CN110603727A - 致动器、驱动构件、触觉提示装置和驱动装置 - Google Patents

致动器、驱动构件、触觉提示装置和驱动装置 Download PDF

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Abstract

一种致动器包括具有弹性体层和电极的层压体，其中所述层压体具有螺旋形状或同心形状，对弹性体层和电极中的至少一个构件施加预变形，并且所述至少一个构件的面积变形为10％以上。

Description

致动器、驱动构件、触觉提示装置和驱动装置
技术领域
本技术涉及一种致动器、一种驱动构件、一种触觉提示装置以及一种驱动装置。
背景技术
近年来，期望使介电弹性体致动器变薄。例如，专利文献1披露了一种通过对弹性体施加预变形来控制其运动方向的同时获得薄弹性体的技术。
引用列表
专利文献
专利文献1：PCT日文译本专利公开第2003-506858号
发明内容
本发明要解决的问题
本技术的目的是提供一种薄致动器、一种设置有该薄致动器的驱动构件、一种触觉提示装置以及一种驱动装置。
问题的解决方案
为了解决上述问题，第一技术涉及一种致动器，所述致动器包括具有弹性体层和电极的层压体，其中所述层压体具有螺旋形状或同心形状，对弹性体层和电极中的至少一个构件施加预变形，并且所述至少一个构件的面积变形为10％以上。
第二技术涉及一种包括多个所述致动器的驱动构件。
第三技术涉及一种包括所述致动器的触觉提示装置。
第四技术涉及一种包括所述致动器的驱动装置。
本发明的效果
根据本技术，可以实现薄致动器。应注意，本文中描述的效果并不必要是受限的，并且可以是本公开内容中描述的任何效果或其他效果。
附图说明
图1A是示出根据本技术的第一实施方式的致动器的外观示例的透视图。图1B是沿图1A的线IB-IB截取的截面图。
图2A是示出卷绕体的外观示例的透视图。图2B是示出处于完全展开状态的卷绕体的示例的分解透视图。图2C是示出处于部分展开状态的卷绕体的示例的分解透视图。
图3A是卷绕体的一个端面的放大透视图。图3B是卷绕体的另一个端面的放大透视图。
图4A、图4B和图4C是示出卷绕体的变形例的透视图。
图5A是示出根据本技术的第二实施方式的致动器的外观示例的透视图。图5B是示出图5A中所示的致动器的一个端面的放大平面图。图5C是沿图5B的线VC-VC截取的截面图。
图6A是示出处于完全展开状态的致动器的示例的分解透视图。图6B是示出处于部分展开状态的致动器的示例的分解透视图。
图7A是示出致动器的变形例的透视图。图7B是示出处于完全展开状态的致动器的示例的分解透视图。
图8A是示出致动器的变形例的透视图。图8B是示出处于完全展开状态的致动器的示例的分解透视图。
图9是示出根据本技术的第三实施方式的致动器的配置的示例的平面图。
图10A和图10B是用于示出根据本技术的第三实施方式的致动器的制造方法的示例的流程图。
图11是示出致动器的变形例的平面图。
图12是示出作为应用示例的触觉提示装置的配置示例的示意图。
图13A和图13B是用于示出触觉提示装置的操作示例的侧视图。
图14是示出作为应用示例的触觉提示装置的配置的另一示例的示意图。
图15是示出作为应用示例的线性驱动装置的配置示例的示意图。
图16是示出作为应用示例的线性驱动装置的配置的另一示例的透视图。
图17是示出关节驱动装置的配置示例的侧视图。
具体实施方式
按照下面的顺序描述本技术的实施方式和应用示例。
1第一实施方式(致动器的示例)
2第二实施方式(致动器的示例)
3第三实施方式(致动器的示例)
4应用示例(触觉提示装置的示例)
5应用示例(触觉提示装置的示例)
6应用示例(线性驱动装置的示例)
7应用示例(关节驱动装置的示例)
<1第一实施方式>
[致动器的配置]
根据本技术的第一实施方式的致动器10是所谓的介电弹性体致动器(DEA)，并且如图1A和图1B中所示，设置有大致圆柱形的卷绕体11、覆盖卷绕体11的一个端面11SA的圆盘状引出电极12A、以及覆盖卷绕体11的另一个端面11SB的圆盘状引出电极12B。端子13A和13B分别设置在引出电极12A和12B上，并且端子13A和13B通过布线电连接至电压源(未示出)。卷绕体11可以是棒形，或者也可以是纤维形状。应注意，图1A和图1B示出了卷绕体11具有棒形的示例。
根据第一实施方式的致动器10例如设置在诸如人造肌肉或内窥镜之类的医疗器械、工业仪器、天线、电子装置、触觉提示装置、诸如振动器之类的振动装置、声换能器(诸如扬声器)、泵、阀门、无人机、装配装置、传感器、康复器械、机器人、机器服、微型装置、防抖模块或类似物上。电子装置的示例包括但不限于例如个人计算机、移动装置、移动电话、平板电脑、显示装置、成像装置、音频装置、游戏装置和类似者。
(卷绕体)
图2A示出了卷绕体11的外观的示例。图2B示出了处于完全展开状态的卷绕体的示例。图2C示出了处于部分展开状态的卷绕体的示例。卷绕体11是致动器10的主体，并且设置有细长形状的电极片21和细长形状的电极片22。
电极片21是第一层压体的示例，并且设置有具有弹性的弹性体层(介电层)21A和设置在弹性体层21A的一个表面上的具有弹性的电极21B。弹性体层21A和电极21B均具有细长的矩形形状，并且弹性体层21A比电极21B稍大。电极21B设置在弹性体层21A的一个表面上，使得弹性体层21A和电极21B的纵向方向彼此一致。
电极片22是第二层压体的示例，并且设置有具有弹性的弹性体层(介电层)22A和设置在弹性体层22A的一个表面上的具有弹性的电极22B。弹性体层22A和电极22B均具有细长的矩形形状，并且弹性体层22A比电极22B稍大。电极22B设置在弹性体层22A的一个表面上，使得弹性体层22A和电极22B的纵向方向彼此一致。
