DE102016208984A1

DE102016208984A1 - Elektrostriktives Element und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102016208984A1
Application number: DE102016208984.6A
Authority: DE
Inventors: Atsuo Orita; Hidefumi Nikawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: JP6647089B2; US10020440B2; JP2016225599A; US20160351782A1; DE102016208984B4

Abstract

Vorgesehen werden ein elektrostriktives Element, das Filmelektroden aufweist, die eine gute Elastizität und Leitfähigkeit haben und ein Herstellungsverfahren dafür. Filmelektroden 3 eines elektrostriktiven Elements 1 sind blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate 6 und können sich in der Faserrichtung dehnen, während sie einen Zustand beibehalten, in dem die Carbon-Nanoröhrchen 7 einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film 2 dehnt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrostriktives Element und ein Herstellungsverfahren dafür.
Beschreibung der verwandten Technik
Es ist bekannt, dass dann, wenn Elektroden mit beiden Vorder- und Rückseiten eines dielektrischen Films verbunden werden, der aus einem Elastomer aufgebaut ist, und Spannung angelegt wird, der dielektrische Film durch den Maxwell-Stress (piezoelektrischer Umkehreffekt) aus Grenzflächenpolarisierung aufgrund elektrostatischer Kraft einer Kompressionskraft ausgesetzt wird, sich in Dickenrichtung kontrahiert und in der seitlichen Richtung (Richtung orthogonal zur Dickenrichtung) ausdehnt. In den letzten Jahren ist an ein elektrostriktives Element gedacht worden, das einen dielektrischen Film und Elektroden aufweist und das mit diesem Prinzip betrieben wird.
Als ein solches elektrostriktives Element ist eine Dielektrikum-basierte Antriebsvorrichtung vorgeschlagen worden, die einen dielektrischen Film aufweist, der aus einem Elastomer aufgebaut ist, Filmelektroden, die innerhalb der Umfangsränder beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films ausgebildet sind und die sich ausdehnen und kontrahieren können, um der Ausdehnung und Kontraktion des dielektrischen Films zu folgen, sowie Stromsammler, die mit den Umfangsrändern der Filmelektroden verbunden sind (siehe zum Beispiel JP 2003-174205 A ).
Wenn in dem elektrostriktiven Element an jede der Filmelektroden durch die Stromsammler eine positive oder negative Spannung angelegt wird, kontrahiert sich der dielektrische Film in der Dickenrichtung und dehnt sich in der seitlichen Richtung aus. Danach wird, durch den Stopp der Spannungsanlage, der gedehnte dielektrische Film angenähert seiner ursprünglichen Form zurückgebracht.
Die Filmelektrode muss nicht nur eine gute Leitfähigkeit haben, sondern auch eine gute Elastizität, um dem Verhalten des dielektrischen Films zum Ausdehnen zu folgen, ohne die Ausdehnung des dielektrischen Films zu behindern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei herkömmlichen elektrostriktiven Elementen besteht ein Problem darin, dass die Leitfähigkeit nicht sichergestellt werden kann, wenn die Filmelektrode dünn gemacht wird, um die Elastizität sicherzustellen, und die Elastizität kann nicht sichergestellt werden, wenn die Filmelektrode dick gemacht wird, um die Leitfähigkeit sicherzustellen.
Im Hinblick auf diese Umstände hat die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein elektrostriktives Element anzugeben, das Filmelektroden aufweist, die dem Verhalten des dielektrischen Films zum Ausdehnen sicher folgen können und die eine gute Leitfähigkeit auch während der Ausdehnung haben, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
Zur Lösung der Aufgabe weist ein elektrostriktives Element gemäß der vorliegenden Erfindung auf: einen dielektrischen Film, der aus einem Elastomer aufgebaut ist; Filmelektroden, die innerhalb von Umfangsrändern beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films ausgebildet sind und die sich dehnen und kontrahieren können, um einer Dehnung und Kontraktion des dielektrischen Films zu folgen; und Stromsammler, deren eines Ende mit einem Umfangsrand der Filmelektrode verbunden ist und deren anderes Ende sich zur Außenseite des dielektrischen Films erstreckt, wobei jede der Filmelektroden ein blattförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat oder ein strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, und derart ausgebildet ist, dass eine Faserrichtung des Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats mit einer Dehn- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films übereinstimmt, wobei das blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ein solches Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, in dem eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen in der Faserrichtung in einem Zustand orientiert sind, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen, wobei das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ein solches Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen in der Faserrichtung in dem Zustand orientiert sind, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen, und in radialer Richtung aggregiert sind, und das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat sich in der Faserrichtung strecken kann, während es den Zustand beibehält, in dem sie einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film streckt.
