JP7369952B2 - ポリ塩化ビニル系成形体、アクチュエータおよびポリ塩化ビニル系成形体製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリ塩化ビニルおよび可塑剤を含有するポリ塩化ビニル系成形体、そのポリ塩化ビニル系成形体を備えたアクチュエータ、並びにそのポリ塩化ビニル系成形体を製造するポリ塩化ビニル系成形体製造方法に関するものである。
この種のポリ塩化ビニル系成形体およびアクチュエータとして、下記特許文献１において出願人が開示した誘電体用ポリ塩化ビニル系成形体（以下、単に「ポリ塩化ビニル系成形体」ともいう）および電圧駆動装置が知られている。このポリ塩化ビニル系成形体は、ペースト加工用ポリ塩化ビニル１００重量部、および可塑剤としてのアジピン酸ジブチル５０～１，４００重量部を含有して誘電率が少なくとも５，０００ファラデー／メートルとなるように形成されている。また、この電圧駆動装置は、上述したポリ塩化ビニル系成形体を含んで構成され、電圧を供給したときのポリ塩化ビニル系成形体の変形によって駆動するように構成されている。
ところが、上述した従来のポリ塩化ビニル系成形体および電圧駆動装置には、解決すべき以下の課題がある。具体的には、上述したポリ塩化ビニル系成形体を変形させて電圧駆動装置を駆動させる際には、４００Ｖ程度の高電圧を駆動電圧として供給する必要がある。一方、この種の電圧駆動装置は、その柔軟性を生かして、人が装着する機器等への応用が期待されている。このような機器への応用するためには、駆動電圧の低電圧化が必須である。しかしながら、従来のポリ塩化ビニル系成形体では、上述したように４００Ｖ程度の高電圧を駆動電圧として供給する必要があり十分な低電圧化を達成できておらず、したがってさらなる低電圧化が望まれている。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、駆動電圧の低電圧化を実現し得るポリ塩化ビニル系成形体、アクチュエータおよびそのポリ塩化ビニル系成形体を製造するポリ塩化ビニル系成形体製造方法を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項１記載のポリ塩化ビニル系成形体は、ポリ塩化ビニルおよび可塑剤を含有して誘電性を有すると共に常温においてゲル状態を呈するポリ塩化ビニル系成形体であって、前記ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、セバシン酸ジエチルを前記可塑剤として４００～６００重量部含有することを特徴とする。
また、請求項２記載のアクチュエータは、請求項１記載のポリ塩化ビニル系成形体を備え、当該ポリ塩化ビニル系成形体の変形に伴って発生する力を駆動力として出力する。
また、請求項３記載のポリ塩化ビニル系成形体製造方法は、ポリ塩化ビニルおよび可塑剤を含有して誘電性を有すると共に常温においてゲル状態を呈するポリ塩化ビニル系成形体を製造するポリ塩化ビニル系成形体製造方法であって、前記ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、テトラヒドロフランおよびシクロヘキサンのいずれか１種類を溶剤として６００～１０００重量部混合すると共に、セバシン酸ジエチルを前記可塑剤として４００～６００重量部混合し、当該混合物を乾燥して前記ポリ塩化ビニル系成形体を製造する。
本発明に係るポリ塩化ビニル系成形体およびアクチュエータによれば、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジオクチル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジオクチルおよびコハク酸ジエチルのうちの１種類または複数種類を可塑剤として含有させてポリ塩化ビニル系成形体を構成することにより、可塑剤としてのアジピン酸ジブチルを含有して高電圧を駆動電圧として供給する必要がある従来のポリ塩化ビニル系成形体と比較して、駆動電圧を十分に低電圧化することができる。このため、このポリ塩化ビニル系成形体を用いたアクチュエータによれば、人が装着する機器等への応用を確実に実現することができる。
また、本発明に係るポリ塩化ビニル系成形体およびアクチュエータによれば、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジオクチル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジオクチルおよびコハク酸ジエチルのうちの１種類または複数種類を可塑剤として合計で１００～１０００重量部含有させてポリ塩化ビニル系成形体を構成することにより、駆動電圧をより低電圧化することができる。このため、このポリ塩化ビニル系成形体を用いたアクチュエータによれば、人が装着する機器等への応用をより確実に実現することができる。
また、本発明に係るポリ塩化ビニル系成形体およびアクチュエータによれば、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、アジピン酸ジエチル、セバシン酸ジエチルおよびコハク酸ジエチルのうちの１種類または複数種類を可塑剤として合計で４００～８００重量部含有させてポリ塩化ビニル系成形体を構成することにより、駆動電圧をさらに低電圧化することができる。このため、このポリ塩化ビニル系成形体を用いたアクチュエータによれば、人が装着する機器等への応用をさらに確実に実現することができる。
