JP2009032773A - Fibrous polymeric actuator and method of manufacturing the same, and polymeric actuator comprising aggregate of many fibrous polymeric actuators - Google Patents
Fibrous polymeric actuator and method of manufacturing the same, and polymeric actuator comprising aggregate of many fibrous polymeric actuators Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009032773A JP2009032773A JP2007193024A JP2007193024A JP2009032773A JP 2009032773 A JP2009032773 A JP 2009032773A JP 2007193024 A JP2007193024 A JP 2007193024A JP 2007193024 A JP2007193024 A JP 2007193024A JP 2009032773 A JP2009032773 A JP 2009032773A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- polymer actuator
- fibrous
- fibrous polymer
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、一対の電極間に高電圧を印加することによりその軸方向に伸張する繊維状高分子アクチュエータおよびその製造方法、ならびに、これらの多数の繊維状高分子アクチュエータの集合体からなる高分子アクチュエータに関する。 The present invention relates to a fibrous polymer actuator that extends in the axial direction by applying a high voltage between a pair of electrodes, a method for producing the same, and a polymer comprising an assembly of these many fibrous polymer actuators. It relates to an actuator.
近年、絶縁性高分子膜の両面に導電膜からなる一対の電極を形成し、これらの電極間に高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に変換することができる高分子アクチュエータが、例えば、特許文献1(特表2003−506858号公報)にて開示されるようになった。この特許文献1にて開示された高分子アクチュエータは、図5に示すように動作するようになされている。なお、図5は特許文献1にて開示された高分子アクチュエータを模式的に示す斜視図であり、図5(a)は高電圧が印加される前の状態を示す図であり、図5(b)は高電圧が印加された状態を示す図である。 In recent years, a polymer actuator capable of converting electrical energy into kinetic energy by forming a pair of electrodes made of a conductive film on both surfaces of an insulating polymer film and applying a high voltage between these electrodes, For example, it came to be disclosed by patent document 1 (Japanese translations of PCT publication No. 2003-506858). The polymer actuator disclosed in Patent Document 1 operates as shown in FIG. 5 is a perspective view schematically showing the polymer actuator disclosed in Patent Document 1. FIG. 5 (a) is a view showing a state before a high voltage is applied, and FIG. b) is a diagram showing a state in which a high voltage is applied.
即ち、図5(a)に示すように、絶縁膜となる高分子膜51の両面に導電膜からなる一対の電極52,53を配置することにより高分子アクチュエータ50が構成される。そして、これらの両電極52,53間に高電圧を印加することにより、両電極52,53間にクーロン力による吸引力が作用する。これにより、図5(b)に示すように、一対の電極52,53間に配置された絶縁膜となる高分子膜51は厚み方向(z方向)に押圧されて、長さ方向(x方向)および幅方向(y方向)に伸張することとなる。
ところが、上述した特許文献1において提案された高分子アクチュエータにおいては、平板状の電極同士を対向させてこれらの一対の電極間に高電圧を印加するようにしている。そして、高電圧印加によるクーロン力により、両電極間に吸引力が作用し、この吸引力に起因して厚み方向(電極間方向)に変位(収縮)が生じることとなる。この結果、厚み方向の変位(収縮)により、この高分子アクチュエータの厚み方向以外の二次元方向(長さ方向および幅方向)に分散して高分子アクチュエータは変位(伸張)することとなる。 However, in the polymer actuator proposed in Patent Document 1 described above, flat electrodes are opposed to each other and a high voltage is applied between the pair of electrodes. Then, due to the Coulomb force due to the high voltage application, an attractive force acts between both electrodes, and displacement (shrinkage) occurs in the thickness direction (inter-electrode direction) due to this attractive force. As a result, the displacement (shrinkage) in the thickness direction causes the polymer actuator to disperse (extend) in a two-dimensional direction (length direction and width direction) other than the thickness direction of the polymer actuator.
このように、上述した特許文献1において提案された高分子アクチュエータにおいては、変位(伸張)を取り出したい一次元方向(長さ方向あるいは幅方向)に対してはその変位量(伸張量)が少なくなる。このため、印加電圧に対して効率良く、この高分子アクチュエータを所定の一次元方向に変位(伸張)させることができないという問題を生じた。また、一対の電極間に数百kV/cmというような高電圧を印加する必要があるため、高電圧側となる電極面に対する安全性に関して問題があった。 As described above, in the polymer actuator proposed in Patent Document 1 described above, the displacement amount (extension amount) is small in the one-dimensional direction (length direction or width direction) from which the displacement (extension) is to be extracted. Become. For this reason, there arises a problem that the polymer actuator cannot be displaced (stretched) in a predetermined one-dimensional direction efficiently with respect to the applied voltage. In addition, since it is necessary to apply a high voltage of several hundred kV / cm between the pair of electrodes, there is a problem with respect to safety with respect to the electrode surface on the high voltage side.
