JP2006288003A - Polymer linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高分子リニアアクチュエータ、特にイオン交換樹脂を用いた高分子リニアアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a polymer linear actuator, and more particularly to a polymer linear actuator using an ion exchange resin.
近年、医療機器、産業用ロボット及びマイクロマシン等の分野において、多種多様な動作原理を応用したアクチュエータが研究開発されている。こうした中で注目されているアクチュエータの一つに、高分子アクチュエータがある。高分子アクチュエータは、含水状態のイオン交換樹脂の表面に電極を形成し、電圧の印加により屈曲変形させる構成を有している。高分子アクチュエータは、柔軟な駆動様態であるため、人工筋肉と呼ばれている。そして、高分子アクチュエータは、今後、様々な分野での応用が期待されている。 In recent years, in the fields of medical equipment, industrial robots, micromachines, etc., actuators that apply a wide variety of operating principles have been researched and developed. One of the actuators attracting attention in these circumstances is a polymer actuator. The polymer actuator has a configuration in which an electrode is formed on the surface of a water-containing ion exchange resin and bent by applying a voltage. The polymer actuator is called an artificial muscle because it has a flexible driving mode. The polymer actuator is expected to be applied in various fields in the future.
高分子アクチュエータの変形様態は、その基本動作原理に基づいて、屈曲変形となる。このような、屈曲変形の特性を生かし、高分子アクチュエータを能動カテーテル、または人工臓器として用いる等の提案が数多くなされている。 The deformation mode of the polymer actuator is a bending deformation based on the basic operation principle. Many proposals have been made such as using a polymer actuator as an active catheter or an artificial organ taking advantage of such characteristics of bending deformation.
ここで、アクチュエータの適応対象によっては、屈曲変形では不都合を生ずることがある。例えば、アクチュエータが変形することで、可動部材を駆動する方向が1軸方向である、所謂リニアアクチュエータを用いることが望まれることもある。 Here, depending on the application target of the actuator, bending deformation may cause inconvenience. For example, it may be desired to use a so-called linear actuator in which the direction in which the movable member is driven is uniaxial due to the deformation of the actuator.
例えば、特許文献1には、高分子アクチュエータの屈曲運動を直動運動に変換する構成が開示されている。特許文献1によると、一対の対向した高分子アクチュエータを、絶縁部材を介して配置している。これにより、リニア駆動する高分子リニアアクチュエータの構成を実現している。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration that converts a bending motion of a polymer actuator into a linear motion. According to Patent Document 1, a pair of opposed polymer actuators are arranged via an insulating member. Thereby, the structure of the polymer linear actuator which carries out a linear drive is implement | achieved.
例えば、マイクロマシン等の分野で用いられるアクチュエータは、サイズが数ミリメートル、駆動量が数百マイクロメートルという仕様が求められる。しかしながら、特許文献1で提案されているアクチュエータは、複雑な構成を有している。このため、特許文献1に開示された構成では、小型のリニアアクチュエータを製造することは困難である。 For example, actuators used in the field of micromachines and the like are required to have specifications such as a size of several millimeters and a driving amount of several hundred micrometers. However, the actuator proposed in Patent Document 1 has a complicated configuration. For this reason, with the configuration disclosed in Patent Document 1, it is difficult to manufacture a small linear actuator.
また、特許文献1では、各々対向したアクチュエータは、全く同一の構成とする必要がある。しかしながら、実際は、製造誤差や絶縁部材との接着誤差等により、対向するアクチュエータどうしを全く同一の構成とすることは困難である。対向するアクチュエータどうしが同一の構成ではないとき、アクチュエータ全体は、リニアな駆動、即ち直線運動ではなく、その軌跡が曲線を描く屈曲運動を生じてしまう。このため、特許文献1に開示された構成では、簡便に直線運動を得ることは困難である。 In Patent Document 1, the actuators facing each other need to have exactly the same configuration. However, in reality, it is difficult to make the actuators facing each other have the same configuration due to a manufacturing error, an adhesion error with an insulating member, and the like. When the opposing actuators are not the same configuration, the entire actuator is not linearly driven, that is, a linear motion, but a bending motion whose trajectory is curved is generated. For this reason, with the configuration disclosed in Patent Document 1, it is difficult to easily obtain linear motion.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で、小型な高分子リニアアクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a small polymer linear actuator with a simple configuration.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、含水状態または含イオン流体状態のイオン交換樹脂に形成された対向電極を有し、対向電極間に電圧を印加することで、イオン交換樹脂の形状を変形させる高分子リニアアクチュエータであって、イオン交換樹脂の断面形状は、高分子リニアアクチュエータが変形する方向に沿う駆動軸に関して線対称な中空形状であり、駆動軸に関して線対称な位置に形成され、周囲の剛性と異なる剛性を有する一対以上の剛性変化部対と、中空形状の内壁部及び外壁部にそれぞれ形成された電極とを有することを特徴とする高分子リニアアクチュエータを提供できる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a counter electrode formed on an ion exchange resin in a water-containing state or an ion-containing fluid state is provided, and a voltage is applied between the counter electrodes. In the polymer linear actuator that deforms the shape of the ion exchange resin, the cross-sectional shape of the ion exchange resin is a hollow shape that is line-symmetric with respect to the drive axis along the direction in which the polymer linear actuator deforms, A polymer linear, characterized in that it has a pair of one or more stiffness changing portions formed at line symmetrical positions and having a stiffness different from the surrounding stiffness, and electrodes formed respectively on the hollow inner wall portion and outer wall portion. An actuator can be provided.