电极片21和22以相应边重叠的方式沿电极片21和22的纵向方向螺旋地卷绕，并且弹性体层22A和22A从卷绕体11的中心向外周交替地插置在卷绕的电极21B和22B之间。具体地，电极片21和22以电极22B、弹性体层22A、电极21B和弹性体层21A按此顺序从卷绕体11的中心向外周重复的方式沿电极片21和22的纵向方向卷绕。
电极21B的一个长边位于弹性体层21A的一个长边的内侧，如图2B和图2C中所示，而电极21B的另一个长边与弹性体层21A的另一个长边重叠。此外，电极22B的一个长边与弹性体层22A的一个长边重叠，如图2B和图2C中所示，而电极22B的另一个长边位于弹性体层22A的另一个长边的内侧。
电极片21和22彼此重叠，使得电极22B的一个长边位于卷绕体11的一个端面11SA的一侧上，而电极21B的另一个长边位于卷绕体11的另一个端面11SB的一侧上。因此，如图3A中所示，电极22B的一个长边从卷绕体11的一个端面11SA露出，而电极21B的一个长边未露出。此外，如图3B中所示，电极21B的另一个长边从卷绕体11的另一个端面11SB露出，而电极22B的另一个长边未露出。
从一个端面11SA露出的电极22B的长边与引出电极12A的一个主表面接触。此外，从另一个端面11SB露出的电极21B的长边与引出电极12B的一个主表面接触。
在卷绕体11的轴向方向11DA和圆周方向11DB上对电极片21和22(即弹性体层21A和22A以及电极21B和22B)施加预变形(即双轴延伸)。由于以这种方式对电极片21和22施加预变形，所以弹性体层21A和22A可以变薄，从而可以使致动器10的驱动电压降低。
施加了预变形的电极片21和22的轴向方向11DA上的应力A与圆周方向11DB上的应力B之间的应力比(A:B)优选为1:2。通过设定这样的应力比，可以使电极片21、22在轴向方向11DA上的收缩力与圆周方向11DB上的收缩力平衡。因此，可以在没有支撑构件的情况下保持预变形状态(即，伸展状态)。
施加了预变形的电极片21和22的面积变形为10％以上，优选为30％以上，更优选为50％以上，进一步优选为70％以上，并且特别优选为100％以上。当电极片21和22的面积变形为10％以上时，可以使致动器10变薄。此外，由于弹性体层21A和22A会变薄，因而可降低致动器10的驱动电压。
为了抑制电极片21和22的破损并抑制电阻值的增加，优选将施加了预变形的电极片21和22的表面变形的上限值设为10000％以下，更优选为5000％以下，进一步优选为3000％以下，特别优选为1000％以下，且最优选为500％以下。
电极片21和22的上述面积变形是施加了预变形的电极片21和22的面积S与解除预变形状态下的电极片21和22的面积S0之比：((S-S0)/S0)×100)[％]。在此，面积S0和S是在室温(23℃)下测得的值。
(弹性体层)
弹性体层21A和22A是具有弹性的片。从降低驱动电压的观点出发，在预变形状态下的弹性体层21A和22A的平均厚度优选为10μm以下，更优选为5μm以下，进一步优选为3μm以下。在弹性体层21A和22A未预变形(即不伸展)的情况下，难以使弹性体层21A和22A的平均厚度为10μm或更小。预变形状态下的弹性体层21A和22A的平均厚度的下限值没有特别限制，而是例如为300nm以上。
从降低驱动电压的观点出发，在解除预变形状态下的弹性体层21A和22A的平均厚度优选为40μm以下，更优选为20μm以下，进一步优选为12μm以下。在解除预变形状态下的弹性体层21A和22A的平均厚度的下限值没有特别限制，而是例如为1μm以上。
弹性体层21A和22A的平均厚度如下获得。首先，通过聚焦离子束(FIB)法或类似方法处理卷绕体11以制备截面，并且使用扫描电子显微镜(SEM)捕获截面图像(下文中称为“截面SEM图像”)。接下来，从截面SEM图像中的弹性体层21A和22A中随机选择十个点，在每个点处测量弹性体层21A和22A的厚度，并且将测量值简单地平均(算术平均)以获得弹性体层21A和22A的平均厚度。
弹性体层21A和22A的杨氏模量优选为10MPa以下，更优选为0.05MPa以上且10MPa以下，进一步优选为0.1MPa以上且1MPa以下。上述杨氏模量是根据JIS K 6251:2010测得的值。当杨氏模量为10MPa以下时，容易伸展。另一方面，当杨氏模量为0.05MPa以上时，容易操作。弹性体层21A和22A的断裂变形优选为50％以上，更优选为100％以上，进一步优选为150％以上，并且特别优选为200％以上。当断裂变形为50％以上时，可以使伸展量更大。弹性体层21A和22A的断裂变形的上限值没有特别限制，而是例如为1200％以下。弹性体层21A和22A的断裂变形是在卷绕体11的轴向方向11DA和圆周方向11DB上的断裂变形，并且例如根据JIS K 6251:2010测得。
弹性体层21A和22A例如包括作为绝缘弹性材料的绝缘弹性体。弹性体层21A和22A还可以根据需要包括添加剂。添加剂例如是交联剂、增塑剂、抗老化剂、表面活性剂、粘度调节剂、增强剂、着色剂或类似物中的至少一种。绝缘弹性体例如包括丙烯酸橡胶、硅橡胶、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、天然橡胶(NR)、丁基橡胶(IIR)、异戊二烯橡胶(IR)、丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶(NBR)、氢化丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶(H-NBR)、醇橡胶、氯丁二烯橡胶(CR)、氟橡胶、聚氨酯橡胶或类似物中的至少一种。
(电极)
