(57)【要約】【課題】欠陥部に起因した絶縁破壊を防止できる高分子アクチュエータ用基材およびその基材を使用した高分子アクチュエータを提供する。【解決手段】本願の高分子アクチュエータ用基材１１は、シート状の誘電体エラストマー１２、欠陥部１４の表面または内部の少なくとも一方に形成された補修部１６を備える。この高分子アクチュエータ用基材１１が高分子アクチュエータ１０に使用される。誘電体エラストマー１２の異物２２ａや内部の微孔２２ｂなどの欠陥の場合、その欠陥部１４のある位置の誘電体エラストマー１２の表面に補修部１６を形成する。補修部１６は誘電体エラストマー１２の両面に形成されても良いし、片面のみに形成されても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体エラストマーと、
前記誘電体エラストマーにおいて、該誘電体エラストマーより絶縁破壊電圧が低い欠陥部と、
前記誘電体エラストマーにおける欠陥部の表面、内部またはその両方に形成され、欠陥部がある位置の誘電体エラストマーの絶縁破壊を防止する補修部と、
を含む高分子アクチュエータ用基材。
【請求項２】
請求項１に記載の高分子アクチュエータ用基材と、
前記誘電体エラストマーおよび補修部の上に形成された電極と、
を含む高分子アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを力学エネルギーに変換する高分子アクチュエータおよびそれに使用される高分子アクチュエータ用基材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の駆動装置が開発および開示されている。たとえば下記の特許文献１に高分子アクチュエータが開示されている。特許文献１は、高分子エラストマーのシートをフレームに取り付けている。シート表面の電極に印加する電圧の極性によってシートが伸長または収縮し、力学エネルギーを得ることができる。
【０００３】
しかし、シートの製造時にシートの中に小さな異物が入ったり、微孔ができたりする場合があり、欠陥部の全くないシートを形成することは難しい。そして、欠陥部の電界強度は欠陥部以外の部分より低下する。印加電圧が低い場合は問題にならないが、電極に高電圧（数ｋＶ〜数１０ｋＶ）を印加した場合に欠陥部が絶縁破壊するおそれがある。絶縁破壊を避けるためには、欠陥部以外の部分に電極を形成する必要がある。しかし、電極が大きくなると欠陥部を避けて電極を形成することも困難になる。
【０００４】
特許文献２に加熱処理によって高分子エラストマーを自己修復させる方法が開示されている。特許文献２は傷ついた高分子エラストマーを７０〜１５０℃で０．３〜３時間の加熱処理を行うことで傷ついた部分の高分子エラストマーを修復させている。しかし、特許文献２は高分子エラストマーの修復に関するものであり、欠陥に起因する絶縁破壊の防止に関するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７４２０５
【特許文献２】特開２０１４−１０００４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、欠陥部に起因した絶縁破壊を防止できる高分子アクチュエータ用基材およびその基材を使用した高分子アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高分子アクチュエータ用基材は、誘電体エラストマーと、前記誘電体エラストマーにおいて、該誘電体エラストマーと異なる異物、空気または不完全形成によって形成された欠陥部と、前記誘電体エラストマーにおける欠陥部の表面、内部またはその両方に形成され、欠陥部がある位置の誘電体エラストマーの絶縁破壊を防止する補修部とを備える。
【０００８】
