CN102474205A - 高分子执行器和使用该高分子执行器的阀门 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够通过简单的构造，确保高的密封性，能够以少的施加电压，使位移量增大，且高精度地进行流路的开闭控制、流量控制，可通过使施加电压变化，来实施从小流量到大流量的流量的控制，提高了响应性能的高分子执行器和利用了该高分子执行器的阀门。本发明中，是具有通过电的外部刺激变形的驱动体(2)、相向地配置在该驱动体(2)的上下面侧，将正负电的外部刺激向驱动体(2)平面地施加的固定电极(3)、(4)，将上下面侧的固定电极(3)、(4)中的至少一方侧的固定电极突出设置在驱动体(2)弯曲变形的一侧，设有在驱动体(2)变形了时，因库仑力而位移并可抵接的抵接面(5)，在非施加时，在至少一方的抵接面(5)和驱动体(2)之间产生分离区域(T)的高分子执行器。

Description

高分子执行器和使用该高分子执行器的阀门

技术领域

本发明涉及使用了高分子材料的高分子执行器和使用该高分子执行器，在进行流路的开闭、流量控制的情况下合适的阀门。

背景技术

以往，例如，在作为容器内的流路的控制，总是将流体封闭的情况下，通常利用使用了O型环等密封部件的轴封装置。由于该轴封装置以通过密封部件来提高封闭功能为第一目的，所以，一般情况是将密封部件、流体的封闭区域确定在规定的位置。因此，假设在通过该轴封装置将封闭区域切换操作为非封闭区域，欲进行流路的开闭、流量控制的情况下，有必要在封闭区域的密封部件、壳体等装配部位设置螺纹进给机构等其它的动作机构。

另一方面，作为将封闭区域切换为开闭状态的阀门，已知使用了高分子执行器的阀门(例如，参见专利文献1。)。该阀门中，所谓的人工肌肉作为阀体被使用，通过该阀体的变形来切换流路。人工肌肉是由可伸缩的电极夹着橡胶状的薄的高分子膜(弹性体)，在向其电极之间加上了电压时，高分子膜在面方向伸顶的EPAM(Electroactive Polymer Artificial Muscle)构造。

另一方面，本申请人提出了专利文献2的轴封装置。该文献2的轴封装置是使用了高分子材料的轴封装置，在轴封部配设通过电刺激而膨胀收缩或变形的高分子材料制的轴封体，在轴封部设置由于轴封体的膨胀收缩或变形，泄漏流体流动的流路。在该轴封装置中，轴封体被形成为具有平行的上下面的大致圆板状，其上下面的中央部被一对固定电极夹住。该一对固定电极在轴方向为大致相同形状，电极部分以抵接在轴封体的状态被配设。据此，驱动体的从电极向半径方向延伸出的部分成为弯曲部位。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：专利第3501216号公报

专利文献2：专利第4394749号公报

但是，由于使用了密封部件的轴封装置在对封闭区域和非封闭区域进行切换时，伴有动作机构的接触、滑动，所以，容易在密封部件、滑动部分产生磨损，难以充分确保密封性。因此，该轴封装置不适合流路的开闭、流量控制。

另外，专利文献1的阀门由于在流体封闭时由EPAM整体承受流体压力，所以，需要EPAM的耐压强度，且还需要强的封闭力。再有，在主体内需要其它的密封机构，或需要设置阀座，内部构造变得复杂。而且，由于该阀门在高分子膜的施加区域全面配置电极，所以，在将该高分子膜作为阀门的阀体、阀体的执行器等可动部使用的情况下，相对于施加能量的变形量变少，效率恶化。这样，阀门为较小口径的阀门用，在控制大流量的流动量的情况下并不实用。

专利文献2的轴封装置防止与轴封体的移动相伴的磨损，维持高的密封性能，且通过简单的内部构造使规定流量的流体流动，或通过外部电气信号的调整，来调节轴封体的膨胀收缩·变形量，能够高精度地控制流体的泄漏量，能够用于电磁阀的替代、其它的各种用途。但是，由于为了通过该轴封装置使轴封体在空气中充分位移，因而需要几kV以上的大的施加电压，所以，在作为流路开闭用、流量控制用来实用化的基础上，希望确保位移量，且施加电压的低电压化。在这种情况下，优选维持轴封体的位移量，且成为例如1kV以下的施加电压。

本发明是借鉴上述实际情况，进行认真研究的结果而开发出的发明，其目的在于，提供一种能够通过简单的构造，确保高的密封性，以少的施加电压增大位移量，且能够高精度地进行流路的开闭控制、流量控制，能够通过使施加电压变化，实施从小流量到大流量的流量的控制，提高了响应性能的高分子执行器和使用了该高分子执行器的阀门。

发明内容

为了实现上述目的，有关第一技术方案的发明是一种高分子执行器，所述高分子执行器具有通过电的外部刺激变形的驱动体和相向配置在该驱动体的上下面侧，并将正负的电的外部刺激向驱动体平面地施加的固定电极，将上述上下面侧的固定电极中的至少一方侧的固定电极突出设置在上述驱动体变形的一侧，设有在上述驱动体变形了时，因库仑力而位移并可抵接的抵接面，在非施加时，在至少一方的上述抵接面和上述驱动体之间产生分离区域。

有关技术方案2的发明是在分离区域设置抵接面和驱动体向外端方向逐渐相对地分离的圆弧面、放射面、锥面等倾斜面的高分子执行器。

有关技术方案3的发明是在分离区域设置了阶梯差区域的高分子执行器。

有关技术方案4的发明是驱动体至少在上述抵接面的相反侧的表面配设了与该驱动体一起变形，并向驱动体施加电的外部刺激的柔性电极的高分子执行器。

有关技术方案5的发明是经权利要求4中的柔性电极，将叠层驱动体叠层，构成驱动部件，在该叠层驱动体上进一步配置固定电极，提高了上述驱动部件的响应性能的高分子执行器。

有关技术方案6的发明是抵接面的表面粗糙度为25～500的高分子执行器。

有关技术方案7的发明是在具有多个流路的主干内，作为阀体配设高分子执行器，由该阀体对流路进行开闭或进行流量调整的使用了高分子执行器的阀门。

有关技术方案8的发明是将高分子执行器的驱动体做成用于对隔膜式或活塞式的主阀进行开闭的先导阀的高分子执行器。

有关技术方案9的发明是在设置在先导阀上的阀座部的圆周上贯穿设置多个小孔，使多个小孔与二次侧的连通路连通的高分子执行器。

有关技术方案10的发明是以使多个小孔的总流路面积比设置在主阀上的通孔的流路面积大，且为小径的方式配设多个小孔，高分子执行器的产生应力作用于流体压力的负荷，使先导阀驱动的高分子执行器。

有关技术方案11的发明是使小孔的径分别为

在阀座部设置多个小孔的使用高分子执行器的阀门。有关技术方案12的发明是使小孔的径分别在

以下，在阀座部设置多个小孔的使用了高分子执行器的阀门。

有关技术方案13的发明是多个小孔以规定间距配设在阀座部的圆周上的使用了高分子执行器的阀门。

有关技术方案14的发明是规定间距为1.8～5.5mm的使用了高分子执行器的阀门。

发明效果

根据技术方案1的发明，通过使用以通过来自固定电极的电的外部刺激，使驱动体变形的方式构成的EPAM，不需要设置其它的动作机构，能够防止滑动、接触的产生，确保高密封性，且对流路进行开闭控制或流量控制。因为将上下面侧的固定电极中的至少一方侧的固定电极突出设置在驱动体弯曲变形的一侧，设有在驱动体变形了时因库仑力而位移并可抵接的抵接面，在非施加时在抵接面和驱动体之间产生分离区域，所以，每次在电压施加时，驱动体变形，与电极的距离变短，就在分离区域产生大的库仑力，通过该库仑力由驱动体和电极拉拽，促进驱动体的变形。因此，能够通过少的施加电压，增大驱动体的位移量。再有，还能够通过调节施加电压，来调节驱动体的变形量，还能够通过该施加电压的变化，进行高精度的开闭控制、从小流量到大流量的流量控制。而且，在最大地施加电压时，由于驱动体以沿着抵接面的方式变形，所以，在该最大电压施加时，驱动体变形为大致一定的形状，能够保持稳定的流路的状态。

