JP2015122935A - Actuator element and actuator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator element capable of increasing recovery stress while reducing an applied voltage.SOLUTION: An actuator element 5 includes: a dielectric layer 10; and a pair of electrodes 12, 14 disposed by sandwiching the dielectric layer 10 in a thickness direction. The dielectric layer 10 is composed of a gelatinous dielectric substance that is creep-deformed when a voltage is applied to the electrodes 12, 14. A surface on a side in contact with at least the positive electrode 12 out of the pair of electrodes 12, 14 is a dielectric layer formed on an uneven surface that absorbs the creep deformation. The surface shrinks in a thickness direction when a voltage is applied between the electrodes 12, 14, and recovers to an original thickness when the applied voltage is released.

Description

本発明は、誘電体層に、陽極に接する側の表面が凹凸面に形成された誘電体層を使用したアクチュエータ素子及びこれを用いたアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator element using a dielectric layer having a dielectric layer in which the surface on the side in contact with an anode is an uneven surface, and an actuator using the same.

近年、高分子材料を用いた次世代型アクチュエータが注目されている。たとえば、伸縮率と発生力に優れるが応答性が低い導電性高分子、発生力と応答性に優れるが高い印加電圧が必要とされる誘電性エラストマ等である。これらと比較して、本願の発明者により開発されたPVCゲルアクチュエータは、柔軟で伸縮性に富み、大気中での収縮駆動が可能であり(非特許文献1)、PVCゲルの薄膜化によって、印加電圧100Vで収縮率25%、回復応力24.4kPa/cmという優れた特性を備えている(非特許文献2)。   In recent years, next-generation actuators using polymer materials have attracted attention. For example, a conductive polymer that is excellent in expansion and contraction force and generated force but low in response, and a dielectric elastomer that is excellent in generated force and response but requires a high applied voltage. Compared with these, the PVC gel actuator developed by the inventor of the present application is flexible and rich in elasticity, and can be driven to contract in the atmosphere (Non-patent Document 1). It has excellent characteristics such as a shrinkage of 25% at an applied voltage of 100 V and a recovery stress of 24.4 kPa / cm (Non-patent Document 2).

PVCゲルは、ポリ塩化ビニル(PVC)と可塑剤であるアジピン酸ジブチル(DBA)を、溶媒テトラヒドロフラン(THF)中で混合し、その混合液をシャーレにキャストして得ることができる。図15に示すように、PVCゲルは電圧印加により陽極近傍でクリープ変形を生じる。PVCゲルアクチュエータはこの特性を利用して、ゲルをメッシュ状の陽極と箔状の陰極とで挟んだ構造とすることによって構成される。   The PVC gel can be obtained by mixing polyvinyl chloride (PVC) and a plasticizer dibutyl adipate (DBA) in a solvent tetrahydrofuran (THF), and casting the mixture into a petri dish. As shown in FIG. 15, the PVC gel undergoes creep deformation near the anode when a voltage is applied. A PVC gel actuator is constructed by using this property and having a structure in which a gel is sandwiched between a mesh-like anode and a foil-like cathode.

図16は、ゲルアクチュエータの最も基本となる構造で、メッシュ状の電極(陽極)をゲルシートにより挟み、双方のゲルシートの外面に箔状の電極(陰極)を設けたものである。このゲルアクチュエータは、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、ゲルがメッシュの空間内に引き込まれ、全体として厚さ方向に収縮し、電圧印加を除去するとゲル自体の弾性によって元の状態(元の厚さ)に戻るように作用する。図16に示すアクチュエータを厚さ方向に積層した構成とすることにより、アクチュエータの変位量と回復応力を増大させることができる。   FIG. 16 shows the most basic structure of a gel actuator, in which a mesh electrode (anode) is sandwiched between gel sheets, and foil electrodes (cathodes) are provided on the outer surfaces of both gel sheets. In this gel actuator, when a voltage is applied between the anode and the cathode, the gel is drawn into the space of the mesh and contracts in the thickness direction as a whole. It works to return to the original thickness. When the actuator shown in FIG. 16 is stacked in the thickness direction, the displacement amount and recovery stress of the actuator can be increased.

特開2009−273204号公報JP 2009-273204 A 特開2012−130201号公報JP2012-130201A 特開2012−161221号公報JP 2012-161221 A

山野美咲、小川尚紀、橋本稔、高崎緑、平井利博:“収縮型PVCゲルアクチュエータの構造と駆動特性”日本ロボット学会誌、Vol.27 No.7 pp718〜24,2009Misaki Yamano, Naoki Ogawa, Satoshi Hashimoto, Midori Takasaki, Toshihiro Hirai: “Structure and Drive Characteristics of Contraction Type PVC Gel Actuator”, Journal of the Robotics Society of Japan, Vol.27 No.7 pp718-24,2009 早坂暢、茅帥竜、土屋幸成、橋本稔、:“薄膜化による高性能PVCゲルアクチュエータの開発”第18回ロボティクスシンポジア予稿集、4A4、pp361〜366,2013Satoshi Hayasaka, Siryu Ryu, Yukinari Tsuchiya, Satoshi Hashimoto: “Development of high-performance PVC gel actuator by thinning”, 18th Robotics Symposia Proceedings, 4A4, pp361-366,2013

PVCゲルを用いたゲルアクチュエータについては、ゲルの薄膜化により、ゲルアクチュエータの収縮率と回復応力の改善を図ること、フィードバック制御により変位を正確に制御すること等の種々の改良が検討されてきた。このゲルアクチュエータについては、使用上の安全性を向上させるため、さらに印加電圧を低減させること、ロボティックスーツ等への応用を想定すると、さらに発生力を増大させることが求められる。
本発明は、印加電圧を低減させかつ回復応力を増大させることを可能にする新規な構成からなるアクチュエータ素子及びアクチュエータを提供することを目的とする。
Regarding gel actuators using PVC gel, various improvements have been studied, such as improving the shrinkage rate and recovery stress of gel actuators by reducing the thickness of the gel, and accurately controlling displacement by feedback control. . For this gel actuator, in order to improve the safety in use, it is required to further reduce the applied voltage and further increase the generated force assuming application to a robotic suit or the like.
An object of the present invention is to provide an actuator element and an actuator having a novel configuration that can reduce applied voltage and increase recovery stress.

