JP7601367B2 - 誘電エラストマアクチュエータの製造方法、及び、誘電エラストマアクチュエータ - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 中野 駿、小池 夏実、早川 健が、２０２０年５月２９日付で、ロボティクス・メカトロニクス講演会２０２０において、出願に係る発明の内容を公開。

本発明は、誘電エラストマアクチュエータの製造方法、及び、誘電エラストマアクチュエータに関する。

従来、誘電エラストマからなる平板状の膜体と、膜体の両面上にそれぞれ設けられた電極と、を備えた、誘電エラストマアクチュエータがある（例えば、特許文献１）。

特開２０２０－６１８７８号公報

しかしながら、上述のような従来の誘電エラストマアクチュエータでは、膜体が平板状であった。

本発明は、膜体が非平板状であるような誘電エラストマアクチュエータを得ることができる誘電エラストマアクチュエータの製造方法、及び、膜体が非平板状であるような誘電エラストマアクチュエータを、提供することを目的とする。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法は、
液状の誘電性エラストマにモールドをディップし、その後、前記モールドを前記誘電性エラストマから引き上げる、ディップステップと、
前記ディップステップの後、前記モールド上の前記誘電性エラストマを硬化させて、前記モールド上で前記誘電性エラストマからなる膜体を得る、硬化ステップと、
前記硬化ステップの後、前記モールド上の前記膜体から前記モールドを除去して、非平板状の３次元形状を有する前記膜体を得る、モールド除去ステップと、
前記モールド除去ステップの後、前記膜体の両面上にそれぞれ第１電極及び第２電極を設け、前記誘電エラストマアクチュエータを得る、組立ステップと、
を含む。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法において、
前記モールドは、第１溶媒によって溶けるような第１可溶性材料で構成されており、
前記モールド除去ステップでは、前記モールドを前記第１溶媒によって溶かすことによって、前記モールド上の前記膜体から前記モールドを除去するようにしてもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法において、
前記ディップステップの前に、前記モールドを製造する、モールド製造ステップを、さらに含み、
前記モールド製造ステップは、３Ｄプリンタによって、サポート材を使用せずに、前記第１可溶性材料を用いて前記モールドを造形する、モールド造形ステップを、含んでもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法において、
前記ディップステップの前に、前記モールドを製造する、モールド製造ステップを、さらに含み、
前記モールド製造ステップは、
３Ｄプリンタによって、前記第１溶媒とは異なる第２溶媒によって溶けるような第２可溶性材料からなるサポート材を使用しつつ、前記第１可溶性材料を用いて前記サポート材上に前記モールドを造形する、モールド造形ステップと、
前記モールド造形ステップの後、前記サポート材を前記第２溶媒によって溶かすことによって、前記サポート材上の前記モールドから前記サポート材を除去する、サポート材除去ステップと、
を含んでもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法において、
前記モールド除去ステップでは、前記膜体から前記モールドを離型することによって、前記モールド上の前記膜体から前記モールドを除去してもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法において、
前記膜体は、内部に空洞を区画しているとともに、前記空洞に連通する開口を有しており、
前記組立ステップにおいて、前記第１電極は、前記膜体の外面上に設けられ、前記第２電極は、前記膜体の内面上に設けられてもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法において、
前記組立ステップでは、前記膜体の前記空洞に内圧付与用媒体を充填し、それにより、前記膜体に予備伸長を印加してもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータの製造方法において、
前記内圧付与用媒体は、導電性であり、前記第２電極を構成してもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータは、
誘電性エラストマからなり、非平板状の３次元形状を有する、膜体と、
前記膜体の両面上にそれぞれ設けられた、第１電極及び第２電極と、
を備え、
前記膜体は、自然状態において、非平板状の３次元形状を有する。

本発明の誘電エラストマアクチュエータにおいて、
前記膜体は、内部に空洞を区画しているとともに、前記空洞に連通する開口を有しており、
前記第１電極は、前記膜体の外面上に設けられており、
前記第２電極は、前記膜体の内面上に設けられていてもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータにおいて、
前記膜体の前記空洞には、内圧付与用媒体が充填されており、それにより、前記膜体には予備伸長が印加されていてもよい。

