(57)【要約】本発明は、少なくとも１つの誘電エラストマー層（１）、エレクトレット層（４、５）および電極（２、３）を有する電気機械変換器に関し、該誘電エラストマー層（１）は該少なくとも１つのエレクトレット層（４）に接触し、該少なくとも１つのエレクトレット層（４）は電荷を有し、第１の電極（２）と接触し、および、第２の電極（３）は、該第１の電極（２）とは反対の誘電エラストマー層（１）の面に配置される。本発明は、さらに、それらの製造方法、それらの使用、および電気エネルギーの生成に関し、本発明に係る変換器を使用できる。電気生成のために発電機を稼働させることは平面モード（ｄ３１モード）において可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換器であって、
該変換器は、少なくとも１つの誘電エラストマー層（１）、電極（２、３）および少なくとも１つのエレクトレット層（４、５）を有し、
該誘電エラストマー層（１）は該少なくとも１つのエレクトレット層（４）に接触し、
該少なくとも１つのエレクトレット層（４）は、電荷を有し、第１の電極（２）と接触し、および、
第２の電極（３）は、該第１の電極（２）とは反対の誘電エラストマー層（１）の面に配置されることを特徴とする、該電気機械変換器。
【請求項２】
誘電エラストマー層（１）が、第１のエレクトレット層（４）と接触する反対の面で第２のエレクトレット層（５）と接触し、
該第１のエレクトレット層（４）および該第２のエレクトレット層（５）が反対の電荷を有し、および
該第１のエレクトレット層（４）が第１の電極（２）と接触し、および該第２のエレクトレット層（５）が、第２の電極（３）と接触することを特徴とする、請求項１に記載の電気機械変換器。
【請求項３】
誘電エラストマー層（１）の面の少なくとも１つが、
隆起（６）および窪み（７）を備える波状の断面外形を少なくとも１方向に沿って有することを特徴とする、請求項１または２に記載の電気機械変換器。
【請求項４】
少なくとも１つのエレクトレット層（４）と接触する面と、その面とは反対の誘電エラストマー層（１）の面が、同じ方向に沿って隆起（６）および窪み（７）を備える波状の断面外形を有し、および
１つの面の外形における隆起（６）および窪み（７）が、
該誘電エラストマー層（１）の他の面の外形の隆起（６）および窪み（７）に対して更に平行に走ることを特徴とする、請求項３に記載の電気機械変換器。
【請求項５】
少なくとも１つのエレクトレット層（４）および／または少なくとも１つの第１の電極（２）が、誘電エラストマー層（１）の接触面における波状の断面外形と一致する波状の断面外形を少なくとも１方向に沿って有することを特徴とする、請求項３に記載の電気機械変換器。
【請求項６】
誘電エラストマー層（１）が、ポリウレタンポリマー、シリコーンポリマーおよび／またはアクリレートポリマーを含有することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の電気機械変換器。
【請求項７】
誘電エラストマー層（１）の材料が、２以上の誘電率εを有することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の電気機械変換器。
【請求項８】
少なくとも１つのエレクトレット層（４）が、ポリカーボネート、パーフッ素化または部分フッ素化ポリマーおよびコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテル、ポリメチル（メタ）アクリレート、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリオレフィン、ポリプロピレンおよびそれらのポリマーの混合物を含有する群から選択されるポリマーを含有することを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の電気機械変換器。
【請求項９】
少なくとも第１の電極（２）の材料が、金属、合金、導電性オリゴマーまたはポリマー、導電性酸化物、および／または導電性充填材で充填されたポリマーを含む群から選択されることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の電気機械変換器。
【請求項１０】
誘電エラストマー層（１）と少なくとも１つのエレクトレット層（４）との厚み比が、１：１以上〜１００：１以内の範囲であることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の電気機械変換器。
【請求項１１】
以下の工程を含む、請求項１から１０のいずれか１つに記載の電気機械変換器の製造方法：
（ａ１）誘電エラストマー層（１）を提供し、
（ｂ１）該誘電エラストマー層（１）を第１のエレクトレット層（４）と接触させ、
（ｃ１）得られた配置を帯電させ、該第１のエレクトレット層（４）が電荷を帯び、
（ｄ１）該第１のエレクトレット層（４）と第１の電極（２）を接触させ、および
（ｅ１）第２の電極を、該第１の電極（２）とは反対の該誘電エラストマー層（１）の面に配置する。
【請求項１２】
アクチュエーター、センサおよび発電機としての請求項１から１０のいずれか１つに記載の電気機械変換器の使用。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれか１つに記載の電気機械変換器を含有するアクチュエーター、センサおよび発電機。
【請求項１４】
以下の工程を有する、電気エネルギーを得るための方法：
（ａ２）発電機を提供し、
この場合において、発電機要素は、長手方向と厚さ方向を有し、および長手方向に配置される少なくとも１つのエレクトレット層、または長手方向に配置される複数の対向するエレクトレット層を有し、
発電機要素の厚み方向におけるエレクトレット層内で電荷分離が生じ、このエレクトレット層は厚み方向における反対面において電極と接触するか、または
エレクトレット層は電荷を有し、このエレクトレット層は厚み方向における反対面において電極と接触するか、または
エレクトレット層は電荷を有し、更なるエレクトレット層は同一または異なる電荷を有し、これらのエレクトレット層はそれぞれ電極に接し、
（ｂ２）長手方向に沿って発電機要素を膨張させ、電極から電荷を導き、および
（ｃ２）長手方向に沿って発電機要素を緩和し、電極から電荷を導く。
【請求項１５】
