(57)【要約】【課題】導電材を分散させた高分子材料からなる柔軟電極であって、延伸状態において体積抵抗率の上昇が抑制された柔軟電極、及びこの柔軟電極を用いたエレクトロデバイスを提供する。【解決手段】  弾性高分子材料、及び該弾性高分子材料に分散された導電材を含む導電性弾性高分子組成物から成形される柔軟電極であって、  前記柔軟電極を延伸したとき、未延伸時の長さを基準として、延伸率が１〜１５０％の範囲のいずれかにおいて、未延伸時の柔軟電極の体積抵抗率と比較して、低い体積抵抗率を示すことを特徴とする柔軟電極、並びにこれを用いたエレクトロデバイス及び電歪アクチュエータ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性高分子材料、及び該弾性高分子材料に分散された導電材を含む導電性弾性高分子組成物から成形される柔軟電極であって、
前記柔軟電極を延伸したとき、未延伸時の長さを基準として、延伸率が１〜１５０％の範囲のいずれかにおいて、未延伸時の柔軟電極の体積抵抗率と比較して、低い体積抵抗率を示すことを特徴とする柔軟電極。
【請求項２】
未延伸時の長さを基準として、延伸率が５０％の延伸時における体積変化率が、５％以下である請求項１に記載の柔軟電極。
【請求項３】
前記柔軟電極が、前記導電性弾性高分子組成物から成形された後、延伸処理されている請求項１又は２に記載の柔軟電極。
【請求項４】
前記延伸処理時の延伸倍率が、未延伸時の面積を基準として、１．０１〜５．０倍である請求項３に記載の柔軟電極。
【請求項５】
前記弾性高分子材料が、エチレン-酢酸ビニル共重合体を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の柔軟電極。
【請求項６】
前記導電材が、炭素系導電材である請求項１〜５のいずれか１項に記載の柔軟電極。
【請求項７】
未延伸時の体積抵抗率が、１０−４〜１０４（Ω・ｃｍ）である請求項１〜６のいずれか１項に記載の柔軟電極。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の柔軟電極を製造する方法であって、
弾性高分子材料、及び導電材を含む導電性弾性高分子組成物から柔軟電極を成形する工程、及び
当該柔軟電極を延伸処理する工程、を含むことを特徴とする柔軟電極の製造方法。
【請求項９】
前記延伸処理の延伸倍率が、未延伸時の面積を基準として、１．０１〜５．０倍である請求項８に記載の柔軟電極の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の柔軟電極が、誘電性弾性部材の表面の少なくとも一部に配置されていることを特徴とするエレクトロデバイス。
【請求項１１】
誘電性弾性部材からなる誘電膜、及び当該誘電膜を介して配置されている一対の電極を有する電歪アクチュエータであって、
少なくとも一方の電極が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の柔軟電極であることを特徴とする電歪アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電歪アクチュエータ等の可撓性のエレクトロデバイスに利用できる柔軟性を有する柔軟電極に関し、特に延伸時に電気抵抗上昇が小さい柔軟電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、誘電体エラストマー等の高分子材料を利用した電歪アクチュエータ、可撓性高分子センサー等の可撓性のエレクトロデバイスが開発されている。電歪アクチュエータは、軽量で小型化し易く、流体制御機器、医療機器、産業用ロボット等の様々な精密機器分野において使用が検討されている。電歪アクチュエータとしては、図１に示したように、誘電体エラストマー等からなる誘電膜１２を一対の電極１３Ａ及び１３Ｂで挟持した構造が挙げられる（例えば、特許文献１）。電歪アクチュエータにおいては、電極１３Ａ及び１３Ｂ間の印加電圧を大きくすると、電極１３Ａ及び１３Ｂ間の静電引力が大きくなるため、電極１３Ａ及び１３Ｂ間に挟まれた誘電膜１２は膜厚方向から圧縮され、電極面に対して平行方向に伸長する。一方、電極間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ため、誘電膜１２に対する膜厚方向からの圧縮力が小さくなり、誘電膜１２の弾性復元力により電極面に対して平行方向に収縮する。電歪アクチュエータは、この動作により、駆動対象部材を駆動させることができる。また、可撓性高分子センサーは曲面や可撓面を有する部材への設置が可能であり、人工皮膚等の医療分野の応用も研究されている。
