JP2008211922A - Polymer electrostatic actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高分子静電型アクチュエータに関する。 The present invention relates to a polymer electrostatic actuator.
特許文献１には、絶縁膜の両面に導電膜を形成し、この導電膜間に電圧を印加することにより電気エネルギーを運動エネルギーへ変換する高分子静電型アクチュエータが開示されている。このような高分子静電型アクチュエータでは、導電膜と絶縁膜とからなる層を複数積層することにより、取り出す運動エネルギーの増大を図っている（例えば、特許文献１の段落「００３０」参照）。 Patent Document 1 discloses a polymer electrostatic actuator that converts conductive energy into kinetic energy by forming a conductive film on both surfaces of an insulating film and applying a voltage between the conductive films. In such a polymer electrostatic actuator, a plurality of layers composed of a conductive film and an insulating film are stacked to increase the kinetic energy to be extracted (see, for example, paragraph “0030” of Patent Document 1).
しかしながら、導電膜と絶縁膜とを複数積層する場合、通電時の電位の異なる導電膜が絶縁層を挟んで交互に配置される。そのため、薄い膜状の導電膜にそれぞれ配線する必要があり、製造工数の増大を招くという問題がある。特に、積層段数が増加すると、それに応じて製造工数も増大する。
また、高分子静電型アクチュエータを駆動する場合、導電膜の間には数ｋＶ程度の大きな電圧が印加される。そのため、導電膜と絶縁膜とを複数積層する場合、絶縁膜を挟んで配置されている複数の導電膜の間では、絶縁層の周縁部を経由した放電いわゆる沿面放電を招きやすくなる。
However, when a plurality of conductive films and insulating films are stacked, conductive films having different potentials when energized are alternately arranged with the insulating layers interposed therebetween. Therefore, it is necessary to wire each thin film-like conductive film, resulting in an increase in the number of manufacturing steps. In particular, when the number of stacked layers increases, the number of manufacturing steps increases accordingly.
When driving the electrostatic polymer actuator, a large voltage of about several kV is applied between the conductive films. Therefore, in the case where a plurality of conductive films and insulating films are stacked, a discharge via a peripheral portion of the insulating layer, that is, a so-called creeping discharge is easily caused between the plurality of conductive films arranged with the insulating film interposed therebetween.
そこで、本発明の目的は、製造工数の増大を招くことなく電極の取り出しが容易であり、沿面放電が低減される高分子静電型アクチュエータを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a polymer electrostatic actuator in which the electrodes can be easily taken out without increasing the number of manufacturing steps and the creeping discharge is reduced.
（１）本発明の高分子静電型アクチュエータは、シート状の絶縁体を所定の間隔で蛇腹状に折り畳むことにより複数形成される基部と、前記基部の一方の面に設けられ、折り畳まれた前記基部の内側において互いに対向している第一電極層部と、前記基部の他方の面に前記基部を挟んで前記第一電極層部と対向して設けられ、折り畳まれた前記基部の内側において互いに対向している第二電極層部と、複数の前記基部に設けられている前記第一電極層部の間を電気的に接続する第一配線部と、複数の前記基部に設けられている前記第二電極層部の間を電気的に接続し、前記基部を挟んで前記第一配線部とは反対側の面、かつ前記基部において前記第一配線部とは反対側の端部に設けられている第二配線部と、前記基部の長さ方向の少なくとも一端に設けられ重なり合う他の基部へ折り返され、外周側の面に前記第一配線部または前記第二配線部のいずれか一方が設けられている曲端部と、を備える
これにより、折り畳まれた基部の一端から第一電極層部に対応する電極が取り出され、他端から第二電極層部に対応する電極が取り出される。第一電極層部および第二電極層部は、互いに折り畳まれた基部の内側で対向している。そのため、折り畳まれた基部の内側では、通電時の電位が等しくなる。また、基部の間で折り曲げられている曲端部は、外周側に第一電極層部に接続する第一配線部または第二電極層部に接続する第二配線部のいずれか一方のみが露出する。そのため、曲端部において、第一配線部と第二配線部との間が短絡することはない。したがって、製造工数の増大を招くことなく電極を容易に取り出すことができ、沿面放電を低減することができる。
また、第一配線部と第二配線部とは、それぞれ基部の異なる端部に設けられている。そのため、曲端部において、絶縁体を挟んで第一配線部と第二配線部とが対向しない。したがって、曲端部では第一配線部と第二配線部との間に静電引力の発生が低減され、エネルギー効率を高めることができる。
(1) The polymer electrostatic actuator of the present invention is provided with a base formed by folding a sheet-like insulator in a bellows shape at a predetermined interval, and provided on one surface of the base and folded. First electrode layer portions facing each other inside the base portion, and provided on the other surface of the base portion so as to face the first electrode layer portion with the base portion sandwiched therebetween, inside the folded base portion The second electrode layer portions facing each other, the first wiring portion electrically connecting the first electrode layer portions provided on the plurality of base portions, and the plurality of base portions. The second electrode layer portions are electrically connected, and are provided on the surface opposite to the first wiring portion across the base portion, and on the end portion of the base portion opposite to the first wiring portion. A second wiring portion that is connected, and at least the length direction of the base portion A curved end portion that is folded back to another overlapping base portion and is provided with either the first wiring portion or the second wiring portion on the outer peripheral surface. An electrode corresponding to the first electrode layer portion is taken out from one end of the base portion, and an electrode corresponding to the second electrode layer portion is taken out from the other end. The first electrode layer part and the second electrode layer part are opposed to each other inside the base part folded together. For this reason, the potentials when energized are equal inside the folded base. In addition, only one of the first wiring portion connected to the first electrode layer portion and the second wiring portion connected to the second electrode layer portion is exposed on the outer peripheral side of the bent end portion that is bent between the base portions. To do. Therefore, there is no short circuit between the first wiring portion and the second wiring portion at the curved end portion. Therefore, the electrode can be easily taken out without increasing the number of manufacturing steps, and creeping discharge can be reduced.
