JP5002425B2 - アクチュエーターの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、印加電圧に応じて伸縮することにより駆動力を出力可能なアクチュエーター素子を備えるアクチュエーターの製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、中空紐状のアクチュエーターが紹介されている。同文献のアクチュエーターは、中空紐状のアクチュエーター素子と、該アクチュエーター素子の内外周面に配置される一対の電極層と、を備えている。

特許文献１の［００２４］に記載されているように、同文献のアクチュエーターは以下の方法により製造される。まず、針状金型の外周面に導電材をコートすることにより、内周面側の電極層を形成する。次に、電極層の外周面に誘電体エラストマーをコートすることにより、アクチュエーター素子を形成する。続いて、アクチュエーター素子の外周面に導電材をコートすることにより、外周面側の電極層を形成する。最後に、針状金型を引き抜くことにより、三層構造のアクチュエーターが完成する。このようにして、同文献のアクチュエーターは製造される。
特開２００３−２３０２８８号公報

ところで、紐状のアクチュエーターは、軸方向に伸縮することにより駆動力を出力する。このため、軸方向に引張強度が高いことが要求される。また、耐久性が高いことが要求される。しかしながら、特許文献１に記載のアクチュエーターの製造方法によると、充分な引張強度、耐久性を有するアクチュエーターを作製するのが困難である。また、仮に、特許文献１の製造方法により作製されたアクチュエーターを、伸縮を確保するために延伸させても、強度が小さく、電圧印加による伸びが小さい。

本発明のアクチュエーターの製造方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、充分な引張強度、耐久性を有するアクチュエーターを作製可能なアクチュエーターの製造方法を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のアクチュエーターの製造方法は、誘電体エラストマー製であって紐状のアクチュエーター素子を備えてなるアクチュエーターの製造方法であって、前記アクチュエーター素子となる素子原料を紐状に成形し、成形中および成形後のうち少なくとも一方において、該素子原料の架橋温度以上に加熱し、半架橋状態の半架橋体を作製する半架橋体作製工程と、該半架橋体を軸方向に延伸したまま加熱し、該半架橋体の架橋反応を完了させ完全架橋体を作製する完全架橋体作製工程と、を有することを特徴とする（請求項１に対応）。ここで、「半架橋状態」とは、架橋が完全に飽和する前の状態をいう。

半架橋体作製工程においては、半架橋状態の半架橋体を作製する。また、完全架橋体作製工程においては、半架橋体を延伸したまま加熱し、架橋反応を完了させる。こうすることにより、完全架橋体を構成する分子を、軸方向に配向させることができる。このため、充分な引張強度、耐久性を有するアクチュエーターを作製することができる。また、配向させることにより、誘電率が向上し、より大きなクーロン力が発生することで、変形が大きくなる。

ここで、仮に、未架橋状態のまま軸方向に延伸すると、延伸により未架橋状態の素子原料が流動するだけで、分子が配向しにくい。一方、仮に、完全架橋状態になってから軸方向に延伸すると、延伸により完全架橋状態の誘電体エラストマーが弾性変形するだけで、やはり分子が配向しにくい。これに対して、半架橋状態で延伸すると、半架橋体が適度な流動性および粘弾性を有している。このため、延伸により分子を配向させやすい。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記半架橋体作製工程は、押出成形により前記素子原料を紐状に成形する構成とする方がよい（請求項２に対応）。紐状のアクチュエーター素子は、単体で使用されることは勿論、複数本束ねて使用されることや、編み物状に編んで使用されることもある。このため、アクチュエーター素子には、寸法精度が高いことが要求される。この点、上記特許文献１に記載のアクチュエーターの製造方法によると、アクチュエーターの寸法精度を高くすることができる。しかしながら、同文献記載のアクチュエーターの製造方法は、大量生産に不向きである。

これに対して、本構成のアクチュエーターの製造方法によると、半架橋体作製工程において、押出成形と加熱とを適宜組み合わせることにより、半架橋体を作製している。押出成形は、長尺物の大量生産に好適である。このため、半架橋体延いてはアクチュエーターを大量生産することができる。

また、本構成のアクチュエーターの製造方法によると、押出成形だけでは半架橋体の形状が所望の形状に作り込めない場合でも、半架橋体を軸方向に延伸することにより、形状を整えることができる。このため、アクチュエーターの寸法精度を高くすることができる。このように、本構成のアクチュエーターの製造方法によると、寸法精度の高いアクチュエーターを大量生産することができる。

