(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電エラストマ層とその表裏両面に設けられた導電ゴム層とを備えるシート体がコイルスプリングの周りに渦巻き状に巻き付けられており、前記シート体における前記誘電エラストマ層の表裏両面の導電ゴム層に対する電圧印可及び同電圧印可の解除により、前記渦巻き状のシート体を前記コイルスプリングの伸縮方向と同方向に伸縮させるアクチュエータにおいて、
前記コイルスプリングの周りに渦巻き状に巻かれた前記シート体と同コイルスプリングとの間には繊維層が形成され、
前記繊維層は、糸を前記コイルスプリングの周りに螺旋状に巻き付けることによって形成されており、
前記糸の径は、前記コイルスプリングを伸長させたときの同コイルスプリングの金属線間の距離よりも大きい値とされている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記繊維層は、前記渦巻き状のシート体の伸縮に伴って変位することの可能な伸縮性を有している
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記コイルスプリングは圧縮された状態に保持されており、その状態の同コイルスプリングの周りに繊維層が形成されるとともに同繊維層の外周に前記シート体が巻き付けられている
請求項１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】
従来より、誘電ゴム層（誘電エラストマ層）の表裏両面にそれぞれ設けられた導電ゴム層に対し電圧印可や同電圧印可の解除を行い、それに基づき上記誘電エラストマ層を伸縮させることにより作動するアクチュエータが知られている。
【０００３】
こうしたアクチュエータとして、具体的には特許文献１のアクチュエータがあげられる。同アクチュエータは、上記誘電エラストマ層と上記導電ゴム層とを備えるシート体をコイルスプリングの周りに渦巻き状に巻き付けることによって形成されている。そして、同アクチュエータは、上記シート体における誘電エラストマ層の表裏両面の導電ゴム層に対する電圧印可及び同電圧印可の解除により、渦巻き状のシート体をコイルスプリングの伸縮方向と同方向に伸縮させるものとなっている。
【０００４】
なお、上記アクチュエータにおけるコイルスプリングは、同アクチュエータを渦巻き状のシート体の中心線方向に付勢するものとなっている。このようにアクチュエータを上記中心線方向に付勢するのは、アクチュエータを動作させて上記中心線方向に伸ばす際にアクチュエータが上記中心線方向と直交する方向に膨張することを極力抑え、同中心線方向へのアクチュエータの変位量（作動量）を可能な限り大きくするためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２４８７５公報（段落［００１５］〜［００１８］、及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記アクチュエータにおいては、ゴム等の付着性の高い物質により形成されたシート体がコイルスプリングの周りに渦巻き状に巻き付けられているため、そのシート体がコイルスプリングの螺旋状をなす金属線に対し付着しやすい。また、アクチュエータの作動に伴って渦巻き状のシート体が伸びると、それに伴ってコイルスプリングも伸びて同コイルスプリングの螺旋状をなす金属線間の距離が長くなる。このとき、シート体において、コイルスプリングの金属線に付着した部分の近傍の部分が引き延ばされ、それによって上記近傍の部分の誘電エラストマ層の厚さが薄くなる。そして、このように誘電エラストマ層の厚さが薄くなると、その部分での表裏両面における導電ゴム層間の絶縁性が保てなくなり、ひいてはアクチュエータの動作に支障を来すことにもなる。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、コイルスプリングの周りに渦巻き状に巻き付けられたシート体の誘電エラストマ層が薄くなって、同誘電エラストマ層の絶縁性が低下することを抑制できる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】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、誘電エラストマ層とその表裏両面に設けられた導電ゴム層とを備えるシート体がコイルスプリングの周りに渦巻き状に巻き付けられており、前記シート体における前記誘電エラストマ層の表裏両面の導電ゴム層に対する電圧印可及び同電圧印可の解除により、前記渦巻き状のシート体を前記コイルスプリングの伸縮方向と同方向に伸縮させるアクチュエータにおいて、前記コイルスプリングの周りに渦巻き状に巻かれた前記シート体と同コイルスプリングとの間に繊維層が形成され、前記繊維層は、糸を前記コイルスプリングの周りに螺旋状に巻き付けることによって形成されており、前記糸の径は、前記コイルスプリングを伸長させたときの同コイルスプリングの金属線間の距離よりも大きい値とされている。
