KR102135089B1 - 전기 활성 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이너 전극, 상기 이너 전극의 외부에 배치된 탄성 튜브 및 상기 탄성 튜브의 외부에 배치된 아우터 전극을 포함하고, 상기 이너 전극의 체적 및 상기 아우터 전극의 체적은 상기 이너 전극과 상기 아우터 전극 사이에 전위가 인가될 때, 변화되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 활성 섬유 { An electro active fiber}

본 발명은 전기 활성 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성이 향상되고, 다양한 방향으로 변형이 가능한 전기 활성 섬유에 관한 것이다.

모터 또는 근육과 같은 액츄에이터는 물체를 움직이게 하는 힘을 한다.　움직이는 거의 모든 제품이나 장치에 모션을 생성하는 데 필수적이기 때문에 액추에이터는 어디서나 볼 수 있으며 지난 100 년 동안 혁명적 인 혁신으로부터 혜택을 받지 못한 장치 인 전자기 모터가 현재 지배적이다.　

모터 및 기타 현재의 작동 기술은 일부 동작 요구에 충분하지만, 보철물 및 로봇과 같은 틈새 어플리케이션에는 상당한 제한이 있으며, 이는 보다 작고 효율적인 모션 생산 소스로 활용할 수 없는 문제점이 존재한다.

특히, 이러한 종래 기술에 대한 이전의 작동 방법의 문제점으로는 높은 비용, 중량 및 부피, 비효율적 인 배터리 사용 및 소음이 포함되게 된다.

효율적이고 강력하며 가벼운 액츄 에이션 기술에 대한 연구는 최근 소위 "인공 근육"( "Artificial Muscles",　Scientific American　, 2003 년 10 월)　을 만들기위한 유전체 탄성체의 사용에 중점을 두었다　.　이러한 물질은 생물학적 근육의 측정 기준과 일치 할 수 있지만 (Pelrine 등, 2000), 이전 제조 기술 및 폴리머 구성은 기계적 출력을 활용하기 위해 매우 높은 전압과 외부 구조의 사용이 필요한 문제점이 존재한다.

또한, 엑츄에이터로써 효율을 향상시키고, 인공 근육의 길이방향 수축/팽창률을 향상시키기 위해, 종래에 길이 방향으로 다수의 탄성체를 적층하는 구조를 사용하였으나, 이러한 구조는 유전 탄성체 상하로 전극 형성 및 적층 구조를 만들기가 어려우며, 전극- 유전 탄성체 -전극간 접착력이 좋지 않아 많은 횟수를 반복적으로 수축/팽창하는 경우 기계적 강도를 유지하기 어렵다는 문제점이 존재한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적층시키는 과정이 없는 단일 중공사 형태의 구조를 만들되, 유전 탄성체가 수축/팽창 시 내외부 전극의 박리가 없게 하여서 내구성이 향상되고, 길이 방향 수축/팽창률을 향상시키는 전기 활성 섬유를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 수축/팽창률은 동일하여 굽힘이나 회전 운동이 가능한 전기 활성 섬유를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전기 활성 섬유는 이너 전극, 상기 이너 전극의 외부에 배치된 탄성 튜브, 상기 탄성 튜브의 외부에 배치된 아우터 전극을 포함하고, 상기 이너 전극의 체적 및 상기 아우터 전극의 체적은 상기 이너 전극과 상기 아우터 전극 사이에 전위가 인가될 때, 변화되는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성 튜브는 전기 활성 폴리머를 포함할 수 있다.

상기 이너 전극 또는 상기 아우터 전극은 전기 활성 폴리머와 전도성 파우더를 포함할 수 있다.

상기 이너 전극 및 상기 아우터 전극의 전도율은 상기 탄성 튜브 보다 높을 수 있다.

상기 이너 전극 또는 상기 아우터 전극은 겔(Gel) 또는 고체를 포함할 수 있다.

상기 아우터 전극은 적어도 둘레 방향을 따라 분할된 제1 아우터 전극과 제2 아우터 전극을 포함할 수 있다.

상기 제1 아우터 전극의 수축/팽창률은 제2 아우터 전극의 수축/팽창률과 다를 수 있다.

상기 탄성 튜브는, 적어도 둘레 방향을 따라 분할된 제1 탄성 튜브와 제2 탄성 튜브를 포함할 수 있다.

