JPWO2013088866A1 - 積層型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータであって、体積効率が高く、かつ信頼性の高い積層型アクチュエータを提供する。電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータにおいて、筒状の積層体（１０）が、互いに対向した一対の扁平部（１１ａ、１１ｂ）と、該一対の扁平部を周状に相互接続し、かつ内側に空隙（１５ａ、１５ｂ）を規定する一対の湾曲部（１３ａ、１３ｂ）とを有し、該積層体（１０）の軸垂直断面において、一対の扁平部（１１ａ、１１ｂ）の成す外形幅（Ｗ_１）が、各湾曲部の外形幅（Ｗ_２）より小さく、一対の扁平部の間の距離（ｄ）が、各湾曲部の内形幅（Ｗ_３）より小さい。

Description

本発明は、積層型アクチュエータおよびその製造方法に関する。

従来、電圧または電界の印加により伸縮する材料層をアクチュエータに利用するに際し、より大きな変位を得るために、かかる材料層を積層した積層型アクチュエータがある。そして、積層型アクチュエータの一例として、上記材料層の両面に電極を形成し、これを円筒状（ロール状）に巻回することによって積層したものが知られている（特許文献１を参照のこと）。

特開２０１０−２７３５２４号公報 特開２００７−８１００７号公報

しかしながら、上述したような従来の積層型アクチュエータは、円筒状の積層体の内側が空洞になっており、体積効率が小さいという難点がある。そこで、本発明者は、かかる積層型アクチュエータの体積効率を向上させるべく、円筒状の積層体を扁平化することについて検討した。

金属化フィルムコンデンサの分野では、金属化フィルム（誘電体フィルム上に金属電極を形成したもの）を巻回して成る円筒状の積層体（コンデンサ素子）を潰して楕円形（小判形）に扁平化したものが知られている（特許文献２を参照のこと）。より詳細には、この金属化フィルムコンデンサは、薄い厚さの円筒状の巻芯に金属化フィルムを巻回してコンデンサ素子を構成し、これにより得られた円筒状のコンデンサ素子（巻芯および金属化フィルムから成る）を軸垂直方向に押圧して楕円形にすることによって扁平化されている。

しかしながら、かかる金属化フィルムコンデンサの構成および製造方法を、そのまま、積層型アクチュエータに適用することはできない。積層型アクチュエータの場合、巻芯はアクチュエータの動作を妨げ得るため、電界の印加により伸縮する材料層（以下、「電歪材料層」と言う）の両面に電極を形成したシートを巻芯の周囲に巻回して円筒状の積層体を形成した後、積層体から巻芯を抜き出す必要がある。そして、これにより得られた円筒状の積層体（電歪材料層およびその両面の電極から成る）を軸垂直方向に押圧して楕円形にすると、その両端部で大きく折れ曲がることとなる。特に、積層体の最も内側の層は、上記両端部でほぼ１８０度折れ曲がった状態となり、両端部ないしその近傍に位置する電極部分にクラックが発生し得る。かかるクラックの発生は、高い展性を示すＡｕやＣｕにより電極を形成したとしても回避することはできない。そして、アクチュエータの動作時に電極間に高い電界が印加されると、クラックにて微小放電が起こって、電極がダメージを受ける。加えて、アクチュエータの動作時には、電歪材料層が伸縮するため、両端部ないしその近傍の電極部分に負荷がかかる。アクチュエータの動作が繰り返されると、かかる放電および負荷によってクラックが拡張して、電極のダメージが拡大し、やがては電極全体がダメージを受け得る。

上記のような問題は、金属化フィルムコンデンサでは、巻芯を残しており、また、金属化フィルムは伸縮しないため特段問題とならなかった。加えて、金属化フィルムコンデンサでは、伸縮により阻害されないため、電極厚さを厚くすることができるが、積層型アクチュエータに適用する場合には、厚い電極が伸縮を阻害することとなり、新たに問題となる。よって、積層型アクチュエータを構成する円筒状の積層体を単に扁平化するだけでは、体積効率は向上するものの、電極へのダメージにより信頼性が低下することは避けられない。

