JP2011103713A - Actuator - Google Patents

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Hideki Tanaka
英樹 田中
Mutsumi Kimura
睦 木村
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Seiko Epson Corp
Ryukoku University
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Seiko Epson Corp
Ryukoku University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator having high strength, wherein it is possible to suppress driving voltage and obtain a displacement in the same direction as that of the natural movement of a muscle. <P>SOLUTION: The actuator includes: a first electrode 11 to which positive voltage is applied; a second electrode 12 to which negative voltage is applied; and a dielectric elastomer 13 sandwiched between the first electrode 11 and the second electrode 12. The actuator has a laminated structure in which the multiple first electrodes 11 and second electrodes 12 are alternately arranged with the dielectric elastomer 13 in between. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエーターに関するものである。   The present invention relates to an actuator.

近年、生体の筋肉組織を工学的に模倣することを目指して、電場駆動型高分子ソフトアクチュエーター（人工筋肉）の開発が盛んに行われている。このアクチュエーターは、誘電エラストマーが２つの柔軟な電極で挟まれた構造となっている（例えば、特許文献１参照）。   In recent years, electric field-driven polymer soft actuators (artificial muscles) have been actively developed with the aim of imitating muscle tissue of a living body in engineering. This actuator has a structure in which a dielectric elastomer is sandwiched between two flexible electrodes (see, for example, Patent Document 1).

このアクチュエーターの動作原理について説明する。誘電エラストマーに電圧が印加されると、電極間に発生するクーロン力により電極同士が引きつけ合う。すると、誘電エラストマーは弾性変形により電極に対して垂直方向（膜厚方向）に圧縮し、電極に対して水平方向（平面方向）に伸長する。膜厚方向、平面方向の２つの変位のうち、膜厚方向の圧縮変位はごくわずかであるため、アクチュエーターとして利用するときは平面方向の伸長変位が利用されている。   The operating principle of this actuator will be described. When a voltage is applied to the dielectric elastomer, the electrodes attract each other due to the Coulomb force generated between the electrodes. Then, the dielectric elastomer is compressed in the vertical direction (film thickness direction) with respect to the electrode by elastic deformation, and is expanded in the horizontal direction (plane direction) with respect to the electrode. Of the two displacements in the film thickness direction and the plane direction, the compressive displacement in the film thickness direction is negligible, and therefore, when used as an actuator, the extension displacement in the plane direction is used.

特表２００６−５２０１８０号公報Special table 2006-520180 gazette

しかしながら、平面方向の伸長変位は、電気刺激に対して収縮する方向でないため、自然の筋肉の動作方向と反対の方向となる。また、自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を得るために誘電エラストマーの膜厚を大きくする方法があるが、駆動電圧をＶ、誘電エラストマーの膜厚をｄとすると変位量の絶対値はＶ３／ｄ２に比例するため、非常に高い駆動電圧が必要となり実用的ではない。また、誘電エラストマーを薄くすることにより駆動電圧を低くすることができるが、アクチュエーターの強度が低下してしまう惧れがある。 However, since the extension displacement in the planar direction is not a direction to contract in response to the electrical stimulation, the extension displacement is in a direction opposite to the natural muscle movement direction. In addition, there is a method of increasing the thickness of the dielectric elastomer in order to obtain a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction, but if the drive voltage is V and the thickness of the dielectric elastomer is d, the absolute value of the displacement amount. Is proportional to V 3 / d 2 , which requires a very high drive voltage and is not practical. In addition, the drive voltage can be lowered by making the dielectric elastomer thin, but the strength of the actuator may be reduced.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、駆動電圧を抑えつつ自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を得ることが可能な、強度の高いアクチュエーターを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a high-strength actuator capable of obtaining a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction while suppressing a drive voltage. Objective.

上記の課題を解決するため、本発明のアクチュエーターは、正の電圧が印加される第１の電極と、負の電圧が印加される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟持された誘電エラストマーと、を有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが前記誘電エラストマーを介して交互に複数配置された積層構造を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the actuator of the present invention includes a first electrode to which a positive voltage is applied, a second electrode to which a negative voltage is applied, the first electrode, and the second electrode. A dielectric elastomer sandwiched between the electrodes, and having a laminated structure in which a plurality of the first electrodes and the second electrodes are alternately arranged via the dielectric elastomer. .

