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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aktor.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Aktor, der dielektrische Elastomere benutzt, ist als eine von Umwandlungsvorrichtungen bekannt, die durch Umwandlung einer elektrischen Energie in eine mechanische Energie betrieben werden. Dieser Aktor enthält einen dielektrischen Elastomerfilm und ein Paar von Elektrodenschichten. Die Elektrodenschichten sind auf jeweiligen Seiten des dielektrischen Elastomerfilms bereitgestellt. Wenn eine Spannung zwischen den Elektrodenschichten angelegt ist, ziehen sich die Elektrodenschichten durch die Coulomb-Kraft, die zwischen den Elektrodenschichten gebildet ist, an. Der dielektrische Elastomerfilm, der zwischen den Elektrodenschichten angeordnet ist, ist elastisch deformiert, so dass dieser in einer Dickenrichtung des Films komprimiert ist und dementsprechend elastisch deformiert ist und sich in einer Richtung entlang der Filmfläche (in einer Flächenrichtung) erstreckt.
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Wenn sich die Anzahl von Schichten des dielektrischen Elastomerfilms vergrößert, vergrößert sich eine potenzielle Kapazität und eine Ausgabe des Aktors vergrößert sich auch. Um die Anzahl von Schichten des Films zu erhöhen, sind eine Mehrzahl von Filmkörpern, die jeweils den dielektrischen Elastomerfilm und die Elektrodenschichten haben, wie z. B. in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-103713 (
JP 2011-103717 A ) gestapelt. Alternativ hat, wie in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-93467 (
JP 2018-93467 A ) beschrieben ist, ein dielektrischer Elastomerfilm eine Elektrodenschicht, die auf dessen gesamte Fläche gedruckt ist, und zwei dieser dielektrischen Elastomerfilme sind aufeinandergestapelt und zusammengerollt. Mit der Konfiguration, die oben beschrieben ist, hat der Aktor eine Konfiguration, in welcher die dielektrischen Elastomerfilme aufeinandergestapelt sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung, die in
JP 2018-93467 A offenbart ist, kann eine Konfiguration, in welcher die Mehrzahl von Schichten des dielektrischen Elastomerfilms bereitgestellt ist, leicht erhalten sein. Jedoch ist, z. B. wenn ein Aktor konfiguriert ist, sich zu erstrecken und in einer Richtung einer Mittelachse der gerollten Filme komprimiert zu sein, ein Verschiebungsausmaß (Verlängerungsausmaß) wie unten beschrieben reduziert. Das heißt, in der Erfindung
JP 2018-93467 A ist die Elektrodenschicht in einer planaren Form in dem dielektrischen Elastomerfilm bereitgestellt. Mit dieser Konfiguration ist, wenn der Filmkörper, der den dielektrischen Elastomerfilm hat, und die Elektrodenschicht gerollt sind, die Richtung, in welche die Coulomb-Kraft wirkt, verstreut. Das heißt, der dielektrische Elastomerfilm erstreckt sich in alle Flächenrichtungen (in alle Richtungen entlang der Fläche). Dies macht es schwierig, ein gewünscht großes Verschiebungsausmaß mit Bezug auf die Richtung der Mittelachse des gerollten Films zu erhalten und somit wird das Verschiebungsausmaß klein.
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In dem Fall der Erfindungen, die in
JP 2011-103713 A und
JP 2018-93467 A offenbart sind, sind der dielektrische Elastomerfilm und die Elektrodenschicht in dem gesamten Bereich in nahen Kontakt miteinander. Mit dieser Konfiguration ist der dielektrische Elastomerfilm daran gehindert, durch die Elektrodenschicht deformiert zu sein, sogar, wenn der dielektrische Elastomerfilm versucht, wenn die Spannung angelegt ist, sich in der Flächenrichtung zu deformieren, obwohl die Elektrodenschicht elastisch deformierbar ist.
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Dementsprechend ist es mit dem Aktor, der oben beschrieben ist, schwierig, ein großes Verschiebungsausmaß zu erreichen. Daher stellt die vorliegende Erfindung einen Aktor bereit, der den dielektrischen Elastomerfilm und die Elektrodenschicht enthält und der ein großes Verschiebungsausmaß haben kann.
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Ein Aktor gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen ersten Filmkörper, der einen ersten dielektrischen Elastomerfilm und eine erste Elektrodenschicht, die auf einer Fläche des ersten dielektrischen Elastomerfilms bereitgestellt ist, hat; und einen zweiten Filmkörper, der einen zweiten dielektrischen Elastomerfilm und eine zweite Elektrodenschicht, die auf einer Fläche des zweiten dielektrischen Elastomerfilms bereitgestellt ist, hat. Der Aktor ist so konfiguriert, dass der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper aufeinandergestapelt sind. Die Elektrodenschicht, die in mindestens dem ersten Filmkörper und/oder dem zweiten Filmkörper enthalten ist, enthält eine Mehrzahl von Linearelektroden, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und in Intervallen in einer zweiten Richtung, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, bereitgestellt sind.