そこで、本発明は上述したような問題点を解消するためになされものであって、変位(伸張)の方向が一次元的となるようにして、印加電圧に対して効率良く所定の一次元方向に変位(伸張)させることができるとともに、安全性にも優れた高分子アクチュエータを提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and the direction of displacement (extension) is one-dimensional so that a predetermined one-dimensional direction can be efficiently applied to the applied voltage. It is an object of the present invention to provide a polymer actuator that can be displaced (stretched) at a time and is excellent in safety.
本発明は一対の電極間に高電圧を印加することによりその軸方向に伸張する繊維状高分子アクチュエータであって、上記目的を達成するため、一対の電極は当該繊維状高分子の中心部に配置された柱状の第1電極と該第1電極の外周部に同軸的に配置された筒状の第2電極とからなるとともに、第1電極と第2電極との間に弾性を有する絶縁体がこれらの両電極に密着して配置されており、かつ、中心部に配置された第1電極に高電圧が印加されるようになされていることを特徴とする。 The present invention is a fibrous polymer actuator that extends in the axial direction by applying a high voltage between a pair of electrodes, and in order to achieve the above object, the pair of electrodes is disposed at the center of the fibrous polymer. An insulator having a columnar first electrode and a cylindrical second electrode disposed coaxially on the outer periphery of the first electrode and having elasticity between the first electrode and the second electrode Is arranged in close contact with these two electrodes, and a high voltage is applied to the first electrode arranged at the center.
このように構成される繊維状高分子アクチュエータの第1電極と第2電極との間に高電圧(例えば、50〜300V/μm)を印加すると、第1電極と第2電極との間に静電引力が作用して直径方向に収縮することとなる。そして、直径方向に収縮すると、収縮した分だけ軸方向(長さ方向)に伸張することとなって、アクチュエータとして機能する。この場合、高電圧は中心電極となる第1電極に印加されるため、高電圧部は絶縁体と第2電極とで覆われていて、繊維状高分子アクチュエータの表面に露出することはない。これにより、安全対策を簡単、容易にとることが可能となる。ここで、第1電極の外周面と第2電極の内周面との間が等距離となるように絶縁体の厚みが等しくなるように形成されていると、この種の繊維状高分子アクチュエータのどの位置でも電界強度が等しくなる。これにより、特定の部位での電界強度の歪みの発生を防止できるようになる。 When a high voltage (for example, 50 to 300 V / μm) is applied between the first electrode and the second electrode of the fibrous polymer actuator configured as described above, static electricity is generated between the first electrode and the second electrode. The electric attractive force acts and contracts in the diameter direction. When contracted in the diameter direction, the contracted portion expands in the axial direction (length direction) and functions as an actuator. In this case, since the high voltage is applied to the first electrode serving as the center electrode, the high voltage portion is covered with the insulator and the second electrode and is not exposed to the surface of the fibrous polymer actuator. As a result, safety measures can be taken easily and easily. Here, when the insulators are formed to have the same thickness so that the distance between the outer peripheral surface of the first electrode and the inner peripheral surface of the second electrode is equal, this type of fibrous polymer actuator is used. The electric field strength is equal at any position. Thereby, it becomes possible to prevent the occurrence of distortion of the electric field strength at a specific portion.
この場合、第1電極は円柱状で、この第1電極の外周部に同軸的に配置された第2電極は円筒状であるのが望ましい。また、第1電極は楕円柱状で、この第1電極の外周部に同軸的に配置された第2電極は楕円筒状であるのが望ましい。また、第1電極は多角柱状で、この第1電極の外周部に同軸的に配置された第2電極は多角筒状であるのが望ましい。なお、第1電極および第2電極は導電性エラストマーで形成されているとともに、絶縁体は絶縁性エラストマーで形成されているのが望ましい。また、導電性エラストマーは絶縁性エラストマーに炭素粉末や金属粉末が添加されたものであるのが望ましい。 In this case, it is desirable that the first electrode has a cylindrical shape, and the second electrode disposed coaxially on the outer periphery of the first electrode has a cylindrical shape. Further, it is desirable that the first electrode has an elliptic cylinder shape, and the second electrode disposed coaxially on the outer periphery of the first electrode has an elliptic cylinder shape. Further, it is desirable that the first electrode has a polygonal column shape, and the second electrode arranged coaxially on the outer periphery of the first electrode has a polygonal cylindrical shape. The first electrode and the second electrode are preferably formed of a conductive elastomer, and the insulator is preferably formed of an insulating elastomer. The conductive elastomer is preferably an insulating elastomer obtained by adding carbon powder or metal powder.
