JP5243818B2 - Actuator - Google Patents

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Description

本発明は、印加電圧に応じた誘電膜の伸縮により駆動力を出力するアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator that outputs a driving force by expansion and contraction of a dielectric film according to an applied voltage.

例えば、誘電体エラストマーを用いた電歪型アクチュエータとして、特許文献1の[図2L]、[図2M]、[図4C]、[図4D]には、ロール型のアクチュエータが紹介されている。すなわち、特許文献1に記載されたアクチュエータは、誘電体エラストマーからなる誘電膜と電極とを持つ誘電素子が、圧縮されたばね部材の外周に環装されてなる。誘電素子の電極に電圧を印加すると、電極間の静電引力により誘電膜の膜厚が小さくなり、誘電膜は伸張する。これにより、ばね部材に対する拘束力が小さくなり、ばね部材、つまりアクチュエータは軸方向に伸長する。
特開2005−522162号公報
For example, as an electrostrictive actuator using a dielectric elastomer, a roll-type actuator is introduced in [FIG. 2L], [FIG. 2M], [FIG. 4C], and [FIG. 4D] of Patent Document 1. That is, the actuator described in Patent Document 1 includes a dielectric element having a dielectric film made of a dielectric elastomer and an electrode, and is wrapped around the outer periphery of a compressed spring member. When a voltage is applied to the electrodes of the dielectric element, the film thickness of the dielectric film decreases due to electrostatic attraction between the electrodes, and the dielectric film expands. Thereby, the restraining force with respect to the spring member becomes small, and the spring member, that is, the actuator extends in the axial direction.
JP 2005-522162 A

特許文献1に記載されたロール型アクチュエータの場合、誘電素子はばね部材の外周に延伸された状態で環装されている。つまり、誘電素子はばね部材に圧接されている。例えば、電極間への印加電圧を大きくすると、誘電素子はばね部材と摺接しながら伸張する。これにより、ばね部材に対する拘束力が小さくなる。よって、ばね部材は、蓄えられた付勢力により、誘電素子と摺接しながら伸長する。ここで、誘電素子とばね部材との間の摩擦力は大きい。これにより、誘電素子およびばね部材の動きが妨げられる。その結果、アクチュエータの軸方向における変位量が小さくなる。   In the case of the roll-type actuator described in Patent Document 1, the dielectric element is mounted in an extended state on the outer periphery of the spring member. That is, the dielectric element is pressed against the spring member. For example, when the voltage applied between the electrodes is increased, the dielectric element expands while being in sliding contact with the spring member. Thereby, the restraining force with respect to a spring member becomes small. Therefore, the spring member extends while being in sliding contact with the dielectric element by the stored urging force. Here, the frictional force between the dielectric element and the spring member is large. Thereby, the movement of a dielectric element and a spring member is prevented. As a result, the amount of displacement in the axial direction of the actuator is reduced.

本発明は、このような実情に鑑みて完成されたものであり、伸縮時におけるばね部材と隣接部材との間の摩擦力を低減し、変位量の大きなアクチュエータを提供することを課題とする。   This invention is completed in view of such a situation, and makes it a subject to reduce the frictional force between the spring member and the adjacent member at the time of expansion-contraction, and to provide an actuator with a big displacement amount.

(1)上記課題を解決するため、本発明のアクチュエータは、軸方向に伸縮可能な筒状のばね部材と、該ばね部材の径方向外側に配置され、誘電体エラストマー製の誘電膜と該誘電膜を介して配置される複数の電極とを有し、該電極間への印加電圧の変化に応じて該誘電膜が伸縮する筒状の誘電素子と、該ばね部材と、該ばね部材に径方向に隣接する隣接部材と、の間に介装され、伸縮時における該ばね部材と該隣接部材との間の摩擦力を低減可能な低摩擦層と、を備え、低電圧状態においては、付勢力を蓄積した状態で該ばね部材が軸方向に収縮しており、該低電圧状態から、該低電圧状態よりも該印加電圧が高い高電圧状態に切り替える際、該印加電圧の上昇に応じて該誘電素子が伸張することにより、該ばね部材の付勢力に従って軸方向に伸長することを特徴とする(請求項1に対応)。   (1) In order to solve the above problems, an actuator of the present invention includes a cylindrical spring member that can be expanded and contracted in the axial direction, a dielectric film made of a dielectric elastomer, and a dielectric film that is disposed radially outside the spring member. A cylindrical dielectric element having a plurality of electrodes arranged through a film, the dielectric film expanding and contracting according to a change in applied voltage between the electrodes, the spring member, and a diameter of the spring member And a low friction layer interposed between adjacent members adjacent to each other in a direction and capable of reducing a frictional force between the spring member and the adjacent member during expansion and contraction. The spring member is contracted in the axial direction in a state where the force is accumulated, and when switching from the low voltage state to a high voltage state in which the applied voltage is higher than the low voltage state, the spring member responds to an increase in the applied voltage. As the dielectric element expands, the axial direction follows the biasing force of the spring member. Characterized by extending (corresponding to claim 1).

本発明のアクチュエータによると、ばね部材と、ばね部材に径方向に隣接する隣接部材と、の間に低摩擦層が配置されている。伸縮時に摺動するばね部材と隣接部材との間に低摩擦層が介在することにより、伸縮時におけるばね部材と隣接部材との間の摩擦力が低減される。例えば、誘電素子が、ばね部材に径方向に隣接するよう配置されている場合には、ばね部材と誘電素子との間の摩擦力が低減される。また、誘電素子が、ばね部材に径方向に隣接する他の部材を介して、ばね部材の周囲に配置されている場合には、誘電素子によりばね部材側に圧接されている当該他の部材と、ばね部材と、の間の摩擦力が低減される。このように、ばね部材と隣接部材との間の摩擦力が低減されるため、誘電素子やばね部材の動きは阻害されにくい。このため、本発明のアクチュエータの変位量は大きい。   According to the actuator of the present invention, the low friction layer is disposed between the spring member and the adjacent member radially adjacent to the spring member. The frictional force between the spring member and the adjacent member at the time of expansion / contraction is reduced by interposing the low friction layer between the spring member sliding at the time of expansion / contraction and the adjacent member. For example, when the dielectric element is arranged so as to be adjacent to the spring member in the radial direction, the frictional force between the spring member and the dielectric element is reduced. Further, when the dielectric element is disposed around the spring member via another member radially adjacent to the spring member, the dielectric element is pressed against the spring member side by the dielectric element. The frictional force between the spring member and the spring member is reduced. As described above, since the frictional force between the spring member and the adjacent member is reduced, the movement of the dielectric element and the spring member is not easily inhibited. For this reason, the displacement amount of the actuator of the present invention is large.

(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記隣接部材は、前記誘電素子であり、前記低摩擦層は、該誘電素子の内周面に形成された樹脂被膜である構成とする方がよい(請求項2に対応)。   (2) Preferably, in the configuration of (1), the adjacent member is the dielectric element, and the low friction layer is a resin film formed on an inner peripheral surface of the dielectric element. (Corresponding to claim 2).

本構成において、誘電素子は、ばね部材に径方向に隣接している。つまり、誘電素子は、ばね部材の周囲に直接環装されている。誘電素子の内周面に樹脂被膜を形成することにより、誘電素子の内周面の摩擦係数は小さくなる。これにより、ばね部材に対して特別な処理を施すことなく、容易に、かつ比較的低コストで、ばね部材と誘電素子との間の摩擦力を低減することができる。また、樹脂の種類等により、摩擦係数の調整が容易である。   In this configuration, the dielectric element is adjacent to the spring member in the radial direction. That is, the dielectric element is directly wrapped around the spring member. By forming a resin film on the inner peripheral surface of the dielectric element, the friction coefficient of the inner peripheral surface of the dielectric element is reduced. Thereby, the frictional force between the spring member and the dielectric element can be reduced easily and at a relatively low cost without performing any special treatment on the spring member. Also, the friction coefficient can be easily adjusted depending on the type of resin.

(3)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記誘電素子は、第一の前記誘電膜と第一の前記電極と第二の前記誘電膜と第二の前記電極とがこの順番で積層された積層伸縮膜が、第一の該誘電膜が最内層となるように、前記ばね部材の周囲に渦巻状に巻回されてなる構成とする方がよい(請求項3に対応)。   (3) Preferably, in the configuration of (1) or (2), the dielectric element includes a first dielectric film, a first electrode, a second dielectric film, and a second electrode. The laminated stretchable films laminated in this order are preferably wound around the spring member in a spiral shape so that the first dielectric film is the innermost layer. Correspondence).