また、本発明の好ましい態様によれば、イオン交換樹脂の断面形状は、中空円筒形状または中空多角柱形状であることが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable for the cross-sectional shape of ion exchange resin to be a hollow cylindrical shape or a hollow polygonal column shape.
また、本発明の好ましい態様によれば、一対以上の剛性変化部対は、各々略同一の形状を有していることが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable that a pair of rigidity change part pair has a substantially identical shape, respectively.
また、本発明の好ましい態様によれば、駆動軸上に、高分子リニアアクチュエータと固定部材とを接続する支持点と、高分子リニアアクチュエータと可動部材とを接続する接続点と、を設けたことが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, the support point which connects a polymer linear actuator and a fixed member, and the connection point which connects a polymer linear actuator and a movable member were provided on the drive shaft. Is desirable.
また、本発明の好ましい態様によれば、一対以上の剛性変化部対は、イオン交換樹脂に設けられた薄肉部であることが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable that a pair of rigidity change part pair is a thin part provided in the ion exchange resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、一対以上の剛性変化部対は、イオン交換樹脂に設けられた厚肉部であることが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable that a pair or more of rigidity change part pairs are the thick parts provided in the ion exchange resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、一対以上の剛性変化部対は、イオン交換樹脂に設けられた切り欠きであることが望ましい。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable that a pair or more of rigidity change part pairs are the notches provided in the ion exchange resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、固定部材上に、内壁部に形成された電極、または外壁部に形成された電極と電気的に接続する付圧アームをさらに有し、付圧アームは、高分子リニアアクチュエータを接圧することで、付圧アームを介して、内壁部に形成された電極及び外壁部に形成された電極との電気的接続をとると共に、高分子リニアアクチュエータを固定することが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the pressure member further includes a pressure arm electrically connected to the electrode formed on the inner wall portion or the electrode formed on the outer wall portion on the fixing member, By contacting the polymer linear actuator, the electrode formed on the inner wall portion and the electrode formed on the outer wall portion are electrically connected to each other via the pressure arm, and the polymer linear actuator is fixed. Is desirable.
また、本発明の好ましい態様によれば、内壁部に形成された電極または外壁部に形成された電極とは離間した位置に形成されている引き出し用電極と、内壁部に形成された電極または外壁部に形成された電極と、引き出し用電極とを接続し、イオン交換樹脂の側断面部に形成されている接続用電極と、を有し、引出し用電極及び接続用電極を介して、内壁部に形成された電極または外壁部に形成された電極との電気的接続をとることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the electrode formed on the inner wall portion or the electrode formed on the outer wall portion, the lead-out electrode formed at a position separated from the electrode, and the electrode or outer wall formed on the inner wall portion An electrode formed on the portion and a connection electrode formed on the side cross-sectional portion of the ion-exchange resin, and the inner wall portion through the extraction electrode and the connection electrode It is desirable to establish electrical connection with the electrode formed on the outer wall or the electrode formed on the outer wall.
