JP4063300B2 - Electrostrictive polymer actuator - Google Patents
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Description
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。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。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。 As actuators used in microminiature devices, those using piezoelectric elements and those using electrostrictive polymers are known. In the former, electrodes made of a conductive stretch material are arranged on both sides of a sheet-like piezoelectric material that has been polarized in the thickness direction, and stretched by the piezoelectric reverse effect. By applying a voltage having the same polarity as the polarization direction, It has the property of extending in the polarization direction and contracting in the orthogonal direction. In the latter, electrodes made of conductive stretch material are placed on both sides of a stretchable portion made of a sheet-like insulating stretch material such as silicon rubber or acrylic, and stretched by dielectric polarization. And has a property of extending in the direction orthogonal to each other.
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。
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 has been invented in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an electrostrictive polymer actuator capable of performing a practical movement.
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。 In order to solve the above problems, an electrostrictive polymer according to the present invention is an electrostrictive polymer actuator in which electrodes made of a conductive stretchable material are arranged on both sides of a stretchable portion made of an insulating stretchable material. It is characterized in that a flexible metal thin plate is bonded to one side surface of this.
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。 Since the metal thin plate does not expand and contract, a unimorph type actuator capable of obtaining a bending operation can be obtained.
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。 Actuators may be bonded to both surfaces of the thin metal plate, and in this case, a bimorph type actuator can be used, and the movable range of the bending operation can be expanded.
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。 What laminated | stacked the some expansion-contraction part through the electrode in the direction between electrodes may be used, and a high output can be obtained with a low applied voltage by laminating | stacking.
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。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。 Moreover, you may use what has arrange | positioned the expansion-contraction part via the electrode in the radial direction while arrange | positioning the electrode on the outer peripheral side and inner peripheral side of a ring-shaped expansion-contraction part. In addition to being able to obtain a high output with 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。 Furthermore, even if a plurality of layers stacked in a triangular shape are arranged in a substantially circular shape, and the electrodes and the expansion and contraction portions are spiral, a high output can be obtained with a low applied voltage, and it can be suitably used as a self-driven diaphragm. Can do.
本発明は、
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。
The present invention
An actuator that can obtain a bending action with a unimorph type can be obtained, and since an effect of enlarging a minute displacement can be obtained in the presence of a thin metal plate, a practical actuator can be obtained.
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。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings. In FIG. 1,
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。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。
In this case, when a voltage is applied between the
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 the
図3に他例を示す。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。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。
FIG. 3 shows another example. In the
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。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。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。
When a voltage is applied between the
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 case of such a stacked type in which a large number of ring-
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。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。
In the case of a stacked type, as shown in FIG. 6, a plurality of
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。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。
In addition, as shown in FIG. 7, you may use what made the expansion-
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。
Moreover, as shown in FIG. 9, the strip-
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。
In addition, as shown in FIG. 11, the laminated
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。
FIG. 12 shows an example of a diaphragm pump in which a concentrically
1 アクチュエータ
2 伸縮部
3 電極
4 金属薄板
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