JP5237704B2 - Electrical telescopic mechanism, manufacturing method thereof, and actuator - Google Patents

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Description

本発明は、アクチュエータ等の製造に用いられる電気的伸縮機構及びその製造方法並びにこの電気的伸縮機構を用いて製造されたアクチュエータに関するものである。   The present invention relates to an electrical expansion / contraction mechanism used for manufacturing an actuator and the like, a manufacturing method thereof, and an actuator manufactured using the electrical expansion / contraction mechanism.

アクチュエータは、入力されたエネルギーを物理運動量に変換するものであり、従来より様々なものが開発され、利用されている。例えば、特許文献1に記載のアクチュエータは、絶縁性を有する薄肉の弾性材料からなる伸縮層が厚み方向に3層以上積層された伸縮部と、各伸縮層の厚み方向の両面にそれぞれ設けられ伸縮層の伸縮を許容するように変形可能な複数の電極と、各電極に接続する電圧極性を選択する電源制御部とを備えて形成されている。そしてこのように形成されたアクチュエータは、電圧を印加していない元の位置に対して伸縮層を伸長させることができると共に、元の位置に対して伸縮層を収縮させることができるものである。
特許第3809802号公報
Actuators convert input energy into physical momentum, and various actuators have been developed and used. For example, the actuator described in Patent Document 1 is provided with a stretchable part in which three or more stretchable layers made of a thin elastic material having insulation properties are stacked in the thickness direction and the stretchable layers provided on both sides in the thickness direction of each stretchable layer. A plurality of electrodes that can be deformed to allow expansion and contraction of the layers, and a power supply control unit that selects a voltage polarity connected to each electrode are formed. The actuator formed in this way can expand the stretchable layer relative to the original position where no voltage is applied, and can contract the stretchable layer relative to the original position.
Japanese Patent No. 3809802

しかし、上記のような従来のアクチュエータにあっては、個別に製造することはできても、一度に大量に製造するのは難しいという問題があった。   However, the conventional actuator as described above has a problem that although it can be manufactured individually, it is difficult to manufacture a large amount at a time.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、大量生産が可能な電気的伸縮機構及びその製造方法並びにアクチュエータを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an electric telescopic mechanism capable of mass production, a manufacturing method thereof, and an actuator.

本発明の請求項1に係る電気的伸縮機構は、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有し、多孔体3で形成され、前記多孔体3の孔内に誘電体が充填された絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して前記電極2が対向するように前記絶縁基板7を重ねて積層一体化されていることを特徴とするものである。
本発明の請求項2に係る電気的伸縮機構は、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有し、多孔体3で形成され、前記多孔体3の孔内に電解液が充填された絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して前記電極2が対向し、少なくとも一方の電極2bと前記絶縁層1との間に絶縁皮膜8が設けられるように前記絶縁基板7を重ねて積層一体化されていることを特徴とするものである。
Electrical telescopic mechanism according to claim 1 of the present invention, the electrode 2 on the insulating substrate 7 is provided, the stretchable possess, are formed in the porous body 3, a dielectric is filled in the porous body 3 in the bore on both surfaces of the insulating layer 1, the electrode 2 through the insulating layer 1 is characterized in that said are integrally laminated on top of the insulating substrate 7 to face.
The electrical expansion / contraction mechanism according to claim 2 of the present invention is provided with the electrode 2 on the insulating substrate 7, has elasticity, is formed of the porous body 3, and the electrolyte is filled in the holes of the porous body 3. The insulating substrate 7 is placed on both surfaces of the insulating layer 1 so that the electrodes 2 face each other through the insulating layer 1 and an insulating film 8 is provided between at least one of the electrodes 2b and the insulating layer 1. It is characterized by being laminated and integrated.

請求項に係る発明は、請求項1又は2において、前記電極2に電気的に接続された導通孔5が前記絶縁層1に形成されていることを特徴とするものである。 The invention according to claim 3, in claim 1 or 2, through hole 5 which is electrically connected to the electrode 2 is characterized in that it is formed in the insulating layer 1.

請求項に係る発明は、請求項において、前記絶縁層1に貫通孔16を設け、前記貫通孔16に導電性ペーストを充填することによって、又は前記貫通孔16の内面に金属メッキを施すことによって、又は前記貫通孔16の内面にスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔5が形成されていることを特徴とするものである。 The invention according to claim 4, in claim 3, a through hole 16 in the insulating layer 1 is provided, by filling a conductive paste into the through hole 16, or applying a metal plating on the inner surface of the through hole 16 The conductive hole 5 is formed by forming a metal thin film on the inner surface of the through hole 16 by sputtering.

請求項に係る発明は、請求項1乃至のいずれか1項において、複数の前記絶縁層1が、前記電極2が設けられた前記絶縁基板7を介して積層されていることを特徴とするものである。 Invention, in any one of claims 1 to 4, and wherein a plurality of the insulating layer 1, the electrode 2 is laminated through the insulating substrate 7 provided according to claim 5 To do.

請求項に係る発明は、請求項1乃至のいずれか1項において、前記絶縁基板7間の前記絶縁層1の一部が欠けて空隙部9が形成されていることを特徴とするものである。 Invention, in any one of claims 1 to 5, which is characterized in that the gap portion 9 partially lacking the insulating layer 1 is formed between the insulating substrate 7 according to claim 6 It is.

本発明の請求項に係る電気的伸縮機構の製造方法は、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有し、多孔体3で形成された絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して前記電極2が対向するように前記絶縁基板7を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層1に導通孔5を形成した後、前記多孔体3の孔内に誘電体を充填することを特徴とするものである。
本発明の請求項8に係る電気的伸縮機構の製造方法は、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有し、多孔体3で形成された絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して前記電極2が対向し、少なくとも一方の電極2bと前記絶縁層1との間に絶縁皮膜8が設けられるように前記絶縁基板7を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層1に導通孔5を形成した後、前記多孔体3の孔内に電解液を充填することを特徴とするものである。
Method of manufacturing an electrical telescopic mechanism according to claim 7 of the present invention, the electrode 2 provided on the insulating substrate 7, the elastic possess, on both sides of the porous body 3 insulating layer 1 formed in this insulating layer 1 the electrode 2 is overlapped the insulating substrate 7 so as to face each other with a, which integrated heat and pressure molded to lamination, then after forming the through hole 5 in the insulating layer 1, the porous body 3 The hole is filled with a dielectric .
In the method of manufacturing an electrical expansion / contraction mechanism according to claim 8 of the present invention, the insulating layer 7 is provided with the electrode 2, has elasticity, and the insulating layer 1 is formed on both surfaces of the insulating layer 1 formed of the porous body 3. The insulating substrate 7 is stacked so that the electrode 2 faces through the insulating layer 8 and the insulating film 8 is provided between at least one of the electrodes 2b and the insulating layer 1, and this is laminated by heating and pressing. Then, after the conduction hole 5 is formed in the insulating layer 1, the hole of the porous body 3 is filled with an electrolytic solution.

本発明の請求項に係るアクチュエータは、請求項1乃至のいずれか1項に記載の電気的伸縮機構A又は請求項7若しくは8に記載の方法を使用して製造された電気的伸縮機構Aと、前記電極2間に電圧を印加する電源制御部6とを備えて形成されていることを特徴とするものである。 An actuator according to a ninth aspect of the present invention is an electrical telescopic mechanism manufactured using the electrical telescopic mechanism A according to any one of the first to sixth aspects or the method according to the seventh or eighth aspect. and a, it is characterized in being formed and a power control unit 6 for applying a voltage between the electrodes 2.

本発明の請求項1に係る電気的伸縮機構によれば、原材料として銅張積層板(CCL)等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。   According to the electric expansion and contraction mechanism according to claim 1 of the present invention, a metal-clad laminate such as a copper-clad laminate (CCL) can be used as a raw material, and mass production becomes possible.

また請求項に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。 Moreover , according to the invention which concerns on Claim 1 , stretchability can be improved rather than before because the insulating layer is formed with the porous body.

