、特に限定されない。カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等の導電性炭素粉末、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金等の金属粉末等から、適宜選択すればよい。また、銀被覆銅粉末など、金属で被覆された粒子からなる粉末を用いてもよい。これらの一種を単独で、または二種以上を混合して用いればよい。
【００５６】
例えば、金属で被覆される粒子が金属以外の粒子の場合、金属だけで構成する場合と比較して、導電材の比重を小さくすることができる。よって、塗料化した場合に、導電材の沈降が抑制されて、分散性が向上する。また、粒子を加工することにより、様々な形状の導電材を容易に製造することができる。また、導電材のコストを低減することができる。被覆する金属としては、先に列挙した銀等の金属材料を用いればよい。また、金属以外の粒子としては、カーボンブラック等の炭素材料、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物、シリカ等の無機物、アクリルやウレタン等の樹脂等を用いればよい。
【００５７】
電極は、バインダーおよび導電材に加えて、必要に応じて架橋剤、分散剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。例えば、バインダーとしてエラストマーを用いる場合、当該エラストマー分のポリマーを溶剤に溶解したポリマー溶液に、導電材、必要に応じて添加剤を添加して、攪拌、混合することにより、導電塗料を調製することができる。調製した導電塗料を、誘電層の対向する二面に直接塗布することにより、電極を形成すればよい。あるいは、離型性フィルムに導電塗料を塗布して電極を形成し、形成した電極を、誘電層の対向する二面に転写してもよい。
【００５８】
導電塗料の塗布方法としては、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
【００５９】
以下、本発明の柔軟なトランスデューサの実施形態として、スピーカ、発電素子、および静電容量型センサの実施形態を説明する。
【００６０】
［第五実施形態］
まず、本実施形態のスピーカの構成について説明する。図５に、本実施形態のスピーカの斜視図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図５、図６に示すように、スピーカ４は、第一アウタフレーム４０ａと、第一インナフレーム４１ａと、第一誘電層４２ａと、第一アウタ電極４３ａと、第一インナ電極４４ａと、第一振動板４５ａと、第二アウタフレーム４０ｂと、第二インナフレーム４１ｂと、第二誘電層４２ｂと、第二アウタ電極４３ｂと、第二インナ電極４４ｂと、第二振動板４５ｂと、八つのボルト４６０と、八つのナット４６１と、八つのスペーサ４６２と、を備えている。
【００６１】
第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａは、各々、樹脂製であって、リング状を呈している。第一誘電層４２ａは、円形の薄膜状を呈している。第一誘電層４２ａは、第一実施形態と同じニトリルゴムとｎ型半導体無機粒子とを含むｎ型半導体含有層からなる。第一誘電層４２ａは、第一アウタフレーム４０ａと第一インナフレーム４１ａとの間に張設されている。すなわち、第一誘電層４２ａは、表側の第一アウタフレーム４０ａと裏側の第一インナフレーム４１ａとにより、所定の張力を確保した状態で、挟持、固定されている。第一振動板４５ａは、樹脂製であって、円板状を呈している。第一振動板４５ａは、第一誘電層４２ａよりも小径である。第一振動板４５ａは、第一誘電層４２ａの表面の略中央に配置されている。
【００６２】
第一アウタ電極４３ａは、リング状を呈している。第一アウタ電極４３ａは、第一誘電層４２ａの表面に貼着されている。第一インナ電極４４ａも、リング状を呈している。第一インナ電極４４ａは、第一誘電層４２ａの裏面に貼着されている。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、第一誘電層４２ａを挟んで、表裏方向に背向している。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、いずれも、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。また、図６に示すように、第一アウタ電極４３ａは、端子４３０ａを備えている。第一インナ電極４４ａは、端子４４０ａを備えている。端子４３０ａ、４４０ａには、外部から電圧が印加される。
【００６３】
