(57)【要約】【課題】本発明は、比較的簡易な構造で製造が容易であるとともに大きな収縮力を得ることのできるアクチュエータ素子、このアクチュエータ素子を用いたアクチュエータ及びアクチュエータ素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るアクチュエータ素子は、誘電エラストマー層と、伸縮性を有するとともに上記誘電エラストマー層に積層される電極層とを有する複数の帯状の可撓性シートを備え、上記電極層がカーボンナノチューブを有し、上記複数の可撓性シートが、交差して重ねあわされ、交互に蛇腹状に折り畳まれている構成を有する。上記電極層の全固形成分に対する上記カーボンナノチューブの含有量が５１質量％以上であることが好ましい。上記電極層が、上記誘電エラストマー層へのカーボンナノチューブを含む塗布液の塗布により形成されることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電エラストマー層と、伸縮性を有するとともに上記誘電エラストマー層に積層される電極層とを有する複数の帯状の可撓性シートを備え、
上記電極層がカーボンナノチューブを有し、
上記複数の可撓性シートが、交差して重ねあわされ、交互に蛇腹状に折り畳まれているアクチュエータ素子。
【請求項２】
上記電極層の全固形成分に対する上記カーボンナノチューブの含有量が５１質量％以上である請求項１に記載のアクチュエータ素子。
【請求項３】
上記電極層が、上記誘電エラストマー層へのカーボンナノチューブを含む塗布液の塗布により形成されている請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ素子。
【請求項４】
上記カーボンナノチューブの平均直径が０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載のアクチュエータ素子。
【請求項５】
上記カーボンナノチューブの平均長さが０．１μｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項６】
上記カーボンナノチューブのアスペクト比が２５０以上２０，０００，０００以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項７】
上記電極層の平均厚みが０．０１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項８】
上記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである請求項１から請求項７に記載のアクチュエータ素子。
【請求項９】
上記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである請求項１から請求項７に記載のアクチュエータ素子。
【請求項１０】
上記カーボンナノチューブの平均長さが１００μｍ以上である請求項９に記載のアクチュエータ素子。
【請求項１１】
上記複数の可撓性シートのうち少なくとも一つの可撓性シートが、上記電極層の表面側及び裏面側に積層される一対の上記誘電エラストマー層を備える請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項１２】
一対の上記可撓性シートが、略直角に交差して重ねあわされ、交互に蛇腹状に折り畳まれている請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項１３】
上記一対の可撓性シートが１０層以上１０，０００層以下で重畳されている請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項１４】
上記誘電エラストマー層の平均厚みが１０μｍ以上１５０μｍ以下である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子と、
上記アクチュエータ素子の一面側に接合される第一剛性部材と、
上記アクチュエータ素子の他面側に接合される第二剛性部材と
を備える
アクチュエータ。
【請求項１６】
複数の上記アクチュエータ素子を備え、
上記第一剛性部材が、上記複数のアクチュエータ素子の一面側に接合され、
上記第二剛性部材が、上記複数のアクチュエータ素子の他面側に接合されている
請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
帯状の可撓性シートであって、
伸縮性を有する電極層と、
この電極層の表面側及び裏面側に積層される一対の誘電エラストマー層と
を備え、
上記電極層がカーボンナノチューブを有していることを特徴とする可撓性シート。
【請求項１８】
誘電エラストマー層を形成する工程と、上記誘電エラストマー層の表面に、揮発性の溶媒にカーボンナノチューブを分散させた液を塗工して電極層を形成する工程と、上記電極層の表面にさらに誘電エラストマー層を積層する工程とを有し、上記電極層の両面に誘電エラストマー層を有した可撓性シートを形成する工程、及び
上記複数の可撓性シートを、交差して重ねあわせ、交互に蛇腹状に折り畳む工程
を有するアクチュエータ素子の製造方法。
【請求項１９】
上記折り畳み工程の後に、折り畳まれた可撓性シートを減圧処理する工程をさらに有する請求項１８に記載のアクチュエータ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ素子、アクチュエータ、可撓性シート及びアクチュエータ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータとして、伸縮性を有する一対の電極層によって誘電エラストマー層をサンドした構造のものが公知である。このアクチュエータは、電極層に電圧を印加させると、電極層間の電界によって誘電エラストマー層が面方向に伸長するものである。つまり、このアクチュエータは、電圧印加状態で面方向に伸長し、電圧無印加状態で伸長が除かれて元の状態に収縮する伸長型アクチュエータであり、通常時に伸長状態で必要に応じて収縮させたい部位に用いる場合には、常時電極層に電圧を印加しておく必要がある。このような伸長型アクチュエータにあっては、常時原型状態ではなく変形状態にあるので、電極層及び誘電エラストマー層の劣化が生じやすく、また電極層に常時電圧が印加されているのでこの電圧が周囲に悪影響を及ぼさないよう配慮する必要があるとともに上記電気エネルギーをロスするので、結果的にコスト高を招くという不都合を有する。
【０００３】
また、伸縮性を有する複数の第一電極層及び第二電極層を交互に所定間隔をもって配設し、この第一電極層と第二電極層との間に誘電エラストマー層を配設した収縮型のアクチュエータも公知である（特開２０１１−１０３７１３号公報参照）。この収縮型のアクチュエータは、第一電極層と第二電極層とに電圧を印加すると、各誘電エラストマー層が平面方向に伸長することで、積層厚方向に収縮するものである。しかし、このような構造の収縮型のアクチュエータは、複数の第一電極層及び第二電極層をそれぞれ電気的に接続する必要があり、その配線構造が複雑である。特に、収縮量及び収縮力を増加させるためには、多数の電極層を積層する必要があり、この場合には配線構造がより複雑化してしまい、電気的接続の不備や製品としての欠陥が生ずるおそれがある。
【０００４】
なお、剛性を有する板状部材によって電極テープを保持させて、一対の電極テープを交差して重ね合せるとともに複数の板状部材を一定の隙間（空気層）を有するように積層したアクチュエータも公知である（特開２０１０−５７３２１号公報参照）。このアクチュエータは、板状部材、一方の電極テープ、板状部材、空気層（隙間）、板状部材、他方の電極テープ、板状部材、空気層と順次積層された構造からなる。このアクチュエータは、一対の電極テープに電圧を印加することで、静電力により電極テープ同士が近接する方向に力が作用する。そして、この力により板状部材間の隙間が狭くなって、全体として積層厚方向に収縮する。しかしながら、このアクチュエータにあっては、収縮を許容するために板状部材間に隙間（空気層）が必要であるが、この隙間の存在によって電極テープ同士の間隔が広くなるので電極テープに作用する静電力が小さくなる。つまり、このアクチュエータは、収縮量を大きくするために隙間を大きくすると収縮力が小さくなり、逆に収縮力を大きくするために隙間を小さくすると、収縮量が小さくなるという不都合を有している。また、板状部材間に隙間が存在するため、板状部材を積層厚方向に移動可能に保持する機構が必要となり、的確に力を取り出すためにはその機構の精密さが要求され、製品コストの増大を招くおそれもある。