高分子アクチュエータは、前記高分子アクチュエータ用基材における誘電体エラストマーと補修部の上に電極が形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、誘電体エラストマーにおける欠陥部の表面や内部に補修部を形成している。この補修部によって欠陥部のある位置の誘電体エラストマーの厚み方向に高電圧が印加されても絶縁破壊を防止できるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の高分子アクチュエータを示す図であり、（ａ）は全体を示す図であり、（ｂ）は欠陥部のある部分の断面図である。
【図２】欠陥部の拡大断面図であり、（ａ）は欠陥部が異物の場合であり、（ｂ）は欠陥部が微孔の場合である。
【図３】欠陥部の拡大断面図であり、（ａ）は欠陥部の内部から誘電体エラストマーの表面の高さまで補修部を埋め込んだ図であり、（ｂ）は欠陥部の内部から誘電体エラストマーの表面の高さ以上まで補修部を埋め込んだ図である。
【図４】電気的に欠陥部を検出するための装置を示す図である。
【図５】電気的に欠陥部を検出するための装置を示す図である。
【図６】光学的に欠陥部を検出するための装置を示す図であり、（ａ）は反射光を利用する場合で、（ｂ）は透過光を利用する場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の高分子アクチュエータ用基材およびその基材を使用した高分子アクチュエータについて図面を用いて説明する。図面は模式的に示しており、説明の便宜上、図面によって大きさの異なる場合がある。
【００１２】
図１に示す本願の高分子アクチュエータ用基材１１は、シート状の誘電体エラストマー１２、欠陥部１４の表面または内部の少なくとも一方に形成された補修部１６を備える。この高分子アクチュエータ用基材１１が高分子アクチュエータ１０に使用される。
【００１３】
誘電体エラストマー１２は、絶縁性のシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂またはウレタン系樹脂などの高分子材料で形成された柔軟性のあるシートである。誘電体エラストマー１２はゲル状であっても良い。誘電体エラストマー１２の厚み（膜厚）は約０．０３〜５ｍｍであるが、この厚みに限定されない。使用時にプリストレイン（予ひずみ）のために誘電体エラストマー１２を引っ張るため、誘電体エラストマー１２の使用時の厚みは薄くなる。
【００１４】
高分子アクチュエータ用基材１１に電極１８を形成することで高分子アクチュエータ１０を構成することができる。電極１８は誘電体エラストマー１２と補修部１６の表面に形成されている。電極１８は誘電体エラストマー１２の変形に追従して変形できる柔軟性のある導電体である。たとえば、カーボンブラック、カーボンファイバー、金、銀、銅、白金、アルミニウムなどの導電性のある粉末や粒子をバインダ樹脂に分散したものが挙げられる。バインダ樹脂に柔軟性のあるシリコーン系、アクリル系またはウレタン系の樹脂を使用することで、柔軟性のある電極１８となる。電極１８はスクリーン印刷などの方法で形成することができる。電極１８は層状に形成されても良いし、網目状に形成されても良い。
【００１５】
誘電体エラストマー１２の変形させ方によって電極１８の形状を適宜変更する。電極１８は誘電体エラストマー１２の両面に形成されても良いし、一方の面に複数形成されても良い。そのため、少なくとも２つの電極１８を形成し、各電極１８の極性を変えることで、誘電体エラストマー１２の伸長する部分と収縮する部分ができ、誘電体エラストマー１２を変形させることができる。
【００１６】
高分子アクチュエータ１０は電極１８に所望の電圧を印加するための制御回路２０を備える。それぞれの電極１８に異なる極性の電圧を印加することで、誘電体エラストマー１２が伸長または収縮し、機械的動力を得ることができる。
【００１７】
誘電体エラストマー１２を製造するとき、誘電体エラストマー１２に異物２２ａが入ったり（図２（ａ））、空気が入った微孔２２ｂが形成されたり（図２（ｂ））、誘電体エラストマー１２が未反応のまま（不完全形成）の部分が形成される可能性があり、欠陥部１４が全く無い誘電体エラストマーを製造することは難しい。従来技術で説明したように、欠陥部１４は絶縁破壊電圧を低下させる要因になり、誘電体エラストマー１２に絶縁破壊を生じさせるおそれがある。そのため、誘電体エラストマー１２における欠陥部１４の表面、内部またはその両方に補修部１６を形成する。