また、本発明に係るポリ塩化ビニル系成形体製造方法によれば、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、テトラヒドロフランおよびシクロヘキサンのいずれか１種類を溶剤として６００～１０００重量部混合すると共に、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジオクチル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジオクチルおよびコハク酸ジエチルのうちの１種類または複数種類を可塑剤として合計で１００～１０００重量部混合し、混合物を乾燥してポリ塩化ビニル系成形体を製造することにより、ポリ塩化ビニルを溶剤に溶解させた状態で可塑剤を加えることで、ポリ塩化ビニルと可塑剤とを均一に混合させることができる結果、均質なポリ塩化ビニル系成形体を製造することができる。
以下、ポリ塩化ビニル系成形体、アクチュエータおよびポリ塩化ビニル系成形体製造方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
最初に、図１に示すアクチュエータ１０の構成について説明する。アクチュエータ１０は本発明に係るアクチュエータの一例であって、同図に示すように、陽電極１１、陰電極１２およびＰＶＣゲルシート１３を備えて構成されている。
陽電極１１は、導電性を有するメッシュシート（一例として、ステンレスメッシュシート）で構成されている。また、本実施例では、陰電極１２は、一例として長方形に形成されている。
陰電極１２は、導電性を有するシート（一例として、アルミシート）で構成されている。また、本実施例では、陰電極１２は、陽電極１１と同様の長方形に形成されている。
ＰＶＣゲルシート１３は、本発明に係るポリ塩化ビニル系成形体の一例であって、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）および可塑剤を含有して構成され、誘電性を有すると共に常温においてゲル状態を呈している。また、ＰＶＣゲルシート１３は、後述する製造方法５０（ポリ塩化ビニル系成形体製造方法：図２参照）によって製造される。この場合、ＰＶＣゲルシート１３には、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）のうちの１種類または複数種類が、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して合計で１００～１０００重量部含有される。また、本実施例では、ＰＶＣゲルシート１３は、陽電極１１と同様の長方形に形成されている。このＰＶＣゲルシート１３は、電圧の供給によって厚さ方向に変形する特性を有している。
また、本実施例では、アクチュエータ１０は、図１に示すように、１枚の陽電極１１と、２枚の陰電極１２と、各電極１１，１２の上面および下面に配置された４枚のＰＶＣゲルシート１３とを積層することによって形成されている。
このアクチュエータ１０では、電極１１，１２間に挟まれたＰＶＣゲルシート１３に対して電極１１，１２を介して電圧を供給しているときに、ＰＶＣゲルシート１３が陽電極１１を構成するメッシュの隙間に進入するように変形することで厚み方向に収縮する。また、ＰＶＣゲルシート１３に対する電圧の供給を停止したときにＰＶＣゲルシート１３の復元（変形の解除）による力を伴ってＰＶＣゲルシート１３が厚み方向に伸長する。つまり、このアクチュエータ１０では、ＰＶＣゲルシート１３の変形に伴って発生する力を駆動力Ｆ（図１参照）として出力することが可能となっている。ここで、アクチュエータ１０が発生する駆動力Ｆは、陽電極１１、陰電極１２およびＰＶＣゲルシート１３の面積に比例（または、ほぼ比例）し、アクチュエータ１０の変位量（伸縮量）は、１枚の陽電極１１、１枚の陰電極１２および電極１１，１２間の１枚のＰＶＣゲルシート１３を１ユニットとしたときのユニットの積層数に比例（または、ほぼ比例）する。
次に、アクチュエータ１０の製造方法について説明する。
最初にＰＶＣゲルシート１３の製造方法を、図２に示す製造方法５０のフローチャートを参照して説明する。この製造方法５０では、まず、溶剤を計量して、攪拌容器に投入する（ステップ５１）。溶剤としては、テトラヒドロフランおよびシクロヘキサンのいずれか１種類を用いることができる。また、溶剤は、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して６００～１０００重量部の範囲内で用いるのが好ましく、本実施例では、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して溶剤を８００重量部用いる。
次いで、ポリ塩化ビニルを計量して、溶剤が投入されている攪拌容器に攪拌しつつ投入する（ステップ５２）。本実施例では、溶剤８００重量部に対して１００重量部のポリ塩化ビニルを計量して投入する。また、本実施例では、一例として、粒子径（一次粒子径）が０．１～２００μｍ程度の粉末状のポリ塩化ビニルを用いる。
