DE102016208971A1

DE102016208971A1 - Aktuator

Info

Publication number: DE102016208971A1
Application number: DE102016208971.4A
Authority: DE
Inventors: Atsuo Orita
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: JP2016226258A; DE102016208971B4; JP6788371B2; US9882117B2; US20160352254A1

Abstract

Es wird ein Aktuator angegeben, der in der Lage ist, das Auftreten eines Isolationsdurchbruchs zu verhindern, während eine geeignete Betriebsleistung eines dielektrischen Elastomers 2 erreicht wird. Elektrodenfilme 3, die auf ein dielektrisches Elastomer 2 zu kleben sind, sind so ausgebildet, dass eine Charakteristik einer Änderung in der Dicke d des Elastomers 2 mit einer Zunahme einer angelegten Spannung V des Elastomers 2 einen ersten Spannungsbereich Δ1, in dem eine Abnahmerate von d zur Zunahme von V hoch ist, und einen zweiten Spannungsbereich Δ2, der eine Spannung enthält, die höher als der erste Spannungsbereich Δ1 ist, worin die Abnahmerate von d zur Zunahme von V niedrig ist, zeigt, und ein Spannungswert Vmax, bei dem der Isolationsdurchbruch des Elastomers 2 auftritt, in den zweiten Spannungsbereich Δ2 fällt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator, der ein dielektrisches Elastomer enthält.
Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren ist die Entwicklung eines Aktuators angegangen worden, der ein dielektrisches Elastomer in Form eines Films und Elektrodenfilme enthält, die mit beiden Oberflächen des dielektrischen Elastomers in dessen Dickenrichtung verbunden sind (siehe zum Beispiel Nr. JP 2009-21328 A und JP 2003-174205 A ).
Falls bei diesem Aktuator eine Spannung an das dielektrische Elastomer durch den Elektrodenfilm angelegt wird, wird das dielektrische Elastomer in der Dickenrichtung durch Maxwell-Stress komprimiert, und wird das dielektrische Elastomer in Dickenrichtung entlang einer Oberfläche gedehnt (in Richtung orthogonal zur Dickenrichtung).
Dann ändert sich eine Dicke des dielektrischen Elastomers durch Ändern einer daran angelegten Spannung, und infolgedessen kann das dielektrische Elastomer in der Richtung entlang der Oberfläche gedehnt und kontrahiert werden.
Mit einem herkömmlichen Aktuator der JP 2009-21328 A und der JP 2003-174205 A werden, um das dielektrische Elastomer in Richtung entlang der Oberfläche besonders gut zu dehnen und zu kontrahieren, die Elektrodenfilme, die mit beiden Oberflächen des dielektrischen Elastomers in der Dickenrichtung zu verbinden sind, gegen weiche Elektrodenfilme ausgetauscht, die dehnbar und kontrahierbar sind (das heißt solche mit geringer Steifigkeit).
Jedoch treten bei dem Aktuator, der solche Elektrodenfilme mit geringer Steifigkeit verwendet, tendenziell die folgenden Probleme auf.
Das heißt, da in dem elektrischen Elastomer der Maxwell-Stress, der durch die Spannungsanlage erzeugt wird, umgekehrt proportional zum Quadrat der Dicke des dielektrischen Elastomers wird, divergiert und erhöht sich die Kompressionskraft des dielektrischen Elastomers einhergehend mit der Zunahme der angelegten Spannung, wenn die Dicke des dielektrischen Elastomers auf ein gewisses Ausmaß dünn wird, und daher nimmt die Dicke des dielektrischen Elastomers plötzlich ab. Demzufolge nimmt, obwohl die Steifigkeit des dielektrischen Elastomers durch Kompression zunimmt, die Dicke leicht zu einer Dicke ab, die durch leichte Fluktuation der angelegten Spannung einen Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers verursacht.
Wie insbesondere in der JP 2003-174205 A zu sehen, worin das dielektrische Elastomer im Anfangszustand durch Nichtanlegen der Spannung in dem Zustand gehalten wird, wo es in Richtung entlang der Oberfläche gedehnt ist (ein sogenannter Vordehnungszustand), nimmt, da die Dicke des dielektrischen Elastomers im Anfangszustand relativ dünn ist, die Dicke des elektrischen Elastomers tendenziell ab, was bei einer leichten Zunahme der angelegten Spannung drastisch fortschreitet. Demzufolge tritt tendenziell der Isolationsdurchbruch auf.
Andererseits wird in dem Fall, wo die Steifigkeit des dielektrischen Films erhöht wird, um das obige Problem zu lösen, zum Beispiel die Dehnung und Kontraktion des dielektrischen Elastomers in Richtung entlang der Oberfläche durch den Elektrodenfilm eingeschränkt. Daher wird die elastische Verformung des dielektrischen Elastomers aufgrund der Spannungsanlage behindert. Demzufolge wird eine Breitenveränderung des dielektrischen Elastomers in der Dickenrichtung, oder eine Längenveränderung in Richtung entlang der Oberfläche gering, und es wird schwierig, die erforderliche Leistungsfähigkeit des Aktuators zu gewährleisten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist vor diesem Hintergrund erdacht worden, und ihre Aufgabe ist es, einen Aktuator anzugeben, der in der Lage ist, das Auftreten des Isolationsdurchbruchs zu verhindern, während eine geeignete Betriebsleistung eines dielektrischen Elastomers erreicht wird.
Der Aktuator der vorliegenden Erfindung enthält, um die Aufgabe zu lösen, ein dielektrisches Elastomer in Form eines Films und Elektrodenfilme, die jeweils mit beiden Oberflächen des dielektrischen Elastomers in dessen Dickenrichtung verbunden sind, wobei eine Dicke des dielektrischen Elastomers mit einer Änderung einer durch die Elektrodenfilme an das dielektrische Elastomer angelegten Spannung geändert wird, und
wobei die Elektrodenfilme ausgebildet sind, um zu erfüllen: eine erste Bedingung, wo eine Charakteristik einer Änderung in der Dicke des dielektrischen Elastomers mit einer Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung, welche die an das dielektrische Elastomer angelegte Spannung ist, zeigt: einen ersten Spannungsbereich, in dem eine Abnahmerate der Dicke des dielektrischen Elastomers zur Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung relativ hoch ist, einen zweiten Spannungsbereich, der eine Spannung enthält, die höher als der erste Spannungsbereich ist, worin die Abnahmerate der Dicke des dielektrischen Elastomers zur Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung relativ niedriger ist als jene des ersten Spannungsbereichs, und eine zweite Bedingung, wo ein an das Elastomer angelegter Spannungswert, bei dem ein Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers auftritt, in den zweiten Spannungsbereich fällt (erste Ausführung).
