JP2003199365A - 電歪ポリマーアクチュエータとその製造方法 - Google Patents
電歪ポリマーアクチュエータとその製造方法Info
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Abstract
ものとする。 【解決手段】 絶縁性伸縮材料からなる伸縮部2の両面
に導電性伸縮材料からなる電極3,3を配した電歪ポリ
マーアクチュエータ1である。リング状の伸縮部2の外
周側と内周側とに電極3,3を配しているとともに径方
向において電極3を介して伸縮部2を積層している。電
圧印加時に径方向において縮み、軸方向において伸びる
ものを得ることができる。
Description
たアクチュエータとその製造方法に関するものである。
て、圧電素子を用いたものと電歪ポリマーを用いたもの
とが知られている。前者は厚み方向に分極処理を行った
シート状の圧電材料の両面に導電性伸縮材料からなる電
極を配して、圧電逆効果により伸縮させるものであり、
分極方向と同極性の電圧の印加によって分極方向に伸
び、直交方向に縮む性質を有している。後者はシリコン
ゴムやアクリル等のシート状の絶縁性伸縮材料からなる
伸縮部の両面に導電性伸縮材料からなる電極を配して、
誘電分極によって延伸させるもので、電圧の印加時、電
極間方向に縮み、直交する方向に伸びる性質を有してい
る。
チュエータは、特開昭59−200081号公報などに
示されているように、ダイヤフラムポンプのダイヤフラ
ム駆動用等として実用化されているが、後者は電圧印加
時の動きの管理が困難である上に、電圧印加時の伸縮量
が小さかったり発生力が小さいことなどから、未だ実用
化されるに至っていない。
であって、その目的とするところは実用性を有する動き
を行わせることができる電歪ポリマーアクチュエータと
その製造方法を提供するにある。
性伸縮材料からなる伸縮部の両面に導電性伸縮材料から
なる電極を配した電歪ポリマーアクチュエータにおい
て、リング状の伸縮部の外周側と内周側とに電極を配し
ているとともに径方向において電極を介して伸縮部を積
層していることに特徴を有している。電圧印加時に径方
向において縮み、軸方向において伸びるものを得ること
ができる。
の中心に合わせて積層するほか、各リング状伸縮部の中
心を最外周面の中心からずらして積層してもよく、この
場合、屈曲動作を得ることができる。
るとともに、各電極間に印加する電圧を同一としたり、
各電極間距離を同一とするとともに、中心に近いほど電
極間に印加する電圧を低くすることによって、軸方向へ
の均一な延伸機能を得ることができる。
縮部の両面に導電性伸縮材料からなる電極を配した電歪
ポリマーアクチュエータにおいて、電極間方向と平行す
る方向の一方の側面に可撓性を有する金属薄板を貼り合
わせていることに特徴を有する。ユニモルフ型のアクチ
ュエータを得ることができる。
り合わせてもよく、この場合はバイモルフ型のアクチュ
エータとすることができる。
積層したものを用いてもよい。
とに電極を配しているとともに径方向において電極を介
して伸縮部を積層しているものを用いてもよい。
略円形に並べてもよい。
よい。
エータの製造方法は、円筒状またはシート状の伸縮部を
電極を介して積層して円柱状もしくは角柱状の積層体を
形成し、次いで該積層体を積層方向と平行する方向にス
ライスすることに特徴を有している。これにより、単一
の積層体から複数のアクチュエータを得ることができ
る。
基づいて詳述すると、図1及び図2において、図中2は
シリコンゴムやアクリル等の絶縁性伸縮材料からなる伸
縮部、3は導電性伸縮材料からなる電極であり、伸縮部
2はリング状に形成しているとともに、多数の径の異な
るリング状伸縮部2を同心円状に形成しており、これら
伸縮部2の間には夫々リング状の電極3を介在させると
ともに、最外周面と最内周面にもリング状の電極3を配
して、各伸縮部2の内周側と外周側とに夫々電極3が位
置するようにしてある。そして図1に示すように、一つ
おきの電極3を直流電源のプラス側に、残る電極3を直
流電源のマイナス側に接続している。
いて、電極3,3間に電圧を印加すれば、図1(b)及び
図2(b)に示すように、電極3,3間方向である径方向
Xにおいて縮むとともに、直交する方向である軸方向Y
に伸びる。
ていた従来のものに比して、伸縮動作を確実に利用する
ことができるものであり、また同心円状に積層している
ために発生する力も大きい。また、印加する電圧値に応
じて変位量が変化するために、変位量の調整も容易であ
る。
するにあたり、中心が偏心した位置にくるように積層し
たもので、この場合、電圧を印加した時、周方向におい
て縮む量が異なってくるために、アクチュエータ1は屈
曲することになる。
軸に近いほど電極3,3間の距離が長くなるようにする
とともに、各電極に印加する電圧を同一にしたもので、
径が異なる各リング状伸縮部2の伸縮量をほぼ等しくす
ることができ、軸方向への均一な延伸機能を得ることが
できる。