Wenn in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung an jede der Filmelektroden durch die Stromsammler eine positive oder negative Spannung angelegt wird, kontrahiert sich der dielektrische Film in der Dickenrichtung und dehnt sich in der seitlichen Richtung aus. Danach wird, durch den Stopp der Spannungsanlage, der gedehnte dielektrische Film zur angenähert ursprünglichen Form zurückgebracht.
Jede der Filmelektroden, die auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films angeordnet sind, ist das blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat, worin die Mehrzahl von Carbon-Nanoröhrchen in der Faserrichtung im Überlappungszustand miteinander in der Faserrichtung orientiert sind, oder das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat, in dem die Mehrzahl von Carbon-Nanoröhrchen in der Faserrichtung im Überlappungszustand miteinander in der Faserrichtung orientiert sind und in der radialen Richtung aggregriert sind. Hierdurch können sich die Filmelektroden in der Faserrichtung ausdehnen, während sie den Zustand beibehalten, in dem die Carbon-Nanoröhrchen einander in der Faserrichtung überlappen, wenn sich der dielektrische Film ausdehnt. Daher haben die Filmelektroden eine gute Elastizität und können dem Expansionsverhalten des dielektrischen Films sicher folgen.
Da ferner die Filmelektrode das blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat oder strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, ist es möglich, eine gute Leitfähigkeit sicherzustellen, und dadurch wird, selbst wenn sich der dielektrische Film ausdehnt, der Zustand beibehalten, in dem die Mehrzahl von Carbon-Nanoröhrchen einander in der Faserrichtung überlappen, was die Aufrechterhaltung der guten Leitfähigkeit und eine dünne Konfiguration gestattet.
In dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung können die Filmelektroden die blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate sein und können auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films jeweils einheitlich ausgebildet sein.
Ferner können in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung die Filmelektroden die strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate sein und können auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films jeweils radial ausgebildet sein.
Gemäß dem elektrostriktiven Element, das an beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films die Mehrzahl von Filmelektroden aufweist, in denen die strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate radial angeordnet sind, ist es durch unterschiedliche Veränderung der Spannungsanlage an die Mehrzahl von Filmelektroden und Ausdehnung des dielektrischen Films in unterschiedlichen Formen möglich, eine komplexere Steuerung durchzuführen, im Vergleich zu dem elektrostriktiven Element, das einheitliche Filmelektroden aufweist, die die blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate sind.
Ferner kann in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl der dielektrischen Filme in Dickenrichtung laminiert sein.
Ferner kann das elektrostriktive Element gemäß der vorliegenden Erfindung einen Rahmen aufweisen, der am Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films vorgesehen ist und den dielektrischen Film im gestreckten Zustand hält. Wenn gemäß dem den Rahmen aufweisenden elektrostriktiven Element eine positive oder negative Spannung an jede der Filmelektroden durch die Stromsammler angelegt wird, dehnt sich der dielektrische Film aufgrund der Einschränkung der Auswärtsdehnung einwärts und steht zur Seite einer Oberfläche vor, so dass er insgesamt eine angenähert hügelförmige Gestalt bekommt, weil der Umfangsrand des dielektrischen Films von dem Rahmen gehalten wird, und daher wird es möglich, eine komplexere Steuerung durchzuführen.
In dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung ist es zum Beispiel bevorzugt, dass das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat eine Dicke im Bereich von 0,04 bis 0,4 μm hat, wodurch es möglich wird, Elastizität und Leitfähigkeit zu erhalten. Falls in dem Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat die Dicke geringer als 0,04 μm ist, wird der Kontakt zwischen den Carbon-Nanoröhrchen verhindert, und es wird manchmal schwierig, die Leitfähigkeit sicherzustellen. Falls sie andererseits 0,4 μm überschreitet, nimmt die Kontaktmenge zwischen den Carbon-Nanoröhrchen zu, und es wird manchmal schwierig, die Elastizität sicherzustellen.
Ferner ist es zum Beispiel bevorzugt, dass das Carbon-Nanoröhrchen einen Durchmesser im Bereich von 0,4 bis 50 nm hat und eine Länge im Bereich von 0,4 bis 10 μm hat, wodurch es möglich wird, sowohl Elastizität als auch Leitfähigkeit zu erhalten. Die Bildung eines Carbon-Nanoröhrchens mit einem Durchmesser von weniger als 0,4 μm ist schwierig, und, falls er 50 nm überschreitet, ist es manchmal nicht möglich, die Eigenschaften des Carbon-Nanoröhrchens zu erhalten. Falls ferner die Länge vom Carbon-Nanoröhrchen geringer als 0,4 μm ist, ist es schwierig, dass die Carbon-Nanoröhrchen eine einzelne Orientierung einhalten, während sie einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film ausdehnt. Hingegen wird es aufgrund der Verbesserung der Zugsteifigkeit durch die Erhöhung der Kontaktmenge zwischen den Carbon-Nanoröhrchen manchmal unmöglich, die Elastizität sicherzustellen. Falls er 10 μm überschreitet, verringert die Ausdehnung manchmal die Leitfähigkeit und verringert die Wirkung.