本構成によると、積層伸縮膜を渦巻状に巻回することにより、本発明のアクチュエータを簡単に作製することができる。また、誘電膜の積層化が容易である。誘電膜を多数積層することにより、より大きな駆動力を出力することができる。また、積層伸縮膜の巻回数を調整することにより、所望の駆動力、変位量を容易に得ることができる。本構成によると、積層伸縮膜を巻回するだけで、容易に、電極と誘電膜とを交互に積層することができる。これにより、積層された誘電膜各々の伸縮を、効率よく行うことができる。また、第一の誘電膜が最内層となるよう巻回される。このため、例えば、第一の誘電膜の表面に樹脂被膜を形成する等により、誘電素子の内周面に低摩擦層を容易に形成することができる。   According to this configuration, the actuator of the present invention can be easily manufactured by winding the laminated stretchable film in a spiral shape. Further, it is easy to stack the dielectric films. By laminating a large number of dielectric films, a larger driving force can be output. Further, by adjusting the number of turns of the laminated stretchable film, a desired driving force and displacement can be easily obtained. According to this configuration, the electrodes and the dielectric films can be easily laminated alternately by simply winding the laminated stretchable film. Thereby, each laminated dielectric film can be efficiently expanded and contracted. The first dielectric film is wound so as to be the innermost layer. For this reason, for example, a low friction layer can be easily formed on the inner peripheral surface of the dielectric element by forming a resin film on the surface of the first dielectric film.

(4)好ましくは、上記(1)ないし(3)のいずれかの構成において、さらに、前記誘電素子の径方向内側に配置され流体を吸排する流体室と、該流体室の軸方向一端に配置され該流体室に該流体を吸入する吸入口と、該流体室の軸方向他端に配置され該流体室から該流体を排出する排出口と、を備え、前記電極間への印加電圧を変化させて該誘電素子を伸縮させることにより、該流体室の容積を変化させて該流体を吸排する構成とする方がよい(請求項4に対応)。   (4) Preferably, in the configuration according to any one of (1) to (3), a fluid chamber that is disposed radially inside the dielectric element and sucks and discharges fluid, and is disposed at one axial end of the fluid chamber. A suction port for sucking the fluid into the fluid chamber, and a discharge port disposed at the other axial end of the fluid chamber for discharging the fluid from the fluid chamber, and changing an applied voltage between the electrodes. In this case, it is preferable that the dielectric element is expanded and contracted to change the volume of the fluid chamber to suck and discharge the fluid (corresponding to claim 4).

本構成は、気体や液体等の流体を吸排するポンプとして、本発明のアクチュエータを用いるものである。本構成によると、誘電素子の伸縮により、流体室の容積が変化する。前述したように、低摩擦層により、ばね部材と隣接部材との間の摩擦力が低減される。よって、誘電素子やばね部材の動きが阻害されにくい。したがって、本構成によると、流体室の容積変化量が大きい、換言すれば、流体の単位時間あたりの流量が大きいポンプを構成することができる。   This configuration uses the actuator of the present invention as a pump for sucking and discharging fluids such as gas and liquid. According to this configuration, the volume of the fluid chamber changes due to expansion and contraction of the dielectric element. As described above, the frictional force between the spring member and the adjacent member is reduced by the low friction layer. Therefore, the movement of the dielectric element and the spring member is not easily inhibited. Therefore, according to this configuration, it is possible to configure a pump having a large volume change amount of the fluid chamber, in other words, a fluid having a large flow rate per unit time.

(5)好ましくは、上記(4)の構成において、前記流体は、導電性を有する液体であり、前記流体室の少なくとも一部は、該流体が導通するのを抑制するための絶縁膜により区画されている構成とする方がよい(請求項5に対応)。   (5) Preferably, in the configuration of (4), the fluid is a liquid having conductivity, and at least a part of the fluid chamber is partitioned by an insulating film for suppressing conduction of the fluid. It is better to have a configuration (corresponding to claim 5).

流体が導電性を有する液体の場合、電極間に電圧を印加する際に、流体が導通するおそれがある。この点、本構成によると、流体室の少なくとも一部は絶縁膜により区画されている。このため、流体が導通するのを抑制することができる。   In the case where the fluid is a liquid having conductivity, the fluid may be conducted when a voltage is applied between the electrodes. In this regard, according to this configuration, at least a part of the fluid chamber is partitioned by the insulating film. For this reason, it can suppress that a fluid conduct | electrically_connects.

(6)好ましくは、上記(4)または(5)の構成において、さらに、前記吸入口を有する吸入側キャップ部材と、前記排出口を有する排出側キャップ部材と、該吸入側キャップ部材と該排出側キャップ部材との間に介装され前記流体室の少なくとも一部を区画すると共に弾性変形可能な筒状のチューブ部材と、を備え、前記誘電素子および前記ばね部材の軸方向両端は、該吸入側キャップ部材および該排出側キャップ部材に、各々固定されており、前記電極間への印加電圧を変化させて該誘電素子を伸縮させることにより、該チューブ部材を伸縮させ、該流体室の容積を変化させる構成とする方がよい(請求項6に対応)。   (6) Preferably, in the configuration of (4) or (5), the suction side cap member having the suction port, the discharge side cap member having the discharge port, the suction side cap member, and the discharge A cylindrical tube member that is interposed between the side cap member and that partitions at least a part of the fluid chamber and is elastically deformable. Both ends in the axial direction of the dielectric element and the spring member The tube member is expanded and contracted by changing the voltage applied between the electrodes and expanding and contracting the dielectric element, and the volume of the fluid chamber is increased. It is better to have a configuration to change (corresponding to claim 6).

本構成によると、本発明のアクチュエータを、流体を吸排するポンプとして実施しやすい。また、誘電素子およびばね部材の軸方向両端は、吸入側キャップ部材および排出側キャップ部材に、各々固定されている。このため、誘電素子が収縮する際に、吸入側キャップ部材および排出側キャップ部材から、ばね部材の軸方向両端に圧縮力が加わり、ばね部材の収縮が容易になる。   According to this configuration, the actuator of the present invention can be easily implemented as a pump that sucks and discharges fluid. Further, both axial ends of the dielectric element and the spring member are fixed to the suction side cap member and the discharge side cap member, respectively. For this reason, when the dielectric element contracts, a compressive force is applied to both axial ends of the spring member from the suction side cap member and the discharge side cap member, so that the spring member can be easily contracted.

以下、本発明のアクチュエータの実施の形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明のアクチュエータをポンプとして具現化したものである。   Hereinafter, embodiments of the actuator of the present invention will be described. In the following embodiment, the actuator of the present invention is embodied as a pump.

<第一実施形態>
[アクチュエータの構成]
まず、本実施形態のアクチュエータの構成について説明する。図1に、本実施形態のアクチュエータの斜視図を示す。図2に、同アクチュエータの斜視分解図を示す。図3に、図1のIII−III方向断面図を示す。図4(a)に、図1のIV−IV方向断面図を示す。図4(b)に、同アクチュエータの伸長状態における軸方向断面図を示す。なお、図1〜図3、図4(a)は、同アクチュエータの低電圧状態を示してる。一方、図4(b)は、同アクチュエータの高電圧状態を示している。また、図2においては、締結リング部材を省略して示す。
<First embodiment>
[Configuration of actuator]
First, the configuration of the actuator of this embodiment will be described. FIG. 1 shows a perspective view of the actuator of this embodiment. FIG. 2 shows a perspective exploded view of the actuator. FIG. 3 shows a cross-sectional view in the III-III direction of FIG. FIG. 4A shows a cross-sectional view in the IV-IV direction of FIG. FIG. 4B shows an axial sectional view of the actuator in the extended state. 1 to 3 and FIG. 4A show a low voltage state of the actuator. On the other hand, FIG. 4B shows a high voltage state of the actuator. Moreover, in FIG. 2, a fastening ring member is abbreviate | omitted and shown.

