WO2020129239A1 - 誘電エラストマー駆動システムおよび誘電エラストマー駆動方法 - Google Patents

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WO2020129239A1
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dielectric elastomer
unit
elastomer drive
charge
drive system
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PCT/JP2018/047266
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正毅 千葉
美紀夫 和氣
光明 伊藤
誠 澤田
Original Assignee
正毅 千葉
日本ゼオン株式会社
美紀夫 和氣
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0292—Electrostatic transducers, e.g. electret-type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/80—Constructional details
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    • B06B2201/50—Application to a particular transducer type
    • B06B2201/51—Electrostatic transducer

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric elastomer driving system and a dielectric elastomer driving method.
  • FIG. 11 shows an example of a conventional dielectric elastomer drive system.
  • the dielectric elastomer driving unit 91 If a method such as preliminarily stretching the dielectric elastomer driving unit 91 is adopted in advance, it is possible to arbitrarily generate the stretched state by applying the voltage and the contracted state by releasing the voltage application. It is possible. Thereby, the dielectric elastomer drive unit 91 can be driven.
  • the dielectric elastomer drive section 91 has an extremely high extension speed with respect to the application of a voltage, and is attracting attention as a drive section with excellent responsiveness.
  • the pair of electrode layers 912 arranged with the dielectric elastomer layer 911 interposed therebetween electrically constitutes a capacitor.
  • a voltage is applied to the pair of electrode layers 912 to extend the dielectric elastomer driving unit 91, electric charges are stored in the pair of electrode layers 912.
  • the state where the electric charge is stored is maintained, and the electric charge does not disappear spontaneously. Therefore, there is a problem in that the state in which the electric charges are stored in the pair of electrode layers 912 is maintained, and the improvement of the contraction speed as compared with the expansion speed of the dielectric elastomer driving unit 91 is hindered.
  • the present invention has been devised under the above circumstances, and an object thereof is to provide a dielectric elastomer driving system and a dielectric elastomer driving method capable of improving responsiveness.
  • a dielectric elastomer driving system comprises a dielectric elastomer driving part having a dielectric elastomer layer and a pair of electrode layers sandwiching the dielectric elastomer layer, and a power supply part for applying a voltage to the dielectric elastomer driving part.
  • a dielectric elastomer driving system comprising: a charge removing unit that removes charges accumulated in the dielectric elastomer driving unit.
  • a main switch unit for opening and closing the connection between the dielectric elastomer driving unit and the charge removing unit is further provided.
  • a power supply side switch unit that opens and closes the connection between the dielectric elastomer drive unit and the power supply unit is further provided.
  • the charge removing unit converts the charge stored in the dielectric elastomer driving unit into heat energy.
  • the main switch section opens and closes a connection between the charge removing section and a wiring path connecting the power supply section and the dielectric elastomer driving section.
  • the main switch unit switches between a state in which the dielectric elastomer drive unit is connected to the power supply unit and a state in which the dielectric elastomer drive unit is connected to the charge removing unit.
  • the charge removing unit temporarily stores the charge stored in the dielectric elastomer driving unit.
  • the electric charge removing unit further includes a power storage unit that stores the electric charge temporarily stored.
  • a sub switch unit for opening/closing the connection between the charge removing unit and the power storage unit is further provided.
  • the state of the main switch portion is changed by extension and extension of the dielectric elastomer drive portion, and when the dielectric elastomer drive portion is extended by voltage application, the main switch portion is When the dielectric elastomer driving unit is connected to the charge removing unit and the dielectric elastomer driving unit contracts due to no voltage being applied, the main switch unit connects the dielectric elastomer driving unit and the power supply unit.
  • a dielectric elastomer driving method provided by the second aspect of the present invention is a step of applying a voltage to a dielectric elastomer driving unit having a dielectric elastomer layer and a pair of electrode layers sandwiching the dielectric elastomer layer, and the dielectric elastomer driving unit. It is characterized by including a step of stopping the application of voltage to the dielectric elastomer driving section, and a step of removing the electric charge accumulated in the dielectric elastomer driving section by the charge removing section.
  • the responsiveness of the dielectric elastomer drive system can be enhanced.
  • 1 is a system configuration diagram showing a dielectric elastomer drive system according to a first embodiment of the present invention. It is a system configuration diagram showing an operation example of the dielectric elastomer drive system according to the first embodiment of the present invention. It is a system configuration diagram showing an operation example of the dielectric elastomer drive system according to the first embodiment of the present invention. It is a system block diagram which shows the dielectric elastomer drive system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is a system block diagram which shows the operation example of the dielectric elastomer drive system which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows a dielectric elastomer drive system according to a first embodiment of the present invention.
  • the dielectric elastomer drive system A1 of this embodiment includes a dielectric elastomer drive unit 1, a charge removal unit 2, a main switch unit 31, a switch unit 33, a power supply unit 5, and a control unit 6.
  • the dielectric elastomer drive unit 1 is a part that outputs a driving force in the dielectric elastomer drive system A1.
  • the dielectric elastomer drive unit 1 has a dielectric elastomer layer 11 and a pair of electrode layers 12.
  • the dielectric elastomer layer 11 is required to be elastically deformable and have high insulation strength.
  • the material of the dielectric elastomer layer 11 is not particularly limited, but preferred examples thereof include silicone elastomer and acrylic elastomer.
  • the pair of electrode layers 12 sandwich the dielectric elastomer layer 11, and a voltage is applied by the power supply unit 5.
  • the electrode layer 12 is formed of a material that has conductivity and is elastically deformable so as to follow the elastic deformation of the dielectric elastomer layer 11. Examples of such a material include a material in which a filler that imparts conductivity is mixed into an elastically deformable main material. A preferred example of the filler is carbon nanotube.
  • the dielectric elastomer drive unit 1 is in a natural length state in which no spontaneous extension or expansion/contraction occurs in a state where no voltage is applied from the power source unit 5 when an external force or constraint is not applied from the outside, The elastic deformation of the dielectric elastomer layer 11 is allowed when an external force is applied.
  • a voltage is applied from the power supply unit 5
  • positive and negative charges are stored in the pair of electrode layers 12 with the dielectric elastomer layer 11 interposed therebetween. Due to the Coulomb force of these charges, the pair of electrode layers 12 attract each other, and the dielectric elastomer layer 11 is compressed in the thickness direction.
  • the dimension in the surface direction of the dielectric elastomer layer 11 expands according to the compression in the thickness direction.
  • the dielectric elastomer driving unit 1 can behave in such a manner that the dimension in the surface direction is extended by applying the voltage.
  • the dielectric elastomer layer 11 of the dielectric elastomer drive unit 1 is preliminarily stretched, for example. May be
  • the dielectric elastomer drive unit 1 may appropriately employ a support mechanism (not shown) for maintaining such preliminary extension.