第二アウタフレーム４０ｂ、第二インナフレーム４１ｂ、第二誘電層４２ｂ、第二アウタ電極４３ｂ、第二インナ電極４４ｂ、第二振動板４５ｂ（以下、「第二部材」と総称する。）の構成、材質、形状は、上記第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａ、第一誘電層４２ａ、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第一振動板４５ａ（以下、「第一部材」と総称する。）の構成、材質、形状と、同様である。また、第二部材の配置は、上記第一部材の配置と、表裏方向に対称である。簡単に説明すると、第二誘電層４２ｂはｎ型半導体含有層からなり、第二アウタフレーム４０ｂと第二インナフレーム４１ｂとの間に張設されている。第二振動板４５ｂは、第二誘電層４２ｂの表面の略中央に配置されている。第二アウタ電極４３ｂは、第二誘電層４２ｂの表面に印刷されている。第二インナ電極４４ｂは、第二誘電層４２ｂの裏面に印刷されている。第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとは、いずれも、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。第二アウタ電極４３ｂの端子４３０ｂ、第二インナ電極４４ｂの端子４４０ｂには、外部から電圧が印加される。
【００６４】
第一部材と第二部材とは、八つのボルト４６０、八つのナット４６１により、八つのスペーサ４６２を介して、固定されている。「ボルト４６０−ナット４６１−スペーサ４６２」のセットは、スピーカ４の周方向に所定間隔ずつ離間して配置されている。ボルト４６０は、第一アウタフレーム４０ａ表面から第二アウタフレーム４０ｂ表面までを貫通している。ナット４６１は、ボルト４６０の貫通端に螺着されている。スペーサ４６２は、樹脂製であって、ボルト４６０の軸部に環装されている。スペーサ４６２は、第一インナフレーム４１ａと第二インナフレーム４１ｂとの間に、所定の間隔を確保している。第一誘電層４２ａの中央部裏面（第一振動板４５ａが配置されている部分の裏側）と、第二誘電層４２ｂの中央部裏面（第二振動板４５ｂが配置されている部分の裏側）と、は接合されている。このため、第一誘電層４２ａには、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、付勢力が蓄積されている。また、第二誘電層４２ｂには、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、付勢力が蓄積されている。
【００６５】
次に、スピーカ４の動きについて説明する。端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとを介して、第一アウタ電極４３ａおよび第一インナ電極４４ａと、第二アウタ電極４３ｂおよび第二インナ電極４４ｂと、には、初期状態（オフセット状態）において、所定の電圧（オフセット電圧）が印加されている。スピーカ４の動作時には、端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとに、逆位相の電圧が印加される。  例えば、端子４３０ａ、４４０ａに、オフセット電圧＋１Ｖが印加されると、第一誘電層４２ａのうち、第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとの間に配置されている部分の厚さが薄くなる。並びに、当該部分が径方向に伸長する。これと同時に、端子４３０ｂ、４４０ｂに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加される。すると、第二誘電層４２ｂのうち、第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとの間に配置されている部分の厚さが厚くなる。並びに当該部分が径方向に収縮する。これにより、第二誘電層４２ｂは、第一誘電層４２ａを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。反対に、端子４３０ｂ、４４０ｂにオフセット電圧＋１Ｖが印加され、端子４３０ａ、４４０ａに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加されると、第一誘電層４２ａは、第二誘電層４２ｂを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。このようにして、第一振動板４５ａ、第二振動板４５ｂを振動させることにより空気を振動させ、音声を発生させる。
【００６６】
次に、スピーカ４の作用効果について説明する。本実施形態によると、第一誘電層４２ａおよび第二誘電層４２ｂの比誘電率は大きく、絶縁破壊強度も大きい。また、印加電圧の周波数が高くても、ｎ型半導体無機粒子の分極による比誘電率の向上効果を、得ることができる。また、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第二アウタ電極４３ｂ、および第二インナ電極４４ｂ（以下、「電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂ」と称す）は、柔軟で伸縮性を有する。このため、スピーカ４の全体が柔軟であり、第一誘電層４２ａおよび第二誘電層４２ｂの動きが、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにより規制されにくい。したがって、スピーカ４は、耐久性および応答性に優れる。特に、高周波領域における応答性が良好である。
