(57)【要約】  軟らかく伸縮可能であって、伸張時にも電気抵抗が増加しにくい柔軟導電材料を提供することを課題とする。また、当該柔軟導電材料から形成された電極を備える柔軟なトランスデューサを提供する。  柔軟導電材料は、エラストマーと、該エラストマー中に分散された粒子連結体と、を有する。該粒子連結体は、粒子の表面に金属層が形成されている金属被覆粒子が複数連結されてなる第一連結体と、複数の粒子が連結した連結体の表面に金属層が形成されてなる第二連結体と、の少なくとも一方を含む。また、エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備えるトランスデューサにおいて、複数の該電極を、当該柔軟導電材料から形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーと、
該エラストマー中に分散された粒子連結体と、を有し、
該粒子連結体は、粒子の表面に金属層が形成されている金属被覆粒子が複数連結されてなる第一連結体と、複数の粒子が連結した連結体の表面に金属層が形成されてなる第二連結体と、の少なくとも一方を含むことを特徴とする柔軟導電材料。
【請求項２】
前記エラストマーは、極性を有する請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項３】
前記エラストマーは、架橋ゴムである請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項４】
前記第一連結体および前記第二連結体における前記金属層の含有割合は、各々、該第一連結体または該第二連結体の全体を１００体積％とした場合の１体積％以上７５体積％以下である請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項５】
前記第一連結体および前記第二連結体の最長部分の長さは、０．３μｍより大きい請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項６】
前記第一連結体を構成する前記金属被覆粒子、および前記第二連結体を構成する前記粒子の平均粒子径は、各々３μｍ未満である請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項７】
前記第一連結体および前記第二連結体における前記金属層は、無電解めっき、蒸着、スパッタリング、レーザーアブレーションのいずれかにより形成されている請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項８】
エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備え、
複数の該電極は、請求項１に記載の柔軟導電材料から形成されていることを特徴とするトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮可能な電極、配線等に好適な柔軟導電材料、およびそれから形成された電極を備えるトランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスデューサには、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、センサ等や、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ある。柔軟性を有し、小型で軽量なトランスデューサの材料として、誘電体エラストマー等の高分子材料が使用されている。例えば、誘電体エラストマーからなる誘電膜を、一対の電極で狭持して、アクチュエータを構成することができる（例えば、特許文献１参照）。この種のアクチュエータでは、電極間への印加電圧を変化させて、誘電膜を伸張、収縮させることにより、駆動対象部材を駆動させる。【０００３】
このようなトランスデューサでは、エラストマー等からなる誘電膜等の変形に、電極や配線が追従可能であることが要求される。すなわち、例えばアクチュエータでは、誘電膜の表裏に配置されている電極が、誘電膜の動きを妨げないように、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。電極や配線に使用できる材料として、例えば、エラストマー等のバインダーに、導電性カーボンや金属粉末を配合した導電材料がある（例えば、特許文献２〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０６８５８号公報
【特許文献２】特開２００９−５９８５６号公報
【特許文献３】特開２００２−１００２３７号公報
【特許文献４】特開２００５−１６６３２２号公報
【特許文献５】特許第３６０９５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、カーボンブラックは、数十ｎｍの一次粒子がストラクチャーといわれる連結構造を形成した二次粒子からなる。カーボンブラックをエラストマーに分散させると、ストラクチャーによる導電パスが形成されるため、エラストマーに導電性を付与することができる。また、導電パスは網目状に形成されるため、エラストマーを伸縮させても導電パスは切れにくく、電気抵抗が増加しにくい。しかし、カーボンブラック自体の電気抵抗が比較的大きいため、充填量を増加させたとしても、さらなる導電性の向上は難しい。【０００６】
これに対して、金属粉末の電気抵抗は、カーボンブラックよりも小さい。しかし、金属粉末は、ストラクチャーを形成しない。このため、導電パスを形成するためには、金属粒子同士を接触させるために、エラストマー中に金属粉末を比較的多量に充填する必要がある。この場合、エラストマー材料が硬くなり、柔軟性が低下する。よって、金属粉末を高充填したエラストマー材料を、例えばアクチュエータの電極に使用した場合には、誘電膜の伸縮に追従できないため、誘電膜の動きを阻害するおそれがある。また、伸張された時に、大きく電気抵抗が増加してしまうという問題もあった。【０００７】
一方、上記特許文献５には、表面が金属めっきされたカーボンブラックを樹脂に分散させたＰＴＣ組成物が開示されている。ＰＴＣ組成物の母材は、ポリエチレン等の樹脂である。樹脂の弾性率は高いため、ＰＴＣ組成物は硬く、柔軟性に乏しい。また、ＰＴＣ組成物は、所定の温度範囲で電気抵抗が急増するという特性を有するものである。上記特許文献５によると、当該特性を発現させるために、カーボンブラックのめっき量を、１〜８質量％に限定している。めっき量が少量であるため、カーボンブラックの導電性の向上効果は小さい。このように、異なる目的で開発されたＰＴＣ組成物を、上記トランスデューサの電極等の材料に使用することはできない。【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、軟らかく伸縮可能であって、伸張時にも電気抵抗が増加しにくい柔軟導電材料を提供することを課題とする。また、当該柔軟導電材料から形成された電極を備え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】
【０００９】
（１）上記課題を解決するため、本発明の柔軟導電材料は、エラストマーと、該エラストマー中に分散された粒子連結体と、を有し、該粒子連結体は、粒子の表面に金属層が形成されている金属被覆粒子が複数連結されてなる第一連結体と、複数の粒子が連結した連結体の表面に金属層が形成されてなる第二連結体と、の少なくとも一方を含むことを特徴とする。【００１０】
本発明の柔軟導電材料は、エラストマーを母材とする。したがって、本発明の柔軟導電材料は、柔軟であり、伸縮可能である。このため、本発明の柔軟導電材料を、誘電膜等の弾性基材の表面に形成した場合には、当該弾性基材の変形に追従して変形することができる。つまり、本発明の柔軟導電材料は、弾性基材の動きを阻害しにくい。【００１１】
また、母材に分散される粒子連結体は、第一連結体と第二連結体との少なくとも一方を含む。つまり、第一連結体および第二連結体のいずれか一方のみを含んでいてもよく、両方を含んでいてもよい。第一連結体を構成する個々の金属被覆粒子は、表面に金属層が形成されている粒子である。形成されている金属層は、粒子表面の全体または一部を覆う金属被膜や、粒子表面の全体または一部に金属粒子が付着している態様を含む。このような金属被覆粒子が複数連結されているため、第一連結体の表面には、金属層が表出している。一方、第二連結体は、複数の粒子が連結した連結体の表面に金属層が形成されてなる。すなわち、第二連結体の表面には、金属層が表出している。【００１２】