（２−１）好ましくは、上記（２）の構成において、前記完全架橋体の肉厚は０．０２ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、外径は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である構成とする方がよい。ここで、「外径」とは、径方向断面が円形の場合は直径をいう。また、径方向断面が多角形等の場合は、径方向最大長さをいう。

通常、押出成形は、薄肉、小径な成形体を作製するのに不利である。しかしながら、本構成のアクチュエーターの製造方法は、半架橋体を軸方向に延伸する完全架橋体作製工程を有している。このため、半架橋体を押出成形により作製するにもかかわらず、薄肉、小径のアクチュエーター素子を作りやすい。逆に言えば、押出成形の際、薄肉、小径の半架橋体を作製する必要がないため、工程上の制約が少ない。

ここで、肉厚を０．５０ｍｍ以下としたのは、０．５０ｍｍ超過の場合、アクチュエーター素子の径が大径化するからである。また、動作するのに必要な印加電圧が大きくなるからである。一方、肉厚を０．０２ｍｍ以上としたのは、０．０２ｍｍ未満の場合、絶縁破壊が起きやすくなるからである。また、電極の弾性率の影響を受けやすくなるため、電圧印加による変位が小さくなるからである。

また、外径を２．０ｍｍ以下としたのは、２．０ｍｍ超過の場合、アクチュエーター素子の径が大径化するからである。一方、外径を０．１ｍｍ以上としたのは、０．１ｍｍ未満の場合、アクチュエーター素子端部の固定が困難になるからである。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記半架橋体作製工程は、前記素子原料を紐状に押出成形しながら該素子原料の架橋温度以上に加熱することにより前記半架橋体を作製する成形兼加熱工程である構成とする方がよい（請求項３に対応）。

本構成のアクチュエーターの製造方法によると、成形しながら素子原料を半架橋することができる。このため、工数を削減できる。また、押出成形の際に発生する熱を利用して（勿論利用しなくてもよい）、素子原料を加熱することができる。

（４）好ましくは、上記（２）の構成において、前記半架橋体作製工程は、前記素子原料を紐状に押出成形し成形体を作製する押出成形工程と、押出成形後の該成形体を該成形体の架橋温度以上に加熱し、前記半架橋状態の前記半架橋体を作製する加熱工程と、を有する構成とする方がよい（請求項４に対応）。

本構成のアクチュエーターの製造方法によると、押出成形と、加熱とを別々の工程で行っている。このため、押出成形、加熱、各々の条件設定の自由度が高い。したがって、押出成形が容易である。並びに、容易に半架橋体を作製することができる。

（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記アクチュエーターは、ｎ（ｎ≧１）層のアクチュエーター素子と、ｎ層の導電体エラストマー製の電極層と、が交互に径方向に積層されてなり、最内層の該アクチュエーター素子の内径側に導電性を有する液状またはゲル状の流動体電極を備え、前記押出成形工程は、ｎ個の前記素子原料と、各々該電極層となるｎ個の電極原料と、を複層押出成形し、軸部が中空であってかつ複層構造の前記成形体を作製する中空押出成形工程であり、該中空押出成形工程と前記加熱工程との間に、該成形体の該軸部に該流動体電極を注入する注入工程を有する構成とする方がよい（請求項５に対応）。

本構成のアクチュエーターの製造方法によると、アクチュエーター素子と電極層とを、複層押出成形により、一体成形することができる。このため、アクチュエーター素子と電極層とを別途接合しなくて済む分、工数を削減することができる。また、アクチュエーター素子と電極層との接合強度が高い。

また、本構成のアクチュエーターの製造方法により作製されるアクチュエーターは、軸部に流動性電極を有している。このため、駆動時に、流動性電極が、最内層のアクチュエーター素子の伸縮を拘束するおそれが小さい。

また、アクチュエーター素子に塗布することにより電極層を形成する場合、困難となるのは、最内層のアクチュエーター素子の内周面に電極層を塗布する作業である。この点、本構成のアクチュエーターの製造方法によると、最内層のアクチュエーター素子の内径側には、流動体電極が配置される。このため、最内層のアクチュエーター素子の内周面に電極層を塗布する必要がない。

（６）好ましくは、上記（２）ないし（４）のいずれかの構成において、前記アクチュエーターは、ｎ（ｎ≧１）層のアクチュエーター素子と、ｎ＋１層の導電体エラストマー製の電極層と、が交互に径方向に積層されてなり、前記半架橋体作製工程は、ｎ個の前記素子原料と、各々該電極層となるｎ＋１個の電極原料と、を複層押出成形し、成形中および成形後のうち少なくとも一方において、該素子原料および該電極原料の架橋温度以上に加熱し、複層構造の前記半架橋体を作製する複層半架橋体作製工程である構成とする方がよい（請求項６に対応）。