【０００３】
電歪アクチュエータ等の可撓性のエレクトロデバイスの電極は、誘電膜等の誘電性弾性部材の伸長、収縮の妨げにならないように、誘電性弾性部材の伸縮に伴って変形するものであることが好ましく、柔軟性を有する電極（柔軟電極）が開発されている。例えば、特許文献２においては、アクリルゴム等の熱可塑性エラストマーからなる母材中にカーボンブラック等の導電剤が分散され、導電剤の濃度が厚さ方向に変化している柔軟電極が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３０２８８号公報
【特許文献２】特開２００９−５９８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような導電材を分散させた高分子材料からなる柔軟電極は、通常、延伸された状態では体積抵抗率が上昇し、導電性が低下する傾向がある。電極の導電性が低下すると電歪アクチュエータ等のエレクトロデバイスを高精度に制御することができなくなるため好ましくない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、導電材を分散させた高分子材料からなる柔軟電極であって、延伸状態において体積抵抗率の上昇が抑制された柔軟電極を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、この柔軟電極を用いて、高精度に制御可能な電歪アクチュエータ等のエレクトロデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、弾性高分子材料、及び該弾性高分子材料に分散された導電材を含む導電性弾性高分子組成物から成形される柔軟電極であって、前記柔軟電極を、延伸したとき、未延伸時の長さを基準として、延伸率が１〜１５０％の範囲のいずれかにおいて、未延伸時の柔軟電極の体積抵抗率と比較して、低い体積抵抗率を示すことを特徴とする柔軟電極によって達成される。
【０００９】
延伸時の初期に、体積抵抗率が、未延伸時の柔軟電極の体積抵抗率より、一旦低下する柔軟電極であれば、高延伸時においても十分に体積抵抗率の上昇が抑制された柔軟電極であると言える。
【００１０】
なお、延伸率は、１００×（延伸時の長さ−未延伸の長さ）／未延伸の長さ（％）で計算される値をいう。
【００１１】
本発明の柔軟電極の好ましい態様は以下の通りである。
（１）未延伸時の長さを基準として、延伸率が５０％の延伸時における体積変化率が、５％以下である。柔軟電極において延伸状態で体積抵抗率が上昇する要因として、導電材が分散された弾性高分子体を延伸させると、一般に導電材粒子間の距離が大きくなるためと考えられる。一方、上記の延伸時の体積変化率が小さい柔軟電極の場合、延伸されると延伸方向と垂直方向の厚みは小さくなるため、導電材粒子間の距離が延伸方向と垂直方向に小さくすることができ、延伸状態であっても体積抵抗率の上昇を抑制することができるものと考えられる。
（２）前記柔軟電極が、前記導電性弾性高分子組成物から成形された後、延伸処理されている。弾性高分子材料を繰り返し延伸−収縮させる場合、初回の延伸−収縮時と二回目以降の延伸−収縮時とにおいて、物性値の可逆性が異なる場合がある。本発明においては、導電性弾性高分子組成物から成形された柔軟電極に、初回の延伸−収縮時と二回目以降の延伸−収縮時で上記の体積変化率を比較すると、二回目以降の延伸−収縮時の方が、体積変化率が低下することが分かった。従って、安定して上記の体積変化率が小さい柔軟電極とするために、一度延伸処理されている柔軟電極であることが好ましい。
（３）前記延伸処理時の延伸倍率が、未延伸時の面積を基準として、１．０１〜５．０倍である。この範囲の延伸処理により、更に体積変化率が小さく、且つ繰り返し延伸−収縮させる際の力学特性、電気特性の変動が小さい柔軟電極とすることができる。
（４）前記弾性高分子材料が、エチレン-酢酸ビニル共重合体を含む。延伸状態における体積変化がより小さい材料を設計することができる。
（５）前記導電材が、炭素系導電材である。分散性が良く導電材として好ましい。
