(57)【要約】【課題】簡単な構成で伸縮部の２方向にそれぞれ均等なプリストレインを与えることができる小型のアクチュエータを提供する。【解決手段】伸縮部の中空部を封止する封止部材を有し、封止部材は、中空部に注入された物質の圧力によって、伸縮部の電極に挟まれた部分が圧縮されるとともに、中空部の両端方向に伸縮部が伸張された状態で物質を封止していることを特徴とするアクチュエータ。【選択図】図１
2011101546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界を印加すると歪みを生じるポリマからなる円筒状の伸縮部の外周面および内周面にそれぞれ形成された電極の間に電圧信号を印加して伸縮させるアクチュエータであって、
前記伸縮部の中空部を封止する封止部材を有し、
前記封止部材は、
前記中空部に注入された物質の圧力によって、前記伸縮部の前記電極に挟まれた部分の間隔が縮むとともに、前記中空部の両端方向に前記伸縮部が伸張された状態で前記物質を封止していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記電極は、
導電性を有する弾性体からなることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
電界を印加すると歪みを生じるポリマからなるシート状の伸縮部を巻回して中空部を有する棒状に形成し、前記伸縮部の両面に形成された電極の間に電圧信号を印加して伸縮させるアクチュエータであって、
前記中空部を封止する封止部材を有し、
前記封止部材は、
前記中空部に注入された物質の圧力によって、前記伸縮部の前記電極に挟まれた部分の間隔が縮むとともに、前記中空部の両端方向に前記伸縮部が伸張された状態で前記物質を封止していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
前記電極は、
導電性を有する弾性体からなることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記電極は、
導電グリスからなることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
超小型機器に用いるアクチュエータにおいて、電界を印加すると歪みを生じるポリマを伸縮部として用いるものが知られている。
【０００３】
ところが、ポリマは、そのままでは伸縮できる量が小さいため、プリストレイン（Ｐｒｅｓｔｒａｉｎ）をポリマに与え、アクチュエータとしての出力を増すことが行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ロール状に巻かれたシート状のポリマ（電気活性ポリマ）の両端に取り付けたキャップ部材の間隔を、コイルバネによって押し広げる方向に付勢し、ロール状に巻かれたポリマの長手方向にプリストレインを与える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２３３０９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されているアクチュエータは、プリストレインが与えられる方向がロール状に巻かれたシート状のポリマからなる伸縮部の長手方向だけであり、ポリマの厚み方向にはプリストレインが与えられない。また、伸縮部を付勢するためのバネが必要であり、小型化が難しいうえ、アクチュエータが重くなる問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で伸縮部の２方向にそれぞれ均等なプリストレインを与えることができる小型の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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【０００９】
電界を印加すると歪みを生じるポリマからなる円筒状の伸縮部の外周面および内周面にそれぞれ形成された電極の間に電圧信号を印加して伸縮させるアクチュエータであって、
前記伸縮部の中空部を封止する封止部材を有し、
前記封止部材は、
前記中空部に注入された物質の圧力によって、前記伸縮部の前記電極に挟まれた部分の間隔が縮むとともに、前記中空部の両端方向に前記伸縮部が伸張された状態で前記物質を封止していることを特徴とするアクチュエータ。
【００１０】
２．前記電極は、
導電性を有する弾性体からなることを特徴とする前記１に記載のアクチュエータ。
【００１１】
３．電界を印加すると歪みを生じるポリマからなるシート状の伸縮部を巻回して中空部を有する棒状に形成し、前記伸縮部の両面に形成された電極の間に電圧信号を印加して伸縮させるアクチュエータであって、
前記中空部を封止する封止部材を有し、
前記封止部材は、
前記中空部に注入された物質の圧力によって、前記伸縮部の前記電極に挟まれた部分の間隔が縮むとともに、前記中空部の両端方向に前記伸縮部が伸張された状態で前記物質を封止していることを特徴とするアクチュエータ。
【００１２】
４．前記電極は、
導電性を有する弾性体からなることを特徴とする前記３に記載のアクチュエータ。
【００１３】
５．前記電極は、
導電グリスからなることを特徴とする前記３に記載のアクチュエータ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、伸縮部の中空部に注入した物質の圧力によって、伸縮部の電極に挟まれた部分が圧縮されるとともに、中空部の両端方向に伸縮部が伸張された状態で物質を封止部材によって封止している。