电极21B和22B具有弹性。由于电极21B和22B具有弹性，因此当驱动致动器10时，电极21B和22B可以随着弹性体层21A和22A的变形而变形。此外，如稍后所描述的，当卷绕体11伸展时，电极21B和22B可变形以跟随弹性体层21A和22A的变形。
电极21B和22B例如具有固态、凝胶态、或液态。电极21B和22B可以是薄膜，或者可以是以无粘合剂方式支撑在弹性体层21A和22A的表面上的导电材料。
解除预变形状态下的电极21B和22B的平均厚度优选为50μm以下，更优选为5μm以下，进一步优选为3μm以下。解除预变形状态下的电极21B和22B的平均厚度的下限值没有特别限制，而是例如为300nm以上。以与弹性体层21A和22A的上述平均厚度类似的方式获得电极21B和22B的上述平均厚度。
电极21B和22B的杨氏模量优选为10MPa以下，更优选为0.05MPa以上且10MPa以下，进一步优选为0.1MPa以上且1MPa以下。上述杨氏模量是根据JIS K 6251:2010测得的值。当杨氏模量为10MPa以下时，容易伸展。另一方面，当杨氏模量为0.05MPa以上时，容易操作。电极21B和22B的断裂变形优选为50％以上，更优选为100％以上，进一步优选为150％以上，并且特别优选为200％以上。当断裂变形为50％以上时，可以使伸展量增加。电极21B和22B的断裂变形的上限值没有特别限制，而是例如为1200％以下。电极21B和22B的断裂变形是在卷绕体11的轴向方向11DA和圆周方向11DB上的断裂变形，并且例如根据JIS K 6251:2010测得。
在向卷绕体11施加100％以上的变形的状态下的电极21B和22B的体积电阻率优选为10MΩ·cm以下。结果，即使在对卷绕体11施加100％以上的变形的情况下，也可以使电极21B和22B用作具有优异导电性的电极。上述变形的上限值没有特别限制，而是优选为1000％以下，更优选为500％以下。电极21B和22B的上述体积电阻率是根据JIS K 7194-1994通过四端法获得的值。电极21B和22B与弹性体层21A和22A之间的粘附性在根据JIS K5600-5-6:1999的划格试验中优选为0至2级中的任一个。在0至2级中的任一个中，当卷绕体11大幅度伸展使得施加了50％以上的预变形时，由于弹性体层21A和22A与电极21B和22B之间的刚性差，可以分别抑制弹性体层21A和22A从电极21B和22B的剥离。
电极21B和22B包括导电材料。电极21B和22B可根据需要进一步包括具有弹性的粘合剂、凝胶、悬浮液或油中的至少一种。此外，电极21B和22B可根据需要进一步包括添加剂。
导电材料例如是导电填料或导电聚合物中的至少一种。导电填料的形状例如可以是球形、椭圆形、针形、板形、鳞片形、管状、线形、棒形(杆形)、纤维形状、不规则形状和类似形状，但是形状不特别局限于此。应注意，可以仅使用一种形状的导电填料，或者可以结合使用两种或更多种形状的导电填料。
导电填料例如包括碳基填料、金属基填料、金属氧化物基填料或金属涂层填料中的至少一种。在此，定义金属包括半金属。
碳基填料例如包括炭黑(例如，科琴黑、乙炔黑和类似者)、多孔碳、碳纤维(例如，PAN基碳纤维、沥青基碳纤维和类似者)、碳纳米纤维、富勒烯、石墨烯、气相生长碳纤维(VGCF)、碳纳米管(例如SWCNT、MWCNT和类似者)、碳微弹簧圈或碳纳米角中的至少一种。
金属基填料例如包括铜、银、金、铂、钯、镍、锡、钴、铑、铱、钢、钌、锇、锰、钼、钨、铌、钽、钛、铋、锑或铅中的至少一种。
金属氧化物基填料例如包括铟锡氧化物(ITO)、氧化锌、氧化铟、添加锑的氧化锡、添加氟的氧化锡、添加铝的氧化锌、添加镓的氧化锌、添加硅的氧化锌、氧化锌-氧化锡、氧化铟-氧化锡、氧化锌-氧化铟-氧化镁或类似者。
金属涂层填料通过用金属涂覆基础填料而获得。基础填料例如是云母、玻璃珠、玻璃纤维、碳纤维、碳酸钙、氧化锌或氧化钛。涂覆基础填料的金属例如包括Ni或Al中的至少一种。
导电聚合物例如是聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)、聚苯胺、聚乙炔或聚吡咯中的至少一种。
粘合剂优选是弹性体。作为弹性体，可以例举与弹性体层21A和22A中的弹性体类似的弹性体。作为添加剂，可以例举与弹性体层21A和22A中的添加剂类似的添加剂。
电极21B和22B可包括复合材料(复杂材料)。复合材料例如包括含有弹性体和导电聚合物或导电填料中的至少一种的复合材料、包括弹性离子导电材料和电解质的复合材料、包括聚合物悬浮液(丙烯酸乳液等)和导电聚合物或导电填料中的至少一种的复合材料、含有嵌段共聚物和导电聚合物或导电填料中的至少一种的复合材料、或者含有聚合物凝胶和离子导体的复合材料中的至少一种。
(粘附性的提高)
优选对弹性体层21A和22A与电极21B和22B之间的界面分别进行处理以提高粘附性。通过提高粘附性，当卷绕体11大幅度伸展使得施加了50％以上的预变形时，可以分别抑制由于弹性体层21A和22A与电极21B和22B之间的刚度差异而导致的弹性体层21A和22A从电极21B和22B的剥离。
为了提高界面的粘附性，卷绕体11优选地设置有以下至少一者：分别设置在弹性体层21A和22A与电极21B和22B之间的硅烷偶联剂；(2)分别设置在弹性体层21A和22A与电极21B和22B之间的基层处理剂层；(3)经物理预处理的弹性体层21A和22A或电极21B和22B中的至少一个的表面；或(4)设置在弹性体层21A和22A或电极21B和22B中的至少一个的表面上的细微的不均匀度。应注意，物理预处理例如是准分子光辐射处理、紫外线辐射处理、等离子体处理或电晕处理中的至少一种。
(硅烷偶联剂)