図1〜図4に示すように、本実施形態のアクチュエータ1は、誘電素子2と、コイルばね3と、樹脂被膜4と、吸入側キャップ部材5と、排出側キャップ部材6と、チューブ部材7と、一対の締結リング部材80、81と、を備えている。コイルばね3は、本発明のばね部材に含まれる。   As shown in FIGS. 1 to 4, the actuator 1 of this embodiment includes a dielectric element 2, a coil spring 3, a resin coating 4, a suction side cap member 5, a discharge side cap member 6, and a tube member 7. And a pair of fastening ring members 80, 81. The coil spring 3 is included in the spring member of the present invention.

アクチュエータ1は、図4に示すように、逆止弁90、91の間に介装されている。逆止弁90、91は、左側から右側に流体を流す方向にだけ、開弁可能である。すなわち、左側が上流、右側が下流側である。   As shown in FIG. 4, the actuator 1 is interposed between the check valves 90 and 91. The check valves 90 and 91 can be opened only in a direction in which fluid flows from the left side to the right side. That is, the left side is upstream and the right side is downstream.

吸入側キャップ部材5は、アクリル樹脂製であって、左右方向に延在する円筒状を呈している。すなわち、吸入側キャップ部材5には、左右方向に貫通する連通孔が穿設されている。吸入側キャップ部材5は、隔壁部50と継手部51とばね保持部52とを備えている。   The suction side cap member 5 is made of acrylic resin and has a cylindrical shape extending in the left-right direction. That is, the suction side cap member 5 is provided with a communication hole penetrating in the left-right direction. The suction side cap member 5 includes a partition wall portion 50, a joint portion 51, and a spring holding portion 52.

隔壁部50は、吸入側キャップ部材5の軸方向略中央に配置されている。隔壁部50は、径方向外側に広がるフランジ状を呈している。隔壁部50の外周縁には、リング保持溝500が周設されている。   The partition wall portion 50 is disposed substantially at the center in the axial direction of the suction side cap member 5. The partition wall portion 50 has a flange shape that spreads radially outward. A ring holding groove 500 is provided around the outer peripheral edge of the partition wall 50.

継手部51は、隔壁部50の左側に配置されている。継手部51は、短軸円筒状を呈している。継手部51には、チューブ(図略)を介して、上流側の逆止弁90が接続されている。継手部51の左端には、吸入口510が配置されている。   The joint portion 51 is disposed on the left side of the partition wall portion 50. The joint part 51 has a short-axis cylindrical shape. An upstream check valve 90 is connected to the joint portion 51 via a tube (not shown). A suction port 510 is disposed at the left end of the joint portion 51.

ばね保持部52は、隔壁部50の右側に配置されている。ばね保持部52は、短軸円筒状を呈している。ばね保持部52の外周面には、凹凸形状が付されている。   The spring holding part 52 is disposed on the right side of the partition wall part 50. The spring holding part 52 has a short-axis cylindrical shape. The outer peripheral surface of the spring holding portion 52 is provided with an uneven shape.

排出側キャップ部材6は、アクリル樹脂製であって、左右方向に延在する円筒状を呈している。すなわち、排出側キャップ部材6には、左右方向に貫通する連通孔が穿設されている。排出側キャップ部材6は、吸入側キャップ部材5と、所定間隔だけ離間して、左右方向に対向している。排出側キャップ部材6は、隔壁部60と継手部61とばね保持部62とを備えている。   The discharge-side cap member 6 is made of acrylic resin and has a cylindrical shape extending in the left-right direction. That is, the discharge-side cap member 6 is provided with a communication hole penetrating in the left-right direction. The discharge-side cap member 6 is opposed to the suction-side cap member 5 in the left-right direction at a predetermined interval. The discharge side cap member 6 includes a partition wall portion 60, a joint portion 61, and a spring holding portion 62.

隔壁部60は、排出側キャップ部材6の軸方向略中央に配置されている。隔壁部60は、径方向外側に広がるフランジ状を呈している。隔壁部60の外周縁には、リング保持溝600が周設されている。   The partition wall 60 is disposed at the approximate center in the axial direction of the discharge side cap member 6. The partition wall portion 60 has a flange shape spreading outward in the radial direction. A ring holding groove 600 is provided around the outer peripheral edge of the partition wall 60.

継手部61は、隔壁部60の右側に配置されている。継手部61は、短軸円筒状を呈している。継手部61には、チューブ(図略)を介して、下流側の逆止弁91が接続されている。継手部61の右端には、排出口610が配置されている。   The joint portion 61 is disposed on the right side of the partition wall portion 60. The joint part 61 has a short-axis cylindrical shape. A downstream check valve 91 is connected to the joint portion 61 via a tube (not shown). A discharge port 610 is disposed at the right end of the joint portion 61.

ばね保持部62は、隔壁部60の左側に配置されている。ばね保持部62は、短軸円筒状を呈している。ばね保持部62の外周面には、凹凸形状が付されている。排出側キャップ部材6のばね保持部62は、吸入側キャップ部材5のばね保持部52と、所定間隔だけ離間して、左右方向に対向している。   The spring holding part 62 is disposed on the left side of the partition wall part 60. The spring holding part 62 has a short-axis cylindrical shape. The outer peripheral surface of the spring holding part 62 has an uneven shape. The spring holding portion 62 of the discharge side cap member 6 is spaced apart from the spring holding portion 52 of the suction side cap member 5 by a predetermined distance and faces the left and right direction.

チューブ部材7は、アクリルゴム製であって、左右方向に延在する円筒状を呈している。チューブ部材7は、本発明の絶縁膜を兼ねている。チューブ部材7は、吸入側キャップ部材5と排出側キャップ部材6との間に介装されている。チューブ部材7の左端開口には、吸入側キャップ部材5のばね保持部52が挿入されている。同様に、チューブ部材7の右端開口には、排出側キャップ部材6のばね保持部62が挿入されている。吸入側キャップ部材5の連通孔とチューブ部材7の内部空間と排出側キャップ部材6の連通孔とは、この順番で左右方向に連なっている。これら、吸入側キャップ部材5の連通孔とチューブ部材7の内部空間と排出側キャップ部材6の連通孔とにより、左右方向に長い流体室Rが形成されている。   The tube member 7 is made of acrylic rubber and has a cylindrical shape extending in the left-right direction. The tube member 7 also serves as the insulating film of the present invention. The tube member 7 is interposed between the suction side cap member 5 and the discharge side cap member 6. A spring holding portion 52 of the suction side cap member 5 is inserted into the left end opening of the tube member 7. Similarly, the spring holding portion 62 of the discharge side cap member 6 is inserted into the right end opening of the tube member 7. The communication hole of the suction side cap member 5, the internal space of the tube member 7, and the communication hole of the discharge side cap member 6 are connected in the left-right direction in this order. A fluid chamber R that is long in the left-right direction is formed by the communication hole of the suction-side cap member 5, the internal space of the tube member 7, and the communication hole of the discharge-side cap member 6.

コイルばね3は、鋼製であって、左右方向に延在する円筒状を呈している。コイルばね3は、吸入側キャップ部材5と排出側キャップ部材6との間に介装されている。コイルばね3は、チューブ部材7の径方向外側に配置されている。コイルばね3の左端は、チューブ部材7の左端の径方向外側から、吸入側キャップ部材5のばね保持部52に外嵌されている。前述したように、ばね保持部52の外周面には、凹凸形状が付されている。当該凹凸形状にコイルばね3のピッチが引っ掛かることにより、チューブ部材7およびコイルばね3の左端が、ばね保持部52から脱落するのを抑制している。同様に、コイルばね3の右端は、チューブ部材7の右端の径方向外側から、排出側キャップ部材6のばね保持部62に外嵌されている。前述したように、ばね保持部62の外周面には、凹凸形状が付されている。当該凹凸形状にコイルばね3のピッチが引っ掛かることにより、チューブ部材7およびコイルばね3の右端が、ばね保持部62から脱落するのを抑制している。   The coil spring 3 is made of steel and has a cylindrical shape extending in the left-right direction. The coil spring 3 is interposed between the suction side cap member 5 and the discharge side cap member 6. The coil spring 3 is disposed on the radially outer side of the tube member 7. The left end of the coil spring 3 is externally fitted to the spring holding portion 52 of the suction side cap member 5 from the radially outer side of the left end of the tube member 7. As described above, the outer peripheral surface of the spring holding portion 52 has an uneven shape. When the pitch of the coil spring 3 is hooked on the uneven shape, the tube member 7 and the left end of the coil spring 3 are prevented from falling off from the spring holding portion 52. Similarly, the right end of the coil spring 3 is externally fitted to the spring holding portion 62 of the discharge side cap member 6 from the radially outer side of the right end of the tube member 7. As described above, the outer peripheral surface of the spring holding portion 62 has an uneven shape. When the pitch of the coil spring 3 is hooked on the uneven shape, the right end of the tube member 7 and the coil spring 3 is prevented from falling off from the spring holding portion 62.