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Gemäß dem Aktor oben ist jeweils, wenn der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper wiederholt aufeinandergestapelt sind, der erste dielektrische Elastomerfilm und der zweite dielektrische Elastomerfilms zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht dazwischengeschaltet. Wenn eine Spannung an die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht angelegt ist, erstreckt sich der erste und der zweite dielektrische Elastomerfilm jeweils in eine Richtung (Flächenrichtung) entlang einer Fläche des Films. Die Elektrodenschicht des Aktors gemäß der vorliegenden Offenbarung hat eine Mehrzahl von linearen Elektroden, die sich in der ersten Richtung erstrecken, und die linearen Elektroden sind in Intervallen in der zweiten Richtung bereitgestellt. Daher ist in der Elektrodenschicht eine Wirkung, die eine Ausdehnung des dielektrischen Elastomerfilms in die zweite Richtung behindert, gemildert. Dementsprechend ist der dielektrische Elastomerfilm in der Lage sich problemlos in der zweiten Richtung zu erstrecken und ein Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) in der zweiten Richtung ist somit erhöht. Mit der Konfiguration oben kann der Aktor, der ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) hat, erhalten sein.
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In dem obigen Aspekt können der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper, während der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper aufeinandergestapelt sind, gerollt sein. Mit dieser Konfiguration kann der Aktor, der eine zylindrische Form hat und eine Konfiguration hat, in welcher der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper wiederholt aufeinandergestapelt sind, leicht hergestellt werden. Außerdem können der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper gerollt sein, sodass die erste Richtung mit einer Richtung, in welcher der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper gerollt sind, während der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper aufeinandergestapelt sind, übereinstimmt. Mit dieser Konfiguration dient die zweite Richtung als eine Axialrichtung der zylindrischen Form. Der Aktor, der in der Lage ist, ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) in der Axialrichtung zu haben, kann erhalten sein.
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In dem obigen Aspekt kann die Elektrodenschicht die Mehrzahl von linearen Elektroden, die sich in der ersten Richtung erstrecken, eine erste Verbindungselektrode, die ein erstes Ende von einer der Linearelektroden und ein erstes Ende einer anderen der Linearelektroden, die benachbart zu der einen der Linearelektroden auf einer Seite ist, verbindet, eine zweite Verbindungselektrode, die ein zweites Ende der einen der Linearelektroden und ein zweites Ende von noch einer anderen der Linearelektroden, die benachbart zu der einen der Linearelektroden auf der anderen Seite ist, verbindet, enthalten. Mit dieser Konfiguration sind die Linearelektroden weitestgehend in einer Zickzack-Anordnung auf dem dielektrischen Elastomerfilm angeordnet. Eine Konfiguration kann erhalten sein, in welcher die Linearelektroden, die in Intervallen in der zweiten Richtung bereitgestellt sind, elektrisch in Serie verbunden sind. Daher wird eine elektrische Ladung, die in dem dielektrischen Elastomerfilm entlang einer longitudinalen Richtung der linearen Elektroden erzeugt ist, einheitlich und die Coulomb-Kraft, die vollkommen einheitlich ist, ist erzeugt. Daher kann der Aktor in der zweiten Richtung mit einem einheitlichen und neutralen Deformationsausmaß deformiert sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Aktor, der ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) hat, erhalten sein.
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Figurenliste
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Merkmale, Vorteile und Techniken und industrielle Signifikanz von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen, beschrieben werden, und wobei:
- 1 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Ausführungsbeispiel eines Aktors zeigt;
- 2 eine perspektivische Ansicht ist, die den Aktor im Betrieb zeigt;
- 3 eine veranschaulichende Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in welchem der Aktor, der eine gerollte Form hat, entrollt ist, um ein planarer Zustand zu sein;
- 4 eine veranschaulichende Ansicht ist, die ein Herstellungsverfahren des Aktors, der eine gerollte Form hat, zeigt;
- 5 eine Schnittansicht ist, die einen Teil des Aktors, der eine zylindrische Form hat, zeigt;
- 6 eine Ansicht ist, die eine Funktion des Aktors aufzeigt;
- 7 eine Ansicht ist, die ein Modifikationsbeispiel des Aktors aufzeigt;
- 8 eine Ansicht ist, die ein Modifikationsbeispiel des Aktors aufzeigt;
- 9 eine Ansicht ist, die eine Funktion des Aktors, der in 8 gezeigt ist, aufzeigt;
- 10 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Aktor gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt; und
- 11 eine veranschaulichende Ansicht ist, die ein Modifikationsbeispiel einer ersten Elektrodenschicht, die in einem ersten Filmkörper enthalten ist, zeigt.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Übersicht Aktor
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Aktors zeigt. Ein Aktor 7, der in 1 gezeigt ist, ist eine von Umwandlungsvorrichtungen, die durch Umwandlung einer elektrischen Energie in eine mechanische Energie betrieben sind. Die detaillierte Konfiguration und Funktion des Aktors 7 sind später beschrieben. Der Aktor 7 enthält dielektrische Elastomerfilme 11, 21 und ein Paar von Elektrodenschichten 13, 23. Wenn eine Spannung an die Elektrodenschichten 13, 23 angelegt ist, wobei eine der Elektrodenschichten 13, 23 als positiv festgelegt ist und die andere als negativ, ist der Aktor 7, wie in 2 gezeigt, deformiert.
