JP6850708B2 - アクチュエータの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、円筒状の誘電エラストマ層及び電極層を同心円状に積層したアクチュエータの製造方法に関する。
円筒状の誘電エラストマ層及び電極層を同心円状に積層して、断面を年輪状としたアクチュエータでは、板状の誘電エラストマ層及び電極層を積層した場合や、断面が渦巻き状となるように帯状の誘電エラストマ及び電極層を巻回した場合に比して、小さな体積で大きな出力及び変位量を得ることができる。ところが、断面が年輪状のアクチュエータは、板状の誘電エラストマ層及び電極層を積層して得られるアクチュエータや、帯状の誘電エラストマ層及び電極層を巻回して得られるアクチュエータに比して製造が困難になる。
断面が年輪状のアクチュエータの製造方法として、例えば、特許文献１には、電極層を形成するための電極材溶液と、誘電エラストマ層を形成するための誘電材溶液に芯材を交互にディッピングすることや、電極材溶液と誘電材溶液を芯材に交互にスプレーすることが提案されている。
上記のようなディッピングによる製造方法では、芯材を浸漬できるだけの大量の電極材溶液及び誘電材溶液が必要となるため製造コストが高騰したり、芯材を浸漬するごとに付着させた電極材溶液及び誘電材溶液を乾燥させる時間が必要となるため製造効率が低下したりする懸念がある。
また、上記のようにスプレーによる製造方法では、特に、誘電材溶液がスプレーノズルの噴射口等に固着し易いため、該スプレーノズル等の管理やメンテナンスが煩雑となってしまう。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、円筒状の誘電エラストマ層及び電極層を同心円状に積層したアクチュエータを容易に得ることが可能なアクチュエータの製造方法を提供する。
上記の目的を達成するため、本発明は、円筒状の誘電エラストマ層の内周面及び外周面のそれぞれに円筒状の電極層が臨むように、前記誘電エラストマ層と前記電極層とを同心円状に積層したアクチュエータの製造方法であって、軸部を有する層形成治具の前記軸部の外周面に電極材料を設けて前記電極層を形成する第１電極層形成工程と、前記電極層の外周面にシート状又はペースト状の誘電エラストマ材料を設けて前記誘電エラストマ層を形成する誘電エラストマ層形成工程と、前記誘電エラストマ層の外周面に前記電極材料を設けて前記電極層を形成する第２電極層形成工程と、を有することを特徴とする。
このアクチュエータの製造方法では、第１電極層形成工程により、軸部の外周面に電極層を形成する。また、誘電エラストマ層形成工程により、電極層の外周面にシート状又はペースト状の誘電エラストマ材料を設けて、誘電エラストマ層を形成する。そして、第２電極層形成工程により、誘電エラストマ層の外周面に電極層をさらに形成する。これらによって、円筒状の誘電エラストマ層の内周面及び外周面のそれぞれに円筒状の電極層が臨む同心円状に誘電エラストマ層と電極層とを積層することができる。
上記の通り、このアクチュエータの製造方法では、シート状又はペースト状の誘電エラストマ材料を用いて誘電エラストマ層を形成する。このため、例えば、ディッピングにより誘電エラストマ層を形成する場合とは異なり、大量の誘電エラストマ材料が必要になることを回避できる。また、例えば、スプレーにより誘電エラストマ層を形成する場合とは異なり、該誘電エラストマ層を形成するためのスプレーノズルの管理やメンテナンス等の煩雑な工程が必要になることを回避できる。
以上から、このアクチュエータの製造方法によれば、円筒状の誘電エラストマ層及び電極層を同心円状に積層したアクチュエータを容易且つ低コストで得ることができる。
上記のアクチュエータの製造方法において、前記誘電エラストマ層形成工程では、シート状の前記誘電エラストマ材料の面方向と、前記軸部の軸方向とを互いに交わるように配置して、前記誘電エラストマ材料に当接させた前記軸部の先端面を支点に前記誘電エラストマ材料に前記軸部の軸方向に沿う方向に引っ張り力を加えることで、前記電極層の外周面に前記誘電エラストマ材料を沿わせて前記誘電エラストマ層を形成する。
この場合、誘電エラストマ層形成工程において、シート状の誘電エラストマ材料に引っ張り力を加えて電極層の外周面に沿わせることにより、簡素な設備で簡単且つ効率的に誘電エラストマ層を形成することができる。
上記のアクチュエータの製造方法において、前記誘電エラストマ層形成工程と、前記第２電極層形成工程とを繰り返して、必要数の前記誘電エラストマ層と前記電極層とを積層することで積層体を形成した後、前記積層体の軸方向の両端を切断する切断工程をさらに有することが好ましい。この場合、積層体の軸方向の両端を切断することで、円筒状の誘電エラストマ層及び電極層を同心円状に積層したアクチュエータを容易に得ることができる。