【０００５】
また、導電性及びゴム弾性を有する導電性エラストマーの層からなる第一電極及び第二電極と、上記第一電極と第二電極との間に電気絶縁性及びゴム弾性を有するエラストマーからなる電気絶縁層とを有するアクチュエータも公知である（特開２０１３―１７２８７号公報参照）。このアクチュエータは、上記第一電極と第二電極とがそれぞれ上記電気絶縁層に被覆されており、上記第一電極と第二電極とが交差して重ねあわされ、交互に蛇腹状に折り畳まれて積層された構造からなる。このアクチュエータにおいては、上記第一電極と第二電極とに電圧を印加することで働く電極間の静電力により上記電気絶縁層が電気絶縁層のゴム弾性に抗して圧縮される。このことにより、上記第一電極と第二電極とが積層方向に収縮する。しかしながら、このアクチュエータにあっては、第一電極及び第二電極が、例えばゴムに導電性フィラーを分散させた構造なので、電極の抵抗値を低くするために電極の厚みを厚くしなければならない。このためにアクチュエーターの厚さに占める電極の割合が大きくなるので、アクチュエーターの収縮率が小さいという不都合を有している。また、電極がゴム弾性を有するので、上記電気絶縁層のゴム弾性だけでなくこの電極のゴム弾性にも抗して圧縮しなければならない。このために電気絶縁層が変形し難くなるので、アクチュエーターの収縮率が小さいという不都合も有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０３７１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−５７３２１号公報
【特許文献３】特開２０１３―１７２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、比較的簡易な構造で製造が容易であるとともに大きな収縮力を得ることのできるアクチュエータ素子、このアクチュエータ素子を用いたアクチュエータ及びアクチュエータ素子の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記のようなアクチュエータ素子を容易に製造することのできる可撓性シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係るアクチュエータ素子は、
誘電エラストマー層と、伸縮性を有するとともに上記誘電エラストマー層に積層される電極層とを有する複数の帯状の可撓性シートを備え、
上記電極層がカーボンナノチューブを有し、
上記複数の可撓性シートが、交差して重ねあわされ、交互に蛇腹状に折り畳まれている構成を有する。
【０００９】
当該アクチュエータ素子は、一の可撓性シートの電極層の一方の面に誘電エラストマー層を介して他の可撓性シートの電極層が積層され、この他の可撓性シートの電極層の一方の面に誘電エラストマー層を介して折り返された上記一の可撓性シートの電極層が積層される構造となる。このため、各可撓性シートにそれぞれ電圧を印加する（以下、電圧印加状態ということがある）ことによって、電極層間に静電力が発生する。そして、この静電力によって、誘電エラストマー及び電極層が平面方向に伸長し、可撓性シートが層厚方向に収縮する。このため、電圧印加状態において収縮状態とすることができる。また、印加している電圧をなくすと、誘電エラストマー及び電極層が平面方向に収縮し、可撓性シートが層厚方向に伸長する（以下、電圧無印加状態ということがある）。このため、電圧無印加状態において伸長状態とすることができる。
【００１０】
また、当該アクチュエータ素子は、上記のように複数の可撓性シートを交差して重ね合せ交互に蛇腹状に折り畳む簡易な構成であるため、容易に製造することが可能である。特に、電極層を有する可撓性シートが折り畳まれ、一つの電極層によって複数の電極が構成されることになるため、従来のアクチュエータ素子のように電極ごとの配線が不要であり、配線構造が簡易である。
【００１１】
さらに、当該アクチュエータ素子は、複数の可撓性シートが重ねあわされた構造であり、板状部材間に隙間を有する従来のものに比べて、構造が容易であるとともに、電極層間に誘電エラストマー層が介在されるので電極層間に作用する静電力が大きくなり、収縮力が大きい。
【００１２】
さらに、当該アクチュエータ素子は、電極層がカーボンナノチューブを有するので電極層の導電性が高くなる。このことにより長い電極層の端から端まで瞬時に電圧がかかるので、アクチュエータ素子の応答性がよくなる。また、電極層の導電性が高いので、電圧が印加されても電極層の発熱が抑えられ、アクチュエータ素子の劣化が防止される。さらに、電極層の導電性が高いので、電極層の厚みを小さくすることができる。このことにより、誘電エラストマー層の変形に対する電極層の追従性を大きくすることができる。また、電極層の厚みを小さくすることができるので、アクチュエータ素子の厚みにおける誘電エラストマー層の割合が増え、アクチュエータ素子の収縮率を大きくすることができる。
【００１３】
さらに、当該アクチュエータ素子は、カーボンナノチューブのアスペクト比が大きいので、繰り返し変形を受けても電極層の導電性低下（電気抵抗の増加）を抑制することができ、耐久性に優れるものとすることができる。
【００１４】
当該アクチュエータ素子は、上記電極層の全固形成分に対する上記カーボンナノチューブの含有量としては５１質量％以上が好ましい。このような含有割合とすることで電極層の弾性が低くなり、誘電エラストマー層の変形が阻害され難くなるので、アクチュエータ素子の収縮率が大きくなる。なお、電極層が実質的にカーボンナノチューブのみからなる構成となってバインダーが無くても、ファンデルワールス力によってカーボンナノチューブが誘電エラストマー層の表面に固着するので、電極層の表面を擦ってもカーボンナノチューブは取れ難い。
【００１５】
上記電極層は、誘電エラストマー層へのカーボンナノチューブを含む塗布液の塗布により形成されていることが好ましい。これにより、電極層と誘電エラストマー層との密着性をより向上することができ、可撓性シートが大きな伸縮変形や繰り返し変形を受けても、電極層と誘電エラストマー層との層間剥離をより抑制することができる。
【００１６】
当該アクチュエータ素子の上記カーボンナノチューブの平均直径としては０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下が好ましい。平均直径がこの範囲であると、変形が加えられた際にカーボンナノチューブがバネのように伸び、高い追従性を発揮する。
【００１７】
当該アクチュエータ素子の上記カーボンナノチューブの平均長さとしては０．１μｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。電極層がこのような長さの超長尺のカーボンナノチューブを含むことで、電極層の伸長度をより大きくすることができ、また誘電エラストマー層の変形に対しより優れた追従性を発揮することができる。
【００１８】
当該アクチュエータ素子の上記カーボンナノチューブのアスペクト比としては２５０以上２０，０００，０００以下が好ましい。カーボンナノチューブのアスペクト比がこの範囲であることによって、導電性が高くなるとともに誘電エラストマー層の変形に対しより優れた追従性を電極層が発揮することができる。
【００１９】
当該アクチュエータ素子の上記電極層の平均厚みとしては０．０１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。電極層の平均厚みがこの範囲であることによって、導電性が高くなるとともに誘電エラストマー層の変形に対し、より優れた追従性を電極層が発揮することができる。
【００２０】
当該アクチュエータ素子は、上記カーボンナノチューブとして多層カーボンナノチューブ及び単層カーボンナノチューブを用いることができ、単層カーボンナノチューブの中では、カーボンナノチューブの平均長さが１００μｍ以上のものを用いることが好ましい。これらのカーボンナノチューブを用いることにより、当該アクチュエータ素子の電極層の導電性が容易に高くなる。
【００２１】
