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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024027969
(43)【公開日】2024-03-01
(54)【発明の名称】電圧発生装置、センサー及びアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
H02N 11/00 20060101AFI20240222BHJP
G01L 1/16 20060101ALI20240222BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20240222BHJP
H10N 30/857 20230101ALI20240222BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
H02N11/00 Z
G01L1/16 Z
H01L41/09
H01L41/193
H01L41/113
H01L41/08 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022131206
(22)【出願日】2022-08-19
(71)【出願人】
【識別番号】000006035
【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100086911
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100144967
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 隆之
(72)【発明者】
【氏名】赤井 日出子
(72)【発明者】
【氏名】小川 光敏
(72)【発明者】
【氏名】小川 直記
(57)【要約】
【課題】外力に対し発生する電圧が高い電圧発生装置と、この電圧発生装置を用いたアクチュエータ及びセンサーを提供する。
【解決手段】電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有する電圧発生装置であって、前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、前記誘電体の変形により前記電極Ａと前記電極Ｂの間に電圧が発生する電圧発生装置。電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するセンサー及びアクチュエータ。
【選択図】図３
【解決手段】電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有する電圧発生装置であって、前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、前記誘電体の変形により前記電極Ａと前記電極Ｂの間に電圧が発生する電圧発生装置。電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するセンサー及びアクチュエータ。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有する電圧発生装置であって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記誘電体の変形により前記電極Ａと前記電極Ｂの間に電圧が発生する電圧発生装置。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記誘電体の変形により前記電極Ａと前記電極Ｂの間に電圧が発生する電圧発生装置。
【請求項2】
前記電極Ａと前記電極Ｂが、異なる原子を含む金属である、請求項１記載の電圧発生装置。
【請求項3】
前記電極Ａと前記電極Ｂの両方が、純度９８％以上の金属である、請求項１又は２に記載の電圧発生装置。
【請求項4】
前記電極Ａと電極Ｂの組合せが、金と亜鉛、金とクロム、クロムとアルミニウム、チタンとアルミニウム、錫とアルミニウム、金と黄銅、又は金とステンレス鋼である請求項１又は２の電圧発生装置。
【請求項5】
前記誘電体が、ポリ塩化ビニルを含む請求項１又は２に記載の電圧発生装置。
【請求項6】
電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するセンサーであって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、前記誘電体の変形を検出するセンサー。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、前記誘電体の変形を検出するセンサー。
【請求項7】