Further, the first wiring portion and the second wiring portion are provided at different end portions of the base portion, respectively. For this reason, the first wiring portion and the second wiring portion do not face each other at the curved end portion with the insulator interposed therebetween. Therefore, the generation of electrostatic attraction between the first wiring portion and the second wiring portion is reduced at the curved end portion, and energy efficiency can be increased.
（２）本発明の高分子静電型アクチュエータでは、前記基部は、偶数層に折り畳まれている。
これにより、折り畳まれた基部の最も外側、すなわち最表面および最裏面には、同一の電位の電極層部が面する。したがって、最表面と最裏面との間での沿面放電を低減することができる。
(2) In the polymer electrostatic actuator of the present invention, the base is folded into an even number of layers.
Thereby, the electrode layer part of the same electric potential faces the outermost side of the folded base, that is, the outermost surface and the outermost surface. Therefore, creeping discharge between the outermost surface and the outermost surface can be reduced.
（３）本発明の高分子静電型アクチュエータでは、前記第一配線部および前記第二配線部は、前記基部の前記第一配線部および前記第二配線部の軸方向への伸縮を規制する前記第一電極層部および前記第二電極層部よりも厚い厚膜層を有する。
これにより、基部は、第一配線部および第二配線部に沿った方向へ伸縮が規制される。そのため、通電時の静電引力による基部の伸縮は、第一配線部および第二配線部の軸に対し垂直な方向へ取り出される。したがって、基部の伸縮方向を規定することができ、取り出すエネルギーを増大することができる。
(3) In the polymer electrostatic actuator of the present invention, the first wiring portion and the second wiring portion regulate expansion and contraction of the base portion in the axial direction of the first wiring portion and the second wiring portion. It has a thick film layer that is thicker than the first electrode layer portion and the second electrode layer portion.
Thereby, expansion and contraction of the base is restricted in a direction along the first wiring portion and the second wiring portion. Therefore, the expansion and contraction of the base due to the electrostatic attractive force during energization is taken out in a direction perpendicular to the axes of the first wiring portion and the second wiring portion. Therefore, the expansion / contraction direction of the base can be defined, and the energy to be extracted can be increased.
（４）本発明の高分子静電型アクチュエータは、絶縁層部、前記絶縁層部の一方の端面に設けられている第一導電層部、および前記絶縁層部の他方の端面に設けられている第二導電層部を有し、幅方向の端部が厚さ方向に対し斜めに切断されている単位部と、二つの前記単位部を前記第一導電層部が内側に前記第二導電層部が外側に設けられるように積層され、板厚方向の中央部において前記第一導電層部が幅方向の一方へ突出し、板厚方向の両端部において前記第二導電層部が幅方向の他方へ突出しているアクチュエータ本体と、を備える。
単位部を幅方向の端部で厚さ方向に対し斜めに切断することにより、単位部の端面は略平行四辺形となる。そして、切断した単位部の一方の表裏を反転して二つの単位部を接続することにより、アクチュエータ本体が形成される。これにより、アクチュエータ本体は、厚さ方向の中央部で第一導電層部が突出し、厚さ方向の両端部で第二導電層部が突出している。したがって、アクチュエータ本体から第一導電層部側および第二導電層部側の電極を容易に取り出すことができる。また、アクチュエータ本体は、単位部の一方の表裏を反転して接合している。そのため、アクチュエータ本体は、通電時における厚さ方向の両端面の電位は等しくなる。したがって、アクチュエータ本体の端面の間における沿面放電を低減することができる。
(4) The polymer electrostatic actuator of the present invention is provided on the insulating layer portion, the first conductive layer portion provided on one end face of the insulating layer portion, and the other end face of the insulating layer portion. A second conductive layer portion having a widthwise end portion cut obliquely with respect to the thickness direction, and the second conductive layer portion inside the first conductive layer portion. The first conductive layer portion protrudes to one side in the width direction at the center portion in the plate thickness direction, and the second conductive layer portion extends in the width direction at both ends in the plate thickness direction. And an actuator main body protruding to the other side.