また請求項に係る発明によれば、様々な誘電体を用いることによって、絶縁層の誘電率を調整することができるものである。 According to the invention of claim 1, by using a variety of dielectrics, it is capable of adjusting the dielectric constant of the insulating layer.

本発明の請求項2に係る電気的伸縮機構によれば、原材料として銅張積層板(CCL)等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。
また請求項2に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
また請求項に係る発明によれば、通常の誘電体を用いる場合に比べて電解液を用いる場合の方がより大きな出力を得ることができるものである。
According to the electric expansion and contraction mechanism according to claim 2 of the present invention, a metal-clad laminate such as a copper-clad laminate (CCL) can be used as a raw material, and mass production becomes possible.
Moreover, according to the invention which concerns on Claim 2, stretchability can be improved rather than before because the insulating layer is formed with the porous body.
According to the invention of claim 2, in which can be better when using the electrolytic solution as compared with the case of using a conventional dielectric obtain a larger output.

請求項に係る発明によれば、絶縁層に形成された導通孔によって、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができると共に、接続信頼性を高めることができるものである。 According to the third aspect of the present invention, the conduction hole formed in the insulating layer can reduce the size with a simpler wiring than the conventional one, and can improve the connection reliability.

請求項に係る発明によれば、容易に導通孔を形成することができるものである。 According to the invention which concerns on Claim 4 , a conduction | electrical_connection hole can be formed easily.

請求項に係る発明によれば、複数の絶縁層が積層されていることによって、伸縮性を高めることができるものである。 According to the invention which concerns on Claim 5 , stretchability can be improved by laminating | stacking several insulating layers.

請求項に係る発明によれば、絶縁層の収縮時において空隙部は抵抗とならないことによって、絶縁基板間の絶縁層が全く欠けていない場合に比べて、絶縁層をより大きく収縮させることができるものである。 According to the invention of claim 6 , since the void portion does not become a resistance when the insulating layer contracts, the insulating layer can be contracted more greatly than when the insulating layer between the insulating substrates is not missing at all. It can be done.

本発明の請求項に係る電気的伸縮機構の製造方法によれば、原材料として銅張積層板(CCL)等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。
また請求項7に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
また請求項7に係る発明によれば、様々な誘電体を用いることによって、絶縁層の誘電率を調整することができるものである。
本発明の請求項8に係る電気的伸縮機構の製造方法によれば、原材料として銅張積層板(CCL)等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。
また請求項8に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
また請求項8に係る発明によれば、通常の誘電体を用いる場合に比べて電解液を用いる場合の方がより大きな出力を得ることができるものである。
According to the method for manufacturing an electrical expansion / contraction mechanism according to claim 7 of the present invention, a metal-clad laminate such as a copper-clad laminate (CCL) can be used as a raw material, and mass production becomes possible. .
Moreover, according to the invention which concerns on Claim 7, stretchability can be improved rather than before because the insulating layer is formed with the porous body.
According to the invention of claim 7, the dielectric constant of the insulating layer can be adjusted by using various dielectrics.
According to the method for manufacturing an electrical expansion / contraction mechanism according to claim 8 of the present invention, a metal-clad laminate such as a copper-clad laminate (CCL) can be used as a raw material, and mass production becomes possible. .
Moreover, according to the invention which concerns on Claim 8, stretchability can be improved rather than before because the insulating layer is formed with the porous body.
According to the eighth aspect of the invention, a larger output can be obtained when the electrolytic solution is used than when a normal dielectric is used.

本発明の請求項に係るアクチュエータによれば、原材料として銅張積層板(CCL)等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になり、例えば需要の多いロボット技術の分野において人工筋肉として好適に利用することができるものである。
According to the actuator of claim 9 of the present invention, a metal-clad laminate such as a copper-clad laminate (CCL) can be used as a raw material, and mass production becomes possible. Can be suitably used as an artificial muscle.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(実施形態1)
図1(a)は電気的伸縮機構Aの一例を示すものであり、この電気的伸縮機構Aは、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有する絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して電極2が対向するように前記絶縁基板7を重ねて積層一体化されている。なお、電気的伸縮機構Aの詳細な製造方法については実施形態2で説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 (a) shows an example of an electric expansion / contraction mechanism A. The electric expansion / contraction mechanism A is provided with an electrode 2 on an insulating substrate 7, and the insulating layer 1 is provided on both sides of the insulating layer 1 having elasticity. The insulating substrates 7 are stacked and integrated so that the electrodes 2 face each other through 1. A detailed manufacturing method of the electric telescopic mechanism A will be described in the second embodiment.

絶縁層1は非多孔体又は多孔体3で形成することができる。非多孔体としては、ゴム等の弾性体を用いることができる。また多孔体3としては、例えば、PVAスポンジやウレタンスポンジのように孔が連続して設けられた連続多孔体を用いたり、孔が独立して設けられたもの等を用いたりすることができる。多孔体3の空隙率は、特に限定されるものではないが、30〜90%であることが好ましい。絶縁層1が多孔体3で形成されていると、従来よりも伸縮性を高めることができて好ましいので、以下では絶縁層1が多孔体3である場合について説明する。   The insulating layer 1 can be formed of a non-porous body or a porous body 3. An elastic body such as rubber can be used as the non-porous body. Moreover, as the porous body 3, for example, a continuous porous body in which holes are continuously provided, such as PVA sponge or urethane sponge, or a material in which holes are independently provided can be used. The porosity of the porous body 3 is not particularly limited, but is preferably 30 to 90%. Since it is preferable that the insulating layer 1 is formed of the porous body 3 because the stretchability can be improved as compared with the conventional case, the case where the insulating layer 1 is the porous body 3 will be described below.

一方、電極2は、銅張積層板(CCL)等の金属張積層板17を加工して形成することができる。すなわち、金属張積層板17を用い、パターン形成によって、電極2が設けられた絶縁基板7を作製し、この絶縁基板7をボンディングシート(図示省略)を介して絶縁層1の表面に接着することによって、絶縁層1を介して対向配置された電極2を形成することができる。   On the other hand, the electrode 2 can be formed by processing a metal-clad laminate 17 such as a copper-clad laminate (CCL). That is, an insulating substrate 7 provided with the electrodes 2 is produced by pattern formation using a metal-clad laminate 17, and this insulating substrate 7 is bonded to the surface of the insulating layer 1 via a bonding sheet (not shown). Thus, the electrodes 2 arranged to face each other through the insulating layer 1 can be formed.

そして絶縁層1には、電極2a(又は2b)に電気的に接続された導通孔5a(又は5b)が形成されている。この導通孔5は、絶縁層1の伸縮に追随して変形可能となるように形成される。具体的には、絶縁層1が多孔体3で形成されている場合、多孔体3に貫通孔16を設けるとその内面は網目状に形成されるが、この内面の網目に沿って銅メッキ等の金属メッキを施すことによって、導通孔5を容易に形成することができる。あるいは貫通孔16の内面の網目に沿ってスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔5を容易に形成することができる。このように金属メッキや金属薄膜は貫通孔16の内面の網目に沿って施されているので、絶縁層1である多孔体3が伸縮する場合には、この伸縮に追随して変形することができ、断線が防止されるものである。そして導通孔5a(又は5b)は、電極2a(又は2b)に接続されていると共に、一方の絶縁基板7の外表面に設けられた接続用電極15と接続されている。この接続用電極15は、後述する電源制御部6と接続されるものである。また電極2b(又は2a)にはクリアランスホール24が設けられており、このクリアランスホール24を導通孔5a(又は5b)が通っていることによって、電極2b(又は2a)と導通孔5a(又は5b)とが絶縁された状態となっている。   The insulating layer 1 is formed with a conduction hole 5a (or 5b) electrically connected to the electrode 2a (or 2b). The conduction hole 5 is formed to be deformable following the expansion and contraction of the insulating layer 1. Specifically, in the case where the insulating layer 1 is formed of the porous body 3, when the through holes 16 are provided in the porous body 3, the inner surface thereof is formed in a mesh shape, and copper plating or the like is formed along the mesh of the inner surface. By conducting the metal plating, the conduction hole 5 can be easily formed. Alternatively, the conductive hole 5 can be easily formed by providing a metal thin film by sputtering along the mesh on the inner surface of the through hole 16. As described above, since the metal plating or the metal thin film is applied along the mesh on the inner surface of the through-hole 16, when the porous body 3 as the insulating layer 1 expands and contracts, it can be deformed following the expansion and contraction. It is possible to prevent disconnection. The conduction hole 5 a (or 5 b) is connected to the electrode 2 a (or 2 b) and is connected to the connection electrode 15 provided on the outer surface of one insulating substrate 7. The connection electrode 15 is connected to a power supply control unit 6 described later. The electrode 2b (or 2a) is provided with a clearance hole 24, and the conduction hole 5a (or 5b) passes through the clearance hole 24, whereby the electrode 2b (or 2a) and the conduction hole 5a (or 5b) are provided. ) And are insulated.

