JP2020167923A - Gel actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゲルアクチュエータに関する。 The present invention relates to a gel actuator.
近年、エネルギーや電気信号を物理的運動に変換する機械・電気回路を構成するアクチュエータの材料として、軽量性や柔軟性、加工性に優れる高分子材料が注目されている。特に、医療機器や産業用ロボット等の分野では、伸縮性に優れる高分子ゲルを用いたアクチュエータの開発が活発に行われてきた。例えば、当該アクチュエータは、その優れた伸縮性から人工筋肉の候補に挙げられ、人の動作を補助することを目的とする福祉機器や介護機器等の製品への応用が期待されている。 In recent years, polymer materials having excellent lightness, flexibility, and workability have been attracting attention as materials for actuators constituting mechanical / electric circuits that convert energy and electric signals into physical motion. In particular, in the fields of medical equipment and industrial robots, the development of actuators using polymer gel having excellent elasticity has been actively carried out. For example, the actuator is listed as a candidate for artificial muscle due to its excellent elasticity, and is expected to be applied to products such as welfare equipment and nursing care equipment for the purpose of assisting human movement.
従来のゲルアクチュエータは、陰極と陽極とが対向する構成を有しており、電圧印加により、両極に挟まれたゲルが、一方の電極側に移動することにより、アクチュエータの厚みを減らす方向に動きを発生させていた。
陰極と陽極とが対向する構成を有するゲルアクチュエータとして、例えば、特許文献１には、一方の電極を導電材からなるメッシュ体とし、当該メッシュ体を２つの高分子ゲルで挟み込んで作製され、電圧印加時にメッシュ体のメッシュ孔に高分子ゲルの一部が入り込むことにより厚さ方向に収縮し、電圧印加の解除時に元の厚さに復帰するゲルアクチュエータが開示されている。
また、特許文献２には、電極層を誘電性高分子材料からなるゲルシートで挟み込んだ積層体と、メッシュ体とを有し、当該メッシュ体を当該積層体で挟み込んで作製され、上記の特許文献１と同様の作用により伸縮及び復帰を行い、変位したゲルの移動先を確保するセンサ素子が開示されている。
The conventional gel actuator has a configuration in which the cathode and the anode face each other, and when a voltage is applied, the gel sandwiched between the two electrodes moves to one electrode side, thereby moving in a direction of reducing the thickness of the actuator. Was generated.
As a gel actuator having a structure in which a cathode and an anode face each other, for example, in
Further, Patent Document 2 has a laminated body in which an electrode layer is sandwiched between gel sheets made of a dielectric polymer material and a mesh body, and is produced by sandwiching the mesh body between the laminated bodies. A sensor element that expands and contracts and returns by the same action as in 1 to secure a moving destination of the displaced gel is disclosed.
上記のように、陰極と陽極とが対向する構成を有するゲルアクチュエータの場合、ゲルアクチュエータを厚み方向に対して変位させることは可能であるが、水平方向に対して変位させることは不可能である。
本発明は、電極の配置を工夫することにより、水平方向に対して変位させることができるゲルアクチュエータを提供することを課題とする。
As described above, in the case of a gel actuator having a structure in which the cathode and the anode face each other, the gel actuator can be displaced in the thickness direction, but cannot be displaced in the horizontal direction. ..
An object of the present invention is to provide a gel actuator that can be displaced in the horizontal direction by devising the arrangement of electrodes.
本発明者らは、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、支持体に挟持されたゲルに対して、一方の支持体側に陰極と陽極とを配置することにより、水平方向に対して変位させることができるゲルアクチュエータを提供できることを見出し、本発明を達成するに至った。 As a result of diligent studies in view of the above circumstances, the present inventors can displace the gel sandwiched between the supports in the horizontal direction by arranging a cathode and an anode on one support side. We have found that we can provide a gel actuator that can be used, and have achieved the present invention.
即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］ 一対の支持体と、前記支持体間に挟持された誘電体を含有するゲル状物質と、を備え、かつ、前記一対の支持体のうち一方の支持体は、少なくとも陽極及び陰極を備え、他方の支持体は、前記ゲル状物質に追従して可動し得る、ゲルアクチュエータ。
［２］ 前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することにより、可動する前記支持体が
、もう一方の支持体に対して略水平方向に移動する、［１］に記載のゲルアクチュエータ。
［３］ 前記支持体が前記陽極と前記陰極との間に係止部を備える、［１］又は［２］に記載のゲルアクチュエータ。
［４］ 前記陽極と前記陰極のうちの吸着側電極に第３の電極が隣接して備えられる、［１］乃至［３］のいずれかに記載のゲルアクチュエータ。
［５］ 前記第３の電極の極性が、前記吸着側電極の極性と同じ極性となるように電圧を制御する電圧制御部を備える、［４］に記載のゲルアクチュエータ。
［６］ ゲル状物質が非吸着側電極と非接触となったところで、吸着側電極の極性を反転させ、かつ、第３の電極を吸着側電極と同じ極性に変化させるように電圧を制御する電圧制御部を備える、［４］又は［５］に記載のゲルアクチュエータ。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A pair of supports and a gel-like substance containing a dielectric sandwiched between the supports are provided, and one of the pairs of supports has at least an anode and a cathode. The other support is a gel actuator that can move following the gel-like substance.
[2] The gel actuator according to [1], wherein the movable support moves substantially horizontally with respect to the other support by applying a voltage between the anode and the cathode.
[3] The gel actuator according to [1] or [2], wherein the support includes a locking portion between the anode and the cathode.
[4] The gel actuator according to any one of [1] to [3], wherein a third electrode is provided adjacent to the adsorption side electrode of the anode and the cathode.
[5] The gel actuator according to [4], further comprising a voltage control unit that controls the voltage so that the polarity of the third electrode has the same polarity as the polarity of the adsorption side electrode.
[6] When the gel-like substance is in non-contact with the non-adsorption side electrode, the voltage is controlled so that the polarity of the adsorption side electrode is reversed and the third electrode is changed to the same polarity as the adsorption side electrode. The gel actuator according to [4] or [5], which comprises a voltage control unit.
本発明により、電極の配置を工夫することにより、水平方向に対して変位させることができるゲルアクチュエータを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a gel actuator that can be displaced in the horizontal direction by devising the arrangement of electrodes.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、これら説明は本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限りこれらの内容に限定されない。
また、本発明において、特段限定するような記載をしていない場合、「２つの電極」とは陽極と陰極の組み合わせであることを示す。また、「一方の電極」及び「もう一方の電極」の組み合わせを用いた場合、いずれか一方が陽極であり、もう一方が陰極であることを示す。
The embodiments of the present invention will be described in detail below, but these descriptions are examples (representative examples) of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents as long as the gist thereof is not exceeded.
Further, in the present invention, unless otherwise limited, the "two electrodes" indicate a combination of an anode and a cathode. Further, when a combination of "one electrode" and "the other electrode" is used, it is shown that one of them is an anode and the other is a cathode.
本発明の一実施形態であるゲルアクチュエータ（単に「ゲルアクチュエータ」とも称する。）は、一対の支持体と、前記支持体間に挟持された誘電体を含有するゲル状物質と、を備え、前記一対の支持体のうち一方の支持体は、少なくとも陽極及び陰極を備え、他方の支持体は、前記ゲル状物質に追従して可動し得る、ゲルアクチュエータである。
上記実施形態のゲルアクチュエータの構成と作用とを例示した模式図の例を図１に示す。
以下、従来の陽極と陰極とが対向する構成を有するゲルアクチュエータを「縦型ゲルアクチュエータ」と称し、また、上記実施形態であるゲルアクチュエータを「横型ゲルアクチュエータ」とも称する。
また、本明細書において、「ゲル状」とは、流動性のあるゾル状の分解生成物が固化して弾性を維持しつつ自発的な流動性を喪失した状態をいい、そのような状態の物質を「ゲル状物質」（または、単に「ゲル」）と称する。
また、一対の支持体と、該支持体間に挟持された誘電体を含有するゲル状物質とを備える構造を「単位構造」とも称する。
A gel actuator (also simply referred to as "gel actuator") according to an embodiment of the present invention comprises a pair of supports and a gel-like substance containing a dielectric sandwiched between the supports. One of the pair of supports comprises at least an anode and a cathode, and the other support is a gel actuator capable of moving following the gel-like substance.
FIG. 1 shows an example of a schematic diagram illustrating the configuration and operation of the gel actuator of the above embodiment.
