JP2008172886A

JP2008172886A - Actuator

Info

Publication number: JP2008172886A
Application number: JP2007002260A
Authority: JP
Inventors: Soichi Takigawa; 宗一瀧川
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-07-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator simple in structure to facilitate manufacturing, by which energy taken out is increased. <P>SOLUTION: The first tooth part 22 of a first frame 20 and the second tooth part 32 of a second frame 30 are provided at a position where the tooth parts are engaged with each other. An electro-active polymer 11 is provided between the mutually engaged first tooth part 22 and the second tooth part 32. Covering the second frame 30, on which the electro-active polymer 11 is placed, with the first frame 20 produces the electro-active polymer 11 folded between the first frame 20 and the second frame 30. Thereby, three pseudo electro-active polymers 11 are provided in parallel with each other between the first frame 20 and the second frame 30. As a result, a force equivalent to the one generated by three actuators is taken out by one sheet of electro-active polymer 11. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエータに関し、特に電気活性ポリマの変位を駆動力として取り出すアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator, and more particularly to an actuator that extracts the displacement of an electroactive polymer as a driving force.

特許文献１には、絶縁層の両面に導電層を形成し、この導電層の間に電圧を印加することにより電気エネルギーを運動エネルギーに変換する電気活性ポリマを用いたアクチュエータが開示されている。このようなアクチュエータの電気活性ポリマは、単一では取り出すことができるエネルギーが小さい。そこで、特許文献１では、電気活性ポリマから取り出すエネルギーの増大を図っている。例えば、電気活性ポリマからなるダイアフラムを複数配置することにより、取り出すエネルギーの増大が図られている。また、電気活性ポリマを並列に複数配列したり、電気活性ポリマを多層に積層することにより、取り出すエネルギーの増大が図られている。 Patent Document 1 discloses an actuator using an electroactive polymer that converts electrical energy into kinetic energy by forming a conductive layer on both surfaces of an insulating layer and applying a voltage between the conductive layers. The electroactive polymer of such an actuator has a small energy that can be extracted by itself. Therefore, Patent Document 1 attempts to increase the energy extracted from the electroactive polymer. For example, the energy to be extracted is increased by arranging a plurality of diaphragms made of an electroactive polymer. Further, the energy to be taken out is increased by arranging a plurality of electroactive polymers in parallel or laminating the electroactive polymers in multiple layers.

しかしながら、複数のダイアフラムを配置する場合、ダイアフラムの数が増加するため、構造の複雑化を招き、製造工程が煩雑になる。また、複数の電気活性ポリマを並列に配列する場合、対向する剛性フレームの間に複数の電気活性ポリマを設ける必要がある。そのため、構造の複雑化を招き、製造工程が煩雑になる。さらに、電気活性ポリマを多層に積層する場合、絶縁層および導電層の積層に複数の工程を必要とする。この場合、各導電層から電極を引き出す必要があり、構造も複雑化する。これらのように、いずれの手法でも、取り出すエネルギーを増大させる場合、構造の複雑化および製造工数の増大を招くという問題がある。 However, when a plurality of diaphragms are arranged, the number of diaphragms increases, resulting in a complicated structure and a complicated manufacturing process. Moreover, when arranging a plurality of electroactive polymers in parallel, it is necessary to provide a plurality of electroactive polymers between opposing rigid frames. Therefore, the structure becomes complicated and the manufacturing process becomes complicated. Further, when the electroactive polymer is laminated in multiple layers, a plurality of steps are required for laminating the insulating layer and the conductive layer. In this case, it is necessary to draw an electrode from each conductive layer, and the structure becomes complicated. As described above, in any method, when the energy to be extracted is increased, there is a problem that the structure is complicated and the number of manufacturing steps is increased.

特表２００３−５０６８５８号公報Special table 2003-506858

そこで、本発明の目的は、簡単な構造で製造が容易であり、取り出されるエネルギーが増大するアクチュエータを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an actuator that is easy to manufacture with a simple structure and that increases the energy extracted.