【００６７】
［第六実施形態］
まず、本実施形態の発電素子の構成について説明する。図７に、本実施形態における発電素子の断面模式図を示す。（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を各々示す。
【００６８】
図７に示すように、発電素子３は、誘電層３０と、電極３１ａ、３１ｂと、配線３２ａ〜３２ｃと、を備えている。誘電層３０は、第一実施形態と同じニトリルゴムとｎ型半導体無機粒子とを含むｎ型半導体含有層からなる。電極３１ａは、誘電層３０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極３１ｂは、誘電層３０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極３１ａには、配線３２ａ、３２ｂが接続されている。すなわち、電極３１ａは、配線３２ａを介して、外部負荷（図略）に接続されている。また、電極３１ａは、配線３２ｂを介して、電源（図略）に接続されている。電極３１ｂは、配線３２ｃにより接地されている。電極３１ａ、３１ｂは、いずれも、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。
【００６９】
次に、発電素子３の動きについて説明する。図７（ａ）中白抜き矢印で示すように、発電素子３を圧縮し、誘電層３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸長すると、誘電層３０の厚さは薄くなり、電極３１ａ、３１ｂ間に電荷が蓄えられる。その後、圧縮力を除去すると、図７（ｂ）に示すように、誘電層３０の弾性復元力により誘電層３０は収縮し、厚さが厚くなる。その際、蓄えられた電荷が配線３２ａを通して放出される。
【００７０】
次に、発電素子３の作用効果について説明する。本実施形態によると、誘電層３０の比誘電率は大きく、絶縁破壊強度も大きい。このため、発電素子３は、電極３１ａ、３１ｂ間に多くの電荷を蓄えることができると共に、耐久性に優れる。また、電極３１ａ、３１ｂは、柔軟で伸縮性を有する。このため、発電素子３の全体が柔軟であり、誘電層３０の動きが、電極３１ａ、３１ｂにより規制されにくい。
【００７１】
［第七実施形態］
まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図８に、静電容量型センサの上面図を示す。図９に、図８のＩＸ−ＩＸ断面図を示す。図８、図９に示すように、静電容量型センサ２は、誘電層２０と、一対の電極２１ａ、２１ｂと、配線２２ａ、２２ｂと、カバーフィルム２３ａ、２３ｂと、を備えている。
【００７２】
誘電層２０は、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電層２０の厚さは、約３００μｍである。誘電層２０は、第一実施形態と同じニトリルゴムとｎ型半導体無機粒子とを含むｎ型半導体含有層からなる。
【００７３】
電極２１ａは、長方形状を呈している。電極２１ａは、誘電層２０の上面に、スクリーン印刷により三つ形成されている。同様に、電極２１ｂは、長方形状を呈している。電極２１ｂは、誘電層２０を挟んで電極２１ａと対向するように、誘電層２０の下面に三つ形成されている。電極２１ｂは、誘電層２０の下面に、スクリーン印刷されている。このように、誘電層２０を挟んで、電極２１ａ、２１ｂが三対配置されている。電極２１ａ、２１ｂは、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。
【００７４】
配線２２ａは、誘電層２０の上面に形成された電極２１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線２２ａにより、電極２１ａとコネクタ２４とが結線されている。配線２２ａは、誘電層２０の上面に、スクリーン印刷により形成されている。同様に、配線２２ｂは、誘電層２０の下面に形成された電極２１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図８中、点線で示す）。配線２２ｂにより、電極２１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。配線２２ｂは、誘電層２０の下面に、スクリーン印刷により形成されている。配線２２ａ、２２ｂは、アクリルゴムおよび銀粉末を含んでいる。
【００７５】