ところで、絶縁層1が非多孔体で形成されている場合には、絶縁層1に雌ねじ状の貫通孔16を設けると共に、この貫通孔16の内面に銅メッキ等の金属メッキを施すことによって導通孔5を形成することができる。このように、貫通孔16の内面をあらかじめ雌ねじ状に形成しておくことによって、絶縁層1が伸縮する際に金属メッキが剥離するのを抑制して断線を防止することができる。また絶縁層1が非多孔体又は多孔体3のいずれで形成されていても、導通孔5は次のようにして形成することもできる。すなわち、絶縁層1に貫通孔16を設けると共に、この貫通孔16に導電性ペーストを充填することによって、導通孔5を容易に形成することができる。なお、この導電性ペーストは、シリコーンゴムに銀・銅等の金属粉を添加して得ることができ、絶縁層1の伸縮に追随して変形可能である。   By the way, when the insulating layer 1 is formed of a non-porous body, a conductive threaded through hole 16 is provided in the insulating layer 1 and the inner surface of the through hole 16 is subjected to metal plating such as copper plating. Holes 5 can be formed. In this way, by forming the inner surface of the through-hole 16 in the form of a female screw in advance, it is possible to prevent the metal plating from peeling when the insulating layer 1 expands and contracts, thereby preventing disconnection. Further, regardless of whether the insulating layer 1 is formed of a non-porous body or a porous body 3, the conduction hole 5 can be formed as follows. That is, by providing the through hole 16 in the insulating layer 1 and filling the through hole 16 with a conductive paste, the conduction hole 5 can be easily formed. This conductive paste can be obtained by adding metal powder such as silver and copper to silicone rubber, and can be deformed following the expansion and contraction of the insulating layer 1.

また多孔体3の孔内には誘電体が充填されている。この誘電体としては、例えば、フッ素系不活性液体のような液状の誘電体や、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンのような気体状の誘電体を用いることができる。このときチタン酸バリウムのような高誘電率の微細粉末材料を併用してもよい。しかし、このような誘電体では多孔体3から漏洩してしまうので、液状や気体状の誘電体を染み込ませた多孔体3は袋体14に封入されている。この袋体14としては、柔軟性があるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ゴムやプラスチック等で形成されたものを用いることができる。このように、様々な誘電体を多孔体3の孔内に充填させることによって、絶縁層1の誘電率を調整することができるものである。なお、図2に示すように、電極2は袋体14を介して絶縁層1の両面に設けられていてもよい。つまり、電極2が設けられた絶縁基板7を袋体14の外側に配置してもよい。ただし、この場合には、導通孔5が袋体14を貫通するので、誘電体の漏洩を防ぐためのシールをする必要がある。   The pores of the porous body 3 are filled with a dielectric. As this dielectric, for example, a liquid dielectric such as a fluorine-based inert liquid or a gaseous dielectric such as nitrogen, helium, neon, or argon can be used. At this time, a fine powder material having a high dielectric constant such as barium titanate may be used in combination. However, since such a dielectric material leaks from the porous material 3, the porous material 3 impregnated with a liquid or gaseous dielectric material is sealed in the bag body 14. The bag 14 is not particularly limited as long as it has flexibility, but for example, a bag formed of rubber or plastic can be used. As described above, the dielectric constant of the insulating layer 1 can be adjusted by filling the pores of the porous body 3 with various dielectrics. As shown in FIG. 2, the electrode 2 may be provided on both surfaces of the insulating layer 1 via the bag body 14. That is, the insulating substrate 7 provided with the electrode 2 may be disposed outside the bag body 14. However, in this case, since the conduction hole 5 penetrates the bag body 14, it is necessary to provide a seal for preventing leakage of the dielectric.

図1(b)はアクチュエータBの一例を示すものであり、このアクチュエータBは、上記の電気的伸縮機構Aと、電極2間に電圧を印加する電源制御部6とを備えて形成されている。電源制御部6は、直流電源11及びスイッチ12を備えて形成されており、リード線13によって接続用電極15に接続されている。このように、絶縁層1に形成された導通孔5によって、リード線13と接続用電極15との接続箇所を電気的伸縮機構Aの片側にまとめることができ、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができるものである。そして、スイッチ12がオンである場合には、電極2間に電圧が印加され、絶縁層1に誘電分極が生じることによって絶縁層1の内部にクーロン力が生じていわゆる電歪により絶縁層1に圧縮力が生じる。逆にスイッチ12がオフである場合には、このような圧縮力は生じない。よって、スイッチ12をオン・オフ制御することによってアクチュエータBを絶縁層1の厚み方向に任意に伸縮させることができるものである。このように絶縁層1が伸縮を繰り返しても、リード線13と接続用電極15との接続箇所は電気的伸縮機構Aの片側にまとめられており、絶縁層1と共に動くことはないので、接続信頼性を高めることができるものである。   FIG. 1B shows an example of the actuator B. The actuator B is formed by including the electrical expansion / contraction mechanism A and the power control unit 6 that applies a voltage between the electrodes 2. . The power supply control unit 6 includes a DC power supply 11 and a switch 12 and is connected to the connection electrode 15 by a lead wire 13. As described above, the conductive hole 5 formed in the insulating layer 1 allows the connection portion between the lead wire 13 and the connection electrode 15 to be integrated on one side of the electrical expansion / contraction mechanism A, and is smaller with simpler wiring than before. Can be realized. When the switch 12 is on, a voltage is applied between the electrodes 2, and dielectric polarization occurs in the insulating layer 1, so that a Coulomb force is generated inside the insulating layer 1, and so-called electrostriction causes the insulating layer 1. A compressive force is generated. Conversely, when the switch 12 is off, such a compression force does not occur. Therefore, the actuator B can be arbitrarily expanded and contracted in the thickness direction of the insulating layer 1 by controlling the on / off of the switch 12. Even if the insulating layer 1 repeatedly expands and contracts in this way, the connection portion between the lead wire 13 and the connection electrode 15 is gathered on one side of the electrical expansion and contraction mechanism A and does not move with the insulating layer 1. Reliability can be improved.

(実施形態2)
図3(a)は電気的伸縮機構Aの他の一例を示すものである。この電気的伸縮機構Aも、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有する絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して電極2が対向するように前記絶縁基板7を重ねて積層一体化されているが、本実施形態では複数の絶縁層1が、電極2が設けられた絶縁基板7を介して積層されている。そして各絶縁層1を介して対向する電極2が導通孔5によって接続されている。このように、複数の絶縁層1が積層されていることによって、伸縮性を高めることができるものである。
(Embodiment 2)
FIG. 3A shows another example of the electric expansion / contraction mechanism A. FIG. This electric expansion / contraction mechanism A is also provided with electrodes 2 on an insulating substrate 7, and the insulating substrate 7 is stacked on both surfaces of the insulating layer 1 having elasticity so that the electrodes 2 face each other with the insulating layer 1 therebetween. Although integrated, in this embodiment, a plurality of insulating layers 1 are stacked via an insulating substrate 7 provided with electrodes 2. And the electrode 2 which opposes through each insulating layer 1 is connected by the conduction | electrical_connection hole 5. FIG. Thus, the stretchability can be improved by laminating the plurality of insulating layers 1.