（１）本発明のアクチュエータは、第一ベース、および所定の間隔で前記第一ベースから前記第一ベースの板厚方向に突出する複数の第一歯部を有する第一フレームと、前記第一フレームと対向して設けられ、第二ベース、および所定の間隔で前記第二ベースから前記第二ベースの板厚方向に突出して前記第一歯部の間に噛み合い可能な第二歯部を有し、前記第一フレームと板厚方向へ相対的に移動可能な第二フレームと、前記第一フレームと前記第二フレームとの間に設けられ、前記第一歯部の前記第二フレーム側の端部および前記第二歯部の前記第一フレーム側の端部に接して折り曲げられている電気活性ポリマと、を備える。
第一フレームの第一歯部と第二フレームの第二歯部とは互いに噛み合い可能である。この噛み合っている第一歯部と第二歯部との間に電気活性ポリマを設けることにより、電気活性ポリマは第一歯部と第二歯部との間で数重に折り畳まれた状態となる。そのため、一枚の電気活性ポリマを第一フレームと第二フレームとの間に設ける場合でも、第一フレームと第二フレームとの間には擬似的に複数の電気活性ポリマが並列に設けられた状態となる。すなわち、対向して設けられている第一フレームと第二フレームとの間に電気活性ポリマを挿入し、第一歯部と第二歯部とを噛み合わせることにより、第一フレームと第二フレームとの間には並列する電気活性ポリマが設けられる。したがって、簡単な構造で製造が容易であるとともに、取り出すエネルギーを増大することができる。 (1) An actuator according to the present invention includes a first base, a first frame having a plurality of first teeth protruding from the first base in a plate thickness direction of the first base at a predetermined interval, and the first frame There is a second base provided opposite to the frame, and a second tooth portion that protrudes from the second base at a predetermined interval in the plate thickness direction of the second base and can mesh between the first tooth portions. And a second frame movable relative to the first frame in the thickness direction, and provided between the first frame and the second frame, on the second frame side of the first tooth portion. And an electroactive polymer that is bent in contact with the end portion of the second tooth portion on the first frame side.
The first tooth portion of the first frame and the second tooth portion of the second frame can mesh with each other. By providing an electroactive polymer between the meshed first and second teeth, the electroactive polymer is folded several times between the first and second teeth. Become. Therefore, even when one electroactive polymer is provided between the first frame and the second frame, a plurality of pseudo electroactive polymers are provided in parallel between the first frame and the second frame. It becomes a state. That is, by inserting an electroactive polymer between the first frame and the second frame that are provided to face each other, and meshing the first tooth portion and the second tooth portion, the first frame and the second frame A parallel electroactive polymer is provided in between. Therefore, it is easy to manufacture with a simple structure, and the energy to be extracted can be increased.

（２）本発明のアクチュエータでは、前記第一歯部および前記第二歯部は、それぞれ平行に設けられている。
（３）本発明のアクチュエータでは、前記第一歯部および前記第二歯部は、それぞれ同心円状に設けられている。
（４）本発明のアクチュエータでは、前記第一歯部および前記第二歯部は、規則的に配列された柱状に設けられている。
これらのように、第一ベースおよび第二ベースは、搭載される位置の形状に応じて任意の形状に設定することができる。また、第一歯部および第二歯部の数および間隔などを調整することにより、取り出すエネルギーを容易に調整することができる。 (2) In the actuator of the present invention, the first tooth portion and the second tooth portion are provided in parallel.
(3) In the actuator of the present invention, the first tooth portion and the second tooth portion are provided concentrically.
(4) In the actuator of the present invention, the first tooth portion and the second tooth portion are provided in a regularly arranged columnar shape.
Like these, the 1st base and the 2nd base can be set as arbitrary shapes according to the shape of the position to be mounted. Moreover, the energy to be taken out can be easily adjusted by adjusting the number and interval of the first tooth portion and the second tooth portion.

以下、本発明の複数の実施形態によるアクチュエータを図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるアクチュエータの概略図を図１および図２に示す。アクチュエータ１０は、図１および図２に示すように第一フレーム２０、第二フレーム３０および電気活性ポリマ１１を備えている。第一フレーム２０は、第一ベース２１および第一歯部２２を有している。第一ベース２１は、板状に形成されており、一方の端面に第一歯部２２を有している。第一歯部２２は、第一ベース２１の一方の端面から第二フレーム３０側へ突出している。第一歯部２２は、それぞれ概ね平行に設けられている。第１実施形態では、第一ベース２１は正方形あるいは長方形などの四角形状に形成されている。 Hereinafter, actuators according to a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
A schematic view of an actuator according to a first embodiment of the present invention is shown in FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator 10 includes a first frame 20, a second frame 30, and an electroactive polymer 11. The first frame 20 has a first base 21 and a first tooth portion 22. The first base 21 is formed in a plate shape and has a first tooth portion 22 on one end face. The first tooth portion 22 protrudes from one end surface of the first base 21 toward the second frame 30 side. The first tooth portions 22 are provided substantially in parallel with each other. In the first embodiment, the first base 21 is formed in a square shape such as a square or a rectangle.

第１実施形態の場合、図１に示すように第一フレーム２０は懸架装置４０によって支持されている。懸架装置４０は、例えば天井や支持腕などの支持部４１、およびスプリングなどの弾性部材４２を有している。弾性部材４２は、一方の端部が支持部４１に固定され、他方の端部が第一フレーム２０に固定されている。これにより、懸架装置４０は、第一フレーム２０を第二フレーム３０に対し重力方向の上下へ移動可能に支持している。これにより、第一フレーム２０と第二フレーム３０とは、各板厚方向へ相対移動可能である。 In the case of the first embodiment, the first frame 20 is supported by a suspension device 40 as shown in FIG. The suspension device 40 includes a support portion 41 such as a ceiling and a support arm, and an elastic member 42 such as a spring. The elastic member 42 has one end portion fixed to the support portion 41 and the other end portion fixed to the first frame 20. As a result, the suspension device 40 supports the first frame 20 so as to be movable up and down in the direction of gravity with respect to the second frame 30. Thereby, the 1st frame 20 and the 2nd frame 30 are relatively movable to each plate | board thickness direction.

