JP7339168B2

JP7339168B2 - 多層構造体の製造方法

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Publication number: JP7339168B2
Application number: JP2020008359A
Authority: JP
Inventors: 幸也松野; 一将馬場; 玄紀左合; 純新竹; 大貴市毛; 敏輝永井
Original assignee: THE UNIVERSITY OF ELECTRO-COMUNICATINS; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: THE UNIVERSITY OF ELECTRO-COMUNICATINS; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2023-09-05
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: JP2021118556A

Description

本発明は、多層構造体の製造方法に関する。

誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）は、誘電エラストマーからなる誘電層と、誘電層を挟む導電層とを有する多層構造体である。ＤＥＡの導電層間に電圧を印加すると、クーロン力によって両導電層が引き寄せ合うことにより、ＤＥＡは、誘電層の厚み方向に圧縮するように変形するとともに、面方向に伸長するように変形する。特許文献１には、誘電層と導電層とを交互に積層することによってＤＥＡを製造する方法が開示されている。

国際公開第２０１９／０６５０１０号

従来のＤＥＡの製造方法には、誘電層及び導電層の製作時間に加えて、誘電層及び導電層を１層ずつ積層する積層作業に要する時間が必要である。積層作業に要する時間は、１回の積層作業にかかる時間と積層作業の回数とによって決まる。そのため、従来の製造方法は、導電層及び誘電層の層数が多いほど、積層作業に要する時間が長くなって製造に時間がかかるという問題があった。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層作業を必要としないＤＥＡ等の多層構造体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する多層構造体の製造方法は、誘電エラストマーからなる誘電層を有する誘電部と、前記誘電層を間に挟む複数の導電層を有する変形可能な導電部とを備える多層構造体の製造方法であって、前記導電層を模した形状の導電層部分を有する原型を成形型内に配置した状態として、前記成形型内に誘電エラストマー材料を流し込み、固化させることにより、誘電エラストマーからなる前記誘電部が前記原型と一体に成形された第１成形体を得る第１成形工程と、前記原型を流動化させて前記第１成形体から前記原型を除去することにより、前記原型の導電層部分が除去されてなる空隙を有する前記誘電部からなる第２成形体を得る第２成形工程と、前記第２成形体の前記空隙に導電材料を充填して前記導電層を形成する導電部形成工程とを有する。

上記構成によれば、第１成形工程及び第２成形工程において、誘電層を有する誘電部をまとめて形成するとともに、導電部形成工程において、複数の導電層をまとめて形成している。そのため、誘電層及び導電層を一層ずつ積層する積層作業を行う必要がなく、多層構造体の製造時間を短縮できる。

前記原型は、前記導電層部分に接続されるとともに前記第１成形体において前記誘電部の外部まで延びる接続部を備え、前記導電部形成工程において、前記原型における前記接続部が除去されてなる空隙を介して、前記導電層部分が除去されてなる空隙に前記導電材料を充填することが好ましい。

上記構成によれば、第１成形体における導電層部分が除去されてなる空隙に導電材料を容易に充填できる。また、原型の接続部が除去されてなる空隙に導電材料が充填された部分を導電層と外部とを電気的に接続する接点として利用できる。この場合、導電層との間に継ぎ目のない接点が得られる。

前記原型は、前記導電層部分に接続されるとともに前記第１成形体において前記誘電部の外部まで延びる補助接続部を備え、前記導電部形成工程において、前記導電層部分が除去されてなる空隙を介して、前記補助接続部が除去されてなる空隙に前記導電材料を充填することが好ましい。

上記構成によれば、第１成形体における導電層部分が除去されてなる空隙に導電材料を充填する際に、補助接続部が除去されてなる空隙を通じて空気を外部へ排出しながら導電材料を充填できる。また、第２成形工程において、第１成形体の誘電部内の原型を除去する際に、接続部が除去されてなる空隙側から補助接続部が除去されてなる空隙側へ押し出すようにして原型を排出できる。

