(57)【要約】      （修正有）【課題】誘電体エラストマーと一体となって変形可能な電圧印加部材を備え、作動電圧が低く応答性の良好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を、誘電体エラストマー２と、該誘電体エラストマー２を介して配置されている複数の電圧印加部材３ａ、３ｂとから成る電極３０ａ、３０ｂ、を備えて構成する。アクチュエータ１は、該複数の電極３０ａ，３０ｂ間に電圧を印加して誘電体エラストマー１を変形させることにより作動する。前記電圧印加部材３ａ，３ｂは、炭素繊維からなるコイル状の糸を含む伸縮糸により布状に形成されており、電圧の印加による前記誘電体エラストマーの変形に応じて伸縮可能である。【選択図】図６
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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、該誘電体エラストマーを介して配置されている複数の電圧印加部材と、を備え、該複数の電圧印加部材間に電圧を印加させて作動するアクチュエータであって、
前記電圧印加部材は、炭素繊維からなるコイル状の糸を含む伸縮糸により布状に形成されており、電圧の印加による前記誘電体エラストマーの変形に応じて伸縮可能であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記電圧印加部材は、電極および端子の少なくとも一方を含む請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記電圧印加部材の伸張率は５％以上である請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記電圧印加部材のばね定数は、前記誘電体エラストマーのばね定数以下である請求項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】
前記電圧印加部材の厚さ方向および面方向における電気抵抗は１００ＭΩ以下である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記電圧印加部材は、有機繊維からなる糸が水溶性繊維からなる糸に対して相対的にコイル状に巻回された複合糸により布地を形成し、該布地から該水溶性繊維からなる糸を除去した後、焼成して製造される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記電圧印加部材は、炭素繊維からなる糸が水溶性繊維からなる糸に対して相対的にコイル状に巻回された複合糸により布地を形成し、該布地から該水溶性繊維からなる糸を除去して製造される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記伸縮糸は、伸縮性を有する糸を含み、
前記炭素繊維からなる糸が該伸縮性を有する糸に対して相対的にコイル状に巻回されてなる請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記電圧印加部材は、さらに導電材が付着されてなる請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記電圧印加部材の、前記誘電体エラストマー側と反対側の表面には、絶縁層が配置されている請求項１ないし請求項９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、電圧を印加して誘電体エラストマーを変形させることにより駆動力を得るアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、導電性高分子、イオン導電性高分子（ＩＣＰＦ）、誘電体エラストマー等の高分子材料を利用したアクチュエータが提案されている。この種のアクチュエータは、柔軟性が高く、軽量で小型化し易いため、人工筋肉、医療用器具、流体制御等の様々な分野での使用が検討されている。なかでも、誘電体エラストマーを利用したアクチュエータは、比較的変位量が大きく、低コストで作製できるため有用である。例えば、特許文献１、２には、誘電体エラストマーを一対の電極で狭持したアクチュエータが紹介されている。また、特許文献３には、絶縁性弾性体を一対の電極で狭持したアクチュエータが紹介されている。
【特許文献１】特表２００５−５２７１７８号公報
【特許文献２】特表２００３−５０６８５８号公報
【特許文献３】特開平５−２５３１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１〜３に紹介された、誘電体エラストマー（絶縁性弾性体）を用いたアクチュエータでは、電極間に電圧を印加すると、電極間に静電引力が生じ、電極により誘電体エラストマーが圧縮される。これにより、誘電体エラストマーの厚さは薄くなり、誘電体エラストマーは、電極面に対して平行方向に伸張する。また、電圧の印加をやめると、誘電体エラストマーは元の形状に戻る。
【０００４】
ここで、電極が誘電体エラストマーと共に変形し難い場合には、電極により誘電体エラストマーの変形が妨げられ、所望の変位量を得ることはできない。したがって、電極は、誘電体エラストマーの変形を妨げないよう、誘電体エラストマーと一体となって変形できることが望ましい。また、電圧損失をできるだけ少なくし、応答性を向上させるためには、変形した場合でも電極の電気抵抗が低いことが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、誘電体エラストマーと一体となって変形可能な電圧印加部材を備え、作動電圧が低く応答性の良好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】
【０００６】
本発明のアクチュエータは、誘電体エラストマーと、該誘電体エラストマーを介して配置されている複数の電圧印加部材と、を備え、該複数の電圧印加部材間に電圧を印加させて作動するアクチュエータであって、前記電圧印加部材は、炭素繊維からなるコイル状の糸を含む伸縮糸により布状に形成されており、電圧の印加による前記誘電体エラストマーの変形に応じて伸縮可能であることを特徴とする。
【０００７】
本発明のアクチュエータは、伸縮糸により布状に形成された複数の電圧印加部材を備え、該電圧印加部材間に電圧を印加して誘電体エラストマーを変形させることにより作動する。ここで、伸縮糸は、炭素繊維からなるコイル状の糸を含む。このため、伸縮糸の伸縮性は高く、導電性も良好である。また、電圧印加部材は、伸縮糸を織る、編む、あるいは、接着剤や機械的方法により結合させる等の方法により形成した布地である。このため、電圧印加部材は、柔軟性が高く、伸縮性に優れる。よって、電圧印加部材は、誘電体エラストマーの変形に応じて伸縮可能であり、誘電体エラストマーと一体となって変形することができる。つまり、電圧印加部材は、誘電体エラストマーの変形に対する追従性に優れる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、誘電体エラストマーが伸張した場合、伸縮糸が伸張することにより電圧印加部材が伸張する。ここで、伸縮糸の導電性は、伸張されてもあまり低下しない。つまり、電圧印加部材の電気抵抗は、伸張された場合でも増加し難い。このため、誘電体エラストマーの変形量が大きい場合でも、電気抵抗を低く維持することができる。このように、本発明のアクチュエータでは、電圧印加に対する応答遅れが少なく、より高周波電圧でも応答性が良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のアクチュエータについて詳細に説明する。本発明のアクチュエータは、誘電体エラストマーと、複数の電圧印加部材と、を備える。
【００１０】
誘電体エラストマーは、電圧印加部材間の静電引力に応じて変形するものであれば、その種類が特に限定されるものではない。なかでも、誘電性、絶縁破壊性の高いものが望ましく、例えば、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等から選択することが望ましい。誘電体エラストマーの厚さは、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、誘電体エラストマーの厚さは薄い方が望ましい。この場合、絶縁破壊性等をも考慮して、誘電体エラストマーの厚さは、１μｍ以上５００μｍ以下であることが望ましい。より好適な範囲は、１０μｍ以上２００μｍ以下である。
【００１１】
複数の電圧印加部材は、上記誘電体エラストマーを介して配置されている。電圧印加部材は、電極および端子の少なくとも一方を含む。すなわち、電圧印加部材は、電極として具現化されていてもよく、端子として具現化されていてもよい。また、これらの両方として具現化されていてもよい。ここで、端子は、電極と一体となっていてもよく、別体であってもよい。電圧印加部材が電極および端子の両方として具現化されている場合には、誘電体エラストマーの変形の阻害要因が少なくなり、追従性がより向上する。また、端子には導線が接続されている。導線は、通常、所定の位置に固定して配置されている。したがって、電極および端子の両方が伸縮可能であれば、導線との接続部分における柔軟性が向上し、当該部分の破損が抑制される。
【００１２】
電圧印加部材の数は二つ以上であれば特に限定されない。ここでは、電圧印加部材を電極に具現化した態様で説明する。例えば、薄膜状の誘電体エラストマーを採用した場合、誘電体エラストマーの一方の表面に電極を一つ配置し、誘電体エラストマーを挟んでその電極に対向するよう、他方の表面に電極を一つ配置すればよい。また、誘電体エラストマーの一方の表面に電極を一つ配置し、他方の表面に電極を二つ以上並置してもよい。
【００１３】
電圧印加部材は、伸縮糸により布状に形成されている。伸縮糸は、炭素繊維からなるコイル状の糸を含む。炭素繊維は、絹、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、石油ピッチ、レーヨン、ポリエステル、ベンゾエート、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリシアン化ビニリデン、ポリアミド、アセテート、ビニロン、ポリフェニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリピロール、牛乳タンパク、トウモロコシタンパク、コラーゲン、羊毛等の有機物からなる繊維を焼成し炭化させた繊維である。特に、柔軟であるという観点から、炭素繊維からなるコイル状の糸は、絹糸を焼成し炭化させた糸である態様が好適である。
【００１４】
伸縮糸は、炭素繊維からなるコイル状の糸のみであってもよく、同コイル状の糸に加えて、伸縮性を有する糸等を含んでいてもよい。伸縮性を有する糸としては、ポリウレタン繊維、ポリアミド系繊維等の高弾性繊維が好適である。伸縮性を有する糸を含む態様として、例えば、炭素繊維からなる糸が、伸縮性を有する糸に対して相対的にコイル状に巻回されてなる態様が挙げられる。この場合、伸縮性を有する糸を芯糸として、炭素繊維からなる糸が、該芯糸の周囲にコイル状に巻回されていてもよく、また、炭素繊維からなる糸と伸縮性を有する糸とが、互いに撚り合わされていてもよい。
【００１５】
炭素繊維からなるコイル状の糸のコイル径（コイルの内径）、巻き密度等は特に限定されない。例えば、コイル径を０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とするとよい。伸縮糸の伸縮性を向上させるという観点から、コイル径は比較的大きい方が望ましい。
【００１６】
電圧印加部材は、伸縮糸を織った織布、伸縮糸を編んだ編布、あるいは伸縮糸を接着剤、機械的方法等により結合させた不織布のいずれの態様であってもよい。織布とする場合は、例えば、平織、綾織、朱子織等の織り方を採用すればよい。例えば、布地の柔軟性がより高くなるという理由から、綾織が好適である。また、布地の形状を保持し易いという理由から、平織が好適である。編布とする場合は、例えば、平編み、ゴム編み、パール編み等の編み方を採用すればよい。
【００１７】
電圧印加部材は、二次元的かつ等方的に伸縮可能である。弾性体エラストマーの変形に対する追従性を向上させるという観点から、電圧印加部材の伸張率は５％以上であることが望ましい。本明細書では、二次元的かつ等方的な伸びの程度を、伸張率で特定する。伸張率は、次式（１）により算出する。
伸張率（％）＝｛√（Ｓ／Ｓ０）−１｝×１００・・・（１）
［Ｓ０：伸張前（自然状態）の電圧印加部材面積、Ｓ：二軸方向伸張後の電圧印加部材面積］
より柔軟で、追従性を高くするためには、電圧印加部材の伸張率は、１００％以上、さらには２００％以上とするとよい。
【００１８】
同様に、弾性体エラストマーの変形に対する追従性を向上させるという観点から、電圧印加部材のばね定数は、誘電体エラストマーのばね定数以下であることが望ましい。
【００１９】
また、電圧印加部材は、電極、端子として機能するための所定の導電性を有する必要がある。すなわち、電圧印加部材の電気抵抗は、厚さ方向および面方向において、１００ＭΩ以下であることが望ましい。
【００２０】
電圧印加部材は、例えば、以下の三つの方法により製造することができる。まず、第一製造方法は、有機繊維からなる糸が水溶性繊維からなる糸に対して相対的にコイル状に巻回された複合糸により布地を形成し、該布地から該水溶性繊維からなる糸を除去した後、焼成して製造する方法である。
【００２１】
本方法において、有機繊維は、有機物からなる繊維であり、絹、アクリル繊維、ピッチ繊維等が好適である。また、水溶性繊維は、水あるいは湯により溶解可能な繊維である。例えば、水溶性高分子からなる繊維が挙げられる。水溶性高分子は、ポリマー側鎖およびポリマー末端部の少なくとも一方に親水基を有するポリマー、親水基を有するモノマーを重合して得られたポリマーを含む。親水基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、アミン基、ヒドロキシル基、アミド基等が挙げられる。安価で入手し易いという点で、水溶性繊維には、ポリビニルアルコール繊維が好適である。
【００２２】
複合糸は、有機繊維からなる糸が、水溶性繊維からなる糸に対して相対的にコイル状に巻回されてなる。例えば、水溶性繊維からなる糸を芯糸として、有機繊維からなる糸が、該芯糸の周囲にコイル状に巻回されてなる糸でもよく、また、有機繊維からなる糸と水溶性繊維からなる糸とが、互いに撚り合わされてなる糸でもよい。なお、有機繊維からなる糸、および水溶性繊維からなる糸の直径（太さ）は、特に限定されるものではない。また、主に水溶性繊維からなる糸の太さを調整することにより、電圧印加部材を構成するコイル状の糸のコイル径、巻き密度等を調整することができる。
【００２３】
このような複合糸を織り、編み、あるいは接着剤、機械的方法等により結合させて布地を形成する。すなわち、布地は、織布、編布、不織布のいずれの態様であってもよい。織り方としては、上述したように、平織、綾織、朱子織等が挙げられる。なかでも、綾織、平織が好適である。編み方としては、平編み、ゴム編み、パール編み等が挙げられる。
【００２４】
布地を形成した後、例えば、布地を水あるいは湯に浸漬させることにより、水溶性繊維からなる糸を溶解除去すればよい。そして、有機繊維を炭化させ、所望の特性を有する炭素繊維となるよう、焼成を行う。焼成は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中、あるいは真空中で行うとよい。また、温度、時間等の焼成条件は、有機繊維の種類等に応じて、適宜決定すればよい。
【００２５】
例えば、有機繊維として絹を用いた場合には、２００℃以上３０００℃以下の温度下で焼成を行うとよい。１０００℃以上で行うとより好適である。また、急激な焼成を避け、焼成を複数回に分けて行うとよい。例えば、７００℃程度で数時間保持して第一次焼成を行った後、一旦常温にまで冷却し、その後、１０００〜１４００℃程度で数時間保持して第二次焼成を行うとよい。焼成により、有機繊維からなる糸は、炭素繊維からなる糸となる。
【００２６】
次に、第二製造方法は、炭素繊維からなる糸が水溶性繊維からなる糸に対して相対的にコイル状に巻回された複合糸により布地を形成し、該布地から該水溶性繊維からなる糸を除去して製造する方法である。
【００２７】
本方法において、炭素繊維は、絹、ＰＡＮ、石油ピッチ、レーヨン等の有機物からなる繊維を焼成し炭化させた繊維である。なお、水溶性繊維、複合糸の態様、布地の形成、水溶性繊維からなる糸の除去については、上記第一製造方法と同様であるため、説明を省略する。
【００２８】
次に、第三製造方法は、炭素繊維からなるコイル状の糸および伸縮性を有する糸を含んだ伸縮糸により形成された電圧印加部材の製造方法であって、炭素繊維からなる糸が、伸縮性を有する糸に対して相対的にコイル状に巻回された複合糸により布地を形成して製造する方法である。伸縮性を有する糸としては、上述したように、ポリウレタン繊維、ポリアミド系繊維等の高弾性繊維が好適である。複合糸は、伸縮性を有する糸を芯糸として、炭素繊維からなる糸が、該芯糸の周囲にコイル状に巻回されている態様でもよく、また、炭素繊維からなる糸と伸縮性を有する糸とが、互いに撚り合わされている態様でもよい。なお、炭素繊維、布地の形成については、上記第一製造方法、第二製造方法と同様であるため、説明を省略する。
【００２９】
電圧印加部材には、さらに導電材を付着させてもよい。布地を構成する糸と糸との隙間（以下「網目」と称す）に、導電材が配置されることにより、例えば、電圧印加部材と誘電体エラストマーとの接触面積が大きくなる。その結果、同じ電圧を印加させた場合でも、変位量を大きくすることができる。また、電圧印加部材の網目にも導電性が付与されるため、電気抵抗が低くなり、導電性をより向上させることができる。
【００３０】
導電材としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等が好適である。導電材の形状は、特に限定されるものではない。例えば、粒子状、繊維状等、種々の形状を採用することができる。導電材の電圧印加部材への付着方法は、粉状の導電材を接着剤等により付着させてもよく、また、導電材を含有したポリマーバインダー液に電圧印加部材を含浸させてもよい。なお、後者の方法（ポリマーバインダー液への含浸）によると、電圧印加部材に付着したポリマーバインダーにより、電圧印加部材と誘電体エラストマーとの接合を行うこともできる。
【００３１】
誘電体エラストマーと電圧印加部材とは、例えば、接着、圧着、融着等により接合すればよい。例えば、電圧印加部材にバインダーを塗布し、あるいは、電圧印加部材をバインダー液に含浸させて、接合すればよい。また、電極を配置する表面に、予め接着層が配置された誘電体エラストマーを用いる場合には、電圧印加部材を接着層の表面にそのまま貼着すればよい。また、誘電体エラストマーを溶融させた状態で、電圧印加部材を一体化させて接合してもよい。この場合、例えば、誘電体エラストマーの加硫成形時に、電圧印加部材を加硫接着すればよい。
【００３２】
本発明のアクチュエータは、電圧印加部材の、誘電体エラストマー側と反対側の表面に、さらに絶縁層を配置してもよい。絶縁層を配置することにより、仮に、アクチュエーターに隣接する部材が、電圧印加部材の表面（絶縁層）に接触した場合でも、導電を抑制することができる。
【実施例】
【００３３】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３４】
（１）応答性評価
〈実験方法および実験装置〉
コイル径の異なる伸縮糸から形成された、四種類の電圧印加部材を用いてアクチュエータを構成し、各々、印加電圧に対する変位量を測定した。電圧印加部材は、次のように製造した。
【００３５】
（ａ）実施例１〜３の電圧印加部材
まず、複合糸として、絹紡糸（１４０番双糸）と、ポリビニルアルコール繊維（水溶性繊維）からなる糸（ニチビ社製「ソルブロン」（登録商標）、以下、本糸を単に「ソルブロン」と称す。）と、の強撚糸（撚り数：１５００Ｔ／ｍ）を製造した。複合糸は、「ソルブロン」の太さを変えて（２００ｄ（デニール）、３００ｄ、６００ｄ）三種類製造した。製造した複合糸を、「ソルブロン」の太さが細い方から順に、＃１〜＃３と番号付けした。次に、＃１〜＃３の複合糸を、それぞれ経糸および緯糸として平織し、織布を形成した。使用した複合糸の番号を、そのまま織布の番号とした。各織布の織り密度は、＃１の織布：経糸７０本×緯糸６０本／吋、＃２の織布：経糸５０本×緯糸４７本／吋、＃３の織布：経糸３７本×緯糸３４本／吋、とした。そして、各織布を、それぞれ約７０℃の湯に浸漬させ、「ソルブロン」を除去した。その後、真空中で焼成し、絹紡糸を炭化させて炭素繊維からなる糸とした。焼成は、次のように行った。＃１の織布は、７００℃で６時間保持し、一旦常温にまで冷却した後、１０００℃で３時間保持した。＃２、＃３の織布は、７００℃で６時間保持し、一旦常温にまで冷却した後、１４００℃で３時間保持した。このようにして＃１〜＃３の織布から電圧印加部材を製造した。製造した三種類の電圧印加部材を、織布の番号に対応させて、＃１を実施例１の電圧印加部材、＃２を実施例２の電圧印加部材、＃３を実施例３の電圧印加部材とした。なお、実施例１〜３の電圧印加部材において、電圧印加部材を構成する伸縮糸は、炭素繊維からなるコイル状の糸のみからなる。
【００３６】
（ｂ）実施例４の電圧印加部材
まず、複合糸として、絹紡糸（１４０番単糸）と、上記（ａ）と同様の「ソルブロン」（太さ３００ｄ）と、の強撚糸（撚り数：１８００Ｔ／ｍ）を製造した。製造した複合糸を＃４と番号付けした。次に、＃４の複合糸を経糸および緯糸として綾織りし、織布（＃４）を形成した。織布の織り密度は、経糸５６本×緯糸５６本／吋とした。そして、＃４の織布を、約７０℃の湯に浸漬させ、「ソルブロン」を除去した。その後、非酸化性雰囲気中で焼成し、絹紡糸を炭化させて炭素繊維からなる糸とした。焼成は、７００℃で６時間保持し、一旦常温にまで冷却した後、１４００℃で３時間保持して行った。このようにして＃４の織布から電圧印加部材を製造した。製造した電圧印加部材を、実施例４の電圧印加部材とした。実施例４の電圧印加部材を構成する伸縮糸は、炭素繊維からなるコイル状の糸のみからなる。
【００３７】
図１〜図４に、実施例１〜４の電圧印加部材の電子顕微鏡写真を示す。図１は、実施例１の電圧印加部材を、図２は、実施例２の電圧印加部材を、図３は、実施例３の電圧印加部材を、図４は、実施例４の電圧印加部材をそれぞれ示す。実施例１〜４の電圧印加部材を構成する伸縮糸のコイル径は、実施例１では約０．１４５ｍｍ、実施例２では約０．１７７ｍｍ、実施例３では約０．２５１ｍｍ、実施例４では約０．１８０ｍｍであった。例えば、同じ太さの「ソルブロン」を使用した実施例２と実施例４とを比較すると、実施例４の電圧印加部材の方が高密度に織られていることがわかる。また、実施例１〜４の電圧印加部材の面方向の電気抵抗値を、テスターで測定したところ（端子間隔１ｃｍ）、実施例１〜３の電圧印加部材では、いずれも３０〜４０Ωの範囲内であり、実施例４の電圧印加部材では６０〜８０Ωの範囲内であった。