本発明のアクチュエーターによれば、各電極間（第１の電極と第２の電極との間）に電圧が印加されると、各誘電エラストマーが弾性変形により電極に対して垂直方向（膜厚方向）に圧縮し、電極に対して水平方向（平面方向）に伸長する。つまり、アクチュエーター全体の圧縮変位量は、各電極の圧縮変位量と各誘電エラストマーの圧縮変位量とを足し合わせた大きさとなる。このため、駆動電圧（印加電圧）をＶ、誘電エラストマーの膜厚をｄとすると変位量の絶対値はＶ３／ｄ２に比例することから、単に誘電エラストマーの膜厚を厚くした場合に比べて積層構造とすることで同じ駆動電圧に対して膜厚方向の変位量を大きくすることができる。したがって、駆動電圧を抑えつつ自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を得ることが可能な、強度の高いアクチュエーターが提供できる。 According to the actuator of the present invention, when a voltage is applied between the electrodes (between the first electrode and the second electrode), each dielectric elastomer is elastically deformed to be perpendicular to the electrodes (thickness direction). ) In the horizontal direction (plane direction) with respect to the electrode. That is, the amount of compressive displacement of the entire actuator is the sum of the amount of compressive displacement of each electrode and the amount of compressive displacement of each dielectric elastomer. For this reason, if the drive voltage (applied voltage) is V and the film thickness of the dielectric elastomer is d, the absolute value of the displacement is proportional to V 3 / d 2 , so that compared with a case where the film thickness of the dielectric elastomer is simply increased. By using a laminated structure, the amount of displacement in the film thickness direction can be increased for the same drive voltage. Therefore, it is possible to provide a high-strength actuator capable of obtaining a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction while suppressing the drive voltage.

また、このアクチュエーターにおいては、前記第１の電極、前記第２の電極が伸縮性を有していてもよい。
この構成によれば、各電極が各誘電エラストマーの弾性変形に追従して柔軟に変形（圧縮、伸長）することができる。したがって、駆動電圧を抑えつつ自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を容易に得ることが可能となる。 In the actuator, the first electrode and the second electrode may have elasticity.
According to this configuration, each electrode can flexibly deform (compress, elongate) following the elastic deformation of each dielectric elastomer. Therefore, it is possible to easily obtain a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction while suppressing the drive voltage.

また、このアクチュエーターにおいては、前記第１の電極、前記第２の電極には、それぞれ伸縮性を有する第１の配線、第２の配線が接続されていてもよい。
この構成によれば、各電極が各配線に変形を阻害されることなく柔軟に変形することができる。したがって、駆動電圧を抑えつつ自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を容易に得ることが可能となる。 In this actuator, the first electrode and the second electrode may be connected to a first wiring and a second wiring having elasticity, respectively.
According to this configuration, each electrode can be deformed flexibly without being inhibited from being deformed by each wiring. Therefore, it is possible to easily obtain a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction while suppressing the drive voltage.

また、このアクチュエーターにおいては、前記第１の配線、前記第２の配線は、それぞれ前記第１の電極、前記第２の電極と同じ材料で形成されていてもよい。
この構成によれば、各電極と各配線との間の接続性が向上するので、この接続部が各誘電エラストマーの弾性変形に追従して柔軟に変形することができる。したがって、駆動電圧を抑えつつ自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を容易に得ることが可能となる。 In the actuator, the first wiring and the second wiring may be formed of the same material as the first electrode and the second electrode, respectively.
According to this configuration, since the connectivity between each electrode and each wiring is improved, this connecting portion can flexibly deform following the elastic deformation of each dielectric elastomer. Therefore, it is possible to easily obtain a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction while suppressing the drive voltage.

本発明のアクチュエーターの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the actuator of this invention. アクチュエーターの電圧印加後の状態を示す図である。It is a figure which shows the state after the voltage application of an actuator. アクチュエーターの作製方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the preparation methods of an actuator.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

図１は、本発明のアクチュエーター１の概略構成を示す模式図である。本実施形態ではアクチュエーター１の例として、電場駆動型高分子ソフトアクチュエーター（人工筋肉）を挙げて説明する。図１に示すように、アクチュエーター１は、第１の電極１１と、第２の電極１２と、誘電エラストマー１３と、第１の配線２１と、第２の配線２２と、を具備して構成されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an actuator 1 of the present invention. In the present embodiment, an electric field driven polymer soft actuator (artificial muscle) will be described as an example of the actuator 1. As shown in FIG. 1, the actuator 1 includes a first electrode 11, a second electrode 12, a dielectric elastomer 13, a first wiring 21, and a second wiring 22. ing.