本発明に係る高分子リニアアクチュエータは、含水状態または含イオン流体状態のイオン交換樹脂に形成された対向電極を有している。対向電極間に電圧を印加することで、イオン交換樹脂の形状を変形させる。イオン交換樹脂の断面形状は、高分子リニアアクチュエータが変形する方向に沿う駆動軸に関して線対称な中空形状である。駆動軸に関して線対称な位置には、周囲の剛性と異なる剛性を有する一対以上の剛性変化部対が形成されている。そして、中空形状の内壁部及び外壁部にそれぞれ形成された電極を有している。このような構成により、内壁部に形成された電極と、外壁部に形成された電極との間に電圧を印加する。電圧の印加により、イオン交換樹脂内の陽イオンと水分子とが移動する。このとき、剛性変化部は、他の位置に比較して剛性が異なっている。このため、剛性変化部の近傍において、歪みの発生、換言すると応力分布が他の位置とは異なる。また、剛性変化部対は、駆動軸に関して線対称な位置に形成されている。これにより、駆動軸に関して線対称な中空形状のイオン交換樹脂において、駆動軸に線対称な位置に同等な大きさの歪みを集中して生ずる。これにより、高分子リニアアクチュエータは駆動軸に沿って変形する。この結果、簡単な構成で、小型な高分子リニアアクチュエータを得ることができる。 The polymer linear actuator according to the present invention has a counter electrode formed on an ion exchange resin in a water-containing state or an ion-containing fluid state. By applying a voltage between the counter electrodes, the shape of the ion exchange resin is deformed. The cross-sectional shape of the ion exchange resin is a hollow shape that is line-symmetric with respect to the drive axis along the direction in which the polymer linear actuator deforms. A pair of one or more rigidity changing portions having a rigidity different from the surrounding rigidity is formed at a position symmetrical with respect to the drive shaft. And it has the electrode respectively formed in the hollow-shaped inner wall part and the outer wall part. With such a configuration, a voltage is applied between the electrode formed on the inner wall portion and the electrode formed on the outer wall portion. By applying voltage, the cation and water molecules in the ion exchange resin move. At this time, the rigidity changing portion is different in rigidity compared to other positions. For this reason, in the vicinity of the stiffness changing portion, the occurrence of distortion, in other words, the stress distribution is different from other positions. In addition, the stiffness changing portion pair is formed at a line-symmetric position with respect to the drive shaft. As a result, in a hollow ion-exchange resin that is line-symmetric with respect to the drive axis, distortion of the same magnitude is concentrated at a position that is line-symmetric with respect to the drive axis. As a result, the polymer linear actuator is deformed along the drive shaft. As a result, a small polymer linear actuator can be obtained with a simple configuration.
以下に、本発明に係る高分子リニアアクチュエータの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the polymer linear actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
図1は、本発明の実施例1に係る高分子リニアアクチュエータの斜視構成を示す。図1に示すように、高分子リニアアクチュエータ100は、中空円筒形状に成形された含水状態のイオン交換樹脂120を有している。また、イオン交換樹脂120は、含イオン流体状態の材料で構成することもできる。
FIG. 1 shows a perspective configuration of a polymer linear actuator according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the polymer
イオン交換樹脂120の外壁部(中空円筒の外周部)には、外壁電極130が形成されている。また、イオン交換樹脂120の内壁部(中空円筒の内周部)には、内壁電極131が形成されている。さらに、イオン交換樹脂120には、同一形状の薄肉部140、141が形成されている。薄肉部140、141は、剛性変化部対に対応する。
An
図2は、高分子リニアアクチュエータ100を駆動するための電源を接続した状態の斜視構成を示す。高分子リニアアクチュエータ100の外壁電極130と内壁電極131との間に、駆動用可変電源150を接続する。駆動用可変電源150は、外壁電極130と内壁電極131との間に任意の電圧を印加する。
FIG. 2 shows a perspective configuration in a state in which a power source for driving the polymer
