JP2022019622A - 絶縁二重層を備えた電極を含む人工筋肉アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ハウジングと、ハウジング内部に収納された誘電流体と、ハウジング内に位置決めされた電極対とを含む、人工筋肉アクチュエータを提供すること。【解決手段】電極対は第1電極と第2電極とを含む。第1電極及び第2電極はそれぞれ金属膜を含む。第1電極は、第2電極に面する方向で、第1電極の金属膜上に配置された絶縁二重層を含む。加えて、絶縁二重層は、金属膜上に配置されたアクリル系ポリマー層と、アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン層(BOPP)とを含む。【選択図】図1A
Description
本明細書は大まかに言えば人工筋肉アクチュエータに関し、そしてより具体的には、絶縁二重層を含む人工筋肉アクチュエータに関する。
静電学に基づく人工筋肉、例えばより具体的にはHASEL人工筋肉は有望なアクチュエータ技術である。1つの具体的な人工筋肉デザインが、E. Acome, S. K. Mitchell, T. G. Morrissey, M. B. Emmett, C. Benjamin, M. King, M. Radakovitz,及びC. Keplingerによる "Hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators with muscle-like performance" と題する論文 (Science 05 Jan 2018: Vol. 359, Issue 6371, pp. 61-65)に記載されている。しかしながら、実際の用途のためには、人工筋肉デザインは、より低い印加電圧においてより多くの力を発揮することを必要とする。
従って、増大したアクチュエータ力を加え得る、改善された人工筋肉の存在が必要である。
1実施態様では、人工筋肉アクチュエータが、ハウジングと、ハウジング内部に収納された誘電流体と、ハウジング内に位置決めされた電極対とを含む。電極対は第1電極と第2電極とを含む。第1電極及び第2電極はそれぞれ金属膜を含む。第1電極は、第2電極に面する方向で、第1電極の金属膜上に配置された絶縁二重層を含む。加えて、絶縁二重層は、金属膜上に配置されたアクリル系ポリマー層と、アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン層(BOPP)とを含む。
別の実施態様では、人工筋肉アクチュエータが、拡張性流体領域に隣接する電極領域を含むハウジングと、ハウジング内部に収納された誘電流体と、ハウジングの電極領域内に位置決めされた電極対とを含む。電極対は第1電極と第2電極とを含む。第1電極及び第2電極はそれぞれ金属膜、及び金属膜上に配置された絶縁二重層を含む。第1電極の絶縁二重層は、第2電極に面する方向で、第1電極の金属膜上に配置されている。第2電極の絶縁二重層は、第1電極に面する方向で、第2電極の金属膜上に配置されている。絶縁二重層は、金属膜上に配置されたアクリル系ポリマー層と、アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン層(BOPP)とを含む。さらに、電極対は、印加された電圧に応じて互いに引き合わされ、拡張性流体領域を液圧的に膨張させるように、拡張性流体領域内へ誘電流体を押し込む。
さらに別の実施態様では、人工筋肉アクチュエータを作動させる方法が、人工筋肉アクチュエータの電極対に電気的に接続された電圧源を使用して電圧を発生させることを含み、人工筋肉アクチュエータはさらに、電極領域と拡張性流体領域とを有するハウジングを含む。ハウジング内部に誘電流体が収納されている。電極対は、ハウジングの電極領域内に位置決めされている。電極対は、それぞれが金属膜を有する第1電極と第2電極とを含む。第1電極は、第2電極に面する方向で、第1電極の金属膜上に配置された絶縁二重層を含む。絶縁二重層は、金属膜上に配置されたアクリル系ポリマー層と、アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)とを含む。方法はまた、電圧源によって発生させた電圧を電極対に印加し、これにより第1電極と第2電極とを静電的に互いに引き付け、拡張性流体領域を液圧的に膨張させるように拡張性流体領域内へ誘電流体を押し込むことを含む。
図面とともに下記詳細な説明に照らして、本明細書中に記載された実施態様によって提供されたこれらの態様、及び付加的な態様がさらに十分に理解される。