상기 제1 탄성 튜브의 수축/팽창률은 제2 탄성 튜브의 수축/팽창률과 다를 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 이너 전극, 상기 이너 전극의 외부에 배치된 탄성 튜브 및 상기 탄성 튜브의 외부에 배치된 아우터 전극을 포함하고, 상기 이너 전극 및 상기 아우터 전극 중 적어도 하나는 상기 탄성 튜브와 동일한 재질을 포함하고, 상기 탄성 튜브 보다 전기 전도성이 높은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 이너 전극, 상기 이너 전극의 외부에 배치고 전기 활성 폴리머를 포함하는 탄성 튜브 및 상기 탄성 튜브의 외부에 배치된 아우터 전극을 포함하고, 상기 이너 전극 및 상기 아우터 전극은 전기 활성 폴리머와 전도성 파우더를 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 전기 활성 섬유에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 본 발명은 이너 전극과 아우터 전극을 전기 자극에 팽창 및 수축하는 재질로 구성하고, 바람직하게는 탄성 튜브와 팽창률이 유사한 재질로 구성하여서, 탄성 튜브의 팽창 및 수축 시에 전극이 박리될 가능성이 줄어 들고 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

둘째, 본 발명은 이너 전극을 유체로 구성하지 않고, 탄성 튜브와 유사한 고체 또는 겔 형태로 구성하여서, 외부 전원과의 전기적 연결이 편리한 장점도 있다.

셋째,　본 발명은 아우터 전극을 서로 다른 재질의 복수 개로 구성하거나, 탄성 튜브를 서로 다른 재질의 복수 개로 구성하여서, 단순한 수축/팽창뿐만 아니고, 회전운동 및 굽힘 운동이 가능한 장점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원이 인가되지 않은 상태의 전기 활성 섬유의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원이 인가된 상태의 전기 활성 섬유의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 전기 활성 섬유의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 전기 활성 섬유의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 전기 활성 섬유의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 전기 활성 섬유의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 전기 활성 섬유를 포함하는 엑츄에이터의 개념도이다.
도 8은 도 7에 도시된 전기 활성 섬유 번들의 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원이 인가되지 않은 상태의 전기 활성 섬유의 개념도, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원이 인가된 상태의 전기 활성 섬유의 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 활성 섬유(1)는, 이너 전극(10), 탄성 튜브(20) 및 아우터 전극(30)을 포함할 수 있다.

탄성 튜브(20)는 외부의 전기 자극에 의해 수축 및 팽창된다. 탄성 튜브(20)는 전기 활성 폴리머를 포함할 수 있다. 전기 활성 폴리머(Electro active polymer (EAP))는 전기 자극에 의해 모양이나 크기의 변화가 심한 폴리머를 의미한다. 일부 전기 활성 폴리머는 성능이 유사하기 때문에 "인공 근육"이라고도 불린다.　전기 활성 폴리머에는 유전성 엘라스토머, 이오노머 및 전도성 폴리머를 포함할 수 있다.

유전체 엘라스토머의 작동 원리는 다음과 같다. 유전체 엘라스토머의 양단에 전압이 인가되면 양전하가 한 표면에 축적되고 음전하가 다른 표면에 축적된다.　반대편은 전기 저항성 고분자 필름을 두께로 압착하는 Maxwell 응력 또는 압력을 끌어 당기고 생성합니다.　이 고분자는 고무상이며 일반적으로 비압축성이다. (즉, 체적이 변화하더라도 체적이 일정합니다). 따라서 두께 변화를 보완하기 위해 면적이 커지게 된다. 　전압이 제거되면,　유전체 엘라스토머의 내부 탄성은 원래의 형태로 되돌려준다.　인가 전압을 제어함으로써, 유전체 엘라스토모의 변형량을 정밀하게 제어 할 수 있다.

적합한 유전성 엘라스토머는 특정 등급의 실리콘 및 일부 아크릴계 엘라스토머를 포함하는 큰 전기 활성 반응을 갖는 중합체로부터 합성 될 수 있다.

전기 활성 섬유(1)는 인가 된 전압에 따라 팽창 및 수축 할 수 있는 고무 밴드처럼 행동 할 수 있는 전기 활성 섬유(1) 묶음을 포함할 수 있다.　전기 활성 섬유(1)는 전압에 의해 활성화 될 때 힘을 생성하고 외부 응력과 변형에 대해 스프링처럼 수동적으로 반응할 수 있다.

전기 활성 섬유(1)는 정전기력을 사용하여 움직임을 생성할 수 있다.　다른 액추에이터 형태와 비교할 때, 전기 활성 섬유(1)를 포함하는 액추에이터는 확장 가능하고 가볍고 효율적이며 조용하고 저렴한 모션을 제공 할 수 있다.