当該アクチュエータ素子は、複数の可撓性シートのうち少なくとも一つの可撓性シートが、電極層の表面側及び裏面側に積層される一対の上記誘電エラストマー層を備えることが好ましい。これにより、この電極層が一対の誘電エラストマー層に挟まれた構造の可撓性シート（以下、サンドイッチ構造型可撓性シートということがある）を蛇腹状に折り畳むことによって、このサンドイッチ構造型可撓性シートの電極層と、他の可撓性シートの電極層との間にはサンドイッチ構造型可撓性シートの誘電エラストマー層が必ず介在することになる。
【００２２】
当該アクチュエータ素子は、一対の上記可撓性シートが、略直角に交差して重ねあわされ、交互に蛇腹状に折り畳まれていることが好ましい。つまり、当該アクチュエータ素子にあっては、一対の可撓性シートが例えば６０°に交差して重ねあわせたものとすることも可能であるが、この場合には一対の可撓性シートの重ねあわされる面積が小さくなってしまう。これに対して、一対の可撓性シートを略直角に交差して重ねあわせることによって、一対の可撓性シートの重ねあわされる面積を大きくすることができ、誘電エラストマー層が変形する領域が広くなる。なお、一対の可撓性シートの交差角度は、一対の可撓性シートの中心線同士のなす角度を意味し、略直角とは、８０°以上、好ましくは８５°以上である。
【００２３】
当該アクチュエータ素子は、上記一対の可撓性シートが１０層以上１０，０００層以下で重畳されていることが好ましい。つまり、当該アクチュエータ素子は、一対の可撓性シートが交差して重ねあわされ交互に蛇腹状に折り畳まれて４層構造（各可撓性シートが２層ずつ）とすることも可能であるが、この４層構造では十分な収縮量が得られないおそれがある。これに対して、一対の可撓性シートが１０層以上１０，０００層以下で重畳されている（各可撓性シートが５層以上５，０００層以下で重畳されている）ことにより、十分な収縮量が得られる。
【００２４】
当該アクチュエータ素子の誘電エラストマー層の平均厚みとしては１０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。これにより、誘電エラストマー層が的確に平面方向に伸長（層厚方向に収縮）することができる。
【００２５】
また、本発明に係るアクチュエータは、上記構成から成る当該アクチュエータ素子と、上記アクチュエータ素子の一面側に接合される第一剛性部材と、上記アクチュエータ素子の他面側に接合される第二剛性部材とを備える。
【００２６】
当該アクチュエータは、各可撓性シートにそれぞれ電圧を印加することによって、アクチュエータ素子が層厚方向に収縮し、第一剛性部材と第二剛性部材との距離を縮めることができる。
【００２７】
また、当該アクチュエータは、複数の上記アクチュエータ素子を備え、上記第一剛性部材が、上記複数のアクチュエータ素子の一面側に接合され、上記第二剛性部材が、上記複数のアクチュエータ素子の他面側に接合されていることが好ましい。これにより、第一剛性部材と第二剛性部材との距離を複数のアクチュエータ素子によって縮めることが可能であるとともに、一方のアクチュエータ素子のみを収縮状態とすることによって第一剛性部材と第二剛性部材とを傾斜状態とすることも可能である。
【００２８】
また、本発明に係る可撓性シートは、帯状の可撓性シートであって、伸縮性を有する電極層と、この電極層の表面側及び裏面側に積層される一対の誘電エラストマー層とを備え、上記電極層がカーボンナノチューブを有している。
【００２９】
当該可撓性シートによれば、例えば他の帯状の可撓性シートと交差して重ねあわせ、交互に蛇腹状に折り畳むことによって、既述の利点を奏する当該アクチュエータ素子を製造することができる。
【００３０】
また、本発明に係るアクチュエータ素子の製造方法は、
誘電エラストマー層を形成する工程と、上記誘電エラストマー層の表面に、揮発性の溶媒にカーボンナノチューブを分散させた液を塗工して電極層を形成する工程と、上記電極層の表面にさらに誘電エラストマー層を積層する工程とを有し、上記電極層の両面に誘電エラストマー層を有した可撓性シートを形成する工程、及び上記複数の可撓性シートを、交差して重ねあわせ、交互に蛇腹状に折り畳む工程とを有する。
【００３１】
当該アクチュエータ素子の製造方法によれば、構造が簡単であるとともに収縮力が大きいアクチュエータ素子を製造することができる。
【００３２】
当該アクチュエータ素子の製造方法は、上記折り畳み工程の後に、折り畳まれた可撓性シートを減圧処理する工程を有することが好ましい。減圧工程を有することにより、電極層と誘電エラストマー層との間の空気を除くことができる。電極層と誘電エラストマー層との間に空気が入っていると、空気の誘電率が小さいためにアクチュエータ素子の収縮力が小さくなるが、減圧処理を行うことにより、収縮力を大きくすることができる。
【００３３】
なお、「誘電エラストマー層の平均厚み」及び「電極層の平均厚み」とは、電極層に電圧をかけない電圧無印加状態の平均厚みを意味する。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように、本発明に係るアクチュエータ素子及びアクチュエータは、比較的簡易な構造で製造が容易であるとともに大きな収縮力を得ることができる。また、本発明に係るアクチュエータ素子の製造方法は、構造が簡単であるとともに収縮力が大きいアクチュエータ素子を製造することができる。さらに、本発明に係る可撓性シートは、上記利点を有するアクチュエータ素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は本発明の第一実施形態のアクチュエータの一部を省略した概略的正面図である。
【図２】図２は図１のアクチュエータのアクチュエータ素子の概略的平面図である。
【図３】図３は図２のアクチュエータ素子の可撓性シートの説明図で、（Ａ）は要部を拡大した概略的側面図で、（Ｂ）は概略的正面断面図である。
【図４】図４は図２のアクチュエータ素子における一対の可撓性シートの関係を説明するための概略的正面端面図である。
【図５】図５は本発明の他の実施形態のアクチュエータの概略的正面図（アクチュエータの具体的構造の図示は省略）である。
【図６】図６は本発明の他の実施形態のアクチュエータの概略的正面図（アクチュエータの具体的構造の図示は省略）である。
【図７】図７は本発明の他の実施形態の可撓性シートの要部を拡大した概略的正面断面図である。
【図８】図８は本発明の他の実施形態のアクチュエータ素子の概略的正面図である。
【図９】図９は本発明の他の実施形態のアクチュエータ素子の概略的正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明のアクチュエータの実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
【００３７】
＜アクチュエータ１＞
図１のアクチュエータ１は、アクチュエータ素子１０と、アクチュエータ素子１０の一面側に接合される第一剛性部材２０と、アクチュエータ素子１０の他面側に接合される第二剛性部材３０とを備える。図示例では、第一剛性部材２０と第二剛性部材３０とは板状の部材から構成され、この第一剛性部材２０と第二剛性部材３０との間に収縮可能なアクチュエータ素子１０が介在されている。
【００３８】
上記アクチュエータ素子１０は、図３に示す電極層１１０及び誘電エラストマー層１２０を有する複数の可撓性シート１００を有しており、この電極層１１０は可撓性シート１００の端部から突設された接続部１１１を有している。そして、当該アクチュエータ１は、電極層１１０に電気的に接続される制御回路４０を有している。なお、電極層１１０は制御回路４０を介して電圧が印加される。
【００３９】
＜アクチュエータ素子１０＞
当該アクチュエータ素子１０は、複数の帯状の可撓性シート１００が電極層１１０，１１０同士の間に誘電エラストマー層１２０が配設されるよう折り畳まれている。具体的には、図１及び図２に示すように、一対の可撓性シート１００が、略直角に交差して重ねあわされ、交互に蛇腹状に折り畳まれている。この一対の可撓性シート１００は、同一構成のものを使用している。
【００４０】