本発明の誘電エラストマアクチュエータにおいて、
前記内圧付与用媒体は、導電性であり、前記第２電極を構成してもよい。

本発明によれば、膜体が非平板状であるような誘電エラストマアクチュエータを得ることができる誘電エラストマアクチュエータの製造方法、及び、膜体が非平板状であるような誘電エラストマアクチュエータを、提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるディップステップで、モールドをディップする様子を示す図面である。 本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるディップステップで、モールドを引き上げる様子を示す図面である。 本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド除去ステップを説明するための図面である。 本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド除去ステップにより得られた膜体を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド除去ステップを説明するための図面である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド製造ステップの第１例におけるモールド造形ステップで使用される３Ｄ造形用データを概略的に示す図面である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド製造ステップの第１例におけるモールド造形ステップでモールドを造形する様子を示す図面である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド製造ステップの第１例におけるモールド造形ステップで得られたモールドを示す図面である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド製造ステップの第２例におけるモールド造形ステップでモールドを造形する様子を示す図面である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド製造ステップの第２例におけるモールド造形ステップで得られたモールド及びサポート材を示す図面である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド製造ステップの第２例におけるサポート材除去ステップでサポート材を溶かす様子を示す図面である。 本発明の一実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータを備えた誘電エラストマアクチュエータシステムを概略的に示す図面である。 図１２の誘電エラストマアクチュエータの動作を説明するための図面であり、図１３（ａ）は電圧を印加していない時の様子を示しており、図１３（ｂ）は電圧を印加した時の様子を示している。

以下、本発明に係る、誘電エラストマアクチュエータの製造方法、及び、誘電エラストマアクチュエータの実施形態について、図面を参照しながら例示説明する。
各図において共通する構成要素には同一の符号を付している。
以下では、「誘電エラストマアクチュエータ」を「ＤＥＡ」（Dielectric Elastomer Actuator）と表記する場合がある。

図１２は、本発明の一実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータ（ＤＥＡ）１を備えた、誘電エラストマアクチュエータ（ＤＥＡ）システム２を示している。ＤＥＡ１は、後述の本発明の任意の実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータ（ＤＥＡ）の製造方法によって製造することができる。ＤＥＡ１は、誘電性エラストマからなる膜体１０と、膜体１０の両面上にそれぞれ設けられた、第１電極１１及び第２電極１２と、を備えている。膜体１０は、非平板状の３次元形状を有している。膜体１０がなす３次元形状は、非平板状である限り、任意の形状とすることができる。ＤＥＡ１及びＤＥＡシステム２については、後により詳しく説明する。

ここで、図１～図４を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るＤＥＡの製造方法を説明する。本発明の第１実施形態のＤＥＡの製造方法は、ディップステップと、硬化ステップと、モールド除去ステップと、組立ステップと、を含む。

まず、ディップステップを行う前に、予め、誘電性エラストマ槽ＴＥに入れられた液状の誘電性エラストマＥと、モールドＭと、を準備する（図１）。
誘電性エラストマＥは、誘電体のエラストマであれば任意でよく、例えば、シリコーン系エラストマ（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等）、ゴム、アクリル系エラストマ、ウレタン系エラストマ等が挙げられる。
モールドＭは、図の例では球形状を有しているが、任意の３次元形状を有してよい。

その後、ディップステップにおいて、液状の誘電性エラストマＥにモールドＭをディップし（図１）、その後、モールドＭを誘電性エラストマＥから引き上げる（図２）。これにより、誘電性エラストマＥの粘性によって、モールドＭ上には、誘電性エラストマＥが膜状に付着する。

ディップステップの後、硬化ステップにおいて、モールドＭ上の誘電性エラストマＥを硬化させて、モールドＭ上で誘電性エラストマＥからなる膜体１０を得る。誘電性エラストマＥを硬化させる方法は、誘電性エラストマＥの材料によって異なるが、例えば、誘電性エラストマＥを加熱したり、あるいは、誘電性エラストマＥを常温で乾燥させたりすることにより、行う。