上述のような構成となる繊維状高分子アクチュエータを作製するには、導電性エラストマーを柱状に押出成形して第1電極を形成する第1電極形成工程と、第1電極の表面に絶縁性エラストマーを塗布して第1電極の表面外周部に同軸的に絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、絶縁体の表面に導電性エラストマーを塗布して絶縁体の表面外周部に同軸的に第2電極を形成する第2電極形成工程とを備えるようにすればよい。この場合、絶縁体形成工程における絶縁性エラストマーの塗布、および第2電極形成工程における導電性エラストマーの塗布はディピングあるいはスプレー塗布により行うようにすればよい。 In order to fabricate the fibrous polymer actuator having the above-described configuration, a first electrode forming step of forming a first electrode by extruding a conductive elastomer into a columnar shape, and an insulating elastomer on the surface of the first electrode And forming an insulator coaxially on the outer peripheral portion of the surface of the first electrode, and applying a conductive elastomer to the surface of the insulator and forming a second coaxially on the outer peripheral portion of the insulator. And a second electrode forming step for forming an electrode. In this case, the application of the insulating elastomer in the insulator forming step and the application of the conductive elastomer in the second electrode forming step may be performed by dipping or spray coating.
さらに、本発明は上述した繊維状高分子アクチュエータの多数本を束ねて形成された高分子アクチュエータに係り、多数本の繊維状高分子アクチュエータの第1電極のみを束ねて第1外部電極が形成されているとともに、多数本の繊維状高分子アクチュエータの第2電極のみを束ねて第2外部電極が形成されていることを特徴とする。このように各電極を束ねて第1外部電極および第2外部電極が形成されていると、モジュールとして形成することが可能となる。これにより、これらのモジュールを機械的および電気的に並列に接続するようにすれば、力が必要な高分子アクチュエータを得ることができる。一方、これらのモジュールを機械的に直列に接続するとともに、電気的には並列になるように接続するようにすれば、変位量が必要な高分子アクチュエータを得ることができる。 Furthermore, the present invention relates to a polymer actuator formed by bundling a large number of the fibrous polymer actuators described above, and a first external electrode is formed by bundling only the first electrodes of a large number of fibrous polymer actuators. In addition, the second external electrode is formed by bundling only the second electrodes of a large number of fibrous polymer actuators. When the first external electrode and the second external electrode are formed by bundling the electrodes in this manner, it can be formed as a module. Thereby, if these modules are mechanically and electrically connected in parallel, a polymer actuator that requires force can be obtained. On the other hand, if these modules are mechanically connected in series and electrically connected in parallel, a polymer actuator that requires a displacement amount can be obtained.
本発明の繊維状高分子アクチュエータにおいては、第1電極と第2電極との間に弾性を有する絶縁体がこれらの両電極に密着して配置されているとともに、第1電極に高電圧が印加されるようになされているので、軸方向(長さ方向)に伸張することとなって変位の方向が一次元的となり、高効率に変位量を調整することが可能となる。また、高電圧は中心電極となる第1電極に印加されるため、高電圧部が露出することはなく、安全性に優れた繊維状高分子アクチュエータを簡単、容易に作製することが可能となる。 In the fibrous polymer actuator of the present invention, an elastic insulator is disposed between the first electrode and the second electrode in close contact with both electrodes, and a high voltage is applied to the first electrode. Therefore, the direction of displacement becomes one-dimensional by extending in the axial direction (length direction), and the amount of displacement can be adjusted with high efficiency. Further, since the high voltage is applied to the first electrode serving as the center electrode, the high voltage portion is not exposed, and a fibrous polymer actuator excellent in safety can be easily and easily manufactured. .
以下に、本発明の実施の形態を図1〜図3に基づいて詳細に説明する。なお、図1は、本発明の繊維状高分子アクチュエータを模式的に示す図であり、図1(a)はその全体構成を模式的に示す斜視図であり、図1(b)はその上面図である。図2は、図1に示す繊維状高分子アクチュエータの代表的な製造工程を模式的に示す断面図であり、図2(a)は第1電極の作製工程を模式的に示す断面図であり、図2(b)(c)を絶縁体の作製工程を模式的に示す断面図であり、図2(d)(e)は第2電極の作製工程を模式的に示す断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing a fibrous polymer actuator of the present invention, FIG. 1 (a) is a perspective view schematically showing the overall configuration, and FIG. 1 (b) is an upper surface thereof. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a typical manufacturing process of the fibrous polymer actuator shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the first electrode. FIGS. 2B and 2C are cross-sectional views schematically showing a manufacturing process of an insulator, and FIGS. 2D and 2E are cross-sectional views schematically showing a manufacturing process of a second electrode.
図3は変形例の繊維状高分子アクチュエータを模式的に示す図であり、図3(a)は第1変形例の繊維状高分子アクチュエータを模式的に示す上面図であり、図3(b)は第2変形例の繊維状高分子アクチュエータを模式的に示す上面図であり、図3(c)は、図3(b)の第2変形例の繊維状高分子アクチュエータを多数束ねて集合体とした高分子アクチュエータを模式的に示す上面図である。 FIG. 3 is a view schematically showing a fibrous polymer actuator of a modified example, and FIG. 3A is a top view schematically showing the fibrous polymer actuator of the first modified example, and FIG. ) Is a top view schematically showing the fibrous polymer actuator of the second modified example, and FIG. 3C is a set of bundled fibrous polymer actuators of the second modified example of FIG. 3B. It is a top view which shows typically the polymer actuator made into the body.
