CN110800205A - 介电弹性体换能器以及介电弹性体驱动装置 - Google Patents

Abstract

介电弹性体换能器具有介电弹性体功能构件，所述介电弹性体功能构件具有介电弹性体层和将该介电弹性体层夹在中间的一对电极层，所述介电弹性体换能器还具有支撑所述介电弹性体功能构件的支撑体。所述各电极层具有1个以上的施加区域。所述介电弹性体功能构件具有一对所述电极层的所述施加区域重叠的1个以上的功能部。所述功能部与所述支撑体分离。通过这样的结构，能够避免电极层的损伤，并且能够得到充分的伸长量。

Description

介电弹性体换能器以及介电弹性体驱动装置

技术领域

本发明涉及介电弹性体换能器以及介电弹性体驱动装置。

背景技术

具有使用了介电弹性体的介电弹性体换能器的驱动装置与电动马达等相比，具有重量轻、反应速度优异等优点。图24和图25表示以往的介电弹性体换能器以及介电弹性体驱动装置(专利文献1)。该图所示的介电弹性体驱动装置具有介电弹性体换能器90和电源部95。介电弹性体换能器90具有介电弹性体层91以及一对电极层92、93和张力维持体94。介电弹性体层由规定的树脂材料构成，一对电极层92、93分别形成于介电弹性体层91的两面。如图24所示，介电弹性体层91以及一对电极层92、93通过卷绕具有足够大小的一张材料而形成多层的圆筒形状。如图25所示，在介电弹性体换能器90中，介电弹性体层91以及一对电极层92、93缠绕于张力维持体94。张力维持体94维持使介电弹性体层91在轴向上伸长的张力。若从电源部95对一对电极层92、93施加电压，则一对电极层92、93通过库仑力而相互吸引。通过该引力，介电弹性体层91的厚度减小，轴向尺寸增大。由此，介电弹性体换能器90在轴向上伸长。在介电弹性体驱动装置X中，通过控制电源部95的电压的施加，能够使介电弹性体换能器90伸长或收缩。

将介电弹性体层91和一对电极层92、93形成为多层的圆筒形状的结构旨在提高介电弹性体换能器90的驱动力。但是，这样的结构存在以下所述的问题。

在介电弹性体换能器90中，介电弹性体层91以及一对电极层92、93缠绕于张力维持体94。假使介电弹性体层91以及一对电极层92、93未与张力维持体94接合，由张力维持体94维持在轴向上伸长的张力的介电弹性体层91也会产生轴向中央部分收缩那样的变形。因此，成为一对电极层92、93被按压于张力维持体94或者一对电极层92、93紧密接触的样子。在这样的状态下，当通过来自电源部95的电压施加控制而使介电弹性体换能器90伸长以及收缩时，会产生一对电极层92、93不当地摩擦的情况，担心一对电极层92、93的损伤。另外，介电弹性体换能器90中的固定于张力维持体94的部分即使被施加电压也不会有助于伸长。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-65427号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明基于上述情况而提出，其课题在于，提供一种能够避免电极层的损伤，并且能够得到充分的伸长量的介电弹性体换能器以及介电弹性体驱动装置。

用于解决课题的技术方案

由本发明的第一技术方案提供的介电弹性体换能器具有介电弹性体功能构件，所述介电弹性体功能构件具有介电弹性体层和将该介电弹性体层夹在中间的一对电极层，所述介电弹性体换能器还具有支撑所述介电弹性体功能构件的支撑体，所述各电极层具有1个以上的施加区域，所述介电弹性体功能构件具有一对所述电极层的所述施加区域重叠的1个以上的功能部，所述功能部与所述支撑体分离。

