JP2006325335A - アクチュエータおよびその材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アクチュエータ用材料として、熱膨張係数の絶対値の大きな高分子材料に、導電性微粒子を混合した材料を使用する。
【選択図】図2
Description
実施例1では、本発明のアクチュエータの基本的な動作の概念および、その作製方法について説明する。はじめに、本発明のアクチュエータを構成するアクチュエータ材料に電圧を印加したときのアクチュエータ材料の変形について述べる。
実施例2では、本発明のアクチュエータを用いたアクチュエータモジュール構造と、それを利用したアクチュエータマトリクスについて、図6から図8を用いて説明する。図6(A)、(B)は本発明のアクチュエータモジュール構造の概念を示す断面図であり、(A)は電圧を印加する前のアクチュエータモジュールの状態の断面図、(B)は電圧を印加したときのアクチュエータモジュールの状態の断面図である。アクチュエータモジュール60は、細長い箱状の容器65の開放面に伸縮性部材64が設けられ、容器65の底面には電極62、63が埋め込まれている。容器65の内部に中央で折り返されたアクチュエータ膜61が設けられ、折り返された部分は容器65上面の伸縮性部材64の下面に接合され、アクチュエータ膜61の両端は電極62、63に接合されている。ピン66が、伸縮性部材64の、アクチュエータ膜61が接合されている部分の裏面に、アクチュエータ膜61と重なり合うように接合されている。アクチュエータ膜61は伸縮性部材64により、常に張力がかかるように長さが調節されている。容器65には単数あるいは複数の放熱用の孔67が空けられている。さらに、この放熱用の孔の代わりに容器65の内側の側面にペルチエ素子をつけてアクチュエータ膜61を冷却する構造にしてもよい。
実施例3は、実施例2で示したアクチュエータモジュールの応用例として、携帯型触覚伝達デバイスの一つである点字表示デバイスおよびそれを用いた点字表示システムを提案するものであり、図9、図10を用いて説明する。
(1)各ピンのピッチを約2.2ミリメートルとするため、アクチュエータモジュール60の上から見た断面を2.2ミリメートル×2.2ミリメートルにする。
(2)ピンを0.4ミリメートル上下させる必要があるため、アクチュエータ膜61の折り返す前の長さを約40ミリメートルとし、伸縮率が2%となるように電圧を印加する。
(1)各ピンのピッチを約2.2ミリメートルとするため、アクチュエータモジュールの上から見た幅を0.98ミリメートルにする。
(2)ピンを0.4ミリメートル上下させる必要があるため、アクチュエータ膜71の長さを約4ミリメートルとする。
実施例4は、実施例1で説明したアクチュエータ膜の伸縮動作を屈曲動作となるようにしたアクチュエータモジュールについて、図11(A)、(B)を用いて説明する。
実施例5は、実施例4で説明した屈曲型アクチュエータモジュール110を紙などの軽量物を搬送する搬送素子および、光ファイバの光路を切り替える光スイッチ素子に応用する例を提案するものであり、図12から図14を用いて説明する。さらに、実施例2で述べたV字構造アクチュエータモジュールを用いた光スイッチ素子についても図15を用いて説明する。
実施例6は、実施例4で説明した屈曲型アクチュエータモジュールおよび実施例1で説明したアクチュエータ膜を利用した医療用チューブについて、図16、図17を用いて説明する。
Claims (20)
- 導電性微粒子と高分子材料の混合物よりなり、通電により膨張あるいは収縮する材料からなる成形物と、
前記成形物の、前記膨張あるいは収縮する部位の両側に通電用に少なくとも二つの電極を有することを特徴とするアクチュエータ。 - 前記成形物が、該成形物に形成された電極間に流れる電流によるジュール熱による発熱に伴う熱膨張、あるいは熱収縮により変形する請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記アクチュエータの変形量を、前記電極間に印加する電圧を調整することにより制御する請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記アクチュエータが、アクチュエータの受ける負荷を利用して、アクチュエータの機能を果たすものである請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記材料の線熱膨張係数が100℃から200℃の温度範囲で0.00001から0.001/K、電気伝導度が100℃から200℃の温度範囲で0.1から1000S/cm、比重が100℃から200℃の温度範囲で0.5から5である請