また、一対の可撓性シート１００が重畳されている層数の下限としては、１０層が好ましく、３０層がより好ましく、５０層がさらに好ましい。また、一対の可撓性シート１００が重畳されている層数の上限としては、１０，０００層が好ましく、１，０００層がより好ましく、１５０層がさらに好ましい。上記下限値未満であると、アクチュエータ素子１０の高さが低く十分な収縮量が得られないおそれがある。上記上限値を超えると、可撓性シート１００の長さが長くなり過ぎ、可撓性シート１００に欠陥を生ずるおそれがあり、この欠陥によって絶縁破壊が生ずるおそれがある。
【００４１】
＜可撓性シート１００＞
可撓性シート１００は、図３に示すように、伸縮性を有する電極層１１０と、この電極層１１０の表面側及び裏面側に積層される一対の誘電エラストマー層１２０とを備えている。表裏一対の誘電エラストマー層１２０は同一構成を有している。
【００４２】
当該可撓性シート１００の平均厚みの下限としては２０μｍが好ましく、４０μｍがより好ましい。また、平均厚みの上限としては３００μｍが好ましく、１４０μｍがより好ましい。また、当該可撓性シート１００の幅（短手方向の長さ）は、用いられるアクチュエータ１の用途等に応じて適宜設計変更可能であり、例えば１ｃｍとすることが可能である。さらに、当該可撓性シート１００の長さ（長手方向の長さ）は、重畳する回数やシートの幅等により適宜設計変更可能であるが、例えば８０ｃｍとすることが可能である。
【００４３】
上記誘電エラストマー層１２０は、弾性変形可能な層である。この誘電エラストマー層１２０は、天然ゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロブレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等から構成することが可能である。なお、誘電エラストマー層１２０としては、高い絶縁強度を有し、吸湿性も少ない疎水性ゴム（例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロビレンゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム等）から構成することが好ましい。特に、弾性圧縮率を小さくしても圧縮変形ひずみが大きくなり過ぎないように、上記誘電エラストマー層１２０は、ポリロタキタン構造を有するエラストマー、特に疎水性のポリロタキサン構造を有するエラストマーであることが好ましい。
【００４４】
また、数十μの均一な厚みの誘電エラストマー層１２０を得るためには、コーティング加工時は液状で、熱処理や光、電子線等の照射で固体化するエラストマーが好ましい。シリコーンゴムは低弾性率であるという観点からは好ましいが、表面自由エネルギーが低く電極層１１０のコーティングが難いという問題や、可撓性シート１００を交互積層した場合に層間が密着しにくいという問題があり好ましくない。アクリルゴムや疎水性のソフトセグメントを有するウレタンゴムは、比較的高い誘電率及び高い絶縁破壊強度を有し、層間の粘着性を持たせることが出来るという点で好ましい。
【００４５】
上記誘電エラストマー層１２０は、他の誘電エラストマー層１２０と略同一厚みで形成されている。なお、略同一厚みとは、一方の誘電エラストマー層１２０の平均厚みに対する他方の誘電エラストマー層１２０の平均厚みの比が０．９５以上１．０５以下であることを意味する。
【００４６】
この誘電エラストマー層１２０（一層）の平均厚み（Ｔ１）の下限としては１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましく、３０μｍがさらに好ましい。また誘電エラストマー層１２０（一層）の平均厚み（Ｔ１）の上限としては１５０μｍが好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、７０μｍがさらに好ましい。平均厚み（Ｔ１）が上記下限値未満であると、誘電エラストマー層１２０が薄くなり過ぎ加工難易度が高くなるので、膜厚精度の悪化や、加工時の微量のコンタミネーションにより誘電エラストマー層１２０が本来の耐電圧より低い電圧で絶縁破壊するおそれが生ずる。また、アクチュエータ素子１０の高さ（積層厚方向の長さ）を十分なものとするための可撓性シート１００の積層数が多くなり過ぎ、製造コストの増大を招くおそれがある。一方、平均厚み（Ｔ１）が上記上限値を超えると、重ね合せてアクチュエータ１として利用した際に電極同士の間が離間し過ぎ、静電容量が小さくなるために静電引力が小さくなり、収縮力が小さくなるおそれがある。このことにより、大きな収縮力を得るために必要な電圧が高くなるので、駆動回路を大型化しなければならず、またアクチュエータの安全性が損なわれるおそれがある。
【００４７】
また、誘電エラストマー層１２０の圧縮弾性率の下限としては、０．１ＭＰａが好ましく、０．３ＭＰａがより好ましい。また、誘電エラストマー層１２０の圧縮弾性率の上限としては、２．０ＭＰａが好ましく、１．５ＭＰａがより好ましい。圧縮弾性率が上記下限値未満であると、誘電エラストマー層１２０が軟らかすぎ、圧縮変形ひずみが大きくなり過ぎるおそれがある。一方、圧縮弾性率が上記上限値を超えると、誘電エラストマー層１２０が硬すぎ、層厚方向に収縮し難いおそれがある。上記圧縮弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ６２５４の低変形圧縮試験に準拠して、１０％歪を与えた場合の圧縮弾性率である。
【００４８】
さらに、誘電エラストマー層１２０の比誘電率の下限としては、２が好ましく、２．５がより好ましく、３がさらに好ましい。また、誘電エラストマー層１２０の比誘電率の上限としては、９が好ましく、８がより好ましく、７がさらに好ましい。比誘電率が上記下限値未満であると、静電容量が小さくなり、アクチュエータ１として利用した際に十分な収縮力が得られないおそれがある。一方、比誘電率が上記上限値を超えると、誘電性フィラーを大量に添加する必要があり、誘電エラストマー層１２０が硬くなり変形しにくくなる。
【００４９】
また、誘電エラストマー層１２０は他の誘電エラストマー層１２０と略同一幅で形成されている。なお、略同一幅とは、一方の誘電エラストマー層１２０の幅に対する他方の誘電エラストマー層１２０の幅の比が０．９５以上１．０５以下であることを意味する。この誘電エラストマー層１２０の幅（Ｗ１）は、用いられるアクチュエータ１の用途等に応じて適宜設計変更可能であり、例えば１ｃｍとすることが可能である。
【００５０】
電極層１１０は、カーボンナノチューブを有する。カーボンナノチューブとしては、例えば多層カーボンナノチューブ（以下、ＭＷＣＮＴということがある）及び単層カーボンナノチューブ（以下、ＳＷＣＮＴということがある）等を用いることができる。多層カーボンナノチューブを用いれば、アクチュエータ素子の製造コストを低下させることができる。また、単層カーボンナノチューブを用いれば、電極層１１０の平均厚みが薄くなる。
【００５１】
上記カーボンナノチューブの平均直径の上限としては、１５ｎｍが好ましく、４ｎｍがより好ましく、３ｎｍがさらに好ましい。カーボンナノチューブの平均直径の下限としては０．５ｎｍが好ましい。平均直径が小さいと柔軟性に富み、平均直径が大きいと剛直になる。平均直径が小さい単層カーボンナノチューブを用いることで、変形が加えられた際にカーボンナノチューブがバネのように伸び、高い追従性を発揮すると考えられる。また、平均直径が小さいことによりカーボンナノチューブが互いに絡みあうので、電極層１１０が大きく変形しても切断するおそれが少なく、繰り返して変形しても電気抵抗の変化が少ない。また、カーボンナノチューブの平均直径が小さいことにより電極層１１０の厚みを薄くすることができる。
【００５２】
上記カーボンナノチューブの平均長さの下限としては、０．１μｍが好ましく、１μｍがより好ましく、１０μｍがさらに好ましく、１００μｍが特に好ましい。一方、上記カーボンナノチューブの平均長さの上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。また、上記カーボンナノチューブのアスペクト比の下限としては、２５０以上が好ましく、１，０００以上がより好ましく、２，０００以上が特に好ましい。アスペクト比の上限としては特に限定されないが、例えば２０，０００，０００である。このような超長尺のカーボンナノチューブを用いることで、電極層１１０は、優れた伸縮性を発揮し、誘電エラストマー層１２０の変形に対する追従性を向上させることができる。
【００５３】