在本发明优选的实施方式中，所述介电弹性体功能构件具有未设置所述电极层的1个以上的无电极部，所述无电极部固定于所述支撑体。

在本发明优选的实施方式中，所述介电弹性体功能构件为至少所述功能部成为一层的筒状。

在本发明优选的实施方式中，所述介电弹性体功能构件具有在轴向上相互分离的多个所述功能部。

在本发明优选的实施方式中，所述施加区域在周向上被分割为多个部分。

在本发明优选的实施方式中，所述电极层具有将多个所述施加区域彼此连结的连结部，所述连结部不固定于所述支撑体。

在本发明优选的实施方式中，一个所述电极层的所述连结部不与另一个所述电极层重叠。

在本发明优选的实施方式中，所述支撑体由在轴向观察时为圆形状且在轴向上分离配置的多个板状构件构成。

在本发明优选的实施方式中，所述介电弹性体换能器还具有与所述施加区域连接的配线。

在本发明优选的实施方式中，所述介电弹性体换能器还具有使所述介电弹性体功能构件伸长的张力维持体。

由本发明的第二技术方案提供的介电弹性体驱动装置，其特征在于，包括：由本发明的第一技术方案提供的介电弹性体换能器；电源部，用于向所述介电弹性体换能器施加电压。

发明效果

根据本发明，能够在避免电极层的损伤，并且能够得到充分的伸长量。

本发明的其他特征和优点，通过参照附图在以下进行的详细说明，更加明确。

附图说明

图1表示本发明的第一实施方式的介电弹性体换能器及介电弹性体驱动装置的立体图。

图2是表示本发明的第一实施方式的介电弹性体换能器及介电弹性体驱动装置的俯视图。

图3是沿着图2的III-III线的剖视图。

图4是表示图3的IV部的主要部分放大剖视图。

图5是沿着图3的V-V线的主要部分放大剖视图。

图6是表示本发明的第一实施方式的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图7是表示本发明的第一实施方式的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图8是表示本发明的第一实施方式的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图9是表示本发明的第一实施方式的变形例的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图10是表示本发明的第一实施方式的变形例的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图11是表示本发明的第一实施方式的另一变形例的介电弹性体换能器及介电弹性体驱动装置的剖视图。

图12是表示本发明的第二实施方式的介电弹性体换能器及介电弹性体驱动装置的立体图。

图13是表示本发明的第二实施方式的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图14是表示本发明的第二实施方式的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图15是表示本发明的第二实施方式的变形例的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图16是表示本发明的第二实施方式的变形例的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图17是表示本发明的第三实施方式的介电弹性体换能器及介电弹性体驱动装置的剖视图。

图18是表示本发明的第三实施方式的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图19是表示本发明的第三实施方式的介电弹性体换能器的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

图20是表示本发明的第四实施方式的介电弹性体换能器的立体图。

图21是表示本发明的第五实施方式的介电弹性体换能器的立体图。

图22是表示本发明的介电弹性体发电装置的一例的结构图。

图23是表示本发明的介电弹性体传感器装置的一例的结构图。

图24是表示以往的介电弹性体换能器的一例中使用的介电弹性体层及电极层的立体图。

图25是表示以往的介电弹性体换能器以及介电弹性体驱动装置的一例的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行具体说明。

图1～图8表示本发明的第一实施方式的介电弹性体换能器及介电弹性体驱动装置。本实施方式的介电弹性体驱动装置B1具有介电弹性体换能器A1以及电源部7。介电弹性体驱动装置B1例如是根据来自电源部7的电压施加而使介电弹性体换能器A1动作，由此输出驱动力的装置。介电弹性体驱动装置B1的用途没有特别限定，作为典型的例子，例如可举出机器人手臂或假肢手等。

图1是表示介电弹性体换能器A1以及介电弹性体驱动装置B1的立体图。图2是表示介电弹性体换能器A1以及介电弹性体驱动装置B1的俯视图。图3是沿着图2的III-III线的剖视图。图4是表示图3的IV部的主要部分放大剖视图。图5是沿着图3的V-V线的主要部分放大剖视图。图6～图8是表示介电弹性体换能器A1的介电弹性体层及电极层的展开俯视图。

介电弹性体换能器A1具有介电弹性体功能构件1、多个支撑体5以及张力维持体6。介电弹性体功能构件1具有介电弹性体层2及一对电极层3、4，能够进行被称为所谓的人工肌肉的动作。

考虑到介电弹性体功能构件1例如被用作人工肌肉，介电弹性体层2能够弹性变形，并且要求绝缘强度高。这样的介电弹性体层2的材质没有特别限定，作为优选的例子，例如可以举出硅酮弹性体、丙烯酸弹性体等。

一对电极层3、4夹着介电弹性体层2，通过电源部7被施加电压。一对电极层3、4由具有导电性并且能够追随介电弹性体层2的弹性变形而弹性变形的材质形成。作为这样的材质，可列举出在能够弹性变形的主材料中混入有赋予导电性的填料的材质。作为所述填料的优选例，例如可举出碳纳米管。在本实施方式中，在呈圆筒形状的介电弹性体层2的外表面上设置有电极层3，在内表面设置有电极层4。