図3は、高分子リニアアクチュエータ100を側面から見た断面形状の構成を示す。図3において、高分子リニアアクチュエータ100の形状が変化する方向、即ち駆動方向を駆動軸A−A’として示す。イオン交換樹脂120の断面形状は、高分子リニアアクチュエータ100が変形する方向に沿う駆動軸A−A’に関して線対称な中空円筒形状である。また、薄肉部140及び薄肉部141は、駆動軸A−A’に関して線対称な位置に形成されている。薄肉部140、141は、薄肉部140、141の周囲の剛性とは異なる剛性、例えば周囲の剛性よりも小さい(低い)剛性を有している。
FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the polymer
高分子リニアアクチュエータ100の外周部の図3における下端部分は、固定部材180と支持点160aで支持、固定されている。なお、高分子リニアアクチュエータ100の内周部の図3における下端部分を、固定部材(不図示)と支持点160bで支持、固定する構成でも良い。
The lower end portion in FIG. 3 of the outer periphery of the polymer
また、高分子リニアアクチュエータ100の外周部の図3における上端部分は、可動部材190と接続点161aで当接している。高分子リニアアクチュエータ100の内周部の図3における上端部分を、可動部材(不図示)と接続点161bで当接する構成でも良い。可動部材190は、高分子リニアアクチュエータ100が駆動する対象物である。
Further, the upper end portion in FIG. 3 of the outer peripheral portion of the polymer
駆動用可変電源150は、外壁電極130と内壁電極131との間に電圧を印加する。印加電圧に応じて、イオン交換樹脂120内で陽イオンが移動する。同時に、陽イオンの移動に応じて、極性分子である水分子もイオン交換樹脂120内で移動する。
The driving
ここで、外壁電極130には負電圧を、内壁電極131には正電圧をそれぞれ印加する場合を考える。この場合、陽イオン及び水分子は、外壁電極130側に移動する。これにより、外壁部と内壁部とでは膨潤差が生じる。例えば、外壁電極130側において、陽イオン及び水分子が豊富になる。また、内壁電極131側で陽イオン及び水分子が枯渇する。このため、外壁側に伸び、内壁側に縮みが生じる。
Here, a case where a negative voltage is applied to the
ここで、イオン交換樹脂120が単なる均一な中空円筒形状であるとき、即ち薄肉部140、141が形成されていないときを考える。この時は、外壁部及び内壁部に伸びや縮みが生じても、内外壁に発生する歪が円周上で全て等しくなる。このため、最終的には半径方向の歪のみ発生する。この結果、中空円筒形状の全体形状は殆ど変形せず、一定の形状のままである。
Here, a case where the
これに対して、本実施例では、イオン交換樹脂120に、薄肉部140、141を形成している。これにより、外壁部における薄肉部140、141の位置に歪が集中的に発生するような分布が生ずる。また、歪みの分布は、駆動軸A−A’に関して線対称である。さらに、薄肉部140と薄肉部141とは、同一の形状を有している。この結果、薄肉部140と薄肉部141とにおいて、同等の歪を生ずる。このように、薄肉部140、141に同等の大きさの歪が集中し、かつ半径方向以外に回転方向の歪が発生する。このため、イオン交換樹脂120の形状が大きく変化する。
On the other hand, in this embodiment,
図4は、高分子リニアアクチュエータ100の変形の様子を示す。図4において、電圧印加前(変形前)の状態を破線、電圧印加後(変形後)の状態を実線でそれぞれ示す。高分子リニアアクチュエータ100は、駆動軸A−A’に沿って変形量dだけ縮む方向に変形する。このように、高分子リニアアクチュエータ100は、駆動軸A−A’に沿った方向に伸縮するリニアアクチュエータとして動作する。
FIG. 4 shows how the polymer
また、外壁電極130には正電圧を、内壁電極131には負電圧をそれぞれ印加する場合を考える。この場合、陽イオン及び水分子は、内壁電極131側に移動する。これにより、外壁部と内壁部とでは膨潤差が生じる。例えば、外壁電極130側において、陽イオン及び水分子が枯渇する。また、内壁電極131側で陽イオン及び水分子が豊富になる。このため、外壁側に縮み、内壁側に伸びが生じる。これにより、高分子リニアアクチュエータ100は、駆動軸A−A’に沿って伸びる方向に変形する。
Consider a case where a positive voltage is applied to the
また、陽イオン及び水分子の移動量は、印加電圧に対応している。このため、駆動用可変電源150により印加電圧を制御することで、高分子リニアアクチュエータ100の変形量dを制御できる。
Moreover, the amount of movement of cations and water molecules corresponds to the applied voltage. Therefore, the deformation amount d of the polymer
印加電圧の制御方法としては、例えば、以下の(1)〜(4)のような方法を用いることができる。
(1)一定電圧の電圧値を変化させる定電圧制御方法、
(2)一定電流の電流値を変化させる定電流制御方法、
(3)矩形波のデューティー比を変化させるPWM(Pulse Width Modulation)制御方法、
(4)オフセット値と周期波形とを重畳させ、波高値を変化させるオフセット交流制御。なお、これらの方法に限られず、他の制御方法を用いることもできる。
As a method for controlling the applied voltage, for example, the following methods (1) to (4) can be used.
(1) A constant voltage control method for changing the voltage value of a constant voltage,
(2) a constant current control method for changing the current value of a constant current;
(3) PWM (Pulse Width Modulation) control method for changing the duty ratio of the rectangular wave;
(4) Offset AC control in which the offset value and the periodic waveform are superimposed to change the peak value. In addition, it is not restricted to these methods, Other control methods can also be used.
