(57)【要約】【課題】所定の部材に固定することができる高分子アクチュエータ用基材および高分子アクチュエータを提供する。【解決手段】高分子アクチュエータ用基材１１は、シート状になった誘電体エラストマー１２、誘電体エラストマー１２の周囲に配置された補強部１４を備える。高分子アクチュエータ１０は、誘電体エラストマー１２の表面に形成された電極１６を備える。補強部１４は誘電体エラストマー１２よりも剛性が高い。補強部１４はニット、布帛およびフィルムを含む。補強部１４はフレームなどの固定部材に取り付けられる部分である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体エラストマーと、
前記誘電体エラストマーの周囲に設けられ、前記誘電体エラストマーよりも剛性が高い補強部と、
を含む高分子アクチュエータ用基材。
【請求項２】
前記誘電体エラストマーと補強部とが抵抗部を介して接続されている請求項１の高分子アクチュエータ用基材。
【請求項３】
前記補強部がニット、布帛またはフィルムを含む請求項１または２の高分子アクチュエータ用基材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の高分子アクチュエータ用基材と、
前記誘電体エラストマーの表面に形成された電極と、
を含む高分子アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを力学エネルギーに変換する高分子アクチュエータおよびそれに使用する高分子アクチュエータ用基材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の駆動装置が開発および開示されている。たとえば下記の特許文献１に高分子アクチュエータが開示されている。特許文献１の高分子アクチュエータは、高分子エラストマーのシート、そのシートの表面に形成された電極、およびシートを固定するフレームを備えている。電極に電圧を印加すると、電圧の極性に応じてシートの電圧を印加された部分が伸長または収縮し、力学エネルギーを得ることができる。
【０００３】
しかし、シートが伸縮することにより、シートがフレームから外れるおそれがある。また、シートの端をクリップなどの治具で挟み、クリップをフレームに固定する方法もあるが、治具を引っ張った時に治具からシートが外れるおそれもある。治具からシートが外れるときにシートが破れたり傷ついたりして破損するおそれもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７４２０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、所定の部材に固定することができる高分子アクチュエータ用基材および高分子アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の高分子アクチュエータ用基材は、誘電体エラストマーと補強部を含む。補強部は誘電体エラストマーの周囲に設けられ、誘電体エラストマーよりも剛性が高い。
【０００７】
誘電体エラストマーと補強部とは抵抗部を介して接続されている。補強部はニット、布帛またはフィルムを含む。
【０００８】
本願の高分子アクチュエータは、誘電体エラストマーの表面に形成された電極を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、誘電体エラストマーの周囲にある補強部を固定部材に固定することができ、誘電体エラストマーを直接固定部材に固定する必要はない。そのため、誘電体エラストマーが伸縮しても固定部材から外れにくい。補強部に固定治具を取り付け、固定治具を固定部材に固定することができるため、従来のように誘電体エラストマーを損傷しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本願の高分子アクチュエータを示す図であり、（ａ）は高分子アクチュエータの斜視図、（ｂ）は高分子アクチュエータの断面図である。
【図２】補強部を固定部材に固定した図である。
【図３】抵抗部を示す断面図であり、（ａ）は補強部に誘電体エラストマーが含侵した図であり、（ｂ）は補強部の穴に誘電体エラストマーが入った図であり、（ｃ）は補強部の凹部に誘電体エラストマーが入った図である。
【図４】円形の誘電体エラストマーの外周に方形の補強部を設けた図である。
【図５】方形の誘電体エラストマーの対向する辺に補強部を設けた図である。
【図６】誘電体エラストマーの一面に複数の電極を設けた図であり、（ａ）は４本の電極を平行に並べて設けた図であり、（ｂ）は誘電体エラストマーと補強部を一緒に筒状にした図である。
【図７】ロール状に丸めた誘電体エラストマーの正面図であり、（ａ）は補強部に紐を巻き付けて固定した図であり、（ｂ）はハサミで補強部を挟み込んだ図である。
【図８】補強部に帯状部を設けた図である。