第１の電極１１は、正の電圧が印加される電極である。この第１の電極１１は、誘電エラストマー１３の弾性変形に追従して、誘電エラストマー１３と同じように伸長するように伸縮性を有している。つまり、第１の電極１１は、電圧印加前後において誘電エラストマー１３と同じように平面方向に伸長する。なお、第１の電極１１の膜厚は、例えば０．０１〜０．５μｍの範囲に設定するのがよい。   The first electrode 11 is an electrode to which a positive voltage is applied. The first electrode 11 has elasticity so as to follow the elastic deformation of the dielectric elastomer 13 and extend in the same manner as the dielectric elastomer 13. That is, the first electrode 11 extends in the plane direction in the same manner as the dielectric elastomer 13 before and after voltage application. The film thickness of the first electrode 11 is preferably set in the range of 0.01 to 0.5 μm, for example.

第１の電極１１の形成材料としては、例えば導電性グリス、コロイド懸濁液、カーボンブラック、金や銀などの金属、イオン的または電子的に導電性を有するポリマーを用いることができる。導電性グリスとしては、例えばサンハヤト株式会社製のコンタクトグリースが挙げられる。カーボンブラックとしては、例えば三菱化学株式会社製のカーボンブラックパウダーやライオン株式会社製のケッチェンブラックＥＣが挙げられる。なお、カーボンブラックや金属を用いるときは、薄膜状に形成したり、ゲルやポリマーと混合したりすることが望ましい。これにより、カーボンブラックや金属を用いる場合でも、第１の電極１１はある程度の伸縮性を有するようになる。   As a material for forming the first electrode 11, for example, conductive grease, colloidal suspension, carbon black, metal such as gold or silver, or ionically or electronically conductive polymer can be used. Examples of the conductive grease include contact grease manufactured by Sanhayato Corporation. Examples of the carbon black include carbon black powder manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and ketjen black EC manufactured by Lion Corporation. In addition, when using carbon black or a metal, it is desirable to form in a thin film form or to mix with a gel or a polymer. Thereby, even when carbon black or a metal is used, the first electrode 11 has a certain degree of elasticity.

第２の電極１２は、負の電圧が印加される電極である。この第２の電極１２は第１の電極１１と同様に伸縮性を有している。第２の電極１２の形成材料としては、上述した第１の電極１１と同様に、例えば導電性グリス、コロイド懸濁液、カーボンブラック、金属、導電性を有するポリマーを用いることができる。なお、第１の電極１１の膜厚は、、例えば０．０１〜０．５μｍの範囲に設定するのがよい。   The second electrode 12 is an electrode to which a negative voltage is applied. Similar to the first electrode 11, the second electrode 12 has elasticity. As the material for forming the second electrode 12, for example, conductive grease, colloidal suspension, carbon black, metal, and a conductive polymer can be used as in the first electrode 11 described above. The film thickness of the first electrode 11 is preferably set in the range of 0.01 to 0.5 μm, for example.

誘電エラストマー１３は、第１の電極１１と第２の電極１２に挟まれている。この誘電エラストマー１３は、第１の電極１１と第２の電極１２との間に電圧が印加されると、弾性変形により電極に対して垂直方向（膜厚方向）に圧縮し、電極に対して水平方向（平面方向）に伸長する。このとき、誘電エラストマーを挟んだ電極間に発生する応力σは、式σ＝ε０εＥ２で表され、電界強度の２乗に比例する。ここで、ε０は真空の誘電率、εは比誘電率、Ｅは電界強度である。なお、誘電エラストマー１３の膜厚は、例えば０．０１〜０．５ｍｍの範囲に設定するのがよい。 The dielectric elastomer 13 is sandwiched between the first electrode 11 and the second electrode 12. When a voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 12, the dielectric elastomer 13 is compressed in a direction perpendicular to the electrode (film thickness direction) by elastic deformation, and Extends horizontally (plane direction). At this time, the stress σ generated between the electrodes sandwiching the dielectric elastomer is expressed by the formula σ = ε 0 εE 2 and is proportional to the square of the electric field strength. Here, ε 0 is the dielectric constant of vacuum, ε is the relative dielectric constant, and E is the electric field strength. The film thickness of the dielectric elastomer 13 is preferably set in the range of 0.01 to 0.5 mm, for example.