第二フレーム３０は、図１および図２に示すように第二ベース３１および第二歯部３２を有している。第二ベース３１は、板状に形成されており、一方の端面に第二歯部３２を有している。第二歯部３２は、第二ベース３１の一方の端面から第一フレーム２０側へ突出している。第二歯部３２は、それぞれ概ね平行に設けられている。第二歯部３２は、第一ベース２１の第一歯部２２と噛み合う位置に設けられている。第１実施形態では、第二ベース３１は第一ベース２１と同様に正方形あるいは長方形などの四角形状に形成されている。第１実施形態の場合、図１に示すように第二フレーム３０は例えば床などの載置部４３に固定または移動可能に設置されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the second frame 30 has a second base 31 and a second tooth portion 32. The 2nd base 31 is formed in plate shape, and has the 2nd tooth part 32 in one end face. The second tooth portion 32 protrudes from one end surface of the second base 31 toward the first frame 20. The second tooth portions 32 are provided substantially in parallel with each other. The second tooth portion 32 is provided at a position that meshes with the first tooth portion 22 of the first base 21. In the first embodiment, the second base 31 is formed in a square shape such as a square or a rectangle like the first base 21. In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 1, the second frame 30 is installed on a mounting unit 43 such as a floor so as to be fixed or movable.

電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に設けられている。電気活性ポリマ１１は、図示しない絶縁層の両面に導電層が形成されている。絶縁層は、例えばシリコンエラストマーやポリウレタンなどの柔軟で誘電率の高い材料で形成されている。導電層は、例えばシリコンエラストマーにカーボン粒子を分散させた樹脂などで形成されている。これにより、絶縁層は、二つの導電層によって挟み込まれている。絶縁層を含む導電層間に電圧を印加することにより、絶縁層のクーロン力は変化し、絶縁層に歪みが生じる。その結果、電気活性ポリマ１１は、電圧の印加を断続することにより伸縮する。電気活性ポリマ１１は、一層の絶縁層と二層の導電層とを繰り返して積層してもよい。 The electroactive polymer 11 is provided between the first frame 20 and the second frame 30. The electroactive polymer 11 has conductive layers formed on both sides of an insulating layer (not shown). The insulating layer is formed of a flexible and high dielectric constant material such as silicon elastomer or polyurethane. The conductive layer is formed of, for example, a resin in which carbon particles are dispersed in a silicon elastomer. Thereby, the insulating layer is sandwiched between the two conductive layers. By applying a voltage between the conductive layers including the insulating layer, the Coulomb force of the insulating layer changes and distortion occurs in the insulating layer. As a result, the electroactive polymer 11 expands and contracts by intermittently applying a voltage. The electroactive polymer 11 may be formed by repeatedly stacking a single insulating layer and two conductive layers.

電気活性ポリマ１１は、ベースとなる絶縁層がシリコンエラストマーなどの柔軟で弾性力のある材料で形成されている。そのため、第二フレーム３０上に電気活性ポリマ１１を設置し、その上方から第一フレーム２０を被せることにより、電気活性ポリマ１１は自身の弾性力と弾性部材４２の弾性力とが釣り合う位置まで第一フレーム２０によって押し下げられる。これにより、電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０の第一歯部２２と第二フレーム３０の第二歯部３２との間に数重に折り畳まれた状態となる。第一歯部２２と第二歯部３２とは、互い違い、すなわち互いに噛み合い可能な位置に設けられている。そのため、電気活性ポリマ１１は、第一歯部２２の第二フレーム３０側の端部と第二歯部３２の第一フレーム２０側の端部との間で折り曲げられた波形状となる。その結果、電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０によって第二フレーム３０側へ押し込まれながら引き伸ばされる。したがって、電気活性ポリマ１１は、力が加わった状態、いわゆるプレストレインされた状態となる。 In the electroactive polymer 11, an insulating layer as a base is formed of a flexible and elastic material such as silicon elastomer. Therefore, by installing the electroactive polymer 11 on the second frame 30 and covering the first frame 20 from above, the electroactive polymer 11 reaches the position where the elastic force of the electroactive polymer 11 and the elastic force of the elastic member 42 are balanced. It is pushed down by one frame 20. As a result, the electroactive polymer 11 is folded several times between the first tooth portion 22 of the first frame 20 and the second tooth portion 32 of the second frame 30. The first tooth portion 22 and the second tooth portion 32 are provided alternately, that is, at positions where they can mesh with each other. Therefore, the electroactive polymer 11 has a wave shape bent between the end portion of the first tooth portion 22 on the second frame 30 side and the end portion of the second tooth portion 32 on the first frame 20 side. As a result, the electroactive polymer 11 is stretched while being pushed toward the second frame 30 by the first frame 20. Therefore, the electroactive polymer 11 is in a state where a force is applied, that is, a so-called press train.

図３（Ａ）に示すように、電気活性ポリマ１１に電圧が印加されていないとき、第一フレーム２０の自重によって電気活性ポリマ１１は自身の弾性力と弾性部材４２の弾性力とが釣り合った位置まで押し込まれる。すなわち、電気活性ポリマ１１は、第二歯部３２の第一フレーム２０側の端部よりも第二フレーム３０側へ押し込まれる。これにより、電気活性ポリマ１１は、プレストレインされた状態となる。 As shown in FIG. 3A, when no voltage is applied to the electroactive polymer 11, the electroactive polymer 11 balances its elastic force with the elastic force of the elastic member 42 due to its own weight of the first frame 20. Pushed into position. That is, the electroactive polymer 11 is pushed into the second frame 30 side rather than the end of the second tooth portion 32 on the first frame 20 side. As a result, the electroactive polymer 11 is in a pretrained state.

