(57)【要約】【課題】  表情筋に似た動きをすることにより自然な表情を形成することができ、かつ、耐久性に優れた表情表示装置を提供する。【解決手段】  表情表示装置１は、延伸された誘電層２１と、誘電層２１を挟んで配置される電極０１Ｘ〜０５Ｘ、０１Ｙ〜０５Ｙと、を有する電歪素子２０を備え、誘電層２１は、ゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物またはヒドロシリル基を持つ化合物と、から合成される三次元架橋体からなる架橋体層を有し、電極０１Ｘ〜０５Ｘ、０１Ｙ〜０５Ｙは、エラストマーおよび導電材を含み、電極０１Ｘ〜０５Ｘ、０１Ｙ〜０５Ｙ間に印加される電圧に応じて誘電層２１が伸縮することにより顔の表情を表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
延伸された誘電層と、該誘電層を挟んで配置される電極と、を有する電歪素子を備え、
該誘電層は、ゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物またはヒドロシリル基を持つ化合物と、から合成される三次元架橋体からなる架橋体層を有し、
該電極は、エラストマーおよび導電材を含み、
該電極間に印加される電圧に応じて該誘電層が伸縮することにより顔の表情を表示することを特徴とする柔軟な表情表示装置。
【請求項２】
前記誘電層は、顔の一部または全体に張設され、
前記電極は、該誘電層の表面に複数列並んで配置される表側電極と、該誘電層の裏面に複数列並んで配置される裏側電極と、からなり、該表側電極と該裏側電極とが表裏方向から見て交差することにより複数の駆動部が形成される請求項１に記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項３】
前記誘電層の延伸率は、顔の部位ごとに異なる請求項２に記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項４】
前記電歪素子は、顔の部位に対応して少なくとも一つ配置される請求項１に記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項５】
前記電歪素子は顔の部位に対応して複数配置され、該電歪素子ごとに前記誘電層の延伸率が異なる請求項４に記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項６】
前記誘電層は、同一面の直交する二方向において延伸率が異なる請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項７】
さらに、前記電歪素子を被覆する伸縮可能なカバー層を備える請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項８】
前記電極間に印加される電圧は、１５００Ｖ以下である請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項９】
前記ゴムポリマーは、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ヒドリンゴム、ポリエーテルゴムから選ばれる一種以上である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項１０】
前記架橋体層は、前記ゴムポリマーと前記金属アルコキシド化合物とから合成される三次元架橋体からなる請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項１１】
前記金属アルコキシド化合物は、チタン、ジルコニウム、アルミニウムから選ばれる一種以上の金属を含む請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の柔軟な表情表示装置。
【請求項１２】
前記ヒドロシリル基を持つ化合物は、さらにフェニル基、アリール基、アルキル基のうちの一つ以上を持つ請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の柔軟な表情表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット等の顔の表情を表示する柔軟な表情表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
介護用ロボットや、人間とのコミュニケーションを目的としたロボットの開発が進んでいる。これらのロボットが日常生活に取り入れられるためには、ロボットのコミュニケーション能力を高めて、人間がロボットに対して親近感を抱けるようにすることが必要である。そのためには、ロボットの顔に豊かな感情表現を持たせることが重要になる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、顔の画像を表示するフレキシブルパネルと、該フレキシブルパネルの背面に配置される複数のエアーパッドと、該エアーパッドにエアーを供給するエアー供給ユニットと、を備えるコミュニケーションロボットが、開示されている。また、特許文献２、３には、印加電圧の大小により伸縮する電歪素子を用いた表情表示装置が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６７００２号公報
【特許文献２】米国特許第６，５８６，８５９号明細書
【特許文献３】特開２００３−２２５４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のコミュニケーションロボットにおいては、フレキシブルパネルに顔の画像が表示される。そして、個々のエアーパッドに対するエアー供給量を変化させることにより、フレキシブルパネルの表面、換言すると顔の表面に、凹凸が形成される。しかしながら、顔の表情は、予め記憶された画像データから選択されるに過ぎない。このため、表示できる表情には限界があり、人間や動物の自然な表情を表現することはできない。また、表情ごとに、エアーパッドに対してエアーを供給あるいは排出する必要があるため、その際に発生する音の問題も、無視できない。
【０００６】
一方、特許文献２、３の表情表示装置においては、電歪素子が用いられる。電歪素子は、誘電層と、それを挟んで配置される一対の電極と、からなる。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、誘電層の厚さは小さくなる。厚さが小さくなると、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厚さが大きくなる。厚さが大きくなると、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顔の部位を動かすことにより、表情を変化させる。
【０００７】