エラストマー中に、第一連結体および第二連結体の少なくとも一方を分散させると、表出している金属層により、エラストマー中に導電パスを形成することができる。これにより、本発明の柔軟導電材料は、高い導電性を有する。また、形成された導電パスは、分散された粒子連結体により構築された網目構造を有している。このため、伸縮を繰り返しても、導電パスは切断されにくい。したがって、本発明の柔軟導電材料は、伸張時にも電気抵抗が増加しにくい。また、粒子連結体は、連結構造を有しない導電粒子と比較して、比較的少量で導電パスを形成することができる。このため、粒子連結体の配合により、エラストマーの柔軟性が低下するおそれは少ない。【００１３】
（２）また、本発明のトランスデューサは、エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備え、複数の該電極は、上記（１）の柔軟導電材料から形成されていることを特徴とする。【００１４】
トランスデューサは、ある種類のエネルギーを他の種類のエネルギーに変換する装置である。トランスデューサには、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、センサ等や、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含まれる。本発明のトランスデューサによると、電極が上記本発明の柔軟導電材料から形成されている。よって、誘電膜が変形した場合でも、電極が変形に追従して伸縮する。このため、トランスデューサの動きが、電極により妨げられにくい。また、電極において、伸張時の導電性の低下は少なく、繰り返し変形した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、本発明のトランスデューサは耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のトランスデューサの一実施形態である静電容量型センサの上面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明のトランスデューサの一実施形態であるアクチュエータの断面模式図であって、（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。
【図４】本発明のトランスデューサの一実施形態である発電トランスデューサの断面模式図であって、（ａ）は伸張時、（ｂ）は収縮時を示す。
【図５】本発明のトランスデューサの一実施形態であるスピーカの斜視図を示す。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】実施例４の導電膜の断面のＳＥＭ写真である。
【図８】比較例３の導電膜の断面のＳＥＭ写真である。
【図９】実施例９の導電膜の断面のＳＥＭ写真である。
【図１０】実施例１０の導電膜の断面のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００１６】
１：静電容量型センサ（トランスデューサ）  １０：誘電膜  １１ａ、１１ｂ：電極
１２ａ、１２ｂ：配線  １３ａ、１３ｂ：カバーフィルム  １４：コネクタ
２：アクチュエータ（トランスデューサ）  ２０：誘電膜  ２１ａ、２１ｂ：電極
２２：電源
３：発電トランスデューサ  ３０：誘電膜  ３１ａ、３１ｂ：電極
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：第一誘電膜  ４２ｂ：第二誘電膜
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
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の柔軟導電材料、およびそれから形成された電極を備える本発明のトランスデューサの実施形態について説明する。
【００１８】
＜柔軟導電材料＞
［エラストマー］
本発明の柔軟導電材料を構成するエラストマーとしては、ゴムおよび熱可塑性エラストマーの中から適宜選択すればよい。エラストマーの種類は、特に限定されるものではないが、常温下で柔軟であるという観点から、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、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、エチレンプロピレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。
【００１９】
また、粒子連結体の分散性等を考慮すると、極性が大きいものが望ましい。極性の大小は、例えばＳＰ値（溶解度パラメータ）により判断することができる。例えば、ＳＰ値が８以上のエラストマーは、極性が大きいと判断してよい。このようなエラストマーとしては、例えば、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等が挙げられる。
【００２０】
エラストマーは、可塑剤、加工助剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。例えば、可塑剤を添加すると、エラストマーの加工性が向上すると共に、柔軟性をより向上させることができる。可塑剤としては、公知のフタル酸ジエステル等の有機酸誘導体、リン酸トリクレジル等のリン酸誘導体、アジピン酸ジエステル、塩素化パラフィン、ポリエーテルエステル等を使用すればよい。
【００２１】
また、伸縮性に富むという観点から、エラストマーとして架橋ゴムを使用することが望ましい。架橋方法は、硫黄架橋、パーオキサイド架橋、ウレタン架橋、エポキシ架橋、ヒドロシリル架橋等、橋架けによりゴム弾性を向上させる方法であればよい。この場合、後述する第一連結体および第二連結体における金属層の腐食等を考慮して、硫黄を含まない架橋剤、加硫促進剤等を選択するとよい。例えば、金属層が銀、ニッケル、銅から形成されており、アクリルゴムポリマーを架橋する場合には、架橋剤に安息香酸アンモニウム等を使用すると好適である。
【００２２】
［粒子連結体］
エラストマーには粒子連結体が分散されている。粒子連結体は、第一連結体と、第二連結体と、の少なくとも一方を含む。
【００２３】
第一連結体は、粒子の表面に金属層が形成されている金属被覆粒子が複数連結されてなる。第一連結体を構成する粒子は、自然状態では連結していない。しかし、表面に金属層を形成する金属被覆処理を行う際に、粒子同士が連結する。したがって、当該粒子に金属被覆処理を施すことにより、金属被覆粒子が複数連結した第一連結体が製造される。
【００２４】
第二連結体は、複数の粒子が連結した連結体の表面に金属層が形成されてなる。第二連結体を構成する粒子は、自然状態で元々連結体を構成している。よって、連結体に金属被覆処理を施すことにより、表面に金属層が形成されて、第二連結体が製造される。
【００２５】
第一連結体、第二連結体を構成する粒子には、例えば、グラファイトや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ることができる。これらの粒子は、自然状態における連結構造の有無により、第一連結体、第二連結体のいずれかを構成する。なかでも、金属層を形成しやすい（例えば、めっきする際に水溶液に分散させやすい等）、金属層が剥離しにくい等の理由から、表面にカルボキシル基（ＣＯＯＨ）、水酸基（ＯＨ）、カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）等が存在する金属酸化物の粒子、シリカ粒子、およびカーボンブラックが好適である。また、比重が小さいため、塗料化した際に沈降しにくいという理由から、シリカ粒子、樹脂粒子、およびカーボンブラックが好適である。以下、第一連結体および第二連結体についてまとめて説明する。
【００２６】
第一連結体および第二連結体における金属層の形成は、粒子の種類や形状、金属の種類等に応じて、無電解めっき、蒸着、スパッタリング、レーザーアブレーション等の公知の方法から適宜選択すればよい。