ここで、電気活性ポリマ１１に電圧を印加すると、電気活性ポリマ１１の絶縁層にクーロン力による歪みが生じ、電気活性ポリマ１１は伸びる。そのため、図３（Ｂ）に示すように電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０によって第二フレーム３０側へさらに押し込まれる。すなわち、電気活性ポリマ１１の伸びは、第一フレーム２０の変位として取り出される。 Here, when a voltage is applied to the electroactive polymer 11, the insulating layer of the electroactive polymer 11 is distorted by Coulomb force, and the electroactive polymer 11 is stretched. Therefore, as shown in FIG. 3B, the electroactive polymer 11 is further pushed into the second frame 30 side by the first frame 20. That is, the elongation of the electroactive polymer 11 is extracted as the displacement of the first frame 20.

電気活性ポリマ１１への通電を停止すると、電気活性ポリマ１１の歪みは消滅し、電気活性ポリマ１１は縮む。そのため、図３（Ｃ）に示すように電気活性ポリマ１１は、自身の弾性力によって変位前の位置まで復帰する。これにより、第一フレーム２０は、図３（Ａ）および図３（Ｃ）に示すように元の位置まで移動する。 When the energization of the electroactive polymer 11 is stopped, the distortion of the electroactive polymer 11 disappears and the electroactive polymer 11 contracts. Therefore, as shown in FIG. 3C, the electroactive polymer 11 returns to the position before displacement by its own elastic force. As a result, the first frame 20 moves to the original position as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (C).

このように、電気活性ポリマ１１への電圧の印加を断続することにより、電気活性ポリマ１１は伸縮する。そして、電気活性ポリマ１１の伸縮によって、第一フレーム２０は第二フレーム３０との間で相対的に上下に移動する。すなわち、電気活性ポリマ１１の伸縮は、第一フレーム２０の変位として取り出すことができる。 Thus, by intermittently applying the voltage to the electroactive polymer 11, the electroactive polymer 11 expands and contracts. The first frame 20 moves up and down relative to the second frame 30 by the expansion and contraction of the electroactive polymer 11. That is, the expansion / contraction of the electroactive polymer 11 can be taken out as the displacement of the first frame 20.

ここで、アクチュエータ１０から取り出される力について説明する。
第一フレーム２０を支持する弾性部材４２の変形によって生じる力をＦ_sとし、電気活性ポリマ１１の変形によって生じる力をＦ_dとする。図３（Ａ）に示すように電気活性ポリマ１１に電圧が印加されていないとき、電気活性ポリマ１１が生じる力Ｆ_dと弾性部材４２の力Ｆ_sとは釣り合っている。すなわち、
Ｆ_d＋Ｆ_s＝０（１）
である。 Here, the force taken out from the actuator 10 will be described.
The force generated by the deformation of the elastic member 42 that supports the first frame 20 is F _s, and the force generated by the deformation of the electroactive polymer 11 is F _d . When voltage electroactive polymer 11 as shown in FIG. 3 (A) is not applied, it is balanced the force F _s of the force F _d and the elastic member 42 which electroactive polymer 11 occurs. That is,
F _d + F _s = 0 (1)
It is.

一方、弾性体である弾性部材４２のばね定数をｋ_sとし、同様に弾性体である電気活性ポリマ１１のばね定数をｋ_dとする。また、電気活性ポリマ１１に第一フレーム２０が被せる前後における、弾性部材４２の変位量をｘ_s0とし、電気活性ポリマ１１の変位量をｘ_d0とする。すなわち、単に弾性部材４２に第一フレーム２０を吊した状態から、第一フレーム２０を電気活性ポリマ１１に被せて釣り合うまでの間に変化する弾性部材４２の変位量がｘ_s0である。また、単に第二フレーム３０上に電気活性ポリマ１１を設けた状態から、その上方に第一フレーム２０を被せた状態までの間で変化する電気活性ポリマ１１の変位量がｘ_d0である。 On the other hand, the spring constant of the elastic member 42 that is an elastic body is k _s, and the spring constant of the electroactive polymer 11 that is also an elastic body is k _d . Further, the displacement amount of the elastic member 42 before and after the electroactive polymer 11 is covered by the first frame 20 is x _s0, and the displacement amount of the electroactive polymer 11 is x _d0 . That is, the displacement amount of the elastic member 42 that changes from the state in which the first frame 20 is simply suspended to the elastic member 42 until the first frame 20 is covered with the electroactive polymer 11 is x _s0 . In addition, the displacement amount of the electroactive polymer 11 that changes from the state in which the electroactive polymer 11 is simply provided on the second frame 30 to the state in which the first frame 20 is covered thereon is _xd0 .

