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JP2008251833A - Actuator, and actuator convergence object - Google Patents

Actuator, and actuator convergence object Download PDF

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JP2008251833A
JP2008251833A JP2007091224A JP2007091224A JP2008251833A JP 2008251833 A JP2008251833 A JP 2008251833A JP 2007091224 A JP2007091224 A JP 2007091224A JP 2007091224 A JP2007091224 A JP 2007091224A JP 2008251833 A JP2008251833 A JP 2008251833A
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JP
Japan
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actuator
core material
dielectric film
electrodes
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007091224A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Ishiguro
正 石黒
Hiroaki Ito
弘昭 伊藤
Kazunobu Hashimoto
和信 橋本
Akitoshi Nozawa
明敏 野沢
Hitoshi Yoshikawa
均 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Riko Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Riko Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Riko Co Ltd filed Critical Sumitomo Riko Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator which can easily be miniaturized, is flexible and which has a large displacement amount. <P>SOLUTION: The actuator 1 is provided with a rod-like core material 2 which can elastically be deformed in an axial direction, which hardly has a volume change by elastic deformation and which has a side peripheral face continuing in the axial direction, and a cylindrical actuator element 3 which has a dielectric film 300 which is circularly arranged at a periphery of the core material 2 and is formed of dielectric elastomer, and a plurality of electrodes 301 disposed through the dielectric film 300 and in which the dielectric film 300 expands as applied voltage between the electrodes 301 becomes larger. The actuator element 3 is circularly arranged in the core material 2 in a state where it is previously and elastically deformed in the axial direction. The core material 2 is stopped in the state where elastic restoring force of the core material 2 and force of constraint of the actuator element 3 with respect to the core material 2 are balanced. The dielectric film 300 is expanded by impressing voltage between the electrodes 301, and force of constraint is reduced. Thus, elastic restoring force of the core material 2 is used and driving force is outputted in the axial direction. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、印加電圧に応じた誘電膜の伸縮により駆動力を出力するアクチュエータおよびアクチュエータ集束体に関する。   The present invention relates to an actuator that outputs a driving force by expansion and contraction of a dielectric film according to an applied voltage, and an actuator focusing body.

産業用、介護用等のロボット、医療機器、マイクロマシン等の分野では、柔軟性が高く、小型で軽量なアクチュエータの必要性が高まっている。このようなアクチュエータ材料として、例えば、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種々のポリマーが提案されている。   In the fields of industrial and nursing robots, medical equipment, micromachines, and the like, there is an increasing need for highly flexible, small, and lightweight actuators. As such an actuator material, for example, various polymers such as a conductive polymer, an ion conductive polymer (ICPF), and a dielectric elastomer have been proposed.

例えば、誘電体エラストマーを用いた電歪型アクチュエータとして、特許文献1には、ロール型のアクチュエータが紹介されている。すなわち、特許文献1に記載されたアクチュエータは、誘電体エラストマー膜と電極とを持つアクチュエータ素子が、圧縮されたコイルばねの外周に環装されてなる。アクチュエータ素子の電極に電圧を印加すると、誘電体エラストマー膜の膜厚が小さくなり、誘電体エラストマー膜は軸方向に伸長する。これにより、コイルばねに対する拘束力が小さくなり、コイルばね、つまりアクチュエータは軸方向に伸長する。   For example, as an electrostrictive actuator using a dielectric elastomer, Patent Document 1 introduces a roll-type actuator. That is, the actuator described in Patent Document 1 includes an actuator element having a dielectric elastomer film and an electrode, which is mounted on the outer periphery of a compressed coil spring. When a voltage is applied to the electrode of the actuator element, the thickness of the dielectric elastomer film decreases, and the dielectric elastomer film extends in the axial direction. Thereby, the restraining force with respect to the coil spring is reduced, and the coil spring, that is, the actuator extends in the axial direction.

また、特許文献2には、誘電体エラストマー膜と電極とからなる筒状のアクチュエータ素子を備えるアクチュエータが紹介されている。アクチュエータ素子の電極に電圧を印加すると、上記特許文献1に記載のアクチュエータと同様、誘電体エラストマー膜の膜厚が小さくなり、誘電体エラストマー膜は軸方向に伸長する。これにより、アクチュエータは軸方向に伸長する。
特表2006−520180号公報 特開2003−230288号公報
Patent Document 2 introduces an actuator including a cylindrical actuator element composed of a dielectric elastomer film and an electrode. When a voltage is applied to the electrode of the actuator element, like the actuator described in Patent Document 1, the thickness of the dielectric elastomer film decreases, and the dielectric elastomer film extends in the axial direction. As a result, the actuator extends in the axial direction.
Special table 2006-520180 gazette Japanese Patent Laying-Open No. 2003-230288

特許文献1のアクチュエータの場合、電圧を印加してアクチュエータ素子が伸長する際、アクチュエータ素子の内径側に配置されているコイルばねは、直径を変えずに伸長する。このため、伸長時にアクチュエータ素子とコイルばねとが干渉し、アクチュエータの軸方向の変位が妨げられるおそれがある。反対に、電圧の印加をやめると、アクチュエータ素子は軸方向に収縮する。収縮するアクチュエータ素子からの拘束力により、コイルばねは軸方向に圧縮される。ここで、収縮する際、電圧印加により小さくなった誘電体エラストマー膜の膜厚は、元の厚さに復元すべく、大きくなる。一方、コイルばねは、直径を変えずに収縮する。このため、収縮時にアクチュエータ素子とコイルばねとが干渉し、例えば、コイルばねのピッチにアクチュエータ素子が噛み込まれるおそれがある。また、特許文献1のアクチュエータは、コイルばねを芯材とする。このため、アクチュエータを細く、小さくすることが難しい。さらに、コイルばねは剛体であるため、柔軟な動きを実現しにくい。   In the case of the actuator of Patent Document 1, when a voltage is applied and the actuator element extends, the coil spring disposed on the inner diameter side of the actuator element extends without changing the diameter. For this reason, the actuator element and the coil spring interfere with each other at the time of extension, and the axial displacement of the actuator may be hindered. On the contrary, when the voltage application is stopped, the actuator element contracts in the axial direction. The coil spring is compressed in the axial direction by the restraining force from the contracting actuator element. Here, when shrinking, the thickness of the dielectric elastomer film, which has been reduced by the application of voltage, increases to restore the original thickness. On the other hand, the coil spring contracts without changing its diameter. For this reason, the actuator element and the coil spring interfere with each other at the time of contraction, and the actuator element may be bitten by the pitch of the coil spring, for example. Moreover, the actuator of patent document 1 uses a coil spring as a core material. For this reason, it is difficult to make the actuator thin and small. Furthermore, since the coil spring is a rigid body, it is difficult to realize a flexible movement.

また、特許文献2のアクチュエータの場合、アクチュエータ素子が自然状態から伸長した分だけ変位する。しかしながら、特許文献2のアクチュエータには、アクチュエータ素子の伸長方向を配向する部材が配置されていない。このため、特許文献2のアクチュエータによると、伸長方向を一つの方向に揃えにくい。したがって、軸方向における変位量が小さい。   Further, in the case of the actuator of Patent Document 2, the actuator element is displaced by the amount that is extended from the natural state. However, the actuator of Patent Document 2 is not provided with a member that orients the extending direction of the actuator element. For this reason, according to the actuator of Patent Document 2, it is difficult to align the extension direction in one direction. Therefore, the amount of displacement in the axial direction is small.

本発明は、このような実情に鑑みて完成されたものであり、小型化が容易で、柔軟で変位量の大きなアクチュエータを提供することを課題とする。   The present invention has been completed in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an actuator that can be easily downsized, is flexible, and has a large amount of displacement.

(1)上記課題を解決するため、本発明の第一のアクチュエータは、軸方向に弾性変形可能であって、弾性変形による体積変化がほぼなく、軸方向に連続する側周面を持つ棒状の芯材と、該芯材の周囲に環装され、誘電体エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を有し、該電極間への印加電圧が大きくなるに従って該誘電膜が伸長する筒状のアクチュエータ素子と、を備えてなり、該アクチュエータ素子は、予め軸方向に弾性変形した状態の該芯材に環装されており、該芯材の弾性復元力と該アクチュエータ素子の該芯材に対する拘束力とが釣り合った状態で、該芯材は停止しており、該電極間に電圧を印加することにより該誘電膜を伸長させ、該拘束力を小さくすることにより、該芯材の弾性復元力を利用して、軸方向に駆動力を出力可能なことを特徴とする(請求項1に対応)。   (1) In order to solve the above problems, the first actuator of the present invention is elastically deformable in the axial direction, has almost no volume change due to elastic deformation, and has a rod-like shape having a side peripheral surface continuous in the axial direction. A core material, a dielectric film made of a dielectric elastomer that is wrapped around the core material, and a plurality of electrodes disposed via the dielectric film, and an applied voltage between the electrodes is A cylindrical actuator element in which the dielectric film expands as the size increases, and the actuator element is preliminarily mounted on the core material that is elastically deformed in the axial direction in advance. In a state where the restoring force and the restraining force of the actuator element with respect to the core material are balanced, the core material is stopped, and by applying a voltage between the electrodes, the dielectric film is stretched, and the restraining force is increased. By making small, the elastic restoring force of the core material And use, characterized in that capable of outputting driving force in the axial direction (corresponding to claim 1).