本構成のアクチュエーターの製造方法によると、アクチュエーター素子と電極層とを、複層押出成形により、一体成形することができる。このため、アクチュエーター素子と電極層とを別途接合しなくて済む分、工数を削減することができる。また、アクチュエーター素子と電極層との接合強度が高い。

（７）好ましくは、上記（６）の構成において、最内層の前記電極層は、中実棒状の棒状電極である構成とする方がよい（請求項７に対応）。本構成のアクチュエーターの製造方法によると、軸部に棒状電極を有する中実のアクチュエーターを、一体成形することができる。また、本構成のアクチュエーターの製造方法によると、半架橋体がチューブ状である場合と比較して、半架橋体を延伸する際、半架橋体が潰れにくい。

（８）好ましくは、上記（６）の構成において、前記アクチュエーターは、最内層の前記電極層の内径側に誘電体エラストマー製の芯材を備え、前記複層半架橋体作製工程は、ｎ個の前記素子原料と、各々該電極層となるｎ＋１個の電極原料と、該芯材となる芯材原料と、を複層押出成形し、成形中および成形後のうち少なくとも一方において、該素子原料および該電極原料および該芯材原料の架橋温度以上に加熱し、中実であってかつ複層構造の前記半架橋体を作製する中実複層半架橋体作製工程である構成とする方がよい（請求項８に対応）。

本構成のアクチュエーターの製造方法によると、軸部に絶縁性の芯材を有する中実のアクチュエーターを、一体成形することができる。また、本構成のアクチュエーターの製造方法によると、半架橋体がチューブ状である場合と比較して、半架橋体を延伸する際、半架橋体が潰れにくい。

（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記半架橋状態における前記半架橋体の弾性率は、前記完全架橋体の弾性率と、架橋開始前の未架橋状態の未架橋体の弾性率と、の差分を１００％として、２０％以上６０％以下の範囲で、該未架橋体の弾性率に対して、向上している構成とする方がよい（請求項９に対応）。

未架橋体は、架橋反応により、半架橋体、完全架橋体になる。ここで、未架橋体に対する弾性率の向上分を６０％以下としたのは、６０％超過の場合、半架橋体を延伸したまま架橋しても、形状が戻りやすくなり、配向性が低くなるからである。一方、未架橋体に対する弾性率の向上分を２０％以上としたのは、２０％未満の場合、延伸しても配向しにくくなる上に、切断しやすくなるからである。

（１０）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記アクチュエーターは、前記アクチュエーター素子の表面に配置される電極層を備え、さらに、前記完全架橋体作製工程の後に、前記完全架橋体の表面に該電極層となる電極原料を塗布する電極原料塗布工程を有する構成とする方がよい（請求項１０に対応）。本構成によると、簡単にアクチュエーター素子の表面に電極層を配置することができる。

（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、前記完全架橋体作製工程における前記半架橋体の延伸率は、４５％以上である構成とする方がよい（請求項１１に対応）。

ここで、延伸率Ｒ１とは、半架橋体の、無延伸状態の軸方向長さをＬ０、延伸状態の軸方向長さをＬ１として、Ｒ１＝（（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０）×１００をいう。延伸率を４５％以上としたのは、４５％未満の場合、印加電圧に対するアクチュエーター素子の変位が大きくなりにくいからである。より好ましくは、延伸率を５０％以上とする方がよい。こうすると、さらに印加電圧に対するアクチュエーター素子の変位が大きくなる。

本発明のアクチュエーターの製造方法によると、充分な引張強度、耐久性を有するアクチュエーターを作製することができる。

以下、本発明のアクチュエーターの製造方法の実施の形態について説明する。

［アクチュエーターの構成］
まず、本実施形態のアクチュエーターの製造方法により製造されるアクチュエーターの構成について説明する。図１に、本実施形態のアクチュエーターの製造方法により製造されるアクチュエーターの斜視図を示す。なお、説明の便宜上、一部を透過して示す。図２に、同アクチュエーターの端面図を示す。図１、図２に示すように、アクチュエーター１は、アクチュエーター素子２０と、内外一対の電極層２１、２２と、を備えている。

アクチュエーター素子２０は、ニトリルゴム製であって紐状を呈している。アクチュエーター素子２０を構成するニトリルゴムの分子は、軸方向に配向している。内側の電極層２１および外側の電極層２２は、カーボンが配合されたアクリルバインダー製である。アクチュエーター素子２０（前記（２−１）の完全架橋体に対応）の肉厚ｄ１は、０．２ｍｍである。また、外径ｄ２は、１．５ｍｍである。