硬化ステップの後、モールド除去ステップにおいて、モールドＭ上の膜体１０からモールドＭを除去して、膜体１０を得る（図３）。モールド除去ステップにより得られる膜体１０は、自然状態において、非平板状の３次元形状を有しており、具体的には、モールドＭの外形状に沿った３次元形状を有する（図４）。ここで、「自然状態」とは、膜体１０に外力が加わっていない状態を指す。
第１実施形態では、より具体的に、モールド除去ステップにおいて、膜体１０からモールドＭを離型することによって、モールドＭ上の膜体１０からモールドＭを除去する（図３）。これにより、膜体１０からモールドＭを簡単に除去することができる。
ここで、膜体１０からモールドＭを「離型する」とは、外力によってモールドＭを膜体１０から引き離すことを指す。
第１実施形態において、モールドＭを構成する材料は、例えば、金属、樹脂等、任意でよい。また、第１実施形態において、モールドＭは、任意の方法で製造されてよく、例えば、金型成型により製造されてもよいし、あるいは、３Ｄプリンタによる造形によって製造されてもよい。

モールド除去ステップの後、組立ステップでは、膜体１０の両面上にそれぞれ第１電極１１及び第２電極１２を設ける等して、ＤＥＡ１（図１２）を得る。

なお、モールド除去ステップの前にディップステップ及び硬化ステップを１回のみ行ってもよいし、あるいは、硬化ステップの前にディップステップを複数回にわたって繰り返して行ったり、モールド除去ステップの前にディップステップ及び硬化ステップを複数回にわたって繰り返して行ったりすることにより、膜体１０の厚さを増大させてもよい。

本発明の第１実施形態に係るＤＥＡの製造方法によれば、上述したディップステップ、硬化ステップ、及びモールド除去ステップを経て、非平板状の３次元形状を有する膜体１０を得るので、膜体１０が非平板状であるようなＤＥＡ１を得ることができる。

つぎに、図５～図１１を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係るＤＥＡの製造方法を説明する。本発明の第２実施形態のＤＥＡの製造方法は、モールド除去ステップの内容が第１実施形態とは異なる。ディップステップ、硬化ステップ、及び組立ステップは、第１実施形態と同様である。
図５は、本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマアクチュエータの製造方法におけるモールド除去ステップを説明するための図面である。
第２実施形態では、モールドＭは、第１溶媒Ｓ１によって溶けるような第１可溶性材料で構成されている。第１溶媒Ｓ１及び第１可溶性材料は、それぞれ任意であるが、例えば、第１溶媒Ｓ１を水とし、第１可溶性材料を水溶性材料（例えば、水溶性ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等）としてもよいし、あるいは、第１溶媒Ｓ１を油とし、第１可溶性材料を油溶性材料としてもよいし、あるいは、第１溶媒Ｓ１を有機溶剤とし、第１可溶性材料をＡＢＳ樹脂やＡＳＡ樹脂等としてもよい。ただし、第１溶媒Ｓ１は、膜体１０を溶かすことができないものとする。
第２実施形態において、モールド除去ステップでは、モールドＭを第１溶媒Ｓ１によって溶かすことによって、モールドＭ上の膜体１０からモールドＭを除去し（図５）、それにより、膜体１０を得る（図４）。具体的には、例えば、図５に示すように、硬化ステップ後のモールドＭ及び膜体１０を、第１溶媒槽Ｔ１に入った第１溶媒Ｓ１に漬けることで、モールドＭを第１溶媒Ｓ１によって溶かす。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、膜体１０が非平板状であるようなＤＥＡ１を得ることができる。また、第２実施形態によれば、モールド除去ステップにおいてモールドＭを第１溶媒Ｓ１によって溶かす（図５）ので、第１実施形態のようにモールド除去ステップにおいて膜体１０からモールドＭを離型する場合（図３）に比べて、膜体１０の形状を、離型できないような形状とすることもできるので、膜体１０の形状の自由度を向上でき、例えば、膜体１０の形状を複雑な形状とすることも可能となる。

本発明の第２実施形態のＤＥＡの製造方法は、ディップステップの前に、モールドＭを製造する、モールド製造ステップを、さらに含んでもよい。
モールド製造ステップにおいて、モールドＭは、任意の方法で製造されてよい。
例えば、モールド製造ステップは、図６～図８に示す第１例や、図９～図１１に示す第２例のように、３ＤプリンタＰによって、第１可溶性材料を用いてモールドＭを造形する、モールド造形ステップを、含んでもよい。モールドＭを３ＤプリンタＰによって造形することにより、例えばモールドＭを金型成型により製造する場合に比べて、モールドＭの形状の自由度を向上できる。
以下、図６～図８に示す第１例と、図９～図１１に示す第２例とについて、順次説明する。