しかしながら、特許文献２、３の表情表示装置においては、電歪素子を構成する誘電層に、市販のアクリルゴムやシリコーンゴムを用いている。これらのゴムを、顔の表情が変化する程度に伸縮させるためには、１００％以上に大きく延伸させた状態で、かつ、３０００Ｖ以上の高電圧が必要になる。このため、誘電層のクリープが大きい。したがって、特許文献２、３の表情表示装置によると、長期間、一定の表情を繰り返し表示することができない。また、電歪素子の耐久性が低いため、装置寿命が短い。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、表情筋に似た動きをすることにより自然な表情を形成することができ、かつ、耐久性に優れた柔軟な表情表示装置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】
【０００９】
（１）本発明の柔軟な表情表示装置は、延伸された誘電層と、該誘電層を挟んで配置される電極と、を有する電歪素子を備え、該誘電層は、ゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物またはヒドロシリル基を持つ化合物と、から合成される三次元架橋体からなる架橋体層を有し、該電極は、エラストマーおよび導電材を含み、該電極間に印加される電圧に応じて該誘電層が伸縮することにより顔の表情を表示することを特徴とする。
【００１０】
本発明の柔軟な表情表示装置は、電歪素子を備え、印加電圧の変化による誘電層の伸縮を利用して、顔の表情を表示する。このため、エアーの供給、排出を必要とする装置と比較して、駆動時の音が小さい。本発明の柔軟な表情表示装置は、エラストマー材料を中心に形成される。このため、柔軟で、触れた感触が生体に近い。そして、軽くて薄いという特徴を有する。また、表情筋のような動きが可能であるため、人間や動物の自然な表情を形成することができる。電歪素子は、顔の一部または全体に、一つ配置されても、複数配置されてもよい。
【００１１】
電歪素子を構成する誘電層は、ゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物またはヒドロシリル基を持つ化合物と、から合成される三次元架橋体からなる架橋体層を有する。三次元架橋体は、未架橋のゴムポリマーが、金属アルコキシド化合物またはヒドロシリル基を持つ化合物により架橋されて生成される。あるいは、金属アルコキシド化合物の架橋体中に、未架橋あるいは架橋後のゴムポリマーが侵入して生成される。すなわち、前者の場合、未架橋のゴムポリマーが、金属アルコキシド化合物またはヒドロシリル基を持つ化合物により架橋されて、三次元架橋体になる。後者の場合、金属アルコキシド化合物の架橋体中に、未架橋あるいは架橋後のゴムポリマーが侵入して、三次元架橋体になる。
【００１２】
三次元架橋体は、ゴムポリマーと、金属アルコキシド化合物またはヒドロシリル基を持つ化合物と、の反応により生成される無機物を含む。無機物により電子の流れが遮断されるため、架橋体層の絶縁性は高い。また、無機物を含むため、架橋体層の強度は大きい。よって、架橋体層はクリープしにくく、耐久性に優れる。このような架橋体層を含んで、誘電層は構成される。このため、誘電層は大きな強度を有し、耐絶縁破壊性および耐クリープ性に優れる。したがって、本発明の柔軟な表情表示装置によると、長期間、一定の表情を繰り返し表示することができる。また、電歪素子の耐久性が高いため、装置寿命が長い。
【００１３】
誘電層は、架橋体層のみの単層でも、架橋体層と他の層とが積層された複層でもよい。他の層としては、例えば、エラストマー層、エラストマーと絶縁性粒子とを含む高抵抗層、エラストマーとイオン成分とを含むイオン成分含有層、エラストマーと半導体とを含む半導体含有層等、種々の層が挙げられる。
【００１４】
電歪素子を構成する電極は、エラストマーおよび導電材を含む。電極は、エラストマーを母材とするため、柔軟で伸縮可能である。このため、表情表示装置全体が柔軟である。また、電極が、誘電層の伸縮に追従して伸縮するため、誘電層の動きが電極により規制されにくい。このため、所望の変位量が得やすい。
【００１５】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記誘電層は、顔の一部または全体に張設され、前記電極は、該誘電層の表面に複数列並んで配置される表側電極と、該誘電層の裏面に複数列並んで配置される裏側電極と、からなり、該表側電極と該裏側電極とが表裏方向から見て交差することにより複数の駆動部が形成される構成とする方がよい。
【００１６】
本構成によると、電歪素子は、顔の一部または全体に配置される。電歪素子において、電極は、誘電層の表面に配置される複数の表側電極と、誘電層の裏面に配置される複数の裏側電極と、からなる。駆動部（電圧印加部）は、表側電極と裏側電極との交差部分を利用して配置される。よって、個々の駆動部に独立して電極を配置する必要はない。すなわち、電極の配置数が少なくても、誘電層の全体に駆動部を分散して配置することができる。したがって、額、眉、目、頬、口等の顔の各部位に対応するように、複数の駆動部を容易に配置することができる。そして、駆動部への印加電圧を制御することにより、顔の部位に対応した誘電層を伸縮させて、各部位を動かすことができる。これにより、豊かな表情を表示することができる。
【００１７】
（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記誘電層の延伸率は、顔の部位ごとに異なる構成とする方がよい。
【００１８】
延伸率が異なる誘電層に対して同じ電圧を印加した場合、延伸率が大きい誘電層の方が、より大きく伸長する。本構成によると、誘電層の延伸率を変えるだけで、顔の各部位の動きに合った変位量を実現することができる。
【００１９】
（４）好ましくは、上記（１）の構成において、前記電歪素子は、顔の部位に対応して少なくとも一つ配置される構成とする方がよい。
【００２０】
本構成によると、電歪素子は、目、口等、動かしたい顔の部位ごとに配置される。例えば、口だけを動かしたい場合には、口に対応する位置に、電歪素子を一つだけ配置すればよい。また、目だけを動かしたい場合には、両方の目に対応する位置に、電歪素子を一つずつ配置すればよい。本構成によると、動かしたい部位だけに電歪素子を配置すればよい。このため、表情表示装置の構成を単純化することができる。また、部位ごとに変位量を調整しやすい。これにより、豊かな表情を表示することができる。
【００２１】
（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記電歪素子は顔の部位に対応して複数配置され、該電歪素子ごとに前記誘電層の延伸率が異なる構成とする方がよい。
【００２２】
上記（３）の構成において説明したように、誘電層の延伸率を変えることにより、電圧印加時の変位量を変えることができる。したがって、本構成によると、誘電層の延伸率を変えるだけで、顔の各部位の動きに合った変位量を実現することができる。
【００２３】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記誘電層は、同一面の直交する二方向において延伸率が異なる構成とする方がよい。
【００２４】
電圧印加時における、延伸された誘電層の伸長の仕方は、電極間の静電引力による圧縮力と、電極が配置されていない部分の引張力と、の釣り合いにより決定される。延伸率が大きいほど、その方向における引張力は大きくなるが、誘電層の弾性率も変化するため、伸長の仕方を制御することができる。例えば、矩形シート状の誘電層を、縦方向の延伸率が横方向の延伸率よりも小さくなるように延伸し、延伸率が小さい縦方向の弾性率が横方向の弾性率よりも小さい場合、電圧が印加されると、電極からの圧縮力が大きくなり、誘電層は弾性率が小さい縦方向に優先的に伸長する。