  • the dielectric elastomer drive unit 1 may appropriately employ an elastic member (not shown) that extends the dielectric elastomer layer 11.
  • the charge removing unit 2 is for removing charges accumulated in the pair of electrode layers 12 of the dielectric elastomer driving unit 1, and is connected in parallel to the pair of electrode layers 12 in the illustrated example. ing.
  • the charge removing unit 2 is not particularly limited as long as it has a function capable of removing charges, and in the present embodiment, is configured by a resistor.
  • the power supply unit 5 applies a voltage for driving the dielectric elastomer drive unit 1 to the pair of electrode layers 12.
  • the specific configuration of the power supply unit 5 is not particularly limited as long as a predetermined voltage can be applied to the pair of electrode layers 12 at a predetermined time according to a command from the control unit 6.
  • the main switch section 31 is provided in a conduction path between the pair of electrode layers 12 (dielectric elastomer driving section 1) and the charge removing section 2, and the pair of electrode layers 12 (dielectric elastomer driving section 1) and the charge removing section 2 are provided. It opens and closes the connection with.
  • the specific configuration of the main switch unit 31 is not particularly limited, and a mechanically operating switch mechanism or a semiconductor element such as a transistor may be appropriately adopted. In the present embodiment, opening and closing of the main switch unit 31 is performed by a command from the control unit 6. In the present embodiment, the main switch unit 31 is configured to open and close the connection between the charge removing unit 2 and the wiring path connecting the power supply unit 5 and the dielectric elastomer driving unit 1.
  • the switch unit 33 is provided in a conduction path between the pair of electrode layers 12 (dielectric elastomer drive unit 1) and the power supply unit 5, and connects the pair of electrode layers 12 (dielectric elastomer drive unit 1) and the power supply unit 5. To open and close.
  • the switch unit 33 corresponds to the power supply side switch unit. Further, in the present embodiment, the switch unit 33 has a function of opening and closing the connection between the charge removing unit 2 and the power supply unit 5.
  • the specific configuration of the switch unit 33 is not particularly limited, and a mechanically operating switch mechanism or a semiconductor element such as a transistor may be appropriately adopted. In the present embodiment, opening/closing of the switch unit 33 is performed by a command from the control unit 6.
  • the control unit 6 controls the voltage application by the power supply unit 5 and the opening/closing operations of the main switch unit 31 and the switch unit 33 so that the dielectric elastomer drive system A1 can be driven in a desired manner.
  • the specific configuration of the control unit 6 is not particularly limited and includes, for example, a CPU and a memory.
  • the charge removing unit 2, the power supply unit 5, the control unit 6, the main switch unit 31, and the switch unit 33 are not limited to those configured as independent devices, and may be any mode that performs their respective functions. Any of them may be configured as an integrated device.
  • the power supply unit 5 and the control unit 6 may form an integrated power supply device.
  • the power supply unit 5 and the charge removing unit 2 may be configured as an integrated device.
  • the main switch unit 31 and the switch unit 33 are opened according to a command from the control unit 6. Therefore, the dielectric elastomer driving unit 1, the charge removing unit 2, and the power supply unit 5 are not connected to each other, and no voltage is applied to the dielectric elastomer driving unit 1. In this state, the Coulomb force for attracting the pair of electrode layers 12 to each other is not generated, and the dielectric elastomer driving section 1 is in a contracted state.
  • FIG. 2 shows the dielectric elastomer drive system A1 when the dielectric elastomer drive unit 1 is made to extend in response to a command from the control unit 6.
  • the switch unit 33 is closed by a command from the control unit 6, and the pair of electrode layers 12 (dielectric elastomer drive unit 1) and the power supply unit 5 are connected.
  • the main switch section 31 is maintained in an open state, and the pair of electrode layers 12 (dielectric elastomer driving section 1) and the charge removing section 2 are not connected. In this state, a voltage is applied from the power supply unit 5 to the pair of electrode layers 12 according to a command from the control unit 6.
  • the electric charge q1 is stored in the pair of electrode layers 12 and a Coulomb force is generated.
  • the dielectric elastomer layer 11 contracts in the thickness direction and expands in the surface direction, so that the dielectric elastomer driving unit 1 takes an expanded state.
  • FIG. 3 shows the dielectric elastomer drive system A1 in a state where the expanded state shown in FIG. 2 causes the dielectric elastomer drive section 1 to contract again according to a command from the control section 6.
  • the voltage application by the power supply unit 5 is stopped by a command from the control unit 6.
  • the switch unit 33 is opened and the main switch unit 31 is closed. Therefore, the dielectric elastomer driving unit 1 and the power supply unit 5 are disconnected, and the dielectric elastomer driving unit 1 and the charge removing unit 2 are connected.
  • the electric charge q1 stored in the pair of electrode layers 12 becomes a current and flows to the electric charge removing unit 2.
  • the charge removing unit 2 is composed of a resistor, the charge q1 that has become a current is converted into heat energy h1 in the charge removing unit 2. As a result, the electric charge q1 stored in the pair of electrode layers 12 of the dielectric elastomer driving unit 1 is removed by the electric charge removing unit 2. As a result, the dielectric elastomer driving unit 1 quickly returns to the state in which no voltage is applied, and takes the contracted state again.
  • the driving force is output from the dielectric elastomer driving unit 1 of the dielectric elastomer driving system A1 by appropriately repeating the extended state and the contracted state shown in FIGS. 2 and 3 in accordance with the instruction from the control unit 6.
  • the charge removing unit 2 is connected to the dielectric elastomer driving unit 1.
  • the charge removing section 2 has a function of removing the charge q1 stored in the dielectric elastomer driving section 1. Therefore, as shown in FIG. 3, when the voltage application from the power source unit 5 is stopped and the charge q1 of the dielectric elastomer driving unit 1 is removed by the charge removing unit 2, the dielectric elastomer driving unit 1 is contracted from the expanded state. It is possible to move to more quickly. Therefore, the responsiveness of the dielectric elastomer drive system A1 can be enhanced.
  • the dielectric elastomer drive system A1 also includes a main switch unit 31.
  • the voltage applied to the dielectric elastomer driving unit 1 can be prevented from being applied to the charge removing unit 2 by opening the main switch unit 31. ..
  • the dielectric elastomer driving portion 1 and the charge removing portion 2 are connected and stored in the dielectric elastomer driving portion 1.
  • the charge q1 can be removed by the charge removing unit 2. This is preferable for improving the responsiveness of the dielectric elastomer driving system A1 and suppressing unnecessary loss.
  • the charge removing unit 2 is composed of a resistor.
  • the charge removing unit 2 configured by a resistor converts the supplied current (charge q1) into heat energy h1 without delay. Therefore, it is suitable for promptly removing the electric charge q1 of the dielectric elastomer driving unit 1 by the electric charge removing unit 2.