また、単層カーボンナノチューブを用いる場合には、カーボンナノチューブの平均長さが１００μｍ以上のものを用いることが好ましく、２００μｍ以上のものを用いることがより好ましい。カーボンナノチューブの平均長さが上記下限以上であると、誘電エラストマー層１２０の変形に対する電極層１１０の追従性を大きくすることができる。なお、上記カーボンナノチューブの平均長さの上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。
【００５４】
電極層１１０は、カーボンナノチューブ以外にも、エラストマー等のつなぎ材料を含んでもよい。このようなつなぎ材料を含むことで、電極層１１０と誘電エラストマー層１２０との接着強度の向上、電極層１１０の膜強度の向上等を図ることができ、さらにカーボンナノチューブを含む塗布液の塗工時の環境安全性（カーボンナノチューブの毒性やアスベスト類似の問題）の確保に寄与することができる。ただし、電極層１１０の全固形成分に対する上記つなぎ材料の含有量は少ない方が好ましく、含まないことがより好ましい。上記つなぎ材料の含有量を少なくすることで、電極層１１０の弾性が低くなり、誘電エラストマー層１２０の変形が阻害され難くなるので、アクチュエータ素子の収縮率が大きくなる。
【００５５】
また、電極層１１０は、上記カーボンナノチューブ及びエラストマー以外にも、各種添加剤を含有してもよい。上記添加剤としては、例えばカーボンナノチューブの分散のための分散剤、バインダーのための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。電極層１１０の導電性を向上させる目的で、ドーパントとして電荷移動材料やイオン液体等の低分子材料をコーティング剤又は添加剤として用いる手法も考えられるが、電極層１１０に高アスペクト比のカーボンナノチューブを用いることで、特段処理をしなくても、十分な導電性を確保することができる。また、上記低分子材料を用いると、誘電エラストマー層１２０のエラストマー又は誘電エラストマー層１２０のエラストマー中の可塑剤に上記低分子材料が移行することに起因すると考えられる誘電エラストマー層１２０の絶縁性の低下や、可撓性シート１００の繰り返し変形に対する耐久性の低下を招来する可能性がある。従って、上記低分子材料を含まないことが好ましい。
【００５６】
電極層１１０の全固形成分に対するカーボンナノチューブの含有量の下限としては、５１質量％が好ましく、７５質量％や９０質量％がより好ましく、９５質量％が特に好ましい。さらには、カーボンナノチューブ濃度を１００質量％とし、電極層１１０が実質的にカーボンナノチューブのみからなる構成とすることが最も好ましい。このように導電性材料であるカーボンナノチューブ以外の含有割合を少なくすることで、電極層１１０の弾性が低くなり、誘電エラストマー層１２０の変形が阻害され難くなるので、アクチュエータ素子の収縮率が大きくなる。
【００５７】
電極層１１０にカーボンナノチューブを用いることにより、バインダーが実質的に無くてもファンデルワールス力によってカーボンナノチューブが誘電エラストマー層１２０の表面に固着するので、電極層の表面を擦ってもカーボンナノチューブは取れ難い。さらに、電極層１１０を挟んで誘電エラストマー層１２０を圧着すると、ある程度の粘着性が生じ、電極層１１０と誘電エラストマー層１２０とが離れ難くなる。また、電圧が印加されると、層間は静電気力によって強固に密着する。
【００５８】
また、電極層１１０の平均厚み（Ｔ２）の下限としては、０．０１μｍが好ましく、０．０５μｍがより好ましい。また平均厚みの上限としては、１０μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。電極層１１０の平均厚みを上記範囲とすることで、電極層１１０は誘電エラストマー層１２０の変形に対し優れた追従性を発揮することができる。平均厚みが上記下限値未満では導電性が不足するおそれがある。一方、平均厚みが上記上限値を超えるとカーボンナノチューブの補強効果によりアクチュエータ１の収縮力が小さくなるおそれがある。なお、「電極層の平均厚み」は、レーザー顕微鏡（例えば「ＶＫ−９５１０」  株式会社キーエンス製）を用いて測定される値である。具体的な方法として、誘電エラストマー層１２０の表面に積層された電極層１１０の厚み方向を０．０１μｍ刻みでスキャンし、その３Ｄ形状を計測した後、誘電エラストマー層１２０の表面に電極層１１０が積層されている領域及び積層されていない領域において、それぞれ縦２００μｍ×横２００μｍの矩形領域の平均高さを計測し、その平均高さの段差を電極層１１０の平均厚みとした。
【００５９】
また、電極層１１０は、誘電エラストマー層１２０よりも幅狭に形成されている。つまり、誘電エラストマー層１２０は、電極層１１０よりも外側に延出した袖部１２１を有しており、電極層１１０の端面での短絡等を防止している。ここで、この袖部１２１の幅（Ｗ３＝（Ｗ１−Ｗ２）／２）の下限としては、電極層１１０の平均厚み（Ｔ２）に対して５倍が好ましく、１０倍がより好ましい。また、この袖部１２１の幅の上限としては、電極層１１０の平均厚みに対して１００倍が好ましく、５０倍がより好ましい。また、袖部１２１の幅の下限としては、誘電エラストマー層１２０の幅（Ｗ１）に対して１／１００倍が好ましく、１／５０倍がより好ましい。袖部１２１の幅の上限としては、誘電エラストマー層１２０の幅（Ｗ１）に対して１／２０倍が好ましく、１／３０倍がより好ましい。上記下限値未満であると短絡防止効果が十分に得られないおそれがある。一方、上記上限値を超えると、電極層１１０の幅が狭くなり、平面視電極が重なっている領域の面積が狭くなり、十分な収縮力が得られないおそれがある。
【００６０】
さらに、電極層１１０は、可撓性シート１００の端部において、誘電エラストマー層１２０よりも突出した上記接続部１１１を有し、当該アクチュエータ素子１０は、この接続部１１１を介して他の部材（制御回路４０）と電気的に接続されている。
【００６１】
＜アクチュエータ素子１０の製造方法＞
当該アクチュエータ素子１０の製造方法は、電極層１１０の両面に誘電エラストマー層１２０を有した可撓性シート１００を形成する工程と、複数の可撓性シート１００を交差して重ねあわせ、交互に蛇腹状に折り畳む工程とを有している。そして、可撓性シート形成工程は、誘電エラストマー層１２０を形成する工程と、誘電エラストマー層１２０の表面に、揮発性の溶媒にカーボンナノチューブを分散させた液を塗工して電極層１１０を形成する工程と、電極層１１０の表面にさらに誘電エラストマー層１２０を積層する工程とを有している。また、当該アクチュエータ素子１０の製造方法は、上記誘電エラストマー層積層工程の後に、電極層１１０と誘電エラストマー層１２０との間の空気を除去する減圧処理工程を有している。
【００６２】
（誘電エラストマー層形成工程）
誘電エラストマー層形成工程は、印刷やコーティング等の手法によって誘電エラストマー層形成材料を層状にして、この誘電エラストマー層形成材料を乾燥させて誘電エラストマー層１２０を形成する。なお、誘電エラストマー層１２０の形成は、押出し成形法等によって形成することも可能である。
【００６３】
（電極層形成工程）
電極層形成工程では、カーボンナノチューブを含む塗布液の塗布により、誘電エラストマー層１２０の表面に平均厚みがそれぞれ０．０１μｍ以上１０μｍ以下の電極層１１０を積層する。
【００６４】
カーボンナノチューブを電極として使用するには、カーボンナノチューブのみで構成することが好ましいが、誘電エラストマー層１２０の表面に塗布するためにカーボンナノチューブを溶剤中に分散する必要がある。カーボンナノチューブを溶剤中に分散させるために分散剤を使用することができる。分散剤としては、ポリマー分散剤も使用できるが、この場合には分散剤ポリマーがバインダーにならないように、出来るだけ少量添加することがよい。この分散剤ポリマーの容積分率の上限としては５０％が好ましく、２０％がより好ましい。低分子の分散剤を適用する場合には、誘電エラストマー層１２０中への分散剤の移行に注意をはらう必要がある。例えばイオン性液体がカーボンナノチューブの分散（開繊）に有効であることが知られているが、イオン性液体を分散剤に使用すると、これが誘電エラストマー層１２０中に移行して、誘電エラストマー層１２０の体積抵抗率及び絶縁破壊電圧を低下させるおそれがある。体積抵抗率が低下すると、電圧印加時にエラストマー層を通じて電流が流れ、消費電力（諸費電流）が増加することにつながり、さらには電流の通電およびジュール熱によるエラストマー層の耐久性劣化につながる。また、絶縁破壊電圧が低下すると、最大で印加できる電圧（電界強度）の限界値が低下してしまうため収縮率及び収縮力が小さくなる。
