(57)【要約】【課題】電源に接続可能なアクチュエータ及び積層型アクチュエータにおいて、体積効率を改善する。【解決手段】本発明のある局面に従うアクチュエータは、電源に接続可能なアクチュエータである。このアクチュエータは、誘電体と、第１電極とを備える。誘電体は、伸縮性を有し、かつ、筒状である。第１電極は、伸縮性を有し、かつ、電源に接続可能である。第１電極は、誘電体の内周面上に設けられている。誘電体の外周面は、誘電体の径方向の断面視において最大曲率を有する第１領域と、該断面視において第１領域よりも小さい曲率を有する第２領域とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続可能なアクチュエータであって、
伸縮性を有し、かつ、筒状である誘電体と、
伸縮性を有し、かつ、前記電源に接続可能な第１電極とを備え、
前記第１電極は、前記誘電体の内周面上に設けられており、
前記誘電体の外周面は、前記誘電体の径方向の断面視において最大曲率を有する第１領域と、前記断面視において前記第１領域よりも小さい曲率を有する第２領域とを含む、アクチュエータ。
【請求項２】
伸縮性を有し、かつ、前記電源に接続可能な第２電極をさらに備え、
前記第２電極は、前記第２領域上であり、かつ、前記誘電体を挟んで前記第１電極と対向する位置に設けられており、
前記電源によって、前記第１電極には正及び負の一方の電圧が印加され、前記第２電極には他方の電圧が印加される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１及び第２電極の双方は電極膜であり、
前記第１電極は、前記誘電体の内周面上に形成されており、
前記第２電極は、前記第２領域上に形成されている、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記断面視において前記誘電体は扁平形状である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１に記載のアクチュエータが複数積層された積層型アクチュエータであって、
隣接する前記アクチュエータの一方の前記アクチュエータに含まれる前記第１電極には正及び負の一方の電圧が印加され、他方の前記アクチュエータに含まれる前記第１電極には他方の電圧が印加される、積層型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ及び積層型アクチュエータに関し、特に、電源に接続可能なアクチュエータ及び積層型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第３８６１７０５号（特許文献１）は、電圧の印加によって伸縮する電歪アクチュエータを開示する。この電歪アクチュエータは、筒状の誘電体と、誘電体の内周面及び外周面の各々に設けられた電極とを備える。両電極間に電圧が印加されることによって、電歪アクチュエータが伸縮し、駆動力が生成される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８６１７０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示されているアクチュエータ（電歪アクチュエータ）においては、筒状の誘電体の内周面側に、径方向の断面が正円形状である中空の空間が形成されている。しかしながら、上記中空の空間は、アクチュエータの駆動力の生成に寄与していない。したがって、このアクチュエータにおいては、上記中空の空間の体積分だけ体積効率が低下している。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、電源に接続可能なアクチュエータ及び積層型アクチュエータにおいて、体積効率を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある局面に従うアクチュエータは、電源に接続可能なアクチュエータである。このアクチュエータは、誘電体と、第１電極とを備える。誘電体は、伸縮性を有し、かつ、筒状である。第１電極は、伸縮性を有し、かつ、電源に接続可能である。第１電極は、誘電体の内周面上に設けられている。誘電体の外周面は、誘電体の径方向の断面視において最大曲率を有する第１領域と、該断面視において第１領域よりも小さい曲率を有する第２領域とを含む。
【０００７】
このアクチュエータにおいては、誘電体の径方向の断面が正円形状ではないため、周長が同一の正円の面積と比較して、断面積が減少する。したがって、このアクチュエータによれば、誘電体の内周面側に形成される中空の空間の体積が減少するため、又は、誘電体の内周面側に中空の空間が形成されないため、体積効率を改善することができる。
【０００８】
上記アクチュエータは、第２電極をさらに備えるようにしてもよい。第２電極は、第２領域上であり、かつ、誘電体を挟んで第１電極と対向する位置に設けられてもよい。この場合には、電源によって、第１電極には正及び負の一方の電圧が印加され、第２電極には他方の電圧が印加される。
【０００９】
誘電体の径方向の断面視において曲率が高い領域では、曲率が低い領域と比較して、内周長と外周長との差が大きくなる。仮に、誘電体の外周面及び内周面の全体に渡って電極が形成されるとする。この場合には、上記のように曲率が高い領域では、内周長と外周長との差が大きくなるため、内周面において電界集中が生じ、結果的に絶縁破壊が生じる可能性がある。本発明に従うアクチュエータにおいて、第１領域よりも曲率が小さい第２領域上に第２電極が設けられれば、内周面において電界集中が生じる可能性が低減される。これにより、アクチュエータにおいて絶縁破壊が生じる可能性を低減することができる。