同じにするものの、各電極間3,3に印加する電圧は中
心軸に近いほど低くなるようにしても、軸方向への均一
な延伸機能を得ることができる。
る場合は、図14に示すように、アクチュエータ1の一
面における一つおきの電極3の縁に絶縁性柔軟材料7を
塗布するとともに、アクチュエータ1の他面において他
の電極の縁に絶縁性柔軟材料7を塗布し、その後、図1
5に示すようにアクチュエータ1の軸方向両面に導電性
伸縮材料8を塗布して外部電極とするとよく、各電極
3,3間に異なる電圧を印加する場合は、図14に示す
処理を行った後、図16に示すように、アクチュエータ
1の一面では先に塗布した絶縁性柔軟材料7間のリング
状部分に導電性伸縮材料8を塗布して夫々を外部電極と
し、他面では全面に導電性伸縮材料8を塗布して接地用
外部電極とすればよい。なお、シェンケル昇圧回路を用
いれば、複数の電圧を単一電源より得ることができる。
は伸縮部2を電極3を介して積層することは行っていな
いが、一対の電極3,3を両端に設けた伸縮部2の側面
を金属薄板4に貼り合わせてユニモルフ構造としてい
る。この場合、電極3,3間に電圧を印加した時、伸縮
部2は電極3,3間の方向において縮もうとするのに対
して、金属薄板4は縮まないために、図に示すように、
アクチュエータ1は金属薄板4を撓ませる(屈曲させ
る)ものであり、また印加電圧値に応じて屈曲変位量を
変えることができる。
々アクチュエータ1,1を貼り合わせてバイモルフ構造
とすれば、いずれのアクチュエータ1に電圧を印加する
かによって、屈曲方向を変えることができるものであ
り、結果的に屈曲運動の可動範囲を大きくすることがで
きる。
のような同心円状の積層構造のものを用いて図8に示す
形態のものとしてもよいものであり、この場合、低印加
電圧で高出力を得ることができる。また、このような構
造とする場合、金属薄板4を含めたアクチュエータ1
は、自駆動型のダイヤフラムとして用いることができ
る。
に、複数個の三角形状のアクチュエータ1を並べて略円
形となるようにしてもよい。この場合も低印加電圧で高
出力を得ることができるとともに、金属薄板4を含めた
アクチュエータ1は、自駆動型のダイヤフラムとして用
いることができる。
び電極3を渦巻き状にしたものを用いてもよい。なお、
電極3が重なる部分については図17に示すように絶縁
性柔軟材料7を介在させて絶縁を行っておく。
極部3とを交互に並べた短冊状のアクチュエータ1を金
属薄板4に貼り合わせたものであってもよく、この場合
も図に矢印で示すような屈曲動作を行わせることがで
き、また図18に示すように、絶縁性柔軟材料7と導電
性柔軟材料8とによって各電極3に電源を接続すること
ができる。
タ1は、図12に示すように、円筒状またはシート状の
伸縮部2と電極3とを交互に積層した積層体1’を形成
し、その後、該積層体1’を積層方向と平行する方向で
スライスすることによって、同一特性の多数のアクチュ
エータ1を効率良く製造することができる。
タ1を金属薄板4の片面に貼り合わせたものをダイヤフ
ラムとしているダイヤフラムポンプの一例を示してお
り、吸気口51と排気口52とを備えるとともにこれら
吸気口51及び排気口52に逆止弁53,54を組み付
けたベース5に、固着手段55によって上記ダイヤフラ
ムの周縁を固定することで、ダイヤフラムとベース5と
で囲まれたポンプ室56を形成しており、アクチュエー
タ1に電圧を印加すれば、ポンプ室56の内容積が小さ
くなって吐出口52から流体の吐出がなされ、アクチュ
エータ1への電圧を遮断すれば、アクチュエータ1及び
金属薄板4の復帰により、吸気口51からポンプ室56
への吸入がなされる。
伸縮材料からなる伸縮部の両面に導電性伸縮材料からな
る電極を配した電歪ポリマーアクチュエータにおいて、
リング状の伸縮部の外周側と内周側とに電極を配してい
るとともに径方向において電極を介して伸縮部を積層し
ているものであり、電圧印加時に径方向において縮み、
軸方向において伸びるものを得ることができるととも
に、シート状の伸縮部の両面に電極を配していた従来の
ものに比して、伸縮動作を確実に利用することができる
ものであり、また同心円状に積層しているために低印加
電圧で高出力を得ることができ、さらには印加する電圧
値に応じて変位量が変化するために、変位量の調整も容
易なものである。
の中心に合わせて積層しておけば、軸方向への直線状延
伸機能を得ることができ、各リング状伸縮部の中心を最
外周面の中心からずらして積層しておけば、屈曲動作を
得ることができる。
るとともに、各電極間に印加する電圧を同一としたり、
各電極間距離を同一とするとともに、中心に近いほど電
極間に印加する電圧を低くしておけば、軸方向への均一
な延伸機能を得ることができる。
面に導電性伸縮材料からなる電極を配した電歪ポリマー
アクチュエータにおいて、電極間方向と平行する方向の
一方の側面に可撓性を有する金属薄板を貼り合わせたも
のにおいては、金属薄板が伸縮しないことから、ユニモ