本発明は、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータであって、体積効率が高く、かつ信頼性の高い積層型アクチュエータおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の１つの要旨によれば、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータであって、
筒状の上記積層体が、互いに対向した一対の扁平部と、該一対の扁平部を周状に相互接続し、かつ内側に空隙を規定する一対の湾曲部とを有し、該積層体の軸垂直断面において、一対の扁平部の成す外形幅が、各湾曲部の外形幅より小さく、一対の扁平部の間の距離が、各湾曲部の内形幅より小さい、積層型アクチュエータが提供される。

本発明の上記積層型アクチュエータによれば、積層体が一対の扁平部と一対の湾曲部とにより周状に構成されるので、これと同じ周囲長さを有する円筒状の積層体に比べて体積効率が向上する。更に、本発明の上記積層型アクチュエータによれば、各湾曲部の内側に空隙が存在しており、そして、積層体の軸垂直断面において、一対の扁平部の成す外形幅が、各湾曲部の外形幅より小さく、一対の扁平部の間の距離が、各湾曲部の内形幅より小さいことによって、湾曲部ないしその近傍に位置する電極部分でクラックが発生および拡張することを効果的に防止でき、電極へのダメージを低減し、好ましくは防止できるので、高い信頼性を達成することができる。従って、体積効率が高く、かつ信頼性の高い積層型アクチュエータを得ることができる。

本発明の１つの態様において、上記第１および第２の電極は、有機導電性材料から成り得る。かかる態様によれば、電極にクラックが導入され難くなり、より信頼性の高い積層型アクチュエータを得ることができる。

本発明のある態様として、上記積層体において、隣り合う電歪材料層の間に、第１の電極または第２の電極が２層で存在してよい。かかる態様によれば、本発明の積層型アクチュエータにおいて高い電気効率を得ることができる。

また、本発明の別の態様として、上記積層体において、隣り合う電歪材料層の間に、第１の電極または第２の電極が１層で存在してよい。かかる態様によれば、本発明の積層型アクチュエータを比較的簡便に製造することができる。

本発明のもう１つの要旨によれば、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータの製造方法であって、
電歪材料層を、該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に略円筒状に巻回して積層することによって、略円筒状の積層体を形成し、
該積層体の内側に、湾曲側面を有する一対の柱状体を配置し、
該一対の柱状体の間の距離を固定または可変とした状態で、該積層体に外力および熱の少なくとも一方を作用させることによって、変形した筒状の積層体であって、該一対の柱状体の間で互いに対向した一対の扁平部と、該一対の扁平部を周状に相互接続し、かつ該一対の柱状体の湾曲側面に沿った一対の湾曲部とを有する積層体を得、
該変形した筒状の積層体の内部から該一対の柱状体を抜き出す
ことを含む、積層型アクチュエータの製造方法が提供される。

かかる積層型アクチュエータの製造方法によって、本発明の上記積層型アクチュエータを製造することができる。

本発明によれば、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータであって、体積効率が高く、かつ信頼性の高い積層型アクチュエータおよびその製造方法が提供される。

本発明の１つの実施形態における積層型アクチュエータの概略模式図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は軸垂直断面図、（ｃ）は斜視図である。 図１（ｂ）の領域Ａの部分拡大図であって、電歪材料層と第１および第２の電極との配置例を示す概略模式図である。 図１（ｂ）の領域Ａの部分拡大図であって、電歪材料層と第１および第２の電極との別の配置例を示す概略模式図である。 図１の実施形態のうち、図２の配置例に係る積層型アクチュエータの製造方法を説明する概略模式図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ方向断面図である。 図１の実施形態のうち、図３の配置例に係る積層型アクチュエータの製造方法を説明する概略模式図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ−Ｂ方向断面図である。 図１の実施形態における積層型アクチュエータの製造方法を説明する概略模式工程図であって、（ａ）は略円筒状の積層体の斜視図であり、（ｂ）はその内側に一対の柱状体を配置した斜視図である。 図１の実施形態における積層型アクチュエータの動作を説明する概略模式斜視図であって、（ａ）は非駆動状態を示し、（ｂ）はＸ方向に変位した例の駆動状態を示し、（ｃ）はＹ方向に変位した例の駆動状態を示す。