上記のアクチュエータの製造方法において、前記誘電エラストマ層形成工程では、前記電極層の外径よりも大きく且つペースト状の前記誘電エラストマ材料の塗布厚さに応じた大きさの径の挿通孔が設けられた板部の前記挿通孔上にペースト状の前記誘電エラストマ材料を配置して、前記挿通孔に前記軸部を挿通した状態で前記板部と前記軸部とを軸方向に沿って相対的に移動させることで、前記電極層の外周面に前記誘電エラストマ材料を塗布することとする。
この場合、板部と軸部とを相対的に移動させることで、ペースト状の誘電エラストマ材料を均等な厚さで容易に電極層の外周面に塗布することができる。これによって、所望の厚さの誘電エラストマ層を簡単且つ高精度に形成することが可能になるため、容易にアクチュエータの高品質化を図ることが可能になる。
上記のアクチュエータの製造方法において、同心円状に積層した前記誘電エラストマ層及び前記電極層の径方向の中心から外側に向かって、一つおきに隣接する前記電極層と第１配線とを電気的に接続するとともに、前記第１配線と接続しない前記電極層と第２配線とを電気的に接続する工程をさらに有することが好ましい。このようにして第１配線及び第２配線を設け、該第１配線及び第２配線を介して電圧を印加することによって、誘電エラストマ層を効率的に変形させることができるため、良好な出力や変位量を示すアクチュエータを得ることができる。
上記のアクチュエータの製造方法において、前記誘電エラストマ材料として、アクリル、シリコーン、ポリウレタンから選択した何れか一つを用いることが好ましい。これらの誘電エラストマ材料を用いることで、柔軟性に優れるとともに、良好な出力や変位量を示すアクチュエータを得ることが可能になる。
本発明によれば、円筒状の誘電エラストマ層及び電極層を同心円状に積層したアクチュエータを容易に得ることが可能になる。
本発明に係るアクチュエータの製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
先ず、図１及び図２を参照しつつ、本実施形態に係るアクチュエータの製造方法によって得られるアクチュエータ１０について説明する。アクチュエータ１０は、円筒状の誘電エラストマ層１２の内周面及び外周面のそれぞれに円筒状の電極層１４が臨むように、誘電エラストマ層１２と電極層１４とを同心円状に積層して構成される。このため、アクチュエータ１０の軸方向に直交する断面は、誘電エラストマ層１２と電極層１４とが交互に配置された年輪状となる。また、図１に示すように、アクチュエータ１０の軸方向の一端面には、第１配線１６及び第２配線１８が接続され、他端面は、例えば、アクリル等からなる伸縮性の絶縁膜（不図示）で覆われている。同心円状に積層した電極層１４は円筒の径方向の中心から外側に向かって体積が大きくなる。従って、アクチュエータ１０の軸方向の変位が等しくなるようにするためには、電極層１４の各々の電圧を調整する必要がある。調整方法としては、第１配線１６及び第２配線１８と、電極層１４の各々との間に、電極層１４の各々の体積の違いに応じた抵抗を挿入することで対応できる。
誘電エラストマ層１２は、例えば、アクリル、シリコーン、ポリウレタン等の材料から構成されることが好ましいが、特にこれらに限定されるものではなく、柔軟性を有し、高誘電率及び高絶縁破壊強度を示す材料を好適に用いることができる。
電極層１４は、第１配線１６を介して正の電圧が印可される正極層１４ａと、第２配線１８を介して負の電圧が印可される負極層１４ｂとからなる。正極層１４ａと負極層１４ｂは、誘電エラストマ層１２を挟んで交互に配置される。電極層１４の材料としては、例えば、カーボンブラックや、アルミニウム等の金属粒子を、誘電エラストマ層１２の弾性変形に追従可能な伸縮性を有する樹脂等に混合したもの等が挙げられる。
これらの誘電エラストマ層１２と電極層１４との積層数は、特に限定されず、例えば、アクチュエータ１０を配置するスペースに応じた寸法となる範囲内で、必要な出力及び変位量が得られるように適宜設定することができる。
基本的には上記のように構成されるアクチュエータ１０は、第１配線１６及び第２配線１８を介して電圧が印可されると、誘電エラストマ層１２がその弾性力に抗して厚さ方向に圧縮変形するため、軸方向に伸長する。この電圧の印加を停止すると、誘電エラストマ層１２が圧縮変形した状態から解放され、アクチュエータ１０は軸方向に収縮する。従って、アクチュエータ１０によれば、電圧の印加に応じて、軸方向に変位し、駆動力を出力することができる。