Ferner kann in dem elektrostriktiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung, der dielektrische Film einen Typ von Kunststoffmaterial enthalten, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Silikon, Polyurethan und Polyethylen besteht.
Ferner kann der dielektrische Film auf zumindest einer Oberfläche eine Haftschicht aufweisen, wobei die Haftschicht aus einem Klebstoff oder einem Acrylklebstoff aufgebaut ist, dessen Basisverbindung das gleiche Kunststoffmaterial wie das den dielektrischen Film bildende Kunststoffmaterial ist. In diesem Fall erlaubt die Haftschicht, dass die Filmelektrode an dem dielektrischen Film geeignet haftet, und da ferner die Haftschicht eine Elastizität und relative Dielektrizität (permittivity) aufweist, die gleich oder höher ist als das den dielektrischen Film aufbauende Kunststoffmaterial, werden die Elastizität und die relative Dielektrizität des dielektrischen Films nicht behindert.
Ferner kann der Rahmen aus einem Typ von Kunststoffmaterial aufgebaut sein, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus ABS (Acrylonitril-Butadien-Styrolcopolymer), Polyacetal, Polyetherketon und glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem Typ von anorganischem Material, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus verstärktem Glas, das auf einer Oberfläche eine Kompressionsschicht enthält, und Keramik.
Ferner kann das elektrostriktive Element gemäß der vorliegenden Erfindung, das die vereinigten Filmelektroden jeweils auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films aufweist und worin die Filmelektroden aus den blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten aufgebaut sind, vorteilhaft durch ein Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element hergestellt werden, welches aufweist: einen Schritt zum Vorsehen des Rahmens auf dem Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films, der aus Elastomer aufgebaut ist, und Halten des dielektrischen Films im gestreckten Zustand durch den Rahmen; einen Schritt der Bildung des blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats durch ausgerichtetes Ziehen der Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen von einem Carbon-Nanoröhrchen-Wald, in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen auf einem Substrat gewachsen sind; einen Schritt der Bildung der Filmelektrode durch Formschnitt des blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats auf eine vorbestimmte Form; und einen Schritt des Vorsehens der Filmelektrode innerhalb des Umfangsrands von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films, der im gestreckten Zustand gehalten wird, so dass die Faserrichtung des Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats mit der Dehn- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films zusammenfällt.
Ferner kann das elektrostriktive Element gemäß der vorliegenden Erfindung, das die Mehrzahl von Filmelektroden aufweist, die jeweils radial auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films angeordnet sind und worin die Filmelektroden die strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate sind, vorteilhaft durch ein Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element hergestellt werden, welches aufweist: einen Schritt zum Vorsehen des Rahmens auf dem Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films, der aus Elastomer aufgebaut ist, und Halten des dielektrischen Films im gestreckten Zustand durch den Rahmen; einen Schritt der Bildung von strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregaten durch ausgerichtetes Ziehen einer Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen von einem Carbon-Nanoröhrchen-Wald, in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen auf einem Substrat gewachsen sind, und Aggregieren derselben in der radialen Richtung; und einen Schritt der Bildung einer Mehrzahl von Filmelektroden durch das Vorsehen einer Mehrzahl der strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate radial innerhalb vom Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films, der im gestreckten Zustand gehalten wird.