本発明の１つの実施形態における積層型アクチュエータおよびその製造方法について、以下、図面を参照しながら詳述する。

本実施形態の積層型アクチュエータは、図１に示すような軸Ｃを有する筒状の積層体１０を含む。なお、本発明において、ある物品が「筒状」であるとは、物品の外側および内側の両側面がそれぞれ周状に連続していることを意味し、その軸垂直断面（すなわち、筒状体の軸に対して垂直な断面）において、任意の形状を有していてよく、例えば、内側の側面は対向接触していてもよい。また、軸Ｃは積層体１０の筒形状に基づいて、軸垂直断面の形状がその軸を中心に点対称となるように決められ、あるいは、実質的に点対称にならない場合には、積層体１０の重心を考慮して決められ得る。

この積層体１０は、より詳細には、電歪材料層を、第１および第２の電極と共に筒状に巻回して積層することによって構成される。第１および第２の電極は、これらの間に電歪材料層を挟み、かつ、第１および第２の電極が互いに直接接触しないように配置されていればよい。例えば、図２に示すように、隣り合う電歪材料層１および１’の間に、第１の電極３ａおよび３ａ’が合計２層で存在し、また、第２の電極３ｂおよび３ｂ’が合計２層で存在してよい。また例えば、図３に示すように、隣り合う電歪材料層１ａおよび１ｂの間に、第１の電極３ａが１層で存在し、また、第２の電極３ｂが１層で存在してよい。これら配置例については、本実施形態の積層型アクチュエータの製造方法に関連してより詳細に後述する。なお、図２および図３は、図１（ｂ）に点線にて示す領域Ａの部分拡大図であるが、図２および図３に示す積層数は、本実施形態を説明するために例示したものであって、これらに限定されない。

電歪材料層１、１’、１ａ、１ｂは、高分子電歪材料から形成される。高分子電歪材料は、永久双極子を有し、かつ、２０以上の比誘電率を示す高分子材料であれば、特に限定されない。高分子電歪材料の例としては、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＤＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＡ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＨＦＰ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＶＣ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＶＦ）などのターポリマーが挙げられる（Ｐはポリを、ＶＤＦはビニリデンフルオライドを、ＴｒＦＥはトリフルオロエチレンを、ＣＦＥはクロロフルオロエチレンを、ＣＴＦＥはクロロトリフルオロエチレンを、ＣＤＦＥはクロロジフルオロエチレンを、ＨＦＡはヘキサフルオロアセトンを、ＨＦＰはヘキサフルオロプロピレンを、ＶＣはビニルクロライドを、ＶＦはビニルフルオライドを意味する）。なかでも、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）が、大きな歪みが得られる点で特に好ましい。電歪材料層１、１’、１ａ、１ｂの厚さは適宜設定してよいが、例えば数μｍ〜１００μｍ程度とし得る。電歪材料層１、１’、１ａ、１ｂは、各配置例につき、使用する高分子電歪材料および厚さが、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。