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Der Aktor, der in 1 gezeigt ist, hat eine zylindrische Form, in welche die dielektrischen Elastomerfilme 11, 21 gerollt sind. Die dielektrischen Elastomerfilme 11, 21 enthalten die Elektrodenschichten 13, 23 jeweils auf den Flächen der dielektrischen Elastomerfilme 11, 21. Wenn eine Spannung an die Elektrodenschichten 13, 23 angelegt ist, ist der Aktor 7 elastisch von dem Initialzustand deformiert und erstreckt sich in einer Richtung entlang einer Mittelachse C0 der zylindrischen Form der gerollten Filme. Wenn ein Anlegen der Spannung an die Elektrodenschichten 13, 22 gestoppt ist, gewinnt der Aktor seinen Initialzustand, wie in 1 gezeigt, durch eine elastische Rückstellkraft zurück. In 2 ist das Deformationsausmaß größer gezeigt als das tatsächliche Deformationsausmaß, um die Beschreibung verstehbar zu machen.
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Spezifische Konfiguration des Aktors 7
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3 ist ein veranschaulichendes Schaubild, das einen Zustand, in welchem der Aktor 7, der eine gerollte Form hat, wie in 1 gezeigt ist, entrollt ist, um ein planarer Zustand zu sein. Der Aktor 7 enthält einen ersten Filmkörper 10 und einen zweiten Filmkörper 20. Der Aktor 7 ist durch Aufeinanderstapeln des ersten Filmkörpers 10 und des zweiten Filmkörpers 20 und durch Rollen des gestapelten ersten Filmkörpers 10 und des gestapelten zweiten Filmkörpers 20 gebildet. Wie in 4 gezeigt ist der Aktor 7 durch Stapeln des ersten Filmkörpers 10 und des zweiten Filmkörpers 20 aufeinander und Rollen des gestapelten ersten Filmkörpers 10 und des gestapelten zweiten Filmkörpers 20 um z. B. einen Kern 9, der eine verlängerte zylindrische Form hat, gebildet. Nachdem der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 gerollt sind, ist der Kern 9 aus den gerollten Filmkörpern herausgenommen.
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Wie in 3 gezeigt enthält der erste Filmkörper 10 einen ersten dielektrischen Elastomerfilm 11 und eine erste Elektrodenschicht 13, die auf einer Fläche 12 des ersten dielektrischen Elastomerfilms 11 bereitgestellt ist. Der zweite Filmkörper 20 enthält den zweiten dielektrischen Elastomerfilm 21 und die zweite Elektrodenschicht 23, die auf der Fläche 22 des zweiten dielektrischen Elastomerfilms 21 bereitgestellt ist. Der erste dielektrische Elastomerfilm 11 ist ein Teil (dielektrischer Film), das sich von dem zweiten dielektrischen Elastomerfilm 21 unterscheidet. Die erste Elektrodenschicht 13 ist eine Elektrode (Teil), die sich von der zweiten Elektrodenschicht 23 unterscheidet. Die erste Elektrodenschicht 13 und die zweite Elektrodenschicht 23 sind Elektroden, die elektrisch verschiedene (positiv und negativ) Zeichen haben.
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Wie in 3 gezeigt, enthält der erste dielektrische Elastomerfilm 11 eine Mehrzahl von linearen Elektroden 14 und erste Verbindungselektroden 15 und zweite Verbindungselektroden 16 auf der Fläche 12 des ersten dielektrischen Elastomerfilms 11. Die erste Verbindungselektrode 15 und die zweite Verbindungselektrode 16 verbinden die Enden der linearen Elektroden 14, die benachbart zueinander sind. Jede der Linearelektroden 14 erstreckt sich linear entlang einer ersten Richtung X. Die Linearelektroden 14 sind in Intervallen in einer zweiten Richtung Y bereitgestellt. Die erste Richtung X ist orthogonal zu der zweiten Richtung Y. Das Bezugszeichen für eine der Linearelektroden 14 ist als „14-1“ in dem ersten Filmkörper 10, der in 3 gezeigt ist, angegeben. Das Bezugszeichen für eine andere der Linearelektroden 14, die benachbart zu der Linearelektrode 14-1 auf einer Seite in der zweiten Richtung Y ist, ist als „14-2“ angegeben. Das Bezugszeichen für noch eine andere der Linearelektroden 14, die benachbart zu der Linearelektrode 14-1 auf der anderen Seite in der zweiten Richtung Y ist, ist als „14-3“ angegeben. Die erste Verbindungselektrode 15 verbindet ein erstes Ende 14-1a der Linearelektrode 14-1 in der ersten Richtung X und ein erstes Ende 14-2a der Linearelektrode 14-2 in der ersten Richtung X. Die zweite Verbindungselektrode 16 verbindet ein zweites Ende 14-1 b der Linearelektrode 14-1 in der ersten Richtung X und ein zweites Ende 14-3b der Linearelektrode 14-3 in der ersten Richtung X.