(変形例)
図5は、本発明の実施例2に係る高分子リニアアクチュエータ200を側面から見た断面形状の構成を示す。実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Modification)
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of the polymer
薄肉部240と薄肉部241とは、駆動軸A−A’に対して線対称となる位置に形成されている。また、薄肉部242と薄肉部243とは、駆動軸A−A’に対して線対称となる位置に形成されている。このような構成においても、実施例1と同様の原理により、高分子リニアアクチュエータ200は、駆動軸A−A’に沿った方向に変形する。このため、高分子リニアアクチュエータ200は、駆動軸A−A’に沿った方向に伸縮するリニアアクチュエータとして動作する。
The
また、本発明の理解を深めるために、所望の駆動軸の方向へ変形しないアクチュエータの2つの構成例を図6、図7に基づいて説明する。図6は、所望の駆動軸A−A’に沿った方向へはリニアに駆動しない例を示す。薄肉部141、142は、軸B−B’に線対称な位置に形成されている。このため、高分子リニアアクチュエータ100は、軸B−B’に沿った方向に変形する。しかしながら、所望の駆動軸A−A’に沿った方向へは、リニアに変形せず、軸外に変化してしまう。このように、図6に示す構成は、リニアアクチュエータとしては機能する一方、所望の駆動軸A−A’に沿った方向にはリニアに変形しない例である。
Further, in order to deepen the understanding of the present invention, two configuration examples of an actuator that is not deformed in the direction of a desired drive shaft will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows an example in which linear driving is not performed in a direction along a desired driving axis A-A ′. The
また、図7は、所望の駆動軸A−A’に沿った方向へはリニアに駆動しない他の例を示す。薄肉部340と薄肉部341とは、駆動軸A−A’に関して線対称となる位置に形成されている。しかしながら、薄肉部340の形状と、薄肉部341の形状とは同一ではなく異なっている。このため、薄肉部340に生ずる歪みの大きさと、薄肉部341に生ずる歪みの大きさとが異なる。このため、高分子リニアアクチュエータ300は、所望の駆動軸A−A’に沿った方向へは、リニアに変形せず、軸外に変化してしまう。
FIG. 7 shows another example in which the linear drive is not performed in the direction along the desired drive axis A-A ′. The
なお、イオン交換樹脂120に含水されている素材は、水に限るものではない。例えば、極性をもつ分子構造であれば、イオン流体等の液体でも良い。
The material contained in the
次に、図8、図9、図10を用いて高分子リニアアクチュエータ100の3つの異なる電気的接続の構成を説明する。図8は、高分子リニアアクチュエータ100の電気的接続の第1の構成例を示す。固定部材180上には、外壁電極用リード電極172と、内壁電極用リード電極171と、付圧アーム170とが形成されている。外壁電極用リード電極172は、外壁電極130と電気的接続をとるように形成されている。内壁電極用リード電極171は、内壁電極131と電気的接続をとるように構成されている。そして、付圧アーム170は、内壁電極131と内壁電極用リード電極171とを接続するように構成されている。
Next, the configuration of three different electrical connections of the polymer
付圧アーム170は、弾性を有する金属板で構成されている。付圧アーム170は、内壁部を付圧することで高分子リニアアクチュエータ100を固定する。これにより、外壁電極130は外壁電極用リード電極172に押圧される。このため、外壁電極130と外壁電極用リード電極172との電気的接続をとることができる。
The
また、内壁電極131は、付圧アーム170を介して内壁電極用リード電極171と電気的接続をとることができる。さらに、付圧アーム170により、高分子リニアアクチュエータ100を固定部材180に固定することができる。
Further, the
図9は、高分子リニアアクチュエータ100の電気的接続の第2の構成例を示す。棒状の固定部材280は、高分子リニアアクチュエータ100の中空部を貫通するように配置されている。付圧アーム270は、外壁部を付圧することで高分子リニアアクチュエータ100を固定する。また、内壁電極用リード電極271、外壁電極用リード電極272がそれぞれ形成されている。その他の各電極の構成は図8で説明した構成と同様であるため、省略する。
FIG. 9 shows a second configuration example of electrical connection of the polymer