図６～図８に示すモールド製造ステップの第１例は、モールド造形ステップにおいて、３ＤプリンタＰによって、サポート材を使用せずに、第１可溶性材料を用いてモールドＭを造形する。より具体的に、モールド製造ステップの第１例は、３次元形状データ作成ステップと、３Ｄ造形用データ生成ステップと、モールド造形ステップと、を含む。
まず、３次元形状データ作成ステップにおいて、コンピュータを用いて、モールドＭの３次元形状を表す３次元形状データ（例えば、３次元ＣＡＤデータ）を作成する。
つぎに、３Ｄ造形用データ生成ステップにおいて、コンピュータを用いて、３次元形状データ作成ステップで作成した３次元形状データを、３Ｄ造形用データＤ（図６）に変換する。３Ｄ造形用データＤは、３ＤプリンタＰの造形部Ｐ２が造形を行う際に３ＤプリンタＰの制御部Ｐ１によって読み込まれるものであり、制御部Ｐ１が、造形部Ｐ２に、造形物としてのモールドＭを、造形させるように構成されている。３Ｄ造形用データＤは、例えば、造形物としてのモールドＭの各層の２次元形状を表すスライスデータを含む。
つぎに、モールド造形ステップにおいて、３ＤプリンタＰによってモールドＭの造形を行う（図７）。３ＤプリンタＰは、例えば、光造形方式、粉末焼結積層方式、熱溶融積層方式（ＦＤＭ方式）、インクジェット方式等、任意の造形方式を用いて造形を行ってよい。図７では、熱溶融積層方式（ＦＤＭ方式）によって造形を行う様子を示している。３ＤプリンタＰは、例えば、ＣＰＵ等によって構成された制御部Ｐ１と、制御部Ｐ１による制御に従って造形を行う造形部Ｐ２と、造形される造形物としてのモールドＭを載せるための支持台Ｐ５と、支持台Ｐ５及び造形物としてのモールドＭが収容される収容体Ｐ６と、を備える。造形部Ｐ２は、モデル材ＭＭを用いて造形物を造形するように構成されたモデル材ノズルＰ３を有している。モデル材ノズルＰ３は、本例のように３ＤプリンタＰが熱溶融積層方式（ＦＤＭ方式）を用いて造形する場合、モデル材ＭＭを吐出するように構成される。モデル材ＭＭとしては、第１可溶性材料を用いる。このように構成された３ＤプリンタＰは、モールド造形ステップにおいて、制御部Ｐ１が、３Ｄ造形用データＤを読み込み、読み込んだ３Ｄ造形用データＤに含まれる３次元形状に基づいて、造形部Ｐ２に、モデル材ＭＭを用いて各層を順次造形させていく。この際、３ＤプリンタＰは、サポート材を使用せずに（すなわち、サポート材によって造形物としてのモールドＭを支持せずに）、第１可溶性材料をモデル材ＭＭとして用いてモールドＭを造形する。
モールド造形ステップにより、第１可溶性材料からなるモデル材ＭＭから構成されたモールドＭが得られる（図８）。
上述したモールド製造ステップの第１例は、サポート材を用いないので、モールド造形ステップの後にサポート材を除去するステップが不要であり、モールド製造ステップが簡易なものとなる。