電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するセンサーであって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、加えられる力又は圧力を検出するセンサー。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、加えられる力又は圧力を検出するセンサー。
【請求項8】
電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するアクチュエータであって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと電極Ｂとの間に電圧を印加して前記誘電体を変形させるアクチュエータ。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと電極Ｂとの間に電圧を印加して前記誘電体を変形させるアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、誘電体の変形により電圧が発生する電圧発生装置と、この電圧発生装置を用いたセンサー、アクチュエータ等に関する。
【背景技術】
【0002】
誘電体の電気特性を利用した装置として、電極と誘電体からなる装置の電極間に電圧をかけることにより生じる誘電体の変形を利用したアクチュエータ（特許文献１，３）や、外力（荷重）が作用した際の誘電体の変形による電気特性の変化を利用したセンサー（特許文献２，４）が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２－２３８４３号公報
【特許文献2】特開２０１４－３２１６２号公報
【特許文献3】特開２０２０－１８４８１５号公報
【特許文献4】特開２０２１－１６４３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、外力に対し発生する電圧が高い電圧発生装置と、この電圧発生装置を用いたアクチュエータ及びセンサー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】
【0005】
本発明は、以下の態様を有する。
【0006】
［１］ 電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有する電圧発生装置であって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記誘電体の変形により前記電極Ａと前記電極Ｂの間に電圧が発生する電圧発生装置。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記誘電体の変形により前記電極Ａと前記電極Ｂの間に電圧が発生する電圧発生装置。
【0007】
［２］ 前記電極Ａと前記電極Ｂが、異なる原子を含む金属である、［１］記載の電圧発生装置。
【0008】
［３］ 前記電極Ａと前記電極Ｂの両方が、純度９８％以上の金属である、［１］又は［２］に記載の電圧発生装置。
【0009】
［４］ 前記電極Ａと電極Ｂの組合せが、金と亜鉛、金とクロム、クロムとアルミニウム、チタンとアルミニウム、錫とアルミニウム、金と黄銅、又は金とステンレス鋼である［１］又は［２］の電圧発生装置。
【0010】
［５］ 前記誘電体が、ポリ塩化ビニルを含む［１］又は［２］に記載の電圧発生装置。
【0011】
［６］ 電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するセンサーであって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、前記誘電体の変形を検出するセンサー。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、前記誘電体の変形を検出するセンサー。
【0012】
［７］ 電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するセンサーであって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、加えられる力又は圧力を検出するセンサー。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと前記電極Ｂの間に発生する電圧により、加えられる力又は圧力を検出するセンサー。
【0013】
［８］ 電極Ａ、電極Ｂ、及び前記電極Ａと前記電極Ｂとの間の誘電体を有するアクチュエータであって、
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと電極Ｂとの間に電圧を印加して前記誘電体を変形させるアクチュエータ。
前記電極Ａと前記電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であり、