【図９】補強部に穴を設けた図であり、（ａ）は補強部に複数の穴を設けた図であり、（ｂ）は穴にフックを入れて固定した図であり、（ｃ）は穴にＳ字フックを入れた図である。
【図１０】複数の誘電体エラストマーを補強部でつないだ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の高分子アクチュエータ用基材および高分子アクチュエータについて図面を用いて説明する。図面は模式的に示しており、説明の便宜上、図面によって大きさの異なる場合がある。
【００１２】
図１に示す本願の高分子アクチュエータ用基材１１は、シート状になった誘電体エラストマー１２、誘電体エラストマー１２の周囲に配置された補強部１４を備える。高分子アクチュエータ１０は、誘電体エラストマー１２の表面に形成された電極１６を備える。
【００１３】
誘電体エラストマー１２は、絶縁性のシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂またはウレタン系樹脂などの高分子材料で形成された柔軟性のあるシートである。誘電体エラストマー１２はゲル状のシートであっても良い。誘電体エラストマー１２の厚み（膜厚）は約０．０３〜５ｍｍであるが、この厚みに限定されない。プリストレイン（予ひずみ）のために誘電体エラストマー１２を均一に引っ張った状態で使用する。図１は円形の誘電体エラストマー１２を例示しており、本願は誘電体エラストマー１２の形状を限定しない。
【００１４】
誘電体エラストマー１２の表面に電極１６が形成されている。電極１６は誘電体エラストマー１２が伸縮したときに追従して変形できる柔軟性のある導電体である。たとえば、カーボンブラック、カーボンファイバー、金、銀、銅、白金、アルミニウムなどの導電性の粉末や粒子をバインダ樹脂に分散したものが電極１６として挙げられる。バインダ樹脂に柔軟性のあるシリコーン系、アクリル系またはウレタン系の樹脂を使用することで、柔軟性のある電極１６となる。電極１６はスクリーン印刷などの方法で形成することができる。電極１６は層状に形成されても良いし、網目状に形成されても良い。
【００１５】
誘電体エラストマー１２の伸縮部分や伸縮方法によって電極１６の形状を適宜変更する。少なくとも２つの電極１６を形成し、各電極１６に所定の極性の電圧を印加することで、誘電体エラストマー１２に大きなひずみが生じて伸長する部分と収縮する部分ができ、誘電体エラストマー１２を変形させることができる。
【００１６】
電極１６は制御回路１８に接続されており、制御回路１８から所望の電圧が印加される。それぞれの電極１６に所定の極性の電圧を印加することで、誘電体エラストマー１２が伸長または収縮し、力学的エネルギーを得ることができる。
【００１７】
補強部１４は誘電体エラストマー１２の周囲に配置されている。図１は円形の誘電体エラストマー１２の外周を一周するように補強部１４が配置されている。補強部１４は誘電体エラストマー１２よりも剛性が高い。剛性として軸剛性、曲げ剛性、せん断剛性、ねじり剛性が含まれ、たとえば補強部１４と誘電体エラストマー１２の厚みおよび材料特性（たとえば弾性係数）によって決定される。
【００１８】
補強部１４はニット、布帛またはフィルムなどのシート状のものを使用する。ニットおよび布帛を構成する繊維は、ナイロン、アクリル、ポリエステル、ポリウレタン、コットン、カシミヤ、ウール、シルク、リネン、ビスコース、レーヨンなどが挙げられる。フィルムの場合の材料は、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などが挙げられる。補強部１４がフィルムの場合、補強部１４と誘電体エラストマー１２が同じ材料であっても良く、補強部１４の厚みを誘電体エラストマー１２よりも厚くし、補強部１４の剛性を高める。
【００１９】
補強部１４は従来技術で説明したフレームなどの固定部材に取り付けられる部分である。図１の補強部１４の外周は円形になっており、図２に示すように補強部１４をリング状のフレーム２０で挟み込んで固定している。補強部１４とフレーム２０は接着剤で固定されても良い。補強部１４は誘電体エラストマー１２よりも剛性が高く、電極１６から生じる電場によって直接伸縮しない。フレーム２０から補強部１４が外れにくく、高分子アクチュエータ用基材１１がフレーム２０に固定された状態を維持しやすい。なお、図２では２つのフレーム２０で補強部１４を挟み込んだが、１つのフレーム２０に補強部１４を接着固定しても良い。
【００２０】
補強部１４をフレーム２０に固定するとき、補強部１４を引っ張ることで誘電体エラストマー１２に必要な張力をかけ、誘電体エラストマー１２をプリストレインさせる。プリストレインによって誘電体エラストマー１２の伸縮の度合いを大きくする。
【００２１】