次にこの電気的伸縮機構Aの製造方法について図4〜図7に基づいて順を追って説明する。   Next, a method for manufacturing the electrical expansion / contraction mechanism A will be described in order based on FIGS.

まず図6に示すように、電極2が設けられた絶縁基板7を作製する。すなわち、絶縁基板7の表面に銅箔等の金属層18を設けて形成される金属張積層板17を用意し(図6(a))、この金属張積層板17にドライフィルム19をラミネートした後(図6(b))、露光・現像する(図6(c))。その後、エッチング・レジスト剥離を行うことによって、図6(d)に示すような、電極2が設けられた絶縁基板7を得ることができる。このとき同一の絶縁基板7の表面に同一の電極2を複数隣接して同時に設けておくものである。これにより、電気的伸縮機構Aの大量生産が可能となる。   First, as shown in FIG. 6, the insulating substrate 7 provided with the electrode 2 is manufactured. That is, a metal-clad laminate 17 formed by providing a metal layer 18 such as a copper foil on the surface of the insulating substrate 7 was prepared (FIG. 6A), and a dry film 19 was laminated on the metal-clad laminate 17. After that (FIG. 6B), exposure and development are performed (FIG. 6C). Thereafter, by performing etching and resist peeling, an insulating substrate 7 provided with the electrodes 2 as shown in FIG. 6D can be obtained. At this time, a plurality of the same electrodes 2 are adjacently provided on the surface of the same insulating substrate 7 at the same time. Thereby, mass production of the electric expansion-contraction mechanism A is attained.

また電極2のパターンは特に限定されるものではないが、例えば、図4に示すように絶縁基板7の中央部に矩形状パターンとして中央電極20を設けると共に、このパターンを囲むようなロ字状パターンとして周囲電極21を設けることができる。このように、中央電極20と周囲電極21は絶縁基板7の同一面において絶縁された状態で設けられている。また中央電極20と周囲電極21は絶縁基板7の両面又は片面に設けることができる。なお、図4中、破線は導通孔5が形成される箇所を示しており、中央電極20及び周囲電極21において導通孔5と絶縁される箇所にはクリアランスホール24が形成されている。   The pattern of the electrode 2 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 4, a central electrode 20 is provided as a rectangular pattern in the central portion of the insulating substrate 7 and a rectangular shape surrounding the pattern. The surrounding electrode 21 can be provided as a pattern. Thus, the central electrode 20 and the peripheral electrode 21 are provided in an insulated state on the same surface of the insulating substrate 7. The central electrode 20 and the peripheral electrode 21 can be provided on both surfaces or one surface of the insulating substrate 7. In FIG. 4, a broken line indicates a location where the conduction hole 5 is formed, and a clearance hole 24 is formed at a location where the central electrode 20 and the peripheral electrode 21 are insulated from the conduction hole 5.

本実施形態では電極2として中央電極20及び周囲電極21を設ける例について説明するが、電極2は、図5に示すように1組の櫛状パターンとして設けてもよい。この場合も、絶縁基板7の同一面において一方の櫛状パターンによる電極2と他方の櫛状パターンによる電極2とは絶縁された状態で設けられている。また1組の櫛状パターンによる電極2は絶縁基板7の両面又は片面に設けることができる。なお、図5中、破線は導通孔5が形成される箇所を示しており、櫛状パターンによる電極2において導通孔5と絶縁される箇所にはクリアランスホール24が形成されている。   Although this embodiment demonstrates the example which provides the center electrode 20 and the surrounding electrode 21 as the electrode 2, you may provide the electrode 2 as 1 set of comb-shaped patterns, as shown in FIG. Also in this case, the electrode 2 having one comb-shaped pattern and the electrode 2 having the other comb-shaped pattern are provided in an insulated state on the same surface of the insulating substrate 7. Further, the electrodes 2 having a set of comb patterns can be provided on both surfaces or one surface of the insulating substrate 7. In FIG. 5, the broken line indicates a location where the conduction hole 5 is formed, and a clearance hole 24 is formed at a location insulated from the conduction hole 5 in the electrode 2 having a comb pattern.

そして図7(a)に示すように、伸縮性を有する絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して電極2が対向するように前記絶縁基板7を重ねる。具体的には、最も外側に絶縁基板7が配置されるようにして、絶縁基板7と絶縁層1を交互に重ねるものである。また絶縁基板7と絶縁層1の間にはボンディングシート22を挟み、これによって両者を接着できるようにしてある。   Then, as shown in FIG. 7A, the insulating substrate 7 is overlaid on both surfaces of the insulating layer 1 having elasticity so that the electrodes 2 face each other through the insulating layer 1. Specifically, the insulating substrate 7 and the insulating layer 1 are alternately stacked so that the insulating substrate 7 is disposed on the outermost side. Further, a bonding sheet 22 is sandwiched between the insulating substrate 7 and the insulating layer 1 so that both can be bonded.

次に図7(b)に示すように、絶縁基板7と絶縁層1を交互に重ねたものを加熱加圧成形して積層一体化する。このときボンディングシート22が溶融して絶縁基板7と絶縁層1が接着すればよいので、加熱加圧成形は高温高圧で行う必要はない。例えば、温度は50〜200℃、圧力は1〜10MPa程度に設定して成形することができる。   Next, as shown in FIG. 7B, a laminate in which the insulating substrates 7 and the insulating layers 1 are alternately stacked is heated and pressed to be integrated. At this time, the bonding sheet 22 has only to be melted and the insulating substrate 7 and the insulating layer 1 are bonded to each other. Therefore, the heat and pressure molding need not be performed at a high temperature and a high pressure. For example, it can be molded by setting the temperature to 50 to 200 ° C. and the pressure to about 1 to 10 MPa.

その後、図7(c)に示すように、絶縁層1に導通孔5を形成する。このとき導通孔5は実施形態1と同じ方法で形成することができる。また導通孔5の両端にはランド23が形成され、一方のランド23が接続用電極15として使用される。   Thereafter, as shown in FIG. 7C, the conduction hole 5 is formed in the insulating layer 1. At this time, the conduction hole 5 can be formed by the same method as in the first embodiment. Lands 23 are formed at both ends of the conduction hole 5, and one land 23 is used as the connection electrode 15.

そして図7(d)に示すように、ルータ加工を行うことによって、電気的伸縮機構Aの半完成品ごとに切断分離して個片化する。このようにして半完成品を一度に複数得ることができるものである。なお、絶縁層1が非多孔体で形成されている場合や、絶縁層1が多孔体3で形成されていても、この多孔体3に誘電体を充填する必要がない場合には、この図7(d)の工程で電気的伸縮機構Aの完成品を得ることができる。   And as shown in FIG.7 (d), by carrying out a router process, every semi-finished product of the electric expansion-contraction mechanism A is cut-separated and separated into pieces. In this way, a plurality of semi-finished products can be obtained at a time. If the insulating layer 1 is formed of a non-porous body, or if the insulating layer 1 is formed of the porous body 3 and the porous body 3 does not need to be filled with a dielectric, this figure is used. A finished product of the electric expansion / contraction mechanism A can be obtained in the step 7 (d).

多孔体3に誘電体を充填する場合には、図7(d)の工程で得られた半完成品において絶縁層1を形成する多孔体3に液状や気体状の誘電体を染み込ませた後、全体を袋体14に封入することによって、図3(a)に示すような電気的伸縮機構Aを得ることができる。   When the porous body 3 is filled with a dielectric, the liquid 3 or the gaseous dielectric is soaked into the porous body 3 forming the insulating layer 1 in the semi-finished product obtained in the step of FIG. By enclosing the entirety in the bag body 14, an electric expansion / contraction mechanism A as shown in FIG. 3A can be obtained.

図3(b)はアクチュエータBの他の一例を示すものであり、このアクチュエータBは、上記の電気的伸縮機構Aと、電極2間に電圧を印加する電源制御部6とを備えて形成されている。電源制御部6は、直流電源11及びスイッチ12を備えて形成されており、本実施形態では第一電源制御部6a及び第二電源制御部6bの2つを使用している。   FIG. 3B shows another example of the actuator B. The actuator B is formed by including the electric expansion / contraction mechanism A and the power control unit 6 that applies a voltage between the electrodes 2. ing. The power supply control unit 6 includes a DC power supply 11 and a switch 12. In the present embodiment, two power supply control units 6a and 6b are used.