In der vorliegenden Erfindung ist die Abnahmerate der Dicke zur Erhöhung der an das Elastomer angelegten Spannung ein Abnahmebetrag der Dicke pro Einheit des Zunahmebetrags der an das Elastomer angelegten Spannung.
Hier kann, gemäß verschiedenen Experimenten und Untersuchungen vom Erfinder der vorliegenden Anmeldung, durch geeignetes Einstellen einer Konfiguration im Bezug auf die Steifigkeit des elektrischen Elastomers, die Charakteristik der Änderung in der Dicke des elektrischen Elastomers mit der Zunahme der im Elastomer angelegten Spannung zu der Charakteristik geändert werden, die in der Lage ist, die ersten und zweiten Bedingungen zu erfüllen.
Indem die Elektrodenfilme so ausgebildet werden, dass sie die ersten und zweiten Bedingungen auf diese Weise erfüllen, kann der an das Elastomer angelegte Spannungswert, bei dem der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers auftritt (nachfolgend auch manchmal Isolationsdurchbruchspannung genannt), eine Spannung sein, die ausreichend höher ist als ein Spannungswert in dem ersten Spannungsbereich, in dem die Abnahmerate relativ hoch ist.
Auch in einem Spannungsbereich, der gleich oder unterhalb der Isolationsdurchbruchspannung liegt und im Bereich der Isolationsdurchbruchspannung liegt, nimmt die Dicke des dielektrischen Elastomers, zur Zunahme der im Elastomer angelegten Spannung, kaum ab.
Ferner kann in dem ersten Spannungsbereich, der der Spannungsbereich unterhalb des Spannungsbereichs im Bereich der Isolationsdurchbruchspannung ist, die Dicke des dielektrischen Elastomers mit ausgezeichneter Empfindlichkeit auf eine Änderung der im Elastomer angelegten Spannung geändert werden.
Somit kann, gemäß der ersten Ausführung, das Auftreten des Isolationsdurchbruchs des dielektrischen Elastomers verhindert werden, während die geeignete Betriebsleistung des dielektrischen Elastomers erreicht wird.
In der ersten Ausführung besteht die Charakteristik der Änderung in der Dicke des dielektrischen Elastomers bei der Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung insbesondere in engem Bezug zur Steifigkeit des Elektrodenfilms. Dann entspricht die Steifigkeit des Elektrodenfilms allgemein einem Material, der Dicke oder Form des Elektrodenfilms.
Dementsprechend kann in der ersten Ausführung ein Einstellmodus für die Steifigkeit, das Material, die Dicke oder Form des Elektrodenfilms angewendet werden, so dass die Charakteristik der Dickenänderung des dielektrischen Elastomers bei Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung die ersten und zweiten Bedingungen erfüllt (zweite Ausführung).
Somit wird es möglich, die Bildung des Elektrodenfilms in geeigneter Weise zu erreichen, so dass die Charakteristik der Dickenänderung des dielektrischen Elastomers mit der Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung die ersten und zweiten Bedingungen erfüllt.
In der ersten Ausführung oder zweiten Ausführung ist es bevorzugt, dass die Elektrodenfilme so ausgebildet sind, dass sie ferner eine dritte Bedingung erfüllen, wo eine Differenz zwischen dem Spannungswert, bei dem der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers auftritt, und eine erforderliche Obergrenze der an das Elastomer angelegten Spannung größer als ein vorbestimmter Spannungsbereich ist (dritte Ausführung).
Selbst wenn daher, aufgrund eines Steuerfehlers der an das Elastomer angelegten Spannung oder dergleichen, die Spannung, die aktuell an das dielektrische Elastomer angelegt wird, höher wird als die erforderliche Obergrenze (erforderliche Wert einer Obergrenze der an das Elastomer angelegten Spannung) wird der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers verhindert, bis die aktuell angelegte Spannung einen Spannungswert erreicht, für den der vorbestimmte Spannungsbereich zur erforderlichen Obergrenze hinzugefügt ist.
Wenn dann in diesem Fall die Isolationsdurchbruchspannung in den zweiten Spannungsbereich fällt, kann der vorbestimmte Spannungsbereich auf einen relativ breiten Spannungsbereich gesetzt werden.
Daher kann, gemäß der dritten Ausführung, die Zuverlässigkeit zum Verhindern des Isolationsdurchbruchs des dielektrischen Elastomers verbessert werden.
In der dritten Ausführung kann die erforderliche Obergrenze der an das Elastomer angelegten Spannung auf einen an das Elastomer angelegten Spannungswert gesetzt sein, der einer erforderlichen Untergrenze eines Veränderungsbereichs der Dicke des dielektrischen Elastomers in Spezifikationsanforderungen des Aktuators entspricht (vierte Ausführung).
Falls daher der Aktuator so betrieben wird, dass die aktuelle Dicke des dielektrischen Elastomers in dem Dickenveränderungsbereich des dielektrischen Elastomers in den Spezifikationsanforderungen des Aktuators verändert wird, kann, selbst wenn die aktuell angelegte Spannung des dielektrischen Elastomers schwankt, der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers mit hoher Zuverlässigkeit verhindert werden. Daher kann die Betriebszuverlässigkeit des Aktuators in den Spezifikationsanforderungen verbessert werden.
In der vierten Ausführung ist es bevorzugt, dass die Elektrodenfilme so ausgebildet sind, dass sie ferner eine vierte Bedingung erfüllen, wo der an das Elastomer angelegte Spannungswert entsprechend der erforderlichen Untergrenze des Veränderungsbereichs der Dicke des dielektrischen Elastomers in den ersten Spannungsbereich fällt (fünfte Ausführung).