介电弹性体功能构件1在未受到来自外部的外力或约束的情况下，在未施加来自电源部7的电压的状态下，为不产生自发伸长或伸缩的自然长度状态，在被施加外力的情况下，允许介电弹性体层2的弹性变形。若从电源部7施加电压，则在一对电极层3、4中夹着介电弹性体层2蓄积正负的电荷。通过这些电荷的库仑力，一对电极层3、4相互吸引，介电弹性体层2在厚度方向上被压缩。根据该厚度方向的压缩，介电弹性体层2的从厚度方向观察的尺寸伸长。这样，介电弹性体功能构件1通过被施加电压，能够取得从厚度方向观察的尺寸伸长的行为。此外，作为本发明中所说的介电弹性体功能构件，并不限定于通过施加电压而从厚度方向观察的尺寸伸长的结构，也可以采用通过施加电压而从厚度方向观察的尺寸缩小的结构。

图6～图8表示构筑介电弹性体换能器A1之前的状态的介电弹性体层2和一对电极层3、4。此外，在这些图中，用单点划线表示相当于图1所示的周向θ的特定的位置即位置P1、P2、P3、P4的位置。

图6是表示在介电弹性体换能器A1中成为介电弹性体层2的外表面的面的俯视图。如该图所示，本实施方式的电极层3具有多个施加部31、多个连结部32和连接部33。

施加部31是在介电弹性体功能构件1中与电极层4的对应的部位一起夹着介电弹性体层2的部位，并且是被施加电压的部位。施加部31的形状等没有特别限定，在图示的例子中，是在周向θ上较长地延伸的长矩形形状。多个施加部31在轴向z上隔开间隙地排列。多个施加部31的个数没有特别限定，在图示的例子中，示出了具有3个施加部31的情况。多个施加部31的个数可以是2个，也可以是4个以上。

连结部32将在轴向z上相邻的施加部31彼此连结，使相邻的施加部31导通。在图示的例子中设置有6个连结部32。其中每3个连结部32的轴向z位置一致。另外，这些连结部32位于位置P2以及位置P4。

连接部33是从位于轴向z上侧的施加部31向轴向z上方延伸的部分。如图3所示，连接部33是连接构成来自电源部7的电压施加电路的配线71的部位。

图7是表示在介电弹性体换能器A1中成为介电弹性体层2的内表面的面的俯视图。如该图所示，本实施方式的电极层4具有多个施加部41、多个连结部42以及连接部43。

施加部41是在介电弹性体功能构件1中与电极层3的施加部31一起夹着介电弹性体层2的部位，并且是被施加电压的部位。施加部41的形状等没有特别限定，在图示的例子中，为在周向θ上较长地延伸的长矩形形状。多个施加部41在轴向z上隔开间隙地排列。多个施加部41的个数没有特别限定，在图示的例子中，示出了具有3个施加部41的情况。多个施加部41的个数可以是2个，也可以是4个以上。

连结部42将在轴向z上相邻的施加部41彼此连结，使相邻的施加部41导通。在图示的例子中设置有4个连结部42。其中每2个连结部42的轴向z位置一致。另外，这些连结部42位于位置P1以及位置P3，与电极层3的连结部32在周向θ上的位置不同。

连接部43是从位于轴向z下侧的施加部41向轴向z下方延伸的部分，并且轴向z上的位置为与电极层3的连接部33相反的一侧。如图3所示，连接部43是连接构成来自电源部7的电压施加电路的配线72的部位。

图8通过阴影线将电极层4的一部分重叠地显示在介电弹性体层2和电极层3上。如该图所示，介电弹性体功能构件1由多个功能部11以及多个无电极部12构成。

功能部11由电极层3的施加部31和电极层4的施加部41以及介电弹性体层2中的被这些施加部31和施加部41夹着的部分构成。即，构成功能部11的介电弹性体层2的部分是对施加部31和施加部41施加电压时显著变形的部分。在图示的例子中，设置有沿轴向z排列的3个功能部11。

无电极部12由介电弹性体层2中的未形成电极层3和电极层4双方的部分构成，位于在轴向z上相邻的功能部11之间。在图示的例子中，设置有8个无电极部12。

多个支撑体5用于将介电弹性体功能构件1维持为筒状。在本实施方式中，多个支撑体5构成为将介电弹性体功能构件1维持为圆筒形状，在轴向z观察时为圆形状的板状构件，并且具有外周面51。支撑体5的个数没有特别限定，在本实施方式中，与3个功能部11在轴向z上排列对应地设置有4个支撑体5。此外，支撑体5的结构没有特别限定，只要是以所期望的状态支撑介电弹性体功能构件1的结构即可。支撑体5也可以是椭圆形及多边形等。在这些情况下，介电弹性体功能构件1为椭圆筒状或多边形筒状。而且，介电弹性体功能构件1除了板状之外，也可以是框状或框架结构。