ここで、図3に示すように、便宜上、電気的伸縮機構Aの一方の側から他方の側へ順に電極2の層をL1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8と表す。L1は接続用電極15が設けられた層であり、またL2〜L7はいずれも図4に示すような中央電極20及び周囲電極21が設けられた層であり、またL8はランド23が設けられた層である。   Here, as shown in FIG. 3, for the sake of convenience, the layers of the electrode 2 are denoted as L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, and L8 in order from one side of the electrical expansion / contraction mechanism A to the other side. L1 is a layer provided with the connection electrode 15, L2 to L7 are all layers provided with the central electrode 20 and the peripheral electrode 21 as shown in FIG. 4, and L8 is provided with the land 23. Layer.

第一電源制御部6aの直流電源11aの正極は、導通孔5によって、L3,L5,L7の周囲電極21に接続されているが、導通孔5と絶縁されたクリアランスホール24によってL2,L4,L6の周囲電極21とは接続されていない。また第一電源制御部6aの直流電源11aの負極は、導通孔5によって、L2,L4,L6の周囲電極21に接続されているが、導通孔5と絶縁されたクリアランスホール24によってL3,L5,L7の周囲電極21とは接続されていない。   The positive electrode of the DC power supply 11a of the first power supply control unit 6a is connected to the surrounding electrodes 21 of L3, L5, and L7 through the conduction hole 5, but L2, L4, and L4 are separated by the clearance hole 24 insulated from the conduction hole 5. It is not connected to the surrounding electrode 21 of L6. Further, the negative electrode of the DC power supply 11a of the first power supply control unit 6a is connected to the surrounding electrodes 21 of L2, L4, and L6 through the conduction hole 5, but L3 and L5 are provided by the clearance hole 24 insulated from the conduction hole 5. , L7 are not connected to the peripheral electrode 21.

一方、第二電源制御部6bの直流電源11bの正極は、導通孔5によって、L2,L3,L6,L7の中央電極20に接続されているが、導通孔5と絶縁されたクリアランスホール24によってL4,L5の中央電極20とは接続されていない。また第二電源制御部6bの直流電源11bの負極は、導通孔5によって、L4,L5の中央電極20に接続されているが、導通孔5と絶縁されたクリアランスホール24によってL2,L3,L6,L7の中央電極20とは接続されていない。   On the other hand, the positive electrode of the DC power supply 11b of the second power supply control unit 6b is connected to the central electrode 20 of L2, L3, L6, and L7 by the conduction hole 5, but by the clearance hole 24 insulated from the conduction hole 5. It is not connected to the center electrode 20 of L4 and L5. Further, the negative electrode of the DC power supply 11b of the second power supply controller 6b is connected to the central electrode 20 of L4 and L5 by the conduction hole 5, but L2, L3, L6 by the clearance hole 24 insulated from the conduction hole 5. , L7 are not connected to the central electrode 20.

このように、図3(b)に示すアクチュエータBにあっては、複数の絶縁層1が積層されていても、絶縁層1に形成された導通孔5によって、リード線13と接続用電極15との接続箇所を電気的伸縮機構Aの片側にまとめることができ、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができるものである。   As described above, in the actuator B shown in FIG. 3B, the lead wire 13 and the connection electrode 15 are formed by the conduction hole 5 formed in the insulating layer 1 even if the plurality of insulating layers 1 are laminated. Can be gathered on one side of the electrical expansion / contraction mechanism A, and the size can be reduced with simpler wiring than in the past.

そして、図8(a)に示すように、第一電源制御部6aのスイッチ12aがオンであり、かつ、第二電源制御部6bのスイッチ12bがオフである場合には、L3,L5,L7の周囲電極21が直流電源11aの正極に接続され、L2,L4,L6の周囲電極21が直流電源11aの負極に接続される。つまり、L2の周囲電極21とL3の周囲電極21との間、L4の周囲電極21とL5の周囲電極21との間、L6の周囲電極21とL7の周囲電極21との間には圧縮力が作用し、アクチュエータBは全体として圧縮するものである。   As shown in FIG. 8A, when the switch 12a of the first power supply control unit 6a is on and the switch 12b of the second power supply control unit 6b is off, L3, L5, L7 Are connected to the positive electrode of the DC power supply 11a, and the peripheral electrodes 21 of L2, L4, and L6 are connected to the negative electrode of the DC power supply 11a. That is, there is a compressive force between the surrounding electrode 21 of L2 and the surrounding electrode 21 of L3, between the surrounding electrode 21 of L4 and the surrounding electrode 21 of L5, and between the surrounding electrode 21 of L6 and the surrounding electrode 21 of L7. The actuator B is compressed as a whole.

一方、図8(b)に示すように、第一電源制御部6aのスイッチ12aがオフであり、かつ、第二電源制御部6bのスイッチ12bがオンである場合には、L2,L3,L6,L7の中央電極20が直流電源11bの正極に接続され、L4,L5の中央電極20が直流電源11bの負極に接続される。つまり、L2の中央電極20とL3の中央電極20との間、L4の中央電極20とL5の中央電極20との間、L6の中央電極20とL7の中央電極20との間には伸長力が作用し、アクチュエータBは全体として伸長するものである。   On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the switch 12a of the first power supply control unit 6a is off and the switch 12b of the second power supply control unit 6b is on, L2, L3, L6 , L7 center electrode 20 is connected to the positive electrode of DC power supply 11b, and L4, L5 center electrode 20 is connected to the negative electrode of DC power supply 11b. That is, there is an extension force between the center electrode 20 of L2 and the center electrode 20 of L3, between the center electrode 20 of L4 and the center electrode 20 of L5, and between the center electrode 20 of L6 and the center electrode 20 of L7. The actuator B extends as a whole.

よって、各スイッチ12a,12bをオン・オフ制御することによってアクチュエータBを絶縁層1の厚み方向に任意に伸縮させることができるものである。このように絶縁層1が伸縮を繰り返しても、リード線13と接続用電極15との接続箇所は電気的伸縮機構Aの片側にまとめられており、絶縁層1と共に動くことはないので、接続信頼性を高めることができるものである。   Therefore, the actuator B can be arbitrarily expanded and contracted in the thickness direction of the insulating layer 1 by controlling on / off of the switches 12a and 12b. Even if the insulating layer 1 repeatedly expands and contracts in this way, the connection portion between the lead wire 13 and the connection electrode 15 is gathered on one side of the electrical expansion and contraction mechanism A and does not move with the insulating layer 1. Reliability can be improved.

(実施形態3)
図9(a)は電気的伸縮機構Aの他の一例を示すものであり、この電気的伸縮機構Aは、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有する絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して電極2が対向するように前記絶縁基板7を重ねて積層一体化されている。
(Embodiment 3)
FIG. 9 (a) shows another example of the electric expansion / contraction mechanism A. The electric expansion / contraction mechanism A is provided with electrodes 2 on an insulating substrate 7, and on both surfaces of the insulating layer 1 having elasticity. The insulating substrates 7 are stacked and integrated so that the electrodes 2 face each other with the insulating layer 1 therebetween.

絶縁層1は多孔体3で形成されている。この多孔体3としては、例えば、PVAスポンジやウレタンスポンジのように孔が連続して設けられた連続多孔体を用いたり、孔が独立して設けられたもの等を用いたりすることができる。多孔体3の空隙率は、特に限定されるものではないが、30〜90%であることが好ましい。このように、絶縁層1が多孔体3で形成されていると、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。   The insulating layer 1 is formed of a porous body 3. As the porous body 3, for example, a continuous porous body in which holes are continuously provided, such as PVA sponge or urethane sponge, or a material in which holes are independently provided can be used. The porosity of the porous body 3 is not particularly limited, but is preferably 30 to 90%. Thus, when the insulating layer 1 is formed of the porous body 3, the stretchability can be improved as compared with the prior art.