誘電素子2は、左右方向に延在する円筒状を呈している。誘電素子2は、吸入側キャップ部材5と排出側キャップ部材6との間に介装されている。誘電素子2は、コイルばね3の径方向外側に配置されている。誘電素子2は、コイルばね3の隣接部材である。誘電素子2の左端開口は、吸入側キャップ部材5の隔壁部50により、塞がれている。締結リング部材80は、誘電素子2左端が隔壁部50の外周縁を覆ったその径方向外側から、リング保持溝500に外嵌されている。すなわち、締結リング部材80により、誘電素子2左端と吸入側キャップ部材5とが接続されている。同様に、誘電素子2の右端開口は、排出側キャップ部材6の隔壁部60により、塞がれている。締結リング部材81は、誘電素子2右端が隔壁部60の外周縁を覆ったその径方向外側から、リング保持溝600に外嵌されている。すなわち、締結リング部材81により、誘電素子2右端と排出側キャップ部材6とが接続されている。   The dielectric element 2 has a cylindrical shape extending in the left-right direction. The dielectric element 2 is interposed between the suction side cap member 5 and the discharge side cap member 6. The dielectric element 2 is disposed outside the coil spring 3 in the radial direction. The dielectric element 2 is an adjacent member of the coil spring 3. The left end opening of the dielectric element 2 is closed by the partition wall portion 50 of the suction side cap member 5. The fastening ring member 80 is externally fitted into the ring holding groove 500 from the outside in the radial direction in which the left end of the dielectric element 2 covers the outer peripheral edge of the partition wall 50. That is, the left end of the dielectric element 2 and the suction side cap member 5 are connected by the fastening ring member 80. Similarly, the right end opening of the dielectric element 2 is closed by the partition wall portion 60 of the discharge side cap member 6. The fastening ring member 81 is externally fitted into the ring holding groove 600 from the outside in the radial direction in which the right end of the dielectric element 2 covers the outer peripheral edge of the partition wall 60. That is, the right end of the dielectric element 2 and the discharge side cap member 6 are connected by the fastening ring member 81.

[誘電素子および樹脂被膜の構成]
次に、誘電素子2および樹脂被膜4の構成について説明する。誘電素子2は、図3に肉厚を強調して示すように、三層構造の帯状の積層伸縮膜2aが、吸入側キャップ部材5の隔壁部50の外周縁および排出側キャップ部材6の隔壁部60の外周縁に、巻回されることにより、形成されている。積層伸縮膜2aの積層構造は、第一の誘電膜20と、第一の電極21と、第二の誘電膜22と、第二の電極23と、がこの順番で積層されることにより、形成されている。誘電膜20、22は、アクリルゴム製である。また、電極21、23は、共に、カーボンブラックとバインダーのエラストマーとを混合したペーストを塗布して形成されている。第一の誘電膜20は最内層を、第二の電極23は最外層を、それぞれ構成している。誘電素子2は、当該積層伸縮膜2aが三回巻回された円筒状を呈している。
[Configuration of dielectric element and resin coating]
Next, the configuration of the dielectric element 2 and the resin coating 4 will be described. As shown in FIG. 3 with emphasis on the thickness, the dielectric element 2 includes a strip-shaped laminated stretchable film 2 a having a three-layer structure, the outer peripheral edge of the partition wall portion 50 of the suction side cap member 5 and the partition wall of the discharge side cap member 6. It is formed by being wound around the outer peripheral edge of the portion 60. The laminated structure of the laminated stretchable film 2a is formed by laminating the first dielectric film 20, the first electrode 21, the second dielectric film 22, and the second electrode 23 in this order. Has been. The dielectric films 20 and 22 are made of acrylic rubber. The electrodes 21 and 23 are both formed by applying a paste in which carbon black and a binder elastomer are mixed. The first dielectric film 20 constitutes the innermost layer, and the second electrode 23 constitutes the outermost layer. The dielectric element 2 has a cylindrical shape in which the multilayer stretchable film 2a is wound three times.

樹脂被膜4は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の粉末をバインダーに分散させた塗料から形成されている。樹脂被膜4は、積層伸縮膜2aの最内層の内周面、つまり誘電素子2の内周面に形成されている。このため、樹脂被膜4は、誘電素子2の内周面と、コイルばね3の外周面と、の間に介在している。   The resin film 4 is formed of a paint in which a powder of polytetrafluoroethylene (PTFE) is dispersed in a binder. The resin coating 4 is formed on the inner peripheral surface of the innermost layer of the laminated stretchable film 2 a, that is, the inner peripheral surface of the dielectric element 2. For this reason, the resin coating 4 is interposed between the inner peripheral surface of the dielectric element 2 and the outer peripheral surface of the coil spring 3.

[アクチュエータの組付方法]
次に、本実施形態のアクチュエータ1の組付方法について説明する。まず、吸入側キャップ部材5と排出側キャップ部材6とを作製する。次に、吸入側キャップ部材5と排出側キャップ部材6との間に、チューブ部材7と、コイルばね3と、樹脂被膜4が内周面に塗布された誘電素子2とを、径方向内側から外側に向かってこの順番で介装する。この際、コイルばね3は、自然状態に対して、軸方向(左右方向)に圧縮された状態で配置される。コイルばね3の伸長は、誘電素子2により規制されている。このため、コイルばね3には、左右方向に伸長する付勢力が蓄積されている。このようにして、本実施形態のアクチュエータ1は組み付けられる。組み付けられたアクチュエータ1は、逆止弁90、91の間に介装される。
[Actuator assembly method]
Next, a method for assembling the actuator 1 of this embodiment will be described. First, the suction side cap member 5 and the discharge side cap member 6 are produced. Next, between the suction side cap member 5 and the discharge side cap member 6, the tube member 7, the coil spring 3, and the dielectric element 2 coated with the resin coating 4 on the inner peripheral surface are arranged from the radially inner side. They are installed in this order toward the outside. At this time, the coil spring 3 is disposed in a compressed state in the axial direction (left-right direction) with respect to the natural state. The extension of the coil spring 3 is regulated by the dielectric element 2. For this reason, the coil spring 3 stores an urging force that extends in the left-right direction. Thus, the actuator 1 of this embodiment is assembled. The assembled actuator 1 is interposed between the check valves 90 and 91.

[アクチュエータの動き]
次に、本実施形態のアクチュエータ1の動きについて説明する。本実施形態のアクチュエータ1は、低電圧状態と高電圧状態とを繰り返し切り替えることにより、流体室Rの容積を左右方向に変化させ、流体を左側から右側に圧送している。
[Actuator movement]
Next, the movement of the actuator 1 of this embodiment will be described. The actuator 1 of this embodiment changes the volume of the fluid chamber R in the left-right direction by repeatedly switching between the low voltage state and the high voltage state, and pumps the fluid from the left side to the right side.

低電圧状態においては、電極21、23間に電圧が印加されない。このため、電極21、23間に静電引力が発生しない。コイルばね3には、左右方向に伸長する付勢力が蓄積されている。   In the low voltage state, no voltage is applied between the electrodes 21 and 23. For this reason, electrostatic attraction is not generated between the electrodes 21 and 23. The coil spring 3 stores an urging force that extends in the left-right direction.