図面に示された実施態様は事実上例示的且つ模範的なものであり、クレームによって定義された主題を限定するようには意図されていない。例示的な実施態様の下記詳細な説明は、以下の図面と併せて読めば理解することができる。同様の構造は同様の符号で示されている。
大まかに図面を参照すると、本開示の実施態様は、誘電流体を備えたハウジング内に電極対が配置された人工筋肉アクチュエータに関する。動作中、電極対に電圧を印加し、電極対を互いに引き付けることができる。電極対は誘電流体をハウジングの拡張性流体領域内へ導き、ハウジングの拡張性流体領域を拡張する。このような拡張は、数多くの異なる環境、例えばロボット、医療機器、乗り物、又はこれに類するものにおいてアクチュエータ力を加えることができる。さらに、電極対の電極のうちの少なくとも一方が絶縁二重層を含む。具体的には、電極対の少なくとも一方の電極の絶縁二重層は、アクリル系ポリマー層、例えばポリ(エチルアクリレートアクリルアミド)と、二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)層とを含む。アクリル系ポリマー層は電極の金属膜上に配置され、そしてBOPP層はアクリル系ポリマー層上に配置されている。本明細書中に記載された電極の絶縁二重層は、厚さ当たりの絶縁破壊電圧(breakdown voltage)が高く、ひいては高電圧電気絶縁破壊に対して抵抗を有する薄い人工筋肉アクチュエータの形成を容易にし、ひいては高い電圧で動作することができ、達成可能なアクチュエータ力の増大を容易にする。絶縁二重層を有する電極を備えた人工筋肉アクチュエータの実施態様をここで説明し、可能な場合にはいつでも、同じ又は同様の部分に言及するために全図面を通して同じ符号を用いる。
ここで図1A~2Bを参照すると、人工筋肉アクチュエータ100,100’の実施態様が非作動状態(図1A及び2A)、及び作動状態(図1B及び2B)で示されている。人工筋肉アクチュエータ100,100’はハウジング110と、ハウジング110内部に配置された電極対150とを含む。電極対150は第1電極150aと第2電極150bとを含む。第1電極150aと第2電極150bとを含む電極対150は、ハウジング110の電極領域116内部に、ハウジング110の拡張性流体領域118に隣接して設けられている。図1A及び1Bに示された人工筋肉アクチュエータ100の実施態様では、電極領域116はハウジング110の第1端部111に、そして拡張性流体領域118はハウジング110の第2端部113に配置されている。図2A及び2Bに示された人工筋肉アクチュエータ100’の実施態様では、電極領域116は、ハウジング110の第1端部111及び第2端部113の両方に位置決めされた拡張性流体領域118の間の中央に配置されている。言うまでもなく、人工筋肉アクチュエータ110,100’は、本明細書中に記載された電極デザインを含み得る人工筋肉の非限定的例を提供する。すなわち、図3~5に関してより詳細に後述される、金属膜252と、アクリル系ポリマー層256及び二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)層258を有する絶縁二重層254とを含む電極250a,250b,350a,350bである。
いくつかの実施態様では、ハウジング110は可撓性材料を含み、そして可撓性ハウジングである。例えば可撓性ハウジングはエラストマーハウジングとなるように、エラストマー材料を含んでよい。ハウジング110は内面114とは反対側に外面112を含み、1つ又は2つ以上の壁から形成されている(2つ以上の壁は一緒に結合されるか、又は互いに一体的であってよい)。例えば、ハウジング110は第2壁117とは反対側の第1壁115(図1A~2Bの人工筋肉アクチュエータ100及び100’に示されている)と、ハウジング110の第1端部111及び第2端部113の両方で、第1壁115と第2壁117との間に延びる側壁119(図1A及び1Bの人工筋肉アクチュエータ100に示されている)とを含む。
図1A~2Bをさらに参照すると、第1電極150a及び第2電極150bのうちの一方が負に荷電された電極であり、第1電極150a及び第2電極150bのうちの他方は正に荷電された電極である。本明細書中で論じることを目的として、いずれかの電極150a,150bは、人工筋肉アクチュエータ100,100’内部の他方の電極150a,150bが負に荷電される限り、正に荷電されてよい。人工筋肉アクチュエータ100の電極対150は例えばリード170を使用して、電圧源180に電気的に接続されている。動作中、電圧源180によって発生させた電圧を電極対150に印加することによって、第1電極150a及び第2電極150bを横切って電位が形成される。この電位は第1電極150aと第2電極150bとの間に静電引力をもたらし、第1電極150aと第2電極150bとを互いに引き付ける。
