JP4063300B2 - Electrostrictive polymer actuator - Google Patents

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本発明は電歪ポリマーを用いたアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator using an electrostrictive polymer.

超小型機器に用いるアクチュエータとして、圧電素子を用いたものと電歪ポリマーを用いたものとが知られている。 As an actuator used in the ultra-small devices, which were used and electrostrictive polymers using a piezoelectric element and is known. 前者は厚み方向に分極処理を行ったシート状の圧電材料の両面に導電性伸縮材料からなる電極を配して、圧電逆効果により伸縮させるものであり、分極方向と同極性の電圧の印加によって分極方向に伸び、直交方向に縮む性質を有している。 The former is placed on both sides made of a conductive elastic material to the electrodes of the sheet-shaped piezoelectric material subjected to polarization treatment in the thickness direction, which expands and contracts by piezoelectric reverse effect, by the application of the polarization direction of the same polarity as the voltage extending in the direction of polarization, and has the property of shrinking in the orthogonal direction. 後者はシリコンゴムやアクリル等のシート状の絶縁性伸縮材料からなる伸縮部の両面に導電性伸縮材料からなる電極を配して、誘電分極によって延伸させるもので、電圧の印加時、電極間方向に縮み、直交する方向に伸びる性質を有している。 The latter is arranged an electrode made of a conductive elastic material on both sides of the stretchable portion made of silicon rubber or sheet-like insulating elastic material such as acrylic, intended to be extended and by dielectric polarization, when a voltage is applied between the electrodes directions the shrinkage, has a property of extending in a direction perpendicular.

圧電素子を用いたアクチュエータは、特開昭59−200081号公報などに示されているように、ダイヤフラムポンプのダイヤフラム駆動用等として実用化されているが、後者は電圧印加時の動きの管理が困難である上に、電圧印加時の伸縮量が小さかったり発生力が小さいことなどから、未だ実用化されるに至っていない。 Actuator using a piezoelectric element, as shown, such as in JP-A-59-200081, has been practically used as such diaphragm driving of the diaphragm pump, the latter management of motion when a voltage is applied Besides being difficult, etc. it deformation amount is small or the force generated when a voltage is applied is small, not come to be still put to practical use.
特開昭59−200081号公報 JP-A-59-200081 JP

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、実用性を有する動きを行わせることができる電歪ポリマーアクチュエータを提供することを課題とするものである。 The present invention was invented in view of the conventional problems described above, it is an object to provide electrostrictive polymer actuator can perform a movement having a practicality.

上記課題を解決するために本発明に係る電歪ポリマーは、絶縁性伸縮材料からなる伸縮部の両面に導電性伸縮材料からなる電極を配した電歪ポリマーアクチュエータにおいて、電極間方向と平行する方向の一方の側面に可撓性を有する金属薄板を貼り合わせていることに特徴を有する。 Electrostrictive polymer according to the present invention in order to solve the above described problems is the electrostrictive polymer actuator arranged electrodes made of a conductive elastic material on both sides of the stretchable portion made of an insulating elastic material, a direction parallel to the inter-electrode direction characterized in that by bonding a thin metal plate having one flexible side of the.

金属薄板が伸縮しないことから屈曲動作を得ることができるユニモルフ型のアクチュエータを得ることができる。 It can be obtained unimorph type actuator capable of obtaining a bending operation since the metal sheet is not stretchable.

金属薄板の両面に夫々アクチュエータを貼り合わせてもよく、この場合はバイモルフ型のアクチュエータとすることができ、屈曲動作の可動範囲を拡大することができる。 May be bonded to each actuator on both sides of the sheet metal, this case may be a bimorph type actuator, it is possible to enlarge the movable range of the bending operation.

電極間方向に電極を介して複数の伸縮部を積層したものを用いてもよく、積層していることによって低印加電圧で高出力を得ることができる。 May be used as a laminate of a plurality of stretchable portion through the electrode to the inter-electrode direction, it is possible to obtain a high output at a low applied voltage by being laminated.

また、リング状の伸縮部の外周側と内周側とに電極を配しているとともに径方向において電極を介して伸縮部を積層しているものを用いてもよい。 It may also be used those by laminating stretchable portion over the electrodes in the radial direction with being arranged electrodes to the inner peripheral side and outer peripheral side of the ring-shaped expansion portion. 低印加電圧で高出力を得ることができるほか、自駆動型のダイヤフラムとして好適に利用することができる。 Besides it is possible to obtain a high output at a low applied voltage, it can be suitably used as a self-driven diaphragm.