【００２５】
本構成によると、同一面の直交する二方向において、誘電層の変位量を変えることができる。したがって、誘電層が均一に伸縮する場合と比較して、誘電層の動きを顔の部位ごとの動きに、より近づけることができる。その結果、より自然な表情を表示することができる。
【００２６】
（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、さらに、前記電歪素子を被覆する伸縮可能なカバー層を備える構成とする方がよい。
【００２７】
カバー層は伸縮可能である。このため、カバー層は、誘電層に追従して伸縮する。例えば、カバー層に目や口等の顔の部位を描き、カバー層を誘電層に追従させて伸縮させることにより、表情を容易に形成することができる。また、カバー層を着色することにより、カバー層の表面（表情表示装置の表面）を、人間や動物の肌により近づけることができる。これにより、表情をよりリアルに表現することができる。さらに、カバー層を絶縁材料から形成すると、電極に対する絶縁性を確保することができる。これにより、安全性が向上する。
【００２８】
（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記電極間に印加される電圧は、１５００Ｖ以下である構成とする方がよい。
【００２９】
上記（１）の構成において説明したように、架橋体層の絶縁性は高く、強度は大きい。このため、架橋体層の厚さを小さくすることができる。つまり、誘電層の厚さを小さくすることができる。これにより、電歪素子を、１５００Ｖ以下の比較的低電圧で駆動させることができる。より好ましい印加電圧は、１３００Ｖ以下、さらには１０００Ｖ以下である。
【００３０】
（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記ゴムポリマーは、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ヒドリンゴム、ポリエーテルゴムから選ばれる一種以上である構成とする方がよい。
【００３１】
これらのゴムポリマーは、比較的大きな比誘電率を有する。このため、本構成によると、印加電圧が比較的小さくても、誘電層の変位量を大きくすることができる。なかでも、比誘電率と耐絶縁破壊性とのバランス、強度、架橋のしやすさ等の観点から、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ポリエーテルゴムが好適である。また、ゴムポリマーは、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ）から選ばれる一種以上の官能基を持つことが望ましい。これらの官能基は、金属アルコキシド化合物と架橋するための架橋サイトになる。
【００３２】
（１０）好ましくは、上記（１）ないし（９）のいずれかの構成において、前記架橋体層は、前記ゴムポリマーと前記金属アルコキシド化合物とから合成される三次元架橋体からなる構成とする方がよい。
【００３３】
金属アルコキシド化合物を用いると、ヒドロシリル基を持つ化合物を用いた場合と比較して、架橋体層の耐クリープ性および耐絶縁破壊性を、より向上させることができる。
【００３４】
（１１）好ましくは、上記（１）ないし（１０）のいずれかの構成において、前記金属アルコキシド化合物は、チタン、ジルコニウム、アルミニウムから選ばれる一種以上の金属を含む構成とする方がよい。
【００３５】
チタン、ジルコニウム、アルミニウムから選ばれる一種以上の金属を含む金属アルコキシド化合物を用いた場合、ゴムポリマーとの反応性が良好である。具体的には、テトラｎ−ブトキシチタン、テトラｎ−ブトキシジルコニウム、テトラｎ−ブトキシシラン、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、テトラｉ−プロポキシチタン、テトラエトキシシラン等が好適である。
【００３６】
（１２）好ましくは、上記（１）ないし（９）のいずれかの構成において、前記ヒドロシリル基を持つ化合物は、さらにフェニル基、アリール基、アルキル基のうちの一つ以上を持つ構成とする方がよい。
【００３７】
フェニル基、アリール基、アルキル基のいずれかを有する場合、ヒドロシリル基を持つ化合物とゴムポリマーとの相溶性が向上する。このため、架橋を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第一実施形態の表情表示装置の前面透過図である。
【図２】同表情表示装置におけるカバー層の前面図である。
【図３】同表情表示装置における電歪素子の前面透過図である。
【図４】同表情表示装置におけるフレームの前面図である。
【図５】第二実施形態の表情表示装置の前面透過図である。
【図６】同表情表示装置におけるカバー層の前面図である。
【図７】同表情表示装置における電歪素子の前面透過図である。
【図８】同表情表示装置における基材の前面図である。
【図９】実施例の評価実験に使用した電歪素子の上面図である。
【図１０】図９中のＸ−Ｘ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の柔軟な表情表示装置の実施の形態を説明する。
【００４０】
＜第一実施形態＞
［表情表示装置の構成］
まず、本実施形態における表情表示装置の構成について説明する。図１に、本実施形態の表情表示装置の前面透過図を示す。図２〜図４に、同表情表示装置を構成する各部材の平面図を、前側から順に示す。すなわち、図２に、カバー層の前面図を示す。図３に、電歪素子の前面透過図を示す。図４に、フレームの前面図を示す。図１および図３においては、透過した部材を細線で示す。また、図３においては、表側電極および裏側電極にハッチングを施して示す。また、表情表示装置１の前面は、凸状に隆起するなめらかな曲面をなしているが、説明の便宜上、図１〜図４においては、表情表示装置１の前面を平面で示す。図１〜図４に示すように、表情表示装置１は、フレーム１０と、電歪素子２０と、カバー層３０と、を備えている。
【００４１】
図４に示すように、フレーム１０は、樹脂製であり、楕円形の枠状を呈している。フレーム１０は、人型ロボット（図略）の顔部に配置されている。フレーム１０は、周枠１１と区画枠１２とを有している。区画枠１２は、顔全体を複数の領域に区画するように、周枠１１の内側に、格子状に配置されている。
【００４２】
電歪素子２０は、フレーム１０の前面を被覆するように配置されている。図３に示すように、電歪素子２０は、誘電層２１と、表側電極０１Ｘ〜０５Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙと、を有している。
【００４３】
