JP4063301B2 - Method for manufacturing 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の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing 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。
本発明は上記電歪ポリマーアクチュエータを簡便に製造することができる電歪ポリマーアクチュエータの製造方法を提供することを課題とするものである。 It is an object of the present invention to provide a method for producing an electrostrictive polymer actuator capable of easily producing the electrostrictive polymer actuator.
上記課題を解決するために本発明に係る電歪ポリマーアクチュエータの製造方法は、円筒状またはシート状の伸縮部を電極を介して積層して円柱状もしくは角柱状の積層体を形成し、次いで該積層体を積層方向と平行する方向にスライスすることに特徴を有している。これにより、単一の積層体から複数のアクチュエータを得ることができる。 In order to solve the above-mentioned problem, the electrostrictive polymer actuator manufacturing method according to the present invention forms a cylindrical or prismatic laminate by laminating cylindrical or sheet-like stretchable parts via electrodes, It is characterized by slicing the laminate in a direction parallel to the lamination direction. Thereby, a several actuator can be obtained from a single laminated body.
本発明は、単一の積層体から複数のアクチュエータを得ることができて製作効率が向上する上に、同一の特性を有するアクチュエータを簡便に多数得ることができる。 According to the present invention, a plurality of actuators can be obtained from a single laminated body, the manufacturing efficiency is improved, and a large number of actuators having the same characteristics can be easily 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。まず本発明において製造しようとする電歪ポリマーアクチュエータについて説明すると、図2及び図3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、伸縮部2はリング状に形成しているとともに、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の間には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2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。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings. First, the electrostrictive polymer actuator to be manufactured according to the present invention will be described. In FIGS. 2 and 3,
このように形成したアクチュエータ1において、電極3,3間に電圧を印加すれば、図2(b)及び図3(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。
In the
シート状の伸縮部2の両面に電極3を配したものに比して、伸縮動作を確実に利用することができるものであり、また同心円状に積層しているために発生する力も大きい。また、印加する電圧値に応じて変位量が変化するために、変位量の調整も容易である。
Compared with the case where the
図4に他例を示す。これは同心円状に積層するにあたり、中心が偏心した位置にくるように積層したもので、この場合、電圧を印加した時、周方向において縮む量が異なってくるために、アクチュエータ1は屈曲することになる。
FIG. 4 shows another example. In this case, the layers are stacked so that the center is located in an eccentric position. In this case, when the voltage is applied, the amount of contraction in the circumferential direction differs, so that the
図5は同心円状に積層するにあたり、中心軸に近いほど電極3,3間の距離が長くなるようにするとともに、各電極に印加する電圧を同一にしたもので、径が異なる各リング状伸縮部2の伸縮量をほぼ等しくすることができ、軸方向への均一な延伸機能を得ることができる。
FIG. 5 shows that the distance between the
図6に示すように、各電極3,3間距離は同じにするものの、各電極間3,3に印加する電圧は中心軸に近いほど低くなるようにしても、軸方向への均一な延伸機能を得ることができる。
As shown in FIG. 6, although the distance between the
なお、各電極3,3間に同じ電圧を印加する場合は、図7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8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く、各電極3,3間に異なる電圧を印加する場合は、図7に示す処理を行った後、図9に示すように、アクチュエータ1の一面では先に塗布した絶縁性柔軟材料7間のリング状部分に導電性伸縮材料8を塗布して夫々を外部電極とし、他面では全面に導電性伸縮材料8を塗布して接地用外部電極とすればよい。なお、シェンケル昇圧回路を用いれば、複数の電圧を単一電源より得ることができる。
In addition, when applying the same voltage between each
図10に他の一例を示す。ここでは伸縮部2を電極3を介して積層することは行っていないが、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に貼り合わせてユニモルフ構造としている。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)ものであり、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。
FIG. 10 shows another example. Here, the
図11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. 11, if the
もちろん、アクチュエータ1として、前述のような同心円状の積層構造のものを用いて図12に示す形態のものとしてもよいものであり、この場合、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。
Of course, the
なお、積層型とする場合、図13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. 13, a plurality of
この他、図14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15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. 14, the
また、図16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17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. 16, the strip-
図18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. 18 shows an example of a diaphragm pump in which a concentrically
そして上記のような積層型のアクチュエータ1は、図1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。
Then, as shown in FIG. 1, the laminated
1 アクチュエータ
1’ 積層体
2 伸縮部
3 電極
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