さらには三角形状に積層したものを複数個略円形に並べたり、電極及び伸縮部を渦巻き状としても、低印加電圧で高出力を得ることができ、自駆動型のダイヤフラムとして好適に利用することができる。 Further or arranged in a plurality substantially circular and formed by laminating a triangular shape, also the electrode and the collapsible portion as the spiral, it is possible to obtain a high output at a low applied voltage, it is suitably used as a self-driven diaphragm can.

本発明は、 The present invention,
ユニモルフ型で屈曲動作を得ることができるアクチュエータを得ることができるものであり、また金属薄板の存在で微小変位の拡大効果が得られるために、アクチュエータとして実用性のあるものを得ることができる。 Is intended can be obtained actuator capable of obtaining a bending operation in unimorph type, also to enlarge the effect of small displacement is obtained in the presence of a metal sheet, it is possible to obtain what practical as an actuator.

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図1において、図中2はシリコンゴムやアクリル等の絶縁性伸縮材料からなる伸縮部、3は導電性伸縮材料からなる電極であり、一対の電極3,3を両端に設けた伸縮部2の側面を金属薄板4に貼り合わせている。 Explaining based on the embodiment according to the present invention in the accompanying drawings, in FIG. 1, FIG. 2 is stretchable portion made of silicon rubber or an insulating elastic material such as acrylic, 3 is an electrode made of a conductive elastic material There is bonded to the side surface of the stretchable portion 2 provided at both ends with a pair of electrodes 3, 3 to the metal thin plate 4.

この場合、電極3,3間に電圧を印加した時、伸縮部2は電極3,3間の方向において縮もうとするのに対して、金属薄板4は縮まないために、図に示すように、アクチュエータ1は金属薄板4を撓ませる(屈曲させる)ユニモルフ構造となっている。 In this case, when a voltage is applied between the electrodes 3, while the expansion unit 2 tries Chijimimo in the direction between the electrodes 3, since the metal thin plate 4 is not shrink, as shown in FIG. the actuator 1 has a bending the metal sheet 4 (bending) unimorph structure. また印加電圧値に応じて屈曲変位量を変えることができる。 Also it is possible to vary the bending displacement amount in accordance with the applied voltage.

図2に示すように、金属薄板4の両面に夫々アクチュエータ1,1を貼り合わせてバイモルフ構造とすれば、いずれのアクチュエータ1に電圧を印加するかによって、屈曲方向を変えることができるものであり、結果的に屈曲運動の可動範囲を大きくすることができる。 As shown in FIG. 2, if bimorph structure by bonding each actuator 1,1 on both sides of the sheet metal 4, depending on whether a voltage is applied to any of the actuator 1, which can change the bending direction , it is possible to increase the movable range of the result, the bending movement.

図3に他例を示す。 Figure 3 shows another example. ここで示したアクチュエータ1は、多数の径の異なるリング状伸縮部2を同心円状に形成しており、これら伸縮部2の間に夫々リング状の電極3を介在させるとともに、最外周面と最内周面にもリング状の電極3を配して、各伸縮部2の内周側と外周側とに夫々電極3が位置するようにしてある。 Wherein the actuator 1 shown is formed a number of different ring-shaped elastic portion 2 diameters concentrically, with the interposition of respective ring-shaped electrode 3 between these stretchable portion 2, the outermost and the outermost surface also arranged ring-shaped electrodes 3 on the inner peripheral surface, to the inner and outer peripheral sides of the respective telescopic section 2 respectively the electrodes 3 are to be positioned. そして図4に示すように、一つおきの電極3を直流電源のプラス側に、残る電極3を直流電源のマイナス側に接続している。 Then, as shown in FIG. 4, the electrodes 3 of every other to the positive side of the DC power source, connecting the remaining electrode 3 to the negative side of the DC power source.

このように形成したアクチュエータ1は電極3,3間に電圧を印加すれば、図4(b)及び図5(b)に示すように、電極3,3間方向である径方向Xにおいて縮むとともに、直交する方向である軸方向Yに伸びる。 Thus formed actuator 1 that has a voltage is applied between the electrodes 3, as shown in FIG. 4 (b) and 5 (b), together with the shrinking in the radial direction X is between the electrodes 3,3 direction , extending in the axial direction Y is a direction orthogonal. このようなアクチュエータ1の片面に金属薄板4を貼り合わせたものでは、低印加電圧で高出力を得ることができる。 Which was bonded to the metal thin plate 4 on one side of such an actuator 1, it is possible to obtain a high output at a low applied voltage. また、このような構造とする場合、金属薄板4を含めたアクチュエータ1は、自駆動型のダイヤフラムとして用いることができる。 In the case of such a structure, the actuator 1 including the metal sheet 4 can be used as a self-driven diaphragm.