このアクチュエータ１０では、上記の通り、誘電エラストマ層１２と電極層１４とを同心円状に配置している。これによって、例えば、板状の誘電エラストマ層及び電極層を積層することで得られるアクチュエータ（不図示）に比して、少ない積層数で大きな出力及び変位量を得ることができる。また、例えば、帯状の誘電エラストマ層及び電極層を積層した状態で巻回することにより得られる断面が渦巻き状のアクチュエータ（不図示）に比して、伸縮時に生じる層間摩擦力を小さくすることや、誘電エラストマ層１２と電極層１４の接触面積を有効に大きくすることができる。このため、アクチュエータ１０では、上記の他のアクチュエータよりも、単位体積あたりの出力及び変位量を向上させることができる。
次いで、図３〜図９を参照しつつ、第１実施形態に係るアクチュエータの製造方法（以下、単に製造方法ともいう）について説明する。
この製造方法では、例えば、製造装置２０を用いて、上記のアクチュエータ１０を製造することができる。製造装置２０は、基部２２ａ及び該基部２２ａから突出する軸部２２を有する層形成治具２３と、枠部材２４と、駆動機構（不図示）と、塗布機構２６とを備える。
軸部２２は、例えば、棒状の金属等からなり、該軸部２２の径は、アクチュエータ１０の径方向中心に配置される電極層１４の径に応じた大きさに設定されている。また、軸部２２の軸方向の長さは、アクチュエータ１０の軸方向の長さよりも大きく設定されている。
枠部材２４は、例えば、矩形枠状であり、短辺同士の離間距離と長辺同士の離間距離をそれぞれ調整すること、及びシート状の誘電エラストマ材料２８の周縁部を把持することができる。このため、枠部材２４により、誘電エラストマ材料２８の周縁部を把持した状態で、短辺同士及び長辺同士の距離をそれぞれ調整することで、誘電エラストマ材料２８に対して面方向に引っ張り力を加えることができる。
誘電エラストマ材料２８は、上記した誘電エラストマ層１２の材料をシート状に形成したものである。誘電エラストマ材料２８がアクリルからなる場合、例えば、３Ｍ社製の「ＶＨＢ４９１０」（商品名）等をシート状にしたものを用いることができる。
駆動機構は、軸部２２と枠部材２４とを相対的に移動させることが可能に構成されている。この際、駆動機構は、軸部２２の軸方向が枠部材２４の内側の略中心を通るように、枠部材２４の内側に軸部２２を挿通させることや、軸部２２と枠部材２４とを離間させることができる。塗布機構２６は、例えば、上記した電極層１４の材料に溶剤を加えて液状とした電極材料３０を軸部２２に向かって噴出してスプレー塗装することが可能に構成されている。
基本的には以上のように構成される製造装置２０を用いた第１実施形態に係る製造方法では、先ず、図３に示すように、塗布機構２６により、軸部２２の外周面に、所望の厚さとなるように電極材料３０を設け、該電極材料３０中の溶剤を揮発させることで電極層１４を形成する第１電極層形成工程を行う。
次に、電極層１４の外周面に誘電エラストマ材料２８を設けて誘電エラストマ層１２を形成する誘電エラストマ層形成工程を行う。具体的には、図４に示すように、枠部材２４により、誘電エラストマ材料２８の周縁部を把持して面方向の引っ張り力を加える。この状態で、駆動機構により、軸部２２及び枠部材２４を相対的に移動させる。これによって、枠部材２４の内側に把持された誘電エラストマ材料２８の面方向の略中心に対して、軸部２２の先端面を当接させる。
そして、駆動機構により、軸部２２及び枠部材２４をさらに相対的に移動させる。これによって、図５に示すように、軸部２２の先端面を支点に誘電エラストマ材料２８に軸部２２の軸方向に沿う方向に引っ張り力を加えて、電極層１４の外周面に誘電エラストマ材料２８を沿わせることができる。その結果、電極層１４の外周面に臨む誘電エラストマ層１２を形成することができる。
なお、この誘電エラストマ層形成工程は、図５に示すように、誘電エラストマ層１２の外径に応じた径の貫通孔３２ａが形成されたリング部材３２をさらに用いて行ってもよい。この場合、上記のようにして、誘電エラストマ材料２８に軸部２２の軸方向に沿う方向に引っ張り力を加える際又は加えた後に、リング部材３２の貫通孔３２ａに軸部２２をその先端側から挿通する。
そして、貫通孔３２ａの内壁面と誘電エラストマ材料２８の外周面とを摺動させながら、軸部２２の基端側までリング部材３２を相対的に移動させる。これによって、電極層１４の外周面と誘電エラストマ材料２８の間に隙間が生じることを抑制でき、電極層１４の外周面に誘電エラストマ層１２を良好に沿わせることが可能になる。
次に、図６に示すように、塗布機構２６により、誘電エラストマ層１２の外周面に、所望の厚さとなるように電極材料３０を設け、溶剤を揮発させることで電極層１４を形成する第２電極層形成工程を行う。これによって、軸部２２の外周面に対して、１層目に電極層１４、２層目に誘電エラストマ層１２、３層目に電極層１４を積層することができる。
次に、図７に示すように、外周面に電極層１４が形成された２層目の誘電エラストマ層１２を軸部２２に固定したまま、上記と同様にして誘電エラストマ層形成工程を行う。これによって、軸部２２の外周面に対して、４層目に誘電エラストマ層１２（図１及び図２参照）を形成することができる。