電極対150に加えて、ハウジング110は誘電流体120を収納している。理論にとらわれるつもりはないが、誘電流体120は伝導を最小限にしか、ないしは全く伴わずに電気力を伝達する媒体又は物質であり、このようなものとして導電率が低い。誘電流体120のいくつかの非限定的な例は、ペルフルオロアルカン、変圧器油、及び脱イオン水を含む。誘電流体120は電極対150間の不所望な放電(すなわち短絡)を最小化する。加えて、人工筋肉アクチュエータ100,100’が非作動状態(図1A及び2A)にあるときには、誘電流体120は、第1電極150aと第2電極150bとの間に配置されている。電圧が電極対150に印加されると、第1電極150aと第2電極150bとは互いに引き合わされることにより、人工筋肉アクチュエータ100,100’を作動させ、そして誘電流体120をハウジング110の拡張性流体領域118内へ押し込む。
図1Aに示された人工筋肉アクチュエータ100の非作動状態では、電極領域116の高さは拡張性流体領域118の高さとほぼ等しい。図1Bに示された人工筋肉アクチュエータ100の作動状態では、拡張性流体領域118の高さは電極領域116よりも大きい。非作動状態(図1A)では、ハウジング110の第1壁115及び第2壁117の両方に沿ったハウジング110の外面112は、平らであり、且つ互いにほぼ平行である。より具体的には、電極領域116内部の第1壁115及び第2壁117に沿った、ハウジング110の外面112間の第1距離D1は、拡張性流体領域118内部の第1壁115及び第2壁117に沿った、ハウジング110の外面112間の第2距離D2とほぼ等しい。作動状態(図1B)では、第1電極150aと第2電極150bとは互いに接触させられる。
このように、第1電極150a及び第2電極150bは今や互いに平行である。しかしながら作動状態にあるときには、電極領域116内部のハウジング110の第1壁115に沿った外面112は、ハウジング110の第2壁117に沿った外面112に対して平行ではない。より具体的には、電極領域116内部の第1壁115に沿った外面112と、第2壁117に沿った外面112との間の第1距離D1は、拡張性流体領域118内部の第1壁115に沿った外面112と、第2壁117に沿った外面112との間の第3距離D3よりも小さい。第2距離D2と第3距離D3との間の差は、押し退けられた誘電流体120によって生じる、拡張性流体領域118内部のハウジング110の第1壁115の拡張量を定義する。
図1A及び1Bに示されたいくつかの実施態様では、第1電極150aと第2電極150bとの間隔が、ハウジングの第2端部113よりも、ハウジング110の第1端部111に近づくほど密になるように、第1電極150a及び第2電極150bは配置されている。これにより、第1電極150a及び第2電極150bは先の尖った形態又はV字形の形態で位置決めされる。結果として、作動させられると、電極150a,150bは互いに向かってジッパー状に締まり、誘電流体120を拡張性流体領域118及びハウジング110の第2端部113へ向かって押すように形成される。これにより、誘電流体120はハウジング110の第1端部111から第2端部113へ向かって、そして拡張性流体領域118内へ押し込まれる。拡張性流体領域118内のハウジング110の第1壁115(及び/又は第2壁117)に対する誘電流体120からの圧力は、第1壁115(及び/又は第2壁117)を変形(又は拡張)させる。第1電極150a及び第2電極150bに印加される電圧がひとたび中断されると、電極150a,150bはこれらの初期位置(図1Aの非平行位置)へ戻り、そして第1壁115及び第2壁117の両方に沿った外面112がその初期位置(図1Aの平行位置)へ戻る。図1A及び1Bに示されたいくつかの実施態様では、第1電極150aとハウジング110の第1壁115との間に補剛膜140が設けられている。補剛膜140は、非作動状態と作動状態との間で動作するときに、第1壁115の少なくとも一部のために剛性を提供し、そして第1電極150aは第2電極150b及び第2壁117へ向かって動かされる。いくつかの実施態様では、補剛膜140はアセテート膜であってよい。
ここで図2A及び2Bを参照すると、人工筋肉アクチュエータ100’の作動は、図1A及び1Bの人工筋肉アクチュエータ100の作動と同様である。しかしながら、図2A及び2Bでは、電極150a,150bは、非作動状態(図2A)及び作動状態(図2B)の両方においてほぼ平行である。図2A及び2Bにおいて電極150a,150bを静電的に互いに引き付けることにより、誘電流体は電極領域116から外方へ向かって1つ又は2つ以上の拡張性流体領域118内へ導き、拡張性流体領域118を拡張する。言うまでもなく、図2A及び2Bは、本明細書に記載された電極デザインを含み得る人工筋肉アクチュエータの別のデザインを示すために含まれる。すなわち、図3~5に関してより詳細に後述される、金属膜252と、アクリル系ポリマー層256及び二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)層258を有する絶縁二重層254とを含む電極250a,250b,350a,350bである。
ここで図3及び4を参照すると、図1A~2Bの人工筋肉アクチュエータ100,100’に使用し得る電極対の2つの実施態様が概略的に示されている。図3は第1電極250a及び第2電極250bを示しており、図4は第1電極350a及び第2電極350bを示している。図3の電極250a,250b、及び図4の電極350a,350bは両方とも、金属膜252と、金属膜252上に配置された絶縁二重層254とを含む。さらに、図3の電極250a,250b、及び電極350a,350bは、第1電極250a,350aの絶縁二重層254が、第2電極250b,350bに面する方向で、第1電極250a,350aの金属膜252上に配置されるように形成されている。一例としては、図3において、第1電極250aの絶縁二重層254は、第1電極250aの金属膜252を取り囲んでおり、ひいては第1電極250aの絶縁二重層254の一部が第2電極250bに面している。図3において、第2電極250bも絶縁二重層254を含む。絶縁二重層254は、第2電極250bの金属膜252を取り囲んでおり、ひいては第2電極250bの絶縁二重層254の一部が第1電極250aに面している。別の例として、図4において、第1電極350aの絶縁二重層254は、第1電極350aの金属膜252の、第2電極350bに面する表面上に配置されているが、しかし金属膜252を取り囲んではいない。図4において、第2電極250bも絶縁二重層254を含む。絶縁二重層254は、第2電極250bの金属膜252の、第1電極350aに面する表面上に配置されているが、しかし金属膜252を取り囲んではいない。
図3の電極250a,250b、及び図4の電極350a,350bは両方とも、金属膜252と、金属膜252上に配置された絶縁二重層254とを含むものの、言うまでもなく、絶縁二重層254が各電極対の2つの電極250a,250b及び350a,350bのうちの一方の電極だけに配置されている実施態様も考えられる。実際に、単一の絶縁二重層254は、一方の電極(例えば250a,350a)に、他方の電極(例えば250b,350b)に面する方向で結合されると、電極対(250a,250b,350a,350b)の間の絶縁分離を提供する。
図3及び4をなおも参照すると、絶縁二重層254は、金属膜252上に配置されたアクリル系ポリマー層256と、アクリル系ポリマー層256上に配置された二軸延伸ポリプロピレン層(BOPP)層258とを含む。アクリル系ポリマー層256は、金属膜252及びBOPP層258の両方に付着された接着層(例えばアクリル接着エマルジョン)である。いくつかの実施態様では、アクリル系ポリマー層256はポリ(エチルアクリレートアクリルアミド)を含む。しかし、言うまでもなく、モノ(エチルアクリレートアクリルアミド)、ポリ(メチルアクリレートアクリルアミド)、モノ(メチルアクリレートアクリルアミド)、ポリ(プロピルアクリレートアクリルアミド)、モノ(プロピルアクリレートアクリルアミド)、ポリ(ブチルアクリレートアクリルアミド)、モノ(ブチルアクリレートアクリルアミド)、ポリ(ペンチルアクリレートアクリルアミド)、モノ(ペンチルアクリレートアクリルアミド)、ポリ(ヘキシルアクリレートアクリルアミド)、モノ(ヘキシルアクリレートアクリルアミド)、又はこれに類するもの、のようなアクリル系ポリマー材料が考えられる。さらに、可撓性金属膜であってよい金属膜252はアルミニウム又は銅を含んでよい。しかしながら、言うまでもなく電極を形成するのに適したいかなる金属も考えられる。加えて、言うまでもなく、絶縁二重層254と金属膜252との間には付加的な中間層が位置決めされていてよく、そして絶縁二重層254とハウジング110との間にも付加的な中間層が位置決めされていてよい。
