DE102016208976B4

DE102016208976B4 - Elektrostriktives Element

Info

Publication number: DE102016208976B4
Application number: DE102016208976.5A
Authority: DE
Inventors: Atsuo Orita; Hidefumi Nikawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: US20160351785A1; DE102016208976A1; JP2016225601A; JP6647092B2; US10020439B2

Abstract

Elektrostriktives Element (1), welches aufweist: einen dielektrischen Film (2), der aus einem Elastomer aufgebaut ist; Filmelektroden (3), die innerhalb von Umfangsrändern beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films (2) ausgebildet sind und die sich ausdehnen und kontrahieren können, um einer Ausdehnung und Kontraktion des dielektrischen Films (2) zu folgen; einen Einfassungs-artigen Rahmen (4), der am Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films (2) angeordnet ist und der den dielektrischen Film (2) in einem gedehnten Zustand hält; und Stromsammler (5), deren jeder ein Ende aufweist, das mit einem Umfangsrand einer Filmelektrode (3) verbunden ist, und ein anderes Ende, das sich außerhalb des dielektrischen Films (2) erstreckt; wobei ein Stromsammler (5) eine Vielzahl von blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) oder strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) aufweist und so angeordnet ist, dass eine Faserrichtung der Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) mit einer Ausdehnungs- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films (2) zusammenfällt, wobei in den blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in der Faserrichtung in einem in der Faserrichtung einander überlappenden Zustand orientiert sind, wobei in den strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in einem in der Faserrichtung einander überlappenden Zustand orientiert sind und in radialer Richtung aggregiert sind; und die Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) sich in der Faserrichtung dehnen können, während sie den einander überlappenden Zustand beibehalten, wenn sich der dielektrische Film (2) dehnt, wobei die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) des Stromsammlers (5) mit einem Intervall zwischen einander auf dem dielektrischen Film (2) angeordnet sind, und der Einfassungs-artige Rahmen (4) auf dem dielektrischen Film (2) in den Intervallen der Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) haftet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrostriktives Element.
Beschreibung der verwandten Technik
Es ist bekannt, dass dann, wenn Elektroden mit beiden Vorder- und Rückseiten eines aus Elastomer gebildeten dielektrischen Films verbunden werden und Spannung angelegt wird, der dielektrische Film durch Maxwell-Stress (piezoelektrischer Umkehreffekt) aufgrund der Grenzflächenpolarisierung durch elektrostatische Kraft, einer Kompressionskraft unterzogen wird, sich in der Dickenrichtung kontrahiert und sich in der seitlichen Richtung (der Richtung orthogonal zur Dickenrichtung) ausdehnt. In den letzten Jahren ist ein elektrostriktives Element angedacht worden, das einen dielektrischen Film und Elektroden aufweist und das mit diesem Prinzip angetrieben wird.
Als solches elektrostriktives Element ist eine dielektrisch-basierte Antriebsvorrichtung vorgeschlagen worden, die einen dielektrischen Film aufweist, der aus einem Elastomer aufgebaut ist, Filmelektroden, die innerhalb der Umfangsränder beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films ausgebildet sind und die sich ausdehnen und kontrahieren können, um der Ausdehnung und Kontraktion des dielektrischen Films zu folgen, einen Einfassungs-artigen Rahmen, der am Umfangsrand von einer Oberfläche des dielektrischen Films vorgesehen ist und der den dielektrischen Film im ausgedehnten Zustand hält, sowie Stromsammler, die mit den Umfangsrändern der Filmelektroden verbunden sind (siehe hier zum Beispiel japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2003-174205 A ). Diese Stromsammler, deren jeweiliges eines Ende mit dem Umfangsrand der Filmelektrode verbunden ist und deren jeweiliges anderes Ende sich zur Außenseite des dielektrischen Films erstreckt, führen den Filmelektroden Elektrizität zu.