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Eine Konfiguration ist somit erhalten, in welcher Elektroden (Verkabelungsmuster) in einer Zickzack-Anordnung, die aus den Linearelektroden 14, den ersten Verbindungselektroden 15 und den zweiten Verbindungselektroden 16 gebildet ist, angeordnet sind. Die erste Elektrodenschicht 13 besteht aus den Linearelektroden 14, den ersten Verbindungselektroden 15 und den zweiten Verbindungselektroden 16. Die Linearelektroden 14, die ersten Verbindungselektroden 15 und die zweiten Verbindungselektroden 16 sind auf der Fläche 12 des dielektrischen Elastomerfilms 11 durch Drucken oder Beschichten bereitgestellt. Das heißt, die Elektrodenschicht 13 ist an dem dielektrischen Elastomerfilm 11 befestigt.
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Die zweite Elektrodenschicht 23 des zweiten Filmkörpers 20 hat die gleiche Konfiguration wie die der ersten Elektrodenschicht 13. Das heißt, der zweite dielektrische Elastomerfilm 21 enthält eine Mehrzahl von Linearelektroden 24 und erste Verbindungselektroden 25 und zweite Verbindungselektroden 26 auf der Fläche 22 des zweiten dielektrischen Elastomerfilms 21. Die erste Verbindungselektrode 25 und die zweite Verbindungselektrode 26 verbinden jeweilige Enden der Linearelektroden 24, die benachbart zueinander sind. Jede der Linearelektroden 24 erstreckt sich linear entlang der ersten Richtung X. Die Linearelektroden 24 sind in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt. Das Bezugszeichen für eine der Linearelektroden 24 ist als „24-1“ in dem zweiten Filmkörper 20, der in 3 gezeigt ist, angegeben. Das Bezugszeichen für eine andere der Linearelektroden 24, die benachbart zu der Linearelektrode 24-1 auf der einen Seite in der zweiten Richtung Y ist, ist als „24-2“ angegeben. Das Bezugszeichen für noch eine andere der Linearelektroden 24, die zu der Linearelektrode 24-1 auf der anderen Seite in der zweiten Richtung Y benachbart ist, ist als „24-3“ angegeben. Die erste Verbindungselektrode 25 verbindet ein erstes Ende 24-1 a der Linearelektrode 24-1 in der ersten Richtung X und ein erstes Ende 24-2a der zweiten Linearelektrode 24-2 in der ersten Richtung X. Die zweite Verbindungselektrode 26 verbindet ein zweites Ende 24-1 b der Linearelektrode 24-1 in der ersten Richtung X und ein zweites Ende 24-3b der Linearelektrode 24-3 in der ersten Richtung X.
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Eine Konfiguration ist somit erhalten, in welcher die Elektroden (Verkabelungsmuster) in einer Zickzack-Anordnung, die aus den Linearelektroden 24, den ersten Verbindungselektroden 25 und den zweiten Verbindungselektroden 26 besteht, angeordnet sind. Die zweite Elektrodenschicht 23 besteht aus den Linearelektroden 24, den ersten Verbindungselektroden 25 und den zweiten Verbindungselektroden 26. Die Linearelektroden 24, die ersten Verbindungselektroden 25 und die zweiten Verbindungselektroden 26 sind auf der Fläche 22 des zweiten dielektrischen Elastomerfilms 21 durch Drucken oder Beschichten bereitgestellt. Das heißt, die Elektrodenschicht 23 ist auf dem zweiten dielektrischen Elastomerfilm 21 befestigt.
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Der erste dielektrische Elastomerfilm 11 und der zweite dielektrische Elastomerfilm 21 bestehen jeweils aus einer rechteckigen Platte. Der erste und zweite dielektrische Elastomerfilm 11, 21 sind aus Kautschuk, wie bspw. Silikonkautschuk, Acrylkautschuk, Urethankautschuk und Nitrilkautschuk (NBR), gemacht. Die erste Elektrodenschicht 13 und die zweite Elektrodenschicht 23 sind jeweils aus einem elastischen Material, das leitfähig ist, gemacht. Zum Beispiel sind die Elektrodenschichten 13, 23 aus leitfähigem Silikonkautschuk und leitfähigem Gel gemacht. Ein leitfähiges Material (leitfähiger Füller), wie bspw. Ruß ist zu dem elastischen Material hinzugefügt, sodass die Elektrodenschichten 13, 23 eine Leitfähigkeit haben.
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Wie oben beschrieben (siehe 1 und 4), sind der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 aufeinandergestapelt und in einem gestapelten Zustand gerollt, sodass der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 abwechselnd angeordnet sind und der Aktor 7 eine zylindrische Form hat. 5 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des Aktors 7, der eine zylindrische Form hat, zeigt. 5 zeigt einen Teil eines Abschnitts, der die Mittelachse C0 (siehe 1) des Aktors 7, der eine zylindrische Form hat, enthält. Die rechte Seite in 5 ist näher an der Mittelachse C0 und als eine radiale Innenseite bezeichnet. Die linke Seite in 5 ist eine Seite gegenüberliegend der Mittelachse C0 und ist als radiale Außenseite bezeichnet.