By cutting the unit portion obliquely at the end in the width direction with respect to the thickness direction, the end surface of the unit portion becomes a substantially parallelogram. And the actuator main body is formed by inverting one side of the cut unit part and connecting the two unit parts. Thereby, as for the actuator main body, the 1st conductive layer part protrudes in the center part of the thickness direction, and the 2nd conductive layer part protrudes in the both ends of the thickness direction. Therefore, the electrodes on the first conductive layer portion side and the second conductive layer portion side can be easily taken out from the actuator body. Further, the actuator body is joined by reversing one side of the unit part. Therefore, the actuator body has the same potential at both end surfaces in the thickness direction when energized. Therefore, creeping discharge between the end faces of the actuator body can be reduced.
（５）本発明の高分子静電型アクチュエータでは、前記アクチュエータ本体は、複数積層されている。
これにより、沿面放電を低減しつつ、取り出すエネルギーを増大することができる。また、第一導電層部と第二導電層部とは、互いに異なる端部側へ突出している。そのため、アクチュエータ本体を複数積層する場合でも、第一導電層部または第二導電層部と各電極とを容易に接続することができる。
(5) In the polymer electrostatic actuator of the present invention, a plurality of the actuator bodies are stacked.
Thereby, the energy to be taken out can be increased while reducing the creeping discharge. Further, the first conductive layer portion and the second conductive layer portion protrude toward different end portions. Therefore, even when a plurality of actuator bodies are stacked, the first conductive layer portion or the second conductive layer portion and each electrode can be easily connected.
以下、本発明による高分子静電型アクチュエータの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の高分子静電型アクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」という。）の側面視の模式図を図１に示す。なお、図１をはじめとする各図は、アクチュエータを模式的に示したものであり、実際の寸法および形状とは異なる。
Hereinafter, a plurality of embodiments of a polymer electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic side view of a polymer electrostatic actuator of the present invention (hereinafter simply referred to as “actuator”). Each drawing including FIG. 1 schematically shows the actuator, and is different from the actual size and shape.
アクチュエータ１０は、図１から図３に示すように絶縁層部１１、第一電極層部２１、第二電極層部２２、第一配線部３１および第二配線部３２を備えている。絶縁層部１１は、帯状に形成されており、複数の基部１２を形成している。絶縁層部１１は、例えばシリコンエラストマーやポリウレタンなどの誘電率の高い材料で形成されている。絶縁層部１１は、所定の間隔で折り畳まれており、基部１２および曲端部１３を有している。すなわち、絶縁層部１１は、概ね平行に積層されている複数の基部１２を有している。そして、絶縁層部１１が形成する各基部１２は、同じく絶縁層部１１が形成する曲端部１３によって接続されている。なお、図１では、一例として曲端部１３が湾曲する形状となる例を示しているが、曲端部１３は鋭角状に折り曲げられていてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
図４（Ｂ）は、図１に示した折り畳まれたアクチュエータ１０を、展開した状態を示す。図１および図４（Ｂ）からもわかるように、第一電極層部２１は、基部１２の一方の面に設けられている。折り畳まれたアクチュエータ１０を展開したとき、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように第一電極層部２１は基部１２および曲端部１３を形成する絶縁層部１１の上面側に設けられている。また、第二電極層部２２は、基部１２の他方の面に設けられている。折り畳まれているアクチュエータ１０を展開したとき、図４（Ｃ）に示すように第二電極層部２２は基部１２および曲端部１３を形成する絶縁層部１１の下面に設けられている。
