JP2012249388A - アクチュエータ,アクチュエータモジュール及びアクチュエータシステム - Google Patents
アクチュエータ,アクチュエータモジュール及びアクチュエータシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012249388A JP2012249388A JP2011118107A JP2011118107A JP2012249388A JP 2012249388 A JP2012249388 A JP 2012249388A JP 2011118107 A JP2011118107 A JP 2011118107A JP 2011118107 A JP2011118107 A JP 2011118107A JP 2012249388 A JP2012249388 A JP 2012249388A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- actuator
- film
- dielectric elastomer
- wiring
- 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.)
- Granted
Links
- 229920002595 Dielectric elastomer Polymers 0.000 claims description 127
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 24
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 23
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 9
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 abstract description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 description 9
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000474 nursing effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/04—Constructional details
- H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
- H02N2/046—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification for conversion into rotary motion
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/857—Macromolecular compositions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
【解決手段】エラストマーフィルム1の両面に取り付けた電極2,3の一方の電極3をヒータとしても機能させて,アクチュエータ動作温度を制御する。エラストマーフィルムをジュール熱によってガラス転移温度より高い温度に加熱して使用することで,安定したアクチュエータ動作を得る。
【選択図】図2B
Description
上記した以外の,課題,構成及び効果は,以下の実施形態の説明により明らかにされる。
実施例1では,本発明のアクチュエータの基本的な構造及び使用方法について説明する。
はじめに,アクチュエータの基本的な構造について説明する。図1Aは従来の誘電エラストマーアクチュエータの基本構造を表す斜視概略図,図1Bは従来の誘電エラストマーアクチュエータの基本配線図である。
実施例2では,本発明のアクチュエータを用いたアクチュエータモジュールの基本的な構造及び使用方法について説明する。
実施例3では,実施例2とは異なった構造のアクチュエータを用いたアクチュエータモジュールについて説明する。
本発明のアクチュエータは軽量でフレキシブルなため,ロボットや装着型パワードスーツへの応用が期待される。本実施例では,ロボットの関節の屈伸に相当する,ヒンジで接続された2つのアームを本発明のアクチュエータを用いたワイヤー駆動で屈曲運動させるためのシステムについて記述する。
2 上面動作電極
3 下面動作電極
4 上面電極配線
5 下面電極配線
6 高圧電源
7 誘電エラストマーアクチュエータ
8 下面電極ヒータ配線
9 電源
10 電流計
11 低抵抗領域
12 サージ防止回路
13 ヒューズ
20 誘電エラストマーアクチュエータモジュール
21 外部配線
22 固定具
23,24 外部配線
25,26 スイッチ
27 押しバネ
28,30 誘電エラストマーアクチュエータモジュール
31A,31B,31C ヒータ動作電極
32A,32B,32C 動作電極
33 高圧電源
34 ヒータ電源
35A ヒータ配線
36A グランド配線
37A 高圧電源配線
38,39 固定具
40 外部グランド配線
41 外部ヒータ配線
42 外部高圧電源配線
43,44,45 外部配線
61 アーム部
62 アクチュエータ部
63 アクチュエータ制御部
64 ヒンジ
65 上部アーム
66 下部アーム
67 ワイヤー
68 ワイヤー固定部
69 ワイヤーガイド
70 誘電エラストマーアクチュエータ
71,72 固定具
80 高圧電源
81 ヒータ抵抗測定用電流計
82 ヒータ電源
83 コントローラ
84 メモリ
100 誘電エラストマーアクチュエータ
Claims (12)
- 誘電エラストマー材料からなるフィルムと,
前記フィルムの第1の面に形成された伸縮性を有する第1の電極と,
前記フィルムの第2の面に形成された伸縮性を有する第2の電極とを有し,
前記第1の電極と前記第2の電極間への電圧印加により前記フィルムが圧縮されるように変形するアクチュエータにおいて,
前記第1の電極に,ジュール加熱のための電流を流す配線が接続されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1記載のアクチュエータにおいて,前記配線は,前記第1の電極を接地するための配線と対向する位置に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1記載のアクチュエータにおいて,前記電極は導電性微粒子とエラストマーのコンポジット材料からなることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1記載のアクチュエータにおいて,第1の面に前記第1の電極が形成され第2の面に前記第2の電極が形成されたフィルムが膜厚方向に複数積層され,隣接するフィルム間で前記第1の電極と前記第2の電極を交互に共用していることを特徴とするアクチュエータ。
- 誘電エラストマー材料からなるフィルムと,
前記フィルムの第1の面に形成された伸縮性を有する第1の電極と,
前記フィルムの第2の面に形成された伸縮性を有する第2の電極とを有し,
前記第1の電極に,ジュール加熱のための電流を流す配線を流す配線が接続されており,前記第1の電極と前記第2の電極間への電圧印加により前記フィルムが圧縮されるように変形するアクチュエータと,