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Der erste Filmkörper 10 ist auf den zweiten Filmkörper 20 auf der radialen Außenseite (auf der rechten Seite in 5) gestapelt, sodass die erste Elektrodenschicht 13 entlang einer Fläche (der Fläche 12) des ersten dielektrischen Elastomerfilms 11 auf der radialen Außenseite positioniert ist und die zweite Elektrodenschicht 23 entlang einer Fläche des ersten dielektrischen Elastomerfilms 11 auf der radialen Innenseite positioniert ist. Das heißt, der erste dielektrische Elastomerfilm 11 ist zwischen der ersten Elektrodenschicht 13 und der zweiten Elektrodenschicht 23 zwischengeschaltet. Der zweite Filmkörper 20 ist auf den ersten Filmkörper 10 auf der radialen Außenseite gestapelt, sodass die zweite Elektrodenschicht 23 entlang einer Fläche (der Fläche 22) des zweiten dielektrischen Elastomerfilms 21 auf der radialen Seite positioniert ist und die erste Elektrodenschicht 13 entlang einer Fläche des zweiten dielektrischen Elastomerfilms 21 auf der radialen Innenseite positioniert ist. Das heißt, der zweite dielektrische Elastomerfilm 21 ist zwischen der ersten Elektrodenschicht 13 und der zweiten Elektrodenschicht 23 zwischengeschaltet.
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Wie oben beschrieben (siehe 3 und 4) sind die ersten Linearelektroden 14 in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt. Daher ist in 5 eine Lücke (Raum) g1 zwischen den ersten Linearelektroden 14, die benachbart zueinander in der zweiten Richtung Y sind, bereitgestellt. Die Lücke g1 ist kontinuierlich in einer Umfangsrichtung (in der ersten Richtung X). Ähnlich sind die zweiten Linearelektroden 24 in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt. Daher ist eine Lücke (Raum) g2 zwischen den zweiten Linearelektroden 24, die benachbart zueinander in der Y-Richtung sind, bereitgestellt. Die Lücke g2 ist kontinuierlich in der Umfangsrichtung (in der ersten Richtung X).
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Eine Spannung ist an die erste Elektrodenschicht 13 und die zweite Elektrodenschicht 23 angelegt. Ein Anlegen der Spannung wird mit Bezug auf 3 beschrieben werden, die einen Zustand aufzeigt, in welchem der Aktor 7 entrollt ist. Die Spannung ist an die erste Elektrodenschicht 13 und die zweite Elektrodenschicht 23 angelegt, wobei ein Ende 27 der Linearelektrode 14, die ein Teil der ersten Elektrodenschicht 13 ist, und ein Ende 28 der Linearelektrode 24, die ein Teil der zweiten Elektrodenschicht 23 ist, als Anschlüsse dienen. Zum Beispiel dient das Ende 27 der ersten Elektrodenschicht 13 als ein positiver Anschluss und das Ende 28 der zweiten Elektrodenschicht 23 dient als ein negativer Anschluss.
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Wenn die Spannung an die erste Elektrodenschicht 13 und die zweite Elektrodenschicht 23 angelegt ist, ziehen sich die Elektrodenschichten 13, 23 durch die Coulomb-Kraft an, die zwischen den Elektrodenschichten 13, 23 erzeugt ist. Der erste dielektrische Elastomerfilm 11, der zwischen den Elektrodenschichten 13, 23, wie in 5 gezeigt, zwischengeschaltet ist, ist elastisch deformiert, sodass dieser in einer Filmdickenrichtung, d. h. in einer Radialrichtung, komprimiert ist. Ähnlich ist der zweite dielektrische Elastomerfilm 21, der zwischen den Elektrodenschichten 13, 23 angeordnet ist, elastisch deformiert, sodass dieser in der Filmdickenrichtung, d. h. in der Radialrichtung, komprimiert ist. Dementsprechend wird der gesamte Aktor 7 dünn (kleiner in der Radialrichtung), wie in 2 gezeigt.
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Andererseits erstreckt sich, wenn die Spannung angelegt ist, der erste und der zweite dielektrische Elastomerfilm 11, 21 jeweils in einer Richtung entlang der Fläche der Filme (in der Flächenrichtung), wie in 5 gezeigt. Jeder der dielektrischen Elastomerfilme 11, 21 erstreckt sich in einer Richtung orthogonal zu der Papierfläche in 5, mit anderen Worten in der Umfangsrichtung um die Mittelachse C und erstreckt sich auch in einer Richtung parallel zu der Mittelachse C, d. h. entlang einer vertikalen Richtung in 5. Die Richtung parallel zu der Mittelachse C ist mit der zweiten Richtung Y übereinstimmend. Die Linearelektroden 14, 24 sind entlang der Umfangsrichtung um die Mittelachse C verlängert. Daher ist eine Ausbreitung des ersten und zweiten dielektrischen Elastomerfilms 11, 21 in der Umfangsrichtung teilweise durch die Linearelektroden 14. 24 behindert. Andererseits sind die Linearelektroden 14, 24 in Intervallen in der Richtung parallel zu der Mittelachse C (der zweiten Richtung Y) bereitgestellt. Daher ist eine Ausbreitung des ersten und zweiten dielektrischen Elastomerfilms 11, 21 in der Richtung parallel zu der Mittelachse C nicht durch die linearen Elektroden 14, 24 behindert. Daher erstreckt sich der Aktor 7 mit einem größeren Ausmaß in der Richtung parallel zu der Mittelachse C, mit anderen Worten in der zweiten Richtung Y.