1.繊維状高分子アクチュエータ
本発明の繊維状高分子アクチュエータ10は、図1(a)(b)に示すように、中心部に配置された円柱状第1電極11と、この円柱状第1電極11と同心円状に配置された円筒状第2電極12と、これらの第1電極と第2電極とに密着して配置された弾性を有する円筒状絶縁体13とからなる。そして、第1電極11に高電圧(HV)が印加され、第2電極12が接地されるようになされている。これにより、第1電極11と第2電極12との間に高電圧(HV)を印加することにより、軸方向(長さ方向)に伸張することとなって変位の方向が一次元的となり、高効率に変位量を調整することが可能となる。この場合、高電圧(HV)は中心電極となる第1電極11に印加されるため、高電圧部が露出することはなく、安全性に優れた高分子アクチュエータを簡単、容易に作製することが可能となる。
1. Fibrous Polymer Actuator As shown in FIGS. 1A and 1B, the
ここで、円筒状絶縁体13は抵抗率が1020Ωcmの絶縁性エラストマー(絶縁シリコンゴム)により形成されている。また、円柱状第1電極11および円筒状第2電極12は、導電性エラストマーにより形成されていて、円筒状絶縁体13に用いられる絶縁性エラストマー(絶縁シリコンゴム)に金属粉末や炭素粉末を均一に分散させて抵抗率が103〜106Ωcmになるように形成されている。この場合、中心電極となる円柱状第1電極11の直径は10μmで、円筒状第2電極12の厚みは5μmで、円筒状絶縁体13の厚みは5μmとなるように形成されている。
Here, the
2.繊維状高分子アクチュエータの製造方法
ついで、上述のような構成となる繊維状高分子アクチュエータの製造方法を図2に基づいて以下に説明する。まず、抵抗率が1020Ωcmの絶縁性エラストマー(絶縁シリコンゴム)に金属粉末や炭素粉末を均一に分散させて抵抗率が103〜106Ωcmになるように調整された導電性エラストマーを用意する。ついで、この導電性エラストマーを押し出し成形することにより、図2(a)に示すように、中心電極となる円柱状第1電極11を形成する。この場合、円柱状第1電極11の直径が10μmになるように形成する。
2. 2. Manufacturing Method of Fibrous Polymer Actuator Next, a manufacturing method of the fibrous polymer actuator configured as described above will be described below with reference to FIG. First, a conductive elastomer prepared by uniformly dispersing metal powder or carbon powder in an insulating elastomer (insulating silicon rubber) having a resistivity of 10 20 Ωcm and adjusting the resistivity to 10 3 to 10 6 Ωcm is prepared. To do. Next, by extruding this conductive elastomer, a cylindrical
ついで、図2(b)に示すように、絶縁性エラストマー(絶縁シリコンゴム)13aが充填された絶縁性エラストマー収納容器16を用意した後、得られた円柱状第1電極11を抵抗率が1020Ωcmの絶縁性エラストマー13a中に浸漬する。このとき、円柱状第1電極11の先端部(例えば、先端から5mmまでの部分)11aが絶縁性エラストマー13a中に浸漬しないようにする。この後、図2(c)に示すように、円柱状第1電極11を絶縁性エラストマー13a中から引き上げることにより、円柱状第1電極11の外周部全体に厚みが5μmとなる円筒状絶縁体13の層を形成する。
ここで、絶縁性エラストマー13aの粘度や引き上げ速度を調整することにより円筒状絶縁体13の厚みを調整することができる。
Next, as shown in FIG. 2 (b), after preparing an insulating
Here, the thickness of the
ついで、図2(d)に示すように、円筒状絶縁体13に用いられる絶縁性エラストマー(絶縁シリコンゴム)13aに金属粉末や炭素粉末を含有させて抵抗率が103〜106Ωcmになるように調整した導電性エラストマー(導電性シリコンゴム)12aが充填された導電性エラストマー収納容器17を用意する。この後、表面に円筒状絶縁体13の層が形成された円柱状第1電極11を導電性エラストマー12a中に浸漬する。このとき、円柱状第1電極11の先端部(例えば、先端から6mm(なお、5mm以上であればよい)までの部分)11aは導電性エラストマー12a中に浸漬しないようにする。
Next, as shown in FIG. 2D, an insulating elastomer (insulating silicon rubber) 13a used for the
この後、図2(e)に示すように、円柱状第1電極11を導電性エラストマー12a中から引き上げることにより、表面に厚みが5μmとなる円筒状絶縁体13の層が形成された円柱状第1電極11の外周部の表面全体に厚みが5μmとなる導電性エラストマーからなる円筒状第2電極12の層を形成する。この場合も、導電性エラストマー12aの粘度や引き上げ速度を調整することにより導電性エラストマーからなる円筒状第2電極12の厚みや下端部12bの長さを調整することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 2 (e), the columnar
3.変形例
上述した繊維状高分子アクチュエータ10においては、中心部に円柱状第1電極11が配置され、この円柱状第1電極11と同心円状に円筒状第2電極12が配置され、これらの第1電極と第2電極との間に弾性を有する円筒状絶縁体13が密着して配置されて、全体として円柱状に形成されている。ところが、この種の繊維状高分子アクチュエータは円柱状に限らず、楕円柱状や多角柱状などの各種の形状を採用することが可能である。そこで、以下では各種の形状の繊維状高分子アクチュエータを変形例として以下に説明する。
3. In the
(1)第1変形例
本第1変形例の繊維状高分子アクチュエータ20は、図3(a)に示すように、中心部に楕円柱状第1電極21が配置され、この楕円柱状第1電極21と同心楕円状に楕円筒状第2電極22が配置され、これらの第1電極21と第2電極22との間に弾性を有する楕円筒状絶縁体23が密着して配置されて、全体として楕円柱状に形成されている。この場合、楕円筒状絶縁体23の厚みがどの位置でも同じ厚みになるように形成されている。