Wenn in dem elektrostriktiven Element die Filmelektroden durch die Stromsammler eine positive oder negative Spannung angelegt wird, kontrahiert sich der dielektrische Film in der Dickenrichtung und dehnt sich in der seitlichen Richtung aus. Da jedoch der Umfangsrand des dielektrischen Films vom Einfassungs-artigen Rahmen gehalten wird, dehnt sich der dielektrische Film aufgrund der Begrenzung des Auswärtsdehnung einwärts aus, und steht zur Seite einer Oberfläche vor, so dass er insgesamt eine angenäherte Hügelform hat. Dann dehnen sich die Filmelektroden aus, um dem Verhalten des dielektrischen Films zur Ausdehnung zu folgen, und werden in eine angenäherte Hügelform überführt.
Danach stellt sich, durch den Stopp der Spannungsanlage, der gedehnte dielektrische Film angenähert zur ursprünglichen Form zurück, und stellen sich die gedehnten Filmelektroden angenähert zur ursprünglichen Form zurück, so dass sie dem Verhalten des dielektrischen Films zur Rückstellung folgen.
Jedoch erstreckt sich der Stromsammler zur Außenseite der Filmelektrode und kontaktiert die Oberfläche des dielektrischen Films, der aus Elastomer aufgebaut ist. Falls daher ein Metallblech aus Kupfer oder dergleichen als Stromsammler verwendet wird, wird, wenn sich der dielektrische Film wiederholt ausdehnt und kontrahiert, die Oberfläche des dielektrischen Films durch Eckabschnitte des plattenförmigen Stromsammlers beschädigt, und es besteht eine Gefahr, dass der dielektrische Film von den Abschnitten abbricht.
Wenn ferner in dem elektrostriktiven Element sich die Filmelektrode mit der Expansion des dielektrischen Films ausdehnt, wird dem Stromsammler, der mit dem Umfangsrand der Filmelektrode verbunden ist, eine Last übertragen, und es besteht eine Gefahr, dass der Stromsammler oder der Verbindungsabschnitt zwischen dem Stromsammler und der Filmelektrode bricht.
Die DE 600 37 433 T2 zeigt ein elektrostriktives Element, welches aufweist: einen dielektrischen Film, der aus einem Elastomer aufgebaut ist; Filmelektroden, die innerhalb von Umfangsrändern beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films ausgebildet sind und die sich ausdehnen und kontrahieren können, um einer Ausdehnung und Kontraktion des dielektrischen Films zu folgen; einen Einfassungs-artigen Rahmen, der am Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films vorgesehen ist und der den dielektrischen Film im gedehnten Zustand hält; und Elektroden, deren jede ein Ende aufweist, das mit einem Umfangsrand der Filmelektrode verbunden ist, und ein anderes Ende, das sich außerhalb es dielektrischen Films erstreckt. Die Elektroden können Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisen.
Aus WO 2007/015710 A2 ist die Verwendung von Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten als Elektroden bekannt.
ZHANG Mei; BAUGHMAN Ray: Assembly of Carbon Nanotube Sheets. In: Electronic Properties of Carbon Nanotubes. Edited by Prof. Jose Mauricio Marulanda. 2011 – ISBN: 978-953-207-499-3, URL: http://www.intechopen.com/books/electronic-properties-of-carbon-nanotubes/assembly-of-carbon-nanotube-sheets, zeigt blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate.
X. LEPRÓ [et al.]: Spinnable carbon nanotube forests grown on thin, flexible metallic substrates. Carbon 48 (2010), S. 3621–3627 – doi:10.1016/j.carbon.2010.06.016, zeigt strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Garne.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu beseitigen und eine elektrostriktives Element anzugeben, das den Bruch verhindern kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird ein elektrostriktives Element gemäß Anspruch 1 angegeben.