前記接続部は、前記導電層部分の側縁に接続され、前記補助接続部は、前記導電層部分の側縁であって、前記接続部が接続される側縁の反対側の側縁に接続されることが好ましい。

上記構成によれば、第２成形工程において、より効率的に原型を排出できるとともに、導電部形成工程においてより効率的に空隙内の空気を外部へ排出できる。
前記多層構造体は、誘電エラストマーアクチュエータであることが好ましい。

本発明によれば、積層作業を行うことなく多層構造体を製造できる。

ＤＥＡの断面図。原型の断面図。原型及び分割型の断面図。原型及び分割型を組み合わせた成形型の断面図。第１成形工程の説明図。第１成形体の断面図。第２成形体の断面図。導電部形成工程の説明図。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
ここでは、本実施形態の製造方法を用いて、誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）を製造する場合について説明する。

図１に示すように、本実施形態の製造方法により製造されるＤＥＡ１０は、誘電層１１ａを有する誘電部１１と、誘電層１１ａを間に挟んで交互に配置される１層以上の第１導電層１２ａ及び１層以上の第２導電層１２ｂを有する変形可能な導電部１２とを備える多層構造体である。

また、導電部１２は、第１導電層１２ａと外部とを電気的に接続する第１接点１２ｃ及び第１補助接点１２ｄを備えている。第１接点１２ｃは、第１導電層１２ａの側縁に接続されている。第１補助接点１２ｄは、第１導電層１２ａの側縁であって、第１接点１２ｃが接続される側縁と反対側の側縁に接続されている。

同様に、導電部１２は、第２導電層１２ｂと外部とを電気的に接続する第２接点１２ｅ及び第２補助接点１２ｆを備えている。第２接点１２ｅは、第２導電層１２ｂの側縁に接続されている。第２補助接点１２ｆは、第２導電層１２ｂの側縁であって、第２接点１２ｅが接続される側縁と反対側の側縁に接続されている。

誘電部１１は、誘電エラストマーにより構成されている。誘電エラストマーとしては、固化時の体積減少の小ささと流動性の観点から、無溶媒の２液硬化型エラストマーが望ましい。例えば、シリコーンエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。

誘電部１１の誘電層１１ａの厚さは、例えば、１０～１０００μｍである。
導電部１２は、液体金属又は導電エラストマーにより構成されている。
液体金属としては、例えば、ガリウム－インジウム合金が挙げられる。

導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。上記絶縁性高分子としては、固化時の体積減少の小ささと流動性の観点から、無溶媒の２液硬化型エラストマーが望ましい。例えば、シリコーンエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。

導電部１２の第１導電層１２ａの層数は、１層以上であり、好ましくは５～１００層である。導電部１２の第２導電層１２ｂの層数は、１層以上であり、好ましくは５～１００層である。第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂの層数が多いほど、ＤＥＡ１０の変位量が大きくなる。第１導電層１２ａの層数と第２導電層１２ｂの層数は同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂの各厚さは、例えば、１０～１０００μｍである。

次に、図２～図８を参照して、本実施形態のＤＥＡ１０の製造方法について説明する。ＤＥＡ１０は、以下に記載する原型作製工程、第１成形工程、第２成形工程、及び導電部形成工程を順に経ることに製造される。

（原型作製工程）
図２に示すように、原型作製工程は、導電部１２を模した形状の原型２０を作製する工程である。

原型２０は、第１本体部２１と、第２本体部２２と、第１本体部２１と第２本体部２２とを連結する連結部２３とを備えている。第１本体部２１は、第１導電層１２ａを模した形状の導電層部分２１ａと、導電層部分２１ａに接続されるとともに第１接点１２ｃを模した形状の接続部２１ｂと、導電層部分２１ａに接続されるとともに第１補助接点１２ｄを模した形状の補助接続部２１ｃとを備えている。

