JP2009041463A - アクチュエーター - Google Patents

Abstract

【課題】体格を小型化でき、部品点数が少なく、構造が簡単で、組付が簡単なアクチュエーターを提供することを課題とする。
【解決手段】アクチュエーター１は、駆動用流体室２１１と駆動用開口部２１０とを有する駆動用ハウジング部材２１と、駆動用流体室２１１を封止して駆動用開口部２１０に固定され、一対の電極２２０、２２１と、一対の電極２２０、２２１間に介在し一対の電極２２０、２２１間の印加電圧が高くなるに従って膜展開方向の伸張量が大きくなる誘電体エラストマー製の伸縮膜２２２と、を有するダイヤフラム部材２２と、を備える。アクチュエーター１は、低電圧状態と高電圧状態とに切り替え可能である。ダイヤフラム部材２２を挟む駆動用流体室２１１の内外の差圧は、室外側よりも室内側の方が低圧になるように設定されており、低電圧状態から高電圧状態に切り替える際、ダイヤフラム部材２２は、差圧に応じて、室内側に突出変形する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばポンプやバルブなどとして用いられるダイヤフラム型のアクチュエーターに関する。

例えば、特許文献１の［図８Ｃ］、［図８Ｄ］、［図８Ｅ］、特許文献２の［図６］には、ダイヤフラム式のアクチュエーターが開示されている。一例として、図８に、特許文献１のアクチュエーターの軸方向断面図を示す。図８（ａ）は、電源オフの状態を、図８（ｂ）は電源オンの状態を、それぞれ示す。

図８に示すように、アクチュエーター１００は、第一ハウジング部材１０１と、第二ハウジング部材１０２と、フレーム１０３と、スプリング１０４と、ダイヤフラム部材１０５と、駆動用ロッド１０６と、スプリング用ロッド１０７と、を備えている。

第一ハウジング部材１０１と第二ハウジング部材１０２との間には、フレーム１０３が挟持されている。フレーム１０３には、ダイヤフラム部材１０５が張設されている。ダイヤフラム部材１０５は、図示しない伸縮膜と一対の電極とを備えている。伸縮膜は、誘電体エラストマー製である。一対の電極は、伸縮膜の表裏両面に配置されている。スプリング１０４は、ダイヤフラム部材１０５の左面中心を、右方向に付勢している。駆動用ロッド１０６の左端は、ダイヤフラム部材１０５の右面中心に連結されている。駆動用ロッド１０６により、アクチュエーター１００から駆動力が取り出される。

電源をオフからオンに切り替えると、一対の電極間に電圧が印加される。電圧が印加されると、一対の電極間の静電引力も大きくなる。このため、伸縮膜は膜厚方向（左右方向）から圧縮され、伸縮膜の膜厚は小さくなる。膜厚が小さくなると、その分、伸縮膜は、膜展開方向外側（径方向外側）に伸張しようとする。しかしながら、伸縮膜の外周縁つまりダイヤフラム部材１０５の外周縁は、フレーム１０３に固定されている。このため、ダイヤフラム部材１０５は径方向外側に伸張できず、その分撓みが発生することになる。ここで、上述したようにダイヤフラム部材１０５は、スプリング１０４により、右方向に付勢されている。したがって、ダイヤフラム部材１０５は、スプリング１０４の付勢力により、撓み分だけ右方向に突出変形する。このため、駆動用ロッド１０６も、図８（ｂ）に白抜き矢印で示すように、右方向に突出する。

このように、特許文献１のアクチュエーター１００の場合、スプリング１０４の付勢力により、駆動力を取り出している。なお、特許文献２のアクチュエーターも、上記特許文献１のアクチュエーター１００と同様に、スプリングの付勢力により、駆動力を取り出している。
特表２００６−５２０１８０号公報 特開２００１−２８６１６２号公報

しかしながら、アクチュエーター１００によると、第一ハウジング部材１０１内部には、当然のことながらスプリング１０４の設置スペースが必要になる。このため、第一ハウジング部材１０１の体格延いてはアクチュエーター１００の体格が大型化する。

また、アクチュエーター１００によると、スプリング１０４は勿論、第一ハウジング部材１０１の底壁にスプリング１０４左端を保持するための凹部１０１ａが必要になる。並びに、スプリング１０４の胴部および右端を保持するため、右端にフランジ部１０７ａを有するスプリング用ロッド１０７が必要になる。したがって、アクチュエーター１００の部品点数が多くなる。また、アクチュエーター１００の構造が複雑化する。

また、スプリング１０４を、予め付勢力が蓄積された状態で、第一ハウジング部材１０１内部に設置する必要がある。このため、上記部品点数の多さ、構造の複雑さとも相俟って、組付作業が繁雑になる。

