(57)【要約】【課題】小型化が容易で、柔軟で変位量の大きなアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１は、軸方向一端が固定されており、誘電体エラストマー製の誘電膜２１０ａと、誘電膜２１０ａを介して配置されている複数の電極２１０ｂと、を有し、電極２１０ｂ間への印加電圧が大きくなるに従って誘電膜２１０ａが伸張する棒状のアクチュエータ素子２と、アクチュエータ素子２の軸方向他端に接続され、アクチュエータ素子２を軸方向に伸張させた状態で固定する負荷部材３と、を備え、電極２１０ｂ間への印加電圧を大きくして誘電膜２１０ａを伸張させることにより、アクチュエータ素子２を負荷部材３の張力に従って軸方向に伸張させることを特徴とする。【選択図】図３
2008277729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向一端が固定されており、誘電体エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を有し、該電極間への印加電圧が大きくなるに従って該誘電膜が伸張する棒状のアクチュエータ素子と、
該アクチュエータ素子の軸方向他端に接続され、該アクチュエータ素子を軸方向に伸張させた状態で固定する負荷部材と、を備え、
該電極間への印加電圧を大きくして該誘電膜を伸張させることにより、該アクチュエータ素子を該負荷部材の張力に従って軸方向に伸張させることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記負荷部材は、錘および弾性部材の少なくとも一方である請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記負荷部材は、前記アクチュエータ素子である請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が渦巻状に巻回されてなる渦巻状伸縮部材を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる積層状伸縮部材を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記積層状伸縮部材は、中空円筒状を呈している請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記アクチュエータ素子は、軸部に配置され軸方向に弾性変形可能な芯材を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記芯材は、エラストマーからなる請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が、前記芯材の周囲に渦巻状に巻回されてなる渦巻状筒部材を有する請求項７または請求項８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記アクチュエータ素子は、前記芯材の周囲に前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる積層状筒部材を有する請求項７または請求項８に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記アクチュエータ素子は、軸直方向の最大直径が５ｍｍ未満である請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記アクチュエータ素子の複数が束ねられて配置されている請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
束ねられた前記アクチュエータ素子の複数の前記電極の、正極側および負極側のうち少なくとも一方は、共用化されている請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記電極は、エラストマーと導電材との混合材からなる請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記電極は、液状を呈している請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印加電圧に応じた誘電膜の伸縮により駆動力を出力するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、誘電体エラストマーを用いた電歪型アクチュエータとして、特許文献１には、ロール型のアクチュエータが紹介されている。すなわち、特許文献１に記載されたアクチュエータは、誘電体エラストマー膜と電極とを持つアクチュエータ素子が、圧縮されたコイルばねの外周に巻装されてなる。アクチュエータ素子の電極に電圧を印加すると、誘電体エラストマー膜の膜厚が小さくなり、誘電体エラストマー膜は軸方向に伸張する。これにより、コイルばねに対する拘束力が小さくなり、コイルばね、つまりアクチュエータは軸方向に伸張する。
【０００３】
また、特許文献２には、誘電体エラストマー膜と電極とからなる筒状のアクチュエータ素子を備えるアクチュエータが紹介されている。アクチュエータ素子の電極に電圧を印加すると、上記特許文献１に記載のアクチュエータと同様、誘電体エラストマー膜の膜厚が小さくなり、誘電体エラストマー膜は軸方向に伸張する。これにより、アクチュエータは軸方向に伸張する。
【特許文献１】特表２００６−５２０１８０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３０２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のアクチュエータの場合、電圧を印加してアクチュエータ素子が伸張する際、アクチュエータ素子の内径側に配置されているコイルばねは、直径を変えずに伸張する。このため、伸張時にアクチュエータ素子とコイルばねとが干渉し、アクチュエータの軸方向の変位が妨げられるおそれがある。反対に、電圧の印加をやめると、アクチュエータ素子は軸方向に収縮する。収縮するアクチュエータ素子からの拘束力により、コイルばねは軸方向に圧縮される。ここで、収縮する際、電圧印加により小さくなった誘電体エラストマー膜の膜厚は、元の厚さに復元すべく、大きくなる。一方、コイルばねは、直径を変えずに収縮する。このため、収縮時にアクチュエータ素子とコイルばねとが干渉し、例えば、コイルばねのピッチにアクチュエータ素子が噛み込まれるおそれがある。また、特許文献１のアクチュエータは、コイルばねを芯材とする。このため、アクチュエータを細く、小さくすることが難しい。さらに、コイルばねは剛体であるため、柔軟な動きを実現しにくい。
【０００５】
また、特許文献２のアクチュエータの場合、アクチュエータ素子が自然状態から伸張した分だけ変位する。しかしながら、特許文献２のアクチュエータには、アクチュエータ素子の伸張方向を配向する部材が配置されていない。このため、特許文献２のアクチュエータによると、伸張方向を一つの方向に揃えにくい。したがって、軸方向における変位量が小さい。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みて完成されたものであり、小型化が容易で、柔軟で変位量の大きなアクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明のアクチュエータは、軸方向一端が固定されており、誘電体エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を有し、該電極間への印加電圧が大きくなるに従って該誘電膜が伸張する棒状のアクチュエータ素子と、該アクチュエータ素子の軸方向他端に接続され、該アクチュエータ素子を軸方向に伸張させた状態で固定する負荷部材と、を備え、該電極間への印加電圧を大きくして該誘電膜を伸張させることにより、該アクチュエータ素子を該負荷部材の張力に従って軸方向に伸張させることを特徴とする（請求項１に対応）。
【０００８】
以下、原理図を用いて、本発明のアクチュエータの作用を説明する。ただし、以下に示す図１、図２は、本発明のアクチュエータの作用を説明するためだけのものであり、本発明のアクチュエータの構成、形状、駆動方向等を何ら限定するものではない。例えば、誘電膜の積層数、電極あるいは誘電膜の厚さ、電極の配置数、芯材の有無などを、何ら限定するものではない。