図10は、高分子リニアアクチュエータ100の電気的接続の第3の構成例を示す。固定部材180には、外壁電極用リード電極372が形成されている。外壁電極用リード電極372は、外壁電極130と電気的接続をとるように形成されている。また、可動部材(図10では不図示)には、内壁電極用リード電極371が形成されている。内壁電極用リード電極371は、内壁電極131と電気的接続をとるように形成されている。
FIG. 10 shows a third configuration example of electrical connection of the polymer
また、外壁電極130は、内壁電極用リード電極371との接続点近傍で、溝374で分断されている。図10において、中空円筒形状のイオン交換樹脂120の上部分に位置する分断された部分には、内壁電極引き出し用電極375が形成されている。また、イオン交換樹脂120の側面の断面部には、内壁電極接続用電極373が形成されている。内壁電極接続用電極373は、内壁電極131と、内壁電極引き出し用電極375とを接続する。
The
導電性接着剤を用いて、固定部材180との支持点160aにおいて、外壁電極130と外壁電極用リード電極372との間の電気的接続をとることができる。同様に導電性接着剤を用いて、可動部材(不図示)との接続点において、内壁電極引き出し用電極375と内壁電極用リード電極371との間の電気的接続をとることができる。同時に、高分子リニアアクチュエータ100を固定部材180に固定することができる。
Electrical connection can be established between the
上述した3つの電気的接続の構成例では、外壁電極130と内壁電極131との電気的接続点を、支持点160a、160b及び接続点161a、161bに設定できる。このため、簡単な構成で電気的接続をとることができる。なお、固定部材180、280、可動部材190、支持点160a、160b、接続点161a、161bは便宜上設定したものである。固定部材の作用と、可動部材の作用とは、それぞれ同等である。このため、固定部材と可動部材とを相互に交換しても良い。
In the configuration examples of the three electrical connections described above, the electrical connection points between the
(製造方法)
次に、高分子リニアアクチュエータ100の製造方法を説明する。図11は、高分子リニアアクチュエータ100の製造手順を示す図である。図11の(a)において、イオン交換樹脂120を中空の円筒チューブ状に成形する。図11の(b)において、切削加工やレーザー加工を用いて、イオン交換樹脂120の外壁部に薄肉部140及び薄肉部141を成形する。図11の(c)において、メッキ等により、イオン交換樹脂120の外壁部に外壁電極130、及び内壁部に内壁電極131をそれぞれ形成する。そして、図11の(d)において、必要な厚さに切断する。これにより、高分子リニアアクチュエータ100を、容易に、大量かつ安価に製造できる
(Production method)
Next, a method for manufacturing the polymer
図12は、本発明の実施例2に係る高分子リニアアクチュエータ400を側面から見た断面形状の構成を示す。実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図12において、高分子リニアアクチュエータ400の形状が変化する方向、即ち駆動方向を駆動軸A−A’として示す。イオン交換樹脂120の断面形状は、駆動軸A−A’に関して線対称な中空円筒形状である。また、厚肉部440及び厚肉部441は、駆動軸A−A’に関して線対称な位置に形成されている。厚肉部440、441は、厚肉部440、441の周囲の剛性と異なる剛性、例えば周囲の剛性より大きい(高い)剛性を有している。このような構成においても、実施例1と同様の原理により、高分子リニアアクチュエータ400は、駆動軸A−A’に沿った方向に変形する。このため、高分子リニアアクチュエータ400は、駆動軸A−A’に沿った方向に伸縮するリニアアクチュエータとして動作する。
FIG. 12 shows a cross-sectional configuration of the polymer
(第1の変形例)
図13は、本実施例の第1の変形例に係る高分子リニアアクチュエータ500を側面から見た断面形状の構成を示す。図13において、高分子リニアアクチュエータ500の形状が変化する方向、即ち駆動方向を駆動軸A−A’として示す。イオン交換樹脂120の断面形状は、駆動軸A−A’に関して線対称な中空円筒形状である。
(First modification)
FIG. 13 shows a cross-sectional configuration of a polymer
薄肉部540及び薄肉部541は、外壁部の駆動軸A−A’に関して線対称な位置に形成されている。薄肉部542及び薄肉部543は、内壁部の駆動軸A−A’に関して線対称な位置に形成されている。薄肉部540、541、542、543は、それぞれ周囲の剛性と異なる剛性を有している。このような構成においても、実施例1と同様の原理により、高分子リニアアクチュエータ500は、駆動軸A−A’に沿った方向に変形する。このため、高分子リニアアクチュエータ500は、駆動軸A−A’に沿った方向に伸縮するリニアアクチュエータとして動作する。