発電機要素が、請求項１から１０のいずれか１つに記載の電気機械変換器であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換器に関する。本発明は、更にその製造方法とその使用に関する。本発明は、更に電気エネルギー得るための方法に関し、該方法において、本発明に係る変換器を使用できる。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換器は、電気エネルギーを力学的エネルギーに変換し、逆の場合も同じである。それらは、センサ、アクチュエーターおよび発電機の構成要素として使用できる。ＷＯ２００１/０６５７５Ａ１は、例えば、エネルギー変換器、その使用およびその製造を開示する。エネルギー変換器は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。エネルギー変換器のいくつかは、予め圧力を施したポリマーを含む。予め圧力を施すことは、電気エネルギーと機械エネルギー間の変換を改良する。電気エネルギーを機械エネルギーへと変換するための電気活性ポリマーを含有するデバイスが更に開示されている。さらに、エネルギー変換器中でポリマーの形態で適応される電極が開示されている。１または複数の電気活性ポリマーを有する電気機械デバイスを製造するための方法もまた開示されている。
【０００３】
強誘電材料（ferroelectret）材料の使用、特にポリマー強誘電材料の使用は、いわゆる厚みモード（ｄ３３モード）についてのみ記載されている。しかしながら、理論上はもたらすことができるより大きな膨張に起因して、平面モードにおける稼働（ｄ３１モード）も望ましい。このような稼働は、エネルギー生成の分野において特に興味深いであろう。
【０００４】
会議論文「２つの同質のテフロン（登録商標）ＦＥＰフィルム間に融合された有孔テフロン（登録商標）ＰＴＦＥフィルムからの３層強誘電材料」、2007年、H.C. Basso,R.A.P. Altafim, R.A.C. Altafim, A. Mellinger. Peng Fang, W. Wirges および R. Gerhardによる電気絶縁および誘電現象に関する会議の年次報告において、均一な空隙を有するポリマー強誘電材料へのルートが開示されている。２つの同質のテフロン（登録商標）ＦＥＰフィルムは、それらに熱的に結合したテフロン（登録商標）ＰＴＦＥフィルムを用いて、相互に分離されている。テフロン（登録商標）ＰＴＦＥフィルムは、複数の均質な孔を有する。従って閉ざされた空隙およびＰＴＦＥ壁の最上部が形成される。
【０００５】
正および負の極性で最上部および最下部のＦＥＰを帯電させた後、空隙は大きな双極子を形成し、それは、機械的または電気的作用により変形できる。その結果として、三層サンドイッチは正および逆圧電効果を示す。層を接続する連続法は、加熱されたシリンダーローラーで押圧することを含み、これは、３１０℃以下の温度で操作される。このことは、大規模で安価な変換器材料の製造を可能にする。会議論文は該三層の強誘電材料のデザイン、加工、帯電および電気機械特性に言及する。
【０００６】
電気機械変換器用の誘電エラストマーおよび他の材料から成る層複合材料は、ＵＳ２００９／０１６９８２９Ａ１に開示されている。この特許出願は、フィルム、第１の導電性層、および該フィルムと該第１の導電性層間に配置される少なくとも１つの中間層を有する。フィルムは誘電材料から製造され、第１表面および第２表面を有する。少なくとも第１層は、隆起および窪みを備える表面パターンを含む。第１の導電性層は表面パターンに装着されて、フィルムの表面パターンにより形成される波形を有する。
【０００７】
該特許出願に記載された発明の実施態様によると、中間層は、フィルム表面のプラズマ処理により得ることができる。中間層は、導電性層とフィルムの間の接着性を改良する役割を果たす。
【０００８】
国際特許出願ＷＯ２００８／０７６２７１Ａ１は、電気活性ポリマーと圧電ポリマーの特定の組合せを提供する。該出願は統合されたセンサ／アクチュエーターを開示し、それは電気活性ポリマーを使用する。センサ／アクチュエーターは、イオン性のポリマー／材料複合材料から成るアクチュエーター部分と、圧電材料から成るセンサ部分、および該アクチュエーター部分とセンサ部分の間の絶縁部を有する。センサ／アクチュエーターは、センサ部からのセンサシグナルとアクチュエーター部からのアクチュエーターシグナルを受け取るための補償回路を更に有することができ、該回路はアクチュエーター部とセンサ部の間の接続に関する受け取った信号を補償する。しかしながら、そこに記載された構造は、構成要素の表面方向におけるエネルギー生成動作に適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際特許出願公開第２００１/０６５７５Ａ１明細書
【特許文献２】米国特許２００９／０１６９８２９Ａ１明細書
【特許文献３】国際特許出願２００８／０７６２７１Ａ１明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】会議論文「２つの同質のテフロン（登録商標）ＦＥＰフィルム間に融合された有孔テフロン（登録商標）ＰＴＦＥフィルムからの３層強誘電材料」、2007年、H.C. Basso,R.A.P. Altafim, R.A.C. Altafim, A. Mellinger. Peng Fang, W. Wirges および R. Gerhardによる電気絶縁および誘電現象に関する会議の年次報告
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明に関する目的は、特に表面方向における、より大きな膨張を伴う動作を可能とすることにより特徴付けられる、はじめに記載された種類の電気機械変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
目的は、変換器が少なくとも１の誘電エラストマー層、電極および少なくとも１のエレクトレット層を含む本発明に従いもたらされ、この場合において、該誘電エラストマー層は、少なくとも１のエレクトレット層に接触し、少なくとも１のエレクトレット層は電荷を有しおよび第１電極に接触し、第２電極は、第１電極とは反対の誘電エラストマー面に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、電気機械変換器を示す
【図２】図２は、更なる電気機械変換器を示す
【図３】図３は、更なる電気機械変換器を示す
【図４】図４は、更なる電気機械変換器を示す
【図５】図５は、更なる電気機械変換器を示す
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る電気機械変換器は、まず、このような変換器の作動に関する限定要因である誘電変位（電束密度）が２つのパラメータを変動させることにより変化できるという一般的な発見に基づく。誘電変位は、分極と、電界強度および電界定数の積との合計としてもたらすことができる。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
第２電極が、第１電極とは反対側の誘電エラストマー層面に配置されることは、エラストマー層が電極に接触することを意味する。しかしながら、電極とエラストマー層の間に、エレクトレット層または他の層を配置することも可能である。
【００１７】
長手方向または表面方向における変換器の膨張または圧縮は、電界定数および／または系の分極に変化を生じさせる。したがって、エネルギーを生成させるために、平面モード（ｄ３１モード）において変換器を作動させることも可能である。
【００１８】
平面モードで作動され千分の１領域での偏位で運動する圧電変換器と比べて、本発明に係る変換器は、より大きく膨張して稼働できる。例えば、１０％以上、２０％以上、３０％以上のまたは５０％以上であっても、稼働する間の最大膨張がもたらされる。このように、例えばより効率的な電気機械変換器の創成が可能である。
【００１９】
例えば、誘電エラストマーは０．２ＭＰａ以上の最大伸張および１００％以上の最大膨張を有することができる。２００％以下で使用する膨張範囲において、伸張は０．１ＭＰａ以上〜５０ＭＰａ以下である（ＡＳＴＭ Ｄ ４１２に従い測定される）。エラストマーは、１００％膨張において０．１ＭＰａ以上〜１００ＭＰａ以下の弾性係数をさらに有することができる（（ＡＳＴＭ Ｄ ４１２に従い測定される）。
【００２０】
エラストマー層および／またはエレクトレット層、またはエレクトレット層が形式上小型であることも可能である。このことは、本発明に関して、問題となる層内の空隙の比率が、０ｖｏｌ％以上〜５ｖｏｌ％以下、特に０ｖｏｌ％以上〜１ｖｏｌ％以下であることを意味する。エラストマー層およびエレクトレット層または複数のエレクトレット層がそれらの範囲にわたって相互に接続することも更に好ましい。接続の性質は、特に材料ベースの接続であってもよい。
【００２１】
それらの関連する電極と、エレクトレット層または複数のエレクトレット層との接続の性質は、この時点ではさらに規定されず、例えば、表面全体または側面にて接続しても良い。誘電エラストマー層が反対側にてエレクトレット層と接触する場合、誘電エラストマー層から離れたおよび反対のエレクトレット層の面がいずれの場合も形成される。第１エレクトレット層は、誘電エラストマー層から離れた面側にて第１電極と接触することが好ましい。
【００２２】
電極がさらに構築される。構造化した電極は、例えばストリップ状または格子形状の誘電被膜であってもよい。電気機械変換器の感度は、このようにして付加的に影響を受けてもよく、特定の用途に適応するように構成されても良い。例えば、電極は、変換器が活性領域および受動領域を有するように構成されてもよい。特に、電極は、空間分解法でシグナルを検出できるように、または活性領域が目的に応じて動作できるように構造化できる。このことは、受動領域が電極を有さない一方で、活性領域に電極を備えることにより達成できる。
【００２３】
例えば、誘電エラストマー層の厚さは、１０μｍ以上〜５００μｍ以下、および好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下の範囲である。第１および／または更なるエレクトレット層の厚さは、例えば１μｍ以上〜２００μｍ以下の範囲、および好ましくは２μｍ以上〜１００μｍ以下の範囲である。
【００２４】
本発明における実施態様は以下に記載され、内容から明確に除かれることがない限り、個々の実施態様は所望により相互に組み合わせることができる。
【００２５】
本発明に係る電気機械コンバータの１実施態様において、誘電エラストマー層は、異なる面上で第１層および第２層と接触する。この場合において、第１のエレクトレット層および第２のエレクトレット層は反対の電荷を運び、第１のエレクトレット層は第１の電極と接触し、および第２のエレクトレット層は第２の電極と接触する。
【００２６】
長手方向または表面方向において変換器が膨張および圧縮することにより、異なって帯電した２つのエレクトレット層は、相互に近接するか離れて動く。これにより、平面モード（ｄ３１モード）におけるエネルギー生成に関する変換器の動作が可能となる。
【００２７】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、誘電エラストマー層の面の少なくとも１つは、少なくとも１方向に沿って隆起および窪みを有する波状の断面外形を有する。
【００２８】
好ましくは、少なくとも１方向に沿って隆起および窪みを有する波状の断面特性を有する面は、第１のエレクトレット層および／または、存在する場合、第２のエレクトレット層と接触する誘電エラストマー層の面の少なくとも１つである。
【００２９】
ここで「波状」は、隆起および窪みの一様でない連続または均一な連続を意味するものと理解される。均一な連続が好ましい。隆起から隣接した窪みまでの距離は、例えば、１μｍ以上〜５０００μｍ以下、および好ましくは５μｍ以上〜２０００μｍ以下である。窪みの最も高い地点と隣接した隆起の最も高い位置の間の垂直距離は、例えば、０．３μｍ以上〜５０００μｍ以下、及び好ましくは５μ以上〜２０００μｍ以下である。
【００３０】
例えば、厚さ方向、長手方向および横軸方向を有するエラストマー層において、一方向に沿った波状形態が存在する場合、波状形態は長手方向においてのみ形成される。更なる例は、外形が長手方向および横軸方向に生じる場合である。
【００３１】
波状外形の利点は、エラストマー層が波の方向で膨張する場合、多くの材料が膨張できることである。
【００３２】
誘電エラストマー層の面の波状外形が正弦波外形または三角波であることが有利である。波形状は、垂直および／または水平に縮尺された任意の所望の正弦または三角波を使用できることが理解されるであろう。しかしながら、好ましくは、式ｙ＝ｓｉｎ（ｘ）で得られる正弦波、およびトライアングルの頂点が直角を形成するものが好ましい。
【００３３】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、少なくとも１つのエレクトレット層と接触する面、および該面と反対側の誘電エラストマー面は、同一方向に沿って隆起および窪みを有する波状の断面外形を有し、片面の外形の隆起および窪みは更に、誘電エラストマー層の他の面の外形の隆起および窪みに対して平行に走る。その結果、波の走る方向におけるエラストマー層の厚さは、大きな膨張の場合においても可能な限り均一であることができる。
【００３４】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、少なくとも１つのエレクトレット層および／または少なくとも第１の電極は、誘電エラストマー層の接触面の波状断面外形に一致する波状断面外形を少なくとも１方向に沿って有する。この方法において、エレクトレットおよび／または電極層は、エラストマー層の膨張に対しても急速に適応できる。
【００３５】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、誘電エラストマー層は、ポリウレタンポリマー、シリコーンポリマーおよび／またはアクリレートポリマーを含有する。ポリウレタンエラストマーが好ましい。これらは、ポリイソシアネートＡ）および／またはポリイソシアネートプレポリマーＢ）と、ポリウレタン化学において常套の触媒Ｄ）の存在下、イソシアネート基に対して反応性の少なくとも１種の二官能性化合物との反応により調製できる。
【００３６】
ポリイソシアネートＡ）として、例えば、１，４−ブチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートおよび／または２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、異性体ビス−（４，４’−イソシアナトシクロヘキシル）メタンまたはそれらの任意の異性体含量の混合物、１，４−シクロヘキシレンジイソシアネート、４−イソシアナトメチル−１，８−オクタンジイソシアネート（ノナントリイソシアネート）、１，４−フェニレンジイソシアネート、２，４−トルエンジイソシアネートおよび／または２，６−トルエンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび／または２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび／または４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，３−ビス（２−イソシアナトプロプ−２−イル）ベンゼンおよび／または１，４−ビス（２−イソシアナトプロプ−２−イル）ベンゼン（ＴＭＸＤＩ）、１，３−ビス（イソシアナトメチル）ベンゼン（ＸＤＩ）、および１〜８個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（リジンジイソシアネート）およびこれらの混合物が適当である。さらに、成分Ａ）の適当な構造単位は、上述のジイソシアネートに基づく化合物およびウレトジオン、イソシアヌレート、ビウレット、イミノオキサジアジンジオンまたはオキサジアジントリオン構造を含有する化合物である。
【００３７】
成分Ａ）は、もっぱら脂肪族的または脂環式的に結合したイソシアネート基を有し、２〜４の平均ＮＣＯ官能価を有するポリイソシアネートまたはポリイソシアネート混合物であり得る。ウレトジオン、イソシアヌレート、ビウレット、イミノオキサジアジンジオンまたはオキサジアジントリオン構造ならびにこれらの混合物、および２〜４、好ましくは２〜２．６、特に好ましくは２〜２．４の混合物の平均ＮＣＯ官能価を有する、前記した種類のポリイソシアネートまたはポリイソシアネート混合物が好ましい。
【００３８】
成分Ｂ）として用いることができるポリイソシアネートプレポリマーは、１以上のジイソシアネートと１以上のヒドロキシ官能性ポリオール、特にポリマーポリオールとを、所望により触媒ならびに補助物質および添加剤と共に反応させることにより得られる。さらに、鎖延長のための成分、例えば第１級および／または第２級アミノ基（ＮＨ２および／またはＮＨ官能性成分）を有する成分等を、ポリイソシアネートプレポリマーの形成のためにさらに用い得る。
【００３９】
成分Ｂ）のポリイソシアネートプレポリマーは、ポリマーポリオールと脂肪族ジイソシアネートの反応から好ましく得ることができる。反応してポリイソシアネートプレポリマーＢ）を形成する、ヒドロキシ官能化、ポリマーポリオールは、例えば、ポリエステルポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリウレタンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリアクリレートポリオール、ポリウレタンポリアクリレートポリオール、ポリウレタンポリエステルポリオール、ポリウレタンポリエーテルポリオール、ポリウレタンポリカーボネートポリオール、および／またはポリエステルポリカーボネートポリオールであってもよい。ポリイソシアネートプレポリマーを調製するために、これらを、単独でまたは相互に所望の混合物で使用できる。
【００４０】
ポリイソシアネートプレポリマーＢ）の調製に関する適当なポリエステルポリオールは、ジ−ならびに必要に応じてトリ−およびテトラオールおよびジ−ならびに必要に応じてトリ−およびテトラカルボン酸またはヒドロキシカルボン酸またはラクトンの重縮合物であってもよい。遊離ポリカルボン酸の代わりに、対応するポリカルボン酸無水物または対応する低級アルコールのポリカルボン酸エステルを、ポリエステルを調製するために使用できる。
【００４１】
適当なジオールの例は、エチレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリアルキレングリコール、例えばポリエチレングリコールなど、ならびに１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールおよび異性体、ネオペンチルグリコールまたはヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルまたはそれらの混合物であり、１，６−ヘキサンジオールおよび異性体、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコールおよびヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルが好ましい。トリメチロールプロパン、グリセロール、エリトリトール、ペンタエリトリトール、トリメチロールベンゼンまたはトリスヒドロキシエチルイソシアヌレートそれらの混合物などのポリオールも使用できる。
【００４２】
ジカルボン酸として、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、グルタル酸、テトラクロロフタル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、マロン酸、スベリン酸、２−メチルコハク酸、３，３−ジエチルグルタル酸および／または２，２−ジメチルコハク酸を使用できる。対応する無水物を酸源として用いてもよい。
【００４３】
エステル化するポリオールの平均官能価が２以上である場合、モノカルボン酸、例えば安息香酸およびヘキサンカルボン酸などを付随して用いることができる。
【００４４】
好適な酸は、上記の種類の脂肪族酸または芳香族酸である。アジピン酸、イソフタル酸およびフタル酸が特に好ましい。
【００４５】