Falls daher der Aktuator so betrieben wird, dass sich die aktuelle Dicke des dielektrischen Elastomers im Veränderungsbereich der Dicke des dielektrischen Elastomers verändert, kann die Dicke des dielektrischen Elastomers mit ausgezeichneter Empfindlichkeit eine Änderung der an das Elastomer angelegten Spannung verändert werden.
Da ferner der vorbestimmte Spannungsbereich in einen breiten Spannungsbereich gesetzt werden kann, kann die Zuverlässigkeit beim Verhindern des Isolationsdurchbruchs des dielektrischen Elastomers noch effizienter verbessert werden, auch wenn die aktuell angelegte Spannung des dielektrischen Elastomers schwankt.
Erfindungsgemäß können die Elektrodenfilme so ausgebildet werden, dass die Charakteristik der Dickenänderung des dielektrischen Elastomers bei einer Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung die ersten und zweiten Spannungsbereiche zeigt, worin eine Abweichung (D1–D2) mit der Abnahmerate D1 im ersten Spannungsbereich und der Abnahmerate D2 im zweiten Spannungsbereich, oder einem Verhältnis (D1/D2) von D1 zu D2, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist (sechste Ausführung).
Dementsprechend können die Elektrodenfilme derart ausgebildet werden, dass die Abnahmerate D1 im ersten Spannungsbereich und die Abnahmerate D2 im zweiten Spannungsbereich, wie durch die Charakteristik der Dickenänderung des dielektrischen Elastomers einer Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung gezeigt, ausreichend unterschiedlich voneinander sind.
Wenn daher der Aktuator vorgesehen wird, der in der Lage ist, die Dicke des dielektrischen Elastomers mit ausgezeichneter Empfindlichkeit auf eine Änderung der an das Elastomer angelegten Spannung zu ändern, während der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers verhindert wird, kann eine geeignete Charakteristik erreicht werden (die Charakteristik der Dickenänderung des dielektrischen Elastomers bei einer Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Hauptkonfiguration eines Aktuators in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Diagramm, das eine Betriebscharakteristik des Aktuators in der Ausführung darstellt; und
3 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Einstellen der Betriebscharakteristik des Aktuators in der Ausführung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Nachfolgend wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
Im Bezug auf 1 enthält ein Aktuator 1 der vorliegenden Erfindung ein dielektrisches Elastomer 2 in Form eines Films, und Elektrodenfilme 3, die auf beide Oberflächen des dielektrischen Elastomers 2 in dessen Dickenrichtung geklebt sind.
Das dielektrische Elastomer 2 ist ein Elastomer mit dielektrischer Eigenschaft. Das dielektrische Elastomer 2 hat eine Eigenschaft, sich in der Dickenrichtung des dielektrischen Elastomer 2 zu kontrahieren (und demzufolge in Richtung entlang einer Oberfläche (in Richtung orthogonal zur Dickenrichtung) des dielektrischen Elastomers 2 zu dehnen), wenn durch die Elektrodenfilme 3 in der Dickenrichtung eine Spannung angelegt wird (ein elektrisches Feld zur Wirkung gebracht wird), durch den entsprechend erzeugten Maxwell-Stress. Das dielektrische Elastomer 2 kann zum Beispiel aus Silikonharz, Urethanharz, Acrylharz oder dergleichen gebildet werden.
In der vorliegenden Ausführung ist ein Rahmenkörper 4 an einem Umfangsrand des dielektrischen Elastomers 2 angebracht. In diesem Fall wird der Umfangsrand des dielektrischen Elastomers 2 von dem Rahmenkörper 4 in dem Zustand gehalten, in dem das dielektrische Elastomer 2 in Richtung entlang der Oberfläche gedehnt ist. Daher ist das dielektrische Elastomer 2 an der Innenseite des Rahmenkörpers 4 in einem vorgedehnten Zustand, in dem vorab in Richtung entlang der Oberfläche eine Spannkraft ausgeübt wird.
Daher biegt sich im Aktuator der vorliegenden Ausführung das dielektrische Elastomer 2 an der Innenseite des Rahmenkörpers 4 (biegt sich zum Beispiel so, dass die Mitte des dielektrischen Elastomers 2 in normaler Richtung vorsteht), wenn in der Dickenrichtung die Spannung angelegt wird.
Der Elektrodenfilm 3 ist so ausgebildet, dass er leitfähige Eigenschaften hat und auch eine erforderliche Charakteristik hat. Insbesondere ist der Elektrodenfilm 3, zusätzlich dazu, dass er leitfähige Eigenschaften hat, so konfiguriert, dass er zumindest eine erste Bedingung erfüllt, wo eine Charakteristik eine Änderung in der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 bei Zunahme einer Spannung V (nachfolgend an das Elastomer angelegte Spannung V bezeichnet), die durch die Elektrodenfilme 3 an das dielektrische Elastomer 2 angelegt wird, einen ersten Spannungsbereich zeigt, in dem eine Abnahmerate der Dicke d zur Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung V relativ hoch ist, und einen zweiten Spannungsbereich, in dem die Abnahmerate der Dicke d zur Zunahme der Spannung V relativ niedriger ist als jene des ersten Spannungsbereichs, und eine zweite Bedingung, wo ein Spannungswert Vmax, bei dem Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers 2 auftritt, in den zweiten Spannungsbereich fällt. Die Abnahmerate ist ein Abnahmebetrag der Dicke d pro Einheit des Zunahmebetrags der an das Elastomers angelegten Spannung V.
Ferner sind in der vorliegenden Ausführung die Elektrodenfilme 3 so ausgebildet, dass sie eine dritte Bedingung erfüllen, wo eine Differenz (= Vmax – Va) zwischen dem Spannungswert Vmax, bei dem der Isolationsdurchbruch stattfindet, und einer erforderlichen Obergrenze Va, die ein erforderlicher Wert einer Obergrenze der an das Elastomer angelegten Spannung V ist, größer als ein vorbestimmter Spannungsbereich ΔVmg ist, und eine vierte Bedingung, wo die erforderliche Obergrenze Va in den ersten Spannungsbereich fällt.