【００３８】
実施例１〜４の電圧印加部材を、アクリルエラストマー製の薄膜（誘電体エラストマー：住友スリーエム社製、ＶＨＢ（登録商標）アクリルフォーム構造用接合テープ「Ｙ−４９０５Ｊ」、厚さ５００μｍ）の上下面に一対ずつ貼着し、四種類のアクチュエータを製造した。製造したアクチュエータを、使用した電圧印加部材に対応させて、実施例１〜４のアクチュエータとした。図５に、製造したアクチュエータの上面図を示す。図６に、図５中ＶＩ−ＶＩ断面図を示す。
【００３９】
図５、図６に示すように、アクチュエータ１は、誘電体エラストマー２と一対の電圧印加部材３ａ、３ｂとを備えている。誘電体エラストマー２は、直径７０ｍｍの円形の薄膜状を呈している。誘電体エラストマー２は、全方向に１００％伸張させた状態で配置されている。一対の電圧印加部材３ａ、３ｂは、誘電体エラストマー２を挟んで上下方向に対向するよう配置されている。電圧印加部材３ａは、電極３０ａと端子３１ａとからなる。同様に、電圧印加部材３ｂは、電極３０ｂと端子３１ｂとからなる。電極３０ａ、３０ｂは、直径約２７ｍｍの円形の薄膜状を呈しており、各々、誘電体エラストマー２と略同心円状に配置されている。端子３１ａ、３１ｂは、各々、電極３０ａ、３０ｂから延設されており、互いに１８０°反対方向に配置されている。端子３１ａ、３１ｂは、各々、導線を介して電源４に接続されている。
【００４０】
電圧印加部材３ａ、３ｂ間に電圧が印加されると、電極３０ａ、３０ｂ間に静電引力が生じて、誘電体エラストマー２を圧縮する。これにより、誘電体エラストマー２の厚さは薄くなり、拡径方向に伸張する。この時、電極３０ａ、３０ｂおよび端子３１ａ、３１ｂも、誘電体エラストマー２と一体となって拡径方向に伸張する。電極３０ａには、予め、マーカー５０が取り付けられている。マーカー５０の変位を、変位計５により測定し、アクチュエータ１の変位量とした。
【００４１】
〈実験結果〉
図７に、各アクチュエータの印加電圧に対する変位量を示す。なお、図７には、実施例５のアクチュエータの結果も示されているが（黒菱形印）、これについては後述する。図７のグラフに示すように、各アクチュエータにおいて、良好な電歪応答が得られた。また、伸縮糸のコイル径が大きい電圧印加部材を用いたアクチュエータ（実施例２〜４）の方が、伸縮糸のコイル径が小さい電圧印加部材を用いたアクチュエータ（実施例１）と比較して、変位量が大きくなった。複合糸の製造において、「ソルブロン」の太さが太い程、伸縮糸のコイル径は大きくなった。このため、コイル径が大きい場合、伸縮糸の伸縮性、ひいては電圧印加部材の伸縮性がより高くなったと考えられる。
【００４２】
なかでも、実施例４のアクチュエータの電歪応答が最も良好であった。実施例４のアクチュエータには、織り密度の高い実施例４の電圧印加部材が用いられている。実施例４の電圧印加部材では、細い絹紡糸を用い撚り数を大きくしたため、複合糸の柔軟性が向上した。加えて、綾織りを採用したことにより、織り密度を高くすることができた。つまり、実施例４の電圧印加部材の網目は小さい。このため、電極と誘電体エラストマーとの接触面積が大きくなり、静電引力によるより大きな圧縮力が誘電体エラストマーに加わったと考えられる。
【００４３】
また、実施例３の電圧印加部材に、粉状のカーボンナノチューブ（導電材）を接着剤により付着させて、実施例５の電圧印加部材を製造した。これを用いて上記同様にアクチュエータを製造し、印加電圧に対する変位量を測定した。結果を上記図７に併せて示す。図７のグラフ中、黒菱形印で示すように、実施例５のアクチュエータでは、実施例３のアクチュエータと比較して、さらに変位量が大きくなった。これは、導電材が網目に配置され、電極と誘電体エラストマーとの接触面積が大きくなり、静電引力によるより大きな圧縮力が誘電体エラストマーに加わったためと考えられる。
【００４４】
ところで、上記実施例１〜４のアクチュエータでは、端子３１ａ、３１ｂを、電極３０ａ、３０ｂから延設した（前出図５参照）。これらのアクチュエータでは、電極と端子とが一体的に形成されている。しかし、電極と端子とを別々に形成し、本発明の電圧印加部材としてもよい。一方、電極あるいは端子のみが本発明における電圧印加部材に相当するよう、アクチュエータを構成してもよい。例えば、電極のみが本発明の電圧印加部材に相当する態様では、端子を金属、あるいは導電性カーボンを配合したエラストマー等から成形することができる。