本発明のアクチュエーターは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、体格を小型化でき、部品点数が少なく、構造が簡単で、組付が簡単なアクチュエーターを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のアクチュエーターは、駆動用流体が充填される駆動用流体室と、該駆動用流体室に連通する駆動用開口部と、を有する駆動用ハウジング部材と、該駆動用流体室を封止して該駆動用開口部に固定され、一対の電極と、一対の該電極間に介在し一対の該電極間の印加電圧が高くなるに従って膜展開方向の伸張量が大きくなる誘電体エラストマー製の伸縮膜と、を有するダイヤフラム部材と、を備え、一対の該電極間の印加電圧が低い低電圧状態と、一対の該電極間の印加電圧が該低電圧状態よりも高い高電圧状態と、に切り替え可能であって、該ダイヤフラム部材を挟む該駆動用流体室の内外の差圧は、室外側よりも室内側の方が低圧になるように設定されており、該低電圧状態から該高電圧状態に切り替える際、該ダイヤフラム部材は、該差圧に応じて、該室内側に突出変形することを特徴とする（請求項１に対応）。

つまり、本発明のアクチュエーターは、駆動用流体室内外の差圧により、駆動力を取り出すものである。本発明のアクチュエーターによると、前出図８のアクチュエーター１００のスプリング１０４のような付勢部材は不要である。このため、駆動用ハウジング部材にスプリング１０４の設置スペースを確保する必要がない。すなわち、駆動用ハウジング部材は、最低限、ダイヤフラム部材の変形スペースを有していればよい。したがって、駆動用ハウジング部材延いてはアクチュエーターの体格を小型化することができる。

また、本発明のアクチュエーターによると、スプリングなどの付勢部材は勿論、当該付勢部材を設置するための部材、部位が不要である。このため、部品点数が少なく、構造が簡単である。また、本発明のアクチュエーターによると、組付作業の際、付勢部材に蓄積する付勢力を考慮する必要がない。このため、組付が簡単である。

また、本発明のアクチュエーターによると、誘電体エラストマーの電歪特性を利用して駆動力を取り出している。このため、モーターなどにより駆動力を取り出す場合と比較して、消費電力を小さくすることができる。また、駆動時の騒音を低減することができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、さらに、作動用流体を吸排する作動用流体室と、該作動用流体室に連通すると共に前記駆動用ハウジングの前記駆動用開口部との間に前記ダイヤフラム部材を挟持する作動用開口部と、該作動用流体室に該作動用流体を吸入する吸入口と、該作動用流体室から該作動用流体を排出する排出口と、を有する作動用ハウジング部材を備え、前記低電圧状態と前記高電圧状態とを切り替えて該ダイヤフラム部材を変形させることにより、該作動用流体室の容積を変化させ該作動用流体を吸排する構成とする方がよい（請求項２に対応）。

つまり、本構成は、作動用流体（例えば気体や液体など）を吸排するポンプとして、本発明のアクチュエーターを用いるものである。前出図８のアクチュエーター１００の場合、スプリング１０４はダイヤフラム部材１０５の左面中心だけを、局所的に右方向に付勢している。すなわち、前出図８（ｂ）に示すように、ダイヤフラム部材１０５の中心から外周縁までの区間Ｌ１は、ダイヤフラム部材１０５の中心とフレーム１０３との間で引っ張られて変形しているに過ぎない。このため、区間Ｌ１は平面状に変形する。

これに対して、本構成によると、ダイヤフラム部材の比較的広い部分が、作動用流体室（高圧）と駆動用流体室（低圧）との間の差圧により、駆動用流体室側に引っ張られている。このため、ダイヤフラム部材は、弧面状に変形する。したがって、本構成によると、作動用流体室の容積変化量が大きくなる。つまり、作動用流体の単位時間あたりの流量が大きくなる。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記ダイヤフラム部材の前記室外側の表面は、気体に曝されており、該ダイヤフラム部材は、該気体が前記差圧により該ダイヤフラム部材を透過して前記駆動用流体室に流入し該差圧が小さくなるのを抑制するため、バリヤ層を有する構成とする方がよい（請求項３に対応）。

ダイヤフラム部材の伸縮膜は、誘電体エラストマー製である。このため、ダイヤフラム部材の室外側つまり高圧側の表面が気体に曝されている場合、ダイヤフラム部材を透過して、駆動用流体室に当該気体が流入するおそれがある。この点、本構成はバリヤ層を有している。このため、気体がダイヤフラム部材を透過するのを抑制することができる。

（４）好ましくは、上記（２）の構成において、前記作動用流体は、導電性を有する液体であり、前記ダイヤフラム部材は、該作動用流体が導通するのを抑制するため、前記作動用流体室側の表面に絶縁層を有する構成とする方がよい（請求項４に対応）。

作動用流体が導電性を有する液体の場合、一対の電極間に電圧を印加する際、作動用流体が導通するおそれがある。この点、本構成は絶縁層を有している。このため、作動用流体が導通するのを抑制することができる。

（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、前記ダイヤフラム部材は、複数の前記伸縮膜が前記電極を介して積層されてなる構成とする方がよい（請求項５に対応）。