第２本体部２２は、第２導電層１２ｂを模した形状の導電層部分２２ａと、導電層部分２２ａに接続されるとともに第２接点１２ｅを模した形状の接続部２２ｂと、導電層部分２２ａに接続されるとともに第２補助接点１２ｆを模した形状の補助接続部２２ｃとを備えている。

導電層部分２１ａ，２２ａの平面形状は、矩形、正方形、六角形、円形等少なくとも直交する２つの反転対称軸を持つ形状が望ましい。この対称軸の1つの両端に接続部２１ｂ，２２ｂと補助接続部２１ｃ，２２ｃを配置することにより、第２工程、導電部成形工程を効率的に行うことができるためである。

連結部２３は、第１本体部２１の接続部２１ｂ及び補助接続部２１ｃと、第２本体部２２の接続部２２ｂ及び補助接続部２２ｃに接続されている。接続部２１ｂ，２２ｂ及び補助接続部２１ｃ，２２ｃは、導電層部分２１ａ，２２ａの重なり方向（紙面上下方向）に延びるように形成されるとともに、その一方側の端部にて連結部２３に接続されている。

原型２０の材料としては、溶媒との接触、加熱、振動等の特定の刺激が与えられることにより固体の状態から流動化する材料が用いられる。原型２０の材料の具体例としては、ポリ乳酸、ＡＢＳが挙げられる。ポリ乳酸は、ジクロロメタンに溶解させることにより固体状から流動化させることができる。ＡＢＳは、ジメチルホルムアミドに溶解させることにより固体状から流動化させることができる。

原型２０の作製方法としては、例えば、三次元造型機（所謂、３Ｄプリンター）を用いた積層造形法、射出成型法が挙げられる。積層造形法を用いる場合には、必要に応じてサポート材を用いてもよい。例えば、導電層部分２１ａと導電層部分２２ａとの間の隙間Ｇ等の原型２０における浮いた部分にサポート材を介在させて原型２０を作製し、その後、サポート材を除去する。サポート材としては、原型２０を作製した後、溶解又は溶融させることにより除去可能な材料からなるサポート材を用いることが好ましい。サポート材の材料としては、例えば、水溶性のポリビニルアルコールが挙げられる。

（第１成形工程）
図３～図６に示すように、第１成形工程は、誘電エラストマー製の第１成形体３０を型成形する工程である。第１成形工程では、互いに組み合わせることにより誘電部１１の外形に応じたキャビティＣを内部に形成する成形型２４と、原型作製工程にて作製した原型２０とを用いる。

図３及び図４に示すように、成形型２４は、三つの分割型２４ａ～２４ｃを組み合わせることにより内部に誘電部１１の外形に応じたキャビティＣを形成する。図５に示すように、成形型２４の内部の所定位置に原型２０を位置させた状態として、成形型２４内に誘電エラストマー材料Ａを流し込む。このとき、必要に応じて、誘電エラストマー材料Ａを流し込んだ成形型２４を真空下に配置する等して、成形型２４に残留する空気を除去する。

誘電エラストマー材料Ａとしては、固化することにより誘電部１１を構成する誘電エラストマーとなる材料であって、無溶媒で流動性を有するように調製可能な材料、例えば、２液硬化型の誘電エラストマー材料が用いられる。２液硬化型の誘電エラストマー材料は、固化時の体積変化が少ない。

成形型２４内に誘電エラストマー材料Ａを流し込んだ後、加熱や所定時間の放置等の所定の固化処理を行う。成形型２４内の誘電エラストマー材料Ａが固化した後、成形型２４を分解して取り外す。これにより、図６に示すように、誘電エラストマーからなる誘電部１１が原型２０と一体に成形された第１成形体３０が得られる。第１成形体３０において、原型２０は、第１本体部２１及び第２本体部２２が誘電部１１に埋まり、連結部２３が誘電部１１の外部に露出する状態になっている。また、原型２０の接続部２１ｂ，２２ｂ及び補助接続部２１ｃ，２２ｃは、誘電部１１の外部にて連結部２３に接続されている。