電極層２１、２２間に電圧が印加されると、電極層２１、２２間の静電引力が大きくなる。このため、アクチュエーター素子２０は、電極層２１、２２間で径方向に圧縮され、軸方向に伸長する。電圧の印加を停止すると、アクチュエーター素子２０は、自身の弾性復元力により径方向に伸長し、かつ軸方向に収縮する。このように、電圧の印加、停止に応じて、アクチュエーター素子２０は軸方向に伸縮する。当該伸縮変形を利用して、アクチュエーター１から駆動力が取り出される。

［アクチュエーターの製造方法］
次に、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法について説明する。本実施形態のアクチュエーターの製造方法は、複層半架橋体作製工程と、完全架橋体作製工程と、を有している。

まず、複層半架橋体作製工程について説明する。複層半架橋体作製工程は、押出成形工程と、切断工程と、加熱工程と、を有している。図３に、複層半架橋体作製工程の模式図を示す。図３（ａ）は押出成形工程を、図３（ｂ）は切断工程を、図３（ｃ）は加熱工程を、それぞれ示す。

押出成形工程においては、図３（ａ）に示すように、押出成形装置９の原料供給部９０〜９２に、原料を投入する。具体的には、原料供給部９０には、前出図２のアクチュエーター素子２０となる素子原料２０ａを投入する。また、原料供給部９１には、前出図２の内側の電極層２１となる電極原料２１ａを投入する。また、原料供給部９２には、前出図２の外側の電極層２２となる電極原料２２ａを投入する。そして、ダイス９３から、チューブ状の成形体１ａを押し出す。成形体１ａは、径方向内側から外側に向かって、電極原料２１ａ→素子原料２０ａ→電極原料２２ａと積み重なった三層積層構造を呈している。切断工程においては、図３（ｂ）に示すように、成形体１ａを、所定の軸方向長さＬずつ切断する。

加熱工程においては、図３（ｃ）に示すように、架橋炉８の炉本体８０内部に、成形体１ａを搬入する。具体的には、共に停止状態の上流側ローラー８１と下流側ローラー８２との間に、成形体１ａを架設する。そして、所定の温度パターンで成形体１ａを加熱し、半架橋状態の半架橋体１ｂを作製する。

半架橋体１ｂの弾性率は、アクチュエーター素子２０の弾性率と、架橋開始前の未架橋状態の未架橋体（成形体１ａの素子原料２０ａ）の弾性率と、の差分を１００％として、２０％以上６０％以下の範囲で、未架橋体の弾性率に対して、向上している。

なお、半架橋体１ｂの弾性率は、０．７３ＭＰａであり、未架橋体の弾性率は、０．６ＭＰａであり、アクチュエーター素子２０の弾性率は、０．８６ＭＰａである。

半架橋体１ｂ、未架橋体、完全架橋体（アクチュエーター素子２０）の弾性率は、引張評価により測定する。具体的には、アクチュエーター素子２０（軸方向長さ６０ｍｍ）の中央に２０ｍｍの標線をつけ、上端（軸方向一端）と下端（軸方向他端）とを引っ張り試験機に取り付けて、１００ｍｍ／分の速度で引っ張る。標線が５０％伸びたときの応力を評価する。

次に、完全架橋体作製工程について説明する。図４に、完全架橋体作製工程の模式図を示す。完全架橋体作製工程においては、図４に示すように、上流側ローラー８１を停止したまま、下流側ローラー８２を移動させる。そして、半架橋体１ｂを軸方向に延伸する。それから、半架橋体１ｂを延伸したまま、所定の温度パターンで半架橋体１ｂを加熱し、完全架橋状態の完全架橋体１ｃを作製する。

その後、完全架橋体１ｃを、所定の軸方向長さで切断することにより、前出図２のアクチュエーター１が完成する。このようにして、本実施形態のアクチュエーター１は作製される。

［作用効果］
次に、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法の作用効果について説明する。本実施形態のアクチュエーター１の製造方法によると、前出図４に示すように、完全架橋体作製工程において、半架橋体１ｂを延伸したまま加熱し、架橋反応を完了させている。このため、アクチュエーター素子２０を構成するニトリルゴムの分子を、軸方向に配向させることができる。したがって、充分な引張強度、耐久性を有するアクチュエーター１を作製することができる。