低電圧状態から高電圧状態に切り替えると、電極21、23間に所定の電圧が印加される。このため、電極21、23間に静電引力が発生する。電極21、23間に、静電引力が発生すると、電極21、23間に介在する誘電膜20、22が、膜厚方向から圧縮されると共に、膜展開方向に伸張する。すなわち、誘電膜20、22つまり誘電素子2が弛む。このため、コイルばね3に対する規制が解除される。したがって、図4(b)に示すように、コイルばね3は、自身が蓄積していた付勢力により、誘電素子2の弛みが無くなるまで、左右方向に伸長する。また、当該付勢力により、チューブ部材7も左右方向に伸長する。このため、チューブ部材7の内部に区画されている流体室Rの容積は、低電圧状態(図4(a)参照)に対して、ΔVだけ大きくなる。流体室Rの容積がΔVだけ大きくなると、その分だけ流体室Rに流体が流入しようとする。このため、左側(上流側)の逆止弁90が開弁する。したがって、流体室Rに、吸入口510を介して、上流側から流体が流れ込む。なお、下流側の逆止弁91は、右側(下流側)から左側への流体の移動を禁止している。このため、下流側の逆止弁91は、閉弁したままである。   When the low voltage state is switched to the high voltage state, a predetermined voltage is applied between the electrodes 21 and 23. For this reason, an electrostatic attractive force is generated between the electrodes 21 and 23. When an electrostatic attractive force is generated between the electrodes 21 and 23, the dielectric films 20 and 22 interposed between the electrodes 21 and 23 are compressed from the film thickness direction and expanded in the film development direction. That is, the dielectric films 20 and 22, that is, the dielectric element 2 are loosened. For this reason, the restriction | limiting with respect to the coil spring 3 is cancelled | released. Therefore, as shown in FIG. 4B, the coil spring 3 extends in the left-right direction until the slack of the dielectric element 2 is eliminated by the urging force accumulated by itself. Moreover, the tube member 7 also extends in the left-right direction by the biasing force. For this reason, the volume of the fluid chamber R partitioned inside the tube member 7 is increased by ΔV with respect to the low voltage state (see FIG. 4A). When the volume of the fluid chamber R increases by ΔV, the fluid tends to flow into the fluid chamber R by that amount. For this reason, the check valve 90 on the left side (upstream side) is opened. Accordingly, the fluid flows into the fluid chamber R from the upstream side through the suction port 510. The downstream check valve 91 prohibits the movement of fluid from the right side (downstream side) to the left side. For this reason, the check valve 91 on the downstream side remains closed.

再び、高電圧状態から低電圧状態に切り替えると、電極21、23間の印加電圧が解除される。このため、電極21、23間の静電引力が無くなる。電極21、23間の静電引力が無くなると、誘電膜20、22が、自身の有する弾性復元力により、膜展開方向から収縮する。このため、コイルばね3の付勢力に抗しながら、誘電素子2が左右方向から収縮する。並びに、チューブ部材7も左右方向から収縮する。したがって、チューブ部材7の内部に区画されている流体室Rの容積は、高電圧状態(図4(b)参照)に対して、ΔVだけ小さくなる。流体室Rの容積がΔVだけ小さくなると、その分だけ流体室Rから流体が流出しようとする。このため、右側(下流側)の逆止弁91が開弁する。したがって、流体室Rから、排出口610を介して、下流側に流体が送り出される。なお、上流側の逆止弁90は、右側(下流側)から左側への流体の移動を禁止している。このため、上流側の逆止弁90は、閉弁したままである。   When the high voltage state is switched again to the low voltage state, the applied voltage between the electrodes 21 and 23 is released. For this reason, the electrostatic attractive force between the electrodes 21 and 23 is lost. When the electrostatic attractive force between the electrodes 21 and 23 disappears, the dielectric films 20 and 22 contract from the film deployment direction due to their own elastic restoring force. For this reason, the dielectric element 2 contracts from the left-right direction while resisting the biasing force of the coil spring 3. In addition, the tube member 7 also contracts from the left-right direction. Therefore, the volume of the fluid chamber R partitioned inside the tube member 7 is reduced by ΔV with respect to the high voltage state (see FIG. 4B). When the volume of the fluid chamber R decreases by ΔV, the fluid tends to flow out of the fluid chamber R by that amount. For this reason, the check valve 91 on the right side (downstream side) is opened. Therefore, the fluid is sent out from the fluid chamber R to the downstream side via the discharge port 610. The upstream check valve 90 prohibits the movement of fluid from the right side (downstream side) to the left side. Therefore, the upstream check valve 90 remains closed.

以上説明したように、低電圧状態と高電圧状態とを交互に繰り返すことにより、本実施形態のアクチュエータ1は、流体室Rの容積を左右方向に変化させ、流体を左側から右側に圧送している。   As described above, by alternately repeating the low voltage state and the high voltage state, the actuator 1 of this embodiment changes the volume of the fluid chamber R in the left-right direction, and pumps the fluid from the left side to the right side. Yes.

[作用効果]
次に、本実施形態のアクチュエータの作用効果について説明する。アクチュエータ1において、誘電素子2は、コイルばね3と径方向に隣接している。誘電素子2の内周面には樹脂被膜4(低摩擦層)が形成されている。つまり、コイルばね3と誘電素子2との間には低摩擦層が配置されている。これにより、コイルばね3と誘電素子2との間の摩擦力が低減される。したがって、誘電素子2やコイルばね3の動きが阻害されにくく、アクチュエータ1の変位量は大きい。すなわち、流体室Rの容積変化量が大きいため、吐出量の大きなポンプを構成することができる。
[Function and effect]
Next, the effect of the actuator of this embodiment is demonstrated. In the actuator 1, the dielectric element 2 is adjacent to the coil spring 3 in the radial direction. A resin film 4 (low friction layer) is formed on the inner peripheral surface of the dielectric element 2. That is, a low friction layer is disposed between the coil spring 3 and the dielectric element 2. Thereby, the frictional force between the coil spring 3 and the dielectric element 2 is reduced. Therefore, the movement of the dielectric element 2 and the coil spring 3 is not easily disturbed, and the displacement amount of the actuator 1 is large. That is, since the volume change amount of the fluid chamber R is large, a pump with a large discharge amount can be configured.

また、誘電素子2は、積層伸縮膜2aを巻回して形成されている。よって、容易に、電極21、23と誘電膜20、22とを交互に積層することができる。これにより、積層された誘電膜20、22の伸縮を、効率よく行うことができる。また、積層伸縮膜2aの巻回数を調整することにより、所望の駆動力、変位量を得ることができる。例えば、さらに多くの誘電膜を積層することにより、より大きな駆動力を出力することができる。   The dielectric element 2 is formed by winding a laminated stretchable film 2a. Therefore, the electrodes 21 and 23 and the dielectric films 20 and 22 can be easily stacked alternately. Thereby, expansion / contraction of the laminated dielectric films 20 and 22 can be efficiently performed. Further, by adjusting the number of turns of the laminated stretchable film 2a, a desired driving force and displacement can be obtained. For example, a larger driving force can be output by stacking more dielectric films.

また、流体室Rの一部がチューブ部材7により区画されている。チューブ部材7は、アクリルゴム製の絶縁膜からなる。よって、流体が水等の導電性を有する液体であっても、導通するのを抑制することができる。   A part of the fluid chamber R is partitioned by the tube member 7. The tube member 7 is made of an insulating film made of acrylic rubber. Therefore, even if the fluid is a liquid having conductivity such as water, conduction can be suppressed.

また、誘電素子2およびコイルばね3の軸方向両端は、吸入側キャップ部材5および排出側キャップ部材6に、各々固定されている。このため、誘電素子2が収縮する際に、吸入側キャップ部材5および排出側キャップ部材6から、コイルばね3の軸方向両端に圧縮力が加わり、コイルばね3の収縮が容易になる。   Further, both axial ends of the dielectric element 2 and the coil spring 3 are fixed to the suction side cap member 5 and the discharge side cap member 6, respectively. For this reason, when the dielectric element 2 contracts, a compressive force is applied to both ends in the axial direction of the coil spring 3 from the suction side cap member 5 and the discharge side cap member 6, and the coil spring 3 is easily contracted.

<第二実施形態>
本実施形態のアクチュエータと第一実施形態のアクチュエータとの相違点は、チューブ部材内部にコイルばねが収容されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
<Second embodiment>
The difference between the actuator of this embodiment and the actuator of the first embodiment is that a coil spring is accommodated inside the tube member. Therefore, only the differences will be described here.