(1) First Modification As shown in FIG. 3A, the
そして、楕円柱状第1電極21に高電圧が印加され、楕円筒状第2電極22が接地されるようになされている。これにより、楕円柱状第1電極21と楕円筒状第2電極22との間に高電圧を印加することにより、軸方向(長さ方向)に伸張することとなって変位の方向が一次元的となり、高効率に変位量を調整することが可能となる。
A high voltage is applied to the elliptical columnar
(2)第2変形例
本第2変形例の繊維状高分子アクチュエータ30は、図3(b)に示すように、中心部に六角柱状第1電極31が配置され、この六角柱状第1電極31と同心円状に六角筒状第2電極32が配置され、これらの六角柱状第1電極31と六角筒状第2電極32との間に弾性を有する六角筒状絶縁体33が密着して配置されて、全体として六角柱状に形成されている。この場合、六角筒状絶縁体33の厚みがどの位置でも同じ厚みになるように形成されている。
(2) Second Modification As shown in FIG. 3B, the
そして、六角柱状第1電極31に高電圧が印加され、六角筒状第2電極32が接地されるようになされている。これにより、六角柱状第1電極31と六角筒状第2電極32との間に高電圧を印加することにより、軸方向(長さ方向)に伸張することとなって変位の方向が一次元的となり、高効率に変位量を調整することが可能となる。
Then, a high voltage is applied to the hexagonal columnar
なお、五角形未満の多角柱状繊維状高分子アクチュエータにおいては、角部での電界集中が生じて両電極間に絶縁破壊が生じる恐れがある。このため、多角柱状の繊維状高分子アクチュエータとする場合は、五角形以上の多角柱状の繊維状高分子アクチュエータとするのが望ましい。 In a polygonal columnar fibrous polymer actuator less than a pentagon, there is a risk that electric field concentration occurs at the corners, resulting in dielectric breakdown between both electrodes. For this reason, when it is set as a polygonal columnar fibrous polymer actuator, it is desirable to use a pentagonal or more polygonal columnar fibrous polymer actuator.
ここで、1本の繊維状高分子アクチュエータ10から取り出せる力Fを算出すると、以下のようになる。まず、円柱状第1電極11、円筒状第2電極12および弾性を有する絶縁体13を構成するエラストマーのヤング率を1.95MPa(N/mm2)とする。この場合、繊維状高分子アクチュエータ10の直径は30(10+5×2+5×2)μmであるので、繊維状高分子アクチュエータ10の断面積は0.000707(0.015×0.015×π)mm2となる。
Here, the force F that can be taken out from one
そして、電界強度が50V/μmでの歪み量(変位量)を5%とすると、F=1.95×100×0.000707×0.05=0.00689g重(1Nは100g重であるので)となり、繊維状高分子アクチュエータ10の長さが10cmの場合、その変位量を5%とすると、最大で5mmだけ伸張することとなる。一方、200V/μmでの歪み量(変位量)を50%とすると、F=1.95×100×0.000707×0.5=0.0689g重となり、繊維状高分子アクチュエータ10の長さが10cmの場合、その変位量を50%とすると、最大で50mmだけ伸張することとなる。
なお、繊維状高分子アクチュエータ20,30から取り出せる力Fおよび伸張長についてもほぼ同様である。
If the strain amount (displacement amount) at an electric field strength of 50 V / μm is 5%, F = 1.95 × 100 × 0.000707 × 0.05 = 0.0688 g weight (since 1N is 100 g weight) In the case where the length of the
The force F that can be taken out from the
4.多数の繊維状高分子アクチュエータの集合体からなる高分子アクチュエータ
上述した繊維状高分子アクチュエータにおいては、1本の繊維状高分子を用いてアクチュエータとするため、その繊維状高分子アクチュエータから取り出せる力は非常に小さいものとなる。このため、力が小さい用途に対してはそのまま用いることができるが、大きな力が必要となる用途に対しては、多数の繊維状高分子アクチュエータを集合させる必要がある。そこで、多数の繊維状高分子アクチュエータを集合させて発生力が大きい高分子アクチュエータとする実施例について、図4に基づいて以下に説明する。
4). In the above-described fibrous polymer actuator, since one fibrous polymer is used as the actuator in the above-described fibrous polymer actuator, the force that can be extracted from the fibrous polymer actuator is It will be very small. For this reason, although it can be used as it is for an application with a small force, it is necessary to assemble a large number of fibrous polymer actuators for an application requiring a large force. Therefore, an embodiment in which a large number of fibrous polymer actuators are assembled to form a polymer actuator having a large generated force will be described below with reference to FIG.