誘電層２１は、楕円形のシート状を呈している。誘電層２１の厚さは、１５μｍである。誘電層２１は、カルボキシル基含有ニトリルゴムのゴムポリマーがテトラｎ−ブトキシチタン（金属アルコキシド化合物）により架橋された、三次元架橋体からなる。すなわち、誘電層２１は、架橋体層のみからなる。誘電層２１は、延伸された状態で、フレーム１０の周枠１１および区画枠１２に固定されている。誘電層２１の延伸率は、周枠１１および区画枠１２、あるいは区画枠１２のみにより区画された領域ごとに設定されている。具体的には、両目および口の位置に対応する領域１２０、１２１、１２２（図４参照）における誘電層２１の延伸率は、上下方向１００％、左右方向２００％である。一方、それ以外の領域における誘電層２１の延伸率は、上下方向、左右方向、共に５０％である。
【００４４】
表側電極０１Ｘ〜０５Ｘは、各々、誘電層２１の前面（表面）に形成されている。表側電極０１Ｘ〜０５Ｘは、各々、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。表側電極０１Ｘ〜０５Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜０５Ｘは、各々、Ｘ方向（左右方向）に、延在している。表側電極０１Ｘ〜０５Ｘは、各々、Ｙ方向（上下方向）に所定の間隔で離間して、互いに略平行になるように、配置されている。表側電極０１Ｘ〜０５Ｘの各々には、配線（図略）を介して制御部（図略）に接続されている。
【００４５】
裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、各々、誘電層２１の後面（裏面）に形成されている。裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、各々、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、各々、Ｙ方向（上下方向）に、延在している。裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、各々、Ｘ方向（左右方向）に所定の間隔で離間して、互いに略平行になるように、配置されている。裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙの各々には、配線（図略）を介して制御部（図略）に接続されている。
【００４６】
表側電極０１Ｘ〜０５Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、各々、スクリーン印刷法により形成されている。表側電極０１Ｘ〜０５Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙと、が前後方向（表裏方向）から見て重複する部分には、駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４（Ａ０５０１は無い）が配置されている。駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４は、各々、表側電極０１Ｘ〜０５Ｘの一部と、裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙの一部と、誘電層２１の一部と、を備えている。駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４は、合計２３個（＝５個×５個−２個）配置されている。駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４は、誘電層２１の略全面に亘って、略等間隔に配置されている。駆動部の符合「Ａ○○△△」中、上二桁の「○○」は、表側電極０１Ｘ〜０５Ｘに対応している。下二桁の「△△」は、裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙに対応している。
【００４７】
図２に示すように、カバー層３０は、電歪素子２０の前面を被覆するように配置されている。カバー層３０は、電歪素子２０の前面に貼着されている。カバー層３０は、薄橙色に着色されたシリコーンゴム製であり、楕円形のシート状を呈している。カバー層３０の厚さは、２０μｍである。カバー層３０の前面には、目および口が描かれている。
【００４８】
［表情表示装置の動き］
次に、本実施形態の表情表示装置１の動きについて説明する。例えば、喜びの表情を表示する場合、表側電極０２Ｘ、０４Ｘおよび裏側電極０２Ｙ〜０４Ｙに、１０００Ｖの電圧を印加する。これにより、両目および口の位置に配置される駆動部に、電圧が印加される。すると、当該駆動部における誘電層２１は前後方向から圧縮され、誘電層２１は面方向に伸長する。ここで、両目および口の位置に対応する領域１２０、１２１、１２２における誘電層２１の延伸率は、上下方向１００％、左右方向２００％である。したがって、誘電層２１は、延伸率の小さい方向、すなわち上下方向に、より大きく伸長する。誘電層２１が伸長すると、それに追従して同領域に対応するカバー層３０も伸長する。これにより、カバー層３０に描かれた両目および口が大きくなる。このようにして、喜びの表情が表示される。
【００４９】
［作用効果］
次に、本実施形態の表情表示装置１の作用効果について説明する。本実施形態の表情表示装置１は、電歪素子２０を備え、印加電圧の変化による誘電層２１の伸縮を利用して、顔の表情を表示する。このため、エアーの供給、排出を必要とする装置と比較して、駆動時の音が小さい。また、表情表示装置１は、エラストマー材料を中心に形成される。このため、軽くて薄く、柔軟で、触れた感触が生体に近い。表情表示装置１は、表情筋を模した動きが可能であるため、人間の自然な表情を形成することができる。
【００５０】
本実施形態の表情表示装置１によると、電歪素子２０を、顔全体に一つ配置するだけでよい。また、表側電極０１Ｘ〜０５Ｘと裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙとが直交する部分を利用して、駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４を配置することができる。よって、個々の駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４に独立して電極を配置する必要はない。すなわち、電極の配置数が少なくても、誘電層２１の全体に駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４を分散して配置することができる。したがって、額、目、頬、口の位置に対応させて、駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４を容易に配置することができる。また、駆動部Ａ０１０１〜Ａ０５０４への印加電圧を制御することにより、額、目、頬、口を動かすことができる。これにより、豊かな表情を表示することができる。
【００５１】
本実施形態の表情表示装置１によると、誘電層２１の延伸率は、両目および口の位置に対応する領域１２０、１２１、１２２と、それ以外の領域と、において異なる。これにより、同じ電圧を印加した場合でも、顔の部位の動きに合った変位量を、実現することができる。また、両目および口の位置に対応する領域１２０、１２１、１２２における誘電層２１の延伸率は、上下方向と左右方向とにおいて異なる。このため、当該領域の誘電層２１は、延伸率が小さい方向（上下方向）に優先的に伸長する。これにより、誘電層２１の伸縮を、顔の部位ごとの動きにより近づけることができる。その結果、より自然な表情を表示することができる。