Hereinafter, a gel actuator having a conventional structure in which an anode and a cathode face each other is referred to as a "vertical gel actuator", and the gel actuator according to the above embodiment is also referred to as a "horizontal gel actuator".
Further, in the present specification, the “gel-like” refers to a state in which a fluid sol-like decomposition product solidifies and loses spontaneous fluidity while maintaining elasticity, and in such a state. The substance is referred to as a "gelled substance" (or simply "gel").
Further, a structure including a pair of supports and a gel-like substance containing a dielectric sandwiched between the supports is also referred to as a "unit structure".
＜１．ゲルアクチュエータの原理＞
従来の縦型ゲルアクチュエータを示した図２を用いて、ゲルアクチュエータの変位の原理を説明する。
通常、高分子ゲルは、高分子と可塑剤との混合物を含んでいる。従来のゲルアクチュエータでは、図２（Ａ）に示すように、該高分子ゲル（以下、「ゲル状物質」と称する。）を陰極及び陽極で挟んだ構造が一般的に用いられている。該ゲルアクチュエータにおいて、電圧を印加すると、図２（Ｂ）に示すように、陰極からゲル状物質に電荷が流入する。その後、電圧を印加し続けると、図２（Ｃ）に示すように、電荷が陽極付近に偏在し、陽極の引力と電荷同士の反発力とから、陽極上に電荷が広がり、電極上を這うようにゲル物質が移動する吸着作用が生じる。そして、当該電荷の挙動に合わせて、ゲル状物質中の可塑剤が移動し、さらに、この可塑剤の移動に伴い高分子も移動し、ゲル状物質全体が陽極上に広がるため、ゲル状物質が厚さを減少させる方向に変位する。電圧の印加を解除すると、図２（Ｄ）に示すように、電圧印加前の状態に戻る。
本発明では、上記ゲル状物質の吸着作用により裾状に広がった方向、つまり、ゲル状物質が吸着される側を「吸着側」と称する。つまり、図２からも分かるように、陽極が「吸着側電極」となる。
<1. Gel actuator principle>
The principle of displacement of the gel actuator will be described with reference to FIG. 2 showing a conventional vertical gel actuator.
Polymer gels usually contain a mixture of polymers and plasticizers. In a conventional gel actuator, as shown in FIG. 2A, a structure in which the polymer gel (hereinafter, referred to as “gel-like substance”) is sandwiched between a cathode and an anode is generally used. When a voltage is applied to the gel actuator, an electric charge flows from the cathode into the gel-like substance as shown in FIG. 2 (B). After that, when the voltage is continuously applied, as shown in FIG. 2C, the electric charges are unevenly distributed near the anode, and the electric charges spread on the anode due to the attractive force of the anode and the repulsive force between the electric charges, and crawl on the electrodes. As a result, an adsorption action occurs in which the gel substance moves. Then, the plasticizer in the gel-like substance moves according to the behavior of the electric charge, and the polymer also moves with the movement of the plasticizer, and the entire gel-like substance spreads on the anode, so that the gel-like substance Displaces in the direction of reducing the thickness. When the voltage is released, the state returns to the state before the voltage is applied, as shown in FIG. 2 (D).
In the present invention, the direction in which the gel-like substance spreads like a hem due to the adsorption action of the gel-like substance, that is, the side on which the gel-like substance is adsorbed is referred to as "adsorption side". That is, as can be seen from FIG. 2, the anode serves as the “adsorption side electrode”.
一方で、上記の実施形態において、一対の支持体から上側支持体を除いた構成、つまり、図３（Ａ）に示すように、陽極及び陰極を備える支持体上にゲル状物質を配置した構成で電圧を印加すると、上記図２における説明と同様に電荷の移動が生じ、図３（Ｂ）に示すように、陽極側にゲル状物質が移動する。
以下、本実施形態である横型ゲルアクチュエータの具体的な態様を示すが、本発明はこれらの態様に限定されない。
On the other hand, in the above embodiment, the structure in which the upper support is removed from the pair of supports, that is, the structure in which the gel-like substance is arranged on the support provided with the anode and the cathode as shown in FIG. 3 (A). When a voltage is applied in FIG. 2, the charge moves as in the above description in FIG. 2, and the gel-like substance moves to the anode side as shown in FIG. 3 (B).
Hereinafter, specific embodiments of the horizontal gel actuator according to the present embodiment will be shown, but the present invention is not limited to these embodiments.
＜２．ゲルアクチュエータの構成＞
図１を用いて、横型ゲルアクチュエータの構成及び作用を説明する。
図１（Ａ）に示すゲルアクチュエータは、誘電体を含有するゲル状物質が、陽極及び陰極を備える支持体（「電極側支持体」とも称する）と、該ゲル状物質に追従して可動し得る支持体（「可動側支持体」とも称する）とで挟持された構成を有するゲルアクチュエータである。電圧を印加すると、図１（Ｂ）に示すように、陰極から陽極へゲル状物質が移動し、これに合わせて可動側支持体が移動する。電圧の印加を解除すると、図１（Ｃ）に示すように、ゲル状物質の移動が停止し、合わせて可動部支持体の移動も停止する。
上述した従来のゲルアクチュエータでは、電圧を印加する前と印加した電圧を解除した後で比較すると、アクチュエータを構成する各構成部の位置は変化していない。一方で、本実施例に係るゲルアクチュエータでは、印加した電圧を解除した後のゲル状物質及び可動側支持体の位置が、電圧を印加する前の位置よりも陽極側に移動する。
電圧を印加する時間を増加させたり、電圧を印加する回数を増加させたりすることにより、ゲル状物質及び可動側支持体の移動距離を増加させることができる。
陽極と陰極との間に電圧を印加することにより、可動側支持体が移動する方向は、電極側支持体に対して略水平方向であることが好ましい。
上記のような水平方向への移動を可能とするアクチュエータとして、電気流体力学（Ｅ
ＨＤ）現象を利用した流体駆動型アクチュエータ等が存在しているが、該アクチュエータの場合、流体を閉じ込める容器や、アクチュエータを駆動するためのポンプ、コンプレッサ、シリンダ等を用いる必要があり、アクチュエータの構造の複雑化や膨大化が生じてしまう。一方で、上記のゲルアクチュエータは、構造が簡易であり、各構成部の形状を複雑なものとする必要がないため、上記のような複雑化や膨大化を抑制することができる。
<2. Gel actuator configuration>
The configuration and operation of the horizontal gel actuator will be described with reference to FIG.
In the gel actuator shown in FIG. 1A, a gel-like substance containing a dielectric material moves following a support having an anode and a cathode (also referred to as an “electrode-side support”) and the gel-like substance. It is a gel actuator having a configuration sandwiched between a support to be obtained (also referred to as a "movable side support"). When a voltage is applied, as shown in FIG. 1 (B), the gel-like substance moves from the cathode to the anode, and the movable side support moves accordingly. When the application of the voltage is released, as shown in FIG. 1C, the movement of the gel-like substance is stopped, and at the same time, the movement of the movable part support is also stopped.
In the conventional gel actuator described above, the positions of the constituent parts constituting the actuator have not changed when compared before the voltage is applied and after the applied voltage is released. On the other hand, in the gel actuator according to the present embodiment, the positions of the gel-like substance and the movable side support after the applied voltage are released move to the anode side from the positions before the voltage is applied.
By increasing the time for applying the voltage or increasing the number of times the voltage is applied, the moving distance of the gel-like substance and the movable side support can be increased.
By applying a voltage between the anode and the cathode, the direction in which the movable side support moves is preferably a substantially horizontal direction with respect to the electrode side support.
Electrohydrodynamics (E) is an actuator that enables horizontal movement as described above.
There are fluid-driven actuators that utilize the HD) phenomenon, but in the case of the actuator, it is necessary to use a container that traps the fluid, a pump, a compressor, a cylinder, etc. for driving the actuator, and the structure of the actuator. Will become complicated and enormous. On the other hand, the gel actuator has a simple structure and does not need to have a complicated shape of each component, so that the above-mentioned complication and enormous growth can be suppressed.