탄성 튜브(20)는 이너 전극(10)의 외부에 배치된다. 구체적으로, 탄성 튜브(20)는 길이방향(Z축 방향)으로 연장되고, 길이방향 양단이 개방된 중공 형 튜브 형태를 가진다. 탄성 튜브(20)의 길이는 탄성 튜브(20)의 외경 보다 큰 것이 바람직하다.

탄성 튜브(20)는 이너 전극(10)과 직접 또는 간접적으로 접촉된다. 탄성 튜브(20)는 이너 전극(10)의 둘레면에 도전성 접착제에 의해 접착될 수 있다.

전기 활성 섬유(1)는 전원이 인가되면, 팽창되고, 전원이 인가되지 않으면 원 상태로 수축하게 된다. 탄성 튜브(20)를 사이에 두고 2개의 전극이 배치될 수 있다. 2개의 전극 사이에 전압이 인가되면 탄성 튜브(20)의 두께가 압축되어 탄성 튜브(20)가 길이 방향으로 신장된다. 전기적으로 탄성적인 전기 활성 섬유(1) 재료의 탄성으로 인해, 전압이 제거되면, 섬유는 초기 장력으로 복귀하여 유용한 장력 및 작동을 생성한다.　이러한 방식으로, 섬유에 인가 된 전압을 제어함으로써 정확한 수준의 수축 및 신장이 달성된다.

전극 활성 섬유는 때로는 수 마이크로 미터 정도의 직경을 가지며, 이는 쉽게 제조되며 많은 장치를 작동시키는 데 사용될 수 있다.　또한 두께가 얇기 때문에 100V 미만의 작동 전압을 사용할 수 있다.

또한, 전기 활성 섬유(1)는 다양한 용도에 필요한 임의의 길이를 만들기 위해 압출 성형에 의해 제조될 수 있다.

탄성 튜브(20)를 사이에 두고 배치되는 2개의 전극은 이너 전극(10)과 아우터 전극(30)을 포함할 수 있다.

이너 전극(10)은 탄성 튜브(20)의 내부 공간에 배치된다. 이너 전극(10)의 길이 방향 양단은 탄성 튜브(20)의 외부로 노출되고 외부의 전원이 연결되는 장소를 제공한다. 이너 전극(10)의 길이는 탄성 튜브(20)의 길이와 동일한 길이를 가지는 것이 보통이다.

이너 전극(10)의 체적은 이너 전극(10)과 아우터 전극(30) 사이에 전위가 인가될 때, 변화된다. 따라서, 탄성 튜브(20)가 전원이 인가 될 때 이너 전극(10)이 함께 변형되어서, 이너 전극(10)과 탄성 튜브(20) 사이의 박리를 억제할 수 있다.

이너 전극(10)은 탄성 튜브(20) 보다 높은 전기 전도성을 가질 수 있다. 이너 전극(10)은 탄성 튜브(20)와 전혀 다른 재질을 포함할 수도 있고, 동일하거나 유사한 재질을 포함할 수도 있다.

구체적으로, 제조의 편의성을 위해, 이너 전극(10)은 탄성 튜브(20)와 동일한 재질을 포함하고, 탄성 튜브(20) 보다 전기 전도성이 클 수 있다. 더욱 구체적으로, 이너 전극(10)은 전기 활성 폴리머와 전도성 파우더를 포함할 수 있다. 이너 전극(10)은 전기 활성 폴리머를 베이스로 하여 전기 활성 폴리머에 전도성 파우더가 일정 비율로 분산되어 배치될 수 있다.

이너 전극(10)은 겔(Gel) 또는 고체를 포함할 수 있다. 이는 이너 전극(10)이 유체를 포함하면, 탄성 튜브(20)의 팽창 과정에서 이너 전극(10)의 유출 문제가 발생될 수 있기 때문이다.

이너 전극(10)은 탄성 튜브(20)와 일체로 형성되고, 이너 전극(10)의 영역에 도전성 파우더가 분산 배치되어 형성될 수 있다. 다른 예로, 이너 전극(10)은 탄성 튜브(20)와 도전성 접착제에 의해 접촉될 수도 있다.

아우터 전극(30)은 탄성 튜브(20)의 외부에 배치된다. 아우터 전극(30)의 적어도 폭 방향(x축 방향, y 축 방향) 양단은 탄성 튜브(20)의 외부로 노출되고 외부의 전원이 연결되는 장소를 제공한다.