前記電極Ａと電極Ｂとの間に電圧を印加して前記誘電体を変形させるアクチュエータ。
【発明の効果】
【0014】
本発明の電圧発生装置は、誘電体の変位量が小さい場合でも大きな電圧を発生させることができ、アクチュエータやセンサーとして使用できる用途が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の電圧発生装置、センサー及びアクチュエータは、電極Ａ、電極Ｂ、及び電極Ａと電極Ｂとの間の誘電体を有する。本発明の電圧発生装置、センサー及びアクチュエータは、シート状の誘電体を、電極Ａと電極Ｂで挟んだ構造を有することが好ましい。
【0017】
本発明の電圧発生装置及びセンサーでは、外部から力が加わることにより誘電体が変形すると、誘電体中に分極が生じ、電極Ａと電極Ｂの間に電位差が生じる。誘電体から力が除かれ変形が戻ると、電極間の電位差は０に戻る。本発明のアクチュエータでは、電極Ａと電極Ｂの間に電圧を印加することにより誘電体が変形し、電極Ａと電極Ｂの間の電圧印加を停止することにより誘電体が元形状に復帰する。
【0018】
＜電極Ａ、Ｂ、及び金属の仕事関数＞
本発明では、電極Ａの金属と電極Ｂの金属の仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であることにより、従来に比べ、１００ｍＶ以上の大きな電圧を発生できる。電極Ａの金属と電極Ｂの金属の仕事関数の差は、好ましくは０．１２ｅＶ以上、特に好ましくは０．１３ｅＶ以上である。また、電極Ａの金属と電極Ｂの金属の仕事関数の差は、好ましくは２．５ｅＶ以下、特に好ましくは２．０ｅＶ以下である。
本発明では、電極Ａの金属と電極Ｂの金属の仕事関数の差が０．１ｅＶ以上であることにより、従来に比べ、１００ｍＶ以上の大きな電圧を発生できる。電極Ａの金属と電極Ｂの金属の仕事関数の差は、好ましくは０．１２ｅＶ以上、特に好ましくは０．１３ｅＶ以上である。また、電極Ａの金属と電極Ｂの金属の仕事関数の差は、好ましくは２．５ｅＶ以下、特に好ましくは２．０ｅＶ以下である。
【0019】
仕事関数は、電極の表面から１個の電子を取り出すために必要な最小エネルギーである。仕事関数は、例えば光電子法、熱電子放出法、電界放出法、接触電位差法等によって特定できる。
【0020】
電極Ａ及び電極Ｂに使用できる金属としては、単一の金属元素からなる純金属であってもよく、複数の金属元素あるいは金属元素と非金属元素からなる合金であっても良い。なお、本明細書において、純金属とは、主たる金属元素の含有率が９８重量％以上（純度９８％以上）の金属を表わす。
【0021】
純金属としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、錫、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等が挙げられる。
【0022】
合金としては、ステンレス鋼、黄銅等が挙げられる。特に、センサーとして用いる場合、電極に使用する金属としては電気抵抗の低いものが好ましい。
【0023】
仕事関数の差が０．１以上となる電極Ａの金属と電極Ｂの金属との組合せとして、それぞれ異なる金属元素を含むものであることが好ましい。
【0024】
例えば、電極Ａと電極Ｂの両方が純金属である組合せや、一方の電極が純金属で他方の電極が合金である組合せ等が挙げられる。
【0025】
一方の電極と他方の電極の金属の組合せとしては、金と亜鉛、金とクロム、クロムとアルミニウム、チタンとアルミニウム、錫とアルミニウム、金と黄銅、金とステンレス鋼等が挙げられる。
【0026】
電極は、板状、薄膜状、メッシュ状などのいずれであってもよい。板状、薄膜状の場合、厚さ方向に貫通する孔やスリットが設けられていてもよい。薄膜状の電極の場合、合成樹脂等のフィルム又はシート上に成膜されたものであってもよい。
【0027】
＜誘電体＞
本発明では、誘電体は、変形により分極が生じる物質であればよく、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン６、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等の公知の誘電性を有する高分子材料を用いることができる。これらは２種以上を併用してもよい。
本発明では、誘電体は、変形により分極が生じる物質であればよく、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン６、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等の公知の誘電性を有する高分子材料を用いることができる。これらは２種以上を併用してもよい。
【0028】
これらの中でも、変位量に対する発生電位差を大きくできる点から、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラールが好ましく、ポリ塩化ビニルが特に好ましい。