第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’は、電極として機能し得る限り、任意の適切な導電性材料から形成してよい。かかる導電性材料としては、有機導電性材料が、クラックが導入され難いので好ましい。有機導電性材料の例としては、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）、ＰＰｙ（ポリピロール）、ＰＡＮＩ（ポリアニリン）などが挙げられ、これらは、適宜、有機スルホン酸系化合物、例えばポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリ−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸などのドーパントがドープされ得る。なかでも、ポリスチレンスルホン酸がドープされたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）が好ましい。しかしながら本発明はこれに限定されず、他の導電性材料、例えばＮｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｔ−Ｐｄ（白金−パラジウム合金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ａｕ−Ｐｄ（金−パラジウム合金）などの金属材料を使用することも可能である。第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’の厚さは、使用する導電性材料などに応じて適宜設定してよいが、例えば２０ｎｍ〜１０μｍ程度とし得る。第１の電極３ａ、３ａ’および第２の電極３ｂ、３ｂ’は、各配置例につき、使用する導電性材料および厚さが、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。

再び図１を参照して、上記積層体１０は、全体としては、互いに対向した一対の扁平部１１ａ、１１ｂと、これら一対の扁平部１１ａ、１１ｂを周状に相互接続する一対の湾曲部１３ａ、１３ｂを有する。湾曲部１３ａ、１３ｂの内側には空隙１５ａ、１５ｂがそれぞれ規定される。図示する態様では、空隙１５ａ、１５ｂは、一対の扁平部１１ａ、１１ｂ間の空隙１５ｃと合わさって一体的な空洞部を構成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、一対の扁平部１１ａ、１１ｂが互いに接触し、これによって、空隙１５ａ、１５ｂが分断されていてもよい。

そして、積層体１０の軸垂直断面（上述した軸Ｃに対して垂直な断面）において、一対の扁平部１１ａ、１１ｂの成す外形幅Ｗ_１が、各湾曲部１３ａ、１３ｂの外形幅Ｗ_２より小さく、一対の扁平部１１ａ、１１ｂの間の距離ｄが、各湾曲部１３ａ、１３ｂの内形幅Ｗ_３より小さく、換言すれば、Ｗ_１＜Ｗ_２かつｄ＜Ｗ_３（但し、Ｗ_１＞ｄ≧０、Ｗ_２＞Ｗ_３＞０）を満たす。なお、本発明において、軸垂直断面における「幅」は、互いに対向する一対の扁平部１１ａ、１１ｂが延在する方向を長手方向（図１（ｂ）中、一点鎖線にて示す）とし、これに対して垂直な方向における最大寸法を言うものとする。上記の通り、Ｗ_１＜Ｗ_２かつｄ＜Ｗ_３とすることによって、各湾曲部１３ａ、１３ｂは、最小限より大きい曲率半径を有して湾曲することとなるので、積層体１０の最も内側の層に位置する電極部分であってもクラックが発生し難くなり、また、アクチュエータ動作時に湾曲部にかかる負荷を緩和することができる。これにより、湾曲部１３ａ、１３ｂないしその近傍に位置する電極部分にクラックが発生および拡張することを効果的に防止できる。

次に、かかる本実施形態の積層型アクチュエータの製造方法について説明する。

まず、電歪材料層を第１および第２の電極と共に、第１の電極と第２の電極との間に電歪材料層が挟まれるようにして、略円筒状（円筒状または実質的に円筒状、以下も同様）に巻回して積層することによって、略円筒状の積層体５（図６（ａ）参照）を形成する。

より詳細には、まず、電歪材料層の表面に第１および第２の電極の少なくとも一方を形成した２枚のシートを作製し、第１および第２の電極が直接接触してショートすることのないように、これら２枚のシートを重ね合わせる。

より詳細には、図２に示す配置例の場合には、次のようにして２枚のシートを重ね合わせる。まず、図４を参照して、電歪材料層１の両面に第１の電極３ａおよび第２の電極３ｂをそれぞれ形成したシートと、電歪材料層１’の両面に第１の電極３ａ’および第２の電極３ｂ’をそれぞれ形成したシートとを準備する。なお、これらシートは、同時に作製されたもの（例えば１枚のシートから分断されたもの）であってもよい。そして、これら２枚のシートを、第１の電極３ａ、３ａ’同士または第２の電極３ｂ、３ｂ’同士を対向させて（図４は後者の場合を例示的に示す）重ね合わせる。この場合、１つの電歪材料層に対して、第１および第２の電極が両面から十分に密着するので、高い電気効率を得ることができる。

また、図３に示す配置例の場合には、次のようにして２枚のシートを重ね合わせる。まず、図５を参照して、電歪材料層１ａの片面に第１の電極３ａを形成したシートと、電歪材料層１ｂの片面に第２の電極３ｂを形成したシートとを準備する。なお、これらシートは、同時に作製されたもの（例えば１枚のシートから分断されたもの）であってもよい。そして、これら２枚のシートを、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとが電歪材料層１ａ、１ｂを介して交互に配置されるように重ね合わせる。この場合、１つの電歪材料層に対して、第１および第２の電極のいずれかのみを形成すればよいので、より少ない工程数で作製可能である。

電歪材料層上への電極の形成は、使用する材料に応じて異なり得る。例えば、電極材料として、上述したような有機導電性材料を使用する場合には、電歪材料層上にマスクを配置し、その上から有機導電性材料含有液（例えばインクまたは塗料などとして市販で入手可能である）を噴霧し、適宜、乾燥および／または加熱した後、マスクを除去することによって、一様な電極パターンを形成することができる。なお、有機導電性材料含有液の粘度等によっては、インクジェット、はけ塗り、スクリーン印刷なども適用可能である。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、例えば、電極材料として、上述したような金属材料を用いる場合には、蒸着、スパッタなどを適用可能である。

次に、上記のようにして重ね合わせた２枚のシートを、略円筒状の巻芯の周囲に巻回して積層し、これにより、略円筒状の積層体を形成する。巻芯は、巻回の際に保持可能な限り、中空および中実のいずれであってもよい。そして、積層体を形成した後に、積層体から巻芯を抜き出して、図６（ａ）に示すような略円筒状の積層体５を得る。積層体の寸法および積層数は、所望される積層型アクチュエータの用途および仕様などによって様々であり得る。

その後、図６（ｂ）に示すように、略円筒状の積層体５の内側に、一対の柱状体７ａ、７ｂを配置する。このとき積層体５は、自身の可撓性によって、略円筒状でなくなっていてもよい。柱状体７ａ、７ｂは、いずれも湾曲側面を有し（図示する態様では円柱体を示す）、任意の適切な材料から成り得る。なお、ある程度の剛性を確保できれば、柱状体７ａ、７ｂは中空であっても差し支えない。柱状体７ａ、７ｂは、略円筒状の積層体５の内側に軸対称に配置することが好ましく、積層体５の内側面になるべく近い位置に配置することがより好ましい。

そして、この積層体５に外力および熱の少なくとも一方を作用させることによって、積層体５を変形させる。このとき、一対の柱状体７ａ、７ｂの間の距離は、固定されていても、可変であってもよい。外力は、手作業で加えても、機械的に加えても、真空吸引（例えば、柱状体７ａ、７ｂを内側に固定して配置した積層体５をパックまたは袋に入れ、その内部を真空にして、外部からの空気圧により潰す方法）などにより加えてもよい。熱は、電歪材料層に作用して成形することが可能であり、例えば、１００℃前後の熱を加え得る。

このようにして変形した積層体においては、一対の柱状体７ａ、７ｂの湾曲側面に沿った一対の湾曲部１３ａ、１３ｂが形成され、一対の柱状体７ａ、７ｂの間で互いに対向した一対の扁平部１１ａ、１１ｂが形成される。そして、一対の湾曲部１３ａ、１３ｂは、一対の扁平部１１ａ、１１ｂを周状に相互接続している。

使用する柱状体７ａ、７ｂの寸法（円柱体の場合、直径）ならびに外力および／または熱の大きさなどは、Ｗ_１＜Ｗ_２かつｄ＜Ｗ_３（但し、Ｗ_１＞ｄ≧０、Ｗ_２＞Ｗ_３＞０）を満たすように選択する。これにより、各湾曲部１３ａ、１３ｂは、最小限より大きい曲率半径を有して湾曲することとなり、クラックの発生が効果的に低減される。一対の扁平部１１ａ、１１ｂは、上記熱により圧着されていてもよい（ｄ＝０）。