カバーフィルム２３ａは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ａは、誘電層２０、電極２１ａ、配線２２ａの上面を覆っている。同様に、カバーフィルム２３ｂは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ｂは、誘電層２０、電極２１ｂ、配線２２ｂの下面を覆っている。
【００７６】
次に、静電容量型センサ２の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ２が上方から押圧されると、誘電層２０、電極２１ａ、カバーフィルム２３ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電層２０の厚さは薄くなる。その結果、電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量は大きくなる。この静電容量変化により、圧縮による変形が検出される。
【００７７】
次に、静電容量型センサ２の作用効果について説明する。本実施形態によると、誘電層２０の比誘電率は大きく、絶縁破壊強度も大きい。このため、誘電層２０の静電容量が大きくなり、小さな変位でも感度良く検出することができる。また、静電容量型センサ２は、耐久性に優れる。また、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂは、柔軟で伸縮性を有する。このため、静電容量型センサ２の全体が柔軟であり、誘電層２０の動きが、電極２１ａ、２１ｂにより規制されにくい。なお、静電容量型センサ２には、誘電層２０を狭んで対向する電極２１ａ、２１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、形状、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
【実施例】
【００７８】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。【００７９】
＜半導体含有層の製造＞
［実施例１］
ｎ型無機半導体粉末を使用して、半導体含有層を製造した。ｎ型無機半導体粉末としては、リン（Ｐ）をドーピングした酸化スズ（ＳｎＯ２）粉末（三菱マテリアル（株）製「ＥＰＳＰ２」）を使用した。まず、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴムのポリマー（ランクセス社製「テルバン（登録商標）ＸＴ８８８９」）を、アセチルアセトンに溶解して、固形分濃度が１２質量％のポリマー溶液を調製した。また、ｎ型無機半導体粉末をアセチルアセトンへ分散して、濃度１２質量％の分散液を調整した。次に、ポリマー溶液１００質量部に、無機半導体粉末の分散液１３質量部を混合して、混合液を調製した。さらに、調製した混合液に、架橋剤のテトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタンのアセチルアセトン溶液（濃度２０質量％）を、５質量部添加した。そして、混合液を基材上に塗布し、乾燥させた後、１５０℃で６０分間加熱して、ｎ型半導体含有層を製造した。製造されたｎ型半導体含有層の厚さは、約２０μｍである。このｎ型半導体含有層を、実施例１の半導体含有層と称す。【００８０】
［実施例２］
ｎ型無機半導体粉末の分散液の配合量を、５２質量部に変更した点以外は、実施例１と同様にして、ｎ型半導体含有層を製造した。製造したｎ型半導体含有層を、実施例２の半導体含有層と称す。【００８１】
［実施例３］
ｎ型無機半導体粉末に加えて、絶縁性粒子としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粉末を配合した点以外は、実施例２と同様にして、ｎ型半導体含有層を製造した。チタン酸バリウム粉末は、次のようにして製造した。まず、ジエトキシバリウムおよびテトライソプロピルチタンの各々０．０１９ｍｏｌを、２−メトキシエタノール１１６ｍｌに溶解した。次に、この溶液を還流しながら１２５℃で３時間処理した後、さらに還流しながら７０℃で６時間処理した。このようにして得られたチタン酸バリウム粉末を、ポリマー溶液と無機半導体粉末の分散液との混合液に添加した。製造したｎ型半導体含有層を、実施例３の半導体含有層と称す。【００８２】
［実施例４］
ｎ型無機半導体粉末の分散液の配合量を、１００質量部に変更した点以外は、実施例１と同様にして、ｎ型半導体含有層を製造した。製造したｎ型半導体含有層を、実施例４の半導体含有層と称す。【００８３】
［実施例５］