末端ヒドロキシル基を有するポリエステルポリオールの調製において反応物として付随して使用できるヒドロキシカルボン酸は、例えば、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシデカン酸、ヒドロキシステアリン酸またはそれらの混合物である。適当なラクトンは、カプロラクトン、ブチロラクトンまたは同族体あるいはそれらの混合物である。カプロラクトンが好ましい。
【００４６】
ポリイソシアネートプレポリマーＢ）を調製するのに、ヒドロキシル基含有ポリカーボネート、例えばポリカーボネートポリオール、好ましくはポリカーボネートジオールを使用できる。例えば、それらは、４００ｇ／ｍｏｌ〜８０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは６００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量Ｍｎを有することができる。それらはカルボン酸誘導体、例えばジフェニルカーボネート、ジメチルカーボネートまたはホスゲン等と、ポリオール、好ましくはジオールとの反応により得ることができる。
【００４７】
この目的に適当なジオールの例は、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、２−メチル−１，３−プロパンジオール、２，２，４−トリメチルペンタン−１，３−ペンタンジオール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、ビスフェノールＡまたは上記種類のラクトン変性ジオール、またはそれらの混合物である。
【００４８】
ジオール成分は、好ましくは４０〜１００重量％のヘキサンジオール、好ましくは１，６−ヘキサンジオールおよび／またはヘキサンジオール誘導体を含有する。そのようなヘキサンジオール誘導体は、ヘキサンジオールに基づき、末端ＯＨ基に加えてエステル基またはエーテル基を含有してよい。そのような誘導体は、ヘキサンジオールと過剰カプロラクトンとの反応によって、或いはヘキサンジオールとそれ自身のエーテル化によってジへキシレングリコールまたはトリへキシレングリコールを形成することにより得ることができる。これらと他の成分との量は、合計が１００重量％を超えないように、特に１００重量％となるように選択される。
【００４９】
ヒドロキシル基含有ポリカーボネート、特にポリカーボネートポリオールは、好ましくは直鎖構造を有する。
【００５０】
ポリエーテルポリオールは、ポリイソシアネートプレポリマーＢ）を製造することにも使用できる。例えば、ポリテトラメチレングリコールポリエーテルは、カチオン開環によるテトラヒドロフランの重合により得られるものとして適当である。同様に適当なポリエーテルポリオールは、スチレンオキシド、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドおよび／またはエピクロロヒドリンの２官能性または多官能性スターター分子への付加生成物であり得る。例えば水、ブチルジグリコール、グリセロール、ジエチレングリコール、トリメチロールプロパン、プロピレングリコールソルビトール、エチレンジアミン、トリエタノールアミン または１，４−ブタンジオールあるいはそれらの混合物は、適当なスターター分子として使用できる。
【００５１】
ポリイソシアネートプレポリマーＢ)を製造するのに好ましい成分は、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールポリエーテルおよびポリカーボネートポリオールまたはこれらの混合物であり、ポリプロピレングリコールが特に好ましい。
【００５２】
４００ｇ／ｍｏｌ〜８０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは４００ｇ／ｍｏｌ〜６０００ｇ／ｍｏｌ、特に好ましくは６００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量を有するポリマーポリオールを使用できる。それらは、１．５〜６、特に好ましくは１．８〜３、最も特に好ましくは１．９〜２．１のＯＨ官能価を好ましく有する。
【００５３】
上記のポリマーポリオールに加えて、短鎖ポリオールもまた、ポリイソシアネートプレポリマーＢ）の製造に使用できる。例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブチレングリコール、シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ヒドロキノンジヒドロキシエチルエーテル、ビスフェノールＡ（２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン）、水素化ビスフェノールＡ（２，２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン）、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセロールまたはペンタエリスリトールまたはこれらの混合物を使用できる。
【００５４】
上述の分子量範囲のエステルジオール、例えばα−ヒドロキシブチル−ε−ヒドロキシカプロン酸エステル、ω−ヒドロキシヘキシル−γ−ヒドロキシ酪酸エステル、アジピン酸−（β−ヒドロキシエチル）エステルまたはテレフタル酸ビス−（β−ヒドロキシエチル）エステルも適当である。
【００５５】
単官能性イソシアネート反応性ヒドロキシル基含有化合物も、ポリイソシアネートプレポリマーＢ）を製造するのに使用できる。そのような単官能性化合物の例は、エタノール、ｎ−ブタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、２−エチルヘキサノール、１−オクタノール、１−ドデカノール、１−ヘキサデカノールまたはこれらの混合物である。
【００５６】
ポリイソシアネートプレポリマーＢ）を製造するために、好ましくは、２：１〜２０：１、例えば８：１のヒドロキシル基に対するイソシアネート基の比（ＮＣＯ／ＯＨ比）にて、ジイソシアネートをポリオールと反応させる。ウレタンおよび／またはアロファネート構造は、この方法で形成させることができる。次いで、未反応ポリイソシアネートの一部を分離させ得る。例えば、好ましくは≦１重量％、より好ましくは≦０．５重量％、さらに好ましくは≦０．１重量％の残留モノマー含量を有する低残留モノマー生成物が得られる膜蒸留法をこのために用い得る。反応温度は、２０℃〜１２０℃、好ましくは６０℃〜１００℃であり得る。安定剤、例えば塩化ベンゾイル、塩化イソフタロイル、ジブチルホスフェート、３−クロロプロピオン酸またはメチルトシレート等を必要に応じて、製造中に添加できる。
【００５７】