図5に、本実施形態のアクチュエータの径方向断面図を示す。なお、図3と対応する部位については、同じ符号で示す。図5に示すように、本実施形態のアクチュエータ1は、径方向内側から外側に向かって、ばね保持部52、コイルばね3、低摩擦層40、チューブ部材7、誘電素子2を備えている。すなわち、ばね保持部52、コイルばね3、低摩擦層40は、チューブ部材7の内部に配置されている。このため、ばね保持部52、コイルばね3、低摩擦層40は、流体に浸漬している。低摩擦層40は、PTFEの粉末をバインダーに分散させた塗料から形成された樹脂被膜である。低摩擦層40は、チューブ部材7の内周面に形成されている。低摩擦層40により、コイルばね3とチューブ部材7とが隔離されている。チューブ部材7は、コイルばね3の隣接部材である。   FIG. 5 shows a radial sectional view of the actuator of the present embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 3, it shows with the same code | symbol. As shown in FIG. 5, the actuator 1 of this embodiment includes a spring holding portion 52, a coil spring 3, a low friction layer 40, a tube member 7, and a dielectric element 2 from the radially inner side to the outer side. That is, the spring holding portion 52, the coil spring 3, and the low friction layer 40 are disposed inside the tube member 7. For this reason, the spring holding part 52, the coil spring 3, and the low friction layer 40 are immersed in the fluid. The low friction layer 40 is a resin film formed from a paint in which PTFE powder is dispersed in a binder. The low friction layer 40 is formed on the inner peripheral surface of the tube member 7. The coil spring 3 and the tube member 7 are isolated by the low friction layer 40. The tube member 7 is an adjacent member of the coil spring 3.

本実施形態のアクチュエータ1は、構成が共通する部分については、第一実施形態のアクチュエータ1と同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ1によると、コイルばね3とチューブ部材7との間に、低摩擦層40が介在している。このため、コイルばね3とチューブ部材7との間の摩擦力が低減される。また、コイルばね3が伸縮する際に、コイルばね3とチューブ部材7とが干渉するのを抑制することができる。   The actuator 1 of the present embodiment has the same function and effect as those of the actuator 1 of the first embodiment with respect to the parts having the same configuration. Further, according to the actuator 1 of the present embodiment, the low friction layer 40 is interposed between the coil spring 3 and the tube member 7. For this reason, the frictional force between the coil spring 3 and the tube member 7 is reduced. Moreover, when the coil spring 3 expands and contracts, it can suppress that the coil spring 3 and the tube member 7 interfere.

<第三実施形態>
本実施形態のアクチュエータと第一実施形態のアクチュエータとの相違点は、コイルばねの線材が低摩擦層により被覆されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
<Third embodiment>
The difference between the actuator of this embodiment and the actuator of the first embodiment is that the wire of the coil spring is covered with a low friction layer. Therefore, only the differences will be described here.

図6に、本実施形態のアクチュエータのコイルばねの線材の径方向断面図を示す。なお、図2と対応する部位については、同じ符号で示す。図6に示すように、コイルばね3を形成する線材30の表面は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜からなる低摩擦層41により被覆されている。   FIG. 6 shows a radial cross-sectional view of the wire rod of the coil spring of the actuator of this embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol. As shown in FIG. 6, the surface of the wire rod 30 forming the coil spring 3 is covered with a low friction layer 41 made of a DLC (diamond-like carbon) film.

本実施形態のアクチュエータ1は、構成が共通する部分については、第一実施形態のアクチュエータ1と同様の作用効果を有する。また、本実施形態のアクチュエータ1によると、低摩擦層41がコイルばね3の線材30自体に配置されている。このため、前出図3を援用して示すように、コイルばね3外周面と誘電素子2内周面との間のみならず、コイルばね3内周面とチューブ部材7外周面との間にも、低摩擦層41を介在させることができる。このため、コイルばね3が伸縮する際に、コイルばね3と、誘電素子2およびチューブ部材7とが、干渉するのを抑制することができる。   The actuator 1 of the present embodiment has the same function and effect as those of the actuator 1 of the first embodiment with respect to the parts having the same configuration. Further, according to the actuator 1 of the present embodiment, the low friction layer 41 is arranged on the wire 30 itself of the coil spring 3. For this reason, as shown in FIG. 3, not only between the outer peripheral surface of the coil spring 3 and the inner peripheral surface of the dielectric element 2 but also between the inner peripheral surface of the coil spring 3 and the outer peripheral surface of the tube member 7. Also, the low friction layer 41 can be interposed. For this reason, when the coil spring 3 expands and contracts, the coil spring 3, the dielectric element 2, and the tube member 7 can be prevented from interfering with each other.

<その他>
以上、本発明のアクチュエータの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiment of the actuator of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.

例えば、低摩擦層は、ばね部材と、該ばね部材に径方向に隣接する隣接部材と、の間に介装されていればよい。ここで、隣接部材には、誘電素子の他、誘電素子の径方向内側を流れる流体が導通するのを抑制するための絶縁膜等が含まれる。したがって、ばね部材の外周面や隣接部材の内周面に、低摩擦層を形成するとよい。あるいは、ばね部材と隣接部材との間に別部材を配置して低摩擦層としてもよい。   For example, the low friction layer may be interposed between a spring member and an adjacent member that is radially adjacent to the spring member. Here, the adjacent member includes, in addition to the dielectric element, an insulating film or the like for suppressing conduction of a fluid flowing inside the dielectric element in the radial direction. Therefore, a low friction layer may be formed on the outer peripheral surface of the spring member or the inner peripheral surface of the adjacent member. Alternatively, another member may be disposed between the spring member and the adjacent member to form a low friction layer.

上記第一実施形態では、低摩擦層として、誘電素子の内周面にPTFE粉末を含む塗料を塗布して樹脂被膜を形成した。ここで、樹脂被膜の材質や形成方法は、特に限定されるものではない。例えば、上記PTFEを含むフッ素樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等の粉末を付着させて、あるいはこれらの樹脂成分を含むペースト、塗料等を塗布して、樹脂被膜を形成することができる。また、低摩擦層は、上記樹脂被膜に限定されるものではなく、種々の態様を採用することができる。例えば、ばね部材や隣接部材の所定の表面に、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素等の固体潤滑剤を含む被膜を形成してもよい。また、上記第三実施形態のように、DLC膜と呼ばれる非晶質硬質炭素膜を形成してもよい。また、グリースやオイルを塗布してもよい。また、所定の表面を化学的に処理してもよい。また、表面の摩擦係数が小さく、かつ伸縮性を有するフィルムを、ばね部材と隣接部材との間に介在させてもよい。   In the first embodiment, as the low friction layer, a resin film is formed by applying a paint containing PTFE powder to the inner peripheral surface of the dielectric element. Here, the material and forming method of the resin coating are not particularly limited. For example, a resin film can be formed by adhering powders such as PTFE-containing fluororesin, silicone resin, urethane resin, or applying paste, paint, or the like containing these resin components. Moreover, a low friction layer is not limited to the said resin film, A various aspect is employable. For example, a coating containing a solid lubricant such as molybdenum disulfide, graphite, or boron nitride may be formed on a predetermined surface of a spring member or an adjacent member. Further, as in the third embodiment, an amorphous hard carbon film called a DLC film may be formed. Further, grease or oil may be applied. Further, a predetermined surface may be chemically treated. In addition, a film having a small surface friction coefficient and stretchability may be interposed between the spring member and the adjacent member.

上記実施形態では、誘電膜が二層積層された積層伸縮膜を、ばね部材の周囲に渦巻状に三回巻回して誘電素子を構成した。しかし、誘電素子の構成は、これに限定されるものではない。例えば、一対の電極間に介在されている誘電膜と、該電極の一方の表面に配置され径方向に隣接する電極間における導通を抑制する絶縁膜と、を有する絶縁膜付き伸縮膜を、ばね部材の周囲に巻回してもよい。また、ばね部材の周囲に、誘電膜と電極とを交互に同心円状に積層してもよい。いずれの場合においても、積層伸縮膜や絶縁膜付き伸縮膜の巻回数、誘電膜の積層数は限定されない。   In the above embodiment, the dielectric element is configured by winding the laminated stretchable film in which two dielectric films are laminated in a spiral shape around the spring member three times. However, the configuration of the dielectric element is not limited to this. For example, a stretchable film with an insulating film having a dielectric film interposed between a pair of electrodes and an insulating film that is disposed on one surface of the electrode and suppresses conduction between electrodes adjacent in the radial direction is formed by a spring. It may be wound around the member. In addition, dielectric films and electrodes may be alternately stacked concentrically around the spring member. In any case, the number of turns of the laminated stretchable film or the stretchable film with an insulating film and the number of laminated dielectric films are not limited.