ゲルアクチュエータは、電極側支持体が前記陽極と前記陰極との間に係止部を備えていてもよい。
係止部とは、可動するゲル状物質を係止できるもの、具体的には、電極側支持体の電極間の領域（「電極間領域」とも称する。）の厚さが、電極間領域を除く電極側支持体の領域（「電極外領域」とも称する。）の厚さよりも大きくなる構成部か、又は小さくなる構成部であれば特段制限されない。
電極間領域の厚さが電極外領域の厚さよりも大きくなる係止部としては、例えば、図４（Ａ）に示す狭隘状の係止部Ｘや、図４（Ｂ）に示す段差状の係止部Ｘが挙げられる。一方で、電極間領域の厚さが電極外領域の厚さよりも小さくなる係止部としては、例えば、図４（Ｃ）に示す陥凹状の係止部Ｘが挙げられる。
図４（Ｂ）に示すゲルアクチュエータの電圧印加時の作用を図５に示す。電圧を印加すると、図１と同様の挙動を示し、ゲル状物質及び可動側支持体が陽極側に移動するが、係止部Ｘがあるために、電圧の印加を解除した後のゲル状物質の戻り動作が低減し、最終的な可動側支持体の移動距離が大きくなる。
ゲル状物質の戻り動作の低減の観点から、係止部には、電極間領域の厚さが電極外領域の厚さよりも小さくなる係止部よりも、電極間領域の厚さが電極外領域の厚さよりも大きくなる係止部を用いることが好ましい。
なお、係止部は、電極側支持体自体の形状の一部として存在するものであってもよく、また、電極側支持体とは別の部材として該支持体に付加された存在であってもよいが、安定した推力（ゲル状物質を移動させるための力）や、電極側支持体からの係止部の剥離の抑制の観点から、電極側支持体の形状の一部として存在するものが好ましい。
また、係止部は、図４に示すように、電極側支持体だけでなく、可動側支持体に設けることもできる。この場合には、係止部に相当する部分の可動側支持体の厚さが、係止部を除いた領域に相当する部分の可動側支持体の厚さがよりも大きくなる構成部か、又は小さくなる構成部であれば特段制限されない。
In the gel actuator, the electrode-side support may include a locking portion between the anode and the cathode.
The locking portion is a portion capable of locking a movable gel-like substance. Specifically, the thickness of the region between the electrodes of the electrode-side support (also referred to as “inter-electrode region”) determines the inter-electrode region. There is no particular limitation as long as it is a constituent portion that is larger than or smaller than the thickness of the region of the electrode-side support to be excluded (also referred to as “outside electrode region”).
Examples of the locking portion in which the thickness of the region between the electrodes is larger than the thickness of the region outside the electrodes include the narrow locking portion X shown in FIG. 4 (A) and the stepped portion shown in FIG. 4 (B). The locking portion X can be mentioned. On the other hand, as a locking portion in which the thickness of the region between the electrodes is smaller than the thickness of the region outside the electrodes, for example, the recessed locking portion X shown in FIG. 4C can be mentioned.
FIG. 5 shows the operation of the gel actuator shown in FIG. 4 (B) when a voltage is applied. When a voltage is applied, the behavior is similar to that in FIG. 1, and the gel-like substance and the movable support move to the anode side, but due to the presence of the locking portion X, the gel-like substance after the voltage application is released is released. The return motion of the is reduced, and the final moving distance of the movable side support is increased.
From the viewpoint of reducing the return motion of the gel-like substance, the thickness of the inter-electrode region of the locking portion is smaller than that of the locking portion in which the thickness of the inter-electrode region is smaller than the thickness of the extra-electrode region. It is preferable to use a locking portion that is larger than the thickness of.
The locking portion may exist as a part of the shape of the electrode-side support itself, or may be added to the support as a member separate from the electrode-side support. It may be good, but it exists as a part of the shape of the electrode side support from the viewpoint of stable thrust (force for moving the gel-like substance) and suppression of peeling of the locking portion from the electrode side support. Is preferable.
Further, as shown in FIG. 4, the locking portion can be provided not only on the electrode side support but also on the movable side support. In this case, the thickness of the movable side support of the portion corresponding to the locking portion is larger than the thickness of the movable side support of the portion corresponding to the region excluding the locking portion. Or, if it is a small component, there is no particular limitation.
ゲルアクチュエータの電極の数について、少なくとも陽極と陰極とからなる２つの電極を有していれば特段制限されず、３つ以上の電極を有していてもよい。この場合において、それぞれの電極の配置は特段制限されず、例えば、全ての電極が同一の電極側支持体に備えられていてもよく、それぞれの電極が異なる電極側支持体に備えられていてもよく、また、一部の電極のみが同一の電極側支持体に備えられていてもよい。
３つ以上の電極のうち２つの電極が、陽極と陰極とかるなる一対の電極であり、該一対の電極の吸着側電極に第３の電極が隣接して備えられるゲルアクチュエータの構成と作用を図６に示す。図６（Ａ）から図６（Ｃ）までは、上述したゲルアクチュエータの作用と同様の作用を示す。その後、ゲル状物質の移動により、ゲル状物質が一対の電極における陰極から離れ、かつ、第３の電極上に移動した状態となった際に、一対の電極に係る電圧印加を解除し、さらに、一対の電極における陽極が陰極となり、かつ、第３の電極が陽極となるような電圧を印加することにより、ゲル状物質を第３の電極上へさらに移動させることができる。
第３の電極を設けない場合、理論上の最大のゲル状物質の移動距離は、初期状態から、一対の電極の陽極側を中心として吸着した状態までの距離となる。一方で、第３の電極を設けた場合には、初期状態から第３の電極を中心として吸着した状態までの距離となる、つまり、第３の電極により、ゲル状物質及び可動側支持体の最大の移動距離を増加させることができる。
The number of electrodes of the gel actuator is not particularly limited as long as it has at least two electrodes including an anode and a cathode, and may have three or more electrodes. In this case, the arrangement of each electrode is not particularly limited, and for example, all the electrodes may be provided on the same electrode-side support, or each electrode may be provided on a different electrode-side support. Also, only some of the electrodes may be provided on the same electrode-side support.
Two of the three or more electrodes are a pair of electrodes consisting of an anode and a cathode, and the configuration and operation of a gel actuator in which a third electrode is provided adjacent to the adsorption side electrode of the pair of electrodes. It is shown in FIG. 6 (A) to 6 (C) show the same operation as that of the gel actuator described above. After that, when the gel-like substance moves away from the cathode in the pair of electrodes and moves onto the third electrode, the voltage application related to the pair of electrodes is released, and further. By applying a voltage such that the anode in the pair of electrodes serves as the anode and the third electrode serves as the anode, the gel-like substance can be further moved onto the third electrode.
When the third electrode is not provided, the theoretical maximum moving distance of the gel-like substance is the distance from the initial state to the adsorbed state centered on the anode side of the pair of electrodes. On the other hand, when the third electrode is provided, it is the distance from the initial state to the state of being adsorbed around the third electrode, that is, the third electrode is used to cover the gel-like substance and the movable side support. The maximum travel distance can be increased.
ゲルアクチュエータの変形例として、図７に示すように、可動側支持体を軸状（ひも状）にして、該可動側支持体の軸周りに、ゲル状物質及び電極側支持体が配置される構成を有するゲルアクチュエータとすることもできる。本態様は、可動側支持体の姿勢の安定性、また、可動側支持体の移動の際に生じる抵抗の抑止の点で特に優れる。また、電極側支持体や可動側支持体に可撓性のある材料を用いることにより、可撓性のあるゲルアクチュエータを製造することができる。なお、図７に示すゲルアクチュエータの断面図は、後述する図８（Ａ）と同様の図となる。 As a modification of the gel actuator, as shown in FIG. 7, the movable side support is formed into an axial shape (string shape), and a gel-like substance and an electrode side support are arranged around the axis of the movable side support. It can also be a gel actuator having a configuration. This aspect is particularly excellent in terms of the stability of the posture of the movable side support and the suppression of the resistance generated when the movable side support moves. Further, by using a flexible material for the electrode side support and the movable side support, a flexible gel actuator can be manufactured. The cross-sectional view of the gel actuator shown in FIG. 7 is the same as that of FIG. 8A, which will be described later.