아우터 전극(30)의 길이는 탄성 튜브(20)의 길이와 동일한 길이를 가지는 것이 보통이다.

아우터 전극(30)의 체적은 아우터 전극(30)과 이너 전극(10) 사이에 전위가 인가될 때, 변화된다. 따라서, 탄성 튜브(20)가 전원이 인가 될 때 아우터 전극(30)이 함께 변형되어서, 아우터 전극(30)과 탄성 튜브(20) 사이의 박리를 억제할 수 있다.

아우터 전극(30)은 탄성 튜브(20) 보다 높은 전기 전도성을 가질 수 있다. 아우터 전극(30)은 탄성 튜브(20)와 전혀 다른 재질을 포함할 수도 있고, 동일하거나 유사한 재질을 포함할 수도 있다.

구체적으로, 제조의 편의성을 위해, 아우터 전극(30)은 탄성 튜브(20)와 동일한 재질을 포함하고, 탄성 튜브(20) 보다 전기 전도성이 클 수 있다. 더욱 구체적으로, 아우터 전극(30)은 전기 활성 폴리머와 전도성 파우더를 포함할 수 있다. 아우터 전극(30)은 전기 활성 폴리머를 베이스로 하여 전기 활성 폴리머에 전도성 파우더가 일정 비율로 분산되어 배치될 수 있다.

아우터 전극(30)은 겔(Gel) 또는 고체를 포함할 수 있다. 이는 아우터 전극(30)이 유체를 포함하면, 탄성 튜브(20)의 팽창 과정에서 아우터 전극(30)의 유출 문제가 발생될 수 있기 때문이다.

아우터 전극(30)은 탄성 튜브(20)와 일체로 형성되고, 아우터 전극(30)의 영역에 도전성 파우더가 분산 배치되어 형성될 수 있다. 다른 예로, 아우터 전극(30)은 탄성 튜브(20)와 도전성 접착제에 의해 접촉될 수도 있다.

이너 전극(10)과 아우터 전극(30)은 서로 같은 방법으로 제조될 수도 있고, 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 이너 전극(10)과 아우터 전극(30)은 서로 같은 재질을 포함하거나, 다른 재질을 포함할 수 있다.

이너 전극(10)과 아우터 전극(30)의 수축/팽창률은 탄성 튜브(20)의 수축/팽창률과 오차 범위 내에서 동일한 것이 바람직하다. 이너 전극(10)과 아우터 전극(30)의 수축/팽창률은 탄성 튜브(20)의 수축/팽창률과 5% 이내의 차이를 가질 수 있다. 여기서, 수축/팽창률은 물체가 전기 자극에 의해 팽창 또는 수축되는 정도를 의미한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 전기 활성 섬유(1)의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 제2 실시예의 전기 활성 섬유(1)는 제1 실시예가 길이 방향으로 수축/팽창은 가능하지만, 회전 또는 굽힘 작동이 불가능한 문제를 해결하기 위한 것이다.

제2 실시예의 전기 활성 섬유(1)는 제1 실시예와 비교하면, 아우터 전극(30)의 구성에 차이가 존재한다. 이하, 제1 실시예와 차이점을 위주로 설명하고, 특별한 설명이 없는 구성은 제1 실시예와 동일한 것으로 본다.

제2 실시예에 따른 아우터 전극(30)은 적어도 둘레 방향(70)을 따라 분할된 복수 개의 전극을 포함할 수 있다. 구체적으로, 아우터 전극(30)은 둘레 방향(70)을 따라 분할된 제1 아우터 전극(31)과 제2 아우터 전극(32)을 포함할 수 있다.

제1 아우터 전극(31)과 제2 아우터 전극(32)은 함께 탄성 튜브(20)의 둘레를 감싸게 배치된다. 제1 아우터 전극(31)의 양단은 제2 아우터 전극(32)의 양단과 절연성 접착제(41)에 의해 접착될 수 있다. 물론, 제1 아우터 전극(31)과 제2 아우터 전극(32)은 서로 이격되어 배치되고, 제1 아우터 전극(31)은 탄성 튜브(20)의 둘레 중 일부와 접촉되고, 제2 아우터 전극(32)은 제1 아우터 전극(31)이 접촉되지 않은 탄성 튜브(20)의 둘레 중 다른 일부와 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1 아우터 전극(31)의 양단은 제2 아우터 전극(32)의 양단과 연결되고, 서로 수축/팽창률이 상이할 수 있다.