（第２成形工程）
図７に示すように、第２成形工程は、第１成形体３０から原型２０を除去して、原型２０に基づく形状の空隙を有する誘電部１１からなる第２成形体３１を作製する工程である。

第２成形工程では、第１成形体３０に対して特定の刺激を与えることにより原型２０のみを選択的に流動化させる流動化処理を行った後、流動化させた原型２０を第１成形体３０から除去する除去処理を行う。これにより、第１成形体３０から誘電部１１の部分のみが残り、誘電部１１における原型２０が埋まっていた部分が空隙に変換された第２成形体３１が得られる。

第２成形体３１には、原型２０の第１本体部２１が除去されることによって第１空隙３２が形成されるとともに、原型２０の第２本体部２２が除去されることによって第２空隙３３が形成される。第１空隙３２及び第２空隙３３は、それぞれ独立した空間として形成される。

第１空隙３２は、第１本体部２１の導電層部分２１ａが除去されてなる導電層空隙３２ａと、接続部２１ｂが除去されてなる接続部空隙３２ｂと、補助接続部２１ｃが除去されてなる補助接続部空隙３２ｃとを有する一つながりの空間である。第１空隙３２は、接続部空隙３２ｂの端部及び補助接続部空隙３２ｃの端部の二箇所にて誘電部１１の外部に開口している。

第２空隙３３は、第２本体部２２の導電層部分２２ａが除去されてなる導電層空隙３３ａと、接続部２２ｂが除去されてなる接続部空隙３３ｂと、補助接続部２２ｃが除去されてなる補助接続部空隙３３ｃとを有する一つながりの空間である。第２空隙３３は、接続部空隙３３ｂの端部及び補助接続部空隙３３ｃの端部の二箇所にて誘電部１１の外部に開口している。

次に、第２成形工程における流動化処理及び除去処理の方法について説明する。
流動化処理の方法としては、例えば、溶媒に対する溶解性の差を利用して、原型２０のみが溶解する溶媒に接触させる方法、溶融温度の差を利用して、原型２０のみが溶融する温度に加熱する方法、第１成形体３０に振動を付与して原型２０のみを流動化させる方法が挙げられる。流動化処理の方法は、原型２０の材料及び誘電部１１を構成する誘電エラストマーの種類に応じて適宜、選択する。

除去処理では、まず、第１成形体３０において外部に露出する原型２０の連結部２３を切り取ったり、洗い流したりすることにより除去する。その後、誘電部１１内に残る原型２０を、溶解等の流動化処理を行い、誘電部１１の外部へ排出して除去する。除去後に誘電部１１内に残る原型２０は、例えば、接続部空隙３２ｂ，３３ｂの開口、及び補助接続部空隙３２ｃ，３３ｃの開口の一方側から溶媒や空気等の流体を押し込み、他方側から原型２０を排出させることにより除去する。また、接続部空隙３２ｂ，３３ｂの開口、及び補助接続部空隙３２ｃ，３３ｃの開口から原型２０を吸引することにより除去してもよい。また、必要に応じて、第２成形体３１の第１空隙３２及び第２空隙３３に残留する原型２０を洗い流す洗浄処理、及び洗浄処理後の第２成形体３１を乾燥させる乾燥処理等の後処理を行う。

（導電部形成工程）
図８に示すように、導電部形成工程は、第２成形体３１の第１空隙３２及び第２空隙３３に導電材料Ｂを充填することにより、第２成形体３１の誘電部１１の内部に導電部１２を形成する工程である。