Wenn in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung eine positive oder negative Spannung an die Filmelektroden durch die Stromsammler angelegt wird, dehnt sich der dielektrische Film aufgrund der Begrenzung der Auswärtsdehnung einwärts und steht zur Seite einer Oberfläche vor, so dass er insgesamt eine angenäherte Hügelform bekommt, weil der Umfangsrand des dielektrischen Films vom Einfassungs-artigen Rahmen erhalten wird. Dann dehnen sich die Filmelektroden, um dem Verhalten des dielektrischen Films für die Ausdehnung zu folgen, und werden in eine angenäherte Hügelform überführt.
Danach stellt sich, durch Stopp der Spannungsanlage, der ausgedehnte dielektrische Film angenähert zur ursprünglichen Form zurück, und stellen sich die ausgedehnten Filmelektroden angenähert zur ursprünglichen Form zurück, um dem Verhalten des dielektrischen Films zur Rückstellung zu folgen.
Der Stromsammler erstreckt sich außerhalb der Filmelektrode und kontaktiert die Oberfläche des dielektrischen Films, der aus Elastomer zusammengesetzt ist. Jedoch haben die blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate oder strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate, die aus den Carbon-Nanoröhrchen zusammengesetzt sind und den Stromsammler darstellen, eine geringere Steifigkeit als ein Metallblech aus Kupfer oder dergleichen, und selbst wenn sich daher der dielektrische Film wiederholt ausdehnt und kontrahiert, wird die Oberfläche des dielektrischen Films durch den Stromsammler nicht beschädigt.
Wenn ferner sich die Filmelektrode mit der Ausdehnung des dielektrischen Films ausdehnt, kann sich der Stromsammler in der Faserrichtung ausdehnen, während der Zustand beibehalten wird, in dem die mehreren Carbon-Nanoröhrchen in der Faserrichtung einander überlappen, und daher wird keine Last auf den Stromsammler übertragen und es wird möglich, einen Bruch des Stromsammlers oder des Verbindungsabschnitts zwischen dem Stromsammler und der Filmelektrode zu verhindern.
Daher ist es in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den Bruch zu verhindern.
Übrigens ist in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung der Stromsammler so angeordnet, dass er in einigen Fällen zwischen dem dielektrischen Film und dem Einfassungs-artigen Rahmen verläuft. Der Einfassungs-artige Rahmen kann den dielektrischen Film an einem Abschnitt, wo der Stromsammler hindurchgeht, nicht halten, und verhindert manchmal die Ausdehnung des dielektrischen Films.
Daher weist in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung der Stromsammler eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten auf, die mit Intervallen voneinander angeordnet sind. An dem Abschnitt, wo der Stromsammler hindurchgeht, hält der Einfassungs-artige Rahmen den dielektrischen Film in den Intervallen der Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten, und daher ist es möglich, den dielektrischen Film sicher zu dehnen.
Ferner können in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl dielektrischer Filme in Dickenrichtung laminiert sein.
In dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung ist es zum Beispiel bevorzugt, dass die Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate eine Dicke von 0,04 bis 0,3 µm aufweisen, wodurch es möglich wird, Elastizität und Leitfähigkeit zu erhalten. Falls in den Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten die Dicke weniger als 0,04 µm beträgt, ist es manchmal schwierig, die Leitfähigkeit sicherzustellen, und falls sie 0,3 µm überschreitet, ist es manchmal schwierig, die Elastizität sicherzustellen.
Ferner ist es zum Beispiel bevorzugt, dass die Carbon-Nanoröhrchen, aus denen die Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate zusammengesetzt ist, einen Durchmesser im Bereich von 0,4 bis 50 nm haben, und eine Länge im Bereich von 0,4 bis 10 µm haben, wodurch es möglich wird, Elastizität und Leitfähigkeit zu erhalten. Es ist schwierig, die Carbon-Nanoröhrchen so auszubilden, dass sie einen Durchmesser von weniger als 0,4 nm haben, und falls er 50 nm überschreitet, ist es manchmal unmöglich, die Eigenschaften der Carbon-Nanoröhrchen zu erhalten. Falls die Carbon-Nanoröhrchen eine Länge von weniger als 0,4 µm haben, ist es schwierig, dass die Carbon-Nanoröhrchen eine einzelne Orientierung beibehalten, während sie einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film ausdehnt. Alternativ ist es dagegen manchmal unmöglich, die Elastizität aufgrund einer Verbesserung der Zugsteifigkeit sicherzustellen, indem der Kontaktbetrag zwischen den Carbon-Nanoröhrchen erhöht wird. Falls 10 µm überschritten werden, nimmt die Leitfähigkeit durch die Ausdehnung ab und nimmt in einigen Fällen die Wirkung ab.