図3及び4をなおも参照すると、絶縁二重層254の厚さTBLは50μm以下、例えば45μm以下、40μm以下、35μm以下、30μm以下、25μm以下、20μm以下、15μm以下、10μm以下、5μm以下、又はこれらの厚さのうちの任意の2つを終点として有する任意の範囲であってよい。図3及び4に示されているように、アクリル系ポリマー層256は厚さTILを含み、そしてBOPP層258は厚さTOLを含む。いくつかの実施態様では、アクリル系ポリマー層256の厚さTILは、BOPP層258のTOLよりも大きく、例えば1.5~10倍厚く、例えば2~5倍厚い。
図5をここで参照すると、グラフ20は、電極絶縁材料例(絶縁二重層例)の厚さ当たりの絶縁破壊電圧(kV/μm)をグラフによって示し、これにより、アクリル系ポリマー層256とBOPP層258とを含む絶縁二重層254の効果を、他の絶縁材料と比較して例示する。グラフ20は11本のバー(バー22~40)を含む。これらのバーは、10種の比較電極絶縁材料(バー22~38)、及びアクリル系ポリマー層256とBOPP層258とを含む絶縁二重層254(バー40)の厚さ当たりの絶縁破壊電圧を示している。
バー22は、アクリル接着剤を有するKapton(登録商標)(例えばポリイミド)の25.4μm厚の絶縁二重層が0.22kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー24は、シリコーン接着剤を有するKapton(登録商標)の25.4μm厚の絶縁二重層が0.22kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー26は、シリコーン接着剤を有するKapton(登録商標)の50.8μm厚の絶縁二重層が0.18kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー28は、アクリル接着剤を有するUltem(登録商標)(例えばポリエーテルイミド)の76.2μm厚の絶縁二重層が0.16kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー30は、アクリル接着剤を有するUltem(登録商標)の127μm厚の絶縁二重層が0.1kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー32は、シリコーン接着剤を有する高密度Teflon(登録商標)(例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE))の50.8μm厚の絶縁二重層が0.2kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー34は、シリコーン接着剤を有するTeflon(登録商標)の50.8μm厚の絶縁二重層が0.18kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー36は、シリコーン接着剤を有する伸張(tensilized)Teflon(登録商標)の63.5μm厚の絶縁二重層が0.19kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。バー38は、シリコーン接着剤を有するTeflon(登録商標)の76.2μm厚の絶縁二重層が0.12kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。
このように、バー22~38によって表された絶縁二重層のそれぞれは、0.1~0.22kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有している。対照的に、バー40は、アクリル系ポリマー層256(厚さ13.4μm)とBOPP層258(厚さ3.95μm)とを含む19μm厚の絶縁二重層254が、1.04kV/μmの厚さ当たりの絶縁破壊電圧を有することを示している。このことは、バー22~38によって表される最良の比較絶縁二重層の厚さ当たりの絶縁破壊電圧を4倍超増大させることを表している。このことはまた、絶縁二重層254の厚さ当たりの絶縁破壊電圧が1kV/μm以上であることを示している。