前記アクチュエータの変形を外部負荷の移動に利用するために前記アクチュエータに固定された一対の固定具と,
を有することを特徴とするアクチュエータモジュール。 - 請求項5記載のアクチュエータモジュールにおいて,第1の面に前記第1の電極が形成され第2の面に前記第2の電極が形成されたフィルムが膜厚方向に複数積層され,隣接するフィルム間で前記第1の電極と前記第2の電極を交互に共用していることを特徴とするアクチュエータモジュール。
- 請求項5記載のアクチュエータモジュールにおいて,前記一対の固定具は前記第1の電極と前記第2の電極間に電圧を印加したとき前記フィルムが伸長する方向の両端にそれぞれ固定され,前記伸長方向の負荷を前記一対の固定具間に常時作用させるための押しバネが設けられていることを特徴とするアクチュエータモジュール。
- 請求項5記載のアクチュエータモジュールにおいて,第1の面に前記第1の電極が形成され第2の面に前記第2の電極が形成されたフィルムが膜厚方向に複数積層され,隣接するフィルム間で前記第1の電極と前記第2の電極を交互に共用しており,前記一対の固定具は,前記フィルムの積層方向の下端と上端に固定されていることを特徴とするアクチュエータモジュール。
- 誘電エラストマー材料からなるフィルムと,
前記フィルムの第1の面に形成された伸縮性を有する第1の電極と,
前記フィルムの第2の面に形成された伸縮性を有する第2の電極とを有し,
前記第1の電極に,ジュール加熱のための電流を流す配線を流す配線が接続されており,前記第1の電極と前記第2の電極間への電圧印加により前記フィルムが圧縮されるように変形するアクチュエータと,
前記アクチュエータに固定され,前記アクチュエータの変形を外部負荷の移動に利用するための一対の固定具と,
前記第1の電極の前記配線に接続され前記ジュール加熱のための電流を供給する第1の電源と,
前記第2の電極にアクチュエータ動作のための電圧を印加する第2の電源と,
前記第1の電源及び前記第2の電源を制御するコントローラと,
を有することを特徴とするアクチュエータシステム。 - 請求項9記載のアクチュエータシステムにおいて,前記コントローラは,前記第1の電源から前記第1の電極に第1の電圧を印加したときの電流値から前記第1の電極の温度を見積もり,前記見積もった温度が予め決めた所定の温度以下であれば,前記第1の電源から前記第1の電極に前記第1の電圧より高い第2の電圧を印加して前記第1の電極をジュール加熱によって前記所定の温度以上とし,その後,前記第2の電源から前記第2の電極に電圧印加してアクチュエータ動作させることを特徴とするアクチュエータシステム。
- 請求項9記載のアクチュエータシステムにおいて,第1の面に前記第1の電極が形成され第2の面に前記第2の電極が形成されたフィルムが膜厚方向に複数積層され,隣接するフィルム間で前記第1の電極と前記第2の電極を交互に共用しており,前記一対の固定具は,前記フィルムの積層方向の下端と上端に固定されていることを特徴とするアクチュエータシステム。
- 請求項10記載のアクチュエータシステムにおいて,前記コントローラは,前記見積もった温度に応じて前記アクチュエータ動作させるために前記第2の電源から前記第2の電極に印加する電圧を調整することを特徴とするアクチュエータシステム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011118107A JP5705654B2 (ja) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | アクチュエータモジュール及びアクチュエータシステム |
PCT/JP2012/060745 WO2012160918A1 (ja) | 2011-05-26 | 2012-04-20 | アクチュエータ,アクチュエータモジュール及びアクチュエータシステム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011118107A JP5705654B2 (ja) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | アクチュエータモジュール及びアクチュエータシステム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012249388A true JP2012249388A (ja) | 2012-12-13 |
JP5705654B2 JP5705654B2 (ja) | 2015-04-22 |
Family
ID=47217002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011118107A Expired - Fee Related JP5705654B2 (ja) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | アクチュエータモジュール及びアクチュエータシステム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5705654B2 (ja) |
WO (1) | WO2012160918A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019065417A1 (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 豊田合成株式会社 | エラストマー製圧電素子、及びエラストマー製圧電素子の製造方法 |
US11374161B2 (en) | 2018-03-21 | 2022-06-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Actuator and soft robot |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT525092B1 (de) * | 2021-10-05 | 2022-12-15 | Polymer Competence Center Leoben Gmbh | Dielektrischer Soft-Aktuator |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009059856A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Tokai Rubber Ind Ltd | 柔軟電極およびそれを用いたアクチュエータ |
JP2009124839A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Tokai Rubber Ind Ltd | アクチュエータ用誘電膜およびそれを用いたアクチュエータ |
JP2011507036A (ja) * | 2007-12-10 | 2011-03-03 | アーティフィシャル マッスル,インク. | 光学レンズ画像安定化システム |
-
2011
- 2011-05-26 JP JP2011118107A patent/JP5705654B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-04-20 WO PCT/JP2012/060745 patent/WO2012160918A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009059856A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Tokai Rubber Ind Ltd | 柔軟電極およびそれを用いたアクチュエータ |