なお、図4は、図1に示す繊維状高分子アクチュエータの多数本を集合させて形成した集合高分子アクチュエータを模式的に示す上面図であり、図4(a)は、多数の繊維状高分子アクチュエータを集合させて形成した高分子アクチュエータを模式的に示す上面図であり、図4(b)は、図4(a)に示す高分子アクチュエータを多数束ねて形成した集合高分子アクチュエータを模式的に示す上面図である。 4 is a top view schematically showing an aggregate polymer actuator formed by assembling a large number of the fibrous polymer actuators shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4B is a top view schematically showing a polymer actuator formed by assembling molecular actuators, and FIG. 4B schematically shows an aggregate polymer actuator formed by bundling a number of polymer actuators shown in FIG. FIG.
本発明の多数の繊維状高分子アクチュエータの集合体からなる高分子アクチュエータ100は、図4(a)に示すように、例えば、繊維状高分子アクチュエータ10が100本を束ねられて、これらの100本の繊維状高分子アクチュエータ10が電気的および機械的に並列に接続されている。この場合、円柱状第1電極11の先端部11a同士は第1圧着端子(第1外部端子)101により接続され、円筒状第2電極12の下端部12b同士は第2圧着端子(第2外部端子)102により接続され、一体化されて集合繊維状高分子アクチュエータ100aとなされている。
As shown in FIG. 4 (a), the
そして、図4(b)に示すように、これらの集合繊維状高分子アクチュエータ100aが100本を束ねられて、これらの100本の集合繊維状高分子アクチュエータ100aが電気的および機械的に並列に接続されている。この場合、集合繊維状高分子アクチュエータ100aの先端部に接続された第1圧着端子101同士は第1の収束圧着端子(第1外部端子)110により接続され、集合繊維状高分子アクチュエータ100aの後端部に接続された第2圧着端子(第2外部端子)102同士は第2の収束圧着端子120により接続され、一体化されて集合高分子アクチュエータ100となされている。
Then, as shown in FIG. 4B, 100 of these aggregate
このように、100本の繊維状高分子アクチュエータ10を並列に接続して集合繊維状高分子アクチュエータ100aとし、かつこれらの100本の集合繊維状高分子アクチュエータ100aを並列に接続して集合高分子アクチュエータ100とすると、得られた集合高分子アクチュエータ100の発生力は1本の繊維状高分子アクチュエータ10の10000倍の力となる。これにより、例えば、上述のように、集合高分子アクチュエータ100に200V/μmの電圧を印加した場合、歪み量(変位量)を50%とすると、F=1.95×100×0.000707×0.5×10000=68.9g重となり、大きな力を発生させることが可能となる。この場合、1本の繊維状高分子アクチュエータ10の直径を30μmとすると、3mm×3mmの大きさに収まることとなる。
In this way, 100
なお、大きな力を発生させる必要がない場合は、複数の集合繊維状高分子アクチュエータ100aを電気的および機械的に並列に接続することに代えて、集合繊維状高分子アクチュエータ100aを電気的に並列に接続するとともに、機械的には直列に接続するようにすると、大きな変位量を取り出せるようになる。したがって、用いられる用途に応じて、機械的に並列に接続したり、あるいは機械的に直列に接続したりすればよい。この場合、電気的に直列に接続するようにすると、大電圧が印加されるようになるため、機械的にどのように接続する場合であっても、電気的には並列に接続する必要がある。
When it is not necessary to generate a large force, instead of connecting a plurality of aggregate
(変形例)
上述した集合高分子アクチュエータ100においては、円柱状の繊維状高分子アクチュエータ10を集合させる例について説明した。ところが、円柱状の繊維状高分子アクチュエータ10を集合させた場合、得られた集合高分子アクチュエータ100内に空間部が生じることととなる。そこで、このような空間部を生じさせない変形例を図3(c)に基づいて以下に説明する。
(Modification)
In the
ここで、図3(b)に示すような全体として六角柱状に形成された繊維状高分子アクチュエータ30を用いて、図3(c)に示すように、これらの繊維状高分子アクチュエータ30の側壁が互に密着するように積層して配置して一体的にすると、その内部に空間部が生じない集合高分子アクチュエータ300を形成することができる。この場合、多数の六角柱状第1電極31の先端部(図示せず)同士を第1外部端子(図示せず)により接続し、多数の六角筒状第2電極32の下端部(図示せず)同士は第2外部端子(図示せず)により接続して一体化することにより集合高分子アクチュエータ300を構成できる。
Here, as shown in FIG. 3C, the side walls of the