本発明に係るアクチュエータ素子は、誘電体層と、該誘電体層を厚さ方向に挟んで配される一対の電極とを備え、前記誘電体層が、前記電極間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、少なくとも前記一対の電極のうちの陽極に接する側の表面が、前記クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であり、前記電極間に電圧を印加した際には厚さ方向に収縮し、電圧の印加を解除した際には元の厚さに復帰することを特徴とする。
誘電体層は、たとえばエレクトロスピニング法を利用することにより、3次元のネット構造体に形成した誘電体層(以下ゲル不織布ということがある)を用いることができる。誘電体層は、電極間に電圧を印加すると、クリープ現象によって変形したゲル状誘電体が自身の凹部内に引き込まれ(吸収され)、これにより全体として厚さ方向に収縮する。誘電体層は、電圧除去時にはゲルがもつ弾性によって元の状態に戻る。
An actuator element according to the present invention includes a dielectric layer and a pair of electrodes arranged with the dielectric layer sandwiched in the thickness direction, and the dielectric layer applies a voltage between the electrodes. The dielectric layer is formed of a gel-like dielectric material that creep-deforms, and at least the surface in contact with the anode of the pair of electrodes is an uneven surface that absorbs the creep deformation, and a voltage is applied between the electrodes. When applied, the film shrinks in the thickness direction, and when the voltage application is canceled, the original thickness is restored.
As the dielectric layer, for example, a dielectric layer (hereinafter sometimes referred to as gel nonwoven fabric) formed in a three-dimensional net structure can be used by utilizing an electrospinning method. In the dielectric layer, when a voltage is applied between the electrodes, the gel-like dielectric deformed by the creep phenomenon is drawn (absorbed) into the concave portion of the dielectric layer, thereby contracting in the thickness direction as a whole. When the voltage is removed, the dielectric layer returns to its original state due to the elasticity of the gel.

エレクトロスピニングにより製造されるゲル不織布は、ファイバーが折り重なった微細なネット状をなす。このゲル不織布の厚さ、ファイバーの径、空隙率等は適宜選定することができる。エレクトロスピニング法によるゲル不織布を利用することにより、誘電体層として従来使用していたゲルシートと比較して薄型化が容易であり、誘電体層の量産化も容易である。また、誘電体層を薄型にできることから、積層構造とした場合でもコンパクトに形成することができ、結果として印加電圧の低減化が可能であり、また、従来のアクチュエータ素子と比較して、収縮率を向上させ、回復応力(発生力)を向上させることが可能である。   The gel nonwoven fabric produced by electrospinning has a fine net shape in which fibers are folded. The thickness of this gel nonwoven fabric, the diameter of a fiber, the porosity, etc. can be selected suitably. By using a gel nonwoven fabric by an electrospinning method, it is easy to reduce the thickness as compared with a gel sheet conventionally used as a dielectric layer, and mass production of the dielectric layer is also easy. In addition, since the dielectric layer can be made thin, it can be formed compactly even in the case of a laminated structure, and as a result, the applied voltage can be reduced, and the contraction rate compared to conventional actuator elements. It is possible to improve the recovery stress (generated force).

前記アクチュエータ素子は、前記誘電体層と電極とが厚さ方向に交互に積層されていることにより、電圧印加をON-OFFした際の収縮量(変位量)を大きくすることができ、また、電圧OFF時の回復応力を大きくすることができる。
前記一対の電極は、ともに箔状の電極として構成することもできるし、一方の電極をメッシュ状の電極とすることもできる。
また、前記誘電体層は、適宜誘電体材料から形成することが可能であるが、ポリ塩化ビニルをポリマー成分とするゲル不織布は、製造が容易であり、好適なクリープ変形を生じる誘電体層として作用することから有用である。
In the actuator element, the dielectric layers and the electrodes are alternately stacked in the thickness direction, so that the contraction amount (displacement amount) when the voltage application is turned on and off can be increased, The recovery stress when the voltage is OFF can be increased.
Both of the pair of electrodes can be configured as foil-shaped electrodes, and one of the electrodes can be a mesh-shaped electrode.
The dielectric layer can be appropriately formed from a dielectric material. However, a gel nonwoven fabric containing polyvinyl chloride as a polymer component is easy to manufacture and can be used as a dielectric layer that produces suitable creep deformation. It is useful because it works.

また、本発明に係るアクチュエータは、誘電体層および、該誘電体層を厚さ方向に挟んで配される一対の電極を備え、前記誘電体層が、前記電極間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、少なくとも前記一対の電極のうちの陽極に接する側の表面が、前記クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であるアクチュエータ素子と、前記電極間に、電圧をON-OFF制御して印加する電圧印加手段とを備え、前記電極間に電圧を印加した際には厚さ方向に収縮し、電圧の印加を解除した際には元の厚さに復帰することを特徴とする。   The actuator according to the present invention includes a dielectric layer and a pair of electrodes arranged with the dielectric layer sandwiched in the thickness direction, and the dielectric layer applies a voltage between the electrodes. An actuator element comprising a gel-like dielectric that creep-deforms, and at least a surface in contact with the anode of the pair of electrodes is a dielectric layer formed on an uneven surface that absorbs the creep deformation, and the electrode Voltage applying means for applying a voltage by ON-OFF control, and contracts in the thickness direction when a voltage is applied between the electrodes, and the original thickness when the voltage is released. It is characterized by returning to.

誘電体層は、前記のように、たとえばエレクトロスピニング法を利用することにより、3次元のネット構造体をなす誘電体層(ゲル不織布)を用いることができる。また、前記アクチュエータは、前記誘電体層と電極とが厚さ方向に交互に積層されたアクチュエータ素子を備えることを特徴とし、前記一対の電極が、ともに箔状の電極からなるアクチュエータ素子を備えること、前記一対の電極のうち、一方の電極がメッシュ状の電極からなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする。
また、前記誘電体層が、ポリ塩化ビニルをポリマー成分とするゲル不織布からなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする。
As described above, a dielectric layer (gel nonwoven fabric) that forms a three-dimensional net structure can be used as the dielectric layer by using, for example, an electrospinning method. The actuator includes an actuator element in which the dielectric layers and electrodes are alternately stacked in a thickness direction, and the pair of electrodes includes an actuator element formed of a foil-shaped electrode. One of the pair of electrodes includes an actuator element formed of a mesh electrode.
Further, the dielectric layer includes an actuator element made of a gel nonwoven fabric containing polyvinyl chloride as a polymer component.