誘電エラストマー１３の形成材料としては、絶縁性のポリマーまたはラバーを用いることができる。ポリマーとしては、例えばシリコンエラストマー、アクリルエラストマー、熱可塑性エラストマー、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む共重合体、フッ化エラストマー、シリコーン成分及びアクリル成分を含むポリマーを用いることができる。ラバーとしては、例えばシリコーンゴムやアクリルゴム、ウレタンゴムを用いることができる。シリコーンゴムとしては、例えば東レ・ダウコーニング株式会社製のＳＥ９１８８が挙げられる。アクリルゴムとしては、例えばエーモン工業株式会社製のＮ９１５が挙げられる。ウレタンゴムとしては、例えば株式会社エクシールコーポレーション製のハイパーゲルシートが挙げられる。   As a material for forming the dielectric elastomer 13, an insulating polymer or rubber can be used. As the polymer, for example, a silicone elastomer, an acrylic elastomer, a thermoplastic elastomer, a copolymer containing polyvinylidene fluoride (PVDF), a fluoroelastomer, a polymer containing a silicone component and an acrylic component can be used. For example, silicone rubber, acrylic rubber, or urethane rubber can be used as the rubber. Examples of the silicone rubber include SE9188 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd. Examples of the acrylic rubber include N915 manufactured by Amon Industry Co., Ltd. Examples of the urethane rubber include a hypergel sheet manufactured by Exeal Corporation.

第１の配線２１は、電源に接続された１つの主配線部２１ａと、主配線部２１ａから複数枝分かれした副配線部２１ｂと、を有している。各副配線部２１ｂは、それぞれ各第１の電極１１に接続されている。第１の配線２１の形成材料としては、上述した第１の電極１１と同様に、例えば導電性グリス、コロイド懸濁液、カーボンブラック、金属、導電性を有するポリマーを用いることができる。また、第１の配線２１は、上述した第１の電極１１と同様に、伸縮性を有している。   The first wiring 21 has one main wiring portion 21a connected to a power source and a sub wiring portion 21b branched from the main wiring portion 21a. Each sub wiring part 21 b is connected to each first electrode 11. As a material for forming the first wiring 21, for example, conductive grease, colloidal suspension, carbon black, metal, and a conductive polymer can be used as in the first electrode 11 described above. In addition, the first wiring 21 has elasticity as in the first electrode 11 described above.

第２の配線２２は、電源に接続された１つの主配線部２２ａと、主配線部２２ａから複数枝分かれした副配線部２２ｂと、を有している。各副配線部２２ｂは、それぞれ各第２の電極１２に接続されている。第２の配線２２の形成材料としては、上述した第２の電極１２と同様に、例えば導電性グリス、コロイド懸濁液、カーボンブラック、金属、導電性を有するポリマーを用いることができる。また、第２の配線２２は、上述した第２の電極１２と同様に、伸縮性を有している。   The second wiring 22 has one main wiring portion 22a connected to the power source and a sub wiring portion 22b branched from the main wiring portion 22a. Each sub wiring part 22b is connected to each second electrode 12 respectively. As the material for forming the second wiring 22, for example, conductive grease, colloidal suspension, carbon black, metal, or a conductive polymer can be used, as in the case of the second electrode 12 described above. In addition, the second wiring 22 has elasticity as in the second electrode 12 described above.

アクチュエーター１は、第１の電極１１と第２の電極１２とが誘電エラストマー１３を介して交互に複数配置された積層構造となっている。具体的には、第１の電極１１、誘電エラストマー１３、第２の電極１２、誘電エラストマー１３、第１の電極１１、誘電エラストマー１３、第２の電極１２の順に直列に積層された構造となっている。これにより、アクチュエーター１の積層方向の厚さは、例えば０．１〜５ｍｍの範囲になっている。なお、これら第１の電極１１、誘電エラストマー１３、第２の電極１２を積層する数については特に限定されず、必要に応じて適宜設定することができる。   The actuator 1 has a laminated structure in which a plurality of first electrodes 11 and second electrodes 12 are alternately arranged via a dielectric elastomer 13. Specifically, the first electrode 11, the dielectric elastomer 13, the second electrode 12, the dielectric elastomer 13, the first electrode 11, the dielectric elastomer 13, and the second electrode 12 are stacked in series in this order. ing. Thereby, the thickness of the actuator 1 in the stacking direction is, for example, in the range of 0.1 to 5 mm. The number of the first electrode 11, the dielectric elastomer 13, and the second electrode 12 to be stacked is not particularly limited, and can be appropriately set as necessary.