このようにして、上記の誘電エラストマ層形成工程と、第２電極層形成工程とを繰り返し行うことで、図８に示すように、必要数の電極層１４と誘電エラストマ層１２とが積層された積層体３４を得ることができる。
積層体３４から軸部２２を引き抜いた後、図９の一点鎖線に沿って、積層体３４の軸方向の両端を切断する切断工程を行う。これによって、上記のアクチュエータ１０の前駆体（不図示）が得られ、該前駆体の軸方向の一端面側に第１配線１６及び第２配線１８を設け、且つ他端面側に絶縁膜を設けることで図１に示すアクチュエータ１０を得ることができる。
つまり、切断工程の後に、前駆体の軸方向の一端面側において、同心円状に積層された誘電エラストマ層１２及び電極層１４の径方向の中心から外側に向かって、一つおきに隣接する電極層１４（正極層１４ａ）と第１配線１６とを電気的に接続する。また、第１配線１６と接続しない電極層１４（負極層１４ｂ）と第２配線１８とを電気的に接続する（それぞれ図１参照）。これによって、アクチュエータ１０が得られるに至る。第１実施形態に係る製造方法によって得られるアクチュエータ１０では、誘電エラストマ層１２がシート状の誘電エラストマ材料２８と同じ平面に戻ろうとする力が生じる。このため、例えば、アクチュエータ１０を熱処理して安定化させるか、あるいはアクチュエータ１０の両端に引張力を加えながら使用することが望ましい。
上記の通り、第１実施形態に係る製造方法では、シート状の誘電エラストマ材料２８を用いて誘電エラストマ層１２を容易且つ効率的に形成することができる。このため、例えば、ディッピング等により誘電エラストマ層１２を形成する場合とは異なり、大量の液状の誘電エラストマ材料（不図示）が必要になることや、誘電エラストマ層１２を形成するごとに乾燥工程が必要になることを回避できる。また、例えば、スプレーにより誘電エラストマ層１２を形成する場合とは異なり、該誘電エラストマ層１２を形成するためのスプレーノズルの管理やメンテナンス等の煩雑な工程が必要になることを回避できる。
以上から、この製造方法によれば、製造装置２０のような簡素な設備を用いて、円筒状の誘電エラストマ層１２及び電極層１４を同心円状に積層したアクチュエータ１０を容易且つ効率的に、しかも低コストで得ることができる。
次いで、図１０〜図１４を参照しつつ、第２実施形態に係る製造方法について説明する。なお、図１０〜図１４に示す構成要素のうち、図３〜図９に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
この製造方法では、例えば、製造装置４０を用いて、アクチュエータ１０を製造することができる。製造装置４０は、基部２２ａ及び軸部２２を有する層形成治具２３と、板部４４と、駆動機構４６と、塗布機構２６と、供給機構４８とを備える。
板部４４は、例えば金属等から板状に形成され、面方向の略中央に貫通孔４４ａが形成されている。また、貫通孔４４ａには、貫通孔４４ａの内側に形成される挿通孔４４ｂの径を調整可能な調整機構が設けられている。
調整機構は、挿通孔４４ｂの径を調整することが可能な種々の構成を用いることができる。調整機構として、例えば、互いに内径が異なる複数の円盤状部材４４ｃを用意し、これらから選択した一つを貫通孔４４ａに対して着脱可能に取り付けてもよい。この場合、挿通孔４４ｂの径を、貫通孔４４ａに取り付けた円盤状部材４４ｃの内径に応じた大きさとすることができる。また、調整機構は、公知のカメラの絞り構造や、ボールねじ構造等（何れも不図示）を用いて、挿通孔４４ｂの径を調整してもよい。
駆動機構４６は、固定台５０に立設され且つラック５２ａが設けられた一組のガイドレール５２と、ラック５２ａに噛合するピニオン（不図示）を有するとともにガイドレール５２に対して板部４４を昇降可能に支持する支持部５４と、ピニオンを回転駆動する駆動部５６とを有する。
固定台５０には、基部２２ａが着脱可能に固定される。この基部２２ａから突出する軸部２２が挿通孔４４ｂに挿通されるように、支持部５４によって板部４４が支持される。駆動部５６は、ピニオンを正逆回転可能に回転駆動することで、軸部２２の軸方向に沿って板部４４を昇降させることができる。
供給機構４８は、板部４４の挿通孔４４ｂ上及びその周縁にペースト状の誘電エラストマ材料６０を供給する。ペースト状の誘電エラストマ材料６０は、上記した誘電エラストマ層１２の材料に溶媒を混合する等してペースト状にしたものである。誘電エラストマ材料６０がアクリルからなる場合、例えば、３Ｍ社製の「ＶＨＢ４９１０」（商品名）等をペースト状にしたものを用いることができる。
基本的には以上のように構成される製造装置４０を用いた第２実施形態に係る製造方法では、先ず、板部４４の挿通孔４４ｂの径を調整する。これによって、挿通孔４４ｂの径を、アクチュエータ１０の径方向中心に配置される電極層１４の外径よりも大きくし、且つ電極層１４の外周面に塗布する誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた大きさにする。そして、図１０に示すように、挿通孔４４ｂに、軸部２２の電極層１４を形成する部位の基端側まで、該軸部２２を挿通した状態で、上記の第１実施形態に係る製造方法と同様にして第１電極層形成工程を行う。これによって、軸部２２の外周面に１層目の電極層１４を形成する。
次に、電極層１４の外周面に誘電エラストマ材料６０を設けて誘電エラストマ層１２を形成する誘電エラストマ層形成工程を行う。具体的には、図１１に示すように、供給機構４８により、挿通孔４４ｂ上及びその周縁に誘電エラストマ材料６０を配置する。そして、図１２に示すように、駆動機構４６により、板部４４を軸部２２の軸方向に沿って、該軸部２２の先端側へ移動させる。
これによって、挿通孔４４ｂを介して、電極層１４の外周面に誘電エラストマ材料６０を塗布することができる。このようにして塗布した誘電エラストマ材料６０に熱処理を施すことで、１層目の誘電エラストマ層１２を形成することができる。
次に、調整機構により、板部４４の貫通孔４４ａに取り付ける円盤状部材４４ｃを交換して、挿通孔４４ｂの径を調整する。これによって、挿通孔４４ｂの径を、この後に形成する電極層１４（２層目の電極層１４）の外径よりも大きく、且つこの後に形成する誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた大きさにする。
そして、図１３に示すように、挿通孔４４ｂに、軸部２２の電極層１４を形成する部位の基端側まで、該軸部２２を挿通した状態で、上記の第１実施形態に係る製造方法と同様にして第２電極層形成工程を行う。これによって、誘電エラストマ層１２の外周面に２層目の電極層１４を形成することができる。
上記のようにして、電極層１４の外周面に誘電エラストマ層１２を形成する誘電エラストマ層形成工程と、誘電エラストマ層１２の外周面に電極層１４を形成する第２電極層形成工程とを繰り返して行うことで、図１４に示すように、必要数の電極層１４と誘電エラストマ層１２とを積層した積層体６２を得ることができる。
積層体６２から軸部２２を引き抜き、必要であれば、軸方方向の両端を切断する切断工程を行った後、その一端面側に第１配線１６及び第２配線１８を設け、且つ他端面側に絶縁膜を設けることで図１に示すアクチュエータ１０を得ることができる。第２実施形態に係る製造方法によって得られるアクチュエータ１０は、第１実施形態に係る製造方法によって得られるアクチュエータ１０とは異なり、熱処理や引張力を加えずに使用可能である。
上記の通り、第２実施形態に係る製造方法では、ペースト状の誘電エラストマ材料６０を均等な厚さで容易に電極層１４の外周面に塗布することができる。このため、例えば、ディッピング等により誘電エラストマ層１２を形成する場合に比して、所望の厚さの誘電エラストマ層１２を簡単且つ高精度に形成することができる。また、必要な誘電エラストマ材料６０の量も低減することができる。従って、この製造方法によれば、円筒状の誘電エラストマ層１２及び電極層１４を同心円状に積層したアクチュエータ１０を容易且つ高品質に、しかも低コストで得ることができる。
次いで、図１５を参照しつつ、第３実施形態に係る製造方法について説明する。図１５は、変形例に係る挿通孔７０が設けられた製造装置４０の要部拡大断面図である。なお、図１５に示す構成要素のうち、図３〜図１４に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
この製造方法では、円盤状部材４４ｃに、挿通孔４４ｂに代えて挿通孔７０が設けられた製造装置４０を用いることを除いて、第２実施形態に係る製造方法と同様にしてアクチュエータ１０を製造することができる。挿通孔７０は、ペースト状の誘電エラストマ材料６０が配置される一端側から、他端側に向かって縮径する円錐台状である。
挿通孔７０を上記の円錐台状とすることで、ペースト状の誘電エラストマ材料６０の粘度が低い場合であっても、板部４４上で広がることを抑制して、電極層１４の外周面に効率的に塗布することができる。その結果、誘電エラストマ層１２を容易に薄膜化すること等が可能になる。
次いで、図１６及び図１７を参照しつつ、第４実施形態に係る製造方法について説明する。図１６は、第４実施形態に係る製造方法における誘電エラストマ層形成工程で、板部４４に配置したペースト状の誘電エラストマ材料６０上に第１円筒状部材７４を配置する様子を説明する説明図である。図１７は、図１６の誘電エラストマ材料６０を電極層１４に塗布する様子を説明する説明図である。
なお、図１６及び図１７では、層形成治具２３と、板部４４の要部と、円盤状部材４４ｃと、第１円筒状部材７４とを図示し、製造装置４０の他の構成要素の図示を省略している。また、図１６及び図１７に示す構成要素のうち、図３〜図１５に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
この製造方法では、複数の第１円筒状部材７４をさらに備える製造装置４０を用いてアクチュエータ１０を製造する。複数の第１円筒状部材７４は、アクチュエータ１０を構成するのに必要な誘電エラストマ層１２の積層数に応じた個数用意される。これらの第１円筒状部材７４の内径は、複数の誘電エラストマ層１２のそれぞれを形成する際の誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた大きさである。
第４実施形態に係る製造方法では、先ず、板部４４の挿通孔４４ｂの径を調整して、電極層１４の外周面に塗布する誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた大きさにする。この挿通孔４４ｂに軸部２２を挿通させる前に、上記の第１実施形態に係る製造方法と同様にして第１電極層形成工程を行って、軸部２２の外周面に１層目の電極層１４を形成する。
次に、電極層１４を形成した軸部２２の先端側に挿通孔４４ｂを配置し、供給機構４８により、挿通孔４４ｂ上及びその周縁に誘電エラストマ材料６０を供給する。また、電極層１４の外周面に塗布する誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた内径の第１円筒状部材７４を用意する。そして、図１６に示すように、この誘電エラストマ材料６０上に第１円筒状部材７４が配置されるように、板部４４等に第１円筒状部材７４を着脱可能に取り付ける。
次に、図１７に示すように、駆動機構４６（図１０等参照）により、板部４４及び第１円筒状部材７４を軸部２２の軸方向に沿って、該軸部２２の基端側へ移動させる。これによって、第１円筒状部材７４の内周面と電極層１４の外周面との間で誘電エラストマ材料６０が擦り伸ばされるため、電極層１４に誘電エラストマ材料６０を塗布することができる。このようにして塗布した誘電エラストマ材料６０に熱処理を施したり、所定の時間放置したりすることで、該誘電エラストマ材料６０を硬化させる。その結果、１層目の誘電エラストマ層１２を形成することができる。
次に、駆動機構４６により、板部４４及び第１円筒状部材７４を軸部２２の軸方向に沿って、該軸部２２の先端側へと移動させた状態で、上記の第１実施形態と同様にして第２電極層形成工程を行う。以降は、上記の誘電エラストマ層形成工程と第２電極層形成工程とを、挿通孔４４ｂの径及び第１円筒状部材７４の内径を調整しつつ繰り返すこと等によって、アクチュエータ１０を得ることができる。
以上から、第４実施形態に係る製造方法では、第１円筒状部材７４の内周面と電極層１４との間で誘電エラストマ材料６０を擦り伸ばしながら、電極層１４に誘電エラストマ材料６０を塗布して、誘電エラストマ層１２を形成することができる。これによって、誘電エラストマ層１２を薄膜化すること、及び誘電エラストマ層１２の全体の厚さを略均等とすることが容易になる。その結果、出力を高精度に制御することが可能なアクチュエータ１０を得ることができる。
次いで、図１８及び図１９を参照しつつ、第５実施形態に係る製造方法について説明する。図１８は、第５実施形態に係る製造方法における誘電エラストマ層形成工程で、板部４４の上面側にペースト状の誘電エラストマ材料６０を配置し、板部４４の下面側に第１円筒状部材７４を配置する様子を説明する説明図である。図１９は、図１８の誘電エラストマ材料６０を電極層１４に塗布する様子を説明する説明図である。
なお、図１８及び図１９においても、層形成治具２３と、板部４４の要部と、円盤状部材４４ｃと、第１円筒状部材７４とを図示し、製造装置４０の他の構成要素の図示を省略している。また、図１８及び図１９に示す構成要素のうち、図３〜図１７に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。この製造方法では、板部４４の上方で基部２２ａを保持することが可能な保持機構（不図示）と、複数の第１円筒状部材７４とをさらに備える製造装置４０を用いてアクチュエータ１０を製造する。
具体的には、先ず、上記の第１実施形態に係る製造方法と同様にして第１電極層形成工程を行って、軸部２２の外周面に１層目の電極層１４を形成する。次に、電極層１４の外周面に塗布する誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた大きさとなるように径を調整した挿通孔４４ｂに、その上方から軸部２２の先端側が指向するように、保持機構により板部４４の上方に基部２２ａを保持する。また、電極層１４の外周面に塗布する誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた内径の第１円筒状部材７４を用意して、板部４４等に着脱可能に取り付ける。これによって、図１８に示すように、挿通孔４４ｂの下方に第１円筒状部材７４が配置される。