  • FIG. 4 shows a dielectric elastomer drive system according to a second embodiment of the present invention.
  • the dielectric elastomer drive system A2 of the present embodiment differs from the dielectric elastomer drive system A1 described above in the configuration of the charge removing unit 2, and further includes a sub switch unit 32 and a power storage unit 4.
  • the charge removing unit 2 is composed of a capacitor and has a function of temporarily storing the charges removed from the dielectric elastomer driving unit 1.
  • the specific configuration of the capacitor forming the charge removing unit 2 is not particularly limited. However, from the viewpoint of effectively removing the electric charge accumulated in the pair of electrode layers 12 of the dielectric elastomer driving unit 1, the capacitance of the capacitor forming the charge removing unit 2 is the electrostatic capacitance of the dielectric elastomer driving unit 1. Is preferably sufficiently larger than
  • the power storage unit 4 stores the electric charge temporarily stored in the charge removal unit 2 as electric energy, and is composed of, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery. Power storage unit 4 is connected to charge removing unit 2.
  • the charge removing unit 2 may function as a step-down circuit that steps down the voltage in the power storage unit 4 with respect to the voltage when the electric charge is stored from the dielectric elastomer driving unit 1.
  • the capacitance of the capacitor forming the charge removing unit 2 may be selected so that the voltage to the power storage unit 4 has a desired value.
  • the sub switch unit 32 is provided in the conduction path between the charge removing unit 2 and the power storage unit 4, and opens/closes the connection between the charge removing unit 2 and the power storage unit 4.
  • the specific configuration of the sub switch unit 32 is not particularly limited, and a mechanically operating switch mechanism or a semiconductor element such as a transistor may be appropriately used. In the present embodiment, opening/closing of the sub switch unit 32 is performed by a command from the control unit 6.
  • the main switch unit 31, the sub switch unit 32, and the switch unit 33 are opened according to a command from the control unit 6. Therefore, dielectric elastomer drive unit 1, charge removal unit 2, power storage unit 4, and power supply unit 5 are not connected to each other, and no voltage is applied to dielectric elastomer drive unit 1. In this state, the Coulomb force for attracting the pair of electrode layers 12 to each other is not generated, and the dielectric elastomer driving section 1 is in a contracted state.
  • FIG. 5 shows the dielectric elastomer drive system A2 when the dielectric elastomer drive unit 1 is made to extend in response to a command from the control unit 6.
  • the switch unit 33 is closed by a command from the control unit 6, and the pair of electrode layers 12 (dielectric elastomer drive unit 1) and the power supply unit 5 are connected.
  • the main switch unit 31 and the sub switch unit 32 are maintained in the open state. In this state, a voltage is applied from the power supply unit 5 to the pair of electrode layers 12 according to a command from the control unit 6.
  • the electric charge q1 is stored in the pair of electrode layers 12 and a Coulomb force is generated.
  • the dielectric elastomer layer 11 contracts in the thickness direction and expands in the surface direction, so that the dielectric elastomer driving unit 1 takes an expanded state.
  • FIG. 6 shows the dielectric elastomer drive system A2 in a state where the expanded state shown in FIG. 5 causes the dielectric elastomer drive section 1 to contract again according to a command from the control section 6.
  • the voltage application by the power supply unit 5 is stopped by a command from the control unit 6.
  • the switch unit 33 is opened and the main switch unit 31 is closed. Therefore, the dielectric elastomer driving unit 1 and the power supply unit 5 are disconnected, and the dielectric elastomer driving unit 1 and the charge removing unit 2 are connected.
  • the electric charge q1 stored in the pair of electrode layers 12 becomes a current and flows to the electric charge removing unit 2.
  • the sub switch unit 32 is maintained in the open state, and the charge removing unit 2 and the power storage unit 4 are not connected.
  • the charge removing unit 2 is composed of a capacitor, the charge q1 that has become a current is stored in the charge removing unit 2 as the charge q2.
  • the charges q1 and q2 have the same charge amount.
  • the electric charge q1 stored in the pair of electrode layers 12 of the dielectric elastomer driving unit 1 is removed by the electric charge removing unit 2.
  • the dielectric elastomer driving unit 1 quickly returns to the state in which no voltage is applied, and takes the contracted state again.
  • FIG. 7 shows the dielectric elastomer drive system A2 in a state where the electric charge q2 stored in the electric charge removing unit 2 is stored in the electric storage unit 4 according to a command from the control unit 6.
  • the main switch unit 31 is opened and the sub switch unit 32 is closed.
  • the charge q2 stored in the charge removing unit 2 becomes a current and flows to the power storage unit 4.
  • the electric energy corresponding to the electric charge q3 is stored in the power storage unit 4.
  • the electric charge q3 is equal to the electric charge amount corresponding to the loss in the conduction path from the electric charge removing unit 2 to the electric storage unit 4, the internal loss in the electric storage unit 4, the loss due to the electric storage reaction of the electric storage unit 4, and the like, Also becomes smaller. Thereafter, the extended state shown in FIG. 5 and the contracted state shown in FIGS. 6 and 7 are appropriately repeated again in response to the output request of the driving force required for the dielectric elastomer driving system A2.
  • FIG. 8 shows another example of power storage from the charge removing unit 2 to the power storage unit 4.
  • the sub switch unit 32 and the switch unit 33 are closed and the main switch unit 31 is opened according to a command from the control unit 6.
  • a voltage is applied from the power supply unit 5 to the dielectric elastomer driving unit 1.
  • the power storage process from the charge removing unit 2 to the power storage unit 4 and the expansion operation of the dielectric elastomer driving unit 1 are executed in parallel.
  • the storage of electricity from the charge removing unit 2 to the power storage unit 4 may be performed in a stopped state in which the voltage application state of the dielectric elastomer driving unit 1 does not change, or the operating state in which the voltage application state of the dielectric elastomer driving unit 1 changes. You may go to
  • the responsiveness of the dielectric elastomer drive system A2 can be improved.
  • the charge removing unit 2 including a resistor is suitable for promptly removing the charge q1 of the dielectric elastomer driving unit 1.
  • the charge removing unit 2 has a function of storing the charge q1 as the charge q2 instead of converting the charge q1 into heat energy h1 and releasing the heat energy h1. Therefore, it is possible to reuse the electric charge q1 input to extend the dielectric elastomer driving unit 1 as the electric charge q2, which can contribute to power saving.
  • the charge removing unit 2 and the power storage unit 4 are connected via the sub switch unit 32.
  • the sub switch unit 32 is closed while the electric charge q2 is stored in the electric charge removing unit 2, the electric charge q2 of the electric charge removing unit 2 can be stored in the power storage unit 4.
  • the power storage unit 4 including a secondary battery has a significantly higher power storage amount than the charge removal unit 2.
  • the power storage speed of the power storage unit 4 is significantly slower than the power storage speed of the charge removal unit 2 including a capacitor.