根据有关技术方案2的发明，通过在分离区域设置倾斜面，能够使与向固定电极加上施加电压，驱动体变形时的驱动体的变形相伴的库仑力成比例地增大，能够通过该增大了的库仑力，以少的施加电压一面增加位移量，一面使驱动体圆滑地位移，高精度地进行开闭控制、流量控制。

根据有关技术方案3的发明，通过在分离区域设置阶梯差区域，不必施加高精度的加工，即可使抵接面和驱动体分离，能够通过阶梯差区域增大抵接面和驱动体之间的库仑力，以少的施加电压使驱动体的位移量增加。

根据有关技术方案4的发明，通过设置柔性电极，能够增大施加区域，使驱动体更大地位移。

根据有关技术方案5的发明，因为设置叠层了的驱动体，在该叠层驱动体上进一步配置固定电极，所以，变形的响应性能提高，能够加快例如关闭时的响应速度。

根据有关技术方案6的发明，通过在抵接面施加表面粗糙度在25以上的面，驱动体相对于电压的响应性提高，能够使施加电压和驱动体的变形量接近比例关系。据此，能够高精度地调整驱动体相对于施加电压的变形量，还能够进行微少的流量控制。

根据有关技术方案7的发明，通过能够使整体简略化，能够谋求紧凑化，而且，能够通过高分子执行器进行高精度的开闭控制和流量控制。

根据有关技术方案8的发明，能够设置与以往的电磁阀相比，使整体构造简略化，使紧凑性提高了的阀门，能够削减零件数量，提高组装容易性，且通过少的消耗电力，使驱动体高精度地工作，对主阀进行开闭控制，作为以往的电磁阀的替代品，能够提供功能性优异的先导式的阀门。

根据有关技术方案9的发明，通过在阀座部贯穿设置多个小孔，能够增大先导阀的流量，通过将该小孔连通在连通路，压力损失降低，能够进一步增大向二次侧流动的流量。

根据有关技术方案10的发明，通过减小小孔径，并配设在多个部位，能够使高分子执行器的产生应力有效地作用于压力的负荷，在先导阀的驱动中，以高压确保大流量，能够由该先导阀提供能够进行与使用了螺线管的先导阀同等或其以上的压力、流量控制的主阀。

根据有关技术方案11的发明，在设置了

的小孔径的多个小孔的情况下，能够设置相对于规定压力可得到规定流量的先导阀。而且，在使小孔的总面积为一定的情况下，通过减小小孔径，能够以更高的高压设置大流量的先导阀。

根据有关技术方案12的发明，通过使小孔径在以下，能够设置相对于压力可按照大致比例的关系得到规定的流量的高精度的先导阀。在这种情况下，通过与压力变动的范围相应地一面保持一定的总面积，一面变更小孔数，能够提供相对于压力可得到规定流量的先导阀。

根据有关技术方案13的发明，通过在圆周上以规定间距设置小孔，能够使电压施加时的高分子执行器整体相对于小孔均等地变形，因此，能够有效生成产生应力，使先导阀动作。

再有，根据有关技术方案14的发明，能够将规定间距设定在合适的值，能够以更高的精度使高分子执行器动作。

附图说明

图1是表示本发明的高分子执行器的第一实施方式的模式剖视图。

图2是表示图1的高分子执行器的变形状态的模式图。

图3是表示用于与本发明的高分子执行器进行比较的比较例的模式图。

图4是表示本发明的高分子执行器的第二实施方式的模式剖视图。

图5是表示本发明的高分子执行器的第三实施方式的模式剖视图。

图6是表示本发明的高分子执行器的第四实施方式的模式剖视图。

图7是表示本发明的高分子执行器的第五实施方式的模式剖视图。

图8是表示本发明的高分子执行器的第六实施方式的模式剖视图。

图9是表示本发明的高分子执行器的第七实施方式的模式剖视图。

图10是表示本发明的高分子执行器的第八实施方式的模式剖视图。

图11是表示使用了本发明的高分子执行器的阀门的实施方式的示意剖视图。

图12是表示图11的阀门的阀打开状态的示意剖视图。

图13是表示使用了本发明的高分子执行器的阀门的其它实施方式的示意剖视图。

图14是表示位移测定装置的示意图。

图15是表示被测定体的弯曲变形状态的模式图。

图16是表示试验品A的主要部分的示意剖视图。

图17是表示比较品a的主要部分的示意剖视图。

图18是表示针对试验品A的施加电压和驱动体的位移量的图表。

图19是表示针对比较品a的施加电压和驱动体的位移量的图表。

图20是表示试验品B的主要部分的示意剖视图。

图21是表示比较品b的主要部分的示意剖视图。

图22是表示针对试验品B的施加电压和驱动体的位移量的图表。

图23是表示针对比较品b的施加电压和驱动体的位移量的图表。

图24是表示试验品C的主要部分的示意剖视图。

图25是表示针对试验品C的施加电压和驱动体的位移量的图表。

图26是表示试验品D的主要部分的示意剖视图。

图27是表示针对试验品D的施加电压和驱动体的位移量的图表。

图28是表示试验品E的主要部分的示意剖视图。

图29是表示试验品E中的电压的变化和位移量的变化的图表。

图30是表示试验品F中的电压的变化和位移量的变化的图表。

图31是表示针对图29的电压的位移量的变化的图表。

图32是表示针对图30的电压的位移量的变化的图表。

图33是表示使用了本发明的高分子执行器的阀门的另一其它实施方式的剖视图。

图34是图33的局部放大剖视图。

图35是图33的小孔的模式图。

图36是表示小孔径不同的先导阀的压力和流量的关系的图表。

图37是表示小孔数不同的先导阀的压力和流量的关系的图表。

图38是表示不同的压力时的先导阀的小孔数和流量的关系的图表。

图39是表示图34中的小孔周边的截面模式图。

图40是表示对图39中的高分子执行器进行了电压施加状态的截面模式图。

图41是表示高分子执行器的变形时的平均距离的截面模式图。

图42是表示间隔不同的小孔的截面模式图。

图43是表示使用了本发明的高分子执行器的阀门的又一不同的其它例的剖视图。

图44是图43的局部放大剖视图。

图45是使用了图43所示的先导阀的流量测定装置的概念图。

图46是表示流量和电压的关系的图表。

图47是表示电压的通断和流量的关系的图表。

图48是表示本发明中的高分子执行器的其它实施方式的模式剖视图。

图49是表示使图48中的驱动部件向上方弯曲了的状态的模式剖视图。

具体实施方式

下面，根据附图，详细说明本发明中的高分子执行器和使用了它的阀门的实施方式。图1中，表示本发明的高分子执行器的第一实施方式。高分子执行器主体(下称执行器主体)1具有驱动体2和固定电极3、4。

驱动体2由可通过电的外部刺激变形的电刺激性高分子材料构成。作为该电刺激性高分子材料，只要是能够用于介电体弹性体执行器的材料即可，例如有聚氨酯、硅、腈橡胶等。再有，也可以将在聚氨酯等添加了离子液体、电荷转移络合物等添加剂的高分子材料作为驱动体使用。

另一方面，固定电极3、4只要以适当的导体为材料来形成即可，例如，由SUS304等材料构成。固定电极3、4分别被相向配设在驱动体2的上面2a、下面2b侧，与未图示出的外部的电源的正极和负极分别电气性地相连。据此，固定电极3、4能够将正负的电的外部刺激向驱动体2平面地施加。

上下面侧的固定电极3、4中的至少一方侧的固定电极，在本实施方式中为下面侧的固定电极4被突出设置在驱动体2弯曲变形的一侧，设有在驱动体2变形了时因库仑力而位移并可抵接的抵接面5，在非施加时，在该抵接面5和驱动体2之间产生分离区域T。抵接面5也可以像后述那样被设置在上下面侧的固定电极或上面侧的固定电极上。