Hier ist die erforderliche Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V vorab konstruktiv im Bezug auf eine Spezifikation des Aktuators 1 festgelegt. In der vorliegenden Ausführung ist, als die erforderliche Obergrenze Va, der Wert der an das Elastomer angelegten Spannung V gesetzt, der einer erforderlichen Untergrenze einem Änderungsbereich der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 in der Spezifikationsanforderung (konstruktiven Zielspezifikation) des Aktuators 1 entspricht (der Wert der an das Elastomer angelegten Spannung V soll zur Dicke d bei der erforderlichen Untergrenze passen).
Die ersten bis vierten Bedingungen können erfüllt werden, indem die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 geeignet eingestellt wird, welche entsprechend dem Material, der Dicke, der Form oder dergleichen des Elektrodenfilms 3 definiert ist.
Hier wird eine Beziehung zwischen der an das Elastomer angelegt Spannung V und der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 beschrieben.
Wenn die Steifigkeit des an das dielektrische Elastomer 2 geklebten Elektrodenfilms 3 ausreichend niedrig ist (wenn sich der Elektrodenfilm 3 frei ausdehnen kann, wenn er der Dehnung in Richtung entlang der Oberfläche des dielektrischen Elastomers 2 folgt), nimmt, wenn die an das Elastomer angelegte Spannung V von null aus ansteigt, allgemein die Dicke d monoton von der Anfangsdicke d0 (der Dicke bei V = 0) des dielektrischen Elastomers 2 ab, wie mit dem Graph c der Zwei-Punkt-Kettenlinie in 2 dargestellt. In 2 überlappt der Graph c mit einem Graph a mit durchgehender Linie am linken Teil.
In diesem Fall nimmt in dem Graph c die Dicke d in einer solchen Form ab, dass die Abnahmerate von d zur Zunahme von V von der relativ niedrigen Abnahmerate drastisch ansteigt.
Daher nimmt in dem Zustand, wo die an das Elastomer angelegte Spannung V einen Spannungswert (zum Beispiel das in 2 dargestellte Va) erreicht, bei dem die Abnahmerate der Dicke d hoch wird, mit nur geringer Zunahme in der an das Elastomer angelegten Spannung V die Dicke d drastisch zu jener Dicke ab, bei der der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers auftritt (die Dicke am Schnittpunkt vom Graph c der Zwei-Punkt-Kettenlinie und vom Graph b mit durchgehender Linie).
Der Graph b ist ein Graph, der eine Relation zwischen der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 und der Spannung, bei der der Isolationsdurchbruch auftritt (nachfolgend auch Isolationsdurchbruchspannung genannt) einer geraden Linie annähert. Die Isolationsdurchbruchspannung wird höher, wenn die Dicke d größer ist.
Wenn andererseits die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 um ein gewisses Ausmaß erhöht wird, wird die Charakteristik der Änderung in der Dicke d zur Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung V zu der Charakteristik, die zum Beispiel in 2 in dem Graph a mit durchgehender Linie dargestellt ist.
Wenn in diesem Fall die an das Elastomer angelegte Spannung V weiter von dem Zustand heraus erhöht wird, wo der Spannungswert (zum Beispiel der in 2 mit Va dargestellte Wert) erreicht wird, wo die Abnahmerate der Dicke d hoch wird, sinkt die Abnahmerate von d zur Zunahme von V auf die geringe Rate. Das heißt, d nimmt bei einer Zunahme von V kaum ab.
Als Grund hierfür sei angenommen, dass eine weitere Abnahme der Dicke d des dielektrischen Elastomers (weitere Dehnung in Richtung Oberfläche) unterdrückt wird, weil die Spannung, die den Elektrodenfilm 3 zur ursprünglichen Größe zurückbringen möchte, relativ groß wird, wenn bei Abnahme der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 sich der Elektrodenfilm in Richtung entlang der Oberfläche des dielektrischen Elastomers 2 um ein gewisses Ausmaß ausdehnt.
In diesem Fall wird ein Wert von d um die Änderung aus dem Zustand heraus, wo die Abnahmerate von d zur Zunahme von V extrem hoch ist, zu einem Zustand, wo sie niedrig ist, größer (wird sich an d0 annähern), wenn die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 höher ist. Auch wird der Wert der an das Elastomer angelegten Spannung V entsprechend dem Wert von d um die Änderung aus dem Zustand heraus, wo die Abnahmerate von d für eine Zunahme von V extrem hoch ist, zu dem Zustand, wo sie niedrig ist, etwas größer, wenn die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 höher ist.
Daher kann durch geeignetes Einstellen der Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 die Charakteristik der Änderung in der Dicke d zur Zunahme der an das dielektrische Elastomer angelegten Spannung V die ersten und zweiten Bedingungen und ferner die dritten und vierten Bedingungen erfüllen.
Dementsprechend wird in der vorliegenden Ausführung, durch geeignetes Einstellen der Steifigkeit des Elektrodenfilms 3, die Charakteristik der Änderung der Dicke d zur Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung V zu jener Charakteristik, die mit dem Graph a in 2 dargestellt ist.
In der Charakteristik vom Graph a in 2 kann zum Beispiel ein Spannungsbereich Δ1 (ein Bereich sei V1 ≤ V ≤ V2) und ein Spannungsbereich Δ2 (ein Bereich sei V > V2) in der Figur als der erste Spannungsbereich und der zweite Spannungsbereich angesehen werden, die sich jeweils auf die erste Bedingung beziehen. In diesem Fall ist im Vergleich zu der Abnahmerate von d bei einem beliebigen Spannungswert innerhalb des ersten Spannungsbereichs Δ1, die Abnahmerate von d bei einem beliebigen Spannungswert innerhalb des zweiten Spannungsbereichs Δ2 relativ niedrig. Daher wird die erste Bedingung erfüllt.