上記の種々の態様のゲルアクチュエータは、単位構造を単独で用いることができるが、複数で用いてもよい。例えば、図８（Ａ）に示すように、可動側支持体を挟持した両側で２つのゲルアクチュエータの単位構造が配置される構成とすることができ、また、図８（Ｂ）に示すように、電極側支持体を挟持した両側で２つのゲルアクチュエータの単位構造が配置される構成とすることでき、さらに、これらを交互に積層させて組み合わせた３段以上の積層構成とすることもできる。積層数の増加に伴い、ゲルアクチュエータの推力を増加させることができる。
また、当該態様では、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、可動側支持体や電極側支持体を中線として線対称となるように配置してもよく、図８（Ｃ）に示すように、図８（Ａ）（図８（Ｂ）としてもよい）における線対称の配置から、可動側支持体を挟んだそれぞれの単位構造の位置をずらして配置してもよい。これらの態様によれば、可動側支持体の姿勢を安定させ、また、可動側支持体の移動の際に生じる抵抗を低減することができ、さらに、部品数の低減、単位容積当たりの出力の増加、可動側支持体の浪打変形の抑止、及び時間的平滑動作の実現を図ることができる。
特に、図８（Ａ）及び（Ｂ）の態様において、同一の電圧を印加した場合、ゲル状物質の電界強度が向上し、推力を増加させることができる。また、図８（Ｃ）の態様では、構成単位の位置のずれに合わせて、電圧を印加するタイミングをずらすことにより、支持体の移動の時間的な均一化を図ることができる。
なお、本実施形態では、図８（Ａ）及び（Ｂ）のように、接地を利用した回路で利用することもできる。
The gel actuators of the various aspects described above can use the unit structure alone, but may be used in a plurality of units. For example, as shown in FIG. 8 (A), the unit structures of the two gel actuators can be arranged on both sides of the movable support, and as shown in FIG. 8 (B). , The unit structure of the two gel actuators can be arranged on both sides of the electrode-side support, and further, it is possible to have a laminated structure of three or more stages in which these are alternately laminated and combined. As the number of layers increases, the thrust of the gel actuator can be increased.
Further, in this aspect, as shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B), the movable side support and the electrode side support may be arranged so as to be line-symmetrical with the movable side support and the electrode side support as the center line, and FIG. As shown in FIG. 8A, the positions of the respective unit structures sandwiching the movable support may be shifted from the line-symmetrical arrangement in FIG. 8A (may be referred to as FIG. 8B). According to these aspects, the posture of the movable side support can be stabilized, the resistance generated when the movable side support moves can be reduced, the number of parts can be reduced, and the output per unit volume can be reduced. It is possible to increase the number, suppress the slap deformation of the movable side support, and realize the temporal smoothing operation.
In particular, in the embodiments of FIGS. 8A and 8B, when the same voltage is applied, the electric field strength of the gel-like substance can be improved and the thrust can be increased. Further, in the aspect of FIG. 8C, the time of movement of the support can be made uniform by shifting the timing of applying the voltage according to the deviation of the position of the structural unit.
In this embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, it can also be used in a circuit using grounding.
ゲルアクチュエータの単位構造を複数で用いた場合、積層させたり、直列に並べたり、また、並列に並べたりしてもよく、さらに、異なる態様を組合せて用いてもよい。例えば、以下に説明する図９及び１０の態様とることができる。
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、図８に示すゲルアクチュエータが複数存在し、それらが直列に配置される構成を有するゲルアクチュエータである。具体的に、図９（Ａ）のゲルアクチュエータは、複数のゲルアクチュエータが、電極側支持体及び可動側支持体を共有して一体となったゲルアクチュエータを構成する態様であり、また、図９（Ｂ）のゲルアクチュエータは、隣接するゲルアクチュエータの電極側支持体及び可動側支持体が、それぞれ隣接するゲルアクチュエータの可動側支持体及び電極側支持体に隣接される、つまり電極側支持体と可動側支持体とが交互に隣接するような構成を有するゲルアクチュエータである。
図９（Ｃ）は、図８に示すゲルアクチュエータが複数存在し、それらが並列に配置される構成を有するゲルアクチュエータである。具体的に、図９（Ｃ）のゲルアクチュエータは、複数のゲルアクチュエータが、可動側支持体を共有して一体となったゲルアクチュエータを構成する態様である。
図１０は、図７に示すゲルアクチュエータが複数存在し、それらが並列に配置される構成を有するゲルアクチュエータである。さらに、これらを上記の図９（Ａ）のゲルアクチュエータと同様に、直列に配置することもできる。
図９及び１０のような構成とすることにより、電圧印加時のゲルアクチュエータの推力を増加させることができる。
When a plurality of unit structures of the gel actuator are used, they may be laminated, arranged in series, arranged in parallel, or may be used in combination of different embodiments. For example, the aspects of FIGS. 9 and 10 described below can be taken.
9 (A) and 9 (B) are gel actuators having a configuration in which a plurality of gel actuators shown in FIG. 8 exist and are arranged in series. Specifically, the gel actuator of FIG. 9A is a mode in which a plurality of gel actuators share an electrode-side support and a movable-side support to form an integrated gel actuator, and FIG. 9A In the gel actuator (B), the electrode-side support and the movable-side support of the adjacent gel actuator are adjacent to the movable-side support and the electrode-side support of the adjacent gel actuator, respectively, that is, the electrode-side support. It is a gel actuator having a structure in which the movable side supports are alternately adjacent to each other.
FIG. 9C is a gel actuator having a configuration in which a plurality of gel actuators shown in FIG. 8 exist and they are arranged in parallel. Specifically, the gel actuator shown in FIG. 9C is an embodiment in which a plurality of gel actuators share a movable side support to form an integrated gel actuator.
FIG. 10 is a gel actuator having a configuration in which a plurality of gel actuators shown in FIG. 7 exist and they are arranged in parallel. Further, these can be arranged in series in the same manner as the gel actuator of FIG. 9A described above.
With the configuration shown in FIGS. 9 and 10, the thrust of the gel actuator when a voltage is applied can be increased.
＜３．構成部＞
以下、ゲルアクチュエータを構成する各構成部の詳細を説明する。
＜３−１．ゲル状物質＞
（１）ゲル状物質の原料
誘電体を含有するゲル状物質（単に「ゲル状物質とも称する」）は、誘電性高分子材料を含有していれば、特段限定されず、以下に示す態様以外だけでなく、特開２０１２−２３８４３号公報や特開２０１４−３２１６２号公報等に開示されるゲルの原料を用いることができる。また、ゲル状物質が備える複数のゲル状物質の材料は、同じであっても、異なっていてもよいが、印加電圧による変化量を均一にできる観点から、同じであることが好ましい。
ゲル状物質は、電気刺激により屈曲変形やクリープ変形をなし、また、電位差をかけると収縮する材料であり、ゲル状物質に含まれる誘電性高分子材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、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、及びポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等を用いることができる。これらの中でも、印加電圧による変位量や発生力がより大きく出力される物質の観点から、ポリ塩化ビニル及びポリビニルブチラールが好ましい。これらの誘電性高分子材料の製法は、特段限定されず、一般に市販されているものを用いることができる。
<3. Component>
Hereinafter, details of each component constituting the gel actuator will be described.
<3-1. Gel-like substance>
(1) Raw Material of Gel-like Substance The gel-like substance containing a dielectric (simply referred to as “gel-like substance”) is not particularly limited as long as it contains a dielectric polymer material, and other than the embodiments shown below. Not only that, the raw material of the gel disclosed in JP-A-2012-23843 and JP-A-2014-32162 can be used. Further, the materials of the plurality of gel-like substances contained in the gel-like substance may be the same or different, but are preferably the same from the viewpoint that the amount of change due to the applied voltage can be made uniform.
The gel-like substance is a material that undergoes bending deformation or creep deformation by electrical stimulation and contracts when a potential difference is applied. Examples of the dielectric polymer material contained in the gel-like substance include polyvinyl chloride and polyvinyl butyral. , Polymethyl methacrylate, polyurethane, polystyrene, polyvinyl acetate, nylon 6, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, silicone rubber and the like can be used. Among these, polyvinyl chloride and polyvinyl butyral are preferable from the viewpoint of a substance that outputs a larger amount of displacement and generated force due to the applied voltage. The method for producing these dielectric polymer materials is not particularly limited, and generally commercially available materials can be used.
ゲル状物質中の誘電性高分子材料の含有量は、特段制限されないが、ゲル状物質の変位長が十分得られる観点から、通常５重量％以上であり、好ましくは８重量％以上であり、より好ましくは１０重量％以上であり、さらに好ましくは１２重量％以上であり、特に好ましくは１５重量％以上であり、また、好ましくは６０重量％以下であり、より好ましくは５０重量％以下であり、さらに好ましくは４５重量％以下であり、特に好ましくは４０重量％以下である。 The content of the dielectric polymer material in the gel-like substance is not particularly limited, but is usually 5% by weight or more, preferably 8% by weight or more, from the viewpoint of obtaining a sufficient displacement length of the gel-like substance. It is more preferably 10% by weight or more, further preferably 12% by weight or more, particularly preferably 15% by weight or more, and preferably 60% by weight or less, still more preferably 50% by weight or less. It is more preferably 45% by weight or less, and particularly preferably 40% by weight or less.