【００２７】
例えば、無電解めっきを行う場合には、水溶液中に粒子を充分に分散させることが重要である。例えば、超音波や機械攪拌により、脱アグロメレート処理を行い、めっき処理も、超音波および機械攪拌下で行うことが望ましい。このようなめっき処理により、攪拌方向に伸びるようにして連なる粒子連結体が得られる。粒子連結体が一方向に長さを持つと、少量で導電パスを形成することができる。なお、疎水性の粒子を用いる場合は、適宜、界面活性剤等の分散剤を用いてもよい。また、粒子の比重や大きさに応じて、機械攪拌の速度を調整することにより、連結状態を制御することができる。例えば、攪拌速度が大きすぎると、めっき層（金属層）が析出しにくくなる。反対に、攪拌速度が小さすぎると、粒子が沈殿しやすくなり、粒子の凝集体にめっきされてしまう。
【００２８】
粒子の比表面積（窒素吸着法）は、０．４ｍ２／ｇ以上１２７０ｍ２／ｇ以下であることが望ましい。比表面積が小さすぎると粒子が大きくなるため、粒子連結体を形成しにくくなる。また、所望の導電性を発現させるために必要な粒子連結体の配合量が、多くなる。一方、比表面積が大きくなると、エラストマー中で粒子連結体が分散しにくくなる。このため、効率的な導電パスが形成されにくくなる。
【００２９】
第一連結体および第二連結体における金属層の含有割合は、各々、第一連結体または第二連結体の全体を１００体積％とした場合の１体積％以上であることが望ましい。１体積％未満の場合には、所望の導電性を得ることが難しい。５体積％以上とするとより好適である。また、金属層の含有割合は、各々、第一連結体または第二連結体の全体を１００体積％とした場合の７５体積％以下であることが望ましい。７５体積％を超えると、粒子の連結構造が失われるおそれがある。よって、エラストマー中に分散した場合に、所望の導電パスを形成することが難しくなる。６５体積％以下とするとより好適である。
【００３０】
第一連結体および第二連結体を構成する粒子数は、１０個以上であることが望ましい。また、第一連結体を構成する金属被覆粒子、および第二連結体を構成する粒子の平均粒子径は、各々３μｍ未満とすることが望ましい。平均粒子径が３μｍ以上になると、エラストマーの単位体積当たりの導電パスの数が少なくなるため、所望の導電性を得ることが難しくなる。ここで、導電性を向上するために、粒子連結体を多量に配合すると、柔軟導電材料の弾性率が高くなり、柔軟性が低下してしまう。本明細書では、第一連結体を構成する金属被覆粒子、および第二連結体を構成する粒子の平均粒子径として、次のように算出した値を採用する。
【００３１】
すなわち、柔軟導電材料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、一つの粒子連結体を構成する個々の金属被覆粒子または粒子の最短径を測定し、それらの平均値を平均粒子径とする。なお、第二連結体については、個々の粒子の最短径は、適宜、表面の金属層を含んで測定されている。
【００３２】
また、第一連結体および第二連結体の最長部分の長さは、０．３μｍより大きいことが望ましい。最長部分の長さが０．３μｍ以下の場合には、導電パスが形成されにくい。このため、所望の導電性を得るためには、粒子連結体を多量に配合しなければならない。その結果、柔軟導電材料の弾性率が高くなり、柔軟性が低下してしまう。また、柔軟導電材料を、薄膜に成形して使用する場合には、最長部分の長さを、膜厚以下にすることが望ましい。
【００３３】
［製造方法］
本発明の柔軟導電材料は、例えば、エラストマー分のポリマー（適宜添加剤を含む）と粒子連結体とを、ニーダー、バンバリーミキサー等の加圧式混練機、二本ロール等により混練し、混練された材料を、金型成形や押出成形して製造することができる。また、次の方法により製造してもよい。まず、エラストマー分のポリマー（適宜添加剤を含む）を溶剤に溶解した溶液を調製する。次に、調製した溶液に、粒子連結体を添加して、超音波、ビーズミル、三本ロール等で攪拌、混合して導電塗料を調製する。この際、粒子連結体を所望の形状、大きさにするために、攪拌混合条件を調整する。続いて、調製した導電塗料を基材等に塗布し、加熱により乾燥させる。この場合、加熱時に、エラストマー分の架橋反応を進行させることができる。ここで、導電塗料の塗布方法は、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。導電塗料を用いると、柔軟導電材料からなる薄膜を、容易に製造することができる。
【００３４】
エラストマーへの粒子連結体の配合量は、所望の導電性および柔軟性が実現できるように決定すればよい。例えば、柔軟導電材料（エラストマーおよび粒子連結体）全体を１００体積％とした場合の、１５体積％以上５０体積％以下とすることが望ましい。２０体積％以上４５体積％以下とするとより好適である。
【００３５】
本発明の柔軟導電材料は、トランスデューサの電極や配線等の材料に好適である。以下に、本発明の柔軟導電材料から形成された電極を備えたトランスデューサの例として、エラストマーセンサ、アクチュエータ、発電トランスデューサ、およびスピーカの実施形態を説明する。本発明のトランスデューサにおいても、上述した本発明の柔軟導電材料の好適な態様を採用することが望ましい。また、本発明のトランスデューサは、以下の実施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。
【００３６】
＜エラストマーセンサ＞
本発明の柔軟導電材料を、電極および配線の材料として使用したエラストマーセンサの一例として、静電容量型センサの実施形態を説明する。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１に、静電容量型センサの上面図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ断面図を示す。図１、図２に示すように、静電容量型センサ１は、誘電膜１０と一対の電極１１ａ、１１ｂと配線１２ａ、１２ｂとカバーフィルム１３ａ、１３ｂとを備えている。
【００３７】
誘電膜１０は、ウレタンゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜１０の厚さは、約３００μｍである。
【００３８】
電極１１ａは、長方形状を呈している。電極１１ａは、誘電膜１０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１１ｂは、長方形状を呈している。電極１１ｂは、誘電膜１０を挟んで電極１１ａと対向するように、誘電膜１０の下面に三つ形成されている。電極１１ｂは、誘電膜１０の下面に、スクリーン印刷されている。このように、誘電膜１０を挟んで、電極１１ａ、１１ｂが三対配置されている。電極１１ａ、１１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００３９】
配線１２ａは、誘電膜１０の上面に形成された電極１１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線１２ａにより、電極１１ａとコネクタ１４とが結線されている。配線１２ａは、誘電膜１０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１２ｂは、誘電膜１０の下面に形成された電極１１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図１中、点線で示す）。配線１２ｂにより、電極１１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。配線１２ｂは、誘電膜１０の下面に、スクリーン印刷により形成されている。配線１２ａ、１２ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００４０】
カバーフィルム１３ａ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１３ａは、誘電膜１０、電極１１ａ、配線１２ａの上面を覆っている。同様に、カバーフィルム１３ｂ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１３ｂは、誘電膜１０、電極１１ｂ、配線１２ｂの下面を覆っている。