導電部１２が液体金属である場合には、第２成形体３１の第１空隙３２の接続部空隙３２ｂの開口に導電材料Ｂとしての液体金属を、注射器３５を用いて流し込む。そして、接続部空隙３２ｂを介して導電層空隙３２ａに液体金属を流し込むとともに、導電層空隙３２ａを介して補助接続部空隙３２ｃに液体金属を流し込み、第１空隙３２内の空気を補助接続部空隙３２ｃから排出しつつ、第１空隙３２の全体に液体金属を充填する。その後、接続部空隙３２ｂ及び補助接続部空隙３２ｃのいずれか一方の開口又は両方の開口に導線等の接続部材（図示略）の端部を差し込み、その開口から接続部材が引き出された状態として各開口をシリコンボンド等の封止材を用いて封止する。第２空隙３３に対しても同様の処理を行う。

導電部１２が導電エラストマーである場合には、第２成形体３１の第１空隙３２に導電エラストマー材料を流し込み、第１空隙３２の全体に導電エラストマー材料を充填する。第１空隙３２に導電エラストマー材料を流し込む方法は、液体金属を流し込む方法と同様である。その後、加熱や所定時間の放置等の所定の固化処理を行うことにより、第１空隙３２内の導電エラストマー材料を固化させる。第２空隙３３に対しても同様の処理を行う。

導電エラストマー材料は、固化することにより導電部１２を構成する導電エラストマーとなる材料であって、無溶媒で流動性を有するように調製可能な材料、例えば、２液硬化型の誘電エラストマー材料と導電性フィラーとの混合物が用いられる。２液硬化型の誘電エラストマー材料を含む誘電エラストマー材料は、固化時の体積変化が少ない。

導電部形成工程によって、第２成形体３１における第１空隙３２が形成されていた部分に、第１空隙３２と同形状の導電部１２、即ち、第１導電層１２ａ、第１接点１２ｃ、及び第１補助接点１２ｄが形成される。同様に、第２成形体３１における第２空隙３３が形成されていた部分に、第２空隙３３と同形状の導電部１２、即ち、第２導電層１２ｂ、第２接点１２ｅ、及び第２補助接点１２ｆが形成される。その結果、誘電層１１ａを有する誘電部１１と、誘電層１１ａを間に挟む第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂを有する導電部１２とを備える多層構造のＤＥＡ１０が得られる。

次に、本実施形態の製造方法を用いたＤＥＡ１０の具体的な製造例を記載する。
（原型作製工程）
ＣＡＤソフトを用いてＤＥＡ１０の導電部１２のモデルを設計した。設計したモデルに基づいて３Ｄプリンターを用いて、導電層部分２１ａと導電層部分２２ａとの間の隙間Ｇに、ポリビニルアルコールからなるサポート材を介在させた原型２０を作製した。作製した原型２０を常温の流水に曝し、サポート材を水に溶解させることにより、原型２０からサポート材を除去した。原型２０の材料としては、ポリ乳酸を用いた。

（第１成形工程）
分割型２４ａ～２４ｂ及び原型２０を組み合わせて、分割型２４ｃが組付けられる部分が開口する状態の成形型２４を組み立てた。そして、固化することによりシリコーンエラストマーとなる２剤硬化型の誘電エラストマー材料（製品名：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）の本剤及び硬化剤を混合し、成形型２４のキャビティＣに流し込んだ。

その後、成形型２４のキャビティＣ内に残留した気泡を真空チャンバーによって除去した。成形型２４のキャビティＣからあふれ出す気泡が無くなったことを確認し、成形型２４に分割型２４ｃを取り付けた。常温で４８時間、放置した後、４０℃で２４時間、更に放置することにより、誘電エラストマー材料を固化させた。そして、成形型２４を分解して取り外すことにより第１成形体３０を得た。