本構成によると、ダイヤフラム部材が、複数の伸縮膜と電極とを交互に積層させた積層構造を呈している。このため、伸縮膜が積層された分だけ、より大きな荷重を発生させることができる。

（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、前記電極は、前記伸縮膜の伸縮を規制しないように伸縮可能である構成とする方がよい（請求項６に対応）。

電極が伸縮膜の伸縮を規制すると、伸縮膜が充分に変形できないので、所望のストロークを確保しにくくなる。この点、本構成によると、電極は伸縮膜の伸縮を規制しない。すなわち、電極は伸縮膜と一体となって変形する。このため、所望のストロークを確保しやすい。

また、アクチュエーターの出力は、ダイヤフラム部材の伸縮力、およびダイヤフラム部材を挟む駆動用流体室の内外の差圧に起因する付勢力により確保されている。電極が伸縮膜の伸縮を規制すると、電極を強制的に伸縮膜と共に伸縮させるのに、伸縮膜の伸縮力および差圧に起因する付勢力の一部が、消費されてしまう。このため、消費分だけ、出力が低下してしまう。この点、本構成によると、電極は伸縮膜の伸縮に応じて伸縮可能である。つまり、電極は伸縮膜と一体となって変形することができる。このため、出力の低下を抑制することができる。

（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、前記誘電体エラストマーは、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である構成とする方がよい（請求項７に対応）。

誘電体エラストマーは、電極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、絶縁破壊性が高いため好適である。

本発明によると、体格を小型化でき、部品点数が少なく、構造が簡単で、組付が簡単なアクチュエーターを提供することができる。

以下、本発明のアクチュエーターの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態は、本発明のアクチュエーターをポンプとして具現化したものである。

［本実施形態のポンプの構成］
まず、本実施形態のポンプの構成について説明する。図１に、本実施形態のポンプの斜視図を示す。図２に、同ポンプの分解斜視図を示す。図３に、同ポンプの低電圧状態の軸方向（上下方向）断面図を示す。図４に、同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図を示す。

ポンプ１は、作動用ハウジング部材２０と、駆動用ハウジング部材２１と、ダイヤフラム部材２２と、を備えている。図３、図４に示すように、ポンプ１は熱源用冷却回路Ｃの一部を構成している。熱源用冷却回路Ｃには、冷却液が循環している。冷却液は、本発明の作動用流体に含まれる。

作動用ハウジング部材２０は、ポリアミド製であって、下方に開口する有底円筒状を呈している。すなわち、作動用ハウジング部材２０の下端には、作動用開口部２００が配置されている。また、作動用ハウジング部材２０の内部には、作動用流体室２０１が区画されている。また、作動用ハウジング部材２０の上底壁には、吸入筒部２０２および排出筒部２０３が突設されている。吸入筒部２０２と排出筒部２０３とは、上底壁の中心を挟んで、１８０°対向して配置されている。吸入筒部２０２および排出筒部２０３は、共に短軸円筒状を呈している。吸入筒部２０２先端には、吸入口２０２ａが開設されている。吸入口２０２ａは、熱源用冷却回路Ｃの吸入側逆止弁Ｖ１下流側に接続されている。排出筒部２０３先端には、排出口２０３ａが開設されている。排出口２０３ａは、熱源用冷却回路Ｃの排出側逆止弁Ｖ２上流側に接続されている。作動用ハウジング部材２０の側周壁外面には、リング状のフランジ部２０４が形成されている。フランジ部２０４には、上下方向に延びるボルト貫通孔２０４ａが穿設されている。ボルト貫通孔２０４ａは、１８０°対向して、一対配置されている。

駆動用ハウジング部材２１は、ポリアミド製であって、上方に開口する有底円筒状を呈している。すなわち、駆動用ハウジング部材２１の上端には、駆動用開口部２１０が配置されている。駆動用ハウジング部材２１と作動用ハウジング部材２０とは、駆動用開口部２１０と作動用開口部２００との間にダイヤフラム部材２２を挟持した状態で、上下方向に対向して配置されている。駆動用ハウジング部材２１の内部には、駆動用流体室２１１が区画されている。また、駆動用ハウジング部材２１の下底壁には、短軸円筒状の減圧用筒部２１２が突設されている。減圧用筒部２１２は、減圧弁Ｖ３を介して、真空ポンプに接続されている。駆動用ハウジング部材２１の側周壁外面には、リング状のフランジ部２１４が形成されている。フランジ部２１４には、上下方向に延びるボルト貫通孔２１４ａが穿設されている。ボルト貫通孔２１４ａは、１８０°対向して、一対配置されている。一対のボルト貫通孔２１４ａは、作動用ハウジング部材２０の一対のボルト貫通孔２０４ａと、上下方向に対向して配置されている。これらボルト貫通孔２０４ａ、２１４ａには、上方から下方に向かって、ボルト２１５が貫通している。ボルト２１５の貫通端（下端）には、ナット２１６が螺着されている。これらボルト２１５およびナット２１６により、駆動用ハウジング部材２１のフランジ部２１４と作動用ハウジング部材２０のフランジ部２０４とは、連結されている。また、駆動用ハウジング部材２１の側周壁外面には、リング溝２１７が凹設されている。リング溝２１７は、駆動用ハウジング部材２１の側周壁外面を一周している。