次に、供給機構４８により、挿通孔４４ｂ上及びその周縁に誘電エラストマ材料６０を供給する。次に、図１９に示すように、駆動機構４６（図１０等参照）により、板部４４及び第１円筒状部材７４を軸部２２の軸方向に沿って、該軸部２２の基端側へ移動させる。これによって、第１円筒状部材７４の内周面と電極層１４の外周面との間で誘電エラストマ材料６０が擦り伸ばされるため、電極層１４に誘電エラストマ材料６０を塗布することができる。このようにして塗布した誘電エラストマ材料６０に熱処理を施したり、所定の時間放置したりすることで、該誘電エラストマ材料６０を硬化させる。その結果、１層目の誘電エラストマ層１２を形成することができる。
次に、駆動機構４６により、板部４４及び第１円筒状部材７４を軸部２２の軸方向に沿って、該軸部２２の先端側へと移動させた状態で、上記の第１実施形態と同様にして第２電極層形成工程を行う。以降は、上記の誘電エラストマ層形成工程と第２電極層形成工程とを、挿通孔４４ｂの径及び第１円筒状部材７４の内径を調整しつつ繰り返すこと等によって、アクチュエータ１０を得ることができる。
以上から、第５実施形態に係る製造方法では、上記の第４実施形態に係る製造方法と同様に、第１円筒状部材７４の内周面と電極層１４との間で誘電エラストマ材料６０を擦り伸ばしながら、電極層１４に誘電エラストマ材料６０を塗布して、誘電エラストマ層１２を形成することができる。これによって、誘電エラストマ層１２を薄膜化すること、及び誘電エラストマ層１２の全体の厚さを略均等とすることが容易になる。その結果、出力を高精度に制御することが可能なアクチュエータ１０を得ることができる。
第５実施形態に係る製造方法では、挿通孔４４ｂの径と第１円筒状部材７４の内径とを一致させるとともに、板部４４における挿通孔４４ｂの外周縁部に第１円筒状部材７４の端面を接触させることが好ましい。この場合、上記のように、板部４４及び第１円筒状部材７４を軸部２２の軸方向に沿って移動させ、第１円筒状部材７４の内周面と電極層１４の外周面との間で誘電エラストマ材料６０を擦り伸ばす際、第１円筒状部材７４の外周面側に誘電エラストマ材料６０が配置されることを回避できる。これによって、誘電エラストマ材料６０を無駄なく電極層１４に塗布して、アクチュエータ１０の製造コストを削減することが可能になる。
次いで、図２０を参照しつつ、第６実施形態に係る製造方法について説明する。図２０は、第６実施形態に係る製造方法における誘電エラストマ層形成工程を説明する説明図である。なお、図２０に示す構成要素のうち、図３〜図１９に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
この製造方法では、層形成治具２３と、複数の第２円筒状部材７６と、供給機構４８とを用いてアクチュエータ１０を製造する。複数の第２円筒状部材７６は、アクチュエータ１０を構成するのに必要な誘電エラストマ層１２の積層数に応じた個数用意される。これらの第２円筒状部材７６の内径は、複数の誘電エラストマ層１２のそれぞれを形成する際の誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた大きさである。
具体的には、第６実施形態に係る製造方法では、先ず、上記の第１実施形態に係る製造方法と同様にして第１電極層形成工程を行って、軸部２２の外周面に１層目の電極層１４を形成する。
次に、電極層１４の外周面に塗布する誘電エラストマ材料６０の塗布厚さに応じた内径の第２円筒状部材７６を用意し、該第２円筒状部材７６の内部に、電極層１４を形成した軸部２２を挿通する。
次に、図２０に示すように、供給機構４８により、第２円筒状部材７６の内周面と電極層１４との間の空間に誘電エラストマ材料６０を供給する。これによって、電極層１４の外周面に誘電エラストマ材料６０を塗布することができる。このようにして塗布した誘電エラストマ材料６０に熱処理を施したり、所定の時間放置したりすることで、該誘電エラストマ材料６０を硬化させた後、第２円筒状部材７６を取り外す。その結果、１層目の誘電エラストマ層１２を形成することができる。
以降は、第１実施形態に係る製造方法と同様の第２電極層形成工程と、上記の誘電エラストマ層形成工程とを第２円筒状部材７６の内径を調整しつつ繰り返すこと等によって、アクチュエータ１０を得ることができる。
以上から、第６実施形態に係る製造方法では、第２円筒状部材７６の内周面と電極層１４との間に誘電エラストマ材料６０を供給することによって、電極層１４に誘電エラストマ材料６０を塗布して、誘電エラストマ層１２を形成することができる。これによって、誘電エラストマ層１２を薄膜化すること、及び誘電エラストマ層１２の全体の厚さを略均等とすることが容易になる。その結果、出力を高精度に制御することが可能なアクチュエータ１０を得ることができる。また、この製造方法によれば、一層簡素な構成でアクチュエータ１０を得ることが可能になるため、アクチュエータ１０の製造コストを低減することが可能になる。