ここで、仮に、成形体１ａのまま軸方向に延伸すると、延伸により未架橋状態の素子原料２０ａが流動するだけで、分子が配向しにくい。一方、仮に、完全架橋状態になってから軸方向に延伸すると、延伸により完全架橋状態のニトリルゴムが弾性変形するだけで、やはり分子が配向しにくい。これに対して、半架橋状態で延伸すると、半架橋体１ｂが適度な流動性および粘弾性を有している。このため、延伸により分子を配向させやすい。

また、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法によると、半架橋体１ｂが押出成形装置９を用いて作製されている。押出成形は、長尺物の大量生産に好適である。このため、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法によると、半架橋体１ｂ延いてはアクチュエーター１を大量生産することができる。

また、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法によると、押出成形だけでは半架橋体１ｂの形状が所望の形状に作り込めない場合でも、半架橋体１ｂを軸方向に延伸することにより、形状を整えることができる。このため、アクチュエーター１の寸法精度を高くすることができる。このように、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法によると、寸法精度の高いアクチュエーター１を大量生産することができる。

また、本実施形態のアクチュエーター１のアクチュエーター素子２０の肉厚ｄ１は、０．２ｍｍである。また、外径ｄ２は、１．５ｍｍである。通常、押出成形は、薄肉、小径な成形体１ａを作製するのに不利である。しかしながら、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法は、半架橋体１ｂを軸方向に延伸する完全架橋体作製工程を有している。このため、半架橋体１ｂを押出成形により作製するにもかかわらず、薄肉、小径のアクチュエーター素子２０を作りやすい。逆に言えば、押出成形の際、薄肉、小径の半架橋体１ｂを作製する必要がないため、工程上の制約が少ない。すなわち、所望の径よりも大径の半架橋体１ｂを押出成形により作製しておき、後から延伸することで所望の径を有する完全架橋体１ｃを作製してもよい。

また、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法によると、前出図３に示すように、複層半架橋体作製工程は、押出成形工程と、切断工程と、加熱工程と、を有している。すなわち、押出成形と加熱とを別々の工程で行っている。このため、押出成形、加熱、各々の条件設定の自由度が高い。したがって、押出成形が容易である。並びに、容易に半架橋体１ｂを作製することができる。

また、本実施形態のアクチュエーター１の製造方法によると、アクチュエーター素子２０と電極層２１、２２とを、複層押出成形により、一体成形することができる。このため、アクチュエーター素子２０と電極層２１、２２とを別途接合しなくて済む分、工数を削減することができる。また、アクチュエーター素子２０と電極層２１、２２との接合強度が高い。

また、本実施形態のアクチュエーターの製造方法によると、半架橋体１ｂの弾性率は、アクチュエーター素子２０の弾性率と、架橋開始前の未架橋状態の未架橋体の弾性率と、の差分を１００％として、２０％以上６０％以下の範囲で、未架橋体の弾性率に対して、向上している。このため、半架橋体１ｂを延伸したまま架橋しても、形状が戻りにくい。また、配向性が高くなる。また、切断しにくい。

以上、本発明のアクチュエーターの製造方法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。

例えば、上記実施形態においては、成形体１ａを所定の軸方向長さＬに切断後、半架橋体１ｂ、完全架橋体１ｃに加工した。しかしながら、長尺状の成形体１ａを、切断しないで連続的に成形体１ａ→半架橋体１ｂ→完全架橋体１ｃと加工してもよい。この場合、製造ラインの上流側に半架橋用の架橋炉を、下流側の完全架橋用の架橋炉を、それぞれ配置すればよい。また、成形体１ａ、半架橋体１ｂ、完全架橋体１ｃの搬送は、ベルトコンベアやローラーなどにより行えばよい。また、半架橋体１ｂの延伸は、例えば、完全架橋用の架橋炉の流れ方向両側において、上流側の搬送速度よりも、下流側の搬送速度を、速くすることにより行ってもよい。完成した完全架橋体１ｃは、例えばボビンなどに巻き取って収納してもよい。

また、上記実施形態においては、完全架橋体作製工程において、前出図４に示すように、上流側ローラー８１を停止し下流側ローラー８２だけを移動させることにより、半架橋体１ｂを延伸した。しかしながら、上流側ローラー８１を停止させ、下流側ローラー８２を回転させることにより、半架橋体１ｂを延伸してもよい。また、上流側ローラー８１および下流側ローラー８２を反対方向に回転させることにより、半架橋体１ｂを延伸してもよい。また、上流側ローラー８１、下流側ローラー８２以外に、例えばクランプリングのようなもので、径方向外側から半架橋体１ｂを把持し、半架橋体１ｂを延伸してもよい。