誘電性高分子材料として、ポリ塩化ビニルを用いる場合、その数平均分子量（Ｍｎ）は、特段制限されないが、電圧印加時の変位量の観点から、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定したポリスチレン換算で、７万以上２０万以下であるが、好ましくは７．５万以上であり、より好ましくは８万以上であり、さらに好ましくは８．５万以上であり、特に好ましくは９万以上であり、また、好ましくは１８万以下であり、より好ましくは１６万以下であり、さらに好ましくは１４万以下であり、特に好ましくは１２万以下である。ポリ塩化ビニルの数平均分子量（Ｍｎ）を7万以上とすることで得られたゲルが経時的に変化し電気的特性が安定しやすくなる。一方で、２０万以下とすることにより、得られたゲルが固くなりすぎず、電圧をかけた時の変位長が十分に得られる。 When polyvinyl chloride is used as the conductive polymer material, its number average molecular weight (Mn) is not particularly limited, but it is converted to polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) from the viewpoint of the amount of displacement when a voltage is applied. It is 70,000 or more and 200,000 or less, preferably 75,000 or more, more preferably 80,000 or more, further preferably 85,000 or more, and particularly preferably 90,000 or more. Further, it is preferably 180,000 or less, more preferably 160,000 or less, further preferably 140,000 or less, and particularly preferably 120,000 or less. By setting the number average molecular weight (Mn) of polyvinyl chloride to 70,000 or more, the obtained gel changes with time and the electrical characteristics become easy to stabilize. On the other hand, when the amount is 200,000 or less, the obtained gel does not become too hard, and a sufficient displacement length when a voltage is applied can be obtained.
また、誘電性高分子材料として、ポリビニルブチラールを用いる場合、その数平均分子量（Ｍｎ）電圧印加時の変位量の観点から、６万以上１５万以下であるが、好ましくは７万以上であり、より好ましくは８万以上であり、また、好ましくは１４万以下であり、より好ましくは１３万以下である。ポリビニルブチラールの数平均分子量を上述のそれぞれの数平均分子量以上とすることで、連続したシート化を容易にすることができ、取り扱いが容易になる。一方上述のそれぞれの数平均分子量以下とすることで、適度な硬度となり、電圧に対する変位長を十分に確保できる。
なお、ここでいう数平均分子量は、ＧＰＣ(ゲル浸透クロマトグラフィー）によるポリスチレン換算の値を用いる。また市販品を使用する場合には、使用する製品によっては数平均分子量ではなく、計算分子量が記載されていることがあるが、数平均分子量と計算分子量は実質的に同様の値になるため、計算分子量も同様の範囲で用いることができる。
When polyvinyl butyral is used as the dielectric polymer material, it is 60,000 or more and 150,000 or less, but preferably 70,000 or more, from the viewpoint of the displacement amount when a number average molecular weight (Mn) voltage is applied. It is more preferably 80,000 or more, preferably 140,000 or less, and more preferably 130,000 or less. By setting the number average molecular weight of polyvinyl butyral to be equal to or higher than the above-mentioned number average molecular weights, continuous sheet formation can be facilitated and handling becomes easy. On the other hand, by setting the molecular weight to each of the above-mentioned number averages or less, the hardness becomes appropriate and the displacement length with respect to the voltage can be sufficiently secured.
The number average molecular weight referred to here is a polystyrene-equivalent value obtained by GPC (gel permeation chromatography). When using a commercially available product, the calculated molecular weight may be described instead of the number average molecular weight depending on the product used. However, since the number average molecular weight and the calculated molecular weight are substantially the same, The calculated molecular weight can be used in the same range.
ゲル状物質は、本発明の効果が発揮される範囲において、上記の誘電性高分子材料以外
の材料を含んでいてもよく、例えば、可塑剤や電荷補足剤等が挙げられる。
The gel-like substance may contain a material other than the above-mentioned conductive polymer material within the range in which the effect of the present invention is exhibited, and examples thereof include a plasticizer and a charge-capturing agent.
可塑剤の種類は、特段限定されないが、例えば、ジオールジエステル、ジカルボン酸ジエステル、ジメチルアセトアミド(ＤＭＡ)、ジエタノールアミン(ＤＥＡ)等が挙げられ、特にジカルボン酸ジエステルの好ましい例としては、セバシン酸ジエチル(ＤＥＳｕｃ)、アジピン酸ジブチル(ＤＢＡ)、セバシン酸ジオクチル(ＤＯＳ)、アジピン酸ジオクチル(ＤＯＡ)、フタル酸ジメチル(ＤＭＰ)、フタル酸ジブチル(ＤＢＰ)、フタル酸ジオクチル(ＤＯＰ)、フタル酸ビス(２-エチルヘキシル)(ＤＥＨＰ)、コハク酸ジエチル(ＤＥＳｕｃ)、アジピン酸ジメチル(ＤＭＡ)、セバシン酸ジエチル(ＤＥＳｅｂ)、セバシン酸ジブチル(ＤＢＳｅｂ)、セバシン酸ジオクチル(ＤＯＳｅｂ)等が挙げられる。これらの中でも、比較的取扱いやすく安定なゲル物質を得るための観点から、ジオールジエステル及びジカルボン酸ジエステルが好ましく、特に、誘電体としてポリ塩化ビニルを用いた場合にはジオールジエステルやジカルボン酸ジエステルを用いることが好ましく、また、誘電体としてポリビニルブチラールを用いた場合にはジカルボン酸ジエステルを用いることが好ましい。これらの誘電体の製法は、特段限定されず、一般に市販されているものを用いることができる。
可塑剤の含有により、ゲル状物質の移動時におけるゲル状物質と支持体との摩擦抵抗を低減することができる。
The type of plasticizer is not particularly limited, and examples thereof include diol diester, dicarboxylic acid diester, dimethylacetamide (DMA), and diethanolamine (DEA), and a particularly preferable example of the dicarboxylic acid diester is diethyl sebacate (DESuc). ), Dibutyl adipate (DBA), Dioctyl sebacate (DOS), Dioctyl adipate (DOA), Dibutyl phthalate (DMP), Dibutyl phthalate (DBP), Dioctyl phthalate (DOP), Bis phthalate (2- Examples thereof include ethylhexyl) (DEHP), diethyl succinate (DESuc), dimethyl adipate (DMA), diethyl sebacate (DESeb), dibutyl sebacate (DBSeb), dioctyl sebacate (DOSeb) and the like. Among these, a diol diester and a dicarboxylic acid diester are preferable from the viewpoint of obtaining a gel substance that is relatively easy to handle and stable, and in particular, when polyvinyl chloride is used as the dielectric, a diol diester or a dicarboxylic acid diester is used. It is preferable to use a dicarboxylic acid diester when polyvinyl butyral is used as the dielectric. The method for producing these dielectrics is not particularly limited, and commercially available ones can be used.
The inclusion of the plasticizer makes it possible to reduce the frictional resistance between the gel-like substance and the support during movement of the gel-like substance.
ゲル状物質中の可塑剤の含有量は、特段制限されないが、摩擦抵抗の低減による良好な変位の発現とゲル表面のべたつき抑制の観点から、通常５５重量％以上であり、好ましくは６０重量％以上であり、より好ましくは６５重量％以上であり、さらに好ましくは７０重量％以上であり、特に好ましくは７５重量％以上であり、また、好ましくは９８重量％以下であり、より好ましくは９５重量％以下であり、さらに好ましくは９０重量％以下であり、特に好ましくは８５重量％以下である。 The content of the plasticizer in the gel-like substance is not particularly limited, but is usually 55% by weight or more, preferably 60% by weight, from the viewpoint of developing good displacement by reducing frictional resistance and suppressing stickiness of the gel surface. More preferably, it is 65% by weight or more, further preferably 70% by weight or more, particularly preferably 75% by weight or more, and preferably 98% by weight or less, more preferably 95% by weight. % Or less, more preferably 90% by weight or less, and particularly preferably 85% by weight or less.
電荷補足剤の種類は、特段限定されないが、例えば、テトラシアノキノジメタン、２，４，７−トリニトロフルオレン−９−オンが挙げられる。 The type of charge-capturing agent is not particularly limited, and examples thereof include tetracyanoquinodimethane and 2,4,7-trinitrofluorene-9-one.