その後、変形した筒状の積層体の内部から一対の柱状体７ａ、７ｂを抜き出し、これにより、図１に示す積層体１０が得られる。

以上のようにして得られた積層体１０は、第１および第２の電極を積層体１０からそれぞれ別個に引き出して、電源（図示せず）に接続して使用される。例えば、図４および図５に示すように電極パターンを形成した場合には、筒状の積層体１０の両端面に電極引出し部を形成することにより、第１の電極を片側の端面から、第２の電極をもう片側の端面から引き出すことができる。しかしながら、このことは必ずしも本発明に要せず、第１および第２の電極は、その他のパターンで形成されていてもよい。

以上のようにして、本実施形態の積層型アクチュエータが製造される。かかる積層型アクチュエータは、例えば、柱状体７ａおよび７ｂ間の距離をより大きく、またはより小さくして製造することによって、その形状を比較的自由に変えることが可能である。

かかる積層型アクチュエータは、第１および第２の電極間に電界が印加されると、それらの間に位置する電歪材料層が歪み、これにより、積層体１０が変形して変位を生じる。電界方向に対する電歪材料層の歪み方向は、３１方向（電界方向に対して垂直な方向、換言すれば、電歪材料層の面内方向）と３３方向（電界方向に対して平行な方向、換言すれば、電歪材料層の厚さ方向）のいずれか、またはこれらを複合したものであってよい。

積層型アクチュエータが示す変位の方向は、電歪材料層を延伸などにより所定の方向に予め異方性を持たせておくことにより選択可能である。具体的には、図７（ａ）に示す非駆動状態の積層型アクチュエータ１０Ａ（模試的に積層体のみを示しており、以下も同様である）に電界を印可した場合、駆動状態の例として、図７（ｂ）に示すようにＸ方向に変位した場合、および図７（ｃ）に示すようにＹ方向に変位した場合とがあり得る。図７（ｂ）に示す例の場合、予め軸Ｃに平行な方向（Ｘ方向）に延伸した電歪材料層を用いて図７（ａ）の積層型アクチュエータ１０Ａを作製することにより、第１および第２の電極間に電界が印加されると、それらの間の電歪材料層が軸Ｃに平行な方向（Ｘ方向）に伸長し、これにより、図７（ｂ）に示す積層型アクチュエータ１０ＢのようにＸ方向に伸長した変位を示す。また、図７（ｃ）に示す例の場合、予め軸Ｃに垂直な方向（Ｙ方向）に延伸した電歪材料層を用いて図７（ａ）の積層型アクチュエータ１０Ａを作製することにより、第１および第２の電極間に電界が印加されると、それらの間の電歪材料層が軸Ｃに垂直な方向（Ｙ方向）に伸長し、これにより、図７（ｃ）に示す積層型アクチュエータ１０ＣのようにＹ方向に伸長した変位を示す。しかしながら、本実施形態の積層型アクチュエータの変位方向は、これらの例に限定されず、軸Ｃに対する延伸方向の角度（傾斜角）を変えることにより、変位方向を調整することができる。なお、図７（ａ）〜（ｃ）に示す例は、上記３１方向に関する説明であるが、本実施形態の積層型アクチュエータは必ずしもこれに限定されない。

かかる本実施形態の積層型アクチュエータによれば、各湾曲部１３ａ、１３ｂは、最小限より大きい曲率半径を有して湾曲しているので、積層体１０の最も内側の層に位置する電極部分であっても、アクチュエータ動作時にかかる負荷を緩和することができる。これにより、湾曲部１３ａ、１３ｂないしその近傍に位置する電極部分にクラックが発生および拡張することを効果的に防止できる。