【００４１】
次に、静電容量型センサ１の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ１が上方から押圧されると、誘電膜１０、電極１１ａ、カバーフィルム１３ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電膜１０の厚さは小さくなる。その結果、電極１１ａ、１１ｂ間のキャパシタンスは大きくなる。このキャパシタンス変化により、圧縮による変形が検出される。
【００４２】
次に、本実施形態の静電容量型センサ１の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１によると、誘電膜１０、電極１１ａ、１１ｂ、配線１２ａ、１２ｂ、カバーフィルム１３ａ、１３ｂは、いずれもエラストマー材料からなる。このため、静電容量型センサ１の全体が柔軟であり、伸縮可能である。また、電極１１ａ、１１ｂは伸縮可能であるため、誘電膜１０の変形に追従して変形することができる。さらに、電極１１ａ、１１ｂおよび配線１２ａ、１２ｂは、伸張されても電気抵抗の増加が小さい。このため、静電容量型センサ１の応答性は良好である。なお、本実施形態の静電容量型センサ１には、誘電膜１０を狭んで対向する電極１１ａ、１１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
【００４３】
＜アクチュエータ＞
本発明の柔軟導電材料を電極の材料に使用したアクチュエータの実施形態を説明する。図３に、本実施形態のアクチュエータの断面模式図を示す。（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。図３に示すように、アクチュエータ２は、誘電膜２０と電極２１ａ、２１ｂとを備えている。誘電膜２０は、ウレタンゴム製である。電極２１ａ、２１ｂは、誘電膜２０の表裏に、それぞれ配置されている。電極２１ａ、２１ｂは、配線を介して電源２２に接続されている。オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極２１ａ、２１ｂ間に電圧を印加する。電圧を印加すると、発生したクーロン力により、誘電膜２０の膜厚は薄くなる。その分だけ、誘電膜２０は、図３（ｂ）中白抜き矢印で示すように、電極２１ａ、２１ｂ面に対して平行方向（横方向）に伸張する。これにより、アクチュエータ２は、図３中、横および上下方向の駆動力を出力する。
【００４４】
ここで、電極２１ａ、２１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。電極２１ａ、２１ｂは伸縮可能であるため、誘電膜２０の変形に追従して変形することができる。すなわち、誘電膜２０の動きが電極２１ａ、２１ｂにより妨げられにくい。このため、より大きな変位量を得ることができる。さらに、電極２１ａ、２１ｂは、伸張されても電気抵抗の増加が小さい。このため、クーロン力の維持が可能である。また、内部抵抗による発熱が少ないため、電極２１ａ、２１ｂは、劣化しにくい。すなわち、アクチュエータ２は耐久性に優れる。
【００４５】
なお、複数の誘電膜と電極とを交互に積層させた積層構造とすると、より大きな力を発生させることができる。この際懸念される応答性の低下に対しても、本発明は効果的である。積層構造を採用することにより、アクチュエータの出力が大きくなり、駆動対象部材をより大きな力で駆動させることができる。
【００４６】
＜発電トランスデューサ＞
本発明の柔軟導電材料を電極の材料に使用した発電トランスデューサの実施形態を説明する。図４に、本実施形態の発電トランスデューサの断面模式図を示す。（ａ）は伸張時、（ｂ）は収縮時を各々示す。図４に示すように、発電トランスデューサ３は、誘電膜３０と電極３１ａ、３１ｂとを備えている。誘電膜３０は、ウレタンゴム製である。電極３１ａ、３１ｂは、誘電膜３０の表裏に、それぞれ固定されている。電極３１ａ、３１ｂには、導線が接続されており、電極３１ｂは、接地されている。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、発電トランスデューサ３を圧縮し、誘電膜３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸張すると、誘電膜３０の膜厚は薄くなり、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４（ｂ）に示すように、誘電膜３０の弾性復元力により誘電膜３０は収縮し、膜厚が厚くなる。その際、電荷が放出され発電される。
【００４８】
ここで、電極３１ａ、３１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。すなわち、電極３１ａ、３１ｂは伸縮可能である。このため、誘電膜３０の動きが、電極３１ａ、３１ｂにより妨げられにくい。また、電極３１ａ、３１ｂにおいて、伸張時の導電性の低下は少なく、繰り返し変形した場合でも、内部抵抗による発熱が少ない。よって、発電トランスデューサ３は耐久性に優れる。
【００４９】
＜スピーカ＞
本発明の柔軟導電材料を電極の材料に使用したスピーカの実施形態を説明する。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、第一誘電膜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、第二誘電膜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。
【００５０】
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。第一誘電膜４２ａは、柔軟であり、円形の薄膜状を呈している。第一誘電膜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、第一誘電膜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、第一誘電膜４２ａよりも小径である。第一振動板４５ａは、第一誘電膜４２ａの表面の略中央に配置されている。第一アウタ電極４３ａは、本発明の柔軟導電材料からなり、リング状を呈している。第一アウタ電極４３ａは、第一誘電膜４２ａの表面に貼着されている。第一インナ電極４４ａも、本発明の柔軟導電材料からなり、リング状を呈している。第一インナ電極４４ａは、第一誘電膜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、第一誘電膜４２ａを挟んで、表裏方向に背向している。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。
【００５１】
第二アウタフレーム４０ｂ、第二インナフレーム４１ｂ、第二誘電膜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、第一誘電膜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、第二誘電膜４２ｂは、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、第二誘電膜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、第二誘電膜４２ｂの表面に印刷されている。第二インナ電極４４ｂは、第二誘電膜４２ｂの裏面に印刷されている。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。
【００５２】
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。第一誘電膜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、第二誘電膜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、第一誘電膜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、第二誘電膜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。