ゲル状物質中の電荷補足剤の含有量は、特段制限されないが、良好な変位の発現の観点から、通常０．０１重量％以上であり、好ましくは０．０２重量％以上であり、より好ましくは０．０３重量％以上であり、さらに好ましくは０．０５重量％以上であり、特に好ましくは０．１重量％以上であり、また、好ましくは１０重量％以下であり、より好ましくは５重量％以下であり、さらに好ましくは３重量％以下であり、特に好ましくは２重量％以下である。 The content of the charge catching agent in the gel-like substance is not particularly limited, but is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.02% by weight or more, more preferably, from the viewpoint of developing good displacement. Is 0.03% by weight or more, more preferably 0.05% by weight or more, particularly preferably 0.1% by weight or more, and preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight. % Or less, more preferably 3% by weight or less, and particularly preferably 2% by weight or less.
ゲル状物質の密度は、通常０．７〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、０．８〜１．４ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、０．８５〜１．３５ｇ／ｃｍ３であることがより好ましい。
ゲル状物質の密度が上記範囲内であると、厚みが薄くなっても荷重を支えることが可能であり、厚みが厚くなってもアクチュエータの重量の増加を抑えることが可能であるという利点がある。なお、測定方法については、一般的な密度の測定方法を適用できる。
The density of the gel-like substance is usually 0.7~1.5g / cm 3, it is preferably 0.8 to 1.4 g / cm 3, a 0.85~1.35g / cm 3 Is more preferable.
When the density of the gel-like substance is within the above range, there is an advantage that the load can be supported even if the thickness becomes thin, and the increase in the weight of the actuator can be suppressed even if the thickness becomes thick. .. As the measuring method, a general density measuring method can be applied.
＜（２）ゲル状物質の製造方法＞
ゲル状物質の製造方法は、特段限定されず、特開２０１２−２３８４３号公報や特開２０１４−３２１６２号公報等に開示される一般的なゲルの製造方法により製造することができ、例えば、上述した各種原料に溶媒を加えた混合溶液を調製し、当該混合溶液をテフロン（登録商標）製シャーレ等の離型性のよい容器に移し、一定時間静置してゲル化させた後、容器から剥離することでゲル状物質を得ることができる。
<(2) Method for producing gel-like substance>
The method for producing the gel-like substance is not particularly limited, and the gel-like substance can be produced by a general gel production method disclosed in JP-A-2012-23843, JP-A-2014-32162, and the like. Prepare a mixed solution in which a solvent is added to the various raw materials, transfer the mixed solution to a petri dish made by Teflon (registered trademark), etc. A gel-like substance can be obtained by peeling.
ゲル状物質を製造する際に用いられる溶媒の種類は、上記のポリビニルブチラール及び
ジカルボン酸ジエステル化合物を溶解させるものであれば特段制限されないが、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−ブタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒等の有機溶媒が挙げられる。これらは１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、テトラヒドロフラン、イソプロパノール、及びメタノールが好ましく、特に、揮発性と臭気の観点から、テトラヒドロフランであることが好ましい。
The type of solvent used in producing the gel-like substance is not particularly limited as long as it dissolves the above-mentioned polyvinyl butyral and dicarboxylic acid diester compounds, and for example, methanol, ethanol, n-butanol, n-propanol, and the like. Alcohol-based solvents such as isopropanol, ether-based solvents such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, cellosolve-based solvents such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like. Examples thereof include an amide solvent and an organic solvent such as a nitrile solvent such as methanol. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, tetrahydrofuran, isopropanol, and methanol are preferable, and tetrahydrofuran is particularly preferable from the viewpoint of volatility and odor.
溶媒を揮発させる前の組成物中の溶媒の含有量は、溶解速度と揮発速度の観点から、通常４０重量％以上であり、好ましくは４５重量％以上であり、より好ましくは５０重量％以上であり、さらに好ましくは５５重量％以上であり、特に好ましくは６０重量％以上であり、また、好ましくは９８重量％以下であり、より好ましくは９５重量％以下であり、さらに好ましくは９０重量％以下であり、特に好ましくは８５重量％以下である。 The content of the solvent in the composition before volatilizing the solvent is usually 40% by weight or more, preferably 45% by weight or more, and more preferably 50% by weight or more from the viewpoint of dissolution rate and volatilization rate. Yes, more preferably 55% by weight or more, particularly preferably 60% by weight or more, still preferably 98% by weight or less, more preferably 95% by weight or less, still more preferably 90% by weight or less. It is particularly preferably 85% by weight or less.
＜（３）ゲル状物質の構成＞
ゲル状物質の形状は、特段限定されず、用途に応じて任意に設計でき、例えば、角柱状や円柱状、平板状、線状、ドーナツ状とすることができる。図７に示す態様の場合には、これらの形状のゲル状物質を軸状の可動側支持体に巻きつけた形状とすることができる。
電圧印加前における、ゲル状物質の厚さは、特段限定されず、用途や電極の面積に応じて任意に設計し得るが、ゲルアクチュエータの変位量の確保及び可撓性の確保の観点から、通常１μｍ以上であり、一方で、通常１０ｍｍ以下であり、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．６ｍｍ以下であり、最も好ましくは０．２ｍｍ以下である。なお、図７に示す態様におけるゲル状物質の厚さとは、円柱状のゲル状物質の底面の半径から軸状の可動側支持体の底面の半径を減じた数値である。
<(3) Composition of gel-like substance>
The shape of the gel-like substance is not particularly limited and can be arbitrarily designed according to the intended use. For example, it can be a prismatic shape, a columnar shape, a flat plate shape, a linear shape, or a donut shape. In the case of the embodiment shown in FIG. 7, a gel-like substance having these shapes can be wound around a shaft-shaped movable support.
The thickness of the gel-like substance before applying the voltage is not particularly limited and can be arbitrarily designed according to the application and the area of the electrode, but from the viewpoint of ensuring the displacement amount of the gel actuator and ensuring the flexibility, It is usually 1 μm or more, while it is usually 10 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, particularly preferably 0.6 mm or less, and most preferably 0.2 mm or less. The thickness of the gel-like substance in the embodiment shown in FIG. 7 is a value obtained by subtracting the radius of the bottom surface of the axial movable side support from the radius of the bottom surface of the columnar gel-like substance.
電圧印加前における、ゲル状物質と吸着側電極との接触面積は、電極の面積よりも小さければ特段限定されず、用途や電極の面積に応じて任意に設計し得るが、実装上および定適応する実務上の観点から、通常１ｍｍ２以上であり、好ましくは１０ｍｍ２以上であり、より好ましくは１００ｍｍ２以上であり、特に好ましくは４００ｍｍ２以上であり、最も好ましくは９００ｍｍ２以上であり、一方で、通常２５００ｍｍ２以下であり、好ましくは１６００ｍｍ２以下であり、より好ましくは９００ｍｍ２以下であり、特に好ましくは４００ｍｍ２以下であり、最も好ましくは１００ｍｍ２以下である。 The contact area between the gel-like substance and the electrode on the adsorption side before applying the voltage is not particularly limited as long as it is smaller than the area of the electrode, and can be arbitrarily designed according to the application and the area of the electrode. From a practical point of view, it is usually 1 mm 2 or more, preferably 10 mm 2 or more, more preferably 100 mm 2 or more, particularly preferably 400 mm 2 or more, and most preferably 900 mm 2 or more, while It is usually 2500 mm 2 or less, preferably 1600 mm 2 or less, more preferably 900 mm 2 or less, particularly preferably 400 mm 2 or less, and most preferably 100 mm 2 or less.
＜３−２．電極＞
電極の材料の種類は、特段制限されず、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属あるいはそれらの合金（例えば、ステンレス鋼や黄銅）；酸化インジウムや酸化錫等の金属酸化物、あるいはその合金（ＩＴＯ等）；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子；前記導電性高分子に、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＦｅＣｌ３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子などのドーパントを含有させたもの；金属粒子、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ等の導電性粒子をポリマーバインダー等のマトリクスに分散した導電性の複合材料などが挙げられる。これらは１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、特に、電気特性や加工性、生産性の観点から、ステンレス鋼や黄銅が好ましい。
<3-2. Electrode>
The type of electrode material is not particularly limited, for example, metals such as platinum, gold, silver, aluminum, chromium, nickel, copper, titanium, magnesium, calcium, barium, sodium, or alloys thereof (for example, stainless steel). Brass); metal oxides such as indium oxide and tin oxide, or alloys thereof (ITO, etc.); conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene; the conductive polymers include hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfonic acid, etc. Acids, Lewis acids such as FeCl 3 , halogen atoms such as iodine, and dopants such as metal atoms such as sodium and potassium; conductive particles such as metal particles, carbon black, fullerene, and carbon nanotubes are polymer binders. Examples thereof include conductive composite materials dispersed in a matrix such as. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, stainless steel and brass are particularly preferable from the viewpoint of electrical characteristics, workability, and productivity.