（第２成形工程）
ビーカーに入れたジクロロメタン中に第１成形体３０を沈めることにより、第１成形体３０の原型２０をジクロロメタンに溶解させた。数時間後、ビーカー内のジクロロメタンを入れ替え、誘電部１１内に残る原型２０の残留物を、ピンセットを用いて外部へ押し出す操作を行った。次に、エタノールを入れたビーカーに第１成形体３０を移し替えて同様の操作を行うことにより誘電部１１内に残るジクロロメタンを洗い流し、半日程度放置した。その後、８０℃で１時間乾燥させることにより第２成形体３１を得た。

（導電部形成工程）
第２成形体３１の第１空隙３２に、導電材料としてのガリウム・インジウム合金（ガリウム７５．５％、インジウム２４．５％）を、注射器を用いて注入した。第１空隙３２に導電材料を注入する操作と、第１空隙３２内に残留した気泡を真空チャンバーによって抜く操作とを繰り返して、第１空隙３２全体に導電材料を充填した。その後、第１空隙３２の一方の開口部に導線を差し込んだ状態として、両方の開口部にシリコンボンドを付着させ、シリコンボンドを硬化させて開口部を封止した。そして、第２成形体３１の第２空隙３３に対しても同様の処理を行うことにより目的のＤＥＡ１０を得た。

次に、本実施形態の作用について記載する。
ＤＥＡ１０の製造方法は、第１成形工程と、第２成形工程と、導電部形成工程とを有する。第１成形工程は、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂを模した形状の原型２０を成形型２４内に配置した状態として、成形型２４内に誘電エラストマー材料を流し込み、固化させることにより、誘電エラストマーからなる誘電部１１が原型２０と一体に成形された第１成形体３０を得る工程である。第２成形工程は、原型２０を流動化させて第１成形体３０から原型２０を除去することにより、原型２０が除去されてなる第１空隙３２及び第２空隙３３を有する誘電部１１からなる第２成形体３１を得る工程である。導電部形成工程は、第２成形体３１の第１空隙３２及び第２空隙３３に導電材料を充填して第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂを形成する工程である。

上記構成によれば、第１成形工程及び第２成形工程において、誘電層１１ａを有する誘電部１１がまとめて形成されるとともに、導電部形成工程において、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂがまとめて形成される。そのため、誘電層１１ａ、第１導電層１２ａ、及び第２導電層１２ｂを一層ずつ積層する積層作業を行う必要がない。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）本実施形態の製造方法によれば、上記のとおり、誘電層１１ａ、第１導電層１２ａ、及び第２導電層１２ｂを一層ずつ積層する積層作業を行う必要がない。そのため、積層により誘電層及び導電層を形成する従来の製造方法と比較して、ＤＥＡ１０の製造時間を短縮できる。この効果は、誘電層１１ａ、第１導電層１２ａ、及び第２導電層１２ｂの層数が多いほど、より顕著に得られる。

また、積層により誘電層及び導電層を形成する従来の製造方法の場合、誘電層及び導電層を平らなシート状以外の形状に形成すること、例えば、誘電層及び導電層の重なり方向に屈曲又は湾曲した部分を有する形状に形成することが難しい。そのため、製造方法に起因して誘電層及び導電層の形状が制限されてしまう。これに対して、本実施形態の製造方法によれば、原型２０を作製可能な形状であれば、平らなシート状に制限されることなく、より複雑な形状の誘電層及び導電層を有するＤＥＡ１０も製造可能である。したがって、ＤＥＡ１０の設計の自由度が大きく向上する。

また、第２成形工程において、第１成形体３０から原型２０を除去する方法として、原型２０を流動化させる方法を採用している。これにより、切り取りや切削により原型２０を除去する方法と比較して、第２成形体３１の誘電部１１に傷が付きにくい。そのため、導電部形成工程において、誘電部１１に付いた傷から導電材料Ｂが漏れ出してしまうことを抑制できる。