硅烷偶联剂的类型并没有特别限制，并且可以使用已知的硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的具体里示例包括乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基丁烯)丙胺、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷盐酸盐、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、双(三乙氧基硅丙基)四硫化物、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷和类似物。
(引出电极)
引出电极12A和12B分别被固定到端面11SA和11SB。引出电极12A和12B优选地具有弹性。由于引出电极12A和12B还可以根据卷绕体11在径向方向上的膨胀和收缩而径向地膨胀和收缩，因此可以分别抑制引出电极12A和12B从端面11SA和11SB剥离。
引出电极12A和12B包括导电材料。引出电极12A和12B还可以根据需要包括具有弹性的粘合剂。作为导电材料，可以例举与电极21B和22B中的导电材料类似的导电材料。粘合剂优选是弹性体。作为弹性体，可以例举与弹性体层21A和22A中的弹性体类似的弹性体。
[致动器的操作]
接下来，描述根据本技术的第一实施方式的致动器10的操作的示例。
当在彼此面对且中间夹有弹性体层21A和22A的电极21B和22B之间施加驱动电压时，由于库仑力引起的吸引力作用在电极21B和22B上。因此，布置在电极21B和22B之间的弹性体层21A和22A在其厚度方向上被按压而变薄并伸展。
另一方面，当将施加在彼此面对且中间夹有弹性体层21A和22A的电极21B和22B之间的驱动电压释放时，由于库仑力引起的吸引力不再作用于电极21B和22B之间。因此，弹性体层21A和22A通过弹性体层21A和22A的回弹力而收缩以恢复其原始尺寸和厚度。
[制造致动器的方法]
接下来，描述制造根据本技术的第一实施方式的致动器10的方法的示例。
(制备弹性体层形成涂料的步骤)
通过将弹性体添加到溶剂中进行分散来制备弹性体层形成涂料。可以根据需要进一步将除弹性体以外的树脂材料或添加剂中的至少一种添加至溶剂中。例如，为了提高弹性体层形成涂料对基材(剥离基材)的适用性和适用期，可以根据需要添加诸如表面活性剂、粘度调节剂和分散剂之类的添加剂。作为分散方法，优选地使用搅拌、超声分散、珠分散、揉捏、均质器处理和类似方法。
溶剂没有特别限制，只要其可以分散弹性体即可。例如，可以使用水、乙醇、甲乙酮、异丙醇、丙酮、环己醇(环己酮、环戊酮)、碳氢化合物(己烷)、氨基化合物(DMF)、硫化物(DMSO)、丁基溶纤剂、三聚乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丙醚、乙二醇单异丙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇二乙醚、二丙二醇单甲醚、三丙二醇单甲醚、丙二醇单丁醚、丙二醇异丙醚、二丙二醇异丙醚、三丙二醇异丙醚、甲基乙二醇、松油醇、和二乙二醇丁醚醋酸酯。
(制备导电涂料的步骤)
通过将导电材料添加到溶剂中进行分散来制备作为电极形成涂料的导电涂料。可以根据需要进一步将粘合剂或添加剂中的至少一种添加到溶剂中。例如，为了改善导电涂料对弹性体层21A和22A的适用性和适用期，可以根据需要添加诸如表面活性剂、粘度调节剂和分散剂之类的添加剂。导电涂料可以是导电油墨或导电膏。作为分散方法，可以例举与在弹性体层形成涂料的制备步骤中类似的方法。此外，溶剂没有特别限制，只要其可以分散导电材料即可。例如，可以例举与在弹性体层形成涂料的制备步骤中类似的溶剂。
(电极片的制造步骤)
以如下方式制造电极片21。首先，制备基材，根据需要对基材的一个表面进行剥离处理。作为基材，可以使用无机基材，或者可以使用塑料基材。此外，作为基材，可以使用板状基材，并且可以使用片状基材。
接下来，将弹性体层形成涂料施加至基材的一个表面，以形成具有细长矩形形状的涂膜。在此，施加包括印刷。作为施加方法，例如，可以使用微凹版涂布法、线棒涂布法、直接凹版涂布法、模具涂布法、浸涂法、喷涂法、逆转辊涂布法、幕式涂布法、逗号涂布法、刮刀涂布法、旋转涂布法、喷墨印刷法、凸版印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、雕刻印刷法、橡胶板印刷法、丝网印刷法和类似方法，但不特别局限于此。随后，将形成在基材的一个表面上的涂膜干燥。干燥条件没有特别限制，可以是自然干燥或加热干燥。结果，弹性体层21A形成在基材的一个表面上。之后，可以根据需要如上所述对弹性体层21A的一个表面进行处理以提高粘附性。
接下来，将导电涂料施加至弹性体层21A的一个表面以形成具有细长矩形形状的涂膜。此时，涂膜形成为使得涂膜的一个长边位于弹性体层21A的一个长边的内侧，而涂膜的另一个长边与弹性体层21A的另一个长边重叠。作为施加方法，可以例举与施加弹性体层形成涂料时类似的方法。
随后，将形成在弹性体层21A的一个表面上的涂膜干燥以形成电极21B。干燥条件没有特别限制，可以是自然干燥或加热干燥。如上所述制造电极片21。
以与电极片21类似的方式制造电极片22。
(层压电极片的步骤)
如图2B中所示，通过将电极片22放置在电极片21上以使弹性体层21A和22A的相应边重叠并将弹性体层22A插入电极21B和22B之间，来获得具有细长矩形形状的层压体。此时，调节电极片21和22的层压方向，使得电极22B的一个长边从层压体的一个长边的一侧的端面露出，并且电极21B的另一个长边从层压体的另一个长边的一侧的端面露出。
(层压体的轧制步骤)
如图2C中所示，通过沿层压体的宽度方向(轴向方向)11DA和纵向方向(圆周方向)11DB双轴延伸层压体的同时，沿纵向方向卷绕所获得的层压体，从而获得图2A中所示的卷绕体11。
(引出电极的固定步骤)