【０００９】
上記構成によれば、コイルスプリングの周りに渦巻き状に巻かれたシート体と同コイルスプリングとの間に形成された繊維層により、シート体がコイルスプリングにおける螺旋状の金属線に付着することは抑制される。同繊維層に関しては、シート体及びコイルスプリングの金属線と接触する部分に繊維層を構成する多数の繊維による凹凸ができるため、シート体及び金属線に対し付着しにくくなる。このため、アクチュエータの作動に伴って渦巻き状のシート体が伸びたとき、コイルスプリングの螺旋状をなす金属線と繊維層とを相対移動させたり、その繊維層とシート体とを相対移動させたりすることが可能になる。こうした繊維層をアクチュエータに設けることで、従来のようにシート体におけるコイルスプリングの金属線に付着した部分の近傍の部分が引き延ばされることはなくなり、その引き延ばしに伴い上記近傍の部分の誘電エラストマ層の厚さが薄くなって、同誘電エラストマ層の絶縁性が低下することは抑制される。
また、アクチュエータの作動を通じて渦巻き状のシート体が伸び、それに伴いコイルスプリング２も伸びて同コイルスプリングの螺旋状をなす金属線間の距離が長くなったとしても、その金属線間に糸が落ち込むことはない。
【００１２】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記繊維層は、前記渦巻き状のシート体の伸縮に伴って変位することの可能な伸縮性を有していることを要旨とする。
上記構成によれば、アクチュエータの作動を通じて渦巻き状のシート体が伸びたとき、それに伴って上記繊維層も伸びるようになるため、同繊維層が上記シート体の伸縮の妨げになることを抑制できる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記コイルスプリングは圧縮された状態に保持されており、その状態の同コイルスプリングの周りに繊維層が形成されるとともに同繊維層の外周に前記シート体が巻き付けられていることを要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、圧縮された状態のコイルスプリングは幅方向に対する柔軟性が低下するため、仮に同コイルスプリングに直接的にシート体を渦巻き状に巻き付けたとすると、そのシート体からコイルスプリングを構成する螺旋状の金属線に対して作用する面圧が逃げにくくなり、シート体が上記金属線に対し高い面圧で付着することになる。その結果、コイルスプリングの金属線に対しシート体が付着しやすくなる。この場合、渦巻き状のシート体が伸びてコイルスプリングの螺旋状をなす金属線間の距離が長くなったとき、シート体における上記金属線に付着した部分の近傍の部分が引き延ばされやすくなり、それによって上記近傍の部分の誘電エラストマ層の厚さが薄くなりやすくなる。しかし、こうした問題をシート体とコイルスプリングとの間に繊維層を形成することによって回避できるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コイルスプリングの周りに渦巻き状に巻き付けられたシート体の誘電エラストマ層が薄くなって、同誘電エラストマ層の絶縁性が低下することを抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、アクチュエータの通常状態、同アクチュエータを通常状態から伸ばした状態、及びアクチュエータを構成するシート体の構造を概念的に示した略図。
【図２】シート体を渦巻き状に巻くための芯材を示す側面図。
【図３】同芯材に対するシート体の巻き付け態様を示す斜視図。
【図４】繊維層を形成しない場合のアクチュエータにおけるシート体とコイルスプリングとの関係を示す拡大図。