以下、原理図を用いて、本発明の第一のアクチュエータ(以下、本構成において、単に「本発明のアクチュエータ」と称す。構成(2)〜(4)において同じ。)の作用を説明する。ただし、以下に示す図1、図2は、本発明のアクチュエータの作用を説明するためだけのものであり、本発明のアクチュエータの構成、形状等を何ら限定するものではない。例えば、誘電膜の積層数、電極あるいは誘電膜の厚さ、電極の配置数、芯材の形状、芯材が中実か中空かなどを、何ら限定するものではない。   Hereinafter, the operation of the first actuator of the present invention (hereinafter referred to simply as “the actuator of the present invention” in the present configuration. The same applies to configurations (2) to (4)) will be described using the principle diagram. However, FIGS. 1 and 2 shown below are only for explaining the operation of the actuator of the present invention, and do not limit the configuration, shape, and the like of the actuator of the present invention. For example, the number of laminated dielectric films, the thickness of electrodes or dielectric films, the number of electrodes arranged, the shape of the core material, and whether the core material is solid or hollow are not limited at all.

まず、図1に、本発明のアクチュエータにおけるアクチュエータ素子の原理図を示す。(a)は電圧印加前の状態を、(b)は電圧印加中の状態を、それぞれ示す。図1に示すように、アクチュエータ素子bは、誘電膜b1と電極b2とを備えている。電極b2は、誘電膜b1の両面に配置されている。電極b2は、スイッチd2および電源d1と共に、電気回路を構成している。図1(b)に示すように、スイッチd2を閉成すると、電極b2間に電圧が印加される。これにより、電極b2間の静電引力が大きくなる。このため、図1(b)中、白抜き矢印で示すように、誘電膜b1は、膜厚方向に収縮するように変形する。並びに、誘電膜b1は、面展開方向に伸長するように変形する。よって、アクチュエータ素子bは、面展開方向に距離L1だけ伸長する。   First, FIG. 1 shows a principle diagram of an actuator element in the actuator of the present invention. (A) shows a state before voltage application, and (b) shows a state during voltage application. As shown in FIG. 1, the actuator element b includes a dielectric film b1 and an electrode b2. The electrode b2 is disposed on both surfaces of the dielectric film b1. The electrode b2 forms an electric circuit together with the switch d2 and the power source d1. As shown in FIG. 1B, when the switch d2 is closed, a voltage is applied between the electrodes b2. Thereby, the electrostatic attractive force between the electrodes b2 is increased. For this reason, the dielectric film b1 is deformed so as to contract in the film thickness direction as indicated by the white arrow in FIG. In addition, the dielectric film b1 is deformed so as to extend in the surface development direction. Therefore, the actuator element b extends by the distance L1 in the surface development direction.

次に、図1のアクチュエータ素子bを用いた本発明のアクチュエータの原理図を、図2に示す。(a)は電圧印加前の状態を、(b)は電圧印加中の状態を、それぞれ示す。図2に示すように、アクチュエータaは、芯材cとアクチュエータ素子bとを備えている。アクチュエータ素子bは、芯材cの周囲に環装されている。図2において、芯材cは、自然状態に対して予め軸方向に弾性的に圧縮されている(勿論、予め伸長されていてもよい)。すなわち、アクチュエータ素子bは、予め軸方向に弾性的に圧縮変形した状態の芯材cの周囲に環装されている。このため、図2(a)において、芯材cの弾性復元力(伸長力)F1と、アクチュエータ素子bの芯材cに対する拘束力F2とは、釣り合っている。   Next, the principle diagram of the actuator of the present invention using the actuator element b of FIG. 1 is shown in FIG. (A) shows a state before voltage application, and (b) shows a state during voltage application. As shown in FIG. 2, the actuator a includes a core material c and an actuator element b. The actuator element b is wrapped around the core material c. In FIG. 2, the core material c is elastically compressed in advance in the axial direction with respect to the natural state (of course, it may be expanded in advance). That is, the actuator element b is wrapped around the core material c in a state of being elastically compressed and deformed in the axial direction in advance. For this reason, in FIG. 2A, the elastic restoring force (extension force) F1 of the core material c and the restraining force F2 of the actuator element b with respect to the core material c are balanced.

この状態で、電極b2間に電圧を印加すると、前出図1(b)に示すように、距離L1だけアクチュエータ素子bが伸長する。このため、その分だけ、拘束力F2が小さくなる。したがって、拘束力F2が小さくなった分だけ、図2(b)で示すように、芯材cの弾性復元力F1により、アクチュエータaが距離L2だけ伸長する。アクチュエータaの伸長は、再び弾性復元力F1と拘束力F2とが釣り合う位置で停止する。   In this state, when a voltage is applied between the electrodes b2, the actuator element b extends by a distance L1, as shown in FIG. For this reason, the restraining force F2 becomes small by that much. Therefore, as shown in FIG. 2B, the actuator a is extended by the distance L2 by the elastic restoring force F1 of the core material c as much as the restraining force F2 is reduced. The extension of the actuator a stops again at a position where the elastic restoring force F1 and the restraining force F2 are balanced.

以上説明したように、本発明のアクチュエータaは、拘束力F2を変化させることにより、弾性復元力F1と拘束力F2との釣り合い位置を変化させて、アクチュエータaを伸長あるいは収縮させ、駆動力を出力するものである。   As described above, the actuator a according to the present invention changes the balance position between the elastic restoring force F1 and the restraining force F2 by changing the restraining force F2, thereby extending or contracting the actuator a, thereby increasing the driving force. Output.

本発明のアクチュエータの芯材は、棒状を呈し、弾性変形しても体積がほとんど変わらない。つまり、軸方向に伸長した場合には縮径し、収縮した場合には拡径する。このため、本発明のアクチュエータによると、伸長時に芯材とアクチュエータ素子とが干渉しにくい。また、芯材は、軸方向に連続する側周面を持つ。このため、圧縮されても、例えばコイルばねのように、アクチュエータ素子を噛み込むおそれはない。   The core material of the actuator of the present invention has a rod shape, and its volume hardly changes even when elastically deformed. That is, the diameter is reduced when extending in the axial direction, and the diameter is increased when contracting. For this reason, according to the actuator of this invention, a core material and an actuator element do not interfere easily at the time of expansion | extension. The core member has a side peripheral surface that is continuous in the axial direction. For this reason, even if it compresses, there is no possibility that an actuator element may be bitten like a coil spring, for example.

本発明のアクチュエータによると、アクチュエータ素子の伸縮方向が芯材により軸方向に配向される。このため、軸方向の変位量が大きい。また、本発明のアクチュエータは、芯材の弾性復元力とアクチュエータ素子の拘束力との釣り合い位置の変化により伸縮し、駆動力を出力する。このため、アクチュエータの姿勢によらず、安定した動作が可能となる。また、アクチュエータ素子は芯材に環装されている。このため、小型化しやすい。また、誘電膜の種類、積層数、膜厚や、電極対の数、配置等を変化させることにより、本発明のアクチュエータにおける駆動力や変位量等を容易に調整することができる。   According to the actuator of the present invention, the expansion / contraction direction of the actuator element is oriented in the axial direction by the core material. For this reason, the amount of axial displacement is large. The actuator of the present invention expands and contracts due to a change in the balance position between the elastic restoring force of the core member and the restraining force of the actuator element, and outputs a driving force. For this reason, stable operation is possible regardless of the attitude of the actuator. The actuator element is wrapped around the core material. For this reason, it is easy to miniaturize. In addition, by changing the type, the number of stacked layers, the film thickness, the number of electrode pairs, the arrangement, and the like of the dielectric film, it is possible to easily adjust the driving force and the displacement amount in the actuator of the present invention.

(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記芯材は、エラストマーからなる構成とするとよい(請求項2に対応)。   (2) Preferably, in the configuration of the above (1), the core material is made of an elastomer (corresponding to claim 2).

エラストマーのポアソン比は0.5に近い。このため、弾性変形による体積変化が起こりにくい。また、エラストマーによれば、様々な大きさ、形状の芯材を簡単に作製することができる。例えば、押出し加工や、紡糸技術等を利用して、より細く、小さな芯材を作製しやすい。これにより、本発明のアクチュエータをより細く、小さくすることができる。また、芯材をエラストマー製とすることで、より柔軟な動きを実現することができる。このように、本構成によると、例えば、人工筋肉への適用が容易になる。   The Poisson's ratio of the elastomer is close to 0.5. For this reason, volume change due to elastic deformation hardly occurs. Moreover, according to the elastomer, core materials of various sizes and shapes can be easily produced. For example, it is easy to produce a thinner and smaller core using extrusion processing, spinning technology, or the like. Thereby, the actuator of the present invention can be made thinner and smaller. Further, by making the core material made of an elastomer, more flexible movement can be realized. Thus, according to the present configuration, for example, application to artificial muscles is facilitated.

(3)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が、前記芯材の周囲に渦巻状に巻回されてなる構成とするとよい(請求項3に対応)。   (3) Preferably, in the configuration of (1) or (2), the actuator element includes the dielectric film, the pair of electrodes disposed on both surfaces of the dielectric film, and one of the pair of electrodes. A stretchable film having an insulating film disposed on the surface of the core member may be wound around the core material in a spiral shape (corresponding to claim 3).

本構成によると、芯材に所定の伸縮膜を巻き付けることにより、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、伸縮膜の巻回数の調整が容易である。これにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、伸縮膜において、一方の電極表面には絶縁膜が配置されている。このため、巻回された伸縮膜において、隣接する電極同士は接触しない。よって、隣接する電極間の導通を防止することができる。   According to this structure, the actuator of this invention can be easily produced by winding a predetermined elastic film around a core material. In addition, it is easy to adjust the number of turns of the stretch film. Thereby, a desired driving force and displacement amount can be easily obtained. In the stretchable film, an insulating film is disposed on one electrode surface. For this reason, in the wound stretchable film, adjacent electrodes do not contact each other. Therefore, conduction between adjacent electrodes can be prevented.