本発明に係るアクチュエータ素子及びアクチュエータによれば、誘電体層と、該誘電体層を厚さ方向に挟んで配される一対の電極とを備えたアクチュエータ素子であって、誘電体層が、電極間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、陽極に接する側の表面が、クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であるアクチュエータ素子とすることにより、従来のように、メッシュ状の電極(陽極)をゲルシートにより両側から挟み、双方のゲルシートの外面に箔状の電極(陰極)を設けたものに比して薄型化が可能となり、これによって、印加電圧の低減化が可能となり、アクチュエータ素子の収縮率を向上させ、回復応力を増大させることが可能になる。
また、誘電体層にエレクトロスピニング法によるゲル不織布を使用することにより誘電体層の量産化が容易に可能になる。
According to the actuator element and the actuator according to the present invention, an actuator element including a dielectric layer and a pair of electrodes arranged with the dielectric layer sandwiched in the thickness direction, the dielectric layer being an electrode By using an actuator element that is made of a gel-like dielectric that undergoes creep deformation when a voltage is applied between them, and the surface on the side in contact with the anode is a dielectric layer formed on an uneven surface that absorbs creep deformation, In this way, the mesh-like electrode (anode) is sandwiched from both sides by a gel sheet, and the thickness can be reduced compared to the case where a foil-like electrode (cathode) is provided on the outer surface of both gel sheets. Can be reduced, the contraction rate of the actuator element can be improved, and the recovery stress can be increased.
Further, by using a gel nonwoven fabric by electrospinning for the dielectric layer, it is possible to easily mass-produce the dielectric layer.

アクチュエータ素子とアクチュエータの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of an actuator element and an actuator. 積層型のアクチュエータ素子とアクチュエータの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a laminated actuator element and an actuator. ゲル不織布の表面側のSEM像である。It is a SEM image of the surface side of a gel nonwoven fabric. ゲル不織布からのサンプル作製方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the sample preparation method from a gel nonwoven fabric. ゲル不織布サンプルにリード線を取り付けた状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which attached the lead wire to the gel nonwoven fabric sample. アクチュエータの単位構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the unit structure of an actuator. アクチュエータの応答特性を示すグラフである。It is a graph which shows the response characteristic of an actuator. アクチュエータの変位量を示すグラフである。It is a graph which shows the displacement amount of an actuator. アクチュエータの変位量を示すグラフである。It is a graph which shows the displacement amount of an actuator. アクチュエータの変位量を示すグラフである。It is a graph which shows the displacement amount of an actuator. アクチュエータの収縮率を示すグラフである。It is a graph which shows the contraction rate of an actuator. アクチュエータの回復応力を示すグラフである。It is a graph which shows the recovery stress of an actuator. アクチュエータの回復応力を示すグラフである。It is a graph which shows the recovery stress of an actuator. アクチュエータの回復応力を示すグラフである。It is a graph which shows the recovery stress of an actuator. 誘電体層がクリープ変形する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that a dielectric material layer carries out creep deformation. 従来のアクチュエータ素子の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the conventional actuator element.

[アクチュエータの構成]
図1は、本実施の形態に係るアクチュエータの基本構成を示す。本実施の形態に係るアクチュエータは、誘電体層にゲル不織布を用いたアクチュエータ素子5と、アクチュエータ素子5の誘電体層に電圧を印加する電圧印加手段8とを備える。
[Configuration of actuator]
FIG. 1 shows a basic configuration of an actuator according to the present embodiment. The actuator according to the present embodiment includes actuator element 5 using a gel nonwoven fabric as a dielectric layer, and voltage applying means 8 for applying a voltage to the dielectric layer of actuator element 5.

アクチュエータ素子5は、ゲル不織布10を、陽極(Anode)12と陰極(Cathode)14とで厚さ方向に挟んだ構成を基本構成とする。ゲル不織布10は誘電体層として作用するもので、電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体、たとえばゲル状のポリ塩化ビニル(PVC)から形成される。
電圧印加手段8は、アクチュエータ素子5の陽極12と陰極14との間に電圧をON-OFF制御して印加するものであり、直流電源と、陽極12と陰極14との間に印加する電圧をON-OFFする手段(スイッチング手段)とを備える。
The actuator element 5 has a basic configuration in which the gel nonwoven fabric 10 is sandwiched between an anode (Anode) 12 and a cathode (Cathode) 14 in the thickness direction. The gel nonwoven fabric 10 functions as a dielectric layer, and is formed of a gel-like dielectric material that creep-deforms when a voltage is applied, for example, gel-like polyvinyl chloride (PVC).
The voltage applying means 8 applies ON / OFF control between the anode 12 and the cathode 14 of the actuator element 5 and applies a voltage applied between the DC power source and the anode 12 and the cathode 14. And means for switching on and off (switching means).

本実施の形態に係るアクチュエータ素子は、従来のゲルアクチュエータにおいて、陽極と陰極とで挟む誘電体層として使用されているゲルシートにかえて、ゲル不織布を使用する点が大きく相異する。
ゲルシートは電圧を印加した際にクリープ変形する材料によって形成される。ゲル不織布も、ゲルシートと同様に、電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体によって形成する。電圧を印加した際にクリープ変形する性質を備える材料としては、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン6、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等がある。
The actuator element according to the present embodiment is greatly different from the conventional gel actuator in that a gel nonwoven fabric is used instead of a gel sheet used as a dielectric layer sandwiched between an anode and a cathode.
The gel sheet is formed of a material that creep-deforms when a voltage is applied. Similarly to the gel sheet, the gel non-woven fabric is formed of a gel-like dielectric that creeps when a voltage is applied. Materials having the property of creep deformation when a voltage is applied include polyvinyl chloride (PVC), polymethyl methacrylate, polyurethane, polystyrene, polyvinyl acetate, nylon 6, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, Examples include silicone rubber.