ここで、弾性部材４２が変位する方向と電気活性ポリマ１１が変位する方向は逆である。すなわち、第二フレーム３０に設けられた電気活性ポリマ１１に第一フレーム２０を乗せたとき、弾性部材４２に吊り下げられている第一フレーム２０は電気活性ポリマ１１に押し上げられて図３の上方へ移動する。一方、電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０によって図３の下方へ押し込まれる。したがって、フックの法則から上記の式（１）にあてはめると、
−ｋ_dｘ_d0＋ｋ_sｘ_s0＝０（２）
となる。 Here, the direction in which the elastic member 42 is displaced is opposite to the direction in which the electroactive polymer 11 is displaced. That is, when the first frame 20 is placed on the electroactive polymer 11 provided in the second frame 30, the first frame 20 suspended from the elastic member 42 is pushed up by the electroactive polymer 11 and is moved upward in FIG. Move to. On the other hand, the electroactive polymer 11 is pushed downward in FIG. 3 by the first frame 20. Therefore, when applied to the above equation (1) from Hooke's law,
−k _d x _d0 + k _s x _s0 = 0 (2)
It becomes.

電気活性ポリマ１１に通電したとき、電気活性ポリマ１１に生じる力をＦ_eとし、第一フレーム２０の変位量をｘ₁とする。電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０の変位量ｘ₁に対応するだけ伸び、弾性部材４２の弾性力と釣り合った位置で停止する。そのため、電気活性ポリマ１１に通電し、第一フレーム２０が停止しているとき、電気活性ポリマ１１と弾性部材４２との間の力の関係は、
Ｆ_d＋Ｆ_s＋Ｆ_e＝０（３）
となる。 When energized to electroactive polymer 11, the forces occurring electroactive polymer 11 and F _e, the displacement of the first frame 20 and x _1. The electroactive polymer 11 extends by an amount corresponding to the displacement amount x ₁ of the first frame 20 and stops at a position balanced with the elastic force of the elastic member 42. Therefore, when the electroactive polymer 11 is energized and the first frame 20 is stopped, the relationship of the force between the electroactive polymer 11 and the elastic member 42 is
F _d + F _s + F _e = 0 (3)
It becomes.

ここで、電気活性ポリマ１１の変形によって生じる力Ｆ_dは、第一フレーム２０の変位量がｘ₁のとき、
Ｆ_d＝−ｋ_d（ｘ_do＋ｘ₁）（４）
となる。また、弾性部材４２の変形によって生じる力Ｆ_sは、第一フレーム２０の変位量がｘ₁のとき、
Ｆ_s＝ｋ_s（ｘ_so−ｘ₁）（５）
となる。したがって、上記の式（４）および式（５）を式（３）に代入すると、
−ｋ_d（ｘ_do＋ｘ₁）＋ｋ_s（ｘ_so−ｘ₁）＋Ｆ_e＝０（６）
となる。そして、上記式（２）を用いることにより、
Ｆ_e＝（ｋ_d＋ｋ_s）ｘ₁ （７）
が得られる。 Here, the force F _d generated by the deformation of the electroactive polymer 11 is obtained when the displacement amount of the first frame 20 is x ₁ .
F _d = −k _d (x _do + x ₁ ) (4)
It becomes. Further, the force F _s generated by the deformation of the elastic member 42 is when the displacement amount of the first frame 20 is x ₁ ,
F _s = k _s (x _so −x ₁ ) (5)
It becomes. Therefore, when the above equations (4) and (5) are substituted into equation (3),
−k _d (x _do + x ₁ ) + k _s (x _so −x ₁ ) + F _e = 0 (6)
It becomes. And by using the above equation (2),
F _e = (k _d + k _s ) x ₁ (7)
Is obtained.

上記の式（７）から、第一フレーム２０の最大変位量をｘ₁するとき、変位量ｘ（０≦ｘ≦ｘ₁）においてアクチュエータ１０すなわち第一フレーム２０から取り出される力Ｆは、
Ｆ＝−（ｋ_d＋ｋ_s）ｘ＋（ｋ_d＋ｋ_s）ｘ₁ （８）
となる。したがって、第一フレーム２０の変位と取り出される力の関係は、図４に示される通りとなる。 From the above equation (7), when the maximum displacement amount of the first frame 20 is x _1, the force F taken out from the actuator 10, that is, the first frame 20 at the displacement amount x (0 ≦ x ≦ x ₁ ) is
F = − (k _d + k _s ) x + (k _d + k _s ) x ₁ (8)
It becomes. Therefore, the relationship between the displacement of the first frame 20 and the extracted force is as shown in FIG.

図１および図３に示す第１実施形態のように第一フレーム２０が並列する三つの第一歯部２２を有している場合、三つのアクチュエータが並列されているとみなすことができる。すなわち、電気活性ポリマ１１への通電により、第一フレーム２０の各第一歯部２２からそれぞれ力が得られる。したがって、図１および図３示す第１実施形態のアクチュエータ１０（ｎ＝３）では、図５に示すように単一のアクチュエータ（ｎ＝１）に比較して三倍の力を取り出すことができる。 When the first frame 20 has three first tooth portions 22 arranged in parallel as in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 3, it can be considered that three actuators are arranged in parallel. That is, a force is obtained from each first tooth portion 22 of the first frame 20 by energizing the electroactive polymer 11. Therefore, the actuator 10 (n = 3) of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 3 can extract three times the force as compared with the single actuator (n = 1) as shown in FIG. .