ダイヤフラム部材２２は、プラス電極２２０と、マイナス電極２２１と、伸縮膜２２２と、絶縁膜２２３と、が積層されて形成されている。絶縁膜２２３は、本発明の絶縁層に含まれる。

プラス電極２２０およびマイナス電極２２１は、共にシリコンオイルが混合されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）製であって、円形膜状を呈している。プラス電極２２０およびマイナス電極２２１は、伸縮膜２２２の伸縮を規制しないように、伸縮膜２２２と共に変形する。プラス電極２２０は、スイッチ（図略）を介して、電源（図略）のプラス側に接続されている。マイナス電極２２１は、電源のマイナス側に接続されている。

伸縮膜２２２は、アクリルゴム製であって、円形膜状を呈している。伸縮膜２２２は、プラス電極２２０およびマイナス電極２２１よりも、若干大径である。伸縮膜２２２は、プラス電極２２０とマイナス電極２２１との間に、介装されている。すなわち、上下方向に隣り合う一対のプラス電極２２０およびマイナス電極２２１により、伸縮膜２２２に電圧が印加される。

絶縁膜２２３は、シリコングリス製の塗膜である。絶縁膜２２３は、円形膜状を呈している。絶縁膜２２３は、ダイヤフラム部材２２の最上部に配置されている。すなわち、絶縁膜２２３により、ダイヤフラム部材２２を構成する他の部材は、上方から覆われている。

ダイヤフラム部材２２は、作動用ハウジング部材２０の作動用開口部２００の口縁と、駆動用ハウジング部材２１の駆動用開口部２１０の口縁と、の間に挟持、固定されている。ダイヤフラム部材２２の外周縁は、鋼製のワイヤ２２４により、リング溝２１７に固定されている。ダイヤフラム部材２２は、外周縁が拡径方向に伸張された延伸状態で配置されている。

［本実施形態のポンプの組付方法］
次に、本実施形態のポンプ１の組付方法について簡単に説明する。まず、駆動用ハウジング部材２１の駆動用開口部２１０に、ワイヤ２２４を用いて、ダイヤフラム部材２２を固定する。すなわち、ダイヤフラム部材２２により、駆動用流体室２１１を封止する。なお、この際、ダイヤフラム部材２２を、外周縁が拡径方向に伸張された延伸状態で駆動用開口部２１０に固定する。

次いで、ダイヤフラム部材２２の上方から、作動用ハウジング部材２０を、作動用開口部２００が下を向くように配置する。すなわち、作動用ハウジング部材２０を伏設する。それから、ボルト２１５およびナット２１６により、駆動用ハウジング部材２１のフランジ部２１４と作動用ハウジング部材２０のフランジ部２０４とを、連結する。

その後、減圧用筒部２１２を、減圧弁Ｖ３および真空ポンプに連通させる。そして、減圧弁Ｖ３を開弁し、真空ポンプにより、駆動用流体室２１１を所定の圧力になるように減圧する。すなわち、本実施形態における駆動用流体は空気である。ここで、ダイヤフラム部材２２を挟む駆動用流体室２１１外部の気圧は、大気圧である。一方、ダイヤフラム部材２２を挟む駆動用流体室２１１内部の気圧は、負圧である。このため、ダイヤフラム部材２２を挟む駆動用流体室２１１の内外の差圧により、ダイヤフラム部材２２は、下方つまり駆動用流体室２１１側に、突出変形する。駆動用流体室２１１が所定の圧力になったら、減圧弁Ｖ３を閉弁し、駆動用流体室２１１を封止する。

最後に、吸入筒部２０２の吸入口２０２ａを熱源用冷却回路Ｃの吸入側逆止弁Ｖ１下流側に、排出筒部２０３の排出口２０３ａを熱源用冷却回路Ｃの排出側逆止弁Ｖ２上流側に、それぞれ接続する。このようにして、本実施形態のポンプ１は組み付けられる。

［本実施形態のポンプの動き］
次に、本実施形態のポンプ１の動きについて説明する。低電圧状態においては、スイッチが開成されている。このため、前出図３に示すように、ダイヤフラム部材２２の伸縮膜２２２には、電圧が印加されていない。したがって、ダイヤフラム部材２２は、駆動用流体室２１１側に所定量だけ突出した状態で停止している。