ＮＨ２−および／またはＮＨ−官能性成分を、ポリイソシアネートプレポリマーＢ）の調製においてに鎖延長のために付加的に使用できる。
【００５８】
鎖延長に適した成分は、有機ジアミンまたはポリアミンである。例えばエチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、１，６−ジアミノヘキサン、イソホロンジアミン、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミンおよび２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミンの異性体混合物、２−メチルペンタメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジアミノジシクロヘキシルメタンまたはジメチルエチレンジアミンまたはこれらの混合物を使用できる。
【００５９】
更に、第１級アミノ基の他に第２級アミノ基も含有するか、或いはアミノ基（第１級または第２級）の他にＯＨ基も含有する化合物をポリイソシアネートプレポリマーＢ）の製造に使用できる。それらの例は、第１級／第２級アミン、例えばジエタノールアミン、３−アミノ−１−メチルアミノプロパン、３−アミノ−１−エチルアミノプロパン、３−アミノ−１−シクロヘキシルアミノプロパン、３−アミノ−１−メチルアミノブタン、アルカノールアミン、例えばＮ−アミノエチルエタノールアミン、エタノールアミン、３−アミノプロパノール、ネオペンタノールアミンである。連鎖停止のために、イソシアネート反応性基を有するアミン、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン、イソノニルオキシプロピルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、Ｎ−メチルアミノプロピルアミン、ジエチル（メチル）アミノプロピルアミン、モルホリン、ピペリジン、またはそれらの適当な置換誘導体、ジプライマリー(diprimary)アミンおよびモノカルボン酸のアミドアミン、ジプライマリーアミンのモノケチム、第１級／第３級アミン、例えばＮ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミンを常套に使用できる。
【００６０】
成分Ｂ）として用いるポリイソシアネートプレポリマーまたはその混合物は、１．８〜５、特に好ましくは２〜３．５、最も特に好ましくは２〜３の平均ＮＣＯ官能価を好ましく有し得る。
【００６１】
成分Ｃ）は、少なくとも２個のイソシアネート反応性官能基を有する化合物である。例えば、成分Ｃ）は、少なくとも２個のイソシアネート反応性ヒドロキシル基を有するポリオールまたはポリアミドであることができる。
【００６２】
成分Ｃ）として、ヒドロキシ官能化、特にポリマーポリオール、例えばポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールを使用できる。適当なポリオールは、プレポリマーＢ）の調製に関して上記記載の通りである。よって、繰り返しを避けるために、上記記載が参照される。
【００６３】
１分子あたり２〜４のヒドロキシ基を有するポリマーが成分Ｃ）に関して好ましく、最も特に好ましくは、１分子あたり２〜３のヒドロキシ基を有するポリプロピレングリコールである。
【００６４】
ポリマーポリオールＣ）が、特に狭い分子量分布、すなわち１．０〜１．５の範囲の多分散度（ＰＤ＝Ｍｗ／Ｍｎ）を有することが好ましい。ポリエーテルポリオールは、例えば、１．０〜１．５の範囲の多分散度、１．９を越えるＯＨ官能価、より好ましくは１．９５以上のＯＨ官能価を好ましく有する。
【００６５】
このようなポリエーテルポリオールは、適当なスターター分子のアルコキシル化による従来法により、特に複金属シアン化物（ＤＭＣ）触媒作用下で得られる。該方法は、例えばＵＳ５１５８０２２およびＥＰ０６５４３０２Ａ１に記載されている。
【００６６】
ポリウレタンのための反応混合物は、成分Ａ）および／またはＢ）およびＣ）を混合することにより得られる。遊離イソシアネート基に対するイソシアネート反応性ヒドロキシ基の比は、１：１．５〜１．５：１、特に好ましくは１：１．０２〜１：０．９５である。
【００６７】
成分Ａ）、Ｂ）またはＣ）の少なくとも１つは、分枝または架橋をポリマー要素中に導入するために、好ましくは≧２．０、好ましくは≧２．５、好ましくは≧３．０の官能価を有する。成分Ａ）およびＢ）において、用語「官能価」は、１分子あたりのＮＣＯ基の平均数であり、成分Ｃ）においては、１分子あたりのＯＨ基の平均数を意味する。このような分枝または架橋は、より良好な機械特性およびより良好な特性、特により良好な伸長特性、特に良好な膨張特性をもたらす。得られるポリウレタンポリマーは、好ましくは≧０．２ＭＰａ、特に０．４ＭＰａ〜５０ＭＰａの最大応力、および≧１００％の最大膨張、特に≧１２０％の最大膨張を有することができる。更に、ポリウレタンは≦２００％の使用膨張範囲において、０．１ＭＰａ〜５０ＭＰａ、例えば０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａ、特に１ＭＰａ〜３０ＭＰａ（ＡＳＴＭ Ｄ ４１２に従い測定される）の張力を有することができる。さらに、ポリウレタンは、１００％膨張にて０．１ＭＰａ〜１００ＭＰａ、例えば１ＭＰａ〜８０ＭＰａ（ＡＳＴＭ Ｄ ４１２に従い測定される）の弾性係数を有することができる。
【００６８】
好ましくは、得られたポリウレタンポリマーは、≧１０１２〜≦１０１７オーム−ｃｍのＡＳＴＭ Ｄ２５７に従う体積抵抗を有する誘電エラストマーである。さらに、ポリウレタンポリマーは≧５０Ｖ／μｍ〜≦２００Ｖ／μｍのＳＴＭ １４９−９７ａに従う絶縁破壊電圧を有する。
【００６９】
成分Ａ）、Ｂ）、Ｃ）およびＤ）を含有することと同様に、ポリウレタンを調製するための反応混合物は、補助物質および添加剤を含有できる。このような補助物質および添加剤の例は、架橋剤、増粘剤、溶媒、チキソトロープ剤、安定剤、酸化防止剤、光安定剤、乳化剤、界面活性剤、接着剤、可塑剤、疎水化剤、顔料、充填剤、および流動助剤である。好ましい溶媒は、メトキシプロピルアセテートおよびエトキシプロピルアセテートである。好ましい流動助剤は、ポリアクリレート、特にアミン−樹脂−変性アクリルコポリマーである。
【００７０】