【００１８】
補修部１６は欠陥部１４がある位置の誘電体エラストマー１２の絶縁破壊を防止するものである。たとえば、補修部１６として弾性接着剤やゲルを使用する。弾性接着剤は、誘電体エラストマー１２と同じ材料または類似の材料が使用され、誘電体エラストマー１２の動きに追従できる材料が好ましい。たとえば弾性接着剤の材料として、硬化後にゴム弾性を有する変成シリコーン系、変成シリコーン・エポキシ系、ポリサルファイド系、ウレタン系、ウレタン・エポキシ系などの接着剤が挙げられる。補修部１６の上にも電極１８が形成されており、補修部１６によってその部分の絶縁破壊が防止できる。
【００１９】
また、補修部１６にゲルを使用する場合、誘電体エラストマー１２と同材料のゲルを使用することができる。欠陥部１４が後述するような微孔の場合、誘電体エラストマー１２の上にゲルを載せて、電圧を印加することで、欠陥部１４の微孔の中にゲルが移動する。補修部１６を自動的に形成することができる。
【００２０】
図２（ａ）、（ｂ）のように、欠陥部１４が誘電体エラストマー１２の異物２２ａや内部の微孔２２ｂなどの場合、その欠陥部１４のある位置の誘電体エラストマー１２の表面に補修部１６を形成する。補修部１６は誘電体エラストマー１２の両面に形成されても良いし、片面のみに形成されても良い。補修部１６の中心ほど高く、外周に行くにしたがって徐々に低くなるようにする。補修部１６のある部分と無い部分との境界で段差を生じさせないように構成される。
【００２１】
また、誘電体エラストマー１２の表面から内部に形成された微孔２２ｃの場合（図３（ａ）、（ｂ））、その微孔２２ｃを埋めるように補修部１６を形成する。補修部１６の表面は誘電体エラストマー１２と同じ高さになっても良いし、誘電体エラストマー１２の表面よりも上に突出しても良い。突出する場合、図２の場合と同じように中心に向けて滑らかに膨らむことが好ましい。
【００２２】
１つの誘電体エラストマー１２に形成される欠陥部１４の数は不明であり、誘電体エラストマー１２ごとに欠陥部１４の数が異なる。また、欠陥部１４の位置も異なる。そのため、高分子アクチュエータ用基材１１によって補修部１４の数と位置が異なる。
【００２３】
次に、誘電体エラストマー１２に点在している欠陥部１４を検出するための検出装置について説明する。図４に示す検出装置４０は、第一電極４２、第二電極４４、第一および第二電極４２、４４を所定の電位にし、電圧変化を検出する制御回路４６を備える。
【００２４】
第一電極４２は平板状になっており、その上に誘電体エラストマー１２を配置する。第一電極４２はアース電位などの基準電位にしても良い。第二電極４４は断面が円形の棒状になっており、誘電体エラストマー１２に接触しながら移動する。第二電極４４が移動するときの移動量を検出するエンコーダ（図示省略）を備える。制御回路４６から第二電極４４に所定の電圧を印加し、第二電極４４の電圧を検出する。第二電極４４に印加する電圧は直流電圧であっても交流電圧であっても良い。直流電圧の場合、欠陥部１４がないところでは一定の電位が検出され、交流電圧の場合、欠陥部１４がないところでは一定周期で変化する電位が検出される。第二電極４６が欠陥部１４に到着すると、制御回路４６で検出される電圧が変化する。その時のエンコーダの移動量から誘電体エラストマー１２の欠陥部１４の位置を求めることができる。第二電極４４を直交する２方向に走査し、電圧が変化する位置を記録することで、欠陥部１４のＸＹ座標（縦横位置）を求めることができる。
【００２５】
欠陥部１４の位置が求められれば、その位置に補修部１６を形成する。制御回路４６からロボットアームにＸＹ座標を転送し、ロボットアームが自動的に欠陥部１４に補修部１６を形成しても良い。また、欠陥部１４のＸＹ座標をモニターに表示して、オペレーターが目視しながら補修部１６を形成しても良い。
【００２６】