Ferner kann in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung als dielektrischer Film ein solcher verwendet werden, der Kunststoffmaterial enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Silikon, Polyurethan und Polyethylen besteht.
Ferner kann der dielektrische Film zumindest auf einer Oberfläche eine Haftschicht aufweisen, die aus einem Klebstoff und einem Acryl-Klebstoff aufgebaut ist, dessen Basisverbindung das gleiche Kunststoffmaterial wie das Harzmaterial ist, das den dielektrischen Film bildet. In diesem Fall können die Filmelektroden durch die Haftschicht mit dem dielektrischen Film geeignet verklebt werden. Da ferner die Haftschicht eine Elastizität und eine relative Dielektrizität (permittivity) hat, die gleich oder höher als das den dielektrischen Film darstellende Kunststoffmaterial ist, werden die Elastizität und die relative Dielektrizität des dielektrischen Films nicht behindert.
Ferner kann, als Filmelektrode, ein flexibles Material verwendet werden, das ein platingetragenes Carbonmaterial und/oder Silber und/ober Kupfer enthält.
Ferner kann, für den Einfassungs-artigen Rahmen, ein Kunststoffmaterial verwendet werden, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus ABS (Acrylonitril-Butadien-Styrol-Copolymer), Polyacetal, Polyether-Keton und glasfaserverstärktem Kunststoff, oder ein anorganisches Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus verstärktem Glas und Keramik, die auf einer Oberfläche eine komprimierbare Schicht enthalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die ein elektrostriktives Element gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht aus Linie II-II in 1;
3A ist ein Diagramm, das schematisch eine Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat vor Ausdehnung zeigt; und
3B ist ein Diagramm, das schematisch das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat nach Ausdehnung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Nachfolgend wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im weiteren Detail beschrieben.
Ein elektrostriktives Element 1 gemäß der in 1 und 2 gezeigten Ausführung umfasst zwei dielektrische Filme 2, die aus Elastomer aufgebaut sind, Filmelektroden 3, die innerhalb von Umfangsrändern von jedem der dielektrischen Filme 2 ausgebildet sind, einen Einfassungs-artigen Rahmen 4, um jeden der dielektrischen Filme 2 im gedehnten Zustand zu halten, und Stromsammler 5 zum Zuführen von Elektrizität zu jeder der Filmelektroden 3.
Jeder dielektrische Film 2 hat eine angenäherte quadratische Form, worin Eckabschnitte 2a abgerundet sind und ein Durchgangsloch 2b in der Mitte vorgesehen ist, und ist aus einem Elastomer aufgebaut, das zum Beispiel eine Dicke von 20 bis 100 µm hat. Anstelle der angenähert quadratischen Form kann der dielektrische Film 2 auch eine Kreisform haben.