充填剤は、例えばポリマー要素の誘電率を調節できる。反応混合物は好ましくは、誘電率を増加させるための充填剤を含有し、このような充填剤は高い誘電率を有する。それらの例は、セラミック充填剤、特に、チタン酸バリウム、二酸化チタンおよび圧電セラミックス、例えば石英またはジルコン酸鉛、ならびに有機充填剤であり、特にそれらは高い電気的分極率を有し、例えばフタロシアニンである。高い誘電率は、浸透限界を下回る導電性の充填剤を組み込むことにより更にもたらされ得る。それらの例は、カーボンブラック、グラファイト、単層または多層カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、例えばポリチオフェン、ポリアニリンまたはポリピロール、またはそれらの混合物である。これに関連して興味深いことは、特に表面安定化を有するこれらのカーボンブラック種であり、その結果、浸透限界を下回る低い濃度にて誘電率を増加させ、それにもかかわらずポリマーの導電率における増加を導かない。
【００７１】
本発明および成分Ａ）、Ｂ）およびＣ）に関連する用語「a」は、記載内容から異なった解釈が明確に導かれない限り、数詞として使用されず、不定冠詞として使用される。
【００７２】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、誘電エラストマー層の材料は≧２の誘電率εを有する。誘電率はまた、２以上〜２０００以下、あるいは３以上〜１０００以下の範囲であってもよい。該定数の測定は、ＡＳＴＭ １５０−９８に従い行うことができる。
【００７３】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、少なくとも１つのエレクトレット層は、以下のものを含有する群から選択されるポリマーを含有する：ポリカーボネート、パーフッ素化又は部分フッ素化ポリマー及びコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテル、ポリメチル（メタ）アクリレート、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリオレフィン、ポリプロピレンおよびそれらのポリマーの混合物。１以上のエレクトレット層が存在する場合、それらの層にも同じことが相応に適用される。好ましい材料はＦＥＰである。
【００７４】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、少なくとも第１の電極の材料は、金属、合金、導電性オリゴマーまたはポリマー、導電性酸化物および／または導電性充填材が充填されたポリマーを含む群から選択される。第２の電極が存在する場合、これらに対応して同様の適応ができる。導電性オリゴマーまたはポリマーとして、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリンまたはポリピロールを使用できる。導電性充填材が充填されたポリマー用充填材として、例えば、属、導電性炭素に基づく材料、たとえばカーボンブラック、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、または導電性オリゴマーまたはポリマーを使用できる。ポリマーの充填材含有量は、導電性充填剤で充填されたポリマー内で導電性充填材が連続した導電経路を形成するように、浸透限界より上にある。
【００７５】
本発明に係る電気機械変換器の更なる実施態様において、誘電エラストマー層と少なくとも１つのエレクトレット層との厚さの比は、１：１以上〜１００：１以下の範囲である。厚さの比はエラストマー層の厚さとエレクトレット層の厚さに対してそれぞれ表され、２：１以上〜５０：１以下の範囲であってもよい。
【００７６】
本発明は、更に本発明に係る電気機械変換器の製造方法にも関し、以下の工程を含む：
（ａ１）誘電エラストマー層を供給し、
（ｂ１）該誘電エラストマー層を第１のエレクトレット層と接触させ、
（ｃ１）得られた配置を帯電させ、第１のエレクトレット層が電荷を帯び、
（ｄ１）該第１のエレクトレット層と第１の電極を接触させ、および
（ｅ１）第２の電極を、該第１の電極とは反対の誘電エラストマー層の面に配置する。
【００７７】
本発明に係るこの方法において、工程の順番、および特に工程（ｂ１）および（ｃ１）の順番は最初から固定されない。例えば、（ｃ１）の後に、まず（ｂ１）および次いで（ｄ１）および（ｅ１）を行っても良い。
【００７８】
誘電エラストマー層の供給はロールから直接行うことが有利であり、これによって「ロール・ツー・ロール」法が可能となる。同様の事柄をエレクトレット層にも行うことができる。
【００７９】
エラストマー層とエレクトレット層の接触は、例えば上昇した温度でのラミネーションによりもたらすことができる。これにより個々の層間でのフィルムの接続が形成される。
【００８０】
あるいは、溶媒に基づく方法、または押出しおよび共押出し法も上記工程において使用できる。
【００８１】
２つのエレクトレット層を帯電させることで、それらは相互に反対の電荷を有する。例えば、このことは、摩擦荷電、電子ビーム照射、すでに存在する電極に電圧を施すこと、またはコロナ放電を用いて行える。特に、帯電は、二つの電子のコロナ配置を用いることにより行える。ニードル電圧は、２０ｋＶ以上、２５ｋＶ以上、および特に３０ｋＶ以上であることができる。帯電時間は２０秒以上、２５秒以上および特に３０秒以上であることができる。コロナ処理は、大規模でも上手く行えるので有利である。
【００８２】
エレクトレット層は、常套の方法、例えば、スパッタリング、噴霧、蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、印刷、ドクターブレード塗布およびスピンコーティングなどを用いることにより電極と接触できる。
【００８３】
第１電極とは反対の誘電エラストマー層の面に第２の電極を配置する場合、同じ方法を原則として使用できる。エラストマー層を第２の電極と接触させてもよい。しかしながら、例えば、エレクトレット層を、第２の電極とエラストマー層の間に配置してもよく、該エレクトレット層がそれに対応して接触する。
【００８４】
本発明は、アクチュエーター、センサまたは発電機としての本発明に係る電気機械変換器の使用を更に提供する。例えば、該使用は、電気機械および／または電気音響分野で使用できる。特に、本発明に係る電気機械変換器は、機械的振動からのエネルギーの発生（エネルギー取得）、音響、超音波、医療診断、超音波顕微鏡、機械センサ技術、特に圧縮、応力及び／又は膨張センサ技術、ロボット工学及び／又は通信技術の分野において使用でき、特に、拡声器、振動変換器、光偏向器、膜、光ファイバ用変調器、焦電検出器、キャパシタおよび制御システムの分野で使用できる。
【００８５】
本発明は、同様に、本発明に係る電気機械変換器を含むアクチュエーター、センサまたは発電機に関する。不必要に冗長な文章を防ぐために、変換器に関する上記のコメントへの詳細および特定の具体化に関して言及する。
【００８６】
本発明は同様に、以下の工程を含む、電気エネルギーを得るための方法を提供する。
（ａ２）発電機を提供する