ｎ型無機半導体粉末を使用して、半導体含有層を製造した。ｎ型無機半導体粉末としては、アンチモン（Ｓｂ）をドーピングした酸化スズ（ＳｎＯ２）と酸化チタン（ＴｉＯ２）とからなる無機半導体粉末（石原産業（株）製「ＥＴ３００Ｗ」）を使用した。まず、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴムのポリマー（ＪＳＲ（株）製「ＸＥＲ３２」）を、アセチルアセトンに溶解して、固形分濃度が１２質量％のポリマー溶液を調製した。また、ｎ型無機半導体粉末をアセチルアセトンへ分散して、濃度１２質量％の分散液を調整した。次に、ポリマー溶液１００質量部に、無機半導体粉末の分散液５０質量部を混合して、混合液を調製した。さらに、調製した混合液に、架橋剤のテトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタンのアセチルアセトン溶液（濃度２０質量％）を、５質量部添加した。そして、混合液を基材上に塗布し、乾燥させた後、１５０℃で６０分間加熱して、ｎ型半導体含有層を製造した。製造されたｎ型半導体含有層の厚さは、約２０μｍである。このｎ型半導体含有層を、実施例５の半導体含有層と称す。【００８４】
［実施例６］
ｎ型無機半導体粉末の種類および配合量を変更した点以外は、実施例１と同様にして、ｎ型半導体含有層を製造した。すなわち、ｎ型無機半導体粉末としては、次のようにして製造したランタン（Ｌａ）をドーピングしたチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粉末を使用し、その分散液の配合量を６０質量部とした。製造したｎ型半導体含有層を、実施例５の半導体含有層と称す。【００８５】
まず、ジエトキシバリウム、テトライソプロピルチタン、およびトリイソプロポキシランタンをモル比で０．９９５：１：０．００５の割合で、ジエトキシバリウムを０．０１９ｍｏｌとして、２−メトキシエタノール１１６ｍｌに溶解した。次に、この溶液を還流しながら１２５℃で３時間処理した後、さらに還流しながら７０℃で６時間処理した。このようにして、ランタンを０．５ｍｏｌ％ドーピングしたチタン酸バリウム粉末を得た。【００８６】
合成したチタン酸バリウムを、Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置（パナリティカル社製「ＥＭＰＹＲＥＡＮ（登録商標）」）を用いて測定した結果、高結晶のチタン酸バリウムであることを確認した。また、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置（Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ社製「Ｏｐｔｉｍａ４３００ＤＶ」）により元素比を測定した結果、Ｂａ：Ｔｉ：Ｌａ＝０．９９５：１：０．００５であることを確認した。【００８７】
［実施例７］
ランタンをドーピングしたチタン酸バリウム粉末の製造において、ジエトキシバリウム、テトライソプロピルチタン、およびトリイソプロポキシランタンの配合比を、０．９０：１：０．１に変更した点以外は、実施例６と同様にしてｎ型半導体含有層を製造した。得られたチタン酸バリウム粉末におけるランタンのドープ量は、１０ｍｏｌ％である。製造したｎ型半導体含有層を、実施例７の半導体含有層と称す。【００８８】
合成したチタン酸バリウムを、ＸＲＤ装置（同上）を用いて測定した結果、高結晶のチタン酸バリウムであることを確認した。また、ＩＣＰ発光分光分析装置（同上）により元素比を測定した結果、Ｂａ：Ｔｉ：Ｌａ＝０．９：１：０．１であることを確認した。【００８９】
［実施例８］
架橋剤を配合しない点以外は、実施例７と同様にして、ｎ型半導体含有層を製造した。製造したｎ型半導体含有層を、実施例８の半導体含有層と称す。【００９０】
［実施例９］
ｎ型無機半導体粉末の種類および配合量を変更した点以外は、実施例１と同様にして、ｎ型半導体含有層を製造した。すなわち、ｎ型無機半導体粉末としては、次のようにして製造したニオブ（Ｎｂ）をドーピングしたチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粉末を使用し、その分散液の配合量を６０質量部とした。製造したｎ型半導体含有層を、実施例９の半導体含有層と称す。【００９１】
まず、ジエトキシバリウム、テトライソプロピルチタン、およびペンタエトキシニオブをモル比で０．９５：１：０．０５の割合で、ジエトキシバリウムを０．０１９ｍｏｌとして、２−メトキシエタノール１１６ｍｌに溶解した。次に、この溶液を還流しながら１２５℃で３時間処理した後、さらに還流しながら７０℃で６時間処理した。このようにして、ニオブを５ｍｏｌ％ドーピングしたチタン酸バリウム粉末を得た。【００９２】
合成したチタン酸バリウムを、ＸＲＤ装置（同上）を用いて測定した結果、高結晶のチタン酸バリウムであることを確認した。また、ＩＣＰ発光分光分析装置（同上）により元素比を測定した結果、Ｂａ：Ｔｉ：Ｎｂ＝０．９５：１：０．０５であることを確認した。【００９３】
［実施例１０］