【００１０】
上記アクチュエータにおいて、第１及び第２電極の双方は電極膜であってもよい。この場合に、第１電極は誘電体の内周面上に形成され、第２電極は第２領域上に形成されてもよい。
【００１１】
上記アクチュエータにおいて、誘電体は、上記断面視において扁平形状であってもよい。
【００１２】
誘電体の径方向の断面視において誘電体が扁平形状となる場合には、誘電体の内周面側に中空の空間が形成されないため、体積効率がさらに改善される。また、上記断面視において誘電体が扁平形状となる場合には、第２領域が略直線形状となり、第２領域に対応する位置の誘電体の内周長と外周長とが略同一となる。したがって、このアクチュエータによれば、誘電体の内周面において電界集中が生じる可能性がさらに低減されるため、アクチュエータにおいて絶縁破壊が生じる可能性をさらに低減することができる。
【００１３】
また、本発明の別の局面に従う積層型アクチュエータは、積層された複数のアクチュエータを含む。複数のアクチュエータの各々は、電源に接続可能なアクチュエータであって、誘電体と、第１電極とを備える。誘電体は、伸縮性を有し、かつ、筒状である。第１電極は、伸縮性を有し、かつ、電源に接続可能である。第１電極は、誘電体の内周面上に設けられている。誘電体の外周面は、誘電体の径方向の断面視において最大曲率を有する第１領域と、断面視において第１領域よりも小さい曲率を有する第２領域とを含む。隣接するアクチュエータの一方のアクチュエータに含まれる第１電極には正及び負の一方の電圧が印加され、他方のアクチュエータに含まれる第１電極には他方の電圧が印加される。
【００１４】
この積層型アクチュエータによれば、隣接するアクチュエータの一方の第１電極には正及び負の一方の電圧が印加され、他方の第１電極には他方の電圧が印加されるため、上記の第２電極を設けなくてもアクチュエータを駆動させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電源に接続可能なアクチュエータ及び積層型アクチュエータにおいて、体積効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に従うアクチュエータの斜視図である。
【図２】実施の形態１に従うアクチュエータの平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】比較例であるアクチュエータの断面図である。
【図５】実施の形態２に従うアクチュエータの斜視図である。
【図６】実施の形態２に従うアクチュエータの平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】実施の形態３に従う積層型アクチュエータの径方向の断面図である。
【図９】実施の形態４に従う積層型アクチュエータの径方向の断面図である。
【図１０】実施の形態４に従う積層型アクチュエータの駆動力を利用した装置の一例を示す図である。
【図１１】実施の形態４に従う積層型アクチュエータの駆動力を利用した装置の他の例を示す図である。
【図１２】実施の形態５に従うアクチュエータの斜視図である。
【図１３】実施の形態５に従うアクチュエータの駆動力を利用した装置を示す図である。
【図１４】実施の形態６に従うアクチュエータの径方向の断面図である。
【図１５】実施の形態２の第１の変形例に従うアクチュエータの径方向の断面図である。
【図１６】実施の形態２の第２の変形例に従うアクチュエータの径方向の断面図である。
【図１７】実施の形態２の第３の変形例に従うアクチュエータの径方向の断面図である。
【図１８】実施の形態２の第４の変形例に従うアクチュエータの径方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない場合がある。
【００１８】
［１．実施の形態１］
＜１−１．アクチュエータの外観構成＞
図１は、本実施の形態１に従うアクチュエータ１０の斜視図である。図２は、本実施の形態１に従うアクチュエータ１０の平面図である。アクチュエータ１０は、アクチュエータ１０の外部の電源（以下、「外部電源」とも称する。）に接続可能に構成されている。アクチュエータ１０は、いわゆる高分子アクチュエータであり、誘電体を備えている。アクチュエータ１０においては、誘電体に電圧が印加されることによって、誘電体が伸縮し、駆動力が生成される。
【００１９】
アクチュエータ１０が外部電源と電気的に接続されると、アクチュエータ１０は、たとえば、水平方向に伸び、垂直方向に縮む。この水平方向及び垂直方向への伸縮がアクチュエータ１０の駆動力となる。
【００２０】
図１，２に示されるように、アクチュエータ１０は、誘電体１１０と、電極１２０とを備えている。誘電体１１０は、伸縮性を有し、かつ、筒状に構成された誘電膜である。なお、「筒状」とは、内部に電極１２０が形成される空間が設けられていることを意味し、必ずしも径方向の断面が円形であることを意味しない。本実施の形態１において、誘電体１１０の径方向の断面は全体的に扁平形状となっている。誘電体１１０は、たとえば、アクリル、ウレタン、シリコーン等の柔軟性を有し、かつ、誘電率の高いエラストマー材料で構成されている。誘電体１１０は、アクチュエータ１０と外部電源との電気的な接続状態が切り替えられることによって伸縮する。
【００２１】
電極１２０は、誘電体１１０の内周面上に形成された電極膜である。電極１２０は、たとえば、誘電体１１０を構成する材料（液状にしたもの）にカーボンブラック、貴金属フィラー等を混入することによって導電性が確保された材料で構成されている。電極１２０は、外部電源に接続可能に構成されている。電極１２０は外部電源の正極及び負極の一方に接続され、他方は誘電体１１０の外周面側に設けられる電極膜（不図示）に接続される。この電極膜（不図示）が設けられる位置としては様々なパターンが考えられるが、たとえば、この電極膜は、誘電体１１０の外周面のうちの上面又は下面上に設けられる。