在抵接面5上以该抵接面5和与抵接面相向的驱动体2朝向外端方向逐渐相对地分离的方式设置倾斜面6，该倾斜面6如图所示，由圆弧面构成。

上述的驱动体2具有与抵接面5相向的相向面7。希望对抵接面5施加表面粗糙度在25以上的面，在这种情况下，驱动体2相对于由固定电极3、4进行的电压施加的响应性提高。另一方面，由于若表面粗糙度过粗，则在得到相同的位移量的情况下，需要更高的施加电压，所以，优选表面粗糙度在500以下。这里，表面粗糙度是指中心线平均粗糙度。

在图2的模式图中，若对执行器主体1的固定电极3、4施加电压(加上电场)，则在驱动体2上，(1)通过介电性多元醇或具有偶极矩的多元醇因电场而定向，高分子链的构造变化，产生电场矢量分布的应力。此时，(2)由于因固定电极3、4及其周边部的电场产生的库仑效果，驱动体2的厚度方向的宽度减少，该驱动体2在与厚度方向呈90°方向的长度平面方向扩张。另外，(3)由于电荷的注入和偏置化，在两极侧引起非对称的体积变化，因此，产生应力。

驱动体2因该(1)～(3)的应力而向下面侧的固定电极4方向弯曲变形。

此时，如图2(a)所示，下面侧的固定电极4和驱动体2的距离L因抵接形成在驱动体2变形的一侧的抵接面5而比图3的执行器部件10所示的距离L1短，在施加了电压时，由于聚集在电极的负电荷和驱动体的正电荷，在驱动体2和与该驱动体2分离的固定电极4之间产生大的库仑力。因此，在驱动体2中的在与下面侧的固定电极4的固定部8产生的库仑力上，加上在与因距离L造成的近接状态的抵接面5之间产生的库仑力，像图2(b)、图2(c)那样，驱动体2以抵接抵接面5的方式弯曲变形。另一方面，在为图3的比较例所示的执行器部件10的情况下，驱动体部11中，仅加上因对电极部12、13的电压施加而在电极部13和紧固部14之间产生的库仑力。根据其结果，驱动体2与驱动体部11相比，位移量增大。

而且，因为在抵接面5设置该抵接面5和驱动体2朝向外端方向逐渐相对地分离的倾斜面6，所以，在升高了向固定电极3、4的电压时，驱动体2和抵接面5的距离L一面加速度性地缩短，驱动体2一面变形。此时，根据库仑法则，因库仑力而产生的在荷电粒子间作用的力与该距离的平方成反比例，轴封体2和抵接面5之间的库仑力一面飞跃性地增加，轴封体2一面弯曲变形。而且，在驱动体2和固定电极4之间的距离变短时，像上述那样，驱动体2的正电荷向负电极侧集中，产生更大的库仑力，位移量增大。这些结果为，若轴封体2的一部分抵接抵接面5，则其相邻部位的库仑力提高，驱动体2以粘贴在抵接面5的方式弯曲变形。这样，因为提高电荷的运动的功能，使驱动体2以抵接抵接面5的方式变形，所以，能够增大驱动体2的位移量，而且，通过在抵接面5形成圆弧面6，驱动体2的变形也变得顺畅。

如上所述，执行器主体1是具有驱动体2和固定电极3、4的简单的构造，是通过电的外部刺激使驱动体2弯曲变形，据此，能够一面确保高的密封性，一面进行动作的执行器。此时，由于能够以少的施加电压使驱动体2大幅位移，所以，能够构成作为流路开闭用、流量控制用，适合实用化的执行器。

图4中，表示本发明的高分子执行器的第二实施方式。另外，在该实施方式以后，与此以前的实施方式相同的部位用相同的符号表示，省略其说明。该实施方式中的执行器主体20是将下面侧的固定电极21的倾斜面22作为锥面形成的执行器。在这种情况下，与将上述的放射面做成圆弧面的情况同样，能够使驱动体2变形，能够通过少的电压施加来增大驱动体2的位移量。

图5中，表示本发明中的高分子执行器的第三实施方式。在该实施方式的执行器主体25中，在驱动体26的上下面侧形成由锥面构成的倾斜面27、27。在这种情况下，也与在固定电极形成了倾斜面的情况同样，能够通过少的施加电压来增大驱动体26的位移量。

这样，倾斜面只要形成在分离区域T中的抵接面或与该抵接面相向的驱动体的任意一方即可，或者也可以设置在抵接面和驱动体这双方，在这种情况下，若是抵接面和驱动体朝向外端方向逐渐相对地分离的形状，则可以将倾斜面设置成圆弧面、放射面、锥面等各种形状。另外，在该实施方式中，放射面27被形成在驱动体26的上下面的双方侧，但是，也可以仅形成在具有抵接面28的下面侧的固定电极29上。

图6中，表示本发明的高分子执行器的第四实施方式。在该实施方式中的执行器主体30中，在下面侧的固定电极31形成抵接面32，在分离区域T设置驱动体2在无施加状态下分离的阶梯差区域G。在这种情况下，也是通过阶梯差区域G增大驱动体2和固定电极31之间的库仑力，以少的施加电压增大驱动体2的位移量。阶梯差区域G只要形成在分离区域T中的抵接面和驱动体的一方或者双方即可，例如除图示的以外，也可以形成在驱动体2侧。该阶梯差区域只要驱动体和抵接面能够在无施加电压的状态下维持分离状态，则没有必要高精度地加工。

图7中，表示本发明的高分子执行器的第五实施方式。该实施方式中的执行器主体40在驱动体2、固定电极3、4的基础上，还具有柔性电极41、42。驱动体2、固定电极3、4只要由与上述材料相同的材料形成即可，在下面侧的固定电极4上形成由圆弧面构成的倾斜面6。柔性电极41、42由适当的导体材料形成，例如，以金为材料，通过飞溅在驱动体2形成金的薄膜。而且，柔性电极41被配设在抵接面5的相反侧的表面(相向面7)，一面对驱动体2施加电的外部刺激，一面与该驱动体2一起变形。

这样，执行器主体40通过对驱动体蒸镀柔性电极41、42，得到不同的施加区域，通过该施加区域使在驱动体2内产生的应力分布偏向正负的一方，并成为具有使驱动体2向没有相反的施加区域一侧，即，固定电极4侧弯曲变形那样的电场分布的结构。据此，与未设置柔性电极的情况相比，能够飞跃性地提高施加电压，能够进一步使驱动体2的位移量增大。

图8中，表示本发明的高分子执行器的第六实施方式。在该实施方式的执行器主体45中，通过飞溅等在驱动体2蒸镀柔性电极41、42，在固定电极3、21中的下面侧的固定电极21上形成由锥面构成的倾斜面22。这样，在设置柔性电极41、42的情况下，也能够设置适宜的形状的倾斜面22。

再有，在图9中，表示本发明的高分子执行器的第七实施方式。在该执行器主体50中，在驱动体26的上下面侧形成由锥面构成的倾斜面27，在抵接面5的相反的表面设置与驱动体26一起变形的柔性电极41，在驱动体26和固定电极4之间设置柔性电极42。

图10是表示本发明的高分子执行器的第八实施方式的、在该实施方式的执行器主体55中，在将驱动体2在无施加状态分离的阶梯差区域G设置在分离区域T的基础上，在作为驱动体2的抵接面5的相反侧的表面的相向面7及驱动体2和固定电极31之间分别设置柔性电极41、42的图。在这种情况下，与未设置柔性电极的情况相比，能够增大驱动体2的位移量。

接着，对使用本发明的高分子执行器的阀门进行说明。在图11中，表示使用了本发明的高分子执行器的阀门的实施方式。阀门主体60具有主干61，在该主干61上形成由入口侧流路62和出口侧流路63构成的多个流路，在主干61内，作为阀体，配设执行器主体65。

执行器主体65具有驱动体66、上下面侧的固定电极67、68和柔性电极69、70，在下面侧的固定电极68上形成由圆弧面构成的倾斜面71。在电极67、68上连接着电源回路72，该电源回路72设有电源73和开关74。根据该构造，执行器主体65动作，流路62、63成为开闭状态，或被流量调整。