【００５２】
誘電層２１は、カルボキシル基含有ニトリルゴムのゴムポリマーがテトラｎ−ブトキシチタンにより架橋された、三次元架橋体からなる。ニトリルゴムの比誘電率は大きい。このため、印加電圧が比較的小さくても、誘電層２１の変位量を大きくすることができる。また、金属アルコキシド化合物として、テトラｎ−ブトキシチタンを用いるため、ゴムポリマーとの架橋反応が進行しやすい。
【００５３】
誘電層２１は、ゴムポリマーとテトラｎ−ブトキシチタンとの反応により生成される無機物（チタニア）を含む。無機物により電子の流れが遮断されるため、誘電層２１の絶縁性は高い。また、無機物を含むため、誘電層２１の強度は大きい。よって、誘電層２１はクリープしにくく、耐久性に優れる。したがって、本実施形態の表情表示装置１によると、長期間、一定の表情を繰り返し表示することができる。また、電歪素子２０の耐久性が高いため、装置寿命が長い。また、誘電層２１の強度が大きいため、厚さを小さくすることができる。したがって、本実施形態の表情表示装置１は、１０００Ｖ程度の低電圧で、駆動することができる。
【００５４】
表側電極０１Ｘ〜０５Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、いずれも、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含む。このため、表側電極０１Ｘ〜０５Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙは、柔軟で伸縮可能である。したがって、表情表示装置１全体が柔軟である。また、誘電層２１の動きが、表側電極０１Ｘ〜０５Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜０５Ｙにより規制されにくい。このため、所望の変位量が得やすい。
【００５５】
本実施形態の表情表示装置１は、カバー層３０を備える。このため、カバー層３０に目、口を描くことにより、容易に顔の部位を形成することができる。また、カバー層３０を着色することにより、表情表示装置１の表面を、人間や動物の肌により近づけることができる。したがって、表情をよりリアルに表現することができる。さらに、カバー層３０は絶縁性の高いシリコーンゴムからなる。このため、表側電極０１Ｘ〜０５Ｘに対する絶縁性を確保することができ、安全性が高い。
【００５６】
＜第二実施形態＞
本実施形態の表情表示装置と、第二実施形態の表情表示装置と、の相違点は、電歪素子を、両目および口の各々に対応させて、三つ配置した点である。したがって、ここでは主に相違点について説明する。
【００５７】
［表情表示装置の構成］
まず、本実施形態における表情表示装置の構成について説明する。図５に、本実施形態の表情表示装置の前面透過図を示す。図６〜図８に、同表情表示装置を構成する各部材の平面図を、前側から順に示す。すなわち、図６に、カバー層の前面図を示す。図７に、電歪素子の前面透過図を示す。図８に、基材の前面図を示す。図５および図７においては、透過した部材を細線で示す。また、図７においては、電極にハッチングを施して示す。また、表情表示装置１の前面は、凸状に隆起するなめらかな曲面をなしているが、説明の便宜上、図５〜図８においては、表情表示装置１の前面を平面で示す。図５〜図８に示すように、表情表示装置１は、基材１３と、三つの電歪素子４０、４１、４２と、カバー層３０と、を備えている。
【００５８】
図８に示すように、基材１３は、樹脂製であり、楕円形の薄膜状を呈している。基材１３は、人型ロボット（図略）の顔部に配置されている。基材１３は、顔部全体を覆うように配置されている。
【００５９】
図７に示すように、三つの電歪素子４０、４１、４２は、各々、基材１３の前面に配置されている。三つの電歪素子４０、４１、４２は、順に、左目、右目、口に対応する位置に配置されている。左目の位置に配置されている電歪素子４０は、誘電層４００と、表側電極４０１と、裏側電極４０２と、を有している。右目の位置に配置されている電歪素子４１は、誘電層４１０と、表側電極４１１と、裏側電極４１２と、を有している。口の位置に配置されている電歪素子４２は、誘電層４２０と、表側電極４２１と、裏側電極４２２と、を有している。電歪素子４０の構成と電歪素子４１の構成とは、同じである。よって、ここでは電歪素子４０および電歪素子４２について説明する。
【００６０】
電歪素子４０において、誘電層４００は、長方形のシート状を呈している。誘電層４００の厚さは、１５μｍである。誘電層４００は、カルボキシル基含有水素化ニトリルゴムのゴムポリマーがテトラｎ−ブトキシジルコニウム（金属アルコキシド化合物）により架橋された、三次元架橋体からなる。すなわち、誘電層４００は、架橋体層のみからなる。誘電層４００は、延伸された状態で、基材１３に固定されている。誘電層４００の延伸率は、上下方向２５％、左右方向５０％である。
【００６１】
表側電極４０１は、誘電層４００の前面（表面）に形成されている。表側電極４０１は、円形状を呈している。表側電極４０１は、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。表側電極４０１は、バーコート法により形成されている。表側電極４０１は、配線（図略）を介して制御部（図略）に接続されている。裏側電極４０２は、誘電層４００の後面（裏面）に形成されている。裏側電極４０２は、長方形状を呈している。裏側電極４０２の大きさは、誘電層４００の大きさと略同じである。裏側電極４０２は、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。裏側電極４０２は、バーコート法により形成されている。裏側電極４０２は、配線（図略）を介して制御部（図略）に接続されている。
【００６２】
電歪素子４２において、誘電層４２０は、長方形のシート状を呈している。誘電層４２０の厚さは、１５μｍである。誘電層４２０は、カルボキシル基含有水素化ニトリルゴムのゴムポリマーがテトラｎ−ブトキシジルコニウム（金属アルコキシド化合物）により架橋された、三次元架橋体からなる。すなわち、誘電層４２０は、架橋体層のみからなる。誘電層４２０は、延伸された状態で、基材１３に固定されている。誘電層４２０の延伸率は、上下方向１００％、左右方向２００％である。
【００６３】
表側電極４２１は、誘電層４２０の前面に形成されている。表側電極４２１は、細長い楕円形状を呈している。表側電極４２１は、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。表側電極４２１は、バーコート法により形成されている。表側電極４２１は、配線（図略）を介して制御部（図略）に接続されている。裏側電極４２２は、誘電層４２０の後面に形成されている。裏側電極４２２は、長方形状を呈している。裏側電極４２２の大きさは、誘電層４２０の大きさと略同じである。裏側電極４２２は、アクリルゴムおよびカーボンブラックを含んでいる。裏側電極４２２は、バーコート法により形成されている。裏側電極４２２は、配線（図略）を介して制御部（図略）に接続されている。
【００６４】