Auch in der Charakteristik vom Graph a ist der Spannungswert Vmax am Schnittpunkt vom Graph a und vom Graph b im Bezug auf die Isolationsdurchbruchspannung jene Isolationsdurchbruchspannung auf der Charakteristik vom Graph a. Die Isolationsdurchbruchspannung Vmax fällt in den zweiten Spannungsbereich Δ2, worin die Abnahmerate von d zur Zunahme von V relativ gering ist. Daher ist die zweite Bedingung erfüllt.
Auch wird der Änderungsbereich der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 in der Spezifikationsanforderung des Aktuators 1 vorab zum Beispiel auf einen Bereich von der Dicke d0 bei V = 0 bis dmin in 2 gesetzt (einen Bereich von d0 ≤ d ≤ dmin). In diesem Fall ist dmin die erforderliche Untergrenze des Änderungsbereichs. Auch ist der Spannungswert Va entsprechend der erforderlichen Untergrenze dmin in der Charakteristik vom Graph a die erforderliche Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V.
Dann wird die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 (demzufolge die Form des Graphs a) so gesetzt, dass die Differenz (= Vmax – Va) zwischen der Isolationsdurchbruchspannung Vmax und der erforderlichen Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V größer wird als der vorbestimmte Spannungsbereich ΔVmg (so dass Vmax – Va > ΔVmg ist). Daher ist die dritte Bedingung erfüllt.
In diesem Fall ist der Spannungsbereich ΔVmg eine Grenzbreite, die vorab im Hinblick auf die Steuergenauigkeit (Schwankung der) an das Elastomer angelegten Spannung V durch eine Stromversorgung gesetzt ist, die in der Figur nicht gezeigt ist, oder dergleichen. Der Spannungsbereich ΔVmg ist so gesetzt, dass der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers 2 auch dann nicht auftritt, wenn die tatsächlich an das dielektrische Elastomer angelegte Spannung von der erforderlichen Obergrenze Va um ΔVmg zunimmt.
Auch wird die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 (demzufolge die Form vom Graph a) so gesetzt, dass die erforderliche Obergrenze der an das Elastomer angelegten Spannung V entsprechend der erforderlichen Untergrenze dmin des Veränderungsbereichs der Dicke d in den ersten Spannungsbereich Δ1 fällt. Daher wird die vierte Bedingung erfüllt.
Darüber hinaus sind in der obigen Beschreibung der erste Spannungsbereich Δ1 und der zweite Spannungsbereich Δ2 als jene Bereiche dargestellt, die sich aneinander anschließen. Jedoch brauchen der erste Spannungsbereich Δ1 und der zweite Spannungsbereich Δ2 sich nicht aneinander anzuschließen. Zum Beispiel kann ein Bereich, von dem ein Teil an der Seite der Obergrenze von Δ1 entfernt ist, wie in 2 dargestellt (ein Bereich, wo ein Spannungswert, der etwas kleiner als V2 ist (ein Spannungsbereich zum Beispiel zwischen Va und V2), eine Obergrenze ist), als erster Spannungsbereich angesehen werden. Oder es kann ein Bereich, von dem ein Teil an der Seite der Untergrenze von Δ2 entfernt ist, wie in 2 dargestellt (ein Bereich, wo ein Spannungswert, der etwas größer als V2 ist (ein Spannungswert zwischen V2 und Vmax), eine Untergrenze ist), als der zweite Spannungsbereich angesehen werden.
In der vorliegenden Ausführung wird die Steifigkeit des Elektrodenfilms so gesetzt, dass sie die oben beschriebenen ersten bis vierten Bedingungen erfüllt. In diesem Fall wird die Steifigkeit durch Auswahl oder Einstellung eines Parameters gesetzt, der die Steifigkeit definiert. Indem zum Beispiel das Material des Elektrodenfilms 3 geeignet bestimmt, die Dicke des Elektrodenfilms 3 eingestellt, oder die Form des Elektrodenfilms 3 festgelegt wird, kann die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 so gesetzt werden, dass sie die ersten bis vierten Bedingungen erfüllt.
Der Elektrodenfilm 3 kann aus leitfähigem Nanoröhrchen gebildet sein, die zum Beispiel aus Kohlenstoff oder Silizium aufgebaut sind. Auch kann der Elektrodenfilm 3 mit dem dielektrischen Elastomer 2 mit einem geeigneten Verfahren verbunden oder verklebt werden. Als Verfahren kann zum Beispiel eine Filmherstellungstechnologie durch Siebdruck oder dergleichen angenommen werden.
Nun wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Einstellen der Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 beschrieben. Die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 kann nicht nur nach Versuch und Irrtum basierend auf Experimenten oder dergleichen festgelegt werden, sondern kann auch auf der Basis des unten beschriebenen Verfahrens bestimmt werden. Das unten beschriebene Verfahren dient zur Berechnung eines Werts eines Parameters, der die Steifigkeit des Elektrodenfilms repräsentiert, um die ersten bis vierten Bedingungen angenähert zu erfüllen.
Die Beziehung zwischen der angelegten Spannung V und der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 kann durch den folgenden Ausdruck (1) angenähert werden. (d – d0)/d0 = (1/Ed)·(–εr·ε0·(V/d)² + k·(d/d0)^α) (1)
Ed bezeichnet hier das Young-Modul des dielektrischen Elastomers 2, εr bezeichnet eine dielektrische Konstante des dielektrischen Elastomers 2, ε0 bezeichnet eine dielektrische Konstante von Vakuum, k bezeichnet den Parameter, der die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 ausdrückt (im Detail, den Parameter, der gemäß dem Young-Modul und der Dicke des Elektrodenfilms 3 definiert ist), und α bezeichnet einen konstanten Wert (≥ 1), der vorab gesetzt ist. Auch bezeichnet d0, wie oben beschrieben, den Wert der Dicke d bei V = 0 (in dem Zustand, wo keine Spannung an das dielektrische Elastomer angelegt wird).
Der erste Term an der rechten Seite des Ausdrucks (1) entspricht der Belastung (Kompressionsbelastung) in der Dickenrichtung des dielektrischen Elastomers 2 durch den Maxwell-Stress, und der zweite Term an der rechten Seite entspricht der Belastung, die in einer Richtung erzeugt wird, die die Kompression in der Dickenrichtung des dielektrischen Elastomers 2 aufgrund der Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 behindert.