（２）原型２０は、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂを模した導電層部分２１ａ，２２ａに接続されるとともに第１成形体３０において誘電部１１の外部まで延びる接続部２１ｂ，２２ｂを備えている。導電部形成工程において、原型２０における接続部２１ｂ，２２ｂが除去されてなる接続部空隙３２ｂ，３３ｂを介して、導電層部分２１ａ，２２ａが除去されてなる導電層空隙３２ａ，３３ａに導電材料Ｂを充填している。

上記構成によれば、第２成形体３１の導電層空隙３２ａ，３３ａに導電材料Ｂを容易に充填できる。また、接続部空隙３２ｂ，３３ｂに導電材料Ｂが充填された部分を、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂと外部とを電気的に接続する第１接点１２ｃ、第２接点１２ｅとして利用できる。この場合、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂとの間に継ぎ目のない第１接点１２ｃ、第２接点１２ｅが得られる。また、上記構成によれば、原型２０を作製可能な形状であれば、第１接点１２ｃ、第２接点１２ｅについても、製造方法によって、その位置や形状が特に制限されることなく、ＤＥＡ１０の設計の自由度が大きく向上する。

また、導電層部分２１ａ，２２ａが接続部２１ｂ，２２ｂに支持される形状となることにより、成形型２４内に原型２０を配置した際における導電層部分２１ａ，２２ａの位置ずれを抑制できる。

（３）原型２０は、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂを模した導電層部分２１ａ，２２ａに接続されるとともに第１成形体３０において誘電部１１の外部まで延びる補助接続部２１ｃ，２２ｃを備えている。導電部形成工程において、導電層部分２１ａ，２２ａが除去されてなる導電層空隙３２ａ，３３ａを介して、補助接続部２１ｃ，２２ｃが除去されてなる補助接続部空隙３２ｃ，３３ｃに導電材料Ｂを充填している。

上記構成によれば、第２成形体３１の導電層空隙３２ａ，３３ａに導電材料Ｂを充填する際に、補助接続部空隙３２ｃ，３３ｃを通じて空気外部へ排出しながら導電材料Ｂを充填できる。これにより、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂに気泡が生じることを抑制できる。また、第２成形工程において、第１成形体３０の誘電部１１内の原型２０を除去する際に、接続部空隙３２ｂ，３３ｂ側から補助接続部空隙３２ｃ，３３ｃ側へ押し出すようにして原型２０を効率的に排出できる。

また、導電層部分２１ａ，２２ａが補助接続部２１ｃ，２２ｃに支持される形状となることにより、成形型２４内に原型２０を配置した際における導電層部分２１ａ，２２ａの位置ずれを抑制できる。

（４）原型２０において、接続部２１ｂ，２２ｂは、導電層部分２１ａ，２２ａの側縁に接続され、補助接続部２１ｃ，２２ｃは、導電層部分２１ａ，２２ａの側縁であって、接続部２１ｂ，２２ｂが接続される側縁の反対側の側縁に接続されている。

上記構成によれば、第２成形工程において、より効率的に原型２０を排出できるとともに、導電部形成工程においてより効率的に第１空隙３２及び第２空隙３３内の空気を外部へ排出できる。

（５）原型２０は、第１本体部２１と、第２本体部２２とを連結する連結部２３を備えている。第１成形体３０において、原型２０の連結部２３は、誘電部１１の外側に位置している。

上記構成によれば、一つの部品からなる原型２０を用いて、第２成形体３１に二つの独立した第１空隙３２及び第２空隙３３を形成できる。
（６）導電材料Ｂは、２液硬化型の誘電エラストマー材料と導電性フィラーとの混合物である。

上記構成によれば、導電材料Ｂの固化時の体積変化が少ないため、導電材料Ｂの固化時に誘電部１１の内部に空気が入り込むことを抑制できる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・原型２０は、少なくとも第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂを模した形状の導電層部分２１ａ，２２ａを有していればよく、その他の部分の一部又は全部が省略された原型２０であってもよい。この場合には、導電部形成工程の後、誘電部１１の外面等に対して、第１導電層１２ａ及び第２導電層１２ｂと外部とを電気的に接続する接点の一部又は全部を後付けで作製する処理を行う。