随后，通过粘合或焊接将引出电极12A固定到卷绕体11的一个端面11SA，并且通过粘合或焊接将引出电极12B固定到另一个端面11SB。以这种方式，获得了图1A中所示的致动器10。
[效果]
根据第一实施方式的致动器10设置有作为第一层压体的电极片21和作为第二层压体的电极片22，电极片21和22具有螺旋形状或同心形状，对电极片21和22施加预变形，并且电极片21和22的面积变形为10％以上。结果，可以使致动器10变薄。此外，由于弹性体层21A和22A可以变薄，因而可以使致动器10的驱动电压降低。
在施加了预变形的电极片21和22的轴向方向11DA上的应力A与圆周方向11DB上的应力B之间的应力比(A:B)为1:2的情况下，可以在没有支撑构件的情况下将卷绕体11保持在预变形状态(即，伸出状态)。因此，可以简化整个致动器10的结构。此外，由于致动器10产生的力的一部分不会因支撑构件的刚度的影响而被消耗，因此可以增加可能被提取到外部的力。
[变形例]
(变形例1)
在卷绕体11中相邻的电极21B或弹性体层22A中的至少一个可具有粘性。在这种情况下，可以抑制电极片21的外周侧上的一端由于因伸展产生的张力而剥离。在卷绕体11中相邻的电极22B或弹性体层21A中的至少一个可具有粘性表面。在这种情况下，可以抑制电极片22的外周侧上的一端由于因伸展产生的张力而剥离。
此外，在卷绕体11中相邻的电极21B或弹性体层22A中的至少一个的外周侧上的一端可具有粘性。在卷绕体11中相邻的电极22B或弹性体层21A中的至少一个的外周侧上的一端可具有粘性。
(变形例2)
如图4A中所示，致动器10可进一步设置有一个或两个或更多个环形卷绕停止构件14，用于停止卷绕卷绕体11(即，卷绕电极片21和22)。在这种情况下，可以抑制电极片21和22的外周侧上的一端由于因伸展产生的张力而剥离。卷绕停止构件14优选地具有弹性。这是因为，当驱动致动器10时，卷绕停止构件14可以随着卷绕体11的收缩而变形，从而可以抑制卷绕停止构件14的位置偏差。
作为卷绕停止构件14，例如可以是具有弹性的环形构件、具有弹性的胶带和类似者。应注意，在使用胶带作为卷绕停止构件14的情况下，卷绕停止构件14不必具有环形形状。
(变形例3)
如图4B中所示，致动器10可进一步设置有用于容纳卷绕体11的圆柱形容纳构件15。在这种情况下，可以抑制电极片21和22的外周侧上的一端由于因伸展产生的张力而剥离。容纳构件15优选地具有弹性。这是因为，当驱动致动器10时，容纳构件15可以随着卷绕体11的收缩而变形，从而可以抑制容纳构件15从卷绕体11上脱离。
(变形例4)
如图4C中所示，可以将螺旋卷绕的电极片21和22的外周侧上的一端，具体是将弹性体层21A和22A的外周侧上的一端通过粘合剂16粘附至卷绕体11的外周表面，以停止卷绕。应注意，可以将第一至第四变形例的配置中的两个或更多个配置组合。
(变形例5)
致动器10的主体可设置有包括多个同心电极和多个同心弹性体层的层压体，其中电极和弹性体代替卷绕体11交替地层压。
(变形例6)
卷绕体11可通过卷绕设置有弹性体层21A、设置在弹性体层21A的一个表面上的电极21B、设置在电极21B的一个表面上的弹性体层22A、以及设置在弹性体层22A的一个表面上的电极22B的一个层压片而形成。
(变形例7)
彼此面对且中间夹有弹性体层21A和22A的电极21B和22B可以是具有预定图案的图案电极。例如，多个电极21B和22B可以经由弹性体层21A和22A彼此面对并且可以在卷绕体11的轴向方向上伸展。此外，可以沿弹性体层21A和22A的圆周方向以规则的间隔布置多个电极21B和22B。作为具体的电极图案，可以例举条纹图案、格子图案、螺旋图案、同心图案、网格图案、几何图案和类似图案，但不限于此。
(变形例8)
弹性体层21A和22A或电极21B和22B中的至少一个可以是具有多层结构的构件。在这种情况下，具有多层结构的构件的表面层优选地具有粘性。这是因为可以提高相邻构件之间的粘附性。
(变形例9)
在第一实施方式中，以卷绕体11为大致圆柱形的配置为例进行了描述，但是卷绕体11也可以为大致棱柱形。此外，卷绕体11还可以具有管状形状，诸如大致圆柱形或大致呈矩形的圆柱形。在这种情况下，可以在中空内部空间中设置诸如螺旋弹簧之类的支撑构件。此外，中空内部空间可以用液体或固体代替气体填充。在此，液体例如是水、盐溶液或类似者。此外，固体例如是溶胶、凝胶或类似者。
(变形例10)
在第一实施方式中，描述了对电极片21和22的所有部分，即弹性体层21A、电极21B、弹性体层22A和电极22B施加预变形的配置；然而，也可以对弹性体层21A和电极21B中的至少一个构件施加预变形，并且对弹性体层22A和电极22B中的至少一个构件施加预变形。此外，可以对弹性体层21A、电极21B、弹性体层22A和电极22B中的至少一个构件施加预变形。在上述配置的情况下，施加了预变形的至少一个构件的面积变形为10％以上，优选为30％以上，更优选为50％以上，进一步优选为70％以上，并且特别优选为100％以上。此外，可以将施加了预变形的电极片21和22的轴向方向11DA上的应力A与圆周方向11DB上的应力B之间的应力比(A:B)设为大约1:2。
<2第二实施方式>
[致动器的配置]
在下文中，参照图5A至图5C、图6A和图6B描述根据本技术的第二实施方式的致动器110的配置的示例。致动器110设置有大致圆柱形的卷绕体111、从卷绕体111的一个端面111SA引出的引出电极112A、以及从卷绕体的另一个端面111SB引出的引出电极112B。应注意，在第二实施方式中，对与第一实施方式类似的部分赋予相同的附图标记，并省略其描述。
卷绕体111是致动器110的主体，并且设置有细长的电极片121和细长的电极片122。