（６）未延伸時の体積抵抗率が、１０−４〜１０４（Ω・ｃｍ）である。
【００１２】
また、上記目的は、本発明の柔軟電極を製造する方法であって、弾性高分子材料、及び導電材を含む導電性弾性高分子組成物から柔軟電極を成形する工程、及び当該柔軟電極を延伸処理する工程、を含むことを特徴とする柔軟電極の製造方法によって達成される。導電性弾性高分子組成物から、柔軟電極を成形し、これを延伸処理することによって、上述のように、安定して上記の体積変化率の小さい本発明の柔軟電極を容易に製造することができる。
【００１３】
本発明の柔軟電極の製造方法においては、前記延伸処理時の延伸倍率が、未延伸時の面積を基準として、１．０１〜５．０倍であることが好ましい。この範囲延伸倍率の延伸処理により、更に体積変化率が小さく、且つ繰り返し延伸−収縮させる際の力学特性、電気特性の変動が小さい柔軟電極を製造することができる。
【００１４】
また、上記目的は、本発明の柔軟電極が、誘電性弾性部材の表面の少なくとも一部に配置されていることを特徴とするエレクトロデバイスによって達成される。
【００１５】
更に、上記目的は、誘電性弾性部材からなる誘電膜、及び当該誘電膜を介して配置されている一対の電極を有する電歪アクチュエータであって、少なくとも一方の電極が、本発明の柔軟電極であることを特徴とする電歪アクチュエータによって達成できる。これにより誘電膜等の誘電性弾性部材の伸長に伴って、柔軟電極が延伸された場合であっても、柔軟電極の体積抵抗率の上昇が抑制されているので、高精度に制御可能な電歪アクチュエータ等のエレクトロデバイスとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の柔軟電極は、延伸時の初期に、体積抵抗率が、未延伸時の柔軟電極の体積抵抗率より、一旦低下するように成形されているので、高延伸時においても十分に体積抵抗率の上昇を抑制することができる。従って、本発明の電歪アクチュエータ等のエレクトロデバイスは、高精度に制御可能なエレクトロデバイスであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電歪アクチュエータを説明するための概略断面図である。
【図２】実施例１及び比較例１の柔軟電極における延伸率と体積変化率の関係を示す図である。
【図３】実施例１、２及び比較例１の柔軟電極における延伸率と体積抵抗率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の柔軟電極は、少なくとも弾性高分子材料、及びその弾性高分子材料に分散された導電材を含む導電性弾性高分子組成物から成形される。そして、柔軟電極は、後述する実施例で示すように、柔軟電極を、延伸したとき、未延伸時の長さを基準として延伸率が１〜１５０％の範囲のいずれかにおいて、未延伸時の柔軟電極の体積抵抗率と比較して、低い体積抵抗率を示すことを特徴とする。このように体積抵抗率が、延伸時の初期に、未延伸時の柔軟電極の体積抵抗率より、一旦低下する柔軟電極であれば、高延伸時においても十分に体積抵抗率の上昇が抑制された柔軟電極であると言える。
【００１９】
本発明の柔軟電極は、未延伸時の長さを基準として、延伸率が５０％の延伸時における体積変化率が５％以下であることが好ましい。後述する実施例で示す通り、このような柔軟電極であれば、延伸状態における体積抵抗率の上昇を抑制することができる。
【００２０】
柔軟電極において延伸状態で体積抵抗率が上昇する要因として、導電材が分散された弾性高分子体を延伸させると、通常の体積変化率の大きい柔軟電極の場合は、延伸方向と垂直方向の厚みが変化せず、高分子体の中に分散された導電材粒子間の距離が大きくなるためと考えられる。一方、未延伸時の長さを基準として延伸率が５０％の延伸時における体積変化率が５％以下と小さい柔軟電極の場合、延伸されると延伸方向と垂直方向の厚みは小さくなるため、導電材粒子間の距離が延伸方向と垂直方向に小さくすることができ、延伸状態であっても体積抵抗率の上昇を抑制することができるものと考えられる。延伸率が５０％の延伸時における体積変化率は、３％以下が好ましく、２％以下が更に好ましい。
【００２１】