【００１５】
したがって、簡単な構成で伸縮部の２方向にそれぞれ均等なプリストレインを与えることができる小型の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】
【００１６】
【図１】第１の実施形態のアクチュエータの構成を説明する説明図である。
【図２】第１の実施形態のアクチュエータの断面図である。
【図３】第２の実施形態のアクチュエータの製造方法を説明する説明図である。
【図４】第２の実施形態のアクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１８】
図１は、第１の実施形態のアクチュエータの構成を説明する説明図、図２は、第１の実施形態のアクチュエータの断面図である。
【００１９】
図１（ａ）は、第１の実施形態の伸縮部１の外観形状を示している。
【００２０】
伸縮部１は、電界を印加すると歪みを生じるポリマ、例えば、誘電ポリマ（シリコン樹脂やアクリル系樹脂）や電気活性ポリマ（シリコンエラストマー、ポリウレタン）などからなる。伸縮部１の形状は、図１（ａ）のように円筒状であり、中空部２は伸縮部１を貫通している。
【００２１】
図１（ｂ）は、伸縮部１に電界を印加する電極３、電極４を形成した状態である。伸縮部１の外周面には電極３、内周面には電極４が形成され、端面８には電極３と導通する接片１０と、電極４と導通する接片１１とが設けられている。
【００２２】
電極３、４は、伸縮する伸縮部１とともに伸縮するように導電性を有する弾性体からなる。電極３、４の材料は、伸縮部１とともに伸縮する導電材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコンゴムやアクリルゴムなどのゴム材料にカーボンナノチューブや銀ナノフィラーを導電材料として分散させた材料を用いることができる。
【００２３】
電極３、４と接片１０、接片１１は、例えば次のようにして作製する。
【００２４】
Ｓ１：図１（ａ）のような円筒状のポリマからなる伸縮部１を、導電性を有する弾性体の溶液に浸した後、乾燥させて伸縮部１全体が導電性を有する弾性体に覆われるようにする。
【００２５】
Ｓ２：端面８の接片１０、接片１１に相当する部分の導電性を有する弾性体を残して、伸縮部１の両側の端面に付着している導電性を有する弾性体を除去する。
【００２６】
図１（ｃ）は、第１の実施形態のアクチュエータ１００の外観図であり、封止部材５、封止部材６が伸縮部１の中空部２を覆うように取り付けられている。
【００２７】
次に、封止部材５、封止部材６について図２の断面図を参照しながら説明する。
【００２８】
封止部材５、封止部材６は、プラスチック樹脂などの絶縁材料からなり、図２のように伸縮部１の両端部とそれぞれ嵌合し、接着されている。封止部材５には物質を注入する注入口７が設けられている。注入口７の注入経路には注入した物質が逆流するのを防止する逆止弁９が設けられている。また、物質を注入した後の漏れを防止するため、封止用接着剤２２が注入口７を塞ぐように塗布されている。
【００２９】
中空部２に注入する物質は、気体、液体、ゲル状の物質など特に限定されるものではないが、電極４を劣化させない物質が望ましい。例えば、窒素ガスなどの不活性ガスやシリコンオイルなどの絶縁油を用いることが好ましい。
【００３０】
中空部２に物質を注入する際は、封止用接着剤２２を塗布する前の注入口７から中空部２の空気を真空ポンプなどを用いて抜いた後、注入口７から中空部２に所定量の物質を注入する。物質を注入後、注入口７を塞ぐように封止用接着剤２２を塗布する。
【００３１】
このようにすると、アクチュエータ１００の内部は注入された物質によって所定の圧力で押圧される。すなわち、図２（ａ）の矢印で示すように伸縮部１の両端に接着された封止部材５と封止部材６は、封入された物質によって伸縮部１を両端方向に伸張する均等な圧力で押圧される。また、図２（ｂ）の矢印で示すように電極４が設けられた内周面は封入された物質によって均等な圧力で押圧され、電極３が設けられた外周面は大気圧により押圧されている。そのため、電極４と電極３との間の伸縮部１は電極３と電極４に挟まれた部分の間隔が縮む。すなわち、伸縮部１は中空部２の両端方向に伸張する方向と、電極３と電極４に挟まれた部分の間隔が縮む方向の２方向にプリストレインされている。
【００３２】
このように、本実施形態では簡単な構成で伸縮部１の２方向にそれぞれ均等なプリストレインを与えることができる。
【００３３】
端子１２、端子１３は、銅、アルミなどの金属からなり、接片１０、接片１１と接触して導通するように封止部材５に設けられている。
【００３４】
端子１２、端子１３は、図示せぬ駆動電源に接続され、電圧信号が印加される。端子１２と端子１３との間に電圧が印加されると、伸縮部１は、発生する電界の大きさに略比例して図２（ａ）の矢印方向に伸張するとともに、電極３と電極４に挟まれた伸縮部１の間隔は縮む。伸縮部１は、伸縮部１の両端方向に伸張する方向と、電極３と電極４との間隔が縮む方向にプリストレインを与えられているので、アクチュエータ１００としての所望の変位方向である図２（ａ）の矢印方向に大きく伸張する。
【００３５】
次に、第２の実施形態のアクチュエータを説明する。
【００３６】
