(57)【要約】【課題】膜部材がクリープ変形しにくいダイヤフラム式アクチュエータを提供することを課題とする。【解決手段】ダイヤフラム式アクチュエータ１は、膜張設口２０が開設されたケース２と、複数の電極膜３００と、複数の電極膜３００のうち少なくとも一対の電極膜３００の間に介装され、一対の電極膜３００間の印加電圧の変化により面方向に伸縮する誘電体エラストマー製の誘電膜３０１と、を有し、周縁部が膜張設口２０の口縁部に固定された状態で、膜張設口２０を封止する膜部材３と、膜部材３に、膜部材３の面方向に対して交差する駆動方向に、付勢力を加えることが可能な付勢部材４と、膜部材３に加わる付勢力の少なくとも一部を抑制可能な抑制部材６と、を備える。不使用状態においては、抑制部材６が、膜部材３に加わる付勢力の少なくとも一部を抑制している。【選択図】図１
2010166672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜張設口が開設されたケースと、
複数の電極膜と、複数の該電極膜のうち少なくとも一対の該電極膜の間に介装され、一対の該電極膜間の印加電圧の変化により面方向に伸縮する誘電体エラストマー製の誘電膜と、を有し、周縁部が該膜張設口の口縁部に固定された状態で、該膜張設口を封止する膜部材と、
該膜部材に、該膜部材の該面方向に対して交差する駆動方向に、付勢力を加えることが可能な付勢部材と、
該膜部材に加わる該付勢力の少なくとも一部を抑制可能な抑制部材と、
を備えてなり、
不使用状態と、低電圧状態と該低電圧状態よりも該印加電圧が高い高電圧状態とに切り替え可能な使用状態と、に切り替え可能であって、
該不使用状態においては、該抑制部材が、該膜部材に加わる該付勢力の少なくとも一部を抑制しており、
該使用状態においては、該抑制部材が、該膜部材に加わる該付勢力を解放しており、
該低電圧状態においては、該付勢力が該膜部材に加わっており、
該高電圧状態においては、該周縁部が該口縁部に固定された状態で、該膜部材が該面方向に伸張しようとして弛緩し、該膜部材の弛緩量に応じて、該付勢力により、該膜部材を該駆動方向に変形させるダイヤフラム式アクチュエータ。
【請求項２】
前記抑制部材は、前記膜部材を介して前記膜張設口に伏設される封止口が開設された封止ケースと、該封止ケースの内圧を調整可能な調圧部と、を有する調圧部材であり、
前記不使用状態においては、該内圧を調整することにより、該膜部材に加わる前記付勢力の少なくとも一部を相殺している請求項１に記載のダイヤフラム式アクチュエータ。
【請求項３】
前記付勢部材は、前記膜部材の一面に前記付勢力を加えており、
前記抑制部材は、該膜部材の該一面に背向する他面に、該付勢力に対して反対方向の反付勢力を、加えることが可能なカウンター部材であり、
前記不使用状態においては、該反付勢力により該付勢力の少なくとも一部を相殺している請求項１に記載のダイヤフラム式アクチュエータ。
【請求項４】
前記付勢部材は、コイルスプリングである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のダイヤフラム式アクチュエータ。
【請求項５】
さらに、前記膜部材に動力伝達可能に接続され、該膜部材の変形に応じて、前記駆動方向に往復動可能な出力部材を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のダイヤフラム式アクチュエータ。
【請求項６】
前記ケースは、さらに、前記張設口に対向すると共に出力孔が開設された底壁部を有しており、
前記出力部材は、前記膜部材に当接するフランジ部と、該フランジ部から突出し該出力孔に往復動可能に挿通されると共に外周面に被係合部を有するロッド部と、を有しており、
前記付勢部材は、該フランジ部と該底壁部との間に、弾性的に圧縮された状態で、介装されており、
前記抑制部材は、該被係合部に係脱可能なロック部材であり、
前記不使用状態においては、該被係合部に該ロック部材が係合することにより該ロッド部の動きを規制し、該フランジ部を介して該膜部材に加わる前記付勢力の少なくとも一部を遮断している請求項５に記載のダイヤフラム式アクチュエータ。
【請求項７】
前記ケースは、さらに、前記膜部材の変形に応じて容積が変化するポンプ室と、該ポンプ室の容積変化に応じて外部から該ポンプ室に流体を流入させる流入口と、該ポンプ室の容積変化に応じて該ポンプ室から外部に流体を流出させる流出口と、を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のダイヤフラム式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電歪する膜部材を用いて駆動力や変位を出力するダイヤフラム式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１の［図６］には、電歪する膜部材を用いたダイヤフラム式ポンプが開示されている。図１３に、同文献記載のダイヤフラム式ポンプの軸方向断面図を示す。図１３に示すように、同文献記載のダイヤフラム式ポンプ１００は、第一ケース１０１と、第二ケース１０２と、膜部材１０３と、コイルスプリング１０４と、を備えている。膜部材１０３は、第一ケース１０１と第二ケース１０２との間に介装されている。第一ケース１０１と膜部材１０３との間には、ポンプ室１０５が区画されている。第二ケース１０２と膜部材１０３との間には、スプリング室１０６が区画されている。コイルスプリング１０４は、スプリング室１０６に収容されている。また、コイルスプリング１０４は、第二ケース１０２底壁内面と膜部材１０３との間に、介装されている。
【０００３】