Aus dem Ausdruck (1) erhält man den folgenden Ausdruck (2). V² = (Ed/(εr·ε0))·(d² – (d³/d0) + k'·d0^α·d^–α+2) (2) vorausgesetzt, dass k' ≡ k/(εr·ε0) (2a)
Ferner erhält man durch Differenzieren beider Seiten vom Ausdruck (2) durch d den folgenden Ausdruck (3). 2V·(dV/dd) = (Ed/(εr·ε0))·g(d) (3) vorausgesetzt, dass g(d) ≡ (2·d – 3·(d²/d0) + k'·d0^α·(–α + 2)·d^–α+1) (3a)
Im obigen Ausdruck (3a) bezeichnet g(d) eine Funktion, deren Polarität mit einer Polarität von (dV/dd) übereinstimmt, die einen Gradienten von V zu d bezeichnet. Nachfolgend wird g(d) als Gradientenfunktion g(d) bezeichnet. Die Gradientenfunktion g(d) ist eine Funktion, die im Graph in 3 dargestellt ist (eine aufwärts konvexe Funktion bei zunehmendem d (Funktion mit einem Maximalwert)). In 3 sind die Graphen für den Fall von k = 0, k = 0,5 und k = 1,0 dargestellt.
Wenn hier die ersten und zweiten Bedingungen erfüllt sind, muss der Wert der Gradientenfunktion g(d) ein negativer Wert im Veränderungsbereich der Dicke d von d0 bis dmin sein (in anderen Worten, V nimmt, mit Zunahme des Werts d von dmin bis d0, monoton ab). Nachfolgend wird diese Bedingung als notwendige Bedingung A bezeichnet. Die notwendige Bedingung A ist, wenn man sie erneut beschreibt, die Bedingung von g(d) < 0 im Veränderungsbereich der Dicke d von d0 bis dmin.
Auch ist, in der Gradientenfunktion g(d) der Wert von d als g(d) ≈ 0, der Wert von d, bei dem der Wert von g(d) maximal oder angenähert maximal wird (zum Beispiel der Wert von d am Punkt P1 oder P2 in 3 angegebenachbart), in anderen Worten, der Wert von d, bei dem der Gradient von V nach d maximal oder angenähert maximal wird. Man kann daran denken, dass der Wert von V, der die Beziehung vom Ausdruck (2) zum Wert von d hat (nachfolgend als dp bezeichnet) angenähert mit der erforderlichen Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V übereinstimmt, entsprechend der erforderlichen Untergrenze dmin in dem Graph a in dem Fall, dass die erforderliche Untergrenze dmin des Veränderungsbereichs von d in den ersten Spannungsbereich Δ1 fällt.
Wenn daher die dritten und vierten Bedingungen erfüllt sind, muss eine Differenz (= Vmax – Vp) zwischen einem Spannungswert Vp, der durch den folgenden Ausdruck (4) entsprechend dem Wert dp von d als g(d) ≈ 0 definiert ist, und der Isolationsdurchbruchspannung Vmax, die durch die folgenden Ausdrücke (5) und (6) als simultane Gleichungen berechnet werden (simultane Gleichungen mit Vmax und dmax als unbekannten Zahlen) größer sein als der vorbestimmte Spannungsbereich ΔVmg. Nachfolgend wird diese Bedingung als notwendige Bedingung B bezeichnet.
Die notwendige Bedingung B ist, wenn man dies erneut beschreibt, die Bedingung, dass die Differenz (= Vmax – Vp) zwischen dem Spannungswert Vp, der durch den Ausdruck (4) zum Wert dp von d als g(d) ≈ 0 definiert ist, und dem Wert der Isolationsdurchbruchspannung Vmax, die durch die Ausdrücke (5) und (6) definiert ist, größer ist als der vorbestimmte Spannungsbereich ΔVmg (Vmax – Vp > ΔVmg). Vp² = (Ed/(εr·ε0))·(dp² – (dp³/d0) + k'·d0^α·dp^–α+2) (4) Vmax = Eb·dmax (5) Vmax² = (Ed/(εr·ε0))·(dmax² – (dmax³/d0) + k'·d0^α·dmax^–α+2) (6)
Hier ist die rechte Seite vom Ausdruck (4) jener Ausdruck, wofür d an der rechten Seite des Ausdrucks (2) durch dp ersetzt ist, wobei der Ausdruck (5) jener Ausdruck ist, der eine Beziehung zwischen der Isolationsdurchbruchspannung Vmax und dem ihr entsprechenden Wert dmax der Dicke d definiert (der Ausdruck, der den Graph b in 2 angibt), und die rechte Seite vom Ausdruck (6) ist jener Ausdruck, wofür d an der rechten Seite vom Ausdruck (2) durch dmax ersetzt ist. Auch ist Eb in Ausdruck (5) eine Proportionalitätskonstante, die die Beziehung zwischen Vmax und dmax definiert.
In einem Beispiel des Verfahrens zum Einstellen der Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 wird, nach der vorherigen Bestimmung des Materials und der Form der Form des Elektrodenfilms 3, unter Verwendung der Ausdrücke (3a), (4), (5) und (6) der Wert von k' (demzufolge der Wert von k) so bestimmt, dass die notwendigen Bedingungen A und B erfüllt sind.
In diesem Fall kann die Untergrenze von k' auf der Basis der notwendigen Bedingung A bestimmt werden. Dann kann innerhalb des Bereichs vom Wert, der gleich oder größer als die Untergrenze ist, der Wert von k', der die notwendige Bedingung B erfüllt, zum Beispiel mit einem an sich bekannten Retrieval-Operationsverfahren erhalten werden. Ferner kann von dem Wert k' der Wert des Parameters k, der die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 ausdrückt, gemäß einer Definitionsgleichung vom Ausdruck (2a) bestimmt werden.