スイッチが閉成されると、高電圧状態になり、ダイヤフラム部材２２は、膜展開方向に伸張する。しかしながら、ダイヤフラム部材２２の外周部は、作動用開口部２００と駆動用開口部２１０との間に、挟持されている。このため、ダイヤフラム部材２２は、伸張分に応じて、駆動用流体室２１１の負圧に引っ張られて、下方に突出する。すなわち、前出図４に示すように、低電圧状態と比較して、ダイヤフラム部材２２は、さらに駆動用流体室２１１側に突出する。ダイヤフラム部材２２が下方に突出すると、その分、作動用流体室２０１の容積が大きくなる。このため、吸入側逆止弁Ｖ１が開き（排出側逆止弁Ｖ２は閉じている）、吸入口２０２ａを介して、熱源用冷却回路Ｃから作動用流体室２０１に、冷却液が流入する。

再びスイッチが開成されると、高電圧状態から低電圧状態に切り替わる。このため、ダイヤフラム部材２２が、駆動用流体室２１１の負圧に抗して、上方に復動する。したがって、作動用流体室２０１の容積が小さくなる。作動用流体室２０１の容積が小さくなると、排出側逆止弁Ｖ２が開き（吸入側逆止弁Ｖ１は閉じている）、排出口２０３ａを介して、作動用流体室２０１から熱源用冷却回路Ｃに、冷却液が流出する。

以上説明したように、本実施形態のポンプ１は、スイッチの開閉を繰り返すことにより、低電圧状態と高電圧状態とを交互に発生させ、冷却液を熱源用冷却回路Ｃに循環させている。循環する冷却液は、ポンプ１出側で熱源を冷却する。熱源との熱交換で高温になった冷却液は、放熱器で冷却され低温に戻る。低温に戻った冷却液は、ポンプ１に流入し、再びポンプ１出側で熱源を冷却する。このようにして、冷却液は、熱源用冷却回路Ｃを循環している。

［作用効果］
次に、本実施形態のポンプ１の作用効果について説明する。本実施形態のポンプ１によると、前出図８のアクチュエーター１００のスプリング１０４のような付勢部材は不要である。このため、駆動用ハウジング部材２１にスプリング１０４の設置スペースを確保する必要がない。駆動用ハウジング部材２１は、最低限ダイヤフラム部材２２の変形スペースを有していればよい。したがって、駆動用ハウジング部材２１延いてはポンプ１の体格を小型化することができる。

また、本実施形態のポンプ１によると、スプリングなどの付勢部材は勿論、当該付勢部材を設置するための部材、部位が不要である。このため、部品点数が少なく、構造が簡単である。また、本実施形態のポンプ１によると、組付作業の際、付勢部材に蓄積する付勢力を考慮する必要がない。このため、組付が簡単である。

また、本実施形態のポンプ１によると、アクリルゴムの電歪特性を利用して駆動力を取り出している。このため、モーターなどにより駆動力を取り出す場合と比較して、消費電力を小さくすることができる。また、駆動時の騒音を低減することができる。

また、本実施形態のポンプ１によると、ダイヤフラム部材２２の比較的広い部分が、作動用流体室２０１と駆動用流体室２１１との間の差圧により、駆動用流体室２１１側に引っ張られている。このため、ダイヤフラム部材２２は、前出図３、図４に示すように、あたかも駆動用流体室２１１側に膨出するように、弧面状に変形する。したがって、本実施形態のポンプ１によると、作動用流体室２０１の容積変化量が大きくなる。つまり、冷却液の単位時間あたりの流量が大きくなる。

また、本実施形態のポンプ１によると、プラス電極２２０の上面が絶縁膜２２３により覆われている。すなわち、プラス電極２２０と作動用流体室２０１の冷却液とは、絶縁膜２２３により遮断されている。このため、プラス電極２２０により冷却液が導通するのを抑制することができる。

また、本実施形態のポンプ１によると、ダイヤフラム部材２２を挟む駆動用流体室２１１の内外の差圧を調整することで、作動用流体室２０１の冷却液の吸入力を調整することができる。例えば、差圧を大きくすることで、吸入力を大きくすることができる。また、差圧を小さくすることで、吸入力を小さくすることができる。

また、本実施形態のポンプ１によると、プラス電極２２０およびマイナス電極２２１が、伸縮膜２２２の伸縮を規制しないように伸縮可能である。このため、所望のストロークを確保しやすい。

また、ポンプ１の出力は、ダイヤフラム部材２２の伸縮力、およびダイヤフラム部材２２を挟む駆動用流体室２１１の内外の差圧に起因する付勢力により確保されている。プラス電極２２０およびマイナス電極２２１が伸縮膜２２２の伸縮を規制すると、プラス電極２２０およびマイナス電極２２１を強制的に伸縮膜２２２と共に伸縮させるのに、伸縮膜２２２の伸縮力および差圧に起因する付勢力の一部が、消費されてしまう。このため、消費分だけ、出力が低下してしまう。この点、本実施形態のポンプ１によると、プラス電極２２０およびマイナス電極２２１は伸縮膜２２２の伸縮に応じて伸縮可能である。つまり、プラス電極２２０およびマイナス電極２２１は伸縮膜２２２と一体となって変形することができる。このため、出力の低下を抑制することができる。また、伸縮膜２２２は、アクリルゴム製である。このため、伸縮膜２２２の誘電性、絶縁破壊性が高い。したがって、低電圧状態と高電圧状態との電位差を大きくすることができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のポンプと第一実施形態のポンプとの相違点は、ダイヤフラム部材の構成のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図５に、本実施形態のポンプのダイヤフラム部材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。