誘電体エラストマー１２と補強部１４は抵抗部２２を介して接続されている。たとえば、補強部１４がニットまたは布帛の場合、製造時、繊維２４同士の間に誘電体エラストマー１２の液体を含侵させて硬化させる（図３（ａ））。含侵した部分が抵抗部２２になり、誘電体エラストマー１２と補強部１４が強固に固定される。また、補強部１４がフィルム２６の場合であっても、フィルム２６に細かな穴２８を開けたり（図３（ｂ））、表面に微細な窪み３０を形成しておく（図３（ｃ））。穴２８や窪み３０に誘電体エラストマー１２が入り込み、この部分が抵抗部２２になり、誘電体エラストマー１２と補強部１４を強固に固定することができる。
【００２２】
以上のように、本発明は誘電体エラストマー１２をフレーム２０などの固定部材に直接固定せず、誘電体エラストマー１２の周囲にある補強部１４を固定部材に固定している。このことで、誘電体エラストマー１２が伸縮しても固定部材から外れにくい。また、補強部１４を固定部材に固定するため、誘電体エラストマー１２に固定するための治具を取り付ける必要もなく、誘電体エラストマー１２を損傷しにくくなる。
【００２３】
以上、本発明について一実施形態を説明したが本発明は上記実施形態に限定されない。たとえば、図４の高分子アクチュエータ３２のように、誘電体エラストマー１２と補強部３４の形状は一致しなくても良い。誘電体エラストマー１２が円形であり、補強部３４は方形になっている。誘電体エラストマー１２の周囲に補強部３４が設けられていれば、誘電体エラストマー１２と補強部３４の形状は限定されない。
【００２４】
図５の高分子アクチュエータ３６のように誘電体エラストマー３８の外周の一部に補強部４０を備えても良い。誘電体エラストマー３８の形状は方形になっており、誘電体エラストマー３８を引っ張る方向の端部に補強部４０が配置されている。誘電体エラストマー３８と補強部４０の間に抵抗部４２が形成されている。なお、図５では誘電体エラストマー３８の形状に合わせて電極４４の形状も方形になっているが、電極４４の形状を任意の形状にしても良い。
【００２５】
図６（ａ）の高分子アクチュエータ４６のように誘電体エラストマー３８の一面に複数の電極４８を形成しても良い。また、誘電体エラストマー３８を筒状にしたり（図６（ｂ））、ロール状に巻きまわしたりしても良い。誘電体エラストマー３８がどのような形状になったとしても、補強部４０を固定部材に固定することで、高分子アクチュエータ４６を強固に固定することができる。誘電体エラストマー３８をロール状に巻きまわした場合、図７のように、補強部４０を紐５０で縛って紐５０を固定部材に固定したり、補強部４０をクリップ５２で挟み込んでクリップ５２を固定部材に固定したりしても良い。図８の高分子アクチュエータ５４のように、補強部４０に帯状部５６を設けても良い。固定部材に帯状部５６を括りつけたりして固定することができる。
【００２６】
図９（ａ）の高分子アクチュエータ５８のように、補強部４０に穴６０を形成し、フック６２などの固定部材に引っ掛けるようにしても良い（図９（ｂ））。フック６２以外に、穴６０に紐を通して固定することも可能である。また、図９（ｃ）に示すように、補強部４０の穴６０にＳ字状のフック６４を引っ掛け、そのフック６４を固定部材に固定しても良い。
【００２７】
図１０の高分子アクチュエータ６６ように、誘電体エラストマー３８同士の間に共通する補強部４０を設けることで、誘電体エラストマー３８同士を直列に接続することができる。補強部４０で誘電体エラストマー３８が繋げられており、誘電体エラストマー３８同士を治具で繋げるよりも強固につなげることができる。
【００２８】
誘電体エラストマー１２、３８と補強部１４、３４、４０の間に抵抗部２２、４２を設けず、弾性接着剤で固定しても良い。弾性接着剤の材料として、硬化後にゴム弾性を有する変成シリコーン系、変成シリコーン・エポキシ系、ポリサルファイド系、ウレタン系、ウレタン・エポキシ系などの接着剤が挙げられる。
【００２９】
高分子アクチュエータ用基材１１はフィルム状になっていることに限定されない。高分子アクチュエータ用基材１１を構成する誘電体エラストマー１２、３８と補強部１４、３４、４０はシート状に限定されず、厚みが厚くなったり、棒状になったりしたりしても良い。
【００３０】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明に挙げた材料等は一例であり、同様の作用、機能を奏する材料等に変更しても良い。各実施形態は独立的なものではなく、各実施形態を組み合わせて実施しても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１０、３２、３６、４６、５４、５８、６６：高分子アクチュエータ
１１：高分子アクチュエータ用基材
１２、３８：誘電体エラストマー
１４、３４、４０：補強部
１６、４８：電極
１８：制御回路
２０：フレーム
２２、４２：抵抗部
２４：繊維
２６：フィルム
２８：穴
３０：窪み
５０：紐
５２：クリップ
５６：帯状部
６０：穴
６２：フック
６４：Ｓ字フック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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