膜部材１０３は、一対の電極膜１０３ａと、誘電膜１０３ｂと、からなる。誘電膜１０３ｂは、一対の電極膜１０３ａの間に介装されている。膜部材１０３は、コイルスプリング１０４により、ポンプ室１０５方向に付勢されている。一対の電極膜１０３ａの間に電圧を印加すると、誘電膜１０３ｂつまり膜部材１０３が弛緩する。当該弛緩量に応じて、コイルスプリング１０４の付勢力により、膜部材１０３はポンプ室１０５方向に膨出する。このため、ポンプ室１０５の容積が減少する。したがって、ポンプ室１０５内の流体が外部に送り出される。電圧の印加を解除すると、コイルスプリング１０４の付勢力に抗して、自身の有する弾性復元力により、膜部材１０３が収縮する。このため、ポンプ室１０５の容積が増加する。したがって、外部からポンプ室に流体が流れ込む。このように、同文献記載のダイヤフラム式ポンプ１００は、膜部材１０３を変形させることにより、ポンプ室１０５の容積を増減させている。すなわち、流体を圧送している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８６１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、同文献記載のダイヤフラム式ポンプ１００によると、常時、コイルスプリング１０４から膜部材１０３に、付勢力が加わっている。このため、膜部材１０３がクリープ変形してしまうおそれがある。すなわち、コイルスプリング１０４の付勢力が長時間加わり続けることにより、経時的に膜部材１０３が歪んでしまうおそれがある。膜部材１０３がクリープ変形すると、その分、誘電膜１０３ｂの膜厚が薄くなってしまう。このため、一対の電極膜１０３ａの間に電圧を印加する際、誘電膜１０３ｂを介して、一対の電極膜１０３ａが導通しやすい。
【０００６】
本発明のダイヤフラム式アクチュエータは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、膜部材がクリープ変形しにくいダイヤフラム式アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明のダイヤフラム式アクチュエータは、膜張設口が開設されたケースと、複数の電極膜と、複数の該電極膜のうち少なくとも一対の該電極膜の間に介装され、一対の該電極膜間の印加電圧の変化により面方向に伸縮する誘電体エラストマー製の誘電膜と、を有し、周縁部が該膜張設口の口縁部に固定された状態で、該膜張設口を封止する膜部材と、該膜部材に、該膜部材の該面方向に対して交差する駆動方向に、付勢力を加えることが可能な付勢部材と、該膜部材に加わる該付勢力の少なくとも一部を抑制可能な抑制部材と、を備えてなり、不使用状態と、低電圧状態と該低電圧状態よりも該印加電圧が高い高電圧状態とに切り替え可能な使用状態と、に切り替え可能であって、該不使用状態においては、該抑制部材が、該膜部材に加わる該付勢力の少なくとも一部を抑制しており、該使用状態においては、該抑制部材が、該膜部材に加わる該付勢力を解放しており、該低電圧状態においては、該付勢力が該膜部材に加わっており、該高電圧状態においては、該周縁部が該口縁部に固定された状態で、該膜部材が該面方向に伸張しようとして弛緩し、該膜部材の弛緩量に応じて、該付勢力により、該膜部材を該駆動方向に変形させることを特徴とする（請求項１に対応）。
【０００８】
本発明のダイヤフラム式アクチュエータは、停止中である不使用状態と、使用中である使用状態と、に切り替え可能である。不使用状態においては、抑制部材が、付勢部材から膜部材に加わる付勢力の少なくとも一部を、抑制している。このため、抑制部材が無い場合と比較して、膜部材に加わる付勢力が小さくなる。したがって、膜部材がクリープ変形しにくい。言い換えると、誘電膜の膜厚が薄くなりにくい。よって、使用状態、とりわけ高電圧状態において、誘電膜を介して、一対の電極膜が導通しにいくい。また、膜部材がクリープ変形しにくいため、低電圧状態と高電圧状態とを切り替える際の、駆動方向における膜部材の変位量が小さくなりにくい。
【０００９】
（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記膜部材は、前記膜張設口に、１０％以上６００％以下の延伸率で張設されている構成とする方がよい。延伸率は、延伸率（％）＝｛√（Ｓ／Ｓ０）−１｝×１００（Ｓ０：延伸前（自然状態＝無負荷状態）の膜部材の面積、Ｓ：延伸後の膜部材の面積）という式から算出される。膜部材を延伸状態で張設すると、低電圧状態と高電圧状態とを切り替える際の、駆動方向における膜部材の変位量が大きくなる。また、耐電圧性が向上する。その一方、抑制部材が無い場合、膜部材を延伸状態で張設すると、付勢部材の付勢力により、膜部材がクリープ変形しやすくなる。
【００１０】
この点、本構成によると、不使用状態において、抑制部材が、付勢部材から膜部材に加わる付勢力の少なくとも一部を、抑制している。このため、膜部材がクリープ変形しにくい。したがって、本構成によると、膜部材の変位量を大きくすることができ、耐電圧性を向上させることができると共に、膜部材のクリープ変形を抑制することができる。
【００１１】
ここで、延伸率を１０％以上としたのは、１０％未満の場合、膜部材の変位量が小さくなるからである。また、耐電圧性が低下するからである。一方、延伸率を６００％以下としたのは、６００％超過の場合、膜部材が劣化しやすくなるからである。より好ましくは、延伸率を５０％以上、３００％以下とする方がよい。延伸率を５０％以上にすると、膜部材の所望の変位量を確保しやすい。また、所望の耐電圧性を確保しやすい。延伸率を３００％以下にすると、膜部材がさらに劣化しにくい。
【００１２】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記抑制部材は、前記膜部材を介して前記膜張設口に伏設される封止口が開設された封止ケースと、該封止ケースの内圧を調整可能な調圧部と、を有する調圧部材であり、前記不使用状態においては、該内圧を調整することにより、該膜部材に加わる前記付勢力の少なくとも一部を相殺している構成とする方がよい（請求項２に対応）。
【００１３】
膜部材は、膜張設口つまりケースと、封止口つまり封止ケースと、の間に介装されている。例えば、封止ケース側に膨出させる方向に膜部材に付勢力が加わる場合、低電圧状態における封止ケースの内圧よりも、不使用状態における封止ケースの内圧を、高くする。また、例えば、ケース側に膨出させる方向に膜部材に付勢力が加わる場合、低電圧状態における封止ケースの内圧よりも、不使用状態における封止ケースの内圧を、低くする。本構成によると、封止ケースの内圧を調整することにより、付勢力の少なくとも一部を相殺することができる。このため、膜部材のクリープ変形を抑制することができる。