ゲル不織布は、誘電体材料を用いてエレクトロスピニング法により作製することができる。PVC等のクリープ変形作用を有する材料を溶解した溶液を陽極側とし、陽極と陰極板との間に高電圧を印加すると、静電力により陽極側の紡糸口のノズルから陰極板に向けてポリマーが噴射され、陰極板上にゲル不織布が形成される。エレクトロスピニング法によると、紡糸口のノズルから陰極板に向けて噴射されるファイバー状のポリマーが、陰極板上に折り重なるようにして次々と結着することから、ゲル不織布は3次元のネット構造体(不織布状)をなすものとなる(図3(A)、(B))。
ゲル不織布を構成するファイバーの径や不織布の厚さは、エレクトロスピニングの紡糸条件により適宜設定することができる。アクチュエータに使用するゲル不織布は、エレクトロスピニングによって作製した不織布から、用途に合わせて、適宜形状及び大きさに、切り出しして使用する。
なお、ゲル不織布はエレクトロスピニング法により作成するものでなくともよいが、陽極に接触する表面側は、クリープ現象により変形するゲル状誘電体を吸収する凹凸面に形成されていればよい。
A gel nonwoven fabric can be produced by an electrospinning method using a dielectric material. When a solution in which a material having a creep deformation action such as PVC is dissolved is used as the anode side and a high voltage is applied between the anode and the cathode plate, the polymer is moved toward the cathode plate from the nozzle on the anode side by the electrostatic force. The gel nonwoven fabric is formed on the cathode plate by spraying. According to the electrospinning method, the fiber-like polymer sprayed from the nozzle of the spinneret toward the cathode plate is bound one after another so as to be folded on the cathode plate, so the gel nonwoven fabric is a three-dimensional net structure. (Non-woven fabric) (FIGS. 3A and 3B).
The diameter of the fiber constituting the gel nonwoven fabric and the thickness of the nonwoven fabric can be appropriately set depending on the spinning conditions of electrospinning. The gel nonwoven fabric used for the actuator is cut out from a nonwoven fabric produced by electrospinning into an appropriate shape and size according to the intended use.
Although the gel nonwoven fabric does not have to be prepared by the electrospinning method, the surface side in contact with the anode may be formed as an uneven surface that absorbs the gel-like dielectric deformed by the creep phenomenon.

図1(a)は、アクチュエータ素子5の陽極12と陰極14との間の電圧印加を解除した状態、図1(b)は、陽極12と陰極14との間に電圧を印加した状態を示す。陽極12と陰極14との間に電圧を印加すると、図のように、誘電体層であるゲル不織布10の厚さが電圧印加前に比べて薄くなる(Δh)。すなわち、電圧を印加することにより、厚さ方向に収縮する作用をなす。
電圧印加により、ゲル不織布10からなる誘電体層が厚さ方向に収縮する作用は、従来のゲルアクチュエータにおける作用と同様に、陽極12と陰極14との間に電圧を印加したことにより、ゲル不織布10がクリープ変形することによるものである。
1A shows a state in which the voltage application between the anode 12 and the cathode 14 of the actuator element 5 is released, and FIG. 1B shows a state in which a voltage is applied between the anode 12 and the cathode 14. . When a voltage is applied between the anode 12 and the cathode 14, as shown in the figure, the thickness of the gel nonwoven fabric 10 that is a dielectric layer becomes thinner than before the voltage application (Δh). That is, it acts to contract in the thickness direction by applying a voltage.
The action of contracting the dielectric layer made of the gel nonwoven fabric 10 in the thickness direction by applying a voltage is similar to the action of the conventional gel actuator, and the voltage is applied between the anode 12 and the cathode 14 so that the gel nonwoven fabric is This is because 10 is creep-deformed.

なお、従来のゲルシートを使用したアクチュエータ素子においては、陽極にメッシュ状の電極を使用するが、本実施形態のアクチュエータ素子においては、陽極12にメッシュ状の電極を使用してもよいし、単なる箔状の電極を使用してもよい。ゲル不織布10はファイバー間が空隙になっているから、箔状の電極を使用した場合でも、電圧を印加した際に容易にクリープ変形でき、変形分がファイバー間の空隙内に入りこみ、結果として厚さ方向に容易に収縮できる。後述するように、実際に、ゲル不織布を利用してアクチュエータを構成し、電圧を印加することにより厚さ方向に収縮する作用を確かめている。   In a conventional actuator element using a gel sheet, a mesh electrode is used for the anode. However, in the actuator element of this embodiment, a mesh electrode may be used for the anode 12 or a simple foil. A shaped electrode may be used. Since the gel nonwoven fabric 10 has gaps between the fibers, even when a foil-like electrode is used, it can be easily creep-deformed when a voltage is applied, and the deformation penetrates into the gaps between the fibers, resulting in a thickness increase. It can easily shrink in the vertical direction. As will be described later, an actuator is actually constructed using a gel nonwoven fabric, and the action of contracting in the thickness direction by applying a voltage is confirmed.

図2は、誘電体層であるゲル不織布と電極とを厚さ方向に交互に積層した、積層型のアクチュエータ素子6を用いたアクチュエータの例である。積層型のアクチュエータ素子6では、ゲル不織布10と積層する電極は、交互に陽極12と陰極14とする。図示例はゲル不織布10を5層とした例である。アクチュエータ素子6の積層数は適宜設定することができる。
陽極12と陰極14は、それぞれ共通に電源に接続し、電源をON-OFFした際に、各々の陽極12と陰極14間の電圧が共通にON-OFFされるように配線する。
FIG. 2 is an example of an actuator using a laminated actuator element 6 in which gel nonwoven fabrics and electrodes as dielectric layers are alternately laminated in the thickness direction. In the laminated actuator element 6, the electrodes laminated with the gel nonwoven fabric 10 are the anode 12 and the cathode 14 alternately. The illustrated example is an example in which the gel nonwoven fabric 10 has five layers. The number of stacked actuator elements 6 can be set as appropriate.
The anode 12 and the cathode 14 are connected to a power source in common, and are wired so that the voltage between the anode 12 and the cathode 14 is turned on and off in common when the power is turned on and off.

図2(a)は、アクチュエータ素子6の陽極12と陰極14との間に印加する電圧をOFFとした場合、図2(b)はアクチュエータ素子6の陽極12と陰極14との間に電圧を印加した(ON)状態である。電圧を印加したことにより、積層されているゲル不織布10が各々、厚さ方向に収縮し、アクチュエータ素子6全体として、厚さ方向に収縮する(ΔH)。各々のゲル不織布10の収縮量が重畳されることにより、単層からなるアクチュエータ素子にくらべて収縮量が大きくなり、あわせて回復応力も大きくなる。   2A shows the case where the voltage applied between the anode 12 and the cathode 14 of the actuator element 6 is OFF, and FIG. 2B shows the voltage between the anode 12 and the cathode 14 of the actuator element 6. Applied (ON) state. By applying a voltage, each of the laminated gel nonwoven fabrics 10 contracts in the thickness direction, and the actuator element 6 as a whole contracts in the thickness direction (ΔH). By superimposing the shrinkage amount of each gel nonwoven fabric 10, the shrinkage amount becomes larger than that of the actuator element composed of a single layer, and the recovery stress is also increased.