アクリル系ポリマー層256とBOPP層258とを含む絶縁二重層254を使用することにより、絶縁二重層254の厚さTBLを低減できる一方、これと同時に絶縁二重層254の電気的な絶縁破壊電圧を高めるので、人工筋肉アクチュエータ100,100’を、高められた電圧で短絡なしに操作することができ、より強力な人工筋肉アクチュエータの形成を容易にする。例えば、絶縁二重層254は10kV以上、例えば11kV以上、12kV以上、15kV以上、20kV以上の電圧、又はこれに類する電圧における絶縁破壊に対して抵抗を有する。実際に、絶縁二重層254の厚さ当たりの絶縁破壊電圧を増大させると、単一の絶縁二重層254が、電極対(250a,250b及び350a,350b)の間で十分な絶縁分離を提供することが可能になる。理論にとらわれるつもりはないが、動作中、人工筋肉アクチュエータ100,100’によって加えられるアクチュエータ力は、絶縁二重層254の厚さTBLに対して反比例し、そして印加された電圧の二乗に対して正比例する。こうして、大きい印加電位下での電気的短絡に対して抵抗を有する材料、例えばアクリル系ポリマー層256及びBOPP層258を使用しながら、絶縁二重層254の厚さを小さくすることにより、達成可能なアクチュエータ力の増大が容易になる。
言うまでもなく、本明細書中に記載された実施態様は、電極対を有する人工筋肉アクチュエータであって、電極対において少なくとも一方の電極が絶縁二重層を含み、絶縁二重層がアクリル系ポリマー層、例えばポリ(エチルアクリレートアクリルアミド)及びBOPP層を含む、人工筋肉アクチュエータに関する。絶縁二重層は厚さ当たりの絶縁破壊電圧が高く、ひいては高電圧の電気的絶縁破壊に対して抵抗を有する薄い人工筋肉アクチュエータの形成を容易にし、これにより人工筋肉アクチュエータはより高い電圧で動作することができ、達成可能なアクチュエータ力の増大を容易にする。
なお、「ほぼ(substantially)」及び「約(about)」という用語は、任意の量的な比較、値、測定、又は他の表現に関与し得る不確実性の固有の度合いを表すために利用される。これらの用語は、当該対象の基本的機能を変化させることなしに、定められた基準から量的表現が変わり得る度合いを表現するためにも本明細書中で利用される。
具体的な実施態様を本明細書中に例示し説明してきたが、言うまでもなく、クレームの対象の思想及び範囲を逸脱することなしに、種々の他の変更及び改変を加えることができる。さらに、クレームの対象の種々の態様が本明細書中に記載されてはいるものの、このような態様は組み合わせで利用される必要はない。したがって、添付のクレームは、クレームの対象の範囲内に含まれる全てのこのような変化形及び変更形をカバーするものとする。
Claims (20)
- 人工筋肉アクチュエータであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内部に収納された誘電流体と、
前記ハウジング内に位置決めされた電極対と、
を含み、
前記電極対は、第1電極と第2電極とを含み、
前記第1電極及び第2電極がそれぞれ金属膜を含み、
前記第1電極は、前記第2電極に面する方向で、前記第1電極の前記金属膜上に配置された絶縁二重層を含み、
前記絶縁二重層は、前記金属膜上に配置されたアクリル系ポリマー層と、前記アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン層(BOPP)とを含む、
人工筋肉アクチュエータ。 - 前記アクリル系ポリマー層は、ポリ(エチルアクリレートアクリルアミド)を含む、
請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。 - 前記アクリル系ポリマー層は、前記金属膜及び前記BOPP層に付着された接着層である、請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記第2電極は、前記第2電極に面する方向で、前記第2電極の前記金属膜上に配置された絶縁二重層を含む、請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記絶縁二重層は、前記第1電極の前記金属膜を取り囲む、請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記第2電極は、前記第2電極の前記金属膜を取り囲む絶縁二重層を含む、請求項5に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記絶縁二重層の厚さは