上記実施形態では、積層伸縮膜を、第一の誘電膜を内側にして巻回した。この場合、誘電素子の最外層は電極となる。よって、必要に応じて、最外層の表面に、伸縮性を有する絶縁カバーを配置してもよい。こうすると、安全性、意匠性が向上する。また、第一の誘電膜を外側にして巻回してもよい。この場合は、誘電素子の最外層が誘電膜となる。よって、最外層の表面にさらに電極を配置してもよい。こうすると、最外層の誘電膜も伸縮させることができるため、より大きな駆動力を得ることができる。   In the above embodiment, the laminated stretchable film is wound with the first dielectric film inside. In this case, the outermost layer of the dielectric element becomes an electrode. Therefore, you may arrange | position the insulating cover which has a stretching property on the surface of outermost layer as needed. If it carries out like this, safety and design nature will improve. Alternatively, the first dielectric film may be wound outside. In this case, the outermost layer of the dielectric element is a dielectric film. Therefore, an electrode may be further arranged on the surface of the outermost layer. In this case, the outermost dielectric film can be expanded and contracted, so that a larger driving force can be obtained.

上記実施形態では、アクリルゴム製のチューブ部材(絶縁膜)により流体室を区画した。導電性を有する液体を吸排する場合、流体室を区画するチューブ部材の材質は、流体と電極間の導通を抑制し、弾性変形可能なものが望ましい。上記アクリルゴムの他、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)、天然ゴム(NR)、ブチルゴム(IIR)、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、水素化アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム(H−NBR)、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム(CR)、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が好適である。   In the above embodiment, the fluid chamber is defined by the tube member (insulating film) made of acrylic rubber. In the case of sucking and discharging a liquid having conductivity, it is desirable that the material of the tube member that partitions the fluid chamber is one that can be elastically deformed while suppressing conduction between the fluid and the electrode. In addition to the above acrylic rubber, for example, silicone rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR) ), Hydrogenated acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (H-NBR), hydrin rubber, chloroprene rubber (CR), fluorine rubber, urethane rubber and the like are suitable.

上記実施形態では、ばね部材としてコイルばねを使用した。ばね部材と隣接部材との間の摩擦力を低減するという観点から、コイルばねと隣接部材との接触面積は、できるだけ小さい方が望ましい。例えば、線径が細く、ピッチが広いコイルばねが好適である。また、ばね部材は、軸方向の付勢力を蓄積できる筒状のものであれば、その種類が特に限定されるものではない。例えば、ベローズばねを使用してもよい。   In the above embodiment, a coil spring is used as the spring member. From the viewpoint of reducing the frictional force between the spring member and the adjacent member, the contact area between the coil spring and the adjacent member is desirably as small as possible. For example, a coil spring having a thin wire diameter and a wide pitch is suitable. Further, the type of the spring member is not particularly limited as long as it is a cylindrical member that can accumulate an urging force in the axial direction. For example, a bellows spring may be used.

上記実施形態では、アクリルゴム製の誘電膜を使用した。しかし、誘電膜の材質は、表裏一対の電極間の静電引力に応じて変形するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、誘電性、絶縁破壊強度が高い誘電体エラストマーとして、上記アクリルゴムの他、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)、エチレン−プロピレンゴム、天然ゴム(NR)、ブチルゴム(IIR)、イソプレンゴム(IR)、アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、水素化アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム(H−NBR)、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム(CR)、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。また、誘電膜の厚さも特に限定されず、アクチュエータの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、アクチュエータの小型化、低電位駆動化、および変位量を大きくする等の観点からは、誘電膜の厚さは小さい方が望ましい。この場合、絶縁破壊強度等をも考慮して、誘電膜の厚さを、1μm以上1000μm(1mm)以下とするとよい。5μm以上200μm以下とするとより好適である。   In the above embodiment, a dielectric film made of acrylic rubber is used. However, the material of the dielectric film is not particularly limited as long as it is deformable according to the electrostatic attractive force between the pair of front and back electrodes. For example, as dielectric elastomers having high dielectric strength and high dielectric breakdown strength, in addition to the above acrylic rubber, silicone rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), ethylene-propylene rubber, natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), hydrogenated acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (H-NBR), hydrin rubber, chloroprene rubber (CR), fluorine rubber, urethane Rubber etc. are mentioned. Further, the thickness of the dielectric film is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the use of the actuator. For example, it is desirable that the thickness of the dielectric film is small from the viewpoints of downsizing the actuator, driving at a low potential, and increasing the amount of displacement. In this case, the dielectric film thickness is preferably 1 μm or more and 1000 μm (1 mm) or less in consideration of dielectric breakdown strength and the like. It is more preferable that the thickness be 5 μm or more and 200 μm or less.

また、電極の材質は、上記実施形態に限定されるものではないが、誘電膜の伸縮に応じて伸縮可能であることが望ましい。電極が、誘電膜と共に伸縮すると、誘電膜の変形が電極によって妨げられにくく、より所望の変位量を得やすくなる。例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料または金属材料からなる導電材に、バインダーとしてオイルやエラストマーを混合したペーストまたは塗料を塗布して、電極を形成するとよい。バインダーとなるエラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)、天然ゴム(NR)、ブチルゴム(IIR)、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、水素化アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴム(H−NBR)、ヒドリン系ゴム、クロロプレンゴム(CR)、フッ素ゴム、ウレタンゴム等の柔軟なものが好適である。また、誘電膜の伸縮性をより向上させるため、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の導電性微粉体を誘電膜の表面に直接付着させて電極を形成してもよい。   The material of the electrode is not limited to the above embodiment, but it is desirable that the electrode can be expanded and contracted according to the expansion and contraction of the dielectric film. When the electrode expands and contracts together with the dielectric film, the deformation of the dielectric film is not easily disturbed by the electrode, and a desired displacement amount can be obtained more easily. For example, an electrode may be formed by applying a paste or paint in which oil or elastomer is mixed as a binder to a conductive material made of a carbon material or a metal material such as carbon black or carbon nanotube. Examples of the elastomer used as the binder include silicone rubber, acrylic rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), and acrylonitrile-butadiene copolymer. Flexible materials such as polymer rubber (NBR), hydrogenated acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (H-NBR), hydrin rubber, chloroprene rubber (CR), fluorine rubber, and urethane rubber are suitable. In order to further improve the stretchability of the dielectric film, conductive electrodes such as carbon black and carbon nanotubes may be directly attached to the surface of the dielectric film to form the electrode.

上記実施形態では、アクチュエータを、オフ状態(0V)からオン状態に切り替えて作動させた。しかし、作動前の電圧値は必ずしも0Vである必要はない。例えば、所定の電圧値から印加電圧を大きくして作動させてもよい。また、流体としては、水、オイル、燃料、冷却液等、種々の液体を用いることができる。また、気体を用いてもよい。   In the above embodiment, the actuator is operated by switching from the off state (0 V) to the on state. However, the voltage value before operation is not necessarily 0V. For example, the applied voltage may be increased from a predetermined voltage value. As the fluid, various liquids such as water, oil, fuel, and coolant can be used. Moreover, you may use gas.

本発明のアクチュエータを評価するため、上記第二実施形態のアクチュエータ(以下、「実施例のアクチュエータ」と称す)について、印加電圧に対する変位量を測定した。また、比較のため、コイルばねとチューブ部材との間に低摩擦層(樹脂被膜)を介在させない点以外は、実施例のアクチュエータと同様のアクチュエータ(以下「比較例のアクチュエータ」と称す)を作製した。比較例のアクチュエータについても同様に、印加電圧に対する変位量を測定した。   In order to evaluate the actuator of the present invention, the displacement amount with respect to the applied voltage was measured for the actuator of the second embodiment (hereinafter referred to as “actuator of example”). For comparison, an actuator similar to the actuator of the embodiment (hereinafter referred to as “actuator of comparative example”) is manufactured except that a low friction layer (resin coating) is not interposed between the coil spring and the tube member. did. Similarly, the displacement amount with respect to the applied voltage was measured for the actuator of the comparative example.

図7に、実施例および比較例の各アクチュエータにおける印加電圧と変位量との関係を示す。いずれのアクチュエータにおいても、軸方向に伸長した長さを変位量とした。なお、図7の縦軸は、変位量を基準値aの倍数で示している。図7のグラフに示すように、低摩擦層を備える実施例のアクチュエータの方が、低摩擦層のない比較例のアクチュエータと比較して、変位量が大きくなった。このように、本発明のアクチュエータは、低摩擦層により、ばね部材と隣接部材との間の摩擦力が低減されて、変位量が大きいことが確認された。   FIG. 7 shows the relationship between the applied voltage and the amount of displacement in each actuator of the example and the comparative example. In any actuator, the length extended in the axial direction was defined as the displacement. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 7 has shown the displacement amount with the multiple of the reference value a. As shown in the graph of FIG. 7, the displacement amount of the actuator of the example having the low friction layer was larger than that of the actuator of the comparative example having no low friction layer. Thus, it was confirmed that the actuator of the present invention has a large amount of displacement because the frictional force between the spring member and the adjacent member is reduced by the low friction layer.