以上のように、第１実施形態では、第一歯部２２と第二歯部３２とが互いに噛み合う第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に電気活性ポリマ１１が設けられている。これにより、第一フレーム２０と第二フレーム３０との間には、擬似的に三つの電気活性ポリマ１１が並列して設けられた状態となる。その結果、一枚の電気活性ポリマ１１によって、三つのアクチュエータと同等の力が取り出される。したがって、簡単な構造で取り出すエネルギーを増大することができる。 As described above, in the first embodiment, the electroactive polymer 11 is provided between the first frame 20 and the second frame 30 in which the first tooth portion 22 and the second tooth portion 32 are engaged with each other. As a result, between the first frame 20 and the second frame 30, a pseudo three electroactive polymers 11 are provided in parallel. As a result, the same force as that of the three actuators is extracted by one electroactive polymer 11. Therefore, the energy extracted with a simple structure can be increased.

また、第１実施形態では、第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に一枚の電気活性ポリマ１１を設けるだけで、並列に配置された三つのアクチュエータと同等の力が取り出される。したがって、複数の電気活性ポリマ１１を並列に配置する場合でも、製造を容易にすることができる。 Further, in the first embodiment, only by providing one electroactive polymer 11 between the first frame 20 and the second frame 30, a force equivalent to that of the three actuators arranged in parallel is taken out. Therefore, manufacture can be facilitated even when a plurality of electroactive polymers 11 are arranged in parallel.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるアクチュエータを図６および図７に示す。
第２実施形態では、図６および図７に示すようにアクチュエータ１０は第一フレーム２０、第二フレーム３０および電気活性ポリマ１１を備えている。第一フレーム２０は、第１実施形態と同様に懸架装置４０によって支持されている。第一フレーム２０は、第一ベース２３および第一歯部２４を有している。第２実施形態の場合、第一ベース２３は、円板状に形成されており、一方の端面に第一歯部２４を有している。第一歯部２４は、同心円状に設けられている外周側歯部２４１と内周側歯部２４２とを有している。すなわち、第２実施形態では、第一ベース２３は円形状に形成され、第一歯部２４は円筒状の外周側歯部２４１および円柱状の内周側歯部２４２を有している。 (Second Embodiment)
An actuator according to a second embodiment of the present invention is shown in FIGS.
In the second embodiment, the actuator 10 includes a first frame 20, a second frame 30, and an electroactive polymer 11 as shown in FIGS. 6 and 7. The first frame 20 is supported by the suspension device 40 as in the first embodiment. The first frame 20 has a first base 23 and a first tooth portion 24. In the case of the second embodiment, the first base 23 is formed in a disc shape and has a first tooth portion 24 on one end face. The first tooth portion 24 has an outer peripheral side tooth portion 241 and an inner peripheral side tooth portion 242 that are provided concentrically. That is, in the second embodiment, the first base 23 is formed in a circular shape, and the first tooth portion 24 includes a cylindrical outer peripheral side tooth portion 241 and a columnar inner peripheral side tooth portion 242.

第二フレーム３０は、第二ベース３３および第二歯部３４を有している。第二ベース３３は、円板状に形成されており、一方の端面に第二歯部３４を有している。第二歯部３４は、同心円状に設けられている外周側歯部３４１と内周側歯部３４２とを有している。すなわち、第２実施形態では、第二ベース３３は円形状に形成され、第二ベース３３は円筒状の外周側歯部３４１および内周側歯部３４２を有している。 The second frame 30 has a second base 33 and a second tooth portion 34. The 2nd base 33 is formed in disk shape, and has the 2nd tooth part 34 in one end face. The second tooth portion 34 has an outer peripheral side tooth portion 341 and an inner peripheral side tooth portion 342 that are provided concentrically. That is, in the second embodiment, the second base 33 is formed in a circular shape, and the second base 33 has a cylindrical outer peripheral side tooth portion 341 and an inner peripheral side tooth portion 342.

第一フレーム２０の第一歯部２４のうち内周側歯部２４２は、第二フレーム３０の内周側歯部３４２の内側に挿入可能である。また、第一歯部２４のうち外周側歯部２４１は、第二フレーム３０の外周側歯部３４１と内周側歯部３４２との間に挿入可能である。これにより、第一歯部２４と第二歯部３４とは、噛み合い可能となる。 The inner peripheral side tooth part 242 of the first tooth part 24 of the first frame 20 can be inserted inside the inner peripheral side tooth part 342 of the second frame 30. Further, the outer peripheral side tooth portion 241 of the first tooth portion 24 can be inserted between the outer peripheral side tooth portion 341 and the inner peripheral side tooth portion 342 of the second frame 30. Thereby, the 1st tooth part 24 and the 2nd tooth part 34 can mesh | engage.

電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に設けられている。電気活性ポリマ１１は、円板状に形成されている。電気活性ポリマ１１は、形状以外の構成が第１実施形態と同様である。第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に電気活性ポリマ１１を設けることにより、電気活性ポリマ１１は第一歯部２４と第二歯部３４との間に折り畳まれた状態となる。これにより、電気活性ポリマ１１は、プレストレインされた状態となる。 The electroactive polymer 11 is provided between the first frame 20 and the second frame 30. The electroactive polymer 11 is formed in a disk shape. The electroactive polymer 11 is the same as the first embodiment except for the shape. By providing the electroactive polymer 11 between the first frame 20 and the second frame 30, the electroactive polymer 11 is folded between the first tooth portion 24 and the second tooth portion 34. As a result, the electroactive polymer 11 is in a pretrained state.