ダイヤフラム部材２２は、図５に示すように、合計六枚のプラス電極２２０と、合計五枚のマイナス電極２２１と、合計十枚の伸縮膜２２２と、一枚の絶縁膜２２３と、が積層されて形成されている。

プラス電極２２０とマイナス電極２２１と伸縮膜２２２とは、下方から上方に向かって、プラス電極２２０→伸縮膜２２２→マイナス電極２２１→伸縮膜２２２→プラス電極２２０という順番で、積層されている。絶縁膜２２３は、この積層構造の最上面を覆っている。

六枚のプラス電極２２０は、ダイヤフラム部材２２の直径方向一端で束ねられ、スイッチＳを介して、電源のプラス側に接続されている。一方、五枚のマイナス電極２２１は、ダイヤフラム部材２２の直径方向他端で束ねられ、電源のマイナス側に接続されている。

本実施形態のポンプと第一実施形態のポンプとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のポンプによると、ダイヤフラム部材２２に合計十枚の伸縮膜２２２が積層されている。このため、伸縮膜２２２が一枚の場合と比較して、より大きな荷重を発生させることができる。したがって、冷却液の排出圧を大きくすることができる。

＜第三実施形態＞
本実施形態のアクチュエーターは、相手側部材を一軸方向に往復動させるために用いられる。本実施形態のアクチュエーターと第一実施形態のポンプとの構成上の相違点は、作動用ハウジング部材の代わりにロッド用ハウジング部材が配置されている点である。また、往復ロッドがダイヤフラム部材に固定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。

［本実施形態のアクチュエーターの構成］
まず、本実施形態のアクチュエーターの構成について説明する。図６に、本実施形態のアクチュエーターの低電圧状態の軸方向（上下方向）断面図を示す。なお、図３と対応する部位については同じ符号で示す。図７に、同アクチュエーターの高電圧状態の軸方向断面図を示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。

本実施形態のアクチュエーター３は、ロッド用ハウジング部材３０と、駆動用ハウジング部材２１と、ダイヤフラム部材２２と、往復ロッド３１と、を備えている。ロッド用ハウジング部材３０は、ポリアミド製であって、下方に開口する有底円筒状を呈している。すなわち、ロッド用ハウジング部材３０の下端には、ロッド用開口部３００が配置されている。また、ロッド用ハウジング部材３０の上底壁中心には、ロッド貫通孔３０１が穿設されている。ロッド用ハウジング部材３０の側周壁外面には、リング状のフランジ部３０４が形成されている。フランジ部３０４には、上下方向に延びるボルト貫通孔３０４ａが穿設されている。ボルト貫通孔３０４ａは、１８０°対向して、一対配置されている。

ボルト２１５がボルト貫通孔３０４ａ、２１４ａを貫通し、貫通端にナット２１６が螺着されることにより、駆動用ハウジング部材２１のフランジ部２１４とロッド用ハウジング部材３０のフランジ部３０４とは、連結されている。

ダイヤフラム部材２２は、プラス電極２２０と、マイナス電極２２１と、伸縮膜２２２と、バリヤ膜２２５と、が積層されて形成されている。バリヤ膜２２５は、本発明のバリヤ層に含まれる。

バリヤ膜２２５は、シリコングリス製の塗膜である。バリヤ膜２２５は、円形膜状を呈している。バリヤ膜２２５は、ダイヤフラム部材２２の最上部に配置されている。すなわち、バリヤ膜２２５により、ダイヤフラム部材２２を構成する他の部材は、上方から覆われている。

往復ロッド３１は、上下方向に延在する丸棒状を呈している。往復ロッド３１は、ロッド貫通孔３０１を貫通している。往復ロッド３１の下端は、バリヤ膜２２５の上面中心に固定されている。往復ロッド３１の上端は、相手側部材に接続されている。往復ロッド３１は、ロッド貫通孔３０１の延在方向、つまり上下方向に往復動可能である。

［本実施形態のアクチュエーターの動き］
次に、本実施形態のアクチュエーター３の動きについて説明する。低電圧状態においては、スイッチ（図略）が開成されている。このため、前出図６に示すように、ダイヤフラム部材２２の伸縮膜２２２には、電圧が印加されていない。したがって、ダイヤフラム部材２２は、駆動用流体室２１１側に所定量だけ突出した状態で停止している。