(4)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記アクチュエータ素子は、前記芯材の周囲に前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる構成とするとよい(請求項4に対応)。   (4) Preferably, in the configuration of the above (1) or (2), the actuator element may be configured such that the dielectric films and the electrodes are alternately and concentrically stacked around the core material. (Corresponding to claim 4).

本構成によると、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、積層させる誘電膜数等を調整することにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、積層された各誘電膜層において、印加電圧を効率よく誘電膜の伸長に使用することができる。   According to this configuration, the actuator of the present invention can be easily manufactured. Further, by adjusting the number of dielectric films to be laminated, etc., a desired driving force and displacement amount can be easily obtained. In addition, in each of the laminated dielectric film layers, the applied voltage can be efficiently used for extending the dielectric film.

(5)また、上記課題を解決するため、本発明の第二のアクチュエータは、誘電体エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を有し、該電極間への印加電圧が大きくなるに従って該誘電膜が伸長する筒状のアクチュエータ素子と、該アクチュエータ素子の軸部に配置された中空部と、を備えてなり、該中空部には、圧縮気体が封入されており、該電極間への印加電圧を大きくし、該誘電膜を伸長させることにより、該圧縮気体の膨張力に従って変形することを特徴とする(請求項5に対応)。   (5) Moreover, in order to solve the said subject, the 2nd actuator of this invention has a dielectric film made from a dielectric elastomer, and the some electrode arrange | positioned through this dielectric film, A cylindrical actuator element in which the dielectric film expands as the applied voltage between the electrodes increases, and a hollow part disposed at the shaft part of the actuator element. The hollow part includes a compressed gas And is deformed according to the expansion force of the compressed gas by increasing the voltage applied between the electrodes and extending the dielectric film (corresponding to claim 5).

本発明の第二のアクチュエータ(以下、本構成において、単に「本発明のアクチュエータ」と称す。構成(6)〜(10)において同じ。)は、上記本発明の第一のアクチュエータにおける芯材に替えて、圧縮気体が封入された中空部を備える。中空部の周囲には、筒状のアクチュエータ素子が配置されている。アクチュエータ素子は、圧縮気体の膨張力により伸張された状態で配置されている。ここで、圧縮気体の膨張力とアクチュエータ素子の拘束力とは、釣り合っている。   The second actuator of the present invention (hereinafter referred to simply as “the actuator of the present invention” in the present configuration. The same applies to configurations (6) to (10)) is used as the core material in the first actuator of the present invention. Instead, it includes a hollow portion filled with compressed gas. A cylindrical actuator element is disposed around the hollow portion. The actuator element is arranged in a state of being expanded by the expansion force of the compressed gas. Here, the expansion force of the compressed gas and the restraining force of the actuator element are balanced.

前出図1で説明したように、アクチュエータ素子の電極間に電圧を印加すると、アクチュエータ素子は面展開方向に伸長する。このため、その分だけ、アクチュエータ素子の中空部に対する拘束力が小さくなる。したがって、拘束力が小さくなった分だけ、圧縮気体の膨張力により、アクチュエータ素子は膨張する。すなわち、本発明のアクチュエータは膨張する。一方、電圧の印加を停止すると、アクチュエータ素子は面展開方向に収縮する。ここで、アクチュエータ素子は、中空部に充填された気体を圧縮しながら収縮する。アクチュエータ素子の拘束力と圧縮気体の膨張力とが釣り合う位置まで、本発明のアクチュエータは収縮する。   As described above with reference to FIG. 1, when a voltage is applied between the electrodes of the actuator element, the actuator element expands in the surface development direction. For this reason, the restraining force with respect to the hollow part of an actuator element becomes small by that much. Therefore, the actuator element expands by the expansion force of the compressed gas by the amount that the restraining force is reduced. That is, the actuator of the present invention expands. On the other hand, when the application of voltage is stopped, the actuator element contracts in the surface expansion direction. Here, the actuator element contracts while compressing the gas filled in the hollow portion. The actuator of the present invention contracts to a position where the restraining force of the actuator element and the expansion force of the compressed gas are balanced.

このように、本発明のアクチュエータは、中空部に対する拘束力を変化させることにより、圧縮気体の膨張力と拘束力との釣り合い位置を変化させて、アクチュエータを膨張あるいは収縮させ、駆動力を出力するものである。したがって、アクチュエータの姿勢によらず、安定した動作が可能となる。また、芯材が不要なため、小型化しやすい。また、圧縮気体の物性、充填圧力、誘電膜の種類、積層数、膜厚や、電極対の数、配置等を変化させることにより、本発明のアクチュエータにおける駆動力や変位量等を容易に調整することができる。   As described above, the actuator of the present invention changes the balance position between the expansion force and the constraint force of the compressed gas by changing the constraint force with respect to the hollow portion, and expands or contracts the actuator, and outputs the drive force. Is. Therefore, stable operation is possible regardless of the attitude of the actuator. Moreover, since a core material is unnecessary, it is easy to reduce the size. In addition, by changing the physical properties of the compressed gas, filling pressure, type of dielectric film, number of stacked layers, film thickness, number of electrode pairs, arrangement, etc., the driving force and displacement amount of the actuator of the present invention can be easily adjusted. can do.

(6)好ましくは、上記(5)の構成において、前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が、前記中空部の周囲に渦巻状に巻回されてなる構成とするとよい(請求項6に対応)。   (6) Preferably, in the configuration of (5), the actuator element is disposed on the dielectric film, the pair of electrodes disposed on both surfaces of the dielectric film, and one surface of the pair of electrodes. It is preferable that the stretchable film including the insulating film is wound around the hollow portion in a spiral shape (corresponding to claim 6).

本構成によると、所定の伸縮膜を巻回して本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、伸縮膜の巻回数の調整が容易である。これにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、伸縮膜において、一方の電極表面には絶縁膜が配置されている。このため、巻回された伸縮膜において、隣接する電極同士は接触しない。よって、隣接する電極間の導通を防止することができる。   According to this configuration, the actuator of the present invention can be easily manufactured by winding a predetermined stretch film. In addition, it is easy to adjust the number of turns of the stretch film. Thereby, a desired driving force and displacement amount can be easily obtained. In the stretchable film, an insulating film is disposed on one electrode surface. For this reason, in the wound stretchable film, adjacent electrodes do not contact each other. Therefore, conduction between adjacent electrodes can be prevented.

(7)好ましくは、上記(5)の構成において、前記アクチュエータ素子は、前記中空部の周囲に前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる構成とするとよい(請求項7に対応)。   (7) Preferably, in the configuration of the above (5), the actuator element may be configured such that the dielectric film and the electrode are alternately and concentrically stacked around the hollow portion. Corresponding).

本構成によると、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、積層させる誘電膜数等を調整することにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。また、積層された各誘電膜層において、印加電圧を効率よく誘電膜の伸長に使用することができる。   According to this configuration, the actuator of the present invention can be easily manufactured. Further, by adjusting the number of dielectric films to be laminated, etc., a desired driving force and displacement amount can be easily obtained. In addition, in each of the laminated dielectric film layers, the applied voltage can be efficiently used for extending the dielectric film.

(8)好ましくは、上記(5)ないし(7)のいずれかの構成において、前記中空部は、前記アクチュエータ素子により袋状に形成されている構成とするとよい(請求項8に対応)。本構成によると、中空部を形成するために新たな部品を使用する必要がない。つまり、部品点数が少なくてよい。   (8) Preferably, in any one of the configurations (5) to (7), the hollow portion may be formed in a bag shape by the actuator element (corresponding to claim 8). According to this structure, it is not necessary to use a new part in order to form a hollow part. That is, the number of parts may be small.

(9)好ましくは、上記(5)ないし(8)のいずれかの構成において、さらに、前記中空部の形状を保持するための保形部材を持つ構成とするとよい(請求項9に対応)。本構成によると、保形部材により、中空部を所望の形状に形成することができる。また、保形部材を用いると、アクチュエータ素子を配置しやすい。このため、本発明のアクチュエータの作製が容易になる。また、アクチュエータ素子の変形方向を、所望の方向に設定しやすい。   (9) Preferably, in any one of the above configurations (5) to (8), the configuration may further include a shape retaining member for retaining the shape of the hollow portion (corresponding to claim 9). According to this structure, a hollow part can be formed in a desired shape with a shape-retaining member. In addition, when the shape retaining member is used, the actuator element can be easily arranged. For this reason, the production of the actuator of the present invention is facilitated. In addition, the deformation direction of the actuator element can be easily set to a desired direction.

(10)好ましくは、上記(5)ないし(9)のいずれかの構成において、さらに、前記中空部に前記圧縮気体を充填可能なバルブを備える構成とするとよい(請求項10に対応)。本構成によると、中空部への圧縮気体の充填が容易になる。また、排出が必要な場合(勿論、排出しなくてもよい)は、排出も容易になる。したがって、例えば、使用途中で圧縮気体の圧力(膨張力)が低下した場合には、圧縮気体を補充することができるなど、メンテナンスがしやすい。   (10) Preferably, in the configuration of any one of (5) to (9), a valve capable of filling the hollow portion with the compressed gas is further provided (corresponding to claim 10). According to this configuration, it is easy to fill the hollow portion with the compressed gas. Moreover, when discharge is necessary (of course, it is not necessary to discharge), discharge becomes easy. Therefore, for example, when the pressure (expansion force) of the compressed gas is lowered during use, the compressed gas can be replenished and maintenance is easy.

(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、軸直方向の最大直径が5mm未満である構成とするとよい(請求項11に対応)。上述したように、本発明の第一のアクチュエータは、棒状の芯材と、その周囲に環装されたアクチュエータ素子と、を備えてなる。また、本発明の第二のアクチュエータは、筒状のアクチュエータ素子と、その軸部に配置された中空部と、を備えてなる。これら本発明の第一、第二の各アクチュエータ(以下、特に明示しない場合は、両者をまとめて「本発明のアクチューエータ」と称す)の軸方向、軸直方向の大きさは、特に限定されるものではない。例えば、本構成によると、軸直方向の最大直径が5mm未満の細い紐状のアクチュエータを構成することができる。この場合、より低電圧で駆動することが可能となる。さらに、軸直方向の最大直径を0.5mm未満として、さらに細い繊維状のアクチュエータを構成してもよい。これら、紐状、繊維状のアクチュエータは、人工筋肉に適している。   (11) Preferably, in any one of the configurations (1) to (10), the maximum diameter in the axial direction is less than 5 mm (corresponding to claim 11). As described above, the first actuator of the present invention includes a rod-shaped core member and an actuator element that is provided around the rod-shaped core member. Moreover, the 2nd actuator of this invention is equipped with a cylindrical actuator element and the hollow part arrange | positioned at the axial part. The sizes of the first and second actuators of the present invention (hereinafter referred to as “actuators of the present invention” collectively unless otherwise specified) are particularly limited. Is not to be done. For example, according to this configuration, it is possible to configure a thin string-like actuator having a maximum diameter in the axial direction of less than 5 mm. In this case, it is possible to drive at a lower voltage. Furthermore, a finer fibrous actuator may be configured with the maximum diameter in the axial direction being less than 0.5 mm. These string-like and fiber-like actuators are suitable for artificial muscles.

(12)好ましくは、上記(1)ないし(11)のいずれかの構成において、前記電極は、エラストマーと導電材との混合材からなる構成とするとよい(請求項12に対応)。 電極が誘電膜と共に伸縮しにくいと、電極により誘電膜の伸縮が妨げられる。この点、本構成によると、電極は、導電材に加えて柔軟なエラストマーを含んだ混合材からなる。したがって、電極は誘電膜と一体となって伸長、収縮することができる。このため、誘電膜の伸縮を妨げにくく、所望の変位量を得やすい。   (12) Preferably, in any one of the configurations (1) to (11), the electrode may be composed of a mixture of an elastomer and a conductive material (corresponding to claim 12). If the electrode is difficult to expand and contract together with the dielectric film, the electrode prevents the expansion and contraction of the dielectric film. In this regard, according to the present configuration, the electrode is made of a mixed material containing a flexible elastomer in addition to the conductive material. Therefore, the electrode can be extended and contracted integrally with the dielectric film. For this reason, it is difficult to prevent expansion and contraction of the dielectric film, and a desired amount of displacement is easily obtained.

(13)本発明のアクチュエータ集束体は、上記(1)ないし(12)のいずれかの構成のアクチュエータが、複数束ねられてなることを特徴とする(請求項13に対応)。上記本発明のアクチュエータを複数束ねることにより、より大きな駆動力を出力することができる。特に、上記本発明のアクチュエータが紐状や繊維状の場合には、本発明のアクチュエータ集束体として好適である。   (13) The actuator focusing body of the present invention is characterized in that a plurality of the actuators having any one of the constitutions (1) to (12) are bundled (corresponding to claim 13). A larger driving force can be output by bundling a plurality of the actuators of the present invention. In particular, when the actuator of the present invention has a string shape or a fiber shape, it is suitable as the actuator focusing body of the present invention.

以下、本発明のアクチュエータおよびアクチュエータ集束体の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the actuator and the actuator focusing body of the present invention will be described.

<第一実施形態>
[アクチュエータの構成]
まず、本実施形態のアクチュエータの構成について説明する。図3に、本実施形態のアクチュエータの斜視図を示す。図4に、同アクチュエータの斜視分解図を示す。図5に、同アクチュエータの軸直方向断面図を示す。図6に、同アクチュエータの軸方向断面図を示す。図3〜図6に示すように、本実施形態のアクチュエータ1は、芯材2とアクチュエータ素子3とを備えている。
<First embodiment>
[Configuration of actuator]
First, the configuration of the actuator of this embodiment will be described. FIG. 3 shows a perspective view of the actuator of this embodiment. FIG. 4 is an exploded perspective view of the actuator. FIG. 5 shows a cross-sectional view in the direction perpendicular to the axis of the actuator. FIG. 6 shows an axial sectional view of the actuator. As shown in FIGS. 3 to 6, the actuator 1 of this embodiment includes a core material 2 and an actuator element 3.

芯材2は、エラストマー製であって、丸棒状を呈している。アクチュエータ素子3は、円筒状を呈している。アクチュエータ素子3は、帯状の伸縮膜30からなる。アクチュエータ素子3は、芯材2の外周面に環装されている。具体的には、アクチュエータ素子3は、伸縮膜30が芯材2の外周面に渦巻状に巻回されることにより、芯材2に環装されている。なお、伸縮膜30は、予め軸方向に弾性的に伸長された芯材2に巻回されている。この点については、後で詳しく説明する。   The core material 2 is made of an elastomer and has a round bar shape. The actuator element 3 has a cylindrical shape. The actuator element 3 is composed of a belt-shaped stretch film 30. The actuator element 3 is wrapped around the outer peripheral surface of the core material 2. Specifically, the actuator element 3 is wrapped around the core material 2 by winding the stretchable film 30 around the outer peripheral surface of the core material 2 in a spiral shape. The stretchable film 30 is wound around a core material 2 that is elastically stretched in the axial direction in advance. This point will be described in detail later.

伸縮膜30は、誘電膜300と電極301と絶縁膜302とを備えている。誘電膜300は、アクリルゴム製である。電極301は、導電性カーボンとエラストマーとを混合したエラストマー膜(混合材)からなる。電極301は、誘電膜300の両面に、一対配置されている。電極301は、前出図1に示すように、電源およびスイッチと電気的に接続されている。絶縁膜302は、アクリルゴム製であって、一対の電極301のうち、径方向外側の電極301の外周面に固定されている。   The stretchable film 30 includes a dielectric film 300, an electrode 301, and an insulating film 302. The dielectric film 300 is made of acrylic rubber. The electrode 301 is made of an elastomer film (mixed material) obtained by mixing conductive carbon and an elastomer. A pair of electrodes 301 are disposed on both surfaces of the dielectric film 300. The electrode 301 is electrically connected to a power source and a switch as shown in FIG. The insulating film 302 is made of acrylic rubber, and is fixed to the outer peripheral surface of the radially outer electrode 301 of the pair of electrodes 301.

伸縮膜30は、図5に示すように、芯材2の外周面に、略五層になるように巻き付けられている。図6に点線枠で示すように、芯材2の軸方向両端部分においては、芯材2と最内層の伸縮膜30、および径方向に隣り合う伸縮膜30同士が、互いに接着されている。また、アクチュエータ1の軸直方向の直径は約5mmである。   As shown in FIG. 5, the stretchable film 30 is wound around the outer peripheral surface of the core material 2 so as to be approximately five layers. As shown by a dotted frame in FIG. 6, the core material 2, the innermost stretch film 30, and the stretch films 30 adjacent to each other in the radial direction are bonded to each other at both axial ends of the core material 2. The diameter of the actuator 1 in the direction perpendicular to the axis is about 5 mm.

[アクチュエータの製造方法]
次に、本実施形態のアクチュエータ1の製造方法について説明する。図7に、本実施形態のアクチュエータ1の製造方法の模式図を示す。本実施形態のアクチュエータ1の製造方法は、芯材伸長工程と伸縮膜巻回工程とを有している。図7(a)は芯材伸長工程を示す側面図である。図7(b)は伸縮膜巻回工程を示す斜視図である。芯材伸長工程においては、図7(a)に示すように、自然状態(図7(a)中、点線で示す)の芯材2を、軸方向に弾性的に伸長させる。伸縮膜巻回工程においては、図7(b)に示すように、予め作製済みの伸縮膜30を、伸長させた状態の芯材2の外周面に巻き付ける。このようにして、本実施形態のアクチュエータ1を製造する。
[Actuator manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the actuator 1 of the present embodiment will be described. In FIG. 7, the schematic diagram of the manufacturing method of the actuator 1 of this embodiment is shown. The manufacturing method of the actuator 1 of this embodiment has a core material extending | stretching process and an elastic membrane winding process. Fig.7 (a) is a side view which shows a core material expansion | extension process. FIG. 7B is a perspective view showing the stretch film winding process. In the core material extension step, as shown in FIG. 7A, the core material 2 in a natural state (indicated by a dotted line in FIG. 7A) is elastically extended in the axial direction. In the stretch film winding step, as shown in FIG. 7B, the stretch film 30 that has been prepared in advance is wound around the outer peripheral surface of the core material 2 in the stretched state. In this way, the actuator 1 of the present embodiment is manufactured.

完成したアクチュエータ1の芯材2は、伸縮膜30により、径方向外側から拘束されている。このため、アクチュエータ1は、芯材2の収縮方向の弾性復元力と、伸縮膜30の芯材2に対する拘束力と、が釣り合った状態で、停止している。   The core material 2 of the completed actuator 1 is restrained from the outside in the radial direction by the stretchable film 30. For this reason, the actuator 1 is stopped in a state where the elastic restoring force in the contracting direction of the core material 2 and the restraining force of the stretchable film 30 on the core material 2 are balanced.

[アクチュエータの動き]
次に、本実施形態のアクチュエータ1の動きについて説明する。まず、電圧印加時の動きについて説明する。図8に、本実施形態のアクチュエータ1の電圧印加中における軸方向断面図を示す。なお、図8中、点線は、電圧印加前(前出図6参照)における芯材2の形状を示す。前出図6に示す状態において、一対の電極301間に電圧を印加すると、誘電膜300が表裏方向(膜厚方向)に圧縮される。このため、誘電膜300の膜厚が小さくなる。膜厚が小さくなると、その分、誘電膜300の面積が広くなる。したがって、誘電膜300は、電極301、絶縁膜302と共に伸長する。すなわち、伸縮膜30は伸長する。伸縮膜30が伸長すると、その分、伸縮膜30の芯材2に対する拘束が緩くなる。このため、伸縮膜30の芯材2に対する拘束力が小さくなる。拘束力が小さくなると、それまで釣り合っていた、芯材2の収縮方向の弾性復元力と、伸縮膜30の芯材2に対する拘束力と、のバランスが崩れる。すなわち、弾性復元力が拘束力よりも大きくなる。したがって、図8に示すように、弾性復元力により、芯材2すなわちアクチュエータ1が収縮変形する。
[Actuator movement]
Next, the movement of the actuator 1 of this embodiment will be described. First, the movement during voltage application will be described. FIG. 8 is a sectional view in the axial direction during voltage application of the actuator 1 of the present embodiment. In FIG. 8, a dotted line indicates the shape of the core material 2 before voltage application (see FIG. 6). In the state shown in FIG. 6, when a voltage is applied between the pair of electrodes 301, the dielectric film 300 is compressed in the front and back direction (film thickness direction). For this reason, the film thickness of the dielectric film 300 becomes small. As the film thickness decreases, the area of the dielectric film 300 increases accordingly. Therefore, the dielectric film 300 extends together with the electrode 301 and the insulating film 302. That is, the stretch film 30 expands. When the stretchable film 30 is elongated, the restraint of the stretchable film 30 on the core material 2 is loosened accordingly. For this reason, the restraining force with respect to the core material 2 of the elastic membrane 30 becomes small. When the restraining force is reduced, the balance between the elastic restoring force in the contraction direction of the core material 2 and the restraining force of the stretchable film 30 on the core material 2 is lost. That is, the elastic restoring force is larger than the restraining force. Therefore, as shown in FIG. 8, the core material 2, that is, the actuator 1 is contracted and deformed by the elastic restoring force.

次に、電圧除去時の動きについて説明する。図8に示す状態において、一対の電極301間の電圧を除去すると、誘電膜300の表裏方向に作用していた圧縮力が除去される。このため、誘電膜300の膜厚が大きくなる。膜厚が大きくなると、その分、誘電膜300の面積が狭くなる。したがって、誘電膜300は、電極301、絶縁膜302と共に収縮する。すなわち、伸縮膜30は収縮する。伸縮膜30が収縮すると、芯材2は伸縮膜30により径方向外側から圧縮される。そして、圧縮された分だけ、芯材2は軸方向に弾性的に伸長する。最終的には、伸長により増加する芯材2の収縮方向の弾性復元力と、伸縮膜30の芯材2に対する拘束力と、が釣り合う位置でアクチュエータ1は停止する。つまり、前出図6に示す状態まで復帰する。   Next, the movement at the time of voltage removal will be described. In the state shown in FIG. 8, when the voltage between the pair of electrodes 301 is removed, the compressive force acting on the front and back sides of the dielectric film 300 is removed. For this reason, the film thickness of the dielectric film 300 increases. As the film thickness increases, the area of the dielectric film 300 decreases accordingly. Therefore, the dielectric film 300 contracts together with the electrode 301 and the insulating film 302. That is, the stretch film 30 contracts. When the stretch film 30 contracts, the core material 2 is compressed from the radially outer side by the stretch film 30. Then, the core material 2 elastically expands in the axial direction by the amount compressed. Eventually, the actuator 1 stops at a position where the elastic restoring force in the contraction direction of the core material 2 that increases due to the expansion and the restraining force of the stretchable film 30 on the core material 2 are balanced. That is, the state returns to the state shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ1は、電圧印加により図6の状態から図8の状態に切り替わる。すなわち、収縮する。並びに、電圧除去により図8の状態から図6の状態に切り替わる。すなわち、伸長する。このように、収縮、伸長することにより、例えば芯材2に接続された相手側部材(図略)を駆動することができる。   As described above, the actuator 1 of the present embodiment is switched from the state of FIG. 6 to the state of FIG. 8 by voltage application. That is, it contracts. In addition, the state of FIG. 8 is switched to the state of FIG. 6 by voltage removal. That is, it expands. Thus, by contracting and extending, for example, a mating member (not shown) connected to the core member 2 can be driven.

[作用効果]
次に、本実施形態のアクチュエータの作用効果について説明する。アクチュエータ1によると、芯材2はエラストマー製である。このため、柔軟な動きが可能である。また、直径が小さいものでも、エラストマーから容易に作製することができる。また、芯材2は、弾性変形しても体積がほとんど変わらない。つまり、軸方向に伸長した場合には縮径し、収縮した場合には拡径する。このため、アクチュエータ1において、伸縮時に芯材2と伸縮膜30(アクチュエータ素子3)とが干渉しにくい。加えて、芯材2は、丸棒状を呈している。つまり、芯材2の側周面は軸方向に連続している。よって、圧縮時において、芯材2により伸縮膜30が噛み込まれるおそれはない。
[Function and effect]
Next, the effect of the actuator of this embodiment is demonstrated. According to the actuator 1, the core material 2 is made of an elastomer. For this reason, a flexible movement is possible. Even a small diameter can be easily produced from an elastomer. Further, the core material 2 hardly changes in volume even when elastically deformed. That is, the diameter is reduced when extending in the axial direction, and the diameter is increased when contracting. For this reason, in the actuator 1, the core material 2 and the stretchable film 30 (actuator element 3) are unlikely to interfere with each other during expansion and contraction. In addition, the core material 2 has a round bar shape. That is, the side peripheral surface of the core material 2 is continuous in the axial direction. Therefore, there is no possibility that the stretch film 30 is bitten by the core material 2 during compression.

また、アクチュエータ1は、芯材2の弾性復元力と伸縮膜30の拘束力との釣り合い位置の変化により伸縮し、駆動力を出力する。このため、アクチュエータ1の姿勢によらず、安定した動作が可能となる。また、アクチュエータ1によると、伸縮膜30の伸縮方向が芯材2により軸方向に規制される。このため、軸方向の変位量が大きい。また、電極301および絶縁膜302は、誘電膜300と一体となって変形する。このため、誘電膜300の変形が、電極301および絶縁膜302により妨げられにくい。よって、所望の変位量を得やすく、駆動力の低下が少ない。   The actuator 1 expands and contracts due to a change in the balance position between the elastic restoring force of the core member 2 and the restraining force of the stretchable film 30 and outputs a driving force. For this reason, stable operation is possible regardless of the attitude of the actuator 1. Further, according to the actuator 1, the expansion / contraction direction of the expansion / contraction film 30 is restricted in the axial direction by the core material 2. For this reason, the amount of axial displacement is large. Further, the electrode 301 and the insulating film 302 are deformed integrally with the dielectric film 300. For this reason, the deformation of the dielectric film 300 is not easily disturbed by the electrode 301 and the insulating film 302. Therefore, it is easy to obtain a desired amount of displacement and there is little decrease in driving force.

また、伸縮膜30は芯材2に略五層に巻回されている。前出図7に示したように、伸長させた芯材2に伸縮膜30を巻き付けるだけで、アクチュエータ1を簡単に作製することができる。さらに、アクチュエータ1をコンパクトに構成することができる。また、巻回された伸縮膜30において、径方向外側の電極301の外周面には、絶縁膜302が配置されている。このため、隣接する電極301同士は接触しない。よって、隣接する電極301間の導通を防止することができる。また、一対の電極301に対して電圧を印加、除去するだけで、伸縮膜30を伸縮させることができるため、電気配線が容易である。また、アクチュエータ1は、軸直方向の直径が約5mmと小さいので、例えば人工筋肉として好適である。   The stretchable film 30 is wound around the core material 2 in approximately five layers. As shown in FIG. 7, the actuator 1 can be easily manufactured by simply winding the stretchable film 30 around the stretched core material 2. Furthermore, the actuator 1 can be configured compactly. Further, in the wound stretchable film 30, an insulating film 302 is disposed on the outer peripheral surface of the radially outer electrode 301. For this reason, adjacent electrodes 301 do not contact each other. Therefore, conduction between adjacent electrodes 301 can be prevented. In addition, since the stretchable film 30 can be expanded and contracted simply by applying and removing a voltage to the pair of electrodes 301, electrical wiring is easy. Moreover, since the diameter of the actuator 1 is as small as about 5 mm, the actuator 1 is suitable as an artificial muscle, for example.

<第二実施形態>
本実施形態のアクチュエータと第一実施形態のアクチュエータとの相違点は、芯材が自然状態に対して伸長された状態ではなく圧縮された状態で、伸縮膜が巻回されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
<Second embodiment>
The difference between the actuator of the present embodiment and the actuator of the first embodiment is that the stretchable film is wound in a compressed state, not in a state in which the core material is expanded with respect to the natural state. Therefore, only the differences will be described here.

図9に、本実施形態のアクチュエータの製造方法の模式図を示す。なお、図7と対応する部位については同じ符号で示す。本実施形態のアクチュエータの製造方法は、芯材圧縮工程と伸縮膜巻回工程とを有している。図9(a)は芯材圧縮工程を示す側面図である。図9(b)は伸縮膜巻回工程を示す斜視図である。芯材圧縮工程においては、図9(a)に示すように、自然状態(図9(a)中、点線で示す)の芯材2を、軸方向に弾性的に圧縮させる。伸縮膜巻回工程においては、図9(b)に示すように、予め作製済みの伸縮膜30を、圧縮させた状態の芯材2の外周面に、巻き付ける。このようにして、本実施形態のアクチュエータを製造する。   FIG. 9 shows a schematic diagram of the manufacturing method of the actuator of this embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 7, it shows with the same code | symbol. The manufacturing method of the actuator of this embodiment has a core material compression process and a stretch film winding process. Fig.9 (a) is a side view which shows a core material compression process. FIG. 9B is a perspective view showing the stretch film winding process. In the core material compression step, as shown in FIG. 9A, the core material 2 in a natural state (indicated by a dotted line in FIG. 9A) is elastically compressed in the axial direction. In the stretch film winding step, as shown in FIG. 9B, the stretch film 30 that has been prepared in advance is wound around the outer peripheral surface of the core material 2 in a compressed state. In this way, the actuator of this embodiment is manufactured.

図10に、本実施形態のアクチュエータの電圧印加中における軸方向断面図を示す。なお、図8と対応する部位については、同じ符号で示す。また、図10中、点線は、電圧印加前におけるアクチュエータの形状を示す。   FIG. 10 is a cross-sectional view in the axial direction during voltage application of the actuator of this embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 8, it shows with the same code | symbol. In FIG. 10, the dotted line indicates the shape of the actuator before voltage application.

本実施形態のアクチュエータ1は、第一実施形態とは逆の動きをする。並びに、前出図2の原理図と同様の動きをする。すなわち、電圧を印加すると、芯材2に対する伸縮膜30の拘束力が小さくなる。このため、芯材2つまりアクチュエータ1は、伸長方向の弾性復元力により、伸長する。反対に、電圧を除去すると、伸縮膜30は軸方向に収縮する。第一実施形態の図6に点線枠で示すように、芯材2の軸方向両端部分においては、芯材2と最内層の伸縮膜30、および径方向に隣り合う伸縮膜30同士が、互いに接着されている。このため、伸縮膜30が軸方向に収縮すると、芯材2も、伸長方向の弾性復元力を蓄積しながら、軸方向に収縮する。したがって、アクチュエータ1も軸方向に収縮する。このように、伸長、収縮することにより、例えば芯材2に接続された相手側部材(図略)を駆動することができる。   The actuator 1 of the present embodiment moves in the opposite direction to the first embodiment. In addition, the same movement as the principle diagram of FIG. 2 is performed. That is, when a voltage is applied, the restraining force of the stretchable film 30 on the core material 2 is reduced. For this reason, the core material 2, that is, the actuator 1 is extended by the elastic restoring force in the extending direction. On the other hand, when the voltage is removed, the stretch film 30 contracts in the axial direction. As shown by the dotted frame in FIG. 6 of the first embodiment, at both ends in the axial direction of the core material 2, the core material 2, the innermost stretch film 30, and the stretch films 30 adjacent in the radial direction are mutually It is glued. For this reason, when the stretch film 30 contracts in the axial direction, the core material 2 also contracts in the axial direction while accumulating elastic restoring force in the extension direction. Therefore, the actuator 1 also contracts in the axial direction. Thus, by extending and contracting, for example, the mating member (not shown) connected to the core member 2 can be driven.

本実施形態のアクチュエータ1は、第一実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。   The actuator 1 of the present embodiment has the same operational effects as the actuator of the first embodiment.

<第三実施形態>
本実施形態のアクチュエータと第一実施形態のアクチュエータとの相違点は、アクチュエータ素子の構成が異なる点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
<Third embodiment>
The difference between the actuator of this embodiment and the actuator of the first embodiment is that the configuration of the actuator element is different. Therefore, only the differences will be described here.

図11に、本実施形態のアクチュエータの軸直方向断面図を示す。なお、図5と対応する部位については同じ符号で示す。図11に示すように、本実施形態のアクチュエータ1の芯材2の外周面には、断面が年輪状のアクチュエータ素子3が環装されている。詳しく説明すると、芯材2の周囲には、電極301と誘電膜300とが、径方向に交互に積層されている。電極301と誘電膜300とは、各々円筒状を呈している。つまり、電極301と誘電膜300とは、交互に同心円状に積層されている。任意の誘電膜300は、径方向両側から、一対の電極301により挟まれている。誘電膜300は合計五層、電極301は合計六層、積層されている。   FIG. 11 shows a cross-sectional view in the direction perpendicular to the axis of the actuator of this embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 5, it shows with the same code | symbol. As shown in FIG. 11, an actuator element 3 having a cross section of an annual ring is provided around the outer peripheral surface of the core material 2 of the actuator 1 of the present embodiment. More specifically, electrodes 301 and dielectric films 300 are alternately stacked in the radial direction around the core material 2. The electrode 301 and the dielectric film 300 each have a cylindrical shape. That is, the electrodes 301 and the dielectric films 300 are alternately stacked concentrically. The arbitrary dielectric film 300 is sandwiched between a pair of electrodes 301 from both sides in the radial direction. The dielectric film 300 has a total of five layers, and the electrode 301 has a total of six layers.

本実施形態のアクチュエータ1は、電極301を形成するための電極材溶液、誘電膜300を形成するための誘電材溶液に、芯材2を交互にディッピングして製造することができる。あるいは、芯材2に電極材溶液、誘電材溶液を交互にスプレーして製造してもよい。   The actuator 1 of this embodiment can be manufactured by alternately dipping the core material 2 into an electrode material solution for forming the electrode 301 and a dielectric material solution for forming the dielectric film 300. Alternatively, the core material 2 may be manufactured by alternately spraying an electrode material solution and a dielectric material solution.

本実施形態のアクチュエータ1は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、電極301間に電圧を印加すると、電極301間に挟まれている各々の誘電膜300の全てを伸長させることができる。このため、より効率的に駆動力および変位を発生させることができる。   The actuator 1 of the present embodiment has the same operational effects as those of the actuator of the first embodiment with respect to the parts having the same configuration. Further, when a voltage is applied between the electrodes 301, all the dielectric films 300 sandwiched between the electrodes 301 can be extended. For this reason, a driving force and a displacement can be generated more efficiently.

<第四実施形態>
本実施形態のアクチュエータと第一実施形態のアクチュエータとの相違点は、主に芯材が配置されていない点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
<Fourth embodiment>
The difference between the actuator of this embodiment and the actuator of the first embodiment is that the core material is not mainly disposed. Therefore, only the differences will be described here.

図12に、本実施形態のアクチュエータの軸方向断面図を示す。図12に示すように、本実施形態のアクチュエータ1は、アクチュエータ素子5と中空部6とバルブ7とを備えている。アクチュエータ1の軸直方向の直径は約10mmである。   FIG. 12 is a sectional view in the axial direction of the actuator of this embodiment. As shown in FIG. 12, the actuator 1 of this embodiment includes an actuator element 5, a hollow portion 6, and a valve 7. The diameter of the actuator 1 in the direction perpendicular to the axis is about 10 mm.

アクチュエータ素子5は、袋状を呈している。アクチュエータ素子5は、電極501と誘電膜500とが、内外方向に向かって、交互に積層されることにより、形成されている。任意の誘電膜500は、内外方向両側から、一対の電極501により挟まれている。誘電膜500は合計三層、電極501は合計四層、積層されている。   The actuator element 5 has a bag shape. The actuator element 5 is formed by alternately stacking the electrodes 501 and the dielectric film 500 in the inner and outer directions. The arbitrary dielectric film 500 is sandwiched between a pair of electrodes 501 from both the inside and outside directions. The dielectric film 500 has a total of three layers, and the electrode 501 has a total of four layers.

最内層の電極501の内側には、中空部6が区画されている。バルブ7は、アクチュエータ素子5の開口部を封止している。中空部6には、バルブ7を介して、圧縮気体(例えば窒素など)が封入されている。   A hollow portion 6 is defined inside the innermost electrode 501. The valve 7 seals the opening of the actuator element 5. A compressed gas (for example, nitrogen) is sealed in the hollow portion 6 via a valve 7.

図13に、本実施形態のアクチュエータ1の電圧印加中における軸方向断面図を示す。各電極501に、各誘電膜500に加わる電圧が等しくなるように、電圧を印加すると、誘電膜500が、膜厚方向に圧縮され、面展開方向に伸長する。並びに、電極501も誘電膜500と一緒に伸長する。ここで、中空部6には、圧縮気体が封入されている。したがって、圧縮気体の膨張力により、アクチュエータ素子5は、膨張する。   FIG. 13 is a sectional view in the axial direction during voltage application of the actuator 1 of the present embodiment. When a voltage is applied to each electrode 501 so that the voltage applied to each dielectric film 500 becomes equal, the dielectric film 500 is compressed in the film thickness direction and expanded in the surface development direction. In addition, the electrode 501 also extends together with the dielectric film 500. Here, the hollow portion 6 is filled with compressed gas. Therefore, the actuator element 5 expands due to the expansion force of the compressed gas.