【００１４】
（３）好ましくは、上記（１）の構成において、前記付勢部材は、前記膜部材の一面に前記付勢力を加えており、前記抑制部材は、該膜部材の該一面に背向する他面に、該付勢力に対して反対方向の反付勢力を、加えることが可能なカウンター部材であり、前記不使用状態においては、該反付勢力により該付勢力の少なくとも一部を相殺している構成とする方がよい（請求項３に対応）。
【００１５】
例えば、ケース外側に膨出させる方向に膜部材に付勢力が加わる場合、不使用状態において、ケース内側に膨出させる方向に膜部材に反付勢力を加える。また、例えば、ケース内側に膨出させる方向に膜部材に付勢力が加わる場合、不使用状態において、ケース外側に膨出させる方向に膜部材に反付勢力を加える。本構成によると、付勢力に対して反対方向から反付勢力を加えることにより、付勢力の少なくとも一部を相殺することができる。このため、膜部材のクリープ変形を抑制することができる。
【００１６】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記付勢部材は、コイルスプリングである構成とする方がよい（請求項４に対応）。本構成によると、コイルスプリングのばね定数、全長、径、ピッチなどを適宜調整することにより、膜部材に加わる付勢力を所望の値に設定することができる。
【００１７】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、さらに、前記膜部材に動力伝達可能に接続され、該膜部材の変形に応じて、前記駆動方向に往復動可能な出力部材を有する構成とする方がよい（請求項５に対応）。本構成によると、出力部材を介して、駆動力や変位を、外部に出力することができる。
【００１８】
（６）好ましくは、上記（５）の構成において、前記ケースは、さらに、前記張設口に対向すると共に出力孔が開設された底壁部を有しており、前記出力部材は、前記膜部材に当接するフランジ部と、該フランジ部から突出し該出力孔に往復動可能に挿通されると共に外周面に被係合部を有するロッド部と、を有しており、前記付勢部材は、該フランジ部と該底壁部との間に、弾性的に圧縮された状態で、介装されており、前記抑制部材は、該被係合部に係脱可能なロック部材であり、前記不使用状態においては、該被係合部に該ロック部材が係合することにより該ロッド部の動きを規制し、該フランジ部を介して該膜部材に加わる前記付勢力の少なくとも一部を遮断している構成とする方がよい（請求項６に対応）。
【００１９】
本構成によると、フランジ部が膜部材に当接している。並びに、付勢部材が、フランジ部と底壁部との間に、弾性的に圧縮された状態で介装されている。このため、ロック部材が無い場合、付勢部材から膜部材には、フランジ部を介して、膜部材を押圧する方向に付勢力が加わる。この点、本構成によると、不使用状態において、ロッド部の被係合部にロック部材が係合している。このため、不使用状態におけるロッド部つまりフランジ部の動きが規制される。したがって、膜部材に加わる付勢力の少なくとも一部を遮断することができる。
【００２０】
（７）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記ケースは、さらに、前記膜部材の変形に応じて容積が変化するポンプ室と、該ポンプ室の容積変化に応じて外部から該ポンプ室に流体を流入させる流入口と、該ポンプ室の容積変化に応じて該ポンプ室から外部に流体を流出させる流出口と、を有する構成とする方がよい（請求項７に対応）。
【００２１】
つまり、本構成は、本発明のダイヤフラム式アクチュエータを、ダイヤフラム式ポンプとして用いるものである。本構成によると、ポンプ室の容積変化により、流体を圧送することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、膜部材がクリープ変形しにくいダイヤフラム式アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第一実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態における軸方向断面図である。
【図２】同ダイヤフラム式アクチュエータの斜視図である。
【図３】同ダイヤフラム式アクチュエータの分解斜視図である。
【図４】膜部材の伸縮膜の分解斜視図である。
【図５】図１の枠Ｖ内の拡大図である。
【図６】同ダイヤフラム式アクチュエータの低電圧状態における軸方向断面図である。
【図７】同ダイヤフラム式アクチュエータの高電圧状態における軸方向断面図である。
【図８】第二実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態における軸方向断面図である。
【図９】同ダイヤフラム式アクチュエータの低電圧状態における軸方向断面図である。
【図１０】第三実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態における軸方向断面図である。
【図１１】同ダイヤフラム式アクチュエータの低電圧状態における軸方向断面図である。
【図１２】第四実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態における軸方向断面図である。
【図１３】従来のダイヤフラム式ポンプの軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明のダイヤフラム式アクチュエータの実施の形態について説明する。
【００２５】
＜第一実施形態＞
［ダイヤフラム式アクチュエータの構成］
まず、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１の構成について説明する。図１に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態における軸方向断面図を示す。図２に、同ダイヤフラム式アクチュエータの斜視図を示す。図３に、同ダイヤフラム式アクチュエータの分解斜視図を示す。図１〜図３に示すように、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１は、ケース２と、膜部材３と、コイルスプリング４と、出力部材５と、調圧部材６と、四つのスペーサ７と、を備えている。
【００２６】
（ケース２）
ケース２は、樹脂製であって、上方に開口する有底円筒状（カップ状）を呈している。ケース２は、膜張設口２０と、底壁部２１と、フランジ部２２と、膜固定溝２３と、を備えている。底壁部２１には、出力孔２１０が穿設されている。フランジ部２２は、リング状を呈している。フランジ部２２は、ケース２の外周面に周設されている。フランジ部２２は、ケース２の外周面から、径方向外側に張り出している。フランジ部２２には、ボルト固定孔２２０が穿設されている。ボルト固定孔２２０は、フランジ部２２の周方向略９０°ごとに、合計四つ配置されている。膜張設口２０は、ケース２の上端開口に配置されている。膜張設口２０と底壁部２１とは、上下方向に対向している。膜固定溝２３は、ケース２の外周面に周設されている。膜固定溝２３は、フランジ部２２の上方に配置されている。
【００２７】
（膜部材３）
膜部材３は、上方の伸縮膜３０と、下方の絶縁膜３１と、を備えている。膜部材３は、ケース２の膜張設口２０に、所定の張力（延伸率１００％）で張設されている。膜部材３の周縁部は、ケース２の膜固定溝２３に入り込んだ状態で、径方向外側からクランプリング３２により締め付けられている。
【００２８】
膜部材３の積層構造について説明する。図４に、膜部材の伸縮膜の分解斜視図を示す。図５に、図１の枠Ｖ内の拡大図を示す。図４、図５に示すように、伸縮膜３０は、六層の電極膜３００と、五層の誘電膜３０１と、を備えている。六層の電極膜３００と五層の誘電膜３０１とは、電極膜３００が最上層および最下層になるように、上下方向に交互に積層されている。電極膜３００は、導電性カーボンブラックを分散させたアクリルゴム製であって、円形の薄膜状を呈している。電極膜３００は、誘電膜３０１の伸縮を規制しないように、伸縮可能である。六層の電極膜３００のうち、三層の電極膜３００は、スイッチＳを介して、電源のプラス側に接続されている。六層の電極膜３００のうち、残りの三層の電極膜３００は、電源のマイナス側に接続されている。プラス側の電極膜３００とマイナス側の電極膜３００とは、誘電膜３０１を介して、上下方向に隣接している。誘電膜３０１は、ニトリルゴム製であって、円形の薄膜状を呈している。誘電膜３０１は、電極膜３００よりも、大径である。絶縁膜３１は、ニトリルゴム製であって、円形の薄膜状を呈している。絶縁膜３１は、最下層の電極膜３００の下面に配置されている。絶縁膜３１は、伸縮膜３０の伸縮を規制しないように、伸縮可能である。
【００２９】
（出力部材５）
出力部材５は、樹脂製であって、全体として釘状を呈している。すなわち、出力部材５は、フランジ部５０とロッド部５１とを備えている。フランジ部５０は、円板状を呈している。フランジ部５０は、膜部材３の下面、つまり絶縁膜３１の下面に、当接している。ロッド部５１は、円柱状を呈している。ロッド部５１は、フランジ部５０の下面略中央から、下方に突出している。ロッド部５１は、ケース２の底壁部２１の出力孔２１０に、上下動（往復動）可能に挿通されている。ロッド部５１の下端は、従動部材９０に連結されている。
【００３０】
（コイルスプリング４）
コイルスプリング４は、金属製であって、ロッド部５１に環装されている。コイルスプリング４は、フランジ部５０下面と底壁部２１上面との間に、弾性的に圧縮された状態で、介装されている。コイルスプリング４は、フランジ部５０を介して、膜部材３に上向きの付勢力を加えている。
【００３１】
（調圧部材６）
調圧部材６は、封止ケース６０と、気体供給装置６１と、を備えている。気体供給装置６１は、本発明の調圧部に含まれる。封止ケース６０は、樹脂製であって、下方に開口する有底円筒状（カップ状）を呈している。封止ケース６０は、ケース２および膜部材３の上方に配置されている。封止ケース６０は、封止口６００と、上底壁部６０１と、フランジ部６０２と、を備えている。上底壁部６０１には、気体供給孔６０１ａが穿設されている。封止口６００は、封止ケース６０の下端開口に配置されている。封止口６００と上底壁部６０１とは、上下方向に対向している。封止口６００は、膜部材３を介して、膜張設口２０に伏設されている。フランジ部６０２は、リング状を呈している。フランジ部６０２は、封止ケース６０の外周面に周設されている。フランジ部６０２は、封止口６００の口縁部から、径方向外側に張り出している。フランジ部６０２には、ボルト挿通孔６０２ａが穿設されている。ボルト挿通孔６０２ａは、フランジ部６０２の周方向略９０°ごとに、合計四つ配置されている。四つのボルト挿通孔６０２ａと、四つのボルト固定孔２２０とは、上下方向に対向している。四本のボルト６２は、上方から下方に向かって、四つのボルト挿通孔６０２ａを貫通し、四つのボルト固定孔２２０に固定されている。すなわち、四本のボルト６２により、封止ケース６０がケース２に固定されている。
【００３２】
気体供給装置６１は、気体供給孔６０１ａに接続されている。気体供給装置６１は、封止ケース６０の内圧を調整することができる。具体的には、気体供給装置６１は、封止ケース６０内部の空気量を増加させることにより、封止ケース６０の内圧を高くすることができる。また、気体供給装置６１は、封止ケース６０内部の空気量を減少させることにより、封止ケース６０の内圧を低くすることができる。
【００３３】
（スペーサ７）
四つのスペーサ７は、各々、樹脂製であって、円筒状を呈している。四つのスペーサ７は、四本のボルト６２の外周面における、上下一対のフランジ部６０２、２２の間の部分に、環装されている。四つのスペーサ７の軸方向（上下方向）全長は、同一である。四つのスペーサ７を配置することにより、上下一対のフランジ部６０２、２２が互いに略平行な状態で、封止ケース６０をケース２に固定することができる。