また、上記実施形態においては、前出図３（ｃ）に示すように、加熱工程において、未架橋状態の成形体１ａを、停止状態の上流側ローラー８１と下流側ローラー８２との間に架設した。しかしながら、例えばベルトコンベアの上に載置してもよい。こうすると、成形体１ａが自重により変形しにくい。

また、上記実施形態においては、前出図３に示すように、押出成形と加熱とを別々に行ったが、同時に行ってもよい。この場合、押出成形時に発生する熱を利用して、成形体１ａを半架橋体１ｂにしてもよい。こうすると、架橋炉８を使用せずに、半架橋体１ｂを作製することができる。

また、上記実施形態においては、前出図２に示すように、アクチュエーター１を中空状に作製した。しかしながら、中実状に作製してもよい。具体的には、最内層の電極層２１は、棒状電極でもよい。この場合、棒状電極用の電極原料は原料供給部９１に投入すればよい。また、最内層の電極層２１の内径側に、誘電体エラストマー製の芯材を別途配置してもよい。この場合、芯材用の芯材原料は、押出機をもう一台設け、その押出機の原料供給部に、投入すればよい。

また、最内層の電極層２１の代わりに、液状またはゲル状の流動体電極を配置してもよい。流動体電極は、切断工程（前出図３（ｂ））と加熱工程（前出図３（ｃ））との間に設定された注入工程において、成形体１ａ内部に注入してもよい。この場合、まず所定の軸方向長さＬに切断された成形体１ａの軸方向一端部を封止し、次いで軸方向他端部から流動体電極を成形体１ａ内部に注入し、最後に軸方向他端部を封止することにより、成形体１ａ内部に流動体電極を封入してもよい。また、成形体１ａの軸方向両端を封止してから、注射器により当該封止区間に流動性電極を注入してもよい。流動体電極は、熱膨張率が小さいものが好ましい。こうすると、加熱工程における変形を抑制することができる。また、流動体電極は、加熱工程、完全架橋体作製工程において気化しにくいものが好ましい。こうすると、流動体電極が気化して、成形体１ａや半架橋体１ｂや完全架橋体１ｃから漏出するのを抑制することができる。

また、上記実施形態においては、アクチュエーター１そのものを押出成形により一体的に作製したが、アクチュエーター素子２０だけを押出成形により作製してもよい。そして、電極層２１、２２を、塗布、ディッピングなどにより、アクチュエーター素子２０の内周面および外周面に配置してもよい。こうすると、押出成形装置９の構造が簡単になる。このため、押出成形に関するコストを削減することができる。

また、上記実施形態においては、アクチュエーター素子２０の材質をニトリルゴムとしたが、アクチュエーター素子２０の材質は、電極層２１、２２間の静電引力に応じて変形するものであれば、特に限定しない。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、上記アクリロニトリルーブタジエン共重合ゴムやこれを水素添加した水素化アクリロニトリルーブタジエン共重合ゴムのニトリルゴムの他、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。

また、アクチュエーター１の軸直方向断面の形状も特に限定しない。真円状（真円リング状含む。以下同様。）の他、楕円状、長円状（対向する一対の半円同士を一対の直線で接続した形状）としてもよい。あるいは、三角形状、四角形状、六角形状などの多角形状としてもよい。

また、アクチュエーター素子２０の肉厚ｄ１、外径ｄ２（前出図２参照）も特に限定しない。アクチュエーター１の用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、アクチュエーター１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、アクチュエーター素子２０の肉厚ｄ１は小さい方が望ましい。この場合、絶縁破壊強度等を考慮して、アクチュエーター素子２０の肉厚ｄ１を、５μｍ以上４８０μｍ以下とするとよい。１０μｍ以上２００μｍ以下とするとより好適である。

また、上記実施形態においては、電極層２１、２２の材質をカーボンが配合されたアクリルバインダー製としたが、電極層２１、２２の材質は、特に限定しない。好ましくは、アクチュエーター素子２０の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。電極層２１、２２が、アクチュエーター素子２０と共に伸縮すると、アクチュエーター素子２０の変形が電極層２１、２２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、電極層２１、２２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）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタンゴム等の柔軟なものが好適である。また、アクチュエーター素子２０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層２１、２２を形成してもよい。

また、上記実施形態における電極層２２の外径側に、さらに絶縁層を積層させてもよい。絶縁層の材質は、電極層２２からの漏電を防止することができれば、特に限定しない。例えば、電極層２１、２２と同様、アクチュエーター素子２０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）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタンゴム等の柔軟なものが好適である。絶縁層をアクチュエーター素子２０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。