【００２２】
＜１−２．アクチュエータの断面構成＞
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図３に示されるように、電極１２０は、外部電源としての電源１３０に接続可能に構成されている。上述のように、電極１２０は、誘電体１１０の内周面上に形成されている。
【００２３】
誘電体１１０の外周面は、外周位置Ｐ１０と外周位置Ｐ１２との間の第１領域Ｔ１１と、外周位置Ｐ１１と外周位置Ｐ１３との間の第１領域Ｔ１２とを含んでいる。また、誘電体１１０の外周面は、外周位置Ｐ１０と外周位置Ｐ１１との間の第２領域Ｔ２１と、外周位置Ｐ１２と外周位置Ｐ１３との間の第２領域Ｔ２２とを含んでいる。第１領域Ｔ１１，Ｔ１２の各々は、第２領域Ｔ２１，Ｔ２２の各々と滑らかにつながっている。
【００２４】
第１領域Ｔ１１，Ｔ１２の各々は半円形状の領域であり、該半円の半径をｒ１とすると、第１領域Ｔ１１，Ｔ１２の各々の曲率は、１／ｒ１となる。なお、ｒ１は、アクチュエータ１０の厚さｔ１の１／２の長さである。第１領域Ｔ１１，Ｔ１２は、誘電体１１０の径方向の断面において最大曲率を有する領域である。第２領域Ｔ２１，Ｔ２２は、直線状（曲率：０（ゼロ））の領域であり、第１領域Ｔ１１，Ｔ１２よりも小さい曲率を有する領域といえる。このように、誘電体１１０の外周面は、径方向の断面視において、曲率が一定ではない（正円形状ではない。）。
【００２５】
次に、アクチュエータ１０の径方向の断面形状として図３に示される形状が採用されている理由について説明する。まず、電極１２０が誘電体１１０の内周面上に形成されている理由について比較例を用いて説明する。
【００２６】
図４は、比較例であるアクチュエータ９０の断面図である。図４に示されるように、アクチュエータ９０は、誘電体９１０と、誘電体９１０の上面に形成された電極９２１と、誘電体９１０の下面に形成された電極９２２とを備えている。電極９２１は電源９３０の正極に接続されており、電極９２２は電源９３０の負極に接続されている。たとえば、スイッチ（不図示）の操作によって電源９３０の接続状態が切り替えられることにより、誘電体９１０は伸縮する。
【００２７】
比較例において、電極９２１，９２２は、それぞれ誘電体９１０の上面及び下面の水平方向の端部においても形成されている。このような状況で、アクチュエータ９０と電源９３０とが電気的に接続されると、アクチュエータ９０の水平方向の端部において電極９２１，９２２間の距離が短いため、電極９２１，９２２間で放電が生じる可能性がある。
【００２８】
再び図３を参照して、本実施の形態１に従うアクチュエータ１０においては、電極１２０が誘電体１１０の内周面上に形成されているため、径方向の端部においても電極１２０が誘電体１１０に覆われている。したがって、径方向の端部において、誘電体１１０の外周面側に設けられる電極（不図示）と電極１２０との間で放電が生じる可能性は低減されている。すなわち、本実施の形態１に従うアクチュエータ１０においては、電極１２０を誘電体１１０の内周面上に形成することによって、電極間の放電を抑制している。
【００２９】
次に、誘電体１１０の外周面が、径方向の断面視において正円形状ではない理由について説明する。仮に、誘電体１１０の径方向の断面が正円形状であるとする。誘電体１１０の内周面上に形成される電極１２０（電極膜）は薄いため、この場合には、誘電体１１０の内周面側に中空の空間（断面視において正円形状）が形成される。この中空の空間は、アクチュエータ１０の駆動力の生成に寄与しない。したがって、誘電体１１０の径方向の断面を正円形状とすると、上記中空の空間の体積分だけ体積効率が低下することになる。
【００３０】
本実施の形態１に従うアクチュエータ１０において、誘電体１１０の径方向の断面は、曲率が一定ではなく、正円形状ではない。したがって、径方向の断面視において、誘電体１１０の内周面側に形成される中空の空間の面積は、周長が同一の正円の面積よりも小さくなる。その結果、アクチュエータ１０においては、誘電体１１０の径方向の断面が正円形状である場合と比較して、体積効率が改善されている。すなわち、本実施の形態１に従うアクチュエータ１０においては、誘電体１１０の径方向の断面形状を正円形状とはしないことによって、アクチュエータ１０の体積効率を改善している。
【００３１】
特に、本実施の形態１においては、アクチュエータ１０の径方向の断面が扁平形状とされており、電極１２０が内周面側で接触しているため、誘電体１１０の内周面側に中空の空間が形成されていない。したがって、アクチュエータ１０においては、誘電体１１０の径方向の断面が正円形状である場合と比較して、体積効率が大幅に改善されている。
【００３２】
＜１−３．製造方法＞
次に、アクチュエータ１０の製造方法について説明する。まず、たとえば、遠心注型法によって、内層が電極１２０（電極膜）により構成され、外層が誘電体１１０（誘電体膜）により構成された筒を作成する。この筒の径方向の断面は、たとえば、正円形状である。
【００３３】
次に、作成された筒の内周面（電極１２０上）に、接着剤を塗布する。そして、内周面に接着剤が塗布された筒を外周面側から押圧することによって、筒の内周面を接着する。これによって、アクチュエータ１０が完成する。
【００３４】
＜１−４．特徴＞
以上のように、本実施の形態１に従うアクチュエータ１０において、誘電体１１０の外周面は、誘電体１１０の径方向の断面視において最大曲率を有する第１領域Ｔ１１，Ｔ１２と、該断面視において第１領域Ｔ１１，Ｔ１２よりも小さい曲率を有する第２領域Ｔ２１，Ｔ２２とを含んでいる。