、25ミクロン以下である、請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記絶縁二重層は、11kV以上の電圧における絶縁破壊に対して抵抗を有している、請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記絶縁二重層の厚さ当たりの絶縁破壊電圧は、1kV/μm以上である、請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記第1電極及び前記第2電極の前記金属膜は、可撓性の金属膜を含む、請求項1に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 人工筋肉アクチュエータであって、
拡張性流体領域に隣接する電極領域を含むハウジングと、
前記ハウジング内部に収納された誘電流体と、
前記ハウジングの前記電極領域内に位置決めされた電極対と、
を含み、
前記電極対は、第1電極と第2電極とを含み、
前記第1電極及び前記第2電極がそれぞれ金属膜、及び前記金属膜上に配置された絶縁二重層を含み、
前記第1電極の前記絶縁二重層は、前記第2電極に面する方向で、前記第1電極の前記金属膜上に配置されており、
前記第2電極の前記絶縁二重層は、前記第1電極に面する方向で、前記第2電極の前記金属膜上に配置されており、
前記絶縁二重層は、前記金属膜上に配置されたアクリル系ポリマー層と、前記アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン層(BOPP)とを含み、
前記電極対は、印加された電圧に応じて互いに引き合わされ、前記拡張性流体領域を液圧的に膨張させるように、前記拡張性流体領域内へ前記誘電流体を押し込む、
人工筋肉アクチュエータ。 - 前記ハウジングは、エラストマー材料を含む可撓性のハウジングである、請求項11に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記第1又は第2電極のうちの一方と前記ハウジングとの間に補剛膜をさらに含む、請求項11に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記アクリル系ポリマー層は、ポリ(エチルアクリレートアクリルアミド)を含む、請求項11に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 前記絶縁二重層の厚さ当たりの絶縁破壊電圧は、1kV/μm以上である、請求項11に記載の人工筋肉アクチュエータ。
- 人工筋肉アクチュエータを作動させる方法であって、
前記人工筋肉アクチュエータの電極対に電気的に接続された電圧源を使用して電圧を発生させ、前記人工筋肉アクチュエータがさらに、電極領域と拡張性流体領域とを有するハウジングを含み、
前記ハウジング内に誘電流体が収納されており、
前記ハウジングの前記電極領域内に前記電極対が位置決めされており、
前記電極対は、それぞれが金属膜を含む第1電極と第2電極とを含み、
前記第1電極は、前記第2電極に面する方向で、前記第1電極の前記金属膜上に配置された絶縁二重層を含み、
前記絶縁二重層が、前記金属膜上に配置されたアクリル系ポリマー層と、前記アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)とを含み、
前記電圧源によって発生させた電圧を電極対に印加し、これにより前記第1電極と前記第2電極とを静電的に互いに引き付け、前記拡張性流体領域を液圧的に膨張させるように前記拡張性流体領域内へ前記誘電流体を押し込む、
ことを含む、
人工筋肉アクチュエータを作動させる方法。 - さらに、前記電極対から電圧を除去し、これにより、前記誘電流体が前記拡張性流体領域から流出するように、前記電極対間の静電引力を除去することを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記電極対に印加される電圧は、11kV以上を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記絶縁二重層の厚さ当たりの絶縁破壊電圧は、1kV/μm以上である、請求項16に記載の方法。
- 前記第2電極は、前記第2電極に面する方向で、前記第2電極の前記金属膜上に配置された絶縁二重層を含む、請求項16に記載の方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240605 |