  • the transition speed of the dielectric elastomer driving unit 1 to the contracted state is maintained at a high speed and the recovered electric charge q2 is surplus. It is possible to store electricity in the electricity storage unit 4 without using it, which is preferable for achieving both improved responsiveness and power saving.
  • FIG. 9 shows a dielectric elastomer drive system according to a third embodiment of the present invention.
  • the dielectric elastomer drive system A3 of this embodiment is different from the dielectric elastomer drive system A1 in that the main switch unit 31 and the switch unit 33 are not provided, and other configurations are similar to those of the dielectric elastomer drive system A1. There is.
  • the main switch section 31 is configured to switch between a state in which the dielectric elastomer driving section 1 is connected to the power source section 5 and a state in which the dielectric elastomer driving section 1 is connected to the charge removing section 2. .. That is, in the illustrated state, the main switch unit 31 connects the dielectric elastomer driving unit 1 and the power supply unit 5, and disconnects the dielectric elastomer driving unit 1 and the charge removing unit 2.
  • the main switch unit 31 when the state of the main switch unit 31 is switched from the state shown in the figure by a command from the control unit 6, the main switch unit 31 connects the dielectric elastomer driving unit 1 and the charge removing unit 2 and the dielectric elastomer driving unit 1 is connected. And the power supply unit 5 are disconnected.
  • the main switch section 31 is configured to switch between a state in which the dielectric elastomer driving section 1 is connected to the power source section 5 and a state in which the dielectric elastomer driving section 1 is connected to the charge removing section 2.
  • the dielectric elastomer driving unit 1 may be configured to be in a state of being connected to neither the power supply unit 5 nor the charge removing unit 2.
  • the responsiveness of the dielectric elastomer drive system A3 can be enhanced. Further, there is an advantage that the switch section 33 in the dielectric elastomer drive system A1 is unnecessary.
  • FIG. 10 shows a dielectric elastomer drive system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the dielectric elastomer drive unit 1 is attached to the pair of support members 71.
  • the pair of support members 71 are, for example, circular plate-shaped members and have different sizes.
  • the dielectric elastomer drive unit 1 is attached to the pair of support members 71 to have a circular truncated cone shape.
  • a spring 72 is provided between the pair of support members 71. The spring 72 exerts an elastic force that extends the dielectric elastomer drive unit 1 in the axial direction. For this reason, in the state where the voltage from the power supply unit 5 is not applied, the dielectric elastomer drive unit 1 is generated with a tension that extends in the axial direction.
  • a connecting rod 73 is attached to the upper support member 71.
  • the connecting rod 73 moves up and down together with the support member 71 on the upper side as the dielectric elastomer drive unit 1 expands and contracts, and transmits the operation due to the expansion and contraction of the dielectric elastomer drive unit 1 to the main switch unit 31.
  • the main switch unit 31 has a mover 310 and stators 311 and 312.
  • One end of the connecting rod 73 is fixed to the mover 310. Therefore, the mover 310 moves up and down as the connecting rod 73 moves up and down.
  • the mover 310 is electrically connected to the electrode layer 12 inside the dielectric elastomer driving unit 1.
  • the stators 311 and 312 are arranged so as to be separated from each other so as to sandwich the mover 310.
  • the stator 311 is connected to the power supply unit 5, and the stator 312 is connected to the charge removing unit 2.
  • the mover 310 is in contact with the stator 311 and the power supply unit 5 is connected to the dielectric elastomer drive unit 1.
  • the dielectric elastomer drive unit 1 is extended in the axial direction by applying a voltage from the power supply unit 5, the upper support member 71, the connecting rod 73, and the mover 310 are raised.
  • the mover 310 separates from the stator 311 and contacts the stator 312.
  • the dielectric elastomer driving unit 1 is disconnected from the power supply unit 5 (electrically separated from the power supply unit 5) and connected to the charge removing unit 2.
  • the charge of the dielectric elastomer driving unit 1 is removed by the charge removing unit 2, and the dielectric elastomer driving unit 1 contracts.
  • the upper support member 71, the connecting rod 73, and the mover 310 are lowered.
  • the mover 310 is separated from the stator 312 and comes into contact with the stator 311 again. After that, the upper support member 71, the connecting rod 73, and the mover 310 are repeatedly moved up and down.
  • the responsiveness of the dielectric elastomer drive system A4 can be improved. Further, since the state of the main switch unit 31 is changed by the expansion and contraction of the dielectric elastomer drive unit 1, the dielectric elastomer drive system A4 uses the control unit 6 or the oscillator of the above-described embodiment. Instead, it is possible to cause the dielectric elastomer driving unit 1 to vibrate repeatedly by stretching and contracting.
  • the dielectric elastomer drive system according to the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the specific configuration of each part of the dielectric elastomer drive system according to the present invention can be modified in various ways.

