JP2019175992A - Backing material for polymer actuator and polymer actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気エネルギーを力学エネルギーに変換する高分子アクチュエータおよびそれに使用する高分子アクチュエータ用基材に関するものである。 The present invention relates to a polymer actuator that converts electrical energy into mechanical energy and a substrate for a polymer actuator used therefor.
従来、種々の駆動装置が開発および開示されている。たとえば下記の特許文献1に高分子アクチュエータが開示されている。特許文献1の高分子アクチュエータは、高分子エラストマーのシート、そのシートの表面に形成された電極、およびシートを固定するフレームを備えている。電極に電圧を印加すると、電圧の極性に応じてシートの電圧を印加された部分が伸長または収縮し、力学エネルギーを得ることができる。 Conventionally, various drive devices have been developed and disclosed. For example, Patent Document 1 below discloses a polymer actuator. The polymer actuator of Patent Document 1 includes a polymer elastomer sheet, electrodes formed on the surface of the sheet, and a frame for fixing the sheet. When a voltage is applied to the electrode, the portion of the sheet to which the voltage is applied expands or contracts according to the polarity of the voltage, and mechanical energy can be obtained.
しかし、シートが伸縮することにより、シートがフレームから外れるおそれがある。また、シートの端をクリップなどの治具で挟み、クリップをフレームに固定する方法もあるが、治具を引っ張った時に治具からシートが外れるおそれもある。治具からシートが外れるときにシートが破れたり傷ついたりして破損するおそれもある。 However, when the sheet expands and contracts, the sheet may come off the frame. In addition, there is a method in which the end of the sheet is sandwiched with a jig such as a clip and the clip is fixed to the frame. However, when the jig is pulled, the sheet may come off from the jig. When the sheet is detached from the jig, the sheet may be broken or damaged.
本発明の目的は、所定の部材に固定することができる高分子アクチュエータ用基材および高分子アクチュエータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a polymer actuator base material and a polymer actuator that can be fixed to a predetermined member.
本願の高分子アクチュエータ用基材は、誘電体エラストマーと補強部を含む。補強部は誘電体エラストマーの周囲に設けられ、誘電体エラストマーよりも剛性が高い。 The base material for a polymer actuator of the present application includes a dielectric elastomer and a reinforcing portion. The reinforcing portion is provided around the dielectric elastomer and has higher rigidity than the dielectric elastomer.
誘電体エラストマーと補強部とは抵抗部を介して接続されている。補強部はニット、布帛またはフィルムを含む。 The dielectric elastomer and the reinforcing part are connected via a resistance part. The reinforcing part includes a knit, a fabric or a film.
本願の高分子アクチュエータは、誘電体エラストマーの表面に形成された電極を含む。 The polymer actuator of the present application includes an electrode formed on the surface of a dielectric elastomer.
本発明は、誘電体エラストマーの周囲にある補強部を固定部材に固定することができ、誘電体エラストマーを直接固定部材に固定する必要はない。そのため、誘電体エラストマーが伸縮しても固定部材から外れにくい。補強部に固定治具を取り付け、固定治具を固定部材に固定することができるため、従来のように誘電体エラストマーを損傷しにくくなる。 According to the present invention, the reinforcing portion around the dielectric elastomer can be fixed to the fixing member, and it is not necessary to fix the dielectric elastomer directly to the fixing member. Therefore, even if the dielectric elastomer expands and contracts, it is difficult to come off the fixing member. Since the fixing jig can be attached to the reinforcing portion and the fixing jig can be fixed to the fixing member, it is difficult to damage the dielectric elastomer as in the prior art.
本発明の高分子アクチュエータ用基材および高分子アクチュエータについて図面を用いて説明する。図面は模式的に示しており、説明の便宜上、図面によって大きさの異なる場合がある。 The polymer actuator substrate and polymer actuator of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings are schematically shown, and for convenience of explanation, the sizes may differ depending on the drawings.