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Wie oben beschrieben ist der Aktor 7 der vorliegenden Offenbarung konfiguriert, sodass der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 aufeinandergestapelt sind. Der erste Filmkörper 10 enthält den ersten dielektrischen Elastomerfilm 11 und die erste Elektrodenschicht 13, die auf der Fläche 12 des ersten dielektrischen Elastomerfilms 11 bereitgestellt ist. Der zweite Filmkörper 20 enthält den zweiten dielektrischen Elastomerfilm 21 und die zweite Elektrodenschicht 23, die auf der Fläche 22 des zweiten dielektrischen Elastomerfilms 21 bereitgestellt ist. Wie in 3 aufgezeigt enthält die erste Elektrodenschicht 13 die Mehrzahl von Linearelektroden 14, die sich in die erste Richtung X erstrecken und in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind. Die zweite Elektrodenschicht 23 enthält die Mehrzahl von Linearelektroden 24, die sich in die erste Richtung X erstrecken und in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind.
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In dem Aktor 7, wie in 5 gezeigt, sind der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 aufeinandergestapelt und der erste dielektrische Elastomerfilm 11 und der zweite dielektrische Elastomerfilm 21 sind jeweils zwischen der ersten Elektrodenschicht 13 und der zweiten Elektrodenschicht 23 zwischengeschaltet. Wenn die Spannung an die erste Elektrodenschicht 13 und die zweite Elektrodenschicht 23 angelegt ist, ziehen sich die Elektrodenschichten 13, 23 durch die Coulomb-Kraft, die zwischen den Elektrodenschichten 13, 23 erzeugt ist, an. Dann sind der erste dielektrische Elastomerfilm 11, der zwischen den Elektrodenschichten 13, 23 zwischengeschaltet ist, und der zweite dielektrische Elastomerfilm 21, der zwischen den Elektrodenschichten 13, 23 zwischengeschaltet ist, jeweils elastisch deformiert, sodass der erste dielektrische Elastomerfilm 11 und der zweite dielektrische Elastomerfilm 21 in der Filmdickenrichtung komprimiert sind. Dies verlängert jeweils den ersten dielektrischen Elastomerfilm 11 und den zweiten dielektrischen Elastomerfilm 21 in der Richtung entlang der Fläche der Filme (in der Flächenrichtung).
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In dem ersten Filmkörper 10 ist die erste Elektrodenschicht 13 auf der Fläche 12 des ersten dielektrischen Elastomerfilms 11 bereitgestellt (befestigt). Mit dieser Konfiguration ist der erste dielektrische Elastomerfilm 11 daran gehindert durch die erste Elektrodenschicht 13 deformiert zu sein, sogar, wenn der erste dielektrische Elastomerfilm 11 versucht sich in der Flächenrichtung zu erstrecken, obwohl die erste Elektrodenschicht elastisch deformierbar ist. Jedoch hat die erste Elektrodenschicht 13, die in dem Aktor 7 der vorliegenden Offenbarung enthalten ist, die Mehrzahl von Linearelektroden 14, die sich in der ersten Richtung X erstrecken, und die Linearelektroden 14 sind in Intervallen in der zweiten Richtung Y, wie oben beschrieben, bereitgestellt. Dementsprechend ist die Wirkung, die die Erstreckung der ersten Elektrodenschicht 13 des ersten dielektrischen Elastomerfilms 11 in der zweiten Richtung Y behindert, vermindert. Daher hat der erste dielektrische Elastomerfilm 11 ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) in der zweiten Richtung Y.
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Der zweite Filmkörper 20 hat auch die Funktion die Wirkung, die die Erstreckung in der zweiten Richtung Y, wie oben beschrieben, behindert, zu vermindern. Das heißt, die zweite Elektrodenschicht 23 hat die Mehrzahl der Linearelektroden 24, die sich in der ersten Richtung X erstrecken, und die Linearelektroden 24 sind in Intervallen in der zweiten Richtung Y, wie oben beschrieben, angeordnet. Daher hat der zweite dielektrische Elastomerfilm 21 ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) in der zweiten Richtung. Dementsprechend kann der Aktor 7, der ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) hat, erhalten sein.
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Wenn sich die Anzahl von Schichten des dielektrischen Elastomerfilms erhöht, erhöht sich im Allgemeinen hier die potenzielle Kapazität und die Ausgabe des Aktors erhöht sich. In der vorliegenden Offenbarung sind der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 gerollt, während der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 aufeinandergestapelt sind, um die Anzahl von Schichten zu erhöhen. Mit dieser Konfiguration kann der Aktor, der eine zylindrische Form hat und eine Konfiguration hat, in welcher der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 wiederholt aufeinandergestapelt sind, leicht hergestellt werden. Insbesondere sind, wie in 4 gezeigt, der erste Filmkörper 10 und der zweite Filmkörper 20 in dem gestapelten Zustand gerollt, sodass die Richtung, in welcher der erste Filmkörper und der zweite Filmkörper gerollt sind, mit der ersten Richtung X überein stimmt. Die zweite Richtung Y stimmt somit mit einer Axialrichtung entlang der Mittelachse C0 überein. Dementsprechend kann der Aktor 7 ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) in der Axialrichtung als die Ausgabe des Aktors 7 haben.