【００３４】
［ダイヤフラム式アクチュエータの動き］
次に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１の動きについて説明する。ダイヤフラム式アクチュエータ１は、不使用状態と使用状態とに切り替え可能である。並びに、ダイヤフラム式アクチュエータ１は、使用状態において、低電圧状態と高電圧状態とに切り替え可能である。
【００３５】
（不使用状態から使用状態（低電圧状態）に切り替える場合の動き）
不使用状態とは、ダイヤフラム式アクチュエータ１が使用されていない状態をいう。例えば、主電源が停止している状態をいう。不使用状態においては、膜部材３には、下方からコイルスプリング４の付勢力が加えられている。一方、膜部材３には、上方から封止ケース６０の内圧が加えられている。これら付勢力と内圧とに代表されるような、上下方向から作用する荷重（付勢力、内圧以外に、膜部材３の自重等も含む）の釣合により、膜部材３は、略平面状態、つまり上下方向に弾性変形していない状態を維持している。
【００３６】
図６に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの低電圧状態における軸方向断面図を示す。不使用状態から低電圧状態に切り替える場合は、封止ケース６０の内圧を、略大気圧になるまで減圧する。つまり、封止ケース６０内部の空気をリークさせる。封止ケース６０の内圧が減少すると、膜部材３に上下方向から作用する荷重の釣合位置が上方にずれる。このため、不使用状態から低電圧状態に切り替えると、膜部材３は、上方に若干量だけ膨出する。低電圧状態においては、膜部材３には、下方からコイルスプリング４の付勢力が加えられている。一方、膜部材３には、図１に示す略平面状態に復動する方向に、つまり下向きに、自身の有する弾性復元力が作用している。
【００３７】
（低電圧状態から高電圧状態に切り替える場合の動き）
図７に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの高電圧状態における軸方向断面図を示す。図６に示す低電圧状態から図７に示す高電圧状態に切り替える場合は、図４に示すスイッチＳを閉成する。スイッチＳを閉成すると、プラス側の三層の電極膜３００と、マイナス側の三層の電極膜３００と、の間に電圧が印加される。このため、誘電膜３０１を介して上下方向に隣接する一対の電極膜３００間に、静電引力が発生する。当該静電引力により、誘電膜３０１は、上下方向（膜厚方向）から圧縮される。並びに、誘電膜３０１は、圧縮された分だけ、径方向（面方向）に伸張しようとする。ここで、誘電膜３０１（つまり膜部材３）の周縁部は、クランプリング３２により、固定されている。このため、誘電膜３０１は、径方向に伸張できず、弛緩する。また、誘電膜３０１に追随して、電極膜３００、絶縁膜３１も弛緩する。したがって、膜部材３全体が弛緩する。
【００３８】
図６に示す低電圧状態において、膜部材３および出力部材５は、コイルスプリング４により、上向きに付勢されている。当該付勢力により、膜部材３は、図７に示すように、上方に膨出する。また、出力部材５は、上方に移動する。出力部材５が上方に移動すると、その分従動部材９０も上方に移動する。このように、低電圧状態から高電圧状態に切り替えると、従動部材９０を上昇させることができる。
【００３９】
（高電圧状態から低電圧状態に切り替える場合の動き）
高電圧状態から低電圧状態に切り替える場合は、図４に示すスイッチＳを開成する。スイッチＳを開成すると、プラス側の三層の電極膜３００と、マイナス側の三層の電極膜３００と、の間の印加電圧が解除される。このため、誘電膜３０１を介して上下方向に隣接する一対の電極膜３００間の静電引力が解除される。したがって、誘電膜３０１は、自身の有する弾性復元力により、コイルスプリング４の付勢力に抗しながら、径方向に収縮し、上下方向に伸張する。また、誘電膜３０１に追随して、電極膜３００、絶縁膜３１も、各自の有する弾性復元力により、コイルスプリング４の付勢力に抗しながら、径方向に収縮し、上下方向に伸張する。したがって、膜部材３全体が径方向に収縮し、上下方向に伸張する。膜部材３は、図６に示す状態（上方に若干量だけ膨出した状態）まで、復動する。すなわち、膜部材３は、下方に変位する。したがって、出力部材５は、下方に移動する。出力部材５が下方に移動すると、その分従動部材９０も下方に移動する。このように、高電圧状態から低電圧状態に切り替えると、従動部材９０を下降させることができる。
【００４０】
（使用状態（低電圧状態）から不使用状態に切り替える場合の動き）
低電圧状態から不使用状態に切り替える場合は、封止ケース６０の内圧を増加させる。つまり、気体供給装置６１により、封止ケース６０内部に空気を圧送する。封止ケース６０の内圧が増加すると、膜部材３に上下方向から作用する荷重の釣合位置が下方にずれる。このため、低電圧状態から不使用状態に切り替えると、図１に示すように、膜部材３は、略平面状態、つまり上下方向に弾性変形していない状態まで復動する。
【００４１】
［作用効果］
次に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１の作用効果について説明する。本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１は、不使用状態と使用状態とに切り替え可能である。不使用状態においては、調圧部材６が、コイルスプリング４から膜部材３に加わる付勢力の略全部を、相殺している。このため、調圧部材６が無い場合と比較して、膜部材３に加わる付勢力が極めて小さくなる。したがって、膜部材３がクリープ変形しにくい。言い換えると、誘電膜３０１の膜厚が薄くなりにくい。よって、使用状態、とりわけ高電圧状態において、誘電膜３０１を介して、プラス側の電極膜３００とマイナス側の電極膜３００とが導通しにいくい。また、膜部材３がクリープ変形しにくいため、低電圧状態と高電圧状態とを切り替える際の、上下方向（駆動方向）における膜部材３の変位量が小さくなりにくい。また、膜部材３は、ケース２の膜張設口２０に、延伸率１００％で張設されている。このため、上下方向における膜部材３の変位量、つまり従動部材９０の変位量を、大きく設定することができる。また、誘電膜３０１の耐電圧性が高くなる。
【００４２】
また、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１によると、封止ケース６０の内圧を調整するだけで、コイルスプリング４から膜部材３に加わる付勢力の略全部を、相殺することができる。このため、ダイヤフラム式アクチュエータ１の構造が簡単になる。
【００４３】
また、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１によると、付勢部材として、コイルスプリング４が用いられている。このため、コイルスプリング４のばね定数、全長、径、ピッチなどを適宜調整することにより、膜部材３に加わる付勢力を所望の値に設定することができる。
【００４４】
＜第二実施形態＞
本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータと第一実施形態のダイヤフラム式アクチュエータとの相違点は、調圧部材の代わりにソレノイドが配置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。
【００４５】
図８に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態における軸方向断面図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。図９に、同ダイヤフラム式アクチュエータの低電圧状態における軸方向断面図を示す。なお、図６と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００４６】
図８、図９に示すように、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１は、ソレノイド８０を備えている。ソレノイド８０は、本発明のカウンター部材に含まれる。ソレノイド８０は、ケース８００と、シャフト８０１と、を備えている、ケース８００は、コイル（図略）を内蔵している。シャフト８０１は、フランジ部８０１ａと、ロッド部８０１ｂと、を備えている。フランジ部８０１ａは、円板状を呈している。図８に示す不使用状態において、フランジ部８０１ａは、膜部材３の上面、つまり伸縮膜３０の上面に、当接している。フランジ部８０１ａと、出力部材５のフランジ部５０とは、膜部材３を介して、上下方向に対向している。フランジ部８０１ａの下面の面積と、フランジ部５０の上面の面積と、は略一致している。ロッド部８０１ｂは、円柱状を呈している。ロッド部８０１ｂは、フランジ部８０１ａの上面略中央から、上方に突出している。ロッド部８０１ｂは、ケース８００内部のコイルの径方向内側に、上下動（往復動）可能に挿通されている。コイルに電流を流すことにより、シャフト８０１を駆動することができる。
【００４７】
図８に示す不使用状態において、膜部材３には、下方からコイルスプリング４の付勢力が加えられている。一方、膜部材３には、上方からシャフト８０１の反付勢力が加えられている。これら付勢力と反付勢力とに代表されるような、上下方向から作用する荷重（付勢力、反付勢力以外に、膜部材３の自重等も含む）の釣合により、膜部材３は、略平面状態、つまり上下方向に弾性変形していない状態を維持している。
【００４８】
不使用状態から図９に示す低電圧状態に切り替える場合は、シャフト８０１を上昇させ、膜部材３から反付勢力を除去する。反付勢力が無くなると、膜部材３に上下方向から作用する荷重の釣合位置が上方にずれる。このため、不使用状態から低電圧状態に切り替えると、膜部材３は、上方に若干量だけ膨出する。低電圧状態においては、膜部材３には、下方からコイルスプリング４の付勢力が加えられている。一方、膜部材３には、図８に示す略平面状態に復動する方向に、つまり下向きに、自身の有する弾性復元力が作用している。
【００４９】
本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１と第一実施形態のダイヤフラム式アクチュエータとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、膜部材３のうち、コイルスプリング４からの付勢力が集中するのは、出力部材５のフランジ部５０が当接する部分である。この点、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１によると、ソレノイド８０のフランジ部８０１ａと、出力部材５のフランジ部５０とが、膜部材３を介して、上下方向に対向している。並びに、フランジ部８０１ａの下面の面積と、フランジ部５０の上面の面積と、は略一致している。このため、コイルスプリング４からの付勢力が集中する部分に、的確に反付勢力を加えることができる。
【００５０】
また、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１によると、調圧部材が不要である。このため、気体を供給するための配管等が不要である。したがって、ダイヤフラム式アクチュエータ１を小型化することができる。
【００５１】
＜第三実施形態＞
本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータと第二実施形態のダイヤフラム式アクチュエータとの相違点は、ソレノイドの代わりにロック部材が配置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。
【００５２】
図１０に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態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。図１１に、同ダイヤフラム式アクチュエータの低電圧状態における軸方向断面図を示す。なお、図９と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００５３】