【００３５】
したがって、アクチュエータ１０によれば、誘電体１１０の径方向の断面が正円形状ではなく、断面が正円形状の場合と比較して中空空間の体積が減少するため、体積効率を改善することができる。
【００３６】
［２．実施の形態２］
上記実施の形態１に従うアクチュエータ１０おいては、誘電体１１０の外周面側に設けられる電極の具体的な位置が特定されていなかった。本実施の形態２においては、誘電体の外周面のうち上面及び下面の各々に電極膜が形成されている。以下では、上記実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３７】
＜２−１．アクチュエータの外観構成＞
図５は、本実施の形態２に従うアクチュエータ２０の斜視図である。図６は、本実施の形態２に従うアクチュエータ２０の平面図である。図５，６に示されるように、アクチュエータ２０は、誘電体２１０と、電極２２０，２３１，２３３とを備えている。
【００３８】
誘電体２１０は上記実施の形態１における誘電体１１０と同様であり、電極２２０は上記実施の形態１における電極１２０と同様である。本実施の形態２においては、誘電体２１０の外周面の上面側に電極２３１が形成され、下面側に電極２３３が形成されている。
【００３９】
電極２３１，２３３の各々は、たとえば、電極２２０と同様の材料で構成されている。電極２３１，２３３の各々は、外部電源に接続可能に構成されている。電極２３１，２３３は外部電源の正極及び負極の一方に接続され、他方は電極２２０に接続される。各電極と外部電源との電気的な接続状態を切り替えることによって、誘電体２１０が伸縮し、アクチュエータ２０が駆動する。
【００４０】
＜２−２．アクチュエータの断面構成＞
図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。図７に示されるように、電極２２０は外部電源の正極２４０と接続されており、電極２３１，２３３は外部電源の負極２５０と接続されている。なお、各電極の接続先はこれに限られず、たとえば、電極２２０に負極２５０が接続され、電極２３１，２３３に正極２４０が接続されてもよい。要するに、電極２３１，２２０，２３３の順に、正極２４０及び負極２５０のいずれかが交互に接続されていればよい。また、電極２２０は、誘電体２１０の内周面上に形成されている。
【００４１】
誘電体２１０の外周面は、外周位置Ｐ２０と外周位置Ｐ２２との間の第１領域Ｔ１３と、外周位置Ｐ２１と外周位置Ｐ２３との間の第１領域Ｔ１４とを含んでいる。また、誘電体２１０の外周面は、外周位置Ｐ２０と外周位置Ｐ２１との間の第２領域Ｔ２３と、外周位置Ｐ２２と外周位置Ｐ２３との間の第２領域Ｔ２４とを含んでいる。
【００４２】
電極２３１は誘電体２１０の外周面のうち第２領域Ｔ２３上に形成されており、電極２３３は誘電体２１０の外周面のうち第２領域Ｔ２４上に形成されている。すなわち、電極２３１，２３３は、いずれも第１領域Ｔ１３，Ｔ１４上には形成されていない。また、電極２３１，２３３の各々は、誘電体２１０を挟んで電極２２０に対向する位置に形成されているともいえる。
【００４３】
次に、電極２３１，２３３のいずれもが第１領域Ｔ１３，Ｔ１４上には形成されていない理由について説明する。第１領域Ｔ１３，Ｔ１４は、第２領域Ｔ２３，Ｔ２４と比較して曲率が高い。したがって、誘電体２１０の内周長と外周長との差は、第１領域Ｔ１３，Ｔ１４の方が第２領域Ｔ２３，Ｔ２４よりも大きい。仮に、誘電体２１０の外周面の全体に渡って電極が形成されていたとする。この場合には、第１領域Ｔ１３，Ｔ１４においては誘電体２１０の内周長と外周長との差が大きいため、誘電体２１０の内周面において電界集中が生じ、結果的に誘電体２１０において絶縁破壊が生じる可能性がある。
【００４４】
本実施の形態２に従うアクチュエータ２０においては、第１領域Ｔ１３，Ｔ１４よりも曲率が小さい第２領域Ｔ２３，Ｔ２４上に電極２３１，２３３がそれぞれ形成されている。したがって、アクチュエータ２０においては、誘電体２１０の内周面において電界集中が生じる可能性が低い。すなわち、本実施の形態２に従うアクチュエータ２０においては、電極２３１，２３３をそれぞれ第２領域Ｔ２３，Ｔ２４上に形成することによって、誘電体２１０において絶縁破壊が生じる可能性を低減している。
【００４５】
＜２−３．製造方法＞
次に、アクチュエータ２０の製造方法について説明する。まず、たとえば、遠心注型法によって、内層が電極２２０により構成され、中間層が誘電体２１０により構成され、外層が電極２３１，２３３により構成された筒を作成する。なお、最終的に第１領域Ｔ１３，Ｔ１４となる領域には、たとえばマスキングを施し、電極が形成されないようにする。作成された筒の断面は、たとえば、正円形状である。
【００４６】
次に、作成された筒の内周面（電極２２０上）に接着剤を塗布する。そして、内周面に接着剤が塗布された筒を外周面側から押圧することによって、筒の内周面を接着する。これによって、アクチュエータ２０が完成する。
【００４７】
＜２−４．特徴＞
以上のように、本実施の形態２に従うアクチュエータ２０において、電極２３１，２３３は、第２領域Ｔ２３，Ｔ２４上にそれぞれ形成されている。
【００４８】
したがって、アクチュエータ２０においては、曲率の高い第１領域Ｔ１３，Ｔ１４に電極が形成されていないため、たとえば第１領域Ｔ１３，Ｔ１４の全体に渡って電極が形成されている場合よりも誘電体２１０の内周面において電界集中が生じる可能性が低減されている。その結果、アクチュエータ２０によれば、誘電体２１０において絶縁破壊が生じる可能性を低減することができる。
【００４９】
［３．実施の形態３］