なお、このような積層型で多数のリング状の電極3が同心円状に並ぶものでは、図13に示すように、アクチュエータ1の一面における一つおきの電極3の縁に絶縁性柔軟材料7を塗布するとともに、アクチュエータ1の他面において他の電極の縁に絶縁性柔軟材料7を塗布し、その後、図14に示すようにアクチュエータ1の軸方向両面に導電性伸縮材料8を塗布して外部電極とするとよい。 In the present invention a large number of ring-shaped electrodes 3 arranged concentrically such stacked, as shown in FIG. 13, an insulating flexible material 7 to the edges of the electrodes 3 of every other in one side of the actuator 1 while coating an insulating flexible material 7 to the edge of another electrode is applied in the other surface of the actuator 1, then externally applying a conductive elastic material 8 in the axial direction both sides of the actuator 1, as shown in FIG. 14 or equal to the electrode.

積層型とする場合、図6に示すように、複数個の三角形状のアクチュエータ1を並べて略円形となるようにしてもよい。 If a stacked-type, as shown in FIG. 6, may be a substantially circular shape by arranging the actuator 1 of a plurality of triangular. この場合も低印加電圧で高出力を得ることができるとともに、金属薄板4を含めたアクチュエータ1は、自駆動型のダイヤフラムとして用いることができる。 With this case can also be obtained a high output at a low applied voltage, the actuator 1 including the metal sheet 4 can be used as a self-driven diaphragm.

この他、図7に示すように、伸縮部2及び電極3を渦巻き状にしたものを用いてもよい。 In addition, as shown in FIG. 7, the collapsible portion 2 and the electrode 3 may be used after the spiral. なお、電極3が重なる部分については図8に示すように絶縁性柔軟材料7を介在させて絶縁を行っておく。 Incidentally, they are processed to insulating and the portion where the electrode 3 overlap by interposing an insulating flexible material 7 as shown in FIG.

また、図9に示すように、伸縮部2と電極部3とを交互に並べた短冊状のアクチュエータ1を金属薄板4に貼り合わせたものであってもよく、この場合も図に矢印で示すような屈曲動作を行わせることができ、また図10に示すように、絶縁性柔軟材料7と導電性柔軟材料8とによって各電極3に電源を接続することができる。 Further, as shown in FIG. 9, the actuator 1 strip by arranging a stretch unit 2 and the electrode portions 3 are alternately may be those bonded to the metal sheet 4, shown by arrows in FIG. Again it is possible to perform the bending operation, such as, and as shown in FIG. 10, it is possible to connect the power to the electrodes 3 by the insulating soft material 7 and the electrically conductive flexible material 8.

なお、上記のような積層型のアクチュエータ1は、図11に示すように、円筒状またはシート状の伸縮部2と電極3とを交互に積層した積層体1'を形成し、その後、該積層体1'を積層方向と平行する方向でスライスすることによって、同一特性の多数のアクチュエータ1を効率良く製造することができる。 Incidentally, the multilayer actuator 1 as described above, as shown in FIG. 11, to form a laminate 1 'formed by alternately laminating a cylindrical or sheet-like elastic portion 2 and the electrode 3, then, laminate by slicing in a direction parallel to the body 1 'and the stacking direction, it is possible to efficiently produce a large number of actuators 1 of the same characteristics.

図12は同心円状に積層したアクチュエータ1を金属薄板4の片面に貼り合わせたものをダイヤフラムとしているダイヤフラムポンプの一例を示しており、吸気口51と排気口52とを備えるとともにこれら吸気口51及び排気口52に逆止弁53,54を組み付けたベース5に、固着手段55によって上記ダイヤフラムの周縁を固定することで、ダイヤフラムとベース5とで囲まれたポンプ室56を形成しており、アクチュエータ1に電圧を印加すれば、ポンプ室56の内容積が小さくなって吐出口52から流体の吐出がなされ、アクチュエータ1への電圧を遮断すれば、アクチュエータ1及び金属薄板4の復帰により、吸気口51からポンプ室56への吸入がなされる。 Figure 12 The intake port 51 and with comprise shows an example of a diaphragm pump in the diaphragm those bonded to the actuator 1 laminated concentrically on one surface of the metal thin plate 4, the intake port 51 and exhaust port 52 a check valve 53, 54 to the base 5 is assembled to the exhaust port 52, by a fixing means 55 by fixing the peripheral edge of the diaphragm, forms a pump chamber 56 surrounded by the diaphragm and the base 5, the actuator When a voltage is applied to 1, the discharge of the fluid is made from the discharge port 52 becomes smaller internal volume of the pump chamber 56, if cut off the voltage to the actuator 1, the return of the actuator 1 and the metal sheet 4, air inlet 51 inhalation into the pump chamber 56 is made from.