図1に示す本願の高分子アクチュエータ用基材11は、シート状になった誘電体エラストマー12、誘電体エラストマー12の周囲に配置された補強部14を備える。高分子アクチュエータ10は、誘電体エラストマー12の表面に形成された電極16を備える。
A
誘電体エラストマー12は、絶縁性のシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂またはウレタン系樹脂などの高分子材料で形成された柔軟性のあるシートである。誘電体エラストマー12はゲル状のシートであっても良い。誘電体エラストマー12の厚み(膜厚)は約0.03〜5mmであるが、この厚みに限定されない。プリストレイン(予ひずみ)のために誘電体エラストマー12を均一に引っ張った状態で使用する。図1は円形の誘電体エラストマー12を例示しており、本願は誘電体エラストマー12の形状を限定しない。
The
誘電体エラストマー12の表面に電極16が形成されている。電極16は誘電体エラストマー12が伸縮したときに追従して変形できる柔軟性のある導電体である。たとえば、カーボンブラック、カーボンファイバー、金、銀、銅、白金、アルミニウムなどの導電性の粉末や粒子をバインダ樹脂に分散したものが電極16として挙げられる。バインダ樹脂に柔軟性のあるシリコーン系、アクリル系またはウレタン系の樹脂を使用することで、柔軟性のある電極16となる。電極16はスクリーン印刷などの方法で形成することができる。電極16は層状に形成されても良いし、網目状に形成されても良い。
An
誘電体エラストマー12の伸縮部分や伸縮方法によって電極16の形状を適宜変更する。少なくとも2つの電極16を形成し、各電極16に所定の極性の電圧を印加することで、誘電体エラストマー12に大きなひずみが生じて伸長する部分と収縮する部分ができ、誘電体エラストマー12を変形させることができる。
The shape of the
電極16は制御回路18に接続されており、制御回路18から所望の電圧が印加される。それぞれの電極16に所定の極性の電圧を印加することで、誘電体エラストマー12が伸長または収縮し、力学的エネルギーを得ることができる。
The
補強部14は誘電体エラストマー12の周囲に配置されている。図1は円形の誘電体エラストマー12の外周を一周するように補強部14が配置されている。補強部14は誘電体エラストマー12よりも剛性が高い。剛性として軸剛性、曲げ剛性、せん断剛性、ねじり剛性が含まれ、たとえば補強部14と誘電体エラストマー12の厚みおよび材料特性(たとえば弾性係数)によって決定される。
The reinforcing
補強部14はニット、布帛またはフィルムなどのシート状のものを使用する。ニットおよび布帛を構成する繊維は、ナイロン、アクリル、ポリエステル、ポリウレタン、コットン、カシミヤ、ウール、シルク、リネン、ビスコース、レーヨンなどが挙げられる。フィルムの場合の材料は、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などが挙げられる。補強部14がフィルムの場合、補強部14と誘電体エラストマー12が同じ材料であっても良く、補強部14の厚みを誘電体エラストマー12よりも厚くし、補強部14の剛性を高める。
The reinforcing
補強部14は従来技術で説明したフレームなどの固定部材に取り付けられる部分である。図1の補強部14の外周は円形になっており、図2に示すように補強部14をリング状のフレーム20で挟み込んで固定している。補強部14とフレーム20は接着剤で固定されても良い。補強部14は誘電体エラストマー12よりも剛性が高く、電極16から生じる電場によって直接伸縮しない。フレーム20から補強部14が外れにくく、高分子アクチュエータ用基材11がフレーム20に固定された状態を維持しやすい。なお、図2では2つのフレーム20で補強部14を挟み込んだが、1つのフレーム20に補強部14を接着固定しても良い。
The
補強部14をフレーム20に固定するとき、補強部14を引っ張ることで誘電体エラストマー12に必要な張力をかけ、誘電体エラストマー12をプリストレインさせる。プリストレインによって誘電体エラストマー12の伸縮の度合いを大きくする。
When the reinforcing
誘電体エラストマー12と補強部14は抵抗部22を介して接続されている。たとえば、補強部14がニットまたは布帛の場合、製造時、繊維24同士の間に誘電体エラストマー12の液体を含侵させて硬化させる(図3(a))。含侵した部分が抵抗部22になり、誘電体エラストマー12と補強部14が強固に固定される。また、補強部14がフィルム26の場合であっても、フィルム26に細かな穴28を開けたり(図3(b))、表面に微細な窪み30を形成しておく(図3(c))。穴28や窪み30に誘電体エラストマー12が入り込み、この部分が抵抗部22になり、誘電体エラストマー12と補強部14を強固に固定することができる。
The
以上のように、本発明は誘電体エラストマー12をフレーム20などの固定部材に直接固定せず、誘電体エラストマー12の周囲にある補強部14を固定部材に固定している。このことで、誘電体エラストマー12が伸縮しても固定部材から外れにくい。また、補強部14を固定部材に固定するため、誘電体エラストマー12に固定するための治具を取り付ける必要もなく、誘電体エラストマー12を損傷しにくくなる。
As described above, according to the present invention, the
以上、本発明について一実施形態を説明したが本発明は上記実施形態に限定されない。たとえば、図4の高分子アクチュエータ32のように、誘電体エラストマー12と補強部34の形状は一致しなくても良い。誘電体エラストマー12が円形であり、補強部34は方形になっている。誘電体エラストマー12の周囲に補強部34が設けられていれば、誘電体エラストマー12と補強部34の形状は限定されない。
As mentioned above, although one embodiment was described about the present invention, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, like the