本発明においては、上記の延伸時の体積変化率が小さい柔軟電極とするために、どのような手段を用いても良い。好ましい柔軟電極としては、弾性高分子材料に導電材を分散させた導電性弾性高分子組成物から成形された後、延伸処理されている柔軟電極である。弾性高分子材料を繰り返し延伸−収縮させる場合、初回の延伸−収縮時と二回目以降の延伸−収縮時とにおいて、物性値の可逆性が異なる場合がある。即ち、初回の延伸−収縮時の物性値の変化率と、二回目以降の延伸−収縮時の物性値の変化率が異なる場合がある。本発明においては、導電性弾性高分子組成物から成形された柔軟電極に、初回の延伸−収縮時と二回目以降の延伸−収縮時で上記の体積変化率を比較すると、二回目以降の延伸−収縮時の方が、体積変化率が低下することが分かった。従って、安定して上記の体積変化率が小さい柔軟電極とするために、一度延伸処理させていることが好ましい。延伸処理時の延伸倍率としては、未延伸時の柔軟電極の面積を基準として、１．０１〜５．０倍であることが好ましい。この範囲の延伸倍率の延伸処理により、更に、体積変化率が小さく、且つ繰り返し延伸−収縮させる際の力学特性、電気特性の変動が小さい柔軟電極とすることができる。延伸処理時の延伸倍率は、未延伸の柔軟電極の面積を基準として、１．１〜４．５倍がより好ましく、２．０〜４．０倍が更に好ましい。
【００２２】
本発明の柔軟電極において、導電性弾性高分子組成物に主成分として含まれる弾性高分子材料は、導電材を分散させて分散状態を維持できるものであり、本発明の効果が得られるものであれば、特に制限はない。常温でゴム状弾性を有するものが、柔軟性の点で好ましい。具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡともいう）、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体等のエチレン−極性モノマー共重合体；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンランダム共重合体、エチレン−プロピレンブロック共重合体、エチレン−ブテン−１共重合体、プロピレン−エチレン−ブテン−１共重合体、エチレン−オクテン共重合体等のポリオレフィン；天然ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体等のエラストマーが挙げられる。これらの弾性高分子材料は、硫黄、有機過酸化物等の架橋剤を配合して架橋（加硫）させても良い。本発明においては、延伸状態における体積変化がより小さい材料を設計することができる点で、弾性高分子材料として、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を含むことが好ましい。なお、ＥＶＡと上記の弾性高分子材料を１種または２種以上を組合せて用いても良い。
【００２３】
ＥＶＡにおける酢酸ビニルの含有量は、特に制限はないが、より好ましい柔軟電極の柔軟性を得るため、ＥＶＡに対して２４〜４０質量％、さらに２６〜３５質量％、特に２６〜３０質量％とするのが好ましい。また、ＪＩＳ Ｋ７２１０で規定されるメルトフローレートが、１〜３５ｇ／１０分以下、好ましくは３〜２０ｇ／１０分、特に３〜６ｇ／１０分のものを使用するのが好ましい。
【００２４】
なお、本発明において、メルトフローレート（ＭＦＲ）の値は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に従い、１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件に基づいて測定されたものである。
【００２５】
本発明の柔軟電極において、弾性高分子材料としてＥＶＡを用いる場合、架橋剤を含有させ、ＥＶＡの架橋構造を形成することが好ましい。これにより、延伸状態における体積変化がより小さい柔軟電極とすることができる。架橋剤は、有機過酸化物を用いるのが好ましい。有機過酸化物としては、１００℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであれば、どのようなものでも使用することができる。特に、半減期１０時間の分解温度が７０℃以上のものが好ましい。
【００２６】