上記実施の形態１に従うアクチュエータ１０は、１層で構成された。本実施の形態３に従う積層型アクチュエータは、上記実施の形態１に従うアクチュエータ１０を多層化したものである。以下、上記実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
＜３−１．積層型アクチュエータの断面構成＞
図８は、本実施の形態３に従う積層型アクチュエータ３０の径方向の断面図である。積層型アクチュエータ３０は、複数のアクチュエータ１０を積層することによって構成されている。なお、本実施の形態３に従う積層型アクチュエータ３０においては、アクチュエータ１０が４層積層されているが、積層数は何層であってもよい。
【００５１】
各アクチュエータ１０は、電極１２０（電極１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ）を含んでいる。電極１２０Ａ，１２０Ｃは外部電源の正極３００に接続されており、電極１２０Ｂ，１２０Ｄは外部電源の負極３１０に接続されている。
【００５２】
各電極と外部電源との電気的な接続状態を切り替えることによって、各アクチュエータ１０が駆動し、全体として積層型アクチュエータ３０が駆動する。積層型アクチュエータ３０は、複数のアクチュエータ１０の駆動力を合わせた駆動力を出力できるため、積層するアクチュエータ１０の数に応じた大きい駆動力を出力することができる。
【００５３】
なお、積層型アクチュエータ３０においては、隣接するアクチュエータ１０間において、各電極１２０（たとえば、電極１２０Ａ，１２０Ｂ）に外部電源の異なる極（正極又は負極）が接続されているため、各誘電体１１０の外周面上に別途電極を設けなくても、各アクチュエータ１０が駆動することができる。
【００５４】
＜３−２．製造方法＞
次に、積層型アクチュエータ３０の製造方法について説明する。まず、複数のアクチュエータ１０を用意する。各アクチュエータ１０（誘電体１１０）の外周面に接着剤を塗布する。外周面に接着剤が塗布された複数のアクチュエータ１０を互い接着することによって、アクチュエータ１０を積層する。これによって、積層型アクチュエータ３０が完成する。
【００５５】
＜３−３．特徴＞
以上のように、本実施の形態３に従う積層型アクチュエータ３０は、複数のアクチュエータ１０を含んでいる。したがって、積層型アクチュエータ３０によれば、１層で構成されるアクチュエータ１０と比較して、より大きい駆動力を出力することができる。
【００５６】
また、本実施の形態３に従う積層型アクチュエータ３０においては、隣接するアクチュエータ１０の一方の電極１２０には正及び負の一方の電圧が印加され、他方の電極１２０には他方の電圧が印加される。したがって、積層型アクチュエータ３０によれば、アクチュエータ１０に含まれる誘電体１１０の外周面上に別途電極を設けなくても各アクチュエータ１０を駆動することができる。
【００５７】
［４．実施の形態４］
上記実施の形態２に従うアクチュエータ２０は、１層で構成された。本実施の形態４に従う積層型アクチュエータは、上記実施の形態２に従うアクチュエータ２０を多層化したものである。以下、上記実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
【００５８】
＜４−１．積層型アクチュエータの断面構成＞
図９は、本実施の形態４に従う積層型アクチュエータ４０の径方向の断面図である。積層型アクチュエータ４０は、複数のアクチュエータ２０を積層することによって構成されている。なお、本実施の形態４に従う積層型アクチュエータ４０においては、アクチュエータ２０が４層積層されているが、積層数は何層であってもよい。
【００５９】
各アクチュエータ２０は、電極２２０（電極２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ，２２０Ｄ）と、電極２３１（電極２３１Ａ，２３１Ｂ，２３１Ｃ，２３１Ｄ）と、電極２３３（電極２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃ，２３３Ｄ）とを含んでいる。
【００６０】
電極２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ，２２０Ｄは、外部電源の正極４００に接続されている。電極２３１Ａ，２３１Ｂ，２３１Ｃ，２３１Ｄ、及び、電極２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃ，２３３Ｄは、外部電源の負極４１０に接続されている。なお、各電極の接続先はこれに限られず、たとえば、電極２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ，２２０Ｄが負極４１０に接続され、電極２３１Ａ，２３１Ｂ，２３１Ｃ，２３１Ｄ、及び、電極２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃ，２３３Ｄが正極４００に接続されてもよい。
【００６１】
なお、本実施の形態４においては、単純にアクチュエータ２０を複数積層しているが、電極２３３Ａ及び電極２３１Ｂのいずれか、電極２３３Ｂ及び電極２３１Ｃのいずれか、電極２３３Ｃ及び電極２３１Ｄのいずれかは、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００６２】
各電極と外部電源との電気的な接続状態を切り替えることによって、各アクチュエータ２０が駆動し、全体として積層型アクチュエータ４０が駆動する。積層型アクチュエータ４０は、複数のアクチュエータ２０の駆動力を合わせた駆動力を出力できるため、積層するアクチュエータ２０の数に応じた大きい駆動力を出力することができる。