The
(第2の変形例)
図14は、本実施例の第2の変形例に係る高分子リニアアクチュエータ600を側面から見た断面形状の構成を示す。図14において、高分子リニアアクチュエータ600の形状が変化する方向、即ち駆動方向を駆動軸A−A’として示す。イオン交換樹脂120の断面形状は、駆動軸A−A’に関して線対称な中空円筒形状である。
(Second modification)
FIG. 14 shows a cross-sectional configuration of a polymer
平面状の薄肉部640及び平面状の薄肉部641は、外壁部の駆動軸A−A’に関して線対称な位置に形成されている。薄肉部640、641は、それぞれ周囲の剛性と異なる剛性を有している。このような構成においても、実施例1と同様の原理により、高分子リニアアクチュエータ600は、駆動軸A−A’に沿った方向に変形する。このため、高分子リニアアクチュエータ600は、駆動軸A−A’に沿った方向に伸縮するリニアアクチュエータとして動作する。
The planar
(第3の変形例)
図15は、本実施例の第3の変形例に係る高分子リニアアクチュエータ700を側面から見た断面形状の構成を示す。図15において、高分子リニアアクチュエータ700の形状が変化する方向、即ち駆動方向を駆動軸A−A’として示す。イオン交換樹脂120の断面形状は、駆動軸A−A’に関して線対称な中空多角柱形状、例えば中空八角形形状である。
(Third Modification)
FIG. 15 shows a cross-sectional configuration of a polymer
薄肉部740及び薄肉部741は、外壁部の駆動軸A−A’に関して線対称な位置に形成されている。薄肉部740、741は、それぞれ周囲の剛性と異なる剛性を有している。このような構成においても、実施例1と同様の原理により、高分子リニアアクチュエータ700は、駆動軸A−A’に沿った方向に変形する。このため、高分子リニアアクチュエータ700は、駆動軸A−A’に沿った方向に伸縮するリニアアクチュエータとして動作する。
The
(第4の変形例)
図16の(a)は、本実施例の第4の変形例に係る高分子リニアアクチュエータ800を側面から見た断面形状の構成を示す。図16の(a)において、高分子リニアアクチュエータ800の形状が変化する方向、即ち駆動方向を駆動軸A−A’として示す。イオン交換樹脂120の断面形状は、駆動軸A−A’に関して線対称な中空円筒形状である。
(Fourth modification)
FIG. 16A shows a cross-sectional configuration of a polymer
図16の(b)に示すように、切り欠き部840及び切り欠き部841は、外壁部の駆動軸A−A’に関して線対称な位置に形成されている。切り欠き部840及び切り欠き部841は、それぞれ周囲の剛性と異なる剛性、例えば周囲の剛性よりも小さい(低い)剛性を有している。このような構成においても、実施例1と同様の原理により、高分子リニアアクチュエータ800は、駆動軸A−A’に沿った方向に変形する。このため、高分子リニアアクチュエータ800は、駆動軸A−A’に沿った方向に伸縮するリニアアクチュエータとして動作する。
As shown in FIG. 16B, the
なお、本発明に係る高分子リニアアクチュエータは、上記各実施例で説明した構成に限られるものではなく、これらの構成の組み合わせ、また、同様の効果を有する構成も含まれる。例えば、イオン交換樹脂120の断面形状は、駆動軸A−A’に関して線対称であれば、楕円形状や自由曲線形状でも良い。また、剛性変化部対は、形状を周囲と異ならせるものに限られない。例えば、イオン交換樹脂120を構成する材料において密度分布を異ならせる構成でも良い。具体的には、イオン交換樹脂120を構成する材料の一部に肉抜き穴のような部分を設けて、粗密な密度分布を実現することもできる。さらに、剛性変化部対の数は、1つ以上であればいくつでも良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な応用例をとることができる。
The polymer linear actuator according to the present invention is not limited to the configurations described in the above embodiments, and includes combinations of these configurations and configurations having similar effects. For example, the cross-sectional shape of the
以上のように、本発明に係る高分子リニアアクチュエータは、簡単な構成で、小型なリニアアクチュエータに適している。 As described above, the polymer linear actuator according to the present invention has a simple configuration and is suitable for a small linear actuator.