【００６５】
カーボンナノチューブを含む塗布液の塗布は、具体的には、例えば次のように行う。カーボンナノチューブをメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）等の有機溶媒に添加する。有機溶媒には、さらに、必要に応じて分散剤を添加してもよい。そして、カーボンナノチューブを溶媒に湿式分散機を用いて分散させる。例えば、超音波分散機、ジェットミル、ビーズミルなど既存の分散機を用いて分散させ、カーボンナノチューブを含む塗布液（以下、「電極材料の塗布液」ともいう）が調製される。
【００６６】
この塗布液中でのカーボンナノチューブの濃度の下限としては０．００５質量％が好ましく、０．０１質量％がより好ましい。また、濃度の上限としては５．０質量％が好ましく、１質量％がより好ましい。カーボンナノチューブの濃度が上記下限値未満であると、電極層１１０を形成するのに時間がかかる。また、カーボンナノチューブの濃度が上記上限値を超えると分散液の粘度が高くなってしまい、均一な厚さの電極層１１０を形成し難くなる。
【００６７】
続いて、エアブラシ等を用い、誘電エラストマー層１２０の表面に上記調製した電極材料の塗布液を帯状に塗布して乾燥させる。上記誘電エラストマー層１２０を構成するエラストマーがシリコーンゴム以外のウレタンゴム、ＥＰＤＭ等の場合、上記塗布液により得られる塗工膜と上記エラストマー表面との接着力に優れるため、上記エラストマー表面へ接着性を向上させるための特別な処理が不要であるというメリットがある。
【００６８】
（誘電エラストマー層積層工程）
誘電エラストマー層積層工程では、電極層１１０の表面に、上記誘電エラストマー層形成工程と同様の工程で形成した誘電エラストマー層１２０を積層する。これにより、三層構造の可撓性シート１００が形成される。
【００６９】
（折り畳み工程）
折り畳み工程では、一対の可撓性シート１００を交差して重ねあわせ、交互に蛇腹状に折り畳む。
【００７０】
（減圧処理工程）
減圧処理工程では、折り畳まれた可撓性シート１００を減圧下において、電極層１１０と誘電エラストマー層１２０との間の空気を取り除く。減圧処理の圧力の下限としては、１，０００Ｐａが好ましく、４，０００Ｐａがより好ましい。圧力の上限としては、０．０５ＭＰａが好ましく、０．０２ＭＰａがより好ましい。圧力が上記下限値未満であっても、層間の空気を除去する効果がそれ以上になり難い。また、圧力が上記上限値を超えると層間の空気を効率良く除去できないおそれがある。減圧処理工程においては、当該アクチュエータ素子１０の周りの雰囲気を減圧しながら当該アクチュエータ素子１０を圧縮することや、当該アクチュエータ素子１０を圧縮してから減圧することや、雰囲気の減圧と当該アクチュエータ素子１０の圧縮を繰り返すこと等を行うことにより、層間の空気を除去することができる。なお、誘電エラストマー層１２０に蒸気圧の低い可塑剤が含まれる場合には、その可塑剤が蒸発しない圧力にする必要がある。減圧処理圧力に達してからの減圧時間の下限としては、１０分が好ましく、２０分がより好ましい。上記減圧時間の上限としては、２時間が好ましく、１時間がより好ましい。上記減圧時間が上記下限値未満であると、層間の空気を効率良く除去できないおそれがある。また、上記減圧時間が上記上限値を超えても、層間の空気を除去する効果がそれ以上になり難い。
【００７１】
＜利点＞
当該アクチュエータ素子１０は、図４に示すように、下側の可撓性シート１００の電極層１１０の上面に、この可撓性シート１００の上側の誘電エラストマー層１２０及び他方の可撓性シート１００の下側の誘電エラストマー層１２０を介して、この他方の可撓性シート１００の電極層１１０が積層された構造となる。このため、一対の可撓性シート１００の電極層１１０に電圧を印加すると、誘電エラストマー層１２０が平面方向に伸長することによって誘電エラストマー層１２０が層厚方向に収縮する。このときの発生する静電力Ｐは、次式で表される。
Ｐ＝ε０×ε×Ｅ２
Ｅ＝Ｖ／（Ｔ１＋Ｔ１）
ここで、ε０は自由空間の誘電率、εは誘電エラストマー層１２０の比誘電率、Ｅは一対の電極層１１０間の電界強度であり、Ｖは一対の電極層１１０間の電位差（印加電圧）、Ｔ１は誘電エラストマー層１２０の平均厚みである。
【００７２】
一方、印加している電圧をなくすと、誘電エラストマー層１２０が平面方向に収縮し、可撓性シート１００が層厚方向に伸長する。つまり、誘電エラストマー層１２０が復元する。
【００７３】
このように、電圧無印加状態において伸長状態とし、電圧印加状態において収縮状態とすることができる。
【００７４】
当該アクチュエータ１は、上記のように一対の可撓性シート１００を交差して重ね合せ交互に蛇腹状に折り畳む簡易な構成であるため、容易に製造することが可能である。特に、電極層１１０を有する可撓性シート１００が折り畳まれ、一つの電極層１１０によって複数の電極が構成されることになるため、従来の積層型アクチュエータ素子のように各層の電極ごとの配線が不要であり、配線構造が簡易である。
【００７５】
さらに、当該アクチュエータ１は、複数の可撓性シート１００が重ねあわされた構造であり、板状部材間に隙間を有する従来のものに比べて、構造が容易であるとともに、電極層１１０間に誘電エラストマー層１２０が介在されるので電極層１１０間に作用する静電力が大きくなり、収縮力が大きい。
【００７６】
しかも、当該アクチュエータ１は、電極層１１０の表面側及び裏面側に一対の誘電エラストマー層１２０が積層された三層構造の可撓性シート１００を用いるため、この可撓性シート１００を蛇腹状に折り畳むことによって、一対の可撓性シート１００の電極層１１０同士の間には可撓性シート１００の誘電エラストマー層１２０が必ず介在し、容易に製造することができる。また、三層構造の一対の可撓性シート１００を折り畳むと、一対の電極層１１０同士の間には誘電エラストマー層１２０が二層積層される。このことにより誘電エラストマー層１２０内の微小欠陥や微量の不純物等の混入による耐電圧不良のリスクが軽減されるので、本来の設定電圧より低い電圧で絶縁破壊するおそれが少なくなる。
【００７７】
また、当該アクチュエータ１は、一対の可撓性シート１００が、略直角に交差して重ねあわされているので、一対の可撓性シート１００の重ねあわされる面積を大きくすることができ、誘電エラストマー層１２０が変形する領域が広くなり、収縮量及び収縮力が大きい。
【００７８】
また、当該アクチュエータ１は、電極層がカーボンナノチューブを有するので、電極層１１０の導電性を高くすることができる。このことにより、長い電極層１１０の端から端まで瞬時に電圧がかかり、当該アクチュエータ素子１０の応答性がよくなる。また、当該アクチュエータ１は、電極層１１０の導電性が高いので、電圧を印加しても電極層１１０の発熱が抑えられ、当該アクチュエータ素子１０の劣化が防止される。さらに、当該アクチュエータ１は、電極層１１０の導電性が高いので、電極層１１０の厚みを小さくすることができる。このことにより、誘電エラストマー層１２０の変形に対する追従性を大きくすることができる。また、当該アクチュエータ１は、電極層１１０の厚みを小さくすることができるので、当該アクチュエータ素子１０の厚みにおける誘電エラストマー層１２０の割合が増える。このことにより、当該アクチュエータ素子１０の収縮率が大きくなるので、当該アクチュエータ素子１０をコンパクトにすることができる。さらに、当該アクチュエータ１は、カーボンナノチューブの熱伝導性が高いので、電圧が印加されて当該アクチュエータ素子１０が発熱しても、カーボンナノチューブを通して放熱されることにより当該アクチュエータ素子１０の温度上昇が抑えられる。
【００７９】
また、カーボンナノチューブのアスペクト比が大きいので、繰り返し変形を受けても電極層１１０の導電性低下（電気抵抗の増加）を抑制することができ、耐久性に優れるものとすることができる。
【００８０】