【0029】
また、前記誘電体は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Ｍｎ)が７万以上２０万以下のポリ塩化ビニルを含むことが好ましい。
【0030】
誘電体は、上記高分子材料のゲルであることが好ましい。
【0031】
ゲル中の誘電性高分子材料の含有量は、通常５重量％以上であり、好ましくは８重量％以上であり、より好ましくは１０重量％以上であり、さらに好ましくは１２重量％以上であり、特に好ましくは１５重量％以上であり、また、好ましくは６０重量％以下であり、より好ましくは５０重量％以下であり、さらに好ましくは４５重量％以下であり、特に好ましくは４０重量％以下である。
【0032】
本発明では、誘電体は、可塑剤や電荷補足剤、熱安定剤等を含んでいてもよい。
【0033】
可塑剤としては、ジオールジエステル、ジカルボン酸ジエステル、ジメチルアセトアミド(ＤＭＡ)、ジエタノールアミン(ＤＥＡ)等が挙げられる。
【0034】
ジカルボン酸ジエステルとしては、例えばアジピン酸ジブチル(ＤＢＡ)、セバシン酸ジオクチル(ＤＯＳ)、アジピン酸ジオクチル(ＤＯＡ)、フタル酸ジメチル(ＤＭＰ)、フタル酸ジブチル(ＤＢＰ)、フタル酸ジオクチル(ＤＯＰ)、フタル酸ビス(２-エチルヘキシル)(ＤＥＨＰ)、コハク酸ジエチル(ＤＥＳｕｃ)、アジピン酸ジメチル(ＤＭＡ)、セバシン酸ジエチル(ＤＥＳｅｂ)、セバシン酸ジブチル(ＤＢＳｅｂ)、セバシン酸ジオクチル(ＤＯＳｅｂ)等が挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。
【0035】
これらの中でも、比較的取扱いやすく、安定なゲルが得られる点から、ジオールジエステル及びジカルボン酸ジエステルが好ましい
【0036】
誘電体中の可塑剤の含有量は、良好な変位長の発現とゲル表面のべたつき抑制の観点から、５５重量％以上、９０重量％以下が好ましい。
【0037】
電荷補足剤としては、テトラシアノキノジメタン、２，４，７－トリニトロフルオレン－９－オン等が挙げられる。前記電荷補足剤の含有量は、０．０１重量％以上、１０重量％以下が好ましい。
【0038】
熱安定剤としては、燐系熱安定剤、フェノール系熱安定剤、アミン系熱安定剤、硫黄系熱安定剤、Ｍｇ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ等の無機化合物等が挙げられる。前記熱安定剤の含有量は、２重量％以下が好ましく、特に１重量％以下が好ましい。
【0039】
本発明では、誘電体は、ゲルシートであることが好ましい。このゲルシートは、両面とも平坦面であってもよく、少なくとも一方の面に凸部が形成されたものであってもよい。
【0040】
ゲルシート表面の凸部は、加温したゲルシートの平坦面に、凹部を有するモールド（型）を押し付けた後、冷却することで形成できる。凸部の形状は、特に制限されないが、高さは、１μｍ以上、１０００μｍ以下が好ましい。凸部の数は、１個／ｍｍ２～２００００個／ｍｍ２が好ましい。
【0041】
＜ゲルシートの製造方法＞
両面が平坦なゲルシートは、次の第一及び第二工程で製造することができる。また、一方の面に凸部又は凹凸が形成されたゲルシートは、次の第一工程～第三工程により製造することができる。
両面が平坦なゲルシートは、次の第一及び第二工程で製造することができる。また、一方の面に凸部又は凹凸が形成されたゲルシートは、次の第一工程～第三工程により製造することができる。
【0042】
第一工程：誘電性高分子材料を含む組成物を加熱によりゲル化させてゲルを得る。
【0043】
第二工程：該ゲルを型に仕込み、加熱及び加圧することによりゲルシートを得る。
【0044】
第三工程：該ゲルシートを加熱した後、凸部を形成するための凹型の型を該ゲルシートに圧着し、冷却することにより、ゲルシートに凸部を形成する。
【0045】
第一工程（ゲル化工程）では、誘電性高分子材料を含む組成物を混合し、加熱することにより、該組成物をゲル化してゲルを得る。
【0046】
以下、ポリ塩化ビニル及びエステル系可塑剤を用いたゲルシートの製造に好適な条件ついて述べる。これらの材料を用いた場合、材料の乾燥収縮が非常に小さいため、所望の形状が得やすくなる。
【0047】
加熱することで、エステル系可塑剤がポリ塩化ビニルに含浸し、一体化する。加熱温度は、エステル系可塑剤の種類によって異なるが、概ね８０℃～２００℃の範囲である。８０℃より低いと、エステル系可塑剤がポリ塩化ビニルに含浸しにくくなる。また、加熱温度は、２００℃より高いとポリ塩化ビニルが熱分解しやすくなり好ましくない。より好ましくは９０℃以上であり、さらに好ましくは１００℃以上である。また、より好ましくは１９０℃以下であり、さらに好ましくは１８０℃以下である。
【0048】