図２は、アクチュエーター１の電圧印加前後の状態を示す図である。図２（ａ）は電圧印加前の状態、図２（ｂ）は電圧印加後の状態を示している。なお、図２においては、便宜上配線及び電源の図示を省略している。   FIG. 2 is a diagram illustrating a state before and after voltage application of the actuator 1. FIG. 2A shows a state before voltage application, and FIG. 2B shows a state after voltage application. In FIG. 2, illustration of wiring and a power source is omitted for convenience.

図２に示すように、アクチュエーター１は、第１の電極１１と第２の電極１２とが誘電エラストマー１３を介して交互に複数配置されて円柱形状になっている。各電極間（第１の電極１１と第２の電極１２との間）に電圧が印加されると、各誘電エラストマー１３が弾性変形により電極に対して垂直方向（膜厚方向）に圧縮し、電極に対して水平方向（平面方向）に伸長する。つまり、アクチュエーター１全体の圧縮変位量は、各電極の圧縮変位量と各誘電エラストマーの圧縮変位量とを足し合わせた大きさとなる。このため、駆動電圧（印加電圧）をＶ、誘電エラストマーの膜厚をｄとすると変位量の絶対値はＶ３／ｄ２に比例することから、単に誘電エラストマーの膜厚を厚くした場合に比べて積層構造とすることで同じ駆動電圧に対して膜厚方向の変位量を大きくすることができる。また、駆動電圧を低くするために各誘電エラストマーの膜厚を薄くした場合でも、積層構造とすることでアクチュエーターの強度を高くすることができる。 As shown in FIG. 2, the actuator 1 has a cylindrical shape in which a plurality of first electrodes 11 and second electrodes 12 are alternately arranged via a dielectric elastomer 13. When a voltage is applied between each electrode (between the first electrode 11 and the second electrode 12), each dielectric elastomer 13 is compressed in a direction perpendicular to the electrode (film thickness direction) by elastic deformation, It extends in the horizontal direction (plane direction) with respect to the electrode. That is, the total amount of compressive displacement of the actuator 1 is the sum of the amount of compressive displacement of each electrode and the amount of compressive displacement of each dielectric elastomer. For this reason, if the drive voltage (applied voltage) is V and the film thickness of the dielectric elastomer is d, the absolute value of the displacement is proportional to V 3 / d 2 , so that compared with a case where the film thickness of the dielectric elastomer is simply increased. By using a laminated structure, the amount of displacement in the film thickness direction can be increased for the same drive voltage. Further, even when the thickness of each dielectric elastomer is reduced in order to reduce the drive voltage, the strength of the actuator can be increased by using a laminated structure.

なお、アクチュエーター１の形状は円柱形状に限らない。例えば立方体形状など、第１の電極と第２の電極とが誘電エラストマーを介して交互に複数配置されていればどのような形状でもよい。   The shape of the actuator 1 is not limited to a cylindrical shape. For example, any shape may be used as long as a plurality of first electrodes and second electrodes are alternately arranged via a dielectric elastomer, such as a cubic shape.

（アクチュエーターの作製方法）
次に、本発明のアクチュエーター１の作製方法について一例を挙げて説明する。
図３は、アクチュエーター１の作製方法の一例を示した図である。先ず、フィルム状の誘電エラストマー１３を用意する。次に、誘電エラストマー１３上面に第１の電極１１を例えばスピンコート法を用いて形成する。これと同様に、誘電エラストマー１３上面に第２の電極１２を例えばスピンコート法を用いて形成する。次に、誘電エラストマー１３上の第１の電極１１の一端面に絶縁性のマスク（第１のマスク１４）を形成する。これと同様に、誘電エラストマー１３上の第２の電極１２の一端面（第１のマスク１４が形成された側と反対の側）に絶縁性のマスク（第２のマスク１５）を形成する。なお、これら絶縁性のマスク１４，１５は、各電極の少なくとも端面に形成されていれば各電極の上面に形成されていてもよい。 (Actuator production method)
Next, an example is given and demonstrated about the manufacturing method of the actuator 1 of this invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the actuator 1. First, a film-like dielectric elastomer 13 is prepared. Next, the first electrode 11 is formed on the upper surface of the dielectric elastomer 13 by using, for example, a spin coating method. Similarly, the second electrode 12 is formed on the upper surface of the dielectric elastomer 13 by using, for example, a spin coat method. Next, an insulating mask (first mask 14) is formed on one end face of the first electrode 11 on the dielectric elastomer 13. Similarly, an insulating mask (second mask 15) is formed on one end surface of the second electrode 12 on the dielectric elastomer 13 (on the side opposite to the side on which the first mask 14 is formed). The insulating masks 14 and 15 may be formed on the upper surfaces of the electrodes as long as they are formed on at least the end surfaces of the electrodes.

次に、第１の電極１１が形成された誘電エラストマー１３と第２の電極１２が形成された誘電エラストマー１３とを重ね合わせて積層する。このとき、第１の電極１１の一端面に形成された第１のマスク１４と第２の電極１２の一端面に形成された第２のマスク１５とが隣接しないように配置する。次に、第１の電極１１の他端面（第１のマスク１４が形成されていない側）であり、かつ、第２の電極１２の一端面（第２のマスク１５が形成された側）に第１の配線２１を形成する。このとき、第２の電極１２の一端面には第２のマスク１５が形成されているので、第２の電極１２と第１の配線２１とは第１の配線２１を介して導通することがない。つまり、第１の配線２１は第１の電極１１と選択的に導通される。これと同様に、第２の電極１２の他端面（第１のマスク１５が形成されていない側）であり、かつ、第１の電極１１の一端面（第１のマスク１４が形成された側）に第２の配線２２を形成する。以上の工程により、本発明のアクチュエーター１が作製される。   Next, the dielectric elastomer 13 on which the first electrode 11 is formed and the dielectric elastomer 13 on which the second electrode 12 is formed are laminated and laminated. At this time, it arrange | positions so that the 1st mask 14 formed in the end surface of the 1st electrode 11 and the 2nd mask 15 formed in the end surface of the 2nd electrode 12 may not adjoin. Next, the other end surface of the first electrode 11 (the side where the first mask 14 is not formed) and the one end surface of the second electrode 12 (the side where the second mask 15 is formed). A first wiring 21 is formed. At this time, since the second mask 15 is formed on one end surface of the second electrode 12, the second electrode 12 and the first wiring 21 can be electrically connected via the first wiring 21. Absent. That is, the first wiring 21 is selectively conducted with the first electrode 11. Similarly, the other end surface of the second electrode 12 (the side where the first mask 15 is not formed) and the one end surface of the first electrode 11 (the side where the first mask 14 is formed). ) To form the second wiring 22. Through the above steps, the actuator 1 of the present invention is manufactured.

本発明のアクチュエーター１によれば、各電極間（第１の電極１１と第２の電極１２との間）に電圧が印加されると、各誘電エラストマー１３が弾性変形により電極に対して垂直方向（膜厚方向）に圧縮し、電極に対して水平方向（平面方向）に伸長する。つまり、アクチュエーター１全体の圧縮変位量は、各電極の圧縮変位量と各誘電エラストマーの圧縮変位量とを足し合わせた大きさとなる。このため、駆動電圧（印加電圧）をＶ、誘電エラストマーの膜厚をｄとすると変位量の絶対値はＶ３／ｄ２に比例することから、単に誘電エラストマーの膜厚を厚くした場合に比べて積層構造とすることで同じ駆動電圧に対して膜厚方向の変位量を大きくすることができる。したがって、駆動電圧を抑えつつ自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を得ることが可能な、強度の高いアクチュエーター１が提供できる。 According to the actuator 1 of the present invention, when a voltage is applied between the electrodes (between the first electrode 11 and the second electrode 12), each dielectric elastomer 13 is perpendicular to the electrodes by elastic deformation. Compress in the film thickness direction and extend in the horizontal direction (plane direction) with respect to the electrode. That is, the total amount of compressive displacement of the actuator 1 is the sum of the amount of compressive displacement of each electrode and the amount of compressive displacement of each dielectric elastomer. For this reason, if the drive voltage (applied voltage) is V and the film thickness of the dielectric elastomer is d, the absolute value of the displacement is proportional to V 3 / d 2 , so that compared with a case where the film thickness of the dielectric elastomer is simply increased. By using a laminated structure, the amount of displacement in the film thickness direction can be increased for the same drive voltage. Therefore, it is possible to provide a high-strength actuator 1 that can obtain a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction while suppressing the drive voltage.