【図５】繊維層を形成した場合のアクチュエータにおけるシート体、繊維層、及びコイルスプリングの関係を示す拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１（ａ）に示されるアクチュエータは、シート体１を渦巻き状に巻いて円筒状とし、同円筒状のシート体１をその中心線方向に伸縮させることで、同中心線方向の長さを可変とするよう作動するものである。なお、図１において、（ａ）はアクチュエータの通常状態である縮めた状態を示し、（ｂ）はアクチュエータを通常状態から伸ばした状態を示している。
【００２０】
図１（ａ）に示されるように、円筒状とされたシート体１の内部にはコイルスプリング２が圧縮された状態で配置される。更に、同シート体１の中心線方向両端部の内周面にはそれぞれパイプ３，４が固定される。これらパイプ３，４によりシート体１の内部のコイルスプリング２が圧縮状態に保持されている。従って、同コイルスプリング２の弾性力によりパイプ３，４は互いに離れる方向に付勢され、それによってアクチュエータが上記中心線方向（図中の上下方向）に伸びるようコイルスプリング２の弾性力によって付勢される。アクチュエータにおいて、渦巻き状に巻かれて円筒状となったシート体１と圧縮状態に保持されたコイルスプリング２との間には、多数の繊維からなる繊維層７が形成されている。従って、上記アクチュエータにおいては、圧縮状態のコイルスプリング２の周りに上記繊維層７が形成されるとともに、同繊維層７の外周面にシート体１が巻き付けられることとなる。
【００２１】
図１（ｃ）は、上記円筒状のシート体１を展開した状態を概念的に示したものである。このシート体１は、複数の誘電ゴム層（誘電エラストマ層）５と複数の導電ゴム層６（６ａ，６ｂ）とを厚さ方向（矢印Ｙ１方向）に交互に重ね合わせることによって形成されている。このため、シート体１の誘電エラストマ層５における表裏両面には、それぞれ導電ゴム層６（６ａ，６ｂ）が設けられることとなる。
【００２２】
シート体１において、導電ゴム層６は汎用ゴム等によって形成されており、誘電エラストマ層５は架橋点の動く高分子化合物（高分子ゲル等）によって、より詳しくはポリロタキサン等によって形成されている。また、誘電エラストマ層５を表裏両面から挟んだ状態となる導電ゴム層６ａ，６ｂのうち、導電ゴム層６ａは電源８の陽極に接続されており、導電ゴム層６ｂは電源８の陰極に接続されている。そして、導電ゴム層６ａ，６ｂに対する電圧印可を行うと、誘電エラストマ層５は、厚さ方向（矢印Ｙ１方向）に縮むとともに、その厚さ方向と直交する方向（矢印Ｙ２方向や矢印Ｙ３方向）に伸びる。また、導電ゴム層６ａ，６ｂに対する上記電圧印可を解除すると、誘電エラストマ層５は、その弾性により同層５の厚さ方向への縮み及び同厚さ方向と直交する方向についての伸びが解除される。
【００２３】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように渦巻き状に巻いて円筒状とされたシート体１においては、導電ゴム層６ａ，６ｂ（図１（ｃ））に対する電圧印可及び同電圧印可の解除を通じて上述したようにシート体１を伸縮させることにより、円筒状のシート体１の中心線方向に伸縮するようになる。すなわち、導電ゴム層６ａ，６ｂに対する電圧の印可により円筒状のシート体１が図１（ｂ）に示されるように上記中心線方向に伸び、導電ゴム層６ａ，６ｂに対する電圧の印可を解除することにより円筒状のシート体１が図１（ｂ）に示される状態から図１（ａ）に示される状態へと上記中心線方向に縮む。こうした円筒状のシート体１の伸縮により、アクチュエータが作動して同アクチュエータに上記中心線方向への変位が生じる。
【００２４】
次に、アクチュエータにおいて、円筒状のシート体１とその内部に位置するコイルスプリング２との間に上記繊維層７を形成する手順について、図２及び図３を参照して説明する。
【００２５】
図２は、シート体１を渦巻き状に巻いて円筒状とする際に用いられる芯材９を示す側面図である。この芯材９を用いてシート体１を渦巻き状に巻く前に、まず同芯材９の外周面に圧縮状態のコイルスプリング２が装着されるとともに、同芯材９の外周面におけるコイルスプリング２の伸縮方向（図中左右方向）両側にそれぞれパイプ３，４が装着される。このため、上記芯材９は、その外周面に装着されたコイルスプリング２及びパイプ３，４を貫通した状態となる。更に、圧縮状態となるコイルスプリング２の周りの周方向（芯材９の周方向）の全周に亘って上記繊維層７が形成される。こうした繊維層７に関しては、例えば、多数の繊維（綿繊維）により形成された糸７ａを上記コイルスプリング２の周りに螺旋状に巻き付けることによって形成することが可能である。
【００２６】