제1 아우터 전극(31)과 제2 아우터 전극(32)의 수축/팽창률은 서로 동일할 수 있다. 이 때, 제1 아우터 전극(31)과 제2 아우터 전극(32)은 서로 다른 외부전원과 연결되어서 독립적으로 제어되어서, 굽힘 또는 회전 작동될 수 있다.

제1 아우터 전극(31)의 수축/팽창률은 제2 아우터 전극(32)의 수축/팽창률과 서로 다를 수 있다. 이때, 전원이 인가되면 제1 아우터 전극(31)과 제2 아우터 전극(32)의 수축/팽창률 차이에 의해 굽힘 또는 회전 작동될 수 있다.

제1 아우터 전극(31)의 체적은 제2 아우터 전극(32)의 체적과 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 제1 아우터 전극(31)의 단면적은 제2 아우터 전극(32)의 단면적과 동일하거나 상이할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 전기 활성 섬유(1)의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 제3 실시예의 전기 활성 섬유(1)는 제2 실시예와 비교하면, 아우터 전극(30)의 개수에 차이가 존재한다. 이하, 제2 실시예와 차이점을 위주로 설명하고, 특별한 설명이 없는 구성은 제2 실시예와 동일한 것으로 본다.

제3 실시예에 따른 아우터 전극(30)은 적어도 둘레 방향(70)을 따라 분할된 복수 개의 전극을 포함할 수 있다. 아우터 전극(30)의 개수는 제한이 없고 굽힘의 방향 등을 고려하여 적정한 개수가 선정될 수 있다. 구체적으로, 아우터 전극(30)은 둘레 방향(70)을 따라 분할된 제1 아우터 전극(33)과 제2 아우터 전극(34)과, 제3 아우터 전극(35)과 제4 아우터 전극(36)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 아우터 전극 내지 제4 아우터 전극(33~36)은 함께 탄성 튜브(20)의 둘레를 감싸게 배치된다. 각각의 아우터 전극((33~36)의 양단은 서로 인접된 아우터 전극(33~36)의 양단과 연결되거나, 접촉되거나, 단절되거나, 절연성 접착제(41)에 의해 접착될 수 있다.

제1 아우터 전극(31) 내지 제4 아우터 전극(30)의 수축/팽창률은 서로 동일할 수 있다. 이 때, 제1 아우터 전극(31)과 내지 제4 아우터 전극(30) 각각은 서로 다른 외부전원과 연결되어서 독립적으로 제어되어서, 굽힘 또는 회전 작동될 수 있다.

각 아우터 전극(30)들의 수축/팽창률은 서로 다를 수 있다. 이때, 전원이 인가되면 각 아우터 전극(30)의 수축/팽창률 차이에 의해 굽힘 또는 회전 작동될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 전기 활성 섬유(1)의 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제4 실시예의 전기 활성 섬유(1)는 제1 실시예가 길이 방향으로 수축/팽창은 가능하지만, 회전 또는 굽힘 작동이 불가능한 문제를 해결하기 위한 것이다.

제4 실시예의 전기 활성 섬유(1)는 제1 실시예와 비교하면, 탄성 튜브(20)의 구성에 차이가 존재한다. 이하, 제1 실시예와 차이점을 위주로 설명하고, 특별한 설명이 없는 구성은 제1 실시예와 동일한 것으로 본다.

제2 실시예에 따른 탄성 튜브(20)는 적어도 둘레 방향(70)을 따라 분할된 복수 개의 전극을 포함할 수 있다. 구체적으로, 탄성 튜브(20)는 둘레 방향(70)을 따라 분할된 제1 탄성 튜브(21)와 제2 탄성 튜브(22)를 포함할 수 있다.

제1 탄성 튜브(21)와 제2 탄성 튜브(22)는 함께 탄성 튜브(20)의 둘레를 감싸게 배치된다. 제1 탄성 튜브(21)의 양단은 제2 탄성 튜브(22)의 양단과 절연성 접착제(42)에 의해 접착될 수 있다. 물론, 제1 탄성 튜브(21)와 제2 탄성 튜브(22)는 서로 이격되어 배치되고, 제1 탄성 튜브(21)는 탄성 튜브(20)의 둘레 중 일부와 접촉되고, 제2 탄성 튜브(22)는 제1 탄성 튜브(21)가 접촉되지 않은 탄성 튜브(20)의 둘레 중 다른 일부와 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1 탄성 튜브(21)의 양단은 제2 탄성 튜브(22)의 양단과 연결되고, 서로 수축/팽창률이 상이할 수 있다.