在图11中，表示开关74断开的状态，在这种情况下，驱动体66抵接形成在主干61内的座面61a，流路成为关闭状态。另一方面，在图12中，表示开关75成为了接通的状态，在这种情况下，向驱动体66施加电压，该驱动体66弯曲变形，离开座面61a，入口侧流路62和出口侧流路63连通，流路成为打开状态。通过阀门主体60像这样被设置成使用执行器主体65，对流路进行开闭控制的构造，谋求整体的简略化和紧凑化。该实施方式中的阀门主体60是在开关74断开的状态下成为阀关闭状态的所谓的常闭型的阀门，但是，也可以作为在开关74断开状态下成为阀打开状态的所谓的常开型的阀门构成。

图13中，表示使用了本发明的高分子执行器的阀门的其它实施方式，将高分子执行器内置在阀门主体80。该实施方式中的阀门主体80具有主干81、隔膜阀体82、执行器主体85。

在主干81的内部形成一次侧流路91、二次侧流路92，在一次侧流路91和二次侧流路92之间设置将它们连接的连接流路93。连接流路93经连通路98与一次侧流路91连通，在该连接流路93和二次侧流路92之间设置作为流路开闭用阀体的隔膜阀体82。隔膜阀体82可落坐在形成于主干81内的阀座94，且在隔膜阀体82的内部形成贯通孔86，可经该贯通孔86连通地设有连接流路93和二次侧流路92。再有，在贯通孔86的上端面侧形成阀座部87。

执行器主体85具有驱动体95和固定电极96、97，被配设在隔膜阀体82的上部侧。驱动体95被装配在隔膜阀体82的阀座部87的上面侧，可通过由未图示出的电源的接通断开产生的向固定电极96、97的电压施加开闭该阀座部87。这样，执行器主体85被配设在阀门主体80的流路内，使执行器主体85作为先导阀工作，据此，阀门主体80被开闭控制。

图13中，表示电源断开的状态，在这种情况下，借助连通路98，一次侧流路91和连接流路93成为相同的压力，隔膜阀体82因来自一次侧流路91的压力而落坐于阀座94，成为连接流路93和二次侧流路92被关闭了的状态。

若从该状态开始使电源接通，向固定电极96、97施加电压，则驱动体95的外周侧弯曲变形，以便以从阀座部87离开的方式抵接固定电极97侧，据此，连接流路93和二次侧流路92经贯通孔86连通，成为流路打开的状态，能够使流体从一次侧流路91向二次侧流路92流动。

在像上述那样，将执行器主体85作为先导阀内置在阀门主体80内的情况下，能够谋求整体的小型化，且能够以少的电压施加使该执行器主体85动作，对阀门主体80高精度地进行开闭控制。而且，若为以往已知的先导阀，则无论是使操作用压力流体从一次侧流体分流来使用的内部式先导阀，还是从外部供给操作用压力流体的外部先导阀，既然是由螺线管线圈、铁心、线圈等构成的电磁阀，就作为有别于主回路的阀门的构造体被设置，但是，只要能够使该高分子执行器发挥与电磁阀的螺线管同等的功能，则削减了零件数量，能够像该图那样，在阀门主体内内置执行器主体，做成与主回路一体的构造，能够与组装容易等优点相辅相成，以低成本提供紧凑的替代品。在该实施方式中的阀门主体80以外，还能够在各种方式的阀门主体内内置执行器主体，在这种情况下，也能够以少的电压施加来实施高精度的开闭控制、流量控制。

相对于这种构造的阀门供给2.8kPa的压力的空气，结果，在隔膜阀体的关闭状态，将空气的泄漏量控制在1mL/min以下，施加0.75kV电压，使隔膜成为了打开状态时，能够确保约600mL/min的流量。对此，在使用了以往构造的固定电极的执行器中，即使在施加了两倍的电压，即1.5kV的情况下，仍为1mL/min以下的流量，未确认变化，隔膜阀体仍为关闭状态。如上所述，确认了内置了本发明的高分子执行器的阀门充分发挥作为控制规定流量，控制小流量的先导阀的功能。

接着，对本发明中的高分子执行器施加规定的电压，通过实验测定其位移量。该位移量的测定使用图14所示的位移测定装置。

位移测定装置100具有左右移动式工作台101、102，在一方的移动式工作台101设置能够固定执行器主体1的固定部103，在另一方的移动式工作台102安装激光位移计(株式会社基恩士制、型式LJ-G080)104。激光位移计104向执行器主体1照射激光L，能够测定驱动体2的弯曲位移量。

在使用激光位移计104测定执行器主体1的弯曲位移量的情况下，作为弯曲型的驱动体2的位移量，可以像图15的模式图所示那样，考虑位移量x和位移量y，但是，由于位移量y与位移量x相比，其位移的量大，难以受到测定的误差的影响，所以，将该位移量y作为执行器主体1的位移量来定义，测定了该位移量y。在这种情况下，以执行器主体的上面侧为正侧，以下面侧为负侧，在向正侧位移了的情况下用正表示其位移量，在向负侧位移了的情况下，用负表示其位移量。

接着，图33是表示使用了先导阀的阀门的另一其它实施方式的剖视图，图34是图33局部放大剖视图，图35是表示图33中的小孔的模式图。

这里，在欲使用高分子执行器构成先导阀的情况下，由于相对于一般的先导阀中的驱动用的螺线管，高分子执行器的产生应力小，所以，存在在使用了高分子执行器的先导阀中，难以控制与使用了螺线管的先导阀相同程度的压力、流量的问题。再有，在耐久性、响应速度方面，与一般的先导阀相比，性能也容易劣化。

在图33中的先导阀是解决了这些问题的先导阀。

图33中，表示内部具有先导阀的阀门131。阀门131具有先导阀130、一次侧流路132a、二次侧流路132b和设置在它们之间的环状阀座133，在环状阀座133上可落坐地设置由活塞式构成的主阀134。

这样，在该阀门131中，将高分子执行器的驱动体2作为用于开闭活塞式的主阀134的先导阀130。在这种情况下，即使在主阀134为隔膜式的情况下，也能够同样地构成阀门。另外，在该实施方式中，将先导阀130用于为了开闭活塞式的主阀134，但也可以单体使用该先导阀130。

例如，在作为单体使用阀门的情况下，使用流体可以是粘性低的流体，尤其是空气等气体流体合适。再有，能够应用于对这些流体进行控制的开闭阀、流量调整阀。另外，由于通过以规定间距增加小孔数，能够确保更多的流量，所以，能够应用于工厂配管、机械设备等，尤其是由于能够作为缸驱动用的电磁切换阀使用，所以，能够进行低消耗电力下的驱动。

先导阀130被收纳在通过阀门131的罩135a和盖135b设置在内部的收纳室136，该收纳室136经后述的通孔134a与一次侧流路132a连通。阀门131通过具有该方式的先导阀130，还能够用于要求大流量的用途。先导阀130也可以被配置在阀门131的外部。

阀门131中的先导阀130包括具有未图示出的柔性电极的驱动体2、以沿倾斜面6的方式配设的固定电极3、与固定电极3对应的固定电极4，通过由它们组成的高分子执行器主体构成。驱动体2被装配在固定电极3、4之间，固定电极3被设置在第一驱动体保持器137a，固定电极4被设置在第二驱动体保持器137b。各固定电极3、4与未图示出的电源连接。从该电源经固定电极3、4向驱动体2施加电压。

在该实施方式中，在第一驱动体保持器137a、第二驱动体保持器137b设置分体的固定电极3、4，但是，固定电极也可以被一体地设置在第一驱动体保持器137a、第二驱动体保持器137b。这样，能够相对于各驱动保持器，一体或分体设置固定电极。

在该阀门131中，通过在内部组装入因高分子执行器而工作的先导阀130，能够使整体紧凑化，而且，由于使板状的驱动体相对于多个小的小孔动作，进行压力控制，所以，能够使先导阀130的高度方向低，能够使阀门131更加小型化。

如图33所示，第一驱动保持器137a被形成为大致圆柱状，在底面侧设有上述的倾斜面6。在该倾斜面6设置上述的固定电极3，在电压施加时，驱动体2以沿着倾斜面6的方式变形。第一驱动保持器137a经O型环140，通过旋合可上下动地被安装在盖135b上，能够相对于驱动体2调整倾斜面6的高度。