また、この構成によれば、第１の電極１１、第２の電極１２が伸縮性を有しているので、各電極１１，１２が各誘電エラストマー１３の弾性変形に追従して柔軟に変形（圧縮、伸長）することができる。   Further, according to this configuration, since the first electrode 11 and the second electrode 12 have elasticity, each electrode 11, 12 flexibly deforms following the elastic deformation of each dielectric elastomer 13 ( Compression, decompression).

また、この構成によれば、第１の電極１１、第２の電極１２には、それぞれ伸縮性を有する第１の配線２１、第２の配線２２が接続されているので、各電極１１，１２が各配線２１，２２に変形を阻害されることなく柔軟に変形することができる。   In addition, according to this configuration, the first electrode 11 and the second electrode 12 are connected to the first wiring 21 and the second wiring 22 having elasticity, respectively. However, the wirings 21 and 22 can be deformed flexibly without being inhibited from being deformed.

また、この構成によれば、第１の配線２１、第２の配線２２がそれぞれ第１の電極１１、第２の電極１２と同じ材料で形成されているので、各電極１１，１２と各配線２１，２２との間の接続性が向上するので、この接続部が各誘電エラストマー１３の弾性変形に追従して柔軟に変形することができる。したがって、駆動電圧を抑えつつ自然の筋肉の動作方向と同じ方向の変位量を容易に得ることが可能となる。   In addition, according to this configuration, the first wiring 21 and the second wiring 22 are formed of the same material as the first electrode 11 and the second electrode 12, respectively. Since the connectivity between 21 and 22 is improved, this connecting portion can flexibly deform following the elastic deformation of each dielectric elastomer 13. Therefore, it is possible to easily obtain a displacement amount in the same direction as the natural muscle movement direction while suppressing the drive voltage.

また、本発明のアクチュエーターは、例えばパワードスーツに用いられるソフトアクチュエーターにおいても適用可能である。本発明のアクチュエーターによれば、膜厚方向の変位量（圧縮変位量）と平面方向の変位量（伸長変位量）との２方向の変位量を得ることが可能となる。このため、圧縮変位量を得ることができるものと伸長変位量を得ることができるものとを組み合わせた構造よりも、コンパクトなソフトアクチュエーターが提供できる。   The actuator of the present invention can also be applied to a soft actuator used for a powered suit, for example. According to the actuator of the present invention, a displacement amount in two directions, that is, a displacement amount in the film thickness direction (compression displacement amount) and a displacement amount in the plane direction (elongation displacement amount) can be obtained. For this reason, it is possible to provide a soft actuator that is more compact than a structure in which a structure capable of obtaining a compression displacement amount and a structure capable of obtaining an extension displacement amount are combined.

１…アクチュエーター、１１…第１の電極、１２…第２の電極、１３…誘電エラストマー、２１…第１の配線、２２…第２の配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Actuator, 11 ... 1st electrode, 12 ... 2nd electrode, 13 ... Dielectric elastomer, 21 ... 1st wiring, 22 ... 2nd wiring

Claims (4)

正の電圧が印加される第１の電極と、
負の電圧が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟持された誘電エラストマーと、を有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とが前記誘電エラストマーを介して交互に複数配置された積層構造を有することを特徴とするアクチュエーター。 A first electrode to which a positive voltage is applied;
A second electrode to which a negative voltage is applied;
A dielectric elastomer sandwiched between the first electrode and the second electrode,
An actuator having a laminated structure in which a plurality of the first electrodes and the second electrodes are alternately arranged via the dielectric elastomer. 前記第１の電極、前記第２の電極が伸縮性を有することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode have elasticity. 前記第１の電極、前記第２の電極には、それぞれ伸縮性を有する第１の配線、第２の配線が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエーター。   3. The actuator according to claim 1, wherein a first wiring and a second wiring having elasticity are connected to the first electrode and the second electrode, respectively. 前記第１の配線、前記第２の配線は、それぞれ前記第１の電極、前記第２の電極と同じ材料で形成されていること特徴とする請求項３に記載のアクチュエーター。   4. The actuator according to claim 3, wherein the first wiring and the second wiring are made of the same material as the first electrode and the second electrode, respectively.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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