なお、上述した実施の形態においては、絶縁性エラストマーとしてシリコーン樹脂を用いる例について説明したが、シリコーン樹脂以外の絶縁性エラストマーとしてアクリル樹脂やウレタン樹脂などを用いるようにしてもよい。また、これらの絶縁性エラストマーに金属粉を均一に分散させて導電性エラストマーとする場合、分散させる金属粉末としては、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル等を用いて、これらの金属粒子を絶縁性エラストマーに均一に分散させて導電性を持たせるようにすればよい。 In the above-described embodiment, the example in which the silicone resin is used as the insulating elastomer has been described. However, an acrylic resin, a urethane resin, or the like may be used as the insulating elastomer other than the silicone resin. In addition, when a metal powder is uniformly dispersed in these insulating elastomers to form a conductive elastomer, the metal powder to be dispersed is insulated by using gold, silver, aluminum, chromium, nickel, etc. The conductive elastomer may be uniformly dispersed so as to have conductivity.
10…繊維状高分子アクチュエータ、11…第1電極、11a…第1電極の先端部、12…第2電極、12a…導電性エラストマー、12b…第2電極の下端部、13…絶縁体、13a…絶縁性エラストマー、16…絶縁性エラストマー収納容器、17…導電性エラストマー収納容器、20…変形例1の繊維状高分子アクチュエータ、21…第1電極、22…第2電極、23…絶縁体、30…変形例2の繊維状高分子アクチュエータ、31…第1電極、32…第2電極、33…絶縁体、100a…集合繊維状高分子アクチュエータ、100…集合高分子アクチュエータ、101…第1圧着端子、102…第2圧着端子、110…第1の収束圧着端子、120…第2の収束圧着端子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記一対の電極は当該繊維状高分子の中心部に配置された柱状の第1電極と該第1電極の外周部に同軸的に配置された筒状の第2電極とからなるとともに、
前記第1電極と第2電極との間に弾性を有する絶縁体がこれらの両電極に密着して配置されており、
かつ、前記中心部に配置された第1電極に高電圧が印加されるようになされていることを特徴とする繊維状高分子アクチュエータ。 A fibrous polymer actuator that extends in the axial direction by applying a high voltage between a pair of electrodes,
The pair of electrodes includes a columnar first electrode disposed at the center of the fibrous polymer and a cylindrical second electrode disposed coaxially on the outer periphery of the first electrode,
An insulator having elasticity between the first electrode and the second electrode is disposed in close contact with both the electrodes,
A fibrous polymer actuator, wherein a high voltage is applied to the first electrode disposed in the central portion.
導電性エラストマーを柱状に押出成形して第1電極を形成する第1電極形成工程と、
前記第1電極の表面に絶縁性エラストマーを塗布して前記第1電極の表面外周部に同軸的に絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
前記絶縁体の表面に導電性エラストマーを塗布して前記絶縁体の表面外周部に同軸的に第2電極を形成する第2電極形成工程とを備えたことを特徴とする繊維状高分子アクチュエータの製造方法。 A method for producing a fibrous polymer actuator that extends in the axial direction by applying a high voltage between a pair of electrodes,
A first electrode forming step of forming a first electrode by extruding a conductive elastomer into a columnar shape;
An insulator forming step in which an insulating elastomer is applied to the surface of the first electrode, and an insulator is coaxially formed on the outer periphery of the surface of the first electrode;
A fibrous polymer actuator comprising: a second electrode forming step in which a conductive elastomer is applied to a surface of the insulator and a second electrode is formed coaxially on the outer peripheral portion of the surface of the insulator. Production method.