図６に示すように、カバー層３０は、基材１３および電歪素子４０、４１、４２の前面を被覆するように配置されている。カバー層３０は、基材１３および電歪素子４０、４１、４２の前面に貼着されている。カバー層３０は、薄橙色に着色されたシリコーンゴム製であり、楕円形のシート状を呈している。カバー層３０の厚さは、２０μｍである。カバー層３０の前面には、目および口が描かれている。電歪素子４０、４１における表側電極４０１、４１１の大きさは、カバー層３０に描かれた黒目の大きさと、略同じである。また、電歪素子４２における表側電極４２１の大きさは、カバー層３０に描かれた口の大きさと、略同じである。
【００６５】
［表情表示装置の動き］
次に、本実施形態の表情表示装置１の動きについて説明する。例えば、喜びの表情を表示する場合、三つの電歪素子４０、４１、４２の表側電極４０１、４１１、４２１および裏側電極４０２、４１２、４２２に、各々１０００Ｖの電圧を印加する。すると、表側電極４０１、４１１、４２１および裏側電極４０２、４１２、４２２に挟まれた誘電層４００、４１０、４２０は、各々、前後方向から圧縮され、面方向に伸長する。ここで、誘電層４００、４１０の延伸率は、共に、上下方向２５％、左右方向５０％である。誘電層、４２０の延伸率は、上下方向１００％、左右方向２００％である。したがって、誘電層４００、４１０、４２０は、いずれも、延伸率の小さい方向、すなわち上下方向に、より大きく伸長する。誘電層４００、４１０、４２０が伸長されると、それに追従して、カバー層３０も伸長する。これにより、カバー層３０に描かれた両目および口が大きくなる。このようにして、喜びの表情が表示される。
【００６６】
［作用効果］
次に、本実施形態の表情表示装置１の作用効果について説明する。本実施形態の表情表示装置１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の表情表示装置１と同様の作用効果を有する。また、本実施形態の表情表示装置１によると、三つの電歪素子４０、４１、４２に印加する電圧を制御して、目および口を別々に動かすことができる。また、動かしたい部位ごとに電歪素子４０、４１、４２が配置されるため、部位ごとに変位量を調整しやすい。これにより、豊かな表情を表示することができる。
【００６７】
誘電層４００、４１０の延伸率と、誘電層４２０の延伸率と、は異なる。これにより、同じ電圧を印加した場合でも、目や口の動きに合った変位量を、実現することができる。また、誘電層４００、４１０、４２０の各々において、上下方向の延伸率と左右方向の延伸率とは異なる。このため、誘電層４００、４１０、４２０は、延伸率が小さい方向（上下方向）に優先的に伸長する。これにより、誘電層４００、４１０の伸縮を、目の動きに近づけることができる。同様に、誘電層４２０の伸縮を、口の動きにより近づけることができる。その結果、より自然な表情を表示することができる。
【００６８】
誘電層４００、４１０、４２０は、いずれも、カルボキシル基含有水素化ニトリルゴムのゴムポリマーがテトラｎ−ブトキシジルコニウムにより架橋された、三次元架橋体からなる。水素化ニトリルゴムの比誘電率は大きい。このため、印加電圧が比較的小さくても、誘電層４００、４１０、４２０の変位量を大きくすることができる。また、金属アルコキシド化合物として、テトラｎ−ブトキシジルコニウムを用いるため、ゴムポリマーとの架橋反応が進行しやすい。
【００６９】
誘電層４００、４１０、４２０は、ゴムポリマーとテトラｎ−ブトキシジルコニウムとの反応により生成される無機物（ジルコニア）を含む。無機物により電子の流れが遮断されるため、誘電層４００、４１０、４２０の絶縁性は高い。また、無機物を含むため、誘電層４００、４１０、４２０の強度は大きい。よって、誘電層４００、４１０、４２０はクリープしにくく、耐久性に優れる。したがって、本実施形態の表情表示装置１によると、長期間、一定の表情を繰り返し表示することができる。また、電歪素子４０、４１、４２の耐久性が高いため、装置寿命が長い。また、誘電層４００、４１０、４２０の強度が大きいため、厚さを小さくすることができる。したがって、本実施形態の表情表示装置１は、１０００Ｖ程度の低電圧で、駆動することができる。
【００７０】
＜その他＞
以上、本発明の柔軟な表情表示装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００７１】
上記実施形態においては、電歪素子の誘電層を、三次元架橋体からなる架橋体層のみから構成した。しかし、誘電層は、架橋体層と他の層との積層体でもよい。他の層としては、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム等からなるエラストマー層、エラストマーと絶縁性粒子とを含む高抵抗層、エラストマーとイオン成分とを含むイオン成分含有層、エラストマーと半導体とを含む半導体含有層等が挙げられる。他の層は一層でも二層以上でもよい。
【００７２】
架橋体層を構成するのに好適なゴムポリマーとしては、上記実施形態におけるニトリルゴム、水素化ニトリルゴムの他、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ヒドリンゴム、ポリエーテルゴム等が挙げられる。
【００７３】
金属アルコキシド化合物の種類は、特に限定されるものではない。金属アルコキシド化合物は、例えば、次の一般式（１）で表される。
Ｍ（ＯＲ）ｍ  ・・・（１）
［式（１）中、Ｍは金属等の原子である。Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基、アリール基、アルケニル基のいずれか一種以上であり、同一であっても、異なっていてもよい。ｍは金属等の原子Ｍの価数である。］
また、一分子中に、二つ以上の繰り返し単位［（ＭＯ）ｎ；ｎは２以上の整数］を有する多量体であってもよい。ｎの数を変更することにより、ゴムポリマーとの相溶性や、反応速度等を調整することができる。このため、ゴムポリマーの種類に応じて、適宜好適な多量体を選択するとよい。
【００７４】
金属等の原子Ｍとしては、例えば、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ケイ素、鉄、銅、錫、バリウム、ストロンチウム、ハフニウム、ホウ素等が挙げられる。なかでも反応性が良好であるという理由から、チタン、ジルコニウム、アルミニウムから選ばれる一種以上を含むものが望ましい。具体的には、テトラｎ−ブトキシチタン、テトラｎ−ブトキシジルコニウム、テトラｎ−ブトキシシラン、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、テトラｉ−プロポキシチタン、テトラエトキシシラン等が好適である。
【００７５】
ヒドロシリル基を持つ化合物（ヒドロシリル化合物）としては、例えば、以下の一般式（２）〜（４）で表される化合物が挙げられる。各々の式中、繰り返し単位ｍ、ｎ、ｐ、ｑ部分は、ランダム重合、ブロック重合等のいかなる重合形態であってもよい。これら一般式（２）〜（４）で表される化合物は、例えば、アルケニル基を有する炭化水素系化合物と、ポリヒドロシラン化合物とを、得られる反応物の分子構造中にヒドロシリル基が残存するように反応させて、製造することができる。
【化１】
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【化２】