第二电极保持器137b被形成为大致筒状，在其上面侧设有驱动体2落坐的阀座部139和上述固定电极4。

在阀座部139的圆周上贯穿设置多个小孔141。该多个小孔141与形成在第二电极保持器137b的内侧的二次侧的连通路138连通地被形成。第二驱动保持器137b经O型环142被固定在罩135a上，在其固定后，先导阀130的一次侧和二次侧经小孔141连通。

如图35所示，小孔141从中心P开始等间隔地以放射状设置，在例如为

的孔径的情况下，设置2～8个左右。图中，驱动体2的外径被形成为比小孔141以及第一驱动体保持器137a(第二驱动体保持器137b)的外径大的径。据此，在不施加电压的状态下，驱动体2将阀座部139闭塞，小孔141被切实地堵塞，在电压施加时，驱动体2以沿着倾斜面6的方式变形，切实地形成因小孔141而产生的连通流路。

主阀134呈大致圆板状的形状，被上下动自由地安装在形成于罩135a上的插通孔143。在罩135a内部设置空间状的引导部144，主阀134一面被该引导部144导向，一面上下移动。因此，由于流体的作用，主阀134难以成为不同中心。在主阀134上，在中央部位形成与小孔141连通的通气孔134b，在与环状阀座133相比成为外周侧的位置形成通孔134a。

在该阀门131中，通过来自固定电极3、4的电压的施加或电压施加的停止，使先导阀130的驱动体2动作，由该驱动体2开闭阀座部139，使小孔141成为连通状态或闭塞状态，发挥先导阀功能。先导阀130为在施加了电压时，驱动体2进行开动作的常闭型。

在图33、图34中，在停止电压的施加，使先导阀130成为了关闭状态时，成为小孔141被驱动体2阻塞，一次侧流路132a与形成在通孔134a、罩135a上的孔部145、收纳室136连通，二次侧流路132b与通气孔134b连通的状态。此时，由于就主阀134的受到压力的面积而言，与下方侧(二次侧)相比上方侧(一次侧)的大，所以，主阀134向环状阀座133被推按。通过该动作，一次侧流路132a和二次侧流路132b被阻塞。

随后，在通过向固定电极进行电压施加，驱动体2变形，先导阀130成为打开状态的情况下，由于收纳室的压力经小孔141、通气孔134b向二次侧流路132b泄漏，所以，主阀134从下方侧受到压力，通过该一次侧压力，主阀134沿引导部144被上推。因此，主阀134从环状阀座133分离，从一次侧流路132a向二次侧流路132b供给流体。

此时，作为用于使先导阀130作为阀门发挥功能的条件，若设通孔134a的流量为Q1、阀座部139上的小孔141的总流量为Q2，则在流量Q2不比流量Q1大时，不会在主阀134的上部侧和下部侧产生差压，所以，不能使之作为先导阀发挥功能。另外，因流量Q1使得闭的响应速度受到大幅影响，因流量Q2和流量Q1的差使得开的响应速度受到影响。因此，通过使流量Q2更多，能够在大范围设定开闭的响应速度。

在该阀门131中，如图所示，通过在第二电极保持器137b的内侧一体形成连通路138，能够设置多个在阀座部139上开口的小孔141，增大流量。另外，通过该一体化，能够在降低压力损失的同时，使流向二次侧流路132b的流量增大。在使小孔141的径小，且配设了多个该小孔时，即使在高的压力时，也能够顺畅地进行开闭动作。

阀门131由于具有上述那样的结构，所以，通过缩小先导阀130的小孔径，能够使高分子执行器的产生应力效率良好地作用于压力的负荷。因此，能够在先导阀130的驱动时，以高压确保大流量。

针对上述的先导阀130，将未图示出的压力计和流量计连接在1次侧，测定一面改变小孔的个数、孔径以及压力，一面施加电压，使驱动体动作时的1次侧压力、流量。在这种情况下，因为仅将先导阀部分作为压力、流量的测定对象，不受因阀门131的主阀134的动作而造成的压力、流量的影响，所以，设置仅由先导阀130构成的机构，针对该先导阀机构，测定了压力、流量。

针对该先导阀，测定了使小孔141的总流路面积为一定，将小孔径改变为

0.5、0.25mm，配设在相同的圆周上(

上)时的流量和压力。其测定结果表示在图36中。此时，作为高分子执行器的条件，驱动部使用厚度为0.5mm的酯类聚氨酯，使驱动电压为1.5kV，倾斜电极使用图33的形状的倾斜电极。就流量的测定而言，在电压施加开始10秒后。

作为小孔141的总流路面积，以

个的小孔的流路面积为基准，配设

个、

个的小孔。针对各小孔，由于总流路面积为一定，所以，即使在考虑了压力损失的基础上，理论上的流量也应该为大致一定，但是，实际的图36的测定结果有很大不同。

根据该图可知，在小孔的总流路面积为一定的情况下，通过进一步减小小孔径，能够提供更高压、大流量的先导阀。接着，测定将

的小孔141的数量改变为8、16、24、48个，将该小孔141配置在同一圆周上(

上)时的压力和流量的关系。该测定结果表示在图37。该图中，若对小孔数为8个和16个的情况进行比较，则在任何的压力下，小孔16个的流量为小孔8个的流量的约两倍，可以认为成为理想的关系。但是，在对小孔16个和小孔48个进行了比较的情况下，若流动三倍的流量，则理想，但实际上成为低于该流量的结果。另外，在小孔24个时，以0.2MPa为界，倾斜变小。这是由于在0.2MPa以下时，高分子执行器的产生应力比因压力而产生的负荷大，在0.3MPa以上的压力时，产生应力和因压力而产生的负荷相抗衡。

从图37可知，即使在增加了同径的小孔的数量，流量也不一定增加。在该图中，确认了在0.4MPa以上的压力时，只要与必要的流量相匹配地设置16个以下的小孔141即可，在0.2MPa以下的压力时，只要与必要的流量相匹配地配置24个以下的小孔141即可。再有，确认了在以不同直径的圆周上、直线、其它的形状配设小孔141的情况下，在0.4MPa以上时，两个小孔141、141的中心只要离开例如2.7mm以上即可，在0.2MPa以下时，只要例如离开1.8mm以上即可。

再有，针对

的小孔，对在不同的压力(0.1、0.08、0.06MPa)时，流动最多流量的同一圆周上(

上)的所希望的小孔数进行了调查。不同压力时的流量的测定结果表示在图38。

在这种情况下，在0.08MPa时，8个时为最多的流量，在0.06MPa时，在16个的情况下为多的流量。根据这种情况，确认了在的较大的孔径的小孔时，有若压力升高，则流量变低的倾向，即使增加孔数，也不能增加流量。

另外，确认了在将小孔141配设在不同的直径的圆周上、直线、其它的形状的情况下，在为0.08MPa以上时，两个小孔141、141的中心只要离开例如5.5mm以上即可，在0.06MPa以下时，只要离开例如2.7mm以上即可。

接着，考虑上述的测定结果，在将经小孔驱动高分子执行器(驱动体)，对压力、流量进行控制的方式的先导阀组装入阀门内时，研究该先导阀的希望的小孔的孔径、间隔。作为该研究，阐述在向先导阀的内部施加了规定压力的负荷的情况下，因驱动体而不能使小孔成为打开状态时的界限的小孔的孔径以及间隔。

首先，说明小孔的孔径对驱动体的动作的影响。

图39中，模式地表示图34中的小孔141周边，表示未对先导阀130的驱动体2施加电压，由该驱动体2将小孔141堵塞的状态。在这样的不能使小孔141进行开动作的状态下，若在高分子执行器产生应力，则与图34的收纳室136内的压力的负荷的关系为

高分子执行器的产生应力＜因压力而产生的负荷(算式1)

此时，收纳室136内满足规定压力，二次侧流路132b的压力为零。在二次侧流路132b的压力不为零的情况下，在图39的箭头所示的被收纳室136和小孔141夹着的区域向驱动体2施加的压力Q1成为收纳室136和二次侧流路132b的差压。