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Abstract

誘電エラストマー駆動システムＡ１は、誘電エラストマー層１１および誘電エラストマー層１１を挟む一対の電極層１２を有する誘電エラストマー駆動部１と、誘電エラストマー駆動部１に電圧を印加する電源部５と、を備え、エラストマー駆動部１に蓄えられた電荷を除去する電荷除去部２を備える。このような構成により、応答性を高めることが可能である。

Description

誘電エラストマー駆動システムおよび誘電エラストマー駆動方法
　本発明は、誘電エラストマー駆動システムおよび誘電エラストマー駆動方法に関する。
　誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む可撓性を有する一対の電極層を備える誘電エラストマー駆動部を用いた誘電エラストマー駆動システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図１１は、従来の誘電エラストマー駆動システムの一例を示している。誘電エラストマー駆動システムＸに備えられた電源部９２から、一対の電極層９１２に電圧を印加すると、一対の電極層９１２どうしがクーロン力によって引き合う。これにより、顕著な柔軟性を有する誘電エラストマー層９１１の厚さが減少し、面方向の寸法が増大する。この結果、誘電エラストマー駆動部９１が収縮状態となる。予め、誘電エラストマー駆動部９１に予備伸長を付与しておく等の手法を採用すれば、電圧の印加による伸長状態と、電圧の印加を解除することによる縮小状態とを、任意に生じさせることが可能である。これにより、誘電エラストマー駆動部９１を駆動させることができる。
　誘電エラストマー駆動部９１は、電圧の印加に対する伸長速度が極めて高速であり、応答性に優れた駆動部として着目されている。しかしながら、誘電エラストマー層９１１を挟んで配置された一対の電極層９１２は、電気的にコンデンサを構成している。誘電エラストマー駆動部９１を伸長させるために一対の電極層９１２に電圧を印加すると、一対の電極層９１２には、電荷が蓄えられる。コンデンサにおいては、電荷が蓄えられた状態が維持され、電荷が自然に消失することはない。このため、一対の電極層９１２に電荷が蓄えられた状態が維持されることにより、誘電エラストマー駆動部９１の伸長速度に比べて収縮速度を向上させることが阻害されるという問題が有る。
特開２００９－１２４８７５号公報
　本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、応答性を高めることが可能な誘電エラストマー駆動システムおよび誘電エラストマー駆動方法を提供することをその課題とする。
　本発明によって提供される誘電エラストマー駆動システムは、誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部と、前記誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する電源部と、を備える誘電エラストマー駆動システムであって、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を除去する電荷除去部を備えることを特徴としている。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部との接続を開閉する主スイッチ部をさらに備える。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部との接続を開閉する電源側スイッチ部をさらに備える。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を熱エネルギーに変換する。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記主スイッチ部は、前記電荷除去部と、前記電源部および前記誘電エラストマー駆動部を繋ぐ配線経路と、の接続を開閉する。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部が前記電源部に接続する状態と、前記誘電エラストマー駆動部が前記電荷除去部に接続する状態と、を切り替える。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を一時的に蓄える。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部に一時的に蓄えられた電荷を蓄電する蓄電部をさらに備える。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記電荷除去部と前記蓄電部との接続を開閉する副スイッチ部をさらに備える。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマー駆動部の伸長および伸縮により、前記主スイッチ部の状態が変更され、前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加により伸長すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部とを接続し、前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加されないことにより収縮すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部とを接続する。
　本発明の第２の側面によって提供される誘電エラストマー駆動方法は、誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する工程と、前記誘電エラストマー駆動部への電圧の印加を停止する工程と、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を電荷除去部で除去する工程と、を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、誘電エラストマー駆動システムの応答性を高めることができる。
　本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。 本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。 本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。 本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムの動作例を示すシステム構成図である。 本発明の第３実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。 本発明の第３実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示すシステム構成図である。 従来の誘電エラストマー駆動システムの一例を示すシステム構成図である。
　以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー駆動システムＡ１は、誘電エラストマー駆動部１、電荷除去部２、主スイッチ部３１、スイッチ部３３、電源部５および制御部６を備えている。
　誘電エラストマー駆動部１は、誘電エラストマー駆動システムＡ１において駆動力を出力する部位である。誘電エラストマー駆動部１は、誘電エラストマー層１１および一対の電極層１２を有する。
　誘電エラストマー層１１は、弾性変形が可能であるとともに、絶縁強度が高いことが求められる。このような誘電エラストマー層１１の材質は特に限定されないが、好ましい例として、たとえばシリコーンエラストマーやアクリルエラストマーが挙げられる。
　一対の電極層１２は、誘電エラストマー層１１を挟んでおり、電源部５によって電圧が印加されるものである。電極層１２は、導電性を有するとともに、誘電エラストマー層１１の弾性変形に追従しうる弾性変形が可能な材質によって形成される。このような材質としては、弾性変形可能な主材に導電性を付与するフィラーが混入された材質が挙げられる。前記フィラーの好ましい例として、たとえばカーボンナノチューブが挙げられる。
　誘電エラストマー駆動部１は、外部からの外力や拘束を受けていない場合、電源部５からの電圧が印加されていない状態においては、自発的な伸長や伸縮を生じていない自然長状態であり、外力が付与された場合に、誘電エラストマー層１１の弾性変形が許容されている。電源部５から電圧が付与されると、一対の電極層１２には、誘電エラストマー層１１を挟んで正負の電荷が蓄えられる。これらの電荷のクーロン力により、一対の電極層１２が互いに引き合い、誘電エラストマー層１１が厚さ方向に圧縮される。この厚さ方向の圧縮に応じて、誘電エラストマー層１１の面方向の寸法が伸長する。このように、誘電エラストマー駆動部１は、電圧が印加されることにより、面方向の寸法が伸長する挙動をとりうる。
　また、電圧の印加による伸長状態と対となる状態である収縮状態とを交互に且つ任意にとらせる手法として、誘電エラストマー駆動部１の誘電エラストマー層１１は、たとえば予め予備伸長を付与された構成であってもよい。誘電エラストマー駆動部１は、このような予備伸長を維持するための支持機構（図示略）を適宜採用してもよい。あるいは、誘電エラストマー駆動部１は、誘電エラストマー層１１を伸長させる弾性部材（図示略）を適宜採用してもよい。