混合時間は１分～５時間程度である。混合時間が１分より短いと、エステル系可塑剤の含浸が不十分となり、後の工程で、エステル系可塑剤がしみ出る可能性がある。混合時間が５時間より長いとポリ塩化ビニルが熱分解しやすくなり好ましくない。
【0049】
第一工程では、バッチ式の容器にポリ塩化ビニルとエステル系可塑剤を仕込み、混合しながら加熱してもよいし、連続式の混練機等に、定量的にポリ塩化ビニルとエステル系可塑剤投入しながら、加熱混練してもよい。
【0050】
第二工程（シート成型工程）では、第一工程で得られた高分子ゲルを型に仕込み、加熱及び加圧することにより高分子ゲルシートを得る。加熱温度は、エステル系可塑剤の種類によって異なるが、概ね１３０℃～２００℃の範囲である。１３０℃より低いと、高分子ゲルが可塑化せず、シート状に成形することが困難になる。また、２００℃より高いとポリ塩化ビニルが熱分解しやすくなり好ましくない。
【0051】
加圧はエステル系可塑剤の種類によって異なるが、一般的な圧力の範囲でよく、例えば０．１ＭＰａ以上であり、２０ＭＰａ以下である。
【0052】
また、成型に際し、スペーサー等を用い、適当な大きさ、厚さに加工することが可能である。加熱、加圧により適当なシートに成形した後は、冷却により再度ゲル化させる。
【0053】
第三工程（凸部形成工程）では、第二工程で得られた高分子ゲルシートを加熱した後、凸部を形成するための凹部を有したモールドを該高分子ゲルシートに押し付け、冷却することで、高分子ゲルシート表面に凸部を形成（賦形）する。
【0054】
＜センサー＞
本発明のセンサーは、上記の電圧発生装置と同一構成の装置をセンサーとして利用するものである。
本発明のセンサーは、上記の電圧発生装置と同一構成の装置をセンサーとして利用するものである。
【0055】
本発明のセンサーでは、誘電体の変形による電圧の変化を検出でき、加えられる力又は圧力を検出するセンサーとして使用できる。すなわち、電極間の誘電体に変位が生じていない状態では、電極Ａと電極Ｂの間の電位差（電圧）は０であるが、外部からの力が加わり前記誘電体が変形すると、前記電極の間に電位差が生じる。そして、外部からの力を取り除き、誘電体の変形がもとに戻ると。電極間の電位差は０に戻る。これにより、外部からの力又は圧力を量電圧間の電位差として検知することができる。
【0056】
センサーの電極材料以外の構成は、公知（例えば特許文献４）の構成とすればよいが、これに限定されない。特許文献４のセンサーは、誘電性高分子材料を含み、かつ、頂部と底面とを有する突部、を備えるゲル層と、該突部の頂部に接して配される第一電極と、該第一電極とともに該ゲル層を挟持する第二電極とを備えるものである。また、このゲルセンサーが複数個積層された積層型ゲルセンサーである。
【0057】
本発明のセンサーは、圧力センサー、重量センサーとして用いることができる。これを利用して、商品の在庫管理を行うセンサーや、ロボットハンドなどの把持センサー、物の有り無しを判定するセンサーなどに使用できる。
【0058】
＜アクチュエータ＞
本発明のアクチュエータは、上記の電圧発生装置と同一構成の装置をアクチュエータとして利用するものである。すなわち、本発明のアクチュエータにあっては、電極Ａと電極Ｂの間に電圧をかけると電極間の誘電体が変形し、電圧を除くと元の形に戻る。
本発明のアクチュエータは、上記の電圧発生装置と同一構成の装置をアクチュエータとして利用するものである。すなわち、本発明のアクチュエータにあっては、電極Ａと電極Ｂの間に電圧をかけると電極間の誘電体が変形し、電圧を除くと元の形に戻る。
【0059】
本発明のアクチュエータの電極材料以外の構成は、公知の構成（例えば特許文献３）とすればよいが、これに限定されない。特許文献３のアクチュエータは、誘電性高分子材料を含むゲル部を複数備えるゲル層と、前記ゲル層を厚さ方向に挟む陽極及び陰極とからなる単位構造を備え、電圧印加により前記ゲル層を変形させ、前記陽極と前記陰極との間隔を変化させるゲルアクチュエータである。
【0060】
本発明のアクチュエータは、スイッチ、バルブ等に使用できる。
【0061】
なお、本発明のセンサー及びアクチュエータにあっては、電極Ａ、電極Ｂ、及び電極Ａと電極Ｂとの間の誘電体よりなる単位構造を複数個組み合せて（例えば積層する等して）構成してもよい。
【実施例0062】
以下、実施例及び比較例により本発明を説明する。
【0063】
＜実施例及び比較例の概要＞
以下のように作成したゲルシート状誘電体の下面に電極Ａを配置し、上面に電極Ｂを配置し、電極Ｂの上に２００ｇの荷重をかけ、発生する電圧を測定した。
以下のように作成したゲルシート状誘電体の下面に電極Ａを配置し、上面に電極Ｂを配置し、電極Ｂの上に２００ｇの荷重をかけ、発生する電圧を測定した。
【0064】
＜電圧測定＞
前記電極Ａと前記電極Ｂを、マルチ入力データ収集システムＮＲ－６００（株式会社キーエンス）及び高電圧測定ユニットＮＲ－ＨＶ０４（株式会社キーエンス）に接続し、電圧を測定した。