実施例９におけるニオブをドーピングしたチタン酸バリウム粉末の製造において、テトライソプロピルチタンおよびペンタエトキシニオブのみを用い、両者の配合比を０．９５：０．０５に変更して、ニオブをドーピングした二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を製造した。そして、この粉末を用いた点以外は、実施例９と同様にして、ｎ型半導体含有層を製造した。得られた二酸化チタン粉末におけるニオブのドープ量は、５ｍｏｌ％である。製造したｎ型半導体含有層を、実施例１０の半導体含有層と称す。【００９４】
合成した二酸化チタンを、ＸＲＤ装置（同上）を用いて測定した結果、高結晶の二酸化チタンであることを確認した。また、ＩＣＰ発光分光分析装置（同上）により元素比を測定した結果、Ｔｉ：Ｎｂ＝０．９５：０．０５であることを確認した。【００９５】
［実施例１１］
ｎ型無機半導体粉末ではなく、ｐ型有機半導体のポリアニリンを使用して、半導体含有層を製造した。まず、ｏ−トルイジン１ｍｏｌ（１０７ｇ）を、１Ｎ塩酸１０００ｍｌに添加して、ｏ−トルイジン溶液を調製した。調製したｏ−トルイジン溶液に、酸化剤として、１Ｎ塩酸５００ｍｌに溶解した過硫酸アンモニウム１ｍｏｌ（２２８．２１ｇ）を添加して、１５℃下で１０時間攪拌して重合反応を行うことにより、ポリｏ−トルイジンを得た。次に、得られたポリｏ−トルイジンを、メタノールと水とにより洗浄した後、０．１Ｎ水酸化ナトリウム溶液に添加して、脱ドープ反応を行った。脱ドープ後のポリｏ−トルイジンを、再度メタノールと水とにより洗浄して、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解した。一方、スルホン酸ナトリウム基を有するポリエステルウレタン樹脂（東洋紡（株）製「バイロン（登録商標）ＵＲ−５５３７」）をＴＨＦに溶解して、ポリマー溶液を調製した。そして、ポリマー溶液と、ポリｏ−トルイジンのＴＨＦ溶液と、を混合して、混合液を調製した。さらに、調製した混合液に、架橋剤の「コロネート（登録商標）Ｌ」（日本ポリウレタン工業（株）製、変性トリレンジイソシアネートの７５質量％酢酸エチル溶液）を、５質量部添加した。それから、混合液を基材上に塗布し、乾燥させて、ｐ型半導体含有層を製造した。製造された半導体含有層の厚さは、約２０μｍである。このｐ型半導体含有層を、実施例１１の半導体含有層と称す。【００９６】
＜半導体含有層の物性＞
実施例の各半導体含有層について、比誘電率、体積抵抗率、および弾性率を測定した。測定結果は、後出表１に示す。各々の測定方法については、以下の通りである。【００９７】
［比誘電率］
比誘電率の測定は、半導体含有層を、サンプルホルダー（ソーラトロン社製、１２９６２Ａ型）に設置して、誘電率測定インターフェイス（同社製、１２９６型）、および周波数応答アナライザー（同社製、１２５５Ｂ型）を併用して行った。【００９８】
［体積抵抗率］
半導体含有層の体積抵抗率を、ＪＩＳ  Ｋ６２７１（２００８）に準じて測定した。測定は、直流電圧１００Ｖを印加して行った。【００９９】
［弾性率］
半導体含有層の静的せん断弾性率を、ＪＩＳ  Ｋ  ６２５４（２００３）に準じて測定した。低変形引張試験における伸び率は２５％とした。【０１００】
＜アクチュエータの製造＞
実施例１〜１１の半導体含有層の各々を誘電層として、電歪型のアクチュエータを製造した。電極は、誘電層の表裏両面に、導電塗料をスクリーン印刷して形成した。導電塗料は、アクリルゴムポリマー溶液にカーボンブラックを混合、分散させて調製した。そして、製造した実施例１〜１１のアクチュエータについて、発生力、変位量、および絶縁破壊強度を測定した。なお、実施例１〜１１のアクチュエータは、本発明の柔軟なトランスデューサに含まれる。【０１０１】
一方、比較のため、半導体含有層を有さない誘電層を四種類製造し、当該誘電層を備えるアクチュエータの発生力、変位量、および絶縁破壊強度を測定した。【０１０２】
［比較例１］
誘電層を、次のように製造した。まず、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴムのポリマー（ランクセス社製「テルバンＸＴ８８８９」）を、アセチルアセトンに溶解して、固形分濃度が１２質量％のポリマー溶液を調製した。次に、ポリマー溶液１００質量部に、架橋剤のテトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタンのアセチルアセトン溶液（濃度２０質量％）を、５質量部混合した。そして、混合液を基材上に塗布し、乾燥させた後、１５０℃で６０分間加熱して、誘電層を製造した。製造した誘電層を比較例１の誘電層、当該誘電層を備えるアクチュエータを比較例１のアクチュエータと称す。【０１０３】
［比較例２］
絶縁性粒子としてＴｉＯ２粉末（シグマアルドリッチ社製、平均粒子径１００ｎｍ）を配合した点以外は、比較例１の誘電層と同様に製造した。製造した誘電層を比較例２の誘電層、当該誘電層を備えるアクチュエータを比較例２のアクチュエータと称す。【０１０４】
［比較例３］