【００６３】
＜４−２．製造方法＞
次に、積層型アクチュエータ４０の製造方法について説明する。まず、複数のアクチュエータ２０を用意する。各アクチュエータ２０（電極２３１，２３３）の外周面に接着剤を塗布する。外周面に接着剤が塗布された複数のアクチュエータ２０を互いに接着することによって、アクチュエータ２０を積層する。これによって、積層型アクチュエータ４０が完成する。
【００６４】
＜４−３．特徴＞
以上のように、本実施の形態４に従う積層型アクチュエータ４０は、複数のアクチュエータ２０を含んでいる。したがって、積層型アクチュエータ４０によれば、１層で構成されるアクチュエータ２０と比較して、より大きい駆動力を出力することができる。
【００６５】
＜４−４．応用例１＞
図１０は、積層型アクチュエータ４０の駆動力を利用した装置４５０を示す図である。装置４５０は、駆動対象を駆動させる装置である。
【００６６】
図１０に示されるように、装置４５０は筐体４３０を備え、筐体４３０には積層アクチュエータ４０Ａ，４０Ｂ及び駆動対象４２０が収容されている。積層型アクチュエータ４０Ａの一端は筐体４３０に固定され、他端は駆動対象４２０に固定されている。また、積層型アクチュエータ４０Ｂの一端は筐体４３０に固定され、他端は駆動対象４２０に固定されている。なお、図１０においては、各電極と電源との接続関係の図示が省略されている。
【００６７】
積層型アクチュエータ４０Ａ，４０Ｂの各々に印加する電圧を制御することによって、駆動対象４２０を駆動させることができる。たとえば、積層型アクチュエータ４０Ａを径方向に伸ばす一方、積層型アクチュエータ４０Ｂを径方向に縮ませることによって、駆動対象４２０を右方に移動させることができる。また、積層型アクチュエータ４０Ａを径方向に縮ませる一方、積層型アクチュエータ４０Ｂを径方向に伸ばすことによって、駆動対象４２０を左方に移動させることができる。すなわち、積層型アクチュエータ４０Ａ，４０Ｂを交互に駆動することによって、駆動対象４２０を左右に運動させることができる。
【００６８】
＜４−５．応用例２＞
図１１は、積層型アクチュエータ４０の駆動力を利用した装置４６０を示す図である。装置４６０は、駆動対象を駆動させる装置である。
【００６９】
図１１に示されるように、装置４６０は支持体４７０を備え、支持体４７０には複数の積層型アクチュエータ４０の一端が接続されている。そして、複数の積層型アクチュエータ４０の他端は、駆動対象４８０に接続されている。なお、図１１においては、各電極と電源との接続関係の図示が省略されている。
【００７０】
各積層型アクチュエータ４０への電圧の印加タイミングを制御することによって、駆動対象４８０を径方向に移動させることができる。たとえば、積層型アクチュエータ４０に印加する電圧の制御次第では、駆動対象４８０に所謂みそすり運動をさせることができる。
【００７１】
［５．実施の形態５］
上記実施の形態２においては、誘電体２１０の内周面全体に渡って電極２２０が形成されるとともに、誘電体２１０の上面及び下面に電極２３１，２３３がそれぞれ全体的に形成された。したがって、上記実施の形態２においては、電圧の印加によってアクチュエータ２０が全体的に伸縮した。
【００７２】
本実施の形態５においては、アクチュエータの長手方向に複数の電極が設けられており、長手方向に設けられた各電極に印加する電圧を異ならせることによって、各電極に対応する領域の伸縮を異ならせることができる。以下では、上記実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
＜５−１．アクチュエータの外観構成＞
図１２は、本実施の形態５に従うアクチュエータ５０の斜視図である。図１２に示されるように、アクチュエータ５０は誘電体５１０を備え、誘電体５１０には駆動部５１Ａ，５１Ｂが設けられている。駆動部５１Ａはアクチュエータ５０の長手方向の図中手前側に設けられており、駆動部５１Ｂはアクチュエータ５０の長手方向の図中奥側に設けられている。なお、本実施の形態５においては、駆動部がアクチュエータ５０の長手方向に２つ設けられているが、駆動部は、必ずしも２つである必要はなく、より多数設けられてもよい。
【００７４】
駆動部５１Ａは、誘電体５１０の外周面のうち上面に形成された電極５３１Ａと、誘電体５１０の内周面に形成された電極５２０Ａと、誘電体５１０の外周面のうち下面に形成された電極５３３Ａとを含んでいる。駆動部５１Ｂは、誘電体５１０の外周面のうち上面に形成された電極５３１Ｂと、誘電体５１０の内周面に形成された電極５２０Ｂと、誘電体５１０の外周面のうち下面に形成された電極５３３Ｂとを含んでいる。たとえば、電極５３１Ａ，５３３Ａ，５３１Ｂ，５３３Ｂは、外部電源の正極（不図示）に接続され、電極５２０Ａ，５２０Ｂは、外部電源の負極（不図示）に接続される。
【００７５】
このような構成によれば、駆動部５１Ａに印加する電圧と、駆動部５１Ｂに印加する電圧とを別々に制御することによって、駆動部５１Ａ，５１Ｂの各々に対応する誘電体５１０の各領域を別々に伸縮させることができる。
【００７６】
＜５−２．製造方法＞
次に、アクチュエータ５０の製造方法について説明する。まず、たとえば、遠心注型法によって、内層が電極５２０Ａ，５２０Ｂにより構成され、中間層が誘電体５１０により構成され、外層が電極５３１Ａ，５３３Ａ，５３１Ｂ，５３３Ｂにより構成された筒を作成する。なお、最終的に電極が形成されないようにする領域には、たとえばマスキングを施し、筒が作成された後にマスキングテープを剥がす。作成された筒の断面は、たとえば、正円形状である。
【００７７】