在图40中，表示向图39的高分子执行器施加了规定的电压时，维持(算式1)的状态，先导阀130在打开状态前不动作的情况。

这里，根据(算式1)，作用于高分子执行器的力M1是在相对于图40中由向下的箭头表示的压力的负荷W，进行电压施加时，变形区域R1中的面积S1中的向上箭头所示的产生应力σ1和变形区域R1的面积S1的积。变形区域R1的面积S1是不与固定电极3、4的抵接面3a、4a接触的小孔141周边的驱动体2的面积，因与抵接面3a、4a接触的驱动体2的部分(变形区域R1的外侧的部分)而产生的产生应力很明显不作用于压力的负荷W。

就施加驱动体2的压力的负荷W的部分而言，仅向下的压力的负荷施加在紧贴在小孔141上的部分。在为(算式1)的状态时，小孔141上的驱动体2成为固定部位，该固定部位以外的部分成为接近自由端部的状态，成为能够通过产生应力σ1发挥弹性力的状态。这种情况下，在电压施加时，在驱动体2的自由端部产生朝向抵接面3a方向的应力，如图40所示，驱动体2张贴在抵接面3a侧。

在该状态，若设作用于驱动体2的自由端部侧的产生应力为σ1，设该产生应力σ1的负荷所作用的变形区域R1的间隔J1上的上述面积为S1，设施加给小孔141部分的压力为Q1，设该压力Q1所施加的小孔面积为D，将它们代入(算式1)，则先导阀130不是打开状态时的关系用

产生应力σ1×面积S1＜压力Q×小孔面积D(算式2)表示。

上述的产生应力σ1作用于面积S1中的图41所示的小孔141上的驱动体2成为平的部分的间隔J1b中的面积S1b和该面积S1b周边的驱动体2倾斜的部分的间隔J1a中的面积S1a。这样，在将小孔的产生应力σ1作用的部分分为面积S1a、面积S1b的情况下，相对于每一个，通过平均距离H1、平均距离H2，作用有由产生应力σ1带来的力。

此时，如图41所示，平均距离H2为从抵接面3a到驱动体2的平的部分，平均距离H1为从抵接面3a到驱动体2的倾斜部分的距离的平均值，该平均距离H1为平均距离H2的大致1/2。即，由于成为平均距离H2＞平均距离H1的关系，所以，若设作用于驱动体2的平的部分的产生应力为σ1b，作用于倾斜部分的产生应力为σ1a，则根据库仑法则，作用于荷电粒子之间的力与距离的平方成反比例，因此，成为产生应力σ1b＜产生应力σ1a的关系。

若作为产生应力σ1，将它们的产生应力σ1a、σ1b代入(算式2)，则成为下述的(算式3)。

产生应力σ1a×面积S1a+产生应力σ1b×面积S1b＜压力Q1×小孔面积D(算式3)

在这种情况下，作用于倾斜部分的力(产生应力σ1a×面积S1a)受到产生应力σ1a、驱动体2本身所具有的弹性力等影响。

在(算式3)中，施加有压力Q1的小孔面积D与施加有产生应力σ1b的面积S1b相等。

即，(算式3)为

产生应力σ1a×面积S1a+产生应力σ1b×面积S1b＜压力Q1×面积S1b(算式4)。

在(算式4)中，在缩小面积S1b，使之接近零的情况下，(算式4)接近产生应力σ1a×面积S1a＜0(算式5)的关系。

根据(算式5)，作用于电压施加时的高分子执行器的力，其大小关系大幅地受到产生应力σ1a和面积S1a的积左右。另外，在(算式4)中，在产生应力σ1a和压力Q1为一定的情况下，在先导阀不是打开状态时，通过缩小小孔面积D(面积S1b)，(算式3)(或(算式4))中的产生应力σ1b×面积S1b的值相对地增大，不满足(算式3)、(算式4)的关系。这样，由于不满足作为小孔141进行开动作的条件的(算式3)、(算式4)，先导阀进行开动作。

例如，在使小孔径在以下的情况下，因为小孔面积D比

时小，所以，根据图37，即使是0.4MPa以上的压力，先导阀也容易成为打开状态。另外，即使是在比图37的电压施加时的产生应力低的情况下，也能够以0.4MPa的压力进行开闭。总而言之，因为产生应力和施加电压处于紧密的关系，所以，能够进行低电压化。

由于上述情况，在用(算式3)、(算式4)表示不能使先导阀130的小孔141成为打开状态的情况时，在缩小了小孔面积D(面积S1b)的情况下，先导阀容易成为打开状态，即，可以认为即使在小孔141为小径的情况下，也能够提高作为先导阀的功能。

接着，研究小孔的间隔对高分子执行器的动作的影响。

在图42中，表示相对于间隔不同的小孔141，驱动体2动作了的状态。图中，隔着间隔K1a，设置小孔141、141。另一方面，以比间隔K1a距离短的间隔K1b，设置小孔141、141。

但在进行电压施加时，驱动体2变形时，在驱动体2在阀座部139侧以间隔K1a接触了时，成为在该间隔K1a的中间位置接触固定电极3的形状。这样，间隔K1a为了在相邻的小孔141、141之间，使驱动体2的一部分抵接固定电极3的抵接面3a而成为必要的最低限度的距离。该间隔K1a成为小孔141、141彼此的最小间隔。

另一方面，隔着间隔K1b设置的小孔141、141成为不能接触抵接面3a的状态。

若设间隔K1a中的从驱动体2到抵接面3a的平均距离为H3，设间隔K1b中的从驱动体2到抵接面3a的平均距离为H4，则成为平均距离H3＜平均距离H4的关系，根据上述的库仑法则，间隔K1a中的产生应力比间隔K1b中的产生应力大。因此，在假设将小孔141以间隔K1a配设在驱动体2的情况下的先导阀不进行开动作时，即使在相同的驱动体2以间隔K1b设置了小孔141，先导阀也不进行驱动。

另外，由于在以比间隔K1a宽的间隔配设了小孔141的情况下，作用于驱动体2的倾斜部分的产生应力也不会变化，所以，在设置多个小孔141的情况下，希望以间隔K1a的间距来配设。例如，在小孔径为

的情况下，若从图37使小孔的间距K1a为2.7mm，则只要以2.7mm配设间距，就能够以0.4MPa的压力驱动先导阀。总而言之，在增大配设小孔的圆周，以间距2.7mm配设了小孔的情况下，小孔数增多，总流路面积变大，因此，能够确保更多的流量。

如上所述，在该实施方式中的阀门131中，使多个小孔141的总流路面积比设置在主阀134上的通孔134a的流路面积大，且以小径配设多个小孔141，高分子执行器的产生应力作用于流体压力的负荷，使先导阀130驱动。

通过以这样的方式构成，能够一面切实地发挥先导阀130产生的功能，一面驱动阀门131，通过提高由高分子执行器带来的产生应力，能够对与利用了螺线管的一般的先导阀同等程度或其以上的压力、流量进行控制。再有，能够提供一种在耐久性、响应速度方面，也比一般的先导阀性能高的先导阀。

另外，由于通过使小孔141的径更小，可以缩小能够使向小孔141的流量成为最大的间隙的高分子执行器的行程量或提升量，所以，响应速度进一步提高。例如，因为相对于在为作为小孔141的流量为最大的隙间是

的径的小孔的情况下，该小孔的上部侧的隙间有必要为0.125mm，在为

的径的小孔的情况下，其上部侧的隙间为0.0625mm，所以，在高分子执行器的变形速度为一定时，能够将截止到小孔的流量为最大的时间抑制在一半。

因为能够缩短固定电极3的抵接面3a和驱动体2的分离距离，所以，能够因库仑法则使产生应力更大，能够控制高压的流体。因为高分子执行器的行程量小，所以，驱动体2、通常具有灵活性的电极工作时的负荷变小，工作耐久性提高。