図９～図１１に示すモールド製造ステップの第２例は、モールド造形ステップにおいて、３ＤプリンタＰによって、第１溶媒Ｓ１（図５）とは異なる第２溶媒Ｓ２（図１１）によって溶けるような第２可溶性材料からなるサポート材ＳＭを使用しつつ、第１可溶性材料を用いてサポート材ＳＭ上にモールドＭを造形する。より具体的に、モールド製造ステップの第２例は、第１例について上述した３次元形状データ作成ステップ、３Ｄ造形用データ生成ステップ、及びモールド造形ステップに加えて、サポート材除去ステップを含む。３次元形状データ作成ステップ及び３Ｄ造形用データ生成ステップは、上述した第１例と同様である。
モールド造形ステップで用いる３ＤプリンタＰは、造形部Ｐ２が、モデル材ノズルＰ３に加えて、造形中に造形物としてのモールドＭを支持するサポート材ＳＭを吐出するように構成されたサポート材ノズルＰ４を、さらに有している。サポート材ＳＭとしては、第１溶媒Ｓ１（図５）とは異なる第２溶媒Ｓ２（図１１）によって溶けるような第２可溶性材料を用いる。第２溶媒Ｓ２及び第２可溶性材料は、第２溶媒Ｓ２が第１溶媒Ｓ１と異なるものである限り、それぞれ任意であるが、例えば、第２溶媒Ｓ２を水とし、第２可溶性材料を水溶性材料（例えば、水溶性ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等）としてもよいし、あるいは、第２溶媒Ｓ２を油とし、第２可溶性材料を油溶性材料としてもよいし、あるいは、第２溶媒Ｓ２を有機溶剤とし、第２可溶性材料をＡＢＳ樹脂やＡＳＡ樹脂等としてもよい。ただし、第２溶媒Ｓ２は、モールドＭを溶かすことができないものとする。このように構成された３ＤプリンタＰは、モールド造形ステップにおいて、制御部Ｐ１が、３Ｄ造形用データＤを読み込み、読み込んだ３Ｄ造形用データＤに含まれる３次元形状に基づいて、造形部Ｐ２に、モデル材ＭＭ及びサポート材ＳＭを用いて各層を順次造形させていく。この際、３ＤプリンタＰは、第２可溶性材料からなるサポート材ＳＭを使用しつつ（すなわち、サポート材ＳＭによって造形物としてのモールドＭのオーバーハング部を支持しつつ）、第１可溶性材料をモデル材ＭＭとして用いてサポート材ＳＭ上にモールドＭを造形する（図９）。
モールド造形ステップにより、第２可溶性材料からなるサポート材ＳＭによって支持された、第１可溶性材料からなるモデル材ＭＭから構成されたモールドＭが得られる（図１０）。
モールド造形ステップの後、サポート材除去ステップにおいて、サポート材ＳＭを第２溶媒Ｓ２によって溶かすことによって、サポート材ＳＭ上のモールドＭからサポート材ＳＭを除去し（図１１）、それにより、モールドＭを得る。具体的には、例えば、図１１に示すように、モールド造形ステップ後のモールドＭ及びサポート材ＳＭを、第２溶媒槽Ｔ２に入った第２溶媒Ｓ２に漬けることで、サポート材ＳＭを第２溶媒Ｓ２によって溶かす。
上述したモールド製造ステップの第２例は、造形中にサポート材を用いるので、オーバーハング部を有しサポート材が必要となるような形状のモールドＭを造形することができる。また、サポート材ＳＭを構成する第２可溶性材料を溶かすための第２溶媒Ｓ２（図１１）は、モールドＭを構成する第１可溶性材料を溶かすための第１溶媒Ｓ１（図５）とは異なるので、サポート材除去ステップにおいて、第２溶媒Ｓ２によってモールドＭを溶かすことがない。

ただし、第２実施形態では、モールド製造ステップにおいて、モールドＭは、金型成型によって製造されてもよい。

上述の本発明の各実施形態に係るＤＥＡの製造方法により製造されることができる、本発明の一実施形態に係るＤＥＡ１は、例えば、図１２及び図１３に示すものとなる。図１２は、本発明の一実施形態に係るＤＥＡ１を備えたＤＥＡシステム２を概略的に示している。図１３は、図１２のＤＥＡ１の動作を説明するための図面であり、図１３（ａ）はＤＥＡ１に電圧を印加していない時の様子を示しており、図１３（ｂ）はＤＥＡ１に電圧を印加した時の様子を示している。ＤＥＡ１は、誘電性エラストマからなる膜体１０と、膜体１０の両面上にそれぞれ設けられた、第１電極１１及び第２電極１２と、を備えている。図１２～図１３のＤＥＡ１の膜体１０は、図４に示す膜体１０と同じである。膜体１０は、ＤＥＡ１の一部を構成している状態、かつ、ＤＥＡ１に電圧が印加されていない状態において、非平板状の３次元形状を有している（図１３（ａ））。また、膜体１０は、単体で見たときに、自然状態において、非平板状の３次元形状を有している（図４）。本例において、膜体１０は、略球形状（具体的には、中空球形状に開口１０Ｂを設けた形状）を有しているが、膜体１０がなす３次元形状は、非平板状である限り、任意の形状とすることができる。