　電荷除去部２は、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられた電荷を除去するためのものであり、図示された例においては、一対の電極層１２に対して並列に接続されている。電荷除去部２は、電荷を除去する機能を発揮可能な構成であれば特に限定されず、本実施形態においては、抵抗器によって構成されている。
　電源部５は、誘電エラストマー駆動部１を駆動させるための電圧を一対の電極層１２に印加するものである。電源部５の具体的構成は特に限定されず、制御部６の指令によって所定の時間に所定の電圧を一対の電極層１２に印加しうる構成であればよい。
　主スイッチ部３１は、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電荷除去部２との導通経路に設けられており、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電荷除去部２との接続を開閉するものである。主スイッチ部３１の具体的構成は特に限定されず、機械的に動作するスイッチ機構や、トランジスタ等の半導体素子を適宜採用すればよい。本実施形態においては、主スイッチ部３１の開閉は、制御部６からの指令によってなされる。本実施形態においては、主スイッチ部３１は、電荷除去部２と、電源部５および誘電エラストマー駆動部１を繋ぐ配線経路と、の接続を開閉する構成とされている。
　スイッチ部３３は、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５との導通経路に設けられており、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５との接続を開閉するものである。スイッチ部３３は、電源側スイッチ部に相当する。また、本実施形態においては、スイッチ部３３は、電荷除去部２と電源部５との接続を開閉する機能を果たす。スイッチ部３３の具体的構成は特に限定されず、機械的に動作するスイッチ機構や、トランジスタ等の半導体素子を適宜採用すればよい。本実施形態においては、スイッチ部３３の開閉は、制御部６からの指令によってなされる。
　制御部６は、誘電エラストマー駆動システムＡ１を所望の態様で駆動しうるように、電源部５による電圧印加や主スイッチ部３１およびスイッチ部３３の開閉動作を制御するものである。制御部６の具体的構成は特に限定されず、たとえばＣＰＵやメモリ等を含む。
　なお、電荷除去部２、電源部５、制御部６、主スイッチ部３１およびスイッチ部３３は、それぞれが独立した機器として構成されたものに限定されず、それぞれの機能を果たす態様であれば、いずれか同士が一体の機器として構成されていてもよい。たとえば、電源部５および制御部６が一体的な電源装置を構成していてもよい。あるいは、電源部５と電荷除去部２とが、一体の機器として構成されていてもよい。
　次に、誘電エラストマー駆動システムＡ１の動作例について、図１～図３を参照しつつ、以下に説明する。
　図１に示す状態においては、制御部６の指令により、主スイッチ部３１およびスイッチ部３３が開状態とされている。このため、誘電エラストマー駆動部１、電荷除去部２および電源部５は、互いに接続されておらず、誘電エラストマー駆動部１には電圧が印加されていない。この状態においては、一対の電極層１２を互いに引き合わせるクーロン力は発生しておらず、誘電エラストマー駆動部１は、収縮状態をとっている。
　図２は、制御部６の指令により、誘電エラストマー駆動部１に伸長状態をとらせた場合の誘電エラストマー駆動システムＡ１を示している。制御部６の指令により、スイッチ部３３が閉状態とされ、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５とが接続される。一方、主スイッチ部３１は、開状態に維持されており、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電荷除去部２とは接続されていない。この状態で、制御部６からの指令により、電源部５から一対の電極層１２に電圧が印加される。これにより、一対の電極層１２に電荷ｑ１が蓄えられクーロン力が生じる。この結果、誘電エラストマー層１１が厚さ方向に収縮し面方向に伸長することとなり、誘電エラストマー駆動部１が伸長状態をとる。
　図３は、制御部６の指令により、図２に示した伸長状態をとった誘電エラストマー駆動部１に再び収縮状態をとらせた状態の誘電エラストマー駆動システムＡ１を示している。制御部６の指令により、電源部５による電圧印加が停止される。また、制御部６の指令により、スイッチ部３３が開状態とされ、主スイッチ部３１が閉状態とされる。このため、誘電エラストマー駆動部１と電源部５とが切断され、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とが接続される。これにより、一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電流と成って電荷除去部２へと流れる。本実施形態においては、電荷除去部２は、抵抗器によって構成されているため、電流となった電荷ｑ１は、電荷除去部２において熱エネルギーｈ１に変換される。この結果、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電荷除去部２によって除去される。これにより、誘電エラストマー駆動部１は、電圧が印加されていない状態に速やかに復帰し、再び収縮状態をとる。
　このように、制御部６の指令によって図２および図３に示す伸長状態と収縮状態を適宜繰り返すことにより、誘電エラストマー駆動システムＡ１の誘電エラストマー駆動部１から駆動力が出力される。
　次に、誘電エラストマー駆動システムＡ１の作用について説明する。
　図２に示す伸長状態をとらせるべく誘電エラストマー駆動部１に電圧を印加した際には、一対の電極層１２に電荷ｑ１が蓄えられる。誘電エラストマー駆動部１は、コンデンサを構成するため、一対の電極層１２に蓄えられた電荷ｑ１は、自然に消失することはない。この電荷ｑ１が残存していると、一対の電極層１２を引き合うクーロン力が作用し、誘電エラストマー駆動部１は伸長状態を継続しうる。このため、誘電エラストマー駆動部１を伸長状態から収縮状態とするために、電源部５による電圧印加を停止しても、電荷ｑ１の残存によって速やかな収縮状態への移行が阻害されてしまう。
　本実施形態においては、誘電エラストマー駆動部１に電荷除去部２が接続されている。電荷除去部２は、誘電エラストマー駆動部１に蓄えられた電荷ｑ１を除去する機能を果たす。このため、図３に示すように、電源部５からの電圧印加を停止するとともに、電荷除去部２によって誘電エラストマー駆動部１の電荷ｑ１を除去すると、誘電エラストマー駆動部１を伸長状態から収縮状態へとより速やかに移行させることが可能である。したがって、誘電エラストマー駆動システムＡ１の応答性を高めることができる。
　また、誘電エラストマー駆動システムＡ１は、主スイッチ部３１を備える。図２に示す伸長状態への移行において、主スイッチ部３１を開状態とすることにより、誘電エラストマー駆動部１に印加する電圧が、電荷除去部２に印加されてしまうことを回避することができる。また、図３に示す収縮状態への移行においては、主スイッチ部３１を閉状態とすることにより、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とを接続し、誘電エラストマー駆動部１に蓄えられた電荷ｑ１を電荷除去部２によって除去することができる。これは、誘電エラストマー駆動システムＡ１の応答性を高めるとともに、無駄な損失を抑制するのに好ましい。
　本実施形態においては、電荷除去部２は、抵抗器によって構成されている。抵抗器によって構成された電荷除去部２は、通電された電流（電荷ｑ１）を熱エネルギーｈ１へと遅滞なく変換する。このため、電荷除去部２による誘電エラストマー駆動部１の電荷ｑ１の除去を速やかに行うのに適している。
　図４～図１０は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
＜第２実施形態＞
　図４は、本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー駆動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー駆動システムＡ２は、電荷除去部２の構成が上述した誘電エラストマー駆動システムＡ１と異なり、副スイッチ部３２および蓄電部４をさらに備える。
　本実施形態においては、電荷除去部２は、コンデンサによって構成されており、誘電エラストマー駆動部１から除去した電荷を一時的に蓄える機能を果たす。電荷除去部２を構成するコンデンサの具体的構成は特に限定されない。ただし、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられた電荷を効果的に除去する観点から、電荷除去部２を構成するコンデンサの静電容量は、誘電エラストマー駆動部１の静電容量よりも十分に大きいことが好ましい。
　蓄電部４は、電荷除去部２に一時的に蓄えられた電荷を、電気エネルギーとして蓄電するものであり、たとえばリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。蓄電部４は、電荷除去部２に接続される。なお、本実施形態においては、電荷除去部２は、誘電エラストマー駆動部１から電荷を蓄える際の電圧に対して、蓄電部４への蓄電における電圧を降圧する降圧回路として機能させてもよい。この場合、蓄電部４への電圧が所望の値となるように、電荷除去部２を構成するコンデンサの静電容量を選択すればよい。