另外，根据改变了上述小孔的径时的流量、压力的测定结果，也可以使小孔141的径分别为

在阀座部139上设置多个小孔141。

再有，更希望使小孔141的径分别在以下，在阀座部139上设置多个小孔141。

在这种情况下，通过将小孔141在阀座部139的同一圆周上以规定间距配设，能够使高分子执行器整体相对于该小孔141均等地变形，以有效的产生应力使先导阀动作。此时，优选规定间距为1.8～5.5mm。再有，也可以在阀座部的同一圆周上以外的规定间距设置小孔，也可以在不同径的多个圆周上配设小孔，以使小孔彼此的间距更细地设定或者将小孔排列在圆周上以外的位置的方式进行配置。

图33～图42所示的高分子执行器表示了先导阀的一例，但是并不限定于此，图33～图42中，当然也可以在具有多个流路的主干内将高分子执行器作为阀体来配设，应用于使用了通过该阀体对流路进行开闭或流量调整的高分子执行器的阀门。

图43中，表示了内部具有先导阀的阀门的其它例。该阀门111是具有一次侧流路112a、二次侧流路112b、环状阀座113，在环状阀座113上可落坐地设置具有通孔114a的隔膜114，在使先导阀110动作了时，使隔膜114作为流路开闭用阀体动作，进行推压阻塞的构造。图44中表示图43的局部放大图，图45是使用了该上面所示的先导阀的流量测定装置的示意图。

在上述图13的阀门中，表示了能够对2.8kPa的空气进行开闭控制的例，但在该实施方式的阀门中，能够以与图13的实施方式等同的电压(0.75kV)，对20kPa的空气的开闭控制进行控制。

先导阀110被收纳在由罩115a和盖115b构成的收纳室116，该收纳室116经连通孔112c以及通孔114a与一次侧流路112a连通。阀门111与上述的阀门131同样，适合流过比先导阀110大的流量的情况。先导阀110也可以是配置在阀门111的外部的构造。

先导阀110由包括在具有柔性电极41的驱动体2上具有倾斜面6的固定电极3和与之对应的固定电极4的高分子执行器主体构成。图中，117a是第一驱动体保持器，117b是第二驱动体保持器，在它们之间装配驱动体2，经固定电极3、4被施加电压。117c是向固定电极3、4施加电压的电源。118是经隔膜114的通气孔114b与二次侧流路112b连通的连通路。

在该阀门111中，以通过来自固定电极3、4的电压的施加或电压施加的停止，相对于设置在连通路118的一端的阀座部119对驱动体2进行开闭驱动的方式进行设置，使之发挥先导阀功能。此时，先导阀110为在电压施加时驱动体2进行开动作的常闭型。

图44中，为了防止不同电极的固定电极3、4间的放电，距离A是必要的，施加的电压越高，越有必要延长该距离A。

图43、图44中，在先导阀110为关闭状态时，阀座113因收纳室116的压力而被阻塞，成为一次侧流路112a与连通孔112c、通孔114a、收纳室116连通，二次侧流路112b与通气孔114b、连通路118连通了的状态。此时，由于就隔膜114的受到压力的面积而言，二次侧比一次侧大，所以，隔膜114向阀座113被推按。据此，一次侧流路112a和二次侧流路112b被阻塞。

接着，因为在由于向固定电极3、4施加电压，驱动体2变形，先导阀110成为了打开状态的情况下，收纳室116内的压力经连通路118、通气孔114b向二次侧流路112b泄漏，所以，隔膜114仅受到来自下方侧的压力，隔膜114被该二次侧压力上推。而且，隔膜114从阀座113分离，从一次侧流路112a向二次侧流路112b供给流体。

表示在这种情况下用图45所示的测定装置测定了电压施加时的流量的结果。图45是表示在图43所示的阀门111的二次侧设置流量计120，测定向先导阀110进行电压施加时的流量的状态的测定装置的示意图。此时，在向阀门111供给了20kPa的压力的情况下，在向先导阀110施加0.75kV电压，先导阀110成为了打开状态时，能够确保约25L/min的流量。这样，通过使高分子执行器作为先导阀工作，能够流过大流量。

将此时的阀门111的电压和流量的关系表示在图46的图表中。在这种情况下，能够确认在停止了电压的施加时，流量的关闭时的响应速度缓慢。

使阀门111反复开闭了时的电压和流量的关系表示在图47中。此时，向施加电压后流量的流动的打开状态的响应速度约为0.5S，向停止电压的施加，不流动流量的关闭状态的响应速度约为2.0S。该响应速度的不同可以考虑是相对于在电压施加时，由于分子的定向、库仑力、向电荷注入、偏置化等，先导阀110的驱动体2弯曲，而在停止了电压施加时，由于驱动体2的弹性而返回原来位置这种情况为主要原因。此外，可以考虑由于驱动体2因在电压施加时产生的应力的残留、驱动体2的粘着性而粘贴在电极，所以，响应速度缓慢。另外，这里，响应速度是从接通断开电压到到达最终值(25L/min)的63.2％(时间常数)的值为止的时间。

图48和图49是表示高分子执行器的其它实施方式的图，根据它们，能够消除图46和图47所示的流量的关闭时的响应速度缓慢的状态。下面说明用于该消除的手段。

该图中，将叠层驱动体9a经柔性电极41叠层在驱动体2上，构成驱动部件9，在该叠层驱动体9a上进一步配置固定电极3a，提高驱动部件9的关闭时的响应性能。

在这种情况下，经电源回路72a、72b、72c将固定电极4、固定电极3以及固定电极3a连接到电源73，在电源回路的途中配置开关74、74a。

图48表示向下方的弯曲状态，图49表示向上方的弯曲。在向下方弯曲的情况下，如图48所示，将开关74导通，将开关74a断开，向固定电极4施加正的电压，经固定电极3向柔性电极41施加负的电压，另一方面，在向上方弯曲的情况下，如图49所示，将开关4a导通，将开关74断开，向固定电极3a施加正的电压，经固定电极3向柔性电极施加负的电压，这样一来，开闭两者的响应速度约为0.5S，因此，能够解决关闭时的响应速度缓慢的状态。

如该图所示，通过将叠层驱动体9a叠层，构成驱动部件9，即使在返回原来位置时，也能够使叠层驱动体9a发挥作为高分子执行器的功能，因此，由于因分子的定向、库仑力、电荷的注入、偏置化而强制性地向原来位置位移，所以，驱动部件9能够得到向上下两方向的高的响应性能。

另外，当然也可以将图48、49所示的高分子执行器应用于图11、图12以及图13所示的阀门。

实施例1

将图1所示的具备带有圆弧面6的固定电极4的执行器主体1形成为图16的尺寸，将该执行器主体1作为试验品A，由上述的位移测定装置100，测定了驱动体2的位移量。另一方面，作为该执行器主体1的比较用，将图3所示的执行器部件10形成为图17所示的尺寸，将它作为比较品a，同样地测定了驱动体部11的位移量。图16的试验品A中的驱动体2由添加了0.5wt％四丁基氯化铵的酯类聚氨酯构成，被形成为直径20mm、厚度0.1mm。另一方面，在负侧的固定电极4形成倾斜面6，正侧的固定电极3整体被紧固在驱动体2上。

将向试验品A施加了规定时间2kV电压时的电压的施加状态表示在图18(a)中，将电压施加时的驱动体2的位移量的测定结果表示在图18(b)中，将向比较品a施加了规定时间2kV的电压时的电压的施加状态表示在图19(a)中，将电压施加时的驱动体部11的位移量的测定结果表示在图19(b)中。

根据该测定结果，在图18(b)所示的试验品A的情况下，约为0.35mm的位移量，在图19(b)所示的比较品1的情况下，约为0.1mm的位移量。据此，通过实验，确认了试验品A比比较品a位移量大。

实施例2

将在图7所示的带有圆弧面6的驱动体2上形成了柔性电极41、42的执行器主体40形成为图20的尺寸，将它作为试验品B。试验品B中的驱动体2由添加了0.5wt％四丁基氯化铵的酯类聚氨酯构成，被形成为直径20mm、厚度0.1mm。在该驱动体2上，通过飞溅以16mm以下的直径在负侧形成金的薄膜，在正侧通过飞溅全面地形成金的薄膜。另一方面，在负侧的固定电极4上，作为倾斜面形成上述圆弧面6，正侧的固定电极3的整体被紧固在驱动体2上。