如图3所示，位于轴向z的上端以及下端的2个支撑体5不具有大的通孔。位于轴向z内侧的2个支撑体5具有通孔52。通孔52沿轴向z贯通支撑体5，在轴向z观察时位于支撑体5的中央。另外，支撑体5也可以具有凹部53。在图示的例子中，在位置P1以及位置P3形成有2个凹部53。凹部53从外周面51向径向内侧凹陷。

张力维持体6维持使介电弹性体功能构件1沿轴向z伸长的张力。张力维持体6的具体结构没有特别限定，在本实施方式中，张力维持体6由弹簧构成。如图3所示，张力维持体6的两端安装于位于轴向z的上端以及下端的2个支撑体5。另外，张力维持体6插通于位于轴向z内侧的2个支撑体5的通孔52。

在本实施方式中，通过将介电弹性体功能构件1接合于4个支撑体5，从而介电弹性体功能构件1维持为圆筒形状。将图6～图8所示的介电弹性体功能构件1卷绕于4个支撑体5，由此形成圆筒形状。在本实施方式中，介电弹性体功能构件1为单层的圆筒形状。更具体而言，是至少功能部11为一层的结构。即，也可以是在将图6～图8所示的介电弹性体功能构件1卷绕于多个支撑体5时，介电弹性体功能构件1的周向θ上的除功能部11以外的部分彼此稍微重合的结构。

介电弹性体功能构件1接合于4个支撑体5的外周面51。更具体而言，如图5所示，介电弹性体功能构件1的无电极部12的内表面通过接合材料29与支撑体5的外周面51接合。另外，如图4所示，在介电弹性体层2中的外表面设置有电极层3但在内表面未设置电极层4的部位通过接合材料29与支撑体5的外周面51接合。另一方面，如图3以及图4所示，构成功能部11的施加部41与多个支撑体5在轴向z上分离。因此，施加部41(功能部11)不与支撑体5接合，而与其在轴向z上分离。

另外，电极层4的连结部42不与支撑体5接合。在本实施方式中，如图5所示，在支撑体5中的存在连结部42的位置P1以及位置P3形成有凹部53。通过在周向θ上使连结部42与凹部53的位置一致，连结部42与支撑体5清楚地分离。此外，并不限定于通过设置凹部53，使连结部42与支撑体5分离的结构，也可以使用未设置凹部53的支撑体5。即使在该情况下，也优选为通过接合材料29将无电极部12与外周面51接合，连结部42与支撑体5的外周面51不接合。

如图3所示，在呈圆筒形状的介电弹性体功能构件1的内部设置有张力维持体6。介电弹性体功能构件1与张力维持体6不接触，在径向r上分离。图示的状态是未施加来自电源部7的电压的状态。在该图中，张力维持体6为相对于自然长度在轴向z上被压缩的状态，发挥在轴向z上伸长而想要恢复的弹力。该张力维持体6的弹性力经由2个支撑体5被赋予介电弹性体功能构件1的轴向z两端。由此，介电弹性体功能构件1维持在轴向z上伸长的张力。通过该张力的维持，介电弹性体功能构件1在轴向z上伸长，并且在轴向z上相邻的支撑体5之间成为稍微收缩的形状。在图示的例子中，例如，支撑体5的直径与在轴向z上相邻的支撑体5彼此的距离为相同程度或比该距离小。因此，位于相邻的支撑体5之间的介电弹性体功能构件1呈比较短轴的圆筒形状。因此，上述的介电弹性体功能构件1的收缩例如与仅由轴向z的上端以及下端的2个支撑体5将介电弹性体功能构件1变为圆筒形状并维持同等的张力的情况下的收缩相比，显著地变小。

接着，说明介电弹性体换能器A1以及介电弹性体驱动装置B1的作用。

根据本实施方式，如图3所示，无电极部12固定于支撑体5，功能部11与支撑体5分离。功能部11是通过电源部7的电压施加而伸缩的部位。当这样的功能部11与支撑体5接合时，伸缩被支撑体5不当地约束。由此，会阻碍充分的伸缩。另外，例如，若施加部41与支撑体5接合，则施加部41产生过大的应力，施加部41有可能破损。在本实施方式中，由于功能部11与支撑体5分离，因此，不会阻碍功能部11的伸缩，能够期待充分的伸缩。另外，构成功能部11的施加部31以及施加部41均不与支撑体5接合。因此，能够避免施加部31以及施加部41产生过大的应力，从而能够抑制施加部31以及施加部41的破损。因此，根据介电弹性体换能器A1以及介电弹性体驱动装置B1，能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。