前記電極Ａと前記電極Ｂを、マルチ入力データ収集システムＮＲ－６００（株式会社キーエンス）及び高電圧測定ユニットＮＲ－ＨＶ０４（株式会社キーエンス）に接続し、電圧を測定した。
【0065】
＜金属の仕事関数の出典＞
純金属（Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｌ）の仕事関数は、静電気ハンドブック（静電気協会、（株）オーム社、１９９８年）の値を用いた。ＳＵＳ３０４の仕事関数は静電気学会誌、３１、１、（２００７年）Ｐ１４－１９の値を用いた。黄銅の仕事関数は、ナノコート・ティーエス株式会社ホームページの値を用いた。（https：//www.nanocoat－ts.com/node/２９０）
純金属（Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｌ）の仕事関数は、静電気ハンドブック（静電気協会、（株）オーム社、１９９８年）の値を用いた。ＳＵＳ３０４の仕事関数は静電気学会誌、３１、１、（２００７年）Ｐ１４－１９の値を用いた。黄銅の仕事関数は、ナノコート・ティーエス株式会社ホームページの値を用いた。（https：//www.nanocoat－ts.com/node/２９０）
【0066】
＜ゲルシート状の誘電体の製造方法＞
セパラブルフラスコにポリ塩化ビニル（新第一塩ビ社製１７００Ｚ）２０重量部、ジブチルアジぺート（東京化成社製）８０重量部を測り取った。このセパラブルフラスコに攪拌翼をセットし、９０ｒｐｍで攪拌しながら、１２０℃の油浴中で３０分加熱し、高分子ゲルを得た。
セパラブルフラスコにポリ塩化ビニル（新第一塩ビ社製１７００Ｚ）２０重量部、ジブチルアジぺート（東京化成社製）８０重量部を測り取った。このセパラブルフラスコに攪拌翼をセットし、９０ｒｐｍで攪拌しながら、１２０℃の油浴中で３０分加熱し、高分子ゲルを得た。
【0067】
前記高分子ゲルを冷却後に取り出し、東洋精機製作所製油圧加熱プレス機を用いて、１００ｍｍ角×０．７ｍｍ厚のスペーサー中に１０ｇの高分子ゲルを仕込み、１５０℃で、スペーサー圧力５ＭＰａで加圧し、冷却して、厚さ０．６３ｍｍの高分子ゲルシートを得た。
【0068】
前記高分子ゲルシート上に、図１、２に示すモールド１０を当て、真空加熱プレス機にセットし、真空下、１３５℃、０．１ＭＰａでプレスを行った。これにより、図３の通り、表面に凸部２１が形成されたゲルシート２０よりなる誘電体を得た。
【0069】
モールド１０としては、図１及び図２に示す通り、１辺約２５０μｍ（図１中のｗ）、高さ約１８０μｍ（図２に記入）、先端断面（頂面）の１辺約２０μｍ（図２に記入）、頂角６５°の切頭四角錐形の凹部（空洞部）１１を１００個×１００個並べた構成（１辺の長さＬ＝２５０００μｍ）の光硬化性アクリル樹脂製のものを用いた。
【0070】
レーザー顕微鏡で観察した結果、図３の通り、ゲルシート２０の表面に形成された凸部２１の高さは１５２μｍであった。
【0071】
＜実施例１＞
上記により製造したゲルシート状の誘電体を直径２２．２ｍｍに切り出し、厚さ５０μｍのポリエチレンナフタレートフィルム上に、直径２０ｍｍ厚さ１００ｎｍに金を蒸着した電極（電極Ａ）の上に、凸部２１が上向きとなるように置いた。この誘電体の上に、厚さ５０μｍのポリエチレンナフタレートフィルム上に直径２０ｍｍ、厚さ１００ｎｍにクロムを蒸着した電極（電極Ｂ）を置いた。電極Ａを有するフィルムは電極Ａが上面側となるように配置し、電極Ｂを有するフィルムは電極Ｂが下面側となるように配置した。
上記により製造したゲルシート状の誘電体を直径２２．２ｍｍに切り出し、厚さ５０μｍのポリエチレンナフタレートフィルム上に、直径２０ｍｍ厚さ１００ｎｍに金を蒸着した電極（電極Ａ）の上に、凸部２１が上向きとなるように置いた。この誘電体の上に、厚さ５０μｍのポリエチレンナフタレートフィルム上に直径２０ｍｍ、厚さ１００ｎｍにクロムを蒸着した電極（電極Ｂ）を置いた。電極Ａを有するフィルムは電極Ａが上面側となるように配置し、電極Ｂを有するフィルムは電極Ｂが下面側となるように配置した。
【0072】
電極Ｂを有するフィルムの上に、直径４８ｍｍのＳＵＳ３０４製の円板（重量２００ｇ）を載せることにより２００ｇの荷重をかけ、電極Ａ、Ｂ間に発生する電圧を測定したところ２８０ｍＶであった。
【0073】
＜実施例２＞
電極Ａの金属膜を厚さ１００ｎｍのクロムとし、電極Ｂの金属膜を厚さ１００ｎｍのアルミニウムとしたこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ、Ｂ間に発生する電圧は４９０ｍＶであった。
電極Ａの金属膜を厚さ１００ｎｍのクロムとし、電極Ｂの金属膜を厚さ１００ｎｍのアルミニウムとしたこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ、Ｂ間に発生する電圧は４９０ｍＶであった。
【0074】
＜実施例３＞