有機過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジヒドロパーオキサイド、３−ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン、α，α'−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネート、ｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、２，２−ビス（４，４−ジ−ｔ−ブチルパーオキシシクロヘキシル）プロパン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤（ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート等）等が挙げられる。
【００２７】
有機過酸化物として、特に、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、又はｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネートが好ましい。これにより、良好に架橋され、延伸状態における体積変化がより小さい柔軟電極とすることができる。
【００２８】
弾性高分子材料に使用する有機過酸化物の含有量は、ＥＶＡ１００質量部に対して、好ましくは０．１〜３質量部、より好ましくは０．２〜２質量部であることが好ましい。
【００２９】
本発明の柔軟電極において、弾性高分子材料としてＥＶＡを用いる場合、必要に応じて、架橋助剤を含んでいてもよい。架橋助剤は、ＥＶＡのゲル分率を向上させることができるものである。架橋助剤の含有量は、樹脂材料１００質量部に対して、一般に１０質量部以下、好ましくは０．１〜５質量部、更に好ましくは０．１〜２．５質量部で使用される。これにより、更に延伸状態における体積変化がより小さい柔軟電極とすることができる。架橋助剤（一般に、官能基としてラジカル重合性基を有する化合物）としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート等の３官能の架橋助剤の他、（メタ）アクリルエステル（例、ＮＫエステル等）の単官能又は２官能の架橋助剤等を挙げることができる。なかでも、トリアリルシアヌレートおよびトリアリルイソシアヌレートが好ましく、特にトリアリルイソシアヌレートが好ましい。
【００３０】
本発明の柔軟電極において、導電性弾性高分子組成物に含まれる導電材としては、導電性を付与でき、弾性高分子材料への分散性が良好であり、本発明の効果が得られるものであれば、特に制限はない。例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素系導電材；銀、銅、ニッケル等の金属微粒子；酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン等の金属酸化物微粒子；ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性高分子等が挙げられる。導電材としては、特に分散性が良く、安定した導電性を付与できる点で、炭素系導電材が好ましい。
【００３１】
本発明の柔軟電極においては、本発明の硬化を損なわない範囲で、導電性弾性高分子組成物に他の添加剤を含有させても良い。添加剤としては、例えば、可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、粘着剤、粘着付与剤等が挙げられる。
【００３２】
本発明の柔軟電極は、上述の通り、未延伸時の体積抵抗率に対する、延伸状態の体積抵抗率の上昇を抑制することができる。未延伸時の体積抵抗率は、柔軟電極の用途に応じて適宜設定できる。柔軟電極の未延伸時の体積抵抗率は、１０−４〜１０４（Ω・ｃｍ）であることが好ましく、１０−１〜１０４（Ω・ｃｍ）がより好ましく、１０〜１０３（Ω・ｃｍ）が更に好ましい。
【００３３】
本発明の柔軟電極を製造する方法としては、未延伸時の長さを基準として、延伸率が５０％の延伸時における体積変化率が、５％以下であるという物性を有する柔軟電極が得られる方法であれば特に制限はない。例えば、上記の弾性高分子材料、導電材、必要に応じて、架橋剤等の添加剤をロール、プラストミルや二軸混練機等により混練して得た導電性弾性高分子組成物を、必要に応じて加熱加圧処理等を行い、シート状等の所望の形状に成形する。また、上記組成物を溶剤に溶解、分散させ、この分散液を所望の形状にキャストしたり、適当な支持体上に塗布、乾燥して塗膜を形成したりしてシート状物等を形成しても良い。
【００３４】