本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)(b)は断面図である。 It shows an example of an embodiment of the present invention, (a) (b) is a cross-sectional view. (a)(b)は同上の他例の断面図である。 (A) (b) is a cross-sectional view of another example of the same. 同上の更に他例の斜視図である。 It is a perspective view of yet another example of the same. (a)(b)は同上の断面図である。 (A) (b) is a sectional view of the same. (a)(b)は同上の斜視図である。 (A) (b) is a perspective view of the same. 同上の別の例の斜視図である。 It is a perspective view of another example of the same. 同上の更に別の例の斜視図である。 It is a perspective view of yet another example of the same. 同上の外部電極の構成を示す斜視図である。 Is a perspective view showing the configuration of the external electrodes of the same. 同上の他の例の斜視図である。 It is a perspective view of another example of the same. 同上の外部電極の構成を示す斜視図である。 Is a perspective view showing the configuration of the external electrodes of the same. (a)(b)は同上のアクチュエータの製造法を示す斜視図である。 (A) (b) is a perspective view showing a manufacturing method of the actuator of the same. (a)(b)は同上のアクチュエータを用いたダイヤフラムポンプの断面図である。 (A) (b) is a sectional view of a diaphragm pump using the actuator of the same. 積層型のものにおける外部電極の形成手順を示しており、(a)は斜視図、(b)は断面図である。 Shows the procedure of forming the external electrodes in one of the stacked, (a) shows the perspective view, (b) is a sectional view. 外部電極の形成手順を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。 It shows the procedure of forming the external electrodes, (a) shows the perspective view, (b) is a sectional view.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 アクチュエータ 2 伸縮部 3 電極 4 金属薄板 1 actuator 2 stretchable portion 3 electrode 4 sheet metal

Claims (6)

  1. 絶縁性伸縮材料からなる伸縮部の両面に導電性伸縮材料からなる電極を配した電歪ポリマーアクチュエータであって、電極間方向と平行する方向の一方の側面に可撓性を有する金属薄板を貼り合わせていることを特徴とする電歪ポリマーアクチュエータ。 A electrostrictive polymer actuator arranged electrodes made of a conductive elastic material on both sides of the stretchable portion made of an insulating elastic material, bonded to a metal sheet having flexibility on one side in a direction parallel to the inter-electrode direction electrostrictive polymer actuator, characterized in that together.
  2. 金属薄板の両面に夫々アクチュエータを貼り合わせていることを特徴とする請求項1記載の電歪ポリマーアクチュエータ。 Electrostrictive polymer actuator according to claim 1, characterized in that bonding the respective actuator on both sides of the sheet metal.
  3. 電極間方向に電極を介して複数の伸縮部を積層していることを特徴とする請求項1または2記載の電歪ポリマーアクチュエータ。 Claim 1 or 2 electrostrictive polymer actuator wherein the via electrodes between the electrodes direction by stacking a plurality of telescopic portions.
  4. リング状の伸縮部の外周側と内周側とに電極を配しているとともに径方向において電極を介して伸縮部を積層していることを特徴とする請求項1または2記載の電歪ポリマーアクチュエータ。 Electrostrictive polymer of claim 1, wherein in that by laminating a stretchable portion over the electrodes in the radial direction with being arranged electrodes on the outer peripheral side and inner peripheral side of the ring-shaped elastic portion actuator.
  5. 三角形状に積層したものを複数個略円形に並べていることを特徴とする請求項4記載の電歪ポリマーアクチュエータ。 Electrostrictive polymer actuator according to claim 4, characterized in that side by side which are stacked in a triangular shape in a plurality substantially circular.
  6. 電極及び伸縮部を渦巻き状としていることを特徴とする請求項1または2記載の電歪ポリマーアクチュエータ。 Claim 1 or 2 electrostrictive polymer actuator according to the electrode and the stretch unit, characterized in that it is a spiral.
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