一方、電極2は、銅張積層板(CCL)等の金属張積層板17を加工して形成することができる。すなわち、金属張積層板17を用い、パターン形成によって、電極2が設けられた絶縁基板7を作製し、この絶縁基板7をボンディングシート(図示省略)を介して絶縁層1の表面に接着することによって、絶縁層1を介して対向配置された電極2を形成することができる。   On the other hand, the electrode 2 can be formed by processing a metal-clad laminate 17 such as a copper-clad laminate (CCL). That is, an insulating substrate 7 provided with the electrodes 2 is produced by pattern formation using a metal-clad laminate 17, and this insulating substrate 7 is bonded to the surface of the insulating layer 1 via a bonding sheet (not shown). Thus, the electrodes 2 arranged to face each other through the insulating layer 1 can be formed.

そして絶縁層1には、電極2aに電気的に接続された導通孔5が形成されている。この導通孔5は、絶縁層1の伸縮に追随して変形可能となるように形成される。具体的には、絶縁層1を形成する多孔体3に貫通孔16を設けるとその内面は網目状に形成されるが、この内面の網目に沿って銅メッキ等の金属メッキを施すことによって、導通孔5を容易に形成することができる。あるいは貫通孔16の内面の網目に沿ってスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔5を容易に形成することができる。このように金属メッキや金属薄膜は貫通孔16の内面の網目に沿って施されているので、絶縁層1である多孔体3が伸縮する場合には、この伸縮に追随して変形することができ、断線が防止されるものである。そして導通孔5は、電極2aに接続されていると共に、一方の絶縁基板7bの外表面に設けられた接続用電極15aと接続されている。また電極2bに電気的に接続された導通孔5が絶縁基板7bに形成されており、この絶縁基板7bの外表面に設けられた接続用電極15bと接続されている。これらの接続用電極15a,15bは、後述する電源制御部6と接続されるものである。また電極2bにはクリアランスホール24が設けられており、このクリアランスホール24を導通孔5が通っていることによって、この導通孔5と電極2bとが絶縁された状態となっている。   The insulating layer 1 is formed with a conduction hole 5 electrically connected to the electrode 2a. The conduction hole 5 is formed to be deformable following the expansion and contraction of the insulating layer 1. Specifically, when the through hole 16 is provided in the porous body 3 forming the insulating layer 1, the inner surface thereof is formed in a mesh shape, but by performing metal plating such as copper plating along the mesh of the inner surface, The conduction hole 5 can be easily formed. Alternatively, the conductive hole 5 can be easily formed by providing a metal thin film by sputtering along the mesh on the inner surface of the through hole 16. As described above, since the metal plating or the metal thin film is applied along the mesh on the inner surface of the through-hole 16, when the porous body 3 as the insulating layer 1 expands and contracts, it can be deformed following the expansion and contraction. It is possible to prevent disconnection. The conduction hole 5 is connected to the electrode 2a and is connected to a connection electrode 15a provided on the outer surface of one insulating substrate 7b. A conductive hole 5 electrically connected to the electrode 2b is formed in the insulating substrate 7b, and is connected to a connection electrode 15b provided on the outer surface of the insulating substrate 7b. These connection electrodes 15a and 15b are connected to a power supply control unit 6 described later. Further, the electrode 2b is provided with a clearance hole 24, and the conduction hole 5 passes through the clearance hole 24, whereby the conduction hole 5 and the electrode 2b are insulated.

ところで、導通孔5は次のようにして形成することもできる。すなわち、絶縁層1に貫通孔16を設けると共に、この貫通孔16に導電性ペーストを充填することによって、導通孔5を容易に形成することができる。なお、この導電性ペーストは、シリコーンゴムに銀・銅等の金属粉を添加して得ることができ、絶縁層1の伸縮に追随して変形可能である。   By the way, the conduction hole 5 can also be formed as follows. That is, by providing the through hole 16 in the insulating layer 1 and filling the through hole 16 with a conductive paste, the conduction hole 5 can be easily formed. This conductive paste can be obtained by adding metal powder such as silver and copper to silicone rubber, and can be deformed following the expansion and contraction of the insulating layer 1.

また多孔体3の孔内には電解液が充填されている。ここで、絶縁層1の厚み方向に発生する力は絶縁層1の誘電率に比例するが、通常の誘電体の誘電率は3以下程度であるのに対して電解液の誘電率は20〜30程度であるので、通常の誘電体を用いる場合に比べて電解液を用いる場合の方がより大きな出力を得ることができるものである。このような電解液としては、酸と塩基からなるイオンを生成する電解質塩と、これが溶解する溶媒とを混合して調製されたものを用いることができる。電解質塩の酸成分としては、ホウ酸やカルボン酸等の弱酸を用いることができ、また塩基成分としては、アンモニアやアミン等の有機塩基を用いることができ、また溶媒としては、エチレングリコールやγ−ブチロラクトン等を用いることができる。具体的には、電解液としては、三洋化成工業(株)製「サンエレック」等を用いることができる。   The pores of the porous body 3 are filled with an electrolytic solution. Here, the force generated in the thickness direction of the insulating layer 1 is proportional to the dielectric constant of the insulating layer 1, but the dielectric constant of the electrolyte is 20 to 20 while the dielectric constant of a normal dielectric is about 3 or less. Since it is about 30, a larger output can be obtained when the electrolytic solution is used than when a normal dielectric is used. As such an electrolytic solution, an electrolyte prepared by mixing an electrolyte salt that generates ions composed of an acid and a base and a solvent in which the salt is dissolved can be used. The acid component of the electrolyte salt can be a weak acid such as boric acid or carboxylic acid, the base component can be an organic base such as ammonia or amine, and the solvent is ethylene glycol or γ -Butyrolactone etc. can be used. Specifically, as the electrolytic solution, “SAN ELEC” manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. can be used.

電解液は電気を通す液体であるので、ショート(短絡)を防止するために、少なくとも一方の電極2bと絶縁層1との間に絶縁皮膜8が設けられている。この絶縁皮膜8は、絶縁性を有する樹脂やボンディングシートで電極2bの表面を被覆して設けられ、この電極2bと電解液とが接触しないようにしてある。特に電極2bとしてアルミニウムを用いる場合には、この電極2bの表面を酸化して形成される酸化皮膜(酸化アルミ:Al)を絶縁皮膜8として用いることができる。 Since the electrolytic solution is a liquid that conducts electricity, an insulating film 8 is provided between at least one of the electrodes 2b and the insulating layer 1 in order to prevent a short circuit. The insulating film 8 is provided by covering the surface of the electrode 2b with an insulating resin or a bonding sheet so that the electrode 2b and the electrolytic solution do not come into contact with each other. In particular, when aluminum is used as the electrode 2b, an oxide film (aluminum oxide: Al 2 O 3 ) formed by oxidizing the surface of the electrode 2b can be used as the insulating film 8.

ところで、液状や気体状の誘電体を用いる場合と同様に、電解液は多孔体3から漏洩してしまうので、電解液を染み込ませた多孔体3は図9(a)のように袋体14に封入されている。この袋体14としては、柔軟性があるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ゴムやプラスチック等で形成されたものを用いることができる。また、このような非導電性のもののほか、袋体14としては、金属のような導電性のものを用いることができる。特に金属製の袋体14を用いる場合には、図10のようにこの袋体14の側面を蛇腹状に形成して、電気的伸縮機構Aの伸縮性を確保するようにしてある。このとき、袋体14は筒状に形成されており、その一端の開口縁が一方の絶縁基板7bの周縁に接着され、他端の開口縁が他方の絶縁基板7aの周縁に接着されて、絶縁性が確保されている。   By the way, as in the case of using a liquid or gaseous dielectric, the electrolytic solution leaks from the porous body 3, so that the porous body 3 impregnated with the electrolytic solution is a bag 14 as shown in FIG. Is enclosed. The bag 14 is not particularly limited as long as it has flexibility, but for example, a bag formed of rubber or plastic can be used. In addition to such non-conductive materials, as the bag body 14, a conductive material such as metal can be used. In particular, when a metal bag 14 is used, the side surface of the bag 14 is formed in a bellows shape as shown in FIG. At this time, the bag body 14 is formed in a cylindrical shape, the opening edge of one end thereof is bonded to the peripheral edge of one insulating substrate 7b, the opening edge of the other end is bonded to the peripheral edge of the other insulating substrate 7a, Insulation is ensured.