ＥＶＡを弾性高分子材料として用い、架橋剤等を添加する場合、架橋剤等が反応しないか、ほとんど反応しないように、架橋剤等の反応温度以下（例えば５０〜１００℃）、で混練する方法や、高温（例えば１００〜１３０℃）で混練する場合は、ＥＶＡと導電材をよく混練した後、架橋剤等を添加し、短時間再混練する方法を用いることが好ましい。その後、混練物をシート状に加工し、加熱加圧機等により、好ましくは温度１３５〜１８０℃、さらに好ましくは温度１４０〜１８０℃、プレス圧力好ましくは０．１〜１．５ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは５〜４５分で加熱加圧して成形する。
【００３５】
また、上述の通り、導電性弾性高分子組成物から成形された柔軟電極に、初回の延伸−収縮時と二回目以降の延伸−収縮時で上記の体積変化率を比較すると、二回目以降の延伸−収縮時の方が、体積変化率が低下することが分かったので、上記の柔軟電極を成形する工程の後、柔軟電極を一度延伸処理する工程を行うことが好ましい。これにより、容易に、且つ安定して上記の体積変化率が小さい柔軟電極を製造することができる。延伸処理時の延伸倍率としては、未延伸時の柔軟電極の面積を基準として、１．０１〜５．０倍であることが好ましい。この範囲の延伸倍率の延伸処理により、更に、体積変化率が小さく、且つ繰り返し延伸−収縮させる際の力学特性、電気特性の変動が小さい柔軟電極とすることができる。延伸処理時の延伸倍率は、未延伸の柔軟電極の面積を基準として、１．１〜４．５倍が好ましく、２．０〜４．０倍が更に好ましい。
【００３６】
本発明のエレクトロデバイスは、本発明の柔軟電極が、誘電性弾性部材の表面の少なくとも一部に配置されているエレクトロデバイスである。このエレクトロデバイスは、通常、圧電素子と称されるもので。例えば電歪アクチュエータ素子、圧力や力や変位を検知するセンサー素子、変位や力のような機械エネルギーを電気エネルギーに変換するジェネレーター等のエレクトロデバイスの電極等が挙げられる。本発明のエレクトロデバイスは、誘電性弾性部材の伸長に伴って、柔軟電極が延伸された場合であっても、柔軟電極の体積抵抗率の上昇が抑制され、導電性が低下することがなく、高精度に制御可能なエレクトロデバイスである。
【００３７】
なお、誘電性弾性部材としては、特に制限はないが、例えば、上記弾性高分子材料と同様な材料を用いて所望の形状に成形したものを用いることができる。
【００３８】
誘電性弾性部材の形状には特に制限はなく、用途に応じて適宜設定できる。例えばフィルム状、シート状、板状、繊維状、ロッド状、立方体状、直方体状、球状、ラグビーボール状、又は設置部分の形状に合わせた形状であってもよい。
【００３９】
本発明の柔軟電極と誘電性弾性部材とを貼り合わせる方法としては、特に制限はなく、例えば、膜状の誘電性弾性部材の両面に、本発明の柔軟電極を貼り合わせて熱溶着する方法等を用いることができる。
【００４０】
本発明のエレクトロデバイスは、空気中、真空中等、種々の環境において動作可能である。またエレクトロデバイスは、目的に応じて絶縁性を有する樹脂等で封止されていてもよい。なお、本発明エレクトロデバイスにおいて、柔軟電極を導電性をさらに高めるため、本発明の柔軟電極上に、導電材を薄く細くパターニングした導電膜又は導電線が設けられていてもよい。導電材としては例えば、カーボンナノチューブ（単層、複層）、カーボンナノファイバー、カーボンブラック等の炭素系導電材；金、銀、ニッケル等の金属類等が挙げられる。中でも抵抗を考慮すると金属類が好ましい。導電膜又は導電線は、例えば真空蒸着法やイオンスパッタリング法を用いて柔軟電極上に形成することができる。
【００４１】
また、本発明のエレクトロデバイスの内、本発明の電歪アクチュエータは、図１に示したように、誘電性弾性部材からなる誘電膜１２、及び当該誘電膜を介して配置されている一対の電極１３Ａ及び１３Ｂを有する電歪アクチュエータ１０であって、少なくとも一方の電極が、本発明の柔軟電極である。特に両方の電極が本発明の柔軟電極である電歪アクチュエータ１０が好ましい。この電歪アクチュエータ１０においては、電極１３Ａ及び１３Ｂ間の電源２０の印加電圧を大きくすると、電極１３Ａ及び１３Ｂ間の静電引力が大きくなるため、電極１３Ａ及び１３Ｂ間に挟まれた誘電膜１２は膜厚方向から圧縮され、電極面に対して平行方向に伸長する。一方、電極１３Ａ及び１３Ｂ間の電源２０印加電圧を小さくすると、電極１３Ａ及び１３Ｂ間の静電引力が小さくなるため、誘電膜に対する膜厚方向からの圧縮力が小さくなり、誘電膜の弾性復元力により電極面に対して平行方向に収縮する。これにより、駆動対象部材を駆動させることができる。本発明の電歪アクチュエータは、本発明の柔軟電極が用いられているので、誘電膜の伸長にともなって、柔軟電極が延伸された場合でも、柔軟電極の体積抵抗率の上昇が抑制され、導電性が低下することがなく、高精度に制御可能な電歪アクチュエータである。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