Auch in diesem Fall wird im Ausdruck (4) zum Beispiel der Wert dp von d als g(d) ≈ 0 als repräsentativer Wert von d als |g(d)| < δ berechnet (δ: ein positiver vorbestimmter Wert nahe null). Auch ist, als der Wert von Ed in den Ausdrücken (4) und (6) und der Wert von Eb im Ausdruck (5), zum Beispiel ein Setzwert (konstanter Wert) verwendbar, der vorab bestimmt ist. Wenn man jedoch die Zuverlässigkeit des Werts von k verbessern möchte, kann der Wert vom Young-Modul Ed zum Beispiel auch unter Verwendung eines Super-Viskoelastik-Modells wie etwa dem Ogden-Modell berechnet werden.
Da der auf diese Weise bestimmte Parameter k dem Material und der Dicke des Elektrodenfilms 3 entspricht, kann aus dem Wert des festgestellten Parameters k und dem vorab gewählten Material des Elektrodenfilms 3 die Dicke des Elektrodenfilms 3 bestimmt werden.
Durch Bestimmung des Werts vom Parameter k, der die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 ausdrückt, wie oben beschrieben, kann die Dicke des Elektrodenfilms 3 effizient bestimmt werden, um die Steifigkeit des Elektrodenfilms 3 zu erhalten, die die Charakteristik der Änderung in der Dicke d zur Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung V auf eine solche bringen kann, die die ersten bis vierten Bedingungen erfüllt.
Da gemäß der oben beschriebenen Ausführung der Elektrodenfilm 3 so ausgebildet ist, dass er die ersten und zweiten Bedingungen erfüllt, wird die Isolationsdurchbruchspannung Vmax des dielektrischen Elastomers 2 eine relativ hohe Spannung, und nimmt die Dicke d des dielektrischen Elastomers 2, zur Zunahme der angelegten Spannung V im Spannungsbereich, der gleich oder niedriger als das Vmax ist und im Bereich von Vmax liegt, kaum ab.
Dann kann im Spannungsbereich, der niedriger ist als der Spannungsbereich um Vmax herum, die Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 mit exzellenter Empfindlichkeit auf eine Änderung der angelegten Spannung V verändert werden.
Daher kann das Auftreten des Isolationsdurchbruchs des dielektrischen Elastomers 2 verhindert werden, während man die geeignete Betriebsleistung des dielektrischen Elastomers 2 erreicht (die Leistung, dass die Dicke d in einer ausreichenden Varianzbreite verändert werden kann).
Da insbesondere eine Differenz zwischen der Isolationsdurchbruchspannung Vmax und der erforderlichen Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V, entsprechend der erforderlichen Untergrenze dmin des Veränderungsbereichs der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 oder Vp (≈ Va), größer ist als der vorbestimmte Spannungsbereich ΔVmg, kann das Auftreten des Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers 2 zuverlässiger verhindert werden.
Da ferner die erforderliche Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V, entsprechend der erforderlichen Untergrenze dmin des Veränderungsbereichs der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2, in den ersten Spannungsbereich Δ1 fällt, worin die Abnahmerate von d zur Zunahme von V hoch wird, kann die Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 mit ausgezeichneter Empfindlichkeit auf die Änderung der an das Elastomer angelegten Spannung V in einem breiten Bereich innerhalb des Veränderungsbereichs der Dicke d verändert werden. Auch weil die Differenz zwischen der Isolationsdurchbruchspannung Vmax und der erforderlichen Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V so groß wie möglich gemacht werden kann, kann das Auftreten des Isolationsdurchbruchs des dielektrischen Elastomers 2 zuverlässiger verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführung beschränkt, und es können verschiedene andere Modi als in der Ausführung angewendet werden. Nachfolgend werden einige modifizierte Modi der Ausführung beschrieben.
In der Ausführung ist der Spannungswert Va, entsprechend der erforderlichen Untergrenze dmin des Veränderungsbereichs der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2, die erforderliche Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung Va im Bezug auf die dritte Bedingung.
Jedoch ist zum Beispiel in dem Fall, wo die erforderlich Obergrenze der an das Elastomer angelegten Spannung V, die von einer Stromversorgung erzeugbar ist, die die an das Elastomer angelegte Spannung erzeugt, durch eine Spezifikation der Stromversorgung oder dergleichen vorbestimmt ist, auch die erforderliche Obergrenze als erforderliche Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V im Bezug auf die dritte Bedingung anwendbar.
Auch ist in der Ausführung der Elektrodenfilm 3 so ausgebildet, dass die vierte Bedingung erfüllt wird, dass die erforderliche Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V entsprechend der erforderlichen Untergrenze dmin des Veränderungsbereichs der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2, in den ersten Spannungsbereich Δ1 fällt.
Jedoch kann die erforderliche Obergrenze Va der an das Elastomer angelegten Spannung V auch ein Wert an der Seite einer höheren Spannung als der erste Spannungsbereich Δ1 sein (zum Beispiel der Wert, der in den zweiten Spannungsbereich Δ2 fällt), in dem Bereich, der die dritte Bedingung erfüllt.
Auch im Fall, wo der Elektrodenfilm 3 so ausgebildet wird, dass er die Charakteristik der Form vom Graph a erhält, ist es möglich, den Elektrodenfilm 3 so auszubilden, dass die Charakteristik der Änderung in der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 mit Zunahme der an das Elastomer angelegten Spannung V den ersten Spannungsbereich Δ1 und den zweiten Spannungsbereich Δ2 zeigt, worin die Abweichung (D1–D2) der Abnahmerate D1 der Dicke d im ersten Spannungsbereich Δ1 und die Abnahmerate D2 der Dicke d im zweiten Spannungsbereich Δ2, oder das Verhältnis (D1/D2) von D1 zu D2, gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist.
In diesem Fall ist, als die Abnahmerate D1 der Dicke d im ersten Spannungsbereich Δ1, zum Beispiel auch ein Durchschnittswert der Abnahmerate der Dicke d im ersten Spannungsbereich Δ1 verwendbar, oder ist ein repräsentativer Wert der Abnahmerate der Dicke d im ersten Spannungsbereich Δ1 (zum Beispiel Maximalwert, Minimalwert oder Mittelwert der Abnahmerate) als der Wert von D1 verwendbar. Dies ist bei der Abnahmerate D2 der Dicke d im zweiten Spannungsbereich Δ2 ähnlich.