Ferner kann bei dem Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schritt aufweisen, um in Dickenrichtung eine Mehrzahl von dielektrischen Filmen zu laminieren, auf deren jedem die Filmelektrode vorgesehen worden ist, wodurch es möglich wird, ein elektrostriktives Element zu erhalten, in dem die Mehrzahl von dielektrischen Filmen in der Dickenrichtung laminiert worden sind. Indem ferner die Filmelektrode auf dem dielektrischen Film vorgesehen wird, der, im Schritt des Vorsehens der Filmelektrode, durch das Vorsehen des Rahmens am Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche im gestreckten Zustand gehalten wird, ist es möglich, einen elektrostriktiven Film herzustellen, worin der Rahmen zum Halten des dielektrischen Films im gestreckten Zustand auf dem Umfangsrand des dielektrischen Films vorgesehen worden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die ein elektrostriktives Element gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht aus Linie II-II in 1;
3A zeigt schematisch ein Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat vor der Dehnung;
3B zeigt schematisch das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat nach Dehnung;
4A zeigt zur Erläuterung einen Schritt zur Bildung eines blattförmig Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats im Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element gemäß der ersten Ausführung;
4B zeigt zur Erläuterung einen Schritt zur Durchführung des Formschnitts des blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats beim Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element gemäß der ersten Ausführung;
5 ist eine Draufsicht eines elektrostriktiven Elements gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
6 zeigt zur Erläuterung ein Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element gemäß der zweiten Ausführung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
[Erste Ausführung]
Ein elektrostriktives Element 1 gemäß einer in 1 und 2 gezeigten ersten Ausführung umfasst zwei dielektrische Filme 2 die aus Elastomer aufgebaut sind, Filmelektroden 3, die innerhalb der Umfangsränder von jedem der dielektrischen Filme 2 ausgebildet sind, einen einfassungsartigen Rahmen 4, um die dielektrischen Filme 2 im gestreckten Zustand zu halten, und Stromsammler 5 zum Zuführen von Elektrizität zu den Filmelektroden 3. In der Ausführung sind zwei dielektrische Filme 2 laminiert, aber es können auch drei oder mehr dielektrische Filme laminiert werden.
Jeder dielektrische Film 2 hat eine angenäherte quadratische Form, worin Eckabschnitte 2a abgerundet sind und ein Durchgangsloch 2b in der Mitte vorgesehen ist, und ist aus einem Elastomer aufgebaut, das zum Beispiel eine Dicke von 20 bis 100 μm hat. Anstelle der angenähert quadratischen Form kann der dielektrische Film 2 auch eine Kreisform haben.
Als das für jeden dielektrischen Film 2 zu verwendende Elastomer kann zum Beispiel ein Harz- bzw. Kunststoffmaterial verwendet werden, einschließlich Silikon, Polyurethan oder Polyethylen, und ferner kann ein Dielektrikum wie etwa Bariumtitanat enthalten sein, um die Dielektrizität (permittivity) des dielektrischen Films 2 zu regulieren. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen des Kunststoffmaterials eine Haftschicht vorgesehen sein, die aus einem Klebstoff oder einem Acrylklebstoff aufgebaut ist, deren Basisverbindung das gleiche Kunststoffmaterial wie jenes des dielektrischen Films 2 ist. Die Ausführung verwendet ein Blatt (Handelsname VHB4910 (Dicke 1000 μm) oder Handelsname VHB4905 (Dicke 500 μm), hergestellt von 3M), aufgebaut aus einem Polyethylenfilm, auf dem eine Haftschicht vorgesehen ist, die aus Acrylklebstoff aufgebaut ist. Die Filmelektroden 3 haften an beiden Vorder- und Rückseiten jedes dielektrischen Films 2.
Die Filmelektrode 3, die kreisförmig ist, hat eine Form mit zwei vorstehenden Abschnitten 3a, welche zu den Eckabschnitten 2a des dielektrischen Films 2 weisen und nach außen vorstehen, und sind ein blattförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 mit einer Dicke von 0,04 bis 0,4 μm.
Wie in 3A gezeigt, hat das die Filmelektrode 3 darstellende Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 eine Blattform, in der eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 mit einem Durchmesser von 0,4 bis 50 nm und einer Länge von 0,4 bis 10 μm in der Faserrichtung in einem Zustand orientiert sind, in dem sie in der Faserrichtung einander überlappen.
Wie in 3B gezeigt, kann sich das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 in der Faserrichtung ausdehnen, während es den Zustand beibehält, in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 einander in der Faserrichtung überlappen. Auch während der Ausdehnung hält das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 den Überlappungszustand miteinander bei, und hat eine gute Leitfähigkeit.
Der einfassungsartige Rahmen 4 ist zum Beispiel aus einer Art von Kunststoffmaterial aufgebaut, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ABS (Acrylonitril-Butadien-Styrolcopolymer), Polyacetal, Polyetherketon, glasfaserverstärkter Kunststoff, oder eine Art von anorganischem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus verstärktem Glas, einschließlich einer Kompressionsschicht auf der Oberfläche, und Keramik, und hat Isoliereigenschaften. Der einfassungsartige Rahmen 4 haftet an Umfangsflächen der Oberseite des dielektrischen Films 2 auf der Oberseite und der Unterseite des dielektrischen Films 2 auf der Unterseite, und hält die dielektrischen Filme 2 im gestreckten Zustand.