本発明のアクチュエータは、例えば、パワーアシストスーツ、産業、医療、福祉ロボット用の人工筋肉、電子部品冷却用や医療用等の小型ポンプ、医療用器具等に有用であり、さらに、モータ等機械式アクチュエータおよび圧電素子アクチュエータ等のすべてのアクチュエータの代替として利用することができる。   The actuator of the present invention is useful, for example, for power assist suits, artificial muscles for industrial, medical, and welfare robots, small pumps for electronic component cooling and medical use, medical instruments, and the like. It can be used as an alternative to all actuators such as actuators and piezoelectric element actuators.

本発明の第一実施形態のアクチュエータの斜視図である。It is a perspective view of the actuator of a first embodiment of the present invention. 同アクチュエータの斜視分解図である。It is a perspective exploded view of the actuator. 図1のIII−III方向断面図である。It is the III-III direction sectional drawing of FIG. (a)は図1のIV−IV方向断面図である。(b)は同アクチュエータの伸長状態における軸方向断面図である。(A) is the IV-IV direction sectional drawing of FIG. (B) is an axial sectional view of the actuator in the extended state. 本発明の第二実施形態のアクチュエータの径方向断面図である。It is radial direction sectional drawing of the actuator of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態のアクチュエータのコイルばねの線材の径方向断面図である。It is radial direction sectional drawing of the wire of the coil spring of the actuator of 3rd embodiment of this invention. 実施例および比較例の各アクチュエータにおける印加電圧と変位量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the applied voltage and displacement amount in each actuator of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1:アクチュエータ
2:誘電素子 2a:積層伸縮膜
20:第一の誘電膜 21:第一の電極 22:第二の誘電膜 23:第二の電極
3:コイルばね(ばね部材) 30:線材
4:樹脂被膜 40:低摩擦層 41:低摩擦層
5:吸入側キャップ部材 50:隔壁部 500:リング保持溝
51:継手部 510:吸入口 52:保持部
6:排出側キャップ部材 60:隔壁部 600:リング保持溝
61:継手部 610:排出口 62:保持部
7:チューブ部材 80、81:締結リング部材 90、91:逆止弁
R:流体室
1: Actuator 2: Dielectric element 2a: Multilayer stretchable film 20: First dielectric film 21: First electrode 22: Second dielectric film 23: Second electrode 3: Coil spring (spring member) 30: Wire rod 4 : Resin coating 40: low friction layer 41: low friction layer 5: suction side cap member 50: partition wall portion 500: ring holding groove 51: joint portion 510: suction port 52: holding portion 6: discharge side cap member 60: partition wall portion 600: Ring holding groove 61: Joint portion 610: Discharge port 62: Holding portion 7: Tube member 80, 81: Fastening ring member 90, 91: Check valve R: Fluid chamber

Claims (6)

軸方向に伸縮可能な筒状のばね部材と、
該ばね部材の径方向外側に配置され、誘電体エラストマー製の誘電膜と該誘電膜を介して配置される複数の電極とを有し、該電極間への印加電圧の変化に応じて該誘電膜が伸縮する筒状の誘電素子と、
該ばね部材と、該ばね部材に径方向に隣接する隣接部材と、の間に介装され、伸縮時における該ばね部材と該隣接部材との間の摩擦力を低減可能な低摩擦層と、を備え、
該隣接部材の一方は該誘電素子であり、該低摩擦層は該誘電素子の内周面に形成された樹脂被膜であり、
該ばね部材はコイルばねであり、該コイルばねの線材の表面は該低摩擦層により被覆されており、
低電圧状態においては、付勢力を蓄積した状態で該ばね部材が軸方向に収縮しており、
該低電圧状態から、該低電圧状態よりも該印加電圧が高い高電圧状態に切り替える際、該印加電圧の上昇に応じて該誘電素子が伸張することにより、該ばね部材の付勢力に従って軸方向に伸長することを特徴とするアクチュエータ。
A cylindrical spring member that can extend and contract in the axial direction;
A dielectric elastomer-made dielectric film and a plurality of electrodes arranged via the dielectric film are arranged on the outer side in the radial direction of the spring member, and the dielectric is changed according to a change in applied voltage between the electrodes. A cylindrical dielectric element whose film expands and contracts;
A low friction layer interposed between the spring member and an adjacent member radially adjacent to the spring member and capable of reducing a frictional force between the spring member and the adjacent member during expansion and contraction; With
One of the adjacent members is the dielectric element, and the low friction layer is a resin film formed on the inner peripheral surface of the dielectric element,
The spring member is a coil spring, and the surface of the coil spring wire is covered with the low friction layer,
In the low voltage state, the spring member is contracted in the axial direction with the biasing force accumulated.
When switching from the low voltage state to a high voltage state in which the applied voltage is higher than the low voltage state, the dielectric element expands in response to an increase in the applied voltage, so that the axial direction according to the biasing force of the spring member An actuator characterized by extending into
前記誘電素子は、第一の前記誘電膜と第一の前記電極と第二の前記誘電膜と第二の前記電極とがこの順番で積層された積層伸縮膜が、第一の該誘電膜が最内層となるように、前記ばね部材の周囲に渦巻状に巻回されてなる請求項1に記載のアクチュエータ。 The dielectric element includes a laminated stretch film in which the first dielectric film, the first electrode, the second dielectric film, and the second electrode are laminated in this order, and the first dielectric film has The actuator according to claim 1 , wherein the actuator is wound around the spring member so as to be an innermost layer. さらに、前記誘電素子の径方向内側に配置され流体を吸排する流体室と、該流体室の軸方向一端に配置され該流体室に該流体を吸入する吸入口と、該流体室の軸方向他端に配置され該流体室から該流体を排出する排出口と、を備え、前記電極間への印加電圧を変化させて該誘電素子を伸縮させることにより、該流体室の容積を変化させて該流体を吸排する請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ。 Furthermore, a fluid chamber arranged inside the dielectric element in the radial direction for sucking and discharging fluid, an inlet port arranged at one axial end of the fluid chamber for sucking the fluid into the fluid chamber, an axial direction of the fluid chamber, etc. And a discharge port that discharges the fluid from the fluid chamber, and changes the volume of the fluid chamber by expanding and contracting the dielectric element by changing a voltage applied between the electrodes. The actuator according to claim 1, wherein the fluid is sucked and discharged. 前記流体は、導電性を有する液体であり、
前記流体室の少なくとも一部は、該流体が導通するのを抑制するための絶縁膜により区画されている請求項3に記載のアクチュエータ。
The fluid is a liquid having conductivity,
The actuator according to claim 3 , wherein at least a part of the fluid chamber is partitioned by an insulating film for suppressing conduction of the fluid.
さらに、前記吸入口を有する吸入側キャップ部材と、前記排出口を有する排出側キャップ部材と、該吸入側キャップ部材と該排出側キャップ部材との間に介装され前記流体室の少なくとも一部を区画すると共に弾性変形可能な筒状のチューブ部材と、を備え、
前記誘電素子および前記ばね部材の軸方向両端は、該吸入側キャップ部材および該排出側キャップ部材に、各々固定されており、
前記電極間への印加電圧を変化させて該誘電素子を伸縮させることにより、該チューブ部材を伸縮させ、該流体室の容積を変化させる請求項3または請求項4に記載のアクチュエータ。
And a suction side cap member having the suction port; a discharge side cap member having the discharge port; and at least a part of the fluid chamber interposed between the suction side cap member and the discharge side cap member. A tubular tube member that is partitioned and elastically deformable, and
Both ends of the dielectric element and the spring member in the axial direction are fixed to the suction side cap member and the discharge side cap member, respectively.
5. The actuator according to claim 3 , wherein the tube member is expanded and contracted by changing a voltage applied between the electrodes to expand and contract the dielectric element to change the volume of the fluid chamber.
前記チューブ部材は、前記隣接部材の他方である請求項5に記載のアクチュエータ。The actuator according to claim 5, wherein the tube member is the other of the adjacent members.
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