JP2009124839A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Tokai Rubber Ind Ltd | アクチュエータ用誘電膜およびそれを用いたアクチュエータ |
JP2011507036A (ja) * | 2007-12-10 | 2011-03-03 | アーティフィシャル マッスル,インク. | 光学レンズ画像安定化システム |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019065417A1 (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 豊田合成株式会社 | エラストマー製圧電素子、及びエラストマー製圧電素子の製造方法 |
US11374161B2 (en) | 2018-03-21 | 2022-06-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Actuator and soft robot |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012160918A1 (ja) | 2012-11-29 |
JP5705654B2 (ja) | 2015-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Large-deformation curling actuators based on carbon nanotube composite: advanced-structure design and biomimetic application | |
Cao et al. | High-performance low-voltage soft electrothermal actuator with directly printed micro-heater | |
Gupta et al. | Soft robots based on dielectric elastomer actuators: A review | |
US8237324B2 (en) | Bistable electroactive polymers | |
Rosset et al. | Flexible and stretchable electrodes for dielectric elastomer actuators | |
Kovacs et al. | Stacked dielectric elastomer actuator for tensile force transmission | |
KR102209508B1 (ko) | 인공 근육 | |
Guo et al. | Liquid metal spiral coil enabled soft electromagnetic actuator | |
Lu et al. | Flexible and stretchable electronics paving the way for soft robotics | |
JP6464317B2 (ja) | 電気活性または光活性ポリマーをベースにしたアクチュエータデバイス | |
EP1966840A1 (en) | Camera diaphragm and lens positioning system employing a dielectrical polymer actuator | |
JP5705654B2 (ja) | アクチュエータモジュール及びアクチュエータシステム | |
Jones et al. | Dielectric elastomers and compliant metal electrode technology | |
WO2007023625A1 (ja) | 高分子アクチュエータ | |
Jirayupat et al. | Piezoelectric-induced triboelectric hybrid nanogenerators based on the ZnO nanowire layer decorated on the Au/polydimethylsiloxane–Al structure for enhanced triboelectric performance | |
Zhou et al. | An arm-like electrothermal actuator based on superaligned carbon nanotube/polymer composites | |
Ju et al. | Robotic flexible electronics with self-bendable films | |
Uzabakiriho et al. | High-strength and extensible electrospun yarn for wearable electronics | |
Cottinet et al. | Electro-thermo-elastomers for artificial muscles | |
Zhou et al. | A curvature-controllable, convex-mirror actuator based on carbon nanotube film composites | |
WO2016031137A1 (ja) | トランスデューサおよび電子機器 | |
Huang et al. | A low-voltage graphene/Ag-based phase transition-controlled force actuator | |
Kim et al. | Applications of flexible and stretchable three-dimensional structures for soft electronics | |
CN108281542B (zh) | 一种仿生人工驱动装置 | |
Cao et al. | Fabrication and self-sensing control of soft electrothermal actuator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140213 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140819 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140918 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150203 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150225 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5705654 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |