JP2022149080A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの高出力化を図ることを目的とする。【解決手段】アクチュエータ１は、板状のフレキシブル電極１０と、フレキシブル電極１０との対向面２２，２７が絶縁層２３，２８にて被覆されたベース電極２０とを有し、両電極間への電圧の印加によってフレキシブル電極１０が対向面２２，２７に接近するよう変形する。ベース電極２０には、フレキシブル電極１０の取り付け部材３０が設けられる。フレキシブル電極１０の一端部１１ａ，１２ａは、取り付け部材３０に支持される。フレキシブル電極１０の他端部１１ｂ，１２ｂは、電圧が印加されると取り付け部材３０の支持位置Ｐを支点として回動して外部に仕事を出力し、電圧の印加が停止されると回動前の位置に復元する。支持位置Ｐからフレキシブル電極１０の他端部１１ｂ，１２ｂまでの長さは、支持位置Ｐからベース電極２０の端部２１ｂ，２６ｂまでの長さよりも長い。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

可撓性を有する部材の変形を動力として機械的仕事を行うソフトアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、電気活性ポリマが一対の電極間に挟まれたアクチュエータが記載されている。特許文献１に記載のアクチュエータは、一対の電極間に電圧が印加されることにより蓄積された電荷のクーロン力によって、一対の電極が引き合い、電気活性ポリマが変形して、電極間に変位を発生させる。

特許第５７１４２００号公報

特許文献１に記載のアクチュエータは、電極間距離に沿った方向又は電極に沿った方向といった一方向に対象物を移動させることができるに過ぎない。特許文献１に記載のアクチュエータは、対象物に加える力や対象物の移動速度の向上を図る点において改善の余地があり、出力可能な仕事の大きさに限界がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、アクチュエータの高出力化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、可撓性を有する板状のフレキシブル電極と、前記フレキシブル電極との対向面が絶縁層にて被覆されたベース電極とを有し、両電極間への電圧の印加によって前記フレキシブル電極が前記対向面に接近するよう変形するアクチュエータであって、前記ベース電極には、前記フレキシブル電極を前記ベース電極に取り付ける取り付け部材が前記フレキシブル電極と対向する位置に設けられており、前記フレキシブル電極は、一端部と他端部とを有し、前記一端部は、前記取り付け部材に支持され、前記他端部は、前記電圧が印加されると前記取り付け部材における前記一端部の支持位置を支点として回動して外部に仕事を出力し、前記電圧の印加が停止されると回動前の位置に復元し、前記一端部から前記他端部に向かう方向において、前記支持位置から前記他端部までの長さは、前記支持位置から前記ベース電極の端部までの長さよりも長いことを特徴とする。

本発明では、アクチュエータの外部に仕事を出力する出力部を構成するフレキシブル電極の他端部が、ベース電極よりも外側に位置することになるので、当該出力部に作用するモーメントを大きくすることができる。更に、本発明では、フレキシブル電極の他端部が初期位置に復元するので、電圧の印加と停止とが短い周期で繰り返されても当該出力部を迅速に変位させることができる。これにより、本発明では、アクチュエータが対象物に加える力やアクチュエータの動作速度を向上させることができ、アクチュエータの高出力化を図ることができる。

実施形態１のアクチュエータの構成を模式的に示す図。 図１に示すフレキシブル電極とベース電極との間に電圧が印加された場合のアクチュエータを示す図。 図２に示す場合の後に電圧の印加が停止された場合のアクチュエータを示す図。 ベース電極の他の例を模式的に示す図。 図４に示すベース電極の第２電極部との間に電圧が印加された場合の第２フレキシブル電極の形態の例を模式的に示す図。 実施形態２のアクチュエータの構成を模式的に示す図。 図６に示すフレキシブル電極とベース電極との間に電圧が印加された場合のアクチュエータを示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。

［実施形態１］
図１～図５を用いて、実施形態１のアクチュエータ１について説明する。
図１は、実施形態１のアクチュエータ１の構成を模式的に示す図である。

アクチュエータ１は、可撓性を有するフレキシブル電極１０の変形を動力として機械的仕事を行うソフトアクチュエータである。アクチュエータ１は、一対の電極間に挟持された誘電エラストマの変形を動力とする従来のソフトアクチュエータとは異なり、フレキシブル電極１０自体が変形する。アクチュエータ１は、各種ロボット等に使用される各種アクチュエータに適用可能である。

実施形態１のアクチュエータ１は、フレキシブル電極１０及びベース電極２０の両電極間への電圧の印加により発生するクーロン力によって、ベース電極２０の後述する対向面２２，２７にフレキシブル電極１０が接近するようフレキシブル電極１０を変形させる（図２を参照）。その後、アクチュエータ１は、両電極間への電圧の印加を停止して、フレキシブル電極１０を原形に復元させる（図３を参照）。このように電圧の印加と停止とを繰り返すことによって、アクチュエータ１は、フレキシブル電極１０の羽ばたく動作を実現することができる。アクチュエータ１の仕事が出力される対象物は、アクチュエータ１の周囲の空気である。

アクチュエータ１は、可撓性を有する板状のフレキシブル電極１０と、フレキシブル電極１０を変形させるクーロン力を発生させるために電圧を印加するためのベース電極２０と、フレキシブル電極１０をベース電極２０に取り付ける取り付け部材３０とを備える。

フレキシブル電極１０は、可撓性を有する導電体によって形成される。フレキシブル電極１０の可撓性は、ベース電極２０との間に電圧が印加されることにより発生するクーロン力の作用によって変形し、当該電圧の印加が停止されると、原形（変形前の形状、すなわち当該電圧が印加される前の形状）に復元するような可撓性である。

フレキシブル電極１０は、金属材料を用いて弾性変形可能に形成された板ばね等によって構成されてもよい。また、フレキシブル電極１０は、導電ゴム又は導電ゲル等を用いて形成された板状部材によって構成されてもよい。この導電ゴムとしては、例えば、導電材を混ぜ合わせて成形されたエラストマが挙げられる。この導電材としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック若しくはカーボンナノチューブの微粉末、銀若しくは銅の金属微粉末、又は、シリカ若しくはアルミナ等の絶縁体にスパッタ等によって金属をコートしたコアシェル構造の導電体微粉末等が挙げられる。上記の導電ゲルとしては、例えば、３次元ポリマーマトリックスの中に、水若しくは保湿剤等の溶媒、電解質及び添加剤等を保持させた機能性ゲル材料等が挙げられる。この機能性ゲル材料としては、例えば、積水化成品工業株式会社のテクノゲル（登録商標）が挙げられる。

フレキシブル電極１０は、一対の第１フレキシブル電極１１及び第２フレキシブル電極１２によって構成される。第１フレキシブル電極１１及び第２フレキシブル電極１２は、前後方向及び左右方向に延びる同一平面上に配置される。第１フレキシブル電極１１及び第２フレキシブル電極１２は、それぞれ、前後方向に延びる取り付け部材３０の左側及び右側に配置される。

第１フレキシブル電極１１は、前後方向及び左右方向に延びる薄板状に形成される。第１フレキシブル電極１１は、前後方向及び上下方向に延びる平面に沿って切断された断面が、翼断面形状を有するように形成されてもよい。

第１フレキシブル電極１１は、左右方向の端部である一端部１１ａと他端部１１ｂとを有する。第１フレキシブル電極１１の一端部１１ａは、取り付け部材３０に支持される。第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、取り付け部材３０に支持されない自由端である。第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、第１電極部２１との間に電圧が印加されと、取り付け部材３０における一端部１１ａの支持位置Ｐを支点として回動する。第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、当該電圧の印加が停止されると、回動前（すなわち当該電圧が印加される前）の初期位置に復元する。第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、他端部１１ｂの回動による仕事をアクチュエータ１の外部に出力する出力部を構成する。

第１電極部２１と第１フレキシブル電極１１との間への電圧の印加時、第１フレキシブル電極１１の左右方向における長さは、ベース電極２０の後述する第１電極部２１の左右方向における長さよりも長い。具体的には、一端部１１ａから他端部１１ｂに向かう方向において、取り付け部材３０の支持位置Ｐから他端部１１ｂまでの長さは、支持位置Ｐから第１電極部２１の端部２１ｂまでの長さよりも長い。上記のように、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、他端部１１ｂの回動による仕事をアクチュエータ１の外部に出力する出力部を構成する。すなわち、第１フレキシブル電極１１は、一端部１１ａから他端部１１ｂに向かう方向において、取り付け部材３０の支持位置Ｐから当該出力部までの長さが、支持位置Ｐから第１電極部２１の端部２１ｂまでの長さよりも長い。

第２フレキシブル電極１２は、第１フレキシブル電極１１と同様に構成される。すなわち、第２フレキシブル電極１２の左右方向の一端部１２ａは、第１フレキシブル電極１１の一端部１１ａと同様に構成される。第２フレキシブル電極１２の左右方向の他端部１２ｂは、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂと同様に構成される。

ベース電極２０は、上方向に凸であり、前後方向に沿った稜線部を有する山形の板状に形成される。ベース電極２０は、軽量化の観点から、中空構造を有するように形成されてもよい。ベース電極２０は、剛性を有する導電体によって形成される。ベース電極２０の形成に用いられる材料としては、鉄、銅又はアルミニウムのような金属材料が挙げられる。或いは、ベース電極２０は、セラミックス等の耐熱性、剛性及び絶縁性を有する非金属材料を用いて形成された基板の一面を、導電性を有する金属膜等にて被覆することによって形成されてもよい。金属膜が被覆される基板の一面は、フレキシブル電極１０に対向する面である。

ベース電極２０は、互いに独立して電圧を印加可能な第１電極部２１及び第２電極部２６によって構成される。第１電極部２１及び第２電極部２６は、前後方向及び上下方向に延びる板状の絶縁部２５によって互いに絶縁されている。絶縁部２５は、取り付け部材３０に沿って取り付け部材３０の下面に設けられる。第１電極部２１及び第２電極部２６は、それぞれ、絶縁部２５（取り付け部材３０）の左側及び右側に配置される。

第１電極部２１は、前後方向及び左右方向に延びる板状に形成される。第１電極部２１は、左右方向における絶縁部２５（取り付け部材３０）に近い側の端部２１ａと、左右方向における絶縁部２５（取り付け部材３０）から遠い側の端部２１ｂとを有する。第１電極部２１の端部２１ａの上下方向の長さは、第１電極部２１の端部２１ｂの上下方向の長さよりも長い。第１電極部２１は、第１フレキシブル電極１１の下側において第１フレキシブル電極１１に対向配置される。第１電極部２１の第１フレキシブル電極１１との対向面２２は、第１フレキシブル電極１１に対して傾斜する。第１電極部２１と第１フレキシブル電極１１との間には、空間２４が形成される。空間２４は、第１電極部２１と第１フレキシブル電極１１との間への電圧の印加時に、第１電極部２１の対向面２２に接近するよう変形する第１フレキシブル電極１１を受け入れるための空間である。

第１電極部２１の対向面２２は、絶縁層２３によって被覆される。絶縁層２３は、第１電極部２１と第１フレキシブル電極１１との間への電圧の印加によって第１電極部２１に蓄積された電荷が確実に維持されるよう、セラミックスから成る強誘電体を用いて形成される。特に、絶縁層２３は、ペロブスカイト構造を有する強誘電体を用いて形成される。ペロブスカイト構造を有する強誘電体としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、チタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３）、又は、ニオブ酸カリウムナトリウム（（ＮａＫ）ＮｂＯ_３）等が挙げられる。チタン酸バリウムには、ＣａＺｒＯ_３やＢａＳｎＯ_３等の物質が固溶されていてもよい。

また、絶縁層２３の形成に用いられる材料としては、第１フレキシブル電極１１を変形させるクーロン力が発生し得るような高い比誘電率を有する材料であることが好適である。絶縁層２３の比誘電率は、例えば、セラミックス（ファインセラミックス）が採用されることによって１０００以上であってもよい。チタン酸バリウムは、比誘電率が１０００～１００００前後である。チタン酸ジルコン酸鉛は、比誘電率が５００～５０００である。チタン酸ストロンチウムは、比誘電率が２００～５００である。これらのペロブスカイト構造を有する強誘電体は、高い比誘電率を有する材料である。

第２電極部２６は、第１電極部２１と同様に構成される。すなわち、第２電極部２６は、左右方向における絶縁部２５（取り付け部材３０）に近い側の端部２６ａと、左右方向における絶縁部２５（取り付け部材３０）から遠い側の端部２６ｂとを有する。第２電極部２６の端部２６ａ及び端部２６ｂは、それぞれ、第１電極部２１の端部２１ａ及び端部２１ｂと同様に構成される。第２電極部２６の第２フレキシブル電極１２との対向面２７は、第１電極部２１の対向面２２と同様に構成される。第２電極部２６と第２フレキシブル電極１２との間に形成される空間２９は、第１電極部２１と第１フレキシブル電極１１との間に形成される空間２４と同様に構成される。第２電極部２６の対向面２７を被覆する絶縁層２８は、第１電極部２１の絶縁層２３と同様に構成される。

取り付け部材３０は、前後方向に延びるように形成され、ベース電極２０のフレキシブル電極１０と対向する位置に設けられる。具体的には、取り付け部材３０は、山形のベース電極２０の稜線部に設けられる。詳細には、取り付け部材３０は、第１電極部２１と第２電極部２６との間に位置する絶縁部２５のフレキシブル電極１０との対向面に設けられる。

取り付け部材３０は、絶縁性を有する部材によって構成される。例えば、取り付け部材３０は、ブラケット等の支持部材によって構成されてもよい。この場合、取り付け部材３０は、第１フレキシブル電極１１の一端部１１ａ及び第２フレキシブル電極１２の一端部１２ａのそれぞれを固定端として支持する。或いは、取り付け部材３０は、ボールジョイント又はユニバーサルジョイント等の接合部材によって構成されてもよい。この場合、取り付け部材３０は、第１フレキシブル電極１１の一端部１１ａを対向面２２の法線方向（すなわち対向面２２に対して接近又は離隔する方向）に回動可能に支持する。取り付け部材３０は、第２フレキシブル電極１２の一端部１２ａを対向面２７の法線方向（すなわち対向面２７に対して接近又は離隔する方向）に回動可能に支持する。

取り付け部材３０が第１フレキシブル電極１１の一端部１１ａを固定端として支持する支持部材によって構成される場合、第１フレキシブル電極１１は片持ち梁構造を有する。この場合、第１フレキシブル電極１１は、重力によって下方向（重力方向）に撓もうとするが、第１フレキシブル電極１１の復元力によって上方向に付勢しているので、釣り合いが保たれる。第１フレキシブル電極１１の復元力は、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１との間への電圧の印加により発生するクーロン力よりも弱い力である。すなわち、この場合、第１フレキシブル電極１１は、電圧の印加によって第１電極部２１の対向面２２に接近するよう変形する力（クーロン力）よりも弱い力（第１フレキシブル電極１１の復元力）で、対向面２２から離隔する方向に付勢している。取り付け部材３０が第２フレキシブル電極１２の一端部１２ａを固定端として支持する支持部材によって構成される場合も同様である。

取り付け部材３０が第１フレキシブル電極１１の一端部１１ａを回動可能に支持する接合部材によって構成される場合、第１フレキシブル電極１１は、ばね又はゴム等の弾性体により構成された付勢部材によって上方向に付勢されていてもよい。この付勢部材が第１フレキシブル電極１１に加える力は、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１との間への電圧の印加により発生するクーロン力よりも弱い力である。すなわち、この場合、第１フレキシブル電極１１は、電圧の印加によって第１電極部２１の対向面２２に接近するよう変形する力（クーロン力）よりも弱い力（付勢部材が第１フレキシブル電極１１に加える力）で、対向面２２から離隔する方向に付勢されている。取り付け部材３０が第２フレキシブル電極１２の一端部１２ａを回動可能に支持する接合部材によって構成される場合も同様である。

なお、第１フレキシブル電極１１は、取り付け部材３０が第１フレキシブル電極１１の一端部１１ａを固定端として支持する支持部材によって構成される場合であっても、付勢部材によって上方向に付勢されていてもよい。取り付け部材３０が第２フレキシブル電極１２の一端部１２ａを固定端として支持する支持部材によって構成される場合も同様である。

アクチュエータ１は、フレキシブル電極１０とベース電極２０との間に電圧を印加してアクチュエータ１を駆動する駆動回路５０，６０に接続される。駆動回路５０，６０は、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１との間に電圧を印加する第１駆動回路５０と、第２フレキシブル電極１２と第２電極部２６との間に電圧を印加する第２駆動回路６０とによって構成される。

第１駆動回路５０は、直流電圧源等によって構成される電源５１と、第１駆動回路５０の各構成要素と第１フレキシブル電極１１及び第１電極部２１とを接続する配線５２と、半導体素子等によって構成されるスイッチ５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂと、集積回路等によって構成される制御部５５とを含む。

第１フレキシブル電極１１は、配線５２によって、電源５１の正極及び負極の一方に接続されると共に、フレームグラウンド（又はアース）に接続される。第１電極部２１は、配線５２によって、電源５１の正極及び負極の他方に接続されると共に、フレームグラウンド（又はアース）に接続される。スイッチ５３ａは、第１電極部２１と電源５１との間に接続される。スイッチ５３ｂは、第１電極部２１とフレームグラウンドとの間に接続される。スイッチ５４ａは、第１フレキシブル電極１１と電源５１との間に接続される。スイッチ５４ｂは、第１フレキシブル電極１１とフレームグラウンドとの間に接続される。

制御部５５は、第１駆動回路５０の各構成要素を制御する回路である。制御部５５は、スイッチ５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態を制御することによって、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１との間における電圧の印加と停止とを切り替える。また、制御部５５は、電源５１の出力電圧を制御することによって、印加される電圧の大きさを制御することができる。これにより、制御部５５は、第１フレキシブル電極１１に作用するクーロン力の大きさを制御することができ、第１フレキシブル電極１１の変形量を制御することができる。

第２駆動回路６０は、第１駆動回路５０と同様に構成される。すなわち、第２駆動回路６０の電源６１は、第１駆動回路５０の電源５１と同様に構成される。第２駆動回路６０の配線６２は、第１駆動回路５０の配線５２と同様に構成される。第２駆動回路６０のスイッチ６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂは、第１駆動回路５０のスイッチ５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂと同様に構成される。第２駆動回路６０の制御部６５は、第１駆動回路５０の制御部５５と同様に構成される。

図２は、図１に示すフレキシブル電極１０とベース電極２０との間に電圧が印加された場合のアクチュエータ１を示す図である。

図２に示すように、第１駆動回路５０において、スイッチ５３ａ，５４ａがＯＮ状態に制御され、スイッチ５３ｂ，５４ｂがＯＦＦ状態に制御されると、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１との間には電圧が印加される。この場合、電源５１の正極に接続された第１フレキシブル電極１１は正の電荷を帯び、電源５１の負極に接続された第１電極部２１は負の電荷を帯びる。第１電極部２１の対向面２２を被覆する絶縁層２３は、誘電分極する。絶縁層２３は、第１電極部２１との界面付近が正の電荷を帯び、当該界面の反対側（空間２４側）の表面付近が負の電荷を帯びる。絶縁層２３と第１フレキシブル電極１１との間には、クーロン力が発生する。当該クーロン力によって、第１フレキシブル電極１１は、絶縁層２３に引き付けられる。すなわち、当該クーロン力によって、第１フレキシブル電極１１は、第１電極部２１の対向面２２に接近するように変形する。この第１フレキシブル電極１１の変形により、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、取り付け部材３０の支持位置Ｐを支点として、第１電極部２１の対向面２２に接近する方向に回動する。

これにより、アクチュエータ１は、他端部１１ｂの回動による仕事をアクチュエータ１の外部に出力することができる。第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、アクチュエータ１の外部に仕事を出力する出力部として機能し得る。

ここで、取り付け部材３０の支持位置Ｐから第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂまでの長さは、支持位置Ｐから第１電極部２１の端部２１ｂまでの長さよりも長い。すなわち、アクチュエータ１は、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂの回動による仕事をアクチュエータ１の外部に出力する出力部が、左右方向において第１電極部２１よりも外側（取り付け部材３０から遠い側）に位置することになる。これにより、アクチュエータ１は、当該出力部に作用するモーメントを大きくすることができる。アクチュエータ１は、当該出力部が対象物に加える力を大きくすることができ、高出力化を図ることができる。

第２駆動回路６０において、スイッチ６３ａ，６４ａがＯＮ状態に制御され、スイッチ６３ｂ，６４ｂがＯＦＦ状態に制御されると、第２フレキシブル電極１２と第２電極部２６との間には電圧が印加される。この場合、第２フレキシブル電極１２及び第２電極部２６では、第１フレキシブル電極１１及び第１電極部２１と同様に動作する。第２フレキシブル電極１２の他端部１２ｂは、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂと同様に出力部として機能する。

図３は、図２に示す場合の後に電圧の印加が停止された場合のアクチュエータ１を示す図である。

図３に示すように、図２に示す場合の後に、第１駆動回路５０において、スイッチ５３ａ，５４ａがＯＦＦ状態に制御され、スイッチ５３ｂ，５４ｂがＯＮ状態に制御されると、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１との間において電圧の印加が停止される。この場合、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１とに蓄積された電荷は、フレームグラウンドに解放される。第１フレキシブル電極１１は、第１フレキシブル電極１１の復元力によって第１電極部２１の対向面２２から離隔するように変形し、原形に復元する。上記の出力部として機能する第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、初期位置に復元する。これにより、アクチュエータ１は、上記の出力部が初期位置に復元し易くなり、電圧の印加と停止とが短い周期で繰り返されても、これに迅速に応答して上記の出力部を迅速に変位させることができる。アクチュエータ１は、動作速度を高速化することができ、高出力化を図ることができる。

ここで、第１フレキシブル電極１１は、上記の付勢部材によって対向面２２から離隔する方向に付勢されていてもよい。これにより、アクチュエータ１は、電圧の印加により変形した第１フレキシブル電極１１の復元力を強化することができ、上記の出力部が初期位置に復元する速度を高速化することができる。アクチュエータ１は、動作速度を更に高速化することができ、更に高出力化を図ることができる。

第２駆動回路６０において、スイッチ６３ａ，６４ａがＯＦＦ状態に制御され、スイッチ６３ｂ，６４ｂがＯＮ状態に制御されると、第２フレキシブル電極１２と第２電極部２６との間において電圧の印加が停止される。この場合、第２フレキシブル電極１２及び第２電極部２６では、第１フレキシブル電極１１及び第１電極部２１と同様に動作する。上記の出力部として機能する第２フレキシブル電極１２の他端部１２ｂは、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂと同様に、初期位置に復元する。

アクチュエータ１は、図２に示す状態と図３に示す状態とを繰り返すことによって、第１フレキシブル電極１１及び第２フレキシブル電極１２の羽ばたく動作を実現することができる。このとき、アクチュエータ１は、上記のように高出力化が可能であるので、浮力を発生させることができ、浮遊又は飛行することができる。

図４は、ベース電極２０の他の例を模式的に示す図である。図５は、図４に示すベース電極２０の第２電極部２６との間に電圧が印加された場合の第２フレキシブル電極１２の形態の例を模式的に示す図である。

図１に示すベース電極２０は、左右方向に並んだ第１電極部２１及び第２電極部２６によって構成される。本実施形態のベース電極２０は、図４に示すように、第１電極部２１及び第２電極部２６のそれぞれが、前後方向及び／又は左右方向に分割されてもよい。図４の例では、第１電極部２１及び第２電極部２６のそれぞれが前後方向に分割されている。

図４の第２電極部２６は、互いに独立して電圧を印加可能であり、前後方向に並んで配置された複数の電極部２６１～２６４によって構成される。複数の電極部２６１～２６４は、左右方向及び上下方向に延びる板状の絶縁部２５１～２５３によって互いに絶縁されている。複数の電極部２６１～２６４のそれぞれの第２フレキシブル電極１２との対向面には、絶縁層２８１～２８４が被覆されている。複数の電極部２６１～２６４に印加される電圧の大きさや電圧が印加されるタイミングは、第２駆動回路６０によって、電極部２６１～２６４毎に独立して制御可能である。複数の電極部に分割された第１電極部２１についても、第２電極部２６と同様に構成される。

これにより、アクチュエータ１は、第１フレキシブル電極１１及び第２フレキシブル電極１２を、他端部１１ｂ及び他端部１２ｂが回動するよう変形させるだけでなく、例えば図５に示す前後方向にうねる形状のような、様々な形状に変形させることができる。したがって、アクチュエータ１は、飛行速度又は飛行方向を制御することができると共に、フレキシブル電極１０の可撓性を活かしてアクチュエータ１の空力性能を高い自由度で制御することができる。

［実施形態２］
図６～図７を用いて、実施形態２のアクチュエータ１について説明する。実施形態２のアクチュエータ１において、実施形態１と同様の構成については、その説明を省略する。
図６は、実施形態２のアクチュエータ１の構成を模式的に示す図である。図７は、図６に示すフレキシブル電極１０とベース電極２０との間に電圧が印加された場合のアクチュエータ１を示す図である。

実施形態２のアクチュエータ１は、フレキシブル電極１０の取り付け部材３０に支持されない自由端に対してツール４０が設けられる。図６に示すアクチュエータ１は、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂにツール４０が設けられる。ツール４０は、例えば、ハンマー又はカッター等の工具によって構成されてもよい。実施形態２のフレキシブル電極１０は、実施形態１のフレキシブル電極１０よりも高い剛性を有してもよい。

図７に示すように、第１フレキシブル電極１１と第１電極部２１との間には電圧が印加されると、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂは、取り付け部材３０の支持位置Ｐを支点として、第１電極部２１の対向面２２に接近する方向に回動する。これにより、実施形態２のアクチュエータ１は、他端部１１ｂの回動による仕事をツール４０の仕事としてアクチュエータ１の外部に出力することができる。すなわち、ツール４０は、アクチュエータ１の外部に仕事を出力する出力部を構成する。アクチュエータ１は、第１フレキシブル電極１１に設けられたツール４０が対象物を打つ又は切る動作を実現することができる。

しかも、実施形態２のアクチュエータ１は、実施形態１と同様に、ツール４０が第１電極部２１よりも外側に位置し、回動後には初期位置に復元する。これにより、実施形態２のアクチュエータ１は、ツール４０が対象物に加える力や動作速度を向上させることができ、高出力化を図ることができる。

なお、ツール４０は、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂ及び第２フレキシブル電極１２の他端部１２ｂの少なくとも１つに設けられていればよく、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂだけに設けられる必要はない。

また、実施形態１及び２のアクチュエータ１では、電圧の印加時、第１フレキシブル電極１１の左右方向における長さは、第１電極部２１の左右方向における長さよりも長い。しかしながら、電圧の印加時、第１フレキシブル電極１１の左右方向における長さは、第１電極部２１の左右方向における長さよりも長くなくてもよい。例えば、第１フレキシブル電極１１の他端部１１ｂに別の板状部材が連続して接続されていれば、第１フレキシブル電極１１の左右方向における長さは、第１電極部２１の左右方向における長さと同じであってもよい。この場合、他端部１１ｂの回動による仕事は、当該板状部材の自由端からアクチュエータ１の外部に出力される。当該板状部材の自由端は、アクチュエータ１の外部に仕事を出力する出力部を構成する。第２フレキシブル電極１２についても、第１フレキシブル電極１１と同様に構成することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更を行うことができる。本発明は、或る実施形態の構成を他の実施形態の構成に追加したり、或る実施形態の構成を他の実施形態と置換したり、或る実施形態の構成の一部を削除したりすることができる。

１…アクチュエータ、１０…フレキシブル電極、１１…第１フレキシブル電極、１１ａ…一端部、１１ｂ…他端部、１２…第２フレキシブル電極、１２ａ…一端部、１２ｂ…他端部、２０…ベース電極、２１…第１電極部、２１ａ…端部、２１ｂ…端部、２２…対向面、２３…絶縁層、２４…空間、２５，２５１～２５３…絶縁部、２６，２６１～２６４…第２電極部、２６ａ…端部、２６ｂ…端部、２７…対向面、２８，２８１～２８４…絶縁層、２９…空間、３０…取り付け部材、４０…ツール、Ｐ…支持位置

Claims (1)

1. 可撓性を有する板状のフレキシブル電極と、前記フレキシブル電極との対向面が絶縁層にて被覆されたベース電極とを有し、両電極間への電圧の印加によって前記フレキシブル電極が前記対向面に接近するよう変形するアクチュエータであって、
   前記ベース電極には、前記フレキシブル電極を前記ベース電極に取り付ける取り付け部材が前記フレキシブル電極と対向する位置に設けられており、
   前記フレキシブル電極は、一端部と他端部とを有し、
   前記一端部は、前記取り付け部材に支持され、
   前記他端部は、前記電圧が印加されると前記取り付け部材における前記一端部の支持位置を支点として回動して外部に仕事を出力し、前記電圧の印加が停止されると回動前の位置に復元し、
   前記一端部から前記他端部に向かう方向において、前記支持位置から前記他端部までの長さは、前記支持位置から前記ベース電極の端部までの長さよりも長い、
   ことを特徴とするアクチュエータ。

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