100 高分子リニアアクチュエータ
120 イオン交換樹脂
130 外壁電極
131 内壁電極
140、141 薄肉部
150 駆動用可変電源
160a、160b 支持点
161a、161b 接続点
170 付圧アーム
171 内壁電極用リード電極
172 外壁電極用リード電極
180 固定部材
190 可動部材
200 高分子リニアアクチュエータ
240、241、242、243 薄肉部
270 付圧アーム
271 内壁電極用リード電極
272 外壁電極用リード電極
280 固定部材
300 高分子リニアアクチュエータ
340、341 薄肉部
371 内壁電極用リード電極
372 外壁電極用リード電極
373 内壁電極接続用電極
374 溝
375 内壁電極引き出し用電極
400 高分子リニアアクチュエータ
440、441 厚肉部
500 高分子リニアアクチュエータ
540、541、542、543 薄肉部
600 高分子リニアアクチュエータ
640、641 平面状の薄肉部
700 高分子リニアアクチュエータ
740、741 薄肉部
800 高分子リニアアクチュエータ
840、841 切り欠き部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記対向電極間に電圧を印加することで、
前記イオン交換樹脂の形状を変形させる高分子リニアアクチュエータであって、
前記イオン交換樹脂の断面形状は、前記高分子リニアアクチュエータが変形する方向に沿う駆動軸に関して線対称な中空形状であり、
前記駆動軸に関して線対称な位置に形成され、周囲の剛性と異なる剛性を有する一対以上の剛性変化部対と、
前記中空形状の内壁部及び外壁部にそれぞれ形成された電極と、
を有することを特徴とする高分子リニアアクチュエータ。 It has a counter electrode formed on an ion exchange resin in a water-containing state or an ion-containing fluid state,
By applying a voltage between the counter electrodes,
A polymer linear actuator for deforming the shape of the ion exchange resin,
The cross-sectional shape of the ion exchange resin is a hollow shape that is line-symmetric with respect to the drive axis along the direction in which the polymer linear actuator is deformed,
A pair of one or more stiffness changing portions formed at positions symmetrical with respect to the drive shaft and having a stiffness different from the surrounding stiffness;
Electrodes formed respectively on the hollow inner wall and outer wall;
A polymer linear actuator comprising:
前記高分子リニアアクチュエータと固定部材とを接続する支持点と、
前記高分子リニアアクチュエータと可動部材とを接続する接続点と、を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の高分子リニアアクチュエータ。 On the drive shaft,
A support point connecting the polymer linear actuator and the fixing member;
The polymer linear actuator according to claim 1, further comprising a connection point that connects the polymer linear actuator and the movable member.
前記付圧アームは、前記高分子リニアアクチュエータを接圧することで、
前記付圧アームを介して、前記内壁部に形成された前記電極及び前記外壁部に形成された前記電極との電気的接続をとると共に、前記高分子リニアアクチュエータを固定することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の高分子リニアアクチュエータ。 On the fixing member, further includes a pressure arm electrically connected to the electrode formed on the inner wall portion or the electrode formed on the outer wall portion,
The pressure arm is in contact with the polymer linear actuator,
The electrical linear connection is established between the electrode formed on the inner wall and the electrode formed on the outer wall via the pressure arm, and the polymer linear actuator is fixed. Item 8. The polymer linear actuator according to any one of Items 1 to 7.
前記内壁部に形成された前記電極または前記外壁部に形成された前記電極と、前記引き出し用電極とを接続し、前記イオン交換樹脂の断面部に形成されている接続用電極と、を有し、
前記引出し用電極及び前記接続用電極を介して、前記内壁部に形成された前記電極または前記外壁部に形成された前記電極との電気的接続をとることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の高分子リニアアクチュエータ。
An extraction electrode formed at a position separated from the electrode formed on the inner wall or the electrode formed on the outer wall;
The electrode formed on the inner wall part or the electrode formed on the outer wall part, and the electrode for connection are connected to each other, and the connection electrode is formed on the cross section of the ion exchange resin. ,
The electrical connection with the said electrode formed in the said electrode formed in the said inner wall part or the said outer wall part through the said electrode for extraction and the said electrode for connection is taken. The polymer linear actuator according to any one of the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005101228A JP2006288003A (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Polymer linear actuator |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005101228A JP2006288003A (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Polymer linear actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2006288003A true JP2006288003A (en) | 2006-10-19 |
Family
ID=37409339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2005101228A Withdrawn JP2006288003A (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Polymer linear actuator |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2006288003A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009005436A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Univ Of Fukui | Actuator drive system and actuator control method |
JP2009077578A (en) * | 2007-09-21 | 2009-04-09 | Eamex Co | Voltage applying method for ion conducting complex |
JP2014217124A (en) * | 2013-04-24 | 2014-11-17 | カシオ計算機株式会社 | Actuator |
US11251357B2 (en) | 2016-01-25 | 2022-02-15 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator device based on an electroactive polymer |
-
2005
- 2005-03-31 JP JP2005101228A patent/JP2006288003A/en not_active Withdrawn
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