제1 탄성 튜브(21)의 수축/팽창률은 제2 탄성 튜브(22)의 수축/팽창률과 서로 다를 수 있다. 이때, 전원이 인가되면 제1 탄성 튜브(21)와 제2 탄성 튜브(22)의 수축/팽창률 차이에 의해 굽힘 또는 회전 작동될 수 있다.

제1 탄성 튜브(21)의 체적은 제2 탄성 튜브(22)의 체적과 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 탄성 튜브(21)의 단면적은 제2 탄성 튜브(22)의 단면적과 동일하거나 상이할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 탄성 튜브(21)는 제2 탄성 튜브(22)와 체적, 단면적, 형상 중 적어도 하나가 동일하다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 전기 활성 섬유(1)의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 제5 실시예의 전기 활성 섬유(1)는 제4 실시예와 비교하면, 각 탄성 튜브(20)들 사이의 체적 및 단면적 중 적어도 하나가 상이한 차이가 존재한다. 이하, 제5 실시예와 차이점을 위주로 설명하고, 특별한 설명이 없는 구성은 제5 실시예와 동일한 것으로 본다.

제6 실시예에 따른 제1 탄성 튜브(23)의 체적은 제2 탄성 튜브(24)의 체적과 상이할 수 있다. 제1 탄성 튜브(23)의 단면적은 제2 탄성 튜브(24)의 단면적과 상이할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 탄성 튜브(23)는 제2 탄성 튜브(24)와 체적, 단면적, 형상 중 적어도 하나가 상이할 수 있다. 물론, 제1 탄성 튜브(23)의 수축/팽창률은 제2 탄성 튜브(24)의 수축/팽창률과 서로 다르다.

따라서, 이너 전극(10)과 아우터 전극(30) 사이에 전원이 인가되면, 전기 활성 섬유(1)가 일방으로 굽힘 작동되면서, 제1 탄성 튜브(23)와 제2 탄성 튜브(24)의 체적 차이로 인해 뒤틀림 또는 회전 동작이 가능해 진다.

따라서, 본 발명의 전기 활성 섬유(1)를 통해 다양한 모션을 구현할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 전기 활성 섬유(1)를 포함하는 엑츄에이터의 개념도이다. 도 8은 도 7에 도시된 전기 활성 섬유(1) 번들의 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 엑츄에이터(1000)는 복수 개의 전기 활성 섬유(1)가 하나의 번들(100)을 형성하고, 다수의 번들이 모여서 구성될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

1 : 전기 활성 섬유 10 : 이너 전극
20: 탄성 튜브 30 : 아우터 전극

Claims (11)

1. 이너 전극;
   상기 이너 전극의 외부에 배치된 탄성 튜브; 및
   상기 탄성 튜브의 외부에 배치된 아우터 전극을 포함하고,
   상기 이너 전극의 체적 및 상기 아우터 전극의 체적은 상기 이너 전극과 상기 아우터 전극 사이에 전위가 인가될 때, 변화되는 것을 특징으로 하며,
   상기 아우터 전극은,
   적어도 둘레 방향을 따라 분할된 제1 아우터 전극과 제2 아우터 전극을 포함하고,
   상기 제1 아우터 전극의 양단은 상기 제2 아우터 전극의 양단과 절연성 접착제에 의해 접착되는 전기 활성 섬유.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄성 튜브는 전기 활성 폴리머를 포함하는 전기 활성 섬유.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이너 전극 또는 상기 아우터 전극은 전기 활성 폴리머와 전도성 파우더를 포함하는 전기 활성 섬유.
4. 제1항에 있어서,
   상기 이너 전극 및 상기 아우터 전극의 전도율은 상기 탄성 튜브 보다 높은 전기 활성 섬유.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이너 전극 또는 상기 아우터 전극은 겔(Gel) 또는 고체를 포함하는 전기 활성 섬유.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 아우터 전극의 수축/팽창률은 제2 아우터 전극의 수축/팽창률과 다른 전기 활성 섬유.
7. 제1항에 있어서,
   상기 탄성 튜브는,
   적어도 둘레 방향을 따라 분할된 제1 탄성 튜브와 제2 탄성 튜브를 포함하는 전기 활성 섬유.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 탄성 튜브의 수축/팽창률은 제2 탄성 튜브의 수축/팽창률과 다른 전기 활성 섬유.
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