通过多个功能部11为在轴向z上呈多级的结构，能够相对地缩小各功能部11的轴向z尺寸。由此，能够缩小伴随介电弹性体功能构件1的张力的收缩量，能够有效地产生介电弹性体换能器A1的伸缩。另外，通过使介电弹性体功能构件1为一层，能够避免例如因功能部11重合而导致电极层3和电极层4相互摩擦。

如图4和图5所示，介电弹性体功能构件1中的与支撑体5的外周面51接合的部位为介电弹性体层2的一部分，电极层4未与支撑体5接合。因此，即使随着介电弹性体换能器A1的伸缩而在连结部42产生变形，也能够避免该变形被支撑体5约束。这对于保护电极层4是优选的。

如图6～图8所示，电极层3的连结部32与电极层4的连结部42在周方向θ上的位置相互不同。因此，在轴向z上存在支撑体5的区域中，不存在电极层3和电极层4双方夹着介电弹性体层2的相同部分的结构。即，仅由介电弹性体层2构成的部分或仅由介电弹性体层2与电极层3以及电极层4中的任一方构成的部分即使被电源部7施加电压，也不会产生显著的变形。因此，能够避免介电弹性体功能构件1中的与支撑体5接合的部位克服变形而不当地被约束的情况。

通过将连接部33和连接部43在轴向z上相互设置在相反一侧，能够防止在连接部33与连接部43之间产生不期望的库仑力。

图9～图23表示本发明的变形例及其他实施方式。此外，在这些图中，对与上述实施方式相同或类似的构件标注与上述实施方式相同的附图标记。

图9和图10表示介电弹性体换能器A1的变形例的介电弹性体功能构件1。在本变形例中，电极层3的连接部33与电极层4的连接部43在轴向z上设置于相同侧。

在本变形例中，如图9所示，设置有在周向θ上分离配置的多个连接部33。另外，如图10所示，设置有在周向θ上分离配置的多个连接部43。多个连接部33设置于位置P2以及位置P4，多个连接部43设置于位置P1以及位置P3。即，多个连接部33和多个连接部43在周向θ上设置于彼此不同的位置。

通过这样的变形例，也能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。

图11表示介电弹性体换能器A1以及介电弹性体驱动装置B1的其他变形例。在本实施方式中，在介电弹性体换能器A1中设置有多个配线73以及多个金属膜75。金属膜75例如由Cu等金属构成，与支撑体5接合。更具体而言，金属膜75是以径向r为长边方向、以周向θ为宽度方向的带状。4个支撑体5中的位于轴向z下方的3个支撑体5上接合有金属膜75。金属膜75遍及支撑体5的轴向上表面、下表面以及外周面51而设置。多个配线73与设置于相邻的支撑体5的金属膜75连接，构成使相邻的金属膜75导通的低电阻的导通路径。金属膜75中的覆盖外周面51的部分与电极层4的连结部42导通连接。

通过这样的变形例，也能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。另外，通过由配线73以及金属膜75构成导通路径，多个施加部41除了经由相邻的施加部41的导通路径之外，还构成经由配线73以及金属膜75的导通路径。经由配线73及金属膜75的导通路径比经由施加部41的导通路径更容易成为低电阻。因此，能够使介电弹性体功能构件1的整体更有效地伸缩。另外，能够在更短时间内完成向介电弹性体功能构件1供给电荷、从介电弹性体功能构件1去除电荷。因此，能够提高介电弹性体换能器A1的动作速度。此外，除了本变形例的结构以外，也可以代替配线73而利用张力维持体6构成向介电弹性体功能构件1的导通路径。例如，通过由导电体构成张力维持体6的至少表面，使该张力维持体6与金属膜75接触，能够构成上述的导通路径。

图9～图11所示的变形例的结构也可以在以后的实施方式中适当地采用。

图12～图14表示本发明的第二实施方式的介电弹性体换能器。如图13所示，本实施方式的介电弹性体换能器A2的电极层3具有6个施加部31。并且，每2个施加部31在周向θ上相互分离地配置。在轴向z上相邻的施加部31通过连结部32连结。另外，如图14所示，电极层4具有6个施加部41。并且，每2个施加部41在周向θ上相互分离地配置。在轴向z上相邻的施加部41通过连结部42连结。通过这样的电极层3及电极层4的结构，介电弹性体功能构件1具有6个功能部11。每2个功能部11在周向θ上相互分离地配置。另外，隔着位置P2和位置P4，每3个功能部11分别沿周向θ分开配置。在轴向z上相邻的功能部11之间，与上述实施方式同样地设置有无电极部12。