スイッチが閉成されると、高電圧状態になり、ダイヤフラム部材２２は、膜展開方向に伸張する。しかしながら、ダイヤフラム部材２２の外周部は、ロッド用開口部３００と駆動用開口部２１０との間に、挟持されている。このため、ダイヤフラム部材２２は、駆動用流体室２１１の負圧に引っ張られて、下方に突出する。すなわち、前出図７に示すように、低電圧状態と比較して、ダイヤフラム部材２２は、さらに駆動用流体室２１１側に突出する。ダイヤフラム部材２２が下方に突出すると、その分、往復ロッド３１がロッド用ハウジング部材３０内部に没入する。つまり、往復ロッド３１が下降する。

再びスイッチが開成されると、高電圧状態から低電圧状態に切り替わる。このため、ダイヤフラム部材２２が、駆動用流体室２１１の負圧に抗して、上方に復動する。したがって、往復ロッド３１がロッド用ハウジング部材３０外部に突出する。つまり、往復ロッド３１が上昇する。

以上説明したように、本実施形態のアクチュエーター３は、スイッチの開閉を繰り返すことにより、低電圧状態と高電圧状態とを交互に発生させ、往復ロッド３１すなわち相手側部材を上下方向に往復動させている。

［作用効果］
次に、本実施形態のアクチュエーター３の作用効果について説明する。本実施形態のアクチュエーター３と第一実施形態のポンプとは、構成が共通する部分に関しては、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ー３によると、ダイヤフラム部材２２の最上部にバリヤ膜２２５が配置されている。このため、ロッド用ハウジング部材３０内部の気体が、ダイヤフラム部材２２を透過して、駆動用流体室２１１に流入するのを抑制することができる。したがって、駆動用流体室２１１の負圧を長時間確保することができる。

＜その他＞
以上、本発明のアクチュエーター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。

第一実施形態においては、作動用ハウジング部材２０と駆動用ハウジング部材２１とを連結してから、駆動用流体室２１１の減圧を行った。しかしながら、駆動用流体室２１１の減圧は、作動用ハウジング部材２０と駆動用ハウジング部材２１とを連結する前に行ってもよい。また、駆動用流体室２１１の減圧は、作動用流体室２０１に冷却液が入っている状態で行ってもよい。

また、ダイヤフラム部材２２を挟む駆動用流体室２１１の内外に、常時差圧を設定していなくてもよい。例えば、第一実施形態のポンプ１の場合、車両のイグニッションスイッチのオンに連動して、真空ポンプを起動し駆動用流体室２１１を所定の負圧まで減圧してもよい。すなわち、少なくともポンプ１駆動時に差圧が設定されていればよい。

また、駆動用流体室２１１の減圧は、真空ポンプのみならず、例えば注射器などにより行ってもよい。また、駆動用流体室２１１の圧力を定期的にチェックして、許容圧力を超えたら自動的に真空ポンプにより減圧する形態で実施してもよい。

また、第一実施形態においては、作動用流体として冷却液を用いたが、水、オイル、燃料など、他の液体を用いてもよい。また、気体を用いてもよい。気体を用いる場合、例えば窒素など伸縮膜２２２を透過しにくい気体を用いる方がよい。こうすると、駆動用流体室２１１の圧力が上昇しにくい。

また、上記実施形態においては、駆動用流体室２１１を大気圧よりも低い負圧に設定したが、駆動用流体室２１１の圧力は、負圧でなくてもよい。ダイヤフラム部材２２を駆動用流体室２１１側に付勢できればよい。

また、上記実施形態においては、低電圧状態におけるプラス電極２２０とマイナス電極２２１との間の印加電圧を０Ｖとしたが、印加電圧は０Ｖでなくてもよい。高電圧状態よりも電圧が低ければよい。

また、上記実施形態においては、作動用ハウジング部材２０、駆動用ハウジング部材２１、ロッド用ハウジング部材３０の材質をポリアミド製としたが、材質は特に限定しない。例えば、他の樹脂製、あるいは金属製としてもよい。

また、上記実施形態においては、ダイヤフラム部材２２をワイヤ２２４を用いて固定したが、クランプリングを用いて固定してもよい。また、接着など他の方法でダイヤフラム部材２２を固定してもよい。また、第一実施形態においては、吸入口２０２ａ、排出口２０３ａを、各々一つずつ配置したが、吸入口２０２ａ、排出口２０３ａの配置数は特に限定しない。

また、ダイヤフラム部材２２におけるプラス電極２２０、マイナス電極２２１、伸縮膜２２２の積層数も特に限定しない。また、上記実施形態においては、作動用ハウジング部材２０と駆動用ハウジング部材２１、あるいはロッド用ハウジング部材３０と駆動用ハウジング部材２１を、ボルト２１５およびナット２１６により連結したが、接着、溶着、爪嵌合などにより両部材を連結してもよい。