１．柔軟電極の作製
［実施例１］
ＥＶＡ（ウルトラセン７５１（東ソー社製）；酢酸ビニル含有量２８質量％）１００質量部、及びカーボンブラック（カーボンシースト３Ｈ（東海カーボン社製））５０質量部をラボプラストミル（東洋精機製作所社製）により、１２０℃、１０分間混練した後、架橋剤（ジクミルパーオキサイド（パークミルＤ（日油社製））１．３質量部、架橋助剤（トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ（日本化成社製））１．５質量部を加え、２分間追加混練した。この組成物を１５０℃、３０分間、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加熱加圧処理してシート状物（厚さ；１ｍｍ）を成形した。このシート状物を幅５ｍｍ×長さ４０ｍｍに切断し、その後、延伸処理（延伸倍率；未延伸時の面積を基準として１．２倍）し、評価用柔軟電極サンプル（実施例１）を調製した。
［実施例２］
実施例１において、カーボンブラック５０質量部の代わりに、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ７（保土谷化学工業社製））２０質量部を用いた以外は、同様な条件で評価用柔軟電極（実施例２）を調製した。
［比較例１］
アクリル系エマルジョン樹脂（ＥＬＡＳＴＥＮＥ２８８５（ダウ・ケミカル社製）１００質量部（不揮発分として）、及び水分散性カーボンナノチューブ２０質量部を分散機（レッドデビル社製）により、３０分間混合した後、キャストしてシート状物を成形した（厚さ；０．２ｍｍ、幅５ｍｍ×長さ４０ｍｍ）。これを評価用柔軟電極（比較例１）とした。
【００４３】
２．評価方法
各評価用柔軟電極サンプルに、金蒸着により導電膜を形成し、４端子法にて抵抗測定（ロレスタＧＰ（三菱化学アナリティック社製））を行った。延伸時のサンプル厚み、幅、電極間距離を測定し、各サンプルの延伸率と体積変化率の関係（実施例１及び比較例２）、及び延伸率と体積抵抗率の関係（実施例１，２及び比較例１）を求めた。
【００４４】
３．評価結果
評価結果を図２及び図３に示した。図２に示した通り、実施例１の柔軟電極サンプルの体積変化率は、延伸率が５０％の時に１．２％であり、その後、延伸率が１５０％までの体積変化率は最大で２．４％であった。一方、比較例１の柔軟電極サンプルの体積変化率は、延伸率が５０％の時に１１．４％であり、延伸率が１５０％の時までの体積変化率は最大で２６．６％であった。
【００４５】
そして、図３に示した通り、体積変化率が、延伸率が５０％の時に５％以下の実施例１及び、同様な材料と製造方法で形成され、同様な体積変化率を有すると考えられる実施例２は、未延伸の時の体積抵抗率に対して、延伸率が１〜１５０％の全域で体積抵抗率が低くなっており、実施例１は最大で６８％の低下率であり、実施例２は最大で９２％の低下率であった。一方、比較例１は、未延伸の時の体積抵抗率に対して、延伸率が大きくなるにつれて体積抵抗率が高くなっており、延伸率１５０％の時では未延伸の時の９．３倍まで上昇していた。
【００４６】
以上により、本発明によって、延伸された場合でも、体積抵抗率の上昇が抑制された柔軟電極が得られることが示された。
【００４７】
なお、本発明は上記の実施の形態の構成及び実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明により、延伸時に体積抵抗率の上昇が抑制された柔軟電極を提供し、高精度に制御可能な電歪亜クチュエータ等のエレクトロデバイスを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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