本実施の形態に係るアクチュエータ素子は、誘電体層としてゲル不織布を使用していることから、従来のアクチュエータ素子に使用しているゲルシートと比較して容易に薄型化することができ、積層型のアクチュエータ素子とした場合でも、効果的に薄型にすることができる。また、ゲル不織布を用いることで、アクチュエータ素子の収縮率、回復応力を増大させることができる。   Since the actuator element according to the present embodiment uses a gel non-woven fabric as the dielectric layer, it can be easily reduced in thickness as compared with the gel sheet used in the conventional actuator element. Even in the case of an actuator element, the thickness can be effectively reduced. Moreover, the shrinkage | contraction rate and recovery stress of an actuator element can be increased by using a gel nonwoven fabric.

ゲル不織布は前記のようにエレクトロスピニング法等により容易に作製することができ、容易に量産することができる。
また、誘電体層としてゲル不織布を用いる場合は、箔状の電極を使用することができるから、積層構造のアクチュエータ素子を形成することが容易である。
積層構造のアクチュエータを形成する方法としては、別々に形成したゲル不織布と導電性の箔とを交互に積層する方法によることもできるし、めっきあるいはスパッタリング等の成膜法により電極となる導電層を形成する方法を利用して、ゲル不織布と導電層とを交互に積層した構造とすることもできる。
また、ファイバーの作製溶液に導電性物質を混合することで、導電性を持つゲル不織布を作製することが可能である。導電性を備えるゲル不織布層を導電層として使用し、誘電体層となるゲル不織布と交互に積層することにより、容易に積層型のアクチュエータ素子を作製することができる。
As described above, the gel nonwoven fabric can be easily produced by an electrospinning method or the like, and can be easily mass-produced.
Further, when a gel nonwoven fabric is used as the dielectric layer, a foil-like electrode can be used, so that it is easy to form an actuator element having a laminated structure.
As a method of forming an actuator having a laminated structure, it is possible to use a method of alternately laminating separately formed gel nonwoven fabrics and conductive foils, or to form a conductive layer to be an electrode by a film forming method such as plating or sputtering. By using the forming method, a structure in which gel nonwoven fabrics and conductive layers are alternately laminated can be used.
Moreover, it is possible to produce the gel nonwoven fabric which has electroconductivity by mixing an electroconductive substance with the preparation solution of a fiber. By using a gel nonwoven fabric layer having conductivity as a conductive layer and alternately laminating with a gel nonwoven fabric serving as a dielectric layer, a multilayer actuator element can be easily produced.

[PVCゲル不織布の作成]
まず、PVCとアジピン酸ジブチル(DBA:可塑剤)、テトラヒドロフラン(THF:溶媒)を混合し、PVCゲルの溶液を作製した。本実施例では重量比でPVC:DBA:THFが1:2:9,1:2:11.5になるようにした。以降,前者を用いて作製したアクチュエータをTHF9、後者をTHF11.5と呼ぶ。
PVCゲル溶液をエレクトロスピニング装置(MECC,NANON-02)を用いてゲル不織布を作製した。環境条件は温度22-25度,湿度14%にし、スピニング条件は印加電圧10kV、溶液送出し量1mL/h、ニードル-コレクタ間距離12cmにして行った。スピニングする際にはプレート型コレクタを用い、コレクタ上にアルミ箔を敷いてスピニングした。なお,アルミ箔は光沢がある面を上面にした。結果として多少の癒着が見られた。THF9のゲルファイバーの径は1.78μm(図3(A))、THF11.5は1.04μm(図3(B))となったが、所々にファイバー同士の癒着が見られ、3次元のネット構造体からなるゲル不織布が得られた。
[Making PVC gel nonwoven fabric]
First, PVC, dibutyl adipate (DBA: plasticizer), and tetrahydrofuran (THF: solvent) were mixed to prepare a PVC gel solution. In this example, the weight ratio of PVC: DBA: THF was 1: 2: 9 and 1: 2: 11.5. In the following, the actuator fabricated using the former is called THF9, and the latter is called THF11.5.
A gel non-woven fabric was prepared using an electrospinning device (MECC, NANON-02) from a PVC gel solution. The environmental conditions were a temperature of 22-25 degrees and a humidity of 14%. The spinning conditions were an applied voltage of 10 kV, a solution delivery rate of 1 mL / h, and a needle-collector distance of 12 cm. When spinning, a plate-type collector was used, and spinning was performed by placing an aluminum foil on the collector. The aluminum foil has a glossy surface on the top. As a result, some adhesion was observed. The diameter of THF9 gel fiber is 1.78μm (Fig. 3 (A)), and THF11.5 is 1.04μm (Fig. 3 (B)). A gel nonwoven fabric consisting of body was obtained.

スピニング時間は1.0h、1.5h、2.0hとして、厚さ30μm、45μm、60μmの不織布を作製した。スピニング後はアルミ箔ごと恒温槽で2日間程放置し、その後φ15のポンチを用いてゲル不織布をアルミ箔ごと打ち抜いた(図4)。また,ポンチでアルミ箔のみ打ち抜き,それぞれに導電性接着材を用いてリード線を接着した(図5)。
以上より、2種類のファイバー径、3種類の厚さを持つ計6種類のPVCゲル不織布サンプルを作製した。アクチュエータの重量はTHF9の不織布厚さ(d)が30μmの時9.32mg、同様にTHF11.5では8.51mgとなった(表1)。
Spinning times were 1.0 h, 1.5 h, and 2.0 h, and nonwoven fabrics with thicknesses of 30 μm, 45 μm, and 60 μm were produced. After spinning, the aluminum foil was left in a thermostatic bath for about 2 days, and then the gel nonwoven fabric was punched out together with the aluminum foil using a φ15 punch (FIG. 4). Also, only aluminum foil was punched with a punch, and lead wires were bonded to each using a conductive adhesive (FIG. 5).
From the above, a total of 6 types of PVC gel nonwoven fabric samples with 2 types of fiber diameters and 3 types of thickness were prepared. The actuator weight was 9.32 mg when the nonwoven fabric thickness (d) of THF9 was 30 μm, and 8.51 mg for THF11.5 (Table 1).