【００５３】
次に、本実施形態のスピーカ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、第一誘電膜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膜厚が薄くなる。並びに、当該部分が径方向に伸張する。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、第二誘電膜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膜厚が厚くなる。並びに当該部分が径方向に収縮する。これにより、第二誘電膜４２ｂは、第一誘電膜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、第一誘電膜４２ａは、第二誘電膜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。
【００５４】
次に、本実施形態のスピーカ４の作用効果について説明する。本実施形態のスピーカ４によると、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は、伸縮可能である。このため、第一誘電膜４２ａ、第二誘電膜４２ｂの変形に追従して変形することができる。すなわち、第一誘電膜４２ａ、第二誘電膜４２ｂの動きが、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにより妨げられにくい。さらに、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂは、伸張されても電気抵抗の増加が小さい。このため、スピーカ４の応答性は良好である。
【実施例】
【００５５】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。【００５６】
＜実施例１＞
［粒子連結体の製造］
まず、ケッチェンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル（株）製、「ケッチェンブラックＥＣ−６００ＪＤ」、比表面積１２７０ｍ２／ｇ）１．０ｇを、ポリアクリル酸２×１０−４ｍｏｌ／Ｌ水溶液に添加して、５０℃にて５分間、超音波分散した。その後、当該水溶液をろ過し、ろ別された粉末を洗浄した。次に、ろ別された粉末を、塩化錫４．４×１０−１ｍｏｌ／Ｌ水溶液に添加して、２５℃にて５分間、超音波分散した。その後、当該水溶液をろ過し、ろ別された粉末を洗浄した。続いて、ろ別された粉末を、塩化パラジウム５．６×１０−３ｍｏｌ／Ｌ水溶液に添加して、２５℃にて５分間、超音波分散した。その後、当該水溶液をろ過し、ろ別された粉末を洗浄した。最後に、ろ別された粉末を、硝酸銀２×１０−２ｍｏｌ／Ｌ、硫酸アンモニウム７．５×１０−１ｍｏｌ／Ｌ、アンモニア２ｍｏｌ／Ｌ、および硫酸コバルト１×１０−１ｍｏｌ／Ｌの混合水溶液に添加して、２５℃にて１分間、銀めっき処理を行った。銀めっき処理は、超音波および機械攪拌により、粉末を分散させながら行った。その後、当該水溶液をろ過し、ろ別された粉末を洗浄して、表面に銀めっき膜を有するケッチェンブラック粒子連結体を得た。ケッチェンブラック粒子連結体における銀めっき膜の含有割合は、ケッチェンブラック粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の１０体積％であった。得られたケッチェンブラック粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００５７】
［導電膜の製造］
まず、アクリルゴムポリマー（日本ゼオン社製「ニポール（登録商標）ＡＲ１４」）１００質量部と、加工助剤のステアリン酸（花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１質量部と、加硫剤の安息香酸アンモニウム（大内新興化学工業（株）製「バルノック（登録商標）ＡＢ−Ｓ」）２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。次に、調製したエラストマー組成物を、溶剤のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解させて、エラストマー溶液を調製した。続いて、調製したエラストマー溶液に、上記ケッチェンブラック粒子連結体を添加して、羽根攪拌の後、超音波洗浄槽で６０分間処理することにより攪拌、混合して、導電塗料を調製した。ケッチェンブラック粒子連結体の配合量は、エラストマーおよび粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の、２０体積％とした。それから、調製した導電塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、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１７０℃の乾燥炉内に約３０分間静置して、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電膜を得た。得られた導電膜の厚さは、１０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００５８】
［粒子連結体の構造］
得られた導電膜を、液体窒素で凍らせた後、ピンセットで二つに割って断面を表出させた。当該断面を、走査型電子顕微鏡（（株）日立製作所製、「ＳＥＭ−ＥＤＸ  Ｓ−３０００」）により観察した。そして、ケッチェンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびケッチェンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．０３μｍ、最長部分の長さは８μｍであった。【００５９】
＜実施例２＞
［粒子連結体の製造］
実施例１と同様のケッチェンブラック１．０ｇについて、粗粉砕した後、銀ターゲットを用いたレーザーアブレーションにより、銀被覆処理を行った。レーザーアブレーションは、（株）奈良機械製作所製の装置を使用し、２５℃にて２時間行った。このようにして、表面に銀被膜を有するケッチェンブラック粒子連結体を得た。ケッチェンブラック粒子連結体における銀被膜の含有割合は、ケッチェンブラック粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の１体積％であった。得られたケッチェンブラック粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００６０】
［導電膜の製造］
製造したケッチェンブラック粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。ケッチェンブラック粒子連結体の配合量は、実施例１と同様に、２０体積％とした。また、導電膜の厚さは、１０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００６１】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、ケッチェンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびケッチェンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．０３μｍ、最長部分の長さは０．５μｍであった。【００６２】
＜実施例３＞
［粒子連結体の製造］
実施例１と同様のケッチェンブラック１．０ｇについて、銀ターゲットを用いたレーザーアブレーションにより、銀被覆処理を行った。レーザーアブレーションは、処理時間を４時間に変更した以外は、実施例２と同様にして行った。得られたケッチェンブラック粒子連結体における銀被膜の含有割合は、ケッチェンブラック粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の６体積％であった。得られたケッチェンブラック粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００６３】
［導電膜の製造］
製造したケッチェンブラック粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。ケッチェンブラック粒子連結体の配合量は、実施例１と同様、２０体積％とした。また、導電膜の厚さは、１０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００６４】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、ケッチェンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびケッチェンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．０３μｍ、最長部分の長さは２μｍであった。【００６５】
＜実施例４＞
［粒子連結体の製造］
カーボンブラック（旭カーボン（株）製、「旭＃５２」、比表面積２０ｍ２／ｇ）１．０ｇについて、実施例１と同様にして銀めっき処理を行った。試薬液量は、実施例１におけるケッチェンブラックの比表面積と試薬液量との関係に従って決定した（以下、実施例５〜９、１１についても同じ）。銀めっき処理の時間は、１０分間とした。得られたカーボンブラック粒子連結体における銀めっき膜の含有割合は、カーボンブラック粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の６３体積％であった。得られたカーボンブラック粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００６６】
［導電膜の製造］
製造したカーボンブラック粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。カーボンブラック粒子連結体の配合量は、３０体積％とした。また、導電膜の厚さは、３０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００６７】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、カーボンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびカーボンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．３μｍ、最長部分の長さは１２μｍであった。【００６８】
＜実施例５＞
［粒子連結体の製造］
実施例４と同様のカーボンブラック１．０ｇについて、銀めっき処理の時間を２０分間とした以外は実施例４と同様にして、銀めっき処理を行った。得られたカーボンブラック粒子連結体における銀めっき膜の含有割合は、カーボンブラック粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の７３体積％であった。得られたカーボンブラック粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００６９】
［導電膜の製造］
製造したカーボンブラック粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。カーボンブラック粒子連結体の配合量は、４５体積％とした。また、導電膜の厚さは、３０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００７０】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、カーボンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびカーボンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．３μｍ、最長部分の長さは１５μｍであった。【００７１】
＜実施例６＞
［粒子連結体の製造］
シリカ（東ソーシリカ（株）製、「ニプシールＥ１０１１」、比表面積１４０ｍ２／ｇ）１．０ｇについて、実施例１と同様にして銀めっき処理を行った。銀めっき処理の時間は、１０分間とした。得られたシリカ粒子連結体における銀めっき膜の含有割合は、シリカ粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の６１体積％であった。得られたシリカ粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００７２】
［導電膜の製造］
製造したシリカ粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。シリカ粒子連結体の配合量は、３５体積％とした。また、導電膜の厚さは、２０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００７３】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、シリカ粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびシリカ粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は１．５μｍ、最長部分の長さは１２μｍであった。【００７４】
＜実施例７＞
［粒子連結体の製造］
珪酸ガラス（ポッターズバロティーニ（株）製、「ＥＭＢ１０」、比表面積０．５ｍ２／ｇ）１．０ｇについて、実施例１と同様にして銀めっき処理を行った。銀めっき処理の時間は、１０分間とした。得られた珪酸ガラス粒子連結体における銀めっき膜の含有割合は、珪酸ガラス粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の５２体積％であった。得られた珪酸ガラス粒子連結体は、本発明の第一連結体に含まれる。【００７５】
［導電膜の製造］
製造した珪酸ガラス粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。珪酸ガラス粒子連結体の配合量は、４０体積％とした。また、導電膜の厚さは、２０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００７６】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、珪酸ガラス粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、および珪酸ガラス粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は２．０μｍ、最長部分の長さは１４μｍであった。【００７７】
＜実施例８＞
［粒子連結体の製造］
アクリル樹脂粉末（根上工業（株）製、「アートパール（登録商標）Ｊ−４ＰＹ」、比表面積０．４ｍ２／ｇ）１．０ｇについて、実施例１と同様にして銀めっき処理を行った。銀めっき処理の時間は、５分間とした。得られたアクリル樹脂粒子連結体における銀めっき膜の含有割合は、アクリル樹脂粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の３２体積％であった。得られたアクリル樹脂粒子連結体は、本発明の第一連結体に含まれる。【００７８】
［導電膜の製造］
製造したアクリル樹脂粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。この際、エラストマーとしては、実施例１とは異なるアクリルゴムポリマー（日本ゼオン社製「ニポールＡＲ５１」）を用いた。アクリル樹脂粒子連結体の配合量は、４５体積％とした。また、導電膜の厚さは、６０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００７９】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、アクリル樹脂粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびアクリル樹脂粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は２．２μｍ、最長部分の長さは２４μｍであった。【００８０】
＜実施例９＞
［粒子連結体の製造］
カーボンブラック（旭カーボン（株）製、「旭Ｆ−２００」、比表面積５５ｍ２／ｇ）１．０ｇについて、実施例１と同様にして銀めっき処理を行った。銀めっき処理の時間は、１０分間とした。得られたカーボンブラック粒子連結体における銀めっき膜の含有割合は、カーボンブラック粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の３０体積％であった。得られたカーボンブラック粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００８１】
［導電膜の製造］
製造したカーボンブラック粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。この際、エラストマーとしては、実施例１とは異なるアクリルゴムポリマー（日本ゼオン社製「ニポールＡＲ５１」）を用いた。カーボンブラック粒子連結体の配合量は、３５体積％とした。また、導電膜の厚さは、３０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００８２】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、カーボンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびカーボンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．２μｍ、最長部分の長さは１３μｍであった。【００８３】
＜実施例１０＞
［導電膜の製造］
まず、シリコーンゴムポリマー（信越化学工業（株）製「ＫＥ−１９５０−１０」２液型）の１液に、実施例９にて製造したカーボンブラック粒子連結体を添加した。次に、２液を加えて、導電塗料を調製した。カーボンブラック粒子連結体の配合量は、エラストマーおよび粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の、３５体積％とした。それから、調製した導電塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、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１２０℃の乾燥炉内に約１０分間静置して、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させた。さらに、約１５０℃の乾燥炉内に約１時間静置して、二次架橋を行い、導電膜を得た。得られた導電膜の厚さは、３０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００８４】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、カーボンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびカーボンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．２μｍ、最長部分の長さは１３μｍであった。【００８５】
＜実施例１１＞
［粒子連結体の製造］
カーボンブラック（三菱樹脂（株）製、「＃３０５０Ｂ」、比表面積５０ｍ２／ｇ）１．０ｇについて、ニッケルめっき処理を行った。まず、カーボンブラックの粉末を塩化パラジウム水溶液で処理する工程までを、実施例１と同様にして行った。次に、ろ別された粉末を、「トップニコロン（登録商標）Ｆ−１５３Ａ」（奥野製薬工業（株）製）１００ｍｌ／Ｌ、および「トップニコロンＦ−１５３Ｂ」（同上）２００ｍｌ／Ｌの混合水溶液に添加して、８０℃にて２０分間、ニッケルめっき処理を行った。ニッケルめっき処理は、超音波および機械攪拌により、粉末を分散させながら行った。得られたカーボンブラック粒子連結体におけるニッケルめっき膜の含有割合は、カーボンブラック粒子連結体の全体を１００体積％とした場合の１５体積％であった。得られたカーボンブラック粒子連結体は、本発明の第二連結体に含まれる。【００８６】
［導電膜の製造］
製造したカーボンブラック粒子連結体を使用して、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。カーボンブラック粒子連結体の配合量は、３０体積％とした。また、導電膜の厚さは、１０μｍであった。製造した導電膜は、本発明の柔軟導電材料に含まれる。【００８７】
［粒子連結体の構造］
実施例１と同様にして、カーボンブラック粒子連結体を構成する粒子の平均粒子径、およびカーボンブラック粒子連結体の最長部分の長さを測定した。その結果、平均粒子径は０．０３μｍ、最長部分の長さは１．５μｍであった。【００８８】
＜比較例１＞
［導電膜の製造］
銀粉末（ＤＯＷＡエレクトロニクス（株）製、「ＡＧ２−１Ｃ」を、実施例１にて調製したエラストマー溶液に添加して、導電塗料を調製した。銀粉末の配合量は、５０体積％とした。それから、調製した導電塗料を、アクリル樹脂製の基材表面に、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１７０℃の乾燥炉内に約３０分間静置して、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、導電膜を得た。得られた導電膜の厚さは、１０μｍであった。【００８９】
＜比較例２＞
［導電膜の製造］
まず、アクリルゴムポリマー（同上）１００質量部と、加工助剤のステアリン酸（同上）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質量部と、加硫剤のジメチルジチオカルバミン酸鉄（大内新興化学工業（株）製「ノクセラー（登録商標）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。次に、調製したエラストマー組成物を、溶剤のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解させて、エラストマー溶液を調製した。続いて、調製したエラストマー溶液に、実施例１で使用したケッチェンブラックをそのまま添加して、導電塗料を調製した。ケッチェンブラックの配合量は、２０体積％とした。そして、実施例１と同様にして、導電膜を製造した。得られた導電膜の厚さは、１０μｍであった。【００９０】
＜比較例３＞
［導電膜の製造］
銀粉末の配合量を、２０体積％とした以外は、比較例１と同様にして、導電膜を製造した。得られた導電膜の厚さは、１０μｍであった。【００９１】
以上、製造した実施例および比較例の各導電膜における、エラストマーおよび粒子連結体についての詳細を、表１にまとめて示す。
【表１】
2011001910.tif 000002
【００９２】
＜評価方法＞
製造した導電膜について、柔軟性および導電性を評価した。以下、各々の評価方法について説明する。【００９３】
［柔軟性］
導電膜の柔軟性を評価するために、弾性率を測定した。各導電膜について、ＪＩＳ  Ｋ６２５４（２００３）に規定された低変形引張試験を行い、静的せん断弾性率を算出した。【００９４】
［導電性］
導電膜の体積抵抗率を、ＪＩＳ  Ｋ６２７１（２００８）に準じて測定した。体積抵抗率の測定は、伸張の程度を変えて三種類行った。すなわち、一つ目は、自然状態（伸張なし）で測定し、二つ目は、伸張率５０％で伸張した状態で測定し、三つ目は、伸張率１００％で伸張した状態で測定した。ここで、伸張率は、次式（Ｉ）により算出した値である。
伸張率（％）＝（ΔＬ０／Ｌ０）×１００・・・（Ｉ）
［Ｌ０：試験片の標線間距離、ΔＬ０：試験片の標線間距離の伸張による増加分］
＜評価結果＞
実施例および比較例の導電膜の評価結果を、上記表１にまとめて示す。表１中、評価結果には、自然状態（伸張なし）の体積抵抗率を「Ｒｖ０」と、伸張率５０％で伸張した状態の体積抵抗率を「Ｒｖ５０」と、伸張率１００％で伸張した状態の体積抵抗率を「Ｒｖ１００」と、表記している。まず、各導電膜の柔軟性および導電性を考察する。次に、各導電膜の電極への適用を考察する。【００９５】
［柔軟性］
表１に示すように、実施例の導電膜については、弾性率が１５ＭＰａ以下であり、軟らかいことが確認された。特に、粒子連結体としてケッチェンブラック、シリカ、珪酸ガラスを用いた実施例１〜３、６、７の導電膜では、弾性率が低くなった。これに対して、比較例１の導電膜は、粒子連結体ではなく、銀粉末をそのままアクリルゴムに分散させて製造されている。銀粉末は、連結構造を持たない。よって、アクリルゴム中に導電パスを形成させるために、配合量が多くなった。したがって、比較例１の導電膜は、弾性率が高く、硬くなった。【００９６】
［導電性］
表１に示すように、実施例の導電膜は、いずれも自然状態において高い導電性を示した。また、いずれにおいても、伸張時における体積抵抗率の増加が小さかった。これに対して、粒子連結体を有しない比較例１の導電膜では、伸張時に大幅に体積抵抗率が増加した。つまり、伸張時に導電性が低下した。また、比較例１と比較して、銀粉末の配合量が少ない比較例３の導電膜では、導電パスが形成されていない。このため、導電性が得られなかった。また、比較例２の導電膜は、ケッチェンブラックをそのままアクリルゴムに分散させて製造されている。金属層を有しないため、比較例２の導電膜では体積抵抗率が大きい。つまり、導電性が低い。【００９７】
実施例の導電膜の一例として、図７に、実施例４の導電膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した写真を示す。また、比較のため、図８に、比較例３の導電膜の断面をＳＥＭで観察した写真を示す。図７と図８とを比較してわかるように、粒子連結体を分散させた実施例４の導電膜においては、粒子の連結構造が見られる。一方、銀粉末を分散させた比較例３の導電膜においては、粒子の連結構造は見られない。つまり、導電パスが形成されていない。このため、比較例３の導電膜では、導電性が得られなかった。【００９８】
また、実施例２の導電膜と実施例３の導電膜とを比較すると、レーザーアブレーションの処理時間の違いにより、金属層の含有割合が異なることがわかる。そして、金属層の含有割合が大きい実施例３の導電膜の方が、体積抵抗が小さくなった。つまり、金属含有量が多い分だけ、導電性が向上した。【００９９】
また、図９に、実施例９の導電膜の断面をＳＥＭで観察した写真を示す。図１０に、実施例１０の導電膜の断面をＳＥＭで観察した写真を示す。図９と図１０とを比較すると、実施例９の導電膜において、粒子連結体の分散状態がより均一であることがわかる。一方、実施例１０の導電膜では、粒子連結体の分散状態に粗密が散見される。これは、母材のエラストマーの極性の違いによると考えられる。すなわち、アクリルゴムのＳＰ値は９程度であるのに対して、シリコーンゴムのＳＰ値は７程度である。したがって、アクリルゴムを母材とする実施例９の導電膜の方が、粒子連結体の分散性が良好である。これにより、実施例９の導電膜は、実施例１０の導電膜と比較して、伸張時に導電パスが切断されにくいと考えられる。その結果、伸張時の体積抵抗率の増加が抑制される。【０１００】
［アクチュエータ、エラストマーセンサの電極への適用］
上述したように、本発明の柔軟導電材料は、柔軟性および導電性が高く、伸張時にも電気抵抗が増加しにくいことが確認された。そこで、アクチュエータ、エラストマーセンサの電極に要求される弾性率、体積抵抗率の目標値を各々設定し、上記実施例および比較例の導電膜について、電極としての適用性を検討した。検討結果を、表２に示す。表２中、○印は、目標値に達していることを示し、×印は、目標値に達していないことを示す。
【表２】
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【０１０１】
表２に示すように、実施例３、６の導電膜については、柔軟性、導電性共に、アクチュエータおよびエラストマーセンサの目標値を満足するものであった。つまり、実施例３、６の導電膜は、アクチュエータおよびエラストマーセンサのどちらの電極にも好適であるといえる。また、実施例１、２、１１の導電膜については、アクチュエータの目標値には達しているものの、エラストマーセンサの導電性の目標値には達していなかった。したがって、実施例１、２、１１の導電膜は、アクチュエータの電極に好適であるといえる。さらに、実施例４、５、７〜１０の導電膜については、エラストマーセンサの目標値には達しているものの、アクチュエータの弾性率の目標値には達していなかった。したがって、実施例４、５、７〜１０の導電膜は、エラストマーセンサの電極に好適であるといえる。【０１０２】
一方、比較例１の導電膜は、弾性率が大きく柔軟性に乏しい。このため、アクチュエータおよびエラストマーセンサのいずれの電極にも不適である。また、比較例２の導電膜は、導電性が低い。このため、アクチュエータおよびエラストマーセンサのいずれの電極にも不適である。また、比較例３の導電膜は、導電性を有しない。このため、アクチュエータおよびエラストマーセンサのいずれの電極にも不適である。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
柔軟なアクチュエータは、例えば、産業、医療、福祉ロボット用の人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、医療用器具等に用いられる。本発明の柔軟導電材料は、このような柔軟なアクチュエータの電極、配線等に好適である。その他、本発明の柔軟導電材料は、静電容量型センサ等のエラストマーセンサの電極および配線、発電、発光、発熱、発色等を行う柔軟なトランスデューサの電極および配線、スピーカ、マイクロフォン等に使用される柔軟電極、ウェアラブルデバイス等に使用されるフレキシブル配線板等に有用である。また、コピー、プリンター等のＯＡ機器に用いられ、柔軟性および導電制御性の両方を必要とする帯電部材、現像部材、転写部材の電極層や表層等にも好適である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年11月22日(2010.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーと、
該エラストマー中に分散され、凝集性を有する粒子からなる粒子連結体と、を有し、
該粒子連結体は、該粒子の表面に金属層が形成されている金属被覆粒子が複数連結されてなる第一連結体と、複数の該粒子が連結した連結体の表面に金属層が形成されてなる第二連結体と、の少なくとも一方を含むことを特徴とする柔軟導電材料。
【請求項２】
前記エラストマーは、極性を有する請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項３】
前記エラストマーは、架橋ゴムである請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項４】
前記第一連結体および前記第二連結体における前記金属層の含有割合は、各々、該第一連結体または該第二連結体の全体を１００体積％とした場合の１体積％以上７５体積％以下である請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項５】
前記第一連結体および前記第二連結体の最長部分の長さは、０．３μｍより大きい請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項６】
前記第一連結体を構成する前記金属被覆粒子、および前記第二連結体を構成する前記粒子の平均粒子径は、各々３μｍ未満である請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項７】
前記第一連結体および前記第二連結体における前記金属層は、無電解めっき、蒸着、スパッタリング、レーザーアブレーションのいずれかにより形成されている請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項８】
エラストマーからなる誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を備え、
複数の該電極は、請求項１に記載の柔軟導電材料から形成されていることを特徴とするトランスデューサ。
【国際調査報告】
2011001910.tif 000014
2011001910.tif 000015