在本实施方式中，在电极层3的2个连接部33上分别单独地连接图3所示的配线71。另外，在电极层4的2个连接部43上分别单独地连接图3所示的配线72。通过这样的结构，如图12所示，在对电极层3以及电极层4的整体施加了电压的情况下，介电弹性体换能器A2以在轴向z上伸长的方式变形。另外，在仅对位于位置P1的连接部33以及连接部43施加电压的情况下，介电弹性体换能器A1以向位置P3侧弯曲的方式变形。另外，在仅对位于位置P3的连接部33以及连接部43施加电压的情况下，介电弹性体换能器A1以向位置P1侧弯曲的方式变形。

根据这样的实施方式，也能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。另外，通过适当选择施加电压的施加部31以及施加部41(功能部11)，能够使介电弹性体换能器A2产生伸长和两种弯曲这样的多种变形。此外，作为张力维持体6，也可以采用与弹簧不同的弹性体的棒状构件。在该情况下，虽然能够维持介电弹性体功能构件1的张力，但即使对2个连接部33以及2个连接部43双方施加电压，介电弹性体换能器A2也不会呈现出显著的变形。在对一个连接部33以及连接部43施加了电压的情况下，呈现出上述那样的弯曲变形。

图15和图16表示介电弹性体换能器A2的变形例的介电弹性体功能构件1。在本变形例中，电极层3具有12个施加部31，电极层4具有12个施加部41。每4个施加部31在周向0上相互分离配置，每4个施加部41在周向θ上相互分离配置。由此，介电弹性体功能构件1具有12个功能部11，每4个功能部11在周向θ上分离配置。另外，与在周向θ上分离配置的施加部31以及施加部41对应地设置有4个连接部33以及4个连接部43。

通过这样的变形例，也能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。另外，通过仅对4个连接部33以及4个连接部43中的任意一组施加电压，能够以介电弹性体换能器A2向与该连接部33以及连接部43所存在的位置在周向θ上相反的一侧弯曲的方式产生变形。因此，本变形例的介电弹性体换能器A2能够任意地选择并产生向相互相差90°的4个方位弯曲那样的变形。

图17～图19表示基于本发明的第三实施方式的介电弹性体换能器及介电弹性体驱动装置。在本实施方式的介电弹性体换能器A3以及介电弹性体驱动装置B3中，如图17以及图18所示，电极层3为覆盖介电弹性体层2的大致整体的矩形状。但是，如图中的辅助线和附图标记所示，该电极层3具有3个施加部31、2个连结部32以及连接部33。3个施加部31在z方向上排列，连结部32介于相邻的施加部31之间。另外，如图19所示，电极层4具有在轴向z上分离配置的3个施加部41。电极层4不具有将相邻的施加部41彼此连结的部位。因此，3个施加部41彼此相互绝缘。介电弹性体功能构件1具有沿轴向z分离配置的3个功能部11。

如图17所示，介电弹性体驱动装置B3具有配线71及多个配线72。另外，在3个支撑体5上分别设置有通孔54。配线71例如与电源部7的负极连接，与电极层3的连接部33连接。由此，配线71经由连接部33以及多个连结部32与各施加部31导通。另外，多个配线72例如与电源部7的正极连接，与电极层4的3个施加部41分别连接。由此，在介电弹性体驱动装置B3中，能够对3个功能部11分别独立地施加电压。

根据这样的实施方式，也能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。另外，通过能够对3个功能部11分别独立地施加电压，能够使在轴向z上为多级结构的多个功能部11中的任意一个任意地伸长。另外，如图13以及图14、图15以及图16所示，通过将施加部31以及施加部41构成为沿周向θ分离配置的多个构件，能够使介电弹性体换能器A3形成为，除了多级伸缩之外还能够多级弯曲的结构。

图20表示基于本发明的第四实施方式的介电弹性体换能器。在本实施方式的介电弹性体换能器A4中，介电弹性体功能构件1仅具有一个功能部11。即，电极层3仅具有一个施加部31，电极层4仅具有一个施加部41。电极层3及电极层4也可以具有上述的连接部33及连接部43。

在本实施方式中，功能部11也与支撑体5分离，不固定于支撑体5。另外，介电弹性体功能构件1在功能部11的周围设置有无电极部12。通过将无电极部12的至少一部分固定于支撑体5，介电弹性体功能构件1被支撑体5支撑为筒状。

根据这样的实施方式，也能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。另外，如从本实施方式理解的那样，在本发明中，介电弹性体功能构件1只要是具有未被支撑体5固定的一个以上的功能部11的结构即可。