In dem Stromsammler 5 ist ein Ende mit dem Umfangsrand des vorstehenden Abschnitts 3a der Filmelektrode 3 verbunden. Als Stromsammler 5 ist es bevorzugt, dass er zusätzlich zur Leitfähigkeit auch elastisch ist, und es kann zum Beispiel ein blattförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 verwendet werden
Wenn in dem elektrostriktiven Element 1 eine positive oder negative Spannung durch die Stromsammler 5 an die Filmelektroden 3 angelegt wird, dehnen sich die dielektrischen Filme 2 aufgrund der Einschränkung der Auswärtsdehnung einwärts aus und stehen zur Seite einer Oberfläche vor, so dass sie ingesamt eine angenäherte Hügelform bekommen, weil die Umfangsränder der dielektrischen Filme 2 von dem einfassungsartigen Rahmen 4 gehalten werden.
Die Filmelektroden 3, die auf beiden Vorder- und Rückseiten der dielektrischen Filme 2 angeordnet sind, die die blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 sind, worin die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 in der Faserrichtung orientiert sind, können sich in der Faserrichtung strecken, während der Zustand beibehalten wird, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen, wenn sich die dielektrischen Filme 2 strecken, wie in 3B gezeigt, und können daher dem Dehnverhalten der dielektrischen Filme 2 sicher folgen.
Ferner ist es, was die Filmelektroden 3 betrifft, möglich, eine gute Leitfähigkeit sicherzustellen, weil sie aus den Carbon-Nanoröhrchen 7 zusammengesetzt sind, und selbst wenn sich dabei der dielektrische Film ausdehnt, ist es möglich, die gute Leitfähigkeit beizubehalten, weil der Zustand beibehalten wird, in dem sich die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 in der Faserrichtung einander überlappen.
Ferner können die Filmelektroden 3 dünn ausgeführt werden, und daher ist es möglich, den parallelen Laminierungszustand der dielektrischen Filme 2 beizubehalten.
Danach werden, durch den Stopp der Spannungsanlage, die gedehnten dielektrischen Filme 2 zur angenähert ursprünglichen Form zurückgestellt, und die Filmelektroden 3 folgen dem Rückstellverhalten der dielektrischen Filme 2 und werden zu einer angenähert ursprünglichen Form zurückgestellt, wie in 3A gezeigt.
In der Ausführung ist das elektrostriktive Element 1 beschrieben worden, das den einfassungsartigen Rahmen 4 zum Ausdehnen der dielektrischen Filme 2 aufweist, aber ist auch ein elektrostriktives Element anwendbar, das den einfassungsartigen Rahmen 4 nicht aufweist.
Das elektrostriktive Element 1 gemäß der Ausführung kann in folgender Weise hergestellt werden.
Zuerst wird der einfassungsartige Rahmen 4 auf dem Umfangsrand einer Oberfläche des dielektrischen Films 2 angeordnet, der aus dem Elastomer aufgebaut ist, und der dielektrische Film 2 wird durch den einfassungsartigen Rahmen 4 im gestreckten Zustand gehalten.
Dann werden, wie in 4A gezeigt, durch eine Auszieheinheit wie etwa eine Rolle 10, die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 ausgerichtet von einem Carbon-Nanoröhrchen-Wald 9 abgezogen, worin die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 auf einem Substrat 8 gewachsen sind, und hierdurch wird das blattförmig Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 gebildet. Das erhaltene Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 wird auf die Rolle 10 gewickelt. Dieses Verfahren ist zum Beispiel in 53 der internationalen Veröffentlichungsschrift Nr. WO 2007/015710 offenbart.
Dann wird, wie in 4B gezeigt, ein Messer 12, das an einem Gestell 11 gehalten wird und das eine vorbestimmte Form hat (eine Form, die in dieser Ausführung am Kreisumfangsrand zwei vorstehende Abschnitte aufweist), entsprechend der Form der Filmelektrode 3, auf einer Trägerplatte 13 angeordnet, wird das blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 so angeordnet, dass es zum Messer 12 weist, wird darauf eine Druckplatte 14 angeordnet, und wird das Pressen von der Seite der Trägerplatte 13 und der Druckplatte 14 ausgeführt. Hierdurch wird es möglich, die Filmelektrode 3 zu erhalten, die aus dem blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6 aufgebaut ist, und die auf die vorbestimmte Form geschnitten worden ist (die Form, die in der Ausführung am Kreisumfangsrand die zwei vorstehenden Abschnitte 3a aufweist.
Dann wird die erhaltene Filmelektrode 3 innerhalb des einfassungsartigen Rahmens 4 auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films 2 angeordnet, der durch den einfassungsartigen Rahmen 4 im gestreckten Zustand gehalten wird, so dass die Faserrichtung des Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats 6 mit der Ausdehnungs- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films 2 übereinstimmt.
Dann werden die Stromsammler 5 mit den vorstehenden Abschnitten 3a der Filmelektrode 3 verbunden, und danach wird eine Vielzahl der dielektrischen Filme 2, die Filmelektroden 3 mit den damit verbundenen Stromsammlern 5 aufweisen, in der Dickenrichtung laminiert. Somit wird es möglich, das in 1 gezeigte elektrostriktive Element 1 auszubilden.