電極の形状は、特段制限されず、例えば、平板状、多角形状、球状、ひも状とすること
ができるが、印加電圧の安定性や小型化容易の観点から、平板状であることが好ましい。図７に示す態様においては、内部が空洞の円錐台状、角錐台状等とすることができ、ゲルの均一な移動を促進させる観点から、円錐台状が好ましい。
The shape of the electrode is not particularly limited and may be, for example, a flat plate shape, a polygonal shape, a spherical shape, or a string shape, but the flat plate shape is preferable from the viewpoint of stability of the applied voltage and easy miniaturization. In the embodiment shown in FIG. 7, the inside can be a truncated cone shape, a truncated cone shape, or the like, and the truncated cone shape is preferable from the viewpoint of promoting uniform movement of the gel.
ゲルアクチュエータに電圧を印加した場合、ゲル状物質を通して、陽極から陰極へ電気力線が生じる。電極の形状を平板状とした場合、陽極と陰極とがなす角度θは、０°より大きければ特段制限されないが、ゲル物質の変形動作上の観点から、９０°以上１８０°以下であることが好ましく、１２０°以上であることがより好ましく、１５０℃以上であることが特に好ましく、また、１７０℃以下であることがより好ましく、１６０℃以下であることが特に好ましい。
なお、電極形状が、平板が湾曲しているような形状の場合には、その変位量を最も小さくするような仮想面を考えて、その角度で考えればよい。
なお、角度θとは、一対の電極における陽極の電気力線が発生する側の面と陰極の電気力線が発生する側の面とのなす角度を示し、図１の場合、陽極の電気力線が発生する側の面及び陰極の電気力線が発生する側の面とは、陽極及び陰極ともに、ゲル状物質と接する面を意味する。具体的には、図２に示すような従来の縦型アクチュエータの場合には０°、図１に示すような同一平面内に電極を有するゲルアクチュエータの場合には、１８０°、図５に示すような係止部を有する場合には、図５（Ｄ）に示すθとなる。図７の場合、ゲルアクチュエータの断面を観察した場合、図５のような形状が観察し得るため、図５（Ｄ）と同様の方法で角度θを求める。
When a voltage is applied to the gel actuator, electric lines of force are generated from the anode to the cathode through the gel-like substance. When the shape of the electrode is flat, the angle θ formed by the anode and the cathode is not particularly limited as long as it is larger than 0 °, but from the viewpoint of the deformation operation of the gel substance, it may be 90 ° or more and 180 ° or less. It is preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, more preferably 170 ° C. or lower, and particularly preferably 160 ° C. or lower.
When the electrode shape is such that the flat plate is curved, a virtual surface that minimizes the amount of displacement may be considered and considered at that angle.
The angle θ indicates the angle between the surface of the pair of electrodes on the side where the lines of electric force of the anode are generated and the surface of the pair of electrodes on the side where the lines of electric force of the anode are generated. In the case of FIG. 1, the electric force of the anode is formed. The surface on the side where the lines of force are generated and the surface on the side where the lines of electric force of the cathode are generated mean the surfaces where both the anode and the cathode are in contact with the gel-like substance. Specifically, it is 0 ° in the case of a conventional vertical actuator as shown in FIG. 2, and 180 ° in the case of a gel actuator having electrodes in the same plane as shown in FIG. 1, as shown in FIG. When such a locking portion is provided, the value is θ as shown in FIG. 5 (D). In the case of FIG. 7, when observing the cross section of the gel actuator, the shape as shown in FIG. 5 can be observed, so the angle θ is obtained by the same method as in FIG. 5 (D).
電極の厚さは、ゲルアクチュエータの用途に応じて任意に選択できるが、通常０．００１０〜１ｍｍであり、０．００１２〜０．９ｍｍであることが好ましく、０．００１５〜０．８ｍｍであることがより好ましい。
電極の面積は、特段制限されず、ゲルアクチュエータの用途に応じて任意に選択できるが、通常１〜１０ｍｍ２以上であり、１００〜９００ｍｍ２以上であることが好ましく、１６００〜２５００ｍｍ２以上であることがより好ましい。図７に示す態様の場合、電極面積とは、円錐台状や角錐台状の内部の空洞部の面積である。
The thickness of the electrode can be arbitrarily selected depending on the application of the gel actuator, but is usually 0.0010 to 1 mm, preferably 0.0012 to 0.9 mm, and 0.0015 to 0.8 mm. Is more preferable.
Area of the electrode is not otherwise limited, can be selected as desired according to the gel actuator applications, it is usually 1 to 10 mm 2 or more, preferably 100～900Mm 2 or more, is 1600～2500Mm 2 or more Is more preferable. In the case of the aspect shown in FIG. 7, the electrode area is the area of the internal cavity portion having a truncated cone shape or a truncated pyramid shape.
＜３−３．支持体＞
支持体の形状は、特段制限されず、例えば、平板形状とすることができる。図７に示すような態様とする場合、電極側支持体を筒状とし、可動側支持体をひも状とすることができる。
可動側支持体の材料は、特段制限されず、例えば、樹脂、セラミックス、ガラス、金属などを用いることができるが、可動側支持体が金属の場合は、駆動回路には接続をしていないように実装する必要があるため、絶縁体を用いることが特に好ましい。
特に、電極側支持体は、正負の電極間で短絡を防ぐために絶縁体を用いることが好ましく、可動側支持体は、軽量な樹脂と用いることが好ましい。
<3-3. Support>
The shape of the support is not particularly limited and may be, for example, a flat plate shape. In the embodiment shown in FIG. 7, the electrode-side support can be tubular and the movable-side support can be string-shaped.
The material of the movable side support is not particularly limited, and for example, resin, ceramics, glass, metal, etc. can be used, but when the movable side support is metal, it does not seem to be connected to the drive circuit. It is particularly preferable to use an insulator because it needs to be mounted on.
In particular, the electrode-side support preferably uses an insulator to prevent a short circuit between the positive and negative electrodes, and the movable-side support preferably uses a lightweight resin.
支持体の厚さは、ゲルアクチュエータの用途に応じて任意に選択できるが、電極側支持体の場合、通常０．１〜５ｍｍであり、０．１〜３ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましく、可動側支持体の場合、通常０．０１〜１ｍｍであり、０．０１〜０．２ｍｍであることが好ましく、０．０１〜０．１ｍｍであることがより好ましい。なお、上述した係止部を有する場合、電極側支持体の厚さとは、電極間に形成される係止部は考慮せず、係止部以外の電極側支持体の厚さを表すものとする。
支持体の面積は、ゲルアクチュエータの用途に応じて任意に選択できる。
The thickness of the support can be arbitrarily selected depending on the application of the gel actuator, but in the case of the electrode side support, it is usually 0.1 to 5 mm, preferably 0.1 to 3 mm, preferably 0.1. It is more preferably ~ 1 mm, and in the case of the movable side support, it is usually 0.01 to 1 mm, preferably 0.01 to 0.2 mm, and more preferably 0.01 to 0.1 mm. preferable. When the above-mentioned locking portion is provided, the thickness of the electrode-side support means the thickness of the electrode-side support other than the locking portion without considering the locking portion formed between the electrodes. To do.
The area of the support can be arbitrarily selected according to the application of the gel actuator.
＜３−３．係止部＞
上述したように、係止部は、電極側支持体自体の形状の一部として存在するものであってもよく、また、電極側支持体とは別の部材として該支持体に付加された存在であっても
よいが、安定した推力（ゲル状物質を移動させるための力）や、電極側支持体からの係止部の剥離の抑制の観点から、電極側支持体の形状の一部として存在するものが好ましい。
係止部を電極側支持体とは別の部材として付加する場合、短絡防止の観点から、材料として、絶縁体を用いることが好ましい。
係止部が、電極間領域の厚さが、電極外領域の厚さよりも大きくなる構成部である場合、一対の支持体間の空間の高さ（係止部が存在しない領域の高さ）に対する、係止部の高さ（電極間領域の厚さから電極外領域の厚さを引いた値）の割合は、ゲル状物質の移動の容易さとゲル状物質の戻りの抑制の観点から、５〜９５％であることが好ましく、５〜５０％であることがより好ましく、５〜３０％であることが特に好ましい。
<3-3. Locking part>
As described above, the locking portion may exist as a part of the shape of the electrode-side support itself, or may be added to the support as a member separate from the electrode-side support. However, as a part of the shape of the electrode side support from the viewpoint of stable thrust (force for moving the gel-like substance) and suppression of peeling of the locking portion from the electrode side support. Those that are present are preferred.