その後、コイルスプリング２及びパイプ３，４が装着され、且つ繊維層７が周囲に形成された芯材９に対しシート体１を巻き掛けつつ、同芯材９を回転させることで、その芯材９の周り（正確にはパイプ３，４及び繊維層７の周り）に図３に示されるようにシート体１が渦巻き状に巻かれるようになる。このように芯材９の周りにシート体１が渦巻き状に巻かれた後、芯材９は渦巻き状のシート体１の内側から抜き出される。このとき、渦巻き状のシート体１の内側には、図３に示されるコイルスプリング２、パイプ３，４、及び繊維層７が残されたままとなる。このようにして、図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、アクチュエータにおける円筒状のシート体１とその内部に位置するコイルスプリング２との間に繊維層７が形成される。
【００２７】
次に、アクチュエータにおいて、円筒状のシート体１とその内部に位置するコイルスプリング２との間に、上記繊維層７を形成した場合と形成しない場合との違いについて、図４及び図５を参照して説明する。
【００２８】
上記繊維層７を形成しない場合、アクチュエータにおいては、シート体１がコイルスプリング２の周りに渦巻き状に巻き付けられたとき、図４に示されるように同コイルスプリング２の金属線２ａに対しシート体１が直接的に接触するようになる。このシート体１は、ゴム等の付着性の高い物質により形成されているため、コイルスプリング２の螺旋状をなす金属線２ａに対し直接的に接触することで、その金属線２ａに対し付着しやすくなる。こうした状態にあって、アクチュエータの作動を通じて渦巻き状のシート体１が矢印Ｙ３方向に伸びると、それに伴いコイルスプリング２も伸びて同コイルスプリング２の螺旋状をなす金属線２ａ間の距離が長くなる。このとき、シート体１において、金属線２ａに付着した部分の近傍の部分（図中破線で囲んだ部分）が引き延ばされ、それによって上記近傍の部分の誘電エラストマ層５の厚さが薄くなる。そして、このように誘電エラストマ層５の厚さが薄くなると、その部分での表裏両面における導電ゴム層６（６ａ，６ｂ）間の絶縁性が保てなくなり、ひいてはアクチュエータの動作に支障を来すことにもなる。
【００２９】
一方、上記繊維層７を形成した場合、アクチュエータにおいては、図５に示されるように、シート体１とコイルスプリング２の金属線２ａとの間に糸７ａからなる繊維層７が介在する。なお、この繊維層７を形成する糸７ａの径は、コイルスプリング２を伸長させたときの金属線２ａ間の距離よりも大きい値とされている。
【００３０】
シート体１とコイルスプリング２の金属線２ａとの間に上記繊維層７を介在させることで、シート体１が金属線２ａに対し直接的に接触することはなくなり、それによってシート体１が金属線２ａに対し付着することは抑制される。ここで、上記繊維層７に関しては、シート体１及び金属線２ａと接触する部分に同繊維層７（糸７ａ）を構成する多数の繊維による凹凸ができるため、シート体１及び金属線２ａに対し付着しにくくなる。このため、アクチュエータの作動に伴って渦巻き状のシート体１が矢印Ｙ３方向に伸びたとき、金属線２ａと繊維層７とを矢印Ｙ３方向について相対移動させたり、その繊維層７とシート体１とを矢印Ｙ３方向に変位させたりすることが可能になる。更に、上記繊維層７に関しては、アクチュエータの作動を通じて渦巻き状のシート体１が伸縮したとき、それに伴って変位する伸縮性も有している。こうした繊維層７をアクチュエータに設けることで、図４のようにシート体１における金属線２ａに付着した部分の近傍の部分（同図の破線で囲んだ部分）が引き延ばされるということはなくなり、その引き延ばしに伴い上記近傍の部分の誘電エラストマ層５の厚さが薄くなって、同誘電エラストマ層５の絶縁性が低下するということは抑制される。
【００３１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）コイルスプリング２の周りに巻き付けられたシート体１と同コイルスプリング２との間に多数の繊維からなる繊維層７が介在するため、上記シート体１がコイルスプリング２の金属線２ａに対し付着しにくくなる。このため、アクチュエータの作動に伴ってシート体１が図５の矢印Ｙ３方向に伸びたとき、シート体１における金属線２ａに付着した部分の近傍の部分（図４の破線で囲んだ部分に対応）が引き延ばされるということはなくなる。更に、その引き延ばしにより誘電エラストマ層５が薄くなって、同誘電エラストマ層５の絶縁性が低下することが抑制される。
【００３２】
