JP2008198811A - 電歪型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で変位量の大きな電歪型アクチュエータを提供する。
【解決手段】 電歪型アクチュエータ１を、表裏方向から印加される電圧を大きくすることにより膜厚が小さくなると共に駆動力を出力する出力部２１を有する略平板状の誘電膜２と、誘電膜２の表面２２ａに配置される表面側電極３０ａと、誘電膜２の裏面２２ｂに配置される裏面側電極３０ｂと、からなる少なくとも一つの電極対３と、誘電膜２の周縁に配置され、誘電膜２を延伸した状態で固定するフレーム部材４と、を備えるよう構成し、少なくとも一つの電極対３に印加する電圧を大きくすることにより、誘電膜２の膜厚を小さくし、出力部２１を誘電膜２の面方向に移動させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘電膜の膜厚を変化させることにより駆動力を出力する電歪型アクチュエータに関する。

産業用、介護用等のロボット、医療機器、マイクロマシン等の分野では、柔軟性が高く、小型で軽量なアクチュエータの必要性が高まっている。このようなアクチュエータ材料として、例えば、導電性高分子、イオン導電性高分子（ＩＣＰＦ）、誘電体エラストマー等の種々のポリマーが提案されている。

例えば、誘電体エラストマーを用いた電歪型アクチュエータとして、特許文献１には、ベローズバネロール型のアクチュエータが紹介されている。図１１に、特許文献１に記載のアクチュエータの模式図を示す。（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。図１１に示すように、アクチュエータ１００は、誘電体エラストマー巻装体１０１と、ベローズバネ１０２と、端板１０３ａ、１０３ｂと、を備えている。誘電体エラストマー巻装体１０１は、誘電体エラストマー層（図略）と電極層（図略）とからなる二層構造の単位膜を、ベローズバネ１０２の外周面に巻装したものである。オフ状態からオン状態に切り替える際は、誘電体エラストマー巻装体１０１の電極層に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電体エラストマー巻装体１０１は、径方向に圧縮され、（ｂ）中、白抜き矢印で示すように、軸方向に伸張する。このため、ベローズバネ１０２も軸方向に伸張する。

また、特許文献２には、ダイヤフラム型のアクチュエータが紹介されている。図１２に、特許文献２に記載のアクチュエータの模式図を示す。（ａ）はオフ状態、（ｂ）はオン状態を各々示す。図１２に示すように、アクチュエータ１０５は、誘電体エラストマーからなる誘電膜１０６と、フレーム部材１０７と、電極１０８ａ、１０８ｂと、を備えている。誘電膜１０６は、中央部分を除いて、フレーム部材１０７に固定されている。電極１０８ａ、１０８ｂは、誘電膜１０６の当該中央部分の表裏に、それぞれ固定されている。オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極１０８ａ、１０８ｂ間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜１０６の中央部分の膜厚が小さくなり、その分表面積が大きくなる。このため、誘電膜１０６に撓みが発生し、（ｂ）中、白抜き矢印で示すように、膨出する。
特表２００５−５２２１６２号公報 特表２００３−５０６８５８号公報

特許文献１のアクチュエータ１００の場合、誘電体エラストマー巻装体１０１が、径方向に圧縮され、その分軸方向に伸張することにより、駆動力を出力している。このため、誘電体エラストマー巻装体１０１の巻回数を増やすことにより、駆動力を大きくすることができる。しかしながら、電極層は、誘電体エラストマー層の全面に亘って、接着されている。このため、電極層の面積が広大であるにもかかわらず、変位量は小さい。言い換えると、電極面積あたりの変位量が小さい。また、特許文献１のアクチュエータ１００は、軸方向にも径方向にも体格が大きい。このため、スペース効率が悪い。

これに対して、特許文献２のアクチュエータ１０５の場合、誘電膜１０６の中央部分を、電極１０８ａ、１０８ｂ間で圧縮することにより、駆動力を出力している。特許文献２のアクチュエータ１０５は、体格が小さいため、スペース効率が良い。しかしながら、駆動力の出力方向（つまり変位方向）が、誘電膜１０６の面方向に対して垂直である。このため、やはり変位量が小さい。

本発明は、このような実情に鑑みて完成されたものであり、小型で変位量の大きな電歪型アクチュエータを提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の電歪型アクチュエータは、表裏方向から印加される電圧を大きくすることにより膜厚が小さくなると共に駆動力を出力する出力部を有する略平板状の誘電膜と、該誘電膜の表面に配置される表面側電極と、該誘電膜の裏面に配置される裏面側電極と、からなる少なくとも一つの電極対と、該誘電膜の周縁に配置され、該誘電膜を延伸した状態で固定するフレーム部材と、を備え、少なくとも一つの該電極対に印加する電圧を大きくすることにより、該誘電膜の該膜厚を小さくし、該出力部を該誘電膜の面方向に移動させることを特徴とする（請求項１に対応）。

ここで、印加電圧を「大きくする」とは、作動前の印加電圧（０Ｖは勿論、０Ｖ以外の所定の電圧でもよい）に対して作動後の印加電圧を大きくすることをいう。同様に、印加電圧を「小さくする」とは、作動前の印加電圧に対して作動後の印加電圧（０Ｖは勿論、０Ｖ以外の所定の電圧でもよい）を小さくすることをいう。

電極対への印加電圧を大きくすると、当該電極対を構成する表面側電極と裏面側電極との間の静電引力が大きくなる。このため、誘電膜において当該表面側電極と裏面側電極との間に介在する部分は、表裏方向から圧縮される。したがって、膜厚が小さくなる。膜厚が小さくなると、その分、誘電膜において当該表面側電極と裏面側電極との間に介在する部分は、誘電膜の面方向に伸張しようとする。また、誘電膜は、フレーム部材に対して、予め延伸された状態で固定されている。このため、誘電膜には、当該延伸力に起因する弾性復元力も作用する。

このように、本発明の電歪型アクチュエータによると、膜厚が小さくなることに起因する面方向への伸張と、延伸に起因する弾性復元力と、を利用して、誘電膜の出力部を、面方向に移動させることができる。このため、延伸されていない前出特許文献１に記載のアクチュエータ１００（前出図１１参照）や、誘電膜１０６の面方向に対して垂直方向に駆動力を出力する前出特許文献２に記載のアクチュエータ１０５（前出図１２参照）と比較して、電極面積に対する変位量が大きい。また、誘電膜は、略平板状を呈している。このため、簡単に小型化することができる。すなわち、本発明の電歪型アクチュエータによると、小型であるにもかかわらず、所望の変位量を確保することができる。

また、本発明の電歪型アクチュエータは、略平板状を呈しているため、積層が容易である。したがって、本発明の電歪型アクチュエータを複数積層することにより、出力される駆動力をより大きくすることができる。また、本発明の電歪型アクチュエータでは、誘電膜が延伸された状態から元の状態に戻ろうとする力を利用して、駆動力を出力している。このため、電歪型アクチュエータの姿勢によらず、出力部の移動方向が決定され、安定した動作が可能となる。

また、本発明の電歪型アクチュエータは、誘電膜を用いて簡単に構成することができる。したがって、誘電膜の種類、膜厚、電極対の数、配置等を変化させることにより、同アクチュエータの駆動力や変位量等を容易に調整することができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記フレーム部材は、前記誘電膜を二軸方向に延伸した状態で固定する構成とするとよい（請求項２に対応）。誘電膜が二軸延伸されていると、電圧が印加され伸張する時に、誘電膜において当該電極対を構成する表面側電極と裏面側電極との間に介在する部分の膜厚が均一になりやすい。このため、一定の変位を得やすい。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記出力部は、前記誘電膜の重心を含むように配置されている構成とするとよい（請求項３に対応）。延伸された状態において、誘電膜の重心付近は、全方向からの延伸力がほぼ釣り合っている。このため、誘電膜の重心付近は、他の部分と比較して、移動させやすい。このため、出力部を誘電膜の重心を含むように配置すると、より変位量を大きくすることができる。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記出力部は、前記誘電膜に形成された貫通孔の孔縁に固定される出力リング部材である構成とするとよい（請求項４に対応）。

誘電膜に貫通孔を形成すると、例えば、その貫通孔にシャフトを挿通させて、変位を取り出すことができる。しかしながら、誘電膜には予め延伸力が加わっている。並びに、誘電膜は、駆動時に弾性変形する。このため、貫通孔の孔縁つまり誘電膜は、破損しやすい。

この点、本構成によると、貫通孔の孔縁に、出力リング部材を固定している。このため、貫通孔の孔縁は、予め加えられる延伸力や駆動時の弾性力から保護されている。したがって、誘電膜が破損しにくい。また、出力リング部材を利用して、変位を容易に取り出すことができる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記電極対は二つ配置され、前記誘電膜の前記表面は、該電極対の各々の前記表面側電極により略二分割されるよう被覆され、該誘電膜の前記裏面は、該電極対の各々の前記裏面側電極により略二分割されるよう被覆されている構成とするとよい（請求項５に対応）。

本構成によると、誘電膜の表面が別々の電極対を構成する表面側電極により、誘電膜の裏面が別々の電極対を構成する裏面側電極により、各々、略二分割されている。このため、電極対間で、印加電圧の大小を交互に変換することにより、出力部を面方向に往復移動させることができる。したがって、駆動時の出力部の変位量をより大きくすることができる。

（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記誘電膜は、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムから選ばれる一種以上からなる構成とするとよい（請求項６に対応）。

誘電膜は、表面側電極と裏面側電極との間の静電引力に応じて変形するものであれば、その種類が特に限定されるものではない。本構成におけるアクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、およびウレタンゴムは、いずれも誘電性、絶縁破壊強度が高いため好適である。

（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記電極対は、前記誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能である構成とするとよい（請求項７に対応）。

電極対が誘電膜と共に伸縮しにくいと、表面側電極あるいは裏面側電極により誘電膜の変形が妨げられ、所望の変位量を得にくくなる。これに対して、本構成によると、電極対、すなわち表面側電極および裏面側電極は、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能である。つまり、表面側電極および裏面側電極は、誘電膜と一体となって変形することができる。このため、所望の変位量をより得やすくなる。

以下、本発明の電歪型アクチュエータの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
まず、本実施形態の電歪型アクチュエータの構成について説明する。図１に、本実施形態の電歪型アクチュエータの斜視図を示す。図２に、同電歪型アクチュエータの分解斜視図を示す。図３に、同電歪型アクチュエータの正面図を示す。図４に、図３のＩＶ−ＩＶ断面図を示す。図１〜図４に示すように、本実施形態の電歪型アクチュエータ１は、誘電膜２と電極対３とフレーム部材４とを備えている。

フレーム部材４は、樹脂製であって、矩形枠状を呈している。誘電膜２は、アクリルゴム製であって、略平板状かつ矩形膜状を呈している。誘電膜２は、弾性的に変形可能である。誘電膜２は、二軸方向（誘電膜２の面方向）に略均等に延伸された状態で、フレーム部材４の枠内に固定されている。誘電膜２は、貫通孔２０と出力リング部材２１とを備えている。貫通孔２０は、誘電膜２の重心Ｇ１を含むように、誘電膜２を貫通している。

出力リング部材２１は、貫通孔２０の孔縁に配置されている。出力リング部材２１は、一対の樹脂製のリング本体２１０ａ、２１０ｂと、真鍮製であって円筒状のはとめ２１１と、からなる。リング本体２１０ａは貫通孔２０の表面２２ａ側に、リング本体２１０ｂは貫通孔２０の裏面２２ｂ側に、それぞれ固定されている。はとめ２１１は、リング本体２１０ａ、２１０ｂ、貫通孔２０を貫通している。はとめ２１１の軸方向両端が、リング本体２１０ａ、２１０ｂ外側において、拡径方向に湾曲され、かしめられることにより、出力リング部材２１は貫通孔２０の孔縁に固定されている。駆動対象となる相手側部材（図略）には、当該出力リング部材２１を介して、駆動力が伝達される。

電極対３は、表面側電極３０ａと裏面側電極３０ｂとからなる。表面側電極３０ａは、導電性カーボンをオイルに混合したペーストから形成されており、略平板状かつ矩形膜状を呈している。表面側電極３０ａは、誘電膜２の表面２２ａに固定されている。表面側電極３０ａは、誘電膜２が変形する際、一緒に変形する。表面側電極３０ａは、誘電膜２の表面２２ａの長手方向略半分だけを覆っている。裏面側電極３０ｂは、表面側電極３０ａと同様の材質であって、同様の形状、特性を呈している。裏面側電極３０ｂは、誘電膜２の裏面２２ｂに固定されている。また、表面側電極３０ａと裏面側電極３０ｂとは、誘電膜２の表裏方向に、ちょうど背中合わせに配置されている。これら、表面側電極３０ａおよび裏面側電極３０ｂは、図３、図４に示すように、電源９０、ノーマリーオープンタイプのスイッチ９１と共に、電気回路を構成している。

次に、本実施形態の電歪型アクチュエータのオフ状態からオン状態に切り替える際の動きについて説明する。オフ状態においては、図３、図４に示すように、スイッチ９１が開いている。このため、電極対３には、電圧が印加されていない。したがって、図４に示すように、誘電膜２の膜厚は、全面に亘って略均一である。

オフ状態からオン状態に切り替える場合は、スイッチ９１を閉成する。図５に、本実施形態の電歪型アクチュエータのオン状態における正面図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図５、図６に示すように、スイッチ９１を閉成すると、電極対３に、所定の電圧が印加される。電圧が印加されると、誘電膜２のうち電極対３が配置されている部分（以下、適宜「電極配置部分」と称す）が、図６中、白抜き矢印Ａ１で示すように、表裏方向（膜厚方向）に圧縮される。このため、電極配置部分の膜厚が小さくなる。膜厚が小さくなると、その分、電極配置部分の面積が広くなる。ここで、電極配置部分の周囲四辺のうち三辺は、フレーム部材４に固定されている。したがって、出力リング部材２１を有する残りの自由な一辺が、図５、図６中、白抜き矢印Ａ２で示すように、長手方向に膨出することになる。すなわち、誘電膜２は、言わば部分的に面方向に伸張する。

このように、オフ状態からオン状態に切り替える場合は、電極対３に電圧を印加して、電極配置部分の膜厚を小さくすることにより、出力リング部材２１を誘電膜２の長手方向に移動させる。反対にオン状態からオフ状態に切り替える場合は、スイッチ９１を開くことにより、電極対３への電圧の印加を解除する。電極対３に電圧が加わらなくなると、電極配置部分の膜厚は、誘電膜２自身の弾性力により、元の膜厚に復元する。このため、出力リング部材２１も、元の位置まで復動する。

次に、本実施形態の電歪型アクチュエータの作用効果について説明する。電歪型アクチュエータ１によると、電極配置部分の膜厚が小さくなることに起因する誘電膜２の面方向への伸張と、延伸に起因する弾性復元力と、を利用して、出力リング部材２１を面方向に移動させる。このため、従来のアクチュエータ１００（前出図１１参照）や、アクチュエータ１０５（前出図１２参照）と比較して、電極対３の面積に対する変位量が大きい。また、誘電膜２は、略平板状かつ矩形膜状を呈している。このため、簡単に小型化することができる。すなわち、電歪型アクチュエータ１によると、小型であるにもかかわらず、所望の変位量を確保することができる。

また、誘電膜２が二軸延伸されているため、電圧が印加され伸張する時に、電極配置部分の膜厚が均一になりやすい。このため、一定の変位を得やすい。また、電歪型アクチュエータ１は、上述したように、誘電膜２の延伸に起因する弾性復元力を利用して、駆動力を出力している。このため、電歪型アクチュエータ１によると、その姿勢によらず、出力リング部材２１の安定した動作が可能となる。

また、電歪型アクチュエータ１によると、誘電膜２に形成された貫通孔２０の孔縁に、出力リング部材２１が固定されている。このため、貫通孔２０の孔縁を、予め加えられる延伸力や駆動時の弾性力から保護することができる。これにより、誘電膜２の破損を抑制することができる。加えて、出力リング部材２１を利用して、変位を容易に取り出すことができる。また、出力リング部材２１は、誘電膜２の重心Ｇ１を含むように配置されている。誘電膜２の重心Ｇ１付近は、他の部分と比較して移動しやすいため、より大きな変位量を得ることができる。

また、誘電膜２は、絶縁破壊強度の比較的高いアクリルゴム製である。加えて、誘電膜２は、拡径方向に延伸した状態でフレーム部材４に固定されているため、誘電膜２の絶縁破壊強度はより高くなっている。よって、誘電膜２に対して大きな電圧を印加させることができ、電歪型アクチュエータ１の変位量をより大きくすることができる。また、表面側電極３０ａ、裏面側電極３０ｂは、誘電膜２と一体となって変形する。このため、誘電膜２の変形が、表面側電極３０ａおよび裏面側電極３０ｂにより妨げられにくい。よって、所望の変位量を得やすく、駆動力の低下を抑制することができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態の電歪型アクチュエータと第一実施形態の電歪型アクチュエータとの相違点は、電極対が二つ配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図７に、本実施形態の電歪型アクチュエータの分解斜視図を示す。なお、図２と対応する部位については同じ符号で示す。図８に、同電歪型アクチュエータの長手方向断面図を示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。

図７、図８に示すように、電歪型アクチュエータ１には、二つの電極対３ａ、３ｂが配置されている。電極対３ａは、表面側電極３０ａと裏面側電極３０ｂとからなる。電極対３ｂは、表面側電極３１ａと裏面側電極３１ｂとからなる。詳しく説明すると、誘電膜２の表面２２ａには、表面側電極３０ａに加えて、もう一つの表面側電極３１ａが配置されている。表面側電極３１ａは、表面側電極３０ａと同様の材質であって、同様の形状、特性を呈している。誘電膜２の表面２２ａは、これら表面側電極３０ａ、３１ａにより、略全面が覆われている。つまり、表面側電極３０ａ、３１ａは、誘電膜２の表面２２ａを略二分割して被覆している。

同様に、誘電膜２の裏面２２ｂには、裏面側電極３０ｂに加えて、もう一つの裏面側電極３１ｂが配置されている。裏面側電極３１ｂは、裏面側電極３０ｂと同様の材質であって、同様の形状、特性を呈している。誘電膜２の裏面２２ｂは、これら裏面側電極３０ｂ、３１ｂにより、略全面が覆われている。つまり、裏面側電極３０ｂ、３１ｂは、誘電膜２の裏面２２ｂを略二分割して被覆している。

電極対３ａ、つまり表面側電極３０ａおよび裏面側電極３０ｂは、電源９０ａ、ノーマリーオープンタイプのスイッチ９１ａと共に、電気回路を構成している。同様に、電極対３ｂ、つまり表面側電極３１ａおよび裏面側電極３１ｂは、電源９０ｂ、ノーマリーオープンタイプのスイッチ９１ｂと共に、電気回路を構成している。

スイッチ９１ａ、９１ｂが共に開いている状態からスイッチ９１ａを閉成すると、表面側電極３０ａと裏面側電極３０ｂとの間に電圧が印加される。このため、出力リング部材２１は、図８中、上方に移動する。この状態からスイッチ９１ａを開くと、出力リング部材２１は、下方に復動する。

また、スイッチ９１ａ、９１ｂが共に開いている状態からスイッチ９１ｂを閉成すると、表面側電極３１ａと裏面側電極３１ｂとの間に電圧が印加される。このため、出力リング部材２１は、図８中、下方に移動する。この状態からスイッチ９１ｂを開くと、出力リング部材２１は、上方に復動する。

本実施形態の電歪型アクチュエータ１は、構成が共通する部分については、第一実施形態の電歪型アクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の電歪型アクチュエータ１によると、二つの電極対３ａ、３ｂが配置されている。このため、スイッチ９１ａ、９１ｂが共に開いている状態から、長手方向どちらにでも、出力リング部材２１を動かすことができる。したがって、スイッチ９１ａ、９１ｂを交互に開閉すると、出力リング部材２１の変位量を、第一実施形態と比較して、略二倍にすることができる。

＜第三実施形態＞
本実施形態の電歪型アクチュエータと第一実施形態の電歪型アクチュエータとの相違点は、一対の電歪型アクチュエータからなるアクチュエータユニットにより、単一の相手側部材を駆動している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図９に、本実施形態のアクチュエータユニットの斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については同じ符号で示す。図９に示すように、アクチュエータユニット６は、一対の電歪型アクチュエータ１を備えている。一対の電歪型アクチュエータ１は、互いの出力リング部材２１の孔軸同士が一直線に並ぶように、所定間隔だけ離間して配置されている。一対の出力リング部材２１間には、鋼製のロッド６０が架設されている。当該ロッド６０を介して、駆動力を取り出すことができる。

本実施形態のアクチュエータユニット６は、構成が共通する部分については、第一実施形態の電歪型アクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータユニット６のように複数の電歪型アクチュエータ１を並列に接続すると、大きな駆動力を取り出すことができる。