[Zweite Ausführung]
Nun wird ein elektrostriktives Element 21 gemäß einer zweiten Ausführung im Bezug auf 5 beschrieben. Für die gleiche Bauelemente wie vom elektrostriktiven Element 1 gemäß der ersten Ausführung werden die gleichen Bezugszahlen verwendet, und die Beschreibung wird weggelassen.
Das elektrostriktive Element 21 enthält die zwei dielektrischen Filme 2, die aus dem Elastomer aufgebaut sind, eine Mehrzahl von Filmelektroden 22, die radial innerhalb vom Umfangsrand des dielektrischen Films 2 angeordnet sind, den einfassungsartigen Rahmen 4, um die dielektrischen Filme 2 im gestreckten Zustand zu halten, und Stromsammler 23 zum Zuführen von Elektrizität zu jeder der Filmelektroden 22. Das elektrostriktive Element 21 gemäß der Ausführung umfasst acht Filmelektroden 22.
Die Filmelektrode 22 ist ein strangförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 24 (siehe 6) mit einer Dicke von 0,04 bis 0,4 μm.
Das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 24 hat eine Strangform, worin die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 in der Faserrichtung in einem Zustand orientiert sind, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen und in der radialen Richtung aggregiert sind, und können sich in der Faserrichtung ausdehnen, während sie den Zustand beibehalten, in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 einander in der Faserrichtung überlappen, ähnlich dem blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 6, das in 3A und 3B gezeigt ist.
In jedem Stromsammler 23 ist ein Ende mit dem Endabschnitt an der Umfangsseite jeder Filmelektrode 22 verbunden.
Wenn in dem elektrostriktiven Element 21 eine positive oder negative Spannung an die Filmelektroden 22 durch die Stromsammler 5 angelegt wird, dehnen sich die dielektrischen Filme 2 aufgrund der Begrenzung der Auswärtsausdehnung einwärts und stehen zur Seite von einer Oberfläche vor, so dass sie insgesamt eine angenäherte Hügelform bekommen, weil die Umfangsränder der dielektrischen Filme 2 von dem einfassungsartigen Rahmen 4 gehalten werden. Da in diesem Falle acht Filmelektroden 22 vorgesehen sind, verändert sich die Ausdehnungsposition des dielektrischen Films 2 in Abhängigkeit davon, welche der positiven oder negativen Spannungen an die Filmelektrode 22 angelegt werden, und kann der dielektrische Film 2 in eine komplexe Form überführt werden. Daher ist es gemäß dem elektrostriktiven Element 21 möglich, eine komplexe Steuerung durchzuführen.
In der Ausführung ist das elektrostriktive Element 21 beschrieben worden, das den einfassungsartigen Rahmen 4 zum Dehnen der dielektrischen Filme 2 aufweist, aber es ist auch ein elektrostriktives Element anwendbar, das den einfassungsartigen Rahmen 4 nicht aufweist.
Das elektrostriktive Element 21 gemäß der Ausführung kann folgendermaßen hergestellt werden.
Zuerst wird, ähnlich dem Falle des elektrostriktiven Elements 1, der dielektrische Film 2 von dem einfassungsartigen Rand 4 im gestreckten Zustand gehalten.
Danach werden, wie in 6 gezeigt, durch eine Auszieheinheit wie etwa Rollen 25, die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 ausgerichtet von dem Carbon-Nanoröhrchen-Wald 9 abgezogen, worin die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen 7 auf dem Substrat 8 gewachsen sind, und hierdurch wird das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 24 gebildet. Dann wird der dielektrische Film 2, der von dem einfassungsartigen Rahmen 4 gehalten wird, auf einem Drehtisch 26 angeordnet, und während der Drehtisch 26 sich mit einer vorbestimmte Drehzahl dreht, wird das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat 24 auf der Vorderseite des dielektrischen Films 2 angeordnet und abgeschnitten, so dass es eine vorbestimmte Länge hat. Da in diesem Falle der dielektrische Film 2 mit dem Drehtisch 26 gedreht wird, werden eine Vielzahl der strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate 24 gradial auf der Vorderseite des dielektrischen Films 2 angeordnet. Die Anzahl der strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate 24 kann durch die Drehzahl des Drehtischs 26 verändert werden. Der gleiche Vorgang wird für die Rückseite des dielektrischen Films 2 durchgeführt. Somit wird es möglich, die Mehrzahl von radial angeordneten Filmelektroden 22 auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films 2 auszubilden.
Dann werden die Stromsammler 23 mit den vorstehenden Abschnitten 3a der Filmelektroden 22 verbunden, und danach werden eine Mehrzahl der dielektrischen Filme 2, die die Filmelektroden 22 aufweisen, mit denen die Stromsammler 23 verbunden worden sind, in der Dickenrichtung laminiert. Somit wird es möglich, das in 5 gezeigte elektrostriktive Element 21 auszubilden.
Vorgesehen werden ein elektrostriktives Element, das Filmelektroden aufweist, die eine gute Elastizität und Leitfähigkeit haben und ein Herstellungsverfahren dafür. Filmelektroden 3 eines elektrostriktiven Elements 1 sind blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate 6 und können sich in der Faserrichtung dehnen, während sie einen Zustand beibehalten, in dem die Carbon-Nanoröhrchen 7 einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film 2 dehnt.
BEZUGSZEICHENLISTE

1, 21... elektrostriktives Element, 2... dielektrischer Film, 3, 22... Filmelektrode, 4... einfassungsartiger Rahmen, 5, 23... Stromsammler, 6... blattförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat, 7... Carbon-Nanoröhrchen, 24... strangförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-174205 A [0003]
WO 2007/015710 [0049]

Claims

Elektrostriktives Element, welches aufweist: einen dielektrischen Film (2), der aus einem Elastomer aufgebaut ist; Filmelektroden (3, 22), die innerhalb von Umfangsrändern beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films (2) ausgebildet sind und die sich dehnen und kontrahieren können, um einer Dehnung und Kontraktion des dielektrischen Films (2) zu folgen; und Stromsammler (5, 23), deren eines Ende mit einem Umfangsrand der Filmelektrode (3, 22) verbunden ist und deren anderes Ende sich zur Außenseite des dielektrischen Films (2) erstreckt, wobei jede der Filmelektroden (3, 22) ein blattförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6) oder ein strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (24) ist, und derart ausgebildet ist, dass eine Faserrichtung des Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats (6, 24) mit einer Dehn- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films (2) übereinstimmt, wobei das blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6) ein solches Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, in dem eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in der Faserrichtung in einem Zustand orientiert sind, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen, wobei das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (24) ein solches Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in der Faserrichtung in dem Zustand orientiert sind, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen, und in radialer Richtung aggregiert sind, und das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6, 24) sich in der Faserrichtung strecken kann, während es den Zustand beibehält, in dem sie einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film streckt.
Das elektrostriktive Element nach Anspruch 1, wobei die Filmelektroden die blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (6) sind und auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films (2) jeweils einheitlich ausgebildet sind.
Das elektrostriktive Element nach Anspruch 1, wobei die Filmelektroden die strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (24) sind und auf beiden Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films (2) jeweils radial ausgebildet sind.
Das elektrostriktive Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Mehrzahl der dielektrischen Filme (2) in Dickenrichtung laminiert sind.
Das elektrostriktive Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das einen Rahmen (4) aufweist, der auf dem Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films (2) vorgesehen ist und den dielektrischen Film (2) im gestreckten Zustand hält.
Das elektrostriktive Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6, 24) eine Dicke im Bereich von 0,04 bis 0,4 μm hat.
Das elektrostriktive Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Carbon-Nanoröhrchen (7) einen Durchmesser im Bereich von 0,4 bis 50 nm hat und eine Länge im Bereich von 0,4 bis 10 μm hat.
Das elektrostriktive Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der dielektrische Film (2) einen Typ von Kunststoffmaterial enthält, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Silikon, Polyurethan und Polyethylen besteht.
Das elektrostriktive Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der dielektrische Film (2) auf zumindest einer Oberfläche eine Haftschicht aufweist, wobei die Haftschicht aus einem Klebstoff oder einem Acrylklebstoff aufgebaut ist, dessen Basisverbindung das gleiche Kunststoffmaterial wie das den dielektrischen Filme bildende Kunststoffmaterial ist.
Das elektrostriktive Element nach Anspruch 5, wobei der Rahmen (4) aus einem Typ von Kunststoffmaterial aufgebaut ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus ABS (Acrylonitril-Butadien-Styrolcopolymer), Polyacetal, Polyetherketon und glasfaserverstärktem Kunststoff, oder einem Typ von anorganischem Material, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus verstärktem Glas, das auf einer Oberfläche eine Kompressionsschicht enthält, und Keramik.