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Wie oben beschrieben, enthält die erste Elektrodenschicht 13 die Mehrzahl von Linearelektroden 14, die sich in der ersten Richtung erstrecken, die erste Verbindungselektrode 15, die die ersten Enden der Linearelektrode 14-1 und der Linearelektrode 14-2, die benachbart zueinander in der zweiten Richtung Y sind, verbindet, und die zweite Verbindungselektrode 16, die die zweiten Enden der Linearelektrode 14-1 und der Linearelektrode 14-3, die benachbart zueinander in der zweiten Richtung Y sind, verbindet. Ähnlich zu der ersten Elektrodenschicht 13, enthält die zweite Elektrodenschicht 23 die Mehrzahl von Linearelektroden 24, die sich in der ersten Richtung erstrecken, die erste Verbindungselektrode 25, die die ersten Enden der Linearelektroden 24-1 und der Linearelektrode 24-2, die benachbart zueinander in der zweiten Richtung Y sind, verbindet, und die zweite Verbindungselektrode 26, die die zweiten Enden der Linearelektrode 24-1 und der Linearelektrode 24-3, die benachbart zueinander in der zweiten Richtung Y sind, verbindet.
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Daher sind, wie in 3 gezeigt, in dem ersten dielektrischen Elastomerfilm 11 die Linearelektroden 14 im Wesentlichen in einer Zickzack-Anordung angeordnet. Dann ist eine Konfiguration erhalten, in welcher die Linearelektroden 14, die in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind, elektrisch in Serie verbunden sind. Dementsprechend ist eine elektrische Ladung, die in dem ersten dielektrischen Elastomerfilm 11 entlang einer longitudinalen Richtung der Linearelektrode 14 erzeugt ist, einheitlich. Ähnlich zu dem ersten dielektrischen Elastomerfilm 11 sind die Linearelektroden 24 im Wesentlichen in einer Zickzack-Anordnung in dem zweiten dielektrischen Elastomerfilm 21 angeordnet. Eine Konfiguration ist erhalten, in welcher die Linearelektroden 24, die in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind, elektrisch in Serie verbunden sind. Dementsprechend ist eine elektrische Ladung, die in dem ersten dielektrischen Elastomerfilm 11 entlang einer longitudinalen Richtung der Linearelektrode 24 erzeugt ist, einheitlich. Aus dem Obigen ist die Coulomb-Kraft, die gesamtheitlich einheitlich ist, in dem ersten Filmkörper 10 und im zweiten Filmkörper 20 jeweils erzeugt. Daher kann der Aktor 7 in der zweiten Richtung Y mit einem einheitlichen und neutralen Deformationsausmaß deformiert sein.
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6 ist ein Schaubild, das eine Funktion des Aktors 7, der die Konfiguration, die oben beschrieben ist, enthält, beschreibt. Stützflächen 31, 32 sind auf jeweiligen axialen Seiten des Aktors 7, der die Konfiguration, in welcher die Filmkörper gerollt sind, hat, bereitgestellt. Die Stützflächen 31, 32 sind jeweils die Flächen eines ersten Teils und eines zweiten Teils, zwischen welchen der Aktor 7 zwischengeschaltet ist. Wenn die Spannung an die Elektrodenschichten 13, 23 angelegt ist, erstreckt sich der Aktor 7 in der Axialrichtung. Dementsprechend werden das erste Teil (die Stützfläche 31) und das zweite Teil (die Stützfläche 32) relativ weg voneinander in der Axialrichtung beabstandet. Wenn ein Anlegen der Spannung gestoppt ist, ist der erstreckte Aktor 7 in der Axialrichtung durch die elastische Rückstellkraft komprimiert und gewinnt seinen Initialzustand zurück.
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Wie in 7 gezeigt kann eine Mehrzahl der Aktoren 7 zwischen den Stützflächen 31, 32 zwischengeschaltet sein. Die Mittelachsen C0 der jeweiligen Aktoren 7 sind parallel zueinander. Mit dieser Konfiguration können die Aktoren 7, die eine große Druckkraft haben, erhalten werden.
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Wie in 2 gezeigt erstreckt sich der Aktor 7 in der Axialrichtung und ist in der Radialrichtung komprimiert. Wie in 8 gezeigt, kann daher der Aktor 7, der die Konfiguration hat, in welcher die Filmkörper gerollt sind, verflacht sein. Das heißt, der Aktor 7, der in 8 gezeigt ist, hat eine verflachte Form, in welcher eine Dimension B2 in einer zweiten Radialrichtung, die orthogonal zu einer ersten Radialrichtung ist, größer als eine Dimension B1 in der ersten Radialrichtung ist.
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Mit dieser Konfiguration, wie in 9 gezeigt, sind die Stützflächen 31, 32, auf den jeweiligen Seiten in der ersten Radialrichtung des Aktors 7 bereitgestellt, der die Konfiguration hat, in welcher die Filmkörper gerollt sind, wie in 8 gezeigt. Der Aktor 7 ist in der ersten Radialrichtung komprimiert, wenn die Spannung an die Elektrodenschichten 13, 23 angelegt ist. Dementsprechend nähern sich das erste Teil (die Stützfläche 31) und das zweite Teil (die Stützfläche 32) relativ zueinander in der Axialrichtung an. Wenn ein Anlegen der Spannung gestoppt ist, erstreckt sich der komprimierte Aktor 7 durch die elastische Rückstellkraft und gewinnt seinen Initialzustand zurück. Dies erweitert eine Lücke zwischen dem ersten Teil (der Stützfläche 31) und dem zweiten Teil (der Stützfläche 32). Die Stützflächen 31, 32 können auf jeweiligen Seiten des Aktors 7 in der zweiten Radialrichtung bereitgestellt sein, was eine andere Konfiguration ist als die in 9 gezeigt ist.