【０００９】
まず、図１に、本発明のアクチュエータにおけるアクチュエータ素子の原理図を示す。（ａ）は電圧印加前の状態を、（ｂ）は電圧印加中の状態を、それぞれ示す。図１に示すように、アクチュエータ素子ｂは、誘電膜ｂ１０と電極ｂ１１とを備えている。電極ｂ１１は、誘電膜ｂ１０の両面に配置されている。電極ｂ１１は、スイッチｄ２および電源ｄ１と共に、電気回路を構成している。図１（ｂ）に示すように、スイッチｄ２を閉成すると、電極ｂ１１間に電圧が印加される。これにより、電極ｂ１１間の静電引力が大きくなる。このため、図１（ｂ）中、白抜き矢印で示すように、誘電膜ｂ１０は、膜厚方向に収縮するように変形する。並びに、誘電膜ｂ１０は、面展開方向に伸張するように変形する。よって、アクチュエータ素子ｂは、面展開方向に距離Ｌ１だけ伸張する。
【００１０】
次に、図１のアクチュエータ素子ｂを用いた本発明のアクチュエータの原理図を、図２に示す。（ａ）は電圧印加前の状態を、（ｂ）は電圧印加中の状態を、それぞれ示す。図２に示すように、アクチュエータａは、アクチュエータ素子ｂと負荷部材ｃとを備えている。電極ｂ１１は誘電膜ｂ１０の両面に配置されている。誘電膜ｂ１０は、筒状に巻回されている。負荷部材ｃは、アクチュエータ素子ｂの下端に吊り下げられている。このため、アクチュエータ素子ｂには、負荷部材ｃの重さにより、下方向の張力Ｆ１が加わっている。アクチュエータ素子ｂは、負荷部材ｃにより軸方向に伸張された状態で固定されている。言い換えると、アクチュエータ素子ｂの上方向の復元力と、下方向の張力Ｆ１とは、釣り合っている。
【００１１】
この状態で、電極ｂ１１間に電圧を印加すると、当該釣り合い状態がくずれ、前出図１（ｂ）に示すように、距離Ｌ１だけアクチュエータ素子ｂが伸張する。このため、張力Ｆ１により、アクチュエータａが距離Ｌ２だけ伸張する。反対に、電圧の印加を除去すると、略元の釣り合い状態に戻ろうとして、伸張していたアクチュエータ素子ｂが収縮する。このため、張力Ｆ１に抗して、アクチュエータａが距離Ｌ２だけ収縮する。このようにして、本発明のアクチュエータａは駆動力を出力する。
【００１２】
本発明のアクチュエータによると、負荷部材によりアクチュエータ素子（誘電膜）の伸縮方向が軸方向に配向される。このため、軸方向における変位量が大きい。また、アクチュエータの姿勢によらず、安定した動作が可能となる。また、アクチュエータ素子の必須の構成要素は誘電膜と電極であり、芯材としてのコイルばねは必須ではない。このため、アクチュエータを小型化しやすい。また、誘電膜の配置方法、形状、種類、膜厚、電極対の数や配置、負荷部材の張力等を変化させることにより、本発明のアクチュエータにおける駆動力や変位量等を容易に調整することができる。
【００１３】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記負荷部材は、錘および弾性部材の少なくとも一方である構成とする方がよい（請求項２に対応）。本構成によると、アクチュエータ素子の伸縮方向を容易に配向させることができる。また、比較的低コストで本発明のアクチュエータを構成することができる。
【００１４】
（３）好ましくは、上記（１）の構成において、前記負荷部材は、前記アクチュエータ素子である構成とする方がよい（請求項３に対応）。つまり、本構成は、アクチュエータ素子を複数連結するものである。本構成によると、停止状態（例えば電圧オフの状態）を基準として、正逆両方向に駆動力を出力することができる。
【００１５】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が渦巻状に巻回されてなる渦巻状伸縮部材を有する構成とする方がよい（請求項４に対応）。
【００１６】
渦巻状伸縮部材は、所定の伸縮膜を渦巻状に巻回することにより形成されている。このため、アクチュエータ素子の構成が単純である。したがって、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、伸縮膜の巻回数の調整が容易である。これにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、渦巻状伸縮部材完成後においては、径方向に隣接する電極同士が、絶縁膜により隔離されることになる。このため、径方向に隣接する電極間における導通を、抑制することができる。
【００１７】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる積層状伸縮部材を有する構成とする方がよい（請求項５に対応）。
【００１８】
積層状伸縮部材は、誘電膜と電極とが交互に積層されることにより形成されている。このため、アクチュエータ素子の構成が単純である。したがって、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、誘電膜の積層数の調整が容易である。これにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、積層された誘電膜各々の伸縮を、効率よく行うことができる。
【００１９】
（６）好ましくは、上記（５）の構成において、前記積層状伸縮部材は、中空円筒状を呈している構成とする方がよい（請求項６に対応）。本構成によると、軸部に芯材を配置する場合と比較して、駆動時の変形が芯材に規制されるおそれがない。このため、大きな変位が得られ易い。また、アクチュエータが軽量になる。また、外部から衝撃が加わる際、軸部に空間が確保されている分だけ、アクチュエータ素子が変形しやすい。このため、衝撃を吸収しやすい。
【００２０】
（７）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記アクチュエータ素子は、軸部に配置され軸方向に弾性変形可能な芯材を有する構成とする方がよい（請求項７に対応）。軸部に芯材を配置すると、アクチュエータ素子の形状を保持しやすい。また、芯材を中心に誘電膜や電極を配置すれば、アクチュエータ素子、ひいては本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。
【００２１】
（８）好ましくは、上記（７）の構成において、前記芯材は、エラストマーからなる構成とする方がよい（請求項８に対応）。
【００２２】
エラストマーのポアソン比は０．５に近い。このため、弾性変形による体積変化が起こりにくい。つまり、軸方向に伸張した場合には縮径し、収縮した場合には拡径する。このため、本構成によると、伸張時に芯材と電極あるいは誘電膜とが干渉しにくい。
【００２３】
また、エラストマーによれば、様々な大きさ、形状の芯材を簡単に作製することができる。例えば、押出し加工や、紡糸技術等を利用して、より細く、小さな芯材を作製しやすい。これにより、本発明のアクチュエータをより細く、小さくすることができる。また、芯材をエラストマー製とすることで、より柔軟な動きを実現することができる。このように、本構成によると、例えば、人工筋肉への適用が容易になる。
【００２４】
（９）好ましくは、上記（７）または（８）の構成において、前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が、前記芯材の周囲に渦巻状に巻回されてなる渦巻状筒部材を有する構成とするとよい（請求項９に対応）。
【００２５】
渦巻状筒部材は、所定の伸縮膜を芯材の周囲に渦巻状に巻回することにより形成されている。このため、アクチュエータ素子の構成が単純である。したがって、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、伸縮膜の巻回数の調整が容易である。これにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、渦巻状筒部材完成後においては、径方向に隣接する電極同士が、絶縁膜により隔離されることになる。このため、径方向に隣接する電極間における導通を、抑制することができる。
【００２６】
（１０）好ましくは、上記（７）または（８）の構成において、前記アクチュエータ素子は、前記芯材の周囲に前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる積層状筒部材を有する構成とする方がよい（請求項１０に対応）。
【００２７】
積層状筒部材は、誘電膜と電極とが、芯材の周囲に、交互に積層されることにより形成されている。このため、アクチュエータ素子の構成が単純である。したがって、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、誘電膜の積層数の調整が容易である。これにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、積層された誘電膜各々の伸縮を、効率よく行うことができる。
【００２８】
（１１）好ましくは、上記（１）ないし（１０）のいずれかの構成において、前記アクチュエータ素子は、軸直方向の最大直径が５ｍｍ未満である構成とする方がよい（請求項１１に対応）。
【００２９】
本発明のアクチュエータの軸方向、軸直方向の大きさは、特に限定されるものではない。例えば、本構成によると、アクチュエータ素子の軸直方向の最大直径が５ｍｍ未満の細い紐状のアクチュエータを構成することができる。この場合、より低電圧で駆動することが可能となる。さらに、アクチュエータ素子の軸直方向の最大直径を０．５ｍｍ未満として、さらに細い繊維状のアクチュエータを構成してもよい。これら、紐状、繊維状のアクチュエータは、人工筋肉に適している。
【００３０】
（１２）好ましくは、上記（１）ないし（１１）のいずれかの構成において、前記アクチュエータ素子の複数が束ねられて配置されている構成とする方がよい（請求項１２に対応）。
【００３１】
アクチュエータ素子を複数束ねることにより、より大きな駆動力を出力することができる。特に、アクチュエータ素子が紐状や繊維状の場合には、複数を束ねて使用する態様が好適である。
【００３２】
（１３）好ましくは、上記（１２）の構成において、束ねられた前記アクチュエータ素子の複数の前記電極の、正極側および負極側のうち少なくとも一方は、共用化されている構成とする方がよい（請求項１３に対応）。本構成によると、電極の配置数が少なくなる。このため、アクチュエータ素子の構造が簡単になる。
【００３３】
（１４）好ましくは、上記（１）ないし（１３）のいずれかの構成において、前記電極は、エラストマーと導電材との混合材からなる構成とする方がよい（請求項１４に対応）。
【００３４】
電極が誘電膜と共に伸縮しにくいと、電極により誘電膜の伸縮が妨げられる。この点、本構成によると、電極は、導電材に加えて柔軟なエラストマーを含んだ混合材からなる。したがって、電極は誘電膜と一体となって伸張、収縮することができる。このため、誘電膜の伸縮を妨げにくく、所望の変位量を得やすい。
【００３５】
（１５）好ましくは、上記（１）ないし（１３）のいずれかの構成において、前記電極は、液状を呈している構成とする方がよい（請求項１５に対応）。ここで「液状」とは、ゲル状、ペースト状も含む概念である。本構成によると、駆動時における誘電膜の変形を、電極が拘束するおそれが小さい。また、外部から衝撃が加わる際、電極が流動あるいは変形することにより、衝撃を吸収しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明のアクチュエータの実施の形態について説明する。
【００３７】
＜第一実施形態＞
［アクチュエータの構成］
まず、本実施形態のアクチュエータの構成について説明する。図３に、本実施形態のアクチュエータの斜視図を示す。図４に、同アクチュエータにおけるアクチュエータ素子の斜視分解図を示す。図５に、同アクチュエータの軸直方向断面図を示す。図６に、同アクチュエータの軸方向断面図を示す。図３〜図６に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、アクチュエータ素子２とコイルばね３とを備えている。コイルばね３は、本発明の弾性部材（負荷部材）に含まれる。
【００３８】
アクチュエータ素子２は、芯材２０と渦巻状筒部材２１と底部材２２とを備えている。アクチュエータ素子２の軸直方向の直径は約５ｍｍである。芯材２０は、エラストマー製であって、丸棒状を呈している。芯材２０の上端は、線材９０を介して、上方部材（図略）に固定されている。
【００３９】
渦巻状筒部材２１は、芯材２０の周囲に環装されている。具体的には、渦巻状筒部材２１は、芯材２０の外周面に渦巻状に巻回された、帯状の伸縮膜２１０からなる。
【００４０】
伸縮膜２１０は、誘電膜２１０ａと電極２１０ｂと絶縁膜２１０ｃとを備えている。誘電膜２１０ａは、アクリルゴム製である。電極２１０ｂは、導電性カーボンとエラストマーとを混合したエラストマー膜（混合材）からなる。電極２１０ｂは、誘電膜２１０ａの両面に、一対配置されている。電極２１０ｂは、前出図１に示すように、電源およびスイッチと電気的に接続されている。絶縁膜２１０ｃは、アクリルゴム製であって、一対の電極２１０ｂのうち、径方向外側の電極２１０ｂの外周面に配置されている。
【００４１】
伸縮膜２１０は、図５に示すように、芯材２０の外周面に、略五層になるように、巻き付けられている。図６に点線枠で示すように、芯材２０の軸方向両端部分においては、芯材２０と最内層の伸縮膜２１０、および径方向に隣り合う伸縮膜２１０同士が、互いに接着されている。
【００４２】
底部材２２は、絶縁性の樹脂製であって、上方に開口するカップ状を呈している。底部材２２は、渦巻状筒部材２１の下端を覆っている。底部材２２は、渦巻状筒部材２１の下端に、加締め固定されている。
【００４３】
コイルばね３は、鋼製であって、底部材２２と下方部材９１との間に介装されている。コイルばね３は、アクチュエータ素子２に、下向きの付勢力を加えている。
【００４４】
［アクチュエータの動き］
次に、本実施形態のアクチュエータ１の動きについて説明する。まず、電圧印加時の動きについて説明する。図７に、本実施形態のアクチュエータ１の電圧印加中における軸方向断面図を示す。なお、図７中、点線は、電圧印加前（前出図６参照）におけるアクチュエータ素子２の形状を示す。前出図６に示す状態において、一対の電極２１０ｂ間に電圧を印加すると、誘電膜２１０ａが表裏方向（膜厚方向）に圧縮される。このため、誘電膜２１０ａの膜厚が小さくなる。膜厚が小さくなると、その分、誘電膜２１０ａの面積が広くなる。したがって、誘電膜２１０ａは、電極２１０ｂ、絶縁膜２１０ｃと共に伸張する。すなわち、渦巻状筒部材２１は伸張する。ここで、渦巻状筒部材２１の下端には、底部材２２が固定されている。そして、底部材２２には、コイルばね３が接続されている。このため、アクチュエータ素子２は、コイルばね３の張力により、図７中、白抜き矢印で示すように、下方に伸張する。
【００４５】
次に、電圧除去時の動きについて説明する。図７に示す状態において、一対の電極２１０ｂ間の電圧を除去すると、誘電膜２１０ａの表裏方向に作用していた圧縮力が除去される。このため、誘電膜２１０ａの膜厚が大きくなる。膜厚が大きくなると、その分、誘電膜２１０ａの面積が狭くなる。したがって、誘電膜２１０ａは、電極２１０ｂ、絶縁膜２１０ｃと共に収縮する。すなわち、渦巻状筒部材２１は収縮する。ここで、芯材２０には、コイルばね３に引っ張られたことによる弾性復元力が蓄積されている。このため、芯材２０も、弾性復元力により収縮する。上方に作用する芯材２０および渦巻状筒部材２１の収縮力と、下方に作用するコイルばね３の張力と、が釣り合う状態でアクチュエータ１は停止する。つまり、前出図６に示す状態まで復帰する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ１は、電圧印加により図６の状態から図７の状態に切り替わる。すなわち、伸張する。並びに、電圧除去により図７の状態から図６の状態に切り替わる。すなわち、収縮する。このように、伸張、収縮することにより、例えば底部材２２に接続された相手側部材（図略）を駆動することができる。
【００４７】
［作用効果］
次に、本実施形態のアクチュエータの作用効果について説明する。アクチュエータ１によると、コイルばね３により、アクチュエータ素子２（伸縮膜２１０）の伸縮方向が軸方向に規制される。このため、軸方向における変位量が大きい。また、アクチュエータ１の姿勢によらず、安定した動作が可能となる。また、誘電膜２１０ａは、電極２１０ｂ、絶縁膜２１０ｃと一体となって変形する。このため、誘電膜２１０ａの変形が、電極２１０ｂ、絶縁膜２１０ｃにより妨げられにくい。よって、所望の変位量を得やすく、駆動力の低下が少ない。
【００４８】
また、負荷部材としてコイルばね３を使用するため、アクチュエータ１を簡単かつ低コストに構成することができる。また、アクチュエータ素子２の軸方向下端部分には、底部材２２が配置されている。このため、アクチュエータ素子２とコイルばね３との接続が容易である。すなわち、芯材２０と渦巻状筒部材２１との合力を、確実にコイルばね３に伝達することができる。
【００４９】
また、軸部に芯材２０が配置されているため、アクチュエータ素子２の形状を保持しやすい。ここで、芯材２０はエラストマー製である。このため、アクチュエータ１によると、柔軟な動きが可能である。また、芯材２０は、弾性変形しても体積がほとんど変わらない。つまり、軸方向に伸張した場合には縮径し、収縮した場合には拡径する。このため、アクチュエータ１において、伸縮時に芯材２０と、渦巻状筒部材２１とが干渉しにくい。加えて、芯材２０は、丸棒状を呈している。つまり、芯材２０の側周面は軸方向に連続している。よって、圧縮時において、芯材２０により渦巻状筒部材２１が噛み込まれるおそれはない。
【００５０】
また、渦巻状筒部材２１は、伸縮膜２１０を芯材２０に巻回して、簡単に作製することができる。このため、アクチュエータ素子２を簡単に作製することができる。また、伸縮膜２１０が巻回されているため、アクチュエータ１をコンパクトに構成することができる。また、一対の電極２１０ｂに対して電圧を印加、除去するだけで、伸縮膜２１０を伸縮させることができるため、電気配線が容易である。また、アクチュエータ素子２は、軸直方向の直径が約５ｍｍと小さい。このため、アクチュエータ１は、例えば人工筋肉として好適である。
【００５１】
また、巻回された伸縮膜２１０において、径方向外側の電極２１０ｂの外周面には、絶縁膜２１０ｃが配置されている。このため、隣接する電極２１０ｂ同士は接触しない。よって、隣接する電極２１０ｂ間の導通を防止することができる。
【００５２】
＜第二実施形態＞
本実施形態のアクチュエータと第一実施形態のアクチュエータとの相違点は、渦巻状筒部材の代わりに積層状筒部材が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００５３】
図８に、本実施形態のアクチュエータの軸直方向断面図を示す。なお、図５と対応する部位については同じ符号で示す。図８に示すように、本実施形態のアクチュエータ１のアクチュエータ素子２は、積層状筒部材２３を備えている。積層状筒部材２３は、芯材２０の周囲に環装されている。
【００５４】
積層状筒部材２３は、三層の誘電膜２３０と四層の電極２３１とが、あたかも年輪のように、同心円状に交互に積層されて形成されている。すなわち、任意の誘電膜２３０の径方向両側には、一対の電極２３１が配置されている。
【００５５】
本実施形態のアクチュエータ１は、電極２３１を形成するための電極材溶液、誘電膜２３０を形成するための誘電材溶液に、芯材２０を交互にディッピングして製造することができる。あるいは、芯材２０に電極材溶液、誘電材溶液を交互にスプレーして製造してもよい。また、芯材２０、誘電膜２３０、電極２３１を順次または同時に押出し成形することで製造してもよい。
【００５６】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１は、積層状筒部材２３を有している。積層状筒部材２３においては、各誘電膜２３０が同心円状に積層されている。このため、電極２３１間に電圧を印加すると、電極２３１間に挟まれている各々の誘電膜２３０の全てを伸張させることができる。このため、より効率的に駆動力および変位を発生させることができる。
【００５７】
＜第三実施形態＞
本実施形態のアクチュエータと第二実施形態のアクチュエータとの相違点は、芯材が配置されていない点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００５８】
図９に、本実施形態のアクチュエータの軸直方向断面図を示す。なお、図８と対応する部位については同じ符号で示す。図９に示すように、本実施形態のアクチュエータ１のアクチュエータ素子２は、積層状伸縮部材２４を備えている。積層状伸縮部材２４は、三層の誘電膜２４０と四層の電極２４１とが、あたかも年輪のように、同心円状に交互に積層されて形成されている。すなわち、任意の誘電膜２４０の径方向両側には、一対の電極２４１が配置されている。
【００５９】
本実施形態のアクチュエータ１は、上記第二実施形態のアクチュエータを製造した後で、芯材２０（前出図８参照）を引き抜くことにより製造することができる。また、誘電膜２４０、電極２４１を順次または同時に押出し成形することでも製造することができる。
【００６０】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第二実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１は、芯材を有しないので、より小型化しやすい。また、部品点数が少なくてよい。
【００６１】
＜第四実施形態＞
本実施形態のアクチュエータと第一実施形態のアクチュエータとの相違点は、コイルばねの代わりに、もう一つのアクチュエータ素子が配置されている点である。したがって、ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００６２】
図１０に、本実施形態のアクチュエータの側面図を示す。図１０に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、二つのアクチュエータ素子２ａ、２ｂを備えている。アクチュエータ素子２ａは、芯材２０ａと渦巻状筒部材２１ａと底部材２２ａとを備えている。芯材２０ａは、線材９０ａを介して、上方の壁部に固定されている。底部材２２ａは、線材９２ａを介して、出力ロッド９３に固定されている。アクチュエータ素子２ｂは、ちょうど出力ロッド９３を境に、アクチュエータ素子２ａに対して、上下方向反対になるように配置されている。
【００６３】
すなわち、アクチュエータ素子２ｂは、芯材２０ｂと渦巻状筒部材２１ｂと底部材２２ｂとを備えている。芯材２０ｂは、線材９０ｂを介して、下方の壁部に固定されている。底部材２２ｂは、線材９２ｂを介して、出力ロッド９３に固定されている。これらアクチュエータ素子２ａ、２ｂには、上下方向に、所定の張力が加えられている。
【００６４】
例えば、アクチュエータ素子２ａの渦巻状筒部材２１ａに電圧を印加すると、渦巻状筒部材２１ａが伸張するため、アクチュエータ素子２ｂの張力に引っ張られて、出力ロッド９３は下方に移動する。反対に、アクチュエータ素子２ｂの渦巻状筒部材２１ｂに電圧を印加すると、渦巻状筒部材２１ｂが伸張するため、アクチュエータ素子２ａの張力に引っ張られて、出力ロッド９３は上方に移動する。したがって、出力ロッド９３に接続した相手側部材（図略）を駆動することができる。
【００６５】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、電圧を印加していない状態を基準位置として、上方にも下方にも出力ロッド９３を動かすことができる。
【００６６】
＜第五実施形態＞
本実施形態のアクチュエータと第四実施形態のアクチュエータとの相違点は、出力ロッド下方に二つのアクチュエータ素子が配置されている点である。したがって、ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００６７】
図１１に、本実施形態のアクチュエータの側面図を示す。なお、図１０と対応する部位については、同じ符号で示す。図１１に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、出力ロッド９３下方に、二つのアクチュエータ素子２ｃ、２ｄを備えている。アクチュエータ素子２ｃは、芯材２０ｃと渦巻状筒部材２１ｃと底部材２２ｃとを備えている。芯材２０ｃは、線材９０ｃを介して、下方の壁部に固定されている。底部材２２ｃは、線材９２ｃを介して、出力ロッド９３に固定されている。
【００６８】
同様に、アクチュエータ素子２ｄは、芯材２０ｄと渦巻状筒部材２１ｄと底部材２２ｄとを備えている。芯材２０ｄは、線材９０ｄを介して、下方の壁部に固定されている。底部材２２ｄは、線材９２ｄを介して、出力ロッド９３に固定されている。すなわち、アクチュエータ素子２ｃ、２ｄは、並列に配置されている。アクチュエータ素子２ａ、２ｃ、２ｄには、所定の張力が加えられている。アクチュエータ素子２ａの渦巻状筒部材２１ａと比較して、アクチュエータ素子２ｃの渦巻状筒部材２１ｃおよびアクチュエータ素子２ｄの渦巻状筒部材２１ｄは、小径である。
【００６９】
例えば、アクチュエータ素子２ａの渦巻状筒部材２１ａに電圧を印加すると、渦巻状筒部材２１ａが伸張するため、アクチュエータ素子２ｃ、２ｄの張力に引っ張られて、出力ロッド９３は下方に移動する。反対に、アクチュエータ素子２ｃ、２ｄの渦巻状筒部材２１ｃ、２１ｄに電圧を印加すると、渦巻状筒部材２１ｃ、２１ｄが伸張するため、アクチュエータ素子２ａの張力に引っ張られて、出力ロッド９３は上方に移動する。したがって、出力ロッド９３に接続した相手側部材（図略）を駆動することができる。
【００７０】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、電圧を印加していない状態を基準位置として、上方にも下方にも出力ロッド９３を動かすことができる。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、複数種類のアクチュエータ素子２ａ、２ｃ、２ｄを組み合わせて、相手側部材を駆動することができる。
【００７１】
＜第六実施形態＞
本実施形態のアクチュエータと第四実施形態のアクチュエータとの相違点は、二つのアクチュエータ素子が滑車を介して接続されている点である。したがって、ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００７２】
図１２に、本実施形態のアクチュエータの側面図を示す。なお、図１０と対応する部位については、同じ符号で示す。図１２に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、二つのアクチュエータ素子２ｅ、２ｆを備えている。アクチュエータ素子２ｅは、芯材２０ｅと渦巻状筒部材２１ｅと底部材２２ｅとを備えている。芯材２０ｅは、線材９０ｅを介して、下方の壁部に固定されている。
【００７３】
アクチュエータ素子２ｆは、芯材２０ｆと渦巻状筒部材２１ｆと底部材２２ｆとを備えている。芯材２０ｆは、線材９０ｆを介して、下方の壁部に固定されている。
【００７４】
アクチュエータ素子２ｅの底部材２２ｅと、アクチュエータ素子２ｆの底部材２２ｆと、は、線材９４を介して、接続されている。線材９４は、上方の壁部から吊り下げられた滑車９５に巻き掛けられている。滑車９５の回転軸には、出力アーム９６が連結されている。
【００７５】
例えば、アクチュエータ素子２ｅの渦巻状筒部材２１ｅに電圧を印加すると、渦巻状筒部材２１ｅが伸張するため、アクチュエータ素子２ｆの張力に引っ張られて、滑車９５が、図１２中、反時計回り方向に回動する。このため、出力アーム９６も、図１２中、反時計回り方向に回動する。
【００７６】
反対に、アクチュエータ素子２ｆの渦巻状筒部材２１ｆに電圧を印加すると、渦巻状筒部材２１ｆが伸張するため、アクチュエータ素子２ｅの張力に引っ張られて、滑車９５が、図１２中、時計回り方向に回動する。このため、出力アーム９６も、図１２中、時計回り方向に回動する。したがって、出力アーム９６に接続した相手側部材（図略）を駆動することができる。
【００７７】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、直線方向ではなく、回転方向に駆動力を取り出すことができる。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、電圧を印加していない状態を基準位置として、正逆両方向に出力アーム９６を回動させることができる。
【００７８】
＜第七実施形態＞
本実施形態のアクチュエータと第三実施形態のアクチュエータとの相違点は、軸部に比較的大きな空間が確保されている点である。したがって、ここでは、主に、相違点についてのみ説明する。
【００７９】
図１３に、本実施形態のアクチュエータの斜視図を示す。図１４に、同アクチュエータの斜視分解図を示す。図１５に、同アクチュエータの軸方向断面図を示す。なお、図１３〜図１５において、図９と対応する部位については同じ符号で示す。図１３〜図１５に示すように、アクチュエータ１は、アクチュエータ素子２と錘３２とを備えている。
【００８０】
アクチュエータ素子２は、積層状伸縮部材２４と上側バンド３０と下側バンド３１と上側栓部材３００と下側栓部材３１０とを備えている。
【００８１】
上側栓部材３００は、絶縁性の樹脂製であって、短軸円柱状を呈している。上側栓部材３００は、後述する中空円筒状（チューブ状）の積層状伸縮部材２４の上端開口の内周側に、挿入されている。上側バンド３０は、絶縁性の樹脂製であって、リング状を呈している。上側バンド３０は、積層状伸縮部材２４の上端外周面に環装されている。詳しく説明すると、上側バンド３０は、上側栓部材３００が挿入された積層状伸縮部材２４の上端外周面に、締め付けられている。上側栓部材３００は、線材９０を介して、上方部材（図略）に固定されている。
【００８２】
下側栓部材３１０は、絶縁性の樹脂製であって、短軸円柱状を呈している。下側栓部材３１０は、積層状伸縮部材２４の下端開口の内周側に、挿入されている。下側バンド３１は、絶縁性の樹脂製であって、リング状を呈している。下側バンド３１は、積層状伸縮部材２４の下端外周面に環装されている。詳しく説明すると、下側バンド３１は、下側栓部材３１０が挿入された積層状伸縮部材２４の下端外周面に、締め付けられている。下側栓部材３１０からは、錘３２が吊り下げられている。錘３２は、アクチュエータ素子２に、下向きの付勢力を加えている。
【００８３】
積層状伸縮部材２４は、誘電膜２４０と一対の電極２４１とを備えている。誘電膜２４０は、中空円筒状（チューブ状）を呈している。一対の電極２４１は、誘電膜２４０の内周面および外周面に配置されている。具体的には、電極２４１は、導電性カーボンを二液混合型シリコンペーストに混合したものを固化したものであって、誘電膜２４０の内周面および外周面に塗布されている。一対の電極２４１は、各々、電源（図略）に接続されている。
【００８４】
一対の電極２４１のうち、誘電膜２４０の内周側に配置された電極２４１は、誘電膜２４０の内周面の全面を覆っている。また、電極２４１は、誘電膜２４０の内周面下端部から下端面を介して外周面下端部まで延在している。
【００８５】
一方、一対の電極２４１のうち、誘電膜２４０の外周側に配置された電極２４１は、誘電膜２４０の外周面の中間部を覆っている。すなわち、誘電膜２４０上端部において、外周側の電極２４１は上側バンド３０から、所定間隔離間して配置されている。並びに、誘電膜２４０下端部において、外周側の電極２４１は、内周側に連なる電極２４１から、所定間隔離間して配置されている。
【００８６】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第三実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、軸部に空間が確保されている。このため、例えば前出図８に示すような芯材２０を備える形態のアクチュエータと比較して、駆動変形する際、内周側の電極２４１が拘束されない。また、軸部に空間が確保されている分だけ、アクチュエータ１が軽量になる。また、外部から衝撃が加わる際、軸部に空間が確保されている分だけ、アクチュエータ素子２が変形しやすい。このため、衝撃を吸収しやすい。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、誘電膜２４０の内周側に配置された電極２４１が誘電膜２４０の内周面下端部から下端面を介して外周面下端部まで延在している。このため、電源との接続が容易である。
【００８７】
＜第八実施形態＞
本実施形態のアクチュエータと第七実施形態のアクチュエータとの相違点は、内周側の電極がペースト状（固化していない）を呈している点である。したがって、ここでは、主に、相違点についてのみ説明する。
【００８８】
図１６に、本実施形態のアクチュエータの斜視図を示す。図１７に、同アクチュエータの斜視分解図を示す。図１８に、同アクチュエータの軸方向断面図を示す。なお、図１６〜図１８において、図１３〜図１５と対応する部位については同じ符号で示す。
【００８９】
図１６〜図１８に示すように、アクチュエータ素子２は、積層状伸縮部材２４と上側バンド３０と下側バンド３１と上側栓部材３００と下側栓部材３１０とを備えている。
【００９０】
積層状伸縮部材２４は、誘電膜２４０と一対の電極２４１とを備えている。誘電膜２４０は、中空円筒状（チューブ状）を呈している。すなわち、誘電膜２４０は、収容部２４０ａを備えている。収容部２４０ａの上端開口は、上側栓部材３００により封止されている。収容部２４０ａの下端開口は、下側栓部材３１０により封止されている。内周側の電極２４１は、導電性カーボンにシリコンオイルを混合したペーストであって、収容部２４０ａに注入されている。収容部２４０ａの電極２４１には、細板状の端子（図略）が浸漬されている。端子は、上側バンド３０を貫通して、電源（図略）に接続されている。外周側の電極２４１は、誘電膜２４０の外周面から下端面にまで延在している。
【００９１】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第七実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、内周側の電極２４１がペースト状である。このため、例えば前出図８に示すような芯材２０を備える形態のアクチュエータと比較して、駆動変形する際、内周側の電極２４１が拘束されない。また、外部から衝撃が加わる際、電極２４１が変形あるいは流動することにより、衝撃を吸収しやすい。
【００９２】
＜第九実施形態＞
本実施形態のアクチュエータは、第七実施形態のアクチュエータ素子が七本束ねられたものである。図１９に、本実施形態のアクチュエータの部分斜視図を示す。なお、図１３と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００９３】
図１９に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、合計七本のアクチュエータ素子２を備えている。アクチュエータ素子２は、上側クランプ３３および下側クランプ３４により、円形に結束されている。
【００９４】
上側クランプ３３は、金属製であって、七本のアクチュエータ素子２各々の外周側の電極２４１に圧接している。これら七つの電極２４１は、上側クランプ３３により、連結されている。上側クランプ３３は、電源（図略）と接続されている。すなわち、上側クランプ３３は、外周側の電極２４１の共用端子として機能している。
【００９５】
一方、下側クランプ３４は、金属製であって、七本のアクチュエータ素子２各々の内周側の電極２４１（詳しくは、誘電膜２４０の内周面から下端面を介して外周面下端部まで延在している電極２４１）に圧接している。これら七つの電極２４１は、下側クランプ３４により、連結されている。下側クランプ３４は、電源（図略）と接続されている。すなわち、下側クランプ３４は、内周側の電極２４１の共用端子として機能している。
【００９６】
結束されたアクチュエータ素子２の上側クランプ３３の上方部分には、七つの積層状伸縮部材２４全ての上端開口を封止する共用の上側栓部材（図略）が配置されている。上側栓部材により、アクチュエータ１は、上方部材（図略）に固定されている。また、上側栓部材の上端開口挿入部分と上側クランプ３３とは、径方向に対向している。
【００９７】
一方、結束されたアクチュエータ素子２の下側クランプ３４の下方部分には、七つの積層状伸縮部材２４全ての下端開口を封止する共用の下側栓部材（図略）が配置されている。下側栓部材の下端開口挿入部分と下側クランプ３４とは、径方向に対向している。下側栓部材からは、錘（図略）が吊り下げられている。
【００９８】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第七実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、アクチュエータ素子２が並列に接続されている。このため、大きな駆動力を出力することができる。
【００９９】
また、本実施形態のアクチュエータ１によると、上側クランプ３３および下側クランプ３４が、各々、共用端子として機能している。このため、電極２４１毎に個別に電源と接続する場合と比較して、配線が簡単になる。また、アクチュエータ素子２を結束する部材と共用端子とを別々に配置する場合と比較して、部品点数が少なくなる。
【０１００】
＜第十実施形態＞
本実施形態のアクチュエータは、第八実施形態のアクチュエータ素子が七本束ねられたものである。図２０に、本実施形態のアクチュエータの部分斜視図を示す。なお、図１６と対応する部位については、同じ符号で示す。
【０１０１】
図２０に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、合計七本のアクチュエータ素子２を備えている。アクチュエータ素子２は、上側クランプ３５および下側クランプ３６により、直線状に結束されている。七つの誘電膜２４０の収容部２４０ａには、金属製であって櫛歯状の共用端子３７が浸漬している。共用端子３７は、電源（図略）に接続されている。
【０１０２】
結束されたアクチュエータ素子２の上側クランプ３５の上方部分には、七つの誘電膜２４０全ての上端開口を封止する共用の上側栓部材（図略）が配置されている。上側栓部材により、アクチュエータ１は、上方部材（図略）に固定されている。また、上側栓部材の上端開口挿入部分と上側クランプ３５とは、径方向に対向している。
【０１０３】
一方、結束されたアクチュエータ素子２の下側クランプ３６の下方部分には、七つの誘電膜２４０および電極２４１全ての下端開口を封止する共用の下側栓部材（図略）が配置されている。下側栓部材の下端開口挿入部分と下側クランプ３６とは、径方向に対向している。下側栓部材からは、錘（図略）が吊り下げられている。
【０１０４】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第八実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、アクチュエータ素子２が並列に接続されている。このため、大きな駆動力を出力することができる。
【０１０５】
また、本実施形態のアクチュエータ１によると、下側クランプ３６が共用端子として機能している。このため、配線が簡単になる。また、アクチュエータ素子２を結束する部材と共用端子とを別々に配置する場合と比較して、部品点数が少なくなる。
【０１０６】
＜第十一実施形態＞
本実施形態のアクチュエータは、第十実施形態のアクチュエータとの相違点は、内周側の電極のみならず、外周側の電極もペースト状（固化していない）を呈している点である。したがって、ここでは、相違点についてのみ説明する。
【０１０７】
図２１に、本実施形態のアクチュエータの部分斜視図を示す。図２２に、同アクチュエータの部分斜視分解図を示す。なお、図２１、図２２において、図２０と対応する部位については同じ符号で示す。
【０１０８】
図２１、図２２に示すように、アクチュエータ１は、袋部材３９を備えている。袋部材３９は、軟質樹脂製であって絶縁性を有している。袋部材３９は、七本のアクチュエータ素子２を収容可能なチューブ状を呈している。袋部材３９は、七つの誘電膜２４０の外周面の上下端以外の部分を、外径側から覆っている。袋部材３９の上下端は、誘電膜２４０の外周面形状に沿って、当該外周面に接合されている。このため、袋部材３９の上下端は液密的に封止されている。封止された袋部材３９の内部には、収容部３９ａが区画されている。
【０１０９】
収容部３９ａには、電極（図略）が注入されている。電極は、導電性カーボンにシリコンオイルを混合したペーストである。電極は、七つの誘電膜２４０の外周面の上下端以外の部分に接触している。収容部３９ａの電極には、袋部材３９の壁部を貫通して、細棒状の共用端子（図略）が挿入されている。共用端子は、電源（図略）に接続されている。七本のアクチュエータ素子２の誘電膜２４０の収容部２４０ａには、各々、電極２４１が注入されている。