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【化３】
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【００７６】
一般式（２）〜（４）で表される化合物のなかでも、ｎ＝１以上の整数のものが好ましく、特に、以下の構造式（５）〜（９）で表される化合物が望ましい。
【化４】
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【化５】
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【化６】
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【化７】
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【化８】
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【００７７】
また、ヒドロシリル基を持つ化合物を用いる場合には、白金化合物、パラジウム化合物、ロジウム化合物、イリジウム化合物、ルテニウム化合物等のヒドロシリル化触媒を適宜使用するとよい。白金化合物としては、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金／ビニルシロキサン錯体、白金／オレフィン錯体、白金／ホスファイト錯体、白金、アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に固体白金を担持させたもの等が挙げられる。
【００７８】
三次元架橋体（架橋体層）は、例えば、次のようにして製造することができる。金属アルコキシド化合物を用いる場合には、まず、ゴムポリマーが溶解可能であり、かつ、金属アルコキシド化合物をキレート化できる溶剤中で、ゴムポリマーと金属アルコキシド化合物とを混合する。次に、ゴムポリマーと金属アルコキシド化合物との混合溶液から溶剤を除去して、架橋反応を進行させる。ヒドロシリル基を持つ化合物を用いる場合には、まず、ゴムポリマーにヒドロシリル基を持つ化合物、および必要に応じて触媒等を添加して混練りし、エラストマー組成物を調製する。次に、エラストマー組成物を溶剤に溶解してエラストマー溶液を調製する。そして、エラストマー溶液を基材に塗布して、架橋する。
【００７９】
誘電層は、面方向に均等に（同じ延伸率で）延伸されてもよい。また、延伸率が、同一面の直交する二方向（縦方向、横方向）において異なるように、延伸されてもよい。いずれの場合においても、変位方向および変位量を考慮して、延伸率を適宜設定すればよい。また、上記実施形態においては、顔の部位ごとに延伸率を変えたが、顔の部位に関わらず、延伸率を全て同じにしてもよい。
【００８０】
電極は、エラストマーおよび導電材を含むものであればよい。エラストマーとしては、シリコーンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、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。
【００８１】
導電材としては、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の金属粉末等が挙げられる。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。
【００８２】
電極は、エラストマ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、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、誘電層の表面および裏面に塗工して、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、誘電層の表面および裏面に転写してもよい。
【００８３】
電歪素子に印加する電圧は、誘電層の構成、材質、厚さ、変位量等を考慮して、適宜決定すればよい。本発明の柔軟な表情表示装置においては、電歪素子を比較的低電圧で駆動させることができる。例えば、印加電圧を１５００Ｖ以下、１３００Ｖ以下、さらには１０００Ｖ以下にするとよい。
【００８４】
上記実施形態においては、電歪素子を含んで顔の前面を被覆するように、カバー層を配置した。しかし、カバー層は、必ずしも必要ではない。また、カバー層を配置する場合、材質、着色の有無、描かれる部位、模様等については、特に限定されない。カバー層の材質としては、被覆する部材との接着性、耐摩耗性、防汚性に優れたエラストマーが好適である。例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ポリエーテルゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。
【００８５】
上記第一実施形態の表情表示装置は、顔全体に配置される一つの電歪素子を有する。この形態において、帯状の表側電極および裏側電極の数、間隔、交差角度は、特に限定されない。また、フレームの形状等についても、特に限定されない。なお、顔を複数の領域に分割し、各々の領域に対して、上記第一実施形態の電歪素子を配置してもよい。
【００８６】
上記第二実施形態の表情表示装置は、顔の部位ごとに配置される三つの電歪素子を有する。この形態において、電歪素子の数、配置される部位等は、特に限定されない。電歪素子を構成する誘電層および電極の形状等についても、特に限定されない。また、基材は無くてもよい。
【実施例】
【００８７】
次に、本発明の柔軟な表情表示装置を構成する電歪素子について、実施例を挙げて具体的に説明する。
【００８８】
＜実施例１の電歪素子の製造＞
誘電層として、ゴムポリマーと金属アルコキシド化合物とから合成される三次元架橋体からなる架橋体層を製造した。まず、カルボキシル基含有ニトリルゴムのゴムポリマーをアセチルアセトンに溶解した。この溶液に、テトラｎ−ブトキシチタンを混合した。ここで、アセチルアセトンは、ゴムポリマーを溶解させる溶媒であると共に、金属アルコキシド化合物のキレート剤である。次に、混合溶液を基材上に塗布し、乾燥させた後、１７５℃で約３０分間加熱して、架橋体層を製造した（上記第一実施形態の誘電層２１に相当）。架橋体層の膜厚は、１５μｍである。
【００８９】
電極を次のようにして製造した。まず、アクリルゴムポリマー（日本ゼオン（株）製「ニポール（登録商標）ＡＲ４２Ｗ」）１００質量部と、加工助剤のステアリン酸（花王（株）製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１質量部と、加硫促進剤のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学工業（株）製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ」）２．５質量部、およびジメチルジチオカルバミン酸第二鉄（大内新興化学工業（株）製「ノクセラーＴＴＦＥ」）０．５質量部と、をロール練り機にて混合し、エラストマー組成物を調製した。続いて、調製したエラストマー組成物を、溶剤のエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート３１２質量部に溶解し、エラストマー溶液を調製した。このエラストマー溶液に、導電材のカーボンブラック（ライオン（株）製「ケッチェンブラック（登録商標）ＥＣ−６００ＪＤ」）を１２質量部添加し、三本ロールにて混練りして導電塗料を調製した。調製した導電塗料を、離型処理を施したポリエチレンテレフタレート製の基材の表面に、バーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置した。そして、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、電極を形成した。