また、電極層１１０の全固形成分に対するカーボンナノチューブの含有量が５１質量％以上なので、電極層１１０の弾性が低くなる。このことにより、誘電エラストマー層１２０の変形が阻害され難くなり、アクチュエータ素子の収縮率が大きくなる。なお、電極層１１０が実質的にカーボンナノチューブのみからなる構成となってバインダーが無くても、ファンデルワールス力によってカーボンナノチューブが誘電エラストマー層１２０の表面に固着するので、電極層１１０の表面を擦ってもカーボンナノチューブは取れ難い。
【００８１】
また、当該アクチュエータ素子１０の製造方法において、減圧処理によって電極層１１０と誘電エラストマー層１２０との間の空気が除去されるので、電極層１１０間の誘電率が大きくなり、当該アクチュエータ素子１０の収縮力が大きくなる。
【００８２】
また、当該アクチュエータ素子１０の製造方法において、可撓性シート１００を、接着工程なしに折り畳んで当該アクチュエータ素子１０を形成できるので、当該アクチュエータ素子１０の製造が容易になる。
【００８３】
また、当該アクチュエータ素子１０の製造方法において、カーボンナノチューブの導電性が高いために電極層１１０の平均厚みが０．０１μｍ以上１０μｍ以下と薄くてよいので、誘電エラストマー層１２０にカーボンナノチューブを含む塗布液を塗布するだけで電極層１１０を容易に形成することができる。
【００８４】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態の他、種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【００８５】
つまり、上記実施形態のアクチュエータは一つのアクチュエータ素子を備えるものについて説明したが、複数のアクチュエータ素子１０，１０を備えることも適宜設計変更可能である。具体的には、図５に示すように、第一剛性部材２０が、複数（図示例では２つ）のアクチュエータ素子１０，１０の一面側（上面側）に接合され、第二剛性部材３０が、上記複数のアクチュエータ素子１０，１０の他面側（下面側）に接合されている構成を採用可能である。さらに、図６に示すように、互いに平行に配された第一剛性部材２０、第二剛性部材３０及び第三剛性部材５０を有し、この第一剛性部材２０と第二剛性部材３０との間及び第一剛性部材２０と第三剛性部材５０との間のそれぞれにアクチュエータ素子１０，１０が配設された構成を採用することも可能である。
【００８６】
また、上記実施形態においては、一対の誘電エラストマー層１２０が同一幅のものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一対の誘電エラストマー層１２０の幅が異なるものも本発明の意図する範囲内である。さらに、この場合にあっても、一対の誘電エラストマー層１２０の少なくとも一方が、電極層１１０よりも幅広に設けられ、電極層１１０よりも外側に延出した袖部１２１を有することが好ましい。具体的には、例えば図７に示すように、電極層１１０の一方の面の誘電エラストマー層１２０の幅が電極層１１０と同一幅で、電極層１１０の他方の面の誘電エラストマー層１２０の幅が電極層１１０よりも幅広で袖部１２１が形成された構成を採用することも可能である。なお、この可撓性シート１００を製造する場合には、幅広の誘電エラストマー層１２０の表面に電極層１１０形成材料を積層し、この積層された電極層１１０形成材料を乾燥させて電極層１１０を形成し、次いで電極層１１０の表面に誘電エラストマー層１２０形成材料を積層し、この積層された誘電エラストマー層１２０形成材料を乾燥させて同一幅の誘電エラストマー層１２０を形成する製造方法を採用することが可能である。
【００８７】
また、上記実施形態においては、一対の誘電エラストマー層１２０が同一厚みのものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一対の誘電エラストマー層１２０の厚みが異なるものも本発明に係る可撓性シート１００の意図する範囲内である。なお、この場合には、一対の上記誘電エラストマー層１２０の平均厚みの合計の下限としては、２０μｍが好ましく、４０μｍがより好ましく、６０μｍがさらに好ましい。また、平均厚みの合計の上限としては、３００μｍが好ましく、１４０μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下が特に好ましい。上記下限値未満であると、誘電エラストマー層１２０が薄くなり過ぎ、誘電エラストマー層１２０が絶縁破壊するおそれが生ずるとともに、アクチュエータ素子１０の高さ（積層方向の長さ）を十分なものとするために可撓性シート１００の積層数が多くなり過ぎ、製造コストの増大を招くおそれがある。一方、上記上限値を超えると、重ね合せた際に電極同士の間が離間し過ぎ、静電容量が小さくなり、収縮力が小さくなるおそれがある。
【００８８】
さらに、上記実施形態においては、可撓性シート１００が多層に積層された例について説明したが、本発明に係るアクチュエータ素子１０にあっては、図８に示すように一対の可撓性シート１００が一回折り返されて、交差して重ねあわされ交互に蛇腹状に折り畳まれ、全体として四層の可撓性シート１００を有するアクチュエータ素子１０を採用することも可能である。
【００８９】
また、上記実施形態においては、可撓性シート１００として誘電エラストマー層１２０、電極層１１０、誘電エラストマー層１２０の順に積層された三層構造のものについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電極層１１０、誘電エラストマー層１２０、電極層１１０の順に積層された三層構造の可撓性シート１００を用いることも可能である。
【００９０】
また、上記実施形態においては、可撓性シート１００として三層構造のものについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明に係るアクチュエータ素子１０として、図８に示すように電極層１１０と誘電エラストマー層１２０との二層構造の可撓性シート１００を用いることも可能である。この図８のアクチュエータ素子１０は、各可撓性シート１００が一回折り返され、電極層１１０同士が接触しないように重ねあわされ交互に蛇腹状に折り畳まれた構造を有している。ただし、可撓性シートにあっては、電極層と、この電極層の表面側及び裏面側に積層される一対の誘電エラストマー層とを有する三層以上の構造であることが好ましく、これにより電極層同士の短絡を容易に防止でき、アクチュエータ素子の製造が容易となる。
【００９１】
さらに、可撓性シート１００として四層以上の構造を有するものを採用することも可能である。具体的には、図９に示すように、電極層１１０、誘電エラストマー層１２０、電極層１１０、誘電エラストマー層１２０、電極層１１０がこの順で積層された五層構造の可撓性シート１００を採用することも可能である。ただし、可撓性シートは、最外層（最表面及び最裏面）に誘電エラストマー層が配設されることが好ましく、これにより電極層の短絡を的確に防止することができる。
【００９２】
また、上記実施形態においては、一対の可撓性シート１００が同一構造を有するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものでない。例えば、一対の可撓性シート１００として電極層１１０、誘電エラストマー層１２０の二層構造の可撓性シート１００と、誘電エラストマー層１２０、電極層１１０、誘電エラストマー層１２０の順で積層された三層構造の可撓性シート１００との組み合わせや、既述の図９に示すように一対の可撓性シート１００として三層構造の可撓性シート１００と四層以上（五層）の構造の可撓性シート１００との組み合わせのように異なる構造の可撓性シート１００を用いることも適宜設計変更可能である。
【００９３】
さらに、上記実施形態では、可撓性シート１００が、アクチュエータ素子１０に用いられるアクチュエータ素子用可撓性シート１００を例にとり説明したが、本発明に係る可撓性シート１００はこれに限定されるものではない。つまり、本発明に係る可撓性シート１００は、例えばジェネレータ等に用いることも可能である。
【００９４】
さらに、上記実施形態においては、一対の可撓性シート１００を折り畳んだものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば二対の可撓性シートを折り畳んだアクチュエータ素子を採用することも可能であり、具体的には各可撓性シートを略４５°で交差させて重ね合せ、交互に蛇腹状に折り畳んだアクチュエータ素子を採用することも可能である。