続いて、ポリ塩化ビニルと溶剤とが十分に混合（溶解）した状態で、可塑剤を計量して、ポリ塩化ビニルおよび溶剤が投入されている攪拌容器に攪拌しつつ投入する（ステップ５３）。可塑剤としては、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）のうちの１種類または複数種類を用いることができる。また、可塑剤は、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して１００～１０００重量部の範囲内で用いるのが好ましく、本実施例では、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して可塑剤を６００重量部用いる。
次いで、ポリ塩化ビニル、溶剤および可塑剤（これらの混合物）が収容された攪拌容器を脱泡装置にセットして脱泡処理を実行する（ステップ５４）。続いて、成膜機を用いて脱泡処理の終了した混合物をシート状に加工するシート化処理を実行する（ステップ５５）。次いで、シート状に加工したシート体を乾燥して溶剤を蒸発させる乾燥処理を実行する（ステップ５６）。続いて、シート体を長方形状に裁断する（ステップ５７）。これに応じて以上により製造方法５０が終了し、ＰＶＣゲルシート１３が製造される。
続いて、図１に示すように、１枚の陽電極１１、２枚の陰電極１２、および４枚のＰＶＣゲルシート１３を積層する。以上により、アクチュエータ１０の製造が完了する。
次に、本発明に係るポリ塩化ビニル系成形体およびアクチュエータの特性試験１および特性試験２の結果について説明する。
まず、特性試験１では、実施例１として、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して６００重量部のアジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）を可塑剤として用いたＰＶＣゲルシート１３を上述した製造方法５０で製造し、そのＰＶＣゲルシート１３を用いてアクチュエータ１０を製造した。また、実施例２として、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して６００重量部のセバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）を可塑剤として用いたＰＶＣゲルシート１３を上述した製造方法５０で製造し、そのＰＶＣゲルシート１３を用いてアクチュエータ１０を製造した。また、比較例１として、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して６００重量部のアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）を可塑剤として用いたＰＶＣゲルシート１３を上述した製造方法５０に準じた方法で製造し、そのＰＶＣゲルシート１３を用いてアクチュエータ１０を製造した。
また、この特性試験１では、実施例１，２および比較例１の各アクチュエータ１０に対して電圧値を変更しつつ駆動電圧を供給したときの各アクチュエータ１０の厚み方向の変位量（歪み）を測定した。この結果を図３に示す。同図から、可塑剤としてアジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）を用いた実施例１のアクチュエータ１０、および可塑剤としてセバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）を用いた実施例２のアクチュエータ１０は、可塑剤としてアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）を用いた比較例１のアクチュエータ１０と比較して、同じ電圧値における変位量が十分に大きいことが明らかである。つまり、アジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）に代えて、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）およびセバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）をポリ塩化ビニル１００重量部に対して６００重量部含有させてＰＶＣゲルシート１３を構成することで、同じ変位量を得るための駆動電圧を十分に低電圧化可能なことが明らかである。
また、特性試験１の追加試験として、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して６００重量部のコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）を含有するＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０を実施例３として製造し、各アクチュエータ１０に対して電圧値を変更しつつ駆動電圧を供給したときの各アクチュエータ１０の厚み方向の変位量（歪み）を測定した（図示を省略する）。この実施例３のアクチュエータ１０についても、比較例１のアクチュエータ１０と比較して、同じ電圧値における変位量が十分に大きかった。つまり、アジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）に代えて、コハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）をポリ塩化ビニル１００重量部に対して６００重量部含有させてＰＶＣゲルシート１３を構成することで、同じ変位量を得るための駆動電圧を十分に低電圧化可能なことが明らかである。