図5の高分子アクチュエータ36のように誘電体エラストマー38の外周の一部に補強部40を備えても良い。誘電体エラストマー38の形状は方形になっており、誘電体エラストマー38を引っ張る方向の端部に補強部40が配置されている。誘電体エラストマー38と補強部40の間に抵抗部42が形成されている。なお、図5では誘電体エラストマー38の形状に合わせて電極44の形状も方形になっているが、電極44の形状を任意の形状にしても良い。
A reinforcing
図6(a)の高分子アクチュエータ46のように誘電体エラストマー38の一面に複数の電極48を形成しても良い。また、誘電体エラストマー38を筒状にしたり(図6(b))、ロール状に巻きまわしたりしても良い。誘電体エラストマー38がどのような形状になったとしても、補強部40を固定部材に固定することで、高分子アクチュエータ46を強固に固定することができる。誘電体エラストマー38をロール状に巻きまわした場合、図7のように、補強部40を紐50で縛って紐50を固定部材に固定したり、補強部40をクリップ52で挟み込んでクリップ52を固定部材に固定したりしても良い。図8の高分子アクチュエータ54のように、補強部40に帯状部56を設けても良い。固定部材に帯状部56を括りつけたりして固定することができる。
A plurality of
図9(a)の高分子アクチュエータ58のように、補強部40に穴60を形成し、フック62などの固定部材に引っ掛けるようにしても良い(図9(b))。フック62以外に、穴60に紐を通して固定することも可能である。また、図9(c)に示すように、補強部40の穴60にS字状のフック64を引っ掛け、そのフック64を固定部材に固定しても良い。
Like the
図10の高分子アクチュエータ66ように、誘電体エラストマー38同士の間に共通する補強部40を設けることで、誘電体エラストマー38同士を直列に接続することができる。補強部40で誘電体エラストマー38が繋げられており、誘電体エラストマー38同士を治具で繋げるよりも強固につなげることができる。
As shown in the
誘電体エラストマー12、38と補強部14、34、40の間に抵抗部22、42を設けず、弾性接着剤で固定しても良い。弾性接着剤の材料として、硬化後にゴム弾性を有する変成シリコーン系、変成シリコーン・エポキシ系、ポリサルファイド系、ウレタン系、ウレタン・エポキシ系などの接着剤が挙げられる。
The
高分子アクチュエータ用基材11はフィルム状になっていることに限定されない。高分子アクチュエータ用基材11を構成する誘電体エラストマー12、38と補強部14、34、40はシート状に限定されず、厚みが厚くなったり、棒状になったりしたりしても良い。
The
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明に挙げた材料等は一例であり、同様の作用、機能を奏する材料等に変更しても良い。各実施形態は独立的なものではなく、各実施形態を組み合わせて実施しても良い。 In addition, the present invention can be carried out in a mode in which various improvements, modifications, and changes are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. The materials described in the description are examples, and the materials may be changed to materials having the same functions and functions. Each embodiment is not independent, and may be implemented by combining each embodiment.
10、32、36、46、54、58、66:高分子アクチュエータ
11:高分子アクチュエータ用基材
12、38:誘電体エラストマー
14、34、40:補強部
16、48:電極
18:制御回路
20:フレーム
22、42:抵抗部
24:繊維
26:フィルム
28:穴
30:窪み
50:紐
52:クリップ
56:帯状部
60:穴
62:フック
64:S字フック
10, 32, 36, 46, 54, 58, 66: Polymer actuator 11: Polymer
Claims (4)
前記誘電体エラストマーの周囲に設けられ、前記誘電体エラストマーよりも剛性が高い補強部と、
を含む高分子アクチュエータ用基材。 A dielectric elastomer;
A reinforcing portion provided around the dielectric elastomer and having higher rigidity than the dielectric elastomer;
A base material for a polymer actuator comprising:
前記誘電体エラストマーの表面に形成された電極と、
を含む高分子アクチュエータ。 A base material for a polymer actuator according to any one of claims 1 to 3,
An electrode formed on the surface of the dielectric elastomer;
Polymer actuator including.
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Citations (3)
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JP2012249463A (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Mikio Wake | Electric field responsive polymer for transducer with improved driving performance and durability |
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