FIG. 4B shows a state where the folded
第一電極層部２１および第二電極層部２２は、例えばシリコンエラストマーにカーボン粒子などの導電体を分散させた樹脂で形成されている。これにより、第一電極層部２１および第二電極層部２２は、導電性を有する薄膜として形成される。第一電極層部２１および第二電極層部２２は、いずれも概ね均一な膜厚で形成されている。絶縁層部１１は、数μｍから数十μｍ程度の厚さに形成されている。また、第一電極層部２１および第二電極層部２２は、絶縁層部１１と同様に数μｍから数十μｍ程度の厚さに形成されている。
The first
第二電極層部２２は、絶縁層部１１が形成する基部１２を挟んで第一電極層部２１とは反対側の面に設けられている。また、第一電極層部２１と第二電極層部２２とは、絶縁層部１１が形成する基部１２を挟んでほぼ同一の位置に設けられている。これにより、絶縁層部１１が形成する基部１２は、第一電極層部２１と第二電極層部２２との間に挟み込まれている。
The second
図４に示すように上面側に第一電極層部２１および下面側に第二電極層部２２が形成された絶縁層部１１は、図１から図３に示すように折り畳まれる。具体的には、図４（Ｂ）に示すように隣り合う第一電極層部２１および第二電極層部２２の間で交互に山折りまたは谷折りをすることにより、絶縁層部１１は蛇腹状に折り畳まれる。そのため、アクチュエータ１０には、概ね平行に積層される基部１２と、重なり合う基部１２間を接続する曲端部１３とが形成される。絶縁層部１１を折り畳んだとき、第一電極層部２１の一部は折り畳まれた基部１２の内側において対向する。また、同様に第二電極層部２２も、折り畳まれた基部１２の内側において対向する。その結果、絶縁層部１１を折り畳んだとき、折り畳まれた基部１２の内側では第一電極層部２１同士または第二電極層部２２同士が対向する。
As shown in FIG. 4, the insulating
例えば図１に示すように絶縁層部１１を六層の基部１２に折り畳むとき、最も上方に位置する基部１２の外側には、第一電極層部２１が設けられる。一方、この基部１２の内側には、第二電極層部２２が設けられる。また、上から二層目に位置する基部１２の上面側には第二電極層部２２が設けられ、この基部１２の下面部には第一電極層部２１が設けられる。このように、第一電極層部２１および第二電極層部２２の間を交互に山折りまたは谷折りに折り畳むことにより、基部１２の内側では第一電極層部２１同士または第二電極層部２２同士が対向する。
For example, as shown in FIG. 1, when the insulating
また、絶縁層部１１を六層の基部１２に折り畳むとき、最も上方に位置する基部１２の外側には、上述のように第一電極層部２１が設けられる。一方、最も下方に位置する基部１２の外側にも、第一電極層部２１が設けられる。すなわち、偶数層に折り畳まれたアクチュエータ１０は、最も上方に位置する基部１２の外側と最も下方に位置する基部１２の外側に第一電極層部２１が設けられる。これにより、アクチュエータ１０は、最も上方に位置する基部１２の外側の電位と最も下方に位置する基部１２の外側の電位とが同一になる。すなわち、基部１２の外側に露出する最上部の電極層部と最下部の電極層部とは、通電時の電位が同一となる。この場合、絶縁層部１１を六層の基部１２に折り畳む場合に限らず、偶数層の基部１２に折り畳むことにより、最も上方に位置する基部１２の外側の電位と最も下方に位置する基部１２の外側の電位とを同一にすることができる。
When the insulating
第一配線部３１は、図４に示すようにアクチュエータ１０を展開したとき、絶縁層部１１の軸方向すなわち長手方向に伸びて形成されている。第一配線部３１は、第一電極層部２１とともに絶縁層部１１の一方の面に設けられている。第１実施形態の場合、第一配線部３１は第一電極層部２１と一体に形成されている。すなわち、第一配線部３１は、第一電極層部２１と同一の材料で同一の厚さに形成されている。また、第二配線部３２は、第二電極層部２２とともに絶縁層部１１の他方の面に設けられている。第一実施形態の場合、第二配線部３２は第二電極層部２２と一体に絶縁層部１１の長手方向に伸びて形成されている。すなわち、第二配線部３２は、第二電極層部２２と同一の材料で同一の厚さに形成されている。
As shown in FIG. 4, the
第一配線部３１は、複数の第一電極層部２１とそれぞれ電気的に接続している。これにより、第一配線部３１と各第一電極層部２１とは、同一の電位となる。また、第二配線部３２は、複数の第二電極層部２２とそれぞれ電気的に接続している。これにより、第二配線部３２と各第二電極層部２２とは、同一の電位となる。第一配線部３１および第二配線部３２は、いずれも図１および図４に示すように絶縁層部１１の長手方向の端部に引き出されている。そのため、第一配線部３１および第二配線部３２は、図１に示すようにそれぞれアクチュエータ１０の外部の電源１４に容易に接続される。アクチュエータ１０は、電源１４から駆動のための電力が供給される。
The
第一配線部３１と第二配線部３２とは、図４に示すように基部１２を形成する絶縁層部１１の軸に垂直な方向においてそれぞれ異なる端部側に設けられている。すなわち、帯状の絶縁層部１１の短手方向において、一方の端部に第一配線部３１が設けられ、他方の端部に第二配線部３２が設けられている。これにより、図１に示すように絶縁層部１１を折り畳んだとき、図２または図３に示すように曲端部１３には第一配線部３１または第二配線部３２のいずれか一方のみが外側へ露出する。また、第一配線部３１と第二配線部３２とを絶縁層部１１のそれぞれ異なる端部側に設けることにより、第一配線部３１と第二配線部３２との間に基部１２および曲端部１３を形成する絶縁層部１１は挟み込まれない。その結果、第一電極層部２１および第一配線部３１と、第二電極層部２２および第二配線部３２との間に電圧を印加しても、曲端部１３において絶縁層部１１に静電引力が発生せず、曲端部１３の変形は生じない。
As shown in FIG. 4, the
上述の第１実施形態によるアクチュエータ１０では、第一電極層部２１および第一配線部３１と、第二電極層部２２および第二配線部３２との間に、数百Ｖから数ｋＶ程度の電圧が電源１４から印加される。第一電極層部２１と第二電極層部２２とは絶縁層部１１からなる基部１２を挟んで対向している。そのため、第一電極層部２１と第二電極層部２２との間に電圧を印加すると、絶縁層部１１が形成する基部１２に加わる静電引力が変化する。その結果、電圧の印加を断続することにより、基部１２の第一電極層部２１と第二電極層部２２との間に挟まれている部分は伸縮する。この基部１２の伸縮を変位として取り出すことにより、電気エネルギーを運動エネルギーに変換して取り出すことができる。
In the
第１実施形態では、絶縁層部１１が形成する基部１２の各端面に第一電極層部２１または第二電極層部２２を設けている。そして、第一電極層部２１および第二電極層部２２が設けられた基部１２が積層されるように、絶縁層部１１は曲端部１３において折り畳まれている。これにより、第一電極層部２１、第二電極層部２２、およびこれらに挟まれた絶縁体で形成される基部１２から一層のアクチュエータが形成されるとともに、絶縁層部１１を折り畳むことにより第一電極層部２１、第二電極層部２２および基部１２で形成されたアクチュエータが複数積層された状態となる。したがって、外部に取り出すエネルギーを増大することができる。
In 1st Embodiment, the 1st
また、第１実施形態では、第一電極層部２１および第二電極層部２２を設けた絶縁層部１１を折り曲げて積層している。そのため、図１に示すように第一電極層部２１に接続する第一配線部３１、および第二電極層部２２に接続する第二配線部３２は、いずれも絶縁層部１１の軸方向の端部に露出している。その結果、複数の絶縁層部および電極層部を積層する場合でも、第一電極層部２１または第二電極層部２２に接続する第一配線部３１または第二配線部３２は容易に外部の配線に接続される。したがって、配線を容易にすることができるとともに、工数の増加を招くことなく、容易に多層化することができる。
In the first embodiment, the insulating
さらに、第１実施形態では、重なり合う基部１２間を接続する曲端部１３において、第一配線部３１と第二配線部３２とは対向していない。そのため、第一電極層部２１および第一配線部３１と第二電極層部２２および第二配線部３２との間に電圧を印加しても、曲端部１３においては絶縁層部１１が変形しない。その結果、印加される電気的なエネルギーは、基部１２の変形にともなって運動エネルギーに変換される。したがって、エネルギーの変換効率を高めることができる。
Furthermore, in 1st Embodiment, the
（第２、第３実施形態）
本発明の第２、第３実施形態によるアクチュエータの展開図をそれぞれ図５または図６に示す。
第２実施形態の場合、図５に示すように第一配線部４１は薄膜配線部４１１および厚膜配線部４１２を有している。薄膜配線部４１１は、第１実施形態と同様に絶縁層部１１の軸方向すなわち展開時の長手方向へ伸びて複数の第一電極層部２１の間を電気的に接続している。一方、厚膜配線部４１２は、薄膜配線部４１１と平行に設けられている。厚膜配線部４１２は、絶縁層部１１に設けられ、例えば銅などの導電性の金属などによって形成されている。厚膜配線部４１２は、薄膜配線部４１１と比較して厚い数百μｍ程度の厚さに形成されている。
(Second and third embodiments)
FIG. 5 and FIG. 6 show development views of the actuators according to the second and third embodiments of the present invention, respectively.
In the case of the second embodiment, the
また、第二配線部４２は、第一配線部４１と同様に薄膜配線部４２１および厚膜配線部４２２を有している。薄膜配線部４２１は、絶縁層部１１の軸方向へ伸びて複数の第二電極層部２２の間を電気的に接続している。一方、厚膜配線部４２２は、薄膜配線部４１１と平行に設けられている。厚膜配線部４２２は、絶縁層部１１に設けられ、例えば銅などの導電性の金属などによって形成されている。厚膜配線部４２２は、薄膜配線部４１１と比較して厚い数百μｍ程度の厚さに形成されている。
Further, the
厚膜配線部４１２および厚膜配線部４２２は、薄膜配線部４１１および薄膜配線部４２１とは別に形成可能である。そのため、絶縁層部１１に第一電極層部２１、薄膜配線部４１１、第二電極層部２２および薄膜配線部４２１を形成した後、厚膜配線部４１２および厚膜配線部４２２を形成することができる。また、厚膜配線部４１２および厚膜配線部４２２は、例えば銅などの第一電極層部２１および第二電極層部２２に比較して抵抗の小さな材料で形成することが望ましい。
The thick
厚膜配線部４１２および厚膜配線部４２２は、数百μｍ程度の厚さに形成されているため、軸方向への寸法の変化が生じにくい。すなわち、厚膜配線部４１２および厚膜配線部４２２は、軸方向へ伸びにくい。そのため、絶縁層部１１に厚膜配線部４１２および厚膜配線部４２２を設けることにより、第一電極層部２１と第二電極層部２２との間に電圧を印加したとき、厚膜配線部４１２および厚膜配線部４２２は絶縁層部１１の軸方向への基部１２の伸びを規制する。これにより、基部１２は、絶縁層部１１の軸方向への伸びが規制され、電圧を印加した際の変位は主として軸に垂直な方向すなわち展開した絶縁層部１１の短手方向へ取り出される。
したがって、第２実施形態では、基部１２の変形を一方向へ取り出すことができ、エネルギーの変換効率を高めることができる。
Since the thick
Therefore, in 2nd Embodiment, the deformation | transformation of the base 12 can be taken out to one direction, and the conversion efficiency of energy can be improved.
第３実施形態の場合、図６（Ａ）から図６（Ｃ）に示すように第一配線部５１は、厚膜の導電層で形成されている。第一配線部５１は、第一電極層部２１よりも厚く形成され、各第一電極層部２１と電気的に接続している。また、第二配線部５２は、厚膜の導電層で形成されている。第二配線部５２は、第一電極層部２１よりも厚く形成され、各第二電極層部２２と電気的に接続している。
In the case of the third embodiment, as shown in FIGS. 6A to 6C, the
第一配線部５１および第二配線部５２は、第一電極層部２１および第二電極層部２２とは別に形成可能である。そのため、絶縁層部１１に第一電極層部２１および第二電極層部２２を形成した後、第一配線部５１および第二配線部５２を形成することができる。また、第一配線部５１および第二配線部５２は、例えば銅などの第一電極層部２１および第二電極層部２２に比較して抵抗の小さな材料で形成することが望ましい。
The
第一配線部５１および第二配線部５２は、数百μｍ程度の厚さに形成されているため、軸方向への寸法の変化が生じにくい。すなわち、第一配線部５１および第二配線部５２は、軸方向へ伸びにくい。そのため、絶縁層部１１に第一配線部５１および第二配線部５２を設けることにより、第一電極層部２１と第二電極層部２２との間に電圧を印加したとき、第一配線部５１および第二配線部５２は絶縁層部１１の軸方向への基部１２の伸びを規制する。これにより、基部１２は、絶縁層部１１の軸方向への伸びが規制され、電圧を印加した際の変位は主として軸に垂直な方向すなわち展開された絶縁層部１１の短手方向へ取り出される。
したがって、第３実施形態では、基部１２の変形を一方向へ取り出すことができ、エネルギーの変換効率を高めることができる。
Since the
Therefore, in 3rd Embodiment, the deformation | transformation of the base 12 can be taken out to one direction, and the conversion efficiency of energy can be improved.
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるアクチュエータの展開図を図７に示す。
第４実施形態の場合、図７に示すように第一電極層部２１および第二電極層部２２は、平面視が略円形状に形成されている。これにより、第一電極層部２１、第二電極層部２２、第一配線部３１および第二配線部３２が形成された絶縁層部１１を折り畳んだとき、図８に示すようにダイアフラム形状のアクチュエータ１０が形成される。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a development view of the actuator according to the fourth embodiment of the present invention.
In the case of the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, the first
ダイアフラム形状のアクチュエータ１０は、図９に示すようにケーシング１５に取り付けられる。ケーシング１５は、中央部に円形状の開口１６を有している。また、積層された第一電極層部２１、第二電極層部２２および絶縁層部１１の中心部は、図９（Ｂ）に示すように例えばスプリングなどの弾性部材１７によって支持される。これにより、積層された第一電極層部２１、第二電極層部２２および絶縁層部１１から構成されるアクチュエータ１０は、第一電極層部２１および第二電極層部２２に電圧が加えられたとき、弾性部材１７の力が開放される方向へ変形する。
第４実施形態では、第一電極層部２１および第二電極層部２２を円形状に形成することにより、ダイアフラム形状のアクチュエータ１０を形成することができる。
The diaphragm-shaped
In the fourth embodiment, the diaphragm-shaped
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるアクチュエータを図１０に示す。なお、図１０をはじめ第５実施形態で参照する図面では、アクチュエータの厚さ方向を拡大して示している。
第５実施形態によるアクチュエータ６０は、アクチュエータ本体６１を備えている。アクチュエータ本体６１は、二つの単位部６２を接合して形成されている。各単位部６２は、いずれも絶縁層部７０、第一導電層部７１および第二導電層部７２を有している。絶縁層部７０の一方の面に第一導電層部７１が形成され、絶縁層部７０の他方の面に第二導電層部７２が形成されている。絶縁層部７０は、例えばシリコンエラストマーやポリウレタンなどの絶縁性の材料で形成されている。第一導電層部７１および第二導電層部７２は、例えばシリコンエラストマーなどにカーボン粒子などの導電体を分散させた樹脂などで形成されている。
(Fifth embodiment)
An actuator according to a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. In addition, in the drawings referred to in the fifth embodiment including FIG. 10, the thickness direction of the actuator is shown enlarged.