图21表示基于本发明的第五实施方式的介电弹性体换能器。本实施方式的介电弹性体换能器A5的介电弹性体功能构件1的基本形状、个数与上述的实施方式不同。

在本实施方式中，介电弹性体功能构件1具有2个介电弹性体层2、2个电极层3以及2个电极层4。各介电弹性体层2例如是长矩形。各电极层3具有2个施加部31和连结部32。2个施加部31在介电弹性体层2的长边方向上排列配置，各自例如为矩形状。各电极层4具有2个施加部41和连结部42。2个施加部41在介电弹性体层2的长边方向上排列配置，各自例如为矩形状。通过这样的构成，介电弹性体功能构件1具有在z方向上排列的2个功能部11和位于2个功能部11之间的无电极部12。

另外，介电弹性体换能器A5具有3个支撑体5。各支撑体5例如是在z方向观察时具有沿着x方向以及y方向的四边的矩形的板状。3个支撑体5在z方向上相互分离地配置。在3个支撑体5的x方向近前侧的部分固定有一个介电弹性体功能构件1。另外，在3个支撑体5的x方向里侧的部分固定有另一个介电弹性体功能构件1。在这些固定中，功能部11也不固定于支撑体5，而将无电极部12固定于支撑体5。此外，从更顺畅地产生介电弹性体换能器A5向x方向的弯曲动作的观点出发，支撑体5优选在z方向观察时以x方向为短边方向、以y方向为长边方向的长矩形形状。

根据这样的实施方式，也能够避免电极层3、4的损伤，并且能够得到充分的伸长量。另外，如从本实施方式理解的那样，介电弹性体功能构件1的形状并不限定于筒状，可以为平板状、锥台形状等各种形状。另外，通过具有多个介电弹性体功能构件1，能够在多个方向上驱动介电弹性体换能器A5。

图22表示本发明的介电弹性体发电装置的一例。本实施方式的介电弹性体发电装置C1具有介电弹性体换能器A1、控制部81以及蓄电部82，并且是通过介电弹性体功能构件1的伸缩而发电的装置。

在介电弹性体发电装置C1中，除了介电弹性体换能器A1以外，还可以使用由本发明提供的各种方式的介电弹性体换能器。

控制部81适当地控制向介电弹性体功能构件1的电极层3及电极层4施加初始电压及从电极层3及电极层4输出电力。另外，控制部81在进行该施加以及输入时，进行所需要的开关(省略图示)的切换控制。这样的控制部81例如包括产生初始电荷的电源部、发挥将输出电力变压为适于利用的电压等功能的变电部、以及控制电源部以及变电部的CPU。

蓄电部82被输入从介电弹性体换能器A1输出的电力，是介电弹性体发电装置C1中的蓄电单元。蓄电部82的结构没有特别限定，只要具有能够适当地蓄积从介电弹性体换能器A1产生的电力的蓄电容量即可。作为构成蓄电部82的所谓二次电池，例如可举出镍氢电池、锂离子电池。另外，蓄电部82也可以具有使输入电压下降到适于二次电池的电压的降压电路。

在介电弹性体发电装置C1中的发电中，首先，在介电弹性体功能构件1伸长的状态下施加初始电压。接着，通过外力的除去或作用，介电弹性体功能构件1伸缩时，作为电容器的介电弹性体功能构件1的静电电容变小。伴随于此，介电弹性体功能构件1中的电压比初始电压高。相当于比该初始电压高的电压的电力是通过介电弹性体发电装置C1中的发电而得到的电力。

如从本实施方式理解的那样，本发明的介电弹性体换能器的用途并不限定于驱动，也可以用于发电。

图23表示本发明的介电弹性体传感器装置的一例。本实施方式的介电弹性体传感器装置D1具有介电弹性体换能器A1、振荡驱动部900、中间电路910以及判定电路920，是通过介电弹性体功能构件1的伸缩(变形)来检测对象物的动作等的装置。

介电弹性体换能器A1以及振荡驱动部900构成振荡电路，并输出交流电信号。介电弹性体功能构件1被视为可变电容器来使用。振荡驱动部900与例如用于产生交流电信号的电源、作为可变电容器的介电弹性体功能构件1一起构成使用了以往公知的CR振荡电路、LC振荡电路、计时器IC的振荡电路等。随着介电弹性体功能构件1的静电电容的变化，所输出的交流电信号的频率发生变化。

判定电路920基于上述振荡电路的输出信号，判定介电弹性体功能构件1的静电电容的变化。判定电路920的结构没有特别限定，只要能够基于以往公知的各种方法来判定上述振荡电路的输出信号与静电电容的关系即可。判定电路920的具体结构如后述的中间电路910那样，根据对来自上述振荡电路的输出信号进行适当处理的电路的有无及其结构而适当地选择。作为判定电路920，例示微机、A/D转换IC、比较器、示波器等。在图示的例子中，判定电路920是在将上述振荡电路的输出信号变换为在一个极性中周期性地变动的电信号(以下，称为直流电信号)的情况下，根据该直流电信号的频率来判定介电弹性体功能构件1的静电电容的变化的电路。即，在相对于相当于介电弹性体功能构件1的初始静电电容的频率，作为上述振荡电路的输出信号的直流电信号的频率变化了的情况下，判定为介电弹性体功能构件1的静电电容C发生了变化。在该判定中，也可以适当采用阈值等判定基准。