电极片121设置有弹性体层(介电层)21A和设置在弹性体层21A的一个表面上并且具有弹性的电极121B。电极121B包括矩形主体部分121C和从主体部分121C的两个长边中在一个端面111SA的一侧上的长边延伸的延伸部分121D。电极121B设置在弹性体层21A的一个表面上，使得弹性体层21A和主体部分121C的纵向方向彼此一致。主体部分121C比弹性体层21A稍小，并且电极121B的周缘(即两端侧和两个长边)位于弹性体层21A的周缘(即两端侧和两个长边)的内侧，如图6A和图6B中所示。
电极片122设置有弹性体层(介电层)22A和设置在弹性体层22A的一个表面上并且具有弹性的电极122B。电极122B包括矩形主体部分122C和从主体部分122C的两个长边中在另一个端面111SB的一侧上的长边延伸的延伸部分122D。电极122B设置在弹性体层22A的一个表面上，使得弹性体层22A和主体部分122C的纵向方向彼此一致。主体部分122C比弹性体层22A稍小，并且电极122B的周缘(即两端侧和两个长边)位于弹性体层22A的周缘(即两端侧和两个长边)的内侧，如图6A和图6B中所示。
引出电极112A和112B通过焊接或类似方式分别连接至延伸部分121D和122D。延伸部分121D和122D设置在主体部分121C和122C的长边中在电极片121和122的外周侧上的一端上。应注意，延伸部分121D和122D的位置不限于此，并且可以在与电极片121和122的中间周边相对应的部分中。然而，在延伸部分121D和122D设置在与电极片121和122的中间周边相对应的部分中的情况下，卷绕在引出电极112A和112B上的电极片121和122可能会变形。随着引出电极112A、112B上的绕组数的增加，倾向于促进这种变形。因此，为了使卷绕体111的形状更接近圆柱形并且获得更高性能的致动器110，如上所述，延伸部分121D和122D优选设置在电极121B和122B的长边的外周侧的一端上。
[效果]
在根据第二实施方式的致动器110中，电极121B和122B的主体部分121C和122C的两个长边都位于弹性体层21A和22A的两个长边的内侧，从而可以抑制电极121B和122B的两个长边从端面111SA和111SB露出。因而，由于可以抑制电极121B和122B在端面111SA和111SB处短路，所以可以提高致动器110的安全性。
[变形例]
(变形例1)
如图7A中所示，引出电极112A和112B都可以从卷绕体111的一个端面111SA引出。在这种情况下，如图7B中所示，延伸部分121D和122D从主体部分121C和122C的两个长边中在一个端面111SA的一侧上的长边延伸。此外，延伸部分121D优选地设置在一个端面111SA侧的长边的一端的位置上，延伸部分122D优选地设置在一个端面111SA侧的长边的另一端的位置上。这是因为可以将卷绕体111的形状制成更为圆柱形，并可以获得更高性能的致动器110。
(变形例2)
如图8A中所示，引出电极112A和112B可以从卷绕体111的最外周侧的一端引出。通过从该位置引出引出电极112A和112B，可以使卷绕体111的形状更接近于圆柱形，并且可以获得更高性能的致动器110。
在上述配置的情况下，如图8B中所示，延伸部分121D和122D从主体部分121C和122C的两个短边中的外周侧上的短边延伸。此外，优选的是，延伸部分121D在外周侧上设置在短边的一端的位置上，并且延伸部分122D在最外周侧上设置在短边的另一端的位置上。这是因为可以抑制引出电极112A和112B之间的接触和短路。
<3第三实施方式>
[致动器的配置]
如图9中所示，根据本技术的第三实施方式的致动器210与根据第一实施方式的致动器10的不同之处在于包括螺旋扭曲的纤维状卷绕体211。应注意，在第三实施方式中，对与第一实施方式类似的部分赋予相同的附图标记，并省略其描述。
张力沿卷绕体211的中心轴方向施加至螺旋扭曲的纤维状卷绕体211，如图10A和图10B中所示，在释放螺旋扭曲的状态下，螺旋扭曲的卷绕体211比卷绕体211A长。换句话说，在释放螺旋扭曲的状态下，螺旋扭曲的卷绕体211的直径R1小于卷绕体211A的直径R0。除了上述几点之外，卷绕体211与第一实施方式的卷绕体11类似。
[制造致动器的方法]
接下来，描述根据本技术的第三实施方式的制造致动器210的方法的示例。首先，以与第一实施方式类似的方式制造纤维状卷绕体211A。接下来，如图10A中所示，在将卷绕体211A的一端固定至固定构件212之后，将卷绕体211A扭曲。此时，卷绕体211A可以在沿其纵向方向被拉动的同时扭曲。如上所述，获得如图10B中所示的螺旋扭曲的卷绕体211。
[效果]
根据第三实施方式的致动器210设置有螺旋扭曲的纤维状卷绕体211。在释放螺旋扭曲的状态下，螺旋扭曲的卷绕体211的直径R1小于卷绕体211A的直径R0。因而，由于弹性体层21A和22A进一步变薄，因此可以使致动器10的驱动电压进一步降低。
[变形例]
如图11中所示，致动器220可设置有螺旋卷绕的纤维状卷绕体221。具有这种配置的致动器220可以例如在触觉提示装置和类似装置中使用。
卷绕体211也可以通过将第一实施方式的变形例(变形例5)中的卷绕体11和层压体，以及第二实施方式及其变形例中的卷绕体111中的任一个螺旋扭曲而得到。此外，可以将多个捆绑的卷绕体11或层压体(第一实施方式的变形例5)扭曲。
<4应用示例>
[触觉提示装置的配置]
参照图12描述将本技术应用于触觉提示装置的示例。触觉提示装置是驱动装置的示例，并且设置有致动器阵列311、电压源312、以及控制单元(未示出)。应注意，在该应用示例中，对与第一实施方式类似的部分赋予相同的附图标记，并省略其描述。