【０１１０】
七つの収容部２４０ａの上端開口は共用の上側栓部材（図略）により、下端開口は共用の下側栓部材（図略）により、各々封止されている。一方、七つの誘電膜２４０の上端は上側クランプ（図略）により、下端は下側クランプ（図略）により、各々結束されている。上側栓部材と上側クランプとは径方向に対向している。並びに、下側栓部材と下側クランプとは径方向に対向している。上側栓部材によりアクチュエータ１は、上方部材（図略）に固定されている。また、下側栓部材からは、錘（図略）が吊り下げられている。
【０１１１】
本実施形態のアクチュエータ１は、構成が共通する部分に関しては、第十実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、袋部材３９の収容部３９ａに注入される電極、すなわち誘電膜２４０外周側の電極が、ペースト状である。このため、駆動変形する際、外周側の電極が拘束されない。また、外周側および内周側の電極２４１の流動、変形により、外部から加わる衝撃を吸収することができる。また、本実施形態のアクチュエータ１によると、七本のアクチュエータ素子２共用の共用端子が配置されている。このため、配線が簡単になる。
【０１１２】
＜その他＞
以上、本発明のアクチュエータの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【０１１３】
例えば、上記第一実施形態、第二実施形態では、中実丸棒状の芯材を使用した。しかし、芯材の形状、大きさ等は特に限定されるものではない。また、芯材は、中実、中空を問わない。また、芯材は、軸方向に弾性変形可能なものであればよい。例えば、弾性変形による体積変化がほぼない材料として、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレンゴム、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、フッ素ゴム、ウレタンゴム等のエラストマーが好適である。なお、上記第三実施形態のように、芯材を有しない態様でも勿論よい。
【０１１４】
また、上記実施形態では、アクリルゴム製の誘電膜を使用した。しかし、誘電膜の材質は、表裏一対の電極間の静電引力に応じて変形するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、誘電性、絶縁破壊強度が高い誘電体エラストマーとして、上記アクリルゴムの他、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレンゴム、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。また、誘電膜の形状、厚さも特に限定されず、アクチュエータの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、アクチュエータの小型化、低電位駆動化、および変位量を大きくする等の観点からは、誘電膜の厚さは小さい方が望ましい。この場合、絶縁破壊強度等をも考慮して、誘電膜の厚さを、１μｍ以上１０００μｍ（１ｍｍ）以下とするとよい。５μｍ以上２００μｍ以下とするとより好適である。
【０１１５】
また、電極の材質は、上記実施形態に限定されるものではないが、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。電極が、誘電膜と共に伸縮すると、誘電膜の変形が電極によって妨げられにくく、より所望の変位量を得やすくなる。例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料または金属材料からなる導電材に、バインダーとしてオイルやエラストマーを混合したペーストまたは塗料を塗布して、電極を形成するとよい。バインダーとなるエラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、フッ素ゴム、ウレタンゴム等の柔軟なものが好適である。また、誘電膜の伸縮性をより向上させるため、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の導電性微粉体を誘電膜の表面に直接付着させて電極を形成してもよい。
【０１１６】
また、上記第一実施形態、第四実施形態、第五実施形態、第六実施形態では、絶縁膜を有する伸縮膜を巻回して渦巻状筒部材を構成した。ここで、絶縁膜の材質は、隣接する電極間の導通を防止することができれば、特に限定されない。例えば、上記電極と同様、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、フッ素ゴム、ウレタンゴム等の柔軟なものが好適である。絶縁膜を誘電膜と同じ材質にすると、より大きな駆動力を得ることができる。
【０１１７】
また、上記第一実施形態、第四実施形態、第五実施形態、第六実施形態では、電極の表面全体を覆うように絶縁膜を配置した。しかし、隣接する電極間の導通を防止することができれば、絶縁膜を電極の表面の一部のみに配置してもよい。また、渦巻状筒部材の最外層が、誘電体エラストマー製の絶縁膜である場合には、その表面にさらに電極を配置してもよい。こうすると、最外層の絶縁膜をも誘電膜と同様に変形させることができるため、より大きな駆動力を得ることができる。
【０１１８】
また、上記実施形態では、アクチュエータ素子の軸直方向の直径を約５ｍｍとした。しかし、アクチュエータ素子の軸方向、軸直方向の大きさは、特に限定されるものではない。また、アクチュエータ素子は、上記実施形態のように、一つだけを負荷部材と接続して使用してもよく、複数を束ねたものを負荷部材と接続して使用してもよい。こうすると、より大きな駆動力を出力することができる。特に、上記実施形態のような紐状のアクチュエータ素子や、さらに細い繊維状のアクチュエータ素子の場合には、複数を束ねて使用することが望ましい。このように構成されたアクチュエータは、例えば人工筋肉等として有用である。また、アクチュエータ素子の複数をメリヤス編み等により編んで使用してもよい。さらに、アクチュエータ素子を複数束ねた集束体を、同様に編んで使用してもよい。また、誘電膜の径方向積層数も特に限定しない。積層数を多くすると、より駆動力を大きくすることができる。
【０１１９】
また、上記実施形態では、アクチュエータ素子の軸方向両端部分において、芯材と渦巻状筒部材、あるいは芯材と積層状筒部材、あるいは渦巻状筒部材の各部材、あるいは積層状筒部材の各部材を接着した。しかし、これらの固定場所、固定方法は、特に限定されるものではない。アクチュエータ素子の軸方向両端部分を加締めて固定してもよく、また、軸方向の全体に亘り、芯材と芯材と渦巻状筒部材、あるいは芯材と積層状筒部材とを接着してもよい。また、上記第一実施形態、第四実施形態、第五実施形態、第六実施形態では、渦巻状筒部材の軸方向一端に底部材を配置した。しかし、底部材は渦巻状筒部材の軸方向両端に配置してもよい。
【０１２０】
上記実施形態では、負荷部材としてコイルばね、アクチュエータ素子を使用したが、負荷部材の種類は特に限定されるものではない。例えば、弾性部材としては、上記コイルばねの他、板ばね、竹の子ばね、皿ばね、ぜんまいばね等のばね部材や、ゴムチューブ等が挙げられる。また、錘をつり下げてもよい。
【０１２１】
また、上記実施形態では、アクチュエータを、オフ状態（０Ｖ）からオン状態に切り替えて作動させた。しかし、作動前の電圧値は必ずしも０Ｖである必要はない。例えば、所定の電圧値から印加電圧を大きくして作動させてもよい。
【０１２２】
また、第六実施形態では、滑車と線材により出力アームを回動させたが、例えばスプロケットとチェーン、プーリーとベルトなどにより、出力アームを回動させてもよい。こうすると、スリップによる動力伝達ロスを抑制しやすい。また、第七、第九実施形態では、固体の電極を用いたが、ゲル状、ペースト状の電極を用いてもよい。
【０１２３】
また、第九、第十実施形態では、上側栓部材によりアクチュエータを上方部材に固定したが、上側クランプによりアクチュエータを上方部材に固定してもよい。また、第九、第十実施形態では、下側栓部材から錘を吊り下げたが、下側クランプから錘を吊り下げてもよい。