When the locking portion is added as a member different from the electrode side support, it is preferable to use an insulator as a material from the viewpoint of preventing a short circuit.
When the locking portion is a component in which the thickness of the region between the electrodes is larger than the thickness of the region outside the electrodes, the height of the space between the pair of supports (the height of the region where the locking portion does not exist). The ratio of the height of the locking portion (the value obtained by subtracting the thickness of the region outside the electrodes from the thickness of the inter-electrode region) with respect to the ratio is from the viewpoint of ease of movement of the gel-like substance and suppression of return of the gel-like substance. It is preferably 5 to 95%, more preferably 5 to 50%, and particularly preferably 5 to 30%.
係止部が、電極間領域の厚さが、電極外領域の厚さよりも大きくなる構成部である場合、係止部の高さの最大値は、ゲルアクチュエータの用途に応じて任意に選択できるが、ゲル物質が移動する際に分離、残留の恐れがないようするための観点から、通常０．１〜１０ｍｍであり、０．１〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましく、０．１〜０．６ｍｍであることが特に好ましい。 When the locking portion is a component in which the thickness of the region between the electrodes is larger than the thickness of the region outside the electrodes, the maximum value of the height of the locking portion can be arbitrarily selected according to the application of the gel actuator. However, from the viewpoint of preventing the gel substance from separating and remaining when moving, it is usually 0.1 to 10 mm, preferably 0.1 to 2 mm, and preferably 0.1 to 1 mm. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is 0.1 to 0.6 mm.
電極側支持体に占める係止部の面積の割合は、ゲルアクチュエータの用途に応じて任意に選択できるが、ゲル物質が移動する際に分離、残留の恐れがないようするための観点から、通常１〜２５％であり、１〜２０％であることが好ましく、１〜１５％であることがより好ましく、１〜１０％であることが特に好ましい。
上記の狭隘部及び段差部がある場合、電圧の印加を解除した後のゲル状物質の戻り動作を低減させることができ、最終的な可動側支持体の移動距離を増加させることができる。
The ratio of the area of the locking portion to the electrode-side support can be arbitrarily selected according to the application of the gel actuator, but usually from the viewpoint of preventing the gel substance from separating or remaining when moving. It is 1 to 25%, preferably 1 to 20%, more preferably 1 to 15%, and particularly preferably 1 to 10%.
When the narrow portion and the step portion are present, the return operation of the gel-like substance after the application of the voltage is released can be reduced, and the final moving distance of the movable side support can be increased.
＜３−５．制御部＞
ゲルアクチュエータは、印加電圧を制御する制御部を有していてもよい。制御部の態様は、特に制限されず、公知のものを用いることができる。
特に、３つ以上の電極を備えるゲルアクチュエータにおいて特に有効である。
３つ以上の電極のうち２つの電極が、陽極と陰極とかるなる一対の電極であり、該一対の電極の吸着側電極に第３の電極が隣接して備えられるゲルアクチュエータにおいては、一対の電極及び前記第３の電極の極性が、前記吸着側電極の極性と同じ極性となるよう制御する可動側支持体を備えることが好ましい。該制御部により、図６に示すようにゲル状物質及び可動側支持体を移動させることができる。
また、ゲル状物質が非吸着側電極と非接触となったところで、吸着側電極の極性を反転させ、かつ、第３の電極を吸着側電極と同じ極性に変化させるように電圧を制御する電圧制御部を備えることが好ましい。上述のように、吸着側の電極の極性を反転させることにより、第３の電極へのゲル状物質の移動の推力を増加させることができる。
<3-5. Control unit>
The gel actuator may have a control unit that controls the applied voltage. The mode of the control unit is not particularly limited, and known ones can be used.
In particular, it is particularly effective in a gel actuator having three or more electrodes.
In a gel actuator in which two of the three or more electrodes are a pair of electrodes consisting of an anode and a cathode, and a third electrode is provided adjacent to the adsorption side electrode of the pair of electrodes, a pair of electrodes is provided. It is preferable to include a movable side support that controls the polarity of the electrode and the third electrode to be the same as the polarity of the suction side electrode. The control unit can move the gel-like substance and the movable side support as shown in FIG.
Further, when the gel-like substance is not in contact with the non-adsorption side electrode, the voltage is controlled so that the polarity of the adsorption side electrode is reversed and the third electrode is changed to the same polarity as the adsorption side electrode. It is preferable to provide a control unit. As described above, by reversing the polarity of the electrode on the adsorption side, the thrust of movement of the gel-like substance to the third electrode can be increased.
印加電圧の制御について、具体的には、例えば、図１１のグラフに示すように、電圧印加における駆動電圧と解放電圧とを繰り返すことにより、可動側支持体の移動を継続させて大きな移動量を発生させることができる。解放電圧は、０Ｖの電圧、駆動電圧とは正負逆転した電圧、又は駆動電圧と同じ正負方向であり可動側支持体の移動を妨げない程度の低電圧とすることにより上記の移動量の増大を実現でき、図１１は、駆動電圧とは正負逆転した電圧を印加した場合の態様である。 Regarding the control of the applied voltage, specifically, for example, as shown in the graph of FIG. 11, by repeating the drive voltage and the release voltage in the voltage application, the movable side support can be continuously moved to obtain a large amount of movement. Can be generated. The release voltage is 0 V, a voltage that is positively or negatively reversed from the drive voltage, or a low voltage that has the same positive and negative directions as the drive voltage and does not hinder the movement of the movable side support, thereby increasing the above-mentioned movement amount. This can be realized, and FIG. 11 shows a mode in which a voltage opposite to the drive voltage is applied.
＜４．アクチュエータの用途＞
アクチュエータは、自動車部品や電子部品、食品、医薬品、医療機器、製紙、検査機器等の種々の分野で用いられる機械部品において、入力されたエネルギー又はコンピュータが出力した電気信号を物理的運動に変換する機械・電気回路を構成する機械要素として用いることができる。特に、ゲルを用いたアクチュエータに特有の優れた伸縮性から、人工筋肉として応用することができ、人の動作を補助することを目的とする福祉機器や介護機
等に用いることができる。
<4. Actuator applications>
Actuators convert input energy or computer-output electrical signals into physical motion in mechanical parts used in various fields such as automobile parts, electronic parts, food, pharmaceuticals, medical equipment, papermaking, and inspection equipment. It can be used as a mechanical element that constitutes a mechanical / electric circuit. In particular, it can be applied as an artificial muscle due to its excellent elasticity peculiar to an actuator using gel, and can be used for welfare equipment, nursing care machines, etc. for the purpose of assisting human movement.
１ ゲルアクチュエータ
１０ 支持体（可動側支持体）
１１ ゲル状物質
１２ 支持体（電極側支持体）
１３ 電極
１４ 電極
１５ 第３の電極
Ｘ 係止部
1
11 Gel-
13
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|---|---|---|---|---|
| JP2001026000A (en) * | 1999-05-13 | 2001-01-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Structural body including organic molecular film, and its use |
| JP2008245428A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Vibration and/or impact absorption element, vibration and/or impact absorber, and operation method of vibration and/or impact absorption element |
| JP2012161221A (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-23 | Shinshu Univ | Gel actuator and gel used for the same |
| US20130235442A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Empire Technology Development Llc | Active matrix lighting units for a display |
| WO2016009469A1 (en) * | 2014-07-14 | 2016-01-21 | 株式会社日立製作所 | Actuator |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001026000A (en) * | 1999-05-13 | 2001-01-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Structural body including organic molecular film, and its use |
| JP2008245428A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Vibration and/or impact absorption element, vibration and/or impact absorber, and operation method of vibration and/or impact absorption element |
| JP2012161221A (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-23 | Shinshu Univ | Gel actuator and gel used for the same |
| US20130235442A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Empire Technology Development Llc | Active matrix lighting units for a display |
| WO2016009469A1 (en) * | 2014-07-14 | 2016-01-21 | 株式会社日立製作所 | Actuator |
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