ＤＥＡシステム２（図１２）は、ＤＥＡ１を駆動させるように構成されている。ＤＥＡシステム２は、ＤＥＡ１に加えて、ＤＥＡ１の第１電極１１及び第２電極１２に電気的に接続された電源装置２３を備える。電源装置２３は、ＤＥＡ１に電圧を印加したり、ＤＥＡ１への電圧の印加を停止したりする。電源装置２３は、例えば、直流電源とすることができる。

ＤＥＡ１は、電源装置２３によって電圧が印加されると、第１電極１１及び第２電極１２どうしが静電気力によって引き合うことで、膜体１０のなす３次元形状が膨張するように、膜体１０が伸びる（図１３（ｂ））。その後、ＤＥＡ１は、電源装置２３によって電圧の印加が停止されると、膜体１のなす３次元形状が収縮するように、膜体１０が縮んで、元の形状及び大きさに戻る（図１３（ａ））。ＤＥＡ１は、非平板状の３次元形状を有するので、電圧が印加された際に、従来の平板状のＤＥＡとは異なる変形動作をすることができる。

第１電極１１及び第２電極１２をそれぞれ構成する材料は、導電性があり、かつ、膜体１０の伸縮動作を阻害しないものであれば、任意でよく、例えば、導電性グリース（例えば、カーボングリース）、伸縮性電極、導電性液体（例えば、水）等が好適である。
第１電極１１及び第２電極１２は、それぞれ、膜体１０上の一か所（一部分又は全体）のみに設けられてもよいし、あるいは、膜体１０上の複数個所に設けられてもよい。

膜体１０は、図４、図１２～図１３の例のように、内部に空洞１０Ａを区画しているとともに、空洞１０Ａに連通する開口１０Ｂを１つ又は複数有していてもよい。
このような膜体１０を備えたＤＥＡ１を製造するにあたっては、上述の本発明の各実施形態のＤＥＡの製造方法において、まず、ディップステップにおいて、好ましくはモールドＭの一部のみを液状の誘電性エラストマＥにディップし（図１～図２）、それにより、モールドＭ上に形成される膜体１０が空洞１０Ａ及び開口１０Ｂを有するようにし（図３、図５）、その後のモールド除去ステップにおいて、膜体１０の開口Ｂを介してモールドＭを膜体１０から除去する（図３、図５）。それにより、上述のような膜体１０を得る。その後、組立ステップにおいて、第１電極１１は、膜体１０の外面上に設けられ、第２電極１２は、膜体１０の内面上に設けられることで、ＤＥＡ１が得られる（図１２～図１３）。それにより得られたＤＥＡ１においては、第１電極１１は、膜体１０の外面上に設けられており、第２電極１２は、膜体１０の内面上に設けられている。この場合、第１電極１１は、導電性グリース（例えば、カーボングリース）又は伸縮性電極が好適である。また、第２電極１２は、導電性グリース（例えば、カーボングリース）、伸縮性電極、又は、導電性液体（例えば、水）が好適である。図１２～図１３の例においては、第１電極は、カーボングリースであり、第２電極は、水である。第２電極１２が導電性液体である場合、第２電極１２は、膜体１０の空洞１０Ａ内に充填されると、好適である。
このように、膜体１０が、内部に空洞１０Ａを区画しているとともに、空洞１０Ａに連通する開口１０Ｂを１つ又は複数有している場合、ＤＥＡ１に電圧が印加されると、膜体１０の空洞１０Ａが膨張して膜体１０のなす３次元形状が膨張するように、膜体１０が伸びる（図１３（ｂ））。このような膜体１０が有する３次元形状としては、図４、図１２～図１３の例のような略球形状（具体的には、中空球形状に開口１０Ｂを設けた形状）の他に、例えば、心臓や肺等の臓器の形状が挙げられる。臓器の形状を有する膜体１０を備えたＤＥＡ１は、例えば、臓器シミュレータに好適に用いることができる。