中间电路910将上述振荡电路的输出信号处理为适于判定电路920的判定的信号。在判定电路920是能够直接判定上述振荡电路的输出信号的结构的情况下，也可以省略中间电路910，但为了适当地判定作为上述振荡电路的输出信号的交流电信号的频率与静电电容C的关系，优选具有包含滤波电路902的中间电路910，这是现实的。在图示的例子中，中间电路910具有交流放大电路901、滤波电路902、检波电路903以及直流放大电路904，是将上述振荡电路的输出信号从交流电信号变换为直流电信号的结构。

交流放大电路901通过放大来自上述振荡电路的交流电信号来扩大动态范围。在来自上述振荡电路的交流电信号的信号电平充分的情况下，也可以省略交流放大电路901。对交流放大电路901没有特别限定，例如，可例示晶体管、FET、运算放大器等。

滤波电路902使上述振荡电路的交流电信号中包含的所希望的频带的信号通过，使不需要的频带的信号衰减或者切断。滤波电路902没有特别限定，例如，可例示出高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。在图示的例子中，示出了采用了高通滤波器的情况。此外，滤波电路902的具体结构根据从检波电路903输出的直流电压的变化幅度来选择。

检波电路903将从滤波电路902输出的作为交流电信号的上述振荡电路的输出信号转换为直流。检波电路903并无特别限定，例如，可例示使用二极管的半波整流电路或全波整流电路。为了介电弹性体功能构件1的静电电容的判定的高速化，优选使用响应特性良好的结构的检波电路903。

直流放大电路904将作为从检波电路903输出的直流电信号的上述振荡电路的输出信号放大为适于判定电路920中的判定的信号电平。此外，在来自检波电路903的直流电信号的电平充分的情况下，也可以省略直流放大电路904。

如从本实施方式理解的那样，本发明的介电弹性体换能器的用途并不限定于驱动，也可以用于传感器。

本发明的介电弹性体动作装置并不限定于上述的实施方式。本发明的介电弹性体动作装置的各部分的具体结构可以自由地进行各种设计变更。

Claims (12)

1.一种介电弹性体换能器，其中，

所述介电弹性体换能器具有介电弹性体功能构件，所述介电弹性体功能构件具有介电弹性体层和将该介电弹性体层夹在中间的一对电极层，

所述介电弹性体换能器还具有支撑所述介电弹性体功能构件的支撑体，

所述各电极层具有1个以上的施加区域，

所述介电弹性体功能构件具有一对所述电极层的所述施加区域重叠的1个以上的功能部，

所述功能部与所述支撑体分离。

2.根据权利要求1所述的介电弹性体换能器，其中，

所述介电弹性体功能构件具有未设置所述电极层的1个以上的无电极部，

所述无电极部固定于所述支撑体。

3.根据权利要求1或2所述的介电弹性体换能器，其中，

所述介电弹性体功能构件为筒状。

4.根据权利要求3所述的介电弹性体换能器，其中，

所述介电弹性体功能构件为至少所述功能部成为一层的筒状。

5.根据权利要求3或4所述的介电弹性体换能器，其中，

所述介电弹性体功能构件具有在轴向上相互分离的多个所述功能部。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的介电弹性体换能器，其中，

所述施加区域在周向上被分割为多个部分。

7.根据权利要求5所述的介电弹性体换能器，其中，

所述电极层具有将多个所述施加区域彼此连结的连结部，

所述连结部不固定于所述支撑体。

8.根据权利要求7所述的介电弹性体换能器，其中，

一个所述电极层的所述连结部不与另一个所述电极层重叠。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的介电弹性体换能器，其中，

所述支撑体由在轴向观察时为圆形状且在轴向上分离配置的多个板状构件构成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的介电弹性体换能器，其中，

所述介电弹性体换能器还具有与所述施加区域连接的配线。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的介电弹性体换能器，其中，

所述介电弹性体换能器还具有使所述介电弹性体功能构件伸长的张力维持体。

12.一种介电弹性体驱动装置，其中，

包括：

权利要求1至11中任一项所述的介电弹性体换能器，

电源部，用于向所述介电弹性体换能器施加电压。

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