また、アクチュエーター素子２０および電極層２１、２２の、径方向積層数も特に限定しない。印加電圧が同じ場合、積層数を多くすると、アクチュエーター１の駆動力を大きくすることができる。印加電圧、所望の駆動力などに応じて、適宜積層数を設定すればよい。

また、アクチュエーター素子２０は、単独で用いても複数本を束ねて用いてもよい。束ねて使用すると、より大きな駆動力を出力することができるので、例えば人工筋肉等として有用である。

また、アクチュエーター素子２０の複数本をメリヤス編み等により編んで使用してもよい。また、アクチュエーター素子２０の複数本を平織り等により織って使用してもよい。さらに、アクチュエーター素子２０を複数束ねた集束体を、同様に編んだり、あるいは織ったりして使用してもよい。

以下、本発明のアクチュエーターの製造方法により作製されたアクチュエーターについて行った実験について説明する。

［実施例サンプルの寸法］
実施例１、実施例２のアクチュエーターは、上記実施形態のアクチュエーターと同様の構成を有している（図１、図２参照）。実施例１、実施例２のアクチュエーターのアクチュエーター素子の肉厚は、０．２ｍｍである。また、外径（直径）は、１．５ｍｍである。また、内径（直径）は、１．１ｍｍである。また、軸方向長さは、１１０ｍｍである。

［実施例サンプルの製造方法］
実施例１、実施例２のアクチュエーターの製造方法は、半架橋体作製工程と、完全架橋体作製工程と、電極塗布工程と、を有している。半架橋体作製工程においては、アクチュエーター素子となる素子原料を紐状に成形し、１７０℃で１分間加熱し、半架橋状態の半架橋体を作製した。完全架橋体作製工程においては、半架橋体を軸方向に所定の延伸率で延伸したまま、１７０℃で１４分間加熱し、半架橋体の架橋反応を完了させ完全架橋体を作製した。なお、実施例１用のアクチュエーター素子の延伸率は５０％とした。また、実施例２用のアクチュエーター素子の延伸率は１００％とした。電極原料塗布工程においては、実施例１用、実施例２用のアクチュエーター素子各々の、内外周面に、導電カーボンをアクリルエラストマーに分散した溶液を塗布した後、乾燥し、電極を配置した。その後、アクチュエーター素子の軸方向一端（上端）を天井からぶら下げた。そして、アクチュエーター素子の軸方向他端（下端）に、２０ｇの錘をぶら下げた。このようにして、実施例１、実施例２のアクチュエーターを作製した。

［比較例サンプルの寸法および製造方法］
比較例のアクチュエーターの寸法は、実施例１、実施例２のアクチュエーターの寸法と同様とした。また、比較例のアクチュエーターの製造方法は、完全架橋体作製工程において半架橋体を延伸しなかった（つまり延伸率０％）こと以外は、実施例１、実施例２のアクチュエーターの製造方法と同様とした。

［実験結果］
図５に、実施例サンプル、比較例サンプルの印加電圧に対する変位率を示す。図５中、ａは任意の正数である。変位率Ｒ２とは、実施例サンプル、比較例サンプルの、電圧印加前の軸方向長さをＸ０、電圧印加後の軸方向長さをＸ１として、Ｒ２＝（（Ｘ１−Ｘ０）／Ｘ０）×１００をいう。また、印加電圧は、アクチュエーター素子の単位肉厚（１μｍ）あたりの値である。

図５に示すように、印加電圧に対する変位率は、実施例２（延伸率１００％）が最も大きく、実施例１（延伸率５０％）が次に大きく、比較例（延伸率０％）が最も小さかった。このように、延伸率が大きくなるに従って、所定の印加電圧に対する変位率が大きくなることが判った。また、印加電圧が大きいほど、比較例と実施例１との変位率の差Ａ１、および実施例１と実施例２との変位率の差Ａ２が大きくなることが判った。

また、延伸率が大きくなるに従って、所定の変位率を達成するための印加電圧が小さくなることが判った。また、変位率が大きいほど、比較例と実施例１との印加電圧の差Ｂ１、および実施例１と実施例２との印加電圧の差Ｂ２が大きくなることが判った。

本発明のアクチュエーターの製造方法の一実施形態となる製造方法により製造されるアクチュエーターの斜視図である。 同アクチュエーターの端面図である。 （ａ）は押出成形工程を、（ｂ）は切断工程を、（ｃ）は加熱工程を、それぞれ示す模式図である。 完全架橋体作製工程を示す模式図である。 実施例サンプル、比較例サンプルの印加電圧に対する変位率を示すグラフである。

