JP2007252132A

JP2007252132A - アクチュエータ

Info

Publication number: JP2007252132A
Application number: JP2006074499A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ando; 宏明安藤; Takeshi Miyazaki; 毅宮崎; Hiromitsu Takeuchi; 宏充竹内
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】容易に複数層積層可能であって、かつ構造を簡素化できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】極性が異なる電極３,４間にエラストマー層２を挟み、当該電極３,４を介してエラストマー層２を積層した積層体５を有するアクチュエータ１であって、積層体５は、同一極性の電極３,４同士が重なるように折り重ねられて形成されることとした。
【選択図】図1

Description

本発明は、エラストマー層を積層してなる積層体を有するアクチュエータに関する。

従来、人工筋肉等に用いられるアクチュエータとしてエラストマーを用いたものが知られている。当該アクチュエータにおいては、アクリルゴムやシリコーンゴムなどをシート状に加工したエラストマー層の両面に電極を配置する構成をしている。このアクチュエータは、電極に電圧を印加すると電極間方向に縮み、電極間方向と直交する方向に伸びる性質を有している。そして、この種のアクチュエータでは、伸縮量を増加させるためにエラストマー層を積層した構造とされており、その積層方法としてはエラストマー層の両面に電極を配置したものを複数個用意し、順に積層していく方法が一般的である。このような積層方法は、例えば特許文献１や特許文献２で開示されている。また、この種のアクチュエータとして、特許文献３で開示されるようなシリコーンゴムなどの伸縮部と電極を渦巻き状にしたものもある。
特開２００４−２８２０５３号公報特開２００４−３６０８４１号公報特開２００３−１９９３６５号公報

ところで、前述のようにエラストマー層の両面に電極を配置したものを複数積層してアクチュエータを製造する場合には、その積層作業が煩雑である。また、このように製造したアクチュエータは、各層の電極が分離した状態となっている。このため、アクチュエータの製造においては、各電極に配線を施す必要があることからその作業が煩雑であり、また配線量も多くアクチュエータの構造が複雑化している。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易に複数層積層可能であって、かつ構造を簡素化できるアクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、極性が異なる電極間にエラストマー層を挟み、当該電極を介して前記エラストマー層を積層した積層体を有するアクチュエータであって、前記積層体は、同一極性の電極同士が重なるように折り重ねられることにより形成されてなることを要旨とする。

また、請求項２に記載の発明は、極性が異なる電極間にエラストマー層を挟み、当該電極を介して前記エラストマー層を積層した積層体を有するアクチュエータであって、前記積層体を収納する容器を備え、前記積層体は、同一極性の電極同士が重なるように折り重ねられることにより形成されており、その折り返し部位が前記容器の内面と接するように収納されていることを要旨とする。

請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、折り重ねられて積層された電極が連続しているため、伸縮部の両面の各電極に対し配線を接続するだけ各層毎に電圧を印加することができ、従来のように積層された各層の電極ごとに配線する作業を行う必要がない。また、折り重ねる際には、極性が異なる電極同士が重ならないので、従来のように絶縁層を設ける必要もない。従って、容易に複数層積層可能であって、かつ構造を簡素化できる。

また、請求項２に記載の発明によれば、電極に電圧を印加した場合、伸縮部は積層方向と直交する方向に伸びようとするが、当該方向への伸びは筒体の内面によって規制されるため、伸縮部は積層方向に伸び、大きな変位量を得られる。

本発明のアクチュエータは容易に複数層積層可能であって、かつ構造を簡素化できる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１及び図２に基づき説明する。
図１（ｃ）に示すように、エラストマーを用いたアクチュエータ１は、アクリルゴム等の絶縁性伸縮材料により形成されたエラストマー層としての伸縮部２を備えている。伸縮部２は絶縁性伸縮材料を溶媒に溶かした後に、当該溶媒をスピンコート法により塗布して液膜を形成し、この液膜を焼成することにより形成されている。また、伸縮部２の両面には、カーボン等が分散されているエラストー等の導電性伸縮材料から形成された電極３，４が形成されている。電極３には、プラス側が接続されているとともに、電極４にはマイナス側が接続されている。

アクチュエータ１は、伸縮部２が複数層（本実施形態では６層）に積層された積層体５を有し、各層の伸縮部２は極性が異なる電極３，４で挟まれている。そして、アクチュエータ１の各層の伸縮部２及び電極３，４は、屈曲部５ａを介して積層方向に沿って繋がっている。すなわち、本実施形態のアクチュエータ１は、積層体５の最外層のみに端部５ｂが形成されていることになる。なお、本実施形態のアクチュエータ１は、伸縮部２の矢印Ｙ１方向の厚みが約０．１ｍｍとされているとともに、電極３，４の矢印Ｙ１方向の厚みが夫々約０．０５ｍｍとされており、電極３，４は、伸縮部２よりも薄く形成されている。

以下、本実施形態のアクチュエータ１を製造する手順を説明する。
まず、図１（ａ）に示すシート体６を形成する。シート体６は、シート状に形成した伸縮部２を挟むように同じくシート状に形成した電極３，４を配置して構成されたものである。