次に、作成された筒の内周面に接着剤を塗布する。そして、内周面に接着剤が塗布された筒を外周面側から押圧することによって、筒の内周面を接着する。これによって、アクチュエータ５０が完成する。
【００７８】
＜５−３．特徴＞
以上のように、本実施の形態５に従うアクチュエータ５０においては、アクチュエータ５０の長手方向に複数の駆動部（駆動部５１Ａ，５１Ｂ）が設けられている。したがって、アクチュエータ５０によれば、駆動部５１Ａ，５１Ｂの各々に印加される電圧を別々に制御することによって、アクチュエータ５０の各領域における伸縮の具合を変えることができる。
【００７９】
＜５−４．応用例＞
図１３は、アクチュエータ５０の駆動力を利用した装置５５０を示す図である。装置５５０は、駆動対象を駆動させる装置である。
【００８０】
図１３に示されるように、装置５５０は筐体５４５を備えている。筐体５４５は、駆動対象５４０と、複数のアクチュエータ５０とを収容している。複数のアクチュエータ５０の各々は、駆動対象５４０を貫通している。駆動対象５４０は、各アクチュエータ５０の長手方向の中央部分において、各アクチュエータ５０に対して固定されている。なお、図１３においては、各電極と電源との接続関係の図示が省略されている。
【００８１】
各アクチュエータ５０において、駆動部５１Ａへの電圧印加と、駆動部５１Ｂへの電圧印加とを交互に行なうことによって、駆動対象５４０を左右に運動させることができる。
【００８２】
［６．実施の形態６］
上記実施の形態２に従うアクチュエータ２０においては、誘電体２１０が１層だけ設けられ、その内周面及び外周面上に電極が形成された。本実施の形態６に従うアクチュエータにおいては、上記実施の形態２に従うアクチュエータ２０の外周面を覆う２層目の誘電体が設けられ、さらに２層目の誘電体の外周面に電極が形成されている。以下、上記実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
【００８３】
＜６−１．アクチュエータの断面構成＞
図１４は、本実施の形態６に従うアクチュエータ６０の径方向の断面図である。図１４を参照して、誘電体６１０Ａは、上記実施の形態２における誘電体２１０と同様である。電極６２０，６３１Ａ，６３３Ａは、上記実施の形態２における電極２２０，２３１，２３３とそれぞれ同様である。
【００８４】
アクチュエータ６０においては、誘電体６１０Ａの外周面上にさらに誘電体６１０Ｂが設けられている。そして、誘電体６１０Ｂの外周面のうち上面には電極６３１Ｂが設けられており、下面には電極６３３Ｂが設けられている。なお、本実施の形態６においては、誘電体６１０Ａの外周面上に誘電体が１層だけ追加されているが、２層以上が追加されてもよい。この場合に、たとえば、追加された各層の上面及び下面の各々には電極が設けられる。
【００８５】
電極６３１Ｂ，６２０，６３３Ｂは外部電源の正極６４０に接続されており、電極６３１Ａ，６３３Ａは外部電源の負極６５０に接続されている。なお、各電極の接続先はこれに限られず、たとえば、電極６３１Ｂ，６２０，６３３Ｂが負極６５０に接続され、電極６３１Ａ，６３３Ａが正極６４０に接続されてもよい。
【００８６】
各電極と外部電源との電気的な接続状態を切り替えることによって、誘電体６１０Ａ，６１０Ｂが伸縮し、アクチュエータ６０の駆動力が生成される。アクチュエータ６０によれば、誘電体が１層だけ設けられている場合よりも、誘電体の伸縮幅が大きくなるため、より大きい駆動力を生成することができる。
【００８７】
＜６−２．製造方法＞
次に、アクチュエータ６０の製造方法について説明する。まず、たとえば、遠心注型法によって、最内層側から順に、第１層が電極６２０により構成され、第２層が誘電体６１０Ａにより構成され、第３装置が電極６３１Ａ及び電極６３３Ａにより構成され、第４層が誘電体６１０Ｂにより構成され、第５層が電極６３１Ｂ及び電極６３３Ｂにより構成された筒を作成する。作成された筒の断面は、たとえば、正円形状である。
【００８８】
次に、作成された筒の内周面に接着剤を塗布する。そして、内周面に接着剤が塗布された筒を外周面側から押圧することによって、筒の内周面を接着する。これによって、アクチュエータ６０が完成する。
【００８９】
＜６−３．特徴＞
以上のように、本実施の形態６に従うアクチュエータ６０においては、誘電体が誘電体の外周方向に複数層設けられている。したがって、アクチュエータ６０によれば、誘電体が１層だけ設けられている場合と比較して、より大きい駆動力を生成することができる。
【００９０】
［７．変形例］
以上、実施の形態１−６について説明したが、本発明は、上記実施の形態１−６に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。但し、以下の変形例は適宜組合せ可能である。
【００９１】
＜７−１＞
実施の形態１−６においては、アクチュエータの径方向の断面は扁平形状とされたが、アクチュエータの断面形状はこれに限定されない。たとえば、アクチュエータの断面形状は、楕円形であってもよい。要するに、アクチュエータの断面形状は、最大曲率を有する領域と、該最大曲率よりも小さい曲率を有する領域とを含んでいればよい。
【００９２】
図１５は、実施の形態２の変形例に従うアクチュエータ２０Ａ１の径方向の断面図である。図１５に示されるように、アクチュエータ２０Ａ１においては、誘電体２１０Ａ１の断面が楕円形に構成されており、誘電体２１０Ａ１の内周面上に電極２２０Ａ１が設けられている。そして、誘電体２１０Ａ１の外周面上には、電極２３１Ａ１，２３３Ａ１が設けられている。
【００９３】
アクチュエータ２０Ａ１においては、位置Ｐ１５，Ｐ１６が径方向の断面において最大曲率を有する位置となる一方、位置Ｐ１７、Ｐ１８が径方向の断面において最小曲率を有する位置となる。アクチュエータ２０Ａ１においては、最大曲率を有する位置から最小曲率を有する位置にかけて、離散的ではなく連続的に曲率が変化している。