第２実施形態では、第一フレーム２０、第二フレーム３０および電気活性ポリマ１１は円板または円筒状に形成されている。したがって、適用個所の形状に応じて、アクチュエータ１０の形状は任意に選定することができる。 In the second embodiment, the first frame 20, the second frame 30, and the electroactive polymer 11 are formed in a disc or a cylindrical shape. Therefore, the shape of the actuator 10 can be arbitrarily selected according to the shape of the application location.

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるアクチュエータを図８および図９に示す。
第３実施形態では、図８および図９に示すようにアクチュエータ１０は第一フレーム２０、第二フレーム３０および電気活性ポリマ１１を備えている。第一フレーム２０は、第１実施形態と同様に懸架装置４０によって支持されている。第一フレーム２０は、第一ベース２５および第一歯部２６を有している。第３実施形態の場合、第一ベース２５は、一方の端面に第一歯部２６を有している。第一歯部２６は、第一ベース２５から第二フレーム３０側へ突出する円柱状に形成されている。第一フレーム２０は、規則的に配列された複数の第一歯部２６を有している。 (Third embodiment)
An actuator according to a third embodiment of the present invention is shown in FIGS.
In the third embodiment, the actuator 10 includes a first frame 20, a second frame 30, and an electroactive polymer 11 as shown in FIGS. 8 and 9. The first frame 20 is supported by the suspension device 40 as in the first embodiment. The first frame 20 has a first base 25 and a first tooth portion 26. In the case of the third embodiment, the first base 25 has a first tooth portion 26 on one end face. The first tooth portion 26 is formed in a columnar shape protruding from the first base 25 toward the second frame 30 side. The first frame 20 has a plurality of first tooth portions 26 regularly arranged.

第二フレーム３０は、第二ベース３５および第二歯部３６を有している。第二ベース３５は、一方の端面に第二歯部３６を有している。第二歯部３６は、第二ベース３５から第一フレーム２０側へ突出する円柱状に形成されている。第二フレーム３０は、規則的に配列された複数の第二歯部３６を有している。
第一歯部２６は、第二フレーム３０に配列されている第二歯部３６の間に配置されている。同様に、第二歯部３６は、第一フレーム２０に配列されている第一歯部２６の間に配置されている。すなわち、第一歯部２６と第二歯部３６とは、互い違いに配置され、相互の間に挿入可能である。その結果、第一歯部２６と第二歯部３６とは噛み合い可能である。 The second frame 30 has a second base 35 and a second tooth portion 36. The second base 35 has a second tooth portion 36 on one end face. The second tooth portion 36 is formed in a columnar shape protruding from the second base 35 to the first frame 20 side. The second frame 30 has a plurality of second teeth 36 that are regularly arranged.
The first tooth portion 26 is disposed between the second tooth portions 36 arranged in the second frame 30. Similarly, the second tooth portion 36 is disposed between the first tooth portions 26 arranged in the first frame 20. That is, the first tooth portion 26 and the second tooth portion 36 are alternately arranged and can be inserted between each other. As a result, the first tooth portion 26 and the second tooth portion 36 can be engaged with each other.

電気活性ポリマ１１は、第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に設けられている。電気活性ポリマ１１の構成は、第１実施形態と同様である。第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に電気活性ポリマ１１を設けることにより、電気活性ポリマ１１は図８に示すように第一歯部２６と第二歯部３６との間に折り畳まれた状態となる。これにより、電気活性ポリマ１１は、プレストレインされた状態となる。 The electroactive polymer 11 is provided between the first frame 20 and the second frame 30. The configuration of the electroactive polymer 11 is the same as that of the first embodiment. By providing the electroactive polymer 11 between the first frame 20 and the second frame 30, the electroactive polymer 11 is folded between the first tooth portion 26 and the second tooth portion 36 as shown in FIG. It becomes a state. As a result, the electroactive polymer 11 is in a pretrained state.

第３実施形態では、第一フレーム２０および第二フレーム３０は、それぞれ規則的に配列された円柱状の第一歯部２６および第二歯部３６を有している。したがって、適用個所の形状あるいは要求される力に応じて、アクチュエータ１０の形状は任意に選定することができる。 In the third embodiment, the first frame 20 and the second frame 30 have columnar first tooth portions 26 and second tooth portions 36 that are regularly arranged, respectively. Therefore, the shape of the actuator 10 can be arbitrarily selected according to the shape of the application location or the required force.