絶縁性粒子としてＳｉＯ２粉末（シグマアルドリッチ社製、平均粒子径１００ｎｍ）を配合した点以外は、比較例１の誘電層と同様に製造した。製造した誘電層を比較例３の誘電層、当該誘電層を備えるアクチュエータを比較例３のアクチュエータと称す。【０１０５】
［比較例４］
まず、比較例１と同様にして、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴムのポリマー（同上）から、ニトリルゴム膜を製造した。次に、ニトリルゴム膜を、ＬｉＣｌＯ４／プロピレンカルボネート電解液に２４時間浸漬して、電解液のイオン成分（ＬｉＣｌＯ４）をニトリルゴム膜の内部に浸透させた。その後、真空オーブン中、常温下で２４時間乾燥させた。このようにして、イオン成分が含浸したニトリルゴム膜を製造し、誘電層とした。製造した誘電層を比較例４の誘電層、当該誘電層を備えるアクチュエータを比較例４のアクチュエータと称す。【０１０６】
＜アクチュエータの評価＞
［絶縁破壊強度の測定］
まず、絶縁破壊強度の測定装置および測定方法について説明する。図１０に、測定装置に取り付けられたアクチュエータの表側正面図を示す。図１１に、図１０のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。【０１０７】
図１０、図１１に示すように、アクチュエータ５の上端は、測定装置における上側チャック５２により把持されている。アクチュエータ５の下端は、下側チャック５３により把持されている。アクチュエータ５は、予め上下方向に延伸された状態で、上側チャック５２と下側チャック５３との間に、取り付けられている（延伸率２５％）。上側チャック５２の上方には、ロードセル（図略）が配置されている。【０１０８】
アクチュエータ５は、誘電層５０と一対の電極５１ａ、５１ｂとからなる。誘電層５０は、自然状態で、縦５０ｍｍ、横２５ｍｍの矩形板状を呈している。誘電層５０の構成は、アクチュエータごとに異なる（後出表１参照）。電極５１ａ、５１ｂは、誘電層５０を挟んで表裏方向に対向するよう配置されている。電極５１ａ、５１ｂは、自然状態で、各々、縦４０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ約１０μｍの矩形板状を呈している。電極５１ａ、５１ｂは、上下方向に１０ｍｍずれた状態で配置されている。つまり、電極５１ａ、５１ｂは、誘電層５０を介して、縦３０ｍｍ、横２５ｍｍの範囲で重なっている。電極５１ａの下端には、配線（図略）が接続されている。同様に、電極５１ｂの上端には、配線（図略）が接続されている。電極５１ａ、５１ｂは、各々の配線を介して、電源（図略）に接続されている。電圧印加時には、表側の電極５１ａがプラス極、裏側の電極５１ｂがマイナス極になる。【０１０９】
絶縁破壊強度の測定は、電極５１ａ、５１ｂ間に印加する電圧を段階的に増加して、誘電層５０が破壊されるまで行った。そして、誘電層５０が破壊される寸前の電圧値を誘電層５０の全体の厚さで除した値を、絶縁破壊強度とした。【０１１０】
［発生力の測定］
発生力の測定は、絶縁破壊強度の測定と同じ装置を用いて行った（図１０、図１１参照）。電極５１ａ、５１ｂ間に電圧を印加すると、電極５１ａ、５１ｂ間に静電引力が生じて、誘電層５０を圧縮する。これにより、誘電層５０の厚さは薄くなり、延伸方向（上下方向）に伸長する。誘電層５０の伸長により、上下方向の延伸力は減少する。電圧印加時に減少した延伸力を、ロードセルにより測定して、発生力とした。発生力の測定は、電界強度を３０Ｖ／μｍにして行った。また、印加電圧を誘電層５０が破壊される寸前まで段階的に増加させて、誘電層５０の最大発生力を測定した。【０１１１】
［変位量の測定］
まず、変位量の測定方法について説明する。図１２に、作製したアクチュエータの上面図を示す。図１３に、図１２中ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図を示す。図１２、図１３に示すように、アクチュエータ６は、誘電層６０と一対の電極６１ａ、６１ｂとからなる。誘電層６０は、直径７０ｍｍの円形の薄膜状を呈している。誘電層６０は、二軸方向に２５％延伸された状態で配置されている。誘電層６０の構成は、アクチュエータごとに異なる（後出表１参照）。一対の電極６１ａ、６１ｂは、誘電層６０を挟んで上下方向に対向するよう配置されている。電極６１ａ、６１ｂは、直径約２７ｍｍの円形の薄膜状を呈しており、各々、誘電層６０と略同心円状に配置されている。電極６１ａの外周縁には、拡径方向に突出する端子部６１０ａが形成されている。端子部６１０ａは矩形板状を呈している。同様に、電極６１ｂの外周縁には、拡径方向に突出する端子部６１０ｂが形成されている。端子部６１０ｂは矩形板状を呈している。端子部６１０ｂは、端子部６１０ａに対して、１８０°対向する位置に配置されている。端子部６１０ａ、６１０ｂは、各々、導線を介して電源６２に接続されている。【０１１２】