　副スイッチ部３２は、電荷除去部２と蓄電部４との導通経路に設けられており、電荷除去部２と蓄電部４との接続を開閉するものである。副スイッチ部３２の具体的構成は特に限定されず、機械的に動作するスイッチ機構や、トランジスタ等の半導体素子を適宜採用すればよい。本実施形態においては、副スイッチ部３２の開閉は、制御部６からの指令によってなされる。
　次に、誘電エラストマー駆動システムＡ２の動作例について、図４～図８を参照しつつ、以下に説明する。
　図４に示す状態においては、制御部６の指令により、主スイッチ部３１、副スイッチ部３２およびスイッチ部３３が開状態とされている。このため、誘電エラストマー駆動部１、電荷除去部２、蓄電部４および電源部５は、互いに接続されておらず、誘電エラストマー駆動部１には電圧が印加されていない。この状態においては、一対の電極層１２を互いに引き合わせるクーロン力は発生しておらず、誘電エラストマー駆動部１は、収縮状態をとっている。
　図５は、制御部６の指令により、誘電エラストマー駆動部１に伸長状態をとらせた場合の誘電エラストマー駆動システムＡ２を示している。制御部６の指令により、スイッチ部３３が閉状態とされ、一対の電極層１２（誘電エラストマー駆動部１）と電源部５とが接続される。一方、主スイッチ部３１および副スイッチ部３２は、開状態に維持されている。この状態で、制御部６からの指令により、電源部５から一対の電極層１２に電圧が印加される。これにより、一対の電極層１２に電荷ｑ１が蓄えられクーロン力が生じる。この結果、誘電エラストマー層１１が厚さ方向に収縮し面方向に伸長することとなり、誘電エラストマー駆動部１が伸長状態をとる。
　図６は、制御部６の指令により、図５に示した伸長状態をとった誘電エラストマー駆動部１に再び収縮状態をとらせた状態の誘電エラストマー駆動システムＡ２を示している。制御部６の指令により、電源部５による電圧印加が停止される。また、制御部６の指令により、スイッチ部３３が開状態とされ、主スイッチ部３１が閉状態とされる。このため、誘電エラストマー駆動部１と電源部５とが切断され、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とが接続される。これにより、一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電流と成って電荷除去部２へと流れる。なお、副スイッチ部３２は、開状態が維持されており、電荷除去部２と蓄電部４とは接続されていない。本実施形態においては、電荷除去部２は、コンデンサによって構成されているため、電流となった電荷ｑ１は、電荷除去部２に電荷ｑ２として蓄えられる。誘電エラストマー駆動部１から電荷除去部２への導通経路における損失が無視できる程度ある場合、電荷ｑ１と電荷ｑ２とは、同程度の電荷量である。この結果、誘電エラストマー駆動部１の一対の電極層１２に蓄えられていた電荷ｑ１が、電荷除去部２によって除去される。これにより、誘電エラストマー駆動部１は、電圧が印加されていない状態に速やかに復帰し、再び収縮状態をとる。
　図７は、制御部６の指令により、電荷除去部２に蓄えられた電荷ｑ２を蓄電部４に蓄電する状態の誘電エラストマー駆動システムＡ２を示している。制御部６の指令により、主スイッチ部３１が開状態とされ、副スイッチ部３２が閉状態とされる。これにより、電荷除去部２に蓄えられていた電荷ｑ２が電流となって、蓄電部４へと流れる。これにより、蓄電部４においては、電荷ｑ３に相当する電気エネルギーが蓄電される。なお、電荷ｑ３は、電荷除去部２から蓄電部４への導通経路における損失や蓄電部４における内部損失、および蓄電部４の蓄電反応に起因する損失等に相当する電荷量だけ、電荷ｑ２よりも小さくなる。この後は、誘電エラストマー駆動システムＡ２に求められる駆動力の出力要請に応じて、再び図５に示す伸長状態と図６および図７に示す収縮状態とを適宜繰り返す。
　図８は、電荷除去部２から蓄電部４への蓄電の他の例を示している。本例においては、制御部６の指令により、副スイッチ部３２およびスイッチ部３３が閉状態とされ、主スイッチ部３１が開状態とされている。また、制御部６の指令により、電源部５から誘電エラストマー駆動部１に電圧が印加されている。これにより、電荷除去部２から蓄電部４への蓄電処理と、誘電エラストマー駆動部１の伸長動作とが並行して実行される。すなわち、電荷除去部２から蓄電部４への蓄電は、誘電エラストマー駆動部１の電圧印加状態が変化しない停止状態に行ってもよいし、誘電エラストマー駆動部１の電圧印加状態が変化する動作状態に行ってもよい。
　このような実施形態によっても、誘電エラストマー駆動システムＡ２の応答性を高めることができる。コンデンサからなる電荷除去部２は、抵抗器からなる電荷除去部２と同様に、誘電エラストマー駆動部１の電荷ｑ１を速やかに除去するのに適している。また、電荷除去部２は、たとえば電荷ｑ１を熱エネルギーｈ１に変換して放出するのではなく、電荷ｑ２として蓄える機能を果たす。このため、誘電エラストマー駆動部１を伸長させるために投入された電荷ｑ１を電荷ｑ２として再利用することが可能であり、省電力に寄与しうる。
　図７に示すように、本実施形態においては、副スイッチ部３２を介して電荷除去部２と蓄電部４とが接続されている。電荷除去部２に電荷ｑ２が蓄えられている状態で、副スイッチ部３２を閉状態とすると、電荷除去部２の電荷ｑ２を蓄電部４に蓄電することができる。一般的に、二次電池からなる蓄電部４は、電荷除去部２よりも蓄電量が顕著に大である。一方、このような蓄電部４の蓄電速度は、コンデンサからなる電荷除去部２の蓄電速度よりも顕著に遅い。したがって、誘電エラストマー駆動部１からの電荷ｑ１の除去を電荷除去部２によって行うことにより、誘電エラストマー駆動部１の収縮状態への移行速度を高速で維持するとともに、回収された電荷ｑ２を余すことなく蓄電部４に蓄電することが可能であり、応答性の向上と省電力化とを両立するのに好ましい。
＜第３実施形態＞
　図９は、本発明の第３実施形態に基づく誘電エラストマー駆動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー駆動システムＡ３は、主スイッチ部３１の構成とスイッチ部３３を有さない点とが誘電エラストマー駆動システムＡ１と異なり、その他の構成は、誘電エラストマー駆動システムＡ１と類似している。
　本実施形態においては、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１が電源部５に接続する状態と、誘電エラストマー駆動部１が電荷除去部２に接続する状態と、を切り替える構成とされている。すなわち、図示された状態においては、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１と電源部５とを接続させており、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２との接続を遮断している。一方、制御部６の指令により、主スイッチ部３１の状態を図示された状態から切り替えると、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１と電荷除去部２とを接続させ、誘電エラストマー駆動部１と電源部５との接続を遮断する。なお、主スイッチ部３１は、誘電エラストマー駆動部１が電源部５に接続する状態と、誘電エラストマー駆動部１が電荷除去部２に接続する状態と、のいずれかに切り替える構成とされているが、両者の切り替えに加え、誘電エラストマー駆動部１が電源部５及び電荷除去部２のいずれにも接続しない状態となるように構成されてもよい。
　このような実施形態によっても、誘電エラストマー駆動システムＡ３の応答性を高めることができる。また、誘電エラストマー駆動システムＡ１におけるスイッチ部３３が不要であるという利点がある。
　図１０は、本発明の第４実施形態に基づく誘電エラストマー駆動システムを示している。
　本実施形態においては、誘電エラストマー駆動部１は、一対の支持部材７１に取付けられている。一対の支持部材７１は、たとえば円形の板状部材であり、それぞれの大きさが異なっている。誘電エラストマー駆動部１は、一対の支持部材７１に取付けられることにより円錐台の筒状とされている。一対の支持部材７１の間には、ばね７２が設けられている。ばね７２は、誘電エラストマー駆動部１を軸方向に伸長させる弾性力を発揮している。このため、電源部５からの電圧が印加されていない状態において、誘電エラストマー駆動部１には、軸方向に伸長させる張力が発生している。
　上側の支持部材７１には、連結ロッド７３が取付けられている。連結ロッド７３は、誘電エラストマー駆動部１の伸縮に伴い、上側の支持部材７１とともに上下動し、誘電エラストマー駆動部１の伸縮による動作を主スイッチ部３１に伝えるためのものである。
　主スイッチ部３１は、可動子３１０および固定子３１１，３１２を有する。可動子３１０には、連結ロッド７３の一端が固定されている。このため、可動子３１０は、連結ロッド７３の上下動に伴って上下動する。また、可動子３１０は、誘電エラストマー駆動部１の内側の電極層１２と電気的に接続されている。固定子３１１，３１２は、可動子３１０を挟むように互いに離間配置されている。固定子３１１は、電源部５に接続されており、固定子３１２は、電荷除去部２に接続されている。