[測定方法]
[変位量の測定]
変位を測定するシステムは、電場を印加するための高圧アンプ(MATSUSADA, HOPS-1.5B2-L2)と、変位センサ(KEYENCE, LK-G30)とPCからの信号を出力するためのインターフェイスボード(JUSTWARE, JIF-171-1)から成る。電圧は10sごとに20Vずつ増加させ、100Vまで連続して印加させ、その時の変位量をレーザー変位計を用いて測定した。
[Measuring method]
[Measurement of displacement]
The displacement measurement system consists of a high-voltage amplifier (MATSUSADA, HOPS-1.5B2-L2) for applying an electric field, and an interface board (JUSTWARE) for outputting signals from a displacement sensor (KEYENCE, LK-G30) and a PC. , JIF-171-1). The voltage was increased by 20 V every 10 s and continuously applied to 100 V, and the displacement at that time was measured using a laser displacement meter.

[収縮率の算出方法]
図6にアクチュエータの単位構造を示す。収縮率は変位量をもとに求める。求め方は変位量(D)をアクチュエータの高さ(h)で割った値に100掛けたものである。アクチュエータの高さとは、ゲル不織布の厚さ(d)と陽極、陰極の厚さ(c)の各半分の値を加えたものである。
[Calculation method of shrinkage]
FIG. 6 shows a unit structure of the actuator. The shrinkage rate is obtained based on the amount of displacement. The method is to multiply the displacement (D) divided by the actuator height (h) by 100. The height of the actuator is a value obtained by adding half of the thickness (d) of the gel non-woven fabric and the thickness of the anode and cathode (c).

[回復応力の測定]
回復応力(発生力)の計測をするシステムは、電圧印加のための電源である絶縁抵抗試験機(KIKUSUI, TOS201)とロードセル(KYOWA, LMA-A-5N)、センサから得られる電圧信号をPCに読み込むためのAD変換機(CONTEC, AI-1608AY)とPCから成る。
本実施例において、回復応力とは電圧印加中のアクチュエータが電圧除去時に元の高さに戻ろうとする力を指す。回復応力の測定方法は、アクチュエータに電圧を10s程印加した後、ロードセルをアクチュエータに近づけ、ある程度の負荷(初期負荷)をかけてからPVCゲルアクチュエータに印加していた電圧を除去して測定する。
[Measurement of recovery stress]
The system for measuring the recovery stress (generated force) consists of an insulation resistance tester (KIKUSUI, TOS201), a load cell (KYOWA, LMA-A-5N), which is a power source for applying voltage, and a voltage signal obtained from the sensor on a PC It consists of an AD converter (CONTEC, AI-1608AY) and a PC.
In this embodiment, the recovery stress refers to a force that causes the actuator during voltage application to return to the original height when the voltage is removed. The recovery stress is measured by applying a voltage to the actuator for about 10 s, bringing the load cell closer to the actuator, applying a certain load (initial load), and removing the voltage applied to the PVC gel actuator.

[応答時間の測定]
応答時間の測定には変位量の計測システムを用い算出する。ここでの応答時間とはアクチュエータが変位量の10%から90%まで変位するのにかかる時間を応答時間と定義する(図7)。
[Measure response time]
The response time is calculated using a displacement measurement system. Here, the response time is defined as the time required for the actuator to move from 10% to 90% of the displacement (FIG. 7).

[測定結果]
[変位量]
結果より、THF9(d=30μm)を除き、アクチュエータの変位量は印加電圧80Vの時に最大値を取るように比例して増加し、その後減少する傾向が見られた(図8‐図10:各グラフにおいて、左側から20V、40V、60V、80V、100V)。
不織布の厚さによる影響を見ると、THF9とTHF11.5は共に不織布厚さが45μmの時に大きな変位量を取ることが分かった(図9)。この時,印加電圧80VにおいてTHF9は最大変位量11.7μm、THF11.5は11.1μmを示すことが分かった。
ゲル不織布のファイバー径の大きさについて見ると、不織布の厚さが45μm、60μmの時はTHF9の方が大きな変位量を示す傾向が見られた。一方、不織布厚さが30μmの時はTHF11.5の方が大きな変位量を示すことが分かった。
[Measurement result]
[Displacement]
From the results, except for THF9 (d = 30μm), the displacement of the actuator increased in proportion to take the maximum value when the applied voltage was 80V, and then decreased (Figs. 8-10). In the graph, 20V, 40V, 60V, 80V, 100V from the left).
Looking at the influence of the nonwoven fabric thickness, it was found that both THF9 and THF11.5 have a large displacement when the nonwoven fabric thickness is 45 μm (FIG. 9). At this time, it was found that at an applied voltage of 80 V, THF9 showed a maximum displacement of 11.7 μm and THF11.5 showed 11.1 μm.
As for the fiber diameter of the gel nonwoven fabric, when the thickness of the nonwoven fabric was 45 μm and 60 μm, THF9 tended to show a larger displacement. On the other hand, when the nonwoven fabric thickness was 30 μm, it was found that THF11.5 showed a larger displacement.

[収縮率]
収縮率も変位量同様、印加電圧80Vまでは収縮率は比例して増加する傾向が見られた(図11)。不織布の厚さが30μmの時、THF11.5の方が同印加電圧において高い収縮率を示す傾向が見られた。
一方、不織布の厚さが45μm、60μmの時はTHF9の方が高い収縮率を示す傾向が見られた。
最大変位量は印加電圧80Vにおいて不織布厚さ45μmの時THF9で21.4%、THF11.5で21.6%であった。THF9、THF11.5共に厚さが45μm以下の時に印加電圧60Vで収縮率10%を超えており、PVCゲルアアクチュエータよりも低電圧で高い収縮率を得られることが分かった。
[Shrinkage factor]
As with the displacement, the shrinkage rate tended to increase proportionally up to an applied voltage of 80 V (FIG. 11). When the thickness of the nonwoven fabric was 30 μm, THF11.5 tended to show a higher shrinkage at the same applied voltage.
On the other hand, when the thickness of the nonwoven fabric was 45 μm and 60 μm, THF9 tended to show a higher shrinkage rate.
The maximum displacement was 21.4% for THF9 and 21.6% for THF11.5 when the nonwoven fabric thickness was 45μm at an applied voltage of 80V. When the thickness of both THF9 and THF11.5 was 45 μm or less, the shrinkage rate exceeded 10% at an applied voltage of 60 V. It was found that a higher shrinkage rate was obtained at a lower voltage than the PVC gel actuator.

[回復応力]
回復応力も印加電圧に比例して増加する傾向が見られた(図12‐図14:各グラフにおいて、左側から20V、40V、60V、80V、100V)。不織布の厚さが30μm、45μmの時にはTHF11.5の方が回復応力は大きく、60μmの時にはTHF9の方が回復応力は大きくなる傾向が見られた。
一方、回復応力も変位量、収縮率と同様に不織布厚さが45μmの時に最大値を取った。
最大回復応力値はTHF11.5の時、印加電圧100Vにおいて92Paであった。
[Recovery stress]
The recovery stress also tended to increase in proportion to the applied voltage (FIGS. 12 to 14: 20V, 40V, 60V, 80V, 100V from the left side in each graph). When the thickness of the nonwoven fabric was 30 μm and 45 μm, the recovery stress was greater for THF 11.5, and when it was 60 μm, the recovery stress was greater for THF 9.
On the other hand, the recovery stress was also maximized when the nonwoven fabric thickness was 45 μm, as was the displacement and shrinkage.
The maximum recovery stress value was 92 Pa at an applied voltage of 100 V when THF was 11.5.

[応答時間
応答時間については回復応力が大きくなる傾向が見られた不織布厚さ45μmのものを用いて測定した。印加電圧80Vと100V時の応答時間を調べた結果、THF9、THF11.5共に印加電圧が高い方が応答時間が速いことが分かった(表2)。
しかし,ファイバー径の違いによる応答時間の変化はあまり見られなかった。
[Response time The response time was measured using a non-woven fabric having a thickness of 45 μm in which a recovery stress tended to increase. As a result of examining the response time when the applied voltage was 80 V and 100 V, it was found that the higher the applied voltage, the faster the response time for both THF9 and THF11.5 (Table 2).
However, there was little change in response time due to the difference in fiber diameter.

以上のように、本実施例においてPVCゲル不織布アクチュエータは印加電圧80V時に変位量、収縮率が最大値を取るようにして比例増加する傾向があることが分かった。これは、変位量、収縮率を測定する際の印加電圧のかけ方の差が影響しているのではないかと考えられる。本実施例では、変位量、収縮率を測定する際に、印加電圧は一定時間内に100Vまで連続して印加した。そのため、電圧を除去した際にアクチュエータが元の高さまで戻りきらずに再び電圧を印加してしまったためではないかと考えられる。
一方、本来収縮率に比例して増加すると考えられる回復応力については印加電圧00Vまで、ほぼ比例して増加する傾向にあった。これは変位量、収縮率の測定時の電圧の印加方法が異なったからではないかと考えられる。
As described above, in this example, it was found that the PVC gel nonwoven fabric actuator has a tendency that the displacement amount and the contraction rate increase proportionally when the applied voltage is 80 V and the maximum value is obtained. This is considered to be due to the difference in how to apply the applied voltage when measuring the displacement amount and the contraction rate. In this example, when measuring the displacement amount and the contraction rate, the applied voltage was continuously applied up to 100 V within a predetermined time. Therefore, it is considered that when the voltage was removed, the actuator applied the voltage again without returning to the original height.
On the other hand, the recovery stress, which is supposed to increase in proportion to the shrinkage, tends to increase almost in proportion to the applied voltage of 00V. This may be because the voltage application method at the time of measuring the displacement amount and the contraction rate is different.

今後、電圧の印加方法を統一して各特性値を測定する必要があると考えられる。本実施例の結果を従来のPVCゲルアクチュエータの特性と比較したものを表3に示す。   In the future, it will be necessary to unify the voltage application method and measure each characteristic value. Table 3 compares the results of this example with the characteristics of a conventional PVC gel actuator.

従来のPVCゲルアクチュエータの特性は印加電圧80V時に収縮率14%であるのに対して、PVCゲル不織布アクチュエータは印加電圧80Vにおいて収縮率21.4%を示した。
また,図11において印加電圧60Vの時に収縮率14.8%を示したことからも、PVCゲル不織布アクチュエータは低電圧での駆動が可能になったのではないかと言える。
The characteristics of the conventional PVC gel actuator were 14% shrinkage at an applied voltage of 80V, whereas the PVC gel nonwoven fabric actuator showed a shrinkage of 21.4% at an applied voltage of 80V.
In addition, in FIG. 11, since the shrinkage rate was 14.8% when the applied voltage was 60 V, it can be said that the PVC gel nonwoven fabric actuator can be driven at a low voltage.

本実施例では、PVCゲル不織布アクチュエータを作製し、特性の評価を行った。PVCゲル不織布アクチュエータは印加電圧の増大とともに、変位量、収縮率、回復応力が増加する特性を持つことが分かった。本実施例では、不織布アクチュエータは不織布の厚さが45μmの時に収縮率、回復応力の比較的特性が良いことがうかがえた。
不織布アクチュエータの重さは従来の10分の1程度となり非常に軽量で、印加電圧60Vにおいて収縮率14.8%を示したことから、従来よりも低電圧での駆動が可能になり,特性の改善ができたのではないかと言える。
In this example, a PVC gel nonwoven fabric actuator was produced and the characteristics were evaluated. It was found that the PVC gel nonwoven fabric actuator has the characteristics that the displacement, shrinkage, and recovery stress increase with increasing applied voltage. In this example, it was found that the nonwoven fabric actuator had relatively good shrinkage and recovery stress characteristics when the thickness of the nonwoven fabric was 45 μm.
The non-woven actuator weighs about one-tenth of the conventional weight, and is very lightweight. The shrinkage rate was 14.8% at an applied voltage of 60 V, enabling driving at a lower voltage than before, and improving the characteristics. It can be said that it was possible.

5、6 アクチュエータ素子
8 電圧印加手段
10 ナノファイバー不織布
12 陽極
14 陰極
5, 6 Actuator element 8 Voltage application means 10 Nanofiber nonwoven fabric 12 Anode 14 Cathode

Claims (14)

誘電体層と、該誘電体層を厚さ方向に挟んで配される一対の電極とを備え、
前記誘電体層が、前記電極間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、少なくとも前記一対の電極のうちの陽極に接する側の表面が、前記クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であり、
前記電極間に電圧を印加した際には厚さ方向に収縮し、電圧の印加を解除した際には元の厚さに復帰することを特徴とするアクチュエータ素子。
A dielectric layer, and a pair of electrodes arranged with the dielectric layer sandwiched in the thickness direction,
The dielectric layer is made of a gel-like dielectric that creep-deforms when a voltage is applied between the electrodes, and at least the surface of the pair of electrodes that contacts the anode absorbs the creep deformation. A dielectric layer formed on
An actuator element characterized by contracting in the thickness direction when a voltage is applied between the electrodes, and returning to the original thickness when the voltage application is canceled.
前記誘電体層が、3次元のネット構造体をなすことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ素子。   2. The actuator element according to claim 1, wherein the dielectric layer forms a three-dimensional net structure. 前記誘電体層がエレクトロスピニングによりネット構造体に形成されていることを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ素子。   3. The actuator element according to claim 2, wherein the dielectric layer is formed in a net structure by electrospinning. 前記誘電体層と電極とが厚さ方向に交互に積層されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。   The actuator element according to any one of claims 1 to 3, wherein the dielectric layers and electrodes are alternately stacked in a thickness direction. 前記一対の電極が、ともに箔状の電極からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。   The actuator element according to claim 1, wherein the pair of electrodes are both foil-shaped electrodes. 前記一対の電極のうち、前記陽極がメッシュ状の電極からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。   The actuator element according to any one of claims 1 to 4, wherein the anode is a mesh electrode among the pair of electrodes. 前記誘電体層が、ポリ塩化ビニルからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載のアクチュエータ素子。   The actuator element according to any one of claims 1 to 6, wherein the dielectric layer is made of polyvinyl chloride. 誘電体層および、該誘電体層を厚さ方向に挟んで配される一対の電極を備え、前記誘電体層が、前記電極間に電圧を印加した際にクリープ変形するゲル状誘電体からなり、少なくとも前記一対の電極のうちの陽極に接する側の表面が、前記クリープ変形を吸収する凹凸面に形成された誘電体層であるアクチュエータ素子と、
前記電極間に、電圧をON-OFF制御して印加する電圧印加手段とを備え、
前記電極間に電圧を印加した際には厚さ方向に収縮し、電圧の印加を解除した際には元の厚さに復帰することを特徴とするアクチュエータ。
A dielectric layer and a pair of electrodes arranged with the dielectric layer sandwiched in the thickness direction, and the dielectric layer is made of a gel-like dielectric material that undergoes creep deformation when a voltage is applied between the electrodes. An actuator element in which at least a surface in contact with the anode of the pair of electrodes is a dielectric layer formed on an uneven surface that absorbs the creep deformation;
A voltage applying means for applying a voltage ON-OFF control between the electrodes;
An actuator that contracts in the thickness direction when a voltage is applied between the electrodes and returns to the original thickness when the voltage application is canceled.
前記誘電体層が、3次元のネット構造体をなすアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 8, wherein the dielectric layer includes an actuator element forming a three-dimensional net structure. 前記誘電体層がエレクトロスピニングによりネット構造体に形成されているアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項9記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 9, wherein the dielectric layer includes an actuator element formed in a net structure by electrospinning. 前記誘電体層と電極とが厚さ方向に交互に積層されているアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8〜10いずれか一項記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 8 to 10, further comprising an actuator element in which the dielectric layers and electrodes are alternately stacked in a thickness direction. 前記一対の電極が、ともに箔状の電極からなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8〜11いずれか一項記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 8 to 11, wherein the pair of electrodes includes an actuator element made of a foil electrode. 前記一対の電極のうち、前記陽極がメッシュ状の電極からなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8〜11いずれか一項記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 8 to 11, wherein, of the pair of electrodes, the anode includes an actuator element including a mesh electrode. 前記誘電体層が、ポリ塩化ビニルからなるアクチュエータ素子を備えることを特徴とする請求項8〜13いずれか一項記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 8, wherein the dielectric layer includes an actuator element made of polyvinyl chloride.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018038256A (en) * 2016-08-29 2018-03-08 国立大学法人信州大学 Gel actuator
JP2018082512A (en) * 2016-11-14 2018-05-24 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Multilayer actuator
WO2019065010A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 豊田合成株式会社 Piezoelectric element formed from elastomer and method for producing piezoelectric element formed from elastomer
JP2020516227A (en) * 2017-04-04 2020-05-28 ダブリュ.エル.ゴア アンド アソシエーツ,ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングW.L. Gore & Associates, Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Dielectric composite including reinforced elastomer and integrated electrode
JP2021052586A (en) * 2015-12-09 2021-04-01 国立大学法人信州大学 Dielectric actuator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012161221A (en) * 2011-02-03 2012-08-23 Shinshu Univ Gel actuator and gel used for the same
JP2013035932A (en) * 2011-08-05 2013-02-21 Saga Univ Autonomous vibration gel, actuator using the same, and method of driving the actuator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012161221A (en) * 2011-02-03 2012-08-23 Shinshu Univ Gel actuator and gel used for the same
JP2013035932A (en) * 2011-08-05 2013-02-21 Saga Univ Autonomous vibration gel, actuator using the same, and method of driving the actuator

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021052586A (en) * 2015-12-09 2021-04-01 国立大学法人信州大学 Dielectric actuator
JP7261424B2 (en) 2015-12-09 2023-04-20 国立大学法人信州大学 dielectric actuator
JP2018038256A (en) * 2016-08-29 2018-03-08 国立大学法人信州大学 Gel actuator
JP2018082512A (en) * 2016-11-14 2018-05-24 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Multilayer actuator
JP2020516227A (en) * 2017-04-04 2020-05-28 ダブリュ.エル.ゴア アンド アソシエーツ,ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングW.L. Gore & Associates, Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Dielectric composite including reinforced elastomer and integrated electrode
JP7044802B2 (en) 2017-04-04 2022-03-30 ダブリュ.エル.ゴア アンド アソシエーツ,ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Dielectric complex with reinforced elastomer and integrated electrodes
WO2019065010A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 豊田合成株式会社 Piezoelectric element formed from elastomer and method for producing piezoelectric element formed from elastomer
JPWO2019065010A1 (en) * 2017-09-28 2020-10-01 豊田合成株式会社 Elastomer piezoelectric element and method for manufacturing elastomer piezoelectric element

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