電圧を除去すると、誘電膜500の膜厚方向に作用していた圧縮力が除去される。このため、誘電膜500が面展開方向に収縮する。したがって、アクチュエータ素子5も、中空部6に充填された気体を圧縮しながら、収縮する。アクチュエータ素子5の収縮力と、中空部6の気体の膨張力と、が釣り合う位置で、アクチュエータ1は停止する。すなわち、図12に示す状態で、アクチュエータ1は停止する。   When the voltage is removed, the compressive force acting in the film thickness direction of the dielectric film 500 is removed. For this reason, the dielectric film 500 contracts in the surface development direction. Therefore, the actuator element 5 also contracts while compressing the gas filled in the hollow portion 6. The actuator 1 stops at a position where the contraction force of the actuator element 5 and the gas expansion force of the hollow portion 6 are balanced. That is, the actuator 1 stops in the state shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ1は、電圧印加により図12の状態から図13の状態に切り替わる。すなわち、膨張する。並びに、電圧除去により図13の状態から図12の状態に切り替わる。すなわち、収縮する。このように、膨張、収縮することにより、例えばアクチュエータ素子5に接続された相手側部材(図略)を駆動することができる。   As described above, the actuator 1 of the present embodiment is switched from the state of FIG. 12 to the state of FIG. 13 by voltage application. That is, it expands. In addition, the state of FIG. 13 is switched to the state of FIG. 12 by voltage removal. That is, it contracts. Thus, by expanding and contracting, for example, a mating member (not shown) connected to the actuator element 5 can be driven.

本実施形態のアクチュエータ1は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のアクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ1は、中空部6における圧縮気体の膨張力とアクチュエータ素子5の拘束力との釣り合い位置の変化により膨張、収縮し、駆動力を出力する。このため、アクチュエータ1の姿勢によらず、安定した動作が可能となる。また、本実施形態のアクチュエータ1によると、圧縮気体の充填圧力を調整することで、幅広い駆動力を発生させることができる。   The actuator 1 of the present embodiment has the same operational effects as those of the actuator of the first embodiment with respect to the parts having the same configuration. Further, the actuator 1 of the present embodiment expands and contracts due to a change in the balance position between the expansion force of the compressed gas in the hollow portion 6 and the restraining force of the actuator element 5, and outputs a driving force. For this reason, stable operation is possible regardless of the attitude of the actuator 1. Moreover, according to the actuator 1 of this embodiment, a wide driving force can be generated by adjusting the filling pressure of the compressed gas.

また、本実施形態のアクチュエータ1によると、中空部6がアクチュエータ素子5により袋状に形成されている。このため、中空部6を形成するために新たな部品を使用する必要がない。また、中空部6にバルブ7が配置されているため、バルブ7を介して、圧縮気体を容易に充填、排出することができる。   Further, according to the actuator 1 of the present embodiment, the hollow portion 6 is formed in a bag shape by the actuator element 5. For this reason, it is not necessary to use a new part to form the hollow portion 6. Further, since the valve 7 is disposed in the hollow portion 6, the compressed gas can be easily filled and discharged via the valve 7.

<その他>
以上、本発明のアクチュエータ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。
<Others>
The embodiment of the actuator of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.

例えば、上記第一〜第三実施形態では、丸棒状の芯材を使用した。しかし、芯材の形状、大きさ等は特に限定されるものではない。また、芯材は、中実、中空を問わない。また、芯材は、軸方向に弾性変形可能であって、弾性変形による体積変化がほぼなく、軸方向に連続する側周面を持つものであればよい。このような芯材材料としては、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)、フッ素ゴム、ウレタンゴム等のエラストマーが好適である。   For example, in the first to third embodiments, a round bar-shaped core material is used. However, the shape and size of the core material are not particularly limited. The core material may be solid or hollow. Further, the core material may be any material that can be elastically deformed in the axial direction, has almost no volume change due to elastic deformation, and has a side peripheral surface continuous in the axial direction. Examples of the core material include silicone rubber, acrylic rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile- Elastomers such as butadiene copolymer rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), hydrin rubber, chloroprene rubber (CR), fluorine rubber, and urethane rubber are suitable.

また、上記実施形態では、アクリルゴム製の誘電膜を使用した。しかし、誘電膜の材質は、表裏一対の電極間の静電引力に応じて変形するものであれば、特に限定されるものではない。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、誘電膜の形状、厚さも特に限定されず、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、誘電膜の厚さは小さい方が望ましい。この場合、絶縁破壊強度等をも考慮して、誘電膜の厚さを、1μm以上1000μm(1mm)以下とするとよい。5μm以上200μm以下とするとより好適である。   In the above embodiment, a dielectric film made of acrylic rubber is used. However, the material of the dielectric film is not particularly limited as long as it is deformable according to the electrostatic attractive force between the pair of front and back electrodes. For example, examples of the dielectric elastomer having high dielectric property and high dielectric breakdown strength include silicone rubber, fluorine rubber, and urethane rubber in addition to the acrylic rubber. Further, the shape and thickness of the dielectric film are not particularly limited, and may be appropriately determined according to the use of the actuator. For example, it is desirable that the thickness of the dielectric film is small from the viewpoints of downsizing the actuator, driving at a low potential, and increasing the amount of displacement. In this case, the dielectric film thickness is preferably 1 μm or more and 1000 μm (1 mm) or less in consideration of dielectric breakdown strength and the like. More preferably, the thickness is 5 μm or more and 200 μm or less.

また、電極の材質は、上記実施形態に限定されるものではないが、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。電極が、誘電膜と共に伸縮すると、誘電膜の変形が電極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、誘電膜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を形成してもよい。   The material of the electrode is not limited to the above embodiment, but it is desirable that the electrode can be expanded and contracted according to the expansion and contraction of the dielectric film. When the electrode expands and contracts together with the dielectric film, the deformation of the dielectric film is not easily disturbed by the electrode, and a desired displacement amount can be obtained more easily. For example, an electrode may be formed by applying a paste or paint in which oil or elastomer is mixed as a binder to a conductive material made of a carbon material such as carbon black or carbon nanotube. Examples of the elastomer used as the binder include silicone rubber, acrylic rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), and acrylonitrile-butadiene copolymer. Flexible materials such as polymer rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), hydrin rubber, chloroprene rubber (CR), urethane rubber and the like are suitable. Moreover, in order to further improve the stretchability of the dielectric film, conductive electrodes such as carbon black and carbon nanotubes may be directly attached to the surface of the dielectric film to form an electrode.

また、上記第一、第二実施形態では、絶縁膜を有する伸縮膜を巻回してアクチュエータ素子を構成した。ここで、絶縁膜の材質は、隣接する電極間の導通を防止することができれば、特に限定されない。例えば、上記電極と同様、誘電膜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。絶縁膜を誘電膜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。   In the first and second embodiments, the actuator element is configured by winding a stretchable film having an insulating film. Here, the material of the insulating film is not particularly limited as long as conduction between adjacent electrodes can be prevented. For example, like the electrode, it is desirable that it can be expanded and contracted according to the expansion and contraction of the dielectric film. For example, silicone rubber, acrylic rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), hydrogen Flexible materials such as nitrile rubber (H-NBR), hydrin rubber, chloroprene rubber (CR), and urethane rubber are suitable. When the insulating film is made of the same material as that of the dielectric film, a larger driving force can be obtained.

上記第一、第二実施形態では、電極の表面全体を覆うように絶縁膜を配置した。しかし、隣接する電極間の導通を防止することができれば、絶縁膜を電極の表面の一部のみに配置してもよい。また、上記第一、第二実施形態のように、アクチュエータ素子の最外層が、誘電体エラストマー製の絶縁膜である場合には、その表面にさらに電極を配置してもよい。こうすると、最外層の絶縁膜をも誘電膜と同様に変形させることができるため、より大きな駆動力を得ることができる。   In the first and second embodiments, the insulating film is disposed so as to cover the entire surface of the electrode. However, as long as conduction between adjacent electrodes can be prevented, the insulating film may be disposed only on a part of the surface of the electrode. Further, when the outermost layer of the actuator element is an insulating film made of a dielectric elastomer as in the first and second embodiments, an electrode may be further arranged on the surface. In this case, since the outermost insulating film can be deformed in the same manner as the dielectric film, a larger driving force can be obtained.

上記第一〜第三実施形態では、アクチュエータの軸直方向の直径を約5mmとし、上記第四実施形態では、同直径を約10mmとした。しかし、本発明のアクチュエータの軸方向、軸直方向の大きさは、特に限定されるものではない。また、上記実施形態のアクチュエータは、単独で使用してもよく、複数束ねて本発明のアクチュエータ集束体としてもよい。こうすると、より大きな駆動力を出力することができる。特に、上記実施形態のような紐状のアクチュエータ、およびさらに細い繊維状のアクチュエータは、本発明のアクチュエータ集束体に好適である。上記実施形態の紐状のアクチュエータ、およびそれを束ねたアクチュエータ集束体は、例えば人工筋肉等として有用である。また、上記実施形態のアクチュエータの複数をメリヤス編み等により編んで使用してもよい。さらに、本発明のアクチュエータ集束体を同様に編んで使用してもよい。   In the first to third embodiments, the diameter of the actuator in the axial direction is about 5 mm, and in the fourth embodiment, the diameter is about 10 mm. However, the size of the actuator of the present invention in the axial direction and the axial direction is not particularly limited. Moreover, the actuator of the said embodiment may be used independently, and may be bundled and it may be set as the actuator focusing body of this invention. In this way, a larger driving force can be output. In particular, the string-like actuator as in the above embodiment and the finer fiber-like actuator are suitable for the actuator focusing body of the present invention. The string-like actuator of the above-described embodiment and the actuator focusing body in which the string-like actuator is bundled are useful as, for example, an artificial muscle. A plurality of actuators of the above embodiment may be used by knitting by knitting. Furthermore, the actuator focusing body of the present invention may be similarly knitted and used.

上記第一、第二実施形態では、伸縮膜を略五層に巻きつけて、つまり、誘電膜を略五層に積層してアクチュエータを構成した。また、上記第三、第四実施形態では、各々誘電膜を五層、三層に積層させた。しかし、誘電膜の積層数(伸縮膜の巻回数)は、特に限定されるものではない。誘電膜の積層数を多くすると、より駆動力を大きくすることができる。   In the first and second embodiments, the actuator is configured by winding the stretchable film in approximately five layers, that is, by laminating the dielectric film in approximately five layers. In the third and fourth embodiments, the dielectric films are laminated in five layers and three layers, respectively. However, the number of laminated dielectric films (the number of turns of the stretch film) is not particularly limited. When the number of stacked dielectric films is increased, the driving force can be further increased.