この場合において、発電機要素は、長手方向と厚さ方向を有し、および長手方向に配置される少なくとも１つのエレクトレット層、または長手方向に配置される複数の対向するエレクトレット層を有する。
発電機要素の厚み方向におけるエレクトレット層内で電荷分離が生じ、このエレクトレット層は厚み方向における反対面において電極と接触する。または
エレクトレット層は電荷を有し、このエレクトレット層は厚み方向における反対面において電極と接触する。あるいは、
エレクトレット層は電荷を有し、更なるエレクトレット層は同一または異なる電荷を有し、これらのエレクトレット層はそれぞれ電極に接する。
（ｂ２）長手方向に沿って発電機要素を膨張させ、電極から電荷を導く、および
（ｃ２）長手方向に沿って発電機要素を緩和し、電極から電荷を導く。
【００８７】
電気的エネルギーを得るための本発明に係る方法は、発電機要素が平面モード（ｄ３１モード）で稼働されることを満たすことから始まる。最も単純な場合、発電機要素は、その厚さに沿って巨視的な電荷分離が生じ、および電極を用いて適当な電気回路に接続できる十分に厚いエレクトレット層である。両側で電極と接触した電気的に帯電したエレクトレット層が存在することも同様に可能である。
【００８８】
更に単純なケースは、２つの同一にまたは異なって帯電した、および空間的に離れた、多層構造のエレクトレット層が存在する場合である。
【００８９】
発電機要素は、その長手方向に沿って膨張する。膨張は、一般に表面方向においても行うことができる。膨張において、電極の関係する間隔が好ましく変化し、その結果、発電機が対称構造の場合に電荷の変位が生じる。しかしながら、対称構造において、対向するエレクトレット層の表面積が変化し誘電変位を生じさせることも可能である。得られた電圧は、電極から導かれ使用できる。発電機要素が緩和した際、逆の工程が行われる。
【００９０】
本発明に係るこの方法における１実施態様において、発電機要素は上記のように電気機械変換器である。不必要に冗長な文章を防ぐために、変換器に関する上記のコメントへの詳細および特定の具体化に関して言及する。
【００９１】
本発明は、以下の図面を用いて更に説明されるがこれらに限定されない。図において、
図１は、電気機械変換器を示し、
図２は、更なる電気機械変換器を示し、
図３は、更なる電気機械変換器を示し、
図４は、更なる電気機械変換器を示し、
図５は、更なる電気機械変換器を示す。
【実施例】
【００９２】
図１は、電気機械変換器の断面図を示す。それは、ラミネートフィルムの断面図であり得る。この配列の厚さ方向は図において垂直に走り、長手方向は水平に走る。
【００９３】
誘電エラストマー層１は、その最上面において第１のエレクトレット層４と接触する。このエレクトレットの電荷は符号「＋」により概略的に示される。これは、コロナ放電法を用いて変換器を製造する間にもたらすことができる。誘電エラストマー層１から離れたエレクトレット層４の面に第１の電極２が配置される。第２の電極３は、エレクトレット層４から離れた誘電エラストマー層の面に配置される。
【００９４】
変換器が長手方向に膨張する場合、その厚さは減少する。なぜならば、膨張の間に、エレクトレット層４と第１の電極２との距離は一定のままであるが、エレクトレット層４から第２の電極３までの距離が変化し、圧電効果が生じるからである。このようにもたらされる電荷は電極２および３を介して利用される。
【００９５】
図２は、更なる電気機械変換器の断面図を示す。例えば、これは、ラミネートフィルムの断面図であり得る。この配列の厚さ方向は図において垂直に走り、長手方向は水平に走る。
【００９６】
誘電エラストマー層１は、その最上面において第１のエレクトレット層４と接触し、反対の最下面において第２のエレクトレット層５と接触する。２つのエレクトレット層４および５の反する電荷は、符号「＋」および「−」により概略的に示される。これは、電極を適当に位置決めすることによるコロナ放電法を用いて変換器を製造する間にもたらすことができる。
【００９７】
誘電エラストマー層１から離れて面するエレクトレット層４および５の面は、エレクトレット層４および５の位置により形成される。第１の電極２は、エラストマー層１から離れた第１のエレクトレット層４の面上に配置される。それに応じて、第２の電極３は、エラストマー層１から離れた第２のエレクトレット層５の面上に配置される。
【００９８】
変換器が長手方向に膨張する場合、厚み方向に収縮が生じる。この結果、反対に帯電したエレクトレット層４および５が相互に近づく。長手方向に緩和する場合、エレクトレット層４および５は再び離れる。圧電効果に起因して生じる電圧は、電極２および３を介して利用される。
【００９９】
図３は、図２で示された電気機械変換器の変形例を示す。２つのエレクトレット層４および５は、同じ正の電荷を有している。当然ながら、これらの層は負に帯電していても良い。変換器が長手方向に膨張する場合、圧電効果がここでも生じ、対向する面のサイズを変化させる。
【０１００】
図４は、図２で示された電気機械変換器の変形例を示す。ここで、誘電エラストマー層１は、長手方向に沿って波状の断面外形を有する。この場合において、波状の断面外形は、エレクトレット層４および５のいずれとも接触したエラストマー層１の面に形成される。波状の断面外形は、隆起６および窪み７を有する。エラストマー層１の最上面と最下面における隆起６および窪み７は平行である。このことは、長手方向におけるエラストマー層１の厚さが、長手方向における大きな膨張の場合においても可能な限り均一のままであるという利点を有する。
【０１０１】
エレクトレット層４および５は、両面において波状の断面外形を同様に有し、これらはエラストマー層１の外形と一致する。ここでもまた、長手方向における大きな膨張の場合における挙動について有利である。エレクトレット層４および５と接触する電極２および３の面は、それらの断面外形において、エレクトレット層４および５の波状の外形と一致する。
【０１０２】
図５は、図４で示された電気機械変換器の変形例を示す。エレクトレット層４および５と接触する電極２および３は、それらの上面および下面において、エレクトレット層４および５の波状の外形と一致した波状の外形を有する。ここで、全体的な変換器の断面外形は、高い膨張度の場合における厚み挙動に応じて最適化される。
【符号の説明】
【０１０３】
１  誘電エラストマー層
２  第１の電極
３  第２の電極
４  エレクトレット層
５  エレクトレット層
【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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【国際調査報告】
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