　図示された状態においては、可動子３１０が固定子３１１に接しており、誘電エラストマー駆動部１に電源部５が接続されている。電源部５からの電圧印加により誘電エラストマー駆動部１が軸方向に伸長すると、上側の支持部材７１、連結ロッド７３および可動子３１０が上昇する。これにより、可動子３１０が固定子３１１から離間し、固定子３１２に接する。この結果、誘電エラストマー駆動部１は、電源部５と非接続となり（電源部５から電気的に切り離されて）、電荷除去部２に接続される。すると、誘電エラストマー駆動部１の電荷が電荷除去部２によって除去され、誘電エラストマー駆動部１が収縮する。これにより、上側の支持部材７１、連結ロッド７３および可動子３１０が下降する。これにより、可動子３１０が固定子３１２から離間し、固定子３１１に再び接する。この後は、上側の支持部材７１、連結ロッド７３および可動子３１０の上昇と下降とが繰り返される。
　本実施形態によっても、誘電エラストマー駆動システムＡ４の応答性を高めることができる。また、誘電エラストマー駆動部１の伸長および伸縮により、主スイッチ部３１の状態が変更される構成であることにより、誘電エラストマー駆動システムＡ４は、上述した実施形態の制御部６や発振器等を用いることなく、誘電エラストマー駆動部１に伸長と収縮とを繰り返す振動動作を生じさせることができる。
　本発明に係る誘電エラストマー駆動システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る誘電エラストマー駆動システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Claims (11)

  1. 　誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部と、
    　前記誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する電源部と、を備え、
    　前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を除去する電荷除去部を備える、誘電エラストマー駆動システム。
  2. 　前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部との接続を開閉する主スイッチ部をさらに備える、請求項１に記載の誘電エラストマー駆動システム。
  3. 　前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部との接続を開閉する電源側スイッチ部をさらに備える、請求項２に記載の誘電エラストマー駆動システム。
  4. 　前記主スイッチ部は、前記電荷除去部と、前記電源部および前記誘電エラストマー駆動部を繋ぐ配線経路と、の接続を開閉する、請求項２に記載の誘電エラストマー駆動システム。
  5. 　前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部が前記電源部に接続する状態と、前記誘電エラストマー駆動部が前記電荷除去部に接続する状態と、を切り替える、請求項２に記載の誘電エラストマー駆動システム。
  6. 　前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を熱エネルギーに変換する、請求項１ないし５のいずれかに記載の誘電エラストマー駆動システム。
  7. 　前記電荷除去部は、前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を一時的に蓄える、請求項１ないし５のいずれかに記載の誘電エラストマー駆動システム。
  8. 　前記電荷除去部に一時的に蓄えられた電荷を蓄電する蓄電部をさらに備える、請求項７に記載の誘電エラストマー駆動システム。
  9. 　前記電荷除去部と前記蓄電部との接続を開閉する副スイッチ部をさらに備える、請求項８に記載の誘電エラストマー駆動システム。
  10. 　前記誘電エラストマー駆動部の伸長および伸縮により、前記主スイッチ部の状態が変更され、
    　前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加により伸長すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電荷除去部とを接続し、
    　前記誘電エラストマー駆動部が電圧印加されないことにより収縮すると、前記主スイッチ部は、前記誘電エラストマー駆動部と前記電源部とを接続する、請求項５に記載の誘電エラストマー駆動システム。
  11. 　誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー駆動部に電圧を印加する工程と、
    　前記誘電エラストマー駆動部への電圧の印加を停止する工程と、
    　前記誘電エラストマー駆動部に蓄えられた電荷を電荷除去部で除去する工程と、を備える、誘電エラストマー駆動方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005260236A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Samsung Electro Mech Co Ltd 高分子誘電体アクチュエータ、及び、これを用いたインチワームロボット
JP2009124875A (ja) 2007-11-15 2009-06-04 Toyoda Gosei Co Ltd アクチュエータ
JP2014507930A (ja) * 2011-03-09 2014-03-27 バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 電気活性高分子エネルギー変換器
JP2019005981A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 正毅 千葉 誘電エラストマー駆動システムおよび誘電エラストマー駆動方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6882086B2 (en) 2001-05-22 2005-04-19 Sri International Variable stiffness electroactive polymer systems
AU2001238675A1 (en) 2000-02-23 2001-09-03 Sri International Electroactive polymer thermal electric generators
US7557456B2 (en) * 2006-05-05 2009-07-07 Sri International Wave powered generation using electroactive polymers
US7977923B2 (en) 2007-03-09 2011-07-12 Sri International Circuits for electroactive polymer generators
JP4394749B2 (ja) * 2007-06-19 2010-01-06 株式会社キッツ 軸封装置とこれを用いた弁構造
JP2009159664A (ja) * 2007-12-25 2009-07-16 Hyper Drive Corp 電場応答性高分子を用いた発電装置
US9270206B2 (en) * 2012-01-23 2016-02-23 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Methods and systems for applying charge to a piezoelectric element
EP2847856B1 (en) * 2012-05-10 2018-06-13 Single Buoy Moorings, Inc. Charging/discharging circuit for electromechanical energy conversion and electromechanical energy conversion system
WO2014202687A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 Abb Ag Electroactive polymer transducer and switching device with an electroactive polymer transducer
JP6998116B2 (ja) 2017-03-09 2022-01-18 正毅 千葉 誘電エラストマー発電システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005260236A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Samsung Electro Mech Co Ltd 高分子誘電体アクチュエータ、及び、これを用いたインチワームロボット
JP2009124875A (ja) 2007-11-15 2009-06-04 Toyoda Gosei Co Ltd アクチュエータ
JP2014507930A (ja) * 2011-03-09 2014-03-27 バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 電気活性高分子エネルギー変換器
JP2019005981A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 正毅 千葉 誘電エラストマー駆動システムおよび誘電エラストマー駆動方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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