Als das für jeden dielektrischen Film 2 verwendete Elastomer kann zum Beispiel ein Harz bzw. Kunststoffmaterial verwendet werden, enthaltend Silikon, Polyurethan und Polyethylen. Zum Einstellen der Dielektrizität (permittivity) des dielektrischen Films 2 kann ferner ein dielektrisches Material enthalten sein, wie etwa Bariumtitanat. Ferner kann, auf einer oder beiden Seiten des Kunststoffmaterials, eine Haftschicht vorgesehen sein, die aus einem Klebstoff oder einem Acryl-Klebstoff aufgebaut ist, deren Basisverbindung das gleiche Kunststoffmaterial wie jenes des dielektrischen Films 2 ist. Die Ausführung verwendet ein Blatt (Handelsname VHB 4910 (Dicke 1000 µm) oder Handelsname VHB 4905 (Dicke 500 µm), beide hergestellt von 3M), aufgebaut aus einem Polyethylenfilm, auf dem eine Haftschicht vorgesehen ist, die aus einem Acryl-Klebstoff aufgebaut ist. Die Filmelektroden 3 haften auf beiden Vorder- und Rückseiten von jedem der dielektrischen Filme 2.
Die Filmelektrode 3, die kreisförmig ist, hat eine Form mit vorstehenden Abschnitten 3a, welche zu den Eckabschnitten 2a des dielektrischen Films 2 weisen und die nach außen vorstehen. Als die Filmelektrode 3 kann zum Beispiel flexibles Material verwendet werden, das eine Dicke von 8 bis 50 µm hat und das durch Filmbildungsbehandlung etwa Siebdruck erhalten wird, unter Verwendung einer leitfähigen Paste, die platingetragenes Kohlenstoffmaterial, Silber, Kupfer oder dergleichen enthält, als Tinte. Die Filmelektrode 3 kann sich ausdehnen und kontrahieren, um der Ausdehnung und Kontraktion des dielektrischen Films 2 zu folgen.
Der Einfassungs-artige Rahmen 4 ist zum Beispiel aus einer Art von Kunststoffmaterial aufgebaut, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ABS (Acrylonitril-Butadien-Styrol-Copolymer), Polyacetal, Polyether-Keton, glasfaserverstärkter Kunststoff, oder eine Art von anorganischem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus verstärktem Glas und Keramik, die auf der Oberfläche eine komprimierbare Schicht enthalten und Isoliereigenschaften haben. Der Einfassungs-artige Rahmen 4 haftet auf den Umfangsoberflächen der Oberseite des dielektrischen Films 2 auf der Oberseite und der Unterseite des dielektrischen Films 2 auf der unteren Seite, und hält die dielektrischen Filme 2 im gedehnten Zustand.
In dem Stromsammler 5, der eine vorbestimmte Länge hat, ist ein Ende mit dem Umfangsrand des vorstehenden Abschnitts 3a der Filmelektrode 3 verbunden, und das andere Ende verläuft zwischen dem dielektrischen Film 2 und dem Einfassungs-artigen Rahmen 4 und erstreckt sich zur Außenseite des dielektrischen Films 2.
Der Stromsammler 5 ist aus sechs Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten 6 aufgebaut. Jedes der Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate 6 verläuft nahezu parallel zur Richtung (seitlichen Richtung) orthogonal zur Dickenrichtung des dielektrischen Films 2 und der Filmelektrode 3, und sind mit Intervallen voneinander vorgesehen. Daher kann der Einfassungs-artige Rahmen 4 auf dem dielektrischen Film 2 in Intervallen der Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate 6 haften und kann den dielektrischen Film 2 sicher im gedehnten Zustand halten.
Wie in 3A gezeigt, sind in dem Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6, das eine Länge von 1 bis 100 µm und eine Dicke von 0,04 bis 0,3 µm hat, eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 mit einem Durchmesser von 0,4 bis 50 nm und einer Länge von 0,4 bis 10 µm in der Faserrichtung in einem Zustand orientiert, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen.
Das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 hat eine Blattform, in der eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen in der Faserrichtung in dem Überlappungszustand miteinander in der Faserrichtung orientiert sind, oder eine Strangform, in der die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 in der Faserrichtung im Überlappungszustand miteinander in der Faserrichtung orientiert sind, und in der radialen Richtung aggregiert sind.