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10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel des Aktors 7 zeigt. 10 zeigt eine Explosionsansicht eines Teils des Aktors 7 (der erste Filmkörper 10). Der Aktor 7, der in 10 gezeigt ist, enthält den ersten Filmkörper 10 und den zweiten Filmkörper 20. Diese Konfiguration ist die gleiche wie die der Ausführungsbeispiele, die oben beschrieben sind. Die Aktoren 7 in den obigen Ausführungsbeispielen (siehe z. B. 1) sind durch Rollen der Filmkörper konfiguriert. Im Gegensatz dazu enthält der Aktor 7, der in 10 gezeigt ist, eine Mehrzahl von ersten Filmkörpern 10, von denen jeder eine Plattenform hat, und eine Mehrzahl von zweiten Filmkörpern 20, von denen jeder eine Plattenform hat. In dem Aktor 7 sind die ersten Filmkörper 10 und die zweiten Filmkörper 20 abwechseln aufeinandergestapelt. Die erste Richtung X in dem ersten Filmkörper 10 ist die gleiche Richtung wie die erste Richtung X in dem zweiten Filmkörper 20.
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Die erste Elektrodenschicht 13, die in dem ersten Filmkörper 10 enthalten ist, enthält die Mehrzahl von Linearelektroden 14, die sich in die erste Richtung X erstrecken und in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind. Die zweite Elektrodenschicht 23, die in dem zweiten Filmkörper 20 enthalten ist, enthält die Mehrzahl von Linearelektroden 24, die sich in der ersten Richtung X erstrecken und in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind. Die Konfiguration von jedem Abschnitt in jeweils dem ersten Filmkörper 10 und dem zweiten Filmkörper 20 ist die gleiche wie die Konfiguration von jedem Abschnitt, der in den obigen Ausführungsbeispielen, wie bspw. in 3 gezeigt, beschrieben ist. Daher wird die Beschreibung davon weggelassen werden.
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11 ist eine veranschaulichende Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel der ersten Elektrodenschicht 13, die in dem ersten Filmkörper 10 enthalten ist, zeigt. In einem jeweiligen Ausführungsbeispiel, wie z. B. in 3 gezeigt, hat die erste Elektrodenschicht 13 eine Konfiguration, in welcher die Elektroden in einer Zickzack-Anordnung angeordnet sind. Andererseits enthält die erste Elektrodenschicht 13, die in 11 gezeigt ist, die Mehrzahl von Linearelektroden 14, die sich in der ersten Richtung X erstrecken und in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind, und Verbindungselektroden 17, die Enden 14a der Linearelektroden 14 in der longitudinalen Richtung verbinden. Die erste Elektrodenschicht 13 hat eine Konfiguration, in welcher die Elektroden in einer kammförmigen Anordnung, die aus den Linearelektroden 14 und den Verbindungselektroden 17 gebildet ist, angeordnet sind. Mit dieser Konfiguration ist, sogar wenn eine Kabelunterbrechung in einer der Linearelektroden 14 auftritt, die Funktion des Aktors 7 nicht beeinflusst. Obwohl es nicht gezeigt ist, hat der zweite Filmkörper 20 auch die gleiche Konfiguration (kammförmige Anordnung der Elektroden) wie die des ersten Filmkörpers 10, der in 11 gezeigt ist. In jedem der obigen Ausführungsbeispiele enthalten die erste Elektrodenschicht 13 des ersten Filmkörpers 10 und die zweite Elektrodenschicht 23 des zweiten Filmkörpers 20 jeweils die Mehrzahl der Linearelektroden (14, 24), die sich in der ersten Richtung X erstrecken und in Intervallen in der zweiten Richtung Y bereitgestellt sind. Jedoch kann die Elektrodenschicht, die die Konfiguration hat, die die Linearelektroden, wie oben beschrieben, enthält, eine Elektrodenschicht sein, die in mindestens dem ersten Filmkörper 10 und/oder dem zweiten Filmkörper 20 enthalten ist. Das heißt, in einem der Filmkörper kann die Elektrodenschicht in einer Planarform auf dem gesamten dielektrischen Elastomerfilm bereitgestellt sein.
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Wie oben beschrieben kann der Aktor 7 der vorliegenden Erfindung ein großes Verschiebungsausmaß (Erstreckungsausmaß) haben.
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Die Ausführungsbeispiele, die hierin offenbart sind, sind aufzeigend, aber nicht beschränkend in allen Hinsichten. Der Umfang der Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele, die oben beschrieben sind, limitiert und enthalten irgendwelche und alle Modifikationen innerhalb des Umfangs, der äquivalent zu der Konfiguration, die in den Ansprüchen beschrieben sind, sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011103713 [0003]
- JP 2011103717 A [0003]
- JP 201893467 [0003]
- JP 2018093467 A [0003, 0004, 0005]
- JP 2011103713 A [0005]