致动器阵列311是驱动构件的示例，并且设置有具有纤维形状的多个致动器10。多个致动器10排列成一行，使得各个致动器10的轴向方向相同，并且相邻致动器10的外周表面彼此面对。端子13A和13B分别经由布线313A和布线313B连接至电压源312。电压源312基于来自未示出的控制单元的控制信号向每个致动器310提供预定频率的驱动电压。
[触觉提示装置的操作]
参照图13A和图13B描述具有上述配置的触觉提示装置的操作的示例。在此，如图13A中所示，描述了形成致动器阵列311的致动器10的两端由支撑体314支撑的情况。
如图13B中所示，当向致动器10施加驱动电压时，致动器10伸展并弯曲。当施加至致动器10的驱动电压被释放时，如图13A中所示，致动器10收缩以返回其原始长度，并且变为线性。
[变形例]
致动器阵列311可设置有根据第一实施方式的变形例的致动器10、根据第二实施方式及其变形例的致动器110、以及根据第三实施方式及其变形例的致动器210中的任何一个，以代替根据第一实施方式的致动器10。
<5应用示例>
[触觉提示装置的配置]
参照图14描述将本技术应用于触觉提示装置的另一个示例。触觉提示装置是驱动装置的示例，并且设置有致动器阵列411、电压源412、以及控制单元(未示出)。应注意，在该应用示例中，对与第一实施方式类似的部分赋予相同的附图标记，并省略其描述。
致动器阵列411是驱动构件的示例，并且设置有具有纤维形状的多个致动器10，并且多个致动器10以网状图案二维地布置。具体地，致动器阵列320设置有具有纤维形状的第一组致动器10和叠加在第一组致动器10上的具有纤维形状的第二组致动器10。
第一组致动器10以预定间隔排列成一行，使得致动器10的纵向方向在第一方向上，并且相邻致动器10的外周表面彼此面对。第二组致动器10以预定间隔排列成一行，使得致动器10的纵向方向在与第一方向相交(例如，正交)的第二方向上，并且相邻致动器10的外周表面彼此面对。
第一组致动器10的端子13A和13B分别经由布线413A和布线413B连接至电压源412。第二组致动器10的端子13A和13B分别经由布线414A和布线414B连接至电压源412。
电压源412基于来自未示出的控制单元的控制信号向每个致动器310提供预定频率的驱动电压。
[变形例]
致动器阵列320可设置有根据第一实施方式的变形例的致动器10、根据第二实施方式及其变形例的致动器110、以及根据第三实施方式及其变形例的致动器210中的任何一个，以代替根据第一实施方式的致动器10。
<6应用示例>
[线性驱动装置的配置]
参照图15描述将本技术应用于线性驱动装置的示例。线性驱动装置是驱动装置的示例，并且设置有具有圆柱形状的致动器组511、电压源512、以及控制单元(未示出)。应注意，在该应用示例中，对与第一实施方式类似的部分赋予相同的附图标记，并省略其描述。
致动器组511是驱动构件的示例，并且设置有具有棒形的多个致动器10，并且多个致动器10由保持构件(未示出)捆绑。作为保持构件，例如，可使用容纳多个致动器10的收缩环形构件、收缩胶带、或收缩管状构件。管状构件的形状没有特别限制，但是可以例举圆柱形或矩形圆柱形。
端子13A和13B分别经由布线513A和布线513B连接至电压源512。电压源512基于来自未示出的控制单元的控制信号向每个致动器310提供驱动电压。
线性驱动装置可进一步设置有：支撑致动器组511的一端的支撑体514；以及固定至致动器组511的另一端的柱状固定构件515，如图16中所示。
[线性驱动装置的操作]
具有上述配置的线性驱动装置以如下方式操作。换句话说，当向致动器10施加驱动电压时，致动器组511伸展。此外，当施加至致动器10的驱动电压被释放时，致动器组511收缩。
[变形例]
致动器组511可设置有根据第一实施方式的变形例的致动器10、根据第二实施方式及其变形例的致动器110、以及根据第三实施方式及其变形例的致动器210中的任何一个，以代替根据第一实施方式的致动器10。
<7应用示例>
[关节驱动装置的配置]
参照图17描述将本技术应用于关节驱动装置的示例。关节驱动装置是驱动装置的示例，并且设置有柱状体611、一对致动器612A和612B、支撑柱状体611以及致动器612A和612B的一端的支撑体613、由柱状体611的另一端可旋转地支撑的旋转体614、由旋转体614支撑的驱动单元615、电压源616、和控制单元(未示出)。
诸如金属线之类的线性构件617围绕旋转体614的外周表面伸展。线性构件617的一端连接至致动器612A的另一端，且线性构件617的另一端连接至致动器612B的另一端。旋转体614可通过致动器612A和612B的膨胀和收缩而经由线性构件旋转。电压源616经由布线620电连接至致动器612A和612B，并基于来自未示出的控制单元的控制信号向致动器612A和612B提供驱动电压。
致动器612A和612B是根据第一实施方式及其变形例的致动器10、根据第二实施方式及其变形例的致动器110、以及根据第三实施方式及其变形例的致动器210中的任何一个。
[关节驱动装置的操作]
具有上述配置的线性驱动装置以如下方式操作。换句话说，当控制驱动电压以使致动器612A伸展并使致动器612B收缩时，旋转体614经由线性构件617沿箭头618A所示的方向旋转。结果，驱动单元615按照箭头619A所示的方向驱动。另一方面，当控制驱动电压以使致动器612A收缩并使致动器612B伸展时，旋转体614经由线性构件617沿箭头618B所示的方向旋转。结果，驱动单元615按照箭头619B所示的方向驱动。
尽管以上具体描述了本技术的各实施方式及其应用示例，但是本技术不限于上述实施方式和应用示例，并且可以基于本技术的技术思想进行各种修改。
例如，上述实施方式以及应用示例中描述的配置、方法、步骤、形状、材料、数值和类似者仅仅是示例，根据需要也可以使用与这些不同的配置、方法、步骤、形状、材料、数值和类似者。
此外，上述实施方式及其应用示例的配置、方法、步骤、形状、材料、数值和类似者可以在本技术的要旨内彼此组合。