＜第四実施形態＞
本実施形態の電歪型アクチュエータと第二実施形態の電歪型アクチュエータとの相違点は、フレーム部材が円形枠状を呈している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図１０に、本実施形態の電歪型アクチュエータの正面図を示す。なお、図１０に示すのはオフ状態である。また、前出図８と対応する部位については同じ符号で示す。図１０に示すように、フレーム部材４は、樹脂製であって、円形枠状を呈している。誘電膜２は、アクリルゴム製であって、略平板状かつ円形膜状を呈している。誘電膜２は、二軸方向（誘電膜２の面方向）に略均等に延伸された状態で、フレーム部材４の枠内に固定されている。出力リング部材２１は、誘電膜２の略中心に形成された貫通孔の孔縁に固定されている。電歪型アクチュエータ１には、二つの電極対３ａ、３ｂが配置されている。各々の電極対３ａ、３ｂを構成する表面側電極３０ａ、３１ａは、略平板状かつ半円形膜状を呈している。誘電膜２の表面２２ａは、表面側電極３０ａ、３１ａにより、略全面が覆われている。同様に、図示しない誘電膜２の裏面も、表面側電極３０ａ、３１ａと各々同様の材質、形状の二つの裏面側電極により、略全面が覆われている。電極対３ａは、電源９０ａ、ノーマリーオープンタイプのスイッチ９１ａと共に、電気回路を構成している。同様に、電極対３ｂは、電源９０ｂ、ノーマリーオープンタイプのスイッチ９１ｂと共に、電気回路を構成している。

スイッチ９１ａ、９１ｂが共に開いている状態からスイッチ９１ａを閉成すると、電極対３ａに電圧が印加される。これにより、出力リング部材２１は、図１０中、上方に移動する。この状態からスイッチ９１ａを開くと、出力リング部材２１は、下方に復動する。また、スイッチ９１ａ、９１ｂが共に開いている状態からスイッチ９１ｂを閉成すると、電極対３ｂに電圧が印加される。このため、出力リング部材２１は、図１０中、下方に移動する。この状態からスイッチ９１ｂを開くと、出力リング部材２１は、上方に復動する。 本実施形態の電歪型アクチュエータ１は、構成が共通する部分については、第二実施形態の電歪型アクチュエータと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の電歪型アクチュエータ１によると、誘電膜２が円形枠状のフレーム部材４により固定されている。このため、誘電膜２の面全体を、均等に二軸延伸することができる。

＜その他＞
以上、本発明の電歪型アクチュエータの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、フレーム部材の形状は、特に限定されるものではない。例えば、楕円形枠状、多角形枠状等であってもよい。また、フレーム部材の材質も、特に限定されるものではない。例えば、各種樹脂製、金属製であってもよい。

また、上記実施形態では、出力リング部材（出力部）を、誘電膜の重心を含むよう配置した。しかし、出力部の位置は、誘電膜の重心を含む位置に限定されることはなく、必要に応じて、適宜決定すればよい。また、出力部の形態、数等も、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、出力部を複数配置してもよい。また、出力部を出力リング部材から構成する場合においても、出力リング部材の構成は、一対のリング本体と、はとめと、からなる上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、アクリルゴム製の誘電膜を使用した。しかし、誘電膜の材質は、表面側電極と裏面側電極との間の静電引力に応じて変形するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、誘電性、絶縁破壊強度が高い誘電体エラストマーとして、上記アクリルゴムの他、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。また、誘電膜の形状、厚さも特に限定されず、電歪型アクチュエータの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、電歪型アクチュエータの小型化、低電位駆動化、および変位量を大きくする等の観点からは、誘電膜の厚さは小さい方が望ましい。この場合、絶縁破壊強度等をも考慮して、誘電膜の厚さを、１μｍ以上５００μｍ以下とするとよい。１０μｍ以上２００μｍ以下とするとより好適である。

また、誘電膜の延伸率は、特に限定されるものではない。誘電膜の材質、電歪型アクチュエータの変位量等を考慮して、適宜決定すればよい。例えば、延伸率を１０％以上とすることが望ましい。５０％以上とするとより好適である。また、誘電膜の劣化等を考慮して、延伸率を６００％以下とすることが望ましい。３００％以下とするとより好適である。ここで、延伸率は、次式（１）により算出された値を採用する。
延伸率（％）＝｛√（Ｓ／Ｓ_０）−１｝×１００・・・（１）
［Ｓ_０：延伸前（自然状態）の誘電膜面積、Ｓ：延伸後の誘電膜面積］