また、芯材と伸縮膜、伸縮膜同士、電極と誘電膜の固定場所、固定方法は、特に限定されるものではない。芯材の軸方向両端部分をかしめて固定してもよく、また、軸方向の全体に亘り、芯材と伸縮膜等とを接着してもよい。   Further, there are no particular limitations on the fixing location and fixing method of the core material and the stretch film, between the stretch films, the electrode and the dielectric film. Both ends of the core material in the axial direction may be caulked and fixed, or the core material and the stretchable film may be bonded over the entire axial direction.

また、上記第四実施形態において、中空部に充填する気体の種類は特に限定されない。例えば、圧力変化に対する体積変化が大きい気体が望ましい。また、中空部の形状を保持するための保形部材を配置してもよい。   Moreover, in the said 4th embodiment, the kind of gas with which a hollow part is filled is not specifically limited. For example, a gas having a large volume change with respect to a pressure change is desirable. Moreover, you may arrange | position the shape-retaining member for hold | maintaining the shape of a hollow part.

また、上記実施形態では、アクチュエータを、オフ状態(0V)からオン状態に切り替えて作動させた。しかし、作動前の電圧値は必ずしも0Vである必要はない。例えば、所定の電圧値から印加電圧を大きくして作動させてもよい。   In the above embodiment, the actuator is operated by switching from the off state (0 V) to the on state. However, the voltage value before operation is not necessarily 0V. For example, the applied voltage may be increased from a predetermined voltage value.

本発明のアクチュエータおよびアクチュエータ集束体は、例えば、パワーアシストスーツ、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。   The actuator and actuator focusing body of the present invention are useful for, for example, power assist suits, artificial muscles for industrial, medical, and welfare robots, small pumps for cooling and medical electronic parts, medical instruments, and the like. It can be used as an alternative to all actuators such as mechanical actuators such as motors and piezoelectric element actuators.

本発明のアクチュエータにおけるアクチュエータ素子の原理図である。It is a principle figure of the actuator element in the actuator of this invention. 本発明のアクチュエータの原理図である。It is a principle diagram of the actuator of the present invention. 本発明の第一実施形態のアクチュエータの斜視図である。It is a perspective view of the actuator of a first embodiment of the present invention. 同アクチュエータの斜視分解図である。It is a perspective exploded view of the actuator. 同アクチュエータの軸直方向断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of the actuator. 同アクチュエータの軸方向断面図である。It is an axial sectional view of the actuator. (a)は同アクチュエータの製造方法における芯材伸長工程を示す側面図である。(b)は同製造方法における伸縮膜巻回工程を示す斜視図である。(A) is a side view which shows the core material expansion | extension process in the manufacturing method of the actuator. (B) is a perspective view which shows the stretch film winding process in the manufacturing method. 同アクチュエータの電圧印加中における軸方向断面図である。It is an axial sectional view during voltage application of the actuator. (a)は本発明の第二実施形態のアクチュエータの製造方法における芯材圧縮工程を示す側面図である。(b)は同製造方法における伸縮膜巻回工程を示す斜視図である。(A) is a side view which shows the core material compression process in the manufacturing method of the actuator of 2nd embodiment of this invention. (B) is a perspective view which shows the stretch film winding process in the manufacturing method. 同アクチュエータの電圧印加中における軸方向断面図である。It is an axial sectional view during voltage application of the actuator. 本発明の第三実施形態のアクチュエータの軸直方向断面図である。It is an axial perpendicular direction sectional view of the actuator of a third embodiment of the present invention. 本発明の第四実施形態のアクチュエータの軸方向断面図である。It is an axial sectional view of an actuator of a fourth embodiment of the present invention. 同アクチュエータの電圧印加中における軸方向断面図である。It is an axial sectional view during voltage application of the actuator.

符号の説明Explanation of symbols

1:アクチュエータ 2:芯材 3:アクチュエータ素子
30:伸縮膜 300:誘電膜 301:電極 302:絶縁膜
5:アクチュエータ素子 500:誘電膜 501:電極
6:中空部 7:バルブ
a:アクチュエータ b:アクチュエータ素子 b1:誘電膜 b2:電極 c:芯材
d1:電源 d2:スイッチ
1: Actuator 2: Core material 3: Actuator element 30: Stretchable film 300: Dielectric film 301: Electrode 302: Insulating film 5: Actuator element 500: Dielectric film 501: Electrode 6: Hollow part 7: Valve a: Actuator b: Actuator Element b1: Dielectric film b2: Electrode c: Core material d1: Power source d2: Switch

Claims (13)

軸方向に弾性変形可能であって、弾性変形による体積変化がほぼなく、軸方向に連続する側周面を持つ棒状の芯材と、
該芯材の周囲に環装され、誘電体エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を有し、該電極間への印加電圧が大きくなるに従って該誘電膜が伸長する筒状のアクチュエータ素子と、を備えてなり、
該アクチュエータ素子は、予め軸方向に弾性変形した状態の該芯材に環装されており、
該芯材の弾性復元力と該アクチュエータ素子の該芯材に対する拘束力とが釣り合った状態で、該芯材は停止しており、
該電極間に電圧を印加することにより該誘電膜を伸長させ、該拘束力を小さくすることにより、該芯材の弾性復元力を利用して、軸方向に駆動力を出力可能なことを特徴とするアクチュエータ。
A rod-shaped core material that is elastically deformable in the axial direction, has almost no volume change due to elastic deformation, and has a side peripheral surface continuous in the axial direction;
A dielectric film made of a dielectric elastomer, and a plurality of electrodes arranged through the dielectric film, and is wound around the core material, and the voltage applied between the electrodes increases as the voltage increases A cylindrical actuator element in which a dielectric film extends, and
The actuator element is preliminarily attached to the core material that is elastically deformed in the axial direction.
In a state where the elastic restoring force of the core material and the restraining force of the actuator element on the core material are balanced, the core material is stopped,
By applying a voltage between the electrodes, the dielectric film is stretched, and the restraining force is reduced, whereby an elastic restoring force of the core material can be used to output a driving force in the axial direction. Actuator.
前記芯材は、エラストマーからなる請求項1に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the core material is made of an elastomer. 前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が、前記芯材の周囲に渦巻状に巻回されてなる請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ。   The actuator element includes a stretchable film having the dielectric film, a pair of electrodes disposed on both surfaces of the dielectric film, and an insulating film disposed on one surface of the pair of electrodes. The actuator according to claim 1 or 2, wherein the actuator is wound around the core material in a spiral shape. 前記アクチュエータ素子は、前記芯材の周囲に前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the actuator element is formed by alternately laminating the dielectric films and the electrodes around the core material. 誘電体エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、を有し、該電極間への印加電圧が大きくなるに従って該誘電膜が伸長する筒状のアクチュエータ素子と、
該アクチュエータ素子の軸部に配置された中空部と、を備えてなり、
該中空部には、圧縮気体が封入されており、
該電極間への印加電圧を大きくし、該誘電膜を伸長させることにより、該圧縮気体の膨張力に従って変形することを特徴とするアクチュエータ。
A cylindrical actuator element having a dielectric film made of a dielectric elastomer and a plurality of electrodes arranged through the dielectric film, and the dielectric film expands as the applied voltage between the electrodes increases When,
A hollow portion disposed in the shaft portion of the actuator element,
The hollow portion is filled with compressed gas,
An actuator that is deformed according to an expansion force of the compressed gas by increasing a voltage applied between the electrodes and extending the dielectric film.
前記アクチュエータ素子は、前記誘電膜と、該誘電膜の両面に配置されている一対の前記電極と、一対の該電極の一方の表面に配置されている絶縁膜と、を有する伸縮膜が、前記中空部の周囲に渦巻状に巻回されてなる請求項5に記載のアクチュエータ。   The actuator element includes a stretch film having the dielectric film, a pair of electrodes disposed on both surfaces of the dielectric film, and an insulating film disposed on one surface of the pair of electrodes. The actuator according to claim 5, wherein the actuator is wound around the hollow portion in a spiral shape. 前記アクチュエータ素子は、前記中空部の周囲に前記誘電膜と前記電極とが交互に同心円状に積層されてなる請求項5に記載のアクチュエータ。   6. The actuator according to claim 5, wherein the actuator element is formed by alternately laminating the dielectric films and the electrodes around the hollow portion. 前記中空部は、前記アクチュエータ素子により袋状に形成されている請求項5ないし請求項7のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 5 to 7, wherein the hollow portion is formed in a bag shape by the actuator element. さらに、前記中空部の形状を保持するための保形部材を持つ請求項5ないし請求項8のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 5 to 8, further comprising a shape retaining member for retaining the shape of the hollow portion. さらに、前記中空部に前記圧縮気体を充填可能なバルブを備える請求項5ないし請求項9のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 5, further comprising a valve capable of filling the hollow portion with the compressed gas. 軸直方向の最大直径が5mm未満である請求項1ないし請求項10のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 10, wherein a maximum diameter in a direction perpendicular to the axis is less than 5 mm. 前記電極は、エラストマーと導電材との混合材からなる請求項1ないし請求項11のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 11, wherein the electrode is made of a mixture of an elastomer and a conductive material. 請求項1ないし請求項12のいずれかに記載のアクチュエータが、複数束ねられてなるアクチュエータ集束体。   An actuator focusing body in which a plurality of the actuators according to any one of claims 1 to 12 are bundled.
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