次に、特性試験２では、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して４００重量部のアジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）を含有するＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して４００重量部のセバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）を含有するＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０、およびポリ塩化ビニル１００重量部に対して４００重量部のコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）を含有するＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０を製造し、それぞれ実施例４～６とした。また、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して４００重量部のアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）を含有するＰＶＣゲルシート１３を用いてアクチュエータ１０を製造し、比較例２とした。
また、この特性試験２では、各実施例４～６および比較例２の各アクチュエータ１０に対して電圧値を変更しつつ駆動電圧を供給したときの各アクチュエータ１０の厚み方向の変位量（歪み）を測定した。この結果を図４に示す。同図から、実施例４～６のアクチュエータ１０についても、比較例２のアクチュエータ１０と比較して、同じ電圧値における変位量が十分に大きかった。つまり、アジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）に代えて、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）をポリ塩化ビニル１００重量部に対して４００重量部含有させてＰＶＣゲルシート１３を構成することで、同じ変位量を得るための駆動電圧を十分に低電圧化可能なことが明らかである。
また、ポリ塩化ビニル１００重量部に対するアジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）、コハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）および比アジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）の重量比率を１００～１０００重量部の範囲内で４００重量部および６００重量部とは異なる重量比率に変更して、上述した特性試験１，２と同様の特性試験を行った（図示を省略する）。その結果、いずれの重量比率においても駆動電圧を十分に低電圧化可能なことが明らかとなった。
また、ポリ塩化ビニル１００重量部に対するアジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳｅｂ）およびアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）の重量比率を１００～１０００重量部の範囲内に規定して上述した特性試験１，２と同様の特性試験を行った（図示を省略する）。その結果、これらの可塑剤を含有するＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０においても駆動電圧を十分に低電圧化可能なことが明らかとなった。
一方、ポリ塩化ビニル１００重量部に対する上述した各可塑剤の重量比率が１００重量部未満のときにはポリ塩化ビニルの可塑化が困難となり、ポリ塩化ビニル１００重量部に対する上述した各可塑剤の重量比率が１０００重量部を超えたときにはポリ塩化ビニルのゲル化が困難であった。これらのことから、ポリ塩化ビニル１００重量部に対する上述した各可塑剤の重量比率は、１００～１０００重量部の範囲が好ましく、４００～８００重量部の範囲内がより好ましいことが理解される。
このように、このＰＶＣゲルシート１３およびアクチュエータ１０によれば、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）のうちの１種類または複数種類を可塑剤として含有させてＰＶＣゲルシート１３を構成することにより、可塑剤としてのアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）を含有して高電圧を駆動電圧として供給する必要がある従来のＰＶＣゲルシート１３と比較して、駆動電圧を十分に低電圧化することができる。このため、このＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０によれば、人が装着する機器等への応用を確実に実現することができる。