【実施例】
【０１２４】
以下、本発明のアクチュエータについて行った実験について説明する。
【０１２５】
［実施例サンプル］
実施例１のサンプルは、前記第七実施形態のアクチュエータ（前出図１３〜図１５参照）と同タイプのアクチュエータである。実施例１のサンプルの誘電膜は、シリコーンゴムからなる。並びに、実施例１のサンプルの電極は、導電カーボンにシリコンオイルを混合したペーストからなる。
【０１２６】
図２３に、実施例１のサンプルの積層状伸縮部材の寸法図を示す。なお、図１５と対応する部位については同じ符号で示す。誘電膜２４０の外径（直径）Ａ１は、０．６ｍｍである。誘電膜２４０の内径（直径）Ａ２は、０．５ｍｍである。内周側の電極２４１の軸方向長さＡ３は、１８０ｍｍである。外周側の電極２４１の軸方向長さＡ４は、１２０ｍｍである。当該寸法を有する積層状伸縮部材２４の上下端には、前出図１５に示すように、上側バンド３０と下側バンド３１とが装着されている。
【０１２７】
実施例２のサンプルは、前記第九実施形態のアクチュエータ（前出図１９参照）と同タイプのアクチュエータである。すなわち、実施例１のサンプルの積層状伸縮部材２４が、２０本結束されたものに、上側栓部材と下側栓部材とを装着したものである。
【０１２８】
［比較例サンプル］
比較例のサンプルと実施例１のサンプルとの相違点は、錘（前出図１３〜図１５参照）が配置されていない点である。すなわち、積層状伸縮部材の変形方向を軸方向に配向させる部材が配置されていない点である。比較例のサンプルは、錘（負荷部材）が無く、力の釣り合いを崩すことにより作動させるものではない。
【０１２９】
［実験方法および実験結果］
実施例１、実施例２、比較例のサンプルに電圧を印加した場合の、軸方向変位、出力、挙動を調べた。実施例１のサンプルの錘３２（前出図１３〜図１５参照）の重さは、１．４ｇとした。実施例２のサンプルの錘の重さは、１４ｇとした。
【０１３０】
図２４に、印加電圧と変位（軸方向変位）との関係をグラフで示す。図２４に示すように、実施例１、実施例２のサンプルの方が、比較例のサンプルよりも、変位を取り出しやすいことが判る。また、その傾向は、印加電圧が大きくなるに連れ、顕著になることが判る。また、実施例２のように積層状伸縮部材２４を２０本結束したものと、実施例１のように積層状伸縮部材２４が１本のものとが略同一の変位となり、比較例よりも大きく変位することが判る。
【０１３１】
図２５に、印加電圧と出力との関係をグラフで示す。図２５に示すように、実施例２のサンプルの方が、実施例１のサンプルよりも、出力が大きいことが判る。また、その傾向は、印加電圧が大きくなるに連れ、顕著になることが判る。
【０１３２】
なお、比較例のように、錘などの負荷部材を配置しない場合は、誘電層、電極の厚みの不均一が生じた場合、所定の方向に変位しないことが多いのに対して、実施例１、２のように、錘などの負荷部材を配置する場合は、変位方向が所定の方向に定まるので、安定的に変位させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明のアクチュエータは、例えば、パワーアシストスーツ、産業、医療、福祉ロボット用の人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、医療用器具等に有用であり、さらに、モータ等機械式アクチュエータおよび圧電素子アクチュエータ等のすべてのアクチュエータの代替として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明のアクチュエータにおけるアクチュエータ素子の原理図であって、（ａ）は電圧印加前の状態を示し、（ｂ）は電圧印加中の状態を示す。
【図２】図１のアクチュエータ素子を用いた本発明のアクチュエータの原理図であって、（ａ）は電圧印加前の状態を示し、（ｂ）は電圧印加中の状態を示す。
【図３】本発明の第一実施形態のアクチュエータの斜視図である。
【図４】同アクチュエータにおけるアクチュエータ素子の斜視分解図である。
【図５】同アクチュエータの軸直方向断面図である。
【図６】同アクチュエータの軸方向断面図である。
【図７】同アクチュエータの電圧印加中における軸方向断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態のアクチュエータの軸直方向断面図である。
【図９】本発明の第三実施形態のアクチュエータの軸直方向断面図である。
【図１０】本発明の第四実施形態のアクチュエータの側面図である。
【図１１】本発明の第五実施形態のアクチュエータの側面図である。
【図１２】本発明の第六実施形態のアクチュエータの側面図である。
【図１３】本発明の第七実施形態のアクチュエータの斜視図である。
【図１４】同アクチュエータの斜視分解図である。
【図１５】同アクチュエータの軸方向断面図である。
【図１６】本発明の第八実施形態のアクチュエータの斜視図である。
【図１７】同アクチュエータの斜視分解図である。
【図１８】同アクチュエータの軸方向断面図である。
【図１９】本発明の第九実施形態のアクチュエータの部分斜視図である。
【図２０】本発明の第十実施形態のアクチュエータの部分斜視図である。
【図２１】本発明の第十一実施形態のアクチュエータの部分斜視図である。
【図２２】同アクチュエータの部分斜視分解図である。
【図２３】実施例１のサンプルの積層状伸縮部材の寸法図である。
【図２４】印加電圧と変位（軸方向変位）との関係を示すグラフである。
【図２５】印加電圧と出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３５】
１：アクチュエータ
２：アクチュエータ素子  ２ａ〜２ｆ：アクチュエータ素子
２０：芯材  ２０ａ〜２０ｆ：芯材
２１：渦巻状筒部材  ２１ａ〜２１ｆ：渦巻状筒部材
２１０：伸縮膜  ２１０ａ：誘電膜  ２１０ｂ：電極  ２１０ｃ：絶縁膜
２２：底部材  ２２ａ〜２２ｆ：底部材
２３：積層状筒部材  ２３０：誘電膜  ２３１：電極
２４：積層状伸縮部材  ２４０：誘電膜  ２４０ａ：収容部  ２４１：電極
３：コイルばね（負荷部材）  ３０：上側バンド  ３００：上側栓部材
３１：下側バンド  ３１０：下側栓部材
３２：錘
３３：上側クランプ  ３４：下側クランプ  ３５：上側クランプ  ３６：下側クランプ
３７：共用端子  ３８：共用端子  ３９：袋部材  ３９ａ：収容部
９０：線材  ９０ａ〜９０ｆ：線材
９１：下方部材  ９２ａ〜９２ｄ：線材  ９３：出力ロッド  ９４：線材  ９５：滑車
９６：出力アーム
ａ：アクチュエータ  ｂ：アクチュエータ素子  ｂ１０：誘電膜  ｂ１１：電極
ｃ：負荷部材  ｄ１：電源  ｄ２：スイッチ
【図１】
2008277729.tif 000003
【図２】
2008277729.tif 000004
【図３】
2008277729.tif 000005
【図４】
2008277729.tif 000006
【図５】
2008277729.tif 000007
【図６】
2008277729.tif 000008
【図７】
2008277729.tif 000009
【図８】
2008277729.tif 000010
【図９】
2008277729.tif 000011
【図１０】
2008277729.tif 000012
【図１１】
2008277729.tif 000013
【図１２】
2008277729.tif 000014
【図１３】
2008277729.tif 000015
【図１４】
2008277729.tif 000016
【図１５】
2008277729.tif 000017
【図１６】
2008277729.tif 000018
【図１７】
2008277729.tif 000019
【図１８】
2008277729.tif 000020
【図１９】
2008277729.tif 000021
【図２０】
2008277729.tif 000022
【図２１】
2008277729.tif 000023
【図２２】
2008277729.tif 000024
【図２３】
2008277729.tif 000025
【図２４】
2008277729.tif 000026
【図２５】
2008277729.tif 000027