そして、アクチュエータ１は、図１（ｂ）に示すように、シート体６を折り重ねて積層体５とすることにより構成される。より具体的には、シート体６を折り重ねる際には、電極３同士が重なる（接する）ように折られる工程と、電極４同士が重なる（接する）ように折られる工程とを交互に繰り返し行う。これらの工程を経て、伸縮部２は同一方向に積層されるとともに、積層された各層は屈曲部５ａを介して繋げられる。その後、折り重ねられたシート体６を８０度で加熱し、かつ積層方向（矢印Ｙ１の方向）に圧着することによって積層体５を有するアクチュエータ１が完成する。

このように構成されたアクチュエータ１の電極３，４に電圧を印加すると、伸縮部２は矢印Ｙ２の方向及び矢印Ｙ３（図１（ａ）参照）方向（電圧の方向と直交する方向）に伸長する。積層構造を有するアクチュエータ１においては、単層構造とされたアクチュエータ１よりも伸縮部２の積層方向（電極３,４間方向）における断面積が増加し、伸長する際の発生力が大きくなる。

図２には、折り重ねにより形成した積層体５を有するダイアフラム型のアクチュエータ１０を示している。
ダイアフラム型のアクチュエータ１０は、有底円筒状の容器としての筒体１１を備えており、筒体１１には、折り重ねることにより形成した積層体５が配置されている。積層体５は、屈曲部１ａが筒体１１の内面としての内周面１１ａと接触するように配置されるとともに、鉛直方向上向きに曲付けされている上向き層１ｂと鉛直方向下向きに曲付けされている下向き層１ｃとが交互に配置されるように構成されている。

このようなダイアフラム型のアクチュエータ１０の電極に電圧を印加すると、伸縮部２が矢印Ｙ２方向に伸長しようとするが、矢印Ｙ２方向の伸長は筒体１１の内周面１１ａにより規制されるため、伸縮部２は伸長が規制されていない矢印Ｙ１方向に伸長する。

本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）アクチュエータ１が有する積層体５を、伸縮部２の両面に電極３，４を積層してなるシート体６を用いて同一極性の電極３，４同士が重なるように折り重ねることにより形成した。従って、折り重ねられて積層された電極３，４が連続しているため、伸縮部２の両面の各電極３，４に対し配線を接続するだけ各層毎に電圧を印加することができ、従来のように積層した各層の電極ごとに配線する作業を行う必要がない。また、折り重ねる際には、極性が異なる電極同士が重ならないので、従来のように絶縁層を設ける必要もない。従って、容易に複数層積層可能であって、かつ構造を簡素化できる。

（２）ダイアフラム型のアクチュエータ１０は、折り重ねられた積層体５を筒体１１内に屈曲部１ａが筒体１１の内周面１１ａと接触するように配置することにより形成した。このようなダイアフラム型のアクチュエータ１０においては、電極３，４に電圧を印加した場合、伸縮部２は積層方向と直交する方向に伸びようとするが、この方向への伸長は筒体１１の内周面１１ａによって規制されるため、伸縮部２は積層方向に伸び、大きな変位量を得られる。従って、積層体５を用いることにより、ダイアフラム型のアクチュエータ１０を容易に製造することができる。

本実施形態のアクチュエータ１の構成は以下のように変更してもよい。
・伸縮部２の材料は本実施形態のものに限定されず、例えばシリコーンゴム等に変更してもよい。

・電極３，４の材料は本実施形態のものに限定されず、例えば、銀、金等の金属材料に変更してもよい。
・伸縮部２はスピンコート法によって形成したが、例えばスクリーン印刷等により形成してもよい。

次に、上記実施形態およびその態様の変更から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）極性が異なる電極間にエラストマー層を挟み、当該電極を介して前記エラストマー層を積層した積層体を有するアクチュエータであって、
前記エラストマー層及び前記電極は、同一極性の電極同士が重なるように折り返された屈曲部を介して連続していることを特徴とするアクチュエータ。

（ａ）はシート体の模式図、（ｂ）は折り重ねられたシート体の模式図、（ｃ）はアクチュエータを示す模式図。ダイアフラム型のアクチュエータを示す模式図。

符号の説明

１，１０…アクチュエータ、２…伸縮部、３，４…電極、５…積層体、５ａ…屈曲部、１１…筒体、１１ａ…内周面。

Claims

極性が異なる電極間にエラストマー層を挟み、当該電極を介して前記エラストマー層を積層した積層体を有するアクチュエータであって、
前記積層体は、同一極性の電極同士が重なるように折り重ねられることにより形成されてなることを特徴とするアクチュエータ。
極性が異なる電極間にエラストマー層を挟み、当該電極を介して前記エラストマー層を積層した積層体を有するアクチュエータであって、
前記積層体を収納する容器を備え、
前記積層体は、同一極性の電極同士が重なるように折り重ねられることにより形成されており、その折り返し部位が前記容器の内面と接するように収納されていることを特徴とするアクチュエータ。