The
単位部６２は、幅方向の端部が厚さ方向に対し斜めに切断されている。そのため、単位部６２は、側面が略平行四辺形に形成される。二つの単位部６２は、一方を表裏逆転した状態で接合されている。単位部６２間は、例えば導電性の接着剤などで接合されている。このように一方の単位部６２の表裏を逆転させることにより、アクチュエータ本体６１は、厚さ方向の各端部に第一導電層部７１が設けられ、厚さ方向の中央部に第二導電層部７２が設けられる。このとき、各単位部６２の第二導電層部７２は、厚さ方向の中心部で接合されている。
The
また、二つの単位部６２の一方を表裏逆転して接合することにより、厚さ方向の各端部に設けられる第一導電層部７１は幅方向の一方すなわち図１０の左方へ突出し、厚さ方向の中央部に設けられる第二導電層部７２は幅方向の他方すなわち図１０の右方へ突出する。これにより、図１０の左方に突出している第一導電層部７１は電極６３に接続され、図１０の右方に突出している第二導電層部７２は電極６４に接続される。電極６３および電極６４は、アクチュエータ６０外部の電源６５に接続される。この場合、電極６３は、突出する第一導電層部７１にのみ接し、第二導電層部７２に接することはない。また、電極６４は、突出する第二導電層部７２にのみ接し、第一導電層部７１に接することはない。このように、第５実施形態では、アクチュエータ本体６１への電極６３、６４の接続を容易にすることができる。
Also, by joining one of the two
上述の第５実施形態によるアクチュエータ６０では、第一導電層部７１と第二導電層部７２との間に、電源６５から数百Ｖから数ｋＶ程度の電圧が印加される。第一導電層部７１と第二導電層部７２とは絶縁層部７０を挟んで対向している。そのため、第一導電層部７１と第二導電層部７２との間に電圧を印加すると、絶縁層部７０に加わる静電引力が変化する。その結果、電圧の印加を断続することにより、第一導電層部７１と第二導電層部７２との間に挟まれている絶縁層部７０は伸縮する。この絶縁層部７０の伸縮を変位として取り出すことにより、電気エネルギーを運動エネルギーに変換して取り出すことができる。
In the
次に、第５実施形態によるアクチュエータ６０の製造方法について説明する。
第５実施形態によるアクチュエータ６０は、図１１に示すようにシート状に形成された母材８０から形成される。母材８０は、絶縁層部９０、第一導電層部９１および第二導電層部９２を有している。絶縁層部９０はアクチュエータ本体６１の絶縁層部７０に対応し、第一導電層部９１はアクチュエータ本体６１の第一導電層部７１に対応し、第二導電層部９２はアクチュエータ本体６１の第二導電層部７２に対応する。第一導電層部９１は、絶縁層部９０の一方の面に設けられている。また、第二導電層部９２は、絶縁層部９０を挟んで第一導電層部９１とは反対側の面に設けられている。
Next, a method for manufacturing the
The
絶縁層部９０、第一導電層部９１および第二導電層部９２が積層された母材８０は、図１１（Ａ）に示すように切断線ｃｕｔにおいて厚さ方向に対し斜めに切断される。これにより、図１１（Ｂ）に示すように母材８０から単位部８１および単位部８２が切り出される。厚さ方向に対し斜めに切断することにより、切り出された単位部８１および単位部８２は、幅方向の両端部が傾斜面状となる。そのため、単位部８１および単位部８２の側面は略平行四辺形状となる。
The
切り出された単位部８１および単位部８２のうち、一方の単位部８２は表裏が反転される。すなわち、単位部８２は、第二導電層部９２が上側となるように反転される。単位部８１と、反転された単位部８２とは、図１１（Ｃ）に示すように互いに第二導電層部９２同士が接するように接合される。このとき、単位部８１と単位部８２とは、例えば導電性の接着剤などによって接合される。単位部８１と単位部８２とを接合することにより、アクチュエータ本体６１が形成される。
Of the
上記のように単位部８１と単位部８２とを接合することにより、単位部８１および単位部８２は厚さ方向の中央部で第一導電層部９１が幅方向の一方の端部へ突出する。すなわち、第一導電層部９１は図１１（Ｃ）の左方へ突出する。一方、単位部８１および単位部８２は、厚さ方向の両端部で第二導電層部９２が幅方向の他方の端部へ突出する。すなわち、第二導電層部９２は図１１（Ｃ）の右方へ突出する。これにより、図１０に示すように、第一導電層部７１となる第一導電層部９１には電極６３が接続され、第二導電層部７２となる第二導電層部９２には電極６４が接続される。電極６３は、突出する第一導電層部７１にのみ接し、第一導電層部７１に対し窪んでいる第二導電層部７２には接しない。同様に、電極６４は、突出する第二導電層部７２にのみ接し、第二導電層部７２に対し窪んでいる第一導電層部７１には接しない。
By joining the
母材８０はシート状であるため、単位部８１と単位部８２とを接合して形成したアクチュエータ本体６１は、図１２に示すように帯状に形成される。図１３に示すように帯状に形成されたアクチュエータ本体６１を複数重ねることにより、絶縁層部７０と第一導電層部７１および第二導電層部７２とが積層されたアクチュエータ６０を構成することができる。この場合でも、幅方向の一端に電極６３を配置し、幅方向の他端に電極６４を配置することにより、第一導電層部７１および第二導電層部７２へそれぞれ電極６３または電極６４を容易に接続することができる。また、帯状に形成されたアクチュエータ本体６１は、図１４に示すように円環状に形成したり、渦巻き状に巻き取ってもよい。
Since the
第５実施形態では、シート状の母材８０を厚さ方向に対し斜めに切断して単位部８１、８２を形成し、一方の単位部８２を表裏反転させて単位部８１と接合することにより、二つの単位部６２からなるアクチュエータ本体６１を形成している。これにより、形成されたアクチュエータ本体６１は、第一導電層部７１と第二導電層部７２とが幅方向において互いに異なる方向へ突出する。そのため、アクチュエータ本体６１を複数積層する場合でも、第一導電層部７１および第二導電層部７２への電極６３、６４の接続は容易である。したがって、アクチュエータ本体６１の製造および電極６３、６４の接続に必要な製造工数を低減することができる。
In the fifth embodiment, the sheet-
また、第５実施形態では、二つの単位部６２のうちの一方を反転させて接合するため、アクチュエータ本体６１は最上面と最下面とがいずれも同一の電位の第一導電層部７１となる。そのため、アクチュエータ本体６１に高電圧を印加する場合でも、最上面の第一導電層部７１と最下面の第一導電層部７１との間で放電が生じることはない。したがって、沿面放電を低減することができ、エネルギーの変換効率を高めることができる。
In the fifth embodiment, since one of the two