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、上記の実施形態に係る製造方法では、液状の電極材料３０を用いたスプレー塗装により電極層１４を形成することとしたが、特にこれに限定されるものではない。電極層１４についても、誘電エラストマ層１２と同様に、シート状又はペースト状の電極材料（不図示）を用いて形成してもよい。
また、上記の第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態に係る製造方法では、固定台５０に固定した軸部２２に対して、板部４４を移動可能としたが、不図示の固定手段により板部４４を固定し、不図示の駆動機構により軸部２２を移動可能としてもよい。
１０…アクチュエータ １２…誘電エラストマ層
１４…電極層 １６…第１配線
１８…第２配線 ２２…軸部
２３…層形成治具 ２４…枠部材
２８、６０…誘電エラストマ材料 ３０…電極材料
４４…板部 ４４ｂ、７０…挿通孔
７４…第１円筒状部材 ７６…第２円筒状部材
１４…電極層 １６…第１配線
１８…第２配線 ２２…軸部
２３…層形成治具 ２４…枠部材
２８、６０…誘電エラストマ材料 ３０…電極材料
４４…板部 ４４ｂ、７０…挿通孔
７４…第１円筒状部材 ７６…第２円筒状部材
Claims (5)
- 円筒状の誘電エラストマ層の内周面及び外周面のそれぞれに円筒状の電極層が臨むように、前記誘電エラストマ層と前記電極層とを同心円状に積層したアクチュエータの製造方法であって、
軸部を有する層形成治具の前記軸部の外周面に電極材料を設けて前記電極層を形成する第１電極層形成工程と、
前記電極層の外周面にシート状の誘電エラストマ材料を設けて前記誘電エラストマ層を形成する誘電エラストマ層形成工程と、
前記誘電エラストマ層の外周面に前記電極材料を設けて前記電極層を形成する第２電極層形成工程と、
を有し、
前記誘電エラストマ層形成工程では、
前記シート状の前記誘電エラストマ材料の面方向と前記軸部の軸方向とを互いに交わるように配置して、前記誘電エラストマ材料に当接させた前記軸部の先端面を支点に、前記誘電エラストマ材料に前記軸部の軸方向に沿う方向に引っ張り力を加えることで、前記電極層の外周面に前記誘電エラストマ材料を沿わせて前記誘電エラストマ層を形成すること、を特徴とするアクチュエータの製造方法。 - 請求項１記載のアクチュエータの製造方法において、
前記誘電エラストマ層形成工程と、前記第２電極層形成工程とを繰り返して、必要数の前記誘電エラストマ層と前記電極層とを積層することで積層体を形成した後、前記積層体の軸方向の両端を切断する切断工程をさらに有すること、を特徴とするアクチュエータの製造方法。 - 円筒状の誘電エラストマ層の内周面及び外周面のそれぞれに円筒状の電極層が臨むように、前記誘電エラストマ層と前記電極層とを同心円状に積層したアクチュエータの製造方法であって、
軸部を有する層形成治具の前記軸部の外周面に電極材料を設けて前記電極層を形成する第１電極層形成工程と、
前記電極層の外周面にペースト状の誘電エラストマ材料を設けて前記誘電エラストマ層を形成する誘電エラストマ層形成工程と、
前記誘電エラストマ層の外周面に前記電極材料を設けて前記電極層を形成する第２電極層形成工程と、
を有し、
前記誘電エラストマ層形成工程では、
前記電極層の外径よりも大きく且つ前記ペースト状の前記誘電エラストマ材料の塗布厚さに応じた大きさの径の挿通孔が設けられた板部の前記挿通孔上にペースト状の前記誘電エラストマ材料を配置して、前記挿通孔に前記軸部を挿通した状態で前記板部と前記軸部とを軸方向に沿って相対的に移動させることで、前記電極層の外周面に前記誘電エラストマ材料を塗布すること、を特徴とするアクチュエータの製造方法。 - 請求項１〜３の何れか１項に記載のアクチュエータの製造方法において、
同心円状に積層した前記誘電エラストマ層及び前記電極層の径方向の中心から外側に向かって、一つおきに隣接する前記電極層と第１配線とを電気的に接続するとともに、前記第１配線と接続しない前記電極層と第２配線とを電気的に接続する工程をさらに有すること、を特徴とするアクチュエータの製造方法。 - 請求項１〜４の何れか１項に記載のアクチュエータの製造方法において、
前記誘電エラストマ材料として、アクリル、シリコーン、ポリウレタンから選択した何れか一つを用いること、を特徴とするアクチュエータの製造方法。
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