Wenn der Elektrodenfilm 3 auf diese Weise ausgebildet wird, können die Abnahmerate D1 der Dicke d im ersten Spannungsbereich Δ1 und die Abnahmerate D2 der Dicke d im zweiten Spannungsbereich Δ2 ausreichend unterschiedlich gemacht werden.
Wenn man daher den Aktuator 1 vorsieht, der in der Lage ist, die Dicke d mit ausgezeichneter Empfindlichkeit auf eine Änderung der an das Elastomer angelegten Spannung V zu ändern, während der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers 2 verhindert wird, kann die geeignete Charakteristik erreicht werden (die Charakteristik der Änderung der Dicke d des dielektrischen Elastomers 2 mit einer Zunahme der im Elastomer angelegten Spannung V).
Auch ist in der Ausführung der Aktuator dargestellt, worin das dielektrische Elastomer 2 im Vorspannungszustand ist, in dem die Zugkraft in Richtung entlang der Oberfläche vorab ausgeübt wird. Jedoch kann der Aktuator der vorliegenden Erfindung auch in einer Form vorliegen, in der, in dem Zustand, wo die angelegte Spannung V null ist, die Zugkraft in Richtung entlang der Oberfläche des dielektrischen Elastomers nicht vorab ausgeübt wird.
Es wird ein Aktuator angegeben, der in der Lage ist, das Auftreten eines Isolationsdurchbruchs zu verhindern, während eine geeignete Betriebsleistung eines dielektrischen Elastomers 2 erreicht wird. Elektrodenfilme 3, die auf ein dielektrisches Elastomer 2 zu kleben sind, sind so ausgebildet, dass eine Charakteristik einer Änderung in der Dicke d des Elastomers 2 mit einer Zunahme einer angelegten Spannung V des Elastomers 2 einen ersten Spannungsbereich Δ1, in dem eine Abnahmerate von d zur Zunahme von V hoch ist, und einen zweiten Spannungsbereich Δ2, der eine Spannung enthält, die höher als der erste Spannungsbereich Δ1 ist, worin die Abnahmerate von d zur Zunahme von V niedrig ist, zeigt, und ein Spannungswert Vmax, bei dem der Isolationsdurchbruch des Elastomers 2 auftritt, in den zweiten Spannungsbereich Δ2 fällt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-21328 A [0002, 0005]
JP 2003-174205 A [0002, 0005, 0008]

Claims

Aktuator, welcher aufweist: ein dielektrisches Elastomer (2) in Form eines Films; und Elektrodenfilme (3), die jeweils mit beiden Oberflächen des dielektrischen Elastomers (2) in dessen Dickenrichtung verbunden sind, wobei eine Dicke (d) des dielektrischen Elastomers (2) mit einer Änderung einer durch die Elektrodenfilme (3) an das dielektrische Elastomer (2) angelegten Spannung geändert wird, und wobei die Elektrodenfilme (3) ausgebildet sind, um zu erfüllen: eine erste Bedingung, wo eine Charakteristik einer Änderung in der Dicke (d) des dielektrischen Elastomers (2) mit einer Zunahme der an das Elastomer (2) angelegten Spannung (V), welche die an das dielektrische Elastomer (2) angelegte Spannung ist, zeigt: einen ersten Spannungsbereich (Δ1), in dem eine Abnahmerate der Dicke (d) des dielektrischen Elastomers (2) zur Zunahme der an das Elastomer (2) angelegten Spannung (V) relativ hoch ist, einen zweiten Spannungsbereich (Δ2), der eine Spannung enthält, die höher als der erste Spannungsbereich (Δ1) ist, worin die Abnahmerate der Dicke (d) des dielektrischen Elastomers (2) zur Zunahme der an das Elastomer (2) angelegten Spannung (V) relativ niedriger ist als jene des ersten Spannungsbereichs (Δ1), und eine zweite Bedingung, wo ein an das Elastomer (2) angelegter Spannungswert, bei dem ein Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers (2) auftritt, in den zweiten Spannungsbereich (Δ2) fällt.
Der Aktuator von Anspruch 1, wobei die Steifigkeit, das Material, die Dicke oder die Form von jedem Elektrodenfilm (3) so eingestellt ist, dass sie die ersten und zweiten Bedingungen erfüllt.
Der Aktuator von Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrodenfilme (3) so ausgebildet sind, dass sie ferner eine dritte Bedingung erfüllen, wo eine Differenz zwischen dem Spannungswert, bei dem der Isolationsdurchbruch des dielektrischen Elastomers (2) auftritt, und eine erforderliche Obergrenze (Vmax) der an das Elastomer angelegten Spannung (V) größer als ein vorbestimmter Spannungsbereich ist.
Der Aktuator von Anspruch 3, wobei die erforderliche Obergrenze der an das Elastomer (2) angelegten Spannung (V) auf einen an das Elastomer (2) angelegten Spannungswert gesetzt ist, der einer erforderlichen Untergrenze eines Veränderungsbereichs der Dicke (d) des dielektrischen Elastomers (2) in Spezifikationsanforderungen des Aktuators (1) entspricht.
Der Aktuator von Anspruch 4, wobei die Elektrodenfilme (3) so ausgebildet sind, dass sie ferner eine vierte Bedingung erfüllen, wo der an das Elastomer (2) angelegte Spannungswert entsprechend der erforderlichen Untergrenze des Veränderungsbereichs der Dicke (d) des dielektrischen Elastomers (2) in den ersten Spannungsbereich (Δ1) fällt.
Der Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wobei die Elektrodenfilme (3) so ausgebildet sind, dass die Charakteristik der Änderung der Dicke (d) des dielektrischen Elastomers (2) mit der Zunahme der an das Elastomer (2) angelegten Spannung (V) die ersten und zweiten Spannungsbereiche (Δ1, Δ2) zeigt, wobei die ersten und zweiten Spannungsbereiche (Δ1, Δ2) so gesetzt sind, dass eine Abweichung D1–D2 oder ein Verhältnis D1/D2 auf gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert gesetzt ist, wobei D1 die Abnahmerate des ersten Spannungsbereichs (Δ1) bezeichnet und D2 die Abnahmerate des zweiten Spannungsbereichs (Δ2) bezeichnet.