【００９４】
この場合であっても、誘電体２１０Ａ１の内周面側に形成される中空の空間の体積は、誘電体の断面が正円形状（周長同一）に構成されている場合よりも小さくなるため、体積効率は改善される。
【００９５】
＜７−２＞
実施の形態２，４−６においては、誘電体の外周面上に設けられる電極は、誘電体の外周面のうち第２領域Ｔ２３，Ｔ２４等の曲率が低い領域にのみ設けられた。しかしながら、誘電体の外周面上に設けられる電極の位置はこれに限定されない。たとえば、誘電体の外周面上に設けられる電極は、曲率が高い領域全体に渡って設けられるようなことがなければ、部分的に曲率が高い領域に設けられてもよい。
【００９６】
図１６は、実施の形態２の変形例に従うアクチュエータ２０Ｂ１の径方向の断面図である。図１６に示されるように、電極２３１Ｂ１，２３３Ｂ１の各々は、部分的に第１領域Ｔ１３，Ｔ１４上に設けられている。
【００９７】
この場合であっても、第１領域Ｔ１３，Ｔ１４の全体に渡って電極が設けられる場合と比較して、誘電体２１０の内周面において電界集中が生じる可能性が低減され、結果的に、誘電体２１０において絶縁破壊が生じる可能性が低減される。
【００９８】
＜７−３＞
実施の形態２，４−６においては、誘電体の外周面上に設けられる電極は、誘電体の外周面のうち第２領域Ｔ２３，Ｔ２４等の曲率が低い領域の全体に渡って設けられた。しかしながら、誘電体の外周面上に設けられる電極の位置はこれに限定されない。たとえば、誘電体の外周面上に設けられる電極は、誘電体の外周面の曲率が低い領域のうちの一部に設けられてもよい。
【００９９】
図１７は、実施の形態２の変形例に従うアクチュエータ２０Ｃ１の径方向の断面図である。図１７に示されるように、電極２３１Ｃ１，２３３Ｃ１は、それぞれ第２領域Ｔ２３，Ｔ２４の一部分に設けられている。
【０１００】
この場合であっても、第１領域Ｔ１３，Ｔ１４に電極が設けられる場合と比較して、誘電体２１０の内周面において電界集中が生じる可能性が低減され、結果的に、誘電体２１０において絶縁破壊が生じる可能性が低減される。
【０１０１】
＜７−４＞
実施の形態２，４−６においては、誘電体の外周面上に設けられる電極は、誘電体の外周面のうち第１領域Ｔ１３，Ｔ１４等の曲率の高い領域には設けられなかった。一方、誘電体の内周面には、電極が全体に渡って設けられた。しかしながら、各電極が設けられる位置はこれに限定されない。たとえば、誘電体の外周面の全体に渡って電極を設ける一方、誘電体の内周面のうち曲率が高い領域には電極を設けないようにしてもよい。
【０１０２】
図１８は、実施の形態２の変形例に従うアクチュエータ２０Ｄ１の径方向の断面図である。図１８に示されるように、内周位置Ｐ１Ｄ１と内周位置Ｐ３Ｄ１との間の内周面Ｓ１Ｄ１は、誘電体２１０の内周面のうち曲率が高い領域である。また、内周位置Ｐ２Ｄ１と内周位置Ｐ４Ｄ１との間の内周面Ｓ２Ｄ１は、誘電体２１０の内周面のうち曲率が高い領域である。
【０１０３】
本変形例においては、誘電体２１０の外周面の全体に渡って電極２３０Ｄ１が設けられている。また、誘電体２１０の内周面においては、内周面Ｓ１Ｄ１，Ｓ２Ｄ１を除く曲率が低い領域の一部にのみ電極２２０Ｄ１が設けられている。
【０１０４】
この場合であっても、誘電体２１０の曲率が高い領域における電界が弱まるため、電界集中を低減することができ、結果的に、誘電体２１０において絶縁破壊が生じる可能性が低減される。
【０１０５】
＜７−５＞
実施の形態１−６において、各電極は、電極膜とされたが、必ずしも膜である必要はない。たとえば、各電極は、厚みのある導体であってもよい。
【０１０６】
＜７−６＞
実施の形態２，４−６においては、誘電体の外周面上に設けられる電極は、誘電体の外周面のうち上面及び下面の両方に設けられた。しかしながら、電極は、必ずしも誘電体の外周面の上面及び下面の両方に設けられる必要はない。たとえば、誘電体の外周面の上面にのみ電極が設けられてもよいし、下面にのみ電極が設けられてもよい。この場合であっても、誘電体の内部の電極と外部の電極との間に電圧が印加されることによって、誘電体が伸縮し、アクチュエータを駆動させることができる。
【０１０７】
＜７−７＞
実施の形態５においては、駆動部５１Ａ，５１Ｂがアクチュエータ５０の長手方向に並べられた。しかしながら、駆動部５１Ａ，５１Ｂの配置はこれに限定されない。たとえば、駆動部５１Ａ，５１Ｂは、アクチュエータ５０の短手方向にならべられてもよい。
【０１０８】
＜７−８＞
実施の形態１−６において、アクチュエータの径方向の断面は扁平形状とされたが、本発明における「扁平形状」という文言は、必ずしも完全な扁平形状だけを意味しない。たとえば、筒状のアクチュエータを外周面側から押圧してアクチュエータを扁平形状とする場合に、アクチュエータの短手方向の両端においてアクチュエータが厚み方向に少し膨らむ場合がある。このように、筒状のアクチュエータを外周面側から押圧した場合に、短手方向の両端において厚み方向に少し膨らんだ場合の径方向の断面形状は、本発明における「扁平形状」に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  アクチュエータ
１１０  誘電体
１２０  電極
１３０  電源
【図１】
2019004629.tif 000003
【図２】
2019004629.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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