此外，本技术还可以采用以下配置。
(1)
一种致动器，包括：
层压体，所述层压体包括弹性体层和电极，
其中所述层压体具有螺旋形状或同心形状，
对所述弹性体层和所述电极中的至少一个构件施加预变形，并且
所述至少一个构件的面积变形为10％以上。
(2)
根据(1)所述的致动器，其中所述层压体的轴向方向上的应力A与圆周方向上的应力B之间的应力比(A:B)为1:2。
(3)
根据(1)或(2)所述的致动器，其中所述至少一个构件的面积变形为50％以上。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的致动器，其中所述预变形施加在所述层压体的轴向方向和圆周方向上。
(5)
根据(4)所述的致动器，其中所述层压体的轴向方向上的收缩力和圆周方向上的收缩力是平衡的。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的致动器，
其中所述弹性体层的杨氏模量为10MPa以下，并且
所述弹性体层的断裂变形为50％以上。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的致动器，其中所述弹性体层和所述电极中的至少一个构件具有多层结构。
(8)
根据(7)所述的致动器，其中具有多层结构的构件的表面层具有粘性。
(9)
根据(1)至(7)中任一项所述的致动器，其中所述弹性体层和所述电极中的至少一个构件具有粘性表面。
(10)
根据(1)至(9)中任一项所述的致动器，进一步包括：
卷绕停止构件，所述卷绕停止构件用于停止卷绕具有螺旋形状的层压体。
(11)
根据(1)至(10)中任一项所述的致动器，进一步包括：
管状容纳构件，所述管状容纳构件用于容纳具有螺旋形状的层压体。
(12)
根据(1)至(11)中任一项所述的致动器，其中具有螺旋形状的层压体的最外周侧的一端通过粘合而停止卷绕。
(13)
根据(1)至(12)中任一项所述的致动器，其中所述致动器是螺旋扭曲的。
(14)
根据(1)至(13)中任一项所述的致动器，其中所述致动器具有纤维形状。
(15)
一种驱动构件，包括：根据(1)至(14)中任一项所述的多个致动器。
(16)
根据(15)所述的驱动构件，其中所述多个致动器被捆绑在一起。
(17)
根据(15)所述的驱动构件，其中所述多个致动器排列成一行，使得该多个致动器各自的轴向方向朝向同一方向，并且相邻致动器的外周表面彼此面对。
(18)
根据(15)所述的驱动构件，其中所述多个致动器以网状布置。
(19)
一种触觉提示装置，包括：根据(1)至(14)中任一项所述的致动器。
(20)
一种驱动装置，包括：根据(1)至(14)中任一项所述的致动器。
参考标记列表
10、110、210、220 致动器
11、111、211、221 卷绕体(致动器主体)
11SA、11SB、111SA、111SB 端面
11DA 轴向方向
11DB 圆周方向
12A、12B、112A、112B 引出电极
13A、13B 端子
14 卷绕停止构件
15 容纳构件
16 粘合剂
21、22、121、122 电极片
21A、22A 弹性体层
21B、22B、121B、122B 电极
121C、122C 主体部分
121D、122D 延伸部分
311、411 致动器阵列
312、412、512、616 电压源
511 致动器组

Claims (20)

1.一种致动器，包括：
层压体，所述层压体包括弹性体层和电极，
其中所述层压体具有螺旋形状或同心形状，
对所述弹性体层和所述电极中的至少一个构件施加预变形，并且
所述至少一个构件的面积变形为10％以上。
2.根据权利要求1所述的致动器，其中所述层压体的轴向方向上的应力A与圆周方向上的应力B之间的应力比(A:B)为1:2。
3.根据权利要求1所述的致动器，其中所述至少一个构件的面积变形为50％以上。
4.根据权利要求1所述的致动器，其中所述预变形施加在所述层压体的轴向方向和圆周方向上。
5.根据权利要求4所述的致动器，其中所述层压体的轴向方向上的收缩力和圆周方向上的收缩力是平衡的。
6.根据权利要求1所述的致动器，
其中所述弹性体层的杨氏模量为10MPa以下，并且
所述弹性体层的断裂变形为50％以上。
7.根据权利要求1所述的致动器，其中所述弹性体层和所述电极中的至少一个构件具有多层结构。
8.根据权利要求7所述的致动器，其中具有所述多层结构的所述构件的表面层具有粘性。
9.根据权利要求1所述的致动器，其中所述弹性体层和所述电极中的至少一个构件具有粘性表面。
10.根据权利要求1所述的致动器，进一步包括：
卷绕停止构件，所述卷绕停止构件用于停止卷绕具有螺旋形状的层压体。
11.根据权利要求1所述的致动器，进一步包括：
管状容纳构件，所述管状容纳构件用于容纳具有螺旋形状的层压体。
12.根据权利要求1所述的致动器，其中具有螺旋形状的所述层压体的最外周侧的一端通过粘合而停止卷绕。
13.根据权利要求1所述的致动器，其中所述致动器扭曲成螺旋状。
14.根据权利要求1所述的致动器，其中所述致动器具有纤维形状。
15.一种驱动构件，包括：根据权利要求1所述的多个致动器。
16.根据权利要求15所述的驱动构件，其中所述多个致动器被捆绑在一起。
17.根据权利要求15所述的驱动构件，其中所述多个致动器排列成一行，使得该多个致动器各自的轴向方向朝向同一方向，并且相邻所述致动器的外周表面彼此面对。
18.根据权利要求15所述的驱动构件，其中所述多个致动器以网状布置。
19.一种触觉提示装置，包括：根据权利要求1所述的致动器。
20.一种驱动装置，包括：根据权利要求1所述的致动器。
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