符号の説明

１：アクチュエーター、１ａ：成形体、１ｂ：半架橋体、１ｃ：完全架橋体。
２０：アクチュエーター素子、２０ａ：素子原料、２１：電極層、２１ａ：電極原料、２２：電極層、２２ａ：電極原料。
８：架橋炉、８０：炉本体、８１：上流側ローラー、８２：下流側ローラー。
９：押出成形装置、９０〜９２：原料供給部、９３：ダイス。
Ｌ：軸方向長さ、ｄ１：肉厚、ｄ２：外径。

Claims (11)

1. 誘電体エラストマー製であって紐状のアクチュエーター素子を備えてなるアクチュエーターの製造方法であって、
   前記アクチュエーター素子となる素子原料を紐状に成形し、成形中および成形後のうち少なくとも一方において、該素子原料の架橋温度以上に加熱し、半架橋状態の半架橋体を作製する半架橋体作製工程と、
   該半架橋体を軸方向に延伸したまま加熱し、該半架橋体の架橋反応を完了させ完全架橋体を作製する完全架橋体作製工程と、
   を有することを特徴とするアクチュエーターの製造方法。
2. 前記半架橋体作製工程は、押出成形により前記素子原料を紐状に成形する請求項１に記載のアクチュエーターの製造方法。
3. 前記半架橋体作製工程は、前記素子原料を紐状に押出成形しながら該素子原料の架橋温度以上に加熱することにより前記半架橋体を作製する成形兼加熱工程である請求項２に記載のアクチュエーターの製造方法。
4. 前記半架橋体作製工程は、前記素子原料を紐状に押出成形し成形体を作製する押出成形工程と、
   押出成形後の該成形体を該成形体の架橋温度以上に加熱し、前記半架橋状態の前記半架橋体を作製する加熱工程と、
   を有する請求項２に記載のアクチュエーターの製造方法。
5. 前記アクチュエーターは、ｎ（ｎ≧１）層のアクチュエーター素子と、ｎ層の導電体エラストマー製の電極層と、が交互に径方向に積層されてなり、最内層の該アクチュエーター素子の内径側に導電性を有する液状またはゲル状の流動体電極を備え、
   前記押出成形工程は、ｎ個の前記素子原料と、各々該電極層となるｎ個の電極原料と、を複層押出成形し、軸部が中空であってかつ複層構造の前記成形体を作製する中空押出成形工程であり、
   該中空押出成形工程と前記加熱工程との間に、該成形体の該軸部に該流動体電極を注入する注入工程を有する請求項４に記載のアクチュエーターの製造方法。
6. 前記アクチュエーターは、ｎ（ｎ≧１）層のアクチュエーター素子と、ｎ＋１層の導電体エラストマー製の電極層と、が交互に径方向に積層されてなり、
   前記半架橋体作製工程は、ｎ個の前記素子原料と、各々該電極層となるｎ＋１個の電極原料と、を複層押出成形し、成形中および成形後のうち少なくとも一方において、該素子原料および該電極原料の架橋温度以上に加熱し、複層構造の前記半架橋体を作製する複層半架橋体作製工程である請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のアクチュエーターの製造方法。
7. 最内層の前記電極層は、中実棒状の棒状電極である請求項６に記載のアクチュエーターの製造方法。
8. 前記アクチュエーターは、最内層の前記電極層の内径側に誘電体エラストマー製の芯材を備え、
   前記複層半架橋体作製工程は、ｎ個の前記素子原料と、各々該電極層となるｎ＋１個の電極原料と、該芯材となる芯材原料と、を複層押出成形し、成形中および成形後のうち少なくとも一方において、該素子原料および該電極原料および該芯材原料の架橋温度以上に加熱し、中実であってかつ複層構造の前記半架橋体を作製する中実複層半架橋体作製工程である請求項６に記載のアクチュエーターの製造方法。
9. 前記半架橋状態における前記半架橋体の弾性率は、前記完全架橋体の弾性率と、架橋開始前の未架橋状態の未架橋体の弾性率と、の差分を１００％として、２０％以上６０％以下の範囲で、該未架橋体の弾性率に対して、向上している請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアクチュエーターの製造方法。
10. 前記アクチュエーターは、前記アクチュエーター素子の表面に配置される電極層を備え、
    さらに、前記完全架橋体作製工程の後に、前記完全架橋体の表面に該電極層となる電極原料を塗布する電極原料塗布工程を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアクチュエーターの製造方法。
11. 前記完全架橋体作製工程における前記半架橋体の延伸率は、４５％以上である請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のアクチュエーターの製造方法。

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