・原型２０は、一つの部品からなるものに限定されるものではなく、複数の部品からなるものであってもよい。例えば、原型２０を導電層部分２１ａ，２２ａ毎に分割して作製し、分割された複数の部品を組み合わせて原型２０として用いてもよいし、分割された状態のままで、成形型２４内に所定の位置関係となるように配置してもよい。原型２０を複数の部品に分割して作製することにより、より複雑な形状やより細かな形状の原型２０の作製が容易になる。例えば、射出成型法により作製することが難しい形状の原型２０であっても、複数の部品に分割することにより、射出成型法により作製することが可能になる。また、サポート材を使用せずに作製することも可能になり、この場合には、サポート材を除去する作業を省略できる。

・上記実施形態の製造方法の製造対象となるＤＥＡ１０は、アクチュエータとして用いられるＤＥＡに限定されるものではなく、外力を検出するセンサとして用いられるＤＥＡであってもよい。また、上記実施形態の製造方法は、誘電エラストマーからなる誘電層を有する誘電部と、誘電層を間に挟む複数の導電層を有する変形可能な導電部とを備える多層構造体の製造に広く適用可能である。

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）前記原型は、第１の空隙を形成するための第１本体部と、第１の空隙に対して独立した第２の空隙を形成するための第２本体部と、前記第１本体部と前記第２本体部とを連結する連結部とを備えている前記多層構造体の製造方法。

（ロ）前記原型は、複数の部品からなる前記多層構造体の製造方法。
（ハ）前記導電材料は、２液硬化型の誘電エラストマー材料と導電性フィラーとの混合物である前記多層構造体の製造方法。

Ａ…誘電エラストマー材料
Ｂ…導電材料
１０…ＤＥＡ
１１…誘電部
１１ａ…誘電層
１２…導電部
１２ａ…第１導電層
１２ｂ…第２導電層
２０…原型
２４…成形型
３０…第１成形体
３１…第２成形体

Claims

誘電エラストマーからなる誘電層を有する誘電部と、前記誘電層を間に挟む複数の導電層を有する変形可能な導電部とを備える多層構造体の製造方法であって、
前記導電層を模した形状の導電層部分を有する原型を成形型内に配置した状態として、前記成形型内に誘電エラストマー材料を流し込み、固化させることにより、誘電エラストマーからなる前記誘電部が前記原型と一体に成形された第１成形体を得る第１成形工程と、
前記原型を流動化させて前記第１成形体から前記原型を除去することにより、前記原型の導電層部分が除去されてなる空隙を有する前記誘電部からなる第２成形体を得る第２成形工程と、
前記第２成形体の前記空隙に導電材料を充填して前記導電層を形成する導電部形成工程とを有することを特徴とする多層構造体の製造方法。
前記原型は、前記導電層部分に接続されるとともに前記第１成形体において前記誘電部の外部まで延びる接続部を備え、
前記導電部形成工程において、前記原型における前記接続部が除去されてなる空隙を介して、前記導電層部分が除去されてなる空隙に前記導電材料を充填する請求項１に記載の多層構造体の製造方法。
前記原型は、前記導電層部分に接続されるとともに前記第１成形体において前記誘電部の外部まで延びる補助接続部を備え、
前記導電部形成工程において、前記導電層部分が除去されてなる空隙を介して、前記補助接続部が除去されてなる空隙に前記導電材料を充填する請求項２に記載の多層構造体の製造方法。
前記接続部は、前記導電層部分の側縁に接続され、
前記補助接続部は、前記導電層部分の側縁であって、前記接続部が接続される側縁の反対側の側縁に接続される請求項３に記載の多層構造体の製造方法。
前記多層構造体は、誘電エラストマーアクチュエータである請求項１～４のいずれか一項に記載の多層構造体の製造方法。