図１０、図１１に示すように、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１は、ロック部材８１を備えている。出力部材５のロッド部５１には、被係合孔５１０が穿設されている。被係合孔５１０は、本発明の被係合部に含まれる。被係合孔５１０は、ロッド部５１を直径方向（水平方向）に貫通している。ロック部材８１は、被係合孔５１０に対して、係脱可能である。
【００５４】
図１０に示す不使用状態においては、ロック部材８１が被係合孔５１０に係止されている。また、ロック部材８１は、底壁部２１下面に引っ掛かっている。このため、ロッド部５１つまり出力部材５は、上昇することができない。したがって、膜部材３と出力部材５とは接触していない。膜部材３は、略平面状態、つまり上下方向に弾性変形していない状態を維持している。
【００５５】
不使用状態から図１１に示す低電圧状態に切り替える場合は、被係合孔５１０からロック部材８１を抜き出す。ロック部材８１を抜き出すと、出力部材５は、コイルスプリング４の付勢力により上昇する。フランジ部５０は、膜部材３の下面を押し上げる。このため、不使用状態から低電圧状態に切り替えると、膜部材３は、上方に若干量だけ膨出する。低電圧状態においては、膜部材３には、下方からコイルスプリング４の付勢力が加えられている。一方、膜部材３には、図１０に示す略平面状態に復動する方向に、つまり下向きに、自身の有する弾性復元力が作用している。
【００５６】
本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１と第二実施形態のダイヤフラム式アクチュエータとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１によると、不使用状態において、膜部材３が上下方向から圧縮されるおそれがない。すなわち、不使用状態において膜部材３に作用する荷重は、主に、膜張設口２０に対する張設力および膜部材３の自重の二つだけである。このため、さらに膜部材３のクリープ変形を抑制することができる。また、膜部材３の上方に他の部材を配置する必要がない。このため、ダイヤフラム式アクチュエータ１を小型化することができる。
【００５７】
＜第四実施形態＞
本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータと第一実施形態のダイヤフラム式アクチュエータとの相違点は、ダイヤフラム式アクチュエータがダイヤフラム式ポンプとして用いられている点である。また、コイルスプリングが封止ケース内部に収容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。
【００５８】
図１２に、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータの不使用状態における軸方向断面図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。図１２に示すように、膜部材３の上面には、スプリング座部材８２が配置されている。スプリング座部材８２は、底壁部８２０と凸部８２１とを備えている。底壁部８２０は、円板状を呈している。底壁部８２０は、膜部材３の上面に配置されている。凸部８２１は、短軸円柱状を呈している。凸部８２１は、底壁部８２０の上面略中央から上方に突出している。一方、封止ケース６０の上底壁部６０１の気体吸引孔６０１ｃ周囲には、スプリング座６０１ｂが形成されている。スプリング座６０１ｂは、リングリブ状を呈している。スプリング座６０１ｂとスプリング座部材８２とは、上下方向に対向している。コイルスプリング４は、スプリング座６０１ｂとスプリング座部材８２との間に、介装されている。コイルスプリング４は、スプリング座部材８２を介して、膜部材３を下方に付勢している。気体吸引装置６４は、気体吸引孔６０１ｃに接続されている。気体吸引装置６４は、封止ケース６０の内部を減圧可能である。気体吸引装置６４は、本発明の調圧部に含まれる。
【００５９】
ケース２の内部には、ポンプ室２５が区画されている。ケース２の底壁部２１には、流入口２１１ａと流出口２１１ｂとが開設されている。流入口２１１ａとポンプ室２５と流出口２１１ｂとは、連通している。流入口２１１ａの上流側には、逆止弁（図略）が配置されている。流出口２１１ｂの下流側には、逆止弁（図略）が配置されている。二つの逆止弁は、上流側から下流側に流体を流す方向にのみ、開弁可能である。
【００６０】
不使用状態においては、膜部材３には、上方からコイルスプリング４の付勢力が加えられている。並びに、膜部材３は、上方から気体吸引装置６４により吸引されている。すなわち、膜部材３は、上方から、押圧されると共に吸引されている。不使用状態において、膜部材３は、略平面状態、つまり上下方向に弾性変形していない状態を維持している。
【００６１】
不使用状態から低電圧状態に切り替える場合は、封止ケース６０の内圧を、略大気圧になるまで増圧する。封止ケース６０の内圧が増加すると、膜部材３は、コイルスプリング４の付勢力により、図１２中に点線Ａで示すように、下方に若干量だけ膨出する。低電圧状態においては、膜部材３には、上方からコイルスプリング４の付勢力が加えられている。一方、膜部材３には、図１２に示す略平面状態に復動する方向に、つまり上向きに、自身の有する弾性復元力が作用している。
【００６２】
低電圧状態から高電圧状態に切り替える場合は、膜部材３に電圧を印加し、膜部材３を弛緩させる。膜部材３は、コイルスプリング４の付勢力により、図１２中に点線Ｂで示すように、下方に膨出する。膜部材３が、点線Ａの状態から点線Ｂの状態に変位すると、その分、ポンプ室２５の容積が減少する。このため、流出口２１１ｂから外部に、流体が圧送される。
【００６３】
高電圧状態から低電圧状態に切り替える場合は、膜部材３の印加電圧を解除し、膜部材３を収縮させる。膜部材３は、弾性復元力により、点線Ｂの状態から点線Ａの状態に変位する。このため、ポンプ室２５の容積が増加する。したがって、外部から流入口２１１ａに、流体が流入する。