Als das blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 ist zum Beispiel ein solches bekannt, welches gebildet wird, indem, mit einer Abzieheinheit von einer Rolle, eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen von einem Carbon-Nanoröhrchen-Wald geordnet abgezogen werden, indem die Mehrzahl von Carbon-Nanoröhrchen auf einem Substrat gewachsen sind, ähnlich dem Verfahren, das in 53 der WO 2007/015710 A1 offenbart ist.
Ferner ist als das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 ein solches bekannt, das gebildet wird, indem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen von dem Carbon-Nanoröhrchen-Wald mit der Abzieheinheit der Rolle geordnet abgezogen werden, und ferner diese in der radialen Richtung aggregiert werden, ohne sie zu verdrehen.
Wie später beschrieben, kann sich das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 in der Faserrichtung dehnen, während der Zustand beibehalten wird, in dem die Mehrzahl von Carbon-Nanoröhrchen einander in der Faserrichtung überlappen, wie in 3B gezeigt. Ferner fällt, in dem Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6, die Faserrichtung der Carbon-Nanoröhrchen 7 mit der Stromzufuhrrichtung des Stromsammlers 5 zusammen, und daher ist es möglich, in geeigneter Weise Elektrizität zuzuführen.
In der Ausführung ist der Stromsammler 5 aus sechs blattförmigen oder strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten 6 aufgebaut, kann aber auch aus einem einzigen blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 aufgebaut sein.
Wenn in dem elektrostriktiven Element 1 eine positive oder negative Spannung an die Filmelektroden 3 durch die Stromsammler 5 angelegt wird, dehnen sich die dielektrischen Filme aufgrund der Begrenzung der Auswärtsdehnung einwärts aus und stehen zur Seite einer Oberfläche vor, so dass sie insgesamt eine angenäherte Hügelform haben, weil die Umfangsränder der dielektrischen Filme 2 von dem Einfassungs-artigen Rahmen 4 gehalten werden. Hierbei dehnen sich die Filmelektroden 3, um dem Verhalten der dielektrischen Filme 2 zur Expansion zu folgen, und werden in die angenäherte Hügelform überführt. Ferner dehnen sich in den Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten 6, welche den Stromsammler 5 darstellen, wie in 3B gezeigt, die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 in der Faserrichtung, während sie den in der Faserrichtung einander überlappenden Zustand beibehalten. Daher gibt die Ausdehnung der Filmelektroden 3 dem Stromsammler 5 keine Last, und es wird möglich, den Bruch der Stromsammler 5 oder der Verbindungsabschnitte zwischen den Stromsammlern 5 und den Filmelektroden 3 zu verhindern.
Danach stellen sich, durch den Stopp der Spannungsanlage, die gedehnten dielektrischen Filme 2 angenähert zur ursprünglichen Form zurück, und die Filmelektroden 3 stellen sich angenähert zur ursprünglichen Form zurück, um dem Verhalten der dielektrischen Filme zur Rückstellung zu folgen. Im Ergebnis werden die Stromsammler 5 angenähert zur ursprünglichen Form zurückgebracht, wie in 3A gezeigt.
Wie in 2 gezeigt, erstrecken sich die Stromsammler 5 zur Außenseite der Filmelektroden 3 und stehen mit den Oberflächen der dielektrischen Filme 2 in Kontakt, die aus dem Elastomer aufgebaut sind. Jedoch hat das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6, das die Stromsammler 5 darstellt, eine geringere Steifigkeit als ein Metallblech aus Kupfer oder dergleichen, und selbst wenn sich daher die dielektrischen Filme 2 wiederholt ausdehnen und kontrahieren, werden die Oberflächen der dielektrischen Filme 2 durch die Stromsammler 5 nicht beschädigt.
Daher ist es gemäß dem elektrostriktiven Element 1 in der Ausführung möglich, einen Bruch der Stromsammler 5, der Verbindungsabschnitte zwischen den Stromsammlern 5 und den Filmelektroden 3, oder den dielektrischen Filmen 2 zu verhindern.