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのチタン箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ、Ｂ間に発生する電圧は５２５ｍＶであった。
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのチタン箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ、Ｂ間に発生する電圧は５２５ｍＶであった。
【0075】
＜実施例４＞
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの錫箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ、Ｂ間に発生する電圧は２０５ｍＶであった。
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの錫箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ、Ｂ間に発生する電圧は２０５ｍＶであった。
【0076】
＜比較例１＞
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの黄銅箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は６５ｍＶであった。
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの黄銅箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は６５ｍＶであった。
【0077】
＜比較例２＞
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は８０ｍＶであった。
電極Ａとして直径３５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ箔を使用し、電極Ｂとして直径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ箔を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は８０ｍＶであった。
【0078】
＜比較例３＞
電極Ａ、電極Ｂとしてポリエチレンナフタレートフィルム上に直径２０ｍｍ、厚さ１００ｎｍにアルミを蒸着した電極を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は３５ｍＶであった。
電極Ａ、電極Ｂとしてポリエチレンナフタレートフィルム上に直径２０ｍｍ、厚さ１００ｎｍにアルミを蒸着した電極を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は３５ｍＶであった。
【0079】
＜比較例４＞
電極Ａ、電極Ｂとしてポリエチレンナフタレートフィルム上に直径２０ｍｍ厚さ１００ｎｍにクロムを蒸着した電極を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は６０ｍＶであった。
電極Ａ、電極Ｂとしてポリエチレンナフタレートフィルム上に直径２０ｍｍ厚さ１００ｎｍにクロムを蒸着した電極を使用したこと以外は、実施例１と同様とした。電極Ａ，Ｂ間に発生する電圧は６０ｍＶであった。
【0080】
以上の結果と、各金属の仕事関数及び仕事関数の差とを表１、２に示す。
【0081】
【表1】
【0082】
【表2】
【0083】
［考察］
電極Ａと電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶよりも大きい実施例１～４では、電極間に発生する電圧がいずれも２００ｍＶ以上である。これに対し、電極Ａと電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶよりも小さい比較例１～４では、電極間に発生する電圧が８０ｍＶ以下であり、外力に対し発生する電圧が十分ではなく、アクチュエータやセンサーとして使用できる用途が限られる。
電極Ａと電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶよりも大きい実施例１～４では、電極間に発生する電圧がいずれも２００ｍＶ以上である。これに対し、電極Ａと電極Ｂの仕事関数の差が０．１ｅＶよりも小さい比較例１～４では、電極間に発生する電圧が８０ｍＶ以下であり、外力に対し発生する電圧が十分ではなく、アクチュエータやセンサーとして使用できる用途が限られる。
【符号の説明】
【0084】
１０ モールド
１１ 凹部
２０ ゲルシート
２１ 凸部
１１ 凹部
２０ ゲルシート
２１ 凸部
【図1】
【図2】
【図3】