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、電気活性ポリマ１１を第一フレーム２０と第二フレーム３０との間で三回折り曲げる例について説明している。しかし、電気活性ポリマ１１の折り曲げ回数は上記に限らず任意に設定することができる。また、第一フレーム２０、第二フレーム３０および電気活性ポリマ１１の形状はいずれも例示であり、任意の形状に設定することができる。
また、以上説明した複数の実施形態では、第一フレームが第二フレームに対し重力方向の上下へ移動する例について説明した。しかし、本発明は、重力方向への移動に限らず、例えば重力方向に対し垂直に第一フレームと第二フレームとを対向して配置し、重力方向に対し垂直に第一フレーム又は第二フレームの一方が移動する構成としてもよい。すなわち、第一フレームと第二フレームとは、対向して配置するのであれば、重力方向に対し任意の角度に傾斜してもよい。これらの場合、電気活性ポリマは弾性部材の押し付け力によってプレストレインされる。 (Other embodiments)
In the plurality of embodiments described above, an example in which the electroactive polymer 11 is bent three times between the first frame 20 and the second frame 30 has been described. However, the number of times the electroactive polymer 11 is bent is not limited to the above and can be arbitrarily set. Further, the shapes of the first frame 20, the second frame 30, and the electroactive polymer 11 are all examples, and can be set to arbitrary shapes.
In the embodiments described above, the example in which the first frame moves up and down in the direction of gravity with respect to the second frame has been described. However, the present invention is not limited to the movement in the gravitational direction. For example, the first frame and the second frame are arranged so as to face each other perpendicular to the gravity direction, and the first frame or the second frame perpendicular to the gravitational direction It is good also as a structure to which one of these moves. That is, as long as the first frame and the second frame are arranged to face each other, the first frame and the second frame may be inclined at an arbitrary angle with respect to the direction of gravity. In these cases, the electroactive polymer is pretrained by the pressing force of the elastic member.

本発明の第１実施形態によるアクチュエータの概略を示す側面図。The side view which shows the outline of the actuator by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態によるアクチュエータの概略を示す分解斜視図。1 is an exploded perspective view schematically showing an actuator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態によるアクチュエータの概略を示す側面図であって、（Ａ）は電気活性ポリマへの通電前の状態、（Ｂ）は電気活性ポリマへ通電している状態、および（Ｃ）は電気活性ポリマへの通電を停止した状態を示す図。It is a side view showing the outline of the actuator by a 1st embodiment of the present invention, (A) is the state before energization to electroactive polymer, (B) is the state energized to electroactive polymer, and (C ) Is a diagram showing a state in which energization to the electroactive polymer is stopped. 電気活性ポリマの変位と取り出される力との関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the displacement of an electroactive polymer, and the force taken out. 電気活性ポリマの変位と取り出される力との関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the displacement of an electroactive polymer, and the force taken out. 本発明の第２実施形態によるアクチュエータの概略を示す断面図。Sectional drawing which shows the outline of the actuator by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態によるアクチュエータの概略を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the outline of the actuator by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態によるアクチュエータの概略を示す側面図。The side view which shows the outline of the actuator by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態によるアクチュエータの概略を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the outline of the actuator by 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０：アクチュエータ、１１：電気活性ポリマ、２０：第一フレーム、２１、２３、２５：第一ベース、２２、２４、２６：第一歯部、３０：第二フレーム、３１、３３、３５：第二ベース、３２、３４、３６：第二歯部、２４１：外周側歯部（第一歯部）、２４２：内周側歯部（第一歯部）、３４１：外周側歯部（第二歯部）、３４２：内周側歯部（第二歯部） 10: Actuator, 11: Electroactive polymer, 20: First frame, 21, 23, 25: First base, 22, 24, 26: First tooth part, 30: Second frame, 31, 33, 35: First Two bases, 32, 34, 36: second tooth part, 241: outer peripheral side tooth part (first tooth part), 242: inner peripheral side tooth part (first tooth part), 341: outer peripheral side tooth part (second Tooth part), 342: inner peripheral side tooth part (second tooth part)

Claims

第一ベース、および所定の間隔で前記第一ベースから前記第一ベースの板厚方向に突出する複数の第一歯部を有する第一フレームと、
前記第一フレームと対向して設けられ、第二ベース、および所定の間隔で前記第二ベースから前記第二ベースの板厚方向に突出して前記第一歯部の間に噛み合い可能な第二歯部を有し、前記第一フレームと板厚方向へ相対的に移動可能な第二フレームと、
前記第一フレームと前記第二フレームとの間に設けられ、前記第一歯部の前記第二フレーム側の端部および前記第二歯部の前記第一フレーム側の端部に接して折り曲げられている電気活性ポリマと、
を備えるアクチュエータ。 A first frame having a first base and a plurality of first teeth protruding from the first base in the thickness direction of the first base at a predetermined interval;
A second base provided opposite to the first frame, and a second tooth that protrudes from the second base at a predetermined interval in the plate thickness direction of the second base and can mesh between the first tooth portions. A second frame having a portion and movable relative to the first frame and the thickness direction;
Provided between the first frame and the second frame and bent in contact with the end of the first tooth portion on the second frame side and the end of the second tooth portion on the first frame side. An electroactive polymer,
An actuator comprising:

前記第一歯部および前記第二歯部は、それぞれ平行に設けられている請求項１記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the first tooth portion and the second tooth portion are provided in parallel.

前記第一歯部および前記第二歯部は、それぞれ同心円状に設けられている請求項１記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the first tooth portion and the second tooth portion are provided concentrically.

前記第一歯部および前記第二歯部は、規則的に配列された柱状に設けられている請求項１記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the first tooth portion and the second tooth portion are provided in a regularly arranged columnar shape.