上述のように、膜体１０が、内部に空洞１０Ａを区画しているとともに、空洞１０Ａに連通する開口１０Ｂを１つ又は複数有している場合、図１２～図１３の例のように、ＤＥＡ１の膜体１０の空洞１０Ａには、内圧付与用媒体１３が充填されており、それにより、膜体１０には予備伸長が印加されていてもよい。膜体１０に予備伸長が印加されていることにより、膜体１０がより柔らかくなる。膜体１０は、エラストマとして一般に、一定の初期ひずみ（予備伸長）を印加した後の方が、ばね定数が低く抑えられるからである。そのため、ＤＥＡ１に電圧が印加された際に、膜体１０がより大きく伸びるようになる。
このようなＤＥＡ１を得るにあたっては、例えば、上述の本発明の各実施形態のＤＥＡの製造方法における組立ステップにおいて、膜体１０の空洞１０Ａに内圧付与用媒体１３を充填し、それにより、膜体１０に予備伸長を印加する。
内圧付与用媒体１３を構成する材料は、膜体１０に均一に予備伸長を印加する観点から、液体（例えば、水）又は気体（例えば、空気（大気））が好適である。
この場合、ＤＥＡシステム２は、図１２の例のように、膜体１０の開口１０Ｂを介して膜体１０の空洞１０Ａに内圧付与用媒体１３を供給するように構成された内圧付与用媒体供給装置２２を備えると、好適である。この場合、膜体１０の空洞１０Ａには、内圧付与用媒体供給装置２２によって、内圧付与用媒体１３が充填される。図１２の例において、内圧付与用媒体供給装置２２は、膜体１０の開口１０Ｂを介して、膜体１０の空洞１０Ａに、液体（例えば、水）からなる内圧付与用媒体１３を供給するように構成されている。図１２の例において、内圧付与用媒体供給装置２２は、内圧付与用媒体１３を貯蔵する媒体槽２２１と、媒体槽２２１と膜体１０の空洞１０Ａとの間で圧力付与用媒体１３を流通させるように構成されたホース２２２と、を有している。ホース２２２の膜体１０側の一端は、筒状の治具２１を介して、膜体１０の開口１０Ｂに接続されている。ただし、内圧付与用媒体供給装置２２は、図１２の例とは異なる構成を有していてもよい。

内圧付与用媒体１３は、図１２～図１３の例のように、第２電極１２を構成してもよい。この場合、内圧付与用媒体１３は、導電性である。この場合、内圧付与用媒体１３は、図１２～図１３の例のように、導電性液体（例えば、水）であると、好適である。内圧付与用媒体１３が第２電極１２を構成する場合、内圧付与用媒体１３が、内圧付与機能と電極機能との両方の機能を兼ね備えるので、第２電極１２を別途設ける必要がなくなり、ＤＥＡ１の構造の簡単化が可能である。
ただし、内圧付与用媒体１３を非導電性とし、第２電極１２を別途設けてもよい。その場合、第２電極１２は、導電性グリース（例えば、カーボングリース）又は伸縮性電極であると、好適である。

また、ＤＥＡ１の膜体１０の空洞１０Ａには、内圧付与用媒体１３が充填されていなくてもよく、ひいては、膜体１０には予備伸長が印加されていなくてもよい。

膜体１０の厚さは、ＤＥＡ１の性能向上の観点から、例えば０．１～１．０ｍｍが好適である。このような薄い厚さを持つ非平板状の３次元形状の膜体１０は、上述したディップステップを含む製造方法以外の製法（例えば、３Ｄプリンタによる造形）によって製造することは、難しい。

本発明のＤＥＡの製造方法によって製造されるＤＥＡ、及び、本発明のＤＥＡは、任意の用途に用いることができ、例えば、臓器シミュレータに好適に用いることができる。

１ 誘電エラストマアクチュエータ（ＤＥＡ）
１０ 膜体
１０Ａ 空洞
１０Ｂ 開口
１１ 第１電極
１２ 第２電極
１３ 内圧付与用媒体
２ 誘電エラストマアクチュエータ（ＤＥＡ）システム
２１ 治具
２２ 内圧付与用媒体供給装置
２２１ 媒体槽
２２２ ホース
２３ 電源装置
Ｍ モールド
Ｅ 誘電性エラストマ
ＴＥ 誘電性エラストマ槽
Ｓ１ 第１溶媒
Ｔ１ 第１溶媒槽
Ｓ２ 第２溶媒
Ｔ２ 第２溶媒槽
Ｄ ３Ｄ造形用データ
Ｐ ３Ｄプリンタ
Ｐ１ 制御部
Ｐ２ 造形部
Ｐ３ モデル材ノズル
Ｐ４ サポート材ノズル
Ｐ５ 支持台
Ｐ６ 収容体
ＭＭ モデル材
ＳＭ サポート材

Claims (8)