また、このＰＶＣゲルシート１３およびアクチュエータ１０によれば、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）のうちの１種類または複数種類を可塑剤として合計で１００～１０００重量部含有させてＰＶＣゲルシート１３を構成することにより、可塑剤としてのアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）を含有して高電圧を駆動電圧として供給する必要がある従来のＰＶＣゲルシート１３と比較して、駆動電圧をより低電圧化することができる。このため、このＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０によれば、人が装着する機器等への応用をより確実に実現することができる。
また、このＰＶＣゲルシート１３およびアクチュエータ１０によれば、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）のうちの１種類または複数種類を可塑剤として合計で４００～８００重量部含有することにより、駆動電圧をさらに低電圧化することができる。このため、このＰＶＣゲルシート１３を用いたアクチュエータ１０によれば、人が装着する機器等への応用をさらに確実に実現することができる。
また、この製造方法５０によれば、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、テトラヒドロフランおよびシクロヘキサンのいずれか１種類を溶剤として６００～１０００重量部混合すると共に、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）のうちの１種類または複数種類を可塑剤として合計で１００～１０００重量部混合し、混合物を乾燥してＰＶＣゲルシート１３を製造することにより、ポリ塩化ビニルを溶剤に溶解させた状態で可塑剤を加えることで、ポリ塩化ビニルと可塑剤とを均一に混合させることができる結果、均質なＰＶＣゲルシート１３を製造することができる。
なお、上述したＰＶＣゲルシート１３、アクチュエータ１０および製造方法５０は、本発明に係るポリ塩化ビニル系成形体、アクチュエータおよびポリ塩化ビニル系成形体製造方法の一例であって、適宜変更した構成および方法を採用することができる。例えば、上述したＰＶＣゲルシート１３では、アジピン酸ジエチル（ＤＥＡ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（ＤＥＳｅｂ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳｅｂ）およびコハク酸ジエチル（ＤＥＳＵ）のうちの１種類を可塑剤として用いているが、これらの可塑剤のうちの複数種類を用いる構成および方法を採用することもできる。また、上述した製造方法５０では、溶剤としてテトラヒドロフランを用いたが、シクロヘキサンを溶剤として用いる方法を採用することもできる。
また、上述したアクチュエータ１０は、１枚の陽電極１１、２枚の陰電極１２および４枚のＰＶＣゲルシート１３を備えて構成されているが、アクチュエータ１０を構成する陽電極１１、陰電極１２およびＰＶＣゲルシート１３の数（上述したユニットの積層数）は任意に規定することができる。
また、上述したアクチュエータ１０の構成では、陽電極１１、陰電極１２およびＰＶＣゲルシート１３が長方形に形成されているが、他の平面視形状（例えば、円形、楕円形、四角形以外の多角形）の陽電極１１、陰電極１２およびＰＶＣゲルシート１３を採用することもできる。
１０ アクチュエータ
１１ 陽電極
１２ 陰電極
１３ ＰＶＣゲルシート
５０ 製造方法
１１ 陽電極
１２ 陰電極
１３ ＰＶＣゲルシート
５０ 製造方法
Claims (3)
- ポリ塩化ビニルおよび可塑剤を含有して誘電性を有すると共に常温においてゲル状態を呈するポリ塩化ビニル系成形体であって、
前記ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、セバシン酸ジエチルを前記可塑剤として４００～６００重量部含有することを特徴とするポリ塩化ビニル系成形体。 - 請求項１記載のポリ塩化ビニル系成形体を備え、当該ポリ塩化ビニル系成形体の変形に伴って発生する力を駆動力として出力するアクチュエータ。
- ポリ塩化ビニルおよび可塑剤を含有して誘電性を有すると共に常温においてゲル状態を呈するポリ塩化ビニル系成形体を製造するポリ塩化ビニル系成形体製造方法であって、
前記ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、テトラヒドロフランおよびシクロヘキサンのいずれか１種類を溶剤として６００～１０００重量部混合すると共に、セバシン酸ジエチルを前記可塑剤として４００～６００重量部混合し、当該混合物を乾燥して前記ポリ塩化ビニル系成形体を製造するポリ塩化ビニル系成形体製造方法。
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