【００４５】
（２）電極の違いによる電気抵抗値変化の比較
〈実験方法〉
三種類の電極を、上記（１）の実験で使用したのと同じ薄膜状の誘電体エラストマーの上面に配置し、誘電体エラストマーを伸張させた時の、電極の電気抵抗値の変化を測定した。図８に、実験方法の概略図を示す。
【００４６】
図８中、伸張前の図に示すように、電極３０は、正方形状を呈し、それより一回り大きな正方形状の誘電体エラストマー２の上面に配置されている。電極３０としては、実施例として、上記（１）の実験で使用した実施例３の電圧印加部材、比較例として、カーボンブラック電極、カーボンナノチューブ電極の合計三種類を使用した。伸張前の図中、白抜き矢印で示すように、誘電体エラストマー２を二軸方向に同一伸張率にて伸張させる。これにより、電極３０も同じように伸張される（伸張後の図参照）。この時の各端子間における電気抵抗値をテスターにより測定した。測定した電気抵抗値は、端子位置により、抵抗Ａ（図中、丸印）、抵抗Ｂ（同、四角印）、抵抗Ｃ（同、菱形印）とした。
【００４７】
なお、カーボンブラック電極は、カーボンブラックをポリマーバインダー液に分散させたカーボンブラック塗料を、誘電体エラストマー２の上面に塗布して製造した。また、カーボンナノチューブ電極は、粉状のカーボンナノチューブを、誘電体エラストマー２の上面に接着して製造した。
【００４８】
〈実験結果〉
図９に、実施例３の電圧印加部材の伸張率に対する電気抵抗値の変化を示す。図１０に、カーボンブラック電極の伸張率に対する電気抵抗値の変化を示す。図１１に、カーボンナノチューブ電極の伸張率に対する電気抵抗値の変化を示す。ここで、伸張率は、前出の式（１）により算出する。
伸張率（％）＝｛√（Ｓ／Ｓ０）−１｝×１００・・・（１）
［Ｓ０：伸張前（自然状態）の電極面積、Ｓ：二軸方向伸張後の電極面積］
【００４９】
図１０、図１１に示すように、カーボンブラック電極およびカーボンナノチューブ電極では、端子位置によらず、伸張率が大きくなると共に電気抵抗値も増加した。特に、カーボンブラック電極では、伸張率が８０％を超えると、測定不可となった。これに対して、図９に示すように、実施例３の電圧印加部材では、伸張率が１００％と大きくなっても、電気抵抗値は低かった。本実験から、実施例３の電圧印加部材、つまり本発明の電圧印加部材によると、変形量が大きい場合でも、応答性のよいアクチュエータを構成できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のアクチュエータは、例えば、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】
【００５１】
【図１】実施例１の電圧印加部材の電子顕微鏡写真である。
【図２】実施例２の電圧印加部材の電子顕微鏡写真である。
【図３】実施例３の電圧印加部材の電子顕微鏡写真である。
【図４】実施例４の電圧印加部材の電子顕微鏡写真である。
【図５】応答性評価に使用したアクチュエータの上面図である。
【図６】図５中のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】各アクチュエータの印加電圧に対する変位量を示すグラフである。
【図８】電極の違いによる電気抵抗値変化を比較するための実験方法の概略図である。
【図９】実施例３の電圧印加部材の伸張率に対する電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図１０】カーボンブラック電極の伸張率に対する電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図１１】カーボンナノチューブ電極の伸張率に対する電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１：アクチュエータ  ２：誘電体エラストマー
３ａ、３ｂ：電圧印加部材  ３０、３０ａ、３０ｂ：電極  ３１ａ、３１ｂ：端子
４：電源  ５：変位計  ５０：マーカー
【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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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