Es wird ein elektrostriktives Element angegeben, das Bruch verhindern kann. Ein Stromsammler 5 eines elektrostriktiven Elements 1 ist aus blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten 6 aufgebaut und kann sich in der Faserrichtung in einen Zustand dehnen, in dem die Carbon-Nanoröhrchen 7 einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film 2 dehnt.
BEZUGSZEICHENLISTE

1 ... elektrostriktives Element, 2 ... dielektrischer Film, 2a ... Eckabschnitte, 2b ... Durchgangsloch, 3 ... Filmelektrode, 3a ... Abschnitte der Filmelektrode, 4 ... Einfassungs-artiger Rahmen, 5 ... Stromsammler, 6 ... Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat, 7 ... Carbon-Nanoröhrchen

Claims

Elektrostriktives Element (1), welches aufweist: einen dielektrischen Film (2), der aus einem Elastomer aufgebaut ist; Filmelektroden (3), die innerhalb von Umfangsrändern beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films (2) ausgebildet sind und die sich ausdehnen und kontrahieren können, um einer Ausdehnung und Kontraktion des dielektrischen Films (2) zu folgen; einen Einfassungs-artigen Rahmen (4), der am Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films (2) angeordnet ist und der den dielektrischen Film (2) in einem gedehnten Zustand hält; und Stromsammler (5), deren jeder ein Ende aufweist, das mit einem Umfangsrand einer Filmelektrode (3) verbunden ist, und ein anderes Ende, das sich außerhalb des dielektrischen Films (2) erstreckt; wobei ein Stromsammler (5) eine Vielzahl von blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) oder strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) aufweist und so angeordnet ist, dass eine Faserrichtung der Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) mit einer Ausdehnungs- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films (2) zusammenfällt, wobei in den blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in der Faserrichtung in einem in der Faserrichtung einander überlappenden Zustand orientiert sind, wobei in den strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in einem in der Faserrichtung einander überlappenden Zustand orientiert sind und in radialer Richtung aggregiert sind; und die Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) sich in der Faserrichtung dehnen können, während sie den einander überlappenden Zustand beibehalten, wenn sich der dielektrische Film (2) dehnt, wobei die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten (6) des Stromsammlers (5) mit einem Intervall zwischen einander auf dem dielektrischen Film (2) angeordnet sind, und der Einfassungs-artige Rahmen (4) auf dem dielektrischen Film (2) in den Intervallen der Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) haftet.
Elektrostriktives Element (1) nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl dielektrischer Filme (2) in Dickenrichtung laminiert sind.
Elektrostriktives Element (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) jeweils eine Dicke im Bereich von 0,04 bis 0,3 µm aufweisen.
Elektrostriktives Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Carbon-Nanoröhrchen (7) jeweils einen Durchmesser im Bereich von 0,4 bis 50 nm und eine Länge im Bereich von 0,4 bis 10 µm aufweisen.
Elektrostriktives Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der dielektrische Film (2) Kunststoffmaterial enthält, das aus einer Gruppe bestehend aus Silizium, Polyurethan und Polyethylen ausgewählt ist.
Elektrostriktives Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der dielektrische Film (2) auf zumindest einer Oberfläche eine Haftschicht aufweist, wobei die Haftschicht aus einem Klebstoff oder einem Acryl-Klebstoff aufgebaut ist, dessen Basisverbindung das gleiche Kunststoffmaterial wie ein den dielektrischen Film (2) aufbauendes Kunststoffmaterial ist.
Elektrostriktives Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Filmelektrode (3) aus einem flexiblen Material aufgebaut ist, das ein platingetragenes Carbonmaterial und/oder Silber und/oder Kupfer enthält.
Elektrostriktives Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Einfassungs-artige Rahmen (4) aus einem Kunststoffmaterial aufgebaut ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus ABS (Acrylonitril-Butadien-Styrol-Copolymer), Polyacetal, Polyether-Keton, und glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem anorganischen Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus verstärktem Glas und Keramik, die auf einer Oberfläche eine komprimierbare Schicht enthalten.