１０：アクチュエータ（高分子静電型アクチュエータ）、１１：絶縁層部、１２：基部、１３：曲端部、２１：第一電極層部、２２：第二電極層部、３１、４１：第一配線部、３２、４２：第二配線部、５１：第一配線部（厚膜層）、５２：第二配線部（厚膜層）、６０：アクチュエータ（高分子静電型アクチュエータ）、６１：アクチュエータ本体、６２、８１、８２：単位部、７０、９０：絶縁層部、７１、９１：第一導電層部、７２、９２：第二導電層部、４１２：厚膜配線部（厚膜層）、４２２：厚膜配線部（厚膜層） 10: Actuator (electrostatic polymer actuator), 11: insulating layer, 12: base, 13: curved end, 21: first electrode layer, 22: second electrode layer, 31, 41: first Wiring part, 32, 42: Second wiring part, 51: First wiring part (thick film layer), 52: Second wiring part (thick film layer), 60: Actuator (polymer electrostatic actuator), 61: Actuator body, 62, 81, 82: unit part, 70, 90: insulating layer part, 71, 91: first conductive layer part, 72, 92: second conductive layer part, 412: thick film wiring part (thick film layer) 422: Thick film wiring part (thick film layer)
Claims (5)
前記基部の一方の面に設けられ、折り畳まれた前記基部の内側において互いに対向している第一電極層部と、
前記基部の他方の面に前記基部を挟んで前記第一電極層部と対向して設けられ、折り畳まれた前記基部の内側において互いに対向している第二電極層部と、
複数の前記基部に設けられている前記第一電極層部の間を電気的に接続する第一配線部と、
複数の前記基部に設けられている前記第二電極層部の間を電気的に接続し、前記基部を挟んで前記第一配線部とは反対側の面、かつ前記基部において前記第一配線部とは反対側の端部に設けられている第二配線部と、
前記基部の長さ方向の少なくとも一端に設けられ重なり合う他の基部へ折り返され、外周側の面に前記第一配線部または前記第二配線部のいずれか一方が設けられている曲端部と、
を備える高分子静電型アクチュエータ。 A plurality of base portions formed by folding a sheet-like insulator into a bellows shape at a predetermined interval;
A first electrode layer portion provided on one surface of the base portion and facing each other inside the folded base portion;
A second electrode layer portion provided on the other surface of the base portion so as to face the first electrode layer portion with the base portion sandwiched therebetween, and facing each other inside the folded base portion;
A first wiring portion that electrically connects the first electrode layer portions provided on the plurality of base portions;
The second electrode layer portions provided on the plurality of base portions are electrically connected to each other, the surface opposite to the first wiring portion across the base portion, and the first wiring portion in the base portion A second wiring portion provided at the end opposite to the side,
A bent end portion which is provided at at least one end in the length direction of the base portion and is folded back to another overlapping base portion, and either the first wiring portion or the second wiring portion is provided on the outer peripheral side surface;
A polymer electrostatic actuator comprising:
二つの前記単位部を前記第一導電層部が内側に前記第二導電層部が外側に設けられるように積層され、板厚方向の中央部において前記第一導電層部が幅方向の一方へ突出し、板厚方向の両端部において前記第二導電層部が幅方向の他方へ突出しているアクチュエータ本体と、
を備える高分子静電型アクチュエータ。 An insulating layer portion, a first conductive layer portion provided on one end face of the insulating layer portion, and a second conductive layer portion provided on the other end face of the insulating layer portion, and having an end in the width direction A unit part that is cut obliquely with respect to the thickness direction;
Two unit parts are laminated such that the first conductive layer part is provided on the inner side and the second conductive layer part is provided on the outer side, and the first conductive layer part is moved to one side in the width direction at the central part in the plate thickness direction. An actuator body that protrudes and the second conductive layer portion protrudes to the other in the width direction at both ends in the plate thickness direction;
A polymer electrostatic actuator comprising:
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