本発明の積層型アクチュエータは、特に制限されるものではないが、例えば人工筋肉、マイクロハンド、分析機器、民生用電子機器などのソフトアクチュエータとして、医療、福祉、ロボット産業、エンターテイメント産業、メカトロニクス、化学、電気などの様々な分野において幅広く利用され得る。

１、１’、１ａ、１ｂ 電歪材料層
３ａ、３ａ’ 第１の電極
３ｂ、３ｂ’ 第２の電極
５ 積層体
７ａ、７ｂ 柱状体
１０ 積層体
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 積層型アクチュエータ
１１ａ、１１ｂ 扁平部
１３ａ、１３ｂ 湾曲部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 空隙
Ｃ 軸
Ｗ_１ 一対の扁平部の成す外形幅
Ｗ_２ 湾曲部の外形幅
Ｗ_３ 湾曲部の内形幅
ｄ 一対の扁平部の間の距離

本発明の１つの要旨によれば、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータであって、
上記積層体が、互いに対向した一対の扁平部と、該一対の扁平部を周状に相互接続し、かつ内側に空隙を規定する一対の湾曲部とを有し、該積層体の軸垂直断面において、一対の扁平部の成す外形幅が、各湾曲部の外形幅より小さく、一対の扁平部の間の距離が、各湾曲部の内形幅より小さい、積層型アクチュエータが提供される。

本発明のもう１つの要旨によれば、電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータの製造方法であって、
電歪材料層を、該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に略円筒状に巻回して積層することによって、略円筒状の積層体を形成し、
該積層体の内側に、湾曲側面を有する一対の柱状体を配置し、
該一対の柱状体の間の距離を固定または可変とした状態で、該積層体に外力および熱の少なくとも一方を作用させることによって、変形した積層体であって、該一対の柱状体の間で互いに対向した一対の扁平部と、該一対の扁平部を周状に相互接続し、かつ該一対の柱状体の湾曲側面に沿った一対の湾曲部とを有する積層体を得、
該変形した積層体の内部から該一対の柱状体を抜き出す
ことを含む、積層型アクチュエータの製造方法が提供される。

Claims (6)

1. 電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータであって、
   筒状の前記積層体が、互いに対向した一対の扁平部と、該一対の扁平部を周状に相互接続し、かつ内側に空隙を規定する一対の湾曲部とを有し、該積層体の軸垂直断面において、一対の扁平部の成す外形幅が、各湾曲部の外形幅より小さく、一対の扁平部の間の距離が、各湾曲部の内形幅より小さい、積層型アクチュエータ。
2. 前記第１および第２の電極が、有機導電性材料から成る、請求項１に記載の積層型アクチュエータ。
3. 前記積層体において、隣り合う電歪材料層の間に、第１の電極または第２の電極が２層で存在する、請求項１または２に記載の積層型アクチュエータ。
4. 前記積層体において、隣り合う電歪材料層の間に、第１の電極または第２の電極が１層で存在する、請求項１または２に記載の積層型アクチュエータ。
5. 電歪材料層が該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に筒状に巻回されて積層された積層体を含む積層型アクチュエータの製造方法であって、
   電歪材料層を、該電歪材料層を間に挟む第１および第２の電極と共に略円筒状に巻回して積層することによって、略円筒状の積層体を形成し、
   該積層体の内側に、湾曲側面を有する一対の柱状体を配置し、
   該一対の柱状体の間の距離を固定または可変とした状態で、該積層体に外力および熱の少なくとも一方を作用させることによって、変形した筒状の積層体であって、該一対の柱状体の間で互いに対向した一対の扁平部と、該一対の扁平部を周状に相互接続し、かつ該一対の柱状体の湾曲側面に沿った一対の湾曲部とを有する積層体を得、
   該変形した筒状の積層体の内部から該一対の柱状体を抜き出す
   ことを含む、積層型アクチュエータの製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の積層型アクチュエータが製造される、請求項５に記載の製造方法。

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