（２）コイルスプリング２の周りに渦巻き状に巻き付けられたシート体１においては、そのコイルスプリング２の螺旋状をなす金属線２ａ間に対応する部分がシート体１の上記巻き付けに伴い、例えば図４に示されるように同金属線２ａ間に入り込もうとする。その結果、シート体１におけるコイルスプリング２の螺旋状をなす金属線２ａ間に対応する部分が、シート体１における上記金属線２ａに付着した部分を金属線２ａ間側に引っ張り込もうとする。このことも上記（１）に記載した誘電エラストマ層５の薄化を招くシート体１の引き延ばしの原因になる。しかし、シート体１とコイルスプリング２との間には、図５に示されるように繊維層７が介在しているため、シート体１が芯材９に巻き付けられると、そのときの圧力によって同繊維層７が自身の柔軟性（伸縮性）に基づいて金属線２ａ間の形状に対応して変形する。これにより、上記シート体１におけるコイルスプリング２の金属線２ａ間に対応する部分が、そのシート体１の巻き付けに伴って上記金属線２ａ間に入り込もうとすることは抑制され、ひいてはシート体１における上記引き延ばしの発生も抑制されるようになる。
【００３３】
（３）上記繊維層７は、渦巻き状のシート体１の伸縮に伴って変位することの可能な伸縮性を有しているため、アクチュエータの作動を通じて渦巻き状のシート体１が伸びたとき、それに伴って上記繊維層７も伸びる。このため、同繊維層７が上記シート体１の伸縮の妨げになることは抑制されるようになる。
【００３４】
（４）上記繊維層７を形成する糸７ａの径は、コイルスプリング２を伸長させたときの金属線２ａ間の距離よりも大きい値とされている。このため、アクチュエータの作動を通じて渦巻き状のシート体１が伸び、それに伴いコイルスプリング２も伸びて同コイルスプリング２の螺旋状をなす金属線２ａ間の距離が長くなったとしても、その金属線２ａ間に糸７ａが落ち込むことはない。
【００３５】
（５）多数の繊維により形成された糸７ａをコイルスプリング２の周りに螺旋状に巻き付けるだけで繊維層７が形成されるため、その繊維層７の形成を容易に行うことができる。
【００３６】
（６）圧縮された状態のコイルスプリング２は幅方向に対する柔軟性が低下するため、図４に示されるように同コイルスプリング２に直接的にシート体１を渦巻き状に巻き付けたとすると、そのシート体１からコイルスプリング２の金属線２ａに対して作用する面圧が逃げにくくなり、シート体１が上記金属線２ａに対し高い面圧で付着することになる。その結果、コイルスプリング２の金属線２ａに対しシート体１が付着しやすくなる。この場合、渦巻き状のシート体１が伸びてコイルスプリング２の金属線２ａ間の距離が長くなったとき、シート体１における上記金属線２ａに付着した部分の近傍の部分（図４の破線で囲まれた部分）が引き延ばされやすくなり、それによって上記近傍の部分の誘電エラストマ層５の厚さが薄くなりやすくなる。しかし、こうした問題をシート体１とコイルスプリング２との間に繊維層７を形成することによって回避できる。
【００３７】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・繊維層７は、多数の繊維により形成された不織布や織物をコイルスプリング２の周りに巻き付けることによって形成されるものであってもよい。この場合、上記不織布や上記織物をコイルスプリング２の周りに一回巻き付けるだけで繊維層７が形成されるため、上記実施形態のように糸７ａを螺旋状に多数回巻き付けて繊維層７を形成する場合と比較して、繊維層７の形成を容易に行うことができる。
【００３８】
・繊維層７は、互いに絡み合わせた多数の繊維のかたまり（綿など）をコイルスプリング２の周りに巻き付けることによって形成されるものであってもよい。この場合、上記多数の繊維のかたまりをコイルスプリング２の周りに巻き付けるだけで繊維層７が形成されるため、上記実施形態のように糸７ａを螺旋状に多数回巻き付けて繊維層７を形成する場合と比較して、繊維層７の形成を容易に行うことができる。
【００３９】
・繊維層７を形成する繊維に関しては、必ずしも綿繊維などの天然繊維である必要はなく、ポリエステルやアクリルなどの化学繊維であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…シート体、２…コイルスプリング、２ａ…金属線、３，４…パイプ、５…誘電エラストマ層、６，６ａ，６ｂ…導電ゴム層、７…繊維層、７ａ…糸、８…電源、９…芯材。
【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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