ルフ型で屈曲動作を得ることができるアクチュエータを
得ることができるものであり、また金属薄板の存在で微
小変位の拡大効果が得られるために、アクチュエータと
して実用性のあるものを得ることができる。
り合わせてもよく、この場合はバイモルフ型のアクチュ
エータとすることができ、屈曲動作の可動範囲を拡大す
ることができる。
積層したものを用いてもよく、積層していることによっ
て低印加電圧で高出力を得ることができる。
とに電極を配しているとともに径方向において電極を介
して伸縮部を積層しているものを用いてもよい。低印加
電圧で高出力を得ることができるほか、自駆動型のダイ
ヤフラムとして好適に利用することができる。
略円形に並べたり、電極及び伸縮部を渦巻き状として
も、低印加電圧で高出力を得ることができ、自駆動型の
ダイヤフラムとして好適に利用することができる。
エータの製造方法は、円筒状またはシート状の伸縮部を
電極を介して積層して円柱状もしくは角柱状の積層体を
形成し、次いで該積層体を積層方向と平行する方向にス
ライスするものであり、単一の積層体から複数のアクチ
ュエータを得ることができて製作効率が向上する上に、
同一の特性を有するアクチュエータを簡便に多数得るこ
とができる。
(b)は断面図である。
断面図である。
す斜視図である。
ヤフラムポンプの断面図である。
視図、(b)は断面図である。
視図、(b)は断面図である。
視図、(b)は断面図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 絶縁性伸縮材料からなる伸縮部の両面に
導電性伸縮材料からなる電極を配した電歪ポリマーアク
チュエータであって、リング状の伸縮部の外周側と内周
側とに電極を配しているとともに径方向において電極を
介して伸縮部を積層していることを特徴とする電歪ポリ
マーアクチュエータ。 - 【請求項2】 各リング状伸縮部の中心を最外周面の中
心に合わせて積層していることを特徴とする請求項1記
載の電歪ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項3】 各リング状伸縮部の中心を最外周面の中
心からずらして積層していることを特徴とする請求項1
記載の電歪ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項4】 中心に近いほど電極間距離を長くすると
ともに、各電極間に印加する電圧を同一としていること
を特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の電歪
ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項5】 各電極間距離を同一とするとともに、中
心に近いほど電極間に印加する電圧を低くしていること
を特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の電歪
ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項6】 絶縁性伸縮材料からなる伸縮部の両面に
導電性伸縮材料からなる電極を配した電歪ポリマーアク
チュエータであって、電極間方向と平行する方向の一方
の側面に可撓性を有する金属薄板を貼り合わせているこ
とを特徴とする電歪ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項7】 金属薄板の両面に夫々アクチュエータを
貼り合わせていることを特徴とする請求項6記載の電歪
ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項8】 電極間方向に電極を介して複数の伸縮部
を積層していることを特徴とする請求項6または7記載
の電歪ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項9】 リング状の伸縮部の外周側と内周側とに
電極を配しているとともに径方向において電極を介して
伸縮部を積層していることを特徴とする請求項6または
7記載の電歪ポリマーアクチュエータ。 - 【請求項10】 三角形状に積層したものを複数個略円
形に並べていることを特徴とする請求項8記載の電歪ポ
リマーアクチュエータ。 - 【請求項11】 電極及び伸縮部を渦巻き状としている
ことを特徴とする請求項6または7記載の電歪ポリマー
アクチュエータ。 - 【請求項12】 絶縁性伸縮材料からなる伸縮部の両
面に導電性伸縮材料からなる電極を配した電歪ポリマー
アクチュエータの製造方法であって、円筒状またはシー
ト状の伸縮部を電極を介して積層して円柱状もしくは角
柱状の積層体を形成し、次いで該積層体を積層方向と平
行する方向にスライスすることを特徴とする電歪ポリマ
ーアクチュエータの製造方法。
Priority Applications (12)
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