本願は、（１）誘電体エラストマー１２を準備し、（２）誘電体エラストマー１２の欠陥部１４を検出して、欠陥部１４の位置を記録し、（３）記録された欠陥部１４の位置に補修部１６を形成することで、高分子アクチュエータ用基材１１を製造することができる。さらに、高分子アクチュエータ用基材１１の誘電体エラストマー１２および補修部１６の上に電極１８を形成し、電極１８に電圧を印加する制御回路２０を接続することで、高分子アクチュエータ１０を製造することができる。高分子アクチュエータ１０は所定の部材に取り付けられ、電極１８に電圧を印加すると誘電体エラストマー１２が変形し、所定の力学的エネルギーを得ることができる。
【００２７】
以上のように、本発明は欠陥部１４に補修部１６を形成することで、誘電体エラストマー１２における欠陥部１４のある位置の厚み方向の電界強度が高まる。電極１８に高電圧を印加させても欠陥部１４で絶縁破壊が生じにくい。欠陥部１４を避けて電極１８を形成する必要もなく、補修部１６の上にも電極１８が形成できるため、高分子アクチュエータ１０の歩留まりが改善される。
【００２８】
以上、本発明について一実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。たとえば、誘電体エラストマー１２の形状はシート状に限定されない。誘電体エラストマー１２の表面に電極１８が形成できて、力学的エネルギーが得られるのであれば、チューブ状や棒状など任意の形状であっても良い。誘電体エラストマー１２の形状に合わせて高分子アクチュエータ用基材１１の形状もシート状、チューブ状、棒状などの任意の形状になる。
【００２９】
欠陥部１４の位置検出方法は上記の方法に限定されない。図５の検出装置５０のように、第一電極４８と第二電極４４の両方を円柱状にして、誘電体エラストマー１２を挟むようにしても良い。両電極４４、４８が回転することで誘電体エラストマー１２が移送される。両電極４４、４８は制御回路４６によって所定の電圧になっており、欠陥部１４がある位置では検出される電圧が変化する。
【００３０】
また、誘電体エラストマー１２に光を照射し、透過光または反射光を受光する検出装置を使用しても良い。図６（ａ）に示す検出装置６０のように、発光ダイオードなどの発光素子６２、受光ダイオードなどの受光素子６４、受光素子６４が受光した光量から欠陥部１４を検出する制御回路６６を備える。
【００３１】
発光素子６２から誘電体エラストマー１２に光Ｌ１を照射し、誘電体エラストマー１２の反射光Ｌ２を受光素子６４で受光する。誘電体エラストマー１２に対して発光素子６２と受光素子６４が相対的に移動する。欠陥部１４が無ければ受光光量は一定になっている。欠陥部１４があると反射光Ｌ１が変化し、受光素子６４で受光できる光量が変化する。受光量が変化したときの位置を記録することで、制御回路６６は欠陥部１４の位置を求めることができる。
【００３２】
図６（ｂ）の検出装置６８のように誘電体エラストマー１２に光Ｌ１を照射し、透過光Ｌ３を受光素子６４で受光しても良い。欠陥部１４によって透過光が変化するため、その受光量が変化した位置を記録することで欠陥部１４の位置を求めることができる。
【００３３】
また、誘電体エラストマー１２を目視し、欠陥部１４を見つけても良い。誘電体エラストマー１２に光を照射して、陰になったり、明るくなったりした部分が欠陥部１４である。誘電体エラストマー１２を引っ張り、誘電体エラストマー１２の厚みを薄くしながら目視しても良い。
【００３４】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：高分子アクチュエータ
１１：高分子アクチュエータ用基材
１２：誘電体エラストマー
１４：欠陥部
１６：補修部
１８：電極
２０：制御回路
２２ａ：異物
２２ｂ、２２ｃ：微孔
４０、５０、６０、６８：検出装置
４２、４４、４８：電極
４６、６６：制御回路
６２：発光素子
６４：受光素子
【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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