【００９５】
また、上記実施形態においては、一対の可撓性シート１００として同一構成のものを用い、可撓性シート１００の表裏一対の誘電エラストマー層１２０を有するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、異なる構成の可撓性シートを採用したり、表裏の誘電エラストマー層が異なる構成の可撓性シートを用いることも適宜設計変更可能である。ただし、一対の可撓性シートの最外面が同一素材でかつ自己粘着性を有する層から構成されることが好ましく、これにより接着剤を用いることなく積層構造の当該アクチュエータ素子の形態が維持されやすい。
【００９６】
また、上記実施形態においては、当該アクチュエータ素子１０の製造方法が減圧処理工程を有したが、減圧処理工程を有さなくてもよい。このことにより、製造方法を簡単にすることができる。
【実施例】
【００９７】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９８】
［実施例１］
下記の手順で実施例１のアクチュエータを作製した。
（１）液状のウレタンゴムに可塑剤を添加した混合液を、離型表面処理が施されたＰＥＴフィルム上にコーターを用いてコーティングし、熱処理して誘電エラストマー層を形成した。
（２）上記誘電エラストマー層の表面に、離型表面処理が施された幅２ｍｍのＰＥＴフィルムを１２ｍｍピッチで貼り付け、電極層を形成しない部分をマスキングした。
（３）水とエチルアルコールとの混合液体中に、高圧ジェットミルで単層カーボンナノチューブ（平均直径：１ｎｍ）を単独で分散させた分散液（ＣＮＴの濃度は０．０５質量％）を、上記のマスキングした誘電エラストマー層の表面にスプレーコーティングして電極層を形成した。
（４）電極層を形成した誘電エラストマー層の表面に張り付けられたマスキングを剥がし、電極層及び誘電エラストマー層の表面に、ＰＥＴフィルム上に形成した他の誘電エラストマー層を積層し、圧着した。
（５）電極層が幅方向の中央に成るようにして、電極層と誘電エラストマー層との積層体を１２ｍｍ幅に切断し、帯状の可撓性シートを形成した。可撓性シートの長さは、８００ｍｍとした。
（６）上記可撓性シートを一対作成し、この一対の可撓性シートを、ＰＥＴフィルムを剥がしながら交差して重ねあわせ、交互に蛇腹状に１４ｍｍ間隔で折り畳んでアクチュエータ素子を作成した。一対の可撓性シートでの積層数の合計は、１００層とした。アクチュエータ素子の表面中央部分での厚みは１０．１〜１０．２ｍｍであった。アクチュエータ素子が作用する有効面積（一対の可撓性シートで電極層が重なる面積）は１００ｍｍ２であった。また、積層された一対の可撓性シートを可撓性シートの面に垂直な方向から見た投影面積は１９２ｍｍ２であった。
（７）制御回路に接続される接続部をそれぞれの可撓性シートの端部に設けた。
（８）アクチュエータ素子の両面に剛性部材を接合した。
【００９９】
［実施例２］
実施例１の単層カーボンナノチューブの平均直径を、３ｎｍに変更した以外は実施例１と同様にしてアクチュエータを作製した。
【０１００】
［実施例３］
実施例２と同様のアクチュエータを組み立て後、４，０００Ｐａで１０分間、減圧処理をし、大気圧に戻した後に厚さ方向に２０％の圧縮変形を与えて層間を密着させた。密着後、圧縮を解除してアクチュエータを作製した。
【０１０１】
［実施例４］
実施例１の単層カーボンナノチューブを、平均直径１５ｎｍの多層カーボンナノチューブに変更した以外は実施例１と同様にしてアクチュエータを作製した。
【０１０２】
［実施例５］
電極層をカーボンナノチューブとブチルゴムとを有するものとし、電極層中でのＣＮＴ濃度を５５質量％とした以外は実施例１と同様にしてアクチュエータを作製した。
【０１０３】
［比較例１］
ブチルゴム１００重量部と、軟化オイルとしてセバシン酸ジ２−エチルヘキシル（ＤＯＳ）１００重量部と、ＳＷＣＮＴを７質量％含有したトルエン溶剤４６００重量部とを含み、ＳＷＣＮＴが分散し、ブチルゴムが溶解した溶液を作製した。この溶液を、５μｍの厚みでコーティングして電極層とする以外は、実施例１と同様にして、アクチュエータを作製した。このとき、電極層中でのＣＮＴ濃度は１．７質量％とした。
【０１０４】
上記各実施例のアクチュエータにおける誘電エラストマー層１２０の比誘電率、圧縮弾性率及び絶縁破壊電圧、並びに電極層１１０の表面抵抗、並びにアクチュエータ素子の圧縮特性、静電容量、変形特性及び応答性等を表１に示す。なお、表１中のアクチュエータ素子の厚みは、アクチュエータ素子の表面中央部分で測定した。
【表１】
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【０１０５】
圧縮弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ６２５４のＡ法に準拠して測定した。具体的には、厚さ１２．５±０．５ｍｍ、直径２９．０±０．５ｍｍの試験片が２５％の歪みに達するまで１０±１ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮し、直ちに同速度で除荷し、この操作をさらに３回繰り返し、歪みと力を記録し、４回目の曲線から１０％、２０％の圧縮力を求め、圧縮弾性率を式に従い算出した。
【０１０６】
絶縁破壊電圧は、ＪＩＳ−Ｃ２１１０−１，２に準拠して測定した。ここで昇圧方法、短時間試験及び電極形状は、Φ２０ｍｍ球形／Φ２５ｍｍ平板、試験厚み１ｍｍ以下とした。
【０１０７】
静電容量は、ＬＣＲメータ（ＬＣＲハイテスタ「３５２２−５０」  日置電機株式会社製）によって測定した。
【０１０８】
アクチュエータ素子の変形特性の圧縮特性、収縮率及び収縮量は、アクチュエータ素子の電極層に電圧を印加して測定した。ここで、電源として松定プレシジョン株式会社製の直流高圧電源を用い、収縮量の測定にキーエンス株式会社製のレーザー変位計（ＩＬ−１００）を用いた。圧縮率及び変形量が十分に優れるものをＡ評価とし、圧縮率及び変形量がＡ評価よりも劣るが優れるものをＢ評価とし、圧縮率及び変形量がＢ評価よりも劣るがアクチュエータとして使用できるものをＣ評価とし、圧縮率及び変形量が劣りアクチュエータとして使用できないものをＤ評価とした。
【０１０９】
応答性は、松定プレシジョン株式会社製の高圧アンプ（ＨＥＯＰＳ−１０Ｂ２−Ｌ１）を用いて所定の周波数で電圧を印加し、キーエンス株式会社製のレーザ変位計（ＬＪ−Ｖ７０６０）によって収縮率を測定した。実施例１のアクチュエータの収縮率が５％になる電圧を印加し、下記の基準で評価した。
Ａ：収縮率が４．５％以上
Ｂ：収縮率が３％以上４．５％未満
Ｃ：収縮率が１％以上３％未満
Ｄ：収縮率が１％未満
【０１１０】
比誘電率は、２０ｍｍΦの円盤状の電極２枚でエラストマーフィルムを挟み、日置電機株式会社製のＬＣＲメータ（ハイテスタ３５２２−５０）を用いて１ｋＨｚの測定周波数で静電容量を計測し、電極面積とサンプルの膜厚から比誘電率を算出した。
【０１１１】
表面抵抗は、ＪＩＳ−Ｋ７１９４に準拠し、株式会社三菱化学アナリテック製の抵抗率計（ロレスタＧＰ）を用いて４探針プローブで計測した。
【０１１２】
＜評価＞
変形特性においては、実施例１〜５のいずれもがＢ評価以上であり、比較例１のＣ評価よりも良好な結果となった。また、応答性においては、１０Ｈｚ及び１００Ｈｚで実施例１〜５及び比較例１のいずれもがＢ評価以上であり良好な結果となった。また、３００Ｈｚでは、実施例１〜５及び比較例１のいずれもがＣ評価以上であり良好な結果となった。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明のアクチュエータ素子は電圧印加によって伸縮するので、人工筋肉等の幅広い分野に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  アクチュエータ
１０  アクチュエータ素子
２０  第一剛性部材
３０  第二剛性部材
４０  制御回路
１００  可撓性シート
１１０  電極層
１１１  接続部
１２０  誘電エラストマー層
１２１  袖部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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