また、上記実施形態においては、プラス電極２２０およびマイナス電極２２１を、共にシリコンオイルが混合されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）製としたが、プラス電極２２０およびマイナス電極２２１の材質も特に限定しない。カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料からなる導電材に、バインダーとしてオイルやエラストマーを混合したペーストまたは塗料を塗布して、プラス電極２２０やマイナス電極２２１を形成するとよい。バインダーとなるエラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタンゴム等の柔軟なものが好適である。また、伸縮膜２２２の伸縮性をより向上させるため、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の導電性微粉体を、伸縮膜２２２の表面に直接付着させてプラス電極２２０やマイナス電極２２１を形成してもよい。

また、絶縁膜２２３の材質も特に限定しない。伸縮膜２２２の伸縮に応じて伸縮可能である方が好ましい。例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタンゴム等の柔軟なものが好適である。また、絶縁膜２２３を伸縮膜２２２と同じ材質にすると、より大きな駆動力を得ることができる。

第一実施形態のポンプの斜視図である。 同ポンプの分解斜視図である。 同ポンプの低電圧状態の軸方向断面図である。 同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図である。 第二実施形態のポンプのダイヤフラム部材の分解斜視図である。 第三実施形態のアクチュエーターの低電圧状態の軸方向断面図である。 同アクチュエーターの高電圧状態の軸方向断面図である。 （ａ）は特許文献１のアクチュエーターの電源オフ状態の軸方向断面図である。（ｂ）は同アクチュエーターの電源オン状態の軸方向断面図である。

符号の説明

１：ポンプ（アクチュエーター）。
２０：作動用ハウジング部材、２１：駆動用ハウジング部材、２２：ダイヤフラム部材、２００：作動用開口部、２０１：作動用流体室、２０２：吸入筒部、２０２ａ：吸入口、２０３：排出筒部、２０３ａ：排出口、２０４：フランジ部、２０４ａ：ボルト貫通孔、２１０：駆動用開口部、２１１：駆動用流体室、２１２：減圧用筒部、２１４：フランジ部、２１４ａ：ボルト貫通孔、２１５：ボルト、２１６：ナット、２１７：リング溝、２２０：プラス電極（電極）、２２１：マイナス電極（電極）、２２２：伸縮膜、２２３：絶縁膜（絶縁層）、２２４：ワイヤ、２２５：バリヤ膜（バリヤ層）。
３：アクチュエーター、３０：ロッド用ハウジング部材、３１：往復ロッド、３００：ロッド用開口部、３０１：ロッド貫通孔、３０４：フランジ部、３０４ａ：ボルト貫通孔。
Ｃ：熱源用冷却回路、Ｓ：スイッチ、Ｖ１：吸入側逆止弁、Ｖ２：排出側逆止弁、Ｖ３：減圧弁。

Claims (7)

1. 駆動用流体が充填される駆動用流体室と、該駆動用流体室に連通する駆動用開口部と、を有する駆動用ハウジング部材と、
   該駆動用流体室を封止して該駆動用開口部に固定され、一対の電極と、一対の該電極間に介在し一対の該電極間の印加電圧が高くなるに従って膜展開方向の伸張量が大きくなる誘電体エラストマー製の伸縮膜と、を有するダイヤフラム部材と、
   を備え、
   一対の該電極間の印加電圧が低い低電圧状態と、一対の該電極間の印加電圧が該低電圧状態よりも高い高電圧状態と、に切り替え可能であって、
   該ダイヤフラム部材を挟む該駆動用流体室の内外の差圧は、室外側よりも室内側の方が低圧になるように設定されており、
   該低電圧状態から該高電圧状態に切り替える際、該ダイヤフラム部材は、該差圧に応じて、該室内側に突出変形するアクチュエーター。
2. さらに、作動用流体を吸排する作動用流体室と、該作動用流体室に連通すると共に前記駆動用ハウジングの前記駆動用開口部との間に前記ダイヤフラム部材を挟持する作動用開口部と、該作動用流体室に該作動用流体を吸入する吸入口と、該作動用流体室から該作動用流体を排出する排出口と、を有する作動用ハウジング部材を備え、
   前記低電圧状態と前記高電圧状態とを切り替えて該ダイヤフラム部材を変形させることにより、該作動用流体室の容積を変化させ該作動用流体を吸排する請求項１に記載のアクチュエーター。
3. 前記ダイヤフラム部材の前記室外側の表面は、気体に曝されており、
   該ダイヤフラム部材は、該気体が前記差圧により該ダイヤフラム部材を透過して前記駆動用流体室に流入し該差圧が小さくなるのを抑制するため、バリヤ層を有する請求項１または請求項２に記載のアクチュエーター。
4. 前記作動用流体は、導電性を有する液体であり、
   前記ダイヤフラム部材は、該作動用流体が導通するのを抑制するため、前記作動用流体室側の表面に絶縁層を有する請求項２に記載のアクチュエーター。
5. 前記ダイヤフラム部材は、複数の前記伸縮膜が前記電極を介して積層されてなる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアクチュエーター。
6. 前記電極は、前記伸縮膜の伸縮を規制しないように伸縮可能である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアクチュエーター。
7. 前記誘電体エラストマーは、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である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアクチュエーター。

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