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記材料の、引張り強度が100℃から200℃の温度範囲で0.3メガパスカルから200メガパスカルである請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記材料の、線熱膨張係数が100℃から200℃の温度範囲で0.00005から0.0002/Kである請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記材料の、電気伝導度が100℃から200℃の温度範囲で0.1から100S/cmである請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記材料の、比重が100℃から200℃の温度範囲で0.5から5である請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記材料の、引張り強度が100℃から200℃の温度範囲で1メガパスカルから100メガパスカルである請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記成形物に通電する際に、前記成形物の温度が前記材料のガラス転移温度以下に維持できる電流に制限される請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記導電性微粒子が、炭素微粒子、白金微粒子、金微粒子、銀微粒子、ニッケル微粒子、銅微粒子、カーボンナノチューブ、あるいはそれらの混合物である微小な導電体である請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記高分子が、パーフルオロスルホン酸コポリマー、アクリルニトリルーブタジエンースチレン共重合体、アクリル樹脂などのポリメタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネイト、ポリシクロヘキシルエチレンなどのポリアルケン類、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸である、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 導電性微粒子と高分子材料の混合物よりなり、通電により膨張あるいは収縮する材料からなるアクチュエータ膜と、
前記アクチュエータ膜の、前記膨張あるいは収縮する部位の両側に通電用に少なくとも二つの電極と、
を有し、
前記アクチュエータ膜と二つの電極とが所定の容器に収納されたことを特徴としたアクチュエータモジュール。 - 前記アクチュエータ膜の二つの前記電極が前記容器の対向する内面に固定され、
前記アクチュエータ膜の中央部に負荷が結合されて、前記アクチュエータ膜に常に張力がかかった状態にした請求項14記載のアクチュエータモジュール。 - 基板と、
導電性微粒子と高分子材料の混合物よりなり、通電により膨張あるいは収縮する材料からなるアクチュエータ膜に、該アクチュエータ膜より熱膨張率の小さい材料からなる膜を接合した多層膜と、
前記アクチュエータ膜の、前記膨張あるいは収縮する部位に通電用に少なくとも二つの電極と、
を有し、
前記多層膜の一端が前記基板に固定されたことを特徴とするアクチュエータモジュール。 - 前記多層膜が所定の形状に成形されるとともに、複数の多層膜が並列に配置され、且つ並列に配置された多層膜の同一の端部が前記基板上に固定された多層膜列と、
前記多層膜列と同じ構成の多層膜列を、前記多層膜列と逆向きに配列した多層膜の同一の端部が前記基板上に固定された多層膜列と、
を並列に配置した請求項16記載のアクチュエータモジュール。 - 前記対とされた多層膜列を並列に複数配列して、同一の端部が前記基板上に固定されたそれぞれの多層膜列のアクチュエータ膜に交互に電圧を印加する請求項17記載のアクチュエータモジュール。
- 先端部が可撓性に富んだ中空のチューブと、
該チューブの外面の周囲で、且つ、チューブの軸方向に固定された三つの導電性微粒子と高分子材料の混合物よりなり、通電により膨張あるいは収縮する材料からなるアクチュエータ膜と、
前記アクチュエータ膜の、前記膨張あるいは収縮する部位の両側に通電用に少なくとも二つの電極と、該電極に接続されるとともに前記チューブの外面に沿わせて設けられたリード線と、
前記中空のチューブ、アクチュエータ膜、電極およびリード線をカバーする外筒と、
よりなることを特徴とするアクチュエータモジュール。 - 前記中空のチューブの先端部が、チューブの中央部よりも、より可撓性に富むものである請求項19記載のアクチュエータモジュール。
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