1. 誘電エラストマアクチュエータの製造方法であって、
   液状の誘電性エラストマにモールドをディップし、その後、前記モールドを前記誘電性エラストマから引き上げる、ディップステップと、
   前記ディップステップの後、前記モールド上の前記誘電性エラストマを硬化させて、前記モールド上で前記誘電性エラストマからなる膜体を得る、硬化ステップと、
   前記硬化ステップの後、前記モールド上の前記膜体から前記モールドを除去して、非平板状の３次元形状を有する前記膜体を得る、モールド除去ステップと、
   前記モールド除去ステップの後、前記膜体の両面上にそれぞれ第１電極及び第２電極を設け、前記誘電エラストマアクチュエータを得る、組立ステップと、
   を含み、
   前記モールドは、第１溶媒によって溶けるような第１可溶性材料で構成されており、
   前記モールド除去ステップでは、前記モールドを前記第１溶媒によって溶かすことによって、前記モールド上の前記膜体から前記モールドを除去する、誘電エラストマアクチュエータの製造方法。
2. 前記ディップステップの前に、前記モールドを製造する、モールド製造ステップを、さらに含み、
   前記モールド製造ステップは、３Ｄプリンタによって、サポート材を使用せずに、前記第１可溶性材料を用いて前記モールドを造形する、モールド造形ステップを、含む、請求項１に記載の誘電エラストマアクチュエータの製造方法。
3. 前記ディップステップの前に、前記モールドを製造する、モールド製造ステップを、さらに含み、
   前記モールド製造ステップは、
   ３Ｄプリンタによって、前記第１溶媒とは異なる第２溶媒によって溶けるような第２可溶性材料からなるサポート材を使用しつつ、前記第１可溶性材料を用いて前記サポート材上に前記モールドを造形する、モールド造形ステップと、
   前記モールド造形ステップの後、前記サポート材を前記第２溶媒によって溶かすことによって、前記サポート材上の前記モールドから前記サポート材を除去する、サポート材除去ステップと、
   を含む、請求項１に記載の誘電エラストマアクチュエータの製造方法。
4. 誘電エラストマアクチュエータの製造方法であって、
   液状の誘電性エラストマにモールドをディップし、その後、前記モールドを前記誘電性エラストマから引き上げる、ディップステップと、
   前記ディップステップの後、前記モールド上の前記誘電性エラストマを硬化させて、前記モールド上で前記誘電性エラストマからなる膜体を得る、硬化ステップと、
   前記硬化ステップの後、前記モールド上の前記膜体から前記モールドを除去して、非平板状の３次元形状を有する前記膜体を得る、モールド除去ステップと、
   前記モールド除去ステップの後、前記膜体の両面上にそれぞれ第１電極及び第２電極を設け、前記誘電エラストマアクチュエータを得る、組立ステップと、
   を含み、
   前記膜体は、内部に空洞を区画しているとともに、前記空洞に連通する開口を有しており、
   前記組立ステップにおいて、前記第１電極は、前記膜体の外面上に設けられ、前記第２電極は、前記膜体の内面上に設けられ、
   前記組立ステップでは、前記膜体の前記空洞に内圧付与用媒体を充填し、それにより、前記膜体に予備伸長を印加する、誘電エラストマアクチュエータの製造方法。
5. 前記モールド除去ステップでは、前記膜体から前記モールドを離型することによって、前記モールド上の前記膜体から前記モールドを除去する、請求項４に記載の誘電エラストマアクチュエータの製造方法。
6. 前記内圧付与用媒体は、導電性であり、前記第２電極を構成する、請求項４に記載の誘電エラストマアクチュエータの製造方法。
7. 誘電性エラストマからなり、非平板状の３次元形状を有する、膜体と、
   前記膜体の両面上にそれぞれ設けられた、第１電極及び第２電極と、
   を備え、
   前記膜体は、自然状態において、非平板状の３次元形状を有し、
   前記膜体は、内部に空洞を区画しているとともに、前記空洞に連通する開口を有しており、
   前記第１電極は、前記膜体の外面上に設けられており、
   前記第２電極は、前記膜体の内面上に設けられており、
   前記膜体の前記空洞には、内圧付与用媒体が充填されており、それにより、前記膜体には予備伸長が印加されている、誘電エラストマアクチュエータ。
8. 前記内圧付与用媒体は、導電性であり、前記第２電極を構成する、請求項７に記載の誘電エラストマアクチュエータ。

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