前記多数本の繊維状高分子アクチュエータの前記第1電極のみを束ねて第1外部電極が形成されているとともに、
前記多数本の繊維状高分子アクチュエータの前記第2電極のみを束ねて第2外部電極が形成されていることを特徴とする高分子アクチュエータ。 A polymer actuator comprising an assembly of a large number of fibrous polymer actuators according to any one of claims 1 to 7,
A first external electrode is formed by bundling only the first electrodes of the multiple fibrous polymer actuators,
A polymer actuator, wherein a second external electrode is formed by bundling only the second electrodes of the plurality of fibrous polymer actuators.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007193024A JP2009032773A (en) | 2007-07-25 | 2007-07-25 | Fibrous polymeric actuator and method of manufacturing the same, and polymeric actuator comprising aggregate of many fibrous polymeric actuators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007193024A JP2009032773A (en) | 2007-07-25 | 2007-07-25 | Fibrous polymeric actuator and method of manufacturing the same, and polymeric actuator comprising aggregate of many fibrous polymeric actuators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009032773A true JP2009032773A (en) | 2009-02-12 |
Family
ID=40403010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007193024A Withdrawn JP2009032773A (en) | 2007-07-25 | 2007-07-25 | Fibrous polymeric actuator and method of manufacturing the same, and polymeric actuator comprising aggregate of many fibrous polymeric actuators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009032773A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012095520A (en) * | 2010-10-01 | 2012-05-17 | Canon Inc | Actuator |
GB2498433A (en) * | 2012-01-11 | 2013-07-17 | Univ Bolton | A polymer based piezoelectric fibre |
KR101612381B1 (en) | 2014-09-16 | 2016-04-14 | 국방과학연구소 | Method for manufacturing micro piezoelectric composite wire, piezoelectric energy harvester using the micro piezoelectric composite wire, and method for manufacturing thereof |
JP2020513715A (en) * | 2016-12-08 | 2020-05-14 | リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド | Improvement of artificial muscle actuator |
-
2007
- 2007-07-25 JP JP2007193024A patent/JP2009032773A/en not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012095520A (en) * | 2010-10-01 | 2012-05-17 | Canon Inc | Actuator |
GB2498433A (en) * | 2012-01-11 | 2013-07-17 | Univ Bolton | A polymer based piezoelectric fibre |
GB2498433B (en) * | 2012-01-11 | 2016-08-03 | Univ Of Bolton | Piezoelectric fibre and method of production thereof |
KR101612381B1 (en) | 2014-09-16 | 2016-04-14 | 국방과학연구소 | Method for manufacturing micro piezoelectric composite wire, piezoelectric energy harvester using the micro piezoelectric composite wire, and method for manufacturing thereof |
JP2020513715A (en) * | 2016-12-08 | 2020-05-14 | リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド | Improvement of artificial muscle actuator |
US10935009B2 (en) | 2016-12-08 | 2021-03-02 | Lintec Of America, Inc. | Artificial muscle actuators |
US11028835B2 (en) | 2016-12-08 | 2021-06-08 | Lintec Of America, Inc. | Artificial muscle actuators |
US11085426B2 (en) | 2016-12-08 | 2021-08-10 | Lintec Of America, Inc. | Artificial muscle actuators |
US11466671B2 (en) | 2016-12-08 | 2022-10-11 | Lintec Of America, Inc. | Artificial muscle actuators |
US11703037B2 (en) | 2016-12-08 | 2023-07-18 | Lintec Of America, Inc. | Artificial muscle actuators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8405277B2 (en) | Actuator | |
JP5733964B2 (en) | Polymer actuator | |
US7629727B2 (en) | Scalable tubular mechanical energy harvesting device | |
CN110603727B (en) | Actuator, drive member, tactile sensation presenting device, and drive device | |
JP2009032773A (en) | Fibrous polymeric actuator and method of manufacturing the same, and polymeric actuator comprising aggregate of many fibrous polymeric actuators | |
JP2013055877A (en) | Actuator | |
US20200287478A1 (en) | Actuator | |
JP6770589B2 (en) | Actuator device and drive method incorporating an electroactive polymer actuator | |
JP6073697B2 (en) | Actuator element and method of manufacturing actuator element | |
JP2009077618A (en) | Electric expansion mechanism and actuator | |
JP6806328B2 (en) | Electronic device | |
KR100862464B1 (en) | Dielectric polymer actuator and leaner driving device using the same | |
KR101797398B1 (en) | Method for manufacturing monolithic stack type dielectric elastomer actuator and monolithic stack type dielectric elastomer actuator | |
KR101594432B1 (en) | Electrostatic force based actuator including poly-imide organic dielectric layer | |
WO2004109817A3 (en) | Electroactive polymer contractible actuator | |
JP2011103713A (en) | Actuator | |
CN104205386A (en) | A polymer transducer and a connector for a transducer | |
KR20130063365A (en) | Energy harvesting device and method for producing thereof | |
EP3979486A1 (en) | Electrostatic actuator having multilayer structure | |
KR100599550B1 (en) | Multi-layer polymer actuator for converting expansive forces of electrostrctive polymers into contractive forces | |
KR100593913B1 (en) | Dielectric polymer actuator and inchworm robot using the same | |
JP2009044898A (en) | Polymeric actuator unit and polymeric actuator | |
WO2021070809A1 (en) | Actuator, method of manufacturing same, driving device, and electronic equipment | |
JP7306046B2 (en) | gel actuator | |
JP5432479B2 (en) | Electric telescopic mechanism and actuator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20101005 |