図9(b)はアクチュエータBの他の一例を示すものであり、このアクチュエータBは、上記の電気的伸縮機構Aと、電極2間に電圧を印加する電源制御部6とを備えて形成されている。電源制御部6は、直流電源11及びスイッチ12を備えて形成されており、リード線13によって接続用電極15に接続されている。このように、絶縁層1に形成された導通孔5によって、リード線13と接続用電極15との接続箇所を電気的伸縮機構Aの片側にまとめることができ、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができるものである。そして、スイッチ12がオンである場合には、電極2間に電圧が印加され、絶縁層1に誘電分極が生じることによって絶縁層1の内部にクーロン力が生じていわゆる電歪により絶縁層1に圧縮力が生じる。逆にスイッチ12がオフである場合には、このような圧縮力は生じない。よって、スイッチ12をオン・オフ制御することによってアクチュエータBを絶縁層1の厚み方向に任意に伸縮させることができるものである。このように絶縁層1が伸縮を繰り返しても、リード線13と接続用電極15との接続箇所は電気的伸縮機構Aの片側にまとめられており、絶縁層1と共に動くことはないので、接続信頼性を高めることができるものである。   FIG. 9B shows another example of the actuator B, and this actuator B is formed by including the above-described electrical expansion / contraction mechanism A and the power supply controller 6 that applies a voltage between the electrodes 2. ing. The power supply control unit 6 includes a DC power supply 11 and a switch 12 and is connected to the connection electrode 15 by a lead wire 13. As described above, the conductive hole 5 formed in the insulating layer 1 allows the connection portion between the lead wire 13 and the connection electrode 15 to be integrated on one side of the electrical expansion / contraction mechanism A, and is smaller with simpler wiring than before. Can be realized. When the switch 12 is on, a voltage is applied between the electrodes 2, and dielectric polarization occurs in the insulating layer 1, so that a Coulomb force is generated inside the insulating layer 1, and so-called electrostriction causes the insulating layer 1. A compressive force is generated. Conversely, when the switch 12 is off, such a compression force does not occur. Therefore, the actuator B can be arbitrarily expanded and contracted in the thickness direction of the insulating layer 1 by controlling the on / off of the switch 12. Even if the insulating layer 1 repeatedly expands and contracts in this way, the connection portion between the lead wire 13 and the connection electrode 15 is gathered on one side of the electrical expansion and contraction mechanism A and does not move with the insulating layer 1. Reliability can be improved.

(実施形態4)
図11は電気的伸縮機構Aの他の一例を示すものである。この電気的伸縮機構Aも、絶縁基板7に電極2を設け、伸縮性を有する絶縁層1の両面に、この絶縁層1を介して電極2が対向するように前記絶縁基板7を重ねて積層一体化されているが、本実施形態では絶縁基板7間の絶縁層1の一部が欠けて空隙部9が形成されている。
(Embodiment 4)
FIG. 11 shows another example of the electric expansion / contraction mechanism A. In FIG. This electric expansion / contraction mechanism A is also provided with electrodes 2 on an insulating substrate 7, and the insulating substrate 7 is stacked on both surfaces of the insulating layer 1 having elasticity so that the electrodes 2 face each other with the insulating layer 1 therebetween. Although integrated, in this embodiment, a part of the insulating layer 1 between the insulating substrates 7 is cut off to form the gap 9.

すなわち、図11(a)に示すものは、絶縁層1の中央部から片側端部にかけて空隙部9が形成されている。絶縁層1が多孔体3で形成されている場合には、空隙部9は多孔体3の個々の孔よりも大きく形成するものである。そして絶縁層1の収縮時において電極2同士が接触して短絡しないように、空隙部9を介して対向する電極2のうち少なくとも一方には絶縁層1を層状に残存させて短絡防止層10が形成されている。この短絡防止層10は導通孔5の周囲にも形成されている。   That is, in the structure shown in FIG. 11A, the gap portion 9 is formed from the central portion of the insulating layer 1 to the end portion on one side. When the insulating layer 1 is formed of the porous body 3, the voids 9 are formed larger than the individual holes of the porous body 3. In order to prevent the electrodes 2 from coming into contact with each other and contracting when the insulating layer 1 contracts, the insulating layer 1 is left in a layered manner on at least one of the electrodes 2 facing each other through the gap portion 9 so that the short-circuit preventing layer 10 is formed. Is formed. This short-circuit prevention layer 10 is also formed around the conduction hole 5.

また、図11(b)に示すものは、複数の絶縁層1が積層されている場合であり、各絶縁層1の中央部から片側端部にかけて空隙部9が形成されている。さらにこの空隙部9を介して対向する電極2には絶縁層1を層状に残存させて短絡防止層10が形成されており、この短絡防止層10は導通孔5の周囲にも形成されている。そして絶縁基板7を介して隣り合う絶縁層1の空隙部9は、積層方向において重ならないように位置している。このように、蛇腹状となるように空隙部9を互い違いに配置することによって、絶縁層1が複数積層されている場合であっても、伸縮性をさらに高めることができるものである。なお、図11(b)に示すものは、絶縁層1が3層積層されている場合であるが、絶縁層1が2層又は4層以上積層されている場合も同様である。   Moreover, what is shown in FIG. 11B is a case where a plurality of insulating layers 1 are laminated, and a gap portion 9 is formed from the central portion of each insulating layer 1 to one end portion. Further, a short-circuit prevention layer 10 is formed by leaving the insulating layer 1 in the form of a layer on the electrode 2 facing through the gap 9, and the short-circuit prevention layer 10 is also formed around the conduction hole 5. . And the space | gap part 9 of the insulating layer 1 adjacent via the insulating substrate 7 is located so that it may not overlap in the lamination direction. Thus, by arranging the gaps 9 alternately so as to form a bellows shape, even when a plurality of insulating layers 1 are stacked, the stretchability can be further improved. FIG. 11B shows a case where three layers of insulating layers 1 are stacked, but the same applies to a case where two or more layers of insulating layers 1 are stacked.

また、図11(c)(d)に示すものは、一方の電極2bと絶縁層1との間に絶縁皮膜8が設けられている場合であり、この場合も絶縁層1の中央部から片側端部にかけて空隙部9が形成されている。そしてこの場合は絶縁皮膜8によって一方の電極2bが空隙部9内に面して露出することがないので、絶縁皮膜8にさらに短絡防止層10を形成する必要はない。   Moreover, what is shown in FIGS. 11C and 11D is a case where an insulating film 8 is provided between one electrode 2b and the insulating layer 1, and also in this case from the central portion of the insulating layer 1 to one side. A gap 9 is formed over the end. In this case, since one electrode 2b is not exposed to the inside of the gap 9 by the insulating film 8, it is not necessary to further form the short-circuit preventing layer 10 on the insulating film 8.

このように、図11に示すような電気的伸縮機構Aにあっては、絶縁層1の収縮時において空隙部9は抵抗とならないことによって、絶縁基板7間の絶縁層1が全く欠けていない場合に比べて、絶縁層1をより大きく収縮させることができるものである。   As described above, in the electrical expansion / contraction mechanism A as shown in FIG. 11, the gap portion 9 does not become a resistance when the insulation layer 1 contracts, so that the insulation layer 1 between the insulation substrates 7 is not missing at all. Compared to the case, the insulating layer 1 can be contracted more greatly.

なお、図示省略しているが、図11に示す電気的伸縮機構Aと、電極2間に電圧を印加する電源制御部6とを備えてアクチュエータBを形成することができる。   Although not shown, the actuator B can be formed by including the electric expansion / contraction mechanism A shown in FIG. 11 and the power supply control unit 6 that applies a voltage between the electrodes 2.