【００６４】
低電圧状態から不使用状態に切り替える場合は、封止ケース６０の内圧を減少させる。つまり、気体吸引装置６４により、封止ケース６０内部の空気を吸引する。封止ケース６０の内圧が減少すると、膜部材３は、略平面状態、つまり上下方向に弾性変形していない状態まで復動する。
【００６５】
本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１と第二実施形態のダイヤフラム式アクチュエータとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１によると、低電圧状態と高電圧状態とを切り替えることにより、流体を圧送することができる。
【００６６】
＜その他＞
以上、本発明のダイヤフラム式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。
【００６７】
例えば、第一実施形態においては、封止ケース６０内部の調圧に空気を用いたが、窒素や希ガスなど、他の気体を用いてもよい。また、気体供給装置６１として、コンプレッサを用いてもよい。また、気体供給装置６１として、工場などに既設の気体輸送用の配管を用いてもよい。また、封止ケース６０内部の調圧に、水やオイルなどの液体を用いてもよい。この場合、気体供給装置６１の代わりに、調圧部として、ポンプなどの液体供給装置を配置すればよい。なお、調圧用の流体（気体や液体）は、電極膜３００からのリークを抑制するため、絶縁性を有する方が好ましい。
【００６８】
また、第二実施形態においては、本発明のカウンター部材としてソレノイド８０を用いたが、油圧シリンダ、エアシリンダ、ボールねじなどを用いてもよい。また、モータの回転力をラック＆ピニオン機構などで直線力に変換して、シャフト８０１を駆動してもよい。
【００６９】
また、第三実施形態においては、被係合部としてロッド部５１を貫通する被係合孔５１０を配置した。しかしながら、被係合部は、ロッド部５１を貫通しなくてもよい。すなわち、被係合部として、ロッド部５１の外周面に被係合凹部を形成してもよい。
【００７０】
また、第四実施形態のダイヤフラム式アクチュエータ１における気体吸引装置６４として、真空ポンプを用いてもよい。また、第四実施形態においては、ダイヤフラム式アクチュエータ１に、流入口２１１ａ、流出口２１１ｂを各々一つずつ配置した。しかしながら、ダイヤフラム式アクチュエータ１に、流入口２１１ａ、流出口２１１ｂを各々複数配置してもよい。また、流入口２１１ａの配置数と流出口２１１ｂの配置数とが、一致しなくてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態においては、絶縁膜３１をニトリルゴム製としたが、絶縁膜３１の材質は特に限定しない。誘電膜３０１の伸縮に応じて伸縮可能である方が好ましい。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。また、絶縁膜３１の材質と誘電膜３０１の材質とを一致させると（母材のみを一致させる場合を含む）、誘電膜３０１の変形に絶縁膜３１の変形が、さらに追従しやすくなる。
【００７２】
また、ケース２の材質は特に限定しない。各種樹脂製、各種金属製としてもよい。また、上記実施形態においては、付勢部材としてコイルスプリング４を配置したが、板ばね、皿ばねなど、他の種類のスプリングを配置してもよい。また、付勢部材としてエラストマーを用いてもよい。また、上記実施形態においては、膜部材３をクランプリング３２で固定したが、接着など他の方法で固定してもよい。
【００７３】
また、誘電膜３０１を形成する誘電体エラストマーの種類も特に限定しない。誘電膜３０１は、当該誘電膜３０１を介して上下方向に隣り合う電極膜３００間の静電引力に応じて変形するものであればよい。ニトリルゴムの他、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴムから選ばれる一種以上としてもよい。これらの誘電体エラストマーは、いずれも誘電性、絶縁破壊性が高いため、誘電膜３０１を形成するのに好適である。また、膜部材３における電極膜３００、誘電膜３０１の積層数も特に限定しない。
【００７４】
また、上記実施形態においては、膜部材３を押圧する方向に、コイルスプリング４の付勢力を加えた。しかしながら、膜部材３を引っ張る方向に、コイルスプリング４の付勢力を加えてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１：ダイヤフラム式アクチュエータ、２：ケース、３：膜部材、４：コイルスプリング、５：出力部材、６：調圧部材、７：スペーサ。
２０：膜張設口、２１：底壁部、２２：フランジ部、２３：膜固定溝、２５：ポンプ室、３０：伸縮膜、３１：絶縁膜、３２：クランプリング、５０：フランジ部、５１：ロッド部、６０：封止ケース、６１：気体供給装置（調圧部）、６２：ボルト、６４：気体吸引装置（調圧部）、８０：ソレノイド（カウンター部材）、８１：ロック部材、８２：スプリング座部材、９０：従動部材。
２１０：出力孔、２１１ａ：流入口、２１１ｂ：流出口、２２０：ボルト固定孔、３００：電極膜、３０１：誘電膜、５１０：被係合孔、６００：封止口、６０１：上底壁部、６０１ａ：気体供給孔、６０１ｂ：スプリング座、６０１ｃ：気体吸引孔、６０２：フランジ部、６０２ａ：ボルト挿通孔、８００：ケース、８０１：シャフト、８０１ａ：フランジ部、８０１ｂ：ロッド部、８２０：底壁部、８２１：凸部。
Ｓ：スイッチ。
【図１】
2010166672.tif 000003
【図２】
2010166672.tif 000004
【図３】
2010166672.tif 000005
【図４】
2010166672.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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