Herstellungsverfahren für ein elektrostriktives Element, wobei das elektrostriktive Element aufweist: einen dielektrischen Film (2), der aus einem Elastomer aufgebaut ist; vereinigte Filmelektroden (3, 22) die innerhalb von Umfangsrändern beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films (2) ausgebildet sind und die sich dehnen und kontrahieren können, um einer Dehnung und Kontraktion des dielektrischen Films (2) zu folgen; und Stromsammler (5, 23), deren eines Ende mit einem Umfangsrand der Filmelektrode (3, 22) verbunden ist und deren anderes Ende sich zur Außenseite des dielektrischen Films (2) erstreckt, wobei jede der Filmelektroden (3, 22) ein blattförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6) ist, und derart ausgebildet ist, dass eine Faserrichtung des Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats (6, 24) mit einer Dehn- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films (2) übereinstimmt, wobei das blattförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6) ein solches Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, in dem eine Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in der Faserrichtung in einem Zustand orientiert sind, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen, und das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6, 24) sich in der Faserrichtung strecken kann, während es den Zustand beibehält, in dem sie einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film streckt, wobei das Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element aufweist: einen Schritt der Bildung des blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats (6) durch ausgerichtetes Ziehen der Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) von einem Carbon-Nanoröhrchen-Wald (9), in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) auf einem Substrat (8) gewachsen sind; einen Schritt der Bildung der Filmelektrode (3, 22) durch Formschnitt des blattförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats (6) auf eine vorbestimmte Form; und einen Schritt des Vorsehens der Filmelektrode (3, 22) innerhalb des Umfangsrands von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films (2), der aus dem Elastomer aufgebaut ist, so dass die Faserrichtung des Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats (6, 24) mit der Dehn- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films (2) zusammenfällt.
Das Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element nach Anspruch 11, welches aufweist: einen Schritt zum Laminieren einer Mehrzahl der dielektrischen Filme (2), auf denen jeweils die Filmelektrode (3, 22) vorgesehen worden ist, in Dickenrichtung.
Das Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element nach Anspruch 11 oder 12, wobei im Schritt des Vorsehens der Filmelektrode (3, 22) die Filmelektrode (3, 22) auf dem dielektrischen Film (2) vorgesehen wird, der durch das Vorsehen eines Rahmens (4) am Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche im gestreckten Zustand gehalten wird.
Herstellungsverfahren für ein elektrostriktives Element, wobei das elektrostriktive Element aufweist: einen dielektrischen Film (2), der aus einem Elastomer aufgebaut ist; eine Mehrzahl von Filmelektroden (3, 22) die radial innerhalb von Umfangsrändern beider Vorder- und Rückseiten des dielektrischen Films (2) ausgebildet sind, und die sich dehnen und kontrahieren können, um einer Dehnung und Kontraktion des dielektrischen Films (2) zu folgen; und Stromsammler (5, 23), deren eines Ende mit einem Umfangsrand der Filmelektrode (3, 22) verbunden ist und deren anderes Ende sich zur Außenseite des dielektrischen Films (2) erstreckt, wobei jede der Filmelektroden (3, 22) ein strangförmiges Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (24) ist, und derart ausgebildet ist, dass eine Faserrichtung des Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats (6, 24) mit einer Dehn- und Kontraktionsrichtung des dielektrischen Films (2) übereinstimmt, wobei das strangförmige Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (24) ein solches Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat ist, in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) in der Faserrichtung in dem Zustand orientiert sind, in dem sie einander in der Faserrichtung überlappen, und in radialer Richtung aggregiert sind, und das Carbon-Nanoröhrchen-Aggregat (6, 24) sich in der Faserrichtung strecken kann, während es den Zustand beibehält, in dem sie einander überlappen, wenn sich der dielektrische Film streckt, wobei das Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element aufweist: einen Schritt der Bildung eines strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregats (24) durch ausgerichtetes Ziehen einer Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) von einem Carbon-Nanoröhrchen-Wald (9), in dem die Vielzahl von Carbon-Nanoröhrchen (7) auf einem Substrat (8) gewachsen sind, und Aggregieren derselben in der radialen Richtung; und einen Schritt der Bildung einer Mehrzahl von Filmelektroden (3, 22) durch das Vorsehen einer Mehrzahl der strangförmigen Carbon-Nanoröhrchen-Aggregate (24) radial innerhalb vom Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche des dielektrischen Films (2), der aus dem Elastomer aufgebaut ist.
Das Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element nach Anspruch 14, welches aufweist: einen Schritt zum Laminieren einer Mehrzahl der dielektrischen Filme (2), auf dem jeweils die Filmelektrode (3, 22) vorgesehen worden ist, in Dickenrichtung.
Das Herstellungsverfahren für das elektrostriktive Element nach Anspruch 14, wobei im Schritt des Vorsehens der Filmelektrode (3, 22) die Filmelektroden (3, 22) auf dem dielektrischen Film (2) vorgesehen werden, der durch das Vorsehen eines Rahmens (4) auf dem Umfangsrand von zumindest einer Oberfläche im gestreckten Zustand gehalten wird.