図３は、第２の実施形態のアクチュエータの製造方法を説明する説明図、図４は、第２の実施形態のアクチュエータの断面図である。
【００３７】
図３は、第２の実施形態のアクチュエータに用いるシート状の伸縮部１を端面側から見た上視図である。シート状のポリマからなる伸縮部１の両面には層状に電極３、電極４が形成され、電極３、電極４はそれぞれ図示せぬ絶縁層に覆われている。
【００３８】
電極３、電極４は、伸縮する伸縮部１とともに伸縮する材料からなる。
【００３９】
例えば、電極３、電極４として導電性を有するシート状の弾性体を伸縮部１の両面にそれぞれ貼り合わせ、さらにシート状の弾性体を覆うようにそれぞれ絶縁シートを貼り合わせる。導電性を有するシート状の弾性体の材料は、例えば、シリコンゴムやアクリルゴムなどのゴム材料にカーボンナノチューブや銀ナノフィラーを導電材料として分散させた材料や導電グリスを用いることができる。
【００４０】
あるいは、伸縮部１の両面に電極３、電極４としてペースト状の導電グリスを塗布し、導電グリスが漏れないように絶縁シートで覆うようにしても良い。
【００４１】
その他、伸縮部１とともに伸縮する材料であれば特に限定されるものではない。
【００４２】
次に、図３（ａ）のように電極３、電極４が両面に形成されたシート状の伸縮部１を、中空部１５ができるように２つ折りにして重ね合わせ、中空部１５を中心に矢印の方向に巻回し接着する。すると、図３（ｂ）のように中心部に中空部１５、中空部１６を有する棒状になる。
【００４３】
次に、図３（ｂ）のように棒状になった伸縮部１に、第１の実施形態と同様に封止部材５、封止部材６を取り付ける。図４（ａ）は、棒状になった伸縮部１に封止部材５、封止部材６を取り付けた状態の縦断面図である。
【００４４】
封止部材５、封止部材６は、プラスチック樹脂など絶縁材料からなり、図４のように棒状になった伸縮部１の両端部とそれぞれ嵌合し、接着されている。封止部材５、封止部材６は第１の実施形態と同様の機能を有し、封止部材５には注入口７と逆止弁９が設けられている。また、物質を注入した後の漏れを防止するため、封止用接着剤２２が注入口を塞ぐように塗布されている。
【００４５】
中空部２に物質を注入する際は、封止用接着剤２２を塗布する前の注入口７から中空部２の空気を真空ポンプなどを用いて抜いた後、注入口７から物質を注入すると伸縮部１の内部の中空部１５、中空部１６は物質で充填された状態になる。物質を注入後、注入口７を塞ぐように封止用接着剤２２を塗布する。
【００４６】
中空部１５、中空部１６に注入する物質は、第１の実施形態と同じ材料を用いることができる。
【００４７】
排出口２０を閉じ、さらに注入口７から所定量の物質を注入すると、アクチュエータ１００の内部は中空部１５、中空部１６に注入された物質によって所定の圧力で押圧される。すなわち、図４（ａ）の矢印で示すように伸縮部１の両端の封止部材５と封止部材６は、封入された物質によって伸縮部１を両端方向に伸張する方向に均等な圧力で押圧される。また、図４（ｂ）の矢印で示すように中空部１５、中空部１６の内側の面は封入された物質によって均等な圧力で押圧され、巻回された伸縮部１の外周面は大気圧により押圧されているので、中空部１５、中空部１６の内周面と巻回された伸縮部１の外周面との間が縮む。
【００４８】
すなわち、伸縮部１は中空部１５、中空部１６の両端方向に伸張する方向と、それぞれの伸縮部１の電極３と電極４に挟まれた部分の間隔が縮む方向の２方向にプリストレインされている。
【００４９】
このように、本実施形態では簡単な構成で伸縮部１の２方向にそれぞれ均等なプリストレインを与えることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、中空部１５、中空部１６の内側の面と巻回された伸縮部１の外周面との間に複数の伸縮部１が積層されているので、層数に応じてアクチュエータ１００の変位を増大する効果が得られる。
【００５１】
第２の実施形態のアクチュエータ１００では、封止部材５、封止部材６には第１の実施形態と同様に、端子１２、端子１３が設けられており、電極３と接続している接片１０と電極４と接続している接片１１にそれぞれ接触して導通している。
【００５２】
端子１２と端子１３との間に電圧が印加されると、伸縮部１は、発生する電界の大きさに略比例して図４（ａ）の矢印方向に伸張するとともに、電極３と電極４に挟まれた伸縮部１の間隔は圧縮する。伸縮部１は、伸縮部１の両端方向に伸張する方向と、電極３と電極４との間隔が縮む方向にプリストレインを与えられているので、アクチュエータ１００としての所望の変位方向である図４（ａ）の矢印方向に大きく伸張する。
【００５３】
以上このように、本発明によれば、簡単な構成で伸縮部の２方向にそれぞれ均等なプリストレインを与えることができる小型のアクチュエータを提供することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  伸縮部
２  中空部
３  電極
４  電極
５  封止部材
６  封止部材
７  注入口
８  端面
９  逆止弁
１０  接片
１１  接片
１２  端子
１３  端子
１５  中空部
１６  中空部
２２  封止用接着剤
１００  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
2011101546.tif 000004
【図３】
2011101546.tif 000005
【図４】
2011101546.tif 000006