以上のように、実施形態1〜4のいずれのアクチュエータBであっても、原材料として銅張積層板(CCL)等の金属張積層板17を利用することができ、大量生産が可能になり、例えば需要の多いロボット技術の分野において人工筋肉として好適に利用することができるものである。また絶縁層1を多孔体3で形成する場合には、多孔体3の材質を選択したり、その空隙率をあらかじめ変化させておいたり、多孔体3に充填される誘電体や電解液の材質を選択したりすることによって、絶縁層1の誘電率を調整し、伸縮の程度を細かく調整することができるものである。   As described above, any actuator B of Embodiments 1 to 4 can use the metal-clad laminate 17 such as a copper-clad laminate (CCL) as a raw material, and can be mass-produced. For example, it can be suitably used as an artificial muscle in the field of robot technology where demand is high. When the insulating layer 1 is formed of the porous body 3, the material of the porous body 3 is selected, the porosity of the porous body 3 is changed in advance, or the dielectric or electrolyte material filled in the porous body 3. The dielectric constant of the insulating layer 1 can be adjusted and the degree of expansion / contraction can be finely adjusted.

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、(a)は電気的伸縮機構の断面図、(b)はアクチュエータの断面図である。An example of embodiment of this invention is shown, (a) is sectional drawing of an electric expansion-contraction mechanism, (b) is sectional drawing of an actuator. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電気的伸縮機構の断面図である。It shows other examples of embodiment of this invention and is sectional drawing of an electric expansion-contraction mechanism. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、(a)は電気的伸縮機構の断面図、(b)はアクチュエータの断面図である。It shows another example of the embodiment of the present invention, (a) is a cross-sectional view of the electrical expansion and contraction mechanism, (b) is a cross-sectional view of the actuator. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電極が設けられた絶縁基板を抜き出して示す概略斜視図である(破線は導通孔が形成される箇所を示す)。FIG. 8 is a schematic perspective view showing another example of an embodiment of the present invention, in which an insulating substrate provided with electrodes is extracted (broken lines indicate portions where conductive holes are formed). 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電極が設けられた絶縁基板を抜き出して示す概略斜視図である(破線は導通孔が形成される箇所を示す)。FIG. 8 is a schematic perspective view showing another example of an embodiment of the present invention, in which an insulating substrate provided with electrodes is extracted (broken lines indicate portions where conductive holes are formed). 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、(a)〜(d)は電極が設けられた絶縁基板の作製工程を示す断面図である。FIG. 3 shows another example of an embodiment of the present invention, and FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing a manufacturing process of an insulating substrate provided with electrodes. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、(a)〜(d)は電気的伸縮機構の製造工程を示す断面図である。The other example of embodiment of this invention is shown, (a)-(d) is sectional drawing which shows the manufacturing process of an electric expansion-contraction mechanism. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、(a)は圧縮時のアクチュエータの断面図、(b)は伸長時のアクチュエータの断面図である。It shows another example of the embodiment of the present invention, (a) is a sectional view of the actuator during compression, (b) is a sectional view of the actuator during expansion. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、(a)は電気的伸縮機構の断面図、(b)はアクチュエータの断面図である。It shows another example of the embodiment of the present invention, (a) is a cross-sectional view of the electrical expansion and contraction mechanism, (b) is a cross-sectional view of the actuator. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電気的伸縮機構の断面図である。It shows other examples of embodiment of this invention and is sectional drawing of an electric expansion-contraction mechanism. 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、(a)〜(d)は電気的伸縮機構の断面図である。The other example of embodiment of this invention is shown, (a)-(d) is sectional drawing of an electric expansion-contraction mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

A 電気的伸縮機構
B アクチュエータ
1 絶縁層
2 電極
3 多孔体
5 導通孔
6 電源制御部
7 絶縁基板
8 絶縁皮膜
9 空隙部
16 貫通孔
A Electrical expansion / contraction mechanism B Actuator 1 Insulating layer 2 Electrode 3 Porous body 5 Conductive hole 6 Power supply control part 7 Insulating substrate 8 Insulating film 9 Void part 16 Through hole

Claims (9)

絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成され、前記多孔体の孔内に誘電体が充填された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向するように前記絶縁基板を重ねて積層一体化されていることを特徴とする電気的伸縮機構。 An electrode provided on the insulating substrate, have a stretch, are formed in the porous body, on both surfaces of an insulating layer dielectric-filled into the pores of the porous body, so that the electrode through the insulating layer faces An electrical expansion / contraction mechanism, wherein the insulating substrate is stacked and integrated. 絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成され、前記多孔体の孔内に電解液が充填された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向し、少なくとも一方の電極と前記絶縁層との間に絶縁皮膜が設けられるように前記絶縁基板を重ねて積層一体化されていることを特徴とする電気的伸縮機構。  An electrode is provided on an insulating substrate, has elasticity, is formed of a porous body, and the electrode faces the both surfaces of the insulating layer filled with an electrolyte in the pores of the porous body, with the insulating layer interposed therebetween, An electrical expansion / contraction mechanism, wherein the insulating substrate is laminated and integrated so that an insulating film is provided between at least one electrode and the insulating layer. 前記電極に電気的に接続された導通孔が前記絶縁層に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気的伸縮機構。 Electrical extension mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that electrically connected to through hole in the electrode is formed on the insulating layer. 前記絶縁層に貫通孔を設け、前記貫通孔に導電性ペーストを充填することによって、又は前記貫通孔の内面に金属メッキを施すことによって、又は前記貫通孔の内面にスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔が形成されていることを特徴とする請求項に記載の電気的伸縮機構。 The insulating layer provided with through holes, by filling a conductive paste into the through hole, or by applying a metal plating on the inner surface of the through hole, or by providing the metallic thin film by sputtering on the inner surface of the through hole The electrical expansion / contraction mechanism according to claim 3 , wherein a conduction hole is formed. 複数の前記絶縁層が、前記電極が設けられた前記絶縁基板を介して積層されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の電気的伸縮機構。 A plurality of said insulating layers, electrical telescopic mechanism according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the electrode is laminated via the insulating substrate provided. 前記絶縁基板間の前記絶縁層の一部が欠けて空隙部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の電気的伸縮機構。 Electrical telescopic mechanism according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the air gap lacks part of the insulating layer is formed between the insulating substrate. 絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向するように前記絶縁基板を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層に導通孔を形成した後、前記多孔体の孔内に誘電体を充填することを特徴とする電気的伸縮機構の製造方法。 An electrode provided on the insulating substrate, the elastic possess, on both sides of the formed by porous insulating layer, overlapping the insulating substrate such that the electrode is opposed through the insulating layer, which hot pressing Then, after stacking and integrating, and then forming a conductive hole in the insulating layer , a dielectric is filled in the hole of the porous body, and the method of manufacturing the electrical expansion / contraction mechanism is characterized in that: 絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向し、少なくとも一方の電極と前記絶縁層との間に絶縁皮膜が設けられるように前記絶縁基板を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層に導通孔を形成した後、前記多孔体の孔内に電解液を充填することを特徴とする電気的伸縮機構の製造方法。  An electrode is provided on an insulating substrate, has elasticity, and the electrode is opposed to both surfaces of the insulating layer formed of a porous body through the insulating layer, and is insulated between at least one electrode and the insulating layer. The insulating substrate is stacked so that a film is provided, and this is heated and pressed to be laminated and integrated, and then a conductive hole is formed in the insulating layer, and then the electrolyte is filled in the hole of the porous body. A method of manufacturing an electrical expansion / contraction mechanism characterized by 請求項1乃至のいずれか1項に記載の電気的伸縮機構又は請求項7若しくは8に記載の方法を使用して製造された電気的伸縮機構と、前記電極間に電圧を印加する電源制御部とを備えて形成されていることを特徴とするアクチュエータ。 Electrical extension mechanism which is prepared using the method described in electrical telescopic mechanism or claim 7 or 8 according to any one of claims 1 to 6, the power control for applying a voltage between the electrode And an actuator.
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