電極６１ａ、６１ｂ間に電圧を印加すると、電極６１ａ、６１ｂ間に静電引力が生じて、誘電層６０を圧縮する。これにより、誘電層６０の厚さは薄くなり、拡径方向に伸長する。この時、電極６１ａ、６１ｂも、誘電層６０と一体となって拡径方向に伸長する。電極６１ａには、予め、マーカー６３０が取り付けられている。マーカー６３０の変位を、変位計６３により測定し、アクチュエータ６の変位量とした。変位量の測定は、電界強度を３０Ｖ／μｍにして行った。また、印加電圧を誘電層６０が破壊される寸前まで段階的に増加させて、誘電層６０の最大変位量を測定した。そして、測定された変位量から、次式（１）により変位率を算出した。
変位率（％）＝（変位量／電極の半径）×１００・・・（１）
表１に、実施例の各アクチュエータにおける誘電層の組成および物性と、アクチュエータの発生力、変位量、および絶縁破壊強度の測定結果と、をまとめて示す。表２に、比較例の各アクチュエータにおける誘電層の組成および物性と、アクチュエータの発生力、変位量、および絶縁破壊強度の測定結果と、をまとめて示す。
【表１】
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【表２】
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【０１１３】
表１に示すように、実施例１〜１０の誘電層（半導体含有層）においては、比較例１の誘電層と比較して、１Ｈｚの低周波数でも１００００Ｈｚの高周波数でも、比誘電率が大きくなった。また、体積抵抗率も大きくなった。これにより、実施例１〜１０のアクチュエータにおいては、比較例１のアクチュエータと比較して、発生力および絶縁破壊強度が共に大きくなった。【０１１４】
実施例３の誘電層には、絶縁性粒子が配合されている。このため、同量の無機半導体粉末を含む実施例２の誘電層よりも、体積抵抗率が大きくなった。したがって、実施例３のアクチュエータにおいては、実施例２のアクチュエータよりも、絶縁破壊強度がさらに大きくなった。また、実施例４の誘電層においては、無機半導体粉末の配合量が多い。その結果、実施例１〜３の誘電層よりも、比誘電率は大きいが、体積抵抗率は同等若しくは小さくなった。このため、実施例４のアクチュエータの絶縁破壊強度は、実施例１〜３のアクチュエータのそれよりも低下したが、単位電界強度あたりの発生力（発生力／絶縁破壊強度）は、大きくなった。このように、半導体および絶縁性粒子の配合量については、用途ごとに要求される絶縁破壊強度や発生力に合わせて、適宜決定すればよい。【０１１５】
なお、ｐ型有機半導体を使用した実施例１１の誘電層（半導体含有層）については、比較例１の誘電層と比較して、比誘電率は大きくなったものの、体積抵抗率は小さくなった。しかし、実施例１１のアクチュエータの発生力および絶縁破壊強度は、比較例１のアクチュエータのそれと比較して、大きくなった。【０１１６】
比較例２、３の誘電層には、半導体粒子ではなく、絶縁性粒子が多量に配合されている。このため、比較例１の誘電層と比較して、体積抵抗率は大きくなったが、比誘電率は変わらなかった。したがって、比較例２のアクチュエータにおいては、発生力を大きくする効果は得られなかった。また、イオン成分を含む比較例４の誘電層の比誘電率は、１Ｈｚの低周波数では大きくなったが、周波数が高くなると、他の比較例のそれと変わらなかった。また、比較例４の誘電層においては、比較例１〜３の誘電層と比較して、体積抵抗率が小さくなった。したがって、比較例４のアクチュエータの最大発生力および絶縁破壊強度は、比較例１〜３のアクチュエータのそれと比較して、小さくなった。【０１１７】
以上より、誘電層として半導体含有層を用いることにより、アクチュエータの発生力が大きくなり、耐絶縁破壊性が向上することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の柔軟なトランスデューサは、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン、ノイズキャンセラ等として、広く用いることができる。なかでも、産業、医療、福祉ロボットやアシストスーツ等に用いられる人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、および医療用器具等に用いられる柔軟なアクチュエータ、として好適である。
【要約】
柔軟なトランスデューサ（１）は、エラストマーと、無機半導体および有機半導体の少なくとも一方と、を含む半導体含有層（１２）を有する誘電層（１０）と、誘電層（１０）を挟んで配置され、バインダーおよび導電材を含む一対の電極（１１ａ、１１ｂ）と、を備える。半導体含有層（１２）は、大きな比誘電率を有し、高い絶縁性を有する。このため、柔軟なトランスデューサ（１）によると、電極（１１ａ、１１ｂ）間に大きな電圧を印加して大きな出力を得ることができる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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