图21中，表示相对于图3的执行器部件作为形成有柔性电极部14、15的执行器部件16的比较品b。比较品b中的驱动体部11是固定电极部13不具有抵接面的以往构造，在驱动体部11的负侧，通过飞溅以16mm以下的直径形成金的薄膜，构成柔性电极部15，在正侧通过飞溅全面形成金的薄膜，构成柔性电极部14。

对试验品B施加了规定时间1kV的电压时的电压的施加状态表示在图22(a)中，将电压施加时的驱动体2的位移量的测定结果表示在图22(b)中，将向比较品b施加了规定时间1kV的电压时的电压的施加状态表示在图23(a)中，将电压施加时的驱动体部11的位移量的测定结果表示在图23(b)中。

根据该测定结果，确认了在施加了1kV的施加电压时，在为图20的试验品B的情况下，如图22(b)所示为约0.65mm的位移量，在为图21的比较品b的情况下，如图23(b)所示，为约0.05mm的位移量。据此，确认了试验品B比比较品b位移量大，而且，与上述实施例1的实验的情况相比，试验品的位移量和比较品的位移量的比例的差增大。由于这种情况，确认了固定电极具有抵接面，且在驱动体上设置了柔性电极的试验品B能够得到更大的位移量。

另外，将图8中的执行器主体45设置成图24的尺寸，将它作为试验品C。将对该试验品C施加了规定时间0.3kV的电压时的电压的施加状态表示在图25(a)中，将电压施加时的驱动体2的位移量的测定结果表示在图25(b)中。

根据该测定结果，确认了试验品C与作为图21的比较品b的测定结果的图23相比，能够以少的施加电压得到更大的位移量。

另外，抵接面的外端部和驱动体的距离可根据作为执行器的必要的位移量设定，在为上述图16那样的圆弧形状的情况下，希望为R5以下的圆弧形状，在为图24那样的锥形状的情况下，希望抵接面的倾斜面在45度以下。另外，由于根据作为执行器的必要的位移量决定抵接面的外端部和驱动体的距离，所以，从设计、加工性方面看，锥形状比圆弧形状好。

将图10所示的执行器主体55设置成图26的尺寸，将它作为试验品D。将对该试验品D施加了规定时间1kV的电压时的电压的施加状态表示在图27(a)中，将电压施加时的驱动体2的位移量的测定结果表示在图27(b)中。

根据该测定结果，确认了在对试验品D和作为图21的比较品b的测定结果的图23进行比较的情况下，能够以相同的施加电压得到更大的位移量。

实施例3

接着，将图7的执行器主体40形成为图28的尺寸，将它作为试验品E，相对于该试验品E每次0.1kV地阶梯状地提升施加电压，使驱动体2的变形部分弯曲变形并位移，直至与固定电极4的圆弧面6接触，此后，每次0.1kV地阶梯状地降低施加电压。将此时的电压的变化和驱动体的位移量的变化表示在图29中。

根据图29的测定结果，即使是相同的施加电压，也存在在提升施加电压时和降低施加电压时，位移量不同的情况，位移量的变化的轨迹在电压上升和下降中不同。即，虽然在将施加电压提升到了0.7kV时，位移量增大，但是，在将施加电压降低到了0.7kV时，形状并未返回原来位置，在降低到了0.4kV时，大幅地变形至原来位置。由于这种情况，可以认为该执行器主体40在电压上升时和下降时，与施加电压和其位移量为大致比例关系的以往的执行器相比，能够通过比该电压上升时低的施加电压维持因施加电压的上升而大幅位移了的位移量。

接着，将图28的执行器主体40的驱动体2中的抵接面5的表面粗糙度做成25，将它作为试验品F，对该试验品F与试验品E的情况同样地每次0.1kV地阶梯状使施加电压上升·下降。将此时的电压的变化和驱动体2的位移量表示在图30中。另外，将以此时的施加电压和位移量作为了横轴和纵轴的图表表示在图32中，与该图表同样，将试验品E的相对于施加电压的位移量的变化表示在图31的图表中。另外，上述试验品E中的表面粗糙度为1.6。另外，表面粗糙度是指中心线平均粗糙度。

对图30和图29进行比较，可以认为图30的试验品F以相对于施加电压，位移量更成比例的方式变化。即，与图31的图表相比，图32的图表更为直线，确认了通过使表面粗糙度为25，使得施加电压和位移量的关系接近比例关系。这样，可以认为由于试验品F相对于施加电压的变化，位移量成比例地变化，所以，尤其适合线性控制，还适合微少流量的控制。另外，由于该试验品F、试验品E相对于特定的施加电压能够得到特定的位移量，所以，适合利用了该响应的接通断开控制，利用相对于图29、图30的规定的施加电压能够得到不同的位移量的情况，可以用于各种控制设备等。

符号说明

1：执行器主体；2：驱动体；3、4：固定电极；3a、4a：抵接部；5：抵接面；6：倾斜面；9：驱动部件；9a：叠层驱动体；41、42：柔性电极；60、80：阀门主体；61：主干；62、63：流路；130：先导阀；132a：一次侧流路；132b：二次侧流路；134：活塞(流路开闭用阀体)；134a：通孔；139：阀座部；141：小孔；G：阶梯差区域；T：分离区域。

Claims (14)

1.一种高分子执行器，其特征在于，具有通过电的外部刺激变形的驱动体和相向配置在该驱动体的上下面侧，并将正负的电的外部刺激向驱动体平面地施加的固定电极，将上述上下面侧的固定电极中的至少一方侧的固定电极突出设置在上述驱动体变形的一侧，设有在上述驱动体变形了时，因库仑力而位移并可抵接的抵接面，在非施加时，在至少一方的上述抵接面和上述驱动体之间产生分离区域。

2.如权利要求1所述的高分子执行器，其特征在于，在上述分离区域设置上述抵接面和驱动体向外端方向逐渐相对地分离的圆弧面、放射面、锥面等倾斜面。

3.如权利要求1所述的高分子执行器，其特征在于，在上述分离区域设置了阶梯差区域。

4.如权利要求2或3所述的高分子执行器，其特征在于，上述驱动体至少在上述抵接面的相反侧的表面配设了与该驱动体一起变形，并向驱动体施加电的外部刺激的柔性电极。

5.一种高分子执行器，其特征在于，经权利要求4中的柔性电极，将叠层驱动体叠层，构成驱动部件，在该叠层驱动体上进一步配置固定电极，提高了上述驱动部件的响应性能。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的高分子执行器，其特征在于，上述抵接面的表面粗糙度为25～500。

7.一种使用了权利要求1至6中的任一项所述的高分子执行器的阀门，其特征在于，在具有多个流路的主干内，作为阀体配设上述高分子执行器，由该阀体对上述流路进行开闭或进行流量调整。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的高分子执行器，其特征在于，将上述高分子执行器的驱动体做成用于对隔膜式或活塞式的主阀进行开闭的先导阀。

9.如权利要求8所述的高分子执行器，其特征在于，在设置在上述先导阀上的阀座部的圆周上贯穿设置多个小孔，使该多个小孔与二次侧的连通路连通。

10.如权利要求8或9所述的高分子执行器，其特征在于，以使多个小孔的总流路面积比设置在上述主阀上的通孔的流路面积大，且为小径的方式配设多个小孔，上述高分子执行器的产生应力作用于流体压力的负荷，使上述先导阀驱动。

11.一种使用了权利要求8至10中的任一项所述的高分子执行器的阀门，其特征在于，使上述小孔的径分别为

在上述阀座部设置多个小孔。

12.一种使用了权利要求8至10中的任一项所述的高分子执行器的阀门，其特征在于，使上述小孔的径分别在

以下，在上述阀座部设置多个小孔。

13.一种使用了权利要求9至12中的任一项所述的高分子执行器的阀门，其特征在于，上述多个小孔以规定间距配设在上述阀座部的圆周上。

14.一种使用了权利要求13所述的高分子执行器的阀门，其特征在于，上述规定间距为1.8～5.5mm。

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