【００９０】
形成した電極を、基材から剥離して、架橋体層（誘電層）の表面および裏面に貼着した。このようにして、実施例１の電歪素子を製造した。
【００９１】
＜実施例２の電歪素子の製造＞
誘電層として、ゴムポリマーとヒドロシリル基を持つ化合物とから合成される三次元架橋体からなる架橋体層を製造した。まず、クロロプレンゴムポリマー（ＤＤＥ社製「ネオプレン（登録商標）Ｗ」）１００質量部と、ヒドロシリル化合物５質量部と、遅延剤のアセチレンアルコール０．０３質量部と、白金触媒０．１質量部とを、ロール練り機にて混合、分散させて、エラストマー組成物を調製した。次に、エラストマー組成物をメチルエチルケトンに溶解し、エラストマー溶液を調製した。そして、エラストマー溶液を基材上に塗布し、乾燥させた後、１５０℃で約１５分間加熱して、架橋体層を製造した。架橋体層の膜厚は、２０μｍである。ヒドロシリル化合物としては、先に記載した構造式（５）の化合物を使用した。
【００９２】
製造した架橋体層（誘電層）の表面および裏面に、実施例１と同様の電極を貼着して、実施例２の電歪素子を製造した。
【００９３】
＜比較例の電歪素子の製造＞
誘電層を、３Ｍ社製のアクリルフォーム構造用接合テープ（「ＶＨＢ（登録商標）４９１０」）に変更した以外は、実施例１の電歪素子と同様にして、比較例の電歪素子を製造した。
【００９４】
＜電歪素子の評価＞
製造した実施例１、２および比較例の電歪素子について、変位量および耐久性を評価した。まず、実験装置および実験方法について説明する。図９に、製造した電歪素子の上面図を示す。図１０に、図９中のＸ−Ｘ断面図を示す。
【００９５】
図９、図１０に示すように、電歪素子５は、誘電層５０と一対の電極５１ａ、５１ｂとを備えている。誘電層５０は、伸長前の自然状態で直径７０ｍｍの円形の薄膜状を呈している。誘電層５０は、所定の延伸率で予め延伸された状態で配置されている。延伸率は、実施例１の電歪素子については、縦方向２５％、横方向５０％、実施例２の電歪素子については、縦方向５０％、横方向１００％、比較例の電歪素子については、縦方向１００％、横方向２００％である。ここで、延伸率は、次式（Ｉ）により算出した値である。
延伸率（％）＝（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０×１００・・・（Ｉ）
［Ｌ０：伸長前（自然状態）の長さ、Ｌ１：伸長後の長さ］
一対の電極５１ａ、５１ｂは、誘電層５０を挟んで上下方向に対向するよう配置されている。電極５１ａ、５１ｂは、直径約２７ｍｍの円形の薄膜状を呈しており、各々、誘電層５０と略同心円状に配置されている。電極５１ａの外周縁には、拡径方向に突出する端子部５１０ａが形成されている。端子部５１０ａは矩形板状を呈している。同様に、電極５１ｂの外周縁には、拡径方向に突出する端子部５１０ｂが形成されている。端子部５１０ｂは矩形板状を呈している。端子部５１０ｂは、端子部５１０ａに対して、１８０°対向する位置に配置されている。端子部５１０ａ、５１０ｂは、ウレタンゴムおよび銀粉末を含む。端子部５１０ａ、５１０ｂは、各々、配線（図略）を介して電源５２に接続されている。
【００９６】
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の厚さは小さくなり、延伸率の小さい縦方向に伸長する。この時、電極５１ａ、５１ｂも、誘電層５０と一体となって伸長する。電極５１ａには、予め、マーカー５３０が取り付けられている。電圧を印加した時のマーカー５３０の変位を、変位計５３により測定し、電歪素子５の変位量とした。印加電圧は、実施例１の電歪素子については１２５０Ｖ、実施例２の電歪素子については１０００Ｖ、比較例の電歪素子については２５００Ｖとした。そして、次式（ＩＩ）により変位率を算出した。
変位率（％）＝（変位量／電極の半径）×１００・・・（ＩＩ）
電歪素子５の変位量を測定した後、電圧を印加しない状態（誘電層５０は延伸されたまま）で、所定期間（３日間、７日間、３０日間）放置した。そして、各々の期間が経過した後、再び最初と同じ電圧を印加して、電歪素子５の変位量を測定した。その際、最初に測定された変位量と比較して、変位量の減少が４０％未満であれば耐久性合格（後出の表１中○印で示す）、４０％以上であれば耐久性不合格（後出の表１中×印で示す）、とした。
【００９７】
表１に、実施例１、２および比較例の電歪素子の変位量の測定結果、および耐久性の評価結果を示す。
【表１】
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【００９８】
表１に示すように、実施例１、２の電歪素子においては、比較例の電歪素子と比較して、誘電層の厚さが小さい。実施例１、２の電歪素子は、比較例の電歪素子と比較して、延伸率が小さいにも関わらず、低電圧で大きな変位量が得られた。また、実施例１、２の電歪素子は、３０日後においても変位量の低下が小さく、耐久性に優れることが確認された。一方、比較例の電歪素子においては、誘電層の厚さが大きい。そして、所望の変位量を実現するためには、誘電層の延伸率を大きくして、印加電圧を大きくする必要があった。このため、７日後、３０日後において、誘電層がクリープしてしまい、変位量の減少が４０％以上になった。
【００９９】
このように、本発明の柔軟な表情表示装置を構成する電歪素子は、誘電層の延伸率が小さく、１５００Ｖ以下の比較的低電圧で駆動させても、大きな変位量を実現することができる。そして、誘電層は、クリープしにくく耐久性に優れる。したがって、本発明の柔軟な表情表示装置によると、長期間、一定の表情を繰り返し表示することができる。また、電歪素子の耐久性が高いため、装置寿命が長い。
【符号の説明】
【０１００】
１：表情表示装置、１０：フレーム、１１：周枠、１２：区画枠、１３：基材、２０：電歪素子、２１：誘電層、３０：カバー層、４０、４１、４２：電歪素子、１２０、１２１、１２２：領域、４００、４１０、４２０：誘電層、４０１、４１１、４２１：表側電極、４０２、４１２、４２２：裏側電極。
５：電歪素子、５０：誘電層、５１ａ、５０ｂ：電極、５２：電源、５３：変位計、５１０ａ、５１０ｂ：端子部、５３０：マーカー。
０１Ｘ〜０５Ｘ：表側電極、０１Ｙ〜０５Ｙ：裏側電極、Ａ０１０１〜Ａ０５０４：駆動部。
【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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