上記実施形態では、電極対を構成する表面側電極および裏面側電極を、導電性カーボンをオイルに混合したペーストから形成した。しかし、表面側電極、裏面側電極の材質は、特に限定されるものではない。例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料とエラストマーとを混合したペーストを塗布して、各々の電極を形成してもよい。また、表面側電極、裏面側電極の形状も、特に限定されるものではない。誘電膜の形状、出力部の配置、駆動方向等に応じて、適宜決定すればよい。なお、表面側電極および裏面側電極の電極面積を大きくすることで、電極対当たりの変位量を大きくすることができる。また、電極対は、一回の駆動時に同じ電圧が印加される電極対の総面積が、誘電膜の表面および裏面の総面積よりも小さくなるよう配置すればよい。したがって、電極対の数は、上記実施形態に限定されるものではなく、三つ以上としてもよい。

また、上記第三実施形態では、一対の電歪型アクチュエータからなるアクチュエータユニットを構成した。このように、アクチュエータユニットを構成する場合、使用する電歪型アクチュエータの数、接続形態は、特に限定されるものではない。複数の電歪型アクチュエータを積層して使用することで、駆動力を大きくすることができる。したがって、例えば、荷重が負荷された状態においても、所望の変位量を確保しやすい。

また、上記実施形態では、電歪型アクチュエータを、オフ状態（０Ｖ）からオン状態に切り替えて作動させた。しかし、作動前の電圧値は必ずしも０Ｖである必要はない。例えば、所定の電圧値から印加電圧を大きくして作動させてもよい。

本発明の電歪型アクチュエータは、例えば、産業、医療、福祉ロボット用の人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、医療用器具等に有用であり、さらに、モータ等機械式アクチュエータおよび圧電素子アクチュエータ等のすべてのアクチュエータの代替として利用することができる。

本発明の第一実施形態の電歪型アクチュエータの斜視図である。 同電歪型アクチュエータの分解斜視図である。 同電歪型アクチュエータのオフ状態における正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 同電歪型アクチュエータのオン状態における正面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明の第二実施形態の電歪型アクチュエータの分解斜視図である。 同電歪型アクチュエータの長手方向断面図である。 本発明の第三実施形態のアクチュエータユニットの斜視図である。 本発明の第四実施形態の電歪型アクチュエータの正面図である（オフ状態）。 従来のベローズバネロール型のアクチュエータの模式図である。 従来のダイヤフラム型のアクチュエータの模式図である。

符号の説明

１：電歪型アクチュエータ
２：誘電膜 ２０：貫通孔 ２１：出力リング部材 ２１０ａ、２１０ｂ：リング本体
２１１：はとめ ２２ａ：表面 ２２ｂ：裏面
３、３ａ、３ｂ：電極対
３０ａ：表面側電極 ３０ｂ：裏面側電極 ３１ａ：表面側電極 ３１ｂ：裏面側電極
４：フレーム部材
６：アクチュエータユニット ６０：ロッド
９０、９０ａ、９０ｂ：電源 ９１、９１ａ、９１ｂ：スイッチ

Claims (7)

1. 表裏方向から印加される電圧を大きくすることにより膜厚が小さくなると共に駆動力を出力する出力部を有する略平板状の誘電膜と、
   該誘電膜の表面に配置される表面側電極と、該誘電膜の裏面に配置される裏面側電極と、からなる少なくとも一つの電極対と、
   該誘電膜の周縁に配置され、該誘電膜を延伸した状態で固定するフレーム部材と、を備え、
   少なくとも一つの該電極対に印加する電圧を大きくすることにより、該誘電膜の該膜厚を小さくし、該出力部を該誘電膜の面方向に移動させることを特徴とする電歪型アクチュエータ。
2. 前記フレーム部材は、前記誘電膜を二軸方向に延伸した状態で固定する請求項１に記載の電歪型アクチュエータ。
3. 前記出力部は、前記誘電膜の重心を含むように配置されている請求項１または請求項２に記載の電歪型アクチュエータ。
4. 前記出力部は、前記誘電膜に形成された貫通孔の孔縁に固定される出力リング部材である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電歪型アクチュエータ。
5. 前記電極対は二つ配置され、
   前記誘電膜の前記表面は、該電極対の各々の前記表面側電極により略二分割されるよう被覆され、
   該誘電膜の前記裏面は、該電極対の各々の前記裏面側電極により略二分割されるよう被覆されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電歪型アクチュエータ。
6. 前記誘電膜は、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムから選ばれる一種以上からなる請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電歪型アクチュエータ。
7. 前記電極対は、前記誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電歪型アクチュエータ。

Images